(57)【要約】【課題】二成分現像剤を用い、印字により消費されたトナーを供給する動作を行う画像形成装置において、濃度が安定した画像を印字する。【解決手段】印字される画像の特性情報に基づいて頁ごとに消費されたトナー消費量を推定し、これに相当するトナーを該頁の印字終了後に現像器内に供給する。ここで、予め設定された一定時間にトナーの供給時間が合致するように、単位時間当たりの供給量をトナー消費量推定値に応じて変更する。これにより、現像器内のトナー濃度むらを小さくできるので、濃度が安定した印字画像を提供できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、
画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、
前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、
前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量の推定値に相当するトナーを前記頁の印字の終了後に現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、
前記トナー供給手段は、予め設定された一定時間に前記トナーの供給時間が合致するように、単位時間当たりの供給量を前記トナー消費量推定値に応じて変更して供給することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記供給時間は、１頁の印字に要する時間にほぼ等しい請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項３】
トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、
画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、
前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、
前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量推定値を順次積算して記憶するメモリと、
トナーを現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、
前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が予め設定された１回当たりのトナー供給動作における最小供給量以上になったとき、前記トナー供給手段は、前記積算値に相当するトナーを現像器内に供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアし、
前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最小供給量未満のときは、前記トナー供給手段はトナー供給を行わないことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記最小供給量は、前記トナー供給手段が前記トナーを安定して供給できる量の範囲の下限値に基づいて決定されている請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、
画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、
前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、
前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量推定値を順次積算して記憶するメモリと、
トナーを現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、
前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が予め設定された１回当たりのトナー供給動作における最大供給量以下のとき、前記トナー供給手段は、前記メモリに記憶された積算値に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアし、
前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最大供給量を超え、且つ、未印字頁が存在するとき、前記トナー供給手段は、前記最大供給量に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値から前記最大供給量を減算し、
前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最大供給量を超え、且つ、未印字頁が存在しないとき、前記トナー供給手段は、前記メモリに記憶された積算値に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記最大供給量は、前記トナー供給手段が前記トナーを安定して供給できる量の範囲の上限値に基づいて決定されている請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記画像特性計数手段が、少なくとも印字画素数を計数するピクセルカウンタを含む請求項１、３、又は５に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記画像特性計数手段が、更に、局所的なエッジを構成する印字画素数を計数するエッジカウンタを含む請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記画像特性計数手段が、更に、印字画素とその周辺画素とが所定のパターンを構成する前記印字画素数を計数するパターンカウンタを含む請求項７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、複写機やプリンタ等の電子写真方式による画像形成装置に関する。特に感光体のような像担持体に形成された静電潜像を、トナーと磁性体キャリア（以下、単に「キャリア」という）とからなる二成分現像剤を用いて可視像化する現像器と、消費したトナーを現像器に供給する手段とを備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いた電子写真装置においては、その混合比によって出力画像の濃度が影響を受ける。そのため、出力画像の濃度を安定化させるために、印字により消費された量に相当するトナーを現像器に供給して現像剤中のトナー濃度を制御することが不可欠である。これを行う従来のトナー供給装置は、例えば特許文献１に記載されている。この従来のトナー供給装置について、図面を用いて説明する。
【０００３】
電子写真方式による画像形成装置については、画像を一色で記録するものが一般的である。しかし近年のコンピュータによるカラー画像処理の普及や印字物の多色化に伴い、二色あるいはそれ以上の多色で記録するものが普及している。ここでは、簡単のため二色で記録する装置について説明する。
【０００４】
図１０に、従来のトナー供給装置を用いた画像形成装置における感光体ドラム近傍の構成図を示す。感光体ドラム１０１の周囲には、第１の記録色で現像を行う第１の現像器１０４と、第２の記録色で現像を行う第２の現像器１０７とが配置されている。図１０において、感光体ドラム１０１は矢印Ａの方向に回転する。第１の現像器１０４の上流側には、感光体ドラム１０１の表面を一様に帯電させるための帯電器１０８が配置されている。この帯電器１０８と第１の現像器１０４との間には、第１の露光器１０２が設けられており、これからのレーザビーム１０３が感光体ドラム１０１上を走査する。また、第１の現像器１０４と第２の現像器１０７との間には、第２の露光器１０５が設けられており、これからのレーザビーム１０６が感光体ドラム１０１上を走査する。
【０００５】
第１の現像器１０４は、レーザビーム１０３の走査によって感光体ドラム１０１上に形成された第１の静電潜像を、例えば黒のトナーで現像し、感光体ドラム１０１上に黒のトナー像を形成する。第２の現像器１０７は第１の現像器１０４と略同一構造を有しており、レーザビーム１０６の走査によって感光体ドラム１０１上に形成された第２の静電潜像を第１の現像器１０４で使用したトナーとは逆極性のトナーで現像し、感光体ドラム１０１上に例えば赤のトナー像を重畳する。
【０００６】
第２の現像器１０７の下流側には転写器１０９が配置されており、矢印Ｂの方向に搬送される搬送ベルト１１０によって搬送される記録紙（図示せず）にトナー像を転写する。転写後の感光体ドラム１０１はクリーニングブレード１１１によって不要なトナーを除去された後、除電ランプ１１２で照射され、不要電荷の除去が行われる。
【０００７】
次に、現像器とトナー供給装置について説明する。第１の現像器１０４と第２の現像器１０７とは略同一構造であるので、ここでは第１の現像器１０４についてのみ説明する。図１０に示すように、現像器には、この現像器にトナーを供給するトナー供給装置１１３が一体的に組み付けられている。また、トナー供給装置１１３の上側端部には、トナー供給装置１１３にトナーを供給する図示しないトナー溜めが設けられている。
【０００８】
現像器は、トナー供給装置１１３の下方に配置された現像剤撹拌ロール１１４と、感光体ドラム１０１に対向する位置に配置された現像ロール１１５と、現像ロール１１５に現像剤を搬送する現像剤搬送ロール１１６とを備え、各ロールはそれぞれ矢印の方向に回転する。また、現像ロール１１５の上方には現像ロール１１５上の現像剤の層厚を規制する層厚規制部材１１７が設けられ、現像剤搬送ロール１１６の上方には現像剤を現像ロール１１５側より現像剤撹拌ロール１１４側へ戻すためのリバースプレート１１８が設けられている。
【０００９】
この現像器内には図示しないキャリアが収容されており、このキャリアとトナー供給装置１１３から供給されるトナーとが現像剤撹拌ロール１１４によって混合撹拌されて現像剤となる。この現像剤は、現像剤搬送ロール１１６によって現像ロール１１５側に搬送され、現像ロール１１５の外周面に付着して搬送され、層厚規制部材１１７による層厚規制を受けた後、現像部において感光体ドラム１０１上の静電潜像にトナーが転写され付着される。
【００１０】
図１１に、トナー供給装置１１３の一部の斜視図を示す。図１２に、トナー供給装置１１３の発砲部材ロール１２３と孔付部材１２２の斜視図を示す。図１１および図１２に示すように、トナー供給装置１１３のハウジング１２０の底部に現像剤撹拌ロール１１４の回転軸方向に沿った開口部１２１が形成され、この開口部１２１には孔付部材１２２が取り付けられている。この孔付部材１２２は、板に多数の孔を形成したものである。この孔付部材１２２の上部には発砲部材ロール１２３が配設されている。この発砲部材ロール１２３の上方には、仕切り部１２４を挟んで二つのスクリュー１２５、１２６が配設されている。このスクリュー１２５、１２６は互いに逆方向に回転し、発泡部材ロール１２３の上方にてトナーを循環しながら、発泡部材ロール１２３上に略均等にトナーを落とす。ハウジング１２０の上面には、トナー溜め（図示せず）から供給されるトナーを受け入れる孔１２７が形成されている。
【００１１】
トナー溜めに保持されたトナーは、重力によってトナー供給装置１１３内に落下し、スクリュー１２５、１２６によって循環され、発砲部材ロール１２３上に落下し、この発砲部材ロール１２３に付着する。発泡部材ロール１２３は、後述するトナー供給モータにより回転駆動されることで、付着したトナーを孔付部材１２２にこすりつけてトナーを孔を通して落下させて現像器１０４，１０７に供給する。
【００１２】
図１３に、トナー供給装置１１３の制御部のブロック図を示す。図１３に示すように、制御部は、互いにバス１３７で接続されたＣＰＵ１３０と、ＲＯＭ１３１と、ＲＡＭ１３２と、入出力制御装置１３３とを備えている。入出力制御装置１３３には、印字しようとする画像データが入力されるインターフェース１３４、画像形成装置の筐体前面に配置されたコンソール１３５、トナー供給装置１１３の発砲部材ロール１２３を駆動するトナー供給モータ１３６等が接続されている。この制御部では、ＣＰＵ１３０がＲＡＭ１３２をワークエリアとして、ＲＯＭ１３１に格納されたプログラムを実行することによってトナー供給制御を行う。
【００１３】
図１４に、トナー供給装置の制御部の機能を示す機能ブロック図を示す。このように、制御部は画像データの印字画素数を積算して記憶する画素数積算・記憶手段１４３と、所定画素数あたりのトナー供給モータ１３６の駆動時間を複数の段階に対応させて記憶する記憶手段１４０と、この記憶手段１４０に記憶された複数の段階のうちの任意の一つの段階を選択する選択手段１４１と、画素数積算・記憶手段１４３によって求められた積算値が所定画素数に達したときに、選択手段１４１で選択した段階に対応した駆動時間でトナー供給モータ１３６を駆動するモータ制御手段１４２とを備えている。ここで、画素数積算・記憶手段１４３は、インターフェース１３４に入力される画像データから画素数を演算し記憶するＣＰＵ１３０、ＲＡＭ１３２およびＲＯＭ１３１によって実現される。また、モータ制御手段１４２は図１３のＣＰＵ１３０、ＲＯＭ１３１およびＲＡＭ１３２によって実現される。図１４の画素数積算・記憶手段１４３は、画素数の積算値１４４をモータ制御手段１４２に送ると共に、このモ−タ制御手段１４２からのリセット信号１４５を受けて画素数の積算値をリセットする。また、モータ制御手段１４２は、画素数積算・記憶手段１４３から送られてくる画素数の積算値１４４が所定画素数に達したら、選択手段１４１で選択した段階に対応した駆動時間だけ駆動信号１４６を出力し、トナー供給モータ１３６を駆動すると共に、リセット信号１４５を画素数積算・記憶手段１４３へ送る。
【００１４】
ここで、選択手段１４１は、画像形成装置に求められる基準出力濃度を維持するために、画像形成装置固有の単位画素数当たりのトナー消費量に対応したトナー供給モータ１３６の駆動時間に関する段階を選択する。ただし、同じ画像形成装置であっても感光体材料の上の電位状態、現像特性、転写特性によって装置個々に選択しうる段階が変化する。
【００１５】
インターフェース１３４に画像データが入力されると印字動作が開始する。また、画像データに基づいて画素数積算・記憶手段１４３は画素数の積算値１４４を計算する。この積算値１４４が所定画素数に達すると、モータ制御手段１４２は選択手段１４１で選択した段階に対応した駆動時間だけ、トナー供給モータ１３６を駆動すると共に、積算値１４４をリセットするためのリセット信号１４５を出力する。画素数積算・記憶手段１４３はリセット信号１４５を受けて新たに画素数の積算を開始する。トナー供給モータ１３６が駆動されている間だけ、トナー供給装置１１３から第１の現像器１０４および第２の現像器１０７へトナーが供給される。このようにして、画像データの画素数の積算値が所定値に達する毎に所定量のトナーが供給されることになる。従って、画像サイズが変化してもトナー供給動作間でのトナー消費量の変動が少なくなり、消費量に近い量のトナーを供給することができる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１１−１５２４８号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の画像形成装置においては、印字される画素数のみをカウントしてその積算値（印字総画素数）が所定数に達した時点でトナー供給を行っている。従って、トナー供給を行った直後のトナー濃度と、次回のトナー供給を行う直前のトナー濃度との差が大きくなる。その結果、印字画像の濃度が安定しないという課題があった。
【００１８】
また、トナー供給は、選択手段１４１が選択した段階に対応した駆動時間だけトナー供給モータ１３６を駆動することにより行われる。そして、選択手段１４１が選択する段階は、感光体材料の上の電位状態、現像特性、転写特性などによって変化する。即ち、トナー供給動作時に実際に供給されるトナー量は各回ごとに異なり、しかも、その供給されるトナー量の制御はトナー供給モータ１３６の駆動時間を変更することにより行われる。現像器１０４，１０７内では現像剤は常時循環されているから、現像剤のうち、トナー供給モータ１３６が駆動されている時間にトナー供給装置１１３の下部を流動していた部分ではトナー濃度が大きく、トナー供給モータ１３６が駆動されていない時間にトナー供給装置１１３の下部を流動していた部分ではトナー濃度が小さくなり、現像器内でトナー濃度にむらが生じる。このトナー濃度むらにより、印字画像の濃度のむらが生じるという課題があった。
【００１９】
トナー濃度むらを小さくするために、単位時間あたりのトナー供給量を少なくすると、必要な量のトナー供給を行うための時間が長くなるという課題があった。
【００２０】
本発明は、上記の従来の課題を解決し、濃度が安定した画像を印字できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の画像形成装置は、トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量の推定値に相当するトナーを前記頁の印字の終了後に現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、前記トナー供給手段は、予め設定された一定時間に前記トナーの供給時間が合致するように、単位時間当たりの供給量を前記トナー消費量推定値に応じて変更して供給することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第２の画像形成装置は、トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量推定値を順次積算して記憶するメモリと、トナーを現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が予め設定された１回当たりのトナー供給動作における最小供給量以上になったとき、前記トナー供給手段は、前記積算値に相当するトナーを現像器内に供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアし、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最小供給量未満のときは、前記トナー供給手段はトナー供給を行わないことを特徴とする。
【００２３】
本発明の第３の画像形成装置は、トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量推定値を順次積算して記憶するメモリと、トナーを現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が予め設定された１回当たりのトナー供給動作における最大供給量以下のとき、前記トナー供給手段は、前記メモリに記憶された積算値に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアし、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最大供給量を超え、且つ、未印字頁が存在するとき、前記トナー供給手段は、前記最大供給量に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値から前記最大供給量を減算し、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最大供給量を超え、且つ、未印字頁が存在しないとき、前記トナー供給手段は、前記メモリに記憶された積算値に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアすることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の画像形成装置は、トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量の推定値に相当するトナーを前記頁の印字の終了後に現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、前記トナー供給手段は、予め設定された一定時間に前記トナーの供給時間が合致するように、単位時間当たりの供給量を前記トナー消費量推定値に応じて変更して供給することを特徴とする。
【００２５】
これによれば、頁ごとに計数された画像特性に基づいて推定されたトナー消費量に相当するトナーを前記頁の印字の終了後に現像器内に供給するので、１回当たりのトナーの供給量が少なくなる。更に、予め設定された一定時間にトナーの供給時間が合致するように、単位時間当たりの供給量をトナー消費量推定値に応じて変更する。こられによって現像器内のトナー濃度むらを小さくできる。その結果、濃度が安定した印字画像を提供できる。
【００２６】
上記の本発明の第１の画像形成装置において、前記供給時間は、１頁の印字に要する時間にほぼ等しいことが好ましい。これにより、複数頁を連続印字する場合、トナーが供給されない時間を少なくすることができるので、現像器内のトナー濃度むらを一層小さくできる。
【００２７】
本発明の第２の画像形成装置は、トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量推定値を順次積算して記憶するメモリと、トナーを現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が予め設定された１回当たりのトナー供給動作における最小供給量以上になったとき、前記トナー供給手段は、前記積算値に相当するトナーを現像器内に供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアし、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最小供給量未満のときは、前記トナー供給手段はトナー供給を行わないことを特徴とする。
【００２８】
これにより、トナー供給動作の回数を減らすことができるので、トナー供給手段における供給誤差も少なくなる。従って、現像器内のトナー濃度の累積誤差が小さくなる。その結果、濃度が安定した印字画像を提供できる。
【００２９】
上記の本発明の第２の画像形成装置において、前記最小供給量は、前記トナー供給手段が前記トナーを安定して供給できる量の範囲の下限値に基づいて決定されていることが好ましい。これにより、トナー供給手段における供給誤差が一層少なくなるので、現像器内のトナー濃度の累積誤差を一層小さくできる。
【００３０】
本発明の第３の画像形成装置は、トナーと磁性体キャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成装置であって、画像の特性情報を印字される頁ごとに計数する画像特性計数手段と、前記画像特性計数手段が計数する画像特性に基づいて、印字される頁ごとに消費されたトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段と、前記トナー消費量推定手段が推定した前記トナー消費量推定値を順次積算して記憶するメモリと、トナーを現像器内に供給するトナー供給手段とを備え、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が予め設定された１回当たりのトナー供給動作における最大供給量以下のとき、前記トナー供給手段は、前記メモリに記憶された積算値に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアし、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最大供給量を超え、且つ、未印字頁が存在するとき、前記トナー供給手段は、前記最大供給量に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値から前記最大供給量を減算し、前記メモリに記憶された前記トナー消費量推定値の積算値が前記最大供給量を超え、且つ、未印字頁が存在しないとき、前記トナー供給手段は、前記メモリに記憶された積算値に相当するトナーを供給し、且つ前記メモリに記憶された前記積算値をクリアすることを特徴とする。
【００３１】
これにより、現像器内のトナー濃度のばらつきを抑えることができる。その結果、濃度が安定した印字画像を提供できる。
【００３２】
上記の本発明の第３の画像形成装置において、前記最大供給量は、前記トナー供給手段が前記トナーを安定して供給できる量の範囲の上限値に基づいて決定されていることが好ましい。これにより、トナー供給手段における供給誤差が一層少なくなるので、現像器内のトナー濃度の累積誤差を一層小さくできる。
【００３３】
また、本発明の第１〜第３の画像形成装置において、前記画像特性計数手段が、少なくとも印字画素数を計数するピクセルカウンタを含むことが好ましい。これにより、印字画素数を考慮してトナー消費量を推定できるので、正確な推定が行える。
【００３４】
この場合において、前記画像特性計数手段が、更に、局所的なエッジを構成する印字画素数を計数するエッジカウンタ、及び／又は、印字画素とその周辺画素とが所定のパターンを構成する前記印字画素数を計数するパターンカウンタを含むことが好ましい。これにより、トナー消費量のより正確な推定が行える。
【００３５】
以下に、本発明の具体的な実施の形態を詳細に説明する。
【００３６】
図１に、本発明の画像形成装置の一実施形態の概略構成図を示す。図１の画像形成装置は、大きく分けて、入力される画像データを処理する画像信号処理部、画像信号処理部で処理された画像データに基づいて露光するための光を発生させるレーザ光学系部、電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成部、画像形成部の現像器にトナーを供給するトナー供給機構部、およびトナー供給機構部を制御するトナー供給制御部から構成される。以下に、それぞれについて説明する。
【００３７】
画像信号処理部は、入力される画像データに対して各種補正処理を行う画像信号処理回路１および処理された画像データに基づいてレーザ駆動信号を生成するレーザ駆動回路２から構成される。
【００３８】
レーザ光学系部は、レーザ駆動信号に基づいて発光するレーザ３と、レーザ３から発したレーザ光を掃引する回転多面鏡４と、掃引された光を導くｆ／θレンズ等を含むレンズ系５と、導かれた光を感光体ドラム７上へ指向させるミラー６とから構成される。
【００３９】
画像形成部は、電子写真プロセスを実現するものであり、感光体ドラム７と、これを中心として、感光体ドラム７の表面を一様に帯電させる帯電器８と、帯電後レーザ光学系部によって露光されてできた静電潜像をトナーを付着させて可視像化させる現像器９と、支持ローラ１１，１２で支持される中間転写ベルト１３上に可視像化されたトナー像を転写する第１転写器１０と、記録紙３２を搬送する搬送ローラ１５と、中間転写ベルト１３上のトナー像を搬送ベルト１５で搬送されてくる記録紙３２に転写する第２転写ローラ１４と、中間転写ベルト１３に転写されずに感光体ドラム７上に残ったトナーを除去するクリーナ１６と、感光体ドラム７の表面に残っている残留電荷を除去する除電器１７とから構成される。トナー像を転写された記録紙３２は、その後図示しない定着器によって熱と圧力を加えられトナー像が定着された後、機外に排出される。また、現像器９は、内部に収容されているトナーとキャリアとからなる現像剤を感光体ドラム７の表面に付着させる現像スリーブ１８と、現像剤をトナーとキャリアとが均一に混合されるように撹拌しながら現像器９の内部を循環させる撹拌スクリュー１９，２０とを備えている。また、中間転写ベルト１３の近傍には、中間転写ベルト１３上のトナー像の濃度を検出する濃度センサ３１が設置される。
【００４０】
トナー供給制御部２６およびトナー供給機構部は、現像プロセスにより感光体ドラム７に付着するトナーによって現像器９内部の現像剤中のトナー濃度が低下することを防ぐために、必要に応じて現像器９にトナーを供給する。
【００４１】
トナー供給制御部２６は、入力される画像データからその画像の特性を検出する画像特性検出部２７と、画像特性検出部２７で検出された数値情報を積算して記憶する積算部２８と、積算部に記憶されている数値に基づいて消費された思われるトナー量を推定する消費量推定部２９と、推定た消費量分のトナーを供給するために必要なトナー供給モータ２４の駆動時間を演算する供給量演算部３０とからなる。
【００４２】
トナー供給機構部は、トナー溜め２１から現像器９にトナーを搬送する搬送スクリュー２２と、搬送スクリュー２２を駆動するトナー供給モータ２４と、トナー供給モータ２４の回転を搬送スクリュー２２に伝達するギア列２３と、供給量演算部３０で算出された駆動時間の間だけトナー供給モータ２４に駆動信号を出力するモータ駆動回路２５とからなる。
【００４３】
以上のように構成された本実施の形態の画像形成装置の動作を説明する。
【００４４】
最初に、入力された画像データは画像信号処理回路１に入る。ここでは、スキュー補正といった傾き補正に必要な画像処理を施される。画像信号処理回路１は、処理した画像データを後段のレーザ駆動回路２と画像特性検出部２７とに出力する。
【００４５】
レーザ駆動回路２は、入力された画像データに基づいてレーザ３を発光させるためのレーザ駆動信号を生成する。レーザ３は、レーザ駆動回路２が生成した駆動信号に基づいて発光する。発光した光は、回転多面鏡４、レンズ系５およびミラー６を経て感光体ドラム７の表面を走査する。
【００４６】
感光体ドラム７は所定のタイミングで矢印の方向に回転している。電子写真プロセスの順番に説明する。まず、帯電器８が、感光体ドラム７の表面を一様な電位に帯電させる。次に、一様な電位に帯電している感光体ドラム７の表面をレーザ光学系部から照射される光で走査して、画像データに対応した静電潜像が感光体ドラム７の表面に形成される。その後、トナー粒子とキャリア粒子とが混合した二成分現像剤を用いた現像器９が、感光体ドラム７上の静電潜像にトナーを付着させ可視像化する。現像器９の内部では、撹拌スクリュー１９，２０が回転することで、トナーとキャリアが均一に混ざった状態になっている。以上までの流れで、感光体ドラム７の表面に画像データに対応したトナー像が形成される。
【００４７】
支持ローラ１１，１２は、露光のタイミングに合わせて駆動される。支持ローラ１１，１２が駆動されると、それに懸架されている中間転写ベルト１３が矢印の方向に回転する。そして、第１転写器１０は、中間転写ベルト１３上に感光体ドラム７上のトナー像を転写する。第２転写ローラ１４は、回転している中間転写ベルト１３上のトナー像を、搬送ローラ１５によってタイミングを合わせて搬送されてくる記録紙３２に転写する。記録紙３２に転写されたトナー像は、この時点では記録紙３２の上に載っているだけである。記録紙３２は、その後、図示しない定着器で加熱および圧接されて未定着トナー像が定着された後、機外に排出される。
【００４８】
クリーナ１６は、転写した後の感光体ドラム７上に残っている残留トナーを除去する。次いで、除電器１７が感光体ドラム７上の残留電荷を除電して、一連の電子写真プロセスを完了する。
【００４９】
ここでは、単色の画像形成装置の例を用いて説明しているが、多色画像形成装置またはカラー画像形成装置の場合には、感光体ドラム７および現像器９を含む周辺要素が構成色の数だけ並べられ、中間転写ベルト１３の上に各色のトナー像が重畳されて画像が形成される。
【００５０】
次に、トナー供給動作について説明する。画像信号処理回路１で画像処理された画像データは、画像特性検出部２７にも入力される。画像特性検出部２７は、入力される画像データに基づいてその画像の特性を検出する。具体的には、記録紙１頁に印字される画像について順次入力される画像データに基づいて、印字画素数と、エッジ数と、所定のパターンに合致する画素パターン数（パターンマッチング数）とを検出し、積算部２８に出力する。ここで、エッジ数とは、印字される１画素の４辺の内、エッジとなっている辺の数である。例えば、全ての印字画素が孤立点である場合には、エッジ数は印字画素数の４倍となる。ただし、主走査方向のエッジと副走査方向のエッジは分けてカウントする必要がある。積算部２８は、逐次入力される画素数、エッジ数、およびパターンマッチング数をそれぞれ積算し記憶する。１頁の印字が完了すると、積算部２８には印字した１頁の画像の特性情報が記憶されていることになる。この特性情報は消費量推定部２９に出力される。
【００５１】
消費量推定部２９は、積算部２８から読み出した画像特性情報に基づいて当該頁の印字よって消費されたトナー量を推定する。具体的には、トナー消費量は、画像特性情報のそれぞれの積算値に所定の係数を乗じて加算される。この所定の係数は、あらかじめ実験的に求めた値である。
【００５２】
供給量演算部３０は、推定したトナー消費量に相当する量のトナーを供給するために必要な、トナー供給モータ２４の駆動時間を算出する。トナー溜め２１内部に収容されているトナーは、トナー供給モータ２４が駆動する搬送スクリュー２２が回転することによって搬送されて、現像器９の内部に落下する。本実施の形態では、トナー供給モータ２４としてステッピングモータを使用しており、最大パルスレートを固定にしておけば、現像器９に供給されるトナー量は総パルス数によって一意的に定まる。よって、供給量演算部３０は、供給すべきトナー量からトナー供給モータ２４を駆動するための総パルス数を算出し、モータ駆動回路２５に出力する。ここで、トナー供給モータ２４の駆動開始時および停止時にパルスレートを段階的に変化させるいわゆるスローアップおよびスローダウン動作をさせる場合にも、その変化の傾きを一定にしておけば総パルス数と供給トナー量とは相関が取れる。モータ駆動回路２５は、入力される総パルス数に対応する時間だけトナー供給モータ２４を駆動する。トナー供給モータ２４は、ギア列２３を通して搬送スクリュー２２を回転させ、所定の量のトナーを現像器９に供給する。
【００５３】
以上により、記録紙１頁の印字動作が終了した時点で、その頁の印字のために消費されたトナー量が推定され、直ちにトナー供給動作が行われることになり、現像器９内部のトナー濃度が略一定に保たれるため、常に安定した濃度の画像を得ることができる。
【００５４】
次に、トナー供給制御部２６について詳細に説明する。図２に、トナー供給制御部２６のブロック図を示す。画像特性検出部２７は、画像の印字画素を検出するピクセル検出回路４０と、印字画素が主走査方向のエッジであるかどうかを検出する主走査エッジ検出回路４１と、同様に副走査方向のエッジであるかどうかを検出する副走査エッジ検出回路４２と、印字画素を中心とする複数の画素があらかじめ設定されている基準パターン４４と一致するか否かを検出するパターン検出回路４３とからなる。また積算部２８は、ピクセル検出回路４０の検出数をカウントするピクセルカウンタ４５と、ピクセルカウンタ４５の値を一時的に記憶するピクセルレジスタ４９と、主走査エッジ検出回路４１の検出数をカウントする主走査エッジカウンタ４６と、主走査エッジカウンタ４６の値を一時的に記憶する主走査エッジレジスタ５０と、副走査エッジ検出回路４２の検出数をカウントする副走査エッジカウンタ４７と、副走査エッジカウンタ４７の値を一時的に記憶する副走査エッジレジスタ５１と、パターン検出回路４３の検出数をカウントするパターンカウンタ４８と、パターンカウンタ４８の値を一時的に記憶するパターンレジスタ５２とから構成される。
【００５５】
以上の構成のトナー供給制御部２６について、その動作を説明する。画像信号処理回路１で処理された画像データは、ピクセル検出回路４０、主走査エッジ検出回路４１、副走査エッジ検出回路４２、およびパターン検出回路４３に並列に入力される。ここで、主走査エッジ検出回路４１、副走査エッジ検出回路４２、およびパターン検出回路４３に入力される画像データは、着目画素を中心とする周囲の複数画素の画像データである。すなわち、主走査エッジ検出回路４１に入力されるのは、着目画素とその左右の画素の画像データであり、副走査エッジ検出回路４２に入力されるのは着目画素とその上下の画素の画像データである。また、パターン検出回路４３に入力されるのは、着目画素を中心とする３×３画素の画像データである。これは、あらかじめ設定されている基準パターン４４のサイズによって定まる。
【００５６】
このとき、ピクセル検出回路４０、主走査エッジ検出回路４１、副走査エッジ検出回路４２およびパターン検出回路４３から出力される検出信号は、それぞれの条件に適合したときにハイレベルとなる。
【００５７】
すなわち、ピクセル検出回路４０は、着目画素が印字画素であるときにハイレベルの検出信号を出力し、それ以外の時にはローレベルのままとなる。
【００５８】
主走査エッジ検出回路４１は、着目画素が主走査方向のエッジであるかどうかを検出する。つまり、着目画素が印字画素であり、かつその左右の画素が非印字画素の時にハイレベルの検出信号を出力する。このとき、左右の画素のそれぞれについて非印字画素であるか否かが判断され、左右の画素が共に非印字画素の場合もあり得るので、検出信号は２ビット必要である。同様に、副走査エッジ検出回路４２は、着目画素が印字画素であり、かつその上下の画素が非印字画素の時にハイレベルの検出信号を出力する。このときも、上下の画素のそれぞれについて非印字画素であるか否かが判断され、上下の画素が共に非印字画素の場合もあり得るので、検出信号は２ビット必要である。
【００５９】
パターン検出回路４３は、着目画素とその周辺画素において印字画素の配置が、あらかじめ設定されている基準パターン４４と一致したときにハイレベルの検出信号を出力する。このとき、検出信号のビット数は、基準パターンの個数によって決められる。図３に、本実施の形態で使用する４つの基準パターンを示す。着目画素（黒塗りの部分）を中心として縦横方向に最大３×３画素を参照する。黒が印字画素、白が非印字画素、斜線がどちらでも良いことを示す。図３の（ａ）ないし（ｄ）から分かるように、ここでは着目画素が局所的な角を構成する印字画素であるかどうかを検出している。この例では、基準パターンが４通りなので、０から４までの信号を出力する必要があるため、検出信号は最低３ビット必要である。このように基準パターンが予め決まっており、変更する必要がない場合には、パターン検出回路４３を３×３画素の最大９画素の画像信号から基準パターンに合致するか否かを判断する組合せ論理回路で構成しても良い。
【００６０】
画像特性検出部２７の各検出回路４０，４１，４２，４３で生成されるそれぞれの検出信号は、積算部２８の対応するカウンタに入力される。ピクセルカウンタ４５、主走査エッジカウンタ４６、副走査エッジカウンタ４７およびパターンカウンタ４８は、１頁の印字開始直前にクリアされ、印字中はそれぞれの検出信号を積算する。それぞれの後段のピクセルレジスタ４９、主走査エッジレジスタ５０、副走査エッジレジスタ５１およびパターンレジスタ５２は、それぞれに対応するカウンタ値を印字終了時にラッチして記憶する。
【００６１】
その後、ピクセルレジスタ４９、主走査エッジレジスタ５０、副走査エッジレジスタ５１およびパターンレジスタ５２の値は、後段の消費量推定部２９に入力され、今回の印字で消費したと思われるトナー量を推定する。推定処理は、それぞれのレジスタ値の関数として定義され、具体的にはそれぞれのレジスタの値に所定の係数を乗じてそれらの総和をとったものとなる。ここで、ピクセルレジスタ４９に格納されている値をＣｐｉｘ、主走査エッジレジスタ５０に格納されている値をＣｅｍ、副走査エッジレジスタ５１に格納されている値をＣｅｓ、そしてパターンレジスタ５２に格納されている値をＣｐａｔとすると、トナー消費量Ｔｃｏｎは以下の式を用いて推定される。
【００６２】
Ｔｃｏｎ＝Ｋ１×Ｃｐｉｘ＋Ｋ２×Ｃｅｍ＋Ｋ３×Ｃｅｓ＋Ｋ４×Ｃｐａｔ
ここで、係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４は、あらかじめ実験的に定められる。
【００６３】
以上で、印字によるトナー消費量が推定できるので、この消費分のトナーが供給される。供給量演算部３０は、供給すべきトナー量から必要なモータ駆動時間を算出する。モータ駆動回路２５は、供給量演算部３０が算出した駆動時間に基づいて、モータ駆動信号を生成する。
【００６４】
図４にモータ駆動信号の第１の実施例を示す。ここで、供給されるトナー量は（ｂ）＜（ａ）＜（ｃ）の関係にあるが、駆動パルスレートの最大値はＰｍａｘでいずれの場合も同じである。また、スローアップおよびスローダウンのパルスレートの変化量（図４の傾斜部の傾斜角度）も同じである。すなわち、最大パルスレートＰｍａｘが出力されている時間を制御することで、トナー供給量を制御する。供給動作は、当該頁の印字が終了して供給すべきトナー量を算出した後に行う。
【００６５】
ここで、供給すべきトナー量が多い場合に、大量のトナーを短時間に供給してしまうと、現像器９内のトナー濃度分布にばらつきができてしまい、結果として画像濃度にむらができてしまう。従って、トナーの供給は、できる限りゆっくりと行うことが望ましい。第１の実施例では、トナー供給モータ２４を駆動するための駆動パルスの最大パルスレートＰｍａｘを、むらが出ない程度の値に固定して、その最大パルスレートＰｍａｘを出力する時間を変えることでトナー供給量を制御している。
【００６６】
次に、トナー供給制御の第２の実施例について説明する。第２の実施例では、トナーの供給をできる限り長い一定時間で行う。但し、印字により消費した分のトナーの供給を、次頁の印字が終了するまでに行う。具体的には、一分間に２０頁の印字が可能なエンジンを用いた場合、１頁当たりの印字に必要な時間は３秒となるので、３秒以内にトナー供給を完了させる。この方法では、トナー供給モータ２４の最大パルスレートを頁毎に変えてやる必要があるので、１頁の印字に対応するトナー供給が終了した時点でモータ２４の駆動を一旦停止させる必要がある。そのため、各レジスタへのアクセスやトナー消費量推定処理等にかかる時間も考慮して、２．５秒程度でトナー供給を終了させることが望ましい。図５に、本発明の第２の実施例におけるモータ駆動信号を示す。図５においても、トナー供給量は、（ｂ）＜（ａ）＜（ｃ）の関係にある。ここでも、スローアップおよびスローダウン動作におけるパルスレートの変化量、すなわち傾斜部の傾きは同じにする。
【００６７】
次に、上記の第１の実施例（図４）と第２の実施例（図５）とを図６を用いて比較検討する。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、Ｆ１は第１頁の印字に対応したトナー供給を行うためのモータ駆動信号を示し、Ｆ２はこれに続く第２頁の印字に対応したトナー供給を行うためのモータ駆動信号を示す。横軸は時間を示し、Ｔ0は各頁の印字に要する時間を意味する。また、縦軸はトナー供給モータ２４を駆動するための駆動パルスのパルスレートである。パルスレートは、単位時間当たりのトナー供給量と一意に相関があるので、縦軸は単位時間当たりのトナー供給量と見なすことができる。従って、駆動信号Ｆ１、Ｆ２と時間軸とで囲まれた台形の面積Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ第１頁及び第２頁の印字に対応して供給されるトナーの総供給量と見なすことができる。本例では、Ｖ１＜Ｖ２である。
【００６８】
図６（ａ）は上記の第１の実施例（図４）に対応し、最大パルスレートをＰｃで一定にして、第１頁及び第２頁のトナー供給量に応じてトナー供給時間をＴ1及びＴ2に変える（時間制御）ことで、必要なトナー供給量Ｖ１，Ｖ２を確保している。
【００６９】
図６（ｂ）は上記の第２の実施例（図５）に対応し、トナー供給時間をＴｃで一定にして、第１頁及び第２頁のトナー供給量に応じてパルスレート（すなわち単位時間当たりの供給量）をＰ１及びＰ２に変える（供給量制御）ことで、必要なトナー供給量Ｖ１，Ｖ２を確保している。
【００７０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）より、トナーの総供給量をトナーの供給時間により制御する第１の実施例（図６（ａ））では、トナー供給している時間としていない時間とが明確に区別されるために、現像器９内でのトナー濃度のばらつきが大きくなりやすい。これに対して、トナーの総供給量をトナーの単位時間当たりの供給量により制御する第２の実施例（図６（ｂ））では、量の違いはあるもののほぼ常時トナー供給がなされているので、現像器９内でのトナー濃度のばらつきが生じにくい。従って、第２の実施例（図６（ｂ））のように、トナー供給時間をＴｃで一定にしてトナー供給を行う方が、印字画像の濃度むらが低減されるので好ましい。
【００７１】
この場合、トナー供給時間Ｔｃは、１頁の印字に要する時間Ｔ0と略一致していることが好ましい。これにより、トナー供給がされない時間を少なくできるので、現像器９内でのトナー濃度のばらつきを一層低減できる。
【００７２】
上記の第１の実施例（図４）及び第２の実施例（図５）において、１回のトナー供給動作で供給されるトナーの最大供給量を設定しておくことが好ましい。そして、１頁の印字ごとに算出されるトナー消費量推定値を順次積算してメモリに記憶する。メモリに記憶されたトナー消費量推定値の積算値が前記最大供給量以下の場合には、その積算値に相当する量のトナーを供給し、メモリに記憶された積算値をクリアする。メモリに記憶された積算値が前記最大供給量を超える場合は、印字すべき次頁が存在するか否かが判断される。次頁が存在する場合は、前記最大供給量に相当する量のトナーを供給し、メモリに記憶された積算値からトナー供給が行われた前記最大供給量に相当する量を減算する。次頁が存在しない場合には、メモリに記憶された積算値に相当する量のトナーを供給するとともに、メモリに記憶された積算値をクリアする。このように、１回のトナー供給動作当たりの最大供給量を設定し、最大供給量を超える部分については未供給分としてメモリに積算しておき、以後に算出されるトナー消費量推定値が最大供給量を下回るときにメモリに記憶された未供給分を上積みして供給する。
【００７３】
第１の実施例（図４）において、上記のように１回のトナー供給動作当たりの最大供給量を設定すると、例えば、印刷率の大きな頁を連続して印刷する場合には、最大パルスレートＰｍａｘでトナー供給モータ２４が連続駆動されることになる。これにより、現像器９内のトナー濃度のばらつきを抑えることができる。また、トナー供給モータ２４の連続駆動により、駆動と停止とを繰り返したときにギア列２３のバックラッシュで生じる供給誤差を少なくすることができる。これによっても、現像器９内のトナー濃度のばらつきを抑えることができる。これらの結果、画像の濃度ばらつきを低減できる。従って、トナーの最大供給量は、トナー供給機構部がトナーを安定して供給できる量の範囲の上限値に基づいて決定されるのが好ましい。
【００７４】
また、第２の実施例（図５）において、上記のように１回のトナー供給動作当たりの最大供給量を設定すると、各トナー供給動作間においてパルスレート（図６（ｂ）のＰ１，Ｐ２）の差が小さくなる。これにより、現像器９内のトナー濃度のばらつきを抑えることができる。また、搬送スクリュー２２，トナー供給モータ２４，ギア列２３からなるトナー供給機構部のトナー供給精度が向上し、これによっても、現像器９内のトナー濃度のばらつきを抑えることができる。これらの結果、画像の濃度ばらつきを低減できる。従って、トナー供給量の最大値は、各頁に対応したトナー供給のためのパルスレートの差が小さくでき、その結果、トナー供給機構部がトナーを安定して供給できる量の範囲の上限値に基づいて決定されるのが好ましい。
【００７５】
但し、このように１回のトナー供給動作で供給可能なトナー供給量の最大値を設定し、連続して複数頁を印字する場合、前半に印字率（印字画素数／総画素数）の大きな画像を含む頁を印字すると、場合によってはトナーの消費量が供給量を大きく上回った状態（即ち、メモリ内の積算値が大きな状態）で次の新たな頁の印字を行わなければならないことも起こり得る。従って、メモリに記憶された積算値から求められるトナー濃度（現像剤中のトナーの割合）が正常な範囲を超えたときには、印字動作を強制的に停止して、トナー濃度が正常な範囲の中央値近辺に戻るまでトナーの強制供給を行うことが好ましい。ここで、トナー濃度の正常な範囲とは、例えば良好な印字画質を保証できるトナー濃度の設計値（例えば８％±２％の範囲）に設定することができる。
【００７６】
また、逆に、上記の第１の実施例（図４）及び第２の実施例（図５）において、１回のトナー供給動作で供給されるトナーの最小供給量を設定しておいてもよい。そして、１頁の印字ごとに算出されるトナー消費量推定値を順次積算してメモリに記憶する。メモリに記憶されたトナー消費量推定値の積算値が前記最小供給量未満の場合には、トナー供給を行わない。一方、積算値が前記最小供給量以上になったとき、頁の印字の終了した時点でトナー供給するとともに、前記メモリに記憶された積算値をクリアする。これにより、トナー供給動作の回数を減らすことができる。特に本実施の形態のようにトナー供給モータ２４の回転をギヤ列２３を通して搬送スクリュー２２に伝達しているような場合には、トナー供給頻度が減少することは、ギヤ列２３のバックラッシュで生じる供給誤差に基づいて発生するトナー濃度の累積誤差を小さくすることができるので好ましい。従って、トナー供給量の最小値は、トナー供給機構部がトナーを安定して供給できる量の範囲の下限値に基づいて決定されるのが好ましい。
【００７７】
更に、上記の１回のトナー供給動作で供給されるトナーの最大供給量及び最小供給量とを設定しておいても良い。これにより、画像の濃度ばらつきを一層低減できる。
【００７８】
以上で、印字動作毎に行うトナー供給動作について説明した。ここで、トナー供給量として算出した値は、あくまで推定値であるので、実際のトナー消費量との間にはどうしても誤差が発生することは避けられない。たとえ、１回のトナー消費量の推定値における誤差は小さくとも、それが累積されていくことで、無視できない誤差に膨らんでいくことがある。よって、この累積誤差をキャンセルするための手段が必要となる。以下で、累積誤差をキャンセルするための濃度補正処理について説明する。
【００７９】
濃度補正処理を行うためには、何らかの方法で現像器９内のトナー濃度を検出することが必要となる。従来は、トナーとキャリアの混合比が変わると現像剤の透磁率が変わることを利用して、現像器９の内部に透磁率センサを設置してトナー濃度を検出を行っていた。しかし、この透磁率センサは比較的高価な部品であり、カラー画像形成装置ではシアン、マゼンタ、イエローおよび黒の４つの現像器で画像形成を行うので、透磁率センサも４個必要となり、コストアップの要因となっていた。そこで、直接現像器内のトナー濃度を検出するのではなく、所定のパターンで現像されたトナー像の濃度を検出することで現像器内部のトナー濃度を間接的に検出する方法がとられることがある。この場合、感光体ドラム７上に濃度検出用のパターンを形成し、感光体ドラム７近傍に設置した発光素子と受光素子からなる安価な濃度センサを用いて検出することができる。さらに、コストを低減するため、感光体ドラム７上のトナー像を検出するのではなく、中間転写体上のトナー像で検出することもできる。カラー画像形成装置においては、感光体ドラム上で検出しようとすると４個の濃度センサが必要となるからである。本実施の形態においても、中間転写ベルト１３上で濃度検出を行う。
【００８０】
図７に、濃度センサ３１の構成図を示す。図７に示す濃度センサ３１は、赤外光を発する発光素子３２と、当該赤外光を受光する受光センサ３３，３４とから構成される。ここで、発光素子３２は発せられた赤外光が所定の入射角で中間転写ベルト１３に入射するように取り付けられており、受光センサ３３は、発光素子３２からの赤外光のうち、中間転写ベルト１３にて上記入射角と同じ反射角で反射した赤外光が入射する位置に取り付けられている。一方、受光センサ３４は、散乱光を受光するように、上記入射角と同じ反射角で反射した反射光が入射しない位置に配置されている。
【００８１】
以上の構成において、その動作を説明する。発光素子３２は、中間転写ベルト１３上に形成された濃度パッチ（すなわち所定のパターンで形成されたトナー像）３５が移動してくると所定の入射角で赤外光を照射する。照射された光は、濃度パッチ３５で反射する。反射する光のうち、入射角と同じ反射角で反射した反射光は受光センサ３３に入射する。一方、トナー像の表面で乱反射した光の一部が散乱光として受光センサ３４に入射する。受光センサ３３および３４のどちらで検出するかは、検出する色によって変える。シアン、マゼンタ、イエローの３色は、散乱光によって濃度検出する。中間転写ベルト１３上のトナー濃度が高くなると、それだけトナーの付着量も多くなるのでそれだけ散乱光成分の光量も多くなり、受光センサ３４のセンサ出力も高くなる。一方、黒については直接反射光を利用して濃度検出する。黒トナーは光を吸収してしまうので、散乱光成分は殆ど検出できなくなるためである。一般的に、中間転写ベルトは黒で、その表面の反射率は比較的高い。そのため、トナーが付着していないときには直接反射光の光量は多く、トナー付着量が増えてくると、散乱光成分が増えて直接反射光成分が減ってくる。従って、受光センサ３３の受光レベルで黒トナーの濃度が検出できる。
【００８２】
上記の濃度センサを用いた濃度補正処理について説明する。手順としては、中間転写ベルト１３に濃度パッチ３５を形成し、中間転写ベルト１３が回転して濃度センサ３１の位置に濃度パッチ３５が来たときに前述したように濃度検出を行う。ここで、検出された濃度とあらかじめ基準濃度の現像剤を用いて形成した濃度パッチ３５から検出した濃度との差が累積誤差に相当する。よって検出した濃度からトナー量の過不足を算出し、不足している場合にはトナー供給モータ２４を駆動して強制的にトナーを供給する。逆に多すぎる場合には、次回の印字から多すぎる分のトナー量を消費するまでトナー供給モータ２４の駆動を停止する。
【００８３】
以上の手順の濃度補正処理を行うことで、各頁の印字時のトナー消費量推定値の累積誤差をキャンセルすることができる。
【００８４】
しかし、この濃度補正処理が使用者の意志に関わらず実行されると、トナーを余分に消費したり、あるいは連続印字中にトナー供給のために印字が中断したりするという不都合が生じる。よって、この補正処理はできる限り行わない、またはその頻度を極力減らすことが望ましい。そこで、本発明では、濃度補正処理を行った後のトナー消費量の推定値を積算し、その積算値が所定量（閾値）を超えたときに、濃度補正処理を行う。
【００８５】
図８に、濃度補正処理タイミングのフローチャートを示す。図８に示すように、印字指示待ちの状態（Ｓ１）のときには、印字指示が来るまで待機しておく。印字指示が来ると、通常の印字動作を行い（Ｓ２）、前述したようにトナー消費量を推定し（Ｓ３）、トナー供給を行う。そして、推定値を積算し（Ｓ４）、その積算値をあらかじめ決めてある閾値と比較する（Ｓ５）。このとき、積算値≦閾値のときには、濃度補正処理はまだ必要ないので、何もせず印字指示待ち（Ｓ１）となる。しかし、積算値＞閾値のときには、印字頁数によらずトナー消費量が所定量以上になったということなので、前述の濃度補正処理を行い（Ｓ６）、その後、上記積算値をクリアする（Ｓ７）。それから、印字指示待ちの状態（Ｓ１）に戻り、初期状態となる。
【００８６】
このように、濃度補正処理のタイミングを、印字頁数ではなく、トナー消費量推定値の積算値に基づいて決定する利点は、濃度補正処理の頻度を必要以上に増やさないという点にある。すなわち、印字率（印字画素数／総画素数）の低い画像を連続印字するときには、トナー消費量は少ないのでトナー消費量推定値の累積誤差も少なくなるため、たとえ印字頁数が多くても濃度補正処理を頻繁に行う必要はない。本実施の形態のように、印字頁数ではなくトナー消費量に基づいて濃度補正処理のタイミングを決定することで、印字率の低い印字を行う場合には濃度補正処理を行う間隔が広がることになる。逆に、印字率の高い画像を印字する場合には、トナー消費量も多くなるので、印字枚数に基づいて濃度補正処理のタイミングを決定する場合に比べて、本発明の方が濃度補正処理の頻度が多くなる可能性がある。しかし、トナー消費量が多いということは、誤差もそれ応じて多くなるはずなので、累積誤差も多くなる。そのため、本発明によれば、累積誤差が許容量を超える前に濃度補正処理を行うことになり、実際の現像器９内のトナー濃度の状態に即した濃度補正が行えることになり、良好な印字画質を維持できる。
【００８７】
さらに、積算値を比較する閾値を２つ設けて使用者からの印字ジョブの実行途中ではできる限り印字動作を停止しないようにすることで、使用者が待たされないようにすることができる。すなわち、これ以上は画質保証ができないから直ちに濃度補正処理を実行すべきであるという要求レベルの高い第１の閾値と、できれば濃度補正処理をするのが望ましいという要求レベルの低い第２の閾値とを設定する。当然、第１の閾値の方が大きな値が設定される。ここで、印字ジョブとは、印字要求文書単位で判断され、一人の使用者が一度に要求できる印字単位である。一つの印字ジョブに含まれる印字ページ数は１頁の場合もあればそれ以上の場合もある。
【００８８】
図９に、第２の濃度補正タイミングのフローチャートを示す。図９を用いて、濃度補正処理のタイミング制御について説明する。ここで、２つの閾値は前述のように閾値１＞閾値２で設定されている。まず、使用者から印字ジョブが要求されると（Ｓ１１）、まず１頁を印字する（Ｓ１２）。そして、印字終了時点で前述したようにトナー消費量を推定し、トナー供給を行う。併せて、トナー消費量の推定値を積算する。その積算値を閾値１と比較して（Ｓ１３）、積算値が閾値１より大きければ、画質保証範囲外である可能性が非常に高いということになるので、その時点で印字動作を中断して、濃度補正処理を行い（Ｓ１４）、積算値をクリアする。積算値が閾値１以下であれば、まだ画質保証の範囲内である可能性が高いということになるので、濃度補正処理を行わず、当該印字ジョブ内に未印字頁があるかどうかを調べる（Ｓ１５）。もし、未印字頁があるのなら、その次頁の印字動作を行う（Ｓ１２）。そして、上記Ｓ１２からＳ１４の処理を当該印字ジョブが終了するまでループする。その後、１つの印字ジョブが終わった時点でトナー消費量の推定値の積算値と閾値２とを比較する（Ｓ１６）。積算値が閾値２よりも大きければ、濃度補正処理を行い（Ｓ１７）、積算値をクリアして初期状態に戻る。積算値が閾値２以下であれば、何も行わないで初期状態に戻り、新たな印字ジョブが要求されるまで待機する。
【００８９】
上記の処理では、トナー消費量推定値の積算値が閾値２を超えてはいるが、閾値１以下である場合には、濃度補正処理はその印字ジョブの途中では行わず、当該印字ジョブが終了した時点で行う。これにより、使用者が印字ジョブの途中で印字動作が停止して待たされることがなくなる。ただし、１つの印字ジョブが大量頁の印字要求である場合には、その印字ジョブの実行途中でトナー消費量推定値に含まれる誤差の累積値が画質保証に関する許容範囲を超えてしまう可能性がある。よって、閾値１を、トナー消費量推定値に含まれる可能性がある誤差と、画質保証の観点から要求されるトナー濃度の許容範囲とを考慮して決定し、トナー消費量推定値の積算値がこれを超えた場合には、印字ジョブの途中であっても頁の印字が終了した時点で濃度補正処理を行う。これにより、画質が劣化した無駄な印字が行われるのを防止できる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、濃度が安定した印字画像を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る画像形成装置のトナー供給制御部のブロック図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の画像特性検出部が検出する印字画素の基準パターンである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の第１の実施例におけるモータ駆動信号である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の第２の実施例におけるモータ駆動信号である。
【図６】本発明の一実施形態に係る画像形成装置における時間制御と供給量制御におけるモータ駆動信号である。
【図７】本発明の一実施形態に係る画像形成装置における濃度センサの構成図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る画像形成装置における濃度補正処理のタイミングフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態に係る画像形成装置における別の濃度補正処理のタイミングフローチャートである。
【図１０】従来のトナー供給装置を用いた画像形成装置における感光体ドラム近傍の構成図を示した側面図である。
【図１１】従来の画像形成装置におけるトナー供給装置の一部の斜視図である。
【図１２】従来の画像形成装置におけるトナー供給装置の発砲部材ロールと孔付部材との斜視図である。
【図１３】従来の画像形成装置におけるトナー供給装置の制御部のブロック図である。
【図１４】従来の画像形成装置におけるトナー供給装置の制御部の機能を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
９  現像器
２１  トナー溜め
２２  搬送スクリュー
２４  トナー供給モータ
２７  画像特性検出部
２８  積算部
２９  消費量予測部
３０  供給量演算部
３１  濃度センサ
３２  発光素子
３３、３４  受光センサ
３５  濃度パッチ
４０  ピクセル検出回路
４１  主走査エッジ検出回路
４２  副走査エッジ検出回路
４３  パターン検出回路
４４  基準パターン
４５  ピクセルカウンタ
４６  主走査エッジカウンタ
４７  副走査エッジカウンタ
４８  パターンカウンタ
４９  ピクセルレジスタ
５０  主走査エッジレジスタ
５１  副走査エッジレジスタ
５２  パターンレジスタ
【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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