JP2012047982A

JP2012047982A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2012047982A
Application number: JP2010190122A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Hatano; 太波多野
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】ＤＣモータ用いてトナー補給器から現像器にトナーを安定して供給する画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置１は、印加するパルス電圧のオン時間を制御することで単位時間当たりの回転数が変えられるＤＣモータ１３１と、トナーコンテナ１２０のトナーの残量を算出するトナー残量算出部１４５と、現像に使用するトナー量を形成画像における印字率として算出する印字率算出部１４１と、トナーコンテナ１２０におけるトナーの残量とＤＣモータ１３１に印加する単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間との関数を記憶する関数記憶部１５５と、トナー残量算出部１４５にて算出したトナー残量と印字率算出部１４１にて算出した出力画像の印字率と関数記憶部１５５の関数とに基づいて、トナーコンテナ１２０から現像器２へのトナー補給量を制御する制御部１６０とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いる現像器にトナーを補給する画像形成装置に関するものである。

２成分現像剤を用いた画像形成装置では、現像によって現像器内のトナーが使用されるので、適宜トナー補給を行なうことが必要である。例えば、特許文献１では、現像器内のトナーは現像によって使用され、現像器内のトナーとキャリアとの比率が変わり、トナー濃度が低下する。現像器内壁にはトナー濃度センサが設けられていて、トナー濃度の低下を検知すると、モータを駆動してトナー補給器のトナー搬送スクリューを回転させ、使用されたトナー相当分だけトナーを現像器に供給する。これによって、現像器内のトナー濃度が所定の値となるようにしている。

また特許文献２では、トナー補給器から現像器へのトナー供給量を安定化させる技術が開示されている。トナー搬送スクリューの起動時、停止時、または間欠回転時等の場合と連続回転している場合とでは、トナー補給器から現像器へのトナー供給量が異なることになる。トナー搬送スクリューの回転の仕方やタイミングが異なってもトナー供給量を安定させるために、トナー搬送スクリューの一回転で供給されるトナー供給量をベースにして、トナー搬送スクリューの回転数を補正するようにモータの回転数を制御している。

特開２００４−２８６７９２号公報（段落［００３０］、［００３１］、第１図）特開２００３−１４９９３３号公報（段落［００２７］〜［００３２］、第３図）

近年、画像形成装置の低価格化の要求が強く、トナー補給器においても、先行技術のようにトナー補給するモータにパルスモータやＤＣサーボモータを用いるとコストアップするという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＤＣモータ用いてトナー補給器から現像器にトナーを安定して供給する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１の発明の画像形成装置は、トナー補給器から現像器にトナーを補給する画像形成装置であって、印加するパルス電圧のオン時間を制御することで単位時間当たりの回転数が変えられるＤＣモータと、前記ＤＣモータの回転にてトナーを現像器に供給するトナー補給器と、前記トナー補給器のトナーの残量を算出するトナー残量算出部と、現像に使用するトナー量を形成画像における印字率として算出する印字率算出部と、前記トナー補給器におけるトナーの残量と前記ＤＣモータに印加する単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間との関数を記憶する関数記憶部と、前記トナー残量算出部にて算出したトナー残量と、前記印字率算出部にて算出した出力画像の印字率と、前記関数記憶部の関数とに基づいて、前記トナー補給器から前記現像器へのトナー補給量を制御する制御部とを備えることを特徴としている。

また、第２の発明では、上記の画像形成装置において、前記制御部は、前記トナー残量算出部で算出されたトナー残量に対する、前記ＤＣモータに印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間を前記関数記憶部から読み出し、前記印字率算出部にて算出した出力画像の印字率と乗算することで、前記トナー補給器のトナー補給量に対応する前記ＤＣモータのオン時間を算出することを特徴としている。

また、第３の発明では、上記の画像形成装置において、前記印字率算出部にて算出された印字率を前記トナー補給器のトナーの供給開始から積算記憶する積算印字率記憶部を更に備え、前記トナー残量算出部は、前記積算印字率記憶部による積算印字率に基づいて前記トナー補給器の残量を算出することを特徴としている。

また、第４の発明では、上記の画像形成装置において、前記関数記憶部には、所定のトナー残量の範囲において前記ＤＣモータに印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間の平均値が保存されることを特徴としている。

第１の発明によれば、ＤＣモータの回転にてトナー補給器から現像器にトナーが供給されるが、トナー補給器内のトナーの残量に応じてＤＣモータの回転負荷が異なり、即ち、トナー補給器内にトナー残量が多い時にはＤＣモータの回転負荷が大きくなり、ＤＣモータの回転数が減少し、一方、トナー残量が少ない時にはＤＣモータの回転負荷が小さくなり、ＤＣモータの回転数が増加する。このようにＤＣモータの回転数が増減すると、現像器へのトナーの供給量も増減する。そこで、トナー補給器のトナー残量に基づいてＤＣモータに印加する１パルス周期内のパルス電圧のオン時間を制御する、即ち、トナー補給器のトナー残量が多い時にはＤＣモータに印加する１パルス周期内のオン時間を長くして、一方、トナー補給器のトナー残量が少ない時にはＤＣモータに印加する１パルス周期内のオン時間を短くして、トナー補給器のトナー残量にかかわらずに現像器へのトナー供給量が一定となるようにする。更に、出力画像の印字率に基づいてＤＣモータのオン時間を制御することで、現像に使用したトナー量が現像器に供給される。従って、比較的に安価なＤＣモータを用いていてもトナー補給器から現像器にトナーが安定して供給され、現像器内のトナー濃度を一定に保つことができる。

また、第２の発明によれば、制御部は、トナー残量に対するＤＣモータに印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間を関数記憶部から読み出し、そして、そのＤＣモータに印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間に出力画像の印字率を乗算し、算出した時間だけＤＣモータのパルス電圧をオン制御しているので、トナー補給器から現像器にトナーを正確に供給することができる。

また、第３の発明によれば、トナー補給器によるトナーの供給開始から印字率を積算記憶し、この積算印字率に基づいてトナー補給器の残量を算出している。このように印字率に基づいてトナーを補給すると、現像器内のトナー濃度を安定して制御することができる。

また、第４の発明によれば、関数記憶部には所定のトナー残量の範囲におけるＤＣモータに印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間の平均値が保存され、この平均値を用いて、トナー補給量に対応するＤＣモータのパルス電圧のオン時間が算出されるので、制御部におけるＤＣモータのオン時間の算出に要する時間を短くすることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置を概略的に示す平面図実施形態に係る現像器を概略的に示す断面平面図実施形態に係るトナーコンテナを概略的に示す断面平面図実施形態に係るＤＣモータに印加するパルス電圧を示す図実施形態に係るＤＣモータの回転数と出力トルクの特性を示す図実施形態に係るトナーコンテナ内のトナー残量率とトナー供給量との関係を示す図実施形態に係る制御部の周辺を示すブロック図

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を概略的に示す平面図である。画像形成装置１はタンデム型のカラープリンタであり、回転自在である感光体１１ａ〜１１ｄは、感光層を形成する感光材料として、有機感光体（ＯＰＣ感光体）が用いられ、ブラック、イエロー、シアン、及びマゼンタの各色に対応させて配設される。各感光体１１ａ〜１１ｄの周囲に、現像器２ａ〜２ｄ、露光ユニット１２、帯電器１３ａ〜１３ｄ及びクリーニング装置１４ａ〜１４ｄが配設される。

現像器２ａ〜２ｄは、感光体１１ａ〜１１ｄの右方に夫々対向して配置され、感光体１１ａ〜１１ｄにトナーを供給する。帯電器１３ａ〜１３ｄは、感光体回転方向に対し現像器２ａ〜２ｄの上流側であって感光体１１ａ〜１１ｄの表面に対向して配置され、感光体１１ａ〜１１ｄ表面を一様に帯電させる。

露光ユニット１２は、パーソナルコンピュータ等から画像入力部（図略）に入力された文字や絵柄などの画像データに基づいて、各感光体１１ａ〜１１ｄを走査露光するためのものであり、現像器２ａ〜２ｄの下方に設けられる。露光ユニット１２には、レーザ光源、ポリゴンミラーが設けられ、各感光体１１ａ〜１１ｄに対応して反射ミラー及びレンズが設けられる。レーザ光源から出射されたレーザ光が、ポリゴンミラー、反射ミラー及びレンズを介して、帯電器１３ａ〜１３ｄの感光体回転方向下流側から、各感光体１１ａ〜１１ｄの表面に照射される。照射されたレーザ光により、各感光体１１ａ〜１１ｄ表面には静電潜像が形成され、この静電潜像が各現像器２ａ〜２ｄによりトナー像に現像される。

無端状の中間転写ベルト１７は、テンションローラ６、駆動ローラ２５及び従動ローラ２７に張架されている。駆動ローラ２５は図示しないモータによって回転駆動され、中間転写ベルト１７は駆動ローラ２５の回転によって循環駆動させられる。

この中間転写ベルト１７に接触するように各感光体１１ａ〜１１ｄが中間転写ベルト１７の下方で搬送方向（図１の矢印方向）に沿って隣り合うように配列されている。各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄは、中間転写ベルト１７を挟んで各感光体１１ａ〜１１ｄと対向し、中間転写ベルト１７に圧接して１次転写部を形成する。この１次転写部において、中間転写ベルト１７の回転とともに所定のタイミングで各感光体１１ａ〜１１ｄのトナー像が中間転写ベルト１７に順次転写される。これにより、中間転写ベルト１７表面にはシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のトナー像が重ね合わされたトナー像が形成される。

２次転写ローラ３４は、中間転写ベルト１７を挟んで駆動ローラ２５と対向し、中間転写ベルト１７に圧接して２次転写部を形成する。この２次転写部において、中間転写ベルト１７表面のトナー像が用紙Ｐに転写される。転写後に、ベルトクリーニング装置３１が中間転写ベルト１７に残存するトナーを清掃する。

画像形成装置１内の下方には、用紙Ｐを収納する給紙カセット３２が配設され、給紙カセット３２の右方には、手差しの用紙を供給するスタックトレイ３５が配設される。給紙カセット３２の左方には、給紙カセット３２から繰り出された用紙Ｐを中間転写ベルト１７の２次転写部に搬送する第１用紙搬送路３３が配設される。また、スタックトレイ３５の左方には、スタックトレイ３５から繰り出された用紙を２次転写部に搬送する第２用紙搬送路３６が配設される。更に、画像形成装置１の左上部には、画像が形成された用紙Ｐに対して定着処理を行なう定着部１８と、定着処理の行われた用紙を用紙排出部３７に搬送する第３用紙搬送路３９とが配設される。

給紙カセット３２は、装置の外部（図１の紙面の表面側）に引き出すことにより用紙の補充を可能にしたもので、収納されている用紙Ｐがピックアップローラ３３ｂ及び捌きローラ３３ａにより１枚ずつ第１用紙搬送路３３側に繰り出される。

第１用紙搬送路３３と第２用紙搬送路３６とはレジストローラ３３ｃの手前で合流しており、レジストローラ３３ｃにより、中間転写ベルト１７における画像形成動作と給紙動作とのタイミングを取って、用紙Ｐが２次転写部に搬送される。２次転写部に搬送された用紙Ｐは、バイアス電位が印加された２次転写ローラ３４によって、中間転写ベルト１７上のトナー像を２次転写され、定着部１８に搬送される。

定着部１８は、ヒータにより加熱される定着ベルトと、定着ベルトに内接する定着ローラと、定着ベルトを挟んで定着ローラに圧接して配設された加圧ローラ等とを備え、トナー像が転写された用紙Ｐを加熱及び加圧することにより定着処理を行なう。用紙Ｐは、トナー像が定着部１８で定着された後、必要に応じて第４用紙搬送路４０で反転されて用紙の裏面にも２次転写ローラ３４でトナー像が２次転写され、定着部１８で定着される。トナー像が定着された用紙は第３用紙搬送路３９を通って、排出ローラ１９ａにより用紙排出部３７に排出される。

図２は、上述の画像形成装置１に用いられる現像器の構成を示す断面平面図である。なお、以下の説明では、図１に示す感光体１１ａに対応する現像器２ａの構成及び動作について説明するが、現像器２ｂ〜２ｄの構成及び動作については現像器２ａと同様であり、説明を省略し、また各色の現像器及び感光体を示すａ〜ｄの符号を省略する。

図２に示すように、現像器２は、現像ローラ２０と、磁気ローラ２１と、規制ブレード２４と、撹拌部材２３、及び現像容器２２等により構成されている。

現像容器２２は、現像器２の外郭を構成し、その下部で仕切り部２２ｂによって第１搬送路２２ｃと第２搬送路２２ｄに仕切られている。第１搬送路２２ｃ及び第２搬送路２２ｄには、磁性キャリアと非磁性のトナーからなる現像剤が収容される。また、第１搬送路２２ｃの上壁にはトナー搬入口２２ｇが設けられる。トナー搬入口２２ｇは、後述するトナーコンテナ（図略）から新たなトナーを第１搬送路２２ｃ内に補給するための開口である。更に、現像容器２２には、現像ローラ２０を感光体１１に向けて露出させる開口２２ａが形成されている。

現像ローラ２０は、感光体１１に対向し、一定の間隔を設けて感光体１１の右方に配設される。また、現像ローラ２０は、感光体１１に接近した対向位置において、感光体１１にトナーを供給する現像領域Ｄを形成している。磁気ローラ２１は、一定の間隔を設けて現像ローラ２０に対向し、現像ローラ２０の右斜め下方に配設される。また、磁気ローラ２１は、現像ローラ２０に接近した対向位置において、現像ローラ２０にトナーを供給する。撹拌部材２３は磁気ローラ２１の略下方に配設される。また、規制ブレード２４は磁気ローラ２１の左斜め下方にて現像容器２２に固定保持されている。

撹拌部材２３は、第１スパイラル２３ａと第２スパイラル２３ｂの２本で構成される。第２スパイラル２３ｂが磁気ローラ２１の下方で、第２搬送路２２ｄ内に設けられ、第１スパイラル２３ａが第２スパイラル２３ｂの右方に隣接して、第１搬送路２２ｃ内に設けられる。

第１及び第２スパイラル２３ａ、２３ｂは現像剤を撹拌して現像剤中のトナーを所定のレベルに帯電させる。これによりトナーはキャリアに保持される。また、第１搬送路２２ｃと第２搬送路２２ｄを仕切る仕切り部２２ｂの長手方向（図２の紙面の表裏方向）の両端部分には、連通部（図略）が設けられており、第１スパイラル２３ａが回転すると、帯電した現像剤が仕切り部２２ｂに設けた一方の連通部を介して第１搬送路２２ｃから第２搬送路２２ｄに搬送され、現像剤が第１及び第２搬送路２２ｃ、２２ｄ内を循環する。そして、第２スパイラル２３ｂから磁気ローラ２１に現像剤が供給される。

磁気ローラ２１は、ローラ軸２１ａと磁極部材Ｍ及び回転スリーブ２１ｂを備え、撹拌部材２３により供給された現像剤を担持し、担持した現像剤からトナーのみを現像ローラ２０に供給するものである。磁極部材Ｍは、断面扇形に形成された外周部の極性の異なる複数の磁石が配設され、ローラ軸２１ａに接着等により固着される。ローラ軸２１ａは、回転スリーブ２１ｂ内で、磁極部材Ｍと回転スリーブ２１ｂの間に所定の間隔を設けて、現像容器２２に回転不能に支持される。回転スリーブ２１ｂは、図示しないモータと歯車からなる駆動機構により、現像ローラ２０と同方向（図２の時計回り方向）に回転し、また直流電圧５６ａに交流電圧５６ｂを重畳したバイアス５６を印加される。回転スリーブ２１ｂ表面において、帯電した現像剤は磁極部材Ｍの磁力によって磁気ブラシを形成して担持され、磁気ブラシは規制ブレード２４によって所定の高さに調節される。

磁気ブラシは、磁極部材Ｍによって回転スリーブ２１ｂ表面に担持されて搬送され、現像ローラ２０に接触すると、磁気ブラシのトナーのみが、回転スリーブ２１ｂに印加されたバイアス５６に応じて、現像ローラ２０に供給される。

現像ローラ２０は、固定軸２０ａと、磁極部材２０ｂと、非磁性の金属材料で円筒状に形成される現像スリーブ２０ｃ等により構成されている。

固定軸２０ａは現像容器２２に回転不能に支持される。この固定軸２０ａには、現像スリーブ２０ｃが回転自在に保持され、更に、磁石よりなる磁極部材２０ｂが磁気ローラ２１と対向する位置に現像スリーブ２０ｃと所定の間隔を設けて、接着等により固着される。現像スリーブ２０ｃは、図示しないモータと歯車からなる駆動機構により、図２の矢印方向（時計回り方向）に回転させられる。また、現像スリーブ２０ｃには、直流電圧５５ａに交流電圧５５ｂを重畳した現像バイアス５５が印加される。

現像バイアス５５を印加された現像スリーブ２０ｃが図２の時計回り方向に回転すると、現像領域Ｄにおいて、現像バイアス電位と感光体１１の露光部位の電位との電位差により、現像スリーブ２０ｃ表面に担持されたトナーが感光体１１に飛翔する。飛翔したトナーは矢印Ａ方向に回転する感光体１１上の露光部位に順次付着し、感光体１１上の静電潜像が現像される。

次に、トナー補給器であるトナーコンテナについて図３に基づいて説明する。図３は現像器にトナーを供給するトナーコンテナを概略的に示す断面平面図である。

トナーコンテナ１２０は、未使用のトナーを貯留するコンテナ容器１２１と、補給口１２１ａと、シャッター部材１２４と、トナー搬送部材１２２と、撹拌パドル１２３と、ＤＣモータ１３１とを備える。また、トナーコンテナ１２０は現像器２に対して着脱自在に取り付けられる。

補給口１２１ａは、コンテナ容器１２１の底部で容器の長手方向の一端部に形成され、現像器２のトナー搬入口２２ｇ（図２参照）に対向して配置されることで、トナーを現像器２に供給することが可能となる。

シャッター部材１２４は補給口１２１ａを開閉するものであり、常時、補給口１２１ａを塞ぎ、コンテナ容器１２１から現像器２にトナーを供給するときに、容器の長手方向に移動して補給口１２１ａを開放する。

撹拌パドル１２３は、その軸部から径方向の両側に延び、且つ容器の長手方向に展開されるパドル状の羽根であり、パドル状の羽根の回転によって、コンテナ容器１２１内のトナーが撹拌される。

トナー搬送部材１２２はその軸部の周りに長手方向に一定のピッチで螺旋状に形成されるスクリューを有する。また、トナー搬送部材１２２は、コンテナ容器１２１内の底部に設けられ、補給口１２１ａに対向して配置される。トナー搬送部材１２２が回転すると、撹拌されたトナーが補給口１２１ａに向かって搬送される。そして、補給口１２１ａを塞いでいるシャッター部材１２４が補給口１２１ａを開放すると、コンテナ容器１２１内のトナーは補給口１２１ａを介して現像器２に供給されることになる。

ＤＣモータ１３１は、複数の磁石とその間に配設されるコイルとを有し、コイルに電流を流すと回転し、この回転によってトナー搬送部材１２２を回転させる。ＤＣモータ１３１は、例えば、ブリッジ回路にパルス電圧を印加してパルス電圧のオンとオフを繰り返すことによって、回転駆動させられる。

図４にＤＣモータ１３１に印加するパルス電圧を示す。図４に示すように、一定の電圧をＴｏｎ時間だけ印加してＴｏｆｆ時間だけ印加しないことを繰り返すことによって、ＤＣモータ１３１は所定の回転数で回転する。Ｔｏｎ時間とＴｏｆｆ時間との１パルス期間において、Ｔｏｎ時間を変化させると、ＤＣモータ１３１の単位時間当たりの回転数が変化する。即ち、１パルス周期内のＴｏｎ時間を長くするとＤＣモータ１３１の回転数が大きくなり、１パルス周期内のＴｏｎ時間を短くするとＤＣモータ１３１の回転数が小さくなる。

トナーコンテナ１２０内にトナーが収容されていないときに、所定のＴｏｎ時間のパルス電圧を印加してＤＣモータ１３１を回転させると、ＤＣモータ１３１は定速回転し、トナー搬送部材１２２（図３参照）も定速で回転する。しかし、トナー搬送部材１２２がトナーコンテナ１２０（図３参照）内でトナーを補給口１２１ａに向けて搬送するときに、トナー搬送部材１２２は搬送するトナーによる回転抵抗をうける。このトナー搬送の負荷はＤＣモータ１３１の回転に対する負荷となり、トナーコンテナ１２０内にトナーが収容されていない場合に比べるとＤＣモータ１３１の回転数が低下する。この回転数と負荷との関係を図５に示す。

図５は、例えば出力トルク（負荷）が０ｇｆ・ｃｍのとき、ＤＣモータ１３１が３８５０ｒｐｍ回転するが、出力トルク（負荷）の増加にともないＤＣモータ１３１の回転数が低下し、出力トルク（負荷）が４０ｇｆ・ｃｍまで増加すると、ＤＣモータ１３１の回転数が２３５０ｒｐｍに低下することを示している。

つまり、所定のＴｏｎ時間のパルス電圧にてＤＣモータ１３１を回転させて、トナー搬送部材１２２にてトナーコンテナ１２０内のトナーを現像器２に供給する場合、トナーコンテナ１２０内のトナーから受ける負荷によってＤＣモータ１３１の回転数が変動するために、トナーコンテナ１２０から現像器２に常に定量のトナーを供給することができなくなる。

そこで、トナーコンテナ１２０内のトナー量と補給口１２１ａ（図３参照）から現像器２に供給されるトナー量との関係を実験調査すると、図６に示すようになる。図６はトナーコンテナ１２０内のトナー残量率と現像器２へのトナー供給量との関係を示すグラフである。このグラフの横軸にはトナーコンテナ１２０内のトナー残量率（単位は％）をとり、縦軸には、所定時間当たりの補給口１２１ａから現像器２へのトナー供給量（単位はｇ／ｍｉｎ（分））をとっている。尚、トナーコンテナ１２０内にトナーが容量の限度まで収容されているときにはトナー残量率が１００％であり、現像器２へトナーを供給していくとトナー残量率が徐々に小さくなり、現像器２に全て供給するとトナー残量率が０％となる。従って、トナー残量率Ｚは、現像器２にトナーを供給し現像器２にて画像形成にトナーを使用する使用率Ｓ（単位は％）に対して（１００−Ｓ）となる。

また、図６に示すトナー残量率とトナー供給量の関係においては、ＤＣモータ１３１にＴｏｎ時間が８０ｍｓｅｃ、Ｔｏｆｆ時間が３６８ｍｓｅｃ（図４参照）となるパルス電圧を印加してＤＣモータ１３１を回転駆動させている。

図６から明らかなように、トナー残量率が大きいときにはトナー供給量が比較的に小さくなり、トナー残量率が小さくなると、トナー供給量が大きくなっている。これは、トナー残量率が大きいとトナー搬送部材１２２（図３参照）の回転負荷が大きくなり、ＤＣモータ１３１の回転数が減少し、一方トナー残量率が小さいとトナー搬送部材１２２の回転負荷が小さくなり、トナー残量率が大きいときに比べるとＤＣモータ１３１の回転数が増加していることによる。尚、トナー残量率が０％近くになると、トナーコンテナ１２０内のトナーが殆ど無くなるために、トナー搬送部材１２２から供給されるトナーも減り、トナー供給量が極端に小さくなっている。

このトナー残量率とトナー供給量の関係に基づいてＤＣモータ１３１の回転駆動を制御すると、トナーコンテナ１２０内のトナー量（トナー残量）の多少に係らずに現像器２へのトナー供給量を一定にすることができる。

そのＤＣモータ１３１の制御を図７に基づいて説明する。図７は制御部の周辺を示すブロック図である。本実施形態では、前述のＤＣモータ１３１と、ＤＣモータ１３１を駆動させるモータ駆動回路１３２と、印刷する画像データを外部から入力する画像入力部１２８と、印字率算出部１４１と、トナー残量算出部１４５と、積算印字率記憶部１５１と、関数記憶部１５５と、制御部１６０とを備え、画像形成する出力画像の印字率を算出し、トナーコンテナ１２０内のトナー残量を算出し、そして、ＤＣモータ１３１のパルス駆動時間を制御する。

制御部１６０は、マイクロコンピュータ、ＲＡＭ及びＲＯＭの記憶素子等で構成され、記憶素子に設定されたプログラム及びデータに従って、画像入力部１２８から入力される信号に基づき、また積算印字率記憶部１５１、関数記憶部１５５を参照して印字率算出部１４１、トナー残量算出部１４５、モータ駆動回路１３２を制御する。

印字率算出部１４１は、画像入力部１２８から制御部１６０を介して送られる画像データに基づいて、画像形成する用紙全体に対する文字等の印字するデータの割合（印字率）を算出する。この印字率は、画像全面をベタ画像としたときに使用されるトナー量に対し、各画像形成に使用するトナー量の割合でもある。単位印字率に対応するトナー使用量が、制御部１６０のＲＯＭ等の記憶素子に保存されている。画像形成装置の機種によってトナー使用量が異なるが、本実施形態では、例えば単位印字率は印字率を１％とし、印字率１％（単位印字率）に対するトナー使用量４．５ｍｇが記憶素子に保存されている。

積算印字率記憶部１５１は、ＲＡＭ等の書き換え可能な記憶素子からなり、印字率算出部１４１から制御部１６０を介して送られる印字率を積算する。つまり、積算印字率記憶部１５１は、トナーコンテナ１２０が画像形成装置１に装着された時から用紙に画像形成が行なわれる毎に各画像の印字率を積算し、その積算した印字率を保存していく。

トナー残量算出部１４５は、トナーコンテナ１２０内のトナー量を印字率に基づいて算出するものである。具体的には、積算印字率記憶部１５１から制御部１６０を介して積算印字率を参照し、また、制御部１６０のＲＯＭに保存された単位印字率に対するトナー使用量を参照し、この二つの参照値を乗算して、トナーコンテナ１２０の装着時から現在に至るまでのトナー使用量を算出する。トナーコンテナ１２０が画像形成装置１に装着された時のトナー残量を１００％として、トナー残量１００％から上記のトナー使用量の差を算出して、トナーコンテナ１２０内の現在のトナー残量率（単位％）とする。

関数記憶部１５５は、ＲＯＭ等の記憶素子からなり、トナー残量率とＤＣモータ１３１に印加するパルス電圧のオン時間との関数が保存されている。

トナー残量率とＤＣモータ１３１の印加電圧との関数について詳しく説明する。前述のように、トナーコンテナ１２０内のトナー残量率の差異によってＤＣモータ１３１への負荷が異なり、トナーコンテナ１２０のトナー供給量が異なる（図６参照）。つまり、トナー残量率が大きいときにはトナー供給量が比較的に少なくなり、トナー残量率が小さいときにはトナー供給量が比較的に多くなっている。

そこで、トナー残量率が大きいときには、ＤＣモータ１３１に印加するパルス電圧のオン時間を長くして、ＤＣモータ１３１の単位時間当たりの回転数を多くし、一方、トナー残量率が小さいときには、ＤＣモータ１３１に印加するパルス電圧のオン時間を短くして、ＤＣモータ１３１の単位時間当たりの回転数を少なくして、トナー残量率に係わらずにトナー供給量が一定になるようにする。

具体的には、図６に示すトナー残量率とトナー供給量との関係データから、各トナー残量率において、単位印字率（印字率１％）に相当するトナー使用量（４．５ｍｇ）のトナーを供給するために必要となるＤＣモータ１３１に印加する１パルス周期内のパルス電圧のＴｏｎ時間を設定する。

例えば、図６に示すトナー残量率が９０％以上である場合には、表１に示すようにトナー残量率とトナー供給量をプロットする。尚、図６では、トナーを供給するために、ＤＣモータ１３１にはオン時間Ｔｏｎが８０ｍｓｅｃ、オフ時間Ｔｏｆｆが３６８ｍｓｅｃとなるパルス電圧を１分間に１３４パルス印加している。従って、表１に示すトナー供給量はＤＣモータ１３１の１パルス駆動期間当りの供給量（ｍｇ／１パルス）である。そして、プロットしたトナー供給量の相加平均を算出する。また、図６に示すトナー残量率が３０％台である場合には、上記の９０％台と同様に、表２に示すようにトナー残量率とトナー供給量をプロットし、１パルス駆動期間当りのトナー供給量（ｍｇ／１パルス）の相加平均を算出する。

同様に、他のトナー残量率領域においても、トナー供給量の相加平均を算出する。各領域について纏めたものを表３に示す。

表３では、平均トナー供給量とともに、各平均トナー供給量に対する１パルス周期内のパルス電圧のオン時間を示している。表３に示すパルス電圧のオン時間（単位ｍｓｅｃ）は、平均トナー供給量（ｍｇ／１パルス）から以下のようにして算出したものである。つまり、印字率１％に対してトナー使用量が４．５ｍｇであり、そのトナー量を供給するのにパルスのオン時間Ｔｏｎを８０ｍｓｅｃに設定していることから、８０×４．５／（平均トナー供給量）の関係式から各トナー残量率領域のパルス電圧のオン時間を求めている。尚、トナー残量率が１０％以下である場合には、トナーコンテナ１２０内のトナー量が少なくなり、他の領域と同じように算出することが難しいので、１０％台のトナー残量領域におけるパルス電圧のオン時間を用いている。

上記のように設定されたトナー残量率とＤＣモータ１３１の印加電圧との関数が関数記憶部１５５に保存される。即ち、関数記憶部１５５には、表３に示すトナー残量率領域とＤＣモータ１３１に印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間とに関するテーブルが保存され、このテーブルに基づいてＤＣモータ１３１を駆動すると、単位印字率（印字率１％）に相当するトナー量が供給されることになる。

モータ駆動回路１３２はＤＣモータ１３１にパルス電圧を印加するブリッジ回路からなり、パルス電圧の印加にてＤＣモータ１３１を回転させる。

制御部１６０は、トナー残量算出部１４５から現在のトナー残量率を入力し、関数記憶部１５５を参照し、現在のトナー残量率からトナー残量率領域（表３参照）を判定し、そのトナー残量率領域に対応するパルス電圧のオン時間を決定する。また、制御部１６０は、印字率算出部１４１から画像形成する画像の印字率を入力し、この印字率と関数記憶部１５５を参照したパルス電圧のオン時間とを乗算し、乗算結果をＤＣモータ１３１のパルス電圧のオン時間としてモータ駆動回路１３２に出力する。例えば、トナー残量率が９５％で、画像の印字率が１０％である場合には、表３の９０％台のパルス電圧オン時間（３２．４ｍｓｅｃ）を読み出し、パルス電圧オン時間（３２．４ｍｓｅｃ）に印字率（１０％）を乗算してパルス電圧のオン時間（３２４ｍｓｅｃ）を算出し、更に、１パルスの周期（４４８ｍｓｅｃ）からパルス電圧のオフ時間１２４ｍｓｅｃ）を算出する。また、トナー残量率が７５％で、画像の印字率が８０％である場合には、表３の８０％台のパルス電圧オン時間（２８．１ｍｓｅｃ）を読み出し、パルス電圧オン時間（２８．１ｍｓｅｃ）に印字率（８０％）を乗算してパルス電圧のオン時間（２２４８ｍｓｅｃ）を算出する。パルス電圧のオン時間は１パルス周期（４４８ｍｓｅｃ）を超えているので、５パルス期間と８ｍｓｅｃだけパルス電圧をオンとし、４４０ｍｓｅｃだけパルス電圧をオフにする。

ＤＣモータ１３１はモータ駆動回路１３２からの印加電圧に基づく回転数で回転し、ＤＣモータ１３１の回転にてトナー残量にかかわらずに現像器２への一定量のトナーが供給され、また、現像に使用したトナー量が供給される。

上記実施形態によれば、画像形成装置１は、印加するパルス電圧のオン時間を制御することで単位時間当たりの回転数が変えられるＤＣモータ１３１と、このＤＣモータ１３１の回転にてトナーを現像器２に供給するトナーコンテナ１２０とを備える。また、画像形成装置１は、トナーコンテナ１２０のトナーの残量を算出するトナー残量算出部１４５と、現像に使用するトナー量を形成画像における印字率として算出する印字率算出部１４１と、トナーコンテナ１２０におけるトナーの残量とＤＣモータ１３１に印加する単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間との関数を記憶する関数記憶部１５５と、トナー残量算出部１４５にて算出したトナー残量と、印字率算出部１４１にて算出した出力画像の印字率と、関数記憶部１５５の関数とに基づいて、トナーコンテナ１２０から現像器２へのトナー補給量を制御する制御部１６０とを備える。

この構成によると、ＤＣモータ１３１の回転にてトナーコンテナ１２０から現像器２にトナーが供給されるが、トナーコンテナ１２０内のトナーの残量に応じてＤＣモータ１３１の回転負荷が異なり、即ち、トナーコンテナ１２０内にトナー残量が多い時にはＤＣモータ１３１の回転負荷が大きくなり、ＤＣモータ１３１の回転数が減少し、一方、トナー残量が少ない時にはＤＣモータ１３１の回転負荷が小さくなり、ＤＣモータ１３１の回転数が増加する。このようにＤＣモータ１３１の回転数が増減すると、現像器２へのトナーの供給量も増減する。そこで、トナーコンテナ１２０のトナー残量に基づいてＤＣモータ１３１のパルス電圧のオン時間を制御する、即ち、トナーコンテナ１２０のトナー残量が多い時にはＤＣモータ１３１に印加する１パルス周期内のオン時間を長くして、一方、トナーコンテナ１２０のトナー残量が少ない時にはＤＣモータ１３１に印加する１パルス周期内のオン時間を短くして、トナーコンテナ１２０のトナー残量にかかわらずに現像器２へのトナー供給量が一定となるようにする。更に、出力画像の印字率に基づいてＤＣモータ１３１のオン時間を制御することで、現像に使用したトナー量が現像器２に供給される。従って、比較的に安価なＤＣモータを用いていてもトナーコンテナ１２０から現像器２にトナーが安定して供給され、現像器２内のトナー濃度を一定に保つことができる。

また、上記実施形態によれば、制御部１６０は、トナー残量算出部１４５で算出されたトナー残量に対する、ＤＣモータ１３１に印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間を関数記憶部１５５から読み出し、印字率算出部１４１にて算出した出力画像の印字率と乗算することで、トナーコンテナ１２０のトナー補給量に対応するＤＣモータ１３１のオン電圧を算出するので、トナーコンテナ１２０から現像器２にトナーを正確に供給することができる。

また、上記実施形態によれば、印字率算出部１４１にて算出された印字率をトナーコンテナ１２０のトナーの供給開始から積算記憶する積算印字率記憶部１５１を更に備え、トナー残量算出部１４５は、積算印字率記憶部１５１による積算印字率に基づいてトナーコンテナ１２０の残量を算出する。このように印字率に基づいてトナーを補給すると、現像器２内のトナー濃度を安定して制御することができる。

また、上記実施形態によれば、関数記憶部１５５には所定のトナー残量の範囲におけるＤＣモータ１３１に印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間の平均値が保存され、この平均値を用いて、トナー補給量に対応するＤＣモータ１３１のパルス電圧のオン時間が算出されるので、制御部１６０におけるＤＣモータ１３１のオン時間の算出に要する時間を短くすることができる。

尚、上記実施形態では、印字率算出部１４１が画像入力部１２８から送られる画像データに基づいて印字率を算出する構成を示したが、本発明はこれに限らず、印字率算出部１４１は感光体１１にトナー像を形成する画像形成部の画像データに基づいて印字率を算出する構成にしてもよい。この場合も上記実施形態と同様の効果を奏する。

また、上記実施形態では、関数記憶部１５５には所定の範囲内のトナー残量率におけるトナー供給量の平均値を保存する構成を示したが、本発明はこれに限らず、関数記憶部１５５には各トナー残量率に対応するトナー供給量を保存する構成にしてもよい。この場合もＤＣモータ１３１のパルス電圧のオン時間をきめ細かく制御することができる。

また、上記実施形態では、トナー残量算出部１４５は、形成する画像の印字率の積算に基づいてトナーコンテナ１２０内のトナー量を算出する構成を示したが、本発明はこれに限らず、現像器２内に設けたトナー濃度センサに基づいてトナーコンテナ１２０内のトナー量を算出し、このトナー残量にてＤＣモータ１３１のパルス電圧のオン時間を制御する構成にしてもよい。この場合もトナーコンテナ１２０のトナー残量にかかわらずに現像器２へのトナー供給量を一定とすることができる。

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に利用することができ、特に、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いる現像器にトナーを補給する画像形成装置に利用することができる。

１画像形成装置
２、２ａ〜２ｄ現像器
２２現像容器
２２ｇトナー搬入口
１２０トナーコンテナ（トナー補給器）
１２１コンテナ容器
１２２トナー搬送部材
１２８画像入力部
１３１ＤＣモータ
１３２モータ駆動回路
１４１印字率算出部
１４５トナー残量算出部
１５１積算印字率記憶部
１５５関数記憶部
１６０制御部

Claims

トナー補給器から現像器にトナーを補給する画像形成装置であって、
印加するパルス電圧のオン時間を制御することで単位時間当たりの回転数が変えられるＤＣモータと、
前記ＤＣモータの回転にてトナーを現像器に供給するトナー補給器と、
前記トナー補給器のトナーの残量を算出するトナー残量算出部と、
現像に使用するトナー量を形成画像における印字率として算出する印字率算出部と、
前記トナー補給器におけるトナーの残量と前記ＤＣモータに印加する単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間との関数を記憶する関数記憶部と、
前記トナー残量算出部にて算出したトナー残量と、前記印字率算出部にて算出した出力画像の印字率と、前記関数記憶部の関数とに基づいて、前記トナー補給器から前記現像器へのトナー補給量を制御する制御部とを備えることを特徴とする画像形成装置。
前記制御部は、前記トナー残量算出部で算出されたトナー残量に対する、前記ＤＣモータに印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間を前記関数記憶部から読み出し、前記印字率算出部にて算出した出力画像の印字率と乗算することで、前記トナー補給器のトナー補給量に対応する前記ＤＣモータのオン時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記印字率算出部にて算出された印字率を前記トナー補給器のトナーの供給開始から積算記憶する積算印字率記憶部を更に備え、前記トナー残量算出部は、前記積算印字率記憶部による積算印字率に基づいて前記トナー補給器の残量を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
前記関数記憶部には、所定のトナー残量の範囲において前記ＤＣモータに印加される単位印字率当りの１パルス周期内のオン時間の平均値が保存されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。