JP3035382B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は像担持体上に形成された
潜像に現像剤を付着させて可視像化する電子写真方式や
静電記録方式などの複写機、プリンタ等の画像形成装置
に関し、特に二成分現像剤のトナー濃度を適正に制御す
る現像剤濃度制御手段を備えた画像形成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真方式や静電記録方式の
画像形成装置が具備する現像装置には、トナー粒子とキ
ャリア粒子を主成分とした二成分現像剤が用いられてい
る。特に、電子写真方式によりフルカラーやマルチカラ
ー画像を形成するカラー画像形成装置には、画像の色味
などの観点から、殆どの現像装置が二成分現像剤を使用
している。周知のように、この二成分現像剤のトナー濃
度（即ち、キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対
するトナー粒子重量の割合）は画像品質を安定化させる
上で極めて重要な要素になっている。現像剤のトナー粒
子は現像時に消費され、トナー濃度は変化する。このた
め、現像剤濃度制御手段（ＡＴＲ）を使用して適時現像
剤のトナー濃度を正確に検出し、その変化に応じてトナ
ー補給を行ない、トナー濃度を常に一定に制御し、画像
の品位を保持する必要がある。

【０００３】従来の現像剤濃度制御手段を備えた画像形
成装置、本例では電子写真方式のディジタル複写機、の
全体構成例を図１０に示す。まず、原稿２１の画像がＣ
ＣＤ１により読み取られ、得られたアナログ画像信号は
増幅器２で所定のレベルまで増幅され、アナログ−ディ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３により例えば８ビット
（０〜２５５階調）のディジタル画像信号に変換され
る。次に、このディジタル画像信号はγ変換器（本例で
は２５６バイトのＲＡＭで構成され、ルックアップテー
ブル方式で濃度変換を行なう変換器）５に供給されてγ
補正された後、ディジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ変
換器）９に入力される。ここでディジタル画像信号は再
びアナログ画像信号に変換されてコンパレータ１１の一
方の入力に供給される。コンパレータ１１の他方の入力
には三角波発生回路１０から発生される所定周期の三角
波信号が供給されており、上記コンパレータ１１の一方
の入力に供給されたアナログ画像信号はこの三角波信号
と比較されてパルス幅変調される。このパルス幅変調さ
れた２値化画像信号はレーザ駆動回路１２にそのまま入
力され、レーザダイオード１３の発光のオン・オフ制御
用信号として使用される。レーザダイオード１３から放
射されたレーザ光は周知のポリゴンミラー１４により主
走査方向に走査され、ｆ／θレンズ１５、及び反射ミラ
ー１６を経て矢印方向に回転している像担持体たる感光
体ドラム１７上に照射され、静電潜像を形成することに
なる。

【０００４】一方、感光体ドラム１７は露光器１８で均
一に除電を受け、一次帯電器１９により均一に例えばマ
イナスに帯電される。その後、上述したレーザ光の照射
を受けて画像信号に応じた静電潜像が形成される。この
静電潜像は現像器２０によって可視画像（トナー像）に
現像される。このトナー像は２個のローラ２５、２６間
に架張され、図示矢印方向に無端駆動される転写材担持
ベルト２７上に保持された転写材２３に転写帯電器２２
の作用により転写される。また、感光体ドラム１７上に
残った残留トナーはその後クリーナ２４でかき落とされ
る。なお、説明を簡単にするために１つのの画像形成ス
テーション（感光体ドラム１７、露光器１８、一次帯電
器１９、現像器２０等を含む）のみを図示するが、カラ
ー複写機の場合には、例えばシアン、マゼンタ、イエロ
ー、及びブラックの各色に対する同様構成の４つの画像
形成ステーションが転写材担持ベルト２７上にその移動
方向に沿って順次に配列される。

【０００５】さらに、潜像の現像により現像器２０内の
変化したトナー濃度を補正するために、ビデオカウント
方式の現像剤濃度制御手段が設けられており、画素毎の
ディジタル画像信号の出力レベルを積算し、トナーを予
測補給している。即ち、アナログ−ディジタル変換器３
によりディジタル信号に変換された画像信号を画素毎に
その出力レベルを積算し、これをビデオカウンタ４でビ
デオカウント数に変換してＣＰＵ６に送る。ＣＰＵ６は
ビデオカウント数を補給量に換算し、トナー補給信号と
してモータ駆動回路７に送る。モータ駆動回路７はトナ
ー補給信号に対応した時間だけモータ２８を駆動し、ト
ナー２９を収容するトナー補給槽８内のトナー搬送スク
リュー３０を上記所定時間だけ回転駆動し、トナー補給
槽８より現像器２０内に適量のトナーを補給し、現像器
２０内のトナー濃度を一定に保つようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
の現像剤濃度制御手段では、ディジタル画像信号の各画
素毎の出力レベルを積算したビデオカウント数を一義的
にトナー補給量に換算してトナーの補給を行なっている
ため、同一ビデオカウント数から換算されたトナー補給
量は常に同一量となる。しかしながら、図１０に示すよ
うに、トナー２９をトナー補給槽８内に貯蔵し、現像剤
濃度制御手段からの指示によってトナー搬送スクリュー
３０を所定時間だけ回転駆動し、トナー補給槽８より現
像器２０内に所定量のトナーを補給する構成のトナー補
給系では、トナー補給槽８内のトナー２９の貯蔵量の多
少によって、即ちトナー残量によって、トナー補給槽８
内のトナーの蓄積状態（パッキング状態）が変化する
（例えば、密度が変わる）し、また、トナー残量によっ
てトナー搬送スクリュー３０に作用する力が異なる。こ
のため、上述のようにビデオカウント数を一義的にトナ
ー補給量に換算してトナー補給を行なったのでは、トナ
ー補給槽８内のトナー残量が多い場合と少ない場合とで
同一補給時間でのトナー補給量が変動し、トナー濃度が
一定に保持できないという重大な欠点があった。

【０００７】従って、本発明の主な目的は、トナー補給
槽内のトナー残量によるトナー補給量の変動を防止した
画像形成装置を提供することである。

【０００８】本発明の他の目的は、トナー補給槽に貯蔵
されたトナー残量に応じてトナー補給時間を補正し、ト
ナー残量の多少によるトナー補給量の変動を防止した現
像剤濃度制御手段を備えた画像形成装置を提供すること
である。

【０００９】本発明のさらに他の目的は、トナー補給槽
内に常時ほぼ一定量のトナーを貯蔵してトナーのパッキ
ング状態を常に一定にし、画像情報信号の画像の濃度情
報を一義的にトナー補給量に換算してもトナー補給量に
変動が生じないようにした現像剤濃度制御手段を備えた
画像形成装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置によって達成される。要約すれば、本発明
は、像担持体に画像情報信号に対応した静電潜像を形成
する潜像形成手段と、二成分現像剤を担持して前記像担
持体と対向する現像領域へ搬送する現像剤担持体と、前
記現像剤担持体を支持している現像器と、トナーを収納
するトナー収納部を有し該トナー収納部に収納されてい
るトナーを前記現像器へ補給するトナー補給手段と、前
記画像情報信号の画像濃度情報を１枚の画像当たりの前
記トナー補給手段の動作時間に換算する換算テーブル
と、１回の画像形成毎に、前記換算テーブルにより換算
された１枚の画像当たりの前記トナー補給手段の動作時
間だけ前記トナー補給手段を作動させて前記現像器へト
ナーを補給させる現像剤濃度制御手段とを有している画
像形成装置において、トナー収納部に収納されているト
ナーの量を検出する検出手段と、複数の前記換算テーブ
ルを備えており、前記検出手段により前記トナー収納部
に収納されているトナーの量が所定量以下であることが
検出された場合は、前記換算テーブルを変更し、その後
は前記現像剤濃度制御手段が１回の画像形成毎に、前記
変更後の換算テーブルにより換算された１枚の画像当た
りの前記トナー補給手段の動作時間だけ前記トナー補給
手段を作動させて前記現像器へトナーを補給させること
を特徴とする画像形成装置である。

【００１１】

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照して詳細に説明する。本発明が適用できる画像形成装
置は、例えば感光体、誘電体等の像担持体上に電子写真
方式、静電記録方式等によって画像情報信号に対応した
潜像を形成し、この潜像をトナー粒子とキャリア粒子を
主成分とした二成分現像剤を用いた現像装置によって現
像して可視画像（トナー像）を形成し、これら可視画像
を紙等の転写材に転写し、定着手段にて永久像にする構
成のものであればよい。

【００１３】まず、図１を参照して本発明による画像形
成装置の一実施例の全体構成について説明する。本実施
例では本発明を電子写真方式のディジタル複写機に適用
した場合を示すが、本発明が電子写真方式や静電記録方
式の他の種々の画像形成装置に等しく適用できることは
言うまでもない。

【００１４】図１において、複写されるべき原稿３１の
画像はレンズ３２によってＣＣＤ等の撮像素子３３に投
影される。この撮像素子３３は原稿３１の画像を多数の
画素に分解し、各画素の濃度に対応した光電変換信号を
発生する。撮像素子３３から出力されるアナログ画像信
号は画像信号処理回路３４に送られ、ここで各画素毎に
その画素の濃度に対応した出力レベルを有する画素画像
信号に変換され、パルス幅変調回路３５に送られる。

【００１５】このパルス幅変調回路３５は入力される画
素画像信号毎に、そのレベルに対応した幅（時間長）の
レーザ駆動パルスを形成して出力する。即ち、図３の
（ａ）に示すように、高濃度の画素画像信号に対しては
より幅の広い駆動パルスＷを、低濃度の画素画像信号に
対してはより幅の狭い駆動パルスＳを、中濃度の画素画
像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩをそれぞれ形
成する。

【００１６】パルス幅変調回路３５から出力されたレー
ザ駆動パルスは半導体レーザ３６に供給され、半導体レ
ーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させ
る。従って、半導体レーザ３６は高濃度画素に対しては
より長い時間駆動され、低濃度画素に対してはより短い
時間駆動されることになる。それ故、感光体ドラム４０
は、次述の光学系によって、高濃度画素に対しては主走
査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対して
は主走査方向により短い範囲が露光される。つまり、画
素の濃度に対応して静電潜像のドットサイズが異なる。
従って、当然のことながら、高濃度画素に対するトナー
消費量は低濃度画素に対するそれよりも大である。な
お、図３の（ｄ）に低、中、高濃度画素の静電潜像をそ
れぞれＬ、Ｍ、Ｈで示した。

【００１７】半導体レーザ３６から放射されたレーザ光
３６ａは回転多面鏡３７によって掃引され、ｆ／θレン
ズ等のレンズ３８及びレーザ光３６ａを像担持体たる感
光体ドラム４０方向に指向させる固定ミラー３９によっ
て感光体ドラム４０上にスポット結像される。かくし
て、レーザ光３６ａは感光体ドラム４０の回転軸とほぼ
平行な方向（主走査方向）にこのドラム４０を走査し、
静電潜像を形成することになる。

【００１８】感光体ドラム４０はアモルファスシリコ
ン、セレン、ＯＰＣ等を表面に有し、矢印方向に回転す
る電子写真感光体ドラムであり、露光器４１で均一に除
電を受けた後、一次帯電器４２により均一に帯電され
る。その後、上述した画像情報信号に対応して変調され
たレーザ光で露光走査され、これによって画像情報信号
に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像はトナ
ー粒子とキャリア粒子が混合された二成分現像剤４３を
使用する現像器４４によって反転現像され、可視画像
（トナー像）が形成される。ここで、反転現像とは、感
光体の光で露光された領域に、潜像と同極性に帯電した
トナーを付着させてこれを可視化する現像方法である。
このトナー像は２個のローラ４５、４６間に架張され、
図示矢印方向に無端駆動される転写材担持ベルト４７上
に保持された転写材４８に転写帯電器４９の作用により
転写される。

【００１９】なお、説明を簡単にするために１つの画像
形成ステーション（感光体ドラム４０、露光器４１、一
次帯電器４２、現像器４４等を含む）のみを図示する
が、カラー画像形成装置の場合には、例えばシアン、マ
ゼンタ、イエロー、及びブラックの各色に対する４つの
画像形成ステーションが転写材担持ベルト４７上にその
移動方向に沿って順次に配列され、各画像形成ステーシ
ョンの感光体ドラム上に原稿の画像を色分解した各色毎
の静電潜像が順次に形成され、対応する色トナーを有す
る現像器で現像され、転写材担持ベルト４７によって保
持、搬送される転写材４８に順次に転写されることにな
る。

【００２０】このトナー像が転写された転写材４８は転
写材担持ベルト４７から分離されて図示しない定着器に
搬送され、定着されて永久像に変換される。また、転写
後に感光体ドラム４０上に残った残留トナーはその後ク
リーナ５０によって除去される。

【００２１】上記現像器４４の一例を図２に示す。図示
するように、現像器４４は感光体ドラム４０に対向して
配置されており、その内部は垂直方向に延在する隔壁５
１によって第１室（現像室）５２と第２室（撹拌室）５
３とに区画されている。第１室５２には矢印方向に回転
する非磁性の現像スリーブ５４が配置されており、この
現像スリーブ５４内にマグネット５５が固定配置されて
いる。現像スリーブ５４はブレード５６によって層厚規
制された二成分現像剤（磁性キャリアと非磁性トナーを
含む）の層を担持搬送し、感光体ドラム４０と対向する
現像領域で現像剤を感光体ドラム４０に供給して静電潜
像を現像する。現像効率、即ち潜像へのトナーの付与率
を向上させるために、現像スリーブ５４には電源５７か
ら直流電圧を交流電圧に重畳した現像バイアス電圧が印
加されている。

【００２２】第１室５２及び第２室５３にはそれぞれ現
像剤撹拌スクリュー５８及び５９が配置されている。ス
クリュー５８は第１室５２中の現像剤を撹拌搬送し、ま
た、スクリュー５９は、後述するトナー補給槽６０のト
ナー排出口６１から搬送スクリュー６２の回転によって
供給されたトナー６３と既に現像器内にある現像剤４３
とを撹拌搬送し、トナー濃度を均一化する。隔壁５１に
は図２における手前側と奥側の端部において第１室５２
と第２室５３とを相互に連通させる現像剤通路（図示せ
ず）が形成されており、上記スクリュー５８、５９の搬
送力により、現像によってトナーが消費されてトナー濃
度の低下した第１室５２内の現像剤が一方の通路から第
２室５３内へ移動し、第２室５３内でトナー濃度の回復
した現像剤が他方の通路から第１室５２内へ移動するよ
うに構成されている。

【００２３】さて、静電潜像の現像により現像器４４内
の変化した現像剤濃度を補正するために、即ち、現像器
４４に補給するトナー量を制御するために、前記画像信
号処理回路３４の出力信号のレベルが画素毎にカウント
される。このカウントは、図１の実施例では次のように
して行なわれる。

【００２４】まず、前記パルス幅変調回路３５の出力信
号がＡＮＤゲート６４の一方の入力に供給され、このＡ
ＮＤゲートの他方の入力にはクロックパルス発振器６５
からのクロックパルス（図３の（ｂ）に示すパルス）が
供給される。従って、ＡＮＤゲート６４からは図３の
（ｃ）に示すようにレーザ駆動パルスＳ、Ｉ、Ｗの各々
のパルス幅に対応した数のクロックパルス、即ち、各画
素の濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。
このクロックパルス数は各画像毎にカウンタ６６によっ
て積算され、ビデオカウント数が算出される。しかし
て、このカウンタ６６からの各画像毎のパルス積算信号
Ｃ₁ （ビデオカウント数）は、前記原稿３１のトナー像
を１つ形成するために現像器４４から消費されるトナー
量に対応している。

【００２５】そこで、このビデオカウント数をＣＰＵ６
７に供給すると共にＲＡＭ６８に記憶する。ＣＰＵ６７
はビデオカウント数とトナー補給時間との対応関係を示
す換算テーブルを有しており、入力されたビデオカウン
ト数に基づき、現像器４４から消費される上記トナー量
に見合う量のトナー６３をトナー補給槽６０から現像器
に供給するのに要する搬送スクリュー６２の回転駆動時
間（即ち、トナー補給時間）を算出し、モータ駆動回路
６９を制御して上記算出した時間の間だけモータ７０を
駆動する。かくして、一般に、上記ビデオカウント数が
大であればモータ７０の駆動時間はより長い時間とな
り、上記ビデオカウント数が小であればモータ７０の駆
動時間はより短い時間となる。

【００２６】モータ７０の駆動力はギア列７１を介して
前記搬送スクリュー６２に伝達され、搬送スクリュー６
２はトナー補給槽６０内のトナー６３を搬送して現像器
４４に所定量のトナーを補給する。このトナーの補給は
１つの画像の現像が終了する都度行なわれる。

【００２７】しかしながら、前述したように、トナー補
給槽６０内に貯蔵されたトナーの残量を考慮せずに、ビ
デオカウント数を一義的にトナー補給量に換算したので
は、トナー残量の多少によってトナー補給槽内のトナー
の蓄積状態が変化するし、また、搬送スクリュー６２に
作用する力も異なるので、同一時間におけるトナー補給
量が変動し、補給誤差が生じる。

【００２８】例えば、図１に示すトナー補給槽６０から
搬送スクリュー６２の回転でトナー６３を補給する補給
系を使用しての実験では、トナー残量が多い場合にはト
ナー残量が少ない場合に比べて同一時間におけるトナー
補給量が少なくなることが判明した。これはトナー残量
が少ない方が搬送スクリュー６２に作用する力が小さ
く、従って、トナーのパッキング状態が弱いので、搬送
スクリュー６２に供給されるトナーが多くなるためと考
えられる。また、トナー搬送手段としてスクリュー６２
の代りにスポンジローラを使用しての実験では、図４に
示すように、トナー残量が少ないときの特性曲線Ａの方
がトナー残量が多いときの特性曲線Ｂよりも勾配が緩や
かになる。即ち、トナー残量が多い場合には０．４秒で
０．６ｇのトナー補給量となるが、トナー残量が少ない
場合には同じ０．６ｇのトナーを補給するのに０．６秒
の時間を必要とする。なお、図１ではトナー補給槽６０
がほぼ長方形状に示されているが、通常は尻すぼまりに
なったホッパー形状をしており、従って、搬送スクリュ
ー６２と直角な方向から見た場合には少なくとも下側部
分は断面逆三角形状になっている。

【００２９】上記結果から明白なように、トナー残量を
考慮せずに同一ビデオカウント数を同一のトナー補給時
間に一義的に変換したのでは補給量に差が生じてしま
う。また、ビデオカウント数をトナー補給量（時間）に
一義的に変換できないとトナー補給量が簡単に決定でき
ないという難点がある。

【００３０】そこで、本発明の第１の実施例では、図５
に示すように、トナー補給槽６０の断面逆三角形状にな
った部分の所定位置の一方の側面に発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）８０を設置し、対応する他方の側面にホトダイオ
ード８１を設置してＬＥＤ８０から発光された光をホト
ダイオード８１で受光するようにし、トナー補給槽６０
内のトナー６３が十分に多く、ＬＥＤ８０の設置位置を
越えている間はホトダイオード８１に対するＬＥＤ８０
の光がトナー６３によって遮断されるので、ホトダイオ
ード８１から出力信号が発生されず、トナー残量が多い
ことを指示し、また、トナー残量がＬＥＤ８０の設置位
置より少なくなったときにはホトダイオード８１がＬＥ
Ｄ８０の光を受光して出力信号を発生し、トナー残量が
少なくなったことを指示するように構成し、画素画像信
号から算出されたビデオカウント数をトナー補給時間
（補給量）に換算する際に、ホトダイオード８１からの
出力信号の有無によってＣＰＵ６７が有する上記ビデオ
カウント数とトナー補給時間との対応関係を示す換算テ
ーブルを変更し、トナー残量に応じて補正を行なったト
ナー補給時間を決定してトナーを補給するようにしたも
のである。なお、ＬＥＤ８０及びホトダイオード８１は
トナー補給量に対する影響が大きいトナー残量レベルの
位置を選択して設置することが好ましい。また、レベル
を違えて複数位置にＬＥＤ及びホトダイオードを設置す
れば精度がさらに向上する。勿論、トナー残量検知手段
はＬＥＤ及びホトダイオードに限定されるものではな
い。

【００３１】ところで、上記のように複写されるべき原
稿の画像を光電変換して得た画素画像信号の各画素毎の
出力レベルを積算し、ビデオカウント数に変換してこれ
を補給量に換算し、消費量を予測して現像器４４へトナ
ーの補給を行なうのは、現像剤の実際のトナー濃度を直
接検出し、それに基づいてトナーを補給するのとは異な
り、あくまでも予測補給であるために、現像器４４への
トナー補給槽６０からのトナー補給量や、現像器４４か
らのトナー消費量の予想値からの変化が生ずると、ま
た、消費系、補給系の変動により、現像器４４内の現像
剤４３のトナー濃度、つまりトナー粒子とキャリア粒子
の混合比、が初期設定値（規定値）より除々にずれてく
る。このずれを補正しないでおくと、トナー濃度が初期
設定値の許容範囲から大きくずれてしまい、トナー濃度
が安定しない。

【００３２】このため、本実施例では、第２の現像剤濃
度制御手段を設け、この第２の現像剤濃度制御手段を所
定のタイミングで、例えばトナーの補給を行なったとき
毎に、或は１つのコピー動作の終了毎に、或はコピー数
が所定枚数に達したとき毎に、或はビデオカウント数が
所定値に達したとき毎に、等のタイミングで、作動させ
て感光体ドラム４０上に参照画像を形成する。

【００３３】詳述すると、予め定められた濃度に対応す
る信号レベルを有する参照画像信号を発生する参照画像
信号発生回路７２を設け、この発生回路７２からの参照
画像信号を前記パルス幅変調回路３５に供給し、上記予
め定められた濃度に対応するパルス幅を有するレーザ駆
動パルスを発生させる。このレーザ駆動パルスを半導体
レーザ３６に供給し、このレーザ３６をそのパルス幅に
対応する時間だけ発光させ、感光体ドラム４０を走査す
る。（このときはカウンタ６６は作動させない。）これ
によって、上記予め定められた濃度に対応する参照静電
潜像を感光体ドラム４０上に形成し、この参照静電潜像
を現像器４４により現像する。このようにして得られた
パッチ状の参照トナー像にＬＥＤ等の光源７３から光を
照射し、その反射光を光電変換素子７４で受光する。こ
の光電変換素子７４の出力信号は上記参照トナー像の濃
度に対応するから、結局この出力信号は現像器４４内の
二成分現像剤の実際のトナー濃度に対応する。

【００３４】上記光電変換素子７４の出力信号は比較器
７５の一方の入力に供給される。この比較器７５の他方
の入力には、基準電圧信号源７６から、現像剤４３の規
定トナー濃度（初期設定値におけるトナー濃度）に対応
する基準信号が入力されている。従って、比較器７５は
規定トナー濃度と現像器内の実際のトナー濃度とを比較
することになるから、両入力信号の比較結果として、比
較器７５は現像器４４内の現像剤４３の実際のトナー濃
度が規定値より大であることを指示する出力信号か、又
はトナー濃度が規定値より小であることを指示する出力
信号を発生する。なお、両入力信号に差がないときには
それを指示する出力信号を発生させてもよい。

【００３５】比較器７５の出力信号はＣＰＵ６７に供給
される。ＣＰＵ６７は、本実施例では、比較器７５から
の出力信号に基づいて、トナー残量を考慮して次回のト
ナー補給動作を補正するように制御する。例えば、光電
変換素子７４によって検出された現像剤４３の実際のト
ナー濃度が規定値よりも小である場合には、つまり、ト
ナーが補給不足である場合には、ＣＰＵ６７は不足分の
トナーを現像器４４に補給するようにスクリュー６２を
作動させる。即ち、比較器７５からの出力信号に基づい
て、不足分のトナーを現像器４４に補給するに要するス
クリュー回転時間を算出し、モータ駆動回路６９を制御
してその時間だけモータ７０を回転駆動し、不足分のト
ナーを現像器４４に補給する。また、光電変換素子７４
によって検出された現像剤４３の実際のトナー濃度が規
定値よりも大である場合には、つまり、トナーが過剰補
給である場合には、ＣＰＵ６７は比較器７５からの出力
信号に基づいて現像剤中の過剰トナー量を算出する。そ
して、その後の原稿による画像形成に際しては、この過
剰トナー量が無くなるようにトナーを補給させるか、或
は過剰トナー量が消費されるまでトナーを補給せずに画
像を形成させ、即ち、トナー無補給で画像を形成して過
剰トナー量を消費させ、過剰トナー量が消費されたらト
ナー補給動作を前述の通り行なわせる等の制御を行な
う。

【００３６】このように、第２の現像剤濃度制御手段を
設けて所定のタイミングで感光体ドラム４０上に参照画
像を形成することで、第１の現像剤濃度制御手段による
補給トナー量の誤差を補正することができ、トナー濃度
を初期設定値の許容範囲内に常時維持することができ
る。

【００３７】以上の制御動作について図６のフローチャ
ートを参照してさらに説明する。まず、原稿の複写を行
なうためにスタートボタンが押されると、ブロックＳ１
０１で原稿が読取られ、原稿画像の各画素の濃度に対応
した光電変換信号が発生される。次に、ブロックＳ１０
２において、光電変換信号を信号処理した画素画像信号
の各画素毎の出力レベルをカウントし、積算してビデオ
カウント数を算出し、ＣＰＵ６７に送る。次いで、判断
ブロックＳ１０３で、上述したトナー残量レベル検知手
段、即ち、ＬＥＤ８０及びホトダイオード８１からの出
力信号によってトナー残量が多いか少ないかの判断を
し、トナー残量が多い場合には（ＹＥＳ）ブロックＳ１
０４でトナー残量が多いときの換算テーブルを選択し、
ブロックＳ１０５でＣＰＵ６７がこの選択された換算テ
ーブルを参照してビデオカウント数をトナー補給時間に
換算し、入力されたビデオカウント数に対応する１枚の
画像当りのトナー補給時間、即ち、スクリュー６２の回
転数を決定する。そして、ブロックＳ１０６でコピー動
作が開始され、前記した潜像形成、現像、転写等の画像
形成動作が実行される。１つのトナー像が形成される
と、ブロックＳ１０７において次のトナー像の形成前
に、上記の如くに決定された回転数だけスクリュー６２
を回転させてトナーを補給する。次に、ブロックＳ１０
８で第２の現像剤濃度制御手段を作動させ、参照画像を
感光体ドラム４０上に形成して上述した動作を行なわせ
る。即ち、トナー補給槽内のトナー残量を考慮に入れて
ビデオカウント数をトナー補給時間に変換した予測補給
量が正しかったか否かをチェックし、補給量に誤差があ
るときにはこれを補正する上述したような適正な処置を
行なう。次に、判断ブロックＳ１０９でコピー動作が終
了したか否かを判断し、終了していれば（ＹＥＳ）その
ままスタートに戻り、また、コピー動作が終了していな
ければ（ＮＯ）、ブロックＳ１０６に戻ってコピー動作
を続行する。

【００３８】一方、判断ブロックＳ１０３でトナー残量
が少ない（ＮＯ）と判断されたときには、ブロックＳ１
１０でトナー残量が少ないときの換算テーブルを選択
し、ブロックＳ１１１でＣＰＵ６７がこの選択された換
算テーブルを参照してビデオカウント数をトナー補給時
間に換算し、入力されたビデオカウント数に対応する１
枚の画像当りのトナー補給時間、即ち、スクリュー６２
の回転数を決定する。そして、ブロックＳ１１２でコピ
ー動作が開始され、前記した潜像形成、現像、転写等の
画像形成動作が実行される。１つのトナー像が形成され
ると、ブロックＳ１１３において次のトナー像の形成前
に、上記の如くに決定された回転数だけスクリュー６２
を回転させてトナーを補給する。次に、ブロックＳ１１
４で第２の現像剤濃度制御手段を作動させ、参照画像を
感光体ドラム４０上に形成して上述した動作を行なわせ
る。即ち、トナー補給槽内のトナー残量を考慮に入れて
ビデオカウント数をトナー補給時間に変換した予測補給
量が正しかったか否かをチェックし、補給量に誤差があ
るときにはこれを補正する上述したような適正な処置を
行なう。次に、判断ブロックＳ１１５でコピー動作が終
了したか否かを判断し、終了していれば（ＹＥＳ）その
ままスタートに戻り、また、コピー動作が終了していな
ければ（ＮＯ）、ブロックＳ１１２に戻ってコピー動作
を続行する。以下、各コピー動作毎に同様の動作を繰り
返す。

【００３９】このように、本実施例では、ＣＰＵ６７で
ビデオカウント数からトナー補給時間を換算する際に、
トナー補給槽内のトナー残量に応じて適応した換算テー
ブルを選択し、トナー補給時間を決定するようにしたの
で、トナー残量の影響を受けずに高精度な安定したトナ
ーの補給が行なえるという利点がある。

【００４０】上記実施例では、コピー動作開始前にトナ
ー残量に応じた適正な換算テーブルを選択し、トナー残
量によるトナー補給量の変動を補正したトナー補給時間
を決定し、同一原稿の連続コピー中、各コピー動作毎に
同じ補給時間でトナーを補給したが、連続コピー動作中
にトナー残量が所定のレベルより少なくなったときには
換算テーブルを変更し、それ以降はこの変更した換算テ
ーブルによってトナー補給時間を決定し、トナーの補給
を行なうようにしてもよい。この場合には補給精度がさ
らに向上する利点がある。

【００４１】また、上記実施例では１つのトナー像の形
成毎にトナーを補給したが、コピー数が所定枚数、例え
ば１０枚、に達したとき毎に、或はビデオカウント数が
所定値に達したとき毎に、まとめてトナーの補給を行な
ってもよい。このように、まとめてトナーの補給を行な
うと、例えば、図１に示すようなトナー補給槽から搬送
スクリューの回転でトナーを補給する補給系を使用した
場合には少量のトナーを補給するときに誤差が生じ易い
から、誤差が入り込む余地が少なくなり、補給精度がよ
り一層向上するという利点がある。なお、まとめてトナ
ーを補給する場合にも、トナー残量が所定のレベルより
少なくなったときには換算テーブルを変更し、それ以降
はこの変更した換算テーブルによってトナー補給時間を
決定し、トナーの補給を行なってもよい。

【００４２】さらに、上記実施例では１つのトナー像の
形成毎に第２の現像剤濃度制御手段を作動させ、第１の
現像剤濃度制御手段による補給誤差を補正したが、判断
ブロックＳ１０９又はＳ１１５でコピー動作が終了した
と判断された後で、第２の現像剤濃度制御手段を作動さ
せ、補給誤差を補正してもよい。或はコピー枚数が所定
枚数に達したとき毎に、或はビデオカウント数が所定値
に達したとき毎に第２の現像剤濃度制御手段を作動さ
せ、補給誤差を補正してもよい。このように第２の現像
剤濃度制御手段の作動回数を減少させると、機内汚れや
トナー消費量を抑制することができる。

【００４３】図７は本発明の第２の実施例を示す現像器
及びトナー補給系部分の概略図であり、本実施例ではト
ナー補給槽６０にさらに大容量のトナー供給槽９０を接
続し、トナー補給槽６０内のトナー６３が所定レベルよ
り低下した場合に、トナー供給槽９０からトナー９１を
補給し、トナー補給槽６０内のトナー残量を常に一定量
に維持するようにしたものである。トナー補給槽６０内
のトナー残量は所定の高さ位置に設置されたトナー量検
出素子９２によって検出され、トナー残量が所定レベル
に減少すると、トナー量検出素子９２がこれを検出して
制御回路９３に検出信号を送り、トナー供給槽９０の底
部に配置された搬送スクリュー９４を回転駆動するモー
タ９５に制御回路９３から駆動信号を供給してモータ９
５を回転させ、トナー供給槽９０からトナー９１をトナ
ー補給槽６０内に供給する。そして、トナー補給槽６０
内のトナー６３が所定レベルに達すると、これを検出し
て検出信号を制御回路９３に送り、モータ９５を停止さ
せてトナーの補給を停止する。これにより、トナー補給
槽６０内のトナー残量は常時所定の範囲内に保持され、
搬送スクリュー６２に作用する力が常に一定となる。従
って、トナー補給槽６０から現像器４４に補給される同
一時間でのトナー量は常時一定となり、トナー残量の多
少によるバラツキがなくなるので、上記第１の実施例の
ようにＣＰＵ６７でビデオカウント数からトナー補給時
間を換算する際に、トナー補給槽内のトナー残量に応じ
て適応した換算テーブルを選択し、トナー補給時間を決
定するステップが不必要になる。即ち、ビデオカウント
数とトナー補給時間との換算テーブルは１つだけでよく
なり、制御動作が簡単になる。

【００４４】このように、本実施例においても、トナー
残量の影響を受けずに高精度な安定したトナーの補給が
行なえ、また、ビデオカウント数を一義的に精度の高い
トナー補給量に変換することができるという利点があ
る。なお、トナー量検出素子９２としては上記第１の実
施例において説明したようなＬＥＤとホトダイオードの
組み合わせを使用しても、他の検出素子を使用してもよ
い。勿論、トナー残量の所定レベル範囲の上限及び下限
をそれぞれ検出するように２つの検出素子を配置しても
よい。

【００４５】上記第２の実施例の制御動作の一例を図８
のフローチャートに示す。図８のフローチャートは、図
６の第１の実施例のフローチャートからブロックＳ１０
３、Ｓ１０４及びＳ１１０〜Ｓ１１５を除去し、新たに
トナー補給槽６０内のトナー６３が所定レベルより低下
したか否かを判断する判断ブロックＳ１１６と、所定レ
ベルより低下した場合に（ＹＥＳ）制御回路９３を介し
てモータ９５を回転させ、トナー供給槽９０からトナー
９１を補給するブロックＳ１１７とを追加しただけであ
るので、その説明を省略する。なお、第１の現像剤濃度
制御手段による補給誤差を補正するために第２の現像剤
濃度制御手段を作動させるステップは図示されていない
が、第１の実施例と同様に、コピー動作終了を判断する
ブロックＳ１０９の前で行なっても或は後で行なっても
よく、また、コピー枚数が所定枚数に達したとき毎に、
或はビデオカウント数が所定値に達したとき毎に第２の
現像剤濃度制御手段を作動させ、補給誤差を補正しても
よい。

【００４６】図９は本発明の第３の実施例を示すトナー
補給系部分の概略図であり、本実施例ではトナー補給槽
６０内の底部の搬送スクリュー６２の上部にトナー撹拌
機９６を設け、このトナー撹拌機９６をモータ９７によ
り駆動してトナー補給槽６０内のトナー６３を撹拌し、
トナー６３を流動化したものである。このようにトナー
補給槽６０内のトナー６３を流動化すると、トナーが長
時間不使用状態にあった場合でもトナーの流動性がよく
なるのでトナー搬送量がより一層一定化され、バラツキ
がなくなるという利点がある。なお、トナー撹拌機９６
によるトナー６３の撹拌は、例えば図１のモータ駆動回
路６９からモータ７０に供給されるモータ駆動信号をモ
ータ９５にも供給し、トナー補給槽６０から現像器４４
へトナーを補給する動作と連動させて行なうと効果的で
ある。

【００４７】上記各実施例において、装置内に温湿度セ
ンサを設置して温湿度を検知し、例えばこの検知した温
湿度を水分量に換算し、それに応じてビデオカウント数
とトナー補給時間との関係を表わす特性曲線の傾きを補
正すれば、さらに高精度な制御が可能となる。これは環
境によって流動性が大きく変化するトナーを用いた場合
に、特に有効である。

【００４８】また、上記各実施例では、現像器内の現像
剤の実際のトナー濃度を測定するのに、感光体ドラム上
にパッチ画像を形成し、この画像の濃度を測定すること
によっていたが、キャリアとトナーの混合比率により見
掛けの透磁率を検知し、その出力の変化によって実際の
トナー濃度を検出して補正するインダクタンス検知方式
の現像剤濃度制御手段を第２の現像剤濃度制御手段とし
て使用しても良い。或は、現像スリーブ上等の現像剤に
直接光を照射し、その反射光を測定することによっても
現像剤の実際のトナー濃度を測定することができる。た
だし、トナーがカーボンブラックで黒色に着色されてい
る場合には、トナーとキャリアの分光反射率に大差がな
いので、この方法ではトナー濃度の検出精度が悪くな
り、好ましくない。

【００４９】なお、本発明は画像の濃淡表現をディザ法
で行なう画像形成装置にも適用できる。また、原稿のコ
ピーではなく、コンピュータ等から出力された画像情報
信号によりトナー像を形成する画像形成装置にも本発明
は適用できる。さらに、必要に応じて種々の変形及び変
更がなし得ることは言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、像担持
体に画像情報信号に対応した静電潜像を形成する潜像形
成手段と、二成分現像剤を担持して像担持体と対向する
現像領域へ搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体を支
持している現像器と、トナーを収納するトナー収納部を
有し該トナー収納部に収納されているトナーを現像器へ
補給するトナー補給手段と、画像情報信号の画像濃度情
報を１枚の画像当たりのトナー補給手段の動作時間に換
算する換算テーブルと、１回の画像形成毎に、換算テー
ブルにより換算された１枚の画像当たりのトナー補給手
段の動作時間だけトナー補給手段を作動させて現像器へ
トナーを補給させる現像剤濃度制御手段とを有している
画像形成装置において、トナー収納部に収納されている
トナーの量を検出する検出手段と、複数の換算テーブル
を備えており、検出手段によりトナー収納部に収納され
ているトナーの量が所定量以下であることが検出された
場合は、換算テーブルを変更し、その後は現像剤濃度制
御手段が１回の画像形成毎に、変更後の換算テーブルに
より換算された１枚の画像当たりのトナー補給手段の動
作時間だけトナー補給手段を作動させて現像器へトナー
を補給させる構成とされるので、トナー収納部内のトナ
ー残量によるトナー補給量の変動を確実に防止すること
ができ、従って、トナー収納部に収容されているトナー
残量によって、同一時間におけるトナー収納部から現像
器へ補給されるトナー量がばらつくのを防止でき、高精
度なトナーの補給が行なえ、二成分現像剤のトナー濃度
を常に初期設定値の許容範囲内に十分に維持できるとい
う顕著な効果がある。また、画像情報信号の画像の濃度
情報を一義的に精度の高いトナー補給量に変換すること
ができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の画像形成装置の全体構
成を示す説明図である。

【図２】図１の画像形成装置が具備する現像器の概略構
成を示す概略断面図である。

【図３】図１の画像形成装置において画像情報信号の濃
度情報をカウントする方法を説明する波形図である。

【図４】トナー残量の多少によって変化するトナー補給
時間とトナー補給量の関係を示す特性図である。

【図５】図１の画像形成装置に使用されたトナー補給槽
の拡大断面図である。

【図６】本発明の第１の実施例の基本動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図７】本発明の第２の実施例の画像形成装置の現像器
及びトナー補給系部分を示す概略断面図である。

【図８】本発明の第２の実施例の基本動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図９】本発明の第３の実施例の画像形成装置のトナー
補給系部分を示す概略断面図である。

【図１０】従来の画像形成装置の一例の全体構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

４０ 感光体ドラム ４３ 二成分現像剤 ４４ 現像器 ６０ トナー補給槽 ６３ トナー ６５ クロックパルス発振器 ６６ カウンタ ６７ ＣＰＵ ６８ ＲＡＭ ６９ モータ駆動回路 ７０ モータ ７２ 参照画像信号発生回路 ７３ 光源 ７４ 光電変換素子 ７５ 比較器 ７６ 基準電圧信号源 ８０ 発光ダイオード ８１ ホトダイオード ９０ トナー供給槽 ９１ トナー ９２ トナー量検出素子 ９３ 制御回路 ９４ 搬送スクリュー ９５ モータ ９６ トナー撹拌機 ９７ モータ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−3269（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−287470（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−69666（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−17454（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−97360（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−149949（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−136263（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 303 G03G 15/08 - 15/08 507 G03G 21/00 370 - 520 H04N 1/29

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体に画像情報信号に対応した静電
   潜像を形成する潜像形成手段と、二成分現像剤を担持し
   て前記像担持体と対向する現像領域へ搬送する現像剤担
   持体と、前記現像剤担持体を支持している現像器と、ト
   ナーを収納するトナー収納部を有し該トナー収納部に収
   納されているトナーを前記現像器へ補給するトナー補給
   手段と、前記画像情報信号の画像濃度情報を１枚の画像
   当たりの前記トナー補給手段の動作時間に換算する換算
   テーブルと、１回の画像形成毎に、前記換算テーブルに
   より換算された１枚の画像当たりの前記トナー補給手段
   の動作時間だけ前記トナー補給手段を作動させて前記現
   像器へトナーを補給させる現像剤濃度制御手段とを有し
   ている画像形成装置において、 トナー収納部に収納されているトナーの量を検出する検
   出手段と、複数の前記換算テーブルを備えており、前記
   検出手段により前記トナー収納部に収納されているトナ
   ーの量が所定量以下であることが検出された場合は、前
   記換算テーブルを変更し、その後は前記現像剤濃度制御
   手段が１回の画像形成毎に、前記変更後の換算テーブル
   により換算された１枚の画像当たりの前記トナー補給手
   段の動作時間だけ前記トナー補給手段を作動させて前記
   現像器へトナーを補給させることを特徴とする画像形成
   装置。