JP4776979B2

JP4776979B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4776979B2
Application number: JP2005146448A
Authority: JP
Inventors: 誠士山口; 一晴今村
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Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2011-09-21
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Also published as: JP2006323140A

Description

本発明は、例えば電子写真方式にて像担持体に潜像を形成し、この潜像を現像剤を担持搬送する現像剤担持体にて現像して現像剤像とする現像装置を備えた複写機やページプリンタ等とされる画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置に使用される現像装置としては、現像剤としてトナーとキャリアを含む二成分現像剤を使用した２成分現像方式と並んで、最近は構成のシンプルな、例えば磁性トナーのような一成分現像剤を使用した１成分現像方式の現像装置も増えてきた。また、長寿命やランニングコスト低減の観点から、１成分現像方式でトナー補給する１成分補給方式も数多く提案されている。

１成分補給方式は、現像容器内のトナー量が多いので、２成分方式ほど厳密なトナー補給制御を必要としない点において有利である。

このような補給形式の現像装置では、画像形成により消費したトナーをトナー補給手段によって補給することによって、現像容器内のトナー量を略一定に保つような制御が行われている。現像容器内のトナー量を一定に保つ手段としては、現像容器内に弁などを設けて足りなくなった量のトナーを機械的に落とす方法、現像容器内にトナーレベルセンサーを設けて検知結果に基づいて補給する方法、などが提案されている。

また、例えば、特許文献１、２になどに記載されるように、ビデオカウントを利用したトナー補給方式も実用化されている。これは、画素毎のディジタル画像信号の出力レベルを積算して出力画像の印字比率を求め、消費されるトナー量を計算して補給するものである。

図１８に、従来の画像形成装置の概略構成を示す。

本例にて、画像形成装置１００は、その概略中心部に、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）５１が矢印方向に回転可能に支持されている。画像形成動作が開始すると、感光ドラム５１の表面を帯電手段５２が一様に帯電させ、露光手段として例えばレーザー照射手段５３が画像情報に対応した露光を行い、感光ドラム５１表面に静電潜像が形成される。

この静電潜像は、その後、現像装置４により可視化され、トナー像が形成される。次いで、このトナー像は、転写手段としての、例えば転写ローラ５６によって感光ドラム５１と転写ローラ５６との間に形成される転写電界により静電的に記録材Ｐ上に転写される。その後、記録材Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置５８によって熱及び圧力によって記録材Ｐ上に永久定着される。

また、トナー像の転写を終了した感光ドラム５１の表面に残留する転写残トナーなどは、例えば、ブレード状のクリーニング部材を備えるクリーニング装置５７により除去され、感光ドラム５１は引き続き画像形成を行える状態となる。

現像装置４は、現像剤を収納する現像容器１０と、現像剤担持体である現像ローラ１１と、現像ローラ１１に現像剤を供給する供給ローラ１３と、現像ローラ１１上の現像剤量を規制する現像剤規制部材１４と、現像容器内の現像剤を攪拌する攪拌部材１５とを有する。現像容器１０の上部には現像剤補給装置５が設けられており、現像容器１０内のトナーが少なくなると補給装置５から必要量のトナーを補給して、現像容器１０内のトナー量を常に一定に保つ構成となっている。

次に、図１５、図１６、図１７を用いて、ビデオカウント数計測によるトナー補給方法に関して説明する。図１５はビデオカウント数を取得する装置構成のブロック図、図１６はビデオカウント数取得時の説明図、図１７はトナー補給動作を説明するフローチャートである。

図１８の画像形成装置にて、露光装置５３は、レーザスキャナー装置であって、不図示の半導体レーザと回転多面鏡（ポリゴンミラー）やレンズなどを有する。半導体レーザから放射されたレーザ光は回転多面鏡によって掃引され、ｆ／θレンズ等のレンズ及びレーザ光を像担持体たる感光ドラム５１方向に指向させる固定ミラーによって感光ドラム５１上にスポット結像される。かくして、レーザ光は感光ドラム５１の回転軸とほぼ平行な方向（主走査方向）にドラムを走査し、静電潜像を形成することになる。

図１５を参照すると、静電潜像となる画像は、パソコンや画像入力スキャナーなどから画像信号処理回路３１を介してパルス幅変調回路３２に入り、入力される画素画像信号毎にそのレベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスを形成して露光装置５３に出力される。すなわち、図１６の（ａ）に示すように、高濃度の画素画像信号に対してはより幅の広い駆動パルスＷを、低濃度の画素画像信号に対してはより幅の狭い駆動パルスＳを、中濃度の画素画像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩをそれぞれ形成する。

パルス幅変調回路３２から出力されたレーザ駆動パルスは露光装置５３に供給され、パルス幅に対応する時間だけ半導体レーザを発光させる。したがって、半導体レーザは高濃度画素に対してはより長い時間駆動され、低濃度画素に対してはより短い時間駆動されることになる。それゆえ、感光ドラム５１は、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲が露光される。つまり、画素の濃度に対応して静電潜像のドットサイズが異なる。従って、当然のことながら、高濃度画素に対するトナー消費量は低濃度画素に対するそれよりも大である。なお、図１６の（ｂ）の低、中、高濃度画素の静電潜像をそれぞれＬ、Ｍ、Ｈで示した。

前記パルス幅変調回路３２の出力信号がＡＮＤゲート３４の一方の入力に供給され、このＡＮＤゲート３４の他方の入力にはクロックパルス発振器３５からのクロックパルス（図１６の（ｃ）に示すパルス）が供給される。従って、ＡＮＤゲート３４からは図１６の（ａ）に示すようにレーザ駆動パルスＳ、Ｉ、Ｗの各々のパルス幅に対応した数のクロックパルス、即ち、各画素の濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。クロックパルス数は各画像毎にカウンタ３６によって積算されてＣＰＵ３７に供給されてビデオカウント数が算出される。ビデオカウント数、即ち、露光面積から、画像印字比率（露光面積／紙面積）が算出される。画像形成時に消費されるトナー量は、画像印字比率とほぼ直線的な関係を示すので、画像印字比率から消費されたと思われるトナー量を予想して、補給駆動装置３８を必要時間駆動してトナー補給を行う。

図１７にて、従来の画像形成装置のトナー補給動作の流れを説明する。

画像形成装置１００の装置本体１００Ａの電源をＯＮとした後（Ｓ１）、所定の立ち上げ準備が終了するとスタンバイ状態になる（Ｓ２）。スタンバイ状態でプリント信号を受けると、プリント動作を開始し（Ｓ３）、感光ドラム、帯電装置、現像装置などが順次起動する（Ｓ４）。各装置が落ち着く時間を見計らって、露光装置が作動して潜像を形成し、同時にビデオ（ピクセル）カウントデータの取得が開始される。潜像形成が終わると露光装置が停止し、同時にビデオカウント積算が終了してビデオカウント値が取得される（Ｓ５〜Ｓ７）。

画像形成装置の作動を制御するＣＰＵ３７は、画像形成毎にビデオカウント値を元に、消費された、即ち、補給すべきトナー補給量を算出し、トナー補給を行う（Ｓ８、Ｓ９）。

そして、ジョブが終了したかどうかを判断し（Ｓ１０）、まだ終了しておらずに連続して行うプリントがあれば、ステップ５（Ｓ５）に戻り、画像形成装置は再び次のサイクルに入って露光装置を作動させる。ジョブの残り枚数がなければ各装置を順に停止して画像形成動作を終え（Ｓ１０）、ステップ２（Ｓ２）に戻り、スタンバイ状態となる。

図１２は、画像印字比率と消費トナー量の関係を示したグラフである。画像印字比率と消費トナー量は、ほぼ比例関係にある。現像容器内のトナー量を一定に保つためには、補給するトナー量を消費トナー量と同じにすれば良い。図１３の直線は、画像印字比率と補給すべきトナー量の関係を示したグラフである。

上記の直線関係を用いることによって、ビデオカウント数から補給すべきトナー量を算出できる。

ビデオカウント数が小であれば消費トナー量も少ないのでトナー補給機構を短時間駆動して少量のトナー補給を行い、ビデオカウント数が大であれば消費トナー量が多いのでトナー補給機構の駆動時間をより長い時間として多くのトナーを補給する。

このような構成をとることで、消費されたトナー量に見合ったトナー量が適切なタイミングで補給されることになり、現像容器内のトナー量を常に一定に保つことが可能となる。
特開平５−８８５５４号公報特開平８−１４６７３６号公報

しかしながら、先述の動作において、以下の問題点が生じるケースがあった。

ベタ黒画像などの高い印字比率の画像形成が行われると、大量にトナーが消費されるため、それに伴って補給されるトナー量も多くなる。新しいトナーが現像容器内に大量に補給された場合、現像装置の帯電付与能力が充分にあるうちは特に問題が生じることはない。しかしながら、現像装置の耐久が進んで各構成パーツが劣化してきたり、高温高湿環境などでトナーの帯電性が低下している時などでは、新しいトナーが現像容器内に大量に補給されると、充分な攪拌及び帯電が追いつかなくなって、かぶりやトナー飛散などを生じてしまう可能性がある。

図１４の例１のように、画像印字比率と補給トナー量の関係が直線になっていると、印字比率が７０〜１００％程度の高印字比率部分でのトナー量補給量が現像装置の帯電付与能力を超えてしまって、かぶりやトナー飛散などを生じてしまうケースがあった。

そこで、画像印字比率と補給トナー量の関係を見直し、図１４の例２に示すように直線テーブルの傾きを少なめに設定する手法、或いは、例３に示すように高印字部分の補給トナー量を例１の直線より下げて補給量を少なめに調整する手法、などをとることも知られている。

図１０及び図１１は、１００枚ごとに印字比率を５％から１００％の間で変化させて、１０００枚のプリントを行った時の、トナー補給量と現像容器内のトナー量の推移を前記例１、２、３に関して示したグラフである。

また、現像容器内のトナー量狙い値（目標値）は１５０ｇとし、１３０ｇで光センサーによりトナーレベルＬｏｗ警告、１７０ｇでトナーレベルＨＩ警告を出して、トナー量復帰シーケンスを実行するようにした。

表１を参照すると理解されるように、例１では、消費したトナー量に等しい量のトナーを毎回補給しているので、図１１に示されるように現像容器内のトナーが減ることは無い。しかし、高印字時に補給されるトナー量が多すぎて、かぶりやトナー飛散などを生じてしまう問題が生じる懸念がある。

例２及び例３のケースでは、高印字時のトナー補給量を少なくなるように調整しているので、高印字時でもかぶりやトナー飛散の発生を抑えることが可能となる。しかし、高印字時のトナー補給量が不足しているため現像容器内のトナー量は徐々に減っていってしまい、現像容器内のトナーＬｏｗ警告が誤って点灯したり、トナー量復帰シーケンス等を頻繁に実行せざるを得なくなってしまう。

以上説明したように、高印字時に大量のトナーが足されることによって充分な攪拌及び帯電が出来なくなってしまう問題と、必要とされるトナー量を正確に足すことによって現像容器内のトナー量を常に一定に保つ要求を同時に解決することは非常に困難な課題であった。

従って、本発明の目的は、高印字時の補給量を充分な攪拌及び帯電が可能である量に制御すると共に、現像容器内の現像剤量をも常に一定に保ち、相反する要求を同時に解決した画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明によれば、
記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
トナー像を形成するための現像装置と、
前記現像装置にトナーを補給する補給装置と、
印字比率に基づいて画像形成時のトナー消費量を検知するためのトナー消費量検知手段と、
前記現像装置に収納されるトナー量を検出するためのトナー収納量検知手段と、
前記トナー消費量検知手段によって検知した前記トナー消費量を、画像を形成した記録媒体ごとに積算し、積算した値が補給閾値より大きい場合に、前記補給装置によって、前記補給閾値に相当する量のトナーを前記現像装置に補給し、前記トナー収納量検知手段によって前記現像装置に収納されるトナー量が基準量を下回ったことが検知された場合に、前記現像装置に前記基準量を上回る量のトナーが収納されるまで、前記補給装置から前記現像装置にトナーを補給する制御手段と、
を有し、
前記補給閾値は、前記印字比率が最大となる場合の前記トナー消費量の値より小さく、この値の半分より大きいことを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明によれば、特に印字比率の高い印字における補給量は補給閾値単位の間欠補給にすることができ、ある程度の時間をかけて補給するようになるので、補給閾値の値を適切に設定することによって現像装置の帯電能力を超えて一度に大量の現像剤が補給されることは無くなる。従って、帯電不足によるかぶりや現像剤飛散などを防止することが出来る。

また、本来補給されるべき現像剤量は現像装置が記憶しており、少しの時間差をつけながらも必要量は確実に補給されるので、補給される現像剤量が不足して現像容器内の現像剤が徐々に減っていってしまう事態も発生することが無い。

また、現像剤補給装置が一回に補給する量、即ち、補給閾値ｔ３を固定にして上記の動作を行わせることで、複雑な補給テーブルや補給量補正を行う必要も無く、きわめてシンプルな装置構成及びロジックで実現することができるため、簡易構成で高い信頼性を発揮することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１に、本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示す。本実施例の画像形成装置１００は、先に図１８を参照して説明した画像形成装置１００と同様の構成とされるので、同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、先の説明を援用し、詳しい説明は省略する。

つまり、本実施例にて、画像形成装置１００は、矢印方向に回転自在とされる像担持体としてのドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム５１を備えている。画像形成動作が開始すると、感光ドラム５１の表面を帯電手段５２が一様に帯電させ、露光手段として例えばレーザー照射手段５３が画像情報に対応した露光を行い、感光ドラム５１表面に静電潜像が形成される。画像信号処理手段によるビデオカウント数取得構成は、図１５、図１６で説明した従来の画像形成装置が有する画像信号処理手段と同様の構成とされる。従って、本実施例における画像信号処理手段によるビデオカウント数取得構成についての説明は、先の説明を援用し、ここでの再度の説明を省略する。

感光ドラム５１上の静電潜像は、現像装置４により可視化されて、可視像、即ち、トナー像とされ、このトナー像は、転写手段としての、例えば転写ローラ５６によって記録材Ｐ上に転写される。その後、記録材Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置５８によって熱及び圧力によって記録材Ｐ上に永久定着される。

また、トナー像の転写を終了した感光ドラム５１の表面に残留する転写残トナーは、例えば、ブレード状のクリーニング部材を備えるクリーニング装置５７により除去され、感光ドラム５１は引き続き画像形成を行える状態となる。

現像装置４は、現像剤Ｄを収納する現像容器１０と、現像剤担持体である現像ローラ１１と、現像ローラ１１に現像剤を供給する供給ローラ１３と、現像ローラ１１上の現像剤量を規制する現像剤規制部材１４と、現像容器内の現像剤を攪拌する攪拌部材１５とを有する。本実施例にて用いられる現像剤Ｄは、負帯電性の非磁性一成分現像剤（以下、「トナー」という。）である。

現像容器１０の上部には現像剤補給装置５が設けられており、現像容器１０内のトナーが少なくなると補給装置５から必要量のトナーを補給して、現像容器１０内のトナー量を常に一定に保つ構成とされる。

次に、本実施例による現像装置４の概略構成とその近傍の構成について、更に詳しく説明する。

本実施例によると、現像容器１０は、感光ドラム５１と対向する側の一部が開口しており、この開口部から一部露出するように現像剤担持体としての現像ローラ１１が矢印方向に回転可能に現像容器１０に支持されて、所定の当接圧にて感光ドラム５１に当接している。現像ローラ１１は、カーボンなどの導電剤を分散させた体積抵抗率が１０^２Ωｃｍ〜１０^１０Ωｃｍのシリコーン、ウレタンなどの低硬度のゴム材或は発泡体、及びその組み合わせにより構成された外径１６ｍｍの半導電性弾性体ローラである。

現像剤供給及び回収手段としての供給ローラ１３はスポンジからなる外径１６ｍｍの弾性ローラであり、現像ローラ１１に当接して配置される。

現像容器１０の開口部と反対側の奥部に現像剤攪拌及び搬送手段としての攪拌パドル１５が矢印方向に回転可能に設けられ、現像容器１０内のトナーを攪拌すると共に現像ローラ１１と後述の供給ローラ１３との当接部近傍の領域へとトナーを搬送している。搬送されたトナーは、供給ローラ１３の矢印方向の回転に伴い、当接する現像ローラ１１との摺擦に伴う摩擦帯電により、トナーに電荷が付与される。電荷を付与された現像剤は、帯電電荷によって現像ローラ１１からの鏡映力を受けて現像ローラ１１上へと供給される。

現像容器１０には、現像ローラ１１に加圧するように現像剤層厚規制部材としてのブレード１４が設けられている。ブレード１４はＳＵＳで作製される板ばねであり、弾性範囲内で曲がった状態で所定の当接圧にて現像ローラ１１と当接する。現像ローラ１１上に供給されたトナーは、このブレード１４によって層厚規制と電荷付与されて、現像ローラ１１上にトナーの薄層が形成され、現像領域へと供給される。

現像には寄与せず、現像ローラ１１上に更に担持されたままのトナーは、供給ローラ１３による摺擦で現像ローラ１１上から剥ぎ取られ、その一部は新たに供給ローラ１３上に供給されたトナーと共に再び供給ローラ１３によって現像ローラ１１上へと供給され、残りは現像容器１０内へと戻される。

尚、本実施例では、供給ローラ１３は現像剤供給及び回収手段として２つの機能を兼ねているが、本発明はこれに限定されるものではなく、現像剤供給手段と現像剤回収手段とを別個に設けることも可能である。

現像剤補給手段としての補給装置５は、画像形成装置１００の装置本体１００Ａに対して着脱自在に構成され、内部には補給用のトナーを収めており、補給装置５を随時交換することによって、画像形成装置にトナーを供給する仕組みである。

補給装置５の内部には、トナーを解すための攪拌部材６と、補給装置５から現像装置４にトナーを補給するための補給ローラ７が配置されている。また、補給装置５には、補給駆動装置３８からの補給指令により、所定駆動時間当たり一定量のトナーを現像装置４に補給できる構成とされている。

本実施例の画像形成装置１００にて、プロセススピード、即ち、感光ドラム５１の周速は１５０ｍｍ／ｓｅｃであり、これに対する現像ローラ１１の周速は２２５ｍｍ／ｓｅｃである。

トナー補給制御は、基本的にはビデオカウントに基づく方法を用いるのだが、現像容器１０内にはトナー量を直接検知する手段も設けられており、万が一にビデオカウントに基づくトナー補給の計算が合わずに、現像容器内がトナーで溢れそうになったり、不足して画像が出なくなってしまう事態を事前に回避できるようにしている。

現像装置４の現像容器１０内には攪拌部材１５が矢印方向に回転可能に設けられ、現像容器１０内のトナーと補給装置５から補給されるトナーを攪拌する攪拌領域を形成している。

また、攪拌領域を挟んだ現像容器１０及びその外側には、攪拌領域のトナー面の高さを検知するための光学方式のトナー面検知手段１６が配置されている。トナー面検知手段１６は、発光素子１６ａ、光が透過する窓１６ｂ、受光素子１６ｃを備え、攪拌部材１５の回転に伴って現像容器内のトナー面Ｄｓが変化するときの光の透過時間の割合を測定し、攪拌領域におけるトナー面Ｄｓの高さ情報を得ている。直接検知手段１６として、本実施例では光検知方式を使用したが、ピエゾセンサーなどによる方式でも良い。

次に、本実施例におけるトナー補給制御について詳しく説明する。

本実施例のトナー補給制御は、ビデオカウントが算出した、消費された、即ち、補給すべきトナー量（ｔ１）を直接的に補給せずに、一旦積算値（ｔ２）として、例えば装置本体１００Ａに設けられた制御手段であるＣＰＵ３７が有する記憶手段（図示せず）などに蓄える。さらに、トナー補給装置が一回の動作で補給する量を補給閾値（ｔ３）として設定し、補給すべきトナー量の積算値（ｔ２）が補給閾値（ｔ３）を超えた時にトナー補給装置を１回動作させ、積算値（ｔ２）から補給閾値（ｔ３）を減算して、残りは継続して積算を続けるようにしたことを特徴とする。

先ず、図２のフローチャートを用いてトナー補給動作の流れを説明する。

画像形成装置１００の本体１００Ａの電源をＯＮとした後（Ｓ１）、所定の立ち上げ準備が終了するとスタンバイ状態になる（Ｓ２）。スタンバイ状態でプリント信号を受けると、プリント動作を開始し（Ｓ３）、感光ドラム、帯電装置、現像装置などが順次起動する。各装置が落ち着く時間を見計らって、露光装置が作動して潜像を形成し、同時にビデオ（ピクセル）カウントデータの取得が開始される。潜像形成が終わると露光装置が停止し、同時にビデオカウント積算が終了してビデオカウント値が取得される（Ｓ４〜Ｓ６）。

画像形成装置の作動を制御するＣＰＵ３７は、画像形成毎にビデオカウント値を元に、消費された、即ち、補給すべきトナー補給量ｔ１算出し、このトナー補給量ｔ１が積算された補給すべきトナー補給量である補給積算値ｔ２を計算する（Ｓ７、Ｓ８）。

次いで、補給積算値ｔ２と補給閾値ｔ３の比較を行う（Ｓ９）。補給積算値ｔ２≦補給閾値ｔ３であれば、補給は行わない。補給積算値ｔ２＞補給閾値ｔ３であれば、補給閾値ｔ３に相当する量のトナー補給を一回行い、補給積算値ｔ２から補給した量である補給閾値ｔ３を減算する（Ｓ１０、Ｓ１１）。

そして、ジョブが終了したかどうかを判断し（Ｓ１２）、まだ終了しておらずに連続して行うプリントがあれば、ステップ４（Ｓ４）に戻り、画像形成装置は再び次のサイクルに入って露光装置を作動させる。ジョブの残り枚数がなければ各装置を順に停止して画像形成動作を終え（Ｓ１３）、ステップ２（Ｓ２）に戻り、スタンバイ状態となる。

次に、本実施例の動作例をより具体的に説明する。
・Ａ：感光ドラム上に現像されたトナー量０．６ｍｇ／ｃｍ^２
・Ｓ：紙の面積（Ａ４紙サイズ）２１．０＊２９．７ｃｍ
・Ｒ：ビデオカウントより算出される画像印字比率０〜１００％
・ｔ１：紙１枚当り補給すべきトナー量（＝紙１枚当りで消費されたトナー量）
ｔ１＝Ａ＊Ｓ＊Ｒ
であり、ｔ１が取りうる範囲は０〜３７４ｍｇ
・ｔ１ｍａｘ：印字比率Ｒが最大時の消費トナー量３７４ｍｇ
・ｔ２：積算トナー量
・ｔ３：補給閾値（＝トナー補給装置が一回の作動で補給するトナー量）
今回の検討では、７水準（１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００ｍｇ）とした。

トナーの乗り量Ａや紙の面積Ｓは、画像形成装置の紙サイズ検知やトナーパッチ濃度検知によって随時修正される性格の数値であるが、本実施例による検討では影響因子を少なくするために固定値とした。

上記条件において、以下の表のように１００枚ごとに印字比率を変化させて、１０００枚のプリント試験を行い、トナー補給に伴うかぶりと現像容器内のトナー量変化を検討した。

また、現像容器内のトナー量狙い値は１５０ｇとし、１３０ｇで光センサーによりトナーレベルＬｏｗ警告、１７０ｇでトナーレベルＨＩ警告を出して、トナー量復帰シーケンスを実行するようにした。

図３は、１０００枚プリント時のトナー補給量を示す図で、一つのプロットが縦軸のトナー量でトナー補給を一回行なったことを示している。

図４は、現像容器内のトナー量の推移を示したグラフである。

本実施例のトナー補給は補給すべきトナー量を積算し、補給閾値を超えたときに補給装置を一回駆動する構成にしたので、図３からわかるように補給動作は間欠的である。また、補給閾値ｔ３が大きいほど一回の補給量が多いので、補給回数自体は減っていることがわかる。

かぶり：
×：紙上かぶりが問題となるレベル
△：紙上では問題とならないが、感光ドラム上にかぶりトナーが存在するレベル
○：紙上かぶりが問題とならないレベル
トナー量Ｌｏｗ：
×：現像容器内のトナー量が、下限と設定した１３０ｇを下回ってしまったレベル

補給閾値ｔ３を最も大きく設定した４００ｍｇでは、補給閾値ｔ３がｔ１ｍａｘ（印字比率Ｒが最大時の消費トナー量）を超えているので、高印字耐久時でもトナー供給量不足になる兆候は全く無く、現像容器内のトナー量が減少することは無かった。しかしながら、従来の例１と同様に、高印字時の補給量が多すぎてかぶりが発生してしまった。

高印字時の補給に伴うかぶりは、ｔ３を３００ｍｇまで小さくすることでほぼ許容できるレベルになった。

補給閾値ｔ３を小さめに設定した１００、１５０ｍｇは、高印字時でもトナー補給量が少ないため、かぶりは発生しなかった。しかしながら、高印字時の現像容器内のトナー減少が顕著で、印字比率１００％画像（ベタ黒印字）をプリント中に、現像容器内のトナー量がトナーＬｏｗ警告の１３０ｇ以下に達してしまった。

補給閾値ｔ３が、これらの中間である２００〜３００ｍｇの領域において、かぶりもトナーＬｏｗ警告も発生しない好適な領域があった。

このように、補給閾値ｔ３をｔ１ｍａｘよりも小さく設定することによって、高印字時の補給量を少なくすることができるため、補給トナーが一度に大量に足されて攪拌及び帯電不足によるかぶりなどを防止することが可能となる。従って、
ｔ３＜ｔ１ｍａｘ（印字比率Ｒが最大時の消費トナー量）
の関係に設定することが、必須の構成となる。

また、補給閾値ｔ３をあまりにも小さくしてしまうと、攪拌及び帯電不足によるかぶりなどには有利なものの、高印字時に補給し切れなくなる量が増えてしまう。その結果、現像容器内のトナー量が減ってしまい、トナー量復帰シーケンスなどを行わなくてはならなくなってプリンターのパフォーマンスが低下してしまう。

これら本実施例の結果より、補給閾値ｔ３の範囲は、
ｔ１ｍａｘ＊０．５＜ｔ３＜ｔ１ｍａｘ＊０．８
であることが好ましい。

この範囲は、本実施例において好適な結果の得られたｔ３＝２００〜３００ｍｇの範囲に相当する。

しかしながら、ｔ３の好適な範囲は現像装置の構成やその他のパラメータによって変わってくるため、本実施例の結果のみに制限されるものではない。特に、ｔ３設定値の下限は、高印字時に補給し切れなくなることに起因する現像容器内のトナー量減少を懸念して決定される性格のものであるが、画像形成装置の市場での実際の使用状況は印字率２０％以下であることや、現像容器内のトナー量減少は高印字プリントを数百枚連続で印字して初めて起こる現象であり現実には希少な使い方であることなどを考慮すると、補給閾値ｔ３設定値の下限はさらに低く設定することも可能である。

従って、補給閾値ｔ３の好適な設定範囲は、
ｔ１ｍａｘ＊０．２＜ｔ３＜ｔ１ｍａｘ＊０．９
である。

本実施例の方式では、ビデオカウントが算出した補給すべきトナー量ｔ１を、すぐに補給しないで一旦補給積算値ｔ２として蓄え、トナー補給装置が一回に補給する量を補給閾値ｔ３として、補給すべきトナー量の積算値ｔ２が補給閾値ｔ３を超えたときにのみトナー補給装置を一回動作させるようにしたことで、補給閾値ｔ３をｔ１ｍａｘよりも小さく設定すれば高印字耐久時の補給量を少なめに制限することができ、補給トナーが一度に大量に足されて攪拌＆帯電不足によるかぶりなどを防止することが可能となった。

また、高印字時に本来補給すべきであった補給量は、一度に補給してしまわないだけで積算値として記憶しているため、高印字が終わって低印字になった時に残りの補給量を確実に補給することができ、現像容器内のトナー量が減少してしまうようなことも無い。

また、これらの動作を、複雑な補給テーブルや補給量補正を行う必要も無く、きわめてシンプルな装置構成及びロジックで実現することができるため、簡易構成で高い信頼性を発揮することができる。

また、トナー補給装置が一回に補給する量を固定にしたことは、補給装置としては毎回同量のトナーを排出するようにだけ注意して設計すれば良いので、従来の装置のように補給装置の駆動時間と排出量の高い直線関係を求められるようなことも無く、補給装置の簡略化にも貢献する。

なお、本実施例は、現像剤としてトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を使用した場合にも適用し得るものであるが、本発明の原理を従来の二成分現像剤を使用した現像装置における現像剤補給方式に応用した場合には、そもそも二成分現像剤を使用した現像装置内にあるトナー量が少ないので、補給すべきトナーは直ちに補給しないと、すぐに濃度低下を起こしたり、チャージアップしたりしてしまうことが予想される。

従って、本実施例は、現像容器内にある程度のトナー量があり、高印字画像形成時に現像容器内のトナー量が一時的に減少しても、少し遅れて補給してやることで通算の収支が合えば大丈夫という一成分現像剤を使用した現像装置における現像剤補給方式の特性を利用しているため、１成分補給方式の現像装置に用いることが望ましい。

以上説明したように、本実施例によれば、高印字時に大量のトナーが足されることによって充分な攪拌及び帯電が出来なくなってしまう問題と、必要とされるトナー量を正確に足すことによって現像容器内のトナー量を常に一定に保つ要求を同時に解決することが可能となった。

実施例２
本実施例は、画像形成装置に対して、少なくとも現像装置を含む画像形成のためのプロセス手段を一体化して着脱可能なカートリッジとして構成し、カートリッジには、記憶手段として不揮発性メモリを取り付け、この不揮発性メモリに、積算値ｔ２の情報を記憶させるようにした、ことが特徴である。カートリッジの不揮発性メモリには、必要により、補給閾値ｔ３の情報をも格納させることができる。

本実施例の画像形成装置の概略構成や、基本動作は実施例１と同様であるので、実施例１の説明を援用し、重複する説明は省略する。以下に、本実施例の特徴部を構成するカートリッジについて説明する。

図５は、本実施例で使用するカートリッジの概略構成を示す。

本実施例にて、カートリッジ３０は、実施例１で説明した、感光ドラム５１と、更には、画像形成のために感光ドラム５１に作用するプロセス手段としての、帯電ローラ５２と、現像装置４と、クリーニング装置１７と、を一体化してカートリッジとして形成し、画像形成装置本体１００Ａに対して着脱自在に構成した。勿論、現像装置のみをカートリッジとして、画像形成装置に着脱可能とすることも可能である。特に、カートリッジとしては、感光ドラム５１と、少なくとも上記プロセス手段としての現像装置４とが一体化されたカートリッジ、所謂、プロセスカートリッジが広く使用されている。

本実施例によると、カートリッジ３０には、不揮発性メモリのような記憶手段３９が設けられる。

図６は、本実施例の画像形成装置１００の構成をブロック図で示す。ビデオカウントを取得する画像信号処理手段の構成は、実施例１の構成と、つまり、図１５、図１６で説明した従来の画像形成装置が有する画像信号処理手段の構成と同様である。

ただ、図６に示すように、本実施例では、ＣＰＵ３７がトナー補給量積算値ｔ２を算出する際に、カートリッジ３０の不揮発性メモリ３９に収納されている積算値を読み出したのちに演算を行うこと、また新たに算出した積算値ｔ２は随時不揮発性メモリ３９に上書き収納することを特徴とする。

つまり、図７に、本実施例のフローチャートを示すが、実施例１で説明した図２に示すフローチャートと同様であり、ただ、実施例１では、ステップ７及びステップ８において、画像形成装置の作動を制御するＣＰＵ３７が、画像形成毎にビデオカウント値を元に補給すべきトナー補給量ｔ１算出し、このトナー補給量ｔ１が積算された補給すべきトナー補給量である補給積算値ｔ２を計算し（Ｓ７、Ｓ８）、次いで、補給積算値ｔ２と補給閾値ｔ３の比較を行う（Ｓ９）、構成とされていた。補給閾値ｔ３は、ＣＰＵ３７の記憶手段か、又は、カートリッジ３０の不揮発性メモリ３９に格納しておくことができる。

図８はカートリッジ３０の不揮発性メモリ３９の記憶状態を示している。不揮発性メモリ３９に対しては画像形成装置１００のＣＰＵ３７によって情報の書込み及び読み出しが行われる。不揮発性メモリ３９には記憶領域が設けられており、本実施例の場合は補給積算値情報（ｔ２）を記憶する記憶領域３９ａ、補給閾値情報（ｔ３）を記憶する記憶領域３９ｂが設けられている。

これに対して、本実施例では、図示するように、ステップ７、ステップ８−１、ステップ８−２、ステップ８−３を備え、ＣＰＵ３７は、実施例１と同様に、画像形成毎にビデオカウント値を元に、消費された、即ち、補給すべきトナー補給量ｔ１算出する（Ｓ７）、と共に、トナー補給量積算値ｔ２を算出する際に、先ず、カートリッジ３０の不揮発性メモリ３９に収納されている前回の画像形成までの既に積算されている積算値ｔ２を読み出し（Ｓ８−１）、そして、新しい補給積算値ｔ２を計算する（Ｓ８−２）。次いで、この新しい最新の補給積算値ｔ２と補給閾値ｔ３の比較を行う（Ｓ９）。また、この新たに算出した積算値ｔ２は不揮発性メモリ３９に上書き収納する（Ｓ８−３）。

図７に示す、本実施例のフローチャートに示すトナー補給動作の流れは、上記ステップ８−１、ステップ８−２、ステップ８−３の動作を除けば、実施例１にて図２を参照して説明したフローチャート及びトナー補給動作と同じであるので、同じステップには同じ参照番号を付し、実施例１の説明を援用し、ここでの再度の説明を省略する。

本実施例によると、補給積算値ｔ２とは、その現像容器に足されるべきトナー量の一時的な不足分と考えられるのだが、上記構成とすることで、積算値ｔ２が必ず現像容器と共に付いて回ることになり、例えば高印字画像形成中で積算値が大きく貯まっている最中に、画像形成装置から現像装置が取り出されてしまうようなことがあっても、その現像容器は不揮発性メモリと共に足されるべきトナー量を記憶しているので、再び画像形成装置にセットされた時に、足されるべきトナー量の一時的な不足分を取り返すことができ、現像容器内のトナー量が減少したり、おかしくなってしまうようなことが無くなる。

こうして、実施例１で説明した補給制御を、現像装置が着脱された場合においても、確実に行うことが可能となる。

また、このようなカートリッジ形態をとることで、構成部品の交換を容易に行うことができるようになり、画像形成装置のメンテナンス性が格段に向上する。また、カートリッジを交換することで、電子写真の重要な構成部品が新品に交換されるため、常に高品質な画像を保つことができる。

実施例３
本実施例は、複数のプロセスカートリッジを搭載したカラー画像形成装置に、上記実施例２で説明した動作を搭載し、さらに、プロセスカートリッジの不揮発性メモリに補給閾値ｔ３をも記憶させるようにしたことが特徴である。

図９に、本実施例のタンデム型中間転写方式のカラー画像形成装置の一例を示す。本実施例にて、画像形成装置１００は、画像形成装置本体１００Ａ内に４つの画像形成部、即ち、画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋ）が画像送り方向に直列に並置されている。各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋ）は、それぞれ像担持体であるドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム５１（５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｂｋ）、帯電手段としての帯電ローラとされる帯電装置５２（５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｂｋ）、露光手段としてのレーザービームスキャナユニットとされる露光装置５３（５３Ｙ、５３Ｍ、５３Ｃ、５３Ｂｋ）、現像手段としての現像装置４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ）、クリーニング手段としてのクリーニングブレードなどを有したクリーニング装置５７（５７Ｙ、５７Ｍ、５７Ｃ、５７Ｂｋ）、及び１次転写手段としての転写ローラとされる１次転写装置５６（５６Ｙ、５６Ｍ、５６Ｃ、５６Ｂｋ）を備えている。

各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋ）を構成する、感光ドラム５１（５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｂｋ）、帯電装置５２（５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｂｋ）、現像装置４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ）、及び、クリーニング装置５７（５７Ｙ、５７Ｍ、５７Ｃ、５７Ｂｋ）、は一体化されカートリッジ３０（３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｂｋ）を構成している。本実施例におけるカートリッジ３０は、図５を参照して実施例２で説明したカートリッジ３０と同じ構成とされる。

また、実施例１と同様の補給装置５（５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂｋ）が画像形成装置に交換可能に配されている。また、各プロセスカートリッジ３０内の感光ドラム５１、現像装置４、帯電装置５２等の構成、動作等は実施例１、２と同じ構成及び機能を有している。従って、実施例１、２で行ったカートリッジ３０及びトナー補給装置５と同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、実施例１、２の説明を援用し、ここでの再度の説明は省略する。

また、ビデオカウントを取得する画像信号処理手段の構成は、実施例１で説明した、即ち、図１５、図１６で説明した従来の画像形成装置が有する画像信号処理手段、並びに、図６で説明した実施例２と同様の構成とされるので、実施例１、２の説明を援用し、ここでの再度の説明は省略する。

本実施例の画像形成装置では、各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋ）の感光ドラム５１（５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｂｋ）と１次転写装置５２（５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｂｋ）との間を通るように、ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト６１が支持ローラ６２ａ、６２ｂ、６３ｃにて巻回張設されて矢印方向に移動可能に配置されている。

本実施例においても、画像形成装置本体１００Ａの上方部には、露光装置５３を構成する光源装置及びポリゴンミラーなどが設置されており、感光ドラム５１（５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｂｋ）上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。

現像装置４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ）には、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの非磁性トナーからなる一成分現像剤が所定量充填されており、現像ローラ１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ）にて感光ドラム１上の潜像を順次各色のトナーで現像してトナー像を形成し、中間転写ベルト６１上に１次転写される。

さらに、転写材カセット（図示せず）に収容された転写材Ｐが２次転写手段である２次転写装置としての２次転写ローラ６３へ搬送され、中間転写ベルト６１上に担持されたトナー像は転写材Ｐへ２次転写される。トナー像が転写された転写材Ｐは、定着装置（図示せず）にて加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、フルカラー画像として装置外に排出される。

また、転写材Ｐへの２次転写位置から中間転写ベルト進行方向下流には中間転写ベルト６１表面に付着したかぶりトナーや２次転写残トナー等をクリーニングするために中間転写ベルトクリーニング装置６４が配置されている。

一方、感光ドラム５１（５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｂｋ）上に残留した１次転写残トナー等は、感光ドラムクリーニング装置５７（５７Ｙ、５７Ｍ、５７Ｃ、５７Ｂｋ）により清掃される。

このようなフルカラー画像形成装置においては、多色の画像が一枚の紙に重なるため、かぶりに対して、モノクロ機種よりもはるかに高いレベルが要求されるのであるが、本実施例のトナー補給方法は、このようなフルカラー画像形成装置にも、より好適に用いることが出来る。

さらに、補給閾値ｔ３を各プロセスカートリッジ３０（３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｂｋ）の不揮発性メモリ３９（３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｂｋ）に収納したことで、各現像装置に固有の補給閾値ｔ３を持たせることが可能となった。

従って、本実施例では、カートリッジ製造状況に応じて最適なｔ３を個別に設けたり、トナーの色ごとに異なる補給閾値ｔ３を設けたりすることが可能となり、常に最適な補給閾値にて画像形成装置を運用することが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成断面図である。本発明の画像形成装置の動作を説明する一実施例のフローチャートである。本発明の画像形成装置による印字枚数と補給量の関係を示すグラフである。本発明の画像形成装置における印字枚数と現像容器内のトナー量の関係を示すグラフである。本発明の画像形成装置に使用されるプロセスカートリッジの一実施例の概略構成断面図である。本発明の画像形成装置の一実施例の装置構成を示すブロック図である。本発明の画像形成装置の動作を説明する他の実施例のフローチャートである。本発明のカートリッジに設けられた不揮発性メモリの記憶状態を示す図である。本発明に係る画像形成装置の他の実施例の概略構成断面図である。従来の画像形成装置における印字枚数と補給量の関係を示すグラフである。従来の画像形成装置における印字枚数と現像容器内のトナー量の関係を示すグラフである。従来の画像印字比率とトナー補給量の関係を示すグラフである。従来の画像印字比率とトナー補給量の関係を示すグラフである。従来の画像印字比率とトナー補給量の関係を示すグラフである。従来の画像形成装置の装置構成を示すブロック図である。従来のビデオカウント計測方法を説明するための図である。従来の画像形成装置の動作を説明するフローチャートである。従来の画像形成装置の概略構成断面図である。

符号の説明

４現像装置
５補給装置
１１現像ローラ（現像剤担持体）
１３供給ローラ（現像剤供給及び回収手段）
１４現像剤規制部材
１５攪拌部材
３０カートリッジ
３７ＣＰＵ
３９不揮発性メモリ（記憶手段）
５１感光ドラム（像担持体）
５２帯電装置（帯電手段）
５７クリーニング装置

Claims

記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
トナー像を形成するための現像装置と、
前記現像装置にトナーを補給する補給装置と、
印字比率に基づいて画像形成時のトナー消費量を検知するためのトナー消費量検知手段と、
前記現像装置に収納されるトナー量を検出するためのトナー収納量検知手段と、
前記トナー消費量検知手段によって検知した前記トナー消費量を、画像を形成した記録媒体ごとに積算し、積算した値が補給閾値より大きい場合に、前記補給装置によって、前記補給閾値に相当する量のトナーを前記現像装置に補給し、前記トナー収納量検知手段によって前記現像装置に収納されるトナー量が基準量を下回ったことが検知された場合に、前記現像装置に前記基準量を上回る量のトナーが収納されるまで、前記補給装置から前記現像装置にトナーを補給する制御手段と、
を有し、
前記補給閾値は、前記印字比率が最大となる場合の前記トナー消費量の値より小さく、この値の半分より大きいことを特徴とする画像形成装置。
前記補給装置と、前記トナー消費量検知手段と、前記現像装置と、情報を記憶する記憶手段であって、前記トナー消費量検知手段によって検知された前記トナー消費量の積算値に係わる情報を記憶する第１記憶領域と、前記補給装置の動作を制御するための補給閾値に係わる情報を記憶する第２記憶領域を有する記憶手段と、を備えたカートリッジを取り外し可能に装着したことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。