(57)【要約】【課題】  複雑な制御テーブルを用いることなく、印刷密度によらず、現像装置内のトナー濃度をより安定させ、高品質な画像が得られる画像形成装置を提供すること。【解決手段】  ２成分現像装置内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記現像装置内にトナーを補給するトナー補給手段と、トナー補給動作の履歴を一定時間分だけ逐次保持、更新する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報と、前記トナー濃度検出手段の出力値と基準値の差を基に、前記トナー補給手段によるトナー補給動作の時間を決定し、一定のトナー濃度を維持するトナー濃度制御手段とを具備する。【選択図】図１
2005084205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２成分現像装置と該現像装置内に保持される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、前記現像装置内にトナーを補給するトナー補給手段とを具備した画像形成装置において、トナー補給動作の履歴を一定時間分だけ逐次保持および更新する記憶手段を具備し、前記記憶手段に記憶された情報と、前記トナー濃度検出手段の出力値と基準値の差を基に、前記トナー補給手段によるトナー補給動作の時間を決定し、一定のトナー濃度を維持するトナー濃度制御手段を具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記記憶手段によりトナー補給動作の履歴が保持される時間は、トナー補給動作により現像装置内に補給されたトナーの一部が最初に前記トナー濃度センサに到達するまでの時間長以上であ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】
前記記憶手段によりトナー補給動作の履歴が保持される時間は、トナー補給動作により現像装置内に補給されたトナーが前記トナー濃度センサに到達するまでの平均的な時間長以上であり、前記記憶手段に記憶された情報の全てと、前記記憶された情報の半分の情報を基に、前記トナー補給手段によるトナー補給動作の時間を決定することを特徴とする請求項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、２成分現像装置とトナー濃度制御装置とを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーとキャリアからなる２成分現像剤を使用して静電潜像を可視像化する電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像記録装置では、トナーを静電潜像に補給する現像装置内で、トナーとキャリアの混合比率、つまりトナー濃度が適正でない場合、画像濃度が薄くなってキャリ飛びを起こす、画像濃度が濃すぎてかぶりが増える等の問題が発生する。そこで、現像装置内にトナー濃度センサを設け、トナー濃度を常に一定に保つよう現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置を制御する。例えば、印刷領域中の画像領域の比率である印刷密度が高い程、消費されるトナー量が多く、トナー濃度がより低下する。この場合、トナー濃度の低下量に応じて、より多くのトナー補給が必要である。この制御の方法としては、基準となるトナー濃度からのずれ量を数段のレベルに分け、ずれ量の多いレベルにセンサ値がある程、トナーの補給量を増加させるようにする方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記の制御方式では、連続して高印刷密度の画像を印刷が行われる場合、トナー消費量よりトナー補給量が上回るレベルまでトナー濃度が低下した後、トナー濃度は上昇し始める。しかしトナー濃度の上昇によりレベルが変わり、トナー補給量が低下するため、再びトナー濃度の減少、増加を繰り返し、最終的には基準とするトナー濃度よりかなり低いレベルで安定するようになる。
【０００４】
この問題を解決するため、前記従来技術においては、トナー濃度の低い状態が継続される場合には、そのレベルにおいて通常に補給される量より補給量を増加させるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−５２７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術においては、補給量を通常量より増加させる処理を行うまでは、トナー濃度の低い状態が継続されること、複雑な制御テーブルを準備しておかなければならないなどの問題がある。更にトナー濃度センサの出力範囲を広く使用して制御するため、変動し得るトナー濃度の範囲が大きくなる。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決し、より安定なトナー濃度が得られるトナー濃度制御を具備した画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、２成分現像装置内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記現像装置内にトナーを補給するトナー補給手段と、トナー補給動作の履歴を一定時間分だけ逐次保持、更新する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報と、前記トナー濃度検出手段の出力値と基準値の差を基に、前記トナー補給手段によるトナー補給動作の時間を決定し、一定のトナー濃度を維持するトナー濃度制御手段とを具備することによって解決される。
【０００９】
また上記の課題は、前記記憶手段によりトナー補給動作の履歴が保持される時間は、トナー補給動作により現像装置内に補給されたトナーの一部が最初に前記トナー濃度センサに到達するまでの時間長以上とすることによって解決される。
【００１０】
さらに上記の課題は、前記記憶手段によりトナー補給動作の履歴が保持される時間は、トナー補給動作により現像装置内に補給されたトナーが前記トナー濃度センサに到達するまでの平均的な時間長以上であり、前記記憶手段に記憶された情報の全てと、前記記憶された情報の半分の情報を基に、前記トナー補給手段によるトナー補給動作の時間を決定することによって解決される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複雑な制御テーブルを用いることなく、印刷密度によらず、現像装置内のトナー濃度がより安定し、高品質な画像が得られる画像形成装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例を主に図１および図３を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の現像装置の概略断面図、図２は同制御ブロック図、図３は同トナー補給制御動作を示すフローチャートである。
【００１４】
本実施例は２本の現像ローラ１および２が感光体１０１と呼ばれる像担持体に対向して設置された現像装置１０４を示す。前記２本の現像ローラのうち、現像ローラ２は図１中の矢印Ａで示した感光体１０１の回転に対して順回転し、感光体１０１の回転方向の下流に配置される。また現像ローラ１は、前記感光体１０１の回転に対して逆回転し、感光体１０１の回転方向の上流に配置される。尚、本実施例では２本の現像ローラを持つ現像装置により説明するが、これは例えば、現像ローラ１より感光体１０１の回転方向の上流側に複数本の現像ローラを有する構成、或いは現像ローラ２より感光体１０１の回転方向の下流側に複数本の現像ローラを有する構成、或いは順逆回転の現像ローラを組み合わせない構成、単一本の現像ローラであっても構わない。更に、本実施例では、像担持体としてドラム状の感光体を用いているが、これは例えば、特定の起動上を周回する感光体ベルトのような構成であっても良い。
【００１５】
また前記現像装置１０４においては、現像ローラ１および現像ローラ２の間にドクタブレード３と呼ばれる仕切り板が配置されている。
【００１６】
図１に示した本実施例においては、現像剤４と呼ばれる運搬剤は、キャリアと呼ばれる磁性粉体とトナーと呼ばれる前記感光体１０１上に可視像を形成する像可視化剤とで構成され、全重量の２〜８％の重量比でトナーが混合されている。本実施例では、前記現像剤４は、図示しない画像形成装置の印刷動作によって、現像剤４中のトナーのみが消費されるため、現像装置１０４内にある現像剤中のトナーの重量比が減少する。
【００１７】
このため、本実施例の現像装置１０４では、トナー補給装置９から現像装置１０４の内部に補給されたトナー５を現像剤４と混合攪拌する混合攪拌部材７および８が設置されている。前記混合攪拌部材７および８は螺旋状のスクリューとなっており、図中の矢印ＣおよびＤの方向に回転することによって、このスクリュー部材７、８の螺旋方向はスクリューの回転軸方向に対してお互いに反対になるように配置され、それぞれのスクリューが回転することにより、一方のスクリューは、前記現像剤を回転軸方向の奥から手前に搬送した後、他方のスクリューに受け渡す。他方のスクリューは前記現像剤を回転軸方向の手前から奥に搬送した後、前記もう一方のスクリューに受け渡す。これらの動作によって、前記現像剤はスクリューの回転軸方向に周回し、攪拌搬送される。
【００１８】
本実施例では、現像ローラでの画像形成動作により消費されたトナーの補給は、搬送部材６より離れた螺旋状スクリュー８側の軸方向全域に渡って、トナー補給装置９からトナー５が補給されるようになっており、ここで新たなトナーを補給された現像剤は、螺旋状スクリュー８を軸方向に搬送され、その端部において搬送部材側の螺旋状スクリュー７に受け渡される。搬送部材側にある螺旋状スクリュー部７に到達した現像剤は、スクリューの回転によりその軸方向に搬送されるものと、搬送部材６に導かれるものに分けられる。更に搬送部材６が矢印Ｂの方向に回転することによって、搬送部材６の周囲を搬送され、現像ローラ２の近傍にあるドクタブレード３まで搬送される。ここで現像剤４は、現像ローラ２に対するドクタブレード３の規制ギャップを通過することによって所定量に規制され、現像ローラ２と感光体１０１近接位置に導かれる。このときドクタブレード３での通過量規制によって分流された現像剤は、更に現像ローラ１へ導かれ、現像ローラ１に対するドクタブレード３の規制ギャップを通過することによって所定量に規制され、現像ローラ１と感光体１０１近接位置に導かれる。また現像ローラ１からの戻り現像剤４ａおよび、ドクタブレード３における余剰現像剤４ｂは、戻り経路１２により、現像ローラ２からの戻り現像剤４ｃは戻り経路１３により、搬送部材６の近傍に戻される。
【００１９】
更に現像ローラ１および現像ローラ２における前記感光体１０１との近接部では、感光体１０１の表面のうち画像形成部と非画像形成部が、図示しない帯電、露光の工程により現像部に到達する以前に、所定の電位に調整され、現像ローラ１、２に図示しない電源によって、現像ローラ１、２上の現像剤からトナーのみを感光体１０１の画像形成部分に供給する現像バイアスが印加されている。これにより感光体１０１上の画像形成部にトナーによる可視画像が形成される。その後、感光体１０１上の可視画像は図示しない転写工程により用紙に印刷された後、図示しない定着工程により用紙上に固着される。
【００２０】
これらの構成に加え本実施例では、螺旋状スクリュー７における軸方向の中央底部壁面に現像剤中のトナー量を検知するトナー濃度センサ２１を配置している。トナー濃度センサ２１は、図２に示す如く、この出力信号を処理し、トナー補給装置９の補給モータ駆動部２２に補給モータを回転、停止させて、トナー補給動作をコントローラする制御部２３に接続されている。この制御部２３には、トナー補給動作の履歴を記憶する履歴メモリ２４と、トナー濃度センサの出力値を記憶するセンサ出力メモリ２５が付随している。
【００２１】
本実施例では、トナー濃度センサ２１の出力は１０ｍｓ間隔でサンプリングし、過去１秒間のセンサ出力の平均値をセンサ出力メモリ２５に記憶させる。またトナー補給履歴は、１秒間隔でサンプリングされ、補給モータ回転の場合、１の値が停止の場合、０の値がトナー補給履歴メモリ２４に記憶される。これらセンサ出力メモリ２５とトナー補給履歴メモリ２４は、それぞれ、過去４秒間のセンサ出力、過去２０秒間の補給履歴が記憶できるようになっており、経時的に最も古いデータが捨てられ、最新のデータが取り込まれる。
【００２２】
また本実施例では、前記トナー補給履歴メモリ２４に保有されるデータのうち、過去１０秒間の履歴の合計値（以降、履歴（ａ）合計値と記述）と、過去２０秒間の履歴（以降、履歴（ｂ）合計値と記述）を用いる。
【００２３】
本実施例のトナー濃度制御動作の流れを、以下、図３を用いて説明する。
【００２４】
現像機動作開始の信号が図２の図示しない画像形成装置の制御部から制御部２３に送られると、制御部２３では、トナー補給履歴メモリ２４、センサ出力メモリ２５、履歴（ａ）合計値、履歴（ｂ）合計値の値を初期化する。この際、トナー補給履歴メモリ２４の２０秒間の領域、履歴（ａ）合計値、履歴（ｂ）合計値には０の値が、センサ出力メモリ２５には現像機動作開始直後のセンサ出力値が４秒間の領域全てに格納される。
【００２５】
この初期化動作に引き続き、制御動作が開始される。まず、１秒間隔のサンプリング周期に基づき、トナー濃度センサ値（前述したように１０ｍｓ間隔でサンプリングしたものの１秒間平均値）および、補給モータの回転停止状態が読み込まれ、それぞれ、センサ出力メモリ２５、履歴メモリ２４に最新データとして書き込まれる。次に、それぞれのメモリに書き込まれた情報を基に、トナー濃度センサ値の最新値と予め設定される基準値Ｔ０との差Ｐ、データと履歴（ａ）合計値Ｉ１、および履歴（ｂ）合計値Ｉ２、センサ出力メモリ２５の最古値と最新値の差Ｄが求められる。その後、各Ｐ、Ｉ１、Ｉ２、Ｄの値に、それぞれに対応する予め設定された感度値ｐ０、ａ０、ｂ０、ｄ０が掛け合わされ、これらが合算されることによって現在の制御値Ｆ［＝（ｐ０＊Ｐ）＋（ａ０＊Ｉ１）＋（ｂ０＊Ｉ２）＋（ｄ０＊Ｄ）］が決定される。本実施例において、感度ｐ０、ａ０、ｂ０、ｄ０は、それぞれ、＋１、−０．５、＋０．２５、＋１に設定される。この制御値Ｆが正のとき、補給モータを回転、或いは回転中のときは回転を継続し、制御値Ｆが負のとき、補給モータを停止、或いは停止中のときは停止を継続させた後、再びトナー濃度センサ値および補給モータの回転停止状態が読み込まれ、以降の動作が繰り返される。
【００２６】
次に、上記制御値決定の考え方について詳述する。通常は、トナー濃度センサ値の最新値と予め設定される基準値との差Ｐに対し、この差に見合うトナー補給を行えばよい。しかし、トナー補給された現像剤がトナー濃度検知位置に到達するまでの時間遅れがあるために、現在の差Ｐからだけでは、トナー濃度センサの値が将来的にどのように推移するか判断できない。この推移を判断するために、履歴（ａ）合計値Ｉ１を用いる。履歴（ａ）は前述したように現在より過去１０秒間のトナー補給履歴で、これはトナー補給を受けた現像剤がセンサ位置に到達する時間を基に決定したものである。前述のように本実施例では、現像ローラでの画像形成動作により消費されたトナーの補給は、搬送部材６より離れた螺旋状スクリュー８側の軸方向全域に渡ってトナー補給が行われるようになっており、前記１０秒の値は、トナー補給を受けた現像剤の最先端部分がセンサ位置に到達する時間に相当しており、履歴（ａ）合計値Ｉ１は、センサに到達していない現像剤が過去に受けた補給量を基に、現在の補給量に制限を設けるものである。即ち、過去に受けた補給量が多いほど、現在の補給量を控えるように作用する。またセンサ出力メモリ２５の最古値と最新値の差Ｄは、トナー濃度の変化方向を見るためのもので、Ｄの値が正であれば、センサ出力が基準値から遠ざかる方向に変化しているので、供給量を増やすように、Ｄの値が負であれば、センサ出力が基準値に近づく方向に変化しているので、供給量を増やすように作用する。
【００２７】
本実施例では、これに加え、履歴（ｂ）合計値Ｉ２を用いている。履歴（ｂ）は前述したように現在より過去２０秒間のトナー補給履歴で、これはトナー補給を受けた現像剤の最先端部分と最後尾部分の中央、即ちトナー補給を受けた現像剤が平均的にセンサ位置に到達する時間に相当する。本実施例において、上記、ＰとＩ１とＤのみを用いた制御でも十分にトナー濃度を安定させることが可能であったが、履歴（ｂ）合計値Ｉ２を用いることにより、ＰとＩ１とＤのみを用いた制御よりも、更にトナー濃度センサ値が基準値付近より下側で安定してしまう傾向を補正することができる。
【００２８】
尚、本実施例の場合、前記トナー補給動作を行うためのトナー濃度検知位置を、螺旋状スクリュー７側にとったが、このトナー濃度検知位置は、前記現像ローラ１、２と搬送部材６間を直接周回する現像剤の周回経路上、例えば現像ローラ１からの戻り現像剤４ａの戻り経路上、或いは現像ローラ２からの戻り現像剤４ｃの戻り経路上であっても構わない。
更に、本実施例では、履歴（ａ）を現在より過去１０秒間のトナー補給履歴、履歴（ｂ）を現在より過去２０秒間のトナー補給履歴としているが、これは、保有すべき最低限の補給履歴であり、例えば、履歴（ａ）を現在より過去２０秒間のトナー補給履歴、履歴（ｂ）を現在より過去４０秒間のトナー補給履歴としても構わない。この場合、本実施例においては、履歴（ａ）が、トナー補給を受けた現像剤が平均的にセンサ位置に到達する時間に相当し、履歴（ｂ）が、トナー補給を受けた現像剤が混合攪拌部材７、８内を１周する時間に相当する。
【００２９】
また図６は本発明の実施例によるトナー濃度とトナー濃度センサの出力の関係を示す図、図７は現像剤嵩密度とトナー濃度センサ出力の関係を示す図である。本実施例に用いられたセンサは、一定体積中にあるキャリア重量、即ち嵩密度に応じてセンサ出力が変化するもので、図７に示すような変化を示す。このキャリア重量の変化は、トナー濃度の変化に依存する。本実施例の場合、トナー濃度３ｗｔ％から７ｗｔ％まで、トナー濃度の増加と共にセンサ出力がほぼリニアに増加するように設定されているが、これは使用する可能性のあるトナー濃度値に応じて自由に変更可能で、例えば、６ｗｔ％から１０ｗｔ％がリニアに変化する領域としても良い。更にトナー濃度の増加と共にセンサ出力がほぼリニアに減少するような領域を用いても構わない。この場合、感度の正負を調整する必要がある。
【００３０】
以上のような構成の現像装置に対して、前記感光体１０１に負帯電のＯＰＣを用い、感光体１０１の表面のうち画像形成部と非画像形成部の電位を−１００Ｖおよび−６００Ｖ、現像ローラ１および２のバイアス電位を同一の−４００Ｖとして、印刷を行った。またこのとき、感光体１０１の周速度を１００ｃｍ／ｓ、感光体周速度に対する現像ローラ１および２の周速比をそれぞれ１．３、現像剤中のトナー重量割合を４ｗｔ％とした条件において印刷動作を行った。その際の、トナー濃度制御状態を従来技術において示したトナー濃度制御方式との比較して示す。図４は、従来の制御によるトナー濃度制御状態を示す図、図５は本発明の実施例によるトナー濃度制御状態を示す図である。
【００３１】
従来技術に用いられているトナー濃度の制御方法は、基準値からのトナー濃度センサ値のずれ量を数段のレベルに分け、ずれ量の多いレベルにセンサ値がある程、トナーの補給量を増加させるようにしたものである。
【００３２】
この制御方式の場合、図４に示すように、制御基準トナー濃度４ｗｔ％において、４％の低印刷密度での連続印刷では、基準値からのずれは少ないが、３０％の高印刷密度の画像を連続印刷した場合、トナー消費量よりトナー補給量が上回るレベルまでトナー濃度が低下した後、トナー濃度は上昇し始める。しかしトナー濃度の上昇によりレベルが変わり、トナー補給量が低下するため、再びトナー濃度の減少、増加を繰り返し、最終的には基準とするトナー濃度よりかなり低いレベルである３．５ｗｔ％程度のところで安定するようになる。
【００３３】
一方、本実施例における制御を用いた場合、図５の如く、制御基準トナー濃度４ｗｔ％において、４％の低印刷密度、３０％の高印刷密度での連続印刷に係らず、基準値からのずれを少なく制御することができ、高品質な画像が得られる画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例による現像装置の概略断面図。
【図２】本発明の実施例による現像装置の制御ブロック図。
【図３】本発明の実施例によるトナー補給制御動作を示すフローチャート。
【図４】従来の制御によるトナー濃度制御状態を示す図。
【図５】本発明の実施例によるトナー濃度制御状態を示す図。
【図６】本発明の実施例によるトナー濃度とトナー濃度センサの出力の関係を示す図。
【図７】本発明の実施例による現像剤嵩密度とトナー濃度センサ出力の関係を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１、２    現像ローラ
３        ドクタブレード
４        現像剤
５        トナー
６        搬送部材
７、８    混合攪拌部材
９        トナー補給装置
１２、１３  戻り経路
２１      トナー濃度センサ
２２      補給モータ駆動部
２３      制御部
２４      履歴メモリ
２５      センサ出力メモリ
１０１    感光体
１０４    現像装置
【図１】
2005084205.tif 000003
【図２】
2005084205.tif 000004
【図３】
2005084205.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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