JPS6263965A - 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７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、ドクターブレード１７．マグネットロー
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。２ｏ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は転写紙ガイドで、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．笛体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］−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■ニ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Ｓ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８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。

−・方、感光体ドラム１１１−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１１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。こ
うして、除電された感光体ドラム１１は最初のステップ
である一次帯電■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Ｌ程においては転写紙２
８１−の顕像２９に相）らする部分の感光体ドラム１１
１−にレーザが照射され、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８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Ｃ９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。さらに、−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Ｖ
ｄ　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１−に均一な厚さに乗せられる。スリ
ーブ９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９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１０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が付着する様子
を概念的に示しである。

以Ｆ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ｔＩ−，するために、現像器１６内に
圧電素ｆ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にの不足を検知する方法が採用され
ている。

第１１図は第７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
Ｓ　（、Ｎ　Ｉ、Ｓ　２　１　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Ｓ２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ｍ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、画像上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３８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が融着して画像上にムラが生じ
る等の欠点があった・ また、いわゆる、プロセスカートリフジ方式、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、−Ｌ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。

ξらに、プロセスカートリッジ方式は、Ｌ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
の中の１ドツトのトナー消費量と周辺に余白のある１ド
ツト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ドフ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
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、トナーの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手段〕

この発明に係る画像記録装置は、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数を積算し記憶する第１の記憶手
段と、この第１の記憶手段に記憶されたカウント数をあ
らかじめ設定される所定値を越えるまでは印字比率に応
じて線形に補正し、この所定値を越えるときは−・定値
に補正する補正手段と、この補正手段に補正された第１
の記憶手段の内容を積算し記憶する第２の記憶手段と、
この第２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、画像信号に応じてレーザビームの
発光時間をカウントすると、そのカウント数が第１の記
憶手段に積算されて行く。この第１の記憶手段に記憶さ
れたカウント数を補正手段があらかじめ設定される所定
値を越えるまでは印字比率に応じて線形に補正し、所定
値を越えたら一定値に補正する。この補正されたカウン
ト値を第２の記憶手段に記憶して行く。この時、信号送
出手段が第２の記憶手段の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、画像入力信号ｆｖを
レーザ入力電圧に変調する。２はレーザで、変調器１で
変調されたレーザ入力電圧に応じて発光する。３はカウ
ンタで、レーザの画像信号に対応した発光時間を計測す
る。４はメモリで、カウンタ３の内容を記憶する。５は
コントローラで、装置全体を制御する。６は補正回路で
、メモリ４の内容があらかじめ設定される所定値を越え
るまでは印字比率に応じて線形に補正し、所定値を越え
たら一定値に補正する。メモリ７は補正回路６によって
補正されたメモリ４の内容を積算しながら記憶する。８
はコンパレータで、あらかじめ定められたレベルとメモ
リ７の内容を比較する。Ｓ、は紙サイズ信号、Ｒ３Ｔｌ
は信号で、メモリ４とカウンタ３をリセットする。

ＲＳＴ２は信号で、メモリ７をリセットする。Ｓはトナ
ー補給信号で、トナー補給あるいはカートリッジ交換時
期を報知する。

次に各部の動作について説明する。

まず、画像入力信号（画像信号）　ｆｖが変調器１で変
調され、レーザ２に入力される。この画像入力信号ｆＶ
にはレーザ２の発光パワー調整のための信号や画像書き
始め位置を調整するための信号が除去されている。なぜ
なら、これら２つの信号は、レーザ２を発光させるがト
ナーを消費しないものであるからである。

レーザ２は、画像入力信号ｆｖに対応して発光あるいは
減光する。これにより、カウンタ３がレーザ２の発光時
間を１０」からメモリ４へ加算して行く。記録紙１枚分
の印字が終了すると、メモリ４の内容は補正回路６で紙
サイズ信号ＳＰに応じた補正を受けてメモリ７へ移され
る。メモリ７の内容はコンパレータ８で所定のレベルと
比較される。メモリ７の内容がコンパレータ８の所定の
レベルを越えると、コンパレータ８からコントローラ５
へ信号が送出され、コントローラ５よりトナー補給時期
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７はリセット信号
ＲＳＴ２によってリセットされる。

次に第２図〜第４図を参照しながら第１図に示した補正
回路６の動作について説明する。

第２図はレーザ発光時間とトナー消費量との関係を示す
図で、縦軸はカウンタ３の１力ウント動作毎のトナー消
費量（ｇ）を示し、横軸は印字比率（％）（レーザ照射
面積／有効画像面積）を示す。■、は各装置のトナー消
費特性曲線を示す。

なお、レーザ照射面積は、レーザ走査幅、レーザの走査
速度、レーザの発光時間の３つの積で決定される。一方
、有効画像面積は第３図に示されるように記録紙の端に
作られる余白を除いた斜線部の面積であり、紙サイズに
よって異なる。

第３図は有効画像面積を説明する図であり、Ｓ２は有効
画像面積を示し、Ｓ３は余白を示す。

第４図はトナー消費量とメモリ７の相対関係を説明する
図で、縦軸はトナー消費量（ｇ）を示し、横軸はメモリ
７の内容を示す。

第２図に示されるトナー消費特性曲線工かられかるよう
に、印字比率（％）によって、カウンタ３の１カウント
当りのトナー消費量に差が生じる。これは主にエツジ効
果に起因するもので、印字比率が小さい程、印字部に交
わって白地が多くなる。従って、白地部（暗部電位Ｖａ
）と印字部（明部電位Ｖｈ）との間でエツジ効果が強く
なり、トナー消費量が増大する。

そこで、この発明における補正回路６では、メモリ４の
内容からレーザ照射面積Ｓ１を計算し、一方で、紙サイ
ズ信号Ｓｐをもとに有効画像面積Ｓ２を計算する。そし
て、印字比率Ｓ＋／Ｓｐを算出する。この印字比率Ｓ　
ｌ／　Ｓ　ｐに基づいて、第５図に示すトナー消費特性
曲線■から１枚当りのトナー消費量を割り出し、あらか
じめ設定ネれる所定値Ｐを越えるまでは線形に補正し、
所定値Ｐを越えたら一定値に補正しく第５図の点線に示
す）、メモリ７への加算を行う。また、カウンタ３、メ
モリ４の内容は補正回路６にメモリ４の内容が移された
後から次のプリント開始によるレーザの発光が始まるま
でにリセット信号Ｒ３Ｔｌによってリセットされる。

次に第１図に示した補正回路６の補正方法について説明
する。

補正回路６の補正は、第５図に示すように印字比率が小
さい間は、トナー消費量を線形に補正する。これは、印
字比率が小さいと画像のほとんどが文字パターンであり
、黒部が少ないと仮定できるからである。また、印字比
率が一定値Ｐを越える範囲では、トナーの消費量を一定
値に補正する。これは、・数１０％以上の印字比率をも
つものは、ベタ黒部が相当あると仮定でき、かつ、実際
の画像に、印字比率が数１０％を越える画像は存在しな
いと考えられるからである。

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４図に示
すようにメモリ７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のトナー
量Ｃから現在までのトナー消費量Ｅを引いた値が白ヌケ
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、トナー補給信号Ｓが送出された
場合のトナー補給量はＥ　（ｇ）となる。

なお、プロセスカートリッジ方式では、メモリ７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。

また、上記実施例では、カウンタ３は画像信号ｆ、に対
するレーザの発光時間のみをカウントし、現像されない
状態でのレーザ発光、例えば発光パワーを調整するため
の発光や走査方向の書き出し位置合せのための発光等は
カウントしない。

次に第６図を参照しながら第１図に示した補正回路６の
動作についてさらに説明する。

第６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（
１（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０．８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１．２倍が実質的なトナー消費量となる
。

そこで、メモリ７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。

また、上記実施例ではコンパレータ１８があらかじめ設
定されるＤとトナー消費量Ｘ１１ｙとを常時比較して、
第４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４図に示すＤｌとトナー消費を常時比較
し、トナー消費量がＤＩ　に達したらコントローラ５よ
リ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、トナー補給に面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。

さらに、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。

また、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。

さらに、上記実施例ではイメージスキャン方式による潜
像形成によるトナー消費について説明したが画像以外の
背景を露光するバックグラウンド方式の画像記録装置に
もこの発明を適用できることは云うまでもない。その場
合、カウンタ３は光信号の減光時間をカウントすること
になる。

〔発明の効果〕

川」二説明したように、この発明は画像信号に応じて光
信号の発光または減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数を積算し記憶する第１の
記憶手段と、この第１の記憶手段に記憶されたカウント
数をあらかじめ設定される所定値を越えるまでは印字比
率に応じて線形に補正し、この補正値を越えるときは一
定値に補正する補正手段と、この補正手段に補正された
第１の記憶手段の内容を積算し記憶する第２の記憶手段
と、この第２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、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丁段とを設けたので、小容量のメモ
リでカウント−ｐ段がカウントしたトナー消費量を簡便
に補正でき、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図はレーザ発光時間とトナー消費量
との関係を示す図、第３図は有効画像面積を説明する図
、第４図、第５図はトナー消費量とメモリの相対関係を
説明する図、第６図は現像バイアス電位とトナー消費酸
との関係を示す特性図、第７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８図は第
７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９図は感光体ドラムの表面電位の挙動を説明す
る図、第１０図はトナーのｍ電動作を説明する概念図、
第１１図は第７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、４，７
はメモリ、５はコントローラ、６は補正回路、８はコン
パレータである。 第１図 画像信号 （、。 第２図 印字比率（’／、）− 第３図 第４図 第６図 一現像バイアス）を位（Ｖ） 第５図 一卵字叱Ｃ季（’／、） 第７図 Ｌ 第８図 第９図 第１０図 十 ０　　　呂−Ｖｈ 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像信号に応じて変調された光信号を感光体ドラムに走
   査して潜像を形成する画像記録装置において、前記画像
   信号に応じて前記光信号の発光または減光時間を計測す
   るカウント手段と、このカウント手段のカウント数を積
   算し記憶する第１の記憶手段と、この第１の記憶手段に
   記憶された前記カウント数をあらかじめ設定される所定
   値を越えるまでは印字比率に応じて線形に補正し、この
   所定値を越えるときは一定値に補正する補正手段と、こ
   の補正手段に補正された第１の記憶手段の内容を積算し
   記憶する第２の記憶手段と、この第２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。