JP5850303B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に適用される画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置の現像装置として、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という）によって潜像を現像するものが広く用いられている。この現像装置では、画像形成によるトナーの消費に伴い現像剤中のトナー濃度が変化するため、トナー補給手段によりトナーを現像剤に補給してトナー濃度を所定の範囲内に維持する。このトナー補給の際に採用されるトナー補給制御方法としては、以下の方法が知られている。

その一つとして、現像装置内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を設け、トナー濃度検知手段で検知したトナー濃度と目標となるトナー濃度とを比較して、必要な目標トナー補給量を算出する。そして、算出した目標トナー補給量のトナーが補給されるようにトナー補給手段を駆動してトナーを現像剤に補給するというトナー補給制御方法がある。

また、潜像担持体上に潜像形成する際に用いる画素書込情報（画像情報）から、その潜像を現像することで消費すると予想されるトナー消費量（予測値）を求め、算出した予測値から目標トナー補給量を算出する。そして、算出した目標トナー補給量のトナーが補給されるようにトナー補給手段を駆動して、トナーを現像剤に補給するというトナー補給制御方法がある。このような画素書込情報に基づくトナー補給は、トナー濃度検知手段により現像剤のトナー濃度の低下を検知してからトナー補給を行う方法よりも迅速にトナー濃度の回復を図ることができる。
また、画素書込情報に基づくトナー濃度制御とトナー濃度検知手段を用いたトナー濃度制御とを組み合わせた制御方法も提案されている。

何れのトナー補給制御方法においても、目標トナー補給量を補給するために、予めトナー補給手段の補給能力（例えば、トナー補給手段の駆動時間あたりのトナー補給量）を把握し、これに基づき算出された目標トナー補給量を補給できるようトナー補給手段の駆動時間を決定している。

しかしながら、実際のトナー補給手段の補給能力は変動しやすく、トナー補給量が目標トナー補給量とはならずに補給誤差が発生し、これによりトナー濃度が安定しないという問題がある。

特許文献１には、トナー収容部から現像装置へのトナー補給経路を通過するトナー量を検知するトナーセンサを設け、トナーセンサにより検知した通過トナー量と、トナー補給動作に要するトナー補給時間とから現像装置内に補給されたトナー量を予測してトナー補給手段の動作を制御する装置が記載されている。

特許文献２には、複数色のトナーを用いる画像形成装置で、各色の画像情報信号に基づいて算出された目標トナー量補給量を補給するための各トナー補給手段の駆動時間を、予め把握したトナー補給手段による各色トナーの補給能力と温湿度センサの検知結果とに基づき決定する装置が記載されている。

上記特許文献１は、実際にトナー補給経路を通過するトナー量を検知して、トナー補給手段の動作を制御するので、トナー補給量を目標トナー補給量とすることができる有効な手段と考えられる。しかしながら、特許文献１には、トナーセンサの構成や、トナーセンサによる通過トナー量の算出方法に関する具体的な開示はなされておらず、正確な通過トナー量を検知する方法が不明である。一般的に画像形成装置で用いられるトナーセンサは、トナーセンサを配置した位置でのトナーの有無を検出するものとして用いられ、通過するトナー量を正確に検知することは難しい。このため、一般的なトナーセンサを用いた場合には、補給誤差を正確に抑制することは難しいと考えられる。

特許文献２は、各色トナーの物性や使用環境によってトナーの流動性が変化してトナー補給手段の補給能力の変動することに着眼し、各色トナーの物性、使用環境とに基づきトナー補給手段の駆動時間を調整することで補給誤差を抑制するものである。

本発明者らは、特許文献２に記載される各色トナーの物性の差や使用環境以外でも、トナーの流動性が変化してトナー補給手段の補給能力の変動することにより補給誤差が発生する場合があることを見出した。
トナーを収容するトナー容器（トナーボトル）からトナーを移動させてトナー収容部（サブホッパ）に充填し、充填したトナーをスクリュウ等のトナー補給手段によりトナー収容部から現像装置内へ補給するトナー補給機構がある。このようなトナー補給機構では、トナー補給手段が駆動される時間の割合であるトナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙによって、トナー収容部内のトナーの流動性が変化し、これによりトナー補給手段の補給能力の変動して補給誤差が発生することを見出した。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、二成分現像剤を用いた現像装置へ目標トナー補給量を補給する際のトナー補給誤差を抑制して目的のトナー濃度に維持できる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、画素情報に応じた潜像を像担持体上に形成する潜像形成手段と、該像担持体上に形成された潜像をトナーとキャリアとを含有する現像剤により現像する現像装置と、トナーを収容するトナー容器と、該現像装置に補給するトナーを収容するトナー収容部と、該トナー収容部にトナーを充填するよう該トナー容器からトナーを移動させる移動手段と、該トナー収容部内のトナーを該現像装置内に補給するトナー補給手段と、該現像装置内のトナー濃度を一定範囲とするよう該トナー収容部より該現像装置内に補給する目標トナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、該トナー補給量算出手段により算出された目標トナー補給量を補給するための該トナー補給手段の駆動時間を算出する補給手段駆動時間算出手段とを備えた画像形成装置であって、上記補給手段駆動時間算出手段は、上記トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙが高くなるにつれてより大きな補正係数を乗算して上記駆動時間を補正し、且つ、上記トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙについての第一数値範囲内で前記駆動Ｄｕｔｙが変化した場合における前記補正係数の変化率を、前記第一数値範囲よりも高い数値範囲である第二数値範囲内で前記駆動Ｄｕｔｙが変化した場合における前記補正係数の変化率よりも高くして、上記トナー補給手段の駆動時間を算出するものであることを特徴とするものである。

本発明においては、上記構成のトナー収容部から現像装置にトナーを補給するトナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙによって、トナー収容部内のトナーの流動性が変化することに着眼し、駆動Ｄｕｔｙに基づきトナー補給手段の駆動時間を補正することにより補正誤差を抑制するものである。例えば、消費されるトナーの量が多く目標トナー補給量が増加すると、トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙが高くなる。この状態では、移動手段により短時間に多くのトナーがトナー容器から移動してくるので、トナー収容部内のトナーの流動性が高くなる。一方、消費されるトナーの量が少なく目標トナー補給量が減少すると、トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙが低くなる。この状態では、移動手段によりトナー容器から移動してくるトナーが少なく、トナー収容部内のトナーの流動性は低くなる。このような流動性の変化により、トナー補給手段の駆動時間あたりのトナー補給量、すなわちトナー補給手段の駆動時間あたりのトナー補給能力が変動する。
本発明では、トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙに基づき、トナー収容部内の流動性の変化を予測し、予め設定されたトナー補給手段の駆動時間あたりのトナー補給能力を補正する。これにより、実際に補給されるトナー量の目標トナー補給量からの補給誤差を抑制することができる。

本発明によれば、二成分現像剤を用いた現像装置への目標トナー補給量を補給する際のトナー補給誤差を抑制して目的のトナー濃度に維持できるという優れた効果がある。

本発明に係る画像形成装置の一例であるカラー複写機を示す概略図。 トナー容器から現像装置にトナーを補給するトナー補給機構の全体構成図。 サブホッパと粉体ポンプの外観斜視図。 上室の内部構成を示す概略図。 下室の内部構成を示す概略図。 下スクリュの駆動Ｄｕｔｙに対するトナー補給能力の変動を測定した結果のグラフ。 実施例１のトナー濃度制御のフローチャート。 下スクリュの補給駆動Ｄｕｔｙに対するトナー補給能力の補正係数を示す補正テーブル１。 シアントナーについてサブホッパ内の温度に対する補給能力の変動を測定した結果のグラフ。 サブホッパ内の温度に対するトナー補給能力の補正係数を示す補正テーブル２。 実施例２のトナー濃度制御のフローチャート。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラー複写機を示す概略図である。このカラー複写機は、中央に複写機本体１００、その下部にテーブル状に構成された給紙部２００が配置され、複写機本体１００の上方にスキャナ３００、スキャナ３００の上方に原稿自動搬送装置４００を配置した構成となっている。

複写機本体１００には、複数のローラ１４、１５、１６に巻き掛けられた可撓性を有する無端ベルトにより構成された中間転写体としての中間転写ベルト１０が設けられている。この中間転写ベルト１０は、複数のローラ１４，１５，１６のうち１つのローラが図示していない駆動装置によって回転駆動され、これにより中間転写ベルト１０が矢印で示す時計方向に走行駆動され、他のローラが従動回転する。このように走行する中間転写ベルト１０の上部走行辺には、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの作像ユニット１８が横に並べるようにして配置されている。すなわち、ローラ１４とローラ１５間の走行辺上に、画像形成手段である４つの作像ユニット１８を配置してタンデム画像形成装置２０を構成している。

４個の作像ユニット１８は、中間転写ベルト１０に接する潜像担持体としての感光体ドラム４０を具備している。この感光体ドラム４０の周りには、帯電装置、現像装置、クリーニング装置、除電装置等が配置され、さらに感光体ドラム４０が中間転写ベルト１０に接する位置における中間転写ベルト１０の内側には一次転写装置１９が設けられている。本実施形態の場合、４個の作像ユニット１８は同一構造に構成されているが、現像装置のトナーの色がブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４色に分けられている。また、各作像ユニット１８の上方には光変調されたレーザ光を各感光体ドラム表面に照射する露光装置２１が配置され、このレーザ光は帯電装置と現像装置の間で感光体ドラムに照射する。露光装置２１は、各作像ユニット１８毎に設けてもよいが、共通の露光装置２１を用いればコストの点で有利である。

一方、中間転写ベルト１０を挟んでタンデム画像形成装置２０と反対の側には、２次転写装置２２が設けられている。２次転写装置２２は、ローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を巻き掛け、該ベルトが中間転写ベルト１０を介してローラ１６に押し当てられるように配置されている。

図１において、２次転写装置２２の左横には、シート上に担持された転写画像を定着するための定着装置２５が設けられている。本実施形態の定着装置２５は、加圧ローラ２７と、加圧ローラ２７に押し当てた無端ベルトである定着ベルト２６とを具備している。
上述した２次転写装置２２には、画像転写後のシートをこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備えてなる。もちろん、２次転写装置２２として、非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、転写後のシートを定着装置２５まで搬送するシート搬送装置を、別途設ける必要が生ずる。

なお、図示例では、このような２次転写装置２２及び定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成装置２０と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置２８を備えている。

さて、上記構成のカラー複写機を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。そして、図示していないスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動して後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動し、第１走行体３３及び第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読み取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。

また、図示していないスタートスイッチを押すと、中間転写ベルト１０が回転走行し、同時に、個々の作像ユニット１８でその感光体ドラム４０を回転して各感光体ドラム４０上にそれぞれ、ブラック・イエロ・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。 そして、中間転写ベルト１０の走行とともに、それらの単色画像を一次転写装置１９で順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。

一方、図示していないスタートスイッチを押すと、給紙部２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つからシートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。または、手差し給紙を選択した場合には給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上のシートを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。

そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間にシートを送り込み、２次転写装置２２で転写してシート上に一括してフルカラー画像を記録する。

画像転写後のシートは、２次転写装置２２で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。
一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写体クリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置２０による再度の画像形成に備える。

図２は、作像ユニット１８の現像装置にトナーを補給するトナー補給機構の全体構成図である。 図２において、トナーを収納したトナー収納手段としてのトナー容器８０は複写機本体１００に設けられたセット部（図示せず）にセットされる。
このセット部には、トナー容器８０内に挿入されるノズル９０が図示していない機枠に設けられており、トナー容器８０をセット部へセットすることによりシャッタ８１が側方へ押し出されてノズル９０が挿入される。ノズル９０は、単管構造になっており、ノズル９０の挿入側と反対端部にはトナー移送チューブ５９が接続されている。
そして、トナー容器８０はその下部中央にトナー排出孔８３が設けられ、ポリエチレンやナイロン等に樹脂から作られた口金部材８２が固定されて構成されている。口金部材８２のトナー排出孔８３は、通常上記シャッタ８１によって閉鎖されているが、トナー容器８０がセット部へセットされると、シャッタ８１はノズル９０によって側方へ押し出され、ノズル９０の開口とトナー排出孔８３が連通する。なお、符号９１はシャッタ８１の戻し用のバネであって、トナー容器８０がセット部から取り出すと、トナー排出孔８３を塞ぐ位置に戻す用をなしている。なお、トナー容器はボトル形状のものであってもよい。

他方、現像装置６０にはその上部に現像装置内に供給するトナーを収容するトナー収容部としてのサブホッパ６１が設けられており、トナー容器８０のトナーは一旦このサブホッパ６１に収納される。 そして、サブホッパ６１上にはトナー容器８０のトナーをこのサブホッパ６１に移動するトナー移動手段としての粉体ポンプ７０が設けられている。 図３はサブホッパ６１と粉体ポンプ７０の外観斜視図である。

この粉体ポンプ７０は、一軸偏芯スクリュポンプであって、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュ形状に作られたロータ７１と、ゴム等の弾性体で作られ、２条スクリュ形状に形成されたステータ７２と、これらを包み、かつ粉体の搬送路を形成する樹脂材料などで作られたホルダ７３とを有している。 上記ロータ７１は、ピン継ぎ手により連結された駆動軸７４に一体連結されたギヤ７５（図３に示す）がアイドルギヤ（図示せず）を介して第１クラッチ７６と駆動連結され、第１クラッチ７６のオン・オフにより粉体ポンプ７０の稼働が制御される。なお、第１クラッチ７６と後述する第２クラッチ６８は不図示の駆動装置によって駆動される回転駆動軸７９に設けられている。

また、上記ホルダ７３の先端、すなわち、図２の右端にはトナー吸い込み部７７が設けられ、トナー吸い込み部７７に上記トナー移送チューブ５９が接続されている。 なお、上記した紛体ポンプ７０を用いれば、トナー収納手段のトナー排出口がサブホッパ６１のトナー受け取り口よりも鉛直方向において低い位置にあるような場合でもトナー容器８０のトナーをスムーズに搬送することができる。

サブポッパ６１は、図２及び図３に示すように、その縦断面形状がほぼ逆三角形状に形成され、その内部は上下仕切り部材６４によって重力方向に分割されて上室６２と下室６３が設けられている。床面積が下室６３よりも大きい上室６２には、一対の互いに逆方向に回転駆動する上スクリュ８４，８５と、両スクリュ間に配置され両端部が開放された仕切り板６６が設けられている。なお、仕切り板６６は、上下仕切り部材６４と一体に形成されているが、両部材は別部材で構成しても良い。

図４は上室６２の内部構成を示す概略図、図５は下室６３の内部構成を示す概略図である。上室６２は、図４に示すように、符号Ａで示す位置が紛体ポンプ７０によって搬送されたトナーの供給位置であり、位置Ａに供給されたトナーは上スクリュ８４，８５の回転によって矢印Ｐ１方向、すなわち反時計方向に循環される。また、符号Ｂは上室６２と下室６３の連通孔であって、上スクリュ８４，８５によって矢印Ｐ１方向に循環しているトナーは連通孔Ｂから下室６３へ落下する。また、下室６３には図５に示すように、下スクリュ８６が設けられており、連通孔Ｂによって位置Ｂ’に供給されたトナーは下スクリュ８６の回転により矢印Ｐ２方向に移動される。符号Ｃは下室６３と現像装置６０とを連通する補給口であって矢印Ｐ２方向に移動されるトナーは補給口Ｃから現像装置６０内へ落下して補給される。

このように構成されたサブホッパ６１は、上記紛体ポンプ７０によって供給されたトナーが一旦収納され、スクリュにより現像装置６０へ移送される。また、上スクリュ８４，８５と下スクリュ８６は各スクリュのギヤ８４ａ，８５ａ，８６ａがアイドルギヤ列８７を介して回転駆動軸７９に設けられた第２クラッチ８８と駆動連結され、該第２クラッチ８８により駆動のオン・オフが制御される。上スクリュ８４，８５と下スクリュ８６は、例えばスクリュ径や回転数を異なることによって上スクリュ８４，８５のトナー搬送量が下スクリュ８６のそれよりも多くなるように設定されている。したがって、本例の上スクリュ８４，８５と下スクリュ８６は同時に駆動されるので、通常下室６３はトナーほぼ満杯状態であり、上室６２のトナーは矢印Ｐ１方向に循環し、下室６３のトナーが補給されると、その分のトナーが連通孔Ｂから下室６３へ落下する。なお、上スクリュ８４，８５と下スクリュ８６の駆動は別々に制御するように構成することもできる。

また、サブホッパ６１には紛体ポンプ７０で移送されたトナーが供給される位置Ａのトナー循環方向上流側近傍の側壁にトナーの有無を検知するトナー検知手段としてのトナーエンドセンサ６９が設けられている。本例のトナーエンドセンサは振動式のセンサであって、上室６２内のトナーに接触するトナーエンドセンサ検知面６９ａにて、トナーの有無を検知するものである。

このように構成されたトナー補給機構は、現像装置６０へのトナー補給指令が発せられると、第２クラッチ６８がオンして上スクリュ８４，８５と下スクリュ８６を作動する。そして、下スクリュ８６の回転時間に応じた量のトナーが現像装置６０へ補給される。他方、トナー容器８０からサブホッパ６１へのトナー補給は、トナーエンドセンサ６９が上室６２のトナーを監視しており、トナーがセンサの検知位置よりも減少すると、粉体ポンプ７０が作動してトナー容器８０のトナーがサブホッパ６１内へ補給される。このとき、紛体ポンプ７０によるトナー移送量は下スクリュで現像装置６０に補給する量よりも多量となるように設定されている。なお、サブホッパ６１は上下室に分割していないホッパであってもよい。

また、粉体ポンプ７０を何回か作動してもトナーエンドセンサ６９のトナーを検知量が規定量を下回ったままであるとき、トナー容器８０のトナーがほぼ無くなったトナーニアエンドと判断される。そして、トナーニアエンドと判断されると、所定動作、例えば図示していない操作パネルへのカートリッジ交換時である旨を表示し、所定作像回数後の作像停止等を行う。またトナーニアエンド検知されたとき、サブホッパ６１にまったくトナーがないわけではないので、現像装置６０のトナー濃度が低下せず、よってトナーニアエンド検知時に画像濃度が不安定になることはない。

かかる効果を確実に享受するためには、トナーエンドセンサ６９を紛体ポンプ７０によりトナーが補給される位置Ａの上流近傍に配置することが好ましく、かかる位置でトナー量が不足してもサブホッパ６１はその内部空間を利用して最大量のトナーを蓄えられるようにトナー循環径路を形成している。したがって、上室６２において紛体ポンプ７０によりトナーが補給される位置Ａから下室６３へ供給する連通孔Ｂまでは上スクリュ８４，８５によってトナーが循環する経路の半周以上の間隔を開けており、トナーが少ない状態のときにトナー容器８０からのトナーが直ちに下室６３へ落下することがなく、トナーニアエンドと判断されても現像装置へのトナー補給をある程度続けられる。したがって、トナーニアエンド時によく生じていた画像濃度の変動による画質が低下した記録物を発生させることを確実に抑止することができる。

次に、本実施形態のカラー複写機におけるトナー濃度制御方法について説明する。本実施形態のカラー複写機では、各現像装置６０内のトナー濃度を一定範囲とするよう、各現像装置６０の上部に設けられたサブホッパ６１よりトナーを補給してトナー濃度制御を行う。このため、露光装置２１が各感光体ドラム４０上にレーザ光照射する際に用いる画素書込情報（画像情報）から、その潜像を現像することで消費すると予想されるトナー消費量（予測値）を算出して目標トナー補給量とするトナー補給量算出手段を備える。また、トナー補給量算出手段により算出された目標トナー補給量に基づき、サブホッパ６１の下スクリュ８６の駆動時間を算出する補給手段駆動時間算出手段を備える。補給手段駆動時間算出手段は、各色のトナー毎に予めサブホッパ６１のトナー補給能力（下スクリュ８６の単位駆動時間あたりの現像装置６０に補給されるトナー量）を設定しており、「下スクリュ駆動時間＝予測トナー消費量／トナー補給能力」に基づき、下スクリュ８６の駆動時間を算出する。さらに、補給手段駆動時間算出手段は、以下のように、下スクリュウ８６の駆動Ｄｕｔｙに基づき下スクリュウ８６の駆動時間を補正する。

図６は、各色のトナー毎に各下スクリュ８６の駆動Ｄｕｔｙに対するトナー補給能力の変動を測定した結果のグラフである。図６に示すように、下スクリュ８６の駆動Ｄｕｔｙによってトナー補給能力、すなわち単位時間あたりのトナー補給量が変動しており、駆動Ｄｕｔｙが高いと補給能力が高くなる傾向がある。このように駆動Ｄｕｔｙによりトナー補給能力が変動するのは以下の理由によると考えられる。

画素書込情報の画素面積率が高く消費されるトナーの量が多くなると、トナー濃度を一定範囲に維持するために必要なトナー補給量も増加する。トナー補給量が増加するとサブホッパ６１の下スクリュ８６の駆動Ｄｕｔｙが高くなり、駆動動作間のインターバルが短くなる。すると、サブホッパ６１に対して多量のトナーが短時間で補給されて、サブホッパ６１内でのトナーの流動性が高くなる。これにより、単位駆動時間あたりのトナー補給量であるトナー補給能力が増加する。逆に、画像面積率が低いと、サブホッパ６１に対して補給されるトナーが少なくなり、サブホッパ６１内のトナーの流動性が低下して、補給能力が低下する。

このように、下スクリュ８６の駆動Ｄｕｔｙによって下スクリュ８６の単位駆動時間あたりのトナー補給量であるトナー補給能力が変動するので、補給手段駆動時間算出手段は、下スクリュ８６の駆動Ｄｕｔｙに基づきトナー補給手段の駆動時間を補正する。これにより、補正誤差を抑制することができる。

以下、実施例に基づき詳しく説明する。
<実施例１＞
図７に、実施例１のトナー濃度制御のフローチャートを示す。
トナー補給量算出手段は、画素書込情報（印刷画素情報）を取得し（Ｓｔｅｐ１）、画素書込情報から制御周期で消費すると予想される予測トナー消費量を求める（Ｓｔｅｐ２）。この予測トナー消費量が目標トナー補給量となる。

次いで、前回のトナー補給制御での下スクリュ８６のスクリュウ駆動時間(Ｄｒｖｔｉｍｅ)を取得する（ステップ３）。そして、下スクリュ８６の補給駆動Ｄｕｔｙ（ＤｒｖＤｕｔｙ）を、トナー補給制御周期に対するスクリュウ駆動時間(Ｄｒｖｔｉｍｅ)から「ＤｒｖＤｕｔｙ＝ＤｒｖＴｉｍｅ／トナー補給制御周期×１００」に基づき算出する（ステップ４）。なお、本実施例では、トナー補給制御周期を３００［ｍｓ］と設定している。このように、トナー補給制御周期を印刷周期より短い周期に設定することで、より高精度なトナー補給が可能としている。算出された下スクリュ８６の補給駆動Ｄｕｔｙ（ＤｒｖＤｕｔｙ）に基づき、図８に示す補正テーブル１を参照して、下スクリュ８６の駆動Ｄｕｔｙ（ＤｒｖＤｕｔｙ）に応じたトナー補給能力の補正係数１を取得する（ステップ５）。なお、図８の補正テーブル１は、図６の下スクリュ８６の駆動Ｄｕｔｙに対するトナー補給能力の変動を測定した結果に基づき求めた補正係数である。

さらに、本実施例ではトナーの流動性に関与する要因として環境条件にも注目し、サブホッパ６１に温度センサ（不図示）を設け、温度センサの検知結果によってもトナー補給能力を補正し、環境の変化にも対応するようにしている。

図９は、シアントナーについてサブホッパ６１内の温度に対する補給能力の変動を測定した結果のグラフである。図９に示すように、サブホッパ６１内の温度によりトナー補給能力、すなわち単位時間あたりのトナー補給量が変動しており、温度が低くなるほどトナーの流動性が増加して、補給能力が高くなる傾向がある。

そこで、本実施例では、温度検知手段（不図示）によりサブホッパ６１内の温度を検知する（Ｓｔｅｐ６）。そして、図１０に示す補正テーブル２を参照して、検知されたサブホッパ６１内の温度に応じてトナー補給能力の補正係数２を取得する（ステップ７）。なお、図１０のテーブルは、図９のサブホッパ６１内の温度に対するトナー補給能力の変動を測定した結果に基づき求めた、補正係数２である。

補給手段駆動時間算出手段は、予め設定された単位駆動時間あたり補給トナー量であるのトナー補給能力（設定値）をステップ５で求めた補正係数１と、Ｓｔｅｐ７で求めた補正係数２に基づき補正して、トナー補給能力（補正値）を得る（Ｓｔｅｐ８）。そして、トナー補給能力（補正値）を用い、「スクリュ駆動時間(Ｄｒｖｔｉｍｅ)＝予測トナー消費量／トナー補給能力（補正値）」に基づき、下スクリュ８６の駆動時間を算出する（ステップ９）。

このように、実施例１のトナー濃度制御は、下スクリュ８６の補給駆動Ｄｕｔｙと環境条件であるサブホッパ温度に基づきトナー補給能力を補正し、補正されたトナー補給能力に基づいてスクリュの駆動時間を算出することで、補給誤差の少ない適正なトナー補給を 行っている。

なお、本実施例では、下スクリュ８６のスクリュウ駆動時間(Ｄｒｖｔｉｍｅ)として前回のデータを取得してもちいたが、先に「スクリュ駆動時間(Ｄｒｖｔｉｍｅ)＝予測トナー消費量／トナー補給能力（設定値）」に基づき今回のスクリュ駆動時間(Ｄｒｖｔｉｍｅ)を予測して用いることも可能である。

さらに、本実施例では、現像剤の透磁率からトナー濃度を検知するトナー濃度センサ（不図示）を現像装置６０に配備し、各色現像装置６０内のトナー濃度の測定を行っている。トナー濃度には許容範囲があり、許容範囲を超えるとトナー飛散、許容範囲を下回るとキャリア付着といった異常が発生する。そのため、トナー濃度センサの検知結果に基づき、現像装置６０内のトナー濃度が許容範囲上下限である場合には、上記画書込素情報に基づいたトナー補給制御を行わず、トナー濃度上限の場合は下スクリュ８６を停止、トナー濃度下限の場合には下スクリュ８６を駆動して、トナー濃度が許容範囲内に収まるように制御することで、異常の発生を防止している。

＜実施例２＞
図１１に、実施例２のトナー濃度制御のフローチャートを示す。実施例２は、トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙの履歴情報を記憶し、記憶された履歴情報に基づいて駆動Ｄｕｔｙの累積平均を求め、これに基づき下スクリュウ８６の駆動時間を補正する。ステップ１〜ステップ４は、上記実施例１と同じである。次いで、下スクリュ８６のスクリュの駆動時間の累積平均である補給駆動Ｄｕｔｙ累積平均（ＤｒｖＤｕｔｙＡｖｅ）を、「ＤｒｖＤｕｔｙＡｖｅ（ｉ）＝{ＤｒｖＤｕｔｙＡｖｅ（ｉ−１）×（ｎ−１）＋ＤｒｖＤｕｔｙ}／n」に基づき算出する（Ｓｔｅｐ５）。ここで、ＤｒｖＤｕｔｙＡｖｅ（ｉ−１）は、補給駆動Ｄｕｔｙ累積平均の前回値、ｎはトナー補給制御周期の数を示す。本実施例では、トナー補給制御周期を３００［ｍｓ］、制御周期の数ｎを１０と設定している。算出された下スクリュ８６の補給駆動Ｄｕｔｙ累積平均（ＤｒｖＤｕｔｙＡｖｅ）に基づき、図８に示す補正テーブル１を参照して、下スクリュ８６の駆動Ｄｕｔｙに応じたトナー補給能力の補正係数１を取得する（スッテプ６）。次いで、実施例１と同様に、温度検知手段（不図示）によりサブホッパ６１内の温度を検知して（Ｓｔｅｐ７）、図１０に示す補正テーブル２を参照して、検知されたサブホッパ６１内の温度に応じてトナー補給能力の補正係数２を取得する（ステップ８）。補給手段駆動時間算出手段は、予め設定された単位駆動時間あたり補給トナー量のトナー補給能力（設定値）をステップ６で求めた補正係数１と、Ｓｔｅｐ８で求めた補正係数２に基づき補正係数により補正して、トナー補給能力（補正値）を得る（Ｓｔｅｐ９）。そして、トナー補給能力（補正値）を用い、「スクリュ駆動時間(Ｄｒｖｔｉｍｅ)＝予測トナー消費量／トナー補給能力（補正値）」に基づき、下スクリュ８６の駆動時間を算出する（ステップ１０）。

サブホッパ８１から現像装置内６０に補給されるトナーの流動性は、下スクリュウ８６の駆動Ｄｕｔｙの履歴の影響をうける。このため、実施例２に示すように、過去適当な回数の駆動Ｄｕｔｙの累積平均値を用いることで、更に精度良く補給誤差が抑制され正確なトナー補給が可能となる。

以上、本実施形態では、トナー補給量算出手段として、画素書込情報から消費すると予想される予測トナー消費量を求め、目標トナー補給量として予測トナー消費量を用いる構成で本発明を説明した。本発明は、これに限らず、トナー補給量算出手段としては、トナー濃度センサによって現像剤のトナー濃度の低下を検知して目標トナー補給量を算出する構成にも適用可能であり、同様の効果を奏する。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
画素情報に応じた潜像を感光体ドラム４０等の像担持体上に形成する潜像形成手段と、像担持体上に形成された潜像をトナーとキャリアとを含有する現像剤により現像する現像装置６０と、トナーを収容するトナー容器８０と、現像装置６０に補給するトナーを収容するサブホッパ６１等のトナー収容部と、トナー収容部にトナーを充填するようトナー容器８０から移動させる粉体ポンプ７０等の移動手段と、トナー収容部内のトナーを現像装置内に補給するスクリュウ等のトナー補給手段とを備えた画像形成装置である。この画像形成装置では、現像装置内のトナー濃度を一定範囲とするようトナー収容部より現像装置内に補給する目標トナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、トナー補給量算出手段により算出された目標トナー補給量を補給するためのトナー補給手段の駆動時間を、予め設定されたトナー補給手段の駆動時間あたりのトナー補給能力に基づき算出する補給手段駆動時間算出手段とを備えている。この補給手段駆動時間算出手段は、下スクリュウ８６等のトナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙに基づきトナー補給手段の駆動時間を補正する。これによれば、上記実施形態で説明したように、トナー補給誤差を抑制してより安定して目的のトナー濃度に維持できる。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、トナー補給制御を行う制御周期を、１枚あたりの画像形成時間よりも短くする。これにより、上記実施形態で説明したように、より高精度なトナー補給が可能としている。
（態様Ｃ）
（態様Ａ）または（態様Ｂ）において、トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙを記憶し、記憶した駆動Ｄｕｔｙの履歴情報に基づいて駆動Ｄｕｔｙの累積平均値を求め、駆動Ｄｕｔｙの累積平均値に基づきトナー補給手段の駆動時間を補正する。これによれば、上記実施例２で説明したように、トナー補給誤差を抑制してより安定して目的のトナー濃度に維持できる。
（態様Ｄ）
（態様Ａ）、（態様Ｂ）または（態様Ｃ）において、トナー収容体近傍の温度を検知する温度検知手段を設け、検知した温度に基づいて駆動時間を補正する。これによれば、上記実施例１で説明したように、トナー補給誤差を抑制してより安定して目的のトナー濃度に維持できる。
（態様Ｅ）
（態様Ａ）、（態様Ｂ）、（態様Ｃ）または（態様Ｄ）において、トナー補給量算出手段は、感光体ドラム４０上に露光装置２１が潜像形成する際に用いる画素書込情報（画像情報）から、その潜像を現像することで消費すると予想されるトナー消費量（予測値）を求め、算出した予測値から目標トナー補給量を算出する。このトナー補給量算出手段は、トナー補給量算出手段としてトナー濃度センサによって現像剤のトナー濃度の低下を検知してから目標トナー補給量を算出する構成に比較して、迅速にトナー濃度の回復を図ることができる反面、補給誤差が積みあがるおそれがある。このため、本発明を適用することで、トナー補給誤差を抑制できることは有効である。
（態様Ｆ）
（態様Ａ）、（態様Ｂ）、（態様Ｃ）、（態様Ｄ）または（態様Ｅ）において、現像装置６０内のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段を有し、トナー濃度測定手段による検知結果に基づいて現像装置内のトナー濃度が所定の範囲内に収まるように、トナー補給手段を駆動もしくは停止させる。これによれば、上記実施例１で説明したように、トナー濃度が所定の範囲外となることを防止できる。
（態様Ｇ）
（態様Ａ）、（態様Ｂ）、（態様Ｃ）、（態様Ｄ）、（態様Ｅ）または（態様Ｆ）において、サプホッパ６０等のトナー収容部内のトナー量を検知するトナーエンドセンサ６９等のトナー量検知手段を有し、検知したトナー収容部のトナー量に応じて、移動手段によりトナー容器８０からトナー収容体へトナーを移動する。これによれば、上記実施形態で説明したように、トナー収容部内のトナー量を一定水準以上に保つことができるので、より補給誤差を抑制できる。

１ トナー補給機構
１０ 中間転写ベルト
１８ 作像ユニット
１９ 一次転写装置
２０ タンデム画像形成装置
２１ 露光装置
４０ 感光体ドラム
５９ トナー移送チューブ
６０ 現像装置
６１ サブホッパ
６２ 上室
６３ 下室
６８ クラッチ
６９ トナーエンドセンサ
７０ 紛体ポンプ
７１ ロータ
８０ トナー容器
８１ サブホッパ
８４，８５ 上スクリュ
８６ 下スクリュ
８８ クラッチ
９０ ノズル
１００ 複写機本体

特許３０５３９１５号公報 特開２００３−５５０３号公報

Claims (7)

1. 画素情報に応じた潜像を像担持体上に形成する潜像形成手段と、該像担持体上に形成された潜像をトナーとキャリアとを含有する現像剤により現像する現像装置と、トナーを収容するトナー容器と、該現像装置に補給するトナーを収容するトナー収容部と、該トナー収容部にトナーを充填するよう該トナー容器からトナーを移動させる移動手段と、該トナー収容部内のトナーを該現像装置内に補給するトナー補給手段と、該現像装置内のトナー濃度を一定範囲とするよう該トナー収容部より該現像装置内に補給する目標トナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、該トナー補給量算出手段により算出された目標トナー補給量を補給するための該トナー補給手段の駆動時間を算出する補給手段駆動時間算出手段とを備えた画像形成装置であって、
   上記補給手段駆動時間算出手段は、上記トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙが高くなるにつれてより大きな補正係数を乗算して上記駆動時間を補正し、且つ、上記トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙについての第一数値範囲内で前記駆動Ｄｕｔｙが変化した場合における前記補正係数の変化率を、前記第一数値範囲よりも高い数値範囲である第二数値範囲内で前記駆動Ｄｕｔｙが変化した場合における前記補正係数の変化率よりも高くして、上記トナー補給手段の駆動時間を算出するものであることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記トナー補給手段によってトナー補給を行う制御周期が、１枚あたりの画像形成時間よりも短いことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２の画像形成装置において、
   上記トナー補給手段の駆動Ｄｕｔｙを記憶し、記憶した駆動Ｄｕｔｙの履歴情報に基づいて駆動Ｄｕｔｙの累積平均値を求め、上記補給手段駆動時間算出手段は算出された駆動Ｄｕｔｙの累積平均値に基づきトナー補給手段の駆動時間を補正することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１、２または３の何れかの画像形成装置において、
   上記トナー収容体近傍の温度を検知する温度検知手段を設け、上記補給手段駆動時間算出手段は該温度検知手段により検知した温度に基づいて駆動時間を補正することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１、２、３または４の何れかの画像形成装置において、上記トナー補給量算出手段は、上記潜像形成手段が上記潜像担持体上に潜像形成する際に用いる画素書込情報から、その潜像を現像することで消費すると予想されるトナー消費量を求め、算出したトナー消費量から目標トナー補給量を算出することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５の画像形成装置において、上記現像装置内のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段を有し、該トナー濃度測定手段による検知結果に基づいて現像装置内のトナー濃度が所定の範囲内に収まるように、トナー補給手段を駆動もしくは停止させることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１、２、３、４、５または６の何れかの画像形成装置であって、
   上記トナー収容部内のトナー量を検知するトナー量検知手段を有し、該トナー量検知手段によって検知した該トナー収容部内のトナー量に応じて、上記移動手段により上記トナー容器から該トナー収容部へトナーを移動させることを特徴とする画像形成装置。

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