JP5039589B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機や、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、像担持体に向けてトナーを供給することにより像担持体の表面に予め形成された静電潜像に沿ったトナー像を形成させる現像装置を備える画像形成装置に関する。

例えば、特許文献１に開示された画像形成装置が知られている。この画像形成装置は、画像形成装置に設けられた像担持体に向けてトナーを供給することにより当該像担持体の表面に予め形成されている静電潜像に沿ったトナー像を形成させる現像装置を有している。

かかる現像装置は、周面が像担持体の表面と対向配置されたトナー担持体を有する現像部と、この現像部にトナーを補給するトナーコンテナとを備えている。現像部には、現像部内のトナー量を検知するためのセンサが設けられている。トナー量を検知するセンサとしては通常、光センサや磁気センサが利用され、これらのセンサは現像部内の光や磁界を直接測定することにより現像部内に残存するトナー量を検知することが可能である。

上述したように、現像部内のトナー量はセンサにより監視されており、現像部内のトナー量が像担持体表面でのトナー像形成のために消費されて少なくなると、センサがトナー量が少なくなったことを検知する。そして、センサによる検知結果に基づいてトナーがトナーコンテナから現像部へ向けて補給される。かかるトナーの補給が繰り返されることにより、現像部は像担持体に対しトナーコンテナが空になるまで現像処理を施すことができる。
特開平１−１４２７６５号公報

しかしながら、現像部にトナー量を検知する光センサや磁気センサ等のセンサを設けることは現像部の大型化を招くことになり、現像装置の省スペース化を実現することが困難である。このことは、画像形成装置の小型化を図る上で非常に大きな障害となる。

上記問題点に鑑み、本発明の目的は、現像装置の小型化を図り、且つ、現像装置内のトナー量を検知することができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一局面に従う画像形成装置は、表面にトナーを担持する現像ローラと、前記現像ローラに現像バイアス電圧を印加する電圧印加部と、静電潜像が形成される像担持体と、を有し、前記電圧印加部が前記現像ローラに現像バイアス電圧を印加することにより、前記像担持体上に形成される静電潜像に前記現像ローラにより担持されるトナーを供給してトナー像を形成する現像装置を具備する画像形成装置であって、前記像担持体上のトナー像の濃度を検知する濃度センサと、前記濃度センサにより検知される前記像担持体上の前記トナー像の濃度に基づいて前記現像装置内のトナー量を検知する検知部とを備え、前記電圧印加部が前記現像ローラに印加する現像バイアス電圧は、直流バイアス電圧に交流バイアス電圧が重畳された、所定のデューティーを持つバイアス電圧であり、前記検知部が前記現像装置内のトナー量を検知する場合においては、前記電圧印加部は、前記現像ローラに印加する現像バイアス電圧のデューティーまたは直流バイアス電圧を通常の画像形成時よりも低下させ、且つ、前記現像装置は、前記像担持体上にベタパターン及び白紙パターンを含む静電潜像を形成しており、前記検知部は、前記現像バイアス電圧のデューティーまたは直流バイアス電圧の低下の前後において、前記像担持体上の前記ベタパターン及び前記白紙パターンの各々に対応するトナー像間の濃淡が逆転したか否かを検知し、当該濃淡が逆転したとの検知結果に基づいて前記現像装置内のトナー量が所定のトナー量未満であることを検知する。

上記の画像形成装置では、現像装置内のトナー量を検知する場合においては、現像ローラに与えられる現像バイアス電圧のデューティーまたは直流バイアス電圧を低下させた状態で、白紙パターンとベタパターンとを含む静電潜像を形成し、各々の画像濃度を検知する。そして、現像バイアス電圧のデューティーまたは直流バイアス電圧の低下の前後において、ベタパターン及び白紙パターンの各々に対応するトナー像間の濃淡が逆転したか否かを検知し、その濃淡が逆転したときに現像装置内のトナー量が所定のトナー量未満であるとする。このため、従来ではトナー残量を光センサや磁気センサ等を用いて現像装置内のトナー量を直接測定していたが、上記の画像形成装置では、上記の光センサ等が不要となり、現像装置の省スペース化が図られる。したがって、このような現像装置を備える画像形成装置の小型化が実現される。

前記像担持体上から前記トナー像が転写され、前記転写された前記トナー像を記録媒体に転写する中間転写体をさらに備え、前記濃度センサは、前記像担持体上から前記中間転写体上に転写された前記トナー像の濃度を検知することが好ましい。

この場合、トナー画像の色違い等の較正のために転写ベルト等の中間転写体付近に配置された濃度センサを利用してトナー像の濃度を検知することができるので、新たな濃度センサの接地が不要であり、画像形成装置のコストアップを招くことが無い。

前記現像装置は、前記現像装置内のトナー量が前記所定のトナー量未満であるとの検知結果に基づいて前記現像装置内のトナー量は空状態であると判断することが好ましい。

この場合、現像装置がトナー量が空状態と判断した場合でも、現像装置内には所定のトナー量が残存しており、濃度が出ない、画像がかすれるといった画像の不具合が発生することが無い。また、現像装置内に残存するトナーを吐き出したり、新たなトナーの補給を行い現像装置の状態を初期状態にリセットすることができ、現像装置の長期使用によってもトナーの劣化が抑制され、常に初期品質が維持される。

本発明によれば、現像装置の小型化を図り、且つ、現像装置内のトナー量を検知することができる画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素については同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の外観視の斜視図であり、図１（Ａ）は、メンテナンスリッドが閉止された状態、図１（Ｂ）は、メンテナンスリッドが開放された状態、図１（Ｃ）は、メンテナンスリッドが開放されてトナーコンテナが取り外された状態をそれぞれ示している。なお、図１において、Ｘ−Ｘ方向を左右方向、Ｙ−Ｙ方向を前後方向といい、特に−Ｘ方向を左方、＋Ｘ方向を右方、−Ｙ方向を前方、＋Ｙ方向を後方という。

本実施の形態に係る画像形成装置１０は、図１に示すように、カラー印刷が可能に構成されたものであり、外観視で略立方体状を呈した筐体としての本体１１内に後述する各種の機器が装着されることによって構成されている。本体１１は、全体的に丸みを帯びた形状とされ、ユーザーに対して視覚的に優しく、かつ、コンパクトな印象を与え得るようにデザインされている。本体１１は、上面に排紙トレイ１６１が設けられ、ユーザーが対面する前面上部にメンテナンスリッド１１２が設けられ、メンテナンスリッド１１２の下部に挿脱自在の用紙カセット１２１が配設され、これらによってユーザビリティを考慮した極めて使用し易いものになっている。

排紙トレイ１６１は、印刷処理が施された用紙Ｐを受けるものであり、本体１１の上面後方で前方を向いて形成された排紙口１６２から排出される用紙Ｐを受け得るように前方に向かって円弧状で先上がりに傾斜した傾斜面によって形成されている。

メンテナンスリッド１１２は、普段は図１（Ａ）に示すように閉止され、後述するトナーコンテナ（補給部）３０の交換時に、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、開放される。メンテナンスリッド１１２は、本体１１の一対の側板１１１の前方位置間で用紙カセット１２１より若干上方位置に架設された支持軸１２２ａ回りに回動自在に軸支され、支持軸１２２ａ回りに正逆回動することで本体１１の前面開口１１０を閉止した閉止姿勢Ｑ１（図１（Ａ））と、本体１１の前面開口１１０を開放した開放姿勢Ｑ２（図１（Ｂ）及び図１（Ｃ））との間で姿勢変更することができる。

メンテナンスリッド１１２には、支持軸１２２ａ回りに回動自在に軸支された手差しトレイ１２２が設けられている。手差しトレイ１２２は、印刷用の用紙Ｐを手差しで画像形成装置１０へ供給するときに使用されるものであり、メンテナンスリッド１１２が閉止姿勢Ｑ１（図１（Ａ）に実線で表示）に姿勢設定された状態で支持軸１２２ａ回りに時計方向に回動されることにより、図１（Ａ）に二点鎖線で示すように、メンテナンスリッド１１２から引き出される。

トナーコンテナ３０は、ブラックトナーが充填されたブラック用コンテナ３０Ｋ、シアントナーが充填されたシアン用コンテナ３０Ｃ、マゼンタトナーが充填されたマゼンタ用コンテナ３０Ｍ及びイエロートナーが充填されたイエロー用コンテナ３０Ｙの４種類が採用されている。かかるブラック〜イエロー用コンテナ３０Ｋ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙは、本体１１内で前面開口１１０に臨んで左から右へ向かってブラック用コンテナ３０Ｋ、シアン用コンテナ３０Ｃ、マゼンタ用コンテナ３０Ｍ及びイエロー用コンテナ３０Ｙの順に並設されている。

したがって、ユーザーは、メンテナンスリッド１１２を開放することにより、図１（Ｂ）に示すように、ブラック〜イエロー用コンテナ３０Ｋ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙと対面することになる。この状態で交換のためにブラック〜イエロー用コンテナ３０Ｋ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙを本体１１内から取り除くと、図１（Ｃ）に示す状態になる。

本実施の形態においては、トナーとして非磁性の一成分系のものを採用することができる。あるいは、磁性の一成分系のトナーを採用してもよい。

用紙カセット１２１は、印刷用の用紙Ｐを貯留するためのものであり、本体１１に対して挿脱可能に装着されている。図１に示す例では、用紙カセット１２１は２段で設けられているが、１段であってもよいし、３段以上であってもよい。

図２は、図１に示す画像形成装置１０の内部構造の側面断面視の説明図である。なお、図２におけるＹによる方向表示は、図１の場合と同様（−Ｙ：前方、＋Ｙ：後方）である。図２に示すように、画像形成装置１０は、用紙Ｐを後述する画像形成部１３へ送り込む給紙部１２と、給紙部１２から送り込まれた用紙Ｐを搬送しながら用紙Ｐにトナー像を転写する画像形成部１３と、画像形成部１３で用紙Ｐに転写されたトナー像に対し定着処理を施す定着部１４と、定着部１４で定着処理の施された用紙Ｐの排出先を切り換える排出先切換え部１５と、印刷処理が完了した用紙Ｐを排出する排紙部１６と、が本体１１に装着されることにより構成されている。

給紙部１２は、本体１１内の下部に挿脱自在に装着された複数枚の用紙Ｐが貯留可能な用紙カセット１２１と、用紙Ｐを手差しで給紙するときに用いられる手差しトレイ１２２とを備えている。

各用紙カセット１２１の前側上方位置にはピックアップローラ１２３がそれぞれ設けられ、ピックアップローラ１２３の駆動によって用紙カセット１２１に貯留されている用紙Ｐが１枚ずつピックアップされて画像形成部１３に向けて送り出される。

画像形成部１３は、周面に静電潜像及びこの静電潜像に沿ってトナー像が形成される左右方向（図２の紙面に直行する方向）に延びた軸心回りに回転可能な感光体ドラム（像担持体）１３１と、感光体ドラム１３１の周面に帯電処理を施すことにより同周面に一様な電荷を形成させる帯電ローラ１３２と、帯電ローラ１３２により一様な電荷の付与された感光体ドラム１３１の周面に画像情報に基づくレーザー光を照射することにより同周面に静電潜像を形成させる露光装置１３３と、この静電潜像の形成された感光体ドラム１３１の周面にトナーを供給することにより同周面にトナー像を形成させる現像装置１０ａと、感光体ドラム１３１の周面に形成されたトナー像が転写される転写ベルト１３４と、感光体ドラム１３１上のトナー像を静電的に引き剥がして転写ベルト１３４の表面に転写させる一次転写ローラ１３５と、転写ベルト１３４上のトナー像を静電的に引き剥がして給紙部１２から送り込まれた用紙Ｐに転写させる二次転写ローラ１３６と、転写ベルト１３４へ転写後の感光体ドラム１３１の周面を清浄化処理するドラムクリーニング装置１３７と、用紙Ｐに対する転写処理後の転写ベルト１３４の表面に清浄化処理を施すベルトクリーニング装置１３８と、転写ベルト１３４上のトナー像の色の違いを補正して色を統一するために画像形成部１３の特性を調節するために、転写ベルト１３４上のトナー像の濃度を検知する濃度センサ１３９と、を備えている。

帯電ローラ１３２は、図略の電源から印加された高圧電圧によって周面に所定の極性の電荷が形成されるようになっている。帯電ローラ１３２の周面が感光体ドラム１３１の周面に当接されていることにより、感光体ドラム１３１の周面に一様な電荷が形成される。

露光装置１３３は、帯電ローラ１３２によって一様に帯電された感光体ドラム１３１の周面に、図略のコンピュータ等から入力された画像データに基づくレーザー光を照射するものであり、このレーザー光の照射によって感光体ドラム１３１の周面に静電潜像が形成される。かかる静電潜像に現像装置１０ａからのトナーが供給されることにより、感光体ドラム１３１の周面にトナー像が形成され、このトナー像が周回している転写ベルト１３４に転写される。

現像装置１０ａは、感光体ドラム１３１に隣設された状態で感光体ドラム１３１にトナーを供給する回転式現像器（現像部）２０と、回転式現像器２０にトナーを補給するべく本体１１に対し着脱自在に装着されたトナーコンテナ（補給部）３０と、を備えている。

回転式現像器２０は、側面視（図２の紙面に直行する方向からみた状態）で円形に形成された回転枠体２１と、回転枠体２１に周方向で等ピッチに装着された４つの単位現像器２２とを備えて構成されている。回転枠体２１は、感光体ドラム１３１の後方位置で感光体ドラム１３１の軸心と平行に、かつ、略同一高さレベルで配設された枠体軸２１１回りに回転可能に軸支されている。回転枠体２１は、枠体軸２１１から径方向に向けて突設された４枚の仕切板２１２によって周方向に均等に４区画に区分され、各区画に単位現像器２２が装着されている。

単位現像器２２は、ブラックトナーが充填されるブラック用単位現像器２２Ｋと、シアントナーが充填されるシアン用単位現像器２２Ｃと、マゼンタトナーが充填されるマゼンタ用単位現像器２２Ｍと、イエロートナーが充填されるイエロー用単位現像器２２Ｙとの４種類が存在する。そして、感光体ドラム１３１の周面にイエロートナーでトナー像を形成させるときは、回転枠体２１の枠体軸２１１回りの回転によってイエロー用単位現像器２２Ｙが感光体ドラム１３１と対向するように位置設定され、この状態で感光体ドラム１３１が一周することによりその周面にイエローのトナー像が形成される。このイエローのトナー像は、周回している転写ベルト１３４に直ちに転写される。

感光体ドラム１３１の周面にマゼンタ、シアン及びブラックのトナー像を形成されるときもイエローのときと同様であり、対象の色のトナーの充填された単位現像器２２が感光体ドラム１３１の周面と対向され、これによって転写ベルト１３４への転写処理によりトナー像が消滅した感光体ドラム１３１の周面には次の色のトナー像が順次転写されていく。

そして、転写ベルト１３４の周回と感光体ドラム１３１のトナー像形成動作とを適正に同期させることにより、転写ベルト１３４の表面には、カラー画像が形成される。このカラー画像が給紙部１２から給紙された用紙Ｐに二次転写ローラ１３６の作用で転写されることにより用紙Ｐに対しカラー印刷が行われる。

なお、二次転写ローラ１３６の直上流側の位置にはレジストローラ対１２４（図２）が設けられ、給紙部１２から画像形成部１３へ送り込まれた用紙Ｐは、レジストローラ対１２４によって搬送タイミングが調整されるようになされている。レジストローラ対１２４による搬送タイミングのタイミング調整によって転写ベルト１３４上のカラー画像が用紙Ｐ上の適正な位置に転写される。

図３は、単位現像器２２の構成を示す図であり、図３（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線拡大断面図である。図３におけるＸ及びＹによる方向表示は、図１の場合と同様（Ｘは左右方向（−Ｘ：左方、＋Ｘ：右方）、Ｙは前後方向（−Ｙ：前方、＋Ｙ：後方））である。

図３に示すように、単位現像器２２は、側面視で中心角が９０°に設定された前後方向一対の扇形側板２２１と、これら一対の扇形側板２２１間に挟持されたトナー貯留容器２２２と、図３（Ａ）のトナー貯留容器２２２内の下部で一対の扇形側板２２１間に架設された現像ローラ２２３と、図３（Ｂ）のトナー貯留容器２２２内の下部で一対の扇形側板２２１間に現像ローラ２２３と平行に架設された攪拌搬送部材２２４と、を備えている。

攪拌搬送部材２２４は、図３（Ｂ）の左方の隅部に設けられたスクリューフィーダ２２４ａと、スクリューフィーダ２２４ａと現像ローラ２２３との間に介設された中継ローラ２２４ｂとからなっている。そして、スクリューフィーダ２２４ａと中継ローラ２２４ｂとの間には、トナー貯留容器２２２の円弧天板２２２ｂから延設された仕切り板２２６が設けられ、仕切り板２２６によってトナー貯留容器２２２内は、スクリューフィーダ２２４ａ側の第１室２２２ｃと、中継ローラ２２４ｂ側の第２室２２２ｄとに二分割されている。

仕切り板２２６の適所には少なくとも前後方向一対の連絡開口２２６ａが設けられ、図略の駆動モータの駆動でスクリューフィーダ２２４ａ及び中継ローラ２２４ｂが軸心回りに駆動回転されることにより、トナー貯留容器２２２内に補給されたトナーは、これらの連絡開口２２６ａを介して第１室２２２ｃと第２室２２２ｄとの間を循環移動する。

第２室２２２ｄに導入され、かつ、中継ローラ２２４ｂの周面により現像ローラ２２３へ向けて運ばれつつあるトナーは、円弧天板２２２ｂから現像ローラ２２３の周面に向けて延設されたブレード２２７の先端を潜って所定の層厚になり、この所定の層厚のトナーが現像ローラ２２３の周面から感光体ドラム１３１の周面に供給されることで感光体ドラム１３１の周面に静電潜像に沿ったトナー像が形成される。現像ローラ２２３には電圧印加部６０が接続されている。電圧印加部６０は、ＤＣバイアス電圧ＶｄｃにＡＣバイアス電圧Ｖｐｐを重畳した現像バイアス電圧を現像ローラ２２３に与え、感光体ドラム１３１との間に電位差を発生させる。この電位差によって現像ローラ２２３の周面から感光体ドラム１３１の周面にトナーが供給される。

トナー貯留容器２２２の曲率周面の適所には、トナーを単位現像器２２内に導入するためのトナー導入開口２２２ａが穿設されている。トナー導入開口２２２ａには、トナー導入開口２２２ａを閉止するためのゴム等の弾性材料製のシート状蓋体２２５が貼着その他で設けられている。シート状蓋体２２５の略中央位置には、後述するトナー移送機構５０の先端を差し込むためのスリット２２５ａが設けられている。トナー移送機構５０がスリット２２５ａに差し込まれることにより、トナーコンテナ３０からのトナーがトナー貯留容器２２２内に装填されることになる。

図２に戻り、転写ベルト１３４は、一次転写ローラ１３５と、一次転写ローラ１３５の若干後方位置に設けられたアイドルローラ１３４ｃと、感光体ドラム１３１の下方の若干後方側に設けられた図略の駆動モータの駆動で駆動回転する駆動ローラ１３４ａと、感光体ドラム１３１の下方の前方位置で駆動ローラ１３４ａと対向配置された従動ローラ１３４ｂとに掛け回されている。

従動ローラ１３４ｂは、コイルスプリング等の付勢部材１３４ｄの付勢力によって駆動ローラ１３４ａから離間する方向に向けて付勢され、これによって転写ベルト１３４の緊張状態が維持されるようになっている。そして、二次転写ローラ１３６は、駆動ローラ１３４ａの直下位置で転写ベルト１３４を介して駆動ローラ１３４ａと対向配置されている。

二次転写ローラ１３６には、転写ベルト１３４上のトナー画像を静電的に引き剥がすバイアス電圧が図略の電源から印加されている。したがって、転写ベルト１３４と二次転写ローラ１３６との間を通過する用紙Ｐには、転写ベルト１３４のトナー画像が転写される。

駆動ローラ１３４ａとアイドルローラ１３４ｃとの間には、用紙Ｐに対する転写処理後の転写ベルト１３４の表面を清浄化処理するベルトクリーニング装置１３８が設けられ、ベルトクリーニング装置１３８によって清浄化処理が施された転写ベルト１３４は、次の転写処理を受けるために感光体ドラム１３１へ向かうことになる。

従動ローラ１３４ｂと駆動ローラ１３４ａとの間には、濃度センサ１３９が設けられている。濃度センサ１３９は、転写ベルト１３４上のトナー像の濃度を検知し、その検知結果に基づき画像形成部１３の特性が調節される。例えば、転写ベルト１３４上のトナー像の色の違いが補正されて色統一が行われる。

定着部１４は、画像形成部１３で用紙Ｐに転写された転写画像に定着処理を施すものであり、通電発熱体により加熱される定着ローラ１４１と、定着ローラ１４１に対向配置され、周面が定着ローラ１４１の周面に押圧当接される加圧ローラ１４２とを備えている。

そして、画像形成部１３で転写ベルト１３４により転写処理の施された用紙Ｐは、転写ベルト１３４と二次転写ローラ１３６とに挟持された状態で転写ベルト１３４の周回に誘導されて定着部１４に導入され、定着ローラ１４１と加圧ローラ１４２との間を通過するときの加熱によりトナー像が用紙Ｐに定着処理される。

定着処理後の用紙Ｐは、第１排出ローラ対１４３の駆動により排紙搬送路１０１へ導出され、第２排出ローラ対１０２の順駆動で排紙搬送路１０１を上昇させられ、排紙口１６２を通って本体１１の頂部に設けられた排紙トレイ１６１へ排出される。

排出先切換え部１５は、用紙Ｐに対して両面印刷を施す場合に利用されるものであり、片面の定着処理が完了して定着部１４から一旦排紙搬送路１０１へ送り出された用紙Ｐを表裏逆転させた状態で再度画像形成部１３へ返送するようになっている。排出先切換え部１５は、排紙搬送路１０１の下端部に第１排出ローラ対１４３の下方のものと周面同士が互いに当接するように対向配置された返送ローラ１５１と、返送ローラ１５１の下部から定着部１４の下を通ってレジストローラ対１２４の上流側（図２における右側）へ延びた返送搬送路１５２とを備えている。

そして、用紙Ｐに両面印刷を施すに際しては、片面印刷が完了した定着処理後の用紙Ｐを、その後端が第１排出ローラ対１４３を通過するまで排紙搬送路１０１へ導出し、引き続き第２排出ローラ対１０２を逆駆動させるようになされている。こうすることで片面印刷の完了した用紙Ｐは、返送ローラ１５１の駆動に誘導されて返送搬送路１５２へ逆送され、返送搬送路１５２を通って表裏が逆転した状態でレジストローラ対１２４へ向かわせられるため、以後、画像形成部１３において用紙Ｐの裏面側に印刷処理が施されることになる。

トナーコンテナ３０は、回転式現像器２０のブラック用単位現像器２２Ｋ、シアン用単位現像器２２Ｃ、マゼンタ用単位現像器２２Ｍ及びイエロー用単位現像器２２Ｙに対してそれぞれ各カラーのトナーを補給するべく各カラーのトナーを貯留するものであり、ブラック〜イエロー用単位現像器２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙに対応して４台が採用されている。

これら４台のトナーコンテナ３０は、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、本体１１内の前方の略中段位置に左右方向に延びるように設けられた台座４０の上に着脱可能に装着されている。各トナーコンテナ３０と回転式現像器２０との間には、トナーコンテナ３０内のトナーを各単位現像器２２へ送り込むためのトナー移送機構５０が設けられている。台座４０には、左方から右方に向けてブラック用コンテナ３０Ｋ、シアン用コンテナ３０Ｃ、マゼンタ用コンテナ３０Ｍ及びイエロー用コンテナ３０Ｙが並列状態でそれぞれ装着されている。

トナー移送機構５０は、回転式現像器２０の上方位置でブラック〜イエロー用単位現像器２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙのそれぞれのシート状蓋体２２５に対応するように４台が左右方向に並設されている。そして、トナー移送機構５０の一部がシート状蓋体２２５のスリット２２５ａを貫通して単位現像器２２内に侵入した状態でトナー移送機構５０内を移送されてきたトナーが単位現像器２２内に供給される。

本実施の形態に係る画像形成装置１０においては、４つの単位現像器２２のうちのいずれかの単位現像器２２が対感光体ドラム対向姿勢に姿勢設定された状態で、当該単位現像器２２の第２室２２２ｄ内のトナー量が感光体ドラム１３１の周面に正常に画像形成処理を施すために必要な最小限のトナー量未満になったときに、第２室２２２ｄ内が空状態であるとして検知されるように制御が行われる。以下、この制御について説明する。

ここで、上記の必要最小限のトナー量（以下、「必要最小限トナー量」と呼ぶ。）について説明する。必要最小限トナー量とは、第２室２２２ｄ内の現像ローラ２２３の軸方向の画像濃度が均一に維持できない量、または第２室２２２ｄ内の劣化トナーが増加し、通常の現像バイアス条件では画像濃度が維持できない状態となるときの量のことである。

必要最小限トナー量未満であるか否かの判別は、転写ベルト１３４上のトナー像の濃度を検知する濃度センサ１３９を用いて、そのトナー像の濃度を検出することにより行うことができる。具体的には、所定のタイミングで通常の現像バイアス電圧条件（以下、「通常条件」と呼ぶ。）よりも小さく設定されたＤｕｔｙのバイアス電圧条件（以下、「トナー量検知用条件」と呼ぶ。）で、１００％ベタパターン画像と白紙パターン画像とを転写ベルト１３４上に形成し、各々の画像濃度を検知し、１００％ベタパターン画像と白紙パターン画像との間の濃淡が通常条件の場合に対して逆転したときに必要最小限トナー量に達したと判断する。

Ｄｕｔｙとは、例えば、Ｄｕｔｙが４０％であれば、現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１上へトナーが移動する方向の電界方向を正方向としたとき、その正方向の比率が４０％であり、その逆方向が６０％であるＡＣバイアス電圧のことである。ここからＤｕｔｙを例えば１５％に低下させると、トナーが現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１方向に移動する電界が印加される時間が短くなり、現像ローラ２２３側に引き戻す時間が長くなる。

このＤｕｔｙの低下は、第２室２２２ｄ内の劣化トナーが逆帯電し、その量が増加している場合、逆帯電トナーを現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１側に移動させる電界の印加時間が長くなることとなり、白紙パターン画像の濃度が増大し、且つ、１００％ベタパターン画像の濃度が減少することを引き起こす。すなわち、このＤｕｔｙを低下させたときの濃度が、上述したように、通常条件の場合と逆転している場合には、第２室２２２ｄ内のトナー中の逆帯電トナーの割合が増大し、例えば５０％を超えている可能性が高いと判断することができる。したがって、通常条件での濃度維持が困難になったと判断することができる。

かかる制御を行うために、本体１１内の適所には、制御部７０と、電圧印加条件管理部８０とが設けられている。図４は、制御部７０及び電圧印加条件管理部８０による制御を説明するためのブロック図である。制御部７０は、図４に示すように、演算処理装置であるＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）７１と、ＣＰＵ７１に付設された読み出し専用のＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）７２と、同読み書き自在のＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）７３と、を備えた基本構成を有している。

ＲＯＭ７２には、本制御を実行するためのプログラムが記憶されており、画像形成装置１０に電源が入れられる都度、当該プログラムがＣＰＵ７１に読み込まれ、以後このプログラムに基づき第２室２２２ｄ内の空状態を検知する制御が実行される。これに対し、ＲＡＭ７３は、上記制御の実行の際、一時的に用いられる各種のデータを一時的に書き込んだり読み出したりする領域として使用されるものである。

ＣＰＵ７１は、濃度センサ１３９により検知された転写ベルト１３４上のトナー像の濃度を取得し、その検知結果に基づいて第２室２２２ｄ内が空状態であるか否かを検知する検知部７１１と、上記制御を実行するに当たり、画像形成装置１０内の各所に制御信号を出力する出力部７１２とを備えている。

電圧印加条件管理部８０は、図４に示すように、画像形成部１３の電圧印加部６０に対し、現像ローラ２２３に与える現像バイアス電圧を設定する設定部８１と、設定部８１が電圧印加部６０に設定する現像バイアス電圧条件が記憶された読み書き自在のＲＡＭ８２と、を備えている。

設定部８１は、出力部７１２からの制御信号に基づいて電圧印加部６０に設定されている現像バイアス条件を変更する。具体的には、設定部８１は、出力部７１２からの制御信号が入力されると、その制御信号に従う現像バイアス条件をＲＡＭ８２から取得し、電圧印加部６０に設定する。

ＲＡＭ８２は、設定部８１が電圧印加部６０に設定する複数の現像バイアス電圧条件が記憶されている。ＲＡＭ８２が記憶する現像バイアス電圧条件には上述した通常条件及びトナー量検知用条件が含まれる。

制御部７０及び電圧印加部管理部８０の動作について説明すると、検知部７１１は、予め定められたタイミングにおいて単位現像器２２の第２室２２２ｄ内の空状態を検知する動作を開始する。検知部７１１がこの動作を開始する旨を出力部７１２に出力すると、その旨を受けた出力部７１２は給紙部１２及び定着部１４に給紙動作及び定着動作を一時的に停止させるための制御信号を給紙部１２及び定着部１４に出力する。

また、出力部７１２は画像形成部１３にトナー量を検知するための画像パターン（以下、「トナー量検知用パターン」と呼ぶ。）を形成させるための制御信号を出力する。さらに、出力部７１２は電圧印加条件管理部８０に画像形成部１３の電圧印加部６０に上記のトナー量検知用条件を設定させるための制御信号を出力し、その制御信号を受けた電圧印加条件管理部８０は電圧印加６０に上記のトナー量検知用条件を設定する。

画像形成部１３においては、電圧印加条件管理部８０からの制御信号に基づいて電圧印加部６０が現像ローラ２２３に上記のトナー量検知用条件に従う現像バイアス電圧を与え、現像ローラ２２３と感光体ドラム１３１との間に電位差を発生させる。同時に、出力部７１２からの制御信号に基づいて露光装置１３３が感光体ドラム１３１の周面にトナー量検知用パターンに沿ってレーザー光を照射して同周面に静電潜像を形成させる。

そして、現像装置１０ａがこの静電潜像の形成された感光体ドラム１３１の周面にトナーを供給し、同周面にトナー像を形成させると、感光体ドラム１３１の周面に形成されたトナー像が転写ベルト１３４に転写されることになる。転写ベルト１３４上のトナー像の濃度は濃度センサ１３９により検知されており、その検知された濃度が検知部７１１に出力されることになる。

検知部７１１は、濃度センサ１３９により検知された転写ベルト１３４上のトナー像の濃度に基づいて単位現像器２２の第２室２２２ｄ内が空状態であるか否かを検知する。以下、この検知部７１１による検知動作について図５〜７を用いて具体的に説明する。図５は、電圧印加部６０に設定される現像バイアス電圧条件の具体例であり、図５（Ａ）は、上記の通常条件に相当し、図５（Ｂ）は、上記のトナー量検知用条件に相当する。

図５（Ａ）に示す上記の通常条件においては、ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃを６０Ｖ、ＡＣバイアス電圧Ｖｐｐを１１００Ｖ、周波数ｆを４ｋＨｚ、Ｄｕｔｙを４０％としている。具体的には、この通常条件においては、６０ＶのＤＣバイアス電圧Ｖｄｃに１１００ＶのＡＣバイアス電圧Ｖｐｐが重畳された現像バイアス電圧であって、現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１上へトナーが移動する方向の電圧が６１０Ｖ、感光体ドラム１３１上から現像ローラ２２３へトナーを引き戻す方向の電圧が−４９０Ｖであり、１周期のうち６１０Ｖが印加時間が４０％、−４９０Ｖの印加時間が６０％に設定された現像バイアス電圧が４ｋＨｚの周波数ｆで現像ローラ２２３に与えられる。

一方、図５（Ｂ）に示す上記のトナー量検知用条件においては、ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃを６０Ｖ、ＡＣバイアス電圧Ｖｐｐを１１００Ｖ、周波数ｆを４ｋＨｚ、Ｄｕｔｙを１５％としている。具体的には、このトナー量検知用条件においては、６０ＶのＤＣバイアス電圧Ｖｄｃに１１００ＶのＡＣバイアス電圧Ｖｐｐが重畳された現像バイアス電圧であって、現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１上へトナーが移動する方向の電圧が６１０Ｖ、感光体ドラム１３１上から現像ローラ２２３へトナーを引き戻す方向の電圧が−４９０Ｖであり、１周期のうち６１０Ｖが印加時間が１５％、−４９０Ｖの印加時間が８５％に設定された現像バイアス電圧が４ｋＨｚの周波数ｆで現像ローラ２２３に与えられる。

図６は、上記のトナー量検知用パターンの具体例である。図６に示す上記のトナー量検知用パターンは、白紙パターン画像中に細い１００％ベタパターン画像が存在する画像パターンである。

図７に、濃度センサ１３９により検知された転写ベルト１３４上のトナー像を示す。まず、第２室２２２ｄ内のトナー量が満タン状態の場合について説明する。この場合、第２室２２２ｄ内の劣化トナーの量は少ないため、図５（Ａ）の通常条件の現像バイアス電圧が現像ローラ２２３に与えられた状態で、図６のトナー量検知用パターンが形成されると、図７に示すように、図６のパターンに従った画像が形成される。また、図５（Ｂ）のトナー量検知用条件の現像バイアス電圧が与えられた状態であっても、１００％ベタパターン画像の濃度は低下するものの、図７に示すように、図６のパターンに従った画像が形成されている。

一方、第２室２２２ｄ内のトナー量が空状態の場合、上記の満タン状態の画像とは異なる画像が形成される。すなわち、第２室２２２ｄ内のトナー量が空状態の場合、第２室２２２ｄ内に逆帯電した劣化トナーが増えている。このため、図５（Ａ）の通常条件の現像バイアス電圧が与えられた状態であれば、図７に示すように、図６のパターンに従った画像が形成されるが、図５（Ｂ）のトナー量検知用条件の現像バイアス電圧が与えられた状態では、１００％ベタパターン画像と白紙パターン画像との間の濃淡に逆転が生じる。この逆転が起きるのは、上述したように、図５（Ｂ）のトナー量検知用条件の現像バイアス電圧の場合には、逆帯電トナーが現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１側に移動する電界の印加時間が増大し、その結果、白紙パターン画像の濃度が増大し、１００％ベタパターン画像の濃度が減少してしまうからである。したがって、この濃淡の逆転の発生に基づき第２室２２２ｄ内のトナー量が空状態であると判断することができる。

上述したように、検知部７１１は、図５（Ｂ）のトナー量検知用条件の現像バイアス電圧が現像ローラ２２３に印加された状態で、図６のトナー量検知用パターンの画像形成を行い、その画像の濃度に基づき単位現像器２２の第２室２２２ｄ内が空状態であるか否かを検知することができる。

以上説明したように、本実施の形態に画像形成によれば、現像ローラ２２３に与えられれる現像バイアス電圧のＤｕｔｙを低下させた状態で、白紙パターン画像と１００％ベタパターン画像とを形成し、各々の画像濃度を検知することにより、単位現像器２２の第２室２２２ｄ内が空状態であるか否かを検知することができる。

なお、本実施の形態においては、上記のトナー量検知用パターンとして図６に示した白紙パターン画像中に細い１００％ベタパターン画像が存在する画像パターンを用いたが、本発明はこのパターンに限られるものではない。要は、白紙パターン画像と１００％ベタパターン画像の２つの画像が存在していれば良い。例えば、１００％ベタパターン画像中に細い白紙パターン画像が存在する画像パターンであっても構わない。

また、本実施の形態においては、転写ベルト１３４上のトナー像の濃度を検知しているが、感光体ドラム１３１上のトナー像の濃度を検知しても構わない。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。上記の実施の形態１のトナー量検知用条件は、その現像バイアス電圧のＤｕｔｙを低下させて、現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１上へトナーが移動する方向の電圧の印加時間を短縮し、感光体ドラム１３１上から現像ローラ２２３へトナーを引き戻す方向の電圧の印加時間を増加させるものであった。これに対し、本実施の形態のトナー量検知用条件は、現像バイアス電圧のＤｕｔｙを低下させることに代えて、ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃを低下させるものである。その他については上記の実施の形態１と同様であり、ここでは説明を繰り返さない。

図８は、電圧印加部６０に設定される現像バイアス電圧条件の他の具体例であり、図８（Ａ）は、上記の通常条件に相当し、図８（Ｂ）は、上記のトナー量検知用条件に相当する。

図８（Ａ）に示す上記の通常条件においては、ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃを６０Ｖ、ＡＣバイアス電圧Ｖｐｐを１１００Ｖ、周波数ｆを４ｋＨｚ、Ｄｕｔｙを４０％としている。具体的には、この通常条件においては、６０ＶのＤＣバイアス電圧Ｖｄｃに１１００ＶのＡＣバイアス電圧Ｖｐｐが重畳された現像バイアス電圧であって、現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１上へトナーが移動する方向の電圧が６１０Ｖ、感光体ドラム１３１上から現像ローラ２２３へトナーを引き戻す方向の電圧が−４９０Ｖであり、１周期のうち６１０Ｖが印加時間が４０％、−４９０Ｖの印加時間が６０％に設定された現像バイアス電圧が４ｋＨｚの周波数ｆで現像ローラ２２３に与えられる。

一方、図８（Ｂ）に示す上記のトナー量検知用条件においては、ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃを３０Ｖ、ＡＣバイアス電圧Ｖｐｐを１１００Ｖ、周波数ｆを４ｋＨｚ、Ｄｕｔｙを４０％としている。具体的には、このトナー量検知用条件においては、３０ＶのＤＣバイアス電圧Ｖｄｃに１１００ＶのＡＣバイアス電圧Ｖｐｐが重畳された現像バイアス電圧であって、現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１上へトナーが移動する方向の電圧が５８０Ｖ、感光体ドラム１３１上から現像ローラ２２３へトナーを引き戻す方向の電圧が−５２０Ｖであり、１周期のうち５８０Ｖが印加時間が４０％、−５２０Ｖの印加時間が６０％に設定された現像バイアス電圧が４ｋＨｚの周波数ｆで現像ローラ２２３に与えられる。

本実施の形態においては、図８（Ｂ）のトナー量検知用条件の現像バイアス電圧が与えられた状態で、図６のトナー量検知用パターンが形成されると、上記の実施の形態１の場合と同様、１００％ベタパターン画像と白紙パターン画像との間の濃淡に逆転が生じる。この逆転が起きるのは、図８（Ｂ）のトナー量検知用条件の現像バイアス電圧の場合には、感光体ドラム１３１上から現像ローラ２２３へトナーを引き戻す方向の電圧が増加されるため、逆帯電トナーが現像ローラ２２３から感光体ドラム１３１側に移動する電界が増大し、その結果、白紙パターン画像の濃度が増大し、１００％ベタパターン画像の濃度が減少してしまうからである。

本実施の形態においては、検知部７１１は、図８（Ｂ）のトナー量検知用条件の現像バイアス電圧が現像ローラ２２３に印加された状態で、図６のトナー量検知用パターンの画像形成を行い、その画像の濃度に基づき単位現像器２２の第２室２２２ｄ内が空状態であるか否かを検知することができる。

本発明は上記の実施形態１、２に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。

（１）上記の実施形態１、２においては、本発明に係る現像装置が適用される画像形成装置としてプリンタ１０を例に挙げて説明した。本発明は、複写機やファクシミリ装置にも適用可能である。

（２）上記の実施形態１、２においては、現像装置として複数の単位現像器２２からなるカラー印刷用の回転式現像器２０が採用されているが、本発明は、現像器がモノクロ印刷用のものであってもよいし、カラー印刷用のものであっても、回転式現像器２０に限らず、各色の単位現像器が横方向に向けて並設された、いわゆるタンデム式の現像装置であってもよい。

本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の外観視の斜視図であり、（Ａ）は、メンテナンスリッドが閉止された状態を示す図、（Ｂ）は、メンテナンスリッドが開放された状態を示す図、（Ｃ）は、メンテナンスリッドが開放されてトナーコンテナが取り外された状態を示す図である。 図１に示す画像形成装置の内部構造の側面断面視の説明図である。 単位現像器の構成を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線の拡大断面図である。 制御部による制御を説明するためのブロック図である。 電圧印加部に設定される現像バイアス電圧条件の具体例を示す図であり、（Ａ）は、通常条件に相当する図、（Ｂ）は、トナー量検知用条件に相当する図である。 トナー量検知用パターンの具体例を示す図である。 濃度センサにより検知された転写ベルト上のトナー像を説明するための図である。 電圧印加部に設定される現像バイアス電圧条件の他の具体例を示す図であり、（Ａ）は、通常条件に相当する図、（Ｂ）は、トナー量検知用条件に相当する図である。

符号の説明

１０ プリンタ（画像形成装置）
１０ａ 現像装置
１１ 本体
１２ 給紙部
１３ 画像形成部
１４ 定着部
１５ 排出先切換え部
１６ 排紙部
２０ 回転式現像器（現像部）
２１ 回転枠体
２２ 単位現像器
２２Ｋ ブラック用単位現像器
２２Ｃ シアン用単位現像器
２２Ｍ マゼンタ用単位現像器
２２Ｙ イエロー用単位現像器
３０ トナーコンテナ（補給部）
３０Ｋ ブラック用コンテナ
３０Ｃ シアン用コンテナ
３０Ｍ マゼンタ用コンテナ
３０Ｙ イエロー用コンテナ
４０ 台座
５０ トナー移送機構
６０ 電圧印加部
７０ 制御部
７１ ＣＰＵ
７２ ＲＯＭ
７３ ＲＡＭ
８０ 電圧印加条件管理部
８１ 設定部
８２ ＲＡＭ
１０１ 排紙搬送路
１０２ 排出ローラ対
１１０ 前面開口
１１１ 側板
１１２ メンテナンスリッド
１２１ 用紙カセット
１２２ トレイ
１２２ａ 支持軸
１２３ ピックアップローラ
１２４ レジストローラ対
１３１ 感光体ドラム（像担持体）
１３２ 帯電ローラ
１３３ 露光装置
１３４ 転写ベルト
１３４ａ 駆動ローラ
１３４ｂ 従動ローラ
１３４ｃ アイドルローラ
１３４ｄ 付勢部材
１３５ 一次転写ローラ
１３６ 二次転写ローラ
１３７ ドラムクリーニング装置
１３８ ベルトクリーニング装置
１３９ 濃度センサ
１４１ 定着ローラ
１４２ 加圧ローラ
１４３ 排出ローラ対
１５１ 返送ローラ
１５２ 返送搬送路
１６１ 排紙トレイ
１６２ 排紙口
２１１ 枠体軸
２１２ 仕切板
２２１ 扇形側板
２２２ トナー貯留容器
２２２ａ トナー導入開口
２２２ｂ 円弧天板
２２２ｃ 第１室
２２２ｄ 第２室
２２３ 現像ローラ
２２４ 攪拌搬送部材
２２４ａ スクリューフィーダ
２２４ｂ 中継ローラ
２２５ シート状蓋体
２２５ａ スリット
２２６ 仕切り板
２２６ａ 連絡開口
２２７ ブレード
７１１ 検知部
７１２ 出力部

Claims (3)

1. 表面にトナーを担持する現像ローラと、前記現像ローラに現像バイアス電圧を印加する電圧印加部と、静電潜像が形成される像担持体と、を有し、前記電圧印加部が前記現像ローラに現像バイアス電圧を印加することにより、前記像担持体上に形成される静電潜像に前記現像ローラにより担持されるトナーを供給してトナー像を形成する現像装置を具備する画像形成装置であって、
   前記像担持体上のトナー像の濃度を検知する濃度センサと、
   前記濃度センサにより検知される前記像担持体上の前記トナー像の濃度に基づいて前記現像装置内のトナー量を検知する検知部と
   を備え、
   前記電圧印加部が前記現像ローラに印加する現像バイアス電圧は、直流バイアス電圧に交流バイアス電圧が重畳された、所定のデューティーを持つバイアス電圧であり、
   前記検知部が前記現像装置内のトナー量を検知する場合においては、
   前記電圧印加部は、前記現像ローラに印加する現像バイアス電圧のデューティーまたは直流バイアス電圧を通常の画像形成時よりも低下させ、且つ、前記現像装置は、前記像担持体上にベタパターン及び白紙パターンを含む静電潜像を形成しており、
   前記検知部は、前記現像バイアス電圧のデューティーまたは直流バイアス電圧の低下の前後において、前記像担持体上の前記ベタパターン及び前記白紙パターンの各々に対応するトナー像間の濃淡が逆転したか否かを検知し、当該濃淡が逆転したとの検知結果に基づいて前記現像装置内のトナー量が所定のトナー量未満であることを検知することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体上から前記トナー像が転写され、前記転写された前記トナー像を記録媒体に転写する中間転写体をさらに備え、
   前記濃度センサは、前記像担持体上から前記中間転写体上に転写された前記トナー像の濃度を検知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. 前記現像装置は、前記現像装置内のトナー量が前記所定のトナー量未満であるとの検知結果に基づいて前記現像装置内のトナー量は空状態であると判断することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。

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