JP2006301449A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】常に正確なトナー濃度制御を行うことのできる現像装置を実現する。
【解決手段】現像スリーブ２５を感光体ドラム１と反対の方向に回転させ、現像後に現像スリーブ２５上に残り、現像スリーブ２５から剥離された現像剤３１を回収領域Ｒ３ａに回収する。回収した現像剤３１のトナー濃度を光センサー４１で検知し、現像剤３１にトナー補給室Ｒ４からトナー補給を行い、攪拌室Ｒ２へ向けて搬送し、透磁率センサー５１で再度トナー濃度を検知する。その後、攪拌室Ｒ２を経て現像室Ｒ１に現像剤３１を供給して、現像を行う。トナー補給量を、光センサー４１および透磁率センサー５１によるトナー濃度の検知結果に基づいて制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を利用した画像形成において、静電潜像担持体上に形成した静電潜像を現像して可視化するのに使用される現像装置に関するものである。

現像剤としてトナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を用いる画像形勢装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどとして用いられている。このような２成分現像剤を使用する画像形成装置では、静電潜像を保持する静電潜像担持体に現像剤を供給して現像する現像装置において、現像剤のトナー濃度を制御することが重要である。

従来のトナー濃度制御としては、２成分現像剤のトナー濃度を透磁率センサーで検知し、トナー濃度が低くなればトナー補給を行うといった動作により、常に一定のトナー濃度を保持する仕組みが用いられている。

しかしながら、この制御方式を用いて、高い印字率パターンを多数枚連続で印字した時などのように、現像剤のトナー消費速度が速い場合や、現像剤のトナー濃度が限界まで低くなったトナーエンドからトナーの補給を実行する場合などのように、トナーが急速に補給される場合が問題となる。具体的には、トナーホッパーからトナーが急速に供給されても、現像槽の底部に設けられた透磁率センサーは、現像剤の混合攪拌能力が十分でなければ平均値からずれたトナー濃度を検知することとなって正確なトナー濃度を検知することが困難になる。従って、このような検知結果に従ってトナー補給量にもずれが生じ、現像剤の混合攪拌がますます不十分なものとなる。現像剤の混合攪拌が充分に行われないとトナーの帯電不良が発生し、更にはこれに伴って、補給されるトナーも濃度が所定値を超えてしまう量となり、記録媒体上へのカブリやトナー飛散といった問題が生じる。

そこで、従来から、現像剤中のトナー濃度を調べるために様々な研究開発が行われている。

現像剤のトナー濃度を測定する方法の一つに、感光体ドラムに近接して配置される現像ローラ上の現像剤に光を照射し、その反射光量を測定することによる方法がある。

例えば、現像ローラ上に搬送されたトナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤に光を照射する光源と、該現像剤からの反射光を受光する受光素子とを備えた現像剤濃度制御装置において、前記現像ローラ上に前記現像剤が搬送されているときに、前記光源から前記現像剤に照射された光の反射光を受光したときの前記受光素子からの出力信号と、前記現像ローラ上に前記現像剤が搬送されていないときに前記光源から前記現像ローラ上に照射された光の反射光を受光したときの前記受光素子からの出力信号に基づいて、前記現像剤のトナーと磁性キャリアとの混合比を検出する現像剤濃度制御装置が提案されている（特許文献１参照）。

あるいは、予め定められた下限値までトナー濃度が低下した後のトナー補給においては、印字動作を一時中断してトナー補給を行うと共に、およそ６０秒以上の初期動作によって、現像剤を充分攪拌帯電させることが提案されている（特許文献２参照）。

または、潜像を形成するドットを計数し、この計数結果に基づいて、トナー補給量を決定する、若しくは画像作像間隔を補正することが提案されている（特許文献３参照）。
特開平０５−３１３４９５号公報（１９９３（平成５）年１１月２６日公開） 特開２００２−１１６６１５号公報（２００２（平成１４）年４月１９日公開） 特開平９−１８５２４３号公報（１９９７（平成９）年７月１５日公開）

しかしながら、前記特許文献１に記載の現像剤濃度制御装置では、現像ローラ上の現像剤に直接光を照射してその反射光量を測定しているが、現像ローラ上に搬送される現像剤の量によっては、現像剤そのものではなく、現像ローラの表面を含む状態で反射光量を測定している可能性がある。従って、正確な現像剤の反射光量を測定できていない場合のあることが考えられる。

また、特許文献２では、効果の得られるのが、予め定められた下限値までトナー濃度が低下した場合のみに限定されてしまい、通常の印字動作によるトナー濃度の変化には対応していない。

特許文献３では、長期使用によりドット計数の誤差が累積され、トナー濃度が大きくずれる可能性がある。

このように、従来の現像装置には、常に正確なトナー濃度制御を行うことはできないという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、常に正確なトナー濃度制御を行うことのできる現像装置を実現することにある。

本発明の現像装置は、上記課題を解決するために、トナーと磁性キャリアとの２成分からなる現像剤を現像剤担持体上に担持し、静電潜像担持体が担持する静電潜像を現像する現像装置において、上記現像剤担持体は、上記現像剤を、現像領域で上記静電潜像担持体と対面する位置で上向きとなるように搬送し、上記現像剤担持体へ上記現像剤を供給する現像部と、現像後の上記現像剤を回収する回収部とを備え、上記回収部に回収された上記現像剤へのトナー補給を行い、上記トナー補給が行われた上記現像剤を上記現像部へ供給することを特徴としている。

上記の発明によれば、現像剤を、現像領域で静電潜像担持体の移動方向と逆方向となるように搬送し、現像後の現像剤を回収部に回収し、回収後の現像剤にトナーを補給して、次の現像に供する現像剤とする。従って、現像部へ供給する現像剤を得るのに、逐次回収される現像剤に少量のトナーを混合すればよいので、現像剤の攪拌効率が上がる。この結果、トナーが補給されて攪拌混合された現像剤では、目的とする値で均一なトナー濃度が得られやすくなる。

以上により、常に正確なトナー濃度制御を行うことのできる現像装置を実現することができるという効果を奏する。

また、上記のトナー濃度制御は、静電潜像担持体が担持する静電潜像を現像する動作と並行して行うことができるものであるため、印刷効率を低下させることがないという効果を奏する。

また、回収部で回収された現像剤にトナーを補給してから現像部へ供給するというトナー供給経路が形成されるので、現像剤の攪拌混合を行うことのできる時間が長くなる。従って、現像剤が現像部に到達するまでに現像剤の完全混合が可能となり、さらにこれによりトナーの帯電立ち上がり特性も良好となるという効果を奏する。

また、現像剤の流れを循環式にしているため、部分的な現像剤の劣化を防止することができるという効果を奏する。

本発明の現像装置は、上記課題を解決するために、上記回収部に回収された上記現像剤のトナー濃度を検知するセンサーが設けられ、上記センサーのトナー濃度検知結果に基づいて上記現像剤のトナー濃度が制御されることを特徴としている。

上記の発明によれば、トナー濃度を検知するセンサーを回収部に設け、回収された現像剤のトナー濃度を検知するので、検知点でのトナー濃度の大小が明瞭であり、優れた検出感度を得ることができるという効果を奏する。

また、現像工程後のトナー消費による濃度変化をリアルタイムで測定し、適正量のトナーを随時補給することができるという効果を奏する。

本発明の現像装置は、上記課題を解決するために、上記回収部は、上記現像剤を１つの回収点に向けて集合させるように回収することを特徴としている。

上記の発明によれば、現像剤を１つの回収点に向って集合させるように回収することで、現像ローラ全体で消費された現像剤の量が回収部でのトナー濃度に反映されるので、潜像パターンによる現像ローラ長軸方向のトナー濃度ばらつきを考慮する必要がなくなる。従って、トナー濃度検出の検出誤差を低減でき、検出精度が上がるという効果を奏する。

本発明の現像装置は、上記課題を解決するために、上記センサーは反射型の光センサーであることを特徴としている。

上記の発明によれば、光センサーにより現像剤表面のトナー濃度のみを測定することができるため、現像剤の厚みの影響や、嵩密度の影響を受けずにトナー濃度を検知することができる。従って、回収部に次々と上層に堆積するように回収された現像剤の、時々刻々と入れ替わる最上層のトナー濃度を逐次正確にかつ安定に検知することができるという効果を奏する。

本発明の現像装置は、上記課題を解決するために、上記光センサーは、トナー補給位置の直前に配置されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、回収された現像剤のトナー濃度を光センサーで検知した後に、新規トナーの補充を行うため、補給の追従性が向上するという効果を奏する。

本発明の現像装置は、上記課題を解決するために、上記回収部では、上記回収部で回収した直後の上記現像剤に上記トナー補給を行って、上記トナー補給が行われた上記現像剤を上記現像ローラの長軸方向に搬送した後、透磁率センサーによって上記現像剤のトナー濃度を検知することを特徴としている。

上記の発明によれば、回収部で回収した直後の現像剤にトナーを補給して、現像ローラの長軸方向への搬送後に透磁率センサーによってトナー補給の結果トナー濃度がどのようになったかを確認することができる。従って、トナー濃度の変化を短時間で調べることができ、トナー補給を精密に制御することが可能となるという効果を奏する。

本発明の現像装置は、上記課題を解決するために、上記透磁率センサーによってトナー濃度が検知された上記現像剤は、上記回収部に設けられた、上記透磁率センサーを底部に有する滞留部で滞留し、上記滞留部の上方に設けられた排出口から溢れ出ることにより、上記回収部から流出することを特徴としている。

上記の発明によれば、回収部の終点が現像剤の滞留部となっていて透磁率センサーの上方は排出口まで現像剤が滞留するため、現像剤の嵩密度変化の影響を最小限にとどめたトナー濃度の検知を行うことができる。従って、透磁率センサーの出力を安定にすることが可能となるという効果を奏する。

本発明の現像装置は、以上のように、上記現像剤担持体は、上記現像剤を、現像領域で上記静電潜像担持体と対面する位置で上向きとなるように搬送し、上記現像剤担持体へ上記現像剤を供給する現像部と、現像後の上記現像剤を回収する回収部とを備え、上記回収部に回収された上記現像剤へのトナー補給を行い、上記トナー補給が行われた上記現像剤を上記現像部へ供給する。

以上により、常に正確なトナー濃度制御を行うことのできる現像装置を実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る現像装置について図１ないし図６を用いて説明すれば以下の通りである。

図１に、本実施の形態に係る現像装置２の構成を示す。

現像装置２は、静電潜像担持体である感光体ドラム１と対峙するように画像形成装置に装着されるものであり、感光体ドラム１に担持された静電潜像を現像する。現像装置２は、現像剤を収容してその内部で該現像剤を攪拌および搬送するための現像容器１１を備えている。現像容器１１の内部は、底部側から立設された隔壁１２によって、感光体ドラム１側に位置する現像室（現像部）Ｒ１とそれと反対側に位置する攪拌室Ｒ２とに区画されている。また、攪拌室Ｒ２寄りの上方には回収搬送室（回収部）Ｒ３が設けられている。そして、回収搬送室Ｒ３の上方にはトナー補給室Ｒ４が設けられており、中には補給用のトナー３０が収容されている。

トナー補給室Ｒ４の下部には、トナー補給口１４と、図示されないトナー補給モータで回転駆動されるトナー補給ローラ１４ａとが配置されている。トナー補給口１４からは、現像で消費された分のトナーが、トナー補給ローラ１４ａを回転駆動することで回収搬送室Ｒ３に落下補給される。一方、現像室Ｒ１および攪拌室Ｒ２内には、上記トナーとフェライト等の磁性キャリアとが混合された２成分現像剤である現像剤３１が収容されている。トナーはここでは特に非磁性トナーであるとする。

現像室Ｒ１内には現像剤搬送スクリュー２１と、円柱状磁石２４上に現像スリーブ２５が組み合わされてなる現像ローラ（現像剤担持体）２７とが収容されている。現像剤スクリュー２１は、回転駆動により現像剤３１を現像スリーブ２５の長軸方向に沿って攪拌搬送する。現像スリーブ２５は現像容器１１に設けられた開口部２８から感光体ドラム１と対峙し、対峙位置での移動方向が上向きとなる回転方向Ｂに、ある一定の周速度で回転する。

なお、このとき、感光体ドラム１の回転方向は、図１のように時計回りの回転方向Ａであってもよいし、それと逆向きであってもよく、特に限定されない。

現像スリーブ２５は、アルミニウムや非磁性ステンレス鋼等の材質からなり、その表面に適度な凹凸を有する非磁性現像スリーブである。表面の凹凸は現像剤３１の保持や搬送、トナーの良好な摩擦帯電附与の役割を持ち、通常サンドブラストやエッチング等の処理が施されている。この現像スリーブ２５には、バイアス電源３２が接続されている。現像バイアスとしては、ＡＣ電圧、ＤＣ電圧あるいはこれら双方を重畳した電圧が使用される。そのため、現像スリーブ２５の材質としては、導電性を有する金属材料が通常用いられる。

現像スリーブ２５に付着した現像剤３１は、現像スリーブ２５の回転に伴って現像容器１１の開口部下端にある層規制ブレード２６にて適正な現像剤層厚に規制された後、該現像剤３１を現像領域に担持搬送する。現像スリーブ２５に担持された現像剤３１の磁気ブラシは感光体ドラム１に接触し、静電潜像は現像される。層規制ブレード２６として、通常用いられる磁性又は非磁性ブレードのいずれか、あるいは双方を用いることができる。現像スリーブ２５の周速度は感光体ドラム１の周速度に対して１．４倍〜２．３倍程度が好ましく、更には、１．５倍〜２．０倍が特に好ましい。１．４倍以下であれば十分な画像濃度が得られず、２．３倍以上であればトナー飛散やトナーの劣化を促進する要因となる。

円柱状磁石２４は現像スリーブ２５内に固定配置されており、図３に示すように、現像する領域に対向する現像磁極Ｎ１を有し、この現像磁極Ｎ１が現像領域で形成する現像磁界により現像剤の磁気ブラシが形成され、この磁気ブラシが感光体ドラム１に接触して静電潜像を現像する。

本実施の形態では、円柱状磁石２４内に、上述した現像磁極Ｎ１を含めて、Ｎ２、Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２、Ｓ３極を時計回りにこの順に並ぶように有している。この構成によって、現像スリーブ２５の回転に伴い、Ｓ３極およびＮ２極でスリーブ表面に付着した現像剤３１は、層規制ブレード２６で適正な量に規制された後、現像磁極Ｎ１で形成された磁界により穂立ちして感光体ドラム１上の静電潜像を現像する。その後、Ｓ２極およびＳ３極間で現像剤３１は剥離され、後述する回収領域Ｒ３ａへと向かう。なお、磁極の構成は上記した磁極および数に限定されない。

攪拌室Ｒ２には、現像剤３１を現像スリーブ２５の長軸方向に沿って攪拌搬送する搬送スクリュー２２が収容されている。

図２（ａ）に、現像装置２を上方から見た場合の現像室Ｒ１および攪拌室Ｒ２の位置を示す。搬送スクリュー２１による現像剤３１の搬送方向ｘ１と、搬送スクリュー２２による現像剤３１の搬送方向ｘ２とは、互いに反対である。

また、図２（ｂ）に、現像装置２を上方から見た場合の回収搬送室Ｒ３の位置を示す。回収搬送室Ｒ３は、回収領域Ｒ３ａと搬送領域Ｒ３ｂとを備えている。回収領域Ｒ３ａは、現像後に現像スリーブ２５上に残り、現像スリーブ２５から剥離されて搬送されてきた現像直後の現像剤３１を、１つの回収点に向けて集合させるように受け取る。ここで、回収点は非常に狭い領域を意味し、図２（ｂ）に回収領域Ｒ３ａを示す斜線部の後部付近を指す。搬送領域Ｒ３ｂは、回収領域Ｒ３ａの下流側に配置され、トナーの補給および搬送を行う。回収領域Ｒ３ａへは、現像スリーブ２５から、その長軸方向に沿った幅Ｗが回収領域Ｒ３ａに向かうにつれて徐々に狭まりながら下向きに傾斜（図１参照）する傾斜板３５を設けて現像剤３１を集める仕組みとなっている。回収領域Ｒ３ａに回収された現像剤３１は、そこに留まることなく、下流側へ流れる。現像スリーブ２５は、前述した回転方向により現像領域でトナーを持ち上げる方向に搬送するので、現像スリーブ２５の表面から剥離した現像剤３１は傾斜板３５上を重力によって下降し、回収領域Ｒ３ａに向かう。なお、上記現像スリーブ２５の表面から現像剤３１を剥離する手段として、円柱状の磁石ローラや剥離板等を設けることもできる。

そして、回収領域Ｒ３ａには、反射型の光センサー４１を備え、回収した現像剤３１のトナー濃度を調べる。この反射型光センサーとしては、図４に示すように、回収領域Ｒ３ａの上方に検知窓４４を有し、その背後に発光素子４２と受光素子４３とが設けられて現像剤３１の光学的反射光量を測定するものがある。この検知窓４４と回収領域Ｒ３ａとで現像剤３１を圧縮し、現像剤３１中のトナー濃度の測定を正確に行うことができるようになっている。更に、回収領域Ｒ３ａでの現像剤３１の流れを良好に保ち、検知窓４４の汚れを防止するための例えばローラ等の手段を設けることも可能である。あるいは、発光ダイオードとフォトダイオードとを組み合わせたプローブを回収領域Ｒ３ａに設置し、現像剤３１の反射光を直接測定するといった方法もある。いずれの方法も本発明の現像装置において用いることができる。

搬送領域Ｒ３ｂでは、まず、回収領域Ｒ３ａで回収された現像剤３１にトナー補給室Ｒ４からのトナー補給が行われる。また、搬送領域Ｒ３ｂは、図１に示すように搬送スクリュー２３を収容しており、トナー補給後の現像剤３１を攪拌室Ｒ２へ向けて攪拌搬送する。また、図２（ｂ）に示すように、搬送スクリュー２３で搬送されてきた現像剤３１のトナー濃度を再度検知するための透磁率センサー５１が搬送領域Ｒ３ｂの回収搬送経路の終点に設けられている。この透磁率センサー５１としては、通常用いられる透磁率センサーであれば良く、特定のものに限定されることはない。搬送領域Ｒ３ｂの終点では、当該透磁率センサー５１で再びトナー濃度を測定し、トナー補給室Ｒ４から補充すべき新規トナー量の制御を行う。

本実施の形態では、光センサー４１と透磁率センサー５１とを併用しているが、それぞれのセンサーを設置する箇所は上述の通りでなければならない。すなわち、光センサー４１は回収領域Ｒ３ａに、また、透磁率センサー５１は搬送領域Ｒ３ｂの終点に設置されるものとする。その理由は以下の通りである。

光センサー４１は、現像剤３１表面のトナー濃度のみを測定するため、薄層をなす現像剤３１のトナー濃度は正確に検知することができる。表層部のみのトナー濃度を測定するので、現像剤３１の厚みの影響や、嵩密度の影響を受けずにトナー濃度を検知することができる。従って、回収領域Ｒ３ａに次々と上層に堆積するように回収された現像剤３１の、時々刻々と入れ替わる最上層のトナー濃度を逐次検知するのには適している。これにより、回収された現像剤３１のトナー濃度を正確にかつ安定に検知することができる。しかし、光センサー４１は、トナー補給後の嵩を有する現像剤３１中のトナー濃度平均値は検知できないので、搬送領域Ｒ３ｂの終点でトナー濃度を検知するのには不向きである。

一方、透磁率センサー５１は、測定する空間のトナー濃度平均値を測定するものであるので、嵩を有する現像剤３１中のトナー濃度平均値を検知するのに適しており、従って、搬送領域Ｒ３ｂの終点でトナー濃度を検知するのに適している。逆に、透磁率センサー５１は測定に磁気を用いており迷磁路を形成した測定空間（３次元の平均的な値）より透磁率を求めるため、所定の濃度の上層に堆積した低濃度の現像剤部のみの濃度を測定することが困難である。現像剤３１の厚みが薄いと測定誤差を生じる。通常、現像剤の撹拌部の底部に透磁率センサーを配置するのは厚み誤差を避けるためである。また、回収領域Ｒ３ａでは透磁率センサー５１の上部に堆積される現像剤３１の厚みが撹拌部に比べて薄く、厚みの変動が大きいため、誤差を生じる恐れがある。また、現像剤３１の嵩密度（パッキング状態）により透磁率センサー５１の出力が変動する。回収領域Ｒ３ａは嵩密度（パッキング状態）が不安定であり、センサー出力も不安定になる。従って、回収領域Ｒ３ａのように回収した現像剤３１が次々と上層に堆積する箇所では、回収した現像剤３１のみのトナー濃度を透磁率センサー５１により正確に検知することが困難である。但し、透磁率センサー５１は、攪拌室Ｒ２の長軸経路のうち、検出が安定する位置に設置することも可能である。

また、光センサー４１および透磁率センサー５１の検知出力は、現像装置２が備えられている画像形成装置内に設けられた制御部３６へ送られる。制御部３６は、光センサー４１および透磁率センサー５１の検知出力に基づいて、トナー補給ローラ１４ａを回転駆動するトナー補給モータの回転を制御するものであり、制御信号系の回路とモータ駆動回路とを備えている。この制御部３６は、画像形成装置内のプロセス制御を行う制御部の一部であってもよいし、現像装置２内に設けられたものであってもよい。

前記透磁率センサー５１が設けられている箇所は現像剤３１の滞留部６１となっている。透磁率センサー５１は当該滞留部６１の底部に設けられている。搬送スクリュー２３により搬送されてきた現像剤３１はここに滞留する。そして、図１および図２（ｂ）に示すように、滞留部６１の上方（透磁率センサー５１の上方）には排出口１３が設けられており、滞留部６１に滞留した現像剤３１は搬送領域Ｒ３ｂの終点において排出口１３から溢れ出るようになっている。これにより、透磁率センサー５１の上方にある現像剤３１を圧縮させると同時に、攪拌室Ｒ２へ落下させる仕組みとなっている。また、搬送スクリュー２３による現像剤３１の搬送方向ｘ３は、回収領域Ｒ３ａから透磁率センサー５１に向かう方向である。以上に述べた搬送方向ｘ１〜ｘ３を含む、現像剤３１の循環経路の全体を示せば、図１の矢印ｘとなる。

なお、本実施の形態で用いられる現像剤３１は、前述したように非磁性トナーと磁性キャリアとから構成されている。非磁性トナーとしては、樹脂中に着色顔料や染料等の添加物を分散した粉砕あるいは重合法により生成されるトナーで大きさは体積平均径で４μｍ〜１０μｍ、磁性キャリアとしては鉄粉、フェライト粉末、ニッケル粉末等若しくはそれらの表面を有機重合体で被覆したキャリアで大きさは同じく体積平均径で３０μｍ〜１００μｍが好ましい。トナーおよびキャリアの大きさが上述以下になると、流動性が悪く、攪拌性が低下する。また、上述以上の大きさのトナーおよびキャリアを用いると、高精細の画像が得られなくなる。

次に、本実施の形態の現像装置２におけるトナー濃度制御動作の一例について説明する。

図５は、現像装置２におけるトナー濃度制御動作を示すフローチャートである。まずＳ１１で、光センサー４１により、回収した現像剤３１の反射濃度（以下ＩＤと略記）を検知する。次に、Ｓ１２で、この濃度ＩＤが初期トナー反射濃度Ｉｒｅｆ（以下Ｉｒｅｆと略記）より小さかどうかを判定する。ＩＤがＩｒｅｆよりも小さくなければＳ１３へ進んでフラグを０とする。

ＩＤがＩｒｅｆよりも小さければＳ１４へ進んでトナーを補給する動作に入る。具体的には、トナー補給ローラ１４ａの駆動モータを動作させる電圧ＶｍをＶ１に設定し、モータを動作させる。そして、Ｓ１５でフラグを１とする。

Ｓ１３あるいはＳ１５からは続いてＳ１６へ進み、透磁率センサー５１で現像剤３１のトナー濃度（以下Ｔ／Ｄと略記）を検知する。そしてＳ１７で、このＴ／Ｄが初期トナー濃度Ｔ／Ｄｒｅｆ（以下Ｔ／Ｄｒｅｆと略記）よりも小さいかどうかを判定する。

Ｔ／ＤがＴ／Ｄｒｅｆよりも小さくなければＳ１８へ進む。Ｓ１８ではフラグが０であるかどうかを判定し、０であればＳ１９で電圧Ｖｍ＝０としてＳ２１へ進み、０でなければそのままＳ２１へ進む。

また、Ｓ１７でＴ／ＤがＴ／Ｄｒｅｆよりも小さければ、Ｓ２０へ進んで再びトナーを補給する動作に入る。具体的には、トナー補給ローラ１４ａの駆動モータを動作させる電圧ＶｍをＶ２に設定し、モータを動作させる。このときに与えるＶ２は、前記Ｖ１よりも大きい値を設定する。これは、Ｖ２が測定空間における体積平均のトナー濃度であり、Ｖ１で補給したときのトナー濃度よりも小さくなると考えられるためである。Ｓ２０の次はＳ２１へ進む。

Ｓ２１ではトナー濃度制御動作を終了するかどうかを判定し、トナー補給動作が終了するまでＩＤの検知から再び上記の動作を繰り返す。Ｓ２１でトナー濃度制御動作を終了するときは、Ｓ２２で電圧Ｖｍ＝０とする。

次に、本実施の形態の現像装置２におけるトナー濃度制御動作の他の例について説明する。

図６は、現像装置２におけるトナー濃度制御動作を示す他のフローチャートである。まずＳ３１で、光センサー４１により、回収した現像剤３１の反射濃度（以下ＩＤと略記）を検知する。次に、Ｓ３２で、この濃度ＩＤが初期トナー反射濃度Ｉｒｅｆ（以下Ｉｒｅｆと略記）よりも小さかどうかを判定する。ＩＤがＩｒｅｆよりも小さくなければＳ３３へ進んでフラグを０とする。

ＩＤがＩｒｅｆよりも小さければＳ３４さらにはＳ３５へ進んでトナーを補給する動作に入る。具体的には、制御性を更に向上させるため、Ｓ３４でＩｒｅｆとＩＤとの差に相当する濃度差ΔＩＤを求め、Ｓ３５で当該濃度差ΔＩＤに比例した電圧（比例定数α）を、トナー補給ローラ１４ａの駆動モータ動作のための電圧Ｖｍとする。

Ｓ３３あるいはＳ３５からは続いてＳ３６へ進み、透磁率センサー５１で現像剤３１のトナー濃度（以下Ｔ／Ｄと略記）を検知する。そしてＳ３７で、このＴ／Ｄが初期トナー濃度Ｔ／Ｄｒｅｆ（以下Ｔ／Ｄｒｅｆと略記）よりも小さいかどうかを判定する。

Ｔ／ＤがＴ／Ｄｒｅｆよりも小さくなければＳ３８へ進む。Ｓ３８ではフラグが０であるかどうかを判定し、０であればＳ３９で電圧Ｖｍ＝０としてＳ４２へ進み、０でなければそのままＳ４２へ進む。

また、Ｓ３７でＴ／ＤがＴ／Ｄｒｅｆよりも小さければ、Ｓ４０さらにはＳ４１へ進んで再びトナーを補給する動作に入る。具体的には、Ｓ４０でＴ／ＤとＴ／Ｄｒｅｆとの差に相当する濃度差ΔＴ／Ｄを求め、Ｓ４１で当該濃度差Ｔ／Ｄに比例した電圧（比例定数β）をトナー補給ローラ１４ａの駆動モータ動作のための電圧Ｖｍとする。Ｓ４１の次はＳ４２へ進む。

Ｓ４２ではトナー濃度制御動作を終了するかどうかを判定し、トナー補給動作が終了するまでＩＤの検知から再び上記の動作を繰り返す。Ｓ４２でトナー濃度制御動作を終了するときは、Ｓ４３で電圧Ｖｍ＝０とする。

以上に述べたように、本実施の形態に係る現像装置２によれば、現像剤３１を、現像領域で感光体ドラム１と対面する位置で上向きなるように搬送し、現像後の現像剤３１を回収搬送室Ｒ３に回収し、回収後の現像剤３１にトナーを補給して、次の現像に供する現像剤３１とする。トナー補給については、次々に回収される現像剤３１のトナー濃度を光センサー４１によって逐次検知してその検知結果に基づいてトナー補給を行えばよい。従って、現像室Ｒ１へ供給する現像剤３１を得るのに、逐次回収される現像剤３１に少量のトナーを混合すればよいので、現像剤３１の攪拌効率が上がる。また、例えばトナー補給後の現像剤３１を滞留部６１に滞留させれば、透磁率センサー５１によりトナー補給後の現像剤３１に対して時間的および体積的な平均のトナー量も把握することができるので、より正確にトナー補給量を調節することができる。この結果、トナーが補給されて攪拌混合された現像剤３１では、目的とする値で均一なトナー濃度が得られやすくなる。

以上により、常に正確なトナー濃度制御を行うことのできる現像装置を実現することができる。

また、現像剤３１のトナー濃度制御は、感光体ドラム１が担持する静電潜像を現像する動作と並行して行うことができるものであるため、トナー濃度を検知するために余分なトナーを用いて感光体ドラム１上にパッチを形成する割り込み工程などの、印刷効率を低下させる工程は必要ない。従って、現像装置２による上記トナー濃度制御は、印刷効率を低下させることがない。

また、回収搬送室Ｒ３で回収された現像剤３１にトナーを補給してから現像室Ｒ１へ供給するというトナー供給経路が形成されるので、現像剤３１の攪拌混合を行うことのできる時間が長くなる。従って、現像剤３１が現像室Ｒ１に到達するまでに現像剤３１の完全混合が可能となり、さらにこれによりトナーの帯電立ち上がり特性も良好となる。

また、現像剤３１の流れを循環式にしているため、部分的な現像剤３１の劣化を防止することができる。

また、現像装置２によれば、トナー濃度を検知する光センサー４１を回収搬送室Ｒ３に設け、回収された現像剤３１のトナー濃度を検知するので、検知点でのトナー濃度の大小が明瞭であり、優れた検出感度を得ることができる。また、これにより、現像工程後のトナー消費による濃度変化をリアルタイムで測定し、適正量のトナーを随時補給することができる。

また、現像装置２によれば、回収搬送室Ｒ３が現像剤３１を１つの回収点に向けて集合させるように回収することで、現像ローラ２７全体で消費された現像剤３１の量が回収領域Ｒ３ａでのトナー濃度に反映されるので、潜像パターンによる現像ローラ２７の長軸方向のトナー濃度ばらつきを考慮する必要がなくなる。従って、トナー濃度検出の検出誤差を低減でき、検出精度が上がる。

また、現像装置２によれば、光センサー４１により現像剤３１表面のトナー濃度のみを測定することができるため、現像剤３１の厚みの影響や、嵩密度の影響を受けずにトナー濃度を検知することができる。従って、回収領域Ｒ３ａに次々と上層に堆積するように回収された現像剤３１の、時々刻々と入れ替わる最上層のトナー濃度を逐次正確にかつ安定に検知することができる。

また、現像装置２によれば、光センサー４１は、トナー補給位置の直前に配置されている。従って、回収された現像剤３１のトナー濃度を光センサー４１で検知した後に、新規トナーの補充を行うため、補給の追従性が向上する。

また、現像装置２によれば、回収搬送室Ｒ３では、回収領域Ｒ３ａで回収した直後の現像剤３１にトナー補給を行って、トナー補給が行われた現像剤３１を現像ローラ２７の長軸方向に搬送した後、透磁率センサー５１によって現像剤３１のトナー濃度を検知する。すなわち、回収領域Ｒ３ａで回収した直後の現像剤３１にトナーを補給して、現像ローラ２７の長軸方向への搬送後に透磁率センサー５１によってトナー補給の結果トナー濃度がどのようになったかを確認することができる。従って、トナー濃度の変化を短時間で調べることができ、トナー補給を精密に制御することが可能となる。

また、現像装置２によれば、回収搬送室Ｒ３の終点が現像剤３１の滞留部６１となっていて透磁率センサー５１の上方は排出口１３まで現像剤３１が滞留するため、現像剤３１の嵩密度変化の影響を最小限にとどめたトナー濃度の検知を行うことができる。従って、透磁率センサー５１の出力を安定にすることが可能となる。

次に、実施例を挙げて本実施の形態をさらに詳細に説明する。

図１および図２に記載の現像装置２を用いて、以下の設定条件で図５に示すトナー濃度制御を行い、画像形成の検討を行った。
印字速度：４５枚／分（Ａ４横送り）
感光体ドラム１の周速度：２２５ｍｍ／ｓ
画像部電位：−５５Ｖ
非画像部電位：−４９０Ｖ
現像バイアス：パルス波Ｖｐｐ＝１ｋＶ、周波数＝３ｋＨｚ、ＶＤＣ＝−４００Ｖ
層規制ブレード２６と現像ローラ２７との間のギャップ：６．００×１０^−４ｍ
感光体ドラム１と現像スリーブ２５との間のギャップ：５．００×１０^−４ｍ
現像剤３１；重合トナーおよびフェライトキャリア：Ｔ／Ｄ＝６．５％
重合トナー平均体積粒子径：６．５μｍ
フェライトキャリア平均体積粒子径：４０μｍ
トナーの単位質量当たりの平均電荷量：２．０×１０^−２Ｃ／ｋｇ
本実施例での反射濃度測定は、図１に示すように、光センサー４１の検知窓４４と回収領域Ｒ３ａとの間を圧縮されながら通過する現像剤３１の反射光量を検知することによって行った。回収領域Ｒ３ａが狭く、かつ現像スリーブ２５より多量の現像剤３１が搬送されてくるために、検知窓４４には摺擦力がかかり、窓面へのトナー付着による汚れを防止できる。

また、光センサー４１に用いる発光素子４２および受光素子４３は、測定する現像剤３１の色に応じた発光波長および感度波長を有する素子をそれぞれ用いた。具体的には、シアン色現像剤には４７０ｎｍ付近、マゼンタ色現像剤には６００ｎｍ付近、イエロー色現像剤には５００ｎｍ〜７００ｎｍ付近の波長を持つ光が適している。一方、ブラックの現像剤は赤外領域の発光波長および感度波長を吸収する発光素子および受光素子を用いた。ブラックのトナーと黒に近い色を持つキャリアとからなる現像剤では、ほとんど光が吸収されないことがあるが、トナーはその主成分が樹脂であり、キャリアの場合も表面が樹脂でコートされている場合が多い。これら樹脂成分は赤外領域で吸収帯域が存在する場合があるため、こういった波長感度の異なるものを組み合わせることによって、トナー濃度が測定できる。

現像後の現像スリーブ２５表面から剥離された現像剤３１は、搬送領域Ｒ３ｂを経て攪拌室Ｒ２を通り、現像室Ｒ１へ送られて再び現像スリーブ２５表面へ搬送され、現像に使われるといった経路を経る。搬送領域Ｒ３ｂでトナー補給が行われた後は途中で新たなトナーが現像剤３１に混合されることはなく、現像剤３１の劣化が局所的に進行することがないため、長期に渡り、安定した画像が得られる。また、攪拌搬送経路が長い為、トナー帯電の安定性が確保できる。

図６のフローチャートを用いた他は実施例１と同条件でトナー濃度制御を行った。実施例１と同様安定した画像および帯電特性が得られた。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、複写機や複合機、ファクシミリなどの電子写真装置に好適である。

本発明の実施形態を示すものであり、現像装置の要部構成を示す断面図である。 （ａ）は図１の現像装置の現像室および攪拌室の位置を示す平面図、（ｂ）は図１の現像装置の回収搬送室の位置を示す平面図である。 現像ローラの円柱状磁石の磁極の配置を示す断面図である。 光センサーの構成を歩示す断面図である。 図１の現像装置によるトナー濃度制御動作の流れを示すフローチャートである。 図１の現像装置による他のトナー濃度制御動作の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 感光体ドラム（静電潜像担持体）
２ 現像装置
１３ 排出口
２７ 現像ローラ（現像剤担持体）
３１ 現像剤
４１ 光センサー（センサー）
５１ 透磁率センサー
６１ 滞留部
Ｒ１ 現像室（現像部）
Ｒ２ 攪拌室
Ｒ３ 回収搬送室（回収部）

Claims (7)

1. トナーと磁性キャリアとの２成分からなる現像剤を現像剤担持体上に担持し、静電潜像担持体が担持する静電潜像を現像する現像装置において、
   上記現像剤担持体は、上記現像剤を、現像領域で上記静電潜像担持体と対面する位置で上向きとなるように搬送し、
   上記現像剤担持体へ上記現像剤を供給する現像部と、現像後の上記現像剤を回収する回収部とを備え、
   上記回収部に回収された上記現像剤へのトナー補給を行い、上記トナー補給が行われた上記現像剤を上記現像部へ供給することを特徴とする現像装置。
2. 上記回収部に回収された上記現像剤のトナー濃度を検知するセンサーが設けられ、上記センサーのトナー濃度検知結果に基づいて上記現像剤のトナー濃度が制御されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 上記回収部は、上記現像剤を１つの回収点に向けて集合させるように回収することを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 上記センサーは反射型の光センサーであることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
5. 上記光センサーは、トナー補給位置の直前に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 上記回収部では、上記回収部で回収した直後の上記現像剤に上記トナー補給を行って、上記トナー補給が行われた上記現像剤を上記現像ローラの長軸方向に搬送した後、透磁率センサーによって上記現像剤のトナー濃度を検知することを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
7. 上記透磁率センサーによってトナー濃度が検知された上記現像剤は、上記回収部に設けられた、上記透磁率センサーを底部に有する滞留部で滞留し、上記滞留部の上方に設けられた排出口から溢れ出ることにより、上記回収部から流出することを特徴とする請求項６に記載の現像装置。

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