JP2015215475A - 現像装置およびこれを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でコスト低減を図りつつ、トナーを適切に帯電させるための現像装置等を提供する。
【解決手段】
本発明の現像装置２６は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する筐体３０と、筐体３０内で回転して現像剤を搬送しながら攪拌する攪拌部材３１と、攪拌部材３１に攪拌される一部の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサー３４と、トナー濃度センサー３４の検知結果に基づいてトナーを筐体３０内に供給するトナー補給モーター等を制御する現像制御装置３５と、を備え、トナー濃度センサー３４は、攪拌部材３１の回転周期に対応する波形を検知結果として出力し、現像制御装置３５は、波形に基づいて現像剤の流動性を示す流動性指標値（Ｆ_１／２）を算出し、流動性指標値（Ｆ_１／２）が設定された条件を満たす場合に、波形の振幅（Ｙ）が設定された条件を満たすまで攪拌部材３１を回転させる攪拌継続制御を実行する。
【選択図】図９

Description

本発明は、像担持体に現像剤を供給する現像装置およびこれを備える画像形成装置に関する。

従来、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる現像装置は、トナーを消費して現像処理を行うように構成されている。現像装置は、透磁率を測定するトナー濃度センサーによってキャリア量（トナー濃度）を検知し、トナーの補給を制御する。トナーは減少量に応じて補給され、キャリアは繰り返し使用される。

例えば、トナーに対してキャリアの混合比が高くなる（キャリアが多い）と、トナー濃度センサーの出力（透磁率）が上昇し、現像装置はトナーの補給を実行する。一方、当該混合比が低くなる（キャリアが少ない）と、トナー濃度センサーの出力が低下し、現像装置はトナーの補給を停止する。

しかしながら、トナー濃度センサーの出力値は、湿度や現像剤の攪拌状態によって変化する。例えば、低湿環境下では、トナーの帯電量が増加して現像剤間の反発力が強まるため、現像剤の嵩密度（見かけ密度）が低下する。この結果、トナー濃度センサーの出力値が低下する。一方、高湿環境下では、トナーの帯電量が減少して現像剤間の反発が弱まるため、現像剤の嵩密度が上昇する。この結果、トナー濃度センサーの出力値が上昇する。

また、キャリアは、繰り返して使用されることで劣化する。当該劣化の進行に伴って、キャリアの帯電能力は徐々に低下するため、現像剤の嵩密度が上昇する。

以上のような現像剤の嵩密度の上昇によって、現像剤の流動性は悪化する。現像剤の流動性が悪化すると、実際にはトナーが減少していないにもかかわらず、トナー濃度センサーは、トナー濃度の低下を検知する。つまり、従来の現像装置は、トナー濃度を誤認識するという問題があった。

このような問題に対応するため、以下のような現像装置が提案されている。例えば、特許文献１には、現像槽内で回転して二成分現像剤を攪拌する攪拌部材と、現像剤のトナー濃度を透磁率により検出するトナー濃度センサーと、現像剤の流動性を検出する圧電体振動子と、これらを制御する制御部と、を備えた現像装置が開示されている。制御部は、圧電体振動子によって検出された現像剤の流動性検出データに基づいて共振振動の尖鋭度を求める。制御部は、尖鋭度に基づいてトナー濃度センサーによって検出されたトナー濃度検出データを補正する。制御部は、補正値に基づいてトナー補給を行う。

特開２００６−２２０９０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の現像装置は、流動性を検出するために、トナー濃度センサーに加えて圧電体振動子を設けなければならなかった。このため、特許文献１に記載の現像装置は、構成の複雑化およびコスト増加という問題を有していた。

ここで、トナーを均一に帯電させるためには、トナーとキャリアとを均一に混合することが必要となる。トナー補給を適切に行ったとしても、現像剤の流動性が悪化している場合、攪拌部材によって現像剤を短時間で均一に混合することが困難であった。このため、特許文献１に記載の現像装置は、均一に混合されず帯電量に斑のあるトナーを用いて画像形成処理（現像処理）を実行してしまう場合があった。この場合、トナーが白地部に付着する地肌かぶりが発生していた。また、帯電量が不十分なトナーは、現像装置の外部に漏出し、飛散トナーとなって画像形成装置の内部を汚染する虞があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、コスト低減を図りつつ、トナーを適切に帯電させるための現像装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明の現像装置は、トナーとキャリアとを含む現像剤を内部に収容する筐体と、前記筐体内で回転して前記筐体内の前記現像剤を搬送しながら攪拌する攪拌部材と、前記攪拌部材に攪拌される一部の前記現像剤のトナー濃度を検知する検知装置と、前記検知装置の検知結果に基づいて前記トナーおよび前記現像剤のうち少なくとも一方を前記筐体内に供給する供給部を制御する制御装置と、を備え、前記検知装置は、前記攪拌部材の回転周期に対応して振動する波形を検知結果として出力し、前記制御装置は、前記波形に基づいて前記現像剤の流動性を示す流動性指標値を算出し、前記流動性指標値が設定された条件を満たす場合に、前記波形の振幅が設定された条件を満たすまで前記攪拌部材を回転させる攪拌継続制御を実行することを特徴とする。

例えば、現像剤の流動性が悪化している場合、トナーとキャリアとを均一に混合するための攪拌処理に多くの時間を要する。現像剤の攪拌が不十分である場合、トナーの濃度および帯電量に斑（不均一な混合状態）が生じるため、検知装置から出力される波形の振幅は、通常時（トナーの濃度および帯電量が適正な場合）よりも大きくなる。すなわち、検知装置の出力波形は、現像剤の流動性の良し悪しによって変化する。

この構成によれば、制御装置は、出力波形に基づいて現像剤の流動性を反映した流動性指標値を算出する。例えば、流動性指標値が現像剤の流動性の悪化を示す場合、制御装置は、出力波形の振幅が設定した範囲になるまで現像剤の攪拌動作を継続させる。これにより、現像剤を均一に混合することができ、トナーの帯電量を適切な範囲に維持することができる。したがって、帯電量に斑のあるトナーを画像形成処理に用いることで生じる地肌かぶりを有効に防止することができる。また、トナーを適切に帯電させることで、トナーの飛散を抑制することができる。さらに、制御装置は、検知装置の出力波形に基づいて流動性に関するパラメーター（流動性指標値）を算出する。このため、流動性に関するパラメーターを検知するセンサー等を別途設ける必要がない。これにより、現像装置の構成を簡単にすることができると共に、低コスト化を図ることができる。

この場合、前記検知装置が出力する前記波形は、前記現像剤量が最も密な状態となる第１の値と最も疎な状態となる第２の値との間で振動し、前記制御装置は、前記第１の値と前記第２の値とを除く前記波形の１周期の範囲内に中間値を設定し、前記第２の値と前記中間値との差分となる差値を算出し、前記波形の波高に対する前記差値の比率に基づいて前記流動性指標値を算出することが好ましい。

この構成によれば、出力波形に基づく第１の値、第２の値および中間値は、それぞれ、現像剤の流動性の良し悪しを示している。制御装置は、中間値に基づき算出された流動性指標値によって、現像剤の流動性の変化を精度良く検知することができる。また、制御装置は、現像剤の流動性と出力波形の振幅とに基づき現像剤の混合状況を認識し、現像剤の攪拌時間を変更することができる。この結果、トナーを適切に帯電させることができ、良好な画像形成が担保される。

この場合、前記制御装置は、前記第２の値から起算して、前記波形の１／４周期経過以後１／２周期経過以前の範囲内に、前記中間値を設定することが好ましい。

この構成によれば、攪拌部材が現像剤を掻き取ってから１／４〜１／２回転する範囲内に中間値を設定することによって、制御装置は、現像剤の流動性に適応した流動性指標値を算出することができる。なお、本出願人は、当該範囲内に設定した中間値が現像剤の流動性の良し悪しを有効に示していることを確認している。

上記した目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、給紙カセット内に収容したシート状の記録材を搬送経路に供給する給紙部と、上記したいずれかに記載の現像装置を含む画像形成部と、を備え、前記制御装置は、前記攪拌継続制御として、前記給紙部による前記記録材の供給を停止させることを特徴とする。

この構成によれば、流動性指標値が現像剤の流動性の悪化を示す場合、制御装置は、出力波形の振幅が設定した範囲になるまで現像剤の攪拌動作を継続させる。また、給紙部による記録材の供給動作が停止される。これにより、現像剤が均一に混合され、トナーの帯電量を適切な範囲に維持することができる。この結果、地肌かぶりの無い良好な画像形成を担保することができる。

本発明によれば、簡単な構成で、コスト低減を図りつつ、トナーを適切に帯電させることができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンターの内部構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置の内部構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置の第１攪拌部材および第２攪拌部材を平面から見た断面図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置の現像制御装置等を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置のトナー濃度センサーが出力する電圧値と時間の関係を示すグラフであって、現像剤の流動性が良い場合の波形である。 本発明の一実施形態に係る現像装置のトナー濃度センサーが出力する電圧値と時間の関係を示すグラフであって、現像剤の流動性が悪い場合の波形である。 本発明の一実施形態に係る現像装置のピーク値とトナー濃度との関係を示すグラフ（Ｖｐ−Ｔ／Ｃ直線）である。 本発明の一実施形態に係る現像装置のトナー濃度センサーが出力する波形の振幅の大きさを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る現像装置の現像制御装置が実行する制御を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る現像装置の現像制御装置が算出する流動性指標値と通紙枚数との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付した図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、便宜上、各図に矢印で示すように各方向を規定する。

図１を参照して、画像形成装置としてのカラープリンター１の全体の構成について説明する。図１はカラープリンター１の内部構造を模式的に示す断面図である。

カラープリンター１は、略箱型形状の装置本体２と、装置本体２の下部に設けられる給紙カセット３と、装置本体２の上部に設けられる排紙トレイ４と、を備えている。なお、記録材としての用紙Ｓは、紙製に限らず、樹脂フィルムやＯＨＰシート等であってもよい。

カラープリンター１は、給紙部１１と、画像形成部１３と、二次転写ニップ部１４と、定着装置１５と、メイン制御装置１６と、を装置本体２内に備えている。給紙部１１は、給紙カセット３内に収容した用紙Ｓを搬送経路１０に供給する。画像形成部１３は、中間転写ベルト１２にトナー像を一次転写する。二次転写ニップ部１４は、一次転写されたトナー像を用紙Ｓに二次転写する。定着装置１５は、二次転写されたトナー像を用紙Ｓに定着する。メイン制御装置１６は、各装置を統括制御する。

給紙部１１は、給紙カセット３の近傍に設けられている。給紙部１１は、給紙カセット３内の用紙Ｓを一枚ずつ搬送経路１０に向けて送り出すためのピックアップローラーや搬送ローラー等（図示せず）を有している。

画像形成部１３は、４つのトナーコンテナ２０と、４つのドラムユニット２１と、４つの露光器２２と、含んで構成されている。４つのトナーコンテナ２０は、４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナー（現像剤）を収納している。４つのドラムユニット２１は、中間転写ベルト１２の下側に前後方向に並設されている。４つの露光器２２は、各ドラムユニット２１に対応して下側に並設されている。

各ドラムユニット２１は、像担持体としての感光体ドラム２４の周囲に、帯電装置２５と、現像装置２６と、一次転写ローラー２７と、クリーニング装置２８と、を転写プロセス順に配置して構成されている。

ここで、カラープリンター１の動作について説明する。カラープリンター１に電源が投入されると、メイン制御装置１６は、各種パラメーターの初期化等を実行する。カラープリンター１に接続されたパーソナルコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、メイン制御装置１６は、以下のように画像形成処理を実行する。

各帯電装置２５は、回転可能に支持される各感光体ドラム２４を所定の電位に帯電させる。各露光器２２は、画像データに対応した露光（図１の破線矢印参照）を行って各感光体ドラム２４の表面に静電潜像を形成する。各現像装置２６は、トナーコンテナ２０から供給されたトナーによって静電潜像をトナー像に現像する。一次転写バイアスが印加された各一次転写ローラー２７は、中間転写ベルト１２にトナー像を、順次、一次転写する。

一方、給紙部１１は、給紙カセット３内の用紙Ｓを搬送経路１０に送り出す。用紙Ｓは、搬送経路１０を搬送されて二次転写ニップ部１４を通る。二次転写ニップ部１４は、印加された二次転写バイアスによってフルカラーのトナー像を用紙Ｓに二次転写する。定着装置１５は、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着処理後の用紙Ｓは、排紙トレイ４に排出される。クリーニング装置２８は、転写後に感光体ドラム２４の表面に残ったトナーを除去する。

次に、図２ないし図４を参照して、現像装置２６について説明する。図２は現像装置２６の内部構造を模式的に示す断面図である。図３は第１攪拌部材３０および第２攪拌部材３１を平面から見た断面図である。図４は現像制御装置３５等を示すブロック図である。なお、４つの現像装置２６は同様の構成を有しているため、以下の説明では、１つの現像装置２６について例示する。

図２に示すように、現像装置２６は、筐体３０と、攪拌部材３１と、現像器本体３２と、駆動装置３３と、トナー濃度センサー３４と、現像制御装置３５と、を備えている。筐体３０は、トナーとキャリアとを含む現像剤を内部に収容する。攪拌部材３１は、筐体３０内で回転して筐体３０内の現像剤を搬送しながら攪拌する。現像器本体３２は、攪拌部材３１から感光体ドラム２４に向けて筐体３０内の現像剤を搬送する。駆動装置３３は、攪拌部材３１および現像器本体３２を回転させる。検知装置としてのトナー濃度センサー３４は、攪拌部材３１に攪拌される一部の現像剤のトナー濃度を検知する。制御装置としての現像制御装置３５は、各構成を制御する。

筐体３０は、例えば、樹脂材料によって構成されている。筐体３０の上部右側面には、開口部３０ａが形成されている。筐体３０の内側下部には、仕切壁３０ｂが立設されている。仕切壁３０ｂは、第１搬送路４０と第２搬送路４１とを区画するように長手方向（図３参照）に延設されている。第１搬送路４０と第２搬送路４１とは、互いに平行に設けられている。なお、以降の説明では、第２搬送路４１を搬送される現像剤の搬送方向（図３の矢印Ｂ参照）を基準として上流および下流を設定する。

図３に示すように、仕切壁３０ｂの上流端部には、第１搬送路４０と第２搬送路４１とを連通させる上流側連通部４２が形成されている。同様に、仕切壁３０ｂの下流端部には、下流側連通部４３が形成されている。

図２および図３に示すように、筐体３０には、トナーコンテナ２０から第１搬送路４０にトナーを供給するための補給口３０ｃが形成されている。補給口３０ｃは、下流側連通部４３近傍に設けられている。補給口３０ｃの近傍には、トナーを所定の速度で補給するためのトナー補給モーター４４が配設されている。なお、トナーコンテナ２０およびトナー補給モーター４４が、トナーを筐体３０内に供給する供給部を構成している。

図３に示すように、第２搬送路４１の下流側には、排出ケース４６が延設されている。排出ケース４６の下面には、排出口４７が形成されている。排出口４７には、排出された現像剤を貯留する回収ボトル１００が接続されている。

図２および図３に示すように、攪拌部材３１は、第１搬送路４０に沿って配置される第１攪拌部材５０と、第２搬送路４１に沿って配置される第２攪拌部材５１と、で構成されている。

第１攪拌部材５０および第２攪拌部材５１は、それぞれ、回転軸部５０ａ，５１ａの周面に螺旋状のスクリュー羽根５０ｂ，５１ｂを固定して形成されている。各攪拌部材５０，５１は、軸周りに回転可能（図２で反時計回り）に筐体３０に支持されている。スクリュー羽根５０ｂとスクリュー羽根５１ｂとは、互いに同一のピッチで、逆位相となるように形成されている。

図３に示すように、第２攪拌部材５１は、回転軸部５１ａの下流側に、逆螺旋羽根５１ｃと、排出羽根５１ｄと、を有している。逆螺旋羽根５１ｃは、スクリュー羽根５１ｂとは逆位相で２〜３巻きの螺旋状に形成されている。排出羽根５１ｄは、排出ケース４６内に配置され、スクリュー羽根５１ｂと同位相となる螺旋状に形成されている。

図２に示すように、現像器本体３２は、磁気ローラー５２と、現像ローラー５３と、を有している。磁気ローラー５２は、第２攪拌部材５１の上方に対向して配置されている。現像ローラー５３は、磁気ローラー５２の右斜め上方に対向して配置されている。

磁気ローラー５２は、ローラー軸部５２ａと、磁極部材５２ｂと、回転スリーブ５２ｃと、を有している。ローラー軸部５２ａは、筐体３０に回転不能に支持されている。磁極部材５２ｂは、扇形状断面を有し、ローラー軸部５２ａに固定されている。回転スリーブ５２ｃは、非磁性材料で円筒状に形成され、磁極部材５２ｂを覆っている。回転スリーブ５２ｃは、軸周りに回転可能（図２で反時計回り）に筐体３０に支持されている。

磁気ローラー５２は、第１現像バイアス電源５４に電気的に接続されている（図４参照）。第１現像バイアス電源５４は、直流電圧および交流電圧を重畳した第１現像バイアスを磁気ローラー５２に印加する。

現像ローラー５３は、固定軸部５３ａと、現像磁極部材５３ｂと、現像スリーブ５３ｃと、を有している。固定軸部５３ａは、筐体３０に回転不能に支持されている。現像磁極部材５３ｂは、磁気ローラー５２の磁極部材５２ｂに対向して設けられている。現像磁極部材５３ｂは、磁極部材５２ｂとは異極性となる磁石で形成されている。現像スリーブ５３ｃは、非磁性材料で円筒状に形成され、現像磁極部材５３ｂを覆っている。現像スリーブ５３ｃは、現像磁極部材５３ｂとの間に隙間を有し、軸周りに回転可能（図２で反時計回り）に固定軸部５３ａに支持されている。

現像ローラー５３は、磁気ローラー５２との間にギャップ（以下、「対向部Ｒ」という。）を有して配置されている。現像ローラー５３は、筐体３０の開口部３０ａから露出し、感光体ドラム２４に対向して配置されている。現像ローラー５３は、第２現像バイアス電源５５に電気的に接続されている（図４参照）。第２現像バイアス電源５５は、直流電圧および交流電圧を重畳した第２現像バイアスを現像ローラー５３に印加する。

筐体３０には、規制ブレード５６が、対向部Ｒよりも磁気ローラー５２の回転方向上流側に配置されている。規制ブレード５６は、磁気ローラー５２の外周面との間にギャップを有している。

図３に示すように、駆動装置３３は、ギヤ列５８を介して各攪拌部材５０，５１および各ローラー５２，５３に接続される所謂電動モーターである。駆動装置３３を回転駆動すると、各攪拌部材５０，５１および各ローラー５２，５３は、一体に回転する。

図２および図３に示すように、トナー濃度センサー３４は、補給口３０ｃに対向して第１搬送路４０の底部に設けられている。トナー濃度センサー３４の検知面は、第１搬送路４０の底面と略同一平面上に形成されている。

トナー濃度センサー３４は、例えば、現像剤に含まれるキャリアの透磁率を検知する透磁率センサーによって構成されている。トナー濃度センサー３４は、キャリアの存在量を測定することでトナー濃度を検知する。なお、トナー濃度とは、現像剤中のキャリアに対するトナーの比率（Ｔ／Ｃ）を指す。詳細には、トナー濃度センサー３４は、離散的に測定した透磁率に相当する電圧値を現像制御装置３５に出力する。トナーは磁気を通さないため、トナー濃度が上昇した場合、トナー濃度センサー３４の出力値は低くなる。一方、トナー濃度が低下した場合、トナー濃度センサー３４の出力値は高くなる。

図４に示すように、現像制御装置３５は、ＣＰＵ６０（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、メモリー６１と、バス６２と、インターフェース６３と、を含んで構成されている。

ＣＰＵ６０は、プロクラム等に従って演算処理を実行する。メモリー６１は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー等を有している。メモリー６１は、現像処理制御に用いるプログラムや、各現像バイアスの定格値、トナーの補給時間等を記憶している。メモリー６１は、ＣＰＵ６０の演算結果等を一時的に記憶する。バス６２は、ＣＰＵ６０、メモリー６１およびインターフェース６３を電気的に接続している。インターフェース６３には、メイン制御装置１６、駆動装置３３、トナー濃度センサー３４、トナー補給モーター４４および各現像バイアス電源５４，５５等が電気的に接続されている。これにより、ＣＰＵ６０やメモリー６１は、インターフェース６３に接続された各構成との間で各種情報の送受信を行うことができる。

次に、図２および図３を参照して、現像装置２６の現像処理について説明する。

現像制御装置３５は、トナー濃度センサー３４の検知結果に基づいてトナー補給モーター４４を制御して、トナーコンテナ２０から筐体３０内にトナーを供給（補給）する（トナー補給制御）。現像制御装置３５は、駆動装置３３を制御して、第１攪拌部材５０、第２攪拌部材５１、磁気ローラー５２および現像ローラー５３を回転させる。現像制御装置３５は、各現像バイアス電源５４，５５を制御して、磁気ローラー５２に第１現像バイアスを印加させ、現像ローラー５３に第２現像バイアスを印加させる。

第１攪拌部材５０は、第１搬送路４０内の現像剤を図３の矢印Ａの方向に搬送しながら攪拌する。現像剤は、上流側連通部４２から第２搬送路４１内に進入する。第２攪拌部材５１は、第２搬送路４１内の現像剤を図３の矢印Ｂの方向に搬送しながら攪拌する。現像剤の大部分は、逆螺旋羽根５１ｃによって塞き止められて下流側連通部４３から再び第１搬送路４０に進入する。トナーとキャリアとは、２つの搬送路４０，４１を循環する間に攪拌されて均一に混合される。これにより、トナーは、所定のレベルに帯電されてキャリアに保持される。

磁気ローラー５２は、帯電した現像剤によって形成される磁気ブラシを対向部Ｒに搬送する。規制ブレード５６は、磁気ブラシの層厚を規制する。磁気ブラシ中のトナーは、磁気ローラー５２に印加された直流電圧と現像ローラー５３に印加された直流電圧との電位差等によって、現像ローラー５３に移動する。これにより、現像ローラー５３上にトナー薄層が形成される。

現像ローラー５３は、トナー薄層を感光体ドラム９との対向領域に搬送する。現像ローラー５３と感光体ドラム２４との間の電位差によって、現像ローラー５３上のトナーは、感光体ドラム２４に向けて飛翔する。これにより、感光体ドラム２４上の静電潜像は、トナー像に現像される。

現像ローラー５３は、現像されずに残ったトナーを再び対向部Ｒに搬送する。磁気ブラシは、対向部Ｒに搬送されたトナーを回収する。磁気ブラシは、磁極部材５２ｂの同極部分で磁気ローラー５２から引き剥がされ、第２搬送路４１内に落下する。

その後、現像制御装置３５は、トナー補給制御を行う。また、筐体３０内の余剰の現像剤は、逆螺旋羽根５１ｃを乗り越えて排出ケース４６内に進入する。余剰の現像剤は、排出羽根５１ｄによって搬送されて排出口４７から回収ボトル１００に排出される。

ところで、第１攪拌部材５０は、トナー濃度センサー３４の検知面上の現像剤の掻き取りを周期的に繰り返す。このため、図５および図６に示すように、トナー濃度センサー３４は、第１攪拌部材５０の回転周期に対応して、現像剤量が最も密な状態となる第１の値（以下、ピーク値（Ｖｐ）ともいう。）と最も疎な状態となる第２の値（以下、ボトム値（Ｖｂ）ともいう。）との間で振動する波形を検知結果として出力する。

詳細には、第１攪拌部材５０がトナー濃度センサー３４上の現像剤の掻き取りを開始する直前には、トナー濃度センサー３４上の現像剤量が最大（最も密な状態）となっている。すなわち、キャリアの存在量が多くなるため、トナー濃度センサー３４の出力値は高くなる。つまり、トナー濃度センサー３４は、ピーク値（Ｖｐ）を出力する。

第１攪拌部材５０が回転してトナー濃度センサー３４上の現像剤の掻き取りを開始すると、トナー濃度センサー３４の出力値は、急激に下降し始める。そして、第１攪拌部材５０がトナー濃度センサー３４上の現像剤を掻き取った直後には、トナー濃度センサー３４上の現像剤量が最小（最も疎な状態）となっている。すなわち、キャリアの存在量が極端に少なくなるため、トナー濃度センサー３４の出力値は低くなる。つまり、トナー濃度センサー３４は、ボトム値（Ｖｂ）を出力する。

更に第１攪拌部材５０の回転が進むと、トナー濃度センサー３４の出力値は、ボトム値（Ｖｂ）からピーク値（Ｖｐ）に向けて上昇し始める。このとき、現像剤の流動性によって、上昇速度（上昇の傾向）が異なる。例えば、流動性の良い現像剤は、トナー濃度センサー３４上に円滑に流れ込む。このため、図５に示すように、トナー濃度センサー３４の出力値は、ボトム値（Ｖｂ）からピーク値（Ｖｐ）に向けて略直線的に上昇する。一方、流動性の悪い現像剤は、トナー濃度センサー３４上に徐々に流れ込む。このため、図６に示すように、トナー濃度センサー３４の出力値は、ボトム値（Ｖｂ）から徐々に上昇し、その後ピーク値（Ｖｐ）に向けて略直線的に上昇する。

ここで、トナー濃度センサー３４から出力される波形（ピーク値（Ｖｐ）およびボトム値（Ｖｂ））は、現像剤の流動性の良し悪しによって変化する。例えば、図５および図７に示すように、嵩密度（見かけ密度）が小さく流動性の良い現像剤の場合、トナー濃度センサー３４の出力値（ピーク値（Ｖｐ）およびボトム値（Ｖｂ））は低下し、波高（Ｖｐｐ）は大きくなる。一方、図６および図７に示すように、嵩密度が高く流動性の悪い現像剤の場合、トナー濃度センサー３４の出力値は上昇し、波高（Ｖｐｐ）は小さくなる。

また、現像剤の流動性が悪化している場合、トナーとキャリアとを均一に混合するための攪拌処理に多くの時間を要する。現像剤の攪拌が不十分である場合、トナーの濃度および帯電量に斑（不均一な混合状態）が生じる。この場合、図８に示すように、トナー濃度センサー３４の出力波形の振幅は、通常時（トナーの濃度および帯電量が適正な場合）よりも大きくなる。なお、振幅は、波高（Ｖｐｐ）の半分の値（１／２Ｖｐｐ）として算出される。

帯電量に斑のあるトナーを用いて画像形成処理（現像処理）を実行した場合、トナーが白地部に付着する地肌かぶりが発生する。また、帯電量が不十分なトナーは、開口部３０ａから筐体３０の外部に飛散して装置本体２の内部を汚染する。そこで、本実施形態に係る現像装置２６は、現像剤の流動性の良し悪しに関わらず、トナーを適切に帯電させることができるように構成されている。

図９および図１０を参照して、本実施形態に係る現像装置２６の現像制御装置３５が実行する制御について説明する。図９は現像制御装置３５が実行する制御を示すフローチャートである。図１０は現像制御装置３５が算出する流動性指標値（Ｆ_１／２）と通紙枚数との関係を示すグラフである。

現像制御装置３５は、トナー濃度センサー３４の検知結果に基づいて、濃度検知制御と、トナー補給制御と、劣化検知制御と、攪拌継続制御と、を実行する。

本実施形態に係る現像装置２６の動作条件は、例えば、以下のように設定されている。各動作条件は、現像制御装置３５のメモリー６１に記憶されている。
ターゲットトナー濃度（Ｔ／Ｃ（ｔ））：１０％
ターゲット電圧：１．８５Ｖ
攪拌部材３１の回転周波数：約３．７Ｈｚ（２７０ｍｓで１回転）
トナー濃度センサー３４のサンプリング周波数：１００Ｈｚ（１０ｍｓ間隔）
また、筐体３０内を循環する現像剤は、約３０ｓで１周するため、現像制御装置３５は、約３０ｓ間隔で濃度検知制御等を実行する。なお、上記した各動作条件は一例であり、各実行条件は任意に変更してもよい。

まず、現像制御装置３５は、トナー濃度（Ｔ／Ｃ）を算出して判断する濃度検知制御を実行する。現像制御装置３５（ＣＰＵ６０）は、トナー濃度センサー３４から出力された波形（検知結果）を受信し、メモリー６１に一時保存する（ステップＳ１）。現像制御装置３５は、波形のピーク値（Ｖｐ）に基づいて筐体３０内のトナー濃度（Ｔ／Ｃ）を算出する（ステップＳ２）。具体的には、ＣＰＵ６０は、式（１）を満たすようにトナー濃度（Ｔ／Ｃ）を算出してメモリー６１に一時保存する。
Ｔ／Ｃ＝−Ａ×Ｖｐ＋Ｂ・・・（１）

式（１）に示される「Ａ」および「Ｂ」は定数である。図７に示すように、ピーク値（Ｖｐ）とトナー濃度（Ｔ／Ｃ）との関係は、線形（Ｖｐ−Ｔ／Ｃ直線）となる。メモリー６１は、Ｖｐ−Ｔ／Ｃ直線に対応するテーブルを記憶している。ＣＰＵ６０は、テーブルを参照して、式（１）に示される「Ａ」および「Ｂ」を算出する。

次に、現像制御装置３５は、トナー濃度（Ｔ／Ｃ）とターゲットトナー濃度（Ｔ／Ｃ（ｔ））とを比較する（ステップＳ３）。トナー濃度（Ｔ／Ｃ）がターゲットトナー濃度（Ｔ／Ｃ（ｔ））以上である場合（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）、現像制御装置３５は、トナー補給制御を終了し、次の劣化検知制御に移行する。

一方、トナー濃度（Ｔ／Ｃ）がターゲットトナー濃度（Ｔ／Ｃ（ｔ））未満である場合（ステップＳ３で「ＮＯ」）、現像制御装置３５は、トナー補給制御を実行する（ステップＳ４）。既に説明したが、現像制御装置３５は、トナー補給制御として、トナー補給モーター４４を駆動させ、トナーコンテナ２０から筐体３０（第１搬送路４０）内にトナーを供給（補給）する。トナーの補給が完了すると、現像制御装置３５は、トナー補給制御を終了し、次の劣化検知制御に移行する。

次に、現像制御装置３５は、ステップＳ１でメモリー６１に一時保存した波形に基づいて、現像剤（キャリア）の劣化の度合いを判断する劣化検知制御を実行する。現像制御装置３５は、ピーク値（Ｖｐ）とボトム値（Ｖｂ）とを除く波形の１周期（１波長）の範囲内に中間値（Ｖ_１／２）を設定する（ステップＳ５）。具体的には、ＣＰＵ６０は、ボトム値（Ｖｂ）から起算して、波形の１／２周期（１／２波長）経過時を中間値（Ｖ_１／２）として設定（算出）する（図５および図６参照）。続いて、現像制御装置３５（ＣＰＵ６０）は、ボトム値（Ｖｂ）と中間値（Ｖ_１／２）との差分となる差値（Ｖ_１／２−Ｖｂ）を算出する（ステップＳ６）。ＣＰＵ６０は、中間値（Ｖ_１／２）および差値（Ｖ_１／２−Ｖｂ）をメモリー６１に一時保存する。

次に、現像制御装置３５は、波形の波高（Ｖｐｐ）に対する差値（Ｖ_１／２−Ｖｂ）の比率に基づいて現像剤の流動性を示す流動性指標値（Ｆ_１／２）を算出する（ステップＳ７）。ＣＰＵ６０は、式（２）を満たすように流動性指標値（Ｆ_１／２）を算出してメモリー６１に保存する。
Ｆ_１／２＝（Ｖ_１／２−Ｖｂ）／Ｖｐｐ・・・（２）

ここで、流動性指標値（Ｆ_１／２）は、現像剤を理想流体であると仮定すると０．５になるが、現実的には０．５以下の値となる。例えば、図１０に示すように、カラープリンター１で画像形成処理（印字率４％）を連続して行った場合、流動性指標値（Ｆ_１／２）は、使用開始時に０．５付近を示すが、通紙枚数の増加に伴って低下する。図１０に示す例では、通紙枚数２０万枚のときに、流動性指標値（Ｆ_１／２）は約０．２５を示している。すなわち、流動性指標値（Ｆ_１／２）の低下は、キャリアの劣化と、これに伴う現像剤の流動性の悪化と、を示している。

現像制御装置３５は、流動性指標値（Ｆ_１／２）を予め設定した第１閾値（Ｔ１）と比較することによって、現像剤の流動性の良し悪しを判断する（ステップＳ８）。第１閾値（Ｔ１）は、例えば、０．５から４０％低下した０．３に設定されている。流動性指標値（Ｆ_１／２）が第１閾値（Ｔ１）以上である場合（ステップＳ８で「ＮＯ」）、現像制御装置３５は、現像剤が良好な流動性を有していると判断する。現像制御装置３５は、劣化検知制御を終了し、次の濃度検知制御の開始まで待機する。

一方、流動性指標値（Ｆ_１／２）が第１閾値（Ｔ１）未満である場合（ステップＳ８で「ＹＥＳ」）、現像制御装置３５は、現像剤の流動性が悪化していると判断する。ここで、流動性指標値（Ｆ_１／２）が低下した場合でも、上記した地肌かぶりやトナーの飛散等の問題が常に発生するわけではない。本出願人は、流動性指標値（Ｆ_１／２）の低下に加えて、出力波形の振幅（Ｙ）が増大した場合に、地肌かぶりやトナーの飛散等の問題が発生し易くなることを確認している。

そこで、流動性指標値（Ｆ_１／２）が現像剤の流動性の悪化を示す場合、現像制御装置３５は、波形の振幅（Ｙ）を予め設定した第２閾値（Ｔ２）と比較することによって、現像剤（トナーとキャリア）の混合具合を判断する（ステップＳ９）。第２閾値（Ｔ２）は、例えば、初期エージング時（トナーおよびキャリアが新品時）にトナー濃度センサー３４から出力される波形の初期振幅（Ｙ_０）を基準に設定されている。具体的には、第２閾値（Ｔ２）は、初期振幅の１．５倍の値に設定されている（Ｔ２＝１．５Ｙ_０）。振幅（Ｙ）が第２閾値（Ｔ２）以下である場合（ステップＳ９で「ＮＯ」）、現像制御装置３５は、劣化検知制御を終了し、次の濃度検知制御の開始まで待機する。

一方、振幅（Ｙ）が第２閾値（Ｔ２）を超える場合（ステップＳ９で「ＹＥＳ」）、現像制御装置３５は、トナーとキャリアとを均一に混合するための攪拌継続制御を実行する。現像制御装置３５は、攪拌継続制御として、流動性指標値（Ｆ_１／２）が設定された条件（Ｆ_１／２＜Ｔ１）を満たす場合に、波形の振幅（Ｙ）が設定された条件（Ｙ≦Ｔ２）を満たすまで攪拌部材３１を回転させる。また、現像制御装置３５は、攪拌継続制御として、給紙部１１による用紙Ｓの供給を停止させる。具体的には、現像制御装置３５は、駆動装置３３を継続して駆動させると共に、メイン制御装置１６に向けて用紙Ｓの供給動作を禁止する制御信号を送信する。（ステップＳ１０）。これにより、トナーおよびキャリアは、回転する攪拌部材３１によって均一になるように混合される。また、メイン制御装置１６は、給紙部１１を停止させ、通紙（搬送経路１０に用紙Ｓが通ること）を禁止する。なお、現像制御装置３５は、攪拌継続制御において、各現像バイアス電源５４，５５の動作を停止し、各ローラー５２，５３に対する各現像バイアスの印加を中止することが好ましい。

現像制御装置３５は、予め設定された時間の経過を認識すると、ステップＳ１と同様に、トナー濃度センサー３４の波形を受信し、メモリー６１に一時保存する（ステップＳ１１）。次に、ステップＳ９に戻って、現像制御装置３５は、新たに受信した出力波形の振幅（Ｙ）と第２閾値（Ｔ２）とを比較する。以降、現像制御装置３５は、出力波形の振幅（Ｙ）が第２閾値（Ｔ２）以下（ステップＳ９で「ＮＯ」）になるまで攪拌継続制御（ステップＳ１０，Ｓ１１）を繰り返し実行する。

以上説明した本実施形態に係る現像装置２６によれば、流動性指標値（Ｆ_１／２）が現像剤の流動性の悪化を示す場合、現像制御装置３５は、出力波形の振幅（Ｙ）が第２閾値（Ｔ２）以下になるまで現像剤の攪拌動作を継続させる。これにより、現像剤を均一に混合することができ、トナーの帯電量を適切な範囲に維持することができる。また、攪拌継続制御では、給紙部１１による用紙Ｓの供給動作が停止される。これにより、帯電量に斑のあるトナーを画像形成処理に用いることで生じる地肌かぶりを有効に防止することができる。また、トナーを適切に帯電させることができるため、トナーの飛散を抑制することができる。この結果、良好な画像形成を担保することができる。

さらに、現像制御装置３５は、トナー濃度センサー３４の出力波形に基づいて流動性に関するパラメーター（流動性指標値（Ｆ_１／２））を算出する。このため、流動性に関するパラメーターを検知するセンサー等を別途設ける必要がない。これにより、現像装置２６の構成を簡単にすることができると共に、低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態に係る現像装置２６によれば、出力波形に基づくピーク値（Ｖｐ）、ボトム値（Ｖｂ）および中間値（Ｖ_１／２）は、それぞれ、現像剤の流動性の良し悪しを示している。現像制御装置３５は、中間値（Ｖ_１／２）に基づき算出された流動性指標値（Ｆ_１／２）によって、現像剤の流動性の変化を精度良く検知することができる。また、現像制御装置３５は、現像剤の流動性と出力波形の振幅（Ｙ）とに基づき現像剤の混合状況を認識し、現像剤の攪拌時間を変更することができる。

なお、本実施形態に係る現像制御装置３５は、中間値（Ｖ_１／２）を波形の１／２周期経過時に設定していたが、本発明はこれに限定されない。現像制御装置３５は、ボトム値（Ｖｂ）から起算して、波形の１／４周期経過以後１／２周期経過以前の範囲内に、中間値を設定すればよい。例えば、中間値は、波形の１／４周期（１／４波長）経過時に設定されてもよいし、波形の１／３周期（１／３波長）経過時に設定されてもよい。なお、図５および図６に示すように、本出願人は、当該範囲内に設定した中間値が現像剤の流動性の良し悪しを有効に示していることを確認している。

なお、第１閾値（Ｔ１）および第２閾値（Ｔ２）は、上記した値に限定されない。第１閾値（Ｔ１）および第２閾値（Ｔ２）は、現像剤（トナーおよびキャリア）の品質、現像装置２６の動作条件、カラープリンター１の設置環境等によって適宜変更することが好ましい。

なお、本実施形態に係る現像装置２６では、トナー濃度が上昇した場合にトナー濃度センサー３４の出力値（電圧値）が低下していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、トナー濃度が上昇した場合にトナー濃度センサー３４の出力値が上昇するように、センサー回路（図示せず）を設計してもよい。

なお、本実施形態に係る現像装置２６は、トナーコンテナ２０からトナーの補給を受けていたが、これに代えて、現像剤（トナーおよびキャリア）の補給を受けるようにしてもよい。現像制御装置３５は、トナーおよび現像剤のうち少なくとも一方を筐体３０内に供給すればよい。

なお、メイン制御装置１６が、現像制御装置３５の機能を含んでいてもよい。この場合、メイン制御装置１６が、現像装置２６を制御する。また、トナー濃度センサー３４の取り付け位置や数は、任意である。

なお、本実施形態では、一例として、本発明をカラープリンター１に適用した場合を説明したが、これに限らず、例えば、単色のプリンター、ファクシミリ、複合機等に本発明を適用してもよい。

なお、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る現像装置およびこれを備える画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。さらに、上記した本発明の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、且つ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１ カラープリンター（画像形成装置）
１０ 搬送経路
１１ 給紙部
１３ 画像形成部
２０ トナーコンテナ（供給部）
２６ 現像装置
３０ 筐体
３１ 攪拌部材
３４ トナー濃度センサー（検知装置）
３５ 現像制御装置（制御装置）
４４ トナー補給モーター（供給部）

Claims (4)

1. トナーとキャリアとを含む現像剤を内部に収容する筐体と、
   前記筐体内で回転して前記筐体内の前記現像剤を搬送しながら攪拌する攪拌部材と、
   前記攪拌部材に攪拌される一部の前記現像剤のトナー濃度を検知する検知装置と、
   前記検知装置の検知結果に基づいて前記トナーおよび前記現像剤のうち少なくとも一方を前記筐体内に供給する供給部を制御する制御装置と、を備え、
   前記検知装置は、前記攪拌部材の回転周期に対応して振動する波形を検知結果として出力し、
   前記制御装置は、
   前記波形に基づいて前記現像剤の流動性を示す流動性指標値を算出し、
   前記流動性指標値が設定された条件を満たす場合に、前記波形の振幅が設定された条件を満たすまで前記攪拌部材を回転させる攪拌継続制御を実行することを特徴とする現像装置。
2. 前記検知装置が出力する前記波形は、前記現像剤量が最も密な状態となる第１の値と最も疎な状態となる第２の値との間で振動し、
   前記制御装置は、
   前記第１の値と前記第２の値とを除く前記波形の１周期の範囲内に中間値を設定し、
   前記第２の値と前記中間値との差分となる差値を算出し、
   前記波形の波高に対する前記差値の比率に基づいて前記流動性指標値を算出することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記制御装置は、前記第２の値から起算して、前記波形の１／４周期経過以後１／２周期経過以前の範囲内に、前記中間値を設定することを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 給紙カセット内に収容したシート状の記録材を搬送経路に供給する給紙部と、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置を含む画像形成部と、を備え、
   前記制御装置は、前記攪拌継続制御として、前記給紙部による前記記録材の供給を停止させることを特徴とする画像形成装置。

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