JP2008309995A - トナー補給装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー貯留部のトナー貯留容積が小さくなると、高印字率画像が連続して印字しなければならない状態ではトナー消費量が大きく、トナー収納容器から供給されるトナー量を精度良く制御しなければならない。
【解決手段】トナー収納容器から供給されるトナー量をトナー量検知センサの信号に基づいて制御することにより、トナー貯留部内のトナー量を所定の量に維持できるので、トナー貯留部でパッキングを起こさず、さらに、高印字率画像が連続した状態であってもトナー供給不足による画像濃度の低下を抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明はトナー補給装置および画像形成装置に関し、特にトナー収納容器からのトナー供給量の制御に関する。

多色のカラー画像を記録するカラー画像形成装置では、画像形成に必要な色の種類と同数の帯電手段、像露光手段並びに現像手段等の画像形成手段が像形成体の周囲に配置されている。これら画像形成手段は、カラー画像形成装置の大きさから、できるだけ小さな形状とすることが好ましく、かつ、連続画像形成中でのトナーを大量に消費する写真のようなベタ画像（高印字率画像という）への対応や、文字（ドキュメント）等の低印字率画像へも効率的に対応することが不可欠である。

特に、現像手段は静電画像を可視画像として現像する現像部と、現像部にトナーを補給するトナー補給装置から構成されている。トナー補給装置は現像部にトナーを補給するために一時的にトナーを貯留しておくトナー貯留部と、トナー貯留部にトナーを補給するトナー収納容器を有している。

高印字率画像に対応するために、トナー貯留部には充分なトナーがあることが望ましいが、不必要な程の大量のトナーがトナー貯留部にある場合、トナー貯留部内のトナーを撹拌するトナー撹拌スクリューがトナーの抵抗で回転できなくなるというパッキング現象が生じる。またトナー貯留部内のトナーが少ないと、連続した高印字率画像を印字する際にトナー貯留部から現像部へのトナーの供給が追いつかず、画像の濃度低下という問題が生じる。

このような、高印字率画像の画像形成を行う場合に生じる不具合に対して、例えば特許文献１には、トナー補給動作におけるトナー補給量を制御することにより、トナー収納容器内のトナー量が充分ある場合において、トナー貯留部にトナーを補給しすぎることがない画像形成装置について記載されている。
特開平１０−３１９７０５号公報

特許文献１の方法は、トナー貯留部内に設けたセンサがトナーの有無を所定のタイミングで繰り返し検知し、該センサの所定検知回数に対するトナー無し検知回数の比率に基づいて、１回のトナー補給動作におけるトナー補給量を制御するしようとするものである。具体的にはトナー有り無しを検知する回数Ａと、トナー無しと判断された回数Ｂとの比率Ｂ／Ａが０．３未満か、それ以上か、によりトナー収納容器の１回転当たりに要する時間を変えている。

しかし、検知回数の比率に基づく特許文献１の方法は、連続した高印字率画像ではトナーが速く消費されるので、予め設定した比率よりも少ない時点でトナー貯留部内のトナー量不足となるが、制御部は、設定した比率未満であるのでトナー量は充分であると判定してしまうことになる。例えばＡを１００回として、Ｂを３０回とする。高印字率画像が連続するとＢが２０回で画像不良が現れても３０回にならないので問題ないと判断してしまう。このような問題を鑑み、
本発明は、トナー量検知センサの信号によりトナー収納容器からトナー貯留部に供給されるトナー量を制御するトナー補給装置、及び、このようなトナー補給装置を備えてなる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の構成により達成できる。
１．補給用のトナーを収納し、着脱可能に装着されるトナー収納容器と、
前記トナー収納容器から供給されるトナーを収容するトナー貯留部と、
前記トナー貯留部に設けられ、前記トナー貯留部内のトナー残量を検知するセンサと、
前記トナー収納容器を回転させる容器駆動手段と、
前記トナー貯留部内のトナーを搬送し、前記トナー貯留部から現像部にトナーを補給するトナー搬送部と、
前記トナー貯留部内のトナー量が所定量より少ないことを前記センサが検知している時間を計測し、計測された時間に基づいて、前記トナー収納容器の回転速度を変化すべく、前記容器駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするトナー補給装置。
２．前記制御手段は、
計測された前記時間が所定時間経過したとき、前記トナー収納容器の回転速度を第１の回転速度にし、
前記トナー収納容器の回転速度を前記第１の回転速度にした後において、計測された前記時間が所定時間経過したとき、前記トナー収納容器の回転速度を前記第１の回転速度より高い第２の回転速度にすることを特徴とする１に記載のトナー補給装置。
３．前記制御手段は、計測された前記時間と前記容器駆動手段の回転速度との関係が規定されたテーブルに基づいて、前記容器駆動手段を制御することを特徴とする１または２に記載のトナー補給装置。
４．１乃至３の何れかに記載のトナー補給装置を備えてなることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、トナー収納容器から供給されるトナー量をトナー量検知センサの信号に基づいて制御することにより、トナー貯留部内のトナー量を所定の量に維持できるので、トナー貯留部でパッキングを起こさず、さらに、高印字率画像が連続した状態であってもトナー供給不足による画像濃度の低下を抑制できる。

本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
（画像形成装置）
図１は、画像形成装置本体ＧＨと、画像読取装置ＹＳとから構成された本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例であるカラー複写機の全体構成を示す図である。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、ベルト状の中間転写体６と給紙部と定着装置２４とからなる。

イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング装置８Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体１Ｍ、帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング装置８Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体１Ｃ、帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング装置８Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体の一つである感光体１Ｋ、帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング装置８Ｋを有する。帯電装置２Ｙと露光装置３Ｙ、帯電装置２Ｍと露光装置３Ｍ、帯電装置２Ｃと露光装置３Ｃ及び帯電装置２Ｋと露光装置３Ｋとで、感光体１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃのそれぞれに静電潜像を形成する潜像形成手段を構成する。

中間転写体６は、駆動ローラ９Ａ及び従動ローラ９Ｂ〜９Ｅに張架され、画像形成時に矢印で示すように循環移動する。

画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｋにより形成された各単色画像は、中間転写体６上に転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ及び７Ｋにより逐次１次転写されて、重ね合わされたカラー画像が形成される。中間転写体６上にカラー画像を形成する画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ及び転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは像形成部を構成する。

複数の給紙カセット２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に収容された用紙Ｐは、繰り出しローラ及び捌き部材からなる給紙部２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、レジストローラ１０２等を経て、電源７Ｂにより転写電圧が印加された転写ローラ７Ａにより用紙Ｐ上にカラー画像が２次転写される。

カラー画像が形成された用紙Ｐは、分離手段としての駆動ローラ９Ａにより中間転写体６から分離される。分離手段は小ローラで構成された駆動ローラ９Ａからなり、中間転写体６を駆動ローラ９Ａにより小さな曲率半径で強度に屈曲させることにより、紙の直進性を利用して用紙Ｐを中間転写体６から分離する。

給紙カセット２０ｂ及び２０ｃには符号を省略しているが、それぞれ給紙部２１及び搬送ローラ２２Ａが設けられている。給紙カセット２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、手差し給紙台２０ｄ又は両面画像形成用の反転搬送部からの記録材搬送路はループ形成ローラ１０１の上流で合流し、ループ形成ローラ１０１には単一の記録材搬送路から用紙Ｐが送り込まれる。カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。定着装置２４は、それぞれ内側にヒータが配置された上下ローラ２４Ａ、２４Ｂ、クリーニングローラ２４Ｃ等で構成される。

一方、転写ローラ７Ａにより用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを分離した中間転写体６は、クリーニング装置８Ａによりクリーニングされる。

５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋは、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにそれぞれ新規トナーを補給するトナー収納容器である。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿を露光する露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送ローラにより搬送され、露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤにより読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、書き込み装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに入力する。

自動原稿送り装置２０１は両面原稿搬送手段を備えている。露光装置２０２は原稿載置台上から給送される多数枚の原稿ｄの画像を、連続して読み取り、記憶部に蓄積する事から（電子ＲＤＨ機能）、複写機能により多数枚の原稿内容を複写することが可能であり、また、ファクシミリ機能により多数枚の原稿ｄの画像データを送信することが可能である。
（トナー補給装置）
次に、本発明に係るトナー補給装置について図２を用いて説明する。図２は感光体１、現像部４、及び、トナー補給装置５を示す。トナー補給装置５はトナーを貯留するトナー貯留部５６、トナーを搬送するトナー搬送部５７、及び、トナーを収納するトナー収納容器５０から構成される。なお、現像装置は現像部４とトナー補給装置５から構成されている。また、図２以下では色に関する添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して表記する。

トナー収納容器５０は外周に螺旋状の溝が設けられた円筒形状をしており、現像装置に設けられた容器受け部５２に着脱可能に装着される構造となっている。トナー収納容器５０内にトナーが収容され、トナーが消費され無くなったと推定されたときに容器受け部５２から取り出され、新品と交換される。

トナー収納容器５０は、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーについてはそれぞれ４６０ｇのトナーを内蔵し、黒トナーについては６８０ｇのトナーを内蔵している。トナー収納容器５０は、トナーの排出口５３を有しその先端はトナー補給装置本体の駆動軸（図示せず）と結合され歯車５５を介して、トナー収納容器駆動手段としてのトナー収納容器駆動モータＭ５０からの駆動力でトナー収納容器５０が回転し、トナー収納容器５０に設けられた螺旋状の溝（容器内壁に突出している）でトナーを搬送する推力が生じ、トナーを矢印Ｘの方向に搬送し、排出口５３からトナー貯留部５６に供給される。トナー収納容器５０からトナーを排出する機構の詳細は、特開２００１−６６８７０号公報や特開２００１−１８３８９６号公報に記載されている。

トナー貯留部５６内には、内壁に沿って回転する弾性薄板の撹拌羽根を有した撹拌部材５８が緩やかに回転し、貯留されたトナーが壁面に固着したり固化したりするのを防止している。また、トナー貯留部５６の内壁には例えばピエゾ素子等の圧電振動素子を用いたセンサＳ５６が設けられている。センサＳ５６の検知部も撹拌部材５８によって適時摺擦され、トナー量の検知にあたって誤検知がなされるのを防止している。センサＳ５６のトナー貯留部５６内における検知位置はトナー量として５０〜５５ｇ程度のトナー量を検知する位置に設けられている。このトナー量はＡ４サイズ転写紙に黒化率５．５％のプリントを行うと、約３０００枚見当のトナー量に相当する。

トナー貯留部５６の底部近傍にはトナーを搬送する搬送スクリュー５９を有するトナー搬送部５７が設けられている。搬送スクリューを駆動するモータＭ５９の駆動によって搬送スクリュー５９が回転し、トナー貯留部５６内のトナーがトナー搬送部５７に沿って現像部４に搬送される。
（トナー量制御）
次に本実施の形態に係るトナー貯留部のトナー量制御について説明する。

上述したように、像形成手段の小型化にともない、トナー貯留部５６のトナー収納容積も小さくなっている。高印字率画像などでトナーが大量に消費されると、トナー貯留部５６内のトナー量は大きく変化する。

さらにトナー収納容器５０内のトナーの流状性は、湿度などの環境状態に影響され、トナー収納容器駆動モータＭ５０の駆動によりトナー収納容器５０が回転して供給されるトナー供給量は、トナー収納容器５０の回転数（ｒｐｍ）により、異なることが実験的に求められている。

図３は、横軸にトナー収納容器５０内のトナー残量、縦軸にトナー収納容器５０からのトナー供給量をとり、トナー収納容器５０の回転数が低速（３５ｒｐｍ）、中速（４２．５ｒｐｍ）、高速（４５ｒｐｍ）のときのトナー残量と供給量の関係を測定した結果の値をグラフで示した図である。図３において、低速回転では吐出されるトナー量は連続高印字率に必要な現像部へのトナー補給量に対し徐々に減少するが、高速回転では急激に減少することがわかる。

本発明は図３をもとにトナー収納容器５０からのトナー吐出量を精度良く制御しようとするものである。

トナー補給装置に係る制御手段は、トナー量検知センサＳ５６がトナーが無いことを検知している時間を計測し、計測された時間が所定の時間を経過してもトナーが無いと判断した場合、トナー収納容器５０を低速で回転させるようにトナー収納容器駆動モータＭ５０を駆動する。

トナー収納容器駆動モータＭ５０を低速で回転した後、所定の時間内にトナー有りを検知した場合、制御部は、トナー収納容器駆動モータＭ５０の回転を停止させる。もし、トナー有りを検知しないときは、さらにトナー収納容器駆動モータＭ５０の回転速度（回転数）を上げるように指示する。

図４は本発明に係るトナー補給装置の電気制御系を示すブロック図である。

図４において、制御部１００は演算制御処理を行うＣＰＵ１０１と、各種動作プログラムを記憶するＲＯＭと、測定結果データをメモリするＲＡＭ等が接続されている。

ＣＰＵ１０１はインターフェース１０２を介して外部機器に接続されている。インターフェース１０２の入力側には、トナー貯留部５６内のトナーの所定量のトナーを検知するセンサＳ５６等が接続され、インターフェース１０２の出力側にはトナー収容容器５０を回転するトナー収納容器駆動モータＭ５０、トナー貯留部５６内のトナーを搬送する搬送スクリュー５９を駆動するモータＭ５９、装置本体の操作部に設けられ、表示を行う表示部２００Ａ等の各々が接続されている。

次に、トナー収納容器５０を回転させるトナー収納容器駆動モータＭ５０の回転数を制御する制御内容について図５のフローチャートを用いて説明する。

トナー量検知センサＳ５６は、所定の時間「トナー無し」を検知すると（ステップＳ１）、検知した信号を制御部に送信する。制御部は、信号を受信した後トナー収納容器駆動モータＭ５０をトナー収納容器５０を低速（本実施の形態では３５ｒｐｍ）で回転させるように制御する（ステップＳ２）。

トナーが供給されて、所定の時間内にセンサＳ５６が「トナー有り」信号を検知すると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）その信号を制御部に送信する。制御部はトナー収納容器５０の回転を停止するようにトナー収納容器駆動モータＭ５０を制御する（ステップＳ４）。所定の時間を経過しても、「トナー有り」信号を受信できないときは（ステップＳ３：Ｎｏ）、トナー収納容器５０の回転数を中速（本実施の形態では４２．５ｒｐｍ）で回転させるように制御する（ステップＳ５）。

さらに、トナーが供給されて、所定の時間内に「トナー有り」信号を検知すると（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御部は、トナー収納容器駆動モータＭ５０を停止させるように制御する（ステップＳ７）。もし「トナー有り」を検知できないとき（ステップＳ６：Ｎｏ）、トナー収納容器５０の回転数を高速（本実施の形態では４５ｒｐｍ）で回転させるように制御する（ステップＳ８）。

トナーが供給されて、所定の時間内に「トナー有り」信号を検知すると（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、制御部は、駆動モータＭ５０を停止させるように制御する（ステップＳ１０）。「トナー有り」を検知できないとき（ステップＳ９：Ｎｏ）、トナー収納容器５０内にトナーが無い、または、非常に少ないと判断して表示部２００Ａに表示する（ステップＳ１１）。

このように、制御手段は、計測した時間が所定の時間を過ぎてもトナー有り信号を受信しないとき、トナー収納容器駆動モータＭ５０を低速度で回転させ、低速度で回転させた後、所定の時間を過ぎてもトナー有り信号を受信しないとき、さらに中速度で回転させる。

中速度でトナー収納容器駆動モータＭ５０を回転させて所定の時間経過してもトナー有り信号を受信できないときは、さらに高速度で回転させる。このようにトナー収納容器駆動モータＭ５０の回転数を制御する制御手段は、計測した時間とトナー収納容器駆動モータＭ５０の回転数に関するテーブルを実験から求め、そのテーブルに基づいて制御を行っている。

このような構成を持つトナー補給装置の実現により、トナー貯留部５６内に多量のトナーが貯留され、その抵抗でトナー撹拌ができないというパッキング現象を抑制できる。また、連続高印字率の画像のときに大量に消費され、トナー貯留部内のトナー量が少なくなったときに懸念される画像の濃度低下も抑制できる。

さらに、トナー収納容器の回転速度を初期設定では低速にすることによって、画像形成装置内のトナー飛散を抑制することが可能で、トナー貯留部５６等の回転部材の軸受け部などで使用しているトナーもれ防止シール等の破損を低減できる。

画像形成装置の一例であるカラー複写機の全体構成図。 トナー補給の大要を示す展開図。 トナー収納容器内のトナー吐出量と、トナー収納容器内のトナー残量を示す曲線図。 トナー補給の電気制御系を示すブロック図。 トナー収納容器の回転制御を行う制御フロー図。

符号の説明

４ 現像部
４２ 現像剤搬送スクリュー
５ トナー補給装置
５０ トナー収納容器
５２ 容器受け部
５６ トナー貯留部
５７ トナー搬送部
５９ 搬送スクリュー
Ｓ５６ センサ
Ｍ５０ トナー収納容器を駆動する駆動モータ
Ｍ５９ 搬送スクリューを駆動するモータ

Claims (4)

1. 補給用のトナーを収納し、着脱可能に装着されるトナー収納容器と、
   前記トナー収納容器から供給されるトナーを収容するトナー貯留部と、
   前記トナー貯留部に設けられ、前記トナー貯留部内のトナー残量を検知するセンサと、
   前記トナー収納容器を回転させる容器駆動手段と、
   前記トナー貯留部内のトナーを搬送し、前記トナー貯留部から現像部にトナーを補給するトナー搬送部と、
   前記トナー貯留部内のトナー量が所定量より少ないことを前記センサが検知している時間を計測し、計測された時間に基づいて、前記トナー収納容器の回転速度を変化すべく、前記容器駆動手段を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするトナー補給装置。
2. 前記制御手段は、
   計測された前記時間が所定時間経過したとき、前記トナー収納容器の回転速度を第１の回転速度にし、
   前記トナー収納容器の回転速度を前記第１の回転速度にした後において、計測された前記時間が所定時間経過したとき、前記トナー収納容器の回転速度を前記第１の回転速度より高い第２の回転速度にすることを特徴とする請求項１に記載のトナー補給装置。
3. 前記制御手段は、計測された前記時間と前記容器駆動手段の回転速度との関係が規定されたテーブルに基づいて、前記容器駆動手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のトナー補給装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のトナー補給装置を備えてなることを特徴とする画像形成装置。

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