JPH063962A - 画像形成装置のトナー補給制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】トナーとキャリアからなる２成分現像剤をトナ
ー収容部から現像部に導いて、潜像担持体上の潜像を現
像する現像方法であって、均一に帯電された潜像担持体
に所定の反射率を有する基準パターンの光像を結像して
得られたトナー像のトナー付着度合いをセンサーで検知
し、このセンサー出力に応じて現像装置へのトナー補給
率を制御するトナー補給制御方法において、トナーの補
給に伴って生ずる画像の濃度むらを解消することのでき
る画像形成装置のトナー補給制御方法を提供すること。 【構成】トナー収容部からトナー補給される時点から現
像部までトナーが到達するまでの時間をＴｏとすると、
前記基準パターンの形成を補給開始時点から時間Ｔｏの
間で行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像形成装置のトナー
補給制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画
像形成装置に用いられる現像装置として、トナーとキャ
リアからなる２成分現像剤を用いて感光体等の潜像担持
体上の潜像を現像する現像装置が知られている。

【０００３】一般に、２成分現像剤を用いる現像装置で
は、トナー及びキャリアよりなる現像剤をトナー収容部
で撹拌ローラ等により撹拌してトナーを帯電した後、現
像剤を現像ローラにより担持、搬送し、現像部にて感光
体上の静電潜像にトナーを静電吸着させて現像する。

【０００４】現像後の現像剤はセパレータにより現像ロ
ーラから分離され、現像剤収容室に循環されるようにな
っている。また、トナー濃度を一定に保つため、現像剤
収容室内の現像剤中にトナーを補給するための補給機
構、例えば、ソレノイドを備えた構成を採用している。

【０００５】かかる現像方法においては、トナーの補給
に際して、均一に帯電された潜像担持体に所定の反射率
を有する基準パターンの光像を結像し、こうして得られ
た基準パターンに対するトナー付着度合いをセンサーで
検知し、このセンサー出力に応じて現像装置へのトナー
補給率を制御するとのトナー補給制御方法が採用されて
いる。

【０００６】このトナー補給制御方法は、所謂Ｐセンサ
ー式のトナー濃度検知として知られ、感光体上に現像さ
れたセンサー用の基準パターン像の濃度の変化を、現像
剤のトナー濃度の変化として捉えて、トナー濃度を制御
するという方法である。

【０００７】トナー濃度の検知時期は、トナーの消費を
減らすため例えばメインスイッチをオンした後の１枚目
と、その後の１０枚目毎というように間欠的に行なわ
れ、トナー濃度が薄いと検知した場合は、次のトナー濃
度検知時期までの１０枚目までは１枚毎にトナー補給ソ
レノイドがオン、オフしてトナーの補給を続ける。

【０００８】さらに、トナー濃度検知時は、基準パター
ン像以外の部分に付着する無駄なトナーの消費を避ける
ためイレースランプを適宜点灯して基準パターン以外の
部分をイレースし、感光体上の原稿像より手前に基準パ
ターン像を作るようにしている。

【０００９】こうして基準パターン作成後、感光体ドラ
ムが回転して基準パターン像がセンサーの位置にくる
と、発光ダイオードが発光して基準パターン像に光を照
射し、反射光を受光センサーたるホトトランジスタで受
光し、基準パターン像の濃度を検知し、この検知情報に
基づいてトナーの補給条件を設定するのである。

【００１０】Ｐセンサー方式においては、前記したよう
に５枚、或いは１０枚と決まった枚数毎に基準パターン
とそれ以外の部位との反射率の比をチェックし、その比
によって補給モードを選び、その補給モードにてトナー
の補給が実行される。補給モードは、原稿画像の面積率
によって、数段階、例えば３段階が用意されている。

【００１１】このような現像装置において、トナー補給
部からの補給トナーが塊になって現像剤中に補給される
と充分に撹拌されずに塊のまま現像ローラ上に搬送され
て感光体の潜像部に吸着され、印字の濃度むらの原因と
なったり、或いは感光体に付着し地汚れの原因になった
りする。

【００１２】従って、トナーの塊を１個１個のトナー粒
子に分離し、現像剤中においてトナーとキャリアの接触
が効率よく行なえるようにする技術が非常に重要になっ
てくる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】特に小型化された現像
装置においては、補給トナーが現像現像部（現像ロー
ラ）上に到達するまでの距離が短いこととスペースが小
さいため、撹拌ローラの小径化が余儀なくされ、撹拌能
力が落ち、トナー塊を分離する力も落ちるため、特に中
間調のべた画像に濃度むらや地汚れが発生する。

【００１４】また、トナー収容部から補給トナーが送り
出されて、その補給トナーが現像部に達し、現像に供さ
れる頃に濃度ムラが発生するとの現象がある。このた
め、丁度その頃に基準パターが形成されると、その基準
パターンは濃度むらの影響を受けているため正常な制御
ができず、画像上に濃度むらを生ずることになる。

【００１５】従って本発明の目的は、トナーの補給に伴
って生ずる画像の濃度むらを解消することのできる画像
形成装置のトナー補給制御方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、次のいずれかの構成とした。

【００１７】（１）．トナー収容部からトナー補給され
る時点から現像部までトナーが到達するまでの時間をＴ
ｏとすると、前記基準パターンの形成を補給開始時点か
ら時間Ｔｏの間で行なう（請求項１） （２）．基準パターン形成時点からｋ枚前の画像形成に
ついてはトナーの補給を停止し、この停止後のトナーの
補給に際してはｋ枚分に相当する量のトナーを加算して
補給を行なう（請求項２）。

【００１８】（３）．（２）において、加算される補給
量を、原稿画像のドットカウンタで得た情報に基づいて
定める（請求項３）。

【００１９】（４）．（２）において、加算される補給
量を、原稿１枚当たりにつき消費されるトナー量のｋ倍
とする（請求項４）。

【００２０】（５）．基準パターンの反射率と該基準パ
ターン以外の部分の反射率との比と、トナー補給部から
現像部へ補給する補給時間と、原稿画像のドット数に基
づき、基準パターン形成のタイミングを定める（請求項
５）。

【００２１】

【作用】基準パターンの画像濃度むらを生じさせない所
定のタイミングでトナーの補給がなされる。

【００２２】

【実施例】先ず、本発明の実施に適する現像装置の概要
を説明する。図３において、複写プロセスが実行される
と、潜像担持体としての感光体ドラム１は矢印の方向に
回転されて帯電チャージャー４によって帯電され、露光
部（図示省略）により像露光された後、現像装置８の現
像部２により現像される。

【００２３】また、前記複写プロセスにタイミングを合
わせて転写紙が給紙部の給紙カセット（図示省略）から
給紙され、転写搬送部を介して転写部に搬送される。そ
して、転写部に搬送された転写紙は、転写チャージャー
９により像転写された後、分離部により感光体ドラム１
より分離される。

【００２４】一方、像転写後の感光体ドラム１は回転を
続け、クリーニング装置３のクリーニングブレード５に
より感光体ドラム１上に残留するトナーが除去され、こ
の除去されたトナーは撹拌ローラ収容部１２に送られ
る。

【００２５】他方、像転写を完了した転写紙は、転写紙
搬送部（図示省略）を介して定着装置（図示両略）を介
して定着装置（図示省略）に搬送され、定着装置により
転写像が定着され、その後、機外に排出される。

【００２６】なお、本例の場合、感光体ドラム１、現像
装置８、クリーニング装置３、帯電チャージャー４、転
写チャージャー９等が一体化されたプロセスマガジン方
式になっており、画像形成装置本体に対してワンタッチ
で着脱自在の構成となっている。

【００２７】次に現像装置８の構成について説明する。
感光体ドラム１の近傍には、現像装置８が近接配置され
ており、この現像装置８の現像ケーシング８ａ内には現
像担持体としての円筒状部材からなる現像スリーブ１０
が設けられており、この現像スリーブ１０の一部は前記
現像ケーシング８ａに設けられている開口部にて、感光
体ドラム１側に向かって露出されている。

【００２８】現像スリーブ１０はアルミニウム等の非磁
性体を中空円筒状に形成してなるものであり、図示を省
略した駆動機構によって矢印方向に回転駆動されると共
に、感光体ドラム１との対向部分に現像領域、つまり現
像部２が形成されるようになっている。

【００２９】現像スリーブ１０内にはマグネットローラ
或いは複数のマグネットが配置されており、所定の位置
に磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が形成されている。さらに、現
像ケーシング８ａ内の、トナーとキャリアからなる２成
分現像剤を収容する収容部１２には、現像スリーブ１０
上の現像剤を分離し、該収容部１２に循環させるスクレ
ーパ１１と、現像剤を混合、撹拌する撹拌ローラ７が設
けられている。

【００３０】現像ケーシング８の収容部１２側には、ト
ナー補給用のトナーカートリッジ（トナー補給機構）１
３が装着されており、このトナーカートリッジから収容
部１２に補給（補給方法は後述）されたトナーは収容部
１２内の撹拌ローラ７によって現像剤と混合、撹拌され
る。

【００３１】撹拌ローラ７によって混合、撹拌された現
像剤は、現像スリーブ１０内の組み上げ用の磁極Ｐ３に
よって現像スリーブ１０上に担持され、搬送される。そ
して、現像剤量規制用のドクタ１４によってある一定量
に規制された現像剤は、現像スリーブ１０内の主極たる
磁極Ｐ１によって穂立ちされ、所謂磁気ブラシ式の現像
方式により感光体ドラム１上の静電潜像をトナーにより
顕像化する。

【００３２】その後、現像剤は現像スリーブ１０内の搬
送極たる磁極Ｐ２によって搬送され、スクレーパ１１の
先端に設けたポリエステルフィルムによるシートによっ
て、現像スリーブ１０から掻き取られ、収容部１２へと
循環経路をたどる。

【００３３】次にトナー補給部について説明する。図５
に示すように、補給用のトナーが収容されている円筒状
のトナーカートリッジ１３内には先端に弾性シート１６
を備えたアジテータ１５が備えられており、先端の弾性
シート１６がカートリッジに圧接した状態でアジテータ
１５が回転するようになっている。

【００３４】また、トナーカーリッジ１３の円筒上の補
給位置（トナー補給部）１７には、スリット状に開口が
形成されている。この開口は、複数の小穴１８が開口の
長手方向にそって形成された弾性シート１９（図４参
照）によって外側から塞がれている。

【００３５】従って、トナーカートリッジ１３内のアジ
テータ１５が矢印方向に回転することにより、その先端
の弾性シート１９がカートリッジ内壁に圧接した状態で
トナーを搬送し、該弾性シート１９のトナー補給位置１
７における開口部の段差ｄを通過するときの弾性力によ
って、口径φの小穴１８からトナーが収容部１２に向か
って飛び出すように補給される。

【００３６】即ち、弾性シート１６がアジテータ１５の
回転によりカートリッジ内壁に圧接した状態でトナーを
搬送するが、トナー補給位置１７における開口部の段差
ｄにより圧接状態から開放されるため、その開放時の弾
性力によりトナーを小穴１８に向けて弾くことになる。
これによって、トナーが小穴１８から収容部１２に向か
って飛び出すわけである。

【００３７】本方式のトナー補給方法は、トナー補給ロ
ーラを用いた補給方法に比べ、スペースをとらず、低コ
ストにて行なわれるが、小穴１８からトナーを弾性シー
ト１９の弾性力によって補給するため、トナーが塊状に
なって補給されやすい。

【００３８】また、本例のように一体型カートリッジの
場合、補給部から、補給トナーが現像域に到達するま
での距離、時間が短い、撹拌ローラ７が比較的小径の
ためキャリアとトナーの撹拌能力が小さく、トナーを塊
状から１個１個の粒子に分離する能力が小さい。

【００３９】このため、塊状のトナーが現像剤中に残
り、そのまま現像スリーブ１０上に搬送され、濃度むら
や地汚れといった異常画像が出やすい。

【００４０】このような異常画像が出る原因としては、
図６に破線で示すように、補給トナーがトナー収容部６
から現像部２に到達するまでの経路が短いので、充分な
撹拌がなされないことをあげることができる。因みに、
この搬送の要する時間は、Ｔｏ（＝１．５）ｓｅｃであ
る。

【００４１】前にも述べたように、トナー収容部から補
給トナーが送り出されて、その補給トナーが現像部に達
し、現像に供される頃に濃度ムラが発生するとの現象が
ある。このため、丁度その頃に基準パターが形成される
と、その基準パターンは濃度むらの影響を受けているた
め正常な制御ができず、画像上に濃度むらを生ずる。

【００４２】そのため、本例では、次のように対策し
た。

【００４３】１．請求項１に対応する例（図１参照） 本例では、トナー補給を全て非画像領域で行なうように
している。図１に示すように感光体ドラム上の１枚目転
写紙に相当する画像域２０が現像部２を通過した時点で
トナー補給を開始する。この補給開始時点から時間Ｔｏ
の間は、トナーがトナー収容部から現像部３まで搬送さ
れるに要する時間であり、この間は、まだ補給トナーに
より現像がなされず、異常画像が発生することはない。

【００４４】そこで、本例では、この時間Ｔｏの間に基
準パターンの形成を行なうのである。時間Ｔｏが経過す
ると補給トナーの影響で濃度むらが発生するが、この範
囲を非画像域２１とすることにより、画像への影響を排
除している。

【００４５】濃度むらが収まる時点で、２枚目の転写紙
に相当する画像域２２が現像部３に到来するようにす
る。

【００４６】このようにすれば、濃度むらの影響を受け
ない基準パターンＰＡが形成され、精度の高い安定した
トナーの補給制御が行なわれる。

【００４７】２．請求項２乃至請求項４に対応する例
（図２参照） 画像形成条件によっては、図２に示すように基準パター
ン形成前のｋ枚分（例えば、ｎＯ，ｎ１，ｎ２の３枚）
分はトナーの補給を停止する。よって、この基準パター
ンの形成に際してはトナー補給による基準パターンむら
は生じない。なお、この補給を停止したことによるｋ枚
分については余裕があるので、トナー不足の影響はでな
い。ｋ枚は枚数は前記例では３枚としたが、適宜任意に
設定できる。

【００４８】次のトナー補給動作は、ｎ３，ｎ４と順に
行なわれるがｎ３の補給時に前記補給を見合わせたｋ枚
の補給分を加算した補給し、補給停止分の埋め合わせを
する。

【００４９】この加算補給に際しては、画像形成装置が
デジタル方式の場合には、原稿画像のドット数をカウン
トする機能を備えているので、原稿のドット数で消費さ
れたトナー量を換算し、補給動作時にｋ枚分を加算す
る。

【００５０】画像形成装置がデジタル方式でない場合に
は、平均画像面積率（複写機の場合、Ａ４サイズで７
％、プリンターの場合、Ａ４サイズで５％）に相当する
トナー消費量ｍ（ｇ）を求め、ｋｍ（ｇ）を加算すれば
よい。

【００５１】３．請求項５に対応する例（図７乃至図１
０参照） 本例は特に、デジタル画像形成装置に用いる小型２成分
現像装置のトナー制御に適し、次の制御を前提とする。
つまり、基準パターンの形成を含むＰセンサ制御１、Ｐ
センサ制御２、Ｐセンサ制御３、・・・を５枚間隔とし
た場合、Ｐセンサ制御１でＶＳＧ（基準パターンの反射
率）、ＶＳＰ（基準パターン以外の部分の反射率）の比
から感光体上の基準パターンのトナー付着量を判断す
る。

【００５２】図８の表により、ＶＳＰ，ＶＳＧの比がａ
〜ｂの範囲であり、トナー付着量が少ないと判断した場
合には、１枚当たりｔ１の補給時間を設定し、５枚分の
補給を行なう。

【００５３】５枚終了後、Ｐセンサ制御２でＶＳＰ，Ｖ
ＳＧの比から感光体上の基準パターンのトナー量が充分
であると判断した場合には、５枚分トナーの補給を停止
する。

【００５４】その後、Ｐセンサ制御３でＶＳＰ，ＶＳＧ
の比（ｂ〜ｃ）から感光体上に基準パターンのトナー量
が少ないと判断した場合には、今度は１枚当たりｔ２の
補給時間を設定し、５枚分補給を行なう。

【００５５】ところで、現像スリーブの径を２０ｍｍ，
感光体と現像スリーブの間のギャップを０．７ｍｍ，ド
クタと現像スリーブの間のギャップを０．７ｍｍ，現像
部における線速度を３８ｍｍ／ｓｅｃ，装置内の現像剤
量を１００ｇ，トナー量を１５０ｇとしたとき、図９に
示すようにトナー濃度が約２ｗｔ％を越えているた場合
には、図１０に示すような濃度むらは発生しないことが
実験によりわかった。

【００５６】なお、図１０において、アジテータ１回分
の濃度むらが前記図４に示した小穴１８のピッチｐｔに
対応して現れており、中間調べた画像であるべきもの
が、このようにライン状の像となっている。

【００５７】本例では、このような異常画像の発生を回
避するため、装置内でのトナー濃度が常に２ｗｔ％が維
持されるように制御する。その制御方法を図１１により
説明する。

【００５８】図１１において、ステップでＶＳＧとＶ
ＳＰの比から現像装置内のトナー濃度を知ることができ
る。ステップでＶＳＧとＶＳＰの比から図８の表に従
い１枚当たりの補給時間を選択する。

【００５９】ステップでステップに基づき、トナー
の補給を行なう。この補給したトナー補給量の値はわか
る。

【００６０】ステップで原稿の画素のカウント数から
トナーの消費量がわかる。よって、ステップ〜より
算出したトナー濃度Ｘ１からステップで判明したトナ
ー消費量を差し引くことにより、画像形成後における、
装置内のトナー濃度Ｘ２がわかる。

【００６１】ステップでステップにおいて判明した
トナー濃度Ｘ２が図９に示す２ｗｔ％を越えているかど
うかを判断する。

【００６２】２ｗｔ％を越えていると判断した場合に
は、ステップでＰセンサパターンを形成するし、越え
ていない場合には、異常画像が発生する虞れがあるか
ら、ステップに戻りトナーの補給を行なう。

【００６３】異常により従来のＰセンサ方式の制御に加
えて、画像ドット数を用いてトナー濃度が濃度むらを発
生しないレベルになってからＰセンサパターンを形成す
るように制御することにより常に安定したトナー制御を
行なうことができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、トナーの補給に伴って
生ずる画像の濃度むらを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基準パターンの形成のタイミングを説明した図
である。

【図２】基準パターンの形成のタイミングを説明したタ
イムチャートである。

【図３】本発明の実施に適する画像形成装置の概要を説
明した図である。

【図４】弾性シートの斜視図である。

【図５】トナーカートリッジの要部断面図である。

【図６】トナーが現像領域に到達する経路を説明した図
である。

【図７】Ｐセンサ制御のタイミングを説明した図であ
る。

【図８】トナー付着量とトナー補給時間の関係を説明し
た表である。

【図９】トナー濃度と濃度むらとの関係を説明した図で
ある。

【図１０】アジテータ１回分のトナー濃度を説明した図
である。

【図１１】本発明の実施例を説明したフローチャートで
ある。

【符号の説明】

２ 現像部 ６ トナー収容部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナーとキャリアからなる２成分現像剤を
   トナー収容部から現像部に導いて、潜像担持体上の潜像
   を現像する現像方法であって、均一に帯電された潜像担
   持体に所定の反射率を有する基準パターンの光像を結像
   して得られたトナー像のトナー付着度合いをセンサーで
   検知し、このセンサー出力に応じて現像装置へのトナー
   補給率を制御するトナー補給制御方法において、 トナー収容部からトナー補給される時点から現像部まで
   トナーが到達するまでの時間をＴｏとすると、前記基準
   パターンの形成を補給開始時点から時間Ｔｏの間で行な
   うことを特徴とする画像形成装置のトナー補給制御方
   法。
2. 【請求項２】トナーとキャリアからなる２成分現像剤を
   トナー収容部から現像部に導いて、この潜像担持体上の
   潜像を現像する現像方法であって、均一に帯電された潜
   像担持体に所定の反射率を有する基準パターンの光像を
   結像して得られたトナー像のトナー付着度合いをセンサ
   ーで検知し、このセンサー出力に応じて現像装置へのト
   ナー補給率を制御するトナー補給制御方法において、 前記基準パターン形成時点からｋ枚前の画像形成につい
   てはトナーの補給を停止し、この停止後のトナーの補給
   に際してはｋ枚分に相当する量のトナーを加算して補給
   を行なうことを特徴とする画像形成装置のトナー補給制
   御方法。
3. 【請求項３】請求項２において、加算される補給量を、
   原稿画像のドットカウンタで得た情報に基づいて定める
   ことを特徴とする画像形成装置のトナー補給制御方法。
4. 【請求項４】請求項２において、加算される補給量を、
   原稿１枚当たりにつき消費されるトナー量のｋ倍とする
   ことを特徴とする画像形成装置のトナー補給制御方法。
5. 【請求項５】トナーとキャリアからなる２成分現像剤を
   トナー収容部から現像部に導いて、この潜像担持体上の
   潜像を現像する現像方法であって、均一に帯電された潜
   像担持体に所定の反射率を有する基準パターンの光像を
   結像して得られたトナー像のトナー付着度合いをセンサ
   ーで検知し、このセンサー出力に応じて現像装置へのト
   ナー補給率を制御するトナー補給制御方法において、 前記基準パターンの反射率と該基準パターン以外の部分
   の反射率との比と、トナー補給部から現像部へ補給する
   補給時間と、原稿画像のドット数に基づき、基準パター
   ン形成のタイミングを定めることを特徴とする画像形成
   装置のトナー補給制御方法。