JPH09185239A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感光体にレーザ光を照射して形成した静電潜
像を、トナーとキャリアからなる二成分現像剤によって
顕像化し、これを記録紙に転写する電子写真式画像形成
装置において、トナー濃度検出センサを使用することな
くトナー濃度を均一に保持する手段をもった画像形成装
置を提供する。 【解決手段】 感光体の最大書き込み幅領域をＮ個に分
割し、各分割区域におけるレーザ光照射ドット数を計数
すると共に、現像剤の搬送移動速度と、１ドット当たり
のトナーの消費量とから、単位時間当たりのトナー消費
量を計算し、その計算結果に基づいて、トナーの保有量
を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真式の画像像
形成装置に関し、詳細には、トナーとキャリアとから成
る二成分系現像剤を使用する作像装置において、トナー
センサを使用することなくトナー濃度を一定に保つ手段
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンタあるいはファクシミリ
装置等の画像形成装置における画像形成方式には、種々
のものが知られているが、画像品質や記録紙に形成した
画像の経年劣化が少ないことから、近年は専ら電子写真
方式の画像形成装置が採用されるようになった。電子写
真方式の画像形成装置は、トナーとキャリアとの二成分
の現像剤を用いて、感光体面に形成された電子的潜像に
トナーを吸着させることによって顕像化すると共に、こ
のトナー可視化像を記録紙に転写、定着させるものであ
る。この際、上記現像剤のうちトナーは画像形成に伴っ
て記録紙に転写され消費されることから、定期的にある
いはトナーが所定量以下に減少したときに、適宜補給す
る必要がある。更に、供給されたトナーは上記キャリア
と均一に混合された上で、感光体面に運ばれるように構
成されており、トナー濃度が不均一であると、記録紙に
転写した画像濃度に斑を生じ、画質が著しく劣化する。
この種の画像形成装置では、一般に、現像装置中に、感
光体に近接して作像ユニットが備えられ、この作像ユニ
ットに上記トナーとキャリアとを撹袢混合するための機
構が設けられている。また、画像品質を一定に保つため
には、上記二つの現像剤が所要の濃度で均一に混合され
る必要があり、しかも、感光体面の前面に亙って均一濃
度としなければならない。従来、トナーとキャリアとの
混合比率、即ちトナー濃度を均一に保ために、現像装置
のトナー撹袢部及び感光体近傍各所にトナー濃度センサ
を配置し、各センサ出力を監視しながら、トナーの補給
量を制御していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の画像形成装置におけるトナー供給量制御
手段では、次のような諸問題があった。即ち、多数のト
ナー濃度センサを配置する必要があることから部品点数
が増大し、装置の大型化とコストアップを招く。また、
トナーセンサによる濃度検出手段では、センサ近傍の濃
度のみが検出されることから、正確な濃度検出が困難で
あった。更に、広い範囲に分散するトナーセンサ近傍の
全てに、補給したトナーが行き渡るまでには時間を要す
る関係上、トナー補給過多となるのを防止するために
は、断続的に少しづつトナーを補給しつつ撹袢し、各部
のトナーセンサ出力に基づいて、その後の補給量決定す
るという、複雑な制御を行う必要があった。従って、一
般に、このような補給制御手段では、トナー補給時にあ
る程度の濃度変動を回避することが不可能であり、従
来、いかにしてその変動を少なくするかが最大の課題で
あった。特に、一旦感光体面に付着したトナーをクリー
ニング手段によって回収し、再利用する手段を備えた画
像形成装置においては、上記制御が更に複雑となり、濃
度変動に伴う画像品質劣化が避けられなかった。本発明
は上述したような従来の画像形成装置のトナー濃度制御
に関する問題点を解決するためになされたものであっ
て、多くのトナーセンサの配置を不要とすることによっ
て、装置の小型化とコスト低減を可能とし、しかも、リ
サイクルトナー分の補給を考慮することによて、トナー
濃度変動の少ない画像形成装置を提供することを目的と
している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の画像形成装置においては、請求項１の発明
は、感光体にレーザ光をドット単位で照射して形成した
静電潜像をトナーとキャリアからなる二成分現像剤によ
って顕像化し、これを記録紙に転写する電子写真式画像
形成装置において、現像剤を撹袢しながら感光体に搬送
する手段と、感光体の書き込み領域を所要数に分割する
と共に、各分割領域毎のレーザ照射ドット数を計数する
手段と、計数したドット数を書き込み領域全体のドット
数を積算する手段と、１ドット当たりのトナー消費量を
記憶しておく手段と、上記現像剤の搬送移動速度と上記
記憶した１ドット当たりのトナー消費量及び上記積算結
果とからトナー消費量を推算する手段と、この推算した
トナー量に基づいて決定した量のトナーを補給する手段
とを備えたことを特徴とする。請求項２の発明は、上記
画像装置が、感光体に残存するトナーを回収し再び現像
剤としてリサイクルする手段を備えた電子写真式画像形
成装置である場合において、現像剤を撹袢しながら感光
体に搬送する手段と、感光体の書き込み領域を所要数に
分割すると共に各分割領域毎のレーザ照射ドット数を計
数する手段と、計数したドット数を書き込み領域全体の
ドット数を積算する手段と、１ドット当たりのトナー消
費量を記憶しておく手段と、上記現像剤の搬送移動速度
と上記記憶した１ドット当たりのトナー消費量及び上記
積算結果とからトナー消費量を推算する手段と、感光体
の書き込み領域のドット数を所定時間計数し単位時間当
たりの平均的ドット数を算出する手段と、この平均ドッ
ト数と１ドット当たりトナーのリサイクル量とから単位
時間当たりのトナーのリサイクル量を推算する手段と、
上記推算したトナー消費量から上記トナーのリサイクル
量を減算した結果に基づいて決定した量のトナーを補給
する手段とを備えたことを特徴とする。請求項３の発明
は、上記第１または第２の手段において、湿度検出手段
と、湿度と１ドット当たりのトナー消費量との関係を記
憶した手段と、使用時の湿度と上記記憶した湿度とトナ
ー消費量との関係から、補給するトナー量を補正する手
段を備えたことを特徴とする。

【０００５】本発明は上記のように構成したので、請求
項１の発明では、実際に消費したトナー量が推算される
から、消費した分量のトナー補給が可能となり、常に一
定のトナー濃度を保ことができる。請求項２の発明で
は、感光体から回収したリサイクルトナーを加味して補
給トナー量を推算するように構成したので、感光体に残
留したトナーを再利用するタイプの画像形成装置におい
ても、トナーの過剰供給を防止し、同様にトナー濃度を
一定に保つことが可能となる。請求項３の発明では、湿
度センサと、湿度とトナー消費量の関係を記憶した手段
と、環境湿度に応じて、トナー消費量算出値を補正する
ように構成するので、湿度変動を加味してトナー補給量
を決定することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した本発明の形態
例によって、本発明を詳細に説明する。図３は本発明を
適用する画像装置の作像ユニットの一例を示す断面構成
図であり、図４はその斜視外観図である。この作像ユニ
ット１は図示を省略した画像形成装置本体に、図４の矢
印Ａ方向に着脱可能に装着されるもので、画像形成装置
に装着されると、トナー補給ボトル２が近接配置した状
態となる。画像形成装置は例えばプリンタ、ファクシミ
リ、複写機あるいはそれらの複合機等である。この例に
示す作像ユニット１は、図３及び図４に示すように、ユ
ニットケース３と、後述するようにこれに組み込まれた
各種の機能ブロックを備えている。ユニットケース３
は、ケース本体４とその上部に取り付けられたケースカ
バー５と、現像ケースカバー６と、同じく現像ケースの
上カバー７とを備え、上記現像ケースカバー６には開口
部８が設けられており、この開口部８は、図４において
は図示を省略したが、図３に示した現像カートリッジ９
によって覆われている。

【０００７】ユニットケース３にはその内部に静電潜像
が形成される像担持体の一例であるドラム状の感光体１
０と、帯電装置の一例としての帯電ローラ１１が互いに
平行に且つ圧接した状態にて組み付けられている。なお
分かりやすくするために帯電ローラ１１は一部のみを、
しかも感光体１０と離した状態で描いている。感光体１
０の近傍には感光体ドラムと同期して回転するように、
現像スリーブ１２が軸支されており、この現像スリーブ
１２の内部には強力な磁石１３が固定されている。上記
現像スリーブ１２は、現像剤室９０の内部に位置してお
り、後述の図１に詳述するように、スクリュー状の撹袢
部材１４、１５が上記現像スリーブ１２と平行に、且
つ、図示しない駆動メカニズムによって回転するように
配設され、この内部にはトナーとキャリアとが混合され
た二成分系現像剤１６が収容されている。一方、上記感
光体１０の下方部には転写ローラ１７が感光体と同期し
て矢印方向に回転するように取り付けられている。な
お、同図面には他の部材も記載しているが、夫々一般的
な画像形成装置としてよく知られたものであるので詳細
な説明は省略し、画像形成のメカニズムについて簡単に
説明する。

【０００８】上記構成において、画像形成動作時には、
感光体１０が図示しない駆動装置によって図３に示すよ
うに時計方向に回転されながら、同様に図示しない除電
装置からの除電光Ｌ１が照射され、この光によって感光
体表面の電位が、例えば０乃至−１５０Ｖ程度の基準電
位に平均化される。一方、帯電ローラ１１は感光体１０
の表面に圧接し、感光体の回転に伴って回転するが、図
示しない電源装置によって負の電荷が印加されており、
これによって感光体１０の表面を例えば−１１００Ｖ程
度に帯電させる。この状態において、原稿読み取り装置
から導かれたレーザ光Ｌ２によって感光体１０のドラム
面を照射すると、レーザ光が照射した部位の電位が０乃
至−２９０Ｖ程度となる。即ち、原稿画像に応じてレー
ザ光量が変化すると、それに応じて感光体表面の電位が
変化し、静電潜像が形成される。本発明では、原稿を読
み取って感光体に照射するレーザ光の制御方法として、
１ドットごとにレーザ光量を制御し、ドットの集合体と
して感光体表面に静電潜像を形成する手段を採用する。
このような露光方式は、近年のデジタル化された画像形
成装置においては一般的に採用されるものであり、本発
明の適用に敵している。

【０００９】また一方、現像ユニット１の現像スリーブ
１２には例えば−８００Ｖ程度の現像バイアス電圧が印
加されており、現像スリーブ１２に付着したトナーも同
様の電位を与えられることから、上記感光体の静電潜像
に静電的に移行して付着する。この結果、感光体表面の
静電潜像がトナー像として可視像化される。更に、感光
体１２が回転し、転写ローラ１７に当接する位置にくる
と、ガイド板１８に沿って搬送された記録紙１９にトナ
ー像を転写する。なお、転写ローラ１７には転写バイア
ス電位が印加されており、感光体のトナー像が記録紙に
移行し易くなっている。記録紙に転写されたトナー像
は、熱と圧力とによって記録紙面に融着し定着される。
現像ユニット１には微細な鉄球よりなるキャリアとトナ
ーとを有する二成分現像剤が収納されており、後述する
二つの撹袢部材によって現像剤室９０の内部を撹袢され
ながら搬送される。なお、記録紙への画像形成を行うに
つれて、トナーは減少し、トナー濃度が減少するため、
定期的にあるいはトナー濃度が所定値以下になる都度補
給する必要がある。その方法として従来は、各所にトナ
ー濃度センサを配置していたため、種々問題が生じてい
たことは上述した通りである。そこで、本発明では、原
稿読み取り装置から感光体に導くレーザ光を１ドット単
位で制御することを前提に、次のようにトナー補給制御
を行う。

【００１０】図１は、本発明による現像ユニットの要部
構造を示す概要構成図であり、図２はトナー補給の制御
を説明するための図である。この例では、現像ユニット
内部には、上述した現像スリーブ１２と平行に第一の攪
拌部材２１と２２とを備え、現像剤を図中の矢印のよう
に、第一の攪拌部材２１では反時計方向に、また第二の
攪拌部材２２では、時計方向に循環すると共に、感光体
から回収したリサイクルトナーと新しく供給するトナー
を、上記第一の攪拌部材２１の左延長部分において混合
する場合を示している。即ち、現像剤室を循環するトナ
ーと、リサイクルトナーと、新しく供給されるトナーの
３者が、第一の攪拌部材の左端部において合流するよう
になっている。なお、以下に説明する第１の実施例では
リサイクルトナーの分を無視して制御する場合を示し、
リサイクルトナーに関しては第２の実施例において説明
する。いま、図に示すように感光体１０の最大書き込み
幅をＬとし、この区間をＮ個のブロックに分割すると共
に、このＬ／Ｎを一単位幅として、各単位毎の書き込み
画素数（ドット数）を計数する。図２は、上記感光体１
０及びこれに近接する第二攪拌部材２２の最大書き込み
幅Ｌに対する、Ｌ／Ｎ毎の画素数カウント時間の範囲を
示す図である。

【００１１】各Ｌ／Ｎの書き込み時間をβとすればスタ
ートからαｔ秒後に書き込みを行うブロックについての
書き込み開始時刻はαｔとなり、次のブロックの書き込
み開始時刻はαｔ＋βとなり、以降順番に、αｔ＋２
β、αｔ＋３β、・・・となる。従って、第ｎ番目のブ
ロックの書き込み開始時刻はαｔ＋（ｎ−１）βであ
り、書き込み終了時刻はαｔ＋ｎβとなる。ここで、現
像剤の搬送速度をＶｚ、レーザの書き込み速度をＶ_L と
するとき、α＝Ｖｚ／Ｖ_L 、β＝Ｌ／Ｎである。このよ
うにして、時間ｔの経過に伴い、各ブロック位置の移動
位置毎の書き込み画素数をカウントし、夫々を時系列的
に記録すると共に、上記最大書き込み幅全体の総合書き
込み画素数を積算する。更に、１画素（ドット）当たり
のトナー消費量を上記積算した合計の画素数に乗じれ
ば、全体のトナー消費量が計算できる。即ち、補給量Ｖ
_H は、画素数をＰ、１画素当たりのトナー消費量をＤと
すれば、Ｖ_H ＝Ｐ・Ｄなる式で表すことができる。この
方法によれば、従来のようにトナー濃度センサを使用す
ることなくトナーの消費量を計算でき、その消費量に応
じてトナーの補給を行えば実際に消費したトナー量に近
い分量を補給することができるから、常に均一なトナー
濃度を保ことが可能となり、従って、装置の簡素化とコ
スト低減に効果がある。

【００１２】次に、本発明の変形実施例として、リサイ
クルトナーを使用する場合を説明する。即ち、感光体か
ら回収したトナーを再び現像ユニットの攪拌部に還流す
る場合は、リサイクルトナー量を算出し、その分を上述
したトナー消費量から減算する。リサイクルトナー量の
算出方法としては、例えば、最大書き込み幅Ｌについ
て、ある一定時間（Ｔ秒間）画素数をカウントし、この
間のトータル画素数をＳとし、単位時間当たりの平均リ
サイクルトナー量をＶｒとすると、Ｖ_R ＝｛Ｓ・Ｄ（１
−転写率／100 ）｝／Ｔ （ｇ／秒）なる式で表され
る。そこで、Ｌ幅についての画素数をＴ時間カウントし
記憶する手段と、この結果から単位時間当たりの平均リ
サイクルトナー量を演算する手段を備え、一定時間画素
数をカウントし、これを時間で除して平均化すれば、平
均的なリサイクルトナー量が求められる。そこで、この
結果を上述したトナー補給量から減算して補給量を決定
すればよい。 即ち、上記補給量Ｖ_H ＝Ｐ・Ｄ を、単
位時間当たりの補給量に換算すると、Ｐ・Ｄ／（Ｌ／Ｎ
Ｖｚ） （ｇ／秒）となるから、これから上記リサイク
ルトナー量を引き算して、 ｛Ｐ・Ｄ／（Ｌ／ＮＶ
ｚ）｝−Ｖ_R （ｇ／秒）として計算することができ
る。更に、本発明は次のように変形してもよい。例え
ば、トナーの使用量は湿度によって変動し、低湿度の場
合はトナーの使用量が減少し、高い湿度では逆にトナー
使用量が多くなる傾向にある。そこで、本体に湿度セン
サを設け、湿度と１ドット当たりのトナー使用量をメモ
リしておき、環境の湿度変化に応じて上述したトナー消
費量を補正する手段を備えれば、より一層正確にトナー
濃度を制御することができる。なお、以上の処理は、画
像形成装置に搭載されるＣＰＵや周辺記憶装置を利用し
て、ソフトプログラムとして実現可能であるが、本発明
実現のために特別にＣＰＵや記憶装置を備えてもよいこ
とは云うまでもない。

【００１３】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、電子写真
式画像形成装置において、現像剤を攪拌しながら感光体
に搬送する手段と、感光体の書き込み領域を所要数に分
割すると共に、各分割領域毎のレーザ照射ドット数を計
数する手段と、計数したドット数を書き込み領域全体の
ドット数を積算する手段と、１ドット当たりのトナー消
費量を記憶しておく手段と、上記現像剤の搬送移動速度
と上記記憶した１ドット当たりのトナー消費量及び上記
積算結果とからトナー消費量を推算する手段と、この推
算したトナー量に基づいて決定した量のトナーを補給す
る手段とを備えたので、従来のように多数のトナーセン
サを備え、複雑な制御を行うことなくトナー濃度を一定
に保つことが可能となり、装置の小型化とコスト低減を
図る上で効果がある。更に、実際に消費したトナー量に
極めて近似した量のトナーを補給することになるので、
トナー濃度の変動や、過剰または過少補給が少なくな
り、高品質の画像形成を行うことができる。第２の手段
では、上記第１の手段に更に、感光体から回収したリサ
イクルトナーを加味して補給するトナー量を算出するよ
うに構成したので、リサイクルトナー方式の画像形成装
置においても、トナーの過剰補給の虞れなく、トナー濃
度を一定に保つことが可能となる。第３の手段において
は、湿度変動に対するトナー消費量の変動を加味してト
ナー補給量を決定するように構成したので、環境の湿度
が変動しても、実際に消費したトナー量に近似した消費
量を補給することができる。従って、湿度の変動に際し
ても、トナーの過剰または過少補充の虞が無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す画像平成装置の要部断
面構成図である。

【図２】本発明の一実施例を説明するための図であっ
て、分割した書き込み領域毎の書き込みタイミング図で
ある。

【図３】本発明を適用する画像形成装置の一実施例を説
明するための要部断面図である。

【図４】本発明を適用する画像形成装置の一実施例を説
明するための斜視外観図である。

【符号の説明】

１…作像ユニット、２…トナー補給ボトル、３…ユニッ
トケース、４…ケース本体、 ５…ケースカバー、 ６
…現像ケースカバー、 ７…上カバー、８…開口部、
９…現像カートリッジ、 １０…感光体、 １１…帯電
ローラ、１２…現像スリーブ、 １３…磁石、 １４、
１５、２１、２２…攪拌部材、１６…二成分現像剤、
１７…転写ローラ、 １８…ガイド板、 １９…記録
紙、 ２３…リサイクルトナー補給口。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光体にレーザ光をドット単位で照射し
   て形成した静電潜像をトナーとキャリアからなる二成分
   現像剤によって顕像化し、これを記録紙に転写する電子
   写真式画像形成装置において、 現像剤を撹袢しながら感光体に搬送する手段と、感光体
   の書き込み領域を所要数に分割すると共に各分割領域毎
   のレーザ照射ドット数を計数する手段と、計数したドッ
   ト数に基づいて書き込み領域全体のドット数を積算する
   手段と、１ドット当たりのトナー消費量を記憶しておく
   手段と、上記現像剤の搬送移動速度と上記記憶した１ド
   ット当たりのトナー消費量及び上記積算結果とからトナ
   ー消費量を推算する手段と、この推算したトナー量に基
   づいて決定した量のトナーを補給する手段とを備えたこ
   とを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 感光体にレーザ光をドット単位で照射し
   て形成した静電潜像をトナーとキャリアからなる二成分
   現像剤によって顕像化し、これを記録紙に転写すると共
   に、感光体に残存するトナーを回収し再び現像剤として
   リサイクルする手段を備えた電子写真式画像形成装置に
   おいて、 現像剤を撹袢しながら感光体に搬送する手段と、感光体
   の書き込み領域を所要数に分割すると共に各分割領域毎
   のレーザ照射ドット数を計数する手段と、計数したドッ
   ト数に基づいて書き込み領域全体のドット数を積算する
   手段と、１ドット当たりのトナー消費量を記憶しておく
   手段と、上記現像剤の搬送移動速度と上記記憶した１ド
   ット当たりのトナー消費量及び上記積算結果とからトナ
   ー消費量を推算する手段と、感光体の書き込み領域のド
   ット数を所定時間計数し単位時間当たりの平均的ドット
   数を算出する手段と、この平均ドット数と１ドット当た
   りのトナーリサイクル量とから単位時間当たりのトナー
   のリサイクル量を推算する手段と、上記推算したトナー
   消費量から上記トナーのリサイクル量を減算した結果に
   基づいて補給するトナー量を決定する手段とを備えたこ
   とを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の画像形成装置に
   おいて、湿度検出手段と、湿度と１ドット当たりのトナ
   ー消費量との関係を記憶した手段と、使用時の湿度と上
   記記憶した湿度とトナー消費量との関係から補給するト
   ナー量を補正する手段を備えたことを特徴とする画像形
   成装置。