(57)【要約】【課題】現像剤濃度が過度に変動することを避け、現像剤にかかる負荷を軽減し現像剤の寿命向上と画像濃度安定性を図ることのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】現像手段内のトナー及びキャリアの混合比率に対応する情報を検知する検知センサ４２の出力が所定の異常レベルを超えて変動したときに画像形成装置が異常であると認識させる認識手段６０を有し、異常レベルを画像濃度信号に応じて可変とする。【選択図】　　　　図２
2004109384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像濃度信号に基づいて像担持体上に静電像を形成する手段と、前記像担持体上の静電像をトナー及びキャリアを含む現像剤で現像する現像手段と、前記現像手段内のトナー及びキャリアの混合比率に対応する情報を検知する検知センサと、を有し、前記検知センサの出力に応じて現像剤補給容器から前記現像手段へトナーを補給する画像形成装置において、
前記検知センサの出力が所定の異常レベルを超えて変動したときに前記画像形成装置が異常であると認識させる認識手段を有し、前記異常レベルを前記画像濃度信号に応じて可変とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
所定の画像濃度信号に基づいて像担持体上に基準静電像を形成する手段と、前記像担持体上の基準静電像をトナー及びキャリアを含む現像剤で現像して基準画像を形成する現像手段と、基準画像の濃度を検知する検知センサと、を有し、前記検知センサの出力に応じて前記現像手段へトナーを補給する画像形成装置において、
前記検知センサの出力が所定の異常レベルを超えて変動したときに前記画像形成装置が異常であると認識させる認識手段を有し、前記異常レベルを前記画像濃度信号に応じて可変とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記認識手段は前記検知センサの出力に応じて前記現像剤補給容器内のトナーの欠乏を判断することを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に関し、特に、トナーとキャリアを含む二成分現像剤のトナー濃度を適正に制御して可視画像を形成する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に従来のカラー画像形成装置の概略断面図を示す。本例にて、カラー画像形成装置は、上部にデジタルカラー画像リーダ部１Ｒを、そして、下部にデジタルカラー画像プリンタ部１Ｐを有する。
【０００３】
リーダ部１Ｒにおいては、原稿３０を原稿台ガラス３１上に載せ、露光ランプ３２により露光走査した原稿３０からの反射光像を、レンズ３３によりフルカラーセンサ３４に集光し、カラー色分解画像信号を得る。カラー色分解画像信号に、図示してはいないが、増幅回路を経てビデオ処理ユニットにて処理を施し、プリンタ部１Ｐに送出する。
【０００４】
プリンタ部１Ｐにおいては、像担持体である感光ドラム１が矢印方向Ｒ１に回転自在に担持されており、感光ドラム１の周りには、前露光ランプ１１、コロナ帯電器２、露光光学系３、電位センサ１２、４個の現像装置４（４ｙ、４ｃ、４ｍ、４Ｂｋ）、画像濃度検知手段１３、転写装置５、クリーニング装置６を配置する。
【０００５】
レーザービーム露光光学系３には、リーダ部１Ｒからの画像信号を入力し、レーザー出力部（不図示）にて光信号に変換した後、レーザー光をポリゴンミラー３ａで反射し、レンズ３ｂ及びミラー３ｃを通って、感光ドラム１の面を線状に走査（ラスタスキャン）する光像Ｅに変換する。
【０００６】
プリンタ部画像形成時には、先ず、感光ドラム１を矢印方向Ｒ１に回転させ、前露光ランプ１１で除電した後、帯電器２により一様に帯電した後、分解色ごとに光像Ｅを照射し、潜像を形成する。
【０００７】
次に、分解色ごとに所定の現像装置４（４ｙ、４ｃ、４ｍ、４Ｂｋ）を動作させて、感光ドラム１上の潜像を現像し、感光ドラム１上に樹脂を基体としたトナーにより画像を形成する。
【０００８】
現像装置４（４ｙ、４ｃ、４ｍ、４Ｂｋ）は、偏心カム２４（２４ｙ、２４ｃ、２４ｍ、２４Ｂｋ）の動作により、各分解色に応じて択一的に感光ドラム１に接近するようにしている。
【０００９】
更に、感光ドラム１上のトナー画像を、記録材カセット７より搬送系及び転写装置５を介して感光ドラム１と対向した位置に供給された記録材に転写する。
【００１０】
転写装置５は、本例では転写ドラム５ａ、転写帯電器５ｂ、記録材を静電吸着させるための吸着帯電器５ｃと対向する吸着ローラ５ｇ、内側帯電器５ｄ、外側帯電器５ｅとを有し、回転駆動されるように軸支された転写ドラム５の周面開口域には誘電体からなる記録材担持シート５ｆを円筒状に一体的に張設している。記録材担持シート５ｆはポリカーボネートフィルム等の誘電体シートを使用している。
【００１１】
ドラム状とされる転写装置、即ち、転写ドラム５を回転させるに従って感光ドラム上のトナー像は転写帯電器５ｂにより記録材担持シート５ｆに担持された記録材上に転写する。
【００１２】
このように記録材担持シート５ｆに吸着搬送される記録材には所望数の色画像が転写され、フルカラー画像を形成する。
【００１３】
４色モードの場合、このようにして４色のトナー像の転写を終了すると記録材を転写ドラム５ａから分離爪８ａ、分離押し上げコロ８ｂ及び分離帯電器５ｈの作用によって分離し、熱ローラ定着装置９を介してトレイ１０に排紙する。
【００１４】
他方、転写後感光ドラム１は、表面の残留トナーをクリーニング装置６で清掃した後再度画像形成工程に供する。
【００１５】
記録材の両面に画像を形成する場合には、定着装置９を排出後、すぐに搬送パス切替ガイド１９を駆動し、排紙縦パス２０を経て、反転パス２１ａにいったん導いた後、記録材を一旦停止させ、反転ローラ２１ｂの逆転により、送り込まれた際の後端を先頭にして送り込まれた方向と反対向きに退出させ、記録材を裏返して中間トレイ２２にストックする。その後再び上述した画像形成工程によってもう一方の面に画像を形成する。
【００１６】
また、転写ドラム５ａ上の記録材担持シート５ｆ上は、感光ドラム１、現像装置４、クリーニング装置６等からの粉体の飛散付着、又は記録材のジャム（紙づまり）時にトナーが付着すること、両面画像形成時に記録材上のオイルが付着する場合があること、等により汚染されるが、ファーブラシ１４と記録材担持シート５ｆを介して該ブラシ１４に対向するバックアップブラシ１５や、オイル除去ローラ１６と記録材担持シート５ｆを介して該ローラ１６に対向するバックアップブラシ１７の作用により清掃された後、再度画像形成プロセスに供せられる。このような清掃は前回転時、後回転時に行ない、また、ジャム（紙づまり）発生時には随時行う。
【００１７】
また、本例においては、転写ドラム偏心カム２５を動作させ、転写ドラム５ｆと一体化しているカムフォロワ５ｉを作動させることにより、記録材担持シート５ａと感光ドラム１とのギャップを所定タイミングで所定間隔に設定可能な構成としている。例えば、スタンバイ中又は電源オフ時には、転写ドラム５ａと感光ドラム１の間隔を離し、感光ドラム１の回転駆動から転写ドラム５ａの回転を独立させることが可能な構成である。
【００１８】
また、この一連の画像形成動作において現像装置４（４ｙ、４ｃ、４ｍ、４Ｂｋ）は、以下の様に動作している。
【００１９】
静電潜像が現像位置に達するときに、不図示の現像バイアス電源によりＡＣ、ＤＣ重畳された現像バイアスが現像スリーブ４１に印加され、現像スリーブ駆動装置（図示せず）により現像スリーブ４１が矢印方向に回転し、現像加圧カム２４（２４ｙ、２４ｃ、２４ｍ、２４Ｂｋ）により加圧され、静電潜像を可視像化する。
【００２０】
現像剤濃度検知は、静電潜像を可視像化する際に、現像装置４に設けた例えばインダクタンス検知センサ４２により現像剤状態を検知し、その信号からトナー補給装置の駆動を行い、現像剤濃度を一定に保つ。
【００２１】
また、現像剤濃度検知用のパッチ潜像が形成された時には、現像バイアス電源より電界を現像スリーブ４１に印加し、現像スリーブ駆動装置により現像スリーブ４１を矢印方向に回転させ、パッチ潜像を可視像化し、光学センサであるパッチ検センサ１３によって画像濃度信号を読み取る。この値を基準値と比較し、トナー補給装置の駆動を行い、センサ１３の出力が常に一定になるようにトナー補給を行うことにより画像濃度を制御し、適正画像を得るようにしている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年小型化低コスト化に伴い、各現像装置の現像剤含有量が少なくなり、現像剤に負担がかかり現像剤の寿命が短くなってしまうという懸念がある。
【００２３】
従って、本発明の目的は、現像剤濃度が過度に変動することを避け、現像剤にかかる負荷を軽減し現像剤の寿命向上と画像濃度安定性を図ることのできる画像形成装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、画像濃度信号に基づいて像担持体上に静電像を形成する手段と、前記像担持体上の静電像をトナー及びキャリアを含む現像剤で現像する現像手段と、前記現像手段内のトナー及びキャリアの混合比率に対応する情報を検知する検知センサと、を有し、前記検知センサの出力に応じて現像剤補給容器から前記現像手段へトナーを補給する画像形成装置において、
前記検知センサの出力が所定の異常レベルを超えて変動したときに前記画像形成装置が異常であると認識させる認識手段を有し、前記異常レベルを前記画像濃度信号に応じて可変とすることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００２５】
本発明の他の態様によれば、所定の画像濃度信号に基づいて像担持体上に基準静電像を形成する手段と、前記像担持体上の基準静電像をトナー及びキャリアを含む現像剤で現像して基準画像を形成する現像手段と、基準画像の濃度を検知する検知センサと、を有し、前記検知センサの出力に応じて前記現像手段へトナーを補給する画像形成装置において、
前記検知センサの出力が所定の異常レベルを超えて変動したときに前記画像形成装置が異常であると認識させる認識手段を有し、前記異常レベルを前記画像濃度信号に応じて可変とすることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００２６】
上記本発明の一実施態様によれば、前記認識手段は前記検知センサの出力に応じて前記現像剤補給容器内のトナーの欠乏を判断する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２８】
実施例１
本発明は、先に説明した図１に示す画像形成装置に具現化し得る。図２に、図１に示す画像形成装置における現像装置４及び現像剤濃度制御装置１００の概略構成を模式的に拡大して示す。
【００２９】
本実施例にて、現像装置４は、トナーとキャリアを含む２成分現像剤４０を収容している。現像剤濃度制御装置１００は、現像剤４０のトナーとキャリア混合比率、即ち、現像剤濃度を検知する、例えばインダクタンス方式の検知センサ４２を有している。検知センサ４２は、現像装置４の側壁或いは底壁に取り付けられる。
【００３０】
現像剤濃度制御装置１００は、更に、トナー補給装置５０を備えており、トナー補給装置５０は、補給現像剤、即ち、トナーＴを貯留したトナー補給槽５１と、トナー補給槽５１内のトナーＴを現像装置４へと補給する搬送スクリュー手段５２及び搬送スクリュー手段５２を駆動する駆動手段５３とを有する。
【００３１】
駆動手段５３は、検知センサ４２の出力値に基づき、制御手段ＣＰＵを介して駆動制御される。従って、搬送スクリュー手段５２が所定時間駆動されることによって、所定量のトナーＴをトナー補給槽５１から補給穴５４を介して現像装置４内に補給し、現像装置４内の現像剤濃度を一定に保つ。
【００３２】
本実施例によれば、制御手段ＣＰＵは、現像剤濃度が所定レベルを超えて変動したときに現像装置、即ち、画像形成装置の異常を検知して表示する異常検知手段を備えている。特に、本実施例によれば、画像印字比率により現像剤濃度の異常検知レベルを可変とすることを特徴とする。異常検知手段は、異常を検知したときに、認識手段としての例えばディスプレー装置６０に警告を表示すると共に、装置を作動停止させることもできる。
【００３３】
図３は、印字比率の低い画像を連続してコピー動作した時の現像剤濃度変動を示す図である。図３にて、実線ａは、現像剤濃度変動に応じて正常に補給動作が行われている状態を示す。実線ｂは、トナー補給が行われない状態で同様のコピー動作が行われたときの現像剤濃度変動を示す。
【００３４】
図４は、印字比率の高い画像を連続してコピー動作した時の現像剤濃度変動を示す図である。実線ｃは、現像剤濃度変動に応じて正常に補給動作が行われている状態を示す。実線ｄは、トナー補給が行われない状態で同様のコピー動作が行われたときの現像剤濃度変動を示す。
【００３５】
図３及び図４から分かるように、印字比率（以下「画像ｄｕｔｙ」という。）が低い場合は、実線ａのように基準値からの変動値が小さく安定した状態でのコピー動作が可能となり、実線ｃのように、画像ｄｕｔｙが高い場合においては基準値からの変動値は比較的大きくなるものの、サインカーブに似たリップルを持ちながら図５の実線ｅのように補給と消費のバランスが釣り合った所定値において安定することが分かる。
【００３６】
現像剤のエラー検知レベルが固定値であった従来の現像剤濃度検知では、図３から分かるように、トナー補給が行われなくなってから相当数の時間及びコピー枚数が費やされないとエラーレベルに達しないので、エラー検知までの時間がかかると共に、現像剤にかかる負荷が増加して、劣化を促進させてしまう。
【００３７】
そこで、本実施例では画像ｄｕｔｙによりエラー検知レベルを可変にすることで、エラー状態を素早く検知して現像剤にかかる負荷を軽減させ画像濃度の安定化及び現像剤寿命の延命を図るものである。
【００３８】
図６は、本実施例を示すエラー検知レベルと画像ｄｕｔｙの関係を示す図である。横軸は画像ｄｕｔｙで最大の画像データを１００％としている。縦軸はエラーレベル（現像剤濃度の基準値からの変動値）である。
【００３９】
例えば、異常検知手段、即ち、制御手段ＣＰＵは、連続コピー時の画像ｄｕｔｙを算出し、その平均値が何％になるかで換算テーブルからエラーレベルを算出し、その値を超える信号が発生したら、エラーの警告を発生させる。また、画像ｄｕｔｙは常にモニタし、最新の画像ｄｕｔｙの平均値を用いてもよい。
【００４０】
エラーレベルの値は、ある特定の画像ｄｕｔｙにおける連続コピー時に発生する現像剤濃度のリップル、即ち、最大濃度変動量の３倍以内に設定することで、エラー状態の検知を素早く察知でき、また現像剤にかかる負荷を軽減することができる。
【００４１】
画像ｄｕｔｙを算出する手段としては、印字画像のドットをカウントして総画素数を検知するビデオカウントや、レーザーの総発光時間を積算してもよい。
【００４２】
また、図２に示すように、低コスト化や小型化に伴いトナー補給槽１０１にトナーの内容量を検知する残量検知センサを持たない装置においては、特にトナー無し状態でのエラー検知が発生し易く、その場合においては、異常検知手段がトナー無し検知を兼ねて表示させることもできる。即ち、エラー検知レベルが所定値異常となったときにトナー無しを警告し、更には、装置の停止を行う。
【００４３】
実施例２
実施例１においてエラーレベルを現像剤濃度の変動値として説明したが、テストパターン（パッチ）における画像濃度を検出する制御においても同様である。
【００４４】
本実施例においても、先に説明した図１に示す画像形成装置に具現化し得る。図７に、図１に示す画像形成装置における現像装置４及び画像濃度制御装置２００の概略構成を模式的に拡大して示す。
【００４５】
本実施例にて、現像装置４は、実施例１と同様の構造とされる。つまり、現像装置４は、トナーとキャリアを含む２成分現像剤４０を収容している。画像濃度制御装置２００は、実施例１で説明したと同様のトナー補給装置５０を有し、更に、光学センサであるパッチ検センサ１３を備えている。
【００４６】
従って、現像剤濃度検知用のテストパターン、即ち、パッチの潜像が形成された時には、現像バイアス電源より電界を現像スリーブ４１に印加し、現像スリーブ駆動装置により現像スリーブ４１を矢印方向に回転させ、パッチ潜像を可視像化し、パッチ検センサ１３によって画像濃度信号を読み取る。制御手段ＣＰＵは、この値を基準値と比較し、実施例１の場合と同様にしてトナー補給装置５０の駆動制御を行い、センサ１３の出力が常に一定になるようにトナー補給を行う。
【００４７】
本実施例によれば、制御手段ＣＰＵは、テストパターン（パッチ）の画像濃度が所定レベルを超えて変動したときに現像装置、即ち、画像形成装置の異常を検知して表示する異常検知手段を有する。特に、本実施例によれば、画像印字比率により現像剤濃度の異常検知レベルを可変とすることを特徴とする。異常検知手段は、異常を検知したときに、例えばディスプレー装置６０に警告を表示すると共に、装置の停止をすることも可能である。
【００４８】
図８に現像剤濃度の変動と、出力画像濃度及び画像濃度センサの出力の関係を示す。作像された画像濃度に対してそれを検知するセンサの出力が一義的に決まり、その出力が現像剤濃度を反映しているため、画像濃度センサの出力によっても、トナー補給状態を知ることができる。
【００４９】
図９に示すように、画像ｄｕｔｙに対して、少なくとも２つ以上のエラー検知レベルａ、ｂを有することで、画像比率に対して適切な状態であるかどうかの判断ができる。
【００５０】
例えば、画像ｄｕｔｙを常にモニタし、所定枚数毎に最新の画像ｄｕｔｙの平均値を求める。実施例１でも述べたが、画像比率によってトナー濃度のリップルの大きさは変化する。その画像ｄｕｔｙから、所定の換算テーブルを用いて、適切なエラーレベルを設定することで、画像比率に対しての、適切なエラー状態を素早く察知でき、また現像剤にかかる負荷を軽減することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、
（Ａ）画像濃度信号に基づいて像担持体上に静電像を形成する手段と、像担持体上の静電像をトナー及びキャリアを含む現像剤で現像する現像手段と、現像手段内のトナー及びキャリアの混合比率に対応する情報を検知する検知センサと、を有し、検知センサの出力に応じて現像剤補給容器から現像手段へトナーを補給する画像形成装置において、検知センサの出力が所定の異常レベルを超えて変動したときに画像形成装置が異常であると認識させる認識手段を有し、異常レベルを画像濃度信号に応じて可変とするか、或いは、
（Ｂ）所定の画像濃度信号に基づいて像担持体上に基準静電像を形成する手段と、像担持体上の基準静電像をトナー及びキャリアを含む現像剤で現像して基準画像を形成する現像手段と、基準画像の濃度を検知する検知センサと、を有し、検知センサの出力に応じて現像手段へトナーを補給する画像形成装置において、検知センサの出力が所定の異常レベルを超えて変動したときに画像形成装置が異常であると認識させる認識手段を有し、異常レベルを画像濃度信号に応じて可変とする、
構成とされるので、トナー無し等の異常時に現像剤濃度の過剰な変動を抑制し、現像剤にかかる負荷を軽減することで、現像剤の寿命を延命することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現化し得る画像形成装置の一実施例であるカラー画像形成装置の概略構成図である。
【図２】現像剤濃度制御装置の一実施例を示す図である。
【図３】低画像ｄｕｔｙにおける現像剤濃度変動を示す図である。
【図４】高画像ｄｕｔｙにおける現像剤濃度変動を示す図である。
【図５】高画像ｄｕｔｙにおける現像剤濃度変動を示す図である。
【図６】エラー検知レベルと画像ｄｕｔｙの関係を示す図である。
【図７】画像濃度制御装置の一実施例を示す図である。
【図８】現像剤濃度と画像濃度と濃度検知センサの出力関係を示す図である。
【図９】画像ｄｕｔｙとエラー検知レベルとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　像担持体
２　　　　　帯電器
３　　　　　露光光学系
４　　　　　現像装置
１３　　　　パッチ検センサ
４２　　　　現像剤濃度検知センサ
５０　　　　トナー補給装置
５１　　　　トナー補給槽
５２　　　　搬送スクリュー手段
５３　　　　トナー補給穴
５４　　　　駆動手段
６０　　　　ディスプレー装置
１００　　　現像剤濃度制御装置
２００　　　画像濃度制御装置
【図１】
2004109384.tif 000003
【図２】
2004109384.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004109384.tif 000008
【図７】
2004109384.tif 000009
【図８】
2004109384.tif 000010
【図９】
2004109384.tif 000011