JPH06175501A - 画像濃度制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 現像剤のトナー濃度の変動にかかわらず、濃
度制御後の出力画像濃度の変動値の中心値を常に一定に
保つことができ、安定した濃度の出力画像が得られるよ
うにすること。 【構成】 特定のパターン像の出力画像濃度を検知する
センサ２と、現像器内のトナー濃度を検知するセンサ９
とを有する。センサ９が検知した現像剤のトナー濃度に
よって出力画像濃度の制御目標値を変化させ、この変化
させられた制御目標値と出力画像濃度検出センサ２が検
知した出力画像濃度とに基づいてコントラスト電位を補
正回路２０を介して補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機やレーザビーム
プリンタ等の２成分現像剤（トナー）を用いる画像形成
装置の階調画像の濃度を制御する画像濃度制御装置およ
び画像濃度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のような画像形成装置におい
て、その出力画像の階調濃度を安定化させるために、像
担持体（感光体）上に特定パターン像を形成し、その光
学濃度を読取り、画像形成条件にフィードバック制御を
させるという手法が一般に用いられている。例えば、図
１に示すように感光ドラム３上に形成された特定のパタ
ーン像（トナー像）Ａを発光素子１により照射し、その
照射した光のパターン像Ａでの反射光を受光素子２で受
光し、その受光素子２の出力信号に応じてコントロール
信号をコントラスト電位等にフィードバックし、これに
より適切な画像濃度を得るようにしている。

【０００３】また、従来の出力画像濃度検知方式では、
最大出力画像濃度の変動量を検出することができない。
図２に濃度信号レベル（濃度信号レベル２５５は最大出
力画像濃度１．５を示す）に対する濃度検知センサの出
力電圧の関係を表す。このグラフからもわかるように、
出力濃度の高い所では濃度の変動を検知することが難し
く、通常は中間調の濃度で検知して、トナー濃度変動
量、もしくは最大出力画像濃度の変動量に換算してい
る。

【０００４】図３は図１の受光素子２で受光された濃度
の信号の処理の流れを示す。受光素子２によって読取ら
れたパターン像の反射光はアナログ信号に変換され、そ
のアナログ信号はＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器
４によってデジタル信号に変換され、そのデジタル信号
は演算回路５で初期に設定される適正画像濃度の信号値
と比較され、その差分信号（誤差信号）を読取りアドレ
スとしてコントラスト電位補正テーブル６を参照するこ
とによってコントラスト電位の補正量を決定している。
この濃度補正制御は周囲環境の変動や感光ドラムの劣
化，現像剤の濃度（トナー濃度）等による出力画像濃度
の変動を補正させ、出力画像濃度を安定させるために、
数時間毎に、あるいは数百枚から数千枚の間隔で実行し
ている。

【０００５】また、上記制御とは別の制御で図４に示す
ように、現像器内に配置されたトナー濃度検知センサ７
内の発光素子８から出射されて現像スリーブ１０上の現
像剤によって反射される光を受光素子９により読取り図
５のブロック図の構成で処理される。図４中の矢印Ｄは
現像剤の循環方向を示す。図５において、受光素子９で
得られたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１１によりデジタ
ル信号にＡ／Ｄ変換し、このデジタル信号とメモリ１３
中に保管されている初期現像剤の出力値とを比較演算回
路１２により比較・演算し、これにより現在のトナー濃
度を算出し、補給制御回路１４でその算出したトナー濃
度に基づいて決めたコントロール信号に応じて現像器内
にトナーを補給している。

【０００６】上記２つのコントラスト電位のフィードバ
ック制御とトナー補充のトナー濃度制御はそれぞれ別々
の制御系として行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来例では、現像剤のトナー濃度による出力画像
濃度の変動を加味せずに画像濃度の変動をコントラスト
電位にフィードバックして濃度補正をかけている。その
ため、トナー濃度が適正値の時に出力画像濃度を適正値
になるようにコントラスト電位を補正すれば、トナー濃
度が変動したときには、適正な出力画像濃度に対してあ
る程度の上下変動するが、従来のようにトナー濃度が適
正値よりも高い時や、低い時にそのトナー濃度の変度を
考慮せずに出力画像濃度が適正値になるようにコントラ
スト電位に補正をかけてしまうと、トナー濃度が適正値
になったときの出力画像濃度が中心になって出力画像濃
度がある程度上下するため、出力画像濃度の変動幅では
なく、中心値が変動してしまい、より画像濃度変動量が
大きくなってしまって出力画像が不安定になってしまう
という不都合があった。

【０００８】本発明の目的は、上述の点に鑑みて、現像
剤のトナー濃度の変動にかかわらず制御後の出力画像濃
度の変動値の中心値を常に一定に保つことができて、安
定した濃度の出力画像を得ることができる画像濃度制御
装置および画像濃度制御方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の装置は、２成分現像剤を用いて階調画像を
出力する画像形成装置の画像濃度制御装置において、現
像器内の２成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃
度検知手段と、像担持体上に形成された特定パターンの
現像像の出力画像濃度を検知する出力画像濃度検知手段
と、前記トナー濃度検知手段で検知されたトナー濃度に
応じて出力画像濃度の制御目標値を変える演算手段と、
該演算手段により変えられた制御目標値と前記出力画像
濃度で検知された特定パターンの出力画像濃度に応じて
現像コントラスト電位の補正を行うコントラスト電位補
正手段とを具備したことを特徴とする。

【００１０】本発明は好ましくは、前記コントラスト電
位補正手段は、前記トナー濃度検知手段の検知信号に基
づいて算出したトナー濃度変動量をＸ、前記出力画像濃
度検知手段の検知信号に基づいて算出したトナー濃度変
動量をＹとし、現在の現像コントラスト電位をｖとし、
ａを定数として、次式により現像コントラスト電位補正
量ｙを求め、

【００１１】

【数５】ｙ＝−ａｖ（Ｙ−Ｘ） 該現像コントラスト電位補正量ｙにより現像コントラス
ト電位を補正し、前記定数ａが

【００１２】

【数６】０．０５≦ａ≦０．１５ の範囲内であることを特徴とすることができる。

【００１３】また、本発明は好ましくは、前記コントラ
スト電位補正手段は、前記トナー濃度検知手段の検知信
号に基づいて算出した出力画像濃度変動量をＸ′とし、
前記出力画像濃度検知手段の検知信号に基づいて算出し
た出力画像濃度変動量をＹ′とし、現在の現像コントラ
スト電位をｖ′とし、ｂを定数として、次式により現像
コントラスト電位補正量ｙ′を求め、

【００１４】

【数７】ｙ′＝−ｂｖ′（Ｙ′−Ｘ′） 該現像コントラスト電位補正量ｙ′により現像コントラ
スト電位を補正し、前記定数ｂが

【００１５】

【数８】０．２５≦ｂ≦０．７５ の範囲であることを特徴とすることができる。

【００１６】また、本発明の方法は、現像器内の２成分
現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
像担持体上の現像像の出力画像濃度を検知する出力画像
濃度検知手段とを有し、前記像担持体上に特定パターン
の出力画像を形成し、前記出力画像濃度検知手段によっ
て該特定パターン像の画像濃度を検知して、この検知デ
ータに基づいて現像コントラスト電位の補正を行う画像
濃度制御方法において、前記トナー濃度検知手段による
現像剤のトナー濃度に応じて出力画像濃度の制御目標値
を変えることを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明では現像器中のトナー濃度の変動値に応
じて出力画像濃度の制御目標値を変動させて、その変動
された目標値になるようにコントラスト電位を補正させ
るようにしているので、現像剤のトナー濃度の変動にか
かわらず制御後の出力画像濃度の変動の中心値を常に一
定に保つことができ、画像濃度変動量を低減させること
ができて、出力画像濃度を安定させることができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１９】（第１実施例）図６は本発明の第１実施例
の回路構成を示す。出力画像濃度センサ内の受光素子２
により読取られて光電変換された基準画像の濃度のアナ
ログ信号はＡ／Ｄ変換器４でデジタル信号に変換され、
このデジタル信号は比較演算回路１５で基準濃度と比較
されて画像濃度変動量が算出され、この画像濃度変動量
が演算回路１８でトナー濃度変動量Ｙに変換される。ま
た、現像器（不図示）内に配置されているトナー濃度検
知センサ内の受光素子９からのトナー濃度信号はＡ／Ｄ
変換器１１でデジタル信号に変換され、このデジタル信
号はメモリ１３内に保存されている現像剤初期設定値と
比較演算回路１６で比較演算されて、トナー濃度変化量
Ｘに変換される。

【００２０】上記２つのトナー濃度変動量Ｘ，Ｙを基に
Ｘ，Ｙ比較演算回路１９によって次式（１）によりコン
トラスト電位の補正量ｙを決定する。

【００２１】

【数９】 ｙ＝−ａｖ（Ｙ−Ｘ） …（１） ただし、ｖ：通常コントラスト電位，ａ：定数 本実施例では、一例として現像剤のトナー濃度は５．０
ｗｔ％、適正な最大出力画像濃度が光学反射濃度計で反
射濃度１．５という条件で実施するものとする。そし
て、トナー濃度変動量±１．０ｗｔ％に対して最大画像
濃度の変動量は±０．２であり、その間はリニア（直線
的）に変動する。例えば、図７のＡ点ではトナー濃度変
動量Ｘ，Ｙはそれぞれ＋１．５ｗｔ％，＋２．５ｗｔ％
であり、コントラスト電位は３５０Ｖ、最大出力画像濃
度は２．０である。このような条件下で最適な最大出力
画像濃度を１．５としたときに、従来のフィードバック
制御では単純に画像濃度を２．０→１．５になるように
コントラスト電位を下げていたが、それではトナー濃度
変動を無視しているため、かえって画像濃度変動量が大
きくなってしまう。そこで、本発明実施例では、画像濃
度が２．０→１．８になるようにコントラスト電位を制
御する。

【００２２】上述した条件下において、実験的にコント
ラスト電位を下げた結果、コントラスト電位を１５Ｖ下
げたときに画像濃度は１．９になり、またコントラスト
電位を３５Ｖ下げたときに画像濃度は１．８になり、コ
ントラスト電位を５０Ｖ下げたときに画像濃度は１．７
になるという結果が得られた。上記のように制御目標値
は画像濃度１．８であり、前式（１）のｙ＝−ａｖ（Ｙ
−Ｘ）により定数ａが０．１のときが最適な補正である
ことがわかる。また、定数ａは感光ドラムの劣化や機械
本体の劣化、機械間差によって多少異なる。また、最大
出力画像濃度の目標値に対して±０．１０以内であれ
ば、遜色のない画像に見え、許容できる範囲となる。上
記実験結果により定数ａは

【００２３】

【数１０】０．０５≦ａ≦０．１５ であることが望ましい。

【００２４】図８は通常のコントラスト電位３５０Ｖに
おいて、定数ａの値が上，下限（０．０５，０．１５）
と最適値（０．１０）の時のトナー濃度の差分値に対す
るコントラスト電位補正量を示すグラフである。

【００２５】図９はマゼンタ，シアン，イエロの各色ト
ナーにおける濃度信号レベルに対する反射光量検知セン
サのセンサ出力値（電圧）を示すグラフである。ここ
で、濃度信号レベル２５５は最大出力画像濃度１．５を
出力する値である。

【００２６】また、図１０はトナー濃度別の濃度信号レ
ベルとセンサ出力の関係を示し、図１１は濃度信号レベ
ルと画像濃度特性のトナー濃度別の関係を示すグラフで
ある。この図１０と図１１はシアンで代表しているが、
他の各色とも同様な特性であり、それら各色ともシアン
と同様にコントラスト電位補正の制御をさせることがで
きる。

【００２７】（第２実施例）上述の本発明の第１実施例
では現像器中の現像剤の反射光量によってトナー濃度の
検知をするトナー濃度検知センサの受光素子９と出力画
像濃度の反射光量を検知する出力画像濃度検知センサの
受光素子２との２つの受光素子９，２の出力を比較して
コントラスト電位に補正を行った。しかし、現像器中の
トナー濃度検知センサの受光素子９は、現像剤のインダ
クタンス変化を検知する検知センサでもよい。図１２は
インダクタンス検知センサ２５を用いた現像器による本
発明の第２実施例を示す。図１２に示すように、現像ス
リーブ２２に現像剤を供給し、撹拌するスクリュー２３
の下にあるインダクタンス検知センサ２５によって現像
剤のトナー濃度を検知する。図１３に示すように、その
センサ２５で検知されたインダクタンスの変化量を比較
演算回路１６でトナー濃度変化量Ｘに換算する。また、
出力画像濃度検知センサの受光素子２の出力信号をＡ／
Ｄ変換器４でデジタル信号に変換し、このデジタル信号
を初期設定値と比較演算回路１５で比較・演算して、ト
ナー濃度変動量Ｙに変換する。両方の演算回路により得
られた信号値Ｘ，ＹをＸ，Ｙ比較演算回路１９で比較演
算し、その演算結果に基づいてコントラスト電位補正回
路２０によりコントラスト電位に補正を行う。

【００２８】このようにインダクタンス検知を用いても
トナー濃度変化量を算出することができ、この濃度変化
量と初期設定値と比較することによってコントラスト電
位を補正することができるので、第１実施例と同様の効
果を得ることができる。

【００２９】（第３実施例）上記の本発明の第１，第２
実施例では２つの出力値をトナー濃度に変換してコント
ラスト電位に補正を行ったが、出力画像濃度検知センサ
の受光素子２で画像濃度を検知しているので、画像濃度
変動値を比較演算することによりコントラスト電位を制
御することもできる。本発明の第３実施例の回路構成を
示す図１４に示すように、トナー濃度検知センサの受光
素子９により読取られた信号をＡ／Ｄ変換器１１でＡ／
Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換器１１の出力信号を基に比較演算
回路１６で比較演算することで得られた信号を演算回路
２１で最大出力画像濃度変動量Ｘ′に換算する。また、
出力画像濃度検知センサの受光素子２により読取った信
号をデジタル化した後、比較演算回路１５で最大出力画
像濃度変動量Ｙ′に換算する。Ｘ′，Ｙ′比較演算回路
１９においてこれら最大出力画像濃度変動量Ｘ′，Ｙ′
と、コントラスト電位ｖによって、コントラスト電位補
正量ｙ′を次式（２）により求める。

【００３０】

【数１１】 ｙ′＝−ｂｖ（Ｙ′−Ｘ′） …（２） ただし、ｂは定数 このコントラスト電位補正量ｙ′はコントラスト電位補
正回路２０へ送られコントラスト電位が制御される。

【００３１】前述の図１１にも示したように、最大出力
画像濃度１．５を得るトナー濃度５ｗｔ％に対してトナ
ー濃度が４ｗｔ％，６ｗｔ％になったときの最大出力画
像濃度は、それぞれ１．３，１．７であることが実験的
に得られている。

【００３２】図１５のＡ′点は最大出力画像濃度変動量
Ｘ′，Ｙ′がそれぞれ＋０．３，＋０．５であり、最大
出力画像濃度が２．０コントラスト電位が３５０Ｖであ
る。この条件下で、最大出力画像濃度を制御目標値であ
る１．８になるようにコントラスト電位を実際に下げた
ところ、コントラスト電位３３５Ｖで最大出力画像濃度
１．９となり、コントラスト電位３１５Ｖのとき最大出
力画像濃度１．８となり、コントラスト電位３００Ｖの
とき最大出力画像濃度１．７となるという実験結果が実
際に得られた。

【００３３】最大出力画像濃度の目標値に対して±０．
１０であれば遜色のない画像として許容できる範囲とな
り、上式（２）の定数ｂは上記の実験結果により、

【００３４】

【数１２】０．２５≦ｂ≦０．７５ であることが望ましいということが分かる。図１６は定
数ｂの値が上，下限（０．７５，０．２５）、適正値
（０．５）の時の画像濃度差分信号に対するコントラス
ト電位補正量の関係を示すグラフである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
現像器中のトナー濃度変動値によって出力画像の制御目
標値を変動させるようにしたので、その制御後の出力画
像濃度の変動値の中心値を一定に保つことができ、安定
した濃度の出力画像を得ることができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】出力画像濃度検知センサの配置構成を示す概念
図である。

【図２】トナー濃度別の濃度信号レベルに対する出力画
像濃度センサの出力電位の関係を示すグラフである。

【図３】出力画像濃度検知センサの出力信号の従来の信
号処理の流れを示すブロック図である。

【図４】光学式トナー濃度検知センサの配置構成を示す
概念図である。

【図５】トナー濃度検知センサの出力信号の従来の信号
処理の流れを示すブロック図である。

【図６】本発明の第１実施例の回路構成を示すブロック
図である。

【図７】本発明の第１実施例において、現像器内のセン
サ出力によるトナー濃度変化量と画像濃度センサ出力に
よるトナー濃度変化量の関係を示すグラフである。

【図８】通常のコントラスト電位３５０Ｖのときのトナ
ー濃度差分信号値に対するコントラスト電位補正量を示
すグラフである。

【図９】トナー各色（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）の濃度信号レ
ベルに対するそれらの反射光量の検知センサの出力特性
を示すグラフである。

【図１０】トナーの濃度変動に対する濃度検出センサ出
力の変化を示すグラフである。

【図１１】トナーの濃度変動に対する画像濃度の変化を
示すグラフである。

【図１２】本発明の第２実施例におけるインダクタンス
検知によるトナー濃度検知センサの配置構成例を示す断
面図である。

【図１３】本発明の第２実施例の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図１４】本発明の第３実施例の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図１５】本発明の第３実施例において、現像器内セン
サ出力による最大画像濃度変動量と画像濃度センサ出力
による最大画像濃度変動量の関係を示すグラフである。

【図１６】本発明の第３実施例において、定数ｂの値が
上，下限（０．７５，０．２５）、適正値（０．５）の
時の画像濃度差分信号に対するコントラスト電位補正量
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

２ 出力画像濃度検知センサの受光素子 ３ 感光ドラム ４，１１ Ａ／Ｄ変換器 ９ 現像器内トナー濃度検知センサの受光素子 １０ 現像スリーブ １３ メモリ １５，１６ 比較演算回路 １７ トナー補給回路 １８，２１ 演算回路 １９ Ｘ，Ｙ比較演算回路 ２０ コントラスト電位補正回路 ２２ 現像スリーブ ２３ スクリュー ２５ 現像剤のインダクタンス変化の検知センサ（イン
ダクタンス検知センサ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２成分現像剤を用いて階調画像を出力す
   る画像形成装置の画像濃度制御装置において、 現像器内の２成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー
   濃度検知手段と、 像担持体上に形成された特定パターンの現像像の出力画
   像濃度を検知する出力画像濃度検知手段と、 前記トナー濃度検知手段で検知されたトナー濃度に応じ
   て出力画像濃度の制御目標値を変える演算手段と、 該演算手段により変えられた制御目標値と前記出力画像
   濃度で検知された特定パターンの出力画像濃度に応じて
   現像コントラスト電位の補正を行うコントラスト電位補
   正手段とを具備したことを特徴とする画像濃度制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記コントラスト電位補正手段は、前記
   トナー濃度検知手段の検知信号に基づいて算出したトナ
   ー濃度変動量をＸ、前記出力画像濃度検知手段の検知信
   号に基づいて算出したトナー濃度変動量をＹとし、現在
   の現像コントラスト電位をｖとし、ａを定数として、次
   式により現像コントラスト電位補正量ｙを求め、 【数１】ｙ＝−ａｖ（Ｙ−Ｘ） 該現像コントラスト電位補正量ｙにより現像コントラス
   ト電位を補正し、前記定数ａが 【数２】０．０５≦ａ≦０．１５ の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の画像
   濃度制御装置。
3. 【請求項３】 前記コントラスト電位補正手段は、前記
   トナー濃度検知手段の検知信号に基づいて算出した出力
   画像濃度変動量をＸ′とし、前記出力画像濃度検知手段
   の検知信号に基づいて算出した出力画像濃度変動量を
   Ｙ′とし、現在の現像コントラスト電位をｖ′とし、ｂ
   を定数として、次式により現像コントラスト電位補正量
   ｙ′を求め、 【数３】ｙ′＝−ｂｖ′（Ｙ′−Ｘ′） 該現像コントラスト電位補正量ｙ′により現像コントラ
   スト電位を補正し、前記定数ｂが 【数４】０．２５≦ｂ≦０．７５ の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の画像濃
   度制御装置。
4. 【請求項４】 現像器内の２成分現像剤のトナー濃度を
   検知するトナー濃度検知手段と、像担持体上の現像像の
   出力画像濃度を検知する出力画像濃度検知手段とを有
   し、前記像担持体上に特定パターンの出力画像を形成
   し、前記出力画像濃度検知手段によって該特定パターン
   像の画像濃度を検知して、この検知データに基づいて現
   像コントラスト電位の補正を行う画像濃度制御方法にお
   いて、 前記トナー濃度検知手段による現像剤のトナー濃度に応
   じて出力画像濃度の制御目標値を変えることを特徴とす
   る画像濃度制御方法。