(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転して一成分現像剤を静電潜像担持体上へ搬送して潜像を現像化する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に接触回転するように配置され前記現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材とを有する現像器を備えた画像形成装置であって、前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材との間に定電流供給バイアス印加手段を配置し、前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材との間にかかる電圧の変化から前記現像器中のトナー残量がエンドにあることを検知する現像剤エンド検知装置を用いた画像形成装置用現像剤エンド検知方法において、
画像形成時間・枚数・静電潜像担持体の回転数あるいはビデオ信号からの印刷ドットの累積数がある一定値を越えた場合にのみ、デューティー５０％以上の画像の画像形成を行い、かつ、前記電圧に閾値を設定し、現像器内の推定される現像剤量の変化に従い、前記閾値の設定を変化させていくことで、現像剤が少なくなった後での前記現像器中のトナー残量がエンドにあることを確実に検知するようにしたことを特徴とする画像形成装置用現像剤エンド検知方法。
【請求項２】
前記のデューティー５０％以上の画像の画像形成を行う際の現像動作を、露光器によって感光体上に形成された潜像を用いて行うか、感光体上の表面電位を通常よりも低くして行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置用現像剤エンド検知方法。
【請求項３】
前記のデューティー５０％以上の画像は前記静電潜像担持体上でクリーニングすることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置用現像剤エンド検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置用現像剤エンド検知方法に関し、特に、一成分トナーを使用する電子写真装置、レーザープリンター等の画像形成装置において、現像器中のトナーが使用され略空になったことを検知する現像剤エンド検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一成分非磁性のトナー等の一成分トナーを使用する現像装置においては、感光体の潜像領域に所定極性に帯電したトナーを搬送する現像ローラと、その現像ローラに接触して配置され、現像器中のトナーを摩擦帯電して現像ローラに供給する供給ローラとを備えており、現像ローラにはその表面に付着している帯電トナーを感光体の潜像領域に静電的に供給する現像バイアス電圧が、また、供給ローラと現像ローラとの間には供給ローラから現像ローラへ帯電トナーを静電的に搬送する供給バイアス電圧が印加されている。
【０００３】
このような一成分トナー現像装置において、現像器中のトナーが略使用され尽くして空近傍になると、現像ローラへトナーが供給されにくくなるため、感光体の潜像を綺麗にトナー現像しにくくなるばかりでなく、現像ローラ表面に付着されるトナー層の厚さを規制する規制ブレードにトナーが融着して規制ブレードが傷んだり、接触現像の場合には、トナーの付着していない現像ローラが感光体に直接接触して感光体を傷める等の問題が起きる。
【０００４】
そこで、現像器が空になってトナーが使い尽されたことを検知する必要があり、従来、供給バイアス電圧を定電圧電源から供給して、供給ローラと現像ローラの間に流れる電流の変化から現像器中のトナーが略使い尽されたことを検知（以下、本発明では、現像剤エンド検知、と言う。）している（特開平４−２０４５７６号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定電圧供給バイアスを用いて現像剤エンド検知を行う場合に、後記するように、供給バイアス電圧の目的である、供給ローラから現像ローラへ帯電トナーを静電的に搬送するために必要な電流領域（通常、２〜１５μＡ）では、精度良く（具体的には、トナー搬送不良を起こす直前）現像剤エンド検知を行うことは困難である。この検出精度を上げようとすると、供給バイアス電圧の定電圧電源の電圧を上げなければならず、供給バイアス電圧を上げると、無駄な電流が電源に流れ込み、高価な電源を使用しなければならず、また、無駄な電流が感光体や他の構成部品に流れ込み、ノイズ等の悪影響を及ぼす。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子写真装置、レーザープリンター等の画像形成装置において、精度良く現像剤エンド検知を行うことができる方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像形成装置用現像剤エンド検知方法は、回転して一成分現像剤を静電潜像担持体上へ搬送して潜像を現像化する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に接触回転するように配置され前記現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材とを有する現像器を備えた画像形成装置であって、前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材との間に定電流供給バイアス印加手段を配置し、前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材との間にかかる電圧の変化から前記現像器中のトナー残量がエンドにあることを検知する現像剤エンド検知装置を用いた画像形成装置用現像剤エンド検知方法において、
画像形成時間・枚数・静電潜像担持体の回転数あるいはビデオ信号からの印刷ドットの累積数がある一定値を越えた場合にのみ、デューティー５０％以上の画像の画像形成を行い、かつ、前記電圧に閾値を設定し、現像器内の推定される現像剤量の変化に従い、前記閾値の設定を変化させていくことで、現像剤が少なくなった後での前記現像器中のトナー残量がエンドにあることを確実に検知するようにしたことを特徴とする方法である。
【００１１】
本発明においては、現像剤担持体と現像剤供給部材との間にかかる電圧に閾値を設定し、現像器内の推定される現像剤量の変化に従い、その閾値の設定を変化させるようにしたので、現像剤が十分にある状態での現像剤エンド検知誤動作を防止しつつ、現像剤が少なくなった後での現像剤エンド検知をより確実に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の現像剤エンド検知方法を適用する画像形成装置用現像剤エンド検知装置を実施例に基づいて説明する。
図１に、１実施例の画像形成装置用現像剤エンド検知装置の概略の構成を示す。図中、１は感光体、２は現像器、３は現像ローラ、４は供給ローラ、５は規制ブレード、６は現像バイアス電源を構成する定電圧電源回路、７は供給バイアス電源を構成する定電流電源回路、８は供給バイアス電源の電圧を検出する電圧検出回路、９はＣＰＵ、１０は現像剤エンド表示装置である。
【００１３】
まず、本発明の画像形成装置における現像器２の構成と動作から説明する。帯電、露光により潜像潜像が形成された感光体１の矢印方向の回転に伴って、一成分非磁性現像剤で満たされている現像器２中の現像ローラ３と供給ローラ４が矢印方向に回転する。この実施例の画像形成装置においては、現像ローラ３は感光体１に接触して同方向に回転するが、若干相互に離間していてもよい。また、供給ローラ４は現像ローラ３に圧接して図の矢印のように接触部では反対方向に回転する。現像ローラ３は金属ローラからなり、供給ローラ４はウレタンスポンジ等の中〜高抵抗材料からなる。
【００１４】
供給ローラ４が現像剤で満たされた現像器２中で回転すると、現像剤は所定極性に摩擦帯電を受けると共に、供給ローラ４と現像ローラ３のニップ部に搬送されそこでさらに摩擦帯電を受ける。そして、供給バイアス電源７により供給ローラ４と現像ローラ３の間に形成される電場により帯電した現像剤は供給ローラ４から現像ローラ３表面に移動付着され、現像ローラ３に付着した現像剤の層厚は規制ブレード５によって規制されると共に、現像ローラ３表面の現像剤は規制ブレード５との接触によってさらに帯電される。そして、現像ローラ３表面の帯電現像剤は、感光体１と接触し、現像バイアス電源６により現像ローラ３と感光体１の間に形成される電場により、その潜像領域に移動して静電潜像がトナー（現像剤）現像される。
【００１５】
ここで、現像剤の帯電極性を例えばマイナスとすると、供給バイアス電源７から供給ローラ４に強い負の電圧が印加され、現像バイアス電源６から現像ローラ３にはそれより弱い負の電圧が印加される。
【００１６】
さて、現像器２中に現像剤が十分にある間は、供給ローラ４と現像ローラ３は直接接触しておらず常に帯電した現像剤が間に介在しているので、その現像剤の帯電電荷と移動量により供給バイアス電源７から流れる実効の有効電流Ｉが決まる。すなわち、Ｉ＝（単位時間に現像される現像剤量（ｇ））×（現像剤帯電量（μＣ／ｇ））と表される。通常、Ｉ≒２〜１５μＡである。これ以外の流れる電流は、現像に実質上寄与しない無駄な電流である。
【００１７】
また、現像器２中の現像剤が減ってきて供給ローラ４と現像ローラ３の間に供給されにくくなると、供給ローラ４と現像ローラ３は一部で直接接触することになり、供給ローラ４と現像ローラ３の間の抵抗と供給バイアス電圧とで決まる電流が流れる。この電流値は上記の有効電流Ｉよりも当然大きい。このように現像剤が供給ローラ４と現像ローラ３の間に供給されにくくなると、現像ローラ３へ現像剤が供給されにくくなるため、感光体１の潜像を綺麗にトナー現像できなくなるだけでなく、現像ローラ３表面に付着される現像剤層の厚さを規制する規制ブレードに現像剤が融着して規制ブレードを傷めたり、現像ローラ３が感光体１に接触する接触現像の場合には、現像剤の付着していない現像ローラ３が感光体１に直接接触して感光体１を傷める等の問題を起こす。通常、このような問題を起こし始める現像剤残量は満杯時の１０％程度であるので、この時点を現像剤エンドとして検知する必要がある。
【００１８】
ところで、現像器２中に現像剤が十分にある間でも、有効電流Ｉ以外に無駄な電流が流れ得る。この無駄な電流は、供給ローラ４から現像ローラ３を介して供給バイアス電源６側に流れ込むため、吸い込み型と呼ばれる電源回路が必要であり、高コストなものとなる。このような高価な電源回路を使用しない場合は、電流が流れることで電圧が維持できなくなり、電位が不安定になるため、良好な画像が得にくくなる。また、無駄な電流は、現像器２を介して感光体１や他の画像形成装置構成部品に流れ込み、ノイズ等の悪影響を及ぼす。
【００１９】
そこで、このような無駄な電流が流れないようにするため、供給ローラ４と現像ローラ３の間の抵抗（現像剤が介在する場合）を比較的大きく（通常、１０8 Ω以上）設計し、供給バイアス電源７の電圧をせいぜい数１００Ｖに設定するのが通常であるが、本発明においては、供給バイアス電源７を定電流電源回路に構成し、上記の有効電流Ｉ程度の１０μＡ前後の定電流を供給するようにしており、現像器２中に現像剤が十分にある間は数１００Ｖ程度の電圧が供給ローラ４に印加されている。しかし、現像器２中の現像剤が減ってきて現像剤エンドに達すると、供給ローラ４と現像ローラ３の間に現像剤が介在しないためその間の抵抗は急激に低下し、そのため、供給ローラ４に印加される電圧も急激に降下する。したがって、本発明においては、この電圧降下を検知することにより、現像剤エンドを検知するものである。
【００２０】
従来の技術で示した特開平４−２０４５７６号においては、図１の定電流供給バイアス電源７の代わりに、定電圧供給バイアス電源を用いている。上記の無駄な電流を流さないような設定で、供給バイアス電源７に定電流電源回路を用いた本発明の場合と、定電圧電源回路を用いた先行技術の場合との、現像剤エンド近傍での供給ローラ４に印加される電圧変化（本発明）と電流変化（先行技術）を比較して図２に示す。
【００２１】
図２は、図１の構成において、本発明に基づき供給バイアス電源７を定電流電源回路にした場合（ａ）と、先行技術に基づき供給バイアス電源７を定電圧電源回路にした場合（ｂ）とにおける、現像器２中の現像剤残量がエンド近傍での供給バイアスの電圧変化（図（ａ））と電流変化（図（ｂ））とを対比して示す図である。ただし、図（ａ）の場合は、供給バイアス定電流Ｉs ＝−１０μＡとし、図（ｂ）の場合は、供給バイアス定電圧Ｖs ＝−１００Ｖとしている。この図２より、前記したように、良好に静電潜像を現像できなくなる等の問題が発生し始める現像剤エンド近傍（現像剤残量が約１０〜１４％）での変化率は明らかに図（ａ）の定電流電源で供給バイアスを印加した方が図（ｂ）の定電圧電源で供給バイアスを印加するより大きい。換言すると、供給ローラ４から現像ローラ３への現像剤搬送不良を起こす直前に精度良く現像剤エンド検知を行うためには、供給バイアス電源７を定電流電源回路で構成する方が望ましい。
【００２２】
そこで、本発明においては、図１に示すように、供給バイアス電源７を定電流電源回路で構成すると共に、その定電流電源回路７からの供給バイアス電圧を検出する電圧検出回路８を定電流電源回路７の出力端に接続し、その電圧検出回路８の検出信号をＣＰＵ９に入力するようにしている。そして、ＣＰＵ９は、電圧検出回路８の検出信号に基づいてその値が所定値以下になった場合（例えば、図２（ａ）から１００Ｖ以下になった場合）、あるいは、そのような所定値以下になる時間あるいは回数が所定時間又は所定回数以上になった場合に、現像剤エンド表示装置１０にその旨の表示を行うように指令する。なお、図１において、ＣＰＵ９から現像バイアス電源６及び供給バイアス電源７へ信号が出力されるようになっているが、これはこれらの電源の動作を開始させたり停止させる等の制御信号がＣＰＵ９から送られていることを示している。
【００２３】
閾値を設定する場合、想定される環境・画像デューティー・機械公差全ての場合で検知誤動作しないようにするため、安全側に設定される。このため、非常にまれであるが現像剤エンド検知が遅れ画像上カスレ等を生ずることもあり得る。これを回避する方法としては、閾値設定をいくつかの段階に設定する方法がある。これは、時間・枚数・像担持体の回転数やビデオ信号からの印刷ドットの累積数のモニターから推定される現像器内の現像剤量が変化するに従い、閾値設定を変化させていくものである。具体的には、現像剤が十分にある初期状態では、閾値を低め（低感度）に設定し、現像剤がある程度減少した後は、閾値を高め（高感度）にする。これにより、現像剤が十分にある状態での現像剤エンド検知誤動作を防止しつつ、現像剤が少なくなった後での現像剤エンド検知をより確実に行うことができる。
【００２４】
本発明において、通常印字動作以外の動作時に、デューティー（画像データの面積が全印字面積に占める割合）が５０％以上の画像、例えばベタ画像を現像し、そのときの供給電圧をモニターすれば、より精度良く現像剤エンド検知を行うことができる。このときの画像は感光体上でクリーニングさるため、紙には転写されない。この現像動作は、露光器によって感光体上に形成された潜像を用いて行ってもよいし、感光体上の表面電位を帯電電圧を制御することにより通常よりも低くさせ、その部分を現像してもよい。好ましくは、印字パターンとしては、幅は現像ローラ３の半分〜全幅で、長さはドラム１周分以上でベタ現像を行うと、より精度良く現像剤エンド検知ができる。さらに、時間・枚数、像担持体の回転数やビデオ信号からの印刷ドットの累積数のモニターと組み合わせることにより、ランニングコストに対しほとんど影響なく現像剤エンド検知を行うことができる。具体的には、現像剤が十分にある新品時は現像剤エンド検知のためのデューティー５０％以上の現像動作を行わず、時間・枚数・像担持体の回転数やビデオ信号からの印刷ドットの累積数がある一定値を越えた場合にのみ、このようなデューティー５０％以上の画像形成を行えば、現像剤エンド検知のためのみに消費される現像剤量を低減でき、実印字に供する現像剤をより多くできるため、ランニングコストをほとんど悪化させずに確実に現像剤エンド検知をすることができる。
【００２５】
デューティー５０％以上の画像形成する際の現像効率（ベタ現像を行う際に消費される現像剤の現像ローラ上総現像剤との割合）を通常印字よりも大きくすることにより、現像剤エンド検知をさらに確実に行うことができる。現像ローラに印加される電圧を通常よりも大きくさせることにより、現像効率を通常印字の１．２〜２倍にして、現像剤エンド検知のためのデューティー５０％以上の現像動作を行うものである。現像効率を高くして現像動作を行うと、現像ローラと供給ローラ間の現像剤量が通常よりも低下して電流が流れやすくなるため、供給バイアス値が通常よりも低くなる。現像器内の現像剤量が減少した後、現像効率を大きくしてデューティー５０％以上の画像形成をすれば、閾値の供給バイアス値を越えるために、通常動作では問題なく画像形成ができる段階（カスレ等の異常印字が発生する前）で、現像剤エンド検知を行うことができる。好ましくは、通常印字での現像剤エンド検知のモニターはいかなる場合も常に行い、これに付加する形で通常印字動作時以外でのデューティー５０％以上の画像形成での現像剤エンド検知モニターを、現像器内現像剤量が２０〜３０％以下になった後に行うと、現像剤エンド検知をより確実に、かつ、ランニングコストに対して影響をほとんど与えずに行うことが可能である。
【００２６】
さて、以上のように、現像器２中の現像剤エンドを供給ローラ４と現像ローラ３の間にかかる供給バイアスの電圧変化（降下）に基づいて検知する場合には、現像器２中に現像剤が十分にあるにも係わらずその電圧降下が起こるようなことがあってはならない。ところが、前記したように、供給ローラ４と現像ローラ３の一方が金属ローラからなり（図１の実施例では、現像ローラ３）、他方のローラが弾性体ローラからなる（図１の実施例では、供給ローラ４）ので、両者を圧接させると、弾性体ローラの端部が変形して金属ローラの端面に回り込み、現像器２中に現像剤が十分にあるにも係わらず弾性体ローラと金属ローラの間に現像剤が介在しないで直接接触する部分が生じるため、供給バイアス電圧の降下が起きて現像剤エンドと誤検知する現象が起きてしまう。
【００２７】
図３にこの現象とそれ基づく誤検知防止対策の１つを示す。図３（ａ）は何らの対策もない場合の現像ローラ３と供給ローラ４の端部を示す図であり、その破線円内の部分を図３（ｂ）に拡大して示してある。現像ローラ３と供給ローラ４は同軸に相互に圧接して回転するように現像器２中に取り付けられており、それら端面は現像器２中の現像剤が漏れ出ないように現像器２の壁のシール部材１１に密接して回転するようになっている。そしてこのシール部材１１もウレタンスポンジ等の弾性体からなっており、図３（ｂ）に示すように、現像ローラ３に圧接されている供給ローラ４の端部は相互の押圧力により変形して現像ローラ３の端面に一部回り込み直接接する部分Ａが生じる。このような部分Ａでは、現像器２中に現像剤が十分に残っていて供給ローラ４と現像ローラ３の間に現像剤Ｔが介在するような状態でも、供給ローラ４と現像ローラ３が直接接触するため、定電流供給バイアス電源７（図１）から与えられるされる供給バイアス電圧の降下が起きる。
【００２８】
そこで、本発明においては、図３（ｃ）に示すように、弾性体ローラである供給ローラ４（弾性体ローラが現像ローラ３の場合は現像ローラ３）の端部周縁を切り欠いてカット部１２として、このような弾性体ローラ４の端部の他方のローラ３端面への回り込み現象をなくして前記の電圧降下による現像剤エンド誤検知を防止している。
【００２９】
図４は別のもう１つの現像剤エンド誤検知防止対策を示す図であり、図４（ａ）はその場合の現像ローラ３と供給ローラ４の端部を示す図であり、その破線円内の部分を図４（ｂ）に拡大して示してある。この場合は、金属ローラである現像ローラ３の端面を絶縁物１３の層で覆ってある。そのため、弾性体ローラである供給ローラ４の端部が現像ローラ３端面への回り込んでもこの回り込み部で供給ローラ４と現像ローラ３とが直接導通することはなく、現像器２中に現像剤が十分に残っている限り供給ローラ４と現像ローラ３の間に介在する現像剤Ｔを介して供給バイアスが係るため、前記の電圧降下による現像剤エンド誤検知が防止される。
【００３０】
以上、本発明の現像剤エンド検知方法を適用する画像形成装置用現像剤エンド検知装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。なお、本発明が適用できる現像装置としては図１のような接触現像器に限定されずジャンピング現像装置であってもよく、また、現像ローラも金属ローラに限定されない。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の画像形成装置用現像剤エンド検知方法によると、現像剤担持体と現像剤供給部材との間に定電流供給バイアス印加手段を配置し、現像剤担持体と現像剤供給部材との間にかかる電圧の変化から現像器中のトナー残量がエンドにあることを検知する際に、その電圧に閾値を設定し、現像器内の推定される現像剤量の変化に従い、その閾値の設定を変化させるようにしたので、現像剤が十分にある状態での現像剤エンド検知誤動作を防止しつつ、現像剤が少なくなった後での現像剤エンド検知をより確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の画像形成装置用現像剤エンド検知装置の概略の構成を示す図である。
【図２】現像剤エンド近傍での図１の装置の電圧変化と先行技術の電流変化を比較して示す図である。
【図３】本発明に基づく誤検知防止対策の１つを説明するための図である。
【図４】本発明に基づくもう１つの誤検知防止対策を説明するための図である。
【符号の説明】
１…感光体
２…現像器
３…現像ローラ
４…供給ローラ
５…規制ブレード
６…現像バイアス電源を構成する定電圧電源回路
７…供給バイアス電源を構成する定電流電源回路
８…供給バイアス電源の電圧を検出する電圧検出回路
９…ＣＰＵ
１０…現像剤エンド表示装置
１１…シール部材
１２…カット部
１３…絶縁物
Ａ…回り込み接触部分
Ｔ…現像剤
【図１】
0003874045.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003874045.tif 000005