JP2021092623A - 現像装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤排出機構を備えた現像装置において、現像容器内の現像剤体積を一定に維持可能な現像装置およびそれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】現像装置は、現像容器と、第１攪拌搬送部材と、第２攪拌搬送部材と、現像剤補給口と、現像剤排出部と、現像剤担持体と、制御部と、嵩検知センサーと、を備える。現像容器は、第１搬送室と、仕切り部を挟んで第１搬送室と並列に配置される第２搬送室と、を有し、キャリアとトナーとを含む現像剤を収容する。現像剤排出部は、現像容器から余剰の現像剤を排出する。透磁率センサーは、第１搬送室に配置され、第１搬送室内の現像剤の透磁率を検知する。制御部は、嵩検知センサーの出力値に基づいて第１搬送室内の現像剤体積を推測し、推測された現像剤体積に応じて現像剤排出部からの現像剤排出量を調整する。【選択図】図５

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それを備えた電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、余剰の現像剤を排出する現像剤排出機構を備えた現像装置に関する。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリア（以下、単にキャリアともいう）を用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、磁気ローラー上に形成されたトナーおよびキャリアから成る磁気ブラシにより感光体上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

二成分現像剤を用いる現像装置では、現像剤中のトナーは現像動作によって消費されていく一方、キャリアは消費されずに現像装置内に残る。従って、現像容器内でトナーとともに攪拌されるキャリアは攪拌頻度が多くなるにつれて劣化し、その結果、トナーに対するキャリアの帯電付与性能が徐々に低下してしまう。

そこで、現像容器内にキャリアを含む現像剤を補給するとともに、余剰となった現像剤を排出することで、帯電性能の低下を抑制するようにした現像装置が提案されている。例えば特許文献１には、現像容器に設けた補給口を介して現像剤を追加補給する補給手段と、余剰現像剤を現像容器の外部に排出する現像剤排出機構とを備えた現像装置が開示されている。

しかしながら、現像剤排出機構を備えた現像装置においても、環境条件や形成される画像の印字率、或いは現像剤の耐久性等の要因により、現像剤が劣化して流動性が悪化するという問題がある。現像剤の流動性の悪化は、現像剤中のトナーの帯電性の変動や出力画像の濃度ムラに繋がる。

特許文献２には、現像剤排出部から排出された現像剤の安息角を測定し、安息角の測定結果から現像剤の流動性を推測して、安息角が大きい（流動性が悪い）と判断したときは現像器へのキャリア補給量を増加させ、その逆の場合はキャリア補給量を減少させる技術が開示されている。

特開２０１０−２５８９号公報 特開２０１２−１４１４８７号公報

特許文献２の方法では、安息角測定のために必要な現像剤が現像剤排出部から落下してくるまでに多くの時間が必要になってしまう。また、安息角測定のためのステージの中央付近の現像剤は入れ替わりにくく、常にステージ上に存在してしまうため、現像器内の現像剤の流動性を正確に推測することができない。

また、現像剤の流動性が変化すると現像剤の排出力も変化し、それに伴い現像器内の現像剤量若しくは現像剤体積が変化するが、この点についての対処はされておらず、単に流動性が低下したらキャリアが劣化しているとみなしてキャリア補給量を増加させているに過ぎない。そのため、攪拌部内の現像剤量が過剰になる可能性があり、トルク上昇による現像剤劣化の助長や、現像剤量過多による現像剤漏れ等の不具合を発生させてしまうおそれがある。さらに、安息角測定を画像形成装置の内部で行おうとすると大きなスペースを要してしまい、画像形成装置の装置サイズが大きくなるという弊害もある。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像剤排出機構を備えた現像装置において、現像容器内の現像剤体積を一定に維持可能な現像装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、現像容器と、第１攪拌搬送部材と、第２攪拌搬送部材と、現像剤補給口と、現像剤排出部と、現像剤担持体と、制御部と、嵩検知センサーと、を備えた現像装置である。現像容器は、第１搬送室と、仕切り部を挟んで第１搬送室と並列に配置される第２搬送室と、仕切り部の長手方向の両端部側で第１搬送室および第２搬送室を連通させる連通部と、を有し、キャリアとトナーとを含む現像剤を収容する。第１攪拌搬送部材は、第１搬送室内の現像剤を回転軸方向に攪拌、搬送する。第２攪拌搬送部材は、第２搬送室内の現像剤を第１攪拌搬送部材と逆方向に攪拌、搬送する。現像剤補給口は、現像容器内に現像剤を補給する。現像剤排出部は、第２搬送室内の現像剤の搬送方向に対し第２搬送室の下流側端部に設けられ、現像容器から余剰の現像剤を排出する。現像剤担持体は、現像容器内に回転可能に支持され、第２搬送室内の現像剤を担持して静電潜像が形成される像担持体に現像剤中のトナーを供給する。制御部は、第１攪拌搬送部材および第２攪拌搬送部材の駆動を制御する。嵩検知センサーは、第１搬送室に配置され、第１搬送室内の現像剤の嵩を検知する。制御部は、嵩検知センサーの出力値に基づいて第１搬送室内の現像剤体積を推測し、推測された現像剤体積に応じて現像剤排出部からの現像剤排出量を調整する。

本発明の第１の構成によれば、現像装置の現像容器内に充填される現像剤体積を嵩検知センサーのセンサー出力値によって推定し、推定結果を現像剤排出量にフィードバックする。これにより、現像剤の劣化により流動性が低下し、現像剤体積が増加した場合でも現像剤体積を常に一定に維持することができる。従って、現像剤体積の増加による攪拌トルクの上昇や、攪拌トルクの上昇に伴う機械的ストレスの増加に起因する現像剤の劣化の促進、現像剤体積の増加による現像容器からの現像剤漏れを未然に防止することができる。

本発明の現像装置３ａ〜３ｄが搭載される画像形成装置１００の概略構成図 本発明の第１実施形態に係る現像装置３ａの側面断面図 第１実施形態の現像装置３ａの攪拌部の構成を示す平面断面図 図３における現像剤排出部２０ｇ周辺の拡大図 図３における攪拌搬送室２１の透磁率センサー２８付近を現像剤搬送方向と直交する方向に沿って切断した断面図 画像形成装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 或る現像剤を現像装置３ａに充填したときの、現像剤体積と透磁率センサー２８のセンサー出力値との関係を示すグラフ 第１実施形態の現像装置３ａにおける現像剤排出制御例を示すフローチャート 現像装置３ａに充填される現像剤中のトナー濃度を変化させたときの、現像剤量と現像剤体積との関係を示すグラフ 現像装置３ａに充填される現像剤中のトナー濃度を変化させたときの、現像剤体積と透磁率センサー２８のセンサー出力値との関係を示すグラフ 第２実施形態の現像装置３ａにおける現像剤排出制御例を示すフローチャート

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラープリンターについて示している。画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、搬送方向上流側（図１では左側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄがそれぞれ配設されている。さらに、図１において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。

なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはコンテナ４ａ〜４ｄから各現像装置３ａ〜３ｄに現像剤が補給される。現像装置３ａ〜３ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に現像剤中のトナーが供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧を付与する。これにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等はクリーニング装置７ａ〜７ｄにより除去される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、画像形成装置１００内の下部に配置された用紙カセット１６内に収容されている。転写紙Ｐは、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９と中間転写ベルト８のニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８の表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３ａのニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱および加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、そのまま（或いは分岐部１４によって反転搬送路１８に振り分けられ、両面に画像が形成された後）排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

図２は、画像形成装置１００に搭載される本発明の第１実施形態に係る現像装置３ａの側面断面図である。なお、以下の説明では図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａを例示するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、磁性キャリア（以下、単にキャリアという）とトナーとを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤という）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって攪拌搬送室２１、供給搬送室２２に区画されている。攪拌搬送室２１および供給搬送室２２には、トナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給される現像剤を混合して攪拌し、現像剤中のトナーを帯電させるための攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６がそれぞれ回転可能に配設されている。

そして、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６によって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に搬送され、仕切壁２０ａの両端部に形成された連通部２０ｄ、２０ｅ（図３参照）を介して攪拌搬送室２１、供給搬送室２２間を循環する。即ち、攪拌搬送室２１、供給搬送室２２、連通部２０ｄ、２０ｅによって現像容器２０内に現像剤の循環経路が形成されている。

現像容器２０は図２の右斜め上方に延在しており、現像容器２０内において供給搬送スクリュー２６の右斜め上方には現像ローラー３１が配置されている。そして、現像ローラー３１の外周面の一部が現像容器２０の開口部２０ｂから露出し、感光体ドラム１ａに対向している。現像ローラー３１は、図２において反時計回り方向に回転する。

現像ローラー３１は、図２において反時計回り方向に回転する円筒状の現像スリーブと、現像スリーブ内に固定された複数の磁極を有するマグネット（図示せず）とで構成されている。なお、ここでは表面がローレット加工された現像スリーブを用いているが、表面に多数の凹形状（ディンプル）を形成したものや、表面がブラスト加工された現像スリーブ、更には、ローレット加工や凹形状の形成に加えてブラスト加工を施したものや、メッキ処理を施したものを用いることもできる。

また、現像容器２０には規制ブレード３３が現像ローラー３１の長手方向（図２の紙面と垂直方向）に沿って取り付けられている。規制ブレード３３の先端部と現像ローラー３１表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像装置３ａには、電圧制御回路７１を介して現像電圧電源７３（いずれも図６参照）が接続されている。現像電圧電源７３は、直流電圧および交流電圧を重畳させた現像電圧を現像ローラー３１に印加する。現像電圧および現像ローラー３１内のマグネットの磁力により、現像ローラー３１の表面に現像剤を付着（担持）させて磁気ブラシを形成する。

攪拌搬送室２１には、攪拌搬送スクリュー２５と対向してトナー濃度センサー２７が配置されている。トナー濃度センサー２７は、現像容器２０内における現像剤の透磁率を検出し、現像剤中のトナー濃度（現像剤中のキャリアに対するトナーの混合比率；Ｔ／Ｃ）を検知する。制御部９０は、トナー補給モーター４１（いずれも図４参照）に制御信号を送信し、現像容器２０内の現像剤のトナー濃度が基準トナー濃度となるように、トナー濃度センサー２７で検知されるトナー濃度に応じてトナーコンテナ４ａ（図１参照）から現像剤補給口２０ｆ（図３参照）を介して現像容器２０内にトナーを含む現像剤を補給する。トナー濃度センサー２７は、攪拌搬送室２１内の現像剤搬送方向に対し下流側の端部（図３の右端部）に配置されている。

図３は、第１実施形態の現像装置３ａの攪拌部を示す平面断面図（図２のＸＸ′矢視断面図）である。図４は、図３における現像剤排出部２０ｇ周辺の拡大図である。現像容器２０には、前述のように、攪拌搬送室２１と、供給搬送室２２と、仕切壁２０ａと、上流側連通部２０ｄ、および下流側連通部２０ｅが形成され、その他に、現像剤補給口２０ｆと、現像剤排出部２０ｇと、上流側壁部２０ｈ、および下流側壁部２０ｉが形成されている。なお、攪拌搬送室２１において、図３の左側を上流側、図３の右側を下流側とし、また、供給搬送室２２において、図３の右側を上流側、図３の左側を下流側とする。従って、連通部および側壁部は、供給搬送室２２を基準として上流および下流と呼称している。

仕切壁２０ａは、現像容器２０の長手方向に延びて攪拌搬送室２１と供給搬送室２２を並列させるように仕切っている。仕切壁２０ａの長手方向の右側端部は、上流側壁部２０ｈの内壁部とともに上流側連通部２０ｄを形成し、一方、仕切壁２０ａの長手方向の左側端部は、下流側壁部２０ｉの内壁部とともに下流側連通部２０ｅを形成している。現像剤は、攪拌搬送室２１、上流側連通部２０ｄ、供給搬送室２２、および下流側連通部２０ｅを順次通過して現像容器２０内を循環する。

現像剤補給口２０ｆは、現像容器２０の上部に設けられたトナーコンテナ４ａ（図１参照）から新たなトナーおよびキャリアを現像容器２０内に補給するための開口であり、攪拌搬送室２１の上流側（図３の左側）に配置される。

現像剤排出部２０ｇは、トナーおよびキャリアの補給によって攪拌搬送室２１および供給搬送室２２内で余剰となった現像剤を排出するための部分であり、供給搬送室２２の下流側で供給搬送室２２の長手方向に連続して円筒状に設けられるパイプ状搬送路である。

攪拌搬送室２１内に配置される攪拌搬送スクリュー２５は、回転軸２５ｂと、回転軸２５ｂに一体に設けられ、回転軸２５ｂの軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成される第１螺旋羽根２５ａとを有する。また、第１螺旋羽根２５ａは、攪拌搬送室２１の長手方向の両端部側まで延び、上流側および下流側連通部２０ｄ、２０ｅにも対向して設けられている。回転軸２５ｂは現像容器２０の上流側壁部２０ｈと下流側壁部２０ｉに回転可能に軸支されている。

供給搬送室２２内に配置される供給搬送スクリュー２６は、回転軸２６ｂと、回転軸２６ｂに一体に設けられ、回転軸２６ｂの軸方向に第１螺旋羽根２５ａと同じピッチで第１螺旋羽根２５ａとは逆方向を向く（逆巻きの）羽根で螺旋状に形成される第２螺旋羽根２６ａとを有する。また、第２螺旋羽根２６ａは、磁気ローラー２１の軸方向長さ以上の長さを有し、更に、上流側連通部２０ｄに対向する位置まで延びて設けられている。回転軸２６ｂは、回転軸２５ｂと平行に配置され、現像容器２０の上流側壁部２０ｈと下流側壁部２０ｉに回転可能に軸支されている。

また、回転軸２６ｂには、第２螺旋羽根２６ａとともに、減速搬送部５１、規制部５２および排出羽根５３が一体に配設されている。

減速搬送部５１は、第２螺旋羽根２６ａと同方向を向く複数（ここでは３枚）の羽根で螺旋状に形成されている。減速搬送部５１を構成する螺旋羽根は、第２螺旋羽根２６ａの外径と同じサイズで第２螺旋羽根２６ａのピッチより小さく設定されている。

規制部５２は、供給搬送室２２内で下流側に搬送された現像剤を塞き止め、且つ、所定量以上になった現像剤を現像剤排出部２０ｇに搬送する。規制部５２は、回転軸２６ｂに設けられる螺旋羽根からなり、第２螺旋羽根２６ａと逆方向を向く（逆巻きの）逆螺旋羽根５２ａで螺旋状に形成される。逆螺旋羽根５２ａは、第２螺旋羽根２６ａの外径と略同じで第２螺旋羽根２６ａのピッチより小さく設定されている。また、規制部５２は、下流側壁部２０ｉ等の現像容器２０の内壁部と規制部５２の外周部において所定量の隙間を形成している。この隙間から余剰の現像剤が排出される。

現像剤排出部２０ｇ内の回転軸２６ｂには排出羽根５３が設けられている。排出羽根５３は、第２螺旋羽根２６ａと同じ方向を向く螺旋状の羽根からなるが、第２螺旋羽根２６ａよりピッチが小さく、また羽根の外周が小さくなっている。従って、回転軸２６ｂが回転すると、排出羽根５３も回転し、規制部５２を乗り越えて現像剤排出部２０ｇ内に搬送された余剰現像剤は、図３の左側に送られて現像容器２０の外部に排出されるようになっている。なお、排出羽根５３、規制部５２、および第２螺旋羽根２６ａは合成樹脂によって回転軸２６ｂと一体に成型される。また、現像剤排出部２０ｇの下部には廃トナー搬送パイプ（図示せず）に連通する排出口６５が形成されている。

現像容器２０の外壁には、歯車６１〜６４が配設されている。歯車６１、６２は回転軸２５ｂに固定され、歯車６４は回転軸２６ｂに固定されている。歯車６３は現像容器２０に回転可能に保持されており、歯車６２、６４に噛合している。歯車６３にはクラッチが内蔵されており、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６を別個に駆動可能となっている。

新たに現像剤を補給していない現像時には、現像剤は、攪拌搬送室２１から、上流側連通部２０ｄ、供給搬送室２２、および下流側連通部２０ｅと循環しながら攪拌されて、攪拌された現像剤が現像ローラー３１に供給される。

現像によってトナーが消費されると、現像剤補給口２０ｆから攪拌搬送室２１内にトナーとキャリアとを含む現像剤が補給される。補給された現像剤は、現像時と同様に、第１螺旋羽根２５ａによって、攪拌搬送室２１内を矢印Ｐ方向に搬送され、その後、上流側連通部２０ｄを通って供給搬送室２２内に搬送される。更に、第２螺旋羽根２６ａによって、現像剤は、供給搬送室２２内の現像剤を矢印Ｑ方向に搬送され、減速搬送部５１に搬送される。回転軸２６ｂの回転にともなって規制部５２が回転すると、規制部５２によって、第２螺旋羽根２６ａによる現像剤搬送方向とは逆方向の搬送力が現像剤に付与される。減速搬送部５１において搬送速度が減速された現像剤は、規制部５２の上流側に位置する減速搬送部５１近傍で塞き止められて嵩高となり、余剰の現像剤（現像剤補給口２０ｆから補給された現像剤とほぼ同量）が規制部５２を乗り越える。規制部５２を乗り越えた現像剤は、排出羽根５３によって現像剤排出部２０ｇ内を搬送され、排出口６５を介して現像容器２０の外部に排出される。

攪拌搬送室２１の長手方向の略中央部には透磁率センサー２８が配置されている。透磁率センサー２８は、トナー濃度検知センサー２７と同様に現像容器２０内における現像剤の透磁率を検出する。

図５は、図３における攪拌搬送室２１の透磁率センサー２８付近の断面図である。図５に示すように、透磁率センサー２８は攪拌搬送室２１の上面に配置されている。例えば耐久による現像剤の流動性の低下に起因して現像剤排出部２０ｇからの現像剤排出力が低下し、攪拌部内の現像剤量（現像剤体積）が増加すると、透磁率センサー２８の検知範囲Ｒ内の現像剤体積が増加する。即ち、透磁率センサー２８の検知範囲Ｒ内のキャリア量も増加するため透磁率センサー２８の出力値は高くなる。

このセンサー出力値とキャリア量との関係を逆算することで、透磁率センサー２８の出力値が増加（≒センサー検知範囲内のキャリア量が増加）しているとき、攪拌部内の現像剤体積が増加しており、現像剤の流動性が低下していることを把握することができる。

なお、本実施形態では透磁率センサー２８を攪拌搬送室２１の上面に配置したが、現像剤の嵩変化を検知できる位置であれば、攪拌搬送室２１の側面や下面に配置してもよい。例えば、透磁率センサー２８を攪拌搬送室２１の下面に配置する場合は、攪拌搬送室２１の上面付近まで検知範囲に含まれるようなセンサーを用いることで、現像剤の嵩変化を検知可能となる。

但し、現像剤中のトナー濃度が低下した場合もセンサー出力値が大きくなるため、トナー濃度検知センサー２７の検出値が変化しておらず、且つ透磁率センサー２８の出力値が高くなった場合に現像剤の嵩が増加したと判定する必要がある。透磁率センサー２８を攪拌搬送室２１の上面に配置することで、検知範囲が狭い安価な透磁率センサーを使用することができる。

また、攪拌搬送室２１の長手方向における透磁率センサー２８の配置位置についても特に制限はないが、現像容器２０内の現像剤体積に応じて現像剤の嵩がリニアに変化していく箇所に配置することが好ましい。例えば、現像剤の滞留が生じやすい上流側連通部２０ｄ、下流側連通部２０ｅに対向する位置や、攪拌搬送スクリュー２５に付設されたスクレーパー（図示せず）によって現像剤の掻き取りが行われるトナー濃度検知センサー２７の近傍は避けて配置することが望ましい。

図６は、画像形成装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部６０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、画像形成装置１００の本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。カウンター９５は、印字枚数を積算してカウントする。また、ＲＡＭ９３（またはＲＯＭ９２）には、後述する現像剤体積または現像剤量と透磁率センサー２８の出力値との関係（図７参照）や、現像剤中のトナー濃度を変化させたときの、現像剤量と現像剤体積との関係、および現像剤体積と透磁率センサー２８の出力値との関係（図９、図１０参照）も記憶される。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ、二次転写ローラー９、画像入力部４３、電圧制御回路７１、操作部８０等が挙げられる。

画像入力部４３は、画像形成装置１００にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４３より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

電圧制御回路７１は、帯電電圧電源７２、現像電圧電源７３、転写電圧電源７４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させる。これらの各電源は、電圧制御回路７１からの制御信号によって、帯電電圧電源７２は帯電装置２ａ〜２ｄ内の帯電ローラー（図示せず）に、現像電圧電源７３は現像装置３ａ〜３ｄ内の現像ローラー３１に、転写電圧電源７４は一次転写ローラー６ａ〜６ｄおよび二次転写ローラー９に、それぞれ所定の電圧を印加する。

操作部８０には、液晶表示部８１、各種の状態を示すＬＥＤ８２が設けられており、ユーザーは操作部８０のストップ／クリアボタンを操作して画像形成を中止し、リセットボタンを操作して画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする。液晶表示部８１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１００の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。

本実施形態の現像装置３ａでは、透磁率センサー２８の出力値に基づいて現像容器２０内の現像剤体積を高精度で推測し、推測結果を現像剤排出量へフィードバックすることにより現像剤体積をコントロールする。

図７は、或る現像剤を現像装置３ａに充填したときの、現像剤体積と透磁率センサー２８のセンサー出力値との関係を示すグラフである。図７に示すように、現像剤体積はセンサー出力値と一定の相関関係を示し、現像剤体積が増加するにつれてセンサー出力値が高くなる。図７の関係を予め取得し、ＲＡＭ９３（またはＲＯＭ９２）に記憶しておくことで、センサー出力値に基づいて現像容器２０内の現像剤体積を把握することができる。

図８は、第１実施形態の現像装置３ａにおける現像剤排出制御例を示すフローチャートである。必要に応じて図１〜図７を参照しながら、図８のステップに沿って現像剤排出部２０ｇからの現像剤排出制御について説明する。

先ず、制御部９０は印字命令を受信したか否かを判定する（ステップＳ１）。印字命令が受信されない場合は（ステップＳ１でＮｏ）印字待機状態を継続する。印字命令を受信した場合は（ステップＳ１でＹｅｓ）、現像装置３ａ〜３ｄを含む画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの駆動が開始され、通常の画像形成動作によって印字を実行する。そして、画像形成動作
と並行して透磁率センサー２８の出力値を検知する（ステップＳ２）。

次に制御部９０は、印字が終了したか否かを判定する（ステップＳ３）。印字が継続している場合は（ステップＳ３でＮｏ）ステップＳ２に戻り、画像形成動作および透磁率センサー２８の出力値の検知を継続する。印字が終了している場合は（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御部９０は、検知された透磁率センサー２８の出力値と、ＲＡＭ９３（またはＲＯＭ９２）に記憶された現像剤体積とセンサー出力値との関係に基づいて現像容器２０内の現像剤体積を推測する（ステップＳ４）。

次に制御部９０は、推測された現像剤体積が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。現像剤体積が所定値以上である場合は（ステップＳ５でＹｅｓ）、現像容器２０内の現像剤の強制排出動作を実行する（ステップＳ６）。

具体的には、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６を画像形成時よりも高速で回転させることにより、規制部５２を乗り越えて現像剤排出部２０ｇから排出される現像剤量を増加させる。

或いは、供給搬送スクリュー２６の規制部５２を構成する逆螺旋羽根５２ａの搬送力が第２螺旋羽根２６ａの搬送力よりも大きい場合、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６を逆回転させることにより、逆螺旋羽根５２ａの搬送力を利用して現像剤排出部２０ｇから排出される現像剤量を増加させる。

また、現像剤の強制排出動作と並行して透磁率センサー２８の出力値を検知する（ステップＳ７）。そして、検知された透磁率センサー２８の出力値と、ＲＡＭ９３（またはＲＯＭ９２）に記憶された現像剤体積とセンサー出力値との関係に基づいて現像容器２０内の現像剤体積を推測する（ステップＳ８）。

次に制御部９０は、推測された現像剤体積が所定値未満となったか否かを判定する（ステップＳ９）。現像剤体積が所定値未満になっていない場合は（ステップＳ９でＮｏ）、ステップＳ６に戻り、強制排出動作および透磁率センサー２８の出力値の検知を継続する。現像剤体積が所定値未満となった場合は（ステップＳ９でＹｅｓ）、強制排出動作を終了し（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻り印字待機状態を継続する。

図８に示した制御によれば、現像装置３ａ〜３ｄの現像容器２０内に充填された現像剤体積を透磁率センサー２８のセンサー出力値によって推定し、推定結果を現像剤排出量にフィードバックする。これにより、現像剤の劣化により流動性が低下し、現像剤体積が増加した場合でも現像剤体積を常に一定に保持することができる。従って、現像剤体積の増加による攪拌トルクの上昇や、攪拌トルクの上昇に伴う機械的ストレスの増加に起因する現像剤の劣化の促進、現像剤体積の増加による現像容器２０からの現像剤漏れを未然に防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、透磁率センサー２８のセンサー出力値から現像剤体積を推測し、現像剤体積が増加している場合は現像剤の流動性が低下していると判断するものであった。しかし、これは現像剤中のトナー濃度が一定であることを前提にしている。

トナー濃度は、画像形成装置１００の使用環境や現像剤の劣化等により変化する。また、制御上の理由によりトナー濃度を故意に変化させる場合もある。トナー濃度が変化すると現像剤の嵩密度も変化するため、現像剤量が同一であっても現像剤体積は異なる。

そこで、第２実施形態では、透磁率センサー２８のセンサー出力値に基づく現像剤体積の推測結果と、トナー濃度センサー２７により検知されたトナー濃度とを併用することで、現像容器２０内の現像剤体積または現像剤量をより高精度で推測する。そして、推測結果を現像剤排出量にフィードバックすることにより、現像剤体積または現像剤量を更に安定して調整することとしている。

図９および図１０は、それぞれ現像装置３ａに充填される現像剤中のトナー濃度を変化させたときの、現像剤量と現像剤体積との関係、および現像剤体積と透磁率センサー２８のセンサー出力値との関係を示すグラフである。図９において、トナー濃度６％、７％、８％のときの現像剤量と現像剤体積との関係を、それぞれ◆、■、▲のデータ系列で示す。同様に、図１０において、トナー濃度６％、７％、８％のときの現像剤体積とセンサー出力値との関係を、それぞれ◆、■、▲のデータ系列で示す。

図９および図１０に示すように、現像剤量と現像剤体積との関係、および現像剤体積と透磁率センサー２８のセンサー出力値との関係は、トナー濃度によって変化する。図９および図１０の関係を予め取得し、ＲＡＭ９３（またはＲＯＭ９２）に記憶しておくことで、透磁率センサー２８のセンサー出力値およびトナー濃度に基づいて現像容器２０内の現像剤体積または現像剤量を精度よく把握することができる。

図１１は、第２実施形態の現像装置３ａにおける現像剤排出制御例を示すフローチャートである。必要に応じて図１〜図７および図９、図１０を参照しながら、図１１のステップに沿って現像剤排出部２０ｇからの現像剤排出制御について説明する。

先ず、制御部９０は印字命令を受信したか否かを判定する（ステップＳ１）。印字命令が受信されない場合は（ステップＳ１でＮｏ）印字待機状態を継続する。印字命令を受信した場合は（ステップＳ１でＹｅｓ）、現像装置３ａ〜３ｄを含む画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの駆動が開始され、通常の画像形成動作によって印字を実行する。そして、画像形成動作
と並行して透磁率センサー２８の出力値を検知する（ステップＳ２）。また、トナー濃度センサー２７により現像剤のトナー濃度を検知する（ステップＳ３）。

次に制御部９０は、印字が終了したか否かを判定する（ステップＳ４）。印字が継続している場合は（ステップＳ４でＮｏ）ステップＳ２に戻り、画像形成動作および透磁率センサー２８、トナー濃度センサー２７の出力値の検知を継続する。印字が終了している場合は（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御部９０は、検知された透磁率センサー２８の出力値と、トナー濃度と、ＲＡＭ９３（またはＲＯＭ９２）に記憶された現像剤体積とセンサー出力値およびトナー濃度との関係に基づいて現像容器２０内の現像剤体積を推測する（ステップＳ５）。

次に制御部９０は、推測された現像剤体積が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。現像剤体積が所定値以上である場合は（ステップＳ６でＹｅｓ）、現像容器２０内の現像剤の強制排出動作を実行する（ステップＳ７）。現像剤を強制排出する方法は、第１実施形態と同様に、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６を通常よりも高速で回転させる方法、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６を逆回転させる方法が挙げられる。

また、現像剤の強制排出動作と並行して透磁率センサー２８の出力値を検知し（ステップＳ８）、トナー濃度センサー２７により現像剤のトナー濃度を検知する（ステップＳ９）。そして、検知された透磁率センサー２８の出力値と、ＲＡＭ９３（またはＲＯＭ９２）に記憶された現像剤体積とセンサー出力値との関係に基づいて現像容器２０内の現像剤体積を推測する（ステップＳ１０）。

次に制御部９０は、推測された現像剤体積が所定値未満となったか否かを判定する（ステップＳ１１）。現像剤体積が所定値未満になっていない場合は（ステップＳ１１でＮｏ）、ステップＳ７に戻り、強制排出動作および透磁率センサー２８の出力値、トナー濃度の検知を継続する。現像剤体積が所定値未満となった場合は（ステップＳ１１でＹｅｓ）、強制排出動作を終了し（ステップＳ１２）、ステップＳ１に戻り印字待機状態を継続する。

図１１に示した制御によれば、現像装置３ａ〜３ｄの現像容器２０内に充填される現像剤体積を透磁率センサー２８のセンサー出力値およびトナー濃度によって推定し、推定結果を現像剤排出量にフィードバックする。これにより、現像剤の劣化により流動性が低下し、現像剤体積が増加した場合でも現像剤体積を常に一定に保持することができる。従って、現像剤体積の増加による攪拌トルクの上昇や、攪拌トルクの上昇に伴う機械的ストレスの増加に起因する現像剤の劣化の促進、現像剤体積の増加による現像容器２０からの現像剤漏れを未然に防止することができる。

また、現像剤体積を透磁率センサー２８のセンサー出力値およびトナー濃度によって推定するため、現像剤体積を透磁率センサー２８のセンサー出力値のみから推定する第１実施形態に比べて、より高い精度での推定が可能となる。

なお、本実施形態においては、図９および図１０に示した現像剤体積と透磁率センサー２８のセンサー出力値、トナー濃度との関係を用いて、現像剤体積に代えて現像剤量（現像剤質量）を推定し、推定結果に基づいて現像剤量を調整することも可能である。

その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態に示した現像剤排出制御は一例であって上記各実施形態に特に限定されるものではなく、これらは現像装置３ａ〜３ｄの構成等に応じて適宜設定することができる。

例えば、図８、図１１の制御例では画像形成動作が終了した後に現像剤の強制排出を実行したが、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６が現像ローラー３１と別駆動である場合は、画像形成中に攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６の回転速度を速くする、或いは攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６を逆回転させることにより画像形成動作と並行して現像剤の強制排出を実行してもよい。

また、上記各実施形態では、透磁率センサー２８のセンサー出力値を用いて現像剤体積を推測したが、現像容器２０内の現像剤の嵩変動に応じて出力が変化するセンサーであれば透磁率センサーに限らず、例えば圧電センサーを用いることもできる。

また、上記実施形態では画像形成装置１００として図１に示したようなカラープリンターを例に挙げて説明したが、カラープリンターに限らず、モノクロおよびカラー複写機、デジタル複合機、モノクロプリンター、ファクシミリ等の他の画像形成装置であってもよい。

本発明は、余剰の現像剤を排出する現像剤排出機構を備えた現像装置に利用可能である。本発明の利用により、現像容器内の現像剤体積または現像剤量を一定に維持可能な現像装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
５ 露光装置
２０ 現像容器
２０ａ 仕切り部
２０ｂ 攪拌搬送室（第１搬送室）
２０ｃ 供給搬送室（第２搬送室）
２０ｄ 上流側連通部
２０ｅ 下流側連通部
２０ｆ 現像剤補給口
２０ｇ 現像剤排出部
２５ 攪拌搬送スクリュー（第１攪拌搬送部材）
２５ａ 第１搬送羽根
２５ｂ 回転軸
２６ 供給搬送スクリュー（第２攪拌搬送部材）
２６ａ 第２搬送羽根
２６ｂ 回転軸
２７ トナー濃度センサー
２８ 透磁率センサー（嵩検知センサー）
３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
５２ 規制部
５３ 排出羽根
９０ 制御部
１００ カラープリンター（画像形成装置）

Claims (10)

1. 第１搬送室と、仕切り部を挟んで前記第１搬送室と並列に配置される第２搬送室と、前記仕切り部の長手方向の両端部側で前記第１搬送室および前記第２搬送室を連通させる連通部と、を有し、キャリアとトナーとを含む現像剤を収容する現像容器と、
   前記第１搬送室内の前記現像剤を回転軸方向に攪拌、搬送する第１攪拌搬送部材と、
   前記第２搬送室内の前記現像剤を前記第１攪拌搬送部材と逆方向に攪拌、搬送する第２攪拌搬送部材と、
   前記現像容器内に前記現像剤を補給する現像剤補給口と、
   前記第２搬送室内の現像剤の搬送方向に対し前記第２搬送室の下流側端部に設けられ、前記現像容器から余剰の前記現像剤を排出する現像剤排出部と、
   前記現像容器内に回転可能に支持され、前記第２搬送室内の前記現像剤を担持して静電潜像が形成される像担持体に前記現像剤中の前記トナーを供給する現像剤担持体と、
   前記第１攪拌搬送部材および前記第２攪拌搬送部材の駆動を制御する制御部と、
   を備えた現像装置において、
   前記第１搬送室には、前記第１搬送室内の前記現像剤の嵩を検知する嵩検知センサーが配置されており、
   前記制御部は、前記嵩検知センサーの出力値に基づいて前記第１搬送室内の現像剤体積を推測し、推測された前記現像剤体積に応じて前記現像剤排出部からの現像剤排出量を調整することを特徴とする現像装置。
2. 前記現像容器内の前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサーを備え、
   前記制御部は、前記嵩検知センサーの出力値および前記トナー濃度センサーにより検知された前記トナー濃度に基づいて前記現像剤体積若しくは前記第１搬送室内の現像剤量を推測し、推測された前記現像剤体積若しくは前記現像剤量に応じて前記現像剤排出部からの現像剤排出量を調整することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記制御部は、前記現像剤体積若しくは前記現像剤量が所定値以上であるとき、前記現像剤排出部から前記現像剤を強制排出する強制排出動作を実行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記制御部は、前記第１攪拌搬送部材および前記第２攪拌搬送部材を画像形成時よりも高速で回転させることにより前記強制排出動作を実行することを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 前記第２攪拌搬送部材は、前記第２搬送室内の前記現像剤を攪拌、搬送する搬送羽根と、前記第２搬送室内の現像剤の搬送方向に対し前記搬送羽根の下流側に形成され、前記搬送羽根と逆巻きの逆螺旋羽根で構成される規制部と、前記第２搬送室内の現像剤の搬送方向に対し前記規制部の下流側に形成され、前記現像剤排出部内の前記現像剤を排出する排出羽根と、を有し、
   前記逆螺旋羽根は、前記排出羽根に比べて前記現像剤の搬送力が大きく、
   前記制御部は、前記第１攪拌搬送部材および前記第２攪拌搬送部材を逆回転させることにより前記強制排出動作を実行することを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
6. 前記第１攪拌搬送部材および前記第２攪拌搬送部材は、前記現像剤担持体と同一の駆動源で駆動され、
   前記制御部は、非画像形成時に前記強制排出動作を行うことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記第１攪拌搬送部材および前記第２攪拌搬送部材は、前記現像剤担持体と別個の駆動源で駆動され、
   前記制御部は、画像形成時に前記強制排出動作を行うことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の現像装置。
8. 前記嵩検知センサーは、前記現像剤の透磁率を検知する透磁率センサーであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の現像装置。
9. 前記透磁率センサーは、前記第１搬送室の上面に配置されることを特徴とする請求項８に記載の現像装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。

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