(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像担持体と、
２成分多色現像装置と、
この２成分多色現像装置にカラートナーを補給するトナー補給手段と、
前記静電潜像担持体に静電潜像で形成される、トナー濃度の検知用のトナーパッチパターンを付着するトナー付着手段と、
このトナーパッチパターンのトナーの付着量を検出する正反射方式の光センサと、
この光センサの出力に基づき所定の制御対象を制御して、前記トナー補給手段によるトナー補給を調節する制御手段とを備え、
この制御手段による調節は、検出対象をカラートナーとした場合の前記光センサの特性の異なる出力に各々基づいて別種の制御対象を制御することにより行われることを特徴とするカラートナー補給装置。
【請求項２】
カラートナー付着量の増大につれて光センサの出力が単調減少特性を示す領域では、制御対象をカラートナーの補給量としていることを特徴とする請求項１に記載のカラートナー補給装置。
【請求項３】
カラートナー付着量の増大につれて光センサの出力が単調増加特性を示す領域では、制御対象を単調増加領域での出力特性に基づく単調減少領域でのトナーパッチパターンの作像電位の補正量としていることを特徴とする請求項２に記載のカラートナー補給装置。
【請求項４】
カラートナー付着量の増大につれて光センサの出力が単調増加特性を示す領域では、制御対象を単調減少領域での出力特性に基づく単調減少領域でのトナーパッチパターンの現像バイアスであることを特徴とする請求項２に記載のカラートナー補給装置。
【請求項５】
カラートナー付着量の増大につれて光センサの出力が単調増加特性を示す領域では、制御対象をカラートナーの補給目標値の補正量としていることを特徴とする請求項２に記載のカラートナー補給装置。
【請求項６】
補正は、光センサの出力特性の最小値と最大レ−ザ光量でトナー付着手段に書き込んだときの光センサの出力値との差分に基づいて行うことを特徴とする請求項３、４、５のいずれかに記載のカラートナー補給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンタなど、２成分現像剤を用いた画像形成装置に適用するカラートナー補給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現像装置へのトナーの補給量の検知用に静電潜像担持体上のパターンに現像されたトナーの付着量を光センサで検出し、トナー付着量の大小に応じて現像装置内へのトナー補給量を制御する技術が知られている（例えば、特開昭６１ー２０１２７６号公報参照）。
【０００３】
かかる技術では、測定面に対する発光角度と入射角度とが等しい（正反射方式）光センサが一般に使用されている（図７参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の正反射式の光センサでは、黒トナーを用いた場合の出力特性とカラートナーを用いた場合の出力特性とが異なることが知られている（図８参照）。
【０００５】
すなわち、同図に示すように、トナー付着量Ｍとセンサ出力ＶＭとの関係をみると、黒トナーに対する出力特性はパターン上でのトナー付着量の大小の全域にわたり単調減少を示すのに対し、カラートナーに対する出力特性は所定のトナー付着量において最小値（Ｖｍｉｎ）を示し、この最小値の前後で出力特性が大きく異なる。つまり、この最小値を境にトナーの低付着量側（Ａ領域）では比較的急激な単調減少カ−ブを示すのに対し、高付着量側（Ｂ領域）では比較的ゆるやかな単調増加カーブを示す。なお、Ｖｓｇは感光体上にトナーがないときの出力を示している。
【０００６】
このような特性から、従来の技術では、光センサの出力の特性感度が比較的高い、トナーの低付着量領域のみを利用して、トナーの補給量を制御していた。
【０００７】
以上のような従来の技術では、仮に潜像上のトナー付着量が現像剤中のトナー量のみに依存するのであれば、トナー供給量を的確に調節することが可能である。
【０００８】
しかしながら、２成分現像剤は、一般的に経時、環境により特性が変動してしまうので、潜像上のトナー付着量は現像剤中のトナー量のみには依存せず、上記従来技術では、トナー供給量の的確な調節を安定的に行えないという課題がある。
【０００９】
具体的には、初期の現像剤の単位重量当たりの帯電量（以下、「ｑ／ｍ」という）が高く、このｑ／ｍが経時劣化により減少する特性を有する現像剤に対して前記従来の技術を適用すると、現像剤中のトナー量は同一であっても、当初はｑ／ｍが大きいことによりパタ−ン上のトナーの付着量が少なく、そのためトナー濃度が高めに調節されるのに対し、その後の経時変化によりｑ／ｍが小さくなると、パタ−ン上のトナー付着量が増加するために、トナー濃度が低めに調節されてしまうという課題である。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、カラートナーの供給量を安定的に制御できるカラートナー供給装置を提供することにある。
【００１１】
また、この発明の別の目的は、出力特性感度が高い領域では制御対象をカラートナー補給量とすることで、トナー補給の安定した制御動作を確保することにある。
【００１２】
この発明の別の目的は、単調増加領域での出力特性に基づいて単調減少領域でのトナー付着量検出を制御することで、トナー補給の安定した制御動作を確保することにある。
【００１３】
この発明の別の目的は、単調増加領域での出力特性に基づいて単調減少領域でのトナー補給の目標値を制御することで、トナー補給の安定した制御動作を確保することにある。
【００１４】
この発明の別の目的は、単調増加領域での出力特性に基づいてトナー濃度を検出し、トナー補給の安定した制御動作を可能とすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、静電潜像担持体と、２成分多色現像装置と、この２成分多色現像装置にカラートナーを補給するトナー補給手段と、前記静電潜像担持体に静電潜像で形成される、トナー濃度の検知用のトナー付着手段と、このトナー付着手段のトナーの付着量を検出する正反射方式の光センサと、この光センサの出力に基づき所定の制御対象を制御して、前記トナー補給手段によるトナー補給を調節する制御手段とを備え、この制御手段による調節は、検出対象をカラートナーとした場合の前記光センサの特性の異なる出力に各々基づいて別種の制御対象を制御することにより行われることを特徴とする。
【００１６】
従って、光センサの出力が単調減少特性を示す領域のみならず、単調増加特性を示す領域の出力特性も用いて制御することにより、経時や環境による現像剤の特性の変動などにも対応して、カラートナー補給の制御を従来より安定化することが可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、カラートナー付着量の増大につれて光センサの出力が単調減少特性を示す領域では、制御対象をカラートナーの補給量としていることを特徴とする。
【００１８】
従って、光センサの出力特性感度が高い単調減少領域では、制御対象をカラートナー補給量とすることにより、トナー補給の安定した制御動作を確保することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、カラートナー付着量の増大につれて光センサの出力が単調増加特性を示す領域では、制御対象を単調増加領域での出力特性に基づく単調減少領域でのトナーパッチパターンの作像電位の補正量としていることを特徴とする。
【００２０】
従って、単調増加領域での出力特性に基づいて単調減少領域でのトナー付着手段の作像電位の補正量を制御することにより、トナー濃度を安定に保てると同時に、トナー付着手段の付着トナー量が調節されてトナー補給の安定した制御動作を確保することが可能となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、カラートナー付着量の増大につれて光センサの出力が単調増加特性を示す領域では、制御対象を単調減少領域での出力特性に基づく単調減少領域でのトナーパッチパターンの現像バイアスであることを特徴とする。
【００２２】
従って、単調増加領域での出力特性に基づいて単調減少領域でのトナー付着手段の現像バイアスを制御することにより、トナー濃度を安定に保てると同時に、トナー付着手段の付着トナー量が調節されてトナー補給の安定した制御動作を確保することが可能となる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、カラートナー付着量の増大につれて光センサの出力が単調増加特性を示す領域では、制御対象をカラートナーの補給目標値の補正量としていることを特徴とする。
【００２４】
従って、単調減少領域での出力特性によるトナーの補給目標値を、単調増加領域での出力特性に基づいて補正することにより、トナー補給の安定した制御動作を確保することが可能となる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、前述の補正は、光センサの出力特性の最小値と最大レ−ザ光量でトナー付着手段に書き込んだときの光センサの出力値との差分に基づいて行うことを特徴とする。
【００２６】
このような差分はトナー濃度とほぼ正比例し（図５参照）、現像剤の特性などにより影響されない。
【００２７】
従って、この差分に基づいて付着部の作像電位、現像バイアスの補正量や、トナーの補給目標値の補正量を制御することで、トナー濃度を安定化し、トナー補給の安定した制御動作を確保することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
〔発明の第１の実施の形態〕
この発明の第１の実施の形態は、光センサの出力が単調減少特性を示す領域では、制御対象を単調減少領域でのトナー付着手段の現像バイアスとする例である。
【００２９】
図１に示すように、画像形成装置１の静電潜像担持体２は、アルミニウム基体の表面に感光層を有しており、この感光層は帯電装置３で均一に帯電される。レーザダイオード１０は、画像データに応じた光強度のレーザ光を発して、画像に対応した静電潜像を静電潜像担持体２の上に形成する。
【００３０】
現像ユニット（２成分多色現像装置）４は、リボルバー様の形状をした回転式のものであって、内部に４個の現像タンク４１、４２、４３、４４を備えている。この各現像タンクはイエロー（以下、「Ｙ」という）、マゼンタ（以下、「Ｍ」という）、シアン（以下、「Ｃ」という）、ブラック（以下、「Ｋ」という）の４色よりなる２成分現像剤を内部に有している。この各現像タンク４１、４２、４３、４４内の現像スリーブには現像バイアスが印加され、また、像担持体２の上にトナーを供給して、潜像電位に応じたトナーを現像して顕像化する。
【００３１】
転写ベルト５には、前記のように静電潜像担持体２の上に顕像化したトナー像が転写される。このとき、１次転写ローラ７に適正なバイアスを印加することによりトナーの転写量を適正にすることができる。そして、前記した帯電、露光、現像、転写の各工程を、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの各色の順に４色繰り返すことで、転写ベルト５の上には４色のカラートナーによる重ね画像が形成される。
【００３２】
符号８は一対のローラ８ａ、８ｂからなる定着装置であり、前記の４色カラートナーの重ね画像は記録紙Ｐの上に一度に転写された後、この定着装置８で加熱、加圧することにより最終的な作成画像が得られる。
【００３３】
静電潜像担持体２の感光面の非作像領域には、予め定められたレーザ光量、現像バイアスで、この発明のトナー付着手段に相当する所定のパッチパターン（詳細は後述）が潜像として形成される。光センサ９は、測定面に対する発光角度と入射角度とが等しい正反射方式のものであり、現像工程で前記パッチパターンに付着したカラートナーの付着量を検出する。
【００３４】
図２に示すように、この画像形成装置１の制御系では、この発明の制御手段に相当するＣＰＵ１１に対して、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、アクチュエ−タ１４、及び前記の光センサ９がバス等１５を介して接続されている（Ｉ／Ｏインターフェース等は図示等省略）。
【００３５】
ＲＯＭ１２には画像形成装置１の各部を制御するための各種プログラムや固定データなどが格納されている。特に、像担持体１に対するパッチパターンの形成や、光センサ９の検出結果などに基づいて行われる演算、この演算結果に基づいて行われる制御（いずれも後述）などに関するプログラムが格納されている。
【００３６】
アクチュエ−タ１４は、現像ユニット４に設けられていて、現像タンク４１、４２、４３、４４内に各々の色のカラートナーを供給するためのアクチュエータであり、この発明のトナー補給手段に相当するものである。具体的には、例えば、トナーを補給するためのローラを回転するモータなどである。ＣＰＵ１１には、そのほかの各種センサ、アクチュエータが接続されているが、図示、説明は省略する。
【００３７】
このような構成において、上記の構成の画像形成装置１により行われるトナーの補給制御について図３〜図６を参照して説明する。
【００３８】
図３に示すように、画像形成装置１の電源を投入した直後でなく、また、予め定められた作像間隔を超えるジョブの終了後でもないときは、静電潜像担持体２の非作像領域に、予め定められた現像バイアス、レーザ光量によりトナーの付着量検出用のパッチパターンを作成する（ステップＳ１、ステップＳ２）。
【００３９】
電源を投入した直後、または、予め定められた作像間隔を超えるジョブの終了後であるときは、所定の設定値を補正する（ステップＳ１、ステップＳ３）。この発明の第１の実施の形態では、所定の設定値とは前記の予め定められた現像バイアスであり、この予め定められた現像バイアスに所定の補正を加えた現像バイアス値を用いて付着量検出用のパッチパターンを作成する（ステップＳ２）。このステップＳ３の詳細については後述する。
【００４０】
付着量検出用のパッチパターン作成後、光センサ９でパッチパターンのトナー付着量を検出する（ステップＳ４）。そして、センサの出力からトナー付着量が目標値に達しているか否かを判断する（ステップＳ５）。具体的には、トナー付着量の制御目標値をＭｏ（ｇ／ｃｍ２）とし、センサ検出値がＶｓ（Ｖ）であったときの図８において対応するトナー付着量をＭｓ（ｇ／ｃｍ２）とすると、必要なトナー補給量Ｍを次式で定義する。
【００４１】
Ｍ  ＝  ＭＡ×（Ｍｏ−Ｍｓ）    ‥‥‥    （１）
ここで、ＭＡは比例定数で、画像形成装置の具体的な設計に対応して実験的に求められる値である。
【００４２】
（１）式は、消費によってトナーが減少することにより、パッチパターン上のトナー付着量が減少するので、トナーの付着量目標値と現実の検出付着量との差分に比例した量のトナーを補おうとするものである。そして、ＣＰＵ１１から所定の制御信号をアクチュエータ１４に送り、（１）式で算出した補給量Ｍに相当する量のトナーを補給する（ステップＳ６）。
【００４３】
次に、この発明の第１の実施の形態の特徴をなす、前記ステップＳ３について詳細に説明する。図４に示すように、まず、静電潜像担持体２の非作像領域に補正値検出用のパッチパターンを作成する（ステップＳ３１）。このパッチパターンは前記のトナー付着量の検出用のものとは異なり、図９の単調減少領域Ａから単調増加領域Ｂにいたる全域をカバーするように、予め段階的に設定した電位及び書き込み値により複数個作成する。そして、この各パッチパターン上のトナー付着量をセンサ９で各々検出する（ステップＳ３２）。
【００４４】
そして、この検出値の中の最小値に対応するトナー付着量（図８参照）を最小値Ｖｍｉｎとして選択し、また、最大のレーザ光量で書き込んだパッチパターンの出力値に対応するトナー付着量を最大値Ｖｍａｘとする（ステップＳ３３）。そして、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）を演算する（ステップＳ３４）。この最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとの差分は、図５に示すように、トナー濃度とほぼ正比例の関係にあり、現像剤の特性などに影響されない。そして、同図においてトナー濃度がＴ１を超えるとトナーの飛散を生じ、Ｔ２を下回るとキャリアの付着が生じる。そこでトナー濃度Ｔ１、Ｔ２に各々対応する（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）の値をＡ１、Ａ２として、現実に検出値から得られた（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）の値をＡ１、Ａ２と比較して（ステップＳ３５）、トナーの付着量検出用のパッチパターン作成のために、前記の予め定められた現像バイアス値（ＶＢ）に所定の補正を加えた値を現像バイアス値として選択する（ステップＳ３６、Ｓ３７、Ｓ３８）。
【００４５】
すなわち、まず、図５におけるＡ１を超える領域は現像タンク４１、４２、４３、４４の機械特性に対し、トナーの飛散が生じる領域にある。トナー飛散は画像汚れを生じるので、この場合はトナー濃度を減少させる必要がある。そこで、予め設定されている現像バイアス値ＶＢを所定量β１分増加させた値を現像バイアス値として選択する（ステップＳ３６）。これにより、通常より高い現像バイアスでトナー付着量の検知用パッチパターンが作成され（ステップＳ２）、トナー付着量を高めることができるので、トナーはなかなか補給されず、結果的にトナー濃度を減少させることができる（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００４６】
また、図５において、Ａ２を下回る領域はトナー濃度が低くてキャリア付着が生じる領域であるので、トナー濃度を高める必要がある。そこで、この場合は、予め設定されている現像バイアス値ＶＢを所定量β２分減少させた値を現像バイアス値として選択する（ステップＳ３８）。これにより、通常より低い現像バイアスでトナー付着量の検知用パッチパターンが作成され（ステップＳ２）、トナー付着量を下げることができるので、トナーを補給させてトナー濃度を増大させることができる（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００４７】
さらに、図５において、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）の値がＡ１〜Ａ２の範囲に収まっているときは、トナー濃度が現像タンク４１、４２、４３、４４の許容範囲内に収まっているので、予め設定されている現像バイアス値ＶＢに補正をかけることは行わず、この予め設定されている現像バイアス値ＶＢによりトナー付着量の検知用パッチパターンが作成される（ステップＳ２）。
【００４８】
以上のように、この発明の第１の実施の形態は、光センサ９の単調増加領域の出力特性に基づき（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）を求めてトナー濃度を判断し、それにより、従来は行われなかったトナー付着量の検知用パッチパターンの現像バイアスＶＢの補正を行うものである。（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）はトナー濃度に正比例して、現像剤の特性などに左右されないので、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）に基づいて検知用パッチパターンのトナー付着量を加減して、光センサ９の単調減少領域の出力特性に基づいて制御されるトナー供給量（従来は不変）を加減するものである。これにより、トナー濃度を最適に維持し、カラートナー補給の安定した制御動作が可能になる。
【００４９】
〔発明の第２の実施の形態〕
この発明の実施の形態は、トナーの補給目標値を、単調増加領域での出力特性に基づいて補正する発明の例である。
【００５０】
この発明の第２の実施の形態の装置構成は、図１、図２を参照して説明した第１の実施の形態の装置構成と共通であるため、詳細な説明は省略する。また、この実施形態２における処理手順も、図６に示すとおり、ステップＳ３５〜Ｓ３８に代えてステップＳ４１〜Ｓ４４の処理を行う点を除き、図３、図４を参照して前記した発明の第１の実施の形態の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。以下では、この発明の第２の実施の形態の特徴をなすステップＳ４１〜Ｓ４４を中心に説明する。
【００５１】
まず、前記と同様に求められた（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）の値を図５に示す値Ｂ１、Ｂ２（これらの値は前記Ａ１、Ａ２と同様の趣旨の値であり、Ａ１、Ａ２と同一としてもよいし、異なる値としてもよい）と比較する（ステップＳ４１）。そして、トナーの付着量検出用のパッチパターン作成のために、前記の予め定められた制御目標値をＭｏに所定の補正を加えた値を制御目標値として選択する（ステップＳ４２、Ｓ４３、Ｓ４４）。
【００５２】
すなわち、まず、図５におけるＢ１を超える領域はトナー濃度を減少させる必要があるので、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）の値がＢ１より大きいときは、予め設定されている制御目標値Ｍｏを所定量γ１分増加させた値を制御目標値として選択する（ステップＳ４２）。これにより、前記ステップＳ５で、センサの出力から判断するトナー付着量が、補正された目標値に達していると判断されにくくなるので、トナーはなかなか補給されず（ステップＳ６）、結果的にトナー濃度を減少させることができる。
【００５３】
また、図５におけるＢ２を下回る領域はトナー濃度を高める必要があるので、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）の値がＢ２より小さいときは、予め設定されている制御目標値Ｍｏを所定量γ２分減少させた値を制御目標値として選択する（ステップＳ４４）。これにより、トナー付着量が通常より低い制御目標値に達していると判断されやすくなるので（ステップＳ５）、トナーはなかなか補給されず（ステップＳ６）、結果的にトナー濃度を高めることができる。
【００５４】
さらに、図５において、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）の値がＢ１〜Ｂ２の範囲に収まっているときは、トナー濃度が現像タンク４１、４２、４３、４４の許容範囲内にあるので、予め設定されている制御目標値Ｍｏに補正をかけることは行わず（ステップＳ４３）、通常の制御目標値Ｍｏを用いてステップＳ５の比較が行われる。
【００５５】
以上のように、この発明の第２の実施の形態は、光センサ９の単調増加領域の出力特性に基づき（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）を求めてトナー濃度を判断し、これにより従来は不変としていたトナー供給の目標値を加減するものである。従って、トナー濃度を最適に維持し、カラートナー補給量の安定した制御動作が可能になる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、光センサの出力が単調減少を示す検知領域のみならず、単調増加を示す検知領域の出力特性も用いて制御するので、経時や環境による現像剤の特性の変動などにも対応して、カラートナー補給の従来より安定した制御動作が可能となる。
【００５７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、光センサの出力特性感度が高い領域では制御対象をカラートナー補給量とするので、トナー補給の安定した制御動作を確保することができる。
【００５８】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明において、単調増加領域での出力特性に基づいて単調減少領域でのトナーパッチパターンの作像電位の補正量を制御するので、付着トナー量を調節することによるトナー補給の安定した制御動作を確保することが可能となる。
【００５９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明において、単調増加領域での出力特性に基づいて単調減少領域でのトナーパッチパターンの現像バイアスを制御するので、付着トナー量を調節することによるトナー補給の安定した制御動作を確保することが可能となる。
【００６０】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、単調減少領域での出力特性によるトナーの補給目標値を単調増加領域での出力特性に基づいて補正するので、トナー補給の安定した制御動作を確保することが可能となる。
【００６１】
請求項６に記載の発明は、請求項３、４、５のいずれかに記載の発明において、光センサの出力特性の最小値と最大レ−ザ光量でトナー付着手段に書き込んだときの光センサの出力との差分に基づき制御対象を制御するので、トナー濃度を安定化してトナー補給の安定した制御動作を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１、第２の実施の形態の画像形成装置の全体の装置構成を示す概念図。
【図２】この発明の第１、第２の実施の形態の制御系を示すブロック図。
【図３】この発明の第１、第２の実施の形態の動作を説明するフローチャート。
【図４】この発明の第１、第２の実施の形態の動作を説明するフローチャート。
【図５】この発明の第１、第２の実施の形態におけるトナー濃度と（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）との関係を説明する図。
【図６】この発明の第１の実施の形態の作用を説明するフローチャート。
【図７】正反射方式の光センサを説明する図。
【図８】黒トナー、カラートナーの付着量と、正反射方式光センサの出力との関係を説明する図。
【符号の説明】
１      画像形成装置
２      静電潜像担持体
４      現像ユニット（２成分多色現像装置）
９      光センサ
１１    ＣＰＵ（制御手段）
１４    アクチュエータ（トナー補給手段）
Ｖｍａｘ    最大値
Ｖｍｉｎ    最小値
ＶＢ    現像バイアス
Ｍｏ    制御目標値
【図１】
0003608760.tif 000002
【図２】
0003608760.tif 000003
【図３】
0003608760.tif 000004
【図４】
0003608760.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003608760.tif 000007
【図７】
0003608760.tif 000008
【図８】
0003608760.tif 000009