JP2017049359A - 現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】経時において現像剤の汲み上げ量を安定させる。
【解決手段】２成分系現像剤Ｇを収容する第１現像剤搬送部Ｂ１等と、現像剤を担持して感光体ドラム２１との対向部に現像剤を搬送し、感光体ドラム２１上の静電潜像にトナーを供給して現像する現像ローラ２３１と、現像ローラ２３１上の現像剤量を規制するドクターブレード２３２と、現像剤を搬送する搬送スクリュ２３３と、搬送スクリュ２３３によって搬送される現像剤を外部に排出する排出口２３７を形成された第１現像剤搬送部Ｂ１と、排出口２３７からの現像剤排出量を変える現像剤排出量調整機構２５０と、現像剤の嵩密度を検知する磁気センサ２３８と、レーザ光を用いて現像剤のトナー濃度を検知する光濃度センサ２４０と、磁気センサ２３８及び光濃度センサ２４０からの信号に基づいて、現像剤排出量を変えるように現像剤排出量調整機構２５０を制御する制御部５０とを備える現像装置２３である。
【選択図】図３

Description

本発明は、現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられ、トナーとキャリアとを含む２成分系現像剤を使用する現像装置において、現像剤担持体に対向配置した現像剤規制部材によって現像剤担持体上の現像剤層厚（現像剤量）を規制する方式は一般的に採用されている。このような現像装置では、現像ローラ等の現像剤担持体と現像剤規制部材とは、所定の間隔（ドクタギャップ）をもって配置され、現像剤量を規制して現像領域へ所定の現像剤を搬送する。

近年では、現像剤量規制後の現像剤担持体上の現像剤量（以下、汲み上げ量という）の安定化のために、嵩密度変動を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１を含む今までの技術では、経時においてキャリアの帯電能力が低下すると現像剤の帯電量が低下してしまうので、汲み上げ量が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑み、経時において現像剤量規制後の現像剤担持体上の現像剤量（現像剤の汲み上げ量）を安定させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、トナーとキャリアとを含む２成分系現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部に現像剤を供給する供給手段と、前記現像剤収容部に設けられ、現像剤を担持して像担持体との対向部に現像剤を搬送し、前記像担持体に形成された潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に対向し、前記現像剤担持体から前記対向部に搬送する現像剤量を規制する現像剤規制部材と、前記現像剤収容部に設けられ、現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、前記現像剤搬送部材によって搬送される現像剤を前記現像剤収容部の外部に排出する排出口を形成された現像剤搬送経路と、前記排出口からの現像剤排出量を変える現像剤排出量可変手段と、現像剤の嵩密度を検知する嵩密度検知手段と、レーザ光を用いて現像剤のトナー濃度を検知する光濃度検知手段と、前記嵩密度検知手段及び前記光濃度検知手段からの信号に基づいて、前記現像剤排出量を変えるように前記現像剤排出量可変手段を制御する制御手段と、を備える現像装置である。

本発明によれば、経時において、現像剤量規制後の現像剤担持体上の現像剤量（現像剤の汲み上げ量）を安定させることができる。

本発明の実施形態１に係る画像形成装置の概略的な構成図である。 実施形態１に係るプロセスカートリッジの概略的な構成図である。 実施形態１に係る現像装置の断面図である。 実施形態１に係る現像装置内の現像剤排出機構を模式的に示す図である。 実施形態１の主な制御構成を示す制御ブロック図である。 実施形態１の主な制御動作の流れを示すフローチャートである。 実施形態１の変形例に係る現像装置内の現像剤排出機構及び制御構成を模式的に示す図である。

以下、図を参照して実施例を含む本発明の実施の形態を詳細に説明する。実施形態等に亘り、同一の機能及び形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、混同の虞がない限り一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。図及び説明の簡明化を図るため、図に表されるべき構成要素であっても、その図において特別に説明する必要がない構成要素は適宜断わりなく省略することがある。

（実施形態１）
まず、図１を用いて、本発明の実施形態１に係る画像形成装置の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る画像形成装置の概略的な構成図である。
図１に示す画像形成装置は、イエロー色、シアン色、マゼンタ色、ブラック色のトナーを使用してトナー像形成を行う４つのプロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｋが並列に配置された画像形成部２を有している。以下、４つのプロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｋを、プロセスカートリッジ２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）と略称する。

各プロセスカートリッジ２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、像担持体たる感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）、帯電部２２（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）、現像装置２３（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）、クリーニング部２５（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）等をユニット枠体に一体に支持されている。各プロセスカートリッジ２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、ユニット枠体を介して画像形成装置の装置本体１に着脱可能に構成されており、一度に消耗部品を交換可能となっている。各プロセスカートリッジ２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、画像形成に使用するトナーの色を除きほぼ同様の構成であり、後述する図２で詳述する。

画像形成部２の上方には、潜像形成手段としての書込み部３が設けられている。書込み部３は、画像情報に基づいて帯電工程後の各感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）に静電潜像を書き込むための装置である。書込み部３は、ポリゴンミラーや光学素子等を用いた光走査装置である。尚、書込み部として、光走査装置に代えてＬＥＤアレイを用いることもできる。

画像形成部２の下方には、中間転写体としての中間転写ベルト３０を備えた転写ユニット４が設けられている。中間転写ベルト３０は、無端状ベルトであり、複数の支持ローラに掛け渡されており、図中矢印で示す時計回り方向に回転移動する。中間転写ベルト３０は、各感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）上に形成された各色のトナー像をその表面に静電的に吸着させて搬送する。

中間転写ベルト３０を介して各感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）に対向する位置には、各感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）に形成された単色のトナー像を中間転写ベルト３０に転写する１次転写ローラ２４が設けられている。また、転写ユニット４の下方には、中間転写ベルト３０上の各色のトナー像を搬送されてくる記録紙に転写する２次転写装置３１が設けられている。２次転写装置３１は、２次転写ローラ３２を備えており、２次転写ローラ３２は、中間転写ベルト３０における転写対向ローラ３３に対する掛け回し箇所にベルトおもて面から当接して２次転写ニップを形成している。

２次転写ローラ３２には、電源によって２次転写バイアスが印加されている。また、転写対向ローラ３３は、電気的に接地されている。これにより、２次転写ニップ内に２次転写電界が形成されている。中間転写ベルト３０における２次転写装置３１の下流側には、中間転写ベルト３０上に残留する残留トナー等をクリーニングするベルトクリーナが設けられている。

画像形成装置の最下方には、給紙部５が配置されている。給紙部５には、シート収容部に積載された用紙などの記録紙Ｐを１枚ずつ分離して給送するための給紙ローラや分離ローラが配設されている。給紙部５は、画像形成時には記録紙Ｐを記録紙搬送装置６を介して２次転写装置３１の２次転写ニップに向けて給送する。

２次転写装置３１の図中左方には、記録紙上に転写されたトナー像を圧力と熱とによって定着するために、内部に発熱体を備えた加熱ローラと加圧ローラを有する定着部７が設けられている。２次転写装置３１と定着部７との間には、トナー像転写後の記録紙を定着部７へと搬送する搬送ベルト装置３５が設けられている。
定着部７の左方には、定着部７を通過した記録紙を機外の排紙トレイ又は反転搬送する反転搬送装置８が設けられ、記録紙両面の場合は、記録紙を反転搬送装置８から記録紙搬送装置６へ搬送する。

プロセスカートリッジ２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）の上方には、キャリアと各色のトナーとを各現像装置２３（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）に供給する供給手段としての剤収納容器である剤カートリッジ１０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）が設置されている。ここで、キャリアとしては磁性キャリアを、各色のトナーとしてはトナー粒子を意味する。剤カートリッジ１０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、現像装置２３（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）に現像剤を補給する補給手段に連通しており、装置本体１に対して着脱可能に構成されている。

給紙部５の左側には、各現像装置２３（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）の現像剤排出部から排出された現像剤を収納する廃現像剤収納容器としての廃剤タンク１１が配置されている。
画像形成装置の最上方には、画像形成装置を操作するための操作表示部１１０が配置されている。

剤カートリッジ１０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）には、キャリアとトナーとを一定の割合で混合したプレミックス現像剤を収納している。剤カートリッジ１０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）内の現像剤は、剤カートリッジ１０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）に連通した供給管、現像剤ホッパ等の補給手段を介して現像装置２３（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）の上部に設けられた現像剤補給口に供給・補給されるようになっている。

図１に示す実施形態１の画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能する複合型の画像形成装置である。複写機として機能する場合には、スキャナから読み込まれた画像情報に対してＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理が施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する場合には、コンピュータ等から送信されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書込みデータに変換される。

画像形成時には、各プロセスカートリッジ２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）の感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）が図中反時計回り方向に回転するとともに、中間転写ベルト３０が図中時計回り方向に移動する。そして、書込み部３から感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）に対して、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像情報に応じた露光光がそれぞれ照射される。即ち、各光源から発せられた露光光（レーザ光）がポリゴンミラー、光学素子等を通過して、各感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）上に照射される。これによって、各プロセスカートリッジ２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）の感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）上に、露光光に応じた静電潜像が形成される。

次いで、現像装置２３（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）によって感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）上の静電潜像が現像されることで、単色のトナー像が形成される。次いで、各感光体ドラム２１（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）上に形成されたトナー像が、１次転写ローラ２４によって一旦中間転写ベルト３０上に互いに重なり合うように転写される。

給紙部５から給送された記録紙Ｐは、記録紙搬送装置６に配設されているレジストローラの位置で一旦タイミングを合わせて、２次転写装置３１の２次転写ニップに搬送される。そして、中間転写ベルト３０上に転写されたカラーの重ね合わせトナー像が記録紙Ｐに一括転写される。
カラーのトナー像が転写された記録紙Ｐは搬送ベルト装置３５によって搬送されて定着部７に達すると、記録紙Ｐ上のトナー像は加熱ローラ及び加圧ローラに挟まれつつ加熱されることで記録紙Ｐ上に定着される。

定着された記録紙は反転搬送装置８によって機外の排紙トレイ又は反転搬送される。
両面印刷時には、記録紙が定着部７を通過後に、反転搬送装置８により記録紙が反転されて記録紙搬送装置６に搬送され、再度、２次転写装置３１を記録紙が通過することで記録紙の両面を印刷することが可能である
一方、記録紙Ｐが分離した後の中間転写ベルト３０表面は、その後にベルトクリーナの位置に達して、その表面に付着したトナー等の汚れがクリーニングされる。

図２を用いて、プロセスカートリッジについて説明する。図２は、実施形態１に係るプロセスカートリッジの概略的な構成図である。
図１に示した各プロセスカートリッジ２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、使用する２成分系現像剤のトナーの色が主に相違するだけで他の構成は同じであるため、以下、トナーの色を表す符号添え字（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）を省略して説明する。

図２に示すように、プロセスカートリッジ２０は、感光体ドラム２１、帯電手段としての帯電部２２、現像装置２３、クリーニング手段としてのクリーニング部２５がユニット枠体２９に支持されて一体化されている。プロセスカートリッジ２０では、プレミックス現像方式（現像剤の補給・排出を適宜に行う現像方式である）が採用されている。
感光体ドラム２１は、負帯電の有機感光体であって、画像形成装置内の駆動源としてのモータと回転駆動ギアによって反時計方向に回転駆動される。

帯電部２２は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した弾性を有する帯電ローラを有し、感光体ドラム２１と近接している。帯電ローラは、感光体ドラム２１と接触していてもよい。クリーニング部２５は、感光体ドラム２１に摺接するクリーニングブラシが設置されていて、感光体ドラム２１上の未転写トナーを機械的に除去・回収する。クリーニングブラシは、板状のクリーニングブレードでもよい。そして除去・回収したトナーは、クリーニング部２５から図１に示した廃剤タンク１１に回収される。

現像装置２３には、現像剤担持体としての現像ローラ２３１が感光体ドラム２１に対向・近接するように配置されている。対向部分には、現像ローラ２３１に担持される現像剤が現像ローラ２３１中の磁極によって穂立ちした状態の磁気ブラシが感光体ドラム２１に接触し、現像領域が形成される。現像装置２３内には、トナーとキャリアとを含む２成分系現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収容されている。現像装置２３は、感光体ドラム２１上に形成される静電潜像にトナーを付着させて現像することで感光体ドラム２１上にトナー像を形成する。尚、現像装置２３の構成・動作については、後で詳しく説明する。

次に、感光体ドラム２１上で行われる作像プロセスについて説明する。図２において、感光体ドラム２１が反時計方向に回転駆動されると、まず、帯電部２２の位置で感光体ドラム２１の表面が一様に帯電される。その後、帯電された感光体ドラム２１表面は、露光光Ｌの照射位置に達して、書込み部３による露光工程が行われる。即ち、露光光Ｌの照射によって感光体ドラム２１上を画像情報に応じて選択的に除電することで、照射されなかった非画像部の電位との差（電位コントラスト）を発生させて静電潜像を形成する。

尚、この露光工程は、感光体ドラム２１の感光層中で電荷発生物質が光を受けて電荷を発生して、このうち正孔が感光体ドラム２１表面の帯電電荷と打ち消しあうものである。その後、静電潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、現像装置２３との対向位置に達する。感光体ドラム２１上の静電潜像は、現像ローラ２３１上の磁気ブラシと接触して、磁気ブラシ中の負帯電されたトナーが付着されて可視化される。

詳しくは、現像ローラ２３１内の磁極による磁力で現像ローラ２３１上に担持した現像剤は、ドクターブレード２３２によって汲み上げ量を適量化された後に、感光体ドラム２１との対向部である現像領域に搬送される。現像領域において穂立ちされたキャリアが感光体ドラム２１を摺擦する。このとき、キャリアに静電的に保持されているトナーは、キャリアとの摩擦によって負帯電されている。これに対して、キャリアは正帯電されている。電源部から現像ローラ２３１に対して、所定の現像バイアスが印加される。

これによって、現像ローラ２３１と感光体ドラム２１との間に電界が形成されて、負帯電されたトナーが電界によって感光体ドラム２１上の静電潜像の画像部に選択的に付着してトナー像を形成する。
その後、トナー像が形成された感光体ドラム２１表面は、中間転写ベルト３０及び１次転写ローラ２４との対向位置に達する。そして、このタイミングに合わせてその対向位置に搬送された中間転写ベルト３０上に、感光体ドラム２１上のトナー像が転写される。このとき、１次転写ローラ２４には、所定の電圧が印加されている。

その後、図１で説明したように、給紙部５から給送された記録紙が２次転写装置３１に搬送されることにより、中間転写ベルト３０上に転写された重ね合わせトナー像が記録紙Ｐに一括転写される。一方、転写工程時に中間転写ベルト３０に転写されずに感光体ドラム２１上に残留した未転写トナー等は、クリーニング部２５によって除去・回収される。
そして、感光体ドラム２１は、除電部を通過して感光体ドラム２１表面の電位が除電されて、感光体ドラム２１における一連の作像プロセスが終了する。

図３を用いて現像装置２３の構成・動作について詳述する。図３は、実施形態１に係る現像装置の断面図である。
図３に示すように、現像装置２３は、現像ケーシング２３０、現像ローラ２３１、３つの搬送スクリュ２３３、２３４、２３５、ドクターブレード２３２、排出スクリュ２３６等で構成されている。現像ケーシング２３０は、現像装置２３の外形形状をなす現像容器である。

現像装置２３内には、現像剤を搬送して循環経路を形成する３つの現像剤搬送経路である第１現像剤搬送部Ｂ１、第２現像剤搬送部Ｂ２、第３現像剤搬送部Ｂ３が形成されている。これらの第１現像剤搬送部Ｂ１、第２現像剤搬送部Ｂ２、第３現像剤搬送部Ｂ３は、現像剤を収容する現像剤収容部を構成している。

現像ローラ２３１は、現像剤を担持して感光体ドラム２１との対向部に現像剤を搬送し、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体として機能する。
現像ローラ２３１は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成してなるスリーブが回転駆動機構によって時計方向に回転されるように構成されている。現像ローラ２３１のスリーブ内には、スリーブの周面に現像剤の穂立ちを生じるように磁界を形成する磁界発生手段としてのマグネットが固定して設けられている。

現像剤中のキャリアがスリーブ上からチェーン状に穂立ちし、その穂立ち端はマグネットから発せられる法線方向磁力線に沿うように穂立ちする。このチェーン状に穂立ちしたキャリアに帯電したトナーが付着されて、磁気ブラシが形成される。磁気ブラシは、スリーブの回転によってスリーブと同方向（時計方向）に移送される。

ドクターブレード２３２は、感光体ドラム２１と現像ローラ２３１との対向部に形成される現像領域より現像ローラ２３１回転方向上流側に現像ローラ２３１に対向するように設置されていて、現像ローラ２３１上から現像領域に搬送する現像剤量を規制する現像剤規制部材として機能する。ドクターブレード２３２は、現像ローラ２３１上の現像剤量・現像剤層厚である汲み上げ量を適量に規制するものである。

３つの搬送スクリュ２３３、２３４、２３５は、オーガスクリュであり、軸部上に螺旋状にスクリュ部が形成されたものであって、現像装置２３内に収容された現像剤を長手方向（図３の紙面垂直方向）に循環しながら撹拌・混合しながら搬送する。

第１の現像剤搬送部材としての搬送スクリュ２３３は、第１現像剤搬送部Ｂ１であって現像ローラ２３１に対向する位置に配設されていて、現像剤を水平方向に搬送する（図３の紙面上手前方向の搬送である）とともに、現像ローラ２３１上に現像剤を供給する。換言すると、第１現像剤搬送部Ｂ１は、現像ローラ２３１に対向するとともに、現像ローラ２３１に現像剤を長手方向（現像ローラ２３１の回転軸方向）に搬送しながら供給する。

第２の現像剤搬送部材としての搬送スクリュ２３４は、第２現像剤搬送部Ｂ２に設置されている。搬送スクリュ２３４は、搬送スクリュ２３３の下方であって現像ローラ２３１に対向する位置に配設されている。そして、現像ローラ２３１から離脱した現像剤（現像工程後に現像ローラ２３１中の剤離れ極によって現像ローラ２３１上から離脱された現像剤である）を水平方向に搬送する（図３の紙面上手前方向の搬送である）。換言すると、第２現像剤搬送部Ｂ２は、第１現像剤搬送部Ｂ１の下方であって現像ローラ２３１に対向する位置に配設されるとともに、現像ローラ２３１から離脱された現像剤を長手方向に搬送する。

第３の現像剤搬送部材としての搬送スクリュ２３５は、第３現像剤搬送部Ｂ３に設置されている。搬送スクリュ２３５は、搬送スクリュ２３３の下方位置に配設されている。そして、搬送スクリュ２３５は、搬送スクリュ２３４から受け渡された現像剤を水平方向に搬送し（図３の紙面上奥側方向の搬送である）、搬送スクリュ２３３に現像剤を受け渡す。
搬送スクリュ２３３による現像剤搬送経路（第１現像剤搬送部Ｂ１）と、搬送スクリュ２３４による現像剤搬送経路（第２現像剤搬送部Ｂ２）と、搬送スクリュ２３５による現像剤搬送経路（第３現像剤搬送部Ｂ３）とは壁部によって隔絶されている。

搬送スクリュ２３４の搬送方向下流側は、搬送スクリュ２３５と連通しており、搬送スクリュ２３４から搬送スクリュ２３５に現像剤を受け渡す。同様に、搬送スクリュ２３５の搬送方向下流側は、搬送スクリュ２３３と連通しており、搬送スクリュ２３５から搬送スクリュ２３３に現像剤を受け渡す。

さらに、搬送スクリュ２３３の搬送方向下流側は、現像ローラ２３１への現像剤供給に対して余剰となった現像剤を搬送スクリュ２３５に受け渡すとともに、現像装置２３内の現像剤量が過多となった場合には排出スクリュ２３６から現像剤を排出する。排出された現像剤は画像形成装置内の廃剤タンク１１（図１参照）に搬送される。

第３現像剤搬送部Ｂ３に対向した現像ケーシング２３０の外壁面には、現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサとしての磁気センサが設置されている。この磁気センサによって検知されるトナー濃度の情報に基づいて、剤カートリッジから現像装置２３内に向けて所定のトナー濃度の現像剤が供給される。実施形態１では、現像装置２３内の現像剤のトナー濃度が５〜１０重量％になるように制御されている。

排出スクリュ２３６に対向した現像ケーシング２３０の外壁面には、現像剤の嵩密度を検知する磁気センサ２３８が設置されている。この磁気センサ２３８は、現像剤の透磁率の変動を検知するため、現像剤の嵩密度変動を検知することと同意であり、現像剤の嵩密度を検知する嵩密度検知手段として機能する。

また、排出経路２３６Ｂ及び排出スクリュ２３６の近傍には、レーザ光を用いて現像剤のトナー濃度を検知する光濃度検知手段としての光濃度センサ２４０が現像ケーシング２３０内上方壁面に設置しており、排出する現像剤のトナー濃度を検知することができる。光濃度センサ２４０は、レーザ光を発光する発光部と、その反射光又は散乱光を受光する受光部とを有する。光濃度センサ２４０の原理としては、発光部からレーザ光を現像剤に照射し、その反射光又は散乱光を受光部で受光・検出することにより、トナー濃度を検知するものである。

実施形態１では、現像ローラ２３１の外径が２５ｍｍ、現像ローラ２３１の外周面上の線速が５３２ｍｍ／秒、プロセス線速（感光体ドラム２１の外周面上の線速及び記録紙Ｐの搬送速度である）が３５２ｍｍ／秒に設定されている。これにより、現像ローラ２３１の外周面上の線速の方が速い。また、搬送スクリュ２３３、搬送スクリュ２３４、搬送スクリュ２３５の回転数は、５００〜８００ｒｐｍ程度に設定されている。

図３、図４を用いて具体的な現像剤排出機構について説明する。図４は、実施形態１における現像装置内の現像剤排出機構を模式的に示す図である。
図３に示すようにトナーとキャリアとを含む現像剤Ｇは、搬送スクリュ２３３の反時計回りの回転によって、軸方向に搬送される（図４参照）。そして、搬送スクリュ２３３の軸方向下流側に搬送された現像剤Ｇは、図示矢印方向Ａに送出される。即ち、搬送スクリュ２３３のある第１現像剤搬送部Ｂ１の下流側には、搬送スクリュ２３３によって軸方向に搬送されてきた現像剤Ｇを排出スクリュ２３６側に排出する排出口２３７が形成されている。

図３に示すように、排出口２３７からの現像剤排出量調整は、現像剤排出量調整機構２５０で行っている。現像剤排出量調整機構２５０は、ラック２３９ａが形成された平板部材２３９と、平板部材２３９と常に噛み合うピニオン２４２と、ピニオン２４２を駆動する調整モータ２４１とを有する。
現像剤排出量調整機構２５０は、排出口２３７からの現像剤排出量を変える現像剤排出量可変手段として機能する。調整モータ２４１は、正逆転可能なモータからなり、現像ケーシング２３０の外部（例えば図２に示したユニット枠体２９）に固定されている。

平板部材２３９の下部は、排出経路２３６Ｂの内壁に適宜形成される案内溝によって上下方向Ｚに移動可能に案内されるようになっている。図３では、平板部材２３９は、排出口２３７を完全に密閉する位置にあり、現像ケーシング２３０の外部に向けて上方向に延びている。調整モータ２４１が回転し、平板部材２３９が上下方向Ｚに移動することで、排出口２３７の開口面積が変わり、排出口２３７からの現像剤排出量を調整することができる。
図３において、搬送スクリュ２３３の軸方向下流側、排出口２３７付近の排出スクリュ２３６及び排出経路２３６Ｂは、現像剤排出部２４５を構成している。

図５を用いて実施形態１の主な制御構成を説明する。図５は、実施形態１の主な制御構成を示す制御ブロック図である。
制御部５０は、画像形成装置の主として４つのプロセスカートリッジ２０の各現像装置２３の要部の制御を司る制御手段として機能する。

尚、図５では、図の簡明化のため４つのプロセスカートリッジ２０の１つの現像装置２３を説明しているが、制御部５０が４つの現像装置２３の要部の制御を行うことは無論である。また、制御部５０が画像形成装置全体の制御を行うようにしてもよい。実施形態１では説明の簡明化のため１つの現像装置２３の要部の制御を行うものとして説明する。

制御部５０は、演算手段及び制御手段の機能を有するＣＰＵ５１と、記憶手段としてのＲＡＭ５２及びＲＯＭ５３と、計時手段としてのタイマ５４等から構成されるマイクロコンピュータを具備している。尚、ＲＡＭ５２、タイマ５４には、電池等でバックアップされたものがそれぞれ含まれ、メイン電源オフ時にも動作可能となっている。
ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１の演算結果や種々のデータを一時的に記憶する。ＲＯＭ５３は、必要な制御手順（後述する図６参照）、及び固定データ等を予め記憶している。

制御部５０のＣＰＵ５１には、操作表示部１１０（表示部１１１）、磁気センサ２３８、光濃度センサ２４０、現像剤排出量調整機構２５０（調整モータ２４１）、がそれぞれ電気的に接続されている。尚、図の簡明化のために図５に二点鎖線で示す重量測定装置２６１、記録装置２６２は、実施形態１では用いず、後述の変形例で用いられることを表している。

操作表示部１１０は、画像形成装置に動作指示を与えるタッチパネルやスイッチ、各種キーからなる入力部と、上記動作内容を視認する液晶表示装置等からなる出力部としての表示部１１１とで構成されている。表示部１１１は、情報を報知する報知手段として機能し、種々の警告等を表示する。
尚、出力部としてブザー等を配設し、警告機能を更に高めてもよい。

ＣＰＵ５１は、磁気センサ２３８からの嵩密度検知結果に係る信号及び光濃度センサ２４０からのトナー濃度検知結果に係る信号に基づいて、現像剤排出量を変えるように現像剤排出量調整機構２５０の調整モータ２４１を制御する制御手段として機能する。
また、ＣＰＵ５１は、磁気センサ２３８からの嵩密度検知結果に係る信号及び光濃度センサ２４０からのトナー濃度検知結果に係る信号に基づいて、現像剤交換を報知するように操作表示部１１０の表示部１１１を制御する機能を有する。

図６を用いて、制御部５０の制御下で実行される実施形態１の主な制御動作を説明する。図６は、実施形態１の主な制御動作の流れを示すフローチャートである。
まず、図６では省略されている初期状態の設定内容を説明する。図４において、排出スクリュ２３６近傍の現像ケーシング外壁面に設置された磁気センサ２３８の検知出力によって排出される現像剤の嵩密度を計測する。初期状態においては、画像を出力することなく現像装置２３を空回しすることで少量の現像剤が図４の現像剤排出機構内に搬送される。

初期現像剤に関しては、トナー濃度及び嵩密度は既知であるため、その状態で磁気センサ２３８の嵩密度検知において初期設定を行う。

次に、図６のフローチャートに基づき説明する。図３に示した現像剤排出部２４５において、磁気センサ２３８からの出力結果（信号）に基づき、ＣＰＵ５１はＲＯＭ５３中の出力結果（信号）と嵩密度の対応表を参照し、現像剤の嵩密度を決定する（ステップＳ１〜ステップＳ２）。
また、図３の現像剤排出部において、レーザ光を用いた光濃度センサ２４０からの出力結果（信号）に基づき、ＣＰＵ５１はＲＯＭ５３中の出力結果（信号）とトナー濃度の対応表を参照し、現像剤のトナー濃度を決定する（ステップＳ３〜ステップＳ４）。尚、ステップＳ１〜ステップＳ２とステップＳ３〜ステップＳ４との動作順序は、これに限らず、入れ替えることも可能であり、複数回の出力結果の平均値を利用することも可能である。

ステップＳ５に進み、ＣＰＵ５１は得られた嵩密度の決定値とトナー濃度の決定値とから、嵩密度／トナー濃度＝ｘを算出する。次いで、算出したｘがどの範囲にあるか否かを、α＜γ＜ｘ＜βの条件式により判断する（ステップＳ６）。
ここで、αは、新品時の現像剤における嵩密度／トナー濃度の値であり、βは、経時の現像剤における嵩密度／トナー濃度の値であり、γは、αとβとの間で設定された或る閾値の値である。上記した嵩密度／トナー濃度＝ｘの計算式、α、β、γの値、α＜γ＜ｘ＜βの条件式は現像装置の機種や仕様に応じて予めＲＯＭ５３に記憶されている。

ステップＳ６において、α＜γ＜ｘ＜βの条件式を満足する場合には、ＣＰＵ５１は調整モータ２４１を予め設定された時間回転駆動させる。これにより、図３に示した現像剤排出量調整機構２５０の平板部材２３９が昇降し、排出口２３７の開口面積が調整される。
特に経時において、光濃度センサ２４０の検知結果と磁気センサ２３８の検知結果に大きな差が生じた場合は、トナー濃度変動ではなく、帯電機能が低下したキャリアによって現像剤の嵩密度が上昇したものとみなす。これにより、排出口２３７の開口面積が広く・大きくなるように調整することで現像剤を多く排出する。

実施形態１のようなトリクル現像方式の場合、トナーとキャリアとが混在した現像剤が現像装置に補給されるため、多く排出した分、トナーとキャリアを多く補給する。現像剤排出量調整機構２５０の排出口２３７の開口面積は、初期状態では狭く、経時になるにつれて広くしていく制御が行われる。

一方、ステップＳ６において、α＜γ＜ｘ＜βの条件式を満足しない場合には、現像剤排出量調整が行われないので、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜ステップＳ６を繰り返す。ステップＳ７で現像剤排出量調整が行われた後、ステップＳ８において、ステップＳ１〜ステップＳ７のループが規定回数以内でなければ、ステップＳ９に進む。即ち、ＣＰＵ５１はＲＯＭ５３に記憶されている実験等で予め求めた上記ループ規定回数を超えていると判断した場合には、現像剤交換の警告を表示部１１１に表示する。

換言すれば、ステップＳ８〜ステップＳ９において、経時において現像剤排出量を最大にしても、嵩密度の上昇が抑えられない場合は、現像装置２３内の現像剤を交換することで嵩密度の高い現像剤による汲み上げ量低下を防ぐこととなる。
この場合の「現像剤交換」とは、実施形態１のようにプロセスカートリッジ２０を構成している場合はプロセスカートリッジ２０の交換を意味し、プロセスカートリッジを構成していない場合は例えば着脱可能に構成された現像ユニットの交換を意味する。更には、サービス担当者等が現像装置内部の現像剤を交換することも含むものである。

図６の制御動作に関して現像装置・実機の具体例を挙げれば、次のとおりである。
例えば、トナー粒径５μｍ、キャリア粒径３６μｍの新品時の現像剤において、トナー濃度７ｗｔ%（重量%）で嵩密度が約１．２ｇ／ｃｍ^３の現像剤が充填された現像装置とする。この現像剤が経時においてキャリアの帯電能力が低下した場合、同じトナー濃度でも嵩密度が約１．５ｇ／ｃｍ^３まで上昇する。

このような現像剤では、次の実例がある。即ち、現像剤の流動性が悪く、現像スリーブ表面が摩耗していない状態でも汲み上げ量が初期に比べて約１０％低下し、更に現像スリーブ表面が摩耗してスリーブの搬送力が低下すると汲み上げ量が初期に比べて約３０％まで低下してしまう。

このような場合、嵩密度が１．３５ｇ／ｃｍ^３位から汲み上げ量低下が生じてくるため、現像剤排出量調整を実施する閾値γを嵩密度１．３５ｇ／ｃｍ^３とする。トナー濃度変動という問題については、プロセスコントロール時にトナー濃度を強制的に７ｗｔ%にして嵩密度を検知する方法が最も精度良く現像剤排出量制御が行える。強制的なトナー濃度調整ができない機種の場合には、新品時現像剤と経時現像剤それぞれに対してトナー濃度に対する嵩密度の関係を予めＲＯＭ５３などにインプットしておき、その特性値（嵩密度／トナー濃度）から現像剤排出量調整を実施する閾値を設定しておく。

以上説明したとおり、実施形態１によれば、トリクル現像剤方式において、現像剤を有効に利用しながら、経時において、現像剤量規制後の現像剤担持体上の現像剤量（現像剤の汲み上げ量）を安定させることができる、という効果を奏する。
尚、トリクル現像剤方式とは、トナーと新規キャリアとを含む現像剤を現像容器の外部から現像容器内の現像剤収容部へと少量ずつ補給する。そして、現像剤を補給しながら、現像剤収容部に収容されている現像剤を撹拌、循環搬送させるとともに、その現像剤の搬送中に過剰となった現像剤の一部を現像容器に設けられた排出口から現像容器外部へオーバーフロー等によって排出させる方式を意味する。

（実施形態１の変形例）
図５、図７を用いて実施形態１の変形例について説明する。図７は、実施形態１の変形例に係る現像装置内の現像剤排出機構及び制御構成を模式的に示す図である。
変形例は、実施形態１と比較して、重量測定装置２６１を用いる点、制御部５０のＣＰＵ５１が重量測定装置２６１の重量計測結果も加味して、現像剤排出量を変えるように現像剤排出量調整機構２５０の調整モータ２４１を制御する点が主に相違する。重量測定装置２６１は、排出経路２３６Ｂの搬送方向下流の開口から廃棄現像剤タンク２６０に排出された現像剤の重量を計測する現像剤重量計測手段として機能する。

変形例では、実施形態１のように排出口２３７から排出された現像剤を廃剤タンク１１（図１参照）に収容しても良いが、より正確に重量測定できるように専用の廃棄現像剤タンク２６０に収容する。そして、廃棄現像剤タンク２６０が設置されている場所の下には、廃棄現像剤タンク２６０の重量を測定する重量測定装置２６１を設置する。この重量測定装置２６１が測定する重量の値は、ある一定間隔で画像形成装置内の記録装置２６２（及びＲＡＭ５２）に記録させ、一定間隔前後での重量差から排出された現像剤の重量を把握する。

変形例によれば、嵩密度とトナー濃度だけでなく、実際に排出された現像剤の重量を計測することで検知精度が向上する、という効果を奏する。

尚、上記実施形態等の画像形成装置に限らず、実施形態１のようなプロセスカートリッジを構成せずに、画像形成装置本体に固定配置された現像装置、或いは画像形成装置本体に対して着脱自在な現像装置を単一又は複数有する画像形成装置であってもよい。

以上説明したとおり、本実施形態等には次の第１ないし第７の態様が実質的に記載されていたと言える。即ち、第１の態様は、トナーとキャリアとを含む現像剤Ｇなどの２成分系現像剤Ｇを収容する第１現像剤搬送部Ｂ１、第２現像剤搬送部Ｂ２、第３現像剤搬送部Ｂ３などの現像剤収容部と、現像剤収容部に現像剤を供給する剤カートリッジ１０などの供給手段と、現像剤収容部に設けられ、現像剤を担持して感光体ドラム２１などの像担持体との対向部に現像剤を搬送し、像担持体上に形成された潜像にトナーを供給して現像する現像ローラ２３１などの現像剤担持体と、現像剤担持体に対向し、現像剤担持体から像担持体との対向部に搬送する現像剤量を規制するドクターブレード２３２などの現像剤規制部材と、現像剤収容部内に設けられ、現像剤を搬送する搬送スクリュ２３３などの現像剤搬送部材と、現像剤搬送部材によって搬送される現像剤を現像剤収容部の外部に排出する排出口２３７などの排出口を形成された第１現像剤搬送部Ｂ１などの現像剤搬送経路と、排出口からの現像剤排出量を変える現像剤排出量調整機構２５０などの現像剤排出量可変手段と、現像剤の嵩密度を検知する磁気センサ２３８などの嵩密度検知手段と、レーザ光を用いて現像剤のトナー濃度を検知する光濃度センサ２４０などの光濃度検知手段と、嵩密度検知手段及び光濃度検知手段からの信号に基づいて、現像剤排出量を変えるように現像剤排出量可変手段を制御する制御部５０などの制御手段と、を備える現像装置２３などの現像装置である。

かかる第１の態様によれば、経時において、現像剤量規制後の現像剤担持体上の現像剤量（現像剤の汲み上げ量）を安定させることができる。
経時において、添加剤等が付着したキャリアは帯電能力が低下し、トナーの帯電量が低くなり、現像剤としては帯電トナー同士（又はキャリア同士）の静電気的な反発力も小さく、初期状態に比べるとキャリア間が狭くなるため、嵩密度が高くなる。これに伴って現像剤は凝集し易くなり、現像剤の流動性も悪くなる。

本来、現像剤の嵩密度が高いと現像剤担持体への担持量は増加するが、現像剤規制部材付近では帯電能力が著しく低下したキャリアを含む現像剤は現像剤像担持体（現像ローラ）表面との接触でスリップしてしまい、逆に現像剤が搬送され難くなり、汲み上げ量が低下してしまう。このような現像剤の場合、初期状態に比べるとトナー濃度が同じでも嵩密度が非常に高くなるという特性があるため、上記効果を奏する。

第２の態様は、第１の態様において、情報を報知する表示部１１１などの報知手段を備え、制御手段は、嵩密度検知手段及び光濃度検知手段の検知結果に基づいて、現像剤交換を報知するように報知手段を制御する。
かかる第２の態様によれば、現像剤排出でも嵩密度上昇が抑えられない場合には、現像剤そのものを交換することで経時における汲み上げ量低下を防ぐことができる。

第３の態様は、第２の態様において、排出口から排出された現像剤の重量を計測する重量測定装置２６１などの現像剤重量計測手段を備える。
かかる第３の態様によれば、嵩密度とトナー濃度だけでなく、実際に排出された現像剤の重量を計測することで検知精度の向上が可能となる。

第４の態様は、第３の態様において、制御手段は、現像剤重量計測手段の重量計測結果も加味して、現像剤排出量を変えるように現像剤排出量可変手段を制御する。
かかる第４の態様によれば、嵩密度とトナー濃度だけでなく、実際に排出された現像剤の重量を計測することで検知精度が向上する。

第５の態様は、第１〜第４の何れか１つの態様の現像装置を単一又は複数有する画像形成装置である。
かかる第５の態様によれば、安定した画像品質が得られる画像形成装置を提供することが可能となる。

第６の態様は、像担持体と、現像手段、帯電手段及びクリーニング手段により選ばれる少なくとも現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、現像手段が、第１〜第４の何れか１つの態様の現像装置である。
かかる第６の態様によれば、消耗部品交換等の操作性が向上する。

第７の態様は、第６の態様のプロセスカートリッジを複数有する画像形成装置である。
かかる第７の態様によれば、消耗部品交換等の操作性が向上するとともに、安定した画像品質が得られるカラー画像形成装置を提供することが可能となる。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記実施形態や実施例等に記載した技術事項を適宜組み合わせたものであってもよい。

また、上記実施形態に係る画像形成装置では、フルカラーの画像形成を行える画像形成装置（例えば複写機、ファクシミリ、プロッタ等、或いはこれら複数の機能を備えた複合機）を対象としていたが、これに限定されない。即ち、フルカラーに加えてオプション色の画像形成を行える、例えば複写機やカラープロダクションプリンタなどの画像形成装置であってもよい。

本発明に係る画像形成装置は、図１に示した中間転写方式のタンデム型の画像形成装置に限らず、搬送ベルト上に保持されたシート上に直接転写する直接転写方式のタンデム型の画像形成装置であってもよい。

本発明の実施の形態に適宜記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 装置本体（画像形成装置本体の一例）
２ 画像形成部
３ 書込み部（潜像形成手段ないしは露光手段）
４ 転写ユニット
５ 給紙部
６ 記録紙搬送装置
７ 定着部
８ 反転搬送装置
９ 排紙ユニット
１０ 剤カートリッジ（供給手段の一例、現像剤収納容器）
１１ 廃剤タンク（廃現像剤収納容器）
２０ プロセスカートリッジ
２１ 感光体ドラム（像担持体の一例）
２２ 帯電部（帯電手段の一例）
２３ 現像装置
２４ １次転写ローラ
２５ クリーニング部（クリーニング手段の一例）
３０ 中間転写ベルト（中間転写体）
３１ ２次転写装置
６１ 給紙部
６６ 定着部
１１０ 操作表示部
１１１ 表示部（報知手段の一例）
２３０ 現像ケーシング（現像容器）
２３１ 現像ローラ（現像剤担持体の一例）
２３３、２３４、２３５ 搬送スクリュ（現像剤搬送部材の一例）
２３２ ドクターブレード（現像剤規制部材の一例）
２３６ 排出スクリュ
２３８ 磁気センサ（嵩密度検知手段の一例）
２４０ 光濃度センサ（光濃度検知手段の一例）
２４１ 調整モータ（現像剤排出量可変手段の駆動源）
２４５ 現像剤排出部
２５０ 現像剤排出量調整機構（現像剤排出量可変手段の一例）
２６０ 廃棄現像剤タンク
２６１ 重量測定装置（現像剤重量計測手段の一例）
２６２ 記録装置
Ｇ 現像剤（２成分系現像剤の一例、プレミックス現像剤）
Ｐ 記録紙（シート状記録媒体）

特開２００５−３４６１０２号公報

Claims (7)

1. トナーとキャリアとを含む２成分系現像剤を収容する現像剤収容部と、
   前記現像剤収容部に現像剤を供給する供給手段と、
   前記現像剤収容部に設けられ、現像剤を担持して像担持体との対向部に現像剤を搬送し、前記像担持体に形成された潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に対向し、前記現像剤担持体から前記対向部に搬送する上の現像剤量を規制する現像剤規制部材と、
   前記現像剤収容部に設けられ、現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、
   前記現像剤搬送部材によって搬送される現像剤を前記現像剤収容部の外部に排出する排出口を形成された現像剤搬送経路と、
   前記排出口からの現像剤排出量を変える現像剤排出量可変手段と、
   現像剤の嵩密度を検知する嵩密度検知手段と、
   レーザ光を用いて現像剤のトナー濃度を検知する光濃度検知手段と、
   前記嵩密度検知手段及び前記光濃度検知手段からの信号に基づいて、前記現像剤排出量を変えるように前記現像剤排出量可変手段を制御する制御手段と、
   を備える現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   情報を報知する報知手段を備え、
   前記制御手段は、前記嵩密度検知手段及び前記光濃度検知手段の検知結果に基づいて、現像剤交換を報知するように前記報知手段を制御することを特徴とする現像装置。
3. 請求項２記載の現像装置において、
   前記排出口から排出された現像剤の重量を計測する現像剤重量計測手段を備えることを特徴とする現像装置。
4. 請求項３記載の現像装置において、
   前記制御手段は、前記現像剤重量計測手段の重量計測結果も加味して、前記現像剤排出量を変えるように前記現像剤排出量可変手段を制御することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１〜４の何れか１つに記載の現像装置を単一又は複数有することを特徴とする画像形成装置。
6. 像担持体と、現像手段、帯電手段及びクリーニング手段により選ばれる少なくとも前記現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、
   前記現像手段が、請求項１〜４の何れか１つに記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 請求項６記載のプロセスカートリッジを複数有することを特徴とする画像形成装置。

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