JP4401042B2 - トナー濃度制御システム及び該システムを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー濃度制御システム及び該システムを用いた複写機、ブリンタおよびファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トナーとキャリアからなる２成分現像剤を使用した電子写真方式の画像形成装置においては、現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、感光体上のトナー付着量を検出する反射型フォトセンサとを備えており、特開平８−１１０７００号公報、特開２０００−３０５３２８号公報に示すように、両センサの検出結果を基に、トナー補給部から現像部にトナー補給を行っている。また必要に応じてトナー濃度センサの基準値を補正する制御を実施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常２成分現像剤は、キャリアとトナーの混合物であり、このトナー重量％（ＴＣ）、とトナーの帯電量（ｑ／ｍ）を正確に制御することが非常に重要である。この理由は、画像品質の基本である十分な画像濃度が得られるようにし、かつ、地汚れ（白紙部へのトナー付着）を防止するには、トナー濃度、トナー帯電量を正確に制御することが肝要であるからである。
【０００４】
トナーとキャリアは現像装置内で攪拌され、トナーはキャリアとの摩擦帯電により、帯電量を得る。このトナー帯電量は、攪拌時の環境や使用頻度（攪拌時間）により大きく異なる。トナーの帯電量が低下する条件は、環境では高温高湿時、使用頻度では低Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙとは平均使用枚数）の場合である。逆にトナーの帯電量が上昇する条件は、環境では低温低湿時、使用頻度では高Ｄｕｔｙの場合である。
【０００５】
このように使用状況により、トナー帯電量が変化することから、その時々の最適トナー濃度に制御していく必要がある。すなわちトナーの帯電量が低くなる時には、地汚れの発生が懸念されるために、トナー濃度は低く、トナー帯電量が高くなった時には、トナー濃度は高くして、十分な画像濃度を得るようにすることが重要である。
【０００６】
このように、機械の状態により、適切なトナー濃度にしていくことが重要なのだが、このトナー濃度を検出するトナー濃度センサは、トナー濃度だけではなく、トナーの帯電量によっても出力値が異なるという不具合がある。すなわち、同じトナー濃度であっても、トナーの帯電量が小さいとトナー濃度が低い値を示す傾向にあるという問題を抱えている。
【０００７】
そこで、本発明は、トナー濃度センサの出力値を的確に補正することが可能なトナー濃度制御システム及び該システムを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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記載の発明は、現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、感光体上のトナー付着量を検出する反射型フォトセンサと、前記両センサの検出結果を基に、トナー補給部から前記現像部にトナー補給を行わせる制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記両センサの出力値からトナー濃度が低くかつトナー付着量が多いと判断したとき、トナー濃度基準値と前記トナー濃度センサの検出結果に基づいて、前記トナー濃度基準値を一時的に大きくして前記トナー補給が停止する値に変更するとともに、前記変更したトナー濃度基準値を順次小さくしていくトナー濃度基準値の補正制御を行うトナー濃度制御システムを最も主要な特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記変更したトナー濃度基準値を順次小さくしていく判断基準を、トナー濃度センサの出力値がトナー濃度基準値以下となったときとする請求項１記載のトナー濃度制御システムを主要な特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のトナー濃度制御システムを搭載した2 成分現像剤を使用した画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の作像部周りの構成図である。感光体（像担持体）１の周りには、その回転方向において上流側から順に、感光体1 を均一に帯電する帯電装置２、感光体１を露光光により露光して、感光体１に画像を書き込む露光系３、感光体１の静電潜像を顕像化する現像装置４、感光体１上に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度検出手段としての反射型フォトセンサ５、感光体１上のトナー像を用紙に転写する転写装置６、感光体１をクリーニングするクリーニング装置７などが配置されている。
【００１２】
現像装置４は、感光体１の静電潜像を現像する現像部１１と、現像部１１にトナーを補給するトナー補給手段としてのトナー補給部１２と、現像部１１内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段としてトナー濃度センサ（透磁率センサ）１３を有する。現像部１１は、内部に収容されているトナーとキャリアからなる２成分現像剤を攪拌部材１４、１５により攪拌して、十分にトナーを帯電させたのち、現像剤担持体としての現像ローラ１６に搬送し、この現像ローラ１６上の現像剤で感光体１上の静電潜像を現像する。そして反射型フォトセンサ５により、感光体１上の画像濃度、地汚れを検出して、トナー補給基準値を変更し、最適なトナー濃度にすることにより、安定した現像が行われるようになっている。
【００１３】
図２はトナー濃度制御ブロック図である。トナー濃度制御は、現像装置４に設けられたトナー濃度センサ（以下 Tセンサ）１３と感光体１上のトナー付着量を検出する反射型フォトセンサ（以下 Pセンサ）５の検出結果を制御部２１で判断し、制御部２１がトナー補給部１２を制御することにより、すなわち必要に応じてトナー補給部１２から現像部１１にトナーを補給することにより行っている。
【００１４】
Ｔセンサ１３はコピー１枚ごとにトナー濃度を検知しているが、Ｐセンサ５は感光体１上のトナー付着量を検出するに際し、感光体１上に特定のパターンでトナーを付着させる必要があるため、通常は電源オン時等のコピーを出力しないときにトナー付着量の検出を行っている。
【００１５】
Ｔセンサ１３はトナー濃度が高くなると出力値は小さくなり、トナー濃度が低くなると出力値が大きくなる。通常は５Ｖ出力ではあるが、両端部は感度が悪いため、使用される範囲は１〜３Ｖの範囲である（図３参照）。Ｔセンサ１３の出力値ＶＴとトナー濃度基準値ＶＴｒｅｆの値の差によって、制御部２１は現像部１１へのトナー補給量を決定している（ＶＴ＝ＶＴｒｅｆになるまでトナー補給は実施される）。
【００１６】
Ｐセンサ５は感光体１上のトナー付着量が多くなると出力値は小さくなり、少なくなると出力値は大きくなる（図４参照）。Ｐセンサ５の出力により、制御部２１は、感光体１上のトナー付着量を判断して、現在の現像剤の状態を判断している。例えば、Ｐセンサ５によりトナー付着量が少ないことを検出した時には、制御部２１は、現像剤の現像能力が下がっていると判断して、現像剤のトナー濃度を高くするために、Ｔセンサ１３のトナー濃度基準値ＶＴｒｅｆを小さくする。ＶＴｒｅｆを小さくすると必然的にＶＴ＞ＶＴｒｅｆとなり（基準値変更前はＶＴ＝ＶＴｒｅｆ）、トナー補給部１２でトナー補給が実施されトナー濃度が高くなる。
【００１７】
本発明のトナー濃度基準値の補正はＴセンサ１３においてその出力値ＶＴがＶＴｒｅｆ以上（ＶＴｒｅｆ−ＶＴ≦−０．３）の状態を検知し、制御部２１が現像剤のトナー濃度が低いと判断し、かつＰセンサ５の出力から現像剤の現像能力が高いと判断したときに実施される。この判断は、現像剤のトナー 濃度が狙い値より低く、現像剤の現像能力が高い状態というのは通常の動作では考えにくいことによる。
【００１８】
上記の現象がおきる原因は、現像剤中のトナー の帯電量が下がったことによって、T センサ出力が上がってしまい、T センサ出力値ＶＴがＶＴｒｅｆ以上（ＶＴｒｅｆ−ＶＴ≦−０．３）の状態になったことによるものである。現像剤中のトナー 帯電量が下がる現象は、長期間機械が使用されずに放置されていたり、機械が結露すると現像剤も結露すること等により発生する。
【００１９】
すなわち現像剤中のトナー濃度が変化していないにも関わらずトナー濃度が低いと制御部２１が判断するため、基準値ＶＴｒｅｆの補正を実施しないと、トナー補給を実施してしまうことになる。そしてトナー帯電量が低下した状態でトナー濃度を必要以上に上げると、地汚れの発生が起こりやすくなる。
【００２０】
このため、制御部２１は、ＶＴｒｅｆ値を一時的に大きくし、トナー補給を停止させる補正を実施する（図５参照）。初期補正量はＶＴｒｅｆ−ＶＴの大きさにより決定する（図６参照）。
【００２１】
トナー補給を停止させるようトナー濃度基準値の補正を実施するに際し、補正値は順次小さくしていき、最終的にはトナー濃度基準値を基の値に戻す必要がある。例えば図２に示すメインモータ２２の回転時間と共に補正値を小さくする。
【００２２】
図７は本発明のトナー濃度基準値の補正制御の第１の例を示すフローチャートである。トナー濃度基準値を補正する場合（Ｓ１でＹ）、順次補正量を減らし（Ｓ２）、補正を終了した時点で（Ｓ３）、再度補正が必要かをＰセンサ出力値とＴセンサ出力値によって判断することにより、より最適なトナー濃度制御を実施するものである（Ｓ４ないしＳ７）。
【００２３】
図８は本発明のトナー濃度基準値の補正制御の第２の例を示すフローチャートである。補正されたトナー濃度基準値ＶＴｒｅｆとＴセンサ出力値ＶＴの関係がＶＴｒｅｆ≧ＶＴとなったことを検出したときに、補正値を小さくしていき、補正値の値を常に最適なものとする（Ｓ１ないしＳ６）。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、２成分現像剤を用いた画像形成装置におけるトナー濃度制御の補正値の値を常に最適なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の作像部周りの構成図である。
【図２】トナー濃度制御ブロック図である。
【図３】トナー濃度センサの感度曲線を示す図である。
【図４】反射型フォトセンサの感度曲線を示す図である。
【図５】ＶＴｒｅｆ補正実施有無の判断基準を示す図である。
【図６】ＶＴｒｅｆの補正量の判断基準を示す図である。
【図７】本発明のトナー濃度基準値の補正制御の第１の例を示すフローチャートである。
【図８】本発明のトナー濃度基準値の補正制御の第２の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 感光体
４ 現像装置
５ 反射型フォトセンサ（Ｐセンサ）
１１ 現像部
１２ トナー補給部
１３ トナー濃度センサ（Ｔセンサ）
２１ 制御部（制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー濃度制御システム及び該システムを用いた複写機、ブリンタおよびファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トナーとキャリアからなる２成分現像剤を使用した電子写真方式の画像形成装置においては、現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、感光体上のトナー付着量を検出する反射型フォトセンサとを備えており、特開平８−１１０７００号公報、特開２０００−３０５３２８号公報に示すように、両センサの検出結果を基に、トナー補給部から現像部にトナー補給を行っている。また必要に応じてトナー濃度センサの基準値を補正する制御を実施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常２成分現像剤は、キャリアとトナーの混合物であり、このトナー重量％（ＴＣ）、とトナーの帯電量（ｑ／ｍ）を正確に制御することが非常に重要である。この理由は、画像品質の基本である十分な画像濃度が得られるようにし、かつ、地汚れ（白紙部へのトナー付着）を防止するには、トナー濃度、トナー帯電量を正確に制御することが肝要であるからである。
【０００４】
トナーとキャリアは現像装置内で攪拌され、トナーはキャリアとの摩擦帯電により、帯電量を得る。このトナー帯電量は、攪拌時の環境や使用頻度（攪拌時間）により大きく異なる。トナーの帯電量が低下する条件は、環境では高温高湿時、使用頻度では低Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙとは平均使用枚数）の場合である。逆にトナーの帯電量が上昇する条件は、環境では低温低湿時、使用頻度では高Ｄｕｔｙの場合である。
【０００５】
このように使用状況により、トナー帯電量が変化することから、その時々の最適トナー濃度に制御していく必要がある。すなわちトナーの帯電量が低くなる時には、地汚れの発生が懸念されるために、トナー濃度は低く、トナー帯電量が高くなった時には、トナー濃度は高くして、十分な画像濃度を得るようにすることが重要である。
【０００６】
このように、機械の状態により、適切なトナー濃度にしていくことが重要なのだが、このトナー濃度を検出するトナー濃度センサは、トナー濃度だけではなく、トナーの帯電量によっても出力値が異なるという不具合がある。すなわち、同じトナー濃度であっても、トナーの帯電量が小さいとトナー濃度が低い値を示す傾向にあるという問題を抱えている。
【０００７】
そこで、本発明は、トナー濃度センサの出力値を的確に補正することが可能なトナー濃度制御システム及び該システムを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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記載の発明は、現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、感光体上のトナー付着量を検出する反射型フォトセンサと、前記両センサの検出結果を基に、トナー補給部から前記現像部にトナー補給を行わせる制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記両センサの出力値からトナー濃度が低くかつトナー付着量が多いと判断したとき、トナー濃度基準値と前記トナー濃度センサの検出結果に基づいて、前記トナー濃度基準値を一時的に大きくして前記トナー補給が停止する値に変更するとともに、前記変更したトナー濃度基準値を順次小さくしていくトナー濃度基準値の補正制御を行うトナー濃度制御システムを最も主要な特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記変更したトナー濃度基準値を順次小さくしていく判断基準を、トナー濃度センサの出力値がトナー濃度基準値以下となったときとする請求項１記載のトナー濃度制御システムを主要な特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のトナー濃度制御システムを搭載した2 成分現像剤を使用した画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の作像部周りの構成図である。感光体（像担持体）１の周りには、その回転方向において上流側から順に、感光体1 を均一に帯電する帯電装置２、感光体１を露光光により露光して、感光体１に画像を書き込む露光系３、感光体１の静電潜像を顕像化する現像装置４、感光体１上に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度検出手段としての反射型フォトセンサ５、感光体１上のトナー像を用紙に転写する転写装置６、感光体１をクリーニングするクリーニング装置７などが配置されている。
【００１２】
現像装置４は、感光体１の静電潜像を現像する現像部１１と、現像部１１にトナーを補給するトナー補給手段としてのトナー補給部１２と、現像部１１内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段としてトナー濃度センサ（透磁率センサ）１３を有する。現像部１１は、内部に収容されているトナーとキャリアからなる２成分現像剤を攪拌部材１４、１５により攪拌して、十分にトナーを帯電させたのち、現像剤担持体としての現像ローラ１６に搬送し、この現像ローラ１６上の現像剤で感光体１上の静電潜像を現像する。そして反射型フォトセンサ５により、感光体１上の画像濃度、地汚れを検出して、トナー補給基準値を変更し、最適なトナー濃度にすることにより、安定した現像が行われるようになっている。
【００１３】
図２はトナー濃度制御ブロック図である。トナー濃度制御は、現像装置４に設けられたトナー濃度センサ（以下 Tセンサ）１３と感光体１上のトナー付着量を検出する反射型フォトセンサ（以下 Pセンサ）５の検出結果を制御部２１で判断し、制御部２１がトナー補給部１２を制御することにより、すなわち必要に応じてトナー補給部１２から現像部１１にトナーを補給することにより行っている。
【００１４】
Ｔセンサ１３はコピー１枚ごとにトナー濃度を検知しているが、Ｐセンサ５は感光体１上のトナー付着量を検出するに際し、感光体１上に特定のパターンでトナーを付着させる必要があるため、通常は電源オン時等のコピーを出力しないときにトナー付着量の検出を行っている。
【００１５】
Ｔセンサ１３はトナー濃度が高くなると出力値は小さくなり、トナー濃度が低くなると出力値が大きくなる。通常は５Ｖ出力ではあるが、両端部は感度が悪いため、使用される範囲は１〜３Ｖの範囲である（図３参照）。Ｔセンサ１３の出力値ＶＴとトナー濃度基準値ＶＴｒｅｆの値の差によって、制御部２１は現像部１１へのトナー補給量を決定している（ＶＴ＝ＶＴｒｅｆになるまでトナー補給は実施される）。
【００１６】
Ｐセンサ５は感光体１上のトナー付着量が多くなると出力値は小さくなり、少なくなると出力値は大きくなる（図４参照）。Ｐセンサ５の出力により、制御部２１は、感光体１上のトナー付着量を判断して、現在の現像剤の状態を判断している。例えば、Ｐセンサ５によりトナー付着量が少ないことを検出した時には、制御部２１は、現像剤の現像能力が下がっていると判断して、現像剤のトナー濃度を高くするために、Ｔセンサ１３のトナー濃度基準値ＶＴｒｅｆを小さくする。ＶＴｒｅｆを小さくすると必然的にＶＴ＞ＶＴｒｅｆとなり（基準値変更前はＶＴ＝ＶＴｒｅｆ）、トナー補給部１２でトナー補給が実施されトナー濃度が高くなる。
【００１７】
本発明のトナー濃度基準値の補正はＴセンサ１３においてその出力値ＶＴがＶＴｒｅｆ以上（ＶＴｒｅｆ−ＶＴ≦−０．３）の状態を検知し、制御部２１が現像剤のトナー濃度が低いと判断し、かつＰセンサ５の出力から現像剤の現像能力が高いと判断したときに実施される。この判断は、現像剤のトナー 濃度が狙い値より低く、現像剤の現像能力が高い状態というのは通常の動作では考えにくいことによる。
【００１８】
上記の現象がおきる原因は、現像剤中のトナー の帯電量が下がったことによって、T センサ出力が上がってしまい、T センサ出力値ＶＴがＶＴｒｅｆ以上（ＶＴｒｅｆ−ＶＴ≦−０．３）の状態になったことによるものである。現像剤中のトナー 帯電量が下がる現象は、長期間機械が使用されずに放置されていたり、機械が結露すると現像剤も結露すること等により発生する。
【００１９】
すなわち現像剤中のトナー濃度が変化していないにも関わらずトナー濃度が低いと制御部２１が判断するため、基準値ＶＴｒｅｆの補正を実施しないと、トナー補給を実施してしまうことになる。そしてトナー帯電量が低下した状態でトナー濃度を必要以上に上げると、地汚れの発生が起こりやすくなる。
【００２０】
このため、制御部２１は、ＶＴｒｅｆ値を一時的に大きくし、トナー補給を停止させる補正を実施する（図５参照）。初期補正量はＶＴｒｅｆ−ＶＴの大きさにより決定する（図６参照）。
【００２１】
トナー補給を停止させるようトナー濃度基準値の補正を実施するに際し、補正値は順次小さくしていき、最終的にはトナー濃度基準値を基の値に戻す必要がある。例えば図２に示すメインモータ２２の回転時間と共に補正値を小さくする。
【００２２】
図７は本発明のトナー濃度基準値の補正制御の第１の例を示すフローチャートである。トナー濃度基準値を補正する場合（Ｓ１でＹ）、順次補正量を減らし（Ｓ２）、補正を終了した時点で（Ｓ３）、再度補正が必要かをＰセンサ出力値とＴセンサ出力値によって判断することにより、より最適なトナー濃度制御を実施するものである（Ｓ４ないしＳ７）。
【００２３】
図８は本発明のトナー濃度基準値の補正制御の第２の例を示すフローチャートである。補正されたトナー濃度基準値ＶＴｒｅｆとＴセンサ出力値ＶＴの関係がＶＴｒｅｆ≧ＶＴとなったことを検出したときに、補正値を小さくしていき、補正値の値を常に最適なものとする（Ｓ１ないしＳ６）。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、２成分現像剤を用いた画像形成装置におけるトナー濃度制御の補正値の値を常に最適なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の作像部周りの構成図である。
【図２】トナー濃度制御ブロック図である。
【図３】トナー濃度センサの感度曲線を示す図である。
【図４】反射型フォトセンサの感度曲線を示す図である。
【図５】ＶＴｒｅｆ補正実施有無の判断基準を示す図である。
【図６】ＶＴｒｅｆの補正量の判断基準を示す図である。
【図７】本発明のトナー濃度基準値の補正制御の第１の例を示すフローチャートである。
【図８】本発明のトナー濃度基準値の補正制御の第２の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 感光体
４ 現像装置
５ 反射型フォトセンサ（Ｐセンサ）
１１ 現像部
１２ トナー補給部
１３ トナー濃度センサ（Ｔセンサ）
２１ 制御部（制御手段）
Claims (3)
- 現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、感光体上のトナー付着量を検出する反射型フォトセンサと、前記両センサの検出結果を基に、トナー補給部から前記現像部にトナー補給を行わせる制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記両センサの出力値からトナー濃度が低くかつトナー付着量が多いと判断したとき、トナー濃度基準値と前記トナー濃度センサの検出結果に基づいて、前記トナー濃度基準値を一時的に大きくして前記トナー補給が停止する値に変更するとともに、前記変更したトナー濃度基準値を順次小さくしていくトナー濃度基準値の補正制御を行うことを特徴とするトナー濃度制御システム。 - 前記変更したトナー濃度基準値を順次小さくしていく判断基準を、トナー濃度センサの出力値がトナー濃度基準値以下となったときとすることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度制御システム。
- 請求項１または２記載のトナー濃度制御システムを搭載したことを特徴とする２成分現像剤を使用した画像形成装置。
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