JP3033075B2 - トナー濃度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像
形成装置に関するものであり、詳しくは、二成分現像装
置を用いた画像形成装置におけるトナー濃度制御装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

この種の画像形成装置においては、現像装置の現像器
内のトナー濃度を検出し、この検出結果に応じて適宜補
給用のトナーを現像器内に補給するトナー濃度制御が行
われている。このトナー濃度検出のためのトナー濃度検
出手段を現像器内に設置するに当たっては、現像器内で
の現像剤の滞留による誤検出を回避するために、トナー
濃度検出手段を常に現像剤が流れている個所に設置して
いる。具体的には現像器底部の現像ローラとパドルロー
ラとの間に設置している。

そして、現像剤中の磁性体量に感応する、ある種のト
ナー濃度センサーは、例えば第３図に示すように高温に
なるほどその出力が小さくなるような温度依存性を有し
ている。第３図において、縦軸はトナー濃度センサーの
出力を示し、横軸は現像器のトナー濃度を示す。そし
て、特性ａは温度がT₀のときのものであり、特性はこれ
より高温であるT₀′のときのものである。

ところが、上記のようにトナー濃度センサーは現像器
の底部等に設置されているので、以下のような理由によ
ってその温度が変化してしまう場合がある。

現像器の直下に転写前露光源が配置されている場合、
それが熱源となり現像器の温度を上昇させる。

像担持体である感光体の特性を一定に保つために、感
光体内部に熱源を配置する場合、その熱源が間接的に現
像器の温度を上昇させる。

レイアウトの関係上電源ユニットを現像器の近傍に配
置する場合、電源ユニットの放熱部材からの熱が現像器
の温度を上昇させる。

装置を連続的に使用する場合、現像器と現像剤の運動
エネルギーが熱エネルギーに変換され、現像器の温度を
上昇させる。

このようにトナー濃度センサーの温度が変化すると、
以下の如き不具合が発生していた。

即ち、例えば第３図に示すような特性のトナー濃度セ
ンサーを用いる場合、現像器中のトナー濃度が制御基準
値V₀に対応する狙いのトナー濃度D₀であるにもかかわら
ず、温度がT₀からT₀′へ上昇したためにトナー濃度セン
サーの特性が特性ａから特性ｂに変化し、この結果とし
て検出値がV₀からV₀′になって、トナー濃度D₀よりも高
いトナー濃度D₀″であると誤って検出してしまう。この
ような誤検出のために、トナー濃度が狙いのトナー濃度
D₀よりもかなり低いトナー濃度D₀′になるまでトナー補
給が行なわれずにトナー濃度が低下する結果、画像の濃
度が低下してしまうという不具合が発生していた。

一方、実際に現像した所定電位部分へのトナー付着量
を光学センサー等で検出することにより現像能力を検出
し、この所定電位部分へのトナー付着量が狙いの所定量
（所定電位部分の狙いの画像濃度に対応する）である基
準付着量になるように、トナー補給の制御の基準値V₀を
補正し、これにより、一定の画像濃度を得るようにする
ものが知られている。

これによれば、実際に現像剤の現像能力を検出し、ト
ナー補給の制御の基準値V₀を補正するので、上記のよう
にトナー濃度センサーの特性が温度によって変化してト
ナー濃度の誤検知が発生している場合にも、一定の画像
濃度を得ることが出来、結果的に上記の不具合が解消さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の従来技術において、画像形成動作を
連続して行なってトナー濃度センサーの温度が比較的高
温（例えば、第３図中のT₀′）になった状態で、実際に
現像した所定電位部分へのトナー付着量が基準付着量に
なるように、トナー補給の制御の基準値V₀を補正して
（例えば、第３図中のV₀′に補正して）、そのまま画像
形成動作を終了し、例えば翌日まで画像形成動作を行な
わなかった場合、翌日に画像形成を開始したときに以下
のような不具合が発生する。

即ち、この翌日の画像形成を開始したときには、トナ
ー濃度センサーの温度は前日の画像形成終了時のそれに
比しかなり低い温度（例えば、第３図中のT₀）になって
おり、その感度特性も前日の画像形成終了時のそれ（例
えば、第３図中のｂ）とはかけ離れたもの（例えば、第
３図中のａ）になっている。従って、たとえトナー濃度
が狙いのトナー濃度（例えば、第３図中のD₀）であって
も、上記の最終的な基準値V₀′との比較からは、かなり
低いトナー濃度であると誤って検出し、この結果、最大
トナー補給が連続して行なわれて画像の地汚れやトナー
飛散が発生する。又、検出値と制御基準値との差によっ
て、補給用トナーの残量の有無を判別しているもので
は、補給用トナーが残っているにも拘わらず残量が無い
と誤検知して、トナーエンド表示や機械停止等の処理を
行なうという問題点があった。

尚、トナー濃度センサーの温度依存性に基づく不具合
を解決する為に、現像剤の温度を検出して、その検出値
に応じてトナー濃度センサーを用いたトナー補給制御の
制御基準値を補正したり、現像器に温度制御部を設けて
現像剤の温度を一定に維持したりすることが提案されて
いるが（特開平１−161349号公報参照）、これにおいて
は、トナー濃度センサーの温度依存性に基づく不具合を
解決する為だけに温度センサーや温度制御部を構成する
ヒータ等を設ける必要が有り、部品点数の増加やコスト
アップにつながるという問題点が残されている。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、温度依
存性を有するトナー濃度検出手段を用いてトナー補給制
御を行なうものにおいて、急激な温度変化が生じても画
像の地汚れやトナー飛散を防止することが出来るトナー
濃度制御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、現像器のトナー
濃度を検出するトナー濃度検出手段と、 該トナー濃度検出手段の検出値と制御基準値とを比較
して現像器への補給用トナーの補給を制御する補給制御
手段と、 現像器で現像した所定電位部分へのトナーの付着量を
検出する付着量検出手段と、 該付着量検出手段の検出値と付着量基準値とを比較
し、比較結果に基づいて該制御基準値を補正する第１補
正手段と、 該トナー濃度検出手段の検出値を記憶する記憶手段
と、 該トナー濃度検出手段の検出値と該記憶手段に記憶さ
れている検出値とを比較し、該トナー濃度検出手段の検
出値と該記憶手段に記憶されている検出値との差が所定
の値を越えた場合に、該制御基準値を補正する第２補正
手段とを設けたことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明は、トナー濃度検出手段の検出出力と、記憶手
段に記憶されている前回のトナー濃度検出手段によるト
ナー濃度検出時の検出出力とを比較し、これにより、両
検出出力の差が通常の画像形成動作におけるトナー濃度
の変動に基づくトナー濃度検出出力の変動の範囲内か否
かによって急激な温度変化の有無を判別し、前回のトナ
ー濃度検出時から急激な温度変化が生じていると判別す
るときは、制御基準値を補正して過剰なトナー補給を行
なうことを防止するように作用するものである。

〔実施例〕

この発明を画像形成装置である電子写真複写機のトナ
ー濃度制御装置に適用した一実施例について説明する。

第１図は、本実施例に係る電子写真複写機の概略構成
図である。

先ず、複写機全体の概略について説明する。

第１図において、コンタクトガラス１上の原稿（不図
示）が、これに対して並行に移動しながら原稿照射を行
う原稿照射ランプを含む光学系（不図示）によって、一
様帯電器２で既に一様に帯電されている潜像担持体であ
るドラム状の感光体３に結像投影され、これにより感光
体３上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光
体の右側方に設けられた現像装置４のトナーによりトナ
ー像化される。ここで、現像装置４は、２成分現像剤を
用いた現像装置であり、現像ローラ５とパドルローラ６
等が収容されている現像器７と補給用トナーを収容する
カートリッジ８とから構成されている。又、現像器７の
現像剤の流れが良好な位置である、底部の現像ローラ５
とパドルローラ６との間には、トナー濃度検出手段であ
るトナー濃度センサー９が設けられている。さらに、カ
ートリッジ８の下部には現像器７内にトナーを補給する
ための補給ローラ16が設けられている。この現像装置４
を通過後のトナー像は、給紙部から搬送されてきた転写
紙に転写チャージャ10により転写される。トナー像が転
写された転写紙は、分離チャージャ11により感光体３か
ら分離され、定着装置（不図示）を通ってコピー紙とし
て機外に排出される。

一方、転写後の感光体３表面は左側方に設けられたク
リーニング装置12によって残留トナーが除去されてか
ら、除電ランプ13で残留電荷が除電されて、一様帯電器
２による次の帯電に備えられる。

尚、コンタクトガラスの一側端の端部には、感光体１
上に所定電位部分である基準パターン潜像を形成するた
めの基準濃度板11が設けられている。現像装置４と転写
チャージャ10の間に感光体表面には、この基準パターン
を現像装置４で現像してトナー像のトナー付着量を検出
するための付着量検出手段である光学センサー15が対向
して設けられている。

次に、この例におけるトナー濃度制御について説明す
る。

第２図に示す電装部のブロック図において、現像器に
設けられたトナー濃度センサー９及び光学センサー15は
I/Oユニット17に接続されている。CPU18にはROM19とRAM
20が接続されており、このROM19には後述するトナー濃
度の制御のプログラムが格納されている。又、I/Oユニ
ット17にはトナー補給ローラ16を駆動するモータ（モー
タ駆動回路）21が接続されている。

この例における補給制御手段は、トナー補給ローラ16
を回転駆動することによるトナー補給の要否を、コピー
毎にトナー濃度センサー９の検出値V_PをI/Oユニット17
から読み込み、この検出値V_PがRAM20から読み出した制
御基準値V₀よりも大きいか否かの比較で判断し、大きい
場合にトナー補給ローラを所定時間駆動することにより
補給用トナーの補給を制御する。この所定時間は一定時
間に固定しても良いし、検出値V_Pと制御基準値V₀との差
等に基づいて設定するようにしても良い。

そして、この例における第１補正手段は、上記制御基
準値V₀を、現像剤の現像能力や感光体の感度変動を検出
するための光学センサー15の出力値に基づいて補正す
る。

以下、光学センサー15の出力値を用いた制御基準値V₀
の補正制御について説明する。

複写すべき原稿の露光走査工程において、コンタクト
ガラスの一側端の端部に設けられた基準濃度板11の像が
露光光学系の照射用ランプで照射され、基準パターン潜
像が感光体１上の原稿画像領域外に形成される。この基
準パターン潜像が現像装置４で現像され、光学センサー
15でそのトナー付着量が検出される。この光学センサー
特性は第４図の第２象限に示す。これから判るように、
トナー付着量とセンサー出力との間には指数関数の関係
がある。従って同図の第１象限に示す、現像ポテンシャ
ルとトナー付着量との最適値を求めておけば、適当な現
像ポテンシャルになるように基準濃度板の濃度及び基準
パターン潜像現像中の現像ローラ印加電圧を定めておい
て、この条件下で基準パターン潜像の形成及び現像を行
ない、そのそのトナー付着量を検出することで、現状の
現像剤能力が如何なる状態にあるかを判断することが出
来る。このことを利用して、現像能力の過不足を現像器
のトナー濃度にフィードバックすることで補正する。具
体的には、現像能力が高いときはトナー補給制御の制御
基準値V₀をトナー濃度が低くなる方向に、逆に現像剤能
力が低いときはトナー補給制御の制御基準値V₀をトナー
濃度が高くなる方向に補正する。

以上により、トナー濃度センサー９の温度依存性によ
ってトナー濃度を実際より高めに検出してしまって制御
基準値V₀に対応するトナー濃度が低い方向にシフトして
も、それに伴う現像能力の低下を光学センサーにて検出
して制御基準値V₀にフィードバックして、これをトナー
濃度が高くなる方向に補正するので、トナー濃度を一定
に保つことが出来る。

しかしながら、このままでは、上述のように急激な温
度変化が生じた場合に充分な対応が取れない。特に、基
準パターン現像によるトナー消費やクリーニング装置の
負担を考慮して光学センサー15による検出を、例えば10
枚のコピー毎に１回行なうようにしている場合には、急
激な温度変化によって不適当になっている制御基準値V₀
から上記の光学センサー15の出力値を用いた制御基準値
V₀の補正が間にあわずに、適正値からはずれた制御基準
値V₀で大量のトナー補給を実行してしまう。

そこで、本実施例においては、急激な温度変化の有無
を検知し、急激な温度変化が生じているときは、光学セ
ンサー15の出力値を用いた制御基準値V₀の補正とは別
に、速やかに制御基準値V₀を適正なものに補正し得るよ
うにする。

このために、トナー濃度センサー９の検出値を常時、
記憶手段であるRAMに更新しながら記憶する。そして、
この例における第２補正手段は、記憶されている検出値
である前回のトナー濃度センサー９の検出値と現在（今
回）のトナー濃度センサー９の検出値との差に従って、
トナー濃度センサー９の制御基準値V₀を補正する。

以下、この補正制御について説明する。

通常、トナー濃度センサー９によるトナー濃度の検出
は、その現像器における一作像サイクル毎に行なわれる
ものであるから、検出間隔におけるトナー濃度変化は作
像により消費されたトナー及び補給されたトナーによる
ものであり、その変化量は実験等で求めた所定範囲内に
収まるはずである。従って、少なくとも連続した２回の
トナー濃度検出の検出値の差が、このような所定範囲を
超えるようなものであるときは、トナー濃度が変化した
のではなく、トナー濃度センサー９の検知特性が感度に
よって変化したと判断できる。よって、このような場合
は、トナー濃度を一定に保つため、制御基準値V₀を今回
の検出値又はその近傍の値に補正する。

これを第３図を用いて具体的に説明すると、先ず、電
源投入後、トナー濃度センサー９の温度はT₀であり、制
御基準値V₀はV₀で、狙いのトナー濃度D₀に制御されてい
るとする。電源投入後、時間経過とともに、トナー濃度
センサー９の温度がT₀′まで上昇し（定着装置からの放
熱等による）、制御基準値V₀がV₀のままであるとトナー
濃度はD₀′に制御されることになる。しかしながら、こ
のシフトは光学センサー15によるトナー付着量検出によ
りトナー濃度センサー９の制御基準値V₀がV₀′に補正さ
れることで実質的なトナー濃度はD₀に制御され続ける。
例えば、一日の使用が終了して電源を切った状態で翌日
電源投入されると、トナー濃度センサー９の温度はT₀に
戻っているので、検出値V_Pは前日付近V₀′であったもの
が第３図中V₁付近にシフトしてしまう。そこで、最終の
トナー濃度センサー９の検出値Vbを記憶し、現在のトナ
ー濃度センサー９の検出値V_P又はその周辺の値に補正す
れば制御されるトナー濃度が変化することがなく急激な
トナー補給やトナーエンドの誤検知の発生を防止するこ
とが出来る。

第５図は、この例における前記補給制御手段及び前記
第２補正手段の制御のフローチャートである。

第１ステップでトナー濃度センサー９の検出を行な
い、第２ステップでこの検出値V_Pと前回のトナー濃度セ
ンサー９による検出値Vbとの差の絶対値が所定の値ΔＶ
を超えるか否かを判断する。

ここで、このΔＶを超えないと判断する場合は、第３
ステップに進んで、検出値V_Pが制御基準値V₀より大きい
か否かでトナー補給の要否を判断し、補給要の場合は第
４ステップでトナー補給駆動モータをONして、第６ステ
ップに進み、今回の検出値V_Pを前記記憶手段であるRAM
に記憶する。

逆に第２ステップで、このΔＶを超えないと判断する
場合は、第５ステップに進んで、今回の検出値V_Pを制御
基準値V₀としてセットして補正し、トナー補給の要否を
判断せずに、第６ステップに進んで、今回の検出値V_Pを
上記RAMに記憶する。

以上本実施例においては、所定電位部分を基準濃度板
を用いて形成しているが、これに代え、例えば、帯電し
て光を照射しない部分をそのまま所定電位部分として用
いても良い。又、レーザー光学系を用いた反転現像方式
の装置においては、このレーザー光の照射により、所定
電位部分を形成しても良い。更に、感光体表面に近接し
て所定電位を印加した電極部を設け、これを所定電位部
分として用いても良い。

更に、現像した所定電位部分へのトナー付着量を、所
定電位部分上で検出しているが、これに代え、このトナ
ーを転写紙に転写して転写紙上で検出しても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、急激な温度変化の有
無を判別し、前回のトナー濃度検出時から急激な温度変
化が生じていると判別するときは、制御基準値を補正
し、これにより、過剰なトナー補給を行なうことを防止
するので、画像の地汚れやトナー飛散を防止することが
出来ることが出来るという優れた効果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電子写真複写機の主要部
の構成を示す正面図である。 第２図は電装部のブロック図である。 第３図はトナー濃度センサーの出力特性を示す特性図で
ある。 第４図は光学センサの出力特性を示す特性図である。 第５図は本実施例におけるトナー補給制御のフローチャ
ートである。 ３……感光体,7……現像器 ８……カートリッジ ９……トナー濃度センサー 14……基準濃度板,15……光学センサー

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】現像器のトナー濃度を検出するトナー濃度
   検出手段と、 該トナー濃度検出手段の検出値と制御基準値とを比較し
   て現像器への補給用トナーの補給を制御する補給制御手
   段と、 現像器で現像した所定電位部分へのトナーの付着量を検
   出する付着量検出手段と、 該付着量検出手段の検出値と付着量基準値とを比較し、
   比較結果に基づいて該制御基準値を補正する第１補正手
   段と、 該トナー濃度検出手段の検出値を記憶する記憶手段と、 該トナー濃度検出手段の検出値と該記憶手段に記憶され
   ている検出値とを比較し、該トナー濃度検出手段の検出
   値と該記憶手段に記憶されている検出値との差が所定の
   値を越えた場合に、該制御基準値を補正する第２補正手
   段とを設けたことを特徴とするトナー濃度制御装置。