(57)【要約】【課題】ダウンタイムを少なくし、パッチ画像としてのトナーの消費量も少なくし、しかも安定した画像濃度を出力する。【解決手段】前回の濃度制御から１０００枚目の画像形成終了時にパッチ検知方式のＡＴＲが行われ、そのときの補正トナー量は２ｇであったとする。画像比率２０％のＡ４画像形成を行うときのトナー消費量は約７５ｍｇであり、１枚の画像形成に対するトナー補給量は４００ｍｇを上限としているので、１枚の画像形成毎に補正トナー量は２ｇから３２５ｍｇづつ減少していく。そして、７枚の画像形成を終了するときに補正トナー量は０となる。そして、１００７枚目の画像形成終了時の後回転において、画像濃度制御を行うようにした。この画像濃度制御のタイミングを、画像情報信号から予測するようにした。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に画像情報信号に対応した静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像をトナーとキャリヤとを有する二成分現像剤で現像する現像手段と、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、前記トナー補給手段を制御する制御手段と、現像剤のトナー濃度を検出する濃度検出手段と、出力画像の濃度を制御する画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、
前記制御手段は、前記画像情報信号に基づいて決定されたトナー補給量が補給されるように前記トナー補給手段を動作させ、前記濃度検出手段によって検出されたトナー濃度に基づいて前記トナー補給手段の動作を補正するとともに、トナー濃度が適正となるタイミングを予測し、
前記画像濃度制御手段は、前記制御手段が予測したトナー濃度が適正となるタイミングで、出力画像の濃度を制御する、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記濃度検出手段は、トナー像のパターンであるパッチ画像の濃度を測定することによってトナー濃度を検出するパッチ検知方式の濃度検出手段である、
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】
１枚の記録材の画像形成動作に対する、前記トナー補給手段によるトナー補給量に上限を設定した、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記パッチ画像は、前記像担持体上に形成された状態で濃度が測定される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体上に形成されたトナー像が転写される記録材を担持搬送する記録材担持体を備え、
前記パッチ画像は、前記像担持体上に形成された後、前記記録材担持体上に転写された状態で濃度が測定される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体上に形成されたトナー像が転写される中間転写体を備え、
前記パッチ画像は、前記像担持体上に形成された後、前記中間転写体上に転写された状態で濃度が測定される、
ことを特徴とする請求項２又は３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、トナーとキャリヤとを主成分とする二成分現像剤を使用して現像を行う、プリンタ，複写機，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成装置においては、一般に感光体（像担持体）上に静電潜像を形成し、その静電潜像を現像装置により現像剤で現像してトナー像として可視化する。現像剤としてトナーＴとキャリヤＣとを主成分とする二成分現像剤Ｄ（＝Ｔ＋Ｃ）を用いる現像装置では、現像剤中のトナーの濃度、すなわち現像剤の重量に対するトナーの重量比であるＴ／Ｄ比（以下適宜「トナーとキャリヤとの混合比」又は単に「混合比」という。）を一定に保つことが重要である。上述のトナー濃度を検出するための方式として、光反射検知方式，インダクタンス方式，パッチ検知方式などが提案されている。
【０００３】
このうち、光反射検知方式のものは、現像剤中のトナーが、顔料としてキャリヤと同様の光学特性を示すカーボン等の着色剤を使用している場合、現像剤の光反射強度の差に基づいてＴ／Ｄ比を検出することは不可能である。
【０００４】
また、インダクタンス方式は、現像剤の透磁率変化により検知を行うものである。この方式の場合、画質の向上を目的として、トナーの帯電電荷量を上げ、流動性を良くした場合には、現像剤の撹拌等があっても帯電された現像剤の反発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／Ｄ比でも現像剤の透磁率が変化するので、正確なＴ／Ｄ比が検出されないという問題があった。
【０００５】
そこで、このような現像剤のＴ／Ｄ比を測定する方法として、感光ドラム上に前もって電位の定まった静電潜像を形成し、静電潜像を直接現像することにより、基準濃度のトナー像による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／Ｄ比を検出するパッチ検知方式が用いられている画像形成装置が多数ある。
【０００６】
一方、デジタル方式により画像を高速で形成する画像形成装置においては、連続画像形成時の画像形成の度に毎回、感光ドラム上にパッチ画像を形成して濃度を検出したのでは、画像形成速度が遅くなってしまい、また画像形成装置内のトナー汚れという悪影響も与えてしまう。そこで、このようなデジタル画像形成装置の場合には、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、その予測消費量により逐次トナーを補給する、ビデオカウント方式の現像剤濃度検出制御（以下「ＡＴＲ」という。）によりトナーを補給することが行われている。
【０００７】
しかしながら、トナーの状態によりトナーの補給を行うトナーホッパーの補給精度のばらつきが生じるため、予測消費量に対するトナー補給がうまく行えず、徐々にＴ／Ｄ比が変動してしまう。
【０００８】
そこで、通常時はビデオカウント方式のＡＴＲによりトナー補給を行い、定期的にパッチ検知方式により現像剤のトナー濃度を検出して、現像剤のＴ／Ｄ比を補正するようにした提案も、最近行われている。
【０００９】
また、従来、プリンタ，複写機等の電子写真方式により画像を形成する画像形成装置の一例として、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｂｋ（ブラック）の各色成分画像を重ね合わせて画像を形成するようにした４色フルカラーの画像形成装置がある。
【００１０】
このようなフルカラーの画像形成装置においては、高画質化のために、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色成分画像の最大濃度や、中間調濃度を規定し、画像形成装置の個体差、環境変動に影響されずに、常に一定の濃度画像が得られるように制御する画像濃度制御が重要である。このため、従来のフルカラー画像形成装置においては、画像濃度制御を行うために定期的に濃度検知を行い、静電潜像の露光や現像バイアス等の条件を制御することにより、画像濃度を制御している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の制御において、現像剤のＴ／Ｄ比が適正値に対して大きく異なっている状態で最大濃度や中間調濃度の制御を行うための濃度検知を行うと、現像剤のＴ／Ｄ比を適正値に戻そうとＡＴＲを行っている途中で画像形成の条件をＴ／Ｄ比の異なる現像剤を基準にして決定してしまうので、画像濃度制御直後の画像濃度変動が大きい。また、Ｔ／Ｄ比は適正値を中心として変動するような制御を行うため、画像濃度のばらつきも大きくなる。
【００１２】
そこで、画像濃度変動をより安定させるためには、Ｔ／Ｄ比が適正値になっているタイミングで画像濃度制御を行うことが最も好ましい。しかし、Ｔ／Ｄ比が適正値になっているかどうかの確認のために基準濃度のパターンであるパッチ画像を形成し、その濃度を検知していたのでは、画像形成装置のダウンタイムが大きく、またトナーの消費量も多くなってしまう。フルカラー画像形成装置においては、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色の確認を行わないといけないため、さらに問題は大きなものとなる。
【００１３】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、現像剤のＴ／Ｄ比が適正値か否かの確認を行うことなく、現像剤のＴ／Ｄ比が適正値になるタイミングで画像濃度制御を行い、安定した画像濃度を出力することのできる高品質な画像形成装置、したがってダウンタイムやトナー消費量を低減することの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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、像担持体に画像情報信号に対応した静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像をトナーとキャリヤとを有する二成分現像剤で現像する現像手段と、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、前記トナー補給手段を制御する制御手段と、現像剤のトナー濃度を検出する濃度検出手段と、出力画像の濃度を制御する画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、前記制御手段は、前記画像情報信号に基づいて決定されたトナー補給量が補給されるように前記トナー補給手段を動作させ、前記濃度検出手段によって検出されたトナー濃度に基づいて前記トナー補給手段の動作を補正するとともに、トナー濃度が適正となるタイミングを予測し、前記画像濃度制御手段は、前記制御手段が予測したトナー濃度が適正となるタイミングで、出力画像の濃度を制御する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記濃度検出手段は、トナー像のパターンであるパッチ画像の濃度を測定することによってトナー濃度を検出するパッチ検知方式の濃度検出手段である、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、１枚の記録材の画像形成動作に対する、前記トナー補給手段によるトナー補給量に上限を設定した、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の画像形成装置において、前記パッチ画像は、前記像担持体上に形成された状態で濃度が測定される、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明は、前記像担持体上に形成されたトナー像が転写される記録材を担持搬送する記録材担持体を備え、
前記パッチ画像は、請求項２又は３に記載の画像形成装置において、前記像担持体上に形成された後、前記記録材担持体上に転写された状態で濃度が測定される、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る発明は、前記像担持体上に形成されたトナー像が転写される中間転写体を備え、
前記パッチ画像は、請求項２又は３に記載の画像形成装置において、前記像担持体上に形成された後、前記中間転写体上に転写された状態で濃度が測定される、ことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
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、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は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。
【００２１】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例として、実施の形態１に係る画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、４個の画像形成ステーション（画像形成部）を有する、タンデム型直接転写方式の４色フルカラーの画像形成装置であり、同図はその概略構成を示す縦断面図である。
【００２２】
同図に示す画像形成装置は、第１，第２，第３，第４の画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄで形成した異なる色のトナー像を、転写ベルト（記録材担持体）１０によって担持搬送される記録材Ｐに順次に転写し、定着装置２１によって記録材Ｐ上に定着する。これによって、４色フルカラー画像を形成するものである。以下、詳述する。
【００２３】
図１に示すように画像形成装置は、記録材Ｐ（例えば、紙、透明フィルム）を担持搬送する転写ベルト（記録材担持体）１０と、この転写ベルト１０の回転方向（矢印Ｒ１０方向）に沿って上流側から順に配設された４個の画像形成ステーション、すなわちイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）のトナー像をそれぞれ形成する第１，第２，第３，第４の画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄとを備えている。
【００２４】
画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは、像担持体として、それぞれ専用のドラム型の感光体（以下「感光ドラム」という。）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備えている。感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲には、その回転方向（図１中の時計回り）に沿ってほぼ順に、帯電ローラ（帯電手段）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、露光装置（露光手段）３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置（現像手段）４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写ローラ（転写手段）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、クリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ等が配設されている。さらに感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの上方には、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにトナーを補給するためのホッパー（トナー補給手段）７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが配設されている。なお、本実施の形態においては、帯電ローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと露光装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとによって静電潜像形成手段を構成している。
【００２５】
上述の感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、帯電ローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによって所定の電位に帯電される。帯電ローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ表面に当接するように配置されている。帯電ローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄには、帯電バイアス印加電源（不図示）によって帯電バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ表面は、所定の極性・電位に一様に帯電される。
【００２６】
帯電後の感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ表面には、露光装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって静電潜像が形成される。露光装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、例えば、画像情報に応じて光源装置（不図示）から発せられたレーザ光をポリゴンミラー（不図示）を回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラー（不図示）によって偏向し、ｆθレンズ（不図示）により感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの母線上に集光して露光する。これにより、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ表面は、露光部分の電荷が除去されて画像情報に応じた静電潜像が形成される。上述の画像情報は、例えば、リーダ部（画像読取り部）３０によって現像画像を読み取ることにより得ることができる。図２に示すように、リーダ部３０は、プラテンガラス３２上に画像面を下向きにして載置された原稿Ｄのその画像面を、光源３１によって下方から照射し、原稿Ｄからの反射光をさらに反射ミラー３３ａ，３３ｂによって反射し、集光レンズ３４を介してＣＣＤ３５に集光するものである。こうして集光された情報は、画像信号処理回路３６（画像処理部：図２参照）によって種々の処理が施された後、画像情報として、露光装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに入力されるようになっている。
【００２７】
現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄには、それぞれイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの非磁性トナーと磁性キャリヤとが所定の混合比Ｔ／Ｄで混合された現像剤が所定量充填されている。現像装置４ａは、図２に示すように、現像剤を収納する現像容器４５と、表面に担持した現像剤を感光ドラム１ａ表面に対向する現像位置に搬送する現像スリーブ４４と、現像スリーブ表面に担持する現像剤の層厚を規制する規制ブレード４６とを備えている。他の現像装置４ｂ，４ｃ，４ｄも同様の構成である。
【００２８】
現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、現像スリーブ４４に対して現像バイアス印加電源（不図示）によって現像バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上の静電潜像に各色のトナーが付着されて、イエロートナー像，マゼンタトナー像，シアントナー像，ブラックトナー像として現像（顕像化）される。なお、現像剤中のトナーが消費されて現像容器４５内の現像剤のＴ／Ｄ比が低下したときには、ホッパー７ａからトナーが補給されるようになっている。この点については後に詳述する。
【００２９】
これら各色のトナー像は、転写ベルト１０上に担持された記録材Ｐに順次に転写される。この記録材Ｐは、給紙カセット１６に収納されており、ここから給紙ローラ１７、搬送ローラ１８、レジストローラ１９等によって所定のタイミングで転写ベルト１０に供給されるようになっている。転写ベルト１０は、無端状に形成されていて、駆動ローラ１１、従動ローラ１２，１３に掛け渡されており、駆動ローラ１１の矢印方向（図１中の反時計回り）の回転に伴って矢印Ｒ１０方向に回転駆動される。上述のレジストローラ１９によって搬送ベルト１０に供給された記録材Ｐは、転写ベルト１０表面に担持されて、各感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと転写ベルトとの間に形成される転写部に順次に搬送される。転写ベルト１０に担持された状態で転写部に搬送され記録材Ｐは、転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに転写バイアス印加電源（不図示）から印加される転写バイアスによって、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上のトナー像が順次に転写される。転写ベルト１０の回転によって記録材Ｐが第１の画像形成ステーションＰａの転写部に到達するタイミングに合わせて、画像書き出し信号がオンとなる。これを基準としてあるタイミングで第１の画像形成ステーションＰａの感光ドラム１ａに対し画像形成を行う。そして感光ドラム１ａに対応する転写ローラ５ａが電界又は電荷を付与することにより、感光ドラム１ａ上のイエローのトナー像は、記録材Ｐ上に転写される。この転写により記録材Ｐは転写ベルト１０上に静電吸着力でしっかりと保持され、第２の画像形成ステーションＰｂ以降に搬送される。
【００３０】
第２，第３，第４のステーションＰｂ，Ｐｃ，Ｐｄでのトナー像の形成も上述の第１の画像形成ステーションＰａの場合と同様に行われ、各感光ドラム１ｂ，１ｃ，１ｄにマゼンタ，シアン，ブラックのトナー像が形成される。これらトナー像は、転写ローラ５ｂ，５ｃ，５ｄに転写バイアスが印加されることで、記録材Ｐ上に順次に転写されて、重ね合わされる。
【００３１】
トナー像転写後の各感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、表面に残ったトナー（残留トナー）がファーブラシやクリーニングブレード（不図示）を有するクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄによって除去され、次の画像形成に供される。
【００３２】
一方、トナー像転写後の記録材Ｐは、転写ベルト１０の搬送方向に沿っての第４の画像形成ステーションＰｄの下流側に配置された分離帯電器１４によって除電されて静電吸着力が減衰され、転写ベルト１０表面から分離される。
【００３３】
また、転写ベルト１０の分離位置の下流側には、転写ベルトクリーナ１５が配置されている。転写ベルトクリーナ１５は、クリーニングブレード１５ａを転写ベルト１０に当接させており、このクリーニングブレード１５ａによって、転写ベルト１０表面に付着しているかぶりトナーや飛散トナー等を除去する。なお、クリーニングブレード１５ａは、転写ベルト１０上に常時当接されている。
【００３４】
転写ベルト１０から分離された記録材Ｐは、定着装置２１の定着ローラ２２及び加圧ローラ２３によって加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。この定着により、トナー像の混色及び記録材Ｐへの固定が行われる。トナー像定着後の記録材Ｐは、排紙ローラ２４によって排紙トレイ２５に排出される。これにより、４色フルカラーの画像形成が終了する。
【００３５】
次に、図２を参照しながら、本実施の形態におけるトナー補給制御について説明する。同図は、第１（イエロー）の画像形成ステーションＰａにおけるトナー補給制御を説明するものである。なお、他の画像形成ステーション、すなわち第２（マゼンタ），第３（シアン），第４（ブラック）の画像形成ステーションＰｂ，Ｐｃ，Ｐｄにおけるトナー補給制御については、イエローの画像形成ステーションの場合と同じなので、説明は省略する。
【００３６】
図２に示すように、本実施の形態においては、リーダ部３０とビデオカウンタ３７等とを組み合せてビデオカウント方式のＡＴＲ装置（現像剤濃度検出制御装置）を構成している。また、ＬＥＤ等の光源により基準画像となるトナーパッチ画像を照射し、フォトダーオード等の受光素子によりその反射光を検知することにより濃度を検知するトナー濃度検知センサ（濃度検出手段）５０ａを含んで、パッチ検知方式のＡＴＲ装置が構成されている。このトナー濃度検知センサ５０ａは、感光ドラム１上の回転方向に沿っての現像装置４ａの下流側の直近で、かつ転写ローラ５ａの上流側に配置されている。
【００３７】
図２に示すように、リーダ部３０は、光源３１によって原稿Ｄを照射し、原稿Ｄからの反射光を反射ミラー３３ａ，３３ｂ、レンズ３４を介してＣＣＤ３５に入力する。ＣＣＤ３５に入力された画像は多数の画素部に分解され、各画素の濃度に対応した光電変換信号として出力される。リーダ部３０からの出力は画像信号処理回路３６に伝達され、そしてこの画像信号処理回路３６は、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を形成する。
【００３８】
現像装置４ａにトナーを補給するホッパー７ａは、補給するためのトナーを収納するトナー容器４０と、このトナー容器４０内のトナーを現像装置４ａに補給するための搬送スクリュー４１と、搬送スクリューを回転駆動されるモータ４２と、このモータ４２の回転を制御する駆動回路４３とを有している。
【００３９】
ホッパー７ａから現像装置４ａに補給するトナー量をビデオカウント方式で制御するために、画像信号処理回路３６の出力信号のレベルが画素毎にカウントされ、ビデオカウンタ３７で積算される。そして、この画素毎の出力信号が積算された積算値Ｃ１が、原稿Ｄの画像（トナー像）を１枚形成するために現像装置４ａで消費されるトナー量に対応している。
【００４０】
積算信号Ｃ１は、ＣＰＵ（制御手段）３８に印加されるとともにＲＡＭ３９に記憶される。このＣＰＵ３８は積算信号Ｃ１に基づき、現像装置４ａで消費されるトナー量に見合う量のトナーをホッパー７ａから現像装置４ａに供給するのに要する搬送スクリュー４１の回転駆動時間を算出する。この搬送スクリュー４１の回転駆動時間と、トナーの補給量とは比例関係にある。モータ４２の駆動回路４３を制御して、上述の時間だけモータ４２を駆動し、トナーの補給を行う。
【００４１】
しかし、ビデオカウント方式のＡＴＲのみでＴ／Ｄ比の制御を行うと、画像形成装置本体が設置されている雰囲気の湿度や画像形成装置本体の放置状態により、トナーの流動性やかさ密度等のトナー状態が変化する。このためトナーの補給を行うホッパー７ａの補給精度のばらつきが生じるため、予測消費量に対するトナー補給を好適に行えず、徐々にＴ／Ｄ比が変動してきてしまう。そのため、定期的に感光ドラム１ａ上に参照画像としてパッチ画像を形成して、現像装置４ａ内の現像剤の実際のトナー濃度を求め、Ｔ／Ｄ比変動を補正するパッチ検知方式のＡＴＲを行っている。
【００４２】
感光ドラム１ａ上に形成されたパッチ画像の濃度をトナー濃度検知センサ５０ａにより検知し、出力信号が表すＴ／Ｄ比が、あらかじめイニシャライズで設定されてＲＡＭ３９に記憶されたＴ／Ｄ比の適正値に対して高いのか低いのかをＣＰＵ３８で判断し、トナー補給に対して補正を行う。
【００４３】
本実施の形態において、パッチ検知方式のＡＴＲによる補正は画像形成動作５０枚に１度の頻度で行った。つまり、画像形成枚数が５０枚になるごとに１回の頻度で行った。
【００４４】
上述のようなトナー補給制御において、本実施の形態では１枚の画像形成動作に対するトナー補給量に上限を設けている。これは、１度に多量のトナーを現像装置４ａに補給してしまうと、補給したトナーが現像領域に搬送されるまでにキャリヤとの十分な攪拌が行われないため、トナーの帯電量にばらつきが生じ、白地部かぶりといった画像不良やトナー飛散といった問題が生じるからである。
【００４５】
そこで、本実施の形態においては、１枚の画像形成動作に対するトナー補給量は現像剤の０．２％相当を上限とし、このとき白地部かぶりといった画像不良やトナー飛散といった問題は生じないことを確認した。
【００４６】
次に、図２，図３に基づいて、本実施の形態におけるトナー補給制御を具体的に説明する。現像装置４ａには非磁性トナーと磁性キャリヤからなる二成分現像剤が２００ｇ充填され、Ｔ／Ｄ比は適正値である７％（重量％）でイニシャライズされている。そして、通常時行われるビデオカウント方式のＡＴＲと、画像形成５０枚に１度行われるパッチ検知方式のＡＴＲによりＴ／Ｄ比が７％となるように制御される。また、この例においては、画像比率２０％（ベタ画像トナー消費量：０．６ｍｇ／ｃｍ２）のＡ４サイズ画像を出力する画像形成動作を繰り返しているものとする。
【００４７】
まず、図３に基づいて、パッチ画像の検知によって算出されたＴ／Ｄ比が適正値に対して低いと判断されたときのトナー補給制御を説明する。検知画像形成スタートから５０枚の画像形成が終了し、そのタイミングで行われたパッチ検知によるＴ／Ｄ比が６％であると検知したとする。そのときＴ／Ｄ比を１％高くするためには、画像形成によるトナー消費量に加え、２ｇのトナーを補給する必要がある。画像比率２０％の画像形成を行うときのトナー消費量は約７５ｍｇであり、１枚の画像形成に対するトナー補給量は４００ｍｇを上限としているので、複数回に分散して補給を行うことになる。つまり、５１〜５６枚目の画像形成動作のときには補給量上限の４００ｍｇ、５７枚目の画像形成動作のときには１２５ｍｇ、５８枚目以降はビデオカウントにより決定された７５ｍｇのトナーが補給される。
【００４８】
逆に、パッチ画像の検知によるＴ／Ｄ比が適正値に対して高いと判断されたときのトナー補給制御を図４に基づき説明する。検知画像形成スタートから５０枚の画像形成が終了し、そのタイミングで行われたパッチ検知によるＴ／Ｄ比が８％であると検知したとする。そのときＴ／Ｄ比を１％低くするためには、画像形成によるトナー消費量から２ｇのトナーを削減する必要がある。画像比率２０％の画像形成を行うときのトナー消費量は約７５ｍｇであるので、５１〜７６枚目の画像形成動作のときにはトナーの補給動作は行われず、７７枚目の画像形成動作のときには５０ｍｇ、７８枚目以降はビデオカウントにより決定された７５ｍｇのトナーが補給される。
【００４９】
また、画像形成動作を繰り返していく中で、常に一定の濃度画像が得られるように画像濃度制御を定期的に行っている。この制御は、イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色成分画像の最大濃度や、中間調濃度を維持するために、各色複数の階調のパッチ画像をそれぞれの感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上に形成し、その濃度をトナー濃度検知センサ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄで検知し、静電潜像を形成する際の帯電ローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによる感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ表面の帯電電位や、露光装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに露光強度や、現像スリーブ４４に印加する現像バイアス等の画像形成条件を変更することにより行っている。この画像形成条件を変更する手段が、出力画像の濃度を制御する画像濃度制御手段に相当する。
【００５０】
しかし、この画像濃度制御を現像剤のＴ／Ｄ比が適正値に対して大きく異なる状態にあるタイミングで行ってしまうと、現像剤のＴ／Ｄ比を適正値に戻そうとトナー補給の制御している途中で、画像形成の条件をＴ／Ｄ比の異なる現像剤を基準にして静電潜像の露光や現像バイアス等の条件を決定してしまうので、画像濃度制御直後の画像濃度変動が大きい。また、Ｔ／Ｄ比は適正値を中心として変動するような制御を行うため、画像濃度のばらつきも大きくなる。
【００５１】
そこで、本実施の形態においては、画像形成枚数が前回の濃度制御を行ったときから１０００枚を超え最初に現像剤のＴ／Ｄ比が適正値になるタイミングを予測し、そのタイミングで濃度制御を行うようにした。
【００５２】
予測方法としては、画像形成枚数が前回の画像濃度制御を行ったときから１０００枚を超え最初のパッチ検知方式のＡＴＲにおいて、検知されたＴ／Ｄ比と適正値との変移量を補正トナー量として算出し、その補正トナー量と、画像形成で消費されるビデオカウント値から算出したトナー量をもとにトナー補給動作を繰り返し、補正トナー量の値が０になったタイミングで画像濃度制御を行うようにした。
【００５３】
図５を参照して、具体例を説明する。画像形成条件は図３について説明したときに示した条件と同条件とする。前回の濃度制御から１０００枚目の画像形成終了時にパッチ検知方式のＡＴＲが行われ、そのときの補正トナー量は２ｇであったとする。画像比率２０％のＡ４画像形成を行うときのトナー消費量は約７５ｍｇであり、１枚の画像形成に対するトナー補給量は４００ｍｇを上限としているので、１枚の画像形成を行い上限である４００ｍｇのトナー補給を繰り返す毎に補正トナー量は２ｇから３２５ｍｇづつ減少していく。そして、７枚の画像形成を終了するときに補正トナー量は０となる。そして、１００７枚目の画像形成終了時の後回転において、画像濃度制御を行うようにした。これは、１００８枚目の画像形成時の前回転において、画像濃度制御を行うようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５４】
逆に、Ｔ／Ｄ比の検知結果が適正値より高いと判断されたときは、補正トナー量はマイナスの値に算出される。
【００５５】
以上のような制御により、現像剤濃度検出制御と濃度制御を行ったところ、Ｔ／Ｄ比が適正値かの確認のための動作を行わなくてよいため、画像形成装置のダウンタイムが少なく、パッチ画像としてのトナーの消費量も少なくでき、Ｔ／Ｄ比が適正値となっている状態で画像濃度制御を行っているので、安定した画像濃度を出力することができた。
【００５６】
＜実施の形態２＞
図６に、本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す。上述の実施の形態１においては、パッチ画像の濃度を検出するためのトナー濃度検知センサ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｃを各感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにそれぞれ対向させて合計４個のものを使用したが、本実施の形態では、転写ベルト１０に対向させて配置した。なお、他の構成については、実施の形態１と同様である。
【００５７】
本実施の形態において、トナー濃度検知センサ５０Ａは、転写ベルト１０の回転方向（矢印Ｒ１０方向）に沿っての第４（ブラック）の画像形成ステーションＰｄの直ぐ下流側において転写ベルト１０の表面に対向するように配置されている。
【００５８】
図６に示すような複数の感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備えるタンデム型のカラー画像形成装置においては、実施の形態１のように各色の感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに形成されたパッチ画像を検知するために感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対向してそれぞれトナー濃度検知センサ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを設けると複数のトナー濃度検知センサが必要となり、画像形成装置の全体構成を複雑にするとともに、コストが高くなってしまう。
【００５９】
これに対して、本実施の形態では各色の感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上に形成されたパッチ画像を一旦、転写ベルト１０に転写し、転写ベルト１０上でパッチ画像の濃度を検知するようにしたので、１個のトナー濃度検知センサ５０Ａによって各色のパッチ画像の濃度を検知することができる。したがって、構成を簡略化し、また低コストを実現することができる。
【００６０】
また、トナー濃度検知センサ５０Ａの位置が感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対向する位置から、これよりも画像形成過程における下流である転写ベルト１０に対向する位置に変更されることにより、画像濃度制御において、より出力画像に近い画像の濃度を検知することができ、入力画像に対する濃度再現性も向上する。
【００６１】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様の現像剤濃度検出制御（ＡＴＲ）と濃度制御を行ったところ、実施の形態１と同様に画像形成装置のダウンタイムが少なく、パッチ画像としてのトナーの消費量も少なくでき、安定した画像濃度を出力することができた。
【００６２】
上述の実施の形態１，２においては、記録材担持体が転写ベルト１０である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。記録材担持体として、転写ベルト１０に代えてドラム状の転写ドラム（不図示）によって記録材を担持するようにしてもよい。この場合には、例えば、感光ドラムは１個とし、この感光ドラム上に順次に各色のトナー像を形成し、これらトナー像を順次に転写ドラム上の記録材に転写して記録材上で４色のトナー像を重ねるようにする。このように、記録材担持体として転写ドラムを使用した場合にも本発明は適用することができ、転写ベルトを使用した場合と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
＜実施の形態３＞
図７に、実施の形態３に係る画像形成装置の概略構成を示す。同図に示す画像形成装置は、４個の画像形成ステーションを有する、タンデム型中間転写体方式の４色フルカラーの画像形成装置である。なお、同図に示す画像形成装置において、図１に示す画像形成装置と同じ符号を付したものは、同様の構成又は動作のものであり、これらについての重複説明は省略した。
【００６４】
同図に示す画像形成装置は、駆動ローラ５２と従動ローラ５３と二次転写対向ローラ５４とに掛け渡された中間転写ベルト（中間転写体）５１を備えている。中間転写ベルト５１は、駆動ローラ５２の同図中の時計回りの回転に伴って矢印Ｒ５１方向に回転する。各画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄにおいて、帯電ローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、露光装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄによって感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄによって順次に中間転写ベルト５１上に一次転写されて中間転写ベルト５１上で重ねあわされる。そして、これら４色のトナー像は、二次転写ローラ５５によって記録材Ｐ上に一括で二次転写された後、定着装置２１によって定着されるようになっている。なお、同図中の符号５６は、中間転写ベルト５１を清掃する中間転写体クリーナを示している。
【００６５】
本実施の形態においては、中間転写ベルト５１上の回転方向に沿っての最も下流側に配置された第４（ブラック）の画像形成ステーションＰｄの直ぐ下流側において、中間転写ベルト５１表面に対向するようにして、トナー濃度検知センサ５０Ｂが配置されている。
【００６６】
本実施の形態においても、上述の実施の形態２と同様の制御を行い、同様の効果をあげることができる。
【００６７】
上述の実施の形態３においては、中間転写体が中間転写ベルト５１である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。中間転写体として、中間転写ベルト５１に代えてドラム状の中間転写ドラム（不図示）を使用するようにしてもよい。この場合には、例えば、感光ドラムは１個とし、この感光ドラム上に順次に各色のトナー像を形成し、これらトナー像を順次に中間転写ドラム上に一次転写して中間転写ドラム上で４色のトナー像を重ね合わせ、その後、一括で記録材上に二次転写する。このように、中間転写体として中間転写ドラムを使用した場合にも本発明は適用することができ、中間転写ベルトを使用した場合と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ビデオカウント値により算出される消費トナー量とパッチ検知方式ＡＴＲにより算出される補正トナー量から現像剤のＴ／Ｄ比が適正値になるタイミングを予測し、そのタイミングで濃度制御を行うことにより、Ｔ／Ｄ比が適正値であるかの確認のための動作を行わなくてよいため、画像形成装置のダウンタイムが少なく、パッチ画像としてのトナーの消費量も少なくでき、安定した画像濃度を出力することのできる高品質な画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】実施の形態１において、トナー補給制御を行うための構成を説明する図である。
【図３】パッチ検知方式のＡＴＲで現像剤のＴ／Ｄ比が低いと判断されたときの、トナー補給量とＴ／Ｄ比の推移との関係を示す図である。
【図４】パッチ検知方式のＡＴＲで現像剤のＴ／Ｄ比が高いと判断されたときの、トナー補給量とＴ／Ｄ比の推移との関係を示す図である。
【図５】パッチ検知方式のＡＴＲで算出した補正トナー量と濃度制御を行うタイミングとの関係を示す図である。
【図６】実施の形態２の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図７】実施の形態３の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
像担持体（感光ドラム）
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
静電潜像形成手段（帯電手段、帯電ローラ）
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
静電潜像形成手段（露光手段、露光装置）
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ
現像手段（現像装置）
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ
トナー補給手段（ホッパー）
１０        記録材担持体（転写ベルト）
３７        ビデオカウンタ
３８        制御手段（ＣＰＵ）
５０Ａ，５０Ｂ，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ
濃度検出手段（トナー濃度検知センサ）
５１        中間転写体（中間転写ベルト）
Ｐ          記録材
【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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