(57)【要約】【課題】現像器内の劣化トナーを的確なタイミングで消費することによって地肌汚れや画像濃度の低下を防ぎ、高品位の画像を安定的に維持することのできるトナー消費方法および画像形成装置を提供する。【解決手段】所定のトナー消費パターンを現像したときの現像装置内のトナー濃度の変化をトナー濃度センサにより検知し、該センサの出力波形における１周目の最大値と現像剤循環による２周目の最大値との間で、各回のトナー消費動作によるセンサ出力波形の位相がずれるようにトナー消費パターンを複数回現像してトナー消費動作を実行し、その各トナー消費動作によって生じるトナー消費波形を重ね合わせた合成波形の現像剤循環による２周目の変動波形を打ち消すようにトナー消費パターンを作成現像してトナー消費動作を行う【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２成分現像装置におけるトナー消費方法において、
所定のトナー消費パターンを現像してトナー消費動作を実行したときの現像装置内のトナー濃度の変化をトナー濃度センサにより検知し、該検知したトナー濃度センサの出力波形における１周目の最大値と現像剤循環による２周目の最大値との間で、各回のトナー消費動作による前記トナー濃度センサの出力波形の位相がずれるように前記トナー消費パターンを複数回現像してトナー消費動作を実行し、
前記各トナー消費動作によって生じるトナー消費波形を重ね合わせた合成波形の現像剤循環による２周目の変動波形を打ち消すようにトナー消費パターンを作成現像してトナー消費動作を行うことを特徴とするトナー消費方法。
【請求項２】
前記合成波形の現像剤循環による２周目の変動波形の谷部に、前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンによるトナー消費波形のピーク部が重なるように前記トナー消費動作を行うことを特徴とする、請求項１に記載のトナー消費方法。
【請求項３】
前記合成波形の現像剤循環による２周目の変動波形の最小値の位置と、前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンによるトナー消費波形の最大値の位置が略同じになるように前記トナー消費動作を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載のトナー消費方法。
【請求項４】
前記合成波形の元となるトナー消費パターンの作成現像回数をｎとするとき、
前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンの作成現像回数は（ｎ−１）回以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のトナー消費方法。
【請求項５】
前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンは、前記合成波形の元となるトナー消費パターンとは異なることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のトナー消費方法。
【請求項６】
前記合成波形の元となるトナー消費パターンと前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンは、パターンの大きさが異なることを特徴とする、請求項５に記載のトナー消費方法。
【請求項７】
前記合成波形の元となるトナー消費パターンと前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンは、パターンの濃度が異なることを特徴とする、請求項５又は６に記載のトナー消費方法。
【請求項８】
前記合成波形の元となるトナー消費パターンと前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンは、パターンの書き込み密度が異なることを特徴とする、請求項５に記載のトナー消費方法。
【請求項９】
トナー消費動作を行ったときに生じるトナー濃度の変動を打ち消すようにトナー補給動作を実行することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のトナー消費方法。
【請求項１０】
トナー消費動作におけるトナー濃度センサ出力波形の現像剤循環による１周目の消費波形部分に加えて２周目以降の消費波形部分に対しても前記トナー補給動作を実行することを特徴とする、請求項９に記載のトナー消費方法。
【請求項１１】
前記トナー補給動作は、トナー補給装置の補給速度を変更して行うことを特徴とする、請求項９又は１０に記載のトナー消費方法。
【請求項１２】
前記トナー補給動作は、トナー補給装置の駆動ＯＮ時間と駆動ＯＦＦ時間を変更して行うことを特徴とする、請求項９又は１０に記載のトナー消費方法。
【請求項１３】
２成分現像装置を備え、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のトナー消費方法によりトナー消費動作を行う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、２成分現像装置におけるトナー消費方法及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の複写機、レーザプリンタなどの画像形成装置においては、高画質化が求められると同時に高安定も望まれている。つまり、環境変動による画質の変化が少なく、また常に安定した画像を経時において提供していかなければならない。
【０００３】
従来より、非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤（以下、単に現像剤と記す）を現像剤担持体（以下、現像スリーブと記す）上に保持し、内包される磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像スリーブと潜像担持体（以下、感光体と記す）とが対向する位置で現像バイアスを印加することにより現像を行う２成分現像方式が広く知られている。現像剤中のトナーは現像されることで消費され、トナー濃度を一定に保つためにトナーが補給される。このように現像器内のトナーは入れ替わっていくことになる。
【０００４】
しかしながら、画像面積率の低い画像を出力する場合、現像に用いられるトナーの量が少ない。つまりは、消費されるトナーの量が減ることになる。そのため、低画像面積率の画像を連続して出力し続けた場合には現像器内のトナーの入れ替えがわずかしか行われず、結果としてトナーが現像器内に存在する時間が長くなる。そのため長時間にわたって攪拌され、キャリアと摩擦帯電される。このように、長期的に攪拌を繰り返されストレスを与えられたトナーは、トナー内部にシリカや酸化チタンなどの外添剤が埋没したり、表面から離脱したりする現象が発生し、現像剤の流動性や帯電特性、さらにトナーとキャリア間の物理的付着力が変化する。このようなトナーは劣化トナーと呼ばれる。劣化トナーは帯電能力、電荷保持能力の低下による地肌汚れなどの問題を引き起こす原因となり、良好な画像を得られなくなることがある。また、低画像面積率の画像を連続して印刷する場合においては、現像器内のトナーの帯電量が高くなった結果、現像能力が低下し、画像濃度を維持することが困難となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したような画像面積率の低い画像の連続印刷時に生じる不具合の対策として、現像器内の劣化トナーを強制消費し、新たなトナーを補給し、現像器内のトナーを入れ替える方法が知られている。なお、この動作はトナーリフレッシュ動作と呼ばれる。
【０００６】
例えば、特開２００８−２１６６０１号公報（特許文献１）には、転写紙間（前回の作像終了から今回作像開始の間の時間、または枚数）でトナー消費パターンを作成し、劣化したトナーを消費する方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、この方法は転写紙間でトナー消費パターンを作成するため面積が小さく、トナー消費量を十分に確保することが困難である。そのため、劣化トナーを十分に消費することができないと考えられる。また、トナー消費パターンの作成頻度を増やして消費量を増加させることもできるが、現像器内の劣化トナーの位置については何ら考慮されないため、効率良く劣化トナーを消費することができない。
【０００８】
また、特開２００６−４７６５１号公報（特許文献２）には、劣化トナーによる画像欠陥が起こった場合に、それを回復させるためのトナーリフレッシュモードの実行方法について開示されている。
【０００９】
この対策法では、まず、劣化トナーによる画像欠陥が生じているかを判断するために画像サンプルを印刷し、その画像サンプルの結果に応じてトナーリフレッシュモードを実行する。ここで、トナー消費動作を行う際には転写紙１枚相当の大きさのベタ画像パッチを作成することで劣化トナーを消費している。
【００１０】
また、特開２００７−１０８６２３号公報（特許文献３）には、印刷している画像面積率が閾値より低い場合にリフレッシュ動作を実行することが記載されている。この対策法では、必要なトナーリフレッシュ量を消費するためにトナー消費パターンを複数回作成してトナー消費を行っている。
【００１１】
しかしながら、特許文献２及び特許文献３に記載されたように、転写紙間でのトナー消費パターンと比べて大きなトナー消費パターンを作成したり、複数回トナー消費パターンを作成しても、効率的に劣化トナーが消費されないことがある。トナー消費動作で一度に消費できる劣化トナーは現像器内の一部分である。そのため、劣化トナーが消費された箇所と残留している箇所が存在することになる。つまり、大きなトナー消費パターンを作成したり、複数回トナー消費パターンを作成したとしても、残留している劣化トナーが現像領域を通過するときにトナー消費を行わなければ、劣化トナーが現像器内に残留してしまうことになる。
【００１２】
以上のことから、トナー消費を行う際には現像器内の劣化トナーを効率よく排出できるように的確なタイミングでトナー消費動作を実行する必要があるが、従来はこれについて考慮されておらず、劣化トナーを効率よく排出できないという問題があった。
【００１３】
本発明は、従来の画像形成装置における上述の問題を解決し、現像器内の劣化トナーを的確なタイミングで消費することによって地肌汚れや画像濃度の低下を防ぎ、高品位の画像を安定的に維持することのできるトナーリフレッシュ方法および画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題は、本発明により、２成分現像装置におけるトナー消費方法において、所定のトナー消費パターンを現像してトナー消費動作を実行したときの現像装置内のトナー濃度の変化をトナー濃度センサにより検知し、該検知したトナー濃度センサの出力波形における１周目の最大値と現像剤循環による２周目の最大値との間で、各回のトナー消費動作による前記トナー濃度センサの出力波形の位相がずれるように前記トナー消費パターンを複数回現像してトナー消費動作を実行し、前記各トナー消費動作によって生じるトナー消費波形を重ね合わせた合成波形の現像剤循環による２周目の変動波形を打ち消すようにトナー消費パターンを作成現像してトナー消費動作を行うことにより解決される。
【００１５】
また、前記合成波形の現像剤循環による２周目の変動波形の谷部に、前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンによるトナー消費波形のピーク部が重なるように前記トナー消費動作を行うと好ましい。
【００１６】
また、前記合成波形の現像剤循環による２周目の変動波形の最小値の位置と、前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンによるトナー消費波形の最大値の位置が略同じになるように前記トナー消費動作を行うと好ましい。
【００１７】
また、前記合成波形の元となるトナー消費パターンの作成現像回数をｎとするとき、前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンの作成現像回数は（ｎ−１）回以下であると好ましい。
【００１８】
また、前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンは、前記合成波形の元となるトナー消費パターンとは異なると好ましい。
また、前記合成波形の元となるトナー消費パターンと前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンは、パターンの大きさが異なると好ましい。
【００１９】
また、前記合成波形の元となるトナー消費パターンと前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンは、パターンの濃度が異なると好ましい。
また、前記合成波形の元となるトナー消費パターンと前記変動波形を打ち消すためのトナー消費パターンは、パターンの書き込み密度が異なると好ましい。
【００２０】
また、トナー消費動作を行ったときに生じるトナー濃度の変動を打ち消すようにトナー補給動作を実行すると好ましい。
また、トナー消費動作におけるトナー濃度センサ出力波形の現像剤循環による１周目の消費波形部分に加えて２周目以降の消費波形部分に対しても前記トナー補給動作を実行すると好ましい。
【００２１】
また、前記トナー補給動作は、トナー補給装置の補給速度を変更して行うと好ましい。
また、前記トナー補給動作は、トナー補給装置の駆動ＯＮ時間と駆動ＯＦＦ時間を変更して行うと好ましい。
【００２２】
また、前記の課題は、本発明により、２成分現像装置を備え、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のトナー消費方法によりトナー消費動作を行う画像形成装置により解決される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のトナー消費方法によれば、現像剤循環の1周目のトナー消費動作で消費しきれなかった個所に対して現像剤循環の２周目でトナー消費動作を行い、劣化トナーを確実に消費することができる。
【００２４】
請求項２の構成により、変動波形のリップルを打ち消して効果的に劣化トナーを消費することができる。
請求項３の構成により、変動波形のリップルをよりフラットなものとすることができるため、さらに確実に劣化トナーを消費することが可能となる。
【００２５】
請求項４の構成により、現像剤循環1周目でのリップルの谷部に対応する数のトナー消費パターンを作成現像することで、適切なトナー消費動作を行うことができる。
請求項５の構成により、必要以上にトナーを消費することなく、１周目のトナー消費動作によって消費しきれなかった劣化トナーに対して適切なトナー消費動作を行うことが可能となる。
【００２６】
請求項６の構成により、パターンの大きさを異ならせることで２周目のトナー消費動作を適切に行うことができる。
請求項７の構成により、パターンの濃度を異ならせることで２周目のトナー消費動作を適切に行うことができる。
【００２７】
請求項８の構成により、パターンの書き込み密度を異ならせることで２周目のトナー消費動作を適切に行うことができる。
請求項９の構成により、劣化トナーが消費された個所に対して的確なタイミングでトナー補給を行うことで、劣化トナーと新しいトナーを効率よく入れ替えることが可能となる。そのため効果的なトナーリフレッシュを行うことができ、地肌汚れや画像濃度の低下を防ぎ、高品位の画像を安定的に維持することが可能となる。
【００２８】
請求項１０の構成により、１周目のトナー消費波形だけではなく現像剤が循環して生じる２周目以降の消費波形に対してもトナー補給を行うことで、帯電量の低下を防ぎつつ、劣化トナーが消費された箇所にトナーを補給することが可能となり、効果的にトナーリフレッシュを行うことが可能となる。
【００２９】
請求項１１の構成により、トナー補給装置の補給速度を変更し、単位時間当たりのトナー補給量を変更することで、トナー消費波形を打ち消すようにトナー補給動作を行うことができるため、劣化トナーと新しいトナーを確実に入れ替えることが可能となる。そのため効果的なトナーリフレッシュを行うことができる。
【００３０】
請求項１２の構成により、トナー補給装置の動作時間と非動作時間を変更することで、トナー消費波形を打ち消すようにトナー補給動作を行うことができるため、劣化トナーと新しいトナーを確実に入れ替えることが可能となる。そのため効果的なトナーリフレッシュを行うことができる。
【００３１】
請求項１３の画像形成装置によれば、現像装置内の劣化トナーを確実に消費することが可能となる。さらに劣化トナーを消費した個所に対してトナー補給動作を行うことができるため、劣化トナーと新しいトナーを効率よく入れ替えることが可能となる。そのため効果的にトナーリフレッシュを行うことができ、地肌汚れや画像濃度の低下を防ぎ、高品位の画像を安定的に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの作像部を概略的に示す模式図である。
【図２】現像装置を上方から見た状態を示す平断面図である。
【図３】現像装置が備えるトナー濃度センサの出力特性を示すグラフである。
【図４】トナー消費パターンを現像し、その後トナー補給・消費を行わずに現像装置の搬送スクリューを駆動し続けた場合のトナー濃度センサの出力値を示すグラフである。
【図５】現像装置内のトナー濃度を変化させてトナー消費パターンを作成したものを同時に示したものである。
【図６】実施例におけるトナー消費動作を行った時のトナー消費波形を示す模式図である。
【図７】１回目のトナー消費動作におけるトナー消費波形に対して位相をずらして２回目のトナー消費動作を行った場合のトナー消費波形を示す模式図である。
【図８】１回目のトナー消費動作における現像剤循環による１周目の間に複数回のトナー消費動作を実行する例を示す模式図である。
【図９】複数回行ったトナー消費動作の現像剤循環における２周目の時点に対してトナー消費動作を実施することにより劣化トナーが消費される様子を説明するための模式図である。
【図１０】トナー消費パターンの特徴を説明するための模式図である。
【図１１】最短のタイミングでトナー消費パターンを複数回作成した場合におけるトナー消費波形と合成波形を示す模式図である。
【図１２】トナー消費パターンの大きさを副走査方向に変化させたときのトナー消費波形を示す模式図である。
【図１３】濃度が異なるトナー消費パターンにおけるトナー消費波形を示す模式図である。
【図１４】書き込み密度が異なるトナー消費パターンにおけるトナー消費波形を示す模式図である。
【図１５】大きさと濃度が異なるトナー消費パターンにおけるトナー消費波形を示す模式図である。
【図１６】現像剤循環の２周目で消費するトナー消費パターンの一例を示す模式図である。
【図１７】トナー補給によりトナー濃度センサの出力値が低下する様子を示すグラフである。
【図１８】本発明を適用しない場合の、トナー消費波形とトナー補給波形を同時に示したものである。
【図１９】本発明を適用した場合の、トナー消費波形とトナー補給波形を同時に示したものである。
【図２０】トナー消費波形に対するトナー補給装置の駆動タイミングを示す模式図である。
【図２１】１周目と２周目で作成するトナー消費パターンが異なる場合のトナー補給装置の駆動タイミングを示す模式図である。
【図２２】トナー補給装置の回転速度を変更する場合と、トナー補給駆動のＯＮ時間を変更する場合とにおける、トナー消費波形に対するトナー補給を示す模式図である。
【図２３】本実施形態におけるトナーリフレッシュ動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの作像部を概略的に示す模式図である。この図に示すフルカラープリンタは、装置本体のほぼ中央部に４個の作像ユニット１０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）を配設している。これら４個の作像ユニット１０は、複数のローラに巻き掛けられた中間転写ベルト１１の下側走行辺に沿って配置されている。
【００３４】
各作像ユニット１０は像担持体としての感光体ドラム１を具備している。この感光体ドラム１の周りには、帯電手段２、現像装置３、クリーニング手段４等が配置され、さらに各感光体ドラム１に対向する位置において中間転写ベルト１１の内側に一次転写手段としての転写ローラ５が設けられている。なお、４個の作像ユニット１０は同一構造に構成されており、各作像ユニットの現像装置で扱う現像剤の色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に異なっている。そして、図の煩雑を避けるため、作像ユニット１０Ｙを構成する機器にのみ符号を付し、他の作像ユニットを構成する機器の符号は省略する。また、中間転写ベルト１１の上方には、各色作像ユニット１０の現像装置３へ供給されるトナーを収納したトナーボトル６（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）が配置されている。
【００３５】
４個の作像ユニット１０の下方には光書き込み装置１５が設けられている。光書き込み装置１５は図示はしないがポリゴンミラーやミラー群等を有しており、光変調されたレーザ光を各色作像ユニットの感光体ドラム１の表面に照射する。光書き込み装置は、各作像ユニット１０に個別に設けてもよい。
【００３６】
光書き込み装置１５の下方には図示しない給紙カセットが配設される。その給紙カセットから給送された転写紙等の記録媒体（以下、用紙という）は、図示しない搬送ローラによってレジストローラ対１６まで搬送される。そのレジストローラ対１６の上方には、二次転写手段としての転写ローラ１７が、中間転写ベルト１１が掛け渡されるローラの一つである転写対向ローラ１３に対向して設けられている。そして、二次転写部の上側には定着装置１８が設けられている。なお、支持ローラ１２に対向する位置に、中間転写ベルト１１上の画像濃度を検知する光学センサ１４が配置される。
【００３７】
上記のように構成された本例のフルカラープリンタにおける画像形成動作について簡単に説明する。
上記作像ユニット１０の感光体ドラム１が図示しない駆動手段によって図中時計方向に回転駆動され、その感光体ドラム１の表面が帯電手段２によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された感光体表面には、光書き込み装置１５からのレーザ光が照射され、これによって感光体ドラム１表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体ドラム１に露光される画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の色情報に分解した単色の画像情報である。このように形成された静電潜像に現像装置３から各色トナーが付与され、トナー像として可視化される。
【００３８】
また、中間転写ベルト１１が矢印で示すように図中反時計回りに走行駆動され、各作像ユニット１０において一次転写ローラ５の作用により感光体ドラム１から中間転写ベルト１１に各色トナー像が順次重ね転写される。このようにして中間転写ベルト１１はその表面にフルカラーのトナー像を担持する。
【００３９】
なお、作像ユニット１０のいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２色又は３色の画像を形成したりすることもできる。モノクロプリントの場合は、４個の作像ユニットのうち、図の一番右側のＢｋユニットを用いて画像形成を行う。
【００４０】
そして、トナー像を転写した後の感光体ドラム表面に付着する残留トナーは、クリーニング装置４によって感光体ドラム表面から除去され、次いでその表面が除電器（図示せず）の作用を受けて表面電位が初期化されて次の画像形成に備える。
【００４１】
一方、装置下部の給紙カセットから用紙が給送され、レジストローラ対１６によって、中間転写ベルト１１上に担持されたトナー像とのタイミングを取って二次転写位置に向けて送出される。本例では転写ローラ１７には中間転写ベルト表面のトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト表面のトナー像が用紙上に一括して転写される。トナー像を転写された用紙は、定着装置１８を通過するとき、熱と圧力によってトナー像が用紙に熔融定着される。定着された転写材は、装置本体の上面に構成された図示しない排紙トレイに排出される。
【００４２】
図２は、現像装置３を上方から見た状態を示す平断面図である。図２では、図の左側が図１のフルカラープリンタの装置奥側に、図の右側が装置手前側となる。
図１,２に示すように、現像装置３は現像剤担持体である現像ローラ３１を備えており、この現像ローラ３１は感光体ドラム１に対向するように配置される。また、現像装置３は第一スクリュー３２及び第二スクリュー３３からなる２連の搬送スクリューを備えている。この２本の搬送スクリュー３２，３３により、図２に太矢印で示すように現像装置内を現像剤が循環搬送される。
【００４３】
第一搬送スクリュー３２が設置された部分では現像剤が現像ローラ３１の表面に汲み上げられ、また、現像領域を通過した現像剤が戻される。そして、図１に示すように、第二スクリュー３３側の現像剤室の下部に位置してトナー濃度センサ３４が設けられている。トナー濃度センサ３４としては、例えば現像器内のトナー透磁率を測定するものを使用する。また、第二スクリュー３３側の現像剤室に連絡するトナー補給部３５が設けられ、トナーボトル６からトナーが補給される。
【００４４】
図３はトナー濃度センサ３４の出力特性を示すグラフであり、縦軸がトナー濃度センサの出力値で、横軸がトナー濃度である。このグラフから分かるように、トナー濃度センサ３４は、現像器内のトナー濃度が高いほど出力値が小さくなる特性を有している。また、トナー濃度とトナー濃度センサの出力値の関係は直線近似することが可能である。
【００４５】
ここで、トナー濃度制御は、トナー濃度センサの出力値：Ｖｔをトナー濃度の制御基準値：Ｖｔｒｅｆと比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、図示しないトナー補給装置を駆動することにより、トナー補給部３５を通じて現像器中にトナーが補給される。
【００４６】
以下、本実施形態におけるトナーリフレッシュ動作について説明する。
図４は、Ａ４横で全ベタ画像を現像し、その後トナー補給・消費をともに行わずに現像装置３の搬送スクリューを駆動し続けた場合のトナー濃度センサ３４の出力値を示すグラフである。このグラフからわかるように、トナー消費を行うことでトナー濃度センサの出力値が変化している（このトナー消費パターンの作成によって生じるトナー濃度センサの出力値の変化を以後トナー消費波形と呼ぶ）。
【００４７】
トナー消費波形においてトナー濃度センサ出力値が高い（トナー濃度が低い）箇所がトナー消費パターンの作成によってトナーが消費された箇所である。逆にトナー濃度センサ出力値が低い（トナー濃度が高い）箇所はトナー消費が行われていない箇所である。このようにトナー消費波形より現像器内のトナー消費が行われた箇所を知ることができる。
【００４８】
また、トナー消費波形から、トナー濃度の変動には周期性があることが分かる。これは現像器内の現像剤が攪拌されながら搬送されることで常に現像器内を循環しているため、トナー消費を行われた箇所が現像器内を一周して再びトナー濃度センサの検知位置まで循環されたためである。その様子が図４に示す２つめの波形に現れている。すなわち、トナー消費パターンの作成によってトナーが消費されセンサ出力値が高くなった個所（１周目波形のピーク）が、循環周期経過後の２周目波形においても高い出力値を示している。
【００４９】
図５は、現像装置内のトナー濃度を変化させてＡ４横全ベタのトナー消費パターンを作成したものを同時に示したものである。ここではトナー濃度は３段階に変化させた。このグラフから分かるように、現像器内のトナー濃度が変化してもトナー消費波形はほぼ同じ波形である。
【００５０】
これらのことから、現像装置内におけるトナー消費が行われた箇所と現像剤が現像器内を一周する循環周期を把握することができる。図４において両矢印で示す区間が循環周期である。そのため、トナー消費が行われた箇所が再び現像領域に到達するタイミングを予め知ることができる。
【００５１】
上述したように、トナー消費波形においてトナー濃度センサ出力値が低い（トナー濃度が高い）箇所はトナー消費が行われていない箇所である。すなわち、劣化したトナーが消費されておらず現像器内に残留している状態である。そこで、この劣化トナーが残留している個所（部分）が現像領域に循環されてきたタイミングで、トナー消費パターンを現像するようにしてやれば、残留している劣化トナーを効率良く消費することができる。
【００５２】
図６は、トナー消費パターンを作成現像してトナー消費動作を行った時のトナー消費波形を示している。このようなトナー消費波形が得られた場合、１回目のトナー消費波形に対して位相をずらして２回目のトナー消費動作を行うと図７のようになる。このとき、トナー濃度が高い部分（劣化トナーが残っている部分）が残る場合がある。つまり、２回のトナー消費動作によっても、現像器内の劣化トナーを消費できない場合がある。
【００５３】
そのため、１回目のトナー消費波形の１周目のピーク値と２周目のピーク値との間で複数回トナー消費動作を行うことで、劣化トナーを確実に消費するようにする。
ここで複数回行うトナー消費波形のうち、最後のトナー消費波形の１周目のピーク部分が、１回目に（最初に）作成するトナー消費波形の２周目の波形のピーク部分に重ならないように作成することが望ましい。なぜなら、１回目のトナー消費動作において消費された箇所で再びトナー消費動作を行わないようにするためである。
【００５４】
トナー消費動作を行う回数について図６を用いて説明する。
上記したように図６はトナー消費パターンを作成現像してトナー消費動作を行った時のトナー消費波形を示している。まず１周目のトナー消費波形の出力が上昇し始める位置から現像剤が循環して２周目のトナー濃度センサの出力値が上昇し始めるまでの時間Ｔを測定する。この時間Ｔは現像剤が現像器内を一周する循環周期と一致する。
【００５５】
次に１周目の消費波形の幅であるｔ_ｓを求める。そして、Ｔ／ｔ_ｓの計算を行い、商の小数点以下を切り捨てた値をトナー消費動作を行う回数とする。このようにして、トナー消費動作を行う回数を求めることで、時間Ｔの間に収まるように複数個のトナー消費波形を作成することができる。図８には、時間Ｔの間に３回のトナー消費動作を実行する例を示している。
【００５６】
また、トナー消費動作を行うタイミングは、時間Ｔをトナー消費動作を行う回数で割りその時間分前回のトナー消費動作実行開始から遅延させてトナー消費動作を実行させるようにすれば、時間Ｔの間で均等に分散してトナー消費動作を行うことが可能となる。ここで、その遅延時間をｔｄとする。図８に示すように、時間Ｔの間にトナー消費波形（１周目の消費波形）を収めるため、作成する最後の（３回目の）トナー消費波形の１周目のピーク部分が１回目の（最初の）トナー消費波形の２周目のピーク部分と重なることはない。
【００５７】
なお、トナー消費波形が現像器を１周循環する間を「１周目」、循環の２周目以降に作像するもの（の波形）を「２周目」と称する。
図９（ａ）では、１周目に３回トナー消費パターンを作成現像し、各トナー消費波形を重ね合わせた結果の合成波形を点線で示している。なお、１回目の波形は実線で、２回目の波形は一点鎖線で、３回目の波形は太実線で示している。
【００５８】
この合成波形（重ね合わせた結果）から分かるように、１回目のトナー消費動作によるトナー消費個所が現像器内を一周する間で均等に複数回トナー消費動作を行うことができるため、劣化トナーを確実に消費することが可能となる。
【００５９】
しかしながら、重ね合わせた結果の合成波形において、丸で囲んだ部分のようにトナー消費波形が低い（トナー濃度が高い）部分がある。この谷の部分は、劣化トナーが若干残留していることを示している。そのため、この合成波形のリップルを打ち消すようにトナー消費動作を再度行えば、劣化トナーを確実に消費することが可能となる。
【００６０】
そこで、合成波形における谷の部分（トナー濃度が高い部分）が現像領域に再度循環してきたタイミングで（現像剤循環における２周目の時点に対して）トナー消費動作を行う。これにより、確実に劣化トナーを消費することができる。なお、図９（ｂ）及び（ｃ）については後述するが、（ｂ）は２周目で行うトナー消費動作によるトナー消費波形である。また、（ｃ）は各トナー消費波形を重ね合わせた結果を示すものである。この（ｃ）に示す波形より、２週目以降のリップルが小さくなっていること、すなわち、劣化トナーが確実に消費されている様子が分かる。
【００６１】
ここで、上記２周目にトナー消費動作を行う理由（トナー消費パターンの作成によって生じるトナー消費波形を重ね合わせた合成波形における谷の部分が循環して再度現像領域に達した２周目でトナー消費動作を行い劣化トナーを消費する理由）について説明する。
【００６２】
本実施例では、トナー消費パターンは図１０に示すようなパターンを作成する。トナー消費パターンの副走査長さが各色のステーション間ピッチに収まるようにしている。このようにすれば、トナー消費パターンを重ならずに同時に作成することができる。そのため、他色の消費パターン作成のために遅延などを行う必要がなく余計な時間がかからなくなる。
【００６３】
また、トナー消費パターンを重ねて作成するとクリーニング部材に一度に入力されるトナー量が多くなるため、クリーニング部材への負担が大きくなる。そのため、クリーニング不良の点からも各色のトナー消費パターンは重ならないように作成することが望ましい。
【００６４】
図１１は、最短のタイミングでトナー消費パターンを作成した場合におけるトナー消費波形と、各トナー消費波形を重ね合わせた結果の波形を表している。
ここで、Ｙのトナー消費パターンに注目して説明を行う。Ｙのトナー消費パターンを１回作成したら、次に最短でＹのトナー消費パターンを作成する位置は１回目の消費パターンの作成位置から他の色の消費パターン分（３ステーション分）離れた場所となる。つまり、他色の消費パターンの場所ではＹのトナー消費パターンを作成することができない。
【００６５】
各トナー消費波形を重ね合わせた点線からわかるように、トナー消費波形が低い部分が存在している。この部分は劣化トナーが残留していることを示している。このトナー消費波形のリップルを打ち消すようにトナー消費動作を行えば劣化トナーを消費することができる。
【００６６】
しかしながら、１周目の１回目のトナー消費パターンと２回目のトナー消費パターンの間ではＹのトナー消費パターンを作成することができない。これは前術したように他の色とパターンが重ならないようにしているためである。
【００６７】
そこで、上記図９で説明したように、合成波形（重ね合わせたトナー消費波形）の低い部分（谷の部分）が現像器を循環した２周目でトナー消費波形の低い部分を打ち消すようにトナー消費パターンを作成する。
【００６８】
以上のようにすることで、現像剤循環における１周目でのトナー消費動作で消費しきれなかった箇所に対して現像剤循環の２周目でトナー消費動作を行うことが可能となるため、劣化トナーを確実に消費することが可能となる。
【００６９】
次に、現像剤循環における２周目の時点で作成するトナー消費パターンについて説明する。
上述したように、現像剤が１周循環する間にトナー消費動作を複数回行う場合にトナー消費波形の低下する部分も複数存在する。トナー消費波形が低下する位置は消費波形と消費波形を重ね合わせた間の部分となるため、トナー消費波形が低下する箇所は［作成する消費パターン数−１］となる。そのため、トナーリップルを打ち消すためには［１周目で作成するトナー消費パターン回数−１］回を２周目で作成すればよい。
【００７０】
また、現像剤循環の２周目で消費するトナー消費パターンは１周目に作成するパターンとは異なるパターンとするとよい。なぜなら、１周目の重ね合わせたトナー消費波形のリップルを打ち消す分だけのトナー消費を実行すればよいためである。１周目で作成したパターンと同じパターンを作成すると過剰にトナーが消費されトナー濃度のリップルが余計に大きくなる可能性がある。そのため、トナー消費波形のリップルを打ち消すのに適した量のトナー消費パターンを作成する必要がある。
【００７１】
図１２は、トナー消費パターンの大きさを副走査方向に変化させたときのトナー消費波形を示すものである。トナー消費パターンは副走査方向に長い「Ａ」パターンと短い「Ｂ」パターンを作成するものとする。このとき、主走査方向長さは「Ａ」、「Ｂ」ともに同じ長さである。図において、「Ａ」パターンのトナー消費波形を実線、「Ｂ」パターンのトナー消費波形は一点鎖線で示してある。
【００７２】
図１２から「Ａ」と「Ｂ」でピーク位置の振幅が異なるのが分かる。これは、トナー消費量が「Ｂ」パターンの方が少ないため、現像剤のトナー濃度の低下が小さいためである。また、現像剤が循環して生じる２周目の波形が上昇し始める位置は「Ａ」、「Ｂ」ともに同じとなる。これは現像剤が１周する循環周期が同じためである。また、「Ｂ」は「Ａ」と比べて消費波形の幅が狭くなり、またピーク位置がくるタイミングも早くなる。
【００７３】
図１３は、トナー消費パターンの濃度を変更した場合のトナー消費波形を示すものである。「Ｂ」パターンは「Ａ」パターンよりも濃度が低いものである。この場合、トナー消費量が「Ｂ」パターンの方が少ないため、消費波形の振幅が小さくなる。作成するパターンの面積は同じであるため、消費波形の幅は「Ａ」と「Ｂ」で同じである。なお、作成するトナー消費パターンの濃度を変更するには現像ポテンシャルを変更すればよく、例えば（「Ｂ」パターン作成時の現像バイアス）＜（「Ａ」パターン作成時の現像バイアス）となるようにして濃度を変更すればよい。
【００７４】
図１４は、トナー消費パターンの書込み密度を変更した場合のトナー消費波形を示すものである。「Ａ」パターンはベタの消費パターン、「Ｂ」パターンはハーフトーンの消費パターンを作成している。図１４の場合と同様に、「Ｂ」パターンは「Ａ」パターンと比べてトナー消費量が少なくなるため、消費波形の振幅が小さくなる。
【００７５】
図１５は消費パターンの大きさと濃度を変更した場合のトナー消費波形を示すものである。この図では、大きさと濃度の両方を「Ａ」パターンから変更したものを「Ｃ」パターンとして示している。「Ｃ」パターンは「Ｂ」パターンとパターンの大きさは同じで濃度が低い。このようにパターンの大きさと濃度を組み合わせて変更することで消費波形の幅と振幅を同時に変更することができる。
【００７６】
上記したように、作成するトナー消費パターンの大きさや濃度、書込み密度を変更することで、トナー消費波形を変更することができる。そのため、１周目の重ね合わせたトナー消費波形のリップルを打ち消すのに適したトナー消費パターンを２周目で作成すれば、過剰にトナー消費を行うことなく適切なトナー消費動作を行うことが可能となる。
【００７７】
例えば、複数回作成する１周目のトナー消費波形を重ね合わせたトナー消費波形のリップルの幅が小さい場合には、２周目で作成するトナー消費パターンの副走査方向長さを短くすればよい。また、重ね合わせたトナー消費波形のリップルの振幅が小さい場合には消費パターンの濃度を低く、もしくは書込み密度を低く設定すれ振幅が小さいトナー消費波形を作成することが可能となる。
【００７８】
以上のように、複数回のトナー消費パターンの作成によって生じるトナー消費波形を重ね合わせた結果生じるトナー消費波形のリップルを打ち消すのに適したトナー消費パターンを作成すればよい。
【００７９】
図１６に、現像剤循環の２周目で消費するトナー消費パターンの一例を示す。この図に示すトナー消費パターンは、図１０に示したパターンに比べ、副走査方向長さを短くしたものである。
【００８０】
ところで、本実施例において、現像剤循環の１周目で作成するトナー消費パターンは毎回同じである。そのため、トナー消費波形を重ね合わせた際に生じるリップルの大きさも毎回同じとなる。つまりは、２周目でリップルを打ち消すために作成するトナー消費パターンも毎回同じとなる。
【００８１】
そのため、リップルを打ち消すのに適したトナー消費パターンを予め設定しておき、１周目の重ね合わせたトナー消費波形のトナー濃度センサ出力が低い部分（トナー濃度が高い部分）が現像領域に再度循環してきたタイミングで（現像剤循環における２周目の時点に対して）前記予め設定しておいたトナー消費パターンを作成現像してトナー消費動作を行えば、適切なトナー消費動作を行うことが出来、劣化トナーを確実に消費することが可能となる。
【００８２】
次に、２周目のトナー消費パターンの書込みタイミングについて前出の図９を用いて説明を行う。ここではトナー消費パターンを３回作成する場合について説明する。
図９（ａ）はトナー消費パターンを３回作成し、それぞれのトナー消費波形を重ね合わせた結果（合成波形）を点線で示している。なお、１回目のトナー消費波形は実線、２回目を一点鎖線、３回目を太実線で示している。また図９（ｂ）は２周目のトナー消費パターンの作成によって生じるトナー消費波形を示している。２周目に行うトナー消費動作の回数は３−１＝２回となり、２回トナー消費動作を行う。
【００８３】
まずトナー消費動作開始から最大値までの時間ｔ１を測定する。上記したように２回目のトナー消費パターン作成を開始する時間はｔｄである。３回目のトナー消費パターンの作成を開始するタイミングは２回目のトナー消費パターンの作成開始からさらにｔｄ遅延させた時間となる。
【００８４】
１回目のトナー消費波形の最大値と２回目のトナー消費波形の最大値の間の時間はｔｄとなる。２回目と３回目の間の時間も同様にｔｄとなる。現像剤の循環周期はＴとする。
【００８５】
次に２周目で作成するトナー消費パターンにおいて、トナー消費パターンの書込み開始から、最大値までの時間ｔｍを測定する。
ここで、図９（ａ）の３回のトナー消費波形を重ね合わせた合成波形が低下している位置（谷の位置）は、各回トナー消費波形の最大値と最大値のほぼ中間地点である。そのため、現像剤循環における２周目の時点において、最大値と最大値の中間地点にトナー消費波形の最大値がくるようにすれば、トナーリップルをよりフラットに打ち消すことができる。
【００８６】
１周目の重ね合わせたトナー消費波形の１つめの最小値（合成波形１周目の谷の部分が循環してできる２周目での谷の部分）に２周目で作成するトナー消費波形の最大値が重なるようにするには、１回目のトナー消費パターンの書込み開始をトリガとして、［ｔ1＋ｔｄ/２＋Ｔ−ｔｍ］＝ｔａ秒経過後に２周目のトナー消費パターンの書込みを開始すればよい。ｔ１＋ｔｄ/２は重ね合わせたトナー消費波形の最小値の位置となる。その最小値が１周循環する時間はＴである。そのためｔ1＋ｔｄ/２＋Ｔ秒経過後に２周目で作成するトナー消費パターンのトナー消費波形の最大値が略重なるようにするにはｔｍ秒前から２周目のトナー消費パターンの書込み開始すればよい。
【００８７】
１周目の重ね合わせたトナー消費波形の２つめの最小値は１つめからｔｄ経過後となる。なぜなら、２回目と３回目のトナー消費波形の最大値の間となるためである。そのため、これを打ち消すためのトナー消費波形もｔａ＋ｔｄ秒経過後にトナー消費パターンの作成を開始すればよい。
【００８８】
上記タイミングでトナー消費動作を行いトナー消費波形を重ね合わせた結果、すなわち（ａ）の３回のトナー消費動作と（ｂ）の２周目で行う２回のトナー消費動作のそれぞれのトナー消費波形を重ね合わせた結果を図９（ｃ）に示す。図９（ｃ）に示す合成波形から分かるように、図９（ａ）で生じていたトナー消費波形のリップルが解消されている。
【００８９】
以上のように現像剤の２周目においてトナー消費動作を実行することで、劣化トナーが残留している部分でトナー消費動作を行えるため、より効果的に劣化トナーを消費することが可能となる。
【００９０】
以上が本実施形態におけるトナー消費動作についての説明である。なお、実際のトナーリフレッシュ動作では、劣化したトナーを消費するだけではなく、新しいトナーと入れ替えるためにトナー補給を行う必要がある。続いて、本実施形態におけるトナー補給動作について説明を行う。
【００９１】
図１７は、トナー補給モータを駆動し（トナー補給動作を行い）、その後トナー補給・消費をともに行わずに搬送スクリューによる攪拌を行い、トナー濃度センサにより現像器内のトナー濃度を測定した結果である。図１７のグラフから分かるように、トナー補給を行うとトナー濃度センサの出力値が低下するのが分かる（このトナー補給によって生じるトナー濃度センサの出力値の変化を以後トナー補給波形と呼ぶ）。このトナー補給波形は同じ量のトナー補給を行った場合には毎回ほぼ同じ波形となる。
【００９２】
図１８は、本発明を適用しない場合の、トナー消費波形とトナー補給波形を同時に示したものである。ここで、現像装置内のトナー濃度センサ出力はトナー消費波形とトナー補給波形を足し合わせたものとなる。そのため、トナー濃度センサ出力値は太線のようになる。
【００９３】
なお、図１８に示す場合にはトナー補給動作をトナー消費波形の立ち上がり部分で３回行っている。この場合、太線で示すようにトナー濃度センサ出力値に大きなリップルが発生している。これは、現像装置内のトナー濃度に変動があることを意味している。つまり、トナーが補給されてトナー濃度が高くなった箇所と、トナーが補給されずにトナー濃度が低い箇所が現像装置内で存在していることになる。
【００９４】
トナーリフレッシュ動作の目的は劣化トナーを消費し、その分新しいトナーを補給して入れ替えることである。そのため、トナー補給動作を適切に行わないと劣化トナーが消費されただけで新しいトナーとの入れ替えが行われない箇所が存在することになる。
【００９５】
一方、図１９は、本発明を適用した場合を示すもので、トナー補給タイミングを変更し３回トナー補給を行った場合について、トナー濃度センサの出力値を示している。なお、このときトータルのトナー補給量は図１８の場合と同じである。図１９において、トナー消費波形とトナー補給波形を足し合わせた太線波形（トナー濃度センサ出力値に相当する）は、よりフラットとなっていることが分かる。
【００９６】
このようにトナー補給タイミングを変更すれば、トナー濃度リップルの発生を無くすことが可能となる。これは、トナー消費が行われた箇所にまんべんなくトナー補給が行われたことを意味している。つまり、劣化トナーが消費された場所に的確にトナー補給動作が行われたこととなる。
【００９７】
ここで、図１９より、トナー消費波形の１周目の波形を打ち消すようにトナー補給動作を行えば、２周目以降ではトナー濃度が一定となっているのがわかる。そのため、２周目のトナー消費波形は生じなくなる（山が発生しなくなる）ため、２周目のトナー消費波形に関してはトナー補給を行う必要がない。
【００９８】
トナー消費動作を現像剤循環における２周目の時点で行う場合も同様に、トナー消費波形の１周目の波形を打ち消すようにトナー補給動作を行えばよい。
以上のことから、１周目のトナー消費波形を打ち消すようなタイミングでトナー補給動作を行えば劣化トナーが消費された箇所に新しいトナーを補給することができ、的確にトナーの入れ替えを行うことが可能となる。具体的なトナー補給動作については後述する。
【００９９】
本実施形態において、トナーリフレッシュ動作で作成するトナー消費パターンは毎回同じ大きさのパターンを作成する。そのため、前述したようにトナー消費波形は毎回略同じ波形となる。つまり、消費されてトナー濃度の低い箇所が現像器内を循環しトナー補給口に到達するまでの時間も毎回略同じタイミングである。
【０１００】
以上のことから、トナー消費波形を打ち消すようなトナー補給タイミングは予め設定しておくことが可能となる。つまり、トナー消費パターンの書き込み開始をトリガにしてトナー消費波形を打ち消すタイミングでトナー補給動作を行うことが可能となる。
【０１０１】
図２０のトナー補給動作（ａ）に示すように、複数回行われるトナー消費動作によって生じるトナー消費波形それぞれを打ち消すようにトナー補給動作を実行すれば劣化トナーが消費された箇所に対して的確にトナー補給を行うことができるため、効果的にトナーリフレッシュを行うことができる。
【０１０２】
１周目で作成するトナー消費パターンと２周目で作成するトナー消費パターンが異なる場合には、図２１に示すように、それぞれのトナー消費パターンに対して消費波形を打ち消すようにトナー補給タイミングを予め設定しておき、トナー補給を実行すればよい。
【０１０３】
なお、トナー消費波形を打ち消す方法は１周目のトナー消費波形に対してだけではなく、現像剤が循環して生じる２周目以降の消費波形に対しても行うようにしても良い。
【０１０４】
例えば、高温高湿環境の場合、現像剤中に多く水分を含むために電荷が放出されやすくなりトナーの帯電量が低下する。このような状況において、前記したように１周目のトナー消費波形を打ち消すようにトナー補給を行った場合、現像剤が現像器内を１周する間に多くのトナーが現像器内に補給されることになる。多くのトナーが補給されるとトナーとキャリアが接触する機会が減り帯電量が高くなりにくくなる。そのため、帯電量を上げるためにはなるべく分散してトナーを補給する必要がある。
【０１０５】
そこで、例えば１周目のトナー消費波形を打ち消すために必要なトナー補給量の半分だけを補給しておき、２周目で残りの半分を補給するようにする。このような補給を行えば、トナーとキャリアが接触する機会が増え帯電量を高くする効果が得られる。
【０１０６】
図２０のトナー補給動作（ｂ）は、必要なトナー補給量を１周目のトナー消費波形と２周目のトナー消費波形に分けて補給動作を実施したものである。このように２周目以降のトナー補給タイミングとしては本来１周目で行うはずのタイミングを現像剤が１周循環する分遅延させて補給を行うようにすればよい。そうすれば、１周目のみで補給する場合と同様に劣化トナーの消費位置に対して的確に補給動作を行うことができる。
【０１０７】
以上のように、トナー補給を行うことで帯電量の低下を防ぎつつ、劣化トナーが消費された箇所にトナーを補給することが可能となり、効果的にトナーリフレッシュを行うことが可能となる。
【０１０８】
次に、トナー補給装置の回転速度を変更し、単位時間あたりのトナー補給量を変更することができるシステムを用いた場合のトナー補給方法ついて説明する。
このようなトナー補給システムではトナー補給装置の回転速度を速くすれば、単位時間あたりの補給量は多くなり、トナー補給装置の回転速度を遅くすれば、単位時間当たりの補給量を少なくすることができる。前記したようにトナー消費波形は予め分かっている。そのため図２２の補給装置回転駆動（ｃ）に示すように、トナー消費波形を打ち消すように単位時間当たりのトナー補給量（トナー補給装置の回転速度）を変更してトナー補給を行えば、劣化トナーが消費された箇所に対して的確にトナー補給を行うことが可能となる。これにより、効果的なトナーリフレッシュを行うことができる  次に、トナー補給装置の単位時間当たりの補給量は一定で、トナー補給駆動のＯＮ時間とＯＦＦ時間を可変とすることができるシステムを用いた場合のトナー補給方法について説明する。
【０１０９】
このようなトナー補給システムの場合、１回の補給動作時間（補給モータを駆動させてから停止させるまでの時間）を変更することでトナー補給量を変更することができる。具体的にはＯＮ時間が長いほどトナー補給量は多くなり、ＯＮ時間が短いほどトナー補給量は少なくなる。
【０１１０】
そのため、図２２のトナー補給動作（ｄ）に示すように、トナー消費波形を打ち消すようにトナー補給駆動のＯＮ時間を変更してトナー補給を行い、劣化トナーが消費された箇所に対して的確にトナー補給を行うことができる。
【０１１１】
上記のように、１回目のトナー消費動作によるトナー消費箇所が現像器内を一周する間で均等に複数回トナー消費動作を行うことができるため、確実に劣化トナーを消費することが可能となる。また、劣化トナーが消費された箇所に対して的確なタイミングでトナー補給を行うことで、劣化トナーと新しいトナーを効率よく入れ替えることが可能となる。そのため効果的なトナーリフレッシュを行うことができ、地肌汚れや画像濃度の低下を防ぎ、高品位の画像を安定的に維持することが可能となる。
【０１１２】
続いて本実施形態における、トナーリフレッシュ動作について図２３のフローチャートを用いて説明する。
まず、現像モータの走行距離を取得する（Ｓ１）。これは、現像モータの駆動時間を取得し、モータの回転速度からモータ駆動距離（走行距離）を算出し取得する。
【０１１３】
次に、累積画像面積［ｃｍ^２］を取得する（Ｓ２）。ここで、累積画像面積は次の式１によって求める。すなわち、転写紙１枚毎に書き込んだ画像面積を取得し、１枚印刷する毎に書き込んだ画像面積分を累積していく。
累積画像面積＝前回までの累積画像面積＋今回の画像面積・・・（式１）
なお、式１の画像面積の単位はすべて［cm^2］である。
【０１１４】
例えば、高画像面積の印刷を連続して行った場合には累積画像面積の値は大きくなり、一方で低画像面積の印刷を連続して行った場合には累積画像面積は小さい値となる。具体例としては、１枚の画像面積が５０［cm^2］の印刷を連続して１０枚印刷すると、累積画像面積は５００［cm^2］となる。
【０１１５】
そして、必要リフレッシュ画像面積の算出を行う（Ｓ３）。必要リフレッシュ画像面積とは現像器内のトナーが劣化しないためには現像モータの走行距離に対してどのくらいのトナーを消費する必要があるかを画像面積で表した値であり、以下の式２で定義される。
必要リフレッシュ画像面積［cm^2］＝現像モータ走行距離［ｍ］×必要リフレッシュ閾値［cm^2/m］−累積画像面積［cm^2］・・・（式２）
【０１１６】
式２の必要リフレッシュ閾値とは現像モータの走行距離に対してどのくらいのトナーを消費する必要があるかを意味している。この値はトナーが劣化しないために必要なトナー消費量を予め実験などにより算出しておく。この必要リフレッシュ閾値に現像モータ走行距離を乗ずることで必要なトナー消費量を算出することができる。ただし、印刷を行っている際には印刷された画像面積に応じてトナーが消費される。そのため、必要なトナー消費量から実際に消費したトナーの差を求めることで、トナーが劣化しないためには、あとどのくらいのトナー消費量が必要かを求めることができる。この値が必要リフレッシュ画像面積である。
【０１１７】
ここで、累積画像面積の値によっては必要リフレッシュ面積の値が負になることがある。その場合にはトナーが劣化しないために必要な消費量以上にトナーが消費されているため、トナー消費動作が必要ないと判断することができる。
【０１１８】
必要リフレッシュ画像面積の算出について具体的な数値例を用いて以下に説明する。
取得した現像モータの走行距離が９０［ｍ］で累積画像面積が６００［cm^2］であったとし、必要リフレッシュ閾値が２５［cm^2/m］であるとすると、必要リフレッシュ画像面積は以下のように求められる。
必要リフレッシュ画像面積＝９０×２５−６００＝１６５０［cm^2］
よって、画像面積１６５０［cm^2］のトナーを消費する必要がある。
【０１１９】
別の例として、取得した走行距離が９０［ｍ］で必要リフレッシュ閾値が２５［cm^2/ｍ］で累積画像面積が３０００［cm^2］であったとすると、
必要リフレッシュ画像面積＝９０×２５−３０００＝−７５０［cm^2］
と求められる。
【０１２０】
必要リフレッシュ画像面積の値が負の場合は印刷動作において十分にトナーが消費されているためトナーリフレッシュ動作が必要ないと判断することができる。
以上のようにして、今回の必要リフレッシュ画像面積を算出する。そして、前回までの必要リフレッシュ面積に今回算出したリフレッシュ面積を加算し累積リフレッシュ面積とする（Ｓ４）。
累積リフレッシュ画像面積［cm^2］＝累積リフレッシュ画像面積［cm^2］＋必要リフレッシュ画像面積［cm^2］・・・（式３）
【０１２１】
そして、リフレッシュ動作の実行判定を行う（Ｓ５）。Ｓ４で求めた累積必要リフレッシュ画像面積の値と所定のリフレッシュ実行判定閾値の値を比較して、累積必要リフレッシュ画像面積の値が所定のリフレッシュ実行判定閾値以上であった場合にリフレッシュ動作に移行する。
【０１２２】
すなわち、Ｓ５においてトナーリフレッシュ実行判定の結果、実行必要の場合にはＳ６に進み、トナーリフレッシュ動作を実行する。ここで、トナー消費パターンは毎回同じパターンを作成するようにする。本実施例では、トナー消費パターンは前出の図１０で示すようなパターンを作成する。トナー消費パターンの副走査長さが各色のステーション間ピッチに収まるようにしている。このようにすれば、トナー消費パターンを重ならずに同時に作成することができる。そのため、他色の消費パターン作成のために遅延などを行う必要がなく余計な時間がかからなくなる。
【０１２３】
また、トナー消費パターンを重ねて作成するとクリーニング部材に一度に入力されるトナー量が多くなるため、クリーニング部材への負担が大きくなる。そのため、クリーニング不良の点からも各色のトナー消費パターンは重ならないように作成することが望ましい。
【０１２４】
現像剤循環周期の２周目で作成するトナー消費パターンは前出の図１６で示すようなパターンである。このように図１０と異なるトナー消費パターンを作成する。図１６のパターンでは副走査方向長さを変更することでトナー消費量を減少させ、トナー消費波形を重ね合わせた結果生じるリップルをフラットにするためのトナー消費波形が得られるトナー消費パターンとなっている。
【０１２５】
なお、トナー消費パターンは現像装置内の劣化トナーが十分に消費できる回数作成する。現像装置や作成するトナー消費パターンの大きさなどにより作成回数を変化させる。
【０１２６】
続いて、前述したようにトナー補給動作を実行し（Ｓ６）、劣化トナーが消費された箇所に対してトナー補給動作を行う。トナー補給はトナー消費波形を打ち消すように行うため、トナー消費動作と並列して実行される。
【０１２７】
トナー消費動作とトナー補給動作の両方が終了したら、トナーリフレッシュ動作実行終了とし、Ｓ７において、累積リフレッシュ画像面積の更新を行う。次の式４に示すように累積リフレッシュ画像面積からトナー消費した分の画像面積を減算する。
累積リフレッシュ画像面積［cm^2］＝累積リフレッシュ画像面積［cm^2］−トナー消費画像面積［cm^2］・・・（式４）
【０１２８】
Ｓ７での処理が終了したら、もしくはＳ５においてトナーリフレッシュ動作が実行不要と判定された場合にはＳ８において、Ｓ３で必要リフレッシュ画像面積を算出する際に仕様した、現像モータ走行距離、累積画像面積の値を０クリアして終了となる。
【０１２９】
以上が本実施形態におけるトナーリフレッシュ動作となる。このように現像モータの走行距離と印刷している画像面積の累積値に応じて必要なリフレッシュ画像面積を算出することで、現像剤の状態はトナーリフレッシュ動作が必要であるかどうか判定することができる。
【０１３０】
また、トナーリフレッシュ動作では、現像装置内の劣化トナーが消費された箇所を把握することで残留した劣化トナーを確実に消費することができる。その結果として、画像濃度の低下を防ぎ、高品位の画像を安定的に維持することが可能となる。
【０１３１】
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１周期の間に実施するトナー補給動作の回数は３回に限らず、適宜な回数を設定可能である。また、現像剤循環の２周目でトナー補給動作を実施する場合の回数も１周目で実施した回数に応じて適宜設定されるものである。
【０１３２】
現像装置各部の構成や画像形成装置の作像部の構成も任意であり、タンデム式における各色プロセスカートリッジの並び順などは任意である。また、タンデム式に限らず、一つの感光体の周囲に複数の現像装置を配置したものや、リボルバ型現像装置を用いる構成も可能である。また、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。
【符号の説明】
【０１３３】
１              感光体ドラム
３              現像装置
６              トナーボトル
１０            作像ユニット
１１            中間転写ベルト
１５            光書き込み装置
１８            定着装置
３１            現像ローラ
３２            第一スクリュー
３３            第二スクリュー
３４            トナー濃度センサ
３５            トナー補給部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３４】
【特許文献１】特開２００８−２１６６０１号公報
【特許文献２】特開２００６−４７６５１号公報
【特許文献３】特開２００７−１０８６２３号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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