(57)【要約】【目的】現像剤に掛かる負荷を抑制しつつ適正な画像を長期間に亘って維持することができる画像形成装置を提供すること。【構成】トナー及びキャリアを含む現像剤を収容し、像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置（現像手段）１０２と、トナー濃度に対応する情報を検知する第１及び第２のトナー濃度検知手段と、を有し、前記トナー濃度検知手段の検知出力と目標値とに応じて前記現像装置１０２へトナー補給を行う画像形成装置において、前記第１のトナー濃度検知手段（トナー濃度検知センサ）１０７の目標値を前記第２のトナー濃度検知手段（光センサ）１０１の検知出力に応じて変更する際、前記目標値の変更され得る範囲を現像剤の寿命に関する情報に応じて変更する。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー及びキャリアを含む現像剤を収容し、像担持体上に形成された静電像を現像する現像手段と、トナー濃度に対応する情報を検知する第１及び第２のトナー濃度検知手段と、を有し、前記トナー濃度検知手段の検知出力と目標値とに応じて前記現像手段へトナー補給を行う画像形成装置において、
前記第１のトナー濃度検知手段の目標値を前記第２のトナー濃度検知手段の検知出力に応じて変更する際、前記目標値の変更され得る範囲を現像剤の寿命に関する情報に応じて変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記目標値の上下限値のうちの少なくとも一方を現像剤の寿命に関する情報により変更することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のトナー濃度検知手段のうちの一方は検知用のトナー像の濃度を検知する光センサを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
現像剤の寿命に関する情報とは、画像形成回数、前記現像手段の駆動時間、前記現像手段への高圧印加時間、前記像担持体上に静電像を形成するための画像濃度情報のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
複数の像担持体を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナーとキャリアとから成る２成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を２つ以上有する複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式を採用するフルカラープリンタやフルカラー複写機として様々の構成のものが提案されている。ここでは、回転体式の現像装置を用いたフルカラー画像形成装置の例を図５に示す。
【０００３】
即ち、図５はフルカラー画像形成装置要部の断面図であり、現像装置１０２Ｙは、非磁性トナーと磁性キャリアから成る２成分現像剤を収容し、現像剤搬送手段としての現像スリーブ１０５Ｙと、現像剤の混合比を検知するための光学センサ１０７Ｙを有している。尚、現像装置１０２Ｍ、現像装置１０２Ｃも現像装置１０２Ｙと同様に構成されており、現像装置１０２Ｙ、現像装置１０２Ｍ、現像装置１０２Ｃはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアンのトナーを収容している。又、これらの現像装置１０２（１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ）は回転体１０６に収容されており、回転体１０６の回転によって像担持体である感光ドラム１２８と順次対向する。
【０００４】
ここで、非磁性材料で構成された現像スリーブ１０５（１０５Ｙ，１０５Ｍ，１０５Ｃ）は、回転可能であり、その内部には磁石を有している。そして、現像スリーブ１０５は、回転力と磁石の磁力によって２成分現像剤を現像領域に担持搬送し、感光ドラム１２８と対向する現像領域で現像剤を感光ドラム１２８に供給し、感光ドラム１２８上に形成されている静電潜像を現像する。
【０００５】
ところで、画像形成によりトナーが消費されると、２成分現像剤のトナー濃度が低下して画像濃度が低下する。このため、本従来例のような２成分現像剤を用いた現像装置においては、２成分現像剤のトナー濃度を検知し、その検知結果に応じて適量のトナーを補給する機構が設けられている。
【０００６】
ここで、トナー濃度の検知方法としては、一般的には２成分現像剤自体の物理特性変化、例えば反射濃度の変化や透磁率の変化により現像剤を直接検知する方法が知られている。
【０００７】
又、感光ドラム１２８上の基準潜像を現像してトナーパッチを形成し、このトナーパッチの反射濃度を光センサ１０１によって検知する方法が用いられている。この方法は、トナー濃度の低下により感光ドラム１２８上の潜像への現像特性が変化することを利用したものである。基準潜像の形成方法には様々あるが、デジタル式の画像形成装置では画像露光手段であるレーザー、ＬＥＤ等の露光装置で所定の露光を行うことによって基準潜像を形成するのが一般的である。
【０００８】
このような方式においては、検知の対象があくまでも感光ドラム１２８上に現像されたトナーの付着量であるため、正確に言えばトナー濃度を直接制御している訳ではない。実際、周囲の温湿度の変化や２成分現像剤の長期使用等、トナー濃度変動以外の要因によるトナーパッチの反射濃度変動があれば、実際の２成分現像剤のトナー濃度は、その他の変動要因を吸収する形で或る範囲内で変動することになる。この２成分現像剤のトナー濃度の変動が生じても、作像電位を制御する補助手段を用いることによって、大きな不具合を起こすことなく画像を出力することは可能である。この手段としても反射濃度系を用いるものもある。
【０００９】
実際の制御においては、感光ドラム又は転写ドラム上に形成したパッチ画像の反射光量を光学センサで検知し、その値から帯電電位にフィードバック制御を掛けて最大画像濃度を保つように制御している。
【００１０】
又、不図示のビデオカウンタにより原稿の画像データは１画素毎に積算され、ＣＰＵによって処理される。原稿濃度と複写物濃度は一対一に対応することから、原稿の画像データであるビデオカウント値の積算値はトナー消費／必要トナー量として検知することができる。
【００１１】
現像剤のトナー濃度を制御する手段として上記のような手段を用いているが、それらの手段を組み合わせて制御する方法もこれまで幾つか提案されてきた。
【００１２】
例えば、前述の現像剤物性を直接検知する直接検知と感光ドラム又は転写ドラム上に作像された画像の光学反射濃度による画像濃度からトナー濃度を推測する方法を用いた制御は、画像濃度信号の変動値を直接検知における検知信号の変動値に換算し、その変動分を直接検知制御における中心値に補正を行い、新たに目標値を決定してトナー濃度の制御を行っていくことによって出力画像濃度を安定に保っている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特に小型の現像装置においては現像剤容量が少なく、現像剤の使用状況に応じて現像剤濃度の最適値が異なるため、使用状況によっては必要以上に現像剤の劣化を促進する場合がある。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、現像剤に掛かる負荷を抑制しつつ適正な画像を長期間に亘って維持することができる画像形成装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容し、像担持体上に形成された静電像を現像する現像手段と、トナー濃度に対応する情報を検知する第１及び第２のトナー濃度検知手段と、を有し、前記トナー濃度検知手段の検知出力と目標値とに応じて前記現像手段へトナー補給を行う画像形成装置において、前記第１のトナー濃度検知手段の目標値を前記第２のトナー濃度検知手段の検知出力に応じて変更する際、前記目標値の変更され得る範囲を現像剤の寿命に関する情報に応じて変更することを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記目標値の上下限値のうちの少なくとも一方を現像剤の寿命に関する情報により変更することを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１及び第２のトナー濃度検知手段のうちの一方は検知用のトナー像の濃度を検知する光センサを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、現像剤の寿命に関する情報とは、画像形成回数、前記現像手段の駆動時間、前記現像手段への高圧印加時間、前記像担持体上に静電像を形成するための画像濃度情報のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、画像形成装置は、複数の像担持体を有することを特徴とする。
【００２０】
従って、本発明によれば、現像剤の寿命に関する情報としての画像形成回数等により現像剤のトナー濃度目標値を制御するようにしたため、現像剤に掛かる負荷を抑制することができ、小型化／低コスト化に伴って現像剤の内容量が少ない場合であっても、適正な画質を長期間に亘って維持することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
＜実施の形態１＞
先ず、本発明に係る画像形成装置全体の動作を図５に基づいて説明する。尚、本発明に係る画像形成装置の基本構成は前記従来の画像形成装置のそれと同様であるため、これについての再度の説明は省略する。
【００２３】
図５において、回転体１０６にはイエロー、マゼンタ、シアンのトナーをそれぞれ収容した現像装置１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃが収容されており、回転体１０６の回転によって前記３つの現像装置１０２（１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ）のうちの１つを感光ドラム１２８に対向させる。
【００２４】
ここで、像担持体である感光ドラム１２８は回動自在に設けられており、この感光ドラム１２８を一次帯電器１２１で一様に帯電し、レーザー１２２によって露光量を定められた光で露光し、最初にイエローの静電潜像を感光ドラム１２８上に形成する。このイエローの静電潜像をイエローのトナーを収容した現像装置１０２Ｙを用いて後述のような過程により現像し、感光ドラム１２８上に可視像化されたトナー像を形成する。
【００２５】
次に、転写紙搬送シート１２７によって搬送されてきた転写紙１２４に上記イエローのトナー像を転写帯電器１２３の作用によって転写する。尚、感光ドラム１２８上の転写残トナーは、クリーニング装置１２６によって除去される。
【００２６】
而して、クリーニングされた感光ドラム１２８を一次帯電器１２１で再び帯電し、この感光ドラム１２８にレーザー１２２で露光して該感光ドラム１２８上にマゼンタの静電潜像を形成する。この静電潜像が現像領域を通過するときには、回転体１０６の回転によってマゼンタのトナーを収容した現像装置１０２Ｍが感光ドラム１２８と対向しているため、この現像装置１０２Ｍを用いてマゼンタの静電潜像を現像してマゼンタのトナー像を得る。そして、このマゼンタのトナー像を、先にイエローのトナー像を転写した転写紙１２４に重ねて転写する。このようにして転写紙１２４上に順次イエロー、マゼンタ、シアンのトナー像を形成した後、転写紙１２４を定着装置１２５に送ってトナー像を転写紙１２４上に定着させてフルカラー画像を得る。尚、それぞれの動作のタイミング、制御、センサー類等からの信号の読み込み等は、図６に示す制御装置３０によって行われる。
【００２７】
次に、現像装置１０２（１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ）について詳しく説明する。
【００２８】
非磁性材料で構成された現像スリーブ１０５（１０５Ｙ，１０５Ｍ，１０５Ｃ）は、回転可能であり、回転体１０６が回転して静電潜像を現像する位置に来たときに感光ドラム１２８と対向する。この現像スリーブ１０５の内部には不図示の磁石が内蔵されており、回転力と磁石の磁力によって２成分現像剤を現像領域に担持搬送し、感光ドラム１２８と対向する現像領域で現像剤を感光ドラム１２８に供給し、感光ドラム１２８上に形成されている静電潜像を現像する。
【００２９】
現像装置１０２と感光ドラム１２８の対向する部分より感光ドラム回転方向の下流側には、光センサ１０１が感光ドラム１２８に対向して配設されている。この光センサ１０１は、感光ドラム１２８上の基準潜像を現像して形成されたトナーパッチの反射濃度を検知するものであって、その検知結果によってトナー濃度が所定の範囲に制御される。
【００３０】
ここで、トナー濃度制御について説明する。
【００３１】
現像装置１０２（１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ）に内蔵されたトナー濃度検知センサ１０７（１０７Ｙ，１０７Ｍ，１０７Ｃ）は、発光素子と受光素子とから成り、発光素子から発せられた光が現像剤に反射して受光素子へと入射し、その出力値によりトナー濃度を検知する。
【００３２】
次に、トナー濃度制御用のトナーパッチからの信号を検知してトナー補給に至る動作について詳しく説明する。
【００３３】
感光ドラム１２８上の基準潜像は、感光ドラム１２８を一次帯電器１２１にて所定の電位に帯電し、レーザー１２２によって所定の露光を行うことで形成され、現像装置１０２によってトナーパッチとして現像される。このようにして形成されたトナーパッチが光センサ１０１の対向部に至ると、図６に示すように、光センサ１０１内の発光素子１０１ａから発せられた光がトナーパッチによって反射され、光センサ１０１内の受光素子１０１ｂへと達して出力電圧Ｖを得る。尚、本実施の形態では、光センサ１０１からの正反射光を検知するため、トナーの付着量が多い程反射光は減少し、Ｖは小さくなる。即ち、Ｖが大きければ画像濃度は低く、逆にＶが小さければ画像濃度が高いと考えられる。
【００３４】
トナー濃度／画像濃度共に、センサ出力電圧Ｖは図６に示すＡ／Ｄコンバーター２９によってデジタル信号へと変換されて制御装置３０へと送られる。制御装置３０は、現像剤が初期の状態でのＶの値Ｖ０／Ｖ０’を記憶しており、毎回の出力電圧Ｖ１／Ｖ１’との差分ΔＶ，ΔＶ’をそれぞれ計算する。この画像濃度の差分ΔＶ’（Ｖ１’−Ｖ０’）から画像濃度のずれを算出し、トナー濃度の差分ΔＶ（Ｖ１−Ｖ０）からトナー濃度のずれ分を算出する。この差分ΔＶの値をトナー補給テーブルによってトナー補給スクリュー１０４（１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ）の作動時間ｔに換算する。このように計算された作動時間ｔだけトナー補給スクリュー１０４を作動させることによって、必要とする量のトナーがトナー補給槽１０３（１０３Ｙ，１０３Ｍ，１０３Ｃ）から現像装置１０２へと補給される。ここで、トナー濃度の差分ΔＶとトナー搬送スクリュー１０４の作動時間ｔとの関係を図７に示す。
【００３５】
又、画像濃度の差分ΔＶ’により画像濃度のずれ分からトナー濃度の中心値のずれ分として換算し、補正を行うことでトナー濃度及び画像濃度を安定に保っている。具体的には、トナー濃度の目標値（中心値）を画像濃度の差分ΔＶ’によって変更可能とするとともに、該目標値の取り得る範囲を現像剤寿命情報に応じて変更する。ここで、現像剤寿命情報とは、コピー枚数（耐久枚数）、現像駆動時間、現像高圧印加時間、画像比率のうちの少なくとも１つである。
【００３６】
図１は耐久枚数に対するトナー濃度の変化を示す図であり、横軸は耐久枚数、縦軸はトナー濃度を示している。従来、トナー濃度の上限値はトナー飛散や画像かぶり、下限値はキャリア付着等の不良画像により決定している。
【００３７】
しかし、現像装置の小型化や低コスト化に伴い、現像剤の内容量が少ないにも拘らず寿命を長く維持するためには、現像剤に掛かる負荷を軽減する必要がある。そのためには、現像剤の寿命情報によりトナー濃度の最適値を算出して制御することが不可欠となってくる。ここで、現像剤は初期設置時から徐々にチャージアップし、徐々にチャージダウンしていく。これはキャリアの帯電能力の低下によるものであり、その値によりトナー濃度の適正値が異なってくる。図１のＡ〜Ｂの範囲は、基準画像における耐久枚数から算出した現像剤のトナー濃度の最適範囲である。Ｃは最適範囲Ａ〜Ｂの中心値である。
【００３８】
Ａ，Ｂは従来のトナー濃度の上下限値であり、トナー濃度がＡ以上になると画像かぶりやトナー飛散が発生し、Ｂ以下ではキャリア付着等の画像欠陥が生じる。従来は点ａにトナー濃度が位置し、耐久による処々の変動によりトナー濃度の中心値Ｃを補正することによってトナー濃度はＡ〜Ｂの範囲内で点ｂ，ｃへと移動していく。
【００３９】
これに対し、本実施の形態では、前述のようにトナー濃度の目標値を画像濃度の差分ΔＶ’によって変更可能とするとともに、該目標値の取り得る範囲を現像剤寿命情報としての耐久枚数に応じて図１のＡ’〜Ｂ’のように変更することによって、トナー濃度は点ａからＡ’〜Ｂ’の狭い範囲内で点ｂ’，ｃ’と移動する。このように、トナー濃度の変動が従来のＡ〜Ｂの範囲よりも狭いＡ’〜Ｂ’の範囲内に抑えられるため、現像剤に掛かる負荷が軽減される。
【００４０】
以上のように、本実施の形態では、現像剤の寿命情報としての耐久枚数情報により現像剤のトナー濃度目標値を制御することによって現像剤に掛かる負荷を抑制するようにしたため、小型化／低コスト化に伴って現像剤の内容量が少ない場合であっても、適正な画質を長期に亘って維持することができる。
【００４１】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００４２】
前記実施の形態１では耐久枚数による履歴のみを用いて説明したが、本実施の形態では図２に示すように平均画像比率を用いる。この平均画像比率の算出方法は、従来周知の画素数の積算値や作像するレーザー発光時間、トナーの消費量（補給量）等から求めることができる。
【００４３】
平均画像比率が大きくなるとその分だけトナーの出入りが多くなるため、キャリアによるトナーの帯電（トナートリボ）が低くなって画像濃度が高くなる。トナートリボを安定させるために現像剤のトナー濃度は低く保つ必要がある。図２の点ｄは図１による基準値である。点ｅは点ｄより画像比率が高く、トナー濃度をｆ分だけ補正する必要がある。
【００４４】
図２に示すように、画像比率によるトナー濃度の適正値を補正することによって、トナー濃度の制御範囲は図３の曲線Ａ’〜Ｂ’の範囲となる。このトナー濃度の適正化を行うことによって、現像剤に掛かる負荷を抑制し、小型化／低コスト化に伴って現像剤の内容量が少ない場合であっても、適正な画質を長期間に亘って維持することができる。
【００４５】
尚、現像剤寿命情報としては、以上の実施の形態１，２で示した耐久枚数や画像比率以外にコピーボリューム（ＣＶ）、現像装置の駆動時間、現像高圧印加時間等のパラメータを用いることができる。
【００４６】
又、本発明は、図４に示すように中間転写体１２９を用いた複数（４つ）の像担持体１２８（１２８Ｙ，１２８Ｍ，１２８Ｃ，１２８Ｋ）を有する画像形成装置に対しても同様に適用可能であって、前記と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容し、像担持体上に形成された静電像を現像する現像手段と、トナー濃度に対応する情報を検知する第１及び第２のトナー濃度検知手段と、を有し、前記トナー濃度検知手段の検知出力と目標値とに応じて前記現像手段へトナー補給を行う画像形成装置において、前記第１のトナー濃度検知手段の目標値を前記第２のトナー濃度検知手段の検知出力に応じて変更する際、前記目標値の変更され得る範囲を現像剤の寿命に関する情報に応じて変更するようにしたため、現像剤に掛かる負荷を抑制しつつ適正な画像を長期間に亘って維持することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置におけるトナー濃度と耐久枚数との関係を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る画像形成装置におけるトナー濃度補正量と平均画像比率との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る画像形成装置におけるトナー濃度と耐久枚数との関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る画像形成装置要部の断面図である。
【図５】従来及び本発明に係る画像形成装置要部の断面図である。
【図６】本発明に係る画像形成装置の画像濃度検出及び制御系の構成を示す図である。
【図７】トナー濃度の差分ΔＶとトナー搬送スクリューの作動時間ｔとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１０１　　　光センサ（トナー濃度検知手段）
１０１ａ　　発光素子
１０１ｂ　　受光素子
１０２　　　現像装置
１０３　　　トナー補給槽
１０４　　　トナー補給スクリュー
１０５　　　現像スリーブ
１０６　　　現像装置回転体
１０７　　　トナー濃度検知センサ（トナー濃度検知手段）
１２１　　　一次帯電器
１２２　　　レーザー
１２３　　　転写帯電器
１２４　　　転写紙
１２５　　　定着装置
１２６　　　クリーニング装置
１２７　　　転写紙搬送シート
１２８　　　感光ドラム（像担持体）
２９　　　　Ａ／Ｄコンバーター
３０　　　　制御装置
【図１】
2004126117.tif 000003
【図２】
2004126117.tif 000004
【図３】
2004126117.tif 000005
【図４】
2004126117.tif 000006
【図５】
2004126117.tif 000007
【図６】
2004126117.tif 000008
【図７】
2004126117.tif 000009