JP4931607B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、特に、画像データに基づいて印字動作を行う画像形成装置に関する。

カラープリンタ等のカラー画像形成装置としては、ブラック、イエロー、シアン及びマゼンダの４色に対応する感光体ドラムの表面にトナー像を形成し、これらのトナー像を転写ベルトに多重転写した後これを記録紙に転写して定着する、いわゆるタンデム式のカラー画像形成装置がある。このようなタンデム式のカラー画像形成装置は、高速性に優れているが、その一方で、各色用の感光体ドラムや現像装置等を並べて配置しなければならないため、画像形成装置自体が大型化してしまう。

そこで、近年では、タンデム式のカラー画像形成装置を小型化させるため、例えば各色用の感光体ドラム同士の間隔を狭くして感光体ドラムや現像装置の配置を工夫したり、例えば特許文献１に示すように、現像装置のサイズを小さくしたりして、画像形成装置を小型化させる技術が良く用いられている。
特開２００３−２９５５８９号公報

ところで、現像装置のサイズを小さくすると、現像装置内部に収容される現像剤の量も少なくなる。このような場合には、画像形成装置は、印字動作を問題なく行うことができるトナー量を常に現像装置内に確保するため、印字動作により現像装置が消費した現像剤中のトナー量をできるだけ正確に推測し、トナーを適切に現像装置に補給する必要がある。一方で、現像装置へのトナーの補給が、例えば適切な量及びタイミングで行われない場合、現像装置内では現像剤中のトナー量にムラが生じ易くなる。トナー量にムラが生じると、用紙等に印字される画像にもムラが生じてしまう。特に、現像装置内に補給されるトナー量が多すぎると、画像にはかぶりが発生するおそれがある。反対に、現像装置内に補給されるトナー量が少なすぎると、印字動作時にトナーが不足するおそれがある。トナーが不足した場合には、画像形成装置は、印字動作を中断させて補給動作を行わなければならない。

そこで、本発明は、印字動作により現像装置が消費したトナー量をできるだけ正確に推測し、トナーを適切に補給することができる画像形成装置の提供を目的とする。

発明１に係る画像形成装置は、画像データに基づいて印字動作を行う画像形成装置であって、現像手段、補給手段、推定手段、及び補給制御手段を備える。現像手段は、容器本体と、搬送手段とを含む。容器本体は、トナーとキャリアとからなる現像剤を有し、内部は現像剤の搬送方向に少なくとも２以上の区画に区分されている。搬送手段は、２以上の区画内の現像剤を循環させて搬送方向に搬送する。補給手段は、現像手段にトナーの補給を行う。推定手段は、印字動作で消費されるトナー量を、画像データの印字率に基づいて、区画毎に推定する。補給制御手段は、容器本体内の２以上の区画のうち、印字動作が行われる前のトナー量と推定手段により推定されたトナー量との差が所定値よりも低い区画に、トナーの補給が行われるように、補給手段を制御する。

この画像形成装置によると、印字動作で消費されたトナー量は、画像データの印字率に基づいて容器本体内の区分された区画毎に推定される。そして、画像形成装置は、印字動作が行われる前のトナー量から推定されたトナー量を減算し、補給を行う必要があるか否かを判断する。これにより、トナーの補給動作は、補給が必要な場合にのみ実行される。

発明２に係る画像形成装置は、発明１に係る画像形成装置であって、推定手段は、搬送手段が現像剤を搬送する搬送速度、及び印字動作が行われる印字速度に基づいて、印字動作で消費されるトナー量を推定する。

この画像形成装置は、印字速度と搬送速度とにより、印字された画像データの印字率のうちどのくらいの割合の印字率に相当する印字動作が、１つの区画におけるトナーを用いて行われたのかを推定する。この動作は、区画毎に行われる。これにより、印字動作により消費されたトナー量はより正確に推定される。

発明３に係る画像形成装置は、発明２に係る画像形成装置であって、補給制御手段は、搬送速度に基づいて、補給手段がトナーの補給を行うタイミングを更に制御する。

これにより、補給手段は、印字動作によりトナーが消費されトナー補給が必要な区画に、適切なタイミングで補給を行うことができる。

発明４に係る画像形成装置は、発明３に係る画像形成装置であって、補給制御手段は、補給手段がトナーを補給する補給速度に基づいて、補給手段が、印字動作が行われる前のトナー量と推定手段により推定されたトナー量との差が所定値よりも低い区画にトナーを補給する補給時間を調節する。

この画像形成装置によると、補給手段は、補給制御手段により調節された補給時間の間、トナーを補給する。これにより、トナーが補給されるべき区画には、的確なトナー量が補給される。

発明５に係る画像形成装置は、発明４に係る画像形成装置であって、補給制御手段は、印字動作が行われる前のトナー量と推定手段により推定されたトナー量との差に補給手段により補給されたトナー量を加算する。そして、補給制御手段は、この加算後のトナー量に基づいて補給速度を調節し、調節された補給速度に応じて補給時間を更に調節する。

この画像形成装置は、補給後の各区画のトナー量に基づいて、補給時間を決定するための補給速度を調節する。言い換えると、補給時間の決定に用いられる補給速度はフィードバック調節される。そして、補給手段が次回補給を行う際の補給時間は、調節された補給速度に基づいて決定される。これにより、補給手段は、補給動作をより的確に行うことができる。

発明６に係る画像形成装置は、発明５に係る画像形成装置であって、トナーが補給された後のトナー量を検知する検知手段を更に備える。そして、補給制御手段は、加算後のトナー量が検知手段により検知されたトナー量未満の場合、補給速度を第１所定速度下げるように調節する。また、補給制御手段は、加算後のトナー量が検知手段により検知されたトナー量以上の場合、補給速度を第２所定速度上げるように調節する。

この画像形成装置は、演算により求めたトナー量が実測値未満である場合、実際の補給速度は補給時間の決定に用いた補給速度より遅いと判断し、補給時間の決定に用いる補給速度を下げる。逆に、演算により求めたトナー量が実測値以上である場合、画像形成装置は、実際の補給速度は補給時間の決定に用いた補給速度より早いと判断し、補給時間の決定に用いる補給速度を上げる。これにより、補給時間の決定に用いる補給速度は、実際の速度により近いものになる。従って、補給時間は、より的確な時間に決定される。

発明７に係る画像形成装置は、発明６に係る画像形成装置であって、検知手段は、区画のいずれかに配置されている。

本発明に係る搬送手段は現像剤を循環搬送するため、検知手段を、このように容器本体内の区画のいずれかに配置させることにより、検知手段は、トナーが補給された後のトナー量を検知すると共に、印字動作が行われる前のトナー量を更に検知するようになる。従って、印字動作が行われる前のトナー量を検知するためのものと、補給後のトナー量を検知するためのものとのように、複数設けずに済む。

発明８に係る画像形成装置は、発明１〜７のいずれかに係る画像形成装置であって、トナーは非磁性トナーであり、キャリアは磁性キャリアである。そして、現像手段は、磁気ブラシローラと、現像ローラと、電位差生成手段とを含むハイブリッド式の現像手段である。磁気ブラシローラは、表面に非磁性トナーと磁性キャリアとによる磁気ブラシが形成される。現像ローラは、磁気ブラシローラにより表面が摺擦されトナー薄層が形成される。電位差生成手段は、磁気ブラシローラ及び現像ローラの間に電位差を生成させる。

発明９に係る画像形成装置は、発明１〜８のいずれかに係る画像形成装置であって、互いに並列に配置された複数の像担持体を更に備える。そして、現像手段は、複数の像担持体それぞれに対応するように複数設けられている。

この画像形成装置は、いわゆるタンデム式の画像形成装置である。このように、本発明に係る画像形成装置は、タンデム式の画像形成装置に適用できる。本発明に係る画像形成装置によると、現像手段内にはトナーの補給が的確に行われるため、タンデム式の画像形成装置を小型化した際に、現像手段のサイズが小さくなったことにより現像手段内の現像剤の容量自体が減らされたとしても、トナーの補給ムラが生じにくくなる。

本発明の画像形成装置によると、印字動作により現像装置が消費したトナー量をできるだけ正確に推測し、トナーを適切に補給することができる。

（１）構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置が採用されたカラープリンタ１の概略断面図である。カラープリンタ１は、タンデム式の画像形成装置であって、ＰＣ等の外部装置から通信部１６（後述）を介して取得した画像データに基づいて印字動作を行う。カラープリンタ１は、図１及び図５に示すように、画像形成部２、補給装置７、トナーセンサ８、転写装置９、通信部１６及び制御部２１を備える。

画像形成部２は、カラー画像を形成可能なものであって、図１に示すように、感光体ドラム３、帯電器４、現像装置５及びクリーニングローラ６を含む。これらの各部材は、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色の各トナーそれぞれに対応して設けられている。従って、例えば４つの感光体ドラム３は、それぞれ並列に配列されており、現像装置５は、各感光体ドラム３に対応して４つ配置されている。

感光体ドラム３は、アモルファスシリコン等からなる感光層を有しており、その表面には、画像データに基づいて静電潜像が形成される。また、感光体ドラム３は、図示しないドラム電圧印加部と接続されており、電圧を印加されることが可能となっている。

帯電器４は、感光体ドラム３の表面を一様に帯電させる。

現像装置５は、ハイブリッド現像法が採用された現像装置であって、図２及び図３に示すように、容器本体５ａ、磁気ブラシローラ５ｂ、現像ローラ５ｃ、ドクターブレード５ｄ及び攪拌ローラ５ｅ，５ｆを備える。

容器本体５ａは、内部に非磁性トナーと磁性キャリアとからなる２成分の現像剤（以下より、単に“現像剤”という）を有している。そして、容器本体５ａは、図４に示すように、その内部が、現像剤の搬送方向（図４の矢印Ａ及びＢ。以下より、各矢印を“搬送方向Ａ”“搬送方向Ｂ”という）に１０個の区画に区分されている。ここで、説明を簡単にするため、図４の各区画には１〜１０の番号を付している。具体的には、容器本体５ａの右側の補給位置から搬送方向Ａに向かって並んでいる区画には、順に１，２，・・・，５と番号を付しており、区画５の印字方向下流側に位置している区画から搬送方向Ｂに向かって並んでいる区画には、順に６，７，・・・，１０と番号を付している。尚、補給位置は、補給装置７がトナーを補給するための位置である。また、区画７，８，９に移動してきた現像剤中のトナーは、印字動作が行われる場合に用いられる。

磁気ブラシローラ５ｂは、表面に非磁性トナー（以下より、単に“トナー”という）と磁性キャリア（以下より、単に“キャリア”という）とによる磁気ブラシが形成されている。そして、磁気ブラシローラ５ｂは、磁気ブラシローラ電圧印加部５ｈ（電位差生成手段に相当）と接続されており、電圧を印加されることが可能となっている。

現像ローラ５ｃは、感光体ドラム３及び磁気ブラシローラ５ｂに対向するように配置されており、磁気ブラシローラ５ｂにより表面が摺擦されることで、表面にはトナー薄層が形成される。そして、現像ローラ５ｃは、感光体ドラム３にトナーを供給し静電潜像をトナー像として現像する。また、現像ローラ５ｃは、磁気ブラシローラ５ｂと同様に、現像ローラ電圧印加部５ｉ（電位差生成手段に相当）と接続されており、磁気ブラシローラ５ｂに印加される電圧とは異なる電圧を印加されることが可能となっている。このように、磁気ブラシローラ電圧印加部５ｈ及び現像ローラ電圧印加部５ｉがそれぞれ磁気ブラシローラ５ｂ及び現像ローラ５ｃに異なる電圧を印加すると、磁気ブラシローラ５ｂ及び現像ローラ５ｃ間には電位差が生じ、現像ローラ５ｃの表面にはトナーのみの薄層が形成されるようになる。ここで、各ローラ５ｂ，５ｃ間の電位差の範囲としては、例えば約１００Ｖ〜約３５０Ｖが好ましい。

ドクターブレード５ｄは、磁気ブラシローラ５ｂの表面に付着した現像剤の穂切りを行う。

搬送ローラ５ｅ，５ｆは、図３に示すように、スパイラル状の形状を有しており、仕切壁５ｇを介してそれぞれ対向するように配置されている。搬送ローラ５ｅ，５ｆは、容器本体５ａ内の現像剤を循環搬送させる。より具体的には、搬送ローラ５ｅは、図４に示すように、容器本体５ａ内の区画１〜４上の現像剤を、図４の搬送方向Ａに搬送速度ｖｅで搬送し、搬送ローラ５ｆは、容器本体５ａ内の区画６〜９上の現像剤を、図４の搬送方向Ｂに搬送速度ｖｆで搬送する。尚、仕切壁５ｇは、図４に示すように、区画２〜４と区画７〜９との間を仕切っているため、区画５上の現像剤は区画４上の現像剤に押し出されて区画６に移動する。また、区画１０上の現像剤は、区画９上の現像剤に押し出されて区画１に移動する。

クリーニングローラ６は、感光体ドラム３の表面に残留したトナーを除去するためのものであって、感光体ドラム３の表面に当接可能に設けられている。

補給装置７は、図３及び図４に示す補給位置から、現像装置５の容器本体５ａ内にトナーを補給する。補給装置７により補給されたトナーは、補給位置から区画１方向に移動し、容器本体５ａ内で循環搬送され区画１に移動してきた現像剤と混ざり合う。

トナーセンサ８は、図３及び図４に示すように、現像装置５の搬送ローラ５ｅの搬送経路上であって、かつ区画３に対応するように設けられている。トナーセンサ８は、区画３上に位置している現像剤中のトナー量を検知する。即ち、本実施形態では、容器本体中５ａ中の現像剤が循環搬送されているため、トナーセンサ８は、区画７〜９において印字動作が行われる前のトナー量を検知すると共に、補給装置７により補給されたトナーを含んだ後の現像剤中のトナー量を検知することができる。

転写装置９は、図１に示すように、給紙カセット１１から用紙搬送路１０を介して搬送されてきた記録紙に、現像装置５の現像ローラ５ｂにより現像されたトナー像を転写する。そして、転写装置９は、転写後の記録紙を図示しない定着装置に搬送する。尚、転写後の記録紙は、図示しない定着装置によりトナー像の定着が行われた後、排出部１２を経てカラープリンタ１外部へ排出される。

通信部１６は、ＰＣ等の外部装置と通信を行う。

制御部２１は、ＣＰＵやメモリを含むマイクロコンピュータで構成されており、図５に示すように、通信部１６、感光体ドラム３及び現像装置５を含む画像形成部２、補給装置７、トナーセンサ８及びその他の入出部と接続されている。その他の入出部には、クリーニングローラ７等が含まれる。制御部２１は、接続されている各機能部の入出力部の動作や画像処理の制御を行う。特に、本実施形態に係る制御部２１は、記録紙への印字動作により消費されたトナー量を区画上の現像剤毎に推定し、推定したトナー量に基づいて、補給装置７の補給動作を制御する。このような動作を行うため、制御部２１は、推定部２１ａ及び補給制御部２１ｂとして機能する。以下に、各機能について説明する。

〔推定部〕
推定部２１ａは、印字動作で消費されたトナー量を、通信部１６が受信した画像データの印字率ｄ％（以下、％を省略する）、搬送ローラ５ｅ，５ｆの搬送速度ｖｅ，ｖｆ、及び印字動作が行われる印字速度ｖｉに基づいて、区画毎に推定する。

以下に、消費されたトナー量を推定部２１ａがどのように推定するかについて、具体的に説明する。尚、推定部２１ａがトナーを推定する以下の各過程において算出された各値は、メモリに記憶される。

まず、推定部２１ａは、画像データの印字率ｄを、図示しない定着装置によりトナー像が定着される記録紙毎に算出する。そして、推定部２１ａは、印字率ｄの画像データが印字される印字時間ｔｄを、印字速度ｖｉを用いて算出する。例えば、Ａ４の記録紙に画像データが印字された場合、Ａ４ヨコの記録紙の長さは約210mmであるから、推定部２１ａは、Ａ４ヨコの用紙を１枚印刷する場合の印字時間ｔｄを210/vi（sec)と算出する。従って、印字速度ｖｉが例えば150（mm/sec）である場合、Ａ４ヨコの用紙を１枚印刷する印字時間ｔｄは、1.4secと算出される。

次いで、推定部２１ａは、画像データの印字率ｄ、印字時間ｔｄ及び搬送ローラ５ｅ，５ｆの搬送速度ｖｅ，ｖｆから、区画７〜９それぞれにおいて消費されたトナー量を算出する。搬送ローラ５ｅ，５ｆの搬送速度ｖｅ，ｖｆ、即ち搬送ローラ５ｅ，５ｆが現像剤を隣の区画に搬送する時間が共に約３secであるとし、Ａ４ヨコの用紙を１枚印刷する場合の印字時間ｔｄが1.4secである場合、推定部２１ａは、印字時間ｔｄ“1.4sec”が搬送速度ｖｅ，ｖｆ“3sec”よりも短いため、印字動作がほぼ区画７上の現像剤を用いて行われたと判断する。そして、この場合、画像データの印字率ｄが仮に５０％であるとすると、推定部２１ａは、区画７上の現像剤において消費されたトナーの量が、画像データの印字率５０％分全てに相当すると判断する。ここで、印字率が１００％である画像データを印字する場合に消費されるトナーが例えば360mgである場合には、推定部２１ａは、区画７上で消費されたトナー量はその半分の180mgであると算出する。

〔補給制御部〕
補給制御部２１ｂは、補給装置７の補給動作を制御する。

先ず、補給制御部２１ｂは、トナーの補給がなされるべき区画上の現像剤を決定し、その区画上の現像剤にトナーの補給が行われるように、補給装置７を制御する。具体的には、補給制御部２１ｂは、区画７〜９で印字動作が行われる前のトナー量、即ちトナーセンサ８により検知されたトナー量から、推定部２１ａにより推定されたトナー量を、区画毎に減算する。そして、補給制御部２１ｂは、減算した結果が所定値よりも低い区画上の現像剤には、トナーの補給が行われるように、補給装置７を制御する。これにより、補給動作は、印字動作によりトナーが所定の量以上消費された区画上の現像剤に対して行われる。ここで、所定値は、実験などにより的確に定められた値であるとする。

次いで、補給制御部２１ｂは、搬送ローラ５ｅ，５ｆの搬送速度ｖｅ，ｖｆに基づいて、補給装置７がトナーの補給を行うタイミングを制御する。また、補給制御部２１ｂは、補給装置７がトナーを補給する補給速度ｖｈに基づいて、トナーを補給すべき区画上の現像剤に補給装置７がトナーを補給する補給時間を調節する。尚、以下では、現在区画７上にある現像剤がトナー補給を行うべき現像剤である場合について説明する。例えば、搬送ローラ５ｅ，５ｆが現像剤をそれぞれ一定の時間Ｔ２（sec）毎に隣の区画に搬送させている場合、補給制御部２１ｂは、現在区画７に位置する現像剤が区画１に移動するまでには、“４×Ｔ２（ｓｅｃ）”の時間がかかると算出する。そして、補給位置から容器本体５ａ内に補給されたトナーが区画１に到着するまでにＴ１（sec）の時間がかかるとした場合、補給制御部２１ｂは、現在区画７上にある現像剤に補給位置から補給されたトナーが混ざり合うのは、“４×Ｔ２−Ｔ１（sec）”後であると算出する。そして、補給制御部２１ｂは、補給装置７がトナーを補給する補給速度ｖｈに基づいて、補給装置７がトナーを補給する時間を調節する。例えば、補給速度ｖｈが100mg/secであって、現在区画７上にある現像剤に補給すべきトナー量が180mgであれば、補給制御部２１ｂは、補給装置７の駆動時間を1.8secと決定する。次いで、補給制御部２１ｂは、現在区画７上にある現像剤にトナーが混ざり合う時間“４×Ｔ２−Ｔ１（sec）”から補給装置７の駆動時間を減算することで、補給装置７が補給を行うタイミングを決定する。この場合、補給制御部２１ｂは、補給装置７が補給を行うタイミングを現在から“４×Ｔ２−Ｔ１−1.8（ｓｅｃ）”後と決定し、その時間となった場合に補給装置７が補給動作を行うように、補給装置７を制御する。

また、補給制御部２１ｂは、上記の計算で用いる補給装置７の補給速度ｖｈを調節し、調節後の補給速度ｖｈに応じて補給時間を更に調節する。具体的には、補給制御部２１ｂは、印字動作が行われる前のトナー量（即ちトナーセンサ８が検知したトナー量）と、推定部２１ａにより推定されたトナー量との差に、補給装置７により補給されたトナー量を加算する。ここで、区画３においてトナーセンサ８により一度トナー量を検知されている現像剤は、区画７〜９に移動して印字動作に用いられた後、区画１に移動する。区画１に移動した現像剤は、トナーが補給された場合にはこれと混ざり合い、やがて区画３に移動する。このようにして、区画３に移動した現像剤は、再度トナーセンサ８によりトナー量を検知される。そこで、補給制御部２１ｂは、補給されたトナー量を加算した後トナー量と、トナーセンサ８により再度検知されたトナー量とを比較し、その比較結果に基づいて推定部２１ａが推定する際に用いる補給速度ｖｈが実際の補給速度に近づくように、補給速度ｖｈを調節する。具体的には、加算後のトナー量が再度検知されたトナー量未満である場合、補給制御部２１ｂは、印字動作で消費されたトナー量を推定するのに用いる補給速度ｖｈが実際の補給速度よりも早いと判断し、補給速度ｖｈを第１所定速度下げる。また、加算後のトナー量が再度検知されたトナー量以上である場合、補給制御部２１ｂは、印字動作で消費されたトナー量を推定するのに用いる補給速度ｖｈが実際の補給速度よりも遅いと判断し、補給速度ｖｈを第２所定速度上げる。そして、補給制御部２１ｂは、このようにして調節した補給速度ｖｈ’を、以後の補給時間の調節に用いる。ここで、第１所定速度及び第２所定速度は、実験などにより求められた値であって、加算後のトナー量が再度検知されたトナー量との差に応じて決められている。

（２）動作
次に、本実施形態に係るカラープリンタ１の動作について、図６を用いて説明する。

ステップＳ１〜２：カラープリンタ１の電源がオンすると（Ｓ１）、画像形成部２は駆動を開始する。特に、画像形成部２内の現像装置５においては、搬送ローラ５ｅ，５ｆが現像剤の循環搬送を開始する（Ｓ２）。

ステップＳ３〜４：通信部１６が印字動作の開始指示及び画像データをＰＣ等の外部装置から受信すると（Ｓ３）、トナーセンサ８は区画３に移動してきた現像剤中のトナー量検知を開始する（Ｓ４）。

ステップＳ５：画像形成部２は、現像装置５の容器本体５ａ内における区画７〜９上の現像剤を用いて、印字動作を行う。これにより、区画７〜９上の現像剤内のトナーが消費される。

ステップＳ６：制御部２１の推定部２１ａは、画像データの印字率ｄ、搬送ローラ５ｅ，５ｆの搬送速度ｖｅ，ｖｆ、及び印字速度ｖｉに基づいて、消費されたトナー量を区画毎に推定する。補給制御部２１ｂは、トナーセンサ８により検知されたトナー量から、推定部２１ａにより推定されたトナー量を区画毎に減算する計算を行う。

ステップＳ７〜８：補給制御部２１ｂは、ステップＳ６で計算した値と所定値とを比較する。補給制御部２１ｂは、ステップＳ６で計算した値が所定値よりも低いと判断した場合（Ｓ７）、その低いと判断したトナー量を有する現像剤（以下、トナー補給を行うべき現像剤という）にトナーが補給されるように、補給装置７の動作を制御する（Ｓ８）。この動作については、後述する。尚、ステップＳ６で計算した値が所定値よりも高い場合には、補給制御部２１ｂは、その区画上の現像剤にはトナーを補給する必要がないと判断する。

ステップＳ９：カラープリンタ１の電源がオフされるまで、カラープリンタ１は、ステップＳ３以降の動作を行う。尚、カラープリンタ１の電源がオフされた場合には、カラープリンタ１は一連の動作を終了する。

（２−１）補給動作制御サブルーチン
図７は、本実施形態に係る補給装置７の動作を制御するためのサブルーチンを示す図である。

ステップＳ２１：補給制御部２１ｂは、補給装置７が、トナー補給を行うべき現像剤が区画１に移動してきた時、この現像剤にトナーが補給されるように、トナーを補給するタイミング及び補給時間を算出する。

ステップＳ２２：補給装置７は、ステップＳ２１で補給制御部２１ｂが算出した補給タイミング及び補給時間に基づいて、トナーの補給動作を行う。これにより、現像装置５の容器本体５ａでは、新たなトナーが補給位置から補給され、区画１に移動してきたトナー補給を行うべき現像剤に混ざり合う。

ステップＳ２３：補給制御部２１ｂは、ステップＳ６で計算した値に、ステップＳ２２で補給されたトナー量を加算する。

ステップＳ２４：区画１においてトナーが補給された現像剤は、やがて区画３に移動する。トナーセンサ８は、この現像剤中のトナー量を検知する。

ステップＳ２５：補給制御部２１ｂは、ステップＳ２３で計算した加算後のトナー量と、ステップＳ２４においてトナーセンサ８により検知された実際のトナー量とを比較する。

ステップＳ２６：ステップＳ２５において、加算後のトナー量がトナーセンサ８により検知された実際のトナー量よりも小さい場合、補給制御部２１ｂは、推定部２１ａが推定に用いる補給速度ｖｈを第１所定速度だけ下げる。

ステップＳ２７：ステップＳ２５において、加算後のトナー量がトナーセンサ８により検知された実際のトナー量よりも大きい場合、補給制御部２１ｂは、推定部２１ａが推定に用いる補給速度ｖｈを、第２所定速度だけ上げる。

（３）効果
このカラープリンタ１では、現像装置５の容器本体５ａが現像剤の搬送方向に複数の区画に区分されている。このカラープリンタ１は、印字動作で消費されたトナー量を、画像データの印字率ｄに基づいて区画毎に推定する。そして、カラープリンタ１は、印字動作が行われる前のトナー量から推定されたトナー量を減算し、補給を行う必要があるか否かを判断する。これにより、トナーの補給動作は、補給が必要な場合にのみ実行される。

また、カラープリンタ１は、印字動作における印字速度ｖｉと搬送ローラ５ｅ，５ｆの搬送速度ｖｅ，ｖｆとにより、印字された画像データの印字率ｄのうちどのくらいの割合の印字率に相当する印字動作が、１つの区画におけるトナーを用いて行われたのかを推定する。この動作は、区画毎に行われる。これにより、印字動作により消費されたトナー量はより正確に推定される。

また、カラープリンタ１内の補給制御部２１ｂは、搬送ローラ５ｅ，５ｆの搬送速度ｖｅ，ｖｆに基づいて、補給装置７がトナー補給を行うタイミングをする。これにより、補給装置７は、印字動作によりトナーが消費され補給が必要な区画に、適切なタイミングで補給を行うことができる。

また、カラープリンタ１内の補給制御部２１ｂは、補給装置７がトナーを補給する補給速度ｖｈに基づいて、補給装置７がトナーを補給すべき現像剤にトナーを補給する補給時間を調節する。これにより、補給装置７は、この補給時間の間トナーを補給する。従って、トナーが補給されるべき区画には、的確なトナー量が補給される。

また、カラープリンタ１は、印字動作が行われる前のトナー量と推定部２１ａにより推定されたトナー量との差に、補給装置７により補給されたトナー量を加算し、この加算後のトナー量に基づいて、補給時間を決定するための補給速度ｖｈを調節する。言い換えると、補給時間の決定に用いられる補給速度ｖｈはフィードバック調節される。そして、補給装置７が次回補給を行う際の補給時間は、調節された補給速度ｖｈに基づいて決定される。これにより、補給装置７は、補給動作をより的確に行うことができる。

特に、カラープリンタ１は、加算後のトナー量がトナーセンサ８により検知された実際の値未満である場合、実際の補給速度は計算に用いた補給速度ｖｈより遅いと判断し、計算に用いる補給速度ｖｈを第１所定速度だけ下げる。逆に、加算後のトナー量がトナーセンサ８により検知された実際の値以上である場合、カラープリンタ１は、実際の補給速度は計算に用いた補給速度ｖｈより早いと判断し、計算に用いる補給速度ｖｈを第２所定速度だけ上げる。これにより、計算に用いられる補給速度ｖｈは、実際の速度により近い値になる。従って、補給時間は、より的確な時間に決定される。

また、本実施形態に係るカラープリンタ１は、現像剤を循環搬送する搬送ローラ５ｅ，５ｆを用いている。そのため、トナーセンサ８は、現像装置５の容器本体５ａ内の区画３に対応するように配置していることにより、トナーが補給された後のトナー量を検知すると共に、印字動作が行われる前のトナー量を更に検知するようになる。従って、トナー量を検知するためのセンサを、印字動作が行われる前のトナー量を検知するためのものと、補給後のトナー量を検知するためのものとのように、複数設けずに済む。

また、カラープリンタ１は、いわゆるタンデム式のプリンタである。このように、本発明に係る画像形成装置をタンデム式の画像形成装置として採用した場合、現像装置５内にはトナーの補給が的確に行われるため、タンデム式の画像形成装置を小型化した際に、現像装置のサイズが小さくなったことにより現像装置内の現像剤の容量自体が減らされたとしても、トナーの補給ムラが生じにくくなる。

以下に、本発明を採用していないカラープリンタ及び上記実施形態に係るカラープリンタ１をそれぞれ用いて、高濃度（Ａ４ヨコで印字率が３０％のベタ画像）の原稿を一分間に３２枚の速度で連続して印字した。その結果を、図８及び図９に示している。

図８は、本発明を採用していないカラープリンタの結果を示しており、図９は、上記実施形態に係るカラープリンタ１の結果を示している。図８及び９の縦軸は、トナーセンサが検知した電圧値をトナー重量（ｍｇ）に換算したものを示しており、例えば縦軸の差分“100”は、トナーとキャリアとの重量比（以下、Ｔ／Ｃ）に換算すると約“0.8％”の差分に相当する。尚、図８及び図９では、トナー量の目標値を“600mg”としている。

図８では、トナーの最大値及び最小値がそれぞれ“700mｇ”“450mg”であることから、Ｔ／Ｃに換算すると約“2%”のトナー量のムラが生じている。これに対し、図９では、トナーの最大値及び最小値との差分が約“100mg”であることから、トナー量のムラは、Ｔ／Ｃに換算して約“0.8％”であると分かる。

即ち、本発明を採用していないカラープリンタでは、トナーセンサでトナー量を検知してからトナー補給を行うために、現像剤中のトナーを消費した部分にトナーが補給されるのではなく、トナーを消費していない現像剤の部分にトナーが補給されてしまう。つまり、補給動作のタイミングが遅れてしまう。そのため、現像剤中のトナー量のムラが生じ、トナーセンサの値に大きなばらつきが生じてしまう。

一方で、上記実施形態に係るカラープリンタ１では、トナーセンサの値のばらつきは図８に比して小さい。これにより、的確なタイミングで、現像剤中のトナーを消費した部分にトナーが補給されていることが分かる。

また、画像ムラに関しては、本発明を採用していないカラープリンタ及び上記実施形態に係るカラープリンタ１それぞれにより印字された連続１００枚の記録紙の端部から約５ｃｍの左右位置の反射画像濃度（マクベスＲＤ９１２）の差分をとって平均化し、これらを比較した。すると、本発明を採用していないカラープリンタでは、反射画像濃度の差分は“0.33”であったのに対し、上記実施形態に係るカラープリンタ１では“0.08”に著しく改良されていた。

＜その他の実施形態＞
（ａ）上記実施形態に係る図６では、説明の便宜上、印字動作が行われた後に、消費されたトナー量の推定動作のステップと、推定量及びトナー濃度センサ値による計算のステップ（Ｓ６）とを記載している。しかし、ステップＳ６における計算は、通信部１６が印字動作指示を取得した場合に、開始されてもよい。尚、この場合、印字動作に用いられなかった現像剤については、消費されたトナー量がないため、推定されたトナー量を用いて行われた計算結果が、ステップＳ７において所定値以下とはならないため、補給動作が行われないステップに移行する。

（ｂ）上記実施形態に係る図７では、ステップＳ２４の“トナー量検知”のフローは、動作の説明の便宜上記載しているものである。従って、トナー濃度センサ８は、印刷指示が行われた後、区画３に移動してきた現像剤のトナー量を常に検知する。

（ｃ）上記実施形態では、図４に示すように、現像装置５の容器本体５ａ内部を１０個の区画に分けた場合について記載したが、区画の数は１０個以外であってもよい。即ち、本発明に係る現像装置の容器本体内部は、少なくとも２以上の区画に分けることができる。

（ｄ）上記実施形態では、トナーセンサ８を区画３に対応するように設けた場合について記載したが、トナーセンサ８の位置については、これに限定されない。トナーセンサ８は、図４中の、補給位置、補給されたトナーが混ざり合う区画１、及び印字動作においてトナーが消費される区画７〜９以外であれば、どこに配置されてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、トナーセンサ８が、１つ設けられた場合について記載したが、２以上設けられてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、現像装置５がハイブリッド現像である場合を例に取り説明したが、現像装置は、その他の現像方法を用いたものであってもよい。

（ｇ）上記実施形態では、タンデム式を採用されたカラープリンタを例にとり説明したが、本発明に係る画像形成装置は、例えばロータリー式等の、タンデム式以外の方式を採用されたカラープリンタにも適用できる。

本発明の画像形成装置は、複写機や、モノクロまたはカラープリンタ、ファクシミリ装置の各機種や、これらの機能に更にスキャナ機能を併せ持つ複合機として適用できる。

本実施形態に係るカラープリンタの概略断面図。 現像装置の内部構造を示す縦断面図。 現像装置の内部構造を上からみた場合の模式図。 現像装置の容器本体が複数の区画に区分された状態を示す図。 本実施形態に係るカラープリンタの構成を模式的に示すブロック図。 本実施形態に係るカラープリンタの動作を説明するためのフローチャート。 本実施形態に係るカラープリンタが行う補給動作制御サブルーチン。 本発明を採用していないカラープリンタが連続印刷を行った場合の、印字時間におけるトナー量の推移を示すグラフ。 本実施形態に係るカラープリンタが連続印刷を行った場合、印字時間におけるトナー量の推移を示すグラフ。

符号の説明

１ カラープリンタ
５ 現像装置
５ａ 容器本体
５ｂ 磁気ブラシローラ
５ｃ 現像ローラ
５ｄ ドクターブレード
５ｅ，５ｆ 搬送ローラ
５ｇ 仕切壁
７ 補給装置
８ トナーセンサ
２１ 制御部
２１ａ 推定部
２１ｂ 補給制御部

Claims (9)

1. 画像データに基づいて印字動作を行う画像形成装置であって、
   トナーとキャリアとからなる現像剤を有し、内部が前記現像剤の搬送方向に少なくとも２以上の区画に区分されている容器本体と、前記２以上の区画内の前記現像剤を循環させて前記搬送方向に搬送する搬送手段と、を含む現像手段と、
   前記現像手段に前記トナーの補給を行う補給手段と、
   前記印字動作で消費されるトナー量を、前記画像データの印字率に基づいて、前記区画毎に推定する推定手段と、
   印字動作が行われる前のトナー量と、前記推定手段により推定されたトナー量との差を前記区画毎に算出し、該印字動作が行われる前のトナー量と前記推定手段により推定されたトナー量との差が所定値よりも低い区画に対しトナーの補給が行われるように、前記補給手段を制御する補給制御手段と、
   を備える、画像形成装置。
2. 前記推定手段は、前記搬送手段が前記現像剤を搬送する搬送速度、及び前記印字動作が行われる印字速度に基づいて、前記印字動作で消費される前記トナー量を推定する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記補給制御手段は、前記搬送速度に基づいて、前記補給手段が前記トナーの補給を行うタイミングを更に制御する、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記補給制御手段は、前記補給手段が前記トナーを補給する補給速度に基づいて、前記補給手段が、前記印字動作が行われる前の前記トナー量と前記推定手段により推定された前記トナー量との差が所定値よりも低い区画に前記トナーを補給する補給時間を調節する、請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記補給制御手段は、前記印字動作が行われる前の前記トナー量と前記推定手段により推定された前記トナー量との差に前記補給手段により補給された前記トナー量を加算し、この加算後の前記トナー量に基づいて前記補給速度を調節し、調節された前記補給速度に応じて前記補給時間を更に調節する、請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記トナーが補給された後の前記トナー量を検知する検知手段を更に備え、
   前記補給制御手段は、加算後の前記トナー量が前記検知手段により検知された前記トナー量未満の場合、前記補給速度を第１所定速度下げるように調節し、前記加算後のトナー量が前記検知手段により検知された前記トナー量以上の場合、前記補給速度を第２所定速度上げるように調節する、請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記検知手段は、前記区画のいずれかに配置されている、請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記トナーは非磁性トナーであって、
   前記キャリアは磁性キャリアであって、
   前記現像手段は、表面に前記非磁性トナーと前記磁性キャリアとによる磁気ブラシが形成された磁気ブラシローラと、前記磁気ブラシローラにより表面が摺擦されトナー薄層が形成される現像ローラと、前記磁気ブラシローラ及び前記現像ローラの間に電位差を生成させる電位差生成手段と、を更に含むハイブリッド式の現像手段である、請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 互いに並列に配置された複数の像担持体を更に備え、
   前記現像手段は、前記複数の像担持体それぞれに対応するように複数設けられている、請求項１〜８のいずれかに記載の画像形成装置。

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