JP6468830B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複数の機能を有する複合機などの画像形成装置に関し、特に、現像剤を強制的に消費させる強制消費モードを有する構成に関する。
一般に、電子写真方式などの画像形成装置では、画像比率(印字率)の低い画像形成が行なわれる割合が多いと、現像装置内の現像スリーブから感光ドラムに移行するトナーの割合が少なくなる。そのような状態で、現像装置が長時間駆動し続けると、現像装置内でトナーの劣化が生じるため、トナー飛散やかぶりなどと言った画像不良が生じ易くなる。このため、従来から、現像装置に強制的にトナーを消費させることを行っていた。
例えば、画像形成毎に使用されるトナー量を指標する値が、設定された閾値よりも小さい場合にその差分を算出し、その算出された差分を積算した積算値が所定値に達するとトナーの強制消費を実行する発明が提案されている(特許文献1)。
特開2006−23327号公報
ところで、例えばトナーの強制消費を実行した直後に、トナー消費量の多い(画像比率の高い)画像が形成された場合、直前のトナーの強制消費動作(強制消費モード、トナー供給モード)を実行していなくても、この画像形成によりトナー劣化が解消される場合がある。このような場合、直前のトナーの強制消費動作によるトナー消費量が、トナー劣化の解消のために必要なトナー消費量に対して過剰になってしまう。
特に、連続画像形成中にダウンタイムを設けてトナーの強制消費動作を割り込ませる場合において、トナーの強制消費動作の実行フラグが立ってから、実際にトナーの強制消費動作を実行するまでにタイムラグが生じる場合がある。例えば、次のような場合がある。図14は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成ステーション(Yst、Mst、Cst、Kst)を中間転写ベルトの回転方向に並べた所謂タンデム型の構成における、各ステーションでの画像形成タイミングを示している。図14では、各ステーションでの画像形成タイミングを時間軸tに沿って示している。この構成で、画像形成毎に使用されるトナー量を通知するタイミングが各色の画像形成開始タイミングで通知される場合、1枚目のKstの画像形成において使用されるトナー量を通知する時にはすでに2枚目のYstの画像形成が開始されている場合がある。なお、トナー量はビデオカウントに相当し、図14の矢印はコントローラからの通知タイミングである。この場合、仮にKstが1枚目の画像形成でトナーの強制消費動作の実行フラグを立てても、1枚目の画像形成後にはトナーの強制消費動作を実行できず、2枚目の画像形成後にトナーの強制消費動作を実行していた。また、生産性を確保するために、コントローラから画像形成エンジンに対して1枚目の画像形成より前に2枚目の給紙可能信号を通知する場合がある。この場合においても、Ystの1枚目の画像形成でトナーの強制消費動作の実行フラグを立てても、すでに2枚目の給紙可能信号が通知されているため、2枚目の画像形成後にトナーの強制消費動作を実行していた。従来は、この実行フラグが立つと、実際にトナーの強制消費動作を実行するまでのトナー消費量に関わらずトナーの強制消費動作を実行していた。
しかしながら、トナーの強制消費動作の実行フラグが立ってから、実際にトナーの強制消費動作を実行するまでにトナー消費量の多い画像が形成された場合には、トナーの強制消費動作を実行せずともトナー劣化が解消される場合がある。但し、従来は、このような場合でも、実行フラグが立つとトナーの強制消費動作を実行するようにしていた。
本発明は、このような事情に鑑み、トナー供給モードを実行可能な構成で、連続画像形成ジョブにおいて現像装置内のトナーをフレッシュな状態に維持することと、連続画像形成ジョブの中断によるダウンタイムを抑制することとを両立させることを目的とする。
本発明は、複数枚の記録材に画像を連続的に形成する連続画像形成ジョブを実行可能な画像形成装置であって、像担持体と、前記像担持体に形成された静電像をトナーを用いて現像する現像装置と、を有する画像形成部と、前記連続画像形成ジョブを中断させ、前記連続画像形成ジョブが中断している状態で、前記像担持体に形成された静電像を前記現像装置により現像して、前記像担持体に前記トナーを供給するトナー供給モードの動作を前記画像形成部に実行させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記連続画像形成ジョブにおいて前記複数枚の記録材への画像形成で消費されるトナー量に関する情報に基づいて前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させることが可能であり、前記制御部は、前記連続画像形成ジョブにおいて第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が第1の所定量であり、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了する場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が第2の所定量以下である場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する前記第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第2の所定量よりも多い場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させないことを特徴とする画像形成装置にある。
本発明によれば、トナー供給モードを実行可能な構成で、連続画像形成ジョブにおいて現像装置内のトナーをフレッシュな状態に維持することと、連続画像形成ジョブの中断によるダウンタイムを抑制することとを両立させることができる。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 本実施形態に係る画像形成ステーションの概略構成図。 本実施形態に係る画像形成装置のシステム構成を示すブロック図。 本実施形態に係る現像装置の概略構成横断面図。 同じく概略構成縦断面図。 本実施形態に係る現像装置に備えられた温度センサの制御ブロック図。 各色のトナー劣化閾値ビデオカウントVtを測定した実験結果を示す図。 比較例に係る強制消費モードの実行可否の判断を行うためのフローチャート。 比較例及び本実施形態に係る強制消費モードの動作を示すフローチャート。 ブラック低Dutyの場合と高Dutyの場合とのそれぞれの各パラメータ示す図。 比較例でブラック低Dutyの画像を連続して形成した場合の各パラメータの関係を示す模式図。 本実施形態に係る強制消費モードの実行可否の判断を行うためのフローチャート。 本実施形態でブラック低Dutyの画像を連続して形成した場合の各パラメータの関係を示す模式図。 本実施形態における画像形成タイミングとコントローラからの各種信号通知タイミングを示した図。
本発明の実施形態について、図1ないし図13を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図1ないし図3を用いて説明する。
[画像形成装置]
本実施形態の画像形成装置100は、図1に示すように、それぞれ像担持体としての感光ドラム101(101Y、101M、101C、101K)を備えた4つの画像形成ステーションY、M、C、K、を有する。各画像形成ステーションの上方には、中間転写装置120が配置されている。中間転写装置120は、中間転写体としての中間転写ベルト121が、ローラ122、123、124に張設されて、矢印方向に走行するように構成されている。
感光ドラム101の周囲には、一次帯電装置102(102Y、102M、102C、102K)、現像装置104(104Y、104M、104C、104K)、クリーナ109(109Y、109M、109C、109K)などが配置されている。このような感光ドラム周りの構成及び画像形成動作について、図1及び図2を用いて説明する。なお、各色について感光ドラム回りの構成は同様である為、特に区別する必要がない場合には、各色の画像形成ステーションの構成であることを示す添え字を省略して説明する。
感光ドラム101は、矢印方向に回転駆動される。感光ドラム101の表面は、接触式帯電である帯電ローラ方式の一次帯電装置102によって一様に帯電される。帯電された感光ドラム101の表面には、露光装置であるレーザー発光素子103によって露光されることで静電潜像が形成される。このように形成された静電潜像(静電像)は、現像装置104でトナーにより可視像化され、感光ドラム101上にトナー像が形成される。各画像形成ステーションでは、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)のトナー像が形成される。
各画像形成ステーションで形成されたトナー像は、一次転写ローラ105(105Y、105M、105C、105K)による一次転写バイアスによって、ポリイミド系樹脂からなる中間転写ベルト121上に転写され重ね合わせられる。中間転写ベルト121上に形成された4色のトナー像は、ローラ124と対向して配置された二次転写手段としての二次転写ローラ125によって記録材(例えば用紙、OHPシートなどのシート材)Pに転写される。記録材Pに転写されずに中間転写ベルト121に残ったトナーは、中間転写ベルトクリーナ114bによって除去される。トナー像が転写された記録材Pは、定着ローラ131、132を備えた定着装置130によって加圧/加熱され、トナー像が定着される。また、一次転写後に感光ドラム101上に残った一次転写残トナーは、クリーナ109により除去され、次の画像形成に備える。
次に、本実施形態の画像形成装置100における画像処理ユニットのシステム構成について図3を用いて説明する。図3において、200は外部入力インタフェース(外部入力I/F)である。外部入力インタフェース200を介して必要に応じて原稿スキャナ、コンピュータ(情報処理装置)等の不図示の外部装置からRGB画像データとしてカラー画像データが入力される。201はLOG変換部であり、ROM210に格納されているデータ等により構成されるルックアップテーブル(LUT)に基づいて入力されたRGB画像データの輝度データをCMYの濃度データ(CMY画像データ)に変換する。202はマスキング・UCR部であり、CMY画像データから黒(K)成分データを抽出し、記録色材の色濁りを補正すべく、CMKY画像データにマトリクス演算を施す。203はルックアップテーブル部(LUT部)であり、画像データをプリンタ部の理想的な階調特性に合わせるためにガンマルックアップテーブル(γルックアップテーブル)を用いて入力されたCMYK画像データの各色毎に濃度補正を施す。なお、γルックアップテーブルはRAM211上に展開されたデータに基づいて作成され、そのテーブル内容はCPU206によって設定される。204はパルス幅変調部であり、LUT部203から入力された画像データ(画像信号)のレベルに対応するパルス幅のパルス信号を出力する。このパルス信号に基づいてレーザードライバ205がレーザー発光素子103を駆動し、感光ドラム101上を照射することで静電潜像が形成される。
ビデオ信号カウント部207はLUT部203に入力された画像データの(本実施形態では600dpiにおける)1画素毎のレベル(0〜255レベル)を画像1面分積算する。この画像データ積算値を、ビデオカウント値と呼ぶ。このビデオカウント値は出力画像が全面すべて255レベルだった場合に最大値1023となる。なお、回路の構成上制限があるときは、ビデオ信号カウント部207のかわりにレーザー信号カウント部208を用いて、レーザードライバ205からの画像信号を同様に計算することで、ビデオカウント値を求めることが可能である。
また、画像形成部209は、前述した各画像形成ステーションの各部の構成を含み、各部の構成を駆動制御する。例えば、レーザードライバ205が画像データに基づくパルス信号により画像形成部209を介してレーザー発光素子103を駆動する。また、CPU206は、ビデオ信号カウント部207で求めたビデオカウントなどの情報から、後述するように画像形成部209に強制消費モードを実行させる。
[現像装置]
次に、本実施形態の現像装置104について、図4ないし図6を用いて詳しく説明する。現像装置104は、現像容器20を備え、現像容器20内に現像剤としてトナーとキャリアを含む2成分現像剤が収容されている。また、現像容器20内に、現像剤担持手段としての現像スリーブ24と、現像スリーブ24上に担持された現像剤の穂を規制する穂切り部材25とを有している。
現像容器20の内部は、その略中央部が図4の紙面に垂直方向に延在する隔壁23によって現像室21aと攪拌室21bに水平方向の左右に区画されており、現像剤は現像室21a及び攪拌室21bに収容されている。現像室21a及び攪拌室21bには、現像剤攪拌・搬送手段としての搬送部材である第1及び第2の搬送スクリュー22a、22bがそれぞれ配置されている。図5に示すように、第1の搬送スクリュー22aは、現像室21aの底部に現像スリーブ24の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されており、回転することで現像室21a内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。また、第2の搬送スクリュー22bは、攪拌室21b内の底部に第1の搬送スクリュー22aとほぼ平行に配置され、攪拌室21b内の現像剤を第1の搬送スクリュー22aとは反対方向に搬送する。
このように、第1及び第2の搬送スクリュー22a、22bの回転による搬送によって、現像剤が隔壁23の両端部の開口部(即ち、連通部)26、27(図5参照)を通じて現像室21aと攪拌室21bとの間で循環される。本実施形態では、現像室21aと攪拌室21bは水平方向の左右に配置されるが、現像室21aと攪拌室21bが上下に配置された現像装置、或いは、その他の形態の現像装置においても、本発明は適用可能である。
現像容器20の感光ドラム101に対向した現像領域Bに相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ24が感光ドラム方向に一部露出するように回転可能に配設されている。本実施形態では、現像スリーブ24の直径は20mm、感光ドラム101の直径は30mm、この現像スリーブ24と感光ドラム1との最近接領域を約300μmの距離とする。この構成によって、現像領域Bに搬送した現像剤を感光ドラム101と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。なお、この現像スリーブ24は、アルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成され、その内部には磁界手段であるマグネットローラ24mが非回転状態で設置されている。
上記構成にて、現像スリーブ24は、現像時に図示矢印方向(反時計方向)に回転し、穂切り部材25による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された2成分現像剤を担持する。現像スリーブ24は、層厚が規制された現像剤を感光ドラム101と対向した現像領域Bに搬送し、感光ドラム101上に形成された静電潜像に現像剤を供給して潜像を現像する。この時、現像効率、つまり、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ24には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施形態では、−500Vの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Vppが1800V、周波数fが12kHzの交流電圧とした。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。
一般に、2成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にカブリが発生し易くなる。このため、現像スリーブ24に印加する直流電圧と感光ドラム101の帯電電位(即ち白地部電位)との間に電位差を設けることにより、カブリを防止することが行なわれる。
穂切り部材(規制ブレード)25は、現像スリーブ24の長手方向軸線に沿って延在した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性部材で構成される。また、穂切り部材25は、感光ドラム101よりも現像スリーブ回転方向上流側に配設されている。そして、この穂切り部材25の先端部と現像スリーブ24との間を現像剤のトナーとキャリアの両方が通過して現像領域Bへと送られる。
なお、穂切り部材25と現像スリーブ24の表面との間隙を調整することによって、現像スリーブ24上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。本実施形態においては、穂切り部材25によって、現像スリーブ24上の単位面積当りの現像剤コート量を30mg/cmに規制している。また、穂切り部材25と現像スリーブ24は、間隙を200〜1000μm、好ましくは300〜700μmに設定される。本実施形態では500μmに設定した。
また、現像領域Bにおいては、現像装置104の現像スリーブ24は、共に感光ドラム101の移動方向と順方向で移動し、周速比は、対感光ドラム1.80倍で移動している。この周速比に関しては、0〜3.0倍の間で設定され、好ましくは、0.5〜2.0倍の間に設定されれば、何倍でも構わない。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。
更に、現像容器20内の開口部(即ち、連通部)26には現像剤の温度検知手段としての温度センサ104Tが配置されている。温度センサ104Tの現像容器20内における配置場所に関しては、検知精度向上のため現像剤にセンサ面が埋まる位置が望ましい。
ここで、温度センサ104Tについて、図6を用いて詳しく説明する。本実施形態では、温度センサ104Tとしてセンシリオン(SENSIRION)社製温湿度センサSHT1Xシリーズを用いた。その構成は、湿度検知デバイスとして静電容量ポリマーのセンシング素子1001、温度検知デバイスとしてバンドギャップ温度センサ1002を実装している。これらは、いずれも14ビットA/Dコンバータ1003にカップリングされ、デジタルインターフェース1004を通じてシリアル出力を行う仕様のCMOSデバイスである。
温度検知デバイスであるバンドギャップ温度センサは、温度に対して線形に抵抗値が変化するサーミスタを用いることで、その抵抗値から温度を算出している。また、湿度検知デバイスであるセンシング素子1001は、誘電体としてポリマーを挿入したコンデンサである。このようなセンシング素子1001は、湿度に応じてポリマーに吸着する水分量が変化する結果、コンデンサの静電容量が湿度に対して線形に変化することを利用して、静電容量を湿度に変換することで検知している。本実施形態において用いた温度センサ104Tは、温度と湿度の両方を検知できるものだが、実際には温度の検知結果のみしか利用しないので、その他の温度のみ検知できるセンサで十分である。
[現像剤の補給]
次に、本実施形態における現像剤の補給方法について図4及び図5を用いて説明する。現像装置104の上部には、現像剤の消費量に応じてトナーを現像装置104に補給する補給手段としてのトナー補給装置30が配置される。トナー補給装置30は、トナーとキャリアを混合した補給用2成分現像剤(通常はトナー/補給用現像剤=100%〜80%)を収容するホッパー31を備える。このホッパー31は、下部にスクリュー状の補給部材、即ち、補給スクリュー32を備え、補給スクリュー32の一端が現像装置104の後端部に設けられた現像剤補給口30Aの位置まで延びている。
画像形成によって消費された分のトナーは、補給スクリュー32の回転力と、現像剤の重力によって、ホッパー31から現像剤補給口30Aを通過して、現像容器20内に補給される。このようにしてホッパー31から現像装置104に補給される補給現像剤の量は、補給スクリュー32の回転数によっておおよそ定められる。この回転数は画像データのビデオカウント値や、現像容器20内に設置された不図示のトナー濃度検知手段の検知結果等に基づいて、制御手段(制御部)としてのCPU206(図3)によって定められる。
ここで、現像容器20に収容されているトナーとキャリアからなる2成分現像剤について詳しく説明する。トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は4μm以上、10μm以下が好ましい。より好ましくは8μm以下であることが好ましい。また、近年のトナーにおいては、定着性を良くするために低融点のトナー或いは低ガラス転移点Tg(例えばTg≦70℃)のトナーが用いられることが多い。さらに定着後の分離性を良くするためにトナーにワックスを含有させている場合もある。本実施形態の現像剤は、ワックスを含有させた粉砕トナーである。
また、キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。キャリアは、重量平均粒径が20〜60μm、好ましくは30〜50μmであり、抵抗率が10Ωcm以上、好ましくは10Ωcm以上である。本実施例では10Ωcmのものを用いた。
なお、本実施形態にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は、以下に示す装置及び方法にて測定した。測定装置としては、SD−2000シースフロー電気抵抗式粒度分布測定装置(シスメックス社製)を使用した。測定方法は以下に示す通りである。即ち、一級塩化ナトリウムを用いて調製した1%NaCl水溶液の電解水溶液100〜150ml中に、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1ml加え、測定試料を0.5〜50mg加える。試料を懸濁した電解水溶液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行なう。そして、上記のSD−2000シースフロー電気抵抗式粒度分布測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて2〜40μmの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。
また、本実施形態にて用いられるキャリアの抵抗率は、測定電極面積4cm、電極間間隔0.4cmのサンドイッチタイプのセルを用いた。片方の電極に1kgの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧E(V/cm)を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。
[強制消費モード]
次に、本実施形態の強制消費モード(トナー供給モード)について、図7ないし図13を用いて説明する。まず、画像形成装置100では、画像形成比率(印字率)の低い画像形成(低Dutyの画像)が連続した場合、画像形成を中断して、或いは、画像形成ジョブの終了に伴う後回転時に、トナーを強制的に消費する強制消費モードを実行可能である。即ち、低Dutyの画像が連続した場合、現像容器20内から感光ドラム101へ移行するトナーの割合が少なくなる。このため、現像容器20内のトナーは第1及び第2の搬送スクリュー22a、22bによる攪拌や、穂切り部材25を通過するときの摺擦を長時間受けることになる。その結果、前述したトナーの外添剤が剥れたり、トナー表面に埋め込まれたりしてトナーの流動性や帯電性能が低下し、画像品質が劣化してしまう。そこで、一般に画像形成を中断して(ダウンタイムを設けて)、或いは、後回転時に、現像装置104内の劣化したトナーを感光ドラム101の非画像域に現像し、強制的に吐き出す(消費する)強制消費モードを実行する。
ここで、画像形成ジョブとは、プリント命令信号(画像形成指令信号)に基づいて行う次のような一連の動作のことである。即ち、画像形成を行うにあたり必要となる予備動作(所謂、前回転動作)を開始してから、画像形成工程を経て、画像形成を終了するにあたり必要となる予備動作(所謂、後回転)が完了するまでの一連の動作のことである。具体的には、プリント命令信号を受けた(画像形成ジョブの入力)後の前回転時(画像形成前の準備動作)から、後回転(画像形成後の動作)までのことを指し、画像形成期間、紙間(非画像形成時)を含む。例えば、画像形成ジョブの入力前の待機状態(待機モード)で、普通紙10枚、厚紙2枚の画像形成ジョブが入力された場合、前回転動作からこれら普通紙10枚及び厚紙2枚の画像形成を経て後回転動作までが1つの画像形成ジョブである。但し、連続して画像形成ジョブが入力された場合や画像形成ジョブの途中に次の画像形成ジョブが入力された場合には、前回転動作や後回転動作を省略する場合もある。例えば、画像形成ジョブの入力前の待機状態で、1つ目の画像形成ジョブとして普通紙10枚、厚紙2枚、2つ目の画像形成ジョブとしてコート紙5枚の画像形成の指令が入力された場合を考える。この場合、1つ目の画像形成ジョブの後回転動作と2つ目の画像形成ジョブの前回転動作との少なくとも何れかを省略しても良い。
[トナー劣化閾値の設定]
まず、強制消費モードを実行するために使用する、画像形成の所定の単位に対して設定される基準値であるトナー劣化閾値の設定について説明する。なお、画像形成の所定の単位とは、例えば、A4サイズの記録材1枚のような、画像形成を行う上で設定される単位である。この所定の単位は、サイズや枚数はこれに限らず、例えば、A3、B5などのサイズでも良く、1/2枚や複数枚など、その画像形成装置で主として使用される記録材のサイズや使用状況などに応じて適宜設定される。本実施形態では、A4サイズの記録材1枚を所定の単位とする。
前述したように、感光ドラムへのトナー移行の割合が少なく、現像容器20へのトナー補給が少ない場合(印字率が低い場合)トナー劣化が進行してしまう。どの程度に印字率が低い場合にトナー劣化による画像品質低下が発生するのかを表わす値(上記基準値)として、本実施形態では「トナー劣化閾値ビデオカウントVt」を設定する。
トナー劣化閾値ビデオカウントVtは以下で説明するような実験によって算出することができる。例えば本実施形態においては、各色の印字率を振って(0%〜5%まで)連続画像形成をA4サイズ用紙片面で1000枚行い、連続画像形成を実施する前後での画像品質の変化を調べた。この実験の結果を図7の表に示す。図7において、「○」は画像品質の劣化が発生しなかったことを示し、「×」はかぶり、トナー飛散、粒状感の低下のいずれか一つ以上の画像品質の劣化が発生したことを示す。
したがって、図7より本実施形態においては、各色についてそれぞれ印字率がY=1%、M=2%、C=1%、K=2%よりもそれぞれ低い時にトナー劣化による画像劣化が生じる。また、本実施形態においてはある1色についてA4サイズ用紙片面の全面ベタ画像(印字率100%の画像)のビデオカウントは512とする。なお、本実施形態では、このビデオカウントが、画像形成の所定の単位毎に消費されるトナー量に応じた消費値に相当する。以上より、本実施形態でのトナー劣化閾値ビデオカウントはVt(Y)=5、Vt(M)=10、Vt(C)=5、Vt(K)=10となる。なお、トナー劣化閾値ビデオカウントの算出においては、小数点以下は四捨五入した。また、トナー劣化閾値は現像剤(トナー及びキャリア)の材質等に応じて異なるので適宜算出設定すれば良い。
[比較例の強制消費モードの実行可否の判断]
次に、比較例における強制消費モードの実行可否の判断について、図8を用いて説明する。前提として、各色の強制消費モードの思想は同様である。したがって、以降のフローチャート等で色についての記述を省略している場合があるが、その場合は各色で共通の制御を行なっている。比較例においては分かりやすい例として1枚当たりの印字率がYMCKそれぞれの色に対してY=5%、M=5%、C=5%、K=1%の画像(以下、「ブラック低Duty画像チャート」)をA4サイズ用紙で連続画像形成した場合を考える。
まず画像形成がスタートすると、吐き出し実行フラグの有無を確認する(S1)。ここで、吐き出し実行フラグとは、後述する、強制消費モードを実行するための所定の条件を満たした場合に、記憶手段としてのRAM211(図3)に記憶される所定の信号である。吐き出し実行フラグが立っていなければ、即ち、RAM211に所定の信号が記憶されていなければ、図3に示すビデオ信号カウント部207が各色のビデオカウントV(Y)、V(M)、V(C)、V(K)を算出する。即ち、上述の消費値を算出する(S2)。本実施形態においては、ある1色についてA4サイズ用紙片面の全面ベタ画像(印字率100%の画像)のビデオカウントは512である。すると「ブラック低Duty画像チャート」のビデオカウントは、V(Y)=26、V(M)=26、V(C)=26、V(K)=5である。ここでビデオカウントの算出において小数点以下は四捨五入する。
次に、図3のRAM211に記憶された、図7に示したトナー劣化閾値ビデオカウントVtの表(テーブル)より、トナー劣化閾値ビデオカウントVtを算出する(S3)。即ち、所定の単位に対して設定された基準値を算出する。ここで、図7より、YとCのトナー劣化閾値ビデオカウントVtは5、MとKのトナー劣化閾値ビデオカウントVtは10となる。このトナー劣化閾値ビデオカウントVtは画像品質を保つことが可能となる閾値を表し、Vtより少ない印字率・ビデオカウントの画像を出力すると、トナー劣化が進行することを表す。
続けて、前述した、ビデオカウントVとトナー劣化閾値ビデオカウントVtとの差、Vt−Vを算出する(S4)。即ち、差分算出手段でもあるCPU206が、トナー劣化閾値ビデオカウントVt(基準値)からビデオカウントV(消費値)を減じて差分(Vt−V)を算出する。この差分が、消費値と基準値とに基づいて決定される劣化情報となる。更に、積算手段でもあるCPU206が、Vt−Vの値の正負に関わらず、積算値であるトナー劣化積算値Xに、Vt−Vを加算(積算)する(S5)。ここで、トナー劣化積算値Xとは現在のトナー劣化状態を表す指標であり、Vt−Vによって算出されるビデオカウント値の積算値である。したがって、現像装置を未使用状態から使用を開始した場合(現像剤が新品の時(例えば現像装置の交換直後など)は、トナー劣化積算値Xが0である。
上記S5を詳しく説明すると、例えば、印字率が低い場合にはVの値が小さくなり、Vt−Vの値は正の値となる。上記で算出したVt−Vの正の値をトナー劣化積算値Xに加算することで、トナー劣化が進行している状態を表す。一方、例えば印字率が高い場合にはVの値が大きくなり、Vt−Vの値は負の値となる。上記で算出したVt−Vの負の値をトナー劣化積算値Xに加算することで、トナー劣化が回復している状態を表す。即ち、高印字率でトナーが消費されて補給制御によって新たにトナーが補給されて、トナーの劣化状態が回復する状態を表している。
次に、制御手段でもあるCPU206は、S5で算出された最新のトナー劣化積算値Xの正負を判断する(S6)。そして、トナー劣化積算値Xが負の値の場合には、トナー劣化積算値Xを0にリセットする(S7)。即ち、この場合、高印字率のトナー消費と補給によってトナー劣化がリセットされた状態である。したがって、トナー劣化積算値Xを0にリセットし、続けて画像形成を実行する(S1に戻る)。
一方、トナー劣化積算値Xが正の値の場合には、CPU206は、上述のステップによって画像形成毎に算出・更新されるトナー劣化積算値Xに対して、所定の閾値である吐き出し実行閾値Aとの差分(A−X)を算出する(S8)。ここで、吐き出し実行閾値Aは、任意に設定できる所定の閾値であり、この吐き出し実行閾値Aが小さい程、同じ印字率の連続画像形成に対しても強制消費モード(トナー吐き出し動作)を実行する頻度が多くなる。この吐き出し実行閾値Aは、本実施形態においては512に設定している。この吐き出し実行閾値Aの設定値が大き過ぎると、強制消費モードを実行するまでにトナー劣化が進行する時間が多くなるので、望ましくはA4〜A3サイズ用紙片面の全面ベタ画像(印字率100%の画像)のビデオカウント値と同等程度が良い。また例えば現像容器20内に保持できる現像剤の容量が多いほど、前記トナー吐き出し実行閾値Aを大きめに設定できる傾向がある。
次いで、実行手段でもあるCPU206は、S8によって算出したトナー劣化積算値Xと吐き出し実行閾値Aとの差分(A−X)の正負を判断する(S9)。ここで差分(A−X)が正又は0の場合、即ち、トナー劣化積算値X(積算値)が吐き出し実行閾値A以下(所定の閾値以下)である場合には、強制消費モードを実行しない(S10)。即ち、この場合、強制消費モードを今すぐ実行しなければならない程にトナー劣化が進行している訳では無いため、強制消費モードを実行せずに、続けて画像形成を実行する。このとき、トナー劣化積算値Xは、そのまま継続される。即ち、その時のトナー劣化積算値Xにそれ以降の差分(Vt−V)を積算する。
一方、差分(A−X)が負の場合、即ち、トナー劣化積算値X(積算値)が吐き出し実行閾値A(所定の閾値)よりも大きい場合には、RAM211に所定の信号を記憶させる。即ち、吐き出し実行フラグを立てる(S11)。即ち、この場合には、トナー劣化が十分に進行しているため、強制消費モードを実行させるべく、吐き出し実行フラグを立てる。次いで、CPU206は、強制消費モードの実行タイミングであるか否かを判断する(S12)。即ち、吐き出し実行フラグが立っていたとしても、すぐに画像形成を中断して強制消費モード(トナー吐き出し動作)を実行できない場合がある。
例えば、Kの現像装置104K内のトナー劣化が進行し、トナー劣化積算値Xが吐き出し実行閾値Aよりも大きくなった、つまり、A−X<0となり吐き出し実行フラグを立てたとする。吐き出し実行フラグが立った時の画像が最終画像であれば、そのまま強制消費モードを実行できる。但し、連続画像形成中の場合、Kの現像装置104Kが吐き出し実行フラグを立てた時に、Yの画像形成ステーションYではすでに次の画像形成動作を継続している。このため、画像形成を開始されたYトナーを無駄にしないためには、すぐに画像形成を中断することはできず、Kの吐き出し実行フラグを立てた後も、すでに画像形成を実行している次の画像に対しても画像形成を実行する。したがって、吐き出し実行フラグが立ったとしても、強制消費モードを実行するまでにタイムラグが生じる場合がある。比較例では、吐き出し実行フラグが立ってから強制消費モードを実行するまで画像形成2枚分のタイムラグがあるとする。
このため、S12では、強制消費モードを実行できるタイミング(所定のタイミング)かどうかを確認し、所定のタイミングであれば画像形成を中断し、強制消費モードを実行する(S13)。強制消費モードの動作については後述する。S13で強制消費モードを実行したら、トナー劣化積算値Xを0にリセットして(S14)、画像形成を再開させる。
一方、S12で強制消費モードを実行できる所定のタイミングでなければ、強制消費モードは実行せず、トナー劣化積算値Xはそのままに画像形成を継続させる(S10)。次の画像形成では吐き出し実行フラグが立っているので、S1では別フローとなり、所定のタイミングまで画像形成を継続させる。この時、所定のタイミングまでトナー劣化積算値Xは画像比率に関わらず更新しない。
[強制消費モードの動作]
ここで、強制消費モードの動作について、図9を用いて説明する。上述の図8のS12によって、強制消費モードを実行できる所定のタイミングである場合には、画像形成を中断して、或いは、後回転時などに強制消費モードを実行する。まず、一次転写ローラ105(図1、2)に通常画像形成時とは逆極性の一次転写バイアス(即ち感光ドラム101上のトナー像と同極性の転写バイアス)を印加する(S21)。次に、吐き出し実行閾値Aと同等のビデオカウントに相当するトナー量を感光ドラム101に吐き出す(S22)。本比較例では、吐き出し実行閾値A=512(A4片面の全面ベタ印字率100%画像のビデオカウントに相当)に設定しており、A4片面の全面ベタ画像を感光ドラムに吐き出す動作を実行する。また、トナー吐き出しの為の感光ドラム上の潜像は、吐き出しによるダウンタイムを最小限に抑える為に、感光ドラム101の長手方向(回転軸方向)に対して全面ベタ画像であることが望ましい。
次いで、感光ドラム101上に吐き出されたトナーは一次転写バイアスがトナーと同極性である為に、中間転写体ベルトには転写されずクリーナ109で回収される(S23)。そして最後に、一次転写バイアスを通常画像形成時の極性のバイアスに戻し(S24)、強制消費モードを終了して通常の画像形成動作に復帰する。
以上で説明した比較例の強制消費モードの制御において、次のようケースを考える。即ち、「ブラック低Duty画像チャート」を104枚、その後、「ブラック高Duty画像チャート」を1枚、その後「ブラック低Duty画像チャート」1枚の計106枚の連続画像形成した場合を具体的に考える。なお、前述したように、「ブラック低Duty画像チャート」とは印字率がY=5%、M=5%、C=5%、K=1%の画像をA4片面に形成したチャートである。また、「ブラック高Duty画像チャート」とは印字率がY=5%、M=5%、C=5%、K=100%の画像をA4片面に形成したチャートである。
まず、「ブラック低Duty画像チャート」及び「ブラック高Duty画像チャート」をそれぞれA4片面1枚ずつ画像形成した場合に、強制消費モードにおけるトナー劣化積算値Xが各色でどのように加算・積算されるかを図10に示す。図10に示すように、「ブラック低Duty画像チャート」の画像形成においては、Y(イエロー)とM(マゼンタ)とC(シアン)については印字率が十分に高い為にトナー劣化積算値Xへの加算は負の値となる。一方、K(ブラック)については印字率が低い為にトナー劣化積算値Xへの加算は正の値の+5となる。したがって、「ブラック低Duty画像チャート」を印字すると、少しずつK(ブラック)のトナー劣化が進行する。
また、「ブラック高Duty画像チャート」の画像形成においては、Y(イエロー)とM(マゼンタ)とC(シアン)については印字率が十分に高い為にトナー劣化積算値Xへの加算は負の値となる。一方、K(ブラック)については印字率が非常に高い為にトナー劣化積算値Xへの加算は大きな負の値の−502となる。したがって、「ブラック高Duty画像チャート」を印字すると、K(ブラック)のトナー劣化が急激に回復する。
ここで前述したケースの推移について説明する。なお、Y(イエロー)とM(マゼンタ)とC(シアン)については、図10に示したように、トナー劣化積算値Xへ加算が常に負の値となる。このため、図8のS6、7で示したように、トナー劣化積算値Xは常に0にリセットされた状態となる。このため、以下では、K(ブラック)の推移について、図11を用いて説明する。
上述したように、「ブラック低Duty画像チャート」を印字する間は、トナー劣化積算値Xが+5ずつ積算されて行く。したがって図11に示すように、1枚目〜103枚目にかけて、トナー劣化積算値Xは、5、10、15・・・515と積算単調増加する。またトナー吐き出し実行閾値A(=512)とトナー劣化積算値Xの差分(A−X)の値は、1枚目〜102枚目にかけて、507、502、497・・・2と単調減少し、遂に103枚目で(A−X)=−3と負の値になる。
このとき図8のフローチャートにしたがって、吐き出し実行フラグが立つ。但し、前述したように吐き出し実行フラグが立ってから、実際に吐き出しを実行するまでに2枚のタイムラグがある。従って、105枚目の「ブラック高Duty画像チャート」の画像形成が終了してから、実際に強制消費モードを実行する(104枚目〜105枚目までトナー劣化積算値Xは更新されない)。
即ち、105枚目の画像形成を終了した後に画像形成を中断して、強制消費モードが実行され、A=512に相当するトナー強制消費を実行する。強制消費モードを実行したら、トナー劣化積算値Xを0にリセットし、画像形成を再開する。最後に、106枚目の「ブラック低Duty画像チャート」を印字すると、トナー劣化積算値X=5となり、(A−X)=507となる。
以上より、K(ブラック)について、比較例の強制消費モードを動作させた場合の106枚の画像形成での合計トナー消費量を見積もる。すると、それぞれのビデオカウントは、「ブラック低Duty画像チャート」が105枚=5×105=525、「ブラック高Duty画像チャート」が1枚=512×1=512、トナー強制消費が1回=512となる。この結果、比較例の動作では、合計でビデオカウント1549相当のトナーが消費された事になる。
[本実施形態の強制消費モードの実行可否の判断]
次に、本実施形態の強制消費モードの実行可否の判断について、図12を用いて説明する。本実施形態においても比較例と同様に、前提として、各色の強制消費モードの思想は同様である。したがって、以降のフローチャート等で色についての記述を省略している場合があるが、その場合は各色で共通の制御を行なっている。また、本実施形態においても分かりやすい例として1枚当たりの印字率がYMCKそれぞれの色に対してY=5%、M=5%、C=5%、K=1%の画像(以下、「ブラック低Duty画像チャート」)をA4サイズ用紙で連続画像形成した場合を考える。
比較例の図8と本実施形態の図12との大きな相違点は、図12では、図8のS1に相当するステップがなく、図8にないS39がある点である。その他の点については、図8と図12とで同様である。即ち、図12のS31〜S38は、図8のS2〜S9にそれぞれ相当し、図12のS40〜S44は、図8のS10〜S14にそれぞれ相当する。このため、図8と重複する点については、説明を省略又は簡略にし、以下、図8と異なる点を中心に説明する。
まず画像形成がスタートすると、図3を用いて前述したようにビデオ信号カウント部207が各色のビデオカウントV(Y)、V(M)、V(C)、V(K)を算出する(S31)。次に、前述した実験等で得られるトナー劣化閾値ビデオカウントVtの表(図7を参照)より、トナー劣化閾値ビデオカウントVtを算出する(S32)。続けて、前述した、ビデオカウントVとトナー劣化閾値ビデオカウントVtとの差、Vt―Vを算出する(S33)。そして、トナー劣化積算値Xに、Vt−Vを加算する(S34)。次に、S34で算出された最新のトナー劣化積算値Xの正負を判断する(S35)。トナー劣化積算値Xが負の場合には、高印字率のトナー消費と補給によってトナー劣化がリセットされた状態を表す。従って、トナー劣化積算値Xを0にリセットし、続けて画像形成を実行する(S36)。一方、トナー劣化積算値Xが正の場合には、さらに、前記ステップによって画像形成毎に算出・更新されるトナー劣化積算値Xに対して、吐き出し実行閾値Aとの差分(A−X)を算出する(S37)。
次いで、実行手段でもあるCPU206は、S37によって算出したトナー劣化積算値Xと吐き出し実行閾値Aとの差分(A−X)の正負を判断する(S38)。ここで、差分(A−X)が負の場合、即ち、トナー劣化積算値X(積算値)が吐き出し実行閾値A(所定の閾値)よりも大きい場合には、RAM211に所定の信号を記憶させる。即ち、吐き出し実行フラグを立てる(S41)。言い換えれば、この場合、トナー劣化が十分に進行しているため、強制消費モードを実行するための所定の条件を満たした場合である。したがって、判断手段でもあるCPU206は、所定の条件、即ち、トナー劣化積算値X(積算値)が吐き出し実行閾値A(所定の閾値)よりも大きいか否かを判断する。そして、CPU206が所定の条件を満たしたと判断した場合、即ち、差分(A−X)が負の場合、吐き出し実行フラグを立てる。
次いで、CPU206は、強制消費モードを実行可能な所定のタイミングであるか否かを判断する(S42)。即ち、比較例と同様に、吐き出し実行フラグが立っていたとしても、すぐに画像形成を中断して強制消費モード(トナー吐き出し動作)を実行できない場合がある。例えば、連続画像形成中の場合、Kの現像装置104Kが吐き出し実行フラグを立てた時に、Yの画像形成ステーションYではすでに次の画像形成動作を継続している場合がある。このため、Kの吐き出し実行フラグを立てた後も、強制消費モードを実行するまでにタイムラグが生じる場合がある。
本実施形態の場合、ビデオカウントは各色の潜像形成タイミングとほぼ同時に通知される。したがって、画像形成ステーションYの感光ドラム101Y上の露光位置(Y露光位置)から画像形成ステーションKの感光ドラム101K上の露光位置(K露光位置)までの距離Dに、記録材が何枚入るかでタイムラグが決まる。ここで、Y露光位置からK露光位置までの距離Dとは、次の距離D1〜D3を足したものである。D1は、Y露光位置から感光ドラム101Y上の一次転写位置(Y一次転写位置)までの感光ドラム101Y上の距離である。D2は、Y一次転写位置から感光ドラム101K上の一次転写位置(K一次転写位置)までの中間転写ベルト121上の距離である。D3は、K一次転写位置からK露光位置までの感光ドラム101K上の距離である。そして、この距離Dの間に、何枚の記録材の画像形成が行われるかで、吐き出し実行フラグが立ってから実際に強制消費モードを実行するまでに生じる最大のタイムラグが決まる。したがって、強制消費モードを実行可能な所定のタイミングは、吐き出しフラグが立ってから、画像形成を行う記録材のサイズに応じた所定の対応枚数の画像形成を行った直後となる。
例えば、本実施形態の場合、各画像形成ステーションで露光位置から一次転写位置までの感光ドラム上の距離が45mmで同じであるため、D1、D3は45mmとなる。また、Y一次転写位置とK一次転写位置との間の距離D2は285mmである。したがって、Y露光位置からK露光位置までの距離Dは375mmとなる。ここで、A4の記録材(搬送方向長さ210mm)に画像形成する場合、現像装置104Kの吐き出し実行フラグが立った時には、すでに画像形成ステーションYでは1枚画像形成が終了し、さらに2枚目が画像形成されている途中である。したがって、すでに画像形成を開始されたYトナー等を無駄にしないため、Kのビデオカウントが通知され、吐き出し実行フラグが立つと共にその画像の画像形成を完了し、さらに少なくとも2枚は画像形成完了させてから強制消費モードを実行させる。即ち、本実施形態では、吐き出し実行フラグが立ってから強制消費モードを実行するまでA4サイズの記録材の画像形成2枚分のタイムラグがある。したがって、本実施形態でA4サイズの記録材に連続画像形成を行った場合、現像装置104Kの吐き出し実行フラグが立ってから、2枚(所定の対応枚数)の画像形成を行った直後に、強制消費モードが実行されることになる。
同様に、A3の記録材(搬送方向長さ420mm)に画像形成する場合には、現像装置104Kの吐き出し実行フラグを立てた時に、画像形成ステーションYはすでに次の画像形成途中である。したがって、Kのビデオカウントが通知され、吐き出し実行フラグが立つと共にその画像の画像形成を完了し、さらに少なくとも1枚は画像形成完了させてから強制消費モードを実行させる。即ち、本実施形態では、吐き出し実行フラグが立ってから強制消費モードを実行するまでA3サイズの記録材の画像形成1枚分のタイムラグがある。したがって、本実施形態でA3サイズの記録材に連続画像形成を行った場合、現像装置104Kの吐き出し実行フラグが立ってから、1枚(所定の対応枚数)の画像形成を行った直後に、強制消費モードが実行されることになる。同様にA4よりも小さい画像サイズの場合には、吐き出し実行フラグが立ってから実際に強制消費モードを実行するまでに画像形成される枚数は増える。
但し、吐き出し実行フラグが立ってから強制消費モードを実行するまでのタイムラグの条件(所定のタイミング)はこれに限らない。画像処理のコントローラとエンジンコントローラ間の通信の制約、或いは、記録材が中間転写ベルト121からトナー像が転写される二次転写位置を確実に通過してから強制消費モードを実行する等、他の制約が有る場合には、それに準ずるものである。また、K以外の現像装置で吐き出し実行フラグが立った場合には、その位置に応じてタイムラグが変わる。即ち、中間転写ベルト121の回転方向上流側の画像形成ステーション程、タイムラグが小さくなる。したがって、吐き出し実行フラグが立った画像形成ステーションによって、所定のタイミングを変えるようにしても良いし、一律に同じとしても良い。
S42で強制消費モードを実行できるタイミング(所定のタイミング)であれば画像形成を中断し、強制消費モードを実行する(S43)。強制消費モードの動作については、前述の図9と同様である。S43で強制消費モードを実行したら、トナー劣化積算値Xを0にリセットして(S44)、画像形成を再開させる。
一方、S42で強制消費モードを実行できる所定のタイミングでなければ、強制消費モードは実行せず、トナー劣化積算値Xはそのままに画像形成を継続させる(S40)。そして、次の画像形成でS31〜42を繰り返す。ここで、次の画像形成において、吐き出し実行フラグを立ててから強制消費モードを実行できる所定のタイミングまでの間に、画像形成比率(印字率)が高い画像が形成される場合がある。そして、このような場合に、S38で(A−X)が正又は0になる可能性がある。即ち、所定の信号がRAM211に記憶されてから(トナー劣化積算値Xが吐き出し実行閾値Aを超えてから)所定のタイミングまでの間にトナー劣化積算値X(積算値)が吐き出し実行閾値A(所定の閾値)以下となる場合がある。言い換えれば、強制消費モードを実行するための所定の条件を満たしてから所定のタイミングまでの間に、その後の画像形成により所定の条件を満たさなくなる場合がある。このような場合、取消手段でもあるCPU206は、RAM211に記憶された所定の信号を取り消す、即ち、吐き出し実行フラグを落とす(S39)。そして、強制消費モードを実行せずに、続けて画像形成を実行する(S40)。言い換えれば、所定のタイミングでの強制消費モードの実行を中止する。なお、このとき、トナー劣化積算値Xは、そのまま継続される。即ち、その時のトナー劣化積算値Xにそれ以降の差分(Vt−V)を積算する。
一方、次の画像形成において、吐き出し実行フラグを立ててから強制消費モードを実行できる所定のタイミングまでの間に、画像形成比率(印字率)が低い画像が形成された場合、S38で(A−X)は負のままとなる。したがって、吐き出し実行フラグが立ったままとなる。そして、S42で強制消費モードを実行可能な所定のタイミングとなった場合には、画像形成を一旦停止し、強制消費モードを実行する(S43)。即ち、実行手段でもあるCPU206は、強制消費モードを実行可能な所定のタイミングで、RAM211に所定の信号が記憶されている場合(吐き出し実行フラグが立っている場合)に、強制消費モードを実行する。
この時、強制消費モードで吐き出すトナーの吐き出し量は、A=512に相当するトナー量とする。即ち、本実施形態では、吐き出し実行閾値A=512(A4片面の全面ベタ印字率100%画像のビデオカウントに相当)に設定しており、A4片面の全面ベタ画像を感光ドラムに吐き出す動作を実行する。即ち、吐き出し実行閾値A(所定の閾値)に相当するトナー量を強制消費モードで消費させる。また、トナー吐き出しの為の感光ドラム上の潜像は、吐き出しによるダウンタイムを最小限に抑える為に、感光ドラム101の長手方向(回転軸方向)に対して全面ベタ画像であることが望ましい。
なお、強制消費モードで消費させるトナー量(吐き出し量)は、所定の信号がRAM211に記憶された(吐き出し実行フラグが立った)後に積算されたトナー劣化積算値X(積算値)に応じて決定するようにしても良い。例えば、A=512に相当するトナー量に(X−A)に相当するトナー量を加えた(A+(X−A))量を、強制消費しても良い。要は、吐き出し実行フラグが立ってから強制消費モードを実行するまでの間に劣化した分のトナー量を加えて吐き出すようにしても良い。これにより、吐き出し実行フラグが立ってから強制消費モードを実行するまでの間にタイムラグがあっても、より好ましくトナーの劣化状態を回復させることができる。強制消費モードの実行後はトナー劣化積算値Xをゼロリセットして(S44)、画像形成を再開させる。
なお、本実施形態では、強制消費モードが実行可能な所定のタイミングを、吐き出し実行フラグが立ってから記録材のサイズに応じた所定の対応枚数、例えば、A4サイズで2枚の画像形成を行った直後としている。但し、この所定のタイミングが画像形成ジョブの最後の数枚の途中になった場合、敢えて画像形成を中断して強制消費モードを実行せずに最後の画像形成まで行っても、画質に与える影響は殆どない場合がある。したがって、この場合には、最後の画像形成終了後に強制消費モードを実行するようにしても良い。即ち、吐き出し実行フラグが立ってから画像形成ジョブの最終画像までの枚数と、吐き出し実行フラグが立ってから所定のタイミングまでの枚数を比較して、実際の強制消費モードを実行する所定のタイミングを調整しても良い。
言い換えれば、所定のタイミングは、吐き出し実行フラグが立ってから画像形成ジョブが終了するまでの画像形成枚数が、所定の対応枚数よりも多く特定の枚数以下である場合には、画像形成ジョブの最終画像の形成を行った直後とする。ここで、所定の対応枚数は、上述したように、例えばA4サイズで2枚であり、特定の枚数とは、所定の対応枚数よりも多く設定される値で、例えば、A4サイズで5枚である。この特定の枚数は、画像形成を中断して強制消費モードを実行せずに最後の画像形成まで行っても、画質に与える影響は殆どないような枚数で設定する。
具体的に説明する。まず、吐き出し実行フラグが立ってから画像形成ジョブが終了するまでの画像形成枚数が3枚で、吐き出し実行フラグが立ってから強制消費モードを実行するまでの所定の対応枚数が2枚であるとする。この場合、吐き出し実行フラグが2枚の画像形成を行った直後ではなく、画像形成ジョブの残りの3枚の画像形成が終了してから強制消費モードを実行させる。即ち、画像形成ジョブの残りの枚数によっては、強制消費モードを実行するタイミングを遅らせても良い。
[本実施形態の強制消費モードの動作の具体例]
以上の本実施形態の強制消費モードにおいても比較例と同様に、次のようケースを考える。即ち、A4サイズで「ブラック低Duty画像チャート」を104枚、その後、「ブラック高Duty画像チャート」を1枚、その後「ブラック低Duty画像チャート」1枚の計106枚の連続画像形成した場合を具体的に考える。なお、「ブラック低Duty画像チャート」及び「ブラック高Duty画像チャート」をそれぞれA4片面1枚ずつ画像形成した場合に、トナー劣化積算値Xが各色でどのように加算・積算されるかは、前述した図10の表と同じである。また、Y(イエロー)とM(マゼンタ)とC(シアン)については、図10に示したように、トナー劣化積算値Xへ加算が常に負の値となる。このため、図12のS35、36で示したように、トナー劣化積算値Xは常に0にリセットされた状態となる。このため、以下では、K(ブラック)の推移について、図13を用いて説明する。
K(ブラック)については図10で前述したように、「ブラック低Duty画像チャート」を印字する間は、トナー劣化積算値Xが+5ずつ積算されて行く。したがって図13に示すように、1枚目〜103枚目にかけて、トナー劣化積算値Xは、5、10、15・・・515と積算単調増加する。またトナー吐き出し実行閾値A(=512)とトナー劣化積算値Xの差分(A−X)の値は、1枚目〜102枚目にかけて、507、502、497・・・2と単調減少し、遂に103枚目で(A−X)=−3と負の値になる。
このとき図12のフローチャートにしたがって、吐き出し実行フラグが立つ。但し、前述したように本実施形態では、吐き出し実行フラグが立ってから、実際に吐き出しを実行するまでにA4サイズで2枚のタイムラグがある。したがって、強制消費モードを実行可能な所定のタイミングは、105枚目の「ブラック高Duty画像チャート」の画像形成が終了してからとなる。
ここで、本実施形態では、このタイムラグを利用して、トナー劣化積算値Xの計算を更新し続けるため、実際に吐き出し動作を実行する105枚目までに画像比率の高い画像が形成された場合には吐き出し実行フラグを落とすフローにしている。したがって、上述の例では105枚目に「ブラック高Duty画像チャート」が画像形成されるため、トナー劣化積算値Xが大幅に解消され、トナー劣化積算値X=8となる。この結果、吐き出し実行フラグが落とされ、実際には強制消費モードは実行されず、106枚目の「ブラック低Duty画像チャート」の画像形成を実行する。最後に106枚目の「ブラック低Duty画像チャート」を印字すると、トナー劣化積算値X=13となり、(A−X)=499となる。
以上より、K(ブラック)について、本実施形態の制御方法で動作させた場合の106枚の画像形成での合計トナー消費量を見積もる。すると、それぞれのビデオカウントは、「ブラック低Duty画像チャート」が105枚=5×105=525、「ブラック高Duty画像チャート」が1枚=512×1=512、トナー強制消費が0回=0となる。この結果、本実施形態の動作では、合計でビデオカウント1037相当のトナーが消費された事になる。
[本実施形態と比較例との比較]
前述したように、「ブラック低Duty画像チャート」104枚、その後、「ブラック高Duty画像チャート」1枚、その後「ブラック低Duty画像チャート」1枚の計106枚の連続画像形成した場合、トナー消費量は次のようになる。即ち、比較例では、合計1549ビデオカウント相当のトナー消費であり、本実施形態の制御では合計1037ビデオカウント相当のトナー消費である。よって略33.1%のトナー消費量を抑制することが可能である。
また画像品質としても、本実施形態のトナー劣化積算値の最大値も520となり比較例と同等レベルを維持できる。さらに、ダウンタイムとしては、強制消費モードの実行回数は比較例では1回だが、本実施形態では0回だったため、本実形態では、ダウンタイム削減効果も発生する。
このように本実施形態によれば、強制消費モードを実行可能な構成で、トナー劣化を抑制しながらも、トナー消費量を抑制可能とすることができる。即ち、吐き出し実行フラグが立ってから強制消費モードが実行可能な所定のタイミングまでにタイムラグがある場合に、その間にトナー劣化が回復されるような高Dutyの画像が形成された場合には、吐き出し実行フラグを落とすようにしている。この結果、必要以上に強制消費モードが実行されることを防止でき、トナー劣化を抑制しながらも、トナー消費量を抑制可能とすることができる。また、強制消費モードが必要以上に実行されないため、ダウンタイムを削減できる。
また、本実施形態を、上述の図13の例を援用して説明すると次のようになる。まず、同一の第1の画像比率(V=5)で第1の所定枚数(105枚)の画像形成が行われた場合を考える。この場合、第1の所定枚数の画像形成直後の所定のタイミングで強制消費モードを実行する。一方、同一の第1の画像比率で第1の所定枚数よりも少ない第2の所定枚数(103枚)の画像形成が行われてから所定のタイミング(105枚目の直後)までの間に、第2の画像比率(V=512)で画像形成が行われた場合を考える。第2の画像比率は、第1の画像比率よりも画像比率が大きいとする。この場合、第1の画像比率と第2の画像比率の合計の画像形成枚数が第1の所定枚数であるとすると、所定のタイミング(105枚目の直後)で強制消費モードを実行しないようにする。
[他の実施形態]
なお、トナー消費量の削減効果はプリントジョブの構成(置数、間欠枚数、用紙サイズ、画像Duty、片面/両面、等)によって異なる。また、吐き出し実行フラグを立ててから実際に強制消費モードを実行するまでのタイムラグは画像形成装置の構成によっても異なる。(例えば、図14で示したように、給紙可能信号タイミングとイエローの画像形成タイミングによってはイエローのトナー強制消費モード実行においてもタイムラグが生じる。)また、ダウンタイムの削減効果は、プリントジョブの構成や画像形成装置のプロセススピードによっても異なる。なお、置数とは、1つの画像形成ジョブの画像形成枚数である。したがって、上記では、本発明の効果が分かり易い具体例を上げて説明している。
また、上述の説明では、A4サイズ片面連続画像形成時の例を説明した。しかしながら、トナーの劣化は現像装置の単位時間当たりの消費量(補給量)に依存する為、同じ印字率の画像を画像形成しても、間欠画像形成時は連続画像形成時よりも画像形成前後の現像装置の駆動時間分トナー劣化の進行が早い。ここで、間欠画像形成とは、例えば、1枚間欠の場合、1つのジョブで1枚の画像形成を行う場合を言い、1枚間欠では、前回転、1枚の画像形成、後回転の動作を行う。したがって、間欠画像形成の場合、連続画像形成と同じ枚数の画像形成を行った場合、各画像形成毎に前回転と後回転の動作があるため、現像装置の駆動時間が長くなる。したがって、本実施形態では1枚あたりのビデオカウントからトナー劣化積算値を算出したが、現像駆動時間あたりに規格化した印字率を元にトナー劣化積算値を算出しても良い。
また、強制消費モードを実行する所定の条件は、このようなトナー劣化積算値から判断する以外に、画像形成によるトナー消費量が少なく、トナーが劣化してしまう状態を判断できれば、他の手段で行っても良い。
101(101Y、101M、101C、101K)・・・感光ドラム(像担持体)/104(104Y、104M、104C、104K)・・・現像装置/206・・・CPU(制御手段、判断手段、取消手段、実行手段、差分算出手段、積算手段)/211・・・RAM(記憶手段)

Claims (4)

  1. 複数枚の記録材に画像を連続的に形成する連続画像形成ジョブを実行可能な画像形成装置であって、
    像担持体と、前記像担持体に形成された静電像をトナーを用いて現像する現像装置と、を有する画像形成部と、
    前記連続画像形成ジョブを中断させ、前記連続画像形成ジョブが中断している状態で、前記像担持体に形成された静電像を前記現像装置により現像して、前記像担持体に前記トナーを供給するトナー供給モードの動作を前記画像形成部に実行させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記連続画像形成ジョブにおいて前記複数枚の記録材への画像形成で消費されるトナー量に関する情報に基づいて前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させることが可能であり、
    前記制御部は、
    前記連続画像形成ジョブにおいて第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が第1の所定量であり、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了する場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させ、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が第2の所定量以下である場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させ、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する前記第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第2の所定量よりも多い場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させない
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記制御部は、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了する場合に、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させる際の、前記像担持体に前記トナーを供給する量と、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する前記第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第2の所定量以下である場合に、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させる際の、前記像担持体に前記トナーを供給する量が
    同じになるように、前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記制御部は、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了する場合に、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させる際の、前記像担持体に前記トナーを供給する量よりも、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する前記第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第2の所定量以下である場合に、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させる際の、前記像担持体に前記トナーを供給する量の方が
    多くなるように、前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御部は、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する前記第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第2の所定量以下であり、且つ、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了する場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させ、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する前記第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第2の所定量以下であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了してから前記連続画像形成ジョブが完了するまでに前記第2の枚数の記録材に後続する第3の枚数の記録材への画像形成が実行され、且つ、前記第3の枚数が所定枚数よりも多い場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させ、
    前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第1の所定量であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第1の枚数の記録材に後続する前記第2の枚数の記録材への画像形成で消費されるトナー量が前記第2の所定量以下であり、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことによって前記連続画像形成ジョブが完了せず、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了してから前記連続画像形成ジョブが完了するまでに前記第2の枚数の記録材に後続する第4の枚数の記録材への画像形成が実行され、且つ、前記第4の枚数が前記所定枚数以下である場合、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第2の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させずに、前記連続画像形成ジョブにおいて前記第4の枚数の記録材への画像形成の実行が終了したことに伴って前記画像形成部に前記トナー供給モードの動作を実行させる
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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