JP2002207357A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】感光体の線速の変化によって現像装置内のトナ
ー濃度が変動することがなく、常に安定した高品質な画
像が得られるようにする。 【解決手段】感光体（静電潜像担持体）１の線速が可変
であり、かつ現像装置４内の現像ローラー８と感光体１
との線速比を一定に保つべく、現像ローラー８のの線速
を感光体１の線速に応じて切り換える方式の画像形成装
置において、現像装置４内のトナー濃度をトナー濃度検
出手段（透磁率センサ）９にて検出し、その検出値をし
きい値と比較して現像装置４内のトナー濃度を制御する
とともに、感光体１の線速の変化に応じて、トナー濃度
検出手段９の検出値に対するしきい値を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機・プリンタ
ー・ファクシミリなどに用いられる画像形成装置に関
し、特に二成分現像剤を用いる現像装置を備えた画像形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、電子写真方式を用いた画像形成装
置において、書き込みの高密度化、装置の高速化が進ん
でいる。この書き込みの高密度化を図るために、様々な
方法が採られているが、シングルレーザーで書き込みを
行う画像形成装置においては、ポリゴンモーターの回転
数を早くする必要がある。

【０００３】しかし、現在の技術ではポリゴンモーター
の回転数が上限に近づいている。そのため、通常の書き
込み時では静電潜像担持体（以後、感光体という）の線
速を上げた状態で画像形成を行い、画像形成のスピード
を確保して画像を形成し、高密度の書き込みを行う場合
には、従来よりも感光体の線速を落として高画質の画像
形成を行う、といった感光体速度を低速に切り換える方
法が採られている。

【０００４】感光体の線速を切り換える画像形成装置に
おいては、一般に、現像剤担持体（現像ローラー）と感
光体との線速比を一定に保って画像品質の変化を防止す
るように設定されている。例えば、感光体の線速を低速
にする低速作像モードにおいては、現像剤担持体の線速
も感光体の線速に比例して低くなるように設定されてい
る。

【０００５】一方、画像形成装置の現像装置には、トナ
ーと磁性キャリアで構成される磁性現像剤の二成分現像
剤が広く用いられている。二成分現像剤の濃度制御方式
としては、現像方式や画像形成装置の構成上の様々な制
約を考慮して、種々のものが提案されている。一般に
は、画像の現像により二成分現像剤からトナーが消費さ
れ、現像剤のトナー濃度が徐々に低下するので、現像剤
のトナー濃度を検知し、所定濃度を維持するように現像
装置にトナーを補給制御することで、画像濃度を制御す
るという方法が採られている。

【０００６】上記のトナー補給制御を行う濃度制御装置
の中で、透磁率検知によるトナー濃度検知方式を採用し
た装置が知られている。

【０００７】透磁率検知方式は、検知部として、現像剤
の近くに検知コイルを配置し、現像剤の影響を受けない
位置に基準コイルを配置して、これら２つのコイル（磁
気センサ）を交流駆動し、両コイルの作動出力の変化を
検知することで現像剤のトナー濃度を検知するという作
動トランス方式が知られている。この方式において、現
像剤のトナー濃度が変化すると、現像剤の透磁率が変化
して、現像剤の近くに配置された検知コイルのインダク
タンスが変化するので、基準コイルと検知コイル間の作
動出力が変化し、その作動出力の変化を検知すれば現像
剤のトナー濃度を検知することができる。

【０００８】透磁率検知方式は、ブラック現像剤のトナ
ー濃度についても検知できるだけでなく、現像特性、感
光ドラム特性などの変化による影響もなく、信頼性の高
いトナー濃度検知を行うことができ、低濃度部から高濃
度部まで高画質の画像再現のために必要とされるトナー
濃度制御を行うのに適した方法である。また、検知コイ
ルを現像装置内に配置できるので、画像形成装置の小型
化が可能で、コストも低い。

【０００９】ただし、透磁率検知方式は、磁性キャリア
の透磁率により現像剤の透磁率を検知する方式、すなわ
ち現像剤の見かけの透磁率を検知する方式であるので、
現像剤のかさ密度が変化すると現像剤の透磁率も変化
し、検知出力が変化する。従って、現像装置内の現像剤
のトナーとキャリアの比率が同一（現像剤のトナー濃度
が同一）でも、現像剤のかさ密度が変化すると、現像剤
における一定体積内のキャリア量が変わってしまうた
め、現像剤の透磁率も変化する。

【００１０】感光体の線速を切り換えられる画像形成装
置において、低速作像モードから高速作像モードに切り
換えた場合、前記の通り、現像装置内の現像剤担持体の
速度も速くなる。その際、現像剤の攪拌時に現像剤にか
かる機械的圧縮が増加し、トナーの形状が変化したり、
トナー表面への外添剤の埋め込みが起こり、現像剤のか
さ密度の変化が生じていた。

【００１１】また、現像装置内の攪拌速度の増大に伴っ
て現像剤同士の摩擦力が増大し、トナー帯電量が大きく
なるため、現像剤同士の反発力が大きくなり、現像剤の
かさ密度が減少する。このかさ密度の変化によって、感
光体の線速を切り換えられる画像形成装置において、プ
ロセス速度を切り換えた場合に透磁率の変化が起こって
しまう（後述する［透磁率センサ出力実験］を参照）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、感光
体の線速を切り換えることが可能な画像形成装置では、
感光体の線速変化時に、現像剤にかかる機械的圧縮の変
化や、摩擦力の変化に伴うトナー帯電量の変化による現
像剤のかさ密度変化のために、現像剤のトナー濃度が一
定であっても、現像剤の透磁率が変化してしまい、検知
誤差を引き起こすことがある。検知誤差が生じると次の
ような問題が発生する。

【００１３】例えば、検知誤差により、現像剤のトナー
量が減っていないのにも関わらず、トナー濃度の低下を
示す検知出力が出れば、トナーを所定の濃度以上に過補
給してしまい、画像濃度が濃くなってしまう。また、ト
ナー量増加による現像剤量の増加により、現像剤が現像
装置からあふれたり、トナー量増加によるトナー帯電量
低下により、現像装置からのトナー飛散が起こる等の問
題が生じる。

【００１４】一方、検知誤差により現像剤のトナー量が
減っているのに、トナー濃度の低下を示さない検知出力
が出された場合は、トナーを補給せずに印字動作を続け
てしまい、その結果として、トナー量減少による画像濃
度簿や、トナー量の減少によるトナーの帯電量増加での
濃度簿などの問題が発生する。この濃度簿が、複数色の
トナー画像を重ねて再現するカラー画像の場合に、１色
のトナー画像にでも生じてしまうと、カラー画像の色味
の変化につながり、直ちにカラー画像の高画質な再現が
できなくなるという問題がある。

【００１５】このように、所望のトナー濃度制御が行え
ない状態で現像を続けると、現像剤の劣化を引き起こし
たり、トナー飛散、キャリア飛散、現像装置駆動の負荷
増大などの不具合を生じ、現像剤の交換等のメンテナン
スが必要となって、ランニングコストの上昇、装置の不
本意な非稼働時間（ダウンタイム）が発生するといった
問題が生じる。

【００１６】ここで、トナー濃度制御に関する技術とし
て、特開平１−２５４９８１号公報に、現像スリーブの
線速と感光体の線速との線速比を変更した際に、トナー
濃度制御の設定値を変更することで、現像装置の現像能
力を変更し、画像形成装置のトナー濃度自動制御方法の
不具合を解消することによって、現像剤のトナー濃度を
常に一定に保持する画像形成装置が提案されている。

【００１７】しかし、この提案技術は、本発明が対象と
する画像形成装置つまり感光体の線速を切り換えること
が可能で、感光体１の線速が変更されたときには、感光
体と現像ローラーとの線速比を一定に保つように、現像
ローラーの線速を感光体の線速の変化に応じて切り換え
る方式の画像形成装置には適用できない。

【００１８】他の技術として、特開平７−２３０２１１
号公報に、感光体の線速の変化に応じて、予め記憶させ
た複数のトナー濃度パターンに変更し、現像ローラーと
感光体の線速比が大きくなる（感光体の線速が低くな
る）ほど、現像装置内のトナー濃度を高くすることによ
って、現像ローラーから感光体に供給されるトナー量を
一定にする画像形成装置が提案されている。

【００１９】しかし、特開平７−２３０２１１号公報に
記載の画像形成装置においては、感光体の線速が変更さ
れても、現像ローラーの線速が変更されることはなく、
現像ローラーの攪拌速度の変化もない。従って、前記し
たような問題すなわち現像剤にかかる機械的圧縮の変化
や、摩擦力の変化によるトナー帯電量変化に起因する現
像剤のかさ密度変化のために、現像剤のトナー濃度が一
定であっても現像剤の透磁率が変化してしまい、検知誤
差を引き起こすという問題が発生することはない。ま
た、この公報に記載の画像形成装置において、感光体の
線速の変更に応じてトナー濃度の変更を行うと、低速作
像モード等から通常印字モードに感光体の線速を戻した
際に、トナー濃度が高すぎて、画像のつぶれや、白抜き
画像のつぶれ等の画質品質の問題が発生する。

【００２０】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、感光体（静電潜像担持体）の線速が可変であ
り、かつ感光体と現像装置内の現像ローラーとの線速比
を一定に保つべく、現像ローラーの線速を感光体の線速
に応じて切り換える方式の画像形成装置において、感光
体の線速の変化によって現像装置内のトナー濃度が変動
することがなく、常に安定した高品質な画像が得られる
ようにすることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、トナーを静電吸着して可視像を形成する静電潜像担
持体と、静電潜像担持体にトナーとキャリアからなる現
像剤を用いて静電潜像の可視化を行う現像装置と、現像
装置内のトナー濃度の制御に用いるトナー濃度検出手段
を備えているとともに、静電潜像担持体の線速が可変で
あり、かつ静電潜像担持体と現像装置内の現像ローラー
との線速比を一定に保つべく、現像ローラーの線速を静
電潜像担持体の線速に応じて切り換える方式の画像形成
装置において、前記トナー濃度検出手段の検出値をしき
い値と比較し、その比較結果に基づいて現像装置内のト
ナー濃度を制御するとともに、前記静電潜像担持体の線
速の変化に応じて、トナー濃度検出手段の検出値に対す
るしきい値を変更するように構成されていることによっ
て特徴づけられる。

【００２２】本発明の画像形成装置において、現像装置
にトナーの補給を行う補給手段を設け、トナー濃度検出
手段の検出値がしきい値を超えているときに、補給手段
によりトナー補給する。また、トナー濃度検出手段とし
て、現像剤の透磁率を検出する透磁率センサを用いる。

【００２３】本発明の画像形成装置によれば、トナー濃
度検出手段として透磁率センサを用いてトナー濃度制御
を行うにあたり、静電潜像担持体の各線速に対して透磁
率センサのしきい値を持たせ、静電潜像担持体の線速が
切り換わったときに、透磁率センサのしきい値を変更す
るので、現像装置内のトナー濃度が、静電潜像担持体の
線速によって変動することがなくなる。

【００２４】なお、透磁率センサの検出値がしきい値を
超えているときには、補給手段によって現像装置にトナ
ー補給を行うことで、現像装置内のトナー濃度の一定に
保つように制御する。

【００２５】

【発明の実施の形態】まず、本発明はデジタル方式の画
像形成装置を対象としている。

【００２６】本発明の画像形成装置は、帯電、露光、現
像、転写、クリーニング、定着及び除電の各工程を有す
る電子写真プロセスによって、感光体上にトナー像を形
成して転写紙に転写する機能を備えており、複写機やレ
ーザープリンター、ファクシミリ装置等の電子写真装置
に応用することができる。

【００２７】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて
説明する。

【００２８】［実施形態１］本発明を適用する画像形成
装置の構成を図１に示す。

【００２９】図１の画像形成装置は、モノクロ印字方式
の画像形成装置であって、感光体（静電潜像担持体）
１、帯電器２、露光部３、現像装置４、転写部５、定着
部６及びクリーニング部７を備えている。

【００３０】感光体１は、アルミニウム等の金属ドラム
を基材として、その基材の外周面にセレン（Ｓｅ）また
は有機光導電体（ＯＰＣ）等の感光容量層が薄膜上に塗
布されたものである。

【００３１】露光部３は、帯電された感光体１をレーザ
ー光で露光することによって、感光体１の表面に、画像
データに応じた静電潜像を形成する。

【００３２】現像装置４は、トナーにて感光体１の静電
潜像を現像し、トナー像を生成するものであって、感光
体１にトナーを供給する現像ローラー８（図２参照）
と、現像ローラー８に現像電圧を与える電源（図示せ
ず）等を備えている。この実施形態では、二成分現像剤
を用いた現像装置４を使用している。

【００３３】転写部５は、給紙装置（図示せず）から供
給され、Ｙ方向に搬送される転写紙Ｐにトナー像を転写
させるものであり、チャージャー方式やローラー方式が
採用される。

【００３４】定着部６は、転写部５において転写紙Ｐ上
に転写されたトナー像を熱融解によって定着させる。

【００３５】クリーニング部７は、トナー像の転写後、
感光体１に残留したトナーを掻きとって回収するもので
ある。

【００３６】そして、この実施形態の画像形成装置は、
速度切換機構１１（図２）を備えており、その速度切換
機構１１の設定により、感光体１の線速を変更すること
ができる。また、感光体１の線速が変更されたときに
は、現像装置４の現像ローラー８と感光体１との線速比
を一定に保つように、現像ローラー８の線速を感光体１
の線速の変化に応じて切り換えるように構成されてい
る。

【００３７】次に、図１に示す画像形成装置に適用する
トナー濃度制御系を、図２を参照しながら説明する。

【００３８】図２に示すトナー濃度制御系は、現像装置
４内に設置された透磁率センサ９及びトナー補給手段１
０、しきい値記憶手段１２、選定手段１３、並びに、制
御部１４などを備えている。

【００３９】透磁率センサ９は、前記した透磁率検知方
式を採用したセンサであって、現像装置４内の現像剤の
透磁率を検出する。

【００４０】トナー補給手段１０は、制御部１４からの
トナー補給信号を受けると動作を開始して、現像装置４
にトナーを補給する。

【００４１】しきい値記憶手段１２には、透磁率センサ
９の検出値に対して予め設定された複数のしきい値が記
憶されている。しきい値は、速度切換機構１１にて切り
換えられる感光体１の各線速に対して適切な値が設定さ
れている。なお、各線速に対するしきい値は、例えば、
透磁率センサ９の出力値とトナー濃度値との関係を実験
により予め求めておき、その実験結果に基づいて決定す
る。

【００４２】選定手段１３は、速度切換機構１１におい
て、ある速度が設定されると、その速度に応じたしきい
値を、しきい値記憶手段１２から選定して制御部１４に
供給する。

【００４３】制御部１４は、透磁率センサ９の検出値
を、選定手段１３にて選定されたしきい値と比較し、透
磁率センサ９の検出値がしきい値よりも大きいときに
は、トナー補給信号をトナー補給手段１０に与えて現像
装置４内にトナーを補給し、透磁率センサ９の検出値が
しきい値よりも小さくなった時点でトナーを補給を停止
する、という動作により、現像装置４内のトナー濃度を
一定に保つように構成されている。

【００４４】以上のトナー濃度制御系によれば、感光体
１の各線速に対して透磁率センサ９のしきい値を持た
せ、感光体１の速度（線速）が低速作像モードまたは高
速作像モード等に切り換わったときには、透磁率センサ
９の検出値に対するしきい値を変更するので、現像剤に
かかる機械的圧縮の変化や、摩擦力によるトナー帯電量
変化により現像剤のかさ密度が変化しても、透磁率検出
によるトナー濃度検知を正確に行うことができ、現像装
置４内のトナー濃度を常に一定に保つことができる。

【００４５】なお、トナー濃度検知を正確に行うのに、
透磁率センサ９のしきい値を変化させることが必要な理
由は、後述する［透磁率センサ出力実験］を参照のこ
と。

【００４６】［実施形態２］本発明を適用する他の画像
形成装置の構成を図３に示す。

【００４７】図３の画像形成装置は、タンデム方式のカ
ラー画像形成装置であって、シアン・マゼンダ・イエロ
ー・ブラックの各色ごとに配置された感光体ｌ、帯電器
２、露光部３、現像装置４、転写部５及びクリーニング
部７と、１つの定着部６を備えている。各部の構成・機
能は、先の実施形態と同じであるので、ここではその詳
細な説明は省略する。

【００４８】図３の画像形成装置においては、まず最初
に、感光体１上にシアンでトナー画像を形成し、転写部
５において、給紙部から搬送されてきた転写紙Ｐ上にト
ナー像を転写する。これと同じ工程を、マゼンダ・イエ
ロー・ブラックトナー像に対して行い、４色のトナーが
転写紙Ｐ上に転写された後、その転写紙Ｐ上のトナー像
が定着部６にて定着される。

【００４９】この実施形態の画像形成装置においても、
各色ごとに配置された感光体１の速度（線速）を変更す
る切換機構１１（図２参照）が設けられており、各感光
体１の線速を変更することが可能となっている。また、
感光体１の線速が変更されたときには、感光体１と現像
装置４の現像ローラー８との線速比を一定に保つよう
に、現像ローラー８の線速を感光体１の線速の変化に応
じて切り換えるように構成されている。

【００５０】さらに、各色ごとに配置された現像装置４
に、それぞれ図２に示す構成のトナー濃度制御系が設け
られており、各感光体１の速度（線速）が低速作像モー
ドまたは高速作像モード等に切り換わって、現像剤にか
かる機械的圧縮の変化や、摩擦力によるトナー帯電量変
化により現像剤のかさ密度が変化しても、各現像装置４
内のトナー濃度を正確に検知できるように構成されてい
る。従って、この実施形態においても、各感光体１の線
速変化に関係なく、各現像装置４内のトナー濃度を常に
一定に保つことができる。

【００５１】［透磁率センサ出力実験］透磁率センサの
しきい値を変化させたときの現像剤中のトナー濃度を測
定する実験を行った。透磁率センサのしきい値を設定
し、センサ値を安定させた後に３０枚印字させ、トナー
濃度の測定を行った。今回、透磁率センサのしきい値
を、２．４５〜２．８５Ｖまでの間において、０．１Ｖ
間隔で変化させて実験を行った。また、プロセス速度を
６１ｍｍ／ｓｅｃ、１２２ｍｍ／ｓｅｃとして実験を行
った。実験の結果を図４に示す。

【００５２】この図４の結果から、透磁率センサのしき
い値を２．６５Ｖに設定した場合、低速作像モードの６
１ｍｍ／ｓｅｃのときに、現像剤中のトナー濃度が約７
％であるが、高速作像モードの１２２ｍｍ／ｓｅｃにな
った場合、トナー濃度は６．８％となる。このように、
プロセス速度を変更した場合、現像剤中のトナー濃度が
一定であっても透磁率センサの出力値が変化してしまう
ことがわかった。

【００５３】以上の結果から、高速作像モード、低速作
像モードの各プロセス速度において透磁率センサのしき
い値を変化させることが必要であることがわかる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成
装置によれば、トナー濃度検出手段を用いてトナー濃度
制御を行うにあたり、静電潜像担持体の各線速に対して
トナー濃度検出手段のしきい値を設定し、静電潜像担持
体の線速が切り換わったときには、透磁率センサのしき
い値を変更するように構成しているので、静電潜像担持
体の速度が低速作像モードまたは高速作像モード等に切
り換わっても、現像装置内のトナー濃度を一定に保つこ
とができる。これにより黒ベタ部分の画像濃度、白抜き
画像の鮮明度が、静電潜像担持体の線速に変化に影響さ
れることがなくなって、常に高品質な画像を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する画像形成装置の構成を示す図
である。

【図２】図１の画像形成装置に適用するトナー濃度制御
系の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明を適用する他の画像形成装置の構成を示
す図である。

【図４】透磁率センサ出力実験の結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 感光体（静電潜像担持体） ２ 帯電器 ３ 露光部 ４ 現像装置 ５ 転写部 ６ 定着部 ７ クリーニング部 ８ 現像ローラー ９ 透磁率センサ（トナー濃度検出手段） １０ トナー補給手段 １１ 速度切換機構 １２ しきい値記憶手段 １３ 選定手段 １４ 制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーを静電吸着して可視像を形成する
   静電潜像担持体と、静電潜像担持体にトナーとキャリア
   からなる現像剤を用いて静電潜像の可視化を行う現像装
   置と、現像装置内のトナー濃度の制御に用いるトナー濃
   度検出手段を備えているとともに、静電潜像担持体の線
   速が可変であり、かつ静電潜像担持体と現像装置内の現
   像ローラーとの線速比を一定に保つべく、現像ローラー
   の線速を静電潜像担持体の線速に応じて切り換える方式
   の画像形成装置において、 前記トナー濃度検出手段の検出値をしきい値と比較し、
   その比較結果に基づいて現像装置内のトナー濃度を制御
   するとともに、前記静電潜像担持体の線速の変化に応じ
   て、トナー濃度検出手段の検出値に対するしきい値を変
   更するように構成されていることを特徴とする画像形成
   装置。
2. 【請求項２】 前記現像装置にトナーの補給を行う補給
   手段を備え、前記トナー濃度検出手段の検出値がしきい
   値を超えているときに、補給手段によりトナー補給を行
   うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記トナー濃度検出手段が、現像剤の透
   磁率を検出する透磁率センサであることを特徴とする請
   求項１または２記載の画像形成装置。