JP5335453B2 - ２成分現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーとキャリアからなる現像剤のトナー濃度を一定に保つトナー濃度制御のために設けられたトナー濃度センサを用いてトナー収容部のトナー残量を検知するようにした２成分現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式による画像形成装置（プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、及び複合機など）では、トナーとキャリアとを含む現像剤を用いた２成分現像装置が広く普及しており、このような２成分現像装置では、経時劣化したキャリアによる現像装置の交換修理を不要にするため、現像装置から現像剤を徐々に排出する一方で、補給トナーに適当な量のキャリアを混入した現像剤を現像装置に供給してキャリアの交換を徐々に行うようにした、いわゆるトリクル（trickle）方式が採用されている。

また、２成分現像装置では、画質を維持するために現像剤のトナー濃度を一定に保つトナー濃度制御が行われており、このトナー濃度制御では、トナー濃度センサにより現像剤のトナー濃度を検出し、このトナー濃度が規定値を下回ると、補給用のトナーを収容したトナー容器からトナーを現像装置に補給してトナー濃度の回復を図るようにしている。

しかしながら、トナー容器にトナー残量がなければ、当然ながら適切なトナー濃度制御を行うことはできず、このため、トナー容器のトナー残量を検知して、残量がなければ警告を行ってトナー容器の交換を使用者に催促する必要がある。このようなトナー容器のトナー残量の検知には、専用のセンサ類を設けることも可能であるが、この場合、構成が煩雑化して装置の大型化やコストアップを招くことから、望ましくない。

そこで、トナー濃度制御用に設けられたトナー濃度センサを用いてトナー容器のトナー残量を検知する手法が採用されている（例えば特許文献１参照）。この手法は、トナー補給を実施した直後にトナー濃度センサで検出されるトナー濃度が大きく変化することを利用したものであり、トナー補給に応じたトナー濃度の変化量が所定の値よりも小さい場合には、規定量のトナーが補給されなかった、すなわちトナー容器にトナー残量が十分にないものと判断する。
特開２００８−１５１８３９号公報

ところで、現像剤のキャリアとトナーはそれぞれ逆の極性に帯電しており、この電荷によって引き合っているが、キャリア同士は同極性であるために斥力が働き、この斥力によりキャリアは密度が低い状態に保持される。ところが、長期の使用によりキャリアが劣化すると、帯電特性が低下するため、キャリア同士の斥力が小さくなり、これに伴ってキャリアの密度が高くなるため、キャリアの割合が高い、すなわちトナー濃度が低いと誤検知して、過剰にトナーを補給する制御が行われることがある。

このように過剰にトナーが補給されると、現像槽内の現像剤の量が多くなり、その結果、現像剤の嵩高さが異常に上昇した状態となり、この状態では、攪拌スクリューより上方にある現像剤が攪拌スクリューで十分に撹拌され難くなり、補給トナーの多くは混ざらずに現像剤の上層部にかたまった状態で搬送されるようになる。

しかるに、トナー濃度センサは、トナーとキャリアの比率に応じて変化する透磁率により比較的近傍の現像剤のトナー濃度を検出するようになっているが、このトナー濃度センサは、通常、攪拌室の底部に設けられているため、前記のように補給トナーの多くが現像剤の上層部にかたまった状態では、補給トナーによるトナー濃度の上昇を検知することが難しいため、トナー容器に十分なトナー残量があるにもかかわらずトナー残量がないと判断する誤検知が発生する。

特に前記の特許文献１に開示された現像装置では、撹拌スクリューにおけるトナー濃度センサに対向する位置にリブ（攪拌板）を設けて、トナー濃度センサの上方の現像剤を掻き出して入れ替えると共に、撹拌スクリューに切り欠き（開口部）を設けて、リブにより流れを阻害された現像剤が円滑に下流側に送られるようにしているが、前記のように全体的に現像剤の嵩高さが大きくなった異常状態では、なんら有効な解決策とはならない。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、キャリアの劣化に起因して現像剤の嵩高さが大きくなって補給トナーと現像剤との撹拌が不十分となることで生じるトナー残量の誤検知を避けることができるように構成された２成分現像装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明の２成分現像装置は、トナー及びキャリアからなる現像剤を循環搬送しながら攪拌する攪拌室、トナー収容部からのトナーを前記攪拌室内に供給する補給部、並びにこの補給部の上流側近傍位置に設けられて、現像剤の嵩高さに応じて前記攪拌室内の現像剤を排出する排出部を備えた現像槽と、前記攪拌室内の現像剤のトナー濃度を透磁率により検出するトナー濃度センサと、前記トナー収容部内のトナーを前記補給部に送り込む補給動作を行わせるトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力からトナー補給の要否を判断して前記トナー補給手段による補給動作を制御すると共に、前記トナー補給手段を動作させてトナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力の変化状況に基づいて、前記トナー収容部のトナー残量を検知する制御手段とを有し、前記制御手段が、トナー補給が必要と判断すると、まず標準的な第１の補給モードによるトナー補給を実施し、トナー補給を開始した時点から、補給トナーが前記トナー濃度センサの検出位置に到達するまでに要する時間が経過した時点までの間で、前記トナー濃度センサの出力値の最大値と最小値の差を所定のしきい値と比較し、差が所定のしきい値より小さく前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れない場合には、前記トナー収容部に十分なトナー残量がないか、現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態にあるものと判断して、前記第１の補給モードより補給量を増量した第２の補給モードによるトナー補給を実施するようにした構成とする。

また、本発明の画像形成装置は、前記のように構成された２成分現像装置を備えた構成とする。

本発明によれば、現像剤の嵩高さが大きいために補給トナーと現像剤との撹拌が十分にできない異常状態が、第２の補給モードによるトナー補給により解消されて、トナー収容部に十分なトナー残量があれば、トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れるようになり、トナー残量の誤検知を避けることができる。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、トナー及びキャリアからなる現像剤を循環搬送しながら攪拌する攪拌室、トナー収容部からのトナーを前記攪拌室内に供給する補給部、並びにこの補給部の上流側近傍位置に設けられて、現像剤の嵩高さに応じて前記攪拌室内の現像剤を排出する排出部を備えた現像槽と、前記攪拌室内の現像剤のトナー濃度を透磁率により検出するトナー濃度センサと、前記トナー収容部内のトナーを前記補給部に送り込む補給動作を行わせるトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力からトナー補給の要否を判断して前記トナー補給手段による補給動作を制御すると共に、前記トナー補給手段を動作させてトナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力の変化状況に基づいて、前記トナー収容部のトナー残量を検知する制御手段とを有し、前記制御手段が、トナー補給が必要と判断すると、まず標準的な第１の補給モードによるトナー補給を実施し、トナー補給を開始した時点から、補給トナーが前記トナー濃度センサの検出位置に到達するまでに要する時間が経過した時点までの間で、前記トナー濃度センサの出力値の最大値と最小値の差を所定のしきい値と比較し、差が所定のしきい値より小さく前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れない場合には、前記トナー収容部に十分なトナー残量がないか、現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態にあるものと判断して、前記第１の補給モードより補給量を増量した第２の補給モードによるトナー補給を実施するようにした構成とする。

これによると、第２の補給モードによって一度に多量のトナーが補給部から導入されることで、補給部の近傍において現像剤の嵩高さ（堆積高）が大きくなり、これに伴って補給部の上流側近傍位置にある排出部の近傍においても現像剤の嵩高さが大きくなり、これにより排出部から多量の現像剤が排出される。そして、この排出部で多量の現像剤が排出されることで嵩高さが小さくなった部分が下流側に移動して補給トナーと合流すると、現像剤の嵩高さが小さいために補給トナーと現像剤との撹拌が十分に行われる。

このようにして、現像剤の嵩高さが大きいために補給トナーと現像剤との撹拌が十分にできない異常状態が、第２の補給モードによるトナー補給により解消されて、トナー収容部に十分なトナー残量があれば、トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れるようになり、トナー残量の誤検知を避けることができる。

前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記第２の補給モードでは、前記トナー補給手段を動作させる補給時間の延長により補給量の増量が行われる構成とする。

これによると、第２の補給モードにおける補給量の増量を、装置の大型化やコストアップを招くことなく行うことができる。

前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第１・第２の発明において、前記制御手段は、前記第２の補給モードによるトナー補給と、前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れたか否かの有意性判定とを繰り返し実施し、前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れたところで、前記トナー収容部に十分なトナー残量があるものと判断して、前記第２の補給モードによるトナー補給を終了する構成とする。

これによると、第２の補給モードによるトナー補給と有意性判定とを繰り返すことで、現像槽内の現像剤量の多さに関係なく、補給トナーの撹拌が十分にできない異常状態を確実に解消して、トナー残量の検知を適正に行うことができ、しかも現像剤の無駄な排出を抑えると共に、現像剤のトナー濃度が過度に上昇することを避けることができる。

前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第３の発明において、前記制御手段は、前記第２の補給モードによるトナー補給が実施される度に、そのトナー補給後の前記トナー濃度センサの出力の変化状況に基づいて前記有意性判定を行う構成とする。

これによると、トナー収容部に十分なトナー残量があるか否かの判定をより一層的確に行うことができる。

この場合、各回のトナー補給を開始した時点から、補給トナーがトナー濃度センサの検出位置に到達するまでに要する時間が経過した時点までの間で、トナー濃度センサの出力値の最大値と最小値とを取得し、その差を所定のしきい値と比較して、有意性判定、すなわちトナー濃度センサの出力に有意な変化が現れたか否かの判定を行うようにすれば良い。

前記課題を解決するためになされた第５の発明は、前記第３・第４の発明において、前記制御手段は、前記第２の補給モードによるトナー補給を所定の回数繰り返し実施しても、前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れない場合には、前記トナー収容部に十分なトナー残量がないものと判断する構成とする。

これによると、トナー補給の繰り返し回数を適切に定めることで、トナー残量検知を適正に行うと共に、現像剤の無駄な排出及びトナー濃度の過度の上昇を避けることができる。

なお、トナー収容部に十分なトナー残量がないものと判断されると、表示装置などを用いて、トナー収容部としてのトナー容器の入れ替えあるいはトナー収容部へのトナー供給の作業を促す警告を行うようにすると良い。

前記課題を解決するためになされた第６の発明は、前記第３〜第５の発明において、前記制御手段は、前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れたか否かに関係なく、前記トナー濃度センサの出力から現像剤のトナー濃度が規定値に達したものと判断される場合には、前記第２の補給モードによるトナー補給を終了する構成とする。

これによると、過剰なトナー補給により現像剤のトナー濃度が過度に上昇することを避けることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用されるカラー画像形成装置を示す模式図である。このカラー画像形成装置１は、電子写真方式、すなわち帯電、露光、現像、転写及び定着の各プロセスを経て記録紙Ｓに画像を形成する画像形成部２を有し、紙収容部３に収容された記録紙Ｓが画像形成部２に逐次送り込まれる。

画像形成部２は、イエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の各色のトナー像を形成する複数のプロセスユニット５〜８と、この各プロセスユニット５〜８内の各感光体ドラム５ａ〜８ａの作像面に対して露光用のレーザ光を走査するＬＳＵ（レーザ・スキャニング・ユニット）９と、各感光体ドラム５ａ〜８ａ上に作像された各色のトナー像が順次転写される中間転写ベルト１０とを有し、各色の感光体ドラム５ａ〜８ａが中間転写ベルト１０に沿って並んで配置されたタンデム型の構造となっている。

各プロセスユニット５〜８内では、帯電器５ｂ〜８ｂにより均一に帯電させた各感光体ドラム５ａ〜８ａの作像面に対してＬＳＵ９から露光用のレーザ光が走査されることで静電潜像が形成され、この各感光体ドラム５ａ〜８ａの静電潜像が、現像装置５ｃ〜８ｃから供給される各色のトナーで現像されて各色のトナー像が各感光体ドラム５ａ〜５ａの作像面に形成される。現像装置５ｃ〜８ｃにはトナーボトル（トナー収容部）１５から各色のトナーが補給される。

各プロセスユニット５〜８内の各感光体ドラム５ａ〜８ａ上に作像された各色のトナー像は、中間転写ベルト１０上に順次転写され、さらに中間転写ベルト１０と転写ローラ１１との間に送り込まれた記録紙Ｓに転写される。そして、各色のトナー像が転写された記録紙Ｓが定着器１２に搬送され、熱及び圧力の作用により記録紙Ｓ上のトナー像を記録紙に定着させる処理が行われる。

図２は、図１に示した現像装置の概略構成を示す模式的な断面図である。現像装置５ｃ〜８ｃは、トナー及びキャリアを含む現像剤を用いるものであり、現像剤を担持して感光体ドラム（潜像担持体）５ａ〜８ａにトナーを供給する現像ローラ（現像剤担持体）２１と、現像剤を搬送しつつ攪拌して摩擦によりトナーを帯電させる第１・第２の攪拌スクリュー２２・２３と、これらを収容保持する現像槽２４とを有している。

現像ローラ２１は、現像スリーブの内部に固定磁石を備えた構成のものであり、この現像ローラ２１に所定のバイアス電圧を印可することで、感光体ドラム５ａ〜８ａと現像ローラ２１との間に所要の電位差が発生し、この電位差によりトナーに生じる静電力を利用して、感光体ドラム５ａ〜８ａの潜像部に選択的にトナーを付着させて現像が行われる。現像ローラ２１の近傍には、その外周面に形成される現像剤層を所定の層厚に規制すると共に摩擦により現像剤を帯電させるドクタブレード２５が設けられている。

現像槽２４は、第１・第２の攪拌スクリュー２２・２３がそれぞれ配設される第１・第２の攪拌室２７・２８を備え、第１の攪拌室２７は、現像ローラ２１に近接配置されて現像剤を現像ローラ２１に接触させるようにしている。この第１の攪拌室２７では、経時劣化したキャリアを回収する目的で、現像ローラ２１との接触によりトナー濃度が低下した現像剤が徐々に排出されて排出現像剤容器３５に収容されるようになっている。

第２の攪拌室２８には、トナーボトル１５内のトナーがホッパー３２を介して送り込まれる。トナーボトル１５は、内周面に螺旋状のリブを設けるなどして、トナー補給用モータ（トナー補給手段）３３により回転駆動されることで、内部のトナーを排出するようになっている。なお、トナーボトル１５に収容される補給トナーには、現像槽２４内のキャリア濃度が低下しないように適当な量のキャリアが混入されている。

第２の攪拌室２８には、トナーとキャリアの比率に応じて変化する現像剤の透磁率に基づいてトナー濃度を検出するトナー濃度センサ２９が設けられており、このトナー濃度センサ２９の出力信号は、制御部（制御手段）４１に送られる。制御部４１は、ＣＰＵ４２、ＲＯＭ４３及びＲＡＭ４４を有し、トナー濃度センサ２９によるトナー濃度を所定のしきい値と比較してトナー補給の要否を判断し、トナー濃度が所定のしきい値を下回り、トナー補給が必要と判断されると、トナー補給用モータ３３を作動させて、トナーボトル１５内のトナーを現像槽２４に供給する。

図３は、図２に示した現像装置を詳しく示す模式的な平面図である。第１・第２の攪拌スクリュー２２・２３は、図示しないモータ及びギアにより回転駆動され、この第１・第２の攪拌スクリュー２２・２３により、第１・第２の攪拌室２７・２８内の現像剤が互いに逆向きに搬送される。また、第１・第２の攪拌室２７・２８を仕切る仕切壁５１の両端には、両攪拌室２７・２８を連通する連通口５２・５３が形成されており、第１の攪拌室２７で現像剤を現像ローラ２１に接触させながら、両攪拌室２７・２８間で現像剤が循環搬送される。

第２の攪拌室２８の一端側には、ホッパー３２からのトナーを受け入れる補給口５４を備えた補給部５５が設けられており、補給口５４から導入されたトナーが、攪拌スクリュー２３と同軸的に設けられた搬送スクリュー５６により第２の攪拌室２８内に送り込まれ、連通口５２から第２の攪拌室２８に送り込まれた現像剤と合流した後、第２の攪拌室２８内で第２の攪拌スクリュー２３により攪拌されつつ搬送される。

第１の攪拌室２７の一端側には、現像剤を排出する排出口５８を備えた排出部５９が設けられており、第１の攪拌スクリュー２２と同軸的に設けられ排出スクリュー６０により搬送された現像剤が排出口５８から排出される。排出部５９の入口側には、第１の攪拌スクリュー２２と逆向きの螺旋状をなす排出規制スクリュー６１が第１の攪拌スクリュー２２と同軸的に設けられており、排出部５９内に送り込まれる現像剤の量を制限するようになっている。

この排出部５９の入口側周辺では、排出規制スクリュー６１により現像剤が停滞し、ここでの現像剤の嵩高さ（堆積高）に応じて排出部５９内に送り込まれて排出される現像剤の量が変化し、現像剤の嵩高さが大きくなると排出量が大きくなり、現像剤の嵩高さが小さくなると排出量が小さくなる。

トナー濃度センサ２９は、第２の攪拌室２８における連通口５２及び補給部５５の下流側の近傍位置に配置されており、補給部５５から第２の攪拌室２８に送り込まれた補給トナーと、連通口５２から第２の攪拌室２８に送り込まれた現像剤とが合流した直後で、補給トナーが現像剤中にあまり分散されない段階での現像剤のトナー濃度が検出され、これにより以下に示すように、トナー補給によるトナー濃度の変化状況からトナーボトル１５のトナー残量を検知することができる。

図４は、図３に示したトナー濃度センサのトナー補給時における出力値の変化状況を示している。なお、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖは、トナー濃度が低くなるのに応じて上昇する。また、以下に示すトナー濃度センサの出力電圧Ｖは、トナー濃度センサの実際の出力電圧の移動平均値である。

現像によるトナーの消費で現像槽２４内の現像剤のトナー濃度が低くなると、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖが上昇し、この出力電圧Ｖが所定の判定基準電圧に到達してトナー補給が必要と判断されると、トナー補給モータ３３によりトナーボトル１５を回転駆動してトナーボトル１５内のトナーを現像槽２４に補給する補給動作が開始される。

この補給動作により現像槽２４内に補給トナーが送り込まれて、現像剤のトナー濃度が上昇するが、補給トナーを含む現像剤がトナー濃度センサ２９の検出位置に到達するまでは、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖは上昇を続け、補給トナーを含む現像剤がトナー濃度センサ２９の検出位置に到達したところで、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖは低下し始め、補給トナーを含む現像剤がトナー濃度センサ２９の検出位置を通り過ぎると、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖは再度上昇し始める。

そこで、トナー補給を開始した時点から、補給トナーがトナー濃度センサ２９の検出位置に到達するまでに要する時間が経過した時点までの間で、トナー濃度センサ２９の出力値の最大値Ｖmax及び最小値Ｖminを取得し、その変化量（Ｖ差＝Ｖmax−Ｖmin）を所定のしきい値と比較して、トナーボトル１５に十分なトナー残量があると判断することができる有意な変化が出力電圧Ｖに現れたか否かの判定を行い、変化量（Ｖ差）がしきい値より小さい場合には、トナーボトル１５に十分なトナー残量がないものと判断する。

図５は、図３に示した現像装置における正常状態での現像剤の嵩高さの変化状況を示す模式図である。図５（Ａ）に示すように、現像剤の嵩高さが小さく適正である正常状態で、トナーが補給されると、図５（Ｂ）に示すように、連通口５２から第２の攪拌室２８に送り込まれた現像剤と補給部５５から送り込まれた補給トナーとが合流したところで嵩高さが大きくなるが、元の現像剤の嵩高さが小さいので、現像剤の嵩高さはそれほど大きくならず、攪拌スクリュー２３により現像剤が十分に撹拌される。

そして、補給トナーによりトナー濃度が高くなった部分が、攪拌スクリュー２３に搬送されてトナー濃度センサ２９の検出位置に到達する。ここで、トナーボトル１５に十分なトナー残量があり、適正量のトナーが補給されていれば、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖの変化量（Ｖ差＝Ｖmax−Ｖmin）が大きな値を示し、これによりトナーボトル１５に十分なトナー残量があるものと判定される。

図６は、図３に示した現像装置における異常状態での現像剤の嵩高さの変化状況を示す模式図である。長期の使用によりキャリアが劣化すると、帯電量が低下するため、キャリア同士の斥力が小さくなり、これに伴ってキャリアの密度が高くなるため、トナー濃度が低いと誤検知して、必要以上にトナーを補給する結果、図６（Ａ）に示すように、現像槽２４中の現像剤の量が多くなり、現像剤の嵩高さが大きくなる。

このような異常状態では、攪拌スクリュー２３より上方にある現像剤が攪拌スクリュー２３で十分に撹拌され難くなり、この状態でトナーが補給されると、図６（Ｂ）に示すように、現像剤の嵩高さがより一層高くなって、補給トナーと現像剤との撹拌が不十分となり、補給トナーの多くは混ざらずに、比重の差により現像剤の上層部にかたまった状態で搬送される。

一方、トナー濃度センサ２９は、攪拌室２４の底部に設けられているため、主に下層部の現像剤のトナー濃度を検出するようになっており、補給トナーの多くが現像剤の上層部にかたまった状態では、補給トナーによるトナー濃度の上昇を検知することが難しく、トナー濃度セン２９サの出力電圧Ｖの変化量（Ｖ差＝Ｖmax−Ｖmin）が小さな値を示し、これによりトナーボトル１５に十分なトナー残量があり、適量のトナー補給がなされたにもかかわらず、トナーボトル１５にトナー残量が十分にないものと誤判定される。

そこで、制御部４１では、以下に詳述するように、トナー濃度センサの出力からトナー補給が必要と判断すると、まず標準補給モード（第１の補給モード）によるトナー補給を実施し、これによりトナー濃度センサの出力に有意な変化が現れない場合には、トナーボトルに十分なトナー残量がないか、あるいは現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態にあるものと判断して、まず、異常状態を解消するために、標準補給モードより補給量を増量した急速補給モード（第２の補給モード）によるトナー補給を実施する制御が行われ、これでもトナー濃度センサの出力に有意な変化が現れない場合に、トナーボトルに十分なトナー残量がないものと判断する。

図７は、図３に示した現像装置における急速補給モード時の現像剤の嵩高さの変化状況を示す模式図である。図７（Ａ）に示すように、現像剤の嵩高さが大きくなった異常状態にある場合に、一度に多量のトナーを補給する急速補給モードによるトナー補給が実施されると、図７（Ｂ）に示すように、補給部５５の近傍において現像剤の嵩高さ（堆積高）が大きくなり、これに伴って補給部５５の上流側近傍位置にある排出部５９の近傍においても現像剤の嵩高さが大きくなり、排出部５９から多量の現像剤が排出される。

これにより、排出部５９の近傍において現像剤の嵩高さが小さくなり、この嵩高さが小さくなった部分は、図７（Ｃ）に示すように、現像剤の搬送に伴って下流側に移動する。この状態で、トナー補給が行われると、図７（Ｄ）に示すように、補給トナーと現像剤とが合流しても、現像剤の嵩高さがさほど大きくならないため、補給トナーと現像剤との撹拌が十分に行われる。このため、トナーボトル１５に十分なトナー残量があり、適切な量のトナーが補給されていれば、トナー濃度センサ２９の出力に有意な変化が現れるため、トナーボトル１５に十分なトナー残量がないものと誤検知することはない。

なお、図５に示したように、現像剤の嵩高さが小さく適正である正常状態で、一度に多量のトナーを補給する急速補給モードによるトナー補給が実施されても、元の現像剤の嵩高さが小さいため、多量のトナー補給の影響で上流側の排出部５９での過剰な排出を招くことはない。

図８は、図２に示した制御部４１での処理の手順を示すフロー図である。図９は、図２に示した制御部４１によるトナー補給制御のタイミングを示す図であり、（Ａ）に標準補給モードを、（Ｂ）に急速補給モードをそれぞれを示す。

まず、標準補給モードにおいて、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖを取得し（図８のＳＴ１０１）、この出力電圧Ｖに基づいてトナー濃度が低いか否かの判定が行われ（ＳＴ１０２）、トナー濃度が低いものと判定されると、トナー補給が実施される（ＳＴ１０３）。なお、トナー濃度判定（ＳＴ１０２）では、出力電圧Ｖを所定の判定基準電圧と比較して、出力電圧Ｖが判定基準電圧より大であればトナー濃度が低いものと判断する。

この標準補給モードでのトナー補給は、図９（Ａ）に示すように、トナー補給モータ３３によりトナーボトル１５を回転駆動してトナーボトル１５内のトナーを現像層２４に補給する補給動作が、所定の補給時間（ここでは１秒間）継続される。

そして、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖの最大値Ｖmax及び最小値Ｖminを取得して、出力電圧Ｖの変化量（Ｖ差＝Ｖmax−Ｖmin）を算出する処理が行われ（図８のＳＴ１０４）、ついでその変化量（Ｖ差）が所定のしきい値Ｘより大きいか否か、すなわち出力電圧Ｖに有意な変化が現れたか否かの有意性判定が行われる（ＳＴ１０５）。ここで、トナーボトル１５に十分なトナー残量があり、且つ現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態にない場合には、出力電圧Ｖに有意な変化が現れる。

なお、この有意性判定（ＳＴ１０５）は、図９（Ａ）に示したように、トナー補給を開始してから補給トナーがトナー濃度センサ２９の検出位置に到達するまでに要する待ち時間（ここでは３．５秒間）が経過したところで行われ、出力電圧Ｖの最大値Ｖmax及び最小値Ｖminは、トナー補給（ＳＴ１０３）の度に、そのトナー補給を開始した時点から有意性判定を開始した時点までの間で取得した出力電圧Ｖを対象とする。

この有意性判定（ＳＴ１０５）で、出力電圧Ｖに有意な変化が現れていないものと判定されると（ＳＴ１０５でＮｏ）、第１のトナーなしカウンタのカウント値ａが１増分され（ＳＴ１０６）、ついでそのカウント値ａが所定の上限値（ここでは１０）以上か否かの判定が行われ（ＳＴ１０８）、カウント値ａが上限値以上でなければ、トナー濃度監視（ＳＴ１０１・１０２）に戻り、トナー濃度が低い場合には前記の処理が繰り返される。

一方、出力電圧Ｖに有意な変化が現れていれば（ＳＴ１０５でＹｅｓ）、トナーボトル１５に十分なトナー残量があり、且つ現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態にないものと判断して、第１のトナーなしカウンタのカウント値ａが初期化される（ＳＴ１０７）。

また、第１のトナーなしカウンタのカウント値ａが上限値以上である（ＳＴ１０８でＹｅｓ）、すなわち所定回数（ここでは１０回）連続して出力電圧Ｖに有意な変化が現れない場合には、トナーボトル１５に十分なトナー残量がないか、あるいは現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態にあるものと判断して、急速補給モードに移行する（ＳＴ１０９〜１１５）。

急速補給モードにおいて、まず、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖを取得し（ＳＴ１０９）、この出力電圧Ｖに基づいてトナー濃度が低いか否かの判定が行われ（ＳＴ１１０）、ここでトナー濃度が低くないものと判定されると、これはトナー濃度を回復させるに足るトナーが供給された結果、トナー濃度が回復したものであり、トナーボトル１５に十分なトナー残量があるものと判断して、トナー濃度監視（ＳＴ１０１・１０２）に戻る。

一方、トナー濃度判定（ＳＴ１１０）で、トナー濃度が低いものと判定されると、トナー補給が実施される（ＳＴ１１１）。なお、トナー濃度判定（ＳＴ１１０）では、出力電圧Ｖを所定の判定基準電圧と比較して、出力電圧Ｖが判定基準電圧より大であればトナー濃度が低いものと判断する。

この急速補給モードでのトナー補給は、図９（Ｂ）に示すように、トナー補給モータ３３によりトナーボトル１５を回転駆動してトナーボトル１５内のトナーを現像槽２４に補給する補給動作が、標準補給モードより長い所定の補給時間（ここでは４秒間）継続される。これにより、１回の補給につき標準補給モードの４倍量のトナーが補給され、図７に示したように、現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態が解消される。

そして、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖの最大値Ｖmax及び最小値Ｖminを取得して、出力電圧Ｖの変化量（Ｖ差＝Ｖmax−Ｖmin）を算出する処理が行われ（図８のＳＴ１１２）、ついでその変化量（Ｖ差）が所定のしきい値Ｘより大きいか否か、すなわち出力電圧Ｖに有意な変化が現れたか否かの有意性判定が行われる（ＳＴ１１３）。ここで、トナーボトル１５に十分なトナー残量があり、且つ現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態が解消されている場合には、出力電圧Ｖに有意な変化が現れる。

なお、この有意性判定（ＳＴ１１３）は、図９（Ｂ）に示したように、トナー補給を開始してから補給トナーがトナー濃度センサ２９の検出位置に到達するまでに要する待ち時間（ここでは３．５秒間）が経過したところで行われ、出力電圧Ｖの最大値Ｖmax及び最小値Ｖminは、トナー補給（ＳＴ１１１）の度に、そのトナー補給を開始した時点から有意性判定を開始した時点までの間で取得した出力電圧Ｖを対象とする。

この有意性判定（ＳＴ１１３）で、出力電圧Ｖに有意な変化が現れていないものと判定されると（ＳＴ１１３でＮｏ）、第２のトナーなしカウンタのカウント値ｂが１増分され（ＳＴ１１４）、ついでそのカウント値ｂが所定の上限値（ここでは１２）以上か否かの判定が行われ（ＳＴ１１５）、カウント値ｂが上限値以上でなければ、トナー濃度監視（ＳＴ１０９・１１０）に戻り、トナー濃度が低い場合には前記の処理が繰り返される。

一方、出力電圧Ｖに有意な変化が現れていれば（ＳＴ１１３でＹｅｓ）、トナーボトル１５に十分なトナー残量があり、且つ現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態が解消されているものと判断して、第１・第２のトナーなしカウンタのカウント値ａ・ｂが共に初期化されて（ＳＴ１１７）、トナー濃度監視（ＳＴ１０１・１０２）に戻る。

また、第２のトナーなしカウンタのカウント値ｂが上限値以上である（ＳＴ１１５でＹｅｓ）、すなわち所定回数（ここでは１２回）連続して出力電圧Ｖに有意な変化が現れない場合には、トナーボトル１５に十分なトナー残量がないものと判断して、トナーボトル１５の入れ替えの作業を促すトナーなし警告を、コントロールパネルの表示装置に表示する処理が行われる（ＳＴ１１６）。

このようにして、標準補給モードでは、１回につき１秒間行われる補給動作が最大で１０回繰り返され、急速補給モードでは、１回につき４秒間行われる補給動作が最大で１２回繰り返される。

ここでは、急速補給モードで、トナーボトル１５内のトナーを現像槽２４に補給するためのトナー補給モータ３３を動作させる補給時間の延長により補給量の増量が行われるようにしたため、装置の大型化やコストアップを招くことなく、補給量の増量を行うことができる。例えば、トナー補給モータ３３の回転速度を高くするなどして、単位時間当たりの補給量を増やすことでも補給量の増量を行うことができるが、この場合、トナー補給経路でトナーの詰まりなどが発生するおそれがあり、これを防止するためにトナーほぐし機構などの特別な構成が必要となり、装置の大型化やコストアップを招くため、望ましくない。

また、急速補給モードによるトナー補給（ＳＴ１１１）と、トナー濃度センサ２９の出力に有意な変化が現れたか否かの有意性判定（ＳＴ１１３）とを繰り返し実施して、トナー濃度センサ２９の出力に有意な変化が現れたところで、トナーボトル１５に十分なトナー残量があるものと判断して、急速補給モードによるトナー補給を終了するようにしたため、現像槽２４内の現像剤量の多さに関係なく、補給トナーの撹拌が十分にできない異常状態を確実に解消して、トナー残量の検知を適正に行うことができ、しかも現像剤の無駄な排出を抑えると共に、現像剤のトナー濃度が過度に上昇することを避けることができる。

また、急速補給モードによるトナー補給（ＳＴ１１１）が実施される度に、そのトナー補給後のトナー濃度センサ２９の出力の変化状況に基づいて有意性判定（ＳＴ１１３）を行うようにしたため、トナーボトル１５に十分なトナー残量があるか否かの判定をより一層的確に行うことができる。例えば、トナーボトル１５に僅かしかトナー残量がない場合でも、トナー補給が繰り返されることでトナーが僅かずつ補給されてトナー濃度センサ２９の出力が徐々に変化するが、このような場合に、一連のトナー補給の全体を通したトナー濃度センサ２９の出力の変化状況に基づいて有意性判定を行うと、誤ったトナー残量の判定を行うことになり、望ましくない。

また、急速補給モードによるトナー補給を所定の回数繰り返し実施しても、トナー濃度センサ２９の出力に有意な変化が現れない場合には（ＳＴ１１５でＹｅｓ）、トナーボトル１５に十分なトナー残量がないものと判断して、警告表示を行うようにしたため、トナー補給の繰り返し回数を適切に定めることで、トナー残量検知を適正に行うと共に、現像剤の無駄な排出及びトナー濃度の過度の上昇を避けることができる。なお、このような警告表示にもかかわらずトナーボトル１５の入れ替えが行われない場合には、装置の印字動作を停止して、その旨の警告表示を行うようにすると良く、これにより現像槽２４内のトナー濃度が極端に低下することを防止することができる。

また、トナー濃度センサ２９の出力に有意な変化が現れたか否かに関係なく、トナー濃度センサ２９の出力から現像剤のトナー濃度が規定値に達したものと判断される場合には（ＳＴ１１０でＮｏ）、急速補給モードによるトナー補給を終了するようにしたため、過剰なトナー補給により現像剤のトナー濃度が過度に上昇することを避けることができる。

図１０は、急速補給モードでのトナー補給の前後のトナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖの変化量（Ｖ差）と現像器の重量の変化状況を示している。ここでは、トナー濃度センサ２９の出力電圧Ｖの変化量（Ｖ差）が小さくなり、急速補給モードによるトナー補給が実行されると、変化量（Ｖ差）が大きくなり、同時に現像装置の重量が小さくなっており、これより現像槽２４内の現像剤が減少して現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態が解消されたことがわかる。

なお、前記の例では、カラー画像形成装置としたが、モノクロ画像形成装置でも、排出部から現像剤を徐々に排出するトリクル方式が採用されたものであれば、同様に適用することができる。

本発明にかかる現像装置及びこれを備えた画像形成装置は、キャリアの劣化に起因して現像剤の嵩高さが大きくなって補給トナーと現像剤との撹拌が不十分となることで生じるトナー残量の誤検知を避けることができる効果を有し、現像剤のトナー濃度を一定に保つトナー濃度制御のために設けられたトナー濃度センサを用いてトナー収容部のトナー残量を検知するようにした現像装置及びこれを備えた画像形成装置などとして有用である。

本発明が適用されるカラー画像形成装置を示す模式図 図１に示した現像装置の概略構成を示す模式的な断面図 図２に示した現像装置を詳しく示す模式的な平面図 図３に示したトナー濃度センサのトナー補給時における出力値の変化状況を示す図 図３に示した現像装置における正常状態での現像剤の嵩高さの変化状況を示す模式図 図３に示した現像装置における異常状態での現像剤の嵩高さの変化状況を示す模式図 図３に示した現像装置における急速補給モード時の現像剤の嵩高さの変化状況を示す模式図 図２に示した制御部での処理の手順を示すフロー図 図２に示した制御部によるトナー補給制御のタイミングを示す図 急速補給モードでのトナー補給の前後のトナー濃度センサの出力電圧Ｖの変化量（Ｖ差）と現像器の重量の変化状況を示す図

１ カラー画像形成装置
２ 画像形成部
５ プロセスユニット
５ａ〜８ａ 感光体ドラム
５ｃ〜８ｃ 現像装置
１０ 中間転写ベルト
１１ 転写ローラ
１５ トナーボトル（トナー収容部）
２１ 現像ローラ
２２・２３ 攪拌スクリュー
２４ 現像槽
２７・２８ 攪拌室
２９ トナー濃度センサ
３１ 現像ローラ
３２ ホッパー
３３ トナー補給用モータ（トナー補給手段）
３５ 排出現像剤容器
４１ 制御部（制御手段）
５１ 仕切壁
５２・５３ 連通口
５４ 補給口
５５ 補給部
５６ 搬送スクリュー
５８ 排出口
５９ 排出部
６０ 排出スクリュー
６１ 排出規制スクリュー
Ｓ 記録紙

Claims (7)

1. トナー及びキャリアからなる現像剤を循環搬送しながら攪拌する攪拌室、トナー収容部からのトナーを前記攪拌室内に供給する補給部、並びにこの補給部の上流側近傍位置に設けられて、現像剤の嵩高さに応じて前記攪拌室内の現像剤を排出する排出部を備えた現像槽と、
   前記攪拌室内の現像剤のトナー濃度を透磁率により検出するトナー濃度センサと、
   前記トナー収容部内のトナーを前記補給部に送り込む補給動作を行わせるトナー補給手段と、
   前記トナー濃度センサの出力からトナー補給の要否を判断して前記トナー補給手段による補給動作を制御すると共に、前記トナー補給手段を動作させてトナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力の変化状況に基づいて、前記トナー収容部のトナー残量を検知する制御手段とを有し、
   前記制御手段が、トナー補給が必要と判断すると、まず標準的な第１の補給モードによるトナー補給を実施し、トナー補給を開始した時点から、補給トナーが前記トナー濃度センサの検出位置に到達するまでに要する時間が経過した時点までの間で、前記トナー濃度センサの出力値の最大値と最小値の差を所定のしきい値と比較し、差が所定のしきい値より小さく前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れない場合には、前記トナー収容部に十分なトナー残量がないか、現像剤の嵩高さが過大に上昇した異常状態にあるものと判断して、前記第１の補給モードより補給量を増量した第２の補給モードによるトナー補給を実施するようにしたことを特徴とする２成分現像装置。
2. 前記第２の補給モードでは、前記トナー補給手段を動作させる補給時間の延長により補給量の増量が行われることを特徴とする請求項１に記載の２成分現像装置。
3. 前記制御手段は、前記第２の補給モードによるトナー補給と、前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れたか否かの有意性判定とを繰り返し実施し、前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れたところで、前記トナー収容部に十分なトナー残量があるものと判断して、前記第２の補給モードによるトナー補給を終了することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の２成分現像装置。
4. 前記制御手段は、前記第２の補給モードによるトナー補給が実施される度に、そのトナー補給後の前記トナー濃度センサの出力の変化状況に基づいて前記有意性判定を行うことを特徴とする請求項３に記載の２成分現像装置。
5. 前記制御手段は、前記第２の補給モードによるトナー補給を所定の回数繰り返し実施しても、前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れない場合には、前記トナー収容部に十分なトナー残量がないものと判断することを特徴とする請求項３若しくは請求項４に記載の２成分現像装置。
6. 前記制御手段は、前記トナー濃度センサの出力に有意な変化が現れたか否かに関係なく、前記トナー濃度センサの出力から現像剤のトナー濃度が規定値に達したものと判断される場合には、前記第２の補給モードによるトナー補給を終了する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２成分現像装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の２成分現像装置を備えた画像形成装置。

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