JPH08320613A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JPH08320613A
JPH08320613A JP16258296A JP16258296A JPH08320613A JP H08320613 A JPH08320613 A JP H08320613A JP 16258296 A JP16258296 A JP 16258296A JP 16258296 A JP16258296 A JP 16258296A JP H08320613 A JPH08320613 A JP H08320613A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のトナー補給においては、トナー消費量
と補給量の間に大きな差が出てしまい、所望濃度の画像
を出力できなかった。 【解決手段】 画像信号を計測する手段と、これにより
消費トナー量を算出する手段と、これにより算出される
量のトナーを補給する手段と、トナー濃度を光学的に検
知する手段と、これによる検知出力に基づき、前記算出
する手段による消費トナー量の算出を補正する補正手段
を備えることにより、トナー消費量に近いトナーの補給
を行えるようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電子写真方式で形成
された潜像をトナー像として可視化する画像形成装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の装置に使用される現像手
段の現像方式としては、ポリエステル系の樹脂トナーと
鉄粉とを混在させた2成分現像方式と、ポリエステル系
の樹脂トナーのみで現像する1成分現像方式とがある。
【0003】このうち、2成分現像方式では、現像動作
による現像剤のトナー減少またはトナー補給によるトナ
ーの増加で、現像剤中のトナー濃度が変動する。トナー
濃度が低いと、記録材(記録紙)上の画像濃度が薄く、
かすれや、さらには画像消失を招き、トナー濃度が高い
と、非画像部へのカブリ等が発生してしまう。この点を
克服するために、従来より下記(1),(2)に示す方
法により現像剤中のトナー濃度を制御する方法が提案さ
れ実施されている。
【0004】(1) 画像形成を伴う感光体の回転数が
所定回転に到達した時点で、所定量のトナー補給を実行
する方法。
【0005】(2) 現像装置内の現像剤中のトナー濃
度を直接検出して、検出信号が所定レベル以下になる
と、所定量のトナー補給を実行する方法。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記(1)
の方法では、記録画像の種類(黒化率)によらず、定量
補給のためトナー濃度に過不足を生じ、記録画像が薄過
ぎたり、濃過ぎたりして画像出力が安定しない。
【0007】また、(2)の方法では、現像剤中のトナ
ー濃度を直接検出するため、補給制御は容易であるが、
高精度の検出が困難であり、あるレベル以下に到達する
まではトナーが補給されず、そのレベル以下に到達して
初めて補給される。これでは、現像剤中のトナー濃度が
極端に変化してしまい、同一の画像の連続プリント時に
は、最初に出力された画像と後続して出力される画像の
濃度が異なり、薄い画像と濃い画像が出力されることに
なる。このことは、複数個の現像装置を有したマルチカ
ラー(2色または3色以上の単色カラー)またはフルカ
ラープリンタでは、各トナー濃度にバラツキを生じる
と、忠実な色を再現することが困難となるばかりでな
く、連続プリント時においては、出力される記録画像間
においても発色性の異なった画像となってしまう。人間
の色覚は特に敏感であるため、各トナー濃度を精度よく
一定に保つ必要がある。これらの欠点を補うために、画
像信号から画像部を形成するドット数を計数して、トナ
ー消費量を算出してトナー補給量を決定する方法が提案
されている。
【0008】この方法では、ドット数より画像部で消費
されるトナー消費量を算出して、補給量を決定するた
め、正確にトナー消費量を算出できるとともに、微調制
御も可能で、トナー濃度の安定維持に有利である。
【0009】ところが、トナー消費量は、画像面積に比
例するばかりでなく、現像装置,トナー収納部や像担持
体周辺の環境に大きく左右される。
【0010】図9は、同一画像情報(同ドット数)の記
録工程における像担持体(感光体)表面電位と出力画像
濃度の関係を示す。
【0011】この図において、Hは高湿環境を示し、N
は常湿環境を示し、Lは低湿環境を示す。なお、縦軸は
濃度を示し、横軸は表面電位を示す。
【0012】この図から分かるように、現像装置,トナ
ー収納部や像担持体周辺の環境により、画像部のドット
数,表面電位が同一であっても、トナー濃度が変動して
しまう。すなわち、現像装置から消費されるトナー消費
量は環境によって変動してしまう特性を有するため、ド
ット数より一義的に求められたトナー消費量を補給して
も、トナー濃度の不足または過多を生じ、所望濃度の画
像を出力できない等の幾多の問題点があった。
【0013】この発明の目的は、上記の問題点を解消す
るためになされたもので、現像剤中のトナー濃度および
画像情報より画像部を形成するドット数を計数して、ト
ナー補給量を制御して、より高精度にトナー濃度を管理
し、設定トナー濃度を長期にわたり安定維持できる画像
形成装置を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明に係る画像形成
装置は、像担持体上に画像信号に応じて静電潜像を形成
し、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像手段
により前記静電潜像を現像する画像形成装置において、
画像信号を計測する計測手段と、この計測手段の計測値
に基づき消費トナー量を算出する算出手段と、この算出
手段により算出された量のトナーを現像手段に補給する
補給手段と、トナー濃度を光学的に検知する検知手段
と、この検知手段の検知出力に基づき前記算出手段によ
る消費トナー量の算出を補正する補正手段と、を有する
ようにしたものである。
【0015】
【作用】この発明においては、検知手段により現像手段
内の濃度が光学的に検知されると、該検知手段から出力
される検知手段に応じて画像信号を計測する計測手段に
よる計測値に基づくトナー補給量を制御し、画像信号に
基づくトナー消費量と補給量との差を小さくして、適正
量のトナー補給を行うものである。
【0016】
【実施例】図1は、この発明の一実施例を示す補給手段
および現像手段の断面図であり、1は補給手段となるホ
ッパーで、イエロートナーTyが充填されている。2は
現像手段となる現像器である。3は補給ロールで、パル
スモータMの駆動に応じて補給ロール3が回転し、イエ
ロートナーTyを下部に補給する。4,5はスクリュー
で、現像剤D(キャリアとしての鉄粉等からなる磁性粉
と、トナーが混合された2成分現像剤)を循環させる。
6は固定して設けられる磁石ローラで、その磁力により
現像剤Dが吸い上げられ、スリーブ6aの回転に応じ
て、矢印方向に移動し、ハウジング7より露出したA部
において、像担持体となる感光体8に現像を行う。9は
ドクターブレードで、スリーブ6a上の現像剤Dの厚み
を規制する。10は現像剤濃度検出装置(ATR)で、
現像器2の所定個所に設けられ、光学手段(後述する)
により現像剤濃度を検出する。
【0017】次に、動作について説明する。
【0018】現像剤Dはスクリュー4の駆動により図面
の手前より奥方向へ搬送され、奥側からは逆にスクリュ
ー5の駆動により手前側に搬送され、現像器2内を循環
する。スクリュー4による搬送中、現像剤Dは固定の磁
石ローラ6の磁力にて吸い上げられ、スリーブ6aの回
転に伴い、矢印方向へ移動し、ハウジング7より露出し
たA部において、感光体8へトナーを供給し、潜像を現
像する。
【0019】現像工程で消費された量のトナーは、ホッ
パー1から補給ロール3によりスクリュー5上に補給さ
れ、撹拌され均一化される。補給ロール3は、例えばパ
ルスモータMにて駆動され、所望量の現像剤を補給す
る。この駆動制御は、後述する第1,第2の補給制御手
段によりなされる。
【0020】図2は、図1に示した現像器2とATR1
0との関係を説明する図であり、ATR10は、光源1
0a,光ガイド10b,光学レンズ10c,光ガイド1
0d,受光素子10e,フィルタ10f等で構成され、
スリーブ6aの一部に設ける透明窓7aを介して、現像
剤Dの濃度を検知する。
【0021】光源10aの光が光ガイド10b,透明窓
7aを通過して,現像剤Dに照射される。現像剤Dから
は、トナー量に応じた反射光が散乱され、その一部が光
学レンズ10c,フィルタ10f,光ガイド10dを介
して、受光素子10eに入射する。この反射光より現像
剤濃度検出信号が得られる。なお、フィルタ10fは、
各トナーの分光反射特性より選定される、例えば外透過
フィルタが使用される。
【0022】図3は、この発明の一実施例を示す画像形
成装置の制御構成を説明するブロック図であり、11は
この発明の第1の補給制御手段であり、ATR10の出
力とあらかじめ設定される設定値下限Smin とを比較す
る比較器12、ATR10の出力とあらかじめ設定され
る設定値上限Smax とを比較する比較器13、比較器1
2,13の出力を解読するデコーダ14,パルスモータ
Mの回転量を決定する設定タイマ15等から構成されて
いる。
【0023】この発明の第2の補給制御手段21は、図
示しない外部装置から送信されてきた画像信号fv のう
ち、画像形成部の印字ドットを計測するカウンタ22の
出力よりトナー消費量を演算する算出回路23,この算
出回路23の出力よりパルスモータMの回転量を決定す
るタイマ24,カウンタ22の内容をクリアするリセッ
ト回路25等から構成されている。
【0024】30はOR回路で、設定タイマ15,タイ
マ24との論理和をとる。31はトナー残量算出回路
で、第1,第2の補給制御手段11,21の動作に応じ
てホッパー1内に残存する現像剤量を常時更新して行
く。32は駆動制御部で、設定タイマ15,タイマ24
の出力に応じて、補給駆動部33を駆動させる。
【0025】図4は、図3に示した比較器12,13と
デコーダ14との入出力関係を説明する図であり、
(a)〜(c)は動作状態を示し、『H』のとき、入出
力が生じ、『L』のとき入出力が停止している。
【0026】次に、動作について説明する。
【0027】ATR10から出力されるトナー濃度検出
信号と、比較器12,13にて、あらかじめ設定される
設定値下限Smin ,設定値上限Smax と比較し、その結
果がそれぞれデコーダ14に入力される。なお、設定値
上限Smax ,設定値下限Smin は、出力画像濃度が過不
足なく良好なものとなる現像剤中のトナー濃度のプロセ
ス上、許される上下限であり、例えば現像剤(キャリア
+トナー)中のトナーの重量比で、イエロートナーおよ
びマゼンタトナーは13±1%wt,シアントナーは1
4±1%wt,ブラックトナーは12±1%wtであ
り、それぞれの上下限値のトナー濃度を有するとき、最
適な画像出力が得られるものである。
【0028】デコーダ14は、比較器12からの入力1
を受けて、タイマ24を設定する出力2を出力する。タ
イマ24は図4に示す状態(a)〜(c)に応じて出力
2が決定される。また、デコーダ14は、比較器13か
らの入力2を受けて、設定タイマ15を設定する出力1
を出力する。設定タイマ15は図4に示す状態(a)〜
(c)に応じて出力1が決定される。例えば、ATR1
0の出力値が設定値下限Smin より小さいとき、出力1
が『H』レベル,出力2が『L』レベルとなり、設定タ
イマ15のみが動作し、OR回路30を通し、駆動制御
部32が設定タイマ15の出力に応じて補給駆動部33
を所定時間駆動させる。この補給量は、重量比1%wt
に相当する量であり、トナー濃度を基準設定値まで引き
上げる。
【0029】また、ATR10の出力値が設定範囲内に
あれば、出力1が『L』レベル,出力2が『H』とな
り、図4に示す状態(a)〜(c)に応じてタイマ24
のみが動作可能となる。タイマ24は画像信号fv より
画像部を形成する印字ドット数をカウンタ22で計数
し、これを算出回路23にて、消費量を算出し、この結
果に応じて、タイマ24の動作時間が決定される。さら
に、ATR10の出力値が設定値上限Smax より大きい
場合は、図4に示す状態(a)〜(c)のように、出力
1,出力2がともに、『L』レベルであり、補給動作は
実行されない。
【0030】一方、設定タイマ15,設定タイマ24の
出力が、OR回路30を通して、駆動制御部32に入力
されると同時に、トナー残量算出回路31に入力され
る。また、算出回路23で消費量が算出されると、カウ
ンタ22のカウント値はリセット回路25によりクリア
される。このように、この発明に係る画像形成装置は、
検知手段(この実施例では、ATR10に相当する)に
より現像手段(現像器2)内の濃度が光学的に検知され
ると、該検知手段から出力される検知手段に応じて画像
信号を計測する計測手段(この実施例ではカウンタ22
に相当する)による計測値に基づくトナー補給量を後述
する図5,7に示すフローチャートに示す手順に従って
制御し、画像信号に基づくトナー消費量と現像器2の補
給量との差を小さくして、適正量のトナー補給を行うも
のである。
【0031】次に、図5を参照しながらこの発明の現像
剤補給動作について説明する。
【0032】図5は、この発明の一実施例を示す現像剤
補給制御を説明するフローチャートである。なお、
(1)〜(17)は各ステップを示す。
【0033】まず、第1の補給制御手段11の図示しな
いカウンタがカウントするカウンタ値jを初期化、すな
わち、『0』に設定する(1)。次いで、プリントキー
(図示しない)の押下を待機し(2)、プリントキーが
押下されたら、ATR10がトナー濃度を直接検出し
(3)、比較器12,13に対してトナー濃度検知信号
を出力する。これを受けて、比較器12,13がATR
10の出力をあらかじめ設定される設定値下限Smin ,
設定値上限Smax と比較する(4)。この比較で、AT
R10の出力が設定値下限Smin よりも小さいときは、
設定タイマ15に所定量tのトナーを補給させるための
タイマ設定値が出力され、駆動制御部32が補給駆動部
33を駆動させ、トナーを所定量tだけ補給する
(5)。次いで、第1の補給制御手段11による補給回
数をカウントするカウンタ値jをカウントアップし
(6)、第1の補給制御手段11による総補給量A(j
×t)を算出する(7)。続いて、ホッパー1内の初期
トナー量Hと総補給量Aとを比較し(8)、初期トナー
量H≦総補給量Aであれば、トナー無しと判断して図示
しない操作部の表示部に警告表示して制御を終了し
(9)、初期トナー量H>総補給量Aであれば、第2の
補給制御手段21による補給制御に移り、すなわち、ス
テップ(4)の比較で、ATR10の出力が設定値上下
限内に収まり、i枚目の画像信号fv より画像形成する
印字ドット数を計数するカウンタ22のカウンタ出力N
iを読み出し(10)、算出回路23がトナー消費量T
i(α・Ni)を算出する(11)。次いで、算出され
たトナー消費量Tiに見合うトナーを補給するためのタ
イマ設定値がタイマ24にセットされ、駆動制御部32
が補給駆動部33を駆動して、トナー消費量Tiを補給
する(12)。次いで、補給された総トナー量B(ΣT
i)を求める(13)。続いて、ステップ(7)で得ら
れる第1の補給制御手段11による総補給量Aとステッ
プ(13)で得られる総補給量Bとを加算したものを初
期トナー量Hより減じ、ホッパー1のトナー残量K(H
−(A+B))を算出する(14)。続いて、ステップ
(14)で得られたホッパー1のトナー残量Kが>0で
あるかどうかを判断し(15)、NOならばステップ
(9)に戻り、警告表示を行いトナー補充を待機し、Y
ESならばステップ(2)に戻り、プリントキーの押下
により発生するプリント指令を待機する。
【0034】一方、ステップ(4)の判断で、ATR1
0の出力が設定値上限Smax よりも大きい場合は、補給
駆動部33を停止状態に維持して、トナー補給動作を停
止させ(16)、プリント工程を続行し(17)、ステ
ップ(2)に戻り、現像剤中のトナー濃度の減少をはか
り、ATR10の出力値が設定値範囲内になるまで、補
給駆動部33を停止状態とし、ATR10の出力値が設
定値範囲内に収まったら、第2の補給制御手段21によ
るステップ(10)以降の制御に移行する。なお、以上
の動作は各色のトナー毎に行われる。
【0035】次に、図6を参照しながら1成分トナーを
使用する現像装置および補給装置について説明する。
【0036】図6は、この発明の他の実施例を示す現像
装置および補給装置の断面図であり、1,3,6,6
a,7,9は図1と同一のものを示し、Qはレベルセン
サで、ハウジング7内のトナー充填量を位置レベルとし
て検知する。
【0037】トナーTは固定の磁石ローラ6の外周の表
面を粗にしたスリーブ6aの回転に伴い移動し、スリー
ブ6a表面との摩擦帯電により、トリボ(摩擦帯電電荷
μc/g)を得る。そして、スリーブ6aの回転に沿っ
て移動するトナーの一部がドクターブレード9で規制さ
れ、その一部のトナーは所定の厚み(μオーダ)でコー
トされ、潜像を現像する。一方、他のトナーは反転して
矢印a方向に移動し、ハウジング7内を循環し、これを
繰り返して、再びトリボを得て現像に寄与する。
【0038】ところが、ハウジング7内のトナーの厚み
が、あるレベルより極端に少なくなり、新しいトナーを
補給したとき、トリボ不充分なトナーもコートされ現像
されると、画像にカブリが生じたり反転現像が発生す
る。また、あるレベルよりも極端に大きくなると、ハウ
ジング7の上方のトナー自重で、矢印方向aへの移動を
妨げ、トリボ不充分なトナーが現像されてしまう。従っ
て、所定レベル内にトナーを制御する必要がある。
【0039】そこで、ハウジング7の一部にレベルセン
サQを取り付け、このレベルセンサQの出力を、前述し
たATR10の出力に置き換えることにより、前述した
ようにトナーを精度よく補給できるとともに、ホッパー
1内のトナーTの残量を正確に管理できる。なお、レベ
ルセンサQは、インダクタンス変化または固有振動数の
変化を検出するものであればよい。
【0040】図7は、この発明の他の実施例を示す現像
剤補給制御のフローチャートである。なお、(1)〜
(17)は図5のフローと同様であり、(21),(2
2)はステップを示す。
【0041】ステップ(4)にて、ATR10の出力値
と、設定値上下限の比較が行われ、設定値下限Smin よ
りもATR10の出力の方が小さいと判断された場合、
これ以前のプリント工程においてなされたトナー消費
量、すなわち、ステップ(11)でなされた第2の補給
制御手段21で算出されたトナー消費量が実際に消費さ
れたトナー消費量より少ないと判断できるため、ステッ
プ(8)の後に、印字ドット数からトナー消費量を算出
するための、変換係数αをβ(β>0)だけ大きくする
(21)工程を設け、第2の補給制御手段21の制御動
作に移行すれば、補正された変換係数αを用いて、より
実際の消費量に近い算出結果が得られる。
【0042】また、ステップ(4)にて、ATR10の
出力値と、設定値上下限の比較が行われ、設定値上限S
max よりもATR10の出力の方が大きいと判断された
場合、これ以前のプリント工程においてなされたトナー
消費量、すなわち、ステップ(11)でなされた第2の
補給制御手段21で算出されたトナー消費量が実際に消
費されたトナー消費量より多いと判断できるため、ステ
ップ(17)の後に、変換係数αをγ(γ>0)だけ小
さくする(22)工程を設け、第2の補給制御手段21
の制御動作に移行すれば、補正された変換係数αを用い
て、より実際の消費量に近い算出結果が得られる。
【0043】これにより、例えば、環境変化等により、
ステップ(11)での算出結果が実際の消費量との差を
生じ、設定値範囲外となっても第1の補給制御手段11
により設定値まで復帰させ、さらに、補正工程ステップ
(21),(22)によりステップ(11)での算出結
果を実際の消費量に限りなく近づけることができ、長期
にわたり微調整可能な第2の補給制御手段21での補給
動作が行われ、その結果、出力画像濃度を安定維持でき
る。
【0044】図8は、この発明を適用するカラー画像形
成装置の断面図であり、1,8は図1と同一のものを示
し、1y,1m,1c,1bkはホッパーで、それぞ
れ、この順に補給用のイエロートナーTy,マゼンタト
ナーTm,シアントナーTc,ブラックトナーTbkが
充填されている。6y,6m,6c,6bkはスリーブ
で、各トナーを感光体8に現像する。41は光学系で、
複数のLEDからなるLEDアレイ41aと光収束性レ
ンズ41bにより構成されており、色分解された画像信
号に応じてLEDドライバ(図示しない)が所望のLE
Dアレイ41aを選択的に発光させ、帯電器42により
均一に帯電された感光体8上に光収束性レンズ41bを
通してドット状に静電潜像を形成する。43はクリーナ
で、画像形成後の感光体8上の残留トナーを回収する。
44は転写ドラムで、記録紙(排出)Pを把持するグリ
ッパ44a、記録紙Pにトナー像を転写する転写帯電器
44bから構成されている。45は給紙カセットで、記
録紙Pを収容している。46は剥離爪で、各トナーが転
写された記録紙Pを転写ドラム44より分離する。47
は転送ベルトで、記録紙Pを定着器48に搬送する。4
9は排出トレイで、記録紙Pを載置する。
【0045】なお、画像形成動作は公知の電子写真方法
に準ずるので説明は省略する。
【0046】なお、上記実施例では、画像信号fv に応
じて潜像をドット状に形成する画像形成装置の場合につ
いて説明したが、画像信号fv は中間調を含む多値化情
報でもよい。その場合、多値化情報に対応したカウンタ
を設けて、印字ドット数を計数し、これらの総和より黒
化率を求め、トナー消費量を算出すればよい。また、磁
性トナーを用いた1成分現像方式であっても、容易にこ
の発明を適用できる。さらに、感光体8を露光する露光
装置としては、半導体レーザやガスレーザ等であっても
よいことは云うまでもない。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、像担持体上に画像信号に応じて静電潜像を形成し、
トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像手段によ
り前記静電潜像を現像する画像形成装置において、画像
信号を計測する計測手段と、この計測手段の計測値に基
づき消費トナー量を算出する算出手段と、この算出手段
により算出された量のトナーを現像手段に補給する補給
手段と、トナー濃度を光学的に検知する検知手段と、こ
の検知手段の検知出力に基づき前記算出手段による消費
トナー量の算出を補正する補正手段と、を有するように
したので、実際の消費トナー量と算出値との間のずれを
小さく乃至無くすことができ、トナーとキャリアの比を
適正に維持することができ、画像信号により消費される
トナー量が変動する場合でも、常に良好な濃度の画像形
成を行えるという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す補給手段および現像
手段の断面図である。
【図2】図1に示した現像器と現像剤濃度検出装置との
関係を説明する図である。
【図3】この発明の一実施例を示す画像形成装置の制御
構成を説明するブロック図である。
【図4】図3に示した比較器とデコーダとの入出力関係
を説明する図である。
【図5】この発明の一実施例を示す現像剤補給制御を説
明するフローチャートを示す図である。
【図6】この発明の他の実施例を示す現像装置および補
給装置の断面図である。
【図7】この発明の他の実施例を示す現像剤補給制御の
フローチャートを示す図である。
【図8】この発明を適用する画像形成装置の断面図であ
る。
【図9】表面電位と画像濃度の環境変化による相対波形
図である。
【符号の説明】
1 ホッパー 2 現像器 3 補給ロール 4 スクリュー 5 スクリュー 6 磁石ローラ 7 ハウジング 8 感光体 9 ドクターブレード 10 現像剤濃度検出装置 11 第1の補給制御手段 21 第2の補給制御手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像担持体上に画像信号に応じて静電潜像
    を形成し、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現
    像手段により前記静電潜像を現像する画像形成装置にお
    いて、 画像信号を計測する計測手段と、この計測手段の計測値
    に基づき消費トナー量を算出する算出手段と、この算出
    手段により算出された量のトナーを現像手段に補給する
    補給手段と、トナー濃度を光学的に検知する検知手段
    と、この検知手段の検知出力に基づき前記算出手段によ
    る消費トナー量の算出を補正する補正手段と、を有する
    ことを特徴とする画像形成装置。
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