JP2011075749A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーコンテナ内のトナーが少なくなっても、トナーをできるだけ使い切ることが可能であり、ユーザにとって使い勝手の良い画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置１は、トナーコンテナ４５からトナーを現像器４４に補給する補給機構Ｍと、現像器４４内のトナーの濃度を検出するトナー濃度センサ１４と、トナーコンテナ４５のトナーのトナー残率に基づいて補給機構Ｍを制御する制御部３０と含む。制御部３０は、トナー残率が所定残率よりも大きいとき、トナー像の画素数に応じた量のトナーがトナーコンテナ４５から現像器４４に補給されるように補給機構Ｍを制御する第１制御を行い、一方、トナー残率が所定残率以下になったとき、トナー濃度センサ１４によるトナー濃度が基準濃度値に維持されるようにトナーコンテナ４５から現像器４４にトナーが補給されるように補給機構Ｍを制御する第２制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、トナーコンテナからトナーの補給を受ける現像器を有する電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、一般的に、像担持体である感光体ドラムと、感光体ドラムにトナーを供給して該感光体ドラム上にトナー像を形成する現像器と、現像器への補給用トナーを貯留するトナーコンテナと、トナーをトナーコンテナから現像器へ補給する補給機構と、補給機構を制御する制御部とを含む。

上記構成の画像形成装置では、良好なトナー像を感光体ドラム上に形成するために、現像器内のトナー濃度を一定に保つようにトナーの補給制御を行うことが重要である。そのようなトナー補給制御として、例えば特許文献１のものが知られている。

特許文献１の画像形成装置では、感光体ドラム上に形成されるトナー像の印字率（つまり、トナー像の印字画素数）に応じた量のトナーを現像器へ補給する第１補給方式と、現像器内に設置されたトナー濃度センサの検出に基づいてトナーを現像器へ補給する第２補給方式とを、装置内の湿度条件に応じて使い分けるトナー補給制御が行われている。装置内湿度は現像器内のトナー濃度に影響するが、前記トナー補給制御によれば、装置内湿度が常湿のときには第２補給方式を行い、常湿以外のときには第１補給方式を行うことで、装置内湿度が変化しても、現像器内のトナー濃度を一定に保つようにしている。

特開平９−３４１９０号公報

しかしながら、特許文献１の画像形成装置のトナー補給制御によれば、トナーコンテナ内のトナーが少なくなったとき、特に、トナーが少なくなった状態で高濃度のトナー画像の形成が行われたとき、補給機構によるトナー補給量が現像器によるトナー消費量よりも小さくなりやすい。トナー補給量がトナー消費量よりも小さい状態が続くと、現像器内のトナー濃度が基準濃度値よりも低くなるので、実際にはトナーコンテナ内にトナーが残っていても、ユーザにトナーコンテナの交換を促すトナーエンプティが表示されたり、トナー像形成動作を中断してトナー補給を開始する、所謂トリートメント（アドトナー）が頻繁に行われたりする。

このように、トナーコンテナ内のトナーを使い切っていないにもかかわらず、トナーエンプティー表示が出力されたり、トリートメント動作が頻繁に行われたりすると、ユーザの使い勝手が悪くなる。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、良好なトナー像を形成することが可能であり、かつ、トナーコンテナ内のトナーが少なくなっても、トナーをできるだけ使い切ることが可能であり、ユーザにとって使い勝手の良い画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、トナーを貯留するトナーコンテナと、トナー像が形成される像担持体と、前記トナーコンテナから前記トナーの補給を受けると共に、前記像担持体に前記トナーを供給して該像担持体上に前記トナー像を形成する現像器と、前記トナーコンテナから前記トナーを前記現像器に補給する補給機構と、前記現像器内の前記トナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、前記トナーコンテナの前記トナーのトナー残率に基づいて前記補給機構を制御する制御部と含む。前記制御部は、前記トナー残率が所定残率よりも大きいとき、前記トナー像の画素数に応じた量のトナーが前記トナーコンテナから前記現像器に補給されるように前記補給機構を制御する第１制御を行い、一方、前記トナー残率が所定残率以下になったとき、前記トナー濃度センサによる前記トナー濃度が基準濃度値に維持されるように前記トナーコンテナから前記現像器に前記トナーが補給されるように前記補給機構を制御する第２制御を行う。

本発明に係る画像形成装置によれば、トナー残率が所定残率よりも大きいとき、言い換えれば、トナーコンテナ内に十分な量のトナーが残っているとき、トナー像の印字率に応じたトナー補給を行うので（第１制御）、かつ、トナー残率が所定残率以下になったとき、言い換えれば、トナーコンテナ内のトナーが少なくなってきたとき、トナー濃度センサに基づいてトナー濃度が基準濃度値に維持されるようにトナー補給が行われるので（第２制御）、現像器内のトナー濃度を基準濃度値に維持することができる。これにより、良好なトナー像を像担持体上に形成することができる。

また、第２制御によれば、トナーコンテナ内のトナーが少なくなってきたとき、トナー濃度が基準濃度値に維持されるようにトナーコンテナから現像器にトナーを補給し続けるので、トナーコンテナ内のトナーを出来るだけ使い切ることができる。これにより、実際にはトナーコンテナ内にトナーが残っていても、ユーザにトナーコンテナの交換を促すトナーエンプティが表示されたり、トナー像形成動作を中断してトナー補給を開始するトリートメント（アドトナー）が頻繁に行われたりすることを抑制できる。その結果、本発明に係る画像形成装置がユーザにとって使い勝手の良いものとなる。

本発明の好ましい実施形態では、前記トナーコンテナは、前記トナーを攪拌しつつ前記現像器に搬送する攪拌搬送部材を有しており、前記補給機構は、前記攪拌搬送部材を駆動するモータであり、前記第１制御による前記トナー補給量は、前記モータの所定の回転時間に応じて設定されている。

この構成によれば、補給機構としてモータが用いられているので、制御部がモータ、つまりその回転時間を制御するという簡単な構成でトナー補給を行うことができる。

本発明の他の好ましい実施形態では、前記制御部は、前記所定の回転時間が経過した後、前記トナー濃度が前記基準濃度値に維持されている場合、前記第１制御を行い、逆に、前記所定の回転時間が経過しても前記トナー濃度が前記基準濃度値に維持されていない場合、第２制御を行う。

本発明に係る画像形成装置は、良好なトナー像を形成することが可能であり、かつ、トナーコンテナ内のトナーが少なくなっても、トナーをできるだけ使い切ることが可能であり、ユーザにとって使い勝手の良いものである。

画像形成装置の内部構造を概略的に示す図である。 画像形成装置におけるトナー補給制御のブロック図である。 印字率に応じたトナー補給量を示すテーブルである。 トナー残率に対するトナー補給量の変化を示すグラフである。 トナー補給制御のフロー図である。

以下、図面を参照して本発明の例示的な実施例を詳しく説明する。尚、本発明の一実施形態として、以下の説明では、画像形成装置としてモノクロ式のデジタル複写機を示すが、本発明は、これに限定されるものではなく、プリンタ、ファクシミリ装置、これらの機能を併せ持つ複合機などの他の画像形成装置にも適用可能である。

図１は、画像形成装置の内部構造を概略的に示す図である。画像形成装置１は、原稿として用いられる用紙をセットする原稿載置部２と、原稿から読み込んだデータを電子データに変換する画像読取部３と、画像読取部３によって電子データに変換された画像データに基づいて用紙Ｐ上にトナー像を形成して出力する画像形成部４と、用紙Ｐ上に出力されたトナー像を加熱して用紙Ｐ上に定着させる定着部５と、用紙Ｐを搬送する搬送路６と、夫々異なるサイズまたは種類の用紙が収容された複数の給紙カセット７（７ａ〜７ｄ）及び機械左側部に設けられた手差し給紙口（図示せず）と、各種のメニューを設定する複数のメニュー設定キー等が配置された操作部（図示せず）を含む。

画像形成部４は、感光体ドラム１０と、感光体ドラム１０に帯電処理を実行する帯電器４２と、帯電された感光体ドラム１０を露光し、静電潜像を形成する露光器（例えばＬＥＤプリントヘッド）４３と、感光体ドラム１０に形成された静電潜像にトナーを静電付着させ、トナー像として顕像化する現像器４４と、内部に充填されたトナーを現像器４４へ補給する交換式トナーコンテナ４５と、現像されたトナー像を用紙Ｐに転写する転写ローラ４６と、感光体ドラム１０のドラム表面に残留する帯電電荷を除去する除電器８と、感光体ドラム１０のドラム表面上に残留するトナーを除去並びに回収するトナー除去器４７とを含む。なお、感光体ドラム１０の回転方向（図１では時計回りの方向）から見て、帯電器４２、露光器４３、現像器４４、除電器８、トナー除去器４７の順に、感光体ドラム１０の周方向に沿って配置されている。

感光体ドラム１０は、例えば、アルミニウム製シリンダの表面に正帯電性光導電体であるアモルファスシリコン層が蒸着された感光体を有するドラムである。

帯電ローラ４２は、その周面が感光体ドラム１０のドラム表面に略点接触した接触帯電方式のものであり、直流電圧と交流電圧が重畳された所定の基準帯電電圧をドラム表面に印加することにより、ドラム表面の表面電位を均一に帯電させる。

現像器４４は、トナーとキャリアとの混合物からなる２成分現像剤を使用するものであって、現像剤を貯留する現像容器２１と、周面が感光体ドラム１０のドラム表面に対向するように配置された現像ローラ２２とを有する。現像器４４は、トナーのみを現像ローラ２２を介して感光体ドラム１０のドラム表面に供給することによりトナー像の形成を行う。また、現像器４４の現像容器２１内の適所には、トナー濃度を検出するためのトナー濃度センサ１４が配置されている。トナー濃度とは、例えばキャリアとトナーの重量比のことをいう。トナー濃度センサ１４として、現像剤の透磁率を検出してトナー濃度を推定するする磁気センサや、現像剤の反射光量を検出してトナー濃度を推定する光センサが挙げられる。

トナーコンテナ４５は、その内部に攪拌搬送部材（例えばスクリューフィーダ）２０が配置されている。攪拌搬送部材２０は、トナーを攪拌しつつトナー補給口２３に向けて搬送する。トナーは、トナー補給口２３を通り、次に現像器４４のトナー受入口２４を通って現像容器２１内に補給される。攪拌搬送部材２０には、駆動源、例えばモータ（補給機構）Ｍが接続されている。

転写ローラ４６は、搬送路６に沿って延びる搬送ベルト１１を介して感光体ドラム１０のドラム表面に圧接されており、転写ローラ４６とドラム表面との間には、ニップ部Ｎが形成されている。転写ローラ４６には、ドラム表面の表面電位とは逆極性の電圧が印加されるので、ドラム表面上のトナー像は、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際に用紙Ｐ上に転写される。ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐは搬送路６に沿って定着部５に搬送される。

除電器８は、例えば除電ランプであり、ＬＥＤ等の除電光を感光体ドラム１０のドラム表面に照射して、帯電ローラ４２による帯電電荷をドラム表面から除去することにより、ドラム表面の表面電位を均一に下げる。

ところで、２成分現像剤を使用する現像器４４では、トナー像の形成に伴い、トナーのみが消費され、現像剤中のトナー濃度が変化する。良好なトナー像を感光体ドラム１０上に形成するためには、トナー濃度が所定の濃度基準値に維持されるようにトナーコンテナ４５からトナーを現像器４４に安定して補給する必要がある。以下、本実施形態に係る画像形成装置１において適用されているトナー補給制御について説明する。

図２は、トナー補給制御部３０のブロック図である。トナー補給制御部３０は、トナーコンテナ４５内のトナー残率を推測するトナー残率推測部３３と、トナー残率に応じて第１補給制御および第２補給制御のそれぞれを行う第１補給制御部３１および第２補給制御部３２と、記憶部３５と、制御モード設定部３６とを含む。トナー補給制御部３０には、トナー濃度センサ１４、モータＭおよびドットカウンタ３４が接続されている。

ドットカウンタ３４は、画像読取部３から出力されるデジタルの画像データの印字ドット数を計測して、その印字ドット数を印字率に換算する。

第１補給制御部３１は、ドットカウンタ３４から印字率を取得し、その印字率を、図３に示すトナー補給量テーブルに照らし合わせて、印字率に応じた量のトナーがトナーコンテナ４５から現像器４４に補給されるようにモータＭを制御する（第１補給制御）。図３のトナー補給量テーブルは、記憶部３５に記憶されている。図３のテーブルに示すように、印字率に応じて、モータＭの回転時間およびそれに伴うトナーの補給量が予め設定されている。例えば印字率Ａが２０＜Ａ≦３０のとき、モータＭは第１補給制御部３１によって２４０ｍｓｅｃ間回転させられる。そして、モータＭの回転量に応じて攪拌搬送部材２０が駆動され、１２０ｍｇのトナーがトナー補給口２３およびトナー受入口２４を介して現像器４４に補給される。このように、第１補給制御によれば、印字率に応じた量のトナーが現像器４４に補給されるので、現像器４４内のトナー濃度を基準濃度値に維持することができる。

第２補給制御部３２は、印字率に基づいてトナー補給を行うものではなく、トナー濃度センサ１４からトナー濃度情報を取得し、そのトナー濃度情報に基づいてトナー補給動作を行うものであって、モータＭを制御して、現像器４４内のトナー濃度が基準濃度値に維持されるようにトナーコンテナ４５から現像器４４にトナーを補給させる（第２補給制御）。

トナー残率推測部３３は、第１補給制御部３１がドットカウンタ３４によって換算された印字率に基づいてトナーを現像器４４に補給する度にトナー補給量を積算して、そのトナー積算量に基づき、トナーコンテナ４５内のトナーの残率を推測する。トナーコンテナ４５に充填されている総トナー量は予め分かっているので、トナー積算量を前記総トナー量から減算することで、トナーコンテナ４５内のトナー残率を推測することができる。

本実施形態では、制御モード設定部３６は、トナー残率推測部３３が推測したトナー残率が所定残率よりも大きいときは第１補給制御部３１によって第１補給制御を行わせ、また、トナー残率が所定残率以下になったときには第２補給制御部３２によって第２補給制御を行わせる。本実施形態では、所定残率は、例えば３０％に設定されている。

所定残率を３０％に設定して、所定残率を境に第１補給制御から第２補給制御に切り換える理由を、図４を参照しながら説明する。図４は、トナー残率に応じてトナー補給量が変化することを示すグラフである。図４に示すように、トナー残率が３０％よりも大きいとき、トナーコンテナ４５から現像器４４へ補給可能な単位時間当たり（分当たり）のトナー補給量は３０ｇ／ｍｉｎ前後であり、このトナー補給量は安定したトナー補給を期待できる数値であるため、トナー像の形成によって消費したトナー消費量に相当する分のトナー量を現像器４４に補給することは容易である。したがって、トナー残率が３０％よりも大きいときは、第１補給制御を行うことで、つまり図３に示す印字率に応じたトナー量を補給することで、現像器４４内のトナー濃度を基準濃度値に維持することができる。

一方、トナー残率が３０％以下になると、トナーコンテナ４５から現像器４４への単位時間当たりの補給可能なトナー補給量は急激に減少し、安定したトナー補給を行うことが難しくなるため、モータＭを図３のトナー補給量テーブルに従って所定時間回転させても、印字率に応じたトナー量を現像器４４へ補給することができない。つまり、印字率に応じたトナー補給を行っていると、現像器４４内のトナー濃度が基準濃度値よりも低くなってしまう。この状態が続くと、良好なトナー像を感光体ドラム１０に形成することが難しくなるだけでなく、実際にはトナーコンテナ４５内にトナーが残っていても（具体的には、トナーコンテナ４５内に依然として３０％弱のトナー量が存在していても）、トナーエンプティが表示されたり、トナー形成動作を中断してトリートメントが開始されたりするため、ユーザの使い勝手が悪くなる。

そこで、制御モード設定部３６は、トナー残率が３０％以下となったときにはトナーの補給制御を第１補給制御から第２補給制御に切り換える。第２補給制御部３２は、印字率ではなく、トナー濃度センサ１４からの信号に基づき、現像器４４内のトナー濃度が基準濃度値に維持されるようにトナー補給を行うものである（つまり、図３のトナー補給量テーブルに示す所定の回転時間に関係なく、モータＭを回転させるものである）。したがって、第２補給制御部３２は、トナーコンテナ４５から現像器４４への単位時間当たりの補給可能なトナー量が減少しても、トナー濃度が基準濃度値よりも低くならないようにトナー補給を行い続けること（つまり、モータＭを回転させ続けること）ができ、その結果、トナー濃度を基準濃度値に維持することができる。

このように、トナー補給制御部３０は、トナー残率が所定残率よりも大きいときには第１補給制御を行うと共に、トナー残率が所定残率以下になったときには第２補給制御を行うことにより、現像器４４内のトナー濃度を基準濃度値に維持している。これにより、良好なトナー像を感光体ドラム１０上に形成することができる。

しかも、第２補給制御部３２は、印字率ではなく、トナー濃度センサ１４からの信号に基づいて現像器４４内のトナー濃度が基準濃度値に維持されるようにトナー補給を行い続けることができるため、トナーコンテナ４５内のトナーを出来るだけ使い切ることができる。これにより、実際にはトナーコンテナ４５内にトナーが残っていても、ユーザにトナーコンテナ４５の交換を促すトナーエンプティが表示されたり、トナー像形成動作を中断してトナー補給を開始するトリートメント（アドトナー）が頻繁に行われたりすることを抑制できる。その結果、本発明に係る画像形成装置がユーザにとって使い勝手の良いものとなる。

また、第１補給制御によるトナー補給量は、図３のトナー補給量テーブルに示すようにモータＭの所定の回転時間に応じて設定されているので、第１補給制御部３１がモータＭの回転時間を制御するという簡単な構成でトナー補給を行うことができる。

なお、本実施形態では、所定残率を３０％に設定した場合につき説明したが、所定残率は、３０％に限定されるものではなく、トナーの粒径、攪拌搬送部材２０の搬送力、トナーコンテナ４５に充填可能なトナー総量等に応じて適宜設定される。

以下、トナー補給制御部３０によるトナー補給制御の手順について図５を参照しながら説明する。まず、ユーザによって印刷開始が指示されると（スタート）、トナー補給制御部３０は、トナー残率推測部３３によってトナーコンテナ４５のトナー残率が所定残率（本実施形態では３０％）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１）。

トナー残率が所定残率以下でないと判定された場合（ステップＳ１でＮＯ）、制御モード設定部３６は第１補給制御を選択する（ステップＳ２）。一方、トナー残率が所定残率であると判定された場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御モード設定部３６は第２補給制御を選択する（ステップＳ１０）。まず、第１補給制御が選択された場合につき説明する。

第１補給制御部３１は、ドットカウンタ３４から印字率を取得する（ステップＳ３）。次に、第１補給制御部３１は、その印字率を、記憶部３５に記憶されるトナー補給テーブル（図３）に照らし合わせる（ステップＳ４）。これにより、印字率に応じたトナー補給量が決定される（ステップＳ５）。そして、第１補給制御部３１は、モータＭを所定の回転時間駆動するように制御して、トナーコンテナ４５から前記トナー補給量を現像器４４に供給する（ステップＳ６）。これにより、第１補給制御が完了し（ステップＳ７）、現像器４４内のトナー濃度は基準濃度値に維持される。

一方、第２補給制御が選択された場合（ステップＳ１０）、第２補給制御部３２はモータＭを駆動してトナー補給を開始する（ステップＳ１１）。そして、第２補給制御部３２は、トナー濃度センサ１４からのトナー濃度情報に基づき、トナー濃度が基準濃度値に維持されるようにトナー補給を続け、トナー濃度が基準濃度値に達しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。トナー濃度が基準濃度値に達していると判定された場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、第２補給制御が完了する（ステップＳ１３）。一方、トナー濃度が基準濃度値に達していないと判定された場合（ステップＳ１２でＮＯ）、トナー濃度が基準濃度値に達するまでトナー補給が行われる。

なお、上述した実施形態では、トナー補給制御部３０によるトナー補給制御を、モノクロ式の画像形成装置１に適用した場合につき説明したが、トナー補給制御部３０によるトナー補給制御は、タンデム式の画像形成装置にも適用できる。

１ 画像形成装置
１０ 感光体ドラム
１４ トナー濃度センサ
３０ トナー補給制御部
３１ 第１補給制御部
３２ 第２補給制御部
３３ トナー残率推測部
３４ ドットカウンタ
３５ 記憶部
３６ 制御モード設定部
４２ 帯電ローラ（帯電器）
４３ 露光器
４４ 現像器
Ｍ モータ

Claims (3)

1. トナーを貯留するトナーコンテナと、
   トナー像が形成される像担持体と、
   前記トナーコンテナから前記トナーの補給を受けると共に、前記像担持体に前記トナーを供給して該像担持体上に前記トナー像を形成する現像器と、
   前記トナーコンテナから前記トナーを前記現像器に補給する補給機構と、
   前記現像器内の前記トナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、
   前記トナーコンテナの前記トナーのトナー残率に基づいて前記補給機構を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記トナー残率が所定残率よりも大きいとき、前記トナー像の画素数に応じた量のトナーが前記トナーコンテナから前記現像器に補給されるように前記補給機構を制御する第１制御を行い、
   一方、前記トナー残率が所定残率以下になったとき、前記トナー濃度センサによる前記トナー濃度が基準濃度値に維持されるように前記トナーコンテナから前記現像器に前記トナーが補給されるように前記補給機構を制御する第２制御を行う画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記トナーコンテナは、前記トナーを攪拌しつつ前記現像器に搬送する攪拌搬送部材を有しており、
   前記補給機構は、前記攪拌搬送部材を駆動するモータであり、
   前記第１制御による前記トナー補給量は、前記モータの所定の回転時間に応じて設定されている画像形成装置。
3. 請求項２に記載の画像形成装置において、前記制御部は、前記所定の回転時間が経過した後、前記トナー濃度が前記基準濃度値に維持されている場合、前記第１制御を行い、逆に、前記所定の回転時間が経過しても前記トナー濃度が前記基準濃度値に維持されていない場合、第２制御を行う画像形成装置。

Images