画像形成装置、及びトナー補給方法
【課題】本発明が解決しようとする課題は、トナーが十分な帯電量を得ることである。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の一態様における画像形成装置は、像担持体の表面を露光して入力部からの画像情報に対応する静電潜像を形成する露光部と、現像剤を攪拌する攪拌ローラ、及び前記像担持体の表面に現像剤のトナーを移行する現像ローラ、及びトナー比濃度を検出するトナー比濃度センサを含み、前記像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器と、前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動する駆動源と、前記現像ローラと前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記トナー比濃度センサで検出するトナー比濃度に応じて変更するように前記駆動源を制御する制御部と、を備えることをその要旨とする。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の一態様における画像形成装置は、像担持体の表面を露光して入力部からの画像情報に対応する静電潜像を形成する露光部と、現像剤を攪拌する攪拌ローラ、及び前記像担持体の表面に現像剤のトナーを移行する現像ローラ、及びトナー比濃度を検出するトナー比濃度センサを含み、前記像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器と、前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動する駆動源と、前記現像ローラと前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記トナー比濃度センサで検出するトナー比濃度に応じて変更するように前記駆動源を制御する制御部と、を備えることをその要旨とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置及びトナー補給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー入れ替え動作や、高印字率の画像を続けて印刷した場合の現像剤補給時は、現像剤中のトナーとキャリアの比率を一定に保つように、消費された分のトナーをトナーカートリッジから補給される画像形成装置が知られている。しかしながら、補給されるトナーが多いときに、キャリアとトナーが十分攪拌されず、十分なトナーの帯電量が得られないという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５０３３９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、トナーが十分な帯電量を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様における画像形成装置は、像担持体の表面を露光して入力部からの画像情報に対応する静電潜像を形成する露光部と、現像剤を攪拌する攪拌ローラ、及び前記像担持体の表面に現像剤のトナーを移行する現像ローラ、及びトナー比濃度を検出するトナー比濃度センサを含み、前記像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器と、前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動する駆動源と、前記現像ローラと前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記トナー比濃度センサで検出するトナー比濃度に応じて変更するように前記駆動源を制御する制御部と、を備えることをその要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第一の実施形態における画像形成装置を示す構成図である。
【図２】第一の実施形態における画像形成装置の内部構造を示す構成図である。
【図３】第一の実施形態における現像装置の構成を示す正面断面図である。
【図４】第一の実施形態における現像装置の現像ローラと現像剤攪拌部の駆動機構の一例を示す背面図である。
【図５】第一の実施形態における画像形成装置の制御系を示すブロック図である。
【図６】第一の実施形態における通常補給時の現像ローラに対する攪拌ローラの回転比率とトナー復帰時間の関係を示すグラフである。
【図７】第一の実施形態における強制補給時の現像ローラに対する攪拌ローラの回転比率とトナー復帰時間の関係を示すグラフである。
【図８】第一の実施形態におけるトナー補給のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、画像形成装置の実施の形態を説明する。
【０００８】
第一の実施形態は、現像ローラと攪拌ローラを独立駆動制御し、トナー補給量に応じて、現像ローラに対する攪拌ローラの回転数比を変更する。
【０００９】
図１は、第一の実施形態の画像形成装置を示す構成図である。図１において、１００は画像形成装置であり、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）や、プリンタ、複写機等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。
【００１０】
ＭＦＰ１００は、自動原稿搬送部（ＡＤＦ）１２と、操作パネル１３と、スキャナ部１６と、プリンタ部１７と、給紙カセット（給紙部）１８と、排紙部４０を有する。
【００１１】
ＡＤＦ１２は、原稿台上に開閉自在に設けられ、原稿を自動で搬送する。操作パネル１３は、各種のキーを有する操作部１４と、タッチパネル式の表示部１５を有する。
【００１２】
スキャナ部１６は、ＡＤＦ１２の下部に設けられ、ＡＤＦ１２によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成する。スキャナ部１６は、印刷原稿の入力部の一例であり、この他に、例えば、外部端末としてＰＣ（Personal Computer）で作成した原稿をこの入力部で受け入れ、画像データとして印刷することも可能である。入力部にて画像データを受け入れた時点で、画像データの画素により用紙の印字率が検出される。
【００１３】
給紙カセット１８は、各種サイズの用紙Ｓを収容する複数のカセットを有する。排紙部４０は、画像形成され、排出された用紙Ｓを収容する。
【００１４】
プリンタ部１７は、後述する画像形成部とレーザ露光装置等を含み、スキャナ部１６で読み取った画像データやＰＣ等で作成された画像データを処理して用紙Ｓに画像を形成する。プリンタ部１７によって画像が形成された用紙は、排紙部４０に排出される。プリンタ部１７は、例えば４連タンデム方式によるカラーレーザプリンタである、レーザ露光装置１９からのレーザビームによって画像形成部の感光体を走査して画像を生成する。
【００１５】
レーザ露光装置１９は、ポリゴンミラー１９ａ、結像レンズ系１９ｂ、ミラー１９ｃを含み、半導体レーザ素子から出射された、画像データにより変調されたレーザビームを回転する感光体ドラム２２の軸線方向に走査する。
【００１６】
プリンタ部１７は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを含む。画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に、上流側から下流側に沿って配置される。
【００１７】
図２は、画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを含むプリンタ部１７を拡大して示す図である。以下の説明において各画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは同様の構成であるため、画像形成部２０Ｙを代表して説明する。
【００１８】
画像形成部２０Ｙは、像担持体である感光体ドラム２２Ｙを有し、感光体ドラム２２Ｙの周囲に、回転方向ｔに沿って帯電チャージャ２３Ｙ、現像器２４Ｙ、１次転写ローラ２５Ｙ、クリーナ２６Ｙ、ブレード２７Ｙを配置している。感光体ドラム２２Ｙの露光位置には、レーザ露光装置１９からイエローに対応する画像データで変調されたレーザビームを照射し、感光体ドラム２２Ｙ上に静電潜像を形成する。
【００１９】
画像形成部２０Ｙの帯電チャージャ２３Ｙは、感光体ドラム２２Ｙの表面を一様に全面帯電する。この帯電した感光体ドラムの表面に前述のレーザビームを照射して静電潜像を形成する。現像器２４Ｙは、現像バイアスが印加される現像ローラによりイエローのトナー及びキャリアにより構成される２成分現像剤を感光体ドラム２２Ｙに供給する。供給される現像剤により感光体ドラム上の静電潜像が現像（トナー像）される。後述する転写工程を経て、クリーナ２６Ｙは、ブレード２７Ｙを用いて感光体ドラム２２Ｙの表面の残留トナーを除去する。
【００２０】
図１に示すように、画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの上部には、現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋにトナーを供給するトナーカートリッジ２（現像剤収容部）を設けている。トナーカートリッジ２は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーカートリッジ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋが隣接している。各色のトナーカートリッジのうち、ブラック（Ｋ）のカートリッジ２Ｋのみ、その容量が大きくなっている。これは、通常の画像形成においては、ブラックのトナーの消費量が一番多いためである。
図１及び図２において、無端状の中間転写ベルト２１は、循環的に移動し、耐熱性及び対磨耗性の点から例えば半導電性ポリイミドが用いられる。中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２、３３に張架され、感光体ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋに対向して接触する。中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｙに対向する位置には、１次転写ローラ２５Ｙにより１次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｙ上のトナー像を中間転写ベルト２１に１次転写する。
【００２１】
中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１には、２次転写ローラ３４を対向して配置している。中間転写ベルト２１と２次転写ローラ３４間を用紙Ｓが通過する際に、２次転写ローラ３４により２次転写電圧が用紙Ｓに印加され、中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｓに２次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３３付近には、２次転写工程で用紙Ｓに転写されなかった（残留トナー）をクリーニングするベルトクリーナー３５を有する。
【００２２】
また、図１に示すように、給紙カセット１８から２次転写ローラ３４に至る間には、給紙カセット１８内の用紙Ｓを取り出す分離ローラ３６、及び搬送ローラ３７、レジストローラ３８を有し、２次転写ローラ３４の下流には定着装置３９を有する。
【００２３】
定着装置３９の下流には排紙部４０と反転搬送路４１を有する。排紙部４０には、定着装置３９によりトナー像が定着された用紙Ｓが排出される。反転搬送路４１は、用紙Ｓを反転させて２次転写ローラ３４の方向に導くもので、両面印刷を行う際に使用する。
【００２４】
図３は、現像装置５０の構成を示す正面断面図である。現像装置５０は、現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋを含むが、夫々の現像器は同様の構成であるため、以下の説明ではＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの符号を省略する。
【００２５】
図３に示すように、現像器２４は現像容器５１を備えている。現像容器５１は、感光体ドラム２２の軸方向に沿って略平行に配置され、現像器５１は回転自在の現像ローラ５２を有する。
【００２６】
現像ローラ５２は、内部にマグネットを有し、マグネットローラとも呼ばれ感光体ドラム２２に対向して近接配置される。現像ローラ５２の表面上には内部のマグネットによりキャリアとトナーが担持され、現像ローラ５２の回転によりトナーを感光体ドラム２２に供給する。現像ローラ５２の回転数は感光体ドラム２２の回転数に依存する。現像ローラ５２の回転数は、感光体ドラム２２の回転数と比較して、例えば約１．８倍である。
【００２７】
現像容器５１は、仕切板５３によって２つの空間５１１、５１２に仕切られており、一方の空間５１１には、２成分の現像剤、つまりトナー及びキャリアが補給される。空間５１１に補給されたトナーおよびキャリアは、空間５１２に供給されるようになっている。
【００２８】
現像容器５１の一方の空間５１１には、第１のミキサーを構成する攪拌ローラ５４を有し、前記現像ローラ５２が設けられた他方の空間５１２には、第２のミキサーを構成する攪拌ローラ５５を有する。攪拌ローラ５４、５５は、夫々現像容器５１内の現像剤（キャリアとトナー）を攪拌して現像ローラ５２に供給するとともに、空間５１１と空間５１２内で現像剤を循環させる。現像容器５１内の現像剤の搬送方向は図３の空間５１２の手前側から奥側へ搬送し、空間５１１の奥側から手前側に向かう方向に搬送するように循環する。
【００２９】
現像装置５１は、空間５１１にトナー比濃度センサ５６を有し、攪拌ローラ５４によって攪拌、搬送される現像剤のトナー比濃度を検出する。トナー比濃度センサによって検出されたトナー比濃度が予め設定した閾値以下になると、トナーが補給される。
【００３０】
図４は、現像装置５０に含まれる、現像ローラ５２及び攪拌ローラ５４、５５の駆動機構６０（駆動源）を示す。駆動機構６０は図３に示す現像器２４の各ローラを駆動するために図の現像器２４の背面側に設けられる。
【００３１】
図４において、駆動機構６０は、現像ローラ５２を駆動するモータＭ１と攪拌ローラ５４、５５を駆動するモータＭ２を夫々独立して設けられる。モータＭ１の回転軸にはギア６１を取り付けており、さらにギア６１と噛み合って回転するギア６２、及びギア６２と噛み合って回転するギア６３を有し、ギア６３の回転によって現像ローラ５２が回転する。
【００３２】
また、モータＭ２の回転軸にはギア６４を取り付けており、ギア６４と噛み合って回転するギア６５、及びギア６５と噛み合って回転するギア６６を有し、ギア６４の回転によって攪拌ローラ５４が回転し、ギア６６の回転によって攪拌ローラ５５が回転する。
【００３３】
図５は、ＭＦＰ１００の制御系を示すブロック図であり、主に現像装置５０の制御系を示している。
【００３４】
図５において、制御部１０１はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、ＭＦＰ１００全体の動作を制御する。制御部１０１には、操作パネル１３、スキャナ部１６、プリンタ部１７が夫々の動作を制御可能に接続されている。プリンタ１７の画像形成部２０は、前述のごとく像担持体である感光体ドラム２２を含み、感光体ドラム２２の周囲に帯電チャージャ２３、現像器２４、１次転写ローラ２５、クリーナ２６等を配置する。
【００３５】
現像器２４の現像ローラ５２を駆動するモータＭ１と、攪拌ローラ５４、５５を駆動するモータＭ２は、駆動回路５７によって独立して駆動制御され、駆動回路５７は、制御部１０１によって制御の指示がされる。現像器２４は、前述のトナー比濃度センサ５６を有し、トナー比濃度センサ５６は、攪拌ローラ５４によって攪拌、搬送される現像剤のトナー比濃度を検出し、濃度の検出結果を制御部１０１に供給する。
【００３６】
次に、トナー補給時の現像ローラ５２及び攪拌ローラ５４、５５の駆動について説明する。トナー補給は、通常補給、強制補給、リフレッシュ補給の３つのモードがある。通常補給時とは例えば、低印字率の画像を印刷しており、現像剤のトナー比濃度がほぼ一定で大量のトナーを補給する必要がない場合を指す。通常時のトナーの落下量は、例えばＡ４サイズの用紙１枚に対して６％の印字率であれば２４ｍｇである。
【００３７】
図６は、通常時の現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転比率とトナー復帰時間の関係を示す図である。この図６は、現像ローラ５２の回転数に対する、攪拌ローラ５４、５５の回転数を変更し、夫々の回転数比による、トナー補給完了時間を測定したものである。トナー補給完了時間とは、トナーとキャリアの比率であるトナー比濃度が一定、例えば８．５％になるまでにかかる時間である。ここでは、画像形成に適したトナー比濃度を８．５％としている。トナー比濃度に応じて現像器２４内のトナーが得る帯電量が予め定められており、８．５％であれば、画像形成に適した帯電量が得られていることを示す。図６より、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比が１．０倍のとき、トナー補給完了までの時間が３０秒であり、他の回転比と比較して、早く処理が完了している。
【００３８】
よって、通常補給時では、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比は約１．０倍が適している。通常補給時において例えば、現像ローラ５２及び攪拌ローラ５４、５５を４５０ｒｐｍで回転させる。
【００３９】
現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数比が低すぎる場合は、現像器２４内のトナーがキャリアとの攪拌に時間を要する。これに対し、現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数比が高すぎる場合は、攪拌ローラ５４、５５が速く回転しすぎて、攪拌ローラ５４、５５が有するオーガに補給されたトナーが現像器２４の下部まで行き届きにくくなる。よって、トナーとキャリアが十分に攪拌されず、画像形成に適した帯電量が得られるまでに時間を要する。
【００４０】
トナー強制補給時及びリフレッシュ補給時のような、大量のトナー補給を必要とする際は、現像ローラ５２及び攪拌ローラ５４、５５の回転数比を変更する。
【００４１】
ここで、トナー強制補給時とは、ベタ画像等の高印字率の画像を続けて印刷し、トナー比濃度が例えば７％に減少した際に、大量のトナーをトナーカートリッジ２から、現像装置５０に補給し、トナー比濃度を７％から８．５％に回復させる場合を指す。続いて、リフレッシュ補給時について説明する。画像形成が長い期間なされなかった場合や低印字率でなかなか消費されなかった場合、現像装置５０に残されたトナーが古くなってしまい、良好な状態で画像形成することが不可能となる。リフレッシュとは、現像装置５０内に残された古いトナーをベタ画像等の高印字率の画像を形成することによって、古いトナーを大量に消費することである。リフレッシュの際、古いトナーを大量に消費するので、新しい大量のトナーをトナーカートリッジ２から、現像装置５０に補給し、トナーを大量消費して減少したトナー比濃度を８．５％に回復させる。これをリフレッシュ補給と定義する。
【００４２】
図７は、強制補給時の現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転比率とトナー復帰時間の関係を示す図である。図６同様、現像ローラ５２の回転数に対する、攪拌ローラ５４、５５の回転数を変更し、夫々の回転数比による、トナー補給完了時間を測定したものであり、トナー補給完了時間とは、トナーとキャリアの比率であるトナー比濃度が一定、例えば８．５％になるまでにかかる時間である。図７より、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比が１．５倍のとき、トナー補給完了までの時間が約２０秒であり、他の回転比と比較して、早く処理が完了している。
【００４３】
よって、強制補給時やリフレッシュ補給時のような大量のトナーを現像装置５０に補給する際は、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比は約１．５倍が適している。強制補給時において例えば、現像ローラ５２は４５０ｒｐｍで回転し、攪拌ローラ５４、５５は６７５ｒｐｍで回転させる。
【００４４】
現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数比が低すぎる場合と高すぎる場合の画像形成に適した帯電量が得られるまでに時間を要する理由は図６での説明と同様である。
【００４５】
現像ローラ５２を駆動するモータＭ１と、攪拌ローラ５４、５５を駆動するモータＭ２は、駆動回路５７によって夫々独自に駆動制御されている。大量のトナーを現像装置５０に補給する際は、駆動回路５７で回転速度の可変処理を施し、現像ローラ５２を駆動するモータＭ１と比較して、攪拌ローラ５４、５５を駆動するモータＭ２を、約１．５倍の回転数で回転させる。現像ローラ５２の回転数は、通常補給印刷時と同様の回転数で回転させる。
【００４６】
トナーカートリッジ２に収容されるトナーは帯電していない。トナーはトナーカートリッジ２から現像器２４に補給後、キャリアと共に攪拌ローラ５４、５５にて攪拌され、帯電する。大量のトナーをトナーカートリッジ２から現像装置５０に補給する際は、補給された直後に近い帯電量のトナーが現像ローラ５２を介して感光体ドラム２２で現像される。このとき、トナーの攪拌が十分なされていなければ、帯電が不十分な状態で現像することとなる。
【００４７】
ここで、本実施形態のように、大量のトナーを現像装置５０に補給する際に、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数を約１．５倍とすることによって、感光体ドラム２２にトナーが供給される前工程で、攪拌ローラ５４、５５によりトナーが十分に攪拌される。
【００４８】
通常の印刷であれば、補給された直後のトナー比濃度は８．５％で保たれ、現像ローラ５２の回転数に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数を約１．０倍で回転させても、トナーは十分に帯電する。
【００４９】
次に、図８を用いてトナー補給の流れを説明する。８００において、トナーカートリッジ２のトナーが空に近い状態であることを表示部１５に表示済みか否かを判断する。トナーがトナーカートリッジ２に十分な量入っていれば（８００のＮｏ）、８０１において、トナー比濃度が７％（第１の閾値）以下か否かを判断する。トナー比濃度の検出はトナー比濃度センサ５６が行う。トナー比濃度が７％以下でなければ（８０１のＮｏ）、８０２において通常補給印刷を行う。通常補給時では、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比は約１．０倍である。８０３において、画像形成が終了したか否かを判断し、画像形成が終了していなければ（８０３のＮｏ）、８００に戻り、画像形成を終了するまで（８０３のＹｅｓ）処理を繰り返す。
【００５０】
トナー比濃度が７％以下であれば（８０１のＹｅｓ）、大量のトナー補給を必要とすると判断され、８０４において、画像形成を停止し、８０５においてトナーを補給する。８０５におけるトナーの補給は、強制補給時、リフレッシュ補給時に当たり、このときに現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比は約１．５倍で回転させる。トナー補給動作は、トナーカートリッジ２から、現像装置５０に６秒間トナーを補給し、７秒間補給を止めて現像剤を攪拌させる。このトナーを６秒間補給し、７秒間補給を止める動作を６回繰り返し行う。
【００５１】
トナー補給後、８０６において、トナー比濃度が８．５％（第２の閾値）以上か否かを判断する。トナー比濃度が８．５％以上であれば（８０６のＹｅｓ）、８０２において通常補給印刷を行う。トナー比濃度が８．５％以上でなければ（８０６のＮｏ）、８０７において、トナー補給を３回繰り返したか否かを判断する。トナー補給を３回繰り返していなければ（８０７のＮｏ）、８０５においてトナー補給を繰り返す。
【００５２】
トナー補給を３回繰り返していれば（８０７のＹｅｓ）、８０８において、トナーカートリッジ２のトナーが不足していることを表示部１５に示す。トナーカートリッジ２のトナーが不足していても、数十枚かは印刷が可能であり、８０２において通常補給印刷を行う。例えば、トナーカートリッジ２のトナーが不足していることの表示後に、ブラック（Ｋ）で５０枚程度の印刷が可能である。トナー不足を表示済みであれば（８００のＹｅｓ）、８０２において、通常補給印刷を行う。８０３において、画像形成を終了するまで８００に戻って、処理を繰り返す。
【００５３】
上述では、トナー強制補給時及びリフレッシュ補給時のような、大量のトナー補給を必要とする際に、現像ローラ５２の回転数を通常補給時と変更せずに、攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の約１．５倍に変更する実施形態について説明している。しかし、上記実施形態に限らず、攪拌ローラ５４、５５の回転数を変化させずに、現像ローラ５２の回転数を攪拌ローラ５４、５５の２／３倍にする構成であっても良い。
【００５４】
また、大量のトナー補給を必要とする際に、攪拌ローラ５４、５５の回転数は現像ローラ５２の回転数の１．５倍に限らず、１〜２．５倍の範囲であっても良い。
【００５５】
このようにトナー補給量に応じて、現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数を変更させる画像形成装置をユーザに提供することにより、大量のトナー補給を必要とする際も局部的なトナー比濃度変化が抑えられ、トナーが十分な帯電量を得ることが可能となる。また、トナー補給時間の短縮化が可能となる。
【００５６】
（第二の実施形態）
第二の実施形態は、現像ローラと攪拌ローラを独立駆動制御し、プロセススピードに応じて現像ローラに対する攪拌ローラの回転数比を変更する。第一の実施形態と同一構成部分には同一符号を付す。
【００５７】
プロセススピードは、感光体ドラム２２の回転数に依存し、１分間にどれくらい画像形成ができるかを表す。普通紙と比較して、厚紙に画像形成する際は、プロセススピードを落とす。例えば、普通紙は２００ｍｍ／ｓｅｃで、厚紙は、７５ｍｍ／ｓｅｃである。プロセススピードが遅い場合と比較して、プロセススピードが速ければ、時間毎のトナーの消費量が多い。トナー消費量が多ければ、トナーを補給する量も多くなる。
【００５８】
よって、時間毎のトナー消費量が多い普通紙のトナー補給時の攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の１．５〜２．０倍とする。時間毎のトナー消費量が少ない厚紙のトナー補給時の攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の１．０倍とする。
【００５９】
上記普通紙、厚紙等の用紙の種類に限らず、プロセススピードに応じて、現像ローラに対する攪拌ローラの回転数比を変更するようにしても良い。
【００６０】
このようにプロセススピードに応じて、現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数を変更させる画像形成装置をユーザに提供することにより、大量のトナー補給を必要とする際も局部的なトナー比濃度変化が抑えられ、トナーが十分な帯電量を得ることが可能となる。また、トナー飛散や階調再現性等の画像劣化や、トナー補給時間の短縮化を望むことが可能となる。
【００６１】
（第三の実施形態）
第三の実施形態は、現像ローラと攪拌ローラを独立駆動制御し、印字率に応じて現像ローラに対する攪拌ローラの回転数比を変更する。第一の実施形態と同一構成部分には同一符号を付す。
【００６２】
スキャナ部１６、または外部端末としてＰＣで作成した原稿を入力部で受け入れた時点で、画像データの画素により用紙の印字率が検出される。印字率が低い場合と比較して、印字率が高ければ、時間毎のトナーの消費量が多い。トナー消費量が多ければ、トナーを補給する量も多くなる。
【００６３】
例えば、Ａ４用紙一枚の片面に対する印字率が２〜３％であれば、低い印字率と見なす。低い印字率であれば、通常印刷とし、攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の１．０倍とする。一方、ベタ画像のように印字率が高い場合は、攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の１．５〜２．０倍とする。例えば、印字率が２０％以上であれば高い印字率であると見なし、印字率が２０％よりも低ければ低い印字率であると見なす。なお、閾値は２０％に限らず、その他の値をとっても良い。
【００６４】
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。これら新規な実施形態は、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、種々省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００６５】
１２ 自動原稿搬送部
１３ 操作パネル
１４ 操作部
１５ 表示部
１６ スキャナ部
１７ プリンタ部
１８ 給紙カセット
１９ レーザ露光装置
２２ 感光体ドラム
２４ 現像器
５０ 現像装置
５２ 現像ローラ
５４ 攪拌ローラ
５５ 攪拌ローラ
５６ トナー比濃度センサ
５７ 駆動回路
１００ 画像形成装置
１０１ 制御部
Ｍ１、Ｍ２ モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置及びトナー補給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー入れ替え動作や、高印字率の画像を続けて印刷した場合の現像剤補給時は、現像剤中のトナーとキャリアの比率を一定に保つように、消費された分のトナーをトナーカートリッジから補給される画像形成装置が知られている。しかしながら、補給されるトナーが多いときに、キャリアとトナーが十分攪拌されず、十分なトナーの帯電量が得られないという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５０３３９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、トナーが十分な帯電量を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様における画像形成装置は、像担持体の表面を露光して入力部からの画像情報に対応する静電潜像を形成する露光部と、現像剤を攪拌する攪拌ローラ、及び前記像担持体の表面に現像剤のトナーを移行する現像ローラ、及びトナー比濃度を検出するトナー比濃度センサを含み、前記像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器と、前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動する駆動源と、前記現像ローラと前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記トナー比濃度センサで検出するトナー比濃度に応じて変更するように前記駆動源を制御する制御部と、を備えることをその要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第一の実施形態における画像形成装置を示す構成図である。
【図２】第一の実施形態における画像形成装置の内部構造を示す構成図である。
【図３】第一の実施形態における現像装置の構成を示す正面断面図である。
【図４】第一の実施形態における現像装置の現像ローラと現像剤攪拌部の駆動機構の一例を示す背面図である。
【図５】第一の実施形態における画像形成装置の制御系を示すブロック図である。
【図６】第一の実施形態における通常補給時の現像ローラに対する攪拌ローラの回転比率とトナー復帰時間の関係を示すグラフである。
【図７】第一の実施形態における強制補給時の現像ローラに対する攪拌ローラの回転比率とトナー復帰時間の関係を示すグラフである。
【図８】第一の実施形態におけるトナー補給のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、画像形成装置の実施の形態を説明する。
【０００８】
第一の実施形態は、現像ローラと攪拌ローラを独立駆動制御し、トナー補給量に応じて、現像ローラに対する攪拌ローラの回転数比を変更する。
【０００９】
図１は、第一の実施形態の画像形成装置を示す構成図である。図１において、１００は画像形成装置であり、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）や、プリンタ、複写機等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。
【００１０】
ＭＦＰ１００は、自動原稿搬送部（ＡＤＦ）１２と、操作パネル１３と、スキャナ部１６と、プリンタ部１７と、給紙カセット（給紙部）１８と、排紙部４０を有する。
【００１１】
ＡＤＦ１２は、原稿台上に開閉自在に設けられ、原稿を自動で搬送する。操作パネル１３は、各種のキーを有する操作部１４と、タッチパネル式の表示部１５を有する。
【００１２】
スキャナ部１６は、ＡＤＦ１２の下部に設けられ、ＡＤＦ１２によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成する。スキャナ部１６は、印刷原稿の入力部の一例であり、この他に、例えば、外部端末としてＰＣ（Personal Computer）で作成した原稿をこの入力部で受け入れ、画像データとして印刷することも可能である。入力部にて画像データを受け入れた時点で、画像データの画素により用紙の印字率が検出される。
【００１３】
給紙カセット１８は、各種サイズの用紙Ｓを収容する複数のカセットを有する。排紙部４０は、画像形成され、排出された用紙Ｓを収容する。
【００１４】
プリンタ部１７は、後述する画像形成部とレーザ露光装置等を含み、スキャナ部１６で読み取った画像データやＰＣ等で作成された画像データを処理して用紙Ｓに画像を形成する。プリンタ部１７によって画像が形成された用紙は、排紙部４０に排出される。プリンタ部１７は、例えば４連タンデム方式によるカラーレーザプリンタである、レーザ露光装置１９からのレーザビームによって画像形成部の感光体を走査して画像を生成する。
【００１５】
レーザ露光装置１９は、ポリゴンミラー１９ａ、結像レンズ系１９ｂ、ミラー１９ｃを含み、半導体レーザ素子から出射された、画像データにより変調されたレーザビームを回転する感光体ドラム２２の軸線方向に走査する。
【００１６】
プリンタ部１７は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを含む。画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に、上流側から下流側に沿って配置される。
【００１７】
図２は、画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを含むプリンタ部１７を拡大して示す図である。以下の説明において各画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは同様の構成であるため、画像形成部２０Ｙを代表して説明する。
【００１８】
画像形成部２０Ｙは、像担持体である感光体ドラム２２Ｙを有し、感光体ドラム２２Ｙの周囲に、回転方向ｔに沿って帯電チャージャ２３Ｙ、現像器２４Ｙ、１次転写ローラ２５Ｙ、クリーナ２６Ｙ、ブレード２７Ｙを配置している。感光体ドラム２２Ｙの露光位置には、レーザ露光装置１９からイエローに対応する画像データで変調されたレーザビームを照射し、感光体ドラム２２Ｙ上に静電潜像を形成する。
【００１９】
画像形成部２０Ｙの帯電チャージャ２３Ｙは、感光体ドラム２２Ｙの表面を一様に全面帯電する。この帯電した感光体ドラムの表面に前述のレーザビームを照射して静電潜像を形成する。現像器２４Ｙは、現像バイアスが印加される現像ローラによりイエローのトナー及びキャリアにより構成される２成分現像剤を感光体ドラム２２Ｙに供給する。供給される現像剤により感光体ドラム上の静電潜像が現像（トナー像）される。後述する転写工程を経て、クリーナ２６Ｙは、ブレード２７Ｙを用いて感光体ドラム２２Ｙの表面の残留トナーを除去する。
【００２０】
図１に示すように、画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの上部には、現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋにトナーを供給するトナーカートリッジ２（現像剤収容部）を設けている。トナーカートリッジ２は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーカートリッジ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋが隣接している。各色のトナーカートリッジのうち、ブラック（Ｋ）のカートリッジ２Ｋのみ、その容量が大きくなっている。これは、通常の画像形成においては、ブラックのトナーの消費量が一番多いためである。
図１及び図２において、無端状の中間転写ベルト２１は、循環的に移動し、耐熱性及び対磨耗性の点から例えば半導電性ポリイミドが用いられる。中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２、３３に張架され、感光体ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋに対向して接触する。中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｙに対向する位置には、１次転写ローラ２５Ｙにより１次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｙ上のトナー像を中間転写ベルト２１に１次転写する。
【００２１】
中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１には、２次転写ローラ３４を対向して配置している。中間転写ベルト２１と２次転写ローラ３４間を用紙Ｓが通過する際に、２次転写ローラ３４により２次転写電圧が用紙Ｓに印加され、中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｓに２次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３３付近には、２次転写工程で用紙Ｓに転写されなかった（残留トナー）をクリーニングするベルトクリーナー３５を有する。
【００２２】
また、図１に示すように、給紙カセット１８から２次転写ローラ３４に至る間には、給紙カセット１８内の用紙Ｓを取り出す分離ローラ３６、及び搬送ローラ３７、レジストローラ３８を有し、２次転写ローラ３４の下流には定着装置３９を有する。
【００２３】
定着装置３９の下流には排紙部４０と反転搬送路４１を有する。排紙部４０には、定着装置３９によりトナー像が定着された用紙Ｓが排出される。反転搬送路４１は、用紙Ｓを反転させて２次転写ローラ３４の方向に導くもので、両面印刷を行う際に使用する。
【００２４】
図３は、現像装置５０の構成を示す正面断面図である。現像装置５０は、現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋを含むが、夫々の現像器は同様の構成であるため、以下の説明ではＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの符号を省略する。
【００２５】
図３に示すように、現像器２４は現像容器５１を備えている。現像容器５１は、感光体ドラム２２の軸方向に沿って略平行に配置され、現像器５１は回転自在の現像ローラ５２を有する。
【００２６】
現像ローラ５２は、内部にマグネットを有し、マグネットローラとも呼ばれ感光体ドラム２２に対向して近接配置される。現像ローラ５２の表面上には内部のマグネットによりキャリアとトナーが担持され、現像ローラ５２の回転によりトナーを感光体ドラム２２に供給する。現像ローラ５２の回転数は感光体ドラム２２の回転数に依存する。現像ローラ５２の回転数は、感光体ドラム２２の回転数と比較して、例えば約１．８倍である。
【００２７】
現像容器５１は、仕切板５３によって２つの空間５１１、５１２に仕切られており、一方の空間５１１には、２成分の現像剤、つまりトナー及びキャリアが補給される。空間５１１に補給されたトナーおよびキャリアは、空間５１２に供給されるようになっている。
【００２８】
現像容器５１の一方の空間５１１には、第１のミキサーを構成する攪拌ローラ５４を有し、前記現像ローラ５２が設けられた他方の空間５１２には、第２のミキサーを構成する攪拌ローラ５５を有する。攪拌ローラ５４、５５は、夫々現像容器５１内の現像剤（キャリアとトナー）を攪拌して現像ローラ５２に供給するとともに、空間５１１と空間５１２内で現像剤を循環させる。現像容器５１内の現像剤の搬送方向は図３の空間５１２の手前側から奥側へ搬送し、空間５１１の奥側から手前側に向かう方向に搬送するように循環する。
【００２９】
現像装置５１は、空間５１１にトナー比濃度センサ５６を有し、攪拌ローラ５４によって攪拌、搬送される現像剤のトナー比濃度を検出する。トナー比濃度センサによって検出されたトナー比濃度が予め設定した閾値以下になると、トナーが補給される。
【００３０】
図４は、現像装置５０に含まれる、現像ローラ５２及び攪拌ローラ５４、５５の駆動機構６０（駆動源）を示す。駆動機構６０は図３に示す現像器２４の各ローラを駆動するために図の現像器２４の背面側に設けられる。
【００３１】
図４において、駆動機構６０は、現像ローラ５２を駆動するモータＭ１と攪拌ローラ５４、５５を駆動するモータＭ２を夫々独立して設けられる。モータＭ１の回転軸にはギア６１を取り付けており、さらにギア６１と噛み合って回転するギア６２、及びギア６２と噛み合って回転するギア６３を有し、ギア６３の回転によって現像ローラ５２が回転する。
【００３２】
また、モータＭ２の回転軸にはギア６４を取り付けており、ギア６４と噛み合って回転するギア６５、及びギア６５と噛み合って回転するギア６６を有し、ギア６４の回転によって攪拌ローラ５４が回転し、ギア６６の回転によって攪拌ローラ５５が回転する。
【００３３】
図５は、ＭＦＰ１００の制御系を示すブロック図であり、主に現像装置５０の制御系を示している。
【００３４】
図５において、制御部１０１はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、ＭＦＰ１００全体の動作を制御する。制御部１０１には、操作パネル１３、スキャナ部１６、プリンタ部１７が夫々の動作を制御可能に接続されている。プリンタ１７の画像形成部２０は、前述のごとく像担持体である感光体ドラム２２を含み、感光体ドラム２２の周囲に帯電チャージャ２３、現像器２４、１次転写ローラ２５、クリーナ２６等を配置する。
【００３５】
現像器２４の現像ローラ５２を駆動するモータＭ１と、攪拌ローラ５４、５５を駆動するモータＭ２は、駆動回路５７によって独立して駆動制御され、駆動回路５７は、制御部１０１によって制御の指示がされる。現像器２４は、前述のトナー比濃度センサ５６を有し、トナー比濃度センサ５６は、攪拌ローラ５４によって攪拌、搬送される現像剤のトナー比濃度を検出し、濃度の検出結果を制御部１０１に供給する。
【００３６】
次に、トナー補給時の現像ローラ５２及び攪拌ローラ５４、５５の駆動について説明する。トナー補給は、通常補給、強制補給、リフレッシュ補給の３つのモードがある。通常補給時とは例えば、低印字率の画像を印刷しており、現像剤のトナー比濃度がほぼ一定で大量のトナーを補給する必要がない場合を指す。通常時のトナーの落下量は、例えばＡ４サイズの用紙１枚に対して６％の印字率であれば２４ｍｇである。
【００３７】
図６は、通常時の現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転比率とトナー復帰時間の関係を示す図である。この図６は、現像ローラ５２の回転数に対する、攪拌ローラ５４、５５の回転数を変更し、夫々の回転数比による、トナー補給完了時間を測定したものである。トナー補給完了時間とは、トナーとキャリアの比率であるトナー比濃度が一定、例えば８．５％になるまでにかかる時間である。ここでは、画像形成に適したトナー比濃度を８．５％としている。トナー比濃度に応じて現像器２４内のトナーが得る帯電量が予め定められており、８．５％であれば、画像形成に適した帯電量が得られていることを示す。図６より、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比が１．０倍のとき、トナー補給完了までの時間が３０秒であり、他の回転比と比較して、早く処理が完了している。
【００３８】
よって、通常補給時では、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比は約１．０倍が適している。通常補給時において例えば、現像ローラ５２及び攪拌ローラ５４、５５を４５０ｒｐｍで回転させる。
【００３９】
現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数比が低すぎる場合は、現像器２４内のトナーがキャリアとの攪拌に時間を要する。これに対し、現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数比が高すぎる場合は、攪拌ローラ５４、５５が速く回転しすぎて、攪拌ローラ５４、５５が有するオーガに補給されたトナーが現像器２４の下部まで行き届きにくくなる。よって、トナーとキャリアが十分に攪拌されず、画像形成に適した帯電量が得られるまでに時間を要する。
【００４０】
トナー強制補給時及びリフレッシュ補給時のような、大量のトナー補給を必要とする際は、現像ローラ５２及び攪拌ローラ５４、５５の回転数比を変更する。
【００４１】
ここで、トナー強制補給時とは、ベタ画像等の高印字率の画像を続けて印刷し、トナー比濃度が例えば７％に減少した際に、大量のトナーをトナーカートリッジ２から、現像装置５０に補給し、トナー比濃度を７％から８．５％に回復させる場合を指す。続いて、リフレッシュ補給時について説明する。画像形成が長い期間なされなかった場合や低印字率でなかなか消費されなかった場合、現像装置５０に残されたトナーが古くなってしまい、良好な状態で画像形成することが不可能となる。リフレッシュとは、現像装置５０内に残された古いトナーをベタ画像等の高印字率の画像を形成することによって、古いトナーを大量に消費することである。リフレッシュの際、古いトナーを大量に消費するので、新しい大量のトナーをトナーカートリッジ２から、現像装置５０に補給し、トナーを大量消費して減少したトナー比濃度を８．５％に回復させる。これをリフレッシュ補給と定義する。
【００４２】
図７は、強制補給時の現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転比率とトナー復帰時間の関係を示す図である。図６同様、現像ローラ５２の回転数に対する、攪拌ローラ５４、５５の回転数を変更し、夫々の回転数比による、トナー補給完了時間を測定したものであり、トナー補給完了時間とは、トナーとキャリアの比率であるトナー比濃度が一定、例えば８．５％になるまでにかかる時間である。図７より、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比が１．５倍のとき、トナー補給完了までの時間が約２０秒であり、他の回転比と比較して、早く処理が完了している。
【００４３】
よって、強制補給時やリフレッシュ補給時のような大量のトナーを現像装置５０に補給する際は、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比は約１．５倍が適している。強制補給時において例えば、現像ローラ５２は４５０ｒｐｍで回転し、攪拌ローラ５４、５５は６７５ｒｐｍで回転させる。
【００４４】
現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数比が低すぎる場合と高すぎる場合の画像形成に適した帯電量が得られるまでに時間を要する理由は図６での説明と同様である。
【００４５】
現像ローラ５２を駆動するモータＭ１と、攪拌ローラ５４、５５を駆動するモータＭ２は、駆動回路５７によって夫々独自に駆動制御されている。大量のトナーを現像装置５０に補給する際は、駆動回路５７で回転速度の可変処理を施し、現像ローラ５２を駆動するモータＭ１と比較して、攪拌ローラ５４、５５を駆動するモータＭ２を、約１．５倍の回転数で回転させる。現像ローラ５２の回転数は、通常補給印刷時と同様の回転数で回転させる。
【００４６】
トナーカートリッジ２に収容されるトナーは帯電していない。トナーはトナーカートリッジ２から現像器２４に補給後、キャリアと共に攪拌ローラ５４、５５にて攪拌され、帯電する。大量のトナーをトナーカートリッジ２から現像装置５０に補給する際は、補給された直後に近い帯電量のトナーが現像ローラ５２を介して感光体ドラム２２で現像される。このとき、トナーの攪拌が十分なされていなければ、帯電が不十分な状態で現像することとなる。
【００４７】
ここで、本実施形態のように、大量のトナーを現像装置５０に補給する際に、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数を約１．５倍とすることによって、感光体ドラム２２にトナーが供給される前工程で、攪拌ローラ５４、５５によりトナーが十分に攪拌される。
【００４８】
通常の印刷であれば、補給された直後のトナー比濃度は８．５％で保たれ、現像ローラ５２の回転数に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数を約１．０倍で回転させても、トナーは十分に帯電する。
【００４９】
次に、図８を用いてトナー補給の流れを説明する。８００において、トナーカートリッジ２のトナーが空に近い状態であることを表示部１５に表示済みか否かを判断する。トナーがトナーカートリッジ２に十分な量入っていれば（８００のＮｏ）、８０１において、トナー比濃度が７％（第１の閾値）以下か否かを判断する。トナー比濃度の検出はトナー比濃度センサ５６が行う。トナー比濃度が７％以下でなければ（８０１のＮｏ）、８０２において通常補給印刷を行う。通常補給時では、現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比は約１．０倍である。８０３において、画像形成が終了したか否かを判断し、画像形成が終了していなければ（８０３のＮｏ）、８００に戻り、画像形成を終了するまで（８０３のＹｅｓ）処理を繰り返す。
【００５０】
トナー比濃度が７％以下であれば（８０１のＹｅｓ）、大量のトナー補給を必要とすると判断され、８０４において、画像形成を停止し、８０５においてトナーを補給する。８０５におけるトナーの補給は、強制補給時、リフレッシュ補給時に当たり、このときに現像ローラ５２の回転数に対し、攪拌ローラ５４、５５の回転数比は約１．５倍で回転させる。トナー補給動作は、トナーカートリッジ２から、現像装置５０に６秒間トナーを補給し、７秒間補給を止めて現像剤を攪拌させる。このトナーを６秒間補給し、７秒間補給を止める動作を６回繰り返し行う。
【００５１】
トナー補給後、８０６において、トナー比濃度が８．５％（第２の閾値）以上か否かを判断する。トナー比濃度が８．５％以上であれば（８０６のＹｅｓ）、８０２において通常補給印刷を行う。トナー比濃度が８．５％以上でなければ（８０６のＮｏ）、８０７において、トナー補給を３回繰り返したか否かを判断する。トナー補給を３回繰り返していなければ（８０７のＮｏ）、８０５においてトナー補給を繰り返す。
【００５２】
トナー補給を３回繰り返していれば（８０７のＹｅｓ）、８０８において、トナーカートリッジ２のトナーが不足していることを表示部１５に示す。トナーカートリッジ２のトナーが不足していても、数十枚かは印刷が可能であり、８０２において通常補給印刷を行う。例えば、トナーカートリッジ２のトナーが不足していることの表示後に、ブラック（Ｋ）で５０枚程度の印刷が可能である。トナー不足を表示済みであれば（８００のＹｅｓ）、８０２において、通常補給印刷を行う。８０３において、画像形成を終了するまで８００に戻って、処理を繰り返す。
【００５３】
上述では、トナー強制補給時及びリフレッシュ補給時のような、大量のトナー補給を必要とする際に、現像ローラ５２の回転数を通常補給時と変更せずに、攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の約１．５倍に変更する実施形態について説明している。しかし、上記実施形態に限らず、攪拌ローラ５４、５５の回転数を変化させずに、現像ローラ５２の回転数を攪拌ローラ５４、５５の２／３倍にする構成であっても良い。
【００５４】
また、大量のトナー補給を必要とする際に、攪拌ローラ５４、５５の回転数は現像ローラ５２の回転数の１．５倍に限らず、１〜２．５倍の範囲であっても良い。
【００５５】
このようにトナー補給量に応じて、現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数を変更させる画像形成装置をユーザに提供することにより、大量のトナー補給を必要とする際も局部的なトナー比濃度変化が抑えられ、トナーが十分な帯電量を得ることが可能となる。また、トナー補給時間の短縮化が可能となる。
【００５６】
（第二の実施形態）
第二の実施形態は、現像ローラと攪拌ローラを独立駆動制御し、プロセススピードに応じて現像ローラに対する攪拌ローラの回転数比を変更する。第一の実施形態と同一構成部分には同一符号を付す。
【００５７】
プロセススピードは、感光体ドラム２２の回転数に依存し、１分間にどれくらい画像形成ができるかを表す。普通紙と比較して、厚紙に画像形成する際は、プロセススピードを落とす。例えば、普通紙は２００ｍｍ／ｓｅｃで、厚紙は、７５ｍｍ／ｓｅｃである。プロセススピードが遅い場合と比較して、プロセススピードが速ければ、時間毎のトナーの消費量が多い。トナー消費量が多ければ、トナーを補給する量も多くなる。
【００５８】
よって、時間毎のトナー消費量が多い普通紙のトナー補給時の攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の１．５〜２．０倍とする。時間毎のトナー消費量が少ない厚紙のトナー補給時の攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の１．０倍とする。
【００５９】
上記普通紙、厚紙等の用紙の種類に限らず、プロセススピードに応じて、現像ローラに対する攪拌ローラの回転数比を変更するようにしても良い。
【００６０】
このようにプロセススピードに応じて、現像ローラ５２に対する攪拌ローラ５４、５５の回転数を変更させる画像形成装置をユーザに提供することにより、大量のトナー補給を必要とする際も局部的なトナー比濃度変化が抑えられ、トナーが十分な帯電量を得ることが可能となる。また、トナー飛散や階調再現性等の画像劣化や、トナー補給時間の短縮化を望むことが可能となる。
【００６１】
（第三の実施形態）
第三の実施形態は、現像ローラと攪拌ローラを独立駆動制御し、印字率に応じて現像ローラに対する攪拌ローラの回転数比を変更する。第一の実施形態と同一構成部分には同一符号を付す。
【００６２】
スキャナ部１６、または外部端末としてＰＣで作成した原稿を入力部で受け入れた時点で、画像データの画素により用紙の印字率が検出される。印字率が低い場合と比較して、印字率が高ければ、時間毎のトナーの消費量が多い。トナー消費量が多ければ、トナーを補給する量も多くなる。
【００６３】
例えば、Ａ４用紙一枚の片面に対する印字率が２〜３％であれば、低い印字率と見なす。低い印字率であれば、通常印刷とし、攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の１．０倍とする。一方、ベタ画像のように印字率が高い場合は、攪拌ローラ５４、５５の回転数を現像ローラ５２の回転数の１．５〜２．０倍とする。例えば、印字率が２０％以上であれば高い印字率であると見なし、印字率が２０％よりも低ければ低い印字率であると見なす。なお、閾値は２０％に限らず、その他の値をとっても良い。
【００６４】
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。これら新規な実施形態は、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、種々省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００６５】
１２ 自動原稿搬送部
１３ 操作パネル
１４ 操作部
１５ 表示部
１６ スキャナ部
１７ プリンタ部
１８ 給紙カセット
１９ レーザ露光装置
２２ 感光体ドラム
２４ 現像器
５０ 現像装置
５２ 現像ローラ
５４ 攪拌ローラ
５５ 攪拌ローラ
５６ トナー比濃度センサ
５７ 駆動回路
１００ 画像形成装置
１０１ 制御部
Ｍ１、Ｍ２ モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体の表面を露光して入力部からの画像情報に対応する静電潜像を形成する露光部と、
現像剤を攪拌する攪拌ローラ、及び前記像担持体の表面に現像剤のトナーを移行する現像ローラ、及びトナー比濃度を検出するトナー比濃度センサを含み、前記像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器と、
前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動する駆動源と、
前記現像ローラと前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記トナー比濃度センサで検出するトナー比濃度に応じて変更するように前記駆動源を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記トナー比濃度センサで検出されたトナー比濃度が第１の閾値以下であるとき、前記現像ローラを第１の回転数で回転させ、前記攪拌ローラを前記第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転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。
【請求項３】
前記制御部は、前記トナー比濃度センサで検出されたトナー比濃度が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上であるとき、前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを第１の回転数で回転させることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記像担持体の回転数に応じて、前記現像ローラの回転数に対する、前記攪拌ローラの回転数をさらに変更することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像器にトナーを大量に補給するトナー強制補給時に、前記制御部は、前記現像ローラを第１の回転数で回転させ、前記攪拌ローラを前記第１の回転数より大きい第２の回転数で回転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。
【請求項６】
前記現像器にトナーを大量に補給するリフレッシュ補給時に、前記制御部は、前記現像ローラを第１の回転数で回転させ、前記攪拌ローラを前記第１の回転数より大きい第２の回転数で回転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。
【請求項７】
原稿の画像情報を入力する入力部と、
像担持体の表面を露光して前記入力部からの画像情報に対応する静電潜像を形成する露光部と、
現像剤を攪拌する攪拌ローラ、及び前記像担持体の表面に現像剤のトナーを移行する現像ローラを含み、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器と、
前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動する駆動源と、
前記現像ローラと前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記入力部で入力された画像情報から検出された印字率に応じて変更するように前記駆動源を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記制御部は、印字率が閾値以上であるとき、前記現像ローラを第１の回転数で回転させ、前記攪拌ローラを前記第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転させることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記制御部は、印字率が閾値より小さいとき、前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを第１の回転数で回転させることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
現像剤を収容し、現像剤を攪拌する攪拌ローラ及び現像ローラ及びトナー比濃度を検出するトナー比濃度センサを含み、像坦持体上に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器を用いて、
前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動し、
前記現像ローラおよび前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記トナー比濃度センサで検出するトナー比濃度に応じて変更するよう制御する
ことを特徴とするトナー補給方法。
【請求項１】
像担持体の表面を露光して入力部からの画像情報に対応する静電潜像を形成する露光部と、
現像剤を攪拌する攪拌ローラ、及び前記像担持体の表面に現像剤のトナーを移行する現像ローラ、及びトナー比濃度を検出するトナー比濃度センサを含み、前記像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器と、
前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動する駆動源と、
前記現像ローラと前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記トナー比濃度センサで検出するトナー比濃度に応じて変更するように前記駆動源を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記トナー比濃度センサで検出されたトナー比濃度が第１の閾値以下であるとき、前記現像ローラを第１の回転数で回転させ、前記攪拌ローラを前記第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転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。
【請求項３】
前記制御部は、前記トナー比濃度センサで検出されたトナー比濃度が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上であるとき、前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを第１の回転数で回転させることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記像担持体の回転数に応じて、前記現像ローラの回転数に対する、前記攪拌ローラの回転数をさらに変更することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像器にトナーを大量に補給するトナー強制補給時に、前記制御部は、前記現像ローラを第１の回転数で回転させ、前記攪拌ローラを前記第１の回転数より大きい第２の回転数で回転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。
【請求項６】
前記現像器にトナーを大量に補給するリフレッシュ補給時に、前記制御部は、前記現像ローラを第１の回転数で回転させ、前記攪拌ローラを前記第１の回転数より大きい第２の回転数で回転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。
【請求項７】
原稿の画像情報を入力する入力部と、
像担持体の表面を露光して前記入力部からの画像情報に対応する静電潜像を形成する露光部と、
現像剤を攪拌する攪拌ローラ、及び前記像担持体の表面に現像剤のトナーを移行する現像ローラを含み、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器と、
前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動する駆動源と、
前記現像ローラと前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記入力部で入力された画像情報から検出された印字率に応じて変更するように前記駆動源を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記制御部は、印字率が閾値以上であるとき、前記現像ローラを第１の回転数で回転させ、前記攪拌ローラを前記第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転させることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記制御部は、印字率が閾値より小さいとき、前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを第１の回転数で回転させることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
現像剤を収容し、現像剤を攪拌する攪拌ローラ及び現像ローラ及びトナー比濃度を検出するトナー比濃度センサを含み、像坦持体上に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器を用いて、
前記現像ローラ及び前記攪拌ローラを夫々独立して回転駆動し、
前記現像ローラおよび前記攪拌ローラの少なくともいずれか一方の回転数を前記トナー比濃度センサで検出するトナー比濃度に応じて変更するよう制御する
ことを特徴とするトナー補給方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４１５６６（Ｐ２０１２−１４１５６６Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６０６１（Ｐ２０１１−８６０６１）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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