(57)【要約】【課題】本発明は、吐き出し制御の際に劣化トナーとフレッシュトナーの入れ替えを効率よく行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、画像情報に基づいて形成された像担持体上の静電潜像を現像する現像装置と、前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像装置内のトナーを前記像担持体へ吐き出す吐き出し制御を行う制御部と、を有する画像形成装置において、前記トナー補給手段によるトナー補給時間は、前記トナー補給手段によって補給されるトナーが、前記現像装置の補給口から前記現像装置の現像室まで搬送される時間より短いことを特徴とする。【選択図】図４
2016006443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報に基づいて形成された像担持体上の静電潜像を現像する現像装置と、
前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段と、
前記現像装置内の現像室に設けられ、トナーを搬送しつつ前記像担持体へ供給する第１のトナー搬送部材と、
前記現像装置内の撹拌室に設けられ、トナーを前記現像室へ搬送する第２のトナー搬送部材と、
前記第１のトナー搬送部材と前記第２のトナー搬送部材が駆動し、前記トナー補給手段によるトナー補給が行われている際に、前記現像装置内のトナーを前記像担持体へ吐き出す吐き出し制御を行う制御部と、
を有する画像形成装置において、
吐き出し動作中の前記トナー補給手段によるトナー補給時間は、前記トナー補給手段によって補給されるトナーが、前記現像装置の補給口から前記現像装置の現像室まで搬送される時間より短いことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部によるトナーの吐き出しが開始されてから、前記トナー補給手段によるトナーの補給が開始されるまでの時間Ｔｕは、前記トナー補給手段によって補給されるトナーが、前記現像装置の補給口から前記現像装置の現像室まで搬送される時間Ｔｄ、前記制御部によるトナーの吐き出しが開始されてから、前記トナー補給手段によるトナーの補給が終了するまでの時間Ｔｅ、としたときに、Ｔｅ−Ｔｕ ＜ Ｔｄ、とな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】
画像情報に基づいて形成された像担持体上の静電潜像を現像する現像装置と、
前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段と、
前記現像装置内のトナーを前記像担持体へ吐き出す吐き出し制御を行う制御部と、
を有する画像形成装置において、
前記制御部は、前記現像室の長手方向における各領域におけるトナー中の補給トナーの割合が同じになる画像パターンで吐き出し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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置において、トナーの劣化に伴う画質の低下を抑制する手段として、トナー吐き出し制御が行われている。トナー吐き出し制御によって、劣化したトナーを排出し、フレッシュなトナーを補給することで、トナーの入れ替えを行う。ただし、このようにトナーの入れ替えを行うと、トナーの消費量が増加する可能性があるため、トナーの入れ替え量は画像弊害のない範囲でなるべく少なくすることが望ましい。そのため、特許文献１の技術では、トナーの消費量を考慮して、画像比率の大小に応じて必要な量だけトナーを強制的に入れ替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７７９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、トナーの吐き出し制御は、現像装置内のスクリューが駆動し、トナー補給が行われている際に行われる。このため、特許文献１では、吐き出し制御の際に補給された新しいトナーが、現像ローラまで搬送され、吐き出し制御により排出されてしまう場合がある。すなわち、排出の必要が無いトナーも吐き出し制御によって排出されてしまう場合がある。そのため、劣化トナーと補給トナーの入れ替えが不十分になるという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、吐き出し制御の際に劣化トナーとフレッシュトナーの入れ替えを効率よく行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、画像情報に基づいて形成された像担持体上の静電潜像を現像する現像装置と、前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像装置内のトナーを前記像担持体へ吐き出す吐き出し制御を行う制御部と、を有する画像形成装置において、前記トナー補給手段によるトナー補給時間は、前記トナー補給手段によって補給されるトナーが、前記現像装置の補給口から前記現像装置の現像室まで搬送される時間より短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、吐き出し制御の際に劣化トナーとフレッシュトナーの入れ替えを効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る現像装置の断面図である。
【図３】第１実施形態に係るトナー補給装置の断面図である。
【図４】第１実施形態に係る吐き出し制御のフローチャートである。
【図５】（ａ）第１実施形態に係る吐き出し制御における画像形成と補給動作のタイミングチャートである。（ｂ）第２施形態に係る吐き出し制御における画像形成と補給動作のタイミングチャートである。
【図６】第２実施形態に係る吐き出し制御のフローチャートである。
【図７】現像容器内でトナーが搬送されながら、画像形成される様子を示す概念図である。
【図８】第１実施形態に係る吐き出し制御時の画像パターンである。
【図９】第２実施形態に係る吐き出し制御時の画像パターンである。
【図１０】（ａ）第１実施形態に係る吐き出し制御時のトナー入れ替え効率を示す図である。（ｂ）第２実施形態に係る吐き出し制御時のトナー入れ替え効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１００は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４つの画像形成部Ｐ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）を有している。各画像形成部Ｐにおいて、帯電器２Ｙ〜２Ｋによって帯電された感光ドラム１Ｙ〜１Ｋは、レーザービームスキャナ３Ｙ〜３Ｋにより画像情報に応じたレーザー光を露光され、静電潜像が形成される。
【００１１】
形成された静電潜像は、現像装置４Ｙ〜４Ｋによって各色のトナーを用いて各色のトナー像として現像される。各色のトナー像は、転写ローラ６Ｙ〜６Ｋによって中間転写ベルト９０に重ねて１次転写される。１次転写されずに感光ドラム１Ｙ〜１Ｋ上に残ったトナーはクリーニング装置１９Ｙ〜１９Ｋに回収される。
【００１２】
一方、給送トレイ（不図示）に収容されたシート１３は、給送ローラ１２によって２次転写ローラ１１と中間転写ベルト９０とのニップ部（２次転写部）に搬送され、トナー像を２次転写される。２次転写されずに中間転写ベルト９０に残ったトナーは中間転写ベルトクリーニング装置１０に回収される。
【００１３】
トナー像を２次転写されたシート１３は、定着装置１６によって、加熱、加圧され、画像形成装置１００外へ排出される。
【００１４】
図２は本実施形態に係る現像装置４Ｙ〜４Ｋの断面図である。図３は本実施形態に係るトナー補給装置５Ｙ〜５Ｋの断面図である。図２、図３に示すように、現像装置４Ｙ〜４Ｋの上部には、補給トナーを収容するトナー補給装置（トナー補給手段）５Ｙ〜５Ｋが配置される。
【００１５】
トナー補給装置５Ｙ〜５Ｋは、下部に補給スクリュー３２を備え、補給スクリュー３２の一端が現像装置４の現像容器２２と連通したトナー補給口３０まで延びている。画像形成によって消費された分のトナーは、補給スクリュー３２の回転力と、現像剤の重力によって、トナー補給装置５Ｙ〜５Ｋからトナー補給口３０を通過して、現像容器２２に補給される。
【００１６】
トナーの補給量は、搬送部材である補給スクリュー３２の回転数によっておおよそ定められるが、この回転数は制御部８０によって制御されている。本実施形態では、パッチ濃度センサ１４により中間転写ベルト９０上のパッチ画像のトナー濃度を検知し、検知結果に基づいて制御部８０がトナーの補給量を決定する。
【００１７】
現像装置４Ｙ〜４Ｋへ補給されたトナーは、撹拌室２４内の撹拌スクリュー（第２のトナー搬送部材）２５により、現像室２３へ搬送される。そして、現像室２３内を撹拌スクリュー２５により搬送され、現像ローラ２８により汲み上げられ、感光ドラム１Ｙ〜１Ｋの静電潜像の現像に用いられる。
【００１８】
（吐き出し制御）
前述ように現像装置内において、トナーは撹拌されながら搬送されている。この撹拌、搬送によりトナーが摺擦されると、トナーの形状が不規則になったり、粒径の分布が偏ったり、酸化チタンなどの外添剤がトナー表面に埋め込まれたりする。これにより、トナーの流動性の変化や、帯電特性の変化が起こり、画像不良が生じる場合がある。
【００１９】
また、トナーが長期間摺擦されることで電荷量が大きくなるため、像担持体上に現像されるトナーの量が少なくなることで濃度の低下などの画像不良が生じる場合もある。
【００２０】
そこで本実施形態では、このように劣化したトナーの入れ替えを行うために、定期的に制御部８０により吐き出し制御を行っている。吐き出し制御の頻度は画像形成ジョブの条件にもよるが、トナーの劣化が画質劣化に表れないような範囲で設定され、５０〜３００回の画像形成毎に実施される。
【００２１】
図４は本実施形態に係る吐き出し制御のフローチャートである。図４に示すように、吐き出し制御が開始されると、制御部８０により劣化したトナーの吐き出し量Ｑと補給トナーの補給量Ｃを計算する（Ｓ１）。吐き出し量Ｑは、現像駆動時間に対するトナーの劣化を考慮して決定され、環境条件や１日の画像形成枚数に従い０．５〜５％相当の画像Ｄｕｔｙで画像形成が行われている場合と同等のトナーを消費するように決定される。補給量Ｃは、吐き出し量Ｑと同等の量が補給されるため、通常は吐き出し量Ｑと同等で、Ｑ＝Ｃとなる。
【００２２】
次に、吐き出し量Ｑからトナーの吐き出しに必要な時間Ｔｓを次式を用いて計算する（Ｓ２）。吐き出しに必要な時間Ｔｓ＝（吐き出し量Ｑ／ベタ画像形成時の単位長さあたりのトナー量）／プロセススピード。そして、吐き出し動作中のトナー補給の開始時間Ｔｕを決定する（Ｓ３）。開始時間Ｔｕは、補給されたトナーが補給口３０から現像ローラ２８のある現像室２３に搬送される前に補給が終了するように設定される。具体的には、開始時間Ｔｕは、吐き出し動作中のトナー補給の終了時間Ｔｅに対し、Ｔｅ−Ｔｕ＜Ｔｄとなるように設定される。Ｔｄは、補給されたトナーが補給口３０から現像室２３まで搬送される時間である。すなわち、トナー補給装置５によるトナー補給時間（Ｔｅ−Ｔｕ）は、トナー補給装置５によって補給されるトナーが、現像装置４の補給口３０から現像装置４の現像室２３まで搬送される時間Ｔｄより短くなっている。
【００２３】
Ｔｄは、搬送スクリュー（第１のトナー搬送部材）２６のピッチと回転速度によって決定される。本実施形態では、搬送スクリュー２６は、長さ３６０ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ、回転速度を５ｒｐｓとした。このため、Ｔｄ＝３６０／（５×２０）＝３．６（ｓ）となる。
【００２４】
上記設定に基づいて、トナーの吐き出しを行う（Ｓ４）。トナーの吐き出し制御は、撹拌スクリュー２５、搬送スクリュー２６が駆動し、トナー補給装置５Ｙ〜５Ｋによるトナー補給が行われている際に行われる。このため、従来は、補給されたばかりのトナーが吐き出されてしまうことが課題となっていた。しかし、上記のように補給の開始時間Ｔｕを設定することで、補給されたばかりのトナーが現像ローラ２８まで搬送される前に吐き出し制御が終了する。このため、補給トナーが吐き出し制御によって現像されることが無く、劣化したトナーのみを排出することができる。このために、トナーの入れ替えを効率よく行うことができる。
【００２５】
図５（ａ）は本実施形態に係る吐き出し制御における画像形成と補給動作のタイミングチャートである。図５（ａ）に示すように、吐き出し制御が開始されると、まず感光ドラム１Ｙ〜１Ｋが、帯電器２Ｙ〜２Ｋによって帯電される。そして、レーザービームスキャナ３Ｙ〜３Ｋにより、吐き出し画像の画像信号により変調されたレーザー光が照射され、感光ドラム１上に吐き出し画像の静電潜像が形成される。次に現像ＤＣ電圧、現像駆動、現像ＡＣ電圧の順で電圧印加と現像装置４の駆動を行うことで、静電潜像が現像装置４によって現像され、トナー像となる。そして、補給の開始時間Ｔｕから、トナーの補給動作が開始される。
【００２６】
吐き出し制御の終了時には、帯電、露光制御の立ち下げが行われ、次に現像電圧、現像駆動の立ち下げが行われる。ここで、現像駆動が停止するのと同時に、補給の終了時間Ｔｅに補給スクリュー３２の駆動も停止される。
【００２７】
なお、本実施形態の吐き出し制御は、Ｔｄ＜Ｔｎの場合に、吐き出し動作中に補給される時間は、Ｔｅ−Ｔｕ＜Ｔｄとした。しかし、さらにトナー補給が必要な場合は、残りの必要の補給は、吐き出し動作が終了してから、スクリュー２５、２６を空回転しながら補給してもよい。これにより、吐き出し動作と補給動作をオーバーラップできるため、ダウンタイムを軽減しながら、トナー入れ替え効率を向上できる。
【００２８】
［第２実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図５（ｂ）は本実施形態に係る吐き出し制御における画像形成と補給動作のタイミングチャートである。図５（ｂ）に示すように、本実施形態では、上記第１実施形態のようにＴｅ−Ｔｕ＜Ｔｄとなる場合ではなく、Ｔｅ−Ｔｕ≧Ｔｄとなる場合を想定している。
【００２９】
トナー補給に必要な時間Ｔｎは、Ｔｎ（ｓ）＝Ｃ／（１秒間に補給可能な最大の補給量）となる。本実施形態における１秒間に補給可能な最大の補給量は、３００ｍｇとした。そして、Ｔｄ＜Ｔｎの場合には、補給されたトナーが現像ローラ２８まで搬送された後も、吐き出しが継続される。このような場合は補給したばかりのトナーも排出されてしまう。
【００３０】
補給トナーの排出を防止するためには、吐き出しの終了後に補給を開始することも考えられるが、吐き出し量が多い場合には吐き出し時に極端にトナー量が減るために現像性が悪化し、想定している吐き出し量通りにトナーが排出されない場合がある。また、吐き出し時間が延びることも生産性の観点から望ましくない。このため、補給の終了時間と吐き出し制御における画像形成のための現像の終了時間は同一にする必要がある。
【００３１】
そこで本実施形態では、Ｔｅ−Ｔｕ≧Ｔｄとなり、補給されたトナーが現像ローラ２８まで搬送された後も、吐き出しが継続される場合にも、補給されたトナーをなるべく排出しないように、図６に示す吐き出し制御を行っている。図６に示すように、本実施形態では、上記第１実施形態の図４のＳ２、Ｓ３に変えて、Ｓ２１〜Ｓ２４の制御を行っている。
【００３２】
図６に示すように、吐き出し制御が開始されると、制御部８０により劣化したトナーの吐き出し量Ｑと補給トナーの補給量Ｃを計算する（Ｓ１）。そして、吐き出しに必要な時間Ｔｓ、補給に必要な時間Ｔｎを算出する（Ｓ２１）。
【００３３】
そして、Ｔｄ＜Ｔｎか否かを判断する（Ｓ２２）。Ｓ２２でＴｄ＜Ｔｎではないと判断した場合には、補給の開始時間ＴｕをＴｕ＞Ｔｓ−Ｔｎと設定し（Ｓ２４）、上記設定に基づいて、トナーの吐き出しを行う（Ｓ４）。Ｓ２２でＴｄ＜Ｔｎと判断した場合には、補給トナーと劣化トナーの入れ替え効率を上げるための画像パターンで吐き出しを行う。
【００３４】
（現像容器内のトナー量の変動）
図７は現像容器内でトナーが搬送されながら、画像形成される様子を示す概念図である。図７に示すように、吐き出し制御開始時に現像容器内の領域Ｄ１にあるトナーは、現像室２３を搬送されながら現像されていく。そして、現像室２３の搬送方向下流側に搬送されるに従って、トナー量が減少していく。
【００３５】
図８は比較例（上記第１実施形態）における吐き出し制御時の画像Ｄｕｔｙ１００％の画像パターンである。図９は本実施形態における吐き出し制御中の画像パターンを示す図である。図１０（ａ）は図８の画像Ｄｕｔｙ１００％の画像パターンで画像形成した場合のトナーの入れ替え効率を示す図である。図１０（ｂ）は図９の本実施形態における吐き出し制御中の画像パターンで画像形成した場合のトナーの入れ替え効率を示す図である。
【００３６】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）には吐き出し前のトナー量が現像容器内で分布なく均一であったとした場合に、吐き出し後のトナー量分布、トナー補給後の劣化トナーと補給トナーの混合比、次の吐き出しで排出される補給トナーの量を数字で示している。
【００３７】
図８、図９に示すように、現像容器内をトナーの搬送方向（現像容器２２の長手方向）に沿って領域Ｐ０〜Ｐ９の１０カ所に分割した時、領域Ｐ０〜Ｐ９にはそれぞれ３０ｇのトナーが充填されている。領域Ｐ０、Ｐ１に存在したトナーは、すぐに現像室２３を搬送されながら画像形成されるため、排出量が多くなる。一方、領域Ｐ４、Ｐ５のトナーはすぐに撹拌室２４に搬送されるため、排出量が少なくなる。このような状態でトナー補給が行われると、現像容器内の場所によって劣化トナーと補給トナーの割合（トナー中の補給トナーの割合、混合比）が異なってしまう。
【００３８】
このため、図８に示すように、画像Ｄｕｔｙ１００％の画像パターンでトナー排出用の画像形成を行った場合、現像容器内にトナー濃度ムラができる。もし、この状態で領域Ｐ０〜Ｐ９のトナーが再度現像ローラ２８まで搬送されて次の画像形成が行われると、図１０（ａ）で示した補給トナーと劣化トナーの混合比に従って、各領域Ｐ１〜Ｐ４で劣化トナー以外にも補給したばかりのトナーの排出が行われてしまう。
【００３９】
例えばＰ０で考えると、吐き出し制御前に３０ｇ存在したトナーが画像形成により２５ｇ排出され、２０ｇの補給が行われる。この時の劣化トナーと補給トナーの混合比は５：２０であるから、次の画像形成で２０ｇのトナーが消費された場合に、補給トナーが１６ｇ排出されてしまう。これを各領域Ｐ０〜Ｐ９で考えると、図１０（ａ）で示したように、トナーが現像容器内を１周する際に、劣化トナーの排出量２００．０ｇに対し、補給トナー量も２００．０ｇとなるが、ここで補給したトナーの約７割（１４０．０ｇ）が次の画像形成で排出されてしまうことがわかる。
【００４０】
これに対して本実施形態では、図９に示すように、吐き出し制御前に領域Ｐ０〜Ｐ９に存在したトナーがそれぞれ一定量排出されたところで画像形成が行われなくなるような画像パターンでトナー排出用の画像形成を行っている。これにより、現像容器内における排出量のムラを抑制できる。
【００４１】
具体的には、トナーの吐き出しを開始した際に、領域Ｐ０、Ｐ１に存在したトナーは、すぐに現像室２３を搬送されながら画像形成される。このため、まず、領域Ｐ０、Ｐ１に存在したトナーから、所定量のトナーの吐き出しが行われた後にトナーの吐き出しを停止する。続いて、領域Ｐ２、Ｐ３に存在したトナーにおいて、所定量のトナーの吐き出しが行われた後にトナーの吐き出しを停止する。同様に、領域Ｐ４〜Ｐ９に存在したトナーにおいても、所定量のトナーの吐き出しが行われた後にトナーの吐き出しを停止する。トナーの吐き出しを停止するタイミングは、所定量のトナーの吐き出しが行われたタイミングであり、トナーが現像装置４内を循環搬送される速度を用いて、決められている。
【００４２】
上記制御により、図１０（ｂ）に示すように、トナーが現像容器内を１周する際に、劣化トナーの排出量１５０．０ｇに対し、補給トナー量も１５０．０ｇとなり、図９のような画像パターンの場合は、２回目以降の吐き出しでの補給トナーの排出量は補給量に対して約半分（７５．０ｇ）に押さえることができる。図８のように１００％Ｄｕｔｙ画像で排出動作を行った場合には、２回目以降の吐き出しでの補給トナーの排出量は補給量に対して約７０％となっている。このため、本実施形態では、図８のように１００％Ｄｕｔｙ画像で排出動作を行った場合に対して補給トナーの無駄な排出を２割削減することができる。
【００４３】
以上より、本実施形態では、現像容器内のトナーの分布を、補給トナーと劣化トナーが均一に分散するようにすることで、補給されたトナーの排出量を減らすことができる。これにより、補給されたトナーも吐き出し制御により排出されてしまうことにより起こる吐き出し制御時のトナー入れ替え効率の悪化を抑制できる。
【符号の説明】
【００４４】
Ｄ１  …領域
Ｐ    …画像形成部
１Ｙ〜１Ｋ  …感光体ドラム
１０  …中間転写ベルトクリーニング装置
１２  …給送ローラ
１３  …シート
１６  …定着装置
２２  …現像容器
２３  …現像室
２４  …撹拌室
２５  …撹拌スクリュー
２６  …搬送スクリュー
２８  …現像ローラ
３０  …トナー補給口
３２  …補給スクリュー
４Ｙ〜４Ｋ  …現像装置
５Ｙ〜５Ｋ  …トナー補給装置
８０  …制御部
９０  …中間転写ベルト
１００ …画像形成装置
【図１】
2016006443.tif 000003
【図２】
2016006443.tif 000004
【図３】
2016006443.tif 000005
【図４】
2016006443.tif 000006
【図５】
2016006443.tif 000007
【図６】
2016006443.tif 000008
【図７】
2016006443.tif 000009
【図８】
2016006443.tif 000010
【図９】
2016006443.tif 000011
【図１０】
2016006443.tif 000012