(57)【要約】【課題】  ビデオカウントＡＴＲにおいて、現像装置内のトナー濃度は一定となるものの、原稿の画像量が大きく変化した場合には、出力画像濃度が一定とならない場合がある。【解決手段】  現像装置に、二成分現像剤のトナーを補給する際に、トナー補給量をビデオカウント数のみで決めずに、過去のビデオカウント数履歴を考慮して決める。ビデオカウント数ａを算出し（Ｓ３）、暫定トナー補給量ｘ´を決定する（Ｓ４）。ビデオカウント数ａと直前平均相当ビデオカウント数ａ´（例えば、直前の１００枚）との差から、トナー補給補正量ｙを決定し、ｘ´にｙを加えて、最終補給量ｘとする。安定な濃度推移を実現できる。【選択図】      図５
2006119306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素量情報に応じて像担持体上に形成された静電潜像を、現像容器内の現像剤のトナーによって現像する現像装置において、
前記画素量情報に応じて前記現像容器内へのトナー補給量を制御する制御手段と、
前記画素量情報の履歴を検知する履歴検知手段と、
前記履歴検知手段によって検知される前記画素量情報の履歴に応じて、前記トナー補給量を補正する変更手段と、を備えた、
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
複数の画像濃度情報からの変化量に応じて、前記トナー補給量を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記変更手段は、重み付けが行われた前記画素量情報の履歴に応じて、前記トナー補給量の補正を行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
像担持体上に形成された静電潜像を現像剤中のトナーによって現像する現像手段と、前記現像手段によって現像された前記像担持体上のトナー像を他部材に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
前記現像手段が、請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置である、
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ，複写機，ＦＡＸ等に用いられる現像装置、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置においては、一般に、その像担持体上に形成された静電潜像を現像装置で現像剤を用いて現像し、トナー像として可視化する。二成分現像剤を用いる現像装置では、現像剤のトナー濃度は、トナー（Ｔ）とキャリヤ（Ｃ）のそれぞれの重量の混合比Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）で表す。このＴ／（Ｔ＋Ｃ）比を一定に保つために現像剤濃度検出・制御装置（ＡＴＲ）として光反射検知方式や、現像剤の単位体積中の透磁率の変化、つまり単位体積中のキャリヤの密度を求めて、それからＴ／（Ｔ＋Ｃ）比を算出する、いわゆるインダクタンス方式などいくつかの方式が提案されている。
【０００３】
しかしながら、前者の光反射検知方式では、キャリヤと同等の工学特性を示すカーボンのような着色剤がトナーに使用されている場合、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比を検知できない。また、検知面の汚れに弱く、誤検知することも多い。一方、インダクタンス方式は、現像剤の帯電量や環境の振れにより、キャリヤの密度変化が生じてしまい、結果として同一のＴ／（Ｔ＋Ｃ）比でも現像剤の透磁率が変化するので、正確なＴ／（Ｔ＋Ｃ）比が検出されないという問題があった。
【０００４】
そこで、このような現像剤のＴ／（Ｔ＋Ｃ）比を測定する方法として、感光ドラム上に予め電位の定まった静電潜像を形成し、この静電潜像を直接、現像することにより、基準濃度のパターンであるパッチ画像を形成し、その画像濃度からＴ／（Ｔ＋Ｃ）比を検出する方法（パッチ検知方式）が用いられている。
【０００５】
このパッチ検知方式を、デジタル方式のフルカラー画像形成装置適用した場合には、連続画像形成時の個々の画像形成の際に毎回、感光ドラム上にパッチ画像を形成して濃度を検出することになる。このため、フルカラー画像を高速で形成する場合には、複写速度（スループット）が遅くなり、また画像形成装置内が飛散トナーで汚れてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、高速のデジタル方式のフルカラー画像形成装置では、連続画像形成時に、画像情報信号を加算してトナーの消費量を予測し、その予測消費量に基づいて、逐次、トナーを補給する、いわゆるビデオカウント方式ＡＴＲ（Ａｕｔｏ  Ｔｏｎｅｒ  Ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ：トナー補給制御）によりトナーを補給している。
【０００７】
すなわち、撮像素子等で構成されるリーダ（読取装置）からの入力画像信号をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル画素信号の出力レベルを画素毎に積算し、ビデオカウンタでカウントし、このビデオカウント数をＣＰＵでトナー補給量に換算し、補給信号として画像形成装置（プリンタ）のトナーホッパー（トナー補給装置）の駆動回路に信号を送り、１枚の複写毎に現像装置にトナー補給を行うように構成されている。
【０００８】
上述のビデオカウント方式のＡＴＲによれば、現像装置へのトナー補給量と現像装置でのトナー消費量が一致するまではトナー濃度や出力画像の濃度が変化するが、一致後はトナー濃度を一定にすることが可能である。しかし、補給精度によっては、補給のばらつきに応じてトナー濃度が変化する。また、現像剤の特性変化に応じて変化する。
【０００９】
そこで、特許文献１では、ビデオカウント方式のＡＴＲ制御に加えて、パッチ検知方式により出力画像濃度を検出して、上述の変化を補正するようにしている。
【００１０】
このような方法では、まず、上述のように、連続画像形成シーケンス中、ビデオカウント方式のＡＴＲによるトナー補給を行う。そして連続画像形成終了時、あるいは画像形成の合間にパッチ検知方式ＡＴＲに切り換えて、感光ドラム上にパッチ画像を形成し、そのパッチ濃度を測定する。
【００１１】
そしてその測定されたパッチ濃度から、連続画像形成中のトナー補給動作により現像装置へのトナーの過補給がされたか否かを判別し、過補給でないと判別された場合は、トナーホッパーの搬送スクリューを所要回転数駆動して、ホッパーから不足分のトナーを現像装置に補給する。さらにビデオカウント数によるトナー補給量に補正を行い、次回のトナー補給量にフィードバックする。また、トナーが適正量補給されていた場合は不足分のトナー補給量はゼロであり、ビデオカウント数による補給量への補正は行わない。さらに過補給と判別された場合はビデオカウント数の補給量に補正を行い、次回のトナー補給量にフィードバックする。さらに、トナーホッパーからのトナー補給量を予め測定しておいて、補給量をさらに補正する。こうすることで、パッチ濃度が一定となり、出力画像濃度が一定となる。
【００１２】
また一方で、パッチ検ＡＴＲによる制御では、パッチ濃度は一定となるものの、トナー濃度が暴走するおそれがある。この場合には、トナー濃度が高すぎる弊害のトナー飛散量の増大や、低すぎることによるキャリヤ付着の問題が発生する場合がある。
【００１３】
このような問題を防止するため、特許文献２には、以下の内容が記載されている。パッチ検知方式ＡＴＲを制御するに際し、トナー濃度を許容範囲内に収めることができるように、初期設定後の現像剤で現像される画像の静電潜像を形成する画像情報信号の累積値と、画像形成枚数とを記憶手段に記憶している。そして、補正手段により、記憶された画像情報信号の累積値又はこれと画像形成枚数とに基づき、濃度基準値の値を補正するようにして、現像剤のトナー濃度を常に初期設定値の許容範囲内に収めて、常時、濃度の安定した高画質の画像を得るようにしている。
【００１４】
【特許文献１】特開平０６−１１９６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１６９３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のビデオカウント方式のＡＴＲ制御では、トナー濃度をある程度一定に保つことができる。
【００１６】
しかしながら、その場合、出力画像濃度が一定とならない場合がある。本発明者の検討によれば、各画像におけるトータル画像量毎に適正なトナー濃度が存在することが判明した。したがって、トータル画像量が大きく切り替わった際には、トナー濃度を変化させる必要があるが、上述の従来例では達成が困難である。パッチ検知方式ＡＴＲを頻繁に動作させれば対処することが可能ではあるが、上述のように、画像形成速度が遅くなり、また画像形成装置内の飛散トナーも増加する。さらに、トナーを画像形成以外にも使用することから、廃棄量が増大し、環境に負荷がかかるし、また、パッチをクリーニングするために、クリーニング装置に負荷がかかる。
【００１７】
そこで、本発明は、パッチ検知ＡＴＲを動作させることなく、各画像におけるトータル画像量が切り替わったことによる現像能力の変化に対応してトナー補給量を変更することができる現像装置を提供することを目的とするものである。また、現像装置内のトナー濃度を適切に制御することにより、出力画像の濃度推移、安定性を確保することができる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、画素量情報に応じて像担持体上に形成された静電潜像を、現像容器内の現像剤のトナーによって現像する現像装置において、前記画素量情報に応じて前記現像容器内へのトナー補給量を制御する制御手段と、前記画素量情報の履歴を検知する履歴検知手段と、前記履歴検知手段によって検知される前記画素量情報の履歴に応じて、前記トナー補給量を補正する変更手段と、を備えた、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を現像剤中のトナーによって現像する現像手段と、前記現像手段によって現像された前記像担持体上のトナー像を他部材に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、前記現像手段が、上述の現像装置である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、現像装置において、パッチ検知ＡＴＲを動作させることなく、各画像におけるトータル画像量が切り替わったことによる現像能力の変化に対応してトナー補給量を変更することができる。これにより、現像装置内のトナー濃度を適切に制御することができる。また、現像装置内のトナー濃度を適切に制御することにより、画像形成装置における、出力画像の濃度推移、安定性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同じ符号を付したものは、同様の構成あるいは同様の作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。
【００２２】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明を適用することができる現像装置、及びこれを備えた画像形成装置を模式的に示す図である。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式のデジタル複写機の模式図である。
【００２３】
図１に示す電子写真方式のデジタル複写機において、複写されるべき原稿３１の画像は、レンズ３２によってＣＣＤ等の撮像素子３３に投影される。この撮像素子３３は、原稿画像を多数の画素に分解し、各画素の濃度に対応した光変換信号を発生する。撮像素子３３から出力されるアナログ画像信号は画像信号処理回路３４に送られる。ここで各画素毎にその画素の濃度に対応した出力レベルを有する画素画像信号に変換され、その画素画像信号は、パルス幅変調回路３５に送られる。
【００２４】
このパルス幅変調回路３５は、参照画像信号発生回路７２からの参照画像信号に基づいて、入力される画素画像信号毎にレベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスを形成して出力する。すなわち、図２（ａ）に示すように、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Ｗ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Ｓを、中濃度の画素画像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩをそれぞれ形成する。
【００２５】
パルス幅変調回路３５から出力されたレーザ駆動パルスは、半導体レーザ３６に供給され、半導体レーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。したがって、半導体レーザ３６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。このため、像担持体である感光ドラム４０は、次に説明する光学系によって、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲が露光される。つまり、原稿３１の画像濃度情報に基づいて、画素の濃度に対応したドットサイズが異なる静電潜像が形成される。したがって、高濃度画素に対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。なお、図２（ｄ）に低、中、高濃度画素の静電潜像をそれぞれＬ、Ｍ、Ｈで示した。
【００２６】
なお、本発明では、原稿３１を複写する機能の他に、ネットワークケーブルを介して画像形成装置と接続されたパーソナルコンピュータから送信された画像を、紙等の記録材に形成するプリンタ機能や、ファクシミリ機能を有している。すなわち、紙の原稿以外の画像濃度情報に基づいて画像を形成することが可能となっている。
【００２７】
半導体レーザ３６から放射されたレーザ光３６ａは、ポリゴンミラー（回転多面鏡）３７によって掃引され、ｆ／θレンズ等のレンズ３８及びレーザ光３６ａを像担持体たる感光ドラム４方向に指向させる固定ミラー３９によって、感光ドラム４０上にスポット結像される。こうして、レーザ光３６ａは感光ドラム４０の回転軸とほぼ平行な方向（主走査方向）にこの感光ドラム４０表面を走査し、静電潜像を形成することになる。
【００２８】
感光ドラム４０は、アモルファスシリコン、セレン、ＯＰＣ等の感光層を表面に有し、矢印Ｒ４０方向に回転する電子写真感光体であり、前露光器４１で均一に除電を受けた後、一次帯電器４２により均一に帯電される。その後、上述した画像情報信号に対応して変調されたレーザ光３６ａで露光走査され、これによって画像信号に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像はトナー粒子（トナー）とキャリヤ粒子（キャリヤ）とが混合された二成分現像剤を使用する現像装置４４によって反転現像され、可視画像（トナー像）が形成される。なお、反転現像とは、感光ドラム４０表面の帯電面のうちの、レーザ光３６ａで露光された領域に、静電潜像と同極性に帯電したトナーを付着させてこれを可視化する現像方法である。なお、現像装置４４については、後にさらに詳述する。
【００２９】
現像装置４４には、トナー６３を収容するホッパー（トナー補給槽）６０からトナー６３が補給される。ホッパー６０内のトナー６３は、駆動モータ７１により、ギヤ列７１を介して駆動される補給スクリュー６２によって現像装置４４の現像容器４３内に補給される。なお、現像装置４４及びこの現像装置４４に対するトナーの補給については、後に詳述する。
【００３０】
上述の感光ドラム４０表面に形成されたトナー像は、２個のローラ４５，４６間に架張され、矢印Ｒ４７方向に無端駆動される転写材担持ベルト４７上に保持された転写材４８に、転写帯電器４９の作用により転写される。
【００３１】
トナー像が転写された転写材４８は、転写材担持ベルト４７から分離されて、定着器（不図示）に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。一方、トナー像転写後に感光ドラム４０上に残った残留トナーは、その後、クリーナ５０によって除去される。
【００３２】
なお、図１では、説明を簡単にするために単一の画像形成ステーション（感光ドラム４０、前露光器４１、一次帯電器４２、現像装置４４、転写帯電器４９、クリーナ５０等を含む）のみを図示しているが、カラー画像形成装置の場合には、例えばシアン，マゼンタ，イエロー，ブラックの４色の各色に対する画像形成ステーションが転写材担持ベルト４７上にその移動方向に沿って順次に配列されている。そして、各画像形成ステーションの感光ドラム上に原稿３１の画像を色分解した各色毎の静電潜像が順次に形成され、対応する色トナーを有する現像装置で現像され、転写材担持ベルト４７によって保持、搬送される転写材４８に順次に転写されることになる。
【００３３】
次に現像装置４４について説明する。
【００３４】
図３に、現像装置４４の拡大断面図を示す。同図に示すように、感光ドラム４０に対向して配置された二成分現像装置４４は、現像剤担持体としての現像スリーブ３、現像剤の供給位置から穂切り位置まで汲み上げられる現像剤量を規制する剤返し部材１、現像剤の穂高規制部材としてのブレード２を有している。
【００３５】
現像装置４４は、現像容器４３が、垂直方向に延在する隔壁６によって、現像室１６と攪拌室１７とに区画されている。隔壁６の上方は解放されており、現像室１６で余分となった二成分現像剤が攪拌室１７側に回収されるようになっている。現像室１６及び攪拌室１７には非磁性トナーと磁性キャリヤとを含む二成分現像剤が収容されている。
【００３６】
現像室１６及び攪拌室１７にはそれぞれスクリュータイプの第１及び第２の現像剤攪拌搬送手段１１，１２が配設されている。第１の現像剤攪拌搬送手段１１は現像室１６内の現像剤を攪拌搬送し、また第２の現像剤攪拌搬送手段１２は、現像剤濃度制御装置のもとでホッパー（図１参照）から第２の攪拌搬送手段１２の上流側に供給されるトナーと既に攪拌室１７内にある現像剤とを攪拌搬送し、トナー濃度を均一化する。隔壁６には、図１における手前側と奥側の端部においては、現像室１６と攪拌室１７とを相互に連通させる現像剤通路（不図示）が形成されており、第１及び第２の現像剤攪拌搬送手段１１，１２の搬送力により、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室１６内の現像剤が他方の通路から攪拌室１７内へ移動するように構成されている。
【００３７】
現像装置４４の現像室１６には、感光ドラム４０に対面した現像領域に相当する位置に開口部４４ａが形成されており、この開口部４４ａに一部露出するようにして現像スリーブ３が矢印Ｒ３方向に回転可能に配置されている。現像スリーブ３は、非磁性材料で構成され、現像動作時には矢印Ｒ３方向に回転する。現像スリーブ３の内部には磁界発生手段である磁石１３が固定されている。現像スリーブ３は、ブレード２によって層厚規制された二成分現像剤の層を担持搬送し、感光ドラム４０に対向する現像領域で現像剤を感光ドラム４０に供給して静電潜像を現像する。このとき、現像効率、すなわち感光ドラム上の静電潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ３には電源１５から直流電圧と交流電圧とが重畳された現像バイアス電圧が印加される。
【００３８】
磁石１３は、本実施の形態では、現像磁極Ｎ１と現像剤を搬送する磁極Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３とを有する、また、ブレード２は、アルミニウム（Ａｌ）等の非磁性材料によって構成されていて、感光ドラム４０よりも現像スリーブ３の回転方向上流側に配置されている。ブレード２は、現像スリーブ３の表面との間の隙間を調整することにより、現像スリーブ３上を現像領域へと搬送される現像剤の厚さを規制する。したがって、本実施の形態においては、ブレード２の先端部と現像スリーブ３との間を非磁性トナーと磁性キャリヤとの双方が通過して現像領域へと送られることになる。
【００３９】
上述のスクリュータイプの第１の現像剤攪拌搬送手段１１は、現像室１６内の底部に現像スリーブ３の軸線方向、すなわち現像幅方向に沿ってほぼ平行に配置されている。第１の現像剤攪拌搬送手段１１は、本実施の形態では、回転軸の周りに羽根部材をスパイラル形状に設けたスクリュー構造であり、回転して現像室１６内の現像剤を現像室１６の底部にて現像スリーブ３の軸線方向に沿って一方向に搬送する。また、第２の現像剤攪拌搬送手段１２も、第１の現像剤攪拌搬送手段１１と同様のスクリュー構造（回転軸の周りに羽根部材を第１の攪拌搬送手段１１とは逆向きにしてスパイラル形状に設けたスクリュー構造）であり、攪拌室１７内の底部に第１の現像剤攪拌搬送手段１１とほぼ平行に配置され、第１の現像剤攪拌搬送手段１１と同方向に回転して攪拌室１７内の現像剤を第１の攪拌搬送手段１１とは反対の方向に搬送する。このような第１及び第２の現像剤攪拌搬送手段１１，１２の回転によって、現像剤は現像室１６と攪拌室１７との間で循環される。
【００４０】
現像室１６内の現像剤は、現像スリーブ３に内蔵された磁石１３の作用によって現像スリーブ３表面に担持され、ブレード２にて層厚が規制されて現像領域へと搬送される。現像領域において現像に供されずに残った現像剤は、現像スリーブ３の回転により再び現像室１６へ搬送され、反発磁極Ｓ３，Ｓ２により現像スリーブ３上から現像室１６内へ掻き落とされて回収される。
【００４１】
一方、第１の現像剤攪拌搬送手段１１の回転に伴って攪拌搬送された現像剤は、反発磁極Ｓ３，Ｓ２のうちの一方の磁極Ｓ２によって現像スリーブ３の方向に汲み上げられる。このとき、剤返し部材１により汲み上げられて、現像スリーブ３に搬送される現像剤量がある程度規制される。
【００４２】
この磁極Ｓ２で汲み上げられた現像剤は、磁気拘束力、すなわち次の磁極Ｎ２からの磁界で形成され、現像スリーブ３の中心方向へ作用し、かつ剤返し部材１で規制された現像剤量に応じて決まる磁気拘束力と、現像スリーブ３の回転方向に作用する搬送力とによりブレード２へ搬送される。
【００４３】
本実施の形態で用いた非磁性トナーは、ポリエステル樹脂８０〜９０ｗｔ％に着色用顔料を５〜１５ｗｔ％、さらに負電荷制御剤としてアルキル置換サリチル酸の金属鎖体を分散させた平均５〜１１μｍのトナーを用い、これに酸化チタンＴｉＯ２を０．２〜２ｗｔ％外添して使用した。外添剤にはこの他シリカを用いてもよい。
【００４４】
また、磁性キャリヤは、任意のフェライトキャリヤ、特に燒結フェライト粒子が使用される。つまり、コア材としてＺｎ系フェライト、Ｎｉ系フェライト、Ｃｕ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト等を用い、これに摩擦帯電性、環境安定性、耐久性向上を目的としてアクリル系樹脂を０．５〜２ｗｔ％コートした平均粒径３０〜６０μｍのキャリヤを用いた。コート剤としてはこの他にポリエステル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等を適宜選択して用いることができる。
【００４５】
次に、ビデオカウント方式のＡＴＲによるトナーの補給方法について説明する。
【００４６】
現像装置４４に補給するトナー量を制御するために、図１に示す前述の画像信号処理回路３４の出力信号のレベルが画素毎にカウントされる。本実施の形態では、このカウントを次のように行った。まず、パルス幅変調回路３５の出力信号がＡＮＤゲート６４の一方の入力に供給され、このＡＮＤゲート６４の他方の入力にはクロックパルス発信器６５からのクロックパルス（図２（ｂ）に示すパルス）が供給される。したがってＡＮＤゲート６４からは、図２（ｃ）に示すように、レーザ駆動パルスＳ、Ｉ、Ｗのそれぞれのパルス幅に対応した数のクロックパルス、すなわち各画素の濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。このクロックパルス数は各画像毎にビデオカウンタ６６によって積算され、ビデオカウント数が算出される。このカウンタ６６からの各画像毎のパルス積算信号Ｃ１（ビデオカウント数）は、前述の原稿３１のトナー像を１つ形成するために現像装置４４から消費されるトナー量に対応している。
【００４７】
本実施の形態では、このビデオカウント数を、画素量情報として、トナー補給量の制御に使用している。すなわち、図１中のＣＰＵ６７は、画素量情報の履歴を検知する履歴検知手段６７ａと、この履歴検知手段６７ａによって検知される画素量情報の履歴に応じて、トナー補給量を補正する変更手段６７ｂと、画素量情報に応じて現像容器内へのトナー補給量を制御するトナー補給量制御手段６７ｃとを有している。
【００４８】
具体的には、画素量情報としてのビデオカウント数をＣＰＵ６７の履歴検知手段６７ａに供給するとともにＲＡＭ６８に記憶する。ＣＰＵ６７は、ビデオカウント数とトナー補給時間との対応関係を示す換算テーブルを有しており、入力されたビデオカウント数に基づき、現像装置４４から消費される上述のトナー量に見合う量のトナー６３をホッパー６０から現像装置４４に供給するのに要する搬送スクリュー６２の回転駆動時間（すなわちトナー補給時間）を変更手段６７ｂにより算出する。そして、ＣＰＵ６７は、トナー補給量制御手段６７ｃにより、モータ駆動回路６９を制御して、上述の算出した時間の間だけモータ７０を駆動する。一般にビデオカウント数が大であればモータ７０の駆動時間はより長い時間となり、ビデオカウント数が小であればモータ７０の駆動時間はより短い時間となる。
【００４９】
モータ７０の駆動力は、ギヤ列７１を介して搬送スクリュー６２に伝達され、搬送スクリュー６２は、ホッパー６０内のトナー６３を搬送して現像装置４４に補給する。
【００５０】
すなわち、原稿３１のトータル画像量を、カウンタ６６で積算したビデオカウント数Ｃ１により算出する。トータル画像量は、画像形成装置に通紙可能な最大サイズの１２ｉｎｃｈ×１８ｉｎｃｈサイズのベタ画像（階調レベル２５５／２５５レベル）のビデオカウント数を５００として比例計算で求めた。例えば、１２ｉｎｃｈ×９ｉｎｃｈサイズの紙に、階調レベルで１２８／２５５レベルの均一なハーフトーン画像を形成する場合には、ビデオカウント数は１２５となる。このとき、画像形成に必要なトナー量がトータル画像量（すなわち、ビデオカウント数）に比例すると考えると、この紙面上に必要なトナー量が一意に求めることができる。例えば、１２ｉｎｃｈ×１８ｉｎｃｈサイズ上でベタ黒時に要するトナー量が１．０ｇであれば、上述のハーフトーン画像に必要なトナー量は０．２５ｇとなる。
【００５１】
ここで求まったコピーシーケンス中に要するトナー量（以下「ＤＴＯＴＡＬ」という。）に応じてトナー補給することが望ましいと考えられる。しかしながら、ＤＴＯＴＡＬで常に補給しつづけるのは実際には望ましくない。ＤＴＯＴＡＬで補給しつづけた場合には、現像スリーブ３上のトナー濃度は一定となる。しかし、原稿３１の画像面積率に応じて、トナー補給量が変化し、それに伴い、トナーの単位重さ当たりの電荷量が変化し、現像効率が変化するためである。適宜、現像効率に応じて、現像スリーブ３上のトナー濃度を変える必要がある。
【００５２】
ここで、図４に、ＤＴＯＴＡＬで補給しつづけた場合の濃度推移を示す。横軸には記録材（紙）の枚数、縦軸には濃度をとっている。同図は、記録材を、１００枚毎に画像面積率を変えて通紙した場合の濃度推移である。測定パッチは、３０％画像（階調レベルで７７／２５５レベル）である。画像面積率としては、（０％→）７０％→０％→７０％と通紙した。このときの７０％→０％→７０％の濃度推移を図に示す。
【００５３】
画像濃度は、同図に示すように、濃い画像に移った場合には、徐々に濃くなっていき、逆に、薄い画像に移った場合には、濃度は徐々に薄くなっていく傾向にある。
【００５４】
このような、濃度推移を示す理由を以下に示す。
【００５５】
現像や転写工程では、電界の力によってトナーを移動させる。電界の力は一定であるために、トナーの電荷量によって現像や転写の効率が決まる。したがって、濃度とトナーの電荷量とには比例関係がある。濃度を安定させるためには、トナーの電荷量を一定とする必要がある。画像面積率が低い画像、薄い画像は、トナーが消費されないために、現像装置４４内に長い時間、トナーが存在し、トナーとキャリヤとの攪拌時間が長い。それゆえに、トナーの帯電量が高くなる。一方、画像面積率が高い画像、濃い画像は、トナーが多量に消費されるために、現像装置４４内にトナーが存在する時間が短く、トナーとキャリヤとの攪拌時間が短い。それゆえに、トナーの帯電量が低くなる。
【００５６】
一方で、現像剤のトナー濃度が低くなると、トナーとキャリヤとの接触機会が増えるために、単位重さ当たりのトナー電荷量が増える。現像剤のトナー濃度が高くなると、トナーとキャリヤとの接触機会が減るために、単位重さ当たりのトナー電荷量が減る。
【００５７】
これらを鑑みて、画像面積率に応じて、トナーの単位重さ当たりの電荷量が一定となるように、トナー濃度を変更し、濃度を一定とすることが重要である。
【００５８】
本発明では、画像面積率に応じてトナー濃度を変更することを、パッチ検知ＡＴＲによらず達成する。
【００５９】
図５に、本実施の形態のフローチャートを示す。
【００６０】
本実施の形態では、コピー動作が開始したら、まず始めに、原稿を読み取り（Ｓ１）、コピー動作を開始する（Ｓ２）。次に、ビデオカウント数ａから、原稿の画像の面積量を算出する（Ｓ３）。次に、補給テーブルに基づき、原稿のビデオカウント数ａから補給量を求める。それを暫定の補給量ｘ´とする（Ｓ４）。従来では、このｘ´で補給していた。
【００６１】
つづいて、画素情報の履歴であるところの後述の直前平均相当ビデをカウント数ａ´とビデオカウント数ａとの差（ａ´−ａ）を算出する（Ｓ５）。これを履歴検知手段が行う。次に、トナー補給補正量テーブルにより、Ｓ５で求めた（ａ´−ａ）からトナー補給補正量ｙを求める（Ｓ６）。次に、暫定の補給量ｘ´にトナー補給補正量ｙを加えることにより補正して、最終補給量ｘを決定する（Ｓ７）。これを変更手段が行う。
【００６２】
次に、画像形成中に、ｘ（ｇ）だけトナー補給する（Ｓ８）。次に、ビデオカウント数ａを用いて、直前平均相当ビデオカウント数ａ´を変更する（Ｓ９）。直前平均相当ビデオカウント数ａ´の求め方に関しては、後で詳述する。次に、設定枚数分のプリントが終了したかをチェックし、終了していたら、コピー動作終了とする。設定枚数だけ終了していない場合には、次の紙のコピーへと続く（Ｓ１０）。
【００６３】
図６を参照して、前述のＳ４で用いたトナー補給テーブルを説明する。横軸にはビデオカウント数、縦軸には暫定補給量ｘ´をとっている。
【００６４】
ビデオカウント数は、画像量であるので、基本的には、トナー補給テーブルはビデオカウント数に対して単純比例関係となる。本実施の形態でもそのようなテーブルを用いた。しかしながら、細線の場合、エッジ強調によりトナー消費量が多くなったり、逆に薄い均一画像ではトナー単層で画像を形成できるため、トナー消費量が少なかったりする。画像形成装置や現像剤の特性に応じて、適宜、本補給テーブルを最適化してもよい。
【００６５】
いずれの補給テーブルを作成したとしても、ビデオカウント数が決まると、一義に暫定補給量ｘ´が決まる。本実施の形態では、例えば、ビデオカウント数が２００の場合には０．４ｇ、ビデオカウント数が４００の場合には０．８ｇに決まる。
【００６６】
図７を参照して、前述のＳ６で用いたトナー補給補正量テーブルを説明する。横軸には（ａ−ａ´）とり、縦軸にはトナー補給補正量ｙをとっている。
【００６７】
図７に示したテーブルを用いて、前述のビデオカウント数ａと直前平均相当ビデオカウント数（複数の画像濃度情報）ａ´との差からトナー補給補正量ｙを求める。ビデオカウント値の変化量（ａ´−ａ）に応じてトナー補給補正量ｙを変化させる。そうすることにより、ビデオカウント値の変化量（ａ´−ａ）に応じて、トナー濃度を変化させることが可能となり、画像が変化し、ビデオカウント値が変化した場合でも、トナーの帯電量が一定となる。
【００６８】
直前平均相当ビデオカウント数ａ´の求め方を示す。
【００６９】
直前平均相当ビデオカウント数ａ´＝Σ（ビデオカウント数ａ×重み）／Σ重み
ビデオカウント数×重みを、１枚前（−１）から１００枚前（−１００）まですべて加えて、重みの総和で割り、直前平均相当ビデオカウント数ａ´を求める。なお、本実施の形態で用いた重みは図８に示す。図８に示すように、過去の通紙枚数に応じて、重み付けが異なっている。そして、図８の例においては、２０〜３０枚前の時点で重みが一旦ピークを迎え、その後、重み付けが減少するようになっている。これは、トナー補給動作が行われてから実際にトナー濃度が変化するまでには、補給トナーが十分に混合されるだけの所定時間（ここの例では２０〜３０枚前）が必要であるため、現時点での補正動作を行うには、その所定時間前の履歴情報が最も重要となっているためである。なお、重み付けの方法については、このような例に限定されるものではなく、装置ごとに最適な重み付けを行えばよい。
【００７０】
上述の制御によって、補給量を制御することでトナー濃度を適切に動かし、トータル画像量の変化に応じてトナーの帯電量が変化するのを防ぐ。図６に示したトナー補給テーブルのみに従って補給すると、トナー濃度は一定となるが、図７に示したトナー補給補正量テーブルによって修正した補給量分だけトナー濃度が変化する。トナー補給補正量は、直前平均相当ビデオカウント数ａ´に依存するが、トナー補給補正量は、図８に示した重みａ´に依存する。おおよそ直前のビデオカウント数ほど寄与度が高くなるように重みａ´テーブルを作成している。１００枚前のトータル画像量の履歴を算出し、どの程度トナー濃度を変化させるべきかを求め、補給量を決定する。
【００７１】
図９と図１０に、上述のようにして画像形成した結果を示す。
【００７２】
図９には、直前にＡ３用紙で、画像面積率０％画像を１００枚通紙し、その後、Ａ３用紙で７０％画像を１００枚、０％画像を１００枚、７０％画像を１００枚通紙したときの補給量推移を示し、図１０には、濃度推移を示す。
【００７３】
図９，図１０に示すように、ビデオカウント数ａのみで補給量を決めずに、過去のビデオカウント数履歴を考慮して補給量を決めることで、画像比率が変わった際に、トナー濃度を変化させることができる。このようにすることで、画像比率が変わった際のトナーの帯電量変化を抑え、安定な濃度推移とすることができる。直前複数枚の画像比率によりトナーの帯電量が決まっていることから、１枚前のビデオカウント数からの変化量ではなく、直前複数枚の画像面積量からの変化量を用いて、トナー補給量を補正している。本実施の形態では、１枚紙毎に補給量を適正化している。これにより、非常に適切な補給量が選択できる。
【００７４】
本実施の形態では、Ａ３通紙に関して説明したが、もちろんそれに限定されるものではない。ただし、画像面積量が変わったときの帯電量変化は時間によって決まるため、異なったサイズでも同等の制御とするのは望ましくない。Ａ４等のスモール紙等で、同じ時間で２倍の枚数が出力されるのであれば、２枚を一組として制御をするのが望ましい。つまり、単位時間当たりの画像面積量で制御するのが最も望ましい。
【００７５】
＜実施の形態２＞
上述の実施の形態１では、連続コピー（連続画像形成）について説明した。しかし、実際には、コピーとコピーとの間は間隔が空くことも多い。
【００７６】
本実施の形態では、コピーとコピーとの間の時間に応じて、直前平均相当ビデオカウント数ａ´を変更する。これは、現像剤を使用していない場合には、トナーの電荷が徐々に逃げていき、帯電量が低下することを考慮するためである。帯電量が低下した状態は、高い画像比率の画像を形成したのと同等であるから、コピー間時間に応じて、直前平均相当ビデオカウント数ａ´を増やしていく。これにより、放置後の画像形成において、トナーの帯電量が急激に立ち上がってくるのを防止するように、トナー補給量が多目となり、良好な濃度推移が得られる。
【００７７】
＜実施の形態３＞
本実施の形態では、パッチ検ＡＴＲも併用して補給量を変える制御を本発明に適したものである。
【００７８】
図１１を参照して、画像濃度検知手段１９について説明する。
【００７９】
画像濃度検知手段１９は、図１１に示すように、感光ドラム４０の回転方向に沿っての現像装置４４の下流側であって、かつ転写帯電器４９の下流側に、感光ドラム４０に対向して設けられている。画像濃度検知手段１９は、図１２に示すように、双方向発光のＬＥＤ１９ａ、参照光用受光素子１９ｂ、反射光用受光素子１９ｃ、及び検出窓１９ｄを有しており、検出面はトナー付着を防止するためのＦＥＰシート１９ｅが張り付けられている。画像濃度検知手段１９は、このような構成により、感光ドラム４０上のパッチ画像２８の反射濃度を検知している。
【００８０】
前述のように、パッチ画像２８を頻繁に作像することは、望ましくない点が多い。しかしながら、本発明で、１０００枚以下程度の短期的な濃度変動は対応できるが、中長期的に現像剤の物性変化には対応できない。
【００８１】
そこで、濃度を画像濃度検知手段１９から算出（パッチ検ＡＴＲ）し、そこから求まるトナー過剰量又は不足量をトナー補給量にフィードバックをかけていくことで、中長期的な安定も図ることが望ましい。このため、本実施の形態では、本発明の系にパッチ検ＡＴＲも併用している。これにより、短中長期の安定な濃度変動が、少ない頻度のパッチ検ＡＴＲの制御で達成できる。
【００８２】
＜実施の形態４＞
本発明は、画像比率の履歴を考慮し、画像比率が変わった際に、トナー濃度を変化させることを特徴としている。
【００８３】
前述の実施の形態１では、ビデオカウント数の変化で画像比率の変化を検知したが、これに限定されるものではなく、補給量の履歴を検知することでも達成できる。ビデオカウント数の履歴を使用せずに補給量の履歴を使用することで、上述と同様に、安定な濃度推移とすることができる。
【００８４】
＜実施の形態５＞
本発明の効果は、原稿がなく、画像信号があらかじめ電子化された、いわゆるパーソナルコンピュータとネットワーク接続されたプリンタ、すなわち画像形成したい画像情報データがケーブルを通して入力され、この情報に基づいて画像形成を行う画像形成装置に適用した場合でも効果が発揮できる。
【００８５】
以上説明した上記各実施の形態によれば、ビデオカウント数ａのみで補給量を決めずに、過去のビデオカウント数履歴を考慮して補給量を決めることで、画像比率が変わった際に、トナー濃度を変化させることができる。これにより、画像比率が変わった際のトナーの帯電量変化を抑え、安定な濃度推移とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施の形態１の現像装置及び画像形成装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は静電潜像を形成する際のＰＷＭ制御を説明する図である。
【図３】実施の形態１の現像装置の構成を示す拡大縦断面図である。
【図４】従来の濃度制御時の濃度推移を説明する図である。
【図５】実施の形態１のトナー補給制御を説明するフローチャートである。
【図６】暫定的なトナー補給量を求めるための補給テーブルを説明する図である。
【図７】トナー補給補正量を求めるテーブルを説明する図である。
【図８】ビデオカウント数の重み付けを説明する図である。
【図９】本発明を適用した場合の、原稿濃度を振った（変化させた）ときのトナー補給推移を説明する図である。
【図１０】本発明を適用した場合の、原稿濃度を振った（変化させた）ときの濃度推移を説明する図である。
【図１１】実施の形態３の現像装置及び画像形成装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】画像濃度検知手段の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００８７】
４０        感光ドラム（像担持体）
４３        現像容器
４４        現像装置
６７        ＣＰＵ（制御手段）
６７ａ      履歴検知手段
６７ｂ      変更手段
６７ｃ      トナー補給量制御手段
【図１】
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【図２】
2006119306.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006119306.tif 000008
【図７】
2006119306.tif 000009
【図８】
2006119306.tif 000010
【図９】
2006119306.tif 000011
【図１０】
2006119306.tif 000012
【図１１】
2006119306.tif 000013
【図１２】
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