JP4521321B2 - 現像装置及びトナー補給方法 - Google Patents

Description

この発明は、電子写真方式の画像形成において像担持体に形成された静電潜像に現像槽内のトナーを供給して可視像化する現像装置、及び、電子写真方式の画像形成時に消費されるトナーを現像装置の現像槽に補給する際のトナー補給方法に関する。

電子写真方式の画像形成において常に適正な濃度の画像を得るためには、像担持体にトナーを供給する現像装置の現像槽におけるトナーの収納量を過不足のない状態に維持する必要がある。

このため、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を使用する現像装置では、現像槽における２成分現像剤中のトナー濃度を透磁率センサ等の検出手段によって検出し、２成分現像剤中に占めるトナーの割合が所定の範囲内に納まるように現像槽内にトナーを補給している。また、トナーのみからなる１成分現像剤を使用する現像装置では、現像槽における現像剤（トナー）の収納量を検出し、現像槽内のトナーの収納量が所定の範囲内に納まるように現像槽内にトナーを補給している。

一般に、現像槽内へのトナーの補給には、現像槽に着脱自在に装着されたトナーボックスの補給ローラが用いられる。画像形成装置に用いる現像剤の補給は、現像槽内に配置されるトナー濃度センサ（一般的に透磁率センサが用いられる。）の出力値が所定の閾値よりも大きいか小さいかでアンダートナーであるかオーバートナーであるかを検出し、トナー濃度センサの出力値が所定の閾値よりも大きい場合に、補給ローラを回転させてトナー濃度センサの出力値が閾値になるように現像槽にトナーが補給される。

また、ディジタル画像形成装置では、画像形成処理の対象となる画像の全画素数が判別できることを利用して、１画素当りのトナー消費量から画像形成に使用するトナー使用量を算出し、トナー使用量に合致するトナーを補給する手法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１２６２１９号公報

しかしながら、従来の画像形成装置では、常に一定の回転速度で補給ローラを回転させて現像装置へのトナー補給が行われており、画像形成すべき画像の濃度に拘らず単位時間当りのトナー補給量が一定であった。

このため、低濃度の画像についての画像形成が連続する時に、一定の補給量でトナー補給を続けるとオーバートナーになる傾向が強く、画像にカブリ発生が生じる。一方、高濃度の画像についての画像形成が連続する時に、一定の補給量でトナー補給を続けるとトナー濃度の低下が継続し、補給したトナーが十分に撹拌されない状態で現像工程に使用され、未帯電トナーによって画像に白抜けが発生する問題があった。

このような問題は、単一の画像に対する画像形成処理時であっても、画像形成すべき画像の濃度が平均的な濃度と大きく異なる場合には、各画像毎のトナーの使用量に応じた量のトナーを補給することができず、画質の低下を招く問題があった。

この発明の目的は、画像形成すべき画像の画像情報に基づくトナー使用量を基準に単位時間当りのトナー補給量を制御し、画素数や濃度が互いに異なる複数の画像についての連続画像形成処理中のトナー補給時にも、現像槽内の攪拌不良や攪拌過多を生じることのない適量のトナーを補給することができ、常に適正な帯電状態のトナーによって良好な画質を維持することができる現像装置及びトナー補給方法を提供することにある。

上記の課題を解決するための手段として、この発明の現像装置は、以下の構成を備えたものである。

（１）静電潜像に供給すべきトナーを収納した現像槽と、前記現像槽内に補給すべきトナーを収納したトナーボックスと、前記現像槽におけるトナーの収納量を検出するトナー収納量検出手段と、画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量を画像形成前に算出するトナー使用量算出手段と、前記トナー収納量検出手段が検出したトナー収納量及びトナー使用量算出手段が算出したトナー使用量に基づいて前記トナーボックスからの前記現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量を画像形成前に決定するとともに、連続した画像形成処理中に前記トナー補給量で前記現像槽にトナーを補給している間に前記トナー収納量検出手段が所定量のトナーの収納量を検出した時又は連続画像形成処理における最後の画像についての画像形成処理が完了する時刻よりも所定時間だけ前の時刻に前記現像槽へのトナーの補給を停止する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成においては、画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量が算出され、算出されたトナー使用量に基づいて現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量が決定される。したがって、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーが随時に現像槽に補給される。

（２）前記トナーボックスから前記現像槽にトナーを補給する補給ローラをさらに備え、前記制御手段は前記単位時間当りのトナー補給量として前記補給ローラの回転速度を決定することを特徴とする。

この構成においては、画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量が算出され、算出されたトナー使用量に基づいて、現像槽にトナーを補給する補給ローラの回転速度が決定される。したがって、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、補給ローラの回転速度が各画像毎のトナー使用量に応じて制御され、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーが随時に現像槽に補給される。

（３）前記補給ローラに回転を供給するパルスモータをさらに備え、前記制御手段は駆動周波数を制御して前記パルスモータの回転速度を変更することを特徴とする。

この構成においては、画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量が算出され、算出されたトナー使用量に基づいて、補給ローラに回転を供給するパルスモータの駆動周波数が制御される。したがって、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、各画像毎のトナー使用量に応じて制御されたパルスモータの回転が補給ローラに供給され、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーが随時に現像槽に補給される。

また、この発明のトナー補給方法は、以下の構成を備えたものである。

（４）画像形成処理の開始前に、現像槽におけるトナーの収納量を検出するとともに、画像形成すべき画像の濃度情報に応じた画像形成時のトナー使用量を算出し、前記現像槽におけるトナー収納量及び画像形成時のトナー使用量に基づいてトナーボックスからの前記現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量を画像形成前に決定するとともに、連続した画像形成処理中に前記トナー補給量で前記現像槽にトナーを補給している間に前記トナー収納量検出手段が所定量のトナーの収納量を検出した時又は連続画像形成処理における最後の画像についての画像形成処理が完了する時刻よりも所定時間だけ前の時刻に前記現像槽へのトナーの補給を停止することを特徴とする。

この構成においては、画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量が算出され、算出されたトナー使用量に基づいて現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量及びトナー補給開始タイミングが決定される。したがって、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーの補給が、各画像毎のトナー使用量が変化に応じたタイミングで開始される。

（５）画像形成処理の開始前に、現像槽におけるトナーの収納量を検出するとともに、画像形成すべき画像の濃度情報に応じた画像形成時のトナー使用量を算出し、前記現像槽におけるトナー収納量及び画像形成時のトナー使用量に基づいてトナーボックスからの前記現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量及びトナー補給開始タイミングを画像形成前に決定するとともに、連続した画像形成処理中に前記トナー補給量で前記現像槽にトナーを補給している間に前記トナー収納量検出手段が所定量のトナーの収納量を検出した時又は連続画像形成処理における最後の画像についての画像形成処理が完了する時刻よりも所定時間だけ前の時刻に前記現像槽へのトナーの補給を停止する決定することを特徴とする。

この構成においては、画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量が算出され、算出されたトナー使用量に基づいて現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量及びトナー補給開始タイミングが決定される。したがって、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーの補給が、各画像毎のトナー使用量が変化に応じたタイミングで開始される。

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量を算出し、算出したトナー使用量に基づいて現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量を決定することにより、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーを随時に現像槽に補給することができる。これによって、画素数や濃度が互いに異なる複数の画像についての連続画像形成処理中のトナー補給時にも、現像槽内の攪拌不良や攪拌過多を生じることのない適量のトナーを補給することができ、常に適正な帯電状態のトナーによって良好な画質を維持することができる。

（２）画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量を算出し、算出したトナー使用量に基づいて現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量及びトナー補給開始タイミングを決定することにより、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーの補給を、各画像毎のトナー使用量が変化に応じたタイミングで開始することができる。

（３）画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量を算出し、算出したトナー使用量に基づいて現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量及びトナー補給終了タイミングを決定することにより、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーの補給を、各画像毎のトナー使用量が変化に応じたタイミングまで継続して行うことができる。

（４）画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量を算出し、算出したトナー使用量に基づいて、現像槽にトナーを補給する補給ローラの回転速度を決定することにより、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、補給ローラの回転速度を各画像毎のトナー使用量に応じて制御し、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーを随時に現像槽に補給することができる。

（５）画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量を算出し、算出したトナー使用量に基づいて、補給ローラに回転を供給するパルスモータの駆動周波数を制御することにより、連続画像形成処理中のトナー補給時に各画像毎のトナー使用量が変化する際にも、各画像毎のトナー使用量に応じて制御されたパルスモータの回転を補給ローラに供給し、各画像毎のトナー使用量に応じた量のトナーを随時に現像槽に補給することができる。

以下に、この発明の最良の実施形態に係る現像装置が適用される画像形成装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、この発明の実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の概略の構成を示す正面断面図である。画像形成装置１は、少なくとも原稿から読み取った画像を用紙（ＯＨＰ等の記録媒体を含む。）に形成する複写機能を備えている。

画像形成装置１は、原稿読取部１０、給紙部２０、画像形成部３０、排紙部６０、図示しない操作パネル部等から構成される。原稿読取部１０は、装置本体の上部に配置され、原稿台１１Ａ，シート読取台１１Ｂ、自動原稿搬送装置１２、読取ユニット１３を含む。

原稿台１１Ａ及びシート読取台１１Ｂは、内部に読取ユニット１３が配置された筐体１９の上部に自動原稿搬送装置１２に対向するように備えられ、透明ガラスで構成されている。自動原稿搬送装置１２は、給送ローラ１４の回転により、原稿載置トレイ１２Ａ上に収納されたシート状の原稿を１枚ずつシート読取台１１Ｂ上に搬送する。

自動原稿搬送装置１２は、原稿台１１Ａ及びシート読取台１１Ｂの上方に配置されており、原稿台１１Ａ及びシート読取台１１Ｂの上面を選択的に開閉する原稿カバーとして機能する。

読取ユニット１３は、ミラーベース１３Ａ，１３Ｂ、レンズ１３Ｃ及び固体撮像素子（以下、ＣＣＤという。）１３Ｄを備えている。ミラーベース１３Ａは、光源ランプ及び第１ミラーを搭載して水平方向に往復移動する。ミラーベース１３Ｂは、第２ミラー及び第３ミラーを搭載してミラーベース１３Ａの１／２の速度で同方向に移動する。レンズ１３Ｃは、光源ランプから照射されて原稿の画像面で反射した後に第１〜第３ミラーを経由して配光された反射光をＣＣＤ１３Ｄに結像させる。

原稿台１１Ａ上に載置された原稿の画像を読み取る固定読取モード時には、ミラーベース１３Ａは、原稿台１１Ａの左端部から少なくとも原稿の全面に対向する位置まで矢印Ｙ方向に往動する。この間に、ＣＣＤ１３Ｄが原稿台１１Ａに載置された原稿から主走査方向の１ラインずつ画像を読み取る。原稿の終端又は原稿台１１Ａの終端に達した読取ユニット１３は、矢印Ｙ′方向に復動する。

自動原稿搬送装置１２の原稿載置トレイ１２Ａからシート読取台１１Ｂに搬送されたシート状の原稿の画像を読み取るシート読取モード時には、ミラーベース１３Ａは、図１中に示すようにシート読取台１１Ｂの底面に対向する位置に静止する。シート読取台１１Ｂを通過したシート状の原稿は、排出トレイ１２Ｂ上に排出される。

ＣＣＤ１３Ｄは、ミラーベース１３Ａに搭載されている光源ランプから照射された光の原稿の画像面における反射光をミラーベース１３Ａ，１３Ｂに搭載された第１〜第３ミラー及びレンズ１３Ｃを介して受光し、受光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、画像データとしてディジタルデータに変換された後、所定の画像処理を施されて画像形成部３０に供給される。

給紙部２０は、画像形成装置１内の下部に配置され、給紙トレイ２１、手差トレイ２２及び給紙ローラ２３、捌き部材２４等から構成される。給紙トレイ２１及び手差トレイ２２は、画像形成時に用紙搬送路Ｐに給紙される用紙を載置する。給紙ローラ２３は、回転して給紙トレイ２１に収納されている用紙を１枚ずつ搬送する。

画像形成部３０は、原稿読取部１０の下方の手差トレイ２２側に配置され、レーザスキャニングユニット（以下、ＬＳＵと言う。）３７、感光体ドラム３１及び定着装置３６を有し、感光体ドラム３１の周囲に、帯電器３２、現像装置３３、転写装置３４及びクリーニングユニット３５を感光体ドラム３１の回転方向である矢印Ａ方向に沿ってこの順に配置して構成されている。

感光体ドラム３１は、画像形成時に矢印Ａ方向に回転する。この間に感光体ドラム３１の表面には、帯電器３２により所定の電荷が均一に付与された後、ＬＳＵ３７から画像データによって変調された画像光の照射を受け、光導電作用による静電潜像が形成される。次いで、感光体ドラム３１の表面には、現像装置３３からトナーが供給され、静電潜像がトナー像に顕像化される。

用紙搬送路Ｐにおける給紙ローラ２３の下流側には、感光体ドラム３１の回転に合せて感光体ドラム３１と転写装置３４との間に用紙を搬送すべきタイミングを決定するレジストローラ５１が備えられている。感光体ドラム３１の回転に先立って給紙された用紙は、レジストローラ５１によって感光体ドラム３１の回転に同期して感光体ドラム３１と転写装置３４との間に導かれる。感光体ドラム３１の表面に担持されたトナー像は、転写装置３４によって用紙の表面に転写される。この転写工程を終了した感光体ドラム３１の表面は、クリーニングユニット３５に対向し、残留トナーが除去されてトナー像の形成に繰り返し使用される。

定着装置３６は、加熱ローラ３８及び加圧ローラ３９を備えている。トナー像が転写された用紙は、加熱ローラ３８と加圧ローラ３９との間を通過する際に加熱及び加圧される。加熱ローラ３８は、トナーを溶融可能な温度まで昇温されている。用紙が加熱ローラ３８と加圧ローラ３９との間を通過する際に、トナー像が溶融して用紙の表面に定着する。

排紙部６０は、上下方向において原稿読取部１０と給紙部２０との間に配置され、排紙ローラ６１及び排紙トレイ６２等から構成される。排紙ローラ６１は、排出口６３の内側に配置されており、用紙搬送路Ｐ上を搬送されて定着装置３６を通過した用紙を排紙トレイ６２に排出する。

排紙ローラ６１は、正逆両方向に回転可能にされており、用紙の両面に画像形成を行う両面画像形成時に、用紙搬送路Ｐ上を搬送されてきた用紙を挟持したまま、用紙を排出する回転方向とは逆方向に回転し、用紙を用紙搬送路Ｐ′に搬送する。用紙搬送路Ｐ′は、用紙搬送路Ｐにおける定着装置３６の下流側の位置、及び、レジストローラ５１の上流側の位置で用紙搬送路Ｐに合流している。排紙トレイ６２は、排紙ローラ６１を介して排出口６３から排出された画像形成済の用紙を積層して収納する。

用紙搬送路Ｐにおいて排紙ローラ６１の上流側には、排紙ローラ６１に近接して排紙センサ６５が備えられている。排紙センサ６５は、排紙ローラ６１の上流側で用紙搬送路Ｐを搬送されてきた用紙を検出する。

排紙部６０は、画像形成装置１の前面側及び左側面側に開放し、背面側及び右側面側を閉鎖されている。排紙部６０において排紙トレイ６２は、用紙の収納量に応じて上下に移動自在にされている。排紙トレイ６２は、用紙を収納していない状態で図１に示す高さ位置に位置しており、用紙の収納量が増加するにともなって図１に示す位置から下降する。

図２は、上記現像装置３３の構成を示す図である。現像装置３３は、現像槽１０１とトナーボックス１０２を含む。現像槽１０１は、感光体ドラム３１に対向する面を開放している。現像槽１０１の内部には、磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤が収納され、現像ローラ１０３、供給ローラ１０４、撹拌ローラ１０５，１０６が軸支されている。また、現像槽１０１には、トナー濃度センサ１０７が配置されている。開放面の上部にはドクタブレード１０９が取り付けられている。

トナーボックス１０２は、内部にトナーを収納しており、現像槽１０１の上面に着脱自在に装着される。トナーボックス１０２の内部は、底面の位置を経由して現像槽１０１の内部に連通している。この連通部分には、補給ローラ１０８が軸支されている。補給ローラ１０８は、一例としてスポンジローラである。補給ローラ１０８の回転により、トナーボックス１０８内のトナーが、現像槽１０１内に補給される。

現像ローラ１０３は、内部に磁極を備えた円筒形のスリーブであり、磁極の磁界によって周面に現像剤の穂立ちを形成しつつ回転し、現像剤を現像位置に搬送する。現像位置は、現像ローラ１０３の周面が感光体ドラム３１の表面に最も接近する位置である。現像位置に搬送された現像剤に含まれるトナーが、感光体ドラム３１の表面に形成されている静電潜像に静電気力によって吸着する。これによって、静電潜像がトナー像に顕像化される。

供給ローラ１０４は、回転によって現像槽１０１内の現像剤を現像ローラ１０３の周面に供給するとともに、現像位置を通過した後に現像ローラ１０３の表面に残留した現像剤を回収する。現像ローラ１０３の表面における現像剤の付着量は、ドクタブレード１０９によって規定される。撹拌ローラ１０５，１０６は、回転によってトナーボックス１０２から補給されたトナーを現像槽１０１内に収納されている現像剤と撹拌する。この撹拌によってトナーは所定の極性に帯電し、磁性キャリアの表面に静電気力によって吸着する。

トナー濃度センサ１０７は、一例として透磁率センサであり、現像槽１０１内に収納されている現像剤の透磁率に応じた電圧を出力する。非磁性体であるトナーが現像剤中に占める割合が多くなると現像剤の透磁率が低下し、トナーが現像剤中に占める割合が少なくなると現像剤の透磁率が上昇する。トナー濃度センサ１０７は、この発明のトナー収納量検出手段である。

画像形成処理の現像工程においては、現像槽１０１内に収納されている現像剤中のトナーのみが静電潜像の顕像化に用いられ、理想的には磁性キャリアは感光体ドラム３１に付着することなく現像槽１０１に戻る。したがって、画像形成処理が繰り返されることにより、現像槽１０１内の現像剤中のトナー濃度が低下する。後述する制御手段は、トナー濃度センサ１０７の出力信号が所定の閾値レベル以上になると補給ローラ１０８を回転させ、トナー濃度センサ１０７の出力信号が所定の閾値レベルを維持するように現像槽１０１内にトナーを補給する。

図３は、上記画像形成装置１の制御部７０の構成の一部を示すブロック図である。画像形成装置１の制御部７０は、ＲＯＭ７２及びＲＡＭ７３を備えたＣＰＵ７１に、モータドライバ７４、トナー濃度センサ１０７等の入出力機器を接続して構成されている。制御部７０は、この発明の制御手段である。

ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２に予め書き込まれたプログラムに従って各入出力機器を統括して制御し、この間に入出力されるデータをＲＡＭ７３の所定のメモリエリアに書き込む。トナー濃度センサ１０７は、現像槽１０１内に収納されている現像剤の透磁率に応じた信号をＣＰＵ７１に出力する。

ＣＰＵ７１は、トナー濃度センサ１０７が出力した信号に基づいて、モータドライバ７４に駆動データを供給する。この駆動データは、モータ８１の回転速度を規定する駆動周波数を特定する情報である。モータドライバ７４は、ＣＰＵ７１から供給される駆動データに基づいてモータ８１を駆動する。モータ８１は、一例としてパルスモータであり、補給ローラ１０８に回転を供給する。この場合、モータドライバ７４は、駆動データによって特定される駆動周波数に応じたデューティ比の駆動パルスによってモータ８１を駆動する。

なお、この実施形態では、制御手段として画像形成装置１の制御部７０を用いたが、現像装置１０１に設けた固有の制御部をこの発明の制御手段として用いることもできる。

図４は、上記制御部７０の処理手順の第１の例を説明するフローチャートである。ＣＰＵ７１は、図示しないスタートキーの操作による画像形成要求の入力を待機しており（Ｓ１）、スタートキーの操作によって画像形成要求が入力されると、原稿から画像読取処理を行う（Ｓ２）。次に、ＣＰＵ７１は、複数枚の原稿がセットされており要求された画像形成処理が複数の画像についての連続画像形成処理であるか否かの判別を行う（Ｓ３）。

単一の画像についての画像形成処理を行う場合には、ＣＰＵ７１は、原稿から読み取った画像の画像濃度を一例として３段階に分類し（Ｓ５，Ｓ６）、低濃度、中濃度、高濃度のそれぞれに応じてモータ８１の駆動デューティを決定する（Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９）。連続画像形成処理を行う場合には、ＣＰＵ７１は、複数の画像の平均画像濃度を算出し（Ｓ１０）、算出した平均画像濃度に基づいて３段階のいずれかの駆動デューティを決定する（Ｓ１０→Ｓ５）。

この後、ＣＰＵ７１は、読み取った画像に基づく画像形成処理を開始する（Ｓ１１）。ＣＰＵ７１は、画像形成処理の実行中にトナー濃度センサ１０７の出力信号に基づくトナー濃度の検出を行い（Ｓ１２）、トナー濃度が閾値レベル未満である場合には（ｓ１３）、先に決定した駆動デューティでモータ８１を駆動して補給ローラ１０８の回転によるトナーの補給を行う（ｓ１４）。ＣＰＵ７１は、画像形成すべき次の画像がなくなるまでＳ１１〜Ｓ１４の処理を繰り返し実行する（Ｓ１５）。

上記の処理により、連続画像形成処理時には、図５に示す状態でトナー補給が行われる。即ち、スタートキーの操作による画像形成要求かなされると、感光体ドラム３１の前回転処理が開始されるとともに、現像装置３３において供給ローラ１０４及び撹拌ローラ１０５，１０６の回転が開始され、現像槽１０１に収納されている現像剤の均質化及びトナーの帯電処理が行われる。この前回転処理中に、画像濃度の判定が行われ、判定結果に基づいてモータ８１の駆動デューティ比が決定される。

例えば、画像の濃度は画像中における黒画素の割合から画素率が求められ、画素率が６０％〜１００％の画像を高濃度画像、画素率が２０％〜５９％の画像を中濃度画像、画素率が０％〜１９％の画像を低濃度画像とする。そして、モータ８１の駆動デューティを、高濃度画像に対しては７０％、中濃度画像に対しては３０％、低濃度画像に対しては１０％に設定する。

この後、画像形成処理が開始され、画像形成処理中に現像剤中のトナー濃度の低下が検出されると、設定した駆動デューティでモータ８１を駆動し、画像濃度に応じた回転速度で補給ローラ１０８を回転させることにより、単位時間当りのトナーの消費量に応じた単位時間当りの補給量でトナーを現像槽１０１内に補給することができる。

ここで、現像槽１０１内におけるトナーの動作について、図６を用いて説明する。トナー濃度センサ１０７の出力信号が所定の閾値レベル以下である場合には、上述のように補給ローラ１０８の回転によってトナーボックス１０２から現像槽１０１内にトナーが補給される（Ｓ１０１）。トナーボックス１０２から補給されたトナーは、撹拌ローラ１０５，１０６の回転によって磁性キャリアとともに撹拌され、磁性キャリアとの摩擦によって所定の極性に帯電する（Ｓ１０２）。

所定の極性に帯電したトナーは、供給ローラ１０４の回転によって現像ローラ１０３に供給され（Ｓ１０３）、現像ローラ１０３の周面を介して現像位置に搬送される（Ｓ１０４）。現像位置において感光体ドラム３１の表面に付着しなかったトナーは、供給ローラ１０４によって磁性キャリアとともに現像ローラ１０３の周面から回収され（Ｓ１０５）、撹拌ローラ１０５，１０６の回転によって現像槽１０１内のトナー及び磁性キャリアとともに撹拌される（Ｓ１０６）。これによって、現像剤中におけるトナーの濃度が均一化される。

トナー濃度センサ１０７の出力信号が所定の閾値レベル以上である場合にはＳ１０２〜Ｓ１０６の処理が繰り返され、Ｓ１０２〜Ｓ１０６の処理が完了するのに要する時間は理想的には数秒程度である。

しかし、撹拌ローラ１０５，１０６による撹拌にはある程度の時間が必要となること、現像ローラ１０３の周面に吸着した現像剤の一部が現像位置に搬送される前にドクタブレード１０９によって掻き落とされること、及び、現像位置を通過した現像ローラ１０３の周面に残留した現像剤の一部は供給ローラ１０４によって剥離されずに残留し続けること等の理由により、Ｓ１０２〜Ｓ１０６の処理が完了するのに要する時間は実際には概ね数十秒である。この時間は、画像形成装置１における画像形成処理のプロセス速度に応じても変化する。

したがって、トナーボックス１０２から現像槽１０１内へのトナーの補給が、現像槽１０１内の現像剤におけるトナー濃度に直ちに反映されるわけではない。トナー濃度センサ１０７の出力信号からトナー濃度が低いことが検出された後に、トナーの補給によって現像槽１０１内の現像剤のトナー濃度が改善されるまでにはある程度の時間が必要となる。

そこで、少なくとも連続画像形成時には、現像剤中のトナー濃度が低下したと判断する閾値レベルを理想値よりも高く設定しておき、トナー濃度センサ１０７の出力信号から得られたトナー濃度の検出値が閾値レベルよりも低くなった時点で補給ローラ１０８の回転を開始し、トナー濃度が理想値以下になる前に予めトナーの補給を開始する。

トナー濃度の検出値が閾値レベルまで回復した時点でトナーの補給を終了する。このとき、最後の画像についての画像形成処理が完了するまでトナーの補給を継続すると、補給終了の直前に補給されたトナーが十分に撹拌されることなく現像槽１０１内に存在し、このトナーが未帯電状態で次の画像形成処理に使用されて画質の劣化を招く。そこで、連続画像形成処理における最後の画像についての画像形成処理中に、トナー濃度の検出値が閾値レベルまで回復しなかった場合にも、最後の画像についての画像形成処理が完了する時刻Ｔ２よりも所定時間ＴＡだけ前の時刻Ｔ１においてトナーの補給を終了する。

なお、トナー濃度の理想値に対して閾値レベルをどの程度高く設定するかは、連続画像形成処理の対象となる複数の画像の平均画像濃度に応じて変更するようにしてもよく、平均画像濃度が高い場合には、平均画像濃度が低い場合に比べて閾値レベルをトナー濃度の理想値に対してより高く設定する。

また、閾値レベルを平均画像濃度が高い場合を基準に設定しておき、平均画像濃度が低い場合にはその程度に応じた時間だけ、トナー濃度の検出値が閾値レベルよりも低くなった時点からの補給ローラ１０８の回転開始を遅延させるようにしてもよい。

さらに、最後の画像についての画像形成処理の完了に先立ってトナーの補給を終了する際の所定時間は、平均画像濃度に応じて変更するようにしてもよく、平均画像濃度が高い場合には、平均画像濃度が低い場合に比べて所定時間をより長く設定する。

図７は、上記制御部７０の処理手順の第２の例を説明するフローチャートである。ＣＰＵ７１は、図示しないスタートキーの操作による画像形成要求の入力を待機しており（Ｓ２１）、スタートキーの操作によって画像形成要求が入力されると、原稿から画像読取処理を行う（Ｓ２２）。次に、ＣＰＵ７１は、原稿から読み取った各画像の画像濃度を一例として３段階に分類し（Ｓ２３，Ｓ２４）、低濃度、中濃度、高濃度のそれぞれに応じてモータ８１の駆動デューティを決定し（Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２７）、決定した駆動デューティを画像毎にＲＡＭ７３の所定のメモリエリアに記憶する（Ｓ２８）。したがって、連続画像形成処理を行う場合には、ＣＰＵ７１は、複数の画像のそれぞれについて３段階の駆動デューティのいずれかを記憶しておく（Ｓ２９→Ｓ２２）。

この後、ＣＰＵ７１は、読み取った画像に基づく画像形成処理を開始する（Ｓ３０）。ＣＰＵ７１は、画像形成処理の実行中にトナー濃度センサ１０７の出力信号に基づくトナー濃度の検出を行う（Ｓ３１）。ＣＰＵ７１は、トナー濃度が閾値レベル未満である場合には（Ｓ３２）、対応する画像の駆動デューティをＲＡＭ７３から読み出した駆動デューティでモータ８１を駆動して補給ローラ１０８の回転によるトナーの補給を行う（ｓ３３）。ＣＰＵ７１は、画像形成すべき次の画像がなくなるまでＳ３０〜Ｓ３４の処理を繰り返し実行する（Ｓ３４）。

上記の処理により、連続画像形成処理時には、図８に示す状態でトナー補給が行われる。即ち、スタートキーの操作による画像形成要求かなされると、感光体ドラム３１の前回転処理が開始されるとともに、現像装置３３において供給ローラ１０４及び撹拌ローラ１０５，１０６の回転が開始され、現像槽１０１に収納されている現像剤の均質化及びトナーの帯電処理が行われる。この前回転処理中に、画像濃度の判定が行われ、判定結果に基づいてモータ８１の駆動デューティ比が決定される。

例えば、画像の濃度は画像中における黒画素の割合から画素率が求められ、画素率が６０％〜１００％の画像を高濃度画像、画素率が２０％〜５９％の画像を中濃度画像、画素率が０％〜１９％の画像を低濃度画像とする。そして、モータ８１の駆動デューティを、高濃度画像に対しては７０％、中濃度画像に対しては３０％、低濃度画像に対しては１０％に設定する。

この後、画像形成処理が開始され、画像形成処理中に現像剤中のトナー濃度の低下が検出されると、設定した駆動デューティでモータ８１を駆動し、画像濃度に応じた回転速度で補給ローラ１０８を回転させることにより、単位時間当りのトナーの消費量に応じた単位時間当りの補給量でトナーを現像槽１０１内に補給することができる。

先に図６を用いて説明したように、トナー濃度センサ１０７の出力信号からトナー濃度が低いことが検出された後に、トナーの補給によって現像槽１０１内の現像剤のトナー濃度が改善されるまでにはある程度の時間が必要となる。

そこで、少なくとも連続画像形成時には、現像剤中のトナー濃度が低下したと判断する閾値レベルを理想値よりも高く設定しておき、トナー濃度センサ１０７の出力信号から得られたトナー濃度の検出値が閾値レベルよりも低くなった時点で、現在実行中の画像形成処理の次の画像形成処理の対象である画像について設定した駆動デューティをＲＡＭ７３から読み出し、次の画像形成処理を開始する所定時間前に補給ローラ１０８の回転を開始し、トナー濃度が理想値以下になる前に予めトナーの補給を開始する。

例えば、図８において、２枚目の画像についての画像形成処理中に時刻Ｔ３でトナー濃度が閾値レベル未満となったことを検出した場合、３枚目の画像についての画像形成処理が開始される時刻Ｔ５よりも所定時間ＴＢだけ前の時刻Ｔ４で、３枚目の画像の画像濃度ＰＡに対応した駆動デューティＤＡでモータ８１の駆動を開始する。

トナー濃度が閾値レベル未満である状態が３枚目の画像についての画像形成処理中にも継続している場合には、４枚目の画像についての画像形成処理が開始される時刻Ｔ７よりも所定時間ＴＢだけ前の時刻Ｔ６で、４枚目の画像の画像濃度ＰＣに対応した駆動デューティＤＣでモータ８１の駆動を開始する。

トナー濃度の検出値が閾値レベルまで回復した時点でトナーの補給を終了する。このとき、最後の画像についての画像形成処理が完了するまでトナーの補給を継続すると、補給終了の直前に補給されたトナーが十分に撹拌されることなく現像槽１０１内に存在し、このトナーが未帯電状態で次の画像形成処理に使用されて画質の劣化を招く。そこで、連続画像形成処理における最後の画像についての画像形成処理中に、トナー濃度の検出値が閾値レベルまで回復しなかった場合にも、最後の画像についての画像形成処理が完了する時刻Ｔ９よりも所定時間ＴＣだけ前の時刻Ｔ８でトナーの補給を終了する。

トナー濃度の理想値に対して閾値レベルをどの程度高く設定するかは、次の画像形成処理の対象となる画像の濃度に応じて変更するようにしてもよく、例えば、画像濃度が高い場合には、画像濃度が低い場合に比べて閾値レベルをトナー濃度の理想値に対してより高く設定する。

また、閾値レベルを画像濃度が高い場合を基準に設定しておき、画像濃度が低い場合にはその程度に応じた時間だけ、トナー濃度の検出値が閾値レベルよりも低くなった時点からの補給ローラ１０８の回転開始を遅延させるようにしてもよい。

さらに、次の画像形成思慮に応じた駆動デューティで最後の画像についての画像形成処理の完了に先立ってトナーの補給を終了する際の所定時間ＴＢは、最後の画像形成処理の対象である画像の画像濃度に応じて変更するようにしてもよく、最後の画像形成処理の対象である画像の画像濃度が高い場合には、画像濃度が低い場合に比べて所定時間ＴＢ及びＴＣをより長く設定する。

なお、図４及び図７に示した処理では、画像形成槽１の原稿読取部１０において原稿から読み取った画像について画像形成処理を行う場合を例にあげて説明したが、パーソナルコンピュータやスキャナ等の外部装置から入力された画像情報について画像形成処理を行う場合にも、この発明を同様に適用することができる。

この発明の実施形態に係る現像装置３３を備えた画像形成装置１の概略の構成を示す正面断面図である。 上記現像装置３３の構成を示す図である。 上記画像形成装置１の制御部７０の構成の一部を示すブロック図である。 図４は、上記制御部７０の処理手順の第１の例を説明するフローチャートである。 上記第１の処理手順による画像形成処理時のトナー補給状態を説明する図である。 上記現像装置３３の現像槽１０１におけるトナーの状態を説明する図である。 図７は、上記制御部７０の処理手順の第２の例を説明するフローチャートである。 上記第１の処理手順による画像形成処理時のトナー補給状態を説明する図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
３１ 感光体ドラム
３３ 現像装置
１０１ 現像槽
１０２ トナーボックス
１０３ 現像ローラ
１０４ 供給ローラ
１０５，１０６ 撹拌ローラ
１０７ トナー濃度センサ
１０８ 補給ローラ

Claims (5)

1. 静電潜像に供給すべきトナーを収納した現像槽と、前記現像槽内に補給すべきトナーを収納したトナーボックスと、前記現像槽におけるトナーの収納量を検出するトナー収納量検出手段と、画像形成すべき画像の濃度情報に基づいて画像形成時のトナー使用量を画像形成前に算出するトナー使用量算出手段と、前記トナー収納量検出手段が検出したトナー収納量及びトナー使用量算出手段が算出したトナー使用量に基づいて前記トナーボックスからの前記現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量を画像形成前に決定するとともに、連続した画像形成処理中に前記トナー補給量で前記現像槽にトナーを補給している間に前記トナー収納量検出手段が所定量のトナーの収納量を検出した時又は連続画像形成処理における最後の画像についての画像形成処理が完了する時刻よりも所定時間だけ前の時刻に前記現像槽へのトナーの補給を停止する制御手段と、を備えたことを特徴とする現像装置。
2. 前記トナーボックスから前記現像槽にトナーを補給する補給ローラをさらに備え、前記制御手段は前記単位時間当りのトナー補給量として前記補給ローラの回転速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記補給ローラに回転を供給するパルスモータをさらに備え、前記制御手段は駆動周波数を制御して前記パルスモータの回転速度を変更することを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 画像形成処理の開始前に、現像槽におけるトナーの収納量を検出するとともに、画像形成すべき画像の濃度情報に応じた画像形成時のトナー使用量を算出し、前記現像槽におけるトナー収納量及び画像形成時のトナー使用量に基づいてトナーボックスからの前記現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量を画像形成前に決定するとともに、連続した画像形成処理中に前記トナー補給量で前記現像槽にトナーを補給している間に前記トナー収納量検出手段が所定量のトナーの収納量を検出した時又は連続画像形成処理における最後の画像についての画像形成処理が完了する時刻よりも所定時間だけ前の時刻に前記現像槽へのトナーの補給を停止することを特徴とするトナー補給方法。
5. 画像形成処理の開始前に、現像槽におけるトナーの収納量を検出するとともに、画像形成すべき画像の濃度情報に応じた画像形成時のトナー使用量を算出し、前記現像槽におけるトナー収納量及び画像形成時のトナー使用量に基づいてトナーボックスからの前記現像槽に対する単位時間当りのトナー補給量及びトナー補給開始タイミングを画像形成前に決定するとともに、連続した画像形成処理中に前記トナー補給量で前記現像槽にトナーを補給している間に前記トナー収納量検出手段が所定量のトナーの収納量を検出した時又は連続画像形成処理における最後の画像についての画像形成処理が完了する時刻よりも所定時間だけ前の時刻に前記現像槽へのトナーの補給を停止する決定することを特徴とするトナー補給方法。

Images