JP3451470B2

JP3451470B2 - トナー濃度制御装置

Info

Publication number: JP3451470B2
Application number: JP35525796A
Authority: JP
Inventors: 和典唐沢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2003-09-29
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: KR100275083B1; JPH10186830A; US6141509A; KR19980064389A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二成分現像剤を用
いる電子写真装置のトナー濃度制御装置に関し、特に現
像剤のトナー濃度と基準値との差からトナー補給量を決
定するとともに、感光体上における基準パターンの形成
状態に応じて前記基準値を修正するように構成したトナ
ー濃度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、二成分現像剤を用いる電子写
真装置においては、その現像剤のトナー濃度をいかに制
御するかが重要な課題であった。トナー濃度の制御方法
としては、特開平１−１５４１７９号公報に示されるよ
うにトナー濃度センサを用いて一定のトナー濃度になる
ようにトナー補給を行う技術がある。この場合、特開昭
６３−５８４７２号公報に示されるようにトナー濃度セ
ンサの出力のばらつきを抑えるために何らかの回路を付
加し、トナー濃度センサの出力が所定の範囲内に入るよ
うに調整するのが一般的であった。ところが、このよう
なトナー濃度を一定に制御する技術の場合には、次のよ
うな欠点がある。すなわち、トナー濃度が同じでも、周
辺環境の温度湿度や現像剤の使用条件により電子写真装
置の出力画像の濃度は変化してしまうのである。これ
は、電子写真がトナーを摩擦帯電させることによって現
像を行うことに起因した問題であり、きわめて本質的な
問題である。この問題を解決するためのトナー濃度制御
方法としては、感光体上に基準パターンを作り、このパ
ターンの濃度が一定になるようにトナーを補給するとい
う技術がある。

【０００３】ところが、このようなパターン濃度を一定
に制御する制御方法においても、次のような問題があ
る。すなわち、温湿度環境や使用条件によりパターン濃
度を保証しようとして著しくトナー濃度を上げなければ
ならない場合、トナーを十分に帯電しきれなくなって、
現像器からトナーが吹き出して機械内を汚し故障を招い
たり、逆に、トナー濃度を極端に下げなければならない
場合、キャリアが感光体上に付着して故障の原因となる
ことがある。このような場合には、パターン濃度が狙い
から少々ずれても、トナー濃度を一定範囲内に抑えた方
がよい。そこで、上記トナー濃度センサと、感光体の基
準パターンの反射濃度を検知するパターン濃度センサを
組み合わせて使う技術が開発された。このような技術に
は、例えば、特開平２−３４８７７号公報に記載された
技術がある。この技術では、通常は、トナー濃度センサ
によりトナー濃度を一定に保つようにトナー補給を行
い、所定時間おき或いは所定のコピー枚数毎に基準パタ
ーンを作り、そのパターン濃度をパターン濃度センサで
検知し、その検知結果に応じてトナー濃度センサの出力
値に基づく制御の基準値を変える。そして、トナー濃度
の上下限値に対応する基準値を予め定めておき、その上
下限基準値の範囲外にはたとえパターン濃度が狙いから
ずれていも基準値をずらさないように制御する。この技
術を採用することにより、不具合なく安定した画像濃度
が得られる電子写真装置を提供できるようになった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平２−３
４８７７号公報に記載の技術では、画像濃度を安定に制
御できる反面、トナー濃度制御のために二つのセンサ、
すなわちトナー濃度センサとパターン濃度センサとを装
備する必要があるため、装置のコストがどうしても高く
なるという問題があった。これは各センサ自体のコスト
に加え、特に、トナー濃度センサの初期設定のための調
整回路がコスト高であるためである。そこで、トナー濃
度センサの初期設定調整を行わないようにすることが考
えられる。しかし、トナー濃度センサの初期設定調整を
単純に省略すると、現像剤やセンサ取り付け精度のばら
つきなどにより、図２中に点線で示すように、トナー濃
度センサの出力がトナー濃度に対してばらついてしまう
ため、トナー濃度の最初の基準値や、上限値、下限値を
定めることができない。しかも、トナー濃度センサの出
力曲線には、図２中の領域Ｌのように、トナー濃度の変
化に対しセンサ出力の変化が鈍くなる領域、すなわちセ
ンサ感度の良くない領域があり、この領域に入ってしま
うと制御そのものもできない。したがって、トナー濃度
センサを使うときは、初期設定を行う調整回路を備える
必要があった。少なくとも、上記のようにパターン濃度
センサと併用する上では調整回路は必須の構成要素とさ
れていた。

【０００５】本発明は、上述した従来の技術の欠点解消
すべく創案されたものであり、請求項１では、トナー濃
度センサとパターン濃度センサとを併用したトナー濃度
制御装置を前提にして、トナー濃度センサの調整手段を
省いた安価な装置構成で、画像濃度を安定に制御できる
トナー濃度制御装置を提供することを目的としている。
さらに、請求項２では、請求項１に加え、トナー濃度の
過上昇を確実に抑えることができるトナー濃度制御装置
を提供すること目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１では、電子写真装置のトナー濃度制御装置
であって、前記電子写真装置における現像装置内の現像
剤の透磁率から現像剤濃度を検知するトナー濃度センサ
と、前記電子写真装置における感光体上に作像された基
準パターンの濃度を検知するパターン濃度センサとを備
え、通常動作時は、前記トナー濃度センサの出力と基準
値との差から前記現像装置のトナー補給量を決定し、所
定のタイミングで前記感光体上に基準パターンを作って
その濃度を前記パターン濃度センサで検知し、その検知
結果に応じて前記基準値を修正するように構成したトナ
ー濃度制御装置において、現像剤交換直後に前記現像装
置を駆動して前記トナー濃度センサの出力値Ｖｔｉを検
知し、前記基準値Ｖｒｅｆをその出力値Ｖｔｉに合わせ
るように決定し、前記出力値Ｖｔｉをもとに前記基準値
Ｖｒｅｆの上限値ＶｒｅｆＨ及び下限値ＶｒｅｆＬを決
定し、次の現像剤交換までの間、前記パターン濃度セン
サの検知結果による前記基準値の修正は前記ＶｒｅｆＨ
〜ＶｒｅｆＬの範囲内で行うようになしたことを特徴と
している。また、請求項２では、請求項１記載のトナー
濃度制御装置において、装填されるべき新現像剤のトナ
ー濃度がその電子写真装置で許容できる最大トナー濃度
であり、かつ、トナー濃度の上限を規定するＶｒｅｆＬ
と前記トナー濃度センサの出力値Ｖｔｉとが等しくなる
ように設定されていることを特徴としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。まず、本発明の実施の形態の説明に先立
ち、従来の技術による電子写真装置の構成及び動作につ
いて説明する。図１は電子写真装置の作像システムの主
要部を示す断面図である。図示するように、ドラム状の
感光体１の周囲には、作像プロセス順に、帯電器２、露
光光学系３、現像装置４、転写装置５、搬送機構６、定
着装置７、クリーニング装置８、等が配置されている。
感光体１は矢印Ａ方向に回転しており、感光体１の表面
は帯電器２により所定の電位に帯電させられる。そし
て、感光体１の一様に帯電した表面に、露光光学系３か
らのレーザー光Ｌにより出力画像が書き込まれる。感光
体１の表面は光を受けると抵抗が低下する性質を有して
おり、レーザー光Ｌが照射された部分の電位が低下し、
感光体１の表面に画像に応じた静電潜像が形成されるわ
けである。この静電潜像は現像装置４により現像され
る。現像装置４内にはトナーとキャリアとからなる二成
分現像剤１１が入っている。現像剤１１は現像装置４の
攪拌装置４ａにより攪拌され、トナーがキャリアにより
摩擦帯電される。帯電したトナーは、キャリアとともに
現像装置４の現像ローラ４ｂ上に搬送され、感光体１を
摺擦する。その際、トナーが感光体１上の静電潜像に応
じて感光体１上に静電的に付着することにより現像がな
される。感光体１上に現像されたトナー像は転写装置５
により転写紙１０上に転写される。トナー像が転写され
た転写紙１０は、搬送機構６により定着装置７へ搬送さ
れ、トナー像が紙面に定着された後、機外に排出され
る。感光体１上には定着処理後にも若干のトナーが残る
がこれはクリーニング装置８により除去される。上記動
作が繰り返されることにより、次々と画像形成がなされ
る。

【０００８】次に、従来のトナー濃度制御装置について
説明する。トナー濃度制御装置は、トナー濃度センサ９
Ａとパターン濃度センサ９Ｂとを有している。上記のよ
うな電子写真装置の動作により、現像装置４内の現像剤
１１のトナー濃度は減少していく。このトナー濃度の変
化は、トナー濃度制御装置のトナー濃度センサ（以下、
Ｔセンサと呼ぶ。）９Ａにより検知される。Ｔセンサ９
Ａは現像剤１１の透磁率がトナー濃度により変化するこ
とを利用してトナー濃度を検知するものである。Ｔセン
サ９Ａの出力Ｖｔとトナー濃度との間には図２のような
関係がある。したがって、所望のトナー濃度に対応する
基準値Ｖｒｅｆとセンサ出力と比較し、その差Ｖｒｅｆ
−Ｖｔをもとに必要なトナー補給量を求めることができ
る。この必要なトナー補給量に応じて現像装置４のトナ
ー補給装置４ｃを駆動させれば、現像装置４内の現像剤
１１を一定の濃度に保つことができる。しかし、Ｔセン
サ９Ａは、現像剤１１のばらつきや取り付け位置のばら
つきなどにより、一般に、トナー濃度に対して、図２中
に点線で示すような出力のばらつき（上下の点線間の斜
線領域内での変動）が発生する。

【０００９】そこで、トナー濃度制御装置では、感光体
１に所定のタイミング、例えば一定枚数以上の出力動作
が終了する度毎に、基準パターンを作像し、その基準パ
ターンのトナー像部分の濃度をパターン濃度センサ（以
下Ｐセンサーと呼ぶ）９Ｂで検知し、その結果に応じて
現像装置４のトナー補給量を制御する。なお、このトナ
ー濃度制御装置が提供される以前は、この種のばらつき
に対しては、Ｔセンサ９Ａに調整用の回路を付加し、現
像剤セット時にサービスマンが調整を行い、図２中の実
線のような特性曲線が得られるように調整を行ってい
た。Ｐセンサ９Ｂは、感光体１の表面に光を照射する発
光素子と、感光体１の表面からの反射光を受光する受光
素子とを備え、上記基準パターンの作像タイミングに同
期して駆動される。

【００１０】上記基準パターンの作像タイミング及びＰ
センサ９Ｂの動作タイミングは、図示しない制御装置
（ＣＰＵ）により判定される。すなわち、制御装置は、
例えば一定枚数以上の出力動作が終了すると、基準パタ
ーンの作像タイミングであると判断し、電子写真装置の
作像システムを制御して感光体１上に基準パターンを作
像させ、その基準パターンの濃度をＰセンサ９Ｂにより
検出する。その際、先ず、帯電器２により一様に帯電さ
せられた感光体１の表面に露光光学系３からのレーザー
光照射によって所定の大きさの潜像パターンが書き込ま
れる。次に、この潜像パターンが現像装置３により現像
されることによりトナーによる基準パターンが作像され
る。その後、転写装置５が解除された状態で、感光体１
の回転に伴い基準パターンが転写領域を通り抜け、Ｐセ
ンサ９Ｂの前を通過する。その間に、Ｐセンサ９Ｂは、
基準パターンのトナー像部分からの反射光の強度により
濃度を検知する。

【００１１】そして、制御装置は、Ｐセンサ９Ｂにより
検知された基準パターンの濃度が狙いより薄ければＴセ
ンサ９Ａの基準値をトナー濃度アップの方向に動かし、
狙いより濃ければトナー濃度ダウンの方向に動かす。こ
のようにすれば、基準パターンの濃度が一定に保たれる
ので出力画像の濃度も一定に保たれる。Ｐセンサ９Ｂの
出力に対してＴセンサ９Ａの基準値をどのくらい動かす
かについては、従来、実験結果に基づくデータテーブル
（ルックアップテーブル）を図示しないメモリに格納し
ておき、Ｐセンサ９Ｂの出力値に対応する基準値（或い
はその修正量）をデータテーブルを使用して決定してい
た。そして、トナー濃度の上昇し過ぎや低下し過ぎを抑
えるため、所定のリミッタ値が定められ、その値の範囲
を超えては、Ｔセンサ９Ａの基準値を動かさないように
していた。以上が従来のトナー濃度制御装置の構成及び
動作である。このようなトナー濃度制御装置は、画像濃
度を安定して不具合なく制御できる反面、センサーを２
個使用しているためコストが高いという問題があった。
これは前述したように、各センサ自体のコストに加え、
特に、Ｔセンサ９Ａの初期設定のための調整回路がコス
ト高であるためである。

【００１２】そこで本発明は、Ｔセンサ９Ａの初期設定
のための調整回路をなくすことによりコストダウンを図
る。しかし、Ｔセンサ９Ａの初期設定調整を単純に省略
すると、現像剤やセンサ取り付け精度のばらつきなどに
より、Ｔセンサ９Ａの出力がトナー濃度に対してばらつ
いてしまうため、トナー濃度の最初の基準値や、上限
値、下限値を定めることができない。しかも、トナー濃
度センサの出力曲線には、図２中の領域Ｌのように、ト
ナー濃度の変化に対しセンサ出力の変化が鈍くなる領
域、すなわちセンサ感度の良くない領域があり、この領
域に入ってしまうと制御そのものもできない。したがっ
て、Ｔセンサ９Ａを使う場合は、調整回路を設けること
が常識とされていた。少なくとも、上記のようにＰセン
サ９Ｂと併用する場合においては、Ｔセンサ９Ａに調整
回路を設けることは必須と考えられていた。これに対
し、本発明者らは、Ｔセンサ９Ａの出力特性を詳細に調
べた結果、トナー濃度の変化に対しセンサ出力の変化が
鈍くなる領域（領域Ｌ）がある場合においてもＴセンサ
によるトナー濃度検知が十分可能であることを見い出
し、本発明に至ったものである。

【００１３】以下、本発明に係るトナー濃度制御装置の
実施の形態について説明する。請求項１に記載の発明に
係るトナー濃度制御装置は、上述した従来のトナー濃度
制御装置、すなわち、現像装置４内の現像剤１１の透磁
率から現像剤濃度を検知するＴセンサ９Ａと、感光体１
上に作像された基準パターンの濃度を検知するＰセンサ
９Ｂとを備え、通常動作時は、Ｔセンサ９Ａの出力と基
準値との差からトナー補給量を決定し、所定のタイミン
グで、例えば定期的に或いは画像形成動作が所定回数実
行される度毎に、感光体１上に基準パターンを作像して
その濃度をＰセンサ９Ｂで検知し、その検知結果に応じ
て前記基準値を修正するように構成したトナー濃度制御
装置を前提にして、現像剤装填直後に現像装置４を駆動
してＴセンサ９Ａの出力を検知し、その出力値Ｖｔｉを
もとに基準値Ｖｒｅｆの上限値ＶｒｅｆＨ及び下限値Ｖ
ｒｅｆＬを決定し、次の現像剤交換までの間、Ｐセンサ
９Ｂの検知結果による基準値の修正はＶｒｅｆＨ〜Ｖｒ
ｅｆＬの範囲内で行うようになしたものである。すなわ
ち、請求項１に記載の発明の要旨は、図３に示したよう
に、トナー濃度とＴセンサの出力値の傾きは、曲線ａで
示される特性を有するセンサの場合でも、曲線ｂで示さ
れる特性を有するセンサの場合でも、新現像材を装填し
た時点でのセンサ出力値Ｖｔｉによりほぼ決まるという
ことから、新現像材を装填した直後におけるセンサ出力
値Ｖｔｉに基づいて、Ｐセンサ９Ｂの出力による基準値
の補正量やトナー補給量、Ｔセンサ９Ａの出力の上下限
値ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬを補正して適切なトナー濃度
制御を行うことにある。

【００１４】図４は請求項１に対応する発明の実施の形
態における初期設定動作のフロー図である。このフロー
では、まず通常動作と同じシーケンスにて画像形成装置
のメインモータ、帯電器、現像装置、等の各部を動作可
能状態にする（Ｓ１）。従来はこの初期動作時にＴセン
サ９Ａの出力を一定値に納めるよう調整していたが、こ
の実施の形態では、新現像材を装填した直後のＴセンサ
９Ａの出力値Ｖｔｉを検知するだけで調整は行わない
（Ｓ２）。そして、新現像材を装填した直後のＴセンサ
９Ａの出力値Ｖｔｉに基準値Ｖｒｅｆを合わせる（Ｓ
３）。ついで、Ｔセンサ９Ａの基準値Ｖｒｅｆの上限値
ＶｒｅｆＨ及び下限値ＶｒｅｆＬは、例えば、図５に示
すようなＶｔｉとΔＴＣ（各Ｖｔｉの±０．０５voltの
範囲におけるトナー濃度変化量）との対応関係を示した
データテーブルを基に、そのときのＴセンサ９Ａの出力
値から一定トナー濃度分ずれたＴセンサ９Ａの出力値は
いくつであるかを計算することにより決定される（Ｓ
４）。たとえば、初期設定時のＴセンサ９Ａの出力値Ｖ
ｔｉが２ｖで初期設定時の現像剤より１％トナー濃度が
高いところを上限としたいならば、そこから１％濃くな
ったときのＴセンサ９Ａの出力値はいくつであるかが図
５のデータテーブルにおける△ＴＣがＶｔｉ＝２ｖのと
ころから積算され、１％を越えたところのＶｔｉが基準
値Ｖｒｅｆの上限値ＶｒｅｆＨとして決定される。ま
た、基準値Ｖｒｅｆの下限値ＶｒｅｆＬの計算も同様に
行われる。その後、上限値ＶｒｅｆＨ及び下限値Ｖｒｅ
ｆＬを図示しないメモリ（ＲＡＭ）に記録し、Ｔセンサ
９Ａの出力値Ｖｔｉを画像形成装置のコントロールパネ
ルの表示部などに表示して（Ｓ５）、この初期設定動作
を終了し、通常動作に移行する。そして、通常動作にお
いては、次の現像剤交換（装填）までの間、Ｐセンサ９
Ｂの検知結果による基準値の修正はＶｒｅｆＨ〜Ｖｒｅ
ｆＬの範囲内で行う。次に、請求項２に係る発明の実施
の形態について説明する。

【００１５】請求項２では、上記請求項１に対応するト
ナー濃度制御装置において、装填されるべき新現像剤の
トナー濃度がその電子写真装置で許容できる最大トナー
濃度であり、かつ、トナー濃度の上限を規定するＶｒｅ
ｆＬとＴセンサ９Ａの出力値Ｖｔｉとが等しくなるよう
に設定される。図６は請求項２に対応する発明の実施の
形態における初期設定動作のフロー図である。このフロ
ーでは、請求項１の場合と同様に、まず、通常動作と同
じシーケンスにて画像形成装置のメインモータ、帯電
器、現像装置、等の各部を動作可能状態とし、新現像材
を装填した直後のＴセンサ９Ａの出力値Ｖｔｉを検知す
る（Ｓ１１、Ｓ１２）。そして、その時のＴセンサ９Ａ
の出力値Ｖｔｉを基準値Ｖｒｅｆの下限値ＶｒｅｆＬに
設定し（Ｓ１３）、図５のようなデータテーブルを基に
その後のＴセンサ９Ａの基準値Ｖｒｅｆと上限値Ｖｒｅ
ｆＨを計算する（Ｓ１４）。その後、基準値Ｖｒｅｆと
上限値ＶｒｅｆＨを図示しないメモリ（ＲＡＭ）に記録
し、Ｔセンサ９Ａの出力値Ｖｔｉを画像形成装置のコン
トロールパネルの表示部などに表示して（Ｓ１５）、こ
の初期設定動作を終了し、通常動作に移行する。このよ
うにすれば、初期設定時のトナー濃度上限設定に対する
誤差を小さくすることができる。ただし、初期設定動作
終了後しばらくはトナー濃度が高めになるが、一般にト
ナー濃度が高くともトナー補給を行わなければ、そのま
ま使用しても不具合は生じない。あるいは、初期設定動
作終了後、トナー消費モードを設定し、適正なトナー濃
度になるまで強制的にトナーを消費させるようにしても
よい。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような優れた効果を発揮できる。請求項１に記載の
発明によれば、トナー濃度センサとパターン濃度センサ
とを併用しつつも、現像剤装填直後に現像装置を駆動し
てトナー濃度センサの出力を検知し、その出力値Ｖｔｉ
をもとに基準値Ｖｒｅｆの上限値ＶｒｅｆＨ及び下限値
ＶｒｅｆＬを決定し、次の現像剤交換までの間、パター
ン濃度センサの検知結果による基準値の修正はＶｒｅｆ
Ｈ〜ＶｒｅｆＬの範囲内で行うようになしたことによ
り、トナー濃度センサの調整手段を省いた安価な装置構
成で、画像濃度を安定に制御できるトナー濃度制御装置
を提供することができる。また、請求項２の発明によれ
ば、請求項１に加え、新現像剤のトナー濃度をその電子
写真装置で許容できる最大トナー濃度とし、かつ、トナ
ー濃度の上限を規定するＶｒｅｆＬとトナー濃度センサ
の出力値Ｖｔｉとが等しくなるように設定したことによ
り、トナー濃度の過上昇を確実に抑えることができるト
ナー濃度制御装置を提供することができる。

【００２０】

【図面の簡単な説明】

【図１】電子写真装置の作像システムの主要部を示す断
面図である。

【図２】トナー濃度センサの特性をグラフにより示した
説明図である。

【図３】トナー濃度センサの特性をグラフにより示した
別の説明図である。

【図４】請求項１に対応する発明の実施の形態における
初期設定動作のフロー図である。

【図５】トナー濃度センサの出力値とトナー濃度変化量
との対応関係を示したデータテーブルの説明図である。

【図６】請求項２に対応する発明の実施の形態における
初期設定動作のフロー図である。

【符号の説明】

１・・・感光体、３・・・露光光学系、４・・・現像装
置、９Ａ・・・トナー濃度センサ（Ｔセンサ）、９Ｂ・
・・パターン濃度センサ（Ｐセンサ）、１１・・・現像
剤。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子写真装置のトナー濃度制御装置であっ
て、前記電子写真装置における現像装置内の現像剤の透
磁率から現像剤濃度を検知するトナー濃度センサと、前
記電子写真装置における感光体上に作像された基準パタ
ーンの濃度を検知するパターン濃度センサとを備え、通
常動作時は、前記トナー濃度センサの出力と基準値との
差から前記現像装置のトナー補給量を決定し、所定のタ
イミングで前記感光体上に基準パターンを作ってその濃
度を前記パターン濃度センサで検知し、その検知結果に
応じて前記基準値を修正するように構成したトナー濃度
制御装置において、現像剤交換直後に前記現像装置を駆動して前記トナー濃
度センサの出力値Ｖｔｉを検知し、前記基準値Ｖｒｅｆ
をその出力値Ｖｔｉに合わせるように決定し、前記出力
値Ｖｔｉをもとに前記基準値Ｖｒｅｆの上限値Ｖｒｅｆ
Ｈ及び下限値ＶｒｅｆＬを決定し、次の現像剤交換まで
の間、前記パターン濃度センサの検知結果による前記基
準値の修正は前記ＶｒｅｆＨ〜ＶｒｅｆＬの範囲内で行
うようになしたことを特徴とするトナー濃度制御装置。
【請求項２】請求項１記載のトナー濃度制御装置におい
て、装填されるべき新現像剤のトナー濃度がその電子写
真装置で許容できる最大トナー濃度であり、かつ、トナ
ー濃度の上限を規定するＶｒｅｆＬと前記トナー濃度セ
ンサの出力値Ｖｔｉとが等しくなるように設定されてい
ることを特徴とするトナー濃度制御装置。