JP2010091784A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来に比べて現像剤のトナー濃度を安定化させることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像ユニット7Yの現像剤の循環経路における第2剤収容室14Yに進入する前の現像剤のトナー濃度変動をトナー濃度センサ10Yによって検知した結果に基づいてトナー補給装置の駆動制御パターンを構築した後、トナー濃度センサ10Yによる検知位置を通過した現像剤が第2剤収容室14Yを経て第1剤収容室9Yのトナー補給口17Yとの対向位置に至るタイミングに同期させて、その駆動制御パターンに基づくトナー補給装置の駆動制御を開始する処理を実施するように、制御部を構成した。
【選択図】図5
【解決手段】現像ユニット7Yの現像剤の循環経路における第2剤収容室14Yに進入する前の現像剤のトナー濃度変動をトナー濃度センサ10Yによって検知した結果に基づいてトナー補給装置の駆動制御パターンを構築した後、トナー濃度センサ10Yによる検知位置を通過した現像剤が第2剤収容室14Yを経て第1剤収容室9Yのトナー補給口17Yとの対向位置に至るタイミングに同期させて、その駆動制御パターンに基づくトナー補給装置の駆動制御を開始する処理を実施するように、制御部を構成した。
【選択図】図5
Description
本発明は、所定の循環経路に沿って搬送している現像剤を現像剤担持体の移動する表面に担持して現像に寄与させた後、現像剤担持体の表面から循環経路に戻す構成の現像手段を用いる画像形成装置に関するものである。
この種の現像手段としては、特許文献1に記載の現像装置が知られている。その現像装置を図1に示す。同図において、現像装置900は、トナー及び磁性キャリアを含有する図示しない現像剤をケーシング内で循環搬送するための循環経路や、現像ロール910などを有している。循環経路は、互いに短手方向に並ぶように配設された第1剤収容室901と第2剤収容室903とを具備している。循環経路の一部となっている第1剤収容室901内に収容されている現像剤は、第1搬送スクリュウ902の回転駆動により、室内空間の長手方向に沿って図中矢印Aの向きで搬送される。この第1剤収容室901と、これに隣接している第2剤収容室903とは、長手方向の両端部でそれぞれ連通している。第1搬送スクリュウ902の回転駆動に伴って第1剤収容室901内における図中矢印A方向の端部まで搬送された現像剤は、連通部を通過して第2剤収容室903内に進入する。そして、第2剤収容室903内において、第2搬送スクリュウ904の回転駆動によって矢印A方向とは正反対の矢印B方向に搬送される。その後、第2剤収容室903における矢印B方向の端部まで搬送されると、連通部を通って第1剤収容室901内の矢印A方向の最上流部に進入する。このようにして、現像剤は第1剤収容室901及び第2剤収容室903の中で循環搬送される。
第2剤収容室903の短手方向の側方には、現像ロール910が配設されている。この現像ロール910は、回転駆動する非磁性パイプからなる現像スリーブと、この現像スリーブの内部に回転不能に収容される図示しないマグネットローラとを具備している。そして、マグネットローラの発する磁力により、第2剤収容室903内の現像剤を回転する現像スリーブの表面に担持して、現像スリーブと図示しない感光体とが対向する現像領域に搬送する。その後、スリーブ表面上を現像剤で現像を行った後、スリーブ表面の現像剤を第2剤収容室903内に戻す。この現像剤は現像に寄与したことでトナー濃度を低下させているが、その後、第1剤収容室901に進入すると、トナー補給口915を通じてトナー補給を受けてトナー濃度を回復させる。トナー補給手段として、補給分解能の低い安価なものを用いる場合には、図示のように、トナー補給口915を第1剤収容室901の現像剤搬送方向(矢印A方向)の最上流側に設けることが望ましい。補給によって現像剤内に落とし込んだトナーを、ある程度の距離の現像剤搬送に伴って剤内に拡散させてから、供給領域としての第2剤収容室903に送り込むことができるからである。第1剤収容室901の現像剤搬送方向の下流側端部付近には、トナー濃度センサ916が配設されている。図示しない制御部は、トナー濃度センサ916による検知結果に基づいてトナー補給手段の駆動を制御することで、現像剤のトナー濃度の安定化を図る。
特開2003−280384号公報
しかしながら、従来の画像形成装置においては、次に説明する理由により、第1剤収容室901内でトナー濃度を迅速に安定化させることが困難であった。即ち、トナー補給については、トナー補給口915の配設位置からわかるように、第2剤収容室903内から連通部を経て第1剤収容室901に進入した直後の現像剤を補給対象にしている。これに対し、トナー濃度の検知については、トナー濃度センサ916の配設位置からわかるように、第1剤収容室901の現像剤搬送方向の下流側端部付近において、第2剤収容室903に進入する直前の現像剤を被検対象にしている。たとえその現像剤のトナー濃度が目標値よりもかなり低かったとしても、そのときに、トナー補給口915の付近に位置する現像剤のトナー濃度も同様であるとは限らない。現像にそれほど寄与しなかったことから、目標値に近いトナー濃度であることもある。にもかかわらず、従来の画像形成装置では、トナー濃度検知位置にある現像剤のトナー濃度が目標値よりも低ければ、その濃度差に応じた量のトナーをトナー補給口915の位置にある現像剤に補給していた。すると、トナー補給口915の位置にある、目標値に近いトナー濃度の現像剤に対して多量のトナーを補給してしまうことがある。この逆に、トナー濃度を大きく低下させた現像剤に対して、トナー補給口915の位置で少量のトナーしか補給しないこともある。これらの結果、トナー濃度を安定化させることが困難になるのである。
本発明は以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来に比べてトナー濃度を安定化させることができる画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、トナー及びキャリアを含有する現像剤を所定の循環経路に沿って搬送しながら、該循環経路における現像剤担持体との対向領域である供給領域に存在する現像剤を該現像剤担持体の移動する表面に担持して該現像剤担持体と該潜像担持体との対向領域である現像領域に搬送し、該現像領域で現像剤のトナーを該潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像し、且つ該現像領域で現像に寄与した現像剤を該表面移動に伴って該循環経路の該供給領域に戻す現像手段と、該循環経路内における該供給領域とは異なる領域である非供給領域の所定位置に設けられたトナー補給口を通じて、該非供給領域内にトナーを補給するトナー補給手段と、該非供給領域における該トナー補給口よりも下流側で且つ該供給領域よりも上流側の位置で現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて該トナー補給手段の駆動を制御する制御手段とを備える画像形成装置において、上記循環経路における供給領域進入前の現像剤のトナー濃度変動をトナー濃度検知手段によって検知した結果に基づいて上記トナー補給手段の駆動制御パターンを構築した後、該トナー濃度検知手段による検知位置を通過した現像剤が上記供給領域を経て上記トナー補給口との対向位置に至るタイミングに同期させて、該駆動制御パターンに基づく上記トナー補給手段の駆動制御を開始する処理を実施するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記駆動制御パターンとして、上記供給領域通過後の現像剤にみられるトナー濃度変動のうち、上記供給領域進入前のトナー濃度変動に起因する変動成分の波形とは逆位相の関係になるトナー補給量変動波形でトナーを補給し得るパターンのものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記トナー補給手段の駆動開始から停止までの駆動時間に下限値を設け、上記駆動制御パターンとして、該下限値以上の駆動時間を確保する条件で該トナー補給手段の駆動を入切するものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記トナー補給手段の連続駆動時間が所定値に達した場合には、該トナー補給手段の駆動を一時中断した後、駆動再開時には、上記駆動制御パターンのうち、駆動中断時に対応するパターン箇所を、駆動中断時よりも後の期間に対応するパターン箇所に合成したパターンで該トナー補給手段の駆動を制御するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記トナー補給手段を所定時間だけ駆動する前又は駆動した後に所定時間だけ停止させるパターンを1つの駆動制御単位とし、且つ上記駆動制御パターンとして、該駆動制御単位に従って該トナー補給手段の駆動を入切するものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記駆動制御パターンとして、上記供給領域通過後の現像剤にみられるトナー濃度変動のうち、上記供給領域進入前のトナー濃度変動に起因する変動成分の波形とは逆位相の関係になるトナー補給量変動波形でトナーを補給し得るパターンのものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記トナー補給手段の駆動開始から停止までの駆動時間に下限値を設け、上記駆動制御パターンとして、該下限値以上の駆動時間を確保する条件で該トナー補給手段の駆動を入切するものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記トナー補給手段の連続駆動時間が所定値に達した場合には、該トナー補給手段の駆動を一時中断した後、駆動再開時には、上記駆動制御パターンのうち、駆動中断時に対応するパターン箇所を、駆動中断時よりも後の期間に対応するパターン箇所に合成したパターンで該トナー補給手段の駆動を制御するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記トナー補給手段を所定時間だけ駆動する前又は駆動した後に所定時間だけ停止させるパターンを1つの駆動制御単位とし、且つ上記駆動制御パターンとして、該駆動制御単位に従って該トナー補給手段の駆動を入切するものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
これらの発明では、現像剤を循環搬送するための循環経路内において、現像剤担持体に対する現像剤の供給が行われる供給領域に進入する前の現像剤のトナー濃度変動をトナー濃度検知手段によって検知し、その結果に基づいてトナー補給手段の駆動制御パターンを構築する。この駆動制御パターンに基づくトナー補給手段の駆動制御をすぐに開始すると、トナー濃度検知手段による検知位置を通過した現像剤とは遠く離れた位置関係にあるトナー補給口付近の現像剤に対してトナー補給を行ってしまうことになるが、駆動制御の開始タイミングを遅らせる。具体的には、その開始タイミングについては、トナー濃度検知手段による検知位置を通過した現像剤が循環経路の供給領域を経てトナー補給口との対向位置に至るタイミングに同期させる。これにより、トナー濃度検知手段による検知位置で低トナー濃度であると判断した現像剤に対してトナー補給口の位置でトナーを補給する一方で、トナー濃度検知手段による検知位置で目標値に近いトナー濃度であると判断した現像剤に対しては、トナー補給口の位置でのトナー補給を回避する。このようにして、目標値に近いトナー濃度の現像剤に対するトナー補給を回避するので、従来に比べてトナー濃度を安定化させることができる。
以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真方式のプリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)に適用した一実施形態について説明する。
まず、実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。
図2は、実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。このプリンタは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック(以下、Y、C、M、Kと記す。)用の4つのプロセスユニット1Y,1C,1M,1Kを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のY、C、M、Kのトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。
まず、実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。
図2は、実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。このプリンタは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック(以下、Y、C、M、Kと記す。)用の4つのプロセスユニット1Y,1C,1M,1Kを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のY、C、M、Kのトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。
図3は、Yトナー像を生成するためのプロセスユニット1Yの構成を示す概略図である。また、図4は、プロセスユニット1Yの外観を示す斜視図である。これらの図において、プロセスユニット1Yは、感光体ユニット2Yと現像ユニット7Yとを有している。感光体ユニット2Y及び現像ユニット7Yは、図4に示すように、プロセスユニット1Yとして一体的にプリンタ本体に対して着脱可能に構成されている。ただし、プリンタ本体から取り外した状態では、現像ユニット7Yを図示しない感光体ユニットに対して着脱することができる。
感光体ユニット2Yは、潜像担持体としてのドラム状の感光体3Y、ドラムクリーニング装置4Y、図示しない除電装置、帯電装置5Yなどを有している。帯電手段としての帯電装置5Yは、図示しない駆動手段によって図3中時計回り方向に回転駆動する感光体3Yの表面を帯電ローラ6Yにより一様帯電させる。具体的には、図3において、反時計回りに回転駆動する帯電ローラ6Yに対して図示しない電源から帯電バイアスを印加し、その帯電ローラ6Yを感光体3Yに近接又は接触させることで、感光体3Yを一様帯電させる。なお、帯電ローラ6Yの代わりに、帯電ブラシ等の他の帯電部材を近接又は接触させるものを用いてもよい。また、スコロトロンチャージャのように、チャージャ方式によって感光体3Yを一様帯電させるものを用いてもよい。帯電装置5Yによって一様帯電した感光体3Yの表面は、後述する潜像形成手段としての光書込ユニット20から発せられるレーザー光によって露光走査されてY用の静電潜像を担持する。
図4は、プロセスユニット1Yを示す斜視図である。また、図5は、現像ユニット7Y内を示す分解構成図である。現像手段としての現像ユニット7Yは、図3や図5に示すように、現像剤搬送手段としての第1搬送スクリュウ8Yが配設された第1剤収容室9Yを有している。また、トナー濃度検出手段としての透磁率センサからなるトナー濃度センサ10Y、現像剤搬送手段としての第2搬送スクリュウ11Y、現像剤担持体としての現像ロール12Y、現像剤規制部材としてのドクターブレード13Yなどが配設された第2剤収容室14Yも有している。循環経路を形成しているこれら2つの剤収容室内には、磁性キャリアとマイナス帯電性のYトナーとからなる二成分現像剤である図示しないY現像剤が内包されている。第1搬送スクリュウ8Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動することで、第1剤収容室9Y内のY現像剤を図3中の手前側(図5中矢印Aの方向)へ搬送する。搬送途中のY現像剤は、第1搬送スクリュウ8Yの上方に固定されたトナー濃度センサ10Yによって、第1剤収容室9Yにおけるトナー補給口17Yに対向する箇所(以下「補給位置」という。)よりも現像剤循環方向下流側に位置する所定の検出箇所を通過するY現像剤のトナー濃度が検知される。そして、第1搬送スクリュウ8Yにより第1剤収容室9Yの端部まで搬送されたY現像剤は、連通口18Yを経て第2剤収容室14Y内に進入する。
第2剤収容室14Y内の第2搬送スクリュウ11Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動することで、Y現像剤を図3中奥側(図5中矢印Aの方向)へ搬送する。このようにしてY現像剤を搬送する第2搬送スクリュウ11Yの図2中上方には、現像ロール12Yが第2搬送スクリュウ11Yと平行な姿勢で配設されている。この現像ロール12Yは、図3中反時計回り方向に回転駆動する非磁性スリーブからなる現像スリーブ15Y内に固定配置されたマグネットローラ16Yを内包した構成となっている。第2搬送スクリュウ11Yによって搬送されるY現像剤の一部は、マグネットローラ16Yの発する磁力によって現像スリーブ15Yの表面に汲み上げられる。そして、現像スリーブ15Yの表面と所定の間隙を保持するように配設されたドクターブレード13Yによってその層厚が規制された後、感光体3Yと対向する現像領域まで搬送され、感光体3Y上のY用の静電潜像にYトナーを付着させる。この付着により、感光体3Y上にYトナー像が形成される。現像によってYトナーを消費したY現像剤は、現像スリーブ15Yの回転に伴って第2搬送スクリュウ11Y上に戻される。そして、第2搬送スクリュウ11Yにより第2剤収容室14Yの端部まで搬送されたY現像剤は、連通口19Yを経て第1剤収容室9Y内に戻る。このようにして、Y現像剤は現像ユニット内を循環搬送される。
図6は、本プリンタの電気回路の一部を示すブロック図である。トナー濃度センサ10YによるY現像剤のトナー濃度の検出結果は、電気信号として図示しない制御部100に送られる。この制御部100は、演算手段たるCPU(Central Processing Unit)、データ記憶手段であるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等から構成され、各種の演算処理や、制御プログラムの実行を行うことができる。制御部100は、RAMの中にトナー濃度センサ10Yからの出力電圧の目標値であるY用Vtrefや、他の現像ユニット7C,7M,7Kに搭載された各トナー濃度センサ10C,10M,10Kからの出力電圧の目標値であるC用Vtref、M用Vtref、K用Vtrefのデータを格納している。Y用の現像ユニット7Yについては、トナー濃度センサ10Yからの出力電圧の値とY用Vtrefを比較し、比較結果に応じた量のYトナーをトナー補給口17Yから供給するように、Y用のトナー補給装置70の駆動源71Yを制御する。この制御により、現像に伴うYトナーの消費によってYトナー濃度が低下したY現像剤に対し、第1剤収容室9Yで適量のYトナーが供給される。このため、第2剤収容室14Y内のY現像剤のトナー濃度は目標トナー濃度範囲内に維持される。他色用の現像ユニット7C,7M,7K内における現像剤についても同様である。なお、本実施形態におけるトナー補給制御は、トナー濃度ムラを打ち消すように行うものであるが、その詳細については後述する。
先に示した図2において、感光体3Y上に形成されたYトナー像は、中間転写体である中間転写ベルト41に中間転写される。感光体ユニット2Yのドラムクリーニング装置4Yは、中間転写工程を経た後の感光体3Yの表面に残留したトナーを除去する。これによってクリーニング処理が施された感光体3Yの表面は、図示しない除電装置によって除電される。この除電により、感光体3Yの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。他色用のプロセスユニット1C,1M,1Kにおいても、同様にして感光体3C,3M,3K上にCトナー像、Mトナー像、Kトナー像が形成されて、中間転写ベルト41上に中間転写される。
プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kの図1中下方には、光書込ユニット20が配設されている。光書込ユニット20は、画像情報に基づいて発したレーザー光Lを、各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kの感光体3Y,3C,3M,3Kに照射する。これにより、感光体3Y,3C,3M,3K上には、それぞれY用、C用、M用、K用の静電潜像が形成される。なお、光書込ユニット20は、光源から発したレーザー光Lを、モータによって回転駆動されるポリゴンミラー21によって偏向せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体3Y,3C,3M,3Kに照射するものである。かかる構成のものに代えて、LEDアレイを採用したものを用いてもよい。
光書込ユニット20の下方には、第1給紙カセット31、第2給紙カセット32が鉛直方向に重なるように配設されている。これらの給紙カセット内には、それぞれ、記録材である記録紙Pが複数枚重ねられた記録紙束の状態で収容されており、一番上の記録紙Pには、第1給紙ローラ31a及び第2給紙ローラ32aがそれぞれ当接している。第1給紙ローラ31aが図示しない駆動手段によって図1中反時計回りに回転駆動すると、第1給紙カセット31内の一番上の記録紙Pが、カセットの図1中右側方において鉛直方向に延在するように配設された給紙路33に向けて排出される。また、第2給紙ローラ32aが図示しない駆動手段によって図1中反時計回りに回転駆動すると、第2給紙カセット32内の一番上の記録紙Pが給紙路33に向けて排出される。給紙路33内には、複数の搬送ローラ対34が配設されており、給紙路33に送り込まれた記録紙Pは、これら搬送ローラ対34のローラ間に挟み込まれながら、給紙路33内を図1中下側から上側に向けて搬送される。また、給紙路33の末端には、レジストローラ対35が配設されている。レジストローラ対35は、搬送ローラ対34から送られてくる記録紙Pをローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止させる。そして、記録紙Pを適切なタイミングで後述の2次転写ニップに向けて送り出す。
各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kの図1中上方には、中間転写ベルト41を張架しながら図1中反時計回りに無端移動させる転写ユニット40が配設されている。転写ユニット40は、中間転写ベルト41のほか、ベルトクリーニングユニット42、第1ブラケット43、第2ブラケット44などを備えている。また、4つの1次転写ローラ45Y,45C,45M,45K、2次転写バックアップローラ46、駆動ローラ47、補助ローラ48、テンションローラ49なども備えている。中間転写ベルト41は、これらのローラに張架されながら、駆動ローラ47の回転駆動によって図1中反時計回りに無端移動する。4つの1次転写ローラ45Y,45C,45M,45Kは、このように無端移動する中間転写ベルト41を感光体3Y,3C,3M,3Kとの間に挟み込んでそれぞれ1次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト41の内周面にトナーとは逆極性(本実施形態ではプラス極性)の転写バイアスを印加する。中間転写ベルト41は、その無端移動に伴ってY用、C用、M用、K用の1次転写ニップを順次通過していく過程で、その外周面に感光体3Y,3C,3M,3K上の各色トナー像が重なり合うように1次転写される。これにより、中間転写ベルト41上に4色重ね合わせトナー像(以下「4色トナー像」という。)が形成される。
2次転写バックアップローラ46は、中間転写ベルト41のループ外側に配設された2次転写ローラ50との間に中間転写ベルト41を挟み込んで2次転写ニップを形成している。先に説明したレジストローラ対35は、ローラ間に挟み込んだ記録紙Pを、中間転写ベルト41上の4色トナー像に同期させ得るタイミングで、2次転写ニップに向けて送り出す。中間転写ベルト41上の4色トナー像は、2次転写バイアスが印加される2次転写ローラ50と2次転写バックアップローラ46との間に形成される2次転写電界や、ニップ圧の影響により、2次転写ニップ内で記録紙Pに一括2次転写される。そして、記録紙Pの白色と相まって、フルカラートナー像となる。
2次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト41には、記録紙Pに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、ベルトクリーニングユニット42によってクリーニングされる。なお、ベルトクリーニングユニット42は、クリーニングブレード42aを中間転写ベルト41のおもて面に当接させており、これによってベルト上の転写残トナーを掻き取って除去するものである。
なお、転写ユニット40の第1ブラケット43は、図示しないソレノイドの駆動のオンオフに伴って、補助ローラ48の回転軸線を中心にして所定の回転角度で揺動するようになっている。本実施形態のプリンタは、モノクロ画像を形成する場合には、前述のソレノイドの駆動によって第1ブラケット43を図中反時計回りに少しだけ回転させる。この回転により、補助ローラ48の回転軸線を中心にしてY用、C用、M用の1次転写ローラ45Y,45C,45Mを図中反時計回りに公転させることで、中間転写ベルト41をY用、C用、M用の感光体3Y,3C,3Mから離間させる。そして、4つのプロセスユニット1Y,1C,1M,1Kのうち、K用のプロセスユニット1Kだけを駆動して、モノクロ画像を形成する。これにより、モノクロ画像形成時にY用、C用、M用のプロセスユニットを無駄に駆動させることによるそれらプロセスユニットの消耗を回避することができる。
2次転写ニップの図中上方には、定着手段としての定着ユニット60が配設されている。この定着ユニット60は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加圧加熱ローラ61と、定着ベルトユニット62とを備えている。定着ベルトユニット62は、定着ベルト64、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加熱ローラ63、テンションローラ65、駆動ローラ66、図示しない温度センサ等を有している。そして、無端状の定着ベルト64を加熱ローラ63、テンションローラ65及び駆動ローラ66によって張架しながら、図2中反時計回り方向に無端移動せしめる。この無端移動の過程で、定着ベルト64は加熱ローラ63によって裏面側から加熱される。このようにして加熱される定着ベルト64の加熱ローラ63の掛け回し箇所には、図1中時計回り方向に回転駆動される加圧加熱ローラ61がおもて面側から当接している。これにより、加圧加熱ローラ61と定着ベルト64とが当接する定着ニップが形成されている。
定着ベルト64のループ外側には、図示しない温度センサが定着ベルト64のおもて面と所定の間隙を介して対向するように配設されており、定着ニップに進入する直前の定着ベルト64の表面温度を検知する。この検知結果は、図示しない定着電源回路に送られる。定着電源回路は、温度センサによる検知結果に基づいて、加熱ローラ63に内包される発熱源や、加圧加熱ローラ61に内包される発熱源に対する電源の供給をオンオフ制御する。これにより、定着ベルト64の表面温度が約140℃に維持される。2次転写ニップを通過した記録紙Pは、中間転写ベルト41から分離した後、定着ユニット60内に送られる。そして、定着ユニット60内の定着ニップに挟まれながら図中下側から上側に向けて搬送される過程で、定着ベルト64によって加熱されたり、押圧されたりして、フルカラートナー像が記録紙Pに定着する。
このようにして定着処理が施された記録紙Pは、排紙ローラ対67のローラ間を経た後、機外へと排出される。プリンタ本体の筺体の上面には、スタック部68が形成されており、排紙ローラ対67によって機外に排出された記録紙Pは、このスタック部68に順次スタックされる。
転写ユニット40の上方には、Yトナー、Cトナー、Mトナー、Kトナーをそれぞれ収容する4つのトナー収容器であるトナーボトル72Y,72C,72M,72Kが配設されている。トナーボトル72Y,72C,72M,72K内の各色トナーは、トナー補給装置70により、それぞれ、プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kの現像ユニット7Y,7C,7M,7Kに適宜供給される。トナーボトル72Y,72C,72M,72Kは、プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kとは独立してプリンタ本体に脱着可能である。
次に、本プリンタの特徴的な構成について説明する。
先に図5に示したように、トナー濃度センサ10Yは、非供給領域としての第1剤収容室9Y内において、供給領域としての第2剤収容室14Yに進入する直前の現像剤のトナー濃度を検知する。また、トナー補給口17Yは、第2剤収容室14Yから第1剤収容室9Y内に進入した直後の現像剤に対してトナーを補給する位置に設けられている。つまり、第1剤収容室9Y内において、トナー濃度センサ10Yは、トナー補給口17Yよりも下流側の位置で現像剤のトナー濃度を検知する。
先に図5に示したように、トナー濃度センサ10Yは、非供給領域としての第1剤収容室9Y内において、供給領域としての第2剤収容室14Yに進入する直前の現像剤のトナー濃度を検知する。また、トナー補給口17Yは、第2剤収容室14Yから第1剤収容室9Y内に進入した直後の現像剤に対してトナーを補給する位置に設けられている。つまり、第1剤収容室9Y内において、トナー濃度センサ10Yは、トナー補給口17Yよりも下流側の位置で現像剤のトナー濃度を検知する。
図7は、トナー濃度の変動波形と、補給制御部102が行う補給制御とを説明するための説明図である。補給制御部102は、トナー濃度センサ10Yからの出力電圧の波形について、出力目標値であるVtrefよりも高い箇所、即ち、目標のトナー濃度よりも薄い箇所、の波形を把握する(トナー濃度ムラ検出波形)。このようにしてトナー濃度ムラの波形が検出された現像剤は、すぐに第1剤収容室9Yから第2剤収容室14Yに進入した後、約半周の移動距離を搬送されると、第2剤収容室14Y内から第1剤収容室9Yに戻ってトナー補給位置に至る。この間、トナー濃度変動の波形は少し変化する。具体的には、トナー濃度センサ10Yによって検知された時よりも、振幅が小さくなる代わりに、時間軸方向の長さが大きくなる(波が拡散する)。同じ構造の現像ユニット内では、その変化のパターンが同じになる。補給制御部102は、予めの実験によって求められた、センサ検出直後の波形をトナー補給位置の位置での波形に変換し、且つその位相を逆転させる拡散逆位相フィルターを具備している。トナー濃度センサ10Yからの信号をこの拡散逆位相フィルターに通したものは、トナー補給位置におけるトナー濃度変動と逆位相の波形になるので、トナー濃度変動を相殺することができる。また、補給制御部102は、トナー濃度センサ10Yからの信号を前述の拡散逆位相フィルターに入力するのに先だって、現像剤がトナー濃度センサ10Yとの対向位置を通過してから、トナー補給位置に移動するまでに要する時間分だけ、入力タイミングを遅らせるためのディレイ回路も具備している。これらの回路により、トナー濃度変動の波形を検出した現像剤を、トナー補給位置まで移動させたタイミングで、その波形の変化形の逆移動となる信号波形が上述の拡散逆位相フィルターから出力される。この出力をトナー補給の駆動制御パターンとして用いる。
なお、現像剤は、トナー濃度センサ10Yによってトナー濃度が検知された後、第2剤収容室14Y内を搬送される過程で現像に寄与する。このため、トナー補給口17Yの位置に至った現像剤のトナー濃度変動波形には、第2剤収容室14Yに進入する前のトナー濃度変動に起因する変動成分の他、現像に伴うトナー消費に起因する変動成分を含んでいる。補給制御部102が補給位置の現像剤のトナー濃度変動として予測しているのは、それらのうち、前者の変動成分だけである。但し、出力画像の画素数や画像面積率に基づいて後者の変動成分を予測して、結果を前者の変動成分に重畳した結果に基づいて、補給量を制御するようにしてもよい。
本プリンタにおいては、トナーボトル72Y,72C,72M,72K(図2参照)内の各色トナーを、それぞれ対応する現像ユニットのトナー補給口まで搬送して補給するためのトナー補給手段として、モーノポンプからなる吸引ポンプを採用している。モーノポンプは、定量性(補給分解能)に優れたポンプであり、その回転速度に良行に相関したトナー補給を実現する。補給制御部102は、各色用の拡散逆位相フィルターからの出力信号に応じて吸引ポンプの駆動源を駆動することで、トナー濃度変動の波形とは逆位相の関係となる補給量変動波形でトナーを補給する。このような補給により、トナー濃度センサによる検知位置で低トナー濃度であると判断した現像剤に対してトナー補給口の位置でトナーを補給する一方で、トナー濃度センサによる検知位置で目標値に近いトナー濃度であると判断した現像剤に対しては、トナー補給口の位置でのトナー補給を回避する。よって、従来に比べてトナー濃度を安定化させることができる。
次に、実施形態に係るプリンタの各変形例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係るプリンタの構成は、実施形態と同様である。
[第1変形例]
図8は、Y用のトナーボトル72Yを示す斜視図である。同図において、Y用のトナーボトル72Yは、粉体としての図示しないYトナーを収容する粉体収容部たるボトル状のボトル部73Yと、粉体排出部たる円筒状のホルダー部74Yとを備えている。ホルダー部74Yは、図9に示すように、ボトル状のボトル部73Yの頭部に係合して、ボトル部73Yを回転自在に保持する。ボトル部73Yの内周面には、容器の外側から内側に向けて突出するスクリュウ状の螺旋突起がボトル軸線方向に延在するように形成されている。
[第1変形例]
図8は、Y用のトナーボトル72Yを示す斜視図である。同図において、Y用のトナーボトル72Yは、粉体としての図示しないYトナーを収容する粉体収容部たるボトル状のボトル部73Yと、粉体排出部たる円筒状のホルダー部74Yとを備えている。ホルダー部74Yは、図9に示すように、ボトル状のボトル部73Yの頭部に係合して、ボトル部73Yを回転自在に保持する。ボトル部73Yの内周面には、容器の外側から内側に向けて突出するスクリュウ状の螺旋突起がボトル軸線方向に延在するように形成されている。
図10は、本プリンタにおけるトナー補給装置を示す斜視図である。同図において、トナー補給手段としてのトナー補給装置は、4つのトナーボトル72K,Y,C,Mを載置するボトル載置台95、それぞれのボトル部を個別に回転駆動するボトル駆動部96などを備えている。ボトル載置台95上にセットされたトナーボトル72K,Y,C,Mは、それぞれホルダー部をボトル駆動部96に係合させている。図中矢印X1で示すように、ボトル駆動部96に係合しているトナーボトル72Mをボトル載置台95上でボトル駆動部96から遠ざける方向にスライド移動させると、トナーボトル72Mのホルダー部74Mがボトル駆動部96から外れる。このようにして、トナー補給装置からトナーボトル72Mを取り外すことができる。また、トナーボトル72Mが装着されていない状態のトナー補給装置において、図中矢印X2で示すように、ボトル載置台95上でトナーボトル72Mをボトル駆動部96に近づける方向にスライド移動させると、トナーボトル72Mのホルダー部74Mがボトル駆動部96に係合する。このようにして、トナー補給装置にトナーボトル72Mを装着することができる。他色用のトナーボトル72K,Y,Cについても、同様の操作を行うことでトナー補給装置に脱着することができる。
トナーボトル72Y,C,M,Kのボトル部73K,Y,C,Mの頭部外周面には、それぞれ図示しないギヤ部が形成されているが、このギヤ部はホルダー部74K,Y,C,Mに覆い隠されている。但し、ホルダー部74K,Y,C,Mの周面の一部には、ギヤ部を部分的に露出させるための図示しない切り欠きが形成されおり、ギヤ部はこの切り欠きから自らの一部を露出させている。トナーボトル72K,Y,C,Mのホルダー部74K,Y,C,Mがボトル駆動部96に係合すると、ボトル駆動部96に設けられた図示しないK,Y,C,M用のボトル原動ギヤが、前述の切り欠きを介してボトル部73K,Y,C,Mのギヤ部に噛み合う。そして、ボトル駆動部96のK,Y,C,M用のボトル原動ギヤが図示しない駆動系によって回転駆動することで、ボトル部73K,Y,C,Mがホルダー部74K,Y,C,M上で回転駆動される。
先に示した図8において、ボトル部73Yがこのようにしてホルダー部74Y上で回転せしめられると、ボトル部73Y内のYトナーが上述のスクリュウ状の螺旋突起に沿ってボトル底側からボトル頭部側に向けて移動する。そして、粉体を収容する収容体たるボトル部73Yの先端に設けられた図示しないボトル開口を通って、円筒状のホルダー部74Y内に流入する。
図11は、図示しないトナー補給装置に装着された状態のトナーボトルと、その周囲構成とを示す概略構成図である。同図において、トナーボトルは、ホルダー部74Yの箇所で破断した横断面が示されている。上述したように、このホルダー部74Yには、ホルダー部74Yよりも図中奥側に存在している図示しないボトル部が回転駆動することで、ボトル部内のYトナーが送り込まれてくる。トナーボトルのホルダー部74Yは、トナー補給装置のホッパ部76Yに係合している。このホッパ部76Yは、図紙面に直交する方向に扁平な形状に構成され、同図においては、中間転写ベルト41の手前側に位置している。ホルダー部74Yの底に形成されているトナー排出口75Yと、トナー補給装置のホッパ部76Yに形成されているトナー受入口とは、互いに連通している。トナーボトルのボトル部からホルダー部74Yに送り込まれたYトナーは、自重によってホッパ部76Y内に落とし込まれる。ホッパ部内では、回転可能な回転軸部材77Yに固定された可撓性に富んだ押圧フィルム78Yが回転軸部材77Yとともに回転する。ホッパ部76Yの内壁には、ホッパ部内におけるトナーの有無を検知する圧電素子からなるトナー検知センサ82が固定されている。PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム等からなる押圧フィルム78Yは、その回転に伴ってYトナーをトナー検知センサ82の検知面に向けて押圧する。これにより、トナー検知センサ82がホッパ部76Y内のトナーを良好に検知することが可能になる。トナーボトルのボトル部の回転駆動制御は、このトナー検知センサ82がYトナーを良好に検知するようになるように行われる。よって、ボトル部内にトナーが十分に存在している限り、ボトル部からホルダー部74Yを介してホッパ部76Y内に十分量のYトナーが落とし込まれて、ホッパ部76Y内は十分量のトナーで満たされる。この状態から、ボトル部を頻繁に回転させているにもかかわらず、トナー検知センサ82によってYトナーが検知され難くなる状態に変化すると、図示しない制御部は、ボトル部内のYトナーが残り僅かであるとみなして、「トナーニアエンド」の警報をユーザーに報知する。
ホッパ部76Yの下部には、横搬送管79Yが接続されており、ホッパ部76Y内のYトナーは、自重によってテーパーを滑り落ちでこの横搬送管79Y内に落とし込まれる。横搬送管79Y内には、トナー補給スクリュウ80Yが配設されており、その回転駆動に伴って、Yトナーを横搬送管79Yの長手方向に沿って横搬送する。
横搬送管79Yの長手方向の一端部には、落下案内管81Yが鉛直方向に延在する姿勢で接続されている。この落下案内管81Yの下端は、現像ユニット7Yの第1剤収容室9Yのトナー補給口17Yに接続されている。横搬送管79Y内のトナー補給スクリュウ80Yが回転すると、横搬送管79Yの長手方向の一端部まで搬送されたYトナーが、落下案内管81Yとトナー補給口17Yとを通じて現像ユニット7Yの第1剤収容室9Y内に落下する。これにより、第1剤収容室9Y内にYトナーが補給される。他色(C,M,K)においても、同様にしてトナーが補給される。
このように、トナー補給スクリュウ80Yの回転駆動によってトナーを補給する構成では、補給分解能がそれほど高くない。図12は、同じ補給動作を行ったときのトナー補給量の波形を各動作で重ねたグラフである。図示のように、同じ補給動作を行っても、各補給動作におけるトナー補給量が大きくばらつくことがわかる。補給量のばらつきは、1回あたりの補給動作時間が短くなるほど顕著となる。また、補給量は、ある周期をもってばらつくこともある。たとえば、図13は、トナー補給スクリュウ80Yの回転回数と1回転あたりのトナー補給量との関係を示すグラフであるが、この場合、スクリュウ4回転毎に補給量が一次的に大きく上昇する。
そこで、本プリンタにおいては、トナー補給装置の駆動時間に下限値を設け、その下限値以上の駆動時間を確保する条件でトナー補給装置の駆動を入切するようになっている。たとえば、図14に示すように、期間Tの始期で立ち上がった後、周期で起ち下がるような信号が、上述の拡散逆位相フィルターから出力された場合、補給分解能の高い補給装置では、その期間T内において、A1というごく短時間の駆動を所定ピッチで3回行うのが理想であるとする。しかし、本プリンタでは、A1という短時間の駆動では、各駆動における補給量におおきなばらつきが発生してしまうため、A1の3倍弱のBを駆動時間の下限値としている。そして、理想のA1という短時間の駆動で補給量を把握するが、実際の補給では、A1の立ち上がり3回目に、Bの駆動時間で補給し、A1の3倍であるAとBとの差分を、以降に繰り越すようになっている。このような補給により、各補給動作での補給量のばらつきを抑えることができる。
なお、トナー補給装置の駆動速度については、単位時間あたりの必要補給量にかかわらず、一定にしている。単位時間あたりの補給量については、Bの駆動時間での駆動の入切の頻度によって調整するようになっている。具体的には、単位時間あたりの必要補給量が比較的多い期間では入切の頻度を高くするのに対し、必要補給量が比較的少ない期間では入切の頻度を低くするのである。このような入切の制御を行う条件で、高画像面積率の画像を連続して出力すると、図15の上段に示すように、ある程度の長時間に渡る連続駆動が発生する場合がある。しかしながら、本プリンタでは、補給動作が時間Eだけ連続すると、トナーのなだれ込みが発生するおそれがでてくる。このなだれ込みとは、先に図11に示したホッパ部76Yに対してボトル部から新たなトナーが多量に送り込まれてきてトナー粒子間に多量の空気を介在させるようになることから、トナーの流動性が著しく高まって、横搬送菅79Y内のトナー補給スクリュウ80Yのらせん空間をトナーが自重によって勝手に流れてしまう現象である。なだれ込みが発生すると、トナーが勝手に補給されてしまうのである。
そこで、本プリンタにおいては、図15の下段に示すように、補給動作の駆動時間に上限値Eを設けている。そして、この上限値Eを超える連続駆動が予定された場合には、図示のように、上限値Eだけ連続駆動した後、中断期間Fを設けてから、残りの駆動(予定D−上限値E)を行うようになっている。このようにすることで、トナーのなだれ込みの発生を抑えることができる。
本プリンタでは、補給動作の駆動時間に下限値(B)を設けていることから、補給動作1回あたりのトナー補給量が比較的多くなる。そして、上述したように、下限値(B)以上の入切の頻度によって補給量を調整している。このような調整では、トナー濃度変動の波形に対して完全に逆位相となる形状の補給量変動でトナー補給を行うことができず、逆位相に近似した形状の補給量変動での補給になる。そこで、トナー濃度センサでトナー濃度変動波形を検出すると、検出波形のその後の変化形である拡散後波形として、トナー補給位置での予測波形の代わりに、一周後のセンサ検出位置での波形を予測するようになっている。この予測波形は、トナー補給位置での予測波形に比べて、更に拡散が進行した形状になる。このような形状の予測波形に対し、トナー補給位置で補給用の駆動制御パターンを同期させる。すると、トナー補給位置では、上述したように、逆位相に近似した変動量での補給になるものの、その後、センサ検出位置まで現像剤を移動させると、トナーの拡散進行により、ほぼ逆位相の波形にして、予測波形をほぼ相殺することができる。
検出波形の1周後の波形を予測するための回路については、次のようにして構築している。即ち、まず、第1剤収容室9Y内に収容されている現像剤において、局所的にトナー濃度の薄くなる箇所を人工的に作る。そして、この状態で、感光体に潜像を形成しないで現像ユニット7Yの駆動を開始して、その直後に、図16(a)のようなトナー濃度変動波形を検出する(検出波形)。次に、そのまま現像ユニット7Yの駆動を継続して、図16(c)に示すような、1周後の拡散波形を検出する。そして、検出波形の形状を拡散波形の形状に変化させるアルゴリズム(拡散フィルター)を特定する(図16(b))。この拡散フィルターに対し、逆位相の波形を得るための逆位相フィルターを組み合わせたものを、拡散逆位相フィルターとする。このようにして構築した拡散逆位相フィルターは、図17(a)〜(c)に示すように、拡散波形の逆位相の波形を出力する。
[第2変形例]
第2変形例に係るプリンタは、以下に述べる点の他が、第1変形例と同様の構成になっている。即ち、図18に示すように、上述したBの駆動時間と、これに続くGの停止時間との組合せを1つの駆動制御単位とし、この駆動制御単位に従ってトナー補給装置の駆動を入切する。駆動時間Bの後に必ず停止時間Gを入れると、駆動制御単位をどんなに長く繰り返しても上述したトナーのなだれ込みが発生しないことが実験によって判明している。よって、トナーのなだれ込みを回避することができる。
第2変形例に係るプリンタは、以下に述べる点の他が、第1変形例と同様の構成になっている。即ち、図18に示すように、上述したBの駆動時間と、これに続くGの停止時間との組合せを1つの駆動制御単位とし、この駆動制御単位に従ってトナー補給装置の駆動を入切する。駆動時間Bの後に必ず停止時間Gを入れると、駆動制御単位をどんなに長く繰り返しても上述したトナーのなだれ込みが発生しないことが実験によって判明している。よって、トナーのなだれ込みを回避することができる。
1Y,1C,1M,1K:プロセスユニット
3Y,3C,3M,3K:感光体(潜像担持体)
7Y,7C,7M,7K:現像ユニット(現像手段)
8Y:第1搬送スクリュウ
9Y:第1剤収容室(循環経路の一部)
10Y,10C,10M,10K:トナー濃度センサ(トナー濃度検知手段)
11Y:第2搬送スクリュウ
12Y:現像ロール(現像剤担持体)
14Y:第2剤収容室(循環経路の一部)
17Y:トナー補給口
20:光書込ユニット
40:転写ユニット
50:2次転写ローラ
60:定着ユニット
70:トナー補給装置
71Y:駆動源
72Y,72C,72M,72K:トナーボトル
100:制御部
101:予測データ算出部
102:補給制御部(制御手段)
103 画像情報取得部
3Y,3C,3M,3K:感光体(潜像担持体)
7Y,7C,7M,7K:現像ユニット(現像手段)
8Y:第1搬送スクリュウ
9Y:第1剤収容室(循環経路の一部)
10Y,10C,10M,10K:トナー濃度センサ(トナー濃度検知手段)
11Y:第2搬送スクリュウ
12Y:現像ロール(現像剤担持体)
14Y:第2剤収容室(循環経路の一部)
17Y:トナー補給口
20:光書込ユニット
40:転写ユニット
50:2次転写ローラ
60:定着ユニット
70:トナー補給装置
71Y:駆動源
72Y,72C,72M,72K:トナーボトル
100:制御部
101:予測データ算出部
102:補給制御部(制御手段)
103 画像情報取得部
Claims (5)
- 潜像を担持する潜像担持体と、
トナー及びキャリアを含有する現像剤を所定の循環経路に沿って搬送しながら、該循環経路における現像剤担持体との対向領域である供給領域に存在する現像剤を該現像剤担持体の移動する表面に担持して該現像剤担持体と該潜像担持体との対向領域である現像領域に搬送し、該現像領域で現像剤のトナーを該潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像し、且つ該現像領域で現像に寄与した現像剤を該表面移動に伴って該循環経路の該供給領域に戻す現像手段と、
該循環経路内における該供給領域とは異なる領域である非供給領域の所定位置に設けられたトナー補給口を通じて、該非供給領域内にトナーを補給するトナー補給手段と、
該非供給領域における該トナー補給口よりも下流側で且つ該供給領域よりも上流側の位置で現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
該トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて該トナー補給手段の駆動を制御する制御手段とを備える画像形成装置において、
上記循環経路における供給領域進入前の現像剤のトナー濃度変動をトナー濃度検知手段によって検知した結果に基づいて上記トナー補給手段の駆動制御パターンを構築した後、該トナー濃度検知手段による検知位置を通過した現像剤が上記供給領域を経て上記トナー補給口との対向位置に至るタイミングに同期させて、該駆動制御パターンに基づく上記トナー補給手段の駆動制御を開始する処理を実施するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
上記駆動制御パターンとして、上記供給領域通過後の現像剤にみられるトナー濃度変動のうち、上記供給領域進入前のトナー濃度変動に起因する変動成分の波形とは逆位相の関係になるトナー補給量変動波形でトナーを補給し得るパターンのものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置において、
上記トナー補給手段の駆動開始から停止までの駆動時間に下限値を設け、上記駆動制御パターンとして、該下限値以上の駆動時間を確保する条件で該トナー補給手段の駆動を入切するものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置において、
上記トナー補給手段を所定時間だけ駆動する前又は駆動した後に所定時間だけ停止させるパターンを1つの駆動制御単位とし、且つ上記駆動制御パターンとして、該駆動制御単位に従って該トナー補給手段の駆動を入切するものを構築するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置において、
上記トナー補給手段の連続駆動時間が所定値に達した場合には、該トナー補給手段の駆動を一時中断するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8655203B2 (en) | 2010-08-25 | 2014-02-18 | Ricoh Company, Ltd. | Toner supply control system and method for image forming apparatus |
JP2016126297A (ja) * | 2015-01-08 | 2016-07-11 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置 |
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-
2008
- 2008-10-08 JP JP2008261554A patent/JP2010091784A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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