JP2008026630A - 現像装置、画像形成装置、及びトナー補給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印字画素数とトナー補給量（トナー補給時間）を測定し、トナー補給量に対し装置毎のバラツキを考慮して補正を行うことにより各装置に適切なトナー補給量を設定できるようにした現像装置を提供する。
【解決手段】現像装置２は、制御部２１と、ｎ回目のトナー補給完了直後からｎ＋１回目のトナー補給開始直前までの印字画素数を累計する印字画素数累計部２３と、ｎ＋１回目のトナー補給開始から完了までのトナー補給時間によりトナー補給量を求めるトナー補給量測定部２４と、現像槽の交換を検知する現像槽交換検知センサ２５とを備える。現像槽交換検知センサ２５により現像槽の交換が検知されると、印字画素数累計部２３が印字画素数を、トナー補給量測定部２４がトナー補給量を測定し、制御部２１は、前記測定された印字画素数とトナー補給量に基づいて、単位量当りの印字画素数を求め、印字画素数に応じてトナー補給を行うように制御する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、現像装置、画像形成装置、及びトナー補給方法、より詳細には、画像形成を中断することなく現像槽に対するトナー補給を行う機能を備えた現像装置、それを備えた画像形成装置、及びトナー補給方法に関する。

図１４は、従来の現像装置によるトナー補給方法を説明するための図である。図中横軸を時間とする。最初にトナー濃度がトナー濃度基準値にある状態とする（Ｓ１０１）。このトナー濃度基準値としては、例えば、濃度センサ出力値（ＡＴＣ：Auto Toner Control）が１２０になった状態とする。

次に、印字が開始され（Ｓ１０２）、例えば、濃度センサ出力値が１１９以下に低下したときに、トナーの補給を開始する（Ｓ１０３）。このトナー補給を行っている間給紙を停止し（Ｓ１０４）、濃度センサ出力値が１２０になりトナー補給が終了すると、印字を再開させる（Ｓ１０５）。

このように従来の方法では、トナー補給の際一旦印字処理を停止させていたため、大量の印字処理を行うような場合、トナー補給のための時間が余計にかかり、スループットを低下させていた。

これに対して、印字率（１枚当たり平均印字率と印字枚数の積）に応じてトナー補給するという技術が知られている。例えば、特許文献１には、潜像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体と、現像剤担持体上の現在剤の層厚を規制する手段と、現像剤担持体に現像剤を補充する現像剤補充手段とを有する現像装置で現像が行われる電子写真記録装置において、現像剤補充手段が回転部材からなり、かつ周速度を変えられるように構成されており、印字情報から印字率を検出し、印字率に応じて現像剤補充手段の回転周速度を変えるように構成したものが開示されている。

上記によれば、印字率が変化すると、印字率に応じた量の現像剤が潜像担持体の現像部に供給されるため、常に現像剤消費量に応じた量を供給でき、印字率が変化しても印字濃度は一定とすることができる。
特開平４−３２４４６９号公報

しかしながら、印字率と実際のトナー消費量との間には装置毎にバラツキが生じることがある。装置毎のバラツキとは例えば現像槽を交換した場合などに生じるもので、このバラツキを考慮しておかないと、トナーの補給が過大になったり過小になったりすることがある。上記特許文献１に記載の発明では、上記装置毎のバラツキが考慮されていないため、装置によって適切な量のトナーが補給されないという問題があった。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、印字画素数とトナー補給量（トナー補給時間）を測定し、トナー補給量に対し装置毎のバラツキを考慮して補正を行うことにより各装置に適切なトナー補給量を設定できるようにした現像装置、その現像装置を備えた画像形成装置、及びトナー補給方法を提供すること、を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、現像槽にトナーを補給する機能を備えた現像装置において、前記現像槽へのトナー補給完了直後からトナー補給開始直前までの印字画素数と、トナー補給開始から完了までのトナー補給量とを測定する測定手段を備え、前記測定手段により測定された印字画素数とトナー補給量に基づいて、一回のトナー補給を行う単位となる単位量当りの印字画素数を求め、該求めた印字画素数に応じた画素を印字した時点で前記単位量のトナー補給を行うことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記測定手段は、ｎ回目のトナー補給完了直後から、ｎ＋１回目のトナー補給開始直前までの印字画素数を累計する印字画素数累計部と、ｎ＋１回目のトナー補給開始から完了までのトナー補給時間によりトナー補給量を求めるトナー補給量測定部とを備えていることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、現像槽の交換を検知する現像槽交換検知部を備え、前記測定手段は、前記現像槽交換検知部により現像槽の交換が検知されると、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、印刷部数を設定する印刷部数設定部を備え、前記測定手段は、前記印刷部数設定部により所定部数以上の印刷部数が設定されると、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、印刷枚数を累計する印刷枚数累計部を備え、前記測定手段は、前記印刷枚数累計部により累計された印刷枚数が所定枚数になる毎に、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、現像槽におけるトナー濃度を検出するトナー濃度センサを備え、前記トナー濃度センサの出力値が所定値を超えたとき、印字画素数に応じたトナー補給を禁止することを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１乃至第６のいずれか１の技術手段における現像装置を備えた画像形成装置である。

第８の技術手段は、現像槽にトナーを補給する機能を備えた現像装置によるトナー補給方法において、前記現像槽へのトナー補給完了直後からトナー補給開始直前までの印字画素数と、トナー補給開始から完了までのトナー補給量とを測定する測定ステップを有し、前記測定ステップにより測定された印字画素数とトナー補給量に基づいて、一回のトナー補給を行う単位となる単位量当りの印字画素数を求め、該求めた印字画素数に応じた画素を印字した時点で前記単位量のトナー補給を行うことを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第８の技術手段において、前記測定ステップは、ｎ回目のトナー補給完了直後から、ｎ＋１回目のトナー補給開始直前までの印字画素数を累計する印字画素数累計ステップと、ｎ＋１回目のトナー補給開始から完了までのトナー補給時間によりトナー補給量を求めるトナー補給量測定ステップとを有することを特徴としたものである。

第１０の技術手段は、第８又は第９の技術手段において、現像槽の交換を検知する現像槽交換検知ステップを有し、前記測定ステップは、前記現像槽交換検知ステップにより現像槽の交換が検知されると、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴としたものである。

第１１の技術手段は、第８又は第９の技術手段において、印刷部数を設定する印刷部数設定ステップを有し、前記測定ステップは、前記印刷部数設定ステップにより所定部数以上の印刷部数が設定されると、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴としたものである。

第１２の技術手段は、第８又は第９の技術手段において、印刷枚数を累計する印刷枚数累計ステップを有し、前記測定ステップは、前記印刷枚数累計ステップにより累計された印刷枚数が所定枚数になる毎に、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴としたものである。

第１３の技術手段は、第８又は第９の技術手段において、現像槽におけるトナー濃度を検出するトナー濃度センサの出力値が所定値を超えたとき、印字画素数に応じたトナー補給を禁止することを特徴としたものである。

本発明によれば、印字画素数とトナー補給量（トナー補給時間）を測定し、トナー補給量に対し装置毎のバラツキを考慮して補正を行うことにより各装置に適切なトナー補給量を設定することができる。
例えば、現像槽の有無を検知するセンサ（現像槽が当接するとオン、現像槽が当接しないとオフ）を備え、オフからオンが検知されると、現像槽が交換されたと判断して、上記測定を実施する。このことにより、現像槽が交換されることによって生じる現像槽毎のバラツキを補正して、適切な量のトナー補給を行うことができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明による現像装置、該現像装置を備えた画像形成装置、及びトナー補給方法の好適な実施の形態について説明する。なお、本発明の現像装置を画像形成装置の一つであるプリンタに適用した場合を代表例として説明する。

図１は、本発明の現像装置を備えたプリンタの概略構成例を示す図で、図中、Ｐはプリンタを示す。プリンタＰは、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート（記録用紙）に対して多色および単色の画像を形成するものである。そして、プリンタＰは、主な構成として、露光ユニット１、現像装置２、感光体ドラム３、クリーナユニット４、帯電器５、中間転写ベルトユニット８、給紙トレイ１０、定着装置１２、排紙トレイ１５、及び用紙搬送路Ｓ等を備えている。

なお、プリンタＰにおいて扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像装置２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、クリーナユニット４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）、帯電器５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）は各色に応じた４種類の潜像を形成するようにそれぞれ４個ずつ設けられ、それぞれａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに設定され４つの画像ステーションが構成されている。

感光体ドラム３は、プリンタＰの上部に配置（装着）され、画像データに応じた静電潜像を形成するようになっている。

帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるための、帯電手段である。なお、帯電器５としては、接触型のローラ型やブラシ型の帯電器のほか、チャージャー型の帯電器を用いてもよい。

露光ユニット１は、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）からなる。なお、露光ユニット１としては、ＬＳＵを用いる手法のほかに、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いてもよい。

露光ユニット１は、帯電された感光体ドラム３を入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有するものである。

現像装置２は、それぞれの感光体ドラム３上に形成された静電潜像を（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）のトナーにより顕像化するものである。クリーナユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。

感光体ドラム３の上方に配置されている中間転写ベルトユニット８は、中間転写ベルト７、中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンション機構７３、中間転写ベルト従動ローラ７２、中間転写ローラ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、および中間転写ベルトクリーニングユニット９を備えている。

中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンション機構７３、中間転写ローラ６、中間転写ベルト従動ローラ７２等は、中間転写ベルト７を張架し、矢印Ｘ方向に回転駆動させるものである。

中間転写ローラ６は、中間転写ベルトユニット８の中間転写ベルトテンション機構７３の中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されており、感光体ドラム３のトナー像を、中間転写ベルト７上に転写するための転写バイアスを与えるものである。

中間転写ベルト７は、それぞれの感光体ドラム３に接触するように設けられている、そして、感光体ドラム３に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト７に順次重ねて転写することによって、中間転写ベルト７上にカラーのトナー像（多色トナー像）を形成する機能を有している。この中間転写ベルト７は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。

感光体ドラム３から中間転写ベルト７へのトナー像の転写は、中間転写ベルト７の裏側に接触している中間転写ローラ６によって行われる。中間転写ローラ６には、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。

中間転写ローラ６は、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面は、導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルトに対して均一に高電圧を印加することができる。本実施例では転写電極としてローラ形状を使用しているが、それ以外にブラシなども用いることが可能である。

上述のように各感光体ドラム３上で各色相に応じた顕像化された静電像は中間転写ベルト７で積層され、装置に入力された画像情報となる。このように、積層された画像情報は中間転写ベルト７の回転によって、後述の用紙と中間転写ベルト７の接触位置に配置される転写ローラ１１によって用紙上に転写される。

この時、中間転写ベルト７と転写ローラ１１は所定ニップで圧接されると共に、転写ローラ１１にはトナーを用紙に転写させるための電圧が印加される（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）。

さらに、転写ローラ１１は上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ１１もしくは中間転写ベルト駆動ローラ７１の何れか一方を硬質材料（金属等）とし、他方を弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラ、または発泡性樹脂ローラ等々）が用いられる。

また、上記のように、感光体ドラム３との接触により中間転写ベルト７に付着したトナー、若しくは、転写ローラ１１によって用紙上に転写が行われず中間転写ベルト７上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット９によって除去・回収されるように設定されている。

中間転写ベルトクリーニングユニット９には、中間転写ベルト７に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト７は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ７２で支持されている。

給紙トレイ１０は、画像形成に使用するシート（記録用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、プリンタＰの画像形成部および露光ユニット１の下側に設けられている。

また、プリンタＰの上部に設けられている排紙トレイ１５は、印刷済みのシートをフェイスダウンで載置するためのトレイである。

また、プリンタＰには、給紙トレイ１０あるいは手差し給紙トレイ２０のシートを転写ローラ１１や定着装置１２を経由させて排紙トレイ１５に送るための、略垂直形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。さらに、給紙トレイ１０あるいは手差し給紙トレイ２０から排紙トレイ１５までの用紙搬送路Ｓの近傍には、ピックアップローラ１６１，１６２、レジストローラ１４、転写ローラ１１、定着装置１２、シートを搬送する搬送ローラ２５１〜２５８等が配されている。

搬送ローラ２５１〜２５８は、シートの搬送を促進・補助するための、小型のローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。

ピックアップローラ１６１，１６２は、給紙トレイ１０あるいは手差し給紙トレイ２０の端部に備えられ、給紙トレイ１０からのシートを１枚毎にあるいは手差し給紙トレイ２０からのシートを用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。

レジストローラ１４は、用紙搬送路Ｓを搬送されているシートをいったん保持するものである。そして、感光体ドラム３上のトナー像の先端とシートの先端を合わせるタイミングでシートを転写部に搬送する機能を有している。

定着装置１２は、ヒートローラ３１および加圧ローラ３２等を備えており、これらはシートを挟んで回転するようになっている。ヒートローラ３１は、図示しない温度検出器からの信号に基づいて制御部によって所定の定着温度となるように設定されている。ヒートローラ３１は、加圧ローラ３２とともにシートを熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着させる機能を有している。

なお、多色トナー像の定着後のシートは、搬送ローラによって用紙搬送路Ｓの反転排紙経路に搬送され、反転された状態で（多色トナー像を下側に向けて）、排紙トレイ１５上に排出されるようになっている。

次に、シート搬送経路を詳細に説明する。プリンタＰには予めシートを収容する給紙トレイ１０が配置されると共に、ユーザが少数枚の印字を行う時に給紙トレイ１０の開閉動作を行わなくても良い手差し給紙トレイ２０が配置されている。これら両トレイには各々ピックアップローラ１６１，１６２が配置され、１枚ずつを搬送路に導くようになっている。

給紙トレイ１０から搬送されるシートは搬送路中の搬送ローラ２５１によってレジストローラ１４まで搬送され、シートの先端と中間転写ベルト７上の画像情報の先端を整合するタイミングで転写ローラ１１に搬送され、シート上に画像情報が書き込まれる。その後、シートは定着装置１２を通過することによってシート上の未定着トナーが熱で溶融・固着され搬送ローラ２５２を経て排紙ローラ２５３から排紙トレイ１５上に排出される（片面印字要求の場合）。

他方、手差し給紙トレイ２０に積載されるシートはピックアップローラ１６２によって給紙され、複数の搬送ローラ（２５６、２５５、２５４）を経てレジストローラ１４に到達し、それ以降は給紙トレイ１０から給紙されるシートと同様の経過を経て排紙トレイ１５に排出される（片面印字要求の場合）。

印字要求内容が両面印字要求の場合は、上記のように片面印字が終了し定着装置１２を通過したシートの後端が排紙ローラ２５３でチャックされ、排紙ローラ２５３が逆回転することによって搬送ローラ（２５７、２５８）に導かれた後レジストローラ１４を経て裏面印字が行われた後に排紙トレイ１５に排出される。

現像装置２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、現像槽１４０（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ）と、高速且つ大量印刷に対応可能にするために、これら現像槽１４０（１４０ａ〜１４０ｄ）それぞれにトナーを補給するためのトナー補給装置１０１（１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ）とを備えている。トナー補給装置１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）は、トナーカートリッジ１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ）と、トナーホッパー１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ）と、補給用パイプ８０（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ）とを備えている。

トナーカートリッジ１００ａは、補給用のトナーとして、ブラック（Ｋ）のトナーを収容し、同様に、トナーカートリッジ１００ｂはシアン（Ｃ）のトナー、トナーカートリッジ１００ｃはマゼンタ（Ｍ）のトナー、トナーカートリッジ１００ｄはイエロー（Ｙ）のトナーをそれぞれ収容している。

トナー補給装置１０１は、図２に示すように、現像槽１４０の真上に、上から順にトナーカートリッジ１００とトナーホッパー１１０とが配置され、トナーホッパー１１０と現像槽１４０とが上下方向に配置された補給用パイプ８０によって接続されている。トナーカートリッジ１００からトナーホッパー１１０へのトナーの補給、トナーホッパー１１０から補給用パイプ８０を介しての現像槽１４０へのトナーの補給は、いずれも補給用パイプ８０が設けられている側の端部側において行われる。トナーカートリッジ１００はカートリッジ駆動モータ１５０により駆動され、トナーホッパー１１０はホッパー駆動モータ１５１により駆動される。

また、トナーカートリッジ１００とトナーホッパー１１０との間には中間転写ベルトユニット８が配置されている。なお、ブラック（Ｋ）のトナーを補給するための補給用パイプ８０ａは、２つのトナーカートリッジ１００ａからの現像剤を一つにまとめてトナーホッパー１１０ａすなわち現像槽１４０ａに補給する構造である。

トナー補給装置１０１のトナーホッパー１１０は図３から図８に示す構造を有する。図３はトナーホッパー１１０を示す斜視図であり、図４は図３におけるＨ−Ｈ線矢視断面図であり、図５は図３におけるＩ−Ｉ線矢視断面図であり、図６は図３におけるＪ−Ｊ線矢視断面図である。トナーホッパー１１０は、図３に示すように、内部に２本のトナー搬送路すなわち第１搬送路１１１と第２搬送路１１２とを有する。これら第１および第２搬送路１１１，１１２は、仕切板１１３により仕切られて細長い形状となり、第１搬送路１１１におけるトナー搬送方向（Ｙ方向）の終端部において互いにつながっている。

第１搬送路１１１の始端部の上には、トナーカートリッジ１００から供給されるトナーをトナーホッパー１１０内に導入するためのトナー受入口１１４が開口されている。また、第２搬送路１１２のトナー搬送方向（Ｚ方向）の終端部における底壁部には、図６に示すように、トナーを補給用パイプ８０に投入するためのトナー排出口１１５が形成されている。

また、第１搬送路１１１のトナー受入口１１４付近における側壁部には、その領域のトナーの有無を検出するトナー残量センサ１１６が設けられている。

第１および第２搬送路１１１，１１２には、図７に示すトナー搬送スクリュー１１８が設けられている。したがって、トナーホッパー１１０にトナー受入口１１４が取り込まれたトナーは第１搬送路１１１をトナー搬送スクリュー１１８によってＹ方向に搬送され、第１搬送路１１１の終端部において第２搬送路１１２に移動する。このトナーは、第２搬送路１１２をトナー搬送スクリュー１１８によってＺ方向に搬送された後、トナー排出口１１５から補給用パイプ８０内に落下する。

このように、トナー補給装置１０１においては、トナーカートリッジ１００からトナーホッパー１１０に取り込まれたトナーは、第１搬送路１１１と第２搬送路１１２とにおいて水平方向に搬送された後、補給用パイプ８０を介して現像槽１４０に供給される。

上記のトナーホッパー１１０は、本実施の形態において、トナーを収容できる容量が例えば３０ｇといった小容量のものである。この容量は、印刷可能枚数で示すと、Ａ４サイズに対して６％のベタ画像を１０００枚程度印刷できるものである。

補給用パイプ８０は、具体的には図８（Ａ），（Ｂ）に示す円形のパイプ部８１を有する。なお、図８（Ａ）はパイプ部８１の斜視図であり、図８（Ｂ）はパイプ部８１の縦断面図である。

図２に示すトナーカートリッジ１００は回転型トナーボトル方式のものであり、回転しながらトナーを補給用パイプ８０に補給する。このような方式のトナーカートリッジ１００は、トナー補給量の制御を正確かつ容易にできることから、容量が小さくて狭い搬送路（第１および第２搬送路１１１，１１２）によりトナーを搬送する方式のトナーホッパー１１０を使用する構成には好適である。このトナーカートリッジ１００の詳細については後述する。

図９は、トナー補給装置１０１を備えた現像装置２の模式図を示す。同図に示すトナー濃度センサ１６０は、現像槽１４０に設けられ、現像槽１４０内のトナー濃度を検出するものである。

次に、トナー補給装置１０１による現像槽１４０に対するトナー補給制御について説明する。トナー補給装置１０１によるトナー補給制御は図示しない制御部により制御される。この制御部は、トナー濃度センサ１６０およびトナー残量センサ１１６の検出信号に基づいてカートリッジ駆動モータ１５０およびホッパー駆動モータ１５１の動作を制御する。

すなわち、第１の制御として、トナー残量センサ１１６の検出結果により、トナーホッパー１１０内のトナー量が不足していると判定した場合に、カートリッジ駆動モータ１５０を回転させて、トナーカートリッジ１００からトナーホッパー１１０にトナーを補給させる。また、第２の制御として、トナー濃度センサ１６０の検出結果により、現像槽１４０でのトナー濃度が不足していると判定した場合に、ホッパー駆動モータ１５１を回転させて、トナーホッパー１１０から現像槽１４０にトナーを補給させる。また、この第２の制御において、ホッパー駆動モータ１５１を回転させた場合に、カートリッジ駆動モータ１５０を回転させる。具体的には、ホッパー駆動モータ１５１を第１の設定時間（所定時間）以上回転させた場合に、カートリッジ駆動モータ１５０を第２の設定時間（所定時間）時間回転させる。

このように、第２の制御では、カートリッジ駆動モータ１５０を、トナー残量センサ１１６の検出結果によらず、ホッパー駆動モータ１５１の回転に連動させることにより、トナーホッパー１１０を常にトナーがほぼ満杯の状態に維持するようにしている。これにより、トナーホッパー１１０を小型でトナー容量が小容量のものとした場合であっても、現像槽１４０へのトナー補給を安定に、すなわち途絶えることなく連続的に行えるようになっている。

特に、本実施の形態において、トナーホッパー１１０は小容量であり、かつ第１および第２搬送路１１１，１１２によりトナーを水平方向に搬送しながら現像槽１４０に補給する構成である。この場合、トナー受入口１１４から第１搬送路１１１に供給されたトナーは、トナー搬送スクリュー１１８によりトナー受入口１１４の位置からトナー排出口１１５に向かって、第１および第２搬送路１１１，１１２を順次搬送される。したがって、トナーホッパー１１０でのトナーの搬送が進行している状態において、トナーカートリッジ１００からトナーホッパー１１０へのトナーの補給が途切れると、第１および第２搬送路１１１，１１２内において、トナーが途切れた領域が発生し易くなる。このような状態が生じると、トナーホッパー１１０から現像槽１４０へのトナーの補給が一時的に途切れた状態が発生し、現像槽１４０へのトナー補給が不安定となり、この結果、現像槽１４０のトナー濃度が不安定となる。

このような事態を防止するには、トナーホッパー１１０の第１および第２搬送路１１１，１１２において、トナーの途切れた領域が生じないようにすること、すなわち第１および第２搬送路１１１，１１２のほぼ全領域がそれぞれ所定量以上のトナーによって満たされている状態となるようにすることが好ましい。そこで、ホッパー駆動モータ１５１が回転して第１および第２搬送路１１１，１１２のトナーが搬送される場合には、トナー残量センサ１１６の検出結果によらずカートリッジ駆動モータ１５０を回転させて、トナー受入口１１４の直下の第１搬送路１１１に生じるトナーが存在しない領域（以下、トナー欠乏領域と称する）を埋めるように、トナーカートリッジ１００からトナーを補給するのが好ましい。したがって、この場合のカートリッジ駆動モータ１５０の回転は、ホッパー駆動モータ１５１の回転に連動するものの、ホッパー駆動モータ１５１の回転開始と同時である必要はなく、ホッパー駆動モータ１５１の回転開始時点よりも遅れて回転を開始し、トナー欠乏領域が生じないように、トナーカートリッジ１００からトナーホッパー１１０にトナーを補給できるものであればよい。

なお、トナーホッパー１１０から補給用パイプ８０は、トナー搬送スクリュー１１８の回転に応じてほぼ一定量のトナーが徐々に排出されるので、補給用パイプ８０のトナー通路が狭いものであっても、トナー通路内でのトナー詰まりが生じないようになっている。

上記のように構成された現像装置２は、印字画素数とトナー補給量（トナー補給時間）を測定する測定手段を備え、トナー補給量に対し装置毎のバラツキを考慮して補正を行うことにより各装置に適切なトナー補給量を設定できるようにしたものである。このトナー補給量の制御について以下に説明する。

図１０は、本発明の現像装置２によるトナー補給制御を行うための構成例を示すブロック図である。図中、現像装置２は、制御部２１、トナー濃度センサ１６０、トナー補給モータ２２、印字画素数累計部２３、トナー補給量測定部２４、現像槽交換検知センサ２５、印刷部数設定部２６、印刷枚数累計部（枚数カウンタ）２７を備えている。なお、印字画素数累計部２３とトナー補給量測定部２４は本発明の測定手段を構成し、トナー補給モータ２２はカートリッジ駆動モータ１５０とホッパー駆動モータ１５１から構成される。

印字画素数累計部２３は、例えば、ｎ回目のトナー補給完了直後から、ｎ＋１回目のトナー補給開始直前までの印字画素数を累計する。また、トナー補給量測定部２４は、例えば、ｎ＋１回目のトナー補給開始から完了までのトナー補給時間によりトナー補給量を求める。

図１１は、印字画素数累計部２３の詳細構成例を示すブロック図である。図中、印字画素数累計部２３は、加算器２３ａとメモリ２３ｂとから構成される。加算器２３ａは、画像処理部２８からＬＳＵ（レーザスキャニングユニット）２９への画像データ転送中に、当該画像データの印字画素数を取得し、メモリ２３ｂへ記憶する。そして、次の画像データについても同様に印字画素数を取得し、取得した印字画素数を、メモリ２３ｂから読み出した前回までの印字画素数に加算・累計し、その累計結果をメモリ２３ｂに記憶していく。

メモリ２３ｂは、制御部２１と接続され、トナー補給完了直後に、制御部２１からリセット信号を受け取ると、加算器２３ａがトナー補給完了直後から印字画素数累計処理を開始する。さらに、制御部２１は、トナー補給開始直前になると、メモリ２３ｂにアクセスし、メモリ２３ｂは、トナー補給完了直後からトナー補給開始直前までの累計画素数を出力する。

図１０において、制御部２１は、ＣＰＵやメモリなどで構成され、印字画素数累計部２３により累計された印字画素数と、トナー補給量測定部２４により測定されたトナー補給量（トナー補給時間）に基づいて、単位量（単位時間）当りの印字画素数を求める。そして、この単位量当りの印字画素数の決定以後、制御部２１は、求めた印字画素数に応じてトナー補給を行うようにトナー補給モータ２２を制御する。すなわち、印字画素数が上記単位量当りの印字画素数に到達する毎に、単位量（例えば単位時間：１秒）分のトナー補給を行う。これにより、現像槽に対するトナー補給のために印字処理を中断する必要がなく、スループットの向上を図ることができる。

なお、１画素分のトナー使用量は同じ量とし、例えば、上述の測定の結果、１秒当り１００００画素分のトナーが使用された場合、以後１００００画素に到達する毎に、単位量、ここでは１秒間のトナー補給がなされる。この単位量（単位時間）とは、一回のトナー補給を行う単位となるもので、例えば、単位時間を５秒とすれば、５秒当り５００００画素となり、以後５００００画素に到達する毎に、５秒間トナー補給がなされる。このように、トナー補給は印字画素数毎に単位量分だけ実行され、この単位量はトナーがなくならない範囲で任意に設定することができる。

現像槽交換検知センサ２５は、現像槽の有無を検知するセンサ（現像槽が当接するとオン、現像槽が当接しないとオフ）であって、オフからオンが検知されると、現像槽が交換されたと判断し、印字画素数累計部２３が印字画素数を、トナー補給量測定部２４がトナー補給量をそれぞれ測定する。そして、制御部２１は、印字画素数累計部２３により累計された印字画素数と、トナー補給量測定部２４により測定されたトナー補給量に基づいて、単位量（単位時間）当りの印字画素数を求める。これにより、現像槽が交換されることによって生じる現像槽毎のバラツキを補正して適切なトナー補給量を設定することができる。

印刷部数設定部２６は、例えばプリンタＰが備える操作パネルに設けられ、印刷部数の設定画面を表示する。ユーザは画面上から印刷部数を入力し、この入力された印刷部数が所定部数以上であるときに、印字画素数累計部２３が印字画素数を、トナー補給量測定部２４がトナー補給量をそれぞれ測定する。そして、制御部２１は、印字画素数累計部２３により累計された印字画素数と、トナー補給量測定部２４により測定されたトナー補給量に基づいて、単位量（単位時間）当りの印字画素数を求める。

例えば、印刷部数が１００枚を超えた場合に、測定を行うように設定される。このような大量印刷ジョブの実行の際に、ジョブ実行後１回測定を行いトナー補給量の補正を行うことにより、以後継続するジョブをトナー補給のために停止させることなく、適切な量のトナー補給を行うことができる。

印刷枚数累計部２７は、印刷枚数を累計する枚数カウンタである。この印刷枚数累計部２７により累計された印刷枚数が所定枚数になる毎に、印字画素数累計部２３が印字画素数を、トナー補給量測定部２４がトナー補給量をそれぞれ測定する。そして、制御部２１は、印字画素数累計部２３により累計された印字画素数と、トナー補給量測定部２４により測定されたトナー補給量に基づいて、単位量（単位時間）当りの印字画素数を求める。これによれば、例えば、累計印刷枚数が１００枚になる毎に、印字画素数とトナー補給量が測定され、現像槽の交換に係らず定期的にトナー補給量の補正が実行される。

また、トナー濃度センサ１６０の出力値が所定値を超えている場合、トナー補給は必要ないものと考えられるため、上述の印字画素数に応じたトナー補給を禁止するようにしてもよい。

図１２は、本発明の現像装置２によるトナー補給方法の一例を説明するための図である。なお、図中横軸を時間とし、図１０に示した現像装置２の構成に基づいて説明する。最初にトナー濃度がトナー濃度基準値にある状態とする（Ｓ１）。このトナー濃度基準値としては、例えば、濃度センサ出力値（ＡＴＣ値）が１２０になった状態とする。

次に、印字が開始され、例えば、濃度センサ出力値が１１９以下に低下したときに、１回目のトナーの補給を開始する（Ｓ２，Ｓ３）。このトナー補給を行っている間給紙を停止し（Ｓ４）、濃度センサ出力値が１２０になりトナー補給が終了すると、印字を再開させる（Ｓ５）。このＳ５の時点を初期状態とする。

上記初期状態から２回目のトナー補給開始直前までの間、印字画素数累計部２３がこの間に印字された画素数の累計Ｘ０を積算する（Ｓ６）。次に、２回目のトナー補給となったときに（Ｓ７）、この２回目のトナー補給開始から完了までの間給紙を停止し、トナー補給量測定部２４がこの間のトナー補給時間ｔ０を測定する（Ｓ８）。

上記Ｓ６及びＳ８の結果に基づいて、制御部２１は、トナー補給時間の単位時間（１秒）当りの印字画素数を下記の式（１）により計算する。
Ｘｒ＝Ｘ０（累計画素数）／ｔ０（トナー補給時間） …式（１）

そして、濃度センサ出力値が１２０になりトナー補給が終了すると（Ｓ９）、印字を再開させ、２回目の補給終了以降は印字画素数に応じてトナー補給を行う。すなわち、印字画素数がＸｒに到達する毎に単位時間（１秒間）トナー補給を行う（Ｓ１０）。

上記によれば、１回目のトナー補給と２回目のトナー補給間における印字画素数を測定・累計し（累計画素数Ｘ０）、さらに、２回目トナー補給に要した時間（トナー補給時間ｔ０）を測定し、これらの測定結果に基づいて、単位時間当りの印字画素数（Ｘｒ）を求めている。２回目のトナー補給以降は、現像槽のトナー濃度の検出と並行して、印字画素数が上記印字画素数Ｘｒになる毎に、印字処理を中断せずに単位時間トナーの補給を行う。なお、累計画素数Ｘ０の測定と、トナー補給時間ｔ０の測定の順序は前後してもよい。

図１３は、本発明の現像装置２によるトナー補給方法の一例を説明するためのフロー図である。まず、現像装置２は、測定モード（例えば現像槽の交換があった場合など）にあるかどうかを判定し（ステップＳ１１）、測定モードにある場合（ＹＥＳの場合）、トナー濃度センサ１６０を用いて現像槽のトナー濃度を検知する（ステップＳ１２）。その結果現像槽のトナー濃度が基準以下かどうかを判定し（ステップＳ１３）、濃度が基準以下の場合（ＹＥＳの場合）、画像形成を禁止し（ステップＳ１４）、一方、濃度が基準以下でない場合（ＮＯの場合）、画像形成を許可し（ステップＳ１５）、ステップＳ１２に戻り処理を繰り返す。

次に、現像装置２は、測定フラグがセットされているかどうかを判断し（ステップＳ１６）、測定フラグがセットされている場合（ＹＥＳの場合）、累計画素数Ｘ０を記録し（ステップＳ１７）、その後トナー補給し（ステップＳ１８）、トナー補給時間ｔ０を測定する（ステップＳ１９）。そして、現像槽のトナー濃度が基準以上かどうかを判定し（ステップＳ２０）、濃度が基準以上の場合（ＹＥＳの場合）、前述の式（１）に基づいて単位時間当りの印字画素数Ｘｒを計算し（ステップＳ２１）、累計画素数をリセットし（ステップＳ２２）、測定フラグをリセットし（ステップＳ２３）、ステップＳ１１に戻る。一方、上記ステップＳ２０において、濃度が基準以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１８に戻り処理を繰り返す。

また、現像装置２は、上記ステップＳ１６において、測定フラグがセットされていない場合（ＮＯの場合）、トナーを補給し（ステップＳ２４）、現像槽のトナー濃度が基準以上かどうかを判定し（ステップＳ２５）、濃度が基準以上の場合（ＹＥＳの場合）、累計画素数をリセットし（ステップＳ２６）、測定フラグをセットし（ステップＳ２７）、ステップＳ１２に戻り処理を繰り返す。一方、上記ステップＳ２５において、濃度が基準以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ２４に戻り処理を繰り返す。

また、現像装置２は、上記ステップＳ１１において、測定モードでない場合（ＮＯの場合）、累計画素数Ｘをチェックし（ステップＳ３１）、Ｘ（累計画素数）≧Ｘｒ（単位時間当りの印字画素数）かどうかを判断し（ステップＳ３２）、Ｘ≧Ｘｒの場合（ＹＥＳの場合）、単位時間（１秒間）トナー補給を行い（ステップＳ３３）、累計画素数をリセットし（ステップＳ３４）、ステップＳ３１に戻り処理を繰り返す。また、ステップＳ３２において、Ｘ≧Ｘｒでない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ３１に戻り処理を繰り返す。

以上説明したように、本発明によれば、印字画素数とトナー補給量（トナー補給時間）を測定し、トナー補給量に対し装置毎のバラツキを考慮して補正を行うことにより各装置に適切なトナー補給量を設定することができる。
例えば、現像槽の有無を検知するセンサ（現像槽が当接するとオン、現像槽が当接しないとオフ）を備え、オフからオンが検知されると、現像槽が交換されたと判断して、上記測定を実施する。このことにより、現像槽が交換されることによって生じる現像槽毎のバラツキを補正して、適切な量のトナー補給を行うことができる。

本発明の現像装置を備えたプリンタの概略構成例を示す図である。 トナー補給装置の構成例を示す斜視図である。 トナーホッパーの構成例を示す斜視図である。 図３におけるＨ−Ｈ線矢視断面図である。 図３におけるＩ−Ｉ線矢視断面図である。 図３におけるＪ−Ｊ線矢視断面図である。 トナー搬送スクリューの構成例を示す図である。 補給用パイプの構成例を示す図である。 トナー補給装置を備えた現像装置の一例を示す模式図である。 本発明の現像装置によるトナー補給制御を行うための構成例を示すブロック図である。 印字画素数累計部の詳細構成例を示すブロック図である。 本発明の現像装置によるトナー補給方法の一例を説明するための図である。 本発明の現像装置によるトナー補給方法の一例を説明するためのフロー図である。 従来の現像装置によるトナー補給方法を説明するための図である。

符号の説明

１…露光ユニット、２…現像装置、３…感光体ドラム、４…クリーナユニット、５…帯電器、６…中間転写ローラ、７…中間転写ベルト、８…中間転写ベルトユニット、９…中間転写ベルトクリーニングユニット、１０…給紙トレイ、１１…転写ローラ、１２…定着装置、１４…レジストローラ、１５…排紙トレイ、２０…手差し給紙トレイ、２１…制御部、２２…トナー補給モータ、２３…印字画素数累計部、２３ａ…加算器、２３ｂ…メモリ、２４…トナー補給量測定部、２５…現像槽交換検知センサ、２６…印刷部数設定部（操作パネル）、２７…印刷枚数累計部（枚数カウンタ）、２８…画像処理部、２９…ＬＳＵ、８０…補給用パイプ、１００…トナーカートリッジ、１０１…トナー補給装置、１１０…トナーホッパー、１１１…第１搬送路、１１２…第２搬送路、１１４…トナー受入口、１１５…トナー排出口、１１６…トナー残量センサ、１１８…トナー搬送スクリュー、１４０…現像槽、１５０…カートリッジ駆動モータ、１５１…ホッパー駆動モータ、１６０…トナー濃度センサ。

Claims (13)

1. 現像槽にトナーを補給する機能を備えた現像装置において、
   前記現像槽へのトナー補給完了直後からトナー補給開始直前までの印字画素数と、トナー補給開始から完了までのトナー補給量とを測定する測定手段を備え、
   前記測定手段により測定された印字画素数とトナー補給量に基づいて、一回のトナー補給を行う単位となる単位量当りの印字画素数を求め、該求めた印字画素数に応じた画素を印字した時点で前記単位量のトナー補給を行うことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、前記測定手段は、ｎ回目のトナー補給完了直後から、ｎ＋１回目のトナー補給開始直前までの印字画素数を累計する印字画素数累計部と、
   ｎ＋１回目のトナー補給開始から完了までのトナー補給時間によりトナー補給量を求めるトナー補給量測定部とを備えていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置において、現像槽の交換を検知する現像槽交換検知部を備え、
   前記測定手段は、前記現像槽交換検知部により現像槽の交換が検知されると、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴とする現像装置。
4. 請求項１又は２に記載の現像装置において、印刷部数を設定する印刷部数設定部を備え、
   前記測定手段は、前記印刷部数設定部により所定部数以上の印刷部数が設定されると、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１又は２に記載の現像装置において、印刷枚数を累計する印刷枚数累計部を備え、
   前記測定手段は、前記印刷枚数累計部により累計された印刷枚数が所定枚数になる毎に、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴とする現像装置。
6. 請求項１又は２に記載の現像装置において、現像槽におけるトナー濃度を検出するトナー濃度センサを備え、
   前記トナー濃度センサの出力値が所定値を超えたとき、印字画素数に応じたトナー補給を禁止することを特徴とする現像装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を備えた画像形成装置。
8. 現像槽にトナーを補給する機能を備えた現像装置によるトナー補給方法において、
   前記現像槽へのトナー補給完了直後からトナー補給開始直前までの印字画素数と、トナー補給開始から完了までのトナー補給量とを測定する測定ステップを有し、
   前記測定ステップにより測定された印字画素数とトナー補給量に基づいて、一回のトナー補給を行う単位となる単位量当りの印字画素数を求め、該求めた印字画素数に応じた画素を印字した時点で前記単位量のトナー補給を行うことを特徴とするトナー補給方法。
9. 請求項８に記載のトナー補給方法において、前記測定ステップは、ｎ回目のトナー補給完了直後から、ｎ＋１回目のトナー補給開始直前までの印字画素数を累計する印字画素数累計ステップと、
   ｎ＋１回目のトナー補給開始から完了までのトナー補給時間によりトナー補給量を求めるトナー補給量測定ステップとを有することを特徴とするトナー補給方法。
10. 請求項８又は９に記載のトナー補給方法において、現像槽の交換を検知する現像槽交換検知ステップを有し、
    前記測定ステップは、前記現像槽交換検知ステップにより現像槽の交換が検知されると、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴とするトナー補給方法。
11. 請求項８又は９に記載のトナー補給方法において、印刷部数を設定する印刷部数設定ステップを有し、
    前記測定ステップは、前記印刷部数設定ステップにより所定部数以上の印刷部数が設定されると、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴とするトナー補給方法。
12. 請求項８又は９に記載のトナー補給方法において、印刷枚数を累計する印刷枚数累計ステップを有し、
    前記測定ステップは、前記印刷枚数累計ステップにより累計された印刷枚数が所定枚数になる毎に、印字画素数とトナー補給量を測定することを特徴とするトナー補給方法。
13. 請求項８又は９に記載のトナー補給方法において、現像槽におけるトナー濃度を検出するトナー濃度センサの出力値が所定値を超えたとき、印字画素数に応じたトナー補給を禁止することを特徴とするトナー補給方法。

Images