JPH0643756A - トナー濃度基準値設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に好適な範囲にトナー濃度を維持できるト
ナー濃度基準値設定方法を提供する。 【構成】 ＣＰＵ60の制御により、新規の現像装置14が
装填されると、現像装置14を所定時間駆動し、この駆動
後のトナー濃度センサ51の出力を不揮発性メモリ67ａに
記憶させ、該トナー濃度センサの出力をトナー濃度基準
値として設定し、画像記録中のトナー濃度値を前記トナ
ー濃度基準値と比較して現像剤にトナーを補給すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交換可能な現像装置を
備えた電子写真複写機などの画像記録装置におけるトナ
ー濃度制御のためのトナー濃度基準値を設定する方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機やファクシミリ装置など
の画像記録装置においては、原稿を光照射して原稿から
の反射光により、外部からの画像を表す電気信号を可視
像として記録紙に記録したりすることが行われている。

【０００３】この種の画像記録装置においては、トナー
及びキャリアから成る２成分系の現像剤を用いて可視像
を形成し、これを記録紙に記録している。ところで、２
成分系現像剤は一定重量のキャリアに対し一定の混入率
でトナーが混合されている。このトナーは画像の記録が
行われるに従い減って行くため、記録画像の濃度に影響
を与えることとなる。それで常に一定濃度の記録画像を
得るためにはトナー濃度を検知し、トナー濃度が減少し
たときはトナーを補給してトナー濃度が適正範囲に入る
ように制御することが必要になる。

【０００４】トナー濃度検出には基準濃度の小片により
検出されるトナー像の濃度を光学的に検知する方法や、
現像剤に接する位置にコイルから成るトナー濃度センサ
を設置し現像剤の透磁率を測定することによって現像剤
中のトナー濃度（トナー混入率）を知る方法が知られて
いる。透磁率の測定による方法は常時測定が可能であり
特に画像記録プロセスを変更する必要がない点で優れて
いる。この検出したトナー濃度をトナー濃度基準値と比
較してトナー補給を行いトナー濃度を常に好ましい状態
に保つことが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな画像記録装置の現像部に適用するトナー濃度センサ
の感度は必ずしも一定でなく、また現像装置毎にも異な
っていることから、前記トナー濃度基準値は予め特定す
ることができない。従って、画像記録装置毎に、また現
像装置毎にトナー濃度センサのトナー濃度基準値を設定
する必要があった。

【０００６】以上のようにトナー濃度センサの感度にバ
ラツキがあるため、現像装置を交換する度にサービスマ
ンが出向いてトナー濃度センサの感度の調整又は、トナ
ー濃度基準値を設定しなければならず、調整作業に多く
の時間がかかり繁雑であるという問題点があった。

【０００７】また、２成分系現像剤は使用するに従いト
ナーの電荷保持能力が劣化する。これによりトナーの電
荷が低下してトナー同志の反発力も低下するので単位体
積当たりのキャリア個数が増加する。従って、記録枚数
が増加するに従いトナー濃度が一定にも拘わらず見かけ
の透磁率が大になるよう変化するという性質があるの
で、図５に示すように記録枚数によってトナー濃度セン
サが示す濃度値は変化する。このため前記トナー濃度基
準値を設定してトナー補給を行っても、現像剤は使用す
るに従いトナー濃度が変化し記録画質が低下するという
問題点があった。

【０００８】本発明の目的は、以上のような問題点を解
決し、常に好適な範囲にトナー濃度を維持できるトナー
濃度基準値設定方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、トナー
及びキャリアから成る２成分系現像剤の透磁率の変化を
検出して現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度セン
サと、交換可能な現像装置を備えた画像記録装置の現像
剤のトナー濃度制御に使用するトナー濃度基準値設定方
法において、新規の現像装置が装填されると、現像装置
を所定時間駆動し、この駆動後の前記トナー濃度センサ
の出力を記憶手段に記憶させ、この記憶させた出力をト
ナー濃度基準値として設定することを主要な特徴とする
トナー濃度基準値設定方法によって達成される。

【００１０】また、前記記憶手段に記憶させたトナー濃
度基準値は、記録枚数に応じて、或いは現像剤の使用時
間に応じて、或いは累積トナー補給量に応じて補正を加
えた値に順次変更されることを特徴とする前記トナー濃
度基準値設定方法は好ましい実施態様である。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００１２】図２は本発明のトナー濃度基準値設定方法
を適用した現像装置を着脱可能とする画像形成装置の全
体構成図である。同図によって該画像形成装置の概略構
成と機能を説明する。

【００１３】図２において、10は像担持体である感光体
ドラムで、例えばＯＰＣ感光体をドラム上に塗布したも
ので接地されて時計方向に駆動回転される。12はスコロ
トロン帯電器で、感光体ドラム10周面に対し負のＶH（-
600〜-800Ｖ）の一様な帯電を所定電位ＶG（-550〜-850
Ｖ）に保持されたグリッドとコロナ放電ワイヤによるコ
ロナ放電によって与えられる。このスコロトロン帯電器
12による帯電に先立って、前プリントまでの感光体の履
歴を除去するために発光ダイオード等を用いたＰＣＬ11
による露光を行って感光体周面の除電をしておく。

【００１４】感光体ドラム10への一様帯電ののち像露光
手段であるレーザ書込み装置13により画像信号に基づい
た像露光が行われる。この像露光はコンピュータからレ
ーザ書込み装置13に、又は画像読取り装置から入力され
る画像信号を画像信号処理部によって処理を行ったのち
レーザ書込み装置13に入力して感光体ドラム10上に潜像
形成が行われる。

【００１５】レーザ書込み装置13は図示しないレーザダ
イオードを発光光源とし回転する回転多面鏡131、ｆθ
レンズ132等を経て複数の反射鏡Ｍ1,Ｍ2,Ｍ3により光路
を曲げられ走査がなされるもので、感光体ドラム10の回
転（副走査）によって潜像が形成される。本実施例では
画像部に対して上記画像信号に基づいて露光を行ない、
図５に示すように 画像部が電位の絶対値が低いＶL（-1
00Ｖ〜０）となるような反転潜像を形成する。

【００１６】感光体ドラム10周縁にはイエロー（Ｙ）、
マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒色（Ｋ）等の負に帯
電したトナーＴとキャリアから成る現像剤をそれぞれ内
蔵した現像器14が設けられていて、先ず１色目の現像が
マグネットローラを内蔵し現像剤を保持して回転する現
像スリーブ141によって行われる。現像剤はフェライト
をコアとしてその周りに絶縁性樹脂をコーティングした
キャリアと、ポリエステルを主材料として色に応じた顔
料、荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等を加えたトナー
Ｔとからなるもので、現像剤は層形成棒によって現像ス
リーブ141上に300〜800μｍ層厚に規制されて現像領域
へと搬送される。

【００１７】現像領域における現像スリーブ141と感光
体ドラム10との間隙は層厚（現像剤）よりも大きい0.4
〜1.0mmとして、現像スリーブ141と感光体ドラム10との
間にはＶAC（1.5〜3.0ＫＶ_P-P）のＡＣバイアス電圧と
ＶDC（-500〜-700Ｖ）のＤＣバイアス電圧が重畳して印
加される。ＶDCとＶH及びトナーＴの帯電は同極性
（負）であるため、ＶACによってキャリアから離脱する
きっかけを与えられたトナーＴはＶDCより電位の絶対値
の高いＶHの部分には付着せず、ＶDCより電位の絶対値
の低いＶL部分にその電位差に応じたトナー量が付着し
顕像化（反転現像）が行われる。

【００１８】１色目の顕像化が終わったのち２色目の画
像形成工程に入り、再びスコロトロン帯電器１による一
様帯電が行われ、２色目の画像データによる潜像が像露
光手段13によって形成される。このとき１色目の画像形
成工程で行われたＰＣＬ11による除電は、１色目の画像
部に付着したトナーＴが周りの電位の急激な低下により
飛散するため行われない。

【００１９】再び感光体ドラム10周面の全面に亙ってＶ
Hの電位となった感光体のうち、１色目の画像のない部
分に対しては１色目と同様の潜像が作られ現像が行われ
るが、１色目の画像がある部分に対し再び像露光・現像
を行う部分では、１色目の付着したトナーＴによる遮光
とトナー自身のもつ電荷によってＶTの潜像が形成さ
れ、ＶDCとＶTの電位差に応じた現像が行われる。この
１色目と２色目の画像の重なり部分では１色目の現像を
ＶLの潜像を作って行うと、１色目と２色目とのバラン
スが崩れるため、１色目の露光量を減らしてＶH＞ＶM
（-100〜-300Ｖ）＞ＶLとなる中間電位とすることもあ
る。

【００２０】３色目、４色目についても２色目と同様の
画像形成工程が行われ、感光体ドラム10周面上には４色
のトナー像が形成される。

【００２１】一方、給紙カセット20より給紙機構21及び
タイミングローラ23によって上記感光体ドラム10上のト
ナー像と同期して給送される記録紙Ｐは、搬送部材であ
る転写ベルト31を張架した転写ベルト装置30によって転
写域へと給送され、感光体ドラム10周面上の多色トナー
像が一括して記録紙Ｐ上に転写される。

【００２２】この転写ベルト31を張架する保持ローラ3
2，33の上流側の保持ローラ32の軸32ａに対しては、約
２KVのバイアス電圧が記録紙Ｐの先端が到達する直前に
図示しない高圧電源によって印加される。また、この軸
32ａに転写ベルト31を介して接する位置には記録紙Ｐへ
の帯電付与手段として導電性のブラシ34が設置されてい
る。給送されて来た記録紙Ｐはブラシ34と転写ベルト31
の間に進入し、ブラシ34より記録紙Ｐに対して電荷が注
入され一様に帯電し、記録紙Ｐと転写ベルト31との間に
吸着力が生じ、記録紙Ｐは転写ベルト31によって吸着・
搬送される。これにより記録紙Ｐは感光体ドラム10と転
写ベルト31とで形成されるニップ部(転写域)35に進入
し、転写ベルト31裏面よりコロナ放電器である転写器36
あるいはこれに代えたバイアスローラに図示しない高圧
電源から定電流制御回路を経て約６KVのバイアス電圧が
印加され転写電界が付与されるので、記録紙Ｐ上に多色
トナー像が一括して転移し転写が行われる。

【００２３】感光体ドラム10より分離し多色トナー像を
保持した記録紙Ｐは、転写ベルト31を張架する下流側の
保持ローラ33の軸33ａを対向電極として位置を変更した
除電器15によるＡＣコロナ放電による除電を受けたの
ち、あるいはＡＣコロナ放電を受けながら転写ベルト31
から分離する。37はクリーニングブレードで、回転する
転写ベルト31に付着したトナーを除去する。この転写ベ
ルト装置30の転写ベルト31は多色トナー像形成中は下流
側の保持ローラ33の軸33ａを回動中心として保持ローラ
32が時計方向に回動し感光体ドラム10より離間されてい
る。

【００２４】転写ベルト装置30から分離した多色トナー
像を保持した記録紙Ｐは、少くとも一方のローラ内部も
しくは外部の近接した位置にヒータを有する２本の圧着
ローラからなる定着装置24へと搬送され、圧着ローラ間
で熱と圧力を加えることにより付着トナーは溶融し、記
録紙Ｐ上に固定されたのち、装置外へ排出される。

【００２５】なお、装置本体の排紙ローラ26の出口には
発光ダイオード39ａとフォトトランジスタとからなるフ
ォトインタプラタ27が設置されていて、記録紙Ｐが通過
するときに信号を後述するＣＰＵ50に出力する。

【００２６】転写後の感光体ドラム10周面上に残った残
留トナーはＡＣコロナ放電器を用いた除電器15により除
電を受けたのち、クリーニング手段であるクリーニング
装置16に至り感光体に当接したゴム材からなるクリーニ
ングブレード16ａによってクリーニング装置16内に掻き
落とされ、スクリュー等により排出あるいは貯留箱に搬
送される。

【００２７】クリーニング装置16によって残留トナーを
除去された感光体ドラム10はＰＣＬ11によって露光を受
けたのちスコロトロン帯電器12によって一様帯電を受
け、次の画像形成サイクルに入る。多色トナー像形成中
はクリーニングブレード16ａは感光体表面から離間さ
れ、除電器15によるＡＣ除電は不作動状態にされる。

【００２８】図２の17はそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼ
ンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナーＴをそれ
ぞれの現像装置14に補給するトナー補給手段で、それぞ
れのカラートナーを貯溜するトナーホッパー172と、後
述するＣＰＵ60の制御により回転するトナー補給ローラ
171と、現像装置14のトナー補給口149に接続する補給路
173から成っている。

【００２９】現像剤とトナーを収納した現像装置14は装
置本体に対し交換可能になっていて、案内レールに沿っ
て着脱される。現像装置14と装置本体とには図示しない
コネクタが設けられていて、現像装置14の装着時には電
力及び情報の授受が行われるようになっている。

【００３０】図３は図２の２成分系の現像剤を収容する
現像装置の一例を示す断面図で、装置内部にはマグネッ
トローラ142を内包する現像スリーブ141と、現像スリー
ブ141に吸着された現像剤の層厚を規制する薄層形成棒1
43と、現像スリーブ141より使用済みの現像剤を除去す
るための剥離部材であるスクレーパ144と、さらに現像
スリーブ141に現像剤を供給する供給ローラ145及び現像
剤のトナーとキャリアを混合する一対の撹拌スクリュー
146，147が内蔵されている。

【００３１】トナー補給装置17より後述するＣＰＵ60の
制御により回転するトナー補給手段171によって補給さ
れるトナーＴは、トナー補給口149より一方の撹拌スク
リュー147の端部に落下し紙面の垂直方向へと搬送さ
れ、仕切り壁148の端部に達して他方の撹拌スクリュー1
46の端部に移って反対方向へと搬送される過程で収容す
る現像剤に均等に混合して所要のトナー成分を含有した
現像剤とされる。

【００３２】次いで、現像剤は供給ローラ145の周面の
摩擦力により薄層形成棒143に圧接するＰＥＴシート143
aに沿って現像スリーブ141の周面に搬送されてマグネッ
トローラ142の磁力によって保持され、さらに薄層形成
棒143の圧接作用によって所定の薄層とされて感光体ド
ラム10の現像領域に搬送される。

【００３３】現像領域における感光体ドラム10上へのト
ナー像の形成によってトナー成分を消費した現像剤は、
現像スリーブ141の時計方向の回転によって搬送され、
現像スリーブ141の周面に圧接するスクレーパ144によっ
て周面より除去され、再び供給ローラ145の付近に落下
されて新たなトナーと混合され再び現像スリーブ141へ
と供給される。

【００３４】供給ローラ145の下部には、コイルを内蔵
し現像剤のトナー濃度に応じて透磁率が変化することに
よって出力交流の発振周波数が変化するトナー濃度セン
サ51が設置されていて、現像装置14内の現像剤のトナー
濃度の変化を検出している。なお、現像装置14を装置本
体に装着したときには、図示しないコネクタを介して、
トナー濃度センサ51の検出出力はＣＰＵ60に送出され
る。

【００３５】図１は、本発明の一実施例の制御回路を示
すブロック図である。

【００３６】図において、60は画像記録装置の各部を制
御するＣＰＵ、61は操作者が各種指示を入力するための
操作入力部、62は上記入力を確認するため、及びＣＰＵ
60からのメッセージを表示するための表示部、63は現像
装置14内に設けられ、トナーの残量を検出するトナー残
量センサ、51は現像剤のトナー濃度に応じて発振周波数
が変化する前記トナー濃度センサ、171は現像装置14内
に設けられたトナーの補給を行うトナー補給手段、66は
例えば規定電流が通電されると10数秒間経たのちに溶断
するヒューズからなり、ＣＰＵ60より上記規定電流を通
電することによって、新規に装填された場合はオン、２
度目からはオフとなって装填された現像装置14が新規で
あるか否かを検知できるようになっているチェック素
子、51ａはトナー濃度センサ51から出力するほぼ正弦波
の波形を方形波に整形する波形整形回路、51ｂはゲート
信号発生回路51ｃから出力するゲート信号によって一定
時間内の方形波数を計数しトナー濃度センサ51の発振周
波数に比例するディジタル値（これをトナー濃度値とい
うことにする）を出力するカウンタ、67はＣＰＵ60に接
続する記憶手段である不揮発性メモリ、67ａは上記カウ
ンタ51ｂから出力するディジタル値の後述するトナー濃
度基準値がＣＰＵ60の書き込み指示により書き込まれ、
読み出し指示により読み出される不揮発性メモリ、67ｂ
は不揮発性カウンタ、68ｄはカウンタ51ｂから出力する
ディジタル値をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換器、68
ｅは不揮発性メモリ67から読み出されたディジタル値の
トナー濃度基準値をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換
器、68ｆは画像記録時に上記トナー濃度値に応じたアナ
ログ値と、不揮発性メモリ67に記憶されているトナー濃
度基準値を変換したアナログ値とを比較し、これら２つ
の入力の差に応じた電圧を出力する比較器、69は比較器
68ｆの出力電圧値に応じてトナー補給手段171にトナー
補給の指示を与えるトナー補給指示手段である。27は前
述のフォトインタプラタで記録紙Ｐの通過毎に信号を出
力し増幅器27ａによって増幅されＣＰＵ60に入力する。

【００３７】次に、本発明によるトナー濃度基準値設定
方法を説明する。図４は本発明によるトナー濃度基準値
設定方法を示すフローチャートである。

【００３８】図４で電源スイッチがオンにされる（ステ
ップ１）と、現像装置14及び定着装置24などのウォーム
アップが開始される（ステップ２）。次にＣＰＵ60は現
像装置14が新規に装填されたものかどうかをチェックす
るチェック電流を新規チェック素子66に通電する。その
結果オンであれば装填された現像装置は新規であると判
断されオフであれば新規でないと判断される（ステップ
３）。現像装置14が新規（ＹＥＳ）であれば現像装置14
を駆動し（ステップ４）、例えば３分間駆動されると
（ステップ５）、ＣＰＵ60の指示により、３分間駆動を
終わった時点でのトナー濃度センサ51から発振波長数を
出力し、波形整形回路51ａ，カウンタ51ｂを経て不揮発
性メモリ67ａに入力する計数値を、トナー濃度基準値と
して不揮発性メモリ67ａに記憶させる（書き込む）（ス
テップ６）。次にウォームアップが終了したかどうか判
断され（ステップ７）、終了したならば画像記録に待機
する（ステップ８）。ステップ３においてＮＯであれば
ステップ７に移行し、ウォームアップが終了するとステ
ップ８に進み画像記録に待機する。

【００３９】かくして、トナー濃度基準値の設定が終わ
り記録が開始されると、例えば画像形成ごとにトナー濃
度センサ51によるトナー濃度の検知が行われ、上記比較
器68ｆの出力に基づき、トナー補給指示手段69は現像装
置14に接続するトナー補給手段171に補給を行うか否か
の指示を与える。トナー補給手段171は上記指示に従っ
て現像剤への設定量のトナー補給を行っている。これに
より、現像剤中のトナー濃度は上昇しトナー濃度値がト
ナー濃度基準値と一致するまでトナー補給が行われ、現
像剤のトナー濃度は常に適正範囲に保持される。

【００４０】しかしながら、現像剤は前述のように記録
数が増加するに従いトナー濃度が一定にも拘わらず見か
けの透磁率が大になりトナー濃度センサ51の発振周波数
が低下するという性質がある。このため見かけのトナー
濃度は減少しトナー補給が行われる結果、現像剤の実質
のトナー濃度は記録数の増加と共に上昇することにな
る。これを防止するため本実施例では、次のように記録
数が所定数を超える度にトナー濃度基準値を書き変える
処理が行われる。

【００４１】即ち、記録が行われる度にフォトインタプ
ラタ27から信号がＣＰＵ60に増幅器27ｃを介して入力さ
れる。この信号は不揮発性カウンタ67ｂによって現像装
置14が新規に装填されたときからの記録枚数の合計が記
憶される。この記録合計数が所定数例えば5000,6000,70
00,8000を超える度に不揮発性メモリ67ａのトナー濃度
基準値を一定数減じた数値に書き換える。この処置によ
り図６に示すように、現像剤のトナー濃度は記録が多数
枚行われても常に適正範囲に保持され良好な画像が常に
得られることになる。基準値の書き換えは記録数だけで
なく、現像装置の使用時間、或いはトナー補給量の累積
値としても良い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のトナー濃
度基準値設定方法においては、自動的に現像装置が新規
に装填された場合の十分撹拌されたトナー濃度値をトナ
ー濃度基準値として不揮発性メモリに記憶するように
し、記録時にはこれを読み出して現像装置のトナー濃度
値と比較してトナー補給を行うようにしたので、トナー
濃度センサのバラツキを補正し、常に現像剤のトナー濃
度を適正範囲に保持し、記録画質を良好に維持すると共
に、現像装置を交換する度にサービスマンが出向いてト
ナー濃度センサの感度を調整したり、あるいはトナー濃
度基準値を設定する必要がなくなり、繁雑な作業を省く
ことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す制御回路図である。

【図２】本発明を適用した画像形成装置の全体構成を示
す概略構成図である。

【図３】図２の現像装置の構成の一例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明によるトナー濃度基準値設定方法を示す
フローチャートである。

【図５】現像剤の実質トナー濃度とトナー濃度センサの
検出周波数と検知トナー濃度との関係を示すグラフであ
る。

【図６】本実施例による実質トナー濃度と記録枚数との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

10 感光体ドラム 14 現像装置 27 フォトインタプラタ 51 トナー濃度センサ 51ａ 波形整形回路 51ｂ カウンタ 51ｃ ゲート信号発生回路 60 ＣＰＵ 66 チェック素子 67 不揮発性メモリ 68ｄ,68ｅ Ｄ／Ａ変換器 68ｆ 比較器 69 トナー補給指示手段 171 トナー補給手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナー及びキャリアから成る２成分系現
   像剤の透磁率の変化を検出して現像剤のトナー濃度を検
   知するトナー濃度センサと、交換可能な現像装置を備え
   た画像記録装置の現像剤のトナー濃度制御に使用するト
   ナー濃度基準値設定方法において、 新規の現像装置が装填されると、現像装置を所定時間駆
   動し、この駆動後の前記トナー濃度センサの出力を記憶
   手段に記憶させ、この記憶させた出力をトナー濃度基準
   値として設定することを特徴とするトナー濃度基準値設
   定方法。
2. 【請求項２】 前記記憶手段に記憶させたトナー濃度基
   準値は、記録枚数或いは現像剤の使用時間或いは累積ト
   ナー補給量に応じて補正を加えた値に順次変更されるこ
   とを特徴とする請求項１のトナー濃度基準値設定方法。