画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置並びに画像濃度制御方法
【課題】 湿度や温度等の環境変化や現像剤及び感光体ドラムの経時劣化に関わらず、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させ、画像濃度の安定化を図る。
【解決手段】 像担持体（１）と、像担持体を帯電する帯電手段（２）と、像担持体に静電潜像を形成する露光手段（３）と、２成分現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段（５）と、当該像担持体上の現像像濃度を検出する像濃度検出手段（２１）と、現像手段のトナー濃度検出手段（２２）と、現像手段のトナー補給手段（２０）とを具備し、０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された帯電手段により像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で所定の現像バイアスを一定時間印加して現像手段により現像し、像濃度検出手段が読み取った現像像の濃度とトナー濃度検出手段が検出したトナー濃度とに応じてトナー補給を制御する制御手段（２５）を有する構成とする。
【解決手段】 像担持体（１）と、像担持体を帯電する帯電手段（２）と、像担持体に静電潜像を形成する露光手段（３）と、２成分現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段（５）と、当該像担持体上の現像像濃度を検出する像濃度検出手段（２１）と、現像手段のトナー濃度検出手段（２２）と、現像手段のトナー補給手段（２０）とを具備し、０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された帯電手段により像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で所定の現像バイアスを一定時間印加して現像手段により現像し、像濃度検出手段が読み取った現像像の濃度とトナー濃度検出手段が検出したトナー濃度とに応じてトナー補給を制御する制御手段（２５）を有する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像器のトナー濃度を適正に制御することにより画像濃度を安定させる画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置並びに画像濃度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置（プリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等）においては、周囲の湿度や温度等の環境変化や、現像剤及び感光体ドラムの経時劣化などによって、画像濃度が不安定となり、画像の抜けやカブリといった好ましくない現象が生じる場合がある。そこで、画像濃度を安定化させるための方策の一つとして、種々の影響因子を考慮してトナー補給を適性に制御する方法が採られている。
【０００３】
例えば、所定の表面電位に一様に帯電させた像担持体を、その表面電位と現像バイアスとの電位差によって現像し、当該現像像の濃度の値及び現像剤の累積使用量に応じてトナー補給を制御する画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、トナー補給制御を、現像像の濃度の値及び現像剤の累積使用量に応じて行うことで、トナー濃度変動を最小化しようとするものである。
【特許文献１】特開平２００１−１８３８７６号（段落３２、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載のような技術では、現像剤の経時劣化（累積使用量）については考慮するものの、現像器内の環境変化に起因するトナー濃度の変動や、感光体ドラムの経時劣化及び環境変化による感光体ドラム表面電位の変動については考慮することなく、それらの変動の影響を含めた現像像の濃度の値に応じてトナー補給を制御する。従って、そのような多くの影響因子が一括に反映される指標に基づいてトナー補給の制御を行なうので、精度のよい適性な制御が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、湿度や温度等の環境変化や現像剤及び感光体ドラムの経時劣化に関わらず、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させ、更には画像濃度の安定化を図ることが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並びに画像濃度制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明の画像濃度制御装置は、請求項１に示すとおり、像担持体と、所定電圧が印加された状態で像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、一様に帯電された像担持体に像情報に応じた露光を施し像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、所定現像バイアスが印加された状態で少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段と、当該像担持体上の現像像の濃度を検出する像濃度検出手段と、現像手段内におけるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と、現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を具備し、０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された帯電手段により像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で現像手段に所定の現像バイアスを一定時間印加して、現像手段により当該表面電位と現像バイアスとの電位差状態で直接現像し、像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度とトナー濃度検出手段により検出したトナー濃度とに応じて、トナー補給手段によりトナー補給を制御する制御手段を有する構成とする。
【０００７】
これによると、像濃度検出手段により読み取られる現像像は、像担持体の表面電位を０Ｖに保持した状態で形成されるので、像担持体における環境変化及び経時劣化の影響が全て排除され、現像手段における環境変化及び経時劣化の影響のみが反映されたものとなる。そのために、トナー濃度検出手段により検出したトナー濃度を像濃度検出手段により読み取られた当該現像像の濃度に応じて補正することにより現像手段に係る環境変化及び経時劣化の変動の影響を少なくしてトナー補給を制御することができる。従って、湿度や温度等の環境変化及び現像剤や感光体ドラムの経時劣化にかかわらず、トナー補給を簡単かつ適正に制御して現像手段の現像能力を安定させることができる。
【０００８】
また、請求項２に示すとおり、制御手段は、像濃度検出手段により読み取った現像像の濃度に応じて現像手段内のトナー濃度を変更するための操作量を決定し、その操作量を複数に分割した分割操作量に応じてトナー補給手段によるトナー補給を段階的に制御する構成とすることができる。
【０００９】
これにより、微少な値に分割された分割操作量に基づきトナー補給を制御するので、アンダートナーまたはオーバートナーが瞬時に発生することを防止し、画像における細線のかすれや細線の太りなどを防止することができる。
【００１０】
また、請求項３に示すとおり、制御手段は、像濃度検出手段により読み取った現像像の濃度に応じて現像手段内のトナー濃度を変更するための所定の変動制限を設けた操作量を決定し、その操作量に応じてトナー補給手段によるトナー補給を制御する構成とすることができる。
【００１１】
これにより、現像手段内のトナー濃度の変動が所定の範囲内に収まるようにトナー補給を制御できるので、アンダートナーまたはオーバートナーの発生を未然に防止し、キャリア付着またはカブリ若しくはトナー飛散などを防止することができる。
【００１２】
更に、本発明の画像濃度制御装置は、請求項４に示すとおり、像担持体と、所定電圧が印加された状態で像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、一様に帯電された像担持体に像情報に応じた露光を施し像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、所定現像バイアスが印加された状態で少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段と、当該像担持体上の現像像の濃度を検出する像濃度検出手段と、現像手段内におけるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と、現像手段内の現像剤の経時劣化を検出する現像剤劣化検出手段と、現像手段の周囲温湿度を検出する温湿度検出手段と、現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を具備し、０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された帯電手段により像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で現像手段に所定の現像バイアスを一定時間印加して、現像手段により当該表面電位と現像バイアスとの電位差で直接現像し、像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度と現像剤劣化検出手段により検出した現像剤の経時劣化状態と温湿度検出手段により検出した周囲温湿度とトナー濃度検出手段により検出したトナー濃度とに応じて、トナー補給手段によりトナー補給を制御する制御手段を有する構成とする。
【００１３】
これによると、像濃度検出手段により読み取られる現像像は、像担持体の表面電位を０Ｖに保持した状態で形成されるので、像担持体における環境変化及び経時劣化の影響が全て排除され、現像手段における環境変化及び経時劣化の影響のみが反映されたものとなる。そのために、トナー濃度検出手段により検出したトナー濃度を像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度と現像剤劣化検出手段により検出した現像剤の経時劣化状態と温湿度検出手段により検出した周囲温湿度とに応じて補正することにより、現像手段に係る環境変化及び経時劣化の変動の影響を少なくしてトナー補給を制御することができる。従って、湿度や温度等の環境変化及び現像剤や感光体ドラムの経時劣化にかかわらず、トナー補給を簡単かつ適正にまた高精度に制御してトナー濃度を安定させることができる。
【００１４】
また、請求項５に示すとおり、制御手段は、像濃度検出手段により読み取った現像像の濃度、現像剤の経時劣化状態、及び現像手段の周囲の温湿度に応じて現像手段内のトナー濃度を変更するための操作量を決定し、その操作量を複数に分割した分割操作量に応じてトナー補給手段によるトナー補給を段階的に制御する構成とすることができる。
【００１５】
これにより、微少な値に分割された分割操作量に基づきトナー補給を制御するので、アンダートナーまたはオーバートナーが瞬時に発生することを防止し、画像における細線のかすれや細線の太りなどを防止することができる。
【００１６】
また、請求項６に示すとおり、制御手段は、像濃度検出手段により読み取った現像像の濃度、現像剤の経時劣化状態、及び現像手段の周囲の温湿度に応じて現像手段内のトナー濃度を変更するための所定の変動制限を設けた操作量を決定し、その操作量に応じてトナー補給手段によるトナー補給を制御する構成とすることができる。
【００１７】
これにより、現像手段内のトナー濃度の制御を所定の範囲内に制限できるので、現像手段内のトナー濃度が許容範囲外となるアンダートナーまたはオーバートナーの発生を未然に防止し、キャリア付着またはカブリ若しくはトナー飛散などを防止することができる。
【００１８】
更に、本発明の画像形成装置は、請求項７に示すとおり、上記請求項１乃至請求項６の何れかに記載の画像濃度制御装置を備えた構成とする。
【００１９】
更に、本発明の画像濃度制御方法は、請求項８に示すとおり、表面に静電潜像を担持するための像担持体に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加して像担持体の表面電位を０Ｖに保持する帯電工程と、像担持体の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により現像して現像像を形成する現像工程と、現像像の濃度を検出する像濃度検出工程と、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出工程と、像濃度検出工程において検出した現像像の濃度及びトナー濃度検出工程において検出したトナー濃度に基づき現像剤へのトナー補給を制御するトナー補給制御工程とを有する構成とする。
【００２０】
更に、本発明の画像濃度制御方法は、請求項９に示すとおり、表面に静電潜像を担持するための像担持体に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加して像担持体の表面電位を０Ｖに保持する帯電工程と、像担持体の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により現像して現像像を形成する現像工程と、現像像の濃度を検出する像濃度検出工程と、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出工程と、現像剤の経時劣化状態を検出する現像剤劣化検出工程と、現像剤の周囲の温湿度を検出する温湿度検出工程と、像濃度検出工程において検出した現像像の濃度、トナー濃度検出工程において検出したトナー濃度、現像剤劣化検出工程において検出した現像剤の経時劣化状態、及び温湿度検出工程において検出した温湿度に基づき現像剤へのトナー補給を制御するトナー補給制御工程とを有する構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明によれば、湿度や温度等の環境変化や現像剤及び感光体ドラムの経時劣化に関わらず、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させ、更には画像濃度の安定化を図ることができる。特に、像担持体の表面電位を０Ｖに保持した状態で形成した現像像に基づきトナー補給を制御するので、像担持体における環境変化及び経時劣化の影響を全て排除することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明による画像形成装置を示す模式的な断面図である。この画像形成装置は、感光体ドラム１の周囲に、感光体ドラム１の作像面を均一に帯電させる帯電ローラ２と、感光体ドラム１の作像面に対して露光用の光束を走査して静電潜像を形成する露光手段であるＬＳＵ（レーザ・スキャニング・ユニット）３と、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により感光体ドラム１の作像面上の静電潜像を顕像化して現像像を形成する現像ローラ４を備えた現像器５と、感光体ドラム１の作像面上に形成されたトナー像を記録紙上に転写する転写ローラ６と、感光体ドラム１の作像面を清掃するクリーニングブレード７とが設けられており、給紙部８の記録紙が感光体ドラム１と転写ローラ６との間に送り込まれた後、定着器９を経て排紙部１０に排出される。さらにこの画像形成装置は、上部に複写やファクシミリ送信のための原稿読取部１１を備えている。
【００２４】
上記画像形成装置においては、画像濃度を安定させるために、現像器５内の現像剤の撹拌を充分に行ってトナー濃度の分布を均一化するとともに、トナー濃度を適正化することが必要となる。そこで、上記画像形成装置は、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させるための画像濃度制御部（画像濃度制御装置）１２を有する。
【００２５】
図２は、図１に示した画像形成装置における画像濃度制御部の詳細を示すブロック図である。この画像濃度制御部１２は、図１に示したように感光体ドラム（像担持体）１、帯電ローラ（帯電手段）２、ＬＳＵ（露光手段）３、及び現像器（現像手段）５を備え、帯電ローラ２は、感光ドラム１に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加してその表面（作像面）電位を０Ｖに保持し、また、現像器５は、感光ドラム１の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、キャリアとトナーとからなる現像剤により現像してトナーバンド（現像像）を形成する。
【００２６】
さらに、画像濃度制御部１２は、現像器５への補給用トナーを収容するトナーボトル（トナー補給手段）２０ａ及びそれを駆動するためのトナーボトル駆動モータ２０ｂと、トナーバンドの濃度を検出するフォトセンサ（像濃度検出手段）２１と、現像器５内におけるトナー濃度を検出するトナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）２２と、回転により現像器５内の現像剤を撹拌しながら搬送する撹拌スクリュ２３ａ及びパドル２３ｂ並びにそれらを駆動するための現像撹拌モータ２３ｃと、現像器５の周囲の温湿度を検出する温湿度センサ（温湿度検出手段）２４とを備える。ここで、撹拌スクリュ２３ａを駆動する現像撹拌モータ２３ｃの回転時間をタイマー２６によって計測することにより、現像器５内の現像剤の経時劣化状態を検出する現像剤劣化検出手段として機能する。マイクロコンピュータ（制御手段）２５は、フォトセンサ２１が検出したトナーバンドの濃度、トナー濃度センサ２２が検出したトナー濃度、現像撹拌モータ２３ｃの回転時間をタイマー２６によって計測することにより検出した現像剤の経時劣化状態、及び温湿度センサ２４が検出した温湿度等に基づき現像器５内の現像剤へのトナー補給を制御する。
【００２７】
図３は、図１及び図２に示した画像形成装置においてトナーバンドを形成する際の感光体ドラム表面の帯電状態を示す概念図である。図３（Ａ）は、本発明による感光体ドラム表面の帯電状態を示しており、図３（Ｂ）は、比較のために従来技術による場合を示している。
【００２８】
従来技術の場合では、図３（Ｂ）に示すように、感光体ドラム１の表面におけるトナーバンド形成部位の電位Ｖｌは、露光用のＬＳＵ３のレーザパワーの変動による影響や、感光体ドラム１及び帯電ローラ２の環境変化や経時変化による影響を受けて変動し得る。これにより、トナーバンド形成部位の電位Ｖｌと現像バイアス電位Ｖｂとの電位差ΔＶ（＝Ｖｂ−Ｖｌ）が変動すると、現像器５による安定したトナーバンドの形成が困難となる。
【００２９】
一方、本発明の場合では、図３（Ａ）に示すように、感光体ドラム１の表面におけるトナーバンド形成部位の電位Ｖｌは０Ｖに保持されるので、トナーバンド形成部位の電位Ｖｌと現像バイアス電位Ｖｂとの電位差ΔＶ（＝Ｖｂ）は、現像バイアス電位Ｖｂにより決定されることになり、安定したトナーバンドの形成が可能となる。このとき、感光体ドラム１に対する帯電ローラ２の印加電圧は、ＤＣ電圧を０Ｖ（ＯＦＦ）とし、ＡＣ電圧を所定の値に設定する。これにより、感光体ドラム１上の余分な電荷を除電することができ、感光体ドラム１の表面電位を安定的に０Ｖに保持することができる。
【００３０】
図４は、図２に示した画像濃度制御部によるトナー濃度の変更方法の概要を示すグラフである。このグラフは、縦軸にトナー濃度センサ出力（Ｖ）、横軸にトナー濃度センサによる現像器５内のトナー濃度検出値（％）をとり、それらの関係を各制御電圧（５．０Ｖ、６．０Ｖ、７．０Ｖ、８．０Ｖ、９．０Ｖ）について示すものである。ここでは、初期のトナー濃度が８％の現像剤を使用する場合について説明する。
【００３１】
まず、マイクロコンピュータ２５は、現像剤を現像器５の中に入れた直後に現像器５内の撹拌スクリュ２３ａを回転させ、センサ出力を２．５Ｖ（トナー補給動作制御電圧）とするように初期の制御電圧を設定する。本実施形態の場合、初期のトナー濃度が８％であるので、初期の制御電圧は７．０Ｖとなる。トナー補給制御が開始されると、マイクロコンピュータ２５は、初期調整値（７．０Ｖ）に操作量（通常は、「トナーバンドの濃度に応じて定められる操作量」、「現像剤の経時劣化状態に応じて定められる操作量」、及び「現像器５の周囲の温湿度に応じて定められる操作量」の和）を加えることで、トナー濃度センサの制御電圧を決定し、その決定した新たな制御電圧を入力する。その結果、センサ出力が変化することになるが、マイクロコンピュータ２５は、トナーボトルを駆動して現像器５へトナーを補給することによりセンサ出力を２．５Ｖに保持する。
【００３２】
例えば、フォトセンサ２１が検出したトナーバンドの濃度、現像剤劣化検出センサ２３が検出した現像剤の経時劣化状態、及び温湿度センサ２４が検出した温湿度に応じて決定した制御電圧の操作量が＋２．０Ｖの場合、マイクロコンピュータ２５は、制御電圧の入力値を７．０から９．０に変更する（図中、矢印参照）。この制御電圧の変更は、現像器５内のトナー濃度の補正量の＋２％（即ち、トナー濃度８％から１０％への上昇）に相当する。そこで、制御電圧が９．０Ｖに変更されたことにより、センサ出力が２．５Ｖより大きな値となると、マイクロコンピュータ２５は、センサ出力を２．５Ｖに保持するべくトナーボトルを駆動し、結果として現像器５内のトナー濃度の検出値が１０％になるまで現像器５へトナーを補給することになる。
【００３３】
ここで、マイクロコンピュータ２５は、制御電圧の入力値を７．０から９．０に必ずしも直接変更する必要はなく、操作量＋２．０Ｖを複数に分割した分割操作量（例えば、＋０．１Ｖ）に応じてトナー補給を制御し、トータルの操作量が＋２．０Ｖとなるまで繰り返し実行することで、トナー補給を段階的に制御することができる。また、変化後のトナー濃度の上限及び下限を定めるために、予め制御電圧の操作量の変動制限（例えば、制御電圧６．０Ｖ〜９．０Ｖの範囲内）を設定することもできる。
【００３４】
なお、別法として制御電圧を一定値とし、トナー濃度センサ出力を変更してトナー濃度を調整することも可能であるが、特にトナー濃度センサの特性に関し、図４に示すようなトナー濃度に対するセンサ出力感度が低下する領域（図中、センサ出力が約０．３Ｖ以下及び約４．２Ｖ以上の領域）が存在する場合には、上記のようにセンサ感度の比較的良好な領域で制御電圧を変更する方法が有効である。
【００３５】
図５は、現像剤の経時劣化状態及び現像器の周囲の温湿度に応じて定められるトナー濃度センサの制御電圧の操作量の一例を示す図である。
【００３６】
図５（Ａ）に示すように、現像剤使用開始後の現像器５内の撹拌スクリュの回転時間によってトナー濃度センサの制御電圧の操作量を決定することができる。この現像器５内の撹拌スクリュの回転時間は、現像剤の経時劣化状態を反映するものであり、ここでは、現像剤の劣化が進む（即ち、撹拌スクリュの回転時間が長くなる）につれ操作量が増大する。また、図５（Ｂ）に示すように、現像器５の周囲の温湿度によってトナー濃度センサの制御電圧の操作量を決定することができる。ここでは、温度が高くなるにつれ操作量が減少する一方、湿度が高くなるにつれ操作量が減少する傾向となる。
【００３７】
上述のようなトナー濃度センサの制御電圧は、トナーバンドの濃度に応じて定められる操作量のみを考慮して決定することも可能であるが、その場合には、トナーバンドの濃度の変化に現像器５の環境変化及び現像剤の経時変化の影響が混在する状態で制御電圧に反映されることになる。従って、現像剤の経時劣化状態に応じて定められる操作量及び現像器５の周囲の温湿度に応じて定められる操作量を更に考慮することで、現像器５の環境変化及び現像剤の経時変化をより詳細に制御電圧に反映させることができ、より短時間に目標とするトナー濃度を実現することが可能となる。なお、ここでは、現像剤の経時劣化状態及び現像器５の周囲の温湿度を好適な例として示したが、これに限らず環境変化及び経時変化に関連する種々の因子を考慮することができる。
【００３８】
図６は、図２に示した画像濃度制御部におけるトナー補給制御についての動作を示すフロー図である。まず、帯電ローラ２によって感光ドラム１の表面電位を０Ｖに保持した状態で、現像器５によってトナーバンドを形成する（ＳＴ１０１）。次に、形成されたトナーバンドの濃度をフォトセンサ２１により検出する（ＳＴ１０２）。
【００３９】
そこで、検出したトナーバンドの濃度が、予め設定した目標濃度を超えているか否かを判断し（ＳＴ１０３）、目標濃度を超えている（トナー濃度が濃い）場合には、それに応じて決定したトナー濃度センサーの制御電圧の分割操作量に基づき、制御電圧を微少量低下させる（ＳＴ１０４）。これにより、記録紙に印刷されて現像器５内のトナーが消費されると、トナー濃度が微少量だけ低下することになる。一方、ＳＴ１０３において、目標濃度を超えていない（トナー濃度が薄い）場合には、検出したトナーバンドの濃度が、予め設定した目標濃度未満であるか否かを判断し（ＳＴ１０５）、目標濃度未満である（トナー濃度が薄い）場合には、それに応じて決定したトナー濃度センサーの制御電圧の分割操作量に基づき、制御電圧を微少量上昇させる（ＳＴ１０６）。これにより、この後、印刷中に現像器５にトナーが補給されると、トナー濃度が微少量だけ増大することになる。但し、ＳＴ１０３において、トナーバンドの濃度が目標濃度と同じである場合には、制御電圧を変化させることはない。
【００４０】
次に、現像器５の周囲の温湿度によってトナー濃度センサの制御電圧の操作量を決定する温湿度補正を実行し（ＳＴ１０７）、さらに、現像剤使用開始後の現像器５内の撹拌スクリュの回転時間によってトナー濃度センサの制御電圧の操作量を決定する現像剤劣化補正を実行する（ＳＴ１０８）。そこで、それら温湿度補正及び現像剤劣化補正を実施した後の最終的な制御電圧の操作量が、予め設定した操作量の変動制限の範囲内になるように調整する（ＳＴ１０９）。これにより、最終的な制御電圧が決定されるが（ＳＴ１１０）、この制御電圧の決定によりトナーが補給されて、或いはトナーが消費されて現像器５内のトナー濃度が実際に目標濃度に到達するのは、所定の枚数の記録紙に印刷がなされた後である。そこで、フォトセンサーが現像器５内の正味のトナー濃度を検出可能となるまで規定枚数の印刷を実行する（ＳＴ１１１）。その後、ＳＴ１０１に戻り、上記の一連のステップを繰り返し実行することになる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置並びに画像濃度制御方法によれば、湿度や温度等の環境変化や現像剤及び感光体ドラムの経時劣化に関わらず、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させ、更には画像濃度の安定化を図ることが可能となり、現像器のトナー濃度を適正に制御することにより画像濃度を安定させる画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置並びに画像濃度制御方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による画像形成装置を示す模式的な断面図
【図２】図１の画像形成装置における画像濃度制御部の詳細を示すブロック図
【図３】図１の画像形成装置においてトナーバンドを形成する際の感光体ドラム表面の帯電状態を示す概念図
【図４】図２の画像濃度制御部によるトナー濃度の変更方法の概要を示すグラフ
【図５】トナー濃度センサの制御電圧の操作量の一例を示す図
【図６】図２の画像濃度制御部によるトナー補給制御についての動作を示すフロー図
【符号の説明】
【００４３】
１ 感光体ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ（帯電手段）
３ ＬＳＵ
５ 現像器（現像手段）
２０ａ トナーボトル
２１ フォトセンサ（像濃度検出手段）
２２ トナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）
２３ 現像剤劣化検出センサ（現像剤劣化検出手段）
２４ 温湿度センサ（温湿度検出手段）
２５ マイクロコンピュータ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像器のトナー濃度を適正に制御することにより画像濃度を安定させる画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置並びに画像濃度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置（プリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等）においては、周囲の湿度や温度等の環境変化や、現像剤及び感光体ドラムの経時劣化などによって、画像濃度が不安定となり、画像の抜けやカブリといった好ましくない現象が生じる場合がある。そこで、画像濃度を安定化させるための方策の一つとして、種々の影響因子を考慮してトナー補給を適性に制御する方法が採られている。
【０００３】
例えば、所定の表面電位に一様に帯電させた像担持体を、その表面電位と現像バイアスとの電位差によって現像し、当該現像像の濃度の値及び現像剤の累積使用量に応じてトナー補給を制御する画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、トナー補給制御を、現像像の濃度の値及び現像剤の累積使用量に応じて行うことで、トナー濃度変動を最小化しようとするものである。
【特許文献１】特開平２００１−１８３８７６号（段落３２、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載のような技術では、現像剤の経時劣化（累積使用量）については考慮するものの、現像器内の環境変化に起因するトナー濃度の変動や、感光体ドラムの経時劣化及び環境変化による感光体ドラム表面電位の変動については考慮することなく、それらの変動の影響を含めた現像像の濃度の値に応じてトナー補給を制御する。従って、そのような多くの影響因子が一括に反映される指標に基づいてトナー補給の制御を行なうので、精度のよい適性な制御が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、湿度や温度等の環境変化や現像剤及び感光体ドラムの経時劣化に関わらず、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させ、更には画像濃度の安定化を図ることが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並びに画像濃度制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明の画像濃度制御装置は、請求項１に示すとおり、像担持体と、所定電圧が印加された状態で像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、一様に帯電された像担持体に像情報に応じた露光を施し像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、所定現像バイアスが印加された状態で少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段と、当該像担持体上の現像像の濃度を検出する像濃度検出手段と、現像手段内におけるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と、現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を具備し、０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された帯電手段により像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で現像手段に所定の現像バイアスを一定時間印加して、現像手段により当該表面電位と現像バイアスとの電位差状態で直接現像し、像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度とトナー濃度検出手段により検出したトナー濃度とに応じて、トナー補給手段によりトナー補給を制御する制御手段を有する構成とする。
【０００７】
これによると、像濃度検出手段により読み取られる現像像は、像担持体の表面電位を０Ｖに保持した状態で形成されるので、像担持体における環境変化及び経時劣化の影響が全て排除され、現像手段における環境変化及び経時劣化の影響のみが反映されたものとなる。そのために、トナー濃度検出手段により検出したトナー濃度を像濃度検出手段により読み取られた当該現像像の濃度に応じて補正することにより現像手段に係る環境変化及び経時劣化の変動の影響を少なくしてトナー補給を制御することができる。従って、湿度や温度等の環境変化及び現像剤や感光体ドラムの経時劣化にかかわらず、トナー補給を簡単かつ適正に制御して現像手段の現像能力を安定させることができる。
【０００８】
また、請求項２に示すとおり、制御手段は、像濃度検出手段により読み取った現像像の濃度に応じて現像手段内のトナー濃度を変更するための操作量を決定し、その操作量を複数に分割した分割操作量に応じてトナー補給手段によるトナー補給を段階的に制御する構成とすることができる。
【０００９】
これにより、微少な値に分割された分割操作量に基づきトナー補給を制御するので、アンダートナーまたはオーバートナーが瞬時に発生することを防止し、画像における細線のかすれや細線の太りなどを防止することができる。
【００１０】
また、請求項３に示すとおり、制御手段は、像濃度検出手段により読み取った現像像の濃度に応じて現像手段内のトナー濃度を変更するための所定の変動制限を設けた操作量を決定し、その操作量に応じてトナー補給手段によるトナー補給を制御する構成とすることができる。
【００１１】
これにより、現像手段内のトナー濃度の変動が所定の範囲内に収まるようにトナー補給を制御できるので、アンダートナーまたはオーバートナーの発生を未然に防止し、キャリア付着またはカブリ若しくはトナー飛散などを防止することができる。
【００１２】
更に、本発明の画像濃度制御装置は、請求項４に示すとおり、像担持体と、所定電圧が印加された状態で像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、一様に帯電された像担持体に像情報に応じた露光を施し像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、所定現像バイアスが印加された状態で少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段と、当該像担持体上の現像像の濃度を検出する像濃度検出手段と、現像手段内におけるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と、現像手段内の現像剤の経時劣化を検出する現像剤劣化検出手段と、現像手段の周囲温湿度を検出する温湿度検出手段と、現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を具備し、０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された帯電手段により像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で現像手段に所定の現像バイアスを一定時間印加して、現像手段により当該表面電位と現像バイアスとの電位差で直接現像し、像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度と現像剤劣化検出手段により検出した現像剤の経時劣化状態と温湿度検出手段により検出した周囲温湿度とトナー濃度検出手段により検出したトナー濃度とに応じて、トナー補給手段によりトナー補給を制御する制御手段を有する構成とする。
【００１３】
これによると、像濃度検出手段により読み取られる現像像は、像担持体の表面電位を０Ｖに保持した状態で形成されるので、像担持体における環境変化及び経時劣化の影響が全て排除され、現像手段における環境変化及び経時劣化の影響のみが反映されたものとなる。そのために、トナー濃度検出手段により検出したトナー濃度を像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度と現像剤劣化検出手段により検出した現像剤の経時劣化状態と温湿度検出手段により検出した周囲温湿度とに応じて補正することにより、現像手段に係る環境変化及び経時劣化の変動の影響を少なくしてトナー補給を制御することができる。従って、湿度や温度等の環境変化及び現像剤や感光体ドラムの経時劣化にかかわらず、トナー補給を簡単かつ適正にまた高精度に制御してトナー濃度を安定させることができる。
【００１４】
また、請求項５に示すとおり、制御手段は、像濃度検出手段により読み取った現像像の濃度、現像剤の経時劣化状態、及び現像手段の周囲の温湿度に応じて現像手段内のトナー濃度を変更するための操作量を決定し、その操作量を複数に分割した分割操作量に応じてトナー補給手段によるトナー補給を段階的に制御する構成とすることができる。
【００１５】
これにより、微少な値に分割された分割操作量に基づきトナー補給を制御するので、アンダートナーまたはオーバートナーが瞬時に発生することを防止し、画像における細線のかすれや細線の太りなどを防止することができる。
【００１６】
また、請求項６に示すとおり、制御手段は、像濃度検出手段により読み取った現像像の濃度、現像剤の経時劣化状態、及び現像手段の周囲の温湿度に応じて現像手段内のトナー濃度を変更するための所定の変動制限を設けた操作量を決定し、その操作量に応じてトナー補給手段によるトナー補給を制御する構成とすることができる。
【００１７】
これにより、現像手段内のトナー濃度の制御を所定の範囲内に制限できるので、現像手段内のトナー濃度が許容範囲外となるアンダートナーまたはオーバートナーの発生を未然に防止し、キャリア付着またはカブリ若しくはトナー飛散などを防止することができる。
【００１８】
更に、本発明の画像形成装置は、請求項７に示すとおり、上記請求項１乃至請求項６の何れかに記載の画像濃度制御装置を備えた構成とする。
【００１９】
更に、本発明の画像濃度制御方法は、請求項８に示すとおり、表面に静電潜像を担持するための像担持体に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加して像担持体の表面電位を０Ｖに保持する帯電工程と、像担持体の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により現像して現像像を形成する現像工程と、現像像の濃度を検出する像濃度検出工程と、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出工程と、像濃度検出工程において検出した現像像の濃度及びトナー濃度検出工程において検出したトナー濃度に基づき現像剤へのトナー補給を制御するトナー補給制御工程とを有する構成とする。
【００２０】
更に、本発明の画像濃度制御方法は、請求項９に示すとおり、表面に静電潜像を担持するための像担持体に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加して像担持体の表面電位を０Ｖに保持する帯電工程と、像担持体の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により現像して現像像を形成する現像工程と、現像像の濃度を検出する像濃度検出工程と、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出工程と、現像剤の経時劣化状態を検出する現像剤劣化検出工程と、現像剤の周囲の温湿度を検出する温湿度検出工程と、像濃度検出工程において検出した現像像の濃度、トナー濃度検出工程において検出したトナー濃度、現像剤劣化検出工程において検出した現像剤の経時劣化状態、及び温湿度検出工程において検出した温湿度に基づき現像剤へのトナー補給を制御するトナー補給制御工程とを有する構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明によれば、湿度や温度等の環境変化や現像剤及び感光体ドラムの経時劣化に関わらず、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させ、更には画像濃度の安定化を図ることができる。特に、像担持体の表面電位を０Ｖに保持した状態で形成した現像像に基づきトナー補給を制御するので、像担持体における環境変化及び経時劣化の影響を全て排除することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明による画像形成装置を示す模式的な断面図である。この画像形成装置は、感光体ドラム１の周囲に、感光体ドラム１の作像面を均一に帯電させる帯電ローラ２と、感光体ドラム１の作像面に対して露光用の光束を走査して静電潜像を形成する露光手段であるＬＳＵ（レーザ・スキャニング・ユニット）３と、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により感光体ドラム１の作像面上の静電潜像を顕像化して現像像を形成する現像ローラ４を備えた現像器５と、感光体ドラム１の作像面上に形成されたトナー像を記録紙上に転写する転写ローラ６と、感光体ドラム１の作像面を清掃するクリーニングブレード７とが設けられており、給紙部８の記録紙が感光体ドラム１と転写ローラ６との間に送り込まれた後、定着器９を経て排紙部１０に排出される。さらにこの画像形成装置は、上部に複写やファクシミリ送信のための原稿読取部１１を備えている。
【００２４】
上記画像形成装置においては、画像濃度を安定させるために、現像器５内の現像剤の撹拌を充分に行ってトナー濃度の分布を均一化するとともに、トナー濃度を適正化することが必要となる。そこで、上記画像形成装置は、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させるための画像濃度制御部（画像濃度制御装置）１２を有する。
【００２５】
図２は、図１に示した画像形成装置における画像濃度制御部の詳細を示すブロック図である。この画像濃度制御部１２は、図１に示したように感光体ドラム（像担持体）１、帯電ローラ（帯電手段）２、ＬＳＵ（露光手段）３、及び現像器（現像手段）５を備え、帯電ローラ２は、感光ドラム１に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加してその表面（作像面）電位を０Ｖに保持し、また、現像器５は、感光ドラム１の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、キャリアとトナーとからなる現像剤により現像してトナーバンド（現像像）を形成する。
【００２６】
さらに、画像濃度制御部１２は、現像器５への補給用トナーを収容するトナーボトル（トナー補給手段）２０ａ及びそれを駆動するためのトナーボトル駆動モータ２０ｂと、トナーバンドの濃度を検出するフォトセンサ（像濃度検出手段）２１と、現像器５内におけるトナー濃度を検出するトナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）２２と、回転により現像器５内の現像剤を撹拌しながら搬送する撹拌スクリュ２３ａ及びパドル２３ｂ並びにそれらを駆動するための現像撹拌モータ２３ｃと、現像器５の周囲の温湿度を検出する温湿度センサ（温湿度検出手段）２４とを備える。ここで、撹拌スクリュ２３ａを駆動する現像撹拌モータ２３ｃの回転時間をタイマー２６によって計測することにより、現像器５内の現像剤の経時劣化状態を検出する現像剤劣化検出手段として機能する。マイクロコンピュータ（制御手段）２５は、フォトセンサ２１が検出したトナーバンドの濃度、トナー濃度センサ２２が検出したトナー濃度、現像撹拌モータ２３ｃの回転時間をタイマー２６によって計測することにより検出した現像剤の経時劣化状態、及び温湿度センサ２４が検出した温湿度等に基づき現像器５内の現像剤へのトナー補給を制御する。
【００２７】
図３は、図１及び図２に示した画像形成装置においてトナーバンドを形成する際の感光体ドラム表面の帯電状態を示す概念図である。図３（Ａ）は、本発明による感光体ドラム表面の帯電状態を示しており、図３（Ｂ）は、比較のために従来技術による場合を示している。
【００２８】
従来技術の場合では、図３（Ｂ）に示すように、感光体ドラム１の表面におけるトナーバンド形成部位の電位Ｖｌは、露光用のＬＳＵ３のレーザパワーの変動による影響や、感光体ドラム１及び帯電ローラ２の環境変化や経時変化による影響を受けて変動し得る。これにより、トナーバンド形成部位の電位Ｖｌと現像バイアス電位Ｖｂとの電位差ΔＶ（＝Ｖｂ−Ｖｌ）が変動すると、現像器５による安定したトナーバンドの形成が困難となる。
【００２９】
一方、本発明の場合では、図３（Ａ）に示すように、感光体ドラム１の表面におけるトナーバンド形成部位の電位Ｖｌは０Ｖに保持されるので、トナーバンド形成部位の電位Ｖｌと現像バイアス電位Ｖｂとの電位差ΔＶ（＝Ｖｂ）は、現像バイアス電位Ｖｂにより決定されることになり、安定したトナーバンドの形成が可能となる。このとき、感光体ドラム１に対する帯電ローラ２の印加電圧は、ＤＣ電圧を０Ｖ（ＯＦＦ）とし、ＡＣ電圧を所定の値に設定する。これにより、感光体ドラム１上の余分な電荷を除電することができ、感光体ドラム１の表面電位を安定的に０Ｖに保持することができる。
【００３０】
図４は、図２に示した画像濃度制御部によるトナー濃度の変更方法の概要を示すグラフである。このグラフは、縦軸にトナー濃度センサ出力（Ｖ）、横軸にトナー濃度センサによる現像器５内のトナー濃度検出値（％）をとり、それらの関係を各制御電圧（５．０Ｖ、６．０Ｖ、７．０Ｖ、８．０Ｖ、９．０Ｖ）について示すものである。ここでは、初期のトナー濃度が８％の現像剤を使用する場合について説明する。
【００３１】
まず、マイクロコンピュータ２５は、現像剤を現像器５の中に入れた直後に現像器５内の撹拌スクリュ２３ａを回転させ、センサ出力を２．５Ｖ（トナー補給動作制御電圧）とするように初期の制御電圧を設定する。本実施形態の場合、初期のトナー濃度が８％であるので、初期の制御電圧は７．０Ｖとなる。トナー補給制御が開始されると、マイクロコンピュータ２５は、初期調整値（７．０Ｖ）に操作量（通常は、「トナーバンドの濃度に応じて定められる操作量」、「現像剤の経時劣化状態に応じて定められる操作量」、及び「現像器５の周囲の温湿度に応じて定められる操作量」の和）を加えることで、トナー濃度センサの制御電圧を決定し、その決定した新たな制御電圧を入力する。その結果、センサ出力が変化することになるが、マイクロコンピュータ２５は、トナーボトルを駆動して現像器５へトナーを補給することによりセンサ出力を２．５Ｖに保持する。
【００３２】
例えば、フォトセンサ２１が検出したトナーバンドの濃度、現像剤劣化検出センサ２３が検出した現像剤の経時劣化状態、及び温湿度センサ２４が検出した温湿度に応じて決定した制御電圧の操作量が＋２．０Ｖの場合、マイクロコンピュータ２５は、制御電圧の入力値を７．０から９．０に変更する（図中、矢印参照）。この制御電圧の変更は、現像器５内のトナー濃度の補正量の＋２％（即ち、トナー濃度８％から１０％への上昇）に相当する。そこで、制御電圧が９．０Ｖに変更されたことにより、センサ出力が２．５Ｖより大きな値となると、マイクロコンピュータ２５は、センサ出力を２．５Ｖに保持するべくトナーボトルを駆動し、結果として現像器５内のトナー濃度の検出値が１０％になるまで現像器５へトナーを補給することになる。
【００３３】
ここで、マイクロコンピュータ２５は、制御電圧の入力値を７．０から９．０に必ずしも直接変更する必要はなく、操作量＋２．０Ｖを複数に分割した分割操作量（例えば、＋０．１Ｖ）に応じてトナー補給を制御し、トータルの操作量が＋２．０Ｖとなるまで繰り返し実行することで、トナー補給を段階的に制御することができる。また、変化後のトナー濃度の上限及び下限を定めるために、予め制御電圧の操作量の変動制限（例えば、制御電圧６．０Ｖ〜９．０Ｖの範囲内）を設定することもできる。
【００３４】
なお、別法として制御電圧を一定値とし、トナー濃度センサ出力を変更してトナー濃度を調整することも可能であるが、特にトナー濃度センサの特性に関し、図４に示すようなトナー濃度に対するセンサ出力感度が低下する領域（図中、センサ出力が約０．３Ｖ以下及び約４．２Ｖ以上の領域）が存在する場合には、上記のようにセンサ感度の比較的良好な領域で制御電圧を変更する方法が有効である。
【００３５】
図５は、現像剤の経時劣化状態及び現像器の周囲の温湿度に応じて定められるトナー濃度センサの制御電圧の操作量の一例を示す図である。
【００３６】
図５（Ａ）に示すように、現像剤使用開始後の現像器５内の撹拌スクリュの回転時間によってトナー濃度センサの制御電圧の操作量を決定することができる。この現像器５内の撹拌スクリュの回転時間は、現像剤の経時劣化状態を反映するものであり、ここでは、現像剤の劣化が進む（即ち、撹拌スクリュの回転時間が長くなる）につれ操作量が増大する。また、図５（Ｂ）に示すように、現像器５の周囲の温湿度によってトナー濃度センサの制御電圧の操作量を決定することができる。ここでは、温度が高くなるにつれ操作量が減少する一方、湿度が高くなるにつれ操作量が減少する傾向となる。
【００３７】
上述のようなトナー濃度センサの制御電圧は、トナーバンドの濃度に応じて定められる操作量のみを考慮して決定することも可能であるが、その場合には、トナーバンドの濃度の変化に現像器５の環境変化及び現像剤の経時変化の影響が混在する状態で制御電圧に反映されることになる。従って、現像剤の経時劣化状態に応じて定められる操作量及び現像器５の周囲の温湿度に応じて定められる操作量を更に考慮することで、現像器５の環境変化及び現像剤の経時変化をより詳細に制御電圧に反映させることができ、より短時間に目標とするトナー濃度を実現することが可能となる。なお、ここでは、現像剤の経時劣化状態及び現像器５の周囲の温湿度を好適な例として示したが、これに限らず環境変化及び経時変化に関連する種々の因子を考慮することができる。
【００３８】
図６は、図２に示した画像濃度制御部におけるトナー補給制御についての動作を示すフロー図である。まず、帯電ローラ２によって感光ドラム１の表面電位を０Ｖに保持した状態で、現像器５によってトナーバンドを形成する（ＳＴ１０１）。次に、形成されたトナーバンドの濃度をフォトセンサ２１により検出する（ＳＴ１０２）。
【００３９】
そこで、検出したトナーバンドの濃度が、予め設定した目標濃度を超えているか否かを判断し（ＳＴ１０３）、目標濃度を超えている（トナー濃度が濃い）場合には、それに応じて決定したトナー濃度センサーの制御電圧の分割操作量に基づき、制御電圧を微少量低下させる（ＳＴ１０４）。これにより、記録紙に印刷されて現像器５内のトナーが消費されると、トナー濃度が微少量だけ低下することになる。一方、ＳＴ１０３において、目標濃度を超えていない（トナー濃度が薄い）場合には、検出したトナーバンドの濃度が、予め設定した目標濃度未満であるか否かを判断し（ＳＴ１０５）、目標濃度未満である（トナー濃度が薄い）場合には、それに応じて決定したトナー濃度センサーの制御電圧の分割操作量に基づき、制御電圧を微少量上昇させる（ＳＴ１０６）。これにより、この後、印刷中に現像器５にトナーが補給されると、トナー濃度が微少量だけ増大することになる。但し、ＳＴ１０３において、トナーバンドの濃度が目標濃度と同じである場合には、制御電圧を変化させることはない。
【００４０】
次に、現像器５の周囲の温湿度によってトナー濃度センサの制御電圧の操作量を決定する温湿度補正を実行し（ＳＴ１０７）、さらに、現像剤使用開始後の現像器５内の撹拌スクリュの回転時間によってトナー濃度センサの制御電圧の操作量を決定する現像剤劣化補正を実行する（ＳＴ１０８）。そこで、それら温湿度補正及び現像剤劣化補正を実施した後の最終的な制御電圧の操作量が、予め設定した操作量の変動制限の範囲内になるように調整する（ＳＴ１０９）。これにより、最終的な制御電圧が決定されるが（ＳＴ１１０）、この制御電圧の決定によりトナーが補給されて、或いはトナーが消費されて現像器５内のトナー濃度が実際に目標濃度に到達するのは、所定の枚数の記録紙に印刷がなされた後である。そこで、フォトセンサーが現像器５内の正味のトナー濃度を検出可能となるまで規定枚数の印刷を実行する（ＳＴ１１１）。その後、ＳＴ１０１に戻り、上記の一連のステップを繰り返し実行することになる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置並びに画像濃度制御方法によれば、湿度や温度等の環境変化や現像剤及び感光体ドラムの経時劣化に関わらず、トナー補給を簡易かつ適性に制御してトナー濃度を安定させ、更には画像濃度の安定化を図ることが可能となり、現像器のトナー濃度を適正に制御することにより画像濃度を安定させる画像濃度制御装置及びこれを備えた画像形成装置並びに画像濃度制御方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による画像形成装置を示す模式的な断面図
【図２】図１の画像形成装置における画像濃度制御部の詳細を示すブロック図
【図３】図１の画像形成装置においてトナーバンドを形成する際の感光体ドラム表面の帯電状態を示す概念図
【図４】図２の画像濃度制御部によるトナー濃度の変更方法の概要を示すグラフ
【図５】トナー濃度センサの制御電圧の操作量の一例を示す図
【図６】図２の画像濃度制御部によるトナー補給制御についての動作を示すフロー図
【符号の説明】
【００４３】
１ 感光体ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ（帯電手段）
３ ＬＳＵ
５ 現像器（現像手段）
２０ａ トナーボトル
２１ フォトセンサ（像濃度検出手段）
２２ トナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）
２３ 現像剤劣化検出センサ（現像剤劣化検出手段）
２４ 温湿度センサ（温湿度検出手段）
２５ マイクロコンピュータ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、所定電圧が印加された状態で前記像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、一様に帯電された前記像担持体に像情報に応じた露光を施し像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、所定現像バイアスが印加された状態で少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段と、当該像担持体上の現像像の濃度を検出する像濃度検出手段と、前記現像手段内におけるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を具備し、
０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された前記帯電手段により前記像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で前記現像手段に所定の現像バイアスを一定時間印加して、前記現像手段により当該表面電位と現像バイアスとの電位差状態で直接現像し、前記像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度と前記トナー濃度検出手段により検出したトナー濃度とに応じて、前記トナー補給手段によりトナー補給を制御する制御手段を有することを特徴とする画像濃度制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記像濃度検出手段により読み取った前記現像像の濃度に応じて前記現像手段内のトナー濃度を変更するための操作量を決定し、その操作量を複数に分割した分割操作量に応じて前記トナー補給手段によるトナー補給を段階的に制御することを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記前記像濃度検出手段により読み取った前記現像像の濃度に応じて前記現像手段内のトナー濃度を変更するための所定の変動制限を設けた操作量を決定し、その操作量に応じて前記トナー補給手段によるトナー補給を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
【請求項４】
像担持体と、所定電圧が印加された状態で前記像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、一様に帯電された前記像担持体に像情報に応じた露光を施し像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、所定現像バイアスが印加された状態で少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段と、当該像担持体上の現像像の濃度を検出する像濃度検出手段と、前記現像手段内におけるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記現像手段内の現像剤の経時劣化を検出する現像剤劣化検出手段と、前記現像手段の周囲温湿度を検出する温湿度検出手段と、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を具備し、
０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された前記帯電手段により前記像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で前記現像手段に所定の現像バイアスを一定時間印加して、前記現像手段により当該表面電位と現像バイアスとの電位差で直接現像し、前記像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度と前記現像剤劣化検出手段により検出した現像剤の経時劣化状態と前記温湿度検出手段により検出した周囲温湿度と前記トナー濃度検出手段により検出したトナー濃度とに応じて、前記トナー補給手段によりトナー補給を制御する制御手段を有することを特徴とする画像濃度制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記像濃度検出手段により読み取った前記現像像の濃度、前記現像剤の経時劣化状態、及び前記現像手段の周囲の温湿度に応じて前記現像手段内のトナー濃度を変更するための操作量を決定し、その操作量を複数に分割した分割操作量に応じて前記トナー補給手段によるトナー補給を段階的に制御することを特徴とする請求項４に記載の画像濃度制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記像濃度検出手段により読み取った前記現像像の濃度、前記現像剤の経時劣化状態、及び前記現像手段の周囲の温湿度に応じて前記現像手段内のトナー濃度を変更するための所定の変動制限を設けた操作量を決定し、その操作量に応じて前記トナー補給手段によるトナー補給を制御することを特徴とする請求項４に記載の画像濃度制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の画像濃度制御装置を備えた画像形成装置。
【請求項８】
表面に静電潜像を担持するための像担持体に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加して像担持体の表面電位を０Ｖに保持する帯電工程と、
前記像担持体の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により現像して現像像を形成する現像工程と、
前記現像像の濃度を検出する像濃度検出工程と、
前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出工程と、
前記像濃度検出工程において検出した現像像の濃度及び前記トナー濃度検出工程において検出したトナー濃度に基づき現像剤へのトナー補給を制御するトナー補給制御工程とを有することを特徴とする画像濃度制御方法。
【請求項９】
表面に静電潜像を担持するための像担持体に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加して像担持体の表面電位を０Ｖに保持する帯電工程と、
前記像担持体の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により現像して現像像を形成する現像工程と、
前記現像像の濃度を検出する像濃度検出工程と、
前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出工程と、
前記現像剤の経時劣化状態を検出する現像剤劣化検出工程と、
前記現像剤の周囲の温湿度を検出する温湿度検出工程と、
前記像濃度検出工程において検出した現像像の濃度、前記トナー濃度検出工程において検出したトナー濃度、前記現像剤劣化検出工程において検出した現像剤の経時劣化状態、及び前記温湿度検出工程において検出した温湿度に基づき現像剤へのトナー補給を制御するトナー補給制御工程とを有することを特徴とする画像濃度制御方法。
【請求項１】
像担持体と、所定電圧が印加された状態で前記像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、一様に帯電された前記像担持体に像情報に応じた露光を施し像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、所定現像バイアスが印加された状態で少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段と、当該像担持体上の現像像の濃度を検出する像濃度検出手段と、前記現像手段内におけるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を具備し、
０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された前記帯電手段により前記像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で前記現像手段に所定の現像バイアスを一定時間印加して、前記現像手段により当該表面電位と現像バイアスとの電位差状態で直接現像し、前記像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度と前記トナー濃度検出手段により検出したトナー濃度とに応じて、前記トナー補給手段によりトナー補給を制御する制御手段を有することを特徴とする画像濃度制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記像濃度検出手段により読み取った前記現像像の濃度に応じて前記現像手段内のトナー濃度を変更するための操作量を決定し、その操作量を複数に分割した分割操作量に応じて前記トナー補給手段によるトナー補給を段階的に制御することを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記前記像濃度検出手段により読み取った前記現像像の濃度に応じて前記現像手段内のトナー濃度を変更するための所定の変動制限を設けた操作量を決定し、その操作量に応じて前記トナー補給手段によるトナー補給を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
【請求項４】
像担持体と、所定電圧が印加された状態で前記像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、一様に帯電された前記像担持体に像情報に応じた露光を施し像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、所定現像バイアスが印加された状態で少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により静電潜像を現像し顕像化する現像手段と、当該像担持体上の現像像の濃度を検出する像濃度検出手段と、前記現像手段内におけるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記現像手段内の現像剤の経時劣化を検出する現像剤劣化検出手段と、前記現像手段の周囲温湿度を検出する温湿度検出手段と、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を具備し、
０ＶのＤＣ電圧と所定のＡＣ電圧とが印加された前記帯電手段により前記像担持体の表面電位を０Ｖに保持させた状態で前記現像手段に所定の現像バイアスを一定時間印加して、前記現像手段により当該表面電位と現像バイアスとの電位差で直接現像し、前記像濃度検出手段により読み取った当該現像像の濃度と前記現像剤劣化検出手段により検出した現像剤の経時劣化状態と前記温湿度検出手段により検出した周囲温湿度と前記トナー濃度検出手段により検出したトナー濃度とに応じて、前記トナー補給手段によりトナー補給を制御する制御手段を有することを特徴とする画像濃度制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記像濃度検出手段により読み取った前記現像像の濃度、前記現像剤の経時劣化状態、及び前記現像手段の周囲の温湿度に応じて前記現像手段内のトナー濃度を変更するための操作量を決定し、その操作量を複数に分割した分割操作量に応じて前記トナー補給手段によるトナー補給を段階的に制御することを特徴とする請求項４に記載の画像濃度制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記像濃度検出手段により読み取った前記現像像の濃度、前記現像剤の経時劣化状態、及び前記現像手段の周囲の温湿度に応じて前記現像手段内のトナー濃度を変更するための所定の変動制限を設けた操作量を決定し、その操作量に応じて前記トナー補給手段によるトナー補給を制御することを特徴とする請求項４に記載の画像濃度制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の画像濃度制御装置を備えた画像形成装置。
【請求項８】
表面に静電潜像を担持するための像担持体に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加して像担持体の表面電位を０Ｖに保持する帯電工程と、
前記像担持体の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により現像して現像像を形成する現像工程と、
前記現像像の濃度を検出する像濃度検出工程と、
前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出工程と、
前記像濃度検出工程において検出した現像像の濃度及び前記トナー濃度検出工程において検出したトナー濃度に基づき現像剤へのトナー補給を制御するトナー補給制御工程とを有することを特徴とする画像濃度制御方法。
【請求項９】
表面に静電潜像を担持するための像担持体に対して０ＶのＤＣ電圧及び所定のＡＣ電圧を印加して像担持体の表面電位を０Ｖに保持する帯電工程と、
前記像担持体の表面電位が０Ｖに保持された状態で所定の現像バイアスを印可し、少なくともキャリアとトナーとからなる現像剤により現像して現像像を形成する現像工程と、
前記現像像の濃度を検出する像濃度検出工程と、
前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出工程と、
前記現像剤の経時劣化状態を検出する現像剤劣化検出工程と、
前記現像剤の周囲の温湿度を検出する温湿度検出工程と、
前記像濃度検出工程において検出した現像像の濃度、前記トナー濃度検出工程において検出したトナー濃度、前記現像剤劣化検出工程において検出した現像剤の経時劣化状態、及び前記温湿度検出工程において検出した温湿度に基づき現像剤へのトナー補給を制御するトナー補給制御工程とを有することを特徴とする画像濃度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００５−３１６２２３（Ｐ２００５−３１６２２３Ａ）
【公開日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１３５１７６（Ｐ２００４−１３５１７６）
【出願日】平成１６年４月３０日（２００４．４．３０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年４月３０日（２００４．４．３０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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