(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
前記像担持体を帯電させる帯電器と、
画像データに基づき前記像担持体を露光する露光手段と、
前記像担持体に形成された静電像をトナーとキャリアとを混合した二成分現像剤を用いて現像する現像器と、
前記現像器の現像によって生成されたトナーパッチの濃度を検知する検知手段と、
前記トナーの帯電量を予測する予測手段と、
前記検知手段によって検知されたトナーパッチの濃度に基づき、前記現像器へのトナー補給を制御するトナー補給制御手段と、
前記検知手段によって検知されたトナーパッチの濃度に基づき、前記予測されたトナーの帯電量を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記トナーの帯電量に基づき、前記露光手段の露光条件を制御する露光条件制御手段と、
前記トナーパッチの形成時は、出力画像を形成するための画像の形成時と比較して、現像効率を向上させるように制御する制御手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、現像効率を向上させる際に、前記現像器のスリーブの回転スピードを上げることを特徴とする請求項１に記載された画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、現像効率を向上させる際に、前記現像器のスリーブに印加するバイアスを上げることを特徴とする請求項１に記載された画像形成装置。
【請求項４】
前記予測手段は、前記画像データおよび前記現像器のスリーブの駆動時間に基づき前記トナーの帯電量を予測することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載された画像形成装置。
【請求項５】
前記トナー補給制御手段は、前記トナーパッチの濃度および前記画像データに基づき、前記現像器へのトナー補給を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーとキャリアとを混合した二成分現像剤を用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が具備する現像装置には、トナー粒子とキャリア粒子を主成分とした２成分現像剤が用いられている。特に、フルカラー画像やマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置においては、多くの現像装置が２成分現像剤を使用している。この２成分現像剤のトナー濃度（即ち、キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合）は、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素である。
【０００３】
２成分現像剤のトナー粒子は現像時に消費され、トナー濃度は減少するように変化する。これに鑑み、現像装置内の２成分現像剤のトナー濃度を検出し、検出されたトナー濃度に応じて現像装置へのトナー補給を制御することにより、２成分現像剤のトナー濃度を一定に制御する。しかし、電子写真方式や静電記録方式は、静電気力を用いて画像を作像するため、２成分現像剤における帯電量（以下、トナー帯電量）が変動すると画像の濃度が変動してしまう。
【０００４】
このような問題点に対して特許文献１では、放置された時間と湿度環境によりトナー帯電量の変化を推測し、その結果に応じて現像剤の攪拌を行うことにより、画像濃度を安定化させる制御が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１２３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようなフィードフォワードのトナー帯電量の予測だけでは、トナー帯電量の予測と実際がずれていく可能性があり、フィードバックを用いたトナー帯電量オブザーバー補正が必要である。フィードバックの一例として、テストパターン画像（以下、パッチ画像）を作成および濃度検知し、トナー帯電量を補正する制御がある。しかし、パッチ画像濃度は、トナー帯電量のみならず、現像効率によっても決まるために、トナー帯電量だけを検知することが出来ない。したがって、パッチ画像からトナー帯電量を予測することは困難である。
【０００７】
本発明によれば、トナー帯電量の予測の精度を向上させ、画像の品質を安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願発明は以下の構成を有する。すなわち、画像形成装置であって、像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電器と、画像データに基づき前記像担持体を露光する露光手段と、前記像担持体に形成された静電像をトナーとキャリアとを混合した二成分現像剤を用いて現像する現像器と、前記現像器の現像によって生成されたトナーパッチの濃度を検知する検知手段と、前記トナーの帯電量を予測する予測手段と、前記検知手段によって検知されたトナーパッチの濃度に基づき、前記現像器へのトナー補給を制御するトナー補給制御手段と、前記検知手段によって検知されたトナーパッチの濃度に基づき、前記予測されたトナーの帯電量を補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された前記トナーの帯電量に基づき、前記露光手段の露光条件を制御する露光条件制御手段と、前記トナーパッチの形成時は、出力画像を形成するための画像の形成時と比較して、現像効率を向上させるように制御する制御手段とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トナーパッチの形成時は、出力画像を形成するための画像の形成時と比較して、現像効率を向上させるので、トナー帯電量の予測の精度を向上させることができ、画像の品質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の構成の説明図。
【図２】リーダ画像処理部における信号処理のブロック図。
【図３】リーダ画像処理部における各制御信号のタイミングの説明図。
【図４】画像形成部の制御系のブロック図。
【図５】パッチ画像の形成工程の説明図。
【図６】パッチ濃度の測定工程の説明図。
【図７】画像濃度とフォトセンサ出力の関係の説明図。
【図８】トナー帯電量を算出するためのフロー図。
【図９】画像比率から収束Ｑ／Ｍ１を算出するための関係図。
【図１０】現像効率を説明するための感光ドラム１の電位の模式図。
【図１１】トナー帯電量をパッチで補正するためのパッチ形成のフロー図。
【図１２】パッチＱ濃度とトナー帯電量の関係図。
【図１３】現像設定のピークトウピークと現像効率の関係図。
【図１４】トナー帯電量とレーザー光量の関係図。
【図１５】第一実施形態の制御の効果の説明図。
【図１６】現像設定の現像スリーブ４１のスピードと現像効率の関係図。
【図１７】第二実施形態の制御の効果の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第一実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、現像効率を向上させた状態でのパッチ検知した結果に応じて２成分現像剤における予測トナー帯電量を制御する限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１２】
従って、電子写真方式を用いて画像形成を行う画像形成装置であれば、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／直接転写型の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【００１３】
［画像形成装置］
図１は画像形成装置の構成の説明図である。画像形成装置１００は、中間転写ベルト６に沿ってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。
【００１４】
画像形成部ＰＹでは、像担持体である感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト６に一次転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト６のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、それぞれ感光ドラム１Ｃ、１Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に中間転写ベルト６に順次重ねて一次転写される。このとき、各感光ドラムは図１中に示されている矢印方向に回転しているものとする。
【００１５】
中間転写ベルト６に一次転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置１１で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部へ排出される。
【００１６】
中間転写ベルト６は、テンションローラ６１、駆動ローラ６２、及び対向ローラ６３に掛け渡して支持されている。また、中間転写ベルト６は、駆動ローラ６２に駆動されて所定のプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。
【００１７】
記録材カセット６５から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ６６で１枚ずつに分離して、レジストローラ６７へ送出される。レジストローラ６７は、停止状態の場合には記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト６のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。
【００１８】
二次転写ローラ６４は、対向ローラ６３に支持された中間転写ベルト６に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ６４に正極性の直流電圧が印加されることによって、負極性に帯電して中間転写ベルト６に担持されたトナー像が記録材Ｐへ二次転写される。
【００１９】
画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーの色がそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックである以外は、実質的にほぼ同一に構成される。以下では、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用のものであることを示すために符号に付した添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して、総括的に説明する。
【００２０】
図１に含む各画像形成部をより詳細に示した図を図４として示し、図１および図４を用いて詳細に説明する。画像形成部Ｐは、感光ドラム１の周囲に、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、一次転写ローラ７、クリーニング装置８を配置している。
【００２１】
感光ドラム１には、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性を持たせた感光層が形成され、所定のプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。感光ドラム１は、例えば、近赤外光（９６０ｎｍ）の反射率が約４０％のＯＰＣ感光体である。しかし、反射率が同程度であるアモルファスシリコン系の感光体などであっても構わない。
【００２２】
帯電装置２は、スコロトロン帯電器を用いており、コロナ放電に伴う荷電粒子を感光ドラム１に照射して、感光ドラム１の表面を一様な負極性の電位に帯電する。スコロトロン帯電器は、高圧電圧が印加されるワイヤと、アースにつながれたシールド部と、所望の電圧が印加されたグリッド部とを有する。帯電装置２のワイヤには、帯電バイアス電源（不図示）から、所定の帯電バイアスが印加される。帯電装置２のグリッド部には、グリッドバイアス電源（不図示）から、所定のグリッドバイアスが印加される。ワイヤに印加される電圧にも依存するが、感光ドラム１は、ほぼグリッド部に印加された電圧に帯電する。
【００２３】
露光装置３は、レーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１の表面に画像の静電像を書き込む。電位検出手段の一例である電位センサ５は、露光装置３が感光ドラム１に形成した静電像の電位を検出可能である。現像装置４は、感光ドラム１の静電像にトナーを付着させてトナー像に現像する。
【００２４】
一次転写ローラ７は、中間転写ベルト６の内側面を押圧して、感光ドラム１と中間転写ベルト６との間に一次転写部Ｔ１を形成する。正極性の直流電圧が一次転写ローラ７に印加されることによって、感光ドラム１に担持された負極性のトナー像が、一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト６へ一次転写される。
【００２５】
クリーニング装置８は、感光ドラム１にクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト６へ転写されずに感光ドラム１に残った転写残トナーを回収する。
【００２６】
ベルトクリーニング装置６８は、中間転写ベルト６にクリーニングブレードを摺擦させて、記録材Ｐへ転写されずに二次転写部Ｔ２を通過して中間転写ベルト６に残った転写残トナーを回収する。
【００２７】
画像形成装置１００には、操作部２０が設けられている。また、本実施形態に係る画像形成装置１００は、画像読取部Ａとプリンタ部Ｂとを有する。操作部２０は、表示器２１８を有している。操作部２０は、画像読取部ＡのＣＰＵ２１４及び画像形成装置１００の制御部１１０に接続されている。使用者が、操作部２０を通じて画像の種類や枚数等の諸条件を入力することができる。プリンタ部Ｂは、入力された条件に応じて画像形成を行う。
【００２８】
［画像読取部］
図２は、画像読取部Ａが有するリーダ画像処理部１０８における信号処理のブロック図である。図３は、リーダ画像処理部１０８における各制御信号のタイミングの説明図である。
【００２９】
図１に示すように、画像読取部（リーダ部）Ａは、原稿台ガラス１０２上に載置された原稿Ｇの下向き面（原稿台ガラス１０２側）の画像を読み取る。原稿Ｇの画像は、光源１０３に照明されて、光学系１０４を介してＣＣＤセンサ１０５に結像される。ＣＣＤセンサ１０５は、３列に配列されたレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）のＣＣＤラインセンサ群により、ＲＧＢの各色成分信号を生成する。光源１０３、光学系１０４及びＣＣＤセンサ１０５を含む読み取り光学系ユニットは、矢印Ｒ１０３方向に移動することにより、原稿Ｇの画像を読み取り、ライン毎の電気信号データ列に変換する。
【００３０】
原稿台ガラス１０２上には、原稿Ｇを突き当てて位置決める突き当て部材１０７が設けられている。原稿台ガラス１０２上には、ＣＣＤセンサ１０５の白レベルを決定し、ＣＣＤセンサ１０５のスラスト方向のシェーディングを行うための基準白色板１０６が配置されている。
【００３１】
ＣＣＤセンサ１０５によって得られた画像信号は、リーダ画像処理部１０８において画像処理された後、プリンタ制御部（プリンタ画像処理部）１０９に送られて画像処理される。
【００３２】
図２に示すように、クロック発生部２１１は、１画素単位のクロック（ＣＬＯＣＫ信号）を発生する。主走査アドレスカウンタ２１２は、クロック発生部２１１のクロックの計数により１ラインの画素ごとの主走査アドレスを生成する。主走査アドレスカウンタ２１２は、ＨＳＹＮＣ信号でクリアされることにより、次の１ラインの主走査アドレスの計数を開始する。
【００３３】
デコーダ２１３は、主走査アドレスカウンタ２１２からの主走査アドレスをデコードして、シフトパルスやリセットパルス等の１ライン単位のＣＣＤ駆動信号を生成する。また、デコーダ２１３は、ＣＣＤセンサ１０５の１ライン読み取り信号における有効領域を表すＶＥ信号、ライン同期信号ＨＳＹＮＣを生成する。
【００３４】
図３に示すように、ＶＳＹＮＣ信号は、副走査方向の画像有効区間信号であり、論理“１”の区間において、画像読み取り（スキャン）を行って、順次、Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｋの出力信号を形成する。ＶＥ信号は、主走査方向の画像有効区間信号であり、論理“１”の区間において主走査開始位置のタイミングをとり、主にライン遅延のライン計数制御に用いられる。そして、ＣＬＯＣＫ信号は、画素同期信号であり、“０”→“１”の立ち上がりタイミングで１画素分の画像データを転送するのに用いられる。
【００３５】
ＣＣＤセンサ１０５から出力される画像信号は、図２に示すように、アナログ信号処理部２０１に入力される。アナログ信号処理部２０１に入力された信号は、ここでゲイン調整、オフセット調整をされた後、Ａ／Ｄコンバータ２０２で各色信号に対して８ｂｉｔのデジタル画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１に変換される。デジタル画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、シェーディング補正部２０３に入力されて、基準白色板１０６の読み取り信号を用いた色毎のシェーディング補正を施される。
【００３６】
ＣＣＤセンサ１０５の各ラインセンサは、ＲＧＢ相互に所定の距離を隔てて配置されているため、ラインディレイ回路２０４は、デジタル画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２における副走査方向の空間的ずれを補正する。具体的には、Ｂ信号に対して副走査方向で、Ｒ、Ｇの各信号を副走査方向にライン遅延させてＢ信号に合わせる。
【００３７】
入力マスキング部２０５は、ＣＣＤセンサ１０５のＲＧＢそれぞれのフィルタの分光特性で決まる読み取り色空間を、次式のようなマトリックス演算を行ってＮＴＳＣの標準色空間に変換する。
【数１】
0005875228.tif 000002
光量／画像濃度変換部（ＬＯＧ変換部）２０６は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）ＲＯＭを有し、ここに記憶されたＬＵＴを用いてＲ４、Ｇ４、Ｂ４の輝度信号が、ＭＣＹ各色の画像信号であるＭ０、Ｃ０、Ｙ０の濃度信号に変換される。ライン遅延メモリ２０７は、黒文字判定部（不図示）で、Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４信号から生成されるＵＣＲ、ＦＩＬＴＥＲ、ＳＥＮ等の判定信号までのライン遅延分だけ、Ｍ０、Ｃ０、Ｙ０の画像信号を遅延させる（Ｍ１，Ｃ１，Ｙ１）。
【００３８】
マスキング・ＵＣＲ回路２０８は、入力されたＭ１、Ｃ１、Ｙ１の三原色信号により黒（Ｋ）の信号を抽出し、更にプリンタ部Ｂでの記録色材の色濁りを補正する演算を施す。そして、マスキング・ＵＣＲ回路２０８は、Ｍ２、Ｃ２、Ｙ２、Ｋ２の信号を各読み取り動作の度に、順次、所定のビット幅（８ｂｉｔ）で出力する。
【００３９】
γ補正回路２０９は、リーダ部Ａにおいて、入力された画像信号（Ｍ２，Ｃ２，Ｙ２，Ｋ２）をプリンタ部Ｂの理想的な階調特性に合わせるために画像濃度補正を行う。γ補正回路２０９は、例えば、２５６バイトのＲＡＭ等で構成されたガンマ補正のＬＵＴ（階調補正テーブル）を用いて濃度変換を行う（Ｍ３，Ｃ３，Ｙ３，Ｋ３）。空間フィルタ処理部（出力フィルタ）２１０は、γ補正回路２０９から入力された画像信号（Ｍ３，Ｃ３，Ｙ３，Ｋ３）に対して、エッジ強調又はスムージング処理を行う。そして、空間フィルタ処理部２１０は、プリンタ制御部１０９へ、処理後の画像信号（Ｍ４，Ｃ４，Ｙ４，Ｋ４）を出力する。
【００４０】
［制御部］
図４は、画像形成部の制御系のブロック図である。図４に示すように、画像形成装置１００は、画像形成動作を統括的に制御する制御部１１０を有する。制御部１１０は、ＣＰＵ１１１とＲＡＭ１１２とＲＯＭ１１３とを有する。
【００４１】
露光装置３は、回転ミラー有するレーザースキャナを用いた。露光装置３は、レーザー出力信号に対して所望の画像濃度レベルが得られるように、レーザー光量制御回路１９０が露光出力を決定する。また、γ補正回路２０９の階調補正テーブル（ＬＵＴ）を介して生成された駆動信号に従ってパルス幅変調回路１９１により決めたパルス幅で二値のレーザー光が出力される。
【００４２】
予め求められたレーザー出力信号と画像濃度レベルとの関係から、所望の画像濃度が形成できるレーザー出力信号が、階調補正テーブル（ＬＵＴ）としてγ補正回路２０９に記憶されており、この階調補正テーブルに則ってレーザー出力信号が決定される。
【００４３】
図２に示す空間フィルタ処理部２１０で処理されたＭ４、Ｃ４、Ｙ４、Ｋ４の面順次の画像信号は、プリンタ制御部１０９に送られる。そして、露光装置３で、ＰＷＭ（パルス幅変調）を用いた二値の面積階調により濃度階調を有する画像記録が行われる。
【００４４】
つまり、プリンタ制御部１０９が有するパルス幅変調回路１９１は、入力される画素画像信号毎に、そのレベルに対応した幅（時間幅）のレーザー駆動パルスを形成して出力する。高濃度の画素画像信号に対しては、より幅の広い駆動パルスを、低濃度の画素画像信号に対しては、より幅の狭い駆動パルスを、中間濃度の画素画像信号に対しては、中間幅の駆動パルスを各々形成する。
【００４５】
パルス幅変調回路１９１から出力された二値のレーザー駆動パルスは、露光装置３の半導体レーザーに供給され、半導体レーザーを、そのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。従って、半導体レーザーは、高濃度画素に対しては、より長い時間駆動され、低濃度画素に対しては、より短い時間駆動されることになる。
【００４６】
このため、感光ドラム１に形成される静電像のドットサイズ（面積）は、画素の濃度に対応して異なる。露光装置３は、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲を露光し、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲を露光する。従って、当然のことながら、高濃度画素に対応するトナー消費量は、低濃度画素に対するそれよりも大である。
【００４７】
［現像装置］
現像装置４は、非磁性トナーに磁性キャリアを混合した二成分現像剤を使用する二成分現像方式を採用する。非磁性トナー（以下、トナー）は、スチレン系共重合樹脂をバインダとして、各色の色材を分散させたもので平均直径が５μｍである。現像装置４は、二成分現像剤を攪拌して、磁性キャリアを正極性に、トナーを負極性にそれぞれ帯電させる。
【００４８】
現像装置４は、紙面と垂直方向に延在する隔壁４６によって、現像容器４５内の空間が第１室（現像室）と第２室（攪拌室）とに区画される。第１室には、非磁性の現像スリーブ４１が配置されており、現像スリーブ４１の内側には磁界発生手段としてのマグネットが固定配置されている。
【００４９】
第１室には、第１のスクリュー４２が配置され、第１のスクリュー４２は、第１室中の現像剤を攪拌搬送する。第２室には、第２のスクリュー４３が配置され、第２のスクリュー４２は、第２室中の現像剤を攪拌しつつ第１のスクリュー４２と逆方向に搬送する。第２のスクリュー４３は、トナー搬送スクリュー３２の回転によってトナー補給槽３３から供給されたトナーを、既に現像装置４内にある現像剤に攪拌して現像剤のトナー濃度を均一化する。
【００５０】
隔壁４６には、紙面の手前側と奥側の端部において第１室と第２室とを相互に連通させる一対の現像剤通路が形成されている。第１と第２のスクリュー４２、４３の搬送力により、一対の現像剤通路を通じて現像容器４５内を現像剤が攪拌されつつ循環する。現像によってトナーが消費されてトナー濃度が低下した第１室内の現像剤が一方の現像剤通路を通じて第２室へ移動する。第２室内でトナーを補給されてトナー濃度が回復した現像剤が他方の現像剤通路を通じて第１室内へ移動する。
【００５１】
第１室内の二成分現像剤は、第１のスクリュー４２によって現像スリーブ４１へ塗布され、マグネットの磁力によって現像スリーブ４１上に穂立ち状態で担持される。現像スリーブ４１上の現像剤は、層厚規制部材（ブレード）によって層厚を規制された後に、現像スリーブ駆動手段４４により回転された現像スリーブ４１を介して対向した感光ドラム１上の現像領域へ搬送される。
【００５２】
現像スリーブ４１には、現像バイアス電源（不図示）から、負極性の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した現像バイアス電圧（振動電圧）が印加される。これにより、負極性に帯電したトナーが、相対的に現像スリーブ４１よりも正極性になった感光ドラム１の静電像へ移転して静電像が反転現像される。
【００５３】
現像剤補給装置３０は、現像装置４の上部に、補給用トナーを収容したトナー補給槽３３を配置している。トナー補給槽３３の下部には、モータ３１により回転駆動されるトナー搬送スクリュー３２が設置されている。
【００５４】
トナー搬送スクリュー３２は、トナー補給槽３３内の補給用トナーを、トナー搬送スクリュー３２が配置されたトナー搬送路を通して現像装置４内に供給する。トナー搬送スクリュー３２によるトナーの供給は、制御部１１０のＣＰＵ１１１が、モータ駆動回路（不図示）を介してモータ３１の回転を制御することにより制御される。ＣＰＵ１１１に接続されたＲＡＭ１１２には、モータ駆動回路に供給する制御データ等が記憶されている。トナー補給槽３３、モータ３１、及びトナー搬送スクリュー３２などが、現像剤補給装置３０を構成する。
【００５５】
二成分現像剤のトナー濃度を検出するため、トナー濃度検出手段として、トナー濃度センサ１４が現像装置４に組み込まれている。
【００５６】
トナー濃度センサ１４は、現像装置４内を循環する現像剤に接触させて配置される。トナー濃度センサ１４は、駆動コイルと基準コイルと検出コイルとを有しており（いずれも不図示）、現像剤の透磁率に応じた信号を出力する。駆動コイルに高周波バイアスを印加すると、現像剤のトナー濃度に応じて検出コイルの出力バイアスが変化する。検出コイルの出力バイアスを、現像剤に接触していない基準コイルの出力バイアスと比較することで、現時点での現像剤のトナー濃度が検出される。
【００５７】
制御部１１０は、トナー濃度センサ１４による検出結果を、予め定義されている換算式を使用してトナー濃度に変換する。現像装置４内の現像剤のトナー濃度Ｔ／Ｄは、本実施形態においてＣＰＵ１１１が、トナー濃度センサ１４の測定結果に基づいて以下に示す式１により求める。
Ｔ／Ｄ＝（ＳＧＮＬ値−ＳＧＮＬｉ値）／Ｒａｔｅ＋初期Ｔ／Ｄ  ・・・（式１）
ＳＧＮＬ値：トナー濃度センサの測定値
ＳＧＮＬｉ値：トナー濃度センサの初期測定値（初期値）
Ｒａｔｅ：感度
【００５８】
上記式１において、初期Ｔ／Ｄ、ＳＧＮＬｉ値は、初期設置時に測定したものを使用しており、Ｒａｔｅは、トナー濃度センサ１４の特性として、ΔＳＧＮＬのＴ／Ｄへの感度を予め測定したものである。これらの定数（初期Ｔ／Ｄ、ＳＧＮＬｉ値、Ｒａｔｅ）は、制御部１１０の記憶部（例えばＲＡＭ１１２）に記憶されている。
【００５９】
［トナー補給］
トナー補給量は、本実施形態では以下の方法で算出する。画像形成装置１００では、感光ドラム１の静電像の連続的な現像により現像装置４内の現像剤のトナー濃度が低下する。そのため、制御部１１０は、トナー補給制御を実行してトナー補給槽３３からトナーを現像装置４に補給することにより、現像剤のトナー濃度を可及的に一定に制御して、画像濃度を可及的に一定に制御する。画像形成装置１００は、感光ドラム１上の静電像を、面積階調によるデジタル方式で形成する。このため、トナー補給動作は、パッチ画像の画像濃度センサ１２による検知結果に基づいて行われるとともに、感光ドラム１上に形成される静電像の画素毎のデジタル画像信号に基づいて行われる。
【００６０】
すなわち、制御部１１０（第１制御部）は、後述するビデオカウントＡＴＲにより求めたトナー補給量Ｍｖに、後述するパッチ検ＡＴＲにより求めたトナー補給量Ｍｐを加算して、画像形成１枚当たりの補給トナー量Ｍｓｕｍを求める。本実施形態では、以下の式２に示すように、画像に応じて予測的に計算されるトナー消費量（Ｍｖ）にパッチ画像から検出した事後的なトナー不足量（Ｍｐ）を加算することで、現在の現像装置４に供給すべき補給トナー量Ｍｓｕｍを設定する。
Ｍｓｕｍ＝Ｍｖ＋（Ｍｐ／パッチ検ＡＴＲ頻度）  ・・・（式２）
Ｍｖ：ビデオカウントＡＴＲにより求まった補給トナー量
Ｍｐ：パッチ検ＡＴＲにより求まった補給トナー量
【００６１】
［ビデオカウントＡＴＲ］
ビデオカウンタ２２０から求められる画像中の画素ごとの画像信号の出力レベルから必要なトナー補給量を算出することにより、トナー濃度を制御する方式であるビデオカウントＡＴＲについて述べる。上記の式２にて用いられるビデオカウントＡＴＲにより求まったトナー補給量（基礎補給量）Ｍｖは、画像読取部（リーダ部）Ａで読み込んだ画像信号、あるいはコンピュータ等から送られてきた画像信号から求められる。これら画像信号の処理を行う回路構成は、図２のブロック図に示したとおりである。
【００６２】
図２に示すように、マスキング・ＵＣＲ回路２０８が出力するＭ２、Ｃ２、Ｙ２、Ｋ２の画像信号は、ビデオカウンタ２２０にも送られる。そして、ビデオカウンタ２２０は、画素単位の画像濃度値を積算してＣＭＹＫ各画像のビデオカウント値を算出する。
【００６３】
ビデオカウンタ２２０は、Ｍ２、Ｃ２、Ｙ２、Ｋ２の画像信号を処理して画素単位の濃度値を積算し、ＣＭＹＫ各色画像のビデオカウント値が算出される。例えば、１２８レベルのハーフトーン画像を、６００ｄｐｉで、Ａ３フルサイズ（１６．５×１１．７ｉｎｃｈ）に画像形成する場合、ビデオカウント値は、「１２８×６００×６００×１６．５×１１．７＝８８９５７４４０００」となる。
【００６４】
ビデオカウント値は、予め求められてＲＯＭ１１３に記憶されているビデオカウント値と補給トナー量との関係を示すテーブルを用いて、基礎補給量Ｍｖへと換算される。こうして、画像形成を行うごとに各画像の基礎補給量Ｍｖが算出される。
【００６５】
［パッチ検ＡＴＲ］
形成したパッチの濃度を検知することによりトナー濃度を制御する方式であるパッチ検ＡＴＲについて述べる。図５はパッチ画像の形成工程の説明図である。図６はパッチ濃度の測定工程の説明図である。図７は画像濃度とフォトセンサ出力の関係の説明図である。
【００６６】
図４の感光ドラム１に対するより詳細な動作として図５に示すように、制御部１１０は、連続画像形成における所定枚数の画像形成ごとの画像間隔にパッチ画像を形成する。連続画像形成中、出力する２４枚ごとの画像の後端と次の画像の先端とに挟まれた非画像領域（画像間隔）に、画像濃度検知用画像パターンであるパッチ画像Ｑを形成させる。従って、パッチ画像Ｑは、連続画像形成２４枚ごとの非画像領域に形成される。なお、本実施形態においては、２４枚ごととしたが、これに限定するものではない。
【００６７】
制御部１１０は、露光装置３を制御してパッチ画像の静電像である「パッチ静電像」を感光ドラム１に書き込み、現像装置４により現像してパッチ画像Ｑを形成する。制御部１１０は、パッチ検ＡＴＲの濃度制御を実行して、画像濃度センサ１２によるパッチ画像Ｑの検知結果に基づいて、パッチ画像Ｑの画像濃度が基準濃度に収束するようにトナー補給制御を行う。
【００６８】
プリンタ制御部１０９には、予め定められた画像濃度に対応した信号レベルのパッチ画像信号を発生するパッチ画像信号発生回路（パターンジェネレータ）１９２が設けられている。パターンジェネレータ１９２からのパッチ画像信号を、パルス幅変調回路１９１に供給し、上記の予め定められた濃度に対するパルス幅を有するレーザー駆動パルスを発生させる。この発生されたレーザー駆動パルスを、露光装置３の半導体レーザーに供給し、半導体レーザーをそのパルス幅に対応する時間だけ発光させて、感光ドラム１を走査露光する。これによって、上記の予め定められた濃度に対するパッチ静電像が、感光ドラム１に形成される。このパッチ静電像は、現像装置４により現像される。
【００６９】
現像装置４の下流側で感光ドラム１に対向させて、パッチ画像Ｑの画像濃度を検出するための画像濃度センサ（パッチ検ＡＴＲセンサ）１２が配置されている。画像濃度センサ１２は、ＬＥＤ等の発光素子を有する発光部１２ａと、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を備える受光部１２ｂとを有し、受光部１２ｂが感光ドラム１からの正反射光のみを検出するよう構成されている。
【００７０】
画像濃度センサ１２は、画像間のパッチ画像Ｑが画像濃度センサ１２の下を通過するタイミングで、感光ドラム１からの反射光量を測定する。この測定結果に係る信号は、ＣＰＵ１１１に入力される。
【００７１】
図６に示すように、画像濃度センサ１２に入力される感光ドラム１からの反射光（近赤外光）は電気信号に変換される。画像濃度センサ１２により出力された０〜５Ｖのアナログ電気信号は、制御部１１０に設けられたＡ／Ｄ変換回路１１４により、８ビットのデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号は、制御部１１０に設けられる濃度変換回路１１５によって濃度情報に変換される。
【００７２】
図７に示すように、感光ドラム１上に形成したパッチ画像Ｑの画像濃度が面積階調により段階的に変化した際、形成されたパッチ画像Ｑの濃度に応じて画像濃度センサ１２の出力（アナログ電気信号）が変化する。ここでは、トナーが感光ドラム１に付着していない状態の画像濃度センサ１２の出力は５Ｖであって、２５５レベルとする。
【００７３】
感光ドラム１に形成される画像パッチＱにおけるトナーによる面積被覆率が大きくなり、画像濃度が大きくなるに従い、画像濃度センサ１２の出力が小さくなる。このような画像濃度センサ１２の特性に基づき、画像濃度センサ１２の出力から各色の濃度信号に変換する各色専用のテーブル１１５ａを予め用意する。テーブル１１５ａは、濃度変換回路１１５の記憶部に記憶されている。これにより、濃度変換回路１１５は、各色とも、精度よくパッチ画像濃度を読み取ることができる。濃度変換回路１１５は、濃度情報をＣＰＵ１１１へと出力する。
【００７４】
画像濃度センサ１２はｌｏｇ関数の特性を有しており、画像濃度が高くなるほど検知結果（画像濃度センサ１２の出力）の変化が少なくなる。結果として、検知精度が低い。そのため、２ライン１スペースのパターンを使用することで面積階調を下げてパッチ画像濃度を下げている。感光ドラム１に露光されるパッチ静電像としては、６００ｄｐｉの解像度で、副走査方向に２ライン１スペースの画像とした。
【００７５】
図４に示すように、上述した式２のパッチ検ＡＴＲによる補給トナー量Ｍｐは、初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度の検知値を基準として、その基準値と測定結果との差分ΔＤから求まる。例えば、現像装置４内のトナーが基準値より１ｇ（基準量）分ずれた時のパッチ画像Ｑの濃度の測定結果の変化量ΔＤｒａｔｅを予め求めて記憶部（ＲＯＭ１１３等）に記憶しておく。本実施形態において、ＣＰＵ１１１は、式３を用いてパッチ検ＡＴＲによる補給トナー量Ｍｐを計算する。
Ｍｐ＝ΔＤ／ΔＤｒａｔｅ  ・・・（式３）
【００７６】
ここで、補給トナー量Ｍｐ分のトナー補給は、急激な色味変動を回避するために、パッチ検ＡＴＲの実行間隔内でなるべく平均して処理することが望ましい。つまり、補給すべきトナーを急に補給するのではなく、実行間隔内で段階的に補給することが望ましい。パッチ検ＡＴＲの実行後、求めた補給トナー量Ｍｐを１枚目の画像形成時にまとめて補給すると、大幅なトナー補給制御が行われ、オーバーシュートが起こる可能性がある。そのため、式３では、補給トナー量Ｍｐをパッチ検ＡＴＲの実行頻度で除して補給トナー量Ｍｐをパッチ検ＡＴＲの実行間隔で均等に分割して処理している。
【００７７】
以上のようにして、制御部１１０のＣＰＵ１１１は、式２により補給トナー量Ｍｓｕｍを求める。そして、モータ３１を制御してトナー搬送スクリュー３２を作動させることにより、トナー補給槽３３から現像容器４５へ補給トナー量Ｍｓｕｍのトナーを補給する。
【００７８】
［トナー帯電量］
次に現在のトナー帯電量の求め方を説明する。図４のブロック図、図８のフロー図を用いて説明する。トナー帯電量は、制御部１１０により算出される。制御部１１０は、各信号による計算を行うための作業バッファ用のＲＡＭ１１２、演算を行うためのＣＰＵ１１１、演算に必要なテーブルを含むＲＯＭ１１３で構成される。
【００７９】
本実施形態において、トナー帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）の算出は、常に、１分おきに計算を行う。画像形成装置１００が電源オフ時には、その後オンした時にまとめて回数分行う。例えば、１時間後であれば、６０回の計算をＳ１〜Ｓ８まですべて行う。
【００８０】
まず、Ｓ１として、制御部１１０は、ｎ枚目のトナー帯電量Ｑ／Ｍの算出を行う際に、ｎ−１枚目のトナー帯電量Ｑ／Ｍの算出が行われた時点から、１分間の各種データを取得する。ここでの各種情報とは、以下に示すものが挙げられる。第一に、ビデオカウンタ２２０より１分間のビデオカウントの積算値を取得する。ビデオカウント値は値が非常に大きいため、便宜上、２＾２４で割った値を使用する（ここでＸ＾Ｙは、ＸのＹ乗を示す）。ここで求めた値をビデオカウントＶとする。第二に、１分間中の現像スリーブ４１の駆動時間Ｔｄ（ｓｅｃ）を現像スリーブ駆動手段４４から取得する。第三に、１分間中の現像スリーブ４１の停止時間Ｔｓ（ｓｅｃ）を算出する。停止時間Ｔｓは、６０秒間から駆動時間Ｔｄ（ｓｅｃ）を引いた値である。第四に、トナー濃度センサ１４よりトナー濃度ＴＤｒａｔｅ（％）を取得する。第五に、画像形成装置１００内部に取り付けられた温湿度センサ（不図示）より検知された画像形成装置１００内の絶対水分量Ｈ（ｇ／ｋｇ）を取得する。第六に、現像剤を交換後からの現像スリーブ４１の駆動時間Ｔｄ（ｓｅｃ）の積算値であるスリーブ駆動積算時間Ｔｔ（ｍｉｎ）を現像スリーブ駆動手段４４から取得する。
【００８１】
次に、Ｓ２として、画像比率Ｄ（％）を算出する。以下の式４から算出される。
画像比率Ｄ＝Ｖ／Ｔｄ×０．１６２  ・・・（式４）
Ｖ：ビデオカウント値
Ｔｄ：駆動時間
【００８２】
画像比率Ｄはスリーブの駆動時間に対して、どれだけの画像を形成したかを示している。式４中に用いられている係数“０．１６２”は、画像形成装置ごとに最適化されるべきものであるが、１分間にＡ４サイズが７０枚出力される画像形成装置に最適化する場合を想定して、本実施形態では係数として“０．１６２”を用いて算出している。最適化することで、１枚ごとの画像比率の平均値と本値は同じになるようにしている。なお、他の用紙サイズを用いることが多い場合などを想定して、他の値を用いても構わない。
【００８３】
次に、Ｓ３として、収束Ｑ／Ｍ１を算出する。収束Ｑ／Ｍ１は、画像比率Ｄから、図９の関係を用いて算出する。この収束Ｑ／Ｍ１は、画像比率Ｄ（％）で永遠（時間が無限大）に画像形成した際に収束するトナー帯電量の値を意味している。次に、Ｓ４として、収束Ｑ／Ｍ２（μＣ／ｇ）を以下の式５から算出する。
収束Ｑ／Ｍ２＝収束Ｑ／Ｍ１×（−０．１×ＴＤｒａｔｅ＋１．８）  ・・・（式５）
【００８４】
トナー帯電量Ｑ／Ｍはトナー濃度によっても異なるため、ここではトナー濃度で補正している。この式５として示す関係式は現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではない。一般的に、トナー濃度が上がると、Ｑ／Ｍは低くなり、トナー濃度が下がると、Ｑ／Ｍは高くなる傾向がある。この特性を考慮して他の関係式を定義しても良い。
【００８５】
次に、Ｓ５として、収束Ｑ／Ｍ３（μＣ／ｇ）を以下の式６から算出する。
収束Ｑ／Ｍ３＝収束Ｑ／Ｍ２＋５−０．５×Ｈ  ・・・（式６）
【００８６】
トナー帯電量Ｑ／Ｍは環境によっても異なるため、ここでは絶対水分量で補正している。この式６として示す関係式は現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではない。一般的に、絶対水分量が上がると、Ｑ／Ｍは低くなり、絶対水分量が下がると、Ｑ／Ｍは高くなる傾向がある。この特性を考慮して他の関係式を定義しても良い。
【００８７】
次に、Ｓ６として、収束Ｑ／Ｍ４（μＣ／ｇ）を以下の式７から算出する。
収束Ｑ／Ｍ４＝収束Ｑ／Ｍ３×（−０．００００２１×Ｔｔ＋１）  ・・・（式７）
【００８８】
トナー帯電量Ｑ／Ｍは現像剤の劣化度合いによっても異なるため、ここではスリーブ駆動積算時間で補正している。この式７として関係式も現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではない。本実施形態では、上記式７を最適な式の一例として用いる。
【００８９】
次に、Ｓ７として、仮Ｑ／Ｍ（ｎ分）を以下の式８から算出する。
仮Ｑ／Ｍ（ｎ分）＝α×（収束Ｑ／Ｍ４−Ｑ／Ｍ（ｎ−１分））×Ｔｄ／６０＋Ｑ／Ｍ（ｎ−１分）
α＝０．０１  ・・・（式８）
【００９０】
この式８は、１分間でのスリーブ駆動中におけるトナー帯電量の変化を漸化式で表したものである。トナー帯電量Ｑ／Ｍが徐々に収束する現象を式として定義している。なお、係数αは現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式８に限定されるものではない。本実施形態では、上記αの値を最適な値の一例として用いる。
【００９１】
次に、Ｓ８として、Ｑ／Ｍ（ｎ分）を以下の式９から算出する。この式９により、この時点でのトナー帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）が算出される。
Ｑ／Ｍ（ｎ分）＝−β×Ｔｓ／６０×仮Ｑ／Ｍ（ｎ分）＋仮Ｑ／Ｍ（ｎ分）
β＝０．００１  ・・・（式９）
【００９２】
この式９は、１分間でのスリーブ停止中におけるトナー帯電量の変化を漸化式で表したものである。２成分現像剤におけるトナー帯電量が徐々に放電されて、“０”に近づいていく現象を式として定義している。なお、係数βは現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではない。本実施形態では、上記式９にて用いられている係数βの値を最適な値の一例として用いる。
【００９３】
上述のように、このフローを１分毎に行うことで、１分毎にトナー帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）を算出することが可能である。
【００９４】
なお、本実施形態においては、図８に示す処理フローを実施する周期として１分毎に行っているが、これに限定するものではない。例えば、処理の負荷を考慮してより長い周期で１回としても良い。また、トナーの特性を考慮して、実行周期を設定しても構わない。
【００９５】
［現像効率］
図１０に、感光ドラム１の電位の模式図を示す。電位は絶対値で示している。図１０は、前述した帯電、露光、現像のプロセスを経た直後を示している。図１０中で、Ｖｄは、暗部電位（露光されていない部分の電位）を示している。Ｖｄｃは前述したように、現像スリーブ４１に印加された負極性の直流電圧である。Ｖｌは、明部電位（露光された部分の電位）であり、ここの部分にトナーが現像工程により現像される。
【００９６】
ＶｌとＶｄｃとの電位差によりトナーは感光ドラム１に移動するが、現像されるとトナーの電荷によりＶｌ部分の電位は上昇し最終的にはＶｄｃに達する。現像後のトナー層の電位をＶｔｏｎｅｒとする。ＶｔｏｎｅｒがＶｄｃに達すると電位差がなくなるため、現像は終了する。なお、図１０中に示す図形「○」はトナーを示しており、図形「○」の大きさはトナー帯電量を、数は感光ドラム１上に現像されたトナーの数を模式的に示している。ここで現像効率は、以下の式１０で示す。
現像効率＝（Ｖｔｏｎｅｒ−Ｖｌ）／（Ｖｄｃ−Ｖｌ）×１００（％）・・・（式１０）
【００９７】
通常では、上述のように、Ｖｔｏｎｅｒ≒Ｖｄｃのため、現像効率はおおよそ１００％となる。Ｑ／Ｍアップ時、すなわち、２成分現像剤におけるトナー帯電量が上昇したような場合にも、図１０に示しているように、Ｖｔｏｎｅｒ≒Ｖｄｃが満たされていれば、やはり現像効率はおおよそ１００％となる。しかし、トナー帯電量が大きい分、すなわち、図１０中に示す図形「○」の大きさが大きい分、現像できるトナー量は減少する。そのため、現像効率が一定であれば現像後のトナー量とトナー帯電量の関係には反比例が成り立つ。
【００９８】
一方、現像性ダウン時には、ＶｔｏｎｅｒがＶｄｃに達する前に現像工程が終了してしまうことで起こる。ＶｔｏｎｅｒがＶｄｃよりも低いために、式１０で示される現像効率は１００％未満となる。この状態では現像効率の値を加味しなければトナー量からトナー帯電量を求めることが出来ない。
【００９９】
感光ドラム１の電位をコンデンサモデルと考え、トナーの総電荷量をＱ、トナーの静電容量をＣとすると、トナーの静電容量が電位を上げているため、電位差として以下の式１１が成り立つ。
Ｖｔｏｎｅｒ−Ｖｌ＝Ｑ／Ｃ  ・・・（式１１）
【０１００】
また、静電容量Ｃはトナーの種類によって一義に決まるため、現像性のダウン時か否かに関わらず、以下の式１２が成り立つ。
Ｑ／（Ｖｔｏｎｅｒ−Ｖｌ）＝一定  ・・・（式１２）
【０１０１】
さらに、現像剤がある状態のトナーの総電荷量をＱ’、トナー層電位をＶｔｏｎｅｒ’、明部電位をＶｌ’とすると、以下の式１３が成り立つ。
Ｑ／（Ｖｔｏｎｅｒ−Ｖｌ）＝Ｑ’／（Ｖｔｏｎｅｒ’−Ｖｌ’）・・・（式１３）
【０１０２】
また、現像剤がある状態での現像効率がα（％）とすると、以下の式１４が成り立つ。
（Ｖｔｏｎｅｒ’−Ｖｌ’）／（Ｖｄｃ−Ｖｌ）＝α  ・・・（式１４）
【０１０３】
よって、上記式１３と式１４より、以下の式１５が導かれる。
現像効率＝（Ｖｔｏｎｅｒ−Ｖｌ）／（Ｖｄｃ−Ｖｌ）×１００（％）
＝Ｑ／Ｑ’×α（％）  ・・・（式１５）
【０１０４】
以上により、トナー総電荷量の比で現像効率は算出できる。
【０１０５】
本実施形態では、現像剤が劣化していない初期の状態での現像効率を１００％とし、初期からの比で現像効率を算出している。
【０１０６】
［画像形成処理］
図１１に、画像形成に係る処理フローを示す。また、画像形成処理において、前述のトナー帯電量算出値をオブザーバー補正する処理を含む。なお、本実施形態において、本処理は制御部１１０にて各種処理が制御されるものとする。
【０１０７】
画像形成スタート後、Ｓ１１にて、制御部１１０は、画像形成を行う。Ｓ１２にて、制御部１１０は、図８を用いて述べたように１分ごとにトナー帯電量算出を行う。次に、Ｓ１３にて、制御部１１０は、先述したパッチ検ＡＴＲのタイミング（２４枚ごと）かどうかを判定する。パッチ検ＡＴＲタイミングであれば（Ｓ１３にてＹＥＳ）、Ｓ１４で、現像設定変更を行う。
【０１０８】
具体的には、本実施形態では、現像バイアスの高圧成分の振幅のピークトウピークを１．７５ｋＶから２．０ｋＶへ上げた後、Ｓ１５にて、制御部１１０は、パッチＱ形成を行う。パッチ検ＡＴＲでは、トナー補給量を制御するが、本制御では、パッチＱの検知結果を使用してトナー帯電量の補正も行う。従って、パッチ検ＡＴＲでは、トナー補給量とトナー帯電量の両方の補正を行う。トナー帯電量の補正では、パッチ画像Ｑの濃度の絶対値を使用する。画像形成装置１００では、この補正に関して、以下の式１６が成り立つ。また、式１６におけるトナー帯電量とパッチＱ濃度との関係を図１２に示す。
トナー帯電量（μＣ／ｇ）＝２０／パッチ画像Ｑ濃度・・・（式１６）
【０１０９】
この式１６に基づき、パッチＱ濃度からトナー帯電量を算出する。つまり、式９で算出されたＱ／Ｍ（ｎ分）を、式１６により算出されたトナー帯電量を用いて補正する。そして、Ｓ１６にてトナー帯電量の補正を行う。本実施形態では、以下の式１７に基づいてＱ／Ｍ（ｎ分）の補正を行っている。
補正後のＱ／Ｍ＝（（式９から算出のＱ／Ｍ）＋（パッチＱ濃度（式１６）から算出のＱ／Ｍ））／２  ・・・（式１７）
【０１１０】
この補正後のＱ／Ｍを以降の制御に使用する。式８で用いたＱ／Ｍ（ｎ−１分）も式１７により導かれる補正後のＱ／Ｍの値を使用する。
【０１１１】
次に、Ｓ１７において、制御部１１０は、Ｓ１４にて変更した現像バイアスの高圧成分の振幅のピークトウピークを１．７５ｋＶに戻す。このようにして、適正なトナー帯電量が算出できる。そして、Ｓ１８にて画像形成が終了している場合には（Ｓ１８にてＹＥＳ）、本処理フローを終了する。また、パッチ形成タイミングでない場合（Ｓ１３にてＮＯ）もしくは画像形成が終了していない場合（Ｓ１８にてＮＯ）には、Ｓ１１に戻り処理を継続する。
【０１１２】
［現像設定］
本実施形態では、現像バイアスの高圧成分の振幅のピークトウピークを１．７５ｋＶから２．０ｋＶへ上げたが、その限りである必要はない。現像効率が略１００％の状態にすることが重要である。この状態により、パッチＱの濃度から適切にトナー帯電量を算出できる。本実施形態での現像バイアスの高圧成分の振幅のピークトウピークと現像効率との関係を図１３に示す。
【０１１３】
図１３から分かるように現像効率１００％は１．９ｋＶ以上である。よって、１．９ｋＶ以上に設定するのが望ましい。なお、ここで示した関係は、画像比率０％において３００００枚通紙後を条件として求めている。トナーには外添剤が添加されており、その微粒子により、トナー同士やトナーとキャリアの接触面積を少なくしてお互いの付着力を下げている。しかしながら、トナー補給がされない低い画像比率で連続通紙すると、外添剤がトナーから遊離またはトナーに埋め込まれてしまう。そのような状態では、トナー同士やキャリアとの接触面積が大きくなりトナーとキャリアの接触力が増し、分離しにくくなる。したがって現像性が低下する。このような状態でも現像効率が１００％を維持できる現像設定にするのが望ましい。
【０１１４】
一方で、常に、現像バイアスの高圧成分の振幅のピークトウピークを高くできないのは、振幅が大きすぎると、トナーと比較して抵抗の低いキャリアを通して、現像スリーブ４１から感光ドラム１へ微小リークが発生し、画像欠陥が生じる場合があるからである。そのようなリークは画像欠陥としてユーザには認識されるが、パッチＱの濃度を検知する程度には影響がない。
【０１１５】
［レーザー光量補正］
次に、レーザー光量補正の説明を行う。制御系のブロック図としては図４を用いて説明する。先述のように適宜求められたトナー帯電量に基づき、レーザー光量制御回路１９０を制御部１１０により制御することで、レーザー光量を制御する。具体的には、電源オン直後に算出されたトナー帯電量を基準に差分で制御する。図１４にトナー帯電量からレーザー光量を求める関係を示す。電源オン後に求まったトナー帯電量から図１４のレーザー光量を求める。そのレーザー光量値を基準として制御する。
【０１１６】
例えば、図１４に示すように、電源オン後のトナー帯電量２５（μＣ／ｇ）であれば、基準のレーザー光量は、７５ｍＷとなる。あるタイミングで求まったトナー帯電量が２０（μｃ／ｇ）であれば、レーザー光量は１２５ｍＷとなる。このとき、基準との差分は、５０ｍＷとなる。従って、トナー帯電量によるレーザー光量の補正値は、５０ｍＷとなる。電源オン後には、既知の制御のため詳述しないが、本実施形態では、絶対水分量に基づきレーザー光量を求めている。そして、レーザー光量を本制御により補正する。
【０１１７】
図１５に、現像設定を変更したパッチＱを使用して補正したトナー帯電量に基づきレーザー光量を制御した場合と、現像設定を変更せずにパッチＱを使用して補正したトナー帯電量に基づきレーザー光量を制御した場合と、パッチＱを使用せずにトナー帯電量を予測制御した場合の結果を示す。なお、図１５に示す結果は、Ａ４サイズで、画像比率５％の画像を連続５０００枚通紙した際の濃度推移である。
【０１１８】
現像設定を変更したパッチＱを使用して補正したトナー帯電量に基づきレーザー光量を制御した場合が、濃度１．６前後にて安定している。また、パッチＱを使用せずにトナー帯電量を予測した場合には、５０００枚通紙した時点で通紙開始から最も濃度の値が低下している。
【０１１９】
図１５に示されるように、本実施形態による現像設定を変更したパッチＱを使用して補正したトナー帯電量に基づきレーザー光量を制御することで良好な濃度推移が確保できる。
【０１２０】
＜第二実施形態＞
本実施形態では、現像設定を変更したパッチＱを形成する際に、現像バイアスのピークトウピークを変更せずに現像スリーブ４１の回転スピードを変更する。それ以外は、第一実施形態と同様である。図１６に、現像スリーブ４１のスピードと現像効率との関係を示す。図１６では、現像スリーブ４１のスピードは対向している感光ドラム１との線速度の比により示している。
【０１２１】
通常の画像形成では、トナーの劣化を抑制するように現像スリーブ４１のスピードは低めにしており、１３０％とする。しかしながら、パッチＱ形成時は、先述のように現像効率が略１００％であることが重要であるため、１７５％に設定する。
【０１２２】
このように現像設定を変更したパッチＱを使用して補正したトナー帯電量に基づきレーザー光量を制御した場合と、現像設定を変更せずにパッチＱを使用して補正したトナー帯電量に基づきレーザー光量を制御した場合の結果を図１７に示す。図１７に示す結果は、Ａ４サイズで、画像比率５％の画像を連続５０００枚通紙した際の濃度推移である。もちろん、他のサイズや画面比率に基づいた値を用いても構わない。
【０１２３】
図１７に示すように、本実施形態による現像スリーブ４１のスピードを制御することでも良好な濃度推移が確保できる。
【図１】
0005875228.tif 000003
【図２】
0005875228.tif 000004
【図３】
0005875228.tif 000005
【図４】
0005875228.tif 000006
【図５】
0005875228.tif 000007
【図６】
0005875228.tif 000008
【図７】
0005875228.tif 000009
【図８】
0005875228.tif 000010
【図９】
0005875228.tif 000011
【図１０】
0005875228.tif 000012
【図１１】
0005875228.tif 000013
【図１２】
0005875228.tif 000014
【図１３】
0005875228.tif 000015
【図１４】
0005875228.tif 000016
【図１５】
0005875228.tif 000017
【図１６】
0005875228.tif 000018
【図１７】
0005875228.tif 000019