(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像装置内で撹拌されるトナー及びキャリアからなる現像剤のトナー濃度を検知手段により測定し、この測定値が設定した有効領域内の値になるようにトナーを現像装置内に供給して前記トナー濃度を制御するトナー供給方法において、現像装置内のトナー濃度の有効領域を複数の領域に分割し、且つこれら領域ごとにトナーの供給の周期をそれぞれ設定し、更に前記有効領域内に基準値を設定し、
前記現像装置の作動中に前記検知手段により検知した測定値が含まれる領域に対応する周期で定量ずつトナーを現像装置内に供給してトナー濃度を制御し、前記制御が同一の領域内で所定時間連続している場合に前記基準値を含む領域に向かうように前記周期を変更してトナー濃度を制御するとともに、前記制御において、前記トナー濃度が有効領域外の低い濃度の領域に達した場合にトナー濃度が前記基準値を含む領域となるまで画像形成の作業を中断させ、更に、前記制御において、前記トナー濃度が有効領域外の高い濃度の領域に達した場合に前記基準値を含む領域となるまでトナー供給を中断させることを特徴とするトナー供給方法。
【請求項２】
前記基準値が前記複数に分割した領域の一つの領域の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載のトナー供給方法。
【請求項３】
前記画像形成は、異なるサイズの転写材が用いられ、該転写材のサイズごとに前記周期が設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のトナー供給方法。
【請求項４】
前記検知手段の検知は前記現像装置が作動してから所定時間後に作動することを特徴とする請求項１、２または３記載のトナー供給方法。
【請求項５】
現像装置内で撹拌されるトナー及びキャリアからなる現像剤のトナー濃度を測定する検知手段と、補給用トナーを現像装置内に供給する供給手段と、前記検知手段によって検知した測定値が設定したトナー濃度の有効領域内の値となるように前記供給手段によって現像装置内に前記補給用のトナーを供給して前記トナー濃度を制御する制御手段とを有するトナー供給装置において、前記有効領域を複数の領域に分割し、且つこれら領域ごとに使用される転写材のサイズに対応するトナー供給の周期のデータを記憶する記憶手段を有し、更に前記複数の領域の一つを基準の領域として設定し、前記現像装置が作動中に前記検知手段により検知した測定値の領域に対応する周期ごとに定量ずつトナーを現像装置内に供給してトナー濃度を制御し、前記制御が同一の領域内で所定時間連続している場合に前記基準値を含む領域に向かうように前記周期を変更してトナー濃度を制御するとともに、前記制御において、前記トナー濃度が有効領域外の低い濃度の領域に達した場合にトナー濃度が前記基準値を含む領域となるまで画像形成の作業を中断させ、更に、前記制御において、前記トナー濃度が有効領域外の高い濃度の領域に達した場合に前記基準値を含む領域となるまでトナー供給を中断させることを特徴とするトナー供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、プリンター等の画像形成装置における現像装置へのトナー供給方法およびトナー供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、コロナ帯電器によって感光体上に均一に帯電を行い、光学投影装置によって画像データを感光体上に投影して潜像を形成し、この潜像を現像装置によって現像してトナー像を形成している。
【０００３】
現像装置には、トナーおよびキャリアからなる二成分現像剤が使用され、例えば現像装置内に設けた撹拌・循環手段としてのスクリュウや撹拌板等によってトナーおよびキャリアを撹拌してトナーを帯電させている。撹拌・循環手段により撹拌された現像剤は、感光体に面した位置に位置し、且つ内部に磁石を配した現像ローラに搬送される。磁石および／または現像ローラは回転可能に設けられ、現像ローラの表面に磁気ブラシが形成される。この磁気ブラシを感光体表面に近接あるいは摺擦させて静電引力の作用によりトナーのみを感光体上に付着させてトナー画像を形成している。その後、感光体上のトナー画像は転写材上に転写され、定着装置によって永久画像として定着され、画像形成装置外部に排出される。
【０００４】
画像形成によって消費された分のトナーを現像装置内に供給させる必要があり、トナーカートリッジやトナーホッパー等により適宜に補給用のトナーを現像装置内に供給している。供給されたトナーは現像装置内に貯留するキャリアと共に撹拌・循環され、次の画像形成のために準備される。
【０００５】
現像装置内に補給用のトナーを供給する方式の一例としては、現像剤のトナー濃度を測定するトナー検知手段を現像装置内に設け、トナー検知手段としてのトナー濃度センサが現像剤中のトナー濃度を検出し、現像装置内のトナー濃度が予め設定した有効領域内に設定した値より下回ったときに供給信号を出力し、この信号に基づいてトナーカートリッジに設けた供給スクリュウ等の供給手段を駆動させトナーの供給を行っている。
【０００６】
補給用のトナーは、供給信号が出力している期間中に連続して、あるいは設定した周期で定量ずつ現像装置内に供給している。
【０００７】
トナー濃度センサの一例としては、磁性体であるキャリアと非磁性体であるトナーとの割合を磁性率の変化として捉えるものであり、トナー濃度の変化に応じてアナログ出力電圧が変化し、このアナログ出力電圧の変化を利用してトナー濃度を検出している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、画像形成によって消費されるトナーの量は転写材への印字率の違いにより大きく異なる。また、連続複写、あるいは一枚ずつの複写によってもトナー消費量は大きく異なる。例えば、印字率の小さい複写像を一枚ずつ形成する場合、トナー消費量は僅かであり、現像装置内に供給するトナーの量もこれに伴って少なくて済む。これに対して印字率の高い複写像を連続して形成する場合、一枚ずつ形成する場合と比較してトナー消費量は桁違いに多くなり、現像装置内に供給するトナーの量も多くなる。
【０００９】
またトナーの供給量が多くなるに従い現像装置内に貯留する現像剤と供給されたトナーとの混合にかかる時間が長くなり、これに伴ってトナーを十分に帯電するまでの時間が長くなる。
【００１０】
上記したトナー供給方法においては、供給用のトナーを供給している時間とトナーを供給していない時間とに分離されており、トナーの供給時に一度に大量のトナーを現像装置内に供給しなければならず、目的のトナー濃度を得ることがせきない。即ちトナー消費量が少ない場合であれば、現像装置内の現像剤と供給されたトナーとは短時間に混合されて画像形成に十分な帯電がなされるが、トナー消費量が多い場合、供給されたトナーが十分に帯電されない状態で画像形成を行ってしまい、画像形成時に転写材のバックの汚れや画像濃度の低下等の不具合が生じてしまう。これを改善するためには、トナーの攪拌を十分行った後に画像形成を行えば良いが、画像出力までの時間がかかってしまい、高速化が望めない。
【００１１】
特に、大判サイズの転写材を含むＡ４からＡ０などのサイズの異なるサイズの複写画像を選択して出力することが可能な画像形成装置においては、トナー消費の差が転写材のサイズの種類に応じて顕著となり、従来の供給方法では、現像装置内で適切な現像剤濃度を維持することができなくなり、画像形成の高速化が達成することができない。
【００１２】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成によって短時間でトナーの帯電が行われ、特に転写画像の出力サイズの異なる画像形成であっても常時安定したトナーの帯電を行うことができる画像形成装置のトナー供給方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、現像装置内で撹拌されるトナー及びキャリアからなる現像剤のトナー濃度を検知手段により測定し、この測定値が設定した有効領域内の値になるようにトナーを現像装置内に供給してトナー濃度を制御するトナー供給方法において、現像装置内のトナー濃度の有効領域を複数の領域に分割し、且つこれら領域ごとにトナーの供給の周期をそれぞれ設定し、更に有効領域内に基準値を設定し、現像装置の作動中に検知手段により検知した測定値が含まれる領域に対応する周期で定量ずつトナーを現像装置内に供給してトナー濃度を制御し、制御が同一の領域内で所定時間連続している場合に基準値を含む領域に向かうように周期を変更してトナー濃度を制御するとともに、制御において、トナー濃度が有効領域外の低い濃度の領域に達した場合にトナー濃度が基準値を含む領域となるまで画像形成の作業を中断させ、更に、制御において、トナー濃度が有効領域外の高い濃度の領域に達した場合に基準値を含む領域となるまでトナー供給を中断させることを特徴とする。
【００１４】
基準値が複数に分割した領域の一つの領域の範囲に設定したことを特徴とする。
【００１５】
更に、前記画像形成は、異なるサイズの転写材が用いられ、該転写材のサイズごとに前記周期が設定されていることを特徴とし、前記検知手段の検知は前記現像装置が作動してから所定時間後に作動することを特徴とする。
【００１６】
また更に、現像装置内で撹拌されるトナー及びキャリアからなる現像剤のトナー濃度を測定する検知手段と、補給用トナーを現像装置内に供給する供給手段と、前記検知手段によって検知した測定値が設定したトナー濃度の有効領域内の値となるように前記供給手段によって現像装置内に前記補給用のトナーを供給して前記トナー濃度を制御する制御手段とを有するトナー供給装置において、前記有効領域を複数の領域に分割し、且つこれら領域ごとに使用される転写材のサイズに対応するトナー供給の周期のデータを記憶する記憶手段を有し、更に前記複数の領域の一つを基準の領域として設定し、前記現像装置が作動中に前記検知手段により検知した測定値の領域に対応する周期ごとに定量ずつトナーを現像装置内に供給してトナー濃度を制御し、前記制御が同一の領域内で所定時間連続している場合に前記基準の領域に向かうように一つ次の領域の周期に変更してトナー濃度を制御をすることを特徴とする。
【００１７】
このような構成において、現像装置の作動中に検知手段により検知したトナー濃度の値に対応する領域で設定した周期で定量ずつトナーを現像装置内に供給してトナー濃度を制御する。この制御により転写材の平均的な印字率に対応する量のトナーが現像装置に周期的に供給され、短時間でトナーの帯電が行われる。
また、トナー濃度の制御が同一の領域内で所定時間連続している場合には、前記基準値を含む領域に向かうように前記周期を変更して急激なトナー濃度の変化をすることなく制御される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明のトナー供給方法およびその装置に適用される画像形成装置の一例を示す概略断面図である。複写機、プリンター等の画像形成装置１は大別して画像形成部２と、転写材の搬送案内手段３と、定着装置４と、ロール紙給紙部９とによって構成される。
【００１９】
画像形成部２においては、感光ドラム５を中心に、感光ドラム５の表面を一様に帯電するコロナ帯電器６と、スキャナ等によって読み込まれた原稿データをＬＥＤ等により投射して感光ドラム５上に潜像をい形成させる光学投影装置７と、この潜像を現像する現像装置８と、ロール紙（またはカット紙）を装填した給紙部９から送られる転写材に感光ドラム５上に現像装置４によって形成したトナー像を転写する転写コロナ放電器１０と、感光ドラム５から転写材を分離するＡＣ分離コロナ放電器１１と、転写後の感光ドラム５の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置１２と、加工ドラム５の表面の表面電位を均一に除電するイレーサランプ１３とを有し、これらが順次に感光ドラム５に作用するように配置され、周知の如くに画像形成が行われる。
【００２０】
符号２０は、内部に補給用トナーを充填したトナーカートリッジを示しており、現像装置８の長手方向の一端（感光ドラム５の軸方向の側面側）に設けたトナー供給口１９からトナーカートリッジ２０内のトナーを補給信号に従って補給している。トナーカートリッジ２０の供給口２１は、供給時にトナーを装置内に飛散させないようにガイド部材２２で覆われ、且つスポンジ２３等によって口周辺を押圧して接続している。
符号１５は、クリーニング装置１２によって除去されたトナーを貯留する廃棄ボトルを示す。
【００２１】
図２に現像装置８の側断面図を示す。
図において、現像装置８のケーシング２４は、感光ドラム５の表面の一部に面した開口２５を有しており、開口２５から一部周面を露出して感光ドラム５に近接するように現像ローラ２６が設けられている。現像ローラ２６に近接して現像装置８内部に貯留する現像剤２９と供給されたトナーとを攪拌、循環する攪拌・循環手段１００が設けられている。攪拌・循環手段１００は、図示するように矢印Ａ方向に回転する第１のスクリュウ３６および矢印Ｂ方向に回転する第２のスクリュウ３７とを有する。符号３２は仕切板を示し、符号４９は後述するトナー濃度センサを示し、符号５０は検知手段としてのトナー検知センサを示す。
【００２２】
現像ローラ２６は、筒状に形成される矢印Ｃ方向に回転可能に設けたスリーブ２７と、スリーブ２７の内周面に沿って固定配置した永久磁石２８とにより構成される。スリーブ２７の回転と、永久磁石２８の磁力との作用により現像剤２９がスリーブ２７表面に吸着し、磁気ブラシ３０が形成される。磁気ブラシ３０は、規制板３１によって一定の厚みに規制され、感光ドラム５の周面を摺擦あるいは非接触により感光ドラム５に形成した静電潜像を現像してトナー像を形成する。
尚、実施例において、固定した永久磁石２８の周囲をスリーブ２７が回転する構成の現像ローラ２６を例示したが、固定配置したスリーブと、スリーブ内に回転可能に設けた永久磁石との構成であっても良い。
【００２３】
図３に現像装置８のケーシング２４の内部の構成を示す。
ケーシング２４は、仕切板３２によって幅方向中央を分割して収納室３３、３４を形成しており、収納室３３の一端には、トナーを収納室３３内に供給するトナー供給口３５が設けられている。仕切板３２は、収納室３３と収納室３４とを連通する連通路３２Ａ、３２Ｂを有し、ケーシング２４内に近接して配置した第１のスクリュウ３６および第２のスクリュウ３７により現像剤を対向するように搬送して循環路を形成している。
【００２４】
攪拌・循環手段１００について説明すると、第１のスクリュウ３６および第２のスクリュウ３７は、それぞれ攪拌羽根３６Ｂ、３７Ｂを有しており、モータ３８によって図２に示すように矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に回転する。攪拌羽根３６Ｂ、３７Ｂの作用により、現像剤を矢印Ｄ方向および矢印Ｅ方向に搬送させ、更に、連通路３２Ａ、３２Ｂに現像剤を通過させることにより、現像装置８内の現像剤と供給されたトナーとを攪拌、循環させている。
【００２５】
符号４９は、トナー濃度センサを示し、現像装置８の側面に設けられており、現像措置内のトナーおよびキャリアとの混合比（濃度）を検出するものである。トナー濃度センサ４９は、磁気センサで構成しており、透磁率の差によって収納室３３内の現像剤のトナー濃度を出力電圧として出力する。例えば、出力電圧が２．７Ｖであればトナー濃度は６ｗｔ％を示し、３．１Ｖであればトナー濃度は３％を示し、トナー濃度と出力電圧との関係は、ほぼ直線的に変化する。
【００２６】
符号５０は、トナー検知センサを示し、トナー供給口３５の下方で収納室３３内の第３のスクリュウ４１の周辺の空間で構成されるトナー貯留部５１に充填されたトナーが一定の量以上あるか否か（一定量を下回る場合に無）を検知するもので、後述する供給信号に基づき第３のスクリュウ４１を所定の周期ごとに一定時間駆動させ貯留部５１内のトナーを第１のスクリュウ３６へと供給する。
例えば、所定の周期ごとに０．２秒間第３のスクリュウ４１を回転駆動させることにより、一回につき約０．１ｇのトナーを第１のスクリュウ３６へと供給している。この供給によりトナー貯留部５１にトナーがなくなったのをトナー検知センサ５０が検知し、この検知信号に基づきトナーカートリッジあるいは、トナーホッパー内のトナーをトナー貯留部５１に充填する。第３のスクリュウ４１によるトナーの供給は実施例においては０．２秒ごとであったが、この値に限定はなく、０．１秒から０．５秒の範囲が好ましい。
【００２７】
このような構成により本発明のトナー供給方法について図４、図５に基づき説明する。図４は、検知手段が検知した信号に基づく現像装置内のトナー濃度の変化を時系列で示した例であり、縦軸にトナー濃度を示し、横軸に時間の経過を示す。画像形成が可能である現像装置内のトナー濃度の有効領域が上限Ｘ、下限Ｙとの範囲で設定されており、更にこの有効領域を複数に分割している。実施例においては、５分割した例を示し、それぞれの領域をａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅで示す。更に、基準値をＺとし、この基準値Ｚを含む領域を基準の領域とする。
【００２８】
図５は、領域ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅのそれぞれの領域ごとに設定したトナーの供給の周期を示す。実施例においてはトナーの供給時間は、１周期あたり０．２秒に設定して一回の供給量を約０．１ｇとしている。
それぞれの領域については、現像装置内のトナー濃度が低い場合には短い周期でトナーの供給を行い、トナー濃度が濃い場合には長い周期でトナーの供給を行うように設定されており、好ましくは、転写材の印字率に見合うようにトナーを供給している。例えば、ある印字率で連続複写したときに消費されたトナーの量とほぼ同じ分量のトナーを定量的に供給することにより、消費されるトナーと供給されるトナー量とがほぼ一致し、一定のトナー濃度を維持しながら安定した画像形成がなされる。このようなトナー供給量を各領域ごとにあらかじめ予想して設定する。
【００２９】
例えば、基準の領域をａとし、トナー濃度が領域ｃに位置している場合において、第１の印字率の複写画像であればトナーの消費量とトナーの供給量とがほぼ一致し、領域ｃで安定して画像形成が行える。次いで、第１の印字率より高い第２の印字率で画像を形成した場合、トナーの供給量よりトナーの消費量が多くなる。このため、トナー濃度が低いと検知手段によって検知され、トナー濃度が領域ｄ内に位置することとなり領域ｄで設定したトナー供給の周期で現像装置内にトナーが供給される。この周期は、領域ｃの周期より短く設定しているため、再びトナーの供給量とトナーの消費量とがほぼ一致して領域ｄ内でトナー濃度が安定する。ここで領域ｄ内で所定の時間安定したときには、基準の領域ａに向かうように一つずつ変更し、領域ｃに対応するトナー供給の周期で供給して制御している。また、トナーの消費量とトナーの供給量とが一致しない場合には、検知手段が別の領域であると検知するため、この領域において設定したトナー供給周期にてトナー供給が行われる。
【００３０】
一方、第１の印字率より低い第３の印字率で画像形成を行った場合、トナーの供給量よりトナーの消費量が少なくなる。このため、トナー濃度が高いと検知手段によって検知され、トナー濃度が領域ｂ内に位置することとなり領域ｂで設定したトナー供給の周期で現像装置内にトナーが供給される。この周期は、領域ｃの周期より長く設定しているため、再びトナーの供給量とトナーの消費量とがほぼ一致して領域ｂ内でトナー濃度が安定する。同様に領域ｂ内で所定の時間安定したときには、基準の領域ａに向かうように一つ変更し、領域ａに対応するトナー供給の周期で供給して制御している。
【００３１】
また、使用する転写材のサイズが、例えば、Ａ０、Ａ１、Ａ２等のように異なる場合には、同じ印字率であってもトナーの消費量は異なる。このため、図６に示すようにあらかじめ各領域と各サイズに対応する周期をそれぞれ設定する。例えば、転写材のサイズを検知する検知手段からの信号と、トナー濃度が位置する領域を示す出力信号とによって、図６に対応する周期で第３のスクリュウを駆動させトナーを供給するように制御している。
【００３２】
図７にトナー補給装置の制御のブロック図を示す。図において、現像装置内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ４９と、第３のスクリュウ４１を駆動する駆動モータ６２と、駆動モータ６２をコントロールする演算回路６３を含む制御手段６０と、領域ごとに使用される転写材のサイズに対応するトナー供給の周期のデータを記憶する記憶手段６１とを有する。
制御手段６０は、トナー濃度の基準値が設定されており、ある領域内のトナー濃度が所定時間連続して検出された場合に基準値を含む領域に近づくように一つずつ次の領域に設定を変更するように制御している。
【００３３】
トナー濃度センサ４９は、現像装置８の作動中の現像装置内のトナー濃度を検知し、この検知信号を制御手段６０に出力する。制御手段６０は、検知信号としてのアナログ電圧からトナー濃度がどの領域に位置しているのかを演算回路６３により演算し、この領域を示す信号と、コントロールパネル等から送られる転写材のサイズを示す信号とに対応するトナー供給の周期を記憶手段から取り込み、このデータに基づいて駆動モータ６２を駆動させる。
【００３４】
上述したトナー濃度の制御によって画像形成が行われ、現像装置内のトナー濃度が高くなり、有効領域の上限Ｘを越えてしまった場合、トナーの供給を停止させ、画像形成はそのまま行うように制御させる。トナー供給は基準値を含む領域まで停止させることが好ましい。
【００３５】
また、現像装置内のトナー濃度が低くなり、有効領域の下限Ｙを下回った場合、トナーの供給はそのまま続け、画像形成を停止させ、トナー濃度が基準値を含む領域となったときに画像形成を再開させる。
【００３６】
好ましくは、画像形成装置のメイン電源を投入してからの現像装置の空運転時および画像形成時の現像装置の動作の初期の２、３秒の間はトナーの供給の制御を行わないようにする。これにより急激なトナー濃度の変化が少なくなり安定した制御が行える。
【００３７】
尚、実施例においては、領域を５つとしたが、この数に限定はない。また基準値を含む領域は、トナー濃度が最大となる領域が好ましい。
【００３８】
【発明の効果】
このように連続してトナーを現像装置内に供給する方法とは異なり、複数の領域ごとであって転写材の種類に応じて設定した周期で僅かずつのトナーを供給することにより現像装置内の現像剤との攪拌混合を容易に行うことができ、トナーを短時間で画像形成が行うことが可能な帯電電位とすることができる。また、常に基準のトナー濃度となるように制御されるため、どんなサイズであれ、またどんな印字率であっても直ぐに好適な条件で対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるトナー補給方法およびその装置に適用される画像形成装置の概略断面図。
【図２】  現像装置を示す概略断面図。
【図３】  現像装置のスクリュウ部を示す平面図。
【図４】  本発明によるトナー供給方法のトナーの濃度変化を示す概念図。
【図５】  各領域におけるトナー供給の周期を示す図。
【図６】  転写材のサイズに応じたトナー供給周期のデータを示す図。
【図７】  トナー補給装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１  画像形成装置
２  画像形成部
３  搬送案内部
４  定着装置
５  感光ドラム
６  コロナ帯電器
７  光学投影装置
８  現像装置
９  ロール紙給紙部
１０  転写コロナ放電器
１１  ＡＣ分離コロナ帯電器
１２  クリーニング装置
１３  イレーサランプ
１５  廃棄ボトル
１９  トナー供給口
２０  トナーカートリッジ
２１  供給口
２２  ガイド部材
２３  スポンジ
２４  ケーシング
２５  開口
２６  現像ローラ
２７  スリーブ
２８  永久磁石
２９  現像剤
３０  磁気ブラシ
３１  規制板
３２  仕切板
３２Ａ、Ｂ  連通路
３３  収納室
３４  収納室
３５  トナー供給口
３６  第１のスクリュウ
３６Ｂ  攪拌羽根
３７  第２のスクリュウ
３７Ｂ  攪拌羽根
３８  モータ
４１  第３のスクリュウ
４９  トナー濃度センサ
５０  トナー検知センサ
５１  トナー貯留部
６０  制御手段
６１  記憶手段
６２  駆動モータ
６３  演算回路
【図１】
0004180687.tif 000002
【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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【図７】
0004180687.tif 000008