JPH0455874A - 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】 の１ 本発明は電子写真方式、静電記録方式等の画像形成装置
に関し、詳しくいうと、トナー粒子とキャリヤ粒子を有
する現像剤のトナー濃度を制御する現像剤濃度制御装置
を備えた画像形成装置に関するものである。

【米二弦ｌ 一般に、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が
具備する現像装置にはトナー粒子とキャリヤ粒子を主成
分とした二成分現像剤が用いられている。周知のように
、この二成分現像剤のトナー粒子とキャリヤ粒子の混合
比は現像剤濃度と呼ばれ、画像品質を安定化させる上で
極めて重要な要素になっている。現像剤のトナー粒子は
現像時に消費され、現像剤濃度は変化する。このため、
現像剤濃度制御装置を使用して適時現像剤の濃度を正確
に検出し、その変化に応じてトナー補給を行ない、現像
剤濃度を常に一定に制御し、画像の品位を保持している
。

従来から行なわれているトナー補給方法には、現像剤濃
度がある決められた濃度以下になると一定時間のトナー
補給が行なわれるいわゆるしきい値タイプのものが多く
用いられている。しかし、この方法ではトナー濃度の変
動が大きくなってしまい、正確な濃度を設定できなくな
ってしまうという欠点があった。

ところで、二成分現像剤を使用する現像装置では、その
現像剤の撹拌方法も濃度の安定化に大きく影響する。二
成分現像剤を使用する理想的な現像装置は第４図を参照
して以下に説明するように構成されているものと考えら
れる。即ち、現像剤担持体であるところの現像スリーブ
２１には常に新しい現像剤が供給され、現像部において
現像に供され、トナーを消費した劣化した現像剤は速や
かに下部スクリュー２４から回収されて隔壁２２の後方
２３に運ばれる。この際、トナー濃度測定装置３０によ
ってトナー濃度が測定され、その不足分のトナーをトナ
ー補給部５ｏで補給し、スクリュー２５で撹拌して再び
現像スリーブ２１に供給するというサイクルを実行する
ものである。このサイクルが繰り返されている限り、一
定のトナー濃度を維持し続けることができる筈である６
従来より現像剤の濃度を制御する種々の現像剤濃度制御
装置が提案されているが、その代表例を第５図に概略的
に断面図で示す。この現像剤濃度制御装置は現像器２０
側に設けられた検出ヘッド部３０と、現像器外付けの外
部検出ユニット４゜とを有し、これら検出ヘッド部３０
と外部検出ユニット４０とは互いに非接触状態に保持さ
れている。検出ヘッド部３ｏは所定の角度で配置された
２つノ光ファイバ３２．３４、反射ミラー３１及び現像
剤濃度検出窓３３を含み、光ファイバ３２の入射口に隣
接して外部検出ユニット４ｏの側板４１に取付けられた
光源４２が付勢されると、その白色光の照明光が光ファ
イバ３２を介して反射ミラー３１に到達し、この反射ミ
ラー３１で反射されて検出ヘッド部３０に形成された現
像剤濃度検出窓３３を照射するようになっている。この
検出窓３３はグイクロイックミラーで構成されており、
本例では白色光の照明光のうち、例えば７゜Ｏｎｍを境
にして短波長成分である可視光を反射し、長波長成分で
ある近赤外光を透過させるように構成されている。

検出窓３３を透過した近赤外光は現像剤担持体であると
ころの現像スリーブ２１上の現像剤を照射し、その反射
光は再び検出窓３３を透過し、反射ミラー３１で反射さ
れて、又は直接、光ファイバ３４に導かれ、グイクロイ
ックミラーで反射された短波長成分の可視光とともに側
板４１の開口４３及び色分解フィルタ４４を通って、例
えばシリコン・ホトダイオードの受光素子４５に入射す
る。

色分解フィルタ４４は受光素子４５の受光部をそれぞれ
カバーする面積を有する第１及び第２のフィルタ部材４
７及び４８がらなり、第１のフィルタ部材４７は波長が
７００ｎｍ以上の光を通す赤外透過フィルタであり、第
２のフィルタ部材４８は７００ｎｍ以下の光を通す可視
透過フィルタである。この色分解フィルタ４４は図示し
ないソレノイドとスプリングとにより図示矢印方向に移
動可能となっており、受光素子４５に入射する光の波長
を分けている。赤外透過フィルタ４７を透過した光は光
電変換されて現像剤中のトナー濃度に対応した電気信号
（以下、濃度信号と呼ぶ）となり、また、可視透過フィ
ルタ４８を透過した光も光電変換され、こちらは光源の
劣化及び検出光学系の汚れを検出する電気信号（以下、
参照信号と呼ぶ）となる。これらの信号はアナログ−デ
ィジタル変換され、第７図に示すアルゴリズムによって
処理される。以下、その説明をする。

濃度信号から参照信号を引いたものを補給信号と呼ぶ。

即ち、 補給信号工濃度信号−参照信号 である。上記濃度信号及び参照信号は適当に増幅された
後、アナログ−ディジクル変換器５３に入力され、ディ
ジタル信号に変換される。ここで、ディジタル信号に変
換された濃度信号をＤｌとし、同じくディジタル信号に
変換された参照信号をＤ２とすると、これらディジタル
信号Ｄ１及びＤ２は演算回路５４に人力され、それらの
差が取られる。即ち、 Ｄ、−Ｄ、＝Ｄ。

この差分信号り、が上記補給信号となる。メモリ５５内
には現像剤の初期状態の補給信号（現像剤濃度が正常値
のときの差分信号）Ｄ、。が、補給のしきい値として、
記憶されている。演算回路５４からの補給信号Ｄ１とメ
モリ５５からの現像剤の初期状態の補給信号り、。はそ
れぞれ比較回路５６に入力され、両信号が比較される。

比較結果がＤ　ｓ　＜　Ｄ　ｓ。のときには現像剤濃度
が低いと判断され、比較回路５６から補給信号がトナー
補給装置（図示せず）に送られ、トナーが補給される。

これに対し、比較結果がＤ８≧Ｄ、。のときには現像剤
濃度が正常であると、或は高いと判断され、比較回路５
６からは補給信号が送られず、トナーは補給されない。

かくして、トナーが消費されて濃度信号が小さくなり、
補給信号り、が補給のしきい値Ｄ８゜より小さくなると
、その差に応じたトナー補給信号が出される。このトナ
ー補給信号により現像器中にトナーが補給されると、現
像剤濃度が高くなり、濃度信号も大きくなるので、再び
補給信号Ｄ３がしきい値Ｄｊｏを割るまではトナーの補
給は行なわれない。

一方、現像剤濃度に変化がなくても光源の強度が変化し
たり、光学系が汚れて光路が妨げられる場合には、やは
り濃度信号が変化してしまう。この対策として現像剤濃
度によらずに光学系の変化を見ている参照信号がある。

前述したように、トナー濃度の変化以外で濃度信号が変
化した場合には参照信号もそれに伴って変化するので、
それらの差分である補給信号り、は影響を受けず、従っ
て、誤補給は行なわれない。

か（して、第７図に示すアルゴリズムによって光学系の
異常などに左右されない安定した現像剤の濃度制御を行
なうことができる。

が　　しよ　と　る しかしながら、上述の従来の現像剤濃度制御装置には次
のような欠点があった。トナー濃度を検知し、その濃度
に合わせてトナーの補給を行なうトナー補給テーブルを
持つ制御方法は従来より知られているが、実際には、劣
化した現像剤を十分に回収できないため、現像スリーブ
上の現像剤濃度が低下してしまったり、或は撹拌スピー
ドが十分に早くないために、現像器内で濃度のムラがで
きてしまい、現像スリーブ、検出部、補給部で濃度のタ
イムラグが生じ、結果として第６図に示すようにトナー
の使われ方によって現像剤濃度の変動が起きてしまう。

この変動には大きく分けて２つのタイプがあり、その１
つはトナーの補給が追い付かなくなってくることによる
濃度ダウンである。第６図のＡはその様子を表わしてい
る。２つ目はトナーの過剰な補給によるいわゆるオーバ
ーシュートであり、特に濃度の下がった状態から補給を
行なうことによって起こりやすい。第６図のＢはこの様
子を表わしている。いずれの場合も、検知と補給のタイ
ムラグなどが問題であるが、この問題を本質的に解決す
ることは難しい。なお、第６図において横軸のＨＴはハ
ーフトーン、白及び黒はそれぞれベタ白及びベタ黒のコ
ピーを表わす。

さらに、体積平均粒径１０μｍ以下のトナー粒子と重量
平均粒径３０ｕｍ〜８０μｍの磁性粒子（キャリヤ）を
主成分とする二成分現像剤を使用する場合には、体積平
均粒径が大きい現像剤を使用する場合と比べて、現像剤
濃度の変動による画像濃度の変動が激しく、特に安定化
が必要であった。

従って、本発明の目的は、トナーの消費されるパターン
を認識する装置を設け、この装置からの情報と現像器内
のトナー濃度の情報との複数の情報によってトナーの補
給量を決定するトナー補給テーブルを作成し、このトナ
ー補給テーブルによってトナーを補給することによりト
ナーの消費パターンの違いによって生ずるトナー濃度の
変動を有効に抑えるようにした画像形成装置を提供する
ことである。

・　を　ゞ　るた　の 上記目的は本発明に係る画像形成装置によって達成され
る。要約すれば、本発明は、体積平均粒径１０μｍ以下
のトナー粒子と重量平均粒径３０μｍ〜８０μｍの磁性
粒子（キャリャフを主成分とする二成分現像剤を使用す
る現像装置と、現像器内のトナー濃度を直接検出する検
出手段及びトナーの補給手段を有し、前記現像剤の混合
比を一定に保持するための現像剤濃度制御装置とを具備
する画像形成装置において、前記現像剤濃度制御装置が
、トナーの消費されるパターンを認識する装置からの情
報と現像器内のトナー濃度の情報との複数の情報によっ
てトナーの補給量を決定するトナー補給テーブルを有し
、トナーの消費パターンの違いによって生ずるトナー濃
度の変動を抑えるようにしたことを特徴とする画像形成
装置である。

本発明の好ましい一態様においては、トナー濃度信号を
記憶するメモリを使用してトナー消費速度の違いを検出
することによりトナーの消費されるパターンが認識され
る。

また、本発明の好ましい他の態様においては、原稿台に
載置された原稿を光学的に走査して線状撮像素子で読取
る原稿画像読取り手段と、読取られた画像信号に応じて
画像信号の面積率を積算し得る画像処理手段とにより、
現像されトナーの消費が行なわれるより前にトナー消費
量を予測し、この予測情報と現像剤濃度とによってトナ
ー補給テーブルが作成される。

及皿ｌ 以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細
に説明する。

本発明による画像形成装置の現像剤濃度制御装置の現像
器、検出ヘッド部、外部検出ユニットなどの基本構成は
第５図に示す従来の装置と同じであるので図示しない。

また、現像剤濃度の検出方法、検出光及び参照光の光路
、並びに信号処理方法等も従来例と同じであるので、そ
の説明を省略する。

〔実施例１〕 二成分現像剤のトナー粒子として、体積平均粒径１０μ
ｍ以下のものを使用した。体積平均粒径の測定にはコー
ルタ−カウンターＴＡ−ｎ型（コールタ−社製）を用い
、個数平均分布、体積平均分布を出力するインタフェー
ス（日科機製）及びＣＸ−Ｉパーソナルコンピュータ（
キャノン製）を接続し、電解液は１級塩化ナトリウムを
用いて１％ＮａＣρ水溶液を調整する。

測定方法としては、上記電解水溶液１００〜１５０ｍ１
ｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベ
ンゼンスルホン酸塩をＯ１１〜５ｍｉ加え、さらに測定
試料を０．５〜５０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液
は超音波分散器で約１〜３分間、分散処理を行ない、上
記コールタ−カウンターＴＡ−Ｕ型によりアパーチャと
して１００μｍのアパーチャを用いて２〜４０ｕｍの粒
子の粒度分布を求める。これらから求めた体積平均分布
より体積平均粒径を得る。

また、キャリヤ粒子としては、重量平均粒径が３０〜８
０μｍ、好ましくは４０〜７０μｍで、抵抗値が１０７
Ωｃｍ以上、好ましくは１０’Ωｃｍ以上のフェライト
粒子（最大磁化６０ｅｍｕ／ｇ）に樹脂コーティングし
たものを使用した。

なお、磁性粒子の抵抗値の測定には、測定電極面積４ｃ
ｍ”、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセ
ルを用い、片方の電極に１Ｋｇ重量の加圧下で、両電極
間に電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して回路に流れた電流か
ら磁性粒子の抵抗値を得るという方法を取っている。

次の表１はトナーの消費されるパターンとしてトナー消
費速度を用い、このトナー消費速度と現像剤濃度とによ
ってトナーの補給量を変化させる本発明の第１の実施例
のトナー補給テーブルである。従来、トナー濃度データ
によって決められているのは、基準濃度との差が小さい
ときには少量のトナーを補給し、濃度の差が大きいとき
には多量のトナーを補給するということだけである。表
１では、トナー濃度変化量Ｏの欄の補給量が従来例にお
ける補給テーブルと一致するだけである。

上記トナー消費速度はトナー濃度信号をメモリに記憶し
、トナー消費速度の違いを検出することによって得られ
る。

表　　１ トナー濃度は検出信号の出力値で、１単位がおよそトナ
ー濃度で０．３％に相当する。現像剤は３００ｇである
ので、トナーでは約１゜Ｏｇである。

本実施例では、現像剤濃度を調べることによりトナーの
消費状況を推測し、補給テーブルを４つに分けている。

トナー濃度は現像プロセス１回毎に（コピー１枚毎に）
測定される。従って、トナー濃度の変化量は前回測定さ
れたトナー濃度と比較することによって計算される。ト
ナー濃度０以外のところは、現在のトナーの消費状況に
より、トナー消費が多い場合はどトナーの補給量を多く
し、現像剤濃度の低下を抑えている。

実際に表１の補給テーブルを使用した場合の現像剤濃度
の変化を第１図に示す。トナー濃度はコピー５枚毎に現
像剤を洗い出して測定した。横軸中のＨＴはハーフトー
ン、白及び黒はそれぞれベタ白及びベタ黒のコピーを表
わす。第１図から、従来のように補給テーブルを切り替
えない場合のリファレンスと比べ、トナー消費量が多い
場合の現像剤濃度の落ち込みがはるかに少ないことが分
る。さらに、現像剤濃度の落ち込みが少ない分、オーバ
ーシュートも減っており、全体的に見て変動分は従来例
である第６図のグラフに対し、およそ４０％に減少して
いる。

〔実施例２〕 本実施例では、第２図に示すように、原稿台に載置され
た原稿を光学的に走査し、線状撮像素子で読取る原稿画
像読取り手段（例えばＣＣＤラインセンサ）６１を使用
して原稿画像を電気的画像信号に変換し、この画像信号
を、入力される画像信号に応じて画像信号の面積率を積
算し得る画像処理手段６２に入力して画像信号の面積率
を計算する。この画像処理手段６２で計算された画像信
号の面積率は現像時のトナーの消費量を示しており、こ
れと現像剤濃度とによって次の表２に示す補給テーブル
６３を作成し、現像されるトナーの消費量を予測しなが
ら補給量を決定するものである。

表　　２ 本実施例はディジタル方式の原稿読取り系を持つ画像形
成装置にのみ実施可能であるが、上記第１の実施例より
も変動をより一層少なくすることができるという利点が
ある。実際に表２の補給テーブルを使用した場合の現像
剤濃度の変化を第３図に示す。トナー濃度の測定は上記
第１の実施例の場合と同じ方法による。第３図から明白
なように、本実施例を適用した場合には、現像剤濃度の
変動が上記第１の実施例よりもはるかに抑えられること
が分る。これは本実施例が予めトナーの消費量を予測し
ているからであり、特にオーバーシュートは、消費量が
減少したことを直接判断するために、激減している。

〔実施例３〕 上記第１及び第２の実施例においては、光学式検知の精
度が０．３％のトナー濃度検出装置を使用したが、本発
明はこれに限定されるものではな（、いかなる精度のト
ナー濃度検出装置を使用しても、従来の方法よりも変動
の少ないトナー濃度の制御が可能である。本実施例では
、精度が１％のトナー濃度検出装置を使用して次の表３
に示す補給テーブルを作成し、トナー濃度を制御した。

その結果、従来のものに比べ５０％以上変動の少ないト
ナー濃度の制御が行なえた。

表　　３ れるパターンを認識する装置からの情報と現像器内のト
ナー濃度の情報との複数の情報によってトナーの補給量
を決定するトナー補給テーブルを有し、この補給テーブ
ルによってトナー濃度を制御するので、トナーの消費パ
ターンの違いによって起るトナー濃度の変動を十分に抑
えることができる。従って、常時安定した現像剤濃度が
得られ、均一な高画質の画像を得ることができるという
顕著な効果がある。

なお、上記実施例では現像剤濃度を光学的に検知したが
、これに限定されるものではな（、例えばインダクタン
ス変化を利用した電磁気的検出方法を使用してもよい。

Ｉ豆立欠１ 以上説明したように、本発明による画像形成装置は、そ
の現像剤濃度制御装置がトナーの消費さ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画像形成装置の第１の実施例によ
って得られるトナー濃度の推移を示す線図である。 第２図は本発明による画像形成装置の第２の実施例にお
いて使用されたトナーの消費されるパターンを認識する
装置のフローチャートである。 第３図は本発明による画像形成装置の第２の実施例によ
って得られるトナー濃度の推移を示す線図である。 第４図は二成分現像剤を使用する理想的な現像装置を説
明する概略構成図である。 第５図は従来の現像剤濃度制御装置の代表例を示す概略
断面図である。 第６図は第５図の従来の現像剤濃度制御装置によって得
られるトナー濃度の推移を示す線図である。 第７図は第５図の現像剤濃度制御装置からの信号を処理
するためのアルゴリズムの一例を示すブロック図である
。 ：現像器 ：現像スリーブ ：検出ヘッド部 ：外部検出ユニット ：原稿画像読取り手段 ：画像処理手段 ：補給テーブル 第１図 第２図 補給信号 第５図 濃度信号 参照信号 トナー補給信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）体積平均粒径１０μｍ以下のトナー粒子と重量平均
   粒径３０μｍ〜８０μｍの磁性粒子（キャリヤ）を主成
   分とする二成分現像剤を使用する現像装置と、現像器内
   のトナー濃度を直接検出する検出手段及びトナーの補給
   手段を有し、前記現像剤の混合比を一定に保持するため
   の現像剤濃度制御装置とを具備する画像形成装置におい
   て、前記現像剤濃度制御装置が、トナーの消費されるパ
   ターンを認識する装置からの情報と現像器内のトナー濃
   度の情報との複数の情報によってトナーの補給量を決定
   するトナー補給テーブルを有し、トナーの消費パターン
   の違いによって生ずるトナー濃度の変動を抑えるように
   したことを特徴とする画像形成装置。