JPH05303281A

JPH05303281A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH05303281A
Application number: JP4129826A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Kitayama; 邦彦北山; Masami Izumizaki; 昌巳泉崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】トナー補給手段から現像手段へのトナー補給
量のばらつきを小さくし、二成分現像剤のトナー濃度を
常時許容範囲内に保つ。【構成】トナー補給装置を、現像器にトナーを補給す
る第１のトナー補給装置Ａとトナーを貯蔵する第２のト
ナー補給装置Ｂとに分け、第１のトナー補給装置Ａに、
そのトナー容器１０１内のトナーＴの粉面を検知する粉
面検知センサ１０３を設ける。ビデオカウント数に基づ
いて算出された時間の間だけ第１のモータ１０４が駆動
され、第１の搬送スクリュー１０２が回転駆動され、ト
ナー容器１０１内のトナーの一部が現像器へ搬送、補給
される。トナーの補給を行なうことによりトナー容器１
０１内のトナーの粉面が低下し、粉面検知センサ１０３
が検知したら、第２のトナー補給装置Ｂよりトナーを少
量補給させる。これにより、第１のトナー補給装置Ａの
トナー容器１０１内のトナーの粉面の高さを範囲ａ内に
恒常的に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は像担持体上に形成された
潜像に現像剤を付着させて可視像化する電子写真方式や
静電記録方式などの複写機、プリンタ等の画像形成装置
に関し、特に二成分現像剤のトナー濃度を適正に制御す
る現像剤濃度制御装置を備えた画像形成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真方式や静電記録方式の
画像形成装置が具備する現像装置には、トナー粒子とキ
ャリア粒子を主成分とした二成分現像剤が用いられてい
る。特に、電子写真方式によりフルカラーやマルチカラ
ー画像を形成するカラー画像形成装置には、画像の色味
などの観点から、殆どの現像装置が二成分現像剤を使用
している。周知のように、この二成分現像剤のトナー濃
度（即ち、キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対
するトナー粒子重量の割合）は画像品質を安定化させる
上で極めて重要な要素になっている。現像剤のトナー粒
子は現像時に消費され、トナー濃度は変化する。このた
め、現像剤濃度制御装置（ＡＴＲ）を使用して適時現像
剤のトナー濃度を正確に検出し、その変化に応じてトナ
ー補給を行ない、トナー濃度を常に一定に制御し、画像
の品位を保持する必要がある。

【０００３】従来の現像剤濃度制御装置を備えた画像形
成装置、本例では電子写真方式のディジタル複写機、の
全体構成例を図６に示す。まず、原稿２１の画像がＣＣ
Ｄ１により読み取られ、得られたアナログ画像信号は増
幅器２で所定のレベルまで増幅され、アナログ−ディジ
タル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３により例えば８ビット
（０〜２５５階調）のディジタル画像信号に変換され
る。次に、このディジタル画像信号はγ変換器（本例で
は２５６バイトのＲＡＭで構成され、ルックアップテー
ブル方式で濃度変換を行なう変換器）５に供給されてγ
補正された後、ディジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ変
換器）９に入力される。ここでディジタル画像信号は再
びアナログ画像信号に変換されてコンパレータ１１の一
方の入力に供給される。コンパレータ１１の他方の入力
には三角波発生回路１０から発生される所定周期の三角
波信号が供給されており、上記コンパレータ１１の一方
の入力に供給されたアナログ画像信号はこの三角波信号
と比較されてパルス幅変調される。このパルス幅変調さ
れた２値化画像信号はレーザ駆動回路１２にそのまま入
力され、レーザダイオード１３の発光のオン・オフ制御
用信号として使用される。レーザダイオード１３から放
射されたレーザ光は周知のポリゴンミラー１４により主
走査方向に走査され、ｆ／θレンズ１５、及び反射ミラ
ー１６を経て矢印方向に回転している像担持体たる感光
体ドラム１７上に照射され、静電潜像を形成することに
なる。

【０００４】一方、感光体ドラム１７は露光器１８で均
一に除電を受け、一次帯電器１９により均一に例えばマ
イナスに帯電される。その後、上述したレーザ光の照射
を受けて画像信号に応じた静電潜像が形成される。この
静電潜像は現像器２０によって可視画像（トナー像）に
現像される。このトナー像は２個のローラ２５、２６間
に架張され、図示矢印方向に無端駆動される転写材担持
ベルト２７上に保持された転写材２３に転写帯電器２２
の作用により転写される。また、感光体ドラム１７上に
残った残留トナーはその後クリーナ２４でかき落とされ
る。なお、説明を簡単にするために単一の画像形成ステ
ーション（感光体ドラム１７、露光器１８、一次帯電器
１９、現像器２０等を含む）のみを図示するが、カラー
画像形成装置の場合には、例えばシアン、マゼンタ、イ
エロー、及びブラックの各色に対する画像形成ステーシ
ョンが転写材担持ベルト２７上にその移動方向に沿って
順次に配列されることになる。

【０００５】さらに、潜像の現像により現像器２０内の
変化したトナー濃度を補正するために、ビデオカウント
方式の現像剤濃度制御装置が設けられており、画素毎の
ディジタル画像信号の出力レベルを積算し、トナーを予
測補給している。即ち、アナログ−ディジタル変換器３
によりディジタル信号に変換された画像信号を画素毎に
その出力レベルを積算し、これをビデオカウンタ４でビ
デオカウント数に変換してＣＰＵ６に送る。ＣＰＵ６は
ビデオカウント数を補給量に換算し、トナー補給信号と
してモータ駆動回路７に送る。モータ駆動回路７はトナ
ー補給信号に対応した時間だけモータ２８を駆動し、ト
ナー２９を収容するトナー補給槽８内のトナー搬送スク
リュー３０を上記所定時間だけ回転駆動し、トナー補給
槽８より現像器２０内に適量のトナーを補給し、現像器
２０内のトナー濃度を一定に保つようにしている。

【０００６】このように、上記従来の現像剤濃度制御装
置では、ディジタル画像信号の各画素毎の出力レベルを
積算したビデオカウント数を一義的にトナー補給量に換
算し、このトナー補給量を一義的にトナー補給時間に変
換してトナーの予測補給を行なっているため、例えばト
ナー補給槽より現像器へのトナー補給量がトナーの流動
性の変化などが原因で想定した予測値よりずれると、現
像器内の現像剤のトナー濃度が初期設定値よりずれてし
まう。そして、補給誤差が大きくなり、現像剤のトナー
濃度が初期設定値から大きくずれて許容範囲を外れる
と、安定した画像濃度が得られなくなるだけでなく、ト
ナーが多い場合にはトナーの飛散や地かぶりを生じ、ト
ナーが少ない場合には画像ががさついたり、感光体ドラ
ムにキャリアが付着する等の問題が生じる。

【０００７】この現像剤のトナー濃度のずれを補正する
ことを目的として、第２の現像剤濃度制御装置を設け、
上記ビデオカウント方式の第１の現像剤濃度制御装置と
併用することが提案されている。この第２の現像剤濃度
制御装置は所定のタイミングで作動されて感光体ドラム
１７上に公知の手段でパッチ状の参照画像を形成し、こ
のパッチ状の参照画像のトナー濃度を光学的な検知手段
で検出してトナーが過補給であったのか、補給不足であ
ったのかを判断し、この判断に基づいてビデオカウンタ
４からの次のビデオカウント数を補正し、ＣＰＵ６から
のトナー補給信号を補正するようにしたパッチ画像形成
方式の現像剤濃度制御装置であり、上記ビデオカウント
方式の第１の現像剤濃度制御装置によるトナー濃度の初
期設定値からのずれを補正するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の現像剤濃度制御方式では以下に述べるような欠点が
ある。つまり、感光体ドラム上にパッチ状の参照画像を
形成するタイミングは、言うまでもなく転写材上に参照
画像が転写されないタイミングで行なわなければならな
い。例えば、連続複写時には１枚目の画像形成が始まる
前や最終枚目の画像形成の終了後に、或は紙間（転写材
と次の転写材の間）において参照画像を形成しなければ
ならない。ここで問題となるのは紙間を利用して参照画
像を形成できず、従って連続複写行程中にトナー濃度の
制御を行なえない場合である。この場合には連続複写の
行程中にトナー濃度のずれが大きくなり、許容範囲を超
えてしまう場合が生じる。

【０００９】ここで、前述の図６の従来例を用いて紙間
で参照画像が形成できない例について説明する。感光体
ドラム１７上に形成された参照画像は、転写ニップにお
いて転写押し上げ部材９１による圧力により、そのトナ
ーの一部が感光体ドラム１７から転写材担持ベルト２７
へと転写されてしまう。周知のように、転写材担持ベル
ト２７に付着したトナーを除去する転写クリーナ９２が
設けられているが、この参照画像の転写トナーはトナー
量が多いため、転写クリーナ９２によって一度にクリー
ニングすることができないことがしばしばある。一度に
クリーニングできないと、転写クリーナ通過後も担持ベ
ルト２７上にトナーが残り、担持ベルト２７が一周した
際に、次の転写材の裏面に付着し、転写材の裏汚れを生
じさせるという欠点をもたらす。

【００１０】このため、参照画像が転写ニップを通過す
るのに合わせて転写押し上げ部材９１を転写材担持ベル
ト２７から離間させる（解除する）ことにより転写材担
持ベルトへのトナー転写量をなくす或は減少させるとい
う方法も提案されているが、転写押し上げ部材９１の離
接に要する時間だけ紙間を長くしなければならず、これ
ではスループットが低くなるという欠点が生じる。

【００１１】上述のように、ビデオカウント方式の現像
剤濃度制御装置によるトナー濃度の初期設定値からのず
れをパッチ画像形成方式の現像剤濃度制御装置によって
補正する場合でも、連続複写の間はパッチ画像形成方式
によるトナー濃度の補正を行なうことができないため、
現像剤の濃度安定性はビデオカウント方式による予測補
給の性能に依存することになる。

【００１２】ところで、ビデオカウント方式の現像剤濃
度制御装置における現像剤のトナー濃度の変動要因は大
別すると消費系の問題と補給系の問題に分かれる。消費
系の問題としては、例えば環境変化によりトナーの持つ
電荷（トリボ）が変化することにより、実際のトナー消
費量がビデオカウント数から換算した消費量（補給量）
と一致しなくなる等の問題が挙げられるが、この問題
は、温湿度と消費量との相関を予め調べ、温湿度情報を
フィードバックさせることにより補正することが可能で
あるので、解決できる。

【００１３】次に補給系の問題としては、ビデオカウン
ト数を基にして制御を行なっているのは補給時間（モー
タ等の駆動装置のオン時間）であり、補給量そのものを
制御しているわけではないので、同一の補給時間である
のに補給量がばらつくということである。補給量がばら
つくと設定補給量よりずれる（補給誤差が生じる）こと
になり、トナー濃度の変動に到る。この補給誤差の原因
として大きいものは、トナーの流動性によりスクリュー
のトナー搬送効率が大きく変化することが挙げられる。
トナーの流動性はトナーのかさ密度と密接に関連してお
り、その性状としては、かさ密度が高いと流動性が低下
し、その結果、搬送効率が低下して補給量が減り、一
方、かさ密度が低いとその逆になる傾向がある。

【００１４】一般に、トナー補給槽内のトナーのかさ密
度は、トナー補給槽内におけるトナーの粉面高さや撹拌
部材９３による撹拌状況などにより影響を受け、大きく
変動する。さらに、放置などの経時的な要因で同じかさ
密度でも流動性が変化する場合もある。

【００１５】以上のことから、ビデオカウント方式の現
像剤濃度制御装置によりトナーの予測補給を行なう系で
は、トナー補給槽内からのトナーの補給誤差を小さくす
ることが必須の要件であることは明らかである。

【００１６】従って、本発明の目的は、トナー補給手段
から現像手段に補給されるトナー補給量のばらつきを小
さくし、補給精度を高めた現像剤濃度制御装置を備えた
画像形成装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置によって達成される。要約すれば、本発明
は、その一面においては、像担持体に静電潜像を形成す
る潜像形成手段と、この静電潜像を二成分現像剤を用い
て現像して可視画像を形成する現像手段とを備えた画像
形成装置において、前記現像手段に対し前記静電潜像の
情報に応じて前記二成分現像剤のトナーを補給する第１
のトナー補給手段と、該第１のトナー補給手段のトナー
の減少に応じて該第１のトナー補給手段にトナーを補給
する第２のトナー補給手段とを具備することを特徴とす
る画像形成装置である。

【００１８】本発明の一実施態様においては、前記第１
のトナー補給手段が、トナーを収容するトナー容器と、
前記現像手段へトナーを搬送する搬送部材と、前記トナ
ー容器内に貯蔵されたトナーの粉面を検知する粉面検知
手段とにより構成され、前記粉面検知手段からの検知信
号に応じて前記第２のトナー補給手段から前記第１のト
ナー補給手段へトナーを補給することにより前記トナー
容器内に収容されたトナーの粉面高さを所定の高さに制
御することを特徴としている。

【００１９】本発明の他の面においては、本発明は、像
担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、この静電
潜像を二成分現像剤を用いて現像して可視画像を形成す
る現像手段とを備えた画像形成装置において、前記現像
手段に対し前記静電潜像の情報に応じて前記二成分現像
剤のトナーを補給する第１のトナー補給手段と、該第１
のトナー補給手段内のトナーの粉面を検知する粉面検知
手段と、前記静電潜像の情報に応じて前記第１のトナー
補給手段にトナーを補給する第２のトナー補給手段とを
具備することを特徴とする画像形成装置である。

【００２０】

【作用】本発明によれば、第１のトナー補給手段内の搬
送部材近傍のトナーのかさ密度が恒常的に一定に維持さ
れる。つまり、搬送部材近傍のトナーの流動性が一定に
なることであり、それにより、トナーの搬送効率が一定
に保たれ、トナー補給精度が向上する。

【００２１】以下、搬送部材近傍のトナーのかさ密度が
一定に維持される理由について説明する。

【００２２】本発明ではトナー補給手段を第１、第２の
２つに分けており、画像形成装置内におけるトナー貯蔵
の役割は第２のトナー補給手段が担い、第１のトナー補
給手段は担わない。従って、第１のトナー補給手段のト
ナー容器内におけるトナーの粉面高さを任意に設定する
ことができる。トナーのかさ密度は一般に粉面に対して
深いほど高くなる。これは言うまでもなくトナー自身の
重量により圧力が高くなるためである。

【００２３】従って、粉面高さを一定に保てば、搬送部
材と粉面との重力方向の相対距離が一定になり、搬送部
材近傍のトナーが受ける圧力が一定になり、かさ密度が
安定し易くなる。本発明では、第１のトナー補給手段に
粉面検知手段を設け、かつ第１のトナー補給手段にトナ
ーを補給する第２のトナー補給手段を設けることによ
り、第１のトナー補給手段内のトナーの粉面高さをほぼ
一定に維持させるものである。

【００２４】次に、かさ密度が変動する要因としては、
トナーの撹拌があげられる。一般にトナー補給装置は搬
送部材と共に撹拌部材を設けることが多いが、その役割
としてはトナーブリッジを防止することにある。つま
り、トナーの流動性が低下した状態で搬送部材のみを作
動させると、搬送部材近傍のトナーだけが搬送され、空
洞ができる場合がある。そのため撹拌部材を設け、トナ
ーをほぐし、空洞を埋め、搬送部材にトナーを供給する
ものである。しかしながら、粉面が高い状態で撹拌を行
なうと、トナー容器内の下方のトナーは上方から強い圧
力を受けた状態でトナー粒子の移動が行なわれるため、
トナー粒子間の隙間が無くなり又は狭くなり、トナー粒
子同志が密になる、つまりかさ密度が高くなる。一方、
粉面が低い状態においては、上方からの圧力が弱いた
め、トナー粒子の移動が行なわれても、トナー粒子間の
隙間は減りずらく、従って、かさ密度の変化が生じにく
い。

【００２５】本発明においては、第１のトナー補給手段
のトナー容器内におけるトナーの粉面高さは任意に設定
できるので、粉面高さを低めに設定することで撹拌によ
るかさ密度の変動を小さくすることができる。

【００２６】以上は第１のトナー補給手段が撹拌部材を
有する場合について述べたものであるが、使用するトナ
ーが流動性の良いトナーであるならば、粉面高さを低く
することだけで流動性の低下及びトナーブリッジを防止
することが可能である。従って、撹拌部材はトナーの性
状（流動性）に応じて必要性を判断すればよいが、いず
れにしても本発明においてはかさ密度を不安定ならしめ
るものではない。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照して詳細に説明する。

【００２８】本発明が適用できる画像形成装置は、例え
ば感光体、誘電体等の像担持体上に電子写真方式、静電
記録方式等によって静電潜像を形成し、この静電潜像を
トナー粒子とキャリア粒子を主成分とした二成分現像剤
を用いた現像装置によって現像して可視画像（トナー
像）を形成し、この可視画像を紙等の転写材に転写し、
定着手段にて永久像にする構成のものであればよい。

【００２９】まず、図３を参照して本発明による画像形
成装置の一実施例の全体構成について説明する。本実施
例では本発明を電子写真方式のディジタル複写機に適用
した場合を示すが、本発明が電子写真方式や静電記録方
式の他の種々の画像形成装置に等しく適用できることは
言うまでもない。

【００３０】図３において、複写されるべき原稿３１の
画像はレンズ３２によってＣＣＤ等の撮像素子３３に投
影される。この撮像素子３３は原稿画像を多数の画素に
分解し、各画素の濃度に対応した光電変換信号を発生す
る。撮像素子３３から出力されるアナログ画像信号は画
像信号処理回路３４に送られ、ここで各画素毎にその画
素の濃度に対応した出力レベルを有する画素画像信号に
変換され、パルス幅変調回路３５に送られる。

【００３１】このパルス幅変調回路３５は入力される画
素画像信号毎に、そのレベルに対応した幅（時間長）の
レーザ駆動パルスを形成して出力する。即ち、図５の
（ａ）に示すように、高濃度の画素画像信号に対しては
より幅の広い駆動パルスＷを、低濃度の画素画像信号に
対してはより幅の狭い駆動パルスＳを、中濃度の画素画
像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩをそれぞれ形
成する。

【００３２】パルス幅変調回路３５から出力されたレー
ザ駆動パルスは半導体レーザ３６に供給され、半導体レ
ーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させ
る。従って、半導体レーザ３６は高濃度画素に対しては
より長い時間駆動され、低濃度画素に対してはより短い
時間駆動されることになる。それ故、感光体ドラム４０
は、次述の光学系によって、高濃度画素に対しては主走
査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対して
は主走査方向により短い範囲が露光される。つまり、画
素の濃度に対応して静電潜像のドットサイズが異なる。
従って、当然のことながら、高濃度画素に対するトナー
消費量は低濃度画素に対するそれよりも大である。な
お、図５の（ｄ）に低、中、高濃度画素の静電潜像をそ
れぞれＬ、Ｍ、Ｈで示した。

【００３３】半導体レーザ３６から放射されたレーザ光
３６ａは回転多面鏡３７によって掃引され、ｆ／θレン
ズ等のレンズ３８及びレーザ光３６ａを像担持体たる感
光体ドラム４０方向に指向させる固定ミラー３９によっ
て感光体ドラム４０上にスポット結像される。かくし
て、レーザ光３６ａは感光体ドラム４０の回転軸とほぼ
平行な方向（主走査方向）にこのドラム４０を走査し、
静電潜像を形成することになる。

【００３４】感光体ドラム４０はアモルファスシリコ
ン、セレン、ＯＰＣ等を表面に有し、矢印方向に回転す
る電子写真感光体ドラムであり、露光器４１で均一に除
電を受けた後、一次帯電器４２により均一に帯電され
る。その後、上述した画像情報信号に対応して変調され
たレーザ光で露光走査され、これによって画像情報信号
に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像はトナ
ー粒子とキャリア粒子が混合された二成分現像剤４３を
使用する現像器４４によって反転現像され、可視画像
（トナー像）が形成される。ここで、反転現像とは、感
光体の光で露光された領域に、潜像と同極性に帯電した
トナーを付着させてこれを可視化する現像方法である。
このトナー像は２個のローラ４５、４６間に架張され、
図示矢印方向に無端駆動される転写材担持ベルト４７上
に保持された転写材４８に転写帯電器４９の作用により
転写される。

【００３５】トナー像が転写された転写材４８は転写材
担持ベルト４７から分離されて図示しない定着器に搬送
され、永久像に定着される。また、転写後に感光体ドラ
ム４０上に残った残留トナーはその後クリーナ５０によ
って除去される。

【００３６】なお、説明を簡単にするために単一の画像
形成ステーション（感光体ドラム４０、露光器４１、一
次帯電器４２、現像器４４等を含む）のみを図示する
が、カラー画像形成装置の場合には、例えばシアン、マ
ゼンタ、イエロー、及びブラックの各色に対する画像形
成ステーションが転写材担持ベルト４７上にその移動方
向に沿って順次に配列され、各画像形成ステーションの
感光体ドラム上に原稿の画像を色分解した各色毎の静電
潜像が順次に形成され、対応する色トナーを有する現像
器で現像され、転写材担持ベルト４７によって保持、搬
送される転写材４８に順次に転写されることになる。

【００３７】上記現像器４４の一例を図４に示す。図示
するように、現像器４４は感光体ドラム４０に対向して
配置されており、その内部は垂直方向に延在する隔壁５
１によって第１室（現像室）５２と第２室（撹拌室）５
３とに区画されている。第１室５２には矢印方向に回転
する非磁性の現像スリーブ５４が配置されており、この
現像スリーブ５４内にマグネット５５が固定配置されて
いる。現像スリーブ５４はブレード５６によって層厚規
制された二成分現像剤（磁性キャリアと非磁性トナーを
含む）の層を担持搬送し、感光体ドラム４０と対向する
現像領域で現像剤を感光体ドラム４０に供給して静電潜
像を現像する。現像効率、即ち潜像へのトナーの付与率
を向上させるために、現像スリーブ５４には電源５７か
ら直流電圧を交流電圧に重畳した現像バイアス電圧が印
加されている。

【００３８】第１室５２及び第２室５３にはそれぞれ現
像剤撹拌スクリュー５８及び５９が配置されている。ス
クリュー５８は第１室５２中の現像剤を撹拌搬送し、ま
た、スクリュー５９は、後述する第１のトナー補給装置
Ａのトナー容器１０１のトナー排出口１０１ａから搬送
スクリュー１０２の回転によって供給されたトナーＴと
既に現像器内にある現像剤４３とを撹拌搬送し、トナー
濃度を均一化する。隔壁５１には、図４における手前側
と奥側の端部において、第１室５２と第２室５３とを相
互に連通させる現像剤通路（図示せず）が形成されてお
り、上記スクリュー５８、５９の搬送力により、現像に
よってトナーが消費されてトナー濃度の低下した第１室
５２内の現像剤が一方の通路から第２室５３内へ移動
し、第２室５３内でトナー濃度の回復した現像剤が他方
の通路から第１室５２内へ移動するように構成されてい
る。

【００３９】さて、静電潜像の現像により現像器４４内
の変化した現像剤濃度を補正するために、即ち、現像器
４４に補給するトナー量を制御するために、前記画像信
号処理回路３４の出力信号のレベルが画素毎にカウント
される。このカウントは、図３の実施例では次のように
して行なわれる。

【００４０】まず、前記パルス幅変調回路３５の出力信
号がＡＮＤゲート６４の一方の入力に供給され、このＡ
ＮＤゲートの他方の入力にはクロックパルス発振器６５
からのクロックパルス（図５の（ｂ）に示すパルス）が
供給される。従って、ＡＮＤゲート６４からは図５の
（ｃ）に示すようにレーザ駆動パルスＳ、Ｉ、Ｗの各々
のパルス幅に対応した数のクロックパルス、即ち、各画
素の濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。
このクロックパルス数はカウンタ６６によって積算され
る。しかして、このカウンタ６６からのパルス積算信号
（積算クロックパルス数Ｃ₁ ）は、前記原稿３１のトナ
ー像を１つ形成するために現像器４４から消費されるト
ナー量に対応している。

【００４１】そこで、このパルス積算信号Ｃ₁ をＣＰＵ
６７に供給すると共にＲＡＭ６８に記憶する。ＣＰＵ６
７は、このパルス積算信号Ｃ₁ に基づき、現像器４４か
ら消費される上記トナー量に見合う量のトナーＴを第１
のトナー容器１０１から現像器に供給するのに要する搬
送スクリュー１０２の回転駆動時間を算出し、モータ駆
動回路６９を制御して上記算出した時間の間だけモータ
１０４を駆動する。かくして、一般に、上記パルス積算
値が大であればモータ１０４の駆動時間はより長い時間
となり、上記パルス積算値が小であればモータ１０４の
駆動時間はより短い時間となる。

【００４２】モータ１０４の駆動力は前記搬送スクリュ
ー１０２に伝達され、搬送スクリュー１０２は第１のト
ナー容器１０１内のトナーＴを搬送して現像器４４に所
定量のトナーを補給する。このトナーの補給は１つの画
像の現像が終了する都度行なわれる。

【００４３】ところで、上記のように複写されるべき原
稿の画像を光電変換して得た濃度情報により現像器にト
ナーを補給するのは、現像剤の実際のトナー濃度を検出
し、それに基づいてトナーを補給するのではなく、原稿
画像のビデオカウント数を補給量に換算し、消費量を予
測してトナーの補給を行なう予測補給であるので、前述
したように、消費系、補給系の変動による微小誤差が生
じることは避けられず、この微小誤差により現像器４４
内の現像剤４３のトナー濃度、つまりトナー粒子とキャ
リア粒子の混合比、が初期設定値（規定値）より除々に
ずれてくる。このずれを補正しないでおくと、トナー濃
度が初期設定値の許容範囲から大きくずれてしまう。

【００４４】このずれを補正するため、本実施例ではパ
ッチ画像形成方式の第２の現像剤濃度制御装置が設けら
れている。

【００４５】詳述すると、予め定められた濃度に対応す
る信号レベルを有する参照画像信号を発生する参照画像
信号発生回路７２を設け、この発生回路７２からの参照
画像信号を前記パルス幅変調回路３５に供給し、上記予
め定められた濃度に対応するパルス幅を有するレーザ駆
動パルスを発生させる。このレーザ駆動パルスを半導体
レーザ３６に供給し、このレーザ３６をそのパルス幅に
対応する時間だけ発光させ、感光体ドラム４０を走査す
る。（このときはカウンタ６６は作動させない。）これ
によって、上記予め定められた濃度に対応する参照静電
潜像を感光体ドラム４０上に形成し、この参照静電潜像
を現像器４４により現像する。このようにして得られた
パッチ状の参照トナー像にＬＥＤ等の光源７３から光を
照射し、その反射光を光電変換素子７４で受光する。こ
の光電変換素子７４の出力信号は上記参照トナー像の濃
度に対応するから、結局この出力信号は現像器４４内の
二成分現像剤の実際のトナー濃度に対応する。

【００４６】上記光電変換素子７４の出力信号は比較器
７５の一方の入力に供給される。この比較器７５の他方
の入力には、基準電圧信号源７６から、現像剤４３の規
定トナー濃度（初期設定値におけるトナー濃度）に対応
する基準信号が入力されている。従って、比較器７５は
規定トナー濃度と現像器内の実際のトナー濃度とを比較
することになるから、両入力信号の比較結果として、比
較器７５は現像器４４内の現像剤４３の実際のトナー濃
度が規定値より大であることを指示する出力信号か、又
はトナー濃度が規定値より小であることを指示する出力
信号を発生する。なお、両入力信号に差がないときには
それを指示する出力信号を発生する。

【００４７】比較器７５の出力信号はＣＰＵ６７に供給
される。ＣＰＵ６７は、本実施例では、比較器７５から
の出力信号に基づいて次回のトナー補給動作を次のよう
に制御する。

【００４８】まず、光電変換素子７４で検出された実際
のトナー濃度が規定トナー濃度と同じであった場合に
は、ＣＰＵ６７はＲＡＭ６８に記憶されていた前記パル
ス積算信号Ｃ₁ をキャンセルし、次の画像形成動作に伴
うトナー補給動作を前述の通り行なわせる。

【００４９】次に、光電変換素子７４によって検出され
た現像剤４３の実際のトナー濃度が規定値よりも小であ
る場合には、つまり、トナーが補給不足である場合に
は、ＣＰＵ６７は不足分のトナーを現像器４４に補給す
るように搬送スクリュー１０２を作動させる。即ち、比
較器７５からの出力信号に基づいて、不足分のトナーを
現像器４４に補給するに要するスクリュー回転時間を算
出し、モータ駆動回路６９を制御してその時間だけモー
タ１０４を回転駆動し、不足分のトナーを現像器４４に
補給する。そして、次の原稿による画像形成に際して
は、トナー補給動作を前述の通り行なわせる。

【００５０】さらに、光電変換素子７４によって検出さ
れた現像剤４３の実際のトナー濃度が規定値よりも大で
ある場合には、つまり、トナーが過剰補給である場合に
は、ＣＰＵ６７は比較器７５からの出力信号に基づいて
現像剤中の過剰トナー量を算出する。そして、その後の
原稿による画像形成に際しては、この過剰トナー量が無
くなるようにトナーを補給させる。本実施例では、次の
原稿による画像形成に際して、１つの画像当りのトナー
補給量を算出し、これらデータ（過剰トナー量と１画像
当りのトナー補給量）から、算出した過剰トナー量を消
費するのに相当するコピー枚数を算出し、このコピー枚
数分だけトナーを補給せずに画像を形成させる。即ち、
トナー無補給で上記算出したコピー枚数の画像を形成し
て過剰トナー量を消費させ、過剰トナー量が消費された
らトナー補給動作を前述の通り行なわせるように制御す
るものである。

【００５１】このように、第２の現像剤濃度制御装置を
設けて所定のタイミングで感光体ドラム４０上に参照画
像を形成することで、ビデオカウント方式の第１の現像
剤濃度制御装置による補給トナー量の誤差を補正するこ
とができる。

【００５２】しかしながら、前述した理由により、連続
複写行程中は第２の現像剤濃度制御装置によるトナー濃
度の補正を行なうことができないから、第１の現像剤濃
度制御装置による予測補給のみでトナー濃度を安定に保
つ必要がある。そして、トナー濃度を安定させる上で最
も重要な要件はトナー補給装置から現像器への補給トナ
ー量の誤差を小さくすること（実質的に無くすこと）、
換言すれば補給精度を向上させることである。

【００５３】ここで、具体的にどの程度の精度が要求さ
れるかについて説明する。最も補給精度が要求されるの
は最もトナー消費量（補給量）が多い場合である。つま
り、原稿画像がベタ画像でかつ設定可能な最大連続複写
枚数分複写を行なう場合が最も厳しい条件となる。ま
た、トナー濃度の許容範囲が狭いほど補給精度が厳しく
要求される。仮に、最大連続複写枚数を１００枚とし、
トナー濃度の許容範囲を±１重量％とすると、トナー補
給精度は±５％程度要求されることになる。本発明者達
の行なった実験では、図６に示したような従来のトナー
補給装置では補給精度は±２０〜３０％程度であり、従
って、従来のトナー補給装置ではトナー濃度を安定に保
つことは実質的に困難である。

【００５４】次に、上述した本発明の一実施例の画像形
成装置に使用されたトナー補給装置の一例について図１
を参照して説明する。

【００５５】図１に示すように、本例のトナー補給装置
は第１のトナー補給装置Ａと第２のトナー補給装置Ｂと
によって構成され、それぞれの機能も分離している。即
ち、従来のトナー補給装置においては補給現像剤である
ところのトナーを貯蔵することと、現像器に対して必要
量のトナーを補給することの２つの役割が１つのトナー
補給装置に課されていたが、本例においてはトナーの貯
蔵は第２のトナー補給装置Ｂが受け持ち、現像器に対す
るトナーの補給は第１のトナー補給装置Ａが受け持つよ
うにその役割が分担されている。

【００５６】第１のトナー補給装置Ａは、トナーＴを収
容する第１のトナー容器１０１と、この容器内のトナー
Ｔを現像器４４へ搬送する第１の搬送スクリュー１０２
と、容器内のトナーＴの粉面（レベル面）を検知する粉
面検知センサ１０３等により構成されている。また、第
２のトナー補給装置Ｂは、トナーＴを貯蔵、収容する大
容量の第２のトナー容器１１１と、この容器内のトナー
を第１のトナー補給装置Ａに搬送する第２の搬送スクリ
ュー１１２と、容器内のトナーの残量が少なくなったこ
とを検知する残量検知センサ１１３と、容器内のトナー
をほぐす撹拌部材１１４等により構成されている。

【００５７】次に、本実施例の動作について説明する。
複写行程が始まると、前述したようにビデオカウント数
に基づいてトナー補給時間が算出され、算出した時間の
間だけ第１のモータ１０４が駆動され、駆動伝達部材を
介して第１の搬送スクリュー１０２が回転駆動され、第
１のトナー容器１０１内に収容されたトナーＴの一部が
現像器４４へ搬送、補給される。本例では、駆動伝達部
材は歯付きプーリ１０５、１０６及びタイミングベルト
１０７よりなるが、歯車伝達機構、モータのダイレクト
ドライブ、或はその他の既知の方法でも差し支えない。

【００５８】現像器４４へトナーの補給を行なうことに
より第１のトナー容器１０１内のトナーＴの粉面は低下
する。それ故、粉面検知センサ１０３が粉面を検知した
ら、第２のトナー補給装置Ｂよりトナーを少量補給させ
る。例えば、粉面検知センサ１０３の検知出力を制御回
路（図示せず）に供給し、この制御回路から第２のモー
タ１１５に駆動信号を送って第２のモータ１１５を所定
時間駆動し、駆動伝達部材１１６、１１７、１１８を介
して第２の搬送スクリュー１１２を所定時間回転駆動
し、第２のトナー容器１１１内に収容されたトナーＴの
所定量（少量）を第１のトナー補給装置Ａのトナー容器
１０１内へ搬送、補給する。

【００５９】この動作を行なうことにより、第１のトナ
ー補給装置Ａのトナー容器１０１内のトナーＴの粉面の
高さを図示するａの範囲内に恒常的に保つことができ
る。厳密に言えば、範囲ａの高さ分粉面の高さが変化す
ることになるが、図示する容器底部より粉面センサ１０
３の設置位置までの高さｈをある程度の高さに設定する
ことにより、ｈに対するａの割合が小さくなる。これに
より、第１のトナー容器１０１内の下部のトナーが受け
る圧力の変動が小さくなり、かさ密度の変動は無視でき
る程度の微小なものとなる。従って、高精度のトナー補
給が行なえる。なお、撹拌部材１１４は第２の搬送スク
リュー１１２より駆動伝達部材であるギア１１９、１２
０を介して駆動される。

【００６０】上記実施例では、第１のトナー補給装置Ａ
の粉面検知センサ１０３が粉面を検知したら、第２のト
ナー補給装置Ｂより第１のトナー補給装置Ａへトナーを
少量補給させるようにしたが、前述したビデオカウント
数に基づいて算出したトナー補給時間の間だけ第１のモ
ータ１０４と第２のモータ１１５を同時的に駆動し、第
１のトナー補給装置Ａから現像器４４へ補給されたトナ
ー量Ｑとほぼ等しい量のトナーＰを第２のトナー補給装
置Ｂから第１のトナー補給装置Ａへ補給する。この際、
補給トナー量は僅かにＰ＞Ｑとなるようにし、第１のト
ナー補給装置Ａの粉面検知センサ１０３がトナーＴの粉
面を検知したら、第２のモータ１１５の駆動を停止し、
第２のトナー補給装置Ｂからのトナーの補給を中止する
ようにする。（Ｐ＞Ｑにする方法としては、例えば、第
１の搬送スクリュー１０２と第２の搬送スクリュー１１
２とで、ピッチや直径或は回転数を僅かに変えて設定す
るという方法が挙げられる。）この動作を行なうことに
よっても、第１のトナー容器１０１内のトナーＴの粉面
の高さを所定の範囲内に恒常的に保つことができる。勿
論、トナーの粉面の高さを保持する所定範囲の上限及び
下限にそれぞれ粉面検知センサを設け、粉面が下限にな
ったら第２のトナー補給装置Ｂよりトナーを補給し、上
限になったらトナーの補給を停止させるようにしてもよ
い。

【００６１】このように、本実施例によれば、第１のト
ナー補給装置Ａのトナー容器１０１内のトナーの粉面は
常時所定の範囲内に保持され、搬送スクリュー１０２の
近傍のトナーが受ける圧力の変動を実質的に除去するこ
とができるので、トナーのかさ密度が一定となる。従っ
て、第１のトナー補給装置Ａから現像器４４に補給され
る同一時間でのトナー補給量は同じになり、安定したト
ナーの補給が行なえるから、補給精度が非常に高くな
り、たとえ連続複写行程中でも二成分現像剤のトナー濃
度を許容範囲内に保つことができる。

【００６２】図２は上述した本発明の一実施例の画像形
成装置に使用されたトナー補給装置の他の例を示す。本
例のトナー補給装置は第１のトナー補給装置Ａのトナー
容器１０１内にも撹拌部材１０８を設け、また、粉面検
知センサ１０３の感知表面を清掃するセンサワイパー１
０９を設けた点で上述した図１のトナー補給装置と相違
するだけであるので、対応する部品、部材に同一符号を
付して必要のない限りそれらの説明を省略する。

【００６３】第１のトナー補給装置Ａは第２のトナー補
給装置Ｂとは異なり、容器内のトナーＴの粉面の高さが
低いので、トナーブリッジは発生しにくい。しかしなが
ら、使用するトナーの流動性によってはトナーブリッジ
が発生する場合がある。本例のトナー補給装置では第１
のトナー補給装置Ａに発生し得るトナーブリッジを防止
するために、撹拌部材１０８を設け、この撹拌部材１０
８を第１の搬送スクリュー１０２により駆動伝達部材で
あるギア１３１、１３２を介して回転駆動するものであ
る。

【００６４】一方、粉面検知センサとしては圧電式の粉
体レベルセンサが一般的に使用されているが、しばしば
生じるトラブルはセンサ表面にトナーが付着してしま
い、粉面の検知ができなくなることである。トナーの付
着性やトナー容器の壁形状によってはこのトラブルが発
生するので、本例ではセンサワイパー１０９を設けてセ
ンサ表面を清掃し、粉面の検知不良が生じないようにし
ている。このセンサワイパー１０９も、本例では、第１
の搬送スクリュー１０２により駆動伝達部材であるギア
１３１、１３２を介して回転駆動するようにしている
が、センサワイパー１０９及び上記撹拌部材１０８の駆
動方法は第２のモータ１１５を駆動源とするものでもよ
いし、勿論、他の既知の駆動方法を用いてもよい。

【００６５】また、図２においては撹拌部材１０８とセ
ンサワイパー１０９の両方を設置したが、使用するトナ
ー、容器の形状によってはどちらか一方だけでもよいこ
ともある。また、粉面検知センサは圧電式粉体レベルセ
ンサに限定されるものではなく、例えば発光素子と受光
素子をトナー容器の相対する壁面にそれぞれ取り付けて
粉面を検知するようにした光学的粉面検知手段等を使用
してもよい。

【００６６】さらに、駆動系については、駆動モータと
して角度制御を行なうモータ、いわゆるパルスモータを
用いることが好ましい。これは、トナー補給量が搬送ス
クリューの回転角度に比例することを考えれば、当然の
ことと言える。他の駆動方法は以下に述べる欠点を有し
ている。

【００６７】例えば、ＤＣモータを用いた場合には、駆
動する時間を正確に設定したとしても、駆動系の負荷の
変動（例えばスクリュー軸とオイルシール等のシール部
材との摩擦力のばらつき等により発生する）の影響を受
け、回転速度が変化してしまい、回転する角度が制御で
きず、結果として補給量のばらつきが大きくなる。ま
た、速度制御を行なっているモータよりベルトや歯車な
どを介してクラッチによりスクリューの駆動のオフ／オ
ンを行なう場合には、クラッチに送る駆動信号の時間が
正確であったとしても、クラッチの連結時間、停止時間
が個々のクラッチでばらつくから、結果として補給量の
ばらつきが大きくなる。

【００６８】上記実施例では、ビデオカウント方式の第
１の現像剤濃度制御装置による補給トナー量の誤差を、
パッチ画像形成方式の第２の現像剤濃度制御装置を用い
て現像器内の現像剤の実際のトナー濃度を検出すること
によって、補正する場合について説明したが、例えばキ
ャリアとトナーの混合比率により見掛けの透磁率を検知
し、その出力の変化によって実際のトナー濃度を検出す
るインダクタンス検知方式の現像剤濃度制御装置を使用
する画像形成装置や、現像スリーブ上等の現像剤に直接
光を照射し、その反射光を測定することによって現像剤
の実際のトナー濃度を検出する光検知方式の現像剤濃度
制御装置を使用する画像形成装置、或は他の既知の現像
剤濃度制御装置を使用する画像形成装置にも本発明が適
用でき、同様の作用効果が得られることは言うまでもな
い。

【００６９】なお、本発明は画像の濃淡表現をディザ法
で行なう画像形成装置にも適用できる。また、原稿のコ
ピーではなく、コンピュータ等から出力された画像情報
信号によりトナー像を形成する画像形成装置にも本発明
は適用できる。勿論、前記したように、本発明はカラー
画像形成装置にも適用できる。この場合には、転写材担
持ベルト４７の進行方向に沿って前述したような画像形
成ユニットを各色毎に設ければよい。ただし、原稿の画
像は色分解して各色毎の画像情報信号を形成し、前述と
同様にして各色毎にトナー補給を制御すればよい。ま
た、感光体ドラムの周囲に複数の現像器を配置する構成
のカラー画像形成装置にも本発明は適用できる。さら
に、必要に応じて種々の変形及び変更がなし得ることは
言うまでもない。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成
装置によれば、現像装置へトナーを補給する第１のトナ
ー補給装置内のトナーのかさ密度が一定に保持されるの
で、現像装置に対し安定した高精度のトナーの補給が行
なえ、二成分現像剤のトナー濃度を常時許容範囲内に保
持することができるという顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の画像形成装置に使用された
トナー補給装置の一例を示す概略構成図である。

【図２】本発明の一実施例の画像形成装置に使用された
トナー補給装置の他の例を示す概略構成図である。

【図３】本発明による画像形成装置の一実施例の全体構
成を示す図である。

【図４】図１の画像形成装置が具備する現像器の概略構
成を示す概略断面図である。

【図５】図３の画像形成装置において画像情報信号の濃
度情報をカウントする方法を説明するための波形図であ
る。

【図６】従来の画像形成装置の一例の全体構成を示す図
である。

【符号の説明】

３５パルス幅変調回路４０感光体ドラム４３二成分現像剤４４現像器６５クロックパルス発振器６６カウンタ６７ＣＰＵ６９モータ駆動回路７２参照画像信号発生回路７３光源７４光電変換素子７５比較器７６基準電圧信号源Ａ第１のトナー補給装置Ｂ第２のトナー補給装置Ｔトナー１０１第１のトナー容器１０２第１の搬送スクリュー１０３粉面検知センサ１０４第１のモータ１０８撹拌部材１０９センサワイパー１１１第２のトナー容器１１２第２の搬送スクリュー１１３残量検知センサ１１４撹拌部材１１５第２のモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体に静電潜像を形成する潜像形成
手段と、この静電潜像を二成分現像剤を用いて現像して
可視画像を形成する現像手段とを備えた画像形成装置に
おいて、前記現像手段に対し前記静電潜像の情報に応じ
て前記二成分現像剤のトナーを補給する第１のトナー補
給手段と、該第１のトナー補給手段のトナーの減少に応
じて該第１のトナー補給手段にトナーを補給する第２の
トナー補給手段とを具備することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項２】前記第１のトナー補給手段が、トナーを
収容するトナー容器と、前記現像手段へトナーを搬送す
る搬送部材と、前記トナー容器内に貯蔵されたトナーの
粉面を検知する粉面検知手段とにより構成され、前記粉
面検知手段からの検知信号に応じて前記第２のトナー補
給手段から前記第１のトナー補給手段へトナーを補給す
ることにより前記トナー容器内に収容されたトナーの粉
面高さを所定の高さに制御することを特徴とする請求項
１の画像形成装置。
【請求項３】像担持体に静電潜像を形成する潜像形成
手段と、この静電潜像を二成分現像剤を用いて現像して
可視画像を形成する現像手段とを備えた画像形成装置に
おいて、前記現像手段に対し前記静電潜像の情報に応じ
て前記二成分現像剤のトナーを補給する第１のトナー補
給手段と、該第１のトナー補給手段内のトナーの粉面を
検知する粉面検知手段と、前記静電潜像の情報に応じて
前記第１のトナー補給手段にトナーを補給する第２のト
ナー補給手段とを具備することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項４】前記第１のトナー補給手段内の搬送部材
を駆動する駆動源として角度制御を行なうモータを使用
することを特徴とする請求項２又は３の画像形成装置。