JPH09311538A - トナー濃度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二成分現像方式の画像形成装置において、環
境条件の変動によるトナー補給量の急激な変化をなく
し、常に安定した画像濃度を得ることができるようにす
る。 【解決手段】 トナー濃度を検出し、該検出値が所定の
目標値となるように現像剤中のトナー量を調整するトナ
ー濃度制御方法において、次回目標値を、前記検出値と
基準検出値と環境条件値とにより決定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、
トナー濃度を検出し、その検出結果と目標値に基づいて
現像剤中のトナー量を調整するトナー濃度制御方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】像担持体上に形成した潜像に現像器でト
ナーを付着させて現像し、この現像像を転写紙等に転写
して画像を形成する画像形成装置では、現像によりトナ
ーが消費されるため、消費されたトナー量に見合う量の
トナーを逐次補給している。とくに、キャリアとトナー
とからなる二成分現像剤を用いた画像形成装置では、ト
ナーが少なくなると画像濃度が低下し、またトナーが多
くなるとトナー飛散などの不具合が発生するため、補給
するトナー量を適正に調整する必要がある。

【０００３】従来の代表的な補給方法としては、像担持
体上の画像域外に基準となるトナーパターン（以下、基
準パターンという）を作像して現像し、この現像像のト
ナー付着量を光学センサで検出して、その出力（Ｖsp）
が目標値となるようにトナー補給量を調整する方法（第
１の方法）、トナー濃度に応じて現像剤中の磁束密度が
変化する性質を利用してトナー濃度を予測し、これに応
じて補給量を調整する方法（第２の方法）が知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】第１の方法によると、
現像剤中のトナー濃度が所定の範囲内であれば画像濃度
を一定に保つことができる。しかし、センサ出力Ｖspを
決定するトナー付着量はトナー濃度だけでなく、トナー
帯電量、現像ポテンシャルなどの様々な外因により変化
するため、これらトナー濃度変化以外の外因（以下、環
境条件という）によりトナー付着量が変化することがあ
る。ちなみに、前記環境条件は、所定時間内における複
写枚数、複写待機時間、温湿度差、画像情報量（大き
さ、現像量、画素数）などにより変化する。

【０００５】第１の方法では、環境条件の変動によりト
ナー付着量の変化が大きくなった場合でも、トナー付着
量を一定に保つために、この環境条件に応じてトナー濃
度を調整しようとする制御が行われるため、トナー補給
量は急激に変動する。このようにトナー補給量が急激に
多くなった場合には、機内でのトナー飛散や画像濃度過
多、並びに未帯電トナーによる地汚れや画像ムラを生
じ、またトナー補給量が急激に少なくなった場合には、
トナー補給が全く行われなくなるため、画像濃度不足を
生じることになる。

【０００６】一方、第２の方法では、磁束密度の変化と
いう代用特性を利用しているため、トナー流動性の変化
やセンサ面へのトナー固着等が起こると、実際のトナー
濃度とトナー濃度の検知出力（Ｖｔ）との相関が崩れ、
適正なトナー濃度を保つことが困難であった。

【０００７】このように、従来の補給方法では、環境条
件の影響を受けてトナー補給量が急激に変動してしまう
ため、画像濃度を安定させることが難しいという問題点
があった。

【０００８】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、環境条件の変動による急激なトナ
ー補給を防止し、常に安定した画像濃度を得ることがで
きるトナー濃度制御方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、トナー濃度を検出し、該検出値
が所定の目標値となるように現像剤中のトナー量を調整
するトナー濃度制御方法において、次回目標値を、前記
検出値と基準検出値と環境条件値とにより決定すること
を特徴とするものである。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記環境条件値は、所定時間内における複写枚数、
複写待機時間、温度差、湿度差、画像情報量のうちの少
なくとも１つの変動に応じて決定されること特徴とする
ものである。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、上記検出値と基準目標値との差が所定値以上の場合
に、次回目標値を決定することを特徴とするものであ
る。

【００１２】請求項１乃至３の発明においては、次回の
目標値が決定される際に、目標値の過剰な変動が修正さ
れるので、環境条件が変動した場合でも、トナー補給量
が急激に変動することはない。このため、トナーの過剰
補給によるトナー飛散や画像濃度過多、撹拌不足による
画像の不均一、トナー帯電不足による地汚れが発生する
ことがない。また、トナーの過小補給による画像濃度不
足が発生することがない。

【００１３】とくに請求項２の発明においては、環境条
件値が１つ又は複数の条件の変動に応じて決定されるの
で、実際の使用環境や制御方法に応じた適切な環境条件
値が決定される。これによると、電源投入前後の大幅な
環境変化に対して適切に対応することができるので、画
質調整のための時間が不要となる。なお、他の方法とし
ては、帯電や現像バイアス等による電位補正があるが、
この補正による画質調整は電位毎に検知するので、検知
時間がかかり、ユーザの待ち時間が必要となる。

【００１４】また、とくに請求項３の発明においては、
次回目標値の決定が、検出値と基準目標値との差が所定
値以上の場合にのみ行われ、差が所定値以下の場合、す
なわち環境条件の変動が少ない場合には次回目標値の決
定は行われない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を画像形成装置であ
る電子写真複写機（以下、複写機という）に適用した場
合の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に
係る複写機の概略構成図である。この複写機は矢印方向
に定速回転する像担持体としての感光体ドラム１を備え
ており、その回転方向に沿って、感光体ドラム１上の残
留電荷を消去するための除電ランプ２、帯電手段として
の帯電チャージャ３、レーザ光により感光体ドラム１上
に潜像を形成するレーザダイオード（以下、ＬＤとい
う）４、感光体ドラム１の表面電位を測定する電位セン
サ５、後述する現像ユニット６、トナー付着量センサ７
がそれぞれ配設されている。トナー付着量センサ７は、
感光体ドラム１上に形成された基準パターンのトナー濃
度を光学的に検出するためのセンサであり、例えば反射
型の光学センサが用いられる。トナー付着量センサ７
は、基準パターンのトナー濃度を検出し、これをトナー
付着量（ｍｇ/平方ｃｍ）に変換して出力する。

【００１６】現像ユニット６は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対応
した４つの現像器８により構成されている。そのうちの
１つについて構成を説明すると、現像器８には所定方向
に回転駆動される現像スリーブ９と、現像剤を撹拌する
パドル１０が備わっており、現像器内には所定色のトナ
ーとキャリアからなる図示せぬ２成分現像剤が収容され
ている。この現像剤はパドル１０の回転により現像スリ
ーブ９に取り込まれ、さらに現像スリーブ９により感光
体ドラム１に供給される。各現像器８の下部には、現像
器内に収容された現像剤のトナー濃度を検出するための
トナー濃度検出センサ１４が配設されており、センサ制
御部１５を通じて後述するトナー濃度制御部１３に接続
されている。さらに、現像ユニット６内には、ユニット
内の温湿度を検出するための図示しない温度／湿度セン
サが配設されている。

【００１７】また、この複写機は制御系として、画像制
御ユニット（以下、ＩＰＵ部という）１１、電位制御部
１２、トナー濃度制御部１３を備えており、感光体ドラ
ム１の周囲に配設された上記各部とそれぞれ接続されて
いる。ＩＰＵ部１１からは内部データとして保持してい
る基準パターンと、図示せぬ原稿台ガラス上に配置され
た原稿のスキャナデータがＬＤ４へ送られる。電位制御
部１２からは帯電チャージャ３、ＬＤ４などへ電源の供
給が行われている。また、トナー付着量センサ７での検
出値はトナー濃度制御部１３とＩＰＵ部１１へ出力され
ており、トナー濃度センサ１４での検出値はセンサ制御
部１５を介して電位制御部１２とトナー濃度制御部１３
へ出力されている。なお、図１では説明を簡単にするた
めに、その他の接続経路を省略している。

【００１８】以上のように構成された複写機において、
感光体ドラム１は矢印方向に回転駆動され、このとき帯
電チャージャ３を通過した部分は均一に帯電される。こ
の後、ＩＰＵ部１０からＬＤ４へ送られた基準パターン
と原稿のスキャナデータが、ＬＤ４により感光体ドラム
１上の所定部分に露光され、感光体ドラム１上に潜像が
形成される。この潜像は現像ユニット６の各現像器８に
より顕像化され、基準パターンのトナー付着量がトナー
付着量センサ７により検出される。このデータはＶsp _
nとしてトナー濃度制御部１３へ送られる。

【００１９】トナー濃度制御部１３は、トナー付着量セ
ンサ７から送られてきた検出値Ｖsp_nと、あらかじめ実
験的に決められたトナー付着量の初期設定値（デフォル
ト値）Ｖref_defとを比較し、この比較結果があらかじ
め設定された閾値を越えるときは、所定の環境条件に従
って補正係数ｋを決定する。そして、この補正係数ｋ、
検出値Ｖsp _n及び初期設定値Ｖref_defに基づいて次回
の目標値を決定する。補正係数ｋを定めるための環境条
件としては、所定時間内における複写枚数、複写待機時
間、温度差、湿度差、画像情報量（大きさ、現像量、画
素数）などがあり、これらの１つ又は複数の条件の変動
に応じて補正係数ｋを決定する。例えば、補正係数ｋを
画像情報量、温湿度差及び複写待機時間により決定する
場合には、図示しないメモリに蓄積された原稿のスキャ
ナデータからトナー消費量を算出するとともに、温湿度
データや待機時間を表すT2−T1（T2：前回のコピー終了
時間、T1:今回のコピー開始時間）を取得する。そし
て、これらトナー消費量、温湿度データ及び待機時間か
ら補正係数ｋを決定する。

【００２０】ここで、補正係数ｋを待機時間から決定す
る場合の具体例について説明する。図２は、待機時間と
補正係数ｋとの関係を示す説明図である。図２に示すよ
うに、待機時間（T2−T1）が長くなるにしたがって補正
係数ｋは大きくなる。これは、待機時間が長くなると放
電現象によりＱ／Ｍが低下してトナー付着量が多くなる
ため、検出値Ｖsp _nが低下し、トナー補給を行わない
からである。すなわち、待機時間が長いときは補正係数
ｋの値を大きくすることによって、トナー濃度が急激に
変動することを抑えるようにしている。同様に、温湿度
データについても、変化量が大きい時は補正係数ｋの値
を大きくする。またトナー消費量が大きいとき、すなわ
ち画像情報量が大きいときは補正係数ｋの値を小さくす
る。さらに、単位時間当たりの複写枚数が少ないときは
補正係数ｋを大きくする。このように、実際の環境条件
による特性変化を考慮して補正係数ｋを決定するように
している。補正係数ｋを複数の環境条件により決定した
場合には、平均値又は環境条件ごとの重み付けを設けて
補正係数ｋを算出する。

【００２１】次に、トナー濃度制御部１３は補正係数
ｋ、検出値Ｖsp _n及び初期設定値Ｖref_defから、ｎ+1
回目の目標値Ｖref_n+1を、 Ｖref_n+1＝ｋ（Ｖsp _n＋Ｖref_def） … （１） の式を用いて算出する。このとき得られたＶref_n+1が
次回コピー時の目標値となる。なお、Ｖsp _nとＶref_d
efとの比較結果が閾値よりも小さいとき、例えばO.4Ｖ
以内のときは、次回のコピー時の目標値をＶref_defと
している。すなわち、環境条件の変動が少なく、目標値
を補正する必要がない場合には、次回目標値の決定を省
くことにより、無駄な制御時間の短縮を図るようにして
いる。このような手順により次の目標値が算出される
と、続いて、トナー濃度制御部１３はＶref_n（前回の
目標値）とＶsp _n（今回の検出値）とを比較し、あら
かじめ定められた補給量算出テーブルに基づいてトナー
補給量を算出し、所定の現像器６にトナーを補給する。
このように、実際のトナー補給量を算出する際には、Ｖ
ref_n（前回の目標値）とＶsp _n（今回の検出値）とが
用いられ、先に算出した次回コピー時の目標値Ｖref_n+
1は、次回のトナー付着量検出時に用いられる。

【００２２】次に、様々な環境条件の影響を受けてトナ
ー補給量が急激に変動するような状況となった場合につ
いて説明する。例えば、何らかの理由により急激に温湿
度が低くなり（トナー帯電量が高くなり）、トナー付着
量が低下すると、検出値Ｖsp_nは大きくなる。この場
合、仮に目標値の補正が行われずＶref_nがＶref_defの
まま使われるとすると、トナー濃度制御部１３はトナー
付着量センサ７での検出結果によりトナーが足りないと
判断するため、トナー補給が急激に行われ、トナー飛散
や画像濃度変動が起きてしまう。しかし、上記式（１）
により目標値の補正を行うと、トナー補給量の急激な変
動（増加）が抑えられるため、トナー飛散や画像濃度変
動を防ぐことができる。また、急激に温湿度が高くなり
（トナー帯電量が低くなり）、トナー付着量が大きくな
った場合、仮に目標値の補正が行われずＶref_nがＶref
_defのまま使われるとすると、トナー濃度制御部１３は
トナー付着量センサ７での検出結果によりトナーが多す
ぎると判断し、トナー補給が全く行われないため、画像
濃度不足になってしまう。しかし、上記式（１）により
目標値の補正を行うと、トナー補給量の急激な変動（停
止）が抑えられるため、急激な画像濃度不足を防ぐこと
ができる。いずれの場合においても、トナー補給ととも
に毎回の目標値Ｖref_nは段階的に目標値のデフォルト
値Ｖref_defに近づき、最終的に目標値Ｖref_nはＶref_
defとほぼ等しくなる。すなわち、以上のような制御で
は、｜Ｖref_def−Ｖsp_n｜≧｜Ｖref_n+1−Ｖsp_n｜の
関係が常に満たされることになる。

【００２３】次に、上述した複写機におけるトナー濃度
制御の処理手順を、図３のフローチャートを参照しなが
ら説明する。ここで、参考のために検出値及び目標値の
略称をまとめて列記する。 Ｖsp _１ ：コピー開始後１回目のトナー付着量検出値 Ｖsp _n ：ｎ回目のトナー付着量検出値 Ｖref_def ：目標値のデフォルト値 Ｖref_n ：ｎ回目の目標値 Ｖref_n+1 ：次回（ｎ+1回目）の目標値

【００２４】まず、コピー開始とともに、コピー開始時
間Ｔ１をトナー濃度制御部１３へ入力し、原稿のスキャ
ンを開始する（ステップ１０１〜ステップ１０３）。次
に、スキャンデータと基準パターンの現像を行い、基準
パターンのトナー付着量をトナー付着量センサで検出
し、トナー濃度制御部１３へＶsp _nとして入力する
（ステップ１０４〜ステップ１０６）。次に、トナー濃
度制御部１３はＶsp _n＝Ｖsp _1かどうかを判断する
（ステップ１０７）。ここで、Ｖsp _n＝Ｖsp _1である
ときは、デフォルト値Ｖref_defとＶsp _1とを比較し
（ステップ１０８）、｜Ｖref_def−Ｖsp _1｜が閾値を
越えるかどうかを判断する（ステップ１０９）。ここ
で、｜Ｖref_def−Ｖsp _1｜が閾値を越えるときは、原
稿のスキャナデータからトナー消費量を算出するととも
に、温湿度データや待機時間T2−T1を算出し、さらに補
正係数ｋを算出する（ステップ１１０〜ステップ１１
３）。次に、補正係数ｋ、Ｖsp _n、Ｖref_defを用い
て、Ｖref_n+1を算出する（ステップ１１４）。ここで
算出されたＶref_n+1は、次回の目標値として使用され
る。

【００２５】次に、トナー濃度制御部１３はＶref_nと
Ｖsp _nからトナー補給量を算出し、該トナー補給量に
基づいてトナー補給モータ（図示せず）を駆動する（ス
テップ１１５、ステップ１１６）。なお、コピー開始１
回目のトナー補給では、Ｖref_nが算出されていないた
め、Ｖref_defとＶsp _1からトナー補給量を算出する。
トナー補給を行った後、コピーエンドかどうかを判断し
（ステップ１１７）、コピーエンドであればコピーエン
ド時間Ｔ２をトナー濃度制御部１３へ入力して（ステッ
プ１１８）、処理を終わる。また、ステップ１１７でコ
ピーエンドでなければステップ１０３へリターンする。

【００２６】一方、ステップ１０７でＶsp _n＝Ｖsp _1
でないときは、｜Ｖref_def−Ｖsp_1｜が閾値を越える
かどうかを判断する（ステップ１１９）。ここで、｜Ｖ
ref_def−Ｖsp _1｜が閾値を越えるとき、すなわちコピ
ー開始の１回目で目標値の補正が行われたときは、ステ
ップ１１４へ進む。また、｜Ｖref_def−Ｖsp _1｜が閾
値を越えないとき、すなわちコピー開始の１回目で目標
値の補正が行われなかったときは、目標値Ｖref_nをＶr
ef_defとし（ステップ１２０）、ステップ１１５へ進
む。さらに、ステップ１０９で｜Ｖref_def−Ｖsp _1｜
が閾値を越えないときは、目標値Ｖref_nをＶref_defと
し（ステップ１２１）、ステップ１１５へ進む。

【００２７】なお、上記実施形態において、感光体ドラ
ム１上に形成した基準パターンのトナー付着量を検出す
る代わりに、現像器８中のトナー濃度をトナー濃度セン
サ１４で検出するようにしてもよい。また、トナー付着
量センサ７とトナー濃度センサ１４とを両方使用しても
よい。

【００２８】以上のように構成された複写機によれば、
新たな目標値Ｖref_n+1が算出される際に、環境条件に
より決定した補正係数ｋと前回の検出値とが加算される
ため、目標値Ｖref_n+1の過剰な変動が修正される。こ
のため、様々な環境条件の変動によりトナー付着量が変
化した場合でも、現像器へのトナー補給量が急激に変動
することがないので、過剰補給による画像ムラがなく、
トナー飛散や画像濃度過多を起こすことなく、常に安定
した画像濃度を得ることができる。 （以下、余白）

【００２９】

【発明の効果】請求項１乃至３の発明によれば、様々な
環境条件の変動によりトナー付着量が変化した場合で
も、トナー補給量が急激に変動することがないので、常
に安定した画像濃度を得ることができる。

【００３０】とくに請求項２の発明によれば、実際の使
用環境等に応じて適切な環境条件値を決定することがで
きるので、よりきめ細かい濃度制御を行うことができ
る。

【００３１】また、とくに請求項３の発明によれば、環
境条件の変動が少ない場合には次回目標値の決定は行わ
れないので、無駄な制御時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る複写機の概略構成を示す正面
図。

【図２】待機時間と補正係数ｋとの関係を示す説明図。

【図３】トナー濃度制御の処理手順を示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ４ ＬＤ ６ 現像ユニット ７ トナー付着量センサ ８ 現像器 ９ 現像スリーブ １１ ＩＰＵ部 １２ 電位制御部 １３ トナー濃度制御部 １４ トナー濃度センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー濃度を検出し、該検出値が所定の目
   標値となるように現像剤中のトナー量を調整するトナー
   濃度制御方法において、 次回目標値を、前記検出値と基準検出値と環境条件値と
   により決定することを特徴とするトナー濃度制御方法。
2. 【請求項２】請求項１のトナー濃度制御方法において、 上記環境条件値は、所定時間内における複写枚数、複写
   待機時間、温度差、湿度差、画像情報量のうちの少なく
   とも１つの変動に応じて決定されること特徴とするトナ
   ー濃度制御方法。
3. 【請求項３】請求項１のトナー濃度制御方法において、 上記検出値と基準目標値との差が所定値以上の場合に、
   次回目標値を決定することを特徴とするトナー濃度制御
   方法。