(57)【要約】【課題】装置の異常を適切に検出することのできる画像形成装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】現像器内のトナー残量が比較的大きいときには、トナー量の制御目標値をＴｔｇｔ１に設定するとともに、適正とみなせるトナー量の下限値をＴＬ１に設定する。所定条件で形成したパッチ画像の濃度が最低保証濃度Ｄｍａに満たないときには装置に異常があると判定する。トナー残量が低下すると現像器内のトナー特性が変化するため、これに対応して、制御目標値をＴｔｇｔ２に、下限値をＴＬ２に変更設定する。これにより、制御後の画像濃度および最低保証濃度が安定となる。【選択図】        図４
2004354931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部にトナーを貯留する現像器を有し、前記トナーを用いてトナー像を形成し、像担持体上に担持させる像形成手段と、
前記像担持体上に担持された前記トナー像を構成するトナー量を検出するトナー量検出手段と、
パッチ画像としての前記トナー像についての前記トナー量検出手段による検出結果に基づいて、前記像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記パッチ画像を構成するトナー量としての適正範囲を、前記現像器に貯留された前記トナーの使用状況に応じて設定するとともに、
前記パッチ画像についての前記トナー量検出手段による検出結果が前記適正範囲にないときには、装置に異常があると判定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記現像器のトナー残量に応じて、前記適正範囲を設定する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記トナー残量の低下に伴って、前記適正範囲の下限値を低トナー量側にシフトさせる請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像器は、装置本体に対して着脱自在となっており、しかも、
前記現像器には、該現像器が貯留する前記トナーの使用状況に関する情報を記憶する記憶手段が取り付けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記パッチ画像についての前記トナー量検出手段による検出結果と、所定の制御目標値とに基づいて前記画像形成条件を制御し、しかも、
前記制御目標値を、前記現像器に貯留された前記トナーの使用状況に応じて設定する請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
現像器内に貯留されたトナーを用いてトナー像を形成し、像担持体に担持させるとともに、前記像担持体に担持されたパッチ画像としての前記トナー像を構成するトナー量を検出し、その検出結果に基づいて画像形成条件を制御する画像形成装置の制御方法において、
前記パッチ画像を構成するトナー量としての適正範囲を、前記トナーの使用状況に応じて設定するとともに、
前記パッチ画像についての前記トナー量の検出結果が前記適正範囲にないときには、装置に異常があると判定することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パッチ画像としてのトナー像を構成するトナー量を検出し、その検出結果に基づき画像形成条件を制御する画像形成装置およびその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置では、必要に応じて、所定の画像パターンを有するテスト用の小画像（パッチ画像）を形成するとともに、濃度センサによりその画像濃度を検出し、その検出結果に基づいて各種の画像形成条件を調整することで、所定の画像濃度を安定して得られるようにしている。
【０００３】
例えば、本願出願人の出願にかかる特許文献１に記載の画像形成装置においては、以下のようにして、画像濃度に影響を与える現像バイアスを最適値に調整している。すなわち、現像バイアスをその可変範囲内で変更設定しながらパッチ画像を形成し、それらのパッチ画像の濃度検出結果から、画像濃度が目標濃度となる現像バイアスの最適値を見出している。そして、その最適値を精度よく求めるために、現像バイアスの可変範囲の異なる２つの処理モードを用意しておき、装置の動作状況に応じてこれらのうち１つを選択実行するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−７５３１９号公報（図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の濃度検出技術においては、トナー付着により濃度センサが汚れたり、その動作不良などに起因して、濃度センサの出力が画像濃度を正確に反映せず、その結果、パッチ画像の濃度検出精度が低下してしまうという現象がある。このように濃度検出精度が低下した状態では、その検出結果に基づいて行う画像形成条件の最適化を適切に行うことができなくなる。したがって、装置がこのような状態に陥った場合には、早期にそれを発見し、その解消のため然るべき措置を取ることが必要である。
【０００６】
しかしながら、上記した従来技術においては、このような現象については考慮されていないため、検出精度が低下したまま濃度検出を行うことにより、画像形成条件が好ましくない条件に設定されてしまったり、また、トナーや処理時間を無駄に消費してしまうことがあった。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、装置の異常を適切に検出することのできる画像形成装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、その内部にトナーを貯留する現像器を有し、前記トナーを用いてトナー像を形成し、像担持体上に担持させる像形成手段と、前記像担持体上に担持された前記トナー像を構成するトナー量を検出するトナー量検出手段と、パッチ画像としての前記トナー像についての前記トナー量検出手段による検出結果に基づいて、前記像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記パッチ画像を構成するトナー量としての適正範囲を、前記現像器に貯留された前記トナーの使用状況に応じて設定するとともに、前記パッチ画像についての前記トナー量検出手段による検出結果が前記適正範囲にないときには、装置に異常があると判定することを特徴としている。
【０００９】
この発明では、実際に形成したパッチ画像の画像濃度が適正であるか否かで装置の異常の有無を判定することを主眼としている。つまり、所定の画像形成条件で形成したパッチ画像の画像濃度が想定された濃度範囲を逸脱しているときは、装置に何らかの異常があると判定する。
【００１０】
そこで、画像濃度を指標する値として像担持体上のトナー量を検出するが、像担持体上で検出されるトナー量と、例えば記録紙などの最終的な記録媒体上での画像濃度との対応関係は一定でなく、次第に変化する。その主要な原因は、現像器内のトナーの粒径分布や帯電性などの諸特性が使用につれて変化するためであることが、本願発明者らの実験によりわかっている。
【００１１】
したがって、トナー量の適正範囲を一定としたのでは、必ずしも画像濃度を適正値に保つことはできない。そこで、この発明では、トナー量の適正範囲をその時点でのトナーの使用状況に応じて設定することで、像担持体上のトナー量と最終的な画像濃度とのずれを補償している。そして、実測されたトナー量検出値がこうして設定された適正範囲にないときには異常があるとすることで、装置の異常を適切に検出することができる。
【００１２】
このように、現像器内のトナー特性は使用につれて変化してゆくから、その使用状況を表す物性値として例えば現像器内のトナー残量を用い、その値に応じて前記適正範囲を設定することができる。
【００１３】
また、本願発明者らの知見によれば、像担持体上のトナー量が一定となるように画像形成条件を制御しながら画像を形成したとき、現像器内のトナー残量の低下に伴って、画像濃度は次第に上昇する。したがって、この場合、トナー量の前記適正範囲の下限値を、より低トナー量側にシフトさせることができる。
【００１４】
また、前記現像器が装置本体に対して着脱自在となっている装置では、前記現像器には、該現像器が貯留する前記トナーの使用状況に関する情報を記憶する記憶手段を取り付けるのが好ましい。こうすることで、現像器を装置本体から取り外した場合でもトナーの使用状況に関する情報は当該現像器内に保持される。そのため、例えばいったん取り外した現像器を再度装着したり、別の現像器を装着した場合でも、情報が消失することなく、当該現像器に貯留されたトナーの状況に応じた処理を行うことが可能となる。
【００１５】
さらに、このような画像形成装置においては、前記制御手段は、前記パッチ画像についての前記トナー量検出手段による検出結果と、所定の制御目標値とに基づいて前記画像形成条件を制御し、しかも、前記制御目標値を、前記現像器に貯留された前記トナーの使用状況に応じて設定するのが好ましい。
前記したように、像担持体上のトナー量を一定としても最終的な画像濃度は変化してゆくから、トナー量の制御目標値をトナーの使用状況に応じて設定することで、安定した画像濃度を得ることができる。
【００１６】
また、この発明は、現像器内に貯留されたトナーを用いてトナー像を形成し、像担持体に担持させるとともに、前記像担持体に担持されたパッチ画像としての前記トナー像を構成するトナー量を検出し、その検出結果に基づいて画像形成条件を制御する画像形成装置の制御方法において、上記目的を達成するため、前記パッチ画像を構成するトナー量としての適正範囲を、前記トナーの使用状況に応じて設定するとともに、前記パッチ画像についての前記トナー量の検出結果が前記適正範囲にないときには、装置に異常があると判定することを特徴としている。
【００１７】
このように構成された発明では、上記した装置と同様に、トナー量の適正範囲をその時点でのトナーの使用状況に応じて設定しているので、装置の異常を適切に検出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置１は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置１では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００１９】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ１に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ１に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置１本体に対し着脱自在となっている。
【００２０】
そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
【００２１】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持するとともに所定の現像バイアスを印加された現像ローラから感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００２２】
各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、当該現像器に関する情報を記憶するための不揮発性メモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。そして、各現像器に設けられたコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋのうち必要に応じて選択された１つと、本体側に設けられたコネクタ１０９とが互いに接続され、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１とメモリ９１〜９４との間で通信が行われる。こうすることで、各現像器に関する情報がＣＰＵ１０１に伝達されるとともに、各メモリ９１〜９４内の情報が更新記憶される。
【００２３】
上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ１で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ２に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ２まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。
【００２４】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ２にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ２の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ２に送り込まれる。
【００２５】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ３方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ２において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。
【００２６】
また、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０およびクリーナ７６が設けられている。濃度センサ６０は、必要に応じ、後述するようにして中間転写ベルト７１上に形成されるパッチ画像としてのトナー像を構成するトナー量を光学的に検出する。すなわち、濃度センサ６０は、パッチ画像に向けて光を照射するとともに該パッチ画像からの反射光を受光し、その反射光量に応じた信号を出力する。
【００２７】
クリーナ７６は、中間転写ベルト７１に対し離当接自在に構成され、必要に応じて中間転写ベルト７１に当接することで、該ベルト７１上の残留トナーおよびパッチ画像を構成するトナーを掻き落とす。
【００２８】
図示を省略するものの、この装置１では、装置筐体の一部に開閉自在のカバーが設けられており、このカバーが開かれると、上記したエンジン部ＥＧの一部が露出するようになっている。こうすることにより、ユーザまたは専任サービスマンによるエンジン部ＥＧのメンテナンス性の向上が図られている。
【００２９】
また、この装置１では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【００３０】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００３１】
以上のように構成された画像形成装置では、装置の電源が投入された直後や、画像形成枚数が所定枚数に達した時など、所定のタイミングで、各現像器に与える画像形成条件の調整を行い、画像品質の安定化を図っている。具体的には、所定パターンのトナー像をパッチ画像として形成するとともに、そのパッチ画像を構成するトナーの量を濃度センサ６０により検出し、その検出結果に基づいて、画像品質に影響を与える制御因子としての現像バイアスや露光ビームＬの強度などを調整し、画像形成時のエンジン部ＥＧ各部の動作条件を最適化する。
【００３２】
また、所定の条件で形成したパッチ画像の画像濃度が想定される範囲を逸脱している場合には、装置に異常があるものと判定し、所定のエラー処理を行う。このように異常な画像濃度が検出される理由としては、エンジン部ＥＧの故障により画像濃度そのものが異常となっている場合と、濃度センサ６０の動作異常やノイズ混入など、濃度検出の過程での異常により検出結果が異常となる場合とがあるが、いずれの場合も、このような検出結果に基づいて最適な画像形成条件を求めることは不可能である。
【００３３】
このような画像形成条件の制御および異常判定は、実際に形成されたパッチ画像の画像濃度に基づいて行うことが望ましい。しかしながら、最終的な記録媒体であるシートＳ上での画像濃度を直接測定することは現実的でない。というのは、シートＳとしては記録紙や透明シートなど各種のものが使用可能であり、そのため、シートＳ自体の色合いが一定せず正確な画像濃度測定が困難であること、また、制御を行う度毎にシートＳを消費してしまい経済性を著しく損ねることになるからである。
【００３４】
そこで、本実施形態のように、シートＳに転写される前のトナー像を一時的に担持する像担持体である中間転写ベルト７１上のトナー量を検出することで濃度測定に代えるのであるが、この場合、次のような問題がある。
【００３５】
図３はトナー像を構成するトナーの量と画像濃度との関係を示す図である。この実施形態における濃度センサ６０では、中間転写ベルト７１上のパッチ画像としてのトナー像に向けて所定光量の光を照射し、その反射光量を検出することでトナー像を構成するトナーの量を求めている。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、一時的な像担持体である中間転写ベルト７１上では、静電気力により該ベルト７１表面に付着した粒状のトナーＴＮ１によりトナー像が構成されている。ここで、トナー像が、図３（ａ）に示すように比較的粒径の小さなトナーＴＮ１で構成されている場合と、図３（ｂ）に示すようにより粒径の大きなトナーＴＮ２で構成されている場合とを考える。
【００３７】
濃度センサ６０で検出されるトナー像からの反射光量は、中間転写ベルト７１表面を覆うトナー量の多少によって変化する。より詳しくは、反射光量の大小は、中間転写ベルト７１表面がトナーにより覆われる面積に依存する。したがって、トナー像を構成するトナーが、小粒径のトナーＴＮ１、大粒径のトナーＴＮ２のいずれであっても、中間転写ベルト７１の表面を覆う面積が同程度であれば検出されるトナー量としてはほぼ同じになる。
【００３８】
一方、シートＳ上に定着された画像Ｉｓの画像濃度は、図３（ｃ）に示すように、シートＳ上に融着されたトナーＴＮｍの量によって決まるものであり、単位面積当たりに付着したトナーの量（質量または体積）を反映したものである。つまり、濃度センサ６０により検出されたトナー量は同じであっても、トナー像を構成するトナーの粒径が異なっていれば、最終的な画像濃度は同じにならないことがある。
【００３９】
本願発明者らの実験によれば、現像器にトナーを充填し、継続的に画像形成を行うと、当初は比較的粒径の小さなトナーが選択的に消費されてゆき、粒径の大きなトナーはあまり消費されない。そのため、現像器内のトナーの粒径分布は次第に変化してゆく。また、濃度センサ６０により検出されるトナー量が等しい場合、トナー像を構成するトナーの粒径が大きいほど、シートＳ上での画像濃度は高くなる。このことから、この装置では、同じトナー量に対応する画像濃度は、現像器内のトナー残量が減少するにつれて次第に上昇することとなる。
【００４０】
図４はトナー量検出値と画像濃度との関係を示す図である。濃度センサ６０による中間転写ベルト７１上のトナー量検出値Ｔと、シートＳ上での画像濃度Ｄとはほぼ直線関係にあるが、その傾きは、現像器内のトナー残量により異なる。すなわち、図４に示すように、比較的トナー残量が多い初期の段階を示す直線ａよりも、トナー残量が減少し粒径の大きなトナーの割合が増える後期の段階を示す直線ｂの方がその傾きが大きい。
【００４１】
そのため、濃度センサ６０によるトナー量検出値Ｔが常に一定の目標値Ｔｔｇｔ１となるように画像形成条件を調整したとしても、シート上の画像濃度Ｄは一定とはならず、初期の濃度Ｄａから後期の濃度Ｄｂまで次第に変化してゆくこととなる。つまり、トナー量検出値Ｔの目標値Ｔｔｇｔ１を一定としたのでは、シートＳ上での画像濃度を一定に保つことはできない。
【００４２】
また、装置の異常判定についても同様の問題がある。例えば、所定の画像形成条件で形成したパッチ画像を構成するトナー量について適正とみなせる下限値ＴＬ１を定めておき、実際のトナー量検出値Ｔがその下限値ＴＬ１を下回ったときに異常と判定する場合を考える。これは、ある画像形成条件で形成した画像の濃度が異常に低くなるという場合を想定したものであり、このような異常は画像のカスレや濃度ムラなど著しい画質劣化を招くおそれがあるため、この状態で画像形成動作の実行を許容することは好ましくない。
【００４３】
このようにトナー量の下限値ＴＬ１を定めておき、実測による検出値Ｔがこの下限値ＴＬ１を下回ったときに異常と判定することで、画像濃度が所定濃度に満たない劣悪な画像が形成されることは未然に防止される。例えば、現像器内に多くのトナーが残っている場合には（図４の直線ａ）、トナー量検出値Ｔがその下限値ＴＬ１を下回ったとき異常とすることで、画像濃度ＤはＤｍａ以上であることが保証される。以下では、異常と判定されない最低限の画像濃度を「最低保証濃度」と称することとする。上記の例では、最低保証濃度はＤｍａである。
【００４４】
一方、トナー残量が少なくなると（図４の直線ｂ）、最低保証濃度はＤｍｂとなる。この画像濃度Ｄｍｂは、初期の段階では適正とされる濃度範囲の中間にある値である。このように、下限値ＴＬ１を一定としたのでは、同じ画像濃度が得られるにもかかわらず異常と判定される場合とそうでない場合とが出現し、画像濃度の安定性を著しく損ねる。
【００４５】
特に、トナーが残り少なくなるにつれて最低保証濃度が上昇するのはユーザにとって不合理である。というのは、当初適正とされ許容されていた濃度Ｄｍａ付近での画像形成が、ある時から異常と判定され禁止されるのは納得できるものではないし、またトナーが残り少なくなるにつれて画像濃度が低下することは止むを得ないから、最低保証濃度を低下させるのは理解できるとしても、上昇させる必然性は全くないからである。さらに、トナーが残り少なくなったとき、画質の劣化を承知の上で画像形成を継続して行いたいというユーザの要望もある。
【００４６】
このような問題を解消し、ユーザの要望に応えるためには、図４に示すように、トナー残量の低下に伴って、画像形成条件制御の制御目標値および異常判定の下限値をそれぞれより低トナー量側へ、つまりＴｔｇｔ１からＴｔｇｔ２へ、ＴＬ１からＴＬ２へ変更するようにすればよい。こうすれば、トナー残量の大小にかかわらず、一定の画像濃度Ｄａおよび最低保証濃度Ｄｍａを保持することが可能となり、画像濃度を安定させることができる。
【００４７】
以上に基づき、この実施形態では、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０６に記録されたプログラムを実行することにより、次のようにして画像形成条件の制御を行っている。なお、ここでは画像品質に影響を与える制御因子のうち、現像バイアスの最適化処理について説明するが、他の制御因子、例えば露光ビームＬの強度や帯電バイアスについても、同様にして最適化を行うことが可能である。
【００４８】
図５はバイアス調整の原理を説明するための図である。また、図６はバイアス調整処理を示すフローチャートである。画像形成時に現像ローラに与える現像バイアスＶｂを変化させると形成される画像の画像濃度も変化し、これに伴って、図５に示すように、濃度センサ６０の検出値Ｔも変化する。ここでは、現像バイアスＶｂを大きくするほど画像濃度は増大するものとする。
【００４９】
ここで、目標画像濃度に対応するトナー量Ｔｔｇｔを定め、濃度センサ６０によるトナー量検出値Ｔがその目標値Ｔｔｇｔとなるような現像バイアスＶｂの最適値Ｖｂｏｐｔを求める。現像バイアスＶｂを多段階に変更設定しながら各段階で同一パターンのパッチ画像（例えばベタ画像）を形成し、そのときのトナー量を濃度センサ６０により検出すると、図５に示す現像バイアスＶｂとトナー量検出値Ｔとの関係を求めることができる。そして、そうして求めた関係から、トナー量が目標値Ｔｔｇｔとなるような現像バイアスＶｂの最適値Ｖｂｏｐｔを求めることができる。
【００５０】
このとき、現像バイアスＶｂの刻みを細かくし、形成するパッチ画像の個数を多くすれば、現像バイアスの最適値Ｖｂｏｐｔをより高精度に求められることは明らかである。しかし、多くのパッチ画像を形成するとトナーの消費量が増え、また処理に要する時間も長くなる。したがって、このときの現像バイアスＶｂの刻みおよび形成するパッチ画像の個数は、装置の仕様や求められる画像品質等に応じて決める必要がある。この実施形態では、現像バイアスＶｂの可変範囲と画像品質との兼ね合いを考慮して、パッチ画像の個数を６個、つまり現像バイアスをＶｂ（１）からＶｂ（６）までの６段階に変化させることとしている。また、以下では、現像バイアスＶｂをＶｂ（ｎ）（ただし、ｎ＝１，２，…，６）に設定して形成したパッチ画像のトナー量検出値をＴｖ（ｎ）と表すこととする。
【００５１】
具体的な処理内容は、図６に示すとおりである。この最適化処理は各トナー色毎に行うのであるが、ここでは、イエロー現像器４Ｙの例について説明する。まず、イエロー現像器４Ｙに貯留されたトナーの残量をチェックする（ステップＳ１）。イエロー現像器４Ｙの初期トナー量は内蔵メモリ９１に予め書き込まれており、該現像器４Ｙが装置に装着されたときにＣＰＵ１０１により読み出されてＲＡＭ１０７に記憶されている。したがって、ＣＰＵ１０１では、初期トナー量と、画像形成により消費したトナー量とから、現在のトナー残量を求めることができる。
【００５２】
画像形成によるトナー消費量は、例えば露光ユニット６から感光体２２への光ビームＬの照射時間、あるいは形成したドット数の計数結果に基づき求めることができる。
【００５３】
次に、こうして求めたトナー残量に基づき、エラー閾値および制御目標値を定める（ステップＳ２およびＳ３）。エラー閾値とは、図４に示す下限値ＴＬ１またはＴＬ２に相当する値であり、後述するパッチ画像についてのトナー量検出値が適正かどうかを判定するための基準となる値である。
【００５４】
この実施形態では、エラー閾値を次のように定めている。まず、現像バイアスＶｂ（１）で形成するパッチ画像のトナー量検出値Ｔｖ（１）について、エラー閾値ＴｖＨを定め、検出値Ｔｖ（１）がこのエラー閾値ＴｖＨ以下であれば適正とし、これを超える場合には異常と判定する。これは、現像バイアスＶｂ（１）は画像濃度が最も低くなる現像バイアス値であるから、このときのトナー量検出値Ｔｖ（１）が目標値Ｔｔｇｔを大きく上回るのは何らかの異常によるものと考えられるからである。
【００５５】
一方、画像濃度が最も高濃度となるであろうパッチ画像、つまり現像バイアスＶｂ（６）で形成したパッチ画像のトナー量検出値Ｔｖ（６）が低すぎる場合もありうる。そこで、この実施形態では、検出値Ｔｖ（６）についてエラー閾値ＴｖＬを設定し、検出値Ｔｖ（６）がこの値ＴｖＬに満たないときには異常と判定する。
【００５６】
さらに、２つのトナー量検出値の差：
ΔＴｖ＝Ｔｖ（６）−Ｔｖ（１）  …  （式１）
についても、エラー閾値ΔＴｍを定めている。この値ΔＴｖは、ある程度以上の大きな正の値でなければならない。というのは、装置が正常であれば、現像バイアスＶｂが大きいほど画像濃度が高くなり、その結果、Ｔｖ（６）はＴｖ（１）より大きな値となるはずだからである。そこで、（式１）で表される値ΔＴｖがエラー閾値ΔＴｍ以上であれば適正とする一方、所定値に満たない場合は異常と判定することとする。
【００５７】
また、制御目標値とは、図４に示す目標値Ｔｔｇｔ１またはＴｔｇｔ２に対応する値であり、目標画像濃度に対応するトナー量である。この制御目標値Ｔｔｇｔについても、そのときのトナー残量に応じて設定する。例えば、目標とする画像濃度が図４に示す濃度Ｄａであるとすると、トナー残量が直線ａに対応する値であるとき制御目標値をＴＬ１とする一方、トナー残量が直線ｂに対応する値であるとき制御目標値をＴＬ２とする。こうすることで、トナー残量によらず、画像濃度を一定に保つことができる。
【００５８】
こうしてエラー閾値、制御目標値がそれぞれ定まると、次に、現像バイアスＶｂを最小値Ｖｂ（１）から１段階ずつ変更設定しながら、各バイアス値でパッチ画像を形成する（ステップＳ４）。そして、各パッチ画像について、濃度センサ６０によりトナー量を検出する（ステップＳ５）。
【００５９】
そして、こうしてトナー量を検出したパッチ画像のうち、最小現像バイアスＶｂ（１）およびＶｂ（６）で形成した２つのパッチ画像についての検出結果Ｔｖ１、Ｔｖ６と、上記した各エラー閾値とを比較し、それぞれの値が上記した適正な範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００６０】
その結果、各値Ｔｖ（１）、Ｔｖ（６）およびΔＴｖがいずれも適正範囲にあったときは、装置は正常であると判定し、続いて最適現像バイアスＶｂｏｐｔを算出する（ステップＳ７）。図５の例では、目標濃度に対応したトナー量Ｔｔｇｔに相当する最適現像バイアスＶｂｏｐｔは２つの現像バイアスＶｂ（４）およびＶｂ（５）の間にあるから、両者を結ぶ破線と目標トナー量Ｔｔｇｔを表す一点鎖線との交点に対応するバイアス値として最適現像バイアスＶｂｏｐｔを算出することができる。
【００６１】
こうして求めた最適現像バイアスＶｂｏｐｔについてはＲＡＭ１０７に記憶しておき、以後の画像形成においては、現像ローラに与える現像バイアスＶｂをこの最適値Ｖｂｏｐｔに設定することで、目標画像濃度を安定して得ることができる。
【００６２】
一方、ステップＳ６において、各値Ｔｖ（１）、Ｔｖ（６）およびΔＴｖのうち少なくとも１つが上記した適正範囲にないときは、装置に異常があるものと判定し、所定のエラー処理を行う。このエラー処理の内容は任意であるが、ここでは、まず表示部１２に、ユーザに対し濃度センサ６０の清掃作業を促す旨のメッセージを表示する（ステップＳ８）。というのは、濃度センサ６０へのトナー付着によりトナー量検出値が異常な値となる場合があり、濃度センサ６０を清掃することでこのような異常が解消されることも多いからである。
【００６３】
ユーザによる清掃作業が行われたか否かを判別することは難しいが、例えばエンジン部ＥＧを覆うカバー（図示省略）がいったん開かれ、その後再び閉じられた場合には、ユーザにより何らかの作業が行われたものと一応推定することができる。また、濃度センサ６０の清掃作業が行われたときには、画像形成条件の再調整を行う必要がある。
【００６４】
そこで、この実施形態では、ユーザによりカバーの開閉操作が行われるのを待って（ステップＳ９）、再びステップＳ１からの処理を繰り返すようにしている。そのため、濃度センサ６０の清掃作業により異常が解消されていた場合には現像バイアスＶｂを最適化することができる一方、異常が解消されなかった場合には再び異常と判定されることとなる。したがって、ユーザが清掃要求メッセージにしたがい濃度センサ６０の清掃作業を行っても再び同じメッセージが表示されるような場合には、より重度の異常があるものとして専任サービスマンに修理を依頼するように、操作マニュアル等に明記しておくことが好ましい。
【００６５】
図７はエラー閾値および制御目標値の数値例を示す図である。ここでは、説明の簡単のために、トナー残量に応じてエラー閾値および制御目標値を２段階に設定する場合について説明するが、３段階またはそれ以上の多段階や、トナー残量に応じて連続的にこれらの値を変更設定するようにしてもよい。
【００６６】
この実施形態の現像器では、最大２３０ｇのトナーが充填可能であり、トナー残量が３０ｇ以上かそれ未満かで、エラー閾値および制御目標値を異ならせている。なお、図７におけるトナー量の数値は、トナーが全く付着していないとき０、最大画像濃度が得られるときのトナー量が１となるように正規化した値である。
【００６７】
図８は図７の数値を適用したときの画像濃度変化を示す図である。上記のように制御目標値をトナー残量に応じて２段階に変更設定することにより、形成される画像の濃度変動ΔＤは、トナー残量の大きな初期の状態から、トナーが残り少ない後期の状態まで、比較的小さな値に抑えられる。これに対し、制御目標値を一定とした場合には、図８の破線に示すように、トナー残量の低下に伴い画像濃度Ｄは初期の値から次第に乖離してゆき、濃度変動が大きくなってしまう。
【００６８】
また、エラー閾値をトナー残量に応じて２段階に変更設定することにより、最低保証濃度の変動ΔＤｍも小さく抑えられる。
【００６９】
以上のように、この実施形態では、パッチ画像として形成したトナー像についてのトナー量検出結果に基づき、画像形成条件の制御を行うとともに、装置の異常判定を行っている。このとき、画像形成条件を制御するためのトナー量の制御目標値Ｔｔｇｔを、現像器内のトナーの使用状況、より具体的には、現像器内のトナー残量に応じて変更設定しているので、現像器内のトナー特性の変化によらず、画像濃度を安定に保つことができる。
【００７０】
また、パッチ画像を構成するトナーの量についての適正範囲を、現像器内のトナーの使用状況に応じて変更設定し、実際に形成したパッチ画像についてのトナー量検出結果がその適正範囲にあるか否かで装置の異常の有無を判定している。そのため、現像器内のトナー特性の変化によらず、一定の画像濃度が保証される一方、画像濃度が適正な範囲から逸脱した場合には的確に異常として判定することができる。
【００７１】
以上説明したように、この実施形態では、中間転写ベルト７１が本発明の「像担持体」として機能する一方、露光ユニット６、現像ユニット４および感光体カートリッジ２が一体として「像形成手段」として機能している。また、ＣＰＵ１０１および濃度センサ６０が本発明の「制御手段」および「トナー量検出手段」としてそれぞれ機能している。さらに、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍおよび４Ｋに設けられたメモリ９１〜９４が、本発明の「記憶手段」に相当している。
【００７２】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した実施形態では、トナー残量を求めるのに露光ユニット６により形成したドット数をカウントしているが、現像器内のトナー量を求める他の手段によりトナー残量を求めてもよい。
【００７３】
また、例えば、上記した実施形態では、現像器内のトナー残量に応じてエラー閾値および制御目標値を定めるようにしているが、現像器内のトナー特性はその残量だけでなく、その疲労劣化の程度によっても異なることがあるので、エラー閾値および制御目標値を定めるに際して、トナーの劣化の程度を加味するようにしてもよい。トナーの劣化の程度は、例えば当該現像器の使用時間（または現像ローラの回転時間）から見積もることができる。
【００７４】
また、パッチ画像のトナー量についてのエラー閾値の定め方についても、上記に限定されず他の方法で定めてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態は、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色のトナーを用いて画像を形成する装置に本発明を適用したものであるが、トナー色の種類および数については上記に限定されるものでなく任意である。また、本発明のようなロータリー現像方式の装置のみでなく、各トナー色に対応した現像器がシート搬送方向に沿って一列に並ぶように配置された、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に対しても本発明を適用可能である。さらに、本発明は、上記実施形態のような電子写真方式の装置に限らず、画像形成装置全般に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】トナー像を構成するトナーの量と画像濃度との関係を示す図である。
【図４】トナー量検出値と画像濃度との関係を示す図である。
【図５】バイアス調整の原理を説明するための図である。
【図６】バイアス調整処理を示すフローチャートである。
【図７】エラー閾値および制御目標値の数値例を示す図である。
【図８】図７の数値を適用したときの画像濃度変化を示す図である。
【符号の説明】
２２…感光体（像形成手段）、  ４…現像ユニット（像形成手段）、４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ，４Ｋ…現像器、  ６…露光ユニット（像形成手段）、６０…濃度センサ（トナー量検出手段）、  ７１…中間転写ベルト（像担持体）、  ９１〜９４…メモリ（記憶手段）、  １０１…ＣＰＵ（制御手段）
【図１】
2004354931.tif 000003
【図２】
2004354931.tif 000004
【図３】
2004354931.tif 000005
【図４】
2004354931.tif 000006
【図５】
2004354931.tif 000007
【図６】
2004354931.tif 000008
【図７】
2004354931.tif 000009
【図８】
2004354931.tif 000010