JP5195014B2 - 画像濃度制御装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される画像濃度制御装置に係り、特に、トナーと磁性キャリアとで構成された２成分現像剤を用いた画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。
近年の複写機、レーザプリンタ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。従来から、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる２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、現像スリーブ内に内包される磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像スリーブに静電潜像（以下潜像と記す）を担持する像担持体（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２成分現像方式が広く知られている。
この２成分現像方式は、カラー化が容易であったり、ハイライト側の諧調が比較的リニアに得られる等の理由から現在広く用いられている。この方式において、２成分現像剤は現像スリーブの回転に伴い、感光体に近接する現像領域に搬送される。現像剤が現像領域に搬送されるに従い、現像スリーブ内に内包される磁極の磁力線に沿いながら、現像剤中の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。そして、この磁気ブラシからトナーが電界作用で感光体上の潜像に転移して潜像をトナー像化して現像するようになっている。
このような２成分現像方式は、１成分現像方式と異なり、トナーと磁性キャリアの重量比（トナー濃度）を精度よく制御することが、画像形成の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、ベタ画像部のトナー濃度の低下や、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。
このようなトナー濃度の制御は、現像装置内のトナー濃度を透磁率センサ等の検出手段で検出される出力値（Ｖｔ）を予め設定している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、トナー補給装置から現像装置中にトナー補給を行うことによってなされている。
この２成分現像方式は、カラー化が容易であったり、ハイライト側の諧調が比較的リニアに得られる等の理由から現在広く用いられている。この方式において、２成分現像剤は現像スリーブの回転に伴い、感光体に近接する現像領域に搬送される。現像剤が現像領域に搬送されるに従い、現像スリーブ内に内包される磁極の磁力線に沿いながら、現像剤中の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。そして、この磁気ブラシからトナーが電界作用で感光体上の潜像に転移して潜像をトナー像化して現像するようになっている。
このような２成分現像方式は、１成分現像方式と異なり、トナーと磁性キャリアの重量比（トナー濃度）を精度よく制御することが、画像形成の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、ベタ画像部のトナー濃度の低下や、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。
このようなトナー濃度の制御は、現像装置内のトナー濃度を透磁率センサ等の検出手段で検出される出力値（Ｖｔ）を予め設定している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、トナー補給装置から現像装置中にトナー補給を行うことによってなされている。
また、画像形成装置においては、一般に、常に一定の画像濃度が得られるように画像形成を行うことが重要である。画像濃度は、主として現像装置の現像能力によって決まる。この現像能力とは、現像時に潜像に対してどの程度のトナーを付着させることができるかを示す能力であり、トナー濃度のほか、感光体表面の潜像と現像バイアスが印加される現像スリーブ表面との電位差である現像ポテンシャル等の現像条件や、現像に寄与するトナーの帯電量によっても変化する。この現像能力を示す指標としては、現像ポテンシャルに対するトナー付着量を示す関係式の傾き（現像γ）が広く知られている。このように画像濃度は現像装置の現像能力によって決まることから、上述したように透磁率センサにより一定のトナー濃度に保つトナー濃度制御を行うだけでは、画像濃度を一定にすることはできない。
そして、現像ポテンシャル等の現像条件については比較的容易に一定にすることはできるものの、現像に寄与するトナーの帯電量を一定にすることは困難である。そのため、現像条件を一定にし、かつ、トナー濃度が一定となるようにトナー濃度制御したとしても、現像能力を一定にすることができずに一定の画像濃度が得られないという不具合が発生する。
具体的に説明すると、例えば、画像面積率の低い画像を出力した場合、その現像によって消費されたトナーの量は比較的少ないので、所望のトナー濃度に維持すべく補給されるトナーの量が少ない。そのため、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーの量が多い。現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーは、撹拌作用を長く受けているため、現像装置内のトナーが過度に帯電したものとなりやすい。よって、現像能力が比較的低いものとなる。
そして、現像ポテンシャル等の現像条件については比較的容易に一定にすることはできるものの、現像に寄与するトナーの帯電量を一定にすることは困難である。そのため、現像条件を一定にし、かつ、トナー濃度が一定となるようにトナー濃度制御したとしても、現像能力を一定にすることができずに一定の画像濃度が得られないという不具合が発生する。
具体的に説明すると、例えば、画像面積率の低い画像を出力した場合、その現像によって消費されたトナーの量は比較的少ないので、所望のトナー濃度に維持すべく補給されるトナーの量が少ない。そのため、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーの量が多い。現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーは、撹拌作用を長く受けているため、現像装置内のトナーが過度に帯電したものとなりやすい。よって、現像能力が比較的低いものとなる。
これに対し、画像面積率の高い画像を出力した場合には、十分に帯電されていない補給されたばかりの新しいトナーが多く存在し、現像に寄与するトナーの中における所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが占める割合が多い。その結果、現像能力は比較的高いものとなる。特に、近年は現像装置の小型化の要求に応えるべく現像装置内に保有する現像剤の量をなるべく少なくする傾向にある。そのため、画像面積率の高い画像を出力した後に行われる画像形成時において、所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが現像に寄与する割合がより多くなっている。よって、画像面積率の高い画像を出力した後の画像形成時における現像能力は比較的高くなりやすい。
また、構成によっては、画像面積率の低い画像を出力した場合の方が画像面積率の高い画像を出力した場合に比べて現像能力が高くなる場合もあり得る。例えば、外添剤が付着したトナーを用い、トナーに対するストレスが高い現像装置を用いる場合、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーは、撹拌作用を長く受ける結果、トナー表面に外添剤が埋没したり、トナー表面から外添剤が離脱したりする。このようなトナーが多い場合、現像剤の流動性が悪化したり、トナー自体の帯電能力が低下したりして、現像に寄与するトナーを所望の帯電量まで十分に帯電させることができない。
したがって、画像面積率の低い画像を出力した場合には、現像に寄与するトナーの中における所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが占める割合が多くなるので、現像能力が比較的高いものとなる。これに対し、画像面積率の高い画像を出力した場合には、トナー補給量が多いため、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーの量が少ない。よって、現像剤の流動性が十分に良好で、かつ、帯電能力が十分に高いトナーが多い。したがって、現像に寄与するトナーを所望の帯電量まで十分に帯電させることが可能であるので、現像能力は比較的低いものとなる。
以上のように、画像面積率の低い画像を出力する場合と画像面積率の高い画像を出力する場合とでは、その後のトナー補給により現像装置内に存在する新しいトナーの比率が異なることから、現像能力に違いが生じてくる。よって、現像条件を一定にし、かつ、トナー濃度が一定となるようにトナー濃度制御したとしても、現像能力を一定にすることができずに一定の画像濃度が得られないという不具合が発生する。
また、構成によっては、画像面積率の低い画像を出力した場合の方が画像面積率の高い画像を出力した場合に比べて現像能力が高くなる場合もあり得る。例えば、外添剤が付着したトナーを用い、トナーに対するストレスが高い現像装置を用いる場合、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーは、撹拌作用を長く受ける結果、トナー表面に外添剤が埋没したり、トナー表面から外添剤が離脱したりする。このようなトナーが多い場合、現像剤の流動性が悪化したり、トナー自体の帯電能力が低下したりして、現像に寄与するトナーを所望の帯電量まで十分に帯電させることができない。
したがって、画像面積率の低い画像を出力した場合には、現像に寄与するトナーの中における所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが占める割合が多くなるので、現像能力が比較的高いものとなる。これに対し、画像面積率の高い画像を出力した場合には、トナー補給量が多いため、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーの量が少ない。よって、現像剤の流動性が十分に良好で、かつ、帯電能力が十分に高いトナーが多い。したがって、現像に寄与するトナーを所望の帯電量まで十分に帯電させることが可能であるので、現像能力は比較的低いものとなる。
以上のように、画像面積率の低い画像を出力する場合と画像面積率の高い画像を出力する場合とでは、その後のトナー補給により現像装置内に存在する新しいトナーの比率が異なることから、現像能力に違いが生じてくる。よって、現像条件を一定にし、かつ、トナー濃度が一定となるようにトナー濃度制御したとしても、現像能力を一定にすることができずに一定の画像濃度が得られないという不具合が発生する。
この不具合を抑制し得るものとしては、例えば特許文献１や特許文献２に記載された画像形成装置が挙げられる。この画像形成装置は、現像装置内の２成分現像剤中のトナー濃度を検知して出力するトナー濃度検知手段を有し、そのトナー濃度検知手段の出力値とトナー濃度制御基準値とを比較してその比較結果に基づいてトナー補給装置を制御し、現像装置内の２成分現像剤のトナー濃度が所望のトナー濃度となるように制御する。そして、非画像部に形成した基準トナーパターンの濃度を検知することにより、当該基準トナーパターン形成時における画像濃度を把握し、その検知結果に基づいてトナー濃度制御基準値の補正をする。この方法によれば、その補正後のしばらくの期間は所望の画像濃度で画像形成を行うことが可能である。よって、基準トナーパターンの形成及びその検知結果に応じたトナー濃度制御基準値の補正を定期的に行うことで、一定の画像濃度を得ることが可能である。
しかしながら、これら特許文献１及び２記載のものでは、トナー濃度制御基準値の補正を行うためには、その都度、基準トナーパターンを形成しなければならない。そのため、画像形成に用いないトナーの消費量が増大してしまうという問題が生じる。
本発明者らは、上記問題を解決するために、特許文献３記載の画像形成装置を提案した。詳しく説明すると、特許文献３に記載された画像形成装置は、所定期間内における現像装置内のトナー入換量を把握するための情報、例えば出力された画像の画像面積率の移動平均値を検出する情報検出手段を有している。この情報検出手段の検出結果によって、現像装置内に存在する新しいトナーの比率あるいは古いトナーの比率がどの程度なのかを把握し、現像装置の現像能力を把握する。
そして、情報検出手段の検出結果に基づいて、トナー濃度制御基準値補正手段によってトナー濃度制御基準値の補正を行い、現像装置内のトナー濃度を調整することで、一定の画像濃度を得る。この特許文献３記載の画像形成装置において、トナー濃度制御基準値の補正に用いるトナー入換量の情報は、出力された画像の画像面積率を検出するなどトナーパターンを作らず余計なトナーを消費しないで検出できるので、画像形成に用いないトナーの消費量が増大するのを抑制できる。
特開昭５７−１３６６６７号公報
特開平２−３４８７７号公報
特開２００７−１３３２３５公報
しかしながら、これら特許文献１及び２記載のものでは、トナー濃度制御基準値の補正を行うためには、その都度、基準トナーパターンを形成しなければならない。そのため、画像形成に用いないトナーの消費量が増大してしまうという問題が生じる。
本発明者らは、上記問題を解決するために、特許文献３記載の画像形成装置を提案した。詳しく説明すると、特許文献３に記載された画像形成装置は、所定期間内における現像装置内のトナー入換量を把握するための情報、例えば出力された画像の画像面積率の移動平均値を検出する情報検出手段を有している。この情報検出手段の検出結果によって、現像装置内に存在する新しいトナーの比率あるいは古いトナーの比率がどの程度なのかを把握し、現像装置の現像能力を把握する。
そして、情報検出手段の検出結果に基づいて、トナー濃度制御基準値補正手段によってトナー濃度制御基準値の補正を行い、現像装置内のトナー濃度を調整することで、一定の画像濃度を得る。この特許文献３記載の画像形成装置において、トナー濃度制御基準値の補正に用いるトナー入換量の情報は、出力された画像の画像面積率を検出するなどトナーパターンを作らず余計なトナーを消費しないで検出できるので、画像形成に用いないトナーの消費量が増大するのを抑制できる。
特許文献３記載のものでは、目標出力値（Ｖｔｒｅｆ）を補正するに際してトナーパターンを作らず余計なトナーを消費せずに、トナー濃度が調整されて現像能力が一定に維持され、一定の画像濃度を得ることが可能となる。しかしながら、この方法では、画像出力モードの急激な変化が生じた場合には、追従することができず、画像濃度を安定化させることが困難であるという問題がある。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、画像出力モードの急激な変化が生じた場合であっても適正に且つ安定した画像濃度を維持可能な画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、画像出力モードの急激な変化が生じた場合であっても適正に且つ安定した画像濃度を維持可能な画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、潜像を担持する像担持体と、当該像担持体を所定の電位に帯電させる帯電装置と、所定電位に帯電した当該像担持体表面に潜像を形成する潜像形成装置と、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持する現像剤担持体に現像バイアスを印加しながら当該現像剤担持体上のトナーを前記像担持体上の潜像に転移させて当該潜像を現像する現像装置と、当該現像装置内にトナーを補給する補給装置と、前記現像装置内の前記２成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記現像装置内のトナー濃度を制御するために参照されるトナー濃度制御基準値に応じて前記補給装置からのトナーの補給を制御して前記トナー濃度を制御するトナー濃度制御装置と、を備えた画像濃度制御装置において、前記現像によって得られたトナー像を前記像担持体から転写体に転写する転写装置と、前記転写体上に、付着量が互いに異なるような画像形成条件で形成された複数のトナーパッチからなる階調パターンを形成する階調パターン形成装置と、当該階調パターンからの反射光を検出する光学的検知装置と、当該光学的検知装置によって検出された前記階調パターンの出力から算出されるトナー付着量と、前記帯電装置の帯電電位と前記現像バイアスとから算出される現像ポテンシャルとから現像γを算出する現像γ算出装置と、当該現像γ算出装置により算出された前記現像γと前記現像γの目標値との差分に応じて前記トナー濃度制御基準値を補正する第１のトナー濃度制御基準値補正装置と、前記像担持体上に形成された各色毎のトナー像の、各転写体における面積率の移動平均値である画像面積率平均値及び前記画像面積率平均値の変化率を算出する画像面積率平均値算出装置と、前記画像面積率平均値算出装置により算出される前記画像面積率平均値の変化率が所定範囲内にあるときに、前記画像面積率平均値算出装置により算出される前記画像面積率平均値に応じて前記トナー濃度制御基準値を補正する第２のトナー濃度制御基準値補正装置と、前記画像面積率平均値算出装置により算出される前記画像面積率平均値の変化率が前記所定範囲を逸脱したときに、前記第１のトナー濃度制御基準値補正装置を作動させる強制操作制御装置と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の画像濃度制御装置において、前記トナー像の前記画像面積率平均値は、所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値であることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２記載の画像濃度制御装置において、前記所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値は、
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝
（但し、上式中、「Ｎ」が画像面積率のサンプリング数であり、「Ｍ（ｉ−１）」は、前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回検出した画像面積率）
に基づいて算出されることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像濃度制御装置において、前記強制操作制御装置は、
｜ΔＭｎ｜≧Ｋ
（但し、「｜ΔＭｎ｜」は、所定枚数の前記画像面積率平均値の変化率の絶対値、「Ｋ」は２５％／（所定枚数））
を満足するときに前記第１のトナー濃度制御基準値補正装置を作動させるように制御していることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２記載の画像濃度制御装置において、前記所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値は、
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝
（但し、上式中、「Ｎ」が画像面積率のサンプリング数であり、「Ｍ（ｉ−１）」は、前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回検出した画像面積率）
に基づいて算出されることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像濃度制御装置において、前記強制操作制御装置は、
｜ΔＭｎ｜≧Ｋ
（但し、「｜ΔＭｎ｜」は、所定枚数の前記画像面積率平均値の変化率の絶対値、「Ｋ」は２５％／（所定枚数））
を満足するときに前記第１のトナー濃度制御基準値補正装置を作動させるように制御していることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像濃度制御装置において、前記強制操作制御装置は、前記画像濃度制御装置の受ける湿度変化率が所定範囲を逸脱したときに作動するように制御されていることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項５記載の画像濃度制御装置において、前記湿度変化率は、時間当りの湿度変化率であることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６記載の画像濃度制御装置において、前記現像装置は、前記トナーと磁性キャリアとを攪拌する攪拌装置を備え、当該攪拌装置は、前記第２のトナー濃度制御基準値補正装置によって前記トナー濃度制御基準値を補正したときに、当該トナーと磁性キャリアとを攪拌するように制御されていることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項記載の画像濃度制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置としたものである。
また、請求項６の発明は、請求項５記載の画像濃度制御装置において、前記湿度変化率は、時間当りの湿度変化率であることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６記載の画像濃度制御装置において、前記現像装置は、前記トナーと磁性キャリアとを攪拌する攪拌装置を備え、当該攪拌装置は、前記第２のトナー濃度制御基準値補正装置によって前記トナー濃度制御基準値を補正したときに、当該トナーと磁性キャリアとを攪拌するように制御されていることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項記載の画像濃度制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置としたものである。
本発明によれば、現像によって得られたトナー像を像担持体から転写体に転写する転写装置と、前記転写体上に、付着量が互いに異なるような画像形成条件で形成された複数のトナーパッチからなる階調パターンを形成する階調パターン形成装置と、当該階調パターンからの反射光を検出する光学的検知装置と、当該光学的検知装置によって検出された前記階調パターンの出力から算出されるトナー付着量と、前記帯電装置の帯電電位と前記現像バイアスとから算出される現像ポテンシャルとから現像γを算出する現像γ算出装置と、当該現像γ算出装置から算出された現像γから前記現像ポテンシャルを変動させて前記トナー濃度制御基準値を補正する第１のトナー濃度制御基準値補正装置と、前記像担持体上に形成されるトナー像の画像面積率平均値の変化率を算出する画像面積率平均値変化率算出装置と、当該画像面積率平均値変化率算出装置から算出されるトナー像の画像面積率平均値の変化率に応じて前記トナー濃度制御基準値を補正する第２のトナー濃度制御基準値補正装置と、当該画像面積率平均値変化率算出装置から算出される画像面積率平均値の変化率が所定範囲を逸脱したときに、前記第１のトナー濃度制御基準値補正装置を作動させる強制操作制御装置とを備えたことによって、画像出力モードの急激な変化が生じた場合であっても適正に且つ安定した画像濃度を維持可能な画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。この画像形成装置は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の各色の画像を形成するための４組の作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用の部材であることを示す。）が、中間転写体としての複数のローラ１２に張架された無端状の中間転写ベルト６の表面移動方向（図１中の矢印Ａ方向）における上流側から順に配置されている。この作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋは、それぞれ、像担持体としてのドラム状の感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋを有する感光体ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｂｋと、現像装置２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋとを備えている。また、各作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋの配置は、各感光体ユニット内の感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋの回転軸が平行になるように且つ中間転写ベルト６の表面移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。
図１は、本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。この画像形成装置は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の各色の画像を形成するための４組の作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用の部材であることを示す。）が、中間転写体としての複数のローラ１２に張架された無端状の中間転写ベルト６の表面移動方向（図１中の矢印Ａ方向）における上流側から順に配置されている。この作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋは、それぞれ、像担持体としてのドラム状の感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋを有する感光体ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｂｋと、現像装置２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋとを備えている。また、各作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋの配置は、各感光体ユニット内の感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋの回転軸が平行になるように且つ中間転写ベルト６の表面移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。
各作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋによって形成された感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋ上のトナー像は、１次転写ローラ１３によって中間転写ベルト６上に順次重ね合わされて１次転写される。この重なり合って得られるカラー画像は、中間転写ベルト６の表面移動に伴って２次転写ローラ３との間の２次転写部に搬送される。
また、本画像形成装置においては、上記作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋのほか、その下方に図示しない光書込ユニットが配置されており、さらにその下に図示しない給紙カセットが配置されている。図１中の一点鎖線は、転写紙Ｐの搬送経路を示している。不図示の給紙カセットから給送された転写紙Ｐは、図示しない搬送ガイドによってガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ５が設けられている一時停止位置に送られる。転写紙Ｐは、レジストローラ５により所定のタイミングで２次転写ローラ３に供給される。そして、中間転写ベルト６上に形成されたカラー画像が、転写紙Ｐ上に２次転写され、転写紙Ｐ上にカラー画像が形成される。このカラー画像が形成された転写紙Ｐは、定着ユニット７でトナー像が定着された後、不図示の排紙トレイ上に排出される。
また、本画像形成装置においては、上記作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋのほか、その下方に図示しない光書込ユニットが配置されており、さらにその下に図示しない給紙カセットが配置されている。図１中の一点鎖線は、転写紙Ｐの搬送経路を示している。不図示の給紙カセットから給送された転写紙Ｐは、図示しない搬送ガイドによってガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ５が設けられている一時停止位置に送られる。転写紙Ｐは、レジストローラ５により所定のタイミングで２次転写ローラ３に供給される。そして、中間転写ベルト６上に形成されたカラー画像が、転写紙Ｐ上に２次転写され、転写紙Ｐ上にカラー画像が形成される。このカラー画像が形成された転写紙Ｐは、定着ユニット７でトナー像が定着された後、不図示の排紙トレイ上に排出される。
図２は、図１の上記作像手段１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋのうち、イエローの作像手段１Ｙの概略構成を示す拡大断面図である。他の作像手段１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋについてもそれぞれ同じ構成となっているので、それらの説明は省略する。図２において、作像手段１Ｙは、上述したように、感光体ユニット１０Ｙ及び現像装置２０Ｙを備えている。感光体ユニット１０Ｙは、感光体１１Ｙのほか、その感光体表面をクリーニングするクリーニングブレード１３Ｙ、その感光体表面を一様帯電する帯電ローラ１５Ｙ等を備えている。
また、感光体表面に潤滑剤を塗布するとともに、感光体表面を除電する機能を有する潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１４Ｙも備えている。この潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１４Ｙは、ブラシ部が導電性繊維で構成され、その芯金部には除電バイアスを印加するための図示しない除電用電源が接続されている。
上記構成の感光体ユニット１０Ｙにおいて、感光体１１Ｙの表面は、電圧が印加された帯電ローラ１５Ｙにより一様帯電される。この感光体１１Ｙの表面に図示しない光書込ユニットで画像情報に応じて変調及び偏向されたレーザ光ＬY（図１参照）が走査されながら照射されると、感光体１１Ｙの表面に静電潜像が形成される。この感光体１１Ｙ上の静電潜像は、後述の現像装置２０Ｙで現像されてイエローのトナー像となる。感光体１１Ｙと中間転写ベルト６とが対向する１次転写部の１次転写ローラ１３（図１参照）では、感光体１１Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。
また、感光体表面に潤滑剤を塗布するとともに、感光体表面を除電する機能を有する潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１４Ｙも備えている。この潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１４Ｙは、ブラシ部が導電性繊維で構成され、その芯金部には除電バイアスを印加するための図示しない除電用電源が接続されている。
上記構成の感光体ユニット１０Ｙにおいて、感光体１１Ｙの表面は、電圧が印加された帯電ローラ１５Ｙにより一様帯電される。この感光体１１Ｙの表面に図示しない光書込ユニットで画像情報に応じて変調及び偏向されたレーザ光ＬY（図１参照）が走査されながら照射されると、感光体１１Ｙの表面に静電潜像が形成される。この感光体１１Ｙ上の静電潜像は、後述の現像装置２０Ｙで現像されてイエローのトナー像となる。感光体１１Ｙと中間転写ベルト６とが対向する１次転写部の１次転写ローラ１３（図１参照）では、感光体１１Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。
トナー像が転写された後の感光体１１Ｙの表面は、感光体クリーニング手段としてのクリーニングブレード１３Ｙでクリーニングされた後、潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙで所定量の潤滑剤が塗布されるとともに除電され、次の静電潜像の形成に備えられる。
上記現像装置２０Ｙは、上記静電潜像を現像するための現像剤として、磁性キャリア及び、例えば、負帯電のトナーを含む２成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）を使用している。また、この現像装置２０Ｙは、現像ケース２０Ｙａの感光体側の開口２０Ｙｂから一部露出するように配設された現像剤担持体としての非磁性材質からなる現像スリーブ２２Ｙや、現像スリーブ２２Ｙの内部に固定配置された磁界発生手段としてマグネットローラ（不図示）、撹拌搬送部材としての撹拌搬送スクリュー２３Ｙ、２４Ｙ、現像ドクタ２５Ｙ、トナー濃度検知手段としての透磁率センサ２６Ｙ、トナー補給装置としての粉体ポンプ２７Ｙ等を備えている。
現像スリーブ２２Ｙには現像電界形成手段としての図示を省略した現像バイアス電源により負の直流電圧ＤＣ（直流成分）に交流電圧ＡＣ（交流成分）が重畳された現像バイアス電圧が印加され、現像スリーブ２２Ｙが感光体１１Ｙの金属基体層に対して所定電圧にバイアスされている。なお、現像バイアス電圧は、負の直流電圧ＤＣ（直流成分）のみを印加するようにしてもよい。
上記現像装置２０Ｙは、上記静電潜像を現像するための現像剤として、磁性キャリア及び、例えば、負帯電のトナーを含む２成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）を使用している。また、この現像装置２０Ｙは、現像ケース２０Ｙａの感光体側の開口２０Ｙｂから一部露出するように配設された現像剤担持体としての非磁性材質からなる現像スリーブ２２Ｙや、現像スリーブ２２Ｙの内部に固定配置された磁界発生手段としてマグネットローラ（不図示）、撹拌搬送部材としての撹拌搬送スクリュー２３Ｙ、２４Ｙ、現像ドクタ２５Ｙ、トナー濃度検知手段としての透磁率センサ２６Ｙ、トナー補給装置としての粉体ポンプ２７Ｙ等を備えている。
現像スリーブ２２Ｙには現像電界形成手段としての図示を省略した現像バイアス電源により負の直流電圧ＤＣ（直流成分）に交流電圧ＡＣ（交流成分）が重畳された現像バイアス電圧が印加され、現像スリーブ２２Ｙが感光体１１Ｙの金属基体層に対して所定電圧にバイアスされている。なお、現像バイアス電圧は、負の直流電圧ＤＣ（直流成分）のみを印加するようにしてもよい。
図２において、現像ケース２０Ｙａ内に収容された現像剤が撹拌搬送スクリュー２３Ｙ、２４Ｙで撹拌搬送されることによりトナーが摩擦帯電される。そして、第１撹拌搬送スクリュー２３Ｙが配置された第１撹拌搬送路内の現像剤の一部が現像スリーブ２２Ｙの表面に担持され、現像ドクタ２５Ｙで層厚が規制された後、感光体１１Ｙと対向する現像領域に搬送される。現像領域では、現像スリーブ２２Ｙ上の現像剤中のトナーが現像電界によって感光体１１Ｙ上の静電潜像に付着し、トナー像となる。
その後、現像領域を通過した現像剤は、現像スリーブ２２Ｙ上の現像剤離れ極位置で現像スリーブ２２Ｙから離れ、第１撹拌搬送路に戻る。第１撹拌搬送路をその下流端まで搬送された現像剤は、第２撹拌搬送スクリュー２４Ｙが配置された第２撹拌搬送路の上流端へ移動し、第２撹拌搬送路内でトナー補給を受ける。その後、第２撹拌搬送路をその下流端まで搬送された現像剤は、第１撹拌搬送路の上流端へ移動する。第２撹拌搬送路の底部を構成する現像ケース２０Ｙａには、透磁率センサ２６Ｙが設置されている。
現像ケース２０Ｙａ内の現像剤のトナー濃度は、画像形成に伴うトナー消費により低下するので、透磁率センサ２６Ｙの出力値Ｖｔに基づいて、必要により図１に示したトナーカートリッジ３０Ｙから粉体ポンプ２７Ｙによりトナーが補給されることで適正な範囲に制御される。
その後、現像領域を通過した現像剤は、現像スリーブ２２Ｙ上の現像剤離れ極位置で現像スリーブ２２Ｙから離れ、第１撹拌搬送路に戻る。第１撹拌搬送路をその下流端まで搬送された現像剤は、第２撹拌搬送スクリュー２４Ｙが配置された第２撹拌搬送路の上流端へ移動し、第２撹拌搬送路内でトナー補給を受ける。その後、第２撹拌搬送路をその下流端まで搬送された現像剤は、第１撹拌搬送路の上流端へ移動する。第２撹拌搬送路の底部を構成する現像ケース２０Ｙａには、透磁率センサ２６Ｙが設置されている。
現像ケース２０Ｙａ内の現像剤のトナー濃度は、画像形成に伴うトナー消費により低下するので、透磁率センサ２６Ｙの出力値Ｖｔに基づいて、必要により図１に示したトナーカートリッジ３０Ｙから粉体ポンプ２７Ｙによりトナーが補給されることで適正な範囲に制御される。
トナー補給制御は、出力値Ｖｔとトナー濃度制御基準値である目標出力値Ｖｔｒｅｆとの差分値Ｔｎ（＝Ｖｔｒｅｆ−Ｖｔ）に基づいて、差分値Ｔｎが＋（プラス）の場合はトナー濃度が十分高いと判断してトナーを補給せず、差分値Ｔｎが−（マイナス）の場合は差分値Ｔｎの絶対値が大きいほどトナー補給量を多くするようにして、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔｒｅｆの値に近づくようにして行う。
この目標出力値Ｖｔｒｅｆの値は、安定した画像濃度を得るために、画像形成条件に応じて補正する必要があり、後述するように、本発明においては、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置及び後述する画像面積率平均値変化率に基づく第２の目標出力値補正装置によって補正するようにしている。
また、４つの感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋのうち、最下流側にあるブラック用の感光体１１Ｂｋのみ中間転写ベルト６に常に接触している転写ニップ常接状態であり、残りの感光体１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｙは中間転写ベルトに対して接離可能となっている。転写紙上にカラー画像を形成する場合、４つの感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋは、それぞれ中間転写ベルト６に当接する。一方、転写紙上にブラックの単色画像を形成する場合、各カラー用の感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍを中間転写ベルト６から離間させ、ブラックトナーによるトナー像が形成されるブラック用の感光体１１Ｂｋのみを中間転写ベルト６に当接させるようにする。
この目標出力値Ｖｔｒｅｆの値は、安定した画像濃度を得るために、画像形成条件に応じて補正する必要があり、後述するように、本発明においては、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置及び後述する画像面積率平均値変化率に基づく第２の目標出力値補正装置によって補正するようにしている。
また、４つの感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋのうち、最下流側にあるブラック用の感光体１１Ｂｋのみ中間転写ベルト６に常に接触している転写ニップ常接状態であり、残りの感光体１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｙは中間転写ベルトに対して接離可能となっている。転写紙上にカラー画像を形成する場合、４つの感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋは、それぞれ中間転写ベルト６に当接する。一方、転写紙上にブラックの単色画像を形成する場合、各カラー用の感光体１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍを中間転写ベルト６から離間させ、ブラックトナーによるトナー像が形成されるブラック用の感光体１１Ｂｋのみを中間転写ベルト６に当接させるようにする。
次に、トナー濃度制御を行う制御手段としての制御部について説明する。図３は、トナー濃度制御を行う本発明による一実施形態の制御部の構成を示す説明図である。この制御部１００は、各現像装置毎に設けられているが、その基本的構成はいずれも同様であるので、以下色分け符号（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ）を省略して説明する。なお、各現像装置の制御部１００の一部（ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３等）は各現像装置間で共用されている。
本実施形態の制御部１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、Ｉ／Ｏユニット１０４等から構成されている。Ｉ／Ｏユニット１０４には、上記透磁率センサ２６及び上記反射濃度センサ６２がそれぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。制御部１００は、ＣＰＵ１０１が所定のトナー濃度制御プログラムを実行することにより、Ｉ／Ｏユニット１０４を介して粉体ポンプ２７を駆動するトナー補給駆動モータ３１に制御信号を伝達し、トナー補給動作を制御する。
また、所定の目標出力値補正プログラムを実行することにより、１回の画像形成ごとに目標出力値Ｖｔｒｅｆを補正し、一定の画像濃度が得られるようにする。ＲＯＭ１０２には、ＣＰＵが実行するトナー濃度制御プログラム及び画像濃度制御パラメータ補正プログラムなどが記憶されている。ＲＡＭ（ＮＶ−ＲＡＭ）１０３には、Ｉ／Ｏユニット１０４を介して取得した透磁率センサ２６の出力値Ｖｔを一時保存するＶｔレジスタ、現像装置２０内の現像剤のトナー濃度が目標トナー濃度であるときに透磁率センサ２６が出力すべき目標出力値（トナー濃度制御基準値）Ｖｔｒｅｆを記憶するＶｔｒｅｆレジスタ、反射濃度センサ６２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。
なお、本実施形態において制御部１００は、後述する電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置及び後述する画像面積率平均値変化率に基づく第２の目標出力値補正装置としても機能するものであるが、本発明を把握しやすいように、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置及び後述する画像面積率平均値変化率に基づく第２の目標出力値補正装置という表現をそのまま用いる。
本実施形態の制御部１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、Ｉ／Ｏユニット１０４等から構成されている。Ｉ／Ｏユニット１０４には、上記透磁率センサ２６及び上記反射濃度センサ６２がそれぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。制御部１００は、ＣＰＵ１０１が所定のトナー濃度制御プログラムを実行することにより、Ｉ／Ｏユニット１０４を介して粉体ポンプ２７を駆動するトナー補給駆動モータ３１に制御信号を伝達し、トナー補給動作を制御する。
また、所定の目標出力値補正プログラムを実行することにより、１回の画像形成ごとに目標出力値Ｖｔｒｅｆを補正し、一定の画像濃度が得られるようにする。ＲＯＭ１０２には、ＣＰＵが実行するトナー濃度制御プログラム及び画像濃度制御パラメータ補正プログラムなどが記憶されている。ＲＡＭ（ＮＶ−ＲＡＭ）１０３には、Ｉ／Ｏユニット１０４を介して取得した透磁率センサ２６の出力値Ｖｔを一時保存するＶｔレジスタ、現像装置２０内の現像剤のトナー濃度が目標トナー濃度であるときに透磁率センサ２６が出力すべき目標出力値（トナー濃度制御基準値）Ｖｔｒｅｆを記憶するＶｔｒｅｆレジスタ、反射濃度センサ６２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。
なお、本実施形態において制御部１００は、後述する電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置及び後述する画像面積率平均値変化率に基づく第２の目標出力値補正装置としても機能するものであるが、本発明を把握しやすいように、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置及び後述する画像面積率平均値変化率に基づく第２の目標出力値補正装置という表現をそのまま用いる。
図４は、透磁率センサ２６の出力値を縦軸にとり、検知対象の現像剤のトナー濃度を横軸にとった透磁率センサ２６の特性を示すグラフ図である。図４に示すように、実用的なトナー濃度の範囲では、透磁率センサ２６の出力値と現像剤のトナー濃度との関係は直線近似することができる。そして、現像剤中のトナー濃度が高いほど、透磁率センサ２６の出力値が小さくなる特性を示す。この特性を利用して、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔｒｅｆより大きい場合に粉体ポンプ２７を駆動してトナー補給を行う。逆に、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔｒｅｆより小さい場合には、粉体ポンプ２７を停止させトナー補給を行わない。本実施形態では、１回の画像形成ごとに透磁率センサ２６の出力値Ｖｔに基づいてトナー補給制御を行う。
（第１実施形態）
次に、本発明の特徴部分である目標出力値補正処理に係る第１実施形態に係る制御の全体概要について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る制御の関係を示す図で（ａ）は、本実施形態に係る制御方法による現像γの時間的変動を示すグラフ図、（ｂ）は、後述する画像面積率累積移動平均値に基づく第２の目標出力値補正装置による目標出力値Ｖｔｒｅｆの補正量（ΔＶｔｒｅｆ）の時間的変動を示すグラフ図、（ｃ）は、画像面積率累積移動平均値の時間的変動を示すグラフ図である。
本実施形態においては、図５（ｃ）で示す画像面積率累積移動平均値の時間に対する変化曲線の傾き（当該変化曲線の微分値）が後述する所定の閾値Ｋの範囲を逸脱する場合に、閾値を逸脱した時点Ｘ１〜Ｘ３での当該変化曲線の微分値（当該曲線の傾斜）に応じて矢印Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３で示すように、強制的に、電位制御を行って、図５（ａ）で示すように、現像γを狙いの現像γ（Ｙ値）に近づくように、目標出力値Ｖｔｒｅｆの値を補正するようにしている。そして、さらに、画像面積率累積移動平均値が所定の閾値Ｋ内にある場合には、図５（ｂ）で示すように、第２の目標出力値補正装置で１枚毎に目標出力値の補正量（ΔＶｔｒｅｆ）を算出して目標出力値（Ｖｔｒｅｆ）を補正するようにして、電位制御によるトナーの消耗を抑制すると共に、目標出力値を精度良く補正可能としたものである。
次に、本発明の特徴部分である目標出力値補正処理に係る第１実施形態に係る制御の全体概要について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る制御の関係を示す図で（ａ）は、本実施形態に係る制御方法による現像γの時間的変動を示すグラフ図、（ｂ）は、後述する画像面積率累積移動平均値に基づく第２の目標出力値補正装置による目標出力値Ｖｔｒｅｆの補正量（ΔＶｔｒｅｆ）の時間的変動を示すグラフ図、（ｃ）は、画像面積率累積移動平均値の時間的変動を示すグラフ図である。
本実施形態においては、図５（ｃ）で示す画像面積率累積移動平均値の時間に対する変化曲線の傾き（当該変化曲線の微分値）が後述する所定の閾値Ｋの範囲を逸脱する場合に、閾値を逸脱した時点Ｘ１〜Ｘ３での当該変化曲線の微分値（当該曲線の傾斜）に応じて矢印Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３で示すように、強制的に、電位制御を行って、図５（ａ）で示すように、現像γを狙いの現像γ（Ｙ値）に近づくように、目標出力値Ｖｔｒｅｆの値を補正するようにしている。そして、さらに、画像面積率累積移動平均値が所定の閾値Ｋ内にある場合には、図５（ｂ）で示すように、第２の目標出力値補正装置で１枚毎に目標出力値の補正量（ΔＶｔｒｅｆ）を算出して目標出力値（Ｖｔｒｅｆ）を補正するようにして、電位制御によるトナーの消耗を抑制すると共に、目標出力値を精度良く補正可能としたものである。
図３で示す制御部１００が、後述する現像γ算出装置、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置、後述する画像面積率平均値変化率算出装置、後述する画像面積率平均値の変化率に基づく第２の目標出力値補正装置及び強制操作制御装置としても機能するものである。そのため、本発明を把握しやすいように、制御部１００としての説明ではなく、現像γ算出装置、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置、画像面積率平均値変化率算出装置、画像面積率平均値の変化率に基づく第２の目標出力値補正装置及び強制操作制御装置という表現をそのまま用いて説明する。
本実施形態に係る電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置は、後述するように、第２の目標出力値補正装置において、目標出力値の補正量を算出する際に得られる画像面積率平均値変化率の変化が所定の閾値を逸脱する際に、強制操作制御装置が作動して電位制御によって強制的に、目標出力値を補正するようにしている。
本実施形態に係る電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置は、後述するように、第２の目標出力値補正装置において、目標出力値の補正量を算出する際に得られる画像面積率平均値変化率の変化が所定の閾値を逸脱する際に、強制操作制御装置が作動して電位制御によって強制的に、目標出力値を補正するようにしている。
先ず、この電位制御による目標出力値の補正について説明する。
第一ステップとして現像γ（現像能力）を測定するために、現像ポテンシャルを変化させ、それぞれの感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ上に、１０階調の濃度測定用トナーパッチからなる階調パターンを作成する。この階調パターンは書き込み部の電位を固定して、現像バイアスと帯電バイアスを変化させて作像される。地肌部ポテンシャルは帯電バイアスと現像バイアスの差分で１００Ｖに固定するように作像する。なお、トナーパッチであるが、現像ポテンシャルの低い側から順次作像する。
次に、各ステーションの感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ上に現像されたトナーパッチからなる階調パターンを中間転写ベルト６上に転写する。（本実施形態においては、濃度測定用パッチを、それぞれの感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ上に１０個作成したが、より少ないパッチでも現像γの測定は可能である。望ましくは濃度を変えて３種類以上である。）中間転写ベルト６上に、各色並列に転写された濃度測定用パッチは、中間転写ベルト６の回転方向下流に設置してあるフォトセンサからなる反射濃度センサ６２により、順次各パッチのトナー濃度に対応する出力が測定される。
その後、この出力をトナー付着量（ｍｇ／ｃｍ2）に換算し、この付着量（ｍｇ／ｃｍ2）と現像ポテンシャル（−ＫＶ）の関係式を得る。上記関係式の傾きが現像能力を示す現像γである。また上記関係式から、目標のトナー付着量を得るための現像バイアス値を算出することができる。同時に所定の現像γ目標値と測定により得た現像γとズレに応じてトナー濃度制御基準値（Ｖｔｒｅｆ）を補正する。
第一ステップとして現像γ（現像能力）を測定するために、現像ポテンシャルを変化させ、それぞれの感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ上に、１０階調の濃度測定用トナーパッチからなる階調パターンを作成する。この階調パターンは書き込み部の電位を固定して、現像バイアスと帯電バイアスを変化させて作像される。地肌部ポテンシャルは帯電バイアスと現像バイアスの差分で１００Ｖに固定するように作像する。なお、トナーパッチであるが、現像ポテンシャルの低い側から順次作像する。
次に、各ステーションの感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ上に現像されたトナーパッチからなる階調パターンを中間転写ベルト６上に転写する。（本実施形態においては、濃度測定用パッチを、それぞれの感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ上に１０個作成したが、より少ないパッチでも現像γの測定は可能である。望ましくは濃度を変えて３種類以上である。）中間転写ベルト６上に、各色並列に転写された濃度測定用パッチは、中間転写ベルト６の回転方向下流に設置してあるフォトセンサからなる反射濃度センサ６２により、順次各パッチのトナー濃度に対応する出力が測定される。
その後、この出力をトナー付着量（ｍｇ／ｃｍ2）に換算し、この付着量（ｍｇ／ｃｍ2）と現像ポテンシャル（−ＫＶ）の関係式を得る。上記関係式の傾きが現像能力を示す現像γである。また上記関係式から、目標のトナー付着量を得るための現像バイアス値を算出することができる。同時に所定の現像γ目標値と測定により得た現像γとズレに応じてトナー濃度制御基準値（Ｖｔｒｅｆ）を補正する。
本実施形態における電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による制御においては、各環境や現像スリーブの回転距離（ｍ）、感光体回転時間（秒）などにより、所定の現像γ目標値（狙いの現像γ）が設定してある。その現像γ目標値と先ほど算出した現像γの現在値を比較して、目標値よりも現在値が著しく大きい場合には、Ｖｔｒｅｆを高くして、トナー濃度を低めに誘導する。また目標値よりも現在値が小さい場合には、Ｖｔｒｅｆを低く設定し、トナー濃度を高めに誘導するという制御を行っている。
従来においては、この電位制御の実行頻度は、例えば、カラー画像を２００枚出力毎に固定となっていた。しかしながら、このような固定方式による電位制御では、安定した画像濃度を得ることが困難となるので、本発明においては、画像面積率の所定画像形成回数間の平均値の変化（つまり画像面積率移動平均値の変化率）が大きく変化した際に、電位制御を介入させるものとしている。その結果、画像面積率移動平均値の変化率が大きい場合においても、必要最小限度でトナーパッチを作成して、適切に、現像γを制御して安定した画像濃度を得ることが可能となった。
従来においては、この電位制御の実行頻度は、例えば、カラー画像を２００枚出力毎に固定となっていた。しかしながら、このような固定方式による電位制御では、安定した画像濃度を得ることが困難となるので、本発明においては、画像面積率の所定画像形成回数間の平均値の変化（つまり画像面積率移動平均値の変化率）が大きく変化した際に、電位制御を介入させるものとしている。その結果、画像面積率移動平均値の変化率が大きい場合においても、必要最小限度でトナーパッチを作成して、適切に、現像γを制御して安定した画像濃度を得ることが可能となった。
画像面積率平均値の変化率（ΔＭｎ）は、画像面積率の移動平均の現在値（Ｍｎ）、画像面積率の移動平均のｍ枚前の値をＭ（ｎ−ｍ）とすると以下の式（１）のように表すことができる。
ΔＭｎ＝（Ｍｎ−Ｍ（ｎ−ｍ））／ｍ（％／（ｍ枚）） ・・・・・（１）
（但し、本実施形態においてはｍ＝５である。）
本実施形態においては、簡単のため所定枚数前の画像面積率の移動平均値Ｍ（ｎ−ｍ）と今回の画像面積率の移動平均値Ｍｎを使用して上記（１）式から算出したが、例えば、Ｍｎ、Ｍ（ｎ−１）、・・・・・Ｍ（ｎ−１０）の直線近似から変化率を算出してもよい。また同様にＭｎ、Ｍ（ｎ−１）、・・・・・Ｍ（ｎ−１０）を２次曲線に近似することにより、その傾きを算出する手法を用いてもよい。
本実施形態において、上記電位制御は、画像面積率の移動平均値の変化率が所定の閾値の範囲を逸脱した場合、特に、所定の閾値以上となった場合に、強制操作制御装置が作動して直接電位制御実行フラグをセットし、強制実行するようにしている。この場合における実行条件としては、次の（１−Ａ）式を利用することができる。
｜ΔＭｎ｜≧Ｋ ・・・・・（１−Ａ）
（但し、｜ΔＭｎ｜は、画像面積率平均値の変化率の絶対値、Ｋは、個々のマシンにより実験的に決定される値であるが本実施形態においては２５％／（ｍ枚）である。）
また、図６に示すように、画像面積率平均値の変化率ΔＭｎに応じて変動する電位制御補正係数を使用して、次式（１−Ｂ）から通常の電位補正制御とは異なる実行枚数を算出し、この実行枚数に基づいて電位制御を実行してもよい。
実行枚数＝通常実行枚数×電位制御補正係数 ・・・・・（１−Ｂ）
本実施形態においては、画像面積率平均値の変化率ΔＭｎから電位制御による目標出力値Ｖｔｒｅｆの調整動作の介入時期を変化させるものであるが、放置時間などの情報を組み込んで介入時期を決定してもよい。なお、本実施形態においては、印刷枚数毎とし変化率の単位を（％／（ｍ枚））としたが、現像装置の走行距離（ｍｍ）に換算し、（％／ｍｍ）としてもよい。
ΔＭｎ＝（Ｍｎ−Ｍ（ｎ−ｍ））／ｍ（％／（ｍ枚）） ・・・・・（１）
（但し、本実施形態においてはｍ＝５である。）
本実施形態においては、簡単のため所定枚数前の画像面積率の移動平均値Ｍ（ｎ−ｍ）と今回の画像面積率の移動平均値Ｍｎを使用して上記（１）式から算出したが、例えば、Ｍｎ、Ｍ（ｎ−１）、・・・・・Ｍ（ｎ−１０）の直線近似から変化率を算出してもよい。また同様にＭｎ、Ｍ（ｎ−１）、・・・・・Ｍ（ｎ−１０）を２次曲線に近似することにより、その傾きを算出する手法を用いてもよい。
本実施形態において、上記電位制御は、画像面積率の移動平均値の変化率が所定の閾値の範囲を逸脱した場合、特に、所定の閾値以上となった場合に、強制操作制御装置が作動して直接電位制御実行フラグをセットし、強制実行するようにしている。この場合における実行条件としては、次の（１−Ａ）式を利用することができる。
｜ΔＭｎ｜≧Ｋ ・・・・・（１−Ａ）
（但し、｜ΔＭｎ｜は、画像面積率平均値の変化率の絶対値、Ｋは、個々のマシンにより実験的に決定される値であるが本実施形態においては２５％／（ｍ枚）である。）
また、図６に示すように、画像面積率平均値の変化率ΔＭｎに応じて変動する電位制御補正係数を使用して、次式（１−Ｂ）から通常の電位補正制御とは異なる実行枚数を算出し、この実行枚数に基づいて電位制御を実行してもよい。
実行枚数＝通常実行枚数×電位制御補正係数 ・・・・・（１−Ｂ）
本実施形態においては、画像面積率平均値の変化率ΔＭｎから電位制御による目標出力値Ｖｔｒｅｆの調整動作の介入時期を変化させるものであるが、放置時間などの情報を組み込んで介入時期を決定してもよい。なお、本実施形態においては、印刷枚数毎とし変化率の単位を（％／（ｍ枚））としたが、現像装置の走行距離（ｍｍ）に換算し、（％／ｍｍ）としてもよい。
次に、画像面積率平均値の変化率が所定の閾値内にある場合の第２の目標出力値補正装置を用いた目標出力値Ｖｔｒｅｆの補正について説明する。
本実施形態における第２の目標出力値補正装置による制御手段は、現像装置中のトナーの入換え量に従って、Ｖｔｒｅｆを変化させるものである。この制御に用いた現像剤特性値測定方法と補正方法は以下の通りである。
図７は、出力画像面積率を変えた際の現像ポテンシャルとトナー付着量の関係即ち現像γ（現像ポテンシャルに対するトナー付着量関係式の傾き）の差異を示すグラフ図である。図７中、直線１は、画像面積率の累積平均値が５％の場合における目標現像γを示すもので、直線２は、画像面積率の累積平均値が８０％の場合を示す。これは同一の画像面積率画像を、標準線速モード（１００ｍｍ／ｓｅｃ）で、連続２００枚出力した際の値であるが、この図５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が高くなっている。これはトナーとキャリアの物理的付着力や静電的付着力が変化していることを示唆している。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差異を加味した補正が必要であることを示唆している。
本実施形態における第２の目標出力値補正装置による制御手段は、現像装置中のトナーの入換え量に従って、Ｖｔｒｅｆを変化させるものである。この制御に用いた現像剤特性値測定方法と補正方法は以下の通りである。
図７は、出力画像面積率を変えた際の現像ポテンシャルとトナー付着量の関係即ち現像γ（現像ポテンシャルに対するトナー付着量関係式の傾き）の差異を示すグラフ図である。図７中、直線１は、画像面積率の累積平均値が５％の場合における目標現像γを示すもので、直線２は、画像面積率の累積平均値が８０％の場合を示す。これは同一の画像面積率画像を、標準線速モード（１００ｍｍ／ｓｅｃ）で、連続２００枚出力した際の値であるが、この図５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が高くなっている。これはトナーとキャリアの物理的付着力や静電的付着力が変化していることを示唆している。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差異を加味した補正が必要であることを示唆している。
これらの課題に対して本発明者らは、鋭意研究を進め現像剤を安定化させる方向にトナー濃度を誘導するように制御することが最も効果的であるという結論に至った。原理的には現像γが一定になるように、言い換えるとトナー帯電量が一定となるように、トナー濃度制御基準値を変化させるものである。一定期間内の現像装置内のトナー入換え量としては、画像面積（ｃｍ2）、画像面積率（％）などが考えられるが、画像面積率（％）を用いるのが、最も単純で理解しやすい。一定期間内のトナー入換え量として画像面積率（％）を用いる場合には、（ｍｇ／ｐａｇｅ）という単位となり、これに従い補正が行われる。転写紙がＡ４サイズで１００％ベタ画像を出力するとき、３００ｍｇのトナーを消費するため、３００ｍｇのトナー補給を行うため、入換え量は３００（ｍｇ／ｐａｇｅ）となる。ただし、画像面積率（％）をトナー入換え量とするためには、例えば基準の転写紙をＡ４サイズ横通紙に設定し、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。ちなみに、本実験に用いた現像装置の現像剤容量は２２５ｇである。
次に、図８に画像面積率の累積平均値（％）と現像γ（ｍｇ／ｃｍ2／ｋＶ）との関係を示す。実験方法は、上記と同様に、標準線速モード（１３８ｍｍ／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、画像面積率の累積平均値が５％を超えると、現像γは目標とする基準値０．８５より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の累積平均値が５％よりも高い場合、目標出力値（トナー制御基準値：Ｖｔｒｅｆ）を高くすることにより、トナー濃度を低めに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が低くなる傾向がある。そのため、目標出力値（Ｖｔｒｅｆ）を低くすることにより、トナー濃度を高めに誘導する必要がある。
このような目標出力値（Ｖｔｒｅｆ）の補正について、図９に示すフローチャート図に基づいて説明する。この補正処理は、各印刷の１ＪＯＢの終了毎に開始される。先ずＳＴＥＰ１（Ｓ１）において、後述する方法で出力画像の画像面積率（％）の累積移動平均値を算出する。この画像面積率（％）の累積移動平均値を算出するにあたり、画像面積率（％）を印刷一枚毎に算出する。本補正を実行するに際、画像面積率（％）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、より望ましくは移動平均を用いるのがよい。この、移動平均を用いることにより、現時点での現像剤特性を知るのに適した、過去数枚のトナー入換え履歴を知ることができる。
この累積移動平均は、単純に過去数枚毎の平均としてもよいが、本実施形態においては、簡単のため下記の式（２）に従って算出することとする。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（Non Volatile Random Access Memory）に保存する必要がなくなるため、非常に有効である。
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝・・・・（２）
ここで、Ｍ（ｉ）は画像面積率累積移動平均の現在値、Ｍ（ｉ−１）は画像面積率累積移動平均の前回値、Ｎは累積枚数である。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累積移動平均値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。
この累積移動平均は、単純に過去数枚毎の平均としてもよいが、本実施形態においては、簡単のため下記の式（２）に従って算出することとする。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（Non Volatile Random Access Memory）に保存する必要がなくなるため、非常に有効である。
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝・・・・（２）
ここで、Ｍ（ｉ）は画像面積率累積移動平均の現在値、Ｍ（ｉ−１）は画像面積率累積移動平均の前回値、Ｎは累積枚数である。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累積移動平均値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、ＳＴＥＰ２（Ｓ２）において、Ｖｔｒｅｆ現在値（先の第２の目標出力値補正装置制御により後述するＳ８で算出されたＶｔｒｅｆ現在値）とＶｔｒｅｆ初期値（前回の電位制御によって補正されたＶｔｒｅｆ値）を取得する。ここでＶｔｒｅｆ初期値とＶｔｒｅｆ現在値との関係は、以下の式（３）のように定義する。
Ｖｔｒｅｆ現在値＝Ｖｔｒｅｆ初期値＋ΔＶｔｒｅｆ ・・・・・（３）
この場合に、Ｖｔｒｅｆ現在とＶｔｒｅｆ初期値は、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色毎に、個別に算出する。
ΔＶｔｒｅｆは、後述する図１０に示すＬＵＴ（Look Up Table）から算出するＶｔｒｅｆの補正量であり、下記する式（４）から求められる。詳しくは後述する。
次に、ＳＴＥＰ３（Ｓ３）において、透磁率センサ（Ｔセンサ）２６の感度情報を取得する。透磁率センサ２６の感度は単位が（Ｖ／ｗｔ％）で表されるものであり、センサ固有の値であリ、センサのトナー濃度とＶｔ出力値の関係直線の傾きの絶対値が感度である（本実施形態においては、図４で示す関係直線の傾きの絶対値が感度である）。
次に、ＳＴＥＰ４（Ｓ４）において、直前の透磁率センサの出力値（Ｖｔ）を取得する。続いてＳＴＥＰ５（Ｓ５）においてＳ４で取得したＶｔ値とＳ２で取得したＶｔｒｅｆとからＶｔ−Ｖｔｒｅｆを算出する。その後、Ｓ５で算出されたＶｔ−Ｖｔｒｅｆの結果から目標出力値（Ｖｔｒｅｆ）の補正の要否をＳＴＥＰ６（Ｓ６）において判定をする。この場合における判断基準は、例えば、前回の電位制御が“成功”しているかどうかやＶｔ−Ｖｔｒｅｆが所定の値に収まっているかどうか（トナー濃度制御は正常に実行されているか）等を用いると良い。本補正を実行しない場合（Ｎ）は、そのまま終了する。
Ｖｔｒｅｆ現在値＝Ｖｔｒｅｆ初期値＋ΔＶｔｒｅｆ ・・・・・（３）
この場合に、Ｖｔｒｅｆ現在とＶｔｒｅｆ初期値は、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色毎に、個別に算出する。
ΔＶｔｒｅｆは、後述する図１０に示すＬＵＴ（Look Up Table）から算出するＶｔｒｅｆの補正量であり、下記する式（４）から求められる。詳しくは後述する。
次に、ＳＴＥＰ３（Ｓ３）において、透磁率センサ（Ｔセンサ）２６の感度情報を取得する。透磁率センサ２６の感度は単位が（Ｖ／ｗｔ％）で表されるものであり、センサ固有の値であリ、センサのトナー濃度とＶｔ出力値の関係直線の傾きの絶対値が感度である（本実施形態においては、図４で示す関係直線の傾きの絶対値が感度である）。
次に、ＳＴＥＰ４（Ｓ４）において、直前の透磁率センサの出力値（Ｖｔ）を取得する。続いてＳＴＥＰ５（Ｓ５）においてＳ４で取得したＶｔ値とＳ２で取得したＶｔｒｅｆとからＶｔ−Ｖｔｒｅｆを算出する。その後、Ｓ５で算出されたＶｔ−Ｖｔｒｅｆの結果から目標出力値（Ｖｔｒｅｆ）の補正の要否をＳＴＥＰ６（Ｓ６）において判定をする。この場合における判断基準は、例えば、前回の電位制御が“成功”しているかどうかやＶｔ−Ｖｔｒｅｆが所定の値に収まっているかどうか（トナー濃度制御は正常に実行されているか）等を用いると良い。本補正を実行しない場合（Ｎ）は、そのまま終了する。
本補正を実行する場合（Ｙ）は、ＳＴＥＰ７（Ｓ７）において、ＬＵＴを参照する。ＬＵＴの一例を図１０に示す。先ずＬＵＴで示す画像面積率の累積移動平均値Ｍｉに応じて、変化させるΔＴＣ（トナー濃度を変化させる量）を決定する。続いてΔＴＣを決定した後、Ｓ３で算出した透磁率センサの感度を用いて次式（４）によって目標出力値の補正量ΔＶｔｒｅｆを演算する。ΔＶｔｒｅｆを算出後、ＮＶ−ＲＡＭに保存する。
ΔＶｔｒｅｆ＝（−１）×ΔＴＣ×透磁率センサ感度 ・・・・・（４）
この場合においてもΔＶｔｒｅｆは、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色毎に、個別に算出する。
本実施形態で使用するＬＵＴは以下の手法を用いて作成した。
図１１は、ある基準のＴＣ（トナー濃度）に対して現像γを一定にするためのトナー濃度を変化させる補正量（ΔＴＣ）（ｗｔ％）と画像面積率の累積移動平均値Ｍｉ（％）の関係を示すグラフ図である。例えば、画像面積率の累積移動平均値Ｍｉが８０％の場合、ΔＴＣを１ｗｔ％として、画像を出力すると現像γが一定に保たれるということである。画像面積率の累積移動平均値Ｍｉに対するΔＴＣ補正量は、対数近似がもっとも精度よく近似できる。そのため、ＬＵＴに用いる画像面積率の累積移動平均値Ｍｉに対するΔＴＣ量は、この方法を用いて決定した。
ΔＶｔｒｅｆ＝（−１）×ΔＴＣ×透磁率センサ感度 ・・・・・（４）
この場合においてもΔＶｔｒｅｆは、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色毎に、個別に算出する。
本実施形態で使用するＬＵＴは以下の手法を用いて作成した。
図１１は、ある基準のＴＣ（トナー濃度）に対して現像γを一定にするためのトナー濃度を変化させる補正量（ΔＴＣ）（ｗｔ％）と画像面積率の累積移動平均値Ｍｉ（％）の関係を示すグラフ図である。例えば、画像面積率の累積移動平均値Ｍｉが８０％の場合、ΔＴＣを１ｗｔ％として、画像を出力すると現像γが一定に保たれるということである。画像面積率の累積移動平均値Ｍｉに対するΔＴＣ補正量は、対数近似がもっとも精度よく近似できる。そのため、ＬＵＴに用いる画像面積率の累積移動平均値Ｍｉに対するΔＴＣ量は、この方法を用いて決定した。
また、今回の例では、画像面積率の累積移動平均値が１０％未満の場合、補正のステップを画像面積率の累積移動平均値を１％毎に設定し、画像面積率の累積平均値が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。色ごとの最大補正量の調整は例えば以下のような式（５）を用いて補正することができる。
ΔＶｔｒｅｆ＝（−１）×ΔＴＣ×透磁率センサ感度×色補正係数・・・・・（５）
ＳＴＥＰ７（Ｓ７）でΔＶｔｒｅｆを算出した後、ＳＴＥＰ８（Ｓ８）において、新たなＶｔｒｅｆ現在値を算出する。Ｖｔｒｅｆ現在値は上記で算出したΔＶｔｒｅｆとＶｔｒｅｆ初期値の以下の式（６）に従い算出する。
Ｖｔｒｅｆ現在値＝Ｖｔｒｅｆ初期値＋ΔＶｔｒｅｆ ・・・・・（６）
この場合においてもＶｔｒｅｆ現在値は、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色毎に、個別に算出する。
次に、ＳＴＥＰ９（Ｓ９）において、Ｖｔｒｅｆ現在値の上下限処理を行う。補正後のＶｔｒｅｆ現在値が、予め設定した上限値以上の場合、Ｖｔｒｅｆを変えずそのまま先のＶｔｒｅｆ現在値とする。補正後のＶｔｒｅｆが下限値を超えていた場合は、Ｖｔｒｅｆ現在値をあらかじめ設定した下限値とする。上下限処理終了後、ＳＴＥＰ１０（Ｓ１０）にて、Ｖｔｒｅｆ現在値をＮＶ−ＲＡＭに保存する。
なお、本補正は印刷中において、転写紙間（前回の作像終了から今回作像開始の間の時間、または距離）で補正値を算出し実行することが望ましい。そのような頻度で実行することにより、出力画像１枚ごとに適切にトナー濃度制御基準値：Ｖｔｒｅｆを算出できるため、より画像濃度を安定化させることができる。
ΔＶｔｒｅｆ＝（−１）×ΔＴＣ×透磁率センサ感度×色補正係数・・・・・（５）
ＳＴＥＰ７（Ｓ７）でΔＶｔｒｅｆを算出した後、ＳＴＥＰ８（Ｓ８）において、新たなＶｔｒｅｆ現在値を算出する。Ｖｔｒｅｆ現在値は上記で算出したΔＶｔｒｅｆとＶｔｒｅｆ初期値の以下の式（６）に従い算出する。
Ｖｔｒｅｆ現在値＝Ｖｔｒｅｆ初期値＋ΔＶｔｒｅｆ ・・・・・（６）
この場合においてもＶｔｒｅｆ現在値は、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色毎に、個別に算出する。
次に、ＳＴＥＰ９（Ｓ９）において、Ｖｔｒｅｆ現在値の上下限処理を行う。補正後のＶｔｒｅｆ現在値が、予め設定した上限値以上の場合、Ｖｔｒｅｆを変えずそのまま先のＶｔｒｅｆ現在値とする。補正後のＶｔｒｅｆが下限値を超えていた場合は、Ｖｔｒｅｆ現在値をあらかじめ設定した下限値とする。上下限処理終了後、ＳＴＥＰ１０（Ｓ１０）にて、Ｖｔｒｅｆ現在値をＮＶ−ＲＡＭに保存する。
なお、本補正は印刷中において、転写紙間（前回の作像終了から今回作像開始の間の時間、または距離）で補正値を算出し実行することが望ましい。そのような頻度で実行することにより、出力画像１枚ごとに適切にトナー濃度制御基準値：Ｖｔｒｅｆを算出できるため、より画像濃度を安定化させることができる。
上述のような第２のトナー濃度制御装置のみを用いることにより、出力画像の安定性は大幅に向上することとなったが、制御にあたり、次のようないくつか改良すべき点が存在した。
［１］過剰補正とならないよう、補正量を小さめにする必要があったため、画像濃度を補正しきれない場合があったこと。
［２］急激な環境変動や、画像出力モードの急激な変化で、画像濃度を補正しきれない場合があったこと。
これら問題は、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置と、第２の目標出力値補正装置によるトナー濃度制御手段とが連携した制御を行っていなかったことに起因するものであると考えられる。
そこで、本発明者らは、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による制御と第２の目標出力値補正装置による制御とを単独でのタイミングで実行せず、それぞれの長所を生かした形で融合するという方法を案出した。
［１］過剰補正とならないよう、補正量を小さめにする必要があったため、画像濃度を補正しきれない場合があったこと。
［２］急激な環境変動や、画像出力モードの急激な変化で、画像濃度を補正しきれない場合があったこと。
これら問題は、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置と、第２の目標出力値補正装置によるトナー濃度制御手段とが連携した制御を行っていなかったことに起因するものであると考えられる。
そこで、本発明者らは、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による制御と第２の目標出力値補正装置による制御とを単独でのタイミングで実行せず、それぞれの長所を生かした形で融合するという方法を案出した。
第２の目標出力値補正装置によるトナー濃度制御は、パラメータが動作開始点により変化する傾向がある。そのためパラメータの測定、マシンの公差により、誤差が生じてきてしまう可能性がある。従って第２の目標出力値補正装置によるトナー濃度制御手段のみでは、これらにより生じる誤差は、そのまま制御誤差になってしまう。また外乱（環境変動、放置時間）があった場合でも、それら外乱にたいして、対処するすべがない。そのため、この制御のみで制御すると、過剰補正を抑えるために変化させるパラメータの移動量を小さくせざるをえなかった。そのような意味でこの制御だけで、プロセスを完全に制御するのは困難であったと言える。
本実施形態のように、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による制御と第２の目標出力値補正装置によるトナー濃度制御の実行判定をするために参照する参照先を画像面積率平均値の変化率を使用して一致させることにより、第１の目標出力値補正装置の電位制御の実行タイミングを最適化することができる。そのため、画像濃度をより高精度に制御し、かつお待たせ時間（印刷開始までの準備時間）の発生を極力抑えることができるため、セールス上の大きなアドバンテージとなる。
なお、本実施形態においては、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置と第２の目標出力値補正装置を用いたが、電位制御をのみによる制御を行う場合においても、本実施形態のように電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置を介入させることによっても十分な効果を得ることができる。
本実施形態のように、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による制御と第２の目標出力値補正装置によるトナー濃度制御の実行判定をするために参照する参照先を画像面積率平均値の変化率を使用して一致させることにより、第１の目標出力値補正装置の電位制御の実行タイミングを最適化することができる。そのため、画像濃度をより高精度に制御し、かつお待たせ時間（印刷開始までの準備時間）の発生を極力抑えることができるため、セールス上の大きなアドバンテージとなる。
なお、本実施形態においては、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置と第２の目標出力値補正装置を用いたが、電位制御をのみによる制御を行う場合においても、本実施形態のように電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置を介入させることによっても十分な効果を得ることができる。
（第２実施形態）
お待たせ時間を最短にするために、画像面積率及び画像面積率平均値の変化率から、以下のように実施する調整動作を変化させることも可能である。例えば、画像面積率平均値の変化率（ΔＭｎ）は大きいが、該当画像の画像面積率（Ｘｉ）自体が小さい場合には、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による電位制御を行わず、現像装置内のトナーとキャリアの攪拌のみを実行してトナーの帯電量を上げることによって安定した画像濃度を得ることが可能である。
この第２実施形態の構成では、コストダウンのために中間転写ベルト６から転写紙Ｐへのトナー像の２次転写の際に中間転写ベルト６に残存する残存トナーをクリーニングするクリーニング部材を併設していない。このような場合には、諧調パッチが２次転写ローラ３に付着するのを防止するために、２次転写ローラ３の離間動作を行う必要がある。
この離間動作は、機械的なカム機構の採用によりなされるものであるが、離間、当接を確定するためにそれぞれ１秒程度の時間を要するため、それだけでお待たせ時間を生じさせてしまう。上記のように、目標出力値Ｖｔｒｅｆの補正のために、トナーとキャリアの攪拌動作のみを実行する場合には、この２次転写ローラ３の離間当接動作が必要なくなるため、お待たせ時間を短縮した上で画像濃度を安定させることが可能となる。
お待たせ時間を最短にするために、画像面積率及び画像面積率平均値の変化率から、以下のように実施する調整動作を変化させることも可能である。例えば、画像面積率平均値の変化率（ΔＭｎ）は大きいが、該当画像の画像面積率（Ｘｉ）自体が小さい場合には、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による電位制御を行わず、現像装置内のトナーとキャリアの攪拌のみを実行してトナーの帯電量を上げることによって安定した画像濃度を得ることが可能である。
この第２実施形態の構成では、コストダウンのために中間転写ベルト６から転写紙Ｐへのトナー像の２次転写の際に中間転写ベルト６に残存する残存トナーをクリーニングするクリーニング部材を併設していない。このような場合には、諧調パッチが２次転写ローラ３に付着するのを防止するために、２次転写ローラ３の離間動作を行う必要がある。
この離間動作は、機械的なカム機構の採用によりなされるものであるが、離間、当接を確定するためにそれぞれ１秒程度の時間を要するため、それだけでお待たせ時間を生じさせてしまう。上記のように、目標出力値Ｖｔｒｅｆの補正のために、トナーとキャリアの攪拌動作のみを実行する場合には、この２次転写ローラ３の離間当接動作が必要なくなるため、お待たせ時間を短縮した上で画像濃度を安定させることが可能となる。
また、画像面積率平均値の変化率（ΔＭｎ）が大きく、画像面積率（Ｘｉ）も大きい場合には、前述の電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による電位制御と共に、現像装置内での攪拌搬送スクリュー２３、２４によるトナーとキャリアの攪拌動作を実行する。上記のように設定することにより、お待たせ時間を最短にすると同時に適正に画像濃度を調整することができる。具体的には、図１２に示すように、画像面積率累積移動平均値（Ｍｉ）と当該画像の面積率（Ｘｉ）とがそれぞれの所定範囲内を示す場合における実行調整動作を示している。なお、図１２中、画像面積率の「大」、「中」、「小」は、それぞれ、「大」は、画像面積率Ｘｉ＞３０％、「中」は、１０％≦画像面積率Ｘｉ≦３０％、「小」は、画像面積率Ｘｉ＜１０％を示している。
また、図１２中の「攪拌」は、現像装置内での攪拌搬送スクリュー２３、２４によるトナーとキャリアの攪拌動作を、「電位制御」は、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による電位制御を、また「攪拌＋電位制御」は、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による電位制御と共に、現像装置内での攪拌搬送スクリュー２３、２４によるトナーとキャリアの攪拌動作を示している。
このように、画像面積率平均値の変化率（ΔＭｎ）と当該画像の画像面積率（Ｘｉ）とに応じて調整動作を選択することによって、適切な画像濃度に制御することが可能となるだけでなく、トナーパッチの必要な「電位制御」を最小必要限度に抑制することが可能となって、トナー消費を抑制することが可能となる。
また、図１２中の「攪拌」は、現像装置内での攪拌搬送スクリュー２３、２４によるトナーとキャリアの攪拌動作を、「電位制御」は、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による電位制御を、また「攪拌＋電位制御」は、電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置による電位制御と共に、現像装置内での攪拌搬送スクリュー２３、２４によるトナーとキャリアの攪拌動作を示している。
このように、画像面積率平均値の変化率（ΔＭｎ）と当該画像の画像面積率（Ｘｉ）とに応じて調整動作を選択することによって、適切な画像濃度に制御することが可能となるだけでなく、トナーパッチの必要な「電位制御」を最小必要限度に抑制することが可能となって、トナー消費を抑制することが可能となる。
（第３実施形態）
本実施形態においては、第１及び第２実施形態と同様の目標出力値の補正動作を環境の変化を加味した状態で実行するものである。低温低湿観環境では、トナーの帯電量は増加傾向となるため、何らかの画質調整動作を実行する必要がある。また、逆に高温高湿環境においては、トナー帯電量は低下傾向となるため、何らかの画質調整動作を実行する必要がある。通常は、単純に湿度のみを見て、調整動作の実行を判断する（例えば、絶対湿度＜３ｇ／ｍ3及び絶対湿度＞１６ｇ／ｍ3の条件の際に調整動作を実行する）。
しかしながら、低温低湿環境、もしくは高温高湿環境において定常的に印刷を行う場合には、その環境条件において現像剤は安定する。そのため、調整動作を多く介入させる必要がない。逆に、通常は調整動作を介入させる必要がない環境条件においても、急激に環境条件が変化した場合においては、調整動作を実行する必要となってくる。そのため、本実施形態においては、絶対湿度そのものではなく、絶対湿度の所定時間当りの変化率に従って調整動作を実行させるものとした。
本実施形態においては、第１及び第２実施形態と同様の目標出力値の補正動作を環境の変化を加味した状態で実行するものである。低温低湿観環境では、トナーの帯電量は増加傾向となるため、何らかの画質調整動作を実行する必要がある。また、逆に高温高湿環境においては、トナー帯電量は低下傾向となるため、何らかの画質調整動作を実行する必要がある。通常は、単純に湿度のみを見て、調整動作の実行を判断する（例えば、絶対湿度＜３ｇ／ｍ3及び絶対湿度＞１６ｇ／ｍ3の条件の際に調整動作を実行する）。
しかしながら、低温低湿環境、もしくは高温高湿環境において定常的に印刷を行う場合には、その環境条件において現像剤は安定する。そのため、調整動作を多く介入させる必要がない。逆に、通常は調整動作を介入させる必要がない環境条件においても、急激に環境条件が変化した場合においては、調整動作を実行する必要となってくる。そのため、本実施形態においては、絶対湿度そのものではなく、絶対湿度の所定時間当りの変化率に従って調整動作を実行させるものとした。
即ち、前回の調整動作を実施した際の絶対湿度と今回の絶対湿度の時間当りの変化を考慮して、この変化量が所定の範囲を逸脱したときに、調整動作を行うようにしている。
具体的には、前回の絶対湿度を（Ａ（ｎ−１））とし、今回の絶対湿度を（Ａｎ）とした場合に、時間当りの平均変化率（ΔＭＡｎ）は、以下の式（７）で与えられる。
ΔＭＡｎ＝（Ａｎ−Ａ（ｎ−１））／時間 ・・・・・（７）
この場合、絶対湿度の測定は、１枚ごとに実行してもよいし、数枚から数十枚ごとに測定してもよい（ただし、印刷ごとに時間を記憶する必要がある）。また、ある一定時間ごとに測定するようなシステムとしてもよい。実行条件は以下式（７−Ａ）に従う。
｜ΔＭＡｎ｜≧Ｒ ・・・・・（７−Ａ）
ここで、Ｒ（ｇ／ｍ3／枚）とする。なお、本実施形態においては、絶対湿度のみを指標としたが、相対湿度や温度を指標としてもよい。
このように湿度変化を考慮することにより、調整動作の介入回数を減少させることが可能となる。さらに、環境の変化率で介入の有無を決定することが可能なため、画像濃度をより安定化させることができる。
具体的には、前回の絶対湿度を（Ａ（ｎ−１））とし、今回の絶対湿度を（Ａｎ）とした場合に、時間当りの平均変化率（ΔＭＡｎ）は、以下の式（７）で与えられる。
ΔＭＡｎ＝（Ａｎ−Ａ（ｎ−１））／時間 ・・・・・（７）
この場合、絶対湿度の測定は、１枚ごとに実行してもよいし、数枚から数十枚ごとに測定してもよい（ただし、印刷ごとに時間を記憶する必要がある）。また、ある一定時間ごとに測定するようなシステムとしてもよい。実行条件は以下式（７−Ａ）に従う。
｜ΔＭＡｎ｜≧Ｒ ・・・・・（７−Ａ）
ここで、Ｒ（ｇ／ｍ3／枚）とする。なお、本実施形態においては、絶対湿度のみを指標としたが、相対湿度や温度を指標としてもよい。
このように湿度変化を考慮することにより、調整動作の介入回数を減少させることが可能となる。さらに、環境の変化率で介入の有無を決定することが可能なため、画像濃度をより安定化させることができる。
図１３は第１実施形態における電位制御に基づく第１の目標出力値補正装置と第２の目標出力値補正装置を併用して目標出力値Ｖｔｒｅｆを補正した場合（曲線３）と比較例としての第２の目標出力値補正装置をのみに使用し、固定的に電位制御した場合（曲線４）における画像濃度の制御状態を示すグラフ図である。なお図１３中、符号Ａ、Ｂ、Ｃは、作像バイアスを変更して強制的に電位制御を行ったことを示している。
この場合、標準線速モード（１２０ｍｍ／秒）で、７０％のベタ画像を１００枚連続で通紙したものである。曲線４で示す比較例のものでは、印刷ＪＯＢが進むに従い画像濃度が高くなっている。印刷枚数が８０枚で電位制御を介入させているが、電位制御の実行前後で画像濃度差が大きくなっている。これは、電位制御の介入が遅いことを示している。
これに対して、曲線３で示す本実施形態に係るものでは、印刷ＪＯＢの進行に伴う画像濃度上昇が適切に抑制されている。また、電位制御の介入タイミングも適切であるため、電位制御前後での画像濃度差も小さく抑えられている。本実施形態のような制御を取り入れることにより、トナーの入換えが多い画像、つまり画像面積率の高い画像を出力した場合の画像濃度安定性を大幅に改善させることが可能となった。
この場合、標準線速モード（１２０ｍｍ／秒）で、７０％のベタ画像を１００枚連続で通紙したものである。曲線４で示す比較例のものでは、印刷ＪＯＢが進むに従い画像濃度が高くなっている。印刷枚数が８０枚で電位制御を介入させているが、電位制御の実行前後で画像濃度差が大きくなっている。これは、電位制御の介入が遅いことを示している。
これに対して、曲線３で示す本実施形態に係るものでは、印刷ＪＯＢの進行に伴う画像濃度上昇が適切に抑制されている。また、電位制御の介入タイミングも適切であるため、電位制御前後での画像濃度差も小さく抑えられている。本実施形態のような制御を取り入れることにより、トナーの入換えが多い画像、つまり画像面積率の高い画像を出力した場合の画像濃度安定性を大幅に改善させることが可能となった。
１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂｋ 作像手段、２ 帯電装置、３ ２次転写ローラ、５ レジストローラ、６ 中間転写ベルト、７ 定着ユニット、１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｂｋ 感光体ユニット、１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂｋ 感光体、１３Ｙ クリーニングブレード、１４Ｙ 潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ、１５Ｙ 帯電ローラ、２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋ 現像装置、２０Ｙａ 現像ケース、２０Ｙｂ 開口、２２Ｙ 現像スリーブ、２３Ｙ、２４Ｙ 攪拌、搬送スクリュー、２５Ｙ 現像ドクタ、２６、２６Ｙ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｂｋ 透磁率センサ、２７Ｙ 粉体ポンプ、６２ 反射濃度センサ、１００ 制御部、１０１ ＣＰＵ、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１０４ Ｉ／Ｏユニット
Claims (8)
- 潜像を担持する像担持体と、
当該像担持体を所定の電位に帯電させる帯電装置と、
所定電位に帯電した当該像担持体表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持する現像剤担持体に現像バイアスを印加しながら当該現像剤担持体上のトナーを前記像担持体上の潜像に転移させて当該潜像を現像する現像装置と、
当該現像装置内にトナーを補給する補給装置と、
前記現像装置内の前記２成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
前記現像装置内のトナー濃度を制御するために参照されるトナー濃度制御基準値に応じて前記補給装置からのトナーの補給を制御して前記トナー濃度を制御するトナー濃度制御装置と、を備えた画像濃度制御装置において、
前記現像によって得られたトナー像を前記像担持体から転写体に転写する転写装置と、
前記転写体上に、付着量が互いに異なるような画像形成条件で形成された複数のトナーパッチからなる階調パターンを形成する階調パターン形成装置と、
当該階調パターンからの反射光を検出する光学的検知装置と、
当該光学的検知装置によって検出された前記階調パターンの出力から算出されるトナー付着量と、前記帯電装置の帯電電位と前記現像バイアスとから算出される現像ポテンシャルとから現像γを算出する現像γ算出装置と、
当該現像γ算出装置により算出された前記現像γと前記現像γの目標値との差分に応じて前記トナー濃度制御基準値を補正する第１のトナー濃度制御基準値補正装置と、
前記像担持体上に形成された各色毎のトナー像の、各転写体における面積率の移動平均値である画像面積率平均値及び前記画像面積率平均値の変化率を算出する画像面積率平均値算出装置と、
前記画像面積率平均値算出装置により算出される前記画像面積率平均値の変化率が所定範囲内にあるときに、前記画像面積率平均値算出装置により算出される前記画像面積率平均値に応じて前記トナー濃度制御基準値を補正する第２のトナー濃度制御基準値補正装置と、
前記画像面積率平均値算出装置により算出される前記画像面積率平均値の変化率が前記所定範囲を逸脱したときに、前記第１のトナー濃度制御基準値補正装置を作動させる強制操作制御装置と、を備えたことを特徴とする画像濃度制御装置。 - 請求項１記載の画像濃度制御装置において、
前記トナー像の前記画像面積率平均値は、所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値であることを特徴とする画像濃度制御装置。 - 請求項２記載の画像濃度制御装置において、
前記所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値は、
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝
（但し、上式中、「Ｎ」が画像面積率のサンプリング数であり、「Ｍ（ｉ−１）」は、前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回検出した画像面積率）
に基づいて算出されることを特徴とする画像濃度制御装置。 - 請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像濃度制御装置において、
前記強制操作制御装置は、
｜ΔＭｎ｜≧Ｋ
（但し、「｜ΔＭｎ｜」は、所定枚数の前記画像面積率平均値の変化率の絶対値、「Ｋ」は２５％／（所定枚数））
を満足するときに前記第１のトナー濃度制御基準値補正装置を作動させるように制御していることを特徴とする画像濃度制御装置。 - 請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像濃度制御装置において、
前記強制操作制御装置は、前記画像濃度制御装置の受ける湿度変化率が所定範囲を逸脱したときに作動するように制御されていることを特徴とする画像濃度制御装置。 - 請求項５記載の画像濃度制御装置において、
前記湿度変化率は、時間当りの湿度変化率であることを特徴とする画像濃度制御装置。 - 請求項１乃至６のいずれか１項記載の画像濃度制御装置において、
前記現像装置は、前記トナーと磁性キャリアとを攪拌する攪拌装置を備え、当該攪拌装置は、前記第２のトナー濃度制御基準値補正装置によって前記トナー濃度制御基準値を補正したときに、当該トナーと磁性キャリアとを攪拌するように制御されていることを特徴とする画像濃度制御装置。 - 請求項１乃至７のいずれか１項記載の画像濃度制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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