JP2010008762A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置において、トナー及びキャリアを収容する容器内に適切な量のトナーを補給可能とする。
【解決手段】容器内部においてキャリア及びトナーを搬送することにより攪拌すると共に上記トナーを画像データに基づく静電潜像が形成された感光体に供給する現像装置を備える画像形成装置であって、上記容器内部のトナー濃度を検出する濃度センサ４４と、上記濃度センサ４４の出力値が予め定められた範囲内である場合には、上記画像データから算出されるトナー消費量に基づく量の上記トナーを上記容器４１に補給すると共に、上記濃度センサ４４の出力値が上記範囲内でない場合には、上記濃度センサ４４の出力値に基づく量の上記トナーを上記容器４１に補給するトナー補給手段４，４３とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

複写機等の画像形成装置は、静電潜像が形成された感光体にトナーを供給することによって上記静電潜像の現像を行う現像装置と、当該現像器に補給するためのトナーを収容するコンテナを備えている。

このような画像形成装置においては、現像装置から感光体にトナーが供給されることによって現像装置が備える現像器（容器）内部のトナーが消費されるため、所定のタイミングにてコンテナから現像器にトナーを補給している。

ところで、現像器内部におけるトナーの濃度は一定であることが好ましく、例えば、特許文献１には、静電潜像（画像）の面積率に応じてトナーの補給量を調節することによって、現像器内部におけるトナーの濃度を安定させる方法が提案されている。
特開平８−２２７２１３号公報

しかしながら、実際には、環境等により、感光体の単位面積あたりに付着するトナーの量が変化する。つまり、同じ面積率の静電潜像を感光体に形成した場合であっても、消費されるトナー量が環境等により変化する。また、現像器に供給されるトナーの単位量も環境等により変化する場合がある。
このため、静電潜像（画像）の面積率のみによってトナーの補給量を調節すると、現像器内部におけるトナー濃度が要求されるトナー濃度の範囲を超えてしまう場合がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、画像形成装置において、トナー及びキャリアを収容する容器内に適切な量のトナーを補給可能と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、容器内部においてキャリア及びトナーを搬送することにより攪拌すると共に上記トナーを画像データに基づく静電潜像が形成された感光体に供給する現像装置を備える画像形成装置であって、上記容器内部のトナー濃度を検出する濃度センサと、上記濃度センサの出力値が予め定められた範囲内である場合には、上記画像データから算出されるトナー消費量に基づく量の上記トナーを上記容器に補給すると共に、上記濃度センサの出力値が上記範囲内でない場合には、上記濃度センサの出力値に基づく量の上記トナーを上記容器に補給するトナー補給手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、上記画像データから算出される上記トナー消費量が予め定められた閾値を超えない場合には、上記濃度センサの出力値に基づく量の上記トナーを上記容器に補給するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、上記濃度センサの出力値を予め定められた期間で取得し、当該期間における上記出力値が上記範囲内である場合に、上記濃度センサの出力値が予め定められた範囲内であるものと判定するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、上記画像データから算出される上記トナー消費量に基づく量の上記トナーを上記容器に補給する場合に、上記容器内のトナー消費領域に選択的に上記トナーを補給するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、上記画像データから算出される上記トナー消費量を、上記画像データから算出される画像の面積率に基づいて算出するという構成を採用する。

本発明によれば、濃度センサの出力値が予め定められた範囲内である場合には、画像データから算出されるトナー消費量に基づく量のトナーが容器に補給され、上記濃度センサの出力値が上記範囲内でない場合には、濃度センサの出力値に基づく量のトナーが容器に補給される。
つまり、感光体の単位面積あたりにおけるトナーの付着量が変化したり、容器に落下するトナーの単位量が変化することによって、容器内のトナー濃度が範囲から外れた場合には、濃度センサの出力値に基づく量のトナーが容器に補給される。
したがって、本発明によれば、画像形成装置において、トナー及びキャリアを収容する容器内に適切な量のトナーを補給することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る画像形成装置の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、各部材を認識可能な大きさとするために各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、本発明の画像形成装置の一例として、複写機を挙げて説明する。

図１は、本実施形態の複写機Ｓ１（画像形成装置）の機能構成を示すブロック図である。また、図２は、複写機Ｓ１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、複写機Ｓ１は、表示操作部１、画像読取部２、画像記憶部３、画像処理部４、印刷部５及び制御部６を備えている。
なお、本実施形態において、複写機Ｓ１は、トナーと別に、磁性を有する粉末をキャリアとして用いる、いわゆる二成分方式の複写機であるものとする。

表示操作部１は、ユーザと複写機Ｓ１とを関係付けるマンマシンインタフェースとして装置の前面に設置される（図２においては不図示）ものであり、タッチパネル１ａ及び操作キー１ｂを備えている。
タッチパネル１ａは、表示面に抵抗膜方式等の透明な面状押圧センサを設けた表示パネルであり、ユーザに提供する情報の表示を行うと共に、ユーザの操作に基づく操作信号を出力する。
操作キー１ｂは、例えば電源ボタンやコピー開始ボタン等の、タッチパネル１ａに表示される操作ボタン以外の操作キー（ハードウェアキー）であり、ユーザの操作に基づく操作信号を出力する。

画像読取部２は、制御部６から入力される制御指令に基づいて、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）によって自動給紙される原稿あるいはプラテンガラス上に載置された原稿の画像をラインセンサで読み取って原稿画像データに変換するものであり、この原稿画像データを出力するものである。
この画像読取部２は、図２に示すように、複写機Ｓ１の上部を構成するものである。そして、上記表示操作部１は、例えば、画像読取部２の近傍に配置される。

図１に戻り、画像記憶部３は、半導体メモリあるいはハードディスク装置等であり、制御部６から入力される制御指令に基づいて、画像読取部２から入力される上記原稿画像データを記憶すると共に当該原稿画像データを読み出して出力する。

画像処理部４は、制御部６から入力される制御指令に基づいて、画像記憶部３から入力される原稿画像データを印刷形式の画像データに変換して出力するものであり、必要に応じて原稿画像データに各種画像処理を施して印刷形式の画像データに変換する。
また、画像処理部４は、演算処理を行う演算処理装置やプログラムや各種パラメータを記憶する記憶部を備えており、制御部６の制御の下、必要に応じて印刷部５の制御も行う。

印刷部５は、制御部６から入力される制御指令に基づいて用紙カセット７あるいは給紙トレー８（図２参照）から給紙される記録用紙（印刷媒体）に印刷（画像形成）を行うものであり、図２に示すように、複写機Ｓ１の略中央部を構成している。
この印刷部５は、図２に示すように、感光体ドラム（感光体）１０、帯電器２０、レーザスキャニングユニット３０、現像装置４０、クリーニングユニット５０、及び定着器７０を備えている。

感光体ドラム１０は、円柱に形状設定されると共に図２の紙面奥行き方向に延在して配置されており、その周面に静電潜像及び該静電潜像に基づくトナー像が形成されるものである。
帯電器２０は、感光体ドラム１０に対して対向配置されており、感光体ドラム１０の周面を帯電状態とするものである。
レーザスキャニングユニット３０は、感光体ドラム１０の上方に配置されており、印刷形式の画像データに基づいて射出されるレーザ光を感光体ドラム１０の周面において走査するものである。
そして、帯電器２０によって感光体ドラム１０の周面が帯電され、レーザスキャニングユニット３０によって帯電された感光体ドラム１０の周面にレーザ光が走査されることで、感光体ドラム１０の周面に、印刷形式の画像データに基づく静電潜像が形成される。

現像装置４０は、感光体ドラム１０の周面に対してトナーを供給することによって感光体ドラム１０の周面上に静電潜像に基づく画像を現像するものであり、感光体ドラム１０に対向配置される。
この現像装置４０は、現像器４１（容器）と、コンテナ４２と、供給装置４３とを備えている。なお、図３は、現像器４１と供給装置４３とを含む現像装置４０の平面断面図である。

現像器４１は、内部に平行に配置される２本のスパイラルローラ４１ａ，４１ｂを備えている。スパイラルローラ４１ａは、回転軸を中心に巻回されるブレードを備えており、回転駆動されることによって、回転軸方向に現像器４１内部のキャリア及びトナーを搬送するものである。そして、図３に示すように、スパイラルローラ４１ａとスパイラルローラ４１ｂとが反対方向にキャリア及びトナーを搬送するように構成されており、これによって、現像器４１内部にキャリア及びトナーの循環流が形成される。そして、キャリア及びトナーは、上記循環流に乗ることにより、攪拌されて混合される。
また、現像器４１の内部には、円周の半分が感光体ドラム１０側に露出される現像ローラ４１ｃが配置されており、当該現像ローラ４１ｃを介してトナーのみが感光体ドラム１０に供給される。なお、現像ローラ４１ｃに付着したキャリア及び感光体ドラム１０に付着しなかったトナーは、現像ローラ４１ｃの回転に伴って現像器４１の内部に回収される。

コンテナ４２は、現像器４１に補給するトナーを収容するものであり、供給装置４３を介して現像器４１と接続されている。
供給装置４３は、現像器４１の側方と接続されており、接続箇所Ａを介してコンテナ４２内部に収容されたトナーを現像器４１の内部に供給するものである。
また、本実施形態の複写機Ｓ１においては、現像器４１の内部にキャリア及びトナーの搬送経路（循環流）の途中箇所におけるトナーの濃度を測定するための濃度センサ４４が設置されている。この濃度センサ４４は、画像処理部４と電気的に接続されており、当該トナー濃度を示す信号を画像処理部４に入力する。

そして、本実施形態の複写機Ｓ１においては、現像器４１へのトナー補給を図１に示す画像処理部４の制御の下、供給装置４３及び濃度センサ４４を用いて行う。このため、画像処理部４には、トナー補給を行うための各種プログラムや各種データが記憶されており、当該プログラム、データ及び濃度センサ４４から入力されるパラメータ等に基づいて現像器４１へのトナー補給が行われる。
つまり、本実施形態の複写機Ｓ１においては、本発明のトナー補給手段が、画像処理部４及び供給装置４３にて構成されている。
ただし、必ずしもトナー補給の制御を画像処理部４にて行う必要はなく、例えば制御部６にて行っても良い。

図２に戻り、クリーニングユニット５０は、感光体ドラム１０から記録用紙にトナー像が転写された後に、感光体ドラム１０に残存するトナーを除去するものであり、感光体ドラム１０に対向配置される。
定着器７０は、熱及び圧力を加えることによって、トナーを記録用紙に対して定着させるものであり、記録用紙の搬送経路であって、現像装置４０の後流側に配置されている。

そして、このように構成された印刷部５においては、帯電器２０によって感光体ドラム１０の表面が帯電され、この帯電された感光体ドラム１０に対してレーザスキャニングユニット３０にてレーザ光を照射することによって感光体ドラム１０に静電潜像を形成する。その後、当該静電潜像を現像装置４０によって現像し、現像されたトナー像を記録用紙に転写した後、定着器７０にてトナーを記録用紙に定着させることによって印刷が行われる。

図１に戻り、制御部６は、本実施形態の複写機Ｓ１の全体の制御を行うものである。表示操作部１、画像読取部２、画像記憶部３、画像処理部４及び印刷部５と電気的に接続されている。

以上のような構成を有する複写機Ｓ１においては、制御部６の制御の下、ユーザの表示操作部１の操作に基づいて、画像読取部２にセットされた原稿の画像データが読み込まれ、読み込まれた画像データが画像記憶部３に記憶される。画像記憶部３に記憶された画像データは、画像処理部４において印刷形式の画像データに変換され印刷部５に入力する。そして、印刷部５では、画像処理部４から入力された印刷形式の画像データに基づいて印刷用紙への画像形成が行われる。その後、画像が形成された印刷用紙が印刷物として複写機Ｓ１の外部に排出される。

このような本実施形態の複写機Ｓ１にて、現像器４１にトナー２を補給する場合には、図４のフローチャートに示すように、まず、画像処理部４が画像データに基づいて、画像の印字率（すなわち感光体ドラム１０における静電潜像の面積率）及び印字位置（すなわち感光体ドラム１０における静電潜像の形成位置）を取得する（ステップＳ１）。

続いて、画像処理部４は、ステップＳ１にて取得した画像の印字率に基づいて現像器４１へのトナーの補給量を算出する（ステップＳ２）。
すなわち、本実施形態においては、画像データから上記画像の印字率を算出し、さらに当該印字率からトナー消費量を算出し、当該トナー消費量をトナーの補給量とする。

さらに画像処理部４は、ステップＳ１にて取得した印字位置に基づいて現像器４１へのトナーの補給時間を算出する（ステップＳ３）。なお、本実施形態においては、画像処理部４がトナー及びキャリアの現像器４１内部における搬送速度を予め記憶しており、この搬送速度を用いてトナーの補給時間を算出する。

続いて、画像処理部４は、濃度センサ４４の出力値を取得し、その出力値が予め定められた範囲内であるかを判定する（ステップＳ４）。なお、ここで言う、予め定められた範囲とは、現像器４１内のトナー濃度が良好な現像を行うことが可能な範囲であり、例えば現像器４１内のトナーの基準濃度に対して−１重量％〜＋１重量％とすることができる。また、ここで、上記範囲が現像器４１内のトナーの基準濃度に対して−１重量％〜＋１重量％としたのは、図５に示すように、印刷した画像の色差（ΔＥ）がトナー濃度（Ｔ（トナー）／Ｃ（キャリア））が−１重量％〜＋１重量％の場合に５よりも小さくできるためである。

また、画像処理部４は、ステップＳ４において、濃度センサ４４の出力値を予め定められた期間で取得し、当該期間における出力値が上記範囲内である場合に、濃度センサ４４の出力値が予め定められた範囲内であるものと判定する。
これによって、現像器４１内においてトナーが偏っている場合であっても、より正確に濃度センサ４４の出力値を判定することが可能となる。

ステップＳ４において濃度センサ４４の出力値が予め定められた範囲である場合には、続いて画像処理部４は、画像の印字率が予め定められた閾値を超えているかを判定する（ステップＳ５）。なお、ここで言う、予め定められた閾値とは、現像器４１に補給するトナー量を画像データに応じて細かく調節する必要があるほど印字率が高い場合と必要がない程度に印字率が低い場合との間の値であり、例えば印字率２０％とすることができる。ここで、印字率２０％としたのは、図６に示すように、印字率が２０％以上の場合には、１００枚印刷時のトナー濃度変化の最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）の差が１重量％以上となり、現像器４１内のトナーのむらが大きくなるためである。

そして、画像処理部４は、ステップＳ４において濃度センサ４４の出力値が予め定められた範囲を超えている場合、あるいは、ステップＳ５において画像の印字率が予め定められた閾値を超えていない場合には、濃度センサ４４の出力値に基づく量のトナーを現像器４１に補給する（ステップＳ６）。

具体的には、ステップＳ２において算出された補給量が、画像の印字率に基づいて算出された補給量であるため、このステップＳ２において算出された補給量を、濃度センサ４４の出力値に応じて補正し、その補正された補給量に基づいた量のトナーがステップＳ３にて算出されたタイミングで現像器４１に補給される。また、ステップＳ２において算出された補給量を消去し、濃度センサ４４の出力値から補給量を算出し、この算出された補給量に基づいた量のトナーがステップＳ３にて算出されたタイミングで現像器４１に補給されるようにしても良い。

一方、ステップＳ５において画像の印字率が予め定められた閾値を超えた場合には、画像処理部４は、ステップＳ２にて算出した補給量及びステップＳ３にて算出した補給時間にてトナーを現像器４１に補給する。つまり、ステップＳ５において画像の印字率が予め定められた閾値を超えた場合には、印字率に基づく量のトナーを現像器４１に補給する（ステップＳ７）。

なお、ステップＳ６あるいはステップＳ７が終了すると、画像処理部４は、再びステップＳ１に戻る。

以上のような本実施形態の複写機Ｓ１によれば、濃度センサ４４の出力値が予め定められた範囲内である場合には、画像データから算出される印字率に基づく量のトナーが現像器４１に補給され、濃度センサ４４の出力値が上記範囲内でない場合には、濃度センサ４４の出力値に基づく量のトナーが現像器４１に補給されて、現像器４１内のトナー濃度が範囲内とされる。
つまり、感光体ドラム１０の単位面積あたりにおけるトナーの付着量が変化したり、現像器４１の外部に落下するトナーによって、現像器４１内のトナー濃度が範囲から外れた場合には、濃度センサ４４の出力値に基づく量のトナーが現像器４１に補給されて、現像器４１内のトナー濃度が範囲内とされる。
このように本実施形態の複写機Ｓ１によれば、トナー及びキャリアを収容する現像器４１内に適切な量のトナーを補給することが可能となる。

また、本実施形態の複写機Ｓ１においては、印字率が予め定められた閾値を超えない場合には、濃度センサ４４の出力値に基づく量のトナーを現像器４１に補給するという構成を採用した。
つまり、現像器４１に補給するトナー量を画像データに応じて細かく調節する必要がない程度に印字率が低い場合には、濃度センサ４４の出力値に基づくことによって、供給装置４３を細かく制御する必要をなくすことができる。

また、本実施形態の複写機Ｓ１においては、ステップＳ４において、濃度センサ４４の出力値を予め定められた期間で取得し、当該期間における出力値が上記範囲内である場合に、濃度センサ４４の出力値が予め定められた範囲内であるものと判定するという構成を採用した。
これによって、現像器４１内においてトナーが偏っている場合であっても、より正確に濃度センサ４４の出力値を判定することが可能となる。

また、本実施形態の複写機Ｓ１においては、ステップＳ３にて算出された補給時間にてトナーを現像器４１に補給することによって、現像器４１内におけるトナー消費領域に選択的にトナーが補給されるという構成を採用した。
したがって、現像器４１内のトナー濃度を均一化することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳説したが、具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において設計変更等が可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の画像形成装置の一例として複写機を挙げて説明した。
しかしながら、画像形成装置がファクシミリや複合機等であっても良い。
また、色ごとの感光体ドラム１０を備える、いわゆるタンデム方式の複写機に本発明を適用することもできる。

また、本発明の画像形成装置は、感光体ドラムに現像されたトナー像を一旦中間転写体に転写し、当該中間転写体から記録用紙にトナー像を転写する複写機に適用することもできる。

また、上記実施形態においては、ステップＳ５（印字率が閾値を超えているか否かの判定）を省略することも可能である。
また、上記実施形態においては、ステップＳ４において、濃度センサ４４の出力値を一度だけ取得するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、画像データから上記画像の印字率を算出し、さらに当該印字率からトナー消費量を算出した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、画像データから直接トナー消費量を算出しても良い。

本発明の一実施形態の複写機の機能構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態の複写機の概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態の複写機が備える現像器近傍を拡大した模式図である。 本発明の一実施形態の複写機が備える現像器にトナーを補給する場合の動作を説明するためのフローチャートである。 印刷した画像の色差がトナー濃度との関係を示す表である。 印字率とトナー濃度の最大値と最小値との差との関係を示す表である。

符号の説明

Ｓ１……複写機（画像形成装置）、４……画像処理部、１０……感光体ドラム（感光体）、４０……現像装置、４１……現像器（容器）、４２……コンテナ、４３……供給装置、４４……濃度センサ

Claims (5)

1. 容器内部においてキャリア及びトナーを搬送することにより攪拌すると共に前記トナーを画像データに基づく静電潜像が形成された感光体に供給する現像装置を備える画像形成装置であって、
   前記容器内部のトナー濃度を検出する濃度センサと、
   前記濃度センサの出力値が予め定められた範囲内である場合には、前記画像データから算出されるトナー消費量に基づく量の前記トナーを前記容器に補給すると共に、前記濃度センサの出力値が前記範囲内でない場合には、前記濃度センサの出力値に基づく量の前記トナーを前記容器に補給するトナー補給手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー補給手段は、前記画像データから算出される前記トナー消費量が予め定められた閾値を超えない場合には、前記濃度センサの出力値に基づく量の前記トナーを前記容器に補給することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナー補給手段は、前記濃度センサの出力値を予め定められた期間で取得し、当該期間における前記出力値が前記範囲内である場合に、前記濃度センサの出力値が予め定められた範囲内であるものと判定する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。
4. 前記トナー補給手段は、前記画像データから算出される前記トナー消費量に基づく量の前記トナーを前記容器に補給する場合に、前記容器内のトナー消費領域に選択的に前記トナーを補給することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記トナー補給手段は、前記画像データから算出される前記トナー消費量を、前記画像データから算出される画像の面積率に基づいて算出することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の画像形成装置。
   
   

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