JP5885541B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置において、トナーの帯電量は、環境条件、即ち、周囲の雰囲気温度及び湿度などの影響を受け易い。例えば、湿度が変化すると、現像剤の表面に付着する水分量が変わるため、トナーの帯電量が変化し、出力画像の濃度変動が生じる。

そこで、本体内もしくは現像装置近傍に設けられた環境センサの検知結果より、現像剤中の絶対湿度（単位体積当たりの水分量）もしくは相対湿度を検出し、画像形成条件を変更する制御が提案されている（特許文献１）。

また、現像剤の調湿には、ある程度の時間が必要であり、吸湿は、脱湿より多くの時間が必要である。調湿とは、以前に置かれた雰囲気状態から、現在置かれている雰囲気になじんでいく現象をいう。吸湿とは、低湿から高湿側への調湿をいう。脱湿とは、高湿から低湿側への調湿をいう。

そこで、特許文献２では、現像剤調湿特性を履歴制御より補正している。具体的には、所定の時間毎に環境センサにより温度もしくは湿度の変化を測定し、調湿方向と調湿度合いを判定し、現像コントラスト電位を算出し、制御している。

また、特許文献３では、画像形成装置の停止時間におけるトナーの帯電量の変化を補正するために、停止時間により現像容器（現像剤）の空回転時間を決定し、制御している。

特開２００６−１３９１４０号公報 特許２８０８１０８号公報 特開２００７−４１２３３号公報

しかし近年、文書のカラー化が進み、それとともに濃度や色味の安定性に対する要求レベルが高くなっている。これに対応するためには、現像剤の湿度変化の挙動をより正確に把握して制御することが重要となるが、従来はこの要求を満たすものはなかった。

例えば、特許文献１、２では、画像形成装置の停止時間における、スリーブ上及び現像剤表層は周囲の雰囲気に触れている現像剤と、雰囲気に触れていない現像装置底部の現像剤との、調湿状態分布（以下、調湿ムラと称する）について考慮していない。このため、特許文献１、２では、画像形成を停止した際に、精度の高い制御が困難である。

一方、特許文献３では、停止時間に応じて空回転して現像剤を撹拌し、調湿ムラを解消している。しかし、必要以上の空回転を行うことで、トナー劣化（具体的には、外添剤のトナーへの埋め込み）による転写不良画像の発生や、画像形成装置本体の立上げ時間増大といった課題が発生する。

そこで本発明は、画像形成装置の駆動停止時の現像剤の調湿挙動を正確に把握することで精度の高い制御を行い、濃度、色味の安定性を向上させることができる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に係る画像形成装置の代表的な構成は、静電潜像を担持する像担持体と、静電潜像を担持する前記像担持体へ現像容器内の現像剤を搬送する現像剤担持体と、前記現像容器内の現像剤を撹拌する撹拌部材と、を備え、前記像担持体に担持された静電潜像を現像剤を用いて現像する現像装置と、画像形成開始に伴い、画像形成動作前に前記撹拌部材を空回転させるモードを実行可能な制御部と、を有する画像形成装置において、前記現像容器内の異なる位置の現像剤の湿度に関する情報を取得する取得部を有し、前記取得部は、前記現像容器内に収納される現像剤のうち、それぞれ異なる深さの第１の位置と第２の位置における現像剤の湿度を検知する第１の温湿度測定手段と、第２の温湿度測定手段と、を有し、前記制御部は、前記取得部によって取得されたデータに基づき、前記モードの実行の可否、もしくは前記モード時における前記撹拌部材の駆動条件を決定することを特徴とする。

本発明は、画像形成装置の駆動停止時の現像剤の調湿挙動を正確に把握することで精度の高い制御を行い、濃度、色味の安定性を向上させることができる。

第１実施形態に係る画像形成装置の構成図である。 第１実施形態に係る画像形成装置のドラムカートリッジの構成図である。 第１実施形態の現像容器の長手方向における断面図である。 第１実施形態の画像形成装置の画像処理ユニット、制御部のシステム構成を示すブロック図である。 第１実施形態の画像形成条件の制御フローを示す図である。 （ａ）第１実施形態の温湿度センサの構成図である。（ｂ）第１実施形態の温湿度センサに関するブロック図である。 （ａ）現像剤の調湿時間差を調べる実験装置の構成図である。（ｂ）現像剤上面部と底部との現像剤の調湿時間差を示す図である。 第１参考例に係る画像形成装置のドラムカートリッジの構成図である。 第１参考例の画像形成条件の制御フローを示す図である。 第１参考例に係る本体停止時間と調湿ムラ指数（γ）との関係を示す図である。

[第１実施形態]
本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。図２は本実施形態に係る画像形成装置のドラムカートリッジの構成図である。

図１、図２に示すように、本実施形態の画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４つのドラムカートリッジＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを有している。各ドラムカートリッジＹ〜Ｋは、トナーの色が異なる以外は同様の構成である。

各ドラムカートリッジＹ〜Ｋにおいて、感光ドラム（像担持体）２８は、１次帯電器２１によって帯電され、レーザー２２によって露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、現像装置１によって各色のトナーを用いてトナー像として現像される。現像された各色のトナー像は、１次転写ローラ２３によって中間転写ベルト２４に重ねて１次転写される。１次転写された後に感光ドラム２８上に残った残トナーは、クリーナ２６により除去される。

一方、カセット２７に積載されたシートＰは、搬送ローラ２９により搬送され、中間転写ベルト２４に１次転写されたトナー像を２次転写ローラ３０によって２次転写される。トナー像を２次転写されたシートＰは、定着装置２５によって加圧、加熱されて、トナー像が定着され、装置外へ排出される。

（現像装置１）
現像装置１は、現像容器２を有している。現像容器２は、感光ドラム２８に対向した一部分が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像スリーブ（現像剤担持体）３が回転可能に配置されている。現像スリーブ３は固定のマグネット４を内包する。現像動作時には、現像容器２内の二成分現像剤は、回転する現像スリーブ３に層状に保持され、ブレード５によって現像剤の量を規制される。

現像スリーブ３上に担持された現像剤は、現像領域において穂立ちした磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシは、感光ドラム２８の表面に接触するか近接し、感光ドラム２８の表面に形成されている静電潜像に応じて二成分現像剤中のトナーを感光ドラム２８側に供給し、静電潜像を現像する。静電潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ３の回転に従って搬送され、現像容器２に回収される。

図３は本実施形態の現像容器２の長手方向における断面図である。図２、図３に示すように、現像容器２は、隔壁１５により現像室１１と攪拌室１２に分けられている。隔壁１５の長手方向両端には、現像室１１と攪拌室１２との間で現像剤の通過を許す連通部６０が形成されている。

現像室１１には、現像剤を搬送する第１スクリュー（撹拌部材）１３が設けられている。攪拌室１２には、現像剤を搬送する第２スクリュー（撹拌部材）１４が設けられている。第１、第２スクリュー１３、１４の回転により、現像剤は、現像容器２内を循環しつつ混合及び攪拌される。

（調湿時間と調湿ムラ）
色味変動の要因となる現像剤（トナー）の調湿ムラについて実験を行った。現像剤周りの雰囲気（環境）が変化すると、現像剤の調湿に時間がかかる。そして、現像装置１の駆動が停止している状態（放置状態）では、現像剤が撹拌されないため、雰囲気に触れている現像剤と触れていない現像剤とで、調湿時間に差が生じると考えられる。

そこで、下記の実験により、周りの雰囲気に触れている現像剤上面部の調湿時間と、現像剤底部の調湿時間と、には時間差があるか否かを調べた。図７（ａ）は現像剤の調湿時間差を調べる実験装置の構成図である。

図７（ａ）に示すように、まず低温低湿（２３℃、５％）環境下で十分調湿させた現像剤２５０ｇを２００ｃｃポリカップ３０６に入れたものを用意した。ポリカップ３０６には、ポリカップの高さ方向に複数（本実験では３箇所Ａ、Ｂ、Ｃ）の穴を開けてある。そして、それぞれの穴に温湿度センサを侵入させ、測定点Ａ、Ｂ、Ｃにおける温湿度データを専用のデータ収集器３０５にて収集する。

ポリカップ３０６を結露対策のためにビニール袋に入れ、高温高湿（３０℃、８０％）環境下の恒温層に移動し調温した後、ビニール袋を開封し、調湿される時間（湿度変化推移）を現像剤Ａ、Ｂ、Ｃ点で測定した。

図７（ｂ）は実験結果を示す図である。横軸は時間推移を示し、縦軸はＡ、Ｂ、Ｃにおける現像剤の湿度を示す。また、原点は、ビニール袋を開封し、調湿を開始した時間をとなっている。図７（ｂ）に示すように、恒温層の湿度８０％になじむのに必要な時間（調湿時間）は、現像上面部（Ａ）では１５分程度、現像剤面中部（Ｂ）では３３時間後、現像剤底部（Ｃ）では５０時間となった。

また、上記Ａ、Ｂ、Ｃ点におけるトナー帯電量の時間推移を確認するため、所定の時間毎に各点で現像剤を採取し、トナー粒子帯電量分布測定装置（Ｅスパートアナライザー：ホソカワミクロン株式会社製）を用いてトナー帯電量を測定した。

この結果、トナー帯電量と現像剤中の湿度には、高い相関があり、湿度の変化に伴いトナー帯電量が変化することがわかった。また、Ａ、Ｂ、Ｃ各点での必要なじみ時間（１５分、３３時間、５０時間）になって初めて、各点のトナー帯電量が、恒温層環境下の飽和トナー帯電量と一致（調湿ムラがない完全調湿状態）することが確認できた。

上記の実験により、現像装置１の停止中に画像形成装置外の雰囲気が大きく変わった場合、現像剤中の調湿度合いに大きな差（調湿ムラ）が生じることを確認できた。この調湿ムラは、色味変動の要因となるため、本実施形態では、調湿ムラを測定するための温湿度センサ５２、５３を設けた。

（温湿度センサ５１、５２、５３）
画像形成装置１００は、温湿度センサ（取得部）５１、５２、５３を有している。温湿度センサ５１、５２、５３は、現像容器内の異なる位置の現像剤の湿度に関する情報を取得する。温湿度センサ５２、５３は、現像容器内に収納される現像剤のうち、それぞれ異なる深さの第１の位置と第２の位置における現像剤の湿度を検知する。
温湿度センサ（第３の温湿度測定手段）５１は、画像形成装置内の雰囲気の温度及び湿度（本実施例では絶対湿度を検知している（相対湿度でも可））を測定する。温湿度センサ（第１の温湿度測定手段）５２は、現像剤の上面部と接触して現像剤上面部の温湿度（相対湿度）を測定する。温湿度センサ（第２の温湿度測定手段）５３は、現像剤の底部と接触して現像剤底部の温湿度（相対湿度）を測定する。これにより、現像剤中の温湿度分布を直接測定でき、現像剤の調湿ムラを検知できる。

温湿度センサ５２、５３の設置場所は、スクリュー１３、１４との干渉がなく、現像剤の流れがあり、高圧等のノイズに強い場所が望ましい。そこで、本実施形態では、温湿度センサ５２、５３は、図２、図３で示したように、攪拌室１２から現像室１１へ現像剤が受け渡される連通部６０の現像剤上面部と現像剤底部に配置した。

図６（ａ）は温湿度センサ５１〜５３の構成図である。図６（ｂ）は温湿度センサ５１〜５３のブロック図である。図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、温湿度センサ５１〜５３は、取付け部材５１ａ〜５３ａ、静電容量ポリマー（湿度検知デバイス）５１ｂ〜５３ｂ、バンドギャップ温度センサ（温度検知デバイス）５１ｃ〜５３ｃを有している。取付け部材５１ａ〜５３ａは、静電容量ポリマー５１ｂ〜５３ｂと、バンドギャップ温度センサ５１ｃ〜５３ｃを支持している。

静電容量ポリマー５１ｂ〜５３ｂは、誘電体としてポリマーを挿入したコンデンサである。湿度変化に伴い、ポリマーに吸着する水分量が変化し、その結果コンデンサの静電容量が変化することを利用して、湿度検知をおこなっている。バンドギャップ温度センサ５１ｃ〜５３ｃは、温度に対して線形に抵抗値が変化するサーミスタを用いることで、その抵抗値から温度を算出している。

このような温湿度センサ５１〜５３としては、例えば、センシリオン（ＳＥＮＳＩＲＩＯＮ）社製温湿度センサＳＨＴ１Ｘがある。温湿度センサ５１〜５３は、いずれも１４ビットＡ／Ｄコンバータ３０３にカップリングされ、デジタルインターフェース３０４を通じてＣＰＵ３０２、制御部（予測手段）３０１にデータを送信し処理する構成となっている。

（画像処理ユニット、制御部３０１）
図４は本実施形態の画像形成装置の画像処理ユニット、制御部のシステム構成を示すブロック図である。図４に示すように、画像処理ユニットにおいて、外部入力インターフェース（外部入力Ｉ／Ｆ）２１３を介して、原稿スキャナ、コンピュータ（情報処理装置）等の不図示の外部装置からＲＧＢ画像データとしてカラー画像データが入力される。

入力されたＲＧＢ画像データの輝度データは、ＲＯＭ２１０に格納されているデータ等により構成されるルックアップテーブル（ＬＵＴ）に基づいて、ＬＯＧ変換部２０４によってＹＭＣの濃度データ（ＹＭＣ画像データ）に変換される。

ＹＭＣ画像データは、マスキング・ＵＣＲ部２０５によって黒（Ｋ）成分データを抽出される。そして、記録色剤の色濁りを補正すべく、ＹＭＣＫ画像データにマトリクス演算が施される。そして、プリンタ部の理想的な階調特性に合わせるために、ルックアップテーブル部（ＬＵＴ部）２０６により、γルックアップテーブルを用いて、ＹＭＣＫ画像データの各色毎に濃度補正を施される。なお、γルックアップテーブルは、ＲＡＭ２１１上に展開されたデータに基づいて作成され、そのテーブル内容はＣＰＵ２０９によって設定される。

濃度補正された画像データ（画像信号）は、パルス幅変調部２０７によって、画像データ（画像信号）のレベルに対応するパルス幅のパルス信号として出力される。そして、このパルス信号に基づいてレーザドライバ１０２がレーザー２２を駆動し、感光ドラム２８上を照射することで静電潜像が形成される。

上記の画像処理は、制御部３０１によって統括的に行われる。制御部３０１はその上に設置されたＣＰＵ３０２を基本として動作し、インターフェースを通じて画像処理ユニット側のＣＰＵ２０９と連携を取る。制御部３０１は、画像形成開始に伴い、画像形成動作前にスクリュー１３、１４を空回転させるモードを実行可能である。制御部３０１は、取得部によって取得されたデータに基づき、空回転モードの実行の可否、もしくは空回転モード時におけるスクリュー１３、１４の駆動条件を決定する。

制御部３０１は、温湿度センサ５１〜５３から送られてくる画像形成装置本体内、現像剤上面部及び底部の温湿度に基づいて、現像剤に調湿ムラがあるか否かを検知する。具体的には、調湿ムラを調湿ムラ指数（γ）＝｜現像剤底部湿度値−現像剤上面部湿度値｜を算出する。つまり、調湿ムラは、現像剤底部湿度値と現像剤上面部湿度値の差分の絶対値として定義され、上面部湿度値と底部湿度値との差が大きい場合、調湿ムラが大きいと判断する。

そして、調湿ムラが大きい場合には、色味変動を抑制するため、スクリュー１３、１４を空回転させ、現像剤を撹拌し、調湿ムラを解消する必要がある。そこで、制御部３０１は、算出した調湿ムラ指数（γ）が所定の閾値（本実施形態では１５％ＲＨ）より大きい場合に、空回転が必要と判断し、スクリュー１３、１４を回転させる。また、温湿度センサ５１〜５３にて測定された結果に基づいて、予め決められた画像形成条件にセットして、画像形成を行う。

図５は本実施形態における画像形成条件の制御フローを示す図である。図５に示すように、まず、電源ＯＮされ（Ｓ１）、プリント指示があるかどうかを判断する（Ｓ２）。Ｓ２でプリント指示がなければ、電源ＯＦＦするか否かを判断する（Ｓ１３）。Ｓ１３で電源ＯＦＦしない場合、Ｓ２に戻って、プリント指示があるまで待機する。Ｓ１３で電源ＯＦＦする場合には、そのまま制御終了となる。

Ｓ２でプリント指示があると、温湿度センサ５１により画像形成装置本体内の雰囲気温湿度を測定する（Ｓ３）。温湿度センサ５２、５３により、現像剤上面部及び現像剤底部の温湿度を測定し、現像剤調湿ムラがあるかを検知する（Ｓ４）。温湿度センサ５２、５３により測定された湿度測定値から調湿ムラ指数（γ）を算出する（Ｓ５）。

算出した調湿ムラ指数（γ）に基づいて、現像剤の空回転が必要であるか否かを判断する（Ｓ６）。なお、本実施形態では、調湿ムラ指数（γ）が所定の閾値（１５％ＲＨ）より大きい場合に、空回転が必要と判断した。この閾値は、適宜変更可能である。

Ｓ６で、空回転が不要と判断した場合には、温湿度センサ５１〜５３にて測定された結果に基づいて、予め決められた画像形成条件にセットして（Ｓ１０）、画像形成を行う（Ｓ１１）。画像形成終了後に（Ｓ１２）、電源ＯＦＦするか否かを判断する（Ｓ１３）。

Ｓ６で、空回転が必要と判断した場合には、画像形成開始前に第１、第２スクリュー１３、１４を回転させ、現像剤中の調湿ムラを緩和し、再度Ｓ３〜Ｓ６と同様にして調湿ムラ指数（γ）が閾値（１５％ＲＨ）以下か否かを判断する（Ｓ７）。Ｓ７で、調湿ムラ指数（γ）が閾値（１５％ＲＨ）以下になるまで、空回転を行い（Ｓ８）、調湿ムラ指数（γ）が閾値（１５％ＲＨ）以下になったと判断した際に、空回転を終了し（Ｓ９）、Ｓ１０〜Ｓ１３にて画像形成を行う。

以上説明したように、本実施形態では、実際の現像剤の調湿ムラを検知し、最適な空回転時間（空回転数）により調湿ムラを解消した後、温湿度センサ５１〜５３で検知した温湿度に基づいて画像形成条件を変更して画像形成を行っている。このため、空回転時間が少なすぎて、調湿ムラによる色味変動が悪化することを抑制できる。また、放置時間が長くなった際等に、空回転時間が長くなりすぎて、トナー劣化が促進され、転写不良起因で発生するボソ画像といった画像不良が発生することを抑制できる。また、不要な空回転を行わないため、生産性を向上させることができる。

[第１参考例]
次に本発明に係る画像形成装置の第１参考例について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図８は本参考例に係る画像形成装置のドラムカートリッジの構成図である。

図８に示すように、本参考例の画像形成装置は、温湿度センサ５２、５３に変えて、温度センサ（取得部、温度測定手段）５４を設けたものである。温度センサ５４は、現像容器近傍に設けられている。つまり、本参考例では、上記第１実施形態のように、現像剤の温湿度を直接測定しないため、温湿度センサ５１、温度センサ５４の測定値を用いて、制御部３０１により現像剤中の湿度を正確に予測している。

以下、現像剤中の相対湿度予測並びに調湿ムラ予測するための手順を詳細に説明する。

まず、画像形成装置内の温湿度センサ５１で計測した温度Ｔと、以下の式１、式２を用いて、絶対湿度（ｇ／ｍ^３）を算出する。

飽和水蒸気圧（Ｐａ）＝６１１×１０^{７．５×温度Ｔ／（温度Ｔ＋２３７．３）}・・・（式１）
飽和絶対湿度（ｇ／ｍ^３）＝飽和水蒸気圧（Ｐａ）＊２．１７／（温度Ｔ＋２７３．１５）・・・（式２）
式１は、所謂Ｔｅｔｅｎの実験式と呼ばれるものであり、ある温度Ｔにおける飽和水蒸気圧を算出する式である。式２は、理想気体の状態方程式を変形することで得られる飽和絶対湿度算出式である。

ここで、絶対湿度は、同一環境下では不変（例えば、恒温層（温度３０℃、湿度８０％）下であれば、絶対湿度は２４．３２ｇ／ｍ^３）であるため、温度の変化に伴う相対湿度の変化は単純な計算により求めることができる。本参考例では、現像装置近傍に備えた温度センサ５４により現像器周辺の温度T（℃）が得られ、この温度Tでの飽和絶対湿度を同様に式１、２で求めて、この値で現在の絶対湿度（24.32ｇ/ｍ^３）を割ることによって、現像器近傍(雰囲気)の相対湿度を算出することが可能となる。

ここで、上記で求めた現像装置近傍の相対湿度は、あくまで現像装置近傍の雰囲気の相対湿度であり、雰囲気の相対湿度が変化した場合、雰囲気中の相対湿度と現像剤の相対湿度とは必ずしも一致しない。現像剤の相対湿度は、雰囲気の相対湿度が変化した場合、調湿（調湿速度）を考慮して算出する必要がある。以下、現像剤の相対湿度の求め方について説明する。

ここで、現像装置１の駆動時と停止時では、現像剤の撹拌の有無により、調湿時間に差が出ている。このため、調湿速度を正しく予測するために、調湿速度を示す時定数として、駆動時時定数（α１）と停止時時定数（α２）の２つの時定数を用いた。

さらに、停止中（放置中）に生じやすい現像容器内の現像剤調湿ムラを正確に予測するために、現像剤の上面部調湿時定数（β１）と底部調湿時定数（β２）の２つを用いた。

時定数α１、α２、β１、β２は以下のように算出する。具体的には、まず、上記第１実施形態で用いた温湿度センサ５２、５３を備えた画像形成装置１００を、温度２５℃、湿度５０％に設定した恒温層内に入れる。そして、画像形成装置１００を１０時間連続稼働した後、８時間停止させる。なお、温湿度センサ５２、５３は、時定数α１、α２、β１、β２を求めるために用いる装置に設けてあれば良く、本参考例の画像形成装置に、温湿度センサ５２、５３を設ける必要はない。

そして、温湿度センサ５２の湿度変化曲線からα１、α２（＝β１）として求め、温湿度センサ５３の湿度変化曲線から現像剤底部時定数（β２）を算出する。なお、現像剤上面部湿度値を現像剤全体目標湿度とすることで、α２＝β１とした。

なお、時定数の決定に必要な画像形成装置１００の稼働時間は、稼働中の定着温調やモータ駆動で現像剤周辺の温度が飽和するまでの時間以上とした。また、時定数の決定に必要な画像形成装置１００の停止時間は、停止により本体設置環境温度にまで現像剤周辺の温度が低下し、さらに温湿度センサ５２、５３による湿度値が略同一に収束するまでの時間以上とした。

本参考例では、調湿時定数α１、α２（＝β１）、β２は、それぞれ５分／２４０分／３６０分となった。

現像剤の相対湿度ＲＨを求めるには、前回求めた現像剤の相対湿度ＲＨｍが現在の雰囲気湿度ＲＨｎに向かって時定数α２で調湿するモデルで近似している。即ち、現像剤の相対湿度ＲＨは、制御部３０１において指数関数近似によって、次の式３のように求められる。式３において、ＲＨｍは、式３を用いて算出した前回の現像剤の相対湿度である。ＲＨｎは、現在の温度センサ５４によって測定された現在の温度データから求められた現在の雰囲気の相対湿度データである。ｔｍは、前回の現像剤の相対湿度を取得するにあたって、温度センサ５４が前回の温度データを取得した時の時刻データ（年月日、および時間、分、秒）である。ｔｎは、現在の時刻データ（年月日、および時間、分、秒）である。

ＲＨ（％）＝（ＲＨｍ−ＲＨｎ）×ｅｘｐ（−（ｔｎ−ｔｍ）／α２）＋ＲＨｎ・・・（式３）

ここで調湿ムラ指数（γ）に対する必要空回転時間の算出方法を説明する。まず、図１０は先の時定数決定実験結果に基づいて本体停止（放置）時間に対する調湿ムラ指数（γ）推移を示したものである。ここから調湿ムラが最大となる放置時間（実験では４分）が存在し、調湿ムラは放置時間に伴い軽減していくことがわかる。つまり調湿ムラがある場合のみ空回転を実施させ、３６０分以上の放置で調湿ムラがなくなった後は空回転が不要であることがわかる。

次に調湿ムラがある状態で空回転を実施しながら温湿度センサ５２、５３での湿度検知結果が略同等になる時間をそれぞれ調湿ムラ指数（γ）に応じて決定していけばよい。この調湿ムラ指数（γ）に対する必要空回転時間を本体ＣＰＵ上にテーブルとして格納する。

図９は本参考例における画像形成条件の制御フローを示す図である。図９に示すように、まず、電源ＯＮされると（Ｓ２０１）、現像装置１の駆動が停止していることを検知して停止時時定数α２＝２４０分として（Ｓ２０２）、相対湿度値（ＲＨ％）が計算される（Ｓ２０３）。

Ｓ２０２では、現像駆動停止を検知することで、現像装置停止時に生じる現像剤面による調湿ムラを算出開始する。具体的には、次の式４、式５に示すように、現像剤上面部湿度状態（ＲＨ上（％））を予測するために時定数をβ１（＝α２）＝２４０分として置き換える。また、後述するＳ２０９へ移行し画像形成終了後にＳ２０２に戻った場合のために、現像剤底部の湿度状態（ＲＨ底（％））を予測するために時定数をβ２＝３６０分として置き換える。そして、Ｓ２０３のＲＨの再計算を繰り返すことで現像剤中の調湿ムラ（湿度変化特性差）を算出する。

ＲＨ上（％）＝（ＲＨｍ−ＲＨｎ）×ｅｘｐ（−（ｔｎ−ｔｍ）／β１）＋ＲＨｎ・・・（式４）
ＲＨ底（％）＝（ＲＨｍ−ＲＨｎ）×ｅｘｐ（−（ｔｎ−ｔｍ）／β２）＋ＲＨｎ・・・（式５）
そして、プリント指示があるかどうかを判断する（Ｓ２０４）。Ｓ２０４でプリント指示がない場合は、ｔｎ−ｔｍの値を計算して１分以上かどうかを判定する（Ｓ２０５）。Ｓ２０５で１分以上と判断した場合は、再びＳ２０３に戻ってＲＨの計算をする。Ｓ２０５で１分未満と判断した場合は、ＲＨを計算せずにＳ２０４に戻ってプリント待機する。

Ｓ２０４でプリントの指示があった場合は、次の式６を用いて調湿ムラ指数（γ）を算出する（Ｓ２０６）。

調湿ムラ指数（γ）＝｜ＲＨ上（％）−ＲＨ底（％）｜・・・（式６）
そして、算出された調湿ムラ指数（γ）に応じて、空回転が必要か否かを判断する（Ｓ２０７）。Ｓ２０７で空回転が必要であると判断した場合には、テーブルとして格納されている調湿ムラ指数（γ）に応じた必要空回転時間を用いて、必要空回転時間だけ空回転を実行して、Ｓ２０９に移行する（Ｓ２０８）。Ｓ２０７で空回転が必要ないと判断した場合には、スクリュー１３、１４の空回転を行わずに、Ｓ２０９に移行する。

Ｓ２０９では、まず、あらかじめ決められた画像形成条件にセットする。そして、１ページ分の画像形成を行なう（Ｓ２１０）。そして現像装置１が駆動していることを検知して、ＲＨ計算式中の時定数をα１＝５分とする（Ｓ２１１）。その後、１ページ分の画像形成が終了したかどうかを判断する（Ｓ２１２）。

Ｓ２１２でＪｏｂが終了していない場合は、次の式７を用いて、再度ＲＨを計算する（Ｓ２１３）。

ＲＨ（％）＝（ＲＨｍ−ＲＨｎ）×ｅｘｐ（−（ｔｎ−ｔｍ）／α１）＋ＲＨｎ・・・（式７）
そして、制御部３０１のメモリ上に記憶された相対湿度データＲＨｍを今回計算されたＲＨの値に変更し、Ｓ２０９に戻って次の画像形成を行なう。そして、Ｓ２０９〜Ｓ２１３の動作を１つのＪｏｂが終了するまで繰り返す。

Ｓ２１２でＪｏｂが終了した場合は、電源ＯＦＦするか否かを判断する（Ｓ２１４）。Ｓ２１４で電源ＯＦＦしない場合、Ｓ２０２に戻る。Ｓ２１４で電源ＯＦＦする場合には、そのまま制御終了となる。

上記本参考例の制御フローにおいて、Ｓ２０６〜Ｓ２０８の制御を行うことで、現像装置１が停止している間に発生する現像容器中の現像剤調湿ムラを解消した状態で、画像形成を開始できる。このため、不均一なトナー帯電量分布による画像不良が発生することを抑制できる。

なお本参考例では、現像剤停止時時定数α２と現像剤上面部停止時時定数β１と同じとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、現像剤停止時時定数αを現像剤上面部時定数β１と現像剤底部時定数β２の平均としてもよい。つまり、α２＝（２４０＋３６０）／２＝３００としてもよい。さらに、温度センサ５４の配置箇所は、本参考例で説明したような各色の現像容器近傍に配置する構成には限られず、各色ドラムカートリッジ近傍等に配置してもよい。

[第２参考例]
次に本発明に係る画像形成装置の第２参考例について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本参考例の画像形成装置は、上記第１参考例の画像形成装置において、温度センサ５４を設けずに、画像形成装置周辺の雰囲気を測定するための温湿度センサ５１のみで、制御部３０１により現像容器近傍の温度を高精度に予測して制御するものである。

つまり、本参考例では、上記第１参考例と違って現像容器近傍の温度を直接測定できない。このため、現像剤が周囲の湿度になじむ速度（現像剤調湿速度）を予測するに、現像容器近傍の温度を精度よく予測し、予測結果を用いて上記第１参考例と同様に、現像剤中の相対湿度への変換並びに調湿ムラ指数の算出を行い、空回転の要否を判断する。

ここで、現像容器近傍の温度予測について詳しく説明する。上述した通り、本体稼働により現像容器近傍温度が昇温して飽和温度に収束していく。そこで次の式８、式９で示した昇温予測関数を用いた。

Ｃ_ｔ＋△ｔ＝Ｃ_ｔ＋△Ｃ・・・（式８）
△Ｃ＝κ_ｕ（Ｃ_ｕ−Ｃ_ｔ）・・・（式９）
ここで、Ｃ_ｔ：現在の温度、Ｃ_ｔ＋△ｔ：△ｔ秒後の予測温度、Ｃ_ｕ：昇温時の飽和温度収束値、である。この場合、初期温度Ｃ_０、収束値Ｃ_ｕがわかれば、実測値に最も適したκ_ｕ値を決定することができ、予測温度を算出できる。

一方、本体停止により現像容器近傍温度が降温して飽和温度に収束していく場合も、昇温用関数と同様に、次の式１０、式１１で示した降温予測関数を用いる。

Ｃ_ｔ＋△ｔ＝Ｃ_ｔ＋△Ｃ・・・（式１０）
△Ｃ＝κ_ｄ（Ｃ_ｄ−Ｃ_ｔ）・・・（式１１）
ここで、Ｃ_ｔ：現在の温度、Ｃ_ｔ＋△ｔ：△ｔ秒後の予測温度、Ｃ_ｄ：降温時の飽和温度収束値（本体を設置した環境温度）である。この場合、初期温度Ｃ_０、収束値Ｃ_ｄがわかれば、実測値に最も適したκ_ｄ値を決定することができ、予測温度を算出できる。

従って、本体稼働状態、本体停止状態に合わせて、昇温予測関数式８、式９、降温予測関数式１０、式１１を適宜用いることで、現像容器近傍の温度を予測可能となる。

Ｃ_ｕ、κ_ｕ、κ_ｄは、実験から求められる。例えば、現像装置近傍に熱電対等温度測定可能手段を取付けた現像容器２を設けた画像形成装置１００を、温度２５℃、湿度５０％に設定した恒温層内に設置する。そして、画像形成装置１００を１０時間連続稼働し、その後、画像形成装置１００を８時間停止させて、Ｃ_ｕ、κ_ｕ、κ_ｄ求める。具体的には、本参考例における上記パラメータは、Ｃ_ｕ：設置環境温度＋１２．５、κ_ｕ：０．００２１、κ_ｄ：０．０００１４として求められた。

なお、上記パラメータＣ_ｕ、κ_ｕの決定に必要な本体稼働時間として、本体稼働中の定着温調やモータ駆動で現像容器周辺温度が飽和するまでの時間以上が必要である。同様に、上記パラメータκ_ｄの決定に必要な本体停止時間として、本体停止により本体設置環境温度にまで現像容器周辺温度が低下するまでに必要な時間以上が必要である。

また、本体設置環境温度差による昇温・降温特性は差がないことが確かめられている。つまり、本体設置環境温度が５℃高い場合（例えば、２５℃から３０℃にした場合）、到達温度が５℃高くなるだけで、初期温度から昇温差分温度は変わらない。

なお、本参考例では、１色の現像容器についてのみ述べてきたが、昇温特性は各現像容器の配置位置にも大きく左右されるため、本参考例で決定した各パラメータＣ_ｕ、κ_ｕ、κ_ｄを色毎に決定することで温度予測精度を上げることができる。

Ｐ …シート
１ …現像装置
２ …現像容器
３ …現像スリーブ（現像剤担持体）
１１ …現像室
１２ …攪拌室
１３ …第１スクリュー（撹拌部材）
１４ …第２スクリュー（撹拌部材）
１５ …隔壁
２２ …レーザー
２８ …感光ドラム（像担持体）
５１ …温湿度センサ（取得部、第３の温湿度測定手段）
５１ａ …取付け部材
５１ｂ …静電容量ポリマー
５１ｃ …バンドギャップ温度センサ
５２ …温湿度センサ（取得部、第１の温湿度測定手段）
５３ …温湿度センサ（取得部、第２の温湿度測定手段）
５４ …温度センサ（取得部、温度測定手段）
６０ …連通部
１００ …画像形成装置
１０２ …レーザドライバ
２０４ …ＬＯＧ変換部
２０５ …マスキング・ＵＣＲ部
２０６ …ルックアップテーブル部
２０７ …パルス幅変調部
２０９ …ＣＰＵ
２１１ …ＲＡＭ
２１３ …外部入力インターフェース
３０１ …制御部（予測手段）
３０２ …ＣＰＵ
３０３ …１４ビットＡ／Ｄコンバータ
３０４ …デジタルインターフェース
３０５ …データ収集器
３０６ …ポリカップ

Claims (2)

1. 静電潜像を担持する像担持体と、
   静電潜像を担持する前記像担持体へ現像容器内の現像剤を搬送する現像剤担持体と、前記現像容器内の現像剤を撹拌する撹拌部材と、を備え、前記像担持体に担持された静電潜像を現像剤を用いて現像する現像装置と、画像形成開始に伴い、画像形成動作前に前記撹拌部材を空回転させるモードを実行可能な制御部と、を有する画像形成装置において、
   前記現像容器内の異なる位置の現像剤の湿度に関する情報を取得する取得部を有し、
   前記取得部は、前記現像容器内に収納される現像剤のうち、それぞれ異なる深さの第１の位置と第２の位置における現像剤の湿度を検知する第１の温湿度測定手段と、第２の温湿度測定手段と、を有し、
   前記制御部は、前記取得部によって取得されたデータに基づき、前記モードの実行の可否、もしくは前記モード時における前記撹拌部材の駆動条件を決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記取得部により取得された、異なる位置における現像剤の湿度が所定の閾値より大きい場合に、前記モードを実行することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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