JP3014732B2

JP3014732B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3014732B2
Application number: JP24832390A
Authority: JP
Inventors: 浩司林
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JPH04125671A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子写真方式や静電記録方式等の複写機、
ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来より、現像特性の良否を判断する指標として現像
γ（ガンマ）と呼ばれる指標が知られている。一般に、
現像ポテンシャルΔＶ（像担持体である感光体の帯電電
位V_Sから現像ローラへ印加する現像バイアスV_Bを引いた
値：ΔＶ＝V_S−V_B）とその現像ポテンシャルに対する感
光体上のトナー付着量との関係をグラフに表すと第２図
に示すように直線Ｉ、II、III等のようになる。これら
の直線の傾き、即ち、現像ポテンシャルに対するトナー
付着量の傾きが現像γと呼ばれるものである。

そして、この現像γは、主に現像剤のトナー濃度に左
右されて上記直線Ｉ、II、III等のように変化する。同
図の第２象限は感光体上のトナー付着量と感光体上の現
像像の光学濃度を検出する光検出素子の出力の対数変換
値（具体的には、感光体上の現像像からの反射光による
光検出素子の出力電圧V_SPと、感光体の地肌部からの反
射光による光検出素子出力電圧V_SGとの比V_SP/V_SGの対数
変換値）との関係を示している。

よって、現像γが経験的に理想的と思われるものに維
持されるように、現像剤のトナー濃度を制御すべく、感
光体上の所定の基準潜像を現像剤で現像して測定用可視
像を形成し、そのトナー付着量を検出して、この検出出
力に基づいてトナー補給を制御するものが知られてい
る。

例えば、狙いとする理想的な現像γ（理想的な現像特
性における現像γ）が上記直線Ｉで、基準潜像の電位V
_SPをV_SP＝−500ボルト、基準潜像の現像バイアス値V_BP
をV_BP＝−250ボルトに設定し、これにより、基準潜像を
現像するときの現像ポテンシャル（以下、基準潜像の現
像ポテンシャルという）ΔV_P＝−（V_SP−V_BP）が、ΔV_P
＝250ボルトのＡ点に設定されているとすると、現像γ
が理想状態にあるときは、測定用可視像のトナー付着量
はM_Aになるはずであり、又、光検出素子の対数は、K₁と
なるはずである。

そこで、この光検出素子の対数K₁を制御基準値とし
て、測定用可視像の光検出素子出力の対数変換値がこの
制御基準値K₁より大きい場合に、現像装置に付属してい
るトナーホッパ内の補給用トナーを一定量又は光検出素
子出力から求められた測定用可視像のトナー付着量と所
望の値である基準付着量M_Aとの差に比例した量だけ現像
室内に補給して、現像剤のトナー濃度を高め、これによ
り、測定用可視像へのトナー付着量が基準付着量M_Aとな
るように制御する。この場合、光検出素子は対数変換さ
れた後に制御基準値K₁と比較されている。第３図及び第
４図に示すように、光検出素子出力を対数変換すると、
感光体上のトナー付着量との関係が直線的になる。よっ
て、光検出素子出力に応じてトナー補給をするに当って
の測定用可視像のトナー付着量が一定になるように、ト
ナー補給を行なえば、理想的な現像γを得るトナー濃度
を維持することが出来る。

又、通常は理想的な現像γ Iになるように制御するの
であるが、使用者の好み等により、より高濃度の画像や
低濃度の画像を得る現像γになるように、現像剤のトナ
ー濃度を変化させるべく上記基準潜像の現像ポテンシャ
ル設定値を変更可能にしたものが知られている。

例えば、より画像濃度の高い画像品質を要求する場合
には、基準潜像の現像バイアスを例えばV_BP＝−250ボル
トから−320ボルトへと変更し、これにより、基準潜像
の現像ポテンシャルΔＶを、ΔＶ＝250ボルトから180ボ
ルト（第２図のＢ点）へと変更する。このとき、現像γ
が直線Ｉの状態であると、付着量がM_AからM_A″へと少な
くなるために、前述した制御基準値K₁のトナー補給制御
によって、測定用可視像のトナー付着量がM_A″からM_Aと
なるようにトナーが補給され、これにより、現像γはＩ
からIIIへと制御される。

更に、画像形成装置の現像装置においては、ホッパー
等の補給用トナー貯蔵部から、適宜現像室にトナーを補
給しており、この補給用トナーが無くなったトナーエン
ド時に、報知手段を駆動してトナーの補充を促すため、
補給用トナーの有無を検知する手段を設けているが、こ
の補給用トナーの有無を検知する手段として、トナー貯
蔵部に専用の圧電センサー等を設けたりすることによる
コストアップを回避するために、上記測定用可視像のト
ナー付着量の検出出力を用いて、補給用トナーの有無の
検知（以下、この検知をトナーエンド検知という）を行
なう画像形成装置も知られている。

補給用トナーが周知のトナー補給機構により、適宜現
像室内に補給されているうちは、現像γは所定の変動範
囲内に有り、上記測定用可視像のトナー付着量も所定の
範囲内に収まるが、トナーエンド時には、トナー補給動
作を実行しても、現像室内にトナーが補給されずに現像
室内のトナーの量が少なくなっていき、現像γが所定の
変動範囲を越えて、例えば直線IIの状態へと変化する。
このとき、光検出素子出力の対数変換値は、K₁からK₂へ
と変化する。これを利用して、トナーエンド時の現像γ
IIにおける測定用可視像のトナー付着量の検出出力K₂
を検知基準値として、測定用可視像のトナー付着量の検
出出力がこれ以上となったことにより、トナーエンドを
検知するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、使用者の好み等により、基準潜像の現像ポ
テンシャルを変更する制御と、測定用可視像のトナー付
着量の検出出力を用いたトナーエンド検知とを単に併用
すると、トナーエンドの誤検知が発生することが有ると
いう問題点を発見した。

この原因を検討した結果以下の事実が判明した。

例えば、使用者の好み等により、基準潜像の現像ポテ
ンシャルをＢ点で制御するように変更した場合、トナー
エンドを判断するための検知基準値は、K₂のままである
ので、コピー継続により現像室内のトナーが使用され
て、現像γ IIに到達する以前である現像γ IVの段階で
トナーエンドと判断する。この現像γ IVでは、トナー
ホッパー内にトナーがまだ残っており、トナーエンドの
誤検知になってしまう。

又、測定用可視像のトナー付着量の検出出力を用いた
トナー補給の制御と、使用者の好み等により、基準潜像
の現像ポテンシャルを変更する制御とを単に併用する
と、光検出素子の出力値（又は、これに基づいてもとめ
られるトナー付着量）とトナー補給制御の制御基準値
（又は、制御基準トナー付着量）との差に比例して、ト
ナー補給量を制御するものにおいては、基準潜像の現像
ポテンシャルによって現像特性（特に、現像γ）が変化
するために、トナー補給量が適正量より少な過ぎてトナ
ー補給が追いつかずに画像濃度が薄くなったり、逆にト
ナー補給量が適正量より多過ぎて画像濃度が高くなりす
ぎることがあるという問題点を発見した。

この原因を検討した結果以下の事実が判明した。

例えば第５図及び第６図に示すような特性を有する画
像形成装置について説明する。

ここで、第５図は第２図と同様に基準潜像の現像ポテ
ンシャルΔV_Pと測定用可視像のトナー付着量M/Aとの関
係を示したものであり、感光体上へのトナー付着が生じ
る最小の現像ポテンシャルである現像開始電圧V_Kは、約
マイナス15Vである。又、第６図は現像剤のトナー濃度
（Tc）〔重量（wt）％〕と現像γとの関係を示したもの
であり、この例では、（現像γ）＝0.613＋0.345・Tc ……（１）の関係が有る。

第５図において、理想的な現像γ Iを制御の狙いにし
て基準潜像の現像ポテンシャルをΔV_P＝250V,測定可視
像のトナー付着量0.45〔mg/cm²〕に対応する制御基準値
でトナー補給を制御しているときに、同じ現像ポテンシ
ャルΔV_P＝250Vでの測定可視像のトナー付着量が0.05
〔mg/cm²〕だけ減少したときの現像γをＩ′とすると、
これらの現像γの値は夫々、1.70×10^-3〔mg/（cm²・
Ｖ）〕、1.51×10^-3〔mg/cm²・Ｖ）〕になる。この現像
γ I′を現像γ Iに回復させるために必要なトナー濃度
の変化量ΔTcは、第６図の関係（１）より0.55〔wt％〕
であり、現像剤の総量が１〔kg〕とすると5.5gのトナー
の補給が必要である。

今、使用者の好みによって、基準潜像の現像ポテンシ
ャルをΔV_P＝200Vに変更設定したときの制御の狙いとす
る現像γをIIIとし（制御基準値は測定用可視像のトナ
ー付着量0.45〔mg/cm²〕に対応するもののまま）、同じ
現像ポテンシャルΔV_P＝200Vでの測定可視像のトナー付
着量が0.05〔mg/cm²〕だけ減少したときの現像γをII
I′とすると、これらの現像γの値は夫々、2.09×10^-3
〔mg/（cm²・Ｖ）〕、1.86×10^-3〔mg/（cm²・Ｖ）〕に
なる。この現像γ III′を現像γ IIIに回復させるため
に必要なトナー濃度の変化量ΔTcは、第６図の関係
（１）より0.67〔wt％〕であり、現像剤の総量が１〔k
g〕とすると6.7gのトナーの補給が必要である。

又、使用者の好みによって、基準潜像の現像ポテンシ
ャルをΔV_P＝300Vに変更設定したときの制御の狙いとす
る現像γを現像γ Vとし（制御基準値は測定用可視像の
トナー付着量0.45〔mg/cm²〕に対応するもののまま）、
同じ現像ポテンシャルΔV_P＝300Vでの測定可視像のトナ
ー付着量が0.05〔mg/cm²〕だけ減少したときの現像γを
Ｖ′とすると、これらの現像γの値は夫々、1.43×10^-3
〔mg/（cm²・Ｖ）〕、1.27×10^-3〔mg/（cm²・Ｖ）〕に
なる。この現像γ V′を現像γ Vに回復させるために必
要なトナー濃度の変化量ΔTcは、第６図の関係（１）よ
り0.46〔wt％〕であり、現像剤の総量が１〔kg〕とする
と4.6gのトナーの補給が必要である。

以上のように、現像γ I′、III′、Ｖ′のように測
定用可視像のトナー付着量が制御基準に対応するトナー
付着量から同量だけずれている場合でも、狙いの現像γ
（夫々、Ｉ、III、Ｖ）に回復させるために必要なトナ
ー補給量は、狙いの現像γによって異なってくる。

ところが、従来のトナー補給は、そのときの狙いとす
る現像γによらず、測定用可視像のトナー付着量の検出
結果と制御基準とを用いて、現像γ Iに回復させるため
に必要なトナー補給量を演算で求めて補給しているの
で、測定用可視像のトナー付着量が同じであれば、同一
のトナー補給量になっていた。例えば、上記の場合は、
現像γ I′をＩに回復させるときのみならず、現像γ I
II′をIIIに回復させるときや現像γ V′をＶに回復さ
せるときも、現像剤の総量が１〔kg〕とすると5.5gのト
ナー補給量になっていた。

従って、例えば現像γ III′からIIIに回復させる為
には、このトナー補給量5.5gは上記の適正量6.7gより少
な過ぎてトナー補給が追いつかずに画像濃度が薄くな
り、逆に現像γ V′からＶに回復させる為には、このト
ナー補給量5.5gは上記の適正量4.6gより多すぎて画像濃
度が高くなりすぎる本発明は、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、その第１の目的は、上記基準潜像
の現像ポテンシャルを変更した場合にも、正確なトナー
エンド検知を行なうことが出来る画像形成装置を提供す
ることであり、その第２の目的は、上記基準潜像の現像
ポテンシャルを変更した場合にも、適正な量のトナーを
補給することが出来る画像形成装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために請求項１に記載の発
明は、感光体上に所定の基準潜像を形成する手段と、該基準潜像を現像装置で現像して形成した測定用可視
像のトナー付着量を検出する検出手段と、該基準潜像を現像するときの現像ポテンシャル設定値
を変更する現像ポテンシャル変更手段と、変更後の該現像ポテンシャル設定値と該検出手段によ
る検出値とを用いて、現像装置の補給用トナーの有無を
判別する判別手段とを設けたことを特徴とするものであ
り、上記第２の目的を達成するために請求項３記載の発明
は、像担持体上に、基準濃度パターンを用いて上記基準潜
像を形成し、該基準潜像を現像して形成した測定用可視
像のトナー付着量を光検出素子からなる上記検出手段で
検出し、この光検出素子からの出力に基づいて現像装置
のトナー補給を行なう画像形成装置において、標準現像特性において標準現像ポテンシャルで該基準
潜像を現像して得られる像のトナー付着量に対応する基
準値と上記検出値とを比較して現像装置のトナー補給の
要否を判別する判別手段と、上記検出値と上記変更後の現像ポテンシャル設定値と
を用いて現像γを演算する現像γ演算手段と、該標準現像特性における現像γと該現像γ演算手段に
よって求められた現像γとの差に補正後の上記補給係数
を掛けて、現像装置のトナー補給量を求める補給量演算
手段とを設けたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、演算手段が変更後の現像ポテ
ンシャル設定値と検出手段による検出値とから、変更後
の現像ポテンシャル設定値に応じた狙いの現像γにする
為のトナー補給量を演算するものである。

〔実施例〕

この発明の一実施例を説明する。

第７図は、本発明の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７図において、原稿照射用光源であるハロゲンラン
プ１からの光は、コンタクトガラス２上の原稿２に当っ
て反射し、第１ミラー４、第２ミラー５、第３ミラー
６、レンズ７、第４ミラー８、第５ミラー９、第６ミラ
ー10及び防塵ガラス11を順に通って、感光体である感光
体ドラム20上に結像される。防塵ガラス11は、浮遊物が
光学系に入らないように設けられているものである。
尚、本複写機には、最大200％から最小50％まで、１％
ごとのズーム変倍機能が備えられている。又、図示しな
い光ファイバーを用いて原稿の地肌濃度を検出し、それ
に基づいて原稿の静電潜像を現像するときの現像バイア
スを補正することにより、地肌汚れの無い画像を得るこ
とが出来るようにした自動濃度調整システムが設けられ
ている。

感光体ドラム20の廻りには、帯電器21、イレーサ22、
現像装置23、転写前除電ランプ24a、除電ランプ24b、転
写分離器25、クリーニング装置26等が配置されている。

帯電器21においては、暗中でチャージワイヤに高圧電
圧が印加されてコロナ放電が行なわれ、マイナス電荷
が、感光体ドラム20上に均一に帯電される。これによ
り、感光体ドラム20の電位は、マイナス800ボルトにな
る。

チャージワイヤと感光体ドラム20との間には、電位を
均一且つ一定に制御するためにグリッドが配置されてい
る。

イレーサ22は、帯電された感光体ドラム20に光を当て
て不要な電荷を消去し、クリーニングの容易化を図るも
のである。イレーサ22は、長尺状のLEDからなり、サイ
ドイレース及び先端イレースを行なっている。

現像装置23は、トナーが供給された磁気ブラシで感光
体ドラム20上の静電潜像を現像するものである。

転写前除電ランプ24a及び除電ランプ24bは両者共、メ
インモータのスタートと同時に点灯され、フィルタによ
り拡散されながら感光体ドラム20上の残留電荷を消去す
る光が照射されるようになっている。

転写分離器25は、レジストローラから送り出された転
写材であるペーパーを感光体ドラム20に密着させなが
ら、転写チャージャ25aでトナーをペーパーに転写させ
ると共に、分離チャージャ25bによって感光体ドラム20
からペーパーを分離させるものである。万一、分離が出
来なかった場合には、分離爪25cにより強制的に分離さ
せる。分離後のペーパーは搬送ベルト27により定着器28
側へ搬送される。

クリーニング装置26は、感光体ドラム20上の残留トナ
ーを掻き落すクリーニングブラシ26a及びクリーニング
ブレード26bを備えている。クリーニングブレード26b
は、左右の接触圧が均一化されるように、中央で一点支
持されている。クーニングブラシ26aは、感光体ドラム2
0と同一方向に回転されている。このクリーニングブラ
シ26aは、クリーニングブレード26bで、除去されにくい
紙片等の異物を除去する機能を有している。クリーニン
グブラシ26a及びクリーニングブレード26bにより掻き落
されたトナーは、トナー回収部に回収されるようになっ
ている。

定着器28は、搬送部から送られてきたペーパーに一定
の温度及び圧力を加えて、トナーをペーパー上に融着さ
せるものである。サーミスタによって温度が検知され、
ヒータの温度制御が行なわれている。

次に、現像装置23について詳述する。

現像装置23は、感光体ドラム20に対向する部分に開口
部を有した現像室である現像室30を有している。この現
像室30内の上記開口部近傍には、現像剤保持手段である
アルミニウム等からなる非磁性の外形30mmの円筒上の現
像ローラ31が、その周面が感光体ドラム表面とギャップ
0.75mmを置いて配置されている。この現像ローラ31の内
部には、図示しない複数の異なる磁極が交互に配置され
てなる現像磁石ローラが現像ローラ31の内周面から一定
の間隔を隔てて設けられており、この現像磁石ローラの
磁力によって現像ローラ31の表面上に約800ガウスの磁
力が形成され、磁性のキャリアとトナーとを含んでなる
磁気ブラシが形成されるようになっている。この磁気ブ
ラシは、現像ローラ31及び現像磁石ローラの少なくとも
一方が回転することにより矢印反時計方向に移動され
る。

尚、磁気ブラシを構成するキャリアとしては、平均粒
子径70μｍの樹脂コートキャリアが用いられている。

現像室30内の後部下方には、トナーとキャリアとから
なる二成分現像剤を収容する現像剤収容部になってお
り、この現像剤収容部には、撹拌ローラ32が配設されて
いて、現像剤であるトナーとキャリアとを撹拌して、ト
ナーに良好な摩擦帯電を生じさせると共に、上記現像ロ
ーラ31に現像剤を搬送できる構成となっている。

現像ローラ31の上部には、磁気ブラシの厚みを規制す
るアルミニウム等の非磁性金属からなるドクターブレー
ド33が配置されている。又、撹拌ローラ32の上方には、
ドクターブレード33によって規制された現像剤を現像室
30の後方に戻すセパレータ34が設けられている。

補給トナーの貯蔵部であるトナーホッパ35内のトナー
は、トナー補給バー36が回転することにより、トナー補
給ローラ37にふりかけられ、トナー補給ローラ37の回転
により、スリッター38を通って、現像室30に補給され
る。

上記現像ローラ31には、地汚れ防止と画像濃度調整の
ために現像バイアスが印加され、原稿の静電潜像を現像
するときの現像バイアス標準値は、マイナス200Vに設定
され（地肌部電位は、約マイナス40V）、上記の現像濃
度の検出に基づいて自動的に、又は、使用者によって手
動的に、変更できるようになっている。

次に、測定用可視像の形成及びそのトナー付着量の検
出について説明する。

第８図に示すように、コンタクトガラス２に載置され
る原稿３の先端より数cm先に、黒ベタの基準濃度パター
ン40が設けられている。そして、感光体ドラム20が回転
駆動されて帯電装置で一様に帯電された後に、露光装置
により基準濃度パターン40の像が露光され、次いで、原
稿３の像が露光されて静電潜像が形成される。そして、
感光体ドラム20の静電潜像は、現像装置23により現像さ
れ感光体ドラム20には第９図に示すような測定用可視像
である基準濃度パターン40による顕像（以下、パターン
顕像という）40aが形成される。

このパターン顕像40aのトナー付着量が、光学的な濃
度として光検出素子41により検出される。検出後のパタ
ーン顕像40aは、原稿３による顕像が転写装置により転
写紙に転写された後に、この残留トナーと共にクリーニ
ング装置でクリーニングされる。

このようなパターン顕像40aの濃度検出は、複写機の
電源投入後の第１回、第11回、第21回…というような10
回毎のコピーサイクルで行なわれ、これ以外のコピーサ
イクルにおいては、基準濃度パターン40による静電潜像
はイレーサ22で消去され、これにより、トナーの節約及
びクリーニング装置26のクリーニング負担の軽減が図ら
れている。

ここで、基準濃度パターン40による静電潜像の現像
は、上記の原稿潜像中の現像バイアスの変更後の設定値
に拘らず、所定の現像バイアス値で行なわれる。

次に、上記パターン顕像40aの濃度検出出力を用いた
トナーエンド検知及びトナー補給制御について説明す
る。

先ず、光検出素子41について説明する。

感光体ドラム表面に付着した単位面積当りのトナー付
着量と、それに対応する光検出素子41の出力の対数との
関係が、第４図に示すように直線性の関係になることが
特開平１−306874号公報に記載されている。ここでは、
光検出素子41としては、フォト・トランジスター、フォ
ト・ダイオードなどが使用されていて、これらの出力電
流を電圧変換した値を図の縦軸に取っている。

このような現像は、次のように解析できるとされてい
る。

発光素子からの照射光をI₀、受光素子への入射光をI_R
とすると、受光素子への入射光I_Rは、トナーからの反射
光I_RTとトナー間の隙間を通ってくる感光体ドラム表面
からの反射光I_RPとの和になる。

I_R＝I_RT＋I_RP （２）又、I_RT,I_RPは、単位面積当りのトナー付着量ｘの関
数であり、夫々次式で表されることが知られている。

I_RT（Ｘ）＝I₀R_T（１−ｅ^−δｘ）（３） I_RP（Ｘ）＝I₀R_Pe^−δεｘ（４） R_P:感光体反射率 R_T:トナー反射率 δ：トナー形状等による定数 ε：感光体に対する照射光及び受光素子の角度等に
よる定数 x:単位面積当りのトナー付着量（Mass/Area）黒トナーや磁性体を含むカラートナーは、R_T≒０であ
るから、 I_R（Ｘ）≒I₀R_Pe^−δεｘ（５）となる。

（５）式の両辺をI₀R_Pで割り、自然対数をとると、ln
（I_RMI₀R_P）＝−δεｘ又は、常用対数を取って、 log（I_R/I₀R_P）−δε（loge）ｘ（６） log＝0.43429… （７）（６）（及び（７））式には、受光素子への入射光の対
数がトナー付着量ｘに比例することを意味している。

一方、発明者等の研究の結果、磁性体を含まないカラ
ートナーに関しても、受光素子の角度を適切な値にする
ことにより、対応できる付着量範囲に制限は有るものの
近似的に、（６）（及び（７））式が成立することを発
見した。

良く設計されたフォト・トランジクター、フォト・ダ
イオードを用いた光検出素子41は、入射光に比例した出
力電流が得られるため、これを電圧変換した後に対数変
換を行なえば、トナー付着量に対して直線的に変化する
制御信号が得られる。

本実施例では、光検出素子41として、オムロン社製の
フォト・トランジスタで、発光部と反射光の受光部との
入射光の角度の差が26゜の素子を用い、この出力を用い
て、青色トナーのトナーエンド検知及びトナー補給制御
を行なうものである。

この光検出素子41の青色トナーの付着量に対する入出
力特性である付着量（M/A）〔mg/cm²〕に対する出力V_SP
との関係は、付着量（M/A）＝０〔mg/cm²〕のときの値
を基準とし（ここでは、感光体の非画像部の反射光量に
対する出力V_SGを基準とする）、且つ上記（６）式から
βを光検出素子41の検出特性である特性係数として、（V_SP/V_SG）＝EXP（−β×（M/A）） β＝−3.0〔mg/cm²〕と表すことが出来る。

これから、検出された出力値から計算される付着量
（M/A）_Ｄは、（M/A）_Ｄ＝−ln（V_SP/V_SG）／β で与えられる。ここで、（M/A）_ＤとV_SPは、共に基準濃
度パターンの現像ポテンシャルΔV_Pによって変わるの
で、共にΔV_Pの関数であるという意味で（M/A）_Ｄ＝（M
/A）_Ｄ（ΔV_P）、V_SP＝V_SP（ΔV_P）と表すことが出来
る。

尚、複写機などで実際に画像形成のために用いるトナ
ー付着量（M/A）の範囲は、原稿濃度に対して０〜１〔m
g/cm²〕の範囲であることが多く、現像剤の特性によっ
て、この０〜１〔mg/cm²〕の範囲で現像γが現像ポテン
シャルによって異なる現像特性を示すものもある。特に
トナー濃度が薄い場合には、第10図に示すように、トナ
ー付着量（M/A）が0.2よりも小さい低付着量領域では所
望の現像γに達しているにも拘らず、高付着量領域では
狙いの現像γに達していないことがある。従って、検出
対象である基準濃度パターンのトナー付着量（M/A）_Ｄ
（ΔV_P）は、0.2〔mg/cm²〕以上になるようにして検出
するのが好ましい。

次に、トナーエンド検知について説明する。

トナーエンド時の現像γ IIは、現像ポテンシャルΔ
Ｖの時の付着量（M/A）_T.E.＝（M/A）_Ｃ（ΔＶ）に対し
て、（M/A）_T.E.（ΔＶ）＝α（ΔＶ−V_K）〔mg/cm²〕 ……（８） α′＝1.24×10^-3〔mg/（cm²・Ｖ）〕 V_K′＝10〔Ｖ〕で与えられる。ここで、α′は現像γ IIの傾き（第２
図参照）、V_K′は現像開始電圧である。

通常の基準濃度パターンの現像ポテンシャルΔV_Pは、
250ボルトであるので、トナーエンド時の付着量（M/A）
は、（M/A）_T.E.（ΔV_P＝250）＝0.30〔mg/cm²〕であ
る。

そこで、従来は前述のように、この0.03〔mg/cm²〕を
基準濃度パターンの現像ポテンシャルΔV_Pに拘らず、検
知基準値K₂に対応するトナー付着量としてトナーエンド
検知をしていたので、ΔV_Pを変更設定したときにトナー
エンドの誤検知が発生していた。

そこで、このような、基準濃度パターン現像時の現像
バイアス設定値の変更（現像ポテンシャルの変更）に伴
うトナーエンド検知の誤検知を防止すべく、本実施例に
おいては、上記光検出素子41からの出力を変換した変換
値と、用いるトナーに対する光検出素子41の検出特性と
から求めた検出対象であるパターン顕像のトナー付着量
に対応する検出値と比較する検知基準値を、予め記憶さ
れているトナーエンド時の現像特性（現像γ II）と基
準濃度パターンを現像するときの現像バイアス設定値と
から求めるものである。

このために、上式（８）を基準パターンの現像ポテン
シャルΔV_Pで表した、（M/A）_T.E.（ΔV_P）＝α（ΔV_P−V_K）〔mg/cm²〕 ……（８）′ を演算式として用いて、変更設定後のΔV_Pでの現像γ I
Iにある現像剤のパターン顕像のトナー付着量を算出
し、これを検知基準値に対応するトナー付着量として用
いる。

次に、トナー補給制御について説明する。

通常の制御時の狙いの現像γ Iは、現像ポテンシャル
ΔＶの時の付着量（M/A）_Ｃ＝（M/A）_Ｃ（ΔＶ）に対し
て、（M/A）_Ｃ（ΔＶ）＝α（ΔＶ−V_K）〔mg/cm²〕 ……（９） α＝1.70×10^-3〔mg/（cm²・Ｖ）〕 V_K＝−10〔Ｖ〕である。ここで、αは狙いの現像γ Iの傾き（第２図参
照）、V_Kは現像開始電圧である。

通常の基準濃度パターンの現像ポテンシャルΔV_Pは、
250ボルトであるので、狙いとする付着量（M/A）は、
（M/A）_Ｃ（ΔV_P＝250）＝0.44〔mg/cm²〕である。

従来は前述のように、この0.44〔mg/cm²〕を制御基準
値K₁に対応するトナー付着量M_Aとして、基準濃度パター
ンの現像ポテンシャルΔV_Pに拘らず、これと検出したト
ナー付着量との差に比例した量だけトナーを補給してい
たので、ΔV_Pを変更設定したときに不適正なトナー補給
量になることが有った。

そこで、本実施例においては、このような、基準濃度
パターン現像時の現像バイアス値を変更した場合にも、
トナー補給制御において適切なトナー補給量を決定すべ
く、変更設定されたΔV_Pと上記光検出素子41からの出力
を変換した変換値と、用いるトナーに対する光検出素子
41の検出特性とから求めたパターン顕像40aのトナー付
着量（又は、現像特性）とを用いてトナー補給量を求め
るものである。

例えば、本実施例においては、第５図の関係（１）よ
り、狙いの現像γ（変更設定した現像ポテンシャルΔV_P
に対応する）から外れている場合に、狙いの現像γにす
るために必要なトナーの補給量M_Sは、となる。ここで、M_Tは現像器中の現像剤の総量〔ｇ〕、
Δγは狙いの現像γの値と検出の対象となっている現在
の現像γの値との差、M_Aはトナー補給要否を判別する制
御基準値K₂に対応するトナー付着量、V_Kbは狙いの現像
γでの現像開始電圧、V_Kb′は検出の対象となっている
現在の現像γでの現像開始電圧である。

現像開始電圧の変化は十分小さいので、V_Kb＝V_Kb′≡
V_Kとして、上式（10）は以下のように変形できる。

ここで、Ｋの式中の、ΔT_C/Δγは上式（１）より定
数0.345×10^-3、ΔV_POは通常制御における現像ポテンシ
ャルで定数250V、V_Kは上記の定義より定数であるので、
Ｋは定数になる。例えば、本実施例ではV_Kの値はマイナ
ス15Vであるから、M_Tを1000gとしたときのＫの値は約11
0になる。

この（11）式を演算式として記憶しておいて、パター
ン顕像の検出トナー付着量（M/A）_Ｄ（ΔV_P）とそのパ
ターン顕像形成時の現像ポテンシャルである変更設定値
ΔV_Pとからトナー補給量M_S〔ｇ〕を求めることが出来
る。

尚、上式（11）中の、現像開始電圧V_Kが無視できる場
合には、という演算式を用いても良い。

又、特に本実施例のように、１枚のコピー毎ではなく
所定枚数（10枚）毎にトナー濃度の検出をするものにお
いては、上式（11），（11）′で求まる、狙いの現像γ
にするために必要なトナーの補給量に、１枚のコピーで
通常消費されるトナー量M_SOを加算してトナー補給量を
定めることが好ましい。このときの演算式は例えば次式
のものになる。

尚、この（11）″は１枚のコピーにおけるトナー補給
でM_S〔ｇ〕を補給する場合の演算式であるが、所定枚数
（10枚）のコピーの間のトナー補給でM_S〔ｇ〕を補給す
るようにしても良い。

以上のトナー補給量によるトナー補給をパターン顕像
のトナー付着量（M/A）_Ｄ（ΔV_P）が、 M_A≧（M/A）_Ｄ（ΔV_P）＞０のときに実行する。

以上はトナー補給量M_S〔ｇ〕を顕像パターンのトナー
付着量の差に比例した形の演算式を用いたものである
が、現像γの差に比例した形の演算式を用いることもで
きる。例えば、上式（10）は次式のように変形できる。

ここで、K,ΔV_PO,V_Kb,V_Kb′は上式（11）中のものと
同じものである。

この式（12）中のM_A/ΔV_P−V_K、（M/A）_Ｄ（ΔV_P）／
ΔV_P−V_Kは夫々、狙いの現像γの値、検出の対象となっ
ている現在の現像γの値であるから、これらをα_ｂ、α
_ｂ′と表し、又V_Kb＝V_Kb′≡V_Kとすると、次式のように
表させる。

M_S〔ｇ〕＝Ｋ・（α_ｂ−α_ｂ′）・（ΔV_PO−V_K） ……（12）′ この式を演算式として用いる場合にも、現像開始電圧
V_Kが無視できるときには、上式からV_Kを省略することが
出来る。

又、特に本実施例のように、１枚のコピー毎ではなく
所定枚数（10枚）毎にトナー濃度の検出をするものにお
いては、上式（12）′で求まる、狙いの現像γにするた
めに必要なトナーの補給量に、１枚のコピーで通常消費
されるトナー量M_SOを加算して、トナー補給量を定める
ことが好ましい。

このときの演算式は例えば次式のものになる。

M_S〔ｇ〕＝Ｋ・〔（α_ｂ−α_ｂ′）・（ΔV_PO−V_K）＋M
_SO〕 ……（12）″ 尚、この（12）″は１枚のコピーにおけるトナー補給
でM_S〔ｇ〕を補給する場合の演算式であるが、所定枚数
（10枚）のコピーの間のトナー補給でM_S〔ｇ〕を補給す
るようにしても良い。

以上のトナー補給量によるトナー補給をパターン顕像
のトナー付着量（M/A）_Ｄ（ΔV_P）が、 M_A≧（M/A）_Ｄ（ΔV_P＞０且つ、ΔV_P≠V_K のときに実行する。

以上のような基準に基づきながら、段階的なトナー補
給量レベルを設定しても良い。

このようにトナー補給量を変化させるために、本実施
例においては、トナー補給部材である補給ローラの回転
駆動時間及び／又は回転速度（補給速度）を変化させ
る。

第１図は、以上のトナーエンド検知及びトナー補給制
御を行なうための電装部のブロック図である。

主制御部50は光検出素子41の出力信号及び現像バイア
ス電圧検出部51から現像バイアス電圧を読み込み、これ
らの情報と記憶部52からのデータとをもちいて、所定の
演算等を実行し、トナーエンド表示部53の点灯制御やト
ナー補給ローラ駆動部を制御する。この主制御部50は、
マイクロコンピュータを用いて構成されている。対数変
換部54は、光検出素子41で検出した感光体の地肌部分に
対応する出力電位V_SGと基準濃度パターンに対応する部
分の電位V_SPとの比を対数変換する。

以下、第11図乃至第13図に基づいて、動作を説明す
る。

コピーボタンが押下されてコピー動作が開始される
と、光検出素子41の出力を用いた、トナー補給制御及び
トナーエンド検知の制御フローが呼び出される。

先ず、第１ステップで、第12図に示すように、電源投
入時に１がセットされ、コピー動作毎にインクリメント
されるカウンター（CNT）の内容を、光検出素子41によ
るパターン顕像40aのトナー付着量検出間隔枚数である1
0で除算し、その“余り”を、このカウンターに格納す
る。

次に、第２ステップでカウンタの内容が１か否かを判
断し、１の場合には、第３ステップで基準濃度パターン
の作像と現像を行ない、第４ステップで光検出素子41に
よる現像されたパターンの反射濃度検出（V_SP,V_SGの読
み込み）及び基準濃度パターン現像時の現像バイアス値
V_BPの読み込みを行なう。

次に、第５ステップで読み込んだ上記現像バイアス値
V_BPを用いた現像ポテンシャルΔV_Pの演算、この現像ポ
テンシャルΔV_Pを用いたパターン顕像40aのトナー付着
量（M/A）_Ｄの演算、及びトナーエンド検知基準値の演
算（M/A）_T.E.（ΔV_P）を実行する（第11図中、（M/A）
_Ｄ（ΔV_P）をM_D（ΔV_P）、（M/A）_T.E.（ΔV_P）をＭ
_T.E.（ΔV_P）と略記する）。

次に、第６ステップでトナー補給の要否をパターン顕
像40aのトナー付着量（M/A）_Ｄがトナー補給制御基準値
M_A以下か否かで判断し、YESであれば、第７ステップで
トナー補給リクエストフラグをセットし、第８ステップ
で上述のようにして補給トナー量を演算して求めて、ト
ナーを補給する。尚、この演算結果である補給トナー量
は、パターン顕像40aの検出を行なわないコピーサイク
ルにおけるトナー補給のために、トナー補給量メモリに
書き込む。

次に、第９ステップでトナーエンドが否かをパターン
顕像40aのトナー付着量（M/A）_Ｄがトナーエンド検知基
準値（M/A）_T.E.（ΔV_P）以下か否かで判断し、YESの場
合は、第13図に示すトナーエンドサブルーチンを実行す
る。

第13図のトナーエンドサブルーチンでは、先ず、第11
ステップでトナーエンドフラグがセットされているか否
かを判断する。

トナーエンドフラグがセットされていなければ、第12
ステップでトナーエンドフラグをセットし、第13ステッ
プでトナーエンド検出後のコピー枚数を計数する第２カ
ウンタに１をセットして戻る。

トナーエンドフラグがセットされていれば、第14ステ
ップで第２カウンタの内容が５以上か否かを判断し、５
以上でなければ、第15ステップで第２カウンタをインク
リメントして戻り、５以上であれば、第16ステップでト
ナーエンド表示部を点灯駆動し、第17ステップで機械を
停止して複写機全体制御のメインフローにする。

トナーエンドサブルーチンを実行したら、第18ステッ
プでカウンタをインクリメントし、複写機全体制御のメ
インフローに戻る。

尚、第２ステップでカウンターが１でないと判断した
場合は、第19ステップでトナー補給リクエストフラグが
セットされているか否かを参照し、セットされていれ
ば、第20ステップで上記トナー補給量メモリに記憶され
ているデータを読み出してトナー補給を行ない、第21ス
テップでカウンターをインクリメントして、複写機全体
制御のメインフローに戻り、第19ステップでトナー補給
リクエストフラグがセットされていなかった場合は、そ
のまま、第22ステップでカウンターをインクリメントし
て、複写機全体制御のメインフローに戻る。

又、第６ステップでパターン顕像40aのトナー付着量
（M/A）_Ｄがトナー補給制御基準値M_A以下ではないと判
断したら、第23ステップでトナー補給リクエストをリセ
ットし、第24ステップでトナーエンドフラグをリセット
し、第25ステップでカウンタをインクリメントして、複
写機全体制御のメインフローに戻る。

更に、第９ステップでパターン顕像40aのトナー付着
量（M/A）_Ｄがトナーエンド検知基準値（M/A）_T.E.（Δ
V_P）以下ではないと判断した場合は、第26ステップでト
ナーエンドフラグをリセットし、第27ステップでカウン
ターをインクリメントして、複写機全体制御のメインフ
ローに戻る。

以上の実施例においては、光検出出力からトナー付着
量を求めるのに対数変換の演算を実行しているが、これ
に代え、光検出出力についてのトナー付着量をデータテ
ーブルに記憶させておき、これをルックアップするよう
にしても良い。

又、使用者の好みに応じて、基準濃度パターンの現像
ポテンシャルを変更設定する場合について説明したが、
これ以外の目的でこの現像ポテンシャルを変更設定する
ものにも適用できる。例えば、現像剤交換直後の一定期
間（例えば、数百枚のコピーを形成する期間）、現像剤
のトナー帯電能力が低下して画像濃度が濃くなる傾向が
あるのを、現像剤のトナー濃度を低くすることによって
防止するために、この期間と、それ以降の期間とで基準
濃度パターンの現像ポテンシャルを変更設定する場合に
も適用できる。又、温湿度の変化や現像剤の劣化によっ
て現像特性が変化するのを防止するために、基準濃度パ
ターンの現像ポテンシャルを変更設定する場合にも適用
できる。

更に、上記実施例においては、パターン顕像のトナー
付着量の検出値を用いたトナーエンド検知とトナー補給
制御の両方に、本発明を適用したものであるが、何れか
一方に本発明を適用しても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、請求項１に記載の発明によれば、判別
手段で現像装置の補給用のトナーの有無を判別するにあ
たり、変更後の現像ポテンシャル設定値を用い、これに
より、その変更後の現像ポテンシャル設定値における、
現像装置の補給用トナーが無くなったときの測定用可視
像のトナー付着量を判別基準にし、これと検出手段によ
る検出値とを比較することにより、現像装置の補給用ト
ナーの有無を判別するので、基準潜像の現像ポテンシャ
ルを変更した場合にも、正確なトナーエンド検知を行な
うことが出来るという優れた効果が有る。

請求項３記載の発明によれば、演算手段が変更後の現
像ポテンシャル設定値と検出手段による検出値とから、
変更後の現像ポテンシャル設定値に応じた狙いの現像γ
にする為のトナー補給量を演算するので、基準潜像の現
像ポテンシャルを変更した場合にも、適正な量のトナー
を補給す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図は本発明の一実施例に係る複写機のトナーエンド
検知及びトナー補給制御に関連する電装部のブロック
図、第２図は現像γと光検出素子出力の対数との関係を示す
特性図、第３図はトナー付着量と光検出素子出力との関係を示す
特性図、第４図はトナー付着量と光検出素子出力の対数との関係
を示す特性図、第５図は現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示
す特性図、第６図は現像剤のトナー濃度（Tc）と現像γの値との関
係を示す特性図、第７図は第１図の複写機の概略構成を示す側面図、第８図は第７図のコンタクトガラス２近傍を拡大した側
面図、第９図は第７図の感光体ドラム20上のパターン顕像を示
す斜視図、第10図は現像剤のトナー濃度が薄い場合の現像γを示す
特性図、第11図は第７図の複写機における顕像パターンのトナー
付着量の検出値を用いた制御のフローチャート、第12図は第７図の複写機における電源投入時のカンウン
ター制御のフローチャート、第13図は第７図の複写機のトナーエンド制御のフローチ
ャートである。 23……現像装置 31……現像ローラ 37……トナー補給ローラ 41……光検出素子 50……主制御部 53……トナーエンド表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 G03G 15/00 303

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体上に所定の基準潜像を形成する手
段と、該基準潜像を現像装置で現像して形成した測定用可視像
のトナー付着量を検出する検出手段と、該基準潜像を現像するときの現像ポテンシャル設定値を
変更する現像ポテンシャル変更手段と、変更後の該現像ポテンシャル設定値と該検出手段による
検出値とを用いて、現像装置の補給用トナーの有無を判
別する判別手段とを設けたことを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２】像担持体上の所定の基準潜像を現像して測
定用可視像を形成し、該測定用可視像のトナー付着量を
検出し、該検出の検出値と基準値とを用いて現像装置の
補給用トナーの有無を判別する画像形成装置において、該基準潜像を現像するときの現像ポテンシャル設定値を
変更する現像ポテンシャル変更手段と、変更後の該現像ポテンシャル設定値に応じて該基準値を
補正する基準値補正手段とを設けたことを特徴とする画
像形成装置。
【請求項３】像担持体上に、基準濃度パターンを用いて
上記基準潜像を形成し、該基準潜像を現像して形成した
測定用可視像のトナー付着量を光検出素子からなる上記
検出手段で検出し、この光検出素子からの出力に基づい
て現像装置のトナー補給を行なう画像形成装置におい
て、標準現像特性において標準現像ポテンシャル該基準潜像
を現像して得られる像のトナー付着量に対応する基準値
と上記検出値とを比較して現像装置のトナー補給の要否
を判別する判別手段と、上記検出値と上記変更後の現像ポテンシャル設定値とを
用いて現像γを演算する現像γ演算手段と、該標準現像特性における現像γと該現像γ演算手段によ
って求められた現像γとの差に補正後の上記補給係数を
掛けて、現像装置のトナー補給量を求める補給量演算手
段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。