JP2006065079A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像装置への高精度な現像剤の補給を実現する。
【解決手段】 感光ドラム１と静電潜像を現像する現像装置４と、現像する際に消費する現像剤消費量を前記静電潜像の画像印字比率に応じて算出する現像剤消費量算出手段と、現像装置４に現像剤を補給するトナーホッパー５と、前記現像剤消費量に応じてトナーホッパー５から補給する現像剤補給量を制御する制御手段と、を備える画像形成装置本体Ｘにおいて、現像装置４は、現像剤を収納する現像容器１６と、現像ローラ１１と、現像容器１６内の現像剤量を検知するトナー面検知手段１５と、を有し、制御手段は、現像剤消費量と、現像容器内の現像剤量とに基づいて、トナーホッパー５から補給する現像剤補給量を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電子写真方式或は静電記録方式を用いて像担持体上に形成した静電潜像を現像装置を用いて可視化して顕画像を形成し、その後この顕画像を記録材上に転写及び定着して永久画像を得る画像形成装置に関する。

ここで、電子写真方式の画像形成装置としては、例えば複写機、プリンタ（例えば、ＬＥＤプリンタ、レーザービームプリンタ等）、ファクシミリ装置、及び、ワードプロセッサ等が含まれる。

又、プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像剤担持体又はクリーニング手段と電子写真感光体（像担持体）とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。あるいは、帯電手段、現像剤担持体、クリーニング手段の少なくとも一つと電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものである。あるいは、少なくとも現像剤担持体と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものをいう。

従来、電子写真方式の画像形成装置にあって、現像剤たるトナーが使用され画像形成装置内のトナーが消費された場合、画像形成装置に着脱自在な現像剤補給容器たるトナー補給容器を新たなトナー補給容器に交換することにより装置にトナーを補給する画像形成装置が知られている。

図１１は、従来の画像形成装置の概略構成の一例を示す断面図である。図１１に示すように、従来の画像形成装置のほぼ中心部には、像担持体としての例えばドラム状とされる電子写真感光体（以下、「感光ドラム」と称す。）、即ち、感光ドラム１００が矢印方向に回転可能に支持されている。

画像形成動作が開始すると、帯電手段２００は、感光ドラム１００の表面を一様に帯電する。その後、露光手段としての例えばレーザ照射手段３００は、画像情報に応じたレーザにより帯電された感光ドラムの表面を露光し、表面に静電潜像を形成する。現像装置４００は、形成された静電潜像を供給する現像剤により可視化し、所謂、トナー像を形成する。

このトナー像は、転写手段としての例えば転写ローラ６００によって感光ドラム１００と転写ローラ６００との間に形成される転写電界により静電的に記録材Ｐ上に転写される。その後、記録材Ｐ上の未定着トナー像は定着装置８００において熱及び圧力によって記録材Ｐ上に定着される。

又、トナー像の転写を終了した感光ドラム１００の表面に残留する転写残トナーなどは、例えば、ブレード状のクリーニング部材を備えるクリーニング装置７００により除去され、感光ドラム１００は引き続き画像形成を行える状態となる。

次に、上記従来の画像形成装置にて用いられる現像装置４００について更に説明する。

現像装置４００は、現像剤として一成分現像剤を用いるものであり、特に、非磁性一成分現像剤を用いる。なお、以下、特に言及しない場合には、非磁性一成分現像剤を単に「トナー」と呼ぶ。

現像装置４００において、現像容器４１６にはトナーが収容されており、現像剤担持体としての現像ローラ４１１、現像剤供給手段としての供給ローラ４１３を有している。現像ローラ４１１上のトナーは、回転に伴って感光ドラム１００上の静電潜像に転移し、感光ドラム１００上にはトナー像が形成される。

現像容器４１６には、現像剤を撹拌及び搬送する手段である撹拌パドル４１４が回転可能に設けられている。また、撹拌パドル近傍には、圧電素子などからなるトナー量検知手段４１５が設けられている。現像容器４１６の上方には、取り外し可能なトナー容器を含むトナー補給機構５００が設けられている。

画像形成装置の使用により現像容器１６内のトナーが減少したことをトナー量検知手段４１５が検知すると、画像形成装置はトナー補給要求を出し、トナー補給機構５００より一定量のトナーが補給される。適量のトナーが補給される事により、トナー量検知手段４１５がトナー量減少を検知しなくなるため、画像形成装置のトナー補給要求は無くなり、通常のプリント動作を続ける。

このような、現像装置内の現像剤の量を検知又は推測し、逐次補給するものとして、特許文献１には、現像剤量検出センサにより、現像剤溜り部内の現像剤の量が予め定められた量以下と検知されると、現像剤供給手段を駆動させて現像剤溜り部に現像剤を供給する画像形成装置が記載されている。

また、特許文献２には、トナー残量検知手段により、現像室内の現像剤の残量を検知し、その検知出力に応じて定量の現像剤を現像剤貯蔵部から現像室内に供給する現像装置が記載されている。

また、特許文献３には、レベル検知手段により、一成分現像装置内部の一成分現像剤のレベルを検知し、検知したレベルに応じて現像剤収納容器から一成分現像剤を供給し、前記一成分現像装置内部の一成分現像剤のレベルを一定に制御する画像形成装置が記載されている。

しかしながら、先に説明した画像形成装置では、以下のような問題が生じる場合がある。

図１０は、先述した現像容器内のトナー量の推移を示すグラフである。一般的に、現像容器内のトナー量はなるべく増減せずに常に一定レベルに保つ事が望ましい。トナー量が極端に増減すると、トナー量が多いときと少ないときの画像が濃度差となって現れる事がある。また、トナー量の増減が有るということは、即ち、トナー補給量が多い、あるいは、補給回数が少ない傾向にあることを示している。トナーを一度に多く補給すると、現像容器内にあるトナーと補給装置から新たに補給された新トナーの帯電量が揃わず、濃度ムラになったり、かぶりを発生させたりする。

現像装置の使用が進み、現像容器内のトナーが劣化してくると、両者のトナーの帯電量差はさらに大きいものとなる。その結果、最悪の場合、高い帯電量を持ったトナーの周りに帯電量の低いトナーが静電凝集して大きなトナー塊となり、それが現像容器から記録材や画像形成装置本体内に落下する事態（ボタ落ち）も起こりえる。

逆に、このような事態を避けるために、一回に補給するトナー量を少な目に設定してしまうと、高印字画像が続く場合のようにトナーの消費量が大幅に増加した場合、トナー消費に補給が追いつかないケースが出てきてしまう。こうなると、補給し続けているにもか
かわらず現像容器内のトナー量は減少し、画像の一部が現像されない画像白抜けなどを起こす可能性もある。

そこで、理想的には、一回で補給されるトナー量は少なく、その分補給回数が多い状態が望ましい。そのためには、現像容器内のトナー量を常時正確に読み取って適量補給し、現像容器内のトナー量を常に一定に保つことが望ましいが、現像容器内のトナー量を単一のセンサで正確に読み取る事は非常に困難である。

なぜなら、単一のセンサを用いて補給を行う場合は、先述したように閾値に対して定量補給することしかできないので、トナーの消費に応じてリアルタイムに適正なトナー量を補給することができないからである。その結果、現像容器内のトナー量が周期的に増減することとなり、最悪の場合、トナーの補給量が過剰か不足かどちらかの傾向が現れ、先述したような問題が生じる可能性がある。
特開平９−８０８９４号公報 特開平１０−２０６４０号公報 特開２００２−４０７７６号公報

本発明は、上記従来技術を鑑みなされたもので、その目的とするところは、現像装置への高精度な現像剤の補給を実現することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置にあっては、静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を現像する現像装置と、現像する際に消費する現像剤消費量を前記静電潜像の画像印字比率に応じて算出する現像剤消費量算出手段と、前記現像装置に現像剤を補給する現像剤補給装置と、前記現像剤消費量に応じて前記現像剤補給装置から補給する現像剤補給量を制御する制御手段と、を備える画像形成装置において、前記現像装置は、前記現像剤を収納する現像容器と、前記現像剤を担持搬送し、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像剤担持体と、前記現像容器内の現像剤量を検知する現像剤量検知手段と、を有し、前記制御手段は、前記現像剤消費量算出手段により算出した現像剤消費量と、前記現像剤量検知手段により検知した現像容器内の現像剤量とに基づいて、前記現像剤補給装置から補給する現像剤補給量を補正することを特徴とする。

本発明によれば、現像装置への高精度な現像剤の補給が可能な画像形成装置を提供することができる。

また、長期にわたり高品位な画像形成が可能な画像形成装置を提供することができる。

以下に図面及び実施例を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限り初めの説明と同様のものである。

図１は、本実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。図２は、本実施例に係る現像装置の概略構成を示す断面図である。

本実施例に係る画像形成装置本体Ｘは、静電潜像が形成されるドラム状の電子写真感光体である像担持体（以下、「感光ドラム」と称す）１と、静電潜像を現像する現像装置４と、現像する際に消費する現像剤消費量を前記静電潜像の画像印字比率に応じて算出する現像剤消費量算出手段と、現像装置４に現像剤を補給する現像剤補給装置（以下、「トナーホッパー」）５と、現像剤消費量に応じてトナーホッパー５からの現像剤の補給を制御する制御手段（不図示）と、を備える。ここで、制御手段としては、例えば、ＣＰＵや専用の電気回路を用いることが出来る。

また、画像形成装置本体Ｘは、そのほぼ中心部に、感光ドラム１を矢印方向に回転可能に支持している。画像形成動作が開始すると、帯電手段２は、感光ドラム１の表面を一様に帯電する。その後、レーザ照射手段からなる露光装置３が、感光ドラム１表面を画像情報に対応したレーザ光により露光を行い、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。

本実施例では、感光ドラム１の帯電電荷は負極性である。そして、画像情報に対応した静電潜像は、露光装置３からのレーザ光による露光によって、負極性の帯電電荷が減衰した部分に形成される。

その後、静電潜像は、感光ドラム１の回転に伴って、現像装置４が供給する現像剤の一種であるトナーにより可視化されて、感光ドラム１上にトナー像が形成される。

本実施例では、現像方式は反転現像方式である。そのため、帯電電荷と同極性（負極性）のトナーが、感光ドラム１上の負極性の帯電電荷が減衰した部分（画像部）に付着する。又、トナーは、トナーホッパー５から現像装置４へ補給される。

一方、不図示のカセットに収容された記録材Ｐは、給紙ローラ９によって感光ドラム１と転写手段としての転写ローラ６とが当接する転写領域へと、感光ドラム１上のトナー像が転写領域に至るのに同期して搬送される。

そして、感光ドラム１上のトナー像と記録材Ｐとが転写領域に至ると、転写ローラ６によって転写領域に形成される転写電界により、トナー像が記録材Ｐ上に転写される。その後、記録材Ｐに担持された未定着トナー像は、定着装置８の備える定着手段（ヒートローラ）８ａによる加熱、及び、加圧手段８ｂによる加圧を受けて、記録材Ｐ上に永久画像として定着される。

又、トナー像の転写を終了した感光ドラム１は、ブレード状のクリーニング手段を備えるクリーニング装置７によって、感光ドラム１表面に残留する転写残トナーが除去され、続く画像形成動作に備える。

次に現像装置について図２を参照して説明する。

現像装置４は、トナーを収納する現像容器１６と、トナーを担持搬送し、感光ドラム１上の静電潜像を現像する現像剤担持体としての現像ローラ１１と、現像ローラ１１へトナーを供給する現像剤供給手段としての供給ローラ１３と、供給ローラ１３により供給されたトナーを規制して感光ドラム１上にトナーの層を形成する現像剤規制手段としてのブレード１２と、トナーホッパー５から補給されたトナーと現像容器１６内のトナーを混合するために可動する現像剤撹拌手段としての撹拌パドル１４と、現像容器１６内のトナー量を検知する現像剤量検知手段としてのトナー面検知手段１５と、を有する。ここで、現像装置４は、画像形成装置本体Ｘに対して着脱可能に構成されている。この構成によれば、現像装置の交換を容易に行う事ができる。

本実施例にて用いられる現像剤は、負帯電性の非磁性一成分現像剤（以下、「トナー」と称す）である。また、本実施例に係る画像形成装置本体Ｘのプロセススピード、即ち、感光ドラム１の周速は１５０ｍｍ／Ｓｅｃであり、これに対する現像ローラ１１の周速は２２５ｍｍ／Ｓｅｃである。

現像ローラ１１は、カーボンなどの導電剤を分散させた体積抵抗率が１Ωｍ（１０^２Ωｃｍ）〜１０^８Ωｍ（１０^１０Ωｃｍ）のシリコーン、ウレタンなどの低硬度のゴム材或は発泡体、及びその組み合わせにより構成された外径２０ｍｍの半導電性弾性体ローラである。現像ローラ１１は弾性体を含み所定の当接圧にて感光ドラム１に当接している。

現像剤供給及び回収手段としての供給ローラ１３は、弾性体を含む弾性ローラであり、外径１６ｍｍの絶縁性スポンジローラを現像ローラ１１に当接するよう配置されている。

現像容器１６は、感光ドラム１と対向する側の一部が開口している。そして、この開口部から一部露出するように現像剤担持体としての現像ローラ１１が矢印方向に回転可能に現像容器１６に支持されている。

現像容器１６の開口部と反対側の奥部には、現像剤撹拌及び搬送手段としての撹拌パドル１４が矢印方向に回転可能に設けられている。撹拌パドル１４は、現像容器１６内のトナーを撹拌すると共に現像ローラ１１と後述の供給ローラ１３との当接部近傍の領域へトナーを搬送する。搬送されたトナーは、供給ローラ１３の矢印方向の回転に伴い、当接する現像ローラ１１との摺擦による摩擦帯電により、トナーに電荷が付与される。電荷を付与されたトナーは、帯電電荷によって現像ローラ１１からの鏡映力を受けて現像ローラ１１上に担持される。

現像容器１６には、現像ローラ１１に加圧するように現像剤層圧規制部材としてのブレード１２が設けられている。ブレード１２はＬ字形状を有するＳＵＳで作製される板ばねであり、図２にて理解されるように、Ｌ字形状のエッジ部において現像ローラ１１と当接する。

現像ローラ１１上に供給されたトナーは、このブレード１２によって層厚規制と電荷付与が行われ、現像ローラ１１上にトナーの薄層が形成され、現像領域へと供給される。

一方、現像には寄与せず、現像ローラ１１上に担持されたままのトナーは、供給ローラ１３による摺擦で現像ローラ１１上から剥ぎ取られ、その一部は新たに供給ローラ１３上に供給されたトナーと共に再び供給ローラ１３によって現像ローラ１１上へと供給され、残りは現像容器１６内へと戻される。

なお、本実施例では、供給ローラ１３は現像剤供給及び回収手段として２つの機能を兼ねているが、本発明はこれに限定されるものではなく、現像剤供給手段と現像剤回収手段とを別個に設けてもよい。

現像装置４は、画像形成装置本体Ｘに対し着脱可能に構成されており、所定寿命（本実施例ではＡ４サイズ換算にて３万枚に設定されている）により、交換される構成となっている。

画像形成装置本体Ｘは、トナー面検知手段１５からのトナー面の高さ情報を得ることにより現像容器１６内のトナー量を検知しており、後述する制御手順により撹拌パドル１４の可動範囲である図２中のトナー面制御レベルγ´からδ´の一定範囲にトナー面が保た
れるように、トナーホッパー５からの補給を制御する。

トナーホッパー５内には、トナーホッパー５内のトナーをほぐすための撹拌部材５４と、トナーホッパー５から現像装置４にトナーを補給するための補給ローラ５３が配置されている。そして、現像装置４からの補給指令により、所定駆動時間当たり一定量のトナーを現像装置４に補給できるように構成されている。

次に、現像する際に消費する消費トナー量を静電潜像の画像印字比率に応じて算出する現像剤消費量算出手段としてのビデオカウント装置について説明する。なお、本実施例では、ビデオカウント装置による消費トナー量と、現像容器内のトナー面高さを光学的に検知する方法を併用することで補給するトナー量を決定し、トナーホッパーの動作を制御している。したがって、画像印字比率に応じて消費されたトナーが適正量補給されるため、現像容器内のトナー量が補給のたびに増減することなく、一定のレベルを保つ事ができる。すなわち、本実施例に係る画像形成装置によれば精度の高いトナー補給を行うことができ、画像品質の高い画像形成を行うことができる。

まず、図５、図６を参照してビデオカウント方式に関して説明する。図５は、実施例１に係る画像形成装置におけるビデオカウント積算装置のブロック図である。図６は、ビデオカウント方式の原理を説明するための模式図である。

本実施例に係る画像形成装置本体Ｘでは、静電潜像の現像により消費された現像容器内のトナーを逐次補給すべく、露光装置３の出力信号のレベルが画素毎にカウントされる。このカウントは、本実施例では次のようにして行われる。

露光装置３はレーザスキャナー装置であって、不図示の半導体レーザ、回転多面鏡（ポリゴンミラーとも呼ばれる）、レンズ等を有する。半導体レーザから放射されたレーザ光は、回転多面鏡によって掃引され、ｆ／θレンズ等のレンズ及びレーザ光を感光ドラム１方向に指向させる固定ミラーによって感光ドラム１上にスポット結像される。そして、結像されたレーザ光は、感光ドラム１の回転軸とほぼ平行な方向（主走査方向）に感光ドラム１を走査し、静電潜像を形成する。

静電潜像となる画像は、パソコンや画像入力スキャナーなどから画像処理回路３０を介してパルス幅変調回路３１に入り、入力される画素画像信号毎にそのレベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスは露光装置３に供給される。

具体的には、図６（ａ）に示すように、高濃度の画素画像信号に対してはより幅の広いレーザ駆動バルスＷを、低濃度の画素画像信号に対してはより幅の狭いレーザ駆動パルスＳを、中濃度の画素画像信号に対しては中間の幅のレーザ駆動バルスＩをそれぞれ形成する。

パルス幅変調回路３１から出力されたレーザ駆動パルスは露光装置３に供給され、露光装置３は、パルス幅に対応する時間だけ半導体レーザを発光させる。したがって、半導体レーザは高濃度画素に対してはより長い時間駆動され、低濃度画素に対してはより短い時間駆動されることになる。

そのため、感光ドラム１は、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲が露光される。つまり、画素の濃度に対応して静電潜像のドットサイズが異なる。したがって、高濃度画素に対するトナー消費量は低濃度画素に対するトナー消費量よりも多くなる。なお、図６（ｄ）は、低、中、高濃度画素の静電潜像の形状Ｌ、Ｍ、Ｈを模式的にそれぞれ示した。

上述の処理に加えて、パルス幅変調回路３１の出力信号がＡＮＤゲート３３の一方の入力に供給される。ＡＮＤゲート３３の他方の入力にはクロックパルス発振器３２からのクロックパルス（図６（ｂ）に示すパルス）が供給される。従って、ＡＮＤゲート３３からは図６（ａ）に示すようにレーザ駆動パルスＳ、Ｉ、Ｗの各々のパルス幅に対応した数のクロックパルス、即ち、各画素の濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。クロックパルス数は各画像毎にカウンタ３４によって積算され、それぞれの画素を出力画像分合算することで最終的に静電潜像の画像印字比率に対応したビデオカウント数が算出される。

また、ビデオカウント数は、出力画像のトナー像を形成するために現像装置４で消費されるトナー量にほぼ対応している。そこで、このビデオカウント数をＣＰＵ３５に供給する。ＣＰＵ３５は、このビデオカウント数に基づき現像装置４で消費されるトナー量を算出し、トナーホッパー５を必要時間だけ駆動して現像容器１６にトナーを補給する。ここで、カウンタ３４及びＣＰＵ３５により現像剤消費量算出手段を構成している。

一般に上記ビデオカウント数が大であればトナーホッパー５の駆動時間はより長い時間となり、上記ビデオカウント数が小であればトナーホッパー５の駆動時間はより短い時間となる。

ビデオカウント数に基づくトナー補給によって現像容器１６内のトナー量は一定に保てるが、実際は同じ画像に対するトナー消費量は、画像濃度の変動によって微妙に変わってくる。画像が濃く出ているときはトナー消費量は計算より多めになり、画像が薄く出ているときはトナー消費量は計算より少なめになる。このような状態でビデオカウント数に基づくトナー補給を続けていると、現像容器内のトナー量が徐々に増加あるいは減少してしまう。そこで、本実施例では現像容器内のトナー量を直接検知する手段を併用している。

次に、現像容器１６内のトナー量を検知するトナー面検知手段に関して説明する。

現像容器１６は、撹拌パドル１４が矢印方向に回転可能に設けられており、現像容器１６内のトナーとトナーホッパー５から補給されるトナーを撹拌する撹拌領域を有する。また、撹拌領域を挟んで現像容器１６及びその外側には、撹拌領域のトナー面の高さを検知するための光学検知手段としてのトナー面検知手段１５が配置されている。

トナー面検知手段１５は、発光素子からなる発光部１５ａ、光が透過する窓部１５ｂ、受光素子からなる受光部１５ｃを有する。そして、撹拌パドル１４の回転に伴ってトナーの剤面が変化する際に、撹拌パドル１４が一回転する時間に対する光の透過時間の割合を測定し、撹拌領域におけるトナー面の高さ情報を得ている。

本実施例に係るトナー面検知手段１５は、現像容器１６内の少なくとも２レベルの現像剤量を検知することができる。そして、制御手段としてのＣＰＵ（不図示）は、前記２レベルのうちトナー量が少ないレベルを検知した場合は、現像剤消費量算出手段が算出したトナー消費量より多いトナー補給量をトナーホッパー５より補給するよう制御し、前記２レベルのうちトナー量が多いレベルを検知した場合は、前記トナー消費量より少ないトナー補給量をトナーホッパー５より補給するよう制御する。この構成によれば、画像印字比率から算出するトナー消費量が濃度変動などによって実際と合わない事態を確実に回避できる。

より具体的には、画像形成装置本体Ｘは、トナー面検知手段１５からのトナー面の高さ情報を受けて、トナー面が第一のレベルγ´（図２参照）以下に減少したことを検知した
場合トナー量が所定の量より減少したと判断し、トナーレベルＬｏｗ信号を発する。また、トナー面検知手段１５からのトナー面の高さ情報を受けて、トナー面が第二のレベルδ´（図２参照）以上に増加したことを検知した場合、トナー量が所定の量より増加したと判断し、トナーレベルＨｉ信号を発する。ここで、トナー面が第一のレベルγ’と第二のレベルδ’の間にあると判断した場合、特に信号は発しない。

次に、本実施例における画像形成装置の補給動作を説明する。図３は、実施例１に係る画像形成装置のトナー補給動作のフローチャートである。

画像形成装置本体Ｘ本体の電源がＯＮされたことを検知すると（ステップＳ１）、所定の立ち上げ準備を行いスタンバイ状態（ステップＳ２）になる。スタンバイ状態でプリント信号（ステップＳ３）の入力を検知すると（ＹＥＳ）、プリント動作が開始（ステップＳ４）し、感光ドラム、帯電装置、露光装置などが順次起動する。

現像装置４は、現像するタイミングが来るまで止まったまま待機しており、現像を行う時のみ現像ローラ１１が回転する（ステップＳ５）。現像ローラ１１の回転と同時に撹拌パドル１４が回転して現像剤の撹拌を開始する。

現像ローラ１１の回転が落ち着く時間を見計らって、露光装置３が作動して潜像を感光ドラム１に形成し（ステップＳ６）、同時にビデオカウントデータの取得が開始される（ステップＳ７）。また、トナー面（トナー量）検知手段１５が作動し（ステップＳ８）、現像容器１６内のトナー面高さ（トナー量）の測定が行われる（ステップＳ９）。潜像形成が終わると露光装置３が停止し（ステップＳ１０）、同時にビデオカウント積算が終了してその積算値が取得される（ステップＳ１１）。

ＣＰＵは、ステップＳ９で得られたトナー面高さの情報より、トナーレベルＬｏｗ信号、トナーレベルＨｉ信号の有無を判断する（ステップＳ１２）。信号が無い場合はビデオカウント値を元に算出するトナー補給量に対して補正を行わない（ステップＳ１３）。一方、トナーレベルＨｉ信号を検知した場合は、トナーの消費量が予想より少ない事を意味しており、ビデオカウント値を元に算出するトナー補給量が少なくなるように補正係数を操作する（ステップＳ１４）。また、トナーレベルＬｏｗ信号を検知した場合は、トナーの消費量が予想より多い事を意味しており、ビデオカウント値を元に算出するトナー補給量が多くなるように補正係数を操作する（ステップＳ１５）。

上記補正に基づいてトナー補給量が決定され（ステップＳ１６）、トナー補給量に応じた時間だけトナーホッパー５が駆動してトナーの補給が行われ（ステップＳ１７）、現像ローラ１１が停止する（ステップＳ１８）。

ここで、ＣＰＵはジョブが終了したかどうかを判断し（ステップＳ１９）、まだ終了しておらずに連続して行うプリントがあれば（Ｎｏ）、画像形成装置本体Ｘは再び次のサイクルに入るべくステップＳ５に戻る。一方、ジョブの残り枚数がなければジョブが終了したと判断し（Ｙｅｓ）、後回転トナー補給モードにはいりスタンバイ状態に戻る。

本実施例における諸条件は、現像容器１６内のトナー残し量を６０ｇと想定し、５０ｇ以下でトナーレベルＬｏｗ信号、７０ｇ以上でトナーレベルＨｉ信号を出すようにトナー面高さ検知手段１５を調整した。また、トナーレベルＨｉ信号によるマイナス補正で補給量１０％ダウン、トナーレベルＬｏｗ信号によるプラス補正で補給量１０％アップさせるようにした。

感光ドラム１上のトナーの載り量をＡ、紙の面積をＳ、画像印字比率をＲ、光学検知手
段による補正係数をＸとすると、本実施例においては、
（ｉ）補正無し、Ａ＝０．６ｍｇ／ｃｍ^２、Ｓ＝２１．０×２９．７ｃｍ^２（Ａ４サイズの場合）、補正無しの条件で、
印字比率１００％の場合、０．６×２１．０×２９．７×１．００＝３７４ｍｇ、
印字比率５％の場合、 ０．６×２１．０×２９．７×０．０５＝１９ｍｇ、
となる。

（ｉｉ）トナーレベルＨｉ信号によるマイナス補正（１０パーセント）の条件で、
印字比率１００％の場合、 ０．６×２１．０×２９．７×１．００×０．９０＝３３７ｍｇ、
印字比率５％の場合、 ０．６×２１．０×２９．７×０．０５×０．９０＝１７ｍｇ、
となる。

（ｉｉｉ）トナーレベルＬｏｗ信号によるプラス補正（１０パーセント）の条件で、
印字比率１００％の場合、 ０．６×２１．０×２９．７×１．００×１．１０＝４１２ｍｇ、
印字比率５％の場合、 ０．６×２１．０×２９．７×０．０５×１．１０＝２１ｍｇ、
となる。

つまり、本実施例によれば、制御手段としてのＣＰＵは、現像剤消費量算出手段により算出したトナー消費量と、トナー面高さ検知手段１５により検知した現像容器１６内のトナー量（剤面高さレベル）とに基づいて、トナーホッパー５から補給するトナー補給量を補正することで、現像剤消費量算出手段や現像剤量検知手段を単独で用いた場合と比較して、より高精度に現像容器内のトナー量を制御することができ、画像品質を高めることができる。

例えば、画像形成装置本体Ｘが印字比率１００％の画像を形成する際には、制御手段は、現像容器１６内のトナー量が７０ｇより多いと判断した場合、印字比率１００％のトナー消費量３７４ｍｇに応じて、トナー消費量をマイナス補正（−１０％）して算出した現像剤補給量３３７ｍｇを現像装置４に補給するようトナーホッパー５の制御を行う。また、現像容器１６内のトナー量が５０ｇより少ないと判断した場合、印字比率１００％のトナー消費量３７４ｍｇに応じて、トナー消費量をプラス補正（＋１０％）して算出した現像剤補給量４１２ｍｇを現像装置４に補給するようトナーホッパー５の制御を行う。

この構成によれば、画像印字比率から算出するトナー消費量が画像の濃度変動などによって実際と合わないようなことがあっても、現像容器１６内のトナー量を検知する手段によって補正するので、トナー補給量が合わずに現像容器内のトナー量が所望の範囲から外れることを防止できる。

図４は、実施例１に係る画像形成装置において、上記制御を行った場合の現像容器内のトナー量推移を示すグラフである。

本実施例に係る画像形成装置では、ビデオカウント方式によりトナー補給を行うため、消費されたトナーをリアルタイムに補給することができる。そのため、現像容器内のトナー量は急激な変動をすることなく、常に高いレベルで一定に保たれる。したがって、従来の方式のように一度に多量のトナーを補給することがなくなり、少量ずつ補給されて現像容器内で充分に撹拌されるため、現像容器内のトナーと補給されたトナーとの帯電量の差によって生じる濃度ムラ、カブリ、ボタ落ちの発生を減少させることができる。

更には、現像容器内のトナー量を検知する手段によって、ビデオカウントにより補給されるトナー補給量を補正するようにしたため、画像濃度等の変動によってビデオカウント方式により算出した補給トナー量が、実際のトナー消費量とずれるような場合であっても、より精度の高いトナー補給制御を行うことができる。その結果、現像容器内の現像剤量は常に所望の範囲内に収束し、現像容器内のトナー面の高さは常に一定に保たれる。

本実施例の構成を用い、現像装置の耐久寿命である３万枚の耐久試験を行ったが、補給トナーの混合不良による濃度ムラ、カブリ、ボタ落ちは発生せず、良好な画像を維持することができた。

次に本発明の他の態様である実施例２について説明する。

図７は、実施例２に係る電子写真プロセスを利用したカラーレーザープリンタの要部断面図である。図８はプロセスカートリッジの概略断面図、図９は補給カートリッジの概略断面図である。

実施例２は、実施例１に対し、（１）現像装置が感光ドラム、帯電ローラ、クリーナーユニットと一体的に構成され、所定の耐久寿命に達すると、画像形成装置本体Ｘに対し交換可能とされているプロセスカートリッジとして構成されていること、（２）画像形成装置が、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のプロセスカートリッジが一列に並び、画像を形成するインラインフルカラー画像形成装置であること、などが異なる。

図７に示す画像形成装置本体Ｙはフルカラーレーザービームプリンタであり、感光ドラム上に形成された各色トナー像を多重転写しフルカラートナー像を形成する第二の像担持体である中間転写体６２０が配置されている。

また、実施例１と同形態の現像装置２４（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）は、感光ドラム２１、帯電ローラ２２、クリーナーユニット２７と一体的に組立てられ、画像形成装置本体Ｙに対して着脱可能にプロセスカートリッジＰＣを構成する。この構成によれば、消耗部品を容易に交換することが可能となり、メンテナンス性が大幅に向上する。

プロセスカートリッジＰＣは、所定の耐久寿命で画像形成装置本体Ｙに対し交換可能に構成されている。画像形成装置本体Ｙは、画像形成装置本体に着脱可能なイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーをそれぞれ収容した４つのプロセスカートリッジＰＣ（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）（図８参照）を備えている。

各プロセスカートリッジＰＣ（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）内の感光ドラム、現像ローラ、帯電ローラ等の構成、動作等は実施例１と同じため説明を省略する。

感光ドラム２１表面に形成されたトナー像はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのプロセスカートリッジＰＣ（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の配置順に従い中間転写体６２０上にカラートナー像として多重転写される。中間転写体６２０上のカラートナー像は、給紙ローラ９２０により搬送され記録材に転写され、次いで不図示の定着装置によって加熱・加圧定着されフルカラー画像となって排出される。

また、図９に示すように、実施例１と同様のトナーホッパー５２０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）が、画像形成装置本体Ｘに対し着脱可能に設けられている。この構成によれば、画像形成
装置本体Ｙに対してトナーホッパー５２０ごと交換することができ、汚れたり飛散したりすることなく、容易にトナー補給を行うことができる。

トナーホッパー５２０内には、トナーホッパー５２０内のトナーをほぐすための撹拌部材５２４と、トナーホッパー５２０から現像装置２４にトナーを補給するための補給ローラ５２３が配置されている。そして、補給ローラ５２３は、制御手段からの補給指令により、トナーを現像装置２４に補給する。

本実施例に係る画像形成装置本体Ｙにおいては、多色の画像が一枚の紙に重なるため、かぶりや濃度ムラに対して、モノクロの画像形成を行う装置よりもはるかに高いレベルが要求される。したがって、本発明に記載のトナー補給方法はこのようなフルカラー画像形成装置にも、より好適に用いることができる。

また、これらの構成部品の交換を容易に行うことができるようになる。したがって、画像形成装置のメンテナンス性が格段に向上する。また、プロセスカートリッジを交換することで、電子写真の重要な構成部品が新品に交換されるため、常に高品質な画像を保つことができる。

実施例１に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 実施例１に係る現像装置、トナーホッパーの要部断面図である。 実施例１に係る画像形成装置のトナー補給動作のフローチャートである。 実施例１に係る現像容器内のトナー量推移を示すグラフである。 実施例１に係る画像形成装置におけるビデオカウント積算装置のブロック図である。 ビデオカウント方式の原理を説明するための模式図である。 実施例２に係る画像形成装置の概略断面図である。 実施例２に係るプロセスカートリッジの概略断面図である。 実施例２に係るトナーホッパーの概略断面図である。 従来の現像容器内のトナー量推移を示すグラフである。 従来の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 感光ドラム
２ 帯電手段
３ 露光装置（レーザ照射手段）
４ 現像装置
５ トナーホッパー
８ 定着装置
１１ 現像ローラ
１２ ブレード
１３ 供給ローラ
１４ 撹拌パドル
１５ トナー面検知手段
１６ 現像容器
３０ 画像処理回路
３１ パルス幅変調回路
３２ クロックパルス発振器
３３ ゲート
３４ カウンタ
５３ 補給ローラ
５４ 撹拌部材
５２０ トナーホッパー
５２３ 補給ローラ
５２４ 撹拌部材
Ｐ 記録材
ＰＣ プロセスカートリッジ
Ｘ 画像形成装置本体
Ｙ 画像形成装置本体

Claims (9)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記静電潜像を現像する現像装置と、
   現像する際に消費する現像剤消費量を前記静電潜像の画像印字比率に応じて算出する現像剤消費量算出手段と、
   前記現像装置に現像剤を補給する現像剤補給装置と、
   前記現像剤消費量に応じて前記現像剤補給装置から補給する現像剤補給量を制御する制御手段と、
   を備える画像形成装置において、
   前記現像装置は、
   前記現像剤を収納する現像容器と、
   前記現像剤を担持搬送し、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像剤担持体と、
   前記現像容器内の現像剤量を検知する現像剤量検知手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、
   前記現像剤消費量算出手段により算出した現像剤消費量と、前記現像剤量検知手段により検知した現像容器内の現像剤量とに基づいて、前記現像剤補給装置から補給する現像剤補給量を補正することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記現像容器内の現像剤量に応じて、前記現像剤消費量を補正して算出した現像剤補給量に基づいて前記現像剤補給装置の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤量検知手段は、前記現像容器内の少なくとも２レベルの現像剤量を検知し、
   前記制御手段は、前記２レベルのうち現像剤量が少ないレベルを検知した場合は、前記現像剤消費量より多い現像剤補給量を前記現像剤補給装置より補給するよう制御し、
   前記２レベルのうち現像剤量が多いレベルを検知した場合は、前記現像剤消費量より少ない現像剤補給量を前記現像剤補給装置より補給するよう制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤検知手段は、前記現像容器内の現像剤の剤面高さを検知する光学検知手段であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記現像装置は、更に、
   前記現像剤担持体へ前記現像剤を供給する現像剤供給手段と、
   前記現像剤供給手段により供給された現像剤を規制して前記現像剤担持体上に現像剤の層を形成する現像剤規制手段と、
   前記現像剤補給装置から補給された現像剤と前記現像容器内の現像剤を混合するために可動する現像剤撹拌手段と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記現像剤は、一成分現像剤であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記現像装置は、画像形成装置本体に対し着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至６のいずれかの画像形成装置。
8. 前記像担持体と、前記現像装置と、が一体的に組み立てられ、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に設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいず
   れかの画像形成装置。
9. 前記現像剤補給装置は、画像形成装置に対し着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの画像形成装置。

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