JP2008116764A

JP2008116764A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2008116764A
Application number: JP2006300959A
Authority: JP
Inventors: Akinori Nishida; 昭憲西田; Takahiro Sasai; 隆博笹井
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2008-05-22
Also published as: CN101178568B; US20080181631A1; EP1918785A3; US7664409B2; CN101178568A; EP1918785A2

Abstract

【課題】本発明は、定着温度により動作制御を行う場合においてトナー濃度の検出処理に伴う遅れが生じることのない画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】装置の電源がオンされると、初期化処理後、定着ローラの加熱制御を開始し（Ｓ１０１）、定着ローラ温度（Ｔｅｍｐ）を、ウォーミングアップ処理が終了する温度Ｔｅｍｐ２まで温度上昇するための制御が行われる。定着ローラの加熱開始後、主モータの駆動が開始されて（Ｓ１０２ａ）濃度制御が開始される（Ｓ１０２ｃ）。前回転処理の開始タイミングは、濃度検知センサ４４の検知出力が安定する時間を考慮して、温度Ｔｅｍｐが温度Ｔｅｍｐ２に到達するまでに検知出力が安定するように設定すればよい。次に、温度Ｔｅｍｐが温度Ｔｅｍｐ１まで上昇したか否かチェックされて（Ｓ１０３）副モータが回転開始され（Ｓ１０４）、定着ローラの回転が開始される。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置において、特に二成分系現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置としては、像担持体として例えば感光体ドラムを用いて、その表面を帯電して露光することで静電潜像を形成し、静電潜像にトナーを付着させて可視像化した後用紙に転写し、転写されたトナー像を用紙に定着するといったプロセス処理により画像形成を行うものが知られている。

画像形成に用いる現像剤としては、トナー及び磁性粒子からなるキャリアを含むニ成分系現像剤とトナーのみを用いる一成分系現像剤の２つのタイプが従来より用いられている。ニ成分系現像剤の場合には、キャリアとの摩擦帯電によりトナーの帯電が良好に行われるようになり、高解像度の画像形成を安定して行うことができる。こうした二成分系現像剤を用いた画像形成装置では、現像剤のトナー及びキャリアの混合比を一定にしておくために、常時トナー濃度を検知してトナー濃度が所定の範囲となるようにトナーの補給が行われるようになっている。トナー濃度の検出処理では、例えば、特許文献１では、主駆動モータと、主駆動モータに遅れて現像剤流動機構に動力を供給する現像駆動機構とを備え、電子写真プロセスの動作の履歴に応じた履歴データに対応して、現像駆動機構の動作開始からトナー濃度信号の読み込みまでの時間間隔を示すタイミングを制御してトナー濃度信号を読み込むようにした点が記載されている。
特開平１０−３０７４３４号公報

二成分系現像剤（以下「現像剤」という。）の搬送動作を停止した後に搬送動作を開始した直後では、現像剤の量や密度が安定しないため、トナー濃度を検知する検知センサの出力信号が大きく変化して正確なトナー濃度が検知できず、こうした状態で検知信号に基づいてトナー補給を行うと適切な量のトナーが補給されないようになってしまうことになる。こうしたことから、トナー濃度の検知出力が安定した状態となるまで現像剤の搬送動作を行なうようにされている。

このため、画像形成装置の電源を投入した際の準備動作や画像形成処理の開始時に最初の１枚目の画像形成動作の際に、定着温度が所定の温度に到達したタイミングで感光体ドラム等を駆動開始するとともに現像剤の搬送動作を開始しているが、トナー濃度の検知出力が安定するまでの時間がかかるようになって、以後の処理が遅れるといった課題がある。

そこで、本発明は、定着温度により動作制御を行う場合においてトナー濃度の検出処理に伴う遅れが生じることのない画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、該像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記像担持体の帯電された表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、二成分系現像剤を貯留するとともに前記像担持体表面に形成された静電潜像を二成分系現像剤により可視像化する現像手段と、前記像担持体に形成されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、用紙に転写されたトナー像を定着させる定着手段と、前記像担持体を回転制御するとともに用紙に画像形成するように前記各手段を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、前記定着手段以外の他の手段を駆動する第一駆動手段と、前記定着手段を他の手段から独立して駆動する第二駆動手段と、前記現像手段において搬送される二成分系現像剤のトナー濃度を検知する濃度検知手段とを備え、前記制御手段は、前記濃度検知手段で検知された検知出力が所定範囲の値となるように前記現像手段を制御する濃度制御手段と、前記第一及び第二駆動手段を駆動制御する際に前記第一駆動手段を前記第二駆動手段に先行して駆動開始して前記濃度制御手段を制御する動作制御手段とを備えていることを特徴とする。さらに、前記動作制御手段は、前記定着手段の定着温度が所定温度以上となったときに前記第二駆動手段を駆動開始することを特徴とする。

本発明は、上記のような構成を有することで、定着手段以外の他の手段を駆動する第一駆動手段及び定着手段を他の手段から独立して駆動する第二駆動手段を備え、第一及び第二駆動手段を駆動制御する際に第一駆動手段を第二駆動手段に先行して駆動開始して前記濃度制御手段を制御するので、定着手段の定着温度と関連付けることなく濃度制御を先行して開始することができる。そのため、従来より早いタイミングで濃度制御を行うことで、定着温度が所定温度に到達するまでにトナー濃度の検知出力が安定するための時間をとることが可能となり、定着温度により動作制御を行う場合でも以後の処理にトナー濃度の検知処理による遅れが生じることがなくなる。

そして、定着手段の定着温度が所定温度以上となったときに第二駆動手段を駆動開始することで、定着温度による動作制御が従来と同様に行なうことができ、安定した画像形成処理が行なわれるようになる。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る画像形成装置全体の概略断面図である。画像形成装置１の上部には用紙排紙トレイ１０が設けられ、その下部には、記録部２及び給紙部３が配されている。

給紙部３では、給紙カセット１１が配置されており、フラッパ１２に所定のサイズの用紙が複数枚積載される。フラッパ１２は、アーム１３がモータにより回転して上方に回動することで、それに連動して上方に回動する。給紙カセット１１の右端部には、ピックアップローラ１４が配置されている。フラッパ１２は、積載された用紙の上面がピックアップローラ１４に圧接するように、アーム１３により支持されている。この状態でピックアップローラ１４が回転駆動すると、摩擦力により用紙が１枚ずつ用紙搬送路に給紙され、フィードローラ１５及びプレスローラ１６に挟持されて搬送されるようになる。

給紙された用紙は、レジストローラ１７及びプレスローラ１８により記録部２に搬送される。記録部２では、搬送された用紙に記録するために、現像器１９、クリーニング機構２０、コロナ帯電器２１、感光体ドラム２２、転写ローラ２３、露光ヘッド２４及び定着ローラ２５が備えられている。

現像器１９は、二成分系現像剤（以下「現像剤」という。）を貯留するとともに、後述するように、螺旋状の羽根を有する一対のオーガを内蔵しており、一対のオーガにより現像剤が所定方向に循環するように搬送される。循環搬送される現像剤は回転するパドルを介して現像ローラに供給される。現像ローラは、内部のマグネットローラとマグネットローラの外周面に配設された円筒状の現像スリーブからなり、現像剤のキャリアがマグネットローラの磁力により現像スリーブの表面に吸着されてキャリア穂が形成され、形成されたキャリア穂にトナーが付着した状態となる。この場合、キャリア及びトナーは、搬送されていく間に摩擦帯電により互いに逆極性に帯電するようになるため、キャリア穂にトナーが電気的な吸着力により安定した状態で保持されるようになる。

また、搬送される現像剤のトナー濃度を検知するための濃度検知センサがオーガによる現像剤搬送路の近傍に取り付けられており、濃度検知センサからの出力信号に基づいてトナーの補給が行われる。濃度検知センサとしては、現像剤の透磁率を測定してトナー濃度を検知する公知のセンサを用いることができる。透磁率センサを用いると、トナー濃度が薄くなってくるとその分磁性体であるキャリアの密度が大きくなるため透磁率が大きくなってセンサの出力が上昇し、逆にトナー濃度が濃くなるとその分キャリアの密度が小さくなってセンサの出力が低下するようになる。トナーの補給は、トナーカートリッジ３０から図示せぬ補給機構を通してトナーが現像器１９に補給されるようになっている。

クリーニング機構２０は、転写後の感光体ドラム２２の表面に付着した残留トナーや紙粉等の異物をクリーニングブレードにより掻き取って感光体ドラム２２の表面を清掃する。クリーニング機構２０で回収された残留トナー等の異物は、廃トナー溜め部３１に搬送されて排出される。

コロナ帯電器２１は、放電ワイヤからのコロナ放電により感光体ドラム２２の表面を一様に帯電する。一様に帯電された感光体ドラム２２に、露光ヘッド２４で画像記録信号に応じて露光することで静電潜像が形成される。そして、現像器１９内の現像スリーブが回転してその表面に形成されたキャリア穂が感光体ドラム２２の表面に近接してキャリア穂に付着したトナーが静電潜像に転移され、静電潜像を可視像化する。転写ローラ２３は、用紙を挟んで感光体ドラム２２と対向する位置に設置されており、所定の電圧が印加されると感光体ドラム２２表面に形成されたトナー像が用紙に転写される。こうして画像形成に必要な一連のプロセス処理が行われ、転写されたトナー像は、定着ローラ２５及びプレスローラ２６によって挟持されて加熱・プレスされ用紙に定着される。定着された用紙は、フィードローラ２７及びプレスローラ２８により排出経路に送られて、排出ローラ２９により用紙排紙トレイ１０に搬出される。

また、装置本体の側面には、手差し給紙機構及び反転搬送機構が設けられており、手差し給紙を行う場合には、手差しトレイ３２を開いて給紙ローラ３３に用紙を差し込むことで行われる。差し込まれた用紙は、給紙ローラ３３によりフィードローラ１７及びプレスローラ１８に搬送されて記録動作が行われる。また、反転搬送を行う場合には、片面に記録した用紙が一旦排出ローラ２９により搬出された後排出ローラ２９を逆回転して反転搬送路に搬送し、搬送ローラ３４により下方に向けて搬送する。そして、搬送路に沿って上方に向けて搬送されて、再度フィードローラ１７及びプレスローラ１８に搬送されてもう一方の面に記録動作が行われ、用紙の両面に記録されるようになる。

図２は、図１に示す画像形成装置の概略ブロック構成図である。感光体ドラム２２の周囲には、コロナ帯電器２１、露光ヘッド２４、現像器１９、転写ローラ２３、クリーニング機構２０及び除電ランプ３６が配設されており、感光体ドラム２２を回転させながらその表面に対して、帯電−露光−現像−転写といった一連のプロセス処理が行われた後、表面のクリーニング及び残存電荷の除電処理が行われる。

現像器１９には、上述した現像ローラ４０が感光体ドラム２２に対向して配設されており、現像ローラ４０の感光体ドラム２２とは反対側には、現像剤の貯留部が形成されており、貯留部内に一対のオーガ４１及び４２が配置されている。オーガ４１及び４２の回転軸は、紙面の垂直方向に直線状に延設されており、その間には隔壁４３が設けられている。そして、オーガ４１及び４２が互いに逆方向に現像剤を搬送することで、貯留部内で現像剤が隔壁の周囲を循環搬送されるようになる。

そして、現像器１９の貯留部に対応する底面には濃度検知センサ４４が配設されており、上述したように、循環搬送される現像剤のトナー濃度を検知するようになっている。循環搬送される現像剤は、供給パドル４５により現像ローラ４０に供給され、現像ローラ４０の現像スリーブ表面に供給された現像剤は、ブレード４６により均一な層に均される。

トナー補給機構５０は、トナーカートリッジ３０が交換可能にカートリッジ保持体５１に装着されており、トナーカートリッジ３０からトナー送出路５２を通って搬送スパイラル５３を内蔵したホッパ５４にトナーが送出される。ホッパ５４から搬送スパイラル５６を内蔵するトナー搬送路５５を通って現像器１９の貯留部にトナーが補給される。トナー供給モータ６１は、トナーカートリッジ３０を回転させてトナーをホッパ５４に吐出させるとともに、搬送スパイラル５３及び５６を回転させてトナーの搬送動作を行うようになっている。

感光体ドラム２２や各種ローラの回転駆動については、主モータ６０の回転を図示せぬクラッチ機構等の駆動伝達機構により伝達して行われ、制御部１００により制御される。また、現像器１９のオーガ等の現像剤の搬送動作については、主モータ６０の回転駆動を伝達して行われ、トナー補給機構５０のトナーカートリッジ３０の回転動作及び搬送スパイラル等によるトナーの補給動作は、トナー供給モータ６１の回転駆動を伝達して行われ、いずれも制御部１００により制御される。

クリーニング機構２０、定着ローラ２５及び排出ローラ２９の回転駆動については、副モータ６２の回転を図示せぬクラッチ機構等の駆動伝達機構により伝達して行われ、制御部１００により制御される。したがって、定着ローラ２５は、感光体ドラム等の主モータ６０により回転駆動される部品とは独立して副モータ６２により駆動されるようになる。

また、コロナ帯電器２１、現像ローラ４０及び転写ローラ２３に印加される電圧の制御は、現像電圧印加回路６３、帯電電圧印加回路６４、転写電圧印加回路６５をそれぞれ制御部１００が制御することにより行われる。

制御部１００は、動作制御部１０１、補給制御部１０２を備えており、動作制御部１０１は、画像形成に必要なプロセス処理を行うための一連の動作、ウォーミングアップ等の準備動作、待機状態に移行する動作に関する制御を行う。

補給制御部１０２は、濃度検知センサ４４からの検知信号に基づいて、トナー補給機構５０のトナーの補給制御及び現像器１９内の現像剤の搬送制御を行い、現像器１９内のトナー濃度の制御を行う。そして、濃度検知センサ４４の出力値が所定範囲から外れた場合には、トナー補給機構５０からの補給制御及び現像器１９内の搬送制御を行って、濃度検知センサ４４の出力値が所定範囲となるように濃度制御を行う。

図３は、長時間停止状態の後現像剤の搬送動作を開始した場合の濃度検知センサ４４の検出信号の出力の一例を示すグラフであり、横軸に時間をとり、縦軸に検知信号の出力をとっている。このグラフからわかるように、装置が駆動開始した直後は出力が不安定となり（グラフの時間Ｔ１の範囲）、その後安定した出力状態となる。こうした不安定な状態が生じるのは、駆動開始直後では現像剤の循環搬送が安定して行われていない等の要因が考えられる。濃度検知センサ４４の検知出力にはこうした特性があるため、安定した出力状態となるためには、所定時間搬送動作を行なうことが必要となる。

出力が安定した状態でも所定の周期の振幅変動が見られるが、これはオーガの回転に伴いオーガの羽根の部分が濃度検知センサ４４に周期的に対向するためである。そのため、濃度検知センサ４４の検知出力は、例えば、オーガの回転周期に同期したサンプリング周期で検知信号をサンプリングし、サンプリングした所定回数の履歴データの平均値を検知出力として用いるようにすればよい。

動作制御部１０１は、定着温度が所定温度に到達することを条件にウォーミングアップ動作や画像形成動作を開始するように動作制御を行なう。そして、主モータ６０、トナー供給モータ６１及び副モータ６２を駆動開始する際に、主モータ６０及びトナー供給モータ６１を副モータ６２よりも先行して駆動開始する。そのため、トナー濃度の制御が定着ローラ２５の駆動開始よりも先行して行なわれるようになり、トナー濃度制御が先行して行われることで、上述したように濃度検知センサ４４の検知出力が安定した状態となるまでの時間を定着温度が所定温度に到達するまでの時間に合わせるように調整することが可能となる。したがって、定着温度が所定温度に到達した時点で動作を開始するための条件が整うことになり、安定した状態で以後の処理を行なうことができる。そのため、定着温度が所定温度に到達したにもかかわらず濃度検知センサの検知出力が安定するまで待機するといった遅延時間が生じることはなくなる。

また、定着ローラ２５の駆動開始については、定着温度が所定温度に到達したタイミングで行なうように制御すればよく、定着温度特性に応じて動作制御を行うことができる。

図４は、装置が電源オンしてから待機状態に入るまでのウォーミングアップ動作に関する処理フローで、図５は、ウォーミングアップ動作におけるタイムチャートを示している。

時刻ｔ₀で装置の電源がオンされると、まず初期化処理が行われて（Ｓ１００）、装置の初期設定が行われる。初期化処理後、制御部１００は、定着ローラ２５の加熱制御を開始し（Ｓ１０１）、定着ローラ温度（Ｔｅｍｐ）を、ウォーミングアップ処理が終了する温度Ｔｅｍｐ２まで温度上昇するための制御が行われる。

定着ローラ２５の加熱開始後、時刻ｔ₁から前回転処理（Ｓ１０２）が行なわれる。前回転処理の開始タイミングは、濃度検知センサ４４の検知出力が安定する時間を考慮して、温度Ｔｅｍｐが温度Ｔｅｍｐ２に到達するまでに検知出力が安定するように設定すればよい。

前回転処理では、主モータ６０が回転開始され（Ｓ１０２ａ）。主モータ６０の回転により、感光体ドラム２２、現像ローラ４０、転写ローラ２３等が回転駆動され、帯電電圧ＨＶＣ、現像電圧ＨＶＢ等の電圧制御が行われる（Ｓ１０２ｂ）。また、主モータ６０が回転開始されるに伴い、トナー補給機構５０の搬送スパイラル等によるトナーの補給動作及び現像器１９のオーガ等の現像剤の搬送制御が開始されて濃度検知センサ４４の検知出力に基づいて濃度制御が行われる（Ｓ１０２ｃ）。そして、主モータ６０の回転開始時からタイマＴがカウント開始する（Ｓ１０２ｄ）。

次に、温度Ｔｅｍｐが温度Ｔｅｍｐ１まで上昇したか否かチェックされる（Ｓ１０３）。時刻ｔ₁で定着ローラ温度が温度Ｔｅｍｐ１に達したとすると、時刻ｔ₂から副モータ６２が回転開始され（Ｓ１０４）、定着ローラ２５の予備回転が開始される。

そして、タイマＴが時間Ｔ２をカウントしたか否かチェックし（Ｓ１０５）、時間Ｔ２がタイムアップされると、定着ローラ温度が温度Ｔｅｍｐ２に上昇しているかチェックされる（Ｓ１０６）。時刻ｔ₂で温度Ｔｅｍｐ２に達していると判定された場合には、前回転処理の停止処理が行われ（Ｓ１０７）、キャリアの飛散防止のための電圧制御等の停止処理が行われて（Ｓ１０７ａ）主モータ６０が停止し（Ｓ１０７ｂ）、副モータが停止されて（Ｓ１０７ｃ）待機状態に移行する。

図６は、待機状態において記録信号が入力された場合に関する処理フローで、図７は、そのタイムチャートを示している。

時刻ｔ₄で記録信号が入力されたか否かチェックして（Ｓ２００）、記録信号が入力されると、定着ローラの加熱制御が再開されて温度Ｔｅｍｐを温度Ｔｅｍｐ５まで上昇するように制御される。

そして、前回転処理（Ｓ２０１）が開始され、主モータ６０が回転開始される（Ｓ２０１ａ）。主モータ６０の回転により、感光体ドラム２２、現像ローラ４０、転写ローラ２３等が回転駆動され、帯電電圧ＨＶＣ、現像電圧ＨＶＢ等の電圧制御が行われる（Ｓ２０１ｂ）。また、主モータ６０が回転開始されるに伴い、トナー補給機構５０の搬送スパイラル等によるトナーの補給動作及び現像器１９のオーガ等の現像剤の搬送制御が開始されて濃度検知センサ４４の検知出力に基づいて濃度制御が行われる（Ｓ２０１ｃ）。

次に、温度Ｔｅｍｐが温度Ｔｅｍｐ３まで上昇したか否かチェックされる（Ｓ２０２）。時刻ｔ₅で定着ローラ温度が温度Ｔｅｍｐ３に達したとすると、時刻ｔ₅から副モータ６２が回転開始され（Ｓ２０３）、定着ローラ２５の予備回転が開始される。そして、温度Ｔｅｍｐが定着動作に必要な温度Ｔｅｐｍ４に到達したか否かチェックし（Ｓ２０４）、時刻₆で定着ローラ温度が温度Ｔｅｍｐ４に達したとすると、時刻₆から画像形成処理が開始されて、露光制御が行われるとともに用紙搬送動作が行なわれる。１枚目の用紙に画像形成処理が終了すると、次の記録信号が入力されているかチェックし（Ｓ２０６）、次の記録信号が入力されている場合には再度画像形成処理が行なわれる。

次の記録信号が入力されていない場合には、キャリアの飛散防止のための電圧制御等の停止処理が行われて（Ｓ２０７ａ）主モータ６０が停止し（Ｓ２０７ｂ）、副モータが停止されて（Ｓ２０７ｃ）待機状態に移行する。

以上説明したように、ウォーミングアップ動作や画像形成動作の際に、主モータ及び副モータを駆動開始する場合には、主モータを副モータに先行して駆動開始して濃度制御を行い、副モータについては定着温度が所定温度に到達してから駆動開始するようにしているので、濃度制御における濃度検知センサの検知出力が安定した状態となるまでの時間をとることができ、定着温度により動作制御する場合に定着温度が所定温度に到達するまでに濃度検知センサの検知出力を安定した状態にすることが可能となる。

本発明に係る実施形態に関する画像形成装置全体の概略断面図である。本発明に係る実施形態に関する概略ブロック構成図である。濃度検知センサの検知信号の出力を示すグラフである。ウォーミングアップ動作に関する処理フローである。ウォーミングアップ動作に関するタイムチャートである。画像形成動作に関する処理フローである。画像形成動作に関するタイムチャートである。

符号の説明

１画像形成装置
２記録部
３給紙部

Claims

像担持体と、該像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記像担持体の帯電された表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、二成分系現像剤を貯留するとともに前記像担持体表面に形成された静電潜像を二成分系現像剤により可視像化する現像手段と、前記像担持体に形成されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、用紙に転写されたトナー像を定着させる定着手段と、前記像担持体を回転制御するとともに用紙に画像形成するように前記各手段を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、前記定着手段以外の他の手段を駆動する第一駆動手段と、前記定着手段を他の手段から独立して駆動する第二駆動手段と、前記現像手段において搬送される二成分系現像剤のトナー濃度を検知する濃度検知手段とを備え、前記制御手段は、前記濃度検知手段で検知された検知出力が所定範囲の値となるように前記現像手段を制御する濃度制御手段と、前記第一及び第二駆動手段を駆動制御する際に前記第一駆動手段を前記第二駆動手段に先行して駆動開始して前記濃度制御手段を制御する動作制御手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
前記動作制御手段は、前記定着手段の定着温度が所定温度以上となったときに前記第二駆動手段を駆動開始することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。