JP2002287479A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナーエンド解除前後において安定した画像
濃度を実現して高質画像を定常的に得ることができる現
像装置を提供すること。 【構成】 ２成分現像剤と、該現像剤のトナー濃度変化
を透磁率変化として透磁率センサー２２によって検知す
るトナー濃度検知手段と、トナー補給手段と、エンジン
コントローラ（現像剤濃度制御手段）２４と、画像形成
処理情報を記憶する記憶装置（記憶手段）２３とを有す
る現像装置４において、前記トナー濃度検知手段の出力
値によってトナーエンドを検知し、トナーエンド検知か
らトナーエンド解除までに行われるトナー補給動作が、
前記記憶装置２３に記憶された画像形成処理情報に応じ
てトナー補給制御の基準値を変える制御を行ってトナー
エンドを解除し、終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、レーザプ
リンタ等の画像形成装置とこれに設けられる現像装置及
びプロセスカートリッジに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を採用する画像形成装置に
おいては、像担持体表面に形成した静電潜像に帯電した
現像剤のトナーを吸着させてトナー像を形成するととも
に、像担持体に当接するよう搬送された転写紙にトナー
像を転写し、加熱定着処理を行って転写紙上に画像形成
を完了するようにしたものが一般的である。ここで、現
像剤としてはキャリアと呼ばれる磁性を有する粉末にト
ナーを混合した乾式２成分現像剤が用いられ、キャリア
とトナーの混合によってトナーを帯電させ、トナーだけ
を像担持体表面の静電潜像に吸着させるようになってい
る。

【０００３】従って、画像形成処理を実行すると現像剤
中のトナーが減少するため、このような画像形成装置で
は現像剤のトナー濃度を検知する手段を備えており、ト
ナーの残量が一定量以下になると、トナーカートリッジ
からトナーの補給動作が入るようになっている。

【０００４】又、トナーカートリッジには補給用のトナ
ーが収容されており、その残量が少なくなると、トナー
の補給或はトナーカートリッジの交換を促すような警告
表示を行うよう構成されている。このような警告表示は
一般にトナーエンド表示と称され、トナー補給が完了し
或はトナーカートリッジが交換されるとトナーエンドの
表示が自動的に解除される。トナーエンド表示を自動的
に解除するためには、トナーの補給が正常に行われたこ
とを検出する手段が必要であるが、従来、透磁率センサ
ーよって現像剤のキャリアの透磁率の変化を検出し、そ
の変化幅からトナー濃度が正常値になったと判断すると
トナーエンド解除を行い、又はトナーエンドを判断して
いる。

【０００５】従来、乾式２成分現像剤を使用するものに
おいてはキャリアの磁性を利用し、透磁率センサーによ
って現像剤中のトナー濃度制御を行うものが提案されて
いる。この方法は、トナー補給動作を行ってもトナー濃
度が上昇しない場合に補給用トナー容器中の残量が少な
くなったものとしてトナーエンドと判断するとともに、
新しいトナーカートリッジへの交換を促し、その後のト
ナー濃度検出においてトナー濃度の上昇が確認されたと
きにトナーエンド解除を行うものである。この方法によ
れば、透磁率センサーのみによる構成でトナー濃度制御
及びトナーエンド検出・解除という目的を達成すること
ができる。ところで、トナーエンド検出の際、新しいト
ナーカートリッジに交換してトナー濃度を正常値に戻す
ために現像剤を攪拌しながらトナー補給を行い、トナー
濃度を正常値に戻す方法が現在までに提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現像剤
の寿命の範囲内において、トナーエンド検知の度に新し
いトナーカートリッジに交換する通常の画像形成動作を
続けていると、現像剤の状態は次第に劣化してくる。こ
のように現像剤が劣化している状態において、従来の方
法で現像剤のトナー濃度を正常値まで復帰させてトナー
エンドを解除すると、通常画像形成動作中に転写紙上の
白地部にカブリが発生する現象があった。この現象は、
新しい現像剤の状態に比べ、現像剤の劣化の影響により
トナーへの電荷付与能力が低下しているために生じるも
のである。

【０００７】又、白地部に発生するカブリが現れない場
合であっても、新しく補給されたトナーの帯電量の違い
によって、トナーカートリッジの交換前後で画像の濃度
に差が生じることがあった。

【０００８】而して、トナー濃度を正常値に戻してトナ
ーエンド解除の段階でトナーの帯電量を制御することは
困難であった。そのため、利用者にとっては、新しくト
ナーカートリッジを交換した場合、白地部にカブリが発
生したり、画質濃度の急激な変動が生じるために混乱を
招き、トナーを無駄に消費することになってしまうとい
う問題があった。

【０００９】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、トナーエンド解除前後におい
て安定した画像濃度を実現して高質画像を定常的に得る
ことができる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像
形成装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、像担持体に形成された静電
潜像を顕像化するための磁性を有するキャリアにトナー
を混合した乾式２成分現像剤と、該現像剤のトナー濃度
変化を透磁率変化として透磁率センサーによって検知す
るトナー濃度検知手段と、トナー補給手段と、前記トナ
ー濃度検知手段で検知した検出信号の出力値とトナー補
給制御の基準値との比較結果から前記トナー補給手段を
動作させる現像剤濃度制御手段と、画像形成処理情報を
記憶する記憶手段とを有する現像装置において、前記ト
ナー濃度検知手段の出力値によってトナーエンドを検知
し、トナーエンド検知からトナーエンド解除までに行わ
れるトナー補給動作が、前記記憶手段に記憶された画像
形成処理情報に応じて前記トナー補給制御の基準値を変
える制御を行ってトナーエンドを解除し、終了すること
を特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記トナーと濃度検知手段の出力値によっ
てトナーエンドを検知し、トナー補給動作によってトナ
ーエンドを解除したとき、画像情報信号の印字画素数の
累計値に基づいて前記トナー補給手段を動作させる現像
剤濃度制御を所定回数行い、その後、前記現像剤濃度手
段により前記トナー補給手段を動作させて現像剤中のト
ナー濃度を所定の値に復帰させること特徴とする。

【００１２】請求項３記載の発明は、画像形成装置本体
に対して着脱可能なプロセスカートリッジを、少なくと
も請求項１又は２記載の現像装置を含んで構成したこと
を特徴とする。

【００１３】請求項４記載の発明は、像担持体に形成さ
れた静電潜像を顕像化する現像装置を備え、現像工程を
含む作像プロセスを適用して画像を形成する画像形成装
置において、前記現像装置を請求項１又は２記載の現像
装置で構成したことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１５】図１は本発明に係る画像形成装置の一形態
としての電子写真方式のプリンタの断面図であり、図示
のプリンタは、図１の矢印Ａ方向に回転する像担持体で
ある電子写真感光ドラム１を具備し、該感光ドラム１の
周りには、帯電器２、現像装置４、転写帯電器１１、ク
リーニング手段１７及び感光ドラム１の上方に配設され
たレーザビームスキャナー等から成る画像形成手段が配
設されている。上記感光ドラム１は、外径が３０ｍｍで
矢印Ａ方向に周速１００ｍｍ／ｓで回転する。

【００１６】ここで、図２に本発明に係る前記現像装置
４の断面を示す。

【００１７】現像装置４は、非磁性トナーとキャリアを
含有する２成分現像剤を用いて静電潜像を現像する装置
であり、帯電されたトナーを感光ドラム１上の静電潜像
に供給してこれをトナー像として可視化するものであ
る。

【００１８】２２は現像装置４に設置された透磁率セン
サー、２３は現像装置４に設置された記憶装置であっ
て、この記憶装置２３として本実施の形態では読み書き
可能なＲＰ−ＲＯＭを使用した。記憶装置２３は、現像
装置４をプリンタにセットすることによってエンジンコ
ントローラ２４と電気的に接続され、現像装置４の画像
形成処理情報をプリンタ側から読み書きできるものであ
る。

【００１９】本実施の形態に係るプリンタにおいては、
画像形成動作によってトナーは減少するため、現像剤中
のトナーの割合が減少する。現像剤中のトナーの割合
（即ち、トナー濃度）を検出するには透磁率センサー２
２によって現像剤の透磁率を検出すれば良い。このた
め、本実施の形態では透磁率センサー２２を使用する
が、現像剤中のトナー濃度が小さい場合はキャリア比率
が大きくなるために現像剤の透磁率は大きくなり、透磁
率センサー２２の出力レベルが大きくなる。

【００２０】ここで、現像剤のトナー濃度と透磁率セン
サー２２の出力との関係について詳細に説明する。

【００２１】図３は透磁率センサー２２の出力特性の一
例を示す図であり、この例ではトナー濃度が小さい範囲
では出力電圧値が大きな値で飽和し、トナー濃度が大き
くなるに従ってセンサー出力が徐々に小さくなり、更に
濃度が大きな範囲では出力電圧値が小さい値で飽和する
ことを示している。

【００２２】本実施の形態においては、トナー濃度が正
常値８％であるとき、透磁率センサー２２の検出出力電
圧値が２．５Ｖになるように調整されている。電圧値が
２．５Ｖ近傍において、検出出力値はトナー濃度に対し
てほぼ直線的に変化する。

【００２３】次に、トナーエンド検知からトナーエンド
解除時までの間に行うトナー補給動作について説明す
る。

【００２４】図４はトナーエンド解除時に透磁率センサ
ー２２の検出出力電圧が補給動作に伴ってどのように変
化するかを示した図である。

【００２５】トナーエンド検知時においては現像剤中の
トナー量が少なくなっているため、透磁率センサー２２
の検出出力電圧値はトナー濃度が正常値である場合より
も高く検出される。例えば、トナーエンド検知時の透磁
率センサー２２の検出出力電圧値（Ｖａ）を３．８Ｖと
した場合、Ｖａ＝３．８Ｖのときの現像剤のトナー濃度
は３％である。トナーエンド検知の状態からトナーカー
トリッジが新しく交換され、トナーが現像剤に対して補
給される。このとき、補給されたトナーは、攪拌動作に
伴って徐々に均一に混ざり合う。このトナー補給動作中
の透磁率センサー２２の検出出力電圧値が通常の画像形
成動作におけるトナー濃度正常値になったときにトナー
補給を終了する。実際には、トナー補給時に透磁率セン
サー２２の検出出力電圧（Ｖｂ）が２．５Ｖになったと
き、トナー補給を終了してトナーエンドを解除する。

【００２６】トナーエンドを検知した時間からトナーエ
ンド解除を行った時間Ｔｆ以降においては通常の画像形
成動作が行われる。このように、トナーエンド検知から
トナーエンド解除までのトナー補給動作において現像剤
中のトナー濃度を高精度で検出して制御する手段は、高
品質の画像を形成する上で極めて重要なことである。

【００２７】しかし、劣化した現像剤ではトナーへの帯
電付与能力が低下しているため、従来技術の方法でトナ
ーエンドを解除した場合、白地部にカブリが発生した
り、画質濃度の急激な変動が生じる可能性がある。

【００２８】そこで、本実施の形態では、現像装置４に
配置された記憶装置２３に画像形成処理情報を格納し、
この記憶された画像形成処理情報によって現像剤のトナ
ーへの帯電付与を考慮して白地部でのカブリや画質濃度
の急激な変動が生じないようにトナーエンド解除の判断
を変えるよう制御するようにした。トナーエンド検知か
らトナーエンド解除までに行われるトナー補給動作にお
いて、劣化した現像剤では、補給されたトナーに対して
帯電付与に要する時間が長くなる。このため、寿命初期
の現像剤でトナーエンドを検知してトナーエンドを解除
するまでにトナー補給を行ったときの現像剤の状態と同
様に、トナーエンド検知後に行われるトナー補給時にお
ける劣化した現像剤の状態は異なっている。

【００２９】つまり、新しい現像剤と劣化した現像剤で
は嵩密度が異なっている。この嵩密度の違いは、劣化し
た現像剤では新しい現像剤よりもトナーへの帯電付与に
長時間を要するために生じる。劣化した現像剤では嵩密
度が高くなるため、トナーエンド解除までのトナー補給
時において透磁率センサー２２の検出出力電圧値は、嵩
密度が新しい現像剤のときの検出出力電圧値に比べて高
い検出出力電圧値を示すことになる。このような現像剤
の状態であると、トナー濃度正常値に対して過剰にトナ
ーを補給してしまうことになり、過補給の状態でトナー
エンド検知を解除してしまう。

【００３０】そこで、本実施の形態では、現像剤の劣化
によって生じるトナー過補給を防ぐために、画像形成処
置情報に応じて透磁率センサー２２の目標電圧値を変え
る制御を行うようにした。

【００３１】本実施の形態においては、画像形成処理情
報を現像剤の寿命とするが、この画像形成処理情報は現
像剤寿命の指標になり得るものであれば他のものでも構
わない。この寿命に基づいてトナー補給動作を制御して
トナーエンド検知を解除する方法を以下に例を挙げて説
明する。

【００３２】本実施の形態においては、現像装置４の寿
命は５万枚の印字枚数である。先ず、現像剤の寿命（Ｔ
ｄ）を以下のように定義する。

【００３３】画像形成動作開始から現像装置４の寿命
（印字枚数５万枚）までの現像装置動作時間（Ｔtotal
）を予め記憶装置２３に格納しておき、トナーエンド
検知時の現像装置動作時間（Ｔend ）を記憶装置２３に
格納する場合において、現像剤の寿命は、 Ｔｄ［％］＝Ｔend ／Ｔtotal ×１００ の計算式より決定される。

【００３４】このように、画像形成処理情報として現像
装置動作時間（Ｔtotal ，Ｔend ）から求めた現像剤の
寿命（Ｔｄ）を記憶装置２３に格納する。透磁率センサ
ー２２の目標電圧値の設定は、現像剤のトナー濃度が正
常値のときの電圧値をＶｃと定義し、トナーエンド検知
時の現像剤の寿命（Ｔｄ）により決定される目標電圧値
をＶｄと定義し、この電圧値の差Ｖｄ−Ｖｃ＝ΔＶと定
義する。このΔＶは現像剤の寿命に応じて以下の表１の
ように決定される。

【００３５】 このΔＶの設定は、画像形成処理情報に基づいて決定さ
れた現像剤の寿命（Ｔｄ）に応じたものであって、トナ
ーエンド検知解除時に白地部でのカブリや画質濃度の急
激な変動が生じない設定であれば良い。例えば、トナー
エンド検知時の現像剤の寿命をＸ％としたとき、 ΔＶ［Ｖ］＝Ｘ／１００×α （α＝０．５） と計算式を設定してΔＶを現像剤の寿命に応じて連続的
に決定しても良い。又、ΔＶに関して一般式を設定して
も構わない。

【００３６】このようにしてトナーエンド検知時にΔＶ
が決定され、目標電圧値ＶｄがＶｄ＝Ｖｃ＋ΔＶの関係
から決定される。

【００３７】図５にトナーエンド検知後の画像形成処理
情報に基づいてトナー補給動作を制御した場合のトナー
エンド解除時までの透磁率センサーの検出出力値の推移
を示す。

【００３８】トナーカートリッジ交換後の補給動作時に
透磁率センサーの検出電圧値が目標電圧値Ｖｄになるよ
うに現像剤にトナーを補給する。補給されたトナーは、
攪拌動作に伴って徐々に均一に混ざり合う。このトナー
補給動作中の透磁率センサーが出力電圧値として目標電
圧値を検出したときにトナー補給を終了する。

【００３９】上記制御を行うことによって新しい現像剤
のときと同様に画像濃度を満足することができ、トナー
エンド解除前後において白地部でのカブリや画質濃度の
急激な変動が生じなために画質の安定化が可能になる。

【００４０】上記トナー補給動作の制御は、トナーエン
ドを解除した直後の画像形成動作において有効であっ
て、画像形成動作を再開して初めの１枚においての画質
安定性が高められる。

【００４１】しかし、現像剤のトナー濃度を検知する透
磁率センサーの検出出力電圧値はトナー濃度正常値に比
べて高いままであるため、通常画像形成動作において行
われる、透磁率センサー検知によるトナー濃度制御手段
でトナー補給を行うと、現像剤の透磁率を検知して検知
結果に基づく検出信号の値とトナー補給制御の正常値と
の比較結果からトナーを補給してしまうため、画像形成
動作中にトナーを過剰に補給してしまう。このようにト
ナーが過補給状態になると、トナーへの帯電量は不足し
てしまう。このような場合、特に現像剤の寿命が近い状
態（８０％〜９０％）でトナーエンドを解除した後に白
地部におけるカブリや画質濃度の急激な変動が生じてし
まう。

【００４２】上記問題を解決するため、本実施の形態で
は前述のトナー補給制御を適用したトナーエンド解除後
に行われるトナー補給動作を所定印字枚数分において以
下のように行う。

【００４３】即ち、画像形成動作中のトナー補給動作を
１ページ当たりの画素情報信号における印字画素数の累
計値から１ページ当たりのトナー消費量が比較的正確に
推定できるため、この推定されたトナー消費量に対応し
てトナー補給量を決定する方式でトナー補給を行ってト
ナー濃度を制御する。

【００４４】上記方式によれば、トナーエンド解除後に
おいてトナー補給を行う間は現像剤のトナー濃度を比較
的所定の値を一定に保つことができる。この方式で所定
枚数トナー補給を行うことによって、劣化した現像剤に
おいて懸念されるトナーの帯電付与不足を解消し、トナ
ーの帯電量が十分になったときに主たるトナー補給方式
の透磁率センサーによる現像剤の濃度検知手段に切り替
える。

【００４５】トナーエンド検知解除後から、現像剤のト
ナーの帯電量が十分に行われる所定枚数まで前記トナー
補給動作を続ける。本実施の形態では、その枚数を１０
０枚に設定している。この方式でトナー補給を行う枚数
は、トナーの帯電量が通常印字におけるトナーの帯電量
に近い状態になっている画像形成動作枚数であれば構わ
ない。この所定枚数後のトナー補給動作においては、通
常のトナー補給動作である透磁率センサーによるトナー
濃度制御手段を行う。トナー濃度が正常値になるようト
ナー補給を行い、通常の画像形成動作を続けることが可
能になる。

【００４６】以上のように記憶装置に格納された画像形
成処理情報に基づいてトナーエンド検知解除を行うこと
によって、トナーエンド解除後の補給動作においても白
地部に発生するカブリや画像濃度変動の不具合を解消す
ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、像担持体に形成された静電潜像を顕像化するた
めの磁性を有するキャリアにトナーを混合した乾式２成
分現像剤と、該現像剤のトナー濃度変化を透磁率変化と
して透磁率センサーによって検知するトナー濃度検知手
段と、トナー補給手段と、前記トナー濃度検知手段で検
知した検出信号の出力値とトナー補給制御の基準値との
比較結果から前記トナー補給手段を動作させる現像剤濃
度制御手段と、画像形成処理情報を記憶する記憶手段と
を有する現像装置において、前記トナー濃度検知手段の
出力値によってトナーエンドを検知し、トナーエンド検
知からトナーエンド解除までに行われるトナー補給動作
が、前記記憶手段に記憶された画像形成処理情報に応じ
て前記トナー補給制御の基準値を変える制御を行ってト
ナーエンドを解除し、終了するようにしたため、トナー
エンド解除前後において安定した画像濃度を実現して高
質画像を定常的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の一形態としての電
子写真方式のプリンタの断面図である。

【図２】本発明の係る現像装置の断面図である。

【図３】本発明において使用する透磁率センサーの出力
特性の一例を示す図である。

【図４】本発明において使用する透磁率センサーの出力
電圧図である。

【図５】本発明において使用する透磁率センサーの出力
電圧図である。

【符号の説明】

１ 感光ドラム（像担持体） ２ 帯電器 ４ 現像装置 １１ 転写帯電器 １７ クリーニング手段 ２２ 透磁率センサー（トナー濃度検知手段） ２３ 記憶装置（記憶手段） ２４ エンジンコントローラ（現像剤濃度制御手
段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体に形成された静電潜像を顕像化
   するための磁性を有するキャリアにトナーを混合した乾
   式２成分現像剤と、該現像剤のトナー濃度変化を透磁率
   変化として透磁率センサーによって検知するトナー濃度
   検知手段と、トナー補給手段と、前記トナー濃度検知手
   段で検知した検出信号の出力値とトナー補給制御の基準
   値との比較結果から前記トナー補給手段を動作させる現
   像剤濃度制御手段と、画像形成処理情報を記憶する記憶
   手段とを有する現像装置において、 前記トナー濃度検知手段の出力値によってトナーエンド
   を検知し、トナーエンド検知からトナーエンド解除まで
   に行われるトナー補給動作が、前記記憶手段に記憶され
   た画像形成処理情報に応じて前記トナー補給制御の基準
   値を変える制御を行ってトナーエンドを解除し、終了す
   ることを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】 前記トナーと濃度検知手段の出力値によ
   ってトナーエンドを検知し、トナー補給動作によってト
   ナーエンドを解除したとき、画像情報信号の印字画素数
   の累計値に基づいて前記トナー補給手段を動作させる現
   像剤濃度制御を所定回数行い、その後、前記現像剤濃度
   手段により前記トナー補給手段を動作させて現像剤中の
   トナー濃度を所定の値に復帰させること特徴とする請求
   項１記載の現像装置。
3. 【請求項３】 画像形成装置本体に対して着脱可能なプ
   ロセスカートリッジであって、少なくとも請求項１又は
   ２記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカ
   ートリッジ。
4. 【請求項４】 像担持体に形成された静電潜像を顕像化
   する現像装置を備え、現像工程を含む作像プロセスを適
   用して画像を形成する画像形成装置において、 前記現像装置を請求項１又は２記載の現像装置で構成し
   たことを特徴とする画像形成装置。