JP2006235376A - 現像装置及びその制御方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は現像剤に付与されるストレスを低減して現像剤の交換周期を延ばすことを課題とする。
【解決手段】 画像形成装置１０は、感光体ベルト１２上に画像書き込み用光源１８により画像光が照射されて静電潜像が形成されると、現像装置２０によりトナーが供給されて静電潜像がトナー画像として顕像化される。現像装置２０の制御装置４０は、トナー補給回数の履歴データを逐次記憶し、記憶された履歴データから規定時間内に行なわれたトナー補給回数の合計値を抽出し、スクリュー部材６４の回転数がトナー補給回数に対応する回転数となるように制御する。これにより、トナー補給量に応じた回転数でスクリュー部材６４を回転させることができるので、印刷密度が低下して現像剤の消費量が減少した場合には、スクリュー部材６４の回転数が減少することになり、現像剤５４のストレスを緩和して現像剤５４の交換時期を延ばすことが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スクリュー部材の回転により２成分現像剤を撹拌し、静電潜像が形成されて移動する像担持体に現像剤を供給する現像装置及び現像装置の制御方法及び画像形成装置に関する。

電子写真方式のプリンタ、複写機などに用いられる画像形成装置では、一方向に回転する感光体ベルトと呼ばれる像坦持体上に形成された静電潜像に、現像装置からトナーと呼ばれる像可視化剤を供給して静電潜像を可視像化し、このトナー画像を記録紙上に印刷する。

この電子写真方式に適用される現像装置としては、トナーとキャリアと呼ばれる磁性粉体とからなる２成分現像剤を用いた現像装置が多用されている。この２成分現像剤は、現像剤収容部で回転するスクリュー部材により搬送しながら攪拌される。スクリュー部材は、シャフトの外周に螺旋状に突出した撹拌用フィンを有しており、回転することにより、現像剤中のトナーとキャリアとを撹拌し、撹拌に伴う摩擦により帯電させる。

２成分現像剤は、スクリュー部材による撹拌工程において、トナーとキャリアとを摩擦により帯電されるため、磁性粉体からなるキャリアの表面に磨耗防止のコーティング処理が施してある。

さらに、帯電した現像剤は、現像剤収容部から現像スリーブと当該現像スリーブの内部に設けられた複数の磁極から成る現像ローラに導かれる。この現像ローラの表面に供給された現像剤は、磁気ブラシ状態で保持されると共に、当該現像ローラの回転によって搬送され、現像ローラの外周に近接されたドクターブレードと呼ばれる規制部材を通過した後、感光体ベルトとの対向部である現像領域に搬送される。

一方、現像装置内のトナー濃度を一定にするために、現像装置内にトナー濃度センサが設けられており、印刷を行うことによりトナー濃度センサ値が所定の値を下回ると、トナー補給装置のトナー収容部からトナーが供給される。

通常、スクリュー部材は、２本が平行に設置され、スクリュー部材の回転方向を異ならせる、またはスクリューの向きを異ならせることで現像剤を現像装置の手前から奥に、奥から手前に搬送し攪拌している。そのため、特にプロセス速度が速く、印刷する密度が高い場合では現像ローラの軸方向で現像剤のトナー濃度に偏りが発生し、用紙幅方向で画像に濃淡が生じ易い。

この問題を解決するために、一般的にはスクリュー部材の回転数を高くして対応してきた。また近年ではスクリュー部材での現像剤の搬送経路を８の字にする方法や、スクリュー部材を多くする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１６７８７５号公報

しかしながら、上記のような現像装置を有する画像形成装置では、スクリュー部材の回転数が画像形成装置のプロセス速度や最大印刷密度などの仕様を満足できるように設定される。そのため、印刷密度が低い場合（例えば、カラープリンタで印刷に寄与しない場合等）には、現像剤がスクリュー部材による撹拌工程での搬送が停滞する。

このような印刷密度が低下して現像剤の消費量が減少した場合には、スクリュー部材によりトナーとキャリアと混ぜ合わせた２成分現像剤にストレスを与え続けることになる。従って、このような現像剤の消費量低下状態が続くと、トナーが粉砕されてしまい、現像剤の交換周期が短くなるといった問題があった。

そこで、本発明は印刷密度が低い場合や印刷に寄与しない場合には、スクリュー部材による現像剤に与えるストレスを低減させるようにして上記課題を解決した現像装置及び現像装置の制御方法及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

請求項１記載の発明は、静電潜像が形成されて移動する像担持体に現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像ローラと、前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、該トナー濃度検出手段により検出されたトナー濃度が低下前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、該トナー補給手段からのトナーが供給された現像剤を撹拌するスクリュー部材と、該スクリュー部材を回転駆動する駆動手段と、を有する現像装置において、前記トナー補給手段により補給されるトナー補給回数の履歴データを逐次記憶するトナー補給記憶手段と、前記トナー補給記憶手段に記憶された履歴データから規定時間内に行なわれたトナー補給回数の合計値を抽出し、前記スクリュー部材の回転数が前記トナー補給回数に対応する回転数となるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記制御手段が、前記記録体が搬送されるプロセス速度を設定するプロセス速度設定手段と、前記静電潜像により形成されたトナー画像が転写される記録体の印刷幅を設定する印刷幅設定手段と、該印刷幅設定手段により設定された印刷幅及び前記プロセス速度設定手段により設定されたプロセス速度に基づき前記規定時間を演算する規定時間演算手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記制御手段が、前記トナー補給回数と前記トナー補給回数に対応する前記スクリュー部材の回転数とが記憶されたデータテーブルを有し、該データテーブルから得られた前記スクリュー部材の回転数を目標値として設定することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記規定時間が、プロセス速度をＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）、用紙幅をL（ｍｍ）、最大印刷密度をD（％）、係数をａ（係数ａ：３．６×１０^８）としたとき、ａ／（D×Ｌ×Ｓ）以内となるように設定したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、静電潜像が形成されて移動する像担持体に現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像ローラと、前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、該トナー濃度検出手段により検出されたトナー濃度が低下前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、該トナー補給手段からのトナーが供給された現像剤を撹拌するスクリュー部材と、該スクリュー部材を回転駆動する駆動手段と、を有する現像装置の制御方法において、前記トナー補給手段により補給されるトナー補給回数の履歴データを逐次記憶する第１の過程と、前記第１の過程で記憶されたデータから規定時間内に行なわれたトナー補給回数の合計値を抽出し、前記スクリュー部材の回転数が前記トナー補給回数に対応する回転数となるように前記駆動手段を制御する第２の過程と、を有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至４の何れかに記載された現像装置と、前記記録体を搬送する搬送手段と、トナー画像を搬送された記録体上に転写する転写手段と、前記転写手段により転写されたトナー画像を搬送された前記記録体に定着させる定着手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、トナー補給手段により補給されるトナー補給回数の履歴データを逐次記憶し、履歴データから規定時間内に行なわれたトナー補給回数の合計値を抽出し、スクリュー部材の回転数がトナー補給回数に対応する回転数となるように駆動手段を制御するため、トナー補給量に応じた回転数でスクリュー部材を回転させることができ、例えば、印刷密度が低下して現像剤の消費量が減少した場合には、スクリュー部材の回転数が減少することになり、現像剤のストレスを緩和して現像剤の交換時期を延ばすことが可能になる。従って、現像剤の消耗を減らして現像剤の交換周期を長くできるため、現像剤のためのメンテナンスに要する労力も軽減することができる。

また、本発明によれば、印刷幅設定手段により設定された印刷幅及びプロセス速度設定手段により設定されたプロセス速度に基づき規定時間を演算するため、トナー補給回数を算出する条件となる規定時間を実際の印刷速度及び印字率に応じた値に設定することが可能になり、トナー補給回数を精度良く算出することができる。

また、本発明によれば、トナー補給回数とトナー補給回数に対応するスクリュー部材の回転数とが記憶されたデータテーブルを有し、データテーブルから得られたスクリュー部材の回転数を目標値として設定するため、規定時間内のトナー補給回数に応じたスクリュー部材の回転数を瞬時に得られ、スクリュー部材の回転数の制御の応答性をより一層高められる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明になる現像装置に一実施例が適用された画像形成装置の構成を模式的に示す構成図である。図１に示されるように、画像形成装置１０は、トナーとキャリアを混合させる２成分現像剤を静電潜像が形成された像担持体に供給して静電潜像を現像するように構成された電子写真方式のプリンタ、複写機、ファクシミリなどに用いられるものである。

図１において、画像形成装置１０は、トナー画像を形成される像担持体としての感光体ベルト１２が所定の搬送経路に沿うように装架されている。この感光体ベルト１２は、感光体ベルト駆動ローラ１４の回転により矢印Ａ方向に搬送される。また、感光体ベルト１２の周囲には、帯電器１６、画像書き込み用光源１８、現像装置２０、転写器（転写手段に相当）２２、イレーズ光源２４、クリーニング装置２６などの画像形成にあたってのプロセス機器が配設されている。

画像形成装置１０において、画像形成のプロセスは、以下の手順で行われる。まず、帯電器１６により一様に帯電された感光体ベルト１２に画像書き込み用光源１８から画像光が照射され、感光体ベルト１２上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体ベルト１２の搬送に伴い現像装置２０の方に移動し、現像装置２０によりトナーが供給されてトナー画像として顕像化される。

次に、感光体ベルト１２上のこのトナー画像は、用紙カセット２８に収納された記録用紙３０がピックアップローラ３２及び用紙搬送経路３３（搬送手段に相当）により転写器２２に搬送されるの伴って、転写器２２により転写材である記録用紙３０上に転写される。転写器２２でトナー画像が転写された記録用紙３０は、搬送ローラ３４の回転により定着装置（定着手段に相当）３６へ送られる。そして、定着装置３６により記録用紙３０は加熱ローラ（図示せず）により加圧される。これにより、記録用紙３０上に形成されたトナー画像は、半永久画像として定着される。

一方、転写を終了した感光体ベルト１２は、イレーズ光源２４からの光照射により、表面電荷が除去された後、残留トナーをクリーニング装置２６によりクリーニングされ、再び画像書き込み用光源１８から画像光が照射される。

画像形成装置１０は、現像装置２０の各機器を制御する制御装置４０を有する。この制御装置４０のメモリ４２には、トナー補給回数の履歴データを逐次記憶する制御プログラム（トナー補給記憶手段に相当）と、記憶された履歴データから規定時間内に行なわれたトナー補給回数の合計値を抽出し、スクリュー部材６４の回転数がトナー補給回数に対応する回転数となるように制御する制御プログラム（制御手段に相当）と、設定されたプロセス速度や最大印刷密度などの条件に応じて現像装置２０を制御するための制御プログラムとが格納されている。また、メモリ４２には、予め規定時間内のトナー補給動作の合計毎に、画像にムラが生じないスクリュー部材の回転数をトナー補給回数−回転数制御テーブル（データテーブルに相当）等が格納されている。尚、制御装置４０は、現像装置２０以外の機器を制御するようにしても良いが、ここではその説明を省略する。

図２は現像装置２０の構成例を拡大して示す図である。図２に示されるように、現像装置２０は、感光体ベルト１２の搬送方向と直交する向きに並設された３本の現像ローラ５１〜５３を有する。この現像ローラ５１〜５３は、回転しながら感光体ベルト１２の表面に現像剤を供給するように対向設置されている。

また、現像ローラ５１は、図２中のＡ方向で示した感光体ベルト１２の搬送方向に対して逆方向に回転しており、他の現像ローラ５２，５３は感光体ベルト１２の搬送方向に対して順方向に回転する。また、現像ローラ５１と５２との間には、現像剤５４の供給量を規制する両刃のドクターブレード５６が設置されている。

さらに、現像装置２０においては、キャリアと呼ばれる磁性粉体とトナー５８と呼ばれる像可視化剤とを混合した２成分現像剤５４が用いられており、静電潜像が形成される感光体ベルト１２上にトナー５８が付着して可視像を形成する。

現像剤５４は、全重量の２〜８％の重量比でトナー５８が混合されている。また、現像剤５４は、画像形成装置１０の印刷作業によって、現像剤５４中に含まれるトナー５８のみが感光体ベルト１２に付着して消費される。そのため、現像ローラ５１〜５３により感光体ベルト１２に供給され、その後感光体ベルト１２から戻されて現像装置２０内で循環する現像剤５４は、トナー５８の重量比が減少する。

このため、現像装置２０では、トナー消費量に応じてトナー補給装置（トナー補給手段に相当）６０からトナー５８を現像装置２０の筐体内部６２に補給する。筐体内部６２には、補給されたトナー５８を現像剤５４と混合攪拌する一対のスクリュー部材６４，６５が設けられている。

スクリュー部材６４，６５は、回転軸となるシャフトの外周に螺旋状フィンを有する構成であり、夫々逆方向となるＢ，Ｃ方向に回転駆動される。そのため、一方のスクリュー部材６４は、現像剤５４を図２において手前（一端側）から奥（他端側）に搬送した後、他方のスクリュー部材６５に受け渡す。他方のスクリュー部材６５は、現像剤５４を図２において奥（他端側）から手前（一端側）に搬送した後、再び一方のスクリュー部材６４の手前側（一端側）に受け渡す。

また、スクリュー部材６４，６５の回転伝達系は、現像剤５４の攪拌性を向上させるために、モータからの回転駆動力を異なる減速比で伝達するように構成されており、例えば、一方のスクリュー部材６４の方が他方のスクリュー部材６５より約１．２倍速く回転するように構成されている。スクリュー部材６４，６５の回転動作によって現像剤５４は、周回しながら攪拌される。さらに、スクリュー部材６４，６５によって攪拌された現像剤５４は、搬送ローラ６８によって現像ローラ５２に受け渡される。また、現像ローラ５１，５３上を搬送された現像剤５４は、ミキサ部材７１，７２及び搬送パドル７４を経由してスクリュー部材６４，６５及び搬送ローラ６８に戻される。

ミキサ部材７１，７２は、図３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、長手方向に沿うように第１傾斜部７１ａと第２傾斜部７１ｂとが交互に設けられ、さらに傾斜部７１ａ，７１ｂの下方には、傾斜部７１ａ，７１ｂの傾斜方向に対して直交する向きに傾斜する第３傾斜部７１ｃと第４傾斜部７１ｄとが設けられている。第１傾斜部７１ａと第２傾斜部７１ｂとは、傾斜方向が１８０度異なり、且つ第３傾斜部７１ｃと第４傾斜部７１ｄとは傾斜方向が１８０度異るように構成されている。そのため、現像ローラ５１，５３からミキサ部材７１，７２に供給された現像剤５４は、傾斜部７１ａ〜７１ｄによりスクリュー部材６４，６５の長手方向に分散されながら落下する。これにより、現像剤５４は、スクリュー部材６４，６５の全体に均等に分散される。

さらに、ミキサ部材７１の長手方向の中心近傍には、現像剤中のトナー量を検出するトナー濃度センサ８０が配置されている。このトナー濃度センサ８０からの検出信号は、制御装置４０に供給される。そして、制御装置４０は、トナー濃度センサ８０からの検出信号に基づきトナー補給装置６０に対して制御信号を出力し、トナー補給装置６０のトナー供給口に設けられたトナー補給ローラ８４の回転または停止させて、トナー補給動作をコントローラする。

トナー補給ローラ８４は、図４に示すような、六角形の角部に回転方向に突出する爪部８４ａを有する構成である。また、トナー補給ローラ８４は、スクリュー部材６４，６５の全長とほぼ同じ長さを有しており、スクリュー部材６５の側面からトナー５８を供給する。従って、トナー補給ローラ８４を６０度ずつ間欠的に回動させることで、一定量のトナーを現像装置２０の筐体内部６２に供給することができる。

図５は制御装置４０の構成要素を示すブロック図である。図５に示されるように、制御装置４０は、上記メモリ４２、トナー濃度センサ８０が接続された中央演算制御部（ＣＰＵ）９０の他に、印刷幅設定部９１、用紙幅設定部（印刷幅設定手段）９２、プロセス速度設定部（プロセス速度設定手段）９３、印刷密度設定部９４、トナー補給モータ駆動部９５、スクリュー部材モータ駆動部９６、現像ローラ駆動部９７を有する。

また、トナー補給モータ駆動部９５は、トナー補給ローラ８４を駆動するトナー補給モータ９８への電圧の印加、停止を行ってトナー補給ローラ８４を６０度ずつ回動させる。尚、トナー補給モータ９８には、ステッピングモータを使用するが、回転数を変更できる他のモータまたは回転数を変更できる機構を使用しても構わない。

また、スクリュー部材モータ駆動部９６は、スクリュー部材６４，６５を回転駆動するスクリュー部材モータ（駆動手段に相当）９９の回転数を制御しており、後述するように規定時間内のトナー補給回数の合計値に基づきトナー消費量を推測し、トナー消費量に応じた回転数となるようにスクリュー部材６４，６５の回転数を制御する。

現像ローラ駆動部９７は、現像ローラ５１〜５３を回転駆動する現像ローラモータ１００の回転数を制御しており、プロセス速度設定部９３により設定されたプロセス速度や印刷密度設定部９４により設定された印刷密度などの設定条件に応じた回転数で現像ローラ５１〜５３が回転するように制御する。

ここで、上記現像装置２０で用紙幅方向での現像剤中のトナー濃度と画像評価した結果について説明する。実験時の各設定条件は以下の通りである。
＜設定条件１＞
・プロセス速度：９００ｍｍ／ｓｅｃ
・印刷幅：５００ｍｍ
・現像剤：トナー混合比４％（黒トナー）
・印刷パターン：ベタ（印刷密度８０％）
・感光体ベルト上のトナー付着量：０．８±０．１ｍｇ/ｃｍ^２
上記印刷条件にて、印刷実験を行ったところ以下のような実験結果が得られた。
（実験Ａ１）用紙幅方向で現像ローラ２上の現像剤１３のトナー濃度が△０．７％以上変動すると、感光体ベルト１０１上の付着量が０．８±０．１ｍｇ/ｃｍ^２の範囲を超えて画像に濃淡ムラが現れた。すなわち、現像剤１３のトナー濃度の変動を△０．６％以下にすることで濃淡ムラが生じず良好な画像が得られることが分かった。

そして、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍでは、印刷開始から約１０秒経過すると、用紙幅方向で現像ローラ５２上の現像剤５８のトナー濃度が約△０．６％変動し、それ以降、画像に濃淡ムラが生じた。

（実験Ａ２）スクリュー部材６４の回転数を６５０ｒｐｍにすると、印刷開始から５分間経過しても用紙幅方向で現像ローラ５２上の現像剤５８のトナー濃度の変動が△０．６％以下であり、画像に濃淡ムラが生じず良好であった。

このときのトナー補給動作の合計は、１０秒間で１０回程度であった。これより、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍであった場合に印刷密度が８０％の印刷パターンを印刷した時には、トナー補給回数を合計する規定時間を１０秒間とし、その１０秒間にトナー補給動作の合計が１０回とすると、スクリュー部材６４の回転数を６５０ｒｐｍに変更することで画像に濃淡が生じず、良好な画像を得ることが分かった。

上記のように２成分を混合した現像剤５４の交換周期は、トナー帯電量が制御不能となることで決定される。すなわち、現像剤中のトナー帯電量が上がり過ぎたり、また下がり過ぎたりすることで、トナー帯電量が制御不能となったときが現像剤５４の交換時期である。

このようなトナー帯電量が制御不能となる原因としては、現像剤中のキャリアにスクリュー部材６４，６５やドクターブレード５６などがストレスを与えて、現像剤中のキャリア表面のコーティング膜が剥れたり、またキャリア表面がトナーでコーティングされることで生じるものと考えられる。

さらに、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍと３００ｒｐｍとで現像剤１３の寿命評価した実験結果について説明する。
（実験Ａ３）スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍでは、約１８０万ｆｔの印刷でトナー帯電量が制御不能となった。
（実験Ａ４）スクリュー部材６４の回転数が３００ｒｐｍでは、約１４０万ｆｔの印刷でトナー帯電量が制御不能となった。

この実験結果から、スクリュー部材６４の回転数を最大印刷密度を満足する回転数とするよりも、各印刷密度に応じてスクリュー部材６４，６５の回転数を変更することでスクリュー部材６４，６５が現像剤１３に与えるストレスを低減し、これにより、現像剤５４の交換周期を長くすることが可能になることが分かった。

次に、トナー補給動作を合計する規定時間について評価した実験結果について説明する。尚、規定時間の設定条件２は、変更した箇所以外は上記の設定条件１と同じである。また、トナー補給動作を合計する規定時間は、印刷幅、プロセス速度、最大印刷密度によって大きく変化する。このことから、以下では印刷幅、プロセス速度、最大印刷密度を個々に変更した場合の実験結果について述べる。

（実験Ｂ１）印刷幅を３００ｍｍに変更して評価した結果では、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍで、印刷開始から約１８秒経過したとき用紙幅方向で現像ローラ５２上の現像剤５８のトナー濃度が約△０．６％変動し、それ以降、画像に濃淡ムラが生じた。

（実験Ｂ２）印刷幅を２００ｍｍに変更して評価した結果では、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍで、印刷開始から約２３秒経過したとき用紙幅方向で現像ローラ５２上の現像剤５８のトナー濃度が約△０．６％変動し、それ以降、画像に濃淡ムラが生じた。

（実験Ｂ３）プロセス速度を４００ｍｍ／ｓｅｃに変更して評価した結果では、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍで、印刷開始から約２１秒経過したとき用紙幅方向で現像ローラ５２上の現像剤５８のトナー濃度が約△０．６％変動し、それ以降、画像に濃淡ムラが生じた。

（実験Ｂ４）プロセス速度を３００ｍｍ／ｓｅｃに変更して評価した結果では、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍで、印刷開始から約２８秒経過したとき用紙幅方向で現像ローラ５２上の現像剤５８のトナー濃度が約△０．６％変動し、それ以降、画像に濃淡ムラが生じた。

（実験Ｂ５）印刷密度を５０％に変更して評価した結果では、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍで、印刷開始から約１５秒経過したとき用紙幅方向で現像ローラ５２上の現像剤５８のトナー濃度が約△０．６％変動し、それ以降、画像に濃淡ムラが生じた。

（実験Ｂ６）印刷密度を３０％に変更して評価した結果では、スクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍで、印刷開始から約２４秒経過したとき用紙幅方向で現像ローラ５２上の現像剤５８のトナー濃度が約△０．６％変動し、それ以降、画像に濃淡ムラが生じた。

画像に濃淡ムラが生じるまでの時間内に、スクリュー部材６４，６５の回転数を各印刷密度に応じて画像に濃淡ムラが生じない回転数に変更する必要があるため、上記（実験Ｂ１）〜（実験Ｂ６）の結果である印刷開始からトナー濃度が△０．６％変動するまでの時間が、トナー補給動作を合計する規定時間となる。

上記（実験Ｂ１）〜（実験Ｂ６）の結果から、印刷幅が広く、プロセス速度が速く、最大印刷密度が高くなるほどトナー補給動作を合計する時間が短くなった。そこで、トナー補給動作を合計する規定時間をＴ、印刷幅をＬ、プロセス速度をＳ、最大印刷密度をDとして、横軸に１／（D×L×S）の値、縦軸に規定時間Tとしてグラフを作成すると、図６に示されるように、ほぼリニアに変化していることが分かった。

ここで、係数をａとすると、トナー補給動作を合計する規定時間Ｔは、下記の式（１）のように表せる。尚、係数ａは、ａ＝３．６×１０^８である。

Ｔ≦ａ／（Ｄ×Ｌ×Ｓ）・・・ （１）
以上より、トナー補給動作を合計する規定時間は、印刷幅、プロセス速度、最大印刷密度が変わっても、上式（１）を満足すれば良い。すなわち、本実施例では、規定時間内のトナー補給回数（トナー補給ローラ８４の動作回数）からスクリュー部材６４，６５で撹拌される現像剤５４の量を推定することができ、さらに上記規定時間Tを上式（１）を用いて演算することにより、印刷幅Ｌ、プロセス速度Ｓ、最大印刷密度Dに応じた現像剤５４の使用量（トナー消費量）を推定することが可能となる。

尚、本実施例において、スクリュー部材６４の回転数を１００ｒｐｍとしたのは、プロセス速度が３００ｍｍ／ｓｅｃと比較的高速に設定された場合においてスクリュー部材６４の回転数が１００ｒｐｍ以下では、現像剤の搬送不良が生じたためである。

ここで、制御装置４０の中央演算制御部９０が実行する現像制御処理について図７のフローチャートを参照して説明する。

中央演算制御部９０は、図７に示すステップＳ１１（以下「ステップ」を省略する）で画像形成装置１０を起動した後、Ｓ１２に進み、現像動作開始の信号が画像形成装置１０の制御部（図示せず）から供給されると、プロセス速度設定部９３、印刷密度設定部９４により設定されたプロセス速度及び最大印刷密度の設定データを読み込む（プロセス速度設定手段）。また、プロセス速度及び最大印刷密度が設定されていない場合には、画像形成装置１０の制御部（図示せず）からプロセス速度及び最大印刷密度のデータを読み込む。

次のＳ１３では、トナー補給履歴メモリ、履歴合計の値、スクリュー部材の回転数を初期化する。続いて、Ｓ１４に進み、印刷幅設定部（印刷幅設定手段）９１、用紙幅設定部９２により設定された印刷幅、または使用する記録用紙の幅（例えば、Ａ４用紙幅、Ｂ５用紙幅など）を読み込んで印刷条件として設定する。また、Ｓ１４では、記録用紙の幅をセンサにより検出して設定するようにしても良い。

次のＳ１５では、前述した演算式（１）に上記プロセス速度、最大印刷密度、印刷幅を代入してトナー補給動作の規定時間Ｔを演算する（規定時間演算手段に相当）。この後は、Ｓ１６に進み、現像を開始する。すなわち、感光体ベルト１２上に形成された静電潜像に対して、現像ローラ５１〜５３から現像剤５４が供給され、現像剤５４に含まれたトナー５８がトナー画像として顕像化される。

次のＳ１７では、トナー濃度センサ８０により検出されたトナー濃度検出値を読み込む。続いて、Ｓ１８において、トナー濃度センサ８０により検出されたトナー濃度検出値が予め設定された規定濃度値以下か否かをチェックする。このＳ１８でトナー濃度検出値が予め設定された規定濃度値以下であるときは、Ｓ１９に進み、トナー補給動作を行なう。すなわち、Ｓ１９では、トナー補給装置６０のトナー補給ローラ８４を回動させてトナー５８を現像装置２０の筐体内部６２に補給する。

その後、再び、Ｓ１８に戻り、トナー濃度センサ８０のトナー濃度検出値が規定濃度値以下か否かをチェックし、トナー濃度検出値が予め設定された規定濃度値以下であるときは、Ｓ１９でトナー補給動作を繰り返す。そして、Ｓ１８において、トナー濃度センサ８０のトナー濃度検出値が規定濃度値に達すると、Ｓ２０に進み、トナー補給回数を読み込む。すなわち、トナー補給ローラ８４の回動回数をトナー補給回数としてカウントする。

次のＳ２１では、トナー補給ローラ８４の回動回数をメモリ４２に記憶させる（トナー補給記憶手段、第１の過程に相当）。続いて、Ｓ２２に進み、上記Ｓ１５で演算された規定時間内のトナー補給履歴（トナー補給回数の合計値）を算出する。尚、このトナー補給回数の合計値から印刷密度を推測することが可能になる。

そして、Ｓ２３では、予め規定時間内のトナー補給動作の合計毎に、画像にムラが生じないスクリュー部材６４の回転数をトナー補給回数−回転数制御テーブル（図示せず）がメモリ４２に格納してあるため、このトナー補給回数−回転数制御テーブルから規定時間内のトナー補給動作の合計から画像に濃淡ムラが生じないスクリュー部材６４の回転数を抽出して決定する。

また、本実施例では、一対のスクリュー部材６４，６５を回転させる構成であるが、前述したように現像剤５４の攪拌性を向上させるために、一方のスクリュー部材６４の方が他方のスクリュー部材６５より約１．２倍速く回転するように構成されているので、Ｓ２３では一方のスクリュー部材６４の回転数を設定することにより、他方のスクリュー部材６５の回転数をその１．２倍に設定することができる。

次のＳ２４では、スクリュー部材６４の回転数を決定値が前回の決定値と異なるか否かをチェックする。Ｓ２４において、スクリュー部材６４の回転数の決定値が前回の決定値と同じ場合は、Ｓ２５に進み、決定値を変更せず、スクリュー部材モータ９９を既に設定されている回転数を維持するように制御する。また、上記Ｓ２４において、スクリュー部材６４の回転数を決定値が前回の決定値と異なる場合は、Ｓ２６に進み、スクリュー部材６４の回転数を上記Ｓ２３で決定された値に変更するようにスクリュー部材モータ９９を制御する（制御手段、第２の過程に相当）。

これにより、スクリュー部材６４，６５は、トナー補給量（換言するとトナー消費量）に応じた回転数で回転駆動されるため、例えば、印刷幅が小さくなり、トナー補給回数が減少した場合には、スクリュー部材６４，６５の回転数が低下して現像剤５４にストレスを与え過ぎないようにすることが可能になる。そのため、スクリュー部材６４，６５の回転によって撹拌される現像剤５４の交換周期を延長することができる。従って、現像剤の消耗を減らして現像剤の交換周期を長くできるため、現像剤のためのメンテナンスに要する労力も軽減することができる。特に、プロセス速度が速い高速印刷用のトナーや、ガラス転移点が比較的低い（例えば、５５°Ｃ以下で凝固）トナーなどの高価なトナーを使用する場合にトナー補給回数に応じてスクリュー部材６４，６５の回転数を変更することでトナーの交換周期が延長されるため、より有効である。

次のＳ２７では、印刷条件の印刷幅が変更された否かをチェックする。このＳ２７において、印刷幅が変更されないときは、上記Ｓ１６に戻り、Ｓ１６以降の処理を実行する。また、Ｓ２７で印刷幅が変更されたときは、Ｓ２８に進み、プロセス速度及び最大印刷密度の設定データが変更された否かをチェックする。このＳ２８において、プロセス速度及び最大印刷密度の設定データが変更されていないときは、上記Ｓ１４に戻り、Ｓ１４以降の処理を実行する。

また、Ｓ２８において、プロセス速度及び最大印刷密度の設定データが変更されたときは、Ｓ２９に進み、装置停止スイッチ（図示せず）がオンに操作されたか否かをチェックする。Ｓ２９において、装置停止スイッチ（図示せず）がオンに操作されていないときは、上記Ｓ１２に戻り、Ｓ１２以降の処理を再度実行する。また、Ｓ２９において、装置停止スイッチ（図示せず）がオンに操作されたときは、今回の処理を終了する。

このように、上記の制御処理により、規定時間内のトナー補給動作の合計値が前回の規定時間内のトナー補給動作の合計値より小さい場合には、スクリュー部材６４の回転数が低くなるように変更される。また、規定時間内のトナー補給動作の合計値が前回の規定時間内のトナー補給動作の合計値より大きい場合には、スクリュー部材６４の回転数が高くなるように変更される。

そのため、規定時間内のトナー補給動作の合計値が少ない場合は、現像剤中のトナー消費が少ない場合であり、すなわち印刷している密度が低いこととなる。この印刷密度が低い場合では、スクリュー部材６４の回転数が低くても用紙幅方向で画像に濃淡が生じない。一方、規定時間内のトナー補給動作の合計値が多い場合は、現像剤５４中のトナー消費が多い場合であり、すなわち印刷密度が高いこととなる。この印刷密度が高い場合では、スクリュー部材６４の回転数を高くすることにより、用紙幅方向で画像に濃淡が生じなくなる。よって、スクリュー部材６４の回転数は、画像に濃淡が生じない範囲で変更されており、且つ現像剤５４にストレスを与え過ぎないようにスクリュー部材６４，６５の回転数を変更することで、現像剤５４の寿命を延ばして交換回数を削減することが可能になる。

上記実施例では、トナーとキャリアとを混合した現像剤を用いて説明したが、これに限らず、これ以外の２成分を混合させた現像剤にも本発明を適用できるのは勿論である。

また、上記実施例では、現像剤を一対のスクリュー部材の回転により撹拌する構成例を一例として挙げたが、スクリュー部材の配置数を３本以上としても良いのは勿論である。

また、上記実施例では、図１に示すような画像形成装置１０を例に挙げて説明したが、これに限らず、これ以外の構成とされた画像形成装置にも本発明を適用できるのは言うまでも無い。

本発明になる現像装置に一実施例が適用された画像形成装置の構成を模式的に示す構成図である。 現像装置２０の構成例を拡大して示す図である。 ミキサ部材７１，７２の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面縦断面図である。 トナー補給ローラ８４を拡大して示す側面図である。 制御装置４０の構成要素を示すブロック図である。 横軸を１／（D×L×S）の値、縦軸を規定時間Tとして示すグラフである。 制御装置４０の中央演算制御部９０が実行する現像制御処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 感光体ベルト
１６ 帯電器
１８ 画像書き込み用光源
２０ 現像装置
２２ 転写器
２４ イレーズ光源
２６ クリーニング装置
３０ 記録用紙
３６ 定着装置
４０ 制御装置
４２ メモリ
５１〜５３ 現像ローラ
５４ 現像剤
５８ トナー
６０ トナー補給装置
６４，６５ スクリュー部材
７１，７２ ミキサ部材
８０ トナー濃度センサ
８４ トナー補給ローラ
９０ 中央演算制御部
９１ 印刷幅設定部
９２ 用紙幅設定部
９３ プロセス速度設定部
９４ 印刷密度設定部
９５ トナー補給モータ駆動部
９６ スクリュー部材モータ駆動部
９７ 現像ローラ駆動部
９８ トナー補給モータ
９９ スクリュー部材モータ
１００ 現像ローラモータ

Claims (6)

1. 静電潜像が形成されて移動する像担持体に現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像ローラと、
   前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
   該トナー濃度検出手段により検出されたトナー濃度が低下前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、
   該トナー補給手段からのトナーが供給された現像剤を撹拌するスクリュー部材と、
   該スクリュー部材を回転駆動する駆動手段と、
   を有する現像装置において、
   前記トナー補給手段により補給されるトナー補給回数の履歴データを逐次記憶するトナー補給記憶手段と、
   前記トナー補給記憶手段に記憶された履歴データから規定時間内に行なわれたトナー補給回数の合計値を抽出し、前記スクリュー部材の回転数が前記トナー補給回数に対応する回転数となるように前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする現像装置。
2. 前記制御手段は、
   前記記録体が搬送されるプロセス速度を設定するプロセス速度設定手段と、
   前記静電潜像により形成されたトナー画像が転写される記録体の印刷幅を設定する印刷幅設定手段と、
   該印刷幅設定手段により設定された印刷幅及び前記プロセス速度設定手段により設定されたプロセス速度に基づき前記規定時間を演算する規定時間演算手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記制御手段は、
   前記トナー補給回数と前記トナー補給回数に対応する前記スクリュー部材の回転数とが記憶されたデータテーブルを有し、
   該データテーブルから得られた前記スクリュー部材の回転数を目標値として設定することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記規定時間は、プロセス速度をＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）、用紙幅をL（ｍｍ）、最大印刷密度をD（％）、係数をａ（係数ａ：３．６×１０^８）としたとき、ａ／（D×Ｌ×Ｓ）以内となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 静電潜像が形成されて移動する像担持体に現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像ローラと、
   前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
   該トナー濃度検出手段により検出されたトナー濃度が低下前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、
   該トナー補給手段からのトナーが供給された現像剤を撹拌するスクリュー部材と、
   該スクリュー部材を回転駆動する駆動手段と、
   を有する現像装置の制御方法において、
   前記トナー補給手段により補給されるトナー補給回数の履歴データを逐次記憶する第１の過程と、
   前記第１の過程で記憶されたデータから規定時間内に行なわれたトナー補給回数の合計値を抽出し、前記スクリュー部材の回転数が前記トナー補給回数に対応する回転数となるように前記駆動手段を制御する第２の過程と、
   を有することを特徴とする現像装置の制御方法。
6. 前記請求項１乃至４の何れかに記載された現像装置と、
   前記記録体を搬送する搬送手段と、
   トナー画像を搬送された記録体上に転写する転写手段と、
   前記転写手段により転写されたトナー画像を搬送された前記記録体に定着させる定着手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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