JP2005265968A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体ドラム上の地汚れによるトナー量を考慮することにより、簡易な構成で正確にトナー残量を検出することができる画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】感光体ドラム１上に形成した静電潜像を、現像剤を用いて現像する現像装置４と、トナー格納部材内のトナー残量を、演算により検出するトナー残量算出手段とを備える画像形成装置において、感光体ドラム１上に形成された潜像部以外へのトナー付着量を検知する地汚れトナー検知センサ３５を有し、地汚れトナー検知センサ３５で検出された地汚れトナー量をトナー残量算出手段で算出することを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、さらに詳しくは、トナー補給及びトナー残量表示に関する。

従来、電子写真方式を利用した複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置では、感光体上に形成した静電潜像の現像を、トナー等の現像剤を用いて可視像を形成している。
トナーは現像装置に収容され、現像装置の現像スリーブ上に担持して感光体に搬送され、感光体上の静電潜像の現像に供される。この現像によって現像装置内のトナーは消費され、現像装置内でのトナー濃度が低下するので、トナー濃度を一定に保つためにトナー補給部材からトナーが補給される。
このため、トナー補給部材のトナーも、最初は満たされているが、次第に減少していき、遂には空になる。一般にトナー補給部材には、トナー格納部材が着脱自在に設けられ、トナー格納部材を交換することで、トナー補給がなされるようになっている。
トナー格納部材の交換時期の目安ともなるトナー残量検知方法は、センサ検知方法と代用特性を用い演算によりトナー残量を求める方式がある。

センサ検知方法の代表例として、以下のような例がある。
（１）現像装置内のトナー濃度低下により検知する。この方法では、トナー濃度が所定値以下となった場合には、トナーエンドと検知される。この方法では、残量が少ないニアエンドの状態が検知できないため、ユーザーが補給用トナーの購入などの準備ができないままトナーエンドとなり、画像形成装置の使用ができない場合がある。
（２）トナー格納部のトナー残量検出にフォトインタラプタを用いる。この方法では、フォトインタラプタにトナーが接触しなくなるとトナーエンドと検知される。この方法では、トナーの残量が固定値での検出しかできないので、トナーの残量をより詳細に知るためには、フォトインタラプタの数を増やせばトナーがなくなる以前に余裕をもって検知する、いわゆるトナーのニアエンド検知ができるので、補給トナーの購入などの準備は可能であるが、フォトインタラプタの取り付けスペースが多大となり、コスト高になる等の問題がある。

また、特許文献１に記載のように、演算によるトナー残量を検知する方式は、フォトインタラプタのような多大な取り付けスペースの問題がなく、低コストで、新たなセンサを追加することなく、既存の装置でトナー格納容器内のトナー残量を検知出来る。ところが、演算によるトナー残量を検知する方式は、感光体上のトナーによる汚れ、即ち、地汚れが考慮されないと、トナー格納容器内のトナー残量を正確に求めることが出来ず、トナー格納容器内の実トナー残量と、演算上のトナー残量とに差が生じるという問題がある。

特開２０００―１６２９３１号公報

上記問題点に鑑み、本発明は、感光体ドラム上の地汚れによるトナー量を考慮することにより、簡易な構成で正確にトナー残量を検出することができる画像形成装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、像担持体上に形成した静電潜像を、現像剤を用いて現像する現像手段と、トナー格納部材内のトナー残量を、演算により検出するトナー残量算出手段とを備える画像形成装置において、像担持体上に形成された潜像部以外へのトナー付着量を検知する地汚れトナー付着量検知手段を有し、地汚れトナー付着量検知手段で検出された地汚れトナー量をトナー残量算出手段で算出することを特徴とする画像形成装置である。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の画像形成装置おいて、前記地汚れトナー付着量検知手段は、地汚れ検知部材と地汚れトナー量演算手段とを有し、地汚れ検知部材で検知した像担持体上のトナーを用い、像担持体動作時長手方向の地汚れトナー量を算出することを特徴とする画像形成装置である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、地汚れ検知のタイミングは、像担持体上の画像領域外で回転方向上流または下流の画像領域近傍で像担持体上の静電電位と現像スリーブに印加する電位とが安定している領域であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項４に記載の本発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、画像または画素面積を検出しカウントする手段を有し、像担持体の走行距離と像担持体長手方向の長さとを掛けることにより求められる静電潜像の総面積を用い静電潜像の総面積から検出した画像面積を減算し、地汚れ検知部材により検知された単位面積辺りの地汚れトナー付着量を積算することにより像担持体上の地汚れトナー量を算出する事を特徴とする画像形成装置である。
請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、地汚れトナー付着量検知手段にトナー濃度センサを用いることを特徴とする画像形成装置である。

本発明により、感光体ドラム上の地汚れによるトナー量を考慮することにより、簡易な構成で正確にトナー残量を検出する画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。原稿載置台である原稿台ガラス１５上に置かれた図示しない原稿は、図示しないモータで所定方向に往復動する原稿照明ランプ１６等を備えたスキャナにより光走査され、原稿からの反射光がミラー１７ａ等から結像レンズ１７ｂを経てＣＣＤセンサ１８に結像し、電気信号に変換される。この電気信号は画像処理部１９に送られ、そこで所定の画像処理が施されて画像信号に形成される。
感光ドラム１の周囲には、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写ベルト８、クリーナ１０および前露光ランプ１１が設置され、その先に定着装置１３が設置されている。感光ドラム１の下方には複数の給紙カセット２０が設置されている。
画像形成では、感光ドラム１が一方向に回転し、その回転過程で帯電装置２により表面が一様帯電され、露光装置３からレーザー光の照射を受けて、感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
感光ドラム１下方の給紙カセット２０内には、紙がリフタ２１上に積載して収納されている。上記のトナー像の形成に合わせて、所定のカセット２０から給紙ローラ２２により紙が１枚取り出され、この紙は、搬送ローラ２３により複数の縦パスローラ２４およびレジスト前ローラ２５を経て、レジストローラ２６まで搬送される。レジストローラ２６に搬送された紙は、感光ドラム１上のトナー像が転写ベルト８に至るタイミングで感光ドラム１に送られ、転写ベルト８の作用により紙に転写される。

トナー像が転写された紙は、転写ベルト８により定着装置１３に送って、そこで加熱および加圧してトナー像の紙への定着が行われて永久画像とされた後、排紙ローラ１４により画像形成装置の機外に排出される。転写が終了した感光ドラム１は、その表面に残留した転写残りのトナーをクリーナ１０により除去し、前露光ランプ１１により表面を電気的に初期化した後、つぎの画像形成に使用される。
ここで、現像剤は、トナーのみの場合と、トナー＋キャリアの場合の両方を含む意味で使用する。

本実施例は、トナー残量検出手段を有しておらず、演算によりトナー残量を算出するものであり、以下に一例を示す。
図２は、トナーボトルが取り付けられた状態を示す図である。図３は、現像装置の斜視図である。現像装置４には、ホッパー３０を有するトナー補給手段が設置されている。ホッパー３０は現像装置４の上部に取り付けられ、内に補給用のトナーを格納している。現像装置４内のトナーが作像により使用され不足すると、ホッパー３０内にある補給ローラ９が回転し、現像装置４内にトナーを供給する。ホッパー３０内のトナーは使用されることにより、減少してなくなるが、機械内部に存在しているためユーザーが容易に交換することができない。そこで、ホッパー３０に、不足したトナーを充填するための手段であり、ユーザー交換が可能なトナー格納部材としてトナーボトル５を使用し、ホッパー３０内のトナーが不足したことを検知するトナーエンド検知手段４１を配置する。

トナーボトル５は、トナーの運搬、貯蔵、現像装置への供給のために使用され、トナーの消費後に空となったときにはリサイクルし、再利用することができる。図２に示すように、トナーボトル５は、胴体部が円筒状をしており、この胴体部の一端のトナー補給口にはキャップが設けられ、螺旋状に溝が設けられている。トナーボトル５の取り付け部がボトル駆動モータ３２により回転することでトナーボトル５全体が回転する。トナーボトル５は、スパイラルの溝を有するため自動的にトナーをトナー入口側へ搬送する。トナーエンド検知手段４１は、トナーが不足するとトナー補給命令を出し、トナーボトル５がボトル駆動モータ３２により回転されトナーを補給する。

図４は、トナーを補給している状態を示す図である。トナーボトル５内の途中のトナー粉面は図中で点線で示されるような状態になっている。使用の際、横に倒し回転可能な状態で現像装置にセットし、現像装置の運転に伴って消費される量に見合うトナー分がトナーボトル５の開口から現像装置に補給されることになる。
図５は、画像面積よりトナー残量を表示するフローを示す図である。図６は、転写枚数よりトナー残量を表示するフローを示す図である。印刷画像の画像面積または画素面積を検出手段４０により行い、それにより検出された値を画像面積率演算手段４６によって画像面積Ｇ１を積算し、転写材枚数検知手段４７により検出された転写材の排出枚数Ｙ３を用い平均画像面積演算手段４８で割ることにより、平均画像面積率ｈ１を演算する。あらかじめ単位画像面積に対するトナーの使用量ｄを求めておくことにより、トナー残量算出手段４４においてｈ１×ｄでトナーの使用量を算出しトナー残量に換算し、トナー残量消費量認識手段５２に認識させる。トナーエンド迄の画素面積の積算値をあらかじめ求めておくことにより、画像面積の積算値からトナー残量を算出することも出来る。精度を上げるために平均画像面積別にトナーエンド迄の画像面積の積算値を求めておき、画像面積率演算手段４６で算出された平均画像面積率に応じて、画像面積の積算値を使い分けるとよい。また、画像面積率の積算値または平均画像面積率はトナーボトルを交換するたびにリセットする。

図７は、地汚れトナー検出センサの配置を示す図である。図８は、地汚れトナー演算手段よりトナー残量を算出するフローを示す図である。感光体ドラム１上の地汚れトナーを検出するための地汚れ検知部材として地汚れトナー検出センサ３５を取り付け、感光体ドラム１上の地汚れトナーを検出し、検出された値を地汚れトナー演算手段５３により地汚れトナー量へ変換し、地汚れトナーによるトナー消費量を付加し、トナー残量算出手段４４でトナー残量に変換する事により正確にトナー残量の検知が可能となる。
この地汚れトナー検知センサ３５は、感光体ドラム１の長手方向全面に存在することが望ましいが、感光体ドラム１の長手方向の地汚れトナー量は、実験により、さほど変化がないことがわかっており、測定点は、コストとの兼ね合いにより、感光体ドラム１上に数点、または、最小で１点測定することにより感光体ドラム１長手方向の地汚れは演算できる。演算方法は、地汚れトナー検出センサ３５により検出した地汚れトナー量を単位面積辺りの地汚れトナー量に地汚れトナー演算手段５３を用い算出する。演算された値をトナー残量算出手段４４に取り入れる事により地汚れトナー量が考慮されたトナー残量が算出される。

図９、１０は、地汚れトナー測定タイミングを示す図である。地汚れトナー測定タイミングは常に測定していることが望ましいが、画像領域で測定を行うと画像部と地汚れトナーの切り分けが難しいため、簡易的に感光体ドラム１上の地汚れ量を検出するためには、画像領域外で回転方向上流または下流が望ましい。しかし、現実には、感光体ドラム１上の帯電電位は、帯電開始からしばらく時間が必要である。帯電終了領域も帯電終了からしばらくの間は、感光体ドラム１上は帯電されている。そのため感光体ドラム１上の地汚れトナー量を検出するタイミングとしては、図１０に示すように、画像領域外で回転方向上流または下流の画像領域近傍で像担持体上の静電電位と現像スリーブに印加する電位が安定している領域で行うことにより正確に地汚れトナーを検出することができる。

図１１は、地汚れトナー量からトナー残量を算出するフローを示す図である。印刷画像の画像面積または画素面積を検出する検出手段４０を有する場合は、感光体ドラム１のプリント動作時の走行距離と感光体ドラム１の長手方向の長さとを掛けることにより求められるプリント動作時の感光体ドラム１の総面積から、画像面積検出手段４０により求められた画像面積を地肌部演算手段５４で減算することにより感光体ドラム１の地肌部（画像の無い部分）の面積が算出される。地汚れトナー検知センサ３５により検出した地汚れトナー量を、地汚れトナー演算手段５３を用いて単位面積辺りの地汚れトナー量に換算し、地肌部演算手段５４で求められた地肌部面積を地汚れトナー演算手段５３で掛けることによりプリント動作時の地汚れトナー量が算出される。算出された値をトナー残量算出手段４４に取り入れることにより画像部と地肌部とを切り分け、正確な地汚れトナー量が考慮されたトナー残量が算出される。

図１２は、トナー濃度センサを用いた画像形成装置の概略構成図である。地汚れトナー検知センサ３５の代わりにトナー濃度センサ３４を用いることによりシンプルな構成で部品点数を増やすことなく、地汚れトナー量を考量したトナー残量を算出できる。
トナー濃度センサ３４を用いるときは、転写ベルト８は感光体ドラム１に当接していないときに地汚れトナーの検知することが望ましい。転写ベルト８が感光体ドラム１に当接していると、地汚れが転写ベルト８または転写材に転写するため、正確な地汚れトナーを検出することができない。また、地汚れトナーは、経時、環境等により変化するため、地汚れのトナー量の検出、演算は、プリント毎に行うのが望ましい。

本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。 トナーボトルが取り付けられた状態を示す図である。 現像装置の斜視図である。 トナーを補給している状態を示す図である。 画像面積よりトナー残量を表示するフローを示す図である。 転写枚数よりトナー残量を表示するフローを示す図である。 地汚れトナー検出センサの配置を示す図である。 地汚れトナー演算手段よりトナー残量を算出するフローを示す図である。 地汚れトナー測定タイミングを示す図である。 地汚れトナー測定タイミングを示す図である。 地汚れトナー量からトナー残量を算出するフローを示す図である。 トナー濃度センサを用いた画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ トナーボトル
６ トナー濃度センサ
７ フォトセンサ
８ 転写ベルト
９ 補給ローラ
１０ クリーナ
１１ 前露光ランプ
１３ 定着装置
１４ 排紙ローラ
１５ 原稿台ガラス
１６ 原稿照明ガラス
１７ａ ミラー
１８ ＣＣＤセンサ
１９ 画像処理部
２０ 給紙カセット
２１ リフター
２２ 給紙ローラ
２３ 搬送ローラ
２４ 縦パスローラ
２５ レジスト前ローラ
２６ レジストローラ
２７ トナー補給部材
３０ ホッパー
３１ スクリュー
３２ ボトル駆動モータ
３３ モータ
３４ トナー濃度センサ
３５ 地汚れトナー検知センサ
４０ 画素面積検出手段
４４ トナー残量算出手段
４６ 画像面積率演算手段
５１ トナー消費量演算手段
５３ 地汚れトナー量演算手段
５４ 地肌部演算手段

Claims (5)

1. 像担持体上に形成した静電潜像を、現像剤を用いて現像する現像手段と、
   トナー格納部材内のトナー残量を、演算により検出するトナー残量算出手段とを備える画像形成装置において、
   像担持体上に形成された潜像部以外へのトナー付着量を検知する地汚れトナー付着量検知手段を有し、
   地汚れトナー付着量検知手段で検出された地汚れトナー量をトナー残量算出手段で算出する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置おいて、
   前記地汚れトナー付着量検知手段は、地汚れ検知部材と地汚れトナー量演算手段とを有し、地汚れ検知部材で検知した像担持体上のトナーを用い、像担持体動作時長手方向の地汚れトナー量を算出することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、
   地汚れ検知のタイミングは、像担持体上の画像領域外で回転方向上流または下流の画像領域近傍で像担持体上の静電電位と現像スリーブに印加する電位とが安定している領域であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
   画像または画素面積を検出しカウントする手段を有し、
   像担持体の走行距離と像担持体長手方向の長さとを掛けることにより求められる静電潜像の総面積を用い静電潜像の総面積から検出した画像面積を減算し、地汚れ検知部材により検知された単位面積辺りの地汚れトナー付着量を積算することにより像担持体上の地汚れトナー量を算出する事を特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   地汚れトナー付着量検知手段にトナー濃度センサを用いることを特徴とする画像形成装置。

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