JP2009031413A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の印字率と現像装置内の現像剤量又は現像剤中のトナー濃度の検知結果とを組み合わせて用いることにより、現像装置内のトナー量を、従来より一層、一定に保つことが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置１００は、画像入力部３０、ＡＤ変換部３１、トナー濃度検知センサ１３を有する現像装置２１を含む画像形成部３２、制御部３３、記憶部３４、操作パネル３５、トナーコンテナ４４、シート収容部５１、定着部５３を備えている。制御部３３は、ＡＤ変換部３１にてデジタル変換された画像信号に基づき印字率Ｐを、トナー濃度検知センサ１３に基づき検知結果Ｑを算出し、印字率Ｐと検知結果Ｑとに基づき、印字率Ｐに基づくトナーの補給制御と、検知結果Ｑに基づくトナーの補給制御と、を選択的に実行する機能を有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、装置内部の現像剤を攪拌搬送して現像ローラに供給する現像装置を備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、現像装置へのトナーの補給制御に関するものである。

コピー機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式を用いる画像形成装置においては、主に粉末の現像剤（以下、トナーという）が使用され、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像装置内のトナーによって可視化し、その可視像（トナー像）を記録媒体上に転写した後、定着処理を行うプロセスが一般的である。

このような画像形成装置においては、感光体ドラム上にトナー像を形成する際、トナーが消費されるため、トナーコンテナから現像装置にトナーを補給している。しかし、トナーの消費量は形成されるトナー像の濃度等によって異なるため、現像装置内のトナー量を適切に維持することは困難である。

例えば、トナーコンテナからのトナー補給量がトナー消費量に追いつかない場合、現像装置内のトナー量が少なくなり、現像された画像濃度が薄くなったり画像ムラが生じたりするおそれがある。一方、トナー供給量がトナー消費量より多すぎる場合、現像装置内のトナー量が多くなり、画像にかぶりが生じるおそれがある。

そこで、画像形成により消費されたトナー量に応じて、トナーの補給を行うための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、印字画像の書き込み面積率（印字率）に応じてトナーの補給量、補給時間および補給タイミングを制御することによって、消費されたトナー量に応じた補給を行い、画像濃度の維持を可能とする技術が開示されている。
特開平８−２２７２１３号公報

しかし、特許文献１の技術では、印字率に応じてトナーコンテナから現像装置に補給するトナー量を決定するため、印字率の変化が大きい場合には、現像装置内のトナー量が多いにも拘らずトナーが補給され、或いは現像装置内のトナー量が少ないにも拘らずトナーが供給されないおそれがある。

また、トナーの凝集状態等により、トナーコンテナから現像装置内へのトナーの落ち方等の移動状態が異なるため、トナー補給量自体にバラツキが生じるおそれがある。特に印字率が小さい画像を現像する場合には、トナー補給量の細かな調整が困難となり、トナーの補給過多によるかぶり画像や、トナーの補給不足による画像ムラが発生するおそれがある。

一方、現像装置内のトナー量を検知し、その検知結果に基づきトナーの補給を制御することもできる。しかし、かかる制御では、検知結果が得られてからトナーが補給されるまでにタイムラグが生じるため、形成すべき画像に応じた適切な量のトナーが補給されないおそれがある。

本発明は、上記問題点に鑑み、画像の印字率と現像装置内の現像剤量又は現像剤中のトナー濃度の検知結果とを組み合わせて用いることにより、現像装置内のトナー量を、従来より一層、一定に保つことが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、現像剤担持体と、装置内部の現像剤を軸方向に攪拌搬送して前記現像剤担持体にトナーを供給する攪拌搬送部とを有し、前記現像剤担持体により像担持体上にトナーを付着させて静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、該現像装置に現像剤を補給する現像剤補給装置と、を含み、前記像担持体上に形成された可視像を記録媒体上に記録する画像形成部を備えた画像形成装置において、前記現像装置内の現像剤量又は現像剤中のトナー濃度を検知する検知手段と、前記画像形成部で形成される画像の印字率が所定値以上であり、且つ前記検知手段の検知結果が所定範囲内であるとき、前記印字率に基づき、前記現像剤補給装置から前記現像装置への現像剤の補給を制御し、前記印字率が所定値未満であるとき、又は前記検知結果が前記所定範囲外であるとき、前記検知結果に基づき、前記現像剤の補給を制御する制御手段と、が設けられたことを特徴としている。

また、本発明は、現像剤として、磁性キャリアとトナーとを含む２成分系現像剤を用い、前記検知手段が、前記２成分系現像剤の透磁率を検知する透磁率センサであることを特徴としている。

また、本発明は、前記所定範囲は、所定基準値に対し±１％であることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、印字率に基づく現像剤の補給制御と、現像剤量又は現像剤中のトナー濃度に基づく現像剤の補給制御とを組み合わせることにより、各補給制御の利点を生かしつつ、各補給制御を単独に行ったときの不具合を解消して、トナー消費量に応じてトナーを、より適切に現像剤担持体に供給することができ、画像のかぶりやムラを抑制することが可能となる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、現像剤として磁性キャリアとトナーを含む２成分系現像剤を用い、該２成分系現像剤の透磁率を検知することによって、より精度良く現像剤中のトナー濃度を検知することができる。従って、現像装置内のトナー量を、より一定に保つことができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１または第２の構成の画像形成装置において、現像装置内の現像剤量又は現像剤中のトナー濃度の所定範囲を、所定基準値に対し±１％とすることによって、現像装置内のトナーの量を、より一層、一定に保つことができる。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略図である。この画像形成装置１００（例えばプリンタ）は、感光体ドラム４１、帯電部４２、画像書込部（レーザスキャンユニット）４３、現像装置２１、トナーコンテナ（現像剤補給装置）４４、転写部４５、クリーニング部４６、シート収容部５１、搬送部５２、定着部５３、及び排紙部５４から構成されている。

感光体ドラム４１は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、帯電部４２により、表面が帯電される。そして、後述する画像書込部４３からのレーザビームを受けた表面に、帯電を減衰させた静電潜像が形成される。なお、上記感光層は、特に限定されないが、例えば耐久性に優れるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等が用いられる。

帯電部（帯電チャージャ）４２は、放電（例えばコロナ放電）することによって感光体ドラム４１の表面を帯電させるものである。例えば帯電部４２は、細いワイヤ等を有しており、これを電極として高電圧が印加されることによって放電する。画像書込部（ＬＳＵ）４３は、画像データに基づいて、光ビーム（例えばレーザビーム）を感光体ドラム４１に照射し、感光体ドラム４１表面に静電潜像を形成させるものである。なお、画像データは不図示のパーソナルコンピューター（ＰＣ）から送信される。

現像装置２１は、感光体ドラム４１の静電潜像にトナーを付着させて、トナー像を形成させるものである。現像装置２１に収容されている現像剤として、ここでは、例えば、トナー成分と磁性キャリアとから構成される２成分現像剤を用いることとする。この他、現像剤としては、トナー成分のみから構成される１成分現像剤等も用いることができ、特に限定されるものではない。また、現像装置２１の詳細については後述する。

トナーコンテナ４４は、現像装置２１内部のトナーが不足するようになれば、現像装置２１にトナーを供給するとともに、予備のトナーを貯留するものである。転写部４５は、感光体ドラム４１表面に形成されたトナー像を乱さずに搬送部５２を搬送されてくるシート上に移行させるものである。

クリーニング部４６は、トナー像がシートに移行（転写）された後に、感光体ドラム４１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去するものであり、例えば、感光体ドラム４１の長手方向（図の紙面に垂直な方向）に線接触するブレード材や摺擦ローラ等から構成される。シート収容部５１は、最終的に画像（トナー像）が印刷されるシート（用紙やＯＨＰ等）を収容するとともに、シート収容部５１から排紙部５４までのシートの通路である搬送部５２にシートを送り出すものである。

定着部５３は、シートに転写されたトナー像を安定な永久像とするものであり、例えば熱や圧力等のエネルギーを付与することにより、粉体状態のトナー像を溶融させるものである。排紙部５４は、定着部５３を経たシート、すなわち永久像が印刷されたシートを収容するものである。

そして、予め入力された画像データに基づいて、画像書込部４３が感光体ドラム４１上にレーザビーム（光線）を発することによって、その画像データに基づく静電潜像が感光体ドラム４１表面に形成される。その後、現像装置２１により静電潜像にトナーを付着させるとともに（トナー像を形成させるとともに）、転写部４５によりシート上にそのトナー像が転写される。次に、定着部５３が、トナー像の転写されたシートに熱等を加え、トナー像を永久像とする。

図２は、本発明に係る現像装置の一例の概略平面図であり、図３は現像装置の側面断面図（図２のＡＡ’断面矢視図）である。なお、図２は、便宜上、蓋部分（カバー部分）を除外して表現している。図２、図３に示すように、現像装置２１は、ケーシング（筐体）５、カバー（筐体）６、第１攪拌スクリュー（攪拌搬送部）７、第２攪拌スクリュー（攪拌搬送部）８、現像ローラ１１（現像剤担持体）、規制ブレード１２、及びトナー量を検知するトナー濃度検知センサ（検知手段）１３を、主として含む構成である。

ケーシング５は、トナーを貯留するものであり、内部はケーシング５と一体形成された仕切り板９によって分けられ、第１貯留室１５と第２貯留室１６とが形成されている。そして、この第１貯留室１５には第１攪拌スクリュー７、第２貯留室１６には第２攪拌スクリュー８が配設されている。カバー６は、ケーシング５に収容されたトナー等が外部に漏れないように封止するものである。

第１攪拌スクリュー７は、第１貯留室１５に貯留されているトナー等を攪拌させながら図２の左側から右側方向へと搬送して第２貯留室１６に導くものであり、第２攪拌スクリュー８は、第２貯留室１６に搬送されてきたトナー等を攪拌させながら図２の右側から左側方向へと搬送して現像ローラ１１に供給するものである。図２に示すように、ケーシング５の長手方向の両端部においては、仕切り板９は存在せず、第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８間でのトナーの受け渡し（循環）が可能となっている。

なお、第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８は、それぞれ支軸７ａ、８ａを中心とし、その周囲に螺旋羽７ｂ、８ｂが設けられた構成になっており、互いに平行な状態でケーシング５に回転可能に軸支されている。また、カバー６には第１貯留室１５のトナー搬送方向上流側近傍に、トナーコンテナ４４（図１参照）からトナーが供給されるトナー補給口１７が設けられている。

現像ローラ１１は、感光体ドラム４１（図１参照）の回転に応じて回転することで、感光体ドラム４１の感光層にトナーを供給するものである。なお、ここでは、磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分系現像剤を用いたため、現像ローラ１１として、例えば内面に永久磁石から成る磁界発生部材（図示せず）が固定されたマグネットローラを用いることができる。この磁界発生部材の磁力により現像ローラ１１の表面に現像剤を付着（担持）させて現像剤の薄層を形成する。また、磁性キャリアと磁性トナーとからなる２成分現像剤を用いる場合や、磁性トナーからなる１成分系現像剤を用いる場合にも、かかるマグネットローラを用いることができる。なお、この他、非磁性トナーからなる１成分現像剤を用いる場合には、現像ローラ１１として、ゴムローラ等を用いることができる。

現像ローラ１１は、第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８と平行な状態で、ケーシング５に回転可能に軸支されている。第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８、及び現像ローラ１１は、図示しない駆動手段により回転駆動される。

規制ブレード１２は、感光体ドラム４１に供給するトナー量を規制するものであり、磁性キャリアを含む２成分系現像剤を用いる現像装置２１の場合、例えばＳＵＳ４３０等の磁性体のＳＵＳ（ステンレス）が用いられる。そして、規制ブレード１２の先端に対向して設けられた磁界発生部材により現像ローラ１１と規制ブレード１２との間に磁界を発生させ、規制ブレード１２と現像ローラ１１との間隔だけでなく、磁界の強さによって現像ローラ１１への現像剤の付着量を厳密に規制している。これにより、例えば、数十ミクロンの現像剤の薄層の形成が可能となる。なお、磁性キャリアと磁性トナーとからなる２成分系現像剤や磁性トナーからなる１成分系現像剤を用いる場合にも、上記磁性体のＳＵＳを用いることができる。

また、規制ブレード１２は、特に上記に限定されるものではなく、その他、例えば、ＳＵＳ３０３等の非磁性体のＳＵＳ（ステンレス）を用いることもできる。この場合、その先端と現像ローラ１１との間に形成された所定の隙間によって、現像ローラ１１へのトナーの付着量が規制され、現像ローラ１１の表面に現像剤の薄層の形成が可能となる。

本実施形態では、トナー濃度検知センサ１３（検知手段）として透磁率センサを用いることとする。透磁率センサは、ケーシング５内におけるトナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤の透磁率を検出するものであり、この透磁率センサの出力値を基にしてトナー濃度を検知することができる。なお、ここでは、トナー濃度を、２成分系現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの比率として表すこととした。

また、トナー濃度検知センサ１３は、トナーの透磁率を検出し、その検出結果に相当する電圧値（出力値）を、後述する制御部３３に出力するよう構成されており、制御部３３によって、トナー濃度検知センサ１３の出力値からトナー濃度が決定され、決定されたトナー濃度を、トナー濃度の検知結果（後述する検知結果Ｑ）とする。

ここで、トナー濃度とトナー濃度センサ１３の出力値との関係を説明する。トナー濃度が高くなるほど磁性キャリアに対するトナーの比率が高くなり、磁気を通さないトナーの割合が増加するため出力値が低くなる。一方、トナー濃度が低くなるほどキャリアに対するトナーの比率が低くなり、磁気を通すキャリアの割合が増加するため出力値が高くなる。

トナー濃度センサ１３は、第１貯留室１５に配設されており、現像装置２１へのトナー補給後のトナー濃度を検出することができるように、トナー搬送方向に対しトナー補給口１７の下流側且つ現像ローラ１１の上流側に配設されている。また、トナー補給後のトナーを速やかに検知し、制御部３３に出力することができることから、トナー濃度検知センサ１３は、トナー補給口１７の下流側近傍に配設されることが好ましい。ここでは、現像装置２１の長手方向（図２の左右方向）に対し、現像装置２１の左側端部から概ね全長の１／３の位置に配設されている。

本実施形態では、現像剤として２成分系現像剤を用い、トナー濃度検知センサ１３として透磁率センサを用いることによって、より精度良く現像装置２１内のトナー濃度を検知することができ、トナー濃度のバラツキを一層、抑制することができる。しかし、検知手段としては、トナー成分や装置構成等に応じて適宜設定することができ、特に限定されるものではない。例えば、現像剤として、トナー成分のみから構成される１成分現像剤を用いた場合には、圧電センサや、光学式センサ等を用いることができる。

図４は、本発明の画像形成装置の構成の一例を示すブロック図である。図１〜図３と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。画像形成装置１００は、画像入力部３０、ＡＤ変換部３１、画像形成部３２、制御部３３、記憶部３４、操作パネル３５、シート収容部５１、定着部５３及び装置各部を駆動するモータ３６〜３９から構成されている。

画像入力部３０は、画像形成装置が図１に示すようなプリンタである場合、パソコンやスキャナ等から画像データを受信する受信部であり、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される。画像入力部３０から入力された画像信号はＡＤ変換部３１においてデジタル信号に変換された後、後述する記憶部３４内の画像メモリ６０に送出される。

画像形成部３２は、感光体ドラム４１、帯電部４２、画像書込部４３、現像装置２１、トナーコンテナ４４、転写部４５を含み、ＡＤ変換部３１において変換されたデジタル信号に基づいて感光体ドラム４１上に静電潜像を形成し、現像装置２１によりトナー像に現像した後に転写部４５でシート上にトナー像を転写する。

記憶部３４は、画像メモリ６０、ＲＡＭ６１、及びＲＯＭ６２を備えており、画像メモリ６０は、画像入力部３０から入力され、ＡＤ変換部３１においてデジタル変換された画像信号を記憶し、制御部３３に送出する。ＲＡＭ６１及びＲＯＭ６２は、制御部３３の処理プログラムや処理内容等を記憶する。また、ＲＡＭ６１には後述するトナーの補給制御に用いられる、印字率Ｐの閾値となる所定値Ａ、及びトナー濃度検知センサ１３の検知結果Ｑの基準となる所定値Ｂ、Ｃに関する情報も記憶される。さらに、印字率Ｐとトナー補給量とを関連付けたパラメータや、検知結果Ｑとトナー補給量とを関連付けたパラメータ等が格納されている。

操作パネル３５は、複数の操作キーから成る操作部と、設定条件や装置の状態等を表示する表示部（いずれも図示せず）とから構成されており、ユーザが印刷条件等の設定を行う他、画像形成装置１００がファクシミリ機能を有する場合は記憶部３４にファクシミリ送信先を登録し、さらに登録された送信先の読み出しや書き換えを行う等の種々の設定にも使用される。

メインモータ３６は、制御部３３からの制御信号に応じて感光体ドラム４１、転写部４５、定着部５３を駆動する。トナー攪拌モータ３７は、制御部３３からの制御信号に応じて現像装置２１内の第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８（図２参照）を駆動する。トナー補給モータ３８は、制御部３３からの制御信号に応じてトナーコンテナ４４内の補給スクリューを駆動する。給紙モータ３９は、制御部３３からの制御信号に応じてシート収容部５１内の給紙ローラを駆動する。なお、トナー攪拌モータ３７、トナー補給モータ３８、及び給紙モータ３９に代えて、メインモータ３６からギヤ及びクラッチを用いて駆動力を伝達するようにしても良い。

制御部３３は、設定されたプログラムに従って画像入力部３０、画像形成部３２、シート収容部５１、定着部５３やそれらを駆動するモータ３６〜３９を全般的に制御するとともに、画像入力部３０で入力された画像信号を、必要に応じて変倍処理或いは階調処理して画像データに変換する。画像書込部４３は、処理後の画像データに基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム４１上に潜像を形成する。

さらに、制御部３３はＡＤ変換部３１においてデジタル変換された画像信号の印字情報から印字率Ｐを算出する機能、トナー濃度検知センサ１３の出力値からトナー濃度の検知結果Ｑを算出する機能、印字率Ｐの算出結果と検知結果Ｑの算出結果とから、印字率Ｐ若しくは検知結果Ｑのいずれに基づきトナーの補給を制御するのかを判定する機能、かかる判定結果に従い、印字率Ｐに基づき記憶部３４からパラメータを読み出しトナーの補給を制御する機能、および検知結果Ｑに基づき記憶部３４からパラメータを読み出しトナーの補給を制御する機能、を有している。

本発明においては、画像形成を行う際、形成される画像の印字率Ｐのみならず、トナー濃度検知センサ１３の検知結果Ｑも加味し、これらを組み合わせ、トナーコンテナ４４から現像装置２１へのトナーの補給を制御（トナー補給制御）する。この際、印字率Ｐおよび検知結果Ｑにより、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行うか、検知結果Ｑに基づきトナー補給制御を行うかを判定し、その一方を選択的に実行する。

印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行う場合には、制御部３３で算出された印字率Ｐに応じて、制御部３３がトナーコンテナ４４から現像装置２１内へ補給するトナー量を決定し、決定された所定量のトナーを、一度に若しくは所定時間をかけて現像装置２１内へ補給する。

また、検知結果Ｑに基づきトナー補給制御を行う場合には、制御部３３で算出された検知結果Ｑに応じて、制御部３３がトナーコンテナ４４から現像装置２１内へ補給するトナー量を決定し、決定された所定量のトナーを、一度に若しくは所定時間をかけて現像装置２１内へ補給する。

ここで、印字動作中、現像装置内２１のトナー濃度が所定範囲内から大きく逸脱することがなければ、トナー濃度のバラツキは少なく、十分に適切なトナー像の形成が可能である。しかし、トナーコンテナ４４から現像装置２１にトナーが補給される際、トナーの凝集状態等により、トナーコンテナ４４からのトナーの落ち方等の移動状態が異なるため、現像装置２１内へのトナー補給量にはバラツキが生じるおそれがある。一方、現像装置２１から現像ローラ１１へとトナーが供給される際、トナーの現像ローラ１１上への付着状態（いわゆる、のり状態）により、現像装置２１からのトナー消費量にもバラツキが生じるおそれがある。

このとき、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行うと、現像装置２１内のトナー濃度に拘らず所定量のトナーが補給されるため、トナー濃度の細かな調整が困難であり、トナー消費量とトナー補給量とのバランスを保つことも難しくなる。特に、印字率Ｐが小さい画像を現像する場合には、トナーの消費量自体が少ないため、一旦トナー消費量に対してトナー補給量が多くなると、現像装置２１内のトナー濃度は増加を続けるおそれがあり、逆に、一旦トナー消費量に対してトナー補給量が少なくなると、現像装置２１内のトナー濃度が減少を続けるおそれがある。

かかるトナー濃度のバラツキは、トナーの補給過多によるかぶり画像や、トナーの供給不足による画像ムラの発生につながるおそれがある。従って、印字率Ｐに基づく制御を行うためには、少なくとも、印字率Ｐが予め設定された基準の所定値Ａ以上（Ｐ≧Ａ）とする。

しかし、例えば、現像装置２１内のトナー濃度が十分に高い場合には、印字率Ｐに応じた所定量のトナーが補給されると、印字に必要な量よりも多くのトナーが補給されるおそれがあり、この場合、トナー補給過多となるおそれがある。このように、印字率Ｐが所定値Ａ以上であっても、現像装置２１内のトナー濃度が低い場合には、トナー濃度のバラツキが特に生じ易くなる傾向にある。また、トナー濃度が低い場合には、上記の通り、印字率Ｐに基づくトナー補給制御では、トナー濃度の調整は難しい。

一方、検知結果Ｑに基づきトナーの補給制御を行う場合には、トナー濃度を細かく調整することが可能である。しかし、この場合には、画像の印字率Ｐに拘らずトナー補給量が決定され、また、検知結果Ｑが得られてからトナーが補給されるまでにタイムラグが生じる。このため、例えば、トナー濃度検知センサ１３における検知時に必要とされたトナー量と、実際に画像形成時に消費されるトナー量とが異なるおそれがある。かかる場合には、検知結果Ｑに基づくトナー補給制御を行うことにより、却って、トナー濃度にバラツキが生じるおそれもある。

そこで、印字率ＰがＡ以上であり、且つ、現像装置２１内のトナー濃度が下限値Ｂ以上上限値Ｃ以下（Ｂ≦Ｑ≦Ｃ）の所定範囲内であれば、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行うこととする。かかる所定範囲内であれば、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行っても、すぐにはトナー消費量とトナー供給量のバランスが大きく崩れることはなく、所定時間内であれば、検知結果Ｑを所定範囲内に維持することができる。また、検知結果Ｑに基づく上記不具合も回避することができる。

さらに、印字率ＰがＰ≧Ａであっても、検知結果ＱがＢ未満（Ｑ＜Ｂ）である場合には、トナー濃度が低いため、上記の通り、例えば、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行ってもトナー濃度が減少を続ける等、トナー濃度のバラツキが発生するおそれがある。また、印字率ＰがＰ≧Ａであっても、検知結果ＱがＣより大きい（Ｃ＜Ｑ）場合には、トナー濃度が高いため、例えば、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行ってもトナー濃度が増加を続ける等、トナー濃度のバラツキが発生するおそれがある。

このため、上記Ｑ＜Ｂ又はＣ＜Ｑ（所定範囲Ｂ≦Ｑ≦Ｃ外である）場合には、検知結果Ｑに基づきトナー補給制御を行う。かかる制御を行うことによって、検知結果ＱがＢ≦Ｑ≦Ｃから逸脱しても、速やかに当該範囲内に戻すことができる。そして、検知結果ＱがＢ≦Ｑ≦Ｃとなれば、再び、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行う。

さらに、印字率Ｐが所定値Ａ未満（Ｐ＜Ａ）の場合には、上記の通り、印字率Ｐに基づくトナー補給制御が困難であるため、検知結果Ｑに基づきトナー補給制御を行う。

上記の通り、印字率Ｐと、検知結果Ｑとを組み合わせて判定を行い、印字率Ｐに基づくトナー補給制御と、検知結果Ｑに基づくトナー補給制御とを、選択的に実行することによって、例えば、印字率Ｐが小さくても、現像装置２１内のトナー濃度が低ければトナーを補給し、一方、トナー濃度が高ければ、印字率Ｐが大きくてもトナーの補給を抑えるといったように、現像装置２１内に、より過不足なく適切にトナーを補給することが可能となる。従って、現像装置２１内のトナー量を従来よりも一層、一定にすることができ、画像かぶりや画像ムラを抑制することができる。

なお、印字率Ｐが同一であっても、実際のトナー消費量は用紙サイズによって異なるため、ここでは、印字率Ｐを、Ａ４サイズを基準とする印字率に換算することとする。これにより、用紙サイズに拘らず、画一的に印字率Ｐとトナー補給量との関連付けが可能となる。しかし、印字率Ｐは、これに限定されるものではなく、例えば、他の用紙サイズを基準とする印字率に換算することもできる。

また、印字率Ｐによるトナー補給制御の閾値となる所定値Ａは、トナー成分、印刷媒体や、装置構成等によって、適宜設定することができ、特に限定されない。検知結果Ｑに係る所定範囲Ｂ≦Ｑ≦Ｃも、トナー成分、印刷媒体や、装置構成等によって、適宜設定することができ、特に限定されない。しかし、かかる所定範囲は、例えば、所定の基準値Ｑｓに対して±１％以内とすることによって、より精度良くトナーの補給制御を行うことができ、現像装置２１内のトナー濃度のバラツキを、より抑制することが可能となる。

検知結果Ｑは、例えば、所定時間Ｄ以上、Ｂ≦Ｑ≦Ｃであれば、印字率Ｐに基づくトナー補給制御を行うこととすることができる。これにより、過度に頻繁に制御を切り替えることによる構成の複雑化、装置の負担や作業の煩雑化を抑制し、誤検知の危険性も回避することができる。かかる所定時間Ｄは、トナー成分、印刷媒体、装置構成や、印字率Ｐに基づく制御を効果的に利用するのに必要な時間といった観点から、適宜設定することができ、特に限定されない。

図５は、本発明の画像形成装置のトナーの補給制御動作の一例を示すフローチャートである。図４を参照しながら、図５のステップに従い、トナーの補給制御の設定手順について説明する。

先ず、ユーザにより画像形成が開始されると、画像入力部３０により原稿画像の入力を行い画像信号に変換する（ステップＳ１）。この画像信号はＡＤ変換部３１においてデジタル信号に変換された後（ステップＳ２）、画像メモリ６０に出力される。

次に、デジタル信号に基づき画像の印字率Ｐが算出され（ステップＳ３）、トナー濃度検知センサ１３によって透磁率が検知され（ステップＳ４）、出力値が制御部３３に送信され、トナー濃度としての検知結果Ｑが算出される（ステップＳ５）。

次に、算出された印字率ＰがＰ≧Ａであるか否かが判断される（ステップＳ６）。Ｐ≧Ａである場合は、検知結果Ｑが所定時間Ｄ以上の間、Ｂ≦Ｑ≦Ｃであるか否かが判断される（ステップＳ７）。そして、検知結果ＱがＢ≦Ｑ≦Ｃの場合には、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行う（ステップＳ８）。

これに対し、ステップＳ６において印字率ＰがＰ＜Ａの場合、若しくは、ステップＳ７において検知結果Ｑ＜Ｂ、又はＣ＜Ｑの場合には、検知結果Ｑに基づきトナー補給制御を行う（ステップＳ９）。その後、それぞれステップＳ８、ステップＳ９のトナー補給制御を用いて画像形成が開始され、印字終了か否かが判断される（ステップＳ１０）。印字終了であれば、このまま終了する。印字動作を継続して印刷する場合には、ステップＳ１に戻り、次の画像の入力が行われる。

なお、本制御例では、形成される画像１枚毎に上記ステップＳ１〜ステップＳ１０までのトナー補給制御が実施されるため、連続印刷する場合には、所定の枚数が終了するまで、上記ステップＳ１〜ステップＳ１０が繰り返される。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、ここでは画像入力部３０で入力され、ＡＤ変換部３１でデジタル変換された書き込み用の画像信号に基づいて印字率Ｐを算出することとしたが、例えば、複写機等の場合には、画像読取部で読み取られ、ＡＤ変換部３１でデジタル変換された書き込み用の画像信号に基づいて印字率Ｐを算出することができ、かかる場合には、印字率Ｐを算出するために原稿をプレスキャンする構成としても良い。

本発明および従来の画像形成装置を用いて連続印刷を行った場合の現像装置２１内のトナー濃度推移について調査した。図６はその結果を示す図であり、連続印刷を行ったときの、印字枚数に対する現像装置内のトナー濃度推移を示すグラクである。なお、図６において、トナー濃度は、検知結果Ｑを示す。

本実施例では、印字率２０％（印字率Ｐ）の画像を繰り返し形成することとした。かかる印字率２０％は、所定値Ａ以上を満たす。従来例として、印字率２０％に基づくトナー補給制御を行い、印字率２０％に対応した一定量のトナーをトナーコンテナ４４から現像装置２１に補給した。

一方、本発明例として、図６に一点鎖線で示すように、検知結果Ｑの下限値を７．２ｗｔ％（下限値Ｂ）、上限値を８．５ｗｔ％（上限値Ｃ）とし、検知結果Ｑが３秒（所定時間Ｄ）以上、７．２ｗｔ％≦Ｑ≦８．５ｗｔ％のとき、印字率２０％に基づくトナー補給制御を行い、検知結果Ｑが７．２ｗｔ％未満（Ｑ＜７．２ｗｔ％）、又は８．５ｗｔ％より大きい（８．５ｗｔ％＜Ｑ）とき、検知結果Ｑに基づくトナー補給制御を行った。なお、本発明例では、上記下限値および上限値は、概ね７．８ｗｔ％の基準値に対して、±１％以内であった。そして、従来例と本発明例とで、現像装置２１内のトナー濃度推移を比較した。

図６から明らかなように、印字率Ｐが所定値Ａより大きい場合には、従来例に示すように、印字率Ｐに基づくトナー補給制御を行うと、経時的に検知結果Ｑが小さくなり、現像装置２１内のトナー濃度（検知結果Ｑ）が減少傾向を示した。そして、印字枚数が１０枚に達したときには、検知結果Ｑが７．２ｗｔ％未満となり、それ以降、検知結果Ｑは全体として減少を続け、７．２ｗｔ％≦Ｑ≦８．５ｗｔ％から大きく逸脱する結果となった。この結果、印字率Ｐに基づきトナー補給制御を行うと、トナー補給量がトナー消費量よりも少なくなり、トナー補給量とトナー消費量とのバランスを一定に保つことが困難であることが示された。

これに対し、本発明例では、検知結果Ｑが７．２ｗｔ％≦Ｑ≦８．５ｗｔ％のときには、印字率Ｐに基づく制御を行い、Ｑ＜７．２ｗｔ％のとき、検知結果Ｑに基づくトナー補給制御を行ったところ、現像装置２１内のトナー濃度の減少を抑制することができた。また、検知結果Ｑが７．２ｗｔ％≦Ｑ≦８．５ｗｔ％から大きく逸脱することはなく、逸脱しても速やかに７．２ｗｔ％≦Ｑ≦８．５ｗｔ％に戻すことができた。この結果、現像装置２１内のトナー濃度のバラツキを、比較例よりも抑制することができ、トナー供給量とトナー消費量とのバランスをより適切に保ち、現像装置２１内のトナー量をより一定にすることができることがわかった。

本実施例では、検知結果Ｑが経時的に減少傾向にあったため、下限値７．２ｗｔ％のみが、検知結果Ｑの判定基準として用いられる結果になったと推察される。しかし、本実施例とは逆に、トナー消費量に対してトナー補給量が多く、検知結果Ｑが経時的に上昇傾向にある場合には、従来例の如く印字率Ｐに基づく補給制御では、トナー濃度が経時的に増加してＣ＜Ｑとなり、Ｂ≦Ｑ≦Ｃを大きく逸脱すると推察される。これに対し、本発明例では、Ｃ＜Ｑとなったとき、検知結果Ｑに基づくトナー補給制御が実行されるため、検知結果ＱがＢ≦Ｑ≦Ｃから逸脱しても、速やかに当該範囲に戻すことが可能と推察される。

本発明は、現像剤担持体と、装置内部の現像剤を軸方向に攪拌搬送して前記現像剤担持体にトナーを供給する攪拌搬送部とを有し、前記現像剤担持体により像担持体上にトナーを付着させて静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、該現像装置に現像剤を補給する現像剤補給装置と、を含み、前記像担持体上に形成された可視像を記録媒体上に記録する画像形成部を備えた画像形成装置において、前記現像装置内の現像剤量又は現像剤中のトナー濃度を検知する検知手段と、前記画像形成部で形成される画像の印字率が所定値以上であり、且つ前記検知手段の検知結果が所定範囲内であるとき、前記印字率に基づき、前記現像剤補給装置から前記現像装置への現像剤の補給を制御し、前記印字率が所定値未満であるとき、又は前記検知結果が前記所定範囲外であるとき、前記検知結果に基づき、前記現像剤の補給を制御する制御手段と、が設けられたものである。

これにより、トナー消費量に応じて現像装置内に適切に現像剤を補給することができ、現像装置内のトナー量を、従来より一層、一定に保つことができ、画像のかぶりやムラを抑制することが可能となる。

また、現像剤として、磁性キャリアを含む２成分系現像剤を用い、２成分系現像剤の透磁率を検知することによって、より精度良く現像剤中のトナー濃度を検知することができ、現像装置内のトナー量を、より一定に保つことができる。さらに、上記所定範囲を、所定基準値に対し±１％とすることによって、現像装置内のトナー量を、より一層、一定にすることができる。

は、本発明に係る画像形成装置例の全体構成を示す概略図である。 は、本発明に係る現像装置の一例を示す概略平面図である。 は、本発明に係る現像装置の一例を示す側面断面図（図２のＡＡ’断面矢視図）である。 は、本発明に係る画像形成装置の構成の一例を示すブロック図である。 は、本発明に係る画像形成装置におけるトナー補給制御手順の一例を示すフローチャートである。 は、連続印刷を行ったときの、印字枚数に対する現像装置内のトナー濃度推移を示すグラフである。

符号の説明

５ ケーシング（筐体）
７ 第１攪拌スクリュー（攪拌搬送部）
８ 第２攪拌スクリュー（攪拌搬送部）
１１ 現像ローラ（現像剤担持体）
１２ 規制ブレード
１３ トナー濃度検知センサ（検知手段）
１７ トナー補給口
２１ 現像装置
３０ 画像入力部
３１ ＡＤ変換部
３２ 画像形成部
３３ 制御部（制御手段）
４１ 感光体ドラム（像担持体）
４４ トナーコンテナ（現像剤補給装置）
１００ 画像形成装置

Claims (3)

1. 現像剤担持体と、装置内部の現像剤を軸方向に攪拌搬送して前記現像剤担持体にトナーを供給する攪拌搬送部とを有し、前記現像剤担持体により像担持体上にトナーを付着させて静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、
   該現像装置に現像剤を補給する現像剤補給装置と、を含み、前記像担持体上に形成された可視像を記録媒体上に記録する画像形成部を備えた画像形成装置において、
   前記現像装置内の現像剤量又は現像剤中のトナー濃度を検知する検知手段と、
   前記画像形成部で形成される画像の印字率が所定値以上であり、且つ前記検知手段の検知結果が所定範囲内であるとき、前記印字率に基づき、前記現像剤補給装置から前記現像装置への現像剤の補給を制御し、
   前記印字率が所定値未満であるとき、又は前記検知結果が前記所定範囲外であるとき、前記検知結果に基づき、前記現像剤の補給を制御する制御手段と、
   が設けられたことを特徴とする画像形成装置。
2. 現像剤として、磁性キャリアとトナーとを含む２成分系現像剤を用い、前記検知手段が、前記２成分系現像剤の透磁率を検知する透磁率センサであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記所定範囲は、所定基準値に対し±１％であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。

Images