JP2013122549A - 画像濃度制御方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像器中のトナー濃度を検出するトナー濃度センサを有しない現像装置を備えた画像形成装置において、トナー帯電量変化、もしくはトナーとキャリア間の物理的付着力の変化を予測し、印刷中の画像濃度を一定に維持することができ、コストダウンにも応えられる画像濃度制御方法を提供する。
【解決手段】印刷中における画像濃度を一定に保つべく、画像出力情報、またはトナー補給装置の動作情報に応じて、作像条件としての現像ポテンシャル（現像ｐｏｔ）を非画像領域で変更する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、画像濃度制御方法、該画像濃度制御方法を実施するための複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

近年の複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置においては、高画質を求められると同時に、高耐久性、高安定も望まれている。つまり、使用環境の変化（連続印字、間欠印字を含む）による画質の変化を小さくし、経時においても、常に安定した画像を提供していかなければならない。
従来技術として、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤（以下「現像剤」と記す）を現像剤担持体（以下「現像スリーブ」と記す）上に保持し、内包される磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像スリーブに潜像担持体（以下「感光体」と記す）と対向する位置で現像バイアスを印加することにより現像を行う二成分現像方式が広く知られている。

この二成分現像方式は、カラー化が容易なことから現在広く用いられている。この方式は、現像スリーブを回転させることにより現像剤を現像領域に搬送する。現像剤は現像領域に搬送されるに従い、現像極の磁力線に沿って多数の磁性キャリアがトナーを伴って集合し、磁気ブラシを形成する。
二成分現像方式は、一成分現像方式と異なり、トナーとキャリアの重量比（トナー濃度）を精度よく制御することが、安定性を向上させる上で非常に重要とされている。例えば、トナー濃度が高すぎると、画像に地肌汚れの発生や、細部解像力の低下が生じる。また、トナー濃度が低い場合には、ベタ画像部の濃度低下や、キャリア付着が発生するといった不具合が生じる。
そのため、トナー補給量を制御して、現像剤の中のトナー濃度を適正範囲に調整する必要がある。

近年の画像形成装置は、現像装置に低ストレス化の手法を取り入れたものが多く存在する。これらは、現像装置小型化の要請による現像剤量の低量化と現像剤の長寿命化の相反する目的を両立するために非常に有効な手法であると考えられる。
例えば、二成分方式のカラー画像形成装置においては、トナー分散性を向上するために、シリカ（SiO₂）や酸化チタン（TiO₂）等の添加剤がトナー表面の多くに外添されている。これら添加剤はメカ的ストレスや熱ストレスに非常に弱い。そのため現像器での攪拌により、トナー内部に埋没したり、表面から離脱したりする現象が発生する。
その結果、現像剤（トナー、キャリアを含む）の流動性や帯電特性、さらにトナーとキャリアの物理的付着力が変化する。低ストレス現像は、上記した現象を極力抑えることを可能とする。

一方、現像器の低ストレス化により、トナー帯電能力（現像器がトナーを帯電させる能力）が低下する場合がある。この現象について簡単に説明すると、例えば、出力画像の面積が比較的低い（単位時間、または単位枚数あたりのトナー入換え量が少ない）場合には、現像能力（現像バイアスに対してトナー現像量をプロットしたグラフの傾き）が、ほぼ一定に保たれるのに対して、高画像面積率の画像を出力する場合には、現像能力が増加するというものである。
つまり、現像剤中でどの程度トナーを入換えたかにより、現像器内に存在するトナーの帯電量が変化し、現像能力に差異が生ずるということである。
上記理由から、現像能力を一定に保つためには印刷中に、なんらかのトナー帯電量調整を実施する必要がある。

このような特性のある画像形成装置において、トナー帯電量を制御するためには、トナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）によりトナー濃度を正確に検知し、その結果を元に、トナー濃度を制御することが必須とされてきた。
ここで、トナー濃度制御としては、トナー濃度検出手段（例えば、透磁率センサ）の出力値：Vtをトナー濃度の制御基準値：Vtrefと比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、トナー補給装置により現像器中にトナー補給を行う方法が一般的である。
トナー濃度を検知する方法としては、透磁率センサを用いたものが広く用いられている。この方式は、トナー濃度が変化することによる現像剤の透磁率の変化をトナー濃度に換算するものである。カラー画像形成装置において、この透磁率センサはK（ブラック）、C（シアン）、M（マゼンタ）、Y（イエロー）の各現像装置に設置されているが、コスト低減の要請から非設置が要求されつつある。

別のトナー濃度検知方法としては、光学センサを用いる方法がある。この方法は、感光体、もしくは中間転写ベルト上に基準パッチ（トナーパターン）を作成し、LED光を照射する。そして、このパターンからの反射光（正反射光、または乱反射光）を光学センサ（フォトダイオードやフォトトランジスタなどで）により検出し、その結果に基づいてトナー濃度（トナー付着量）を検知し、現像器中のトナー濃度情報を得るものである。
印刷中においては、転写紙間（前回の作像終了から今回の作像開始までの間）で基準トナーパターンを作成し、基準トナーパターンからの反射光をフォトセンサで検知することにより、逐次透磁率センサのトナー濃度制御基準値：Vtrefを制御する濃度制御方法が公知である。
例えば、特許文献１、特許文献２には、非画像領域にトナーパターンを作成し、このパターン濃度と、現像器内のトナー濃度を検知する手段を有し、トナーパターンの濃度に応じて、現像器内のトナー濃度制御目標値を変更して画像濃度を維持する方法が開示されている。

しかしながら、非画像領域にトナーパターンを作成することにより、画像形成に寄与しないトナーの消費量が増加するという問題があった。そのため、トナーパターンの作像間隔を広げる必要があった。作像間隔を広げると、当然ながら制御精度の低下が懸念される。
トナーパターンを作成する方式では、中間転写ベルト上にトナーパターンを作成するため、二次転写手段を一作像ごとに中間転写ベルトから離間するか、もしくは、二次転写手段にクリーニング装置を併設する必要があり、コスト制約が大きい中低速機層においては、敬遠される傾向にある。

さらに、従来では現像器にトナー濃度センサを備えていたが、コストダウン要請により、このセンサを有しない作像装置が提案されている。
このような現像装置においては、トナー濃度制御基準値：Ｖｔｒeｆを制御目標値に設定することができないため、印刷中の画像濃度を一定に保つためには、新規な制御が必要となる。

本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、現像器中のトナー濃度を検出するトナー濃度センサを有しない現像装置を備えた画像形成装置において、トナー帯電量変化、もしくはトナーとキャリア間の物理的付着力の変化を予測し、印刷中の画像濃度を一定に維持することができ、コストダウンにも応えられる画像濃度制御方法の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、像担持体に対向して配置された現像剤担持体が、トナーとトナーを保持する磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を担持し、前記像担持体との間に形成される現像領域で前記像担持体表面上に形成される静電潜像をトナーで現像する現像装置と、作像条件を変更することにより画像濃度を調整する画像濃度調整手段と、前記現像装置にトナーを補給するトナー補給装置と、を有し、かつ、前記現像装置は現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検出手段を備えていない画像形成装置において、印刷中における画像濃度を一定に保つべく、画像出力情報、または前記トナー補給装置の動作情報に応じて、前記作像条件を変更することを特徴とする。

本発明によれば、一定期間内の画像面積情報、またはトナー補給装置の動作情報を基に、現像剤中におけるトナー入換え量情報を取得し、その結果に基づき作像条件を補正することにより、現像γを大きく変化させることなく、印刷中の画像濃度を安定的に制御することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。 プロセスカートリッジの構成を示す概要断面図である。 制御ブロック図である。 画像濃度調整用パターン（検知パターン、諧調パターン）を示す平面図である。 現像γの算出動作を説明するためのフローチャートである。 現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示す特性図である。 画像面積率による現像γの差異を示すグラフである。 画像面積率による現像γの差異を示す別のグラフである。 制御動作を示すフローチャートである。 現像ポテンシャルの変更タイミングを示すタイミングチャートである。 第２の実施形態における画像出力とトナー補給との関係を示す模式図である。 第２の実施形態における制御動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態における制御動作を示すフローチャートである。 プリント枚数と画像濃度との関係における比較実験のグラフである。 画像面積とトナー補給量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置（カラー複写機）の概要構成を示す図である。中間転写ベルト１０を有する中間転写ユニット１２の下側には、中間転写ベルト１０の移動方向（矢印方向）に沿って、図示しない装置本体に対して着脱自在な画像形成ユニットとしてのプロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋが備えられており、タンデム型の構成を有している。
プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋは同様の構成を有している。プロセスカートリッジ１４Ｙを代表して説明すると、プロセスカートリッジ１４Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１６Ｙと、帯電装置１８Ｙと、クリーニング装置２２Ｙ等から構成されている。イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色に対応するユニットなどを、符号の末尾に各々Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを付けて示す。

中間転写ベルト１０は、複数の支持ローラ２４、２６、２７及び1次転写ローラ２８により支持されている。符号３０はテンションローラを示している。
駆動ローラとしての支持ローラ２４に対向して、２次転写装置としての２次転写ローラ３２が配置されている。支持ローラ２７の対向部位には、パターン検知手段としての光学センサ３４が中間転写ベルト１０に非接触状態に配置されている。
中間転写ユニット１２の上側には、各現像装置２０にトナーを補給するトナー補給装置３６が設けられている。トナー補給装置３６は、各色のトナータンク３８と、各トナータンク３８と対応する現像装置２０とを結ぶ図示しないトナー搬送経路と、トナー補給駆動モータ（図３参照）４０等を備えている。
図示しない装置本体の下部に配置された図示しない給紙装置から給紙された記録媒体としての転写紙４２は、上記装置本体内を略垂直方向に搬送され、レジストローラ対４４で一旦停止されて斜めずれ等を修正された後、所定のタイミングで２次転写部位へ搬送され、２次転写ローラ３２により中間転写ベルト１０上の画像を転写される。その後、定着装置４６を通り、図示しない装置本体の上部に形成された排紙部に排出される。

感光体ドラム１６は帯電装置１８により、表面を一様に帯電された後、露光装置２０により露光され、静電潜像が形成される。現像装置２０は現像剤担持体としての現像ローラにより装置内の二成分現像剤を感光体ドラム１６と対向する現像領域へ搬送し、感光体ドラム表面に形成されている静電潜像に現像剤中のトナーを付着させ顕像化する。
トナー像は感光体ドラム１６と中間転写ベルト１０が対向する転写領域において、１次転写手段としての１次転写ローラ２８により中間転写ベルト１０上に転写される。
中間転写ベルト１０上に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１０の移動に伴い、他色の転写領域で他色トナーを精度よく、色重ねした状態で、２次転写ローラ３２と対向する位置に搬送され、その位置で転写紙４２に転写され、転写紙上の画像となる。
感光体ドラム１６に残留したトナーはクリーニング装置２２のクリーニングブレードにより除去され、図示しない廃トナーボトルに貯留される。クリーニング装置２２を通過した感光体ドラム表面は、その後、再度帯電装置１８により表面を一様に帯電され、次の画像形成工程を繰り返す。

図２は、感光体ドラム１６の周辺の拡大断面図である。
二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という）は、現像ローラ（現像スリーブ）５０の図示しない汲み上げ磁極により、現像装置内の搬送スクリュ部５２から現像ローラ５０に移動する。その後、現像剤は現像ローラ５０の回転に伴い、搬送極の磁場と現像ローラ５０表面の摩擦力によりドクタブレード５４近傍まで搬送される。
ドクタブレード５４近傍まで搬送された現像剤はドクタブレード上流部において一旦滞留し、ドクタブレードのエッジ部(先端)と現像ローラ５０とのギャップで層厚を規制され、現像領域に搬送される。現像領域には、所定の現像バイアスが印加されており、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像にトナーを付勢する方向に現像電界が形成されるため、トナーは感光体ドラム１６上に現像される。
現像領域を通過した現像剤は、現像ローラ上の現像剤離れ極位置で現像ローラから離れ、搬送スクリュ部５２に戻る。その後、搬送スクリュ部５６に移動し、トナー補給装置３６に接続されたトナー補給部にて適正なトナー濃度に調整され、現像ローラ５０に再び搬送される。

図３に本実施形態における制御部構成の概略を示す。図中破線で示す画像濃度調整手段としての制御部はCPU60、読み出し専用メモリ(ROM)62、読み出し書き出しメモリ(RAM)64、I/Oボード66からなり、I/Oボード66を介してトナー補給装置３６を駆動するトナー補給駆動モータ４０に制御信号を伝達するように構成されている。
RAM64には、トナー補給装置駆動履歴、画像面積率を記憶するレジスタや、中間転写ベルト近傍に設置した光学センサ３４からの出力値Vsを記憶するVsレジスタ等が設けられている。
ROM62には、トナー濃度制御プログラムが記憶されている。この制御部に画像面積情報が入力されることによりトナー補給量基準値が算出され、トナー濃度制御プログラムによりトナー補給量、もしくはトナー補給装置駆動時間を補正した後、現像装置にトナーが補給される。
トナー補給量は、図１５に示すように、画像面積から一義的に決まる値である。図１５において、［cm2］は［cm²］を意味する。

次に本実施形態における現像γ算出フローについて説明する。
図４に画像濃度調整用パターンの概略を示す。画像濃度調整用パターンは、各色直列に作像し、一つの光学センサ３４で検知する。本実施形態においては、非画像領域（転写紙間）の作像ピッチに内に収めるように作像し、各色5階調とした。同一のセンサを用いることにより、センサの個体ばらつきによる検知誤差の影響を排除することができるため、色ごとに濃度ばらつきの影響を受けにくくなる。そのため、ハーフトーン部の色味変動に対して非常に有利となる。
また、ベタ部画像濃度とハーフトーン部濃度との整合性を保つことができる。

以下、本実施形態の画像濃度調整方法について、図５のフローチャートに沿って具体的に説明する。
S-1：［光学センサの校正の実行］
ここでは、中間転写ベルト地肌部からの正反射光を、受光素子が４.0±0.5[V]の範囲に収まるように、LED電流を調整する。
S-2：［画像濃度調整用パターンの作成］
ここで作成する画像濃度調整パターンは図４に示したものである。このパターンは書き込み部（露光装置）の電位を固定して、現像バイアスと帯電バイアスを変化させ、現像ポテンシャルの低い側から順次作像する。他の方法としては、現像バイアスを固定として、書き込みのDuty、もしくはパワーを変更することにより露光量を変化させ、階調を発生させるような手法を用いてもよい。但し、この方式の場合、露光部電位を測定する電位センサを搭載した方がより正確に画像濃度調整用パターンのポテンシャルを設定できる。

S-3：［階調パターンからの反射光の検知］
ここでは、基準トナーパターンにLED光を照射し、その反射光をフォトトランジスタ（ＰＴｒ）により検知する。本実施形態において、Ｋパターンは正反射光のみ検知し、カラーパターン（Ｙ、Ｍ、Ｃ）は、正反射光と拡散反射光の両方を検知する。
S-4：［センサ検出値のトナー付着量への変換］
S-3で作成した基準パターンからの反射光をトナー付着量に変換する。変換アルゴリズムとしては、特許文献３に開示の方法を用いた。詳細説明は割愛する。
S-５：［現像能力の算出］
画像濃度調整パターン作像時の現像ポテンシャルに対して、上記S-4で算出した付着量データをプロットしたものが図６である。これらの点を最小二乗法により直線近似し得られた関係式の傾きが現像γである。この関係式とX軸との交点を、V現像開始電圧：Vkと呼ぶ。
本実施形態においては、直線近似としたが、2次近似を採用してもよい。但し、2次近似を採用した場合の現像γは、目標付着量を得る点における上記関係式の微分値とする。

S-6：［作像バイアスの算出］
図６に示すように、S-5で得られた関係式から現像ポテンシャル[-V]を算出する。算出手順は以下のようになる。
（１）現像γの関係式を取得（Ｓ−５で得られた近似式）
（２）最大付着量目標値を取得
（３）狙いの付着量が得られる現像ポテンシャルを算出

次に、現像ポテンシャルを現像バイアスに変換する方法について説明する。本実施形態においては、露光部電位を固定値とし以下の式を用いて算出した。感光体表面電位計があるシステムでは、露光部電位をその都度を測定するのが望ましい。
現像バイアス[-V]=現像ポテンシャル+50[-V] ・・・・式（１）
ここで、露光部電位:５０[-V]とする。
帯電バイアス[-V]=現像バイアス[-V]+200[-V] ・・・・式（２）
ここで、地肌ポテンシャル：200[-V]とする。
地肌ポテンシャルは、地肌汚れ防止のため、現像バイアスとオフセットして設定する電位差である。
S-７：［作像バイアスの設定］
S-6で算出した現像バイアス、帯電バイアスを設定する。

以下、本実施形態の現像剤特性値測定方法と補正方法について、具体的に説明する。
図７に出力画像面積率移動平均による現像γの差異を示す。
この図は、標準線速モード（1４４mm/sec）において、印刷中のトナー濃度を一定に合わせるようにトナー補給を実施し、連続１００枚出力した際の現像γを示している。図からわかるように、同じトナー濃度でも、一定期間内のトナー入換え量が多い（画像面積率が高い）ほど、現像γが高くなる傾向がある。
これは、トナー濃度を一定に制御しても、トナー帯電量が変化するため、画像濃度を一定に維持することができないことを示唆している。上記現像γの変化は、トナー帯電量変化の他に、トナーとキャリアの物理的付着力や静電的付着力の変化も影響していると考えられる。
つまり、これら一定期間内のトナー入換え量の違いによる現像能力の変化を加味した画像濃度補正が必要ということである。

上記の現像能力変化という課題に対し、本発明者らは、鋭意研究を進め、印刷中の画像濃度を安定化させるためには、トナー帯電量変化を予測し、作像条件を変化させるよう制御することが効果的であるという結論に至った。
トナー濃度センサを搭載している場合には、トナー濃度制御基準値を変化させることにより、トナー濃度を狙いの方向に誘導することができるが、トナー濃度センサを搭載していない本実施形態のような構成においては、トナー消費/補給履歴であるトナー入換え量を元に作像条件、より具体的には現像ポテンシャルを補正する必要がある。
一定期間内のトナー入換え量としては、画像面積率[%]の移動平均を用いるのが最も簡単である。一定期間内のトナー入換え量として画像面積率[%]の移動平均を用いる場合には、[％/page]という単位となり、これに従い補正を行う。

転写紙：A4で100%ベタ画像（画像面積率が100％）を１０枚出力するとき、過去１０枚の移動平均は、１００[%/page]となる。A4ベタ出力の一枚あたりのトナー消費量は、約300[mg]であるため、過去１０枚における平均トナー消費量は、300[mg/page]となる。
通常は、消費量と等量のトナーを補給する必要があるため、過去１０枚の入換え量の平均値も同様に、300[mg/page]となる。
同様に、転写紙：A4で５０%ベタ画像（画像面積率が５０％）を５枚出力後、１００％ベタ画像を出力するとき、過去１０枚の移動平均は、７５[%/page]となる。
A4ベタ出力の一枚あたりのトナー消費量は、約225[mg]であるため、過去１０枚における平均トナー消費量は、225[mg/page]となる。通常は、消費量と等量のトナーを補給する必要があるため、過去１０枚の入換え量の平均値も同様に、225[mg/page]となる。

上記のように画像面積率の移動平均を取得することにより、トナー入換え量を知ることができる。
但し、画像面積率[%]は、現像装置の走行距離情報を含まないため、ある一定期間内のトナー入換え量に換算するためには、例えば基準の転写紙をA4横通紙に設定し、全ての転写紙をこのサイズに換算して画像面積率[%]にするなどの、工夫が必要である（例えば、A3サイズは、A4横を2枚とカウントする等）。
また、画像面積[cm²]をトナー入換え量に換算するためには、現像ローラが特定の期間走行する間に作像した画像面積[cm²]を累積するなどの方法を採用してもよい。この場合、トナー入換え量の単位は、ｃｍ²/mmとなる。

次に図８に、横軸を画像面積率（％）、縦軸を現像γ（mg/cm²/kV）としたグラフを示す。実験方法は、上記と同様に、標準線速モード（1４４mm/sec）において、トナー濃度を一定に保ったまま、画像面積率ごとに１００枚連続印刷を行うというものである。
この図からわかるように、画像面積率が基準値：５％を超えると、現像γは高くなる傾向があることを示している。このことから画像面積率が５％よりも高い場合、現像ポテンシャルを低く設定し、画像濃度が低くなるよう誘導する必要がある。
逆に画像面積率が５％未満の場合、現像γは低くなる傾向がある。そのため、現像ポテンシャルを高く設定し、画像濃度が高くなるよう誘導する必要がある。

この補正の制御フローを図９に基づいて説明する。本補正は印刷ごとの画像面積取得後に実施する。先ずSTEP10において、出力画像の画像面積を取得する。この値を元に、STEP20において、現像ポテンシャルを取得する。この現像ポテンシャルは、図５のフロー中のS-6において、求まる値である。
次にSTEP30において、画像面積率移動平均を算出する。この画像面積率移動平均[%]を算出するため、画像面積率[％]を印刷一枚毎に算出する。本補正を実行する際、画像面積率移動平均[％]はある時点から、例えば、電位制御を行った時点をゼロとして、その時点から全平均する等の全平均でもよいが、移動平均が最も好ましい。
そうすることにより、現時点での現像剤特性を知るのに適した過去数枚〜数十枚のトナー入換え履歴を知ることができる。
この移動平均は、過去数枚毎の画像面積率情報をメモリに保存しておき、所定枚数ごとに平均化することとしてもよいが、本実施形態では、簡単のため下記の式（３）に従って算出することとした。
このような算出式を用いることにより、過去数枚から数十枚の画像面積率をNV−RAMに保存する必要がなくなるため、非常に有効である。
M(i)=(M(i-1)×(N-1)+X(i))/N・・・・・・式（3）
ここで、M(i)は画像面積率移動平均の現在値、M(i-1)は画像面積率移動平均の前回値、Nは累積枚数である。

本実施形態において、設定値は１０枚である。また、X(i)は、今回の画像面積率[%]である。なお、M(i)、X(i)は色ごとに個別に算出する。
本実施形態のように、前回までの画像面積率の移動平均を用いて、移動平均現在値を求めることによりNV−RAMの使用領域を大幅に減少させることができる。
また、累積枚数を変更することにより、制御のレスポンスを変更することが可能であり。たとえば環境変動や経時において値を変更するとより効果的に制御することができる。
次にSTEP４0において、本補正を実行するかどうかの判定をする。このステップの判定条件であるが、前回の画像濃度調整が成功したか否かである。
STEP40で本補正を実行すると判断した場合、STEP５0において、予めメモリに記憶されたLUT（参照テーブル）を参照し、現像ポテンシャル補正係数を取得する。ここで表１にLUTの一例を示す。

今回のLUT例では、１０％未満の場合、補正のステップを画像面積率が１％毎に設定し、画像面積率が10％以上の場合、補正のステップを１０％ごとに設定している。この補正のステップは現像剤、現像装置の特性に応じて、任意に変更が可能である。すなわち、さらに細かいテーブルとしても良い。
次にSTEP６0において、STEP５0で取得した現像ポテンシャル補正係数:βを用い、式（４）により現像ポテンシャル[-V]を補正する。
補正後現像ポテンシャルVpot’[-V]＝現像ポテンシャル[-V]×β
・・・・式（４）
色ごとの最大補正量の調整は、例えば以下のような式（５）を用いて補正する。
補正後現像ポテンシャルVpot[-V]＝現像ポテンシャル[-V]×β×色補正係数・・・・式（５）
式５であるが、環境や経時を考慮する場合には、さらに環境補正係数や経時補正係数を乗ずるようにすると、より精度を高くすることができる。今回はLUTを用いた制御を提示したが、近似式を用いて、算出しても良い。

次にSTEP７0おいて、現像バイアス：Vbを次式に従い算出する。
現像バイアス：Vb[-V]＝Vpot’＋50[-V]・・・・・・・・式（６）
ここで、露光部電位:50[-V]とする。
STEP７0で現像バイアスを算出した後、STEP80において、現像バイアスの上下限処理を行う。補正後の現像バイアスが、予め設定した上限値を超える場合、現像バイアスを上限値とする。
次にSTEP80において、上下限処理後のVbを不揮発メモリに保存する。
STEP40において、補正を実行しないと判断した場合は、本補正を実行せず終了する。以上が基本となる現像ポテンシャル補正制御である。

次に本実施形態における、現像ポテンシャルの変更タイミングについて説明する。
図１０に示すように、作像条件の変更は、非画像領域（非作像領域）、すなわち転写紙間で実施するのが望ましい。なぜならば、画像領域で実施した場合、同一転写紙内で色味変動を引き起こす可能性があるためである。
また非画像領域で補正する場合にも、作像バイアスの変更ステップを小さくして、数段階に分けて補正すると色味変動もなく、なお良好に補正を行うことができる。

上記のように、作像条件として、現像ポテンシャルを補正することにより、副作用なく、印刷中の画像濃度を安定的に制御することが可能となる。
現像バイアスを変更することにより、現像ポテンシャルを補正する場合には、作像システム制約を受けることなく、比較的簡便に、印刷中の画像濃度を安定的に制御することが可能となる。また、画像濃度に対するレスポンスが高いため、短時間で調整を行うことが可能である。
画像面積、または画像面積率の移動平均を取り入れることにより、現像剤の履歴を考慮した制御が可能となる。このようなパラメータを採用することにより、過去の履歴から現像剤の混合状態をある程度予測できるようになるため、より安定的な方向に画像濃度を導くことができる。
現像能力が高くなると予測される場合に、画像濃度を低下させる方向に誘導すれば、印刷中の画像濃度を安定的に維持することができる。
現像能力が低くなると予測される場合に、画像濃度を上昇させる方向に誘導すれば、印刷中の画像濃度を安定的に維持することができる。
また、非画像領域で現像ポテンシャルを段階的に変更することにより、連続する転写紙間の色味変動を抑制することができる。
本実施形態によれば、トナー濃度センサを有しない画像形成装置においても、印刷中における画像濃度を安定的に維持することが可能となる。

図１１及び図１２に基づいて第２の実施形態を説明する。なお上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
第１の実施形態においては、画像面積率移動平均を一定期間内のトナー入換え量としたが、一定期間のトナー補給駆動モータ回転時間累積値からも、同様の情報を得ることができる。
この値は、トナー消費量を算出するため既に取得しているので、新たに画像面積率等を計算する必要がなくなるため、ソフト負荷低減にもつながる。
図１１に画像出力とトナー補給との関係を示す。過去数枚から数十枚におけるトナー補給時間を記憶しておくことにより、次式を用いて、補給時間移動平均[msec/page]を把握することができる。
補給時間移動平均＝累積補給時間/印刷枚数[msec/page]・・・・式（７）

上記補給時間移動平均を用いて、トナー補給駆動時間補正を行う。
次にこの補正の制御フローを図１２に示す。基本的には、図９で示したフローと同等であるが、STEP30において、トナー補給駆動時間移動平均を取得し、STEP50において、LUTを参照し、Vpot補正係数を取得するというものである。LUTは、例えば、表２のように作成するとよい。

トナー補給駆動モータの回転時間の移動平均を取り入れることにより、現像剤の履歴を考慮した制御が可能となる。このようなパラメータを採用することにより、過去の履歴から現像剤の混合状態をある程度予測できるようになるため、より安定的な方向に画像濃度を導くことができる。トナー消費量等の算出にも用いているパラメータのため、ソフト設計区負荷を低減することができる。
現像能力が高くなると予測される場合に、画像濃度を低下させる方向に誘導すれば、印刷中の画像濃度を安定的に維持することができる。
現像能力が低くなると予測される場合に、画像濃度を上昇させる方向に誘導すれば、印刷中の画像濃度を安定的に維持することができる。
図１３に基づいて第３の実施形態を説明する。
上記各実施形態では、現像バイアスを補正することにより現像ポテンシャルを補正したが、本実施形態においては、LDパワー、もしくはLDデューティを変更することにより、露光電位を変更するものである。
本制御のフローを図１３に示す。ここでは、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。
先ず、STEP35において、現像バイアス：Vｂを取得する。このVｂは、図５のフロー中のS-6において求まる値である。STEP40からSTEP60は、第１の実施形態と同様である。
次に、STEP70において、次式を用いて、目標Vl[-V]を算出する。
目標露光部電位：Vl[-V]＝Vb[-V]−Vpot’[-V]・・・・・・・式（８）
ここで、VbはSTEP３５で取得した値である。

次に、STEP80において、LDパワーを変更する。露光部電位の絶対値を小さくする場合、LDパワーを増加させる。逆に、絶対値を大きくする場合には、LDパワーを減少させる。Dutｙの場合も、同様に絶対値を小さくする場合には、Dutyを増加させる。絶対値を大きくする場合には、Dutyを減少させる。STEP90において、感光体表面電位計でVlを測定し、Vlが目標値となったことを確認する。
STEP100で、Vlの上下限処理をし、STEP110でVlを保存する。感光体表面電位計を有しないシステムにおいては、感光体電位：VcとVdパワーとの関係から、Vlをテーブル化して求めてもよい。
トナー入換え量情報を取得し、その結果に基づきLDパワー、またはDutyを補正し、電位センサで露光部電位を測定することにより、さらに正確に補正を行うことが可能である。

次に本発明に係る実施形態の制御の性能を総合的に評価するために、ショートランニング試験を実施し、従来のトナー補給制御と本発明に係る実施形態の制御とを比較した。結果を図1４に示す。
試験条件であるが、標準線速モード（144mm/s）で、画像面積率を変化させ、100枚連続で通紙したものである。通紙パターンは以下の表３に示す通りである。

比較例は、画像面積率が増加するに従い、画像濃度が上昇した。一方、本実施例（本発明に係る実施形態）の制御は、画像面積率が増加しても画像濃度をほぼ一定に制御することができた。

１６ 像担持体としての感光体ドラム
２０ 現像装置
３４ パターン検知手段としての光学センサ
３６ トナー補給装置
５０ 現像剤担持体としての現像ローラ

特開2000-181155号公報 特開平2-34877号公報 特開2006-139180号公報

Claims (13)

1. 像担持体に対向して配置された現像剤担持体が、トナーとトナーを保持する磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を担持し、前記像担持体との間に形成される現像領域で前記像担持体表面上に形成される静電潜像をトナーで現像する現像装置と、
   作像条件を変更することにより画像濃度を調整する画像濃度調整手段と、
   前記現像装置にトナーを補給するトナー補給装置と、
   を有し、かつ、前記現像装置は現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検出手段を備えていない画像形成装置において、
   印刷中における画像濃度を一定に保つべく、画像出力情報、または前記トナー補給装置の動作情報に応じて、前記作像条件を変更することを特徴とする画像濃度制御方法。
2. 請求項１に記載の画像濃度制御方法において、
   前記作像条件として、現像ポテンシャルを補正することを特徴とする画像濃度制御方法。
3. 請求項２に記載の画像濃度制御方法において、
   現像バイアスを変更することにより、現像ポテンシャルを補正することを特徴とする画像濃度制御方法。
4. 請求項２に記載の画像濃度制御方法において、
   書き込み条件である、ＬＤパワー、もしくはＬＤ発光デューティを変更することにより、現像ポテンシャルを補正することを特徴とする画像濃度制御方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像濃度制御方法において、
   画像出力情報が、一定区間内の画像面積、または画像面積率の移動平均であることを特徴とする画像濃度制御方法。
6. 請求項５に記載の画像濃度制御方法において、
   前記一定区間内の画像面積、もしくは画像面積率が基準値よりも高い場合、現像ポテンシャルが小さくなるように現像ポテンシャルを補正することを特徴とする画像濃度制御方法。
7. 請求項５に記載の画像濃度制御方法において、
   前記一定区間内の画像面積、もしくは画像面積率が基準値よりも低い場合、現像ポテンシャルが大きくなるように現像ポテンシャルを補正することを特徴とする画像濃度制御方法。
8. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像濃度制御方法において、
   画像出力情報が、一定期間内における前記トナー補給装置の駆動時間の平均であることを特徴とする画像濃度制御方法。
9. 請求項８に記載の画像濃度制御方法において、
   前記トナー補給装置の駆動時間が基準値よりも長い場合、現像ポテンシャルが小さくなるように現像ポテンシャルを補正することを特徴とする画像濃度制御方法。
10. 請求項８に記載の画像濃度制御方法において、
    前記トナー補給装置の駆動時間が基準値よりも短い場合、現像ポテンシャルが大きくなるように現像ポテンシャルを補正することを特徴とする画像濃度制御方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の画像濃度制御方法において、
    前記作像条件を非作像領域で変更することを特徴とする画像濃度制御方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の画像濃度制御方法において、
    前記作像条件を数ステップに分割して変更することを特徴とする画像濃度制御方法。
13. 請求項１〜１２のいずれか１つに記載の画像濃度制御方法を実施してなる画像形成装置。

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