JP2005165149A - トナー濃度検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像器において、トナー濃度制御ないしは検知を、ＡＴＲセンサのような等の高価なセンサを用いないで低コストで検知でき、飛散、かぶりを防止し、又は、一成分現像方式の現像器において現像器内や補給トナー容器内に残検センサを有さず低コストで、トナー残量検知を正確に行うことができるトナー濃度検出装置及び該トナー濃度検出装置にて得られたトナー濃度に基づいて現像器内のトナー濃度を制御する画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体上に形成された静電像を少なくともトナーを含む現像剤にて現像する現像器と、現像器にて得られた参照トナー像の濃度を検知する濃度センサと、を有するトナー濃度検出装置において、所定濃度の参照トナー像の形成に引き続いて中間調濃度の参照トナー像を形成し、この中間調濃度の参照トナー像の濃度出力を用いて現像器内のトナー濃度を検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式を用いた、例えば、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、印刷装置等の画像形成装置に備えられた現像器に収容されるトナー濃度を検知するトナー濃度検出装置及び該トナー濃度検出装置に基づいて現像器内のトナー濃度を制御する画像形成装置に関する。

従来、例えば電子写真方式を用いた画像形成装置において、像担持体表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を可視像化するために、現像剤を収容し、現像工程にて現像剤を潜像担持体へと移動させて静電潜像を現像する現像器が各種提案されている。

現像器は、その現像方式によって、大きく二成分現像方式と一成分現像方式とに分けられる。二成分現像方式による現像器は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む現像剤を収容し、磁性キャリアによりトナーを現像領域に搬送し現像を行なうものであり、通常は、現像剤を潜像担持体たる感光ドラムに接触させて現像行程を行う。

又、一成分現像方式を採用し、乾式一成分現像剤を用いた現像器は、例えば磁性一成分トナーを用いたジャンピング現像方式をとるもの、非磁性一成分トナーを現像器内で攪拌して荷電する方式をとるもの等がある。

先ず、二成分現像方式について図３に基づき説明する。図３において、現像器１は、現像剤供給部材たる現像スリーブ５０を有し、現像スリーブ５０内には固定配置された磁界発生手段たるマグネットローラ５０ａが配置される。現像スリーブ５０は、感光ドラム３に対向する、現像容器６０の開口部に回転可能に設けられ、現像剤が収容された現像容器６０には、撹拌搬送手段たる搬送スクリュー５３、５４が設置され、現像剤を攪拌搬送し、現像スリーブ５０に供給する。現像スリーブ５０が回転可能に設けられた現像容器６０開口部には、現像剤を現像スリーブ５０表面に薄層形成するために配置された現像剤層厚規制部材たる規制ブレード５１が設けられる。更に、現像スリーブ５０には、電源（図示せず）から現像剤を感光ドラム３表面に移動させるための直流バイアス及び交流バイアスが印加されるようになっている。一般に、交流バイアスを印加すると現像効率が増し、画像は高品位になる。

ここで、感光ドラム３上に形成された静電潜像を、図３の現像器１を用いて二成分磁気ブラシ法により顕像化する現像工程と現像剤の循環系とについて説明する。

先ず、現像スリーブ５０の回転に伴い、この回転に対して固定されたマグネットローラ５０ａの磁極Ｎ１によって現像スリーブ５０上に汲み上げられた現像剤は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ２へと搬送される過程において、現像スリーブ５０に担持される量を規制ブレード５１によって規制され、現像スリーブ５０上に薄層形成される。

ここで、薄層形成された現像剤が、現像主極である磁極Ｓ１に搬送されてくると磁気力によって穂立ちが形成される。この穂状に形成された現像剤が感光ドラム３の表面に移動することによって上記静電潜像が現像され、その後、磁極Ｎ３及び磁極Ｎ１による反発磁界によって現像スリーブ５０上の現像剤は、現像容器６０内に戻される。

又、図３に示すように、二成分現像方式を採用した現像器においては、マグネットローラ５０ａの磁極は、現像容器６０内部では、互いに同極性の磁極Ｎ１とＮ３極を並べて配置されることにより、現像後の現像剤を一旦現像スリーブ５０から剥ぎとり、前の画像履歴を残さない構成とされる。

上記の現像器１に収容されている二成分現像剤は、粉砕法によって製造された非磁性トナー（トナー）と、磁性粒子である磁性キャリアとを含有する。

そして、現像器１内には現像剤量として現像剤濃度Ｔ／Ｄ比（現像剤に対するトナーの重量比率）を一定に保つために、Ｔ／Ｄ比を検知し、その検知結果に基づいて、トナーの補給タイミングを決定する等の制御が行われている。このＴ／Ｄ比を、現像器に設けられた、インダクタンスセンサや光学的に現像剤濃度を検知するセンサ等の自動トナー補給センサ（ＡＴＲセンサ）を用いて検知する方法が一般的である。

又、一成分現像器として、カラー画像形成装置にも使用できる非磁性一成分トナーを収容し、図１７に示されるような、現像剤供給部材としての現像スリーブ５０に現像容器６０内でそれとカウンタ方向に回転する現像剤供給ローラ５５を摺り合わせることで、トナーを荷電させながら現像スリーブ５０に供給し、現像バイアスがかけられることで現像スリーブ５０が帯電したトナーを感光ドラム３に供給する現像器が使用されている。

ここでは、現像器へのトナー補給に関して、例えば現像器内もしくはトナーを補給するトナー容器（補給トナー容器）内に濃度センサとしてのトナー残量検知センサ、例えば圧電素子２２を有して、その部分のトナーがなくなると本体でトナー補給のメッセージが表示される。

例えば、この図１７の現像器１に示す一成分現像器において、圧電素子２２が設置された現像容器６０中央部２Ｂ付近のトナーがなくなると圧電素子２２が発信する信号によりトナーが少なくなったことを検知し、検知が一定時間続いた際にトナー無し表示を行う方式をとっていた。

これらの現像方式は、画像形成装置の使用目的によって、二成分方式や磁性一成分現像法式のいずれか選択して、又は色によって現像器の方式を使い分けて両方を採用することもある。

しかしながら、最近の白黒／カラープリンタ、白黒／カラーコピーの小型化、低価格化に対して現像器そのものの小型化、低価格化が要求されており、小さい現像器で基本機能を維持することの課題がある。

又、コストの点では二成分現像においては従来現像器内において、特許文献１に記載されているように、Ｔ／Ｄ比を制御する自動トナー補給センサ（ＡＴＲセンサ）を取り付けるとカラー機では４色分必要なため特にコスト高となっていた。

一成分現像においては、特許文献２に記載されているように、Ｔ／Ｄ比を検知するためのＡＴＲセンサはないもの、更には現像器内もしくはトナーボトルのような補給トナー容器内に、図１７の圧電素子２２のような濃度センサであるトナー残量検知センサ（残検センサ）を有することが多いために本体コストないしは補給トナー容器に残検センサを取り付ける場合はランニングコストｕｐとなり、カラー機では４色分必要となるため特にコスト高となっていた。

これらのように、現像器に濃度センサを備えない現像系では、濃度検知用静電潜像形成手段によって潜像担持体である感光ドラム上に形成された濃度検知用静電潜像を現像して形成された濃度検知用現像像である参照トナー像（パッチ）の画像濃度を濃度センサにて検知し、この画像濃度より現像器が収容する現像剤量を求める方法がある。濃度センサは、感光ドラムか、パッチが感光ドラムから転写された転写媒体等の像担持体に対向して配置される。こうしたパッチにおける検知結果によって現像器内の現像剤量（以下、「現像器現像剤量」と称す。）を制御する方法には、以下の問題あった。

ひとつには、（１）二成分現像器において、現像器内に現像剤中のトナーの重量比率（Ｔ／Ｄ比）を制御するためのＡＴＲセンサを用いない系では、感光ドラム等に形成したパッチ濃度では絶対Ｔ／Ｄ比が検知できず、又、精度に問題があるためにＴ／Ｄ比がオーバーし、飛散、かぶり等の問題があった。ふたつめには、（２）一成分現像器のトナーボトルの残量検知においてボトルに残検センサを有さずに、感光ドラム上に形成したパッチ濃度で検知する方法を使用するものは、残検の誤検知が生じやすく、残トナー量が多かったりし、つまり検知精度に問題があったため、製品化されたものは無かった。
特開２０００―２５０２７６号公報 特開平１０―１２３８２０号公報

本発明の目的は、現像器において、トナー濃度制御ないしは検知を、ＡＴＲセンサのような等の高価なセンサを用いないで低コストで検知でき、飛散、かぶりを防止し、又は、一成分現像方式の現像器において現像器内や補給トナー容器内に残検センサを有さず低コストで、トナー残量検知を正確に行うことができるトナー濃度検出装置及び該トナー濃度検出装置にて得られたトナー濃度に基づいて現像器内のトナー濃度を制御する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は本発明に係るトナー濃度検出装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、第１の本発明は、像担持体上に形成された静電像を少なくともトナーを含む現像剤にて現像する現像器と、該現像器にて得られた参照トナー像の濃度を検知する濃度センサと、を有するトナー濃度検出装置において、
所定濃度の参照トナー像の形成に引き続いて中間調濃度の参照トナー像を形成し、該中間調濃度の参照トナー像の濃度出力を用いて前記現像器内のトナー濃度を検出することを特徴とするトナー濃度検出装置を提供する。

第２の本発明は、第１の本発明のトナー残量検出装置を有し、前記トナー残量検出装置にて得られたトナー濃度に基づいて前記現像器内のトナー濃度を制御することを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明のトナー濃度検出装置は、像担持体上に形成された静電像を少なくともトナーを含む現像剤にて現像する現像器と、現像器にて得られた参照トナー像の濃度を検知する濃度センサと、を有するトナー濃度検出装置において、所定濃度の参照トナー像の形成に引き続いて中間調濃度の参照トナー像を形成し、この中間調濃度の参照トナー像の濃度出力を用いて現像器内のトナー濃度を検出するので、現像器又は画像形成装置として、二成分現像器の現像剤濃度をＡＴＲセンサを有さず低コストで検知でき、飛散、かぶりを防止でき、又、一成分現像器内又は補給トナー容器内に残検センサを有さず、低コストで、トナー残量検知を正確に行うことができ、本発明の画像形成装置は、トナー濃度検出装置が検出したトナー濃度によって現像器内のトナー濃度を制御するので、好適なトナー濃度を維持でき、良好な画像形成が維持できる。

以下、本発明に係るトナー濃度検出装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
本発明に係る実施例１について説明する。本発明に係るトナー濃度検出装置は画像形成装置に備えられ、本実施例では、画像形成装置としての、二成分現像器を用いた低コストカラー複写機において、現像器に収容された現像剤量（現像器トナー量）を直接検知する自動トナー濃度制御センサ（ＡＴＲセンサ）を設けない現像系について述べる。

図１は、本発明が適用される画像形成装置の一例たる電子写真方式のカラープリンタ（プリンタ）の概略構成を示す模式的断面図である。本実施例では、二成分現像剤を使用する画像形成装置にて本発明を適用する。

かかるプリンタにあっては、図１に示すように、矢印方向に回転する潜像担持体たる電子写真感光ドラム（感光ドラム）３を備え、感光ドラム３の周囲には、帯電手段である帯電器ローラ４、現像ロータリ２、現像ロータリ２に搭載された現像手段である４個の現像器１、転写手段である一次転写ローラ９、クリーニング手段６、中間転写ベルト８、転写手段である二次転写ローラ１０、及び感光ドラム３の上方に配設された潜像形成手段としての露光手段であるレーザビームスキャナ７ａ等の画像形成手段が配設される。

現像器１は、現像手段であり、現像器１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｋを備え、各現像器１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｋは、現像剤として、トナー粒子とキャリア粒子とを含有する二成分現像剤を感光ドラム３表面に供給するようになっている。尚、現像器１Ｍ、現像器１Ｃ、現像器１Ｙ、現像器１Ｋは、それぞれマゼンタトナー、シアントナー、イエロートナー、ブラックトナーを含有する現像剤を使用するようになっている。

被複写原稿は、原稿読み取り装置（不図示）で読み取られるようになっている。この読み取り装置はＣＣＤ等の、原稿画像を電気信号に変換する光電変換素子を有しており、原稿のイエロー画像情報、マゼンタ画像情報、シアン画像情報、白黒画像情報に、それぞれ対応した画像信号を出力するようになっている。この画像信号は後に詳しく説明する画像信号処理部を通して潜像形成手段としての露光手段であるレーザビームスキャナ７ａに送信される。レーザビームスキャナ７ａに内蔵された半導体レーザは、これらの画像信号に対応して制御され、レーザビーム７を照射する。

ここで、上記の画像形成手段を用いて画像形成を実施する、カラープリンタ全体の画像形成工程（シーケンス）について、４色の二成分現像器１を使用する、フルカラーモードの場合を例として簡単に説明する。

先ず、帯電工程にて、感光ドラム３の表面が、帯電手段であるローラ状の帯電器つまり帯電ローラ４によって−６００Ｖに一様に帯電される。

潜像形成工程にて、帯電ローラ４によって−６００Ｖに一様帯電された感光ドラム３表面において、露光手段のレーザビームスキャナ７ａにより６００ｄｐｉで画像露光７がなされる。この画像露光は、レーザビームスキャナ７ａに設けられた半導体レーザを光源として、感光ドラム３表面の露光部の表面電位を−６００Ｖから例えば−２００Ｖに減衰させて像状の潜像を形成する。

露光による潜像形成について詳しく説明すると、まず、不図示の原稿を読み込むスキャナ部、画像データを作成するイメージプロセッサ部の作用にて、スキャナ部のＣＣＤ（不図示）上に結像した原稿からの反射光はＡ／Ｄ変換されて６００ｄｐｉ、８ｂｉｔ（２５６階調）の画像の輝度信号に変換され、画像信号処理部であるイメージプロセッサ部に送られる。そして、この輝度信号に対して、イメージプロセッサ部では、周知の輝度−濃度変換（Ｌｏｇ変換）を行い、画像信号を濃度信号に変換した後、必要ならばエッジ強調やスムージングや高周波成分の除去等のフィルター処理を通し、その後濃度補正処理（γ変換）をかけてから、例えばディザ等の２値化処理や、ドット集中型のディザマトリックスによるスクリーン化処理を通して２値化（１ｂｉｔ）される。もちろん８ｂｉｔのままで周知のＰＷＭ（パルス巾変調）法等でレーザ７ａを駆動し、潜像を形成する方法もある。

その後、画像信号はレーザビームスキャナ７ａを構成するレーザドライバに送られ信号に応じてレーザを駆動する。そのレーザ光７はコリメータレンズ、ポリゴンスキャナー、ｆθレンズ、折り返しミラー、防塵ガラス等を介してドラム３上に照射される。ドラム３上でのスポット径は６００ｄｐｉの１画素（＝４２．３μｍ）よりも若干大きい５５μｍ程度であり、このレーザ光７は、スポットサイズでドラム３上に結像し、画像部を先に述べたように、−２００Ｖ程度に除電して、静電潜像を形成する。

上述した画像露光７を行うレーザビームスキャナ７ａを制御する画像信号制御部の詳細構成を図２に示して説明する。画像信号制御部では、画像処理部７１に外部の画像信号が入力され、画像信号に対して、解像度変換等、操作者の所望する画像処理を施す。画像処理部７１が受信し発信した画像信号は、γ補正部７２に受信され、濃度を適正化するために信号値を変換する画像情報テーブルであるルックアップテーブル（ＬＵＴ）７５ａを参照してγ補正が行われる。γ補正部７２内のＬＵＴ７５ａは、ＬＵＴ算出部７５にて、現在の動作環境において適切となるように新たに算出され、更新される。そして、それぞれγ補正後の画像信号に基づいて、２値処理部７３からレーザ７ａの駆動信号が発信される。２値化処理部７３から出力される駆動信号に基づき、画像部に対応する画像露光７を行うレーザ部７ａとが駆動される。

ここで、通常画像は上記のように外部情報を信号処理部７１を通して送信されるが、その通常画像とは別に、２値処理部７３に接続されたパターンジェネレータ７６では、信号処理部７１からγ補正部７２を通して送られてきた外部からの画像データとは別に、サンプルパターンの画像データを予め保持している。そして、このパターンジェネレータ７６が濃度検知用静電潜像形成手段となり、サンプルパターンに参照トナー像である濃度検知用静電潜像（パッチ）の画像データが含まれている。

又、画像信号制御部には、ＣＰＵ７８が設けられ、上記の画像信号制御部の各構成を、ＲＯＭ７７に格納された制御プログラム等に従って統括的に制御する。尚、ＲＡＭ７９が、ＣＰＵ７８の作業領域として使用される。

こうした画像信号処理部の信号処理部７１より受信された信号の処理により発信されたイエロー画像信号により変調された画像露光７によって形成された静電潜像に対しては、現像工程にてイエロー現像器１Ｍによって反転現像する。

中間転写ベルト８は、感光ドラム３と同期して図１に示す矢印方向に移動しており、イエロー現像器１Ｍで現像された現像像（トナー像）であるイエロー顕画像は、転写工程にて感光ドラム３との対向部である転写部において一次転写手段としての転写ドラム９によって中間転写バルト８上に転写される。転写ドラム９は、そのまま、回転を継続し、次の色（本実施例においてはマゼンタ）の画像の転写にそなえる。

一方、感光ドラム３はクリーニング手段６によってクリーニングされ、再び帯電ローラ４によって帯電され、次のシアン画像信号により変調されたレーザービーム７により上述したのと同様に露光７を受け、静電潜像が形成される。この間に現像ロータリ２は回転して、マゼンタ現像器１Ｍが所定の現像位置に定置されていて、感光ドラム３上に形成された静電潜像に対してマゼンタに対応するドット分布静電潜像の反転現像を行ない、マゼンタ顕画像を形成する。

続いて、上述したような工程を、それぞれ画像信号及びブラック画像信号に対して行ない、中間転写ベルト８上に４色の顕画像を重ねる４色分顕画像としての現像像（トナー像）の転写が終了すると、中間転写ベルト８の移動によってトナー像が搬送され、又矢印の向きに搬送される転写材Ｐに二次転写手段である二次転写ローラ部１０によって転写され、転写材Ｐは中間転写ベルト８から分離され、その後、定着工程にて定着器（図示せず）に送られる。定着器は転写材Ｐ上に重なっている４色の顕画像を加熱及び加圧により定着する。

このように、１連のフルカラープリントシーケンスが終了し、所望のフルカラープリント画像が形成される。

尚、上記に説明した図１に示す画像形成装置の構成は一例であって、例えば帯電器４はローラに限らず帯電ワイヤーであったり、転写ローラ９も転写ベルト、ワイヤーであったりと、様々な方式が適用可能であり、基本的には上記した様に帯電、露光、現像、転写、定着の工程で画像が形成される。

ここで、本実施例に係る現像器について、現像器１を例に説明する。本実施例の現像器１Ｋは、図３に示す従来例にて説明した二成分現像器と基本構成は同様である。現像器１Ｋ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｍの構成に関しては、使用される現像剤のみが異なり全て同様の構成であるので、現像器１と総称する。

現像器１Ｋは、現像剤を収容する現像容器６０を備え、現像容器６０の内部は、隔壁６１によって現像室（第１室）Ｒ１と撹拌室（第２室）Ｒ２とに区画され、撹拌室Ｒ２の上方には間に隔壁６２を隔ててトナー貯蔵室Ｒ３が形成され、トナー貯蔵室Ｒ３内には補給用トナーである非磁性トナーが収容されている。攪拌室Ｒ２と現像室Ｒ１には、それぞれ攪拌部材５４、５３が設けられている。尚、トナー貯蔵室Ｒ３との間の隔壁６２には補給口６３が設けられ、補給口６３を経て消費されたトナーに見合った量の補給用トナーが撹拌室Ｒ２内に落下補給される。

現像室Ｒ１及び撹拌室Ｒ２内に収容されている現像剤は、粉砕法によって製造された平均粒径８μｍの非磁性トナー（トナー）に対して平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比１％外添したものと、１００ｍＴにおける磁化の値が６０Ａｍ²／ｋｇの平均粒径３５μｍの磁性粒子である磁性キャリアとを含有する二成分現像剤である。

現像容器６０の感光ドラム３側の部位には開口部が形成され、現像剤供給部材たる現像スリーブ５０が該開口部から外部に突出するよう、現像スリーブ５０は現像容器６０の開口部近傍に回転可能に組み込まれている。尚、本実施例においては、現像スリーブ５０の直径は２０ｍｍのものを用いている。又、現像スリーブ５０は、例えば、ＳＵＳ３０５ＡＣのような、非磁性材にて構成され、その内部には磁性発生手段たる磁石５０ａが固定配置されている。

磁石５０ａは、感光ドラム３と現像スリーブ５０との対向部である現像領域の近傍に配設される現像磁極である磁極Ｓ１と、現像剤層厚規制磁極である第一磁極たる磁極Ｎ１と、現像剤を現像スリーブ５０上に担持させながら搬送するための磁極Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３とを有する。

又、磁石５０ａは、現像磁極である磁極Ｓ１が感光ドラム３に対してドラム回転方向５°上流になるように現像スリーブ５０内に配置されている。表１に磁極パターンのピークの位置、磁力を示す。角度の基準点はＮ１から現像スリーブ５０回転方向上流５°のところを０°とした。

磁極Ｓ１は、現像スリーブ５０と感光ドラム３との間の現像部の近傍に磁界を形成させ、該磁界によって磁気ブラシを形成するようになっている。上記現像部において、現像スリーブ５０の回転とともに、図３に示す矢印の方向に運ばれてきた現像剤は感光ドラム３と接触し、感光ドラム３上の静電潜像は現像されることとなる。このとき、現像スリーブ５０と感光ドラム３との近接位置（現像部）において、現像スリーブ５０と感光ドラム３とは互いに同方向（順方向）に移動するようになっている。磁極Ｓ１で現像を終了した現像剤は、磁極Ｎ１及び磁極Ｎ３により形成された反発磁界によって現像スリーブ５０上から剥ぎとられ、現像室Ｒ１に落下することとなる。

尚、現像スリーブ５０には電源により、現像バイアスとして、交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。感光ドラム３上の潜像の暗部電位（非露光部電位）と明部電位（露光部電位）とは、この振動バイアス電位の最大値と最小値との間に位置している。これによって現像部に、向きが交互に変化する交番電界が形成される。この交番電界中でトナーと磁性キャリアとが激しく振動され、トナーが現像スリーブ５０及び磁性キャリアヘの静電的拘束を振り切って潜像電位に対応した量のトナー量が感光ドラム３に付着する。

尚、本実施例においては、感光ドラム３上の暗部電位を−６００Ｖ、明部電位を−２００Ｖとし、現像スリーブ５０には、直流バイアスとして、−４５０Ｖの直流電圧が印加され、交流バイアスとして、Ｖｐｐ＝１．８ｋＶ、Ｆｒｑ．＝２ｋＨｚの交流電圧が印加されている。Ｄｕｔｙ比は現像飛翔側に３５％である。そして、現像バイアスである振動電圧の１周期における最大電圧をかける時間と最小電圧をかける時間との比Ｔ１：Ｔ２は６５：３５となる。

ここで、本実施例で用いたトナーについて説明する。

トナーの体積平均粒径は、４〜１０μｍのものが好適に使用できる。ここでトナーの体積平均粒径は、例えば、次の測定法で測定されたものを使用する。

上記測定法においては、測定装置としてはコールターカウンタＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を用い、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェイス（日科機製）及びＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キャノン製）を接続し、電解液は一級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調整する。

測定法としては、上記電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料０．５〜５０ｍｇを加える。

試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、上記コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型によりアパチヤーとして１００μｍアパチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定し体積分布を求める。これら求めた体積分布により、サンプルの体積平均粒径が得られる。

上述したようなトナーに対して、更には、トナー表面を外添剤で被覆することにより、ハード的に２つの効果がある。

一つは、流動性が向上し、補給トナーが現像容器６０内の二成分現像剤と混合撹拌しやすくなることであり、もう一つは、外添剤がトナー表面に介在することにより、感光ドラム３上に現像されたトナーの感光ドラム３に対する離型性が上がり、転写効率が良化することである。

本発明に使用される外添剤としては、トナーに添加した時の耐久性の点から、トナー粒子の重量平均径に対して１／１０以下の粒径であることが好ましい。この外添剤の粒径とは、電子顕微鏡におけるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。

外添剤としては、例えば、金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化錫、酸化亜鉛等）、窒化物（窒化ケイ素等）、炭化物（炭化ケイ素等）金属塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等）、脂肪酸金属塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等）、カーボンブラック、シリカ等が用いられる。

外添剤は、トナー粒子１００重量部に対し、０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは、０．０５〜５重量部が用いられる。これら外添剤は、単独で用いても、又、複数併用しても良い。それぞれ、疎水化処理を行ったものが、より好ましい。

本実施例においては、平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比１％外添したものを用いている。

磁性キャリアは、磁性体として従来の磁性キャリアにおけると同様の、鉄、クロム、ニッケル、コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や合金、例えば、四三酸化鉄，γ−酸化第二鉄，二酸化クロム，酸化マンガン、フェライト、マンガン−銅系合金、といった強磁性体の粒子を球形化したり、又はそれらの磁性体粒子の表面をスチレン系樹脂，ビニル系樹脂、エチル系樹脂、ロジン変性樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂等の樹脂やパルミチン酸、ステアリン酸等の脂肪酸ワックスで球状に被覆するか、あるいは、磁性体微粒子を分散して含有した樹脂や脂肪酸ワックスの球状粒子を作るかして得られた粒子を従来公知の平均粒径選別手段で粒径選別することによって得られる。

以上のような現像器に、微粒フェライトを樹脂中に７０ｗｔ％分散した重量平均粒径が３５μｍ、磁化の強さが３０ｅｍｕ／ｇ、抵抗率が１０¹⁴Ωｃｍ以上の熱による球形化処理を行った磁性キャリアを用い、トナーにスチレン・アクリル樹脂（三洋化成製ハイマーｕｐ１１０）１００重量部、カーボンブラック（三菱化成製ＭＡ−１００）１０重量部、ニグロシン５重量部を含む重量平均粒径が５μｍの粉砕造粒法によって得られた非磁性粒子を含むものを用い、現像剤溜まりにおける現像剤のトナー比率がキャリアに対して８ｗｔ％になる条件で現像を行った。トナーの平均帯電量は２０μＣ／ｇであった。

本実施例においては、磁性キャリアとして、重量平均粒径が２０〜６０μｍが好ましく、更に好ましくは、２０〜５０μｍのものが使用される。

尚、図３に示す補給トナー貯蔵室Ｒ３からトナーの補給を行うが、現像剤のトナーと磁性キャリアの現像剤に対する混合比は、重量比でトナーが約８％になるようにした。現像剤量として、現像剤のトナーの重量含有率つまり現像剤濃度Ｔ／Ｄ比を適正に維持するため現像剤濃度を検知をする必要があるが、コスト低減のため、本実施例では現像器１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ内には、Ｔ／Ｄ比を検知する光ＡＴＲ、インダクタンスセンサ等の濃度検知手段は保持しない。

上記のような、二成分現像器を用いた低コストカラー複写機で、濃度検知手段としての自動トナー濃度制御センサ（ＡＴＲセンサ）を設けない現像系において、従来例では、感光ドラム３表面に、図２を用いて前記に説明した画像信号処理部におけるパターンジェネレータ７６に保持された画像データに基づいて形成した参照トナー像であるパッチの濃度を検知することによっては、現像器内のトナー濃度としての絶対Ｔ／Ｄ比が検知できず、又、通常現像器内にあるインダクタンスセンサや光センサによる検知精度と比較して、Ｔ／Ｄ比の検知精度に問題があるためにＴ／Ｄ比がオーバーした場合、飛散、かぶり等の問題があった。

それに対して、本実施例では、通常のパッチの濃度検知による濃度制御に加えて更に、Ｔ／Ｄ比感度のある現像スリーブ５０周期で生じるゴースト現象を利用して、絶対Ｔ／Ｄ比のリミットを検知することを特徴とする。本実施例におけるリミットは上限が、飛散、かぶりが発生する濃度であり、下限は最低画像濃度を確保する濃度で本実施例ではＤ＝１．２である。

具体的には、感光ドラム３や中間転写ベルト８等の像担持体に、正規の通常画像とは別に、又、通常の参照トナー像であるパッチ（通常パッチ）とは別に、中間調濃度部分を含むの参照トナー像であるゴースト検知用パッチ（ゴーストパッチ）を形成し、そのゴーストパッチのトナー濃度検知を行う。

通常の濃度制御に使用される濃度検知用現像像としての参照トナー像であるパッチとしては、一般に最大濃度のベタ画像や、複数の電圧にてそれぞれ形成される所定面積画像の所謂階調の帯で形成される画像が用いられたりするが、ここでは、それとは異なる中間調濃度部分を含む参照トナー像（ゴーストパッチ）を用いる。ここで、このゴーストパッチについて説明する。

ここで、ゴーストパッチを形成する際に発生させる「ゴースト現象」とは、べた画像と中間調濃度画像（ハーフトーン画像）が連なった画像を形成する場合で、ベタ画像部分が先に形成され、その直後にハーフトーン画像に切り替わる場合に生じる、ベタ画像上に濃度の濃淡差ができる現象である。

この現象を図４に示す。図４に示すように、例えば白地にＡという文字を現像して、引き続いてそれが形成された媒体の下流部分に中間調濃度（ハーフトーン）画像を形成すると、上流にて形成したＡという画像が、スリーブ５０に残留し、スリーブ５０の回転によってスリーブ５０と感光ドラム３が対向する部分でスリーブ５０周期にてＡという画像が生じる現象である。これは現像スリーブ５０上のトナーを消費した部分と、しない部分で現像特性が異なることによって生じる。

又、二成分現像において、中間調濃度部（ハーフトーン部）の前に画像を形成しない状態で現像バイアスを印加した場合、図５に示すようにハーフトーン部で現像スリーブ５０周期１周分Ａの画像濃度がその現像スリーブ５０回転方向下流にて形成される部分Ｂのハーフトーン濃度と比較して濃くなる現象がある。これは白地部においては、感光ドラム３と現像スリーブ５０の間に現像バイアスが印加されると、キヤリアに静電的に付着しているトナーは感光ドラム３ではなく、現像スリーブ５０表面近傍に飛翔し、現像スリーブ５０表面上のトナー量が増えることによって起こる。この状態で、スリーブ５０が１回転するとキヤリアとトナーは通常反発極で剥がされ、新しく十分撹拌され、Ｔ／Ｄ比が回復したキヤリアとトナーが現像スリーブ５０に搭載される。これに現像バイアスによって量が増加した現像スリーブ５０表面近傍のトナーが加わった状態となるので、ハーフトーン画像を現像すると、現像スリーブ５０の１周分には表面にトナーが多く付着しているためにそれらが現像され、その部分が濃くなる。

このゴースト現象による濃度差は、図６に示すように、スリーブ５０表面上のトナー量に依存して増える。つまりＴ／Ｄ比が高い状態だと、この現象が顕著となる。本実施例ではこのゴースト現象の特性を利用してＴ／Ｄ比を擬似的に検知し、Ｔ／Ｄ比制御のリミッターとして用いた。

それでは、こうした本発明の特徴であるゴーストパッチを用いた現像剤量（トナー濃度）検知について説明する。

本実施例で行われるトナーの補給制御としては、画像データより、総画像のうち実際に現像剤が乗っている現像像の比率（現像像の総画像比率）である画像比率情報（ビデオカウント値）を毎ジョブごと求め、そのビデオカウント値を積算し、所定のビデオカウント値に到達した時点で必要なトナー量の補給を行う。それと併用して所定枚数ごとにパッチを感光ドラム３上に形成し、濃度センサとして、感光ドラム３回転方向で現像ロータリ２の下流に設けられたパッチセンサ４０で、その濃度を検知し、薄い場合（Ｔ／Ｄ比が低い場合）は前述のビデオカウント数に補正分を増減して、現像器内部のＴ／Ｄ比をある制御範囲に入れる。ここでは前述のように飛散、かぶりの面からＴ／Ｄ比としておよそ１２％が上限リミットである。又、下限については画像濃度が１．２以上になるようにするため、およそ４％が下限リミットである。

尚、この所定枚数ごとに形成するパッチは、最大濃度のベタ画像や、複数の電圧にてそれぞれ形成される所定面積画像の所謂階調の帯で形成される画像であり、本発明に係るゴーストパッチとは別であり、ここでは「通常パッチ」と称す。

従来は上記のドラム３上の通常パッチ濃度のみでの判断でトナー補給制御を行ったため、例えば、低湿環境でＴ／Ｄ比がアップした際は、現像剤の特性として濃度が検知されにくいため、Ｔ／Ｄ比の暴走を止めることはできなかった。そこで、本実施例では、通常パッチによる濃度制御以外に、１００枚に一回、ゴーストパッチを形成し、上限（ここでは、１２％）になるゴースト濃度（ここでは、０．３５ｍｇ／ｃｍ²）以上を検知した場合、現像器内のＴ／Ｄ比を下げるべく補給を止め、又、非画像部にＴ／Ｄ比が高い色の帯を形成、ここでは副走査方向に１００ｍｍの帯を１０回形成させ、積極的にトナー消費を行うようにした。

ゴーストパッチとそれにおける濃度検知について説明する。図１に示すように、感光ドラム３周囲でその回転方向の現像ロータリ２の下流の位置に、通常パッチ及びゴーストパッチの濃度を測定するための濃度検知手段つまり濃度センサである反射濃度センサ４０が設けられる。ここでは、乱反射型センサを用いる。反射濃度センサ（パッチセンサ）４０は、後述するように感光ドラム３上に形成された所定濃度のパッチパターン濃度を測定する。図７はそれの詳細を表したものである。パッチセンサ４０は、発光部４３と受光部４４で構成される。発光部４３からパッチ４２が形成された感光ドラム１表面へと光を発射し、その反射光量によりパッチ４２の濃度を検出する。

ここで図８（ａ）に、本実施例において、感光ドラム１上に形成するゴーストパッチパターンの例を示す。ゴーストパッチパターンは、レーザビーム７で感光ドラム１に形成された、均一な中間調濃度部（ハーフトーン画像）Ｂを含む。ドラム３上のり量としては、約０．２５ｍｇ／ｃｍ²である。ゴーストパッチのサイズは１５ｍｍ×５０ｍｍとした。

本実施例の現像スリーブ５０径は２０ｍｍ、対感光ドラム１の周速比は１７０％であるため、３７ｍｍ分がスリーブ５０の１周分である。結果としては、図８（ａ）に示すように現像後は先に形成される側の最先端からスリーブ５０の１周分にて形成される部分Ａ部が濃く、その後に形成される部分Ｂ部は、もともと形成しようとした通常のハーフトーン濃度である。ここでＡ部を測定した後、スリーブ５０の１周後のＢ部の濃度をパッチセンサ４０で検知する。この濃度差をゴースト濃度とする。

つまり、本実施例では、ゴーストパッチとして、ハーフトーン部（中間調濃度部）を有する画像が用いられる。よって、ゴーストパッチを本明細書では中間調参照トナー像と称すこととする。そして、ハーフトーン部に上流部分は、白地であり、白地に引き続いてハーフトーン部が形成される。

図６にＴ／Ｄ比とゴースト濃度である濃度差の関係を示す。このようにＴ／Ｄ比が高くなると濃度差も大きくなる。実際にはゴースト現象はＴ／Ｄ比が８％以上で特に１２％を超えると顕著である。又、飛散かぶりに対しては、図９に示すように、Ｔ／Ｄ比１２％を超えると飛散及びかぶりが顕著に生じる。

この性質を利用してゴースト濃度をＴ／Ｄ比の上限リミッターとして用いる。下限については通常パッチの濃度で基本的に検知する。

通常パッチで検知する場合、図１０に示すように一般にＴ／Ｄ比に対する通常パッチ濃度の感度はＴ／Ｄ比が低い側は検知能力がある。例えば破線部の電位でパッチを形成するとＴ／Ｄ比が８％から１２％の変化に対してよりも８％から４％への濃度の変化のほうが大きい。これはＴ／Ｄ比の高い側は通常パッチ濃度の感度が小さく、Ｔ／Ｄ比が低いほうは通常パッチによる検知及び制御能力が高いことを意味する。

図１１に実際の現像剤濃度であるＴ／Ｄ比に対する通常パッチによるＴ／Ｄ比感度を模式的に示す。Ｔ／Ｄ比感度とはＴ／Ｄ比が所定量（１％）に変化したときの画像濃度差を意味する。つまり、通常パッチにおいては、Ｔ／Ｄ比が高いほうは検知及び制御能力は低い。従って、本方式は、通常パッチにては検知できない高濃度部分を検知するので、Ｔ／Ｄ比の暴走による飛散やかぶり防止には特に有効になる。

よって、例えば低湿環境でＴ／Ｄ比がアップした際も、ゴーストパッチでは、図６に示すように、高濃度領域で濃度が良好に検知できるため、早めにトナー消費等によってＴ／Ｄ比の高騰の防止対策を施すことができるようになった。

本実施例では、前述のように、１００枚に一回、ゴーストパッチを形成し、上限（ここでは１２％）になるゴースト濃度（ここでは０．３５ｍｇ／ｃｍ²）以上を検知した場合、現像器内のＴ／Ｄ比を下げるべく補給を止め、又、非画像部にＴ／Ｄ比が高い色の帯を形成、（ここでは副走査方向に１００ｍｍの帯を１０回）させ、積極的にトナー消費を行うモードを実行した。その結果、Ｔ／Ｄ比が暴走して機内飛散をすることがなくなり、また画像濃度も安定化した。

濃度高騰を抑制する制御としては、それ以外にも、上限を検知した時点で通常パッチであるトナー補給用パッチの目標値を低く、例えばＴ／Ｄ比８％を目標値としていた場合、目標Ｔ／Ｄ比を７％に下げて、現像器１内のＴ／Ｄ比が上がらないようにする方法がある。又、本実施例ではゴースト濃度が極端に大きい場合、例えばＴ／Ｄ比としては１５％に相当する場合は、エラーメッセージ表示をマシン本体で行うようにし、マシン内のトナー飛散、画像かぶりの影響を最小限に抑制する構成にした。

又、ゴーストパッチに関しては、図８（ｂ）のようにトナーのり量０．１ｍｇ／ｃｍ²でスリーブ５０の１周させて低濃度部Ｃの帯を形成し、その下流に０．２５ｍｇ／ｃｍ²のハーフトーンＤを形成し、図８（ｂ）のＥ部分とその下流部Ｆの濃度差をパッチセンサ４０で検出する方法をとると、ゴーストパッチによるトナー消費量を低減できるため、更に良い。低濃度部Ｃは白地でも良い。

つまり、ゴーストパッチとして、白地部か又は低濃度部に引き続きハーフトーン部（中間調濃度部）を有する画像が用いると、更にコスト削減できる。

尚、本実施例においては、図３に示すように、感光ドラム３と現像スリーブ５０とが現像部で順方向に回転する構成をとっているが、それに限られるものではない。

以上のように、通常パッチによる濃度制御に加えて、更に、感光ドラム３上にゴーストパッチを形成し、通常のパッチセンサ４０にてゴースト濃度を検知することで、二成分現像器の現像剤量をＡＴＲセンサを有さず低コストで検知でき、飛散、かぶりを防止することができた。

実施例２
本実施例では、一成分現像器であり、現像器か現像器に補給するための現像剤を収容している補給トナー容器であるトナーボトルに残検センサを設けないことにより、コストダウン現像系において述べる。従来パッチの絶対濃度では、トナー残量を正確に検知できなかったのに対して、トナー残量が少なくなったときのゴースト現象を利用することで所定のパッチ濃度を検出することで残量検知の精度を向上した。その結果、パッチ情報よりトナー残量検知をすることを可能にしたものである。具体的には感光ドラム３上にパッチを打ちトナー残量検知を行う。検知にはゴースト検知用パッチ濃度を用いる。本件のような画像形成装置では、特にフルカラー機においてはコストの点で更に有効となる。尚、本実施例では、フルカラー画像形成装置で非磁性トナーの一成分現像方式をとる例について説明するが、モノクロの磁性トナーを有する一成分現像方式をとるものに関しても本発明が適用できる。

図１２に、一成分現像器を使用した画像形成装置であって、本発明を適用したものの一例の概略を図示する．本画像形成装置は、光導電層を有する感光ドラム３をタンデム式に配列した毎分２０枚の電子写真方式のカラー画像形成装置である。

同図において、画像形成装置は、装置本体内にたとえばイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの可視画像を形成することができる第１、第２、第３、第４の画像形成部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄをタンデムに配列しており、各画像形成部Ｓａ〜Ｓｄは、それぞれ光導電層を有するドラム状の像担持体である感光ドラム３を備えている。各感光ドラム３は、その周囲に専用の画像形成手段である一次帯電器４、転写器９、現像器１、露光手段７ａ等が配置されている。

カラー画像形成を行うには、まず、第１画像形成部Ｓａにおいて、回転する感光ドラム３の表面に帯電器４によって均一に電荷を付与し、これに露光器７ａによって画像露光を施し、感光ドラム３表面の光導電層上に静電潜像を形成する。ついで潜像を現像器１によりイエロー現像剤を用いて現像し、潜像をイエロー現像像（トナー像）として可視化する。

一方、図１２において、図示しない給紙部から転写媒体の用紙が給紙され、その用紙は、駆動ローラ８ａと従動ローラ８ｂによって駆動される転写ベルト８により第１の画像形成部Ｓａに搬送され、転写ローラ９の作用により感光ドラム３上のイエロートナー像が用紙上に転写される。感光ドラム３上に残留した転写残りトナーは、現像同時方式により、次の回の現像時に現像器１に回収される。

第２の画像形成部Ｓｂにおいても同様な工程が行われ、２色目の例えばシアントナー像が用紙上にイエロートナー像上から転写される。同様な工程を第３、第４の画像形成部Ｓｃ、Ｓｄにおいても行うことにより、用紙上にイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重畳転写したカラー画像が得られる。

ここで、帯電工程にて、各画像形成部Ｓａ〜Ｓｄにおいて、感光ドラム３は帯電器４により−７００Ｖに一様帯電される。そして、露光手段であるレーザビームスキャナ７ａによって、６００ｄｐｉで画像露光７がなされる。画像露光７は露光器７ａに設けられた半導体レーザを光源として露光部の表面電位を例えば−１５０Ｖに減衰させて像状の潜像を形成する。露光７の波長は７８０ｎｍである。

又、露光による潜像形成については実施例１と同様の方法によって行われ、詳しくは実施例１にて説明したように、不図示の原稿を読み込むスキャナ部、画像データを作成するイメージプロセッサ部の作用にて、原稿からの反射光はＡ／Ｄ変換されて６００ｄｐｉ、８ｂｉｔ（２５６階調）の画像の輝度信号に変換され、イメージプロセッサ部にて、周知の輝度−濃度変換（Ｌｏｇ変換）を行い、画像信号を濃度信号に変換した後、エッジ強調やスムージングや高周波成分の除去等のフィルター処理を通し、γ変換をかけてから、例えばディザ等の２値化処理や、ドット集中型のディザマトリックスによるスクリーン化処理を通して２値化（１ｂｉｔ）される。そして、画像信号はレーザビームスキャナ７ａを構成するレーザードライバに送られ、レーザ光７はドラム３上に照射される。ドラム３上でのスポット径は６００ｄｐｉの１画素＝４２．３μｍよりも若干大きい５５μｍ程度のスポットサイズでドラム３上に結像し、画像部を先に述べたように、−１５０Ｖ程度に除電して、静電潜像を形成する。

本発明に係る現像器の一実施例を図１３に示す。この実施例において、現像器１は、図中矢印ａ方向に回転する感光ドラム３上に形成された静電潜像を現像し、可視像（トナー像）とするものである。

本実施例で、現像剤供給部材としての現像ローラ５０、即ち、現像スリーブ５０は、基体として直径１６ｍｍのアルミニウムスリーブを用い、その表面に定形のガラスビーズ（＃６００）によるブラスト処理を施して、表面粗さＲｚが約３μｍとしたものを用いた。

弾性規制部材としての弾性ブレード５１は、現像スリーブ５０に圧接して当接されており、圧接下にこれらの間に侵入したトナーＴを現像スリーブ５０上に塗布して、トナーＴの薄層を形成させる。弾性ブレード５１は、例えばシリコーン、ウレタン等のゴム部材（ＪＩＳＡに規定の硬度が４０°〜９０°）にて形成されており、弾性ブレード５１の現像スリーブ５０と対向した面の一部が面接触で当接して、現像スリーブ５０を圧接している。

本発明における弾性ブレード５１の現像スリーブ５０への当接圧は、現像スリーブ５０の母線方向の線圧で５〜２００ｇ／ｃｍが好ましく、本実施例では弾性ブレード５１として硬度６５°、厚み１．２ｍｍのウレタンゴム製のブレードを使用し、これを５０ｇ／ｃｍの圧接圧（線圧）で現像スリーブ５０に当接した。

尚、線圧の測定方法は、上述したと同じに、摩擦係数の既知の薄板を三枚重ねにして弾性ブレード５１と現像スリーブ５０との当接部に挿入し、中央の薄板をばね秤で引き抜き、そのときの引き抜き力と、摩擦係数から換算し、線圧とした。

本実施例にて使用される非磁性トナーＴは、非磁性一成分現像剤として使用されるもので、スチレン樹脂やアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂等の各種熱可塑性樹脂中に、カーボン等の顔料を分散してなっている。本実施例では、トナーＴとして、スチレン／アクリル樹脂とスチレン・ブタジエン樹脂の共重合体及び顔料からなる平均粒径８μｍのトナー粉体に、コロイダルシルカ１．０％を外添したものを用いた。

次に、現像剤供給剥離手段としての供給ローラ５５は、現像スリーブ５０上に残存したトナーＴの剥ぎ取り及び新たなトナーＴの供給を行う。本実施例で、供給ローラ５５としては、金属の芯金５５ａを支軸とし、その外側にシリコンゴム、ＥＰＯＭゴム、ＣＲゴム等の、しかもその気泡部の壁面が隣り合う気泡部と連通している、単泡性の発泡体をローラ状に形成したものを用いた。又、供給ローラ５５の表面は、現像スリーブ５０に圧接した状態で現像スリーブ５０の回転と同方向の図中矢印ｃ方向に回転駆動される。現像スリーブ５０と供給ローラ５５との摩擦によって、トナーは荷電され、現像に共される状態となる。

本発明者らは、ゴム硬度の最適範囲を調べるために以下の実験を行なった。ゴム硬度（アスカーＣ）が１５°のシリコンゴム発泡体を用い、外径５ｍｍの金属芯体５５ａに肉厚５ｍｍでローラ状に被覆した外径１５ｍｍの供給ローラ６を製作し、現像器１内に組み込んだ。他の条件は感光ドラム３上の静電潜像の表面電位を、暗部−６００Ｖ、明部−１５０Ｖとし、感光ドラム３と現像スリーブ５０との間に印加する現像バイアスを周波数１８００Ｈｚ、ピーク・ピーク電圧１２００Ｖの交流電圧に−２５０Ｖの直流電圧を重畳させたものとし、更に感光ドラム３のプロセススピード（周速）５０ｍｍ／ｓに対し、現像スリーブ５０の周速を７０ｍｍ／ｓとし、スリーブ５０と感光ドラム３との間の空隙を約２５０μｍに設定した。

又、レーザを制御する画像信号制御部の詳細構成をについては実施例１と同様である。

次に、本実施例で実施したトナー残量検知方法について説明する。図１２に示すように、本実施例では、各画像形成部Ｓａ〜Ｓｄにおいて、各感光ドラム３にその回転方向で現像器１の下流にて対向する位置に、実施例１にて使用したものと同様の、図７に示す濃度センサである反射濃度センサのパッチセンサ４０を設ける。パッチセンサ４０は、感光ドラム３上に形成された所定濃度のパッチパターン濃度を測定する。又、高度濃度検知に関しては、実施例１と同様に、ゴーストパッチを感光ドラム３上に形成し、そのゴースト濃度を検知する。

本実施例は、一成分現像の弾性ブレード系におけるポジティブゴースト、即ち、べた部の後に形成されたハーフトーン画像では、濃度が濃くなる現象を利用して、ゴーストパッチとして、高濃度部（べた部）に引き続き中間調濃度部（ハーフトーン部）を有する中間調濃度検知用現像を形成して、トナー残量が減少した際に、このゴーストパッチに発生するゴーストによる濃度差が大きくなることを用いる。

この現象は、べた部において現像剤を消費したした後は、現像スリーブ５０上のトナー帯電量において、べた部の下流の非画像部にて現像剤を消費しない部分に現像スリーブ５０が接触している時にトナー帯電量がチャージアップする。そして、現像スリーブ５０表面と鏡映力によりトナーは、現像スリーブ５０に吸着され、感光ドラム３に飛翔しにくくなり、その後に続くハーフトーン部の濃度が薄くなる。従って、べた部分においてトナーを多く消費すると、引き続くハーフトーン部先端で画像濃度が高くなる。そして、ハーフトーン部の先端で現像スリーブ５０の一周分より後に形成される部分の予め設定されたハーフトーン濃度との間に濃度差が現れる。この濃度差がゴースト濃度である。

尚、このゴーストパッチも、図２にて説明したパターンジェネレータ７６に保持された画像データに基づいて形成される。

ここで図１４に、本実施例において、感光ドラム３上に形成するゴーストパッチパターンの例を示す。ゴーストパッチパターンはレーザビーム７で感光ドラム３上に形成し、最初がべた黒Ｃで現像スリーブ５０のピッチ分はなれて続いてハーフトーン画像Ｄが形成される。ドラム３上のり量としては、べたＣが約０．５ｍｇ／ｃｍ²で、ハーフトーンＤのの部分が約０．２５ｍｇ／ｃｍ²である。結果としては、現像後はハーフトーンＤ部のうち先に形成されるスリーブ５０の１周分が濃くなる（Ｅ部）、その後はもともと形成しようとした通常のハーフトーン濃度Ｆである。ここでＥ部を測定した後、スリーブ５０の１周後のＦ部の濃度をパッチセンサ４０で検知する。このＥ部とＦ部の濃度差をゴースト濃度とする。

図１４に示すゴーストパッチＤでは、感光ドラム３上トナーのり量は、Ｅ部で０．５ｍｇ／ｃｍ²であり、下流のＦ部のゴーストパッチは、濃度０．２５ｍｇ／ｃｍ²である。このように、ゴースト現象の結果として、スリーブ５０の１周分後の部分Ｅ領域は濃度が高くなる。図１５にトナーＣＲＧ内のトナー残量とゴースト濃度の関係を示す。このように、おおよそゴースト濃度はトナー残量に対して相関があり、トナー量が４０ｇより減るとゴースト濃度が高くなる。

本実施例は、この現象を利用して従来、トナー交換時期を検知するのに現像器内に圧電式センサ等が必要であったのに対して、ゴーストパッチと通常パッチ濃度を認識することで、現像剤量を検知する画像形成装置において、ゴーストパッチによりトナー残量が少ないことを検知することによって、現像の環境特性等のほかの要因によるトナー残量低下を誤検知することなく、トナー残量検知を確実にできる。即ち、トナー残量に対する検知精度を格段に向上させることができた。本実施例では、残検点灯する感光ドラム３上トナーのり量は、０．３７ｍｇ／ｃｍ²で、そのときのボトル（不図示）残量は２０ｇであるように設定した。本実施例では用いなかったが、これにビデオカウント値を併用しても良い。

尚、実施例１、２に説明した、通常パッチ検知制御を行うタイミングについては、感光ドラムの電位、トナーの帯電状態等が時刻で異なることが多いため、間隔を画像形成装置電源投入時と２０００枚毎にした。このようにすることにより、感光ドラムの電位状態が比較的安定し、現像コントラストが一定に維持できるため、通常パッチ濃度の誤差もなくなり、更に誤検知の頻度が少なくなる。このようにユーザにとってよりユーザビリティ、画質、濃度を満足させることができた。

以上説明したように、このような構成にすることで、一成分現像方式を採用した画像形成装置においても、現像器ないしは補給トナー容器であるトナーボトル等に残検センサを有さず低コストで、トナー残量検知を正確に行うことができる画像形成装置を提供することができた。

実施例３
本発明に係る実施例３について説明する。本実施例では、現像におけるゴースト濃度に対して更に誤差因子を減らすため、ゴーストパッチをアナログパッチとして形成した方が好ましい。デジタルパッチは感光体の感度の影響を受けるため、感光体の感度ばらつきをうけ、電位がばらつく、これは耐久による感光体の感度変化をうけるので電位ばらつきはさ更に増える。これに対してアナログパッチは露光による感光体のゴーストや上記露光によって生じる変動がなくなり、本来の現像のゴースト濃度を精度よく検出するようにした。つまり、パッチ形成法を改良したことを特徴とする。

又、デジタルパッチに比べて、アナログパッチの方がＴ／Ｄ比がアップした際のゴーストパッチ形成において、潜像担持体として感光ベルトを用いた場合等の比較的静電潜像担持体一周分が長い場合に有効である。これは感光ドラムに対して感光ベルトはベルトの配回を工夫することで周長を長くとれるので、アナログパッチのように周長を要する場合においても構成上有利である。デジタルパッチは露光で行うがアナログパッチは帯電や現像の高圧で変化させるため、その高圧の立ち上がりで長くなってしまうのである。

本実施例では、ゴーストパッチを形成するとき、図１６に示すような、感光ベルト１０３である像担持体の表面電位を、デジタルによる画像形成時の−６００Ｖより（−電位を）下げて、例えば−１００Ｖにして、現像バイアスのＤＣ成分をデジタルによる画像形成時の−５００Ｖに対して−３００Ｖにする。これはレーザ（ないしはＬＥＤ）光７によるビデオ信号では、感光ベルト１０３の感度やレーザのロット、光学系等により若干変化するため、パッチ形成時は比較的電位の安定するフル点灯電位にして現像バイアスを合わせる方がより現像コントラストの精度が上がり、有利であるからである。

特に、電位センサレスの画像形成装置においては上記誤差要因が大きいため、アナログパッチは有効である。現像バイアスを変化させる場合は制御信号に対して高圧の応答性が光（レーザ光）とくらべ比較的遅いためにパッチの長さとしては幾分長くなるため前述のように感光ベルトを用いた画像形成装置に対して本方式は特に好ましい。

本実施例では、感光ベルトを使用する画像形成装置として、図１６に簡便のためモノクロ現像器を示すが、４色備えたフルカラー機でもよい。次に本実施例の画像形成装置について説明する。

図１６に示す本実施例の画像形成装置は、感光ベルト１０３を用い、キヤリアとトナーを含む二成分現像剤を用いた画像形成装置である。

静電潜像担持体として、ベルト状の像担持体（感光ベルト）１０３であるＯＰＣベルト感光体を用い、図中矢印Ａ方向に移動する。この感光ベルト１０３は、通常画像形成時には、一次帯電器４により、例えば−６００Ｖ（暗部電位）に一様帯電された後、画像信号に対応した画像露光７がなされる。

画像露光７は６００ｄｐｉのＬＥＤ７ａにより実行され、その波長は６８０ｎｍである。ＬＥＤ７ａにより発せられた画像露光７は結像レンズ７ｂを経た後、感光ベルト１０３に照射され、その露光部の表面電位を画像信号レベルに応じて減衰させることにより、静電潜像を形成する。この時、潜像が形成された感光ベルト１０３の表面電位は、例えば最大濃度部で−１００Ｖとなる。

潜像は、負に帯電した黒トナーとフェライト等の磁性粒子を含む二成分現像剤を用いた黒現像器１により現像される。現像器１においては、２０００Ｈｚ、１５００Ｖｐｐの交流電圧に−５００Ｖの直流電圧（Ｖｄｃ）を重畳したバイアス電圧を印加することにより、静電潜像を反転現像する。

尚、本実施例の露光装置７ａとしては、ＬＥＤのみでなく半導体レーザ素子等も使用可能である。このようにして、感光ベルト１０３上に現像像（トナー像）が形成される。次いで、不図示の帯電器によってトナー像に対してＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧が印加されることにより、トナートリボが最適化される。そして、トナー像は、転写帯電器９により記録紙等の転写材Ｐに転写され、転写材Ｐは分離帯電器９ａによる帯電、及び感光ベルト１０３のベルトの曲率により、感光ベルト１０３から剥離される。

そして定着器１１に搬送されて定着された後、機外へ排出される。一方、感光ベルト１０３はクリーニング器６によって残留トナーが除去された後、次の画像形成プロセスに供される。

次に、本実施例で実施したゴーストパッチの形成方法について説明する。感光ベルト１０３回転方向で現像器１の下流で、それに対向する位置に濃度センサである反射濃度センサ４０を設ける。反射濃度センサ（濃度センサ）４０は、実施例１と同様に、感光ベルト１０３上に形成された所定濃度のパッチパターン濃度を測定する。

本実施例において感光体１０３上に形成するパッチパターンは、実施例１と同様の図８（ａ）に示すように白地とそれに引き続くハーフトーンの２段階の階調パターンである。パッチ濃度は、０．２５ｍｇ／ｃｍ²であり、先端部の濃い部分とその下流部の濃度差がゴースト濃度である。

本実施例の特徴は、前述のように、現像コントラストをより正確に安定的に数値制御するためにゴーストパッチ形成法を改良したことを特徴とする。本方式はゴーストパッチを感光ベルト１０３に形成する際に帯電電位を−１００Ｖにして、現像バイアスのＤＣ成分を−２００Ｖにする。

これはレーザ（ないしはＬＥＤ）光７によるビデオ信号で制御する場合、感光ベルト１０３の感度、耐久、レーザのロット、光学系等により若干変化するためと、又、電位センサ等を使わないと現像コントラストの数値の把握がしづらいためである。本実施例では、電位センサレスであり、このような系においてアナログパッチは有利である。

上述した画像露光７を行うレーザを制御する画像信号制御部については実施例１と同様にした。

以上説明したように実施例３によれば、パッチ形成をアナログとしたため、ゴーストパッチのみの検知にもかかわらず、現像器内のＴ／Ｄ比を適正な範囲に制御でき、結果としては飛散、かぶり等がなく、濃度が安定し、それにともない階調補正の精度も向上させることができ、従って画像形成装置における画質、階調性の安定性を向上させることができた。

本特許のパッチ検知制御を行うタイミングについては、本実施例では、ビデオカウント値である総画像比率に応じたものとした。ここではＡ４サイズ紙でべた１０枚分に相当する画像比率になる画像比率情報になった際にゴーストパッチを感光ドラムや感光ベルト等の感光体上に形成した。尚、表面にパッチを形成する像担持体としては、他に中間転写体、転写ローラ等が使用され、それらに濃度センサであるパッチセンサを対向させて、濃度検知する方法もある。

尚、画像形成回数（印刷枚数）情報でゴーストパッチを形成するときは、例えば画像比率が低い画像を多くとっても、実質上現像器１内のＴ／Ｄ比の変化は少ない。そこで、この場合は、ゴーストパッチによって生じるトナー消費量低減のため、印刷枚数ではなくトナーの消費量によって、つまり所定量のトナーを消費する毎に、ゴーストパッチによるＴ／Ｄ比管理を行ったほうが好適である。

このように、ゴーストパッチ形成方法や形成タイミングを調整することで、ユーザにとって、より画質、濃度を満足させることが可能となる。

以上説明したように、このような構成にすることで、二成分現像器の現像剤濃度をＡＴＲセンサを有さず低コストで検知でき、飛散、かぶりを防止することができた。

ここで、パッチを形成する濃度検知用静電潜像手段は、ここでは、画像信号処理部における、画像信号の２値化処理部に接続されたパターンジェネレータの作用にて形成されたが、濃度検知用静電潜像手段としては、潜像担持体にパッチの静電潜像が形成されれば他の手段でもよい。

そして、以上に説明した画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る画像信号処理部の一例を示すブロック図である。 本発明に係る現像器の一例を示す概略構成図である。 ゴースト現象を示す説明図である。 ゴースト現象を示す説明図である。 本発明の実施例１における濃度差と現像剤量の関係を示すグラフである。 本発明に係る濃度センサの一例を示す概略構成図である。 本発明に係る中間調濃度部を含む参照トナー像の一例（図８（ａ））及び他の例（図８（ｂ））を示す説明図である。 本発明の実施例１における現像器現像剤量と飛散トナー量との関係を示すグラフである。 現像器現像剤量による画像濃度と現像コントラストの比較を示すグラフである。 Ｔ／Ｄ比とその参照トナー像によるＴ／Ｄ比感度を示すグラフである。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像器の他の例を示す概略構成図である。 本発明に係る中間調濃度部を含む参照トナー像の他の例を示す図である。 本発明の実施例２における中間調濃度部を含む参照トナー像における濃度差と現像器現像剤残量との関係を示すグラフである。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。 従来の現像器の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 現像器
３ 感光ドラム（潜像担持体、像担持体）
７ レーザ光（画像露光）
７ａ レーザビームスキャナ、ＬＥＤ（露光手段、潜像形成手段）
４０ パッチセンサ（濃度センサ）
５０ 現像スリーブ（現像剤供給部材）
５５ 現像剤供給ローラ
７６ パターンジェネレータ（濃度検知用静電潜像形成手段）
１０３ 感光ベルト（潜像担持体、像担持体）

Claims (7)

1. 像担持体上に形成された静電像を少なくともトナーを含む現像剤にて現像する現像器と、該現像器にて得られた参照トナー像の濃度を検知する濃度センサと、を有するトナー濃度検出装置において、
   所定濃度の参照トナー像の形成に引き続いて中間調濃度の参照トナー像を形成し、該中間調濃度の参照トナー像の濃度出力を用いて前記現像器内のトナー濃度を検出することを特徴とするトナー濃度検出装置。
2. 前記中間調濃度の参照トナー像において生じた濃度差を用いて前記現像器内のトナー濃度を検出することを特徴とする請求項１のトナー濃度検出装置。
3. 前記現像器は前記像担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材を有し、前記現像剤供給部材の回転周期中に生じた前記濃度差を用いて前記現像器内のトナー濃度を検出することを特徴とする請求項２のトナー濃度検出装置。
4. 前記所定濃度の参照トナー像は濃度が略均一なトナー像であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかのトナー濃度検出装置。
5. 前記現像器へトナーを補給するトナー容器を有し、前記現像器内のトナー濃度検知には前記トナー容器内のトナー残量検知を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかのトナー濃度検出装置。
6. 現像剤はトナーとキャリアを含み、前記現像器内のトナー濃度とは現像剤に含まれるトナーの比率であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかのトナー濃度検出装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかのトナー残量検出装置を有し、前記トナー残量検出装置にて得られたトナー濃度に基づいて前記現像器内のトナー濃度を制御することを特徴とする画像形成装置。

Images