(57)【要約】【課題】複写機、ファクシミリ機、プリンタ、印刷機等の画像形成装置における現像装置であって、一つのセンサを設けるだけで、トナーの異なるレベルを検知可能とし、トナーの補給を効果的に行うことができる現像装置を提供すること。【解決手段】現像装置１０内のトナー量を検出する一つの光電センサ５５を設けるとともに、該センサ５５からの検出信号からトナーのレベルを検知するためのスレッショルド値を上下二つのトナー量レベルに対応させてそれぞれ設定し、センサ５５の検出信号から、トナー量が下側のレベルであることが検知されたときにトナーの補給動作を開始し、上側のレベルとなったときに補給動作を停止するようにした。【選択図】図４
2008180777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像用のトナーを入れるホッパー部と、
前記ホッパー部の内部のトナーを攪拌する攪拌部材と、
前記ホッパー部の内部へトナーを補給するトナー補給装置と、
前記ホッパー部の内部のトナー量を検出する一つのセンサと、
前記センサからの検出信号が入力し、前記検出信号に基づいて前記トナー補給装置に補給指令及び補給停止指令を出力する制御装置とを備え、
前記制御装置には、前記センサの検出信号からトナーのレベルを検知するためのスレッショルド値が上下二つのトナーレベルに対応させてそれぞれ設定され、
前記制御装置は、トナー量が下側のレベルであることが検知されたときにトナーの補給動作を開始させ、上側のレベルであることが検出されたときは補給動作を停止させる画像形成装置。
【請求項２】
トナーの補給停止のためのスレッショルド値が、トナー補給開始のためのスレッショルド値よりもトナー有りの状態を検出し易く設定されている請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ機、プリンタ、印刷機等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機等の画像形成装置は、感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置で現像剤であるトナーを用いて可視像化するようになっている。上記トナーは、使用により消耗されるので、適当な段階で補給する必要があるが、従来は、現像装置に設けられているトナーカートリッジを新しいものと交換することにより、トナーを補給するのが一般的であった。
【０００３】
しかしながら、トナーカートリッジでトナーを補給する方式では、収容するトナー量を多くするとトナーカートリッジが大きくなるので、その分だけ必要スペースも大きくなり、現像装置や画像形成装置も大型化せざるを得ないという問題点があった。逆にトナーカートリッジを小さくすると、収容するトナー量が少なくなるので、頻繁に交換しなければならないという問題が生じる。これらの問題点を解決するものとして、下記特許文献１に記載のものが提案されている。
【０００４】
上記特許文献１に記載のものは、画像形成装置に設けられている現像装置に、外部からトナーの充填が行えるトナー充填部を設けたもので、この充填部には、トナーを充填するための充填注入部材が挿入されるとき以外は閉塞状態を維持する弁構造と、トナーの残量及び満杯状態を検知するセンサを設けたものである。具体的には、トナーを所定方向に搬送する搬送スクリューの軸心位置を境にして、上側に満杯検知センサＳ１が設けられ、下側には残量検知センサＳ２が設けられていて、上記センサＳ２が所定トナー残量となったことを検知したときは、トナーの補給を開始し、上記センサＳ１が満杯を検知したときは、補給を停止するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２２３０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発明のように、上下２個所にセンサを設けて、補給開始レベルと満杯レベルとをそれぞれ別のセンサで検出する構成では、上下のセンサを所定の間隔をおいて設置しなければならないので、そのためのスペースが必要であり、スペースが少ない小型の現像装置に適用するには不適であった。
【０００６】
例えば、１成分系のトナーを用いる現像装置では、現像装置自体が小型となるので、上下二つのセンサで上限レベルと下限レベルを検出する構成では、両センサを上下に配置させるには限界があり、下限レベルの検知位置が低くなり、残量検知時のトナー残量が非常に少なくなる。補給開始前のトナー残量が少なくなると、トナーを補給したときに、補給されたトナーが現像ローラ上に直行することになり、画像に筋状のムラが現れるという問題が生じる。また、現像ローラの近傍において、補給された新たなトナーの比率が高くなると、現像装置内に残留していたトナーが荷電不良になり、非画像領域にトナーがとぶ、いわゆるカブリが生ずるという問題があった。
【０００７】
さらに、上下二つのセンサによって上限と下限を検出する構成では、補給されるトナーの比率を所定範囲内に納めて、上記ムラやカブリの問題を防止するため、両センサの間隔を小さくする必要があるが、１成分系の現像装置のように小型化した現像装置では、スペースが小さいため、上下二つのセンサを接近させて設けることができないという問題点があった。しかも二つのセンサを設けることは、それだけコストが高くなるという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、例えば１成分系の現像装置のように小型の現像装置であっても、一つのセンサを設けるだけで、二つの異なるトナー量レベルを検知することができるようにして、適切なトナー補給を行うことができ、しかもトナーの追加補給量を少量にコントロールできて、追加補給時の帯電不良や筋状ムラ等が発生せず、良好な画像が得られる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、次のような構成を採用した。
すなわち、第１の本発明は、現像用のトナーを入れるホッパー部と、
前記ホッパー部の内部のトナーを攪拌する攪拌部材と、
前記ホッパー部の内部へトナーを補給するトナー補給装置と、
前記ホッパー部の内部のトナー量を検出する一つのセンサと、
前記センサからの検出信号が入力し、前記検出信号に基づいて前記トナー補給装置に補給指令及び補給停止指令を出力する制御装置とを備え、
前記制御装置には、前記センサの検出信号からトナーのレベルを検知するためのスレッショルド値が上下二つのトナーレベルに対応させてそれぞれ設定され、
前記制御装置は、トナー量が下側のレベルであることが検知されたときにトナーの補給動作を開始させ、上側のレベルであることが検出されたときは補給動作を停止させる画像形成装置である。
【００１０】
また、第２の本発明は、トナーの補給停止のためのスレッショルド値が、トナー補給開始のためのスレッショルド値よりもトナー有りの状態を検出し易く設定されている上記第１の本発明の画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る画像形成装置は、一つのセンサでトナー量を検出するが、粉体であるトナーの量によってセンサの受光量が濃淡変化するからであり、その検出信号を処理するスレッショルド値を、検知すべきレベルによって異ならせて設定することにより、二つのトナー量レベルをうまく検知し、トナーの補給を効果的に行うことができるとともに、補給によるトナー量をコントロールすることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明のように、満杯レベルを検出するスレッショルド値の方が、補給開始レベルを検出するスレッショルド値よりもトナーの存在を検知し易く設定しておくと、補給量を少なくして、追加補給を行った際にも帯電不良や筋状ムラ等が発生しない画像を得ることができようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。図１は、画像形成装置１の構成を表す模式図であり、機枠２の内部に回転ドラムからなる感光体３が設けられ、この感光体３に画像書き込み用のレーザースキャニングユニット４から画像信号が供給されるようになっている。感光体３の周囲には、感光体３を帯電させる帯電部材５、清掃部材６、摺接部材７等が設けられている。
【００１４】
前記感光体３の外周面に臨むように、現像装置１０が設けられている。図の現像装置１０は、回転によって４色のトナーを交互に感光体３に供給するロータリー式現像装置であり、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの４つの区分（現像器）に分割されていて、それぞれの区分が異なる色の現像器となっている。この現像装置１０には、トナー残量が所定の量となったときにトナー補給装置１５からトナーが供給される。１６は、トナー補給装置１５に設けられた補給パイプである。なお、トナー補給装置１５には、図示を省略したトナー搬送装置が設けられている。
【００１５】
前記回転ドラムからなる感光体３に接するように中間転写ユニット２０が設けられている。中間転写ユニット２０は、矢印方向に循環移動する転写ベルト２１を備え、その一方の端部には、転写部２２が設けられている。中間転写ユニット２０の下流側には、定着ユニット２５が設けられている。なお、図１中の２６は用紙カセット、２８は排出ローラである。
【００１６】
この画像形成装置１は、回転ドラムからなる感光体３が帯電部材５によって帯電させられ、その外周面にレーザスキャニングユニットによって画像の書き込みが行われて、潜像が形成される。この潜像は、現像装置１０によって現像されてトナーによる可視像となり、中間転写ベルト２１に転写される。なお、ロータリー式の現像装置１０は、所定のタイミングで回転しつつ、必要な色のトナー（４つに区分された各現像器に別々に保持されている）を感光体３に供給する。
【００１７】
中間転写ベルト２１に転写された可視像は、用紙カセット２６から所定のタイミングで送り出されてくる用紙に転写部２２で転写されたのち、定着ユニット２５で熱と加圧力を加えられて定着される。このようにして画像が形成された用紙は、排出ローラ２８によって外部へ排出される。
【００１８】
一方、画像を現像するためのトナーは、使用によって消耗するので、現像装置１０内におけるその残量が所定量となったときに、補給装置１５によって補給される。この補給量は、上記筋状のムラやカブリが生じないように、ある程度少なくするのが好ましい。具体的には、例えば、古いトナー４０ｇに対し、新しいトナー５ｇ程度とするのが好ましい。図２は、上記現像装置１０の一つの区分１０ａを拡大して表すもので、この現像装置１０ａには、トナーを入れるホッパー部３０と、該ホッパー部３０のトナーを現像ローラ３１側に供給する攪拌部材４０とホッパー部３０から供給されたトナーを現像ローラ３１へ供給する供給ローラ３２と、現像ローラ３１のトナーを規制するとともに帯電する規制部材３４が設けられている。３５は、現像後のトナーが現像装置に戻る部分をシールし、トナーのこぼれを防止するシール部材である。
【００１９】
ホッパー部３０内には、図３に示すように、攪拌部材４０が設けられている。攪拌部材４０は、攪拌部材軸４１を備え、回転しながらトナーを攪拌するもので、該攪拌部材軸４１には、窓４２ａ付きの攪拌羽根４２が設けられている。攪拌部材４０による攪拌によって、粉状のトナーの一部が舞い上がり、センサ５５の光通過量に影響を与える。攪拌部材４０の上側には、清掃用の回転円盤４５が設けられていて、該回転円盤４５には、直径方向の両位置から突出する左右一対の棒状部材４６，４６が設けられている。これら一対の棒状部材４６，４６には、薄いフィルムからなる光ガイド清掃部材４７，４７が取り付けられている。現像装置へのトナー補給制御が開始されると、この回転円盤４５が所定方向に回転し、清掃部材４７が後述の光ガイドの表面を清掃する。
【００２０】
上記清掃用の回転円盤４５が設けられているレベル、すなわち、前記攪拌軸部材４１よりもやや上方の、ホッパー部３０内の左右両側位置に一対の光ガイド部材５０が設けられている。図４は、これらの配置を表すものである。光ガイド部材５０は、透明なアクリル樹脂で構成されるもので、発光側光ガイド部材５１と、受光側光ガイド部材５２からなり、現像装置１０の側面の外側には、光電センサ５５を構成する発光素子５６と受光素子５７が設けられている。発光素子５６から発せられた光は、発光側光ガイド部材５１を通ってその先端部に達し、その傾斜した先端部から直角に屈曲してホッパー部３０内を横切ったのち、受光側光ガイド部材５２を通って受光素子５７に入射する。
【００２１】
また、トナー補給制御が開始に伴い、新たに補給されるトナーが、光ガイド清掃部材４７と発光側光ガイド部材５１及び受光側光ガイド部材５２との間に入り込み、清掃部材４７の回転により光ガイド部材５０の表面が摩擦清掃されて、光ガイド部材５０の表面に付着した古いトナーは取り除かれる。
【００２２】
上記発光素子５６と受光素子５７は、制御装置６０に接続されている。制御装置６０では、受光素子５７から供給される受光量を電圧で表すアナログ信号をデジタル信号に変換する。トナーは粉体であるから撹拌すると、発光側光ガイド部材５０から受光側光ガイド部材５１への光の通路をさえぎって、清掃部材４７の通過直後に光が通過する動作を繰り返し、光の透過量に濃淡の変化を与える。このため、受光素子５７の受光量を表す電圧が波状にアナログ変化することになる。トナー量が多いと、光が透過しにくくなるため、受光素子５７の電圧は低くなる。逆に、トナー量が少ないと、光が透過しやすくなるため、受光素子５７の電圧は高くなる。そこで、トナー量制御のための適当なスレッショルド値を電圧の値に対応させて制御装置６０のメモリに設定して、デジタル信号化するのである。このスレッショルド値としては、基本的には、トナー補給の上限（満杯状態）を表すレベル１と、トナー補給を開始すべき下限を表すレベル２にそれぞれ対応させて、２種の値を設定しておく。つまり、実際のトナーのレベルが高いときは、スレッショルド値は低く、実際のトナーのレベルが低いときは、スレッショルド値は高いという関係にある。但し、後述するように、光ガイド清掃部材４７、４７の摩擦清掃機能を考慮する場合、トナーのレベルとスレッショルド値の関係を逆転させる場合もある（図６参照）。
【００２３】
なお、センサ５５の位置や、トナーの補給開始のレベルと補給を停止すべき満杯レベルは、機種等に応じて最も好ましい値に設定すればよい。そして、スレッショルド値は、実際にこれらのレベルが検出されるような値としておけばよい。
【００２４】
図５は、上記センサ５５の検出に基づいてトナーを補給するための制御を表すフローチャートであり、この図５にしたがって、トナー補給制御について説明する。この実施形態では、センサ５５が常時駆動されているわけではなく、印字中（現像中）（ＳＴ１）にトナー消費量が第２の所定量に達した（ＳＴ４）時点でセンサ５５を駆動して、トナー残量を検出する。まず、印字による印字率を積算し（ＳＴ２）、これに基づいてトナーの消費量を算出する（ＳＴ３）。算出されたトナー消費量が所定の値（レベル２）に達したか否かを判断し（ＳＴ４）、Ｎｏなら再度スタートに戻り、Ｙｅｓならトナーの補給制御を開始する。
【００２５】
トナー補給制御に際しては、センサ５５によって検出されたトナー残量が印字を行うに十分であるか否か（レベル２よりも大きいか否か）を判断し（ＳＴ３１）、トナー残量が印字に十分な量であると判断されれば印字動作を行う。このトナー残量が十分であるか否かは、受光センサ５７の電圧と補給開始用のスレッショルド値（レベル１対応）とを対比することにより判断できる。なお、上記算出消費量が所定の量に達したにもかかわらず、センサによるトナー残量がレベル２以上と判断された場合は、所定の追加消費を行ってから再度トナー補給制御を開始する。
【００２６】
トナー残量が補給を開始すべきレベル（レベル２）である場合は、制御装置６０からの駆動信号により現像装置のロータリーを回転させ、補給対象の現像器（例えば１０ａ）を補給位置に移動させる（ＳＴ３２）。ついで補給パイプ１６を当該現像器１０ａに挿入する（ＳＴ３３）。この状態で、補給パイプ１６内に設けられているスクリュー、コンテナ等を駆動し、トナー補給を開始する（ＳＴ３５）。
【００２７】
補給開始から所定時間Ｔが経過したらトナー量が満杯状態（レベル１）となったか否かを判断し（ＳＴ３６）、満杯状態となっていない場合は、補給を継続する。また、満杯状態となったことが検出された場合は、制御装置６０からの停止信号によりトナー補給を停止し（ＳＴ３７）、前記算出された消費量をリセット（ＳＴ３８）するとともに、補給対象現像器を停止（ＳＴ３９）して、補給パイプ１６を当該現像器から抜き取る（ＳＴ４０）。これでトナー補給制御が終了する。
【００２８】
現像器内のトナーの量がトナー補給を開始すべき量（レベル２）であるか、補給を停止すべき満杯状態（レベル１）であるかは、センサ５５を構成する受光素子５７の電圧を、デジタル化するために制御装置６０に設定されているスレッショルド値によって検知される。この実施形態では、スレッショルド値はレベル１用とレベル２用の２種類が設定されていて、それぞれのレベルを検知するが、補給を停止すべき量を表すレベル１を検知するためのスレッショルド値を、レベル２を検知するためのスレッショルド値よりも、トナーの存在を検出し易いように設定しておくのが好ましい。つまり、前者の値（レベル１を検知するためのスレッショルド値）を後者の値（レベル２を検知するためのスレッショルド値）よりも大きく設定しておく。これは、トナー補給時に前記光ガイド清掃部材４７，４７が光ガイド部材５０の表面を清掃することによる光量の変化に対応するためである。すなわち、光ガイド部材５０の表面には古いトナーが付着するため、光の透過量が低減するが、光ガイド清掃部材４７，４７がこの表面を清掃することによって、光の透過量が次第に増大し、たとえトナーのレベルが同じであっても、補給を開始した直後よりも受光素子の出力電圧が上昇するからである。図６は、レベル１とレベル２に対応するスレッショルド値の関係を表すものである。尚、トナーの満杯を検知する電圧値は、一定時間（実施例では２０秒）経過後に安定する。安定するまでは、誤動作を避けるために、レベル１に対応するスレッショルド値との比較判断は行わない様にしておくのが望ましい。
【００２９】
このようにしておくと、トナー補給量を少なくすることができ、追加補給を行った場合も、現像装置における帯電不良や筋状ムラの発生を抑制して、良好な画像を得ることができる。即ち、この様にしなければ、トナーのレベルが低くなっていないのにも関わらず、光ガイド清掃部材４７，４７の表面が磨かれることのみによって、受光素子５７の受光量が増加して、検知される電圧が高くなり、トナーのレベルが「低い」と誤判断させてしまうからである。
【００３０】
この現像装置は、一つ（１組）のセンサを用いて、二つの異なるトナーレベルを検知することが可能であり、スペースに乏しい小型の現像装置の場合も、このセンサで２段階のトナー残量を検出し、印字不良や、画像不良等を生じないように、トナー補給制御を効果的に実施することが可能である。なお、以上の説明では、ロータリ式の現像装置を例にとって説明したが、ロータリ式ではないものにおいても同様である。また、トナーとして１成分系のトナーを使用する現像装置を例にとって説明したが、２成分系の現像装置についても同様に適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置として採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態の画像形成装置の構成を模式的に表す断面図
【図２】本実施の形態の画像形成装置における現像装置の拡大断面図
【図３】本実施の形態における現像装置の要部の拡大斜視図
【図４】本実施の形態における現像装置の平面図
【図５】本実施の形態におけるトナー補給制御を表すフローチャート図
【図６】本実施の形態における２種類のスレッショルド値の関係を説明するための図
【符号の説明】
【００３３】
１  画像形成装置
２  機枠
３  感光体
５  帯電部材
１０  現像装置
１５  補給装置
２０  中間転写ユニット
５５  センサ
５６  発光素子
５７  受光素子
６０  制御装置
【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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