JP7103546B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法に関する。

特許文献１に記載の画像形成装置は、現像部と、補給部と、制御部とを備える。現像部は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いて静電潜像をトナー像に現像する。補給部は、現像部へトナーを補給する。制御部は、補給部の動作を制御する。現像部は、容器と、攪拌部材と、センサーとを有する。容器は、現像剤を収容する。攪拌部材は、容器の中で現像剤を攪拌しながら、容器の中の循環路に沿って現像剤を移送する。センサーは、容器の所定箇所における現像剤のトナー濃度を検知するための透磁率センサーである。制御部は、算出部と、決定部とを含む。算出部は、攪拌部材の回転周期に応じてセンサー出力に発生する短周期リップルが低減するように、センサーの出力波形における上限近傍値の平均値をトナー濃度として算出する。決定部は、算出されたトナー濃度が目標濃度に近づくように、補給部によるトナーの補給量を決定する。

特開２００５－３１３２７号公報

特許文献１に記載の画像形成装置は、現像剤が循環路を一周する循環周期に応じてトナー濃度に発生する長周期リップルを低減し得なかった。

そこで、本発明は上記事情を考慮し、現像剤が循環路を一周する循環周期に応じてトナー濃度に発生する長周期リップルを低減できる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る画像形成装置は、現像部と、補給部と、制御部とを備える。現像部は、トナーを含む現像剤を用いて静電潜像をトナー像に現像する。補給部は、現像部へトナーを補給する。制御部は、補給部の動作を制御する。現像部は、容器と、攪拌部材と、センサーとを含む。容器は、現像剤を収容する。攪拌部材は、容器の中で現像剤を攪拌しながら、容器の中の循環路に沿って現像剤を移送する。センサーは、容器の所定箇所における現像剤のトナー濃度を検知する。制御部は、第１算出部と、補正部として機能する。第１算出部は、センサーによって検知されたトナー濃度が目標濃度に近づくように補給部によるトナーの第１補給量を算出する。補正部は、現像剤が循環路を一周する循環周期に応じてトナー濃度に発生するリップルが低減するようにフィルター処理により第１補給量を補正する。

補正部は、循環周期の逆数である循環周波数と、循環周波数の整数倍の周波数とにそれぞれ阻止帯域を有するフィルターを含む。

本発明の他の一局面に係る画像形成方法は、トナーを含む現像剤を用いて静電潜像をトナー像に現像することにより画像を形成する画像形成方法であって、容器の所定箇所に設けられたセンサーを用いて、現像剤を収容する容器の所定箇所における現像剤のトナー濃度を検知し、検知されたトナー濃度が目標濃度に近づくようにトナーの第１補給量を算出し、現像剤が容器の中の循環路を一周する循環周期に応じてトナー濃度に発生するリップルが低減するようにフィルター処理により第１補給量を補正し、補正後の第１補給量にしたがって、容器にトナーを補給する、方法である。

上記画像形成方法はさらに、循環周期の逆数である循環周波数と、循環周波数の整数倍の周波数とにそれぞれ阻止帯域を有するフィルターによりフィルター処理を行なう。

本発明によれば、現像剤が循環路を一周する循環周期に応じてトナー濃度に発生する長周期リップルを低減できる画像形成装置及び画像形成方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例を示す図である。 現像部及び制御部の各々の内部構造の一例を示す図である。 制御部の処理の一例を示すフローチャートである。 制御部の処理の他の一例を示すフローチャートである。 長周期リップル補正のためのフィルターの特性の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図５を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。本実施形態において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は互いに直交し、Ｘ軸及びＹ軸は水平面に平行であり、Ｚ軸は鉛直線に平行である。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１について説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置１の一例を示す図である。本実施形態では、画像形成装置１はカラープリンターである。

図１に示すように、画像形成装置１は、給送部１０、搬送部２０、画像形成部３０、トナー供給部８０、排出部９０、駆動源９５、及び制御部１００を備える。画像形成装置１では、２成分現像剤が用いられる。つまり、現像剤はトナーとキャリアとを含む。キャリアは、例えば磁性キャリアである。

制御部１００は、給送部１０、搬送部２０、画像形成部３０、トナー供給部８０、排出部９０、及び駆動源９５等を含む画像形成装置１の各要素を制御する。例えば、制御部１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサーと、記憶部とを含む。記憶部は、半導体メモリーのような主記憶装置と、半導体メモリー又はハードディスクドライブのような補助記憶装置とを含む。

給送部１０は、複数のシートＰを収容するカセット１１を含む。シートＰは、例えば、紙製又は合成樹脂製のシートである。給送部１０は、カセット１１から搬送部２０へシートＰを給送する。搬送部２０は、複数の搬送ローラーを含み、画像形成部３０にシートＰを搬送する。画像形成部３０はシートＰに画像（本実施形態では、カラー画像）を形成する。搬送部２０は、画像の形成されたシートＰを排出部９０に搬送する。排出部９０は画像形成装置１の外部にシートＰを排出する。

画像形成部３０は、露光ユニット３１、ユニット３２Ｍ、ユニット３２Ｃ、ユニット３２Ｙ、ユニット３２ＢＫ、中間転写ベルト３３、２次転写ローラー３４、及び定着ユニット３５を含む。

露光ユニット３１は、画像データに基づく光をユニット３２Ｍ～ユニット３２ＢＫの各々に照射し、ユニット３２Ｍ～ユニット３２ＢＫの各々に静電潜像を形成する。ユニット３２Ｍは、静電潜像に基づきマゼンタ色のトナー像を形成する。ユニット３２Ｃは、静電潜像に基づきシアン色のトナー像を形成する。ユニット３２Ｙは、静電潜像に基づきイエロー色のトナー像を形成する。ユニット３２ＢＫは、静電潜像に基づきブラック色のトナー像を形成する。

中間転写ベルト３３の外表面には、４色のトナー像が重畳して転写され、カラートナー像、つまり、カラー画像が形成される。２次転写ローラー３４は、中間転写ベルト３３の外表面に形成されたカラー画像をシートＰに転写する。定着ユニット３５はシートＰを加熱及び加圧して、カラー画像をシートＰに定着させる。

ユニット３２Ｍ～ユニット３２ＢＫの各々は、感光体ドラム５０、帯電器５１、現像部５２、１次転写ローラー５３、及びクリーナー５４を含む。

感光体ドラム５０は回転軸の回りに回転する。帯電器５１は感光体ドラム５０の周面を帯電させる。感光体ドラム５０の周面には、露光ユニット３１によって光が照射され、静電潜像が形成される。現像部５２は、静電潜像にトナーを付着させて、静電潜像を現像し、感光体ドラム５０の周面にトナー像を形成する。つまり、現像部５２はトナーによって静電潜像を現像する。１次転写ローラー５３は、感光体ドラム５０の周面に形成されたトナー像を中間転写ベルト３３の外表面に転写する。クリーナー５４は、感光体ドラム５０の周面に残留しているトナーを除去する。

トナー供給部８０は、トナーコンテナ８０Ｍと、トナーコンテナ８０Ｃと、トナーコンテナ８０Ｙと、トナーコンテナ８０ＢＫとを含む。トナーコンテナ８０Ｍは、ユニット３２Ｍの現像部５２に補給するマゼンタ色のトナーを収容する。トナーコンテナ８０Ｃは、ユニット３２Ｃの現像部５２に補給するシアン色のトナーを収容する。トナーコンテナ８０Ｙは、ユニット３２Ｙの現像部５２に補給するイエロー色のトナーを収容する。トナーコンテナ８０ＢＫは、ユニット３２ＢＫの現像部５２に補給するブラック色のトナーを収容する。

駆動源９５は、例えば、モーターであり、ギヤ列を介して、複数の被駆動部に連結される。複数の被駆動部は、感光体ドラム５０、現像部５２、１次転写ローラー５３、中間転写ベルト３３、２次転写ローラー３４、定着ユニット３５、給送部１０、搬送部２０、及び排出部９０を含む。そして、駆動源９５は、制御部１００から出力される制御信号に基づいて、複数の被駆動部を駆動する。具体的には、各被駆動部は、回転体であるか又は回転体を含み、駆動源９５の回転軸を回転させることによって、ギヤ列を介して各回転体が回転する。

次に、図１及び図２を参照して、現像部５２について説明する。図２は、現像部５２及び制御部１００の各々の内部構造の一例を示す図である。図２は、ユニット３２Ｍの現像部５２を示す。なお、ユニット３２Ｃ～ユニット３２ＢＫの現像部５２の構造は、ユニット３２Ｍの現像部５２の構造と同じであるので、説明を省略する。

図１に示すように、現像部５２は、第１攪拌部材６０、第２攪拌部材６１、及び現像ローラー６２を含む。図２に示すように、現像部５２は、センサー６４及び容器６５を更に含む。なお、図２では、図面の簡略化のため、現像ローラー６２が省略されている。

容器６５は、第１攪拌部材６０、第２攪拌部材６１、及び現像ローラー６２を収容する。容器６５は更に現像剤を収容する。容器６５は仕切壁６６を有する。容器６５の内部は、仕切壁６６によって第１攪拌室６５Ａと第２攪拌室６５Ｂとに区画される。容器６５の内部において、仕切壁６６の両端には、通過路６５Ｃ及び通過路６５Ｄが形成される。容器６５には、第１攪拌室６５Ａ、通過路６５Ｃ、第２攪拌室６５Ｂ、及び通過路６５Ｄによって、現像剤の循環路７５が形成される。

第１攪拌部材６０は第１攪拌室６５Ａに配置され、第２攪拌部材６１は第２攪拌室６５Ｂに配置される。本実施形態では、第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１の各々はスクリューである。第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１の各々は、駆動源９５によって駆動されて回転する。本実施形態では、第１攪拌部材６０が１回転する時間（つまり、第１攪拌部材６０の回転周期）と第２攪拌部材６１が１回転する時間（つまり、第２攪拌部材６１の回転周期）とは同一である。

第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１は、容器６５の中で現像剤を攪拌しながら循環路７５に沿って現像剤を移送する。循環方向Ｄ１、循環方向Ｄ２、循環方向Ｄ３、及び循環方向Ｄ４の順に現像剤が順次移送される間に、現像剤のうちのトナーが帯電する。トナーは、第２攪拌部材６１によってキャリアとともに現像ローラー６２に搬送される。トナーは、現像ローラー６２から、感光体ドラム５０の周面に付着される。その結果、感光体ドラム５０の周面に形成された静電潜像が現像され、トナー像が形成される。

センサー６４は、本実施形態では透磁率センサーである。透磁率センサーは、現像部５２内の現像剤の透磁率を検知する。制御部１００は、透磁率に基づいて現像部５２内に収容された現像剤のトナーとキャリアとの混合比、つまりトナー濃度を求める。本実施形態では、センサー６４は、第１攪拌室６５Ａの長手方向の中央よりも第１攪拌室６５Ａの循環方向Ｄ１の下流側において、第１攪拌室６５Ａを形成する底板の外側に配置される。

次に、図２を参照して、現像部５２へのトナーの補給について説明する。現像部５２はトナーの補給口６７を有する。補給口６７は、現像部５２の容器６５に形成される。補給口６７は、第１攪拌室６５Ａの長手方向の中央よりも第１攪拌室６５Ａの循環方向Ｄ１の上流側において、第１攪拌室６５Ａの上方に形成される。センサー６４は、補給口６７に対して循環方向Ｄ１の下流側において現像剤のトナー濃度を検知する。ただし、補給口６７とセンサー６４との位置関係は、これに限定されない。

画像形成装置１は、トナーコンテナ８０Ｍ～トナーコンテナ８０ＢＫの各々に対応して補給部６９を更に備える。なお、図２は、トナーコンテナ８０Ｍに対応する補給部６９を示す。なお、トナーコンテナ８０Ｃ～トナーコンテナ８０ＢＫの各々に対応する補給部６９の構成は、トナーコンテナ８０Ｍに対応する補給部６９の構成と同じであるので、説明を省略する。

補給部６９は、補給口６７を介してトナーを現像部５２に補給する。具体的には、補給部６９は補給モーター７０及び搬送部材７１を含む。制御部１００は、補給部６９の動作を制御する。補給モーター７０は、制御部１００から出力される制御信号に基づいて、搬送部材７１を回転させる。本実施形態では、搬送部材７１はスクリューである。搬送部材７１の回転によって、トナーコンテナ８０Ｍに収容されたトナーは、補給口６７に向かって搬送され、補給口６７から落下して循環路７５に補給される。

更に、図２を参照して、制御部１００の構成について説明する。

制御部１００には通信部９６が接続されている。制御部１００は、通信部９６を介して画像形成指示を受ける。

制御部１００は、第１算出部１０１Ａと、第２算出部１０１Ｂと、補正部１０２と、変更部１０３と、第１合算部１０４と、第２合算部１０５とを含む。制御部１００のプロセッサーは、記憶部に記憶されたコンピュータープログラムを実行することによって、第１算出部１０１Ａ、第２算出部１０１Ｂ、補正部１０２、変更部１０３、第１合算部１０４、及び第２合算部１０５として機能する。

第１算出部１０１Ａは、センサー６４により検知されたトナー濃度が目標濃度に近づくように補給部６９によるトナーの第１補給量を算出する。

第２算出部１０１Ｂは、トナーの消費量を示す指標に基づいて、トナー濃度が目標濃度に近づくように補給部６９によるトナーの第２補給量を算出する。例えば、トナーの消費量を示す指標は、シートＰの面積に対する印刷部分の積算面積の比率を示す、印字率又はビデオカウント値である。

補正部１０２は、現像剤が循環路７５を一周する循環周期Ｔに応じてトナー濃度に発生する長周期リップルが低減するように、フィルター処理により第１補給量又は第２補給量を補正する。循環周期Ｔは、例えば第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１の回転数に応じて決まる。循環周期Ｔは、例えば２０秒である。一方、短周期リップルの原因である第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１の回転周期は、例えば０．２秒である。

変更部１０３は、循環周期Ｔの変動に応じてフィルター処理の特性を変更する。

第１合算部１０４は、第２算出部１０１Ｂにより算出されたトナーの第２補給量を、補正部１０２による第１補給量の補正の結果に合算する。

第２合算部１０５は、第１合算部１０４に代わって、第２算出部１０１Ｂにより算出されたトナーの第２補給量を、補正部１０２による補正前の第１補給量に合算する。補正部１０２は、第２補給量が合算された第１補給量をフィルター処理により補正する。

次に、図１～図３を参照して、制御部１００の処理について説明する。図３は、制御部１００の処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１：図３に示すように、制御部１００は、センサー６４の出力を取得する。センサー６４の出力は、例えばアナログ電圧である。制御部１００は、アナログ電圧を時々刻々デジタル値に変換して入力する。

ステップＳ１０３：制御部１００は、センサー６４の出力の短周期リップル補正を実行する。

ステップＳ１０５：制御部１００は、環境及び線速に基づいて、センサー６４の出力を補正する。環境は、温度及び湿度を含む。線速は、感光体ドラム５０の線速を含む。

ステップＳ１０７：制御部１００は、センサー６４の出力をトナー濃度に変換する。

ステップＳ１０９：制御部１００は、トナー濃度と目標濃度との差分を計算する。

ステップＳ１１１：制御部１００は、トナー濃度と目標濃度との差分を低減するための制御の操作量を計算する。

ステップＳ１１３：制御部１００は、トナー濃度が目標濃度に近づくように、センサー６４の出力に基づくトナーの第１補給量を算出する。

ステップＳ１１５：制御部１００は、第１補給量の長周期リップル補正のためのフィルター処理を実行する。

ステップＳ１１７：制御部１００は、トナーの消費量を示す指標の１つである印字率に基づいて、トナーの第２補給量を算出する。

ステップＳ１１９：制御部１００は、第１補給量と第２補給量との合算により合算補給量を計算する。制御部１００は、合算補給量に基づいて補給部６９を制御する。

制御部１００は、図３に示すように、第１補給量と第２補給量とを合算する。これにより、第１補給量における遅延が緩和されてトナー補給の応答性が向上する。

次に、図１～図４を参照して、制御部１００の処理について更に説明する。図４は、制御部１００の処理の他の一例を示すフローチャートである。

図４に示されるように、ステップＳ１０１からステップＳ１１３までの処理は、図３中のステップＳ１０１からステップＳ１１３までの処理と同様である。以下、図４中のステップＳ１１３に続くステップＳ２０１以降の処理のみについて説明する。

ステップＳ２０１：制御部１００は、トナーの消費量を示す指標の１つである印字率に基づいて、トナーの第２補給量を算出する。

ステップＳ２０３：制御部１００は、第１補給量と第２補給量との合算により合算補給量を計算する。

ステップＳ２０５：制御部１００は、合算補給量の長周期リップル補正のためのフィルター処理を実行する。制御部１００は、補正後の合算補給量に基づいて補給部６９を制御する。

制御部１００は、図４に示すように、第１補給量と第２補給量とを合算した後にフィルター処理による補正を行う。これにより、印字率に基づいて算出された第２補給量に長周期リップルと同じ周期成分が含まれる場合でも、周期成分が低減される。

最後に、図５を参照して、長周期リップル補正のためのフィルター処理について説明する。図５は、長周期リップル補正のためのフィルター特性の一例を示す図である。図５において、横軸は周波数（Ｈｚ）を、縦軸はゲイン（ｄＢ）をそれぞれ示す。

図５に示すように、補正部１０２は、循環周期Ｔの逆数である循環周波数ｆ（＝１／Ｔ）と、循環周波数の整数倍の周波数２ｆ，３ｆ，…とにそれぞれ阻止帯域を有するフィルターを含む。例えばＴ＝２０秒ならば、ｆ＝０．０５Ｈｚ、２ｆ＝０．１Ｈｚ、３ｆ＝０．１５Ｈｚである。

第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１の回転数が変化すると、循環周期Ｔが変動する。シートＰの厚さ又は印字データに応じてプロセス速度が変更される場合にも、第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１の回転数の変化に起因して循環周期Ｔが変動する。機械動作音を抑制する静音モードでは、第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１の回転数が低下する。この場合にも、第１攪拌部材６０及び第２攪拌部材６１の回転数の低下に起因して循環周期Ｔが変動する。変更部１０３は、循環周期Ｔの変動に応じて阻止帯域の周波数を変更する。

本実施形態によれば、現像剤が循環路７５を一周する循環周期Ｔに応じてトナー濃度に発生する長周期リップルを低減できる画像形成装置１を提供できる。

上記した各実施形態の説明は、本発明における好適な実施形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。上記実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容が限定されるものではない。

（１）本実施形態では、画像形成装置１は、図１に示すように、４色の現像剤を使用するカラープリンターである。ただし、画像形成装置１は、４色以外の複数色の現像剤を使用するカラープリンターであってもよい。また、画像形成装置１は、単色の現像剤を使用するプリンターであってもよい。更に、画像形成装置１は、プリンターに限定されず、例えば、複写機、ファクシミリ、又は複合機であってもよい。また、現像方式は、２成分現像方式に限定されず、磁性１成分現像方式、又は非磁性１成分現像方式でもよい。

（２）本実施形態では、図３に示すように、トナーの第２補給量が第１補給量に合算されたが、本発明はこの構成に限られない。制御部１００は、ステップＳ１１７及びステップＳ１１９の処理を省略して、第２補給量が合算される前の第１補給量に基づいて補給部６９を制御してもよい。一方、センサー６４が設けられず、制御部１００が、印字率のみに基づいてトナーの補給制御を実行することも可能である。制御部１００は、図４中のステップＳ１０１からステップＳ１１３までの処理と、ステップＳ２０３の処理とを省略して、フィルター処理による補正後の第２補給量に基づいて補給部６９を制御してもよい。また、制御部１００の第１合算部１０４は、フィルター処理による補正前の第１補給量を、フィルター処理による補正後の第２補給量に合算し、制御部１００が、合算後の第２補給量に基づいて補給部６９を制御してもよい。

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法の分野に利用可能である。

Claims (6)

1. トナーを含む現像剤を用いて静電潜像をトナー像に現像する現像部と、
   前記現像部へ前記トナーを補給する補給部と、
   前記補給部の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記現像部は、
   前記現像剤を収容する容器と、
   前記容器の中で前記現像剤を攪拌しながら、前記容器の中の循環路に沿って前記現像剤を移送する攪拌部材と、
   前記容器の所定箇所における前記現像剤のトナー濃度を検知するセンサーと、を含み、
   前記制御部は、
   前記センサーによって検知された前記トナー濃度が目標濃度に近づくように前記補給部による前記トナーの第１補給量を算出する第１算出部と、
   前記現像剤が前記循環路を一周する循環周期に応じて前記トナー濃度に発生するリップルが低減するようにフィルター処理により前記第１補給量を補正する補正部と、して機能し、
   前記補正部は、前記循環周期の逆数である循環周波数と、前記循環周波数の整数倍の周波数とにそれぞれ阻止帯域を有するフィルターを含む、画像形成装置。
2. 前記制御部は、
   前記トナーの消費量を示す指標に基づいて、前記容器の中の前記現像剤のトナー濃度が目標濃度に近づくように前記補給部による前記トナーの第２補給量を算出する第２算出部と、
   前記第２補給量を、前記補正部による前記第１補給量の補正の結果に合算する第１合算部と、してさらに機能する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、
   前記トナーの消費量を示す指標に基づいて、前記容器の中の前記現像剤のトナー濃度が目標濃度に近づくように前記補給部による前記トナーの第２補給量を算出する第２算出部と、
   前記第２補給量を、前記補正部による補正前の前記第１補給量に合算する第２合算部と、してさらに機能し、
   前記補正部は、前記第２補給量が合算された前記第１補給量を前記フィルター処理により補正する、請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記循環周期の変動に応じて前記フィルター処理の特性を変更する変更部としてさらに機能する、請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記第２算出部は、前記トナーの消費量を示す指標として、印字率又はビデオカウント値を用いて、前記トナーの第２補給量を算出する、請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置。
6. トナーを含む現像剤を用いて静電潜像をトナー像に現像することにより画像を形成する画像形成方法であって、
   前記容器の所定箇所に設けられたセンサーを用いて、前記現像剤を収容する容器の所定箇所における前記現像剤のトナー濃度を検知し、
   検知された前記トナー濃度が目標濃度に近づくように前記トナーの第１補給量を算出し、
   前記現像剤が前記容器の中の循環路を一周する循環周期に応じて前記トナー濃度に発生するリップルが低減するようにフィルター処理により前記第１補給量を補正し、
   補正後の前記第１補給量にしたがって、前記容器に前記トナーを補給し、
   さらに、前記循環周期の逆数である循環周波数と、前記循環周波数の整数倍の周波数とにそれぞれ阻止帯域を有するフィルターにより前記フィルター処理を行なう、画像形成方法。

Images