JP2015060213A - トナー濃度制御方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度センサに対する制御電圧を常に最適に可変してトナー濃度を一定に維持するトナー濃度制御方法及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナー濃度制御方法は二成分現像剤を収容する現像器１４のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ４９と現像器の外部に配置され現像器の外部温湿度を検知する温湿度センサとトナー濃度センサ４９への制御電圧を可変するトナー濃度センサ制御出力部５３とを有し、外部温湿度を取得し、取得した外部温湿度に基づき外部絶対湿度を算出して記憶し、外部絶対湿度に基づき時間差をもって現像器１４の内部絶対湿度を推定し、内部絶対湿度に対応して、トナー濃度を一定に維持すべく、トナー濃度とトナー濃度センサの出力値との対応テーブルと、内部絶対湿度と制御電圧の補正値との対応テーブルとに基づきトナー濃度センサへの制御電圧を可変する。
【選択図】図７

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式で二成分現像剤を用いる画像形成装置のトナー濃度制御方法に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置がある。この画像形成装置は、一般に感光体ドラムを一様に帯電させて初期化し、この感光体ドラムに光書込みによって静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー像化して、そのトナー像を直接または間接に用紙等の転写材に転写して定着器で定着させる。

このような電子写真方式の画像形成装置には、トナーのみから成る一成分現像剤を用いるものと、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いるものとがある。近年、要望が強い印字（以下、印刷ともいう）処理の高速化に対処するには二成分現像剤を用いる方式の方がよく対応できる。

上記の二成分現像剤のキャリアは、現像器内でトナーと混合撹拌されてトナーに所定の電荷を与える。電荷を与えられたトナーはキャリアの表面に一時的に付着してキャリアの表面を被覆する。

磁性体の現像ローラに付着したキャリアは電荷を帯びたトナーを感光体上に運び、感光体上の静電潜像にトナーを転移させて静電潜像上にトナー像を現像させる。

表面のトナーを放出したキャリアは現像ローラ上に残り、再び現像器内に戻って現像器に補給される新たなトナーと再び混合撹拌され、トナーに電荷を与え、そのトナーを感光体上に運ぶ、というように繰り返し使用される。

現像器へのトナーの補給はトナー供給装置から行われる。トナー供給装置から現像器へのトナーの補給路には、コイルスクリューを内蔵したパイプや、更にはトナーの重力による自然落下経路を併用した補給路が用いられる。

ここで、現像器の現像剤中のトナー濃度が高すぎると地汚れ等が発生する。逆にトナー濃度が低すぎると高濃度な画像が得られない。したがって高画質な画像を得るためには、トナー像担持体に供給される現像器内の現像剤のトナー濃度を一定範囲内に制御することが必要である。

そこで、このような現像剤を使って画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置の現像器では、印字して消費したトナー量を測定するためのトナー濃度センサが設けられている。そしてトナー濃度が所定以下に低いことが検知されると現像器にトナーを補給するようにしている。

一般に、トナー濃度センサには透磁率を検知する磁気センサが使用される。このトナー濃度センサは、現像器の内壁面の一部に検知面を露出させ、この検知面周辺の現像剤中のキャリアからの透磁率の変化を検知する。すなわち、トナー濃度が高いと透磁率が下りセンサ出力は弱くなる。トナー濃度が低いと透磁率が上がりセンサ出力は強くなる。

そして補給基準電圧値（補給電圧閾値）よりもセンサ出力が上回った場合トナーを不足分だけ補給し、出力が基準電圧値よりも下回れば補給を停止する。この時のトナー量は補給される時間当たり定量の補給が好ましい。

ところで、トナー帯電量は機器周辺の絶対湿度によって左右される、絶対湿度が高い場合はトナー帯電量が下がり地汚れやトナー飛散が起こりやすい。絶対湿度が低くトナー帯電量が高い場合は感光体ドラムへの移動量が低下する、つまり印字濃度が低下する。

印字濃度を上げるために、現像ローラへの現像バイアスを上げてトナーの感光体ドラムへの移動量を大きくすると、トナーだけでなくキャリアも感光体ドラムに移動するというキャリア引きが発生して問題がある。

この問題を解決するものとしては、どのような温度湿度の変化パターンが発生した場合でも、現像コントラストとトナー帯電量のミスマッチを発生させないで、出力画像濃度を一定に保つことができる画像形成装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

この特許文献１に記載に記載の技術は、現像装置の内部の現像剤に接するよう温度湿度センサを配置してトナーの温度と湿度を検出する。トナーの温度変化とトナーの湿度変化とが並行して発生した場合には、トナーの温度変化に応じた制御を行った後に、トナーの湿度がトナーの表面抵抗に反映されるまでの時間差を置いてトナーの湿度変化に応じた制御を行う、というものである。

特開２０１２−１２３０９９号公報

しかしながら、温度湿度センサは、内部機器の環境温湿度を知るために装置本体の内部の必ず配設されるものであり、また極めて高価な部材である。その高価な温度湿度センサが更に４個も必要となると（例えばカラー画像形成装置では現像器が４個存在する）、装置本体の価格上昇を招いて問題となる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、現像器外の絶対湿度から推定される現像器内の絶対湿度に対応するトナー濃度となるようトナー濃度センサに対する制御電圧を可変するトナー濃度制御方法及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のトナー濃度制御方法は、二成分現像剤を収容する現像器のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、上記現像器の外部に配置され上記現像器の外部温湿度を検知する温湿度センサと、上記現像器の内部温湿度によって上記トナーの帯電量が変化するに応じて上記トナー濃度を一定にすべく上記トナー濃度センサへの制御電圧を可変するトナー濃度センサ制御出力部と、を有し、上記外部温湿度を取得する外部温湿度取得工程と、取得された上記外部温湿度に基づいて上記現像器の外部の絶対湿度を外部絶対湿度として算出する外部絶対湿度算出工程と、上記外部絶対湿度に基づいて時間差をもって上記現像器の内部の絶対湿度を内部絶対湿度として推定する内部絶対湿度推定工程と、上記内部絶対湿度に対応して、上記トナー濃度を一定に維持すべく、上記トナー濃度センサへの制御電圧を可変する制御電圧可変工程とを含むように構成される。

本発明は、現像器ごとに高価な温度湿度センサを用いることなく、現像器外の絶対湿度から推定される現像器内の絶対湿度に対応するトナー濃度となるようトナー濃度センサへの制御電圧を可変するトナー濃度制御方法及び画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係るトナー濃度センサに対する制御電圧を常に最適に可変する画像形成装置（プリンタ、装置本体）を示す断面図である。 実施例１に係るプリンタの制御装置を含む回路ブロック図である。 (a)は実施例１に係るプリンタの現像器を感光体ドラムと共に示す拡大断面図、(b)は現像器を(a)の矢印ｃで示す向に切断して内部構成と現像剤の還流経路を示す断面図である。 (a)は実施例１に係るプリンタの現像器における現像剤のトナー濃度とトナー濃度センサ検知出力電圧との関係を示す特性図、(b)は絶対湿度とトナー濃度センサ制御電圧補正値との関係を示すテーブルである。である。 (a),(b)は実施例１に係るプリンタの現像器において実験により得られた機器外部の絶対湿度の時間的変遷とこれに対応した現像装置内部の絶対湿度の時間的変遷を示す図である。 (a),(b)は実施例１に係るプリンタにおけるトナー濃度センサ制御電圧補正値の決定方法を説明するフローチャートである。 図６(b)のフローチャートに示す処理を説明する機器外部と現像器内部の絶対湿度の変遷図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［実施例１］

図１は、実施例１に係るトナー濃度センサに対する制御電圧を常に最適に可変する画像形成装置（以下、プリンタ又は装置本体という）を示す断面図である。

図１に示すプリンタ１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、転写ベルトユニット３、トナー供給部４、給紙部５、ベルト式定着ユニット６、で構成されている。

上記画像形成部２は、転写ベルトユニット３の転写ベルト８の下部走行部表面８ａに接して同図の右から左へ４個の現像装置９（９ｙ、９ｍ、９ｃ、９ｋ）を多段式に並設した構成からなる。この画像形成部２は、図１に示す印刷実行時位置から、それより下方の保守位置に、昇降可能に画像形成装置１本体のフレームに保持されている。

上記４個の現像装置９のうち下流側（図の右側）の３個の現像装置９ｙ、９ｍ及び９ｃは、それぞれ減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、現像装置９ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。

上記の各現像装置９は、画像を現像するトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック（Ｋ）のトナー用の現像装置９ｋを例にしてその構成を説明する。

現像装置９は、最上部に感光体ドラム１０を備えている。この感光体ドラム１０は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム１０の周面近傍を取り巻いて、クリーニングブレード１１、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３、及び現像器１４の現像ローラ１５が配置されている。

現像器１４は、現像ローラ１５の下方に位置する２つの現像槽内に、第１の攪拌搬送スクリュー１６、及び第２の攪拌搬送スクリュー１７を備えている。第１及び第２の攪拌搬送スクリュー１６及び１７については詳しくは後述する。

転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右方向に扁平なループ状になって延在する無端状の上述した転写ベルト８と、この転写ベルト８を掛け渡されて転写ベルト８を図の矢印ａ及びｂで示す反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ１８と従動ローラ１９を備えている。

上記の転写ベルト８は、下方を循環移動するベルト表面に、ユニットと一体に組み込まれて転写ベルト８を介して感光体ドラム１０に圧接する一次転写ローラ２１によりトナー像を直接転写（一次転写）されて、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への二次転写部２３まで搬送する。

この転写ベルトユニット３には、駆動ローラ１８に掛け渡されている表面に、ベルトクリーナ２４のクリーニングブレード２５が当接して配置されている。ベルトクリーナ２４の下方には廃トナー回収容器２６が着脱自在に配置されている。

ベルトクリーナ２４は、クリーニングブレード２５が転写ベルト８の表面に当接して廃トナーを擦り取って除去し、その廃トナーを搬送部材により下方の廃トナー回収容器２６に送り込んでいる。

トナー供給部４は、転写ベルト８の上部走行部の上方に配置されている４個のトナーカートリッジ２７（２７ｙ、２７ｍ、２７ｃ、２７ｋ）で構成される。４個のトナーカートリッジ２７ｙ、２７ｍ、２７ｃ、２７ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーを収容している。

トナー供給部４は、同図にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ（以下、関連する記載を「ＹＭＣＫ」として表わす）で示すようにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーを、不図示のトナー供給路を介して現像装置９の現像器１４に供給する。

給紙部５は、１個の給紙カセット２９を備えている。給紙カセット２９には多枚数の用紙３０が収容されている。給紙カセット２９の給紙口（図の右方）近傍には、用紙取出ローラ３１、給送ローラ３２、捌きローラ３３、待機搬送ローラ対３４が配置されている。

待機搬送ローラ対３４の用紙搬送方向（図の鉛直上方向）には、転写ベルト８を介して従動ローラ１９に圧接する二次転写ローラ３５が配設されて、前述した用紙３０への二次転写部２３を形成している。

この二次転写部２３と最下流の現像装置９ｙとの略中間位置で、転写ベルト８の下部走行部表面８ａに近接して、拡散反射型濃度センサ３６が配設されている。また、二次転写部の下流（図では上方）側にはベルト式熱定着ユニット６が配置されている。

ベルト式熱定着ユニット６の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着ユニット６から搬出する不図示の搬出ローラ対及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー３７に排紙する不図示の排紙ローラ対が配設されている。排紙トレー３７より右方に位置する本体上面端部はやや傾斜して操作パネル部３８が配置されている。

図２は、上記のプリンタ１の制御装置を含む回路ブロック図である。図２に示すように回路ブロックは、プリンタコントローラ部４０が中心となっている。このプリンタコントローラ部４０には、複数のバス４１を介してネットワークコントローラ部４２のＩ／Ｆ（インターフェイス）４３、ヘッドコントローラ部４４が接続されている。

上記のネットワークコントローラ部４２のＩ／Ｆ４３には他のバス４１を介して操作パネル部３８が接続されている。また、Ｉ／Ｆ４３には、例えばパーソナルコンピュータ等の図外のホスト機器から印字データ等の信号が入力される。

ネットワークコントローラ部４２は、Ｉ／Ｆ４３を介して外部から入力される印字データをヘッドコントローラ部４４に送信し、印字データに含まれるコマンドデータや操作パネル部３８から入力される指示データをプリンタコントローラ部４０に送信する。

プリンタコントローラ部４０には、バス４１を介して、更に、ＥＥＰＲＯＭ(electrically erasable programmable ROM) ４５、ＲＯＭ(read only memory)４６、給紙モータ４７が接続されている。

プリンタコントローラ部４０は、ＲＯＭ４６に格納されている制御プログラムを読出し、その読み出した制御プログラムにしたがって、ＹＭＣＫごとのＤＤＳ(developer drum set、本例では現像装置９を指す）新旧検知センサ４８等から受信するセンサ出力に応じて各部を制御する。

また、プリンタコントローラ部４０は、ＹＭＣＫごとのトナー濃度センサ４９（４９ｙ、４９ｍ、４９ｃ、４９ｋ）から受信するセンサ出力信号が、トナー補給閾値を超えるか否かを監視し、トナー補給閾値を超えたときは、ＹＭＣＫごと対応するトナーカートリッジ２７の不図示のモータを駆動して補給用トナーを現像器１４に補給する。

また、プリンタコントローラ部４０は、ネットワークコントローラ部４２から受信した印字データに基づいて、一方ではヘッドコントローラ部４４を介しＹＭＣＫごとの光書込ヘッド１３（１３ｋ、１３ｃ、１３ｍ、１３ｙ）の光書き込みを制御する。

また、プリンタコントローラ部４０は、上記の印字データに基づいて、他方では給紙モータ４７を制御して用紙を二次転写部まで搬送させ、高圧ユニット５１を制御して、ＹＭＣＫごとの駆動装置５２（５２ｙ、５２ｍ、５２ｃ、５２ｋ）の帯電ローラ１２、現像ローラ１５、一次転写ローラ２１や、二次転写ローラ３５等へバイアス電圧を印加する。

また、プリンタコントローラ部４０は、ＹＭＣＫごとのトナー濃度センサ４９がトナー補給閾値を検知したことにより補給用トナーを補給するに際し、詳しくは後述する処理に基づいて、装置本体１内の絶対湿度に基づいて適正なトナー濃度となるようにトナー濃度センサ制御出力部５３（５３ｙ、５３ｍ、５３ｃ、５３ｋ）を制御する。

図３(a)は、上記現像器１４を感光体ドラム１０と共に示す拡大断面図であり、図３(b)は、現像器１４を図３(a)の矢印ｃで示す向に切断して内部構成と現像剤の還流経路を示す断面図である。

なお、図３(a),(b)には図１及び図２(b)の構成と同一の構成部分には図１及び図２(b)と同一の番号を付与して示している。また、図３(b)では図３(a)に示すクリーニングブレード６８の図示を省略し、トナー濃度センサ４９も極く簡略に示している。

図３(a),(b)に示すように、現像器１４は、外壁５４と内部隔壁５５とで仕切られる２つの現像槽５６（５６ａ、５６ｂ）を備えている。上方の現像槽５６ａには、前述した現像ローラ１５と第２の攪拌搬送スクリュー１７が配置されている。

現像ローラ１５には、ドクターブレード５７が当接している。下方の現像槽５６ｂには前述した第１の攪拌搬送スクリュー１６が配置されている。この現像槽５６ｂにはトナー濃度センサ４９がその検知面５８を槽内に露出して配置されている。

第２の攪拌搬送スクリュー１７は、回転軸５９とこの回転軸５９に螺旋状に固設された螺旋状フィン６１とで構成されている。第１の攪拌搬送スクリュー１６は、回転軸７１とこの回転軸７１に螺旋状に固設された螺旋状フィン６３とで構成されている。

第２の攪拌搬送スクリュー１７は、矢印ｄで示すように図３(a)の反時計回り方向に回転し、現像槽５６ａ内の現像剤を螺旋状フィン６１で攪拌しながら矢印ｅ（ｅ１、ｅ２、ｅ３）で示すように、図３(a)の紙面奥行き方向手前から向こう側、図３(b)では右から左方へ搬送し、その現像剤を現像ローラ１５に供給する。

現像ローラ１５は、現像剤のトナーのみを感光体ドラム１０に供給して、感光体ドラム１０周面上の静電潜像をトナー像化（現像）する。トナーのみを感光体ドラム１０に引き取られた現像ローラ１５上の現像剤のキャリアは、現像槽５６ａ内の現像剤に混合され、図３(a)の紙面奥行き方向向こう側、図３(b)では左端部の出口６４で現像槽５６ｂに送り戻す。

現像槽５６ｂ内の第１の攪拌搬送スクリュー１６は、矢印ｇで示すように図３(a)の反時計回り方向に回転し、現像槽５６ｂ内の現像剤を螺旋状フィン６３で攪拌しながら矢印ｆ（ｆ１、ｆ２、ｆ３）で示すように図３(a)の紙面奥行き方向向こう側から手前、図３(b)では左から右方へ搬送する。

もし、現像剤のトナー濃度が規定以下に薄くなっていれば、トナー濃度センサ４９がトナー濃度低下を検出する。トナー濃度低下が検出されると、トナー供給部４の当該現像器１４に対応するトナーカートリッジ２７から不図示のトナー補給路を介して、図３(b)に示すように、トナーＴｎが補給される。

なお、図３(b)には、トナー補給口を特には示していないが、トナー補給口は出口６４とほぼ同じ位置に連結されている。つまり、現像でトナー濃度が低下した現像槽５６ａ内の現像剤が現像槽５６ｂに送り戻される出口６４近傍で、補給トナーが補給されるようになっている。

第１の攪拌搬送スクリュー１６は、現像剤を攪拌搬送しながら、図３(a)の紙面奥行き方向手前側、図３(b)の右側の供給口６５で、現像剤を現像槽５６ａに送り出す。このように、現像剤の還流とトナーの補給が繰り返されて、トナーによる現像が逐次進行する。

上記のトナー濃度センサ４９の検知面５８は槽内に露出して配置されているので、現像剤が検知面５８に滞留しやすい。現像剤が検知面５８に滞留するとトナー濃度センサ４９の検知精度が低下する。

このトナー濃度センサ４９の検知精度の低下を防止するために、現像槽５６ｂ内の第１の攪拌搬送スクリュー１６の回転軸６２には、トナー濃度センサ４９の検知面５８に対向して回転する位置に、ブレード保持部６６とこのブレード保持部６６に保持された弾性体シート（ブレード）６７から成るクリーニングブレード６８が固設されている。

クリーニングブレード６８は、第１の攪拌搬送スクリュー１６の回転軸６２と共に回転し、トナー濃度センサ４９の検知面５８を弾性体シート６５により摺擦して、検知面５８に滞留しようとする現像剤を払い飛ばして、直後に搬送されてくる現像剤と入替える。

これにより、トナー濃度センサ４９の検知面５８に現像剤が滞留することによって生じる虞のあるトナー濃度の誤検知を防止している。なお、上記のようにクリーニングブレード６８がトナー濃度センサ４９の検知面５８を周期的に摺擦することにより、検知面５８上の現像剤の量が周期的に増減する。

したがって、その現像剤量の周期的増減に合わせてトナー濃度センサ４９の出力電圧も周期的に増減する。第１の攪拌搬送スクリュー１６の回転、すなわちクリーニングブレード６８の回転は比較的速いので、トナー濃度センサ４９の出力電圧の周期的増減は比較的高速なパルス電圧として現れる。

本例では、上記のパルス電圧を平均化して得られる電圧を、現像剤の実際のトナー濃度に対するトナー濃度センサ４９の検知出力電圧としている。ところで、本例のトナー濃度センサ４９は、現像剤の二成分中のキャリアの磁性分を検知している。

図４(a)は、現像剤のトナー濃度とトナー濃度センサ４９の検知出力電圧との関係を示す特性図である。同図(a)は横軸に現像剤のトナー濃度（％）を示し、縦軸にトナー濃度センサ４９の検知出力電圧（Ｖ）を示している。

現像剤のトナー濃度が高いときはキャリアに付着しているトナーが多いときである。したがって、トナー濃度センサ４９とキャリアの間の透磁率が下がり、トナー濃度センサ４９の検知出力電圧は低下する。

一方、現像剤のトナー濃度が低いときはキャリアに付着しているトナーが少ないときである。したがって、トナー濃度センサ４９とキャリアの間の透磁率が上り、トナー濃度センサ４９の検知出力電圧が上昇する。

装置本体１による画像の印刷処理が進行すると、つまり現像ローラ１５と感光体ドラム１０とによるトナー像の現像が進行すると、現像剤のトナーが消費されて現像器１４内の現像剤のトナー濃度が低下する。

本例のプリンタ１は、消耗品である感光体ドラム１０を含む現像装置９に不揮発メモリを実装している。この不揮発メモリには、プリンタ１の工場からの出荷時において、現像器１４内に充填されている現像剤のトナー濃度が６％であること、このトナー濃度６％に対応するトナー濃度センサ４９の出力電圧が２．５Ｖになること等の情報が格納されている。

プリンタコントローラ部４０は、装置本体１の装着部に新たな現像装置９が交換装着されると、不揮発メモリに格納されている情報を読み出して、現像装置９が新品であることを認識すると共に、現在のトナー濃度を６％に設定し、トナー濃度センサ４９の基準出力値を２．５Ｖに設定する。

以後、プリンタコントローラ部４０は、トナー濃度センサ４９の出力電圧から現像剤のトナー濃度（％）を算出し、トナー濃度が低下したならトナー補給を行って現像剤のトナー濃度を一定に保つ。トナー濃度が低下してトナー補給を行ってもトナー濃度が上昇しないときは、トナーカートリッジ２７にトナーが無いと判断する。

ところで、装置本体１の内部において、内部機器が設置されている温度や湿度の環境の変化によって現像器１４内部の現像剤は吸湿または乾燥する。そして、現像剤の吸湿又は乾燥の具合によって、攪拌摩擦によるトナーの帯電量が変化する。

トナーの帯電量が変化すると、感光体ドラムに現像されるトナー量が変化し、形成される画像の品質にムラが生じる。そこで、環境の変化量に応じてトナー濃度を制御して環境が変化してもトナーの帯電量が一定であるように、トナー濃度を制御する必要が生じる。

本例において、環境の変化量の検出は、温湿度センサによって計測された温度と湿度から絶対湿度を算出し、この算出した絶対湿度に基づいて、トナー濃度センサの制御電圧を補正し現像剤のトナー濃度を変化させてトナーの帯電量を制御する。

図４(b)は、本例の絶対湿度とトナー濃度センサ制御電圧補正値との関係を示すテーブルである。同図(b)は、横軸に絶対湿度（ｇ／ｍ^3）を示し、縦軸にトナー濃度センサ制御電圧補正値を、２０％〜０％〜−２０％の範囲まで示している。

なお、現像器１４が寿命に近づいてくると、湿度に応じて変化するトナー帯電量が、キャリアの劣化によって更に変動する。図４(b)の実線は現像器１４が新品のときに対応するテーブルであり、破線は現像器１４が寿命に近づいたときのテーブルである。

実線と破線との間には、特には図示しないが、現像器１４が寿命に近づいた程度に応じたテーブルが存在する。制御部は、これらのテーブルを用いて補正を行う値を矢印ｈで示すように変更する。なお、現像器１４が寿命に近づいた程度は、印刷枚数を計測するＤＳカウンタの値に基づいて算出し、その算出結果に応じた補正テーブルを使用する。

ところで、温湿度センサは、コスト軽減のため、４個の現像装置には取り付けず、機器外部つまり装置本体１内の適宜の箇所に、１個のみ設置されている。したがって、現像装置内が機器外部の絶対湿度になるまでには時間差がある。そのため機器外部の絶対湿度に基づいて現像装置内の現像剤のトナー濃度を可変したのでは正確な環境対応のトナー濃度は得られない。

図５(a),(b)はプリンタ１の現像器において、実験により得られた機器外部の絶対湿度の時間的変遷とこれに対応した現像装置内部の絶対湿度の時間的変遷を示す図である。

図５(a)は上に現像装置が非動作時の機器外部の絶対湿度の変化を示し、下に機器外部の絶対湿度の変化に対応する現像装置内部の絶対湿度の変化を示している。上から下へのｉ１、ｉ２、及びｉ３で示すように、現像装置内が機器外部の絶対湿度になるまでには時間ｔ０の時間差がある。

図５(b)は上に現像装置が動作時の機器外部の絶対湿度の変化を示し、下に機器外部の絶対湿度の変化に対応する現像装置内部の絶対湿度の変化を示している。上から下へのｊ１、ｊ２、及びｊ３で示すように、現像装置内が機器外部の絶対湿度になるまでの時間差は「（１／４）＊ｔ０」となっている。

現像装置が非動作時のときよりも現像装置が動作時のときのほうが時間差が小さいのは、感光体ドラムの周面の大部分が機器外部に露出していることから、現像装置内の環境が機器外部の環境に調和してくるからである。

ここで、現像装置内の環境に対応する適正なトナー濃度とするために、現像装置内の環境に対応する適正なトナー濃度センサ制御電圧補正値を設定する。そのために、先ず、機器外部の温湿度センサ出力データをメモリに記録する。更に、現像装置の非動作時間と動作時間をメモリに記録する。

そして、図５(a)(b)に示した時間差を加味した現像装置内の絶対湿度に基づいて、図４(b)に示したテーブルから読み出したトナー濃度センサ制御電圧補正値によりトナー濃度センサ制御電圧を可変して現像剤のトナー濃度を可変させる。これにより、適切なトナー帯電量となるよう制御する。

図６(a),(b)は、上述したトナー濃度センサ制御電圧補正値の決定方法を説明するフローチャートである。なお、この処理は、図２に示したプリンタコントローラ部４０によって各回路ブロックを制御しながら行われる処理である。また、以下の説明では、プリンタコントローラ部４０を単に制御部４０と記載する。また、ＥＥＰＲＯＭ４５を単にメモリと記載する。

図７は、図６(b)のフローチャートに示す処理を説明する機器外部と現像器内部の絶対湿度の変遷図である。図７は、変遷図が上下に分かれており、上には、横軸に機器外部の絶対湿度を算出してメモリに格納した時間を「湿度メモリ時間」として示し、縦軸に算出した絶対湿度を示している。

図７の下には、横軸に上の「湿度メモリ時間」の経過時間に対応する経過時間を時間ｔで示し、縦軸に上の絶対湿度を援用した絶対湿度を示している。

図６(a)のフローチャートにおいて、先ず、制御部４０は、機器外部の温湿度センサの出力を読み込み、この読み込んだ温湿度センサの出力に基づいて絶対湿度を算出し、算出した絶対湿度をメモリへ格納して（ステップＳ１００）、絶対湿度算出の処理を終了する。

次に、図６(b)のフローチャートにおいて、先ず、制御部４０は、メモリに格納されているデータを参照し、前回制御電圧を設定したときの時間Ｈr1と前回決定時の湿度メモリ時間Ｔ_Hr’を取得する（ステップＳ１）。

続いて、制御部４０は、前回制御電圧を設定した時間Ｈr1から現在時間Ｈr2までの経過時間Ｈr3を算出する（ステップＳ２）。

そして、制御部４０は、経過時間Ｈr3内の駆動時間Ｈr4と非駆動時間Ｈr5とから算出される経過時間Ｈr3に対する駆動時間Ｈr4の割合から、現像器１４内の湿度遅延補正時間Ｃ_Ｈrを決定する（ステップＳ３）。

なお、この処理において、現像器内湿度遅延時間Ｃ_Ｈr（＝Ｋ・Ｈr4／Ｈr3（Ｋは補正係数））は、現在時間Ｈr2を超えないものとする。

次に、制御部４０は、前回決定時の湿度メモリ時間Ｔ_Hrと、経過時間Ｈr3と、現像器内湿度遅延時間Ｃ_Ｈrとから、絶対湿度をメモリから読み込み、読み込んだ絶対湿度を絶対湿度Ｓとし、この絶対湿度Ｓを湿度Ｓ＿Ｈr6とする（ステップＳ４）。

続いて、制御部４０は、当該ＤＳにおける印字枚数ＤＳ＿ＣＯＵＮＴを当該ＤＳのメモリから読み込む（ステップＳ５）。そして、湿度Ｓ＿Ｈr6と印字枚数ＤＳ＿ＣＯＵＮＴと図４(b)のグラフから、トナー濃度センサ制御電圧補正値を決定し、この決定した補正値をメモリに格納して（ステップＳ６）、トナー濃度センサ制御電圧補正値の決定処理を終了する。

この後、特には図示しないが、上記のトナー濃度センサ制御電圧補正値によって補正されたトナー濃度センサ制御電圧を設定して処理を終了する。

このように、機器外部の温湿度センサの出力データをメモリに保持し、現像器内の絶対湿度を時間差をもって推定し、現像剤のトナー帯電量を一定に保つためのトナー濃度センサ制御電圧を上記推定された絶対湿度に対応し且つ印刷枚数に応じた補正を行って可変させ、常に一定化された印字濃度と、トナーの飛散やキャリア引きのないトナー濃度制御を行う。

なお、機器外部の温湿度センサの値から算出した絶対湿度からトナーの水分量を時間差をもって推定し、その水分量から現像剤のトナー濃度を調整するようにしてもよい。また、現像器が新品のときは、ある一定期間は補正を停止するように制御してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[付記１]

二成分現像剤を収容する現像器のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
前記現像器の外部に配置され前記現像器の外部温湿度を検知する温湿度センサと、
前記現像器の内部温湿度によって前記トナーの帯電量が変化するに応じて前記トナー濃度を一定にすべく前記トナー濃度センサへの制御電圧を可変するトナー濃度センサ制御出力部と、
を有し、
前記外部温湿度を取得する外部温湿度取得工程と、
取得された前記外部温湿度に基づいて前記現像器の外部の絶対湿度を外部絶対湿度として算出する外部絶対湿度算出工程と、
前記外部絶対湿度に基づいて時間差をもって前記現像器の内部の絶対湿度を内部絶対湿度として推定する内部絶対湿度推定工程と、
前記内部絶対湿度に対応して、前記トナー濃度を一定に維持すべく、前記トナー濃度センサへの制御電圧を可変する制御電圧可変工程と
を含むことを特徴とするトナー濃度制御方法。
[付記２]

前記制御電圧可変工程は、前記二成分現像剤のトナー濃度と前記トナー濃度センサの出力値との対応テーブルと、前記内部絶対湿度と前記制御電圧の補正値との対応テーブルと有する、ことを特徴とする付記１記載のトナー濃度制御方法。
[付記３]

前記制御電圧可変工程は、前記現像器の累積印字枚数から算出された経時劣化に対応する前記内部絶対湿度と前記制御電圧の補正値との対応テーブルを、更に有する、ことを特徴とする付記２記載のトナー濃度制御方法。
[付記４]
付記１乃至３のいずれか１項に記載のトナー濃度制御方法によりトナー濃度を制御することを特徴とする画像形成装置。

本発明は、トナー濃度センサに対する制御電圧を常に最適に可変してトナー濃度を一定に維持するトナー濃度制御方法及び画像形成装置に利用することができる。

１ フルカラー画像形成装置（プリンタ）
２ 画像形成部
３ 転写ベルトユニット
４ トナー供給部
５ 給紙部
６ ベルト式定着ユニット
８ 転写ベルト
８ａ 下部走行部表面
９（９ｍ、９ｃ、９ｙ、９ｋ） 現像装置
１０ 感光体ドラム
１１ クリーニングブレード
１２ 帯電ローラ
１３ 光書込ヘッド
１４ 現像器
１５ 現像ローラ
１６ 第１の攪拌搬送スクリュー
１７ 第２の攪拌搬送スクリュー
１８ 駆動ローラ
１９ 従動ローラ
２１ 一次転写ローラ
２３ 二次転写部
２４ ベルトクリーナ
２５ クリーニングブレード
２６ 廃トナー回収容器
２７（２７ｍ、２７ｃ、２７ｙ、２７ｋ） トナーカートリッジ
２９ 給紙カセット
３０ 用紙
３１ 用紙取出ローラ
３２ 給送ローラ
３３ 捌きローラ
３４ 待機搬送ローラ対
３５ 二次転写ローラ
３６ 拡散反射型濃度センサ
３７ 排紙トレー
３８ 操作パネル部
４０ プリンタコントローラ部
４１ バス
４２ ネットワークコントローラ部
４３ Ｉ／Ｆ（インターフェイス）
４４ ヘッドコントローラ部
４５ ＥＥＰＲＯＭ(electrically erasable programmable ROM)
４６ ＲＯＭ(read only memory)
４７ 給紙モータ
４８ ＤＤＳ(developer drum set、本例では現像装置９）新旧検知センサ
４９ トナー濃度センサ
４９ｙ Ｙトナー濃度センサ
４９ｍ Ｍトナー濃度センサ
４９ｃ Ｃトナー濃度センサ
４９ｋ Ｋトナー濃度センサ
５１ 圧ユニット
５２（５２ｙ、５２ｍ、５２ｃ、５２ｋ） ＹＭＣＫごとの駆動装置
５３（５３ｙ、５３ｍ、５３ｃ、５３ｋ） トナー濃度センサ制御出力部
５４ 外壁
５５ 内部隔壁
５６（５６ａ、５６ｂ） 現像槽
５７ ドクターブレード
５８ 検知面
５９ 回転軸
６１ 螺旋状フィン
６２ 回転軸
６３ 螺旋状フィン
６４ 出口
６５ 供給口
６６ ブレード保持部
６７ 弾性体シート（ブレード）
６８ クリーニングブレード

Claims (4)

1. 二成分現像剤を収容する現像器のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
   前記現像器の外部に配置され前記現像器の外部湿度を検知する湿度センサと、
   前記現像器の内部湿度によって前記トナーの帯電量が変化するに応じて前記トナー濃度を一定にすべく前記トナー濃度センサへの制御電圧を可変するトナー濃度センサ制御出力部と、
   を有し、
   前記外部湿度を取得する外部湿度取得工程と、
   取得された前記外部湿度に基づいて前記現像器の外部の絶対湿度を外部絶対湿度として予め定められた方法で設定する外部絶対湿度設定工程と、
   前記外部絶対湿度に基づいて時間差をもって内部絶対湿度を前記現像器の内部の絶対湿度として推定する内部絶対湿度推定工程と、
   前記内部絶対湿度に対応して、前記トナー濃度を一定に維持すべく、前記トナー濃度センサへの制御電圧を可変する制御電圧可変工程と
   を含むことを特徴とするトナー濃度制御方法。
2. 前記制御電圧可変工程は、前記二成分現像剤のトナー濃度と前記トナー濃度センサの出力値との対応テーブルと、前記内部絶対湿度と前記制御電圧の補正値との対応テーブルと有する、ことを特徴とする請求項１記載のトナー濃度制御方法。
3. 前記制御電圧可変工程は、前記現像器の累積印字枚数から算出された経時劣化に対応する前記内部絶対湿度と前記制御電圧の補正値との対応テーブルを、更に有する、ことを特徴とする請求項２記載のトナー濃度制御方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトナー濃度制御方法によりトナー濃度を制御することを特徴とする画像形成装置。