(57)【要約】【課題】  現像器交換時のトナー濃度目標値のズレを抑え、安定した画質の画像形成装置を提供する。【解決手段】  現像ユニットを交換した直後から現像剤が安定するまではトナー濃度検知センサの値が変動し、これを目標値としてトナー濃度を制御すれば、実際のトナー濃度も変動し、所望の画像濃度が維持できない。図３（a）に示すように、一定時間の経過あるいは一定枚数のプリント処理まではトナー濃度検知センサ２０にて検出されたトナー濃度は制御には用いない。これに換えて、例えば処理したプリントの画像密度よって算出された、消費トナー量のトナーをトナーボックス２４から現像器１２に補充する。一定時間の経過あるいは一定枚数のプリント処理後トナー濃度検知センサ２０にてトナー濃度を測定し、その値を濃度コントロールの目標値に設定することにより（図３（ｂ））、所望のトナー濃度でコントロール目標値が設定可能となり、以降濃度安定性が良好な画質を維持できる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された静電潜像を、収容されたトナーとキャリアを含有する現像剤を用いて現像する現像器と、
前記現像器内で使用中の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検知センサと、
前記現像器にトナーを補充するトナーカートリッジと、
を備え、
前記現像剤のトナー濃度検知センサの出力値に応じて前記現像器内の前記現像剤におけるトナー濃度を制御する画像形成装置であって、
前記現像器の装着から一定時間経過するか、または所定量の画像を出力するまでは消費されたトナー量のみを前記トナーカートリッジから補充し、
前記現像器の装着から一定時間経過するか、または所定量の画像を出力した後に前記現像剤のトナー濃度検知センサの出力値を目標値として設定し、前記目標値による前記現像器内の前記現像剤におけるトナー濃度制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記消費されたトナー量の算出は出力画像の画像密度に応じて行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記消費されたトナー量が前記トナーカートリッジからの補充能力を越える場合は前記トナー濃度検知センサ出力値にトナー濃度低下の補正を行なった後、目標値として設定することを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記消費されたトナー量が前記トナーカートリッジからの補充能力を越える場合は処理速度を低下させることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トナーカートリッジから前記現像器へのトナー補充量は環境温度、湿度およびトナー物性や特性に応じて補正されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像器の装着から一定時間経過するか、または所定量の画像を出力したのち、前記トナー濃度検知センサにて前記現像剤のトナー濃度を測定する際の環境温度、湿度および前記現像器の使用開始からの経過時間によって前記目標値を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、特に像担持体上に形成された静電潜像を、収容されたトナーとキャリアを含有する現像剤を用いて現像することにより画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
乾式複写機等の画像形成装置においては、キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を用いて感光体ドラム表面の静電潜像を現像する現像装置が多用されている。このような画像形成装置においては、現像装置内のトナー濃度を検知するセンサ（透磁率センサ等）によって二成分現像剤のトナー濃度（キャリアに対するトナーの比率）を検出し、この検出値に基づいてトナーを補給することによりトナー濃度が一定に保たれるように制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記のトナー・キャリアを混合・撹拌し感光体ドラム表面の画像を現像する部分は消耗が激しいため、感光体ドラム等と一体化されたユニットとしてエンドユーザーまたはサービスエンジニアによって交換可能に構成されていることが多い。
【０００４】
このとき現像器のトナー濃度の目標値をスタート（仕込み）現像剤、すなわち新規に交換される現像器に予めセットされた現像剤で実施する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方式はトナー濃度検知センサ等の部品のばらつきがある場合でも、トナー濃度が管理されているスタート現像剤を目標にトナー濃度をコントロールできるので、ある程度ばらつきを抑える効果がある。
【０００５】
しかしながら新しい現像剤で、トナー濃度検知センサの出力値が安定するまでには、ある程度の攪拌時間が必要であり（図５（a））、交換した新しいユニットでこの動作を実施すると、ユニット交換後の待ち時間が長くなり装置全体の生産性を低下させてしまう。またスタート現像剤と安定時の現像剤では同一のトナー濃度においてトナー濃度検知センサの出力値が異なることが実験的に確認されており、トナー濃度のコントロール目標値はユニット交換からある時間経過後の、安定時に測定することが望ましい。
【０００６】
すなわち図５に示すように、ユニット交換後現像剤が安定する前のトナー濃度検知センサの出力値をコントロール目標値に設定してしまうと(図５（b）)、その目標値になるようにトナー濃度が上昇し（図５（c））、本来所望としているトナー濃度でコントロールされず、結果的に画像濃度が高い状態で安定してしまう(図５（d）)。
【０００７】
これに対してユニット交換後の初期段階にトナー濃度検知センサ出力値が安定した時を予測して補正し、トナー濃度コントロール目標値を設定する方法も考えられるが、現像剤特性のばらつき等を予測することは現実的には困難である。
【０００８】
そこでスタート現像剤のトナー濃度は真値であることを前提とし、トナー濃度センサの出力値が安定するまでの期間は、画像形成により消費したトナー量をトナーカートリッジから補充する。一定期間経過後、濃度センサの出力値が安定した時にトナー濃度センサの出力値を読み、その値をトナー濃度のコントロール目標値に設定することにより、ユニット交換後から正確なトナー濃度が維持でき、結果的に所望のトナー濃度及び画質濃度で濃度コントロールが可能となる。
【特許文献１】特開平０１−０３５５７９号公報
【特許文献２】特開昭５７−０９３３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事実を考慮し、現像器交換時のトナー濃度目標値のズレを抑え、安定した画質の画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の画像形成装置は、像担持体上に形成された静電潜像を、収容されたトナーとキャリアを含有する現像剤を用いて現像する現像器と、前記現像器内で使用中の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検知センサと、前記現像器にトナーを補充するトナーカートリッジと、を備え、前記現像剤のトナー濃度検知センサの出力値に応じて前記現像器内の前記現像剤におけるトナー濃度を制御する画像形成装置であって、前記現像器の装着から一定時間経過するか、または所定量の画像を出力するまでは消費されたトナー量のみを前記トナーカートリッジから補充し、前記現像器の装着から一定時間経過するか、または所定量の画像を出力した後に前記現像剤のトナー濃度検知センサの出力値を目標値として設定し、前記目標値による前記現像器内の前記現像剤におけるトナー濃度制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
上記構成の発明では、現像器交換時はトナー濃度検知センサによるトナー濃度制御を行わず、現像器内の現像剤が安定するまでは画像形成によって消費されたトナー量を補充することでトナー濃度の初期値を維持し、現像器内の現像剤が安定したのちトナー濃度検知センサによるトナー濃度制御を行うことで、現像器交換後の画像濃度上昇を防ぐことができる。
【００１２】
請求項２に記載の画像形成装置は、前記消費されたトナー量の算出は出力画像の画像密度に応じて行うことを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、消費されたトナー量の算出は出力画像の画像密度に応じて行うことで正確に消費トナー量を算出できる。
【００１４】
請求項３に記載の画像形成装置は、前記消費されたトナー量が前記トナーカートリッジからの補充能力を越える場合は前記トナー濃度検知センサ出力値にトナー濃度低下の補正を行なった後、目標値として設定することを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、トナー補充能力を超えるトナー消費に対しては、スタート現像剤からのトナー濃度低下分の補正を行ないトナー濃度設定目標値と設定することで、正確な目標値設定が可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の画像形成装置は、前記消費されたトナー量が前記トナーカートリッジからの補充能力を越える場合は処理速度を低下させることを特徴とする。
【００１７】
上記構成の発明では、トナー補充能力を超えるトナー消費に対しては画像形成装置の処理速度を低下させることでスタート現像剤のトナー濃度を維持し、その後トナー濃度検知センサによりトナー濃度目標値を設定することで、正確な目標値設定が可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の画像形成装置は、前記トナーカートリッジから前記現像器へのトナー補充量は環境温度、湿度およびトナー物性や特性に応じて補正されることを特徴とする。
【００１９】
上記構成の発明では、トナー補充量は環境温度、湿度およびトナー粒度等トナー物性や特性に応じて補正することで、スタート現像剤のトナー濃度をより正確に維持できる。
【００２０】
請求項６に記載の画像形成装置は、前記現像器の装着から一定時間経過するか、または所定量の画像を出力したのち、前記トナー濃度検知センサにて前記現像剤のトナー濃度を測定する際の環境温度、湿度および前記現像器の使用開始からの経過時間によって前記目標値を補正することを特徴とする。
【００２１】
上記構成の発明では、現像器内の現像剤が安定したのちトナー濃度検知センサによるトナー濃度目標値設定を行う際に環境温度、湿度および現像器の使用開始からの経過時間によって目標値を補正することで、より正確なトナー濃度目標値の設定が行える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は上記構成としたので、現像器交換時のトナー濃度目標値のズレを抑え、安定した画質の画像形成装置とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜装置の構成＞
図１には本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の構成が示されている。
【００２４】
図１に示すように、画像形成装置１０は、帯電器で感光体ドラム表面を帯電した後、レーザ光線の照射により静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー及びキャリアを含有する二成分現像剤により現像する現像器を備えた電子写真方式の画像形成装置である。
【００２５】
具体的には、画像形成装置１０は図示しないＰＣ等から送られた画像データを予め帯電した感光体ドラム２６上にレーザ光などで書込み、潜像を形成するＲＯＳ（画像書込装置）３０、感光体ドラム２６上の潜像にトナーを転写しトナー像として現像する現像器１２と、感光体ドラム２６に用紙Ｐを押圧し感光体ドラム２６上のトナー像を用紙Ｐに転写させる転写ローラ２８と、用紙Ｐに転写されたトナー像を加熱および加圧することにより用紙上に定着させる定着器２９とを備えている。
【００２６】
現像器１２は、現像ロール１８が感光体ドラム２６に供給する現像剤量を規制する現像剤規制部材２２とを備えている。また、現像器１２にはパイプ２３を経由してトナーボックス２４が接続されている。トナーボックス２４から現像器１２に供給されるトナーの供給量は、図示しないトナー搬送モータの回転時間により調整される。
【００２７】
さらに現像器１２には、現像器１２内部の現像剤中のトナー濃度を測定するトナー濃度検知センサ２０が設けられている。本実施例ではトナー濃度検知センサとして現像剤の透磁率を測定する透磁率センサを用いている。この透磁率センサにより現像剤のトナー濃度を測定し、現像剤中のトナー濃度を一定に保っている。
【００２８】
上記の現像器１２、感光体ドラム２６などは画像形成装置１０自体よりも耐用年数が短いため、交換可能部品としてアセンブリ化されている。例えば現像器１２、感光体ドラム２６は合体され交換ユニット化し、ユーザあるいはサービスエンジニアによって定期的に交換され性能を維持できるようにしている。
【００２９】
図２には本発明の第１実施形態に係る現像器の構成が示されている。
【００３０】
図２に示すように、現像器１２、現像器にトナーを供給するトナーボックス２４等が接続されている。現像器１２は、現像剤を収容する現像槽１４と、現像ロール１８と、２本のスパイラル状のオーガー１６ａ、１６ｂとを備えている。現像ロール１８は、感光体ドラム２６に隣接するように配設され、軸線周りに回転して現像槽１４内の現像剤のキャリアに吸着したトナーを感光体ドラム２６に供給する。これにより、感光体ドラム２６上に形成された静電潜像を現像し、トナー画像を形成する。２本のオーガー１６ａ、１６ｂは、現像槽１４内の現像剤を攪拌しながら現像ロール１８方向へ現像剤を搬送する。現像ロール１８には、表面の現像剤量を一定の厚みに規制するための現像剤規制部材２２が設けられている。
【００３１】
また、現像槽１４の底面近傍における現像ロール１８の反対側には、現像槽１４内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ２０が配設されている。トナー濃度センサ２０は、一定時間間隔で現像剤のトナー濃度を検出し、検出結果としてトナー濃度に相当する電圧値を図示しないトナー濃度制御部に出力する。
＜トナー濃度制御＞
図３には、本発明の第１実施形態に係るトナー濃度の制御が示されている。
【００３２】
図３（a）に示すように現像ユニットを交換した直後からトナー濃度センサの出力値が安定するまでにはある程度の時間が必要である。交換した新しい現像ユニットで長い撹拌動作を実施すると、現像ユニット交換後の待ち時間が長くなり、画像形成装置１０全体の生産性を低下させてしまう。
【００３３】
しかし前述のように、現像ユニットを交換した直後から現像剤が安定するまではトナー濃度センサにお出力値が変動し、これを目標値としてトナー濃度を制御すれば、実際のトナー濃度が変動（上昇）し、画像濃度が上昇してしまう。
【００３４】
例えば初期のトナー濃度検出センサの出力値が１００であり、トナー濃度が７％であったとしても、現像ユニットの交換後、一定期間攪拌後の現像剤が安定した時には、トナー濃度センサの出力値を同じく１００に制御しようとすればトナー濃度が８％に上昇してしまうこととなる。このため上昇したトナー濃度によって画像濃度は上昇し、この濃度変化はトナー濃度センサ検出値が安定しない領域で目標値設定してしまう限りは避けられない。
【００３５】
そこで本実施形態においては図３（ａ）に示すように、スタート現像剤が現像器内で安定するまでの期間では初期のトナー濃度センサ出力値の変動を前提とし、最初から現像ユニットに内蔵されているスタート現像剤のトナー濃度は真値であり、これを基準としてトナー濃度を制御することを特徴としている。
【００３６】
つまり図３（a）の示すように、一定時間の経過あるいは一定枚数のプリント処理まではトナー濃度検知センサ２０にて検出されたトナー濃度は変動するものとして制御には用いない。
【００３７】
これに換えて、例えば処理したプリントの画像密度によって算出された、消費トナー量に相当するトナーをトナーボックス２４から現像器１２に補充する。すなわち、画像を形成するピクセル中の画像密度（白黒比）から画像全体での黒ドット数をカウントすれば用紙あたりのトナー消費量を実使用量ベースで算出可能となる。
【００３８】
上述したようにトナー濃度検出センサが変動する領域では消費されたトナー量を補充していれば実際のトナー濃度（図３（c））は低下せず、スタート現像剤のトナー濃度を維持することが可能となる。
【００３９】
上述したように現像器の装着から一定時間経過するまでの期間は、画像密度に応じたトナー補給によりスタート現像剤のトナー濃度を維持し、所定時間または所定量の画像を出力した後に前記現像剤のトナー濃度検知センサの出力値を目標値として設定し、前記目標値によりその後のトナー濃度制御を行うことで、所望の画像濃度が維持することが可能となる（図３（d））。
＜トナー補充能力＞
ところで、トナーボックス２４から現像器１２へトナーを補充する能力、すなわちディスペンスレートは、画像濃度が非常に高い場合は追従できない場合がある。想定された画像濃度の範囲を大きく逸脱するような、例えば濃度１００％（ベタ黒）のプリントを連続して出力するような場合、トナーの消費量がトナー搬送装置の追従範囲から外れてしまう。
【００４０】
これは、通常プリントの画像密度（白黒比）は最大で４０％程度であるため、例えば濃度１００％（ベタ黒）のプリントを連続して出力するような場合にも追従するトナー搬送装置を持たせればオーバークオリティとなり、コスト、寸法、消費電力などに様々な弊害が発生するためである。。
【００４１】
上記のようにトナーボックス２４のディスペンスレートでは追従しきれないようなトナー消費量のプリントが連続した場合、本願発明では実際に消費されたトナー量をトナーボックス２４から現像器１２に補充する構成であるため、正しくトナー濃度を維持できないことになる。
【００４２】
トナー濃度検知センサ２０を使用して現像剤のトナー濃度を検出し、トナー濃度制御を行っている場合は高濃度画像の連続処理で現像剤中のトナーが不足すればトナー不足エラーとして検知し、トナー濃度が復帰するまで一時的にプリント中止するなどの処理を行うことができる。しかし本願発明では現像剤が安定するまでトナー濃度検知センサ２０によるトナー濃度制御は行わないので、現像剤中のトナー不足をトナー濃度検知センサの情報から検知することはできない。
【００４３】
そこで本願発明ではディスペンスレート追従範囲外となるトナー消費量の場合は、トナー濃度検知センサ出力値からトナー濃度目標値設定を行う時に、予めトナー濃度低下分（不足分）を計算し補正を行った上でコントロールトナー濃度目標値設定を行うか、あるいは図４に示すようにプリント間隔を延長する(間引き)処理を行ってもよい。
【００４４】
図４には、本発明の第１実施形態に係るスキップ処理が示されている。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、トナーボックス２４からのトナー補充能力、すなわちトナー搬送装置の搬送能力を越えた画像密度のプリントを連続処理された場合には、現像器１２中のトナー濃度が低下し、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３とプリント枚数が進むにつれて画像濃度（縦軸Ｄ）が低下する恐れがある。
【００４６】
そこで図４（ｂ）に示すように、画像形成装置１０の処理能力一杯で処理を行わず、例えばＰ１の次に処理可能なＰ２を処理せず一回分休み、次のＰ３を処理するタイミングでＰ２の内容をプリントする、所謂間引き処理を行う。
【００４７】
この間、トナーボックス２４からは能力一杯までトナーを供給すれば、Ｐ２を間引き処理している時間中にもトナー供給は行われるので、トナーの補充能力が最大５０％であればＰ１→Ｐ３→Ｐ５と、正しいトナー濃度で処理が行われ、プリントの濃度不足は発生しない。勿論、トナーの補充能力が最大５０％に満たない場合は間引きするプリントの数を２枚（Ｐ１で処理→Ｐ２、Ｐ３をスキップ、Ｐ４で処理）、３枚と増やしてゆけば、画像形成装置全体の処理能力は低下するがプリントの濃度不足は発生しない。
＜トナー補充量制御＞
上記のように、本願発明では現像ユニット交換後に現像剤が安定するまでの間はトナー濃度検知センサによるコントロールではなく、トナー消費／補充値でトナー濃度を制御している。
【００４８】
本願発明においては現像剤が安定するまでの間は画像密度に応じた使用トナー量の補給によりスタート現像剤の初期トナー濃度を維持する構成となっているため、トナー補給の精密なコントロールが必要となる。
【００４９】
そこで、さらに温度・湿度などの環境条件やトナーの粒径分布などのトナー物性や特性値をトナーカートリッジに設けたＲＯＭに固有値として記憶させ、トナーの流動性などのパラメータとして制御に使用することにより、トナーの落下速度・抵抗なども含めて繊細なコントロールが可能となり、より正確に画像密度に応じた正確なトナー補給が可能となり、トナー濃度検知センサによる濃度コントロール以前のトナー濃度変動を最小限に抑えることが可能となる。
＜ＡＴＣ目標値設定＞
上記のように本願発明では現像ユニット交換後に現像剤が安定するまでの間はトナー濃度検知センサ出力値ではなくトナー消費／補充値でトナー濃度を制御し、現像剤が安定したのちはトナー濃度検知センサ２０で検出した現像剤のトナー濃度（透磁率）を制御することで現像剤のトナー濃度をコントロールする。
【００５０】
その際、現像剤はすでに使用中であり、粉体物性などの特性は製造時の初期値とは異なる。このため、現像剤が安定しトナー濃度検知センサにより目標値を設定する際にもまた温度・湿度などの環境条件を考慮し、これらの条件によってトナー濃度検知センサのコントロール目標値を補正することで、現像剤安定後にトナー濃度制御を行う際のトナー濃度検知センサ目標値をより正確に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１形態に係る現像器の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１形態に係るトナー濃度制御を示す図である。
【図４】本発明の第１形態に係るトナー補充量補正の例を示す図である。
【図５】従来のトナー濃度制御を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    画像形成装置
１２    現像器
１４    現像槽
１６    オーガー
１８    現像ロール
２０    トナー濃度検知
２２    現像剤規制部材
２３    パイプ
２４    トナーボックス
２６    感光体ドラム
２８    転写ロール
３０    画像書き込み装置
【図１】
2006251547.tif 000003
【図２】
2006251547.tif 000004
【図３】
2006251547.tif 000005
【図４】
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【図５】
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