JPH0511309B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子複写機等、電子写真法を用いた静
電記録装置において、静電像をトナー現像して画
像を形成する現像器に、トナーを補給するトナー
補給装置に関する。

〔従来技術〕

電子複写機のような静電像をトナー現像して画
像形成を行なう静電記録装置においては、通常マ
グネツトローラを備えた現像器を設け、該現像器
中にキヤリヤーと称する鉄等の磁性体粉末とトナ
ーを混合した現像剤を入れ、マグネツトローラ上
にマグネツトブラシを形成せしめ、これを回転し
て静電像担持体表面を摺擦しトナーを荷電部に付
着させて現像を行つている。従つて現像を行う度
に現像剤中のトナーが現象しトナーとキヤリヤの
比率が低下することとなるが、現像剤におけるト
ナーとキヤリヤの比率は、一定の適性範囲に保た
れる必要があり、トナー比率が低下し過ぎると得
られる画像が低下し、トナー比率が過大となると
画像面の汚れ、カブリを発生し、いずれも好まし
くない結果となる。このためトナーとキヤリヤの
比率を一定に保つよう適宜トナーを補給する必要
がある。またトナー消費量は被写体原稿上の画像
面濃度と面積の積（以下、画像量という）に伴つ
て変化し一定しないため、上記の補給は現像中の
トナー量の減少に応じて自動的に制御されるもの
でなければならない。

従来トナー補給を制御する方法としては、複写
機内にパツチと称する一定の反射光学濃度をもつ
標準濃度片を取付けて複写の際これを原稿の直前
位置に写し込み、現像後静電像担持体上に形成さ
れた画像濃度を検知器で検知し、画像濃度が予め
設定した値以下となつたときトナー補給装置を駆
動して一定量のトナーを現像器に補給する方式が
取られている。第１図は上記の方法によるトナー
補給装置を備えた複写機の概要図である。

標準濃度片１１は原稿載置台１２の先端部に取
付けられており、原稿面１３を走査撮影するミラ
ーＭ１〜Ｍ４、レンズＬ等より成る移動光学系に
よつて原稿の先頭より更に前の位置に撮影され静
電像担持体である感光ドラム１４上にその静電像
が形成される。形成された静電像は現像器１５に
よつてトナー現像され、その画像濃度は検知器１
６によつて検知される。トナー量が不足し画像濃
度が低下して検知器１６の出力が予め設定した値
を上廻ると、制御部より発せられる信号によつて
トナーホツパー１７の下端にあるトナー供給ロー
ラ１８が回転し一定量のトナーを現像器１５内に
補給する。濃度検知を終つた画像はクリーニング
装置１９によつてクリーニングされる。原稿の画
像は標準濃度片像に後続する位置に形成され現像
後転写電極２０の点で標準濃度片像の通過直後鎖
線で示す経路を給送されて来る用紙に転写され、
残留したトナーはクリーニング装置１９によつて
除去される。

上記のようなトナー補給方式では、通常文書の
複写の如く画像量が少なく複写物一枚当りのトナ
ー付着量の少ない場合には問題はないが、写真印
刷物等画像量の大きな原稿の場合には複写物一枚
当りのトナー付着量が極めて多くなるため第２図
のようにトナー補給に遅れを生じ、得られる複写
物の濃度が不安定となる欠点が現れる。

第２図Ａ，Ｂはそれぞれ複写機の作動及びその
間のトナー量の動きを示したタイムチヤートであ
る。第２図Ａは横軸上の各時点において横線で現
された標準濃度片Ｐ、及び複写物Ｃの画像が縦軸
上のどの過程にあるかを示しており、Ｃ線が２つ
以上の過程に重複しているのは一定の長さをもつ
複写物の先頭、中間、後尾がそれぞれ別の過程に
あることを示している。第２図Ｂの線Ｌはトナー
濃度の下限を示し、複写機の検知器はトナー濃度
がこの線を下廻つたとき作動しトナー補給を行う
信号を出すよう設定されている。Ｔは現像器中の
トナー量である。

画像量の極めて多い原稿を連続して複写する場
合第１枚目開始時のトナー量が第２図Ｂの如く下
限量Ｌより若干高いt₁のレベルにあつたとする。
第１枚目の複写動作により標準濃度片部には現像
後t₁のレベルに見合つた量のトナーが付着する。
その後につづく原稿像の現像が始まるとトナー濃
度は急速に低下し限界線Ｌ以下のt₂のレベルに達
するが、標準濃度片画像にはt₁のレベルのトナー
が付着しているためトナー不足信号は発信されず
トナー補給は行われない。第２枚目の複写時には
標準濃度片画像のトナー付着量はt₂に見合つたも
のとはなるが、トナー不足信号は標準濃度片画像
が検知器に至つて初めて発せられ、それ以後トナ
ー補給が行われるため、原稿部の前半部はトナー
濃度t₂のレベルで現像が始まり更に低下する、後
半部になつてはじめてトナーが補給されるが現像
器内にトナーがゆきわたるまでの時間的遅れもあ
つて実質的にはトナー不足のままでの現像が行わ
れ、２枚つづいて濃度不足の複写物が得られる事
となる。３枚目の複写物はトナー補給後であるた
め問題はないが４枚目以後再びトナー不足の複写
が繰返えされる。

図中、T′は複写物一枚当りのトナー付着量の
少ない場合であつてトナー量が限界を下廻ること
もほとんどなく安定に維持されことを示してい
る。

公知のトナー補給制御検知としてはこの他に現
像器内の現像剤のトナー濃度を検知してトナー濃
度が所定値以下になつたときにトナー補給を行う
方法がある。

このような方法においても程度の差こそあれ、
上述した問題がある。

トナー濃度センサーは、通常現像器のトナー溜
りにある現像剤を測定するように設けられている
が、トナー溜りにある現像剤のトナー濃度と現像
に直接関与している、言い換えると現像位置にあ
る現像剤のトナー濃度とは必ずしも一致せず原稿
濃度が高い等の理由で、トナーが急激に消費され
る場合には上記の不一致は著しくなる。これが原
因で、複写物の前端と後端で画像濃度が違つてく
るというような前述した問題が生ずる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は１枚当りのトナー付着量の極め
て多い複写物を連続的に得る場合にも現像器中の
トナー濃度を安定に維持し、濃度変動のない複写
物を得ることのできるトナー補給制御装置を提供
することにある。

〔発明の構成及び実施例〕

上記の目的は、 トナー濃度情報に基づいて、トナー補給制御を
行う第１トナー補給制御手段と原稿濃度情報に基
づいてトナー補給制御を行なう第２トナー補給制
御手段を有し、前記トナー濃度情報が、トナー濃
度が下限値、以下であることを示す時は、前記第
１トナー補給制御手段によるトナー補給及び前記
第２トナー補給制御手段によるトナー補給を行
い、前記トナー濃度情報が、トナー濃度が前記下
限値より大で、上限値以下であることを示す時
は、前記第２トナー補給制御手段によるトナー補
給のみを行い、前記トナー濃度情報が、トナー濃
度が前記上限値より大であることを示す時は、前
記第１トナー補給制御手段によるトナー補給及び
前記第２トナー補給制御手段によるトナー補給の
いずれも行わないようにしたことを特徴とするト
ナー補給装置、によつて達成される。

ここで、トナー濃度とは、二成分現像剤中のト
ナー濃度であり、標準潜像を現像して得られるト
ナー像の濃度を測定して得られる濃度とか、現像
剤中のトナー濃度を直接測定して得られるトナー
濃度等従来公知のトナー濃度測定方法によつて得
られるトナー濃度である。

前述した通り複写物一枚当りのトナー消費量
は、複写物上に形成されるトナー画像の面積と濃
度の積即ち原稿上の画像量（変倍複写の場合はこ
れに変倍数を乗じたもの）に比例すると考えられ
るので、複写開始時に原稿全面の画像量を読み取
つて積算し、その結果に対応するトナー量を算出
して複写一枚毎に正確に補給して行けば理論的に
はトナー量は常に一定し完全なトナー補給を行な
うことができる筈である。しかしながら各原稿の
全面を走査して高精度の積算濃度測定を行なう測
定装置や、トナー補給量の微量コントロールの可
能な高精度の補給装置を組込むことは、軽量小
型、構造簡易化を目指す複写機には技術的にも価
格面からも実用的なものとは言い難い。実際には
原稿の一部を走査してその部分のみの画像を読み
取り、その情報に基づいて、トナー補給をする
か、しないかの２段階、或いは予め設定した数段
階のトナー補給レベルのうち一つを選択して補給
を行なう程度の制御を行うのが実用上好ましい。
しかしながらこうした簡略手段をとつた場合、ト
ナー補給制御の基礎となる原稿の画像情報はあく
までその一部から推定した予測値にすぎず、トナ
ー補給量制御も粗いものとなるので、予測による
トナー補給量が実際のトナー消費量との間に誤差
を生じ、連続して複写を行つた場合トナー濃度が
過大或いは過少となつて複写物の画像品質の低下
を来す可能性がある。

本発明は、トナー濃度情報に基づいたトナー補
給と、原稿画像情報に基づいたトナー補給（以下
予測制御補給という）とを併用することによつ
て、現像器中のトナー濃度の安定化を図つたもの
である。

即ち、トナー濃度の下限値以下では、トナー濃
情報に基づいたトナー補給と予測制御補給を行
い、トナー濃度が下限値と上限値の間では、トナ
ー濃度情報に基づいたトナー補給は行わず、予測
制御補給のみを行い、トナー濃度情報が上限値を
超えた場合には、両トナー補給ともに行わないよ
うにすることによつて、上記の複写画像の低下と
いう問題を解決したのである。

〔実施例〕

以下、実施例によつて本発明を説明する。

前記予測制御補給のための原稿毎のトナー消費
量を予測する方法としては、原稿を一旦予備撮影
して静電像担持体上にその静電像を形成せしめ、
現像を行なうことなくその表面電荷を表面電位セ
ンサーで検知し積算する等の方法をとることも出
来るが、発光素子と光電素子を組合せた反射型光
学濃度センサー（以下単にセンサーという）によ
つて原稿面を直接走査して画像濃度を読み取り積
算することが実用上最も好ましい。

上記センサーとしては、例えば第３図のような
小型のものを１個若しくは複数個併列して用いて
もよく、また棒状のものを用いてもよい。第３図
において３１は発光素子、３２は光源用レンズ、
３３は受光用レンズ、３４は入射光量を電気信号
に変換する光電素子である。発光素子としてはタ
ングステンランプ、発光ダイオード、エレクトロ
ルミネツセンス素子等を用いることができ、光電
素子としてはホトダイオード、ホトトランジス
タ、硫化カドミウム等を用いた光電導素子、セレ
ン等を用いた光電池等を用いることができる。発
光素子３１から出た光は原稿載置台３５上の原稿
３６に当り、その反射光量は光電素子から電気信
号として出力される。

上記センサーによつて原稿画像量を検知するに
は、センサーを原稿を走査複写する移動光学系或
は移動光学系とは別の可動部材に取り付け原稿載
置台の下面により、該載置台上に置かれた原稿の
画像面を走査すればよく、また原稿自動搬送装
置、いわゆるオートフイーダを備えた複写機にお
いてはオートフイーダを備えた複写機においては
オートフイーダの原稿走行部に取付けてもよい。

第４図は複写機４１の移動光学系４２に棒状セ
ンサ４３を設けたものである。移動光学系は第１
図２１に示したもので照明燈、スリツト、ミラー
等（第３図には省略）から成り原稿載置台４４の
下をレール４５によつて図中矢印ａの方向に移動
しながら原稿４６の画面を走査複写し原稿の後端
に達すると機能を止めて図に示されたホームポジ
シヨンに戻つて１動作を終るよう構成されてい
る。第４図の装置を用いて本発明による方法を実
施するには上記複写動作の往路、複写と同時にセ
ンサ４３を動かして原稿画像量を読み取り複写終
了後トナー補給行つてもよく、１回の複写毎に移
動光学系を２往復させ第１回目を予備走査として
センサ４３のみを動かして画像量を読み取りトナ
ー補給を行いながら２回目の往復で複写を行つて
もよい。トナー補給の点からは後者が好ましい
が、前者の方法によつてもトナー補給の遅れを複
写１枚分のみに抑えることができる。

第４図４３の棒状センサの代りに複数個の小型
センサを並べたものも同様に使用することができ
る。

以上の例は棒状センサ或は複数個のセンサを並
べて画像量の検知を行うものであるが、一個の小
型センサを用いて画像量の検知を行う場合には、
限られた小さいセンシング面積で原稿上に分布し
ている画像をできるだけ落なく読み出すため原稿
の対角線若しくはそれに近い線に沿つて行うこと
が好ましい。複写される頻度の高い文書などの原
稿の画像は通常原稿の一辺に平行、及び直角な軸
を基準にレイアウトされているため、原稿の辺と
平行或は直角な方向に走査すると例えば文書の行
間のみを走査するといつた極めて誤差の多い検知
を行う危険性がある。

第５図は、第４図４２と同様の移動光学系５４
上に、棒状センサの代りにレール５７上を移動光
学系５２と連動して移動光学系の移動方向と直角
の矢印ｂの方向に移動するよう構成した可動小型
センサ５３を取付けた複写機である。センサ５３
は移動光学系５２が原稿の走査を終る位置ｃに至
つたときレール５７の他端まで移動するよう構成
する。原稿５６を所定位置におき移動光学系５２
をｃ位置まで往復させ、光センサ５５を運動させ
ると、光センサはｄの軌道を画いて移動し斜線を
施した領域の画像面積が読み取られる。

画像量の検知は第４図の装置の場合と同じく移
動光学系５４の複写動作時に行つてもよく、移動
光学系を２往復せしめ、その第１回目の予備走査
で行つてもよい。

第６図は第５図とほぼ同型の移動光学系６４を
複写走査終了側をホームポジシヨンとして設置し
たもので複写に当つては先づｅの位置まで往復さ
せそのｅの位置よりホームポジシヨンに帰る間に
複写撮影を行うように構成したものである。光セ
ンサー６５は第５図と同じく移動光学系６４と連
動し、移動光学系６４がホームポジシヨンよりｅ
の位置に移動する間に原稿６６の面を走査し画像
量を読取つてトナー補給を開始させる。走査の軌
跡はｆの部分となる。原稿のないｇの部分は予め
原稿サイズを指定して信号を止める。この装置に
よれば複写に先行した原稿画像量の読み取り及び
複写を移動光学系の一往復で完了することができ
る。第６図の可動センサを第４図の装置に用いた
ような固定の棒状センサ或は複数個の小型センサ
で置き換えたものも第６図の装置と同様に使用す
ることが出来る。

以上はいずれも移動光学系にセンサを取付けた
例であるが、光学系を固定し原稿載置台を移動す
る原稿移動型の複写機においても、光学系部分に
センサを設ける事により上記と全く同じに原稿画
像量を検知することができる。

第７図は移動光学系とは別の可動部材にセンサ
を取付けた例であつて原稿載置台７４の下側を図
に画かれていない駆動源によつて軸７１を介して
回動されるレバー７２を設け、その先端部に小型
センサ７３を取付けたものである。原稿載置台７
４上の所定個所に原稿７６を置き、先ずレバー７
２を鎖線ｈの位置まで回動して光センサ７３によ
つて原稿載置台７４の下面より原稿７６を走査
し、原稿上の画像量を検知したのちレバーを原位
置に複し、次いで複写動作を行なう。図上ハツチ
ングを施したｉ部分の画像面積が読取られるの
で、これに基いてトナー消費量を算定し、複写動
作と併行してトナー補給を行えばよい。

第８図はオートフイーダを備えた複写機の例で
あつてセンサはオートフイーダに取付けられてい
る。

オートフイーダは複写機８１の原稿載置台８４
の上に置かれており、原稿８６は給送ベルト８２
によつて１枚ずつ送り出され、搬送ベルト８５に
よつて原稿載置台８４上の所定位置にはこばれ停
止して複写される。複写が終ると搬送ベルト８５
が動き複写済原稿は排出され次の原稿が所定位置
に搬入される。センサは図中８３の位置に取付け
られる。センサは原稿巾に対応する棒状のもの、
或は小型のもの複数個を原稿の進行方向と直角の
方向に並べて用いるか、１個の小型センサを原稿
の通過と同期して原稿の進行と直角方向に移動し
原稿が通過し終ると原位置に戻るような可動に取
付ければよい。

上記のような装置のセンサからはセンサによる
走査の進行にしたがつて原稿のセンサに対向して
いる部分の視野の内平均濃度が電気的信号として
時系列的に出力されて来る、これをマイクロプロ
セツサで積算すれば、一つの装置におけるセンサ
の走査面積は一定であるので積算値Ｄに原稿面積
と走査面積の比K₁を掛ける事により原稿上の画
像量を予測算定することができる。トナー消費量
は複写物上の画像量とほぼ比例するので等倍複写
の場合には上記の値に更に常数K₂を掛けること
によりトナー消費量が算出できるが、拡大或は縮
小複写が行われる場合には更にそのサイズの計数
ｍを掛けることが必要である。上記K₂は複写画
像単位面積当りのトナー消費量に対応するもので
あつて、実験的に定めることができる。

即ち複写物１枚当りのトナー予測消費量Teは Te＝Ｄ・K₁・K₂・ｍ で求めることができ、トナー濃度を一定に保つに
は一複写毎に上記の計算を行い、Teのトナーを
補給するに必要な時間だけトナー補給ローラ駆動
モータのスイツチをONしてトナーを補給すれば
よい。

一方標準濃度片によるトナー補給制御は前述の
如く静電荷担持体上に標準濃度片の画像を形成せ
しめフオトセンサーによつてその光学濃度を読み
出し、予め定められた上限値とで下限値とトナー
補給制御を行う。即ち、下限値はトナー濃度に依
存した第１のトナー補給制御のため閥値で、下限
値以下では第１トナー補給を行い、下限値を超え
ると第１トナー補給を停止する。上限値は、原稿
画像濃度に依存した第２トナー制御のための閥で
あり、上限値以下では第２トナー補給を行い、上
限値を超えると、第２トナー補給を停止する。第
９図はその読取判定回路の１例であつて静電荷像
形成体９１上に形成された準濃度片のトナー像９
２を、ホトダイオードPDにより照明し、その反
射光をホトトランジスタPTrで受光する。ホトト
ランジスタPTrより標準片像濃度に応じた出力
Vi（濃度が高い程低い）を取出しコンパレータC₁
及びC₂に送る。コンパレータC₁及びC₂の対比電
圧はそれぞれ標準片像濃度が下限値の時のホトト
ランジスタ出力に対応するV₁及び上限値のホト
トランジスタ出力に対応するV₂に設定され、C₁
はVi＞V₁のときトナー補給信号を発し、C₂はVi
＜V₂のとき補給停止信号（トナー補給停止フラ
グ＝１）を発するように構成されている。

以下フローチヤートによつて本発明の方法によ
るトナー補給制御のプロセスを説明する。

第１０図は原稿画像情報に基づくトナー補給手
段を示すフローチヤート、第１１図は標準濃度片
像の濃度に基づくトナー補給手順を示すフローチ
ヤートである。

先ず複写スタートと共に原稿の予備走査行が行
われ、センサーによつて画像量情報の読込み、加
算の後更にトナー補給量が計算される。この際標
準濃度片像による制御系（第１１図）よりトナー
補給停止信号が出されていなければ（トナー補給
停止フラグ＝０）この計算結果に基づき予測され
たトナー量を補給するに必要な時間（T₁秒）ト
ナー補給モータをONとしてトナー補給を行い、
次いで露光以下の複写プロセスが進められる。ト
ナー補給停止信号が出されている場合（トナー補
給停止フラグ＝１）にはトナー補給を行う事なく
直ちに複写プロセスに入る。

複写プロセスが進行し静電荷像形成体上に形成
された標準濃度片トナー像が第９図の像濃度読取
部に来ると第１１図のフローチヤートに示された
トナー補給制御過程が開始される。即ち標準濃度
片濃度を読取り、その濃度が予め設定された下限
値より低くVi＞V₁であれば直ちにトナー補給モ
ータをT₂秒間ONとなり一定量のトナーが補給さ
れる、トナー補給量は予め適当な量を定めておけ
ばよい。標準濃度片像の濃度が下限値より高く
Vi＜V₁であればトナーの補給は行われない。ま
た現像器中のトナー量が過大で標準濃度片像の濃
度が予め設定された上限値以上のVi＜V₂であれ
ばトナー補給停止フラグ＝１となつて次の複写サ
イクルにおける原稿の画像量情報によつて制御さ
れるトナー補給は停止される。

第１２図は原稿濃度読取りによる予測トナー補
給が正確に行われたときの現像器中のトナー量の
推移をタイムチヤートとして示したものである。
図中予備走査の線はセンサによつて予備走査し原
稿上の画像量を検知している期間を示し、予備走
査とトナー補給を結ぶ２点鎖線は予備走査の結果
によつてトナー補給が行われることを示してい
る。図はトナー補給量の調節がトナー補給時間の
加減によつて行われる場合について書かれてい
る。

原稿は中庸の画像量をもつた原稿の場合であ
つて現像、即ちトナーの消費とほぼ併行してトナ
ーが補給されるため現像の期間を通じて現像器中
のトナー量はほぼ一定に保持され、複写動作完了
後のトナー量は複写開始時と同一である。

原稿は画像量の大なる原稿の場合であつて現
像によるトナーの消費が大きいため併行的にトナ
ー補給を行つても一時的にトナー量の減少がある
がトナー補給時間が延長されるためその後直ちに
回復する。

原稿は画像量の小さい原稿を用いた場合で短
時間のトナー補給が行われ、以後少量ずつ消費さ
れて複写動作完了時には開始時のレベルに戻る。

第１２図によつても明らかなように本発明の方
法によるトナー補給制御を行う事により複写動作
開始時のトナー濃度はほぼ一定に保たれ、画像量
の大きい原稿を連続して複写してもトナーの限界
濃度Ｌを下廻ることがないため安定した品質の複
写物を得ることができる。

また画像位置が極端に偏つた原稿を連続して複
写したような場合等に生ずるトナーの予測消費量
と実消費量の誤差によるトナー濃度の過大、過少
はその都度標準濃度片像濃度のチエツクによるト
ナー補給が働いて補正するため、トナー濃度が適
性範囲を外れることはなく複写物の品質は安定に
維持される。

また本発明の方法に用いられるセンサーより得
られる原稿画像についての情報を複写画像濃度の
自動制御のため同時使用することもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、写真画等のトナー消費量の多
い画像に場合にも現像剤中のトナー濃度が低下す
ることなく、常に安定したトナー濃度が確保され
る。その結果、常に高画質の複写画像が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は複写機の概要図、第２図は従来の標準
濃度片を用いたトナー補給制御方法のタイムチヤ
ート、第３図は光センサの概要図、第４図乃至第
８図は本発明の方法の実施に適した原稿の画像量
検知手段の概要図、第９図は標準片像濃度読取判
定回路、第１０図は原稿画像情報に基づくトナー
補給制御のフローチヤート、第１１図は標準濃度
片像濃度に基くトナー補給制御のフローチヤー
ト、第１２図は本発明の方法によるトナー補給制
御を行つたときの現像器中のトナー量の維持を示
すタイムチヤートである。 ４３，５３，６３，７３，８３……センサー、
４４，５４，６４……移動光学系、７２……回動
レバー、９１……静電像形成体、９２……標準濃
度片像。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ トナー濃度情報に基づいて、トナー補給制御
   を行う第１トナー補給制御手段と原稿濃度情報に
   基づいてトナー補給制御を行なう第２トナー補給
   制御手段を有し、前記トナー濃度情報が、トナー
   濃度が下限値以下であることを示す時は、前記第
   １トナー補給制御手段によるトナー補給及び前記
   第２トナー補給制御手段によるトナー補給を行
   い、前記トナー濃度情報がトナー濃度が前記下限
   値より大で、上限値以下であることを示す時は、
   前記第２トナー補給制御手段によるトナー補給の
   みを行い、前記トナー濃度情報が、トナー濃度が
   前記上限値より大であることを示す時は、前記第
   １トナー補給制御手段によるトナー補給及び前記
   第２トナー補給制御手段によるトナー補給のいず
   れも行わないようしたことを特徴とするトナー補
   給装置。