JP2017223795A - 現像装置、画像形成装置および現像剤滞留判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置内において現像剤が滞留していることを判定することが可能な現像装置、画像形成装置および現像剤滞留判定方法を提供する。【解決手段】現像装置は、トナーとキャリアーを含む現像剤を収容する現像剤筐体と、現像剤筐体内で回転することにより現像剤を搬送しながら撹拌する撹拌部材と、撹拌部材により撹拌される現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出部と、トナー濃度検出部により検出されたトナーの濃度の検出波形に基づいて現像剤筐体と撹拌部材との間において現像剤が滞留しているか否かについて判定する制御部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、現像装置、画像形成装置および現像剤滞留判定方法に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）は、帯電した感光体ドラム（像担持体）に対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラムへ現像装置よりトナーを供給することにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。さらに、このトナー像を直接または間接的に用紙に転写させた後、定着ニップで加熱、加圧して定着させることにより用紙にトナー像を形成する。

画像形成装置において用いられる現像装置には、現像装置内におけるトナーの濃度を検出するためのトナー濃度検出部を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のトナー濃度検出部は、現像装置内に設けられた撹拌部材の撹拌動作に応じて変動する現像剤の挙動を検出し、撹拌部材の回転周期に応じて振動する波形を出力する。特許文献１に記載の技術では、トナー濃度検出部により出力された波形に基づいて現像装置内の現像剤の流動性を判断し、流動性が悪いと判断した場合、現像装置内にトナーを補給する。

特開２０１５−１９１０７７号公報

ところで、現像剤は、現像装置内において滞留する場合がある。現像剤の滞留は、例えば、高温環境において画像形成装置が放置された場合や、現像装置内で現像剤の流動性が悪化した場合に発生する。現像剤の流動性は、例えば、画像形成処理において低カバレッジの画像形成から高カバレッジの画像形成に切り替わったときにおいて悪化する。この理由は、低カバレッジの画像形成において現像装置内に増えた劣化トナーの流動性と、高カバレッジの画像形成において現像装置内に補給された非劣化トナーの流動性とに差があることによる。

この現像剤の滞留が、トナー濃度検出部の検出範囲内、つまり、撹拌部材と現像装置との間の空間で発生すると、当該空間の現像剤の流動性が悪くなるため、実際にはトナーの濃度が低下していないにも関わらずトナー濃度検出部による出力が低下する。そのため、現像装置内にトナーが過剰に補給されてしまい、ひいては画像汚れや機内汚れが発生するという問題があった。

なお、特許文献１に記載の技術では、トナー濃度検出部により出力された波形に基づいて現像装置内の現像剤の流動性を判断できるが、現像剤が滞留したかどうかについては判断することができない。

本発明の目的は、現像装置内において現像剤が滞留していることを判定することが可能な現像装置、画像形成装置および現像剤滞留判定方法を提供することである。

本発明に係る現像装置は、
トナーとキャリアーを含む現像剤を収容する現像剤筐体と、
前記現像剤筐体内で回転することにより前記現像剤を搬送しながら撹拌する撹拌部材と、
前記撹拌部材により撹拌される前記現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出部と、
前記トナー濃度検出部により検出された前記トナーの濃度の検出波形に基づいて前記現像剤筐体と前記撹拌部材との間において前記現像剤が滞留しているか否かについて判定する制御部と、
を備える。

本発明に係る画像形成装置は、
上記した現像装置を備える。

本発明に係る現像剤滞留判定方法は、
トナーとキャリアーを含む現像剤を収容する現像剤筐体と、
前記現像剤筐体内で回転することにより前記現像剤を搬送しながら撹拌する撹拌部材と、を備える現像装置の現像剤滞留判定方法であって、
前記撹拌部材により撹拌される前記現像剤に含まれるトナーの濃度を検出し、
検出された前記トナーの濃度の検出波形に基づいて前記現像剤筐体と前記撹拌部材との間において前記現像剤が滞留しているか否かについて判定する。

本発明によれば、現像装置内において現像剤が滞留していることを判定することができる。

本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 現像剤筐体におけるトナー濃度検出部が設けられた部分を示す断面図である。 撹拌部材の軸方向に垂直で、かつ、トナー濃度検出部を通る面で現像剤筐体を切った断面図である。 トナー濃度検出部により出力された波形を示す図である。 トナーの滞留が発生してない波形と、トナーの滞留が発生している波形とを重ね合わせた図である。 図６において周波数解析処理を行った後の処理後波形を示す図である。 撹拌部材の回転速度に対するトナー濃度検出部による出力値の平均値を示す図である。 撹拌部材の回転速度に対する処理後波形における変動幅の推移を示す図である。 印刷枚数に対する、現像剤筐体内の現像剤のたまり量およびトナーの濃度の関係を示す図である。 画像形成装置における現像剤滞留判定制御の動作例の一例を示すフローチャートである。 振動部材を有する現像剤筐体におけるトナー濃度検出部が設けられた部分を示す断面図である。 補助撹拌部材を有する現像剤筐体におけるトナー濃度検出部が設けられた部分を示す断面図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。

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。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、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、用紙Ｓに二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、ＹＭＣＫ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に一回の手順で各色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。

画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部１００を備える。

制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３等を備える。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０３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集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２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）やハードディスクドライブで構成される。

制御部１００は、通信部７１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の装置（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１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データ（入力画像データ）を受信し、この画像データに基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

画像読取部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１２（スキャナー）等を備えて構成される。

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により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。

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。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取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付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、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１００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、各機能の動作状況、画像形成装置１の内部の情報等の表示を行う。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、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１００に出力する。表示部２１は、本発明の「報知部」に対応する。

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る。例えば、画像処理部３０は、制御部１００の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。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、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

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等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、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、または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。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、およびドラムクリーニング装置４１５等を備える。

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）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。本実施形態における感光体ドラム４１３の外径は６０ｍｍである。

帯電装置４１４は、コロナ放電を発生させることにより、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。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色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各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。現像装置４１２は、現像剤に含まれるトナーを感光体ドラム４１３に供給することによって感光体ドラム４１３の表面にトナー像を形成する。

また、図３に示すように、現像装置４１２における現像剤筐体４１２Ａ内には、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔを撹拌するための撹拌部材４１２Ｂが設けられている。撹拌部材４１２Ｂは、現像剤筐体４１２Ａにおける図１における右端から２つ並んで配置されており、軸方向に現像剤Ｔを搬送することで、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔを撹拌する。なお、本実施の形態では、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤量は、６００ｇであり、撹拌部材４１２Ｂの外径は２５ｍｍである。

また、図２に示すように、現像装置４１２には、トナー補給部４１２Ｃが設けられている。トナー補給部４１２Ｃは、制御部１００の制御の下、現像剤筐体４１２Ａ内にトナーを補給する。

また、現像装置４１２には、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔ内のトナーの濃度を検出するためのトナー濃度検出部７３が設けられている。トナー濃度検出部７３については後述する。

図１に示すように、ドラムクリーニング装置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等を有し、一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を除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４およびベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は、無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも一つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。駆動ローラーが回転することにより、中間転写ベルト４２１はＡ方向に一定速度で走行する。中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、制御部１００からの制御信号によって回転駆動される。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側、つまり、一次転写ローラー４２２と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、バックアップローラー４２３Ｂに二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの表面側、つまり、中間転写ベルト４２１と当接する側にトナーと同極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面であるトナー像が形成されている面側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面である定着面の反対の面側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。

上側定着部６０Ａは、定着面側部材である無端状の定着ベルト６１、加熱ローラー６２および定着ローラー６３を有する。定着ベルト６１は、加熱ローラー６２と定着ローラー６３とによって張架されている。

下側定着部６０Ｂは、裏面側支持部材である加圧ローラー６４を有する。加圧ローラー６４は、定着ベルト６１との間で用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップを形成している。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、および搬送経路部５３等を備える。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、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。

搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａ等の複数の搬送ローラー対等を有する。給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。このとき、レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部により、給紙された用紙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のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

次に、トナー濃度検出部７３について説明する。図３は、現像剤筐体４１２Ａにおけるトナー濃度検出部７３が設けられた部分を示す断面図である。図４は、撹拌部材４１２Ｂの軸方向に垂直で、かつ、トナー濃度検出部７３を通る面で現像剤筐体４１２Ａを切った断面図である。

図３に示すように、トナー濃度検出部７３は、例えば、コイル等の磁気センサーであり、現像剤筐体４１２Ａの撹拌部材４１２Ｂに対応する位置に設けられている。トナー濃度検出部７３は、トナー濃度検出部７３の検出領域７３Ａを現像剤Ｔに含まれるキャリアーが通過することで現像剤Ｔに含まれるトナーの濃度を検出する。

具体的には、図４に示すように、撹拌部材４１２Ｂが回転すると、軸Ｂ１に設けられた複数の羽部材Ｂ２により、図示における矢印の方向にトナーの流れが発生する。撹拌部材４１２Ｂが回転することで現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔ、つまり、トナーおよびキャリアーが図示矢印の方向に移動し、トナー濃度検出部７３の検出領域７３Ａ内を通過するキャリアーの磁力を検出することで、現像剤Ｔに含まれるトナーの濃度を検出する。

図５に示すように、トナー濃度検出部７３は、撹拌部材４１２Ｂの回転周期に応じて出力値が振動する検出波形を検出し、検出結果である検出波形を制御部１００に出力する。つまり、撹拌部材４１２Ｂが現像剤筐体４１２Ａ内で回転して現像剤Ｔが撹拌されることで、トナーとともにキャリアーの挙動も変動するため、検出波形は、現像剤Ｔの挙動に基づいて振動する。

検出波形は、ピーク値（図５では約３００００Ｈｚ）と、ボトム値（図５では約２９５００Ｈｚ）とで差がある。そのため、トナー濃度検出部７３によるトナーの濃度を検出するタイミングによっては、正確に濃度を検出できず、トナーの補給量にばらつきが生じる可能性がある。また、ピーク値とボトム値とで差が生じるのは、撹拌部材４１２Ｂの羽部材Ｂ２が現像剤Ｔと接触しているときと、現像剤Ｔから離れるときとがあることで生じる。

そこで、制御部１００は、検出波形の変動によるトナーの補給ばらつきを抑制するため、一定時間（例えば、１秒）内に検出した出力値の平均値を用いてトナーの濃度を算出する。図５に示す例では、第１期間内における平均値は、第１期間経過後に算出された第１平均値Ｐ１であり、第２期間内における平均値は、第２期間経過後に算出された第２平均値Ｐ２である。図５の場合、第１期間から第２期間に推移するにあたり、第１平均値Ｐ１から第２平均値Ｐ２に上昇しているので、第２期間におけるトナーの濃度は、第１期間におけるトナーの濃度より上昇したということになる。

制御部１００は、トナーの濃度が低下した場合、トナーを現像剤筐体４１２Ａに補給するようにトナー補給部４１２Ｃを制御する。

ところで、現像剤Ｔは、現像装置４１２内において滞留する場合がある。現像剤Ｔの滞留は、例えば、高温環境において画像形成装置１が放置された場合や、現像装置４１２内で現像剤Ｔの流動性が悪化した場合に発生する。

この現像剤Ｔの滞留が、トナー濃度検出部７３の検出領域７３Ａ内、つまり、撹拌部材４１２Ｂと現像装置４１２との間の空間で発生すると、実際にはトナー濃度が低下していないにも関わらずトナー濃度検出部７３による出力が低下する。そのため、現像装置４１２内にトナーが過剰に補給されてしまい、ひいては画像汚れや機内汚れが発生するという問題があった。

そこで、本実施の形態では、制御部１００の制御の下、トナー濃度検出部７３による検出結果に基づいて、現像剤筐体４１２Ａと撹拌部材４１２Ｂとの間において現像剤Ｔが滞留しているか否かについて判定する。現像剤Ｔが滞留していることを判定することで、現像剤筐体４１２Ａ内にトナーが過剰に補給されることを抑制する。以下、制御部１００による現像剤滞留判定制御について説明する。

現像剤Ｔが滞留すると、トナー濃度検出部７３における出力値が低下する。この理由は、現像剤Ｔの流動性が悪くなることでトナー濃度検出部７３の検出領域７３Ａを通過するキャリアーの量が少なくなるからである。そのため、図６に示すように、現像剤Ｔが滞留してない場合の出力値である検出波形Ｌ１の平均値の推移を示す破線Ｍ１に対して、現像剤Ｔが滞留した場合の出力値である検出波形Ｌ２の平均値の推移を示す破線Ｍ２は小さくなる。

そこで、制御部１００は、トナー濃度検出部７３により出力された波形に基づいて現像剤筐体４１２Ａと撹拌部材４１２Ｂとの間において現像剤Ｔが滞留しているか否かについて判定する。つまり、時間的に変化する検出波形Ｌ１，Ｌ２における変化の推移を見ることにより、より正確なタイミングで現像剤Ｔの滞留を判定することができる。

また、本実施の形態では、制御部１００は、トナー濃度検出部７３により出力された検出波形Ｌ１，Ｌ２に対して、撹拌部材４１２Ｂの回転周期に応じた周波数解析処理を行う。周波数解析処理は、例えば、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等である。トナー濃度検出部７３により出力された検出波形Ｌ１，Ｌ２は、破線Ｚで囲った部分のような、他の部分よりも大きく振動するリップルが生じる。このリップルが生じる部分は、撹拌部材４１２Ｂの回転速度、つまり、回転数によって決定されるので、制御部１００の制御の下、周波数解析処理を行うことで、リップルが生じる部分を除去する。

リップルが生じる部分を除去することで、検出波形Ｌ１，Ｌ２は、図７に示すような処理後波形Ｌ１１，Ｌ２２のようになる。なお、図７では、図面の見やすさを考慮して図６における検出波形Ｌ１，Ｌ２よりも処理後波形であるＬ１１とＬ２２との差異を誇張して図示ししている。

現像剤Ｔが滞留していない処理後波形Ｌ１１は、現像剤Ｔの流動性が良好であるので、処理後波形Ｌ１１における出力値の最大値と最初値との差分である変動幅Ｗ１が比較的大きな幅となる。それに対し、現像剤Ｔが滞留している処理後波形Ｌ２２は、現像剤Ｔの流動性が悪化しているので、処理後波形Ｌ２２における出力値の最大値と最初値との差分である変動幅Ｗ２が比較的小さな幅となる。このように、トナー濃度検出部７３により出力された波形においてリップルが生じる部分を除去することで、処理後波形の変動幅に応じて現像剤Ｔが滞留しているか否かについて判定することができる。そのため、現像剤滞留の発生の有無における判定をより正確に行うことができる。

制御部１００は、所定の閾値よりも変動幅が大きいか否かについて判定し、閾値よりも変動幅が小さい場合、現像剤Ｔが滞留していると判定する。閾値は、トナーの濃度が例えば６．５％のとき（以下、「通常時」ともいう）における変動幅に２を除算した値とすることができる。

また、トナー濃度検出部７３の出力は、撹拌部材４１２Ｂの回転速度に応じて変動する。撹拌部材４１２Ｂの回転速度により現像剤筐体４１２Ａ内のトナーの移動速度も変動するからである。撹拌部材４１２Ｂの回転速度を変動させた場合、トナー濃度検出部７３の出力値は、図８に示す実線ＰＰのように変動する。図８の例では、撹拌部材４１２Ｂの回転速度が３１５ｍｍ／ｓ、２２５ｍｍ／ｓ、１５７ｍｍ／ｓの場合、トナー濃度検出部７３の出力値の平均値がそれぞれ２９９００Ｈｚ、２９８５０Ｈｚ、２９８００Ｈｚとなる。なお、回転速度が３１５ｍｍ／ｓ、２２５ｍｍ／ｓ、１５７ｍｍ／ｓの場合、撹拌部材４１２Ｂの回転数は、それぞれ５００ｒｐｍ、３５７ｒｐｍ、２４９ｒｐｍとなる。

ここで、現像剤Ｔの滞留が発生した場合、例えば、撹拌部材４１２Ｂの回転速度が３１５ｍｍ／ｓのとき、トナー濃度検出部７３の出力値の平均値が２９８００Ｈｚとなり、通常時と比較して１００Ｈｚ減少した値となる。そのため、他の回転速度の場合においても現像剤Ｔの滞留が発生すると、トナー濃度検出部７３の出力値がトナー濃度検出部７３の通常時の出力値よりも減少すると考えられる。このように撹拌部材４１２Ｂの回転速度が変わることでトナー濃度検出部７３の出力値が変動してしまうので、閾値を固定値に設定すると、現像剤Ｔの滞留を正確に判定できない。

そこで、制御部１００は、撹拌部材４１２Ｂの回転速度に応じて変動幅の閾値を変更する。図９は、撹拌部材４１２Ｂの回転速度に対する処理後波形における変動幅の推移を示す図である。破線Ｗ１１は、通常時における変動幅Ｗ１の推移を示し、一点鎖線Ｗ２２は、現像剤Ｔの滞留が発生したときにおける変動幅Ｗ２の推移を示す。

周波数解析処理を行った後の、回転速度に応じた変動幅の推移は、図９に示すように、回転速度が速くなるほど、通常時と、現像剤Ｔの滞留が発生したときとともに変動幅が大きくなる。つまり、制御部１００の制御の下、撹拌部材４１２Ｂの回転速度に応じて変動幅の閾値を変更することで現像剤Ｔの滞留を正確に判定することができる。

また、トナーの濃度は初期状態において例えば６．５％に設定されるが、例えば画像形成装置１の仕様の違いや、製造ばらつき等により、トナー濃度検出部７３の出力値が全て同じ値になるとは限らない。そこで、制御部１００は、画像形成装置１の初期調整の動作において現像剤Ｔが滞留しているか否かについて判定する判定基準となる閾値を決定しても良い。このようにすることで、現像剤Ｔの滞留を正確に判定することができる。

また、トナーの濃度は、通常時６．５％に設定されるが、例えば画像形成装置１の仕様の違いによっては、常に６．５％に設定されるとは限らない。トナーの濃度が異なると、当然にトナー濃度検出部７３の出力値が変動するので、トナーの濃度が６．５％の状態に閾値を設定していると、現像剤Ｔの滞留の発生を誤検出する可能性がある。そこで、制御部１００は、トナー濃度検出部７３の検出したトナーの濃度に応じて閾値を変更しても良い。このようにすることで、現像剤Ｔの滞留を正確に判定することができる。

また、現像装置４１２内へのトナーの補給量は、トナーの濃度が規定値、つまり、通常時のトナーの濃度（６．５％）となるような補給量に設定される。しかし、現像剤Ｔの滞留が発生していると、トナー濃度検出部７３により検出されるトナーの濃度が、実際のトナーの濃度よりも小さい値を出力してしまう。そのため、設定された補給量だけトナーが補給された場合、トナーの濃度が過剰になってしまう。

そこで、制御部１００は、トナー補給部４１２Ｃによりトナーが補給された後、所定時間（例えば、１分）内において、現像剤筐体４１２Ａ内のトナーの濃度が規定値より大きい場合、現像剤Ｔが滞留しているか否かについての判定を行うように制御しても良い。このように制御することで、現像装置４１２内のトナーの濃度が過剰になる前に現像剤Ｔが滞留していることを判定することができる。

また、低カバレッジのトナー像が連続して画像形成処理される場合、現像装置４１２内において使用されずに残るトナーの割合が多くなる。そのため、トナーは、劣化してしまうので、現像剤Ｔの滞留がより発生しやすくなる。そこで、制御部１００は、画像形成処理におけるトナー像のカバレッジが所定率（例えば、３％）以下のトナー像が所定枚数連続した場合、現像剤Ｔの滞留が発生しているか否かについての判定を行うように制御しても良い。このように制御することで、現像剤Ｔの滞留を早期に検出することができる。

また、画像形成装置１の停止時間が例えば、６時間以上になると、現像装置４１２内のトナーは、長時間撹拌されることもなく静止した状態となるため、現像装置４１２内で滞留しやすい。また、画像形成装置１の周囲が、例えば、温度２５℃以上、湿度６０％以上になると、現像装置４１２内のトナーは、劣化しやすく、流動性が悪化するので、現像装置４１２内で滞留しやすい。そこで、制御部１００は、画像形成装置１の停止時間および画像形成装置１の温湿度条件の少なくとも一方に応じて現像剤Ｔが滞留しているか否かについて判定するか否かを決定しても良い。このようにすることで、現像剤Ｔの滞留の判定を不必要に行うことを抑制することができる。

制御部１００は、現像剤Ｔが滞留していると判定した場合、現像剤Ｔが滞留している旨をユーザーに報知するように表示部２１を制御する。このようにすることで、現像剤Ｔが滞留していることをユーザーに迅速に伝えることができる。

また、制御部１００は、現像剤Ｔが滞留していると判定した場合、画像形成装置１の動作を停止させても良い。画像形成装置１の動作を停止させることで、現像剤Ｔの滞留に起因した画像不良が発生することを抑制することができる。

また、制御部１００は、現像剤Ｔが滞留していると判定した場合、画像形成処理を停止して、現像剤筐体４１２Ａ内のトナーを撹拌するように撹拌部材４１２Ｂを制御しても良い。画像形成処理を行わずに撹拌部材４１２Ｂによりトナーを撹拌して滞留した現像剤Ｔを崩すことで、現像剤Ｔの滞留を低減させることができる。また、撹拌部材４１２Ｂでの撹拌後、トナー濃度検出部７３により再度現像剤Ｔが滞留しているかを判定することにより、現像剤Ｔの滞留が解消したかを迅速に判定することができる。

また、制御部１００は、現像剤Ｔが滞留していると判定した場合、画像形成処理を停止して、現像剤筐体４１２Ａ内のトナーを一定量排出する制御をしても良い。現像剤筐体４１２Ａから一定量トナーを排出して新たなトナーを補給するトナー入れ替え制御を行うことで、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔの流動性を向上させることができるので、現像剤Ｔの滞留を低減させることができる。また、トナー入れ替え制御を行った後に、再度現像剤Ｔが滞留しているかを判定することにより、現像剤Ｔの滞留が解消したかを迅速に判定することができる。

また、現像剤Ｔが滞留した状態であって、画像形成装置１の周囲、または内部の温度が所定温度（例えば、２５℃）より大きくなると、トナーの濃度が過剰に上がりすぎた状態になることが想定される。画像形成装置１の周囲、または内部の温度が所定温度より大きい条件は、現像剤Ｔが滞留しやすい条件であるからである。トナーの濃度が過剰に上がりすぎた状態になると、帯電装置４１４や感光体ドラム４１３に悪影響を及ぼす可能性があるので、画像形成装置１全体のメンテナンスを行う必要が生じる。

そこで、制御部１００は、現像剤Ｔが滞留していると判定し、かつ、画像形成装置１の周囲、または、画像形成装置１の内部の温度が所定温度より大きくなった場合、画像形成装置１の動作不良が発生している旨を報知するように表示部２１を制御しても良い。このようにすることで、早期に画像形成装置１の動作不良をユーザーに知らせることができる。

また、画像形成装置１の周囲、または内部の温度が所定温度以下である場合、つまり、現像剤Ｔが滞留しにくい場合において、現像剤Ｔが滞留していると、トナー濃度検出部７３の検出結果が正しくない可能性がある。そのため、トナーの補給量が過剰になってしまうおそれがある。そこで、制御部１００は、現像剤Ｔが滞留していると判定し、かつ、画像形成装置１の周囲、または、画像形成装置１の内部の温度が所定温度以下である場合、画像形成処理におけるトナー像のカバレッジに応じてトナーの補給量を決定しても良い。このようにすることで、トナー濃度検出部７３の誤検出によるトナーの過剰補給を抑制することができる。

以上のように構成された画像形成装置１の動作について説明する。図１０は、印刷枚数に対する、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔのたまり量およびトナーの濃度の関係を示す図である。図１０における一点鎖線Ｘ１は、従来例における現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔのたまり量を示す。二点鎖線Ｘ２は、従来例におけるトナーの濃度を示す、また、実線Ｙ１は、本実施の形態における現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔのたまり量を示す。また、破線Ｙ２は、本実施の形態におけるトナーの濃度を示す。

画像形成処理が連続で行われると、それに応じてトナーが現像剤筐体４１２Ａ内に補給されていく。しかし、例えば、低カバレッジの画像形成から高カバレッジの画像形成に切り替わったとき等において、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔの流動性が悪化するので、現像剤筐体４１２Ａ内において現像剤Ｔが滞留する。

従来例、つまり、特許文献１に記載の技術の場合、現像剤Ｔの滞留を判定することができないので、現像剤Ｔが滞留する、つまり、現像剤Ｔの流動性が悪いと、トナーが補給され続ける。従来例の場合、トナーが補給され続けるので、例えば、印刷枚数がＮ１枚を超えても、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔのたまり量が増え続ける（一点鎖線Ｘ１参照）。そして、印刷枚数がＮ２枚に達し、トナーの濃度が、過剰な濃度である８．５％となったときに初めて現像剤Ｔの滞留に起因した画像不良が発生したことをユーザーが発見する。

それに対し、本実施の形態では、トナー濃度検出部７３により出力された検出波形に応じた変動幅Ｗにより現像剤Ｔの滞留の発生の有無を判定するので、印刷枚数がＮ１枚に達した時点で現像剤Ｔが滞留したことを判定することができる。その時点で、例えば、撹拌部材４１２Ｂによる撹拌動作をする制御や、トナー入れ替え制御を行うことで、現像剤Ｔの滞留を解消する。これにより、本実施の形態では、トナーの濃度を、画像不良が発生しないレベルである７．５％程度に抑えることができるとともに、現像剤筐体４１２Ａ内の現像剤Ｔのたまり量を０．１ｇ程度に抑えることができる。そのため、印刷枚数がＮ２枚に達した後も、画像形成処理を継続して行うことができる。そして、印刷枚数がＮ３枚に達した時点で、現像剤Ｔが滞留した場合でも、再度、現像剤Ｔが滞留していることを判定し、現像剤Ｔの滞留を解消する制御を行う。これにより、さらに画像形成処理を継続して行うことができる。

次に、以上のような制御部１００を備えた画像形成装置１における現像剤滞留判定制御の動作例について説明する。図１１は、画像形成装置１における現像剤滞留判定制御の動作例の一例を示すフローチャートである。図１１における処理は、印刷ジョブ中において適宜実行される。

図１１に示すように、制御部１００は、トナー濃度検出部７３が出力した波形である出力波形を取得する（ステップＳ１０１）。次に、制御部１００は、出力波形の変動幅を算出する（ステップＳ１０２）。

次に、制御部１００は、変動幅が閾値未満であるか否かについて判定する（ステップＳ１０３）。判定の結果、変動幅が閾値以上の場合（ステップＳ１０３、ＮＯ）、処理はステップＳ１０５に遷移する。一方、変動幅が閾値未満である場合（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、制御部１００は、画像形成処理を停止する（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０４において、画像形成処理を停止する代わりに、表示部２１に現像剤Ｔが滞留している旨を報知するように制御しても良い。

次に、制御部１００は、トナー入れ替え制御を実行する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０５においては、トナー入れ替え制御の代わりに撹拌部材４１２Ｂによる撹拌動作をする制御をしても良い。ステップＳ１０５の後、本制御は終了する。

以上のように構成された本実施の形態に係る現像装置４１２によれば、トナー濃度検出部７３により出力された検出波形に基づいて、現像剤筐体４１２Ａと撹拌部材４１２Ｂとの間において現像剤Ｔが滞留していることを判定することができる。そのため、現像剤筐体４１２Ａ内にトナーが過剰に補給されることを抑制することができるので、現像剤Ｔが滞留することに起因した画像不良が発生することを抑制することができる。

また、トナー濃度検出部７３により出力された検出波形に周波数解析処理を行うことで、検出波形におけるリップルを生じる部分を除去することができる。これにより、現像剤Ｔが滞留していることについての判定を正確に行うことできる。

なお、上記実施の形態では、現像剤Ｔの滞留を判定した場合、トナー入れ替え制御や現像剤筐体４１２Ａ内を撹拌する制御を実行していたが、本発明はこれに限定されず、現像剤Ｔの滞留を除去するための除去部材を備えて構成であっても良い。

例えば、図１２に示すように、現像剤筐体４１２Ａを振動させる振動部材７４を除去部材として用いることができる。振動部材７４は、現像剤筐体４１２Ａにおけるトナー濃度検出部７３の周辺に配置されている。制御部１００は、トナーが滞留していると判定した場合、振動部材７４を振動させる。これにより、現像剤筐体４１２Ａ内で滞留した現像剤Ｔが崩されて現像剤Ｔの滞留が除去される。

また、図１３に示すように、補助撹拌部材７５を除去部材として用いることができる。補助撹拌部材７５は、撹拌部材４１２Ｂと現像剤筐体４１２Ａとの間の部分に配置されており、軸７５Ａと、軸７５Ａに設けられた複数の羽部材７５Ｂとを有している。補助撹拌部材７５は、軸７５Ａを回転中心として回転することで、滞留した現像剤Ｔを撹拌する。これにより、現像剤筐体４１２Ａ内で滞留した現像剤Ｔが崩されて現像剤Ｔの滞留が除去される。

また、上記実施の形態では、周波数解析処理により得られた処理後波形に基づいて現像剤筐体４１２Ａ内で現像剤Ｔが滞留しているか否かについての判定を行っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、トナー濃度検出部７３により検出された検出波形そのものを用いて現像剤Ｔが滞留しているか否かについての判定を行っても良い。

その他、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。

本発明は、画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムに適用できる。複数のユニットには、例えば後処理装置、ネットワーク接続された制御装置等の外部装置が含まれる。

１ 画像形成装置
７３ トナー濃度検出部
１００ 制御部
４１２ 現像装置
４１２Ａ 現像剤筐体
４１２Ｂ 撹拌部材

Claims (18)

1. トナーとキャリアーを含む現像剤を収容する現像剤筐体と、
   前記現像剤筐体内で回転することにより前記現像剤を搬送しながら撹拌する撹拌部材と、
   前記撹拌部材により撹拌される前記現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度検出部と、
   前記トナー濃度検出部により検出された前記トナーの濃度の検出波形に基づいて前記現像剤筐体と前記撹拌部材との間において前記現像剤が滞留しているか否かについて判定する制御部と、
   を備える現像装置。
2. 前記制御部は、
   前記トナー濃度検出部により出力された前記検出波形に対して、前記撹拌部材の回転周期に応じた周波数解析処理を行い、
   前記周波数解析処理により得られた処理後波形における出力値の、最大値と最小値との差分である変動幅が所定の閾値より大きい場合、前記現像剤が滞留していると判定する、 請求項１に記載の現像装置。
3. 前記制御部は、前記撹拌部材の回転速度に応じて前記閾値を変更する、
   請求項２に記載の現像装置。
4. 前記制御部は、前記トナー濃度検出部により検出された前記トナーの濃度に応じて、前記閾値を変更する、
   請求項２または請求項３に記載の現像装置。
5. 前記制御部により前記現像剤が滞留していると判定された場合、前記現像剤筐体と前記撹拌部材との間に滞留する前記現像剤を除去する除去部材を備える、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の現像装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の現像装置を備える、
   画像形成装置。
7. 前記画像形成装置の内部の情報を報知する報知部を備え、
   前記制御部は、前記現像剤が滞留していると判定した場合、前記現像剤が滞留している旨をユーザーに報知するように前記報知部を制御する、
   請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記制御部は、前記現像剤が滞留していると判定した場合、前記画像形成装置の動作を停止させる、
   請求項６または請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記制御部は、前記画像形成装置の停止時間に応じて、前記現像剤が滞留しているか否かについて判定するか否かを決定する、
   請求項６〜８の何れか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記制御部は、前記画像形成装置の周囲の温湿度条件に応じて、前記現像剤が滞留しているか否かについて判定するか否かを決定する、
    請求項６〜９の何れか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記現像剤筐体内にトナーを補給するトナー補給部を備え、
    前記制御部は、前記トナー補給部により前記トナーが補給された後、所定時間内において前記現像剤筐体内の前記トナーの濃度が規定値より大きい場合、前記現像剤が滞留しているか否かについての判定を行う、
    請求項６〜１０の何れか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記制御部は、トナー像のカバレッジが所定率以下である画像形成処理が所定枚数連続した場合、前記現像剤が滞留しているか否かについての判定を行う、
    請求項６〜１１の何れか１項に記載の画像形成装置。
13. 前記制御部は、前記画像形成装置の初期調整の動作において、前記現像剤が滞留しているか否かについて判定する判定基準を決定する、
    請求項６〜１２の何れか１項に記載の画像形成装置。
14. 前記制御部は、前記現像剤が滞留していると判定した場合、画像形成処理を停止して前記現像剤筐体内の前記現像剤を撹拌するように前記撹拌部材を制御する、
    請求項６〜１３の何れか１項に記載の画像形成装置。
15. 前記制御部は、前記現像剤が滞留していると判定した場合、前記現像剤筐体内のトナーを一定量排出する制御を行う、
    請求項６〜１４の何れか１項に記載の画像形成装置。
16. 前記画像形成装置の内部の情報を報知する報知部を備え、
    前記制御部は、前記現像剤が滞留していると判定し、かつ、前記画像形成装置の周囲、または、前記画像形成装置の内部の温度が所定温度より大きい場合、前記画像形成装置に動作不良が発生している旨を報知するように報知部を制御する、
    請求項６〜１５の何れか１項に記載の画像形成装置。
17. 前記現像剤筐体内にトナーを補給するトナー補給部を備え、
    前記制御部は、前記現像剤が滞留していると判定し、かつ、前記画像形成装置の周囲、または、前記画像形成装置の内部の温度が所定温度以下の場合、画像形成処理におけるトナー像のカバレッジに応じてトナーの補給量を変更するように前記トナー補給部を制御する、
    請求項６〜１６の何れか１項に記載の画像形成装置。
18. トナーとキャリアーを含む現像剤を収容する現像剤筐体と、
    前記現像剤筐体内で回転することにより前記現像剤を搬送しながら撹拌する撹拌部材と、を備える現像装置の現像剤滞留判定方法であって、
    前記撹拌部材により撹拌される前記現像剤に含まれるトナーの濃度を検出し、
    検出された前記トナーの濃度の検出波形に基づいて前記現像剤筐体と前記撹拌部材との間において前記現像剤が滞留しているか否かについて判定する現像剤滞留判定方法。

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