JP4473468B2 - トナー濃度制御方式、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、画像形成装置の現像装置が保持する現像剤の透磁性を検知して、現像装置内のトナー濃度を制御する方式と、この制御方式を用いてトナー濃度を制御する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
小型で高速の画像形成装置が望まれる現状において、画像形成装置及びそれに内蔵される現像装置の開発はこれらを小型化する方向に進んでいる。このような状況においては、現像装置が保有できる現像剤も少量にせざるを得ない。そのため、現像装置中の現像剤が保有するトナー量を確保するためにトナー濃度を上げることになる。また高品位な画像が強く望まれており、高解像度を達成するため、画素ドットの小径化が進み、これを顕像化するためのトナーの小径化及びキャリアの小径化も要求され、その結果、キャリア表面へのトナーの被覆率も上がることになっている。
【０００３】
ところで、キャリアとトナーで構成された２成分現像剤の帯電量レベルの変化は、主にキャリアの帯電サイトを形成するコート（一般に樹脂）と主に樹脂で構成されるトナーが環境変動等で帯電特性の変化を起こすことによる。したがって、高トナー濃度でのキャリアに対するトナーの被覆率が大きくなる状態ほど現像剤中及び補給されるトナー帯電特性の変化による嵩状態／透磁性への影響は重要な問題となる。
【０００４】
キャリアとトナーで構成される２成分現像剤のトナー濃度を現像剤中のキャリアの比率に置き換え、現像装置内の現像剤の透磁率を測定することでトナー濃度を推測する技術は現在のところ多くの画像装置で実用化されている。このようなトナー濃度制御では、基本的には現像剤の透磁率を測定するセンサ（以降、Ｔセンサという）の出力Ｖｔを、基準値Ｖｒｅｆと比較し、その結果に基づき、トナー収容器から現像装置へのトナー補給を制御することにより行われる。基準値Ｖｒｅｆは、制御目標とするトナー濃度を、Ｔセンサ出力に換算したものであり、Ｖｔ−Ｖｒｅｆ＝Ｋとすると、Ｋ≧０となったとき、Ｋが大きいほどトナー補給量を増大させる（図３（Ａ）参照）。
【０００５】
しかしながら、現像剤の帯電特性が大きく変化すると現像剤の嵩密度も変化するため、トナー濃度の上昇／低下と透磁率の低下／上昇の関係は崩れる（図３（Ｂ）参照）。
【０００６】
そこで本発明は、このような状態でトナー濃度制御が暴走しないようにすることが可能な制御方式を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るトナー濃度制御方式は、上記目的を達成するために、画像形成装置の現像装置中に、キャリアとトナーで構成された２成分現像剤を保持し、該保持された現像剤の透磁性を透磁センサにより検知し、該透磁センサの検出出力に応じて上記現像装置内のトナー濃度を制御する手段を機能させるトナー濃度制御方式において、
画像形成装置の制御を行なう制御部が画像形成動作を行なうことを決定した後、前記画像形成動作に先立って前記現像装置中へトナーを強制補給すると共に、
上記現像装置中へトナーを強制補給して現像剤を攪拌したときに、
透磁率が上がる方向に上記透磁センサ出力が変化することを確認した場合に、上記透磁センサの検出値によるトナー濃度制御を行い、
透磁率が下がる方向に上記透磁センサ出力が変化することを確認した場合に、画素データからトナーの補給量を計算してトナーを補給するトナー濃度制御を行なうことを特徴とする。
【０００８】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１のトナー濃度制御方式において、上記現像装置中へのトナー強制補給に先立ち、上記現像装置内の現像剤の攪拌作業を実行することを特徴とする。
【０００９】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１のトナー濃度制御方式において、トナー収容装置内のトナーが空または空に近い状態であるときに上記透磁センサ出力の確認を実行しないことを特徴とする。
また本発明の請求項４に係る画像形成装置は、請求項１から３のいずれかのトナー濃度制御方式を用いることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお以下では従来と共通する部分には共通する符号を付すにとどめ重複する説明は省略する。
例えばデジタル複写機では、主要な構成として、原稿読み取り用のスキャナー部、スキャナー部から出力されるデジタル信号を電気的に処理する画像処理部、画像処理部から出力されるデジタル信号に基づいて画像を転写紙上に形成するプリンタ部を備える。図１は、本発明のトナー濃度制御方式を採用する上述のような画像形成装置の作像系を中心とした概要構成を示す図である。
【００１１】
ドラム状の感光体１は、帯電装置２により均一に表面層を帯電され、図示せぬシステム制御部中にある画像処理部からのデジタル信号を基にレーザ露光装置３により帯電された感光体１上に露光を行って潜像を形成し、現像装置４によりこの潜像を顕像化させ、転写紙ｐが図示せぬ給紙装置からタイミングを合わせて転写搬送体により感光体１と転写装置５との間に転写紙ｐが送られてくると、上述のように形成してある顕像を転写し、定着装置６において画像を転写紙ｐに定着させて排出する。
【００１２】
現像装置４で使用するトナーは、トナー収容器７から現像装置内に補給され、補給されたトナーと現像剤は現像装置４内で循環撹拌され、現像ローラ４ａ、４ｂにより現像剤が現像装置４内から感光体１と対向する現像領域に担持搬送される。この種の現像装置４は、現像領域において現像スリーブ８と感光体１間に適当な電位差を作るために、現像スリーブ８に電圧を印加するための現像バイアス電源（図示せず）を有し、現像領域において感光体１上に形成された静電潜像との電位差（現像ポテンシャル）に応じてトナー像が形成される。
【００１３】
感光体１上のトナー付着状況を検知するため、現像領域の感光体１の回転方向下流側に光学式センサ（以降Ｐセンサという。）９が設けてあり、このＰセンサから得られる検出値をもとに、図示せぬシステム制御部中の作像プロセス制御部にて各種作像パラメータを制御している。また現像装置４内の現像剤のトナー濃度（キャリアの透磁性）を検知するＴセンサ１０の出力Ｖｔを基準値Ｖｒｅｆと比較し、その結果に基づき、トナー収容器７から現像装置４へのトナー補給を制御している。また、トナー収容器７内のトナーの残量が所定の量になったことを検知する残量検知センサ１１を備え、トナーの補充の要否をユーザーに知らせ得るようにもなっている。図中１２はクリーニング装置、１３は除電装置、１４は中間転写紙搬送装置である。
【００１４】
本装置では、システム制御部から画像形成命令が与えられると、その直後に画像形成動作に先立って現像装置４中へ少量のトナーを強制補給して現像剤を攪拌し、透磁率が上がる方向にＴセンサ１０の出力が動く場合、出力Ｖｔを基準値Ｖｒｅｆと比較し、その結果に基づいたトナー補給を制御を実行し、透磁率が下がる方向にＴセンサ１０の出力が動く場合、Ｔセンサ１０によるトナー補給制御を中止し、図示せぬスキャナーからの画素データから補給量を計算して補給するトナー補給制御方法に切り替える。
【００１５】
なお図示の装置においては、現像装置４内に所定量（例えば約２８０ｇ）の現像剤が保有されており、Ｔセンサ１０の動作確認のために補給されるトナーは約１ｇであってＴセンサ１０の動作を確認するには十分であり、現像能力を変動させるほどではない量となっている。
【００１６】
正常な状態においては、Ｔセンサ１０の出力は図２（Ａ）のような挙動となり、現像装置４内のトナー濃度の上昇で透磁率（＝Ｔセンサ１０の出力値）が上がる。すなわち、図２（Ａ）では、トナー補給前のＴセンサ１０の出力は３．０Ｖであり、トナー補給後のＴセンサ１０の出力は３．１Ｖ（トナー補給後２０〜２２秒間の平均検出値）である。
【００１７】
たとえば温湿度が急激に変化した環境下では、現像装置４内の現像剤は強く環境変動の影響を受け、このような状態ではＴセンサ１０の出力は図２（Ｂ）に示すような挙動となり、現像装置４内のトナー濃度の上昇に反して透磁率（＝Ｔセンサ１０の出力値）が下がってしまう。図２（Ｂ）では、トナー補給前のＴセンサ出力は３．０Ｖであり、トナー補給後のＴセンサ出力は２．９Ｖである。
【００１８】
この作業が画像形成動作中ではないタイミングで実施される場合、まず現像装置４中へトナーを強制補給する前から現像装置４内の現像剤の攪拌作業を行う。そうすると、現像剤の攪拌不足からくる現像剤の帯電量変化をキャンセルすることができる。本例においては、事前の攪拌時間を現像剤が現像装置４内を１周循環するに要する時間（２０秒）以上とするとよい（図２（Ｃ）参照）。なお前述のトナー補給前のＴセンサ１０の出力の検出は、事前攪拌開始後２０〜２５秒間の平均検出値としている。
【００１９】
またトナー残量検知でトナー収容器７内のトナーが空か空に近い状態と判定された場合は、補給するトナーの量が不安定となる可能性を持つため前述の判定は実施しない。すなわち、トナー収容器７内のトナー残量を残量検知センサ１１で検知し、トナー補給量が不安定となる量でトナー交換をユーザーに促す表示、いわゆるトナーニアエンド表示や警報、告知等を行い、トナー補給量がバラツキの範囲でゼロを含む状態にまで減った状態で機械を停止させるトナーエンドの告知等を行うが、トナーニアエンドの状態以降は上述のようなトナー濃度制御は実施しない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のトナー濃度制御方式は、以上説明してきたようなものなので、急激な使用環境の変化時等でのトナー濃度制御が不全になることを有効に防止でき、安定した画像形成を可能とするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナー濃度制御方式を採用する上述のような画像形成装置の作像系を中心とした概要構成を示す図である。
【図２】トナー補給後の時間とＴセンサ検出値の関係を示す図（Ａ、Ｂ）及びプレ撹拌時間とＴセンサ検出値の関係を示す図（Ｃ）である。
【図３】現像剤トナー濃度とＴセンサ検出値の関係を示す図（Ａ）及び現像剤帯電量とＴセンサ検出値の関係を示す図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 帯電装置
３ レーザ露光装置
４ 現像装置
４ａ、４ｂ 現像ローラ
５ 転写装置
６ 定着装置
７ トナー収容器
８ 現像スリーブ
９ Ｐセンサ
１０ Ｔセンサ
１１ 残量検知センサ
１２ クリーニング装置
１３ 除電装置
１４ 中間転写紙搬送装置
ｐ 転写紙
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置の現像装置が保持する現像剤の透磁性を検知して、現像装置内のトナー濃度を制御する方式と、この制御方式を用いてトナー濃度を制御する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
小型で高速の画像形成装置が望まれる現状において、画像形成装置及びそれに内蔵される現像装置の開発はこれらを小型化する方向に進んでいる。このような状況においては、現像装置が保有できる現像剤も少量にせざるを得ない。そのため、現像装置中の現像剤が保有するトナー量を確保するためにトナー濃度を上げることになる。また高品位な画像が強く望まれており、高解像度を達成するため、画素ドットの小径化が進み、これを顕像化するためのトナーの小径化及びキャリアの小径化も要求され、その結果、キャリア表面へのトナーの被覆率も上がることになっている。
【０００３】
ところで、キャリアとトナーで構成された２成分現像剤の帯電量レベルの変化は、主にキャリアの帯電サイトを形成するコート（一般に樹脂）と主に樹脂で構成されるトナーが環境変動等で帯電特性の変化を起こすことによる。したがって、高トナー濃度でのキャリアに対するトナーの被覆率が大きくなる状態ほど現像剤中及び補給されるトナー帯電特性の変化による嵩状態／透磁性への影響は重要な問題となる。
【０００４】
キャリアとトナーで構成される２成分現像剤のトナー濃度を現像剤中のキャリアの比率に置き換え、現像装置内の現像剤の透磁率を測定することでトナー濃度を推測する技術は現在のところ多くの画像装置で実用化されている。このようなトナー濃度制御では、基本的には現像剤の透磁率を測定するセンサ（以降、Ｔセンサという）の出力Ｖｔを、基準値Ｖｒｅｆと比較し、その結果に基づき、トナー収容器から現像装置へのトナー補給を制御することにより行われる。基準値Ｖｒｅｆは、制御目標とするトナー濃度を、Ｔセンサ出力に換算したものであり、Ｖｔ−Ｖｒｅｆ＝Ｋとすると、Ｋ≧０となったとき、Ｋが大きいほどトナー補給量を増大させる（図３（Ａ）参照）。
【０００５】
しかしながら、現像剤の帯電特性が大きく変化すると現像剤の嵩密度も変化するため、トナー濃度の上昇／低下と透磁率の低下／上昇の関係は崩れる（図３（Ｂ）参照）。
【０００６】
そこで本発明は、このような状態でトナー濃度制御が暴走しないようにすることが可能な制御方式を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るトナー濃度制御方式は、上記目的を達成するために、画像形成装置の現像装置中に、キャリアとトナーで構成された２成分現像剤を保持し、該保持された現像剤の透磁性を透磁センサにより検知し、該透磁センサの検出出力に応じて上記現像装置内のトナー濃度を制御する手段を機能させるトナー濃度制御方式において、
画像形成装置の制御を行なう制御部が画像形成動作を行なうことを決定した後、前記画像形成動作に先立って前記現像装置中へトナーを強制補給すると共に、
上記現像装置中へトナーを強制補給して現像剤を攪拌したときに、
透磁率が上がる方向に上記透磁センサ出力が変化することを確認した場合に、上記透磁センサの検出値によるトナー濃度制御を行い、
透磁率が下がる方向に上記透磁センサ出力が変化することを確認した場合に、画素データからトナーの補給量を計算してトナーを補給するトナー濃度制御を行なうことを特徴とする。
【０００８】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１のトナー濃度制御方式において、上記現像装置中へのトナー強制補給に先立ち、上記現像装置内の現像剤の攪拌作業を実行することを特徴とする。
【０００９】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１のトナー濃度制御方式において、トナー収容装置内のトナーが空または空に近い状態であるときに上記透磁センサ出力の確認を実行しないことを特徴とする。
また本発明の請求項４に係る画像形成装置は、請求項１から３のいずれかのトナー濃度制御方式を用いることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお以下では従来と共通する部分には共通する符号を付すにとどめ重複する説明は省略する。
例えばデジタル複写機では、主要な構成として、原稿読み取り用のスキャナー部、スキャナー部から出力されるデジタル信号を電気的に処理する画像処理部、画像処理部から出力されるデジタル信号に基づいて画像を転写紙上に形成するプリンタ部を備える。図１は、本発明のトナー濃度制御方式を採用する上述のような画像形成装置の作像系を中心とした概要構成を示す図である。
【００１１】
ドラム状の感光体１は、帯電装置２により均一に表面層を帯電され、図示せぬシステム制御部中にある画像処理部からのデジタル信号を基にレーザ露光装置３により帯電された感光体１上に露光を行って潜像を形成し、現像装置４によりこの潜像を顕像化させ、転写紙ｐが図示せぬ給紙装置からタイミングを合わせて転写搬送体により感光体１と転写装置５との間に転写紙ｐが送られてくると、上述のように形成してある顕像を転写し、定着装置６において画像を転写紙ｐに定着させて排出する。
【００１２】
現像装置４で使用するトナーは、トナー収容器７から現像装置内に補給され、補給されたトナーと現像剤は現像装置４内で循環撹拌され、現像ローラ４ａ、４ｂにより現像剤が現像装置４内から感光体１と対向する現像領域に担持搬送される。この種の現像装置４は、現像領域において現像スリーブ８と感光体１間に適当な電位差を作るために、現像スリーブ８に電圧を印加するための現像バイアス電源（図示せず）を有し、現像領域において感光体１上に形成された静電潜像との電位差（現像ポテンシャル）に応じてトナー像が形成される。
【００１３】
感光体１上のトナー付着状況を検知するため、現像領域の感光体１の回転方向下流側に光学式センサ（以降Ｐセンサという。）９が設けてあり、このＰセンサから得られる検出値をもとに、図示せぬシステム制御部中の作像プロセス制御部にて各種作像パラメータを制御している。また現像装置４内の現像剤のトナー濃度（キャリアの透磁性）を検知するＴセンサ１０の出力Ｖｔを基準値Ｖｒｅｆと比較し、その結果に基づき、トナー収容器７から現像装置４へのトナー補給を制御している。また、トナー収容器７内のトナーの残量が所定の量になったことを検知する残量検知センサ１１を備え、トナーの補充の要否をユーザーに知らせ得るようにもなっている。図中１２はクリーニング装置、１３は除電装置、１４は中間転写紙搬送装置である。
【００１４】
本装置では、システム制御部から画像形成命令が与えられると、その直後に画像形成動作に先立って現像装置４中へ少量のトナーを強制補給して現像剤を攪拌し、透磁率が上がる方向にＴセンサ１０の出力が動く場合、出力Ｖｔを基準値Ｖｒｅｆと比較し、その結果に基づいたトナー補給を制御を実行し、透磁率が下がる方向にＴセンサ１０の出力が動く場合、Ｔセンサ１０によるトナー補給制御を中止し、図示せぬスキャナーからの画素データから補給量を計算して補給するトナー補給制御方法に切り替える。
【００１５】
なお図示の装置においては、現像装置４内に所定量（例えば約２８０ｇ）の現像剤が保有されており、Ｔセンサ１０の動作確認のために補給されるトナーは約１ｇであってＴセンサ１０の動作を確認するには十分であり、現像能力を変動させるほどではない量となっている。
【００１６】
正常な状態においては、Ｔセンサ１０の出力は図２（Ａ）のような挙動となり、現像装置４内のトナー濃度の上昇で透磁率（＝Ｔセンサ１０の出力値）が上がる。すなわち、図２（Ａ）では、トナー補給前のＴセンサ１０の出力は３．０Ｖであり、トナー補給後のＴセンサ１０の出力は３．１Ｖ（トナー補給後２０〜２２秒間の平均検出値）である。
【００１７】
たとえば温湿度が急激に変化した環境下では、現像装置４内の現像剤は強く環境変動の影響を受け、このような状態ではＴセンサ１０の出力は図２（Ｂ）に示すような挙動となり、現像装置４内のトナー濃度の上昇に反して透磁率（＝Ｔセンサ１０の出力値）が下がってしまう。図２（Ｂ）では、トナー補給前のＴセンサ出力は３．０Ｖであり、トナー補給後のＴセンサ出力は２．９Ｖである。
【００１８】
この作業が画像形成動作中ではないタイミングで実施される場合、まず現像装置４中へトナーを強制補給する前から現像装置４内の現像剤の攪拌作業を行う。そうすると、現像剤の攪拌不足からくる現像剤の帯電量変化をキャンセルすることができる。本例においては、事前の攪拌時間を現像剤が現像装置４内を１周循環するに要する時間（２０秒）以上とするとよい（図２（Ｃ）参照）。なお前述のトナー補給前のＴセンサ１０の出力の検出は、事前攪拌開始後２０〜２５秒間の平均検出値としている。
【００１９】
またトナー残量検知でトナー収容器７内のトナーが空か空に近い状態と判定された場合は、補給するトナーの量が不安定となる可能性を持つため前述の判定は実施しない。すなわち、トナー収容器７内のトナー残量を残量検知センサ１１で検知し、トナー補給量が不安定となる量でトナー交換をユーザーに促す表示、いわゆるトナーニアエンド表示や警報、告知等を行い、トナー補給量がバラツキの範囲でゼロを含む状態にまで減った状態で機械を停止させるトナーエンドの告知等を行うが、トナーニアエンドの状態以降は上述のようなトナー濃度制御は実施しない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のトナー濃度制御方式は、以上説明してきたようなものなので、急激な使用環境の変化時等でのトナー濃度制御が不全になることを有効に防止でき、安定した画像形成を可能とするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナー濃度制御方式を採用する上述のような画像形成装置の作像系を中心とした概要構成を示す図である。
【図２】トナー補給後の時間とＴセンサ検出値の関係を示す図（Ａ、Ｂ）及びプレ撹拌時間とＴセンサ検出値の関係を示す図（Ｃ）である。
【図３】現像剤トナー濃度とＴセンサ検出値の関係を示す図（Ａ）及び現像剤帯電量とＴセンサ検出値の関係を示す図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 帯電装置
３ レーザ露光装置
４ 現像装置
４ａ、４ｂ 現像ローラ
５ 転写装置
６ 定着装置
７ トナー収容器
８ 現像スリーブ
９ Ｐセンサ
１０ Ｔセンサ
１１ 残量検知センサ
１２ クリーニング装置
１３ 除電装置
１４ 中間転写紙搬送装置
ｐ 転写紙
Claims (4)
- 画像形成装置の現像装置中に、キャリアとトナーで構成された２成分現像剤を保持し、該保持された現像剤の透磁性を透磁センサにより検知し、該透磁センサの検出出力に応じて上記現像装置内のトナー濃度を制御する手段を機能させるトナー濃度制御方式において、
画像形成装置の制御を行なう制御部が画像形成動作を行なうことを決定した後、前記画像形成動作に先立って前記現像装置中へトナーを強制補給すると共に、
上記現像装置中へトナーを強制補給して現像剤を攪拌したときに、
透磁率が上がる方向に上記透磁センサ出力が変化することを確認した場合に、上記透磁センサの検出値によるトナー濃度制御を行い、
透磁率が下がる方向に上記透磁センサ出力が変化することを確認した場合に、画素データからトナーの補給量を計算してトナーを補給するトナー濃度制御を行なうことを特徴とするトナー濃度制御方式。 - 請求項１のトナー濃度制御方式において、
上記現像装置中へのトナー強制補給に先立ち、上記現像装置内の現像剤の攪拌作業を実行することを特徴とするトナー濃度制御方式。 - 請求項１のトナー濃度制御方式において、
トナー収容装置内のトナーが空または空に近い状態であるときに上記透磁センサ出力の確認を実行しないことを特徴とするトナー濃度制御方式。 - 請求項１から３のいずれかのトナー濃度制御方式を用いることを特徴とする画像形成装置。
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| JP4617129B2 (ja) * | 2004-09-30 | 2011-01-19 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置 |
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2001
- 2001-05-11 JP JP2001141151A patent/JP4473468B2/ja not_active Expired - Fee Related
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