JP5418128B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に適用される電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、感光体表面を帯電手段により所定電位に一様に帯電し、露光手段により静電潜像を形成し、静電潜像を少なくともトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いた現像手段により現像してトナー像を形成する電子写真方式の画像形成装置では、現像剤のトナー濃度やトナー帯電量などによって画像濃度が変動する。そのため、感光体、中間転写ベルト、二次転写ローラまたは紙搬送ベルト上にて所定のトナーパッチを形成し、これを光学センサで検出することでトナー付着量の検出を行い、また、そのときの現像剤のトナー濃度の検出を行って、作像条件やトナー補給条件などを決定している。これにより、現像能力が変動した場合でも制御パラメータを最適化することで画像濃度変動を抑止している。画像形成装置によっては、印刷中のトナー補給量を制御するトナー補給制御と、印刷以外のタイミングで作像電位などを主として調整する電位制御を行うものがある。

ここで、電位制御について説明すると、複数の異なる濃度のトナーパッチ（階調パターン）を感光体上に作像し、各トナーパッチの潜像電位を電位センサで検知し、中間転写ベルトに転写された各トナーパッチのトナー付着量をトナー像検知センサ（Ｐセンサ）で検出する。このために、画像形成装置の電源ＯＮ時や、印刷ジョブが来ていない時や、印刷ジョブ終了時などにある程度の時間をとって電位制御が実行される。この際、電位センサの出力から現像ポテンシャル（現像バイアスＶｂと潜像電位Ｖｌの差）を求め、Ｐセンサ出力からトナー付着量を求める。尚、電位センサを設置していない画像形成装置では、潜像電位が一定になるよう露光を行い、現像バイアスを変化させることで現像ポテンシャルを求めつつ、複数の濃度の異なるトナーパッチを作像する。そして、現像ポテンシャルとトナー付着量の関係から、予め決められたトナー付着量となるような現像ポテンシャルを求め、現像バイアス、帯電バイアス、露光光量などの作像条件を決定する。

現像装置に設けられたトナー濃度センサ（Ｔセンサ）と、中間転写ベルトに対向して設けられたトナー像検知センサ（Ｐセンサ）の検知タイミングと制御方法については、以下のようである。すなわち、Ｔセンサは、印刷の有無に関わらず随時センシングが実行可能であるので、センシング間隔を短く設定し、センサ出力はトナー補給量の制御に主として用いられる。Ｔセンサの検知タイミングは、印刷１枚ごとにトナー濃度を検知するものが一般的である。一方、トナー像検知は、予め決められた所定のトナーパッチを中間転写ベルトに作像し、これらをＰセンサによって検知することで行われる。従って、印刷を行っている最中はこれらを作像・検知することができず、トナーも消費される。そのため、一般的にＰセンサによる検知頻度は、Ｔセンサによる検知頻度よりも少ない。

トナー付着量の検出に用いられるＰセンサである光学センサとして、数種類の光学センサが知られており、発光素子としてのＬＥＤと、受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）またはフォトトランジスタ（ＰＴｒ）とを組み合わせた反射型センサが一般的に知られている。そのセンサ構成としては、図４に示すように、正反射光のみを検出するタイプ（特許文献１など参照）、図５に示すように、拡散反射光のみを検出するタイプ（特許文献２，３など参照）、図６に示すように、両者を検出するタイプ（特許文献４など参照）の３つのタイプがある。図４，５，６において、符号１０は光学センサを、２０はＬＥＤを、２１は正反射受光素子を、８は検知対象面を、２３は検知対象面上のトナーパッチを、２２は拡散反射受光素子をそれぞれ示している。

いずれのタイプの光学センサにしても、センサ検出値（受光光量）からトナー付着量に変換する処理が行われる。変換処理は、センサ出力の校正と、センサ出力のトナー付着量への変換とに大きく分けられる。
センサ出力の校正は、正確な付着量を検出するために必要であり、幾つかの校正方法が開示されている。例えば、センサ内部に白色基準板を有し、定期的にこの白色基準板を用いてセンサ出力の校正を行う方法（特許文献５参照）や、正反射光と拡散反射光を検出する機構を有し、濃度の異なる複数のパッチを検出し、これらのセンサ出力の配列から内部の演算によって自己校正を行う方法（特許文献６参照）がある。
センサ出力のトナー付着量への変換としては、事前に実験的に求めてあるトナー付着量とセンサ出力（校正後）の関係式を用いて変換を行う方法が一般的である。

特許文献７は、画像形成装置に脱着可能である像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、像担持体あるいは転写材担持体上に形成された未定着のトナー像の光反射特性を検知する光学センサと、光学式センサにより検出した検出結果に応じて画像階調を制御する画像階調制御手段と、画像形成ユニットに設けられたデータを格納する不揮発性メモリとを有する画像形成装置において、検出結果と濃度を対応させた濃度変換情報を不揮発性メモリに記憶し、画像階調制御をする際は、不揮発性メモリに記憶されている濃度変換情報を参照することで、各画像形成ユニットに合った濃度変換情報を基に階調制御を行うことを開示している。

しかし、着脱自在な画像形成ユニットが必須の構成要件であり、特に、１成分現像方式の場合のように現像装置内のトナーが使い終わった段階でプロセスカートリッジを交換するような構成となっている。また、２成分現像方式でトナーボトルを用いる場合、トナーボトルを交換した際には、現像装置内の現像剤には交換前の旧トナーが残存しており、交換してから初期の段階では新旧のトナーが混在していることになる。光学センサにより検出されたトナーの検知信号を不揮発性メモリに格納されている濃度変換テーブル（濃度変換情報）を参照して濃度に変換するが、新旧のトナーが混在している場合には、新しいトナーのための濃度変換テーブルと旧トナーとの間の不一致が生じてしまう。そして、濃度変換テーブル自体を、画像形成ユニットに設けられたデータを格納する不揮発性メモリに保存しているため、旧トナーのための変換テーブルをもはや参照できなくなってしまうので、新旧トナー混在時の補正を行うことができない。また、ユーザーによって、濃度変換テーブルを補正することを開示するが、スキャナではなく高価な濃度測定器を使用する必要があり、または新旧トナー混在時には随時補正を行う必要があり、現実的ではない。

特許文献８は、着脱可能なカートリッジに現像装置、メモリおよびＴセンサを備え、メモリ情報からＴセンサ出力に基づくトナー補給か、画素情報に基づくトナー補給かを切り替えるための情報（トナーエンド／ニアエンド情報）から、トナー補給モードを切り替えることを開示している。

このような画像濃度制御を有する画像形成装置において、印刷の途中で画像濃度が変動してしまうことがあった。
通常、画像形成装置は着脱可能なトナーカートリッジが備え付けられており、トナーカートリッジ内のトナーがなくなった場合、ユーザーがトナーカートリッジを交換する。しかし、トナー特性値は、トナーカートリッジの製造した時期や意図しない製造条件の変化などに依存するため、全く同じトナーを作成することはできず、トナー特性値が公差の範囲内でばらつくことがある。そして、大きくトナー特性値が変動したトナーを画像形成装置に供給すると、画像濃度制御が狙い通りに制御できなくなってしまう。つまり、光学センサによりトナー像を検知する画像形成装置では、検出出力がトナーの特性値によって変動してしまい、制御部がずれた画像濃度に合わせこんでしまうことがある。これにより、１０００枚連続印刷中にトナーカートリッジを交換した場合には、１枚目と１０００枚目で画像濃度が変動してしまう。特にＰＰ市場では、一般オフィス市場と比較して、より高品質な画質が要望されており、このようなリピート濃度変動や１枚の中での左右の濃度差などが問題となり得る。特に新旧のトナーが混合している場合の検出出力のずれに関しては、解決策が開示されていないのが実情である。

このような不具合を未然に防止するために、トナー特性値の公差を狭くして均一な品質のトナーを供給すればよいが、トナーの歩留まりが低減しトナーなどのコストアップの要因となる。
以上を鑑みて、本発明は、トナー特性値がトナーボトルまたはプロセスカートリッジの交換により変動した場合であっても、新旧トナーの混在状態を勘案して画像形成装置の制御処理を行うことで、交換前後においても画像濃度を一定とし、高品質な画質を提供することを目的とする。

この課題は、本発明における画像形成装置が、像担持体と、現像剤収容部を備え該像担持体にトナー像を形成する現像装置と、トナー像を検知するトナー像検知手段と、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されたトナー収容手段と、該トナー収容手段に付随する第１の記憶手段と、現像剤収容部に付随する第２の記憶手段と、トナー像検知手段が検出したトナー像の検出値に基づいて画像濃度を適正に制御する制御手段とを有し、トナー収容手段のトナーは、トナー搬送手段を介して現像装置の現像剤収容部に供給され、第１の記憶手段は、トナー収容手段におけるトナー粒径に関するデータを有し、第２の記憶手段は、現像剤収容部における初期のトナー粒径に関するデータを有し、第１の記憶手段および第２の記憶手段におけるトナー粒径に関するデータを考慮して、制御手段は、トナー像検知手段が検出したトナー像の検出値を現在のトナー付着量に変換することで解決される。トナー収容手段を交換した直後に交換前後のトナーが混ざっている場合でも、トナー粒径情報を用いて付着量検知精度の低下を防ぐことができる。現像剤収容部とトナー収容手段にトナー粒径情報を記憶しておくことで、どちらが交換されたとしても現在のトナー粒径を特定できるので、その情報を電位制御フロー内で活用して高品質な画像濃度安定性を提供できる。

また、制御手段は、トナー像検知手段が検出したトナー像の検出値を現在のトナー付着量と正規化値の関係に変換する第１のアルゴリズムを有し、該第１のアルゴリズムにおいて、変換の際に記憶手段のデータの１つであるトナー粒径を用い、このトナー付着量と正規化値の関係を用いてトナー像の検出値をトナー付着量に変換すると好ましい。付着量変換アルゴリズムで光学センサ出力をトナー付着量に変換する際に生じるトナー粒径による誤差を低減できるので、高品質な画質を提供することができる。

また、トナー収容手段が交換された後、制御手段は、第１のアルゴリズムにおいて、現像剤収容部の現像剤全体における新たなトナーの割合を表す新旧トナー入れ替わり割合をさらに算出し、算出された該新旧トナー入替わり割合とトナー粒径とに基づいて、制御手段は、トナー像検知手段が検出したトナー像の検出値をトナー付着量と正規化値の関係に変換すると好ましい。トナー収容手段を交換した直後に交換前後のトナーが混ざっている場合でも、画像形成装置内のトナー全てが交換後のトナーになるまでは、新旧トナーの二つの特性値情報を用いて変換処理を行うことで、高品質な画質を提供することができる。

また、制御手段は、トナー検知手段が検知したトナー像の検出値から、現像装置に印加する現像バイアスと像担持体へ露光する露光装置の露光光量とを制御する第２のアルゴリズムを有し、該第２のアルゴリズムにおいて、記憶手段のデータの１つである、所定の付着量のトナーを転写紙上に形成した場合の画像濃度である着色度を用いると好ましい。トナーボトルごとに着色度が異なっている場合でも、着色度に応じて作像条件を決定するので、安定した画像品質を提供できる。また、制御側で着色度のばらつきを吸収できるのでトナーの製造ばらつきの公差を広げることができるので、コストダウンに貢献できる。また、不良トナーを削減にも繋がるので、廃棄物を少なくすることができる。

また、トナー像検知手段は、光学的にトナー像を検知する、発光素子と受光素子を有する光学センサであると好ましい。トナー粒径が変化した場合、同じ付着量であっても光学センサ出力は異なる値を示してしまう。これを回避するために、検知したトナーのトナー粒径に基づいてトナー付着量に変換することができるので、安定した画像品質を提供できる。また、制御側で粒径のばらつきを吸収できるのでトナーの製造ばらつきの公差を広げることができるので、コストダウンに貢献できる。

また、トナー像検知手段は、定着装置を通過する前の未定着のトナー像を検知すると好ましい。粒径変化のない未定着トナーを光学センサでセンシングしてこの粒径情報を活用することで、正確に付着量が算出される。

また、トナー像検知手段は、転写紙を搬送する転写搬送部材上に転写されたトナー像であるトナーパッチを検知すると好ましい。光学センサによる検知を２次転写後に行うことで、経時や環境による２次転写工程までのばらつきの影響が含まれた情報で画像濃度を調整できるので、ばらつきの影響をより抑えることができる。

本発明によれば、トナーボトルまたはプロセスカートリッジに付随する記憶領域から、トナー特性値の情報を取得して制御にフィードバックしているので、トナーボトル毎にトナー特性値が大きく異なり、これらの新旧トナーが混在した場合であっても、これを考慮してトナー像検知手段が検出したトナー像の検出値をトナー付着量に変換するため、高品質な画像を提供することができる。
また、トナー特性値が大きく変動しても、画像形成装置側で画像濃度を一定に保つような制御が実行されるため、逆にトナー特性値の公差を広げることができ、トナーの歩留まりが向上してコストダウンが期待でき、さらには製造過程における廃棄トナーも減少する。

本発明における画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略断面図である。 本発明における電位制御装置の入出力情報を示す図である。 本発明における電位制御装置の制御フローを示す図である。 正反射光のみを検出するタイプの光学センサの概略断面図である。 拡散反射光のみを検出するタイプの光学センサの概略断面図である。 正反射光および拡散反射光を検出するタイプの光学センサの概略断面図である。 異なるトナー粒径を有するトナーの正規化値とトナー付着量の関係を示す図である。 異なるトナー粒径を有するトナーの正規化値とトナー付着量の関係を示す図である。 着色度、現像ポテンシャル、付着量の関係を用いて最適な現像ポテンシャルを求める方法を示す図である。 電位制御装置の制御フロー内でのトナー特性値の更新方法を示す図である。 トナーボトルを交換した場合のトナー情報の更新フローを示す図である。 プロセスカートリッジを交換した場合のトナー情報の更新フローを示す図である。 プロセスカートリッジとトナーボトルを交換した場合のトナー情報の更新フローを示す図である。 電位制御装置の制御フロー内でのトナー特性値の更新方法を示す図である。 トナーボトルを交換した場合のトナー情報の更新フローを示す図である。 プロセスカートリッジを交換した場合のトナー情報の更新フローを示す図である。 プロセスカートリッジとトナーボトルを交換した場合のトナー情報の更新フローを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の画像形成装置の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略を示す断面構成図である。
図１に示すフルカラープリンタの装置本体内の中央部には像担持体である４つのドラム状の感光体（感光体ドラムと言う）１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋが等間隔で並列に配設されている。なお、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋは各々イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色を示す。ここではイエロー画像用の感光体ドラム１Ｙに着目して以下説明を行う。感光体ドラム１Ｙは図中時計回り方向に駆動モータ（図示せず）により回転駆動される。感光体１Ｙの下方側周囲には電子写真プロセスに従い画像形成を行うための帯電装置（図示の例では帯電ローラ）２、現像ローラ３を有する現像装置４、クリーニング装置７等の作像手段が順に配設されている。また、マゼンタ、シアン、ブラックの作像手段についても同様である。

感光体ドラム１（１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋ）は帯電装置の帯電ローラ２により、表面を一様に帯電された後、光書込装置（図示せず）の光学系により図中の矢印のように露光され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。そして現像装置４内の現像ローラ３により、現像装置４内の現像剤は感光体ドラム１と対向する現像ニップ領域に搬送され、感光体ドラム１に形成された静電潜像にトナーを付着させ、顕像化する。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、感光体ドラム１の上部に配置され、駆動ローラ１８と複数の従動ローラ１５に張架されている中間転写ベルト８上に、１次転写装置（図示の例では１次転写ローラ）６により転写される。中間転写ベルト８上に転写されたトナー像は、中間転写ベルト８の移動に伴い、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色のトナー像が順に中間転写ベルト８上に転写され、色重ねが行われる。色重ねされたトナー像は、２次転写装置（図示の例では接離可能に設けられた２次転写ローラ）１２と対向する２次転写部に移動し、図示しない給紙部（給紙カセット、給紙トレイ等）から給紙手段（給紙ローラ、分離ローラ、搬送ローラ等）により給紙・搬送され、レジストローラ１１により所定のタイミングで２次転写部に給紙された記録媒体（例えば転写紙）Ｐに２次転写装置１２により転写され、転写紙Ｐ上に画像が形成される。一方、クリーニング装置７は、転写後の感光体ドラム１上に残留した不要なトナーを拭い去り、図示しない廃トナーボトルに不要なトナーを貯留する。また、中間転写ベルト８に対してもベルトクリーニング装置１４が設けられており、ベルトクリーニング装置１４は、２次転写後の中間転写ベルト８上に残留した不要なトナーを拭い去り、図示しない廃トナーボトルに不要なトナーを貯留する。感光体ドラム１や中間転写ベルト８のクリーニング後、上記した手順を再度行うことで、繰り返し画像形成を行う。

Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色の作像手段の現像装置４は、現像剤担持体である現像ローラ３を備えており、現像ローラ３は感光体ドラム１に対向させるように配置される。この現像ローラ３は、非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を担持搬送する円筒状の現像スリーブと、その現像スリーブの内部に固定配置された複数の磁極（複数の磁石、または複数の磁極が着磁されたマグネットローラ）からなる。また、現像装置４は第１スクリュー１３および第２スクリュー１９からなる２軸の搬送スクリューを備えている。そして、第２スクリュー１９側の現像剤室の下部に位置してトナー濃度検出手段としてのトナー濃度センサ５が設けられている。トナー濃度センサ５または現像装置４には、図示しない不揮発メモリが付随している。この不揮発メモリには、現像装置４内の初期状態において予め充填されているトナーの粒径、着色度、トナー濃度センサ５に関する情報である制御電圧Ｖｔｃｎｔの検査値、最新現像能力、トナー濃度、新品情報、製造番号などが記憶されている。

本実施例では、感光体１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーニング装置７が一体となった着脱可能なプロセスカートリッジとなっている。ユーザーが交換できる部材は、プロセスカートリッジとトナー補給容器としてのトナーボトル９である。

ここで、本実施例の画像形成装置における画像濃度制御は、電位制御装置１００と図示しないトナー補給制御からなる。
トナー補給制御を行うトナー制御装置は、トナー濃度センサ５の出力値Ｖｔをトナー濃度制御目標値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、トナー補給容器（トナーボトル）９に収納されているトナーを、トナー補給手段であるトナー補給装置１７により現像装置４にトナー補給を行う。また、トナーボトル９には不揮発メモリ１６が具備されている。不揮発メモリ１６には、トナーボトル９内のトナーの特性値としてのトナー粒径、着色度、トナーボトルＩＤ情報としての製造番号、新品情報、リフィル情報、トナーボトル内のトナー残量情報である累積トナー補給量やトナー残量などが記憶されている。このように、トナーボトルにトナー特性値情報を記憶しておくことで、トナー特性値情報に応じて電位制御フロー内で処理を変更できるので、高品質な画質を提供することができる。

電位制御装置１００における入出力情報は図２に示す通りである。すなわち、トナー像検知センサとしての光学センサ１０で検知したトナー像の検出値と、トナー濃度センサ５で検出したトナー濃度と、現像装置４の近傍に配置された環境センサである温湿度センサ（図示せず）によって検出された温湿度と、電位センサ３０によって検知した感光体の露光後の表面電位と、現像バイアスとを入力すると、電位制御装置１００は、トナー濃度制御目標値Ｖｔｒｅｆ、帯電装置の帯電バイアス、現像装置の現像バイアス、露光装置の露光光量を出力する。これらの最適な作像条件に従って各バイアスとトナー補給を制御することで、安定的な画像濃度が維持される。

本実施例の光学センサ１０は、図６に示すような１発光２受光タイプの光学センサである。光学センサ１０は、主に、ＬＥＤなどの発光手段としての発光素子２０と、正反射光を受光するための第１の受光手段としての正反射受光素子２１と、拡散反射光を受光するための第２の受光手段としての拡散反射受光素子２２とから構成されている。発光素子２０から発した光を、検知対象面である中間転写ベルト８の表面に向けて出射する。そして、中間転写ベルト８の表面や、その表面に転写されたトナーパッチ２３で正反射した正反射光を正反射受光素子２１によって受光して、受光量に応じた電圧を出力する。更に、中間転写ベルト８の表面や、その表面に転写されたトナーパッチ２３で拡散反射した拡散反射光を拡散反射受光素子２２によって受光して、受光量に応じた電圧を出力する。

次に、電位制御装置１００の制御フローについて、図３のフローチャートを用いて詳細に説明する。電位制御装置１００による画像濃度制御は、電源ＯＮ時や所定枚数（２５０枚）印刷後などの印刷動作が行われていないときに定期的に実行する。印刷動作が行われていないときに画像濃度制御を行うのは、複数の濃度の異なるトナーパッチ（階調パターン）を作像する必要があるためである。
電位制御装置は、先ずトナー特性値の更新を行う。これについては後に詳細に説明する。次に、光学センサ１０のＬＥＤ光量の調整等を実行する。調整終了後、濃度の異なる複数のトナーパッチを感光体ドラム上に作像し、各トナーパッチの潜像電位を電位センサ３０で検出し、検出した電位センサ出力から現像ポテンシャル（現像バイアスＶｂと潜像電位Ｖｌの差）を求める。同時に、中間転写ベルト上において各トナーパッチの出力を光学センサ１０で検知し、正確なトナー付着量を算出するために光学センサ１０の感度を校正し、各トナーパッチの出力からトナー付着量を算出する。また、このときの画像形成装置本体内の温湿度を図示しない温湿度センサで検知し、現像装置４内のトナー濃度をトナー濃度センサ５で検知する。

本実施例の光学センサでは、Ｂｋトナーにおける正反射受光素子２１の出力を用いて付着量に変換する。Ｃトナー、Ｍトナー、Ｙトナーについては、正反射受光素子２１に加えて拡散反射受光素子２２の出力に基づいて変換を行う。Ｃトナー、Ｍトナー、Ｙトナーにおける正反射出力は拡散反射出力を校正するために用いる。光学センサ１０の校正と、センサ出力の正規化値への変換は、公知の特許文献６と同様のアルゴリズムを用いて行われる。ここで、正規化値とは、０から１００までの整数であって、センサ出力からノイズなどを除去してトナー付着量と一対一の関係になるようにした値である。そして、予め決められた正規化値とトナー付着量のパラメータを含む関係式ＭＡｎｏｗ［ｎ］より、センサ出力のトナー付着量への変換を行う。

このアルゴリズムを簡単に示すと、以下の手順に従ってＢｋトナーからの正反射光出力を用いて付着量に変換する。
（１）ベルト地肌部とＢｋトナーの階調パターンの正反射光出力をサンプリングし、
（２）正規化値を算出し、
正規化値 = （階調パターンの正反射出力）／（ベルト地肌部の正反射出力）×１００
=Ｖｓｐ＿ｒｅｇ／Ｖｓｇ＿ｒｅｇ×１００
Ｖｓｐ・・・各階調パターンの出力電圧
Ｖｓｇ・・・中間転写ベルト８の地肌部の出力電圧
＿ｒｅｇ．・・・正反射光出力（Ｒｅｇｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎの略）
（３）予め求めた「付着量」と「正規化値」の関係から、付着量変換処理を行う。
ここで、本発明は、（３）の付着量と正規化値の関係をトナー特性値に応じて変更することに特徴を有する。

また、以下の手順に従ってＣトナー、Ｍトナー、Ｙトナーからの拡散反射光出力を付着量値に変換する。
（１）階調パターンの正反射光出力および拡散反射光出力をサンプリングし、
（２）正反射光出力を「正反射光成分」と「拡散反射光成分」とに成分分解することにより、「正反射光成分」のみを抽出し、
（３）拡散反射光出力から「ベルト地肌部からの拡散反射光成分」を除去することにより、「トナーからの拡散光成分」を抽出し、
（４）（２）、（３）により求めた互いに独立する（交差する）２つの出力変換値の付着量に対する１次線形関係を利用し、正反射光による付着量検知が可能な付着量範囲（低付着量域）において、ある正反射光出力変換値（または付着量）の拡散反射光出力変換値がある値となるように、拡散反射光出力変換値を感度補正することにより、付着量に対する拡散反射光出力（補正値）を一義的に定め、
（５）拡散反射光出力補正値に２０を乗じて正規化値に変換し、
（６）予め求めた「付着量」と「正規化値」の関係から、付着量変換処理を行う。

以上のように求められた現像ポテンシャルとトナー付着量の関係から、横軸に現像ポテンシャルをとり、縦軸にトナー付着量をとったときの傾きである現像能力を求める（図３，９）。そして、現像能力と着色度Ｃｎｏｗから所定の画像濃度となるような現像ポテンシャルを算出する。これにより、現像バイアス、帯電バイアス、露光光量といった作像条件を決定する（図３，９）。また、このときの装置本体内の温湿度を温湿度センサで検知し、現像装置４内のトナー濃度をトナー濃度センサによって検知し、そのときの環境に適したトナー濃度を算出してトナー濃度制御目標値を決定または補正する。
以上のような一連の電位制御フローでは図示しないが、検出値全てに対して適正な出力範囲が予め決定されており、適正な出力範囲外であればマシン動作を異常停止する異常停止手段を備える。出力異常の場合には、通知手段によって異常をユーザーやサービスマンに通知できるようになっている。

ところで、光センサ１０の出力の校正を行っているにも関わらず、センサ出力のトナー付着量への変換にずれが生じてしまうことがあった。この原因解析の結果、このずれはトナー特性値、特にトナー粒径に依存しており、トナー粒径の変換によって、正規化値とトナー付着量の関係にずれが生じていることが分かった。前記のように、光センサの校正は、所定のトナー付着量を検出したときの拡散反射出力を所定の値に変換するものである。光センサの校正は、原理的に光センサの感度を校正するものであるので、拡散反射出力と変換された値は比例の関係にあるはずである。しかし、トナー粒径が変化してしまうと図７，８で示すように、正規化値とトナー付着量の関係のプロファイルが変化してしまい、正規化値とトナー付着量が一対一の関係でなくなり、センサ校正処理の際に行っているような定数倍の校正では校正しきれなくなってしまう。この原因としては、トナー粒径の変化により光の反射の仕方も変動してしまっているからと考えられる。このような変動によって、トナー付着量を誤検知してしまい、画像濃度を変動させる原因となっていた。よって、本実施例では、トナー粒径の変化、すなわち新旧トナーの混在状態におけるトナー粒径をも考慮してトナー付着量への変換を行う。

次に、図３におけるトナー特性値の更新フローに関する制御・演算方法について説明する。先ずは、正規化値とトナー付着量のパラメータを含む関係式ＭＡｎｏｗ［ｎ］の算出に関して説明する。
さて、本実施例では、図７，８に示すような予め実験により取得したトナー粒径Ｄｖに依存した正規化値とトナー付着量の関係を、図示しない装置本体の不揮発メモリに保存してある。正規化値は、０から１００までの整数であって、トナー付着量と一対一の関係になる値である。トナー粒径Ｄｖの水準は、中心値と公差上下限値のトナー粒径を含むものであり、図７，８では、中心値はＤｖ＝５．０μｍ、上限値はＤｖ＝６．５μｍ、下限値はＤｖ＝４．３μｍで表わされている。そして、装置本体の不揮発メモリ内に格納されたこのトナー粒径Ｄｖの情報と、このトナー濃度センサ５に付随した不揮発メモリ（図示せず）またはトナーボトル９に付随した不揮発メモリ１６内のトナー粒径情報を基に、新旧トナーの混在状態における現像装置４内のトナーの正規化値と付着量の関係の算出を行う。

先ず、現像装置４内のトナーの正規化値と付着量の関係を導くために、現像装置４内のトナー粒径情報が記憶されているトナー濃度センサ５に付随した不揮発メモリ内のトナー粒径情報を用いる。現像装置４内に別なトナーが補給される前のこの初期トナーの粒径情報と、装置本体の不揮発メモリにある中心値と公差上下限値のトナー粒径を有するトナーに対する正規化値とトナー付着量に基づき、現在の現像装置４内のトナーの正規化値とトナー付着量の関係を求める。

（初期および交換時点での）現像装置４内のトナーの正規化値とトナー付着量の関係式ＭＡｄｅｖ［ｎ］は以下のように算出する。
粒径が中心値５．０μｍより大きい場合
ＭＡｄｅｖ［ｎ］ ＝ （ＭＡｕｐ［ｎ］−ＭＡｃ［ｎ］）×（Ｇｄｅｖ−Ｇｃ）／（Ｇｕｐ−Ｇｃ） ＋ ＭＡｃ［ｎ］
粒径が中心値５．０μｍ以下の場合
ＭＡｄｅｖ［ｎ］ ＝ （ＭＡｌｏｗ［ｎ］−ＭＡｃ［ｎ］）×（Ｇｄｅｖ−Ｇｃ）／（Ｇｌｏｗ−Ｇｃ） ＋ ＭＡｃ［ｎ］

ここで、ｎは正規化値の序数であって０から１００までの整数、ＭＡはトナー付着量、Ｇはトナー粒径である。添え字は、ｄｅｖは現像装置内のトナーに関し、ｌｏｗは粒径公差下限、ｃは粒径公差中心値、ｕｐは粒径公差上限をそれぞれ意味する。従って、ＭＡｕｐ［ｎ］は、粒径公差上限の正規化値ｎのトナー付着量を表し、Ｇｄｅｖは現像装置内のトナーのトナー粒径を表す。このようにして、現像装置内のトナーのトナー付着量ＭＡｄｅｖ［ｎ］を算出することができる。算出後は、ＭＡｄｅｖ［ｎ］を画像形成装置内の不揮発メモリに格納する。

また、トナーボトル９内のトナーの正規化値と付着量の関係を導くために、トナーボトル９内のトナー粒径情報が記憶されているトナーボトル９に付随した不揮発メモリ１６内のトナー粒径情報を用いる。

トナーボトル９内のトナーの正規化値とトナー付着量の関係式ＭＡｂｏｔ［ｎ］は、前記式の添え字のｄｅｖをｂｏｔとして、以下のように算出する。
粒径が中心値５．０μｍより大きい場合
ＭＡｂｏｔ［ｎ］ ＝ （ＭＡｕｐ［ｎ］−ＭＡｃ［ｎ］）×（Ｇｄｅｖ−Ｇｃ）／（Ｇｕｐ−Ｇｃ） ＋ ＭＡｃ［ｎ］
粒径が中心値５．０［μｍ］以下の場合
ＭＡｂｏｔ［ｎ］ ＝ （ＭＡｌｏｗ［ｎ］−ＭＡｃ［ｎ］）×（Ｇｄｅｖ−Ｇｃ）／（Ｇｌｏｗ−Ｇｃ） ＋ ＭＡｃ［ｎ］
ここで、添え字ｂｏｔはトナーボトルを示す。算出されたＭＡｂｏｔ［ｎ］は、同様に画像形成装置内の不揮発メモリに格納する。

次に、新旧トナーの入れ替わりの割合Ｒ（％）を以下のように計算する。
印刷毎に更新されるトナー補給量累積値Ｔｓ（ｍｇ）と初期トナー重量Ｍｔ（ｍｇ）を用いて現像装置内におけるボトルトナー割合Ｒ（％）は以下のようになる。
Ｒ（％） ＝ Ｔｓ／（Ｍｔ＋Ｔｓ）×１００

ここで、Ｍｔは、何らかの交換が行われたときの現像装置４内およびトナー補給装置１７内に残存するトナー重量を示す。Ｍｔは以下のタイミングで算出を行い、それ以後は算出した値を使用する。

新品時のとき：
Ｍｔ＝（初期トナー重量）
プロセスカートリッジを交換、またはプロセスカートリッジおよびトナーボトルを同時に交換したとき：
Ｍｔ＝（初期トナー重量）
トナーボトル交換したとき：
Ｍｔ＝（Ｍｔ−Ｓ×Ｍ／Ａ）＋Ｔｓ
ここで、Ｍ／Ａは、装置本体に保存してある目標トナー付着量Ｍ／Ａ（ｍｇ／ｃｍ^２）、Ｓは、印刷ごとに更新される書き込み画像面積累積値Ｓ（ｃｍ^２）である。現像装置４内のボトルトナー割合Ｒ（％）の算出後には１００（％）で上限処理を行う。

以上をまとめると、現像装置４内のトナーの正規化値と付着量の関係式ＭＡｄｅｖ［ｎ］と、トナーボトル９内のトナーの正規化値と付着量の関係式ＭＡｂｏｔ［ｎ］と、現像装置４内のボトルトナー割合Ｒ（％）を算出した。これらの情報から、現在の正規化値とトナー付着量の関係式ＭＡｎｏｗ［ｎ］を求める。

現在の正規化値とトナー付着量の関係式ＭＡｎｏｗ［ｎ］の算出は以下のようになる。
ＭＡｎｏｗ［ｎ］ ＝ ＭＡｂｏｔ［ｎ］×Ｒ／１００＋（１−Ｒ／１００）×ＭＡｄｅｖ［ｎ］
つまり、トナーを消費するに従ってボトルトナー割合Ｒが増えていくので、右辺第一項が大きくなり、ボトルトナーの新トナーの寄与が増えていく。一方、現像装置内の旧トナーは減少していくので、それに伴い右辺第２項が小さくなり、現像装置内の旧トナーの寄与が減っていく。現在の正規化値と付着量の関係式ＭＡｎｏｗ［ｎ］についても、装置本体の不揮発メモリに保存する。

次に、目標トナー付着量の補正について説明する。
画像形成の際同一のトナー付着量に制御できたとしても、トナーボトル毎にトナーの着色度が異なっている場合があるため、新旧トナーの混在状態においてはトナーの着色度の変化によって画像濃度が変動してしまうことがある。そこで、本実施例では、トナー濃度センサ５の不揮発メモリ（図示せず）とトナーボトル９の不揮発メモリ１６に着色度情報が格納されており、これらを用いて新旧トナーの混在状態における現在の着色度を算出し、これを用いて目標トナー付着量を補正する。ここで、着色度とは、所定のトナー付着量を印刷した場合の紙上の画像濃度である。本実施例での所定の付着量は０．４５（ｍｇ／ｃｍ^２）である。

現在の着色度Ｃｎｏｗは以下のように算出される。
Ｃｎｏｗ ＝ Ｃｂｏｔ×Ｒ／１００＋（１−Ｒ／１００）×Ｃｄｅｖ
ここで、Ｃは着色度を示し、添え字ｂｏｔはトナーボトルを示し、ｄｅｖは現像装置を示す。したがって、Ｃｂｏｔはトナーボトル内トナーの着色度を示し、Ｃｄｅｖは現像装置内トナーの着色度を示す。着色度Ｃｎｏｗも同様に、トナーを消費するに従ってボトルトナーの割合Ｒが増えていくので、ボトルトナーの新トナーの寄与が増えていく（第一項が大きくなる）。一方、現像装置内の旧トナーは減少しているので、それに伴い第２項の寄与が小さくなっていく。現在の着色度Ｃｎｏｗについても、装置本体の不揮発メモリに保存する。Ｃｄｅｖはトナー濃度センサ５の不揮発メモリ内の値を用いる。

図９は、こうして求められた着色度Ｃｎｏｗを用いて最適な現像ポテンシャルを求める方法を示す。
図中右半分の直線は、電位制御装置１００の制御フロー内で求められた現像ポテンシャルとトナー付着量の関係を示す。■は、ブラック（Ｂｋ）のトナーパッチに対するプロットであり、▲は、シアン（Ｃ）のトナーパッチに対するプロットである。
図中左半分の曲線は、装置本体の不揮発メモリに記憶してある着色度に応じた目標付着量の関係を示す。例えば、一番右上のプロットは、着色度１．２の場合に所定の画像濃度を得るためには付着量が０．５３７５（ｍｇ／ｃｍ^２）必要であることを意味する。上記関係から、本実施例での所定の目標付着量の補正を行う。具体的には、目標付着量を０．４５（ｍｇ／ｃｍ^２）から、着色度Ｃｎｏｗが１．２の場合には０．５３７５（ｍｇ／ｃｍ^２）に変更する。このように、先ほど算出した着色度Ｃｎｏｗを用いて、目標トナー付着量を算出（補正）し、電位制御装置１００の制御フロー内で求めてある現像能力（現像ポテンシャルとトナー付着量の関係）から、最適な現像ポテンシャルを求める（図中右半分）。
このように、最適な現像ポテンシャルを求め、これからそのときのトナー特性値に応じた現像バイアス、帯電バイアス、露光光量といった最適な作像条件を求めることができるので、画像濃度のより一層安定した画像形成が実現される。

これらのＭＡｎｏｗ［ｎ］とＣｎｏｗの情報は、図３に示す電位制御装置１００の制御フロー内の「トナー特性値の更新」時に更新する。具体的な更新フローは図１０に示す通りであり、トナー混合割合Ｒの更新を行って、現在のＭＡｎｏｗ［ｎ］とＣｎｏｗを更新する。

次に、トナーボトルやプロセスカートリッジを交換した場合の制御について説明する。
トナーボトルが交換された場合、図１１に示すように、トナーボトル内のトナー情報を更新する必要があるので、ＭＡｂｏｔ［ｎ］を更新する。一方、着色度Ｃｎｏｗについては不揮発メモリから値を参照するので何もしない。また、図１１に示すように、現在のＭＡｎｏｗ［ｎ］、Ｃｎｏｗを現像装置内のＭＡｄｅｖ［ｎ］、Ｃｄｅｖに代入しておく。この操作は、トナーボトルなどの交換後に、現像装置に入っている混合状態のトナーを１種類のトナーとみなしていることに対応する。ここで、Ｃｄｅｖは現像装置４内の不揮発メモリに保存する。

プロセスカートリッジが交換された場合、図１２に示すように、交換したトナー濃度センサ５に付随する不揮発メモリ内のトナー粒径情報を用いて、関係式ＭＡｄｅｖ［ｎ］を算出する。次に、現在の正規化値とトナー付着量の関係式ＭＡｎｏｗ［ｎ］にも算出したＭＡｄｅｖ［ｎ］を代入する。同時に現在の着色度Ｃｎｏｗもトナー濃度センサ５の不揮発メモリ内のＣｄｅｖに更新する。

トナーボトルとプロセスカートリッジの両方が交換された場合、どちらのトナーも変更しているので、図１３に示すように、各関係式ＭＡｄｅｖ［ｎ］、ＭＡｂｏｔ［ｎ］を算出して、現在の関係式ＭＡｎｏｗ［ｎ］にも算出したＭＡｄｅｖ［ｎ］を代入する。同時に現在のＣｎｏｗもトナー濃度センサ５の不揮発メモリ内のＣｄｅｖに更新する。

このようにすることで、トナーボトル内のトナーと現像装置内のトナーの粒径が異なる場合であっても、現像装置内の旧トナーがトナーボトル内の新トナーへ徐々に変化する状況に応じて、正規化値とトナー付着量の関係を最適化することができる。
尚、何らかの交換を行ったフローの最後には必ず、新旧トナー割合Ｒ、書き込み画像面積累積値Ｓ、トナー補給量累積値Ｔｓをクリアし、同時に旧トナー重量Ｍｔを計算する。

以上のように、正規化値とトナー付着量の関係式と目標トナー付着量を補正することで、トナー付着量の誤検知を大きく低減できるので、特にリピート印刷時の画像濃度安定性が向上する。
また、このような画像形成装置においては、従来の画像濃度安定性を維持したまま、トナー特性値の公差を広げることができる。これにより、トナーの歩留まりが向上し、トナー製法または素材選定の幅が広がるためトナーや装置のコストダウンが期待できる。

なお、本実施例では、正規化値とトナー付着量の関係式の補正を行ったが、正規化値に限定されるものではなく、光学センサ出力の生値や校正後の出力（Ｖ）であってもよい。

次に、本発明の画像形成装置の別な実施形態を説明する。本実施例２は、実施例１と略同様であるが、トナー濃度センサ５に不揮発メモリを搭載しない点で実施例１と異なる。本実施例においては、現像装置４内のトナーに関する情報を取得できない分、実施例１に比べてトナー特性値の変動により画像濃度が不安定になり得るが、本発明によれば従来の画像形成装置よりも画像濃度が安定する。

ＭＡｎｏｗ［ｎ］とＣｎｏｗの情報は、図３に示す電位制御装置１００の制御フロー内の「トナー特性値の更新」時に更新する。具体的な更新フローは図１４に示す通りであり、トナー混合割合Ｒの更新を行って、現在のＭＡｎｏｗ［ｎ］とＣｎｏｗを更新する。

次に、トナーボトルやプロセスカートリッジを交換した場合の制御について説明する。
トナーボトルの交換時は、本実施例におけるトナー情報の更新フローは、図１５に示すフローとなり、これは実施例１における図１１のフローと同じである。交換時に入っているトナーの特性値に更新を行うので、安定した画像濃度を提供することが可能である。通常、プロセスカートリッジよりもトナーボトルの交換が多いので、本実施例２のみでも画像濃度が安定する。

新品時、プロセスカートリッジ交換時、およびプロセスカートリッジとトナーボトルの交換時には、トナー濃度センサ５に不揮発メモリを搭載していないために現像装置４内のトナーの特性値を参照できないので、各特性値の公差中心値を利用する。図１６，１７に示すように、ＭＡｄｅｖ［ｎ］をトナー粒径の公差中心値での関係式ＭＡｃ［ｎ］とする。また、Ｃｎｏｗには、Ｃｄｅｖに代えて、トナー着色度の公差中心の値Ｃｃを代入する。
そしてフローの最後に、新旧トナー割合Ｒ、画像面積累積値Ｓ、トナー補給量累積値Ｔｓをクリアし、同時に旧トナー重量Ｍｔを計算する。

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋ 感光体（像担持体）
２ 帯電装置
３ 現像ローラ
４ 現像装置
６ １次転写装置
８ 中間転写ベルト（転写搬送部材）
９ トナーボトル（トナー収容手段）
１０ 光学センサ（トナー像検知手段）
１６ 不揮発メモリ（記憶手段）
１７ トナー補給装置（トナー搬送手段）

特開２００１−３２４８４０号明細書 特開平５−２４９７８７号明細書 特許第３１５５５５号明細書 特開２００６−１３９１７９号明細書 特許第３９８２１８８号明細書 特開２００４−３５４６２４号明細書 特開２００９−４２５３８号明細書 特開２００５−９９７５０号明細書

Claims (7)

1. 像担持体と、現像剤収容部を備え該像担持体にトナー像を形成する現像装置と、トナー像を検知するトナー像検知手段と、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されたトナー収容手段と、該トナー収容手段に付随する第１の記憶手段と、前記現像剤収容部に付随する第２の記憶手段と、前記トナー像検知手段が検出したトナー像の検出値に基づいて画像濃度を適正に制御する制御手段とを有する画像形成装置において、
   前記トナー収容手段のトナーは、トナー搬送手段を介して前記現像装置の前記現像剤収容部に供給され、
   前記第１の記憶手段は、前記トナー収容手段におけるトナー粒径に関するデータを有し、
   前記第２の記憶手段は、前記現像剤収容部における初期のトナー粒径に関するデータを有し、
   前記第１の記憶手段および前記第２の記憶手段におけるトナー粒径に関するデータを考慮して、前記制御手段は、前記トナー像検知手段が検出したトナー像の検出値を現在のトナー付着量に変換することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記トナー像検知手段が検出したトナー像の検出値を現在のトナー付着量と正規化値の関係に変換する第１のアルゴリズムを有し、該第１のアルゴリズムにおいて、変換の際に前記記憶手段のデータの１つであるトナー粒径を用い、このトナー付着量と正規化値の関係を用いてトナー像の検出値をトナー付着量に変換することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２に記載の画像形成装置において、
   前記トナー収容手段が交換された後、前記制御手段は、前記第１のアルゴリズムにおいて、前記現像剤収容部の現像剤全体における新たなトナーの割合を表す新旧トナー入れ替わり割合をさらに算出し、
   前記制御手段は、算出された該新旧トナー入替わり割合と前記トナー粒径とに基づいて、前記トナー像検知手段が検出したトナー像の検出値をトナー付着量と正規化値の関係に変換することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記トナー検知手段が検知したトナー像の検出値から、前記現像装置に印加する現像バイアスと前記像担持体へ露光する露光装置の露光光量とを制御する第２のアルゴリズムを有し、該第２のアルゴリズムにおいて、前記記憶手段のデータの１つである、所定の付着量のトナーを転写紙上に形成した場合の画像濃度である着色度を用いることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
   前記トナー像検知手段は、光学的にトナー像を検知する、発光素子と受光素子を有する光学センサであることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
   前記トナー像検知手段は、定着装置を通過する前の未定着のトナー像を検知することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の像形成装置において、
   前記トナー像検知手段は、転写紙を搬送する転写搬送部材上に転写されたトナー像であるトナーパッチを検知することを特徴とする画像形成装置。

Images