JP2007079100A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー補給部におけるトナー残量のニアエンドを高精度で検知し、トナーを最後まで有効使用することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体上に形成された基準電位潜像パターンを現像装置により現像して得られた顕像パターンの濃度を光学的に検知する光学的検知手段と、二成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、出力する画像の面積率を各色毎に検知して記憶する手段と、現像装置にトナーを補充するトナー補給部内のトナーニアエンド又はトナーエンドを判定する手段を有する画像形成装置において、トナー濃度検出手段がトナーニアエンド又はトナーエンドを検出した場合であっても、画像面積率が所定値よりも高く、かつ光学的検知手段により所定の作像枚数毎に検知した顕像パターンの濃度が所定レベルよりも高い場合にはトナーニアエンド又はトナーエンドと判定せず、チェックを継続する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電子写真方式を利用した画像形成装置に係り、特に、トナーを現像装置へ補給するトナー補給部内のトナーニアエンドを検知するようにした画像形成装置に関する。

トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を使用する画像形成装置では、画像形成枚数を重ねるに従って現像剤中のトナーが消費され、現像装置内の現像剤のトナー濃度が漸次減少して行き、それに伴って現像された画像の濃度も薄くなっていく。そこで、現像剤のトナー濃度を検知して、現像剤濃度が所定値より低下すればトナー補給部よりトナーを補給し、現像剤のトナー濃度を常に所定範囲内に維持するようにしている。現像装置に対してトナー補給部からトナーの補給を繰返し行うと、遂には、トナー補給部内のトナー残量が底をつき、トナー補給部に対してトナーを補充する必要が生ずる。その場合、トナー補給部内にトナーが全くなくなってから、これを検知し、表示した場合、トナー補充用カートリッジの手配等に不都合であり、数１０枚位画像形成できる余裕を持ってトナー残量のニアエンドを検知し、警告を表示することが望ましい。

二成分現像剤を使用する画像形成装置の現像装置へのトナー補給部のトナー残量のニアエンドを検知する技術としては、例えばトナー補給部内のトナー攪拌用アジテータを回転させるトルクを検知し、トナー残量が少なくなるとアジテータを回転する際に生ずる抵抗が減少してトルクが減少することから、トルクがある値以下になった時、トナー残量のニアエンドと判定して警告を表示するものがあるが、トナー残量が少なくなると検知精度が低下するという欠点がある。

このような、トナー補給部内のトナー残量を検知する従来技術として、例えば特許文献１には、 トナー収容容器内のトナーが無くなったことを検知し、検知後にトナーエンドを精度良く判定する画像形成装置を提供することを目的として開発された装置であって、画像情報に基づいて像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、この静電潜像を可視像化する現像装置と、この現像装置に補給するトナーを収容するトナー収容部と、このトナー収容部に供給するトナーを収容し、トナー収容部に対して脱着可能なトナー収容器と、このトナー収容器内のトナー残量を検知するトナー残量検知手段と、上記現像装置の現像能力を検知する現像能力検知手段とを備えた画像形成装置において、上記トナー残量検知手段によるトナー残量の検知結果に基づいて、上記トナー収容器内のトナーが無くなるか又はある程度の残量になるまで少なくなったときにトナーニアエンドと判定するトナーニアエンド判定手段と、このトナーニアエンド判定手段によってトナーニアエンドが判定された後に形成される画像についての画像情報と、上記現像能力検知手段による現像能力検知結果とに基づいて、トナーエンドを判定するトナーエンド判定手段を設けた画像形成装置が開示されている。

また、 特許文献２には、トナーの補給及びその補給量の補正用に使用していたドットカウンタとＰセンサを、トナーニアエンド及びトナーエンド検出用として用いることによって、システムの簡略化、低コスト化を達成することを目的として開発された装置であって、書き込んだ画素数を数えるドットカウンタと、トナー濃度検出センサを有する現像部と、レーザ書き込み部とを備えた画像形成装置において、前記ドットカウンタの値によりトナーニアエンドを検出し、前記トナー濃度検出センサによりトナーエンドを検出する検出手段を備えた画像形成装置が開示されている。

更に、特許文献３には、画像濃度を一定の範囲に保持するため現像剤濃度を検知する手段としてよく用いられている所謂Ｐセンサ方式に使用される光学センサを利用する方法が開示されている。Ｐセンサ方式とは、コンタクトガラスのサイドスケールの下部に設けられた基準濃度パターンを露光々学系により感光体上に露光して基準電位の静電潜像パターンを形成し、又は一定の時間間隔で点滅を繰返すレーザ光線により感光体を走査して基準電位の静電潜像パターンを形成し、この潜像パターンを現像装置により現像し、顕像パターンを形成し、その濃度と感光体地肌部の濃度を光電センサ（Ｐセンサ）で電圧として検出するものである。この電圧検知頻度は、例えばコピー１０枚毎に１度であり、顕像パターンの濃度に対応する電圧をＶｓｐ、地肌部濃度に対応する電圧をＶｓｇとするとき、Ｖｓｐ／Ｖｓｇの値が、例えば１／１０以下になると現像剤のトナー濃度不足と判定し、Ｖｓｐ／Ｖｓｇが１／１０を超えるまでトナー補給部から現像装置にトナーを補給する。

図６は、このような従来技術におけるニアエンド検出フロー図である。トナー補給経路中にある光学的検出手段（ＴＥセンサ）によって空を検出したか否かを判定し（ステップＳ６１）、空を検出した場合には、ニアエンドを点灯する（ステップＳ６２）。ＴＥセンサによって空を検出していない場合でも、トナー濃度検出手段によって、目標トナー濃度（Ｖｒｅｆ）と現在のトナー濃度（Ｖｔ）との差分を取り（ステップＳ６３）、所定の値、例えば０．４Ｖを連続ｎ枚超えた場合にニアエンド点灯とする（ステップＳ６２）。一方、差分が所定値を超えない場合は、ニアエンドと判定しない（ステップＳ６４）。
また、図７は、従来技術における別のエンド検出フロー図である。この従来技術は、先に述べたＴＥセンサでニアエンドを検出後（ステップ７１）、所定画素数を出力したか否かを判断し（ステップＳ７２）、所定数以上となった場合に、エンドを点灯する（ステップＳ７３）。ＴＥセンサによって空を検出していない場合でも、上記トナー濃度検出手段によって、目標トナー濃度（Ｖｒeｆ）と現在のトナー濃度（Ｖｔ）との差分を取り（ステップＳ７４）、所定の値、例えば０．５Ｖを連続ｎ枚超えた場合にエンド点灯とする（ステップＳ７３）。一方、所定の値、例えば０．５Ｖを連続ｎ枚超えない場合にはエンドフラグをクリアする（ステップＳ７５）。

ところが、トナー補給部にトナーが僅かしかない場合、Ｐセンサ方式によりトナー補給部にトナー補給指令が出てもトナーを所定量補給することができないので、Ｐセンサによる検知を数回繰返してもパターンの濃度は所定の範囲に回復しないことがある。この場合、トナー補給部におけるトナーのニアエンドと判定され、操作盤に警告が表示される。しかし、従来のこの種の方法は、トナーニアエンドの検知を、顕像パターンの濃度のみで判断していたために、画像面積率の高い画像の連続作像時又は電位の変動等により実際にはトナーが十分存在するのに、ニアエンドと判定され、所定枚数後にトナーエンドと表示されて装置全体が停止し、トナーを最後まで有効に使用できないという問題があった。

また、トナー補給部の搬送経路の一部を光透過性の材料で製作し、透過光量レベルによってトナー残量を検知する技術が知られているが、この方法は、搬送経路の一部を光で検出する為に、部材に汚れが付着した場合等に検知精度が低下するという欠点がある。
また、二成分現像剤中のトナー濃度を検出する手段として透磁率センサ等を用い、狙いトナー濃度レベルに対する検出レベルの差を計算し、この差があるレベル以上になるとニアエンドと判定する技術も知られているが、この方法は、急に出力画像の面積率が変動した場合や環境が大きく変動した場合等に現像剤の嵩が変化して誤検知するという欠点があり、特に、急に高い面積率の画像を連続して通紙した場合等は、センサの検出レベル濃度が薄い側へシフトするという欠点がある。

特開平１１−０６５２５９号公報 特開平０６−３２４５６９号公報 特開平０９−１７９３９６号公報

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、二成分現像剤を使用する電子写真方式の画像形成装置において、トナー補給部におけるトナー残量のニアエンドを高精度で検知し、トナーを最後まで有効に使用することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体上に形成された基準電位潜像パターンを現像装置により現像して得られた顕像パターンの濃度を光学的に検知する光学的検知手段と、二成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検知手段と、出力する画像の面積率を各色毎に検知して記憶する手段と、前記各検知手段における検出データに基づいて、前記現像装置にトナーを補充するトナー補給部内のトナーニアエンド又はトナーエンドを判定する判定手段と、を有する画像形成装置において、前記トナー濃度検知手段が現像剤中のトナー濃度が低く前記トナーニアエンド又はトナーエンドを検出した場合であっても、前記検出した画像面積率が所定値よりも高く、かつ前記光学的検知手段により所定の作像枚数毎に検知した顕像パターンの濃度が所定レベルよりも高い場合には、前記トナーニアエンド又はトナーエンドと判定することなく、前記トナーニアエンド又はトナーエンドチェックを継続するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
この場合において、過去に画像形成した所定枚数当たりの平均画像面積率を算出し、算出した値と基準値とを比較して前記トナーニアエンド又はトナーエンドを判定するように制御することが好ましい。
また、現像剤を交換し、又は現像ユニットを交換した場合には、前記過去に画像形成した所定枚数当たりの平均画像面積率のデータをクリアするように制御することが好ましい。

トナー補給部におけるトナー残量のニアエンドを高精度で検知し、トナーを最後まで有効に使用することができる画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図、図２は、図１の感光体及び現像装置部分を示す拡大図である。
図１において、この画像形成装置は、二成分現像装置を複数備えた画像形成装置である。即ち、この画像形成装置は、４ドラムフルカラーの電子写真方式を採用したものであり、装置本体１内に、潜像担持体である円筒状の感光体ドラム２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄが配設されている。感光体ドラム２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄは転写ベルト３の図１中、上側面にそれぞれ当接するように、且つ転写ベルト３の搬送方向に沿って順次配置されている。
感光体ドラム２Ａはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｂはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｃはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｄはブラック色に対応する画像を形成する。感光体ドラム２Ａ〜２Ｄは、所定の間隔を置いて一列に配置されており、転写位置に搬送されてきた転写紙にそれぞれトナー像を転写する。各トナー像が転写、積層され、永久的なフルカラー画像が形成される。

図２において、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄにそれぞれ対応して帯電ローラ７（Ａ〜Ｄ）及び現像装置４Ａ〜４Ｄが配設されている。現像装置４Ａ〜４Ｄにおいては、上述した感光体ドラム２に対応して各現像装置ごとに異なる色のトナーが使用される。即ち、現像装置４Ａ〜４Ｄは、現像剤により色分解された画像データに対応する着色トナーを保持し、バイアスを印加することにより静電潜像の現像を行う二成分現像装置である。各現像装置４Ａ〜４Ｄにおいては、使用するトナーの色のみが異なる。即ち、対応する感光体ドラム２に対応し、現像装置４Ａではマゼンタ、現像装置４Ｂではシアン、現像装置４Ｃではイエロー、そして現像装置４Ｄではブラックの各トナーが使用される。

感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ及びこれに対応する現像装置２Ａ〜２Ｄの上方には、それぞれ色分解された画像データに対応する感光体ドラムを露光する書き込みユニット５が配置されている。一方、転写ベルト３の下方には両面ユニット６が配置されており、転写ベルト３の後流、即ち、図１中、左上方には、記録媒体に転写された転写画像を前記記録媒体に定着させる定着装置８が配置されている。各感光体ドラム及びその周辺部は、それぞれ同一の構成を有しており、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄに対応して感光体表面の転写残トナーを除去するためのクリーニング装置（図示省略）が設けられている。

現像装置４Ａ〜４Ｄには、図２に示したように、例えば感光体ドラム２Ａ〜２Ｄと近接又は摺接する現像ローラ９と、２本の平行な撹拌搬送スクリュー１０Ａ及び１０Ｂが設けられている。感光体ドラム２（Ａ〜Ｄ）に向けて開口部を有する現像ケーシング１１の内部に、前記開口部から一部が露出するように現像ローラ９が配置されており、この現像ローラ９に隣接するように、前記現像ローラ９によって担持、搬送される現像剤量を規制する規制部材としてのドクタ１２が配設されている。また、現像ローラ９に隣接するように、図中右側に配置された撹拌搬送スクリュー１０Ａと１０Ｂの間には透磁率センサ（以下、Ｔセンサという）１３が設けられている。現像ローラ９は、その表面が、トナー及び磁性キャリアからなる現像剤を担持する現像剤担持体としての非磁性材質によって構成されており、その内部に磁界発生手段としてのマグネットローラが固定、配設されている。

以下に、上記構成の画像形成装置の動作を説明する。図１の画像形成装置において、感光体として、例えば（−）帯電有機感光体を使用し、現像剤として、例えば（−）帯電トナーを含有する二成分現像剤を使用する反転現像システムが適用されている。
先ず、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄをそれぞれ図１中、時計方向に回転し、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄと対応する帯電ローラ７（Ａ〜Ｄ）（図２参照）との間に電圧を印加して感光体ドラム２の表面を一様に帯電する。次に、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの帯電面に、書き込みユニット５によって各色の画像に対応する、例えばレーザ光を照射、露光して、感光体の潜像面に各色に対応した潜像を形成する。潜像が形成された感光体ドラム２Ａ〜２Ｄを更に回転させて各潜像を対応する現像装置４Ａ〜４Ｄと対向する位置まで移動させ、ここで、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各トナーを用いて前記潜像を現像し、各色のトナー像を形成する。

現像装置４Ａ〜４Ｄ内のトナーは、画像データにより消費され、画像面積及び現像装置内にあるＴセンサ１３（図２参照）の検出値に応じてトナーを補給することでほぼ一定に保つ。また、例えば印刷枚数１０枚に一回のプロセスコントロールによりＴセンサ１３の目標値、帯電電位、光量を設定する。ここで、プロセスコントロールの基準となる印刷枚数は、狙いにより異なり、例えば５〜２００枚のうち何れであってもよい。また、この場合のプロセスコントロールは、例えば感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ上又は転写ベルト３上に形成された複数のハーフトーン及びベタパターンＰｋ〜Ｐｙをフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂにより検出して付着量に換算し、狙いの付着量になるように設定するモードが適用される。
次に、図示省略した転写紙を転写ベルト３に吸着、搬送させ、例えばその上側面に、上述したイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック色の各トナー像を順次重ね合わせるように転写し、感光体ドラム２Ｄを通過した時点で転写紙上に４色のトナー画像を重ね合わせたフルカラー画像を形成する。カラー画像が転写された転写紙を、後流の定着装置８に供給し、ここで、例えば熱と圧力を加えることにより前記カラー画像を溶融し、記録紙に定着させる。このようにして画像が定着した記録紙を、例えば排紙トレイ上に排紙する。
一方、像転写後の感光体ドラム上に残留したトナーは図示省略したクリーニング装置により除去され、又感光体１上に残留している電荷は、図示省略した除電ランプにより光除電され、再度上記の工程が繰返される。なお、感光体ドラムの表面電位は、例えば地肌部電位（暗部電位）ＶＤが約−８００Ｖ、画像部電位（明部電位）ＶＬが約−５０Ｖに設定され、現像バイアス電位ＶＢの約−８００Ｖとの電位差で現像される。

図３は、図１に示した画像形成装置における転写ベルト３を示す説明図である。図３において、転写ベルト３の通紙方向（矢印a方向）に沿った左右両側に、それぞれフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂが配置されている。通紙方向左側のフォトセンサ１５Ａと右側のフォトセンサ１５Ｂとで、左右の色ずれを調整するようになっている。２個のフォトセンサを使用した、色ずれ補正及び画像濃度補正については適宜、公知の調整手法が用いられる。
この画像形成装置では、画像濃度制御はＰセンサ方式が採用されており、前述の手段により感光体ドラム上に基準電位の潜像パターンが形成され、現像装置４により顕像化され、図３に示したように、センサ１５Ａ、１５Ｂにおいて、顕像パターンＰｋ〜Ｐｙからの反射光に対応した検知信号電圧ＶＳＧが出力される。

以下、本実施形態に係る画像形成装置の操作方法について、フローチャートである図４及び図５を用いて詳細に説明する。
図４は、本実施形態におけるトナー補給部のトナーニアエンド検出フローを示す図である。図４において、ステップＳ４におけるＭｐＡという表記は、通紙中に紙と紙の間においても上記Ｐセンサ方式によって基準電位の潜像パターンと所定の作像バイアス条件によって形成された画像を読み取った検出信号のレベルを示すものである。
ＴＥセンサによるニアエンド検出は、例えば従来技術の場合と同様に行い（ステップＳ１）、ＴＥセンサが空を検出している場合は、原則としてニアエンドフラグをたてる（ステップＳ６）。
しかしながら本実施形態においては、ＴＥセンサが空を検出していない場合に、トナー濃度検出手段によって、目標トナー濃度（Ｖｒeｆ）と現在のトナー濃度（Ｖｔ）との差分を取り、その差分が所定の値、例えば０．４Ｖよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２）、差分が０．４Ｖよりも大きくない場合は、ニアエンドフラッグをたてない（ステップＳ５）。一方、連続ｎ枚の差分が例えば０．４Ｖよりも大きい場合は、過去の、例えば８枚の平均カバレッジ（画像面積率）が、基準値である、例えば５０％以上であるか否かを判定し（ステップＳ３）、５０％未満の場合は、ニアエンドフラッグを立てる（ステップＳ６）。一方、平均カバレッジが、例えば５０％以上のときは、更に、先に述べたＰセンサでの紙間潜像検出パターンが所定濃度範囲、例えばレベル２０以下であるか否かを判定し（ステップＳ４）、例えばレベル２０以下のときは、ニアエンドフラッグを立てる（ステップＳ６）。一方、所定レベル以下でない場合は、ニアエンド点灯を行わない（ステップＳ５）。これによって、従来技術で問題であった高画像面積の連続出力時に現像剤の流動性や嵩密度が変動することで生じるＶｔ上昇に伴うニアエンド誤検知を防止することができる。

図５は、本実施形態の変形例を示す操作フロー図である。図５において、この制御方法は、上述した従来技術の図７に対応するものであり、上記図４に示した実施形態の操作フローと異なるところは、ステップＳ１の下流に、前回のニアエンド表示後、所定の画素数経過したか否かを判定し（ステップＳ７）、経過していない場合は、エンドフラグを立てず、エンドチェック操作を継続するようにした点である。このような操作フローにおいても、従来技術で問題であった高画像面積の連続出力時に現像剤の流動性や嵩密度が変動することで生じるＶｔ上昇に伴うニアエンド誤検知を防止することができる。

本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 図１の感光体及び現像装置を示す拡大断面図である。 図１の画像形成装置における転写ベルト３を示す説明図である。 実施形態における操作フローを示す図である。 別の操作フローを示す図である。 従来技術における操作フローを示す図である。 従来技術における別の操作フローを示す図である。

符号の説明

１ 装置本体
２Ａ〜２Ｄ 感光体ドラム
３ 転写ベルト
４Ａ〜４Ｄ 現像装置
５ 書き込みユニット
６ 両面ユニット
７Ａ〜４Ｄ 帯電ローラ
８ 定着装置
９ 現像ローラ
１０Ａ、１０Ｂ 撹拌搬送スクリュ
１１ 現像ケーシング
１２ 現像剤規制部材（ドクタ）
１３ 透磁率センサ（Ｔセンサ）
１５Ａ、１５Ｂ フォトセンサ

Claims (3)

1. 像担持体上に形成された基準電位潜像パターンを現像装置により現像して得られた顕像パターンの濃度を光学的に検知する光学的検知手段と、二成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検知手段と、出力する画像の面積率を各色毎に検知して記憶する手段と、前記各検知手段における検出データに基づいて、前記現像装置にトナーを補充するトナー補給部内のトナーニアエンド又はトナーエンドを判定する判定手段と、を有する画像形成装置において、
   前記トナー濃度検知手段が現像剤中のトナー濃度が低く前記トナーニアエンド又はトナーエンドを検出した場合であっても、
   前記検出した画像面積率が所定値よりも高く、かつ前記光学的検知手段により所定の作像枚数毎に検知した顕像パターンの濃度が所定レベルよりも高い場合には、前記トナーニアエンド又はトナーエンドと判定することなく、前記トナーニアエンド又はトナーエンドチェックを継続するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 過去に画像形成した所定枚数当たりの平均画像面積率を算出し、算出した値と基準値とを比較して前記トナーニアエンド又はトナーエンドを判定するように制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 現像剤を交換し、又は現像ユニットを交換した場合には、前記画像形成した所定枚数当たりの平均画像面積率のデータをクリアするように制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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