JP2007286405A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】実際に消費されたトナーの総量を正確に算出してキャリアの劣化度合いを推測し、このキャリアの劣化度合いに応じてトナー濃度等の画像形成条件を適切に補正することができる画像形成装置の提供。
【解決手段】画像形成装置1は、現像装置13と、トナー総量算出部9bと、補正部9cとを含む。現像装置13は、内部にキャリアとトナーとからなる2成分の現像剤を有しており、感光体ドラム10に現像剤を供給し、外部から取得した画像データに基づいて感光体ドラム10上に形成された静電潜像を現像する。トナー総量算出部9bは、現像装置13により感光体ドラム10に供給された現像剤中のトナーの総量を算出する。補正部9cは、トナー総量算出部9bにより算出されたトナーの総量に基づいて、画像形成条件を補正する。
【選択図】図4

Description

本発明は、画像形成装置に関する。
レーザープリンタや複写機等の電子写真方式を採用する従来の画像形成装置としては、表面に静電潜像が形成される感光体ドラム、内部に現像剤を有し感光体ドラム表面に現像剤を供給して静電潜像を現像する現像装置、及び現像装置に現像剤を補給する補給装置等を含む装置がある。
現像装置には、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤用の現像装置が用いられる場合がある。現像装置が感光体ドラム上の静電潜像を現像する際には、2成分現像剤内のトナーが消費され、現像装置内には補給装置により新たなトナーが補給される。しかし、補給装置が現像装置に補給するトナーの量が適切でない場合、2成分現像剤のトナー濃度は一定ではなくなってしまう。
そこで、2成分現像剤のトナー濃度を一定に保つため、印字された記録紙の枚数の合計等から消費されたトナーの量を推測し、このトナー量に基づいて補給装置が現像装置に補給するトナーの量を補正する装置が知られている(特許文献1)。
特開平8―146751号公報
ところで、2成分現像剤内のトナーは静電潜像の現像において消費されるが、キャリアは継続して用いられる。長期に渡りキャリアが使用されると、個々のキャリアの外周には微小なトナーが付着し、2成分現像剤内のキャリアは劣化してしまう。2成分現像剤中のキャリアの劣化度合いは、現像装置が消費したトナーの総量に依存する。しかし、特許文献1のように、印字された記録紙の枚数の合計から消費されたトナー量を推測する装置の場合、その記録紙のサイズや画像の印字率は記録紙毎に異なるため、この記録紙の枚数の合計からは実際に消費されたトナーの総量を知ることができない。
そこで、本発明は、実際に消費されたトナーの総量を正確に算出してキャリアの劣化度合いを推測し、このキャリアの劣化度合いに応じてトナー濃度等の画像形成条件を適切に補正することができる画像形成装置を提供する。
前記課題を解決するために、発明1は、内部にキャリアとトナーとからなる2成分の現像剤を有しており、像担持体に前記現像剤を供給し、外部から取得した画像データに基づいて前記像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置と、前記現像装置により前記像担持体に供給された現像剤中のトナーの総量を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記トナーの総量に基づいて、画像形成条件を補正する補正手段と、を含む、画像形成装置を提供する。
画像形成条件としては、現像装置内のトナーの濃度や、現像装置内の現像ローラに印加される現像バイアス等が挙げられる。ところで、現像剤中のキャリアの劣化度合いは、現像装置が消費したトナーの総量に依存する。そこで、この装置は、現像装置が消費したトナーの総量を算出し、このトナーの総量に基づいて画像形成条件を補正する。これにより、この装置は、現像剤中のキャリアの劣化度合いに応じて画像形成条件を適切に調節することができる。
発明2は、前記発明1において、前記現像装置にキャリア及び/またはトナーを補給する補給装置と、前記現像装置内部のトナーの濃度を検知し、前記検知したトナーの濃度に応じた信号を外部に出力する検知手段と、を更に含み、前記補正手段は、前記算出手段により算出された前記トナーの総量に基づいて前記検知手段が出力する信号の目標値を決定し、前記検知手段が出力する信号が前記目標値となるように、前記補給装置が前記現像装置に供給するトナーの量を調節する画像形成装置を提供する。
上記検知手段として透磁率センサを用いる場合について考える。現像装置内の劣化したキャリアが過剰に帯電された状態となると、透磁率センサは、このキャリアの影響を受け、実際のトナー濃度に対応する電圧値よりも高い電圧値を外部に出力してしまう。そこで、この装置は、現像装置が消費したトナーの総量に基づいて目標値を設定し、透磁率センサが出力した電圧値が目標値となるように現像装置に補給されるトナーの量を調節する。目標値は、例えばトナーの総量が多くなるにつれて高めに設定する。これにより、劣化したキャリアによる影響を考慮せずに透磁率センサの電圧値が一定値となるように調節してしまい、結果として現像装置内部の現像剤の濃度が所望の濃度からずれてしまう現象を防止することができる。
発明3は、前記発明1または2において、前記算出手段は、前記画像データ毎の印字率を計算し前記印字率に対応する現像剤の量を求め、前記現像剤の量を累積して現像剤の総量を算出する画像形成装置を提供する。
これにより、画像形成装置は、現像装置が消費したトナーの総量をより正確に算出することができる。
発明4は、前記発明1または2において、前記算出手段は、前記現像装置が前記像担持体に現像剤を供給する供給時間を計測し前記供給時間に対応する現像剤の量を求め、前記現像剤の量を累積して前記現像剤の総量を算出する画像形成装置を提供する。
これにより、画像形成装置は、現像装置が消費したトナーの総量をより正確に算出することができる。
発明5は、前記発明1〜4のいずれかにおいて、前記現像装置本体の内部に回転自在に支持された現像剤担持体に電圧を印加可能な電圧印加手段を更に含み、前記補正手段は、前記算出手段により算出された前記トナーの総量に基づいて、前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧を調節する画像形成装置を提供する。
これにより、現像剤担持体と像担持体表面との間には、消費されたトナーの総量に基づいた大きさの静電気力が発生する。この静電気力により、劣化したキャリアを含む現像剤は像担持体に移動しやすくなる。従って、現像剤中のキャリアの劣化によるかぶり等の画像不良を防ぐことができる。
発明6は、前記発明1〜5のいずれかにおいて、前記画像形成装置は、複数の印字色モードのいずれかにより印字処理を行うことが可能であって、前記現像装置は、前記印字色モードに応じて前記像担持体に前記現像剤を供給する速度を変更可能である画像形成装置を提供する。
画像形成装置がモノクロモードまたはカラーモードで動作するカラー画像形成装置である場合を考える。現像装置は、モノクロモードで印字処理が行われる場合、カラーモードで印字処理が行われる場合よりも早い速度で像担持体上の静電潜像を現像する動作を行う。このように、各モードに応じて現像装置の動作速度が異なると、現像剤が劣化する度合いも各モードに応じて異なる。しかし、この装置は、現像装置が各モードに応じた速度で動作する場合であっても、発明1〜5のいずれかに係る制御を行うため、現像剤中のキャリアの劣化度合いに応じて画像形成条件を適切に調節することができる。
本発明の画像形成装置によると、実際に消費されたトナーの総量を正確に算出してキャリアの劣化度合いを推測し、このキャリアの劣化度合いに応じてトナー濃度等の画像形成条件を適切に補正することができる。
<実施形態>
(1)画像形成装置の構成
図1は、本実施形態に係る画像形成装置1の概略断面図である。この画像形成装置1は、タンデム方式のカラープリンタであって、図4に示すようにコンピュータ等に接続されており、外部のコンピュータ等から送られてくる画像形成動作の開始指示及び画像データに基づいてカラー画像を用紙に印刷可能な装置である。また、画像形成装置1は、モノクロモードやカラーモード等の複数の印字色モードを搭載しており、いずれかの印字色モードで印字処理を行うことが可能である。
画像形成装置1は、図1及び図4に示すように、カラー画像形成のための各色の画像形成部2M,2Y,2C,2B、転写装置4、給紙機構6、定着装置7、排出部8、制御部9及び記憶部32を含む。
画像形成部2M,2Y,2C,2Bは、用紙の搬送方向上流側から転写装置4内の搬送転写ベルト4a(後述)に沿って横方向に順に配置されており、それぞれマゼンダ、イエロー、シアン、ブラックの各色のトナー像を形成する。図2は、画像形成部2の構成を詳細に示した図である。図1及び図2に示すように、画像形成部2M,2Y,2C,2Bのそれぞれは、感光体ドラム10を有している。
感光体ドラム10は、アモルファスシリコン等からなる感光層を有しており、外部からの画像形成動作の開始指示により回転動作行う。そして、感光体ドラム10の表面には外部からの画像データに基づいて静電潜像が形成される。感光体ドラム10の周囲には、主帯電器11、露光器12、現像装置13及びクリーニング部材14が配置されている。
主帯電器11は、感光体ドラム10の表面を一様に帯電させる。
露光器12は、感光体ドラム10の表面を露光させる。
現像装置13は、内部にキャリア及びトナーからなる2成分現像剤(以下より、単に“現像剤”という)を有し、感光体ドラム10上にトナーを供給し感光体ドラム10表面上の静電潜像をトナー像として現像するものであって、その内部には、図1〜図3に示すように、現像ローラ131、攪拌ローラ132及び仕切壁133を含む。現像ローラ131は、現像装置13内部に回転自在に支持されており、図2及び4に示すように現像バイアス印加部131a(電圧印加手段に相当)と接続され現像バイアスを印加されることが可能になっている。また、現像装置13は、選択された各印字色モードに応じた速度で感光体ドラム10上にトナーを供給する。
更に、現像装置13の近傍には、図1及び図2に示すように、温度センサ17a及び湿度センサ17bが設けられている。温度センサ17a及び湿度センサ17bは、現像装置13周囲の温度及び湿度をそれぞれ検知する。
クリーニング部材14は、転写装置4によりトナー像が記録紙に転写された後の感光体ドラム10上の残留トナーを除去する。
また、各画像形成部2M,2Y,2C,2Bは、補給装置15、透磁率センサ16及び各色のトナー容器3M,3Y,3C,3Bを含む。
補給装置15は、現像装置13にキャリア及び/またはトナーを補給するためのものであって、トナー容器3M,3Y,3C,3Bと現像装置13とに接続されている。
透磁率センサ16は、現像装置13内部における現像剤のキャリアに対するトナーの濃度(以下、T/Cという記載する場合がある)を検知するためのものであって、各現像装置13の側壁に固定されている。透磁率センサ16は、現像装置13内のトナー濃度を検知すると、検知したトナー濃度に応じた電圧を外部に出力する。
各色のトナー容器3M,3Y,3C,3Bは、各画像形成部2M,2Y,2C,2Bの上方に対応して配置され、内部にはマゼンダ、イエロー、シアン、ブラックの各色の現像剤を、キャリア及びトナーを別々にした形態で収容している。
転写装置4は、感光体ドラム10上のトナー像を記録紙に転写する装置であって、搬送転写ベルト4a、駆動ローラ20、従動ローラ21及び第1〜第4転写ローラ5M,5Y,5C,5Bを含む。搬送転写ベルト4aは、駆動ローラ20と従動ローラ21との間に掛け渡されて循環駆動されており、給紙機構6から給紙搬送路22(後述)を介して搬送されてきた記録紙を吸着して定着装置7に搬送する。駆動ローラ20は、図示しないモータ及び減速機等を含む搬送駆動機構に連結されている。第1〜第4転写ローラ5M,5Y,5C,5Bは、搬送転写ベルト4aを介して各画像形成部2の感光体ドラム10に対向するように配置されている。
給紙搬送路22は、搬送のガイドとなるガイド部材と、複数のローラ対とから構成されており、この給紙搬送路22の最も下流側には、トナー画像の形成と記録紙の搬送とを同期させるためのレジストローラ対25が設けられている。そして、このレジストローラ対25と第1転写ローラ5Mとの間には、記録紙を搬送転写ベルト4aに吸着させるために、用紙の先端部あるいは全面に吸着用のバイアス電圧を印加するための吸着ローラ26が設けられている。
定着装置7は、内部にヒータを有する加熱ローラ及び加熱ローラに押圧される加圧ローラを有しており、記録紙上に転写されたトナー像を定着させる。
排出部8は、カラープリンタ1の上部に形成されており、定着装置7を通過した記録紙は、排出部8と定着装置7との間に設置された排紙搬送路27を介して上方に搬送され、画像形成装置1の上部に排出される。尚、排紙搬送路27は、給紙搬送路22と同様に、ガイド部材と、複数のローラ対とから構成されている。
制御部9は、CPUを含むマイクロコンピュータで構成されており、図4に示すように、外部のパソコン等との通信が可能な通信部31、感光体ドラム10、現像装置13、補給装置15、透磁率センサ16を含む各センサ、記憶部32及びその他の入出部と接続されている。現像装置13は、現像ローラ131及び現像バイアス印加部131aを含む。その他の入出部には、転写装置4や給紙機構6等が含まれる。制御部9は、画像形成部2等の入出力部の動作の制御や画像形成処理の制御等を行う。特に、本実施形態に係る制御部9は、現像装置13が消費したトナーの総量に基づいて、現像装置13内部の現像剤のトナー濃度や現像ローラ131に印加される現像バイアス等の画像形成条件を適切に補正する。制御部9の構成については後述する。
記憶部32は、上述したCPUに実行される種々のプログラムや通信部31が外部から取得した画像データと共に、現像装置13が感光体ドラム10に供給したトナーの総量M、トナー消費量決定テーブル32a,32b、T/C制御電圧決定テーブル32c、及び現像バイアス決定テーブル32dを記憶している。以下に、各テーブルについて説明する。
図5及び図6は、トナー消費量決定テーブル32a,32bの概念説明図である。図5及び図6のトナー消費量決定テーブル32a,32bは、制御部9が記録紙1枚あたりの印字率に応じて現像装置13により消費されたトナー量を推測する際に用いられるテーブルである。図5のトナー消費量決定テーブル32aは、記録紙1枚における印字率xと、その印字率の画像を印字するために現像装置13が消費するトナー量の範囲tとを、1レコードとして記憶している。図6のトナー消費量決定テーブル32bは、図5のトナー消費量の範囲のうちの1つの範囲“10≦t≦18”に対応するテーブルであって、現像装置13により消費されたトナー量を、この範囲内において、更に温度センサ17a及び湿度センサ17bにより検知される温度及び湿度に応じて詳細に振り分けている。
図7は、T/C制御電圧決定テーブル32cの説明概念図である。図7のT/C制御電圧決定テーブル32cは、透磁率センサ16が出力する電圧の目標値を示すT/C制御電圧を制御部9が決定する際に用いられるテーブルであって、現像装置13により消費されるトナーの総量MとT/C制御電圧yとを、1レコードとして記憶している。
尚、図7では、トナーの総量Mが250gずつ増加するのに伴い、T/C制御電圧yは0.2Vずつ高い電圧値となっている。これは、消費されたトナーが増えるにしたがって現像装置13内にはキャリアが多く残り、残ったキャリアは繰り返し使用されることで劣化する。劣化したキャリアはこの繰り返し使用される過程において、過剰に帯電された状態となる。この場合、磁力を検知することで現像剤のトナー濃度を検知する透磁率センサ16は、このキャリアの影響を受け、実際のトナー濃度を示す電圧値よりも高い電圧値を出力してしまう。そこで、図7のT/C制御電圧決定テーブルでは、過剰に帯電されたキャリアの影響を考慮し、トナーの総量が増えるにつれてT/C制御電圧yを高い値にしている。
図8は、現像バイアス決定テーブル32dの説明概念図である。図8の現像バイアス決定テーブル32dは、現像バイアス印加部131aが現像ローラに印加する現像バイアスの目標値を制御部9が決定する際に用いられるテーブルであって、トナーの総量Mと現像バイアスの目標値zとを、1レコードとして記憶している。尚、図8は、図7における上記記載と同様に過剰に帯電されたキャリアの影響を考慮して決定されており、トナーの総量Mが500gずつ増加するのに伴い現像バイアスの目標値zは0.1kvずつ低くなるように決定されている。
(2)制御部の構成
制御部9は、図4に示すように、印字率算出部9a、トナー総量算出部9b、補正部9c及び動作制御部9dを含む。
(2−1)印字率算出部
印字率算出部9aは、通信部31が外部から受信した画像データの印字率を、定着装置7によりトナー画像が定着される記録紙毎に算出する。
(2−2)トナー総量算出部
トナー総量算出部9bは、印字率算出部9aにより算出された印字率及び図5及び6のトナー消費量決定テーブル32a,32bに基づいて、現像装置13が消費したトナー量を算出する。次に、トナー総量算出部9bは、記憶部9が記憶しているトナーの総量Mに算出したトナー量を加算し、これを新たなトナー総量M’として記憶部32に上書きする。
(2−3)補正部
補正部9cは、トナー総量算出部9bにより算出されたトナー総量M’及び図7のT/C制御電圧決定テーブル32cに基づいて、T/C制御電圧yを決定する。そして、補正部9cは、透磁率センサ16が出力する電圧値がT/C制御電圧yとなるように、補給装置15が現像装置13に補給するトナーの量を調節する。
また、補正部9cは、トナー総量算出部9bにより算出されたトナー総量M’及び図8の現像バイアス決定テーブル32dに基づいて、現像バイアスの目標値zを決定する。そして、補正部9cは、現像ローラ131に印加される現像バイアスが目標値zとなるように、現像バイアス印加部131aが出力する現像バイアスの値を調節する。
(2−4)動作制御部
動作制御部9dは、補給装置15、現像装置13及び現像バイアス印加部131aの各動作を制御する。
より具体的には、動作制御部9dは、補給装置15が補正部9cにより調節されたトナー量を現像装置13に補給するように、補給装置15を制御する。そして、動作制御部9dは、現像バイアス印加部131aが補正部9cにより調節された現像バイアスの値を現像ローラ131に印加するように、現像バイアス印加部131aを制御する。
また、動作制御部9dは、現像装置13が印字色モードに対応する速度で感光体ドラム10上にトナーを供給するように、現像装置13が動作する速度を制御する。
(3)画像形成装置の動作
次に、画像形成装置1の動作について説明する。図9は、画像形成装置1の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップS1〜2:通信部31が、画像形成の開始指示及び画像データを外部から受信すると、印字率算出部9aは、取得した画像データの印字率を記録紙毎に算出する。この時、画像形成装置1は、外部から画像形成の開始指示に基づいて印字色モードを選択する。
ステップS3:温度センサ17a,17bは、現像装置13周囲の温度及び湿度を検知する。
ステップS4〜5:トナー総量決定部9bは、ステップS2で算出された印字率、ステップS3で検知された温度及び湿度及び図5、6のトナー消費量決定テーブル32a,32bに基づいて、画像データ毎に消費されたトナー量を求め、求めたトナー量を既に記憶部32に記憶されているトナーの総量Mに累積して記憶部32に上書きする。
ステップS6〜7:補正部9cはステップS5で累積された新たなトナーの総量M’と図7のT/C制御電圧決定テーブル32cとに基づいて、T/C制御電圧yを決定すると共に、トナーの総量M’及び図8の現像バイアス決定テーブル32dに基づいて、現像バイアスの目標値zを決定する。
ステップS8〜10:感光体ドラム10が回転を開始し、選択された印字色モードで画像形成処理が開始されると、補正部9cは、透磁率センサ16が出力する電圧値がステップS6におけるT/C制御電圧yとなるために必要なトナー量を求める。動作制御部9dは補給装置15がこのトナー量を現像装置13に補給するように、補給装置15を制御する。また、補正部9cは、現像ローラ131に印加されている現像バイアスとステップS7における現像バイアスの目標値zとの電圧差を求め、動作制御部9dはこの電圧差がなくなるように、現像バイアス印加部131aを制御する。
ステップS11:画像形成処理が終了すると、画像形成装置1は一連の動作を終了する。
(4)効果
この画像形成装置1は、現像装置13が消費したトナーの総量を算出し、このトナーの総量に基づいて透磁率センサ16が出力する電圧の目標値及び現像ローラ131に印加される現像バイアスの目標値を補正する。これにより、画像形成装置1は、その時々の現像剤中のキャリアの劣化度合いに応じた画像形成条件の補正を適切に行うことができる。
<その他の実施形態>
(a)上記実施形態では、消費されたトナーの総量を画像データの印字率に基づいて算出する場合について記したが、これに限定されない。消費されたトナーの総量を算出する他の方法としては、現像装置の駆動時間を用いる方法が挙げられる。以下に、この方法を用いた画像形成装置101が上記実施形態と異なる点について、図10及び11を用いて簡単に説明する。
画像形成装置101の制御部109は、図10に示すように、印字率算出部の代わりに供給時間計測部109aを含む。供給時間計測部109aは、現像装置113が感光体ドラム110にトナーを供給する供給時間を計測する。そして、トナー総量算出部109bは、図11に示すトナー消費量決定テーブル132aを用いてこの供給時間において消費されたトナーの量を求めてこれを累積することで、消費されたトナーの総量を算出する。
(b)上記実施形態では、画像形成装置が現像装置内部の現像剤のトナー濃度及び現像ローラに印加される現像バイアスの画像形成条件を補正する場合について記したが、画像形成装置は、その他の画像形成条件を補正してもよい。その他の画像形成条件としては、例えば主帯電器の帯電量が挙げられる。
本発明の画像形成装置は、複写機、プリンタ及びファクシミリ装置の各機種や、これらの機能に更にスキャナ機能を併せ持つ複合機として適用できる。
本実施形態に係る画像形成装置の模式図。 画像形成部の構成を詳細に示した図。 現像装置内部を上から見た場合の模式図。 画像形成装置の構成を模式的に示すブロック図。 記憶部が記憶しているトナー消費量決定テーブルの概念説明図。 記憶部が記憶しているトナー消費量決定テーブルの概念説明図。 記憶部が記憶しているT/C制御電圧決定テーブルの概念説明図。 記憶部が記憶している現像バイアス決定テーブルの概念説明図。 画像形成装置の動作フローチャート。 その他の実施形態(a)に係る画像形成装置の構成を模式的に示すブロック図。 その他の実施形態(a)に係る記憶部が記憶しているトナー消費量決定テーブルの概念説明図。
符号の説明
1 画像形成装置
2 画像形成部
3 トナー容器
7 定着装置
8 排出部
9 制御部
11 主帯電器
12 露光器
13 現像装置
14 クリーニング部材
15 補給装置
16 透磁率センサ
17a 温度センサ
17b 湿度センサ
32 記憶部

Claims (6)

  1. 内部にキャリアとトナーとからなる2成分の現像剤を有しており、像担持体に前記現像剤を供給し、外部から取得した画像データに基づいて前記像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置と、
    前記現像装置により前記像担持体に供給された現像剤中のトナーの総量を算出する算出手段と、
    前記算出手段により算出された前記トナーの総量に基づいて、画像形成条件を補正する補正手段と、
    を含む、画像形成装置。
  2. 前記現像装置にキャリア及び/またはトナーを補給する補給装置と、
    前記現像装置内部のトナーの濃度を検知し、前記検知したトナーの濃度に応じた信号を外部に出力する検知手段と、を更に含み、
    前記補正手段は、前記算出手段により算出された前記トナーの総量に基づいて前記検知手段が出力する信号の目標値を決定し、前記検知手段が出力する信号が前記目標値となるように、前記補給装置が前記現像装置に供給するトナーの量を調節する、請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記算出手段は、前記画像データ毎の印字率を計算し前記印字率に対応する現像剤の量を求め、前記現像剤の量を累積して現像剤の総量を算出する、請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記算出手段は、前記現像装置が前記像担持体に現像剤を供給する供給時間を計測し前記供給時間に対応する現像剤の量を求め、前記現像剤の量を累積して前記現像剤の総量を算出する、請求項1または2に記載の画像形成装置。
  5. 前記現像装置本体の内部に回転自在に支持された現像剤担持体に電圧を印加可能な電圧印加手段を更に含み、
    前記補正手段は、前記算出手段により算出された前記トナーの総量に基づいて、前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧を調節する、請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記画像形成装置は、複数の印字色モードのいずれかにより印字処理を行うことが可能であって、
    前記現像装置は、前記印字色モードに応じて前記像担持体に前記現像剤を供給する速度を変更可能である、請求項1〜5のいずれかに記載の画像形成装置。
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