(57)【要約】【課題】  現像装置内におけるトナーとキャリアとを含む現像剤を現像剤担持体により像担持体に導いて、像担持体における静電潜像を現像する画像形成装置において、現像剤中のトナー濃度を簡単且つ適切に検出し、現像装置に適切にトナーを補給できるようにする。【解決手段】  現像装置20内におけるトナーとキャリアとを含む現像剤dを現像剤担持体21により像担持体10に導くと共に、現像剤担持体と像担持体との間に現像バイアス電圧を印加させて像担持体の静電潜像を現像する画像形成装置において、現像剤担持体と像担持体との間に印加させる現像バイアス電圧を変更させて、現像剤担持体と像担持体との間におけるリーク発生電圧を検知し、このリーク発生電圧からトナー濃度検出手段33によって検出した現像剤中のトナー濃度に基づき、現像装置に補給するトナー量を制御する。【選択図】  図２
2010117609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像装置内に収容されたトナーとキャリアとを含む現像剤を現像剤担持体により静電潜像が形成された像担持体と対向する位置に導き、上記の現像剤担持体と像担持体との間に現像バイアス電源から直流電圧と交流電圧とを重畳させた現像バイアス電圧を印加させて、上記の現像剤中におけるトナーを像担持体に形成された静電潜像に供給して現像を行う画像形成装置において、上記の現像バイアス電源から印加させる現像バイアス電圧を変更させる電圧変更手段と、上記の電圧変更手段により現像バイアス電圧を変更させて上記の現像剤担持体と像担持体との間にリークが発生するリーク発生電圧を検知するリーク検知手段と、このリーク検知手段によって検知されたリーク発生電圧に基づいて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、このトナー濃度検出手段によって検出されたトナー濃度に基づいて現像装置に補給するトナー量を制御するトナー補給制御手段とが設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、上記の電圧変更手段により現像バイアス電源から印加させる現像バイアス電圧における交流電圧だけを変更させて、上記のリーク検知手段によりリーク発生電圧を検知することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、環境条件を検知する環境検知手段を設け、上記のリーク検知手段によって検知されたリーク発生電圧とこの環境検知手段により検知された環境条件とに基づいて、上記のトナー濃度検出手段が現像剤中のトナー濃度を検出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の画像形成装置において、画像形成情報に基づいて消費トナー量を算出するトナー消費量算出手段を設け、上記のトナー濃度検出手段によって検出されたトナー濃度とこのトナー消費量算出手段により算出された消費トナー量とに基づいて、上記のトナー補給制御手段により現像装置に補給するトナー量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの複合機などの画像形成装置に係り、現像装置内に収容されたトナーとキャリアとを含む現像剤を現像剤担持体により静電潜像が形成された像担持体と対向する位置に導き、上記の現像剤担持体と像担持体との間に現像バイアス電源から直流電圧と交流電圧とを重畳させた現像バイアス電圧を印加させて、現像剤中におけるトナーを像担持体に形成された静電潜像に供給して現像を行う画像形成装置において、現像剤中のトナー濃度を簡単且つ適切に検出して、現像装置にトナーを適切に補給できるようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの複合機などの画像形成装置として、現像装置にトナーとキャリアとを含む現像剤を用い、この現像装置内に収容されたトナーとキャリアとを含む現像剤を現像剤担持体により静電潜像が形成された像担持体と対向する位置に導き、現像バイアス電源から上記の現像剤担持体と像担持体との間に直流電圧と交流電圧とを重畳させた現像バイアス電圧を印加させて、現像剤中におけるトナーを像担持体に形成された静電潜像に供給して現像を行うようにしたものが用いられている。
【０００３】
そして、このような画像形成装置において、現像剤中におけるトナーを像担持体に形成された静電潜像に供給して現像を行うと、次第に現像剤中におけるトナー濃度が減少し、十分な画像濃度を有する画像が得られなくなるため、現像装置内に収容された現像剤中のトナー濃度を検出し、検出されたトナー濃度の結果に基づいて、トナー補給装置から現像装置にトナーを補給させることが行われている。
【０００４】
ここで、上記のように現像装置内に収容された現像剤中のトナー濃度を検出するにあたり、従来においては、一般に現像剤中におけるキャリアが磁性体であることを利用し、現像装置に磁気センサーを設け、この磁気センサーにより現像剤における透磁率を求め、この透磁率によって現像剤中のトナー濃度を検出するようにしている。
【０００５】
しかし、このように磁気センサーにより現像剤における透磁率を求めて現像剤中のトナー濃度を検出する場合、湿度等の環境条件の変化等により、現像剤の流動性が変化して現像剤の密度が変化し、現像剤中のトナー濃度を適切に検出することができなくなると共に、上記の磁気センサーのコストが高くつくという問題があった。
【０００６】
また、従来においては、形成する画像における画素数等の画像形成情報に基づいて消費されるトナー量を算出し、これに基づいて現像剤中のトナー濃度を検出することも行われている。
【０００７】
しかし、このように形成する画像における画素数等の画像形成情報に基づいて消費されるトナー量を算出しても、使用環境や画像形成装置における各種の条件や誤差等により実際に使用されるトナーの量が変動し、長く画像形成を行った場合には、上記のように算出した消費トナー量と実際に使用されたトナー量との差が大きくなり、現像剤中のトナー濃度を適切に検出することは困難であった。
【０００８】
さらに、従来においては、現像剤中におけるトナーがキャリアに比べて電気抵抗値が高い点を利用し、特許文献１に示されるように、現像剤担持体上に保持された現像剤に電圧を印加させて流れる電流値により、現像剤中のトナー濃度を検出するにあたり、比較用基準トナー濃度の現像剤を、現像剤担持体上に保持された現像剤と同じ環境になるようにして基準現像剤容器内に収容させ、この基準現像剤容器内の現像剤に直流電圧を印加して流れる電流値と、上記のように現像剤担持体上に保持された現像剤に電圧を印加させて流れる電流値とを比較して、現像剤担持体上に保持された現像剤におけるトナー濃度を検出することが提案されている。
【０００９】
しかし、このように比較用基準トナー濃度の現像剤を、現像剤担持体上に保持された現像剤と同じ環境になるようにして基準現像剤容器内に収容させて維持させることは非常に困難であり、またこのような基準現像剤容器を設けることにより装置が大型化するなどの問題があった。
【００１０】
また、上記のように現像剤中におけるトナーがキャリアに比べて電気抵抗値が高い点を利用し、特許文献２に示されるように、現像剤担持体と像担持体との間に流れる電流を電流検知手段により検知し、この電流検知手段により検知された電流に基づいて現像剤中のトナー濃度を検出することが提案されている。
【００１１】
しかし、この場合においても、湿度等の環境条件の変化等により、現像剤の流動性が変化して現像剤の密度が変化し、これにより現像剤担持体と像担持体との間に流れる電流値が大きく変動して、現像剤中のトナー濃度を適切に検出することができなくなるという問題があった。
【特許文献１】特開昭５８−２０８７７０号公報
【特許文献２】特開平５−３２３７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、現像装置内に収容されたトナーとキャリアとを含む現像剤を現像剤担持体により静電潜像が形成された像担持体と対向する位置に導き、上記の現像剤担持体と像担持体との間に現像バイアス電源から直流電圧と交流電圧とを重畳させた現像バイアス電圧を印加させて、現像剤中におけるトナーを像担持体に形成された静電潜像に供給して現像を行う画像形成装置において、現像剤中のトナー濃度を検出して、現像装置にトナーを補給させる場合における上記のような様々な問題を解決することを課題とするものである。
【００１３】
すなわち、本発明においては、上記の画像形成装置において、現像剤中のトナー濃度を簡単且つ適切に検出して、現像装置にトナーを適切に補給できるようにすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明においては、上記のような課題を解決するため、現像装置内に収容されたトナーとキャリアとを含む現像剤を現像剤担持体により静電潜像が形成された像担持体と対向する位置に導き、上記の現像剤担持体と像担持体との間に現像バイアス電源から直流電圧と交流電圧とを重畳させた現像バイアス電圧を印加させて、上記の現像剤中におけるトナーを像担持体に形成された静電潜像に供給して現像を行う画像形成装置において、上記の現像バイアス電源から印加させる現像バイアス電圧を変更させる電圧変更手段と、上記の電圧変更手段により現像バイアス電圧を変更させて上記の現像剤担持体と像担持体との間にリークが発生するリーク発生電圧を検知するリーク検知手段と、このリーク検知手段によって検知されたリーク発生電圧に基づいて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、このトナー濃度検出手段によって検出されたトナー濃度に基づいて現像装置に補給するトナー量を制御するトナー補給制御手段とを設けた。
【００１５】
ここで、上記のように電圧変更手段により現像バイアス電源から印加させる現像バイアス電圧を変更させて、上記のリーク検知手段によりリーク発生電圧を検知するにあたっては、制御が簡単に行えるようにするため、現像バイアス電圧における交流電圧だけを変更させるようにすることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の画像形成装置において、環境条件を検知する環境検知手段を設け、上記のリーク検知手段によって検知されたリーク発生電圧とこの環境検知手段により検知された環境条件とに基づいて、上記のトナー濃度検出手段によって現像剤中のトナー濃度を検出することが望ましい。
【００１７】
また、本発明の画像形成装置において、画像形成情報に基づいて消費トナー量を算出するトナー消費量算出手段を設け、上記のトナー濃度検出手段によって検出されたトナー濃度とこのトナー消費量算出手段により算出された消費トナー量とに基づいて、上記のトナー補給制御手段により現像装置に補給するトナー量を制御することが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の画像形成装置においては、上記の電圧変更手段により現像バイアス電源から現像剤担持体と像担持体との間に印加させる現像バイアス電圧を変更させて、現像剤担持体と像担持体との間においてリークが発生するリーク発生電圧をリーク検知手段により検知し、検知されたリーク発生電圧に基づいてトナー濃度検出手段により現像剤中のトナー濃度を検出し、検出されたトナー濃度に基づいて、トナー補給制御手段により現像装置に補給するトナー量を制御するようにしている。
【００１９】
ここで、現像剤担持体により像担持体と対向する位置に導かれた現像剤中のトナー濃度が高いと、前記のように現像剤中におけるトナーがキャリアに比べて電気抵抗値が高いため、現像剤担持体と像担持体との間にリークが発生するリーク発生電圧が高くなる一方、現像剤中のトナー濃度が低いと、現像剤担持体と像担持体との間にリークが発生するリーク発生電圧が低くなり、このようなリーク発生電圧に基づいて、現像剤中のトナー濃度をトナー濃度検出手段により適切に検出することができる。
【００２０】
また、本発明の画像形成装置においては、上記のように現像剤担持体により現像剤が像担持体と対向する位置に導かれた状態で、現像剤担持体と像担持体との間におけるリーク発生電圧を測定するため、湿度等の環境条件の変化等により現像剤の流動性が変化して現像剤の密度が変化しても、像担持体と対向する位置に導かれる現像剤の量が変動して上記のリーク発生電圧が大きく変動するということがなく、湿度等の環境条件が変化した場合においても、上記のリーク発生電圧に基づいて現像剤中のトナー濃度を適切に検出することができる。
【００２１】
この結果、本発明の画像形成装置においては、上記のトナー濃度検出手段により検出されたトナー濃度に基づいて、上記のトナー補給制御手段により現像装置に補給するトナー量を適切に制御することにより、現像装置内における現像剤中のトナー濃度を適切に制御することができ、一定した画像濃度を有する画像が安定して得られるようになる。
【００２２】
また、本発明の画像形成装置において、上記のように環境条件を検知する環境検知手段を設け、上記のリーク検知手段によって検知されたリーク発生電圧とこの環境検知手段により検知された環境条件とに基づいて、上記のトナー濃度検出手段によって現像剤中のトナー濃度を検出させるようにすると、湿度等の環境条件が変化してトナーの電気抵抗値が変化した場合においても、上記のトナー濃度検出手段によって現像剤中のトナー濃度をより適切に検出することができるようになる。
【００２３】
また、本発明の画像形成装置において、画像形成情報に基づいて消費トナー量を算出するトナー消費量算出手段を設け、上記のトナー濃度検出手段によって検出されたトナー濃度とこのトナー消費量算出手段により算出された消費トナー量とに基づいて、上記のトナー補給制御手段により現像装置に補給するトナー量を制御させるようにすると、上記のトナー濃度検出手段によって現像剤中のトナー濃度を検出する間隔が長くなり、その間に連続して多くの画像形成が行われて現像剤中のトナー濃度が減少した場合においても、トナー補給制御手段により現像装置にトナーが適切に補給されるようになり、一定した画像濃度を有する画像がより安定して得られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る画像形成装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
【００２５】
この実施形態に係る画像形成装置においては、図１に示すように、４つの感光体ドラム（像担持体）１０に対応させて、トナーとキャリアとを含む現像剤ｄを収容させた４つの現像装置２０を設けている。
【００２６】
そして、上記の各現像装置２０に現像剤ｄを対応する感光体ドラム１０に搬送する現像ローラ（現像剤担持体）２１を、それぞれ対応する感光体ドラム１０と所要間隔を介して対向するように設けると共に、上記の各現像ローラ２１によって搬送される現像剤ｄの量を規制する規制部材２２を設けている。また、上記の各現像装置２０においては、収容させた各現像剤ｄにおけるトナーの色彩を異ならせて、現像剤ｄにおけるトナーとして、黒色，黄色，マゼンダ色，シアン色のトナーを用いている。
【００２７】
ここで、この画像形成装置によりフルカラーの画像形成を行うにあたっては、上記の各感光体ドラム１０を回転させて、各感光体ドラム１０の表面をそれぞれ帯電装置１１によって帯電させ、このように帯電された各感光体ドラム１０に対して、それぞれ潜像形成装置１２により画像形成情報に従った露光を行い、各感光体ドラム１０の表面にそれぞれ静電潜像を形成するようにしている。
【００２８】
そして、各現像装置１０に収容された現像剤ｄをそれぞれ上記の現像ローラ２１によって搬送すると共に搬送される現像剤ｄの量を上記の規制部材２２によって規制し、このように量が規制された各現像剤ｄを各現像ローラ２１により、上記のように静電潜像が形成された各感光体ドラム１０と所要間隔を介して対向する現像領域に導くようにしている。
【００２９】
また、このように現像剤ｄを現像領域に導く現像ローラ２１と感光体ドラム１との間に、図２に示すように、現像バイアス電源２３から直流電圧と交流電圧とを重畳させた現像バイアス電圧を印加させ、各現像ローラ２１によって現像領域に搬送された各現像剤ｄ中における各色彩のトナーを対応する感光体ドラム１０の静電潜像の部分に供給し、各感光体ドラム１０の表面にそれぞれの色彩のトナー像を形成するようにしている。
【００３０】
次いで、このように各感光体ドラム１０に形成された各色彩のトナー像を、ローラ１３ａに架け渡されて駆動される無端ベルト状になった中間転写体１３に、それぞれローラ状になった一次転写装置１４により順々に一次転写させて、この中間転写体１３の上にフルカラーのトナー像を形成するようにしている。一方、上記の中間転写体１３に転写されずに各感光体ドラム１０の表面に残留しているトナー等の残留物を、それぞれ第１クリーニング装置１５によって除去するようにしている。
【００３１】
そして、上記のように中間転写体１３の上に形成されたフルカラーのトナー像を、この中間転写体１３によりローラ状になった二次転写装置１６と対向する位置に導くと共に、この画像形成装置の下部に収容された記録シートＳを中間転写体１３と二次転写装置１６との間に導き、上記の二次転写装置１６により中間転写体１３の上に形成されたフルカラーのトナー像をこの記録シートＳに二次転写させるようにしている。
【００３２】
その後、フルカラーのトナー像が転写された記録シートＳを定着装置１７に導いて、転写されたフルカラーのトナー像を記録シートＳに定着させた後、このようにフルカラーのトナー像が定着された記録シートＳを排紙させるようにしている。一方、記録シートＳに転写されずに上記の中間転写体１３に残ったトナー等を、第２クリーニング装置１８によって中間転写体１３から除去させるようにしている。
【００３３】
また、この画像形成装置においては、上記の各現像装置２０に対して、それぞれ対応した色彩のトナーを補給させるトナー補給装置３０を設け、上記のようにして画像形成を行った結果、各現像装置２０に収容させた現像剤ｄ中におけるトナー濃度が低下した場合には、それぞれ対応したトナー補給装置３０から対応した色彩のトナーを補給させるようにしている。
【００３４】
次に、この実施形態における画像形成装置において、上記のように現像装置２０に収容させた現像剤ｄ中におけるトナー濃度が低下した場合に、上記のトナー補給装置３０からトナーを補給させる例を図２に基づいて具体的に説明する。
【００３５】
ここで、この実施形態においては、上記のように現像ローラ２１と感光体ドラム１０との間に現像バイアス電圧を印加させる上記の現像バイアス電源２３に対して、現像ローラ２１と感光体ドラム１０との間に印加させる交流電圧の強さを変更させる電圧変更手段３１を設けている。
【００３６】
そして、この電圧変更手段３１により現像ローラ２１と感光体ドラム１０との間に作用させる交流電圧を徐々に強くさせて、上記の現像ローラ２１と感光体ドラム１０との間においてリークが発生するリーク発生電圧をリーク検知手段３２によって検知し、このリーク検知手段３２によって検知されたリーク発生電圧のデータをトナー濃度検出手段３３に出力するようにしている。
【００３７】
また、この実施形態においては、上記の現像装置２０の近傍に環境センサー（環境検知手段）３４を設け、この環境センサー３４により検知した環境条件、特にトナーの電気抵抗値に影響を与える湿度のデータを検知し、この環境センサー３４によって検知された環境条件のデータを上記のトナー濃度検出手段３３に出力するようにしている。
【００３８】
そして、このトナー濃度検出手段３３において、リーク発生電圧と環境条件との関係に基づいて予めメモリー（図示せず）に格納されているトナー濃度のデータと、上記のリーク検知手段３２から出力されたリーク発生電圧のデータ及び環境センサー３４から出力された環境条件のデータとを比較して、上記の現像ローラ２１と感光体ドラム１０との間における現像剤ｄ中のトナー濃度を検出し、このように検出したトナー濃度のデータをトナー補給制御手段３５に出力するようにしている。
【００３９】
また、この実施形態においては、上記のように画像形成を行う場合における画像形成情報に基づいて消費されるトナー量を算出するトナー消費量算出手段３６を設け、このトナー消費量算出手段３６により画像形成によって現像装置２０内における現像剤ｄから消費されるトナーの量を算出し、このように算出した消費トナー量を上記のトナー補給制御手段３５に出力するようにしている。
【００４０】
そして、このトナー補給制御手段３５においては、上記のトナー濃度検出手段３３から出力されたトナー濃度のデータと、上記のトナー消費量算出手段３６から出力された消費トナー量とに基づいて、現像装置２０内における現像剤ｄ中のトナー濃度をリアルタイムに算出し、この算出結果に基づいて、前記のトナー補給装置から適当量のトナーを現像装置２０に補給させるようにしている。
【００４１】
このようにすると、上記のトナー濃度検出手段３３によって現像ローラ２１と感光体ドラム１０との間における現像剤ｄ中のトナー濃度を検出した後、次に上記の現像剤ｄ中のトナー濃度を検出するまでの間に、連続して多くの画像形成が行われて、現像装置２０内における現像剤ｄ中のトナー濃度が減少した場合においても、上記のトナー補給制御手段３５により上記のトナー補給装置３０から現像装置２０にトナーが適切に補給されるようになり、一定した画像濃度を有する画像がより安定して得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示した概略説明図である。
【図２】同実施形態の画像形成装置において、現像装置に収容させた現像剤中におけるトナー濃度を検出して、トナー補給装置からトナーを現像装置に補給させる例を示した概略説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  感光体ドラム（像担持体）
１１  帯電装置
１２  潜像形成装置
１３  中間転写体
１３ａ  ローラ
１４  一次転写装置
１５  第１クリーニング装置
１６  二次転写装置
１７  定着装置
１８  第１クリーニング装置
２０  現像装置
２１  現像ローラ（現像剤担持体）
２２  規制部材
２３  現像バイアス電源
３０  トナー補給装置
３１  電圧変更手段
３２  リーク検知手段
３３  トナー濃度検出手段
３４  環境センサー（環境検知手段）
３５  トナー補給制御手段
３６  トナー消費量算出手段
Ｓ  記録媒体
【図１】
2010117609.tif 000003
【図２】
2010117609.tif 000004