JPH05333697A - 像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 現像ユニット１８内のトナー濃度を磁気セン
サ２８ａおよび２８ｂによってそれぞれ検出し、Ａ／Ｄ
変換器を介してマイクロコンピュータに与える。磁気セ
ンサ２８ｂは現像ローラ２６からのトナー濃度を正確に
検出する。マイクロコンピュータは、磁気センサ２８ａ
の出力電圧および磁気センサ２８ａと２８ｂとの出力電
圧の差に基づいて、ファジィ推論に従ってトナー供給時
間を設定する。トナー供給モータ４４をその設定された
時間駆動すると、トナー供給ローラ３２がトナーボック
ス３０から現像ユニット１８内にトナーを供給する。 【効果】 トナー濃度が常に一定に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は像形成装置に関し、特
にたとえば電子複写機やレーザプリンタ等のように、感
光体上に形成された静電潜像をキャリアおよびトナーか
らなる２成分現像剤を用いて現像する、像形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の像形成装置では、トナー濃度セ
ンサによってトナー濃度が所定値以下になったことを検
出したときにのみ、一定量のトナーが供給される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、一時的に
トナー濃度が変動するため、従来の像形成装置では、ト
ナー濃度の変動に起因する画質の低下を生じていた。そ
れゆえに、この発明の主たる目的は、一定のトナー濃度
を維持できる、像形成装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、静電潜像を
担持するための静電潜像担持体、トナーとキャリアの混
合物からなる２成分系現像剤によって静電潜像を現像す
る現像手段、少なくとも１つが現像手段近傍に配置され
てそれぞれが現像手段における現像剤中のトナー濃度を
検出する複数のトナー濃度検出手段、複数のトナー濃度
検出手段によって検出されたトナー濃度に基づいてトナ
ー濃度の変化量を算出する変化量算出手段、変化量算出
手段によって算出されたトナー濃度の変化量とトナー濃
度検出手段によって検出されたトナー濃度とに基づいて
トナー供給量を設定するトナー供給量設定手段、および
設定されたトナー供給量に従って現像手段にトナーを供
給するトナー供給手段を備える、像形成装置である。

【０００５】

【作用】変化量算出手段によって算出されたトナー濃度
の変化量と濃度検出手段によって検出されたトナー濃度
とに基づいてトナー供給手段のトナー供給量が設定され
る。

【０００６】

【発明の効果】この発明によれば、トナー濃度の変化量
およびトナー濃度に基づいてトナー供給量が設定される
ので、トナー濃度が常に一定に維持される。したがっ
て、トナー濃度の変動に起因する画質の低下は生じな
い。また、現像手段近傍に配置された少なくとも１つの
トナー濃度検出手段によって現像手段に供給されるトナ
ー濃度を正確に検出できるので、トナー濃度の変動が一
層抑制され得る。

【０００７】さらに、現像手段近傍に１つだけトナー濃
度検出手段を配置しただけでは、実際にトナーが現像手
段に供給されるのにタイムラグがあるので安定したトナ
ー濃度を維持できない場合も考えられるが、この発明に
よれば、別のトナー濃度検出手段を備えているので、上
述のようなタイムラグによるトナー濃度の不安定性を解
消できる。

【０００８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【０００９】

【実施例】図１に示すこの実施例の像形成装置１０は、
静電潜像担持体として機能する感光体１２を含み、感光
体１２の上方にはその感光体１２の表面を均一に帯電す
るための帯電用コロトロン１４が設けられる。感光体１
２の回転方向（矢印Ａ）の下流側に感光体１２上に露光
光１６を照射する露光装置（図示せず）が配置される。
露光光１６の照射位置より下流側には現像ユニット１８
が設けられる。現像ユニット１８内には、周知のように
トナー２０とキャリア２２との混合物からなる２成分現
像剤が収納されている。現像ユニット１８内には現像剤
を攪拌するための２つの攪拌ローラ２４ａ，２４ｂおよ
び現像ローラ２６が内蔵される。攪拌ローラ２４ａと２
４ｂとは、仕切板２５によって仕切られている。そし
て、現像剤は、図３の矢印２５ａに示す方向に搬送され
ながら攪拌されていき、現像ローラ２６から感光体１２
に供給される。攪拌ローラ２４ａおよび２４ｂの下方に
は、図２および図３からもわかるように、それぞれ、現
像ユニット１８内のトナー濃度を検出するための磁気セ
ンサ２８ａおよび２８ｂが設けられる。磁気センサ２８
ｂは、感光体１２の近傍に配置され、攪拌ローラ２４ａ
および２４ｂを循環して、ある程度攪拌された後現像ロ
ーラ２６から供給されるトナー濃度を正確に検出する。
なお、トナーは図３でいえば、攪拌ローラ２４ａの下部
あたりから供給される。

【００１０】現像ユニット１８の上方にはトナーボック
ス３０が設けられ、トナーボックス３０内には、トナー
ボックス３０内のトナー２０を現像ユニット１８に供給
するため、シャフト３１に取り付けられたトナー供給ロ
ーラ３２が装着される。また、感光体１２の下方には、
感光体１２上に現像ユニット１８で形成されたトナー像
を記録用紙３４に転写するための転写コロトロン３６お
よび記録紙３４を感光体１２から分離するための分離コ
ロトロン３８がそれぞれ配置される。

【００１１】さらに、分離コロトロン３８よりさらに下
流側には、感光体１２上の残留トナーを除去するための
クリーニングユニット４０および感光体１２上の残留電
荷を除去するための除電ランプ４２が配置される。一般
的に、２成分現像剤を用いる場合では、現像ユニット１
８内のトナー２０とキャリア２２との混合比（トナー濃
度）は画像濃度に大きな影響を与える。この実施例で
は、トナー濃度を磁気センサ２８ａおよび２８ｂで検出
する。磁気センサ２８ａおよび２８ｂは、トナーが多い
と透磁率が下がりかつトナーが少ないと透磁率が上がる
という現象を利用して、図４に示すように、トナー濃度
に応じた電圧値を出力する。なお、図２に示すトナー供
給モータ４４を駆動することによってトナー供給ローラ
３２を回転させれば、トナーボックス３０内のトナーが
現像ユニット１８内に落下され、現像ユニット１８にト
ナー２０が供給され得る。

【００１２】図１に示す像形成装置１０は、図５に示す
ようにＭＰＵ４６を含むマイクロコンピュータシステム
によって制御される。このマイクロコンピュータシステ
ムはＭＰＵ４６に接続された制御プログラム，およびフ
ァジィ推論のためのメンバシップ関数およびルックアッ
プテーブル（両方とも後述する）などを格納しておくた
めのＲＯＭ４８，ＭＰＵ４６による制御の際にデータの
一時格納を行いかつ制御に必要な種々のフラグ領域を有
するＲＡＭ５０，Ｉ／Ｏインタフェース５２および磁気
センサ２８ａおよび２８ｂの出力電圧をディジタル値に
変換するＡ／Ｄ変換器５４を含む。なお、ＲＡＭ５０
は、電圧Ｖｃｃに接続されたリチウム電池などのバック
アップ電池５６によりバックアップされている。すなわ
ち、電圧Ｖｃｃが供給されなくなると、バックアップ電
池５６の電圧がＲＡＭ５０に与えられる。したがって、
像形成装置１０のメインスイッチ（図示せず）が切られ
ても、ＲＡＭ５０内のデータは保持される。このＲＡＭ
５０には、エリア５０１〜５０４が形成される。また、
Ｉ／Ｏインタフェース５２の入力ポートには上述のＡ／
Ｄ変換器５４の出力が入力される。また、Ｉ／Ｏインタ
フェース５２の出力ポートには、現像ユニット１８内に
トナーを供給するトナー供給モータ４４が接続される。

【００１３】この実施例では、現像ユニット１８内のト
ナー濃度を６．５％、すなわち磁気センサ２８ａおよび
２８ｂの出力電圧を２．３Ｖに収束させるように、トナ
ー濃度（磁気センサ２８ａの出力電圧）の絶対値および
トナー濃度の変化量（磁気センサ２８ａと２８ｂとの出
力電圧の差）から、ファジィ推論を用いて、トナー供給
時間を決定する。このファジィ推論は、２つの前件部お
よび１つの後件部からなる２入力１出力タイプのファジ
ィ推論である。第１前件部としては磁気センサ２８ａの
出力電圧つまりトナー濃度を用いる。実験の結果、第１
前件部において磁気センサ２８ａの出力電圧を２．３Ｖ
に収束させるためには、図６（Ａ）に示すように、メン
バシップ関数を出力電圧範囲２．４〜２．５Ｖで密に設
定し、その範囲から離れるに従ってメンバシップ関数を
疎に設定すればよいことがわかった。また、第２前件部
では、磁気センサ２８ａと２８ｂとの出力電圧の差つま
りトナー濃度の変化量を用いる。実験の結果、第２前件
部は、図６（Ｂ）に示すように比較的一様に分布するよ
うにメンバシップ関数を設定すればよいことがわかっ
た。後件部にはトナー供給時間を用いた。後件部のメン
バシップ関数は、図６（Ｃ）に示すように、供給時間が
短い領域で密に設定し、供給時間の長い領域では疎に設
定した。

【００１４】なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）においては、
“ＰＬ”，“ＰＭ”，“ＰＳ”，“ＺＲ”，“ＮＬ”，
“ＮＭ”，および“ＮＳ”は、それぞれ、“正大（Posi
tive Large）”，“正中（Positive Medium ）”，“正
小（Positive Small）”，“ゼロ（Zero）”，“負大
（Negative Large）”，“負中（Negative Medium
）”，および“負小（Negative Small）”を示す。こ
れは図７においても同様である。

【００１５】図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すメンバシップ関
数に基づいて、図７に示すように、２１のルールを作っ
た。このルールの意味は、基本的には、トナー濃度が低
ければ低い程、供給時間を増やし、目標トナー濃度にな
れば供給をやめる。また、同程度のトナー濃度の場合、
トナー濃度が減少していればトナー濃度が増加している
ときより供給量を増やす。ただし、磁気センサ２８ａと
２８ｂとの出力電圧の差が大きいときは、トナーを大量
に消費しかつ大量に供給している。この場合、トナー濃
度が目標値になった時点で供給をやめると、すぐトナー
濃度が低下してしまい、結果的に、トナー濃度の低い領
域でトナー濃度を制御してしまう。このような不都合を
防止するため、トナー濃度の変化量が大きいときのみ、
トナー濃度が増加して目標値になってもトナーの供給を
続けてやることにより、トナー濃度を制御の目標値に近
づける。

【００１６】図７を参照して、幾つかのルールについて
具体的に説明する。図７の左から２つ目でかつ上から３
つ目のます目を第１ルールとすると、この第１ルールで
は、“ if 磁気センサの出力電圧がＮＳで出力電圧変化
がＮＭなら、 then トナー供給時間をＰＬとする”を演
算する。図７の左から３つ目でかつ上から２つ目のます
目を第２ルールとすると、この第２ルールでは、“ if
磁気センサの出力電圧がＮＭで出力電圧変化がＮＳな
ら、 then トナー供給時間をＰＬとする”を演算する。
図７の左から４つ目でかつ上から２つ目のます目を第３
ルールとすると、この第３ルールでは、“ if 磁気セン
サの出力電圧がＮＭで出力電圧変化がＺＲなら、 then
トナー供給時間をＰＭとする”を演算する。残りのルー
ルも同様である。

【００１７】なお、供給トナーがないとき、あるいは、
トナー消費量が多すぎてトナー濃度があるレベル以下の
とき、自動的にコピー動作は休止される。そして、現像
ユニット１８を駆動し続けてトナー供給を行い、トナー
濃度が目標値に達したら再びコピー動作を始める。この
ようにして、常に適正なトナー濃度コントロールを行う
ことができる。

【００１８】図８はメインルーチンを示すフロー図であ
り、まず、ステップＳ１０１では、割り込みの許可，メ
インモータの回転，スキャンスタート等の初期化プロセ
スを行う。その後、ステップＳ１０３でトナー濃度コン
トロールが実行されるが、それについての詳細は図９に
示し、後に説明する。そして、ステップＳ１０５で一連
の複写プロセスが行われ、次のステップＳ１０７に進
む。ステップＳ１０７では連続コピーか否かを判断す
る。“ＹＥＳ”であればステップＳ１０１に戻り、“Ｎ
Ｏ”であればメインルーチンを終了される。

【００１９】図９はトナー濃度コントロールのサブルー
チンを示すフロー図である。まず、ステップＳ３０１に
おいて、磁気センサ２８ａで検出された後Ａ／Ｄ変換器
５４でＡ／Ｄ変換された出力値を、そのコピー時におけ
るトナー濃度の絶対値としＲＡＭ５０内のエリア５０１
に格納する。次にステップＳ３０３においても同様に、
磁気センサ２８ｂで検出された後Ａ／Ｄ変換器５４でＡ
／Ｄ変換された出力値をエリア５０２に格納する。そし
てステップＳ３０５において、エリア５０１の内容から
エリア５０２の内容を減算しエリア５０３に格納する。
これは現像ユニット１８内で距離を離して設けられた磁
気センサ２８ａと２８ｂとの出力電圧の差すなわちトナ
ー濃度の変化量を表している。

【００２０】次に、ステップＳ３０７に進む。ここで、
トナー濃度の絶対値（磁気センサ２８ａの出力電圧）お
よびトナー濃度の変化量（磁気センサ２８ａと２８ｂと
の出力電圧の差）に対して、図７に示す全てのルールに
ついて予めファジィ推論の演算をした解、つまりトナー
供給時間のデータをルックアップテーブルとしてＲＯＭ
４８に格納しておく。たとえば、磁気センサ２８ａの出
力電圧が２．３Ｖでありかつ磁気センサ２８ａと２８ｂ
との出力電圧の変化量が−０．０４Ｖであるとき、先に
説明した第１ルールを演算すると、図１０（Ａ）に示す
ように、トナー供給時間は“ＰＬ”となる。したがっ
て、図１０（Ａ）で斜線で示す領域が解として得られ
る。同じ条件下で、先に説明した第２ルールを演算する
と、図１０（Ｂ）に示すように、トナー供給時間は“Ｐ
Ｌ”となる。そして、図１０（Ｂ）で斜線で示す領域が
解として得られる。同じ条件下で先に説明した第３ルー
ルを演算すると、図１０（Ｃ）に示すように、トナー供
給時間は“ＰＭ”となる。そして、図１０（Ｃ）で斜線
で示す領域が解として得られる。このような演算を全て
の条件下で全てのルールについて演算し、図１０（Ａ）
〜図１０（Ｃ）のような斜線で示す領域の論理和を求め
る。その結果、図１０（Ｄ）において斜線で示す領域が
確定される。図１０（Ｄ）の斜線領域の重心を計算す
る。上述の条件下では、その重心値は“１６９０”とな
る。この数値がトナー供給時間データ（１６９０ミリ
秒）である。このようにして、ファジィ推論適用範囲に
おいてあり得る全ての磁気センサ２８ａの出力電圧およ
び全ての磁気センサ２８ａと２８ｂとの出力電圧の差に
ついて全てのルールを予め演算し、上述の重心値を予め
計算し、それをルックアップテーブルの形式でＲＯＭ４
８に蓄えておく。

【００２１】そして、ステップＳ３０１およびＳ３０５
でそれぞれ求めたトナー濃度の変化量およびトナー濃度
の絶対値に対応するトナー供給時間データをルックアッ
プテーブルから読み出す。そして、ステップＳ３０９で
その読み出したトナー供給時間データをＲＡＭ５０のエ
リア５０４にセットして、ステップＳ３１１でトナー供
給モータ４４をオンする。このようにして、ファジィ推
論適用範囲においては、このトナー供給モータ４４を回
転させる時間を、トナー濃度およびトナー濃度の変化量
の２情報に基づいて可変的に設定する。

【００２２】図１１の割り込みルーチンは、ＭＰＵ４６
の内部タイマ（図示せず）の時間に基づいて、所定の周
期でメインルーチンに割り込んで処理される。図１１の
割り込みルーチンでは、トナー供給時間のカウント動作
およびトナー供給モータ４４のストップの処理をしてい
る。ステップＳ４０１でエリア５０４の内容が“０”か
否かを判断する。ステップＳ３０９でトナー供給モータ
４４の回転時間のデータがセットされないかぎりエリア
５０４の内容は“０”である。ステップＳ４０１での判
断が“ＮＯ”であれば、ステップＳ４０３でエリア５０
４の内容をディクリメントし、リターンする。また、
“ＹＥＳ”であればステップＳ４０５へ進む。このステ
ップＳ４０５では、トナー供給モータ４４を止めてリタ
ーンする。

【００２３】なお、上述の実施例では、トナー濃度セン
サとして磁気センサを利用したが、他の任意の形式のセ
ンサを用いてもよいことはもちろんである。さらにファ
ジィ推論のためにルックアップテーブルを用いたが、マ
イクロコンピュータによってその都度計算するようにし
てもよい。また、上述の実施例では、トナー濃度の変化
量を磁気センサ２８ａと２８ｂとの出力電圧の差を検出
することによって求めたが、磁気センサ２８ｂでの出力
電圧の経時的変化量を求めて、トナー濃度の変化量とし
てもよい。

【００２４】また、磁気センサは２個に限定されず、た
とえば、攪拌ローラ２４ａの他に、攪拌ローラ２４ｂの
軸方向に沿って複数個設けるなど、任意でよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す正面図解図である。

【図２】この実施例に用いられるトナーボックス，現像
ユニットおよび関連のコンポーネントを示す側面図解図
である。

【図３】この実施例に用いられる現像ユニット，ドラム
および関連のコンポーネントを示す平面図解図である。

【図４】トナー濃度および磁気センサの出力電圧の関係
を示すグラフである。

【図５】図１の像形成装置を示すブロック図である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、第
１前件部，第２前件部および後件部のメンバシップ関数
を示す図解図である。

【図７】ファジィ推論におけるルールを示す図解図であ
る。

【図８】この実施例における動作（メインルーチン）を
示すフロー図である。

【図９】図８におけるトナー濃度コントロールサブルー
チンを示すフロー図である。

【図１０】（Ａ）ないし（Ｄ）はファジィ推論の一例を
示す図解図である。

【図１１】図８における割り込みルーチンを示すフロー
図である。

【図１２】この実施例のファジィ制御による効果を示す
グラフである。

【図１３】従来制御による効果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ …像形成装置 １２ …感光体 １８ …現像ユニット ２０ …トナー ２２ …キャリア ２４ａ，２４ｂ …攪拌ローラ ２６ …現像ローラ ２８ａ，２８ｂ …磁気センサ ３０ …トナーボックス ３２ …トナー供給ローラ ４４ …トナー供給モータ ４６ …ＭＰＵ ４８ …ＲＯＭ ５０ …ＲＡＭ ５２ …Ｉ／Ｏインタフェース ５４ …Ａ／Ｄ変換器

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【手続補正書】

【提出日】平成４年９月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電潜像を担持するための静電潜像担持
   体、 トナーとキャリアの混合物からなる２成分系現像剤によ
   って前記静電潜像を現像する現像手段、 少なくとも１つが前記現像手段近傍に配置されてそれぞ
   れが前記現像手段における前記現像剤中のトナー濃度を
   検出する複数のトナー濃度検出手段、 前記複数のトナー濃度検出手段によって検出されたトナ
   ー濃度に基づいてトナー濃度の変化量を算出する変化量
   算出手段、 前記変化量算出手段によって算出されたトナー濃度の変
   化量と前記トナー濃度検出手段によって検出されたトナ
   ー濃度とに基づいてトナー供給量を設定するトナー供給
   量設定手段、および設定されたトナー供給量に従って前
   記現像手段にトナーを供給するトナー供給手段を備え
   る、像形成装置。