JPH052337A

JPH052337A - 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

Info

Publication number: JPH052337A
Application number: JP3040970A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishigaki; 好司石垣; Yuko Harasawa; 祐子原沢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】【目的】画像領域内の画像データを用いて感光体上の
トナー付着総面積に応じて、現像器へトナーを補給する
ものにおいて、トナーの帯電量が経時で変化しても、画
像濃度を最低の画像濃度以上に維持し、且つ、トナーや
キャリアのこぼれの発生を防止する。【構成】図１３おいて、ステップ１で感光体上のトナ
ー付着量を検出した光学センサの出力をデータに変換し
て、ステップ２で所定濃度に対応する定数２５と比較す
ることにより、トナー付着量総面積と所定のトナー付着
率ＭＡ’の積であるトナー消費量に見合ったトナーを補
給する第１補給モードと、これよりも所定量多いトナー
を補給する第２補給モードとを選択する。第１補給モー
ドはステップ４、５、６で実現され、第２補給モードは
ステップ３、５、６で実現される。第２補給モードで
は、トナー濃度を上昇させてトナー帯電量を低下させ、
これにより、画像濃度を向上させることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】電子写真方式で形成した潜像をト
ナー像として可視像化する、複写機、ファクシミリ、プ
リンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、現像器へ
のトナー補給に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来キャリアとトナーとからなる２成分
系現像剤を用いるものでは、安定した画像を得る為に、
現像器内の現像剤のトナー濃度（トナーと現像剤の重量
比）を一定の範囲内に維持する必要が有る。これは、ト
ナー濃度が低すぎると（例えば、１．５ｗ％）、キャリ
ア同士の接触が多くなってキャリアの寿命を縮めること
になり、逆にトナー濃度が高過ぎると（例えば、４〜５
ｗ％）、トナー飛散や現像器からキャリアやトナーのこ
ぼれ等が発生する恐れが有るからである。トナー濃度を
一定の範囲内に維持する為に、従来より種々の方法が提
案され、又、実施されているが、デジタル式の画像形成
方法を用いる場合には、画像のデータを把握することが
出来るので、画像部の単位面積当たりのトナー付着量を
予め実験で求めておいて、この単位面積当たりのトナー
付着量に画像データから求めた画像の黒部の面積を掛け
あわせることによって、１枚の画像当たりのトナー消費
量を求め、このトナー消費量と同量のトナーを補給する
ことにより、現像器内のトナー濃度を一定の範囲内に維
持することが提案されている（例えば、特開昭６２ー１
０９０７８号公報、特開昭６２−１１６９７３号公報、
特開昭６３−８７６９号公報、特開平１−１０８０７０
号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、現像剤によ
っては、経時又は環境などにより、現像剤の物性（電気
抵抗など）が変化し、この結果例えば図２の第１象限に
示すようにトナーの帯電量が変化する。トナー帯電量が
変化すると、例えば、同図の第２象限に示すように画像
濃度が変化する。そして、トナー帯電量が上昇した場合
には、比較的少ない量のトナーで像担持体である感光体
上の電位と平衡状態になるので、画像濃度が所望の画像
濃度よりも低くなるという問題点が有った。

【０００４】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、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、現像器へトナーを補給するもの
において、経時や環境によってトナー帯電量が変化しや
すい現像剤を用いても、所望の画像濃度を得ることが出
来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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、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、現像器へトナーを補給するトナー補給制御方法に
おいて、該総面積と予め設定しておいた単位面積当たり
のトナー付着量とに基づいて求めた量のトナーを現像器
へ補給する第１補給モードと、該第１補給モードにおけ
るトナー補給量よりも所定量だけ多い量のトナーを補給
する第２補給モードとを設け、感光体上に形成した基準
トナー像の濃度に基づいて、該第１補給モードと該第２
補給モードとを選択することを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明は、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、該総面積と
予め設定しておいた単位面積当たりのトナー付着量とに
基づいて求めた量のトナーを現像器へ補給する第１補給
モードで、トナー消費量にほぼ応じたトナーを現像器内
へ補給し、経時等によるトナーの帯電量の上昇で画像濃
度が所定の濃度に近づく等した場合に、これを感光体上
に形成した基準トナー像の濃度によって検出して、該第
１補給モードにおけるトナー補給量よりも所定量だけ多
い量のトナーを補給する第２補給モードに切換え、この
第２補給モードで現像器にトナーを補給し、これによ
り、現像器内のトナー濃度を上昇させることでトナー帯
電量を低下させて画像濃度を上昇させ、画像濃度が所定
の濃度に回復した場合に、これを感光体上に形成した基
準トナー像の濃度によって検出して、第１補給モードに
切換るように作用するものである。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を画像形成装置の一例であるデ
ジタル写真機に適用した一実施例について説明する。こ
の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
ら構成される。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するしながら、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。

【０００８】本実施例における複写装置の要部の概略構
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
面に図示しない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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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（ＶＩＤＥＯＤＡＴＡ）
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（ＥＸＴＥＲＮＡＬＶＩＤＥＯＤＡＴＡ）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。

【００１２】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。本実施例におけるトナー補給制御は、従
来技術と同様に画像データを用いてトナー消費量を求
め、このトナー消費量と略同量のトナーを補給する第１
補給モードと、該第１補給モードにおけるトナー補給量
よりも所定量多いトナーを補給する第２補給モードと
を、選択的に用いるものである。

【００１３】先ず、トナー付着領域の総面積の演算につ
いて説明する。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ので、１枚の画像中の
黒データの総数を演算して１枚の画像中のトナー付着面
積の総和を求め、一方でこのドットを集めた単位面積当
たりのトナー付着量であるトナー付着率を求めておけ
ば、両者の積として１枚の画像によって消費されるトナ
ーの量（以下、トナー消費量という）を求めることが出
来る。そして、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、例
えば、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）によって異なる。これは書込
ＬＤのパルス幅を変化させる（例えばＬＤ多値データ０
０００〜１１１１に応じてパルス幅を０ないし５０ｎｓ
ｅｃ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為である。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。更に、この例では、ＬＤ多値デ
ータとトナー付着量とが比例関係にない（例えば、ＬＤ
多値データ０００１のトナー付着量はＬＤ多値データ１
１１１のトナー付着量の１／１６の量に相当していな
い）ので、予め、書込ＬＤのパルス幅を決定するＬＤ多
値データとトナー付着量の関係を実験で求めておいて、
ＬＤ多値データからこれに相当するトナー付着面積を求
める為の変換テーブルを用意する。

【００１４】図５は、この演算の為の、ＬＤ多値データ
からトナー付着面積データ（以下、面積データという）
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多値データから面積データへの変換を行な
う為の変換テーブル８１０、面積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８１２、カウンター８１３等は、ビデ
オコントローラ８００（図３参照）内に構成されいる。
又、変換テーブル８１０は前述のように図７に示すビデ
オコントローラ８００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８００（ＣＰＵ８０１）から変換テーブ
ル８１０に出力され、この変換テーブル８１０からの面
積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。

【００１５】図５において、先ず変換テーブル８１０よ
りＬＤ多値データが面積データに変換され、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は入力の面積データ（多値データレベル）により性能
が決定される。例えば、面積データが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７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、面積データが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、面積データの総和としてトータルのトナ
ー付着総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ＦＧＡ
ＴＥのＯＮ状態のときのみカウントアップし、これがＯ
ＦＦ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総面積データは上位８ビットで表さ
れる。

【００１６】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。

【００１７】尚、この例においては、面積データの総和
を、ＬＤ多値データ１１１１の面積データに換算し、換
算後の上位８ビットをＣＰＵで読み込んでトナー付着総
面積データとしている。ここで例えばＡ３サイズ（４２
０×２９７）の場合には、ドット総数が下式（１）より
１１１０１１０００００００１０１００００１１１１０
Ｂ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１１１００１１０１００１１１１１１００１１１１０
１Ｂとなり上位８ビットは０ｅ６Ｈとなり、これより、
ＣＰＵに読み込まれるトナー付着総面積データが０ｅ６
Ｈ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）

【００１８】図８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総面積
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ＬＤＣＮ
Ｔデータとして１を格納した後、ステップ４でこのＬＤ
ＣＮＴ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Ｌ
ＤＯＮＣＴに格納する。

【００１９】以上により求めた１枚の画像についてのト
ナー付着総面積を用いて、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
着面積データと後述するようにして定めた単位面積当た
りのトナー付着量に相当する設定値との積を演算して１
枚の画像形成当たりのトナー消費量を求める。

【００２０】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、画像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、トナーとして、その帯電量
が変化しやすいもの（例えば、カラートナー）を用いた
場合には、キャリアの特性（抵抗）が経時や環境で変化
して、図２や図１０（ａ）に示すように、トナー帯電量
が変化し、画像濃度を一定に維持しても画像濃度変化し
てしまう。例えば、トナー帯電量が上昇した場合には、
少ないトナーで感光体上の電位に対して平衡状態になる
ので、画像濃度が低下する。

【００２１】ところで、経時でトナーの帯電量が変化す
る現像器においても、種々のバラツキが存在しない場合
には、上記のように１枚の画像についてのトナー付着総
面積と単位面積当たりのトナー付着量に相当する設定値
とを掛けることによって求めたトナー消費量と同量のト
ナーを補給するに当たり、この設定値等によっては、画
像濃度を所定以上に維持出来る場合が有る。例えば、上
記演算における単位面積当たりのトナー付着量に相当す
る設定値として、画像濃度（以下、ＩＤという）が１．
０の場合のトナー付着量に相当する値ＭＡ’を用い、且
つ、コピー開始時にトナー濃度が２．５ｗｔ％の現像剤
を現像器に投入して連続コピーを行なったところ、上記
ＩＤが１．０以上に維持された。図１０（ｂ）は、この
場合の現像器内のトナー濃度の変化を示したものであ
る。ここで、この現像剤のトナー帯電量は図１０（ａ）
の用にトナー帯電量が変化した。尚、ＩＤとトナー付着
量との関係は、例えば、図１１（ａ）に示すように実験
で比較的正確に求めることが出来る。

【００２２】図１０（ｂ）において、コピー開始直後の
期間Ａでは、トナー帯電量（Ｑ／Ｍ）が低いので、上記
の演算によって求めるトナー消費量よりも実際のトナー
消費量の方が多めになり、この結果、演算上のトナー消
費量と同量のトナー補給では足りずにトナー濃度が低下
していく。但し、ＩＤとしては、１．０よりも高いＩＤ
を得ることが出来る。そして、期間Ａの終わりに近づく
につれ、現像器内における現像剤の撹拌でトナー帯電量
が上昇しＩＤが１．０に近づいていく。時点Ｂでは演算
上のトナー消費量と実際のトナー消費量が略等しくな
り、且つ、ＩＤも約１．０になる。この後の期間Ｃにお
いては、更にトナー帯電量が上昇し、前述のように比較
的少量のトナーで感光体上の電位と平衡状態になるの
で、ＩＤが低下していく傾向になるが、仮に、ＩＤが
１．０よりも小さくなると、演算上のトナー消費量より
も実際のトナー消費量の方が少なめになり、この結果、
演算上のトナー消費量と同量のトナー補給では過剰にな
って、トナー濃度を上昇させ、これにより、ＩＤが高く
なる。このようにして、トナー帯電量やトナー濃度が変
化するにも拘らず、ＩＤとしては１．０以上を維持する
ことが出来た。又、図１０（ｂ）に示す現像器からのト
ナーやキャリアのこぼれが発生するトナー濃度（この例
では４．５ｗｔ％）よりも低い値でトナー濃度が飽和
し、トナーやキャリアのこぼれも発生しなかった。

【００２３】尚、図１０（ｃ）は、ある一定のトナー濃
度（１．５ｗｔ％，２．０ｗｔ％，３ｗｔ％，４ｗｔ
％，４．５ｗｔ％）であると想定した場合のＩＤの変化
を示すものであり、これは、一定のトナー濃度であれば
経時でＩＤが薄くなることを示している。

【００２４】しかしながら、実際の製品においては、製
品間で種々のバラツキが存在しており、ＩＤが１．０よ
り低くなったり、トナー濃度が上昇しすぎてトナーやキ
ャリアのこぼれが発生する。特に影響が大きいバラツキ
としては、経時や環境によるトナー帯電量の変化度合い
のバラツキや、トナー補給機構におけるトナー補給量の
バラツキ、更には、現像ローラ２０と感光体１とのギャ
ップのバラツキがある。トナー補給機構のバラツキにつ
いて詳述すると、例えば、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比較的大き
く異なる。又、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比較的大
きく異なる。

【００２５】そこで、本実施例においては、狙いとする
最低のＩＤである１．０以上にＩＤを維持し、且つ、ト
ナーやキャリアのこぼれの発生を防止すべく、上記の種
々のバラツキがトナー補給量過多になるように効いてく
る製品においても、トナー濃度がトナーやキャリアのこ
ぼれが発生するトナー濃度までは上昇しない範囲で、上
記のような演算によるトナー消費量と略同量のトナーを
補給する第１補給モードと、上記のような演算によるト
ナー消費量よりも所定量だけ多いトナーを補給する第２
補給モードとを設け、感光体上のＩＤを実際に検出して
た結果に基づいて、この第１補給モードと第２補給モー
ドの何れかを選択してトナー補給を行なうものである。

【００２６】先ず、第１補給モードについて説明する。
上記のように、画像データから求めた１枚の画像のトナ
ー付着総面積に、狙いのＩＤである１．０のときの単位
面積当たりのトナー付着量に相当する値ＭＡ’を掛けれ
ば、種々のバラツキが存在しない場合のトナー消費量を
求めることが出来るが、上記のようにトナー補給機構等
のバラツキが存在するので、トナー濃度が上昇し過ぎて
キャリヤやトナーのこぼれが発生する恐れが有る。そこ
で、このようなバラツキがトナー濃度上昇に効いてくる
ような製品においても、キャリアやトナーのこぼれが発
生するほどにはトナー濃度が上昇しない様に、トナー付
着総面積に対応しながらも上記のトナー消費量よりも少
なめになるようにトナー消費量を演算する。どの程度少
なめにするかは、現像器２１における具体的な上記バラ
ツキを考慮して実験で求めるが、例えば、下式（１）に
基づいてトナー補給量を演算残する場合に、この式中の
Ａを０．８〜９．５程度とする。（トナー補給量）＝（トナー付着総面積）×（ＩＤ１．０の単位面積当たりのトナー付着量）×Ａ …（１）尚、本実施例においては、後述するように感光体上のＩ
Ｄを検出する光学センサ２５（図１参照）にもバラツキ
が存在するので、これも考慮する。このように、第１補
給モードにおいては、画像データから演算したトナー付
着総面積に基づいてトナー補給量を決定しながらも、上
記のように少なめにトナーを補給するので、トナーやキ
ャリアのこぼれが発生するようなトナー濃度には上昇し
ない。しかしながら、この第１補給モードのみでは、ト
ナー濃度の不足でＩＤが１．０よりも低下する恐れが有
る。そこで、光学センサ２５の出力により、基準パター
ントナー像の濃度が所定値よりも薄くなった場合に、こ
の第１補給モードよりも所定量多いトナー補給量でトナ
ーを補給する第２補給モードに切換える。

【００２７】この所定値は、光学センサ２５の出力に、
光学センサ２５の間で図１１（ｂ）のようなバラツキ△
ｌが存在するので、この影響を受けない出力レベルで、
且つ、ＩＤ１．０に相当する出力からのずれ△ｄが出来
るだけ小さい値に設定することが望ましい。

【００２８】次に、光学センサ２５による感光体上の画
像濃度の検出について説明する。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１の回転により現像装置４に搬送
して現像して基準パターントナー像を形成した後、光学
センサ２５に対向させる。光学センサ２５の受光部がＯ
Ｎ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１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。以下、感光体地肌部読
み取りの光学センサ出力を出力Ｖ_SG、基準パターントナ
ー像部読み取りの光学センサ出力を出力Ｖ_SPという。

【００２９】尚、この様に、出力Ｖ_SGと出力Ｖ_SPの比を
用いることにより、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の影響をあ
る程度は相殺することが出来るが、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、充分な
ＳＮ特性が得られず、画像濃度の誤検知を生じる恐れが
ある。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、その出力は画像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
画像濃度を算出する。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
を用いて画像濃度を算出する。

【００３０】以上の光学センサ２５の検出出力が異常の
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９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２，３で光学センサ２５の検
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
はステップ８に進んで、予め設定しておいた適正値であ
るＶ_SG４．０ボルト，Ｖ_SP０．２５ボルトをレジスタＶ
_SG，レジスタＶ_SPに格納する。次に、ステップ４，５で
最新の出力Ｖ_SG，Ｖ_SPが格納されるレジスタＤＶＧＮＥ
Ｗ，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ＤＶＧＯＬＤ，ＤＶＰＯ
ＬＤに更新して格納した後、ステップ６，７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。

【００３１】尚、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、光学センサ２５の出力Ｖ_SPが高くなって
いしまう。そこで、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面積データの総和、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
所定量だけ補正しても良い。この補正量は、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、正確な画像濃度（充分な撹拌動作後の画像濃度）を
求めることが可能になる。尚、この場合、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面積データ
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。

【００３２】尚、この光学センサ２５による画像濃度の
検出は、基準パターントナー像を形成するためにトナー
が消費や、クリーニング装置６による基準パターントナ
ー像のクリーニング負担も軽減するために、１０枚の画
像形成毎に実行する。従って、この検出結果を用いた上
記のモード切換えも、この検出のタイミングの間は行な
われず、最新の光学センサ２５での画像濃度の検出の結
果に基づいて選択されたモードで、次の光学センサ２５
での画像濃度の検出までトナー補給を行なう。

【００３３】以上の第１補給モードや第２補給モードに
おけるトナー補給量の具体的な演算、及び、光学センサ
２５の出力を用いたモード選択の具体的な制御を図１３
を用いて説明する。図１３おいて、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Ｄ
ＶＧＮＥＷ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、Ｖ_SPデータがモード選択のための所定値であ
る２５以上か否かを判断し、２５以上であれば、ステッ
プ３でレジスタＡに３０を格納し、逆に２５よりも小さ
い場合にはステップ４でレジスタＡに０を格納する。こ
こで、Ｖ_SPデータが２５以上であるということが、基準
パターントナー像の濃度が薄くなりすぎていることに対
応し、この場合にステップ３でレジスタＡに３０を格納
することにより、後述するステップ６で最終的に決定さ
れるトナー補給量を、ステップ４でレジスタＡに０を格
納するのに比して所定量多くしている。次に、ステップ
５でレジスタＬＤＣＮＴから読み出したトナー付着総面
積データと設定値ＭＡ’の積を演算してトナー消費デー
タ求め、これをレジスタＤＢＡＤＤＬ／Ｈに格納し、ス
テップ６でこのレジスタＤＢＡＤＤＬ／Ｈから読み出し
たトナー消費データにレジスタＡから読み出したデータ
を加算して、これをレジスタＤＢＡＤＤＬ／Ｈに格納す
る。この設定値ＭＡ’は、上記の式（１）にある様に係
数Ａを掛けたものである。尚、このフローチャートは、
光学センサ２５のチェックタイミングにおける、モード
選択及びトナー補給量の演算処理の制御を示したもので
あり、本実施例では、上述のように光学センサ２５によ
る基準パターントナー像の検出を所定枚数ごとに実行す
るので、このチェックタイミングでモードを選択した結
果であるステップ３又は４のレジスタＡに格納する数値
を、光学センサ２５のチェックタイミング以外のコピー
におけるトナー補給量演算処理でも使用するために、レ
ジスタＡのデータを次の光学センサチェックタイミング
まで保持する。そして、光学センサ２５のチェックタイ
ミング以外のコピーにおいては、トナー補給量演算処理
として、同図フローチャート中のステップ５及び６を実
行する。

【００３４】尚、この例においては、増加分の所定量を
ステップ３のように一定量としているが、これに代え、
複数のデータテーブルを用い、例えば、トナーの色毎に
ことなる増加分にしてもよい。例えば、赤トナーを３
０、青トナーを３５、緑トナーを２５のように設定す
る。又、シートサイズ毎に変化させても良い。更に、ス
テップ５でトナー消費データの演算に用いている単位面
積当たりのトナー付着量ＭＡ’もトナーの色毎に変更し
ても良い。このらのトナーの変更は、例えば、現像装置
４ごと複写機本体に着脱自在にして交換するものでは、
現像器識別用のセンサを設置してセットされている現像
装置内のトナーの色を判別するようにすれば良い。

【００３５】次に、トナー補給動作について説明する。
トナー補給は、上記レジスタＤＢＡＤＤＬ／Ｈのデータ
に対応する時間だけトナー補給ローラ２４を回転駆動す
ることによって行なう。１枚の画像当たりのトナー消費
量は、基本的には前述のようにトナー付着総面積と単位
面積当たりのトナー付着量ＭＡとの積であり、具体的に
表わすと下式（２）のようになる。（トナー消費量）＝ＬＤＣＮＴ×２¹⁷×ＭＡ×１／（４００／２．５４）² ≒ＬＤＣＮＴ×ＭＡ×６５５／１２４ …（２）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１２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１２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（３）の様
になる。（補給時間）＝（トナー消費量）×ＧＡＩＮ×１／３００ ≒ＬＤＣＮＴ×ＭＡ×１３１／１２４×６０ …（３）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。

【００３６】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）と現像装置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ＯＮす
る。これにより、トナーホッパー２２内のアジテータ２
３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。

【００３７】尚、図１４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、「△」は光学センサ２５の出力のチェック
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。「ＣＨＫ」は光学センサ２
５の出力によって第１補給モードと第２補給モードを選
択するものであり、光学センサ２５のチェックタイミン
グ毎に実行される。「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
ものであり、転写紙毎に実行される。「ＡＤＤＴ」は付
着率ＭＡ’（上式（１）中の係数Ａを掛けたもの）とト
ナー付着面積ＬＤＣＮＴの積に第１補給モードか第２補
給モードかによって、必要に応じて補正量を加算してト
ナー補給量算出を算出するものであり、転写紙毎に実行
される。以上の流れで記録紙毎にトナー補給量を求めて
トナー補給を実行し、第１補給モードと第２補給モード
との切換えの要否は光学センサ２５の出力チェックタイ
ミング毎に判断される。

【００３８】以上、本実施例においては、上記光学セン
サ２５による検出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。又、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面積データに変換し、
この面積データの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総面積を求める。

【００３９】

【効果】請求項１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
し、該総面積と予め設定しておいた単位面積当たりのト
ナー付着量とに基づいて求めた量のトナーを現像器へ補
給する第１補給モードで、トナー消費量にほぼ応じたト
ナーを現像器内へ補給し、経時等によるトナーの帯電量
の上昇で画像濃度が狙いの画像濃度の下限に近づく等し
た場合に、これを感光体上に形成した基準トナー像の濃
度によって検出して、該第１補給モードにおけるトナー
補給量よりも所定量だけ多い量のトナーを補給する第２
補給モードに切換え、この第２補給モードで現像器にト
ナーを補給し、これにより、現像器内のトナー濃度を上
昇させることでトナー帯電量を低下させて画像濃度を上
昇させ、画像濃度が所定の濃度に回復した場合に、これ
を感光体上に形成した基準トナー像の濃度によって検出
して、第１補給モードに切換るので、経時や環境によっ
てトナー帯電量が変化しやすい現像剤を用いても、所望
の画像濃度を得ることが出来るという優れた効果があ
る。

【００４０】又、請求項２の発明によれば、上記単位面
積当たりのトナー付着量及び上記所定量を、使用するト
ナーの種類によって切り替えるので、トナーの種類によ
って、経時や環境によるトナー帯電量の変化の仕方が大
きくことなるときにも、それぞれのトナーの種類に応じ
た適切なトナー補給を行なうことが出来る。

【００４１】更に、請求項３の発明によれば、上記単位
面積当たりのトナー付着量を、現像器からの現像剤こぼ
れが発生するトナー濃度まで上昇しない値に設定するの
で、種々のトナー補給に関するバラツキが存在する場合
にも現像剤のこぼれを防止することが出来る。

【００４２】又、請求項４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
積を演算する面積演算手段と、該面積演算手段の演算結
果と所定の設定値とに基づいてトナー補給量を演算する
第１トナー補給量演算手段と、該第トナー補給量演算手
段による演算トナー補給量よりも所定量多いトナー補給
量を演算する第２補給量演算手段と、感光体上に形成し
た基準トナー像の濃度を検出す濃度検出手段と、該トナ
ー濃度検出手段の出力に基づいて、該第１トナー補給量
演算手段と第２補給量演算手段との何れかを選択するト
ナー補給量選択手段とを設けたので、経時や環境によっ
てトナー帯電量が変化しやすい現像剤を用いても、所望
の画像を得ることが出来る画像形成装置を提供すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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】２成分現像剤のトナー帯電量の経時変化と画像
濃度の変化を示す特性図。

【図３】同複写機の電装部の構成を示すブロック図

【図４】図３の書込駆動制御回路の構成を示すブロック
図。

【図５】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６】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７】同カウンタ回路についてタイミングチャート。

【図８】同複写機の、面積データの読み込み制御のフロ
ーチャート。

【図９】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１０】（ａ）は同複写機の、トナー帯電量の経時変
化を示す特性図、（ｂ）は現像器内のトナー濃度の経時
変化を示す特性図、（ｃ）はトナー濃度が一定であると
想定した場合の画像濃度の経時変化を示す特性図。

【図１１】（ａ）は画像濃度と単位面積当たりのトナー
付着量との関係を示す特性図、（ｂ）は光学センサの出
力の特性図。

【図１２】同複写機のトナー補給機構の特性図。

【図１３】同複写機の、補給モード切換えの制御のフロ
ーチャート。

【図１４】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現像装置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８００ビデオコントローラ８０１Ｐ−ＲＯＭ（変換テーブル）８１１加算器８１３カウンタ８１５ラッチ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、現像器へトナーを補給するトナー補給制御方法にお
いて、該総面積と予め設定しておいた単位面積当たりの
トナー付着量とに基づいて求めた量のトナーを現像器へ
補給する第１補給モードと、該第１補給モードにおける
トナー補給量よりも所定量だけ多い量のトナーを補給す
る第２補給モードとを設け、感光体上に形成した基準ト
ナー像の濃度に基づいて、該第１補給モードと該第２補
給モードとを選択することを特徴とするトナー補給制御
方法。
【請求項２】上記単位面積当たりのトナー付着量及び上
記所定量を、使用するトナーの種類によって切換ること
を特徴とする請求項１のトナー補給制御方法。
【請求項３】上記単位面積当たりのトナー付着量の値
を、現像器からの現像剤こぼれが発生するトナー濃度ま
で上昇しない値に設定することを特徴とする請求項１の
トナー補給制御方法。
【請求項４】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面積演算手段と、
該面積演算手段の演算結果と所定の設定値とに基づいて
トナー補給量を演算する第１補給量演算手段と、該第１
補給量演算手段による演算トナー補給量よりも所定量多
いトナー補給量を演算する第２補給量演算手段と、感光
体上に形成した基準トナー像の濃度を検出す濃度検出手
段と、該濃度検出手段の出力に基づいて、該第１補給量
演算手段と第２補給量演算手段との何れかを選択するト
ナー補給量選択手段とを設けたことを特徴とする画像形
成装置。