JP3049616B2 - 画像形成装置の画像濃度制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式を採用し
た複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置の画像濃度制御装置
として、現像剤中のトナー濃度と像担持体上のトナー付
着量とのいずれか一方を検出する検出手段と、この検出
手段の出力と制御値とに基づいて現像装置へのトナー補
給を制御するトナー補給制御手段と、このトナー濃度制
御手段の該制御値を変更する制御値変更手段とを設け
て、この制御値変更手段で、制御値を変更して現像剤中
のトナー濃度を変化させて、画像濃度の制御を行なうも
のが知られている。この様にトナー濃度を変化させるも
のにおいては、以下の理由によって、トナー濃度の制御
値の変更時点から、変更後の制御値に対応するトナー濃
度に安定するまで所要の時間を要し、応答性が悪いとい
う不具合があった。即ち、トナー濃度を上昇させる場合
には、現像装置にトナーを補給するのであるが、一回の
トナー補給量が現像装置の撹拌性能によって制限されて
いるため、大きくトナー濃度を上昇させる場合には複数
回のトナー濃度検出とトナー補給を繰り返す必要がある
こと（通常１回の画像形成動作につき１回のトナー濃度
検出及びこれに基づくトナー補給を行なっている）、ト
ナーが補給されても現像装置内の現像剤との混合撹拌に
一定の時間を要すること等から応答性が悪くなる。逆
に、トナー濃度を低くする場合には、トナー補給動作を
停止して画像形成動作を繰返し、トナーの自然な消費に
よってトナー濃度を低下させる必要があること等から応
答性が悪くなる。

【０００３】そこで、レーザープリンター等の記録装置
の印字濃度制御装置において、このようなトナー濃度の
応答性の悪さにも拘らず、速やかに所望の画像濃度に制
御することが出来るようにトナー濃度変更時に、応答性
の速い、像担持体の帯電電位、露光量又は現像バイアス
電圧の少なくとも１つを変化させることが提案されてい
る（例えば、特公平１−３５３４４号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来技
術は所謂１，０的な印字（高濃度の画像部と白地の地肌
部とから成る画像の記録）を行なう記録装置を想定して
いるものであり、低濃度、中間濃度、高濃度という種々
の濃度部分を含んだ画像を形成する場合についての配慮
がなされておらず、後述するような問題点が残されてい
る。例えば、種々の濃度部分を含む原稿を画像形成装置
である電子写真複写機で複写するにあたり、トナー濃度
を低下させることによって画像を低下させる場合につい
て説明する。今、原稿濃度と画像濃度の対応が図２の第
１象限中（トナー濃度をパラメータとしている）の対応
特性１ａの状態にあり、像担持体である感光体の電位と
画像濃度の対応が図２中の第２象限中（トナー濃度をパ
ラメータとしている）の対応特性２ａの状態にあり、且
つ、原稿濃度と感光体電位の対応が図２の第３象限中の
対応特性３ａの状態にあるとする。この状態から、感光
体の帯電量、露光量及び現像バイアスは一定で、トナー
濃度制御の制御値（以下、トナー濃度制御値という）を
低濃度になるように変更した後所定時間が経過して、変
更後のトナー濃度制御値に対応するトナー濃度に成った
場合には、同第１象限の対応特性１ｂのように、低濃度
部分から高濃度部分にわたり全体的に画像濃度が低下
し、且つ、低濃度部における再現性も良く（対応特性１
ａと同様に原稿反射率９０％の濃度部まで画像濃度が出
ている）、且つ、地肌汚れも生じない（対応特性１ａと
同様に原稿反射率９０％以上では画像濃度が出ていな
い）良好な画像が形成される。このとき感光体電位と画
像濃度の対応は図２の第２象限中の対応特性２ｂの様に
傾きが変っている。このような変更後のトナー濃度制御
値に対応するトナー濃度になるまでの所要時間の経過を
待たずに、トナー濃度制御値変更時に速やかに画像濃度
を低下させるべく、応答性の速い、感光体の現像バイア
ス電圧を変化させた場合には、例えば同第１象限に対応
特性１ｃのように、低濃度における再現性が損なわれた
画像（原稿反射濃度８０％の濃度部から画像濃度が出て
いない）に成ってしまう。これは、現像バイアス電圧の
変更のみでは図２の第２象限中の対応特性２ｃのように
同第２象限における傾きが変化せずに一定のままだから
である。この理由から、逆に画像濃度を高くする場合に
は地肌汚れが発生してしまう。これらのことは感光体の
帯電電圧を変化させた場合にも生じる。又、画像濃度を
低下させるべく、応答性の速い、露光量を変化させた場
合には、例えば同第１象限に対応特性１ｃのように、低
濃度部の再現性が損なわれると共に、高濃度部分の画像
濃度を低下させにくい。これは、露光量の変更のみでは
図２の第３象限中の対応特性３ｂのように、原稿濃度が
比較的低濃度の領域では帯電量の低下が大きいが、原稿
濃度が比較的高濃度の領域では帯電量の低下が小さい為
である。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、現
像剤のトナー濃度を変化させて画像濃度を制御するもの
において、トナー濃度を変化させるべくトナー濃度制御
値を変更したときに、速やかに画像濃度を制御できると
共に、全ての濃度について再現性が良好で且つ地肌汚れ
も生じない画像濃度制御装置及び該画像濃度制御装置を
設けた画像形成装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、像担持体上に露光により形成し
た静電潜像を、現像装置により現像バイアス電圧を印加
しながら現像して可視像化する画像形成装置の画像濃度
制御装置において、該現像装置の現像剤中のトナー濃度
と該像担持体上のトナー付着量とのいずれか一方を検出
する検出手段と、該検出手段の出力と制御値とを比較
し、この比較の結果に基づいて該現像装置へのトナー補
給を制御するトナー補給制御手段と、該制御値を変更す
る制御値変更手段と、該制御値変更手段と連動し、制御
値変更時におけるトナー濃度の制御遅れを補償して、原
稿濃度と画像濃度との対応特性が、低濃度部、中間濃度
部、高濃度部にわたり、変更直後から変更後の制御値に
対応するトナー濃度における原稿濃度と画像濃度との対
応特性になるように、現像バイアス電圧と静電潜像形成
のための露光量とを変更する手段とを設けたことを特徴
とするものである。また、請求項２の発明は、像担持体
と、該像担持体上に露光により静電潜像を形成する手段
と、該像担持体上の静電潜像を現像バイアス電圧を印加
しながら現像して可視像化する現像装置とを有する画像
形成装置において、該現像装置の現像剤中のトナー濃度
と該像担持体上のトナー付着量とのいずれか一方を検出
する検出手段と、該検出手段の出力と制御値とを比較
し、この比較の結果に基づいて該現像装置へのトナー補
給を制御するトナー補給制御手段と、該制御値を変更す
る制御値変更手段と、該制御値変更手段と連動し、制御
値変更時におけるトナー濃度の制御遅れを補償して、原
稿濃度と画像濃度との対応特性が、低濃度部、中間濃度
部、高濃度部にわたり、変更直後から変更後の制御値に
対応するトナー濃度における原稿濃度と画像濃度との対
応特性になるように、現像バイアス電圧と静電潜像形成
のための露光量とを変更する手段とからなる画像濃度制
御装置を設けたことを特徴とす るものである。

【０００６】

【作用】例えば、図２の第１象限中の対応特性１ａ、同
図の第２象限中の対応特性２ａ且つ同図の第３象限中の
対応特性３ａの状態にあるとする。この状態から、トナ
ー濃度制御手段のトナー濃度制御値を現像剤中のトナー
濃度を低下させるように変更したときは、露光量を所定
量小さい露光量に変更すると共に現像バイアス電圧を所
定量高い電圧に変更する。この露光量の変更により、原
稿濃度と感光体電位との対応は同第３象限中の対応特性
３ｂのように、原稿濃度が比較的低濃度の領域にいくほ
ど帯電量が大きく上昇するように変化した対応特性が得
られ、且つ、これに加えて現像バイアス電圧の変更によ
り所定量高い電圧に変更されているので、感光体電位と
画像濃度との対応は同第２象限中の対応特性２ｂのよう
に、感光体電位の高電位の領域にいくほど画像濃度大き
く低下するように傾き且つ全体的に画像濃度が低下した
対応特性になる。これにより、トナー濃度が変更後のト
ナー濃度制御値に対応するトナー濃度になった場合と同
様に、原稿濃度と画像濃度の対応特性として図２の第１
象限中の対応特性１ｂを得ることができる。逆に、画像
濃度を高くするときには、以上とは逆に露光量を所定量
多い露光量に変更すると共に、現像バイアス電圧を所定
量低い電圧に変更する。

【０００７】

【実施例】本発明を画像形成装置である電子写真複写機
に適用した一実施例について説明する。先ず、図２を用
いて本実施例にかかる電子写真複写機の概略を説明す
る。同図において、像担持体である感光体ドラム１は図
示しない駆動機構によって矢印時計方向に回動されてい
る。この感光体ドラム１の上方には、コンタクトガラス
２、このコンタクトガラス上の原稿に光を照射する照明
装置３、原稿からの反射光を感光体表面に結像照射する
光学系４が配置されている。又、感光体ドラム１のまわ
りには、一様帯電装置５、原稿の静電潜像にトナーを付
着させる現像装置６、感光体上のトナーの像を転写材で
ある転写紙に転写する転写装置７、トナー像が転写紙に
転写された後の感光体表面の残留トナーを除去するクリ
ーニング装置８等が配置されている。そして、上記現像
装置６は磁性キャリアとトナーの混合物である現像剤が
磁気ローラ１０に吸引されて非磁性スリーブ１１に付着
し、感光体ドラム１の表面に連続的に接するように回転
させられている。現像剤の一部はスクレーパ１２により
このスリーブから剥ぎ取られて回動する際にトナー濃度
検出コイル１３に作用する。現像剤の透磁率がトナー濃
度に反比例して変化することにより、検出コイル１３の
インダクタンスの変化としてトナー濃度が検出される。
そして、トナー濃度が所定のトナー濃度よりも低いとき
には補給ローラ１４を回転駆動してトナーボックス１５
から補給用トナーが補給される。

【０００８】次に、本実施例の画像濃度制御について説
明する。画像濃度の制御は、原則的には現像装置６にお
ける現像剤中のトナー濃度を制御するトナー濃度制御値
を操作部２０上の操作ボタン等を操作することにより、
変更出来るようにし、この変更後のトナー濃度制御値に
対応するトナー濃度になるまで、コピー毎に検出コイル
１３の検出出力とトナー濃度制御値との比較、及び、こ
の比較結果に基づく補給ローラ１４の所定時間の回転駆
動を行なうことによって実行する。そして、このトナー
濃度制御値変更時に、変更後のトナー濃度制御に対応す
るトナー濃度における、原稿濃度と画像濃度との対応特
性になるように、現像バイアス電圧と露光量とを変更す
る。

【０００９】トナー濃度制御値変更前に、図２の第３象
限の対応特性３ａ及び図２の第２象限の対応特性２ａの
状態で、図２の第１象限の対応特性１ａが得られてお
り、且つ、トナー濃度を切換えることにより（例えば、
トナー濃度を０．８ｗｔ％下げるように切換える）、第
３象限の対応が対応特性３ａのままで、第２象限の対応
が対応特性２ｂに変化し、この結果、第１象限の対応が
対応特性１ｂになるとする。又、変更前のトナー濃度を
約２．５ｗｔ％、変更後のトナー濃度（変更後のトナー
濃度制御値に対応するトナー濃度）を約１．７ｗｔ％、
変更前の現像バイアス電圧を２００Ｖ、変更前の露光ラ
ンプ電圧を８０Ｖであるとする。本実施例は、この対応
特性１ｂをトナー濃度制御値変更時に現像装置６の現像
バイアス電圧と照明装置３の露光ランプ電圧を変化させ
ることによって得るものである。

【００１０】図２の第１象限に示す原稿濃度と画像濃度
の対応は、感光体の特性と露光量によって定まる図２の
第３象限に示す原稿濃度と感光体電位の対応、及び、主
に現像バイアス電圧とトナー濃度によって定まる図２の
第３象限に示す感光体電位と画像濃度の対応によって得
られる。従って、ある原稿濃度の画像濃度は同第３象限
の対応特性から感光体電位を求め、更に、同第２象限の
対応特性からこの感光体電位の画像濃度を求めることに
よって得られる。そして、トナー濃度を変化させた場合
には同第２象限の対応特性が、例えば、対応特性２ａか
ら対応特性２ｂに変化するごとく感光体電位に対する画
像濃度の傾きが変化する。従って、原稿濃度に対する画
像濃度を第１象限の対応特性１ａから対応特性１ｂとな
る様に、第２象限の対応を対応特性２ａから対応特性２
ｃへ変化させ且つ第３象限の対応を対応特性３ａから対
応特性３ｃへ変化させれば、トナー濃度制御値変更時に
直ちにトナー濃度が変更後のトナー濃度制御値に対応す
るトナー濃度にならなくても、画像濃度はトナー濃度制
御値変更直後から狙いのトナー濃度に成ったときの画像
と同一のものを得ることができる。

【００１１】より具体的に説明すると、トナー濃度制御
値変更前のトナー濃度約２．５ｗｔ％で、原稿反射率２
％である黒部濃度の感光体電位ＶDは第３象限の対応特
性３ａから約１０００Ｖであり、その画像濃度は第２象
限の対応特性２ａから画像濃度１．４が得られる。トナ
ー濃度制御値の変更によりトナー濃度が約０．８ｗｔ％
だけ下げられて約１．７ｗｔ％になっときの、この黒部
濃度の画像濃度は、同様に第３象限の対応特性３ａと第
２象限の対応特性２ｂ（トナー濃度約１．７ｗｔ％のと
き対応特性）とから約１．２５であることが求まる。こ
こで、トナー濃度約２．５ｗｔ％で且つ現像バイアス電
圧が２００Ｖである対応特性２ａにおいて、画像濃度
１．２５を得る感光体電位が約９００Ｖであることが得
られる。一方、感光体電位に対する画像濃度はトナー濃
度のほかに現像バイアス電圧によって左右され且つ画像
濃度が感光体電位と現像バイアス電圧の差によって決ま
ることから、トナー濃度制御値変更前のトナー濃度であ
る約２．５ｗｔ％でも、感光体電位約１０００Ｖから約
９００Ｖを引いた約１００Ｖだけ現像バイアス電圧を上
げて約３００Ｖとすることで、擬似的に黒部濃度の画像
濃度を１．４から１．２５に下げることができる。この
現像バイアス電圧を約３００Ｖにしたときの感光体電位
と画像濃度の対応が第２象限の対応特性２ｃである。
ところが、現像バイアス電圧のみでは、この対応特性２
ｃから判るように、例えば原稿反射濃度９０％である白
部濃度に対応する低電位部（ＶL部）のプアー再現性
が、トナー濃度制御値変更前から変化したものに成って
プアー再現性不良になる。そこで、低電位部の画像濃度
を擬似的に上昇させるために、原稿濃度と感光体電位の
対応を、対応特性３ａから対応特性３ｂになる様に露光
ランプ電圧（ＶLP）を変更前の８０Ｖから下げて露光量
を少なくし、原稿濃度に対する感光体帯電電圧を上げ
る。このとき露光量の変化量は図３に基づいて定める。
図３は、横軸に露光ランプ電圧をとり、縦軸に各ランプ
電圧で露光したときの白部濃度に対応する潜像電位（以
下、白部電位という）ＶLと、対応特性３ａを得ること
ができるランプ電圧８０Ｖで露光したときの白部電位で
ある１００Ｖとの差をとったものである。この図から判
るように、白部電位のレベルは露光ランプ電圧を変化さ
せることで任意の値に設定できる。尚、このようにラン
プ電圧を変化させたときの図２の第３象限中の対応特性
の傾きの変化は使用する感光体によって決まる。この場
合、白部電位が、前述した現像バイアス電圧の上昇分で
ある約１００Ｖに相当する量だけ上昇して１００Ｖから
２００Ｖになるように、露光ランプ電圧を８０Ｖから７
０Ｖに下げる。上記の動作を行なうことでトナー濃度制
御値変更（トナー濃度２．５ｗｔ％から１．７ｗｔ％へ
の変更）直後からトナー濃度が変更後のトナー濃度制御
値に対応する、狙いのトナー濃度まで下がらなくても、
擬似的にこの狙いのトナー濃度における原稿濃度と画像
濃度の対応特性１ｂを得ることができる。上記とは逆に
トナー濃度を高くするようにトナー濃度制御値を変更す
る場合にも同様に画像濃度を制御することができる。

【００１２】以上がトナー濃度制御値変更時の画像濃度
制御であるが、その後にトナー濃度が狙いのトナー濃度
に近づいていく場合にも、変更直後の現像バイアス電圧
と露光量であると、逆に過剰な補償になるので、次第に
現像バイアス電圧と露光ランプ電圧を元に戻す必要があ
る。この為には、上述の動作と逆の流れで現像バイアス
電圧と露光ランプ電圧を決定する。例えば、現時点での
トナー濃度の検出値とトナー濃度制御値変更時（変更直
前）のトナー濃度検出値とを比較することで現像バイア
ス電圧と露光ランプ電圧をどの位戻したら良いかが判る
ので、トナー濃度制御値変更後のトナー濃度検出値を利
用して、現像バイアス電圧と露光ランプ電圧を適宜元に
戻し、その検出値が変更後のトナー濃度制御値になるま
でに完全に戻しきるようにすれば良い。

【００１３】以上の画像濃度制御を行なうために、例え
ば、機械出荷時から予め実験で求めておいた、変更前後
のトナー濃度制御値をパラメータする、変更直後の現像
バイアス値とランプ電圧値をＲＯＭに記憶させておく。
そして、操作者によってトナー濃度が変更されたとき
に、変更前後のトナー濃度に対応する現像バイアス値と
ランプ電圧値をＲＯＭから読みだして、現像バイアス、
ランプ電圧の設定値を、この読みだした値に更新し、こ
れにより、早急に所望の画像濃度に制御する。そして、
その後トナー濃度が変更後トナー濃度に安定したことを
検出するまで、検出コイル１３の検出出力を上記ＲＯＭ
読みだしにおける、変更前トナー濃度制御値の代りとし
て用い、これらに対応する現像バイアスとランプ電圧を
上記ＲＯＭから読みだして、現像バイアス、ランプ電圧
の設定値を、この読みだした値に更新することを繰り返
す。

【００１４】以上の実施例においては、トナー濃度を検
出するのにトナー濃度検出コイルを用いたが、これに代
え、測定用の静電潜像を感光体上に形成し、これを現像
装置で現像して、トナー付着量を光学的に検出すること
により、トナー濃度を測定しても良い。又、上記実施例
における説明では、図２の第１〜第３象限に示した各対
応特性は直線として記載したが曲線的な対応特性の場合
にも、同様に適用できる。曲線的な対応特性の場合に
も、現像バイアス電圧の変化量を主に高濃度部の画像濃
度を所望の画像濃度に制御するように定め、一方、露光
量の変化によっては高濃度部電位の変化度合いが小さ
く、低濃度の変化度合いが大きいことを利用して、露光
量の変化量を現像バイアス電圧の変化量に相当する分だ
け、低濃度部の電位を変化させるように様にすれば、中
間濃度の部分も含めトナー濃度を変化させた場合と同様
の原稿濃度と画像濃度の対応特性にすることができる。

【００１５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、制御値変
更手段と連動して、変更後の制御値に対応するトナー濃
度における、原稿濃度と画像濃度との対応特性になるよ
うに、現像バイアス電圧と露光量とを変更するので、ト
ナー濃度を変化させるべくトナー濃度制御値を変更した
ときに、速やかに画像濃度を制御できると共に、全ての
濃度について再現性が良好で且つ地肌汚れも生じない画
像を形成することが出来るという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る電子写真複写機の概略構成を示す
正面図である。

【図２】画像濃度の特性を示す特性図である。

【図３】露光ランプ電圧と感光体電位との関係を示す特
性図である。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ３ 照明装置 ６ 現像装置 １０ 現像スリーブ １３ トナー濃度検出コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 303 G03G 15/04 G03G 15/043 G03G 15/06 101 G03G 15/08 115

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体上に露光により形成した静電潜像
   を、現像装置により現像バイアス電圧を印加しながら現
   像して可視像化する画像形成装置の画像濃度制御装置に
   おいて、該現像装置の 現像剤中のトナー濃度と該像担持体上のト
   ナー付着量とのいずれか一方を検出する検出手段と、該検 出手段の出力と制御値とを比較し、この比較の結果
   に基づいて該現像装置へのトナー補給を制御するトナー
   補給制御手段と、該 制御値を変更する制御値変更手段と、 該制御値変更手段と連動し、制御値変更時におけるトナ
   ー濃度の制御遅れを補償して、原稿濃度と画像濃度との
   対応特性が、低濃度部、中間濃度部、高濃度部にわた
   り、変更直後から変更後の制御値に対応するトナー濃度
   における原稿濃度と画像濃度との対応特性になるよう
   に、現像バイアス電圧と静電潜像形成のための露光量と
   を変更する手段とを設けたことを特徴とする画像形成装
   置の画像濃度制御装置。
2. 【請求項２】像担持体と、 該像担持体上に露光により静電潜像を形成する手段と、 該像担持体上の静電潜像を現像バイアス電圧を印加しな
   がら現像して可視像化する現像装置とを有する画像形成
   装置において、 該現像装置の現像剤中のトナー濃度と該像担持体上のト
   ナー付着量とのいずれか一方を検出する検出手段と、 該検出手段の出力と制御値とを比較し、この比較の結果
   に基づいて該現像装置へのトナー補給を制御するトナー
   補給制御手段と、 該制御値を変更する制御値変更手段と、 該制御値変更手段と連動し、制御値変更時におけるトナ
   ー濃度の制御遅れを補償して、原稿濃度と画像濃度との
   対応特性が、低濃度部、中間濃度部、高濃度部にわた
   り、変更直後から変更後の制御値に対応するトナー濃度
   における原稿濃度 と画像濃度との対応特性になるよう
   に、現像バイアス電圧と静電潜像形成のための露光量と
   を変更する手段とからなる画像濃度制御装置を設けたこ
   とを特徴とする画像形成装置。