JP2007078753A - 現像剤補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定時間内に安定したトナー補給を可能としたトナー補給装置を提供し、これを用いて画像濃度への影響を抑制し得る画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像器へトナーを補給するトナー補給装置において、前記現像器にトナーを補給するための補給手段と、前記補給手段を回転駆動するためのモータと、前記モータの駆動を制御するための制御手段と、を有し、前記現像器へ補給するトナー量を所定量ごとに分割し、分割したトナー量を補給するごとに前記モータを停止させることを特徴とする。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、現像手段へ現像剤を補給する現像剤補給装置及びこれを備えた複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置において、現像剤の入った現像剤容器やホッパー内のスクリューを、モータを駆動源として回転させることにより、現像剤を現像器に補給する機構を持つものがある。

カラー複写機等においては、トナーとキャリアからなる二成分の現像剤を用いることが多い。このような装置では、現像器内のトナーとキャリアの比（トナー濃度）を適正範囲内に保つ必要から、トナー濃度センサ等を用いて補給すべき現像剤量を算出し、これに応じた所望量の現像剤を補給している。

上記の補給すべき現像剤量と、現像剤補給装置、すなわち現像剤補給用スクリューを回転させるモータの積算回転数とは予め対応づけられており、補給量に応じた時間だけモータを回転させることになる。そして、所望量の現像剤を正確に補給するためには、モータの回転数を正確に制御できるＤＣブラシレスモータを用いることが多い。しかし、ＤＣブラシレスモータは高価である。

また、現像剤補給のための駆動源又はこれに連動した部材の回転量を検出することで、所望量の現像剤補給を行っている画像形成装置もある（特許文献１）。

特開２００１−３４３８２６号

しかしながら、一度に複数回転分の現像剤補給行うと、現像器内に急激に現像剤量が増え、画像濃度に影響するおそれがある。また、補給用スクリューの回転数が増えていくと、モータの回転スピード等の影響により最初の１回転で補給できる量と、途中の１回転で補給できる量が違ってしまい、回転数に対する補給量のリニアリティを満足できなくなってしまう。そこで、限られた時間内で、かつ、できるだけ均等に現像剤補給を行うことが求められている。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定時間内に安定した現像剤補給を可能とした現像剤補給装置を提供し、これを用いて画像濃度への影響を抑制し得る画像形成装置を提供するものである。

上記課題を解決するための本発明における代表的な手段は、現像手段へ現像剤を補給する現像剤補給装置において、前記現像手段に現像剤を補給するための補給手段と、前記補給手段を回転駆動するための駆動源と、前記駆動源の駆動を制御するための制御手段と、を有し、前記現像手段へ補給する現像剤量を所定量ごとに分割し、分割した現像剤量を補給するごとに前記駆動源を停止させることを特徴とする。

本発明によれば、急激なトナーの補給を避けることができ、所定時間内に安定した現像剤補給が可能とし、画像濃度への影響を最低限に抑え、画質の劣化を防止することができる。

次に本発明の一実施形態に係る現像剤補給装置を備えた画像形成装置について図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１乃至図11は本発明の第１実施形態に係る現像剤補給装置及び画像形成装置を示し、図１は画像形成装置の主断面図であり、図２乃至図６は現像剤補給装置の説明図である。また、図７乃至図11には現像剤補給制御構成を説明するためのブロック図等を示す。

｛画像形成装置の全体構成｝
まず、図１を用いて画像形成装置の概略構成をその動作とともに説明する。本実施形態の画像形成装置は電子写真方式のカラー画像形成装置であり、現像構成として回転式現像方式を用いたものである。

リーダ部において読み取られた画像情報は、レーザ出力部にて各色毎（各色ステーション毎）に光信号（レーザ光）に変換されてポリゴンミラーで反射され、レンズ及び折り返しミラーを経て像担持体としての感光体ドラム１の面に露光される。

感光体ドラム１の周りには、帯電器、回転可能な現像ロータリ４内に構成された４個の現像手段としての現像器５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）、クリーニング装置が配置されている。前記４個の現像器５はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像剤（以下「トナー」という）を収納している。そして、感光体ドラム上１に露光して形成した静電潜像が現像ロータリ４を回転させて各現像器５をその都度切り替えて感光体ドラムに対向させる行程を必要色の分繰り返すことで各色現像し、その都度中間転写ベルト６上に重ね合わせて一次転写する。

一方、前記一次転写像の形成と同期するようにシートが画像転写部８に搬送される。シートは、カセット10（10ａ，10ｂ，10ｃ），あるいはマルチ手差し11より繰り出し、搬送される。そして、そのシートはレジストローラ７で斜行補正及びタイミング取りを行った後、画像転写部８に向けて搬送され、中間転写ベルト６上のトナー像が二次転写される。

トナー像が転写されたシートは、定着部９においてトナーが熱定着され、装置外へ排出され、あるいは両面画像形成行程に向かう。

ここで、各現像器内５のトナーは、トナー補給装置によって補給される。すなわち、トナーホッパー３内に収められた４個のトナーカートリッジ２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）より、それぞれの必要量だけ、現像ロータリ４にて現像位置に回転してきた現像器５に補給される。

｛トナー補給装置｝
次にトナーカートリッジ２から各現像器５へトナーを補給するトナー補給装置の構成について、図２乃至図４を用いて説明する。なお、図２はホッパー３とトナー供給部15の正面説明図であり、図３はホッパー３の下面説明図、図４はトナー供給部の斜視図である。

ホッパー３は、図２及び図３に示すように、トナー供給部15の上方、かつ画像形成装置の手前側に設けられている。このトナーホッパー３は、各現像器５に対応した色のトナーを収容する４個のトナーカートリッジ２、これに対応した４個のトナー補給部13（13ａ，13ｂ，13ｃ，13ｄ）及び補給パイプ14（14ａ，14ｂ，14ｃ，14ｄ）から構成されている。

なお、本実施形態の現像構成は前述したように回転式現像構成であることから、現像位置（あるいは何処か特定の一位置）の姿勢でしかトナーを受け取ることができない構成である。このため、本実施形態では現像器５へのトナーの受け渡しは、図４に示すように、現像ロータリ手前側に色数の分、装置本体の奥・手前方向（図１の奥・手前方向）に区切られ固定されたトナー供給部15を介して現像器５に送る構成となっている。

各トナーカートリッジ２内のトナーは、トナーセンサ16（図５参照）がトナー無を検知すると、トナーセンサ16がトナーを検知するまでの間、トナーカートリッジ２下方に形成されたカートリッジ補給口からトナー補給部13へとトナーを搬送される。

トナー補給部13は一定量のトナーを蓄えている。そして、トナー補給部13は装置本体からトナー補給信号を受け取ると、現像ロータリ４が停止している間、所定量だけ所定の図３に示す補給口20（20ａ，20ｂ，20ｃ，20ｄ）から補給パイプ14へとトナーを排出する。

補給パイプ14は、トナー補給部13と同一駆動により駆動される補給スクリューを内蔵しており、上記トナー補給部13からトナーを受け取ると共に、トナー供給部15へとトナーを排出する。

トナー供給部15は現像ロータリ４手前側に設けられ、図４に示すように、各現像器５と対応して区切られた４つの補給口12（12ａ，12ｂ，12ｃ，12ｄ）を有している。そして、各補給口12は現像ロータリ４内に設けられたぞれぞれの現像器５に連通している。

本実施形態において、前記補給口12は画像形成装置本体の奥側から順に、イエロー12ａ、マゼンタ12ｂ、シアン12ｃ、ブラック12ｄの各補給口という配置になっている。

また、現像構成は回転現像方式であることから、現像位置（あるいは何処か特定の一位置）の姿勢でしかトナーを受け取ることができない。そのため、上記補給動作は、各色ごとに現像ロータリ４が回転して順次動作を繰り返していく。

次に、本実施形態におけるトナーカートリッジ２とトナー補給部13の詳細構成を図５及び図６を用いて説明する。なお、図５はホッパー３のある１色を示した斜視説明図であり、図６はその一部を破断した斜視説明図である。

トナーカートリッジ２はトナーを蓄えるトナー容器25と、カートリッジシャッタと、撹拌羽43を備えている。カートリッジシャッタはトナー容器25に設けられたカートリッジ補給口20を開閉するためのものである。撹拌羽43はトナーカートリッジ２内のトナーを撹拌し、補給口からトナーを排出させるためのものである。

また、トナー補給部13はトナーカートリッジ２を保持する保持台30と、トナーを蓄えるバッファ部28、バッファ部28の上面を塞ぐバッファカバー29から構成されている。バッファ部28には、トナーを蓄えるバッファ容器17と、バッファ部28内のトナーを撹拌し循環搬送する撹拌スクリュー18，19と、バッファ部28内のトナーを補給パイプ14へと排出する搬送スクリュー21を有する。また、バッファ部28内のトナーの有無を検知するトナーセンサ16も備えている。

また、補給パイプ14はバッファ部28から排出されたトナーをトナー供給部15へと搬送して現像器５へトナーを補給する補給手段としての補給スクリュー32を有し、この補給スクリュー32がパイプ部33によって覆われている。さらに、補給スクリュー32の回転数をカウントするためのフラグ34とフォトインタラプタ35が設けられている。

このフラグ34とフォトインタラプタ35により、補給スクリュー32は１回転で１ピッチ分のトナーを搬送することができる。一般的にトナーを補給するためのスクリューは、開口部に対する羽の位置関係の影響で、１回転する間にも補給量が脈動して増減を繰り返す。このため、本実施形態では脈動の影響を受け難くするように、常に１回転単位で回転し、開口部に対する羽の位置が同じになるようにしている。

｛制御構成｝
次にトナー補給装置によるトナー補給制御を行うための制御手段であるトナー補給制御構成について説明する。

図７は画像形成装置の画像形成部の制御系の概略構成を示すブロック図である。画像形成部を制御するＣＰＵ501、制御に必要なシーケンス等が保存されたＲＯＭ502、制御に必要な設定値等を保持するＲＡＭ503、制御にかかわる入出力ポートを制御するＩ/Ｏ504、各制御部の機能を備えたＡＳＩＣ520とからなる。そして、ＡＳＩＣ520は、定着部のヒータ制御を行なう定着制御部521、シート搬送制御を行なうセンサ、モータを制御するシート搬送制御部522を有する。また、ＡＳＩＣ520は感光体ドラムや中間転写ベルトを駆動するためのモータ制御を行なうモータ制御部523、現像、帯電、転写等の高圧を制御する高圧制御部524、レーザの光量やポリゴンモータを制御するレーザ制御部525を有する。さらに、ＡＳＩＣ520はトナー残量に応じてトナー補給を行なうためのトナー補給制御部526、各種センサ等のＩ/Ｏを制御するＩ/Ｏ制御部527を有する。

ここで、トナー補給を行うためにトナー補給スクリューを回転させるモータを駆動制御するための制御手段であるトナー補給制御部526の構成について、図８を用いてより詳しく説明する。なお、図８はトナー補給制御部526のブロック図である。

トナー補給制御部526は、補給スクリュー32を回転させる駆動源であるモータ601の回転を検出する回転検出部612と、カウンタＡ及びカウンタＢを有するモータ制御部613を備えている。前記回転検出部612はモータ601の回転に伴うフラグ34の回転を検出するセンサ600からの信号を受けてチャタリング除去611を行い、その信号から回転検出（エッジ検出）を行なう。また、カウンタＡはモータＯＮ信号のタイミングを生成する。カウンタＢはＣＰＵ501からの補給スタート命令からモータＯＮをするまでのオフセット値をカウントする。なお、本実施形態の前記カウンタＡと、カウンタＢはダウンカウンタである。

上記トナー補給制御部526は、図９のフローチャートに示すようにしてトナー補給制御を行う。次にその手順について説明する。

まず、ビデオカウント値（画像データ）や図示しないトナー濃度センサの情報に基づいて、現像器へ補給すべきトナー補給量を予め算出する。前記トナー濃度に基づく方法としては、例えばパッチ画像の濃度を検出する方法や現像スリーブ上のトナー濃度を検出する方法がある。

そして、算出したトナー補給量Ｖを所定量Ｖ１ごとに分割し、分割したトナー量Ｖ1を１ブロックとしてブロック単位で補給する。本実施形態では前記１ブロックはモータ601を駆動して補給スクリュー32が１回転したときに補給されるトナー量Ｖ1としている。すなわち、フラグ34の回転を検出するセンサ600の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでを検出し、これを１ブロックとして説明を行なう。

前記のようにして補給すべきトナー量を算出した後、そのトナー量を補給するためのブロック数Ｎを算出する。本実施形態の場合は、ブロック数Ｎ＝現像器に補給するトナー補給量Ｖ÷１ブロックのトナー補給量（本実施形態の場合は補給スクリュー１回転あたりのトナー補給量）Ｖ1、として算出する。

なお、１ブロックの補給量は、本実施形態のように補給スクリュー32の１回転あたりのトナー補給量に限定する必要はなく、補給スクリュー32が複数回転したときのトナー補給量を１ブロックの補給量と設定してもよい。

そして、トナー補給が必要と判断された後に、補給モードをスタートする（Ｓ101）。まず、モータ制御部613のカウンタＢがスタートされ（Ｓ102）、カウンタＢ＝０となるまでカウントダウンを行なう。これは、ＣＰＵ501より補給モードスタートの命令があった後、オフセットをもたせてモータＯＮをできる機能を持たせている。

なお、カウンタＢは０設定をすることにより、モータ601をＯＮをさせるまでのオフセットをなくすこともできる。すなわち、ＣＰＵ501より補給モードスタートの命令が出た後、直ちにＳ104へ遷移する。

カウンタＢ＝０となったら（Ｓ103）、モータ601をＯＮさせてトナー補給を開始すると同時にカウンタＡをスタートさせる（Ｓ104）。その後、カウンタＡを監視しながら（Ｓ105）、回転検知信号が検出されるまで、モータＯＮ信号を出力し続ける（Ｓ106）。そして、センサ600が回転検知信号を検出したら、すなわち補給スクリュー32が１回転したのを検出したらモータ601をＯＦＦにする（Ｓ107）。そして、引続き回転検知信号を監視しながら（Ｓ108）、カウンタＡ＝０になるまで、モータＯＦＦを出力し続ける（Ｓ109）。これにより、トナーが１ブロック分補給されるとモータ601は所定時間停止する。

そして、カウンタＡ＝０となったら、所定ブロック数だけトナー補給したかを判断し（Ｓ110）、所定ブロック数を補給していなければ、Ｓ104へ遷移しモータＯＮ、カウンタＡをスタートさせる。なお、この時、カウンタＡは再セットされる。

そして、所定ブロック数を補給するまでＳ104〜Ｓ110を繰り返す。所定ブロック数を補給したら、終了する（Ｓ111）。

上記のようにして、トナー補給を１ブロック分補給するごとにモータ601を所定時間停止させ、これを繰り返しながら必要トナー量を補給する。これにより、補給スクリュー32の最初の１回転で補給するトナー量と、途中の１回転で補給するトナー量が違ってしまうことがない。

ここで、図９のフローチャートを用いて、モータロックエラー、モータ暴走エラーの検出方法を示す。

Ｓ104において、カウンタＡ＝０となった場合には、所定時間経過しても回転検知信号を検出できなかったので、モータが停止していると判断する。そのときは、モータＯＦＦ信号を出力した後（Ｓ112）、エラーあるいは警告表示をし、プリント動作を停止させて（Ｓ113）、補給制御を終了する（Ｓ111）。

また、Ｓ108において、回転検知信号を検出した場合には、モータをＯＦＦしても回転検知信号を検出してしまったので、モータが暴走していると判断する。そのときは、モータＯＦＦ信号を出力した後（Ｓ112）、エラーあるいは警告表示をし、プリント動作を停止させて（Ｓ113）、補給制御を終了する（Ｓ111）。

図10はトナー補給制御を行なった時のタイミングチャートを示す図であり、(a)〜(c)はそれぞれ１ブロック、２ブロック、３ブロックに分割してトナー補給する場合を示している。

ここで、図10(c)の３ブロックでトナー補給する場合を例にとって説明する。補給スタートをした後、カウンタＢの時間経過後（区間Ｈ）、モータＯＮ信号が出力される（区間Ａ）。ただし、カウンタＢは０でもよい。そして、回転検知信号を検出したら、モータをＯＦＦにして、カウンタＡが０になるまでモータをＯＦＦし続ける（区間Ｂ）。

モータＯＮをしてから区間Ｃの時間経過した後に、再びモータＯＮされる（区間Ｄ）。以下、同様に所定ブロックを補給をするまで繰り返される。

特に、本実施形態の画像形成装置は１つの感光体ドラムに対し、４個の現像器を回転させて対向させて現像する構成であるため、各現像器へのトナー補給可能時間（区間Ｉ）は限られている。このため、１ブロック補給区間Ｃを決定するためのカウンタＡには、ブロック数と補給可能時間から算出した値を設定する。また、最大ブロック数が決まっている場合には、最大ブロック数の時に補給可能時間を満たすように、カウンタＡを設定してもよい。

そして、１ブロック分のトナー量を補給した後に、モータ601を所定時間停止する１ブロック補給にかかる時間（ブロック補給時間）は、繰り返されるブロック補給を通して略等しくなるようにするのが好ましい。すなわち、カウンタＡによるカウント時間が変動しないように設定する。これにより、各現像器へのトナー補給可能時間（区間Ｉ）に対して補給可能なブロック数を正確に設定することができる。

なお、図11は本実施形態のようにブロック補給しない従来のトナー補給制御を行なった時のタイミングチャートを示している。従来は、現像器へ補給するトナー量が補給スクリュー何回転分かを算出し、その量になるまで連続してモータを駆動してトナー補給をおこなっている。このため、トナー補給量が多くなると、モータの回転スピード等の影響により補給量のリニアリティを満足できなくなる。

これに対して本実施形態の場合は、補給必要量をある所定量に分割し、所定量を補給したあとに、駆動源を所定時間停止し、それを繰り返することにより、複数回転分の補給を行なった時でも、回転数に対する補給量のリニアリティを満足することができる。

〔第２実施形態〕
次に第２実施形態に係る装置について図12を参照して説明する。なお、本実施形態の装置の基本構成は前述した実施形態と同一であるため重複する説明は省略し、ここでは本実施形態の特徴となるトナー補給構成のみ説明する。また、前述した実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。

図12は第２実施形態におけるトナー補給制御部526をより詳細に示すブロック図である。本実施形態の回転検出部612は、モータ601の回転を検出するセンサ600からの信号を受けて、セレクタ617で色切替え信号によって選択された信号をチャタリング除去611を行い、その信号から回転検出（エッジ検出）を行なう。

また、モータ信号はセレクタ616により色切替え信号に応じて所定の色のモータＯＮ信号を出力する。

このように、トナー補給制御部526内にセレクタ616，617を設けることにより、トナー補給部526を１つ使用して、各現像器のトナー補給用センサ及びモータの制御を前述の実施形態の如く行い、各現像器へトナー補給を行う。

このため、複数の現像器に対して選択的にトナー補給する装置にあって、トナー補給制御部526を各現像器ごとに用意することなくモータの制御を行なうことができ、回路サイズの削減を行なうことができる。

〔他の実施形態〕
前述した実施形態では１ブロックによるトナー補給量（補給トナー量を所定量ごとに分割したトナー量）をモータ601によって回転する補給スクリュー32の回転量を検出し、その結果に基づいて決定する例を示した。しかし、これは補給スクリュー32以外でも、例えばモータ601自体の回転量、あるいはモータ601の回転に連動する前記補給スクリュー32以外の部材の回転量を検出するようにしてもよい。

さらには、１ブロックによるトナー補給量はモータの回転量ではなく、トナー補給補給の時間、すなわちトナー補給のためにモータ601を駆動している時間（図10の区間Ａ、Ｄ、Ｆの時間）に基づいて決定するようにしてもよい。例えば、所定時間モータ601を駆動してトナー補給をした後に所定時間モータ601を停止させる１ブロック補給を必要ブロック数だけ繰り返してトナー補給をするようにしてもよい。

また、前述した実施形態では１個の感光体ドラムに対して４個の現像器を回転させて対向させる回転式現像構成を例示したが、感光体ドラム及び現像器をそれぞれ４個ずつ設けたカラー画像形成装置であってもよい。

さらには、１個の感光体ドラムに対して１個の現像器を有するモノクロ画像形成装置であっても、前述したトナー補給構成は効果的である。

本発明の実施形態における画像形成装置の主断面図である。 本発明の実施形態におけるホッパーの正面図である。 本発明の実施形態おけるホッパーの下面図である。 本発明の実施形態におけるトナー供給部の斜視図である。 本発明の実施形態におけるホッパーの斜視図である。 本発明の実施形態におけるホッパーの断面図である。 本発明の実施形態におけるプリンタ制御系を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるトナー補給部を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるトナー補給モードのフローチャートである。 本発明の実施形態におけるタイミングチャートである。 従来例のトナー補給時のタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態におけるトナー補給部を示すブロック図である。

符号の説明

１ …感光体ドラム
２ …トナーカートリッジ
３ …トナーホッパー
４ …現像ロータリ
５ …現像器
６ …都度中間転写ベルト
12 …補給口
13 …トナー補給部
14 …補給パイプ
15 …トナー供給部
16 …トナーセンサ
17 …バッファ容器
18，19 …撹拌スクリュー
20 …補給口
21 …搬送スクリュー
25 …トナー容器
28 …バッファ部
29 …バッファカバー
30 …保持台
32 …補給スクリュー
33 …パイプ部
34 …フラグ
35 …フォトインタラプタ
501 …ＣＰＵ
502 …ＲＯＭ
503 …ＲＡＭ
504 …Ｉ/Ｏ
520 …ＡＳＩＣ
521 …定着制御部
522 …シート搬送制御部
523 …モータ制御部
524 …高圧制御部
525 …レーザ制御部
526 …トナー補給制御部
527 …Ｉ/Ｏ制御部
600 …センサ
601 …モータ
611 …チャタリング除去
612 …回転検出部
613 …モータ制御部

Claims (7)

1. 現像手段へ現像剤を補給する現像剤補給装置において、
   前記現像手段に現像剤を補給するための補給手段と、
   前記補給手段を回転駆動するための駆動源と、
   前記駆動源の駆動を制御するための制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記現像手段へ補給する現像剤量を所定量ごとに分割し、分割した現像剤量を補給するごとに前記駆動源を所定時間停止させることを特徴とする現像剤補給装置。
2. 前記分割した所定量は、前記駆動源又はこれと連動する部材の回転量を検出し、該検出結果に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の現像剤補給装置。
3. 前記分割した所定量は、前記補給手段により現像剤を補給している時間に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の現像剤補給装置。
4. 前記分割した所定量を補給した後に、前記駆動源を所定時間停止するブロック補給を複数回繰り返すときに、各ブロック補給時間が略等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の現像剤補給装置。
5. 現像手段に現像剤を補給可能な画像形成装置において、
   像担持体と、
   前記像担持体に形成した潜像を現像剤により現像するための現像手段と、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の現像剤補給装置と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
6. 前記現像手段を複数有し、前記現像剤補給装置の前記制御手段は前記複数の現像手段のうち選択された現像手段へ補給する現像剤量を所定量ごとに分割し、分割した現像剤量を補給するごとに前記駆動源を所定時間停止させることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記現像手段を複数有し、それぞれの現像手段が１個の像担持体に対して回転して対向することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の画像形成装置。

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