JP4710928B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置、及び当該現像装置を用いた画像形成装置に関する。本発明は、特に、新規現像剤を少しずつ供給するとともに劣化現像剤を少しずつ排出するというトリクル方式の現像装置、及び当該現像装置を用いた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像方式として、現像剤の主成分としてトナーを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナー及びキャリアを用いる二成分現像方式と、が知られている。

トナー及びキャリアを用いた二成分現像方式は、トナーとキャリアとを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電させるため、一成分現像剤を用いた一成分現像方式よりも、トナーの受けるストレスが少ないという特徴を有している。キャリアの表面積はトナーよりも大きいことから、トナーがキャリア表面に付着することによってキャリア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。二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。

二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が少しずつ新規キャリアに置換され、現像装置内のキャリアの帯電性能を大略一定に保つことが可能となる。
特開昭５９−１００４７１号公報

しかしながら、上記トリクル方式の現像装置において、写真等の高印字率の画像を印刷すると、現像装置内のトナーは高印字率の画像形成のために多量に消費される。そして、多量に消費されたトナーは、トナーとキャリアとを含む新規現像剤の補給によって現像装置内に補給されるが、トナー補給と同時に補給されたキャリアは、消費されることなく現像装置内にそのまま残存してしまう。

そして、高印字率画像の印刷出力を連続して実行すると、現像装置内でのキャリアの蓄積量が増加し、現像装置内での現像剤の嵩レベルが次第に高くなり、トリクル排出機構での排出レベルに達すると、トリクル排出機構による現像剤の排出が行われる。高印字率画像の印刷出力に合わせて排出量を多めに設定すると、通常の低印字率画像の印刷出力を実行する際に、トリクル排出機構による排出量が多くなってしまい、現像装置内の現像剤が無駄になってしまう。そこで、通常は、低印字率画像の印刷出力に合わせて、トリクル排出機構による排出量が少なめに設定されている。したがって、高印字率画像の印刷出力を連続して実行すると、トリクル排出機構による排出量が少ない状態下では、現像剤の排出が間に合わない状態になってしまう。

トリクル排出機構による排出が間に合わない現像剤は、トリクル排出機構の排出レベルを越えて現像装置内で蓄積され、現像剤が溢出レベル、すなわち、現像ローラのスリーブと当該スリーブに対向配置された規制板との間の規制ギャップ、を越えると、現像剤が規制ギャップから溢出して、画像形成装置を破損に至らしめる。

したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置において高印字率画像を連続して印刷出力する場合に、トリクル排出機構の排出レベルを越えてどれだけの量のキャリアが現像槽内に蓄積されているかを判断して、現像剤が規制ギャップから溢出する前に適切な処理を実行することにより画像形成装置の破損を回避することのできる現像装置及び画像形成装置を提供することである。

課題を解決するための手段および作用・効果

前記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える現像装置であって、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
前記現像槽に設けられて、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
所定時間当たりにキャリアが現像剤補給タンクから補給されるキャリア補給量をＣinと、所定時間当たりにキャリアが排出機構によって最大限排出されるキャリア最大排出量をＣmaxと、それぞれ規定するとき、所定時間当たりにキャリアが現像槽内に残存するキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を算出し、算出されたキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算することによりキャリア積算値を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超えるか否かを判定する判定手段と、
前記キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超えると前記判定手段によって判定されたときに、前記排出機構による現像槽内現像剤の排出量を増大させる排出増大動作を実行する排出増大手段と、を備えることを特徴とする現像装置が提供される。

本願発明は、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置において高印字率画像を連続して印刷出力する場合に、多量に消費されたトナーを補うために現像剤の補給動作が実行されるが、当該現像剤の補給動作により現像槽内にはキャリアが徐々に蓄積され、蓄積されたキャリアが不具合を引き起こしているという点に着目したものである。上記現像装置によれば、判定手段によって、キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超過しそうであると判定されたときに、トリクル排出機構による現像槽内現像剤の排出を増大させる排出増大動作が実行される。排出増大動作が実行されることにより、現像槽に蓄積されていた現像剤が強制的により多く排出されるので、現像剤が規制ギャップから溢出して、画像形成装置を破損に至らしめることを回避することができる。ここで、所定のキャリア余剰収容量とは、現像装置の構造に基づいて一義的に決まる設計的数値であり、現像槽内現像剤が現像槽の規制ギャップから溢出する手前の溢出限界量から、排出機構によって排出される手前の現像槽内現像剤が現像槽を満たす満充填量を差し引いた、現像槽内に余剰に収容された現像剤に含まれるキャリア量のことである。

キャリア積算値は、所定時間当たりにキャリアが現像剤補給タンクから補給されるキャリア補給量をＣinと、所定時間当たりにキャリアが排出機構によって最大限排出されるキャリア最大排出量をＣmaxと、それぞれ規定するとき、前記算出手段は、所定時間当たりにキャリアが現像槽内に残存するキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を算出し、算出されたキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算することによって算出される。当該キャリア積算値は、現像槽内に残存するキャリアの量すなわちキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算したものであり、いわゆるトリクル排出機構の排出レベルを越えてどれだけの量のキャリアが現像槽内に蓄積されているかを予測するものである。上記構成は、現像槽内現像剤の嵩レベルを検出するレベルセンサ等（例えば圧力センサ）の検出手段を用いることなく、トリクル排出機構の排出レベルを越えてどれだけの量のキャリアが現像槽内に蓄積されているかを予測することができるので、非常に簡便且つ低コストであるという利点を有する。

キャリア補給量は、トナー濃度に基づいて算出される。

あるいは、キャリア補給量は、印字率に基づいて算出される。

排出増大動作は、排出機構での攪拌部材の回転数アップである。

あるいは、排出増大動作は、排出機構での排出用開口部の拡大である。

上述した現像装置は、周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える画像形成装置に組み込んで使用される。

以下に、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置１及び現像装置３４では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。

図１乃至３を参照しながら、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１及び当該装置に使用される現像装置３４について説明する。

〔画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置１の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置１は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電装置２６、露光装置２８、現像装置３４、転写装置３６、およびクリーニング装置４０がそれぞれ配置されている。

帯電装置２６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８は、帯電された感光体１２の外周面に向けて、画像光３０を出射する。露光装置２８を通過した感光体１２の外周面には、画像光３０が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分とからなる静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像装置３４は、後述する現像槽内現像剤３を用いて静電潜像を可視像化する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写装置３６は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどの用紙３８に転写する。図１に示した実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして図示されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニング装置４０は、転写装置３６で用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして図示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。

このような構成を備えた画像形成装置１が画像形成を行うとき、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて例えば反時計周り方向に回転する。このとき、帯電装置２６を通過する感光体１２の外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体１２の外周部分は、露光装置２８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像装置３４のところまで搬送され、現像装置３４によって可視像化される。可視像化されたトナー像は、感光体１２の回転と共に転写装置３６のところまで搬送され、転写装置３６により用紙３８に転写される。トナー像が転写された用紙３８は定着装置２０のところまで搬送され、用紙３８にトナー像が固定される。転写装置３６を通過した感光体１２の外周部分はクリーニング装置４０のところまで搬送され、用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存するトナーが感光体１２から掻き取られる。

〔現像装置〕
現像装置３４は、非磁性トナー（以下、単にトナーという。）及び磁性キャリア（以下、単にキャリアという。）を含む２成分現像剤と、種々の部材を収容する現像槽６６と、を備えている。現像槽６６は感光体１２に向けて開放された開口部を備えており、この開口部の近傍に形成された空間に現像ローラ４８が設けられている。現像剤担持体としての現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップを介して、回転可能に枢支されている。

現像ローラ４８は、回転不能に固定された磁石体４８ａと、磁石体４８ａの周囲を回転可能に支持された円筒状のスリーブ４８ｂ（第一の回転円筒体）と、を有するいわゆるマグネットローラである。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの上方には、現像槽６６に固定され、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの中心軸と平行に延在する規制板６２が、所定の規制ギャップ６３を介して対向配置されている。現像ローラ４８の内側にある磁石体４８ａは、スリーブ４８ｂの回転方向に沿って、Ｎ１、Ｓ２、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ１という５個の磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、感光体１２と対向するように配置されている。スリーブ４８ｂの上の現像剤を剥離させるための反発磁界を発生させる同極のＮ２及びＮ３は、現像槽６６の内部に対向配置されている。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは、感光体１の回転方向と逆向きに（カウンター方向に）回転する。

図２は、現像装置３４を上から見た模式的断面図である。図２に示すように、現像ローラ４８の背後には、現像剤攪拌搬送室６７が形成されている。現像剤攪拌搬送室６７は、現像ローラ４８の近傍に形成された第二搬送路７０と現像ローラ４８から離れた第一搬送路６８と、第一搬送路６８及び第二搬送路７０を間仕切る隔壁７６と、を有する。第一搬送路６８の搬送方向の上流側の上方には、現像剤補給タンク８０が配設されていて、補給口８２を介して第一搬送路６８と連通している。現像剤補給タンク８０には、トナーを主成分としてキャリアを含有する補給用現像剤２が充填されている。補給用現像剤２として、トナーとキャリアとを別々に補給してもよい。補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは５乃至４０重量％であり、より好ましくは１０乃至３０重量％である。また、第二搬送路７０の搬送方向の下流側の下方には、現像剤回収タンク９０が配設されていて、回収口９２を介して第二搬送路７０と連通している。

現像剤補給タンク８０の底部には、制御部１００によって駆動制御される現像剤供給ローラが配置されている。現像剤供給ローラが回転駆動されることによって、その駆動時間に応じた量の新規の補給用現像剤２が、流下して、現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。

第一搬送路６８には、現像槽内現像剤３を攪拌しながら搬送する攪拌部材である第一スクリュー７２が回転可能に枢支されている。第二搬送路７０には、第一搬送路６８からの現像槽内現像剤３を攪拌しながら現像ローラ４８に搬送する第二スクリュー７４が回転可能に枢支されている。この場合、第一搬送路６８と第二搬送路７０との両端部に位置する隔壁７６の上部が切り欠かれることによって連絡通路が形成されている。第一搬送路６８の搬送方向の下流側端部に到達した現像槽内現像剤３が連絡通路を介して第二搬送路７０へ送り込まれ、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部に到達した現像槽内現像剤３が連絡通路を介して第一搬送路６８に送り込まれる。その結果、図２の矢印方向にしたがって、現像槽内現像剤３が現像剤攪拌搬送室内を循環する。

第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４は、回転シャフトに所定のピッチで螺旋状の羽根が固定されたスパイラルスクリューである。第二スクリュー７４は、図２の右側（下流側）に延在して、回収口９２の上まで延在している。

第二スクリュー７４は、第二搬送路７０に延在する搬送用正スクリュー部７４ａと、搬送方向の下流側端部（図２の右端部）に位置する現像剤排出部７９に延在する排出用正スクリュー部７４ｂと、回転シャフト７４ｃと、を有する。搬送用正スクリュー部７４ａは、現像槽６６の内部に存する現像槽内現像剤を現像剤排出部７９まで搬送する。排出用正スクリュー部７４ｂは、現像剤排出部７９の内部に存する現像剤を回収口９２まで搬送する。

また、第二スクリュー７４は、第二搬送路７０から第一搬送路６８に向かう連絡通路及び第一搬送路６８の下流側側端部に対応する位置において、スパイラルスクリューの螺旋の向きが他の部分とは逆向きに構成されている逆羽根部７７を有する。逆羽根部７７の現像剤排出部７９の側においては、せき止め部材７３が設けられている。せき止め部材７３は、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃに対して直交する方向に延在する大略円板状の部材であって、逆羽根部７７によって形成された現像槽内現像剤３の盛り上がりが現像剤排出部７９の側に移動することを規制する働きを有する。

第二スクリュー７４が回転すると、逆羽根部７７により、現像槽内現像剤３を現像剤排出部７９から第二搬送路７０に向かう逆向きの流れを発生させる。その結果、第二スクリュー７４が回転すると、第二スクリュー７４の搬送方向の下流側端部（右端部）での現像槽内現像剤３の高さが他の部分に比べて高くなる。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）、すなわち逆羽根部７７の部分において、現像槽内現像剤３の盛り上がりが形成される。そして、現像槽内現像剤３の盛り上がりが現像剤排出部７９の側に移動することは、せき止め部材７３により規制されている。

ここで、現像装置３４は、いわゆるトリクル方式を採用したものであるから、余剰の現像槽内現像剤３を流出させるための流出口７５を有している。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に位置する側壁の上部が部分的に切り欠かれた切欠７５を設けることによって、流出口７５が形成されている。第二スクリュー７４によって搬送される現像剤は、通常の状態では逆羽根部７７によってせき止められることにより、図２の実線矢印のように、第二搬送路７０から第一搬送路６８へと搬送される。現像槽内における現像槽内現像剤３が増えて現像槽内の液面が上昇すると、逆羽根部７７のせき止め作用に抗して側壁の上部に設けられた流出口７５を現像槽内現像剤３が乗り越えて、隣接する回収室に溢出する。回収室に溢出した余剰の現像槽内現像剤３は、回収口９２まで搬送され、回収口９２を介して現像剤回収タンク９０に回収（廃棄）される。

現像剤攪拌搬送室６７には、現像剤攪拌搬送室６７内での現トナー濃度を検出するトナー濃度検出センサ７８が設けられている。トナー濃度検出センサ７８は、例えば、コイルのインダクタンスの変化から、現像剤攪拌搬送室６７内を搬送される現像槽内現像剤３の透磁率を検出する。トナー濃度検出センサ７８により検出された透磁率から、現像槽内現像剤３に対するトナーの比率が求められる。例えば、現像槽内現像剤３に含まれるキャリア量が少ない場合は、トナー比率が高いと検出される。一方、現像槽内現像剤３に含まれるキャリア量が多い場合は、トナー比率が低いと検出される。そして、このトナー濃度検出センサ７８から出力された電圧信号は、制御部１００に入力され、この検出信号に基づいて、必要な補給量が算出されるとともに、現像剤補給タンク８０の現像剤補給ローラが駆動され、所定量の補給用現像剤２が現像槽６６内に補給される。

現像装置３４において、印字動作により、現像槽内現像剤３のトナー濃度が低下すると、トナーと少量のキャリアとを含有する補給用現像剤２が現像剤補給タンク８０から補給される。補給された補給用現像剤２は、すでに存在する現像槽内現像剤３と混合・攪拌されながら、上記現像剤攪拌搬送室６７の第一搬送路６８及び第二搬送路７０に沿って搬送される。基本的には、トナーは感光体１２で消費されるのに対して、キャリアは現像装置３４内に蓄積されるが、キャリアの帯電性能は次第に低下する。補給用現像剤２にはトナーよりも嵩高いキャリアが少量含まれているので、補給用現像剤２の補給に伴って、現像装置３４内での現像槽内現像剤３の量が徐々に増加する。そして、嵩の増えた現像槽内現像剤３が現像剤攪拌搬送室６７を循環する。現像剤攪拌搬送室６７を循環しきれない余剰の現像槽内現像剤３は、逆羽根部７７を乗り越えて、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に設けられた流出口７５から流出して、回収口９２を介して現像剤回収タンク９０に回収される。

補給用現像剤２の補給量は、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現像槽内現像剤３の現トナー濃度あるいは画像形成時の印字率（ドットカウンタ）と、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比と、に基づいて決定される。現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比は、現像装置３４内でのキャリアの劣化を抑制するとともに、コストアップを招かない程度に調整される。トナーの補給動作に伴って、キャリアが少しずつ供給される。

また、スキャナが印字率を測定するための印字率測定手段として用いられ、スキャナのスキャン信号により、原稿の所定領域における印字率が測定される。原稿の画像は数１０μｍの径のレーザードットにより画像形成されるので、画像の所定領域でこのレーザードットの割合を解析することにより印字率が測定される。

図３は、画像形成装置１の現像装置３４に係る制御ブロック図を示している。

制御手段としての制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０６等から構成される。ＲＯＭ１０４内に格納されている各種処理プログラムやテーブルに従って、ＣＰＵ１０２は画像形成装置１での各種動作を集中的に制御する。ＲＯＭ１０４には、例えば、トナー濃度検出センサ７８で検出された電圧から現像槽内現像剤３の現トナー濃度に変換・算出するためのトナー濃度算出テーブルや、現像槽内現像剤３の現トナー濃度と基準トナー濃度との間のトナー濃度差から補給すべき現像剤量を算出するための現像剤補給用テーブルが格納されている。

また、ＲＡＭ１０６には、制御部１００により実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するためのワークエリアが形成されている。

ＣＰＵ１０２には、現像装置３４や現像剤補給タンク８０やカウンタ１０８が接続されている。現像装置３４を構成する現像剤攪拌部材７２，７４、トナー濃度検出センサ７８、現像ローラ４８の動作、及び、補給用現像剤２の補給制御が、それぞれ、制御部１００のＣＰＵ１０２によって制御される。すなわち、ＣＰＵ１０２は、キャリア補給量（Ｃin）やキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）やキャリア積算値（Ｓ）等を算出する算出手段や、トナー濃度やキャリア積算値（Ｓ）等が所定の値になっているかを判別する判別手段や、トリクル排出機構による現像槽内現像剤３の排出量を増大させる排出増大動作を実行するように制御する排出増大手段や、補給動作や画像形成動作やスキャナのスキャン動作等を制御する制御手段としての機能を有している。

そして、トナー濃度検出センサ７８で検出された現像槽内現像剤３の現トナー濃度や、画像形成時の印字率（画像情報）や、キャリア補給量（Ｃin）やキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）やキャリア積算値（Ｓ）、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比や印字率等は、ＲＡＭ１０６に一時的に記憶されている。

ここで、印字率とは、画像を構成する全面積を１００％としたときに、トナーを載せる部分の面積の割合のことであり、言いかえれば、画像形成におけるトナー付着量に関係している。

〔現像剤〕
２成分現像剤は、トナーと、トナーを帯電させるためのキャリアと、を含んでいる。本発明においては、画像形成装置１において従来から一般的に使用されている公知のトナーが使用可能である。トナーの粒径は、例えば約３乃至１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナーや、荷電制御剤や離型剤を含有するトナーや、表面に添加剤を保持するトナーも使用可能である。

トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造される。

トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０乃至１６０℃の範囲であり、ガラス転移点が約５０乃至７５℃の範囲であることが好ましい。

着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２乃至２０重量部であることが好ましい。

荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。

離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。

さらに、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１乃至５重量部の割合で添加することが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は、９乃至１００ｎｍであることが好ましい。

キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５乃至１００μｍであることが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。

バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。

バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０乃至９０重量％の量で添加することが適切である。

バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。

バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。

コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

現像槽内現像剤３のトナー及びキャリアの混合比は、所望のトナー帯電量が得られるように調整される。現像槽内現像剤３のトナー比は、トナー及びキャリアの合計量に対して、好ましくは３乃至２０重量％であり、より好ましくは４乃至１５重量％である。また、現像剤補給タンク８０に充填されている補給用現像剤２は、トナー及び少量のキャリアを含有したものであり、補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは１乃至５０重量％であり、より好ましくは５乃至３０重量％である。

このように構成された現像装置３４の基本動作を説明する。

画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは矢印方向（反時計回り）に回転する。第一スクリュー７２の回転及び第二スクリュー７４の回転により、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３は、第一搬送路６８と第二搬送路７０とを循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアとが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。本発明に用いるトナー及びキャリアの帯電性は、このような組み合わせに限定されるものでない。キャリアの外形寸法は、トナーに比べて相当大きい。そのため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。

帯電された現像槽内現像剤３は、第二スクリュー７４によって第二搬送路７０に搬送される過程で現像ローラ４８に供給される。この現像剤は、現像ローラ４８内部の磁石体４８ａの磁力によってスリーブ４８ｂの表面側に保持され、スリーブ４８ｂと共に反時計周り方向に回転移動して、現像ローラ４８に対向して設けられた規制板６２で通過量を規制された後、感光体１２と対向する現像領域へと搬送される。そして、現像領域において、磁石体４８ａの主磁極Ｎ１の磁力によって穂立ち（磁気ブラシ）が形成される。現像領域では、感光体１２上の静電潜像と現像バイアスの印加された現像ローラ４８との間に形成された電界（直流に交流が重畳された電界）がトナーに与える力により、トナーが感光体１２上の静電潜像側へと移動して、この静電潜像が顕像へと現像される。現像領域でトナーを消費した現像剤は、現像槽６６に向けて搬送され、現像槽６６の第二搬送路７０に対向して設けられた磁石体４８ａのＮ３，Ｎ２の反発磁界によって現像ローラ４８上から剥離され、現像槽６６内へと回収される。回収された現像剤は、第二搬送路７０を搬送されている現像槽内現像剤３と混合される。

このような画像形成によって現像槽内現像剤３の中からトナーが消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像槽内現像剤３に補給される。そのために、現像装置３４は、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３に対するトナーの比を測定するトナー濃度検出センサ７８を備えている。また、第一搬送路６８の上方には現像剤補給タンク８０が設けてある。

次に、第一実施形態に係る現像装置３４の動作を、図４及び５を参照しながら説明する。

図４は、現像槽６６内におけるキャリア量が経時的にどのように変動するかを模式的に説明する図である。（Ａ）は補給動作に関するものであり、（Ｂ）は排出動作に関するものであり、（Ｃ）は積算動作に関するものである。図５は、第一実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンのフローチャートである。

図４の（Ａ）は、現像剤補給タンク８０から現像槽６６に補給される補給用現像剤２に含まれるキャリアの量（キャリア補給量：Ｃin）が経時的にどのように変動するかを模式的に示している。図４の（Ａ）において、横軸は現像装置３４の駆動時間であり、縦軸は所定時間当たりのキャリア補給量（Ｃin）であり、Ｃmaxは所定時間当たりにトリクル排出機構によってキャリアが最大限に排出されるキャリア最大排出量である。

また、図４の（Ｂ）は、トリクル排出機構により現像槽６６の外に排出される現像槽内現像剤３に含まれるキャリアの量（キャリア排出量：Ｃout）が経時的にどのように変動するかを模式的に示している。図４の（Ｂ）において、横軸は現像装置３４の駆動時間であり、縦軸は所定時間当たりのキャリア排出量（Ｃout）であり、Ｃmaxは所定時間当たりにトリクル排出機構によってキャリアが最大限に排出されるキャリア最大排出量である。

また、図４の（Ｃ）は、所定時間当たりにキャリアが現像槽６６内に残存するキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算したキャリア積算値（Ｓ）が経時的にどのように変動するかを模式的に示している。図４の（Ｃ）において、横軸は現像装置３４の駆動時間であり、縦軸は所定時間当たりのキャリア積算値（Ｓ）であり、Ｃeは現像槽内現像剤３が規制ギャップ６３から溢出する手前の溢出限界量から、トリクル排出機構によって排出される手前の現像槽内現像剤３が現像槽６６を満たす満充填量を差し引いた現像剤余剰収容量に含まれるキャリア余剰収容量である。

現像槽６６内のトナー濃度が低下すると、現像槽内現像剤３の現トナー濃度と基準トナー濃度との間の濃度差と、補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて算出された量の補給用現像剤２が、現像剤補給タンク８０から現像槽６６に補給される。補給された補給用現像剤２に含まれるキャリアの量すなわちキャリア補給量（Ｃin）は、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比から算出される。したがって、現像槽６６内でのトナー濃度が変動すると、図４の（Ａ）のように、キャリア補給量（Ｃin）が変動する。

図４の（Ａ）の（i）領域に示されているように、キャリア補給量（Ｃin）がキャリア最大排出量（Ｃmax）よりも少なければ、キャリアは、図４の（Ｂ）の（i）領域に示されているように、キャリア排出量（Ｃout）がキャリア補給量（Ｃin）に近似した状態で、トリクル排出機構の切欠（流出口）７５から排出される。したがって、キャリア排出量≒キャリア補給量という関係になって、キャリアが現像槽６６内の余剰空間に残存することはないので、図４の（Ｃ）の（i）領域に示されているように、キャリア積算値（Ｓ）がゼロに設定される。

図４の（Ａ）の（ii）領域の左側で山のように示されているように、キャリア補給量（Ｃin）がキャリア最大排出量（Ｃmax）よりも一時的に多くなったとき、キャリアは、図４の（Ｂ）の（ii）領域に示されているように、キャリア排出量（Ｃout）がキャリア最大排出量（Ｃmax）と実質的に等しい状態で、トリクル排出機構の切欠（流出口）７５から排出される。そして、キャリア最大排出量（Ｃmax）を越えた分のキャリアは、トリクル排出機構の切欠（流出口）７５から排出されることなく現像槽６６内に残存する。現像槽６６内に残存したキャリアの量すなわちキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算したキャリア積算値（Ｓ）は、ある値を取りながら推移する。

図４の（Ａ）の（ii）領域の山のように示された部分の右側では、キャリア補給量（Ｃin）がキャリア最大排出量（Ｃmax）よりも少なくなっているので、キャリア排出量（Ｃout）がキャリア最大排出量（Ｃmax）と実質的に等しい状態になるはずである。しかしながら、通常の低印字率画像の印刷出力に合わせてトリクル排出機構による排出量が少なめに設定されているために、トリクル排出機構によるキャリアの排出が間に合わない状態になってしまう。その結果、キャリアの補給と排出との間にはタイムラグが生じてしまう。そのために、キャリア補給量（Ｃin）がキャリア最大排出量（Ｃmax）よりも多い状態（図４の（Ａ）の（ii）領域の山形状部分）を経過したあとでも、キャリアが現像槽６６内に残存しているので、キャリアは、しばらくの間、キャリア排出量（Ｃout）がキャリア最大排出量（Ｃmax）と実質的に等しい状態で、トリクル排出機構の切欠（流出口）７５から排出される。

図４の（Ａ）の（iii）領域では、キャリア補給量（Ｃin）がキャリア最大排出量（Ｃmax）よりも少なくなっているので、キャリアは、図４の（Ｂ）の（iii）領域に示されているように、キャリア排出量（Ｃout）がキャリア最大排出量（Ｃmax）よりも少ない状態で排出される。キャリア排出量（Ｃout）がキャリア最大排出量（Ｃmax）よりも少ない状態で排出されるとき、図４の（Ｃ）の（iii）領域に示されているように、キャリア積算値（Ｓ）がゼロに設定される。

図４の（Ａ）の（iv）領域は、写真等の高印字率画像の印刷出力が開始し、その後、高印字率画像を連続して印刷出力することにより現像装置内のトナーが多量に消費されたために、現像剤すなわちキャリアの補給動作が実行されていることを示している。キャリア補給量（Ｃin）がキャリア最大排出量（Ｃmax）よりも多いので、キャリアは、図４の（Ｂ）の（iv）領域に示されているように、所定時間当たりにおいて、キャリア排出量（Ｃout）がキャリア最大排出量（Ｃmax）と実質的に等しい状態で排出される。そして、キャリア最大排出量（Ｃmax）を越えた分のキャリアは、現像槽６６内に残存する。キャリアが現像槽６６内に残存するキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算したキャリア積算値（Ｓ）が、キャリア余剰収容量（Ｃe）に達するまでは、キャリアは現像槽６６内の余剰空間に収容されるが、キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）に達すると、現像槽内現像剤３が規制ギャップ６３から溢出する可能性がある危険な状態になる。そこで、補給用現像剤２の補給動作や画像形成動作の停止、あるいは強制排出動作等の危険回避の適切な動作が実行されることになる。

図４の（Ａ）の（v）領域は、現像槽内現像剤３の溢出の危険性があると判定されたときに、トリクル排出機構による現像槽内現像剤３の排出を増大させる排出増大動作が実行されることを示している。後述するように、排出増大動作というのは、排出機構での攪拌部材７２，７４の回転数を大きくすることや、排出用開口部９５を拡大することである。排出増大動作を実行することにより、キャリア最大排出量（Ｃmax）が従前のものよりも大きくなる。現像槽６６内において余剰に収容されたキャリアが通常の排出量よりも多く排出されるので、キャリア積算値（Ｓ）が急速に低下し、キャリアが現像槽６６内の余剰空間に残存することが無くなる。

次に、図５を参照しながら、本発明の第一実施形態に係る蓄積量予測制御について説明する。本サブルーチンが実行されている間には、高印字率画像の印刷出力が繰り返し実行されている。

ステップＳ１１２において、トナー濃度検出センサ７８によって、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３の現トナー濃度に関する電圧信号が出力される。ステップＳ１１４において、出力された電圧信号は、制御部１００で現トナー濃度の値に変換・算出される。

ステップＳ１２０において、現トナー濃度が基準トナー濃度よりも低いか否かが判別される。現トナー濃度が基準トナー濃度よりも高くてＮＯが選択される場合には、ステップＳ１１２の現トナー濃度の測定に戻る。

ステップＳ１２０において現トナー濃度が基準トナー濃度よりも低いとＹＥＳが選択される。ステップＳ１２２において、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現トナー濃度と基準トナー濃度との間の濃度差と、補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて、補給用現像剤２の補給量が算出される。そして、所定量の補給用現像剤２が補給される。

ステップＳ１２４において、ステップＳ１２２で算出された補給用現像剤２の補給量と補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて、所定時間当たりのキャリアの補給量（Ｃin）が算出される。

ステップＳ１２６において、所定時間当たりのキャリアの補給量（Ｃin）から、所定時間当たりにトリクル排出機構によってキャリアが最大限に排出されるキャリア最大排出量（Ｃmax）を差し引いてキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を算出した後、キャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算することによりキャリア積算値（Ｓ）を算出する。

ステップＳ１３０において、キャリア積算値（Ｓ）がゼロ以下であるか否かが判別される。キャリア積算値（Ｓ）がゼロ以下でありＹＥＳが選択される場合には、ステップＳ１３２に進んでキャリア積算値（Ｓ）をゼロにセットしたあと、ステップＳ１１２の現トナー濃度の測定に戻る。

ステップＳ１３０においてキャリア積算値（Ｓ）がゼロよりも大きいとＮＯが選択され、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０において、キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）より小さいか否かが判別される。キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）より小さくてＹＥＳが選択される場合には、ステップＳ１１２の現トナー濃度の測定に戻る。

ステップＳ１４０においてキャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）よりも大きいと、現像槽内現像剤３が現像槽６６の規制ギャップ６３から溢出する手前の溢出限界量に達していると予測されるので、ＮＯが選択され、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０において、現像装置３４の第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４の回転数を大きくして、切欠（流出口）７５を介して、蓄積された現像槽内現像剤３を現像槽６６の外により多量に排出させる。例えば、攪拌部材７２，７４が通常回転数２００ｒｐｍで回転していたのを回転数３００ｒｐｍにアップさせる。すなわち、一例として、攪拌部材７２，７４の回転数を通常動作時よりも５０％アップさせる。キャリア積算値（Ｓ）がゼロに戻ると、攪拌部材７２，７４の回転数を元の通常回転数に戻す。そして、第一実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンが終了して、元のメインルーチンに戻る。

上述したような第一実施形態に係る蓄積量予測制御を行うことにより、非常に簡便且つ低コストで、トリクル排出機構の排出レベルを越えてどれだけの量のキャリアが現像槽６６内に蓄積されているかを予測することができる。そして、キャリアすなわち現像剤が現像槽６６から溢出しそうであるという予測結果に基づいて、余剰キャリアすなわち余剰現像剤の強制排出を行うことにより、現像剤が規制ギャップ６３から溢出して画像形成装置１を破損に至らしめることを回避することができる。

次に、図４及び６を参照しながら、第二実施形態に係る蓄積量予測制御について説明する。図６は、第二実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンのフローチャートを示している。本サブルーチンが実行されている間には、高印字率画像の印刷出力が繰り返し実行されている。なお、上記第一実施形態と共通する部分の説明を省略して、第一実施形態との相違部分を中心に説明する。

高印字率画像の印刷出力が実行されると、多量のトナーが消費されるので、画像形成時の印字率（ドットカウンタ）と高印字率の画像形成の枚数と補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて算出された量の補給用現像剤２が、現像剤補給タンク８０から現像槽６６に補給される。補給された補給用現像剤２に含まれるキャリアの量すなわちキャリア補給量（Ｃin）は、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比から算出される。したがって、現像槽６６内でのトナー濃度が変動すると、図４の（Ａ）のように、キャリア補給量（Ｃin）が変動する。そこで、図６に示すような蓄積量予測制御が実行される。

図６のステップＳ２１２において、所定枚数毎に、画像サイズ情報から画像の総面積を積算し、または、該総面積に形成される画像データを積算することにより印字率が算出される。例えば、印字率が５％程度であれば主としてテキストからなる画像データであり、印字率がおおよそ７０％以上であれば、画像データは主として写真等の画像データであり、高印字率の画像形成であると考えられる。

算出された印字率からどれくらいの量のトナーが消費されたかが分かるので、ステップＳ２２２において、算出された消費トナー量と補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて、補給用現像剤２の補給量が算出される。そして、所定量の補給用現像剤２が補給される。

ステップＳ２２４において、ステップＳ２２２で算出された補給用現像剤２の補給量と補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて、所定時間当たりのキャリアの補給量（Ｃin）が算出される。

ステップＳ２２６において、所定時間当たりのキャリアの補給量（Ｃin）から、所定時間当たりにトリクル排出機構によってキャリアが最大限に排出されるキャリア最大排出量（Ｃmax）を差し引いてキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を算出した後、キャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算することによりキャリア積算値（Ｓ）を算出する。

ステップＳ２３０において、キャリア積算値（Ｓ）がゼロ以下であるか否かが判別される。キャリア積算値（Ｓ）がゼロ以下でありＹＥＳが選択される場合には、ステップＳ２３２に進んでキャリア積算値（Ｓ）をゼロにセットしたあと、ステップＳ２１２の印字率の算出動作に戻る。

ステップＳ２３０においてキャリア積算値（Ｓ）がゼロよりも大きいとＮＯが選択され、ステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０において、キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）より小さいか否かが判別される。キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）より小さくてＹＥＳが選択される場合には、ステップＳ２１２の印字率の算出動作に戻る。

ステップＳ２４０においてキャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）よりも大きいと、現像槽内現像剤３が現像槽６６の規制ギャップ６３から溢出する手前の溢出限界量に達していると予測されるので、ＮＯが選択され、ステップＳ２５０に進む。現像装置３４の設計的事項であるキャリア余剰収容量（Ｃe）によっても異なるが、ほんの一例として、７０％以上の高印字率のものを５０乃至１００枚程度連続的に行うと溢出限界量に達するように設計されている。ステップＳ２５０において、現像装置３４の第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４を回転駆動させて、切欠（流出口）７５を介して、蓄積された現像槽内現像剤３を現像槽６６の外により多量に排出させる。例えば、攪拌部材７２，７４が通常回転数２００ｒｐｍで回転していたのを回転数３００ｒｐｍにアップさせる。すなわち、一例として、攪拌部材７２，７４の回転数を通常動作時よりも５０％アップさせる。キャリア積算値（Ｓ）がゼロに戻ると、攪拌部材７２，７４の回転数を元の通常回転数に戻す。そして、第二実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンが終了して、元のメインルーチンに戻る。

上述したような第二実施形態に係る蓄積量予測制御を行うことにより、非常に簡便且つ低コストで、トリクル排出機構の排出レベルを越えてどれだけの量のキャリアが現像槽６６内に蓄積されているかを予測することができる。そして、キャリアすなわち現像剤が溢出しそうであるという予測結果に基づいて、余剰キャリアすなわち余剰現像剤の強制排出を行うことにより、現像剤が規制ギャップ６３から溢出して画像形成装置１を破損に至らしめることを回避することができる。

次に、第三実施形態に係る現像装置３４の特徴部分の構成及びその動作を、図７及び９を参照しながら説明する。

図９は、排出増大動作に関係する排出用開口部９５の拡大機構を説明する図である。図９に示すように、現像装置３４は、上述したトリクル排出機構に加えて、せき止め部材７３と受け部材９７とから構成された排出量調節構造をさらに備えている。

せき止め部材７３は、大略円板形状をしており、その中心に設けられた挿通穴に対して、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃが挿通されているとともに第二スクリュー７４の回転軸に対して固定されている。せき止め部材７３は、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃとともに回転シャフト７４ｃの方向に移動可能なように構成されている。

第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側の端部には、弾性支持部材９４が配設されている。弾性支持部材９４は、現像槽６６の内壁面に対して第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃを弾性的に支持するように設けられたバネ部材である。

また、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃの右側すなわち下流側の端部には、回転シャフト７４ｃを左側すなわち上流側に押圧する押圧部材９６が連設されている。棒状の押圧部材９６の右側すなわち下流側には、駆動モータ９８が設けられている。駆動モータ９８を作動させて棒状の押圧部材９６を第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側に移動させると、棒状の押圧部材９６に連接された第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃも移動し、あわせてせき止め部材７３も移動することができる。

したがって、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃに対して固定されたせき止め部材７３は、弾性支持部材９４によって弾性的に支持されながら、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃの方向に移動することができる。

また、受け部材９７の左側すなわち下流側の端面とせき止め部材７３との間には排出用開口部９５が形成されている。図２に示した切欠（流出口）７５から排出された現像槽内現像剤３は、排出用開口部９５を介して現像剤排出部７９の内部空間に排出される。

図９（Ａ）は、現像装置３４が通常運転されている場合である。トリクル方式の排出機構により、現像槽内現像剤３の盛り上がりが逆スクリュー部７７の周囲に形成される。通常運転では、押圧部材９６が回転シャフト７４ｃの右側すなわち下流側に位置しているので、弾性支持部材９４の弾性力により、第二スクリュー７４に固定されたせき止め部材７３は、回転シャフト７４ｃの右側すなわち下流側に押圧され、回転シャフト７４ｃの右側すなわち下流側に位置している。したがって、せき止め部材７３と受け部材９７の端面とから形成される排出用開口部９５には、通常の開口領域が形成されている。

図９（Ｂ）のように現像装置３４が排出増大動作を実行する場合、不図示のスイッチをＯＮにして駆動モータ９８を作動させると、押圧部材９６が第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側に移動する。第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃは、弾性支持部材９４の弾性力に抗しながら、回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側に移動する。回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側に移動したせき止め部材７３と、受け部材９７の端面とから形成される排出用開口部９５の開口領域が広くなっている。したがって、現像槽内現像剤３の排出量を増大させることができる。そして、不図示のスイッチをＯＦＦにして駆動モータ９８を停止させて、押圧部材９６が第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃの右側すなわち下流側に移動し、弾性支持部材９４の弾性復元力により、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃが右側すなわち下流側に押し戻される。したがって、せき止め部材７３が図９（Ａ）に示した通常の位置に戻り、排出用開口部９５が元の通常の開口状態に戻ることができる。

次に、図７を参照しながら、本発明の第三実施形態に係る蓄積量予測制御について説明する。本サブルーチンが実行されている間には、高印字率画像の印刷出力が繰り返し実行されている。

ステップＳ３１２において、トナー濃度検出センサ７８によって、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３の現トナー濃度に関する電圧信号が出力される。ステップＳ３１４において、出力された電圧信号は、制御部１００で現トナー濃度の値に変換・算出される。

ステップＳ３２０において、現トナー濃度が基準トナー濃度よりも低いか否かが判別される。現トナー濃度が基準トナー濃度よりも高くてＮＯが選択される場合には、ステップＳ３１２の現トナー濃度の測定に戻る。

ステップＳ３２０において現トナー濃度が基準トナー濃度よりも低いとＹＥＳが選択される。ステップＳ３２２において、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現トナー濃度と基準トナー濃度との間の濃度差と、補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて、補給用現像剤２の補給量が算出される。そして、所定量の補給用現像剤２が補給される。

ステップＳ３２４において、ステップＳ１２２で算出された補給用現像剤２の補給量と補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて、所定時間当たりのキャリアの補給量（Ｃin）が算出される。

ステップＳ３２６において、所定時間当たりのキャリアの補給量（Ｃin）から、所定時間当たりにトリクル排出機構によってキャリアが最大限に排出されるキャリア最大排出量（Ｃmax）を差し引いてキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を算出した後、キャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算することによりキャリア積算値（Ｓ）を算出する。

ステップＳ３３０において、キャリア積算値（Ｓ）がゼロ以下であるか否かが判別される。キャリア積算値（Ｓ）がゼロ以下でありＹＥＳが選択される場合には、ステップＳ３３２に進んでキャリア積算値（Ｓ）をゼロにセットしたあと、ステップＳ３１２の現トナー濃度の測定に戻る。

ステップＳ３３０においてキャリア積算値（Ｓ）がゼロよりも大きいとＮＯが選択され、ステップＳ３４０に進む。ステップＳ３４０において、キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）より小さいか否かが判別される。キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）より小さくてＹＥＳが選択される場合には、ステップＳ３１２の現トナー濃度の測定に戻る。

ステップＳ３４０においてキャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）よりも大きいと、現像槽内現像剤３が現像槽６６の規制ギャップ６３から溢出する手前の溢出限界量に達していると予測されるので、ＮＯが選択され、ステップＳ３５０に進む。ステップＳ３５０において、不図示のスイッチをＯＮにして駆動モータ９８を作動させて、押圧部材９６を回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側に移動させ、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃも回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側に移動させる。その結果、回転シャフト７４ｃに固定されたせき止め部材７３も左側すなわち上流側に移動するので、せき止め部材７３と受け部材９７の端面とから形成される排出用開口部９５の開口領域が図９（Ｂ）のように広くなる。拡大した排出用開口部９５からより多くのキャリアすなわち現像槽内現像剤３を排出させることができるので、蓄積されたキャリアすなわち現像槽内現像剤３の排出量が増大する。キャリア積算値（Ｓ）がゼロに戻ると、不図示のスイッチをＯＦＦにして、排出用開口部９５を図９（Ａ）に示した元の通常の開口状態に戻す。。そして、第三実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンが終了して、元のメインルーチンに戻る。

上述したような第三実施形態に係る蓄積量予測制御を行うことにより、非常に簡便且つ低コストで、トリクル排出機構の排出レベルを越えてどれだけの量のキャリアが現像槽６６内に蓄積されているかを予測することができる。そして、キャリアすなわち現像剤が現像槽６６から溢出しそうであるという予測結果に基づいて、余剰キャリアすなわち余剰現像剤の強制排出を行うことにより、現像剤が規制ギャップ６３から溢出して画像形成装置１を破損に至らしめることを回避することができる。

次に、図８を参照しながら、第四実施形態に係る蓄積量予測制御について説明する。図８は、第四実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンのフローチャートを示している。本サブルーチンが実行されている間には、高印字率画像の印刷出力が繰り返し実行されている。なお、上記第三実施形態と共通する部分の説明を省略して、第三実施形態との相違部分を中心に説明する。

ステップＳ４１２において、所定枚数毎に、画像サイズ情報から画像の総面積を積算し、または、該総面積に形成される画像データを積算することにより印字率が算出される。例えば、印字率が５％程度であれば主としてテキストからなる画像データであり、印字率がおおよそ７０％以上であれば、画像データは主として写真等の画像データであり、高印字率の画像形成であると考えられる。

算出された印字率からどれくらいの量のトナーが消費されたかが分かるので、ステップ４２２において、算出された消費トナー量と補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて、補給用現像剤２の補給量が算出される。そして、所定量の補給用現像剤２が補給される。

ステップ４２４において、ステップ４２２で算出された補給用現像剤２の補給量と補給用現像剤２のキャリア比とに基づいて、所定時間当たりのキャリアの補給量（Ｃin）が算出される。

ステップ４２６において、所定時間当たりのキャリアの補給量（Ｃin）から、所定時間当たりにトリクル排出機構によってキャリアが最大限に排出されるキャリア最大排出量（Ｃmax）を差し引いてキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を算出した後、キャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算することによりキャリア積算値（Ｓ）を算出する。

ステップ４３０において、キャリア積算値（Ｓ）がゼロ以下であるか否かが判別される。キャリア積算値（Ｓ）がゼロ以下でありＹＥＳが選択される場合には、ステップＳ４３２に進んでキャリア積算値（Ｓ）をゼロにセットしたあと、ステップＳ４１２の印字率の算出動作に戻る。

ステップ４３０においてキャリア積算値（Ｓ）がゼロよりも大きいとＮＯが選択され、ステップＳ４４０に進む。ステップＳ２４０において、キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）より小さいか否かが判別される。キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）より小さくてＹＥＳが選択される場合には、ステップＳ４１２の印字率の算出動作に戻る。

ステップ４４０においてキャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）よりも大きいと、現像槽内現像剤３が現像槽６６の規制ギャップ６３から溢出する手前の溢出限界量に達していると予測されるので、ＮＯが選択され、ステップＳ４５０に進む。現像装置３４の設計的事項であるキャリア余剰収容量（Ｃe）によっても異なるが、ほんの一例として、７０％以上の高印字率のものを５０乃至１００枚程度連続的に行うと溢出限界量に達するように設計されている。ステップＳ４５０において、不図示のスイッチをＯＮにして駆動モータ９８を作動させて、押圧部材９６を回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側に移動させ、第二スクリュー７４の回転シャフト７４ｃも回転シャフト７４ｃの左側すなわち上流側に移動させる。その結果、回転シャフト７４ｃに固定されたせき止め部材７３も左側すなわち上流側に移動するので、せき止め部材７３と受け部材９７の端面とから形成される排出用開口部９５の開口領域が図９（Ｂ）のように広くなる。拡大した排出用開口部９５からより多くのキャリアすなわち現像槽内現像剤３を排出させることができるので、蓄積されたキャリアすなわち現像槽内現像剤３の排出量が増大する。キャリア積算値（Ｓ）がゼロに戻ると、不図示のスイッチをＯＦＦにして、排出用開口部９５を図９（Ａ）に示した元の通常の開口状態に戻す。そして、第四実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンが終了して、元のメインルーチンに戻る。

上述したような第四実施形態に係る蓄積量予測制御を行うことにより、非常に簡便且つ低コストで、トリクル排出機構の排出レベルを越えてどれだけの量のキャリアが現像槽６６内に蓄積されているかを予測することができる。そして、キャリアすなわち現像剤が溢出しそうであるという予測結果に基づいて、余剰キャリアすなわち余剰現像剤の強制排出を行うことにより、現像剤が規制ギャップ６３から溢出して画像形成装置１を破損に至らしめることを回避することができる。

なお、上記各実施形態においては、具体的な実施形態を用いながら説明したが、当該実施形態によって本願発明が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び均等物によって画定される範囲から逸脱しない範囲で本願発明を様々に変形させることができる。

上述した各実施形態では、キャリア積算値（Ｓ）がキャリア余剰収容量（Ｃe）よりも大きいと判定された場合に排出増大動作を実行しているが、排出増大動作とともに、補給動作や画像形成動作を停止させたり、警告動作（ディスプレイ上の警告表示や音声による警告）を実行したりすることができる。

また、上述した実施形態では、補給用現像剤２の補給量を算出するために、トナーの消費量が算出されている。トナーの消費量を算出するために、上記第一実施形態及び第三実施形態ではトナー濃度を、上記第二実施形態及び第二実施形態では印字率を、それぞれ用いているが、トナー濃度と印字率とを組み合わせて用いることも可能である。さらには、現像装置３４の現像槽６６のキャリア余剰収容量（Ｃe）となる高さ位置にセンサを別途に設けて、当該センサによりキャリア余剰収容量（Ｃe）に達したことを検出したら、現像槽内現像剤３の排出量を増大させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 図１に示した画像形成装置の現像装置を上から見た模式的断面図である。 図２に示した画像形成装置の現像装置に係るブロック図である。 各種動作に基づいて、現像槽内におけるキャリア量がどのように変動するかを模式的に説明する図である。（Ａ）は補給動作に関するものであり、（Ｂ）は排出動作に関するものであり、（Ｃ）は積算動作に関するものである。 第一実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンのフローチャートである。 第二実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンのフローチャートである。 第三実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンのフローチャートである。 第四実施形態に係る蓄積量予測制御に関するサブルーチンのフローチャートである。 第三実施形態及び第四実施形態において使用される排出用開口部の拡大機構を説明する図である。

１：画像形成装置
２：補給用現像剤
３：現像槽内現像剤
１２：感光体
２０：定着装置
２２：定着ローラ
２６：帯電装置
２８：露光装置
３０：画像光
３４：現像装置
３６：転写装置
３８：用紙
４０：クリーニング装置
４８：現像ローラ（現像剤担持体）
４８ａ：磁石体
４８ｂ：スリーブ
６２：規制板
６３：規制ギャップ
６６：現像槽
６７：現像剤攪拌搬送室
６８：第一搬送路
７０：第二搬送路
７２：第一スクリュー（攪拌部材）
７３：せき止め部材
７４：第二スクリュー（攪拌部材）
７４ａ：搬送用正スクリュー部
７４ｂ：排出用正スクリュー部
７４ｃ：回転シャフト
７５：切欠（流出口）
７６：隔壁
７７：逆羽根部
７８：トナー濃度検出センサ
７９：現像剤排出部
８０：現像剤補給タンク
８２：補給口
９０：現像剤回収タンク
９２：回収口
９４：弾性支持部材
９５：排出用開口部
９６：押圧部材
９７：受け部材
９８：駆動モータ
１００：制御部
１０２：中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１０４：読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
１０６：読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）
１０８：カウンタ

Claims (15)

1. トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える現像装置であって、
   トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
   前記現像槽に設けられて、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
   所定時間当たりにキャリアが現像剤補給タンクから補給されるキャリア補給量をＣinと、所定時間当たりにキャリアが排出機構によって最大限排出されるキャリア最大排出量をＣmaxと、それぞれ規定するとき、所定時間当たりにキャリアが現像槽内に残存するキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を算出し、算出されたキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算することによりキャリア積算値を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された前記キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超えるか否かを判定する判定手段と、
   前記キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超えると前記判定手段によって判定されたときに、前記排出機構による現像槽内現像剤の排出量を増大させる排出増大動作を実行する排出増大手段と、を備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記キャリア補給量は、トナー濃度に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１に記載の現像装置。
3. 前記キャリア補給量は、印字率に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１に記載の現像装置。
4. 前記排出増大動作は、排出機構での攪拌部材の回転数アップであることを特徴とする、請求項１に記載の現像装置。
5. 前記排出増大動作は、排出機構での排出用開口部の拡大であることを特徴とする、請求項１に記載の現像装置。
6. 周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える画像形成装置であって、
   トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
   前記現像槽に設けられて、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
   所定時間当たりにキャリアが現像剤補給タンクから補給されるキャリア補給量をＣinと、所定時間当たりにキャリアが排出機構によって最大限排出されるキャリア最大排出量をＣmaxと、それぞれ規定するとき、所定時間当たりにキャリアが現像槽内に残存するキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を算出し、算出されたキャリア残存量（Ｃin−Ｃmax）を積算することによりキャリア積算値を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された前記キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超えるか否かを判定する判定手段と、
   前記キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超えると前記判定手段によって判定されたときに、前記排出機構による現像槽内現像剤の排出量を増大させる排出増大動作を実行する排出増大手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
7. 前記キャリア補給量は、トナー濃度に基づいて算出されることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記キャリア補給量は、印字率に基づいて算出されることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
9. 前記排出増大動作は、排出機構での攪拌部材の回転数アップであることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
10. 前記排出増大動作は、排出機構での排出用開口部の拡大であることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
11. トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、現像槽に設けられて、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、現像槽内に存在するキャリアの量を算出する算出手段と、を備える現像装置に適用される現像方法であって、
    トナーの消費量に基づいて、補給すべき現像剤の量を算出する現像剤量算出工程と、
    補給すべき現像剤の量に基づいて所定時間当たりに補給されるキャリアの量を算出するキャリア補給量算出工程と、
    キャリア補給量から、キャリアが排出機構によって所定時間当たりに最大限排出されるキャリア最大排出量を差し引いたキャリア残存量を積算したキャリア積算値を算出する積算工程と、
    前記キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超過しているか否かを判断する判断工程と、
    前記キャリア積算値が所定のキャリア余剰収容量を超過しそうなことが算出手段により判定されたときに、トリクル排出機構による現像槽内現像剤の排出を増大させる排出増大動作を実行する溢出回避工程と、
    を備えることを特徴とする現像剤の溢出回避方法。
12. 前記キャリア補給量は、トナー濃度に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記キャリア補給量は、印字率に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
14. 前記排出増大動作は、排出機構での攪拌部材の回転数アップであることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
15. 前記排出増大動作は、排出機構での排出用開口部の拡大であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。

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