JP2021067884A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度センサーにより正確なトナー濃度が検出されるときにのみ、トナー濃度センサーを作動させて、トナー濃度センサーの消費電力を必要最小限に抑える。【解決手段】画像形成装置１０は、現像部２２内のトナー及びキャリアを撹拌するスクリュー３２と、スクリュー３２を回転駆動するモーター４３と、モーター４３の回転を検出する回転センサー４４と、現像部２２内のトナーの濃度を検出するトナー濃度センサー３５と、トナー濃度センサー３５の駆動又は駆動停止を切り替える切替回路４５と、回転センサー４４の検出出力に基づきモーター４３の回転が安定していると検知した場合に、トナー濃度センサー３５を駆動させる信号を切替回路４５に出力し、モーター４３の回転が安定していないと検知した場合に、トナー濃度センサー３５を駆動停止させる信号を切替回路４５に出力する制御部４１を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、トナー及びキャリアを収納した現像部を備える画像形成装置に関し、特に、現像部内のトナーの濃度を検出するトナー濃度センサーの消費電力を低減させる技術に関する。

画像形成装置では、トナー及びキャリアを収納した現像部を備え、現像部内のトナー及びキャリアを撹拌しつつ、現像部によりトナーを像担持体表面の静電潜像に付与して、静電潜像をトナー像に現像している。また、現像部内のトナーの濃度をトナー濃度センサーにより検出し、現像部内のトナーが消費されて、トナーの濃度が低下したときには、トナーを現像部に補給している。

例えば、特許文献１に記載の画像形成装置では、現像器内に電圧振動板を設けておき、この電圧振動板を振動させて、電圧振動板の検出膜上のトナーのトナー量を検出している。また、メインモータがオンしているときに（画像形成動作が実行されているときに）のみ電圧振動板をオンにして、電圧振動板の振動を原因とするノイズを聴き取り難くしている。

また、特許文献２に記載の電子写真プリンターでは、振動子をトナーボックスの底部に設けて、この振動子の振動を電気信号に変換し、この電気信号のレベルに基づきトナー残量の低下を判定している。また、印刷動作に応じて振動子を作動させて、振動子の音によりユーザーに不安や不快感を与えないようにしている。

特開平１０−１８６８２５号公報 特開平０２−０４０６７３号公報

近年、画像形成装置においては、消費電力の更なる低減が図られていることから、現像部内のトナーの濃度を検出するトナー濃度センサーについても、消費電力の低減が要求されている。このため、特許文献１及び特許文献２の技術を応用して、画像形成動作が実行されているときにのみトナー濃度センサーをオンにしたり、あるいは印刷動作に応じてトナー濃度センサーを作動させたりして、トナー濃度センサーのオン又は作動の期間を短くし、トナー濃度センサーの消費電力を低減させることが考えられる。

しかしながら、上記のようにトナー及びキャリアを現像部に収容し、現像部内のトナー及びキャリアを撹拌している場合は、その撹拌の状況に応じてトナー濃度センサーにより検出されるトナー濃度が変化するので、画像形成動作が実行されているときにのみトナー濃度センサーをオンにしたり、あるいは印刷動作に応じてトナー濃度センサーを作動させたりするだけでは、トナー濃度センサーにより正確なトナー濃度が検出されるとは限らず、よってトナー濃度センサーにより無駄な電力が消費されることとなる。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、トナー濃度センサーにより正確なトナー濃度が検出されるときにのみ、トナー濃度センサーを作動させて、トナー濃度センサーの消費電力を必要最小限に抑えることを目的とする。

本発明の一局面に係る画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、トナーを前記像担持体上の静電潜像に付与して、前記静電潜像をトナー像に現像する現像部と、前記現像部に設けられて、該現像部に収容されているトナー及びキャリアを撹拌する撹拌部と、前記撹拌部を回転駆動させる回転駆動部と、前記回転駆動部の回転を検出する回転センサーと、前記現像部に収容されているトナーの濃度を検出するトナー濃度センサーと、前記トナー濃度センサーの駆動又は駆動停止を切り替える切替部と、前記回転センサーの検出出力に基づき前記回転駆動部の回転が安定しているか否かを検知して、前記回転駆動部の回転が安定している場合に、前記トナー濃度センサーを駆動させる駆動信号を前記切替部に出力し、前記回転駆動部の回転が安定していない場合に、前記トナー濃度センサーを駆動停止させる駆動停止信号を前記切替部に出力する制御部と、を備え、前記切替部は、前記駆動信号又は前記駆動停止信号 に従って前記トナー濃度センサーの駆動又は駆動停止を切り替えるものである。

本発明によれば、トナー濃度センサーにより正確なトナー濃度が検出されるときにのみ、トナー濃度センサーを作動させて、トナー濃度センサーの消費電力を必要最小限に抑えることができる。

本発明の画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。 本実施形態の画像形成装置における感光体ドラム及び現像部等を示す断面図である。 現像部の現像剤収容部の横断面を概略的に示す断面図である。 現像部の制御系を示す機能ブロック図である。 現像部のスクリューを回転させるモーターの回転を検出する回転センサーの出力を例示する図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。本実施形態の画像形成装置１０は、画像読取部１１と、画像形成部１２とを備えている。

画像読取部１１は、原稿を光学的に読み取るスキャナーを有し、この原稿の画像を示す画像データを生成する。

画像形成部１２は、画像読取部１１で生成された画像データによって示される画像を記録紙に印刷するものであり、マゼンタ用の画像形成ユニット３Ｍ、シアン用の画像形成ユニット３Ｃ、イエロー用の画像形成ユニット３Ｙ、及びブラック用の画像形成ユニット３Ｂｋを備えている。各画像形成ユニット３Ｍ、３Ｃ、３Ｙ、及び３Ｂｋのいずれにおいても、感光体ドラム４の表面を均一帯電させ、感光体ドラム４の表面を露光して、感光体ドラム４の表面に静電潜像を形成し、感光体ドラム４の表面の静電潜像をトナー像に現像して、感光体ドラム４の表面のトナー像を中間転写ベルト５に１次転写する。これにより、カラーのトナー像が中間転写ベルト５上に形成される。このカラーのトナー像は、中間転写ベルト５と２次転写ローラー１２１の間のニップ域Ｎにおいて給紙部１４から搬送路８を通じて搬送されてきた記録紙Ｐに２次転写される。

この後、定着装置１５で記録紙Ｐが加熱及び加圧されて、記録紙Ｐ上のトナー像が熱圧着により定着され、更に記録紙Ｐが排出ローラー対１６を通じて排出トレイ１７に排出される。

図２は、各画像形成ユニット３Ｍ、３Ｃ、３Ｙ、及び３Ｂｋにおける１組の感光体ユニット２１及び現像部２２を示す縦断面図である。また、図３は、現像部２２の現像剤収容部３１を概略的に示す横断面図である。

図２に示すように各画像形成ユニット３Ｍ、３Ｃ、３Ｙ、及び３Ｂｋ毎に、感光体ユニット２１、現像部２２、及び１次転写ローラー６が設けられている。感光体ユニット２１には、感光体ドラム４、感光体ドラム４の表面を除電する除電部２４、感光体ドラム４の表面に残留したトナーをクリーニングするクリーニング部２５、感光体ドラム４の表面を均一に帯電させる帯電部２６等が設けられている。

また、図２及び図３に示すように現像部２２には、現像ローラー２７、現像剤を収容した現像剤収容部３１、現像剤を循環搬送させる２本のスクリュー３２、及び現像ローラー２７に現像剤を供給する供給ローラー３３等が設けられている。

現像剤収容部３１に収容されている現像剤は、トナーとキャリアを混合してなる二成分の現像剤である。この現像剤収容部３１には、２本の搬送経路３６が並行して形成されており、これらの搬送経路３６の両端部が接続導通されて、循環搬送経路が形成されている。２本のスクリュー３２は、現像剤を、図３の矢印で示すようにその循環搬送経路を通じて撹拌しつつ循環搬送し、現像剤のトナーとキャリアを混合すると共に、トナーとキャリアの撹拌によりトナーを帯電させる。

現像ローラー２７は、感光体ドラム４に接近又は接触している。この現像ローラー２７の表面には、供給ローラー３３を経由して、該現像ローラー２７の磁力により現像剤が付与される。この現像ローラー２７の表面に担持されたトナーは、バイアス電圧が印加された現像ローラー２７と所定の電位に帯電された感光体ドラム４の間の静電気力により現像ローラー２７の表面から感光体ドラム４の表面へと移動して付着する。これにより、感光体ドラム４の表面上の静電潜像がトナーで現像される。更に、１次転写ローラー６にも、バイアス電圧が印加されており、感光体ドラム４の表面に担持されたトナーが中間転写ベルト５へと転写される。

一方、現像部２２の現像剤収容部３１には、現像剤収容部３１内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサー３５が設けられている。このトナー濃度センサー３５は、透磁率センサーであって、現像剤収容部３１内の現像剤の透磁率を検知している。この検知された透磁率に基づき、トナー濃度（キャリアに対するトナーの比率。いわゆるＴ／Ｃ）が検出される。例えば、トナー濃度センサー３５に対峙している現像剤中のキャリア量が少ないと、高いトナー濃度が検出され、トナー濃度センサー３５に対峙している現像剤中のキャリア量が多いと、低いトナー濃度が検出される。そして、現像剤収容部３１内の現像剤のトナーが消費されて、トナー濃度センサー３５により検出されたトナー濃度が規定のトナー濃度よりも低下したときには、トナーコンテナ（図示せず）から現像剤収容部３１の循環搬送経路へとトナーが補給されて、現像剤収容部３１内の現像剤のトナー濃度が規定のトナー濃度に戻される。

図４は、現像部２２の制御系を示す機能ブロック図である。図４において、制御部４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory）、及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成され、現像部２２を制御する。この制御部４１として、画像形成装置１０全体を制御するものを兼用することが可能である。

駆動回路４２は、制御部４１により制御されて、モーター４３を回転駆動するための駆動信号を該モーター４３に出力する回路である。

モーター４３は、例えば、サーボモーターであり、駆動回路４２から送られてくる上記駆動信号に従って回転する。このモーター４３の出力軸の回転が図３に示すように現像部２２のギアユニット３７を通じて２本のスクリュー３２の軸に伝達されて、各スクリュー３２が回転され、現像剤収容部３１に収容されている現像剤（トナー及びキャリア）が撹拌されて循環搬送される。

回転センサー４４は、エンコーダー又はポテンショメーターであり、モーター４３の出力軸の回転を検出して、モーター４３の出力軸の回転周期（すなわち、モーター４３の回転周期）を示す検出信号を出力する。なお、本実施形態では、回転センサー４４がエンコーダーであり、上記検出信号は、エンコーダーから出力されるパルスであり、また、モーター４３に内蔵される場合を例にして説明する。

切替回路４５は、制御部４１からの駆動信号に従ってトナー濃度センサー３５を駆動させ、駆動停止信号に従ってトナー濃度センサー３５を駆動停止させる回路である。すなわち、切替回路４５は、制御部４１からの駆動信号又は駆動停止信号に従ってトナー濃度センサー３５の駆動又は駆動停止を切り替える。切替回路４５は、トナー濃度センサー３５に内蔵される。切替回路４５は、特許請求の範囲における切替部の一例である。

制御部４１は、回転センサー４４から送られてくる検出信号に基づき、モーター４３の出力軸の回転周期が予め設定された一定回転周期に一致するか否かを検知し、その出力軸の回転周期が一定回転周期に一致する期間が予め設定された規定期間に達したという条件を満たすときに、切替回路４５に上記駆動信号を出力する。制御部４１は、当該条件を満たさないときには、切替回路４５に上記駆動停止信号を出力する。切替回路４５は、制御部４１からの駆動信号に従ってトナー濃度センサー３５に対して駆動電圧を供給し、トナー濃度センサー３５を駆動させる。

トナー濃度センサー３５は、内蔵する切替回路４５により駆動電圧が供給されたときにのみ動作し、現像部２２の現像剤収容部３１内のトナー濃度を検出して、このトナー濃度を示す検出信号を制御部４１に出力する。

次に、現像部２２の制御についてより詳しく説明する。制御部４１は、駆動回路４２を制御して、モーター４３を回転させ、現像部２２の現像剤収容部３１に収容されている現像剤を撹拌させつつ循環搬送させる。このとき、回転センサー４４は、モーター４３の回転周期を検出して、例えば図５に示すような検出信号Ｓを出力する。

図５において、回転センサー４４の検出信号Ｓの周期Ｔは、モーター４３の回転周期に対応している。モーター４３の回転周期が予め設定された一定回転周期になると、回転センサー４４から出力される検出信号Ｓの周期Ｔはその一定回転周期に対応する一定周期Ｔｍとなる。制御部４１は、回転センサー４４の検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍとなっていると判断し、回転センサー４４の検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍとなっている期間ｔが予め設定された規定期間ｔｍ（例えば１００μｓｅｃ）に達していると判断したときに、モーター４３の出力軸の回転が安定しているとして、切替回路４５に対して駆動信号を出力する。このとき、切替回路４５はトナー濃度センサー３５に対して駆動電圧を供給し、トナー濃度センサー３５を駆動させる。

モーター４３の出力軸の回転が安定していて、モーター４３の出力軸の回転周期が一定回転周期に一致する状態では、各スクリュー３２により現像剤収容部３１内の現像剤（トナー及びキャリア）が一定回転周期で撹拌されて、トナー濃度センサー３５により検出される現像剤収容部３１内の現像剤のトナー濃度が最大値と最小値の間で繰り返し変化し、その最大値と最小値が安定する。このため、制御部４１は、回転センサー４４の検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍとなっており、かつ、回転センサー４４の検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍとなっている期間ｔが規定期間ｔｍに達したときに、トナー濃度センサー３５を駆動させ、トナー濃度センサー３５により現像剤収容部３１内の現像剤のトナー濃度を検出させる。

制御部４１は、トナー濃度センサー３５の検出出力に基づきトナー濃度の最大値と最小値を判定して、最小値と最大値の平均値を算出し、この平均値をトナー濃度として求め、このトナー濃度が規定のトナー濃度よりも低下すると、トナーコンテナ（図示せず）から現像剤収容部３１へとトナーを補給する補給部（図示せず）を駆動制御して、トナーを現像剤収容部３１に補給させ、現像剤収容部３１内の現像剤のトナー濃度を規定のトナー濃度に調節する制御を行う。

一方、モーター４３の出力軸の回転が不安定な状態であって、回転センサー４４の検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍとならないか、又は回転センサー４４の検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍとなっている期間ｔが規定期間ｔｍに達しない場合、制御部４１は、切替回路４５に対して駆動停止信号を出力する。このとき、切替回路４５はトナー濃度センサー３５に対して駆動電圧の供給を停止し、トナー濃度センサー３５の駆動を停止させる。

モーター４３の出力軸の回転周期が不安定である場合は、トナー濃度センサー３５により検出される現像剤収容部３１内の現像剤のトナー濃度の最大値と最小値がバラついて安定しない。このため、制御部４１は、トナー濃度センサー３５の駆動を停止させる。この場合、制御部４１は、トナー濃度センサー３５の検出出力に基づきトナー濃度の低下を判定することはなく、トナーを現像剤収容部３１に補給させることもない。

仮に、トナー濃度センサー３５によりトナー濃度が正確に検出されない状況で、トナー濃度センサー３５の検出出力に基づきトナー濃度の低下が判定されて、トナーが現像剤収容部３１に補給された場合は、現像剤収容部３１内の現像剤のトナー濃度が規定のトナー濃度からずれる。同時に、トナー濃度センサー３５の電力が無駄に消費されることとなる。

しかしながら、本実施形態では、制御部４１が、回転センサー４４の検出出力に基づき現像部２２の現像剤収容部３１の各スクリュー３２の回転が安定しているか否かを検知して、各スクリュー３２の回転が安定している場合に、トナー濃度センサー３５を駆動させ、各スクリュー３２の回転が安定していない場合に、トナー濃度センサー３５の駆動を停止させているので、現像剤収容部３１内の現像剤のトナー濃度を適確に維持して画像品質の低下を防止しつつ、トナー濃度センサー３５の電力が無駄に消費されることをなくすことができる。

なお、上記実施形態では、切替回路４５がトナー濃度センサー３５に内蔵される形態を示しているが、切替回路４５は、制御部（ＣＰＵ）４１に内蔵されるものとしてもよい。

また、制御部４１は、検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍに一致するか否かだけではなく、検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍに近似するか否か、つまり一定周期Ｔｍに対する検出信号Ｓの周期Ｔの誤差が一定範囲に収まるか否かを判定し、検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍに一致又は近似する期間ｔが規定期間ｔｍに達したときに、上記駆動信号を出力するようにしてもよい。

また、制御部４１は、規定期間ｔｍを適宜変更し、或いは、規定期間ｔｍを「０」に設定して、回転センサー４４から送られてくる検出信号に基づき、モーター４３の出力軸の回転周期が予め設定された一定回転周期に一致することを検知し、その出力軸の回転周期が一定回転周期に一致する期間が予め設定された規定期間に達したという条件を満たすか否かを判断するようにしてもよい。なわち、制御部４１は、規定期間ｔｍを「０」に設定した場合は、検出信号Ｓの周期Ｔが一定周期Ｔｍに一致又は近似することをもって、直ちに上記駆動信号を出力することになる。

また、本発明は、上記実施形態の画像形成装置に限定されるものではなく、本発明をコピー機、プリンター、ファクシミリ装置等にも適用することができる。

また、図１乃至図５を用いて説明した上記実施形態の構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明を当該構成及び処理に限定する趣旨ではない。

１０ 画像形成装置
１２ 画像形成部
４ 感光体ドラム
２２ 現像部
２７ 現像ローラー
３２ スクリュー
３５ トナー濃度センサー
４１ 制御部
４４ 回転センサー
４５ 切替回路

Claims (5)

1. 静電潜像を担持する像担持体と、
   トナーを前記像担持体上の静電潜像に付与して、前記静電潜像をトナー像に現像する現像部と、
   前記現像部に設けられて、該現像部に収容されているトナー及びキャリアを撹拌する撹拌部と、
   前記撹拌部を回転駆動させる回転駆動部と、
   前記回転駆動部の回転を検出する回転センサーと、
   前記現像部に収容されているトナーの濃度を検出するトナー濃度センサーと、
   前記トナー濃度センサーの駆動又は駆動停止を切り替える切替部と、
   前記回転センサーの検出出力に基づき前記回転駆動部の回転が安定しているか否かを検知して、前記回転駆動部の回転が安定している場合に、前記トナー濃度センサーを駆動させる駆動信号を前記切替部に出力し、前記回転駆動部の回転が安定していない場合に、前記トナー濃度センサーを駆動停止させる駆動停止信号を前記切替部に出力する制御部と、を備え、
   前記切替部は、前記駆動信号又は前記駆動停止信号に従って前記トナー濃度センサーの駆動又は駆動停止を切り替える画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記回転センサーの検出出力に基づき前記回転駆動部の回転周期を検出し、該検出した回転周期が予め設定されている一定回転周期に一致又は近似する場合に、前記回転駆動部の回転が安定していることを検知する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記検出した回転周期が前記一定回転周期に一致又は近似している期間が予め設定された規定期間以上になると、前記回転駆動部の回転が安定していることを検知する請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記回転駆動部は、サーボモーターであり、
   前記回転センサーは、前記サーボモーターに設けられており前記サーボモーターの回転を検出するエンコーダーであり、
   前記回転センサーの検出出力は、前記エンコーダーから出力されるパルスである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記トナー濃度センサーは、前記現像部に収容されているトナー及びキャリアの透磁率を検出して、該検出した透磁率に対応する前記トナーの濃度を検出する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。

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