JPH09106170A

JPH09106170A - トナー付着コントラストの制御および長期間のトナー濃度調整による現像剤寿命の長期化を実施するための装置および方法

Info

Publication number: JPH09106170A
Application number: JP8198145A
Authority: JP
Inventors: Peter Steven Alexandrovich; ピーター・スティーヴン・アレクサンドロヴィッチ; Allen Joseph Rushing; アレン・ジョセフ・ラッシング
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1997-04-22
Also published as: US5678131A; DE19631261A1

Abstract

(57)【要約】【課題】電子写真式プリンタあるいは複写機におい
て、現像剤の使用期間を延長するための現像ユニットに
対するトナー補充制御装置を提供すること。【解決手段】電子写真式装置において使用され、トナ
ー付着領域の形成に応じて種々の工程制御パラメータを
制御する装置であって、トナー付着コントラストパラメ
ータの閉ループ制御に応じて、第１の信号を出力する第
１のフィードバック制御手段５３と、第１のフィードバ
ック制御手段５３に従属し、現像ユニット３８における
トナー濃度の検出量およびトナー濃度を制御するための
第１の信号に応答する第２のフィードバック制御手段５
７とを有して構成され、現像ユニット３８へのトナーの
補充を制御し、これにより、トナー付着コントラストを
制御するために、トナー濃度の閉ループ制御に応じて、
第２のフィードバック制御手段５７から第２の信号が出
力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真の分野に
係り、特にトナー補充を制御する装置および方法におけ
る改善に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電子
写真においては、トナーとして周知である着色された熱
可塑性粒子を付着させることで、誘電体からなる記録媒
体上に形成された静電画像が可視化される。通常、上記
のようなトナーは現像剤の一部を構成するものである。
このような現像剤は、トナー粒子と、摩擦電気力により
トナー粒子が付着する磁性を帯びたキャリヤ粒子とから
構成されている。現像工程においては、潜像に生じる静
電気力により、トナー粒子が付随するキャリヤ粒子から
分離され、部分的にトナー粒子が分離されたキャリヤ粒
子がリザーバへ戻される。

【０００３】当業者には周知であるように、電子写真用
現像剤内のトナー濃度は継続的に監視され、トナー濃度
が所定のレベルよりも低下すると、トナーを含んだ現像
剤が補充される。現像システムからのトナーの減損を補
償するための、上記のようなトナー濃度監視器の較正
は、減損の原因にかかわらず容易に実施可能である。こ
のようなシステムの欠点は、少ない画像情報を有するド
キュメントから、大きなベタ領域あるいは連続的な画像
領域を有するドキュメントへと、ドキュメントの画像内
容が急激に変化した際に生じるようなトナー減損率の急
激な変動に対して、システムの反応が遅いことである。
通常、望ましい画像濃度のコピーが得られるレベルまで
トナー濃度が回復するのには数分を必要とする。

【０００４】また、当業者には周知であるように、現像
処理中に記録媒体に付着されるトナー量を監視すること
で、電子写真用の現像ユニットからのトナーの減損が継
続的に監視される。例えば、Trachtenberg氏に付与され
たアメリカ合衆国特許3,674,353号には、現像ユニット
の上流側と下流側とにおいて、記録部材に隣接して配置
された一対のインダクションプレートに関して開示され
ている。これらのインダクションプレートにより、現像
前および現像後における記録媒体上の全体的電荷が検出
される。未現像のパターンと現像されたパターンとの通
過によりそれぞれのプレート上に誘導された電荷量の差
異は、現像ユニットから減損されたトナー量に対する正
確な尺度として与えられる。そして、インダクションプ
レート上に誘導された電荷量の差異に比例するトナー減
損信号が、トナー補充を制御するために使用される。

【０００５】ある電子的プリンタにおいては、現像ユニ
ットからのトナー減損を継続的に監視するために他の方
法が用いられている。この方法では、補充率は、プリン
トヘッドに入力されるシリアルプリント信号数に応じて
調整される。プリント信号が文字コードであり、トナー
減損を推定するために統計的な平均使用率が用いられる
場合もあれば、プリント信号が画素（ピクセル）信号で
ある場合もある。例としては、アメリカ合衆国特許3,52
9,546号および4,413,264号が上げられる。

【０００６】上記のようなトナー減損監視器は、トナー
濃度監視器と比較して反応が迅速ではあるが、トナー補
充を制御するためにトナー減損監視器を使用することに
は欠点がある。例えば、画像の現像以外で生じたトナー
減損（例えば、散粉(dusting)および他の損失）を上記
のような監視器で検知することはできないので、それゆ
え、上記のようなトナー減損をトナー補充で補償するこ
とができない。また、上記のような監視器は、トナー補
充工程における誤差および欠陥を検知および修正するこ
とができない。簡潔に言えば、トナー減損監視器によ
り、トナー補充を正確に制御するための補正を実施する
のは困難である。

【０００７】したがって、電子写真式装置におけるプロ
セス制御を実施するためのこれまでの方法においては、
通常、濃度を調整するための要求に応じて、１次帯電ユ
ニット、トナー付着ユニット（バイアス電圧）、および
／あるいは露光ユニットに対する補正が行われていた。
このような装置においては、通常、トナー濃度（ＴＣ）
を固定的に維持するように、トナー補充システムが設計
されている。

【０００８】トナー濃度を固定する方法の欠点は、エイ
ジング、環境、使用率(duty cycle)等がプリント濃度に
与える影響を補償するために、帯電ユニットおよび／あ
るいは露光ユニットに対して要求される累積的な補正量
が過度に大きいことである。

【０００９】また、一方では、トナー補充のみで、すな
わちトナー付着ユニットにおけるトナー濃度を変化させ
て、印刷濃度の調整を試みる幾つかの装置が知られてい
る。

【００１０】印刷濃度を調整するために、トナー濃度の
変化のみを用いる方法の欠点は、トナー濃度を迅速に補
正することができないという点である。トナー濃度の増
加率は、現像剤の全体量および補充率による制限を受け
る。また、トナー濃度の減少率は、画像に対するトナー
の使用率による制限を受け、低密度のトナー被写域に対
して、トナーの使用量は非常に小さく使用率は小さくな
る。また、この方法の他の欠点は、エイジング、環境、
および使用率による影響を完全に補償するためには、非
常に大きなトナー濃度範囲が必要とされることである。
最後に、トナーの急激な付加およびトナーの長期間の保
持は、現像剤の不適切な摩擦帯電あるいは散粉等の問題
を引き起こす傾向がある。

【００１１】トナー濃度を制御する他の方法において
は、トナー付着コントラスト(toningcontrast)（Ｄ／
Ｖ）を一定値となるように調整するために、必要に応じ
てトナー補充が調整されるとともにトナー濃度が変化さ
れる。この方法に対する周知の技術（アメリカ合衆国特
許4,847,659号および4,908,666号）では、Ｄ_maxに応じ
てトナー濃度が制御される。この場合、Ｄ_maxに応じて
Ｖ₀が補正され、Ｄ_maxを目標値に維持するＶ₀目標値が
得られるように、トナー濃度が調整される。Ｄ_maxおよ
びＶ₀が両方とも目標値となっている場合には、比Ｄ_max
／Ｖ₀は固定値となる。しかし、Ｖ_BあるいはＶ_Fが変動
する場合には、実際のトナー付着コントラストは、Ｄ
_max／Ｖ₀とはならない。ここで、Ｖ_Fは露光直後の光導
電体電圧を示すものである。

【００１２】トナー付着コントラストは、一般的に、Ｄ
／（Ｖ_bias−Ｖ_F）として与えられる。さらに、テスト
パッチの測定を基にして、Ｄ／Ｖを監視するのが好適で
ある。この際、テストパッチ上の基準濃度はＤ_maxより
小さくなっている。低濃度のテストパッチは少ないトナ
ーしか使用せず、トナーが受容媒体に転写されない場合
でも、光導電体からのトナーの除去が容易に実施され
る。

【００１３】アメリカ合衆国特許4,875,078号に開示さ
れた１つの実施の形態によれば、一定のトナー濃度を維
持するために、トナー監視器を用いる代わりに、トナー
付着コントラスト（Ｄ／Ｖ）のようなプロセス変数が用
いられる。この方法では、トナー濃度を調整するため
に、急激に調整されるトナー付着コントラスト制御器が
必要とされる。しかし、この場合、トナー付着コントラ
ストを算出するために必要とされる電位計および濃度計
による測定がトナー付着ユニットの下流部にて実施され
るので、トナー付着コントラストは、トナー濃度の遅延
的指標となる。これにより、この方法では、トナー濃度
監視器を用いたシステムと同様の効果的なトナー濃度制
御を実現することはできない。さらに、制御器を急激に
調整することで、使用率および環境による影響に対して
強い反応が生じ、短期間にトナー濃度に急激な変化が生
じることがある。

【００１４】さらに、上記の方法では、トナー濃度の変
化率に関して制限が設けられていないので、この結果、
短期間にトナー濃度に望ましくない急激な変化が生じ、
これにより、不均一な摩擦帯電および散粉が生じる。ま
た、上記のシステムは、現像剤の寿命を延ばすようには
設計されてはいない。

【００１５】上記のいずれの方法を用いても、過度の散
粉およびプリント上での背景トナー粒子の存在により、
結局は、現像剤を早期に交換する必要がある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の記載から明らかな
ように、本発明は、従来技術におけるシステムの上記の
問題点を解決するトナー補充制御装置を提供することで
ある。

【００１７】本発明の第１の特徴によれば、画像が静電
画像支持媒体上に形成され、この画像がトナーとキャリ
ヤ粒子の混合体として形成される現像剤を備えた現像ユ
ニットにより現像される電子写真式装置において、本発
明による装置が提供される。電子写真式装置は、記録媒
体上のトナー付着領域の形成に応じて種々のプロセス制
御パラメータを制御するための装置を有して構成されて
いる。この装置は、トナー付着パラメータの閉ループ制
御に応じてトナー付着パラメータに関連する信号を処理
し、トナー付着パラメータの閉ループ制御に応じて第１
の信号を出力する手段を有する第１のフィードバック制
御手段と、第１のフィードバック制御手段に従属し、ト
ナー濃度の閉ループ制御に応じて、現像ユニットにおけ
るトナー濃度の検出量およびトナー濃度を制御するため
の第１の信号に対して応答する第２のフィードバック制
御手段とを有して構成されている。第２のフィードバッ
ク制御手段においては、現像ユニットへのトナーの補充
を制御し、これによりトナー付着コントラストを制御す
るために、トナー濃度の閉ループ制御に応じて第２の信
号が出力される。

【００１８】本発明の第２の特徴によれば、画像が静電
画像支持媒体上に形成され、この画像がトナーとキャリ
ヤ粒子の混合体として形成される現像剤を備えた現像ユ
ニットにより現像される電子写真プロセスにおいて、本
発明による方法が提供される。本発明による方法は、潜
像を形成する領域に対して記録媒体を露光する工程と、
現像ユニットにおいて画像を現像する工程と、画像の特
性に応じて、トナー付着コントラストパラメータに関連
する信号の閉ループフィードバック制御に応じて画像形
成の際のトナー付着コントラストパラメータを制御する
とともに、トナー付着コントラストパラメータに関連す
る信号の閉ループ制御に応じて第１の信号を出力する工
程と、現像ユニットにおけるトナー濃度を検出する工程
と、現像ユニットにおけるトナー濃度の検出量および第
１の信号に応じて、現像ユニットにおけるトナー濃度を
制御するとともに、トナー濃度に関連する信号の閉ルー
プフィードバック制御に応じて生成された第２の信号を
出力することでトナー付着コントラストを制御する工程
とを有している。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に記載される好適な実施の形
態に関する詳細な説明により、本発明および本発明の種
々の利点が、当業者に明らかになるであろう。

【００２０】本発明の好適な実施の形態に関する以下の
詳細な記載においては、次の図面が参照される。図１
は、本発明の好適な実施の形態に基づいた電子写真式装
置を示す概略的な側面図である。図２は、図１に示され
た論理・制御ユニットを示すブロック図である。図３
は、図１の電子写真式装置において、現像ユニット補充
制御信号を導出する工程を示すブロック図である。図４
および図５は、図１の電子写真式装置において、現像ユ
ニット補充制御信号を導出する工程を示すフローチャー
トである。図６は、図１に示された実施の形態に基づい
たトナー濃度監視器におけるトナー濃度（ＴＣ）と出力
信号との間の関係を示すグラフである。図７は、本発明
の他の実施の形態に基づいたトナー濃度監視器における
トナー濃度と出力信号との間の関係を示す図６と同様の
グラフである。

【００２１】ここに記載される通常形式の装置は周知の
ものであるので、本発明の一部を形成するか、あるいは
本発明に直接的に関連する構成要素を特に対象として、
発明の実施の形態が説明される。

【００２２】説明の理解を容易とするために、項が以下
のように定義される。Ｖ_B ＝現像ユニットのバイアス電圧Ｖ₀ ＝帯電直後の光導電体上の（接地部に対する）
１次電圧；この電圧は、”初期”電圧と称されること
もある。Ｖ_F ＝露光直後の（接地部に対する）光導電体電圧Ｅ₀ ＝プリントヘッドにより発生される光量Ｅ＝光導電体の実際の露光量

【００２３】プリントヘッドにより発生される光量Ｅ₀
で光導電体に光線が照射され、光導電体に対して特定レ
ベルの露光量Ｅが与えられる。通常、発行されている文
献に記載され周知であるように、Ｖ₀，Ｅ₀，およびＶ_B
の値を適宜選択することで、コントラストおよび濃度の
制御が実現される。

【００２４】また、この明細書においては、”トナー付
着コントラスト(toning contrast)”という用語が用い
られている。このトナー付着コントラストは、好ましく
は最大濃度よりも小さい濃度領域に応じた、Ｖ_BとＶ_Fと
の差の絶対値に対する出力濃度Ｄの比として与えられ
る。しかし、本発明では、最大濃度領域の使用も考慮に
入れられている。トナー付着コントラストのより正確な
値は、第１に、測定されたＶ_F値から、電位計による測
定箇所とトナー付着ユニットとの間の”暗失活(dark de
cay)”を表すＤ_d値を引くことで得られる。露光された
光導電性の記録媒体が電位計により測定される時間と、
光導電体がトナー付着ユニットに到達する時間との間に
は、少しの時間遅れが生じるので、トナー付着に対する
Ｖ_F値と測定されたＶ_F値とは同一ではなく、その差異は
暗失活に起因するものであり、暗失活の予想値に対する
近似が行われる。本明細書で通常参照される”トナー付
着コントラスト”という用語は、トナー付着コントラス
トに対して算出された上記の概略的な数値およびより正
確である数値の両方を包含するものである。

【００２５】図１に示される装置１０においては、モー
タ２０により駆動される光導電ベルト１８のような移動
可能な記録媒体が、プリンタに連続的に配置された複数
の動作ユニットを通過する。デジタルコンピュータを備
えた論理・制御ユニット（ＬＣＵ）２４は、動作ユニッ
トを逐次的に駆動するための内蔵プログラムを有してい
る。

【００２６】まず、帯電ユニット２８において、光導電
ベルト１８の表面に対して、所定の１次電圧Ｖ₀の均一
な静電荷が作用され、光導電ベルト１８が感度化され
る。帯電器の出力は、プログラマブル・コントローラ３
０により調節される。そして、例えば、周知の方法であ
る、帯電ワイヤから記録媒体の表面への電荷の移動を制
御するグリッドに対する電位（Ｖ_grid）の制御を通して
１次電圧を調整するために、プログラマブル・コントロ
ーラ３０は、ＬＣＵ２４により制御される。

【００２７】露光ユニット３４においては、複写あるい
はプリントされるドキュメントの潜像を形成するため
に、光導電ベルト上の静電荷が、プリントヘッドから照
射された光線により消散される。プリントヘッドは、Ｌ
ＣＵ２４により制御されるプログラマブル・コントロー
ラ３６により強度が調整され、画素ごとに光導電ベルト
を露光するための発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイある
いは他の光源を有して構成されているのが好適である。
また、このような方法に代えて、ドキュメントあるいは
パッチの画像を光導電体上に光学的に投射することで、
露光が実行される場合もある。さらに、他の方法によれ
ば、針状電極あるいは潜像を形成するための他の周知の
方法を用いることで、静電潜像が形成される。

【００２８】発光ダイオードあるいは他の電気−光学的
露光源が使用されている場合には、コンピュータ、ドキ
ュメントスキャナ、メモリ、データ網等の電子的画像信
号を生成するためのデータ源３６により、画像データが
与えられる。また、データ源および／あるいはＬＣＵか
らの信号により、書込み網等に対する制御信号が与えら
れる。さらに、データ源および／あるいはＬＣＵからの
信号により、画像濃度を制御する際に用いられる参照テ
ーブル（ＬＵＴ）内の露光修正パラメータを確認するた
めの制御信号が、書込みインタフェース３２に対して与
えられる。画像を有するパッチを形成するために、ＬＣ
Ｕには、データ源３６に入力されるパッチを生成するた
めのデータを記憶するＲＯＭメモリが備えられている。
ベルト１８が移動することで、潜像が形成された領域が
現像ユニット３８に到達する。現像ユニットには、ベル
トの移動経路に対して、並行かつ離間して配置された１
つの（カラープリンタの場合には複数の）磁気ブラシが
設けられている。磁気ブラシを備えた現像ユニットは周
知のものであり、例えば、Fritz氏等に付与されたアメ
リカ合衆国特許4,473,029号およびMiskinis氏等に付与
されたアメリカ合衆国特許4,546,060号に開示されてい
る。

【００２９】磁気ブラシをベルトに係合するか、あるい
はベルトから少し離間させるかを選択的に実施するため
に、潜像を有する画像領域の通過に応じて、ＬＣＵ２４
により、現像ユニットが選択的に駆動される。画像パタ
ーンを形成するために、磁気ブラシに付着された帯電ト
ナー粒子が、潜像パターンに応じて引き付けられる。

【００３０】当業者には周知であるように、導電性のア
プリケータシリンダ(applicator cylinder)のような現
像ユニットの導電部分は、電極として機能する。この電
極は、プログラマブルコントローラ４０により調整され
る直流電位Ｖ_Bの可変電源に接続されている。現像ユニ
ットの詳細構造が例として与えられているが、このよう
な詳細構造は本発明の本質的な部分ではない。

【００３１】画像をレシーバ（受容媒体）に転写するた
めに、画像に関して位置決めしてレシーバシートＳが光
導電体に係合するようにしてレシーバシートを移動させ
る周知の転写ユニット４６が設けられている。また、上
記の方法に代えて、画像が転写される中間媒体を設け、
中間媒体からレシーバに画像を転写することも可能であ
る。また、他の画像を形成するようにベルト表面を再使
用するために、ベルト１８からトナーを除去するクリー
ニングユニット４８が、転写ユニットに続いて設置され
ている。トナーによる画像を保持するために、ベルトに
代えて、ドラム状の光導電体あるいは他の構造の光導電
体を使用することが可能である。そして、レシーバシー
トに未定着のトナー画像が転写された後に、レシーバシ
ートは溶融ユニット４９へ移送され、ここで画像が定着
される。

【００３２】既に周知であるように、ＬＣＵにより、個
々の装置およびこれら装置に関する種々のサブシステム
に対する全体的な制御が実行される。市販のマイクロプ
ロセッサに対するプログラミングは、この分野における
通常の技術力を有する者により実施可能であると理解さ
れる。以下の説明は、この分野において通常の技術力を
有するプログラマが、上記のマイクロプロセッサに対し
て適切な制御プログラムを生成できるように記載されて
いる。また、マイクロプロセッサのみを使用するのに代
えて、ここに記載される論理的動作は、専用あるいはプ
ログラマブルな論理デバイスを用いるか、あるいはマイ
クロプロセッサに論理デバイスを組み合わせることで実
現することが可能である。

【００３３】図２は、通常のＬＣＵ２４を示すブロック
図である。ＬＣＵは、一時的データ記憶メモリ５２、中
央処理装置５４、タイミングおよびサイクル制御ユニッ
ト５６、および内蔵プログラム制御器５８を有して構成
されている。プログラム制御器により、あるいはプログ
ラム制御器を通して、データ入力およびデータ出力が逐
次的に実行される。入力データは、入力信号バッファ６
０を通して入力データプロセッサ６２へ送られるか、あ
るいは割り込み信号プロセッサ６４を通して送られる。
入力信号は、装置１０の一部である種々のスイッチ、セ
ンサ、およびアナログ−デジタル変換器から送られる場
合もあれば、装置１０外のデータ源から送られる場合も
ある。

【００３４】出力データおよび制御信号は、直接的に、
あるいは制御ラッチ６６を介して、出力ドライバ６８へ
送られる。そして、この出力ドライバは、適切な複数の
サブシステムに接続されている。通常のプロセス制御に
おいては、種々のセンサが用いられ、これにより、電子
写真プロセスがリアルタイムで制御され、ユーザの知覚
に対して”定常的”な質の画像出力が得られる。

【００３５】上記のようなセンサのなかの１つとして濃
度計７６が設けられており、この分野で周知であるよう
に、濃度計により、光導電ベルト１８の非画像領域にお
いてテストパッチの現像状態が監視される。濃度計は、
ベルト上のトナーが付着されたパッチの透過率および反
射率の維持を保証することを意図して設けられている。
濃度計は、ベルトを透過するかあるいはベルトから反射
してフォトダイオードへ到達する光線を照射する赤外線
ＬＥＤを有して構成されることもある。そして、フォト
ダイオードは、受容された光線量に比例した電圧を発生
する。この電圧は、トナーが付着されないパッチの透過
率あるいは反射率に応じて発生された電圧と比較され、
これにより、付着トナー濃度の推定値を表す信号が出力
される。この信号Ｄ_outは、Ｖ₀，Ｅ₀，および／あるい
はＶ_Bを調整するために用いられ、また、後に説明され
るように、Ｄ_outは、現像剤内のトナー粒子の適正な濃
度を維持するのを支援するために用いられる。

【００３６】好適な実施の形態においては、測定された
パッチの濃度における短期間の変化を検出するために、
濃度信号が用いられ、これにより、１次電圧Ｖ₀，Ｅ₀，
および／あるいはＶ_Bが制御される。このような制御を
実現するために、Ｄ_outが設定濃度値あるいは設定濃度
信号Ｄ（ＳＰ）と比較され、そして、Ｄ_outとＤ（Ｓ
Ｐ）との間の差異をもとにして、ＬＣＵにより、帯電ユ
ニット２８におけるＶ_gridの設定が変更されるか、露光
時間あるいは画素を記録するための光線強度の変更を通
して露光工程が調整されるか、および／あるいは現像ユ
ニットにおける電位Ｖ_Bが変更される。このような変更
は、例えば参照テーブルのような、ＬＣＵメモリ内に記
憶された数値に基づいて実施される。

【００３７】本発明によれば、トナー付着コントラスト
における長期間の変化は、トナー濃度制御器５７におけ
るトナー濃度設定値を調整することで補償される。ま
た、このトナー濃度制御器では、短期間のトナー補充率
が調整される。現像ユニットあるいはトナー付着ユニッ
ト３８で使用される２成分現像剤に関しては、使用に応
じてトナーが減損するのに対して磁化されたキャリヤ粒
子がそのまま残されるので、現像ユニット内のトナー濃
度が変化することになる。現像ユニットへのトナーの補
充は、トナー源とトナーを現像ユニットへ移送するため
のトナーオーガ(toner auger)とを有して構成されるト
ナー補充装置３９により実施される。また、トナーオー
ガを駆動するために、補充モータ４１が設けられてい
る。そして、補充モータ制御回路４３により、モータが
動作する時間およびトナーオーガの速度が制御され、こ
れにより、トナー補充が実施される時間およびトナーの
供給速度が制御される。通常、補充モータ制御回路４３
は、補充モータ制御回路４３に入力されるトナー補充信
号ＴＲにより制御される調整可能な種々の使用率で動作
する。通常、トナー濃度検出器によりトナー濃度が設定
値より小さくなっていることが検出されるのに応じて、
信号ＴＲが発生される。例えば、トナー濃度監視器のプ
ローブ（測定子）としては、現像ユニット内あるいは現
像ユニット近傍に設置された変換器が用いられ、これに
よりトナー濃度に関連する信号が出力される。この信号
はトナー濃度監視器に入力され、通常のトナー濃度監視
器においては、トナー濃度に応じて電圧信号Ｖ_MONが発
生される。この電圧信号Ｖ_MONとトナー濃度との間に
は、（図７に示されるような）所定の関係が成立する。
そして、電圧Ｖ_MONは、例えば１０％である望ましいト
ナー濃度に対する予測値である例えば２．５ボルトの固
定電圧と比較される。この固定電圧に対するＶ_MONの差
は、トナー補充率あるいはトナー補充信号ＴＲを補正す
るために使用される。日立金属（株）により製造された
トナー濃度監視器のような調整可能型のトナー濃度監視
器においては、トナー濃度とＶ_MONとの間の所定の関係
が、与えられた範囲から選択可能となっている。図６に
示されるように、トナー濃度とＶ_MONとの間の特定のパ
ラメトリックな関係が、トナー濃度設定値信号ＴＣ（Ｓ
Ｐ）を表す電圧入力に基づいて選択される。これによ
り、ＴＣ（ＳＰ）を変えることで、トナー濃度監視器に
より検出されるトナー濃度における変化に対するシステ
ムの反応の程度が変えられ、補充率に影響を与えること
が可能となる。本発明に基づいた信号ＴＣ（ＳＰ）の生
成、およびこれがトナー補充に与える影響の程度が以下
に記載される。

【００３８】図１および図３、および図４および図５の
フローチャートに示されるように、ＬＣＵは定期的にパ
ッチ生成モードに入るようにプログラムされており、こ
のモードにおいては、好ましくはフレーム内の領域でウ
ェブ上において露光およびトナー付着による現像が実施
され、所定の基準濃度のパッチが形成される。パッチが
露光された後に、現像前のパッチの露光領域上に保持さ
れた電荷量が電位計５０により測定され、この電位計５
０により、信号Ｖ_Fあるいは既に述べたように信号Ｖ_F
−Ｄ_dが発生される。そして、パッチの現像後に、パッ
チの濃度（好ましくは透過濃度）Ｄ_outが測定され、既
に記載されたようにこの数値がＶ₀，Ｖ_B等を補正するた
めに使用される。また、Ｄ_outは、パッチ生成に関する
トナー付着コントラスト値（Ｄ／Ｖ）を決定するために
も用いられる。この際、ウェブを通しての光線の通過に
より導かれる測定値Ｄ_outは、Ｄ_outを測定するために用
いられる光線の透過損失に対して補正される。通常、Ｄ
／Ｖ値は、Ｄ_out／｜Ｖ_B−Ｖ_F｜として算出される。
より正確なＤ／Ｖ値は、暗失活を考慮に入れて算出され
る。したがって、暗失活を考慮に入れた場合、Ｄ／Ｖ＝
Ｄ_out／｜Ｖ_B−（Ｖ_F−Ｄ_d）｜により算出される。そ
れぞれのパッチに関して、パッチの異なる部分における
読み取り値に基づいて幾つかのトナー付着コントラスト
値が発生されるから、これらの数値を表す信号が、低域
通過フィルタ５１を通過する前に平均化されることもあ
る。フィルタ５１は、下記の関係式に基づいて、現在の
パッチに対するトナー付着コントラスト信号に作用し、
フィルタリングされた値（Ｄ／Ｖ）_n を出力する。（Ｄ／Ｖ）_n ＝ β（Ｄ／Ｖ）_n-1 ＋（１−β）（Ｄ／
Ｖ）_n ここで、（Ｄ／Ｖ）_n-1 は、１つ前のパッチに対するト
ナー付着コントラスト値のフィルタリングされた値を示
し、（Ｄ／Ｖ）_nは、パッチに対する平均値であるのが
好適である現在のパッチに対して算出されたトナー付着
コントラスト値を示す。βは、０と１との間において設
定された定数である。通常、大きなプロセスノイズある
いは測定ノイズが、トナー付着コントラストの算出にお
いて悪影響を及ぼす場合には、βは１に近くなる。Ｄ／
Ｖの初期計算に対しては、β＝０となる。

【００３９】フィルタ５１からは、トナー付着コントラ
スト値Ｄ／Ｖのフィルタリングされた値を表す信号が出
力され、そして、このフィルタリングされた値が、実験
的に決定されたトナー付着コントラスト設定値Ｄ／Ｖ
（ＳＰ）と比較される。設定値Ｄ／Ｖ（ＳＰ）は、定数
である場合もあれば、現像剤のエイジングおよび／ある
いは相対湿度（ＲＨ）に伴って変化する値であることも
ある。設定値Ｄ／Ｖ（ＳＰ）が変更される場合には、現
像剤のエイジングあるいはＲＨに関連するパラメータに
応じてＤ／Ｖ（ＳＰ）を変更するために、ＬＣＵにより
参照テーブルが参照される。２つのＤ／Ｖ値間の差異に
より誤差Ｅが導かれ、積分制御器あるいは積分制御器と
同様に機能する積分制御アルゴリズムを用いることで、
この誤差が時間に対して累積される。積分制御器は、入
力される信号に対する出力応答が比較的遅くなるように
設定されている。そして、誤差信号Ｅを発生させるため
の比較器５３ａと、積分制御器５３ｂとから、トナー補
充信号を発生させるための２段階のカスケード制御（継
続制御）における第１段階の制御部が形成されている。
そして、第１段階の制御部５３では、トナー濃度設定値
ＴＣ（ＳＰ）を表す信号が出力され、この信号が、図６
と同様の特性を有する型のトナー濃度監視器に対する入
力として与えられる。

【００４０】上記の工程を明確にするために、パッチの
露光に始まり、パッチに対する電位計および濃度計の測
定値に応じたＴＣ（ＳＰ）における補正を通して継続さ
れる計算例が、以下に示される。まず、ＬＣＵ内のスケ
ジュールに応じて、パッチが定期的に露光される。パッ
チに対するスケジュールは、固定的なプリント間隔とし
て与えられる場合もあれば、その前の装置の休止／稼働
履歴に応じた可変的なプリント間隔として与えられる場
合もある。長い休止の後の始動期間においては、パッチ
に対して短い間隔で書き込みが行われ、この結果、トナ
ー付着コントラストのような画像形成特性が急激に変化
する傾向がある時期である始動期間等において、より頻
繁にパッチの測定が実施される。急激に変化する画像形
成特性を正確に補償するための要求に応じて、Ｖ₀，
Ｖ_B，およびＥ等に関する頻繁なプロセス補正が頻繁な
測定に基づいて実施される。パッチは露光された後に、
信号Ｖ_Fを発生する電位計５０を通過する。ここで、ベ
ルト１８上の表面電位を表す信号Ｖ_Fが例えば２００ボ
ルトであると仮定する。この際、この電圧値が特定のパ
ッチに対する複数の読み取り値の平均値として与えられ
ることに留意する必要がある。そして、電位計からトナ
ー付着ユニットへの移動時間に生じる基準暗失活Ｄ
_dは、あらかじめ例えば５．０ボルトに定められてお
り、この値がＬＣＵに記憶されている。したがって、こ
の例においては、パッチがトナー付着領域に到達した際
のパッチの表面電位は、１９５（２００−５）ボルトで
あると推定される。そして、電位計による測定が行われ
た後、現像ユニットにより、パッチにトナーが付着され
る。この例においては、現像ユニットにおけるバイアス
電圧がＶ_B＝４００ボルトであると仮定する。そして、
トナー付着が終了した後に、パッチは濃度計７６を通過
する。トナーが付着されたパッチに対する透過濃度計の
グロス（総計）の読み取り値は、例えば４．０ボルトと
なる。さらに、トナーが付着されていない状態における
ベルトのこの領域に対する濃度計の読み取り値が、予め
測定されて１．０ボルトであると仮定する。そして、こ
の値がＬＣＵ内に記憶されている。これにより、パッチ
のネット（正味）のトナー濃度は、３．０（４．０−
１．０）ボルトと算出される。そして、このパッチに対
するトナー付着コントラストＤ／Ｖは、 3.0/(400-(200-5)) = 3.0/205 = 0.0146 と算出される。

【００４１】ランダムな測定ノイズによる影響を平滑化
するために、Ｄ／Ｖ値が低域通過フィルタ計算部に入力
として与えられ、これにより、Ｄ／Ｖで示されるＤ／Ｖ
に対するフィルタリングされた計算値が算出される。前
回の計算値Ｄ／Ｖあるいは（Ｄ／Ｖ）_n-1 が0.0150であ
ったと仮定し、フィルタ係数がβ＝0.75であるとする
と、フィルタリングされた新しい値は以下のように算出
される。Ｄ／Ｖ＝ 0.75*0.0150+(1-0.75)*0.0146 ＝ 0.0149 ここで、Ｄ／Ｖに対する望ましい値が、Ｄ／Ｖ（ＳＰ）
＝0.0145であると仮定する。この際、誤差は、Ｅ＝0.01
45-0.0149＝-0.0004 と算出される。この負の誤差は、
現在のＤ／Ｖ値が、（長期間のエイジングあるいは他の
短期間的効果により）少し高くなっていることを示すも
のである。

【００４２】この誤差Ｅは、ＴＣ（ＳＰ）の補正値を算
出する積分型の”マスター”制御器５３ｂへ入力として
与えられる。計算工程の簡略化のために、積分型の制御
器は以下の式に基づいて動作するものとする。ＴＣ（ＳＰ）_n ＝ＴＣ（ＳＰ）_n-1＋Ｋ₁Ｅ_n ここで、ＴＣ（ＳＰ）の前回の値が１０％であり、ゲイ
ン定数がＫ₁＝２．０であると仮定する。新しいＴＣ
（ＳＰ）あるいはＴＣ（ＳＰ）_nは、ＴＣ（ＳＰ）_n ＝１０＋２．０＊(-0.0004) ＝ 9.9992 として算出される。Ｋ₁値は小さいので、通常の誤差値
Ｅに対する個々の補正Ｋ₁＊Ｅは小さい。そして、環境
および使用率における短期間的変化に対する累積的補正
量は小さくなる。しかし、現像剤にエイジングによる効
果が作用するのに応じて、長期間の累積的変化は大きく
なる（数％のトナー濃度まで）。Ｋ₁として与えられる
数値は、補正の頻度（パッチの測定頻度）に応じて決定
される。上記の例においては、ＴＣ（ＳＰ）の補正は、
Ｋ₁＊Ｅ＝-0.0008％トナー濃度である。このような１回
の補正は、ＴＣ（ＳＰ）において大きな変化を与えるも
のでない。しかし、ここで、平均して、誤差値Ｅ＝-0.0
004が数日すなわち1000パッチにわたって維持され続け
たと仮定する。平均的なパッチ測定の頻度が、１００プ
リントに対して１パッチの割合である場合には、1000パ
ッチの測定回数は、100,000回のプリント回数に対応す
るものである。個々の補正は小さいものであるが、長期
間にわたる変化は大きなものとなり、累積的な補正量
は、−０．８％トナー濃度となる。そして、この累積的
補正により、エイジングによる影響が補償される。

【００４３】トナー濃度監視器５７ｃのプローブ５７ｄ
からトナー濃度監視器へ入力される信号と、トナー濃度
監視器からの出力信号Ｖ_MONとの間に所定の関係を確立
するために用いられる図６の直線あるいは曲線を決定す
るために、上記の信号ＴＣ（ＳＰ）が用いられる。図６
には３つの直線しか図示されていないが、実際には、よ
り多くの直線あるいはこのような直線の連続系が与えら
れていることが解されるであろう。補充に対してのトナ
ー使用量のプリントごとの変化は、トナー濃度を急激に
変化させ、これにより、Ｖ_MON信号において急激な変化
が生じる。比較器５７ｂにおいて、信号Ｖ_MONは例えば
２．５ボルトである定電圧と比較され、これらの間の差
異信号Δが、比例プラス積分（Ｐ＋Ｉ(proportional pl
us inte-gral)）型の制御器５７ａあるいはこの制御器
と同様に機能するアルゴリズムに対して、入力として与
えられる。このＰ＋Ｉ型制御器は、入力信号Δに対して
比較的速い応答をするように調整されている。Ｖ_MONと
同様に、トナー使用量のプリントごとの変化に応じて、
Δは急激に変化する。Ｐ＋Ｉ型制御器５７ａからの出力
は、予備的トナー補充信号ＴＲ_pを表す。この信号ＴＲ_p
は、画素カウントに基づいたトナー使用に関する補正を
与える信号を用いて修正される。露光システムは、光導
電ベルトの電気−光学的露光に基づいているので、この
システムが放電エリア現像プロセスを用いていると仮定
すると、トナーの使用量は露光された画素数に関連す
る。電気−光学的露光源が、画素に対してグレイレベル
あるいは複数ビットの階調を有している場合には、カウ
ント信号により、グレイレベルの露光に関する累積記録
が与えられ、トナー使用量に関連する数値を得るため
に、カウント数が重み付けられる。トナー補充信号を修
正するために画素数をカウントすることは、上記に記載
されるように用いられ、本発明の方法および装置に対し
て選択的に与えられるものである。トナー濃度監視器、
比較器５７ｂ、Ｐ＋Ｉ型制御器５７ａ、および画素カウ
ント修正器５７ｄにより、２段階のカスケードフィード
バック制御システムにおいてトナー補充信号ＴＲを発生
するために使用される第２段階の制御部あるいはスレー
ブ制御部が構成される。計算を簡略化するために、Ｐ＋
Ｉ制御器は、以下の式に基づいて動作する。ＴＲ_pn ＝ＴＲ_p(n-1)＋Ｋ₂（Δ_n−Δ_(n-1)）＋Ｋ₃Δ_n ここで、ＴＲ_pnは今回算出される予備的トナー補充信号
を示し、ＴＲ_p(n-1)は前回算出された予備的トナー補充
信号を示し、Δ_nは今回のＶ_MONと2.5との差異を示し、
Δ_(n-1)は前回算出されたＶ_MONと2.5との差異を示し、
Ｋ₂およびＫ₃は定数を示す。

【００４４】Ｋ₂およびＫ₃の最適値は、トナー濃度監視
器の感度Ｓおよび補充器のゲインＧに応じて決定され、
これらの値は、以下に記載される方法により確定され
る。与えられたシステムにおいて、最適なトナー濃度制
御を実現するためには、全体的なゲイン積Ｋ₂ＳＧおよ
びＫ₃ＳＧが実験あるいはシミュレーション的方法を用
いて決定された所定の最適値となるように、Ｋ₂および
Ｋ₃が決定される。

【００４５】本発明による方法および装置は、図７に示
されたような特性を有する、すなわちＶ_MONとＴＣとの
間に固定的な関係が与えられる型のトナー濃度監視器に
対しても使用することが可能である。このようなトナー
濃度監視器が使用されている場合には、Ｄ／Ｖマスター
制御器５３からの出力信号ＴＣ（ＳＰ）が、２．５ボル
トの定電圧信号の代わりに、比較器５７ｂの一方の入力
部に入力され、これにより、ＴＣ（ＳＰ）がＶ_MONと比
較され、信号Δが出力される。

【００４６】上記のように、本発明により、トナー補充
信号を生成するための２段階のカスケードフィードバッ
ク制御システムが提供される。このシステムのマスター
部分は、トナー付着コントラスト値のフィードバック制
御器であり、この制御器は、トナー付着コントラスト値
の設定値からの差異に基づいて動作し、トナー濃度設定
値信号を出力する。２段階のカスケードフィードバック
制御システムの第２の部分あるいはスレーブ部分では、
トナー濃度測定値がフィードバックされ、トナー補充信
号が発生される。このスレーブフィードバック制御器で
は、マスターのトナー付着コントラスト制御器５３の出
力およびトナー濃度のフィードバック信号に応答して、
トナー補充信号が出力される。

【００４７】上記のように、従来の技術に関して記載さ
れた問題点を解決する新規の制御システムが提供され
る。そして、この制御システムは、専用のハードウエア
および／あるいは適切にプログラムされたコンピュータ
あるいはマイクロコンピュータにより実現可能である。

【００４８】上記のように、トナー付着コントラスト
（Ｄ／Ｖ）を制御するためのプロセス制御を行う新しい
方法および装置が提供される。定期的に、プロセス制御
パッチが露光され、そしてパッチにトナーが付着され、
これにより、装置内に設置された電位計および透過濃度
計により、それぞれＶ_FおよびＤ_outが読み出される。そ
して、既知のＶ_Bを基にして、装置のＬＣＵ内でＤ／Ｖ
値が算出され、これがＤ／Ｖに対する望ましい値と比較
される。ＴＣとＤ／Ｖとの間には直接的な関係があるの
で、Ｄ／Ｖにおける誤差を基にして、補充アルゴリズム
におけるトナー濃度設定値が補正される。しかし、トナ
ー濃度設定値の補正率には制限が設けられているので、
現像剤のエイジングに伴ったトナー濃度の変化は非常に
緩やかなものとなる。補正率に制限があるために、トナ
ー濃度は、環境あるいは使用率における比較的短期間の
変動に対して急激に変化することがない。むしろ、プリ
ント濃度における短期間の変動は、例えば帯電ユニット
および／あるいは露光ユニットに対する直接的な補正に
より補償され、一方、長期間の変動は、トナー濃度の緩
やかな補正により補償される。

【００４９】Ｄ／Ｖを基にした上記の制御方法では、プ
ロセス制御補正の負荷が分散されるので、１つのパラメ
ータが大きく補正された際に生じるような問題を回避す
ることができるという利点を有している。そして、短期
間的影響は、帯電ユニット、および／あるいは露光ユニ
ットおよびトナー付着ユニット（バイアス電圧Ｖ_B）に
おける補正により、即座に補償される。そして、現像剤
のエイジングに起因する長期間的影響は、Ｄ／Ｖを制御
することで補償される。使用年数に伴って、現像剤の電
荷−質量比（Ｑ／Ｍ）は減少し、トナー付着コントラス
ト（Ｄ／Ｖ）は増加する傾向がある。このようなエイジ
ングによる効果を補償するために、短期間的変動を除い
て、トナー濃度が徐々に減少され、Ｄ／Ｖが一定に維持
される。このような方法を用いることで、トナー濃度を
急激に変化させるために必要となる大量のトナー補充が
実施されることがないので、現像剤の摩擦電気が一定に
維持され、散粉が最小化される。

【００５０】さらに、本発明の他の利点は、トナー濃度
が徐々に減少するので、使用年数に伴ったＱ／Ｍの減少
が緩やかになるかあるいは遅れる傾向があり、長期間に
わたって、散粉および背景トナー粒子の存在が充分に低
く抑えられる。通常、２成分の現像剤は、キャリヤ粒子
の摩擦帯電能力に関してエイジングによる影響を受け
る。すなわち、使用年数に伴って、帯電率および平衡帯
電レベルが低下する。通常、この低下に関しては、トナ
ー材料を伴ったキャリヤ粒子表面のスカミング(scummin
g)が物理的原因となっている。また、トナー濃度が減少
すると、帯電率が増加し、エイジング効果が補償され
る。それゆえ、現像剤の使用期間を通してトナー濃度が
固定されて装置が動作する場合と比較して、かなり後ま
で現像剤を交換する必要がなくなる。

【００５１】図６および図７に示されるＴＣとＶ_MONと
の間のパラメトリックな関係は、製造者の有するデータ
あるいは通常のトナー監視器を用いた際の経験に基づい
た標準的な仮定をもとに定められている。さらに、トナ
ー濃度監視器の感度および補充器のゲインにおける不正
確さを低減させることで、良好なトナー濃度制御を実現
することが可能となる。補充器のゲインは、トナーオー
ガの供給制御に関連し、トナーオーガの動作時にユニッ
トあたりで供給されるトナーの重量に関連する。改善さ
れた方法によれば、現像ユニットには既知の重量の新し
い現像剤が供給され、トナー濃度の割合（パーセント）
も既知となる。初期のトナー濃度は、望ましいＴＣ
（ＳＰ）値と同じになるように設定されるのが好適であ
る。トナー濃度監視器のプローブは、通常の使用位置に
おいては、現像ユニット内あるいは現像ユニット上に設
置される。装置の論理制御部により、監視器の初期の出
力電圧Ｖ_MONが記録される。そして、基準濃度Ｄ_maxおよ
び階調を実現するように複写機あるいはプリンタが設定
されているのを確認するために、通常の方法により、画
像形成がチェックされる。この後、第１の較正工程が実
行され、これにより、現像ユニットから所定重量のトナ
ーが減損される。この較正工程では、プリントあたり既
知のトナー量が使用される基準プリントが所定枚数だけ
生成され、これにより、現像ユニットから既知の重量の
トナーが使用され、既知の割合（パーセント）だけトナ
ー濃度が低減される。この第１の較正工程が実施されて
いる間においては、トナーの補充は実行されない。そし
て、第１の較正工程の開始時と終了時との間の監視器の
出力電圧Ｖ_MONにおける差異が、装置の論理制御部によ
り記録される。そして、論理制御部により、トナー濃度
のパーセントあたりの変化に対する監視器の感度がボル
トを単位として算出される。

【００５２】補充器のゲインは、監視器の感度を決定す
るために用いられた第１の較正工程の直後に続く第２の
較正工程において較正される。この際、画像にトナーを
付着することなく、補充器３９が駆動される。そして、
その後すぐに、トナーがトナー付着ユニットに供給さ
れ、現像剤に一様に混合される。トナー濃度が上昇する
のに応じて、監視器の出力電圧Ｖ_MONは変化する。Ｖ_MON
が第１の較正工程の開始時において記録された値に到達
した際には、トナー濃度が再び初期の基準値の戻ってい
る。使用される（そして、その後補充される）トナー量
およびその結果として生じるトナー濃度の変化は、基準
プリントの数に応じて予め定められている。そして、補
充器の総動作時間で割ったトナー濃度の変化として与え
られる補充器のゲインＧが、装置の論理制御部により算
出される。この補充器のゲインＧは、上記のフィードバ
ックシステムの全体的ゲイン積を決定する際に使用でき
るように記憶される。

【００５３】好適な実施の形態を特に参照して、本発明
が詳細に説明されたが、本発明の範囲内において種々の
変形および修正形態を実現可能であることが解されるで
あろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施の形態に基づいた電子写真
式装置を示す概略的な側面図である。

【図２】図１に示された論理・制御ユニットを示すブロ
ック図である。

【図３】図１の電子写真式装置において、現像ユニット
補充制御信号を導出する工程を示すブロック図である。

【図４】図１の電子写真式装置において、現像ユニット
補充制御信号を導出する工程を示すフローチャートであ
る。

【図５】図１の電子写真式装置において、現像ユニット
補充制御信号を導出する工程を示すフローチャートであ
る。

【図６】図１に示された実施の形態に基づいたトナー濃
度監視器におけるトナー濃度（ＴＣ）と出力信号との間
の関係を示すグラフである。

【図７】本発明の他の実施の形態に基づいたトナー濃度
監視器におけるトナー濃度と出力信号との間の関係を示
す図６と同様のグラフである。

【符号の説明】

３８現像ユニット５３第１のフィードバック制御手段５７第２のフィードバック制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電画像支持媒体上に画像が形成され、
トナーとキャリヤ粒子とを混合して形成される現像剤を
有する現像ユニットにより前記画像が現像される電子写
真式装置において使用され、前記静電画像支持媒体上に
おけるトナー付着領域の形成に応じて、種々の工程制御
パラメータを制御する装置であって、トナー付着コントラストパラメータの閉ループ制御に応
じて、前記トナー付着コントラストパラメータに関連す
る信号処理を実施するために設けられ、前記トナー付着
コントラストパラメータの閉ループ制御に応じて、第１
の信号を出力する手段を有する第１のフィードバック制
御手段と、前記第１のフィードバック制御手段に従属し、トナー濃
度の閉ループ制御に基づいて、前記現像ユニットにおけ
るトナー濃度の検出量およびトナー濃度を制御するため
の前記第１の信号に応答する第２のフィードバック制御
手段とを有して構成され、前記現像ユニットへのトナーの補充を制御し、これによ
り、トナー付着コントラストを制御するために、トナー
濃度の閉ループ制御に応じて、前記第２のフィードバッ
ク制御手段から第２の信号が出力されることを特徴とす
る制御装置。