JP2008046203A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー残量を常に高精度に検知することができるとともに、トナーの流動性悪化に伴う画像かすれ等の不具合を解消することができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】像担持体上に形成された潜像を磁性トナー（一成分トナー）を用いて現像する現像容器（現像装置）６を備え、該現像容器６内の磁性トナーの残量を透磁率センサ（トナー残量検出手段）１３によって検出する画像形成装置において、前記透磁率センサ１３の出力値（検出された出力波形の最大値と振幅）を予め求めた基準値（各平均値に対して予め求めた出力波形の最大値と振幅）と比較し、両者の差が所定値を超える場合には前記現像容器６内の劣化した磁性トナーを前記像担持体へ排出する現像制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、像担持体上に形成された潜像を一成分トナーを用いて現像するための現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置には、感光ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤であるトナーを用いて現像するための現像装置が備えられている。

斯かる画像形成装置においては、動作中に現像剤であるトナーが不足すると画像濃度低下や画像かすれ等の画像不良が発生するため、通常、現像装置内のトナー残量を常時検知し、トナー切れが生じたときにそれを表示して警告する手段が装備されており、画像濃度低下等の画像不良が発生する前にトナーの補給が行われるようになっている。

ところで、従来のトナー残量検知方法としては透磁率センサを用いる方法がある。この方法は、トナー残量に応じて磁気抵抗が変化することを利用するものであって、この磁気抵抗によって変化する透磁率センサの出力電圧を検出することによってトナー残量を検知する方法である。具体的には、透磁率センサは、その検知面付近に比較的多量の磁性トナーが存在するために磁性抵抗が小さい場合には比較的大きな出力電圧を示し、逆に検知面付近に存在する磁性トナーが比較的少量あるために磁性抵抗が大きい場合には比較的小さな出力電圧を示すため、この透磁率センサの出力電圧を検出することによってトナー残量を検知することができる。

ところが、現像装置内のトナーの流動性の悪化に伴って、撹拌部材によるトナーの撹拌性や清掃部材による透磁率センサの検知面の清掃性が低下するため、透磁率センサの出力波形が大きく変動し、トナー残量の検知を高精度に行うことができないという問題がある。

そこで、透磁率センサの検知面に付着したトナーを除去する提案がなされているが、これによれば、除去部材が必要であるために構成が複雑化するという問題がある。

又、トナーの流動性悪化に対しては、転写紙上の印字率に基づいて現像装置内の劣化した磁性トナーを像担持体へ排出する現像制御を行うことによってトナーの流動性悪化を抑制する提案もなされている。

更に、透磁率センサを用いたトナー残量の検知において、透磁率センサの出力信号を分析し、所定領域に存在するトナーが所定割合の磁性材料を含有する適切なトナーであるか否かを判別手段によって判別する提案もなされている（特許文献１参照）。

その他、透磁率センサの検知出力の平均値を平均値データとして一時的に保存し、この平均値データとトナー残量を段階的に検知するための大きさの異なる複数の基準判定値とを順次比較することによって段階的なトナー残量検知を行う提案もなされている（特許文献２）。
特開平９−２１１９６２号公報 特開平１０−２２１９４４号公報

トナー残量検知時の現像装置内のトナー残量と透磁率センサの出力電圧との関係を図５に示す。

図５に示すように、現像容器内でトナーが撹拌部材によって撹拌されるとともに、現像容器の側面のトナー残量検知領域に対応する内壁面が清掃部材によって摺擦される毎にトナー残量検知領域のトナーが一瞬掻き取られるため、透磁率センサの出力電圧は低下し、撹拌部材と清掃部材が通過するとトナーが元の位置に戻るために透磁率センサの出力電圧は上昇する。このように、撹拌部材と清掃部材が１回転する毎に透磁率センサの出力電圧は低下と上昇を繰り返すため、透磁率センサの出力電圧は図５に示すような波形を示す。

現像容器内に十分な量のトナーが充填されている場合には、図５に実線Ａにて示すように、撹拌部材と清掃部材が１回転する毎に生じる透磁率センサの出力電圧波形の振幅は小さく、出力電圧の絶対値レベルは高いが、トナー残量が低下するに伴い出力電圧波形の振幅は大きくなるとともに、出力電圧の絶対値レベルは低くなる。

トナー残量検知に透磁率センサを用いる従来の画像形成装置では、撹拌部材が１回転する毎に生じる透磁率センサの出力電圧波形の平均値又は積分値を用いてトナー残量を検知していた。

ところが、現像容器内で劣化が進行した流動性の悪いトナーの量が次第に増えてくると、図５に破線Ｂにて示すように、現像容器内のトナー残量が多いにも拘らず透磁率センサの出力電圧波形の振幅が大きく、最大値も高くなる。これは、トナーの流動性が悪化すると、撹拌部材と清掃部材が現像容器の内壁面を通過してからトナーが元の位置に戻るのに時間が掛かるためであり、このようにトナーが元の位置に戻るのに掛かる時間が長くなると透磁率センサの出力電圧波形の振幅が大きくなり、平均値は下がる。

従って、従来の画像形成装置のように透磁率センサの出力電圧波形の平均値又は積分値を用いてトナー残量を検知する方法を用いると、現像容器内で劣化が進行した流動性の悪いトナーの量が増えた場合には、現像容器内のトナー残量が多いにも拘らず少ないものと誤検知してしまい、トナー残量を正確に検知することができないという問題が発生する。このため、現像容器内のトナー量を更に多くして透磁率センサの出力電圧波形の最大値を高めるような制御がなされ、現像容器内のトナー量が過剰となってしまう。

又、現像容器内で劣化が進行した流動性の悪いトナーの量が増えると、画像かすれ等の不具合が発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、トナー残量を常に高精度に検知することができるとともに、トナーの流動性悪化に伴う画像かすれ等の不具合を解消することができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、像担持体上に形成された潜像を一成分トナーを用いて現像する現像装置を備え、該現像装置内の一成分トナーの残量をトナー残量検出手段によって検出する画像形成装置において、前記トナー残量検出手段の出力値を予め求めた基準値と比較し、両者の差が所定値を超える場合には前記現像装置内の劣化した一成分トナーを前記像担持体へ排出する現像制御を行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記トナー残量検出手段の出力波形の最大値と振幅の基準値を各平均値又は積分値に対して予め求めておき、検出された出力波形の最大値又は振幅の少なくとも一方が、該出力波形の平均値又は積分値に対する最大値又は振幅の基準値を超える場合に前記現像制御を行うことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記一成分トナーは磁性トナーであり、前記トナー残量検出手段は透磁率センサであることを特徴とする。

本発明によれば、トナー残量検出手段の出力値（出力波形の最大値及び振幅）を予め求めた基準値（出力波形の各平均値又は積分値に対して予め求められた最大値と振幅の基準値）と比較し、両者の差が所定値を超える場合（検出された出力波形の最大値又は振幅の少なくとも一方が、該出力波形の平均値又は積分値に対する最大値又は振幅の基準値を超える場合）、つまり現像装置内で劣化が進行した流動性の悪いトナーの量が増えた場合には、その流動性の悪いトナーを像担持体へ排出する現像制御を行うようにしたため、トナー残量の誤検知が防がれてトナー残量を常に高精度に検知することができるとともに、トナーの流動性悪化に伴う画像かすれ等の不具合を解消することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置要部の概略構成図であり、図示の画像形成装置は、不図示の給紙部から供給された用紙等の転写材に画像を形成するものであって、図１に示すように、画像形成部には像担持体としての回転可能な感光ドラム１と、その周囲に配置された一次帯電器２、現像装置３、転写ローラ４及びクリーニング装置５を備えている。

而して、感光ドラム１が図１の矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動されると、該感光ドラム１の表面が一次帯電器２によって一様に帯電される。次に、不図示の光学ユニットからレーザ光Ｌが感光ドラム１の表面に照射されると、該感光ドラム１の表面に静電潜像が形成され、この静電潜像は、現像装置３によって現像剤である磁性トナーを用いて現像されてトナー像として可視像化される。

他方、不図示の給紙部からは転写材が感光ドラム１上のトナー像に同期する所定のタイミングで感光ドラム１と転写ローラ４との間の転写ニップＮへと供給され、転写ローラ４の作用によって感光ドラム１上のトナー像が転写材上に転写される。尚、転写材へのトナー像の転写後に感光ドラム１の表面に残留するトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置５によって除去される。

トナー像が転写され転写材は、不図示の定着装置へと搬送され、この定着装置において加熱及び加圧されてトナー像の定着を受けた後、機外に設けられた不図示の排紙トレイに排出され、一連の画像形成動作が終了する。

次に、前記現像装置３の構成を図２〜図４に基づいて説明する。尚、図２は現像装置の斜視図、図３は同現像装置の現像容器の断面図、図４は同現像容器の平断面図である。

現像装置３は、図２に示すように、磁性トナーを収容する現像容器６と、該現像容器６に磁性トナーを補給するためのトナー補給容器７とを備えており、トナー補給容器７は、現像容器６に着脱可能に装着されている。

上記現像容器６は、図３及び図４に示すように、内部が仕切壁８によって現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２とに区画されており、これらの現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２とは互いに連通している。そして、現像室Ｓ１の前記感光ドラム１に対向する側の開口部には、現像剤担持体として現像スリーブ９が回転可能に設けられており、この現像スリーブ９の上方には、該現像スリーブ９上に担持される磁性トナーの層厚を規制するための現像ブレード１０が設けられている。

又、現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２の内部には、撹拌部材としてのクランク状の撹拌パドル１１，１２がそれぞれ回転可能に収容されており、図４に示すように、現像容器６のトナー撹拌室Ｓ２の側壁の外面には透磁率センサ１３が取り付けられており、トナー撹拌室Ｓ２内には、透磁率センサ１３の検知面に付着したトナーを掻き取って清掃するための清掃部材１４が前記撹拌パドル１２の端部に取り付けられて収容されている。更に、図３に示すように、現像容器６のトナー撹拌室Ｓ２の上壁には、前記トナー補給容器７から現像容器６のトナー撹拌室Ｓ２に磁性トナーを補給するためのトナー補給口１５が開口している。

而して、トナー補給容器７から現像容器６のトナー撹拌室Ｓ２に補給された磁性トナーは、図３の矢印方向（時計方向）に回転駆動される撹拌パドル１２によって均一に撹拌されて現像室Ｓ１へと移送され、現像室Ｓ１においては、図３の矢印方向（時計方向）に回転駆動される撹拌パドル１１によって磁性トナーが現像スリーブ９へと送られ、該磁性トナーは、図３の矢印方向（反時計方向）に回転する現像スリーブ９の外表面に担持され、その層厚が前記現像ブレード１０によって調整され、感光ドラム１上に形成された静電潜像の現像に供される。

ところで、現像容器６内のトナー残量は前記透磁率センサ１３によって検出される。透磁率センサ１３によってトナー残量を検知する方法は、トナー残量に応じて磁気抵抗が変化することを利用するものであって、この磁気抵抗によって変化する透磁率センサ１３の出力電圧を検出することによってトナー残量を検知する方法である。

具体的には、透磁率センサ１３は、その検知面付近に比較的多量の磁性トナーが存在するために磁性抵抗が小さい場合には比較的大きな出力電圧を示し、逆に検知面付近に存在する磁性トナーが比較的少量であるために磁性抵抗が大きい場合には比較的小さな出力電圧を示すため、この透磁率センサ１３の出力電圧を検出することによってトナー残量を検知することができる。

而して、現像容器６のトナー撹拌室Ｓ２内でトナーが撹拌パドル１２によって撹拌されるとともに、トナー撹拌室Ｓ２の側面のトナー残量検知領域に対応する内壁面が清掃部材１４によって摺擦される毎にトナー残量検知領域のトナーが一瞬掻き取られるため、透磁率センサ１３の出力電圧は低下し、撹拌パドル１２と清掃部材１４が通過するとトナーが元の位置に戻るために透磁率センサ１３の出力電圧は上昇する。このように、撹拌パドル１２と清掃部材１４が１回転する毎に透磁率センサ１３の出力電圧は低下と上昇を繰り返すため、透磁率センサ１３の出力電圧は図５に示すような波形を示す。尚、図５において、実線にて示す波形Ａは新鮮な初期トナーに対する出力波形を示し、破線にて示す波形Ｂは劣化したトナーに対する出力波形を示す。

ここで、図６に透磁率センサ１３の出力電圧の波形の一部を時間に対して示すが、図示のように波形の平均値をｘ、最大値をｙ、振幅をｚと定義する。

現像容器６内に収容されている磁性トナーが新鮮な初期トナーであって、その量が十分である場合には、図５に実線Ａにて示すように、撹拌パドル１２と清掃部材１４が１回転する毎に生じる透磁率センサ１３の出力電圧の波形の振幅ｚは小さく、最大値ｙは大きな値を示すが、トナー残量が低下するに伴い出力電圧の波形の振幅ｚは大きくなるとともに、最大値ｙは小さくなる。

ところが、現像容器６内のトナーの劣化が進んでその流動性が悪化すると、撹拌パドル１２によるトナーの撹拌性や清掃部材１４による透磁率センサ１３の検知面の清掃性が低下するため、透磁率センサ１３の出力波形が大きく変動し、振幅ｚと最大値ｙが共に大きくなり、波形の平均値ｘは下がる。これは、トナーの流動性が悪化すると、撹拌パドル１２と清掃部材１４がトナー撹拌室Ｓ２の内壁面を通過してからトナーが元の位置に戻るのに時間が掛かるためであり、このようにトナーが元の位置に戻るのに掛かる時間が長くなると透磁率センサ１３の出力電圧の波形の振幅ｚが大きくなり、波形の平均値ｘは下がる。

従って、撹拌パドル１２が１回転する毎に生じる透磁率センサ１３の出力電圧波形の平均値ｘ又は積分値を用いてトナー残量を検知していた従来の画像形成装置では、現像容器６内で劣化が進行した流動性の悪いトナーの量が次第に増えてくると、現像容器６内のトナー残量が多いにも拘らず出力電圧波形の平均値ｘが下がるため、トナー残量が少ないものと誤検知してしまい、トナー残量を正確に検知することができない。このため、現像容器６内のトナー量を更に多くして透磁率センサ１３の出力電圧波形の最大値ｙ（平均値ｘ）を高めるような制御がなされ、現像容器６のトナー量が過剰となってしまう。

又、現像容器６内で劣化が進行した流動性の悪いトナーの量が増えると、画像かすれ等の不具合が発生する。

そこで、本実施の形態では、透磁率センサ１３の出力電圧波形の最大値ｙと振幅ｚの基準値を各平均値ｘに対して表１にて示すように予め求めた。尚、表１中の数値は、透磁率センサ１３の出力電圧値［Ｖ］である。

そして、透磁率センサ１３の出力電圧波形の最大値ｙと振幅ｚを予め求めた基準値（表１参照）と比較し、両者の差が所定値を超えた場合、即ち、検出された出力電圧波形の最大値ｙ又は振幅ｚの少なくとも一方が、該出力電圧波形の平均値ｘに対して予め求められた基準値を超えた場合、つまり現像容器６内で劣化が進行した流動性の悪いトナーの量が増えた場合には、その流動性の悪い磁性トナーを感光ドラム１へ排出する現像制御を行うようにした。この制御プロセスを図７にフローチャートにて示す。

而して、本実施の形態では、現像容器６内で劣化が進行した流動性の悪いトナーの量が増えた場合には、その流動性の悪い磁性トナーを感光ドラム１へ排出する現像制御を行うようにしたため、トナー残量の誤検知が防がれてトナー残量を常に高精度に検知することができるとともに、トナーの流動性悪化に伴う画像かすれ等の不具合が解消される。

尚、以上の実施の形態では、一成分トナーとして磁性トナーを用い、この磁性トナーの残量を透磁率センサによって検出する形態について説明したが、一成分トナーとして非磁性トナーを用いても良く、又、トナー残量検出手段としては、静電容量等を検出する電気的な検出手段や光の透過率等を検出する光学的な検出手段等、他の任意のものを使用することができる。

次に、具体的な実施例を挙げて以下に説明する。

本実施例では、透磁率センサの出力電圧がトナー残量１２０ｇに対して１．２５Ｖとなるよう設定した。出力電圧の検出はサンプリングタイムを２０ｍｓｅｃとし、撹拌パドル１回転毎の出力波形の平均値ｘを算出した。又、撹拌パドルの回転速度を２０ｒｐｍとし、清掃部材には厚さ０．５ｍｍのＰＥＴフィルムを使用した。

現像制御における感光ドラムへの磁性トナーの排出量を０．０４ｇ／回とし、印刷パターンとしては、Ａ４サイズ紙を通紙し、用紙１枚当たりの印字率を０．０３６％とした。

表２に、現像制御を行わない場合（条件１）と現像制御を行う場合（条件２）のそれぞれにおける透磁率センサの出力電圧波形の平均値ｘ、振幅ｚ、最大値ｙ、トナー残量及び画像濃度（ＩＤ）の実測値をプリント枚数（０枚、１０００枚、５０００枚及び１００００枚）に対して示す。尚、画像濃度（ＩＤ）の測定には、マクベス反射濃度計ＲＤ９１８（マクベス社製）を使用した。

例えば、撹拌パドル１回転当たりの透磁率センサの出力電圧波形の平均値ｘが１．２４Ｖであった場合、そのときの出力電圧波形の最大値ｙと振幅ｚが表１に示すようにｙ≧１．３７、ｚ≧０．３０である場合には現像制御を行う。

表２によれば、現像制御を行わない場合（条件１）には、ｘ＝１．２４Ｖに対する振幅ｚは０．４４Ｖであって、表１に示す０．３０Ｖよりも大きい（Ｚ＝０．４４Ｖ≧０．３０）が、最大値ｙは１．３５Ｖであって、表１に示す１．３７Ｖよりも小さい（ｙ＝１．３５Ｖ＜１．３７Ｖ）であるため、現像容器内には劣化した流動性の悪い磁性トナーが増えているものと判断される。このため、トナー残量が十分であるにも拘らずトナー不足であるものと誤検知してトナーを過剰に補給するため、表２に示すように、トナー残量が２００ｇ→２１０ｇ→２４０ｇと次第に増加するとともに、トナー劣化に伴う画像かすれの発生によってトナー濃度（ＩＤ）は１．３５→１．３→１．２１と次第に低下する。

これに対して、現像制御を行う場合（条件２）には、劣化した流動性の悪い磁性トナーが感光ドラムへと排出されるため、ｘ＝１．２４Ｖに対する振幅ｚは０．２４Ｖとなって、表１に示す０．３０Ｖよりも小さくなり（Ｚ＝０．２４Ｖ＜０．３０）、最大値ｙは１．２８Ｖとなって、表１に示す１．３７Ｖよりも小さく抑えられる（ｙ＝１．２８Ｖ＜１．３７Ｖ）ため、トナー残量が十分であるにも拘らずトナー不足であるものと誤検知することがない。この結果、トナーが過剰に補給されることがなく、表２に示すように、トナー残量が２００ｇ→２０１ｇ→２００ｇと略一定に保持されるとともに、トナー劣化に伴う画像かすれの発生が防がれるためにトナー濃度（ＩＤ）も１．３４→１．３５→１．３４と略一定の良好な値に保持される。

尚、以上の実施の形態では、透磁率センサの出力波形の最大値と振幅の基準値を各平均値に対して予め求めたが、積分値に対して予め求めても良い。

本発明に係る画像形成装置要部の概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の現像装置の斜視図である。 本発明に係る画像形成装置の現像容器の断面図である。 本発明に係る画像形成装置の現像容器の平断面図である。 透磁率センサの出力電圧波形をトナー残量に対して示す図である。 透磁率センサの出力電圧波形の一部を時間に対して示す図である。 本発明に係る画像形成装置における現像制御のプロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
２ 一次帯電器
３ 現像装置
４ 転写ローラ
５ クリーニング装置
６ 現像容器
７ トナー補給容器
８ 仕切壁
９ 現像スリーブ
１０ 現像ブレード
１１，１２ 撹拌パドル
１３ 透磁率センサ（トナー残量検出手段）
１４ 清掃部材
１５ トナー補給口
Ｌ レーザ光
Ｎ 転写ニップ
Ｓ１ 現像室
Ｓ２ トナー撹拌室

Claims (3)

1. 像担持体上に形成された潜像を一成分トナーを用いて現像する現像装置を備え、該現像装置内の一成分トナーの残量をトナー残量検出手段によって検出する画像形成装置において、
   前記トナー残量検出手段の出力値を予め求めた基準値と比較し、両者の差が所定値を超える場合には前記現像装置内の劣化した一成分トナーを前記像担持体へ排出する現像制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー残量検出手段の出力波形の最大値と振幅の基準値を各平均値又は積分値に対して予め求めておき、検出された出力波形の最大値又は振幅の少なくとも一方が、該出力波形の平均値又は積分値に対する最大値又は振幅の基準値を超える場合に前記現像制御を行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記一成分トナーは磁性トナーであり、前記トナー残量検出手段は透磁率センサであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
   

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