JP2014115571A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーとキャリアーとを別個に補給する場合、キャリアーの補給が正常に実施されないことに起因する不具合の発生を防止することが可能な現像装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーとキャリアーとを含む現像剤を収容するハウジング１０１と、キャリアーをハウジング１０１内に補給するキャリアーホッパー１２０と、ハウジング１０１内においてキャリアーホッパー１２０からキャリアーの補給を受けるキャリアー補給口１１８の近傍に設けられ、ハウジング１０１内のキャリアー濃度を検出するキャリアー濃度検出センサー１４０と、キャリアー濃度が所定濃度以上である場合、キャリアーが正常に補給されたと判定する一方、所定濃度未満である場合、キャリアーが正常に補給されていないと判定する制御部７０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、現像装置および画像形成装置に関する。

従来、電子写真用現像装置では、１成分現像法と２成分現像法が採用されている。１成分現像法では、トナーを供給する部分、トナーを荷電させる部分、および除電する部分、そしてトナーを回収する部分においてトナーが現像装置の各部材と接触するために、トナーに負荷がかかる。トナーには熱可塑性樹脂が使用されており、かつ、表面には流動性改質材として無機微粒子が付着処理されている。そのため、上記負荷により、トナー表面が熱的変化を起こしたり無機微粒子が埋め込まれたりする。高速機になれば各部材の回転数も高くなるためトナーにより大きな負荷がかかる。このため、高速化には限界がある。また、近年、高画質化に伴いトナーの小径化が著しく６［μｍ］以下に設定されることもまれではない。そのような小径のトナーにはより多量の後処理材が処理され、また、流動性も悪くなっていることから、上記負荷によるトナーの凝集や後処理材の埋め込みが顕著となる。また、環境対策として、低温定着化の傾向が著しい。そのため、熱的な耐性が低下しており、上記負荷に対しては更に不利な状況にある。

２成分現像法では、トナーとキャリアーによる摩擦荷電により帯電したトナーを像担持体上に形成された静電潜像に付着させ現像する。現像装置内では、トナーとキャリアーの比率を一定に保つことにより、トナーの帯電状態を維持している。しかしながら、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを現像すると、トナーは不足する。そのため、補給手段によりトナーが補給される。補給手段により補給されたトナーは未帯電であり、現像装置内の攪拌・搬送手段によって現像装置内の現像剤と攪拌・搬送されながら荷電される。この方法では荷電付与を粒子の混合により行うことから、トナーへの負荷が小さい。したがって１成分現像法に比べてトナーは長寿命であり、また、高速対応性にも優れている。キャリアーの表面積はトナーよりも大きいため、トナーがキャリアーの表面に付着することによってキャリアーが汚れることも少ない。しかし、長期間の使用により、キャリアーの表面に付着した汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が次第に低下する。その結果、かぶりやトナー飛散の問題が発生する。２成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアーの量を増やすことも考えられるが、これは現像装置の大型化を招くために望ましくない。

２成分現像剤に係る上記問題を解消するため、特許文献１には、新規の現像剤を少しずつ現像装置内に補給するとともに、帯電性能の劣化した現像剤を少しずつ現像装置から排出することによって、劣化キャリアーの増加を抑制するというトリクル方式の現像装置が開示されている。この現像装置は、現像剤の嵩変動を利用して、余剰となった劣化現像剤を排出して現像装置内の現像剤の嵩レベルを大略一定に保つ構成である。このトリクル方式の現像装置によれば、現像装置内の劣化キャリアーが少しずつ新規キャリアーに置換され、現像装置内のキャリアーの帯電性能を大略一定に保つことが可能となる。

このトリクル方式においては、装置構成の単純化のため、トナーとキャリアーとを、一定比率で混合した現像剤を収容した現像剤カートリッジから補給することによって、トナーとキャリアーとを同時に補給する方式が考えられている。しかしながら、記録用紙１枚当たりのトナー消費量（以下、単に「トナー消費量」と言う。）は、形成すべき画像によって大きく異なる。例えば、文字文書はトナー消費量が少なくなる傾向にある一方、写真画像などではトナー消費量が多くなる傾向にある。一方、キャリアーの劣化は、トナー消費量によらず、現像装置内での攪拌回数、すなわち画像形成の回数（記録用紙の枚数）に依存する。

したがって、トナー消費量に応じて、トナーとキャリアーとを一定比率で混合した現像剤を補給すると、トナー消費量が多い場合にはトナーを多く補給しなければならないので、キャリアーが不必要に多く補給され、キャリアーが無駄に廃棄されてしまう。逆に、トナー消費量が少ない場合にはトナーをあまり補給する必要がないので、キャリアーの補給も少なくなって、キャリアーの言わば新陳代謝が低下し、帯電性能が劣化するおそれがある。このため、トナーとキャリアーとをあらかじめ混合せず、別個に補給する技術が提案されている（例えば、特許文献２，３を参照）。

特公平２−２１５９１号公報 特開２００１−１８３８９３号公報 特許第２９８６００１号公報

特許文献２に記載の技術では、補給されたトナーやキャリアーが現像装置内の現像剤と十分混ざった位置に、現像装置内の定常的なトナー濃度（現像剤のうちトナーの比率）を安定的に検出するトナー濃度検知センサーが設けられている。トナー濃度検知センサーにより検知されたトナー濃度があらかじめ設定された設定トナー濃度よりも低くなった場合、現像によって消費されたトナーのトナー補給が行われる。トナー補給後、トナー濃度検知センサーにより検知されたトナー濃度が所定の値に復帰しなかった場合、または、トナー濃度が更に低下した場合には、例えばモニター上に警告が表示される。そのため、ユーザーは、トナー補給が正常に実施されておらず、トナー補給機構の修復や、トナーホッパーの上方に設けられトナーホッパーにトナーを供給するトナーボトルの交換が必要であることを認識することができる。

一方、キャリアー補給機構にエラーが発生している場合やキャリアーホッパーが空である場合、キャリアー補給は正常に実施されない。しかし、現像装置内のキャリアーは通常消費されないため、トナー濃度検知センサーにより検知されたトナー濃度は変化せず、ユーザーは、キャリアー補給が正常に実施されていないことを認識することができない。キャリアー補給の不良は、初期的には形成される画像に影響はなく問題はない。しかし、劣化キャリアーと新規キャリアーの入れ替えが行われないため、徐々にキャリアーの劣化が促進され、トナーを帯電する能力が次第に低下する。その結果、かぶりやトナー飛散の問題が発生する。

なお、特許文献３には、現像装置内のトナー濃度と排出された現像剤の量を検知することが記載されているが、排出される現像剤はキャリアー補給以外の要因（現像装置の傾きや環境の変動による現像剤の嵩変動など）に影響を強く受けるため、キャリアー補給が正常に実施されているか否かについて認識することができない。

本発明は、トナーとキャリアーとを別個に補給する場合、キャリアーの補給が正常に実施されないことに起因する不具合の発生を防止することが可能な現像装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る現像装置は、
トナーとキャリアーとを含む現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記キャリアーを前記現像剤収容部内に補給するキャリアー補給部と、
前記現像剤収容部内において前記キャリアー補給部から前記キャリアーの補給を受けるキャリアー補給位置の近傍に設けられ、当該現像剤収容部内のキャリアー濃度を検出するキャリアー濃度検出部と、
前記キャリアー濃度検出部の検知結果に基づいて、前記現像剤収容部内に前記キャリアーが正常に補給されたか否かについて判定するキャリアー補給判定部と、
を備える。
本発明に係る画像形成装置は、上記現像装置を備える。

本発明によれば、トナーとキャリアーとを別個に補給する場合、キャリアーの補給が正常に実施されないことに起因する不具合の発生を防止することが可能な現像装置および画像形成装置を提供することができる。

本実施の形態における画像形成装置の縦断面図である。 本実施の形態における画像形成装置の制御ブロック図である。 本実施の形態における現像装置の構成を示す図である。 本実施の形態におけるトナー補給制御動作を示すフローチャートである。 本実施の形態におけるトナー補給の確認動作を示すフローチャートである。 本実施の形態におけるキャリアー補給制御動作を示すフローチャートである。 本実施の形態におけるキャリアー濃度検出センサーにより検出されたキャリアー濃度の変化の様子を示す図である。 本実施の形態の比較構成における現像装置の構成を示す図である。 本実施の形態の比較構成におけるキャリアー濃度検出センサーにより検出されたキャリアー濃度の変化の様子を示す図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
［画像形成装置１の構成］
図１、２に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に１次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、記録用紙に２次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＣＭＹＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に１回の手順で各色のトナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図１、２に示すように、画像形成装置１は、画像読み取り部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、搬送部５０、定着部６０および制御部７０を備えている。なお、制御部７０は、キャリアー補給判定部として機能する。

制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１、ＲＯＭ（Read Only Memory）７２、ＲＡＭ（Random Access Memory）７３等を備える。ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ７３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を制御する。このとき、記憶部８２に格納されている各種データが参照される。記憶部８２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）またはハードディスクドライブにより構成される。

制御部７０は、通信部８１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で、各種データの送受信を行う。制御部７０は、例えば、外部装置から送信された画像データを受信し、この画像データ（入力画像データ）に基づいて記録用紙に画像を形成させる。通信部８１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードにより構成される。

画像読み取り部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置（スキャナー）１２等を備えている。自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄの画像を連続して読み取ることができる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿またはコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読み取り部１０は、原稿画像走査装置１２による読み取り結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

操作表示部２０は、例えばタッチパネルを有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）により構成され、表示部２１および操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部７０から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。なお、表示部２１は、報知部として機能する。

操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備える。操作部２２は、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、その入力操作に対応する操作信号を制御部７０に出力する。なお、操作信号は、通信部８１を介して外部装置から制御部７０に出力される場合もある。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定またはユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備えている。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正等の各種補正処理または、圧縮処理等を行う。これらの処理が行われた画像データに基づいて、画像形成部４０は制御される。

画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２およびトナー濃度検出センサー４３等を備えている。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、使用するトナーの色を除いて同様の構成を有する。図示および説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

次に、画像形成ユニット４１の構成を画像形成ユニット４１Ｙにより説明する。画像形成ユニット４１Ｙは、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３（像担持体）、帯電装置４１４およびクリーニング装置４１５等を備えている。

感光体ドラム４１３は、例えば、アルミニウム製の導電性円筒体（アルミ素管）の周面に、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）、オーバーコート層（ＯＣＬ：Over Coat Layer）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。なお、感光体ドラム４１３は、ローラー形状の感光体でなく、ベルト形状の感光体でも良い。

帯電装置４１４は、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。帯電装置４１４の帯電方式は、接触型のローラー帯電方式、非接触型のコロナ帯電方式の何れでも良い。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーにより構成され、感光体ドラム４１３に対してＹ成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光体ドラム４１３の電荷発生層で正電荷が発生し、電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光体ドラム４１３の表面電荷（負電荷）が中和される。感光体ドラム４１３の表面には、周囲との電位差によりＹ成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、Ｙ成分の現像剤を収容している。現像剤は、小粒径のトナーとキャリアーとからなる２成分現像剤である。現像装置４１２は、図３に示すように、現像ローラー１０８を回転駆動させることによって感光体ドラム４１３の表面にＹ成分のトナーを付着させる。これにより、現像装置４１２は、静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

現像装置４１２において使用されるトナー粒子は、通常、バインダー樹脂中に着色剤を混合し、また、必要に応じて荷電制御剤、離型剤等を混合して所定の粒径に造粒した後に、外添剤をコーティング処理することによって３〜１５［μｍ］程度の粒径とされる。トナー粒子の造粒には、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の一般的な公知の方法が採用される。

クリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に摺接されるドラムクリーニングブレードを有する。１次転写後に感光体ドラム４１３の表面に残存する転写残トナーは、ドラムクリーニングブレードによって除去される。なお、クリーニング装置４１５は、クリーニングブラシ、クリーニングローラーまたはその他の手段の組み合わせによる複合クリーニング方式のクリーニング手段でも良い。または、クリーニング装置４１５を廃し、現像装置４１２により転写残トナーの回収を行うクリーナーレス方式でも良い。

中間転写ユニット４２は、中間転写体となる中間転写ベルト４２１、１次転写ローラー４２２、２次転写ローラー４２３、駆動ローラー４２４、従動ローラー４２５およびクリーニング装置４２６等を備えている。

中間転写ベルト４２１は、無端状ベルトで構成され、駆動ローラー４２４および従動ローラー４２５に張架される。中間転写ベルト４２１は、駆動ローラー４２４の回転により矢印Ａ方向に一定速度で走行する。１次転写ローラー４２２によって、中間転写ベルト４２１が感光体ドラム４１３に圧接されると、中間転写ベルト４２１に各色トナー像が順次重ねて１次転写される。そして、中間転写ベルト４２１が２次転写ローラー４２３によって記録用紙Ｓに圧接されると、中間転写ベルト４２１に１次転写されたトナー像が記録用紙Ｓに２次転写される。なお、転写手段として、中間転写ベルト４２１を用いた転写方式でなく、転写チャージャーや転写ローラー等を用いても良い。感光体ドラム４１３から記録用紙Ｓへ直接トナー像を転写する直接転写方式でも良い。

ベルトクリーニング装置４２６は、中間転写ベルト４２１の表面に摺接されるベルトクリーニングブレードを有する。２次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残存する転写残トナーは、ベルトクリーニングブレードによって掻き取られ、除去される。なお、ベルトクリーニング装置４２６は、クリーニングブラシ、クリーニングローラーまたはその他の手段の組み合わせによる複合クリーニング方式のクリーニング手段でも良い。

トナー濃度検出センサー４３は、図１に示すように、トナー像が記録用紙Ｓに２次転写される２次転写位置よりも中間転写ベルト４２１の回転方向下流側で、中間転写ベルト４２１に対向して配置される。

トナー濃度検出センサー４３は、例えば中間転写ベルト４２１の幅方向（つまり、中間転写ベルト４２１の回転方向と直交する方向、主走査方向）の両側部のそれぞれに対向して２つ配置される。トナー濃度検出センサー４３は、階調補正データを生成する際に用いられる。階調補正データの生成処理は、例えば電源スイッチがオンされたとき、所定枚数のプリントが実行される毎、装置周辺環境（温湿度など）の変動量が所定範囲を超えたとき、故障などのトラブルからの復帰時、入力画像を出力画像に安定して再現させるための画像安定化制御の実行時などに実行される。トナー濃度検出センサー４３は、中間転写ベルト４２１の回転によってトナー濃度検出センサー４３と対向するように、中間転写ベルト４２１の非画像形成領域（中間転写ベルト４２１の幅方向両側部）に形成された階調補正用のパッチ画像の濃度を検出し、検出した濃度を制御部７０に出力する。パッチ画像の大きさは、例えば、主走査方向２０［ｍｍ］×副操作方向１８［ｍｍ］である。

トナー濃度検出センサー４３には、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの発光素子と、フォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）などの受光素子とを備え、パッチ画像のトナー付着量（濃度）を検出する反射型の光センサーを適用することができる。パッチ画像のトナー付着量は、パッチ画像への入射光量をＩ0、パッチ画像からの反射光量をＩとしたとき、−ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ0）で表される。この式から明らかなように、中間転写ベルト４２１上に形成されたパッチ画像のトナー付着量が多いほど、受光素子における受光量が減少して反射光量Ｉは小さくなり、トナー濃度検出センサー４３から出力されるセンサー出力値は小さくなる。逆に、中間転写ベルト４２１上に形成されたパッチ画像のトナー付着量が少ないほど、受光素子における受光量が増加して反射光量Ｉは大きくなり、トナー濃度検出センサー４３から出力されるセンサー出力値は大きくなる。

なお、トナー濃度検出センサー４３の配置位置は上述した態様に限定されない。例えば、トナー濃度検出センサー４３は、２次転写位置よりも中間転写ベルト４２１の回転方向上流側に配置されても良い。要は、トナー濃度検出センサー４３が中間転写ベルト４２１上に形成されたパッチ画像のトナー付着量を検出できるように配置されていれば良い。また、中間転写ベルト４２１が透光性の材料で構成されている場合には、トナー濃度検出センサー４３として、発光素子と受光素子とが中間転写ベルト４２１を挟んで対向配置される透過型の光センサーを適用することができる。

定着部６０は、ベルト加熱方式により構成される。定着部６０は、定着ニップ部を形成する上側加圧部と下側加圧部とを有する。上側加圧部は、加熱ローラーと定着ローラーとを有する。加熱ローラーと定着ローラーとの間には、無端状の定着ベルトが所定のベルト張力で張架されている。下側加圧部は、加圧ローラーを有する。加圧ローラーは定着ベルトを介して定着ローラーに所定の定着荷重で押圧される。このようにして、定着ローラーと加圧ローラーとの間には、記録用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップ部が形成される。定着部６０は、搬送されてきた記録用紙Ｓを定着ニップ部で加熱、加圧することにより、記録用紙Ｓにトナー像を定着させる。なお、定着部６０は、ローラー加熱方式により構成しても良く、加熱ランプやヒータ等の熱源を用いて非接触で記録用紙Ｓを加熱する非接触型の定着手段でも良い。

搬送部５０は、給紙部５１、搬送機構５２および排紙部５３等を備えている。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、記録用紙の坪量やサイズ等に基づいて識別された記録用紙Ｓ（例えば、規格用紙または特殊用紙等）があらかじめ設定された種類毎に収容される。

給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに収容されている記録用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、レジストローラー５２ａ等の複数の搬送ローラーを備えた搬送機構５２により画像形成部４０に搬送される。このとき、レジストローラー５２ａが配設されたレジスト部により、給紙された記録用紙Ｓの傾きが補正されるとともに搬送タイミングが調整される。そして、画像形成部４０において、中間転写ベルト４２１のトナー像が記録用紙Ｓの画像形成面に一括して二次転写され、定着部６０において定着処理が行われる。定着処理が行われた記録用紙Ｓは、排紙ローラー５３ａを備えた排紙部５３により画像形成装置１の外に排紙される。

次に、現像装置４１２の具体的な構成について説明する。
［現像装置４１２の構成］
図３に示すように、現像装置４１２は、現像剤を収容するハウジング１０１（現像剤収容部）を備えている。ハウジング１０１の内部は、隔壁１０２によって攪拌槽１０３と供給槽１０４とに区画されており、トナーとキャリアーとを含む現像剤が収容されている。攪拌スクリュー１０５は、攪拌槽１０３内に配設されており、トナーとキャリアーとを図中左方向に搬送しながら攪拌して当該トナーを摩擦帯電させる。供給スクリュー１０６は、供給槽１０４内に配設されており、帯電したトナーを含む現像剤を図中右方向に搬送しながら、現像ローラー１０８に供給する。

現像ローラー１０８では、固定配置された磁石ローラーの周囲をスリーブローラーが回転しており、供給スクリュー１０６によってスリーブローラーの外周面に現像剤が供給される。スリーブローラーの外周面に供給される現像剤がスリーブローラーの外周面を移動する際、磁石ローラーに設けられた磁極の磁力によってキャリアーが磁気ブラシを形成する。磁気ブラシに付着したトナーは、感光体ドラム４１３上の静電潜像に付着する。すなわち、感光体ドラム４１３の静電潜像がトナーによって現像される。

磁石ローラーは、スリーブローラーの回転方向に沿って、Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｓ２の５つの磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、感光体ドラム４１３と対向する位置に配置されている。スリーブローラー上の現像剤を剥離するための反発磁界を発生させる同極部のＮ２，Ｎ３は、現像装置４１２内部に対向した位置に配置されている。スリーブローラーの回転方向は、感光体ドラム４１３の回転方向と同じ（すなわち、スリーブローラーと感光体ドラム４１３との対向部において互いに反対）になるように設定されている。

供給スクリュー１０６および攪拌スクリュー１０５は、シャフト（回転軸）のほぼ全域に亘って、所定の螺旋ピッチの螺旋羽根１１０，１１２がそれぞれ設けられたスパイラルスクリューになっている。現像ローラー１０８、供給スクリュー１０６および攪拌スクリュー１０５は、回転軸が互いに平行になるように配置されている。

隔壁１０２の両端側には、攪拌槽１０３と供給槽１０４との間で現像剤を受け渡すための連通口１１４，１１６が設けられている。これにより、ハウジング１０１の内部に収容された現像剤が、攪拌スクリュー１０５および供給スクリュー１０６によって攪拌されながら攪拌槽１０３と供給槽１０４との間を、連通口１１４，１１６を通じて循環移動する循環路が形成される。なお、ハウジング１０１の内部に形成される循環路は、縦型または３軸の循環路であっても良い。

攪拌槽１０３の現像剤搬送方向における上流側には、キャリアー補給口１１８が設けられている。キャリアー補給口１１８（キャリアー補給位置）では、キャリアーが充填されているキャリアーホッパー１２０（キャリアー補給部）を介してキャリアーの補給を受ける。

キャリアー補給口１１８の近傍には、ハウジング１０１内のキャリアー濃度（現像剤のうちキャリアーの比率）を検出するキャリアー濃度検出センサー１４０（キャリアー濃度検出部）が設けられている。ＴＣＲセンサーとも呼ばれるキャリアー濃度検出センサー１４０は、検出したキャリアー濃度を制御部７０に出力する。例えば、キャリアー濃度検出センサー１４０は、キャリアー濃度の大きさに大略反比例したカウント値を含むセンサー信号を出力する。制御部７０は、キャリアー濃度検出センサー１４０から出力されたセンサー信号に含まれるカウント値からキャリアー濃度の大きさを特定することができる。

キャリアー補給口１１８の近傍とは、キャリアーホッパー１２０を介してキャリアーの補給を受ける際、当該キャリアーがハウジング１０１内の現像剤に混ざりきる前にキャリアー濃度の変動を検出可能なキャリアー濃度検出センサー１４０の位置の範囲を言う。本実施の形態では、キャリアー濃度検出センサー１４０は、攪拌槽１０３の現像剤搬送方向におけるキャリアー補給口１１８の下流側、かつ、攪拌槽１０３の底面部に設置されている。

キャリアー濃度検出センサー１４０は、キャリアーが常磁性体であることを利用して現像剤の透磁率の変化を測定することにより、単位体積中のキャリアー量からキャリアー濃度を検出する磁気式センサーである。キャリアー濃度検出センサー１４０は、透磁率の変化による２つのコイルのインダクタンスの変化を、キャリアー濃度として検出する。なお、キャリアー濃度検出センサー１４０としては、磁気式センサーに限らず、トナー濃度検出センサー４３と同様の反射型の光センサーを適用することができる。

攪拌槽１０３の現像剤搬送方向におけるキャリアー補給口１１８の上流側には、トナー補給口１２２が設けられている。トナー補給口１２２では、トナーが充填されているトナーホッパー１２４を介してトナーの補給を受ける。

なお、キャリアーホッパー１２０は、キャリアーの他にトナーが充填され、トナーとキャリアーとを別個に補給する構成であっても良い。また、キャリアーホッパー１２０は、各画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの現像装置４１２にキャリアーを補給する構成でも良い。また、トナーホッパー１２４は、トナーの他にキャリアーが充填され、トナーとキャリアーとを別個に補給する構成であっても良い。

供給スクリュー１０６のシャフトは、連通口１１６よりもさらに現像剤搬送方向の下流側に向って延びており、当該シャフトにおける現像剤搬送方向の下流側端部は、供給槽１０４における現像剤搬送方向の下流側に向って突出した現像剤排出部１２６内に位置している。

供給スクリュー１０６のシャフトには、現像剤搬送方向の下流側に、螺旋羽根１１０とは螺旋の向きが逆向きになった逆巻き螺旋羽根１２８が設けられている。逆巻き螺旋羽根１２８は、螺旋羽根１１０の螺旋ピッチよりも小さな螺旋ピッチになっている。逆巻き螺旋羽根１２８は、供給スクリュー１０６の現像剤搬送方向における現像剤の搬送を規制して当該現像剤を連通口１１６へ送り込む。

現像剤排出部１２６内に位置する供給スクリュー１０６のシャフトには、螺旋羽根１１０と螺旋の向きが同じであって、螺旋羽根１１０よりも小さな螺旋ピッチの螺旋羽根１３０が設けられている。

現像剤排出部１２６の底面には、現像剤を排出するための現像剤排出口１３２が設けられている。螺旋羽根１３０は、逆巻き螺旋羽根１２８を越えて移動した現像剤を現像剤排出口１３２へ送り込む。現像剤排出口１３２には、現像剤回収容器１３４が装着される。本実施の形態のように、現像剤排出口１３２は、補給されたキャリアーがすぐに排出されないように、当該補給されたキャリアーがハウジング１０１内の現像剤に十分混ざった位置（現像剤搬送方向の最下流位置）に設けられることが望ましい。

供給スクリュー１０６の逆巻き螺旋羽根１２８、螺旋羽根１３０および現像剤排出部１２６は、ハウジング１０１内の現像剤量が多くなると余剰の現像剤を現像剤排出口１３２から排出するトリクル排出機構を構成する。なお、現像剤の排出機構は、ハウジング１０１の高さを現像剤排出口１３２だけ低くしておき、ハウジング１０１内の余剰の現像剤が現像剤排出口１３２から排出されるように構成しても良い。

次に、図４のフローチャートを参照し、トナーの補給制御動作について説明する。
［トナーの補給制御動作］
まず、画像読み取り部１０は、原稿画像走査装置１２による読み取り結果に基づいて入力画像データを生成する（ステップＳ１００）。次に、画像処理部３０は、画像読み取り部１０により生成された入力画像データに対して各種のデジタル画像処理を行い、画像処理後の画像信号を出力画像情報として出力する（ステップＳ１２０）。

次に、制御部７０は、画像処理部３０から出力された出力画像情報に基づいて、画像形成部４０による画像形成処理に伴うトナー消費量を算出する（ステップＳ１４０）。最後に、制御部７０は、算出したトナー消費量に応じて、トナーを補給することを要求するトナー補給制御信号をトナーホッパー１２４に出力する（ステップＳ１６０）。その結果、トナーホッパー１２４からトナー補給口１２２に、トナーの補給が行われる。ステップＳ１６０の処理が完了することによって、トナーの補給制御動作は終了する。なお、本実施の形態では、制御部７０は、出力画像情報に基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーの消費量を算出し、当該算出した消費量に相当する分のトナーを現像装置４１２に補給させるように制御する。

次に、図５のフローチャートを参照し、トナー補給の確認動作について説明する。この確認動作は、トナー補給動作が行われた後に実行される
［トナー補給の確認動作］
以下では、画像形成部４０を制御することにより、Ｋ成分のトナーによるパッチ画像を中間転写ベルト４２１上に形成させる例について説明する。

まず、制御部７０は、画像形成部４０を制御することにより、Ｋ成分のトナーによるパッチ画像を中間転写ベルト４２１上に形成させる（ステップＳ２００）。次に、制御部７０は、トナー濃度検出センサー４３により検出された中間転写ベルト４２１上のパッチ画像のトナー濃度を、ハウジング１０１内のトナー濃度として間接的に取得する（ステップＳ２２０）。取得されたトナー濃度は、一時的にＲＡＭ７３に記憶される。中間転写ベルト４２１に形成されたパッチ画像は、トナー濃度検出センサー４３の検出領域を通過した後、ベルトクリーニング装置４２６により除去される。

次に、制御部７０は、ステップＳ２２０において取得されたパッチ画像のトナー濃度が所定のトナー濃度（許容できる下限のトナー濃度）以上であるか否かについて判定する（ステップＳ２４０）。この判定の結果、所定のトナー濃度以上である場合（ステップＳ２４０、ＹＥＳ）、制御部７０は、トナー補給動作が正常に行われたと判定する。そして、トナー補給の確認動作は終了する。

一方、所定のトナー濃度以上でない場合（ステップＳ２４０、ＮＯ）、制御部７０は、トナー補給動作が正常に行われていないと判定し、トナー補給機構の修復や、トナーホッパー１２４の上方に設けられトナーホッパー１２４にトナーを供給するトナーボトル（図示せず）の交換が必要である旨（トナー補給エラー）を表示部２１に表示させる（ステップＳ２６０）。ステップＳ２６０の処理が完了することによって、トナー補給の確認動作は終了する。なお、制御部７０は、トナー補給エラーを示す音声情報をスピーカー（図示せず）に出力しても良い。

次に、図６のフローチャートを参照し、キャリアーの補給制御動作について説明する。
［キャリアーの補給制御動作］
以下では、現像装置４１２の駆動時間に応じた補給量でキャリアーを補給する例について説明するが、印字枚数に応じた補給量でキャリアーを補給しても良い。

まず、制御部７０は、現像装置４１２の駆動時間を取得する（ステップＳ３００）。次に、制御部７０は、取得した駆動時間が第１の所定時間（例えば、１０［分］）以上であるか否かについて判定する（ステップＳ３２０）。この判定の結果、第１の所定時間以上でない場合（ステップＳ３２０、ＮＯ）、処理はステップＳ３００の前に戻る。

一方、第１の所定時間以上である場合（ステップＳ３２０、ＹＥＳ）、制御部７０は、取得した駆動時間に応じて、キャリアーを補給することを要求するキャリアー補給制御信号をキャリアーホッパー１２０に出力する（ステップＳ３４０）。その結果、キャリアーホッパー１２０からキャリアー補給口１１８に対するキャリアーの補給動作が開始される。

次に、制御部７０は、図示しないタイマーを起動する（ステップＳ３６０）。次に、制御部７０は、起動したタイマーにより計測された時間（以下、タイマー時間）が第２の所定時間（例えば、２［秒］）以上であるか否かについて判定する（ステップＳ３８０）。この判定の結果、第２の所定時間以上でない場合（ステップＳ３８０、ＮＯ）、処理はステップＳ３８０の前に戻る。

一方、第２の所定時間以上である場合（ステップＳ３８０、ＹＥＳ）、制御部７０は、第２の所定時間の間、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度を取得する（ステップＳ４００）。なお、制御部７０は、起動中のタイマーを停止する。次に、制御部７０は、ステップＳ４００において取得されたキャリアー濃度が所定のキャリアー濃度より大きいか否かについて判定する（ステップＳ４２０）。この判定の結果、所定のキャリアー濃度より大きい場合（ステップＳ４２０、ＹＥＳ）、制御部７０は、キャリアー補給動作が正常に行われたと判定する。そして、キャリアー補給制御動作は終了する。

一方、所定のキャリアー濃度より大きくない場合（ステップＳ４２０、ＮＯ）、制御部７０は、キャリアー補給動作が正常に行われていないと判定し、キャリアー補給機構の修復や、キャリアーホッパー１２０の上方に設けられキャリアーホッパー１２０にキャリアーを供給するキャリアーボトル（図示せず）の交換が必要である旨（キャリアー補給エラー）を表示部２１に表示させる（ステップＳ４４０）。ステップＳ４４０の処理が完了することによって、キャリアー補給制御動作は終了する。なお、制御部７０は、キャリアー補給エラーを示す音声情報をスピーカーに出力しても良い。

図７は、キャリアーの補給制御動作が行われる際、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度の変化の様子を示す図である。図７を参照して、横軸に時間を、縦軸にキャリアー濃度を示す。この例では、現像装置４１２のハウジング１０１内に８００［ｇ］の現像剤が充填されている状況において、１［ｇ］のキャリアーの補給制御動作が行われる場合について説明する。時間Ｔ１は、キャリアーホッパー１２０に対してキャリアー補給制御信号が出力され、キャリアー補給口１１８に対するキャリアーの補給動作が開始される時間である。時間Ｔ２は、補給されたキャリアーがキャリアー濃度検出センサー１４０の検出領域に到達し、通過し始める時間である。時間Ｔ３は、補給されたキャリアーがキャリアー濃度検出センサー１４０の検出領域を通過し終わる時間である。時間Ｔ１から時間Ｔ３までの時間は、図６のフローチャートで説明した第２の所定時間に相当する。時間Ｔ２，Ｔ３は、現像装置４１２の構造、キャリアー濃度検出センサー１４０の設置位置等の条件に基づくシミュレーションから求めることができる。

本実施の形態では、制御部７０は、時間Ｔ１から時間Ｔ３までの時間においてキャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度（曲線Ｌ２で示す）を取得する。そして、図７に示すように、制御部７０は、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの時間において、キャリアー濃度が点線Ｌ１で示す閾値（所定のキャリアー濃度）以上であることを検出した場合、キャリアー補給動作が正常に行われたと判定する。

図８は、キャリアー補給口１１８から離れた位置に、キャリアー濃度検出センサー１４０が設けられている場合における現像装置４１２の構成を示す図である。この構成では、攪拌槽１０３の現像剤搬送方向におけるトナー補給口１２２の下流側近傍に、キャリアー補給口１１８が設けられている。

図９は、図８の現像装置４１２に対してキャリアーの補給制御動作が行われる際、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度の変化の様子を示す図である。図８を参照して、横軸に時間を、縦軸にキャリアー濃度を示す。この例では、現像装置４１２のハウジング１０１内に８００［ｇ］の現像剤が充填されている状況において、１［ｇ］のキャリアーの補給制御動作が行われる場合について説明する。

時間Ｔ１は、キャリアーホッパー１２０に対してキャリアー補給制御信号が出力され、キャリアー補給口１１８に対するキャリアーの補給動作が開始される時間である。時間Ｔ２は、補給されたキャリアーがキャリアー濃度検出センサー１４０の検出領域に到達し、通過し始める時間である。図３の現像装置４１２の構成と比べて、キャリアー補給口１１８とキャリアー濃度検出センサー１４０との間の距離が長いため、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの時間は長くなる。時間Ｔ３は、補給されたキャリアーがキャリアー濃度検出センサー１４０の検出領域を通過し終わる時間である。時間Ｔ１から時間Ｔ３までの時間は、図６のフローチャートで説明した第２の所定時間に相当する。時間Ｔ２，Ｔ３は、現像装置４１２の構造、キャリアー濃度検出センサー１４０の設置位置等の条件に基づくシミュレーションから求めることができる。

制御部７０は、時間Ｔ１から時間Ｔ３までの時間においてキャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度（曲線Ｌ３で示す）を取得する。そして、図９に示すように、制御部７０は、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの時間において、キャリアー濃度が点線Ｌ１で示す閾値（所定のキャリアー濃度）未満であることを検出した場合、キャリアー補給動作が正常に行われていないと判定する。このように、キャリアー補給口１１８とキャリアー濃度検出センサー１４０との間の距離が長いと、キャリアー濃度検出センサー１４０は、補給されたキャリアーをキャリアー濃度の変化として検出することができない。キャリアーの補給量は１．０［ｇ］と少量であるため、当該キャリアーがハウジング１０１内に充填されている現像剤と十分に混ざりきった後のキャリアー濃度の上昇は０．１［％］程度の上昇と見積もられる。この０．１［％］程度の上昇は、キャリアー補給動作が正常に行われたかについて、キャリアー濃度検出センサー１４０を用いて判定するために十分な変動量とは言えない。

［本実施の形態における効果］
以上詳しく説明したように、本実施の形態では、トナーとキャリアーとを含む現像剤を収容するハウジング１０１と、キャリアーをハウジング１０１内に補給するキャリアーホッパー１２０と、ハウジング１０１内においてキャリアーホッパー１２０からキャリアーの補給を受けるキャリアー補給口１１８の近傍に設けられ、ハウジング１０１内のキャリアー濃度を検出するキャリアー濃度検出センサー１４０と、キャリアー濃度検出センサー１４０の検知結果に基づいて、ハウジング１０１内にキャリアーが正常に補給されたか否かについて判定する制御部７０とを備える。より具体的には、制御部７０は、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度が所定濃度以上である場合、ハウジング１０１内にキャリアーが正常に補給されたと判定する一方、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度が所定濃度未満である場合、ハウジング１０１内にキャリアーが正常に補給されていないと判定する。

キャリアーはトナーに比べて非常に現像剤と混ざりやすく、特に少量のキャリアーを補給する場合はすぐに現像剤と混ざってしまう。しかし、上記のように構成した本実施の形態によれば、キャリアーの補給制御動作が行われる際、キャリアーが現像剤に混ざりきる前のキャリアー濃度の変化を検出することができ、キャリアーの補給が正常に実施されたか否かを精度良く判定することができる。したがって、キャリアーの補給が正常に実施されていない場合、その旨をユーザーに知らせ、トナー補給機構の修復、トナーボトルの交換を促す等の対応を行うことができる。その結果、劣化したキャリアーと新規のキャリアーとの入れ替えが長期間行われないことが防止され、長期間にわたってトナーの良好な帯電性が得られ、かぶりやトナー飛散等の生じない良好な画像を形成することができる。以上より、トナーとキャリアーとを別個に補給する場合、キャリアーの補給が正常に実施されないことに起因する不具合の発生を防止することができる。

［変形例］
なお、上記実施の形態では、１つのキャリアー濃度検出センサー１４０の検出結果を用いて、ハウジング１０１内にキャリアーが正常に補給されたか否かについて判定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、２つのキャリアー濃度検出センサー１４０の検出結果を用いて、ハウジング１０１内にキャリアーが正常に補給されたか否かについて判定することができる。この場合、２つのキャリアー濃度検出センサー１４０は、キャリアー補給口１１８の近傍と、キャリアー補給口１１８から離れた位置とに設けられる。そして、制御部７０は、２つのキャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度の差分が所定濃度以上である場合、ハウジング１０１内にキャリアーが正常に補給されたと判定する一方、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度が所定濃度未満である場合、ハウジング１０１内にキャリアーが正常に補給されていないと判定する。

また、上記実施の形態において、キャリアー濃度検出センサー１４０は、ハウジング１０１内のトナー濃度を直接的に検出する手段として機能しても良い。この構成によれば、トナー濃度検出センサー４３を設けたり、パッチ画像を中間転写ベルト４２１に形成したりする必要がなくなるとともに、ハウジング１０１内のトナー濃度を精度良く検出することができる。この場合、トナーホッパー１２４から補給されたトナーがハウジング１０１内の現像剤との間で十分に攪拌および混合された後の定常的なトナー濃度を検出できることが望ましく、キャリアー濃度検出センサー１４０は、トナー補給口１２２からなるべく離れた位置に設けられることが望ましい。例えば、キャリアー濃度検出センサー１４０は、現像剤の現像剤搬送方向におけるトナー補給口１２２の上流側、または、当該現像剤搬送方向におけるトナー補給口１２２の下流側かつトナー補給口１２２から所定距離以上離れた位置に設けられることが望ましい。

ところで、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたトナー濃度に基づいてトナーの補給制御動作を行う場合（すなわち、トナー濃度が所定値未満になったらトナーの補給を行う場合）、キャリアーの補給時に図７に示すようなキャリアー濃度の変化（すなわち、トナー濃度の変化）を検出すると、制御部７０は、ハウジング１０１内のトナー濃度が低くなったと判断し、トナーの過補給を行うおそれがある。そのため、キャリアーホッパー１２０から補給されたキャリアーがキャリアー濃度検出センサー１４０の検出領域に到達し、通過し始めてから通過し終わるまでの第３の所定時間（例えば、０．４［秒］）の間、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたトナー濃度を用いてトナーの補給制御動作を行わないようにすることが望ましい。言い換えると、第３の所定時間の間のみにおいて、キャリアー濃度検出センサー１４０により検出されたキャリアー濃度を用いて、ハウジング１０１内にキャリアーが正常に補給されたか否かについて判定することが望ましい。

また、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 画像形成装置
１０ 画像読み取り部
２０ 操作表示部
２１ 表示部
２２ 操作部
３０ 画像処理部
４０ 画像形成部
４１，４１Ｃ，４１Ｍ，４１Ｙ，４１Ｋ 画像形成ユニット
４２ 中間転写ユニット
４３ トナー濃度検出センサー
５０ 搬送部
６０ 定着部
７０ 制御部
８１ 通信部
８２ 記憶部
１０１ ハウジング
１０２ 隔壁
１０３ 攪拌槽
１０４ 供給槽
１０５ 攪拌スクリュー
１０６ 供給スクリュー
１０８ 現像ローラー
１１０，１１２，１３０ 螺旋羽根
１１４，１１６ 連通口
１１８ キャリアー補給口
１２０ キャリアーホッパー
１２２ トナー補給口
１２４ トナーホッパー
１２６ 現像剤排出部
１２８ 逆巻き螺旋羽根
１３２ 現像剤排出口
１３４ 現像剤回収容器
１４０ キャリアー濃度検出センサー
４１１ 露光装置
４１２ 現像装置
４１３ 感光体ドラム
４１４ 帯電装置
４１５ クリーニング装置
４２１ 中間転写ベルト

Claims (7)

1. トナーとキャリアーとを含む現像剤を収容する現像剤収容部と、
   前記キャリアーを前記現像剤収容部内に補給するキャリアー補給部と、
   前記現像剤収容部内において前記キャリアー補給部から前記キャリアーの補給を受けるキャリアー補給位置の近傍に設けられ、当該現像剤収容部内のキャリアー濃度を検出するキャリアー濃度検出部と、
   前記キャリアー濃度検出部の検知結果に基づいて、前記現像剤収容部内に前記キャリアーが正常に補給されたか否かについて判定するキャリアー補給判定部と、
   を備える現像装置。
2. 前記キャリアー濃度検出部は、前記現像剤収容部内における前記現像剤の透磁率を測定することによって前記キャリアー濃度を検出する請求項１に記載の現像装置。
3. 前記キャリアー補給判定部は、前記キャリアー濃度検出部により検出されたキャリアー濃度が所定濃度以上である場合、前記現像剤収容部内に前記キャリアーが正常に補給されたと判定する一方、前記キャリアー濃度検出部により検出されたキャリアー濃度が所定濃度未満である場合、前記現像剤収容部内に前記キャリアーが正常に補給されていないと判定する請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記キャリアー補給判定部は、前記キャリアー補給部による前記キャリアーの補給動作が開始してから、当該キャリアーが前記キャリアー濃度検出部の検出領域を通過し終わるまでの期間における前記キャリアー濃度検出部の検出結果に基づいて、前記現像剤収容部内に前記キャリアーが正常に補給されたか否かについて判定する請求項１〜３の何れか１項に記載の現像装置。
5. 前記キャリアー補給判定部は、前記キャリアー補給部による前記キャリアーの補給動作が開始し、当該キャリアーが前記キャリアー濃度検出部の検出領域を通過し始めてから通過し終わるまでの期間における前記キャリアー濃度検出部の検出結果に基づいて、前記現像剤収容部内に前記キャリアーが正常に補給されたか否かについて判定する請求項１〜３の何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記キャリアー補給判定部により前記現像剤収容部内に前記キャリアーが正常に補給されていないと判定された場合、その旨を報知する報知部を備える請求項１〜５の何れか１項に記載の現像装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の現像装置を備える画像形成装置。

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