(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像装置の端部に設けられたトナー補給部よりトナーを補給する構成のトナー補給装置を有し、前記現像装置内のトナー濃度を検出する検出手段を有する画像形成装置において、
トナーエンド状態からトナー補給が開始されて復帰動作が行われ、トナーエンド状態が解除された場合に、トナーエンド状態からの復帰を示す補給抑制フラグが設定される設定手段を有し、
トナー補給制御が開始され、トナー濃度を検出して補給量を算出しトナー補給を行うに際し、前記トナーエンド状態からの復帰を示す補給抑制フラグが前記設定手段に設定されている場合には、トナーエンド状態から復帰後の一定期間の間、前記トナー補給部からのトナーの補給量を抑制する手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、トナー補給部からのトナーの補給時間を変更することによりトナーの補給量の抑制を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１記載の画像形成装置において、トナー補給部からのトナーの補給速度を可変する手段を有し、該トナーの補給速度を可変する手段は、補給モータの回転速度等を変更することによりトナーの補給量の抑制を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１記載の画像形成装置において、トナー補給部上のトナーの補給口の大きさを可変する手段を有し、該手段によりトナーの補給量の抑制を行うことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に関するものであり、特に、循環式の２成分現像装置を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像形成装置において、循環式の２成分現像装置を有し、該現像装置の端部側よりトナーの補給を行い、現像装置のある地点のトナー濃度をセンサにより検出してトナー濃度制御を行っている構成のものが存在する（例えば、特開平２−１８５８６号公報等）。
このような現像装置は構造的に幾つかのマイナス要因を持っている。例えば、現像装置の端部側よりトナーを補給することにより、現像装置内の現像剤とトナーが均一に混ざり合うのに時間がかかることや、トナー濃度センサは現像装置内のある地点の濃度を検出するのみなので現像装置全体のトナー濃度を把握しにくいなどである。
そこで、これらの問題に対しては、従来より、撹拌時間を多くとり、現像剤とトナーの混合を確実にする、トナーの補給を間欠動作で行う、濃度の検出時間を長くとり、全体の濃度を推定しやすくする、などの方法を用いて制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、循環式の２成分現像装置では、トナーエンドからの復帰時は、トナーエンドレベルの濃度から復帰を検出するまでの間にかなりトナーが補給されてしまうことになる。また、トナーエンドから復帰後、全体にトナーが行き渡るまで撹拌を行う方法もあるが、撹拌時間の増大は使用者にとって機械を使用できない期間の増大であり、非効率的である。
そうかといって、トナーエンドからの復帰を検出してから短時間のうちにコピー可とすると、現像装置内にあるトナーの位置が偏ったままとなり、トナーの無い部分の検出濃度でトナー補給制御が行われると、トナーの過補給となり、地汚れなどの不具合が出てくる恐れがある。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、請求項１の発明においては、上記の従来技術の不具合を解消することをその目的としており、詳しくは、端部からトナーを補給する構造を有する循環式の２成分現像装置を備えた画像形成装置において、トナーエンドから復帰した時点においてもトナーの過補給を防止することをその目的とする。
また、請求項２の発明においては、専用の構造を追加することなく、請求項１の機能を満たすことのできる画像形成装置の提供をその目的とする。
さらに、請求項３の発明においては、トナー補給の速度を変える制御を追加するだけで、その他の制御へ影響を及ぼすことなく請求項１の機能を満たすことのできる画像形成装置の提供をその目的とする。
さらにまた、請求項４の発明においては、トナー補給部上のトナーの補給口の大きさを変える制御を追加するだけで、請求項１の機能を満たすことのできる画像形成装置の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、現像装置の端部に設けられたトナー補給部よりトナーを補給する構成のトナー補給装置を有し、前記現像装置内のトナー濃度を検出する検出手段を有する画像形成装置において、トナーエンド状態からトナー補給が開始されて復帰動作が行われ、トナーエンド状態が解除された場合に、トナーエンド状態からの復帰を示す補給抑制フラグが設定される設定手段を有し、トナー補給制御が開始され、トナー濃度を検出して補給量を算出しトナー補給を行うに際し、前記トナーエンド状態からの復帰を示す補給抑制フラグが前記設定手段に設定されている場合には、トナーエンド状態から復帰後の一定期間の間、前記トナー補給部からのトナーの補給量を抑制する手段を有する構成とした。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、トナー補給部からのトナーの補給時間を変更することによりトナーの補給量の抑制を行う構成とした。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の構成に加えて、トナー補給部からのトナーの補給速度を可変する手段を有し、該トナーの補給速度を可変する手段は、補給モータの回転速度等を変更することによりトナーの補給量の抑制を行う構成とした。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１の構成に加えて、トナー補給部上のトナーの補給口の大きさを可変する手段を有し、該手段によりトナーの補給量の抑制を行う構成とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
乾式２成分現像剤には磁性を持つキャリアと非磁性のトナーで構成されているものが多く、トナー濃度の変化、即ちキャリアとトナーの混合比率の変化は、そのまま現像剤の透磁率の変化として現れる。従って現像剤中のトナー濃度を検出（計測）するために用いられる磁気センサは、この透磁率の変化を電圧の変化として検出するものであり、通常、図２のような出力特性を示す。
【００１１】
現像剤のトナー濃度を正確に検出することは良好な画像を得るために非常に重要であるが、このような磁気センサでは、現像ホッパに貯蔵された現像剤の容積に比べて、その検出範囲が小さいため、センサ周辺の限られた範囲のトナー濃度を検出しているに過ぎない。そこで、現像装置内にトナーが密集した状態を作らないようにすることが大事になってくる。
【００１２】
しかし、トナーエンドからの復帰チェックのように一度に多量のトナー補給を行う場合は、多かれ少なかれ必ずトナーが密集した状態で、現像装置内に送り込まれる。このように、磁気センサの検知範囲内にトナーを密集状態で補給して撹拌を行ったときの濃度変化を磁気センサで見ると図３のようになる。即ちトナーエンドのときのセンサ出力をＶａとした場合に、トナーが補給された直後は磁気センサの周りにトナーが密集しているので、センサの検知範囲内では現像剤が高濃度であるのと同じになり、センサの出力はＶｃまで低下するが、撹拌が行われるにつれてトナーが分散し、センサ検知範囲内での濃度が下がってくるので出力は上昇してくる。その後、現像剤全体にトナーが均一に分散するとセンサの出力はＶｂで安定し、現像器内のトナー濃度を正確に示すようになる。
【００１３】
図１は本発明を適用するための構成を持つ現像装置の一実施例を示す図であリ、（ａ）は現像装置の軸に直交する方向の概略断面図、（ｂ）は現像装置の軸に平行な方向の概略断面図である。尚、図は説明のため内部の様子が判るようにしてあり、説明上不要となる機構や部品等は省略してある。また、本発明に係る画像形成装置は、周知の電子写真プロセスにより画像形成を行うための種々の構成部材を備えており、例えば、像担持体である感光体、感光体を帯電する帯電装置、感光体上に静電潜像を形成するための露光装置（原稿像を感光体に露光するアナログ方式と、画像信号に応じてレーザ光等により感光体に光書き込みを行うデジタル方式とがある）、感光体上の静電潜像を現像しトナー像を形成する現像装置（図１）、感光体上のトナー像を転写紙等の転写材に転写させる転写装置（転写チャージャ、転写ベルト、転写ローラ等）、転写後の感光体上の残留トナーを除去するクリーニング装置、クリーニング後の感光体上の残留電荷を除電する除電装置、転写後の転写材上のトナー像を加熱や加圧により定着する定着装置、転写材の給紙装置等を備えた構成であるが、本発明では画像形成装置の現像装置に特徴を有するため、現像装置以外の構成部材の図示は省略している。
【００１４】
本実施例の現像装置は２本の撹拌スクリューを用いて互いに逆方向に現像剤を搬送することにより現像ホッパ内で現像剤を循環させるタイプのものであり、図１において、符号３０１は現像ホッパ、３０２ａ，３０２ｂは図示しない駆動装置によって回転し図中の矢印方向に現像剤を撹拌しながら搬送させる第１、第２の撹拌スクリュー、３０３は図示しない感光体に対向し２成分現像剤を担持して感光体上の静電潜像をトナーで現像する現像ローラ、３０４は新たなトナーが図示しないトナー補給装置（パドルやローラ、アジテータ等からなるトナー補給部材とそれらを駆動するトナー補給モータ等からなる補給機構と、補給装置本体に着脱可能に設けられたトナー収納部（トナーカートリッジ）等によって構成される）によって補給されるトナー補給部、３０５は互いに逆方向に搬送される現像剤を仕切り、その両端が現像剤の受け渡しのために切り欠いてある仕切り板、３０６は現像装置内のトナー濃度を計測する計測手段としての磁気センサである。上記第１の撹拌スクリュー３０２ａは現像剤を撹拌しながら搬送し、現像ローラ３０３に対して現像剤を供給し且つ現像後の現像剤を回収するものであり、また、第２の撹拌スクリュー３０２ｂは現像ホッパ３０１から延長されてトナー補給部３０４まで及んでおり、その回転によって現像剤を搬送するだけでなく、トナー補給部３０４内の補給トナーを現像ホッパ３０１内に取り込むようになっている。即ち、図示しないトナー補給装置によりトナー補給部３０４から補給されたトナーは第２の撹拌スクリュー３０２ｂにより搬送され、図中の矢印方向に現像剤と共に撹拌されていくうちに現像剤と混ざりあうように構成されている。
【００１５】
図４は、トナー濃度と磁気センサ出力との関係及びトナー濃度検出値によるトナー補給量の変化を示す図である（図中の曲線で示すグラフが磁気センサ出力を示し、階段上のグラフがトナー補給量を示している）。また、図５は本実施例を実現するための制御系のハードウェア構成を示す図であり、現像装置の現像部３００とトナー補給部３０４に対する制御系の構成のみを示しており、現像部３００の濃度センサ（磁気センサ）３０６の出力が制御手段である画像形成装置本体制御部の制御ＣＰＵ（制御用中央処理装置（マイクロコンピュータ、メモリ、入出力装置、制御回路、クロック、カウンタ等により構成される））３０８に入力され、制御ＣＰＵ３０８はトナー濃度検出値に応じてトナー補給部３０４に設置されたトナー補給装置のトナー補給モータ３０７を制御し、図４のようにトナー補給量を制御する。尚、図５では本発明と関連のない画像形成装置の他の構成部分の制御系の図示は省略してある。
【００１６】
ここで、図４に示すトナー補給制御では、基準濃度以上を検出すればトナー補給を行わず、基準濃度以下であれば、基準濃度との差によりトナー補給量を段階的に変える制御となることを示している。また、図４中にはトナーエンドを検出する場合の検出濃度を示してある。
トナー補給部３０４のトナーがなくなってくると濃度が低下していき、制御ＣＰＵ３０８による制御は濃度が低下しているのでトナー補給量を上げようとするが、トナー補給部３０４に補給すべきトナーが無い場合には、濃度は更に低下を続ける。その後、図４中のトナーエンド検出濃度までトナー濃度が下がったところでトナーエンドとして機械を停止し、図示しない画像形成装置本体の操作パネル上の表示部にトナーエンドを表示し、トナー補給部３０４のトナー補給装置に取り付けられているトナーカートリッジの交換を使用者に対して要請する。トナーエンドの検出に際しては本発明の磁気センサ３０６が現像装置内での一部分の濃度しか見られないため、トナーエンド検出濃度を複数回連続で検出したときに初めてトナーエンドとする、などの保護制御を設けることもある。
【００１７】
トナーエンドを検出して停止している機械に対して、トナー補給部３０４のトナーカートリッジの交換が行われた場合には、制御ＣＰＵ３０８はトナー補給部３０４のトナー補給モータ３０７をオンにし、トナーエンドの解除のための補給動作を行う。この場合は、トナー補給動作を行うことにより、トナー濃度レベルが上がってくる。図４中のトナーエンド解除濃度までトナー濃度が回復したことを検出したときにはトナーエンドを解除する。
【００１８】
ここで、磁気センサ３０６がトナーエンド解除濃度を検出するまでに現像装置内に補給されたトナーが密集していることが問題となる。しかし、前述したようにトナーの密集自体は回避できないので、トナーエンドから復帰をしたときは、トナー補給制御の方を変える必要がある。
【００１９】
そこで、本発明では、トナーエンドからの復帰制御時には、図６のフローチャートに示すように、トナーエンド解除時に、補給抑制フラグをオンにしておき、次に、通常のトナー補給制御が開始されたときに、図７のフローチャートに示すように、トナー濃度検出、補給量算出の後、トナーエンドからの復帰を補給抑制フラグのオンにより検出したときには、以後一定期間は検出濃度に対するトナー補給量を通常時よりも抑制する補給量抑制制御動作を行うことで、現像装置内に規定以上のトナーを補給すること（過補給）を防止する（請求項１）。すなわち、本発明の画像形成装置では、トナーエンドからの復帰動作を行いトナーエンドが解除された時には補給抑制フラグがオンとなるので、トナー補給制御時に補給抑制フラグのオン／オフによりトナーエンドからの復帰直後か否かが判別でき、トナーエンドからの復帰直後の時は補給量抑制制御動作が行われ、そうでない場合は通常のトナー補給動作が行われるので、トナーエンドから復帰した時点においてもトナーの過補給を防止することができ、現像装置内のトナー濃度を常に適切な状態に保つことができる。
【００２０】
次に、請求項２の発明は上述の請求項１の発明において、トナー補給量の抑制を補給時間を変える形で実現するものである。この時のトナー補給制御動作のフローチャートを図８に示す。図８に示す制御では、トナー濃度検出、補給量算出の後、トナーエンドからの復帰を補給抑制フラグのオンにより検出したときには、トナー補給部３０４からのトナーの補給時間を変更する、例えば、通常の補給時より補給時間を短くする（より具体的には、補給モータ３０７の駆動時間を短くする）等の補給時間変更制御を行うことにより、トナーの補給量の抑制を行うので、請求項１の発明を実現するに当り、特別な機構の追加を必要としない利点がある。
【００２１】
次に、請求項３の発明は上述の請求項１の発明において、トナー補給の機構に図５に示したようにトナー補給モータ３０７を使用し、かつ、そのトナー補給モータ３０７の回転速度等を可変とする手段（図示せず）を付加したものであり、トナー補給量の抑制を補給速度を変える形で実現するものである。この時のトナー補給制御動作のフローチャートを図９に示す。図９に示す制御では、トナー濃度検出、補給量算出の後、トナーエンドからの復帰を補給抑制フラグのオンにより検出したときには、トナー補給部３０４のトナー補給モータ３０７の回転速度を変更する、例えば、通常の補給時より回転速度を遅くする等の補給速度変更制御を行うことによりトナーの補給量の抑制を行うので、請求項１の発明を実現するに当り、補給時間の制御部はそのままで、補給速度を変更する制御部を追加すればよい。
【００２２】
次に、請求項４の発明は上述の請求項１の発明において、トナー補給部３０４の補給口（トナー補給装置からトナー補給部内への補給口等）に補給口の大きさを変えるシャッター（図示せず）の様な機構を有し、かつ、その補給口の大きさを可変とする手段（シャッターの開閉機構等）を付加したものであり、補給量の抑制を補給口の大きさを変える形で実現するものである。この時のトナー補給制御動作のフローチャートを図１０に示す。図１０に示す制御では、トナー濃度検出、補給量算出の後、トナーエンドからの復帰を補給抑制フラグのオンにより検出したときには、トナー補給部３０４の補給口の大きさをシャッターの様な機構により変更する、例えば、シャッターの閉じ量を変えて補給口の開口の大きさを小さくする等の補給口変更制御を行うことによりトナーの補給量の抑制を行うので、請求項１の発明を実現するに当り、補給時間の制御部はそのままで、補給口の大きさを変更する制御部を追加すればよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、現像装置の端部に設けられたトナー補給部よりトナーを補給する構成のトナー補給装置を有し、前記現像装置内のトナー濃度を検出する検出手段を有する画像形成装置において、トナーエンド状態からトナー補給が開始されて復帰動作が行われ、トナーエンド状態が解除された場合に、トナーエンド状態からの復帰を示す補給抑制フラグが設定される設定手段を有し、トナー補給制御が開始され、トナー濃度を検出して補給量を算出しトナー補給を行うに際し、前記トナーエンド状態からの復帰を示す補給抑制フラグが前記設定手段に設定されている場合には、トナーエンド状態から復帰後の一定期間の間、前記トナー補給部からのトナーの補給量を抑制する手段を有する構成としたので、トナーエンドから復帰した時点においてもトナーの過補給を防止することができる。従って、循環式の２成分現像装置内のトナー濃度を常に適切な状態に保つことができる画像形成装置を提供することができる。
【００２４】
請求項２の発明においては、請求項１の構成に加えて、トナー補給部からのトナーの補給時間を変更することによりトナーの補給量の抑制を行う構成としたので、専用の構造を追加することなく、請求項１の機能を満たすことのできる画像形成装置を提供することができる。
【００２５】
請求項３の発明においては、請求項１の構成に加えて、トナー補給部からのトナーの補給速度を可変する手段を有し、該トナーの補給速度を可変する手段は、補給モータの回転速度等を変更することによりトナーの補給量の抑制を行う構成としたので、トナー補給の速度を変える制御を追加するだけで、その他の制御へ影響を及ぼすことなく請求項１の機能を満たすことのできる画像形成装置を提供することができる。
【００２６】
請求項４の発明においては、請求項１の構成に加えて、トナー補給部上のトナーの補給口の大きさを可変する手段を有し、該手段によりトナーの補給量の抑制を行う構成としたので、トナー補給部上のトナーの補給口の大きさを変える制御を追加するだけで、請求項１の機能を満たすことのできる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するための構成を持つ現像装置の一実施例を示す図であリ、（ａ）は現像装置の軸に直交する方向の概略断面図、（ｂ）は現像装置の軸に平行な方向の概略断面図である。
【図２】トナー濃度計測手段である磁気センサのトナー濃度に対する出力特性を示す図である。
【図３】磁気センサの検知範囲内にトナーを密集状態で補給して撹拌を行ったときの濃度変化を磁気センサで検出した場合の磁気センサ出力の変化を示す図である。
【図４】トナー濃度と磁気センサ出力との関係及びトナー濃度検出値によるトナー補給量の変化を示す図である。
【図５】本発明に係る画像形成装置の制御系のハードウェア構成の要部を示す図であって、現像装置の現像部とトナー補給部に対する制御系の構成のみを示したブロック図である。
【図６】本発明に係る画像形成装置のトナーエンドからの復帰時の制御動作を示すフローチャートである。
【図７】請求項１の一実施例を示すトナー補給制御動作のフローチャートである。
【図８】請求項２の一実施例を示すトナー補給制御動作のフローチャートである。
【図９】請求項３の一実施例を示すトナー補給制御動作のフローチャートである。
【図１０】請求項４の一実施例を示すトナー補給制御動作のフローチャートである。
【符号の説明】
３００      現像部
３０１      現像ホッパ
３０２ａ    第１の撹拌スクリュー
３０２ｂ    第２の撹拌スクリュー
３０３      現像ローラ
３０４      トナー補給部
３０５      仕切り板
３０６      磁気センサ（トナー濃度計測手段）
３０７      トナー補給モータ
３０８      制御ＣＰＵ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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