JP6695119B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、画像形成装置に関する。

従来、２成分の現像剤を用いた画像形成装置が知られている。この画像形成装置において、低印字率の状態でシートに画像を形成する場合、現像器中のトナーが劣化することがあった。そのため、劣化したトナーを補給トナーと定期的に入れ替える必要がある。これに関連し、現像が行われた時間に基づいて現像剤の入れ替えが必要であるか否かの判定を行って、現像剤を入れ替える画像形成装置が知られている。

しかしながら、従来の技術において、現像が行われた時間に基づいてトナーの入れ替えが実施されても再び現像が行われるまで、現像剤の入れ替えが必要であるか否かの判定を実施できない場合があった。この結果、従来の技術では、精度良く現像剤の入れ替えを実施できない場合があった。

特開２００８−２６８３５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、精度良く現像剤の入れ替えを実施することができる画像形成装置を提供することである。

実施形態の画像形成装置は、現像部と、補給部と、制御部と、を持つ。現像部は、像担持体に現像剤を供給して現像を行う。補給部は、現像剤を収容し、前記現像部に前記収容した現像剤を補給する。制御部は、前記補給部が前記現像部に対し現像剤補給を行った現像剤補給時間と、前記現像部を駆動させた駆動時間との比に基づいて、前記現像部から前記現像部中の現像剤を排出させ、前記補給部から前記現像部に前記収容した現像剤を補給させる現像剤入れ替え処理を実行する。

実施形態の画像形成装置１の内部構成の一例を模式的に示す図。 実施形態の画像形成装置１の現像部３１を中心とした画像形成部３０の断面の模式図。 実施形態における画像形成装置１の機能構成の一例を示す図。 実施形態における制御部１００の処理の流れの一例を示すフローチャート。 現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの計測方法を説明するための図。 実施形態における制御部１００のトナー入れ替え処理の流れの一例を示すフローチャート。 トナー濃度センサ４５の出力値に対するトナー濃度の関係を表した図。 強制補給動作を説明するための図。 トナーの補給時間に対するトナー濃度センサ４５の出力値の関係を表した図。

以下、実施形態の画像形成装置を、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態の画像形成装置１の内部構成の一例を模式的に示す図である。例えば、画像形成装置１は、シートＳにトナー像を形成可能な複合機（ＭＦＰ；Multi Function Peripheral）である。例えば、画像形成装置１は、プリンタ機能、コピー機能、読取機能、ファクシミリ機能等を有する。例えば、シートＳは、文字や画などを形成できる紙や布等であり、画像形成装置１が画像を形成できる物であればどのような物でもよい。

例えば、図１に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０と、コントロールパネル２０と、画像形成部３０と、シート収容部８０と、制御部１００とを備える。

画像読取部１０は、所定の位置に載置されたシートＳから画像を読み取る。例えば、画像読取部１０は、ＣＣＤ又はＣＩＳ等の撮像素子を含む。ＣＣＤとは、“Charge Coupled Devices”の略である。また、ＣＩＳとは、“Contact Image Sensor”の略である。画像読取部１０は、所定の位置に載置されたシートＳから、撮像素子によって画像を読み込み、画像データを生成する。画像読取部１０は、生成した画像データを画像形成部３０に出力する。画像読取部１０は、生成した画像データを、例えば、制御部１００に出力してもよい。また、画像読取部１０は、生成した画像データを、例えば、ネットワークを介して他の情報処理装置に送信してもよい。

コントロールパネル２０は、表示部および操作部を備える。表示部は、液晶ディスプレイおよび有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の表示装置である。表示部は、画像形成装置１に関する種々の情報を表示する。操作部は、複数のボタンなどを備える。操作部は、複数のボタンに対するユーザの操作を受け付ける。コントロールパネル２０は、操作部に対するユーザの操作に応じた指令信号を、制御部１００に出力する。例えば、操作部は、ユーザから画像形成装置１の機能をプリンタ機能に指定する操作を受け付ける。プリンタ機能に指定する操作を受け付けた場合、コントロールパネル２０は、画像形成を指令する指令信号を生成する。コントロールパネル２０は、生成した指令信号を制御部１００に出力する。なお、コントロールパネル２０は、表示部および操作部が一体的に形成されたタッチパネルであってもよい。

画像形成部３０は、画像読取部１０によって生成された画像データに基づいて、シートＳの表面上に画像を形成する。また、画像形成部３０は、ネットワークを介して他の情報処理装置によって送信された画像データに基づいて、シートＳの表面上に画像を形成してもよい。画像形成部３０は、例えば、トナーによってシートＳの表面上に画像（以下、トナー像という）を形成する。本実施形態におけるトナーは、消色性のトナーと、非消色性のトナーとを含む。非消色性のトナーは、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーである。消色性のトナーは、上記非消色性のトナーと同様に、有色のトナーであり、非消色性のトナーがシートＳに定着する温度よりも高い温度で消色する。ここで消色とは、用紙の下地の色とは異なる色（有彩色のみならず白色及び黒色等の無彩色を含む。）で形成された画像を視覚的に見えなくすることを意味する。

シート収容部８０は、複数の給紙カセット８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃを備える。各給紙カセット８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃは、それぞれに所定のサイズ及び種類のシートＳを収納する。各給紙カセット８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃは、それぞれピックアップローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃを備える。各ピックアップローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃは、各給紙カセット８０Ａ、８０Ｂ、８０ＣからシートＳを１枚ずつ取り出す。ピックアップローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃは、取り出したシートＳを搬送部５０へ供給する。

搬送部５０は、画像形成部３０及びシート収容部８０においてシートＳを搬送する。搬送部５０は、搬送ローラ５３と、レジストローラ５４とを備える。搬送部５０は、ピックアップローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃによって供給されるシートＳをレジストローラ５４へ搬送する。レジストローラ５４は、後述する画像形成部３０の転写部５５がトナー像をシートＳの表面上に転写するタイミングに応じて、シートＳを転写部５５側へ搬送する。搬送ローラ５３は、シートＳを撓ませることにより搬送方向でのシートＳの先端の位置をニップＮにおいて整えシートＳを転写部５５側に搬送する。

以下に、上述した画像形成部３０の詳細について説明する。画像形成部３０は、現像部３１と、露光部３８と、中間転写ベルト３９と、転写部５５と、反転ユニット６０と、定着部７０と、補給部９０とを備える。本実施形態において、現像部３１は、扱うトナーに対応した数を有する。以下、イエロー（Ｙ）のトナーに対応する現像部を、３１Ｙと称し、マゼンタ（Ｍ）のトナーに対応する現像部を、３１Ｍと称する。また、シアン（Ｃ）のトナーに対応する現像部を、３１Ｃと称し、ブラック（Ｋ）のトナーに対応する現像部を、３１Ｋと称する。また、消色性のトナーに対応する現像部を、３１Ｄと称する。

図２は、実施形態の画像形成装置１の現像部３１を中心とした画像形成部３０の断面の模式図である。各現像部３１（３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、３１Ｄ）の周辺には、感光体ドラム３２（像担持体）と、帯電部３４と、除電部３５と、クリーニングユニット３６と、転写ローラ３７とが設けられる。

各現像部３１（３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、３１Ｄ）は、現像剤収容部４２と、現像ローラ４０と、第１ミキサ４１Ａと、第２ミキサ４１Ｂと、現像モータ４４と、トナー濃度センサ４５とを備える。現像部３１は、現像剤収容部４２に内在する現像剤Ｄを、感光体ドラム３２に供給する。なお、現像ローラ４０は、供給機構の一例である。また、現像モータ４４は、供給駆動部の一例である。また、トナー濃度センサ４５は、検出部の一例である。

現像剤収容部４２は、現像剤Ｄを収容する容器である。現像剤Ｄは、磁性体微粒子からなるキャリアと、各トナーとの混合物である。現像剤Ｄが攪拌されると、トナーが摩擦帯電する。これによって、トナーは、静電気力によってキャリアの表面に付着する。

現像剤収容部４２の内部には、第１ミキサ４１Ａ、第２ミキサ４１Ｂ、及び現像ローラ４０が配置される。第１ミキサ４１Ａ及び第２ミキサ４１Ｂは、現像剤Ｄを攪拌する。第１ミキサ４１Ａ及び第２ミキサ４１Ｂは、現像剤Ｄを搬送する。第２ミキサ４１Ｂは、現像ローラ４０の下方に配置される。第２ミキサ４１Ｂは、現像剤収容部４２に収容された現像剤Ｄを現像ローラ４０の表面に供給する。現像ローラ４０は、現像モータ４４の駆動によって、図示反時計回りに回転する。現像ローラ４０は、円周状に沿って負極と正極とが交互に並んだ磁性体（磁石）によって構成される。第２ミキサ４１Ｂによって供給された現像剤Ｄは、磁性体（磁石）配置構成により生じた磁界分布に応じて、現像ローラ４０の表面において穂立ちする。なお、現像ローラ４０の磁界分布は、切り替え可能である。現像部３１は、現像ローラ４０の磁界分布の切り換えにより、現像剤Ｄの穂立ち及び穂切りを行う。

感光体ドラム３２は、表面に感光体層３２ａを持つ。感光体ドラム３２は、現像モータ４４の駆動によって、図示時計回りに回転する。感光体ドラム３２の周囲には、現像部３１、帯電部３４、除電部３５、クリーニングユニット３６、及び転写ローラ３７が配置される。現像器３３及び帯電部３４の下方には、露光部３８が配置される。

帯電部３４は、感光体ドラム３２の表面（感光体層３２ａ）を一様に帯電させる。例えば、帯電部３４は、感光体ドラム３２の表面を負極性に帯電させる。帯電部３４が感光体ドラム３２を帯電することで、現像ローラ４０の表面に穂立ちした現像剤Ｄのうち、トナーのみが感光体ドラム３２の表面に付着する。この際、感光体ドラム３２の表面には、後述する露光部３８によって静電潜像が形成されている。従って、現像ローラ４０から感光体ドラム３２の静電潜像にトナーが付着する。これによって、感光体ドラム３２の表面には、トナー像が形成される。

例えば、現像部３１Ｙは、感光体ドラム３２の表面上の静電潜像をイエロー（Ｙ）のトナーにより現像する。また、現像部３１Ｍの現像部３１は、感光体ドラム３２の表面上の静電潜像をマゼンタ（Ｍ）のトナーにより現像する。また、現像部３１Ｃの現像部３１は、感光体ドラム３２の表面上の静電潜像をシアン（Ｃ）のトナーにより現像する。また、現像部３１Ｋの現像部３１は、感光体ドラム３２の表面上の静電潜像をブラック（Ｋ）のトナーにより現像する。また、現像部３１Ｄの現像部３１は、感光体ドラム３２の表面上の静電潜像を消色性のトナーにより現像する。

クリーニングユニット３６は、感光体ドラム３２の表面の未転写のトナー等を掻き取るなどして除去する。クリーニングユニット３６は、感光体ドラム３２の表面のトナー像が中間転写ベルト３９上に転写される位置の後段に設けられる。図２の例の場合、感光体ドラム３２は、図中時計周りに回転する。従って、クリーニングユニット３６は、中間転写ベルト３９上の転写位置を基準に、感光体ドラム３２の周方向に沿って右側に設けられる。これによって、クリーニングユニット３６は、感光体ドラム３２から中間転写ベルト３９上にトナー像が転写された後に、感光体ドラム３２の表面上のトナーを除去する。クリーニングユニット３６が除去したトナーは、廃トナータンクに収集され、廃棄される。

除電部３５は、クリーニングユニット３６を通過した感光体ドラム３２と対向する。除電部３５は、感光体ドラム３２の表面に光を照射する。これによって、感光体層３２ａの不均一な電荷は、均一化される。すなわち、感光体層３２ａが除電される。

転写ローラ３７は、中間転写ベルト３９を挟んで感光体ドラム３２と対向する。転写ローラ３７は、中間転写ベルト３９を挟んで感光体ドラム３２の表面に当接する。転写ローラ３７は、感光体ドラム３２の表面のトナー像を中間転写ベルト３９上に転写（１次転写）する。

露光部３８は、各現像部３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、３１Ｄの感光体ドラム３２に対向する位置に設けられる。露光部３８は、各現像部３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、３１Ｄの感光体ドラム３２の表面に、レーザ光Ｌを照射する。露光部３８は、制御部１００の制御によって、画像データに基づいて発光制御される。露光部３８は、画像データに基づいたレーザ光Ｌを照射する。これによって、感光体ドラム３２の表面には、レーザ光Ｌが照射された位置に静電気のパターン（静電潜像）が形成される。なお、露光部３８は、レーザ光の代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光を用いてもよい。

トナー濃度センサ４５は、現像剤収容部４２において、トナー濃度を検出する。トナー濃度とは、キャリアに対するトナーの割合（トナー／キャリア）を表す。トナー濃度センサ４５は、トナー濃度を表す検出値を制御部１００に出力する。

転写部５５は、シートＳを厚さ方向の両側から挟み込む支持ローラ５５ａ及び２次転写ローラ５５ｂを備える。支持ローラ５５ａ及び２次転写ローラ５５ｂが対向する位置は２次転写位置である。転写部５５は、制御部１００による転写バイアスを受けて、２次転写位置において、中間転写ベルト３９の表面上の帯電しているトナー像をシートＳの表面上に転写する。

反転ユニット６０は、定着処理が成されたシートＳの裏面にトナー像を形成するためにシートＳを反転させる。

定着部７０は、シートＳに熱と圧力とを与える。定着部７０は、この熱と圧力とによってシートＳに転写されたトナー像を定着させる。

補給部９０は、トナー補給モータ９１と、トナー補給機構９２とを備える。補給部９０は、制御部１００によって出力される制御指令に応じて、トナー補給モータ９１を駆動する。トナー補給モータ９１は、トナー補給機構９２を稼働する。トナー補給機構９２は、図示しないトナーカートリッジに接続される。トナー補給機構９２は、トナー補給モータ９１の駆動に応じて稼働し、トナーカートリッジに収容されるトナーを現像剤収容部４２に補給する。トナー補給モータ９１は、補給駆動部の一例である。

図３は、実施形態における画像形成装置１の機能構成の一例を示す図である。記憶部１１０は、ＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ、フラッシュメモリ等の記憶装置で実現される。ＲＯＭは、“Read Only Memory”の略である。ＲＡＭは、“Random Access Memory”の略である。ＨＤＤは、“Hard Disk Drive”の略である。

記憶部１１０は、画像読取部１０によって生成される画像データ、又はネットワークを介して他の情報処理装置によって送信される画像データを記憶する。また、記憶部１１０は、制御部１００のプロセッサが実行するプログラムを記憶する。また、記憶部１１０は、例えば、現像部３１の識別情報ごとに対応した対応情報１１２を記憶する。対応情報１１２は、現像部駆動時間情報、トナー補給時間情報、入れ替え率情報、初期値情報、閾値情報、及び設定値情報を有する。また、記憶部１１０は、センサ出力判定情報１２４、トナー補給時間導出情報１２６、及び画像パターン情報１２８を記憶する。これら種々の情報は、後述する。

制御部１００は、ソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、プロセッサがプログラムを実行することにより機能する。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。また、制御部１００は、ハードウェア機能部であってもよい。例えば、制御部１００は、ＬＳＩやＡＳＩＣ等で実現される。ＬＳＩは、“Large Scale Integration”の略である。ＡＳＩＣは、“Application Specific Integrated Circuit”の略である。

制御部１００は、現像剤収容部４２内のトナーの入れ替わりが少ない状態である場合、現像剤収容部４２内のトナーを新しいトナーに入れ替える処理を行う。一般的に、消費量の少ないトナー（現像剤Ｄ）は、現像剤収容部４２に内在する時間が長くなる。この結果、現像剤収容部４２内のトナー（現像剤Ｄ）は、第１ミキサ４１Ａ及び第２ミキサ４１Ｂによって撹拌される回数が多くなり、破砕される割合が増加する傾向がある。これによって、現像剤Ｄは劣化する。劣化した現像剤Ｄを使用した場合、画質が劣化したり、画像の濃淡に斑が生じたりする場合がある。従って、制御部１００は、上記トナーの入れ替え処理を行い、画像の品質を低下させないようにする。

例えば、制御部１００は、補給部９０が現像部３１に対しトナーの補給を行った時間と、現像部３１を駆動させた駆動時間との比に基づいて、トナー入れ替え処理を実行する。ここで、トナー入れ替え処理とは、現像部３１の現像剤収容部４２からトナーを排出させ、補給部９０から現像部３１にトナーを補給させる処理を表す。なお、補給部９０が現像部３１に対しトナーの補給を行った時間は、現像剤補給時間に相当し、トナー入れ替え処理は、現像剤入れ替え処理に相当する。

以下、フローチャートに即してトナー入れ替え処理について説明する。図４は、実施形態における制御部１００の処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期によって繰り返し行われる。

まず、制御部１００は、コントロールパネル２０から画像形成を指令する指令信号を受信したか否かを判定する（ＡＣＴ１００）。画像形成を指令する指令信号を受信しない場合（ＡＣＴ１００：ＮＯ）、制御部１００は、画像形成を指令する指令信号を受信するまで待機する。

一方、画像形成を指令する指令信号を受信した場合（ＡＣＴ１００：ＹＥＳ）、制御部１００は、画像形成処理を開始する（ＡＣＴ１０２）。ここで画像形成処理とは、制御部１００が以下の処理を行うことを指す。

例えば、制御部１００は、現像モータ４４を駆動し、第１ミキサ４１Ａ及び第２ミキサ４１Ｂを稼働する。制御部１００は、第１ミキサ４１Ａ及び第２ミキサ４１Ｂの稼働によって、現像剤収容部４２の内部の現像剤Ｄを攪拌する。制御部１００は、現像モータ４４を駆動し、感光体ドラム３２を回転させながら、感光体ドラム３２の表面を帯電させるように帯電部３４を制御する。制御部１００は、露光部３８を制御して、画像データに基づいて発光制御したレーザ光Ｌを、帯電させた感光体ドラム３２に対して照射させて静電潜像を形成する。制御部１００は、第２ミキサ４１Ｂを駆動し、現像剤収容部４２に収容された現像剤Ｄを現像ローラ４０の表面に供給する。なお、この際、制御部１００は、現像ローラ４０の表面に供給したトナーに相当する量を、現像剤収容部４２に補給するように補給部９０を制御する。補給部９０は、制御部１００の制御を受けて、トナーカートリッジに収容されるトナーを現像剤収容部４２に補給する。

制御部１００は、現像モータ４４を駆動させ、現像ローラ４０の表面のトナーを、感光体ドラム３２の表面に形成させた静電潜像に付着させる。これにより、感光体ドラム３２の表面にはトナー像が形成される。制御部１００、転写ローラ３７を駆動して、中間転写ベルト３９を移動させる。この際、制御部１００は、上述した転写ローラ３７に電圧を印加して（転写バイアス）、感光体ドラム３２の表面のトナー像を、中間転写ベルト３９に転写する。制御部１００は、シート収容部８０に収容されたシートＳを、転写部５５に搬送するように搬送部５０を制御する。制御部１００は、図示しないモータを駆動して支持ローラ５５ａ及び２次転写ローラ５５ｂを回転させると共に、２次転写ローラ５５ｂに電圧を印加する（転写バイアス）。これにより、中間転写ベルト３９上のトナー像は、転写部５５の２次転写位置において、シートＳに転写される。制御部１００は、トナー像が転写されたシートＳを、定着部７０に搬送させ、トナー像を定着させ、フィニッシャー等に搬送するように搬送部５０を制御する。制御部１００は、ユーザに設定された枚数分のシートＳに画像形成を行うまで、上述した処理を繰り返す。

ここで、図５のフローチャートの説明に戻る。制御部１００は、現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの計測を開始する（ＡＣＴ１０４）。例えば、制御部１００は、上述したＡＣＴ１０２における画像形成処理の開始と共に、現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの計測を開始する。

この際、制御部１００は、既に計測された現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂが記憶部１１０に格納されているか否かを判定する。例えば、前回の処理において、現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの一方または双方が、記憶部１１０に格納されている場合がある。そのため、制御部１００は、記憶部１１０から現像部駆動時間情報及びトナー補給時間情報を取得する。制御部１００は、取得した現像部駆動時間情報を参照して、現像モータ４４の駆動時間Ａが記憶部１１０に格納されているか否かを判定する。また、制御部１００は、取得したトナー補給時間情報を参照して、トナー補給モータ９１の駆動時間Ｂが記憶部１１０に格納されているか否かを判定する。

既に現像モータ４４の駆動時間Ａが記憶部１１０に格納されている場合、制御部１００は、これから計測する時間Ａを既に記憶されている時間Ａに積算していく。また、既にトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂが記憶部１１０に格納されている場合、制御部１００は、これから計測する時間Ｂを既に記憶されている時間Ｂに積算していく。

一方、未だ現像モータ４４の駆動時間Ａが記憶部１１０に格納されていない場合、制御部１００は、新規に現像モータ４４の駆動時間Ａを計測する。また、未だトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂが記憶部１１０に格納されていない場合、制御部１００は、新規にトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂを計測する。

なお、上述した現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの計測は、現像部３１ごとに行われる。本実施形態において、現像部３１は、トナーの種別に応じて備えられている。そのため、現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂは、トナーの種別ごとに計測されることになる。また、ＡＣＴ１０４以降の処理についても、現像部３１（トナーの種別）ごとに実施される。

次に、制御部１００は、画像形成処理が終了したか否かを判定する（ＡＣＴ１０６）。例えば、制御部１００は、ユーザにより設定された枚数分のシートＳに画像形成を行っていない場合、画像形成処理が終了していないと判定する。また、制御部１００は、ユーザにより設定された枚数分のシートＳに画像形成を行った場合、画像形成処理が終了したと判定する。

制御部１００は、画像形成処理が終了していないと判定した場合（ＡＣＴ１０６：ＮＯ）、画像形成処理が終了するまで待機する。一方、制御部１００は、画像形成処理が終了したと判定した場合（ＡＣＴ１０６：ＹＥＳ）、以下の処理を行う。制御部１００は、ＡＣＴ１０４において開始した現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの計測を終了する（ＡＣＴ１０８）。制御部１００は、計測した現像モータ４４の駆動時間Ａを、現像部駆動時間情報として記憶部１１０に記憶させる。また、制御部１００は、計測したトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂを、トナー補給時間情報として記憶部１１０に記憶させる。

図５は、現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの計測方法を説明するための図である。例えば、現像モータ４４の駆動時間Ａは、現像モータ４４のオン状態の期間を積算して導出される。具体的には、現像モータ４４のオン状態を示す矩形パルスの立ち上がりから立下りまでの１パルスの幅を積算したものが現像モータ４４の駆動時間Ａに相当する。図示の例では、パルス幅ａ１が現像モータ４４の駆動時間Ａに相当する。また、トナー補給モータ９１の駆動時間Ｂは、トナー補給モータ９１のオン状態の期間を積算して導出される。図示の例では、パルス幅ｂ１、ｂ２、及びｂ３を積算したものがトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂに相当する。

また、図５に示すように、現像モータ４４は、現像処理を行っていない期間においても、アイドリング駆動している。アイドリング駆動とは、感光体ドラム３２が帯電されていない状態、すなわち帯電部３４が稼働していない状態において、現像モータ４４が駆動することを表す。以下、アイドリング駆動している時間を、アイドリング時間と称して説明する。制御部１００は、このアイドリング時間を含む現像モータ４４の駆動時間Ａを計測することで、後述する入れ替え率Ｃの算出を精度良く行うことができる。

次に、制御部１００は、入れ替え率Ｃを算出する（ＡＣＴ１１０）。入れ替え率Ｃは、後述する処理において、トナーを入れ替えるか否かを判定する際の指標となるパラメータである。例えば、入れ替え率Ｃは、トナー補給モータ９１の駆動時間Ｂを、現像モータ４４の駆動時間Ａで除算した値として定義される。従って、制御部１００は、記憶部１１０に格納された現像部駆動時間情報と、トナー補給時間情報とを参照して、入れ替え率Ｃを算出する。制御部１００は、算出した入れ替え率Ｃを、入れ替え率情報として記憶部１１０に記憶させる。なお、画像形成の初回処理時において、トナー補給時間情報には、例えば、デフォルトの値がトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂとして格納されている。記憶部１１０に格納された現像部駆動時間情報及びトナー補給時間情報は、後述する処理において書き換えられる。

次に、制御部１００は、現像モータ４４の駆動時間Ａが予め定められた設定値Ｆ以上であるか否かを判定する（ＡＣＴ１１２）。設定値Ｆは、設定値情報として記憶部１１０に格納される。設定値Ｆは、例えば、画像形成の初回処理時において、デフォルトの固定値Ｄに設定されている。この固定値Ｄは、初期値情報として記憶部１１０に格納されている。

制御部１００は、現像モータ４４の駆動時間Ａが設定値Ｆ以上である（ＡＣＴ１１２：ＹＥＳ）、現像部３１が長時間駆動していると判定する。一方、制御部１００は、現像モータ４４の駆動時間Ａが設定値Ｆ未満である（ＡＣＴ１１２：ＮＯ）、現像部３１が長時間駆動していないと判定する。

制御部１００は、現像部３１が長時間駆動していると判定した場合、入れ替え率Ｃが予め定められた閾値Ｅ未満であるか否かを判定する（ＡＣＴ１１４）。閾値Ｅは、閾値情報として記憶部１１０に格納されている。

制御部１００は、入れ替え率Ｃが閾値Ｅ以上である場合（ＡＣＴ１１４：ＮＯ）、設定値Ｆを、以下の処理によって変更する。制御部１００は、設定値Ｆを、固定値Ｄと現像モータ４４の駆動時間Ａとの加算値（Ｄ＋Ａ）に書き換える（ＡＣＴ１１６）。これによって、本フローチャートの処理が終了する。なお、ＡＣＴ１０４において計測を開始した現像モータ４４の駆動時間Ａは、本フローチャートの処理に伴って、記憶部１１０に格納される。また、ＡＣＴ１０４において計測を開始したトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂは、本フローチャートの処理に伴って、記憶部１１０に格納される。これら時間（Ａ及びＢ）は、次回以降の処理において用いられる。

一方、制御部１００は、入れ替え率Ｃが閾値Ｅ未満である場合（ＡＣＴ１１４：ＹＥＳ）、トナー入れ替え処理を行う（ＡＣＴ１１８）。

以下、ＡＣＴ１１８のトナー入れ替え処理について説明する。図６は、実施形態における制御部１００のトナー入れ替え処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、上述したＡＣＴ１１８の処理に相当する。

まず、制御部１００は、トナー入れ替え動作を開始する（ＡＣＴ３００）。この際、制御部１００は、現像モータ４４の駆動時間Ａと、トナー補給モータ９１の駆動時間Ｂとの計測を開始する（ＡＣＴ３０２）。

以下、トナー入れ替え動作を説明する。制御部１００は、露光部３８を制御して、所定の画像パターンデータに基づいて発光制御したレーザ光Ｌを、帯電させた感光体ドラム３２に対して照射させる。所定の画像パターンデータは、予め画像パターン情報１２８として記憶部１１０に格納されている。これによって、感光体ドラム３２の表面には、所定のトナー像（静電潜像）が形成される（ＡＣＴ３０４）。

制御部１００、転写ローラ３７を駆動して、中間転写ベルト３９を移動させ、感光体ドラム３２の表面のトナー像を、中間転写ベルト３９に転写させる。制御部１００は、シートＳを転写部５５に搬送させずに、転写ローラ３７を駆動して、中間転写ベルト３９を移動させ続ける。これによって、中間転写ベルト３９に付着したトナーは、図示しないクリーニングユニットによって除去される。なお、制御部１００は、感光体ドラム３２のトナー像を、中間転写ベルト３９に転写させずに除去してもよい。例えば、制御部１００は、転写バイアスを掛けずに感光体ドラム３２を回転させ続けることで、クリーニングユニット３６によって感光体ドラム３２のトナー像を除去する。

次に、制御部１００は、トナー濃度センサ４５からトナー濃度を表す出力値を取得する（ＡＣＴ３０６）。次に、制御部１００は、トナー濃度センサ４５から取得した出力値が強制補給レベルであるか否かを判定する（ＡＣＴ３０８）。

図７は、トナー濃度センサ４５の出力値に対するトナー濃度の関係を表した図である。図７に示す横軸は、トナー濃度を表し、縦軸は、トナー濃度センサの出力値を表す。例えば、横軸の単位は、［ｗｔ％］であり、縦軸の単位は、［ｖ］である。図７に示すように、トナー濃度センサ４５の出力値とトナー濃度との関係は、線形的な関数Ｆ１によって表される。関数Ｆ１は、トナー濃度の増大に伴って出力値（レベル）が減少する傾向を有する。関数Ｆ１は、予めセンサ出力判定情報１２４として記憶部１１０に格納されている。なお、センサ出力判定情報１２４は、関数Ｆ１の代わりに、関数Ｆ１に相当するテーブルデータであってもよい。また、関数Ｆ１に相当するテーブルデータは、プロセッサが参照するプログラムに埋め込まれていてもよい。関数Ｆ１には、４つの閾値が設けられる。この４つの閾値は、異常判定閾値Ｔｈｍａｘ、異常判定閾値Ｔｈｍｉｎ、強制補給閾値Ｔｈ１、及び補給停止閾値Ｔｈ２である。従って、トナー濃度センサ４５の出力値は、これら４つに閾値によって分類される。

制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が、強制補給閾値Ｔｈ１以上、且つ異常判定閾値Ｔｈｍａｘ以下である場合、強制補給レベルであると判定する。また、制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が、強制補給閾値Ｔｈ１以下、且つ補給停止閾値Ｔｈ２以上である場合、強制補給レベルでないと判定する。その他の条件の場合、本実施形態では、例外的な処理として扱う。

制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が強制補給レベルである場合（ＡＣＴ３０８：ＹＥＳ）、強制補給動作を開始する（ＡＣＴ３１０）。強制補給動作は、トナー濃度センサ４５の出力値が強制補給閾値Ｔｈ１以下になるまでトナー補給を継続する処理である。

以下、図８を参照して、制御部１００により実施される強制補給動作について説明する。図８は、強制補給動作を説明するための図である。図示のように、制御部１００は、強制補給動作中、現像モータ４４を常に駆動し、第１ミキサ４１Ａ及び第２ミキサ４１Ｂを稼働させる。これによって、現像部３１は、現像剤収容部４２内において、キャリアと、新たに補給されたトナーとを撹拌する。

また、制御部１００は、トナー補給モータ９１を断続的に駆動し、補給部９０にトナーカートリッジから現像剤収容部４２内にトナーを補給させる。この際、制御部１００は、トナー補給モータ９１の一駆動を行った時点から所定時間経過後において、トナー濃度センサ４５からトナー濃度の出力値を取得する。所定時間は、例えば、補給されたトナーとキャリアとが十分に撹拌されるのに必要な時間に設定される。制御部１００は、例えば、上述した図７の関数Ｆに従って、トナー濃度センサ４５の出力値が強制補給閾値Ｔｈ１以下であるか否かを判定する。すなわち、制御部１００は、強制補給動作を終了するか否かを判定する（ＡＣＴ３１２）。制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が強制補給閾値Ｔｈ１以下である場合、強制補給動作を終了すると判定する。また、制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が強制補給閾値Ｔｈ１以下でない場合、強制補給動作を終了しないと判定する。

強制補給動作を終了しない場合（ＡＣＴ３１２：ＮＯ）、制御部１００は、再度トナー補給モータ９１を駆動する。これにより、制御部１００は、補給部９０にトナーカートリッジから現像剤収容部４２内にトナーを補給させる。制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が強制補給閾値Ｔｈ１以下になるまで、トナー補給モータ９１の駆動及びトナー濃度センサ４５の出力値の取得を繰り返す。

一方、強制補給動作を終了する場合（ＡＣＴ３１２：ＹＥＳ）、制御部１００は、初期化の処理を行う（ＡＣＴ３２６）。初期化とは、以下の３つの処理を行うことを指す。制御部１００は、現像部駆動時間情報として記憶部１１０に格納させた現像モータ４４の駆動時間Ａをゼロクリアにする。また、制御部１００は、トナー補給時間情報として記憶部１１０に格納させたトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂをゼロクリアにする。また、制御部１００は、設定値情報として記憶部１１０に格納させた設定値Ｆをデフォルトの固定値Ｄに書き換える。これによって、本フローチャートの処理が終了する。

一方、トナー濃度センサ４５の出力値が強制補給レベルでない場合（ＡＣＴ３０８：ＮＯ）、制御部１００は、トナーの補給時間を決定する（ＡＣＴ３１４）。

図９は、トナーの補給時間に対するトナー濃度センサ４５の出力値の関係を表した図である。図９に示す横軸は、トナー濃度センサの出力値を表し、縦軸は、トナーの補給時間を表す。例えば、横軸の単位は、［ｖ］であり、縦軸の単位は、［ｓ］である。図９に示すように、トナーの補給時間とトナー濃度センサ４５の出力値との関係は、線形的な関数Ｆ２によって表される。関数Ｆ２は、トナー濃度センサ４５の出力値の増大に伴って補給時間が減少する傾向を有する。なお、関数Ｆ２は、トナー補給モータ９１の駆動量を一定とした場合の一例である。

関数Ｆ２は、予めトナー補給時間導出情報１２６として記憶部１１０に格納されている。例えば、制御部１００は、トナー濃度センサ４５から取得した出力値を関数Ｆ２に代入し、トナーの補給時間を決定する。なお、トナー補給時間導出情報１２６は、関数Ｆ２の代わりに、関数Ｆ２に相当するテーブルデータであってもよい。また、関数Ｆ２に相当するテーブルデータは、プロセッサが参照するプログラムに埋め込まれていてもよい。

次に、制御部１００は、トナー補給モータ９１を、決定した補給時間駆動し、補給部９０にトナーカートリッジから現像剤収容部４２内にトナーを補給させる（ＡＣＴ３１６）。次に、制御部１００は、現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの計測を終了する（ＡＣＴ３１８）。制御部１００、計測した現像モータ４４の駆動時間Ａを、現像部駆動時間情報として記憶部１１０に格納させる。また、制御部１００、計測したトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂを、トナー補給時間情報として記憶部１１０に格納させる。

次に、制御部１００は、上述したＡＣＴ１１０と同様に、入れ替え率Ｃを算出する（ＡＣＴ３２０）。次に、制御部１００は、算出した入れ替え率Ｃが予め定められた閾値Ｅ未満であるか否かを判定する（ＡＣＴ３２２）。入れ替え率Ｃが閾値Ｅ未満である場合（ＡＣＴ３２２：ＹＥＳ）、制御部１００は、トナー入れ替え動作を終了する（ＡＣＴ３２４）。津次に、制御部１００は、上述したＡＣＴ３２６の初期化の処理を行って、本フローチャートの処理を終了する。

一方、入れ替え率Ｃが閾値Ｅ未満でない場合（ＡＣＴ３２２：ＮＯ）、制御部１００は、トナーの入れ替えが不十分であると判定し、ＡＣＴ３００の処理に戻る。これによって、現像剤収容部４２内のトナー濃度は、所定の範囲内に収まるように制御される。

以下、ＡＣＴ３０８におけるトナー濃度センサ４５の出力値に基づく例外的な処理について説明する。この例外的な処理は、本フローチャートの処理とは異なるものである。例えば、制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が、異常判定閾値Ｔｈｍａｘ以上である場合、画像形成部３０において異常が生じていると判定する。また、制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が、異常判定閾値Ｔｈｍｉｎ以下である場合、画像形成部３０において異常が生じていると判定する。制御部１００は、画像形成部３０において異常が生じていると判定した場合、画像形成部３０の処理を停止する。また、制御部１００は、画像形成部３０において異常が生じていると判定した場合、異常が生じている旨を示す情報をコントロールパネル２０に出力する。

また、制御部１００は、トナー濃度センサ４５の出力値が、補給停止閾値Ｔｈ２以下、且つ異常判定閾値Ｔｈｍｉｎ以上である場合、トナーの補給を停止する。

以上説明した実施形態の画像形成装置１によれば、補給部９０がトナー補給を行った際のトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂを計測する。画像形成装置１は、現像部３１を駆動させた際に現像モータ４４の駆動時間Ａを計測する。画像形成装置１は、計測した現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの比である入れ替え率Ｃに基づいて、トナー入れ替え処理を実行する。

例えば、トナー入れ替え処理を実行するにあたり、本実施形態とは異なる指標を参照して行う場合がある。例えば、トナー消費量等の指標を用いて、トナー入れ替え処理を実行する場合、以下の問題が生じる。例えば、感光体ドラム３２にトナーが供給されずに、第１ミキサ４１Ａ及び第２ミキサ４１Ｂが駆動する場合、トナー消費量に変化はない。しかしながら、現像剤収容部４２内においてトナーは撹拌され、破砕等のダメージを負うことで劣化する。これに対して、本実施形態では、入れ替え率Ｃは、現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの比である。すなわち、入れ替え率Ｃは、現像剤収容部４２内にトナーが補給されてから現像剤収容部４２内において撹拌された時間に基づくものである。従って、実施形態の画像形成装置１は、実際のトナーの劣化具合に応じて、より精度良くトナー入れ替え処理を実行することができる。

また、実施形態の画像形成装置１によれば、例えば、トナー入れ替え処理を実行の対象とならないトナーについては、以下の処理を行う。画像形成装置１は、次回の処理のために、計測した現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂを記憶部１１０に格納する。また、画像形成装置１は、入れ替えをしなかったトナーについては前回までの計測値を参照して入れ替え率Ｃを算出する。また、画像形成装置１は、入れ替えをしたトナーについては今回の計測値を参照して入れ替え率Ｃを算出する。これによって、画像形成装置１は、トナーの種別（現像部３１の種別）ごとに、入れ替え率Ｃを算出する。この結果、画像形成装置１は、トナーの種別（現像部３１の種別）ごとに独立してトナー入れ替え処理を実行することができる。

以下、その他の実施形態について説明する。上述した制御部１００は、指令信号が、シートＳの消色を指令するものであった場合、定着部７０の温度を、画像形成時の温度よりも高く設定する。制御部１００は、搬送部５０を制御して、消色の対象となるシートＳを定着部７０に搬送させる。この際、現像モータ４４は、シートＳの搬送と連動して駆動する。従って、現像剤収容部４２内の現像剤Ｄは、第１ミキサ４１Ａ及び第２ミキサ４１Ｂによって撹拌される。

制御部１００は、シートＳの消色と共に、消色性トナーの入れ替え処理を行ってもよい。例えば、トナー入れ替え処理時において、制御部１００は、搬送部５０を制御して、シートＳを転写部５５に搬送させる。これによって、消色性トナーを有する現像部３１Ｄによって形成されたトナー像は、消色対象のシートＳ上に転写される。制御部１００は、消色性トナーにより形成されたトナー像が転写されたシートＳを、定着部７０に搬送して、消色処理及びトナー入れ替え処理を同時に行う。この結果、画像形成装置１は、効率の良い処理を実現することができる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態の画像形成装置１によれば、補給部９０がトナー補給を行った際のトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂを計測する。画像形成装置１は、現像部３１を駆動させた際に現像モータ４４の駆動時間Ａを計測する。画像形成装置１は、計測した現像モータ４４の駆動時間Ａ及びトナー補給モータ９１の駆動時間Ｂの比である入れ替え率Ｃに基づいて、トナー入れ替え処理を実行する。この結果、画像形成装置１は、精度良く現像剤（トナー）の入れ替えを実施することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…画像形成装置、１０…画像読取部、２０…コントロールパネル、３０…画像形成部、３１…現像部、３２…感光体ドラム、３４…帯電部、３５…除電部、３８…露光部、４４…現像モータ、４５…トナー濃度センサ、５０…搬送部、５５…転写部、７０…定着部、８０…シート収容部、９０…補給部、９１…トナー補給モータ、９２…トナー補給機構、１００…制御部、１１０…記憶部、Ｓ…シート

Claims (4)

1. 像担持体に現像剤を供給して現像を行う複数の現像部と、
   種別が互いに異なる複数の現像剤を収容し、前記収容した複数の現像剤のそれぞれを攪拌し、前記複数の現像部のそれぞれに、前記収容した複数の現像剤のうち、各現像部に対応するいずれか一つの現像剤を補給する補給部と、
   前記補給部が前記現像部に対し現像剤補給を行った現像剤補給時間と、前記現像部を駆動させた駆動時間との比に基づいて、前記現像部から前記現像部中の現像剤を排出させ、前記補給部から前記現像部に前記収容した現像剤を補給させる現像剤入れ替え処理を、前記複数の現像部のそれぞれについて実行する制御部と、を備え、
   前記補給部は、現像剤を前記現像部に補給する補給機構と、前記補給機構を駆動する補給駆動部とを有し、
   前記現像部は、前記補給部によって補給された現像剤を攪拌する攪拌部、および前記攪拌部により攪拌された現像剤を前記像担持体に供給する現像ローラを含む供給機構と、前記供給機構を駆動する供給駆動部とを有し、
   前記制御部は、
   前記補給駆動部が駆動した時間を積算した時間を、前記現像剤補給時間として導出し、
   前記供給駆動部が駆動した時間を積算した時間であって、前記現像ローラを駆動させずに前記供給駆動部が前記攪拌部を駆動したアイドリング時間を含む時間を、前記現像部を駆動させた駆動時間として導出し、
   前記現像剤補給時間と前記駆動時間との比に基づいて、前記現像剤入れ替え処理を実行する、
   画像形成装置。
2. 前記補給部は、現像剤を前記現像部に補給する補給機構と、前記補給機構を駆動する補給駆動部とを有し、
   前記現像部は、前記補給部によって補給された現像剤を、前記像担持体に供給する供給機構と、前記供給機構を駆動する供給駆動部とを有し、
   前記制御部は、前記補給駆動部が駆動した時間を積算した駆動時間を、前記現像剤補給時間として導出し、前記供給駆動部が駆動した時間を積算した駆動時間を、前記現像部を駆動させた駆動時間として導出し、前記現像剤補給時間を前記駆動時間で除した値に基づいて、前記現像剤入れ替え処理を実行する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成装置は、複数の現像部を備え、
   前記制御部は、前記現像部ごとに、前記現像剤補給時間および前記駆動時間を算出し、前記現像部ごとに、前記現像剤の入れ替え処理を実行する、
   請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤に含まれるトナーの濃度を前記現像部において検出する検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記補給部に対して、前記検出部によって検出される濃度が閾値以上になるまで、前記現像部に前記収容した現像剤を補給させる、
   請求項１から３のうちいずれか一項に記載の画像形成装置。

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