(57)【要約】【課題】トナー強制消費動作を行なう際に無駄にトナーを消費することなく、トナー劣化によるかぶりや濃度低下などの画像品質の低下を抑制する。【解決手段】中間調画像の濃度を計測し現像特性を知ることで、トナー劣化状態を判断し、トナー劣化状態に応じた必要量のトナーを強制的に消費する。【選択図】図１
2007086660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像が形成される像担持体と、前記潜像を現像剤により現像する現像手段と、を有し、非画像形成時に所定のタイミングで、前記現像手段から現像剤を強制的に消費させる現像剤強制消費動作を実行するモードを有する画像形勢装置において、
前記現像手段により形成された現像剤像の濃度を計測する濃度計測手段を備え、前記濃度計測手段により計測した結果に基づいて、前記現像剤強制消費動作を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像手段は、一成分接触現像方式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】
前記現像剤強制消費動作の制御内容は、強制消費する現像剤の量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４】
前記現像剤強制消費動作の制御内容は、現像剤を強制消費するタイミング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５】
前記濃度を計測するために形成される現像剤像は、中間調濃度画像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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば複写機やページプリンタ等とされる、電子写真式や静電記録等を採用した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体上に形成した静電潜像を、現像装置によりトナー像として可視化することを行っている。
【０００３】
このような現像装置の一つとして、乾式一成分現像装置が種々提案され実用化されている。例えば、接触現像法が挙げられる。この接触現像法は磁性材料が不要であるため、装置の簡略化および小型化が可能であるとともに、非磁性トナーを使用することでカラー画像形成が可能である等の多くの利点を持っている。
【０００４】
接触現像法では、現像剤担持体である現像ローラの表面を静電潜像を形成した像担持体に押圧もしくは接触させて現像を行なうため、現像ローラとして、弾性および導電性を有するものを用いることが必要となる。
【０００５】
また、周知の現像電極効果やバイアス効果を得るために、現像ローラ表面もしくは表面近傍に導電層を設け、必要に応じてバイアス電圧を印加することができる。
【０００６】
上述のような接触現像法では、画像形成枚数増加に伴い、画像濃度が不安定になったり、カブリが生じるなどの画質の低下が起こることがあった。画質低下は主にトナー劣化によるものであり、現像ローラと像担持体表面との摺擦、現像ローラとトナー規制ブレードとの摺擦が主原因である。
【０００７】
このような状況を回避するため、印刷枚数または現像ローラの回転数などを検知して、ある間隔でトナーを強制的に消費させる方法が知られている（例えば、特許文献１〜６参照）。この方法を用いることで、現像ローラ周辺で劣化してしまっているトナーを消費して新たにフレッシュなトナーを現像ローラに供給することができるため、画質の低下を低減することができる。さらに、寿命後半などでトナーが劣化しやすい状態では、入れ替えるトナー量を多くするようにしてトナー劣化を抑制している。強制消費するトナーの量を変更したり、強制消費動作を実施する間隔を早くするなど、印刷枚数や現像ローラの回転数に応じてトナー劣化具合を予測してトナー強制消費動作を行なう方法が知られている。
【特許文献１】特許第２７３７００９号公報
【特許文献２】特許第３３８９３５４号公報
【特許文献３】特開平８−３１４２５３号公報
【特許文献４】特開平９−３４２４３号公報
【特許文献５】特開平１０−１３３５３１号公報
【特許文献６】特開２０００−１８１２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の方法では、トナー劣化を印刷枚数や現像ローラの回転時間などで予測し強制消費するトナー量を決定していた。しかしながら、現在のユーザーの多様化に伴い、使用方法も様々である。そのため、使用方法によってはトナー劣化がまだ問題ない状態でもトナーを強制消費してしまい無駄にすることがあった。
【０００９】
よって、本発明は、上記課題を鑑みて、トナーの状態を直接的に検知して最適なトナー強制消費を実施することで、常に安定した画像品質を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、潜像が形成される像担持体と、前記潜像を現像剤により現像する現像手段と、を有し、非画像形成時に所定のタイミングで、前記現像手段から現像剤を強制的に消費させる現像剤強制消費動作を実行するモードを有する画像形勢装置において、前記現像手段により形成された現像剤像の濃度を計測する濃度計測手段を備え、前記濃度計測手段により計測した結果に基づいて、前記現像剤強制消費動作を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、現像手段により形成された現像剤像の濃度を計測することで現像剤の劣化具合を直接的に判断する。そして、その判断された現像剤の劣化具合に応じて、現像剤強制消費動作の実行の要否を判断して、不必要な現像剤強制消費動作の実行を無くすことができる。また、実行するにしても、必要な量の現像剤を強制消費することが可能となる。それによって、現像剤を無駄に消費することなく常に安定した画像品質を得ることが可能となる。現像剤強制消費動作の制御内容は、強制消費する現像剤の量、あるいは現像剤を強制消費するタイミング、あるいはその両者である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
【実施例１】
【００１３】
（１）画像形成装置例
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示すものである。この画像形成装置は、転写方式電子写真プロセス、接触帯電方式、一成分接触現像方式、４連ドラム方式（インライン方式）を用いた、Ａ４サイズのカラーレーザープリンタである。そして、本体制御部（コントローラ：制御手段）１００と通信可能に接続された外部ホスト装置２００からの入力画像情報に応じて、記録材（例えば、用紙、ＯＨＰシートなど）Ｐにフルカラー画像を形成して出力することができる。外部ホスト装置２００は、コンピュータ、イメージスキャナ等である。
【００１４】
Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋは画像形成装置本体（以下、装置本体と記す）内に下から上に順に並列配置した第１〜第４の４つの画像形成部である。そして、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の現像剤（以下、トナーと記す）の像を形成する。
【００１５】
各画像形成部は、互いに、形成するトナー像の色が異なる以外は、同じ電子写真プロセス機構である。即ち、それぞれ、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１と、感光ドラム表面を一様に帯電する帯電手段としての接触帯電ローラ２を有する。また、その帯電面に画像情報に応じた光を照射して静電潜像を形成する露光手段としてのレーザースキャナ３（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）と、その静電潜像をトナー像として現像する現像手段としての一成分接触現像装置４（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）を有する。また、そのトナー像を記録材Ｐに転写する転写手段としての転写ローラ５と、記録材Ｐに対するトナー像転写後の感光ドラム面上の転写残トナーを除去するクリーニング手段としてのフレードクリーニング装置６を有する。各現像装置４（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）に収納されている色トナーはそれぞれイエロートナー・マゼンタトナー・シアントナー・ブラックトナーである。
【００１６】
上記の各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋにおいて、それぞれ、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーニング装置６の４つのプロセス機器を一括して装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジ７（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）としてある。
【００１７】
ここで、プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像手段、またはクリーニング手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。及び帯電手段、現像手段、クリーニング手段の少なくとも一つと電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを装置本体に対して着脱可能とするものである。更に、少なくとも現像手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを装置本体に対して着脱可能とするものである。
【００１８】
各プロセスカートリッジ（以下、カートリッジと略記する）は、装置本体に対して所定の要領で着脱され、所定に装着されることで、装置本体側と機械的・電気的にカップリング状態になる。これにより、カートリッジ側の被駆動部材（感光ドラム・現像ローラ・トナー供給ローラ・トナー攪拌パドル等）が装置本体側の駆動機構により駆動可能状態になる。また、カートリッジ側の帯電ローラ・現像ローラ等に対して装置本体側の高圧電源から所定のバイアスを印加することが可能になる。また、カートリッジ側のセンサーや記憶装置１１（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）が装置本体側の制御部１００と導通状態になる。
【００１９】
８はエンドレスの記録材担持ベルト（ＥＴＢ：以下、ベルトと略記する）であり、上側の駆動ローラ９ａと、下側の従動ローラ９ｂおよびテンションローラ９ｃに懸回張設してある。このベルト８は上記の各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋの感光ドラム１側において各画像形成部の全体に亘らせて、縦方向に配設してある。そして、各画像形成部において転写ローラ５をそれぞれこのベルト８を介して感光ドラム１に圧接させてある。各感光ドラム１とベルト８の当接部が転写部Ｔである。
【００２０】
９は第１の画像形成部Ｙの下側に配設した給紙機構部である。１０はベルト８の上側に配設した定着装置である。
【００２１】
プリント動作（印刷動作）を説明する。画像形成シーケンスの所定の印字タイミングに合わせて各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋにおいて、各感光ドラム１が所定の速度にて矢印の反時計方向に回転駆動される。そして、レーザースキャナ３が駆動される。ベルト８が矢印の時計方向に感光ドラム１の回転速度に対応した速度で回転駆動される。また、所定の制御タイミングで給紙機構部９の給紙ローラ９ｂが駆動されて、給紙カセット９ａ内に積載収納の記録材（転写材）Ｐが繰り出されて、リタードローラ９ｃにより最上位の記録材のみが１枚分離給送される。その記録材はレジストローラ９ｄで一旦停止され、各画像形成部におけるレーザースキャナ３の立ち上がり、帯電ローラ２による感光ドラム電位の安定化等を待つ。そして、記録材はレジストローラ９ｄにより記録位置と各画像形成部におけるトナー像の画像形成タイミングを同期させてベルト８の下端部に給紙される。ベルト下端部に給紙された記録材Ｐはベルト８とバイアス印加ローラ９ｅとのニップ部に挟持され、ベルト８の面に静電的に密着して安定に保持されて、ベルト移動により下から上に搬送されていく。
【００２２】
各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋにおいては、感光ドラム１がその回転過程で帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電される。その一様帯電面に対して、レーザースキャナ３から出力される、各色の画像信号に対応したレーザー光Ｌによる走査露光がなされて静電潜像が形成される。すなわち、第１の画像形成部Ｙではイエロー画像データに基づいた露光が行なわれて静電潜像が形成される。第２の画像形成部Ｍではマゼンタ画像データに基づいた露光が行なわれて静電潜像が形成される。第３の画像形成部Ｃではシアン画像データに基づいた露光が行なわれて静電潜像が形成される。第４の画像形成部Ｋではブラック画像データに基づいた露光が行なわれて静電潜像が形成される。その静電潜像が現像装置４によってトナー像として現像される。
【００２３】
プリンタにおいては、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。本実施例の画像形成装置は、感光ドラム１の面を帯電ロ−ラ２により負の所定電位に一様に帯電し、画像情報部を露光するイメージ露光で静電潜像を形成する。そして、その静電潜像を負帯電性の非磁性一成分現像剤（トナー）を用いた一成分接触現像方式の現像装置４により反転現像している。
【００２４】
これによって、第１〜第４の各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋの感光ドラム１の面に、それぞれ、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像が所定の制御タイミングにて形成される。
【００２５】
そして、記録材Ｐは、ベルト８に密着して下から上に搬送されていく過程で、第１〜第４の画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋの各転写部Ｔにおいて、各感光ドラム１の面にそれぞれ形成されるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー像の重畳転写を受ける。転写ローラ５にはトナーの帯電極性とは逆極性の転写バイアスが印加される。これにより各感光ドラム１の面のトナー像が記録材Ｐの面に静電転写される。
【００２６】
４色のトナー像の重畳転写を受けた記録材Ｐは、ベルト８の上端部においてベルト面から分離されて定着装置１０へ導入され、熱と圧力が印加される。これにより、複数色のトナー像が記録材表面に永久定着されて、フルカラー画像形成物が装置本体外に排紙される。
【００２７】
また、各画像形成部において、記録材Ｐへのトナー像転写後の感光ドラム面はクリーニング装置６によって転写残トナーが除去されて繰り返して作像に供される。
【００２８】
（２）現像装置４
現像装置４について図２を参照して説明する。第１〜第４の各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋの現像装置４（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）は収容させた現像剤（トナー）の色が異なるだけであり、構造は互いに同じである。４１は現像容器であり、この容器内に現像剤として、負帯電性の非磁性一成分トナー（不図示）を収容してある。
【００２９】
この現像容器４１の感光ドラム対向側に設けた開口部には、現像剤担持体としての現像ローラ４２を、その一部を現像容器外に露出させて、感光ドラム１に並行に配設してある。この現像ローラ４２は、カーボンなどの導電剤を分散させた体積抵抗率が１０２Ωｃｍ〜１０１０Ωｃｍのシリコーン、ウレタンなどの低硬度のゴム材或は発泡体、及びその組み合わせにより構成された外径１６ｍｍの半導電性弾性体ローラである。そして、この現像ローラ４２の現像容器外露出部分を感光ドラム１に対して所定の押圧力にて当接させてある。
【００３０】
４３は現像ローラ４２に対する現像剤供給ローラであり、スポンジからなる外径１６ｍｍの弾性ローラである。この供給ローラ４３は、現像ローラ４２の感光ドラム対向側とは反対側において現像容器４１内に現像ローラ４２に当接させて現像ローラに並行に配設してある。
【００３１】
４４は現像ローラ４２に対する現像剤の層厚規制部材としての現像ブレードであり、現像ローラ４２の上面に当接させて配設してある。この現像ブレード４４は、ＳＵＳで作製される板ばねであり、弾性範囲内で曲がった状態で所定の当接圧にて現像ローラ４２と当接する。当接方向としては、当接部に対して自由端側の先端が、現像ローラ４２の回転方向上流側に位置するカウンター方向となっている。
【００３２】
４５は現像容器４１内のトナーを攪拌すると共に、供給ローラ４３側に搬送する現像剤攪拌及び搬送手段としての攪拌パドルである。この攪拌パドル４５は、供給ローラ４３の現像ローラ４２側とは反対側において現像容器４１内に供給ローラに並行に配設してある。
【００３３】
現像ローラ４２は感光ドラム１の回転に対して順方向に感光ドラム１に対して所定の周速差をもって矢印の時計方向に回転駆動される。本実施例において、画像形成装置のプロセススピード、即ち、感光ドラム１の周速は１５０ｍｍ／ｓｅｃであり、これに対する現像ローラ４２の周速は２２５ｍｍ／ｓｅｃである。
【００３４】
供給ローラ４３は現像ローラ４２の回転に対して矢印のカウンター方向に周速差をもって回転駆動される。この供給ローラ４３で、現像ローラ４２にトナーを供給するとともに、現像に供されずに現像ローラ４２上に残ったトナーをかき取っている。
【００３５】
攪拌パドル４５は矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。これにより、現像容器４１内のトナーが攪拌されるとともに、トナーが供給ローラ４３側に搬送される。
【００３６】
供給ローラ４３により現像ローラ４２に供給されたトナーは、現像ローラ４２と現像ブレード４４との当接部を通過する際に、摩擦帯電により電荷が付与され、かつ薄層に規制される。
【００３７】
すなわち、回転する現像ローラ４２上には、供給ローラ４３との摺擦によりトナーが担持される。担持されたトナーは、引き続く現像ローラ４２の回転により、現像ブレード５４との当接部を通過する際に、摩擦帯電により電荷が付与され、均一薄層に規制される。そして、そのトナー層が、引き続く現像ローラ４２の回転により、現像ローラ４２と感光ドラム１との接触対向部である現像領域へ搬送される。そして、トナー層が帯電電荷によって現像ローラ４２からの鏡映力を受けて感光ドラム１へと供給されて静電潜像を現像し、トナー像として可視化する。あるいは、トナー層が現像ローラ４２に印加した現像バイアスにより感光ドラムの静電潜像を現像し、トナー像として可視化する。
【００３８】
現像に供されずに現像ローラ４２上に残ったトナーは、引き続く現像ローラ４２の回転で現像容器４１内に戻されて供給ローラ４３との摺擦で現像ローラ４２上からかき落される。そして、その現像ローラ４２にトナーが供給ローラ４３により再供給される。
【００３９】
尚、本実施例では、供給ローラ４３はトナー供給及び回収手段としての２つの機能を兼ねているが、これに限定されるものではなく、現像剤供給手段と現像剤回収手段とを別個に設けることも可能である。
【００４０】
（３）制御系統
本体制御部１００は、画像形成装置のプリント動作を司る中央処理演算装置である本体ＣＰＵ２１を有する。外部ホスト装置２００から入力した画像情報を画像処理する画像処理制御部２２、帯電バイアス・現像バイアス・転写バイアスなどの高圧出力を供給する高圧装置の出力制御を行う高圧出力制御部２３を有する。出力する画像情報に応じてレーザースキャナ３の発光制御を行うレーザー駆動制御部２４を有する。画像形成のプロセス条件などの設定値や、画像処理方法、外部ホスト装置２００から送信された画像情報などを記憶する記憶装置部（読み出し／書き込み可能な不揮発性記憶手段）２５を有する。各カートリッジ７（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）に搭載させた記憶装置（読み出し／書き込み可能な不揮発性記憶手段）１１（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）と通信を行なうＩＯ制御部２６を有する。２７は装置本体の操作パネル部であり、電源スイッチ、表示部、操作用キーなどを有していて、本体ＣＰＵ２１と情報の授受をする。
【００４１】
カートリッジ７（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）が装置本体に装着された場合、および、装置本体に電源が投入された場合、ＩＯ制御部２５はカートリッジに付随する記憶装置１１（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）と通信を行い、プロセス条件や使用履歴といった種々の記憶値を取得する。
【００４２】
ＩＯ制御部２５によって得られた記憶値は、記憶装置部２４の記憶値とともに本体ＣＰＵ２１に送信され、画像形成を行う際の、データとして使われる。
【００４３】
外部ホスト装置２００より送信された画像情報は、画像処理制御部２２において、エッジ処理や濃度調整などといった画像処理を行い最適な画像形成を行えるような画像情報として処理される。本体ＣＰＵ２１は、装置本体に装着されたカートリッジ７（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）の記憶装置１１（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）から得られた記憶値と、画像処理を終えた画像情報とから、最適なプロセス条件値を算出し、最適なプロセス条件値で画像を形成する。
【００４４】
（４）画像濃度制御
本実施例の画像形成装置は、ベルト８上で画像濃度を測定するための濃度センサ１２を具備している。濃度センサ１２はベルト８の駆動ローラ９ａに対する懸回部においてベルト外面に対向させて配設してある。本体ＣＰＵ２１は、各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋの画像濃度制御のために、各画像形成部について、ベルト８上に濃度制御用のトナー画像パターンを形成する制御モードを有する。そして、ベルト８上に形成したトナー画像パターンの画像濃度を上記の濃度センサ１２により測定し、その濃度センサ１２の出力から濃度を算出し、その結果によって、各画像形成部部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋの画像濃度制御を行なっている。ベルト８上に形成された濃度制御用のトナー画像パターンは濃度センサ１２よりもベルト移動方向下流側に配設したクリーニング装置１３によりベルト上から除去される。
【００４５】
ここで、濃度センサ１２の位置はベルト８上に限定されるものでなく、各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋの感光ドラム１上に設けることも可能である。すなわち、各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋにおいて、現像装置４から転写部Ｔの間に濃度センサ１２を感光ドラム１に対向させて配設し、感光ドラム面に形成した濃度制御用のトナー画像パターンの画像濃度を測定するようにしてもよい。このとき転写ローラ５には通常の画像形成時とは逆極性の電圧を印加して転写部Ｔにおいて濃度制御用のトナー画像パターンをベルト８に対して付着させるることなくクリーニング装置６に至らせて回収するものである。
【００４６】
本実施例の画像形成装置における濃度制御は中間調（ハーフトーン）の濃度を制御するＤｈａｌｆ制御のみを実施している。中間調はトナーの状態（トナー劣化具合）によって変化することが知られている。Ｄｈａｌｆ制御を行なうことで、トナー劣化によって変化する入力画像信号に対する出力濃度の関係（入出力特性）が常にリニアに保つような画像処理が行なわれ、安定したハーフトーン画像濃度を得ることが可能となる。
【００４７】
Ｄｈａｌｆ制御を行なう際には、各色毎（各画像形成部毎）に１６階調のハーフトーン画像をベルト８上に作成し、その濃度を濃度センサ１２で測定している。入力画像信号に対する画像濃度の関係を図３に示す。横軸が入力画像信号（入力データ）、縦軸がそれに対して濃度センサ１２で測定した画像濃度の結果である。この結果を基に、ハーフトーン濃度が入力画像信号に応じてリニアな関係になるように画像処理を行なう。
【００４８】
本実施例では、このＤｈａｌｆ制御を、装置本体の電源ＯＮ時、カートリッジ交換時、印刷枚数カウンタなどである間隔をもって実行させている。
【００４９】
（５）トナー強制消費制御
次にトナー強制消費制御について説明する。
【００５０】
現像装置４の現像ローラ４２と供給ローラ４３の付近に存在するトナーは、現像ローラ４２と供給ローラ４３間、現像ローラ４２と感光ドラム１間、現像ローラ４２と規制ブレード４４などの摺擦で劣化する。
【００５１】
このトナー劣化によって、濃度が適正に保てなかったり、画像ががさついたり、かぶりが生じるなどの問題が発生することがある。これらの問題を抑制するため、所定のタイミングで、現像ローラ４２や供給ローラ４３付近のトナーを強制的に消費するトナー強制消費モードを実行させている。すなわち、紙間時や後回転時などの非画像形成時に、通常の画像形成時と同様に、均一帯電した感光ドラム１に露光して、トナー強制消費のための静電潜像の形成を行ない、その静電潜像をトナー現像する。このとき転写ローラ５には通常の画像形成時とは逆極性の電圧を印加して転写部Ｔにおいてトナー像をベルト８に対して付着させるることなくクリーニング装置６に至らせて回収するものである。このトナー強制消費動作を実施することで、フレッシュなトナーが現像容器４１内のトナー収納部側から現像ローラ４２や供給ローラ４３付近に供給され、適正な画像品質を保った画像形成が行なえるようになる。
【００５２】
ここで、紙間時とは、連続印刷モードにおいて、一の記録材の後端が転写部Ｔを通過した後次の記録材の先端が転写部Ｔに到達するまでの間の、転写部Ｔにおける記録材の非通紙状態期間である。後回転時とは、所定枚数の印刷工程が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動を継続させて感光ドラム１を回転駆動させて、画像形成装置の所定の後動作（停止前動作）を実行させる期間である。
【００５３】
従来のトナー強制消費制御は、印刷枚数や現像ローラ回転数でトナーの劣化具合を予測し、所定のタイミングで所定量のトナーを強制消費させていた。
【００５４】
これに対して、本発明では、直接的にトナー（現像剤）の劣化具合を検知し、必要量を必要なタイミングで強制消費する制御にすることで、さらに、高画質、画像安定性の向上を達成することを可能とした。
【００５５】
本実施例のトナー強制消費制御について、さらに詳しく説明する。本実施例のトナー強制消費制御は、Ｄｈａｌｆ制御で使用する機構を利用し、各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋについて、中間調濃度を測定（検知）する。そして、その結果からトナーの劣化具合を判断し、それに応じて各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋについてトナー強制消費動作を行なっている。
【００５６】
まず、図４に、Ｄｈａｌｆ制御によるカートリッジ寿命後半と初期の入出力特性を示す。寿命後半の入出力特性が、初期のものから大きくずれていることがわかる。特に、低濃度付近や高濃度付近よりも中間調濃度の付近で大きなずれが確認できる。この変化の大きな要因はトナーの劣化である。そこで、この入出力特性の結果からトナー劣化を判断している。
【００５７】
本実施例では、図５の制御フロー図のように、トナー劣化の判断を一番差が現われる入力データ９６の中間調濃度を比較することで行なっている。この図５の制御フローは各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋに適用される。
【００５８】
本体制御部１００は、各色毎（各画像形成部毎）に入力データ９６の中間調濃度画像を所定のタイミングでベルト８上に作成し、その濃度を濃度センサ１２で測定する（ステップＳ１→Ｓ２）。
【００５９】
中間調濃度測定を実行させるタイミングは、非現像時であり、基本的には、印刷枚数が所定枚数毎に行うか、現像ローラの回転時間（回転数）が所定時間（所定回転数）毎に行う。これは、毎回行ってしまうと、実際に現像ローラの回転によってトナー劣化が起こるからである。ここでは１５００枚毎を考えている。電源ＯＮ時やカートリッジ交換時に行なってもよい。ただ、この時は現像ローラが回転していないため、トナー劣化は進まないと考えられることから、あまり必要ない。
【００６０】
その測定濃度データＤＡと、予め本体制御部１００の記憶装置２５に記憶されている理想の濃度データＤＢを比較（ＤＡ−ＤＢ）する（ステップＳ３）。このときの差分が所定の値ＤＣよりも小さいときはトナー強制消費モードには入らない。一方、このときの差分が所定の値ＤＣ以上であるときは、トナー強制消費モードに入り、トナー強制消費動作を所定間隔で実施する（ステップＳ４）。そして、また所定のタイミングでトナー強制消費制御用の中間調濃度測定を行なう（ステップＳ５→Ｓ１→Ｓ２）。差分が未だに所定値ＤＣ以上であるときにはトナー強制消費モードを継続し（ステップＳ４→Ｓ５）、所定値ＤＣに達していないときにはトナー強制消費モードを停止する。
【００６１】
本実施例では、理想の濃度データＤＢとして３０と言う値を本体制御部１００の記憶装置２５に記憶させておく。そして、この値と測定濃度ＤＡの差分（ＤＡ−ＤＢ）が１０以上であったときには、トナー劣化が進んでいると判断し、トナー強制消費モードに切り替える（ステップＳ３→Ｓ４）。
【００６２】
本実施例において、トナー強制消費モードは、印刷枚数５０枚ごとに、感光ドラム１面に主走査方向の幅が有効現像幅である２１０ｍｍ、副走査方向の幅は１００ｍｍの画像を、露光は全点灯で潜像形成し、それを現像することでトナー消費している。それによって、ほぼ現像ローラ付近のトナーは入れ替わり、新たに供給されたトナーで安定して良質な画像形成が行なえる。
【００６３】
また、トナー強制消費モードにおける中間調濃度測定は５００枚毎に実施し（ステップＳ５→Ｓ１→Ｓ２）、その結果、差分が所定値ＤＣとした１０を超えていないときにはトナー強制消費モードは解除され、トナー強制消費動作は実行されない。差分が未だ１０以上のときにはトナー強制消費モードを継続し、同じペースでトナー強制消費動作を実施する（ステップＳ４）。
【００６４】
従来であれば、トナー劣化に対してユーザーが使用する最悪の状態を想定し、それに対応するため多めにトナー消費する必要があった。このようなときには、劣化していないトナーに関しても、ある一定印刷枚数（あるいは現像ローラ回転時間）ごとに強制消費するため、トナーを無駄に消費してしまうことがあった。また、逆にトナー強制消費量を抑えようとすると、低印字画像をプリントしたときにはやや画像品質が低下する恐れがあった。このような、課題に対して、上記のように中間調濃度測定を行なって、直接的にトナーの劣化具合を判断することで、劣化状態に応じて適切にトナー強制消費を行なうことが可能となる。必要量を必要なタイミングで消費することができるため、無駄にトナーを消費することなく、常に安定して良質な画像を提供することが可能となる。
【００６５】
なお、本実施例では、中間調濃度測定を入力データ９６のところで実施したが、入力データと出力濃度データとのトナー劣化に基づく差が明確に分かるところであれば別の入力データを用いてもよい。さらに、比較する点は一点である必要はなく、複数点の入力データに対する中間調画像を形成し、その差分の合計値や平均値などで比較する方法や、複数のデータから傾きを計算し傾きを比較する方法でもトナー劣化具合を検知することができる。
【００６６】
トナー強制消費モードにおける中間調濃度測定のタイミング（ステップＳ５）についても、印刷枚数５００枚毎である必要はなく、使用する画像形成装置に適した枚数でよい。また、印刷枚数である必要もなく、例えば現像ローラ回転時間などで代用することも可能である。
【００６７】
ここでは、前記のＤｈａｌｆ制御と上記のトナー強制消費制御は特別にリンクして行なっていない。しかし、トナー強制消費制御とＤｈａｌｆ制御のタイミングをリンクさせることも可能である。トナー強制消費制御を行ない、トナー強制消費動作を実施した後にＤｈａｌｆ制御を行なうのが望ましい。それによって、トナー強制消費によって入れ替わった後のトナー特性に対する中間調濃度補正が行なわれるため、さらに安定した画像形成が行なえる。
【実施例２】
【００６８】
本実施例に用いた画像形成装置は、ほぼ実施例１と同じ構成で、トナー強制消費制御に違いがある。
【００６９】
実施例１では、測定した中間調濃度データＤＡと理想の濃度データＤＢの差分がある一定値ＤＣ以上であったときにトナー強制消費モードに切り替わり、所定間隔でトナー強制消費動作を実施することになっている。
【００７０】
本実施例では、測定データＤＡと基準濃度データＤＢの差分ＤＤに応じて、トナー強制消費する間隔を制御することを特徴としている。
【００７１】
差分ＤＤが大きいときには、トナー強制消費モードにおけるトナー強制消費動作および中間調濃度測定の実施間隔を短くし、早く劣化してしまうのを抑制する。差分ＤＤが小さいときには、頻繁にトナー強制消費動作を行なわせる必要はないことから、トナー強制消費モードにおけるトナー強制消費動作および中間調濃度測定の頻度を落としてトナー消費量を低減しながらトナー劣化を抑制する。
【００７２】
具体的には、図６に示すテーブルのように、差分ＤＤに応じて、トナー強制消費モードにおけるトナー強制消費動作および中間調濃度測定の実施間隔を変更する。図７の制御フロー図のように、差分ＤＣが６以上であるときにトナー強制消費モード入り、６以上８未満、８以上１０未満、１０以上１２未満、１２以上と区分けして、それぞれに適した間隔で確実にトナー強制消費動作および中間調濃度測定を行なう。これによって、無駄にトナー消費することなく、常に安定した画像形成が行なうことが可能となった。
【００７３】
本実施例では、差分ＤＤに応じて、トナー強制消費モードにおけるトナー強制消費動作および中間調濃度測定の実行タイミングを変更したが、これに限るものではなく、一度に消費するトナー量を変更することでも似たような効果を得ることが可能である。
【実施例３】
【００７４】
本実施例に用いた画像形成装置は、ほぼ実施例１と同じ構成で、トナー強制消費制御に違いがある。
【００７５】
実施例１では、中間調のずれはほとんどトナー劣化によるものであると考えているが、実際には多少環境や感光ドラムの劣化によっても変化する。そのため、本実施例では、環境と感光ドラム劣化による影響を予め排除するように補正することで、さらに高精度にトナー劣化具合を検知し、適正なトナー強制消費動作を行なうようにした。
【００７６】
具体的には、本体制御部１００の記憶装置２５に記憶させている基準濃度データに対して、環境補正、感光ドラム劣化補正をかける。
【００７７】
装置本体の適所に温湿度を検知する環境センサ１４（図１）を設ける。その環境センサ１４の検知環境情報（温湿度情報）が本体ＣＰＵ２１に入力する。本体ＣＰＵ２１は、検知した温湿度から絶対水分量を算出する。
【００７８】
図８にあるように、環境（絶対水分量）によって中間調画像の入出力特性が変化する。高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境では、低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境より濃度が出るような傾向がある。そのため、図９のような、基準濃度データの環境テーブルを本体制御部１００の記憶装置２５に記憶させる。本体ＣＰＵ２１は、この環境テーブルから算出した基準濃度データと比較することで、環境による影響を極力排除することができ、さらに高精度なトナー劣化具合の判断ができる。ここでは、テーブルデータ間は直線補間して、基準濃度データを算出している。テーブルの環境以外の高湿、低湿側はそれぞれ２１．６（ｇ／ｍ＾３）、１．０（ｇ／ｍ＾３）の基準濃度データを用いる。
【００７９】
もうひとつ中間調の変化に影響する要因は、感光ドラム１の膜厚が削れることによる感光ドラムの感度の変化である。感光ドラムの削れ量は、感光ドラム回転時間、現像ローラ当接回転時間、感光ドラムの被帯電時間によって正確に判断できる。
【００８０】
また、感光ドラム膜厚と感光ドラムの感度にはリニアな相関があるため、感光ドラムの感度変化については、正確に予測することが可能となる。
【００８１】
寿命が進んで感光ドラムの膜厚が薄くなると感度は悪くなる傾向があるため、図１０のように寿命終盤で膜厚の薄い感光ドラム（１２μｍ）と寿命初期で膜厚の厚い感光ドラム（２０μｍ）では若干であるが入出力特性に差が現われる。
【００８２】
この差を排除するため、上記の環境補正テーブルの値に対して、さらに補正を行なう。感光ドラム削れが１μｍで基準濃度データに０．３８だけプラスしオフセットさせる。これによって、感光ドラム劣化による中間調濃度の変動についても正確に補正をかけることができる。
【００８３】
感光ドラム削れ状態は、装置本体に装着されたカートリッジ７（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）の記憶装置１１（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）に記憶させている使用履歴（感光ドラムの積算回転数等のデータ）から、本体ＣＰＵ２１が導出する。
【００８４】
上記のように、環境補正や、感光ドラム劣化補正を行なうことで、さらに正確にトナーの劣化状態を検知することができ、適正量、適正間隔でトナー強制消費動作を実施が可能となる。それによって無駄にトナーを消費することなく安定して高品質な画像形成を行なうことが可能となった。
【００８５】
ここで、本発明において、現像装置（現像手段）は、実施例の非磁性一成分現像剤を用いた接触現像方式の装置に限られるものではない。非磁性一成分現像剤を用いた非接触現像方式の装置、磁性一成分現像剤を用いた接触または非接触現像方式の装置であてもよい。また二成分現像剤を用いた装置であってもよい。
【００８６】
また、画像形成装置の画像形成方式は、像担持体として感光体を用いた電子写真方式に限られない。像担持体として感光性を持たない誘電体を用いた静電記録方式や、磁性体を用いた磁気記録方式であってもよい。また転写方式の画像形成装置に限られず、直接方式の画像形成装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施例１、２、３の画像形成装置の概略図
【図２】実施例１、２、３に使用の現像装置の概略図
【図３】実施例に用いた現像装置の代表的な入出力特性図
【図４】実施例１の寿命違いによる入出力特性変動図
【図５】実施例１のトナー強制消費制御フロー図
【図６】実施例２の濃度の差分と強制消費動作実行間隔、中間調濃度測定間隔を表すテーブル
【図７】実施例２のトナー強制消費制御フロー図
【図８】実施例３の環境違いによる入出力特性変動図
【図９】実施例３の水分量と基準濃度データのテーブル
【図１０】実施例３の膜厚違いによる入出力特性変動図
【符号の説明】
【００８８】
Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ・・第１〜第４の画像形成部、１・・感光ドラム（像担持体）、２・・帯電ローラ、３（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）・・レーザースキャナ、４（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）・・現像装置、５・・転写ローラ、６・・クリーニング装置、７（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）・・プロセスカートリッジ、８・・記録材担持ベルト、９・・給紙機構部、１０・・定着装置、１１（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）・・カートリッジに搭載の記憶装置、１２・・画像濃度センサ、１４・・環境センサ、１００・・本体制御部、２００・・外部ホスト装置
【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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