JP3448815B2 - トナー補給制御方法及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像情報信号に応じた
光ビーム走査により像担持体上に画像露光を行なう画像
形成装置における画像形成方法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像情報信号に応じた光ビーム走査によ
り像担持体上に画像露光を行なう複写機やプリンタ等の
画像形成装置では、周知のように、像担持体に形成され
た光像を現像することにより現像器内のトナーが消費さ
れる。このため、この種の画像形成装置では、このトナ
ー消費に伴うコピー画像濃度の低下を防止するために、
現像により消費されたトナー量に見合う量の新たなトナ
ーを現像器に逐次補給して、現像器内におけるトナー濃
度を常時一定に保つ必要がある。

【０００３】この現像器内におけるトナー濃度を常時一
定に保つための従来のトナー濃度制御方法としては、原
稿の文字を表す信号の数を計数し、この係数値が所定の
予定値に達した時点でトナー補給を行なう方法（特公昭
５０−３０４６３号公報）や、画像形成信号を計数し消
費トナー量を検出する第１の検出手段と、現像ローラの
稼働時間を求めて飛散により消費されるトナー量を検出
する第２の検出手段による検出信号に応じてトナー補給
を行なう方法（特公昭６３−３３７０４号公報）などが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電子写真方
式を利用した画像形成装置では、その像担持体上に形成
される画像濃度を一定の濃度に維持して、画像情報の低
コントラスト文字部を良好に再現し、且つ、その地肌部
を鮮明に再現することが、高画質のコピーを得る要件と
されている。特に、キャリアとトナーからなる２成分現
像剤を使用する現像器を備えた画像形成装置では、その
トナー濃度を良好に制御する必要がある。このため、従
来より、この種の画像形成装置に関する分野では、その
トナー濃度を制御するための各種のトナー濃度センサー
が種々実用化されている。また、このようなトナー濃度
センサーを使用しなくとも、現像により消費されたトナ
ー量に相当する量のトナーを現像器に補給することによ
って、画像のトナー濃度制御が可能であるとする考え方
のもとに、 コピー枚数に比例した量のトナーを現像
器に補給する定量補給方法。 原稿の画像部の面積率
をカウントしてそれに比例した量のトナーを現像器に補
給する方法。などが従来より提案されている。

【０００５】しかしながら、上記前者の方法では、原稿
の種類によってコピー１枚当たりの消費トナー量がこと
なるため、消費トナー量と補給トナー量との間にずれが
生じる不具合がある。また、上記後者の方法では、原稿
画像スキャナーの無いプリンタのような画像形成装置の
場合、あるいは、像担持体上に原稿の白黒反転画像や現
像画像以外の例えば基準トナー像等のパターンを形成し
た場合には、現像器の消費トナー量を正確にカウントで
きなくなる不具合がある。

【０００６】このような不具合を解決するための手段と
して、光ビームの発光時間を積算し、この発光時間に応
じた量のトナーを現像器に補給する方法が知られてい
る。しかしながら、この方法は、現実には像担持体の感
光体特性、露光量の変動、現像特性、及び、現像剤特性
等により、光ビームの発光時間とトナー消費量の関係に
誤差が生じるため、画像形成枚数の増加に伴ってその画
像品質が維持出来なくなるという問題点がある。

【０００７】また、画像データに基づいて画像を形成す
る画像形成装置においては、画像のドット総数とトナー
消費量との間に比例関係が成立することを前提に、画像
データに基づいてトナーの消費量を演算し、この演算で
得られたトナー消費量に見合うトナーを現像器に補給す
るものが知られている（例えば、特開昭６２ー１０９０
７８号公報、特開昭６２−１１６９７３号公報、特開平
１−１０８０７０号公報参照）。

【０００８】しかしながら、同じドット総数の画像であ
っても、その潜像を現像するときの、現像器内の現像剤
のトナー濃度によってトナー消費量が大きく変動する
為、画像のドット総数のみを用いては正確なトナー消費
量を求めることが出来ないという問題点があった。

【０００９】更に、仮にトナー消費量を正確に求めるこ
とが出来たとしても、演算上のトナー補給量と実際に現
像器内に補給されるトナー量とが次の理由で一致しない
為にトナー濃度が変化してまうという問題点があった。
すなわち、トナー補給量をトナー補給機構の動作時間で
制御しているものにおいては、その駆動源の遅延時間、
連結時間、停止時間により、機械間で作動時間にバラツ
キが存在し、機械によっては演算上のトナー補給量と実
際に補給されるトナー量とが異なる。また、トナーを補
給ローラ等で補給する場合にはトナー自体の流動性が環
境変動で変化して実際に補給されるトナー量が変化する
為、環境によっては演算上のトナー補給量と実際に補給
されるトナー量とが異なる。

【００１０】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、トナーの消費量を正
確に予測して、適正なトナー補給を行なうことができる
トナー補給制御方法及びその方法を用いた画像形成装置
を提供することである。

【００１１】

【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、画像領域内の画像データを用い
て像担持体上のトナー付着領域の総面積を演算し、該総
面積に応じて現像器にトナーを補給するトナー補給制御
方法において、像担持体上のトナー付着領域の単位面積
当たりのトナー付着量を、像担持体上に形成した基準ト
ナー像の濃度に基づいて演算し、該単位面積当たりのト
ナー付着量と該総面積とに基づいて現像器へのトナー補
給量を演算するとともに、上記現像器のトナー濃度の検
出を所定画像形成動作ごとに実行し、該濃度の変化に応
じて上記トナー補給量を補正し、また、上記基準トナー
像を形成するタイミングよりも１回以上前の画像形成動
作におけるトナー付着領域の総面積の演算値を比較値と
比較し、該演算値が該比較値より大きいとき、上記トナ
ー補給量が多くなるように補正することを特徴とする。
請求項２の発明は、画像形成装置において、画像領域内
の画像データを用いて像担持体上のトナー付着領域の総
面積を演算する面積演算手段と、像担持体上に形成した
基準トナー像の濃度を検出する光検出手段と、該光検出
手段の出力に基づいて像担持体上のトナー付着領域の単
位面積当たりのトナー付着量を演算する付着量演算手段
と、上記現像器のトナー濃度の検出を所定画像形成動作
ごとに実行し、該濃度の変化に応じて上記トナー補給量
を補正する補正係数を求める補正係数演算手段と、該面
積演算手段の演算結果と該付着量演算手段の演算結果と
該補正係数演算手段で求めた補正係数とに基づいて現像
器へのトナー補給量を演算する補給量演算手段とを設
け、上記付着量演算手段を、上記基準トナー像を形成す
るタイミングよりも１回以上前の画像形成動作における
トナー付着領域の総面積の演算値を比較値と比較し、該
演算値が該比較値より大きいとき、上記光検出手段の出
力に対応した単位面積当たりのトナー付着量より多い演
算結果になるように構成したことを特徴とする。請求項
３の発明は、請求項２記載の画像形成装置において、上
記光検出手段の出力が所定範囲内か否かを判別する判別
手段と、該判別手段による判別結果に応じて、上記付着
量演算手段の演算結果に代え、所定の単位面積当たりの
トナー付着量を用いてトナー補給量を演算する第２補給
量演算手段とを設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１乃至３の発明において、画像領域内の
画像データを用いて像担持体上のトナー付着領域の総面
積が演算されるとともに、像担持体上のトナー付着領域
の単位面積当たりのトナー付着量が検出され、該単位面
積当たりのトナー付着量と該総面積とに基づいて現像器
へのトナー補給量が演算され、これにより、現像器内の
現像剤のトナー濃度の変動による像担持体上のトナー付
着領域の単位面積当たりのトナー付着量の変動をも加味
して補給トナー量が決定される。ここで、上記単位面積
当たりのトナー付着量は、像担持体上に形成された基準
トナー像の濃度に基づいて演算される。また、上記現像
器のトナー濃度の検出が所定画像形成動作ごとに実行さ
れ、該濃度の変化に応じて現像器へのトナー補給量が補
正される。また、上記現像器のトナー濃度の検出を、上
記基準トナー像の濃度の検出により行う。そして、請求
項１の発明では、上記基準トナー像が形成されるタイミ
ングよりも１回以上前の画像形成動作におけるトナー付
着領域の総面積の演算値を比較値と比較し、該演算値が
該比較値より大きいとき、上記トナー補給量が多くなる
ように補正する。また、請求項２発明では、上記基準ト
ナー像を形成するタイミングよりも１回以上前の画像形
成動作におけるトナー付着領域の総面積の演算値を比較
値と比較し、該演算値が該比較値より大きいとき、上記
光検出手段の出力に対応した単位面積当たりのトナー付
着量より多い演算結果なるよう付着量演算手段で演算す
ることで、上記トナー補給量が補正される。また、請求
項３の発明においては、判別手段で光検出手段の出力が
所定範囲内か否かが判別され、該判別手段による判別結
果に応じて、第２補給量演算手段で上記付着量演算手段
の演算結果に代え、所定の単位面積当たりのトナー付着
量を用いてトナー補給量を演算する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図によって詳細に説
明する。本実施例は、画像領域内の画像データを用いて
感光体上のトナー付着領域の総面積を演算し、該総面積
に応じて現像器にトナーを補給するトナー補給制御方法
において、感光体上のトナー付着領域の単位面積当たり
のトナー付着量を検出し、該単位面積当たりのトナー付
着量と該総面積とに基づいて現像器へのトナー補給量を
演算することを特徴とする。

【００１４】本実施例に係るデジタル複写機は原稿読取
手段である読取装置（スキャナー）と読み取られた原稿
情報を紙に複写するための一連のプロセスを実行する複
写装置（プリンター）とから構成することができる。読
取装置としては、例えば、コンタクトガラスの下方に配
置された原稿照明用のランプを有する移動光学系でコン
タクトガラス上の原稿を副走査し、原稿の下表面で原稿
画像の濃度に応じて反射され光をミラー及びレンズを介
して一次元イメージセンサーに入射し、この一次元イメ
ージセンサーによって、原稿画像上の主走査方向の一ラ
インを検出しながら、移動光学系の副走査によって原稿
の二次元画像を読み取るようなものを用いることが出来
る。

【００１５】本実施例における複写装置の機構部の概略
構成を図１に示す。図１において、感光体ドラム１の周
囲には帯電チャージャ２、図示しない書き込みユニッ
ト、現像ユニット４、転写分離ユニット５、クリーニン
グユニット６、除電装置７などが備えられている。感光
体ドラム１の表面は、先ず帯電チャージャ２によって生
じるコロナ電流によって一様に高電位に帯電される。こ
の表面に書き込みユニットからのレーザー光が照射さ
れ、その光の強度に応じて帯電電位が変化し、レーザー
光の照射の有無に応じた電位分布が形成される。書き込
みユニットには、レーザー光の光源として半導体レーザ
ー（以下、書込ＬＤという）を備え、それが発するレー
ザー光を、回転多面境、レンズ、ミラー等の光学系を通
して感光体ドラム１の表面に照射し、この回転多面鏡は
電気モータによって高速で定速回転駆動することによっ
て感光体上での主走査を行なうものを用いることが出来
る。そして、制御装置で記録すべき画素単位の位置信号
（記録有り／記録無し）を、各々の画素位置が回転多面
鏡の回転位置と同期するように書込ＬＤに印加し、画像
の各走査位置で、その画素の濃度（記録有り／記録無
し）に応じてレーザー光がオン／オフ制御する。これに
より、感光体ドラム１上に形成される電位分布は、原稿
画像の濃淡に対応し静電潜像を構成する。この静電潜像
は、書き込みユニットよりも下流に配置された現像ユニ
ット４で供給されるトナーによって可視像化される。こ
の現像ユニット４は、感光体上にトナーを供給する現像
ローラ２０を備えた現像器２１とこの現像器２１に補給
するトナーを収容したトナーホッパ２２とから構成さ
れ、トナーホッパ２２内にはトナー搬送用のアジテータ
２３と補給ローラ２４が設けられている。一方、図示し
ないカセットから繰り出された転写紙は、レジストロー
ラ９を介して感光体ドラム１の表面に送り込まれ、転写
分離ユニット５でトナー像が転写された後に感光体ドラ
ム１表面から分離される。トナー像の転写がされた転写
紙は、図示しない定着装置を通過するときにトナー像が
定着され、図示しない排紙トレイに排紙される。そし
て、現像ユニット４と転写分離ユニット５との間の感光
体ドラム１表面には、感光体表面からの反射光の光量を
検出する光学センサ２５が設けられている。

【００１６】図２にディジタルカラー複写機の電装部の
概略構成を示す。読取装置１０のハウジング内には、読
取制御回路２０、読取駆動装置３０、画像読取回路４０
及び画像処理回路５０が収容され、又、複写装置９０の
ハウジング内には、読み取られた原稿情報を記憶する記
憶手段である画像情報記憶装置６０、複写回路７０、シ
ステム制御装置６１、システム制御装置６１にキー入力
を行なう操作手段である操作装置８０が収容されてい
る。この情報記憶装置６０は画像メモリ部６２と上記シ
ステム制御装置６１とからなっている。そして、読取制
御回路２０、複写回路７０に含まれている書込駆動制御
回路７１、操作装置８０は、システム制御回路６１と信
号線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で接続されており、互いにデータ
伝送を行なっている。

【００１７】上記読取制御回路２０はシステム制御回路
６１からＬ１を介して信号を受け、スキャナモータ３１
の回転数制御、蛍光灯３２のヒータコントロール、蛍光
灯３２の点灯指示、原稿サイズ検知用のフィルタソレノ
イド３３のコントロール及びスキャナ電源冷却ファン制
御等を行なう。上記画像読取回路４０は原稿からの反射
光を８０ｄｐｉのアナログ信号に変換するＣＣＤ４１か
らの信号を奇数（ＯＤＤ）、偶数（ＥＶＥＮ）に分けて
増幅する増幅器４２（一画素あたりの時間が非常に短い
ため、増幅器の性能から２つに分ける）、増幅器４２か
らのＯＤＤ，ＥＶＥＶ信号をシリアルのアナログ信号に
合成するスイッチング素子４３、スイッチング素子４３
からのアナログ信号を画像処理回路５０からの蛍光灯３
２の明るさの変動を補正するための増幅度指示データＡ
ＧＣにより増幅する可変増幅器４４、可変増幅器４４か
らのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコン
バータ４５等を備えている。画像処理回路５０は画像読
取回路４０から送られてくる画像信号を処理するために
５つのゲートアレイ５１乃至５５、クロック発生回路５
６、ＲＯＭ５７、ＲＡＭ５８等を備えている。ゲートア
レイ５１が光量検知、シェーディング補正、タイミング
コントロール、コマンドコントロール、データ編集・出
力、ＣＣＤドライブクロック発生等、ゲートアレイ５２
が主走査方向の変倍、ゲートアレイ５３が中間調処理、
２値化処理、原稿サイズ検知、ゲートアレイ５４が文字
・中間調分離、中抜き編集、ゲートアレイ５５がマーク
エリア検出を夫々担当する。画像メモリ部６２はメモリ
基板とメモリコントロール基板とで構成されている。シ
ステム制御回路６１はシステムの全体コントロールと画
像データの読み出し、書込の指示を行なう。このシステ
ム全体のコントロールにはシステムのレディ状態監視、
転写紙サイズ・残量の検知、原稿読取や給紙スタート指
示、スキャナー複写モードやプリンター複写モードの制
御等が含まれ、画像データの読み出し、書込の指示を行
なうに当たってはメモリの残量の把握を行なっている。
複写回路７０には画像メモリ部６２からの画像データを
受信するラインドライバ回路７２、ラインドライバ回路
７２からの画像データ信号を増幅するレーザドライバ回
路７３、レーザドライバ回路７３によって駆動される半
導体レーザ（ＬＤ）７４、読出駆動制御回路７５、書込
駆動制御回路７１、駆動装置７６等が備えられている。
操作装置８０は各種情報を表示する表示器や入力キーが
設けられた操作パネル８１と操作制御回路８２が備えら
れている。

【００１８】図３は上記書込駆動制御回路の詳細な構成
を示したものである。３９０には給紙装置のアクチュエ
ータ群（ピックアップソレノイド，給紙クラッチ，トレ
イロックソレノイド、上昇モータ）とシリアルパラレル
レシーバ等が含まれ、ＣＰＵ７０３の出力ポートに接続
されている。入力用ゲートアレイ７０１に接続されてい
るセンサ群３９０ａは給紙装置内のセンサ群（用紙サイ
ズ検知センサ、ペーパーエンド検知センサ、トレイセッ
ト検知センサ、接続検知センサ）が含まれている。ビデ
オコントローラ８００には変換テーブル８０１が接続さ
れており、又、ビデオデータ（ＶＩＤＥＯ ＤＡＴＡ）
も入力される。このビデオコントローラ８００は図７に
示すようにＣＰＵ８１０の一部として構成されており、
このＣＰＵ８１０の入力ポートから外部からのビデオデ
ータ（ＥＸＴＥＲＮＡＬ ＶＩＤＥＯ ＤＡＴＡ）を読
み込み、Ｐ−ＲＯＭからなる変換テーブル８０１に出力
する構成にしている。入力用ゲートアレイ７０２に接続
されているセンサ群７０５には、給紙搬送用の各種セン
サ、本体ドアオープン検知センサ、光学センサ（アナロ
グ）等が含まれ、書込ＬＤフィードバック出力（アナロ
グ）や書込同期検知信号も入力用ゲートアレイ７０２に
入力される。又、出力用ゲートアレイ７０６に接続され
ているアクチュエータ群７０７には、給紙搬送用の各種
クラッチ、メイン駆動モータ、クリーニングブレードソ
レノイド、トナー補給ソレノイド、回転多面鏡用モー
タ、定着ヒータ、帯電用高圧電源回路、転写用高圧電源
回路、除電ランプ、光学センサ２５（図１参照）等が含
まれ、光学センサ２５のＬＤ出力調整出力もこの出力ゲ
ートアレイ７０６から出力される。

【００１９】次に本実施例におけるトナー補給制御につ
いて説明する。本実施例においては、画像領域内の画像
データを用いて感光体上のトナー付着領域の総面積を演
算し、該総面積に応じて現像器へのトナー補給量を演算
するに当たり、感光体上のトナー付着領域の単位面積当
たりのトナー付着量を検出し、この単位面積当たりのト
ナー付着量と該総面積とに基づいて現像器へのトナー補
給量を演算するものである。

【００２０】先ず、トナー付着領域の総面積の演算につ
いて説明する。従来から、感光体上の黒データに対応す
る部分（以下、ドットという）にトナーが付着し、この
黒データの個数がトナーの消費量に関連することを利用
して、現像器中のトナー濃度（以下、トナー濃度とい
う）を一定に制御するために１枚の画像中の黒データの
総数を演算してこの黒データの総数に基づいてトナーの
補給量を求めることが提案されている。これは、１ドッ
ト当たりのトナー付着量が一定であるという前提で、１
枚の画像中の総ドット数により１枚の画像を形成するに
当たってのトナー消費量を求めるものである。しかしな
がら、１ドット当たりのトナー付着量は、１ドットの書
込を行なうに当たっての光量等の書込条件やトナー濃度
によって異なる。例えば、図４のグラフは、縦軸にドッ
トが単位面積である１ｃｍ²に密集したと仮定した場合
の、この単位面積当たりのトナー付着量を取り、横軸に
書込ＬＤのパルス幅を取って、トナー濃度が３．２％，
２．５％１．８％のそれぞれの場合について上記単位面
積当たりのトナー付着量を示したものである。同図の横
軸の下方には黒データの具体的な多値データ（以下、Ｌ
Ｄ多値データという）と書込ＬＤのパルス幅との対応を
示している。この図から判るように、同じトナー濃度の
現像剤で現像した１ドットでも、書込ＬＤのパルス幅
（黒データの具体的な多値データによって決定される）
によってトナー付着量が異なり、又、書込ＬＤのパルス
幅が同じである１ドットでも、トナー濃度によってトナ
ー付着量が異なる。更に、この例では、ＬＤ多値データ
と書込ＬＤのパルス幅とが比例関係にないことも相俟っ
て、ＬＤ多値データとトナー付着量の関係はリニアでも
なく、例えば、ＬＤ多値データ０００１のトナー付着量
はＬＤ多値データ１１１１のトナー付着量の１／１６の
量に相当していない。従って、一般的には、トナー付着
量はＬＤのパルス幅とトナー濃度で決定され、対応関係
を規定する関数Ｆを用いて下式（１）の様に表現するこ
とが出来る。(トナー付着量)＝Ｆ〔(ＬＤ多値データ)，
(トナー濃度データ)〕 ...（１）この関数Ｆで表わ
される対応関係は、例えば、以下の様にして求めること
が出来る。

【００２１】図５は、縦軸にＬＤ多値データを取り、横
軸１に上記単位面積当たりのトナー付着量を取って、実
験で求めた、トナー濃度２．５％の場合のＬＤ多値デー
タと単位面積当たりのトナー付着量との対応曲線ａを表
したグラフである。この横軸１の下方にある横軸２は、
トナー付着量に対応する消費データの値を読み取るため
のものである。この横軸２において、ＬＤ多値データ１
１１１に対応する単位面積当たりのトナー付着量の最大
値（点ｂで示す値）に対応する横軸２上の点ｂ´の目盛
を例えば１５に、トナー付着量０に対応する横軸２上の
点ａ´の目盛を例えば０に夫々設定し、且つ、この点ｂ
´（１５）とａ´（０）の間を当間隔に分割して目盛を
取る。この縦軸、横軸２及び上記対応曲線ａを用いて、
ＬＤ多値データに対応する横軸２の目盛を読んで、トナ
ー濃度２．５％の場合のＬＤ多値データと消費データ
（多値データ）との対応関係として下表１に示す対応関
係を得ることが出来る。ここで、ＬＤ多値データ１１１
１に対応する単位面積当たりのトナー付着量の最大値
（点ｂで示す値）に対応する横軸２上の点ｂ´の目盛を
１５にしているが、これに限られるものではなく、この
例よりも更に単位面正当たりのトナー付着量を精度を良
く検出したい場合には１５よりも大きな定数を用いれば
良く、逆にこれより精度を落して検出する場合には小さ
い定数を用いれば良い。他のトナー濃度についても、上
記対応曲線ａに代え、各トナー濃度について実験で求め
たＬＤ多値データと単位面積当たりのトナー付着量との
対応曲線を用い、且つ、ＬＤ多値データ１１１１に対応
する単位面積当たりのトナー付着量の最大値（点ｂで示
す値）に対応する横軸２上の点ｂ´の目盛を、これと上
記のトナー濃度２．５％の場合の目盛（１５）との比率
が、このトナー濃度の場合のトナー付着量の最大値と上
記のトナー濃度２．５％の場合の最大値との比率と同じ
になるように設定して、同様にしてＬＤ多値データと消
費データ（多値データ）との対応関係を得る。

【００２２】

【表１】

【００２３】ところで、本実施例においては、ＬＤ多値
データと単位面積当たりのトナー付着量との対応曲線の
形が、図４に示すように各トナー濃度で、大きくは異な
っていないので、各トナー濃度における消費データ間の
比率（例えばトナー濃度２．５％の場合の、１５：１
５：１４：１３：１１：１０：８：７：６：４：…）
が、表２に示すように、各トナー濃度間で同じになるよ
うに近似することが出来る。この表２中に例示した定数
Ｍｉ，Ｍｊはトナー濃度１．８％，３．２％の場合の単
位面積当たりのトナー付着量の最大値と上記のトナー濃
度２．５％の場合の単位面積当たりのトナー付着量の最
大値との比率である。

【００２４】

【表２】

【００２５】即ち、本実施例においては、上式（１）
の、特別の場合として、下式（２）の様に関数ＭＡと関
数Ｆ₁の積として近似して表わすことが出来る。(トナー
付着量)＝ＭＡ〔(トナー濃度データ)〕・Ｆ₁〔(ＬＤ多
値データ)〕…（２）ここで、関数Ｆ₁は１ドットの書込
条件としての書込ＬＤのパルス幅を変化させる（例えば
ＬＤ多値データ００００〜１１１１に応じてパルス幅を
０ないし５０ｎｓｅｃに変化させる）ことにより、感光
体上の電位及び１ドットの面積が変化することに基づ
く、トナー付着量の変化に関するものである。この感光
体上の電位変化は１ドット当たりのトナー付着量を変化
させる点で１ドットの面積の変化と同じであるので、両
者の変化を合わせて１ドット当たりのトナー付着面積の
変化として取り扱うことが出来る。従って、上記消費デ
ータは、トナー付着面積に関するデータとして取り扱う
ことが出来る。一方、関数ＭＡは上記の単位面積当たり
のトナー付着量、即ちトナー付着率を表すものとして取
り扱うことが出来る。

【００２６】そこで、本実施例においては、従来のよう
に単に黒データの総数を演算して１枚の画像におけるト
ナー消費量を求めるのに代え、上記関数Ｆ₁に相当する
対応関係及び関数ＭＡに相当する対応関係を実験で求め
ておいて、この関数Ｆ₁に相当する対応関係を用いて１
枚の画像中の１ドット毎にＬＤ多値データを消費データ
に変換し、この消費データの１枚の画像における総和を
演算して、１枚の画像におけるトナー付着面積の総和を
求める一方、トナー濃度を検出してこのトナー濃度から
関数ＭＡに相当する対応関係を用いてトナー付着率を求
め、トナー付着面積の総和にトナー付着率を掛けて１枚
の画像におけるトナー消費量を求める。

【００２７】先ず、画像データを用いたトナー付着面積
の総和を求める演算について説明する。図６はこの為
の、ＬＤ多値データから消費データへの変換、カウント
回路を示すものである。この回路は、主にＬＤ多値デー
タから消費データへの変換を行なう為の変換テーブル８
１０、消費データをカウントしてトナー付着面積の総和
を演算する為の、加算器８１１、位どり用のフリップフ
ロップ８１２、カウンター８１３等から構成されてい
る。この加算器８１１、位どり用のフリップフロップ８
１２、カウンター８１３等は、ビデオコントローラ８０
０（図２参照）内に構成されいる。又、変換テーブル８
１０は前述のように図７に示すビデオコントローラ８０
０が構成されているＣＰＵ８１０に接続されているＰ−
ＲＯＭ８０１で構成されている。そして、外部ビデオデ
ータしてビデオコントローラ８００（ＣＰＵ８０１）に
入力されたＬＤ多値データが、ビデオコントローラ８０
０（ＣＰＵ８０１）から変換テーブル８１０に出力さ
れ、この変換テーブル８１０からの消費データがビデオ
コントローラ８００（ＣＰＵ８０１）に入力されてカウ
ントが実行される。

【００２８】図６において、先ず変換テーブル８１０よ
りＬＤ多値データが消費データに変換され、初段のフリ
ップフロップ８１４でラッチされ、次に加算器８１１に
データが送られる。加算器８１１は入力されたデータと
前回の残りのデータとの和を計算し、その結果をキァリ
ーとして次段のカウンターへ出力する。この加算器８１
１は入力の消費データ（多値データレベル）により性能
が決定される。例えば、消費データが３〜４値の場合に
は２ビットと２ビットを用い、５値〜８値の場合は３ビ
ットと３ビットを用い、更に、９値〜１６値の場合には
４ビットと４ビットを用いる。このようにデータが何ビ
ットかにより加算器８１１の大きさを決める。図８はキ
ャリーが出るタイミングを示すタイミングチャートであ
り、消費データが４ビットデータ（００００〜１１１
１）の場合の例である。カウンターはキャリーが入力さ
れる毎にカウントをインクリメントし、このキャリーを
カウントして、消費データの総和としてトータルのトナ
ー付着面積データを求める。そして、このカウンターは
有効画像領域の書込期間中ＯＮ状態になる信号ＦＧＡＴ
ＥのＯＮ状態のときのみカウントアップし、これがＯＦ
Ｆ状態に立ち下がるときにクリアされる。又、カウンタ
の出力はＦＧＡＴＥの立ち下がり時にフリップフロップ
にラッチされ、これをＣＰＵが読み込む。ここで読み込
まれるトナー付着面積データは上位８ビットで表され
る。

【００２９】以上により、ＬＤ多値データに応じた１ド
ット当たりのトナー付着領域の大小を加味したトナー付
着領域の総面積を求めることが出来る。尚、この例の構
成では、変換テーブルの入力がコードデータでも、２値
データ（００００または１１１１）でも同様にカウント
を行なうことが出来る。

【００３０】尚、この例においては、消費データの総和
を、ＬＤ多値データ１１１１の消費データに換算し、換
算後の上位８ビットをＣＰＵで読み込んでトナー付着面
積データとしている。ここで例えばＡ３サイズ（４２０
×２９７）の場合には、ドット総数が下式（１）より１
１１０１１０００００００１０１００００１１１１０Ｂ
であることから上位８ビットは０ｅＣＨとなり、画像デ
ータの総和は、各端部２ｍｍを除くと、下式（２）より
１１１００１１０１００１１１１１１００１１１１０１
Ｂとなり上位８ビットは０ｅ６Ｈとなり、これより、Ｃ
ＰＵに読み込まれるトナー付着面積データが０ｅ６Ｈで
ある場合は、Ａ３（端部より２ｍｍを除く）全面にＬＤ
多値データ１１１１で書込が行なわれた画像に相当す
る。 （ドット総数）＝４２０×(４００／２５．４)×２９７×（４００／２５．４） ＝３０９３５５８２（ドット） ＝１１１０１１０００００００１０１００００１１１１０Ｂ …（１） （画像データ総和）＝（４２０−４）×（４００／２５．４）×（２９７−４） ×（４００／２５．４） ＝３０２２８２８５（ドット） ＝１１１００１１０１００１１１１１１００１１１１０１Ｂ …（２）

【００３１】図９は、ＣＰＵによる上記フリップフロッ
プにラッチされているカウンタの出力の読取制御のフロ
ーチャートである。ステップ１でフリップフロップにラ
ッチされているカウンタの出力であるトナー付着面積デ
ータ（ＬＤＣＮＴ）を読み込む。このＬＤＣＮＴは上記
のように上位８ビットしか読み取れないため、ステップ
２で読み込んだＬＤＣＮＴが０か如何かを判断し、０の
場合にはステップ３でレジスタＬＤＣＮＴにＬＤＣＮＴ
データとして１を格納した後、ステップ４でこのＬＤＣ
ＮＴデータをレジスタＬＤＯＮＣＴに格納する。逆に０
でない場合には、そのまま読み込んだＬＤＣＮＴをレジ
スタＬＤＯＮＣＴに格納する。

【００３２】次にトナー付着率の演算の為のトナー濃度
の検出について説明する。本実施例におけるトナー濃度
の検出は、直接に現像器内のトナー濃度を検出するので
はなく、所定の静電潜像（以下、基準パターン潜像とい
う）を感光体上に形成し、この基準パターン潜像を現像
器で現像して得られた顕像（以下、基準パターントナー
像という）の光学濃度を検出し、この検出した光学濃度
から現像器内のトナー濃度を算出するものである。具体
的には以下のようにして検出される。先ず、非画像部領
域に画像部の書込と同一のレーザー光により感光体上に
基準パターンを書き込んで基準パターン潜像を形成す
る。この基準パターン潜像を感光体の回転により現像ユ
ニットに搬送して現像した後、光学センサ２５に対向さ
せる。光学センサ２５の受光部がＯＮし、非パターン部
（感光体地肌部）を受光素子で読み取り、基準パターン
トナー像部も同様にして読み取る。この際、現像器２１
内のトナー濃度が薄いほど基準パターントナー像に付着
するトナー量が少く、逆にトナー濃度が濃いほど基準パ
ターントナー像に付着するトナー量が多いことを利用し
てトナー濃度を検出する。ここで、地肌部も検出するの
は、地肌部の検出値と基準パターントナー像部の検出値
の比を取ることによって、感光体ドラムの偏心や光学セ
ンサ２５のトナー汚れによる影響を相殺するためであ
る。

【００３３】先ず、図１１及び図１２を用いて光学セン
サ２５の回路構成及び光学センサ２５の出力調整につい
て説明する。図１１（ａ）は感光体ドラム表面に対向し
て配置された発光素子であるＬＥＤ９０と受光素子であ
る光トランジスタ９１とからなる光学センサ２５の回路
構成の概略を示すものである。ＬＥＤ９０はアノートが
電源ラインＶcc（＋５Ｖ）に接続され、カソードが光ト
ランジスタドライバ９２を介して図示しないタイマーＩ
Ｃ等よりなるＬＥＤ点灯回路に接続され、図１１（ｂ）
に示すようなローアクティブのＰＷＭ波形が供給されて
いる。このＰＷＭは約２０ＫＨｚ、８ビット分解能（０
〜２５５）とする。光トランジスタ９１のエミッタは主
制御ボードのアナログ入力ポートに接続されている。上
記のように基準パターントナー像の検出出力と地肌部の
検出出力の比を用いているので、それぞれの検出出力が
適正なものであれば、両検出出力に含まれている感光体
ドラムの偏心等の影響が相殺されて適正なトナー濃度の
制御が可能である。しかし、光検出装置の出力は、例え
ば図１２に示すように、受光量が増加しても（図１２の
横軸にはＬＥＤ９０の発光量を決定するＰＷＭデューテ
ィを決定するＯＮビット数を取っており、ＯＮビット数
が大きいほど発光量が多く、光トランジスタ９１での受
光量が大きい）それに応じて検出出力が変化しない飽和
領域（図１２では４．７Ｖ）が存在するので、感光体ド
ラム１の偏心等によって感光体ドラム１表面と光学セン
サ２５の距離が小さくなった瞬間に検出して、比較的高
出力である地肌部の検出出力が、この領域のものになる
場合には、結果的に正確な基準パターントナー像の濃度
検出が出来なくなる。又、光学センサ２５の受光面がト
ナーで汚れて出力が低くなる場合には、上記のような飽
和領域の存在による誤検出は生じないが、出力の大きさ
自体が小さくなるのでＡ／Ｄ変換での分解能が低下し
て、基準パターントナー像の濃度検出の精度が落ちてし
まう。尚、図１２において、範囲ａは光学センサ２５間
での受発光感度のバラツキによる、比較的正確な検出が
可能な地肌部検出出力Ｖ_SG（以下、出力Ｖ_SGという）の
上限である４．０Ｖを検出するときの上記ＯＮビット数
のバラツキの範囲を示すものであり、ＯＮビット数２０
〜４０の範囲でばらついている。このようなに光学セン
サ２５間で出力Ｖ_SGとＰＷＭの対応の特性の傾きも異な
ってくるが、製品ごとにはある一定の傾きを有する。
又、比較的正確な検出が可能な範囲ではＰＭＷのデュー
ティを１ビット大きくすることで出力Ｖ_SGを０．１〜
０．２Ｖアップさせることが出来る。そこで、この例に
おいては、比較的高出力になる出力Ｖ_SGが上記飽和領域
のものになることなく、且つ、分解能の点からも有利な
範囲になるように光学センサ２５の出力をＰＭＷのデュ
ーティによって調整する。具体的には、出力Ｖ_SGが比較
的正確な検出が可能な範囲内ではあるが、比較的低出力
であって分解能の低下する、２．５Ｖより大きく且つ
３．０Ｖよりも小さいものである場合には、出力Ｖ_SGの
適正値である４．０ＶになるようにＰＷＭのデューティ
を調整する。

【００３４】次に、地肌部や基準パターントナー像部の
検出出力が異常値の場合の制御について説明する。光学
センサ２５の表面にトナー、紙粉等が経時的に付着する
とセンサ出力が低下し、充分なＳＮ特性が得られなくな
って、トナー濃度の誤検知を生じてしまい、この結果、
過剰なトナー補給等による急激なトナー濃度の変動やト
ナー濃度の狙いのトナー濃度から大きく外れてしまう、
トナー濃度の暴走が発生する恐れがある。上述の様に、
出力Ｖ_SGと基準パターントナー像部の検出出力ＶSP（以
下出力ＶSPという）の比を用いたり、光学センサ２５の
出力調整を実行することは、このような事態の発生を防
止することに寄与するが、これにも限界があってトナー
等の付着が多量になると対応出来ずに、上記の不具合が
発生してしまう。そこで、本実施例においては、光学セ
ンサ２５の出力が予め設定しておいた範囲内に無い場合
には、異常であると判断し、その出力はトナー濃度の算
出に用いずに、これに代えて、予め設定しておいたデー
タを用いてトナー濃度を算出する。具体的には、出力Ｖ
_SGが２．５よりも小さいか、又は、出力Ｖ_SPが２．５Ｖ
以上である場合に、異常であると判断して予め設定して
おいたデータを用いてトナー濃度を算出する。

【００３５】以上の光学センサ２５の出力調整及び検出
出力が異常の場合の制御を含む、光学センサ２５の検出
出力の読取の具体的制御について、図１０を用いて説明
する。先ず、ステップ１で光学センサ２５による感光体
地肌部と基準パターントナー像部の検出が終了したか否
かを判断し、検出が終了したら、ステップ２〜６で光学
センサ２５の出力調整要否の判断、検出出力が異常か否
かの判断等を実行する。検出出力が異常か否かの判断は
上記の基準によってステップ２、ステップ３で行なう。
そして、異常であると判断した場合には第５ステップに
進んで、図１４に示すサブルーチンＣＨＫＶを実行す
る。

【００３６】図１４に示すサブルーチンＣＨＫＶでは、
変数ＧＡＩＮを用いてデータテーブルをルックアップし
て、データテーブルに予め設定しておいた所定のデータ
を、出力Ｖ_SG，出力ＶSPを格納しているレジスタＶ_SG，
Ｖ_SPに更新して格納する。この変数ＧＡＩＮは、後述す
るように、トナー補給量と後述するトナー消費量との比
率に相当し、これが１．０の場合にトナー補給量とトナ
ー消費量が等しくなる。そして、最新の検出トナー濃度
が狙いのトナー濃度よりも低い場合に、この変数ＧＡＩ
Ｎを１．０よりも大きくしてトナー濃度を上昇させ、且
つ、この上昇分を上記のトナー濃度の推移を考慮して決
定するようにする。同様に、最新の検出トナー濃度が狙
いのトナー濃度よりも高い場合に、この変数ＧＡＩＮを
１．０よりも小さくしてトナー濃度を低下させ、且つ、
この低下分を上記のトナー濃度の推移を考慮して決定す
るものである。そして、ここで用いる変数ＧＡＩＮは今
回の検出の１回前の検出に係るものである。具体的に
は、変数ＧＡＩＮが１．０である場合にはステップＢ１
からステップＢ５に進んでレジスタＶ_SGに４．０Ｖ，レ
ジスタＶ_SPに０．２５Ｖを格納し、変数ＧＡＩＮが１．
０よりも小さい場合にはステップＢ２からステップＢ４
に進んでレジスタＶ_SGに４．０Ｖ，レジスタＶ_SPに０．
３０Ｖを格納し、変数ＧＡＩＮが１．０よりも大きい場
合にはステップＢ２からステップＢ３に進んでレジスタ
Ｖ_SGに４．０Ｖ，レジスタＶ_SPに０．２０Ｖを格納す
る。ここでレジスタＶ_SGに格納する４．０Ｖという値は
上記のように出力の適正値である。又、レジスタＶ_SPに
格納する値は、変数ＧＡＩＮに表わされるトナー濃度の
推移に応じ、且つ、トナーの過剰補給を防止すべくトナ
ー補給量が少なめになるように選択されたものである。
尚、この様なＶ_SG，Ｖ_SPの置き換えを、出力Ｖ_SPの急激
な変化が生じた場合にも行なっても良い。

【００３７】図１０に戻って、ステップ５で上記サブル
ーチンＣＨＫＶを実行した後、又は、ステップ４で出力
Ｖ_SGが３．０Ｖよりも小さい（ステップ２，３でＹと判
断されていることから、２．５Ｖ以上）と判断した場合
は、ステップ６に進んで、図１３に示すサブルーチンｃ
ｏｎｖｖを実行する。

【００３８】サブルーチンｃｏｎｖｖでは、光学センサ
２５の発光素子光学センサ２５の出力調整を行なう。具
体的には、ステップＡ１で出力Ｖ_SGの適正値である４．
０Ｖと出力Ｖ_SGとの差分をビット単位でレジスタＡに格
納する。次いでステップＡ２でこの差分を定数１０で割
ることにより、この差分を図１２に示すＰＷＭ出力特性
からＯＮビットの差分に変換する。ここで、定数１０は
光学センサ２５が図１２中の傾きが最大になる出力特性
を有する場合の上記変換の係数であり、このように傾き
が最大になる出力特性を基準にしたのは、ＰＷＭの調整
過多を防止するためである。次いでステップＡ３で現在
のＰＷＭデューティのＯＮビットに上記ＯＮビット差分
を加算した後、ステップＡ４でＰＷＭデューティが２５
５より大きいか否かを判断し、大きい場合にはステップ
Ａ５でＰＭＷデューティを２５５に設定してから、サブ
ルーチンを終了し、逆に大きく無い場合にはそのままサ
ブルーチンを終了する。

【００３９】図１０に戻って、ステップ６で上記サブル
ーチンｃｏｎｖｖを実行した後、又は、ステップ４で出
力Ｖ_SGが３．０Ｖ以上であると判断した場合は、ステッ
プ７，８で最新の出力Ｖ_SG，Ｖ_SPが格納されるレジスタ
ＤＶＧＮＥＷ，ＤＶＰＮＥＷの内容を、１回前の検出に
係る出力Ｖ_SG，Ｖ_SPが格納されるレジスタＤＶＧＯＬ
Ｄ，ＤＶＰＯＬＤに更新して格納した後、ステップ８，
９で今回の検出に係る前記レジスタＶ_SG，Ｖ_SPの内容を
上記レジスタＤＶＧＮＥＷ，ＤＶＰＮＥＷに更新して格
納する。これにより、出力Ｖ_SP，Ｖ_SGの読み込みを完了
する。

【００４０】次に上記のレジスタＤＶＧＮＥＷ，ＤＶＰ
ＮＥＷに格納された出力Ｖ_SG，Ｖ_SPを用いたトナー濃度
の演算について説明する。この例においては、出力Ｖ_SG
（Ｖ）と出力Ｖ_SP（Ｖ）の比Ｖ_SP／Ｖ_SGと、現像器２１
内のトナー濃度との間に、図１５の第１象限に示すよう
な一定の関係がある。よって、この関係を例えばデータ
テーブルとしてＲＡＭに記憶しておき、光学センサ２５
での出力Ｖ_SG，Ｖ_SP読取後にＶ_SP／Ｖ_SGでこのデータテ
ーブルをルックアップして現像器２１のトナー濃度を求
めることが出来る。

【００４１】この図１５の第２象限は、横軸に前述の単
位面積有りのトナー付着量を取って、トナー濃度と単位
面積当たりのトナー付着量との対応特性を示したもので
あり、この特性より、前記式（２）中の関数ＭＡ、即ち
トナー濃度とトナー付着率との対応関係を求めることが
出来る。このトナー濃度とトナー付着率との対応関係を
データテーブルに記憶しておく。

【００４２】ここで、本実施例においては、黒ベタ画像
のようにトナー消費量が多い画像を形成した場合、後述
するようにこのトナー消費量に応じてトナーを補給する
ので、現像器２１の現像剤撹拌能力を一時的に越える量
のトナーを補給することがある。このような量のトナー
を補給した直後に光学センサ２５による基準パターント
ナー像の読取を行なう（その為の基準潜像の現像を行な
う）と、現像剤（キャリア）とトナーの撹拌不足により
一時的なトナー帯電不足で、適正なトナー帯電量の場合
に比して基準潜像へのトナー付着量が少なくなる。この
為、基準パターントナー像の光学濃度が適正なトナー帯
電量で現像した場合に比べて薄くなり、図１６に示すよ
うに、光学センサ２５の出力Ｖ_SPが高くなっていしま
う。この図１６は横軸にセンサ読取タイミング直前のコ
ピー動作に係る画像の面積率（｛トナー付着面積／Ａ３
（４２０×２９７）面積｝×１００％）を取り、縦軸に
そのセンサ読取時の出力Ｖ_SPを取って、実際のトナー濃
度が１．８％，２．０％，２．７％の場合について、セ
ンサ読取タイミング直前のコピー動作に係る画像の面積
率とそのセンサ読取時の出力Ｖ_SPとの関係を示したもの
である。いずれのトナー濃度においても、面積率が大き
くなるにつれて出力Ｖ_SPが高くなっていることが判る。
そこで、本実施例においては、光学センサ読取タイミン
グの直前の画像形成に係る画像の消費データの総和、即
ちトナー付着面積の総和が一定値以上の場合は、読み取
ったＶ_SPを図１７に示すように補正する。尚、光学セン
サ読取タイミングの直前の画像形成に係る画像の消費デ
ータの総和、即ちトナー付着面積の総和のみならず、複
数枚前からのトナー付着面積の総和を用いて読み取った
Ｖ_SPを補正するようにしても良い。

【００４３】図１７は横軸にセンサ読取タイミング直前
のコピー動作に係るトナー付着面積データから求める上
記面積率を取り、縦軸にＶ_SPデータの補正ビット数を取
ったものである。この補正ビット数の１ビットは光学セ
ンサ２５出力の約０．０２Ｖに相当する（５Ｖ／２５
５）。この補正ビット数は、予め実験で求めておくもの
である。このＶ_SGデータの補正によって、正確なトナー
濃度（充分な撹拌動作後のトナー濃度）を求めることが
可能になる。

【００４４】以上のトナー濃度の演算、及び前記トナー
付着率ＭＡを求める演算についての具体的制御について
図１８を用いて説明する。先ず、ステップ１でレジスタ
ＤＶＰＮＥＷから読み出した出力Ｖ_SPを、レジスタＤＶ
ＧＮＥＷから読み出した出力Ｖ_SGを用いて、出力Ｖ_SGが
４．０ボルトのときのＶ_SPデータに変換してレジスタＡ
に格納する。ここで、出力Ｖ_SGが４．０ＶのときのＶ_SP
データに換算する為に、出力Ｖ_SPに定数２０４を掛けて
いるのは、前述のように光学センサ２５のデータが８ビ
ット，上限５Ｖのアナログポートから読み込まれること
による（２５５×４Ｖ÷５Ｖ＝２０４）。次に、ステッ
プ２でこのＶ_SPデータ値である４０よりも大きいか否か
を判断し、これよりも大きい場合には、レジスタＡを４
０に補正する（ステップ３）。これは、上記Ｖ_SPデー
タ、即ち出力Ｖ_SPとＶ_SGの比からトナー濃度を求める為
のデータテーブルの大きさの関係から、Ｖ_SPデータが４
０以上のものは一括してＶ_SPデータ４０として近似する
ものである。次に、ステップ４，５でＶ_SPデータが０か
否かを判断し、０である場合には１に補正した後に（ス
テップ５）、０でない場合にはそのまま次に進む。これ
も上記データテーブルの大きさの関係から近似するもの
である。そして、ステップ６乃至１０で、ＬＤＣＮＴを
用いて、前述の図１７に示すＶ_SPデータの補正を行な
う。ここで、ＬＤＣＮＴ１８４が上記画像の面積率８０
％に、ＬＤＣＮＴ１３８が同６０％に、ＬＤＣＮＴ６９
が同３０％に夫々対応している。又、フローチャート中
には示していないが、ステップ９乃至１１の減算処理の
結果が１よりも小さくなった場合には１とする。次に、
ステップ１２でＶ_SPデータを用いて、Ｖ_SPデータ、即ち
出力Ｖ_SPと出力Ｖ_SGの比とトナー濃度との対応が記憶さ
れているデータテーブルを検索して、トナー濃度データ
を読み取り、これをレジスタＡに格納した後、ステップ
１３でレジスタＤＢＴＤＥＮに格納する。次に、ステッ
プ１４でレジスタＡに格納されているトナー濃度データ
を用いて、トナー濃度と前述のトナー付着率との対応が
記憶されているデータテーブルを検索して、トナー付着
率データを読み取り、これをレジスタＡに格納した後、
ステップ１５でレジスタＡのデータをレジスタＤＢＴＮ
ＭＡに格納する。

【００４５】以上により求めた１枚の画像についてのト
ナー付着面積とトナー付着率を用いて、この１枚の画像
で消費されるトナー消費量を演算する。具体的には、上
記のトナー付着面積データとトナー付着率データとの積
を演算して１枚の画像形成当たりのトナー消費量を求め
る。

【００４６】次に、トナー補給量の演算について説明す
る。理想的にはトナー補給量が上記の演算によって求め
たトナー消費量と一致するようにトナー補給機構の補給
条件を制御すれば、トナー濃度が一定に保たれるはずで
あるが、実際は前述のようにトナー補給機構の機械感の
バラツキや環境変動によって演算したトナー補給量と実
際に補給されるトナーの量とが必ずしも一致しないこと
に加え、この例においては以下の理由によっても狙いの
トナー濃度からのずれが生じてしまう。即ち、この例に
おいては、現像器２１の現像剤のトナー濃度を感光体１
上に形成した基準潜像を現像して得た基準パターントナ
ー像の光学濃度を検出することによって求めているの
で、基準パターントナー像を形成するためにトナーが消
費され、且つ、クリーニングユニット６による基準パタ
ーントナー像のクリーニング負担も生じる。このため、
上記の様に１０枚の画像形成毎にトナー濃度の検出を行
ない、検出後の１０枚の画像形成中は、検出したトナー
濃度を用いて求めたトナー付着率ＭＡと画像形成動作毎
に演算して求めたトナー付着面積の総和とから、１枚の
画像形成当たりのトナー消費量を演算する。しかし、こ
のトナー濃度の検出後の１０枚の画像形成の間にもトナ
ー濃度が変化していることから、上記のトナー消費量と
実際のトナー消費量とに誤差が生じ、この結果、トナー
濃度が狙いのトナー濃度から外れてしまう。

【００４７】そこで、本実施例においては、最新のトナ
ー濃度検出結果に加えて、この最新のトナー濃度検出に
係るトナー濃度と前回のトナー濃度検出に係るトナー濃
度ととを比較することで、そのトナー濃度の推移も考慮
して、トナー補給量を決定し、これにより、仮に実際の
トナー濃度が狙いのトナー濃度からはずれた場合には、
速やかに狙いのトナー濃度に収束させるようにする。

【００４８】即ち、最新のトナー濃度検出結果から、検
出トナー濃度が狙いのトナー濃度よりも高い場合にはト
ナー補給量をトナー消費量よりも少なくし、逆に検出ト
ナー濃度が狙いのトナー濃度よりも低い場合にはトナー
補給量をトナー消費量よりも多くするという観点と、最
新の検出トナー濃度よりも前回の検出トナー濃度の方が
低い場合（トナー濃度が低下傾向にある場合）にはトナ
ー補給量をトナー消費量よりも多くし、逆に最新の検出
トナー濃度よりも前回の検出トナー濃度の方が高い場合
（トナー濃度が上昇傾向にある場合）にはトナー補給量
をトナー消費量よりも少なくするという観点とから、ト
ナー補給量を決定する。

【００４９】そして、以上の観点からトナー補給量を決
定する為に、この例ではトナー補給量演算上の変数ＧＡ
ＩＮを用いている。以下、この例における変数ＧＡＩＮ
について具体的に説明する。変数ＧＡＩＮはトナー補給
量とトナー消費量の比率に相当し、これが１．０の場合
にトナー補給量とトナー消費量が等しくなる。そして、
最新の検出トナー濃度が狙いのトナー濃度よりも低い場
合に、この変数ＧＡＩＮを１．０よりも大きくしてトナ
ー濃度を上昇させ、且つ、この上昇分を上記のトナー濃
度の推移を考慮して決定するようにする。同様に、最新
の検出トナー濃度が狙いのトナー濃度よりも高い場合
に、この変数ＧＡＩＮを１．０よりも小さくしてトナー
濃度を低下させ、且つ、この低下分を上記のトナー濃度
の推移を考慮して決定するようにする。

【００５０】この変数ＧＡＩＮの具体的な値は、現像器
２１の特性やトナー補給方式によって異なりってくるも
ので、実験的に求めておくものである。以下、その一例
を示す。最新の検出トナー濃度が狙いのトナー濃度より
も低く、且つ、前回の検出トナー濃度も狙いのトナー濃
度よりも低い場合のＧＡＩＮの値を１．４乃至２．３、
最新の検出トナー濃度が狙いのトナー濃度よりも低く、
且つ、前回の検出トナー濃度が狙いのトナー濃度よりも
高い場合のＧＡＩＮの値を１．３乃至３．０、最新の検
出トナー濃度が狙いのトナー濃度よりも高く、且つ、前
回の検出トナー濃度が狙いのトナー濃度よりも低い場合
のＧＡＩＮの値を０．５乃至０．８、最新の検出トナー
濃度が狙いのトナー濃度よりも高く、且つ、前回の検出
トナー濃度も狙いのトナー濃度よりも高い場合のＧＡＩ
Ｎの値を０．６乃至１．０の範囲で設定する。具体的に
は、下表３の様に設定する。尚、下表３中の縦方向のＡ
＝０〜４が最新の検出トナー濃度に対応し、横方向のテ
ーブル１〜５が前回の検出トナー濃度に対応する。この
Ａ＝０〜４及びテーブル１〜５は、具体的制御を示す図
１９及び図２０のフローチャート中に示すように、検出
したトナー濃度の区分に対応している。この内、テーブ
ル１〜５は、夫々のＡの区分からＧＡＩＮのデータを検
索するデータテーブルに対応している。

【表３】

【００５１】図１９及び図２０を用いて、ＧＡＩＮを求
める具体的制御について説明する。先ず、ステップ１で
前述の図１８のフローチャート中のステップ１と同様
に、レジスタＤＶＰＮＥＷから読み出した出力Ｖ_SPを、
レジスタＤＶＧＮＥＷから読み出した出力Ｖ_SGを用い
て、出力Ｖ_SGが４．０ボルトのときのＶ_SPデータに変換
してレジスタＡに格納し、ステップ２でこれをレジスタ
ＤＢＰＮＥＷに格納する。このレジスタＤＢＰＮＥＷへ
の格納前に、前述の図１８のフローチャート中のステッ
プ６〜１１の補正処理を行なっても良い。次いで、ステ
ップ３，４で同様に、レジスタＤＶＰＯＬＤから読み出
した出力Ｖ_SPを、レジスタＤＶＧＯＬＤから読み出した
出力Ｖ_SGを用いて、出力Ｖ_SGが４．０ボルトのときのＶ
_SPデータに変換してレジスタＡに格納し、これをレジス
タＤＢＰＯＬＤに格納する。そして、ステップ５〜１３
で先ず上記レジスタＤＢＰＯＬＤから読み出した前回検
出時のＶ_SPデータを用いて、上記表３中の何れのデータ
テーブルを用いるかを選択する。次いで、ステップ１４
〜１９で上記レジスタＤＢＰＮＥＷから読み出した最新
の検出時のＶ_SPデータを用いて、上記表３中のＡの区分
を決定する。そして、ステップ２３で、この決定された
区分Ａを用いて上の様に選択されたデータテーブルを検
索し、検索したＧＡＩＮデータをレジスタＡに格納し、
ステップ２４でこれをレジスタＤＢＧＡＩＮに格納す
る。

【００５２】以上により求めたＧＡＩＮ等を用いたトナ
ー補給量演算を、図２１に示す。図２１において、ステ
ップ１でレジスタＤＢＴＮＭＡから読み出したトナー付
着率データとレジスタＬＤＣＮＴから読み出したトナー
付着面積データの積を演算してトナー消費データ求め、
これをレジスタＤＢＡＤＤＴに格納する。次いで、ステ
ップ２でこのレジスタＤＢＡＤＤＴから読みだした上記
トナー消費データに上記レジスタＤＢＧＡＩＮから読み
出したＧＡＩＮデータを掛けてトナー補給量データを求
め、レジスタＤＢＡＤＤＬ／Ｈに格納する。尚、この例
では、トナー補給量を１枚当たりのトナー消費量データ
であるＤＢＡＤＤＴとＧＡＩＮの積で求めるが、これに
代え、下式（３）によって求めても良い。 ＤＢＡＤＤＴ＋（１−ＧＡＩＮ）×Ａ …（３） 但し、Ａは定数 この式（３）の演算においても、検出トナー濃度やトナ
ー濃度の推移に対応して、トナー消費量とトナー補給量
に差を設け、狙いのトナー濃度に近付ける動作を行な
う。

【００５３】次に、トナー補給動作について説明する。
このトナー消費量に応じてトナーを補給する。補給トナ
ー量の設定は、補給ローラ２４の回転駆動時間によって
設定する。１枚の画像当たりのトナー消費量は、前述の
ようにトナー消費面積とトナー付着率との積であり、具
体的に表わすと下式（４）のようになる。 （トナー消費量）＝ＬＤＣＮＴ×２¹⁷×ＭＡ×１／（４００／２．５４）² ≒ＬＤＣＮＴ×ＭＡ×６５５／１２４ …（４） ここで、（トナー消費量）の単位はｍｇ、ＬＤＣＮＴ×
２¹⁷の単位はドット、ＭＡの単位はｍｇ／ｃｍ²、１／
（４００／２．５４）²の単位はｃｍ²／ドットである。
尚、ＬＤＣＮＴに２¹⁷を掛けているのは、前述のように
トナー付着面積データＬＤＣＮＴを上位８ビットで表現
しているためである。一方、この例におけるトナー補給
はクラッチの駆動による補給ローラ２４を回転して行な
っており、図２２に示すように単位時間当たりのトナー
補給量が安定している領域Ａにおいては３００ｍｇ／秒
のトナー補給が行なわれる。この図２２は、縦軸に３０
秒間当たりのトナー補給量を取り、横軸にトナーホッパ
ー２２内のトナー残量を取って、トナーホッパー２２内
の残量とトナー補給量との関係を示したものである。そ
して、上記の演算によるトナー補給量は、上記トナー消
費量にＧＡＩＮを掛けて求めて、これを補給時間（補給
ローラ２４の回転時間）に換算すると、下式（５）の様
になる。 （補給時間）＝（トナー消費量）×ＧＡＩＮ×１／３００ ≒ＬＤＣＮＴ×ＭＡ×１３１／１２４×６０ …（５） この（補給時間）の単位は秒である。この補給時間だ
け、上記クラッチをＯＮしてトナーの補給を行なう。
尚、上述のフローチャート中においては、上記の単位系
を合わせるための定数処理（×１３１，１２４×６０
等）は省略している。

【００５４】尚、画像形成動作の駆動源（ドラム１、レ
ジストローラ９を駆動するモータ）と現像ユニット４の
駆動源（マグローラ、補給ローラ２４を駆動するモー
タ）が独立に備えている場合には、各記録紙の給送の任
意のタイミングで補給用の電磁クラッチを補給量データ
であるＤＢＡＤＤＬ，ＤＢＡＤＤＨに対応する時間分Ｏ
Ｎする。これにより、トナーホッパー２２内のアジテー
タ２３と補給ローラ２４を駆動して現像器２１内にトナ
ーを補給する。又、上記の駆動源が同一の場合には、記
録時か感光体１上のトナー像を転写し終えたタイミング
よりトナー補給動作を行なうことが駆動源の負荷変動に
伴う画像劣化を防止するために好ましい。

【００５５】以上、本実施例においては、所定枚数毎に
基準トナー像を光学センサで検出してトナー濃度ＴＣ´
を求め、必要に応じて直前のコピーに係るトナー付着面
積データの総和ＬＤＣＮＴでこれを補正してトナー濃度
ＴＣを得る。このＴＣで、単位面積当たりのトナー付着
率ＭＡを算出してレジスタに格納する。又、このＴＣと
前回の検出に係るＴＣとを比較して、トナー濃度の推移
から変数ＧＡＩＮを算出してレジスタに格納する。そし
て、コピー毎にカウントしたＬＤＣＮＴにレジスタから
読み出したＭＡ及びＧＡＩＮを掛けてトナー補給量を算
出して、コピー毎にトナーを補給する。これにより、狙
いのトナー濃度に収束させることが出来、安定した現像
ユニット４の顕像化能力が得られる。

【００５６】尚、図２３は、上記実施例における、各制
御の実行のタイミングや、各演算結果の利用関係を、コ
ピー動作のタイミングを基準にして示すしたものであ
る。同図中、「△」はセンサチェックタイミングを示
し、画像形成装置のメインスイッチＯＮ後１枚目とその
後１０枚ごとに設定する。このタイミングで光学センサ
２５で感光体１上のパターンを読取り、出力Ｖ_SG，出力
Ｖ_SPを得る。「ＴＣ´」はトナー濃度算出を示し、出力
Ｖ_SG，出力Ｖ_SPの出力比より現像器２１内のトナー濃度
（ＴＣ）を算出する。「ＴＣ」はトナー濃度補正を示
し、これはセンサチェックタイミング直前の記録紙のト
ナー付着面積（ＬＤＣＮＴ）をチェックし、一定値以上
（付着量が多い場合、現像器２１の撹拌が不十分な状態
となるため）の場合、トナー濃度をＴＣ´よりも濃い値
に補正する。補正後のトナー濃度をＴＣとする。「Ｍ
Ａ」はトナー付着率算出を示し、これは同一プロセス条
件でもトナー濃度により感光体１上の単位面積当たりの
トナー付着量が異なるので、ＴＣの値よりデータテーブ
ルで付着率ＭＡを求める。「ＬＤＣＮＴ」はトナー付着
面積の算出を示し、これは画像データ（多値データ等）
からデータテーブルを用いてトナー付着面積に変換し、
記録紙当たりのトータルのトナー付着面積ＬＤＣＮＴを
求める。「ｕＴ．」はトナー消費量の算出を示し、付着
率ＭＡとトナー付着面積ＬＤＣＮＴの積としてトナー消
費量ｕＴ．を算出する。「ＧＡＩＮ」は変数ＧＡＩＮの
算出を示し、検出したＶ_SG，Ｖ_SPと前回検出したＶ_SG，
Ｖ_SPを比較し、狙いのトナー濃度ＴＣ（Ｖ_SG，Ｖ_SP）に
なる様に補給量を加減するための変数ＧＡＩＮを求め
る。「ＡＤＤＴ」はトナー補給量算出を示し、消費され
たトナー量ｕＴ．と変数ＧＡＩＮの積としてトナー補給
量を算出する。以上の流れで記録紙毎にトナー補給量を
求めてトナー補給を実行する。但し、変数ＧＡＩＮはセ
ンサチェックタイミング毎に変更する。

【００５７】以上、本実施例においては、感光体１上の
単位面積当たりのトナー付着量であるトナー付着率を検
出するために、光学センサ２５を用いて現像器２１内の
現像剤のトナー濃度を検出しているが、これに代え、現
像器２１内にトナー濃度センサを設けても良い。又、上
記トナー濃度を所定枚数ごとに検出しているが、これに
代え、毎回検出しても良い。更に、光学センサ２５の出
力が所定範囲内にないときに、予め設定されているデー
タテーブルの値を読み出し（図１０のフローチャート中
のステップ５及び図１４のサブルーチンＣＨＫＶ）、こ
の値を光学センサ２５の出力に対応するデータ（Ｖ_SGデ
ータ，Ｖ_SPデータ）に代る代用データとして用いてトナ
ー付着率を算出し（図１８のフローチャート）、このト
ナー付着率とトナー付着面積とに基づいてトナー補給量
を演算し、これにより、第２補給量演算手段を構成して
いるが、これに代え、光学センサ２５の出力が所定範囲
内にないときに、光学センサ２５の出力に対応するトナ
ー付着率のデータに代る代用データとして用いる値をデ
ータテーブルに予め設定しておき、光学センサ２５の出
力が所定範囲内にないときに、このデータテーブルから
トナー付着率のデータに代る代用データを読み出し、こ
の代用データとトナー付着面積とに基づいてトナー補給
量を演算するようにし、これにより、第２補給量演算手
段を構成しても良い。又、上記実施例においては、前述
のように上式（１）の特別の場合として上式（２）が成
立する例であったが、このような式（２）が成立せず、
この結果、１ドット当たりのトナー消費量を画像の多値
データとトナー濃度の両者を用いて消費データに変換す
る必要が有る場合には、画像の多値データから消費デー
タを検索する為のデータテーブルをトナー濃度毎に設け
れば良い。そして、この為のトナー濃度データは、毎回
トナー濃度を検出することによって得ても良いし、上記
実施例の様に所定間隔でトナー濃度を検出する場合に
は、最新のトナー濃度を用いても良い。更に、上記実施
例は、書込ＬＤのパルス幅によってトナー付着面積が異
なることから画像の多値データから消費データに変換
し、この消費データの１枚の画像当たりの総和で１枚の
画像当たりのトナー付着面積を求めているが、書込ＬＤ
のパルス幅は一定であっても、画像におけるドットの密
集状況によってトナー付着量が変化する場合、例えば、
現像におけるエッジ効果でトナー付着量の増大が生じる
ほどにドット間の距離が接近しているかどうかによって
トナー付着率が変化する場合にも、このようなドット間
の距離とトナー付着量との関係を予め求めておいて、こ
の関係を画像の多値データから消費データへの変換テー
ブルにして用い、画像の多値データから一旦消費データ
に変換し、この消費データの１枚の画像当たりの総和で
１枚の画像当たりのトナー付着面積を求める。又、上記
実施例においては、各種のデータテーブルを用いている
が、この内演算式で置き換えられるものは、演算式に置
き換え、データテーブルの検索に代え、この演算式の演
算処理を実行しても良い。

【００５８】

【発明の効果】請求項１乃至３の発明によれば、画像領
域内の画像データを用いて感光体上のトナー付着領域の
総面積を演算すると共に、感光体上のトナー付着領域の
単位面積当たりのトナー付着量を検出し、該単位面積当
たりのトナー付着量と該総面積とに基づいて現像器への
トナー補給量を演算し、これにより、現像器内の現像剤
のトナー濃度の変動による像担持体上のトナー付着領域
の単位面積当たりのトナー付着量の変動をも加味して補
給トナー量を決定するので、トナーの消費量を正確に予
測して、適正なトナー補給を行なうことができる。更
に、上記単位面積当たりのトナー付着量を、像担持体上
に形成した基準トナー像の濃度に基づいて演算するの
で、像担持体の特性変化によるトナー付着量の変化も加
味した正確な、単位面積当たりのトナー付着量の検出を
行なうことができる。更に、上記現像器のトナー濃度の
検出を所定画像形成動作ごとに実行して該濃度の変化に
応じて現像器へのトナー補給量を補正するので、例え、
トナー濃度を検出しない画像形成動作の期間内に狙いの
トナー濃度からのずれが生じたとしても、このずれを比
較的小さく抑えることができると共に、迅速に狙いのト
ナー濃度に収束させることができる。また、上記基準ト
ナー像を形成するタイミングよりも１回以上前の画像形
成動作におけるトナー付着領域の総面積の演算値を比較
値と比較するので、以前の画像形成動作においてトナー
補給過多による現像剤撹拌不足でトナー帯電量不足が生
じているか否かを判別することが出来、且つ、該比較結
果に基づいて現像器へのトナー補給量を補正するので、
トナー帯電不足による単位面積当たりのトナー付着量に
ついての誤検出による、更なるトナーの過剰補給を防止
することができる。又、補給用トナーの残量の有無を判
断するトナーニアエンド検出に、上記基準トナー像の検
出濃度を用いる場合にも、トナー補給過多による現像剤
撹拌不足でトナー帯電量不足が生じても、誤ったトナー
ニアエンド検出を防止することができる。また、請求項
３の発明によれば、光検出手段がトナー汚れ等によって
誤検出を行なった場合に、急激なトナー濃度の変動を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るデジタル複写機の感光体
周辺の概略構成図。

【図２】同複写機の電装部の構成を示すブロック図。

【図３】図２の書込駆動制御回路の構成を示すブロック
図。

【図４】同複写機の、書込ＬＤのパルス幅とトナー付着
量との関係を示す特性図。

【図５】同複写機の、ＬＤ多値データとトナー着量との
関係を示す特性図。

【図６】同複写機の、トナー付着面積の演算の用のカウ
ンタ回路の構成図。

【図７】同カウンタ回路が構成されているＣＰＵと周辺
回路とを示す回路図。

【図８】同カウンタ回路についてタイミングチャート。

【図９】同複写機の、トナー付着量データの読み込み制
御のフローチャート。

【図１０】同複写機の、光学センサ出力の読み込み制御
のフローチャート。

【図１１】（ａ）は同複写機の、光学センサについての
回路図、（ｂ）は同回路への入力信号の波形図。

【図１２】同光学センサの特性図。

【図１３】図１０のフローチャートで実行されるサブル
ーチンのフローチャート。

【図１４】図１０のフローチャートで実行される、他の
サブルーチンのフローチャート。

【図１５】同光学センサの他の特性図。

【図１６】光学センサ検出直前の画像形成に係る画像の
面積率と出力Ｖ_SPとの関係を示す特性図。

【図１７】同光学センサの出力の補正ビット数と面積率
との関係を示すグラフ。

【図１８】同複写機の、光学センサ出力補正及びトナー
付着量算出の制御のフローチャート。

【図１９】同複写機の、変数ＧＡＩＮ算出の制御のフロ
ーチャートの一部分。

【図２０】同複写機の、変数ＧＡＩＮ算出の制御のフロ
ーチャートの図１９に示した残りの部分。

【図２１】同複写機の、トナー補給両算出の制御のフロ
ーチャート。

【図２２】同複写機のトナー補給機構の特性図。

【図２３】同複写機の、各種制御の実行タイミングを示
すタイミングチャート。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ， ４ 現
像ユニット ６ クリーニング装置 ， ２１ 現
像器 ２２ トナーホッパー ， ２３ ア
ジテータ ２４ 補給ローラ ， ２５ 光
学センサ ２０ 現像ローラ ， ８００ ビ
デオコントローラ ８０１ Ｐ−ＲＯＭ（変換テーブル） ， ８１１ 加
算器 ８１３ カウンタ ， ８１５ ラ
ッチ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村山 久夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 吉田 真由美 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 原沢 祐子 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 加藤 真治 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭62−244073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−40179（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−8769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−49362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−69666（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 - 15/095

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像領域内の画像データを用いて像担持体
   上のトナー付着領域の総面積を演算し、該総面積に応じ
   て現像器にトナーを補給するトナー補給制御方法におい
   て、像担持体上のトナー付着領域の単位面積当たりのト
   ナー付着量を、像担持体上に形成した基準トナー像の濃
   度に基づいて演算し、 該単位面積当たりのトナー付着量と該総面積とに基づい
   て現像器へのトナー補給量を演算するとともに、 上記現像器のトナー濃度の検出を所定画像形成動作ごと
   に実行し、該濃度の変化に応じて上記トナー補給量を補
   正し、 また、上記基準トナー像を形成するタイミングよりも１
   回以上前の画像形成動作におけるトナー付着領域の総面
   積の演算値を比較値と比較し、該演算値が該比較値より
   大きいとき、上記トナー補給量が多くなるように補正す
   ることを特徴とするトナー補給制御方法。
2. 【請求項２】画像領域内の画像データを用いて像担持体
   上のトナー付着領域の総面積を演算する面積演算手段
   と、 像担持体上に形成した基準トナー像の濃度を検出する光
   検出手段と、 該光検出手段の出力に基づいて像担持体上のトナー付着
   領域の単位面積当たりのトナー付着量を演算する付着量
   演算手段と、 上記現像器のトナー濃度の検出を所定画像形成動作ごと
   に実行し、該濃度の変化に応じてトナー補給量を補正す
   る補正係数を求める補正係数演算手段と、 該面積演算手段の演算結果と該付着量演算手段の演算結
   果と該補正係数演算手段で求めた補正係数とに基づいて
   現像器へのトナー補給量を演算する補給量演算手段とを
   設け、 上記付着量演算手段を、上記基準トナー像を形成するタ
   イミングよりも１回以上前の画像形成動作におけるトナ
   ー付着領域の総面積の演算値を比較値と比較し、該演算
   値が該比較値より大きいとき、上記光検出手段の出力に
   対応した単位面積当たりのトナー付着量より多い演算結
   果になるように構成したことを特徴とする画像形成装
   置。
3. 【請求項３】上記光検出手段の出力が所定範囲内か否か
   を判別する判別手段と、 該判別手段による判別結果に応じて、上記付着量演算手
   段の演算結果に代え、所定の単位面積当たりのトナー付
   着量を用いてトナー補給量を演算する第２補給量演算手
   段とを設けたことを特徴とする請求項２記載の画像形成
   装置。