JP2009300832A

JP2009300832A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2009300832A
Application number: JP2008156465A
Authority: JP
Inventors: Naoteru Kumura; 直輝九村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】画像の種類により像担持体の主走査方向においてトナー消費量が偏る場合でも、トナー補給不足による部分的な画像濃度の低下を防止する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。
【解決手段】像担持体１に画像情報信号に応じた静電潜像をトナー１９を用いて可視画像を形成する画像形成装置において、画像情報信号を主走査方向に複数分割した領域ごとにカウントするビデオカウント手段８７で算出されたカウント値からトナー消費量を予測するトナー消費量予測手段６７と、前記トナー消費量予測手段６７により動作させるトナー制御手段とを有し、前記トナー消費量予測手段６７により、ある前記領域でトナー１９が消費されることが予測された場合に、前記トナー制御手段を動作させ、トナーが消費された前記領域にトナー１９が均一になるように供給する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等によって像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視画像を形成する複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では、入力された画像データに応じて半導体レーザを駆動し、その画像データに応じて感光体上に形成された静電潜像をトナーで現像する。そして、現像されたトナー像を記録媒体上に転写して、記録媒体上に形成されたトナー画像を定着装置で定着して出力画像として排出している。

このトナーの残量検知は、例えば次のように行われている。

トナーを収納する現像器には、使用するトナーが、トナーのみを使う１成分のトナーを使用するか、トナーとキャリアを混合して使う２成分のトナーを使用するかにかかわらず、現像器内、もしくは現像器自身にトナーバッファが付属しているものがある。通常そのトナーバッファ内には、反射型もしくは感圧型のトナー残量検知手段が具備されており、現像器もしくはバッファ内のトナーが所定レベルの高さにあるか否かを検出してトナーが所定量あるか否かを検知している。トナーの残量がない（所定量未満である）と検知されたときには、現像器（もしくはバッファ）にトナーを補給する。

トナー消費量の算出方法としては、例えば、特許文献１、２などにより提案されている。
特開２００４−１６３５５３号公報特開２００７−０５２２９７号公報

しかしながら、感光体の軸方向である、主走査方向に偏った画像データのジョブが大量に送られた場合には、現像器内のトナーが偏って消費されてしまい、そのため現像器もしくはバッファ内のトナーの高さも偏ってしまう。また、トナーの高さが所定のレベルの高さにあるか否かを検出してトナーが所定量あるか否かを検知する手法が今までのトナー残量検知であった。その結果、トナーが偏って消費された場合には、実際にトナーが消費されているにも拘らず、トナー総残量はトナーの高さで検知されてしまうため残量ありと判断されてトナー補給が行われず、トナーが消費された部分にはトナーの補給がされない状態に陥る。この状態が続けば、画像データがあった部分だけ現像器内のトナーが無くなってしまうため、画像の白抜け・濃度ムラが発生するという問題があった。

本発明は以上の課題に鑑みなされたもので、画像の種類により像担持体の主走査方向においてトナー消費量が偏る場合でも、トナー補給不足による部分的な画像濃度の低下を防止する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。

本発明は、上述の目的を達成するため、以下（１）〜（３）の構成を備えるものである。

（１）像担持体に画像情報信号に応じた静電潜像を形成し、前記静電潜像をトナーを用いて現像し可視画像を形成する現像装置を有した画像形成装置において、画像情報信号を主走査方向に複数分割した領域ごとにカウントするビデオカウント手段と、前記ビデオカウント手段で算出されたカウント値からトナー消費量を予測するトナー消費量予測手段と、前記トナー消費量予測手段の予測に基づいて動作するトナー制御手段とを有し、前記トナー消費量予測手段により、ある前記領域においてトナーが消費されることが予測された場合に、前記トナー制御手段を動作させ、トナーの供給が主走査方向で均一になるように、トナーが消費された前記領域にトナーを供給する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。

（２）前記トナー制御手段は、前記トナー消費量予測手段の消費予測に基づいて、トナー攪拌の制御を行うことを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（３）前記トナー制御手段は、前記トナー消費量予測手段の消費予測に基づいて、複数のトナー補給口より、トナーが消費された前記領域に近い補給口を選択し補給する制御を行うことを特徴とする前記（１）または（２）記載の画像形成装置。

本発明によれば、画像の種類により像担持体の主走査方向においてトナー消費量が偏る場合であっても、トナー補給不足による部分的な画像濃度の低下を防止することができる画像形成装置を提供することが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明に係る画像形成装置を図面に則して説明する。

図１は本実施形態に係る複写機の概略構成図である。この複写機は、原稿読み取り用のスキャナー部１２と、このスキャナー部１２から出力されるデジタル信号を電気的に処理する画像処理部１３と、該画像処理部から出力されるデジタル信号に基づいて画像を転写用紙上に形成するプリンタ部１４からなっている。

上記スキャナー部１２においては、原稿載置台上に置かれた原稿３１の画像は、図示を省略した照射ランプ、ミラー、レンズを介して画像読取装置（図示省略）によって読み取られ、その画像データが画像処理部１３に送られる。上記画像処理部１３においては、この読み取られた画像データに対して必要な処理を施した画像情報信号に変換して、プリンタ部１４へ送られる。

上記プリンタ部１４においては、図中矢印Ｂ方向に回転駆動される潜像担持体としての感光体ドラム１が、帯電器２によって表面が一様に帯電されている。そして、感光体ドラム１表面には、画像処理部１３から送られてきた画像情報信号に基づいて、半導体レーザ、ポリゴンミラー、反射ミラー等からなる露光装置３により、原稿３１の画像に対応した静電潜像が形成される。この感光体ドラム１上の静電潜像は、可視画像を形成するために現像装置４との対向部で、現像装置４の現像剤担持体としての現像スリーブ１７から供給される現像剤（トナー）により現像されて顕像（トナー像）となる。ここで、可視画像を形成する現像装置４については、後に詳述する。

そして、感光体ドラム１に形成された顕像は、給紙段５からレジストローラ６でタイミングをとられてベルト状の搬送装置７上に載置され搬送されてきた記録媒体（図示せず）としての転写用紙４８の対向面に、転写装置８によってトナー像が転写される。トナー像が転写された転写用紙４８は搬送装置７により搬送され、定着装置９を通る際にトナー像が定着されて排紙トレイ１０に排出される。ここで、顕像転写後の感光体ドラム１上に残留した未転写トナーは、クリーニング装置１１によって感光体ドラム１上からクリーニングされ、クリーニング装置内に回収される。そして、クリーニング後の感光体ドラム１表面は、除電ランプ（図示せず）によって残留電荷が除電される。

図２は、本実施形態の複写機において、可視画像を形成する現像装置の概略構成を示した部分断面図である。この現像装置には感光体ドラム１の側方に配設され、感光体ドラム１に向けて開口部が形成されたケーシング１６があり、ケーシング１６の該開口部からは現像スリーブ１７であるマグネットローラの一部が露出している。また、トナー１９をローラ表面に担持する現像スリーブ１７後方には、トナー攪拌スクリュ２０があり、トナーを補給するトナー収容部としてのトナーホッパー１８などを備えた構成となっている。

図３（ａ）は本実施形態の複写機の制御機能を示す構成図である。現像領域の主走査方向（感光体ドラムの軸方向であり、現像スリーブ幅方向）におけるトナー消費量の偏りからくる現像スリーブ幅方向でのトナー量の不均一によって発生する、主走査方向の画像濃度ムラを防止するためのトナー制御手段を備えている。

そのトナー制御手段では、画像形成装置に複数のビデオカウンタ８７が設けられており、ＣＰＵ６７とともにビデオカウント方式のトナー消費量の演算を行うトナー消費量予測手段を構成している。このトナー消費量予測手段は、主走査方向に分割された領域における各画像信号について、ビデオカウンタ８７で画素ごとにその出力レベルを積算し、次に画素ごとの画像信号の濃度レベルを積算する。これら分割された領域の積算値から、各々の領域における現像装置４のトナー消費量を予測演算するものである。

図３（ａ）に示されている画像信号処理回路３４の出力信号のレベルが画素ごとにカウントされパルス幅変調回路３５へ出力される。

パルス幅変調回路３５は入力される画素画像信号ごとに、そのレベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスを形成して出力する。すなわち図３（ｂ）の（１）に示すように、高濃度の画素画像信号にたいしてはより幅の広い駆動パルスＷを、低濃度の画素画像信号に対してはより幅の狭い駆動パルスＳを、中濃度の画素画像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩをそれぞれ形成する。

また、レーザ光照射により感光体ドラム上に形成される静電潜像は図３（ｂ）の（４）に示すように、駆動パルス幅に対応した低濃度のＬ、中濃度のＭ、高濃度のＨが各々形成される。

まず、パルス幅変調回路３５の出力信号がＡＮＤゲート６４の一方の入力に供給され、このＡＮＤゲート６４の他方の入力にはクロックパルス発振器６５からのクロックパルス（図３（ｂ）の（２）に示すパルス）が供給される。従って、ＡＮＤゲート６４からは図３（ｂ）の（３）に示すようにレーザ駆動パルスＳ、Ｉ、Ｗの各々のパルス幅に対応した数のクロックパルス即ち、各画素の濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。このクロックパルス数は各画素ごとにビデオカウンタ８７によって積算され、ビデオカウント数Ｃ１が算出される。例えば、Ａ４用紙１枚の最大ビデオカウント数は、４００ｄｐｉ、２５６階調で３８８４×１０^６である。

そして、このビデオカウンタ８７から出力される各画素ごとのパルス積算信号Ｃ１（ビデオカウント数）は、スキャンされた原稿３１のトナー像を転写用紙４８上に１つ形成するために現像装置４で消費されるトナー量に対応している。そこで、このビデオカウント数をＣＰＵ６７に供給し、ＣＰＵ６７が有しているビデオカウント数とトナー補給時間との対応関係を示す換算テーブルから、現像装置４に対し適切なトナー補給を行い、所望の現像剤濃度制御が行えることになる。

図４は、上述した複写機の制御装置の概略を示すブロック図である。画像処理部１３、潜像形成のための駆動部８０、現像のための駆動部８１、感光体ドラム１の駆動部８２、などが、メイン制御装置８３に接続されている。このメイン制御装置８３は、ＣＰＵ６７、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８５、読み出し及び書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）８６などで構成されている。

読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８５には、後述する現像領域の幅方向（主走査方向）におけるトナー消費量の偏りがある場合、画像濃度の低下を防止するためのトナー制御手段を制御するプログラムが書き込まれている。また、このメイン制御装置においては、上記メモリ８５から読み出した制御用のプログラムに従い、上記画像処理部１３から入力される画像情報信号に応じて、各種駆動部の作動時期を含む各種認識及び判断を行っている。そして、このメイン制御装置から各部へ動作指令を出力し、所定の動作を行わせる制御機能を有している。

図３（ａ）で示すように現像装置内にトナー攪拌スクリュ２０がある場合は、トナーが偏って消費されることが予測された時、通常のトナー攪拌タイミングによらず、上記トナー攪拌スクリュ２０を動作させることによって、現像装置内のトナーの偏りを是正する。ただし、トナーの攪拌は、トナー品質の低下を引き起こすので、通常のトナー攪拌は行わない。

図５は、この複写機の演算装置で主走査方向のトナーの消費予測を行い、トナーの偏りが予測された場合のトナー制御手段によるトナー攪拌の制御を示すフローチャートである。

この演算装置は、主走査方向に複数分割された領域における各画像信号について、ビデオカウンタ８７で画素ごとにその出力レベルを積算し、次に画素ごとの画像信号の濃度レベルを積算する。これらの複数分割された領域ごとの積算値から、各々の領域における現像装置４のトナー消費量を予測演算するものである。そして、この予測演算の結果に基づき、トナー制御手段によるトナー攪拌を制御することによって、現像領域の長手方向におけるトナー消費量の差により発生する画像濃度ムラを防止し、高品質の画像を安定して供給できるようにしている。

＜トナー攪拌シーケンンス＞
次に、現像領域の長手方向におけるトナー消費量の差により発生する画像濃度ムラを防止するためのトナー攪拌シーケンンスを図５により説明する。

＜Ｓ１１＞
「Ｊｏｂ開始」
プリントジョブを転送して、ジョブをスタートさせる。

＜Ｓ１２＞
「領域ごとにビデオカウント」
感光体ドラム１の主走査方向に対しＮ分割した領域の画像データのビデオカウントを行う。

＜Ｓ１３＞
「Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ算出」
各ビデオカウント値Ｖ１〜Ｖｎの一番大きい値をＶｍａｘとし、一番小さい値をＶｍｉｎと設定する。

＜Ｓ１４＞
「Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ＝Ｖｄｅｌｔａ」
ＶｍａｘとＶｍｉｎの差Ｖｄｅｌｔａを算出する。

＜Ｓ１５＞
「Ｖｄｅｌｔａ＞Ｖｔｈ？」
算出したＶｄｅｌｔａの値が予め定めたビデオカウント閾値Ｖｔｈより大きいか否かを判断する。
Ｎｏ：Ｖｄｅｌｔａが予め定めたビデオカウント閾値Ｖｔｈより小さい場合は、（Ｓ１２）へ戻って通常のコピー動作をする。
Ｙｅｓ：Ｖｄｅｌｔａが予め定めたビデオカウント閾値Ｖｔｈより大きい場合は、（Ｓ１６）へ進む。

＜Ｓ１６＞
「トナー攪拌」
現像装置内のトナー攪拌スクリュ２０を回転させ、トナーを主走査方向に攪拌し、現像装置４内のトナーの分布が一様になるように攪拌する。これによって、現像装置４内のトナーの偏りを是正する。

例えば、ビデオカウント値は、Ａ４用紙、１枚の最大値が３８８４×１０^６なので、四分割した各領域の最大値は、９７１×１０^６である。現像器の容量が３００ｇの時、その四分割した容量は７５ｇとなる。各領域のトナー消費量の差が各容量の４分の３を超えると、トナー補給が不安定となる。よって、トナー消費量の偏りが７５ｇの４分の３つまり５６．２５ｇ、ビデオカウント値の差が４３６９５０×１０^６を超える時、トナー攪拌スクリュ２０を動作させることによって、現像装置内のトナーの偏りを是正する。

最もトナーが少ない領域のトナー量が容積の半分程度に回復すれば安定になるので、約１３ｇ移動させればよいことになる。これは、現像装置のトナー攪拌能力が９０ｇ／６０ｓｅｃとすると、約８ｓｅｃトナー攪拌を行うことでトナー品質の低下を抑えながら、トナーの分布を均一化できる。

なお、トナー攪拌時間は、トナーの流動性等により異なるため上述した例で示した値に限るものではない。

現像装置内にトナー補給口が複数ある場合には、トナーが偏って消費されることが予測された時、通常のトナー攪拌を行うと同時に、トナー消費が多い領域に近い補給口を選択し、その補給口からトナーを補給し、現像装置内のトナーを均一にする方法を以下に示す。

図６は、この複写機でトナーが偏って消費されることが予測された時の、トナー制御手段によるトナー補給制御を示すフローチャートである。

演算装置は、主走査方向に分割された領域における各画像信号について、ビデオカウンタ８７で画素ごとにその出力レベルを積算し、次に画素ごとの画像信号の濃度レベルを積算する。これらの分割された領域ごとの積算値から、その領域における現像装置４のトナー消費量を予測演算するものである。そして、この予測演算の結果に基づいて、トナー制御手段による現像装置内のトナー補給制御を行うことにより、現像領域の長手方向におけるトナー消費量の差により発生する画像濃度ムラを防止し、高品質の画像を安定して供給できるようにしている。

＜トナー補給シーケンス＞
次に、現像領域の長手方向におけるトナー消費量の差により発生する画像濃度ムラを防止するためのトナー補給シーケンスを図６により説明する。

＜Ｓ２１＞
「Ｊｏｂ開始」
プリントジョブを転送して、ジョブをスタートさせる。

＜Ｓ２２＞
「領域ごとにビデオカウント」
感光体ドラム１の主走査方向に対しＮ分割した領域の画像データのビデオカウントを行う。

＜Ｓ２３＞
「Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ算出」
各ビデオカウント値Ｖ１〜Ｖｎの一番大きい値をＶｍａｘとし、一番小さい値をＶｍｉｎと設定する。

＜Ｓ２４＞
「Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ＝Ｖｄｅｌｔａ」
ＶｍａｘとＶｍｉｎの差Ｖｄｅｌｔａを算出する。

＜Ｓ２５＞
「Ｖｄｅｌｔａ＞Ｖｔｈ？」
算出したＶｄｅｌｔａの値が予め定めたビデオカウント閾値Ｖｔｈより大きいか否かを判断する。
Ｎｏ：Ｖｄｅｌｔａが予め定めたビデオカウント閾値Ｖｔｈより小さい場合には、（Ｓ２２）へ戻り通常のコピー動作を行う。
Ｙｅｓ：Ｖｄｅｌｔａが予め定めたビデオカウント閾値Ｖｔｈより大きい場合には、（Ｓ２６）へ進む。

＜Ｓ２６＞
「トナー補給」
現像装置のトナー消費が多い領域に近い補給口を選択し、その補給口からトナーを補給すると同時に、トナー攪拌を行い現像装置内のトナーの分布が均一に成る様にする。これによって、現像装置４内のトナーの偏りを是正する。

例えば、ビデオカウント値の差の閾値は、Ａ４用紙１枚の最大値が３８８４×１０^６なので、四分割した領域の最大値は、９７１×１０^６である。現像器の容量が３００ｇの時、その四分割した容量は７５ｇとなる。

各領域のトナー消費量の差が各容量の３分の４を超えると、トナー補給が不安定となる。よって、トナー消費量の偏りが７５ｇの３分の４つまり５６．２５ｇ、ビデオカウント値の差が４３６９５０×１０^６を超える時、通常のトナー攪拌を行うと同時に、トナー消費が多い領域に近い補給口から、トナーを補給し、現像装置内のトナーを均一にする。また、トナー補給とトナー攪拌を同時に行うことでトナー分布の均一化が速やかに実施できるため、トナーの品質に影響を与えるトナー攪拌を最小限に抑えることができる。

トナーの補給量は、最もトナーが少ない領域のトナー量が容積の半分程度に回復すれば安定になるので、約１３ｇ補給させればよいことになる。これは、現像装置への補給口１つあたりのトナー補給能力が４５ｇ／６０ｓｅｃとすると、約１６ｓｅｃトナー補給を行うことでトナーの分布を均一化できる。その結果、部分的なトナー補給不足による画像濃度の低下を防止する画像形成装置を提供することができる。

なお、トナー補給時間やトナー攪拌時間はトナーの流動性等により異なるため、上述した例で示した値に限るものではない。

実施例１に係る複写機の主要部の説明図実施例１に係る現像装置の概略構成図（ａ）実施例１に係る画像形成装置の構成図、（ｂ）トナー制御手段のタイミングチャート実施例１に係る複写機の制御ブロック図実施例１に係る複写機のトナー攪拌制御を示すフローチャート実施例２に係る複写機のトナーの補給制御を示すフローチャート

符号の説明

１感光体ドラム（像担持体に対応）
２帯電器
３露光装置
４現像装置
５給紙段
６レジストローラ
７搬送装置
８転写装置
９定着装置
１０排紙トレイ
１１クリーニング装置
１２スキャナー部
１３画像処理部
１４プリンタ部
１６ケーシング
１７マグネットローラ（現像スリーブに対応）
１８トナーホッパー
１９トナー
２０トナー攪拌スクリュ
３１原稿
４８転写用紙
６２トナー補給スクリュ
６４ＡＮＤゲート
６５クロックパルス発振器
６７ＣＰＵ（トナー消費量予測手段、トナー制御手段に対応）
８０潜像形成手段駆動部
８１現像手段駆動部
８２感光体ドラム駆動部
８３メイン制御装置
８５ＲＯＭ
８６ＲＡＭ
８７ビデオカウンタ（ビデオカウンタ手段に対応）
Ｃ１パルス積算信号（パルスカウント数に対応）

Claims

像担持体に画像情報信号に応じた静電潜像を形成し、
前記静電潜像をトナーを用いて現像し可視画像を形成する現像装置を有した画像形成装置において、
画像情報信号を主走査方向に複数分割した領域ごとにカウントするビデオカウント手段と、
前記ビデオカウント手段で算出されたカウント値からトナー消費量を予測するトナー消費量予測手段と、
前記トナー消費量予測手段の予測に基づいて動作するトナー制御手段とを有し、
前記トナー消費量予測手段により、ある前記領域においてトナーが消費されることが予測された場合に、
前記トナー制御手段を動作させ、トナーの供給が主走査方向で均一になるように、トナーが消費された前記領域にトナーを供給する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
前記トナー制御手段は、
前記トナー消費量予測手段の消費予測に基づいて、
トナー攪拌の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。
前記トナー制御手段は、
前記トナー消費量予測手段の消費予測に基づいて、
複数のトナー補給口より、トナーが消費された前記領域に近い補給口を選択し補給する制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。