画像形成装置
【課題】画像形成の生産性の低下を最小限に留めながら、安定した画像を形成することが可能な画像形成装置を提供すること。
【解決手段】トナー消費のためのトナー像であるパッチを形成することにより消費されるべきトナー量を算出する第１のトナー量算出手段と、第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、予め決められたパッチ形成可能領域において予め決められたトナー濃度でパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第１のトナー量比較手段と、を有し、第１のトナー量比較手段の比較により、第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、予め決められたパッチ形成可能領域において予め決められたトナー濃度でパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成させるように、制御手段が画像形成手段を制御する。
【解決手段】トナー消費のためのトナー像であるパッチを形成することにより消費されるべきトナー量を算出する第１のトナー量算出手段と、第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、予め決められたパッチ形成可能領域において予め決められたトナー濃度でパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第１のトナー量比較手段と、を有し、第１のトナー量比較手段の比較により、第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、予め決められたパッチ形成可能領域において予め決められたトナー濃度でパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成させるように、制御手段が画像形成手段を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いて用紙に画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
用紙に画像を形成する画像形成装置としては、感光体を一様に帯電させ、帯電された感光体にレーザ光等の光を照射することで静電潜像を形成し、形成された静電潜像に対して帯電されたトナーを引き合わせることで感光体にトナー像を形成し、形成されたトナー像を静電気力により用紙に転写し、用紙に転写されたトナー像を熱と圧力とを用いて定着することで画像を形成する電子写真方式を採用した画像形成装置が広く知られている。
【０００３】
このような電子写真方式を採用した画像形成装置では、トナーを供給する現像部において一部のトナーが劣化し、帯電性が低下する或いは所望の極性と反対の極性に帯電してしまうという現象が生じる。帯電性が低下した或いは所望の極性と反対の極性に帯電したトナーは、正常に静電潜像に載らなくなってしまう。そして、現像部において劣化したトナーの割合が大きくなると、正常に静電潜像に載らなくなるトナーの割合が大きくなり、画像の安定性が低下してしまうという問題が生じていた。
【０００４】
上記のトナーが劣化する現象が生じる原因としては、現像部内のある領域に一部のトナーが滞留し、滞留したトナーが長期間現像部内に留まり続けることによるトナーの形状の変化やトナーが受ける摩擦等のストレスの増大等が考えられている。
【０００５】
そこで、劣化したトナーに起因する画像の安定性の低下という問題に対して、現像部における劣化したトナーの増加を防いで安定した画像を形成することが可能な技術が知られている。その技術は、所定のタイミングにおいて現像部内のトナーを所定量だけ強制的に消費させることで現像部内のトナーの滞留状態を解消し、現像部における劣化したトナーの増加を防ぐ技術である。
【０００６】
現像部内のトナーを強制的に消費させる方法としては、感光体上にトナー消費用のトナー像（パッチ）を形成する方法が一般的に用いられている。
【０００７】
従来、上記のようなパッチ形成によるトナーの強制消費は、用紙に対する画像形成動作の開始前に、或いは用紙に対する画像形成動作中に画像形成動作を中断した上で行われていた。しかしながらこのような場合、パッチ形成完了までの待機時間或いは画像形成動作の中断時間の分だけ、画像形成の生産性が低下するという問題が生じる。
【０００８】
そこで、感光体上における、用紙に転写されるトナー像が形成される領域以外の領域にパッチを形成することで、画像形成動作を停止させないままトナーを強制的に消費し、画像形成の生産性を低下させることなく安定した画像を形成することが可能な技術が提案されている。
【０００９】
特許文献１には、原稿１枚分の露光の終了毎にトナーを強制的に消費するリフレッシュ動作を行うか否かを判断し、リフレッシュ動作を行うと判断された場合に、感光体上における、先行の用紙に転写されるトナー像が形成される領域と後続の用紙に転写される領域との間の紙間領域に、トナー消費用の静電潜像を書き込みリフレッシュ動作を実行することで、画像形成の生産性を落とすことなく安定した画像を形成することが可能な画像形成装置が記載されている。
【００１０】
特許文献２には、環境状況に応じて濃度補正のために形成する濃度検知用のトナー像の必要数を算出し、算出された濃度検知用のトナー像の必要数に応じて出力画像の出力間隔を決定することで、生産性の低下を抑えながら環境状況に応じた濃度補正が可能な画像形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２１６６０１号公報
【特許文献２】特開２００２−２５８５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら特許文献１に記載の画像形成装置においては、紙間領域の大きさが固定されているため、紙間領域にトナー消費用のトナー像を書き込みリフレッシュ動作を実行したとしても、用紙に形成される画像の安定化のために消費すべき量のトナーを消費し切れない場合がある。このような場合はリフレッシュ動作が充分ではないために、上述したような劣化したトナーに起因する画像の安定性の低下が起こる可能性があるという問題が生じる。
【００１３】
また、特許文献２に記載の画像形成装置においては、多数の濃度検知用トナー像を形成すべき場合は、その濃度検知用トナー像の数に応じた広い出力画像の出力間隔を確保するよう制御されるため、後続の用紙に対する画像形成動作の開始が遅れ、生産性が低下するという問題が生じる。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、画像形成の生産性の低下を最小限に留めながら、安定した画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１６】
１．像担持体にトナー像を形成し、形成されたトナー像を用紙に転写することで用紙に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段を制御する制御手段と、
前記像担持体に、トナーを消費するためのトナー像であるパッチを形成すべきか否かを判断するパッチ形成判断手段と、を有し、
前記パッチ形成判断手段により前記パッチを形成すべきと判断された場合に、前記制御手段が、前記像担持体における予め決められたパッチ形成可能領域に、予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成させるよう前記画像形成手段を制御する画像形成装置において、
前記パッチ形成判断手段により前記パッチを形成すべきと判断された場合に、前記パッチを形成することにより消費されるべきトナー量を算出する第１のトナー量算出手段と、
前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第１のトナー量比較手段と、を有し、
前記第１のトナー量比較手段の比較により、前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、前記制御手段は、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成させるよう制御することを特徴とする画像形成装置。
【００１７】
２．前記予め決められたパッチ形成可能領域は、前記像担持体における、先行の用紙に転写されるトナー像と後続の用紙に転写されるトナー像との間の領域内にある画像形成装置であって、
前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、前記予め決められたパッチ形成可能領域において最大のトナー濃度のパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第２のトナー量比較手段を有し、
前記第２のトナー量比較手段の比較により、前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記最大のトナー濃度のパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、前記制御手段は、前記先行の用紙に転写されるトナー像と前記後続の用紙に転写されるトナー像との間隔を広げるよう制御することで、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成可能な領域を、前記予め決められたパッチ形成可能領域より大きくし、さらに前記制御手段は、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度であり且つ前記予め決められたパッチ形成可能領域より大きいパッチを形成させるよう制御することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１８】
３．画像形成の生産性を優先する様に設定可能な生産性優先設定手段を有し、
前記生産性優先設定手段により前記画像形成の生産性を優先する様に設定されている場合に、前記制御手段は、前記先行の用紙に転写されるトナー像と前記後続の用紙に転写されるトナー像との間隔を広げる制御を行わないことを特徴とする前記２に記載の画像形成装置。
【００１９】
４．前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成する際に、前記制御手段は、画像形成条件を前記予め決められたトナー濃度に対応する条件から変更することで前記パッチのトナー濃度を大きくするよう前記画像形成手段を制御するものであって、
前記制御手段は、前記画像形成条件の変更開始時点に対応する所定のタイミングから前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチの形成を開始させるよう制御することを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００２０】
５．前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成する際に、前記制御手段は、画像形成条件を前記予め決められたトナー濃度に対応する条件から変更することで前記パッチのトナー濃度を大きくするよう前記画像形成手段を制御するものであって、
前記制御手段は、前記変更された画像形成条件から前記予め決められたトナー濃度に対応する条件への復帰が完了した時点に対応する所定のタイミングにおいて、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチの形成を完了させるよう制御することを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００２１】
６．複数の異なる色に対応する複数の前記画像形成手段を有し、
前記制御手段は、複数の前記画像形成手段を前記複数の異なる色毎に制御することを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る画像形成装置によれば、消費されるべきトナー量が、予め決められたパッチ形成可能領域内において予め決められたトナー濃度でパッチを形成することにより消費可能なトナー量より多い場合、制御手段が、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成させるよう画像形成手段を制御するので、画像形成の生産性の低下を抑えながら消費すべき量のトナーを確実に消費し、安定した画像を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態における画像形成装置全体の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における画像形成装置全体の電気的構成を示す図である。
【図３】トナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図（１／３）である。
【図４】トナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図（２／３）である。
【図５】トナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図（３／３）である。
【図６】トナー消費用パッチのレイアウトの他の一例を示す図（１／２）である。
【図７】トナー消費用パッチのレイアウトの他の一例を示す図（２／２）である。
【図８】紙間領域にパッチを形成させる場合の制御手順のメインルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ９（トナー消費用パッチ演算サブルーチン）を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明に係る画像形成装置の実施の形態について説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略することがある。
【００２５】
図１は、本実施の形態における画像形成装置全体の構成を示す断面図である。
【００２６】
画像形成装置１は、像担持体に相当する円筒状の感光体ドラム２２ａ〜２２ｄが縦列に配置されたタンデム型と呼ばれるカラー画像形成装置である。画像形成装置１は、画像読取部１０、画像形成部２０、用紙給紙部３０、操作入力部４０から構成されている。
【００２７】
画像読取部１０は、原稿載置部１１、光学系１２、ＣＣＤイメージセンサ１３等から構成されている。
【００２８】
本発明における画像形成手段としての機能を果たす画像形成部２０は、四種類の異なる色である、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応したトナー像をそれぞれ形成する画像形成ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄや、各画像形成ユニットにおいて形成されたトナー像が転写される中間転写ベルト２０１、中間転写ベルト２０１上のトナー像を用紙に転写する二次転写部２０２、用紙に転写されたトナー像を熱と圧力とを用いて用紙に定着する定着部２０４等から構成されている。
【００２９】
用紙給紙部３０は、それぞれ様々なサイズ或いは種類の用紙が収容される複数の給紙トレイ３１〜３３等から構成されている。
【００３０】
操作入力部４０は、ユーザが指等で触れることで操作が可能なタッチパネル方式の操作パネル４１、数値入力等を行うテンキー４２、画像形成の実行の指示等をするためのスタートキー４３等から構成されている。操作入力部４０からは、画像形成の条件等の入力とともに、後に説明するパッチ形成の条件の入力もなされ、本発明における生産性優先設定手段としての機能も果たす。この機能についての詳細は後述する。
【００３１】
図２は、本実施の形態における画像形成装置１の電気的構成を示したブロック図である。図１と同様の機能を有する構成に対しては、図１において付された符号と同一の符号を付している。画像形成装置１は、操作入力部４０、全体制御部５０、エンジン部６０等から構成されている。
【００３２】
操作入力部４０は、操作パネル制御部４４、紙間パッチ条件設定部４５等から構成されている。操作パネル制御部４４は、操作パネル４１において入力された画像形成に関する設定や、紙間パッチ条件設定部４５において設定されたパッチの形成条件設定等の設定情報を全体制御部５０のシステム制御部５１へ送信する。また操作パネル制御部４４は、システム制御部５１から受信した情報に基づいて、操作パネル４１に適切な表示をさせるよう制御する。
【００３３】
全体制御部５０は、システム制御部５１、画像描画処理部５２、黒化面積取得・通知処理部５３、パッチ作成・描画処理部５４等から構成されている。
【００３４】
画像描画処理部５２は、形成される画像の情報を基に画像形成部２０、用紙給紙部３０の動作条件を決定する処理を行う。黒化面積取得・通知処理部５３は、形成される画像の情報を基に、色毎に用紙１枚に対して形成されるトナー像の面積を取得する。パッチ作成・描画処理部５４は、紙間パッチ条件設定部４５において設定されたパッチの形成条件の情報に基づいて、パッチ形成時の画像形成部２０、用紙給紙部３０の動作条件を決定する処理を行う。
【００３５】
システム制御部５１は、操作パネル制御部４４或いはエンジン制御部６１から送信された情報に基づいて、画像描画処理部５２、黒化面積取得・通知処理部５３、パッチ作成・描画処理部５４の各部に対して上記の処理を行うよう制御をする。また画像描画処理部５２、黒化面積取得・通知処理部５３、パッチ作成・描画処理部５４の各部において行われた処理結果の情報を、操作パネル制御部４４或いはエンジン制御部６１へ送信する。
【００３６】
システム制御部５１は、本発明における制御手段、第１のトナー量算出手段、第１のトナー量比較手段、第２のトナー量算出手段、そして第２のトナー量比較手段としての役割を果たす。
【００３７】
エンジン部６０は、エンジン制御部６１、紙搬送制御部６２、画像作像処理部６３、カバレッジデータ処理部６４、紙間パッチ作成判断処理部６５、紙間パッチ作像処理部６６等から構成されている。
【００３８】
紙搬送制御部６２は、用紙を適切なタイミングで給紙、搬送させるよう用紙給紙部３０及び画像形成装置１内の搬送ローラ等を制御する。画像作像処理部６３は、画像描画処理部５２において決定された動作条件の通りに画像形成部２０を動作させ、画像を形成させる処理を行う。カバレッジデータ処理部６４は、黒化面積取得・通知処理部５３より通知された各色の黒化面積のデータを基に、用紙１枚の面積に対する黒化面積の割合であるカバレッジを算出する処理を行う。紙間パッチ作成判断処理部６５は、後に説明するトナー消費用パッチ或いは補正パッチを形成すべきか否かを判断する処理を行う。紙間パッチ作成判断処理部６５は、本発明におけるパッチ形成判断手段としての役割を果たす。紙間パッチ作像処理部６６は、パッチ形成の際に、パッチ作成・描画処理部５４において決定された動作条件の通りに画像形成部２０を動作させる処理を行う。
【００３９】
エンジン制御部６１は、システム制御部５１からの指示に基づいて、紙搬送制御部６２、画像作像処理部６３、カバレッジデータ処理部６４、紙間パッチ作成判断処理部６５、紙間パッチ作像処理部６６の各部に対して上記の処理を行うよう指示をする。
【００４０】
次に、図１及び図２を参照しながら、用紙に対して画像を形成する際の画像形成装置１の動作の詳細について説明する。
【００４１】
操作入力部４０において用紙に対する画像形成の条件等が入力され、スタートキー４３が押下されると、原稿載置部１１に予め載置された原稿に対して、図示しない光源により原稿に照射され、照射された光の反射光が光学系１２を介してＣＣＤイメージセンサ１３により読み取られる。
【００４２】
ＣＣＤイメージセンサ１３により読み取られた原稿画像の信号は、画像描画処理部５２において所定の処理が施された後、システム制御部５１からエンジン制御部６１、画像作像処理部６３を介して画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄの露光部２４ａ〜２４ｄに通知される。
【００４３】
原稿の画像を読み取り画像形成を行う以外に、予め画像形成装置１内に画像データ等を記憶させておき、記憶されていた画像データを基に画像形成を行うように構成することも可能である。
【００４４】
画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応したトナー像を形成し、中間転写ベルト２０１に転写する機能を果たす。画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄはそれぞれ同等の構成を備えているので、ここではイエロー色に対応した画像形成ユニット２１ａの動作について説明し、画像形成ユニット２１ｂ〜２１ｄの動作に関する詳細な説明は省略する。
【００４５】
イエロー色に対応した画像形成ユニット２１ａにおいては、露光部２４ａに所定の処理が施された画像信号が通知されるとともに、感光体ドラム２２ａが図示しない駆動手段により反時計方向に回転される。
【００４６】
そして、帯電部２３ａにより感光体ドラム２２ａの表面が一様に帯電される。一様に帯電された感光体ドラム２２ａに対して、露光部２４ａが、通知されたイエロー色に対応した画像信号に基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム２２ａに静電潜像を形成する。
【００４７】
そして、静電潜像が形成された感光体ドラム２２ａに対して、現像部２５ａが、帯電されたイエロー色のトナーを供給し、感光体ドラム２２ａにイエロー色のトナー像を形成する。形成されたイエロー色のトナー像は、１次転写ローラ２６ａによって、時計方向に回転されている無端状のベルトである中間転写ベルト２０１に静電気力により転写される。中間転写ベルト２０１に転写され切れずに感光体ドラム２２ａに残存したトナーは、クリーニング部２７ａにより取り除かれる。
【００４８】
画像形成ユニット２１ｂ、２１ｃ、２１ｄにおいても、画像形成ユニット２１ａと同様に、ＣＣＤイメージセンサ１３により読み取られた原稿画像の信号に基づいて感光体ドラム２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにそれぞれマゼンタ色、シアン色、ブラック色のトナー像が形成される。そして、各１次転写ローラ２６ｂ、２６ｃ、２６ｄによってそれぞれ画像の先頭部分が重なるタイミングで中間転写ベルト２０１に各トナー像を転写することで、中間転写ベルト２０１上にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像が重なったカラートナー像が形成される。
【００４９】
中間転写ベルト２０１上に形成されたカラートナー像は、２次転写部２０２において、カラートナー像の先頭部分と用紙の先頭部分とが重なるタイミングで用紙給紙部３０の給紙トレイ３１、３２、又は３３から給紙、搬送されてきた用紙に転写される。２次転写部２０２において転写され切れずに中間転写ベルト２０１に残存したトナーは、中間転写ベルトクリーニング部２０３において取り除かれる。
【００５０】
２次転写部２０２においてカラートナー像が転写された用紙は、定着部２０４へ向けて搬送され、定着部２０４において熱と圧力とを加えられることによってカラートナー像が用紙に定着され、画像が形成される。
【００５１】
用紙の片面のみに画像を形成するとの設定が予めなされている場合は、片面の画像が形成された用紙は分岐部２０５により排出ローラ対２０６方向へ搬送され、排出ローラ対２０６から画像形成装置１の装置外へ排出される。
【００５２】
一方、用紙の両面に画像を形成するとの設定がなされている場合は、片面の画像が形成された用紙は分岐部２０５により反転経路２０７方向へ搬送され、反転ローラ対２０８の正逆転の反転によりスイッチバックされ、用紙の後端を先頭として２次転写部２０２方向へ搬送される。
【００５３】
そして、上述した方法で画像の後端を先頭として中間転写ベルト２０１に形成された４色のカラートナー像が２次転写部２０２に進入してくるとともに、タイミングを合わせて後端を先頭とした用紙が２次転写部２０２に進入してくる。２次転写部２０２において用紙の裏面にカラートナー像が転写され、定着部２０４において裏面の画像が用紙に定着され、両面の画像形成が完了する。
【００５４】
両面の画像形成が完了した用紙は、分岐部２０５により排出ローラ対２０６方向へ搬送され、排出ローラ対２０６から画像形成装置１の装置外へ排出される。
【００５５】
以上が、画像形成装置１が用紙に対して画像を形成する際の動作の詳細である。ここで、各色のトナーを供給する現像部２５ａ〜２５ｄでは、用紙に画像を形成し続けると、各現像部内の領域において次第にトナーが滞留した状態となり、滞留状態となったトナーが長期間現像部内に留まることにより劣化するという現象が起こる。この劣化したトナーは、画像の安定性を低下させる要因となるので、安定した画像を形成するために現像部内の全トナーに対する劣化したトナーの割合を低減させる必要が生じる。
【００５６】
そこで、所定のタイミングにおいて現像部内のトナーを強制的に消費させることで、現像部内のトナーの滞留状態を解消し、劣化トナーの割合を低減させる動作が行われている。
【００５７】
本実施の形態においては、上記のトナーの強制消費は、用紙に対する画像形成の生産性を低下させないために、画像形成動作中の、先行の用紙に転写されるトナー像と後続の用紙に転写されるトナー像との間の予め決められたパッチ形成可能領域にトナー消費用のトナー像であるトナー消費用パッチを形成することにより行われている。
【００５８】
上記現像部内のトナーの滞留状態は、用紙に対する画像形成に用いられるトナー量が少ないほど生じやすいことが判っている。そこで本実施の形態では、用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量として、カバレッジの形でユーザが操作入力部４０において設定できるようにしている。
【００５９】
ユーザは、操作入力部４０に表示される図示しない画面において、用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量として、用紙の面積に対するトナー像の面積の割合を例えば０％、２．５％、５％、１０％の４種類の中から選択することができる。
【００６０】
ユーザは所望の画質を得るために上記４種類の用紙の面積に対するトナー像の面積の割合の中から１種類を選択する。用紙の面積に対するトナー像の面積の割合が大きいほど、即ち用紙１枚の画像形成毎に消費されるトナー量が多いほど、現像部内の劣化したトナーがより多く消費されるため、用紙に対してより高画質の画像を形成することが可能となる。
【００６１】
そして、上記のように設定された用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量と用紙に対する画像形成によって消費されるトナー量とを比較することで、消費すべきトナー量が用紙に対する画像形成によって消費されるか否かを用紙１枚の画像形成毎に判断する。
【００６２】
消費すべきトナー量が消費されない場合、即ち用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量が用紙に対する画像形成によって消費されるトナー量より多いと判断された場合に、図３〜図７に示すように先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像と、後続の用紙に転写されるトナー像との間の領域である紙間領域内にトナー消費用のトナー像であるトナー消費用パッチを形成し、消費不足分のトナーを消費するようにしている。
【００６３】
また、ユーザは上記４種類の割合のうち０％を選択することにより、トナーを節約しつつ用紙に画像を形成させることも可能となっている。ユーザにより０％が選択された場合をトナー節約モードと呼ぶこととする。
【００６４】
イエロー色のトナー消費用パッチを形成する場合は、感光体ドラム２２ａにおける、先行の用紙に転写される画像に対応するトナー像が形成される領域と、後続の用紙に転写される画像に対応するトナー像が形成される領域との間の紙間領域内の予め決められたパッチ形成可能領域にトナー消費用パッチを形成する。
【００６５】
具体的には、後に説明する方法で用紙１枚毎に形成されるべきトナー消費用パッチのトナー濃度、大きさを決定し、予め決められたパッチ形成可能領域内において、決定された大きさの分だけ露光部２４ａにより露光がなされる。そして、現像部２５ａよりイエロー色のトナーが露光された領域に供給され、トナー消費用パッチが形成される。
【００６６】
トナー消費用パッチを形成する際には、決定されたトナー濃度に応じて画像形成ユニット２１ａを構成する各部のうち１つ以上の部について、その動作条件を変化させることでトナー消費用パッチのトナー濃度を適切に変化させることが可能である。
【００６７】
トナー像を形成する際における、画像形成ユニット２１ａを構成する各部の動作条件にはそれぞれ、予め最適化された基準の動作条件が存在する。この基準の動作条件の下で、感光体ドラム２２ａ上の領域を露光することにより、感光体ドラム２２ａ上に形成されたトナー像のトナー濃度を、本発明における予め決められたトナー濃度とする。
【００６８】
本実施の形態では、トナー消費用パッチのトナー濃度を予め決められたトナー濃度より大きくする必要がある場合に、上記動作条件として、現像部２５ａの現像ＤＣバイアスと帯電部２３ａのグリッド電圧とを、基準の条件から変化させることで、トナー消費用パッチが適切なトナー濃度で形成されるようにしている。
【００６９】
感光体ドラム２２ａ上に形成されたイエロー色のトナー消費用パッチは、１次転写ローラ２６ａにより中間転写ベルト２０１に転写される。２次転写部２０２へは用紙に転写されるトナー像とのタイミングを合わせて用紙が給紙され、搬送されてくるため、中間転写ベルト２０１に転写されたトナー消費用パッチは、２次転写部２０２において用紙には転写されずに、２次転写ローラ２０２ｂに巻き回された無端状のベルト２０９に転写される。
【００７０】
ベルト２０９に転写されたトナー消費用パッチは、ベルトクリーニング部２１０により取り除かれる。
【００７１】
トナー消費用パッチについては、感光体ドラム２２ａ上に形成されたトナー消費用パッチを全て中間転写ベルト２０１上に転写させるようにしても良いが、トナー像転写のために１次転写ローラ２６ａに対して掛けるバイアスを、感光体ドラム２２ａ上の用紙に転写されるトナー像を中間転写ベルト２０１に転写させるときに掛けるバイアスより小さくし、感光体ドラム２２ａ上に形成されたトナー消費用パッチのうち一部を感光体ドラム２２ａ上に残存させるようにしても良い。
【００７２】
この場合、感光体ドラム２２ａ上に残存した一部のトナー消費用パッチは、クリーニング部２７ａによって取り除かれる。
【００７３】
同様に２次転写部２０２においても、中間転写ベルト２０１上のトナー消費用パッチを全てベルト２０９に転写させるようにしても良いが、トナー像転写のために２次転写ローラ２０２ｂに対して掛けるバイアスを、中間転写ベルト２０１上の用紙に転写されるべきトナー像を用紙に転写させるときに掛けるバイアスより小さくし、中間転写ベルト２０１上のトナー消費用パッチのうち一部を中間転写ベルト２０１上に残存させるようにしても良い。
【００７４】
この場合、中間転写ベルト２０１上に残存した一部のトナー消費用パッチは、中間転写ベルトクリーニング部２０３により取り除かれる。
【００７５】
上記のように、全てのトナー消費用パッチをベルトクリーニング部２１０の１箇所のクリーニング部により除去せずに、トナー消費用パッチを分散させ複数のクリーニング部で除去させることが可能である。全てのトナー消費用パッチを１箇所のクリーニング部によって除去する構成の場合は、トナー量が多く、トナー消費用パッチの全てを除去し切れずに後続の用紙に対する画像形成に影響が生じる可能性がある。
【００７６】
一方、上記のようにトナー消費用パッチを分散させ複数のクリーニング部で除去を行うようにすることで、各クリーニング部において確実にトナーを除去し、後続の用紙に対する画像形成に影響が出ないようにすることが可能である。
【００７７】
ここまでイエロー色のトナー消費用パッチの形成について述べたが、他のマゼンタ色、シアン色、ブラック色についても上述のような方法でトナー消費用パッチを形成する。
【００７８】
図３〜図５は、ベルト２０９上に転写されたトナー消費用パッチのレイアウトを示す図である。本実施の形態においては、各感光体ドラム上における、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像と後続の用紙Ｓｂに転写されるトナー像との間の紙間領域内に、トナー消費用パッチが形成される。
【００７９】
そして、各感光体ドラム上に形成されたトナー消費用パッチは、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の順番に、その先頭を合わせて重なり合う状態で中間転写ベルト２０１上に転写される。中間転写ベルト２０１上に転写された各色のトナー消費用パッチは、２次転写部２０２においてベルト２０９に転写される。ベルト２０９に転写された各色のトナー消費用パッチは、図３に示すように、下層から順に、ブラック色パッチＰＫ１、シアン色パッチＰＣ１、マゼンタ色パッチＰＭ１、イエロー色パッチＰＹ１となっている。
【００８０】
図３及び後に説明する図４、図５、図６、図７においては、各色のパッチを区別することができるように、各色のパッチをそれぞれ、矢印で図示する用紙搬送方向に直交する方向（図の上下方向）にずらして表示しているが、実際にパッチを形成する場合には各色のパッチをそれぞれ用紙搬送方向に直交する方向にずらして形成することは行っていない。
【００８１】
本実施の形態においては、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像と後続の用紙Ｓｂに転写されるトナー像との間の領域である紙間領域の用紙搬送方向の長さは図３に示すように８４ｍｍである。また、予め決められたパッチ形成可能領域の用紙搬送方向の長さは図３に示す通り６０ｍｍ、用紙搬送方向に直交する方向の長さは各感光体ドラムの主走査方向の長さとなっている。
【００８２】
本実施の形態においては、各色のトナー消費用パッチは、各感光体ドラム上における、各色の先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像の後端から１５ｍｍだけ離れた位置からそれぞれ形成が開始される。後に説明する制御方法によって算出されるパッチ形成に必要な領域に基づいて、色毎に必要な分だけそれぞれトナー消費用パッチが形成される。
【００８３】
図３は、後述する制御により、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成した場合に、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量が消費可能である、と判断された場合に形成されるトナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図である。
【００８４】
図３の下部にはトナー消費用パッチ形成の際の現像ＤＣバイアス２５１と、グリッド電圧２３１との出力の様子がそれぞれ示してある。図３はベルト２０９上の様子を示した図であるが、便宜上現像ＤＣバイアス２５１とグリッド電圧２３１との出力の様子とを、ベルト２０９上を示す図に重ねて表示している。
【００８５】
予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成した場合に、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量が消費可能である、と判断された場合は、図３の例のように、トナー消費用パッチ形成の際に、現像ＤＣバイアス２５１とグリッド電圧２３１を予め決められたトナー濃度に対応する基準の値から変化させることなく、予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成させる。
【００８６】
図４は、後述する制御により、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成した場合に、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費しきれない、と判断された場合に形成されるトナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図である。
【００８７】
図４においても図３と同様に、トナー消費用パッチが下層から順に、ブラック色パッチＰＫ２、シアン色パッチＰＣ２、マゼンタ色パッチＰＭ２、イエロー色パッチＰＹ２となった状態でベルト２０９に転写されている。
【００８８】
後述の制御により、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成した場合に、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費しきれない、と判断された色に関しては、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費するようにしている。
【００８９】
図４においては、マゼンタ色パッチＰＭ２のトナー濃度が、上記のように予め決められたトナー濃度より大きくなる例を示している。
【００９０】
図４の下部に示すように、トナー消費用パッチのトナー濃度を上昇させるために、マゼンタ色に対応する画像形成ユニット２１ｂにおける現像ＤＣバイアス２５２とグリッド電圧２３２とがそれぞれ所定のタイミングで変化している。現像ＤＣバイアス２５２とグリッド電圧２３２とを、それぞれ予め決められたトナー濃度に対応する基準の値から１段階変化させることで、最大のトナー濃度でマゼンタ色のトナー消費用パッチが形成されている。
【００９１】
現像ＤＣバイアス２５２については、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像の後端部から１２ｍｍだけ離れた位置に対応するタイミングで出力が変化している。これは、対応する色（マゼンタ色）の感光体ドラム上における、現像部によってトナーが供給される位置を基準とした出力の様子である。つまり、対応する色（マゼンタ色）の現像部によって感光体ドラム上に先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像が形成され、感光体ドラム上の該トナー像の後端部が、感光体ドラム上における現像部によってトナーが供給される位置から１２ｍｍだけ離れた位置まで進んだタイミングで、現像ＤＣバイアス２５２を変化させるということである。
【００９２】
同じくグリッド電圧２３２については、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像の後端部から７ｍｍだけ離れた位置に対応するタイミングで出力が変化している。これは、対応する色（マゼンタ色）の感光体ドラム上における、帯電部によって帯電がなされる位置を基準とした出力の様子である。つまり、対応する色（マゼンタ色）の帯電部によって感光体ドラム上における先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像が形成される領域が帯電され、感光体ドラム上の該領域の後端部が、感光体ドラム上における帯電部によって帯電がなされる位置から７ｍｍだけ離れた位置まで進んだタイミングで、グリッド電圧２３２を変化させるということである。
【００９３】
現像ＤＣバイアスやグリッド電圧を上昇させる場合は、上昇開始から上昇後の所望の出力が安定するまでにそれぞれ所定の時間を要する。この、上昇開始から出力安定までに要する時間のことを立ち上がり時間と呼ぶ。
【００９４】
この立ち上がり時間を考慮して、図４に示すように、現像ＤＣバイアス２５２やグリッド電圧２３２の変化のタイミングは、トナー消費用パッチの形成開始位置に対応するタイミングよりそれぞれ早いタイミングとなっている。これは、各条件の上昇後の出力が安定している状況でトナー消費用パッチを形成するためである。
【００９５】
図５は、図４に示す例のように予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成したとしても、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費し切れない、と判断された場合に形成されるトナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図である。
【００９６】
図５においても図３、図４と同様に、トナー消費用パッチが下層から順に、ブラック色パッチＰＫ３、シアン色パッチＰＣ３、マゼンタ色パッチＰＭ３、イエロー色パッチＰＹ３となった状態でベルト２０９に転写されている。
【００９７】
紙間領域は図３、図４と比較して広げられており、その用紙搬送方向の長さは１０４ｍｍとなっている。それに伴いパッチ形成可能領域も広げられており、その用紙搬送方向の長さは８０ｍｍとなっている。
【００９８】
後述の制御により、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成したとしても、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費し切れない、と判断された色に関しては、パッチを形成可能な領域を、紙間領域を広げることで大きくし、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度で、且つ予め決められたパッチ形成可能領域より大きいトナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費するようにしている。
【００９９】
図５においては、マゼンタ色パッチＰＭ３について、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度で、且つ予め決められたパッチ形成可能領域より大きいトナー消費用パッチが形成された例を示している。
【０１００】
図５の下部に示すように、マゼンタ色のトナー消費用パッチのトナー濃度を上昇させるために、マゼンタ色に対応する画像形成ユニット２１ｂにおける現像ＤＣバイアス２５３とグリッド電圧２３３とがそれぞれ所定のタイミングで変化している。現像ＤＣバイアス２５３とグリッド電圧２３３とをそれぞれ、予め決められたトナー濃度に対応する基準の値から１段階変化させることで、最大のトナー濃度でマゼンタ色のトナー消費用パッチが形成されている。
【０１０１】
現像ＤＣバイアス２５３とグリッド電圧２３３との出力変化のタイミングは、それぞれ図４において説明した場合と同様であり、立ち上がり時間を考慮して、各条件の上昇後の出力が安定している状況でトナー消費用パッチを形成している。
【０１０２】
図６は、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成したとしても、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費し切れない、との判断がなされた場合における、ベルト２０９上に転写されたトナー消費用パッチのレイアウトの他の一例を示す図である。
【０１０３】
図６においても、トナー消費用パッチが下層から順に、ブラック色パッチＰＫ４、シアン色パッチＰＣ４、マゼンタ色パッチＰＭ４、イエロー色パッチＰＹ４となった状態でベルト２０９に転写されている。紙間領域は図３、図４と比較して広げられており、その用紙搬送方向の長さは１０４ｍｍである。それに伴い、パッチ形成可能領域も広げられており、その用紙搬送方向の長さは８３ｍｍとなっている。
【０１０４】
図６では、マゼンタ色パッチＰＭ４について、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度で、且つ予め決められたパッチ形成可能領域より大きいトナー消費用パッチが形成された例を示している。
【０１０５】
図６に示す例においては、現像ＤＣバイアス２５４の変化のタイミングとトナー消費用パッチの形成開始に対応するタイミングとが一致している。即ち、濃度を大きくすべき色（マゼンタ色）に対応した現像部において現像ＤＣバイアス２５４を切り替え、その切り替え開始と同じタイミングで、現像ＤＣバイアス２５４の出力の安定化を待たずに、感光体ドラム上へのトナーの供給を開始しトナー消費用パッチを形成するようにしている。
【０１０６】
上記のように現像ＤＣバイアス２５４の切り替え開始と同じタイミングでトナー消費用パッチを形成するようにすると、形成されたトナー消費用パッチにおける現像ＤＣバイアス２５４の出力が安定していない期間に対応する部分については、ムラが発生する等の可能性がある。しかしながらトナー消費用パッチを形成する目的はトナーを消費することであるため、必ずしもトナー消費用パッチが均一な濃度分布で形成されなくても良い。
【０１０７】
図６に示す例のように、現像ＤＣバイアス２５４の出力が安定し切れない期間に対応する感光体ドラム上の領域も利用してトナー消費用パッチを形成することで、図５に示す例と比較して、同じ紙間領域においてより大きいトナー消費用パッチを形成し、より多くのトナーを消費することが可能となり、画像の安定性をより確実に保つことが可能となる。
【０１０８】
図６においては、現像ＤＣバイアス２５４の立ち上がり時間を利用して、現像ＤＣバイアス２５４の出力の安定化を待ってトナー消費用パッチを形成する場合より多くのトナーを消費する例を示したが、現像ＤＣバイアスの出力が予め決められたトナー濃度に対応する基準の出力に復帰する（立ち下がる）際にも、同様のことが言える。
【０１０９】
図６に示す例においては、引き上げられた現像ＤＣバイアス２５４の出力から、予め決められたトナー濃度に対応する基準の出力への復帰が開始するタイミングと同じタイミングで、マゼンタ色パッチＰＭ４の形成が完了している。しかしながら実際には、引き上げられた出力から予め決められたトナー濃度に対応する基準の出力への復帰が開始してから完了するまでに所定の時間を要する。この時間のことを立ち下がり時間と呼ぶ。
【０１１０】
図７に示すように、現像ＤＣバイアス２５５の立ち下がり時間を利用し、予め決められたトナー濃度に対応する基準の出力への復帰完了と同じタイミングで、マゼンタ色パッチＰＭ５の形成を完了させるようにすることもできる。その結果、図６と比較して、マゼンタ色パッチＰＭ５の用紙搬送方向の長さが３ｍｍ増加している。
【０１１１】
現像ＤＣバイアス２５５の立ち下がり時間を利用してトナー消費用パッチを形成することで、図６と比較して、同じ紙間領域においてさらに大きいトナー消費用パッチを形成し、より多くのトナーを消費することが可能となり、画像の安定性をより確実に保つことが可能となる。
【０１１２】
次に、用紙に対する画像形成動作中にトナー消費用パッチを形成しトナーを強制的に消費する場合における、画像形成装置１の各部の動作の詳細について図１から図９を参照しながら説明する。図８は、システム制御部５１による制御手順のメインルーチンを示したフローチャートである。図９は、図８のステップＳ９（トナー消費用パッチ演算サブルーチン）を示したフローチャートである。
【０１１３】
図８に示すフローチャートにおいて、システム制御部５１は、まず上述したように画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄに対して先行の用紙に形成される画像に対応したトナー像をそれぞれ形成させる（ステップＳ１）。次に、用紙に転写される各色のトナー像の面積を示す黒化面積のデータを黒化面積取得・通知処理部５３より受信する（ステップＳ２）。
【０１１４】
システム制御部５１は、受信した各色の黒化面積のデータを基に、カバレッジを算出する処理をカバレッジデータ処理部６４に行わせるようエンジン制御部６１に対して指示する（ステップＳ３）。
【０１１５】
システム制御部５１は、予め操作入力部４０において、用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量として０％が設定されているか否か、即ちトナー節約モードが設定されているか否かを判断することで、紙間にパッチを形成させるか否かを決定する（ステップＳ４）。トナー節約モードが設定されていると判断すると（ステップＳ４：Ｎｏ）、紙間にパッチは形成させずに処理を終了する。
【０１１６】
ステップＳ４においてトナー節約モードが設定されていないと判断した場合は（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は次に、紙間パッチ作成判断処理部６５に対して紙間に形成すべきパッチの種類を判断させるよう指示する（ステップＳ５）。
【０１１７】
パッチの種類にはトナー消費用パッチの他に、トナーの濃度変化等を検知させ、検知されたデータに基づき画像形成条件を修正して画像の安定性を維持するための補正パッチと呼ばれるパッチも存在する。本実施の形態において補正パッチは、所定枚数の用紙に対して画像形成を行う毎に形成されるよう予め設定されており、トナー消費用パッチより優先して形成される。尚、本発明におけるパッチとは、トナー消費用パッチのことを指す。
【０１１８】
ステップＳ６では、紙間パッチ作成判断処理部６５による判断に基づいて、形成すべきパッチがトナー消費用パッチであるか補正パッチであるかが決定される。ステップＳ６において補正パッチを形成すべきと判断された場合は（ステップＳ６：Ｎｏ）、システム制御部５１は、補正パッチを形成するためのステップＳ７（補正パッチ作成サブルーチン）を実行する。ステップＳ７についての説明は省略する。
【０１１９】
一方、紙間パッチ作成判断処理部６５によって紙間に形成すべきパッチが補正パッチではないと判断された場合は、システム制御部５１は、紙間に形成すべきパッチはトナー消費用パッチであると決定し（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、用紙１枚の画像形成において目標となるトナー消費量を決定し（ステップＳ８）、ステップＳ９（トナー消費用パッチ演算サブルーチン）に進む。
【０１２０】
具体的には、ステップＳ８では、予め操作入力部４０において設定された用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量が用紙の面積に対して何％であったかを参照することで決定する。
【０１２１】
ステップＳ８で用紙１枚毎に目標となるトナー消費量を決定すると、図９に示すトナー消費用パッチ演算サブルーチンにおいて、システム制御部５１は、１つの色に関してトナー消費用パッチを形成することにより消費すべきトナー量を算出する（ステップＳ９１）。
【０１２２】
具体的には、ステップＳ８で決定されたトナー量から、ステップＳ３で得られたカバレッジに基づくトナー量を減算することで、１つの色に関してトナー消費用パッチを形成することにより消費すべきトナー量を決定する。
【０１２３】
１つの色に関してトナー消費用パッチを形成することにより消費すべきトナー量を決定すると、システム制御部５１は、紙間内の予め決められたパッチ形成可能領域においてトナー消費用パッチを形成することにより、ステップＳ９１において算出されたトナー量が消費可能か否かを判断する（ステップＳ９２）。
【０１２４】
具体的には、予め決められたパッチ形成可能領域に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量と、ステップＳ９１において算出されたトナー量とを比較し、予め決められたパッチ形成可能領域に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量がステップＳ９１において算出されたトナー量以上であれば、ステップＳ９１において算出されたトナー量は消費可能であると判断する。
【０１２５】
パッチを形成することにより消費すべきトナー量が消費可能であると判断すると（ステップＳ９２：Ｎｏ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域を決定し（ステップＳ９３）、図８のメインルーチンに戻る。具体的には、予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成する際にステップＳ９１で算出されたトナー量を消費するために必要な領域を算出する。
【０１２６】
さらに具体的には、ステップＳ９３において決定される領域の用紙搬送方向に直交する方向の長さは各色の感光体ドラムの主走査方向の長さである。従って、ステップＳ９３においては、システム制御部５１は、消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を決定するために、感光体ドラムの主走査方向の長さと、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量と、予め決められたトナー濃度と、を考慮してパッチが形成される領域の用紙搬送方向の長さを算出する。
【０１２７】
一方、パッチを形成することにより消費すべきトナー量が消費不可能であると判断すると（ステップＳ９２：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくした場合に、予め決められたパッチ形成可能領域内において、上記パッチを形成することにより消費すべきトナー量が消費可能であるか否かを判断する（ステップＳ９４）。
【０１２８】
具体的には、予め決められたパッチ形成可能領域に最大のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量と、ステップＳ９１において決定されたトナー量とを比較し、予め決められたパッチ形成可能領域に最大のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量が、ステップＳ９１において算出されたトナー量以上であれば、ステップＳ９１において算出されたトナー量は消費可能であると判断する。
【０１２９】
予め決められたパッチ形成可能領域内にトナー濃度を大きくしたトナー消費用パッチを形成することにより、消費すべきトナー量が消費可能であると判断した場合は（ステップＳ９４：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域を決定し（ステップＳ９５）、図８のメインルーチンに戻る。具体的には、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でパッチを形成することによって消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を算出する。
【０１３０】
さらに具体的には、ステップＳ９５において決定される領域の用紙搬送方向に直交する方向の長さは各色の感光体ドラムの主走査方向の長さである。従って、ステップＳ９５においては、システム制御部５１は、消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を決定するために、感光体ドラムの主走査方向の長さと、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量と、を考慮して、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度と、トナー消費用パッチが形成される領域の用紙搬送方向の長さとを決定する。
【０１３１】
ここで、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度は、予め決められたトナー濃度より大きく且つ最大のトナー濃度以下の範囲内で、適宜設定される。但し、予め決められたトナー濃度より大きく且つ最大のトナー濃度以下の範囲内であっても、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量を消費するために形成されるトナー消費用パッチの大きさが、予め決められたパッチ形成可能領域より大きくなってしまうようなトナー濃度が設定されることはない。
【０１３２】
本実施の形態においては、図４、図５、図６及び図７に示すように、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくすべき場合は、画像形成の条件である現像ＤＣバイアスとグリッド電圧とをそれぞれ、予め決められたトナー濃度に対応する基準の値から１段階引き上げており、画像形成条件を１段階引き上げることでトナー消費用パッチのトナー濃度を最大のトナー濃度まで引き上げトナー消費用パッチを形成している。
【０１３３】
ステップＳ９４において、予め決められたパッチ形成可能領域内にトナー濃度を大きくしたパッチを形成しても消費すべきトナー量が消費不可能であると判断した場合は（ステップＳ９４：Ｎｏ）、システム制御部５１は、紙間を広げることでパッチを形成可能な領域を予め決められたパッチ形成可能領域より大きくするか否かを決定する（ステップＳ９６）。具体的には、予め操作入力部４０において生産性を優先する様に設定がなされているか否かを判断する。
【０１３４】
ユーザは、予め操作入力部４０の図示しない画面において、生産性を優先する様に設定することが可能である。予め生産性を優先する様に設定がなされている場合は、後に説明するように、紙間領域を広げる動作を禁止し、予め決められた紙間領域内の予め決められたパッチ形成領域内においてトナー消費用パッチを形成させるようにすることで、画像の安定性よりも生産性の確保が優先される。
【０１３５】
一方、予め生産性を優先するように設定がなされていない場合は、後に説明するように、状況に応じて紙間領域を広げる動作を許可し、消費すべきトナー量を確実に消費させるようにすることで、生産性の確保よりも画像の安定性の確保が優先される。
【０１３６】
予め操作入力部４０において生産性を優先するように設定がなされていないと判断した場合は（ステップＳ９６：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域を決定し（ステップＳ９７）、図８のメインルーチンに戻る。具体的には、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することによって消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を算出する。
【０１３７】
さらに具体的には、ステップＳ９７において決定される領域の用紙搬送方向に直交する方向の長さは各色の感光体ドラムの主走査方向の長さである。従って、ステップＳ９７においては、システム制御部５１は、消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を決定するために、感光体ドラムの主走査方向の長さと、消費すべきトナー量と、を考慮して、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度と、トナー消費用パッチが形成される領域の用紙搬送方向の長さとを決定する。このとき、算出される領域は、予め決められたパッチ形成可能領域より大きい領域である。
【０１３８】
ここで、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度は、予め決められたトナー濃度より大きく且つ最大のトナー濃度以下の範囲内で、適宜設定される。しかしながら、ステップＳ９７のような紙間領域を広げる場合においては、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度は出来る限り大きくすることが好ましい。なぜなら、トナー消費用パッチのトナー濃度が大きいほどトナー消費用パッチが形成される領域が小さくなり、結果として広げられる分の紙間領域の大きさもより小さくなるため、紙間領域を広げることによる生産性の低下を小さく留めることができるからである。
【０１３９】
ステップＳ９６において、予め操作入力部４０において生産性を優先するように設定がなされていると判断した場合は（ステップＳ９６：Ｎｏ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域を決定し（ステップＳ９８）、図８のメインルーチンに戻る。具体的には、決定されるパッチ形成のために必要な領域は、予め決められたパッチ形成可能領域全域である。
【０１４０】
ステップＳ９のＳ９３、Ｓ９５、Ｓ９７、Ｓ９８の何れか１つのステップにおいて、１つの色についてパッチ形成のために必要な領域を決定すると、図８のメインルーチンに戻って、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域が全ての色について決定されたか否かを判断する（ステップＳ１０）。
【０１４１】
パッチ形成のために必要な領域が全ての色について決定されていないと判断すると（ステップＳ１０：Ｎｏ）、システム制御部５１は、ステップＳ９に戻り、未だパッチ形成のために必要な領域が決定されていない色についてその領域を決定するために上述した制御を行う。
【０１４２】
システム制御部５１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色全てについてパッチ形成のために必要な領域が決定されるまでステップＳ９およびステップＳ１０の制御を繰り返す。パッチ形成のために必要な領域の決定についてはどの色から行っても良い。
【０１４３】
ステップＳ１０において、全ての色についてパッチ形成のために必要な領域が決定されたと判断すると（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、決定された全ての色に関するパッチ形成のために必要な領域を考慮し、必要となる紙間の大きさを決定する（ステップＳ１１）。
【０１４４】
具体的に説明すると、システム制御部５１はまず、ステップＳ９３、Ｓ９５、Ｓ９７、Ｓ９８の何れか１つのステップにおいて決定された各色のパッチ形成のために必要な領域の中で、最大の領域を認識する。
【０１４５】
次に、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像の後端部と、認識した最大の領域の用紙搬送方向先端部との間に設ける領域の用紙搬送方向の長さを決定する。本実施の形態においては、図３、図４、図５の例のように、グリッド電圧の立ち上がり時間を利用せずにトナー消費用パッチを形成するとの設定の場合は、当該領域の用紙搬送方向の長さは１５ｍｍとしている。
【０１４６】
一方、図６、図７の例のように、グリッド電圧の立ち上がり時間を利用してトナー消費用パッチを形成するとの設定の場合は、当該領域の用紙搬送方向の長さは１２ｍｍとしている。
【０１４７】
次に、パッチ形成のために必要な最大の領域の用紙搬送方向後端部と、後続の用紙Ｓｂに転写されるトナー像の先端部との間に設ける領域の用紙搬送方向の長さを決定する。本実施の形態においては、図３、図４、図５、図６の例のように、グリッド電圧の立ち下がり時間を利用せずにトナー消費用パッチを形成するとの設定の場合は、当該領域の用紙搬送方向の長さは９ｍｍとしている。
【０１４８】
一方、図７の例のように、グリッド電圧の立ち下がり時間を利用してトナー消費用パッチを形成するとの設定の場合は、当該領域の用紙搬送方向の長さは６ｍｍとしている。
【０１４９】
そして、パッチ形成のために必要な最大の領域に、その最大の領域の用紙搬送方向の前後に設けられる領域を加えた領域が必要となる紙間領域である、と決定する。
【０１５０】
例えば図３に示す例のように、各色のパッチ形成のために必要な領域の中で、最大の領域が予め決められたパッチ形成可能領域（用紙搬送方向の長さが６０ｍｍ）より小さい場合は、予め決められたパッチ形成可能領域（用紙搬送方向の長さが６０ｍｍ）と、その前後の所定の領域（用紙搬送方向の長さがそれぞれ１５ｍｍ、９ｍｍ）とを加えた領域（用紙搬送方向の長さが８４ｍｍ）が必要となる紙間領域であると決定する。
【０１５１】
パッチ形成のために必要な領域の前後にそれぞれ所定の領域を設けるのは、パッチ形成に用いられるトナーが、用紙に転写されるトナー像と干渉し用紙に転写されるトナー像の画質が低下するという不具合を防止するためである。よって、パッチ形成のために必要な領域の前後に設けられる領域の大きさは、上記説明した具体的な大きさに限られず、適宜設定することができる。
【０１５２】
必要とされる紙間の大きさが決定されると、システム制御部５１は、紙搬送制御部６２に対して、決定された紙間の大きさを通知するとともに、通知した紙間の大きさに応じた適切なタイミングで用紙を給紙、搬送させるよう指示する（ステップＳ１２）。
【０１５３】
紙搬送制御部６２に対して紙間の大きさが通知されると、システム制御部５１は、紙間パッチ作像処理部６６に対して、上記制御で決定されたパッチを形成させるように要求する（ステップＳ１３）。
【０１５４】
そして、各色のトナー像を形成する画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄによって各感光体ドラム２２ａ〜２２ｄにそれぞれ用紙に転写されるトナー像が形成される。用紙に転写されるトナー像の形成が完了してから所定の時間が経過すると、画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄによって上述した制御により決定されたトナー濃度、大きさのパッチの形成が開始される。上述した制御により決定されたパッチ形成の条件によっては、画像形成のプロセス条件を切り替えることでパッチのトナー濃度を上昇させる必要がある。
【０１５５】
画像形成のプロセス条件を切り替える必要があると判断すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、紙間パッチ作像処理部６６に対して、画像形成のプロセス条件として、対応する色の現像部における現像ＤＣバイアスと対応する色の帯電部におけるグリッド電圧とをそれぞれ図３、図４、図５、図６及び図７に示す何れかのタイミングで切り替えさせるよう指示をする（ステップＳ１５）。
【０１５６】
画像形成のプロセス条件を切り替える必要がないと判断した場合は（ステップＳ１４：Ｎｏ）、システム制御部５１は、紙間パッチ作像処理部６６に対して画像形成のプロセス条件を切り替えさせる指示はせずに処理を終了する。
【０１５７】
以上が用紙に対する画像形成動作中にトナー消費用パッチを形成しトナーを強制的に消費する場合における、画像形成装置１の各部の動作の詳細である。
【０１５８】
本発明に係る画像形成装置によれば、用紙１枚の画像形成毎に消費されるべきトナー量が、予め決められたパッチ形成領域内において予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費可能な最大のトナー量より多い場合、システム制御部５１が、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のトナー消費用パッチを形成させるよう画像形成部２０を制御するので、画像形成の生産性の低下を抑えながら消費すべき量のトナーを確実に消費し、安定した画像を形成することが可能となる。
【０１５９】
また、用紙１枚の画像形成毎に消費されるべきトナー量が、予め決められたパッチ形成可能領域内において、最大のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費可能な最大のトナー量より多い場合、システム制御部５１は、紙間領域を広げることでトナー消費用パッチが形成可能な領域を大きくし、予め決められたパッチ形成可能領域より大きなトナー消費用パッチを形成するよう画像形成部２０を制御するので、確実に消費すべきトナー量を消費することができ、安定した画像を形成することが可能となる。
【０１６０】
また、予め操作入力部４０において生産性を優先する様に設定がなされている場合は、システム制御部５１は、紙間領域を広げる制御を行わないように画像形成部２０を制御するので、生産性を落とすことなく画像形成を行うことが可能となる。
【０１６１】
また、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくする際に画像形成条件を変更する場合に、システム制御部５１は、画像形成条件の変更開始時点に対応するタイミングでトナー消費用パッチの形成を開始させるよう画像形成部２０を制御するので、変更後の画像形成条件の安定を待ってトナー消費用パッチの形成を開始させる場合より多くの量のトナーを消費することができ、安定した画像を形成することが可能となる。
【０１６２】
同じく、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくする際に画像形成条件を変更する場合に、システム制御部５１は、変更された画像形成条件から予め決められたトナー濃度に対応する基準の条件への復帰が完了した時点に対応するタイミングでトナー消費用パッチの形成を完了させるよう制御するので、画像形成条件が安定している期間に対応してトナー消費用パッチを形成する場合より多くの量のトナーを消費することができ、安定した画像を形成することが可能となる。
【０１６３】
また、本実施の形態においては、システム制御部５１が、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の複数の色にそれぞれ対応する画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄに対して、色毎に制御を行う例を説明した。しかしながら、本発明は１つの色に対応する１つの画像形成手段を有する画像形成装置、例えばモノクロ画像を形成する画像形成装置、においても適用可能であることは言うまでもない。
【０１６４】
本実施の形態においては、トナー消費用パッチを形成する際に、各色の画像形成ユニットが、先行の用紙に転写されるトナー像と後続の用紙に転写されるトナー像との間の紙間領域にトナー消費用パッチを形成するようにしているが、これに限定されるものではない。
【０１６５】
画像形成動作を停止或いは中断させない範囲であれば、用紙に転写されるトナー像が形成される領域以外の領域であって、且つ紙間領域以外の領域に本発明における予め決められたパッチ形成可能領域を設け、トナー消費用パッチを形成するようにしても良い。
【０１６６】
また、本実施の形態においては、システム制御部５１が本発明における制御手段、第１のトナー量算出手段、第１のトナー量比較手段、第２のトナー量算出手段、第２のトナー量比較手段、としての役割を果たす場合について説明したが、上記各手段の役割を果たす構成をそれぞれ別個に設けても良い。
【０１６７】
また、本実施の形態においては、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくする場合に、現像部の現像ＤＣバイアスと帯電部のグリッド電圧を基準の条件から変化させることでトナー濃度を大きくしていたが、これに限定されるものではない。例えば露光の際の露光量等、他の画像形成条件を変化させることでも、トナー濃度を大きくすることができ、本発明を実施することが可能である。
【０１６８】
さらに、本実施の形態においては、上記画像形成条件の変化として、図３〜図７に示すように上記画像形成条件を１段階引き上げることでトナー消費用パッチのトナー濃度を最大のトナー濃度まで大きくし、予め決められたパッチ形成可能領域において引き上げられたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することで消費される最大のトナー量と消費すべきトナー量との比較を行う例を説明した。
【０１６９】
しかしながら、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくする場合に、画像形成条件の変化に複数の段階を持たせても良い。
【０１７０】
この場合の制御手順の一例を説明する。図９のステップＳ９２において、予め決められたパッチ形成可能領域内において、予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成しても、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量を消費し切れない、と判断された場合に、システム制御部５１はまず、予め決められたトナー濃度から１段階トナー濃度を引き上げたときに、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量が消費可能か否かを判断する。
【０１７１】
１段階トナー濃度を引き上げただけでは消費すべきトナー量を消費し切れないと判断された場合は、もう１段階トナー濃度を引き上げたときに、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量が消費可能か否かを判断する。
【０１７２】
以下同様の制御を繰り返し、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量が消費可能であると判断されたところでその段階のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成させるようにすれば良い。
【０１７３】
システム制御部５１は、１段階ずつトナー濃度を引き上げたときに、消費すべきトナー量が消費可能か否かを判断し、最終的に最大のトナー濃度まで引き上げても、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量を消費し切れないと判断された場合は、上述のように、図９のステップＳ９６へ進み、紙間領域を広げるか否かの決定をするようにする。
【０１７４】
トナー消費用パッチのトナー濃度を引き上げるときに、常に最大のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成させるような場合は、形成されたトナー消費用パッチを除去し切れずにトナーが各色に対応した感光体ドラム、中間転写ベルト２０１、或いはベルト２０９に残存し、後続の画像形成に影響を及ぼす可能性が高くなるという問題点がある。
【０１７５】
しかしながら上記のように、特にトナー消費用パッチのトナー濃度を引き上げることで、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量が消費可能である場合に、トナー濃度の引き上げを必要最小限にとどめるような制御を行うことで、形成されたトナー消費用パッチが除去されず残存する可能性を低減させることが可能となる。
【０１７６】
その他、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない限りにおいて異なる実施形態を採用することも可能である。
【符号の説明】
【０１７７】
１ 画像形成装置
１０ 画像読取部
２０ 画像形成部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 画像形成ユニット
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 感光体ドラム
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 帯電部
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 露光部
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 現像部
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ １次転写ローラ
２０１ 中間転写ベルト
２０２ ２次転写部
２０９ ベルト
３０ 用紙給紙部
４０ 操作入力部
４４ 操作パネル制御部
５０ 全体制御部
５１ システム制御部
６０ エンジン部
６１ エンジン制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いて用紙に画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
用紙に画像を形成する画像形成装置としては、感光体を一様に帯電させ、帯電された感光体にレーザ光等の光を照射することで静電潜像を形成し、形成された静電潜像に対して帯電されたトナーを引き合わせることで感光体にトナー像を形成し、形成されたトナー像を静電気力により用紙に転写し、用紙に転写されたトナー像を熱と圧力とを用いて定着することで画像を形成する電子写真方式を採用した画像形成装置が広く知られている。
【０００３】
このような電子写真方式を採用した画像形成装置では、トナーを供給する現像部において一部のトナーが劣化し、帯電性が低下する或いは所望の極性と反対の極性に帯電してしまうという現象が生じる。帯電性が低下した或いは所望の極性と反対の極性に帯電したトナーは、正常に静電潜像に載らなくなってしまう。そして、現像部において劣化したトナーの割合が大きくなると、正常に静電潜像に載らなくなるトナーの割合が大きくなり、画像の安定性が低下してしまうという問題が生じていた。
【０００４】
上記のトナーが劣化する現象が生じる原因としては、現像部内のある領域に一部のトナーが滞留し、滞留したトナーが長期間現像部内に留まり続けることによるトナーの形状の変化やトナーが受ける摩擦等のストレスの増大等が考えられている。
【０００５】
そこで、劣化したトナーに起因する画像の安定性の低下という問題に対して、現像部における劣化したトナーの増加を防いで安定した画像を形成することが可能な技術が知られている。その技術は、所定のタイミングにおいて現像部内のトナーを所定量だけ強制的に消費させることで現像部内のトナーの滞留状態を解消し、現像部における劣化したトナーの増加を防ぐ技術である。
【０００６】
現像部内のトナーを強制的に消費させる方法としては、感光体上にトナー消費用のトナー像（パッチ）を形成する方法が一般的に用いられている。
【０００７】
従来、上記のようなパッチ形成によるトナーの強制消費は、用紙に対する画像形成動作の開始前に、或いは用紙に対する画像形成動作中に画像形成動作を中断した上で行われていた。しかしながらこのような場合、パッチ形成完了までの待機時間或いは画像形成動作の中断時間の分だけ、画像形成の生産性が低下するという問題が生じる。
【０００８】
そこで、感光体上における、用紙に転写されるトナー像が形成される領域以外の領域にパッチを形成することで、画像形成動作を停止させないままトナーを強制的に消費し、画像形成の生産性を低下させることなく安定した画像を形成することが可能な技術が提案されている。
【０００９】
特許文献１には、原稿１枚分の露光の終了毎にトナーを強制的に消費するリフレッシュ動作を行うか否かを判断し、リフレッシュ動作を行うと判断された場合に、感光体上における、先行の用紙に転写されるトナー像が形成される領域と後続の用紙に転写される領域との間の紙間領域に、トナー消費用の静電潜像を書き込みリフレッシュ動作を実行することで、画像形成の生産性を落とすことなく安定した画像を形成することが可能な画像形成装置が記載されている。
【００１０】
特許文献２には、環境状況に応じて濃度補正のために形成する濃度検知用のトナー像の必要数を算出し、算出された濃度検知用のトナー像の必要数に応じて出力画像の出力間隔を決定することで、生産性の低下を抑えながら環境状況に応じた濃度補正が可能な画像形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２１６６０１号公報
【特許文献２】特開２００２−２５８５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら特許文献１に記載の画像形成装置においては、紙間領域の大きさが固定されているため、紙間領域にトナー消費用のトナー像を書き込みリフレッシュ動作を実行したとしても、用紙に形成される画像の安定化のために消費すべき量のトナーを消費し切れない場合がある。このような場合はリフレッシュ動作が充分ではないために、上述したような劣化したトナーに起因する画像の安定性の低下が起こる可能性があるという問題が生じる。
【００１３】
また、特許文献２に記載の画像形成装置においては、多数の濃度検知用トナー像を形成すべき場合は、その濃度検知用トナー像の数に応じた広い出力画像の出力間隔を確保するよう制御されるため、後続の用紙に対する画像形成動作の開始が遅れ、生産性が低下するという問題が生じる。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、画像形成の生産性の低下を最小限に留めながら、安定した画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１６】
１．像担持体にトナー像を形成し、形成されたトナー像を用紙に転写することで用紙に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段を制御する制御手段と、
前記像担持体に、トナーを消費するためのトナー像であるパッチを形成すべきか否かを判断するパッチ形成判断手段と、を有し、
前記パッチ形成判断手段により前記パッチを形成すべきと判断された場合に、前記制御手段が、前記像担持体における予め決められたパッチ形成可能領域に、予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成させるよう前記画像形成手段を制御する画像形成装置において、
前記パッチ形成判断手段により前記パッチを形成すべきと判断された場合に、前記パッチを形成することにより消費されるべきトナー量を算出する第１のトナー量算出手段と、
前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第１のトナー量比較手段と、を有し、
前記第１のトナー量比較手段の比較により、前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、前記制御手段は、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成させるよう制御することを特徴とする画像形成装置。
【００１７】
２．前記予め決められたパッチ形成可能領域は、前記像担持体における、先行の用紙に転写されるトナー像と後続の用紙に転写されるトナー像との間の領域内にある画像形成装置であって、
前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、前記予め決められたパッチ形成可能領域において最大のトナー濃度のパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第２のトナー量比較手段を有し、
前記第２のトナー量比較手段の比較により、前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記最大のトナー濃度のパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、前記制御手段は、前記先行の用紙に転写されるトナー像と前記後続の用紙に転写されるトナー像との間隔を広げるよう制御することで、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成可能な領域を、前記予め決められたパッチ形成可能領域より大きくし、さらに前記制御手段は、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度であり且つ前記予め決められたパッチ形成可能領域より大きいパッチを形成させるよう制御することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１８】
３．画像形成の生産性を優先する様に設定可能な生産性優先設定手段を有し、
前記生産性優先設定手段により前記画像形成の生産性を優先する様に設定されている場合に、前記制御手段は、前記先行の用紙に転写されるトナー像と前記後続の用紙に転写されるトナー像との間隔を広げる制御を行わないことを特徴とする前記２に記載の画像形成装置。
【００１９】
４．前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成する際に、前記制御手段は、画像形成条件を前記予め決められたトナー濃度に対応する条件から変更することで前記パッチのトナー濃度を大きくするよう前記画像形成手段を制御するものであって、
前記制御手段は、前記画像形成条件の変更開始時点に対応する所定のタイミングから前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチの形成を開始させるよう制御することを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００２０】
５．前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成する際に、前記制御手段は、画像形成条件を前記予め決められたトナー濃度に対応する条件から変更することで前記パッチのトナー濃度を大きくするよう前記画像形成手段を制御するものであって、
前記制御手段は、前記変更された画像形成条件から前記予め決められたトナー濃度に対応する条件への復帰が完了した時点に対応する所定のタイミングにおいて、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチの形成を完了させるよう制御することを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００２１】
６．複数の異なる色に対応する複数の前記画像形成手段を有し、
前記制御手段は、複数の前記画像形成手段を前記複数の異なる色毎に制御することを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る画像形成装置によれば、消費されるべきトナー量が、予め決められたパッチ形成可能領域内において予め決められたトナー濃度でパッチを形成することにより消費可能なトナー量より多い場合、制御手段が、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成させるよう画像形成手段を制御するので、画像形成の生産性の低下を抑えながら消費すべき量のトナーを確実に消費し、安定した画像を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態における画像形成装置全体の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における画像形成装置全体の電気的構成を示す図である。
【図３】トナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図（１／３）である。
【図４】トナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図（２／３）である。
【図５】トナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図（３／３）である。
【図６】トナー消費用パッチのレイアウトの他の一例を示す図（１／２）である。
【図７】トナー消費用パッチのレイアウトの他の一例を示す図（２／２）である。
【図８】紙間領域にパッチを形成させる場合の制御手順のメインルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ９（トナー消費用パッチ演算サブルーチン）を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明に係る画像形成装置の実施の形態について説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略することがある。
【００２５】
図１は、本実施の形態における画像形成装置全体の構成を示す断面図である。
【００２６】
画像形成装置１は、像担持体に相当する円筒状の感光体ドラム２２ａ〜２２ｄが縦列に配置されたタンデム型と呼ばれるカラー画像形成装置である。画像形成装置１は、画像読取部１０、画像形成部２０、用紙給紙部３０、操作入力部４０から構成されている。
【００２７】
画像読取部１０は、原稿載置部１１、光学系１２、ＣＣＤイメージセンサ１３等から構成されている。
【００２８】
本発明における画像形成手段としての機能を果たす画像形成部２０は、四種類の異なる色である、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応したトナー像をそれぞれ形成する画像形成ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄや、各画像形成ユニットにおいて形成されたトナー像が転写される中間転写ベルト２０１、中間転写ベルト２０１上のトナー像を用紙に転写する二次転写部２０２、用紙に転写されたトナー像を熱と圧力とを用いて用紙に定着する定着部２０４等から構成されている。
【００２９】
用紙給紙部３０は、それぞれ様々なサイズ或いは種類の用紙が収容される複数の給紙トレイ３１〜３３等から構成されている。
【００３０】
操作入力部４０は、ユーザが指等で触れることで操作が可能なタッチパネル方式の操作パネル４１、数値入力等を行うテンキー４２、画像形成の実行の指示等をするためのスタートキー４３等から構成されている。操作入力部４０からは、画像形成の条件等の入力とともに、後に説明するパッチ形成の条件の入力もなされ、本発明における生産性優先設定手段としての機能も果たす。この機能についての詳細は後述する。
【００３１】
図２は、本実施の形態における画像形成装置１の電気的構成を示したブロック図である。図１と同様の機能を有する構成に対しては、図１において付された符号と同一の符号を付している。画像形成装置１は、操作入力部４０、全体制御部５０、エンジン部６０等から構成されている。
【００３２】
操作入力部４０は、操作パネル制御部４４、紙間パッチ条件設定部４５等から構成されている。操作パネル制御部４４は、操作パネル４１において入力された画像形成に関する設定や、紙間パッチ条件設定部４５において設定されたパッチの形成条件設定等の設定情報を全体制御部５０のシステム制御部５１へ送信する。また操作パネル制御部４４は、システム制御部５１から受信した情報に基づいて、操作パネル４１に適切な表示をさせるよう制御する。
【００３３】
全体制御部５０は、システム制御部５１、画像描画処理部５２、黒化面積取得・通知処理部５３、パッチ作成・描画処理部５４等から構成されている。
【００３４】
画像描画処理部５２は、形成される画像の情報を基に画像形成部２０、用紙給紙部３０の動作条件を決定する処理を行う。黒化面積取得・通知処理部５３は、形成される画像の情報を基に、色毎に用紙１枚に対して形成されるトナー像の面積を取得する。パッチ作成・描画処理部５４は、紙間パッチ条件設定部４５において設定されたパッチの形成条件の情報に基づいて、パッチ形成時の画像形成部２０、用紙給紙部３０の動作条件を決定する処理を行う。
【００３５】
システム制御部５１は、操作パネル制御部４４或いはエンジン制御部６１から送信された情報に基づいて、画像描画処理部５２、黒化面積取得・通知処理部５３、パッチ作成・描画処理部５４の各部に対して上記の処理を行うよう制御をする。また画像描画処理部５２、黒化面積取得・通知処理部５３、パッチ作成・描画処理部５４の各部において行われた処理結果の情報を、操作パネル制御部４４或いはエンジン制御部６１へ送信する。
【００３６】
システム制御部５１は、本発明における制御手段、第１のトナー量算出手段、第１のトナー量比較手段、第２のトナー量算出手段、そして第２のトナー量比較手段としての役割を果たす。
【００３７】
エンジン部６０は、エンジン制御部６１、紙搬送制御部６２、画像作像処理部６３、カバレッジデータ処理部６４、紙間パッチ作成判断処理部６５、紙間パッチ作像処理部６６等から構成されている。
【００３８】
紙搬送制御部６２は、用紙を適切なタイミングで給紙、搬送させるよう用紙給紙部３０及び画像形成装置１内の搬送ローラ等を制御する。画像作像処理部６３は、画像描画処理部５２において決定された動作条件の通りに画像形成部２０を動作させ、画像を形成させる処理を行う。カバレッジデータ処理部６４は、黒化面積取得・通知処理部５３より通知された各色の黒化面積のデータを基に、用紙１枚の面積に対する黒化面積の割合であるカバレッジを算出する処理を行う。紙間パッチ作成判断処理部６５は、後に説明するトナー消費用パッチ或いは補正パッチを形成すべきか否かを判断する処理を行う。紙間パッチ作成判断処理部６５は、本発明におけるパッチ形成判断手段としての役割を果たす。紙間パッチ作像処理部６６は、パッチ形成の際に、パッチ作成・描画処理部５４において決定された動作条件の通りに画像形成部２０を動作させる処理を行う。
【００３９】
エンジン制御部６１は、システム制御部５１からの指示に基づいて、紙搬送制御部６２、画像作像処理部６３、カバレッジデータ処理部６４、紙間パッチ作成判断処理部６５、紙間パッチ作像処理部６６の各部に対して上記の処理を行うよう指示をする。
【００４０】
次に、図１及び図２を参照しながら、用紙に対して画像を形成する際の画像形成装置１の動作の詳細について説明する。
【００４１】
操作入力部４０において用紙に対する画像形成の条件等が入力され、スタートキー４３が押下されると、原稿載置部１１に予め載置された原稿に対して、図示しない光源により原稿に照射され、照射された光の反射光が光学系１２を介してＣＣＤイメージセンサ１３により読み取られる。
【００４２】
ＣＣＤイメージセンサ１３により読み取られた原稿画像の信号は、画像描画処理部５２において所定の処理が施された後、システム制御部５１からエンジン制御部６１、画像作像処理部６３を介して画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄの露光部２４ａ〜２４ｄに通知される。
【００４３】
原稿の画像を読み取り画像形成を行う以外に、予め画像形成装置１内に画像データ等を記憶させておき、記憶されていた画像データを基に画像形成を行うように構成することも可能である。
【００４４】
画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応したトナー像を形成し、中間転写ベルト２０１に転写する機能を果たす。画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄはそれぞれ同等の構成を備えているので、ここではイエロー色に対応した画像形成ユニット２１ａの動作について説明し、画像形成ユニット２１ｂ〜２１ｄの動作に関する詳細な説明は省略する。
【００４５】
イエロー色に対応した画像形成ユニット２１ａにおいては、露光部２４ａに所定の処理が施された画像信号が通知されるとともに、感光体ドラム２２ａが図示しない駆動手段により反時計方向に回転される。
【００４６】
そして、帯電部２３ａにより感光体ドラム２２ａの表面が一様に帯電される。一様に帯電された感光体ドラム２２ａに対して、露光部２４ａが、通知されたイエロー色に対応した画像信号に基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム２２ａに静電潜像を形成する。
【００４７】
そして、静電潜像が形成された感光体ドラム２２ａに対して、現像部２５ａが、帯電されたイエロー色のトナーを供給し、感光体ドラム２２ａにイエロー色のトナー像を形成する。形成されたイエロー色のトナー像は、１次転写ローラ２６ａによって、時計方向に回転されている無端状のベルトである中間転写ベルト２０１に静電気力により転写される。中間転写ベルト２０１に転写され切れずに感光体ドラム２２ａに残存したトナーは、クリーニング部２７ａにより取り除かれる。
【００４８】
画像形成ユニット２１ｂ、２１ｃ、２１ｄにおいても、画像形成ユニット２１ａと同様に、ＣＣＤイメージセンサ１３により読み取られた原稿画像の信号に基づいて感光体ドラム２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにそれぞれマゼンタ色、シアン色、ブラック色のトナー像が形成される。そして、各１次転写ローラ２６ｂ、２６ｃ、２６ｄによってそれぞれ画像の先頭部分が重なるタイミングで中間転写ベルト２０１に各トナー像を転写することで、中間転写ベルト２０１上にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像が重なったカラートナー像が形成される。
【００４９】
中間転写ベルト２０１上に形成されたカラートナー像は、２次転写部２０２において、カラートナー像の先頭部分と用紙の先頭部分とが重なるタイミングで用紙給紙部３０の給紙トレイ３１、３２、又は３３から給紙、搬送されてきた用紙に転写される。２次転写部２０２において転写され切れずに中間転写ベルト２０１に残存したトナーは、中間転写ベルトクリーニング部２０３において取り除かれる。
【００５０】
２次転写部２０２においてカラートナー像が転写された用紙は、定着部２０４へ向けて搬送され、定着部２０４において熱と圧力とを加えられることによってカラートナー像が用紙に定着され、画像が形成される。
【００５１】
用紙の片面のみに画像を形成するとの設定が予めなされている場合は、片面の画像が形成された用紙は分岐部２０５により排出ローラ対２０６方向へ搬送され、排出ローラ対２０６から画像形成装置１の装置外へ排出される。
【００５２】
一方、用紙の両面に画像を形成するとの設定がなされている場合は、片面の画像が形成された用紙は分岐部２０５により反転経路２０７方向へ搬送され、反転ローラ対２０８の正逆転の反転によりスイッチバックされ、用紙の後端を先頭として２次転写部２０２方向へ搬送される。
【００５３】
そして、上述した方法で画像の後端を先頭として中間転写ベルト２０１に形成された４色のカラートナー像が２次転写部２０２に進入してくるとともに、タイミングを合わせて後端を先頭とした用紙が２次転写部２０２に進入してくる。２次転写部２０２において用紙の裏面にカラートナー像が転写され、定着部２０４において裏面の画像が用紙に定着され、両面の画像形成が完了する。
【００５４】
両面の画像形成が完了した用紙は、分岐部２０５により排出ローラ対２０６方向へ搬送され、排出ローラ対２０６から画像形成装置１の装置外へ排出される。
【００５５】
以上が、画像形成装置１が用紙に対して画像を形成する際の動作の詳細である。ここで、各色のトナーを供給する現像部２５ａ〜２５ｄでは、用紙に画像を形成し続けると、各現像部内の領域において次第にトナーが滞留した状態となり、滞留状態となったトナーが長期間現像部内に留まることにより劣化するという現象が起こる。この劣化したトナーは、画像の安定性を低下させる要因となるので、安定した画像を形成するために現像部内の全トナーに対する劣化したトナーの割合を低減させる必要が生じる。
【００５６】
そこで、所定のタイミングにおいて現像部内のトナーを強制的に消費させることで、現像部内のトナーの滞留状態を解消し、劣化トナーの割合を低減させる動作が行われている。
【００５７】
本実施の形態においては、上記のトナーの強制消費は、用紙に対する画像形成の生産性を低下させないために、画像形成動作中の、先行の用紙に転写されるトナー像と後続の用紙に転写されるトナー像との間の予め決められたパッチ形成可能領域にトナー消費用のトナー像であるトナー消費用パッチを形成することにより行われている。
【００５８】
上記現像部内のトナーの滞留状態は、用紙に対する画像形成に用いられるトナー量が少ないほど生じやすいことが判っている。そこで本実施の形態では、用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量として、カバレッジの形でユーザが操作入力部４０において設定できるようにしている。
【００５９】
ユーザは、操作入力部４０に表示される図示しない画面において、用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量として、用紙の面積に対するトナー像の面積の割合を例えば０％、２．５％、５％、１０％の４種類の中から選択することができる。
【００６０】
ユーザは所望の画質を得るために上記４種類の用紙の面積に対するトナー像の面積の割合の中から１種類を選択する。用紙の面積に対するトナー像の面積の割合が大きいほど、即ち用紙１枚の画像形成毎に消費されるトナー量が多いほど、現像部内の劣化したトナーがより多く消費されるため、用紙に対してより高画質の画像を形成することが可能となる。
【００６１】
そして、上記のように設定された用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量と用紙に対する画像形成によって消費されるトナー量とを比較することで、消費すべきトナー量が用紙に対する画像形成によって消費されるか否かを用紙１枚の画像形成毎に判断する。
【００６２】
消費すべきトナー量が消費されない場合、即ち用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量が用紙に対する画像形成によって消費されるトナー量より多いと判断された場合に、図３〜図７に示すように先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像と、後続の用紙に転写されるトナー像との間の領域である紙間領域内にトナー消費用のトナー像であるトナー消費用パッチを形成し、消費不足分のトナーを消費するようにしている。
【００６３】
また、ユーザは上記４種類の割合のうち０％を選択することにより、トナーを節約しつつ用紙に画像を形成させることも可能となっている。ユーザにより０％が選択された場合をトナー節約モードと呼ぶこととする。
【００６４】
イエロー色のトナー消費用パッチを形成する場合は、感光体ドラム２２ａにおける、先行の用紙に転写される画像に対応するトナー像が形成される領域と、後続の用紙に転写される画像に対応するトナー像が形成される領域との間の紙間領域内の予め決められたパッチ形成可能領域にトナー消費用パッチを形成する。
【００６５】
具体的には、後に説明する方法で用紙１枚毎に形成されるべきトナー消費用パッチのトナー濃度、大きさを決定し、予め決められたパッチ形成可能領域内において、決定された大きさの分だけ露光部２４ａにより露光がなされる。そして、現像部２５ａよりイエロー色のトナーが露光された領域に供給され、トナー消費用パッチが形成される。
【００６６】
トナー消費用パッチを形成する際には、決定されたトナー濃度に応じて画像形成ユニット２１ａを構成する各部のうち１つ以上の部について、その動作条件を変化させることでトナー消費用パッチのトナー濃度を適切に変化させることが可能である。
【００６７】
トナー像を形成する際における、画像形成ユニット２１ａを構成する各部の動作条件にはそれぞれ、予め最適化された基準の動作条件が存在する。この基準の動作条件の下で、感光体ドラム２２ａ上の領域を露光することにより、感光体ドラム２２ａ上に形成されたトナー像のトナー濃度を、本発明における予め決められたトナー濃度とする。
【００６８】
本実施の形態では、トナー消費用パッチのトナー濃度を予め決められたトナー濃度より大きくする必要がある場合に、上記動作条件として、現像部２５ａの現像ＤＣバイアスと帯電部２３ａのグリッド電圧とを、基準の条件から変化させることで、トナー消費用パッチが適切なトナー濃度で形成されるようにしている。
【００６９】
感光体ドラム２２ａ上に形成されたイエロー色のトナー消費用パッチは、１次転写ローラ２６ａにより中間転写ベルト２０１に転写される。２次転写部２０２へは用紙に転写されるトナー像とのタイミングを合わせて用紙が給紙され、搬送されてくるため、中間転写ベルト２０１に転写されたトナー消費用パッチは、２次転写部２０２において用紙には転写されずに、２次転写ローラ２０２ｂに巻き回された無端状のベルト２０９に転写される。
【００７０】
ベルト２０９に転写されたトナー消費用パッチは、ベルトクリーニング部２１０により取り除かれる。
【００７１】
トナー消費用パッチについては、感光体ドラム２２ａ上に形成されたトナー消費用パッチを全て中間転写ベルト２０１上に転写させるようにしても良いが、トナー像転写のために１次転写ローラ２６ａに対して掛けるバイアスを、感光体ドラム２２ａ上の用紙に転写されるトナー像を中間転写ベルト２０１に転写させるときに掛けるバイアスより小さくし、感光体ドラム２２ａ上に形成されたトナー消費用パッチのうち一部を感光体ドラム２２ａ上に残存させるようにしても良い。
【００７２】
この場合、感光体ドラム２２ａ上に残存した一部のトナー消費用パッチは、クリーニング部２７ａによって取り除かれる。
【００７３】
同様に２次転写部２０２においても、中間転写ベルト２０１上のトナー消費用パッチを全てベルト２０９に転写させるようにしても良いが、トナー像転写のために２次転写ローラ２０２ｂに対して掛けるバイアスを、中間転写ベルト２０１上の用紙に転写されるべきトナー像を用紙に転写させるときに掛けるバイアスより小さくし、中間転写ベルト２０１上のトナー消費用パッチのうち一部を中間転写ベルト２０１上に残存させるようにしても良い。
【００７４】
この場合、中間転写ベルト２０１上に残存した一部のトナー消費用パッチは、中間転写ベルトクリーニング部２０３により取り除かれる。
【００７５】
上記のように、全てのトナー消費用パッチをベルトクリーニング部２１０の１箇所のクリーニング部により除去せずに、トナー消費用パッチを分散させ複数のクリーニング部で除去させることが可能である。全てのトナー消費用パッチを１箇所のクリーニング部によって除去する構成の場合は、トナー量が多く、トナー消費用パッチの全てを除去し切れずに後続の用紙に対する画像形成に影響が生じる可能性がある。
【００７６】
一方、上記のようにトナー消費用パッチを分散させ複数のクリーニング部で除去を行うようにすることで、各クリーニング部において確実にトナーを除去し、後続の用紙に対する画像形成に影響が出ないようにすることが可能である。
【００７７】
ここまでイエロー色のトナー消費用パッチの形成について述べたが、他のマゼンタ色、シアン色、ブラック色についても上述のような方法でトナー消費用パッチを形成する。
【００７８】
図３〜図５は、ベルト２０９上に転写されたトナー消費用パッチのレイアウトを示す図である。本実施の形態においては、各感光体ドラム上における、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像と後続の用紙Ｓｂに転写されるトナー像との間の紙間領域内に、トナー消費用パッチが形成される。
【００７９】
そして、各感光体ドラム上に形成されたトナー消費用パッチは、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の順番に、その先頭を合わせて重なり合う状態で中間転写ベルト２０１上に転写される。中間転写ベルト２０１上に転写された各色のトナー消費用パッチは、２次転写部２０２においてベルト２０９に転写される。ベルト２０９に転写された各色のトナー消費用パッチは、図３に示すように、下層から順に、ブラック色パッチＰＫ１、シアン色パッチＰＣ１、マゼンタ色パッチＰＭ１、イエロー色パッチＰＹ１となっている。
【００８０】
図３及び後に説明する図４、図５、図６、図７においては、各色のパッチを区別することができるように、各色のパッチをそれぞれ、矢印で図示する用紙搬送方向に直交する方向（図の上下方向）にずらして表示しているが、実際にパッチを形成する場合には各色のパッチをそれぞれ用紙搬送方向に直交する方向にずらして形成することは行っていない。
【００８１】
本実施の形態においては、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像と後続の用紙Ｓｂに転写されるトナー像との間の領域である紙間領域の用紙搬送方向の長さは図３に示すように８４ｍｍである。また、予め決められたパッチ形成可能領域の用紙搬送方向の長さは図３に示す通り６０ｍｍ、用紙搬送方向に直交する方向の長さは各感光体ドラムの主走査方向の長さとなっている。
【００８２】
本実施の形態においては、各色のトナー消費用パッチは、各感光体ドラム上における、各色の先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像の後端から１５ｍｍだけ離れた位置からそれぞれ形成が開始される。後に説明する制御方法によって算出されるパッチ形成に必要な領域に基づいて、色毎に必要な分だけそれぞれトナー消費用パッチが形成される。
【００８３】
図３は、後述する制御により、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成した場合に、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量が消費可能である、と判断された場合に形成されるトナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図である。
【００８４】
図３の下部にはトナー消費用パッチ形成の際の現像ＤＣバイアス２５１と、グリッド電圧２３１との出力の様子がそれぞれ示してある。図３はベルト２０９上の様子を示した図であるが、便宜上現像ＤＣバイアス２５１とグリッド電圧２３１との出力の様子とを、ベルト２０９上を示す図に重ねて表示している。
【００８５】
予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成した場合に、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量が消費可能である、と判断された場合は、図３の例のように、トナー消費用パッチ形成の際に、現像ＤＣバイアス２５１とグリッド電圧２３１を予め決められたトナー濃度に対応する基準の値から変化させることなく、予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成させる。
【００８６】
図４は、後述する制御により、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成した場合に、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費しきれない、と判断された場合に形成されるトナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図である。
【００８７】
図４においても図３と同様に、トナー消費用パッチが下層から順に、ブラック色パッチＰＫ２、シアン色パッチＰＣ２、マゼンタ色パッチＰＭ２、イエロー色パッチＰＹ２となった状態でベルト２０９に転写されている。
【００８８】
後述の制御により、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成した場合に、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費しきれない、と判断された色に関しては、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費するようにしている。
【００８９】
図４においては、マゼンタ色パッチＰＭ２のトナー濃度が、上記のように予め決められたトナー濃度より大きくなる例を示している。
【００９０】
図４の下部に示すように、トナー消費用パッチのトナー濃度を上昇させるために、マゼンタ色に対応する画像形成ユニット２１ｂにおける現像ＤＣバイアス２５２とグリッド電圧２３２とがそれぞれ所定のタイミングで変化している。現像ＤＣバイアス２５２とグリッド電圧２３２とを、それぞれ予め決められたトナー濃度に対応する基準の値から１段階変化させることで、最大のトナー濃度でマゼンタ色のトナー消費用パッチが形成されている。
【００９１】
現像ＤＣバイアス２５２については、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像の後端部から１２ｍｍだけ離れた位置に対応するタイミングで出力が変化している。これは、対応する色（マゼンタ色）の感光体ドラム上における、現像部によってトナーが供給される位置を基準とした出力の様子である。つまり、対応する色（マゼンタ色）の現像部によって感光体ドラム上に先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像が形成され、感光体ドラム上の該トナー像の後端部が、感光体ドラム上における現像部によってトナーが供給される位置から１２ｍｍだけ離れた位置まで進んだタイミングで、現像ＤＣバイアス２５２を変化させるということである。
【００９２】
同じくグリッド電圧２３２については、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像の後端部から７ｍｍだけ離れた位置に対応するタイミングで出力が変化している。これは、対応する色（マゼンタ色）の感光体ドラム上における、帯電部によって帯電がなされる位置を基準とした出力の様子である。つまり、対応する色（マゼンタ色）の帯電部によって感光体ドラム上における先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像が形成される領域が帯電され、感光体ドラム上の該領域の後端部が、感光体ドラム上における帯電部によって帯電がなされる位置から７ｍｍだけ離れた位置まで進んだタイミングで、グリッド電圧２３２を変化させるということである。
【００９３】
現像ＤＣバイアスやグリッド電圧を上昇させる場合は、上昇開始から上昇後の所望の出力が安定するまでにそれぞれ所定の時間を要する。この、上昇開始から出力安定までに要する時間のことを立ち上がり時間と呼ぶ。
【００９４】
この立ち上がり時間を考慮して、図４に示すように、現像ＤＣバイアス２５２やグリッド電圧２３２の変化のタイミングは、トナー消費用パッチの形成開始位置に対応するタイミングよりそれぞれ早いタイミングとなっている。これは、各条件の上昇後の出力が安定している状況でトナー消費用パッチを形成するためである。
【００９５】
図５は、図４に示す例のように予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成したとしても、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費し切れない、と判断された場合に形成されるトナー消費用パッチのレイアウトの一例を示す図である。
【００９６】
図５においても図３、図４と同様に、トナー消費用パッチが下層から順に、ブラック色パッチＰＫ３、シアン色パッチＰＣ３、マゼンタ色パッチＰＭ３、イエロー色パッチＰＹ３となった状態でベルト２０９に転写されている。
【００９７】
紙間領域は図３、図４と比較して広げられており、その用紙搬送方向の長さは１０４ｍｍとなっている。それに伴いパッチ形成可能領域も広げられており、その用紙搬送方向の長さは８０ｍｍとなっている。
【００９８】
後述の制御により、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成したとしても、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費し切れない、と判断された色に関しては、パッチを形成可能な領域を、紙間領域を広げることで大きくし、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度で、且つ予め決められたパッチ形成可能領域より大きいトナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費するようにしている。
【００９９】
図５においては、マゼンタ色パッチＰＭ３について、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度で、且つ予め決められたパッチ形成可能領域より大きいトナー消費用パッチが形成された例を示している。
【０１００】
図５の下部に示すように、マゼンタ色のトナー消費用パッチのトナー濃度を上昇させるために、マゼンタ色に対応する画像形成ユニット２１ｂにおける現像ＤＣバイアス２５３とグリッド電圧２３３とがそれぞれ所定のタイミングで変化している。現像ＤＣバイアス２５３とグリッド電圧２３３とをそれぞれ、予め決められたトナー濃度に対応する基準の値から１段階変化させることで、最大のトナー濃度でマゼンタ色のトナー消費用パッチが形成されている。
【０１０１】
現像ＤＣバイアス２５３とグリッド電圧２３３との出力変化のタイミングは、それぞれ図４において説明した場合と同様であり、立ち上がり時間を考慮して、各条件の上昇後の出力が安定している状況でトナー消費用パッチを形成している。
【０１０２】
図６は、予め決められたパッチ形成可能領域内に予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成したとしても、トナー消費用パッチを形成することで消費すべきトナー量を消費し切れない、との判断がなされた場合における、ベルト２０９上に転写されたトナー消費用パッチのレイアウトの他の一例を示す図である。
【０１０３】
図６においても、トナー消費用パッチが下層から順に、ブラック色パッチＰＫ４、シアン色パッチＰＣ４、マゼンタ色パッチＰＭ４、イエロー色パッチＰＹ４となった状態でベルト２０９に転写されている。紙間領域は図３、図４と比較して広げられており、その用紙搬送方向の長さは１０４ｍｍである。それに伴い、パッチ形成可能領域も広げられており、その用紙搬送方向の長さは８３ｍｍとなっている。
【０１０４】
図６では、マゼンタ色パッチＰＭ４について、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度で、且つ予め決められたパッチ形成可能領域より大きいトナー消費用パッチが形成された例を示している。
【０１０５】
図６に示す例においては、現像ＤＣバイアス２５４の変化のタイミングとトナー消費用パッチの形成開始に対応するタイミングとが一致している。即ち、濃度を大きくすべき色（マゼンタ色）に対応した現像部において現像ＤＣバイアス２５４を切り替え、その切り替え開始と同じタイミングで、現像ＤＣバイアス２５４の出力の安定化を待たずに、感光体ドラム上へのトナーの供給を開始しトナー消費用パッチを形成するようにしている。
【０１０６】
上記のように現像ＤＣバイアス２５４の切り替え開始と同じタイミングでトナー消費用パッチを形成するようにすると、形成されたトナー消費用パッチにおける現像ＤＣバイアス２５４の出力が安定していない期間に対応する部分については、ムラが発生する等の可能性がある。しかしながらトナー消費用パッチを形成する目的はトナーを消費することであるため、必ずしもトナー消費用パッチが均一な濃度分布で形成されなくても良い。
【０１０７】
図６に示す例のように、現像ＤＣバイアス２５４の出力が安定し切れない期間に対応する感光体ドラム上の領域も利用してトナー消費用パッチを形成することで、図５に示す例と比較して、同じ紙間領域においてより大きいトナー消費用パッチを形成し、より多くのトナーを消費することが可能となり、画像の安定性をより確実に保つことが可能となる。
【０１０８】
図６においては、現像ＤＣバイアス２５４の立ち上がり時間を利用して、現像ＤＣバイアス２５４の出力の安定化を待ってトナー消費用パッチを形成する場合より多くのトナーを消費する例を示したが、現像ＤＣバイアスの出力が予め決められたトナー濃度に対応する基準の出力に復帰する（立ち下がる）際にも、同様のことが言える。
【０１０９】
図６に示す例においては、引き上げられた現像ＤＣバイアス２５４の出力から、予め決められたトナー濃度に対応する基準の出力への復帰が開始するタイミングと同じタイミングで、マゼンタ色パッチＰＭ４の形成が完了している。しかしながら実際には、引き上げられた出力から予め決められたトナー濃度に対応する基準の出力への復帰が開始してから完了するまでに所定の時間を要する。この時間のことを立ち下がり時間と呼ぶ。
【０１１０】
図７に示すように、現像ＤＣバイアス２５５の立ち下がり時間を利用し、予め決められたトナー濃度に対応する基準の出力への復帰完了と同じタイミングで、マゼンタ色パッチＰＭ５の形成を完了させるようにすることもできる。その結果、図６と比較して、マゼンタ色パッチＰＭ５の用紙搬送方向の長さが３ｍｍ増加している。
【０１１１】
現像ＤＣバイアス２５５の立ち下がり時間を利用してトナー消費用パッチを形成することで、図６と比較して、同じ紙間領域においてさらに大きいトナー消費用パッチを形成し、より多くのトナーを消費することが可能となり、画像の安定性をより確実に保つことが可能となる。
【０１１２】
次に、用紙に対する画像形成動作中にトナー消費用パッチを形成しトナーを強制的に消費する場合における、画像形成装置１の各部の動作の詳細について図１から図９を参照しながら説明する。図８は、システム制御部５１による制御手順のメインルーチンを示したフローチャートである。図９は、図８のステップＳ９（トナー消費用パッチ演算サブルーチン）を示したフローチャートである。
【０１１３】
図８に示すフローチャートにおいて、システム制御部５１は、まず上述したように画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄに対して先行の用紙に形成される画像に対応したトナー像をそれぞれ形成させる（ステップＳ１）。次に、用紙に転写される各色のトナー像の面積を示す黒化面積のデータを黒化面積取得・通知処理部５３より受信する（ステップＳ２）。
【０１１４】
システム制御部５１は、受信した各色の黒化面積のデータを基に、カバレッジを算出する処理をカバレッジデータ処理部６４に行わせるようエンジン制御部６１に対して指示する（ステップＳ３）。
【０１１５】
システム制御部５１は、予め操作入力部４０において、用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量として０％が設定されているか否か、即ちトナー節約モードが設定されているか否かを判断することで、紙間にパッチを形成させるか否かを決定する（ステップＳ４）。トナー節約モードが設定されていると判断すると（ステップＳ４：Ｎｏ）、紙間にパッチは形成させずに処理を終了する。
【０１１６】
ステップＳ４においてトナー節約モードが設定されていないと判断した場合は（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は次に、紙間パッチ作成判断処理部６５に対して紙間に形成すべきパッチの種類を判断させるよう指示する（ステップＳ５）。
【０１１７】
パッチの種類にはトナー消費用パッチの他に、トナーの濃度変化等を検知させ、検知されたデータに基づき画像形成条件を修正して画像の安定性を維持するための補正パッチと呼ばれるパッチも存在する。本実施の形態において補正パッチは、所定枚数の用紙に対して画像形成を行う毎に形成されるよう予め設定されており、トナー消費用パッチより優先して形成される。尚、本発明におけるパッチとは、トナー消費用パッチのことを指す。
【０１１８】
ステップＳ６では、紙間パッチ作成判断処理部６５による判断に基づいて、形成すべきパッチがトナー消費用パッチであるか補正パッチであるかが決定される。ステップＳ６において補正パッチを形成すべきと判断された場合は（ステップＳ６：Ｎｏ）、システム制御部５１は、補正パッチを形成するためのステップＳ７（補正パッチ作成サブルーチン）を実行する。ステップＳ７についての説明は省略する。
【０１１９】
一方、紙間パッチ作成判断処理部６５によって紙間に形成すべきパッチが補正パッチではないと判断された場合は、システム制御部５１は、紙間に形成すべきパッチはトナー消費用パッチであると決定し（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、用紙１枚の画像形成において目標となるトナー消費量を決定し（ステップＳ８）、ステップＳ９（トナー消費用パッチ演算サブルーチン）に進む。
【０１２０】
具体的には、ステップＳ８では、予め操作入力部４０において設定された用紙１枚の画像形成毎に消費すべきトナー量が用紙の面積に対して何％であったかを参照することで決定する。
【０１２１】
ステップＳ８で用紙１枚毎に目標となるトナー消費量を決定すると、図９に示すトナー消費用パッチ演算サブルーチンにおいて、システム制御部５１は、１つの色に関してトナー消費用パッチを形成することにより消費すべきトナー量を算出する（ステップＳ９１）。
【０１２２】
具体的には、ステップＳ８で決定されたトナー量から、ステップＳ３で得られたカバレッジに基づくトナー量を減算することで、１つの色に関してトナー消費用パッチを形成することにより消費すべきトナー量を決定する。
【０１２３】
１つの色に関してトナー消費用パッチを形成することにより消費すべきトナー量を決定すると、システム制御部５１は、紙間内の予め決められたパッチ形成可能領域においてトナー消費用パッチを形成することにより、ステップＳ９１において算出されたトナー量が消費可能か否かを判断する（ステップＳ９２）。
【０１２４】
具体的には、予め決められたパッチ形成可能領域に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量と、ステップＳ９１において算出されたトナー量とを比較し、予め決められたパッチ形成可能領域に予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量がステップＳ９１において算出されたトナー量以上であれば、ステップＳ９１において算出されたトナー量は消費可能であると判断する。
【０１２５】
パッチを形成することにより消費すべきトナー量が消費可能であると判断すると（ステップＳ９２：Ｎｏ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域を決定し（ステップＳ９３）、図８のメインルーチンに戻る。具体的には、予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成する際にステップＳ９１で算出されたトナー量を消費するために必要な領域を算出する。
【０１２６】
さらに具体的には、ステップＳ９３において決定される領域の用紙搬送方向に直交する方向の長さは各色の感光体ドラムの主走査方向の長さである。従って、ステップＳ９３においては、システム制御部５１は、消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を決定するために、感光体ドラムの主走査方向の長さと、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量と、予め決められたトナー濃度と、を考慮してパッチが形成される領域の用紙搬送方向の長さを算出する。
【０１２７】
一方、パッチを形成することにより消費すべきトナー量が消費不可能であると判断すると（ステップＳ９２：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくした場合に、予め決められたパッチ形成可能領域内において、上記パッチを形成することにより消費すべきトナー量が消費可能であるか否かを判断する（ステップＳ９４）。
【０１２８】
具体的には、予め決められたパッチ形成可能領域に最大のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量と、ステップＳ９１において決定されたトナー量とを比較し、予め決められたパッチ形成可能領域に最大のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量が、ステップＳ９１において算出されたトナー量以上であれば、ステップＳ９１において算出されたトナー量は消費可能であると判断する。
【０１２９】
予め決められたパッチ形成可能領域内にトナー濃度を大きくしたトナー消費用パッチを形成することにより、消費すべきトナー量が消費可能であると判断した場合は（ステップＳ９４：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域を決定し（ステップＳ９５）、図８のメインルーチンに戻る。具体的には、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でパッチを形成することによって消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を算出する。
【０１３０】
さらに具体的には、ステップＳ９５において決定される領域の用紙搬送方向に直交する方向の長さは各色の感光体ドラムの主走査方向の長さである。従って、ステップＳ９５においては、システム制御部５１は、消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を決定するために、感光体ドラムの主走査方向の長さと、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量と、を考慮して、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度と、トナー消費用パッチが形成される領域の用紙搬送方向の長さとを決定する。
【０１３１】
ここで、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度は、予め決められたトナー濃度より大きく且つ最大のトナー濃度以下の範囲内で、適宜設定される。但し、予め決められたトナー濃度より大きく且つ最大のトナー濃度以下の範囲内であっても、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量を消費するために形成されるトナー消費用パッチの大きさが、予め決められたパッチ形成可能領域より大きくなってしまうようなトナー濃度が設定されることはない。
【０１３２】
本実施の形態においては、図４、図５、図６及び図７に示すように、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくすべき場合は、画像形成の条件である現像ＤＣバイアスとグリッド電圧とをそれぞれ、予め決められたトナー濃度に対応する基準の値から１段階引き上げており、画像形成条件を１段階引き上げることでトナー消費用パッチのトナー濃度を最大のトナー濃度まで引き上げトナー消費用パッチを形成している。
【０１３３】
ステップＳ９４において、予め決められたパッチ形成可能領域内にトナー濃度を大きくしたパッチを形成しても消費すべきトナー量が消費不可能であると判断した場合は（ステップＳ９４：Ｎｏ）、システム制御部５１は、紙間を広げることでパッチを形成可能な領域を予め決められたパッチ形成可能領域より大きくするか否かを決定する（ステップＳ９６）。具体的には、予め操作入力部４０において生産性を優先する様に設定がなされているか否かを判断する。
【０１３４】
ユーザは、予め操作入力部４０の図示しない画面において、生産性を優先する様に設定することが可能である。予め生産性を優先する様に設定がなされている場合は、後に説明するように、紙間領域を広げる動作を禁止し、予め決められた紙間領域内の予め決められたパッチ形成領域内においてトナー消費用パッチを形成させるようにすることで、画像の安定性よりも生産性の確保が優先される。
【０１３５】
一方、予め生産性を優先するように設定がなされていない場合は、後に説明するように、状況に応じて紙間領域を広げる動作を許可し、消費すべきトナー量を確実に消費させるようにすることで、生産性の確保よりも画像の安定性の確保が優先される。
【０１３６】
予め操作入力部４０において生産性を優先するように設定がなされていないと判断した場合は（ステップＳ９６：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域を決定し（ステップＳ９７）、図８のメインルーチンに戻る。具体的には、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することによって消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を算出する。
【０１３７】
さらに具体的には、ステップＳ９７において決定される領域の用紙搬送方向に直交する方向の長さは各色の感光体ドラムの主走査方向の長さである。従って、ステップＳ９７においては、システム制御部５１は、消費すべきトナー量を消費するために必要な領域を決定するために、感光体ドラムの主走査方向の長さと、消費すべきトナー量と、を考慮して、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度と、トナー消費用パッチが形成される領域の用紙搬送方向の長さとを決定する。このとき、算出される領域は、予め決められたパッチ形成可能領域より大きい領域である。
【０１３８】
ここで、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度は、予め決められたトナー濃度より大きく且つ最大のトナー濃度以下の範囲内で、適宜設定される。しかしながら、ステップＳ９７のような紙間領域を広げる場合においては、形成されるトナー消費用パッチのトナー濃度は出来る限り大きくすることが好ましい。なぜなら、トナー消費用パッチのトナー濃度が大きいほどトナー消費用パッチが形成される領域が小さくなり、結果として広げられる分の紙間領域の大きさもより小さくなるため、紙間領域を広げることによる生産性の低下を小さく留めることができるからである。
【０１３９】
ステップＳ９６において、予め操作入力部４０において生産性を優先するように設定がなされていると判断した場合は（ステップＳ９６：Ｎｏ）、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域を決定し（ステップＳ９８）、図８のメインルーチンに戻る。具体的には、決定されるパッチ形成のために必要な領域は、予め決められたパッチ形成可能領域全域である。
【０１４０】
ステップＳ９のＳ９３、Ｓ９５、Ｓ９７、Ｓ９８の何れか１つのステップにおいて、１つの色についてパッチ形成のために必要な領域を決定すると、図８のメインルーチンに戻って、システム制御部５１は、トナー消費用パッチ形成のために必要な領域が全ての色について決定されたか否かを判断する（ステップＳ１０）。
【０１４１】
パッチ形成のために必要な領域が全ての色について決定されていないと判断すると（ステップＳ１０：Ｎｏ）、システム制御部５１は、ステップＳ９に戻り、未だパッチ形成のために必要な領域が決定されていない色についてその領域を決定するために上述した制御を行う。
【０１４２】
システム制御部５１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色全てについてパッチ形成のために必要な領域が決定されるまでステップＳ９およびステップＳ１０の制御を繰り返す。パッチ形成のために必要な領域の決定についてはどの色から行っても良い。
【０１４３】
ステップＳ１０において、全ての色についてパッチ形成のために必要な領域が決定されたと判断すると（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、決定された全ての色に関するパッチ形成のために必要な領域を考慮し、必要となる紙間の大きさを決定する（ステップＳ１１）。
【０１４４】
具体的に説明すると、システム制御部５１はまず、ステップＳ９３、Ｓ９５、Ｓ９７、Ｓ９８の何れか１つのステップにおいて決定された各色のパッチ形成のために必要な領域の中で、最大の領域を認識する。
【０１４５】
次に、先行の用紙Ｓａに転写されるトナー像の後端部と、認識した最大の領域の用紙搬送方向先端部との間に設ける領域の用紙搬送方向の長さを決定する。本実施の形態においては、図３、図４、図５の例のように、グリッド電圧の立ち上がり時間を利用せずにトナー消費用パッチを形成するとの設定の場合は、当該領域の用紙搬送方向の長さは１５ｍｍとしている。
【０１４６】
一方、図６、図７の例のように、グリッド電圧の立ち上がり時間を利用してトナー消費用パッチを形成するとの設定の場合は、当該領域の用紙搬送方向の長さは１２ｍｍとしている。
【０１４７】
次に、パッチ形成のために必要な最大の領域の用紙搬送方向後端部と、後続の用紙Ｓｂに転写されるトナー像の先端部との間に設ける領域の用紙搬送方向の長さを決定する。本実施の形態においては、図３、図４、図５、図６の例のように、グリッド電圧の立ち下がり時間を利用せずにトナー消費用パッチを形成するとの設定の場合は、当該領域の用紙搬送方向の長さは９ｍｍとしている。
【０１４８】
一方、図７の例のように、グリッド電圧の立ち下がり時間を利用してトナー消費用パッチを形成するとの設定の場合は、当該領域の用紙搬送方向の長さは６ｍｍとしている。
【０１４９】
そして、パッチ形成のために必要な最大の領域に、その最大の領域の用紙搬送方向の前後に設けられる領域を加えた領域が必要となる紙間領域である、と決定する。
【０１５０】
例えば図３に示す例のように、各色のパッチ形成のために必要な領域の中で、最大の領域が予め決められたパッチ形成可能領域（用紙搬送方向の長さが６０ｍｍ）より小さい場合は、予め決められたパッチ形成可能領域（用紙搬送方向の長さが６０ｍｍ）と、その前後の所定の領域（用紙搬送方向の長さがそれぞれ１５ｍｍ、９ｍｍ）とを加えた領域（用紙搬送方向の長さが８４ｍｍ）が必要となる紙間領域であると決定する。
【０１５１】
パッチ形成のために必要な領域の前後にそれぞれ所定の領域を設けるのは、パッチ形成に用いられるトナーが、用紙に転写されるトナー像と干渉し用紙に転写されるトナー像の画質が低下するという不具合を防止するためである。よって、パッチ形成のために必要な領域の前後に設けられる領域の大きさは、上記説明した具体的な大きさに限られず、適宜設定することができる。
【０１５２】
必要とされる紙間の大きさが決定されると、システム制御部５１は、紙搬送制御部６２に対して、決定された紙間の大きさを通知するとともに、通知した紙間の大きさに応じた適切なタイミングで用紙を給紙、搬送させるよう指示する（ステップＳ１２）。
【０１５３】
紙搬送制御部６２に対して紙間の大きさが通知されると、システム制御部５１は、紙間パッチ作像処理部６６に対して、上記制御で決定されたパッチを形成させるように要求する（ステップＳ１３）。
【０１５４】
そして、各色のトナー像を形成する画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄによって各感光体ドラム２２ａ〜２２ｄにそれぞれ用紙に転写されるトナー像が形成される。用紙に転写されるトナー像の形成が完了してから所定の時間が経過すると、画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄによって上述した制御により決定されたトナー濃度、大きさのパッチの形成が開始される。上述した制御により決定されたパッチ形成の条件によっては、画像形成のプロセス条件を切り替えることでパッチのトナー濃度を上昇させる必要がある。
【０１５５】
画像形成のプロセス条件を切り替える必要があると判断すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、システム制御部５１は、紙間パッチ作像処理部６６に対して、画像形成のプロセス条件として、対応する色の現像部における現像ＤＣバイアスと対応する色の帯電部におけるグリッド電圧とをそれぞれ図３、図４、図５、図６及び図７に示す何れかのタイミングで切り替えさせるよう指示をする（ステップＳ１５）。
【０１５６】
画像形成のプロセス条件を切り替える必要がないと判断した場合は（ステップＳ１４：Ｎｏ）、システム制御部５１は、紙間パッチ作像処理部６６に対して画像形成のプロセス条件を切り替えさせる指示はせずに処理を終了する。
【０１５７】
以上が用紙に対する画像形成動作中にトナー消費用パッチを形成しトナーを強制的に消費する場合における、画像形成装置１の各部の動作の詳細である。
【０１５８】
本発明に係る画像形成装置によれば、用紙１枚の画像形成毎に消費されるべきトナー量が、予め決められたパッチ形成領域内において予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費可能な最大のトナー量より多い場合、システム制御部５１が、予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のトナー消費用パッチを形成させるよう画像形成部２０を制御するので、画像形成の生産性の低下を抑えながら消費すべき量のトナーを確実に消費し、安定した画像を形成することが可能となる。
【０１５９】
また、用紙１枚の画像形成毎に消費されるべきトナー量が、予め決められたパッチ形成可能領域内において、最大のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することにより消費可能な最大のトナー量より多い場合、システム制御部５１は、紙間領域を広げることでトナー消費用パッチが形成可能な領域を大きくし、予め決められたパッチ形成可能領域より大きなトナー消費用パッチを形成するよう画像形成部２０を制御するので、確実に消費すべきトナー量を消費することができ、安定した画像を形成することが可能となる。
【０１６０】
また、予め操作入力部４０において生産性を優先する様に設定がなされている場合は、システム制御部５１は、紙間領域を広げる制御を行わないように画像形成部２０を制御するので、生産性を落とすことなく画像形成を行うことが可能となる。
【０１６１】
また、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくする際に画像形成条件を変更する場合に、システム制御部５１は、画像形成条件の変更開始時点に対応するタイミングでトナー消費用パッチの形成を開始させるよう画像形成部２０を制御するので、変更後の画像形成条件の安定を待ってトナー消費用パッチの形成を開始させる場合より多くの量のトナーを消費することができ、安定した画像を形成することが可能となる。
【０１６２】
同じく、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくする際に画像形成条件を変更する場合に、システム制御部５１は、変更された画像形成条件から予め決められたトナー濃度に対応する基準の条件への復帰が完了した時点に対応するタイミングでトナー消費用パッチの形成を完了させるよう制御するので、画像形成条件が安定している期間に対応してトナー消費用パッチを形成する場合より多くの量のトナーを消費することができ、安定した画像を形成することが可能となる。
【０１６３】
また、本実施の形態においては、システム制御部５１が、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の複数の色にそれぞれ対応する画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄに対して、色毎に制御を行う例を説明した。しかしながら、本発明は１つの色に対応する１つの画像形成手段を有する画像形成装置、例えばモノクロ画像を形成する画像形成装置、においても適用可能であることは言うまでもない。
【０１６４】
本実施の形態においては、トナー消費用パッチを形成する際に、各色の画像形成ユニットが、先行の用紙に転写されるトナー像と後続の用紙に転写されるトナー像との間の紙間領域にトナー消費用パッチを形成するようにしているが、これに限定されるものではない。
【０１６５】
画像形成動作を停止或いは中断させない範囲であれば、用紙に転写されるトナー像が形成される領域以外の領域であって、且つ紙間領域以外の領域に本発明における予め決められたパッチ形成可能領域を設け、トナー消費用パッチを形成するようにしても良い。
【０１６６】
また、本実施の形態においては、システム制御部５１が本発明における制御手段、第１のトナー量算出手段、第１のトナー量比較手段、第２のトナー量算出手段、第２のトナー量比較手段、としての役割を果たす場合について説明したが、上記各手段の役割を果たす構成をそれぞれ別個に設けても良い。
【０１６７】
また、本実施の形態においては、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくする場合に、現像部の現像ＤＣバイアスと帯電部のグリッド電圧を基準の条件から変化させることでトナー濃度を大きくしていたが、これに限定されるものではない。例えば露光の際の露光量等、他の画像形成条件を変化させることでも、トナー濃度を大きくすることができ、本発明を実施することが可能である。
【０１６８】
さらに、本実施の形態においては、上記画像形成条件の変化として、図３〜図７に示すように上記画像形成条件を１段階引き上げることでトナー消費用パッチのトナー濃度を最大のトナー濃度まで大きくし、予め決められたパッチ形成可能領域において引き上げられたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成することで消費される最大のトナー量と消費すべきトナー量との比較を行う例を説明した。
【０１６９】
しかしながら、トナー消費用パッチのトナー濃度を大きくする場合に、画像形成条件の変化に複数の段階を持たせても良い。
【０１７０】
この場合の制御手順の一例を説明する。図９のステップＳ９２において、予め決められたパッチ形成可能領域内において、予め決められたトナー濃度でトナー消費用パッチを形成しても、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量を消費し切れない、と判断された場合に、システム制御部５１はまず、予め決められたトナー濃度から１段階トナー濃度を引き上げたときに、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量が消費可能か否かを判断する。
【０１７１】
１段階トナー濃度を引き上げただけでは消費すべきトナー量を消費し切れないと判断された場合は、もう１段階トナー濃度を引き上げたときに、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量が消費可能か否かを判断する。
【０１７２】
以下同様の制御を繰り返し、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量が消費可能であると判断されたところでその段階のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成させるようにすれば良い。
【０１７３】
システム制御部５１は、１段階ずつトナー濃度を引き上げたときに、消費すべきトナー量が消費可能か否かを判断し、最終的に最大のトナー濃度まで引き上げても、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量を消費し切れないと判断された場合は、上述のように、図９のステップＳ９６へ進み、紙間領域を広げるか否かの決定をするようにする。
【０１７４】
トナー消費用パッチのトナー濃度を引き上げるときに、常に最大のトナー濃度でトナー消費用パッチを形成させるような場合は、形成されたトナー消費用パッチを除去し切れずにトナーが各色に対応した感光体ドラム、中間転写ベルト２０１、或いはベルト２０９に残存し、後続の画像形成に影響を及ぼす可能性が高くなるという問題点がある。
【０１７５】
しかしながら上記のように、特にトナー消費用パッチのトナー濃度を引き上げることで、予め決められたパッチ形成可能領域内において、ステップＳ９１において算出された消費すべきトナー量が消費可能である場合に、トナー濃度の引き上げを必要最小限にとどめるような制御を行うことで、形成されたトナー消費用パッチが除去されず残存する可能性を低減させることが可能となる。
【０１７６】
その他、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない限りにおいて異なる実施形態を採用することも可能である。
【符号の説明】
【０１７７】
１ 画像形成装置
１０ 画像読取部
２０ 画像形成部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 画像形成ユニット
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 感光体ドラム
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 帯電部
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 露光部
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 現像部
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ １次転写ローラ
２０１ 中間転写ベルト
２０２ ２次転写部
２０９ ベルト
３０ 用紙給紙部
４０ 操作入力部
４４ 操作パネル制御部
５０ 全体制御部
５１ システム制御部
６０ エンジン部
６１ エンジン制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体にトナー像を形成し、形成されたトナー像を用紙に転写することで用紙に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段を制御する制御手段と、
前記像担持体に、トナーを消費するためのトナー像であるパッチを形成すべきか否かを判断するパッチ形成判断手段と、を有し、
前記パッチ形成判断手段により前記パッチを形成すべきと判断された場合に、前記制御手段が、前記像担持体における予め決められたパッチ形成可能領域に、予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成させるよう前記画像形成手段を制御する画像形成装置において、
前記パッチ形成判断手段により前記パッチを形成すべきと判断された場合に、前記パッチを形成することにより消費されるべきトナー量を算出する第１のトナー量算出手段と、
前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第１のトナー量比較手段と、を有し、
前記第１のトナー量比較手段の比較により、前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、前記制御手段は、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成させるよう制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記予め決められたパッチ形成可能領域は、前記像担持体における、先行の用紙に転写されるトナー像と後続の用紙に転写されるトナー像との間の領域内にある画像形成装置であって、
前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、前記予め決められたパッチ形成可能領域において最大のトナー濃度のパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第２のトナー量比較手段を有し、
前記第２のトナー量比較手段の比較により、前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記最大のトナー濃度のパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、前記制御手段は、前記先行の用紙に転写されるトナー像と前記後続の用紙に転写されるトナー像との間隔を広げるよう制御することで、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成可能な領域を、前記予め決められたパッチ形成可能領域より大きくし、さらに前記制御手段は、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度であり且つ前記予め決められたパッチ形成可能領域より大きいパッチを形成させるよう制御す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】
画像形成の生産性を優先する様に設定可能な生産性優先設定手段を有し、
前記生産性優先設定手段により前記画像形成の生産性を優先する様に設定されている場合に、前記制御手段は、前記先行の用紙に転写されるトナー像と前記後続の用紙に転写されるトナー像との間隔を広げる制御を行わないことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成する際に、前記制御手段は、画像形成条件を前記予め決められたトナー濃度に対応する条件から変更することで前記パッチのトナー濃度を大きくするよう前記画像形成手段を制御するものであって、
前記制御手段は、前記画像形成条件の変更開始時点に対応する所定のタイミングから前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチの形成を開始させるよう制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成する際に、前記制御手段は、画像形成条件を前記予め決められたトナー濃度に対応する条件から変更することで前記パッチのトナー濃度を大きくするよう前記画像形成手段を制御するものであって、
前記制御手段は、前記変更された画像形成条件から前記予め決められたトナー濃度に対応する条件への復帰が完了した時点に対応する所定のタイミングにおいて、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチの形成を完了させるよう制御することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
複数の異なる色に対応する複数の前記画像形成手段を有し、
前記制御手段は、複数の前記画像形成手段を前記複数の異なる色毎に制御することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
像担持体にトナー像を形成し、形成されたトナー像を用紙に転写することで用紙に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段を制御する制御手段と、
前記像担持体に、トナーを消費するためのトナー像であるパッチを形成すべきか否かを判断するパッチ形成判断手段と、を有し、
前記パッチ形成判断手段により前記パッチを形成すべきと判断された場合に、前記制御手段が、前記像担持体における予め決められたパッチ形成可能領域に、予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成させるよう前記画像形成手段を制御する画像形成装置において、
前記パッチ形成判断手段により前記パッチを形成すべきと判断された場合に、前記パッチを形成することにより消費されるべきトナー量を算出する第１のトナー量算出手段と、
前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第１のトナー量比較手段と、を有し、
前記第１のトナー量比較手段の比較により、前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記予め決められたトナー濃度で前記パッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、前記制御手段は、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成させるよう制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記予め決められたパッチ形成可能領域は、前記像担持体における、先行の用紙に転写されるトナー像と後続の用紙に転写されるトナー像との間の領域内にある画像形成装置であって、
前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量と、前記予め決められたパッチ形成可能領域において最大のトナー濃度のパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量とを比較する第２のトナー量比較手段を有し、
前記第２のトナー量比較手段の比較により、前記第１のトナー量算出手段により算出されたトナー量が、前記予め決められたパッチ形成可能領域において前記最大のトナー濃度のパッチを形成することにより消費され得る最大のトナー量より多い場合、前記制御手段は、前記先行の用紙に転写されるトナー像と前記後続の用紙に転写されるトナー像との間隔を広げるよう制御することで、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成可能な領域を、前記予め決められたパッチ形成可能領域より大きくし、さらに前記制御手段は、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度であり且つ前記予め決められたパッチ形成可能領域より大きいパッチを形成させるよう制御す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】
画像形成の生産性を優先する様に設定可能な生産性優先設定手段を有し、
前記生産性優先設定手段により前記画像形成の生産性を優先する様に設定されている場合に、前記制御手段は、前記先行の用紙に転写されるトナー像と前記後続の用紙に転写されるトナー像との間隔を広げる制御を行わないことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成する際に、前記制御手段は、画像形成条件を前記予め決められたトナー濃度に対応する条件から変更することで前記パッチのトナー濃度を大きくするよう前記画像形成手段を制御するものであって、
前記制御手段は、前記画像形成条件の変更開始時点に対応する所定のタイミングから前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチの形成を開始させるよう制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチを形成する際に、前記制御手段は、画像形成条件を前記予め決められたトナー濃度に対応する条件から変更することで前記パッチのトナー濃度を大きくするよう前記画像形成手段を制御するものであって、
前記制御手段は、前記変更された画像形成条件から前記予め決められたトナー濃度に対応する条件への復帰が完了した時点に対応する所定のタイミングにおいて、前記予め決められたトナー濃度より大きいトナー濃度のパッチの形成を完了させるよう制御することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
複数の異なる色に対応する複数の前記画像形成手段を有し、
前記制御手段は、複数の前記画像形成手段を前記複数の異なる色毎に制御することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８９６６３（Ｐ２０１２−１８９６６３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１１３６（Ｐ２０１１−５１１３６）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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