JP4990098B2 - 現像装置およびそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーを用いて感光体表面の静電潜像を現像する現像装置およびその現像装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置は、たとえば、感光体と、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングおよび除電の各装置とを含む。回転駆動される感光体の表面が、帯電装置によって均一に帯電され、その帯電した感光体表面に、露光装置によってレーザ光が照射され、静電潜像が形成される。続いて、現像装置によってトナーを用いて感光体表面の静電潜像が現像され、その感光体表面に可視像であるトナー像が形成される。感光体表面のトナー像は、転写装置によって転写材に転写され、その後、定着装置によって加熱および加圧され、転写材に定着される。これによって記録材に画像が形成される。一方、転写されることなく感光体の表面に残ったトナーは、クリーニング装置によって除去され、所定の回収部に回収される。クリーニングされた後の感光体表面は、除電装置によって感光体表面に残留した電荷が除去される。

感光体表面の静電潜像を現像する現像剤としては、トナーのみからなる一成分現像剤またはトナーおよびキャリアよりなる二成分現像剤を用いる。一成分現像剤はキャリアを使用しないので、トナーとキャリアとを均一に混合するための攪拌機構を必要としない。したがって、現像装置がシンプルになるという利点を有するが、トナーの帯電量が安定しにくいという欠点がある。二成分現像剤は、トナーとキャリアとを均一に混合するための攪拌機構を必要とする。したがって、現像装置が複雑になるという欠点があるが、トナーの帯電安定性および高速機への適合性に優れるので、高速画像形成装置およびカラー画像形成装置に使用される。

二成分現像剤を用いた画像形成装置では、良好な画像を形成するために、現像装置における現像槽内のトナー濃度を適正な濃度に維持する必要がある。現像槽内のトナー濃度を適正な濃度に維持するため、現像装置において、たとえば現像剤のトナー濃度の指標として現像剤の透磁率を検出し、検出した透磁率検出値がトナー補給判断の基準値となる透磁率基準値を超えると、トナー濃度が所定値を下回ったものとしてトナーが補給され、二成分現像剤中のトナー濃度を一定に保つ。しかし、二成分現像剤の帯電特性、たとえば二成分現像剤中のキャリアの帯電付与能力は、摩擦および汚染によるキャリアの表面状態の変化によって変化するので、二成分現像剤中のトナー濃度を一定に制御するだけでは、一定の画像濃度を有する画像を安定して得られない。

また、二成分現像剤は、長期間の使用によって、二成分現像剤の帯電特性が低下するので、寿命がくると二成分現像剤の交換が必要となる。新しい二成分現像剤に交換した直後において、原因は明らかではないが、トナーの帯電量が著しく上昇し、画像濃度が低下する初期変動が見られる。

このような二成分現像剤の帯電特性の初期変動に対して、特許文献１では、新しい二成分現像剤のトナー濃度を、画像形成装置において使用される通常のトナー濃度より高く設定し、トナー補給を行うトナー濃度の基準を初期現像剤のトナー濃度より低く設定するトナー濃度制御装置が開示されている。

特開平５−２４９８３２号公報

特許文献１に開示のトナー濃度制御装置によれば、現像剤の交換直後のトナー帯電量上昇およびライフにおけるトナーの帯電特性によらず一定の画像濃度を有する画像を形成することができるが、特許文献１のように、初期のトナー濃度を高く設定し、トナー補給を行うトナー濃度の基準を初期現像剤のトナー濃度より低く設定すると、高湿環境下において一定の画像濃度を有する画像を形成することができない。また、感光体ドラムへのキャリア付着が生じることによってキャリアの浪費のみではなく、形成された画像に白抜けが発生する恐れがある。

本発明の目的は、湿度環境にかかわらず、現像剤の交換直後に最適なトナー濃度に調節することができる現像装置、およびそれを備える画像形成装置を提供することである。

本発明は、トナーおよびキャリアよりなる現像剤を収容する現像槽と、
現像槽近傍の雰囲気湿度を検出する湿度検出手段と、
現像槽内のトナー濃度を検出する濃度検出手段と、
現像槽中にトナーを補給するトナー補給手段と、
現像剤を攪拌する攪拌手段と、
トナー補給手段にトナーを補給させるか否かを判断する判断手段とを備え、
現像剤が交換されたのち、現像動作を開始する前に、前記攪拌手段によって、交換された現像剤のトナー帯電量が飽和帯電量となるまで所定時間攪拌されたのちに、
前記湿度検出手段にて、現像槽近傍の雰囲気湿度を検出し、ついで前記濃度検出手段である透磁率センサによって現像槽内のトナー濃度を検出し、
前記判断手段は、予め求めた前記雰囲気湿度と環境補正係数ｋとの関係に基づき、検出された前記雰囲気湿度から下記式（１）に基づいて初期トナー濃度補正量ΔＮを決定し、
ΔＮ＝ｋ×Ｎ１ …（１）
（ただし、式中、Ｎ１は現像剤が交換されてからの累積撹拌時間と初期トナー濃度補正値との関係に基づき定まる初期トナー濃度補正値を表す。）
さらに、下記式（２）に基づいてターゲットトナー濃度Ｔを算出し、
Ｔ＝Ａ＋ΔＮ …（２）
（ただし、式中、Ａは基準の初期トナー濃度を表し、ΔＮは前記と同様の意味を表す。）
前記判断手段は、現状トナー濃度が、前記ターゲットトナー濃度Ｔから約０．３％の値を引いた値未満のときはトナーを補給するように判断し、
前記判断に基づいて、前記トナー補給手段は、トナー補給を行うことを特徴とする現像装置。

また本発明は、前記判断手段がトナーを補給するように判断した場合、前記トナー補給手段は、トナーを複数回に分けて補給することを特徴とする。

また本発明は、上記の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、現像剤が交換され、前記濃度検出手段は、交換された現像剤のトナー帯電量が飽和帯電量となるまで攪拌されたのちにトナー濃度を検出する。

これにより、トナー帯電量が安定した状態におけるトナー濃度を検出できるので、二成分現像剤の静置時間にかかわらず、安定した濃度を検出することができる。したがって、二成分現像剤の現像装置周辺の湿度環境に応じた最適なトナー濃度に調節することができ、一定の画像濃度を有する画像をより安定して形成することができる。また感光体ドラムへのキャリア付着を防ぐことができるので、白抜けのない良好な画像をより安定して形成することができる。

また本発明によれば、前記判断手段がトナーを補給するように判断した場合、前記トナー補給手段は、トナーを複数回に分けて補給する。

トナーの補給を複数回に分けて行うので、現像槽中に多量のトナーが一度に補給されることがない。したがって、未帯電トナーによるトナー飛散を防ぐことができるので、一定の画像濃度を有する画像をより一層安定して形成することができる。

また本発明によれば、画像形成装置は上記の現像装置を有するので、二成分現像剤の交換直後において、現像槽周辺の湿度に応じて、最適なトナー濃度に調節することができる。したがって、画像形成装置が設置される環境が高湿環境または低湿環境でも、一定の画像濃度を有する画像を安定して形成することができる。また感光体ドラムへのキャリア付着を防ぐことができるので、白抜けのない良好な画像を安定して形成することができる。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜画像形成装置＞
図１は、本発明の実施の第１形態である画像形成装置１００の構成を模式的に示す概略図である。図１に示す画像形成装置１００は、図２に示す本実施形態の現像装置２００を含む以外は従来の画像形成装置と同様の構成を有し、たとえば、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ＤＶＤレコーダなどの外部機器からネットワークを介して伝達される画像情報、画像形成装置１００に備えられる図示しないスキャナ装置によって読み取られる画像情報などに応じて、記録紙などの記録媒体上にモノクロ画像を形成する。画像形成装置１００は、画像形成手段１２５と、記録媒体供給手段１２６と、画像定着手段２７と、制御手段１１０と、電源装置１１１とを含む。

画像形成手段１２５は、感光体ドラム３と、帯電手段５と、露光ユニット１１と、現像装置２００と、転写手段６と、クリーニングユニット４と、除電手段１２とを含む。帯電手段５、露光ユニット１１、現像装置２００、転写手段６、クリーニングユニット４および除電手段１２は、感光体ドラム３の周囲にこの順番で配置される。感光体ドラム３は、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に設けられるローラ状部材である。感光体ドラム３には、たとえば、芯金と、該芯金の表面に形成される感光層とを含むローラ状部材が用いられる。芯金は、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属によって形成される。感光層には、たとえば、電荷発生物質を含む樹脂層と電荷輸送物質を含む樹脂層との積層体を使用できる。感光層には、後記するように静電潜像ひいてはトナー像が形成される。帯電手段５は、感光体ドラム３の表面を所定の極性および電位に帯電させる。帯電手段５には、たとえば、チャージャ型帯電器、ローラ型帯電器、ブラシ型帯電器などの接触式または非接触式の帯電器を使用できる。

露光ユニット１１は、帯電手段５によって帯電状態にある感光体ドラム３の表面に画像情報に応じた信号光を照射し、感光体ドラム３の表面に静電潜像を形成する。露光ユニット１１には、たとえば、半導体レーザなどのレーザ照射部と反射ミラーとを含むレーザスキャニングユニットを使用できる。現像装置２００が備える現像部１は、感光体ドラム３表面の静電潜像にトナーを供給して現像し、可視像であるトナー像を形成する。クリーニングユニット４は、トナー像を記録媒体に転写した後に感光体ドラム３表面に残留するトナーを除去して回収する。転写手段６は、転写ローラ６６と、図示しない電源とを含む。転写ローラ６６は、感光体ドラム３表面に圧接しかつ回転自在に設けられるローラ状部材である。転写ローラ６６と感光体ドラム３との圧接部が転写ニップ部である。電源は、転写ローラ６６に転写バイアス電圧を印加する。転写手段６によれば、記録媒体の転写ローラ６６側から転写バイアス電圧を印加して記録媒体を帯電させるとともに、転写ローラ６６によって記録媒体を加圧することによって、感光体ドラム３表面上のトナー像を記録媒体に転写する。なお、記録媒体は、露光ユニット１１による露光に同期して、後述する記録媒体供給手段１２６から転写ニップ部に送給される。クリーニングユニット４は、クリーニングブレード４ａを含む。クリーニングブレード４ａは、たとえば弾性材料からなり、感光体ドラム３表面に当接するように設けられる板状部材である。クリーニングブレード４ａは、トナー像を記録媒体に転写した後に、感光体ドラム３表面に残留するトナー、紙粉などを除去する。除電手段１２は除電ランプなどによって構成され、クリーニング後の感光体ドラム３表面の電荷を除去する。

画像形成手段１２５では、帯電手段５によって感光体ドラム３表面を帯電状態とし、これに露光ユニット１１から画像情報に応じた信号光を照射することによって、感光体ドラム３表面に静電潜像が形成される。この静電潜像に現像装置２００からトナーが供給されてトナー像が形成され、トナー像は転写手段６によって記録媒体に転写される。トナー転写後の感光体ドラム３表面は、クリーニングユニット４による残留トナーなどの除去および除電手段１２による電荷除去を受け、清浄化される。この一連の操作が繰返し実行され、画像が形成される。

記録媒体供給手段１２６は、記録媒体トレイ１０と、ピックアップローラ１６と、レジストローラ１４とを含む。記録媒体トレイ１０は、普通紙、コート紙、カラーコピー用紙、ＯＨＰフィルムなどの記録媒体を収容するトレイである。記録媒体トレイ１０への記録媒体の補給は、画像形成装置１００の正面側（操作側）に記録媒体トレイ１０を引き出して行われる。ピックアップローラ１６は、記録媒体トレイ１０内の記録媒体を１枚ずつ分離してレジストローラ１４に送給する。レジストローラ１４は、画像形成手段１２５における露光ユニット１１の感光体ドラム３表面への露光に同期して、記録媒体を転写ニップ部に順次送給する。記録媒体供給手段１２６によれば、記録媒体トレイ１０に収容される記録媒体は、ピックアップローラ１６およびレジストローラ１４を介して、現像装置２００に供給される。

画像定着手段２７は、定着装置８と、搬送ローラ１７と、切換えゲート９と、反転ローラ１８と、積載トレイ１５とを含む。定着装置８は、定着ローラ８１と加圧ローラ８２とを含む。定着ローラ８１は図示しない駆動手段によって回転駆動可能に設けられるローラ状部材であり、その内部に加熱手段８１ａを有する。加熱手段８１ａには、ハロゲンランプ、赤外線ランプなどを使用できる。加圧ローラ８２は回転自在に支持され、定着ローラ８１に圧接するように設けられるローラ状部材である。定着ローラ８１と加圧ローラ８２との圧接部が定着ニップ部である。定着ニップ部を通過する記録媒体は定着ローラ８１からの加熱と加圧ローラ８２からの加圧とを受ける。定着装置８では、画像形成手段１２５の転写手段６によってトナー像が転写された記録媒体が、定着ニップ部に送給されて加熱加圧を受け、トナー像が記録媒体に定着され、画像が形成される。

搬送ローラ１７は、画像記録済み記録媒体、すなわち定着装置８によって画像が形成された記録媒体を切換えゲート９に送給する。切換えゲート９は、画像記録済み記録媒体の送給経路を切換える。切換えゲート９を介して、画像記録済み記録媒体は、反転ローラ１８または図示しない中継搬送装置もしくは記録媒体再供給搬送装置のいずれかに搬送される。反転ローラ１８は画像記録済み記録媒体を積載トレイ１５に排出する。その一方で、両面画像形成または後処理、たとえば、ステープル処理、穴あけ処理などが指定される場合、反転ローラ１８は画像記録済み記録媒体を挟持した状態で、該記録媒体の一部を積載トレイ１５の方向に排出した後逆回転し、該記録媒体を切換えゲート９および画像形成装置１００の側面に開口するように設けられる搬送路４５を介して図示しない中継搬送装置または記録媒体再供給搬送装置に送給する。このとき、切換えゲート９は実線の位置から破線の位置に変位する。積載トレイ１５は、画像形成装置１００の外側上部に設けられ、画像形成装置１００から排出される画像記録済み記録媒体を貯留するためのトレイである。

画像定着手段２７によれば、定着装置８によってトナー像が記録媒体に定着され、画像記録済み記録媒体は、搬送ローラ１７および切換えゲート９を介して反転ローラ１８に搬送され、そのまま積載トレイ１５に排出されるかまたは反転ローラ１８によって搬送方向を変更され、切換えゲート９を介して図示しない中継搬送装置または記録媒体再供給搬送装置に送給される。

制御手段１１０は、制御部４０の説明において詳述したとおりである。
さらに画像形成装置１００の下面および側面には搬送路１３，４８が設けられる。搬送路１３，４８および搬送路４９は、画像形成装置１００に外部装置を接続する際に、記録媒体を画像形成装置１００の外部または内部に搬送するために利用される。

画像形成装置１００によれば、制御手段１１０に入力される画像情報に応じて、感光体ドラム３の表面に静電潜像が書き込まれ、この静電潜像が現像されてトナー像として記録媒体に転写され、さらに定着され、そのまま積載トレイ１５に排出されるかまたは後処理工程、再度の画像形成工程などに供される。

露光ユニット１１の上下空間部には、画像形成プロセスを制御する回路基板および外部機器からの画像データを受け入れるインターフェイス基板などを収容する制御部１１０、これら各種のインターフェイス基板および画像形成を行う各部に対して電力を供給する電源装置１１１などが配置される。

本実施の形態では、画像形成装置１００は単色画像を形成するプリンタとして構成されるけれども、それに限定されず、多色画像を形成するプリンタ、複写機、ファクシミリ装置などとして構成することができる。

＜現像装置＞
図２は、本実施形態に係る現像装置２００の構成を示す概略図である。現像装置２００は、電子写真方式を利用して画像形成する画像形成装置１００に装着され、感光体ドラム３の表面に形成される静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する。現像装置２００は、現像部１とトナー補給部２と、制御部４０と、データ記憶部５０から構成される。現像部１は、現像槽２１と、現像ローラ２４と、供給ローラ２３と、攪拌部材２２と、層厚規制部材７７とを含む。

現像槽２１は内部空間を有する容器状部材であり、その内部空間に現像剤を収容する。本実施形態において、現像剤はトナーとキャリアとを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）である。また、現像槽２１は現像ローラ２４、供給ローラ２３および攪拌部材２２を収容して回転自在に支持しかつ層厚規制部材７７を支持する。また、現像槽２１を構成する現像槽壁のうち、感光体ドラム３を臨む側面には、開口２１ａが形成される。開口２１ａを介して感光体ドラム３と現像ローラ２４とが対向する。また、現像槽壁の鉛直方向上壁における攪拌部材２２の鉛直方向上方部分には、開口Ｑが形成される。開口Ｑはトナー受入口である。開口Ｑの鉛直方向上部に連接して、図２に示す現像装置２００におけるトナーホッパ９７の図示しないトナー補給口が鉛直方向において開口Ｑに連通するように設けられる。現像槽２１内のトナー消費状況に応じて、トナーホッパ９７から開口Ｑを介して現像槽内にトナーが補給される。トナーホッパ９７から現像槽２１へのトナーの補給は、トナー補給ローラ７３の回転によって行われる。トナー補給ローラ７３は、トナー補給口の鉛直方向上方において、その回転時にトナー補給口に摺擦するように設けられる。現像槽２１は、たとえば、合成樹脂、好ましくは射出成形可能な熱可塑性樹脂によって形成される。

現像ローラ２４は、図示しない駆動手段によって軸線回りに矢符１１４の方向に回転駆動するローラ部材である。現像ローラ２４は、現像槽２１の開口部２ａ近傍に配置されて感光体ドラム３を臨み、感光体ドラム３に対して間隙を有して離隔し、かつ感光体ドラム３の軸線と現像ローラ２４の軸線とが平行になるように設けられる。本実施の形態では、感光体ドラム３と現像ローラ２４との最近接部、すなわち現像ニップ部における間隙は、約１ｍｍである。また本実施の形態では、感光体ドラム３と現像ローラ２４とが間隙を有して離隔するように設けられるけれども、それに限定されず、両者が圧接するように設けてもよい。現像ローラ２４はその表面にトナー層を担持して回転駆動し、現像ニップ部において、感光体ドラム３表面の静電潜像にトナーを供給して現像し、トナー像を形成する。現像ローラ２４から感光体ドラム３へトナーを移行させる際には、図示しない電源から現像ローラ２４に現像バイアス電圧が印加される。

供給ローラ２３は、現像ローラ２４を介して感光体ドラム３に対向するように設けられるローラ部材である。供給ローラ２３は、図示しない駆動手段によって軸線回りに矢符１２３の方向に回転駆動する。供給ローラ２３は、その回転駆動によって、現像槽２１の内部空間に収容されるトナーまたはトナーとキャリアとを摺擦してトナーを帯電させるとともに、現像ローラ２４周辺に搬送する。

攪拌部材２２は、供給ローラ２３を介して現像ローラ２４に対向する位置であって、開口Ｑの鉛直方向下方に設けられ、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動するスクリュウ部材である。攪拌部材２２は、その回転駆動によって、トナー受入口である開口Ｑを介して現像槽２１内に供給されるトナーと、現像槽２１内に元々存在するトナーとを均一に混合するとともに、均一に混合したトナーを供給ローラ２３の周辺に搬送する。

層厚規制部材７７は、短手方向の一端が現像槽２１に支持されかつ他端が遊端部になって現像ローラ２４表面に対して間隙を有して離隔するように設けられる板状部材である。本実施の形態では、層厚規制部材７７の他端と現像ローラ２４との間隙は約０．９ｍｍである。層厚規制部材７７は、現像ローラ２４表面に担持される現像剤層の厚さが所望の値になるように調整する。層厚規制部材７７はたとえば弾性材料によって形成される。弾性材料としては特に制限はないけれども、たとえば、金属、合成樹脂、ゴムなどが挙げられる。これらの中でも、感光体ドラム３の損傷などを考慮すると、ゴムが好ましい。

湿度センサ２６は、現像槽２１の鉛直方向上部の外壁に対して間隙を有して離隔するように設けられ、現像剤の雰囲気湿度として、現像槽２１周辺の湿度を検出する湿度検出手段である。湿度センサ２６は制御部４０に電気的に接続され、その検知結果は制御部４０に入力される。湿度センサ２６には一般的な湿度センサを使用できるが、たとえば、雰囲気の水分の吸脱着による電気的性質の変化を利用する湿度センサが使用できる。雰囲気の湿分の吸脱着による電気的性質の変化を利用する湿度センサとしては、たとえば、乾湿球式、毛髪式、水晶振動式、高分子センサおよび金属酸化物センサを挙げることができる。湿度センサ２６の検出値に基づき、現像槽２１へのトナーの補給を行う。詳細については、後記する。また、本実施の形態では、現像槽２１の外壁に対して間隙を有して離隔するように設けるけれども、それに限定されず、湿度センサ２６を現像槽２１の外壁に接するように設けてもよい。

透磁率センサ２５は、現像槽２１における供給ローラ２３と対向する位置に現像槽２１の外壁に接するように設けられ、透磁率をトナー濃度として検出する透磁率検出手段である。測定されるべき、トナー（現像剤）がセンサ付近を流れると、その現像剤が磁心として働いて透磁率センサ２５に備えられるコイル間のインダクタンスを変化させる。このインダクタンスの大きさは、磁心として働いている現像剤あるいは磁性キャリアの磁粉量によって決まるので、コイルからの出力電圧によって磁粉量すなわちトナー濃度を測定できる。

トナー補給手段である、トナー補給部２は、トナー補給槽７と、トナーボトル３０と、トナーホッパ９７と、攪拌部材７１と、トナー搬送ローラ７２と、補給ローラ７３とを含む。トナーボトル３０は、トナーを貯留し、必要に応じて交換可能である。トナーホッパ９７は、トナーボトル３０から供給されるトナーをトナー補給槽７に一時的に貯溜し、制御部４０が、図示しないトナー補給モータの動作を制御して補給ローラ７３の回転を制御することによって、現像槽２１に補給されるトナーの量が制御される。

制御部４０は、現像装置２００の起動、停止、トナー濃度（透磁率検出値）に基づくトナー補給ローラ７３の回転駆動制御など）を行う判断手段である。制御部４０は、ＣＰＵおよびＣＰＵによって実行されるプログラムを記憶するＲＯＭ、および周辺装置などを備え、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによって後述する各処理を実行する。データ記憶部５０は、制御部４０の処理に用いる各種パラメータおよび式（式の係数など）が記憶されるＳＲＡＭなどからなる。データ記憶部５０は、各種演算に必要なパラメータを予め記憶したり、新たなパラメータを追加、更新することができる。データ記憶部５０は、後述する初期トナー濃度補正量の算出に用いられる補正係数が記載されたテーブルを記憶する。

図３は、現像装置２００において、湿度センサ２６の検出値に基づく初期トナー濃度補正の処理手順を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートを用いて、本発明の第１の実施形態である、図２に示す現像装置２００における現像剤交換後の初期トナー濃度の補正の処理手順について説明する。この処理は、図２に示す制御部４０が制御プログラムを実行することによって具現される。また、この処理は、図２に示す現像槽２１が装着された後、交換用現像剤が所定時間攪拌され、ステップａ１に進むことが好ましい。交換用現像剤は、長期間の静置によってトナー帯電量が著しく低下しているので、攪拌時にトナー飛散が生じるおそれがあるが、交換用現像剤を現像槽２１に投入後、トナー濃度が低い状態、すなわちトナーによるキャリアの被覆率が低い状態で所定時間攪拌し、トナーの帯電量を上げることによって、トナー飛散を少なくすることができ、一定の画像濃度を有する画像をより安定して形成することができる。以下、ａ１、ａ２、…は、処理手順（ステップ）の番号を表す。なお、交換用現像剤のトナー濃度は、上記トナー補給によって、適正なトナー濃度に設定するため、ライフのトナー濃度以下になるように製造される。また、現像剤を交換した後、サービスマン等がメンテナンスカウンタをリセット（ゼロに戻す）することによって、画像形成装置は、現像剤が交換されたことを検知するように構成される。

＜ステップａ１＞
現像剤の交換後、図２に示す湿度センサ２６を通じて、図２に示す現像槽２１周辺の雰囲気湿度の検出値Ｓ１を検出する。

＜ステップａ２＞
今回測定した現像槽２１周辺の雰囲気湿度の検出値Ｓ１と図２に示すデータ記憶部５０にて記憶しておいた前回測定した現像槽２１周辺の雰囲気湿度の検出値Ｓ０とを比較する。今回測定した現像槽２１周辺の雰囲気湿度の検出値Ｓ１が、前回測定した現像槽２１周辺の雰囲気湿度の検出値Ｓ０を超えていれば、初期トナー濃度補正の処理を終了する。今回測定した現像槽２１周辺の雰囲気湿度の検出値Ｓ１が、前回測定した現像槽２１周辺の雰囲気湿度の検出値Ｓ０以下であれば、ステップａ３に進む。

＜ステップａ３＞
トナー補給モードを開始し、トナーを補給する。データ記憶部５０に記憶している「現像剤の雰囲気湿度の検出値Ｓと湿度エリアとの相関変換テーブル」および「湿度エリアとトナー補給量との変換テーブル」を用いて、トナー補給量を決める。必要なトナー補給量を一度に全量補給することもできるが、トナーの補給を複数回に分けて、たとえば１／３ずつトナーを補給し、段階的に目的の現像剤のトナー濃度にまで上げることが好ましい。現像剤中に多量のトナーを一度に補給すると、未帯電トナーによるトナー飛散が生じることがある。トナーの補給を複数回に分けて行うことによって、現像槽２１中に多量のトナーが一度に補給されることがなく、未帯電トナーによるトナー飛散を防ぐことができる。したがって、一定の画像濃度を有する画像をより一層安定して形成することができる。トナーの補給は、図２に示すトナー補給ローラ７３の回転時間を制御部４０で制御することによって行う。

＜ステップａ４＞
少量のトナーが補給された段階で、再度雰囲気湿度を測定し、トナー補給による動作によって雰囲気湿度が変化していないかを確認する。ステップａ１で測定した現像剤の雰囲気湿度の検出値Ｓ１が今回測定した現像剤の雰囲気湿度の検出値Ｓ２未満であれば、初期トナー濃度補正の処理を終了する。ステップａ１で測定した現像剤の雰囲気湿度の検出値Ｓ１が今回測定した現像剤の雰囲気湿度の検出値Ｓ２以上であれば、ステップａ３に戻り、トナーを補給する。ステップａ４の処理は、高湿化に伴うトナー飛散を防止するために行う。

初期トナー濃度補正の処理の終了後、図１に示す画像形成装置１００を用いて、画像の形成を開始する。

図４は、現像装置２００において、湿度センサ２６および透磁率センサ２５の検出値に基づく初期トナー濃度補正の処理手順を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートを用いて、本発明の第２の実施形態である、現像装置２００における現像剤交換後の初期トナー濃度補正の処理手順について説明する。この処理は、制御部４０が制御プログラムを実行することによって具現される。また、この処理は、図２に示すトナーボトル３０が装着された後に行われる。

ステップｂ１１の前に、図２に示す現像ローラ２４および撹拌ローラ２３などの駆動系を所定時間、たとえば２０回以上回転駆動させることが好ましい。これによって、現像槽２１内の現像剤の撹拌が開始され、トナー帯電量が飽和帯電量になった状態で、透磁率センサ２５の検出値を検出することができる。透磁率の検出を、交換用現像剤のトナー帯電量が飽和帯電量となるまで交換用現像剤を攪拌した後に行うことによって、トナー帯電量が安定した状態における透磁率を検出できるので、交換用現像剤の静置時間に係わらず、安定した透磁率を検出することができる。したがって、交換用現像剤の製造ロット差および現像槽２１周辺の湿度環境に応じた最適なトナー濃度に調節することができ、一定の画像濃度を有する画像をより安定して形成することができる。また感光体ドラム３へのキャリア付着を防ぐことができるので、白抜けのない良好な画像をより安定して形成することができる。

現像ローラ２４および攪拌ローラ２３などの所定時間の回転駆動は透磁率の検出値を安定させるのみならず、後のステップで行うトナー補給時のトナー飛散を少なくできる。長期間、静置されていた交換用現像剤のトナー帯電量は著しく低下しているため、攪拌時にトナー飛散が生じることがあるが、トナー濃度が低い状態、すなわちトナーによるキャリア被覆率が低い状態のまま攪拌し、トナーの帯電量を上げることによって、トナー飛散を少なくすることができる。以下、ｂ１１，ｂ１２…は、処理手順（ステップ）の番号を示す。

＜ステップｂ１１＞
図２に示す湿度センサ２６によって、現像槽２１周辺の雰囲気湿度を検出し、図７に示す環境補正係数テーブルによって、湿度エリアを決定する。図７は、湿度エリアおよび環境補正係数ｋを決定する環境補正テーブルである。図２に示すデータ記憶部５０から、基準トナー濃度Ａを取得する。「基準トナー濃度Ａ」とは、データ記憶部５０に記憶されている基準の初期トナー濃度のカウント値である。図２に示す透磁率センサ２５によって、現状トナー濃度、すなわち現像槽２１内のトナーの濃度を検出する。

透磁率を検出することによって現像槽２１内のトナー濃度を測定する透磁率センサ２５は、湿度によって透磁率検出値が変化することがある。図５は、現像剤のトナー濃度が一定である場合における雰囲気の湿度と透磁率センサ２５の検出値（出力電圧）との関係を示すグラフである。このときの現像剤中のトナーの重量濃度は４％である。雰囲気の湿度が高い場合、現像剤からの放電量が大きくなるので、現像剤の帯電量が下がり、透磁率検出値が上がる。また、図６は、現像槽２１内における現像剤のトナー濃度と透磁率センサ２５の検出値（透磁率検出値）との関係を示すグラフである。図６のグラフによれば、温度が１０度、湿度が２５％である低湿環境、温度が３０度、湿度が８５％である高湿環境および温度が２０度、湿度が６５％である常湿（以下「ＮＮ」ともいう）環境のそれぞれの環境においてセンサ出力は異なる。図６において、太い実線は常湿環境の場合を示し、一点鎖線は高湿環境の場合を示し、破線は低湿環境の場合を示す。

上記のように、透磁率センサ２５は、湿度が一定の場合には、実際のトナー濃度と透磁率検出値とは負方向の比例関係を有するが、実際のトナー濃度が一定であっても、湿度環境が変化すれば透磁率検出値が変化するので、ステップｂ１２において、透磁率基準値は湿度環境に応じて補正される。

＜ステップｂ１２＞
初期トナー濃度補正量ΔＮを決定する。初期トナー濃度補正量ΔＮは、式（１）によって算出される。
ΔＮ＝ｋ×Ｎ１ …（１）
ｋ：環境補正係数
Ｎ１：初期トナー濃度補正値

環境補正係数ｋは、図７に示す環境補正テーブルを用いて、ステップｂ１１で測定した湿度エリアから求める。初期トナー濃度補正値Ｎ１は、図８に示す初期トナー濃度補正テーブルを用いて求める。図８は、現像槽２１内の現像剤が交換されてから攪拌された累積時間によって初期トナー濃度補正値Ｎ１を求める初期トナー濃度補正テーブルである。

＜ステップｂ１３＞
ステップｂ１２で算出した初期トナー濃度補正量ΔＮを用いて、ターゲットトナー濃度Ｔ、すなわち現像槽２１周辺の湿度および現像槽２１において現像剤が攪拌された時間によって補正された後のトナー濃度のカウント値を決定する。ターゲットトナー濃度Ｔは、式（２）によって算出される。初期トナー濃度補正値１カウントは、現像剤のトナー濃度約０．１％に相当し、符号の＋は、現像剤のトナー濃度を上昇させる方向に初期のトナー濃度を補正することである。
Ｔ＝Ａ＋ΔＮ …（２）
Ａ：基準トナー濃度
ΔＮ：初期トナー濃度補正量

＜ステップｂ１４＞
現状トナー濃度と、ステップｂ１３で算出したターゲットトナー濃度Ｔから３カウント引いた値とを比較する。現状トナー濃度が、ターゲットトナー濃度Ｔから３カウント引いた値以上であれば、ステップｂ１５に進み、現状トナー濃度が、ターゲットトナー濃度Ｔから３カウント引いた値未満であればステップｂ１６に進む。

＜ステップｂ１６＞
トナー補給モードを開始し、トナーの補給を行う。トナーの補給は、必要なトナー量を一度に補給することも可能であるが、複数回に分けて行うことが好ましい。本実施形態において、トナーの補給は２回に分けて行う。ステップｂ１４で、ターゲットトナー濃度Ｔから３カウントを引いた値を現状トナー濃度との比較に用いることによって、トナーの補給を２回に分けて行うことができるので、現像槽中に多量のトナーが一度に補給されることがない。したがって、未帯電トナーによるトナー飛散を防ぐことができ、一定の画像濃度を有する画像をより一層安定して形成することができる。

＜ステップｂ１７＞
現状トナー濃度が、ターゲットトナー濃度Ｔから３カウント引いた値以上になるまで、トナーの補給を行う。

＜ステップｂ１８＞
トナー補給モードを停止し、トナーの補給を停止する。

＜ステップｂ１９＞
現像剤の攪拌を３０秒間行う。交換用現像剤は、長期間の静置によってトナー帯電量が著しく低下し、攪拌時にトナー飛散が生じるおそれがあるが、交換用現像剤を現像装置２００に投入後、トナー濃度が低い状態すなわちトナーによるキャリアの被覆率が低い状態で攪拌し、トナーの帯電量を上げることによって、トナー飛散を少なくすることができる。これによって、一定の画像濃度を有する画像の再現性をより安定して形成することができる。

＜ステップｂ１５＞
現状トナー濃度と、ステップｂ１４で算出したターゲットトナー濃度Ｔとを比較する。現状トナー濃度が、ターゲットトナー濃度Ｔ以上であれば、初期トナー濃度補正の処理を終了する。現状トナー濃度が、ターゲットトナー濃度Ｔ未満であればステップｂ２０に進む。

＜ステップｂ２０＞
トナー補給モードを開始し、トナーの補給を行う。

＜ステップｂ２１＞
現状トナー濃度が、ターゲットトナー濃度Ｔの値以上になるまで、トナーの補給を行う。

＜ステップｂ２２＞
トナー補給モードを停止し、トナーの補給を停止する。

＜ステップｂ２３＞
現像剤の攪拌を３０秒間行う。これによって、初期トナー濃度補正の処理を終了する。

初期トナー濃度補正の処理の終了後、図１に示す画像形成装置１００を用いて、画像の形成を開始する。

図９は、各湿度エリアでの初期トナー濃度補正量の推移を示したグラフである。この時の現像剤中の基準トナー濃度は、５．０％である。図９のグラフは、図７および図８のテーブルを用いて作成されたものである。図９のグラフは、低湿エリアでの補正量は、常湿エリアでの補正量より多く、高湿エリアにおいては、初期トナー濃度の補正は行われないことを示す。また、現像槽での現像剤の攪拌時間が長くなることによって、初期トナー濃度の補正量が減少することを示す。

以上示したように、ステップａ１〜ステップａ４またはステップｂ１１〜ステップｂ２３の処理を行うことによって、現像槽周辺の雰囲気湿度に対応した最適な二成分現像剤のトナー濃度に調節することができる。したがって、画像形成装置が本発明の現像装置を備えることによって、画像形成装置が設置される環境が高湿環境または低湿環境でも、一定の画像濃度を有する画像を安定して形成することができる。また感光体ドラムへのキャリア付着を防ぐことができるので、白抜けのない良好な画像を安定して形成することができる。

（実施例）
［実施例１］
図１に示す画像形成装置１００において、二成分現像剤を用いて連続プリントテストを行った。試験紙として、Ａ４サイズの電子写真記録媒体（マルチレシーバー：シャープドキュメントシステム社製）を使用した。連続プリントテストは、温度２５℃、湿度６０％の常湿環境において行った。

紙の上に形成されるプリント画像のカバレージ、すなわち画像形成可能領域のトナーによる被覆率が６％となるテキスト画像のプリントテストを５０，０００（以下「５０ｋ」と略す）枚印字し、５ｋ枚の印字毎に、画像濃度を測定した。

［実施例２］
温度２５度、湿度１０％の低湿環境下において連続プリントテストを行った以外は、実施例１と同様にして連続プリントテストを行った。

［比較例１］
初期トナー濃度補正制御モードを搭載していない制御ソフトを画像形成装置１００に搭載した以外は実施例１と同様にして連続プリントテストを行った。

［比較例２］
初期トナー濃度補正制御モードを搭載していない制御ソフトを画像形成装置１００に搭載した以外は実施例２と同様にして連続プリントテストを行った。

＜画像濃度評価＞
画像濃度については、一辺が５ｃｍのベタ画像（１００％濃度）をプリントし、反射濃度計（マクベス社製：ＲＤ９１８）を用いて測定した。その評価基準は以下に準拠した。
○：良好。画像濃度が１．３０以上であり、紙の繊維がトナーで充分に覆われた状態である。
△：やや不良。画像濃度が１．２０以上１．３０未満であり、紙の繊維がある程度適切にトナーで覆われた状態である。
×：不良。画像濃度が１．２０未満であり、紙の繊維がトナーで不充分に覆われた状態である。

＜結果＞
連続プリントテスト結果を表１に示す。

表１に示される連続プリントテストの結果より、実施例１および実施例２のように初期トナー濃度補正モードを搭載した画像形成装置１００で形成した画像は、１枚目から５０Ｋ枚までの、５ｋ枚毎の画像濃度の評価において、温度が２５度、湿度が６０％である常湿環境および温度が２５度、湿度が１０％である低湿環境でも充分な画像濃度が得られた。

一方、温度が２５度、湿度が６０％である常湿環境で、初期トナー濃度補正モードを搭載していない画像形成装置１００で画像を形成した比較例1は、５〜１５ｋ枚にかけて画像濃度の低下が確認できた。また、温度が２５度、湿度が１０％である低湿環境で、初期トナー濃度補正モードを搭載していない画像形成装置１００で画像を形成した比較例２では５〜２０ｋ枚にかけて画像濃度の低下が確認できた。

本発明の実施の第１形態である画像形成装置１００の構成を模式的に示す概略図である。 本実施形態に係る現像装置２００の構成を示す概略図である。 現像装置２００において、湿度センサ２６の検出値に基づく初期トナー濃度補正の処理手順を示すフローチャートである。 現像装置２００において、湿度センサ２６および透磁率センサ２５の検出値に基づく初期トナー濃度補正の処理手順を示すフローチャートである。 現像剤のトナー濃度が一定である場合における雰囲気の湿度と透磁率センサ２５の検出値（出力電圧）との関係を示すグラフである。 現像槽２１内における現像剤のトナー濃度と透磁率センサ２５の検出値（透磁率検出値）との関係を示すグラフである。 環境補正係数テーブルの例を示す図である。 初期トナー濃度補正テーブルの例を示す図である。 各湿度エリアでの初期トナー濃度補正量の推移を示したグラフである。

符号の説明

１ 現像部
２ トナー補給部
３ 感光体ドラム
２１ 現像槽
２２ 攪拌部材
２３ 供給ローラ
２４ 現像ローラ
４０ 制御部
５０ データ記憶部

Claims (3)

1. トナーおよびキャリアよりなる現像剤を収容する現像槽と、
   現像槽近傍の雰囲気湿度を検出する湿度検出手段と、
   現像槽内のトナー濃度を検出する濃度検出手段と、
   現像槽中にトナーを補給するトナー補給手段と、
   現像剤を攪拌する攪拌手段と、
   トナー補給手段にトナーを補給させるか否かを判断する判断手段とを備え、
   現像剤が交換されたのち、現像動作を開始する前に、前記攪拌手段によって、交換された現像剤のトナー帯電量が飽和帯電量となるまで所定時間攪拌されたのちに、
   前記湿度検出手段にて、現像槽近傍の雰囲気湿度を検出し、ついで前記濃度検出手段である透磁率センサによって現像槽内のトナー濃度を検出し、
   前記判断手段は、予め求めた前記雰囲気湿度と環境補正係数ｋとの関係に基づき、検出された前記雰囲気湿度から下記式（１）に基づいて初期トナー濃度補正量ΔＮを決定し、
   ΔＮ＝ｋ×Ｎ１ …（１）
   （ただし、式中、Ｎ１は現像剤が交換されてからの累積撹拌時間と初期トナー濃度補正値との関係に基づき定まる初期トナー濃度補正値を表す。）
   さらに、下記式（２）に基づいてターゲットトナー濃度Ｔを算出し、
   Ｔ＝Ａ＋ΔＮ …（２）
   （ただし、式中、Ａは基準の初期トナー濃度を表し、ΔＮは前記と同様の意味を表す。）
   前記判断手段は、現状トナー濃度が、前記ターゲットトナー濃度Ｔから約０．３％の値を引いた値未満のときはトナーを補給するように判断し、
   前記判断に基づいて、前記トナー補給手段は、トナー補給を行うことを特徴とする現像装置。
2. 前記判断手段がトナーを補給するように判断した場合、
   前記トナー補給手段は、トナーを複数回に分けて補給することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 請求項１または２に記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images