JP2008052024A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像器内のトナー濃度を正確に検出し、適切なトナー補給ができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像器１１内のトナーの濃度を検出してトナーの補給を制御する２成分現像方式の画像形成装置１において、少なくとも１つの発光素子３３が発する測定光を、それぞれ、同一の現像器１１内の異なる箇所Ａ１〜Ａ８に導いて投光する複数の投光導光部材３５と、投光導光部材３５が投光した測定光の反射光をそれぞれ案内して、同一の受光素子３４に入力する受光導光部材３６とを設け、受光素子３３の出力に応じてトナー補給量を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２成分方式の画像形成装置に関する。

キャリアによってトナー感光体に供給する２成分方式の画像形成装置では、現像器内のトナーの濃度を監視して、消費した分量のトナーを新しく補充する必要がある。そこで、従来の画像形成装置では、磁気センサまたは光学センサによって現像器内のトナーの濃度を検出している。

図１１に、従来の画像形成装置の現像器１００を示す。現像器１００は、トナー室１０１内にキャリアとトナーとを収容しており、供給ローラ１０２および現像ローラ１０３によってトナー室１０１からトナーを導出して現像器１００に隣接する感光体１０４に供給するようになっている。現像器１００は、トナー室１０１に新しいトナーを補給するためのトナー補給口１０５を有し、トナー室１０１内のトナーの濃度を検出するセンサ１０６が設けられている。

トナー室１０１内において、トナーは、例えば不図示の撹拌スクリュ等によって撹拌され、矢印で示すようにトナー室内を大きく循環する。しかしながら、その撹拌は緩慢であり、現像器内のトナー濃度は、必ずしも均一ではない。例えば、補給口１０５から新しく供給されたトナーは、古いトナーに分散されながら図示するように現像器内を大きく循環し、時間をかけてセンサ１０６に到達する。

図１２に、現像器１００内のトナー濃度の平均値（実際の濃度）と、センサ１０６の検出値との違いを例示する。図では、時間Ｔｓから時間Ｔｅの間に新しいトナーが補給されている。しかしながら、新しく補給されたトナーは、補給口１０５から遠いセンサ１０６にたどり着くまでに時間がかかるため、図示するように、実際のトナー濃度の上昇に遅れて上昇し、時間Ｔｅから遅れた時間Ｔｒになって、トナー濃度の上昇が確認される。さらに、トナーが十分に拡散していないために、検出値が実際の濃度より高い値を示すオーバーシュートが見られる。

正確なトナー濃度を検出するためには、センサの個数を増やして検出値を平均することが考えられるが、センサの個数を増やすことはコストアップとともに、現像器の大型化を招くという問題がある。

特許文献１には、画像形成装置に用いられる光学センサの例が記載されている。
特開平８−２５８３４０号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、現像器内のトナー濃度を正確に検出し、適切なトナー補給ができる画像形成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による画像形成装置は、現像器内のトナーの濃度を検出してトナーの補給を制御する２成分現像方式の画像形成装置において、少なくとも１つの発光素子が発する測定光を、それぞれ、同一の前記現像器内の異なる箇所に導いて投光する複数の投光導光部材と、前記投光導光部材が投光した測定光の反射光をそれぞれ案内して、同一の受光素子に入力する受光導光部材とを備え、前記受光素子の出力に応じてトナー補給量を決定するものとする。

この構成によれば、発光素子が発する測定光を現像器内の異なる箇所に導いて投光し、反射光を１つの受光素子にまとめて導くことで、１つの受光素子によって現像器内の複数箇所のトナー濃度を代表する出力を得ることができる。

また、本発明の画像形成装置において、前記投光導光部材および前記受光導光部材の少なくともいずれかは、径が不均一であってもよい。

この構成によれば、現像器内のトナーの流れを考慮して、複数の測定点の反射光に重み付けをして、より適切なトナー濃度を検出することができる。

また、本発明の画像形成装置において、前記測定光は、前記現像器のトナーの色に応じて、波長が異なってもよい。

この構成によれば、例えば、各トナーの色に応じて、キャリアが反射し、且つ、トナーが吸収しやすい波長の光を測定光とすることで、トナー濃度を正確に検出できる。

以上のように、本発明によれば、１つの受光素子で現像器内の複数箇所のトナー濃度を代表する出力が得られるので、大きなコストアップや現像器の大型化なしに、正確なトナー濃度を検出することができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態の画像形成装置１を示す。画像形成装置１は、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーによって異なる現像色の画像を形成する４つの現像ユニット２と、転写ベルト３と、各現像色の現像ユニット２が形成したトナー画像を静電力で転写ベルト３にそれぞれ転写する１次転写ローラ４と、転写ベルト３に転写されたトナー画像を記録紙Ｓに静電力で転写する２次転写ローラ５と、記録紙Ｓを加熱してトナー画像を定着させる定着器６と、各現像色の現像ユニット２にそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを供給する４つのトナーカートリッジ７とを有している。

各現像色の現像ユニット２は、それぞれ、回転するドラム状の感光体８と、感光体８を帯電させる帯電器９と、帯電した感光体８を露光して静電潜像を形成する露光器１０と、静電潜像にトナーを付着させてトナー画像を形成する現像器１１と、感光体９の表面のトナーを掻き落とすクリーナ１２とを有している。

現像器１１は、キャリアとトナーとを収容し、キャリアによってトナーを感光体に供給する２成分現像方式の現像装置である。現像器１１は、トナー濃度（トナーとキャリアとの比率）を一定に保つために、消費した分量と同量の新しいトナーがトナーカートリッジ７から補給されて、安定した画像形成を行えるように制御される。

転写ベルト３は、回転駆動される駆動ローラ１３と、自由ローラ１４と、張力を与えるテンションローラ１５とに掛け渡されて、駆動ローラ１３によって矢印方向に回動させられる。また、画像形成装置１は、転写ベルト３の表面に転写されたトナー画像の濃度を検出する光学センサ１６と、残留するトナーを除去するクリーナユニット１７とを有している。

記録紙Ｓは、給紙部１８に供給され、供給ローラ１９で１枚ずつ送り出され、搬送ローラ２０で２次転写ローラ５に搬送され、定着器６を通って排紙ローラ２１によって排紙部２２に排出される。

図２に、画像形成装置１の現像器１１のトナー濃度制御に係る構成を示す。画像形成装置１では、トナー濃度検出部２３で現像器１１内のトナー濃度を電圧信号として検出し、トナー濃度算出部２４によって電圧信号を変換してトナー濃度に比例する値を算出する。さらに、トナー補給量決定部２５は、トナー濃度を所定の濃度に保つためにトナーカートリッジ７から現像器１１に新たに補給すべきトナーの量を算出するようになっている。トナー補給部２５は、トナーカートリッジ７から現像器１１にトナーを移動させるスクリュなどからなり、トナー補給量決定部２５が決定したトナー補給量のトナーを現像器１１に供給するようになっている。

図３に、現像器１１とトナー濃度検出部２３との概略を示す。現像器１１は、トナーおよびキャリアを収容するトナー室２９と、トナー室２９からトナーおよびキャリアを搬出する供給ローラ３０と、キャリアの作用でトナーを感光体８に移動させる現像ローラ３１とを備え、トナー室２９は、新しいトナーが補給されるトナー供給口３２を有している。

現像ローラ３１に残ったキャリアおよびトナーは、供給ローラ３０を介してトナー室２９に回収される。トナー室２９内のキャリアおよびトナーは、例えば不図示の撹拌スクリュによって、ゆっくりと撹拌されており、図示する矢印のようにトナー室２９内を大きく循環する。

トナー室２９内のトナー濃度を検出する検出手段２３は、検出のための測定光を発する発光素子３３と、受光した光線の光量に応じた電圧信号を出力する受光素子３４と、発光素子が発した測定光をトナー室２９内の８箇所に導いてそれぞれ投光する８本の光ファイバからなる投光導光部材３５と、８本の投光導光部材３５が投光した測定光の反射光をそれぞれ案内して現像器１１から導出し、受光素子３４にまとめて入力する８本の光ファイバからなる受光導光部材３６とからなっている。

投光導光部材３５は、トナー室２９を、概念上、横方向に４分割して縦方向に２分割した、計８箇所の領域Ａ１〜Ａ８にそれぞれ測定光を投光し、受光導光部材３６がそれぞれの領域Ａ１〜Ａ８における反射光を案内して同一の受光素子３４に入力するようになっている。８つの領域は、トナー補給口３２を有する領域をＡ１とし、トナーおよびキャリアの循環方向に順にＡ２〜Ａ８とする。

図４に示すように、実際の投光導光部材３５および受光導光部材３６は、現像器１１の筐体に設けた８箇所の透明の検出窓３７にそれぞれ設置される。投光導出部材３５は、検出窓３７に垂直に、受光導光部材３６は、検出窓に３７に傾斜して配置されている。必要に応じて、検出窓３７を清掃する手段などを設けてもよい。例えば、キャリアおよびトナーが付着しないように、検出窓３７に電圧を印加したり、検出窓３７を払拭するマイラなどを撹拌スクリュへ設けたりすることができる。

図５に、受光素子３４の出力電圧と現像器１１内のトナー濃度との関係を示す。測定光はトナーには反射されるが、キャリアには吸収されるようになっている。よって、トナー濃度が低下すると、受光素子３４に入力される反射光の光量が低下し、受光素子３４の出力電圧が低下する。画像形成装置１は、現像器１１毎に、この受光素子３４の出力に応じて、例えばルックアップテーブルを参照するなどしてトナーカートリッジ７からのトナーの補給量を決定する。

本実施形態では、投光導光部材３５は、発光素子３３が発した測定光を８等分して、領域Ａ１〜Ａ８に投光している。このため、受光素子３４には、それぞれ、発光素子３３の出力１／８の測定光の異なる反射光が８つ重畳して入力される。これにより、受光素子３４の出力は、８つの領域Ａ１〜Ａ８の各測定点におけるトナー濃度の平均値を示すものとなる。なお、測定点の個数やその位置は、装置に応じて適宜変更してもよい。

図６、図７、および図８に、それぞれ、現像器１１からトナーを消費する場合、現像器１１にトナーを補給する場合、および、現像器１１からトナーを消費しつつ新たなトナーを補給する場合の各領域Ａ１〜Ａ８のトナー濃度と、現像器１１内の全体の平均トナー濃度と、受光素子３４の測定値から算出される測定濃度との時間変化を示す。

図示するように、各領域Ａ１〜Ａ８のトナー濃度は、一定の周期で変動している。これは、トナー室２９内のキャリアおよびトナーの循環の周期に一致するものであり、１箇所を測定するだけでは、正確なトナー量を検出できないことを示す。また、図６および図７の後半に示すように、トナーの消費および補給がない場合、各領域Ａ１からＡ８の濃度は、トナー容器２９内のトナー濃度の平均値に収束してゆく。

また、破線で示すように、受光素子３４の出力からトナー濃度算出部２４によって算出したトナー濃度の測定値は、トナーの消費および補給の有無にかかわらず、トナー容器２９内のトナー濃度の平均値と略一致している。

このように、本発明によれば、各現像器１１に１組の発光素子３３および受光素子３４を用いて、それぞれ、現像器１１の異なる８箇所のトナー濃度の平均値を測定することができ、現像器１１内の正確なトナー残量を把握することができる。

図９に、トナー補給量決定部２５が検出したトナー濃度に応じて決定するトナー補給量を示す。本実施形態の画像形成装置１では、各現像器１１内のトナー濃度が約８％以下になるとトナーを補給するようになっており、トナー濃度が低いほど多くのトナーを補給するようになっている。つまり、画像形成装置１は、現像器１１内のトナー濃度を８％に維持するように制御される。

図１０に、本発明の第２実施形態の画像形成装置のトナー濃度検出手段２３の概略を示す。本実施形態は、第１実施形態とほぼ同じ構成であるので、重複する説明は省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。

本実施形態においては、トナー補給口３２のある領域Ａ１、および、トナー補給口３２からキャリアおよびトナーの循環方向に最も下流側の領域Ａ８の反射光をそれぞれ受光素子３４に案内する受光導光部材３６ａが他の受光導光部材３６よりも径の太い光ファイバからなっている。

本実施形態では、径の太い受光導光部材３６ａを用いることで、その領域の反射光を多く受光素子３４に導くことができる。つまり、本実施形態では、領域Ａ１および領域Ａ８の反射光の光量を、他の領域Ａ２〜Ａ７の反射光に比べて大きく重み付けした出力を得るようになっている。

領域Ａ１は、トナーが補給されたときに最も早く反射光の光量が増加するので、トナー補給の有無に対する応答性が高い。また、領域Ａ８は、図８に示すように、最も安定した出力が得られるので安定性が高い。

代案として、投光導光部材３５の径を異ならせることによっても、領域Ａ１〜Ａ８の出力に重み付けをすることができる。

また、本発明において、各現像器１１の発光素子３３は、それぞれ、トナーの色にあわせて波長が異なってもよい。各現像器１１の測定光の波長を、それぞれ、トナーに吸収されやすく、キャリアに反射されやすい波長にすることで、トナー濃度の検出感度を高くすることができる。

本発明の第１実施形態の画像形成装置の構成図。 図１の画像形成装置の現像器のトナー補給制御に係る構成図。 図２のトナー濃度検出部の概略図。 図３の投光導光部材および受光導光部材の詳細図。 図３の受光素子の出力特性図。 図３の現像器のトナー消費時のトナー濃度変化を示すグラフ。 図３の現像器のトナー補給時のトナー濃度変化を示すグラフ。 図３の現像器のトナーを消費しながらトナーを補給するときのトナー濃度変化を示すグラフ。 図１の画像形成装置における検出トナー濃度とトナー補給量の関係を示す図。 本発明の第２実施形態に係るトナー濃度検出部の概略図。 従来の現像器の概略構成図。 従来の現像器における実際のトナー濃度および検出値の変化例を示すグラフ。

符号の説明

１ 画像形成装置
１１ 現像器
３３ 発光素子
３４ 受光素子
３５ 投光導光部材
３６ 受光導光部材
３６ａ 受光導光部材

Claims (3)

1. 現像器内のトナーの濃度を検出してトナーの補給を制御する２成分現像方式の画像形成装置において、
   少なくとも１つの発光素子が発する測定光を、それぞれ、同一の前記現像器内の異なる箇所に導いて投光する複数の投光導光部材と、
   前記投光導光部材が投光した測定光の反射光をそれぞれ案内して、同一の受光素子に入力する受光導光部材とを備え、
   前記受光素子の出力に応じてトナー補給量を決定することを特長とする画像形成装置。
2. 前記投光導光部材および前記受光導光部材の少なくともいずれかは、径が不均一であることを特長とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記測定光は、前記現像器のトナーの色に応じて、波長が異なることを特長とする請求項１または２に記載の画像形成装置。