JPH06186842A

JPH06186842A - 画像形成装置の現像方法

Info

Publication number: JPH06186842A
Application number: JP4340600A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Kayano; 鎮雄萱野; Masakazu Fukuchi; 真和福地; Shizuo Morita; 静雄森田; Kunihisa Yoshino; 邦久吉野
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】画像形成装置の画像形成過程で常に適正なト
ナーの消費量が行われると共に高画質な画像を得ること
のできる画像形成装置の現像方法とする。【構成】トナーとキャリアからなる二成分現像剤を撹
拌手段によって撹拌したのち像担持体上の静電潜像に付
与してトナー画像を形成する現像方法で前記のトナーの
単位プリント当たりの消費量を検出し、複数の基準値と
比較する工程と、前記比較の結果、前記二成分現像剤の
撹拌時間あるいは撹拌速度を制御するレベルかどうか、
及び、前記トナーの強制的消費を実行させるレベルかど
うかを判断する工程とを有する画像形成装置の現像方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式により像
形成体上にトナー像を形成し、該トナー像を転写材上に
転写して画像を得る画像形成装置の現像手段に収容され
ているトナーの劣化を防止また、劣化トナーの強制除去
を行う現像方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トナーとキャリアからなる二成分現像剤
を用いて像担持体上の静電潜像を顕像化する現像装置に
おいて、二成分現像剤中のトナーとキャリアとの重量混
合比率（以下これをトナー濃度Ｔ_Cという）は現像性に
大きく影響する。例えば、二成分現像剤のトナー濃度が
適正値よりも低い場合、現像画像の濃度は低くなってし
まう。また、逆にトナー濃度が高くなりすぎた場合に
は、それによる現像画像の濃度は高くなりすぎると共
に、いわゆるカブリが増す不都合を生じてしまう。その
ために像担持体から転写した転写材における記録画像は
不適当なものとなってしまう欠点がある。

【０００３】従って、好ましい濃度の画像を常に得るた
めには、二成分現像剤のトナー濃度を適正レベルにし、
かつその適正レベルを現像時に常に一定に維持する必要
がある。そこで、従来トナー補給量を制御することによ
って、二成分現像剤のトナー濃度を一定に維持するよう
にした二成分現像剤の濃度制御方式が提案されていた。
この濃度制御方式は、二成分現像剤の透磁率変化や体積
変化、現像後における画像濃度の変化、相互に色の異な
るトナーとキャリアとによる二成分現像剤の色変化等の
変化事象を検知することによりトナー濃度を検知し、検
知したトナー濃度に基づいてトナー補給量を制御するこ
とによりトナー濃度が適正になるよう維持していた。

【０００４】しかし、上記のような変化事象を検知する
方式では、誤検知あるいは感光体表面の経時的劣化に対
する補償の困難性等の理由によって、長期にわたっての
安定動作は困難であった。

【０００５】この解決法として、特開昭57-136669号
「二成分現像剤濃度制御装置」が紹介されている。この
「二成分現像剤濃度制御装置」は、記録装置における現
像効果を安定して長時間適切に維持することを可能とす
べく、現像器内の二成分現像剤の体積を検知すべき検知
レベルを複数備えると共に、別途、現像性能を検知する
ために感光体表面に形成された基準画像の現像画像、あ
るいはその記録画像の濃度を光学的に検知して、これに
応じて先の複数の検知レベルを中央演算処理装置によっ
て切り換えて設定することにより、キャリア補給を極力
避けて現像性能をできるだけ一定にするために二成分現
像剤のトナー濃度を制御するように構成したものであ
る。一応これによって前記の目的は達成された。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、画像記録対象
の原稿内容は、画像濃度や画像密度などの違いにより黒
化率にバラツキがある場合が多く、線画、文字画や低濃
度原稿など黒化率の低い原稿内容を連続して画像形成す
べく現像動作を実行していったような場合、トナー濃度
が一定であるにも拘らずトナー濃度に対応した所定の画
像濃度が得られず、トナー濃度と画像濃度との対応関係
が崩れるという現象を生じた。この現象は、各種の色の
二成分現像剤を用いてカラー画像を再現可能とするカラ
ー静電記録装置の場合に発生し易いことも分かった。

【０００７】そこで、このような現象が発生する原因を
考察したところ、次のような知見を見い出した。

【０００８】すなわち、上記２つの例に共通する事象を
分析した結果、静電記録装置における画像形成プロセス
中の現像時間内では、現像器内の現像スリーブと撹拌手
段とを連続して回転駆動しており、この撹拌時間、換言
すればトナーホッパー内での二成分現像剤の滞留時間が
共通に関係していることに気づいた。すなわち、前者の
例では、低濃度原稿であるため単位時間当りのトナー消
費量が通常より少なく、その分、トナー滞留時間が長く
なる。また、後者の例では、各色の二成分現像剤のトナ
ー消費量に差が生じ、トナーの滞留時間も色ごとに異な
ってくる。

【０００９】上記例の現象は、トナー濃度が一定でも起
こることから考えて、キャリアの周りにトナー成分が付
着してトナー電荷量が減少した状態、いわゆるスペント
トナーに起因するものでないものと推測できるが、トナ
ー滞留時間に関係があるということから、すなわち、ト
ナー滞留時間が長くなればトナーとキャリアとの摩擦機
会が増加することにより、トナー電荷量が増え続けるこ
とが予想され、増加して所定範囲外になったトナー電荷
量が画像濃度に影響を及ぼしているものと考えられる。
そこで、トナー電荷量を画像濃度との関係について考察
してみた。

【００１０】図10は、二成分現像剤中のトナー濃度が一
定の場合におけるトナーの電荷量Ｑ／ｍ（μＣ／ｇ）の
変化に対する画像濃度ＣＤの変化を示す図である。

【００１１】図10において、画像濃度ＣＤはトナー電荷
量Ｑ／ｍの上昇に応じて低下することを示している。具
体的には、トナー電荷量Ｑ／ｍが10（μＣ／ｇ）位のと
き、画像濃度のＣＤが約1.4であることを示し、トナー
電荷量Ｑ／ｍが30（μＣ／ｇ）位のときは画像濃度ＣＤ
は約0.5であることを示している。

【００１２】このような画像濃度ＣＤとトナー電荷量Ｑ
／ｍとの関係は、永久磁石を内包した現像スリーブに磁
気的に担持した二成分現像剤中のトナーが、静電潜像を
現像する現像領域で受ける力（以下、現像力という）か
ら説明できる。

【００１３】すなわち、現像力をＦ_tとすると、現像力
Ｆ_tは、大略、〔数式１〕Ｆ_t＝ｑ_t・Ｅ−ｋ（ｑ_t・ｑ_c／ｒ²）- ｑ_t（Ｖ_B／Ｒ）｛ただし、ｑ_tはトナー電荷量、Ｅは静電潜像による電
界（以下、潜像電界という）、ｑ_cはキャリア電荷量、
ｒはトナーとキャリアとの距離、Ｖ_Bは現像スリーブに
印加される電圧（以下、現像バイアスという）、Ｒは感
光体ドラム表面と現像スリーブ表面との距離である｝で
示されるものと考えられる。

【００１４】数式１の、現像力Ｆ_tは、潜像電界Ｅに起
因する力から、トナーとキャリアとの付着力（これをク
ーロン力という）と、トナーに働く現像バイアス力とを
減じたものであることを示している。ここで、注目すべ
きことは、現像力Ｆ_tを決定する力は、トナー電荷量ｑ_t
（Ｑ／ｍ）と比例関係にあるが、現像力Ｆ_tを減ずる力
であるクーロン力は、トナー電荷量ｑ_t（Ｑ／ｍ）の増
大にともないキャリア電荷量ｑ_cも増大するので、他の
力に比べてより大きく増大する傾向にある。従って、ト
ナー電荷量ｑ_t（Ｑ／ｍ）の上昇は、現像力Ｆ_tの低下と
なって現れ、トナー電荷量ｑ_t（Ｑ／ｍ）の低下は現像
力Ｆ_tの上昇となって現れるという点である。

【００１５】図10は、現像装置内に装填した二成分現像
剤中のトナー濃度（ｗｔ％：重量混合比率）に対する画
像濃度ＣＤの変化を示すグラフである。

【００１６】ここで、二成分現像剤は、平均粒径20〜10
0μｍの絶縁性磁性キャリア（樹脂コーティング、磁性
粒子樹脂分散タイプ）と、平均粒径５〜15μｍのトナー
から構成されるものである。

【００１７】図10において、実線Ａは、現像バイアスＶ
_Bが200Ｖの場合を示したものであり、トナー濃度１ｗｔ
％付近で画像濃度ＣＤが約0.4を示し、トナー濃度５ｗ
ｔ％を越えると、画像濃度ＣＤは約1.0を示しておりト
ナー濃度５ｗｔ％を越えると、画像濃度ＣＤは約1.2付
近で飽和することを示している。この実線Ａの軌跡上で
は、画像濃度ＣＤは約0.4〜約1.2でコントラストも十分
広くとれ、潜像担持体である感光ドラムとトナーとの付
着力も良好であり、像形成プロセス中における画像ズレ
も少なくなるので、通常は実線Ａの軌跡上で画像濃度Ｃ
Ｄを制御することが望まれる。

【００１８】一点鎖線Ｂは、前述の２つの例のように、
二成分現像剤を撹拌する時間が長くなり、トナー電荷量
ｑ_t（Ｑ／ｍ）が実線Ａに比べて大きくなりすぎた場合
のトナー濃度Ｔ_C（ｗｔ％）と画像濃度ＣＤとの関係を
示している。なお、ここで現像バイアスＶ_Bなどの他の
条件などは、実線Ａと全て同じである。この場合、数式
１から明らかなように、クーロン力は他の静電力に比し
て増大するので、トナーを感光体ドラムに吸引する力が
相対的に低下して画像濃度が低下することを示してい
る。具体的には一点鎖線Ｂはトナー濃度５ｗｔ％から画
像濃度0.5付近で飽和することを示している。従って、
軌跡Ｂ上における原稿画像に応じた充分な画像濃度ＣＤ
を得ることができず、更に充分なコントラストも得られ
ないという問題点がある。

【００１９】なお、点線Ｃは、例えば、相対湿度が高く
なった等の環境変動により、トナー電荷量が実線Ａに比
べて小さくなった場合のトナー濃度Ｔ_C（ｗｔ％）と画
像濃度ＣＤとの関係を示している。この場合、トナーと
キャリア間の付着力（クーロン力）が不十分となり、画
像濃度ＣＤは実線Ａに比して上昇することを示してい
る。具体的には、画像濃度ＣＤは、トナー濃度１ｗｔ％
付近で0.7付近に達し、トナー濃度（ｗｔ％）が上昇す
るにつれて約1.4付近に飽和することを示している。従
って、点線Ｃ上における現像は、コントラスト幅は充分
な幅をもつことになるが、トナーが多量に飛散した状態
となって潜像に多くのトナーが付着し過ぎてしまい、原
稿画像を忠実に再現するという点において実用に耐えな
いという問題がある。更に、感光体ドラムとトナーとの
付着力も充分でないので、画像ズレも生じやすくなると
いう問題点もある。本発明はこのようにな問題点を解決
して適正なトナーの消費が行われ、常に高画質が得られ
るように現像剤中のトナーの電荷量を所定範囲内に制御
する工程を有する現像方法を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的は、下記のａ，
ｂ，ｃ，ｄのいずれかの手段によって達成される。

【００２１】（ａ）トナーとキャリアから成る二成分現
像剤を撹拌手段により撹拌した後、像担持体上の静電潜
像に作用させてトナー像を形成する現像方法において、
前記トナーの単位プリント当たりの消費量を検出し、複
数の基準値と比較する工程と、前記比較の結果、前記二
成分現像剤の撹拌時間あるいは撹拌速度を制御するレベ
ルかどうか、及び、前記トナーの強制的消費を実行させ
るレベルかどうかを判断する工程とを有することを特徴
とする画像形成装置の現像方法。

【００２２】（ｂ）ａにおいて前記消費量の検出がトナ
ーホッパの重量検知に基づいて行われることを特徴とす
る画像形成装置の現像方法。

【００２３】（ｃ）ｂにおいて前記消費量の検出が廃ト
ナーボックスの重量検知に基づいて行われることを特徴
とする画像形成装置の現像方法。

【００２４】（ｄ）ｃにおいて前記消費量の検出が書込
みドット数の計数値に基づいて行われること特徴とする
画像形成装置の現像方法。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の一実施例による画像記録装置
を図面添付した図１乃至図９に基づいて説明する。

【００２６】図１は本発明の一実施例による画像記録装
置のブロック図であり、本画像記録装置100は、潜像担
持体たる感光体ドラム１、感光体ドラム１の回転を制御
する第１モータドライバ10、現像器20、高圧電源40、転
写器42、帯電器41、走査光学系54、第１ＣＰＵ50、第２
ＣＰＵ60、光学濃度測定手段61、現像バイアス回路62及
びトナー濃度検出手段63及び撹拌モータ駆動回路65、ト
ナーホッパ20ｈ内のトナーボックス重量検知センサ70、
排トナーボックス25の排トナーボックス重量検知センサ
71、トナーホッパ重量検知部72及び排トナー重量検知部
73とを有している。そして、図示しないコピーボタンを
押圧すると、第１ＣＰＵ50の制御に基づいて走査光学系
54からの原稿画像の画像濃度に対応する画像信号に基づ
いて光源を発光して感光体ドラム１に光照射することに
より、感光体ドラム１の感光体表面に静電潜像を形成
し、この静電潜像を現像器20で現像することによってト
ナー像として顕像化し、レジスト信号に基づいて転写器
42を放電駆動することにより、当該トナー像を転写紙に
転写する。この後、当該転写紙を定着して保存可能な再
生画像とする。

【００２７】感光体ドラム１は、例えば直径80mmのアル
ミニュウム製のドラム状導電性支持体を用い、該支持体
上にエチレン酢酸ビニル共重合体からなる厚さ0.1μｍ
の中間層と、膜厚35μｍの感光層とを積層してなるＯＰ
Ｃ感光体であり、当該感光層に光を照射すると、表面電
位を降下する。従って感光体ドラム１を予め所定電位に
均一に帯電した後に、原稿画像の濃淡に基づいた光を照
射すれば、感光体ドラム１の表面電位は均一でなくな
り、電位の低下した部分を形成することができる。これ
がいわゆる静電潜像と呼ばれるものである。感光体ドラ
ム１は、これに限定されるものではなく、例えばアモル
ファスシリコンからなる感光体など、他の構成のもので
もよい。ここでは、説明の便宜上、前述のＯＰＣ感光体
として説明する。

【００２８】第１モータドライバ10は、主に感光体ドラ
ム１を回転するメインモータ（図示せず）を駆動制御す
る回路であり、第１ＣＰＵ50からの制御信号に基づいて
メインモータの回転数及び回転をオン・オフ制御してい
る。

【００２９】エンコーダ11は、感光体ドラム１の回転位
相に対応して所定幅のパルス信号を発生し、第１ＣＰＵ
50に出力する。これにより第１ＣＰＵ50は、感光体ドラ
ム１の回転位相を検知する。

【００３０】走査光学系54は、アナログ方式の場合、周
知の走査系が用いられる。例えば、図示しないが、第１
走査ミラーと一体に構成された照明ランプと、第１走査
ミラーの1/2の速度比で働く第２走査ミラー（Ｖミラ
ー）等からなり、レンズの前方の光路長を常に一定に保
たれたまま原稿を走査することになる。

【００３１】デジタル方式の場合には静電潜像を形成す
るための像露光手段としての走査光学系54は、画像信号
により変調された半導体レーザーからのレーザーを回転
走査するポリゴンミラー等を備えるレーザー走査系やＬ
ＥＤアレイ、液晶を用いた固定走査系でもよい。ここで
は、説明の便宜上からアナログ方式の走査光学系を用い
て以下説明する。

【００３２】現像器20は、下部ケーシングと上部ケーシ
ングで形成する現像槽20ａ内にＮ極、Ｓ極を有するマグ
ネットローラ20ｂを内包するスリーブ20ｃと、当該スリ
ーブ20ｃに圧接するように下部ケーシングに設けた剛性
部材からなる規制部材20ｄと、スクリュー状の第１及び
第２の撹拌ローラ20ｅ、20ｆと、スリーブ20ｃから二成
分現像剤を掻き取りスクレーバ20ｇとを備えている。な
お、二成分現像剤はトナーとキャリアからなり、トナー
はキャリアに付着されてスリーブ20ｃの位置に搬送さ
れ、このスリーブ20ｃにより感光体ドラム１のと対向位
置である現像領域に搬送される。また、新たなトナーを
現像槽20ａ内に供給するため、内包する管でトナーホッ
パー20ｈと連通し、トナー補給信号に応じて駆動する搬
送スクリュー20ｉを含む構成となっている。なお、規制
部材20ｄに代えて磁性棒や磁性板からなる薄層形成手段
を設けてもよい。

【００３３】第１の撹拌ローラ20ｅは、記録紙面手前方
向へ二成分現像剤を搬送する形状であり、第２の撹拌ロ
ーラ20ｆは、記録紙奥側へ二成分現像剤を搬送するよう
構成されており、撹拌モータ駆動回路65により第２ＣＰ
Ｕ60の指定する時間または指定された速度で現像剤を搬
送するように制御している。

【００３４】また、第１及び第２の撹拌ローラ20ｅ、20
ｆの間に隔壁を設けることにより二成分現像剤をスムー
スに循環し、局所的に滞留しないようにしてある。これ
により、現像領域に搬送される二成分現像剤を入れ換え
ることができ、現像条件を安定させている。

【００３５】スクレーバ20ｇは、ローラにより回転自在
に支持されて、スリーブ20ｃに圧接／離間するように設
けられ、圧接時には現像領域を通過してトナーを消費し
た二成分現像剤をスリーブ20ｃから掻き取る。

【００３６】スリーブ20ｃには、画像のかぶりを防ぐた
めに保護抵抗を介して交流バイアス成分と直流バイアス
成分を有する電圧を印加する現像バイアス回路62が設け
られている。現像バイアス回路62は、スリーブ20ｃによ
り現像領域まで搬送された二成分現像剤中のトナーを、
感光体ドラム１の表面に形成した静電潜像の作る電界に
より静電的力を受けて移動させるものであり、現像領域
でトナーがスリーブ20ｃと感光体ドラム１の間を振動さ
せるための交流バイアスを印加する交流電源と、直流バ
イアスを印加する高圧直流電源とを備えている。現像バ
イアス回路62は、第２ＣＰＵ60からの制御信号により現
像バイアスを変更することができるが、トナー濃度5.0
（ｗｔ％）であれば、現像バイアスは直流成分Ｖ_DC＝-2
50（Ｖ）、交流成分のピークツーピーク電圧Ｖ_P-P＝150
0（Ｖ）、交流周波数ｆ_AC＝３ＫＨ_Ｚのように初期設定
してある。このようにして現像バイアス回路６２は、ス
リーブ20ｃと感光体ドラム１との間に振動電界を発生さ
せ、トナーの粒子がスリーブ20ｃと感光体ドラム１との
間で振動するから、二成分現像剤と感光体ドラム１とが
接触しなくても効率良く、かつ鮮明に感光体ドラム１に
トナー粒子によるトナー像を形成させることができる。

【００３７】高圧電源回路40は、転写器42及び帯電器41
に所定の高電圧を印加する回路である。

【００３８】光学濃度測定手段61は、光源としてＬＥＤ
を用い、ＬＥＤからの光が感光体ドラム１上の基準トナ
ー像で反射した光をフォトダイオードで受けるようにな
っている。

【００３９】トナー濃度検出手段63は、二成分現像剤の
透磁率の変化を検知する手段であって、現像器20内に装
填した二成分現像剤中のトナー濃度を検出するものであ
り、現像器20内の二成分現像剤の体積レベルを検知する
手段であってもよい。これらに限定されるものではない
が、ここでは説明の便宜上、透磁率の変化によりトナー
濃度を検出するトナー濃度検出手段として説明する。

【００４０】そして、トナーホッパ重量検知部72は図１
に示すようにトナーホッパ20ｈ内にありトナー重量に基
づく圧力変化を例えば圧電センサを用いたトナーボック
ス重量検知センサ70で検出し重量を算出する所で、消費
されたトナー量を求めるためのものである。

【００４１】また排トナー重量検知部73は、排トナーボ
ックス25全体の重量を例えば圧電センサによる排トナー
ボックス重量検知センサ71で検知し、該排トナーボック
ス25内の排トナーの重量を算出するものである。これら
の各重量検知センサ70，71はトナーの消費量を算出する
際に利用される。

【００４２】第１ＣＰＵ50は、画像形成プロセスをシー
ケンス制御するものであって、画像形成プロセスを実行
する画像形成プログラムを内蔵しており、コピーボタン
の押圧に応じて発せられるスタート信号により、当該画
像形成プログラムを起動して画像形成プロセスを実行す
る。

【００４３】第２ＣＰＵ60は現像器20及び現像剤に関す
る制御を行うものでトナーホッパ20ｈ内のトナー重量を
トナーホッパ重量検知部72より、または排トナーボック
ス71の重量を排トナーボックス重量検知部73より入力し
消費量を求める演算を行う。この消費量から撹拌モータ
の駆動時間、スピードを制御するための消費量と駆動時
間またはスピードとの関係を示すルックアップテーブル
Ｔを含み、またこのデータに基づいて撹拌モータを制御
するための撹拌モータ駆動回路65に制御信号を与えるプ
ログラム等が内蔵されている。

【００４４】また、第１ＣＰＵ50は、コピー枚数をカウ
ントする第１カウンタＣＴ１と、第２カウンタＣＴ２
と、第３カウンタＣＴ３とを内蔵しており、排紙センサ
等からの検知信号により、第１カウンタＣＴ１は連続コ
ピーする際の連続コピー枚数をカウントし、第２カウン
タＣＴ２はトナー電荷量制御プログラムを実行するタイ
ミングを示すコピー枚数、すなわち前回のトナー電荷量
制御が行われた後の通算コピー枚数をカウントする。具
体的には、コピーを1000枚行うごとにトナー電荷量制御
プログラムを実行するようにしている。また、第３カウ
ンタＣＴ３は、トナー電荷量制御プログラムを実行した
後、その制御により画像濃度が所定レベルに復帰したか
否かを判断するタイミング、すなわちトナー撹拌モータ
を標準レベルに復帰する判断のタイミングを示す撹拌モ
ータ制御復帰判断コピー枚数をカウントする。具体的に
は、トナー電荷量制御プログラムを実行した後、50枚コ
ピーした時点で画像濃度が所定レベルに回復したか否か
を判断し、その判断に基づいてトナー撹拌モータ制御を
初期値に戻すようにしている。なお、これら第１カウン
タＣＴ１、第２カウンタＣＴ２、第３カウンタＣＴ３
は、ダウンカウンタであり、それぞれ連続コピー枚数、
通算コピー枚数、バイアス復帰判断コピー枚数が設定さ
せ、それらをカウントダウンしていき、そのカウントダ
ウン値が「０」になったときに、各処理が行われる。

【００４５】次に本発明をコピー毎数に対するトナー電
荷量の関係から説明する。

【００４６】前述したように黒化率の低い原稿に対して
多量の連続コピーを続けると消費されないトナーの現像
器20内での帯電時間が長くなり、撹拌装置による長時間
の撹拌まはた、現像スリーブ上での搬送等によりトナー
とキャリアの摩擦帯電の機会が増加して、これによりト
ナーの電荷量が過度に増大する。

【００４７】図３はこれらの関係を表しコピー数に対す
るトナー電荷量の関係を通常の場合（黒化率の普通の原
稿の場合）と黒化率の低い原稿の場合とに分けて表して
いる。

【００４８】図で曲線Ａは通常のトナー電荷量の変化を
表している、現像器20内のトナーの電荷量はコピーによ
り電荷量は上昇し、このトナーの消費による新トナーの
補給により上昇した電荷量は下降する。通常は以上の説
明のように電荷量は図のＱ１〜Ｑ２の許容範囲内に制御
される。Ｑ₁〜Ｑ₂は正常な電荷量の範囲である。

【００４９】曲線Ｂは黒化率の低い原稿を連続コピーす
る場合で、トナー消費量が少ないので撹拌により電荷量
が序々に増大して許容範囲を越え現像性も低下してい
く。この場合トナー消費量が少ないので新しいトナーの
補給も少ない。（この場合、トナー濃度検出値はトナー
濃度許容幅内にある）図中のＱ３は本発明で、トナーの
消費量を検出し、消費量が第２基準値を越えた時（ただ
し第３の基準値は越えない）のトナー電荷量で、これを
越えた時、二成分現像剤の撹拌時間を短く制御するか又
は撹拌スピードを遅く制御することによりトナーの電荷
量が降下することを示している。

【００５０】曲線Ｃも同様に黒化率の低い原稿を連続コ
ピーする場合で、トナーの強制消費で電荷量が低下する
事を表わす曲線である。

【００５１】図中のＱ４は検出したトナーの消費量が第
３基準値以下となった場合の電荷量でこの時トナーの強
制消費を行い、これによりトナーの電荷量が下降するこ
とを示している。

【００５２】次にトナーの電荷量制御と濃度制御とにつ
いて図４及び図５のブロック図に基づいて説明する。

【００５３】まずコピー釦押下げにより画像形成に先立
ち、本コピーが通算設定枚数かどうかチェックする。通
算設定枚数に達していないならば、トナー電荷量制御、
濃度制御は実行されない。

【００５４】通算設定枚数に達したら、トナー電荷量制
御、濃度制御プログラムを起動させるわけだが、ここで
はトナーホッパの重量に基づきトナー消費量を求める例
で説明する。

【００５５】図４に示すようにまず、重量センサにより
トナーの重量を測定し、この出力をＡ／Ｄ変換器にてデ
ジタル変換し、消費量演算部で前回トナー電荷量制御、
濃度制御プログラムのトナー補給制御後に測定した値か
ら計算したトナーの積算重量値を前回積算重量メモリ部
より読出しトナーの重量値のメモリー値との差をとり、
これを規定コピー数で割り単位枚数当りの現像剤消費量
を算出する。（この場合単位枚数は１枚当たりとした）規定コピーは100コピーごとでも1000コピーごとでも良
く、単位コピーも１コピーでも100コピーでも良い。

【００５６】ここで求めたトナー消費量はメモリ部でメ
モリされ、次の比較部でまず基準値と比較し、前記消費
量が第１基準値よりも多い場合はトナー劣化の問題は発
生しない。少ない場合は、次に第２の基準値と比較し
て、これよりも多い場合は、現像剤撹拌制御手段により
撹拌モータの撹拌時間を通常よりも短縮するよう制御す
るか、撹拌モータのスピードを遅くするよう制御する。
また、第２基準値よりも少ないが、第２基準値よりも少
ない第３基準値よりも多かった場合は、さらに撹拌時間
を短くまたは、撹拌スピードを遅く制御する。さらに消
費量が上記の３つの基準値よりも共に少ない（５mg／枚
以下の）場合、つまり現像器20内のトナーの消費量が少
なく、該トナーが現像器20内に滞留している場合、劣化
トナーが現像器20内にあると判断してトナー強制消費手
段により、劣化トナーの強制消費を行う。

【００５７】図２は具体的な実施例でトナー消費量に対
する制御方法を４段階に区分けして第１基準値を30mg／
枚、第２基準値を10mg／枚、第３基準値を５mg／枚に設
定し実際のトナー消費量と比較するようにしている。そ
してトナー消費量に対する制御内容は第１基準値の30mg
／枚以上である場合は現像剤の撹拌時間又は撹拌スピー
ドは標準設定のままとして制御されるが第２基準値の10
mg／枚から第１基準値の30mg／枚の範囲である場合は前
述の標準セット時の撹拌モータの回転時間を1/2又は回
転数（スピード）を1/2としそれぞれを好ましくは40〜6
0％の間に制御するようにしている。また、トナー消費
量が第３基準値の５mg／枚から第２基準値の10mg／枚の
範囲である場合は撹拌モータの回転時間を1/3、回転数
を1/3、好ましくは標準セットの20〜40％に制御するよ
うにし第３基準の５mg／枚以下の場合は約３〜10ｇのト
ナーを強制消費するように制御する。

【００５８】具体的な強制消費の手段として、感光体ド
ラム１上にベタ黒の画像の現像を行い記録紙には転写せ
ずにクリーニングされるようにし、これに数回繰り返し
全体として約３〜10ｇ消費している。

【００５９】ここで、第１、第２、第３の各基準値は、
現像剤の特性、現像器20の特性、露光量と現像性の関係
など各種の要因を考慮して決定された値であり、実施例
では基準値を３つとしたが、さらに複数持てばより細い
制御が可能である。再び図４のブロック図に戻り、トナ
ー撹拌制御手段の駆動、または、トナー強制消費手段の
駆動の実行が判断されるとリセット部に信号が出力され
メモリ部に記憶されている前記トナー消費量をリセット
して再度トナー消費量の計算に備える。

【００６０】次にトナー濃度の制御について説明を行
う。

【００６１】図５に示すようにトナー濃度制御はＬ検知
センサのようなトナー濃度センサ部、メモリ部、比較部
等より成り、まず前工程で現像剤の最適な撹拌を行った
のち、トナー濃度センサによりトナー濃度値測定し、こ
れをＡ／Ｄ変換器でデジタルに変換しそれをメモリ部で
メモリする。

【００６２】次に比較部で複数の基準値と比較して、ト
ナー濃度に応じた出力電圧をレベル分けする。このレベ
ル分けは細かく行えば行うほどトナー濃度管理は細かく
行うことができる。

【００６３】レベル分けされたトナー濃度信号は次のト
ナー補給制御手段で、レベルに対応した、トナー補給手
段を駆動する時間に変換され、この時間トナー補給手段
を駆動しトナーを現像器20に供給する。

【００６４】このようにトナー濃度センサに応じたトナ
ー濃度に基づいて供給用トナーの補給量を制御している
ので現像器20内のトナー濃度は常に一定とすることがで
きる。

【００６５】また、トナーを現像器20に供給完了後、次
のチェックのために加えた現像剤の重量を前回消費量メ
モリ値に加え、その値をメモリに記憶しておく。

【００６６】次に本画像記録装置の画像記録動作を図
７，８のフローチャートに基づいて説明する。図７は第
１ＣＰＵ50により実行されるメインフローである。

【００６７】メインスイッチ（図示せず）を押圧するこ
とにより、電源を投入する。これにより、第１，第２Ｃ
ＰＵ50，60を起動状態とする（Ｆ−１）。

【００６８】第１ＣＰＵ50は、第１モータドライバ10を
駆動することにより、メインモータを起動する。第２Ｃ
ＰＵ60は撹拌モータ駆動回路により現像器20の第１，第
２撹拌ローラ20ｅ，20ｆを駆動して二成分現像剤を撹拌
する。更に、定着器のヒータを所定温度にまで昇温度す
る。また第１ＣＰＵ50は、メインモータの駆動系により
感光体ドラム１を接続して回転駆動し、帯電器41及び除
電器（図示省略）により、感光体ドラム１を帯電し、除
電を繰り返す等して画像形成プロセス条件を調整すると
いったような前処理を行う。更に前処理では、所定のボ
タン操作によりユーザーにより設定された連続コピー枚
数Ａを第１カウンタＣＴ１にセットする（Ｆ−２）。

【００６９】また、第２ＣＰＵ60は、トナー濃度判定プ
ログラムに基づいて、常時トナー濃度検出手段ＴＳから
のトナー濃度検出信号が設定値である５（wt％）以下に
なったか否かを判断し、５（wt％）以下になったときは
トナー濃度ＮＧ信号、５（wt％）以下になっていないと
きはトナー濃度ＯＫ信号第２をＣＰＵ60の図示しないト
ナー濃度判定結果レジスタに記憶している。

【００７０】そこで第２ＣＰＵ60は、トナー濃度判定結
果レジスタにセットされた信号を読出し（Ｆ−３）、そ
れがトナー濃度ＮＧ信号であるか否かを判断する（Ｆ−
４）。その結果、トナー濃度ＮＧ信号であれば、トナー
補給を行って（Ｆ−５）、ステップ（Ｆ−６）に進む。
一方、トナー濃度ＯＫ信号であれば、すぐに（Ｆ−６）
に進んで、第２カウンタＣＴ２内のカウントダウン値が
「０」であるか否かを判断することにより、通算コピー
枚数のカウント値が設定に係る通算コピー枚数の1000枚
に達しているか否かを判断する。その結果、通算コピー
枚数が1000枚に達していなければ、ステップ（Ｆ−９）
に進む。通算コピー枚数が1000枚に達していれば、第１
ＣＰＵ50は第２カウンタＣＴ２に通算コピー枚数の設定
値である「1000枚」をセットして（Ｆ−７）、トナー電
荷量制御割り込みを発生する。（Ｆ−８）。ここで設定
値は1000枚に限らず100枚でも50枚でも良いのは言うま
でもない。

【００７１】そして図８に示すようにトナー電荷量制御
割込みルーチン内では、トナーボックス重量検知センサ
70の出力（Ｗ₁）を読み込み（Ｆ−81）前回のまでの積
算トナー重量を前回積算重量メモリより読み出し（Ｆ−
82）これらと規定コピー数ｎとにより例えば１枚当たり
の単位消費量Ｃを算出する（Ｆ−83）。

【００７２】次に現像剤強制消費フラグをリセットし消
費量Ｃを第１基準値Ｒ₁と比較し（Ｆ−83）消費量が該
第１基準値Ｒ₁の30mg／枚より大きいか又は等しいとき
はトナー電荷量に問題がないので現像剤の撹拌時間又は
撹拌スピードは標準セットのモード０のままとし（Ｆ−
85）特に制御は行わない。一方消費量が第１基準値より
少ないときは問題となるので次のステップである第２基
準値Ｒ₂と比較し（Ｆ−86）消費量が該第２基準値Ｒ₂の
10mg／枚より大きいか又は等しいとき現像剤撹拌時間又
は撹拌スピードを図２で示したモード１の短縮された仕
様にセットする（Ｆ−87）。また消費量が第２基準値Ｒ
₂より少ないときは次のステップである第３基準値Ｒ₃と
比較し（Ｆ−88）消費量が該第３基準値Ｒ₃の５mg／枚
より大きいときは現像剤撹拌時間又は撹拌スピードをモ
ード２の短縮された仕様にセットする（Ｆ−89）。一方
消費量が第３基準値Ｒ₃より少ないときはモード３の現
像剤強制消費フラグにセットされる（Ｆ−90）。このよ
うにしてトナー消費量Ｃは各第１、第２、第３基準値Ｒ
₁，Ｒ₂，Ｒ₃との比較において判定されそれぞれの消費
量Ｃに対応したモードにセットされる。

【００７３】このルーチンでは現像剤強制消費を行う場
合はそのフラグを立てそれ以外は現像剤の撹拌時間をタ
イマレジスタにセットしてリターンする。

【００７４】そして、第１ＣＰＵ50は、画像形成プログ
ラムに基づいて、画像形成プロセスを実行する。図７の
（Ｆ−９）。そして第１カウンタＣＴ１の連続コピー枚
数のカウンタ値、第２カウンタＣＴ２の通算コピー枚数
のカウンタ値をそれぞれマイナス１して（Ｆ−10）、第
１カウンタＣＴ１の連続コピー枚数のカウンタ値が
「０」であるか否かを判断することにより、設定に係る
連続コピー枚数Ａに達したか否かを判断し（Ｆ−11）、
第１カウンタＣＴ１のカウントダウン値が「０」であり
連続コピー枚数Ａに達したときは、終了する。一方、連
続コピー枚数Ａに達していないときは、その枚数分の連
続コピーを行うべくステップ（Ｆ−３）に戻る。

【００７５】ここで第１ＣＰＵ50は現像剤強制消費フラ
グがセットされているとコピープロセス終了後に、各プ
ロセスを動作させ現像剤強制消費工程を実行する。実際
にはベタ黒のトナー像を感光体ドラム１に強制的に現像
し、転写材には転写せずにクリーニングをすることによ
り帯電量の大きいトナーを現像器20から除去する。

【００７６】次にトナー消費量を求める別の実施例とし
て、消費量の算出を複写機の感光体に露光するレーザの
書き込みドット数の計数に基づいて行う方法について説
明する。

【００７７】デジタル方式の走査光学系として、強度変
調方式と、パルス幅変調方式がある。強度変調方式は例
えば半導体レーザ等に通電する電流を調整することによ
り照射強度を調整する方法であり、パルス幅変調方法
は、例えば参照波のスライスレベルを調整することによ
り照射光量を調整する方法である。

【００７８】本実施例は、後者のパルス幅変調を行って
おり、第一の実施例で説明してある様に第１ＣＰＵ50の
制御に基づいて走査光学系54からの原稿画像の画像濃度
に対応する画像信号に基づいて光源を発光して感光体ド
ラム１に光照射することにより、感光体ドラム１の表面
に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像器20で現像す
ることによりトナー像として顕像化している。従ってレ
ーザ書き込み系の感光体への照射時間を積算すれば、ト
ナーの消費量が求められる。

【００７９】そこで図６のブロック図によりこのことを
説明する。図示しない画像読み取り系で読み取られた原
稿は図示しない画像処理手段によって画像処理されて画
像信号としてパルス幅変調部に入力される。

【００８０】パルス幅変調部30は、１ドット当たりの基
準画素に対応する画像信号に対し濃淡に階調を付けるた
めに、後段の半導体レーザ31の基準画素の発光時間を変
化させる変調処理をする。半導体レーザ31は前記パルス
幅変調部30により変調された画像信号に基づいてレーザ
変調がなされ、一様帯電された感光体ドラム１上に結像
するレーザビームを出力する。

【００８１】ところで、パルス幅変調部30で変調された
画像信号は、カウンタ部32に入力されて発光時間をカウ
ントされる。この場合、高周波発振部33で発振された高
周波のクロックを基準として、画像信号の発光時間をカ
ウントする。該カウントは、トナー電荷量制御手段のメ
モリ部35において積算され記憶される。

【００８２】この積算値はカウント値のままでも良い
し、消費量演算部34において、１カウント当たりのトナ
ー消費量から、これとカウント値を掛け合わせトナー消
費量に換算したのちに積算、記憶されても良い。

【００８３】そして、トナー電荷量制御割り込みの起動
により、前記発光時間の積算値に基づくトナー消費量が
呼び出され、複数の基準値と比較し基準値よりも少ない
場合は、第一の実施例に基づく説明の様に、現像剤の撹
拌を制御するか、トナーを強制消費させるかを判断し、
いずれか一方を実行することにより現像剤の電荷量を制
御している。

【００８４】このようにして画像形成におけるトナーの
消費量が消費量検知手段によって正確に検出され、これ
を前述した複数の各基準値と比較してトナーが劣化状態
を防ぐレベルであれば現像撹拌手段により撹拌時間を短
かくしたり又は撹拌速度を遅く制御することによりトナ
ーの摩擦帯電の機会を減少させてトナー劣化を防止す
る。

【００８５】また、前記消費量を同様に複数の基準値と
比較して、トナーが劣化状態にあるレベルであれば劣化
トナーが現像器20内にあると判断し、これをトナー強制
消費手段により除去する。

【００８６】この２つの実行を判断する工程を有し、こ
れによりトナーの劣化を防止し、また劣化したトナーを
すみやかに現像器20内より除去することにより、現像器
20内のトナー電荷量を所定内に制御しこれによる現像性
能の低下を未然に防止し、常に安定した現像剤を供給
し、良好で安定した画像を維持できるようにする効果が
ある。

【００８７】従って本発明によって適正なトナー消費が
行われると共に現像剤中のトナー電荷量を所定の範囲内
に制御する工程を備えた現像方法としたので常に高画質
のトナー画像が現像される。

【００８８】なお本発明はモノ黒或はカラーの画像形成
装置の何れにも適用されるものである。

【００８９】

【発明の効果】本発明の現像方法によって適正なトナー
の消費が行われると共にトナーの摩擦帯電の機会を減少
させてトナーの劣化が防止される。

【００９０】また、トナー消費量を複数の基準値と比較
しトナーが劣化状態のレベルであれば現像器内より強制
消費手段によって除去する。

【００９１】この２つの実行を判断する工程を有するこ
とによって現像器内のトナーの電荷量を所定の範囲内に
常に制御して現像性能の低下を未然に防止したので常に
安定した高画質のトナー画像が現像されるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例により画像形成装置のブロッ
ク図。

【図２】本発明の１実施例によるトナー消費量と制御方
法を示す表。

【図３】コピー枚数に対するトナー電荷量の状態を示す
グラフ。

【図４】本発明の１実施例によるトナー電荷量の制御を
示すブロック図。

【図５】トナー濃度の制御を示すブロック図。

【図６】トナー消費量の検出を書込みドット数の計数に
よるブロック図。

【図７】本発明の１実施例による第１ＣＰＵのメインプ
ログラムを示すフローチャート。

【図８】本発明の１実施例による現像剤電荷量の制御を
示すフローチャート。

【図９】トナー電荷量と画像濃度との変化を示すグラ
フ。

【図１０】トナー濃度に対する画像濃度の変化を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１感光体ドラム 20 現像器 20ｈトナーホッパ 25 排トナーボックス 50 第１ＣＰＵ 60 第２ＣＰＵ 65 撹拌モータ駆動回路 70 トナーボックス重量検知センサ 71 排トナーボックス重量検知センサ 72 トナーホッパ重量検知部 73 排トナー重量検知部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉野邦久東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーとキャリアから成る二成分現像剤
を撹拌手段により撹拌した後、像担持体上の静電潜像に
作用させてトナー像を形成する現像方法において、前記
トナーの単位プリント当たりの消費量を検出し、複数の
基準値と比較する工程と、前記比較の結果、前記二成分
現像剤の撹拌時間あるいは撹拌速度を制御するレベルか
どうか、及び、前記トナーの強制的消費を実行させるレ
ベルかどうかを判断する工程とを有することを特徴とす
る画像形成装置の現像方法。
【請求項２】請求項１において前記消費量の検出がト
ナーホッパの重量検知に基づいて行われることを特徴と
する画像形成装置の現像方法。
【請求項３】請求項１において前記消費量の検出が廃
トナーボックスの重量検知に基づいて行われることを特
徴とする画像形成装置の現像方法。
【請求項４】請求項１において前記消費量の検出が書
込みドット数の計数値に基づいて行われること特徴とす
る画像形成装置の現像方法。