JP4392234B2 - 画像形成装置とトナー補給方法 - Google Patents

Description

この発明は、用紙上にカラー画像を形成するカラープリンタやカラー複写機等の画像形成装置とトナー補給方法に関する。

例えば、用紙上にカラー画像を形成する画像形成装置として、カラーレーザプリンタが知られている（例えば、特許文献１）。

このプリンタは、露光により潜像が形成される像担持体、この潜像に所定の色の現像剤を供給して現像する複数の現像器、像担持体上に形成された各色の現像剤像を重ねて転写する中間転写体、中間転写体上に重ねて転写された各色の現像剤像を用紙上にまとめて転写する転写装置、複数枚の用紙を収容したカセット等を有する。

イエロー、マゼンタ、シアン用の現像器は、像担持体の横に回転可能に配置された現像器ロータリー内にセットされ、黒用の現像器は、現像器ロータリーとは別体で像担持体の上方から対向配置される。現像器ロータリーは、その周方向に並べて３色の現像器を収容し、回転することにより特定の色の現像器を像担持体に対向させる。

中間転写体は、像担持体の下方から転接される。

カセットから取出された転写材（用紙）は、中間転写体の下方で略水平方向に延びた搬送路を介して搬送され、中間転写体を通過される。このとき、中間転写体上に重ねて転写されている各色の現像剤像が、転写装置によって、転写材（用紙）上にまとめて転写される。

しかし、上述した構造の従来のプリンタは、以下のような問題を有する。

第１に、黒用の現像器が像担持体の上方に配置されているため、この現像器から不所望に飛散した現像剤が像担持体に落下する。このように、像担持体に現像剤が落下すると、この現像剤が中間転写体を介して用紙上に転写され、画像が悪くなる（汚れる）。

第２に、中間転写体の下方を通る搬送路を介して用紙を搬送するため、現像器ロータリーにセットされた各色現像器から不所望に飛散した現像剤および黒用現像器から飛散した現像剤が、搬送路を介して搬送される用紙上に落下する。このように、用紙上に現像剤が落下すると、画像不良を引き起こす。

ここで開示されている現像器は１成分現像剤を使用したものであり、現像器内の現像剤のトナー濃度を検出する必要がない。

一般に、２成分現像方式の方が階調表現が幅広く、特に、明るい中間調の再現に優れているという画質面のメリットがある。また、トナー帯電量についても２成分の方が１成分より高く、文字や微小ドット、細線のチリが２成分の方が少ないというメリットを有している。さらに２成分の方が消耗品の寿命が長く、現像器などは機体の寿命まで使用でき、１枚あたりのランニンングコストも１成分に比べて安価にできるメリットがある。最近、多くの２成分カラー画像形成装置が市場に出されている。

２成分現像方法式の画像形成装置の例としては、例えば、特許文献２がある。

この例の画像形成装置は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各現像部を有し、これらが回転可能な構成で本体に支持されている。各色の現像部は、必要に応じて感光体に形成された潜像を顕像化する位置に移動可能となっている。これらの現像器に内蔵される現像剤は２成分現像剤であり、トナー濃度を検出して、常に所定のトナー濃度となるようトナーを補給制御する必要がある。

この例では、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各現像部を有し、回転可能な構成で本体に支持されている為、通常２成分現像剤のトナー濃度検出に使用される磁気式センサを使用することが困難である。センサへの電力供給と、センサからの出力信号を本体へ伝える手段が設置困難な為である。

この為、この例では、現像された感光体上の像濃度を検知するための濃度センサが、現像装置の感光体周方向下流側に配置されている。この濃度センサからの濃度信号により、現像部内へのトナー補給、現像条件の変更等が行われ、２成分現像剤のトナー濃度を常に所定のトナー濃度となるようにトナー濃度補給制御を実施している。

しかしながら、このトナー濃度補給制御方法でトナー濃度を検出する為には、連続印字中は所定枚数毎に印字ジョブ（ＪＯＢ）を中断して濃度検出用のパッチを形成する必要があり、また、紙間で打ったりする必要がある。この場合、印字スピードのパフォーマンスを低下させ、不所望にトナーを消費するという不具合があった。
特開平１１−８４８０１号公報（図１） 特開平９−２１８５８９号公報（図１）

この発明の目的は、現像剤の付着による画像不良を防止し、トナー濃度検出のために印字スピードのパフォーマンスを低下させることなく、不所望にトナーを消費させることのない２成分現像剤を有する画像形成装置とトナー補給方法を提供することにある。

この発明の画像形成装置は、複数の潜像が繰返し形成される像担持体と、所定の色の現像剤をそれぞれ収容し、前記像担持体に選択的に対向配置せしめるように回転可能なユニット中に設けられ、前記潜像に特定色の現像剤を供給して現像する複数の第１の現像器と、前記像担持体の外周に沿って、前記現像ユニットの第１現像器が前記像担持体に対向する位置とは異なる位置で、前記像担持体と対向する位置に配置され、所定の色の現像剤を前記潜像に供給して現像する第２現像器とを有する画像形成装置において、前記複数の第１現像器のいずれかを用いて前記像担持体に形成された潜像を現像中に、この現像を行っている第１の現像器の現像する位置と異なる待機位置にある別の第１の現像器中のトナー濃度を検出する第１のトナー濃度検出手段と、前記第２現像器のトナー濃度を前記第２の現像器の現像位置とは異なる待機位置で検出する前記第１のトナー濃度検出手段と異なる第２のトナー濃度検出手段と、前記第１及び第２のトナー濃度検出手段が検出したそれぞれのトナー濃度を記憶する記憶手段と、前記別の第１の現像器が前記像担持体に形成された潜像を現像するために待機位置から現像位置へ移動した際、および前記第２現像器が前記像担持体に形成された潜像を現像するために待機位置から現像位置へ移動した際、前記記憶手段に記憶したトナー濃度に基づいてトナーを補給するトナー補給制御手段
とから構成されている。

この発明の画像形成装置は、２成分現像剤を用いたものであって、現像剤の付着による画像不良を防止し、連続印字のスピードのパフォーマンスを低下させることなく、パッチ形成でトナーを不所望に消費させることもなく、メンテナンス回数をも削減することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１には、この発明の実施の形態に係る画像形成装置として、カラー複写機１の内部構造を概略的に示してある。

カラー複写機１は、スキャナユニット２、プロセスユニット４、および給紙ユニット６を有する。スキャナユニット２は、図示しない原稿台にセットした原稿を照明し、原稿からの反射光を複数の光学部材を介して受光素子へ導き、光電変換して画像データを出力する。プロセスユニット４は、スキャナユニット２にて原稿から読み取った画像データ、或いは図示しない外部装置から入力される画像データに基づく画像を用紙Ｐ（転写媒体）上に出力する。給紙ユニット６は、プロセスユニット４に用紙Ｐを供給する。

カラー複写機１は、上記各ユニットを収容した筐体３を有する。筐体３の図中右側面には、両面ユニット８および手差しユニット９が脱着自在に取り付けられている。両面ユニット８は、プロセスユニット４で片面に画像形成された用紙Ｐを反転させて、再びプロセスユニット４へ供給する。手差しユニット９は、手差しにより、用紙Ｐをプロセスユニット４へ供給する。

より詳細には、プロセスユニット４は、カラー複写機１のフロント−リア方向（紙面方向）に延びた管軸を有する感光体ドラム１１（像担持体）を有する。感光体ドラム１１の周囲には、帯電装置１２、露光装置１３、ブラック現像器１４（第２現像器）、リボルバ１５（現像ユニット）、中間転写ベルト１６（中間転写体）、およびドラムクリーナ１７（清掃装置）が、感光体ドラム１１の回転方向（図中矢印方向）に沿って設けられている。感光体ドラム１１は、これら複数の装置を周囲に配置可能なように、少なくとも５０ｍｍ以上の直径が必要とされている。

帯電装置１２は、感光体ドラム１１の外周面１１ａ（以下、ドラム表面１１ａと称する）を所定の電位に帯電させる。露光装置１３は、プロセスユニット４の下端近くに配設され、所定の電位に帯電されたドラム表面１１ａを露光して画像データに基づく静電潜像を形成する。カラー画像を形成する場合、露光装置１３は、色分解した画像データに基づいてドラム表面１１ａを露光し、ドラム表面１１ａに各色の静電潜像を形成する。

ブラック現像器１４は、感光体ドラム１１と露光装置１３との間、すなわち感光体ドラム１１に対して重力方向ほぼ下方から対向配置されている。ブラック現像器１４は、露光装置１３によってドラム表面１１ａに形成されたブラック用の静電潜像にブラック現像剤を供給して現像し、ドラム表面１１ａにブラック現像剤像を形成する。ブラック現像器１４は、現像剤を攪拌して供給するミキサ、およびドラム表面１１ａに所定の現像ギャップを介して対向配置された現像ローラを有する。また、ブラック現像器１４は、現像ローラをドラム表面１１ａに対して離接させるように移動可能に設けられている。なお、ブラック現像器１４は、トナーカートリッジ１４ａから現像剤が供給される。

また、ブラック現像器１４には、磁気センサ１０１が設けられている。

リボルバ１５は、感光体ドラム１１の図中ほぼ左側に隣接して回転可能に設けられている。リボルバ１５は、基本的にブラック現像器１４とほぼ同じ構造のイエロー現像器１５Ｙ（第１現像器）、マゼンタ現像器１５Ｍ（第１現像器）、シアン現像器１５Ｃ（第１現像器）を有する。各現像器（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ）は、リボルバ１５の回転方向に並んで、リボルバ１５内に脱着自在に収容されている。また、各現像器は、それぞれの色の現像剤を収容したトナーカートリッジ１５ｙ、１５ｍ、１５ｃ、及び現像剤担持体１５ＹＲ、１５ＭＲ、１５ＣＲを有する。

また、リボルバ１５の近傍には、各現像器（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ）内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサ１００が設けられている。トナー濃度検出センサ１００は、リボルバ１５の次色の現像剤像を形成する現像器（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ）が待機している位置で、当該現像器の現像剤担持体（１５ＹＲ、１５ＭＲ、１５ＣＲ）に対向した位置に設けられている。このトナー濃度検出センサ１００は、赤外光発光素子と現像剤担持体（１５ＹＲ、１５ＭＲ、１５ＣＲ）上の現像剤から反射してきた赤外光を受光する受光素子とからなる２成分現像剤のトナー濃度を検出するセンサである。

しかして、各色の現像器１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃは、リボルバ１５を時計周り方向に回転させることにより、感光体ドラム１１のほぼ側方から選択的にドラム表面１１ａに対向配置される。

ブラック現像器１４は、使用頻度が他の色の現像器より高いため、他の色の現像器を収容したリボルバ１５とは別体に設けられている。これにより、現像器およびトナーカートリッジの現像剤収容量を他の色の現像器と異なり大きくすることができ、現像剤交換や、トナー補給等のメンテナンス回数を減らすことができる。

また、本実施の形態のブラック現像器１４およびリボルバ１５は、上述したように、感光体ドラム１１より重力方向上方のエリアから外れた位置に設けられているため、各現像器１４、１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃから不所望に飛散する現像剤が感光体ドラム１１上に落下することを防止できる。

中間転写ベルト１６は、感光体ドラム１１に対して重力方向ほぼ上方から転接する位置に配置されている。中間転写ベルト１６は、それぞれフロント−リア方向に延びた回転軸を有する駆動ローラ１６ａ、転写前ローラ１６ｂ、転写対向ローラ１６ｃ、およびテンションローラ１６ｄに巻回されて張設されている。駆動ローラ１６ａはリボルバ１５の上方で筐体３に対して固定的に設けられ、転写前ローラ１６ｂは感光体ドラム１１の上方で筐体３に対して固定的に設けられ、転写対向ローラ１６ｃは後述する縦搬送路に転接する位置に固定的に設けられている。テンションローラ１６ｄは、中間転写ベルト１６に所定の張力を与えるようにベルト１６の内側から外側に向けて付勢されている。

この他に、中間転写ベルト１６の内側には、中間転写ベルト１６をドラム表面１１ａに転接させるとともに、ドラム表面１１ａに形成された現像剤像を中間転写ベルト１６に転写させるための１次転写ローラ２１が設けられている。１次転写ローラ２１は、中間転ベルト１６を所定圧力でドラム表面１１ａに押圧するように、感光体ドラム１１方向に付勢されている。

尚、中間転写ベルト１６は、感光体ドラム１１の外周の長さのほぼ整数倍の長さに設定されている。言い換えると、中間転写ベルト１６は、ドラム表面１１ａの同じ部位が常に同じ位置に転接するように長さが設定されている。中間転写ベルト１６は、少なくとも最長の用紙Ｐの長さ（４３１．８ｍｍ）を超える長さが必要で、感光体ドラム１１は、少なくとも５０ｍｍを超える直径が必要であることから、本実施の形態では、中間転写ベルト１６の長さを必要最小限にして感光体ドラム１１の外周長の３倍に設定した。

中間転写ベルト１６の周囲には、ベルトクリーナ２２（清掃装置）、および２次転写ローラ２４（転写装置）がそれぞれベルト表面に対して離接可能に設けられている。ベルトクリーナ２２は、リボルバ１５の上方で、中間転写ベルト１６を介して駆動ローラ１６ａの外周上に設けられている。言い換えると、ベルトクリーナ２２は、感光体ドラム１１より重力方向上方のエリアから外れた位置に設けられている。２次転写ローラ２４は、中間転写ベルト１６を介して、転写対向ローラ１６ｃとの間で後述する縦搬送路２６を挟む位置に設けられている。

ドラムクリーナ１７は、感光体ドラム１１に対して図中右側方から接触配置されている。言い換えると、ドラムクリーナ１７は、感光体ドラム１１より上方のエリアから外れた位置に設けられている。

つまり、本実施の形態では、ブラック現像器１４、リボルバ１５、ドラムクリーナ１７、およびベルトクリーナ２２が、感光体ドラム１１より上方のエリアから外れた位置に設けられている。また、本実施の形態では、中間転写ベルト１６が感光体ドラム１１の上方に配置されている。このため、本実施の形態によると、ブラック現像器１４、リボルバ１５、ドラムクリーナ１７、およびベルトクリーナ２２から不所望に飛散或いは漏れた現像剤がドラム表面１１ａ上や中間転写ベルト１６上に落下することがなく、現像剤の付着に起因した画像不良を防止できる。

給紙ユニット６は、２つの給紙カセット２７、２８を上下に重ねて有する。各給紙カセット２７、２８の図中右上端には、カセット内に収容された最上端の用紙Ｐを取出すピックアップローラ３１がそれぞれ設けられている。ピックアップローラ３１による用紙取出し方向下流側に隣接した位置には、それぞれ、送りローラ３２と分離ローラ３３とが互いに転接して配置されている。

また、各給紙カセット２７、２８の図中右側に隣接した位置には、上述した中間転写ベルト１６と２次転写ローラ２４とが転接した２次転写領域を通って略鉛直上方に延びた縦搬送路２６が設けられている。縦搬送路２６上には、用紙Ｐを挟持して回転する複数の搬送ローラ対３４、用紙Ｐの到達を検知するアライニングセンサ３５、および２次転写領域へ用紙Ｐを所定の給紙タイミングで給紙するためのアライニングローラ対３６が、２次転写領域に向けて下方から順に配置されている。

２次転写領域を通ってさらに上方に延びた縦搬送路２６上には、用紙Ｐ上に転写された現像剤像を加熱および加圧して定着させる定着装置３８が設けられている。定着装置３８は、ヒータを内蔵した加熱ローラ３８ｂおよび加熱ローラ３８ｂに押圧配置された加圧ローラ３８ａを有する。

つまり、本実施の形態では、感光体ドラム１１に関してリボルバ１５から離間した側、すなわち感光体ドラム１１の図中右側に離間した位置を通って縦搬送路２６が延設されている。言い換えると、ブラック現像器１４、リボルバ１５、ドラムクリーナ１７、およびベルトクリーナ２２より重力方向下方のエリアから外れた位置を通って縦搬送路２６が延設されている。これにより、２次転写領域を通して搬送される用紙Ｐ上に、ブラック現像器１４やリボルバ１５の各現像器１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃから不所望に飛散した現像剤が落下して付着することを防止でき、ドラムクリーナ１７やベルトクリーナ２２から不所望に漏洩した現像剤が用紙Ｐ上に落下して付着することを防止できる。

また、上述した縦搬送路２６を採用したことにより、カラー複写機１の全体構成を小型化でき、且つジャム処理を容易にできるようになった。つまり、感光体ドラム１１の図中左横に比較的大きなリボルバ１５を配置して縦方向の装置サイズを小さくし、縦搬送路２６により用紙Ｐの搬送経路を短くすることで、装置全体のサイズを小さくできた。また、２次転写領域付近の縦搬送路２６は、両面ユニット８と２次転写ユニット６０を開くことにより、筐体３の外部に容易に露出することができるようになっている。これにより、２次転写領域付近で用紙ジャムが生じた場合であってもジャム処理を容易にできる。

図２は、カラー複写機１の制御系の概略構成を示すものである。すなわち、カラー複写機１は、装置全体の制御を司るＣＰＵ５０、制御プログラムなどが記憶されているＲＯＭ５１、データ記憶用のＲＡＭ５２、詳しくは後述するがトナー濃度等の検出値を一旦記憶する不揮発性メモリ５３、スキャナユニット２を制御するスキャナ制御部５４、プロセスユニット４を制御するプロセス制御部５５、および給紙ユニット６を制御する給紙制御部５６とから構成されている。

また、ＣＰＵ５０には、イエロー現像器１５Ｙ、マゼンタ現像器１５Ｍ、シアン現像器１５Ｃ内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサ１００、ブラック現像器１４内に設けられた磁気センサ１０１とが接続されている。

次に、このような構成において、カラー複写機１によるカラー画像形成動作について図３のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の動作はＣＰＵ５０によって制御される。

初期動作として、ブラック現像器１４が下方に移動されてドラム表面１１ａから離間され、リボルバ１５が時計周り方向に回転されてイエロー現像器１５Ｙがドラム表面１１ａに対向される。また、ベルトクリーナ２２が軸２２ａを中心に反時計周り方向に回転されて中間転写ベルト１６から離間され、２次転写ローラ２４が縦搬送路２６から離間する方向（図中右方向）に移動されて中間転写ベルト１６から離間される（ＳＴ１）。

そして、スキャナユニット２を介して図示しない原稿から画像データが読み取られ、或いは図示しない外部装置から画像データが入力される（ＳＴ２）。さらに、感光体ドラム１１が時計周り方向に回転されてドラム表面１１ａが帯電装置１２によって所定の電位に一様に帯電される。このとき、中間転写ベルト１６も、反時計周り方向に回転される。

さらに、色分解したイエロー用の画像データに基づいて、露光装置１３が動作され、ドラム表面１１ａ上にイエロー用の静電潜像が形成される。このときの露光タイミングは、中間転写ベルト１６の内側に張り付けられた図示しない検出マークを図示しない検出器で検出することにより取得される。

続いて、イエロー現像器１５Ｙを介してドラム表面１１ａ上の静電潜像にイエロー現像剤が供給され、イエロー用の静電潜像が現像されてドラム表面１１ａ上にイエロー現像剤像が形成される（ＳＴ３）。なお、不揮発性メモリ５３に前回のイエローのトナー濃度の検出値が記憶されていれば、その検出値を基に、トナーカートリッジ１５ｙよりイエロー現像器１５Ｙ内へのトナー補給が制御される。

このようにしてドラム表面１１ａ上に形成されたイエロー現像剤像は、感光体ドラム１１の回転によって移動され、中間転写ベルト１６に転接した１次転写領域を通過される。

このとき、１次転写ローラ２１を介してイエロー現像剤像の電位と逆極性のバイアスが与えられ、ドラム表面１１ａ上のイエロー現像剤像が中間転写ベルト１６上に転写される。本実施の形態では、中間転写ベルト１６の長さを感光体ドラム１１の外周の長さの整数倍に設定してあるため、ドラム表面１１ａから中間転写ベルト１６上に現像剤像が転写される位置は同じ位置となる。

イエロー現像剤像が中間転写ベルト１６上に転写された後、転写されずにドラム表面１１ａに残留したイエロー現像剤がドラムクリーナ１７によって除去される。このとき、同時に、ドラム表面１１ａ上の残留電荷も除電される。

イエロー現像器１５Ｙがドラム表面１１ａに対向してイエロー現像剤像を形成している間に、トナー濃度検出センサ１００によって、マゼンタ現像器１５Ｍの現像剤のトナー濃度が検出される。このマゼンタのトナー濃度の検出値が、不揮発性メモリ５３に一旦記憶される（ＳＴ４）。

そして、ドラム表面１１ａ上に次のマゼンタ用の静電潜像を形成する準備のため、ドラム表面１１ａが帯電装置１２によって一様に帯電され、リボルバ１５が回転されてマゼンタ現像器１５Ｍがドラム表面１１ａに対向され、ドラム表面１１ａ上にマゼンタ現像剤像が形成される。同時に、不揮発性メモリ５３に記憶されているマゼンタのトナー濃度の検出値を基に、トナーカートリッジ１５ｍよりマゼンタ現像器１５Ｍ内へのトナー補給が制御される（ＳＴ５）。

また、同時にトナー濃度検出センサ１００によって、次の色の現像剤像を形成するシアン現像器１５Ｃの現像剤のトナー濃度が検出される。このシアンのトナー濃度の検出値が、不揮発性メモリ５３に一旦記憶される（ＳＴ６）。

続いて、リボルバ１５が回転されてシアン現像器１５Ｃがドラム表面１１ａに対向され、ドラム表面１１ａ上にシアン現像剤像が形成される。同時に、不揮発性メモリ５３に記憶されていたシアンのトナー濃度の検出値を基に、トナーカートリッジ１５ｃよりシアン現像器１５Ｃ内へのトナー補給が制御される（ＳＴ７）。

この上述した一連のプロセス、すなわち露光→現像→中間転写ベルト１６への転写がなされ、マゼンタ現像剤像が中間転写ベルト１６上でイエロー現像剤像に重ねて転写される。このようにして、マゼンタ現像剤像が転写された後、同様にして、シアン現像剤像が重ねて転写される。

続いて、リボルバ１５が回転されてシアン現像器１５Ｃがドラム表面１１aに対向されてシアン現像剤像を形成している間に、トナー濃度検出センサ１００によって、イエロー現像器１５Ｙの現像剤のトナー濃度が検出される。このイエローのトナー濃度の検出値が、不揮発性メモリ５３に一旦記憶される（ＳＴ８）。

次回、印字動作時にイエロー現像器１５Ｙがドラム表面１１ａに対向した位置に回転移動した時、不揮発性メモリ５３に記憶されたイエローのトナー濃度の検出値を基に、トナーカートリッジ１５ｙよりイエロー現像器１５Ｙ内へトナーを補給できる準備が整えられる。

そして、いずれの現像器１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃもドラム表面１１ａに対向しないホームポジションにリボルバ１５が回転され、代わりにブラック現像器１４が上昇されてドラム表面１１ａに対向されてブラック現像剤像が形成される。同時に、不揮発性メモリ５３に記憶されていたブラックのトナー濃度の検出値を基に、トナーカートリッジ１４ａよりブラック現像器１４内へのトナー補給が制御される（ＳＴ９）。この状態で、上述したプロセスと同様のプロセスが実行され、ブラック現像剤像がイエロー現像剤像、マゼンタ現像剤像、シアン現像剤像に重ねて中間転写ベルト１６上に転写される。

また、ブラック現像器１４にはブラック用２成分現像剤が収納されており、磁気センサ１０１によってトナー濃度が検出される。このブラックのトナー濃度の検出値も、不揮発性メモリ５３に一旦記憶される（ＳＴ１０）。この検出値を基に、トナーカートリッジ１４ａよりブラック現像器１４内へのトナー補給が制御される。なお、ブラック現像器１４は、回転するリボルバ１５とは別に構成され、感光体ドラム１１に対して、図示しないカムによってドラム表面１１ａに対向する位置と離間する位置に移動するよう配置されている。

このようにして、全ての色の現像剤像が中間転写ベルト１６上で重ねられると、２次転写ローラ２４が図中左方向に移動されて中間転写ベルト１６に転接される。この状態で、中間転写ベルト１６上で重合された全ての色の現像剤像は、中間転写ベルト１６の回転によって移動され、２次転写ローラ２４との間の２次転写領域を通過される。その後、２次転写が完了した領域の先頭部分がベルトクリーナ位置に来た時に、ベルトクリーナ２２も中間転写ベルト１６に接触される。

このとき、ピックアップローラ３１によってカセット２７、２８から取出された用紙Ｐが、搬送ローラ対３４によって縦搬送路２６を上方に搬送され、アライニングローラ３６で一旦整位された後、所定のタイミングで２次転写領域へ送り込まれる。

そして、２次転写ローラ２４を介して各色の現像剤像の電位と逆極性のバイアスが印加され、中間転写ベルト１６上の各色の現像剤像が用紙Ｐ上に転写される（ＳＴ１１）。現像剤像が用紙Ｐに転写された後、ベルトクリーナ２２によって、中間転写ベルト１６上に残留した現像剤が除去される。

各色の現像剤像がまとめて転写された用紙Ｐは、この後、定着装置３８を通過されて加熱および加圧され、各色の現像剤像が用紙Ｐ上に定着され、カラー画像が形成される。このように、カラー画像が形成された用紙Ｐは、定着装置３８の下流側に設けられた排出ローラ４２を介して、排紙トレイ４４上に排出される（ＳＴ１２）。本実施の形態では、排紙トレイ４４は、筐体３の内部に設けられている。

次に、赤外光発光素子と現像剤担持体上の現像剤から反射してきた赤外光を受光する受光素子とからなる２成分現像剤のトナー濃度検出センサ１００について説明する。

本実施例では、赤外発光素子として、波長８８０ｎｍの発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用している。発光波長については、波長７８０ｎｍ以上のものであれば使用可能である。これは、トナーの分光反射率特性による。

一般に、２成分現像剤用非磁性トナーは、樹脂、ワックス、帯電制御剤、顔料、外添剤等からなっており、イエロー、マゼンタ、シアンの各トナーについては、赤外領域で光を反射する特性を有している。本実施例で使用した磁性キャリアは、現在、市場に出されているカラー複写機で使用されている一般的なもので、フェライトキャリアの表面に樹脂を薄くコーティングしたものである。このキャリアは、赤外光を吸収する特性があることから、トナー濃度が上がるとキャリア表面を被覆するトナー量が増加する為、トナーからの反射光が増えることとなる。

ブラック用のトナーについては、可視光から赤外領域まで光を吸収する特性を有しているので、トナー濃度検出センサ１００ではトナー濃度を検出出来ない。つまり、キャリア表面と、トナーの赤外光反射率特性がほぼ同じで、トナー濃度を検出することが困難である。

図４は、これらの結果をグラフにしたものである。イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）については、トナー濃度に対して傾きの大きい線形の出力が得られている。しかし、ブラック（Ｋ）については、出力はフラットで、トナー濃度検出には使用できない（現状の技術では達成できていないが、将来はブラックのトナー濃度も検出できるセンサやキャリアが開発される可能性はある）。

トナー濃度検出センサ１００については、現像剤担持体に対向する位置に設置すると述べたが、更に詳しく説明すると、現像剤担持体の主極（感光体ドラム１１へ対向した位置で現像剤像を形成するためのマグネット極）位置で対向させると、現像剤が穂立ち状態となっているので、現像剤担持体そのものからの反射光が大きく影響して使用できない。

そこで、本実施例では、現像剤担持体上の現像剤が穂立ちしていない部分に対向するように現像剤担持体の磁極間に対向配置してある。

また、トナー濃度検出センサ１００の設置場所は、ある色の現像器が、感光体と対向する位置にあるときに、他の現像器が待機している場所が好ましい。本実施例では、感光体ドラム１１に対向している現像器から、反時計方向に１２０度回転した位置に設置してあり、現像ユニットの略上方である為、現像器からのトナー飛散の影響を受けにくい。感光体ドラム１１と対向する位置にある現像器の現像剤担持体上の現像剤を見ることも不可能ではないが、装置が大型化してしまい、製品としては大きな欠点を持つことになる。

したがって、リボルバ１５が少なくとも１回転すれば、リボルバ１５内の全ての現像剤トナー濃度を検出することが可能となる。カラー画像形成時は、１枚印字でも連続印字でも印字ジョブ（ＪＯＢ）を中断することなく、また、用紙間などでトナー濃度検出用のパッチを形成して不所望にトナーを消費することもなくトナー濃度検出が可能である。

なお、リボルバ１５にブラック現像剤を収容したブラック現像器がある場合、将来技術でブラックのトナー濃度も検出出来るセンサやキャリアが開発されたとしても、トナー濃度センサ１００は、ある色の現像器が感光体ドラム１１と対向する位置にあるときに、他の現像器が待機している場所に設置してあるので、ブラックの連続印字ＪＯＢの場合、トナー濃度センサ１００でのブラック現像剤のトナー濃度検出ができないので、ＪＯＢを中断して、リボルバ１５を回転させてトナー濃度センサ１００でトナー濃度を検出するか、ブラック現像剤像パッチを感光体ドラム１１上に形成して、別の濃度センサでトナー付着量からブラック現像剤のトナー濃度を検出するしかない。

いずれの場合も、印字スピードのパフォーマンス低下や、不所望なトナー消費を伴うことになり、大きな欠点となってしまう。但し、カラー画像形成時専用に使用するブラック現像器をリボルバ１５に搭載することは可能である。その際、ブラック単色の印字用の現像器はあくまでも第２現像器であることが必要である。それは、カラー印字、ブラック印字共に、１枚印字、連続印字でも問題なくトナー濃度を検出する為である。リボルバ１５に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の第１現像器を搭載し、これとは別にブラック印字専用の第２現像器を配置することも本発明の範囲に含まれる。

カラー画像形成時、リボルバ１５の回転動作を伴うので、全ての現像器の現像剤トナー濃度を検出可能で、連続印字、１枚印字にかかわらず、トナー濃度検出用のパッチを像担持体上に形成することなく、現像剤のトナー濃度を検出できるので、連続印字のスピードのパフォーマンスを低下させず、不所望にパッチ形成でトナーを消費させることなく画像を形成することができる。

次に、カラー複写機１によるブラック画像の形成動作について説明する。

初期状態として、ブラック現像器１４が下方に移動されてドラム表面１１ａから離間され、リボルバ１５がどの現像器（１５Ｙ、１５Ｍ，１５Ｃ）もドラム表面１１ａに対向しない位置にある。また、ベルトクリーナ２２は、軸２２ａを中心に時計周り方向に回転される方向に付勢されて、中間転写ベルト１６に当接され、２次転写ローラ２４が縦搬送路２６から離間する方向（図中右方向）に移動されて中間転写ベルト１６から離間された位置にある。

そして、スキャナユニット２を介して図示しない原稿から画像データが読み取られ、或いは図示しない外部装置から画像データが入力される。さらに、感光体ドラム１１が時計周り方向に回転されてドラム表面１１ａが帯電装置１２によって所定の電位に一様に帯電される。このとき、中間転写ベルト１６も、反時計周り方向に回転される。

さらに、ブラック用の画像データに基づいて露光装置１３が動作され、ドラム表面１１ａ上にブラック用の静電潜像が形成される。このときの露光タイミングは、中間転写ベルト１６の内側に張り付けられた図示しない検出マークに基準をもつ必要はなく、別の信号で起動させる。

これは、中間転写ベルト１６上に色重ねする必要がないからであり、ファーストプリント時間も短縮できる。

続いて、ブラック現像器１４をドラム表面１１ａに対向させ、静電潜像にブラック現像剤が供給され、ブラック用の静電潜像が現像されてドラム表面１１ａ上にブラック現像剤像が形成される。このようにしてドラム表面１１ａ上に形成されたブラック現像剤像は、感光体ドラム１１の回転によって移動され、中間転写ベルト１６に転接した１次転写領域を通過される。

このとき、１次転写ローラを介してブラック現像剤像の電位と逆極性のバイアスが与えられ、ドラム表面１１ａ上のブラック現像剤像が中間転写ベルト１６上に転写される。

その後、ブラック現像剤像は２次転写領域へと搬送され、２次転写ローラ２４が中間転写ベルト１６に当接され、カラー画像形成の時と同様にブラック現像剤像は用紙Ｐに転写され、定着装置３８で定着されて排紙トレイ４４上に排出される。

ブラック印字の場合、リボルバ１５の回転を伴わない為、ブラック１枚印字の場合も、連続印字の場合も通常のブラック専用画像形成装置と同様に上述した動作で可能である。

トナー濃度の制御については、カラー画像形成で説明したように、ブラック現像器１４にはブラック用２成分現像剤が収納されており、このトナー濃度を検出する為の磁気センサ１０１によってトナー濃度が検出されて不揮発性メモリ５３に一旦記憶され、そのトナー濃度の検出値を基に、トナーカートリッジ１４ａよりブラック現像器１４内へのトナー補給が制御される。

トナー補給は、同一の１枚印字ジョブ（ＪＯＢ）中に実施しても前回のジョブ（ＪＯＢ）で記憶された検出値を基に実施しても良い。

このトナー濃度検出、トナー補給動作は、１枚印字、連続印字でも問題なく、トナー濃度の検出とトナー補給が可能であり、安定したトナー濃度の制御が実行できる。さらに、トナー濃度検出の為に不所望にトナー濃度検出用のパッチ印字等行う必要がないので、連続印字スピードのパフォーマンスを低下させることなく、不所望にトナーを消費することもない。

上述したように、ブラック現像器１４は、他の色の現像器を収容したリボルバ１５とは別体に設けられている。これにより、現像器およびトナーカートリッジの現像剤収容量を他の色の現像器と異なって大きくすることができ、現像剤交換やトナー補給等のメンテナンス回数を大きく減らすことができる。

尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内であれば、種々変形可能である。

例えば、トナー濃度検出センサ１００は赤外光発光素子と現像剤から反射してきた赤外光を受光する受光素子とからなるが、検出位置は、現像剤担持体上に対向した位置でなくてもかまわない。現像器の一部に透明な窓を設けて、その窓から内側の現像剤のトナー濃度を検出するようにしても良い。

また、種々の公知の２成分カラー現像剤トナー濃度検出手段が使用できることは言うまでもない。

ブラック現像器のトナー濃度検出方法についても、磁気式センサ以外の公知のトナー濃度検出センサが使用可能である。

この発明の実施の形態に係るカラー複写機の内部構造を概略的に示す図。 カラー複写機の制御系の概略構成を示すブロック図。 カラー複写機によるカラー画像形成動作について説明するためのフローチャート。 各色トナーの赤外光反射率特性を説明するための図。

符号の説明

１…カラー複写機、２…スキャナユニット、３…筐体、４…プロセスユニット、６…給紙ユニット、８…両面ユニット、９…手差しユニット、１１…感光体ドラム、１４…ブラック現像器、１５…リボルバ、１５Ｙ…イエロー現像器、１５Ｍ…マゼンタ現像器、１５Ｃ…シアン現像器、１６…中間転写ベルト、１７…ドラムクリーナ、２２…ベルトクリーナ、２６…縦搬送路、５０…ＣＰＵ、５１…ＲＯＭ、５２…ＲＡＭ、５３…不揮発性メモリ、５４…スキャナ制御部、５５…プロセス制御部５５、５６…給紙制御部、１００…トナー濃度検出センサ、１０１…磁気式センサ。

Claims (9)

1. 複数の潜像が繰返し形成される像担持体と、所定の色の現像剤をそれぞれ収容し、前記像担持体に選択的に対向配置せしめるように回転可能なユニット中に設けられ、前記潜像に特定色の現像剤を供給して現像する複数の第１の現像器と、前記像担持体の外周に沿って、前記現像ユニットの第１現像器が前記像担持体に対向する位置とは異なる位置で、前記像担持体と対向する位置に配置され、所定の色の現像剤を前記潜像に供給して現像する第２現像器とを有する画像形成装置において、
   前記複数の第１現像器のいずれかを用いて前記像担持体に形成された潜像を現像中に、この現像を行っている第１の現像器の現像する位置と異なる待機位置にある別の第１の現像器中のトナー濃度を検出する第１のトナー濃度検出手段と、
   前記第２現像器のトナー濃度を前記第２の現像器の現像位置とは異なる待機位置で検出する前記第１のトナー濃度検出手段と異なる第２のトナー濃度検出手段と、
   前記第１及び第２のトナー濃度検出手段が検出したそれぞれのトナー濃度を記憶する記憶手段と、
   前記別の第１の現像器が前記像担持体に形成された潜像を現像するために待機位置から現像位置へ移動した際、および前記第２現像器が前記像担持体に形成された潜像を現像するために待機位置から現像位置へ移動した際、前記記憶手段に記憶したトナー濃度に基づいてトナーを補給するトナー補給制御手段と、
   を具備することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像ユニットは前記像担持体に対して略側方から対向し、前記第２現像器は前記像担持体に対して略下方から対向することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１のトナー濃度検出手段が、現像剤の赤外光反射光量を検出するセンサ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。
4. 前記第１のトナー濃度検出手段は、前記像担持体に前記複数の第１現像器を選択的に対向配置させて現像中に、待機位置にある別の第１現像器内の現像剤トナー濃度を検出することを特徴とする請求項１、３に記載の画像形成装置。
5. 前記第２のトナー濃度検出手段は、磁気センサ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。
6. 前記複数の第１現像器に収容された現像剤の色は、少なくともイエロー、マゼンタ、シアン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。
7. 前記第２現像器に収容された現像剤の色は、ブラック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。
8. 前記第１現像器に収容される現像剤量よりも、前記第２現像器に収容される現像剤量の方が多いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
9. 複数の潜像が繰返し形成される像担持体と、所定の色の現像剤をそれぞれ収容し、前記像担持体に選択的に対向配置せしめるように回転可能なユニット中に設けられ、前記潜像に特定色の現像剤を供給して現像する複数の第１の現像器と、前記像担持体の外周に沿って、前記現像ユニットの第１現像器が前記像担持体に対向する位置とは異なる位置で、前記像担持体と対向する位置に配置され、所定の色の現像剤を前記潜像に供給して現像する第２現像器とを有する画像形成装置のトナー補給方法であって、
   前記複数の第１現像器のいずれかを用いて前記像担持体に形成された潜像を現像中に、この現像を行っている第１の現像器と異なる待機位置にある別の第１現像器中のトナー濃度を検出し、
   前記第２現像器のトナー濃度を前記第２現像器の現像位置とは異なる待機位置で検出し、前記第１及び第２のトナー濃度検出手段が検出したそれぞれのトナー濃度を記憶手段により記憶し、
   前記別の第１の現像器が前記像担持体に形成された潜像を現像するために待機位置から現像位置へ移動した際、前記記憶手段に記憶したトナー濃度に基づいてトナーを補給するトナー補給を行うことを特徴とするトナー補給方法。

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