JP4559990B2

JP4559990B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4559990B2
Application number: JP2006083986A
Authority: JP
Inventors: 麻美小寺; 郁雄牧江
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP2007256848A

Description

本発明は、ファクシミリ、プリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置に関し、特に、トナーコンテナ1つ分での印刷枚数の多い画像形成装置に関する。

近年、プリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置はオフィス等において必需品となってきている。

図6は、このような画像形成装置の印刷機構を示す図である。感光ドラム61の周りには帯電器62、露光ユニット63、現像装置64、転写ローラ65、及びクリーニング装置66等が配置されている。現像装置64は現像容器64aを備え、この現像容器64aには磁性トナーが収納されている。また現像容器64a内には撹拌ローラ64eが備えられ、この撹拌ローラ64eが上記磁性トナーを撹拌し、帯電させる。

現像容器64aの感光ドラム61開口側には、複数の磁極を有する固定マグネットローラ64bを内包する現像ローラ64cが配置されている。現像容器64aには磁性ブレード64dが取り付けられ、この磁性ブレード64dは現像ローラ64cに垂下して、この現像ローラ64c上に均一なトナー層が形成されることになる。

このような構成により、帯電器62により感光ドラム61を均一に帯電させ、露光ユニット63によって画像データに基づく静電潜像をこの感光ドラム61に形成し、感光ドラム61と現像ローラ64cとの間に現像電源（交番電界）を作用させて、この静電潜像上にトナー像を現像させる。その後、用紙を感光ドラム61と転写ローラ65との間に搬送して上記トナー像をこの用紙に転写する。そして用紙への転写後、感光ドラム61上に残った残留トナーはクリーニング装置66により除去される。

また、現像容器64a内部にはトナーセンサ69が備えられ、現像容器64a内のトナー量が所定量以下になったことを検知すると、補給ローラ68を回転させて、トナーコンテナ67から現像容器64aへトナーを補給する。

ところで、このような印刷において、1枚の用紙のうち何ドット印刷されたかを示す数値を印字率という。同じ枚数の印刷を行っても、印字率が低ければトナー消費量は少なく、印字率が高ければトナー消費量は多くなる。

印字率が低い印刷が続くと、現像容器64a内部においてトナーが滞留する時間が長くなり、撹拌ローラ64eの回転によってこのトナーが帯電過剰となる現象が起こる。逆に、印字率が高い印刷が続くと、現像容器64a内部においてトナーが滞留する時間が短くなり、撹拌ローラ64eの回転によってはこのトナーが帯電不足となる。このような帯電過剰・帯電不足を放置すると、それぞれ印刷濃度が濃く・薄くなり、正確な印刷ができないという問題が生ずることになる。

この問題に対応するために、従来次のような手法がとられていた。即ち、上記の通り、印字率が低い場合は、現像容器64a内部にトナーが滞留する時間が長くなりトナーが帯電過剰となるため、印刷濃度をあえて濃くすることで滞留したトナーの吐き出しを行う。一方、印字率が高い場合は、現像容器64a内部にトナーが滞留する時間が短くなりトナーが帯電不足となるため、印刷の実行を停止してトナーが十分に帯電するまで待機する。

しかし、実際にはトナーの帯電状態、表面状態（シリカ、チタン等の表面処理の状態）によって印刷濃度は変わってくる。そこで、大量の印刷を行う場合に、上記のトナーの滞留状態を、上記補給ローラ68駆動時間によって把握して、現像容器64aからトナーを排出する技術が、下記の特許文献に開示されている。
特開２００５−５５８４２号公報

しかし、この技術には次のような問題点がある。一般に個々の画像形成装置には、特定の印字率においてどのくらいの頻度でトナー補給が行われるのが理想かという基準値（仕様）が設定されている。この仕様通りに印刷が行われた場合、トナー消費量と補給頻度との関係は、図5の直線5-2のように正比例の関係となる。ところが、上述の通り、実際にはトナーの帯電状態、表面状態（シリカ、チタン等の表面処理の状態）によって印刷濃度が変わるので、一定の印字率の印刷を行っていても、直線5-2よりトナーの消費量が多くなったり（曲線5-1）少なくなったり（曲線5-3）する。

つまり、上記特許文献の技術のように、上記補給ローラ68の補給頻度のみによっては、上記のトナーの滞留状態を十分に把握することは困難である。

さらに、このように、トナーの帯電状態、表面状態によって現実の印刷濃度等が変わってくるのであるから、上記特許文献のように現像容器64aからトナーを排出するだけでは、上記のようなトナーの無駄遣いの防止や迅速な印刷作業を行うことは困難である。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、トナーの実際の消費量をよりよく反映して、トナーの無駄遣いの防止や迅速な印刷作業が実行可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では以下の手段を採用している。

まず、本発明は、トナーコンテナから現像容器へトナーの補給を行う補給ローラと、平均印字率Ｘｉを算出する算出手段とを備える画像形成装置を前提としている。

そしてこのような画像形成装置において、印字率Ａ％の印刷を行う場合に所定の印刷枚数に対する補給回数若しくは補給時間のいずれかに対応する補給頻度Ｂによって、上記トナーの補給が行なわれるのが理想であるというように定められた仕様と、上記仕様の補給頻度Ｂに応じて、上記補給ローラの駆動回数又は駆動時間のいずれかに対応する補給頻度Ｙｉを計測する計測手段と、上記計測手段により計測された補給頻度Ｙｉを上記平均印字率Ｘｉで除した比Ｚｉと、上記仕様の補給頻度Ｂを上記印字率Ａで除した基準値Ｃとを比較して、Ｃ＜Ｚｉの場合には、感光ドラムと現像ローラとの間に印加する現像電源の制御を行なわず、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、現像に用いられるトナー量を多くするように、上記現像電源の現像条件を制御し、Ｚｉ＜ＣかつＡ＜Ｘｉの場合には、上記トナー量を少なくするように、上記現像電源の現像条件を制御する制御手段とを備える。又、上記制御手段は、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、上記現像条件のうち、上記現像電源の電圧の直流成分と交流成分の一方または双方を増加させることにより、上記トナー量を多くし、Ｚｉ＜ＣかつＡ＜Ｘｉの場合には、上記直流成分と交流成分の一方又は双方を減少させることにより、上記トナー量を少なくする。更に、上記制御手段は、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、上記現像条件のうち、上記現像電源の周波数を減少させることにより、上記トナー量を多くし、Ｚｉ＜ＣかつＡ＜Ｘｉの場合には、上記周波数を増加させることにより、上記トナー量を少なくする。

また、上記制御手段は、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、上記現像条件のうち、上記現像電源のｄｕｔｙ、現像ローラと感光体ドラムの周速比の一方又は双方を減少させることにより、上記トナー量を多くし、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、上記ｄｕｔｙ、上記周速比の一方又は双方を増加させることにより、上記トナー量を少なくする。また、上記現像条件の制御は上記補給ローラの駆動時に行うようにすることもできる。これは主にトナーコンテナ1つ分での印刷枚数が8000枚以上と多く、トナーの補給頻度が多い高速機においては合理的な制御であるといえる。

以上のように、トナーの補給頻度と平均印字率との双方を考慮することによって、トナーの実際の消費量をよりよく反映して、現像条件を制御できる画像形成装置を提供することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態の画像形成装置の印刷機構は、上記背景技術において図6に示した機構と同様であるので、説明を省略する。即ち従来と同様に、感光ドラム61と現像ローラ64cとの間に現像電源（交番電界）を作用させて印刷を行うのであるが、本発明の画像形成装置は、トナーの補給頻度と印字率との比を基準値と比較して現像条件を制御することを特徴とする。

図1は、本実施形態の画像形成装置のソフトウェア構成を示すブロック図、図2は、そのハードウェア構成を示すブロック図である。

補給ローラ68によるトナーの補給が行われるたびに、計測手段11はこれまでに行われたトナーの補給頻度Yiを計測してRAM22に記憶する。この補給頻度は補給ローラ68の駆動回数又は駆動時間により計測される。算出手段12（ROM23に格納されたプログラムである）はこれまでに行われた印刷の平均印字率Xiを算出し、RAM22に記憶する。

一般に、画像形成装置においては、印字率A％の印刷を行う場合に印刷枚数1000枚にB回の補給回数若しくはB秒の補給時間によってトナー補給が行われるのが理想的であるというように、基準値（仕様）が定められている。

そこでこの補給頻度を印字率で除したC=B/Aを基準値とする。この基準値は、印字率1％の印刷を行う場合にどのくらいの頻度でトナー補給が行われるのが理想であるか（仕様と一致するか）を示す値である。

制御手段13（ROM23に格納されたプログラムである）は、上記補給頻度Yiを上記平均印字率Xiで除した比Ziを算出する。この算出はハードウェア的には、CPU21が上記補給頻度Yi及び上記平均印字率XiをRAM22から読み出して行う。

図3は、平均印字率Xiを横軸にとり、補給頻度Yiを縦軸にとって示したグラフであるが、このグラフの傾きが上記の比Ziを表すことになる。直線3-2は仕様通りの印刷が行われた場合、即ちZi=Cとなる場合を示しているおり、理想の状態でトナーの消費が行われていることになる。しかし実際には、トナーの帯電状態、表面状態によって現実の印刷濃度等が変わってくるのであり、比Ziは斜線領域3-1や横線領域3-3のような値をとる。

ここで領域3-3（C<Zi）を直線3-2と比較すると、同じ印字率に対するトナーの補給頻度が基準値より多いことを示している。この場合は、現像容器64a内部においてトナーが順調に消費されており、上記背景技術で説明したようなトナーの帯電不足・帯電過剰が起こる心配はないといえる。従ってこの場合には、制御手段13は特に現像電源14の制御を行うことはない。

一方、領域3-1（Zi<C）を直線3-2と比較すると、同じ印字率に対するトナー補給頻度が少ないことを示しており、この場合はさらに2つの領域に分けて議論する必要が生じてくる。

1つはXi＜Aとなる領域3-1aであり、この領域3-1aでは平均印字率が仕様の印字率Aより少なくなっている。この場合はトナーの実際の消費量が少ないことになるので、上記背景技術で説明したように、現像容器64a内部においてトナーが滞留する時間が長くなり、撹拌ローラ64eの回転によってこのトナーが帯電過剰となる現象が起こる。

そこで領域3-1aに示したような印刷が行われた場合（Zi<CかつXi<Aの場合）には、現像に用いられるトナー量（現像量）を多くするように、制御手段13は現像条件を制御する。一方、A<Xiとなる領域3-1bは、現像容器64a内部においてトナーが滞留する時間が短くなり、撹拌ローラ64eの回転によってこのトナーが帯電不足となる現象が起こる。そこで領域3-1bに示したような印刷が行われた場合（Zi<CかつA<Xiの場合）には、現像に用いられるトナー量（現像量）を少なくするように、制御手段13は現像条件を制御する。

ここで、現像条件には種々のものがあるが、その代表の1つは、現像ローラ64cと感光ドラム61間に印加する現像電源14の電圧である。この電圧は直流成分Vdcと交流成分Vppとがある。図4(a)は、直流成分Vdcを横軸に、現像量を縦軸にとり、種々の交流成分Vppについてこれらの関係を示したグラフである。

この図4(a)に示すように、直流成分Vdcを増加すると現像量は増加し、交流成分Vppを増加すると現像量は増加する。従って、図3において、領域3-１aに示したような印刷が行われた場合（Zi<CかつXi<Aの場合）には、制御手段13は現像電源14の直流成分Vdcと交流成分Vppの一方又は双方を増加させる。一方、領域3-1b に示したような印刷が行われた場合（Zi<CかつA<Xiの場合）には、制御手段13は現像電源14の直流成分Vdcと交流成分Vppの一方又は双方を減少させる。

現像条件のもう1つの代表は、現像ローラ64cと感光ドラム61間に印加する現像電源14の周波数Vfである。図4(b)は、直流成分Vdcを横軸に、現像量を縦軸にとり、種々の周波数Vfについてこれらの関係を示したグラフである。

この図4(b)に示すように、周波数Vfを減少すると現像量は増加し、周波数Vfを増加すると現像量は減少する。従って、図3において、領域3-１aに示したような印刷が行われた場合（Zi<CかつXi<Aの場合）には、制御手段13は周波数Vfを減少させる。一方、領域3-1bに示したような印刷が行われた場合（Zi<CかつA<Xiの場合）には、制御手段13は現像電源14の周波数Vfを増加させる。

現像条件としてはこの他にも、上記現像電源14のdutyや、現像ローラ64cと感光ドラム61との周速比S/Dを採用することができ、図4(c)に示すように現像量を減少・増加させたい場合には、現像電源14の両者の一方又は双方をそれぞれ増加・減少させればよい。

なお、上記において、現像条件の増加・減少は、概ね比Ziの増加・減少(現像条件の種類によっては減少・増加)にそれぞれ比例する。そこで、例えば比Ziが10％増加した場合は、現像電源14の直流成分Vdcも10％程度増加させるのが好ましい。

ここで、制御手段13が現像電源14の制御を行うタイミングとしては、補給ローラの駆動時に行うようにするのがよい。これは主にトナーコンテナ1つ分での印刷枚数が8000枚以上と多い高速機においては合理的な制御であるといえる。トナーコンテナ1つの使用終了を待っていたのでは、多量の枚数を印刷する高速機の制御としては遅すぎるからである。これを実現するには、補給ローラ68が駆動した場合に、この補給ローラ68から制御手段13に信号を送信し、制御手段13が起動するようにプログラミングすればよい。

以上のように、トナーの補給頻度と印字率との比を基準値と比較することにより、トナーの実際の消費量をよりよく反映して現像条件を制御することができる。

本発明にかかる画像形成装置はトナーの補給頻度と平均印字率との双方を考慮することによって、トナーの実際の消費量をよりよく反映して現像条件を制御できるので、トナーの無駄遣いの防止や迅速な印刷作業が実行可能である。従って、ファクシミリ、プリンタ、複写機、複合機等として有用である。

本実施形態の画像形成装置のソフトウェア構成を示すブロック図。本実施形態の画像形成装置のハードウェア構成を示すブロック図。印字率とトナー補給頻度との相関を示すグラフ。現像量と現像電源との関係を示すグラフ。トナー消費量とトナー補給頻度との相関を示すグラフ。画像形成装置の印刷機構を示す図。

符号の説明

11 計測手段
12 制御手段
13 算出手段
14 現像電源
21 CPU
22 RAM
23 ROM
61 感光ドラム
62 帯電器
63 露光ユニット
64 現像装置
64a 現像容器
64b 固定マグネットローラ
64c 現像ローラ
64d 磁性ブレード
64e 撹拌ローラ
65 転写ローラ
66 クリーニング装置
67 トナーコンテナ
68 補給ローラ
69 トナーセンサ

Claims

トナーコンテナから現像容器へトナーの補給を行う補給ローラと、平均印字率Ｘｉを算出する算出手段とを備える画像形成装置において、
印字率Ａ％の印刷を行う場合に所定の印刷枚数に対する補給回数若しくは補給時間のいずれかに対応する補給頻度Ｂによって、上記トナーの補給が行なわれるのが理想であるというように定められた仕様と、
上記仕様の補給頻度Ｂに応じて、上記補給ローラの駆動回数又は駆動時間のいずれかに対応する補給頻度Ｙｉを計測する計測手段と、
上記計測手段により計測された補給頻度Ｙｉを上記平均印字率Ｘｉで除した比Ｚｉと、上記仕様の補給頻度Ｂを上記印字率Ａで除した基準値Ｃとを比較して、Ｃ＜Ｚｉの場合には、感光ドラムと現像ローラとの間に印加する現像電源の制御を行なわず、
Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、現像に用いられるトナー量を多くするように、上記現像電源の現像条件を制御し、
Ｚｉ＜ＣかつＡ＜Ｘｉの場合には、上記トナー量を少なくするように、上記現像電源の現像条件を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする、画像形成装置。
上記制御手段は、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、上記現像条件のうち、上記現像電源の電圧の直流成分と交流成分の一方または双方を増加させることにより、上記トナー量を多くし、Ｚｉ＜ＣかつＡ＜Ｘｉの場合には、上記直流成分と交流成分の一方又は双方を減少させることにより、上記トナー量を少なくする
請求項１に記載の画像形成装置。
上記制御手段は、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、上記現像条件のうち、上記現像電源の周波数を減少させることにより、上記トナー量を多くし、Ｚｉ＜ＣかつＡ＜Ｘｉの場合には、上記周波数を増加させることにより、上記トナー量を少なくする
請求項１又は２に記載の画像形成装置。
上記制御手段は、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、上記現像条件のうち、上記現像電源のｄｕｔｙ、現像ローラと感光体ドラムの周速比の一方又は双方を減少させることにより、上記トナー量を多くし、Ｚｉ＜ＣかつＸｉ＜Ａの場合には、上記ｄｕｔｙ、上記周速比の一方又は双方を増加させることにより、上記トナー量を少なくする
請求項１−３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
上記制御手段が、上記現像条件の制御を上記補給ローラの駆動時に行う
請求項１−４のいずれか一項に記載の画像形成装置。