JPH04125671A - 画像形成装置 - 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〕 本発明は、電子写真方式や静電記録方式等の複写機、フ
ァクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来より、現像特性の良否を判断する指標として現像γ
（ガンマ）と呼ばれる指標が知られている。一般に、現
像ポテンシャルΔ■（像担持体である感光体の帯電電位
ＶＳから現像ローラへ印加する現像バイアスＶＢを引い
た値：ΔＶ＝、Ｖｓ−ＶＢ）とその現像ポテンシャルに
対する感光体上のトナー付着量との関係をグラフに表す
と第２図に示すように直ＭＩ、■、■等のようになる。

これらの直線の傾き、即ち、現像ポテンシャルに対する
トナー付着量の傾きが現像γと呼ばれるものである。

そして、この現像γは、主に現像剤のトナー濃度に左右
されて上記底ｉ１１、■、■等のように変化する。同図
の第２象限は感光体上のトナー付着量と感光体上の現像
像の光学濃度を検出する光検出素子の出力の対数変換値
（具体的には、感光体上の現像像からの反射光による光
検出素子の出力電圧ＶＳＰと、感光体の地肌部からの反
射光による光検出素子出力電圧■ｓｏとの比Ｖ　ｓｐ／
　Ｖ　ｓｏの対数変換値）との関係を示している。

よって、現像γが経験的に理想的と思われるものに維持
されるように、現像剤のトナー濃度を制御すべく、感光
体上の所定の基準潜像を現像剤で現像して測定用可視像
を形成し、そのトナー付着量を検出して、この検出出力
に基づいてトナー補給を制御するものが知られている。

例えば、狙いとする理想的な現像γ（理想的な現像特性
における現像γ）が上記直線工で、基準潜像の電位Ｖ　
３　ｐをｖ、、＝−５００ボルト、基準潜像の現像バイ
アス値ＶＢｐをＶ、Ｐ＝−２５０ボルトに設定し、これ
により、基準潜像を現像するときの現像ポテンシャル（
以下、基準潜像の現像ポテンシャルという）△Ｖ　ｐ　
−（Ｖ　ｓ　ｐ　　Ｖ　Ｂ　ｐ　）が、△ＶＰ＝２５０
ボルトのＡ点に設定されているとすると、現像γが理想
状態にあるときは、測定用可視像のトナー付着量はＭＡ
になるはずであり、又、光検出素子出力の対数は、Ｋ、
となるはずである。

そこで、この光検出素子出力の対数に１を制御基準値と
して、測定用可視像の光検出素子出力の対数変換値がこ
の制御基準値に、より大きい場合に、現像装置に付属し
ているトナーホッパ内の補給用トナーを一定量又は光検
出素子出力から求められた測定用可視像のトナー付着量
と所望の値である基準付着量ＭＡとの差に比例した量だ
け現像室内に補給して、現像剤のトナー濃度を高め、こ
れにより、測定用可視像へのトナー付着量が基準付着量
ＭＡとなるように制御する。この場合、光検出素子は対
数変換された後に制御基準値Ｋｌと比較されている。第
３図及び第４図に示すように、光検出素子出力を対数変
換すると、感光体上のトナー付着量との関係が直線的に
なる。よって、光検出素子出力に応じてトナー補給をす
るに当っての測定用可視像のトナー付着量が一定になる
ように、トナー補給を行なえば、理想的な現像γを得る
トナー濃度を維持することが出来る。

又、通常は理想的な現像γ工になるように制御するので
あるが、使用者の好み等により、より高濃度の画像や低
濃度の画像を得る現像γになるように、現像剤のトナー
濃度を変化させるべく、上記基準潜像の現像ポテンシャ
ル設定値を変更可能にしたものが知られている。

例えば、より画像濃度の高い画像品質を要求する場合に
は、基準潜像の現像バイアスを例えば■５ｐ＝−２５０
ボルトから一３２０ボルトへと変更し、これにより、基
準潜像の現像ポテンシャル△Ｖを、△Ｖ＝２５０ボトル
から１８０ボルト（第２図のＢ点）へと変更する。この
とき、現像γが直線Ｉの状態であると、付着量がＭＡか
らＭ　Ａ　”へと少なくなるために、前述した制御基準
値に１のトナー補給制御によって、測定用可視像のトナ
ー付着量がＭＡ゛　からＭＡとなるようにトナーが補給
され、これにより、現像γは工から■へと制御される。

更に、画像形成装置の現像装置においては、ホッパー等
の補給用トナー貯蔵部から、適宜現像室にトナーを補給
しており、この補給用トナーが無くなったトナーエンド
時に、報知手段を駆動してトナーの補充を促すため、補
給用トナーの有無を検知する手段を設けているが、この
補給用トナーの有無を検知する手段として、トナー貯蔵
部に専用の圧電センサー等を設けたりすることによるコ
ストアップを回避するために、上記測定用可視像のトナ
ー付着量の検出出力を用いて、補給用トナーの有無の検
知（以下、この検知をトナーエンド検知という）を行な
う画像形成装置も知られている。

補給用トナーが周知のトナー補給機構により、適宜現像
室内に補給されているうちは、現像γは所定の変動範囲
内に有り、上記測定用可視像のトナー付着量も所定の範
囲内に収まるが、トナーエンド時には、トナー補給動作
を実行しても、現像室内にトナーが補給されずに現像室
内のトナーの量が少なくなっていき、現像γが所定の変
動範囲を越えて、例えば直線Ｈの状態へと変化する。こ
のとき、光検出素子出力の対数変換値は、Ｋ１からに２
へと変化する。これを利用して、トナーエンド時の現像
γ■における測定用可視像のトナー付着量の検出出力に
２を検知基準値として、測定用可視像のトナー付着量の
検出出力がこれ以上となったことにより、トナーエンド
を検知するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、使用者の好み等により、基準潜像の現像ポテ
ンシャルを変更する制御と、測定用可視像のトナー付着
量の検出出力を用いたトナーエンド検知とを単に併用す
ると、トナーエンドの誤検知が発生することが有るとい
う問題点を発見した。

この原因を検討した結果以下の事実が判明した。

例えば、使用者の好み等により、基準潜像の現像ポテン
シャルをＢ点で制御するように変更した場合、トナーエ
ンドを判断するための検知基準値は、Ｋ、のままである
ので、コピー継続により現像室内のトナーが使用されて
、現像γ■に到達する以前である現像γ■の段階でトナ
ーエンドと判断する。この現像γ■では、トナーホッパ
ー内にトナーがまだ残っており、トナーエンドの誤検知
になってしまう。

又、測定用可視像のトナー付着量の検出出力を用いたト
ナー補給の制御と、使用者の好み等により、基準潜像の
現像ポテンシャルを変更する制御とを単に併用すると、
光検出素子の出力値（又は、これに基づいてもとめ、ら
れるトナー付着量）とトナー補給制御の制御基準値（又
は、制御基準トナー付着量）との差に比例して、トナー
補給量を制御するするものにおいては、基準潜像の現像
ポテンシャルによって現像特性（特に、現像γ）が変化
するために、トナー補給量が適正量より少な過ぎてトナ
ー補給が追いつかずに画像濃度が薄くなったり、逆にト
ナー補給量が適正量より多過ぎて画像濃度が高くなりす
ぎることがあるという問題点を発見した。

この原因を検討した結果以下の事実が判明した。

例えば第５図及び第６図に示すような特性を有する画像
形成装置について説明する。

ここで、第５図は第２図と同様に基準潜像の現像ポテン
シャルΔＶｐと測定用可視像のトナー付着量Ｍ／Ａとの
関係を示したものであり、感光体上へのトナー付着が生
じる最ｔ’ｓの現像ポテンシャルである現像開始電圧ｖ
Ｋは、約マイナス１５Ｖである。又、第６図は現像剤の
トナー濃度（Ｔｃ）〔重量（ｗｔ）％〕と現像γとの関
係を示したものであり、この例では、 （現像７）＝０．６１３＋０．３４５・Ｔｃ・　（１） の関係が有る。

第５図において、理想的な現像７１を制御の狙いにして
基準潜像の現像ポテンシャルを△Ｖ　ｐ　＝２５０Ｖ、
測定可視像のトナー付着量０．４５［ｍｇ／ｃｎ〕に対
応する制御基準値でトナー補給を制御しているときに、
同じ現像ポテンシャル△Ｖｐ＝　２５０　Ｖでの測定可
視像のトナー付着量が０．０５　（ｍｇ／ａｌｔ：ｌだ
け減少したときの現像γを１′とすると、これらの現像
γの値は夫々、１゜７０Ｘ１０−″〔ｍｇ／　（ａｎ−
Ｖ）”Ｊ　、１，５　ＬＸ１０″″”　ｃｍｇ／’　（
ａ＋！・■）〕になる。この現像γＩ′を現像γ１に回
復させるために必要なトナー濃度の変化量ΔＴｃは、第
６図の関係（１）より０．５５　（ｗｔ％〕であＩＪ、
現像剤の総量が１〔聡〕　とすると５．５ｇのトナーの
補給が必要である。

今、使用者の好みによって、基準潜像の現像ポテンシャ
ルをΔＶｐ＝２００　Ｖに変更設定したときの制御の狙
いとする現像γをＩとしく制御基準値は測定用可視像の
トナー付着量０．４５　［ｍｇ／−］に対応するものの
まま）、同じ現像ポテンシャル△ＶＰ＝　２００　Ｖで
の測定可視像のトナー付着量が０．０５　［ｍｇ／ａｄ
）だけ減少したときの現像γを■′とすると、これらの
現像γの値は夫々、２，０９Ｘ１０″″”　（ｍｇ／　
（ａ＋ｔ・Ｖ））、１．８６Ｘ１０−”　［ｍｇ／　（
ａ＋ｔ−Ｖ）　〕になる。

この現像γｍ′を現像γｍに回復させるために必要なト
ナー濃度の変化量ΔＴｃは、第６図の関係（１）より０
．６７　（ｗｔ％〕であり、現像剤の総量が１　〔総〕
とすると６．７ｇのトナーの補給が必要である。

又、使用者の好みによって、基準潜像の現像ポテンシャ
ルをΔＶＰ＝３００Ｖに変更設定したときの制御の狙い
とする現像γを現像γＶとしく制御基準値は測定用可視
像のトナー付着量０．４５〔ｍｇ／７〕に対応するもの
のまま）、同じ現像ポテンシャル△ＶＰ＝　３００　Ｖ
での測定可視像のトナー付着量が０．０５　（ｍｇ／ｃ
ｍ］だけ減少したときの現像γをＶ′とすると、これら
の現像γの値は夫々、１．４３Ｘ１０−’　［：ｍ　ｇ
／　（ａ（−Ｖ）］、１，２７Ｘ１０−″’　（ｍ　ｇ
／　（ａｒｌ　・Ｖ）　〕ｌ：する。この現像γＶ′を
現像γＶに回復させるために必要なトナー濃度の変化量
△Ｔｃは、第６図の関係（１）より０．４６　［ｗｔ％
〕であり、現像剤の総量が１　〔眩〕とすると４．６ｇ
のトナーの補給が必要である。

以上のように、現像γ■′、■′、Ｖ′のように測定用
可視像のトナー付着量が制御基準に対応するトナー付着
量から同量だけずれている場合でも、狙いの現像γ　（
夫々、１，１、■）に回復させるために必要なトナー補
給量は、狙いの現像γによって異なってくる。

ところが、従来のトナー補給は、そのときの狙いとする
現像γによらず、測定用可視像のトナー付着量の検出結
果と制御基準とを用いて、現像γｒに回復させるために
必要なトナー補給量を演算で求めて補給しているので、
測定用可視像のトナー付着量が同じであれば、同一のト
ナー補給量になっていた。例えば、上記の場合は、現像
γ■′を１に回復させるときのみならず、現像γ■′を
■に回復させるときや現像γＶ′をＶに回復させるとき
も、現像剤の総量がｌ　Ｃｋｇ〕　とすると５゜５ｇの
トナー補給量になっていた。

従って、例えば現像γｍ′から■に回復させる為には、
このトナー補給量５．５ｇは上記の適正量６．７ｇより
少な過ぎてトナー補給が追いつかずに画像濃度が薄くな
り、逆に現像γ■′からＶに回復させる為には、このト
ナー補給量５．５ｇは上記の適正量４．６ｇより多すぎ
て画像濃度が高くなりすぎる 本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みな
されたものであり、その第１の目的は、上記基準潜像の
現像ポテンシャルを変更した場合にも、正確なトナーエ
ンド検知を行なうことが出来る画像形成装置を提供する
ことであり、その第２の目的は、上記基準潜像の現像ポ
テンシャルを変更した場合にも、適正な量のトナーを補
給することが出来る画像形成装置を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために請求項１に記載の発明
は、 感光体上に所定の基準潜像を形成する手段と、該基準潜
像を現像装置で現像して形成した測定用可視像のトナー
付着量を検出する検出手段と、該基準潜像を現像すると
きの現像ポテンシャル設定値を変更する現像ポテンシャ
ル変更手段と、変更後の該現像ポテンシャル設定値と該
検出手段による検出値とを用いて、現像装置の補給用ト
ナーの有無を判別する判別手段とを設けたことを特徴と
するものであり、 上記第２の目的を達成するために請求項３記載の発明は
、 感光体上に所定の基準潜像を形成する手段と、該基準潜
像を現像装置で現像して形成した測定用可視像のトナー
付着量を検出する検出手段と、該基準潜像を現像すると
きの現像ポテンシャル設定値を変更する現像ポテンシャ
ル変更手段と、変更後の該現像ポテンシャル設定値と該
検出手段による検出値とを用いて、現像装置でのトナー
補給量を演算する演算手段とを設けたことを特徴とする
ものである。

〔作用〕

請求項１に記載の発明は、判別手段で現像装置の補給用
トナーの有無を判別するにあたり、変更後の現像ポテン
シャル設定値を用い、これにより、その変更後の現像ポ
テンシャル設定値における、現像装置の補給用トナーが
無くなったときの測定用可視像のトナー付着量を判別基
準にし、これと検出手段による検出値とを比較すること
により、現像装置の補給用トナーの有無を正確に判別す
るものである。

請求項３記載の発明は、演算手段が変更後の現像ポテン
シャル設定値と検出手段による検出値とから、変更後の
現像ポテンシャル設定値に応じた狙いの現像γにする為
のトナー補給量を演算するものである。

〔実施例〕 この発明の一実施例を説明する。

第７図は、本発明の実施例に係る電子写真複写機の概略
構成図である。

先ず、複写機全体の概略について説明する６第７図にお
いて、原稿照射用光源であるハロゲンランプ１からの光
は、コンタクトガラス２上の原稿３に当って反射し、第
１ミラー４、第２ミラー５、第３ミラー６、レンズ７、
第４ミラー８、第５ミラー９、第６ミラー１０及び防塵
ガラス１１を順に通って、感光体である感光体ドラム２
０上に結像される。防塵ガラス１１は、浮遊物が光学系
に入らないように設けられているものである。

尚、本複写機には、最大２００％から最小５０％まで、
１％ごとのズーム変倍機能が備えられている。又、図示
しない光ファイバーを用いて原稿の地肌濃度を検出し、
それに基づいて原稿の静電潜像を現像するときの現像バ
イアスを補正することにより、地肌汚れの無い画像を得
ることが出来るようにした自動濃度調整システムが設け
られている。

感光体ドラム２０の廻りには、帯電器２１、イレーザ２
２、現像装置２３、転写前除電ランプ２４ａ、除電ラン
プ２４ｂ、転写分離器２５、クリーング装置２６等が配
置されている。

帯電器２１においては、暗中でチャージワイヤに高圧電
圧が印加されてコロナ放電が行なわれ、マイナス電荷が
、感光体ドラム２０上に均一に帯電される。これにより
、感光体ドラム２ｏの電位は、マイナス８００ボルトに
なる。

チャージワイヤと感光体ドラム２０との間には、電位を
均−且つ一定に制御するためにグリッドが配置されてい
る。

イレーザ２２は、帯電された感光体ドラム２０に光を当
てて不要な電荷を消去し、クリーニングの容易化を図る
ものである。イレーザ２２は、長尺状のＬＥＤからなり
、サイトイレース及び先端イレースを行なっている。

現像装置２３は、トナーが供給された磁気ブラシで感光
体ドラム２０上の静電潜像を現像するものである。

転写前除電ランプ２４ａ及び除電ランプ２４ｂは両者共
、メインモータのスタートと同時に点灯され、フィルタ
により拡散されながら感光体ドラム２０上の残留電荷を
消去する光が照射されるようになっている。

転写分離器２５は、レジストローラから送り出された転
写材であるペーパーを感光体ドラム２０に密着させなが
ら、転写チャージャ２５ａでトナーをペーパーに転写さ
せると共に、分離チャージャ２５ｂによって感光体ドラ
ム２０からペーパーを分離させるものである。万一、分
離が出来なかった場合には、分離爪２５ｃにより強制的
に分離させる。分離後のペーパーは搬送ベルト２７によ
り定着器２８側へ搬送される。

クリーニング装置２６は、感光体ドラム２０上の残留ト
ナーを掻き落すクリーニングブラシ２６ａ及びクリーニ
ングブレード２６ｂを備えている。

クリーニングブレード２８ｂは、左右の接触圧が均一化
されるように、中央で一点支持されている。

クーニングブラシ２６ａは、感光体ドラム２０と同一方
向に回転されている。このクリーニングブラシ２６ａは
、クリーニングプレー下２６ｂで、除去されにくい紙片
等の異物を除去する機能を有している。クリーニングブ
ラシ２６ａ及びクリーニングブレード２６ｂにより掻き
落されたトナーは、トナー回収部に回収されるようにな
っている。

定着器２８は、搬送部から送られてきたペーパーに一定
の温度及び圧力を加えて、トナーをペーパー上に融着さ
せるものである。サーミスタによって温度が検知され、
ヒータの温度ｆｆ！ＪＷが行なわれている。

次に、現像装置２３について詳述する。

現像装置２３は、感光体ドラム２０に対向する部分に開
口部を有した現像室である現像室３ｏを有している。こ
の現像室３０内の上記開口部近傍には、現像剤保持手段
であるアルミニウム等からなる非磁性の外形３０ｍｍの
円筒上の現像ローラ３■が、その周面が感光体ドラム表
面とギャップ０゜７５−を置いて配置されている。この
現像ローラ３１の内部には、図示しない複数の異なる磁
極が交互に配置されてなる現像磁石ローラが現像ローラ
３１の内周面から一定の間隔を隔でて設けられており、
この現像磁石ローラの磁力によって現像ローラ３１の表
面上に約８００ガウスの磁力が形成され、磁性のキャリ
アとトナーとを含んでなる磁気ブラシが形成されるよう
になっている。この磁気ブラシは、現像ローラ３１及び
現像磁石ローラの少なくとも一方が回転することにより
矢印反時計方向に移動される。

尚、磁気ブラシを構成するキャリアとしては、平均粒子
径７０ｐｍの樹脂コートキャリアが用いられている。

現像室３０内の後部下方には、トナーとキャリアとから
なる二成分現像剤を収容する現像剤収容部になっており
、この現像剤収容部には、撹拌ローラ３２が配設されて
いて、現像剤であるトナーとキャリアとを撹拌して、ト
ナーに良好な摩擦帯電を生じさせると共に、上記現像ロ
ーラ３１に現像剤を搬送できる構成となっている。

現像ローラ３１の上部には、磁気ブラシの厚みを規制す
るアルミニウム等の非磁性金属からなるドクターブレー
ド３３が配置されている。又、撹拌ローラ３２の上方に
は、ドクターブレード３３によって規制された現像剤を
現像室３０の後方に戻すセパレータ３４が設けられてい
る。

補給トナーの貯蔵部であるトナーホッパ３５内のトナー
は、トナー補給バー３６が回転することにより、トナー
補給ローラ３７にふりかけられ、トナー補給ローラ３７
の回転により、スリッター３８を通って、現像室３０に
補給される。

上記現像ローラ３１には、地汚れ防止と画像濃度調整の
ために現像バイアスが印加され、原稿の静電潜像を現像
するときの現像バイアス標準値は、マイナス２００Ｖに
設定され（地肌部電位は、約マイナス４０Ｖ）、上記の
原稿濃度の検出に基づいて自動的に、又は、使用者によ
って手動的に、変更できるようになっている。

次に、測定用可視像の形成及びそのトナー付着量の検出
について説明する。

第８図に示すように、コンタクトガラス２に載置される
原稿３の先端より数１先に、黒ベタの基準濃度パターン
４ｏが設けられている。そして、感光体ドラム２ｏが回
転駆動されて帯電装置で一様に帯電された後に、露光装
置により基準濃度パターン４０の像が露光され、次いで
、原稿３の像が露光されて静電潜像が形成される。そし
て、感光体ドラム２ｏの静電潜像は、現像装置２３によ
り現像され感光体ドラム２０には第９図に示すような測
定用可視像である基準濃度パターン４０による顕像（以
下、パターン顕像という）４０ａが形成される。

このパターン顕像４０ａのトナー付着量が、光学的な濃
度として光検出素子４１により検出される。検出後のパ
ターン顕像４０ａは、原稿３による顕像が転写装置によ
り転写紙に転写された後に、この残留トナーと共にクリ
ーニング装置でクリーニングされる。

このようなパターン顕像４０ａの濃度検出は、複写機の
電源投入後の第１回、第１１回、第２１回・・・という
ような１０凹毎のコピーサイクルで行なわれ、これ以外
のコピーサイクルにおいては、基準濃度パターン４０に
よる静電潜像はイレーザ２２で消去され、これにより、
トナーの節約及びクリーニング装置２６のクリーニング
負担の軽減が図られている。

ここで、基準濃度パターン４０による静電潜像の現像は
、上記の原稿潜像中の現像バイアスの変更後の設定値に
拘らず、所定の現像バイアス値で行なわれる。

次に、上記パターン顕像４０ａの濃度検出出力を用いた
トナーエンド検知及びトナー補給制御について説明する
。

先ず、光検出素子４１について説明する。

感光体ドラム表面に付着した単位面積当りのトナー付着
量と、それに対応する光検出素子４１の出力の対数との
関係が、第４図に示すように直線性の関係になることが
特開平１−３０６８７４号公報に記載されている。ここ
では、光検出素子４１としては、フォト・トランジスタ
ー、フォト・ダイオードなどが使用されていて、これら
の出力電流を電圧変換した値を図の縦軸に取っている。

このような現象は、次のように解析できるとされている
。

゛発光素子からの照射光をＩ。、受光素子への入射光を
ＩＲとすると、受光素子への入射光ＩＲは、トナーから
の反射光１１丁とトナー間の隙間を通ってくる感光体ド
ラム表面からの反射光ＩＩＬＩ’との和になる。

エ　翼　　＝　　　ＩＩＴ　　　＋　　　Ｉ　　ｕｐ　
　　　　　　　　　　　　　（２）又、　　Ｉ）ＬＴ、
　　Ｉλ？は、単位面積当りのトナー付着量Ｘの関数で
あり、夫々次式で表されることが知られている。

−δ　Ｘ ＩＩＴ　（Ｘ）　　＝　Ｉ。ＲＴ　（１ｅ　　　　　）
　　　　　（３）−δ　ε　Ｘ Ｉｍｐ　　（Ｘ）＝　Ｉ＠Ｒｐ　　ｅ ＲＰ＝感光体反射率 ＲＴ：　トナー反射率 δ　：　トナーの形状等による定数 ε　：感光体に対する照射光及び受光素子の角度等によ
る定数 Ｘ　：単位面積坐りのトナー付着量 （Ｍａｓｓ／Ａｒｅａ） 黒トナーや磁性体を含むカラートナーは、ＲＴ　＝０で
あるから、 となる。

（５）式の両辺を工。Ｒ２で割り、自然対数をとると、
　　ｉｎ　（Ｉｉ／ＩｏＲｐ）＝−δＥＸ又は、常用対
数を取って、 ｌｏｇ　（Ｉ　ａ／　Ｉ　。Ｒｐ）　＝−δε（ｌｏｇ
ｅ）　ｘ　　（６）１ｏｇｅ＝ｏ、４３４２９・　　　
　　　　　　（７）（６）（及び（７））式は、受光素
子への入射光の対数がトナー付着量Ｘに比例することを
意味している。

一方、発明者等の研究の結果、磁性体を含まないカラー
トナーに関しても、受光素子の角度を適切な値にするこ
とにより、適応できる付着量範囲に制限は有るものの近
似的に、（６）（及び（７））式が成立することを発見
した。

良く設計されたフォト・トランジスター、フォト・ダイ
オードを用いた光検出素子４１は、入射光に比例した出
力電流が得られるため、これを電圧変換した後に対数変
換を行なえば、トナー付着量に対して直線的に変化する
制御信号が得られる。

本実施例では、光検出素子４１として、オムロン社製の
フォト・トランジスタで、発光部と反射光の受光部との
入射光の角度の差が２６°の素子を用い、この出力を用
いて、青色トナーのトナーエンド検知及びトナー補給制
御を行なうものである。

この光検出素子４１の青色トナーの付着量に対する入出
力特性である付着量（Ｍ／Ａ）　　［ｍｇ／１ｍ’ｌに
対する出力Ｖ３ｐとの関係は、付着量（Ｍ／Ａ）＝０　
（■／ｃｄ〕のときの値を基準としくここでは、感光体
の非画像部の反射光量に対する出力Ｖｓａを基準とする
）、且つ上記（６）式からβを光検出素子４１の検出特
性である特性係数として、（Ｖｓｐ／Ｖｓａ）　　＝Ｅ
ＸＰ　（−βＸ　　（Ｍ／Ａ））β＝−３，Ｏ（■／ゴ
〕 と表すことが出来る。

これから、検出された出力値から計算される付着量（Ｍ
／Ａ）Ｏは、 （Ｍ／Ａ）ｏ”−１１（Ｖｓｐ／Ｖｓａ）／βで与えら
れる。ここで、（Ｍ／Ａ）ｏとＶ５ｐは、共に基準濃度
パターンの現像ポテンシャル△Ｖｐによって変わるので
、共に△Ｖ、の関数であるという意味で（Ｍ／Ａ）Ｄ＝
　（Ｍ／Ａ）　ｌ：ｌ（△ｖｐ）、Ｖｓｐ＝Ｖｇｐ（Δ
■、）と表すことが出来る。

尚、複写機などで実際に画像形成のために用いるトナー
付着量（Ｍ／Ａ）の範囲は、原稿濃度に対して０〜１　
〔■／ａｌ？〕の範囲であることが多く、現像剤の特性
によって、このＯ〜ｌ　　（ｍｇ／ａｙｆｌの範囲で現
像γが現像ポテンシャルによって異なる現像特性を示す
ものもある。特にトナー濃度が薄い場合には、第１０図
に示すように、トナー付着量（Ｍ／Ａ）が０．２よりも
小さい低付着量領域では所望の現像γに達しているにも
拘らず、高付着量領域では狙いの現像γに達していない
ことがある。従って、検出対象である基準濃度パターン
のトナー付着量（Ｍ／Ａ）Ｄ　（△ｖ　ｐ　）は、０．
　２［ｍｇ／ａ（］以上になるようにして検出するのが
好ましい。

次に、トナーエンド検知について説明する。

トナーエンド時の現像γ■は、現像ポテンシャル△■の
時の付着量（Ｍ／Ａ）Ｔ、ｍ、＝　（Ｍ／Ａ）。

（△Ｖ）に対して、 （Ｍ／　Ａ）Ｔ、　１１．　（ΔＶ）＝ａ（△Ｖ　−Ｖ
　Ｋ）　（ｍｇ　／ゴ〕・・（８） α’＝１．　２４Ｘ１０　　　［ｍｇ／　　（７・Ｖ）
）Ｖ、’＝　１０　　　［Ｖ］ で与えられる。ここで、α′は現像γ■の傾き（第２図
参照）、ｖ、’は現像開始電圧である。

通常の基準濃度パターンの現像ポテンシャル△ＶＰは、
２５０ボルトであるので、トナーエンド時の付着量（Ｍ
／Ａ）は、（Ｍ／Ａ）７ｇ　（△■ｐ＝２５０）＝０．
３０　［ｍｇ／ｃｍ（］　である。

そこで、従来は前述のように、この０．０３（ｍｇ／ｃ
ｒＩｉ：］　を基＋１！濃度パターンの現像ポテンシャ
ル△■、に拘らず、検知基準値に２に対応するトナー付
着量としてトナーエンド検知をしていたので、Δ■２を
変更設定したときにトナーエンドの誤検知が発生してい
た。

そこで、このような、基準濃度パターン現像時の現像バ
イアス設定値の変更（現像ポテンシャルの変更）に伴う
トナーエンド検知の誤検知を防止すべく、本実施例にお
いては、上記光検出素子４１からの出力を変換した変換
値と、用いるトナーに対する光検出素子４１の検出特性
とから求めた検出対象であるパターン顕像のトナー付着
量に対応する検出値と比較する検知基準値を、予め記憶
されているトナーエンド時の現像特性（現像γ■）と基
準濃度パターンを現像するときの現像バイアス設定値と
から求めるものである。

このために、上式（８）を基準パターンの現像ポテンシ
ャルΔ■、で表した、 （Ｍ　／　Ａ）丁　Ｅ　（△Ｖ、）＝α（△Ｖ、−ＶＫ
）［■／酬〕・・（８）′ を演算式として用いて、変更設定後のΔｖＰでの現像γ
■にある現像剤のパターン顕像のトナー付着量を算出し
、これを検知基準値に対応するトナー付着量として用い
る。

次に、トナー補給制御について説明する。

通常の制御時の狙いの現像γ１は、現像ポテンシャル△
Ｖの時の付着量（Ｍ／Ａ）ｃ＝　（Ｍ／Ａ）。

（△■）に対して、 （Ｍ／Ａ）。（ΔＶ）＝α（ΔＶ−ＶＫ）　　Ｃ■／−
〕・・・（９） ａ＝１．７０ｘｌＯ（ｍｇ／　　（ｃＩＴ！・Ｖ））■
、＝−１０ＥＶ） である。ここで、αは狙いの現像γＩの傾き（第２図参
照）、■、は現像開始電圧である。

通常の基準濃度パターンの現像ポテンシャル△■２は、
２５０ボルトであるので、狙いとする付着量（Ｍ／Ａ）
は、（Ｍ／Ａ）ｃ　（△ＶＰ＝２５０）＝０．４４　［
１ｇ／ａ（］である。

従来は前述のように、この０．４４　［■／ａｎｔ）を
制御基準値Ｋ、に対応するトナー付着量ＭＡとして、基
準濃度パターンの現像ポテンシャル△■。

に拘らず、これと検出したトナー付着量との差に比例し
た量だけトナーを補給していたので、Δ■、を変更設定
したときに不適正なトナー補給量になることが有った。

そこで、本実施例においては、このような、基準濃度パ
ターン現像時の現像バイアス値を変更した場合にも、ト
ナー補給制御において適切なトナー補給量を決定すべく
、変更設定された△■、と上記光検出素子４１からの出
力を変換した変換値と、用いるトナーに対する光検出素
子４１の検出特性とから求めたパターン顕像４０ａのト
ナー付着量（又は、現像特性）とを用いてトナー補給量
を求めるものである。

例えば、本実施例においては、第５図の関係（１）より
、狙いの現像γ（変更設定した現像ポテンシャルΔ■、
に対応する）から外れている場合に、狙いの現像γにす
るために必要なトナーの補給量ＭＳは、 ・・・（ｌＯ） となる。ここで、ＭＴは現像器中の現像剤の総量［ｇ］
、Δγは狙いの現像γの値と検出の対象となっている現
在の現像γの値との差、ＭＡはトナー補給要否を判別す
る制御基準値に２に対応するトナー付着量、Ｖ　３　＞
は狙いの現像γでの現像開始電圧、Ｖ３＞’は検出の対
象となっている現在の現像γでの現像開始電圧である。

現像開始電圧の変化は十分小さいので、ＶＫｂ＝Ｖ□′
ミ■、として、上式（１ｏ）は以下のように変形できる
。

二こで、Ｋの式中の、ΔＴｃ／ΔＴは上式（１）ヨｊＪ
定数０．３４５Ｘ１０−”、Δｖｐｏハｌｉ常制御ニお
ける現像ポテンシャルで定数２５０　Ｖ、　ＶＫは上記
の定義より定数であるので、Ｋは定数になる。

例えば、本実施例では■にの値はマイナス１５Ｖである
から、ＭＴをｌｏｏｏｇとしたときのＫの値は約１１０
になる。

この（１１）式を演算式として記憶しておいて、パター
ン顕像の検出トナー付着量（Ｍ／Ａ）。（ΔｖＰ）とそ
のパターン原像形成時の現像ポテンシャルである変更設
定値ΔＶｐとからトナー補給量Ｍｉ［ｇｌを求めること
が出来る。

尚、上式（１１）中の、現像開始電圧■にが無視できる
場合には、 という演算式を用いても良い。

又、特に本実施例のように、１枚のコピー毎ではなく所
定枚数（１０枚）毎にトナー濃度の検出をするものにお
いては、上式（１１）　、　（１１）　’で求まる、狙
いの現像γにするために必要なトナーの補給量に、１枚
のコピーで通常消費されるトナー量ＭＢｏを加算してト
ナー補給量を定めることが好ましい。このときの演算式
は例えば次式のものになる。

尚、この（１１）”は１枚のコピーにおけるトナー補給
でＭｓ［ｇｌを補給する場合の演算式であるが、所定枚
数（１０枚）のコピーの蘭のトナー補給でＭｓ［ｇｌを
補給するようにしても良い。

以上のトナー補給量によるトナー補給をパターン顕像の
トナー付着量（Ｍ／Ａ）Ｄ　（ΔＶ、）が、ＭＡ≧（Ｍ
／　Ａ）ｏ　（△Ｖｐ）＞○のときに実行する。

以上はトナー補給量Ｍｓ［ｇ）を顕像パターンのトナー
付着量の差に比例した形の演算式を用いたものであるが
、現像γの差に比例した形の演算式を用いることもでき
る。例えば、上式（１０）は次式のように変形できる。

・・・（１２） ココテ、Ｋ、ΔＶｐｏ　、Ｖｘｂ　、　Ｖｃｂ　’　Ｉ
；！上式り１１）中のものと同じものである。

コノ式（１２）中ｔ７）ＭＡ／ΔＶＰ−ＶＫ　、　（Ｍ
／Ａ）Ｄ（Δｖｐ）／ΔＶ、−Ｖいは夫々、狽いの現像
γの値、検出の対象となっている現在の現像γの値であ
るから、これらをａｂ、α、′と表し、又Ｖｘｂ＝ＶＫ
ｂ’　＝Ｖｘとすると、次式のように表せる。

Ｍｍ（ｇｌ−Ｋ（ａｂ　　ａｈ　’　）　・（ＡＶｐｏ
−ＶＫ）　−（１２）この式を演算式として用いる場合
にも、現像開始電圧■にが無視できるときには、上式か
ら■にを省略することが出来る。

又、特に本実施例のように、１枚のコピー毎ではなく所
定枚数（１０枚）毎にトナー濃度の検出をするものにお
いては、上式（１２）　’で求まる、狙いの現像γにす
るために必要なトナーの補給量に、１枚のコピーで通常
消費されるトナー量Ｍ、。を加算して、トナー補給量を
定めることが好ましい。

このときの演算式は例えば次式のものになる。

Ｍｓ［ｇ］＝Ｋ・　Ｃｒａｂ　　ａｂ　’　）　　・　
（ΔＶＰＯ−ＶＫ）十Ｍ、。〕・・・（１２） 尚、この（１２）”は１枚のコピーにおけるトナー補給
でＭｓ［ｇｌを補給する場合の演算式であるが、所定枚
数（１０枚）のコピーの間のトナー補給でＭｓ［ｇｌを
補給するようにしても良い。

以上のトナー補給量によるトナー補給をパターン顕像の
トナー付着量（Ｍ／Ａ）。（△ＶＰ）が、ＭＡ≧（Ｍ／
Ａ）ｏ（ΔＶＰ）＞０ 且つ、ΔＶ、≠ＶＫ のときに実行する。

以上のような基準に基づきながら、段階的なトナー補給
量レベルを設定しても良い。

このようにトナー補給量を変化させるために、本実施例
においては、トナー補給部材である補給ローラの回転駆
動時間及び／又は回転速度（補給速度）を変化させる。

第１図は、以上のトナーエンド検知及びトナー補給制御
を行なうための電装部のブロック図である。

主制御ｆＨＩ５０は光検出素子４１の出力信号及び現像
バイアス電圧検出部５１から現像バイアス電圧を読み込
み、これらの情報と記憶＄５２からのデータとをもちい
て、所定の演算等を実行し、トナーエンド表示部５３の
点灯制御やトナー補給ローラ駆動部を制御する。この主
制御部５０は、マイクロコンピュータを用いて構成され
ている。対数変換部５４は、光検出素子４１で検出した
感光体の地肌部分に対応するの出力電位■８゜と基準濃
度パターンに対応する部分の電位Ｖｓｐとの比を対数変
換する。

以下、第１１図乃至第１３図に基づいて、動作を説明す
る。

コピーボタンが押下されてコピー動作が開始されると、
光検出素子４１の出力を用いた、トナー補給制御及びト
ナーエンド検知の制御フローが呼び出される。

先ず、第１ステツプで、第１２図に示すように、電源投
入時に１がセットされ、コピー動作毎にインクリメント
されるカウンター（ＣＮＴ）の内容を、光検出素子４１
によるパターン顕像４０ａのトナー付着量検出間隔枚数
であるｌＯで除算し、その”余り”を、このカウンター
に格納する。

次に、第２ステツプでカウンタの内容が１か否かを判断
し、１の場合には、第３ステツプで基準濃度パターンの
作像と現像を行ない、第４ステツプで光検出素子４１に
よる現像されたパターンの反射濃度検出（Ｖｓｐ、　Ｖ
ｓａの読み込み）及び基準濃度パターン現像時の現像バ
イアス値Ｖ　Ｂ　ｐの読み込みを行なう。

次に、第５ステツプで読み込んだ上記現像バイアス値Ｖ
Ｂｐを用いた現像ポテンシャル△Ｖｐの演算、この現像
ポテンシャルΔＶＰを用いたパターン顕像４０ａのトナ
ー付着量（Ｍ／Ａ）ｏの演算、及びトナーエンド検知基
準値の演算（Ｍ　／　Ａ）　Ｉｌ、　？（△Ｖｐ）を実
行する（第１１図中、　（Ｍ／Ａ）。

（Δｖｐ）をＭＯ（ΔＶｐ）、　（Ｍ　／　Ａ　）　Ｌ
　Ｔ、　　（Δｖｐ）をＭＴ、Ｉｌ、　（Δｖｐ）と略
記する）。

次に、第６ステツプでトナー補給の要否をパターン顕像
４０ａのトナー付着量（Ｍ／Ａ）ｏがトナー補給制御基
準値ＭＡ以下か否かで判断し、ＹＥＳであれば、第７ス
テツプでトナー補給リクエストフラグをセットし、第８
ステツプで上述のようにして補給トナー量を演算して求
めて、トナーを補給する。尚、この演算結果である補給
トナー量は、パターン顕像４０ａの検出を行なわないコ
ピーサイクルにおけるトナー補給のために、トナー補給
量メモリに書き込む。

次に、第９ステツプでトナーエンドが否かをパターン顕
像４０ａのトナー付着量（Ｍ／Ａ）ｏがトナーエンド検
知基準４１１　（Ｍ／　Ａ）　１．　Ｔ、　（ΔＶ、）
以下か否かで判断し、ＹＥＳの場合は、第１３図に示す
トナーエンドサブルーチンを実行する。

第１３図のトナーエンドサブルーチンでは、先ず、第１
１ステツプでトナーエンドフラグがセットされているか
否かを判断する。

トナーエンドフラグがセットされていなければ、第１２
ステツプでトナーエンドフラグをセットし、第１３ステ
ツプでトナーエンド検出後のコピー枚数を計数する第２
カウンタに１をセットして戻る。

トナーエンドフラグがセットされていれば、第１４ステ
ツプで第２カウンタの内容が５以上か否かを判断し、５
以上でなければ、第１５ステツプで第２カウンタをイン
クリメントして戻り、５以上であれば、第１６ステツプ
呑トナーエンド表示部を点灯駆動し、第１７ステツプで
機械を停止して複写機全体制御のメインフローにする。

トナーエンドサブルーチンを実行したら、第１８ステツ
プでカウンタなインクリメントし、複写機全体制御のメ
インフローに戻る。

尚、第２ステツプでカウンターが１でないと判断した場
合は、第１９ステツプでトナー補給リクエストフラグが
セットされているか否かを参照し、セットされていれば
、第２０ステツプで上記トナー補給量メモリに記憶され
ているデータを読み出してトナー補給を行ない、第２１
ステツプでカウンターをインクリメントして、複写機全
体制御のメインフローに戻り、第１９ステツプでトナー
補給リクエストフラグがセットされていなかった場合は
、そのまま、第２２ステツプでカウンターをインクリメ
ントして、複写機全体制御のメインフローに戻る。

又、第６ステツプでパターン顕像４０ａのトナー付着量
（Ｍ／Ａ）ｏがトナー補給制御基準’ＷＩ　Ｍ　Ａ以下
ではないと判断したら、第２３ステツプでトナー補給リ
クエストをリセットし、第２４ステツプでトナーエンド
フラグをリセットし、第２５ステツプでカウンタをイン
クリメントして、複写機全体制御のメインフローに戻る
。

更に、第９ステツプでパターン顕像４０ａのトナー付着
量（Ｍ／Ａ）ｏがトナーエンド検知基準値（Ｍ／Ａ）１
．Ｔ、（ΔＶ、）以下ではないと判断した場合は、第２
６ステツプでトナーエンドフラグをリセットし、第２７
ステツプでカウンターをインクリメントして、複写機全
体制御のメインフローに戻る。

以上の実施例においては、光検出出力からトナー付着量
を求めるのに対数変換の演算を実行しているが、これに
代え、光検出出力についてのトナー付着量をデータテー
ブルに記憶させておき、これをルックアップするように
しても良い。

又、使用者の好みに応じて、基！！濃度パターンの現像
ポテンシャルを変更設定する場合について説明したが、
これ以外の目的でこの現像ポテンシャルを変更設定する
ものにも適用できる。例えば、現像剤交換直後の一定期
間（例えば、数百枚のコピーを形成する期間）、現像剤
のトナー帯電能力が低下して画像濃度が濃くなる傾向が
あるのを、現像剤のトナー濃度を低くすることによって
防止するために、この期間と、それ以降のＭＭとで基準
濃度パターンの現像ポテンシャルを変更設定する場合に
も適用できる。又、温湿度の変化や現像剤の劣化によっ
て現像特性が変化するのを防止するために、基準濃度パ
ターンの現像ポテンシャルを変更設定する場合にも適用
できる。

更に、上記実施例においては、パターン顕像のトナー付
着量の検出値を用いたトナーエンド検知とトナー補給制
御の両方に、本発明を適用したものであるが、何れか一
方に本発明を適用しても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、請求項１に記載の発明によれば、判別手
段で現像装置の補給用トナーの有無を判別するにあたり
、変更後の現像ポテンシャル設定値を用い、これにより
、その変更後の現像ポテンシャル設定値における、現像
装置の補給用トナーが無くなったときの測定用可視像の
トナー付着量を判別基準にし、これと検出手段による検
呂値とを比収することにより、現像装置の補給用トナー
の有無を判別するので、基準潜像の現像ポテンシャルを
変更した場合にも、正確なトナーエンド検知を行なうこ
とが出来るという優れた効果が有る。

請求項３記載の発明によれば、演算手段が変更後の現像
ポテンシャル設定値と検出手段による検呂値とから、変
更後の現像ポテンシャル設定値に応じた狙いの現像γに
する為のトナー補給量を演算するので、基準潜像の現像
ポテンシャルを変更した場合にも、適正な量のトナーを
補給することが出来るという優れた効果が有る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係る複写機のトナーエンド
検知及びトナー補給制御に関連する電装部のブロック図
、 第２図は現像γと光検出素子出力の対数との関係を示す
特性図、 第３図はトナー付着量と光検出素子出力との関係を示す
特性図、 第４図はトナー付着量と光検出素子出力の対数との関係
を示す特性図、 第５図は現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示
す特性図、 第６図は現像剤のトナー濃度（ＴＣ）と現像γの値との
関係を示す特性図。 第７図は第１図の複写機の概略構成を示す側面図、 第８図は第７図のコンタクトガラス２近傍を拡大した側
面図、 第９図は第７図の感光体ドラム２０上のパターン顕像を
示す斜視図、 第１０図は現像剤のトナー濃度が薄い場合の現像γを示
す特性図、 第１１図は第７図の複写機における顕像パターンのトナ
ー付着量の検呂値を用いた制御のフローチャート、 第１２図は第７図の複写機における電源投入時のカウン
ター制御のフローチャート、 第１３図は第７図の複写機のトナーエンド制御のフロー
チャートである。 ２３・・・現像装置 ３１・・・現像ローラ ３７・・・トナー補給ローラ ４１・・・光検出素子 ５ｏ・・・主制御部 ５３・・・トナーエンド表示部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）像担持体上に所定の基準潜像を形成する手段と、 該基準潜像を現像装置で現像して形成した測定用可視像
   のトナー付着量を検出する検出手段と、該基準潜像を現
   像するときの現像ポテンシャル設定値を変更する現像ポ
   テンシャル変更手段と、変更後の該現像ポテンシャル設
   定値と該検出手段による検出値とを用いて、現像装置の
   補給用トナーの有無を判別する判別手段とを設けたこと
   を特徴とする画像形成装置。
2. （２）像担持体上の所定の基準潜像を現像して測定用可
   視像を形成し、該測定用可視像のトナー付着量を検出し
   、該検出の検出値と基準値とを用いて現像装置の補給用
   トナーの有無を判別する画像形成装置において、 該基準潜像を現像するときの現像ポテンシャル設定値を
   変更する現像ポテンシャル変更手段と、変更後の該現像
   ポテンシャル設定値に応じて該基準値を補正する基準値
   補正手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
3. （３）像担持体上に所定の基準潜像を形成する手段と、 該基準潜像を現像装置で現像して形成した測定用可視像
   のトナー付着量を検出する検出手段と、該基準潜像を現
   像するときの現像ポテンシャル設定値を変更する現像ポ
   テンシャル変更手段と、変更後の該現像ポテンシャル設
   定値と該検出手段による検出値とを用いて、現像装置で
   のトナー補給量を演算する演算手段とを設けたことを特
   徴とする画像形成装置。
4. （４）像担持体上の所定の基準潜像を現像して測定用可
   視像を形成し、該測定用可視像のトナー付着量を検出し
   、該検出の検出値と補給係数とを用いて補給トナー量を
   決定する画像形成装置において、該基準潜像を現像する
   ときの現像ポテンシャル設定値を変更する現像ポテンシ
   ャル変更手段と、変更後の該現像ポテンシャル設定値に
   応じて該補給係数を補正する補給係数補正手段とを設け
   たことを特徴とする画像形成装置。
5. （５）像担持体上に、基準濃度パターンを用いて上記基
   準潜像を形成し、該基準潜像を現像して形成した測定用
   可視像のトナー付着量を光検出素子からなる上記検出手
   段で検出し、この光検出素子からの出力に基づいて現像
   装置のトナー補給を行なう画像形成装置において、 標準現像特性において標準現像ポテンシャルで該基準潜
   像を現像して得られる像のトナー付着量に対応する基準
   値と上記検出値とを比較して現像装置のトナー補給の要
   否を判別する判別手段と、該基準値と上記検出値との差
   に補正後の上記補給係数を掛けて、現像装置のトナー補
   給量を求める補給量演算手段とを設けたことを特徴とす
   る請求項４記載の画像形成装置。
6. （６）像担持体上に、基準濃度パターンを用いて上記基
   準潜像を形成し、該基準潜像を現像して形成した測定用
   可視像のトナー付着量を光検出素子からなる上記検出手
   段で検出し、この光検出素子からの出力に基づいて現像
   装置のトナー補給を行なう画像形成装置において、 標準現像特性において標準現像ポテンシャルで該基準潜
   像を現像して得られる像のトナー付着量に対応する基準
   値と上記検出値とを比較して現像装置のトナー補給の要
   否を判別する判別手段と、上記検出値と上記変更後の現
   像ポテンシャル設定値とを用いて現像γを演算する現像
   γ演算手段と、 該標準現像特性における現像γと該現像γ演算手段によ
   って求められた現像γとの差に補正後の上記補給係数を
   掛けて、現像装置のトナー補給量を求める補給量演算手
   段とを設けたことを特徴とする請求項４記載の画像形成
   装置。