JPH0792621B2

JPH0792621B2 - 画像記録装置

Info

Publication number: JPH0792621B2
Application number: JP60203340A
Authority: JP
Inventors: 康正大塚; 正晴大久保
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPS6263966A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、レーザビームで感光体を走査して潜像を形
成する画像記録装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電子写真方法を応用した機器には電子写真複写機、レー
ザビームプリンタ等がある。なかでも、レーザビームプ
リンタは近年のOA化の中で、コンピュータの端末プリン
タとして高速の画像処理が可能であるため、特に脚光を
浴びている。これは従来の電子写真複写機の光学系に替
えて、端末信号として、変調されたレーザ光を導入する
ことで、複写機なみのプロセス処理によって高品質の画
像を得るものである。

第９図にこうしたレーザビームプリンタの感光体ドラム
周囲の主要プロセス配置図を示す。

この図において、11は像担持体となる感光体ドラムで、
感光層12,基板13より構成される。14は一次帯電器で、
感光体ドラム11を一様に帯電する。15はレーザビーム
で、図示しないスキャナより走査される。16は現像器
で、トクターブレード17,マグネットローラ18,スリーブ
19より構成され、内部に現像剤となるトナーＴが充填さ
れている。20は前露光ランプで、帯電前に感光体ドラム
11を全面露光する。21は転写紙ガイドで、給紙された記
録紙を導く。22は転写帯電器で、感光体ドラム11に形成
された潜像が可視化されたトナー画像を、例えばコロナ
放電により記録紙に転写する。23はクリーナで、ゴムブ
レード24,マグネットローラ25,スクリュー26,筐体27等
から構成される。

まず、一次帯電器14により一様に帯電された感光体ドラ
ム11は、画像信号に対応して変調されたレーザビーム15
に照射され、静電潜像が感光体ドラム11上に形成され
る。続いて、感光体ドラム11は現像器16による現像工程
を経て潜像が顕像化される。その後、転写紙ガイド21に
よって導入されてきた記録紙（図示しない）上に転写帯
電器22により顕像が転写される。転写されたトナー顕像
は図示しない定着装置によって記録紙に定着され、図示
しない排出トレーに排出される。

このようにして、形成された画像の一例を第10図に示
す。

この図において、28は記録紙、29は転写された顕像であ
る。

一方、感光体ドラム11上に残留する転写されなかった現
像トナーは、ゴムブレード24により感光体ドラム11の表
面より除去され、マグネットローラ25に吸着され、さら
に、スクリュー26によって筐体27の一部をなすトナー回
収箱（図示しない）に収納される。また、感光ドラム11
上に残留している電荷は前露光ランプ30で除電される。
こうして、感光体ドラム11の除電された部分は最初のス
テップである一次帯電工程に送られ繰り返し使用され
る。

レーザビーム15が照射される工程においては記録紙28上
の顕像29に相当する部分の感光体ドラム11上にレーザが
照射され、顕像29以外の背景にはレーザが照射され、顕
像29以外の背景にはレーザ照射は行われないイメージス
キャン方式が採用されている。この方式の方が背景画像
にスキャン跡が生じないことや顕像の再現性に優れてい
るためである。

第11図は潜像形成の際の感光体ドラム11の表面電位の挙
動を説明する図である。

この図において、縦軸は電位を示し、横軸は各プロセス
段階を示している。なお、プロセス段階は、一次帯電段
階a,レーザ露光段階b,現像段階c,転写段階d,前露光段階
e,一次帯電段階ｆより構成される。また、感光体ドラム
11として感光層12にフタロシアン系有機半導体を用いた
例を示している。さらに、一次帯電ｆはマイナス極性で
行われる場合を示してある。

一次帯電器14により得られる表面電位は暗部電位V_dとレ
ーザ照射による明部電位V_hとの差（v_d−V_h）、つまりコ
ントラストで550V程度の潜像電位に変換される。

トナーＴとしては、磁性一成分現像剤が用いられる。

現像器16内のトナーＴは、相互の摩擦，スリーブ19やド
クターブレード17等の接触摩擦により帯電される。帯電
されたトナーＴは、ドクターブレード17によってスリー
ブ19の上に均一な厚さに乗せられる。スリーブ19が回転
し、感光体ドラム11とスリーブ19に印加された現像バイ
アス電圧の電位と、静電潜像電位との間の電界によっ
て、トナーＴが現像すべき潜像部分へと吸引される。第
11図に示した潜像の明部電位V_hに相当する部分が現像さ
れる。

このためにはトナーＴは相対的に正方向に高い電位（明
部電位）V_hを現像するような帯電極性（この場合はマイ
ナス）に帯電しておかなければならない。第12図には暗
部電位V_dのマイナス電位部分にはトナーＴが付着せず、
接地電位近傍のレーザ照射部における明部電位V_hには、
マイナスに帯電したトナーＴが付着する様子を概念的に
示してある。

以上のような装置において、従来、現像剤の不足による
画像の白ヌケを防止するために、現像器16内に圧電素子
等を使用したセンサを配置し、センサの出力の変化によ
ってトナー量の不足を検知する方法が採用されている。

第13図は第９図に示した現像器16の構成を説明する図で
ある。

この図において、18はマグネットローラで、４つの極
S₁，N₁，S₂，N₂が内部周上に配設されている。極S₁は現
像極となり、極N₁はカット極となり、極S₂は搬送極とな
り、極N₂はトナー回収極となっている。30は高圧電源ユ
ニットで、スリーブ19へ現像バイアス電圧を印加する。
31は圧電素子で、トナーＴの重量変化に合せて出力電圧
を変化させ、この出力電圧をコンパレータ32であらかじ
め設定された基準電圧（図示しない）と比較し、その比
較値に基づいてトナー量不足の場合には表示ランプ33を
点灯させ、ユーザに報知するような構成となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このような構成では、圧電素子31の位置にト
ナーが片寄っている場合には、トナー不足になっても圧
電素子31にかかる重量が相当あるために表示ランプ33が
点灯せず、画像上に白ヌケが発生するという欠点があっ
た。また、逆に、現像器16内で圧電素子31から離れた位
置にトナーＴが片寄っている場合は、トナーＴが充分満
たされているにもかかわらず、圧電素子31にかかる重量
が小さ過ぎるために、トナー不足を示す表示ランプ38が
点灯する。従って、トナーＴを補給するため、過剰補給
状態に陥り、トナーＴが現像器16内で凝固し、その部分
で画像濃度が低下したり、あるいはスリーブ19上にトナ
ーＴが融着して画像上にムラが生じる等の欠点があっ
た。

また、いわゆる、プロセスカートリッジ方式、すなわ
ち、ドラム，現像器，クリーナ等を一体形成したカート
リッジを使い捨てにする方式を採用する画像記録装置に
おいては、上述したようなトナー残量を検知する方法に
適当なものがないため、トナーの消費状態を精度よく検
知することができない等の問題があった。

さらに、プロセスカートリッジ方式は、上述したように
現像器，ドラム，クリーナ等の寿命を総合的に判断し
て、適切な交換時期を表示しなければならないが、従
来、カートリッジ内の個々のユニットの寿命を表示する
ための適切な測定方法がなかった。

一方、特開昭58−224363号公報のように画像部を形成す
るドット数を積算し、この積算された値が所定のレベル
を越えると、トナー補給を行う方法が提案されている。
しかし、この方法では常時１ドット当りのトナー消費量
が一定であるとの前提にたっているが、ベタ黒の中の１
ドットのトナー消費量と周辺に余白のある１ドットのト
ナー消費量とではエッジ効果により、周辺に余白のある
１ドットの方が強い現像力を受けてトナーを大量に消費
するので、トナー消費量を正確に測定できない等の問題
があった。

この発明は、上記の問題点を解消するためになされたも
ので、画像信号中の印字信号の前後の信号形態を捉えて
エッジ効果によるトナー消費量を加味してトナーの消費
量を補正することにより、印字信号の前後の信号形態に
見合う適正な画像記録が基準値に相当する量完了した旨
を適正なタイミングで通知することができる画像記録装
置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る画像記録装置は、前記画像信号の印字信
号をカウントするカウント手段と、このカウント手段に
よりカウントされたカウント数を前記印字信号の前後の
信号形態に応じて補正する補正手段と、この補正手段に
より補正されたカウント数を記憶する記憶手段と、この
記憶手段により記憶されたカウント数が基準値を越えた
場合に、所定の信号を送出する信号送出手段とを有する
ものである。

〔作用〕

この発明においては、画像信号の印字信号のカウント数
を印字信号の前後の信号形態に応じて補正しながら記憶
しておき、該記憶した補正済みのカウント数が基準値を
越えた場合に、所定の信号を送出して、印字信号の前後
の信号形態に見合う適正な画像記録が上記基準値に相当
する量完了した旨を適正なタイミングで通知するもので
ある。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す画像記録装置の制御
ブロック図であり、１は変調器で、画像入力信号（画像
信号）f_vをレーザ入力電圧に変調する。２はレーザで、
変調器１で変調されたレーザ入力電圧に応じて発光また
は減光する。３はカウンタで、レーザ２の画像信号f_vに
対応した発光時間を計測する。４はロック発生器で、画
像信号f_vとの同期をとるため所定パルス信号を発生す
る。５はこの発明の記憶手段をなすメモリで、カウンタ
３の内容を記憶する。６は演算回路で、メモリ５の内容
を補正する。７はこの発明の積算値記憶手段をなすメモ
リで、演算回路６の演算結果を積算しながら記憶する。
８はコンパレータで、あらかじめ定められたレベルとメ
モリ７の内容を比較する。９はこの発明の信号送出手段
をなすコントローラで、装置全体を制御する。10は分周
器で、クロック発生器４の発生したクロック信号を所定
周波数のパルス信号に分周する。なお、RSTはリセット
信号で、メモリ5,7をリセットする。Ｓはトナー補給信
号で、トナー補給あるいはカートリッジ交換時期を報知
する。

このように構成された画像記録装置において、画像信号
の印字信号をカウントするカウント手段（本実施例では
カウンタ３に相当する）がカウントしカウント数が記憶
手段（本実施例では、メモリ７に相当する）に対して積
算しながら記憶させる際に、該カウント数を補正手段
（本実施例では演算回路６に相当する）が印字信号の前
後の信号形態に応じて補正して記憶させて、該記憶した
補正済みのカウント数が基準値を越えた場合に、コンパ
レータ８が所定の信号を後述する第５図に示すフローチ
ャートに示す手順に送出して、印字信号の前後の信号形
態に見合う適正な画像記録が上記基準値に相当する量完
了した旨を適正なタイミングで通知するものである。

次に第２図（ａ）〜（ｄ）、第３図（ａ），（ｂ）、第
４図を参照しながら第１図の動作について説明する。

第２図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示したカウンタ３の動
作を説明するタイムチャートであり、同図（ａ）は画像
信号f_vで、高レベルがレーザ２の発光を示し、低レベル
がレーザ２の減光を示す。同図（ｂ）はアンド出力を示
し、画像信号f_vとクロック発生器４から出力されるパル
ス信号との論理積である。同図（ｃ）はカウンタ出力を
示し、アンド出力を分周して出力する。同図（ｄ）は分
周器10の出力を示している。

まず、画像信号f_vが変調器１で変調され、レーザ２に入
力される。この画像信号f_vに対応して発光あるいは減光
する。これによりカウンタ３は第２図（ｂ），（ｃ）に
示すように変調器１からの画像信号f_vとクロック発生器
４からの出力との論理積をとり、それを分周して出力す
る。

一方、メモリ５はカウンタ３の出力を、例えばアドレス
Ｂ（X2）に記憶する。演算回路６は、分周器10の出力す
るパルス信号に同期してメモリ５の内容を読み出し、メ
モリ７に積算しながら加算して行く。このメモリ７の積
算値をコンパレータ８があらかじめ設定される基準値と
比較し、この基準値を越えた場合に、コントローラ９に
対して所定の信号が出力され、コントローラ９よりトナ
ー補給時期あるいはカートリッジ交換時期を予告するト
ナー補給信号Ｓを図示しない表示手段に送出する。トナ
ー補給またはカートリッジ交換を行うと、メモリ5,7は
リセット信号RSTによってリセットされる。

次に第３図（ａ），（ｂ）および第４図を参照しながら
第１図に示した演算回路の動作について説明する。

第３図（ａ），（ｂ）は画像の印字形態を説明する模式
図で、同図（ａ）は独立印字形態で、印字ドットＡの前
後が非印字ドットの場合を示している。同図（ｂ）は連
続印字形態で、印字ドットＢ〜Ｄが連続する場合を示し
ている。

第４図は印字ドット形態によるトナー消費量の関係を説
明する図で、縦軸は１ドット当りのトナー消費量を示
し、横軸はレーザ２の発光形態を示している。なお、Ａ
〜Ｄは第３図（ａ）〜（ｂ）に示す印字ドットに対応し
ている。

第３図（ａ）に示す独立印字形態で存在する印字ドット
Ａと第３図（ｂ）に示す連続印字形態で存在する印字ド
ットＡ〜Ｄとでは、第４図に示すように１ドット当りの
トナー消費量が異なる。すなわち、独立した印字ドット
Ａや連続印字形態の端部を形成する印字ドットB,Dは周
辺からの電界が集中し、エッジ効果が強く作用して、印
字ドットＣに比べてより多くのトナーが付着する。そこ
で、演算回路６は印字ドット形態に応じてトナー消費量
を補正する演算を行いながらメモリ７に積算して行く。

次に第５図を参照しながら第１図に示した演算回路６の
補正演算動作について説明する。

第５図は第１図に示した演算回路６の補正演算動作を説
明するフローチャートである。なお、（１）〜（10）は
各ステップを示す。また、αは第２補正値（一定値）を
示し、印字ドットＣと印字ドットA,B,Dとの相対トナー
消費量より得られる。

メモリ５のアドレスＡ（X1），アドレスＢ（X2）および
メモリ７の記憶値Ｍの初期値を『０』に設定した後、現
印字ドット直前の印字ドットをレーザ２が照射、すなわ
ち、レーザ２が『オン』状態であるかどうかを判断し
（１）、YESの場合は、メモリ５のアドレスX2を『１』
にセットするとともに、第１補正値Ｇに『１』をセット
する（２）。次いで、現印字ドットの直前の印字ドット
が印字されていなかったかどうか、すなわちアドレスX1
の内容が『０』であるかどうかを判断する（３）。この
判断で、アドレスX1の内容が『０』、すなわち、第３図
（ａ）に示すような印字ドットＡの場合は、メモリ７の
記憶値Ｍに補正値Ｇおよび第２補正値αを積算し
（４）、ステップ（３）の判断で、NOの場合は、記憶値
Ｍに第１補正値Ｇのみを積算する（５）。次いで、アド
レスX2の内容をアドレスX1に引き渡した後、アドレスX2
の内容をリセットする（６）。続いて、コンパレータ８
があらかじめ設定される基準値M1とメモリ７の記憶値Ｍ
とを比較し（７）、基準値M1を記憶値Ｍが越えない間は
ステップ（１）に戻り、記憶値Ｍが基準値M1以上に到達
したら、トナー補給信号Ｓをコントローラ９が出力する
（８）。一方、ステップ（１）の判断で、現印字ドット
をレーザ２が照射しない場合は、メモリ５のアドレスX2
および第１補正値Ｍを『０』にセットする（９）。次い
で、アドレスX1の内容が『１』、すなわち、第３図
（ａ）に示す印字ドットＡのような場合かどうかを判断
し（９）、NOならばステップ（６）に進み、YESならば
（４）に進む（10）。なお、トナー補給信号Ｓがコント
ローラ９より出力された後、メモリ5,7の内容はリセッ
トされ、ステップ（１）〜（10）が上述したように繰り
返される。また、上記ステップ（１）〜（10）は分周器
10の出力する１パルス間に実行され、このパルスの周期
はレーザ２の最短発光時間に対応している。このよう
に、ステップ（１）〜（10）を繰り返すことにより、第
３図（ａ），（ｂ）に示す印字ドットＡ〜Ｄに対して、
それぞれ『１＋２α』，『１＋α』，『１』，『１＋
α』がメモリ７の記憶値Ｍに加算され、周囲の印字ドッ
ト状態に応じて正確なトナー消費量が計測される。

第６図は第１図に示した演算回路６の他の補正演算動作
を説明するフローチャートである。なお、（１）〜（1
6）は各ステップを表す。また、α，βは補正値を示
し、補正値αは印字ドットＡと印字ドットＣとの相対ト
ナー消費量差を示し、補正値βは印字ドットＣと印字ド
ットB,Dの相対差を示すものである。

まず、メモリ５のアドレスX1,X2,X3の内容およびメモリ
７の記憶値Ｍの初期値を『０』に設定した後、現時点印
字ドット直前の印字ドットをレーザ２が照射、すなわ
ち、レーザ２が『オン』状態であるかどうかをアドレス
X1の内容から判断し（１）、YESの場合は、さらに現時
点印字ドットの印字ドットがレーザ２に照射を実行する
かどうかをアドレスX2の内容から判断し（２）、YESの
場合は、さらに現時点の後続の印字ドットをレーザ２が
照射するかどうかをアドレスX3の内容から判断する（1
0）。この判断で、YESの場合は補正値Ｇに『１』を設定
し（12）、NOの場合は補正値Ｇに『β』を設定する（1
1）。続いてメモリ７の記憶値Ｍに補正値Ｇを設定し
（６）、メモリ５のアドレスX2の内容をアドレスX1に引
き渡した後に、アドレスX3の内容をアドレスX2に引き渡
し、アドレスX3をリセットする（７）。次いで、コンパ
レータ８があらかじめ設定される基準値M1とメモリ７の
記憶値Ｍとを比較し（８）、基準値M1を記憶値Ｍが越え
ない間はステップ（１）に戻り、記憶値Ｍが基準値M1以
上に到達したら、トナー補給信号Ｓをコントローラ９が
出力する（９）。

一方、ステップ（２）の判断で、NOの場合は、現時点の
後続の印字ドットをレーザ２が照射するかどうかを判断
する（３）。この判断で、NOならば、補正値Ｇに補正値
０を設定し（５）、YESの場合は補正値Ｇに『１』を設
定して（４）、ステップ（６）に進む。

一方、ステップ（１）の判断で、NOの場合は、現時点の
印字ドットの印字ドットをレーザ２が照射するかどうか
を判断し（13）、NOならばステップ（３）に進み、YES
ならば、さらに現時点の後続の印字ドットがレーザ２に
照射されるかどうかを判断する（14）。この判断で、YE
Sの場合は補正値Ｇに『１＋β』を設定し（15）、NOの
場合は補正値Ｇに補正値αを設定して、ステップ（６）
に進む（16）。

このステップ（１）〜（16）を繰り返すことにより、連
続した印字ドットに対して正確にトナー消費量を計測で
きる。

次に第７図を参照しながら第１図に示した演算回路６の
動作についてさらに説明する。

第７図は現像バイアス電位とトナー消費量との関係を示
す特性図であり、縦軸トナー消費量の相対値を示し、横
軸は現像バイアス電位（Ｖ）を示す。

この図から分かるように、現像バイアス電位が−400V,
−450V,−500Vとなった場合のトナー消費量は、現像バ
イアス電位が−450Vのトナー消費量（１（ｇ））を基準
にすると、バイアス電位が−400Vの場合には、トナー消
費量の0.8倍が実質的なトナー消費量となり、バイアス
電位が−500Vの場合には、トナー消費量の1.2倍が実質
的なトナー消費量となる。

そこで、メモリ７にトナー消費量を格納する際に、バイ
アス電位に応じて内容を係数倍して格納して、精度よく
トナー消費量を求める。なお、温湿度，ドラム電位V_d，
V_h，レーザパワー等を考慮した補正を行えば、より正確
なトナー消費量を求めることができるのは云うまでもな
い。

また、上記実施例ではコンパレータ８があらかじめ設定
される基準値D1と記憶値Ｄ（トナー消費量）とを常時比
較して、第８図に示すＤ点において、トナー補給（Ｅ
（ｇ））を行せるためのトナー補給信号Ｓを出力する場
合について説明したが、コンパレータおよびメモリを各
２つ設けて、１つのコンパレータには第８図に示すD₁と
トナー消費を常時比較し、トナー消費量がE₁に達したら
コントローラ９よりトナー補給予告信号を送出してユー
ザに報知できるように構成すれば、トナー補給に時間的
余裕を与えられるので、装置を連続して運転でき、装置
の利用効率を高めることができるのは云うまでもない。
なお、第８図において、E₂は現像器16の容量（ｇ）を示
す。

さらに、上記実施例ではレーザビームプリンタを例にし
て説明したが、LCD,LED,OFT等を使用する電子写真方式
のプリンタまたはスタイラス方式，マグネスタイラス方
式の画像形成装置であっても、画像信号から潜像を形成
し、現像剤で顕像化するものであれば使用できる。

また、トナーホッパーを有する装置においては、ホッパ
ーから現像器へのトナーを補給する信号としてトナー補
給信号Ｓを使用できる。

さらに、上記実施例ではイメージスキャン方式による潜
像形成によるトナー消費について説明したが画像以外の
背景を露光するバックグラウンド方式の画像記録装置に
もこの発明を適用できることは云うまでもない。その場
合、カウンタ３は光信号の減光時間をカウントすること
になる。

また、クリーナ23に回収されるトナー量を検知できるよ
うに構成すれば、回収されるトナーの廃棄時期を正確に
報知できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、画像信号の印
字信号のカウント数を印字信号の前後の信号形態に応じ
て補正しながら記憶しておき、該記憶した補正済みのカ
ウント数が基準値を越えた場合に、所定の信号を送出す
るので、印字信号の前後の信号形態に見合う適正な画像
記録が上記基準値に相当する量完了した旨を適正なタイ
ミングで通知することができる。

従って、当該所定の信号の送出タイミングを捉えて消費
されたトナーを適正なタイミングで補給あるいはユニッ
ト交換の催促を指示できる等の制御が可能となる等の効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す画像記録装置の制御
ブロック図、第２図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示したカ
ウンタの動作を説明するタイムチャート、第３図
（ａ），（ｂ）は画像の印字形態を説明する模式図、第
４図は印字ドット形態別のトナー消費量を説明する図、
第５図，第６図は第１図に示した演算回路の補正演算動
作を説明するフローチャート、第７図は現像バイアス電
位とトナー消費量との関係を示す特性図、第８図はトナ
ー消費量とメモリの相対関係を説明する図、第９図はレ
ーザビームプリンタの感光体ドラム周囲の主要プロセス
配置図、第10図は第９図に示したレーザビームプリンタ
による画像出力を示す図、第11図は感光体ドラムの表面
電位の挙動を説明する図、第12図はトナーの帯電動作を
説明する概念図、第13図は第９図に示した現像器の構成
を説明する図である。図中、１は変調器、２はレーザ、３はカウンタ、４はク
ロック発生器、5,7はメモリ、６は演算回路、８はコン
パレータ、９はコントローラである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像信号に応じて変調された画像光で感光
体を走査して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像手
段で現像する画像記録装置において、前記画像信号の印字信号をカウントするカウント手段
と、このカウント手段によりカウントされたカウント数を前
記印字信号の前後の信号形態に応じて補正する補正手段
と、この補正手段により補正されたカウント数を記憶する記
憶手段と、この記憶手段により記憶されたカウント数が基準値を越
えた場合に、所定の信号を送出する信号送出手段と、を有することを特徴とする画像記録装置。