JP2011180239A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な撹拌を実行することなく、トナーに十分な帯電量を得ることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】帯電器５及び露光装置６は、感光体ドラム４に静電潜像を形成する。現像装置７は、トナーを収容する収容部７８、収容部７８内のトナーを撹拌する撹拌ローラ７６、及び、感光体ドラム４に対してトナーを付与することにより静電潜像に基づいたトナー画像を感光体ドラム４に現像する現像ローラ７２、を有している。電圧印加部３２は、現像バイアス電圧を現像ローラ７２に印加する。制御部３０は、テストパターンのトナー画像を感光体ドラム４に対して形成させる。センサ３４は、テストパターンのトナー付着量を検知する。制御部３０は、テストパターンのトナー付着量、及び、該テストパターンの形成時に電圧印加部３２に印加させた現像バイアス電圧との関係に基づいて、トナーの撹拌の要否を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、トナーにより画像を形成する画像形成装置に関する。

画像形成装置において、現像装置内に収容されているトナーは、長時間にわたって撹拌されることなく放置されると、自重により嵩が低下する。このように、トナーの嵩が低下すると、トナーの帯電量が不十分となるおそれがある。その結果、トナー画像の形成の際に、十分なトナー付着量を得ることが困難となる。

上記問題を解決するための画像形成装置として、例えば、特許文献１に記載の画像形成装置が知られている。特許文献１に記載の画像形成装置では、現像装置が所定時間以上停止している場合には、撹拌ローラを通常よりも高速に回転させている。これにより、トナーの嵩が回復し、トナーの帯電量が回復する。

しかしながら、特許文献１に記載の画像形成装置は、不要な撹拌を実行しているおそれがある。より詳細には、トナーの帯電量は、トナーの嵩にのみ依存しているわけではない。そのため、長時間にわたって放置されてトナーの嵩が低下していたとしても、十分な帯電量を得ることが可能な場合がある。このような場合には、撹拌ローラを回転させる必要がない。ところが、特許文献１に記載の画像形成装置は、現像装置が所定時間以上停止していることを条件として、撹拌ローラを回転させている。その結果、特許文献１に記載の画像形成装置は、不要な撹拌を実行しているおそれがある。

特開平８−６２９８４号公報

そこで、本発明の目的は、不要な撹拌を実行することなく、トナーに十分な帯電量を得ることができる画像形成装置を提供することである。

本発明の一形態に係る画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、トナーを収容する収容部、該収容部内のトナーを撹拌するための撹拌手段、及び、前記像担持体に対してトナーを付与することにより前記静電潜像を現像するトナー担持体、を有している現像手段と、前記像担持体と前記トナー担持体との間に現像バイアス電圧を印加する電圧印加手段と、前記静電潜像形成手段及び前記現像手段にテストパターンのトナー画像を前記像担持体に形成させる制御手段と、前記テストパターンのトナー付着量を検知する検知手段と、を備え、前記制御手段は、前記テストパターンのトナー付着量、及び、該テストパターンの形成時に前記電圧印加手段に印加させた前記現像バイアス電圧との関係に基づいて、前記撹拌手段によるトナーの撹拌の要否を決定すること、を特徴とする。

本発明によれば、不要な撹拌を実行することなく、トナーに十分な帯電量を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示した図である。 画像形成装置のブロック図である。 実験結果を示したグラフであり、現像特性を示したグラフである。 実験結果を示したグラフであり、放置されたトナーを用いた場合のトナー付着量と、放置されていないトナーを用いた場合のトナー付着量とを示したグラフである。 画像形成装置の制御部が行う動作のフローチャートである。 補給装置が設けられた現像装置を示した図である。

（画像形成装置の構成）
以下に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を示した図である。

画像形成装置１は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）の画像を合成するように構成したものである。該画像形成装置１は、スキャナにより読み取った画像データに基づいて、用紙（印刷媒体）に画像を形成する機能を有し、印刷部２、給紙部１５、定着装置２０、排紙トレイ２１、制御部３０、電圧印加部３２及びセンサ３４を備えている。

給紙部１５は、用紙を一枚ずつ供給する役割を果たし、用紙トレイ１６及び給紙ローラ１７を含む。用紙トレイ１６には、印刷前の状態の用紙が複数枚重ねて載置される。給紙ローラ１７は、用紙トレイ１６に載置された紙を一枚ずつ取り出す。

印刷部２は、給紙部１５から供給されてくる用紙にトナー画像を形成し、作像部２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ、転写部８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ、中間転写ベルト１１、駆動ローラ１２、従動ローラ１３、２次転写ローラ１４及びクリーニング装置１８を含んでいる。また、作像部２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは、感光体ドラム（像担持体）４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ、帯電器５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ、露光装置６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ、現像装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ、クリーナー９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ及びイレーサ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを含んでいる。なお、以下では、感光体ドラム、帯電器、露光装置、現像装置、転写部、クリーナー、イレーサ、及び、作像部のそれぞれを総称する場合には、単に、感光体ドラム４、帯電器５、露光装置６、現像装置７、転写部８、クリーナー９、イレーサ１０及び、作像部２２と記載し、個別の感光体ドラム、帯電器、露光装置、現像装置、転写部、クリーナー、イレーサ、及び、作像部を指す場合には、感光体ドラム４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ、帯電器５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ、露光装置６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ、現像装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ、転写部８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ、クリーナー９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ、イレーサ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ及び、作像部２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋと記載する。

帯電器５は、感光体ドラム４の周面を帯電させる。露光装置６は、制御部３０の制御により、レーザを照射する。これにより、感光体ドラム４の周面には静電潜像が形成される。すなわち、帯電器５及び露光装置６は、感光体ドラム４の周面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段としての役割を果たしている。

現像装置７は、図１に示すように、現像ローラ７２、供給ローラ７４、撹拌ローラ７６及び収容部７８を備えている。図１では、図面が煩雑になることを防止するために、現像装置７Ｙの現像ローラ７２Ｙ、供給ローラ７４Ｙ、撹拌ローラ７６Ｙ及び収容部７８Ｙのみ参照符号を付してある。収容部７８は、現像装置７の本体を構成しており、トナーを収容していると共に、現像ローラ７２、供給ローラ７４及び撹拌ローラ７６を格納している。撹拌ローラ７６は、収容部７８内のトナーを撹拌して負に帯電させる。供給ローラ７４は、負に帯電したトナーを現像ローラ７２に供給する。現像ローラ７２は、感光体ドラム４にトナーを付与する。具体的には、電圧印加部３２は、感光体ドラム４と現像ローラ７２との間に現像電界を形成するための負の現像バイアス電圧を現像ローラ７２に対して印加している。トナーは、負に帯電しているので、現像電界による影響を受けて、現像ローラ７２から感光体ドラム４へと移動する。そして、感光体ドラム４には、静電潜像が形成されているので、静電潜像に基づいてトナーが感光体ドラム４に付着する。これにより、静電潜像に基づいたトナー画像が感光体ドラム４に現像される。

中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２と従動ローラ１３との間に張り渡されており、感光体ドラム４に形成されたトナー画像が１次転写される。転写部８は、中間転写ベルト１１の内周面に対向するように配置されており、１次転写電圧を印加されることにより、感光体ドラム４に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１１に１次転写する役割を果たす。クリーナー９は、１次転写後に感光体ドラム４の周面に残存したトナーを回収する役割を果たす。駆動ローラ１２は、中間転写ベルト駆動部（図１には記載せず）により回転させられることにより、中間転写ベルト１１を駆動させる。これにより、中間転写ベルト１１は、トナー画像を２次転写ローラ１４まで搬送する。センサ３４は、中間転写ベルト１１に対向するように設けられ、後述するテストパターンのトナー画像のトナー付着量を検知する。

２次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１と対向することによりニップ部Ｎを形成していると共に、中間転写ベルト１１が搬送してきたトナー画像を、給紙部１５から搬送されニップ部Ｎを通過する用紙に２次転写する。クリーニング装置１８は、用紙へのトナー画像の２次転写後に、中間転写ベルト１１に残存したトナーを除去する。

トナー画像が２次転写された用紙は、定着装置２０に搬送される。定着装置２０は、用紙に対して加熱処理及び加圧処理を施すことにより、トナー画像を用紙に定着させる。排紙トレイ２１には、印刷済みの用紙が載置される。

次に、画像形成装置１の制御構成について図面を参照しながら説明する。図２は、画像形成装置１のブロック図である。図２には、帯電器５、露光装置６、現像装置７、転写部８、制御部３０、電圧印加部３２及びセンサ３４が記載されている。図２に示すように、帯電器５、露光装置６、現像装置７、転写部８、電圧印加部３２及びセンサ３４は、制御部３０に対して、バスを介して接続されている。そして、制御部３０は、帯電器５、露光装置６、現像装置７、転写部８、電圧印加部３２及びセンサ３４の動作を制御し、例えば、ＣＰＵにより構成されている。

（実験）
次に、本願発明者が、行った実験について説明する。本願発明者は、長期間にわたって撹拌することなくトナーを放置すると、用紙に対して十分なトナー付着量を得られないことを確認するために、以下の実験を行った。具体的には、本願発明者は、長期間にわたって放置したトナーと放置されていないトナーとを用いて、現像バイアス電圧を変化させながら、画像形成装置１にベタパターンのトナー画像を用紙に印刷させた。次に、本願発明者は、トナー画像が印刷された用紙の透過濃度を調べた。透過濃度とは、用紙に入射する光がトナー画像により遮られている度合いを示している。透過濃度が高い場合には、光の透過量が少なく、トナーが多く付着していることを示し、透過濃度が低い場合には、光の透過量が多く、トナーが少なく付着していることを示している。すなわち、透過濃度とトナー付着量とは同義である。図３は、実験結果を示したグラフであり、現像特性を示したグラフである。横軸は現像バイアス電圧を示し、縦軸は透過濃度を示している。また、実線は、放置されたトナーを用いて行った実験結果を示し、点線は、放置されていないトナーを用いて行った実験結果を示している。

図３によれば、放置されたトナーを用いた場合には、放置されていないトナーを用いた場合に比べて、絶対値の大きな現像バイアス電圧を印加しなければ、同等の透過濃度を得ることができないことが分かる。すなわち、放置されたトナーではトナーの帯電量が不十分であり、通常よりも大きな現像バイアス電圧を印加しなければ、トナーが用紙に十分に付着しないことを意味している。

次に、本願発明者は、放置されたトナーを用いた場合には、常に、トナーが用紙に十分に付着しないのか否かを確認するために、以下の実験を行った。具体的には、本願発明者は、放置したトナー及び放置していないトナーを用いて、画像形成装置１に安定化動作を行わせて、ベタパターンのテストパターンのトナー画像を中間転写ベルト１１に形成させた。そして、センサ３４を用いて、中間転写ベルト１１に形成されたテストパターンのトナー付着量を検知させた。図４は、実験結果を示したグラフであり、放置されたトナーを用いた場合のトナー付着量と、放置されていないトナーを用いた場合のトナー付着量とを示したグラフである。

図４によれば、放置されていないトナーを用いた場合には、トナー付着量は、４．５ｇ／ｍ²〜５．１ｇ／ｍ²の間に分布していることが分かる。一方、放置されたトナーを用いた場合には、トナー付着量は、３．８ｇ／ｍ²〜５．１ｇ／ｍ²の間に分布していることが分かる。すなわち、放置されたトナーを用いた場合には、放置されていないトナーを用いた場合に比べて、トナー付着量の分布が広がっていることが分かる。これは、トナーを撹拌することなく長期間にわたって放置したとしても、常に、トナーの帯電量が低下しないことを意味している。よって、トナーを撹拌することなく長期間にわたって放置した後であっても、常に、撹拌ローラ７６によりトナーを撹拌する必要がないことが分かる。そこで、本願発明者は、以下に説明する動作を行う画像形成装置１を発明した。

（画像形成装置の動作）
以下に、画像形成装置１の動作について図面を参照しながら説明する。図５は、画像形成装置１の制御部３０が行う動作のフローチャートである。

制御部３０は、前回に撹拌ローラ７６にトナーを撹拌させてから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１）。所定時間は、トナーを放置することによりトナーの嵩が低下し、トナーの帯電量が不十分となりうる最短の時間として設定された値である。所定時間の一例としては、１２時間程度である。所定時間が経過した場合には、本処理はステップＳ２に進む。所定時間が経過していない場合には、本処理は終了する。

所定時間が経過した場合には、制御部３０は、印刷部２に安定化動作を実行させる（ステップＳ２）。具体的には、制御部３０は、帯電器５、露光装置６及び現像装置７にテストパターンのトナー画像を感光体ドラム４の周面に形成させる。更に、制御部３０は、テストパターンを感光体ドラム４から中間転写ベルト１１に対して転写部８に転写させる。そして、制御部３０は、中間転写ベルト駆動部に中間転写ベルト１１を駆動させる。更に、制御部３０は、センサ３４より出力されてくるテストパターンのトナー付着量を取得する。なお、安定化動作では、制御部３０は、複数種類の現像バイアス電圧を電圧印加部３２に印加させて、複数種類のトナー付着量を得る。すなわち、制御部３０は、安定化動作において、テストパターンのトナー濃度と、テストパターンの形成時に電圧印加部３２に印加させた現像バイアス電圧との関係を示した現像特性（図３参照）を得る。

次に、制御部３０は、ステップＳ２において得た図３に示す現像特性に基づいて、トナーの撹拌を実行するか否かの判定を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部３０は、ステップＳ３の現像特性において、現像バイアス電圧の絶対値をｘ軸としトナー付着量をｙ軸としたときにおいて現像バイアス電圧の絶対値とトナー付着量との関係の傾きの平均が、所定の値よりも大きいか否かを判定する。そして、制御部３０は、傾きの平均が所定の値よりも大きい場合には、トナーを十分に帯電させることができると判定し、トナーの撹拌を撹拌ローラ７６に行わせないと判定する。一方、制御部３０は、傾きの平均が所定の値よりも大きくない場合には、トナーを十分に帯電させることができないと判定し、トナーの撹拌を撹拌ローラ７６に行わると判定する。

なお、傾きの平均は、例えば、最小２乗法によって求めることが挙げられる。また、図３に示すように、透過濃度は、現像バイアス電圧の絶対値が大きくなると、飽和している。よって、傾きの平均を求める場合には、透過濃度が飽和していない領域（例えば、−１００Ｖ〜−２００Ｖ）の値を利用することが望ましい。また、ここでの所定の値とは、トナーの帯電量が不十分であり、十分なトナー付着量を得ることができない状態となったとみなせる最大の傾きとして設定された値である。例えば、図３では、点線の実験結果の傾きの平均と実線の実験結果の傾きの平均との間の値である。

撹拌を実行する場合には、本処理はステップＳ４に進む。撹拌を実行しない場合には、本処理は終了する。

撹拌を実行する場合には、制御部３０は、撹拌ローラ７６にトナーの撹拌を実行させる（ステップＳ４）。更に、制御部３０は、ステップＳ２と同様に、安定化動作を実行する(ステップＳ５)。以上で、本処理を終了する。

（効果）
画像形成装置１は、トナーを撹拌することなく長期間にわたって放置した場合には、安定化動作を行っている。更に、画像形成装置１は、十分なトナーの帯電量を得られるか否かを確認し、十分なトナーの帯電量を得ることができない場合にのみ、トナーの撹拌を行っている。すなわち、画像形成装置１は、トナーを撹拌することなく長期間にわたって放置した場合であっても、十分なトナーの帯電量を得ることができる場合には、トナーの撹拌を行わない。よって、画像形成装置１では、不要なトナーの撹拌が実行されなくなる。

（その他の実施形態）
前記画像形成装置１は、前記実施形態に示されたものに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。制御部３０は、例えば、ステップＳ３における撹拌の要否の判定は、現像特性の傾きの平均以外の条件に基づいて判定してもよい。具体的には、制御部３０は、所定の現像バイアス電圧を電圧印加部３２に印加させたときのトナー付着量が所定の値よりも大きいか否かにより、撹拌の要否を判定してもよい。この際、制御部３０は、トナー付着量が所定のトナー付着量よりも大きい場合には撹拌を不要と判定し、トナー付着量が所定のトナー付着量よりも大きくない場合には撹拌を必要と判定する。なお、所定の現像バイアス電圧とは、図３において、透過濃度が飽和していない現像バイアス電圧の範囲（例えば、−１００Ｖ〜−２００Ｖ）内で設定される値である。また、所定のトナー付着量とは、トナーの帯電量が不十分であり、十分なトナー付着量を得ることができなくなるとみなせる最大のトナー付着量である。

ところで、画像形成装置１において、トナーを撹拌することなく長期間にわたって放置した場合には、トナーの嵩が低下しているため、現像装置７内には見かけよりも多くのトナーが収容されている。この状態で、現像装置７に対してトナーの補給がされると、現像装置７内のトナーが許容量よりも多くなってしまう。

そこで、画像形成装置１では、トナーの補給動作を、通常の画像形成装置とは異ならせている。以下に、画像形成装置１のトナーの補給について図面を参照しながら説明する。図６は、補給装置１００が設けられた現像装置７を示した図である。

図６に示すように、現像装置７の上方には補給装置１００が設けられている。また、現像装置７には、発光素子８０、受光素子８２及び導光体８４，８６が設けられている。発光素子８０は、光を放射する。導光体８４，８６は、収容部７８の所定の高さの位置に設けられている。導光体８４は、発光素子８０が放射した光を収容部７８に導く。収容部７８に導かれた光は、収容部７８内を通過し、導光体８６に入射する。導光体８６は、収容部７８内を通過した光を受光素子８２に導く。受光素子８２は、光を受光したか否かを検知し、検知結果を制御部３０に対して出力する。制御部３０は、受光素子８２の検知結果に基づいて、収容部７８内にトナーが十分に収容されているか否かを判定する。具体的には、制御部３０は、光を受光した旨の検知結果を受光素子８２から得た場合には、収容部７８内のトナーが所定量よりも減少していると判定する。一方、制御部３０は、光を受光しない旨の検知結果を受光素子８２から得た場合には、収容部７８内のトナーが所定量よりも減少していないと判定する。

ここで、制御部３０は、収容部７８内のトナーが所定量よりも減少していると判定した場合には、前回に撹拌ローラ７６にトナーの撹拌を行わせてから所定時間（例えば、１２時間）以上経過しているか否かを判定する。そして、制御部３０は、所定時間以上経過していると判定した場合には、撹拌ローラ７６にトナーの撹拌を行わせるまで補給装置１００にトナーの補給を行わせない。そして、制御部３０は、トナーの撹拌終了後に、収容部７８内のトナーが所定量よりも減少していないと判定した場合には、補給装置１００にトナーの補給を行わせない。これにより、現像装置７内のトナーが許容量よりも多くなってしまうことが防止される。

本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、不要な撹拌を実行することなく、トナーに十分な帯電量を得ることができる点において優れている。

１ 画像形成装置
２ 印刷部
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ 感光体ドラム
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ 帯電器
６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ 露光装置
７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ 現像装置
８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ 転写部
１１ 中間転写ベルト
２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ 作像部
３０ 制御部
３２ 電圧印加部
３４ センサ
７２Ｙ 現像ローラ
７４Ｙ 供給ローラ
７６Ｙ 撹拌ローラ
７８Ｙ 収容部
１００ 補給装置

Claims (5)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
   トナーを収容する収容部、該収容部内のトナーを撹拌するための撹拌手段、及び、前記像担持体に対してトナーを付与することにより前記静電潜像を現像するトナー担持体、を有している現像手段と、
   前記像担持体と前記トナー担持体との間に現像バイアス電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記静電潜像形成手段及び前記現像手段にテストパターンのトナー画像を前記像担持体に形成させる制御手段と、
   前記テストパターンのトナー付着量を検知する検知手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記テストパターンのトナー付着量、及び、該テストパターンの形成時に前記電圧印加手段に印加させた前記現像バイアス電圧との関係に基づいて、前記撹拌手段によるトナーの撹拌の要否を決定すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、複数種類の前記現像バイアス電圧を前記電圧印加手段に印加させたときの前記各テストパターンのトナー付着量を前記検知手段より取得し、現像バイアス電圧の絶対値をｘ軸としトナー付着量をｙ軸としたときにおいて、現像バイアス電圧の絶対値とトナー付着量との関係の傾きの平均が、所定の値よりも大きいときには、トナーの撹拌を前記撹拌手段に行わせないこと、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、所定の前記現像バイアス電圧を前記電圧印加手段に印加させたときの前記テストパターンのトナー付着量が、所定のトナー付着量よりも大きいときには、トナーの撹拌を前記撹拌手段に行わせないこと、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前回にトナーの撹拌を前記撹拌手段に行わせてから所定時間以上経過している場合には、前記静電潜像形成手段及び前記現像手段にテストパターンを前記像担持体に対して形成させること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記現像手段は、前記収容部にトナーを補給する補給手段を、更に有しており、
   前記制御手段は、前回にトナーの撹拌を前記撹拌手段に行わせてから所定時間以上経過している場合には、該撹拌手段にトナーの撹拌を行わせるまで、前記補給手段にトナーの補給を行わせないこと、
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。

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