JP5779909B2 - 印刷装置のトナーフィード制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真装置などの印刷装置に係り、特にそれの現像装置におけるトナーフィード制御方法に関するものである。

図８は従来、特許３５８７３２７号公報（特許文献１）として提案された電子写真装置の概略構成図、図９はその電子写真装置の原理ブロック図である。

図８に示すように、現像器１０１内で現像剤１０２を攪拌羽根１０３で攪拌し、マグネットローラ１０４を介して感光体１０５に形成された静電潜像に前記現像剤１０２を吸着させる。

現像器１０１の上側にはトナーホッパ１０６が設けられ、トナーホッパ１０６の下側出口にはトナーフィードローラ１０７が配置されている。トナーホッパ１０６内に一時的に保管されているトナー１０８はトナーフィードローラ１０７の回転により前記現像器１０１内に補給される。また、トナーホッパ１０６へはトナーカセット１１６からトナーが補給される。

前記現像器１０１の底部にはトナー濃度センサ１０９が設けられ、トナー濃度センサ１０９の出力状態はトナー補給制御手段１１０が監視しており、トナー濃度センサ１０９が濃度不足状態を示すと、モータドライバ１１１を介してモータ１１２を所定時間回転して、前記トナーフィードローラ１０７によりトナーホッパ１０６内のトナー１０８を前記現像器１０１に補給する。

トナーホッパ１０６には、その中に保管されているトナーの量がエンプティ状態であることを検出する１つのトナー残量検出手段１１３が設けられている。

このトナー残量検出手段１１３がトナーエンプティ状態を検出してから次のトナーエンプティ状態を検出するまでの間の前記トナー補給制御手段１１０によるトナー補給回数が補給回数カウンタ１１４で計数され、この補給回数カウンタ１１４の計数値が演算手段１１５に入力される。

これにより演算手段１１５は、その計数値と、前記トナーエンプティ状態になったときにトナーカセット１１６からトナーホッパ１０６へ供給されるトナーの総供給量とにより、一回の補給当たりのトナー補給量を算出し、さらに、その一回の補給当たりのトナー補給量が適正でない場合には、その補給量が設定された所定範囲になるように前記トナーフィードローラ１０７の回転数及び／あるいは回転時間を変更するようになっている。適性値設定レジスタ１１７には、従前の適正トナー補給量が設定されている。

低濃度印字の場合、トナー濃度の低下を防止する必要がある。そこで、回転数カウンタ１１８でマグネットローラ１０４または感光体１０５の回転数を計測するとともに、その回転数カウンタ１１８をトナー残量検出手段１１３がトナーホッパ１０６内のトナーエンプティ状態を確認したときリセットされるようにしておく。これによって、使用トナー量が少なくて、トナーホッパ１０６内のトナー量が空あるいは所定値以下になることが無い場合には、前記回転数カウンタ１１８の計数値は上がりっ放しになる。そのため、前記回転数カウンタ１１８の計数値が所定値に達すると、強制的に前記トナー補給制御手段１１０を作動させて、所定量のトナーを補給するようになっている。

図８中の符号１１９は、感光体１０５に形成された画像の濃度を検出する画像濃度検出センサ、また、図９中の符号１２０は、電子写真装置である。

この電子写真装置は前述のように、現像器１０１に設けられたトナー濃度センサ１０９の出力状態に基づいて、トナー補給制御手段１１０からトナー補給信号を出力して、トナーホッパ１０６内のトナー１０８を現像器１０１に補給するものであって、前記トナーホッパ１０６に設けられているトナー残量検出手段１１３は、図８に示しているように、前記補給回数カウンタ１１４に対して終了指示信号を出力したり、前記回転数カウンタ１１８に対してリセット信号を出力するためのものである。

前記特許３５８７３２７号公報（特許文献１）に記載されている電子写真装置は、現像器１０１に設けられたトナー濃度センサ１０９の出力状態をトナー補給制御手段１１０が監視しており、そのトナー濃度センサ１０９が濃度不足状態を示すと、モータドライバ１１１を介してモータ１１２を所定時間回転して、トナーフィードローラ１０７によりトナーホッパ１０６内のトナー１０８を現像器１０１に補給するシステムになっている。

そのため、印刷中、特に、高濃度印刷モード中にトナー補給がなされて、印刷中にトナー残量に応じてトナー補給量を変化させてしまった場合、高濃度印刷にも関わらず、トナー残量によりトナーフィード量を制限することにより、印刷濃度が大きく変動する要因となる。つまり、トナーフィードモータによるトナー供給が、制御範囲外となってしまう可能性があり、印刷品質上に問題がある。

また、特開２００５−０２４６２２号公報（特許文献２）には、複数個のセンサをトナーホッパ内に設けた構成が記載されている。しかし、この印刷装置はエア搬送の構成であり、トナーホッパ内のトナー量の堆積状況による重さ等は特に考慮されておらず、さらに、複数個のセンサがあるホッパとは別に現像器の上に分離装置がある構成のため、トナー堆積による供給量変化が生じない。

本発明の目的は、トナーホッパ内のトナーの堆積状況により、トナーの供給量を変化させずに安定してトナー供給を行える、印刷品質の高い印刷装置のトナーフィード制御方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、
感光体上の静電潜像をトナーとキャリアからなる二成分現像剤で現像する現像部と、
前記現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、
前記トナーを一時的に保管するトナーホッパと、
印刷中でも前記トナーホッパへのトナー補給が可能な例えばトナーカセットなどのトナー補給手段と、
前記トナーホッパ内のトナーを前記現像部へ補給するためのトナーフィードローラと、
前記トナーホッパ内のトナー残量を検出するためにトナーホッパ内の深さ方向の異なる位置に配置された複数個のトナーエンプティセンサと、
前記トナーエンプティセンサの検出結果に基づいて前記トナーホッパ内のトナー残量が少ないことを報知するためのトナーエンプティエラー信号を出力する例えばオペレータパネルなどの報知手段と、
前記トナーエンプティエラー信号の出力に基づいて印刷動作を停止する例えば中央処理装置などの印刷停止手段と、
印刷濃度を設定する例えばオペレータパネルなどの印刷濃度設定手段を備え、
前記トナー濃度センサの検出信号に基づいて前記トナーフィードローラを回転させて、前記トナーホッパから前記現像部にトナー補給を行う印刷装置のトナーフィード制御方法を対象とするものである。

そして本発明の第1の手段は、
前記印刷濃度設定手段により印刷濃度が低濃度印刷モードに設定中で、前記トナーエンプティエラー信号の出力により印刷動作が停止した場合に、停止後から印刷再開までの間、前記トナーフィードローラによる単位時間当たりにフィードするトナーの量を、トナーエンプティセンサエラー信号が発生する前のトナーの補給量よりも少ない一定量に制限して前記現像部へ補給することを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第1の手段において、
使用するトナーの品種を判別するトナー品種判別手段を備え、
前記トナー品種判別手段によって判別されたトナーの品種に基づいて、前記フィードトナー量を制限する割合が決定されることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第1または第２の手段において、
印刷再開後は前記フィードするトナー量の制限する割合が変更可能になっていることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、トナーホッパ内のトナーの堆積状況により、トナーの供給量を変化させずに、安定してトナー供給を行える、印刷品質の高い印刷装置のトナーフィード制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電子写真方式の印刷装置の全体構成を示す概略構成図である。 その印刷装置に用いられている現像装置の全体構成を示す概略構成図である。 その印刷装置の主な構成を示すブロック図である。 その印刷装置におけるトナーエンプティエラー前後のトナーホッパ内のトナー残量とトナーフィード量の関係を示す特性図である。 その印刷装置におけるトナーエンプティエラー前後のトナー残量補給係数の変化を示す特性図である。 その印刷装置のトナー補給による放置時間と帯電量変化の関係を示す特性図である。 その印刷装置のトナー補給による放置時間と放置時間補給係数の関係を示す特性図である。 従来提案された電子写真装置の概略構成図である。 その電子写真装置の原理ブロック図である。

本発明は後述するように、トナーホッパ内のトナー量検出結果を、現像器内のトナー濃度よりも優先するように制御することを特徴とするものである。

次に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
図１は本発明の実施形態に係る電子写真方式の印刷装置の全体構成を示す概略構成図、図２はその印刷装置に用いられている現像装置の全体構成を示す概略構成図、図３は印刷装置の主な構成を示すブロック図である。

まず、本発明の実施形態に係る印刷装置Ｐの全体構成を図１とともに説明する。
この電子写真方式の印刷装置Ｐにおいて、まず、感光体ドラム１５に対して帯電器１６より電荷が付与され、次に露光装置１７より印刷データに基づく露光パターンが照射され、感光体ドラム１５に静電潜像が形成される。感光体ドラム１５の静電潜像は現像装置１により現像され、感光体ドラム１５上にトナー像が形成される。

現像剤として、トナーとキャリアからなる二成分現像剤が用いられる。トナー像の形成条件は、トナー付着量センサ１８の出力に応じて補正される。前記感光体ドラム１５、帯電器１６、露光装置１７、現像装置１などによって、ウェブＷに画像を形成するための印写部が構成されている。

前記ウェブＷには、通常、連続紙が用いられ、ウェブ搬送部１９により転写部に搬送され、転写器２０によりウェブＷ上にトナー像が転写される。ウェブＷ上のトナー像は、プレヒータ２１を通過時に、トナーを構成する合成樹脂のガラス転移温度付近まで加熱された後、ヒータを内蔵したヒートロール２２と加圧ローラ２３からなる定着器によりウェブＷに溶融固着される。

印刷装置Ｐでのウェブ搬送は、上流に位置するウェブ搬送部１９が基準となる速度でウェブＷを搬送し、下流に位置する定着搬送部２４のヒートロール２２がバッファ量センサ２５の出力に応じて回転制御を行い、基準となる速度に追従するようにヒートロール２２と、それに圧着して従動回転する加圧ローラ２３により、ウェブＷ上のトナー像を加熱・加圧定着しながら搬送される。このようにして画像を形成したウェブＷは、印刷装置Ｐから機外に排出される。

次に印刷装置Ｐの現像部７へトナーを補給するトナー補給機構２について、図２及び図３を用い説明する。
図２に示すように、現像部７の直上にトナー補給機構２が設置されている。このトナー補給機構２は、トナーが装填されたトナーカセット３と、そのトナーカセット３から供給されたトナーを一時的に保管するトナーホッパ４と、そのトナーホッパ４内のトナーが湿度等の環境条件により固化するのを防ぐために攪拌動作をするトナーキャリーシャフト５と、前記トナーホッパ４内のトナーを現像部７の攪伴室８に補給するトナーフィードローラ６と、前記トナーホッパ４内のトナー残量を検出するトナーエンプティセンサＳｅ１、Ｓｅ２、Ｓｅ３から構成されている。

前記トナーカセット３をトナーホッパ４の上部に設置し、トナーカセット３に装填されているトナーをトナーホッパ４へ補給する。さらに、現像部７内のトナー濃度はトナー濃度センサＳｄにより検出され、センサ情報は図３に示す中央処理装置９に送信される。中央処理装置９は、受信したセンサ情報に基づいて、予め目標トナー濃度毎に、トナー濃度センサＳｄの出力に応じたトナー補給時間が設定されたトナーフィードテーブル１０から、トナー濃度センサＳｄの出力結果に基づいて、必要なトナー補給時間を選択する。

続けて中央処理装置９は、選択されたトナー補給時間の期間、トナーフィードローラ６を回転駆動するトナーフィードモータ１１を起動して、トナーフィードローラ６を一定速度で回転させ、一定量のトナーをトナーホッパ４から現像部７の攪伴室８へ補給するシステムになっている。

前記トナーホッパ４内にはそれの深さ方向の異なる位置に複数個（本実施形態では３個）のトナーエンプティセンサＳｅ１、Ｓｅ２、Ｓｅ３が設置され、トナーホッパ４内のトナー残量を検出している。本実施形態の場合、トナーエンプティセンサＳｅ１がトナーホッパ４内の最も深い位置に配置され、トナーエンプティセンサＳｅ２はトナーホッパ４内の中間位置に配置され、トナーエンプティセンサＳｅ３はトナーホッパ４内の上側位置に配置されている。図３に示すように、各トナーエンプティセンサＳｅ１、Ｓｅ２、Ｓｅ３の検出信号は中央処理装置９に入力される。

中央処理装置９では前記トナーエンプティセンサＳｅ１、Ｓｅ２、Ｓｅ３の検出結果に基づいて、トナーホッパ４内のトナーが無くなる直前に、アラーム出力要請信号を印刷制御装置Ｃへ出力する。そして印刷制御装置Ｃからはオペレータ２６に対して、トナーホッパ４内のトナー残量が少ないことを報知するトナーエンプティプレアラーム２７を出力して、オペレータ２６へトナーカセット３によるトナー補給を促す。

トナーカセット３は印刷中でもトナーホッパ４へのトナー補給が可能な構成となっている。そのため、印刷中にトナーエンプティプレアラーム２７が発生した場合でも、新品のトナーカセット３を装着して、トナーホッパ４へトナーを補給すれば、印刷が停止することなく、トナーエンプティプレアラーム２７の出力状態が自動的に解除でき、スループットの低下を防止することができる。

このように印刷中にトナー補給されることで、トナーエンプティセンサＳｅ１、Ｓｅ２、Ｓｅ３が、補給されたトナーの量に応じて、トナーエンプティセンサ情報を変化し、トナー残量を把握する。また、トナー補給されることで、トナーホッパ４内のトナー重量が重くなり、または密度も高くなり、トナーフィードローラ６の回転量が同じでも、トナーフィードローラ６の単位時間当たりのトナーフィード量が増える。

しかし、印刷中にトナーを補給する場合、現像部７による攪拌動作が継続しており、現像剤とトナーの帯電量が高い状態であることで、トナー重量が増加したことによる単位時間当たりのトナーフィード量が増えても、急激に印刷濃度が変化する現象が発生しない。そのため、トナーエンプティプレアラームによるトナー補給前後では、トナーフィード量は変化させる必要がない。

同様に、印刷中でトナーエンプティプレアラームが発生していない状態で、トナー補給された場合でも、トナー補給前後では、トナーフィード量は変化させる必要がない。

次に、トナーエンプティプレアラーム２７が出力された後も、オペレータ２６によるトナー補給が実施されない場合について説明する。

印刷中に、トナーエンプティプレアラーム２７が発生しても、オペレータ２６がそれに気付かず、印刷が継続した場合、印刷装置Ｐはトナーエンプティエラーにより印刷動作を自動的に停止する。

中央処理装置９は、印刷停止から、オペレータが印刷装置Ｐの印刷停止に気付き、トナー補給がされ、再度印刷が開始するまでの時間を計測する。印刷開始時に、コントラスト設定や付着量設定などの印刷濃度情報から、低濃度印刷モードと判断できる場合、トナーフィードローラ６の単位時間当たりのトナーフィード量に対して、補給係数をかけ、トナーフィード量を減らす。

次に、その補給係数の算出方法について説明する。
図４にトナーエンプティエラー前後のトナーホッパ４内のトナー残量とトナーフィード量の関係を示す。また、図５にトナーエンプティエラー前後のトナー残量補給係数の変化を示す。

図４に示すように、トナーエンプティエラー発生後にトナー補給がされてトナーホッパ４内のトナー残量は増加し（ｔ１）、トナーホッパ４内のトナー重量、または密度が高くなる。そのため、トナー補給後からあるトナーフィード量Ｆｄが、補給されるまでの期間、トナーフィードローラ６のトナーフィード量に対して、図５に示すようなトナー残量補給係数をかけ、補給量を減少させる。トナー残量補給係数は、トナー品種および、トナーホッパ４の形状が同じで有れば、再現性が有り、実験により知ることが可能であることから、予め実験によりトナー残量補給係数を決定しておく。

図５に示すように本実施形態の場合、トナー残量補給係数は、トナーエンプティエラー発生前までは基準値（例えばトナー残量補給係数＝１）になっており、トナー補給が開始されてから印刷が再開されるまでの間（時間ｔ１〜ｔ２）、トナー残量補給係数は前記基準値よりも低い一定の値となっている。印刷が再開されてから時間ｔ３に至るまでの間（時間ｔ２〜ｔ３）は、トナー残量補給係数は徐々に増加し、時間ｔ３に到達すると基準値に戻る。このような時間ｔの経過に伴うトナー残量補給係数の変化は、諸種の実験結果に基づいてテーブル化されてメモリに記憶されている。

図６にトナー補給による放置時間と帯電量変化の関係を示す。また、図７にトナー補給による放置時間と放置時間補給係数の関係を示す。

図６に示すように、トナー補給のために印刷動作が停止し、現像部７による攪拌動作の停止状態が続くことで、一定期間（時間ｔ１〜ｔ２）、トナーの帯電量はカーブＤｗのように徐々に低下し、この帯電量の低下により、印刷濃度が濃くなる現象が発生する。

この現象は、トナー付着量目標が光学濃度１．０ Ｏ．Ｄ．（反射率１０％程度）以下に設定された、低濃度印刷モードを行った場合、特に顕著に現れやすく、問題となっている。

そのため、印刷再開時（時間ｔ２）は、トナーフィードローラ６のトナーフィード量に対して、印刷を再開するまでの放置時間に応じた放置時間補給係数をかけ、補給量を減少させる。

放置時間補給係数は、図７に示すように、放置時間によって低下する帯電量と類似したカーブｄｗのように変化させる。

印刷再開後は、図６に示すように、印刷による攪拌動作時間に応じて、帯電量はカーブＵｐのように上昇する。また、放置時間補給係数は図７に示すように、攪拌動作によって上昇する帯電量と類似したカーブｕｐのように変化させる。

トナー帯電量の低下傾向および、攪拌動作による上昇傾向は、トナー品種により異なることから、予め実験により、現像部７による攪拌動作の停止期間に応じて、放置時間補給係数を決定して、それをテーブル化しておく。

トナーエンプティエラーによってトナー補給がされ、かつ低濃度印刷モードであった場合、前述したように、現像部７内のトナー濃度センサＳｄのセンサ情報に基づいて、決定されるトナーフィードローラ６による現像部７へのトナーフィード量に対して、トナー残量補給係数と放置時間補給係数から求められる補給量にて、トナーフィード量制御を実施する。

また、印刷モードの切り替えが実施されても、各印刷モードに適したトナーフィード制御を実施するため、図４のトナー補給後からあるトナーフィード量Ｆｄが補給されるまでの期間を、トナーフィード量調整モードとして設定する。

このトナーフィード量調整モードに設定されたデータは、印刷モードに関係なく、トナーフィードローラ６の動作時間更新契機で、トナーフィードローラ６の動作時間に準じて減算し、減算結果が０以下となった時点で無効とすることで、前記トナーフィード量調整モードの実施期間を知ることができる。そのため、低濃度印刷モードおよび通常濃度印刷モードの切り替えが実施されても、各印刷モードに適したトナー補給制御を実施することが可能となる。

前記トナーフィード量調整モードは、トナー品種および、トナーホッパ４の形状が同じであれば再現性が有り、実験により知ることが可能であることから、予め実験によりトナーフィード量調整モードを決定する。

また、同品種のトナーでも、動作環境等の外的要因により、トナーの流動性が変わることが考えられる。前記動作環境等の外的要因の代表例としては、例えば動作環境下での温度や湿度の変化がある。そのため、図３に示す印刷制御装置ＣやオペレータパネルＯｐなどの外部入力装置から、基準となるトナー残量補給係数と放置時間補給係数および、トナーフィード量調整モードの実施期間を変更可能とすることにより、動作環境等の外的要因による、トナー流動性の影響を受けることなく、安定したトナー補給制御を実施することが可能となる。

さらに、トナー品種が異なれば、トナーの流動性や単位体積当りの重量も変わる。さらにまた、放置時間によるトナー帯電量の低下や、攪拌によるトナー帯電量の立ち上がりも変わる。

そのため、現像部７に設けられたトナー品種判別手段Ｓｗ（図３参照）により、トナー品種情報を入手し、入手したトナー品種に応じて、基準となるトナー残量補給係数と放置時間補給係数および、トナーフィード量調整モードの実施期間を設定とする。これにより、トナー品種の違いによる、トナーの流動性の影響を受けることなく、安定したトナー補給制御を実施することが可能となる。

１・・現像装置、２・・トナー補給機構、３・・トナーカセット、４・・トナーホッパ、５・・トナーキャリーシャフト、６・・トナーフィードローラ、７・・現像部、８・・攪伴室、９・・中央処理装置、１０・・トナーフィードテーブル、１１・・トナーフィードモータ、１５・・感光体ドラム、１６・・帯電器、１７・・・露光装置、１８・・トナー付着量センサ、１９・・ウェブ搬送部、２０・・転写器、２１・・プレヒータ、２２・・ヒートロール、２３・・加圧ローラ、２４・・定着搬送部、２５・・バッファ量センサ、２６・・オペレータ、２７・・トナーエンプティプレアラーム、Ｓｄ・・トナー濃度センサ、Ｓｅ１，Ｓｅ２，Ｓｅ３・・トナーエンプティセンサ、Ｍ・・不揮発性メモリ、Ｓｗ・・トナー品種判別手段、Ｏｐ・・オペレータパネル、Ｐ・・印刷装置、Ｃ・・印刷制御装置。

特許第３５８７３２７号公報 特開２００５−０２４６２２号公報

Claims (3)

1. 感光体上の静電潜像をトナーとキャリアからなる二成分現像剤で現像する現像部と、
   前記現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、
   前記トナーを一時的に保管するトナーホッパと、
   印刷中でも前記トナーホッパへのトナー補給が可能なトナー補給手段と、
   前記トナーホッパ内のトナーを前記現像部へ補給するためのトナーフィードローラと、
   前記トナーホッパ内のトナー残量を検出するためにトナーホッパ内の深さ方向の異なる位置に配置された複数個のトナーエンプティセンサと、
   前記トナーエンプティセンサの検出結果に基づいて前記トナーホッパ内のトナー残量が少ないことを報知するためのトナーエンプティエラー信号を出力する報知手段と、
   前記トナーエンプティエラー信号の出力に基づいて印刷動作を停止する印刷停止手段と、
   印刷濃度を設定する印刷濃度設定手段を備え、
   前記トナー濃度センサの検出信号に基づいて前記トナーフィードローラを回転させて、前記トナーホッパから前記現像部にトナー補給を行う印刷装置のトナーフィード制御方法において、
   前記印刷濃度設定手段により印刷濃度が低濃度印刷モードに設定中で、前記トナーエンプティエラー信号の出力により印刷動作が停止した場合に、停止後から印刷再開までの間、前記トナーフィードローラによる単位時間当たりにフィードするトナーの量を、トナーエンプティセンサエラー信号が発生する前のトナーの補給量よりも少ない一定量に制限して前記現像部へ補給することを特徴とする印刷装置のトナーフィード制御方法。
2. 請求項１に記載の印刷装置のトナーフィード制御方法において、
   使用するトナーの品種を判別するトナー品種判別手段を備え、
   前記トナー品種判別手段によって判別されたトナーの品種に基づいて、前記フィードトナー量を制限する割合が決定されることを特徴とする印刷装置のトナーフィード制御方法。
3. 請求項１または２に記載の印刷装置のトナーフィード制御方法において、
   印刷再開後は前記フィードするトナー量の制限する割合が変更可能になっていることを特徴とする印刷装置のトナーフィード制御方法。

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