(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともキャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像器を備え、像担持体に書き込まれた潜像を顕像化するための現像手段を有する画像形成装置において、前記顕像化した画像の濃度を制御するための濃度制御装置であって、
前記現像手段が動作する時間を積算する現像動作積算手段と、
前記現像動作積算手段により積算された動作する時間が、予め定められた前記現像手段の動作時間中の場合に、前記像担持体に書き込まれる全画像領域に対する顕像化された実画像の密度を積算する画像密度積算手段と、
前記画像密度積算手段で積算された実画像密度と、予め予測された限界密度とを比較する比較手段と、
前記比較手段で前記画像密度積算手段で積算された実画像密度が、予め予測された限界密度を下回っていると判定された場合に、前記現像器内の所定量のトナーを排出し、かつほぼ同量のトナーを供給するトナー入れ替え手段と、
を有する画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項２】
前記画像密度を積算する現像装置の動作時間とは別に、前記動作時間よりも短い、前記比較手段で比較するための間隔時間を設定する設定手段を、さらに有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項３】
前記トナー入れ替え手段による、トナーの入れ替え後、次のトナーの入れ替えを所定時間禁止する禁止手段を、さらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項４】
前記比較手段で比較する画像密度の絶対量に基づいて、前記トナーの排出量と供給量、又は前記動作時間、又は禁止手段で禁止する禁止時間の少なくとも何れか１つを変更する変更手段を、さらに有する請求項２又は請求項３記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項５】
前記画像形成装置の現像手段が、少なくとも２色以上の現像器を備えており、それぞれの現像器が独立して制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項６】
前記画像密度は、前記画像領域の全画素数に対する顕像化した実画像の画素数の比に基づいて得られることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項７】
前記画像密度は、前記像担持体に画像を書き込むときの画像信号に応じた電流値の積算値に基づいて得られることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項８】
前記現像手段の動作時間が、現像器の回転駆動時間であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項９】
前記画像形成装置が、像担持体に顕像化した実画像を、前記像担持体に対して繰り返し接触するループ状の中間転写体に転写する転写手段をさらに備えており、前記現像手段の動作時間が、前記中間転写体の周回数に基づいて定めることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項１０】
前記像担持体が感光体であり、この感光体は帯電ロールによって帯電され、現像器の現像ロールとの間の電位差でトナーが付着される構成となっており、前記入れ替え手段によるトナーの排出が、帯電ロールによって帯電された後除電されていない感光体表面電位と、電圧が印加された現像器の現像ロールとの間の電位差により行われる現像であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項１１】
前記像担持体が感光体であり、この感光体は帯電ロールによって帯電され、現像器の現像ロールとの間の電位差でトナーが付着される構成となっており、帯電ロールによって帯電された後、画像書込手段により除電された領域の表面電極電圧が印加された現像器の現像ロールとの間の電位差により行われる現像であり、前記現像される画像が、所定間隔かつ所定幅の縞模様画像であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項１２】
前記トナー入れ替えの実施・不実施を選択する選択手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【請求項１３】
前記トナー排出、トナー供給を行った後、次の画像形成を行う前に、感光体上に所定の画像を形成し、その画像濃度を検出手段により検出し、画像濃度が設定範囲内になければ、設定範囲内に入るように、所定量のトナー排出或いはトナー供給を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくともキャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像器を備え、像担持体に書き込まれた潜像を顕像化するための現像手段を有する画像形成装置において、前記顕像化した画像の濃度を制御するための濃度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感光ドラムを帯電露光し、現像器に収容したトナーをキャリアに帯電させて、現像ロールによって持ち出し、前記感光ドラムへトナーを付与することによって現像化する画像形成装置において（なお、キャリアは、現像器へ回収される。）、トナーの減少等に起因する濃度低下を防止するため、定期的に感光ドラムの非画像領域に所謂パッチや帯状の濃度パターンを形成し、このパッチ又は濃度パターンを濃度計で読み取って、基準値と比較するようにしている。
【０００３】
基準値を下回っている場合は、新しいトナーを追加供給することにより、濃度の回復を図っている（一例として、特開平４−３９６７９号公報参照）。
【０００４】
また、上記先行技術とはパッチ又は濃度パターンを濃度計で読み取って基準値と比較する点は類似しているが、その後の制御が、トナーを供給するのではなく、感光ドラムへの画像書込時の出力（例えば電流）を上げることによって、濃度低下を防止する技術も開示されている（一例として、特開平１−２９５２８１号公報参照）。
【０００５】
上記のような手段を用いることにより、一時的な濃度回復を図ることはできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、文字等の記録、すなわち、画像記録領域に対して実際にトナーがのる領域が非常に少ない画像が継続して出力した場合、トナーとキャリアとの帯電が加速度的な上昇や低下を起こすことがある。これを詳細に説明すると、現像剤（トナーとキャリア）に含まれるトナーが現像剤中に滞留している時間が長くなると、攪拌作用により帯電量が異常な上昇を起こし、その後、帯電しにくくなってから、異常な帯電低下が発生する、という現象が起こり得る。
【０００７】
ここで、帯電量の異常な上昇時に現像がなされると、現像時にトナーと共にキャリアが現像されてしまうことがある。また、トナー同士の凝集が発生し、この凝集トナーも現像されてしまうことがある。
【０００８】
このような状態で、例えば中間転写体に転写されると色点が発生し、画質の低下を招くことになる。なお、転写がない場合には、色点抜けとなる。
また、帯電量が異常に上昇したトナー（高帯電トナー）と、帯電量が異常に低下したトナー（低帯電トナー）とが混在すると、転写工程後において画像に濃度むらが発生し、これもまた画質の低下を招くことになる。
【０００９】
このように、転写後に発生する濃度むらは、前記先行技術のように、感光ドラムにパッチや濃度パターンを形成し、濃度を測定しても、検出できないものであり、十分な濃度制御対策には至っていない。
【００１０】
本発明は上記事実を考慮し、濃度むらに起因する適正なパラメータに基づいて、劣化したトナーと新品トナーとの入れ替えを、適正時期に自動的に行うことができる画像形成装置の濃度制御装置を得ることが目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくともキャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像器を備え、像担持体に書き込まれた潜像を顕像化するための現像手段を有する画像形成装置において、前記顕像化した画像の濃度を制御するための濃度制御装置であって、前記現像手段が動作する時間を積算する現像動作積算手段と、前記現像動作積算手段により積算された動作する時間が、予め定められた前記現像手段の動作時間中の場合に、前記像担持体に書き込まれる全画像領域に対する顕像化された実画像の密度を積算する画像密度積算手段と、前記画像密度積算手段で積算された画像密度と、予め予測された限界密度とを比較する比較手段と、前記比較手段で前記画像密度積算手段で積算された画像密度が、予め予測された限界密度を下回っていると判定された場合に、前記現像器内の所定量のトナーを排出し、かつほぼ同量のトナーを供給するトナー入れ替え手段と、を有している。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、画像密度を積算することにより、現像手段の所定の動作時間中における、実際のトナーの使用量を認識することができる。
【００１３】
現像手段が動作しているにも拘らず、トナーの使用量が少ないのは、現像器内において、トナーが長時間残っていることになる。この長時間の滞留中、トナーは攪拌作用により帯電量が異常に上昇する。また、その後は、帯電量が異常に低下してしまう。いずれにしても、高帯電トナーや低帯電トナー、或いはこれらが混在することになり、現像後の、例えば中間転写体、或いは記録紙上で濃度むらを発生する原因となっている（発明が解決しようとする課題参照）。
【００１４】
そこで、上記積算された画像密度と、予め予測された限界密度とを比較手段によって比較し、その比較結果で、「積算された画像密度が、予め予測された限界密度を下回っている」と判定されると、トナーの劣化と判断し、入れ替え手段によって現像器内に残っているトナーを排出し、ほぼ同量のトナーを供給する。
【００１５】
これにより、新たに供給されたトナーは適正な帯電量を持ち、濃度むらを解消することができる。
【００１６】
すなわち、濃度むらを像担持体上で濃度パターン等で測定したかぎりでは、認識できなかった、最終画像としての濃度むらを解消することができるため、確実に画質の低下を抑制することができる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記画像密度を積算する現像装置の動作時間とは別に、前記動作時間よりも短い、前記比較手段で比較するための間隔時間を設定する設定手段を、さらに有することを特徴としている。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、例えば、画像密度を積算する現像装置の動作時間をＡとした場合、この時間Ａが経過している中間地点を次の時間Ａの開始時とする。この結果、比較手段での比較を行う間隔がＡ／２となる。
このようにすると、比較対象となるトナーを一部重複した状態で比較していくことになり、より精度のよい監視が可能となる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記トナー入れ替え手段によるトナーの入れ替え後、次のトナーの入れ替えを所定時間禁止する禁止手段を、さらに有することを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、所定時間、すなわち、１回〜数回の濃度判定によるトナー入れ替え制御を禁止手段で禁止する。トナーの入れ替え後、ある期間（現像器の動作時間Ａ）は、新しく供給されたトナーが十分残っており、像密度が低くてもトナー入れ替え不要であるため、この期間を禁止期間とすることにより、無用なトナー消費を防止することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の前記比較手段で比較する画像密度の絶対量に基づいて、前記トナーの排出量と供給量、又は前記動作時間、又は禁止手段で禁止する禁止時間の少なくとも何れか１つを変更する変更手段を、さらに有している。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、比較手段での比較の結果、合格レベルの密度であっても、予め予測した限界密度に近い状況か、はるかに遠い状況かによって、次に不合格となったときのレベルが異なる。逆に不合格レベルの密度において、限界密度に近いか遅いかにより不合格のレベルが異なる。そこで、画像密度の絶対量に基づいて、前記トナーの排出量と供給量、又は前記動作時間、又は禁止手段で禁止する禁止時間の少なくとも何れか１つを変更する。
【００２３】
例えば、限界密度に近い密度で合格となった場合には、動作時間を短縮して、細かいスタンスで合否の判定を行うことにより、限界密度に近い状態で不合格レベルを判定することができる。
【００２４】
例えば、限界密度から遠い密度で不合格となった場合には、トナー排出、トナー供給の量を多くすることで、現像剤中の劣化現像剤をより現象さえることができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の発明において、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の発明において、前記画像形成装置の現像手段が、少なくとも２色以上の現像器を備えており、それぞれの現像器が独立して制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の画像形成装置の濃度制御装置。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、本画像形成装置が例えばカラー画像形成装置であっても、本発明が適用可能であり、この場合には、各色の現像器のそれぞれを独立して制御すればよい。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の発明において、前記画像密度は、前記画像領域の全画素数に対する顕像化した実画像の画素数の比に基づいて得られることを特徴としている。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、画像密度を画素数によって得ることにより、正確な画像密度を得ることができる。すなわち、画像領域の全画素数がＰmax （通常数千万画素）であり、画像として現像された画素がＰg とすると、画像密度Ｒg(%)は、（Ｐg ／Ｐmax ）×１００で表すことができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の発明において、前記画像密度は、前記像担持体に画像を書き込むときの画像信号を得るための電流値の、最大値に対する画像信号に基づく電流値の比に基づいて得られることを特徴としている。
【００３０】
画像は所定の画像信号に基づいて記録される。この画像信号を出力するためには、電流が流れる。このため、この電流値を積算することによって、画像密度を得ることができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項７の何れか１項記載の発明において、前記現像手段の動作時間が、現像器の回転駆動時間であることを特徴としている。
【００３２】
請求項８に記載の発明によれば、現像手段が動作しているときは、必ず現像器が回転しているときであり、この回転駆動時間を動作時間とすればよい。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の発明いおいて、前記画像形成装置が、像担持体に顕像化した実画像を、前記像担持体に対して繰り返し接触するループ状の中間転写体に転写する転写手段をさらに備えており、前記現像手段の動作時間が、前記中間転写体の周回数に基づいて定めることを特徴としている。
【００３４】
請求項９に記載の発明によれば、例えば、カラー画像を記録紙に転写する場合、複数の色（３色又は３色＋黒色）を順次中間転写体に重ねて転写し、その後、記録紙へ一括転写することがなされている。このような構成の場合、該当色を中間転写体に転写しているときの中間転写体の周回数を該当色現像器の動作時間とすることも可能である。
【００３５】
請求項１０に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項９の何れか１項記載の発明において、前記像担持体が感光体であり、この感光体は帯電ロールによって帯電され、現像器の現像ロールとの間の電位差でトナーが付着される構成となっており、前記入れ替え手段によるトナーの排出が、帯電ロールによって帯電された後除電されていない感光体表面電位と、電圧が印加された現像器の現像ロールとの間の電位差により行われる現像であることを特徴としている。
【００３６】
請求項１０に記載の発明の発明によれば、像担持体を感光体とし、この感光体を帯電させ、現像器の現像ロールとの間で電位差を作る。この電位差によって、トナーが感光体へ付着する。
【００３７】
そこで、入れ替え手段によるトナーの排出を行う際、この電位差によるトナーの感光体への持ち出しを利用することができる。言い換えれば、通常の画像形成と同様の動作でトナーの排出が行えるため、特別なトナー排出機構を設ける必要がない。
【００３８】
請求項１１に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項１０の何れか１項記載の発明において、前記像担持体が感光体であり、この感光体は帯電ロールによって帯電され、現像器の現像ロールとの間の電位差でトナーが付着される構成となっており、帯電ロールによって帯電された後、画像書込手段により除電された領域の表面電極電圧が印加された現像器の現像ロールとの間の電位差により行われる現像であり、前記現像される画像が、所定間隔かつ所定幅の縞模様画像であることを特徴としている。
【００３９】
請求項１１に記載の発明によれば、前記トナーの排出時の画像を所定間隔かつ所定幅の縞模様画像とすることにより、通常の画像部電位及び非画像部電位よりも、両ピーク値をオーバーシュートさせることができ、  排出現像剤中の劣化現像剤の比率が上がり、その後の現像時の帯電状態をより安定させることができる。
【００４０】
請求項１２に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項１１の何れか１項記載の発明において、前記前記トナー入れ替えの実施・不実施を選択する選択手段をさらに有することを特徴としている。
【００４１】
請求項１２に記載の発明によれば、トナーの入れ替えは、トナーの消費を助長することになるため、画質優先のときのみ実行するように、トナー入れ替えの実施・不実施を選択できるようした。
【００４２】
請求項１３に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項１２の何れか１項記載の発明において、前記トナー排出、トナー供給を行った後、次の画像形成を行う前に、感光体上に所定の画像を形成し、その画像濃度を検出手段により検出し、画像濃度が設定範囲内になければ、設定範囲内に入るように、所定量のトナー排出或いはトナー供給を行うことを特徴としている。
【００４３】
請求項１３に記載の発明によれば、トナー入れ替え（排出、供給）を行っても、依然として濃度低下（濃度むら）を発生することがあるため、前記トナー排出、トナー供給を行った後、次の画像形成を行う前に、感光体上に所定の画像を形成し、検出手段によってその画像濃度を検出する。この検出濃度に基づいて、必要であれば、トナー排出或いはトナー供給を繰り返す。これにより、適正な濃度を得ることができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１には、本実施の形態に係る画像形成装置１０が示されている。図１に示されるように、画像形成装置１０はケーシング１２によって被覆され略箱状に形成されている。
【００４５】
画像形成装置１０の下部には、複数の用紙トレイ１６（本実施の形態においては３つの用紙トレイ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを図示）が配設されている。それぞれの用紙トレイ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃには、例えば、Ｂ５サイズ、Ｂ４サイズ、Ａ４サイズ、Ａ３サイズ等のサイズの異なる用紙１８が備えられている。用紙トレイ１６における用紙排出部近傍には半月ローラ２０が配設されており、指定された用紙トレイ１６から用紙１８が一枚ずつ送り出され、複数の搬送ローラ対２２によって所定方向に搬送される。また、画像形成装置１０によって用紙１８の両面（表面と裏面）への画像形成が指示された場合に、表面への画像形成が終了した用紙１８の表裏を反転させる用紙反転部１７が設けられている。
【００４６】
画像形成装置１０の一方の側面には、必要に応じて用紙１８を手差しで挿入する手差しトレイ２４が配設されている。手差しトレイ２４における用紙排出部近傍には、前述した用紙トレイ１６と同様に半月ローラ２０が配設されており、用紙１８を一枚ずつ送り出すことができるようになっている。
【００４７】
画像形成装置１０の上部には、定着装置１４によって所望の画像が定着された用紙１８が排出される排出トレイ２６が設けられている。
【００４８】
画像形成装置１０における用紙トレイ１６の上部には、像担持体としての感光体３０、この感光体３０の周囲に配設された帯電器３８、ベルト状の中間転写体４２、感光体用クリーナー４４及び図示しない除電ランプで構成される帯電装置１２８と、ロータリー現像器４０と、スキャナで原稿を読み取りかつ各種画像処理を施した画像データ（本実施の形態における画像形成装置１０はカラー画像を対象としているため、画像処理を施すことによってイエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色の画像データに変換される）に基づいて像担持体としての感光体３０にビーム光を照射する光走査装置３２と、用紙１８に所望の画像を定着する定着装置１４を含んで構成される画像形成装置２８と、が設けられている。
【００４９】
光走査装置３２は、光源、回転多面鏡３４、ｆθレンズ、シリンドリカルミラー、反射ミラー３６等によって構成されている。図示しない光源から射出されたレーザ光は、回転多面鏡３４によって偏向されかつｆθレンズ、シリンドリカルミラー、反射ミラー３６等を介して感光体３０に照射される。
【００５０】
感光体３０は、図１に示される矢印Ａ方向に定速回転する。帯電体３８は、感光体３０を一様にマイナス帯電する。また、ロータリー現像器４０には、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色のトナー４６Ｙ、４６Ｍ、４６Ｃ、４６Ｂｋが供給されている。中間転写体４２は、複数のローラ４８に巻き掛けられており、ローラ４８が回転することによって図１に示される矢印Ｂ方向に一定速度で移動する。感光体用クリーナー４４は、中間転写体４２に転写されずに感光体３０上に残留したトナーを除去する。さらに、除電ランプは、感光体用クリーナー４４によって残留したトナーが除去された後に感光体３０を除電する。
【００５１】
さらに、中間転写体４２の周囲には、画像検出センサ５１及び中間転写体用クリーナー５０が配設されている。画像検出センサ５１は転写部５２よりも中間転写体４２の回転方向上流側に設けられており、中間転写体４２に形成されたトナー像の有無を検出するようになっている。中間転写体用クリーナー５０は、転写部５２よりも中間転写体４２の回転方向下流側に設けられており、中間転写体４２から用紙１８へのトナー像の転写が終了した後に中間転写体４２の表面に残留したトナーを除去するようになっている。
【００５２】
矢印Ａ方向に回転する感光体３０は、帯電器３８によって一様にマイナス帯電され、光走査装置３２から射出されるレーザ光によってまず第１色目の黒色の潜像が感光体３０上に形成される。この潜像は、ロータリー現像器４０の黒色の現像器によって黒色トナーで現像される。現像された黒色トナー像は中間転写体４２に転写される。感光体３０上に転写されずに残ったトナーは、図示しないクリーナーによって除去され、感光体３０は除電ランプにより除電される。
【００５３】
そして、感光体３０は再び帯電器３８によって一様にマイナス帯電され、第２色目のイエローの画像形成が行われる。このようにして、第３色目のマゼンタ、第４色目のシアンまで計４色のトナー像が中間転写体４２に順次転写される（一次転写）。４色のトナー像の中間転写体４２への転写が完了した時点で、中間転写体４２の表面に最終トナー像が形成される。
【００５４】
中間転写体４２の下方には、中間転写体４２に形成された最終トナー像を用紙１８に転写する転写部５２が設けられている。用紙１８は、前述したように指定されたサイズの用紙１８が備えられている用紙トレイ１６から搬送ローラ対２２によって転写部５２まで搬送され、中間転写体４２上の画像が用紙１８に転写される（二次転写）。
【００５５】
転写部５２の配設位置よりも用紙１８の搬送方向下流側には、定着装置１４が配設されている。定着装置１４では、最終トナー像が転写された用紙３４に定着処理を施すことによって所定の画像が用紙１８上に形成される。
【００５６】
図２には、前記ロータリー現像器４０に配設される各色の現像器本体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０ｋの内の１つ（図２では、現像器本体４０Ｃを図示）が示されている。
【００５７】
現像器本体４０Ｃには、前記トナー４６Ｃと共に二成分現像剤を構成するキャリア（図示省略）が充填されている。現像器本体４０Ｃ内には、一対の攪拌搬送ロール１００が配設され、現像器本体４０Ｃ内の二成分現像剤を攪拌しながら現像ロール１０２方向へ搬送するようになっている。
【００５８】
現像ロール１０２の周面近傍には、層厚制限プレート１０４が配設されており、現像ロール１０２に磁気的に吸着するトナー量が制限されている。
【００５９】
トナー４６Ｃは、トナーカートリッジ１０６に予め収容されており、案内路１０８を介して順次現像器本体４０Ｃへと送られるようになっている。また、このトナーカートリッジ１０６に隣接して、トナー補給パイプ１１０が設けられており、このトナー補給パイプ１１０には、トナー補給ロール１１２が着脱可能に装填されている。
【００６０】
すなわち、トナーカートリッジ１０６内のトナーの量が減少、あるいはなくなった場合に、トナー補給ロール１１２をトナー補給パイプ１１０へ装填することによって、前記トナーカートリッジ１０６にトナー４６Ｃを補給することができる構造となっている。
【００６１】
図３には、本実施の形態に係る画像形成装置１０の制御ブロック図が示されている。
【００６２】
各部の動作はコントローラ１１４によって制御されている。このコントローラ１１４は、マイクロコンピュータ１１６を含んで構成されており、マイクロコンピュータ１１６は、ＣＰＵ１１８、ＲＡＭ１２０、ＲＯＭ１２２、入出力装置（Ｉ／Ｏ）１２４及びこれらを接続するデータバスやコントロールバス等のバス１２６で構成されている。
【００６３】
Ｉ／Ｏ１２４には、光走査装置３２、帯電体３８や感光体クリーナ４４等で構成される帯電装置１２８の各部、ロータリー現像器４０のそれぞれが接続されており、コントローラ１１４からの制御信号に基づいて動作するようになっている。また、Ｉ／Ｏ１２４には、搬送系（感光体３０の回転駆動、中間転写体４２の搬送、用紙１８の搬送、定着装置１４の回転駆動）を制御する搬送装置１３０が接続されている。なお、これらの光走査装置３２、帯電装置１２８、ロータリー現像器４０、定着装置１４には、高圧電源部１２５から高圧の電源が供給されるようになっている。
【００６４】
画像密度の検出は、コンデンサ１３２とカウンタ（図示省略）とで構成された画像密度検出装置１３４によって行っている。
【００６５】
コンデンサ１３２は、光走査装置３２の画像書込時のオン信号の電流を電荷として蓄え、電荷が所定量に達したならば、カウンタに信号を送り、蓄えた電荷を放電する。カウンタはこの信号を積算する。
また、コントローラ１１４では、ロータリ現像器４０における各現像器本体４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｙ、４０ｋに設けられた現像ロール１０２の回転駆動時間を計数し、ロータリー現像器４０の動作時間を演算するようになっている。
【００６６】
ここで、コントローラ１１４では、所定のロータリー現像器４０の動作時間間隔で、上記画像密度検出装置１３４での検出信号等に基づいて現像器本体４０Ｃ（４０Ｍ、４０Ｙ、４０ｋ）内に滞留しているトナー４６Ｃ（４６Ｍ、４６Ｙ、４６ｋ）の劣化状態を検査し、必要に応じてこの現像器本体４０Ｃ（４０Ｍ、４０Ｙ、４０ｋ）内のトナーの入れ替えを行うようになっている。
【００６７】
すなわち、コントローラ１１４のＲＯＭ１２２には、予め予測される限界画像密度が記憶されており、コントローラ１１４では、所定の動作時間内での画像密度の積算値がこの限界画像密度を下回っている場合、トナーの劣化が促進されていると判断し、この現像器本体４０Ｃ（４０Ｍ、４０Ｙ、４０ｋ）内のトナーの一部又は全部を排出し、この排出したトナー量にほぼ同量のトナーをトナーカートリッジ１０６から供給する動作を指示するようになっている。
【００６８】
本実施の形態では、トナーの排出手段として、実際の現像と同様に所定の画像信号に基づいてトナーを感光体３０へ付着させることにより行っている。なお、このときの画像信号に基づく画像は所定間隔、所定幅寸法の縞模様画像（図８参照）が適用されている。
【００６９】
図４には、画像密度と画像の抜けの発生個数との関係を示す特性図が示されており、画像密度が低いほど抜けの発生個数が多いことが分かっている。これは、所定の動作時間内でのトナーの使用量が極めて少ないことを意味し、その分長時間に亘ってトナー４６Ｃ（４６Ｍ、４６Ｙ、４６ｋ）が現像器本体４０Ｃ（４０Ｍ、４０Ｙ、４０ｋ）内で滞留していることに起因すると考えられる。
【００７０】
また、抜けが発生するのは、トナー４６Ｃ（４６Ｍ、４６Ｙ、４６ｋ）の電荷量に起因する。
【００７１】
図５には、トナー電荷量と各電荷量毎のトナー個数分布特性図が示されている。
【００７２】
この図５における、特性線Ａは正常なトナーを示しており、この正常な状態に対して、特性Ｂは高い電荷量のトナーが増加傾向にあり（トナー劣化の第１段階）、特性Ｃは電荷量の低いトナーから高いトナーまで分散される傾向となっている（第２段階）。
【００７３】
いずれにしても、電荷量が適正でないと、現像時のトナー４６Ｃ（４６Ｍ、４６Ｙ、４６ｋ）の感光体３０への付着量に増減が生じ、結果として濃度むらとなる。
【００７４】
そこで、本実施の形態では、このような電荷量の変化が起きうる条件に達したトナー４６Ｃ（４６Ｍ、４６Ｙ、４６ｋ）の少なくとも１部分は未然に入れ替えておくことにより、濃度むらの発生を抑制している。
【００７５】
以下に本実施の形態の作用を図６のフローチャートおよび図７のタイムチャートに従い説明する。
【００７６】
ステップ２００では、まず、画像密度検出装置１３４のカウンタ、タイマｔ1 、平均密度Ｍs をクリアする（初期設定）。
【００７７】
次のステップ２０２では、タイマｔ1 をインクリメントし、次いでステップ２０４において、このタイマｔ1 が所定の時間Ｔに達したか否かが判断される。この所定時間Ｔは、画像密度を積算するロータリー現像器４内の該当色現像器の予め定めた動作時間の１／２に相当する。
【００７８】
このステップ２０４において、否定判定された場合はステップ２０２へ戻り、ステップ２０２、２０４を繰り返すことにより、タイマが計数されていく。ステップ２０４で肯定判定、すなわちタイマｔ1 がＴに達したと判定されると、ステップ２０６へ移行して、前記画像密度検出装置１３４のカウンタの積算値を読取り、次いでステップ２０８において、この積算値から平均密度Ｍe1を演算する。この平均密度Ｍe1は、予め定められたロータリー現像器４０内の該当色現像器の動作時間の１／２の間の積算値である。
【００７９】
次のステップ２１０では、タイマｔ1 をクリアし、ステップ２１２へ移行する。上記ステップ２００からステップ２１０は、初期動作であり、例えば電源投入後等、制御開始時のみ行われる。
【００８０】
ステップ２１２では、タイマｔ1 をインクリメントし、次いでステップ２１４において、このタイマｔ1 が所定の時間Ｔに達したか否かが判断される。この所定時間Ｔは、画像密度を積算するロータリー現像器４０内の該当色現像器の予め定めた動作時間の１／２に相当する。
【００８１】
このステップ２１４において、否定判定された場合はステップ２１２へ戻り、ステップ２１２、２１４を繰り返すことにより、タイマが計数されていく。ステップ２１４で肯定判定、すなわちタイマｔ1 がＴに達したと判定されると、ステップ２１６へ移行して、画像密度検出装置１３４からの信号（コンデンサ１３２の電荷量）を読取り、次いでステップ２１８において、このコンデンサの電荷量から平均密度Ｍe2を演算する。この平均密度Ｍe2は、予め定められたロータリー現像器４０の動作時間の１／２の間の積算値である。
【００８２】
次のステップ２２０では、所定の動作時間の前半分の平均密度Ｍe1と、後半分の平均密度Ｍe2とを加算し、予め定められたロータリー現像器４０内の該当色現像器の動作時間中の平均密度Ｍs を求める。
【００８３】
次のステップ２２２では、今回後半分の平均密度であった平均密度Ｍe2を次回の前半分の平均密度とするべく、平均密度Ｍe1に置き換え、ステップ２２４で移行する。
【００８４】
ステップ２２４では、予め予測した限界平均密度の２倍値（以下、単に限界平均密度という）ＭL を読出し、次いでステップ２２６において、この限界平均密度ＭL と平均密度Ｍs とを比較する。
【００８５】
このステップ２２６でＭL ＜Ｍs と判定された場合は、トナーの劣化はないと判断し、ステップ２２８へ移行してタイマｔ1 をクリアした後、ステップ２１２へ移行して、上記工程を繰り返す。
【００８６】
また、ステップ２２６において、ＭL ≧Ｍs と判定された場合は、トナーの電荷量が高い或いは分布が拡大し、劣化が発生していると判断し、ステップ２３０へ移行して、トナー入れ替え動作指示を行う。
【００８７】
このトナー入れ替え動作の指示ガあると、コントローラでは、所定の画像信号（本実施の形態では、所定の間隔、所定の幅寸法の縞模様の画像）を読出し、この画像信号に基づいて、通常の現像動作を行う。これにより、トナーは、感光体３０上に付着するため、現像器本体４０Ｃ（４０Ｍ、４０Ｙ、４０ｋ）からトナーを排出することができる。
感光体３０に付着したトナーは、感光体３０の清掃機構を用いて廃棄できる。まあ、中間転写体への付着分は中間転写体の清掃機構を用いて廃棄できる。
【００８８】
次に、上記画像信号に基づいて、現像器本体４０Ｃ（４０Ｍ、４０Ｙ、４０ｋ）から持ち出されたトナーの量とほぼ同量のトナーをトナーカートリッジ１０６から補充し、図６のステップ２３０におけるトナー入れ替え動作指示に基づく動作は完了する。
【００８９】
次のステップ２３２では、平均密度Ｍe1に限界平均密度ＭL を格納した後、ステップ２２８へ移行する。この結果、次回の平均密度判定時には、必ずＭL ＜Ｍs ＝Ｍe1＋Ｍe2となるので、予めロータリー現像器４０内の該当色現像器の動作時間（Ｔの２倍）の間は、トナー入れ替え動作を禁止できる。
【００９０】
これにより、１回トナー入れ替え動作が行われた後、入れ替え不要の間（Ｔの２倍）はトナー入れ替え動作を禁止しつつ、トナー劣化判定は時間Ｔ毎の細かさで行うことができる。
【００９１】
なお、上記フローチャートでの説明は省略したが、トナー入れ替え動作の中に、トナー入れ替え後、画像濃度を測定し（本実施の形態の場合、縞模様の画像を用いることが可能である。）、この測定の結果、画像濃度が所定の濃度範囲に達していない場合に、所定濃度範囲に入るまでトナー排出或いはトナー供給を行うことを含めてもよい。
【００９２】
このように、本実施の形態では、予めロータリー現像器４０内の該当色現像器の動作時間を定めておき、この動作時間中に画像密度が低い画像が連続して処理されることにより、長時間現像器本体内に滞留するトナーの劣化に起因する濃度むらの抑制のため、前記所定の動作時間中の積算画像密度と、予め予測した限界平均密度とを、所定の時間（前記動作時間の１／２）毎に判断するようにしたため、迅速にトナーの劣化を認識することができる。また、トナー劣化を認識した場合には、現像器本体内のトナーを排出し、排出したトナー量と同量のトナーを補給するようにしたため、その後の濃度むらを抑制することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、画像密度と限界平均密度との比較を行う時間画像密度を、画像密度を積算する時間の１／２としたが、判定間隔をさらに細かくしてもよい。また、上記時間を同一としてもよい。
また、積算画像密度に基づいてトナーの入れ替え量を変更してもよい。また、積算画像密度に基づいて次回の判定時期を変更してもよい。さらに、積算画像密度に基づいてトナー入れ替え動作後の禁止時間を変更してもよい。
【００９４】
また、本実施の形態では、カラー画像を形成する装置を例にとり説明したが、モノクロ画像を形成する装置においても、トナーを用いて画像を形成する装置であれば限定されるものではない。
【００９５】
さらに、本実施の形態では、画像密度検出装置として、画像信号に基づく電流値を充電するコンデンサの電荷量から求めたが、画像信号に基づいて得られる画素数を計数してもよい。
【００９６】
また、ロータリー現像器４０内の該当色現像器の動作時間を該ロータリー現像器４０内の該当色現像器の回転駆動時間としたが、感光体３０の周回数、或いは中間転写体４２の周回数、或いは用紙１５の出力枚数から求めてもよい。
【００９７】
さらに、ロータリー現像器４０内の該当色現像器の動作時間を転写装部５２の該当色における電圧印加時間から求めてもよい。
【００９８】
また、トナー入れ替え動作におけるトナーの排出を、予め定められた縞模様の画像信号に基づいて、現像することで行ったが、一様均一な感光体表面電位、例えば帯電ロールにより帯電された後、除電されていない表面電位と電圧を印加した現像ロールとの電位差を現像してもよい。
【００９９】
さらに、本実施の形態では、ＭL に０を設定すれば、Ｍs ＞ＭL になることはないので、トナー入れ替えを実施しない設定にすることができる。
【０１００】
また、色毎に独立した制御を行っているので、ＣＭＹｋ色、それぞれ色毎に限界画像密度を適正な値に設定することができる。また、入れ替え不要な色はＭL に０を設定しておけばよい。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る画像形成装置の濃度制御装置は、濃度むらに起因する適正なパラメータに基づいて、劣化したトナーと新品トナーとの入れ替えを、適正時期に自動的に行うことができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】現像器本体周辺の拡大図である。
【図３】本実施の形態に係る画像形成装置の制御ブロック図である。
【図４】画像密度と画像の抜け発生個数との関係を示す特性図である。
【図５】正常状態、異常初期、異常終期のトナー電荷量分布を示す特性図である。
【図６】本実施の形態に係るトナー劣化検査のための制御フローチャートである。
【図７】画像蓄積と判定のタイムチャートである。
【図８】トナー排出時の実画像と、画像信号との関係を示す概略図であう。
【符号の説明】
１０    画像形成装置
４０    ロータリー現像器
４０Ｙ，４０Ｍ、４０Ｃ、４０ｋ    現像器本体
４６Ｙ，４６Ｍ、４６Ｃ、４６ｋ    トナー
１１４    コントローラ
１３２    コンデンサ
１３４    画像密度検出装置
【図１】
0003757612.tif 000002
【図２】
0003757612.tif 000003
【図３】
0003757612.tif 000004
【図４】
0003757612.tif 000005
【図５】
0003757612.tif 000006
【図６】
0003757612.tif 000007
【図７】
0003757612.tif 000008
【図８】
0003757612.tif 000009