JP2009031413A - 画像形成装置 - Google Patents

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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。
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