JP2013145351A - 現像装置そのトナー補給方法及びトナー補給プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度を常に適正に保つ現像装置そのトナー補給方法及びトナー補給プログラムを提供する。
【解決手段】第１の現像槽、延出槽及び第２の現像槽からなる現像器内部を仮想的に１００分割［００］〜［９９］し、各分割位置の現像剤のトナー含有量（ｍｇ）を［００］〜［９９］に対応する１００個のデータ配列とし、初期値を例えば２００とする。［００］はトナー補給口の位置に対応したデータ領域で、一回のトナー補給量は１００ｍｇとする。［３８］はトナー濃度センサの位置のデータ領域、［５５］〜［９４］は現像ローラの位置のデータ領域で、画像データに応じたトナー量の減算が行われる。搬送に対応するデータシフトを０．１８秒ごとに１分割分、攪拌に対応するデータ平均化を［ｘｘ］のｘｘが偶数と奇数で隣り合う２つの配列データ間で行う。最小トナー濃度の現像剤が［９９］の位置に来たときトナー補給を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、トナー濃度を常に適正に保つ現像装置そのトナー補給方法及びトナー補給プログラムに関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置には、一成分現像剤（トナー）を用いる方式のものと、二成分現像剤を用いる方式のものとがある。一成分現像剤を用いる方式は、取り扱いと制御が比較的容易であるため、現像剤としては一成分トナーが主流を占めていた。

ところが近年のように、印刷（以下、印字ともいう）処理の高速化に対する要望が強まってくると、印刷処理の高速化には二成分現像剤を用いる方式の方がよく対応できるため、更なる改良を加えた二成分現像剤が種々提案されるようになった。

上記の二成分現像剤はトナーとキャリアで構成される。キャリアは現像器内でトナーと混合撹拌されてトナーに所定の電荷を与える。電荷を与えられたトナーはキャリアの表面に一時的に付着してキャリアの表面を被覆する。

キャリアは電荷を帯びたトナーを感光体上に運び、感光体上の静電潜像にトナーを転移させて、静電潜像上にトナー像を現像させる。表面のトナーを放出したキャリアは現像ローラ上に残り、再び現像器内に戻って新たなトナーと再び混合撹拌され、トナーに電荷を与え、そのトナーを感光体上に運ぶ、というように繰り返し使用される。

このような二成分現像剤を用いる現像装置としては、上流側のトナー濃度検出器が検出したトナー濃度と、下流側のトナー濃度センサが検出したトナー濃度と、トナー濃度の維持目標値とから単位時間当たりのトナー補給量を決定し、トナー消費量の多い大サイズ画像や、黒比率の高い画像を出力する場合であっても、高精度のトナー濃度制御を可能にする静電潜像現像装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

また、トナーセンサ面近傍に存在している現像剤を、攪拌・搬送部材の軸方向に搬送させる力を強くすることで、トナーセンサ面近傍での現像剤の滞留を抑制して、トナー濃度の検知精度の低下を抑制することができる現像装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）

特開２００２−０１４５３３号公報 特開２０１０−２４３９０４号公報

ところで、二成分現像剤を用いる方式の現像装置ではトナーを含んだ現像剤が現像器内を循環しているが、現像によってトナーが消費された場合、トナーを補給するかどうかの判断は、上記の特許文献１、２のいずれもトナー濃度センサの検知出力値だけに依存している。

つまり、現像器内を循環している現像剤がどういう状態であるか、すなわち循環している現像剤のどの部分が濃くてどの部分が薄いかなどの現像剤の循環部位のトナー濃度の状態は判断の条件には含まれていない。

しかし、通常の文字印字や写真印字では問題ないが、印字用紙全体がベタ部であるような場合、現像剤に濃度むらが存在すると、印字結果にもその濃度むらが、そのまま影響してしまうという不具合がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、トナー濃度を常に適正に保つ現像装置そのトナー補給方法及びトナー補給プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の現像装置は、像担持体上の静電潜像を現像して消費されるトナーを含む二成分現像剤を循環可能に収容する現像槽と、該現像槽の上記二成分現像剤の循環経路中に配設され、上記二成分現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度センサと、上記循環経路中に配設され、上記消費で減少したトナーを補充すべく補給用トナーを補給する補給口と、上記トナー濃度センサの濃度検知に基づいて上記補給用トナーの補給が必要か否かを検知する補給検知手段と、上記二成分現像剤が上記補給口から該補給口の直前まで一巡する時間ｎを、上記循環経路を仮想的に複数部位に分割した個数ｍで除算した時間ｎ／ｍごとに、上記各部位のトナー量を上記二成分現像剤の循環移動方向に１／ｍずつシフトさせて更新するシフト手段と、上記補給検知手段により上記補給用トナーの補給が必要と検知された際に、上記各部位のうち上記二成分現像剤のトナー量が最も少ない部位が上記補給口に移動するタイミングで上記補給口からの上記補給用トナーの補給を実施するよう制御する制御手段と、
を有して構成される。

本発明は、トナー濃度を常に適正に保つ現像装置そのトナー補給方法及びトナー補給プログラムを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施例１に係るフルカラーの画像形成装置（プリンタ、装置本体）の内部構成を説明する断面図である。 実施例１に係るプリンタの制御装置を含む回路ブロック図である。 (a),(b)は現像器を感光体ドラムと共に示す拡大断面図である。 現像器を図３(b)の矢印ｇで示す方向に切断して内部構成と現像剤の還流経路とを示す断面図である。 (a),(b),(c)は実施例１に係るプリンタの二成分現像剤中のトナー濃度を最適に制御する処理の原理を説明する図（その１）である。 (a),(b),(c)は実施例１に係るプリンタの二成分現像剤中のトナー濃度を最適に制御する処理の原理を説明する図（その２）である。 は図５及び図６に示した処理の原理に基づいて制御装置により処理される二成分現像剤中のトナー濃度を最適に制御する処理の動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の実施例では、トナーとキャリアから成る二成分現像剤が使用されるが、以下の説明では二成分現像剤を単に現像剤という。また、印字と印刷は同義に用いられる。

図１は、本発明の実施例１に係るフルカラーの画像形成装置（以下、単にプリンタという）の内部構成を説明する断面図である。

図１に示すプリンタ１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、転写ベルトユニット３、トナー供給部４、給紙部５、ベルト式定着ユニット６、で構成されている。

上記画像形成部２は、転写ベルトユニット３の転写ベルト８の下部走行部表面８ａに接して同図の右から左へ４個の現像装置９（９ｙ、９ｍ、９ｃ、９ｋ）を多段式に並設した構成からなる。この画像形成部２は、図１に示す印刷実行時位置から、それより下方の保守位置に、昇降可能にプリンタ１本体のフレームに保持されている。

上記４個の現像装置９のうち下流側（図の右側）の３個の現像装置９ｙ、９ｍ及び９ｃは、それぞれ減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、現像装置９ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。

上記の各現像装置９は、画像を現像するトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック（Ｋ）のトナー用の現像装置９ｋを例にしてその構成を説明する。

現像装置９は、最上部に感光体ドラム１０を備えている。この感光体ドラム１０は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム１０の周面近傍を取り巻いて、クリーナ１１、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３、及び現像器１４の現像ローラ１５が配置されている。

現像器１４は、現像ローラ１５の下方に位置する２つの現像槽内に、第１の攪拌搬送部材１６、及び第２の攪拌搬送部材１７を備えている。第１及び第２の攪拌搬送部材１６及び１７については詳しくは後述する。

転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右方向に扁平なループ状になって延在する無端状の上述した転写ベルト８と、この転写ベルト８を掛け渡されて転写ベルト８を図の矢印ａ及びｂで示す反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ１８と従動ローラ１９を備えている。

上記の転写ベルト８は、下方を循環移動するベルト表面に、ユニットと一体に組み込まれて転写ベルト８を介して感光体ドラム１０に圧接する一次転写ローラ２１によりトナー像を直接転写（一次転写）されて、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への二次転写部２３まで搬送する。

この転写ベルトユニット３には、駆動ローラ１８に掛け渡されている表面に、ベルトクリーナ２４のクリーニングブレード２５が当接して配置されている。ベルトクリーナ２４の下方には廃トナー回収容器２６が着脱自在に配置されている。

ベルトクリーナ２４は、クリーニングブレード２５が転写ベルト８の表面に当接して廃トナーを擦り取って除去し、その廃トナーを搬送部材により下方の廃トナー回収容器２６に送り込んでいる。

トナー供給部４は、転写ベルト８の上部走行部の上方に配置されている４個のトナーホッパー２７（２７ｙ、２７ｍ、２７ｃ、２７ｋ）で構成される。４個のトナーホッパー２７ｙ、２７ｍ、２７ｃ、２７ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーを収容している。

トナー供給部４は、同図にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ（以下、関連する記載を「ＹＭＣＫ」として表わす）で示すようにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーを、不図示のトナー供給路を介して現像装置９の現像器１４に供給する。

給紙部５は、１個の給紙カセット２９を備えている。給紙カセット２９の給紙口（図の右方）近傍には、用紙取出ローラ３１、給送ローラ３２、捌きローラ３３、待機搬送ローラ対３４が配置されている。

待機搬送ローラ対３４の用紙搬送方向（図の鉛直上方向）には、転写ベルト８を介して従動ローラ１９に圧接する二次転写ローラ３５が配設されて、前述した用紙への二次転写部２３を形成している。

この二次転写部２３と最下流の現像装置９ｍとの略中間位置で、転写ベルト８の下部走行部表面８ａに近接して、拡散反射型濃度センサ３６が配設されている。また、二次転写部の下流（図では上方）側にはベルト式熱定着ユニット６が配置されている。

ベルト式熱定着ユニット６の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着ユニット６から搬出する不図示の搬出ローラ対及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー３７に排紙する不図示の排紙ローラ対が配設されている。排紙トレー３７より右方に位置する本体上面端部はやや傾斜して操作パネル部３８が配置されている。

図２は、上記のプリンタ１の制御装置を含む回路ブロック図である。図２に示すように回路ブロックは、ＣＰＵ（central processing unit)４２を中心にして、このＣＰＵ４２に、それぞれデータバスを介してインターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）４３及びプリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）４４が接続されている。ＰＲ＿ＣＯＮＴ４４にはプリンタ印字部４５が接続されている。

また、ＣＰＵ４２には、ＲＯＭ（read only memory）４６、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）４７、本体操作部の操作パネル３８、各部に配置されたセンサからの出力が入力されるセンサ部４９が接続されている。

ＲＯＭ４６には、システムプログラムが記憶され、ＣＰＵ４２は、このシステムプログラムに従って各部を制御して処理を行う。

すなわち、各部において、先ず、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４３は、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト機器から供給される印字データをビットマップデータに変換し、フレームメモリ４９に展開する。フレームメモリ４９は、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）ごとに記憶エリアが設定されており、各色のデータが対応するエリアに展開される。

フレームメモリ４９に展開されたデータはＰＲ＿ＣＯＮＴ４４に出力され、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４４からプリンタ印字部４５に出力される。

プリンタ印字部４５は、エンジン部であり、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４４からの制御の下で、図１に示した感光体ドラム１０、一次転写ローラ２１等を含む不図示の回転駆動系、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３等の被駆動部を有する画像形成部、転写ベルトユニット３の上下移動や転写ベルト８の回転を駆動する不図示の駆動部を備えている。

更に、プリンタ印字部４５は、ベルト式定着ユニット６のベルト駆動を行うベルト駆動部５２や、現像器１４のモータ等を駆動するトナー供給部モータ駆動部５３や、後述する現像器１４内の現像器のトナー濃度配分状態を監視する現像剤状態監視部５１、シャッタ部材を開閉駆動するシャッタ開閉駆動部５４を備えている。

更に、プリンタ印字部４５は、用紙取出ローラ２２〜排紙ローラ対３１等の回転駆動される各部からなる搬送機構、発熱駆動及び回転駆動されるベルト式定着ユニット６などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。

そして、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４４から出力されたブラック（Ｋ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の各色のデータは、プリンタ印字部４５からそれぞれ対応する図１に示した光書込ヘッド１３に供給される。

図３(a),(b)は、上記現像器１４を感光体ドラム１０と共に示す拡大断面図である。図３(a)に示すように、現像器１４は、外壁フレーム５５と内部隔壁５６とで仕切られる２つの現像槽５７（５７ａ、５７ｂ）を備えている。

上方の第１の現像槽５７ａには、前述した現像ローラ１５と第１の攪拌搬送部材１６が配置されている。現像ローラ１５には、ドクターブレード５８が当接している。下方の第２の現像槽５７ｂには前述した第２の攪拌搬送部材１７が配置されている。この現像槽５７ｂにはトナー濃度センサ５９がその検知面６１を槽内に露出して配置されている。

第１の攪拌搬送部材１６は、回転軸６２とこの回転軸６２に螺旋状に固設された螺旋状フィン６３とで構成されている。第２の攪拌搬送部材１７は、回転軸６４とこの回転軸６４に螺旋状に固設された螺旋状フィン６５とで構成されている。

もし、現像剤のトナー濃度が規定以下に薄くなっていれば、トナー濃度センサ５９がトナー濃度低下を検出する。トナー濃度低下が検出されると、トナー供給部４の当該現像器１４に対応するトナーホッパー２７から後述する補給口を介してトナーが補給される。

上記のトナー濃度センサ５９の検知面６１は槽内に露出して配置されているので、現像剤が検知面６１に滞留しやすい。現像剤が検知面６１に滞留するとトナー濃度センサ５９の検知精度が低下する。

このトナー濃度センサ５９の検知精度の低下を防止するために、現像槽５７ｂ内の第２の攪拌搬送部材１７の回転軸６４には、トナー濃度センサ５９の検知面６１に対向して回転する位置に、ブレード保持部６６とこのブレード保持部６６に保持された弾性体シート（ブレード）６７から成るクリーニングブレード６８が固設されている。

クリーニングブレード６８は、攪拌搬送部材１７の回転軸６４と共に回転し、図３(b)に示すように、トナー濃度センサ５９の検知面６１を弾性体シート６７により摺擦して、検知面６１に滞留しようとする現像剤を払い飛ばして、直後に搬送されてくる現像剤と入替える。これにより、トナー濃度センサ５９の検知面６１に現像剤が滞留することによって生じる虞のあるトナー濃度の誤検知を防止している。

図４は、上記の現像器１４を図３(b)の矢印ｇで示す方向に切断して内部構成と現像剤の還流経路とを示す断面図である。図４には、図３(a),(b)に示した構成と同一の構成部分には図３(a),(b)と同一の番号を付与して示している。また、図４ではクリーニングブレード６８の図示は省略している。

図４に示すように、現像ローラ１５の両端部は、回転軸６９を介し現像器１４の外壁フレーム５５の現像ローラ支持部５５ａ、５５ｂにより回転可能に支持されている。回転軸６９の一方（図４では左方）の端部は、現像ローラ支持部５５ｂよりも更に延び出して形成され、先端部にギア７１を備えている。

現像器１４の外壁フレーム５５は、現像ローラ１５の回転軸６９が現像ローラ支持部５５ｂよりも更に延び出して形成されているのと同様に左方に延び出して、延出外壁フレーム５５ｃによって延出槽７３を形成している。

延出外壁フレーム５５ｃで形成される延出槽７３の内部には、循環シャッタ７２が配設されている。循環シャッタ７２は、第１の循環口を兼ねており、その開閉量により、第１の現像槽５７ａ及び第２の現像槽５７ｂの間を循環する現像剤の循環量を調整するように構成されている。

この循環シャッタ７２の下方に位置する第２の現像槽５７ｂに連通する延出槽７３の側面にトナー補給口７５が連結されている。トナー濃度センサ５９によりトナー濃度の低下が検出されると、この現像器１４に対応するトナー供給部４のトナーホッパー２７からトナー補給口７５を介してトナーが補給される。

上記第１の攪拌搬送部材１６の回転軸６２は、一方の端部を、現像ローラ支持部５５ａと同じ側の外壁フレーム５５に回転可能に支持され、他方の端部を延出外壁フレーム５５ｃによって回転可能に支持されている。

第１の攪拌搬送部材１６の回転軸６２の延出外壁フレーム５５ｃよりも外に出る外端部６２ａには駆動中継ギア７６が固設されている。また、第２の攪拌搬送部材１７の回転軸６４の延出外壁フレーム５５ｃよりも外に出る外部軸６４ａには、外部係合ギア７７と駆動伝達ギア７８が固設されている。

外部係合ギア７７は、プリンタ１本体装置側の不図示の駆動系に係合して回転し、第２の攪拌搬送部材１７を回転させると共に駆動伝達ギア７８を回転させる。駆動伝達ギア７８は第１の攪拌搬送部材１６の回転軸６２の駆動中継ギア７６に噛合して、駆動中継ギア７６に回転駆動を伝達する。

駆動中継ギア７６は、第１の攪拌搬送部材１６を回転させると共に、駆動伝達ギア７８からの回転駆動をギア７１に中継する。ギア７１は現像ローラ１５を回転させる。

図３(a)及び図４において、第１の攪拌搬送部材１６は、図３(a)の矢印ｃで示すように図３(a)の反時計回り方向に回転し、現像槽５７ａ内の現像剤を螺旋状フィン６３で攪拌しながら図３(a)の矢印ｅで示すように図の紙面奥行き方向手前から向こう側（図４では矢印ｈ、ｉ、ｊで示す左側）へ搬送し、その現像剤を現像ローラ１５に供給する。

現像ローラ１５は、現像剤のトナーのみを図１及び図３(a),(b)に示す感光体ドラム１０に供給して、感光体ドラム１０周面上の静電潜像をトナー像化（現像）する。トナーのみを感光体ドラム１０に引き取られた現像ローラ１５上の現像剤のキャリアは、現像槽５７ａ内の現像剤に混合される。

現像剤は、図３(a),(b)の紙面奥行き方向向こう側（図４では左側）の第１の循環口（循環シャッタ７２）から矢印ｋ、ｍ、ｎで示すように延出槽７３を介して現像槽５７ｂに送り戻される。

この現像槽５７ｂ内の第２の攪拌搬送部材１７は、図３(a)の矢印ｄで示すように図３(a)の反時計回り方向に回転し、現像槽５７ｂ内の現像剤を螺旋状フィン６５で攪拌しながら矢印ｆで示すように図３(a)の紙面奥行き方向向こう側から手前側（図４では矢印ｍ、ｎ、ｏ、ｐで示す右側）へ搬送する。

第２の攪拌搬送部材１７は、現像剤を攪拌搬送しながら、図３(a),(b)の紙面奥行き方向手前側（図４では右側）の第２の循環口７９から、矢印ｑで示すように現像剤を現像槽５７ａに送り出す。このように、現像剤の還流とトナーの補給が繰り返されて、トナーによる現像が逐次進行する。

ところで、本例のプリンタ１が二成分現像剤を用いて印字処理をすることは前述した。本例のプリンタ１は、二成分現像剤を用いて印字処理をするに際し、図２に示した制御装置により、二成分現像剤中のトナー濃度を最適に制御する。以下、その原理を説明する。

図５(a),(b),(c)及び図６(a),(b),(c)は、二成分現像剤中のトナー濃度を最適に制御する処理の原理を説明する図である。先ず、第１の現像槽５７ａ、延出槽７３、及び第２の現像槽５７ｂからなる現像器内部を仮想的に１００分割して、この１００分割に対応するデータ領域を図５(a)に示すように、ＥＥＰＲＯＭ４７の所定領域に設定する。

図５(a)には、枠内左方上から下にＤＳ［００］、ＤＳ［０１］、ＤＳ［０２］、・・・、ＤＳ［３７］、ＤＳ［３８］、ＤＳ［３９］、・・・、ＤＳ［５４］、ＤＳ［５５］、ＤＳ［５６］、・・・、ＤＳ［９８］、ＤＳ［９９］と、ＤＳ［００］からＤＳ［９９］までの１００分割したデータ領域の名称を示している。

枠外左方に示す◎印は、ＤＳ［００］が、トナー補給口７５の位置に対応するデータ領域であることを示し、△印は、ＤＳ［３８］が、トナー濃度センサ５９の位置に対応するデータ領域であることを示し、○印は、ＤＳ［５５］からＤＳ［９４］までが、現像ローラ１５の位置に対応するデータ領域であることを示している。

枠内右方のデータ領域には、現像剤の状態として、トナー含有量を数値（ｍｇ）で示すものとする。そして、データ領域の各データを、仮想的に１００分割された現像器内部の各分割位置の現像剤の状態を示す１００個の要素数から成るデータ配列とする。

現像器が新品で未使用とした場合、初期状態としてデータ配列の全ての要素数の数値を２００（ｍｇ）とする。これは現像器内部の現像剤総量を２５０ｇ、初期トナー濃度を８％とした場合、トナーの総量は２０ｇとなり、それを１００で割った数値は０．２ｇ、つまり２００ｍｇとなるからである。

図５(b)は、上記の初期状態から印字が開始された直後の状態を示している。印字によるトナーの消耗に備えて予めトナー補給口７５から１００ｍｇのトナーが補給された結果、トナー補給口７５の位置に対応するデータ領域ＤＳ［００］のデータが３００（２００＋１００）と増加している。

他方、現像ローラ１５の位置に対応するデータ領域ＤＳ［５５］〜ＤＳ［９４］では、Ａ４判の用紙一枚の印字が行われて、その印字率を通常の印字率５％とした場合、およそ２０ｍｇのトナーが消費されるので、−２０ｍｇをＤＳ［５５］〜ＤＳ［９４］の４０個のデータ領域に振り分けて、１つのデータ領域当たり「−０．５ｍｇ」と算出する。

これにより、データ領域ＤＳ［５５］〜ＤＳ［９４］には、１９９．５（＝２００．０−０．５）が格納される。この後、現像器内部の現像剤が１８秒で現像器内を一周することに基づいて、１００分割されたＤＳ［００］からＤＳ［９９］に対応する位置の現像剤が０．１８秒（＝１８（秒）＊１０００／１００（ｍ秒））で１分割の区間を移動する。

そこで、本例では、固定的に設定されているデータ領域ＤＳ［００］〜ＤＳ［９９］に対して、上記現像剤の１分割分の移動に対応して、枠内右に示すデータ配列を、図５(c)に矢印８０で示すように、一領域分シフトさせる。

そして、図６(a)示すように、隣り合う２つのデータ配列間で平均化の演算を行う。なお、本例では、隣り合う２つのデータ配列は、ＤＳ［００］のデータ配列を基準として、ＤＳ［ｘｘ］のｘｘを、偶数と奇数、偶数と奇数、・・・の順に隣り合う２つに分ける。

これにより、図５(c)のようにシフト後のＤＳ［００］とＤＳ［０１］のデータ配列「２００．０」と「３００．０」が、図６(a)に示すように、データ配列「２５０．０」と「２５０．０」に変化する。なお、ＤＳ［５６］〜ＤＳ［９５］のデータ配列は、ｘｘが偶数と奇数のＤＳ［ｘｘ］のデータ配列が全て同一の「１９９．５」であるので、平均化しても変化はない。

また、上記処理の間も、印字処理は実行されているので、ここで、再び、現像ローラ１５の位置に対応するデータ領域ＤＳ［５５］〜ＤＳ［９４］のデータ配列の数値が、図６(b)に示すように「０．５」だけ減算される。そして、図６(c)に示すように、再び、図６(b)に示すデータ配列が、図６(c)に矢印８１で示すように、一領域分シフトされる。

以下、０．１８秒すなわち１８０ｍ秒ごとに、隣り合う２つのデータ配列間にける平均化の演算と、そのデータ配列の一領域分のシフトが繰り返される。なお、隣り合う２つのデータ配列は、ＤＳ［ｘｘ］のｘｘを、奇数と偶数、奇数と偶数、・・・、の順に隣り合う２つに分けてもよい。

また、現像ローラ１５の位置に対応するデータ領域ＤＳ［５５］〜ＤＳ［９４］のデータ配列の数値を、説明の便宜上、一律に「−０．５」としているが、実際には、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４３に入力される画像データに基づいて、トナーの減量を演算するようにする。

図７は、上述した処理の原理に基づいて、図２に示した制御装置のＣＰＵ４２によって処理される二成分現像剤中のトナー濃度を最適に制御する処理の動作を説明するフローチャートである。

先ず、装置本体１に電源が投入され、装置本体１の操作パネル部３８又は外部のホスト機器から印字データと共に印字開始の指示が入力されると、ＣＰＵ４２は、現像器１４が新品ならＤＳ［００］〜ＤＳ［９９］のデータ配列の全要素を初期化し、現像器１４が新品でないなら、前回の現像剤の状態をロードする（ステップＳ１）。

この処理では、現像器１４が新品なら、図５(a)に示したように、ＥＥＰＲＯＭ４７の所定領域に設定されているＤＳ［００］〜ＤＳ［９９］のデータ配列の全要素を「２００．０」に設定し、現像器１４が新品でないなら、前回の現像剤の状態として、例えば図５(b)〜図６(c)に示したデータ配列のいずれかが設定される。

続いて、ＣＰＵ４２は、現像器１４にトナー補給が必要か否かを判別する（ステップＳ２）。この処理では、ＣＰＵ４２は、トナー濃度センサ５９の出力値を参照し、その出力値を、予めＥＥＰＲＯＭ４７の他の所定領域に設定されているトナー濃度閾値と比較して、出力値が閾値以下となっていれば、トナー補給が必要であると判別する（Ｓ２の判別がＹｅｓ）。

そして、その場合は、ＤＳ配列全体を参照し、一番値が低い値を探す（ステップＳ３）。この処理では、図５(c)及び図６(a)に示したように、順次「シフト」と「隣り合う配列データとの平均化」が進められている中で、最も値が低いデータのＤＳ［ｘｘ］の位置を探し出す処理である。

なお、現像ローラ近隣部の位置に対応するＤＳ［５５］〜ＤＳ［９４］のデータ配列のトナー量を示す値の減算は、前述したように、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４３に入力される画像データに基づいて演算されるので、図５(b)に示したように一律に「−０．５」とはならず一番大きな値を減算される、つまりデータが一番低い値となるＤＳ［ｘｘ］が存在する。

そして、ＣＰＵ４２は、そのＤＳ［ｘｘ］の一番低い値のデータが順次シフトされて、ＤＳ［９９］に到達したか否か判別する（ステップＳ４）。この処理では、前述したように、現像剤は１８秒で現像器１４を一周するので、「（９９−ｘｘ）×１８／１００」（秒）で、一番低い値のデータ、つまりトナー濃度が最小の現像剤がＤＳ［９９］として区分された位置に到達する。

そして、一番低い値のデータがＤＳ［９９］に到達していれば（Ｓ４の判別がＹｅｓ）、ＣＰＵ４２は、トナーの補給を実施する（ステップＳ５）。この処理では、トナー補給口７５から１００ｍｇのトナーが補給される。そして、ＣＰＵ４２は、例えば、図５(b)に示したように、ＤＳ［００］の配列データに「１００」を加算する。

続いて、ＣＰＵ４２は、現像器１４による現像が実施されたか否か判別する（ステップＳ６）。なお、上記ステップＳ４の判別で、一番低い値のデータがＤＳ［９９］に到達していなときは、ＣＰＵ４２は、直ちに、ステップＳ６の処理に進む。

そして、ステップＳ６の判別で、現像が実施されていれば（Ｓ６の判別がＹｅｓ）、現像ローラ近隣部の区分帯にあるＤＳ［５５］〜ＤＳ［９４］の現像剤のトナー含有量の減少量を演算して、その演算結果の値を、ＤＳ［５５］〜ＤＳ［９４］のデータ配列の各データから減算する（ステップＳ７）。

この処理は、図５(b)又は図６(b)で説明した処理と同様の処理である。但し、ここでも実際に減算される値は、一律の値を減算するのではなく、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４３に入力される画像データに基づいて演算される。

上記に続いてＣＰＵ４２は、上記処理から一定時間経過後に、「配列シフト」と「隣り合う配列との平均化」を実行する（ステップＳ８）。この処理では、図５(c)又は図６(c)に示したように、ＤＳ［００］〜ＤＳ［９９］に対して配列データが一区画分だけシフトされる。そして図６(a)に示しように、例えばＤＳ［ｘｘ］のｘｘが偶数と奇数で隣り合う配列データが平均化される。

続いてＣＰＵ４２は、電源がオフされたか否かを判別し（ステップＳ９）、電源がオフでないなら（Ｓ９の判別がＮｏ）、ステップＳ２に戻って、ステップＳ２〜Ｓ９の処理を繰り返す。

このように、現像器１４の第１の攪拌搬送部材１６と第２の攪拌搬送部材１７による現像剤の攪拌（隣り合う配列データとの平均化）と搬送（１００分割区間を１区間１８０ｍ秒でシフト）、及びトナー濃度が最小な現像剤位置の算出、その位置の現像剤がトナー補給口７５の直前に来たときのトナー補給、という制御が実行される。

また、上記ステップＳ９の判別で、電源がオフされたときは、ＣＰＵ４２は、配列の状態をセーブして（ステップＳ１０）、処理を終了する。この配列の状態のセーブでは、ＣＰＵ４２は、それまでＣＰＵ内蔵のＲＡＭ等の領域で演算していたＤＳ［００］〜ＤＳ［９９］の現時点の配列データをＥＥＰＲＯＭ４７の所定領域に格納する。

このように、本発明の現像装置、そのトナー補給方法、及びそのトナー補給プログラムに基づく制御によって、常に最適に平均化されたトナー濃度の現像剤が現像ローラに供給され、濃度ムラの無い高画質の画像が形成される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[付記１]

像担持体上の静電潜像を現像して消費されるトナーを含む二成分現像剤を循環可能に収容する現像槽と、
該現像槽の前記二成分現像剤の循環経路中に配設され、前記二成分現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度センサと、
前記循環経路中に配設され、前記消費で減少したトナーを補充すべく補給用トナーを補給する補給口と、
前記トナー濃度センサの濃度検知に基づいて前記補給用トナーの補給が必要か否かを検知する補給検知手段と、
前記二成分現像剤が前記補給口から該補給口の直前まで一巡する時間ｎを、前記循環移動する循環経路を仮想的に複数部位に分割した個数ｍで除算した時間ｎ／ｍごとに、前記各部位のトナー量を前記二成分現像剤の循環移動方向に１／ｍずつシフトさせて更新するシフト手段と、
前記補給検知手段により前記補給用トナーの補給が必要と検知された際に、前記各部位のうち前記二成分現像剤のトナー量が最も少ない部位が前記補給口に移動するタイミングで前記補給口からの前記補給用トナーの補給を実施するよう制御する制御手段と、
を有することを特徴とする現像装置。
[付記２]

像担持体上の静電潜像を現像して消費されるトナーを含む二成分現像剤を現像槽内に循環可能に収容し、前記現像槽の前記二成分現像剤の循環経路中に配設されたトナー濃度センサにより前記二成分現像剤中のトナーの濃度を検知し、該濃度検知に基づいて補給用トナーの補給が必要か否かを検知して前記循環経路中に配設された補給口から補給用トナーを補給するトナー補給方法であって、
前記二成分現像剤が前記補給口から該補給口の直前まで一巡する時間ｎを、前記循環移動する循環経路を仮想的に複数部位に分割した個数ｍで除算した時間ｎ／ｍごとに、前記各部位のトナー量を前記二成分現像剤の循環移動方向に１／ｍずつシフトさせて更新し、
前記補給用トナーの補給が必要と検知された際に、前記各部位のうち前記二成分現像剤のトナー量が最も少ない部位が前記補給口に移動するタイミングで前記補給口からの前記補給用トナーの補給を実施するよう制御する、
ことを特徴とするトナー補給方法。
[付記３]

像担持体上の静電潜像を現像して消費されるトナーを含む二成分現像剤を現像槽内に循環可能に収容し、前記現像槽の前記二成分現像剤の循環経路中に配設されたトナー濃度センサにより前記二成分現像剤中のトナーの濃度を検知し、該濃度検知に基づいて補給用トナーの補給が必要か否かを検知して前記循環経路中に配設された補給口から補給用トナーを補給するコンピュータで読取可能なトナー補給プログラムにおいて、
前記二成分現像剤が前記補給口から該補給口の直前まで一巡する時間ｎを、前記循環移動する循環経路を仮想的に複数部位に分割した個数ｍで除算した時間ｎ／ｍごとに、前記各部位のトナー量を前記二成分現像剤の循環移動方向に１／ｍずつシフトさせて更新するシフト処理と、
前記補給用トナーの補給が必要と検知された際に、前記各部位のうち前記二成分現像剤のトナー量が最も少ない部位が前記補給口に移動するタイミングで前記補給口からの前記補給用トナーの補給を実施するよう制御する制御処理と、
を含むことを特徴とするトナー補給プログラム。

本発明は、トナー濃度を常に適正に保つ現像装置そのトナー補給方法及びトナー補給プログラムに利用することができる。

１ フルカラー画像形成装置（プリンタ、装置本体）
２ 画像形成部
３ 転写ベルトユニット
４ トナー供給部
５ 給紙部
６ ベルト式定着ユニット
８ 転写ベルト
８ａ 下部走行部表面
９（９ｍ、９ｃ、９ｙ、９ｋ） 現像装置
１０ 感光体ドラム
１１ クリーナ
１２ 帯電ローラ
１３ 光書込ヘッド
１４ 現像器
１５ 現像ローラ
１６ 第１の攪拌搬送部材
１７ 第２の攪拌搬送部材
１８ 駆動ローラ
１９ 従動ローラ
２１ 一次転写ローラ
２３ 二次転写部
２４ ベルトクリーナ
２５ クリーニングブレード
２６ 廃トナー回収容器
２７（２７ｍ、２７ｃ、２７ｙ、２７ｋ） トナーホッパー
２９ 給紙カセット
３１ 用紙取出ローラ
３２ 給送ローラ
３３ 捌きローラ
３４ 待機搬送ローラ対
３５ 二次転写ローラ
３６ 拡散反射型濃度センサ
３７ 排紙トレー
３８ 操作パネル部
４２ ＣＰＵ（central processing unit)
４３ インターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）
４４ プリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）
４５ プリンタ印字部
４６ ＲＯＭ（read only memory）
４７ ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）
４８ センサ部
４９ フレームメモリ
５１ 現像剤状態監視部
５２ ベルト駆動部
５３ トナー供給部モータ駆動部
５４ シャッタ開閉駆動部
５５ 外壁フレーム
５５ａ、５５ｂ 現像ローラ支持部
５５ｃ 延出外壁フレーム
５６ 内部隔壁
５７ 現像槽
５７ａ 第１の現像槽
５７ｂ 第２の現像槽
５８ ドクターブレード
５９ トナー濃度センサ
６１ 検知面
６２ 回転軸
６２ａ 外端部
６３ 螺旋状フィン
６４ 回転軸
６５ 螺旋状フィン
６６ ブレード保持部
６７ 弾性体シート（ブレード）
６８ クリーニングブレード
６９ 回転軸
７１ ギア
７２ 循環シャッタ
７３ 延出槽
７５ トナー補給口
７６ 駆動中継ギア
７７ 外部係合ギア
７８ 駆動伝達ギア
７９ 第２の循環口
８０ シフト矢印

Claims (3)

1. 像担持体上の静電潜像を現像して消費されるトナーを含む二成分現像剤を循環可能に収容する現像槽と、
   該現像槽の前記二成分現像剤の循環経路中に配設され、前記二成分現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度センサと、
   前記循環経路中に配設され、前記消費で減少したトナーを補充すべく補給用トナーを補給する補給口と、
   前記トナー濃度センサの濃度検知に基づいて前記補給用トナーの補給が必要か否かを検知する補給検知手段と、
   前記二成分現像剤が前記補給口から該補給口の直前まで一巡する時間ｎを、前記循環移動する循環経路を仮想的に複数部位に分割した個数ｍで除算した時間ｎ／ｍごとに、前記各部位のトナー量を前記二成分現像剤の循環移動方向に１／ｍずつシフトさせて更新するシフト手段と、
   前記補給検知手段により前記補給用トナーの補給が必要と検知された際に、前記各部位のうち前記二成分現像剤のトナー量が最も少ない部位が前記補給口に移動するタイミングで前記補給口からの前記補給用トナーの補給を実施するよう制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする現像装置。
2. 像担持体上の静電潜像を現像して消費されるトナーを含む二成分現像剤を現像槽内に循環可能に収容し、前記現像槽の前記二成分現像剤の循環経路中に配設されたトナー濃度センサにより前記二成分現像剤中のトナーの濃度を検知し、該濃度検知に基づいて補給用トナーの補給が必要か否かを検知して前記循環経路中に配設された補給口から補給用トナーを補給するトナー補給方法であって、
   前記二成分現像剤が前記補給口から該補給口の直前まで一巡する時間ｎを、前記循環移動する循環経路を仮想的に複数部位に分割した個数ｍで除算した時間ｎ／ｍごとに、前記各部位のトナー量を前記二成分現像剤の循環移動方向に１／ｍずつシフトさせて更新し、
   前記補給用トナーの補給が必要と検知された際に、前記各部位のうち前記二成分現像剤のトナー量が最も少ない部位が前記補給口に移動するタイミングで前記補給口からの前記補給用トナーの補給を実施するよう制御する、
   ことを特徴とするトナー補給方法。
3. 像担持体上の静電潜像を現像して消費されるトナーを含む二成分現像剤を現像槽内に循環可能に収容し、前記現像槽の前記二成分現像剤の循環経路中に配設されたトナー濃度センサにより前記二成分現像剤中のトナーの濃度を検知し、該濃度検知に基づいて補給用トナーの補給が必要か否かを検知して前記循環経路中に配設された補給口から補給用トナーを補給するコンピュータで読取可能なトナー補給プログラムにおいて、
   前記二成分現像剤が前記補給口から該補給口の直前まで一巡する時間ｎを、前記循環移動する循環経路を仮想的に複数部位に分割した個数ｍで除算した時間ｎ／ｍごとに、前記各部位のトナー量を前記二成分現像剤の循環移動方向に１／ｍずつシフトさせて更新するシフト処理と、
   前記補給用トナーの補給が必要と検知された際に、前記各部位のうち前記二成分現像剤のトナー量が最も少ない部位が前記補給口に移動するタイミングで前記補給口からの前記補給用トナーの補給を実施するよう制御する制御処理と、
   を含むことを特徴とするトナー補給プログラム。