JPS6263961A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
リンタは近来の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８図は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。１
６は現像器で、ドフタ−ブレード１フ、マグネツトロー
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は記録紙ガイドで、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、−成帯電器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
）」−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９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１
１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、
感光体ドラム１１上に残留した電荷は前露光ランプ２ｏ
による露光で除電される。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２
８　、、ｈの顕像２９に相当する部分の感光体ドラム１
１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ｉｏ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、−・次帯電
段階ａ、レーザ露光段階す、現像段階Ｃ２転写段階ｄ、
前露光段階ｅ、−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。さら番孔−次帯電段
階ｆはマイナス極性で行われる場合を示しである。

−成帯電器１４により得られる表面電位は暗部電位ｖｄ
とレーザ照射による明部電位Ｖｈ　との差（Ｖｄ−Ｖｈ
　）、　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−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１０図に示した潜像の明部電位Ｖｈ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）Ｖｈ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１１図に
は暗部電位ｖｄ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ｆを
概念的に示しである。　　　　　・ 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１２図は第８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Ｓ？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、画像ト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が充分溝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３３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が融着して画像トにムラが生じ
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
を形成するドツト数を積算し、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ドツト当りのトナ
ー消費量が一定であるとの前提にたっているが、ベタ黒
画像の中の１ドツト当りのトナー消費量と周辺に余白の
ある画像、例えばライン画像の１ドツト当りのトナー消
費量とではエツジ効果により、周辺に余白のある１ドツ
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問題があった。

さらに、ファクシミリ等においては、中間調を再現する
ために、ｌ　ｄｏｔ毎のレーザ発光パワーを数段階のレ
ベルで変調する装置においては、発光パワーを考慮しな
いと、正確なトナー消費量を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、レーザ発光パワーに応じたトナー消費量を正確に
把握して、適正なトナー補給時期を表示させ、画像の白
ヌケや現像器内のトナーの凝固または融着の発生を未然
に防止できる画像記録装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するためのｆ段〕

この発明に係るイメージスキャン方式の画像記録装置は
、レーザビームの出力をモニタするレーザ出力検出手段
と、画像信号に応じてレーザビームの発光時間を計測す
るカウント手段と、このカウント手段のカウント値をレ
ーザ出力検出手段が検出したレーザ出力に応じて補正す
る補正手段と、この補正手段に補正されたカウント手段
のカウント値を積算し記憶する記憶手段と、この記憶手
段の内容とあらかじめ設定される基準値とを比　、較し
て、この基準値を越えた場合に所定信号を送出する信号
送出手段とを設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、カウント手段が画像信号に応じて
レーザビームの発光時間をカウントして行き、そのカウ
ント値を補正手段に出力する。レーザビームのカウント
動作に並行してレーザ出力検出手段がそのレーザの出力
をモニタし、そのモニタ値を補正手段に出力する。これ
を受けて、補正手段がレーザ出力に応じてカウント手段
のカウント値を補正し、記憶手段に積算し記憶して行く
。信号送出手段は、記憶手段に積算し記憶された内容を
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、所定の信号、例えばトナー補給信号を送出
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、画像信号ｆｖに応じ
てレーザ入力電圧を変調する。

２はレーザで、変調器１で変調された信号に応じて発光
パワーが変化する。３はカウンタで、変調器１で変調さ
れた信号からレーザ２の発光時間をカウントする。４は
パワーチェッカーで、レーザ２の発光パワーを検出する
。５は補正回路で、発光パワーに応じてカウンタ３のカ
ウント値を補正する。６はメモリで、補正回路５が補正
した内容を記憶する。７はコンパレータで、メモリ６の
内容とあらかじめ設定される基準値とを比較する。

８はコントローラで、装置全体の制御を行う。なお、Ｒ
ＳＴはリセット信号で、コントローラ８がトナー補給ま
たはトナー補給予告を指令するトナー補給信号Ｓを送出
した後にメモリ６に送出され、その内容がリセットされ
る。

次に動作について説明する。

画像記憶装置に入力された画像信号ｆ、は、変調器１で
変調されレーザ入力電圧に増幅される。

この増幅された信号に応じてレーザ２の発光パワーが変
化する。この発光パワーはパワーチェッカー４でモニタ
される。一方、カウンタ３は変調器１の出力からレーザ
２の発光時間を積算しカウントする。そのカウンタ出力
がレーザ発光パワーに応じて補正回路５で補正される。

補正回路５の出力は、メモリ６に積算し記憶される。コ
ンパレータ８はメモリ６の記憶した値Ｘをあらかじめ設
定される基準値（レベル値ｙ）とを比較し、Ｘ≧ｙとな
ると、コントローラ８へ信号を出力する。この信号を受
けたコントローラ８はトナー補給やカートリッジ交換の
表示を行うためのトナー補給信号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６はリセット信号ＲＳＴによってリセット
される。また、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を出力する時期は第
２図に示すようにメモリ６の内容がＤに到達した時点に
すればよい。内容りは現像器１６に充填されていた初期
トナー量Ｃから現在までのトナー消費量Ｅを差し引いた
値が画像に白ヌケを発生させない限界の発光時間（あら
かじめ設定される）を表している。なお、トナー補給量
はＥ　（ｇ）となる。また、プロセスカートリッジ方式
では、メモリ６の内容がＤに到達した時点で、カートリ
ッジを交換できるように準備させるか、あるいは交換を
行えるような報知信号を図示しない操作部の表示手段に
送出してユーザにその旨を促せばよい。

次に第３図〜第５図を参照しながら第１図に示した補正
回路５の動作について説明する。

第３図は表面電位と画像濃度の相対関係を示す図で、横
軸は表面電位（Ｖ）を示し、縦軸は画像濃度（Ｄ）を示
す。

第４図はレーザ発光パワーとドラム表面電位との相対関
係を示す図で、横軸はレーザ発光パワー（ｕＬ　Ｊ／ｃ
ｍ２　）を示し、縦軸はドラム表面電位を示す。

第５図はトナー消費量と画像濃度の相対関係を示す図で
、横軸はトナー消費量（ｇ／ｍｔｓ２　）を示し、縦軸
は画像濃度を示す。

以下、レーザ発光パワーを変調することにより、１ドツ
ト毎の画像濃度を多値化、例えば３値化する場合の補正
方法について説明する。

イメージスキャン方式において、現像バイアスと暗部電
位Ｖｄを固定して明部電位Ｖｈを第３図に示すようにＶ
ｂ−ＶＢに変動させると、画像濃度りがＤ２〜ＤＩ　に
変化する。そこで、画像を３値化するために、画像濃度
レベルをＤ　Ｏ＊　Ｄ　Ｉ　　！Ｄ２の３段階に設定す
ると、ドラムの表面電位はＶｄ　　、ｖｂ　　、Ｖａに
それぞれ設定され、この表面電位ｖｄ　　、Ｖｂ　　、
Ｖ、に対応したレーザ２の発光パワーは第４図に示すよ
うにＯ，Ｅｂ、Ｅａ　となる。また、画像濃度レベルを
Ｄｏ　　、Ｄｌ　　、Ｄ２の３段階に設定すると、トナ
ーは第５図に示されるようにＵｏ　　、Ｕｂ、ｔｙ、と
消費される。

次に第６図（ａ）〜（ｄ）を参照しながら第１図に示し
た補正回路５の動作についてさらに説明する。

第６図（ａ）〜（ｄ）は画像信号ｆＶに対するトナー消
費量９画像濃度、レーザパワーとの関係を説明する状態
図で、同図（ａ）は画像信号ｆｖを示し、信号レベルＯ
は画像のうち白地の部分の信号を示し、信号レベル１は
画像のうち灰地の部分の信号を示し、信号レベル２は画
像のうち黒地の部分の信号を示す。同図（ｂ）はレーザ
パワーＥを示し、同図（Ｃ）は画像濃度りを示し、同図
（ｄ）はトナー消費量Ｕを示す。なお、図中の矢印はレ
ーザ２の単位発光時間を示す。また、横軸は時間を示す
。

カウンタ３により画像信号ｆｖのうち信号レベル１，２
がカウントされ、このカウント値を補正回路５がレーザ
パワーＥに応じたトナー消費量Ｕとなるように補正する
。例えば、単位発光当りのカウント数を信号レベルｌの
発光の場合は、１倍し、信号レベル２の場合は１．６倍
することにより正確なトナー消費量Ｕを計測できる。

なお、カウンタ３は画像信号ｆνに対するレーザ２の発
光時間のみをカウントし、レーザ２のパワー調整のため
の発光や走査方向の書き出し位置を同期させるための発
光については、現像されないので、そのような発光につ
いてはカウントしないように制御される。

次に第７図を参照しながら第１図に示した補正回路５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、縦軸は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一４００
Ｖ、−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一４５０ｖのトナー消費量ｃ
ｔ（ｇ））を基準にすると、バイアス電位が一４００Ｖ
の場合には、トナー消費量の１．２倍が実質的なトナー
消費量となり、バイアス電位が一５００ｖ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る
。

そこで、メモリ６にトナー消費量を格納する際に、バイ
アス電位に応じてその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
ｖｄ、ｖｈ、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。

なお、上記実施例ではコンパレータ７があらかじめ設定
されるＤとメモリ６の内容とを常時比較して、第２図に
示すＤ点において、トナー補給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２図に示すＤＩ　とトナー消費を常時比較し、ト
ナー消費量がＤｌに達したらコントローラ８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。

また、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。

さらに、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。

また、上記実施例では画像濃度を３段階に分けて印字す
る場合のトナー消費量の計測について説明したが、画像
濃度を３つ以」二に多値化した場合でも、この発明を適
用できることは云うまでもない。さらに、上記実施例で
はレーザからの発光パワーに基づいてトナー消費量を補
正する場合について説明したが、画像信号のレベルから
でも補正できるばかりでなく、画像信号がコード化され
ているものでもトナー消費量を補正できる。

さらに、クリーナ２３に回収されるトナー量を検知でき
るように構成するれば、回収されたトナーｆｆｉの廃棄
時期を正確に報知できる。

〔発明の効果〕

以−ト説明したように、この発明はレーザビームの出力
をモニタするレーザ出力検出手段と、画像信号に応じて
レーザビームの発光時間を計測するカウント手段と、こ
のカウント手段のカウント値をレーザ出力検出手段が検
出したレーザ出力に応じて補正する補正手段と、この補
正手段に補正されたカウント手段のカウント値を積算し
記憶する記憶手段と、この記憶手段の内容とあらかじめ
設定される基準値とを比較して、この基準値を越えた場
合に所定信号を送出する信号送出手段とを設けたので、
画像領域全体に対してレーザ発光出力に応じたトナー消
費量を正確に算出でき、ユーザにトナー補給時期を予告
できるとともに、過不足のないトナー補給ができる。ま
た、従来問題となっていたトナー不足による白ヌケや過
剰補給によるトナーの凝固あるいは融着を防止できる。

さらに、プロセスカートリッジ方式の画像記録装置にお
いては、カートリッジの適切な交換時期を予告表示でき
る等の利点を有する。

【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図は第１図に示すコンパレータに設定
される基準値の決め方を説明する図、第３図は表面電位
と画像濃度の相対関係を示す図、第４図はレーザ発光パ
ワーとドラム表面電位との相対関係を示す図、第５図は
トナー消背量と画像濃度の相対関係を示す図、第６図（
ａ）〜（ｄ）は画像信号に対するトナー消費量２画保温
度、レーザパワーとの関係を示す図、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９図は第８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１０図は感光体ドラム
の表面電位の挙動を説明する図、第１１図はトナーの帯
電動作を説明する概念図、第１２図は８８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はパ
ワーチェッカー、５は補正回路、６はメモリ、７はコン
パレータ、８はコントローラである。 第１図 第２図 第３図 表ゴ電位（Ｖ） −し−ナ゛ノＶワー（ｐＪ／ｃｍ２） 第５図 第６図 第７図 第８図 １乙 第９図 η 第１０図 第１１図 十 ０　　門−Ｖｈ 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像信号に応じて変調されたレーザビームを感光体ドラ
   ムに走査して潜像を形成するイメージスキャン方式の画
   像記録装置において、前記レーザビームの出力をモニタ
   するレーザ出力検出手段と、前記画像信号に応じてレー
   ザビームの発光時間を計測するカウント手段と、このカ
   ウント手段のカウント値を前記レーザ出力検出手段が検
   出したレーザ出力に応じて補正する補正手段と、この補
   正手段に補正された前記カウント手段のカウント値を積
   算し記憶する記憶手段と、この記憶手段の内容とあらか
   じめ設定される基準値とを比較して、この基準値を越え
   た場合に所定信号を送出する信号送出手段とを設けたこ
   とを特徴とする画像記録装置。