JP5352543B2 - 現像装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成に用いられる現像装置、およびそれを備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、像担持体（例えば、感光体ドラムや転写ベルト）上に形成された静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を現像することにより、像担持体上にトナー像を形成する現像装置を含む。

現像装置は、主要な構成要素として、トナーおよびキャリアを含む現像剤を貯留する貯留部と、貯留部からトナーを受け取って担持面上に担持し、トナーを所定の像担持体に供給して像担持体上にトナー像を現像するトナー担持体とを含む。貯留部内には、現像剤を所定の搬送方向に搬送しつつ、非磁性体のトナーと磁性体のキャリアとを混合・攪拌してトナーを帯電させる搬送部材が配設されている。トナー担持体の担持面は搬送方向に沿って延びており、現像剤中のトナーは、搬送方向に従って搬送されつつ、搬送方向に沿って担持面上に受け取られる。

上記のような構成の現像装置では、貯留部内の現像剤中のトナーの量は、搬送方向上流側では多く、搬送方向下流側に向かうにつれて少なくなる。言い換えれば、現像剤中のトナー濃度は、搬送方向上流側では高く、搬送方向下流側に向かうにつれて大きく低下し、搬送方向上流側におけるトナー濃度と搬送方向下流側におけるトナー濃度との間には大きな差が生じる。そのため、担持面上に受け取られるトナー量は、担持面における搬送方向上流側に対応する部分では多く、搬送方向下流側に対応する部分では少なくなる。したがって、現像されるトナー像に画像濃度差（いわゆる画像濃度ムラ）が発生する。その結果、良好な画質のトナー像が得られない。

画像濃度差を抑制する技術として、特許文献１のものが知られている。特許文献１の現像装置は、まず、現像されるトナー像の印字率に基づいて単位時間当たりに消費されるトナー消費量（トナー消費速度）を算出し、次に、トナー消費量に基づき搬送部材を制御して、トナーが搬送方向に搬送される速度を調整している。具体的には、トナー消費量が高くなるにつれ、トナー搬送速度を大きくしている。これにより、搬送方向上流側から搬送方向下流側に搬送されるトナー量が増えるので、画像濃度差が抑制される。また、トナー消費量が低くなるにつれ、トナー搬送速度を小さくしている。これにより、現像剤が搬送される際の摩擦量が低下する。

特開２００２−３６５９１１号公報

特許文献１の現像装置は、トナー搬送速度を調整して画像濃度差の抑制を図っているものの、単に、トナー像の印字率やトナー消費量を考慮してトナー搬送速度を調整するだけでは、画像濃度差を十分に抑制することができないと考えられる。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、画像濃度差を十分に抑制して、良好な画質のトナー像を形成することが可能な現像装置、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、本発明に係る現像装置は、トナーを含む現像剤を貯留する貯留部と、前記貯留部内に配設されて、前記現像剤を所定の搬送方向に搬送する搬送部材と、前記搬送方向に沿って延びる担持面を有し、前記貯留部から前記トナーを受け取って前記担持面上に担持し、前記トナーを所定の像担持体に供給して前記所定の像担持体上にトナー像を現像するトナー担持体と、前記搬送部材を駆動する駆動源と、前記現像剤中のトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、現像される前記トナー像の印字率を予め取得する印字率取得部と、前記印字率に応じた量のトナーを前記貯留部に補給する補給部と、前記駆動源を制御して、前記搬送部材による前記現像剤の搬送速度を前記トナー濃度および前記印字率に応じて変更する制御部と、を備え、前記制御部は、前記トナー濃度が低くなるにつれて前記搬送速度が大きくなるように前記駆動源を制御し、かつ、前記印字率が高くなるにつれて前記搬送速度が大きくなるように前記駆動源を制御し、前記トナー濃度センサが第１のトナー濃度を検出し、前記印字率取得部が第１の印字率を取得した場合に、前記搬送速度を第１の搬送速度に設定し、前記トナー濃度センサが前記第１のトナー濃度よりも高い第２のトナー濃度を検出し、前記印字率取得部が前記第１の印字率よりも低い第２の印字率を取得した場合に、前記搬送速度を前記第１の搬送速度よりも小さい第２の搬送速度に設定し、前記トナー濃度センサが前記第１のトナー濃度を検出し、前記印字率取得部が前記第２の印字率を取得した場合、または、前記トナー濃度センサが前記第２のトナー濃度を検出し、前記印字率取得部が前記第１の印字率を取得した場合に、前記搬送速度を前記第１の搬送速度よりも小さく、前記第２の搬送速度よりも大きい第３の搬送速度に設定する。

本発明に係る現像装置によれば、現像剤の搬送速度は、トナー濃度が低くなるにつれて大きくなるように制御されるので、現像剤は、貯留部内において、搬送方向上流側から搬送方向下流側に向けて迅速に搬送される。そのため、搬送方向上流側における現像剤中のトナー濃度と、搬送方向下流側における現像剤中のトナー濃度とをほぼ等しくすることができる。これにより、トナー担持体の担持面における搬送方向上流側に対応する部分が受け取るトナー量と、担持面における搬送方向下流側に対応する部分が受け取るトナー量とがほぼ等しくなる。その結果、現像されるトナー像に画像濃度差が発生することが抑制され、良好な画質のトナー像が得られる。

また、本発明に係る現像装置によれば、現像剤の搬送速度は、トナー濃度が高くなるにつれて小さくなるように制御されているので、現像剤が搬送される際の摩擦等に起因するストレスが抑制される。これにより、ストレスに起因するトナー劣化が抑制される。その結果、良好な画質のトナー像が得られる。

また、この構成によれば、現像剤の搬送速度は、印字率が高くなるにつれて大きくなるように制御されているので、トナー補給量が多くなる高印字率時において、現像剤を搬送方向上流側から搬送方向下流側に向けて迅速に搬送することができる。これにより、印字率が高くなる場合であっても、現像されるトナー像に画像濃度差が発生することが抑制される。

また、上記構成によれば、現像剤の搬送速度は、印字率が低くなるにつれて小さくなるように制御されている。低印字率時はトナー補給量が少ないため、高印字率時と比較して現像剤を搬送方向上流側から搬送方向下流側に向けて迅速に搬送する必要がない。したがって、搬送速度を低印字率時に小さくすることで、現像剤が搬送される際の摩擦等に起因するストレスを抑制することができる。

本発明の他の好ましい実施形態では、前記制御部は、前記補給部によるトナー補給が行われたときに前記駆動源を制御して前記搬送速度を変更する。

上記構成によれば、補給部によるトナー補給が行われるとき、つまりトナー濃度が変動するタイミングに合わせて制御部は現像剤の搬送速度を変更する。これにより、画像濃度差やストレスを迅速に抑制することができる。

本発明のさらに他の好ましい実施形態では、前記トナー像が前記トナー担持体によって現像されたとき、前記補給部はトナー補給を行う。

この構成によれば、印字率に応じて必要とされる量を超えた量のトナーが貯留部内に貯留されないので、トナーかぶりや、現像剤が搬送される際の摩擦等に起因するストレスが抑制される。

本発明のさらに他の好ましい実施形態では、前記印字率が所定値以上のとき、前記制御部は前記駆動源を制御して前記搬送速度を変更する。

印字率が所定値未満のとき、例えば５％未満の低印字率のとき、トナー担持体が貯留部から受け取るトナー量は、印字率が５％以上のときと比較して少ない。そのため、搬送速度を大きくして、現像剤を搬送方向上流側から搬送方向下流側に向けて迅速に搬送する必要がない。したがって、制御部は印字率が所定値未満のときには駆動源を制御する必要がないので、その分、制御部にかかる負荷を軽減することができる。

本発明に係る画像形成装置は、トナー像が形成される像担持体と、前記像担持体にトナーを供給して該像担持体上に前記トナー像を現像する現像装置と、前記トナー像をシート上に転写させる転写部と、前記シート上の前記トナー像を該シート上に定着させる定着ユニットとを含み、前記現像装置として、上記構成の現像装置が用いられている。

本発明に係る現像装置および画像形成装置によれば、画像濃度差を十分に抑制して、良好な画質のトナー像を形成することが可能である。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の内部構造を概略的に示す。 現像装置の内部構造を概略的に示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図であり、現像装置の現像剤貯留部の構成を示す。 現像装置の現像動作について説明する模式図である。 現像剤貯留部における現像剤の搬送量を説明する模式図である。 トナー濃度が低濃度時の場合において第１搬送部材および第２搬送部材の回転速度と画像濃度差との間の関係を印字率毎に示す図である。 トナー濃度が標準濃度時の場合において第１搬送部材および第２搬送部材の回転速度と画像濃度差との間の関係を印字率毎に示す図である。 トナー濃度が高濃度時の場合において第１搬送部材および第２搬送部材の回転速度と画像濃度差との間の関係を印字率毎に示す図である。 トナー像における画像濃度差を説明するための模式図である。 第１搬送部材および第２搬送部材の回転時間とトナーの劣化度との間の関係を所定の回転速度毎に示す図である。 現像動作時の制御部による制御フローを示すフロー図である。 制御部によるシーケンス制御を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の内部構造を示す断面図である。本実施形態では、画像形成装置の一例としてカラープリンタ１を例示する。カラープリンタ１は、コンピュータ等の外部機器から伝送された画像情報に基づき画像を形成するプリンタ本体２００と、プリンタ本体２００の下方に設けられ、各種サイズの用紙を当該サイズに合わせてそれぞれ収納可能に構成された用紙供給部１００とを備えている。

プリンタ本体２００は、トナーコンテナ９００Ｙ、９００Ｍ、９００Ｃ、９００Ｋ、中間転写ユニット９２、画像形成ユニット９３、露光ユニット９４、定着ユニット９７、排紙ユニット９６、装置本体の筐体９０、トップカバー９１１及びフロントカバー９１２を備えている。

画像形成ユニット９３は、イエロー用トナーコンテナ９００Ｙ、マゼンタ用トナーコンテナ９００Ｍ、シアン用トナーコンテナ９００Ｃ、ブラック用トナーコンテナ９００Ｋと、その下方に配置され、ＹＭＣＫ各色に対応する現像装置１２２とを有している。

画像形成ユニット９３には、それぞれの色のトナー像を担持する感光体ドラム１２１が各々備えられている。感光体ドラム１２１としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料を用いた感光体ドラムを用いることができる。

感光体ドラム１２１の周囲には、帯電器１６、現像装置１２２、転写ローラ１９及びクリーニング装置１８等が配置されている。帯電器１６は、感光体ドラム１２１の周面を均一に帯電する。帯電後の感光体ドラム１２１の周面は、露光ユニット９４によって露光され、静電潜像が形成される。現像装置１２２は、それぞれトナーコンテナ９００Ｙ、９００Ｍ、９００Ｃ、９００Ｋから供給される各色のトナーを用いて、各々の感光体ドラム１２１の周面上に形成された静電潜像を現像（可視像化）する。転写ローラ１９は、中間転写ベルト９２１を挟んで感光体ドラム１２１とニップ部を形成し、感光体ドラム１２１上のトナー像を中間転写ベルト９２１上に一次転写する。クリーニング装置１８は、トナー像転写後の感光体ドラム１２１の周面を清掃する。

露光ユニット９４は、光源やポリゴンミラー、反射ミラー、偏向ミラーなどの各種の光学系機器を有し、画像形成ユニット９３の各々に設けられた感光体ドラム１２１の周面に、画像データに基づく光を照射して、静電潜像を形成する。

中間転写ユニット９２は、中間転写ベルト９２１、駆動ローラ９２２、及び従動ローラ９２３を備えている。中間転写ベルト９２１は、複数の感光体ドラム１２１からトナー像が重ね塗り状態で一次転写される。このトナー像は、用紙供給部１００から供給される用紙（シート）に、二次転写部９８において二次転写される。駆動ローラ９２２及び従動ローラ９２３は、中間転写ベルト９２１を周回駆動させる。駆動ローラ９２２及び従動ローラ９２３は、図略の筐体で回転自在に支持されている。

定着ユニット９７は、トナー像が二次転写された用紙上のトナー像に対し、定着処理を施すものであり、熱源が内蔵された定着ローラと、該定着ローラと定着ニップ部を形成する加圧ローラとを含む。定着処理が完了した用紙は、装置本体２００の上部に形成された排出ユニット９６へ向けて搬送される。

排紙ユニット９６は、定着ユニット９７から搬送された用紙を、排紙トレイとしてのトップカバー９１１上に排出する。

用紙供給部１００は、プリンタ本体２００の筐体９０に対して着脱自在に装着された複数段（図１では３段）の給紙ユニット１３０と、各給紙ユニット１３０に貯留されている用紙を画像形成部９３へ向けて搬送するための給紙搬送路１３３とを含む。給紙ユニット１３０は、画像形成される複数の用紙からなる用紙束を収納する。各段の給紙ユニット１３０には、異なるサイズの用紙束がそれぞれ貯留されており、選択された給紙ユニット１３０では、当該給紙ユニット１３０に設けられた図略のピックアップローラの駆動により、用紙束の最上層の用紙が１枚ずつ取り出されて給紙搬送路１３３へと繰り出され、画像形成部９３へ導入される。

図２は、現像装置１２２の内部構造を概略的に示す断面図である。現像装置１２２は、該現像装置１２２の内部空間を画定する現像容器４０を含む。現像装置１２２は、現像容器４０内に、非磁性体のトナーおよび磁性体のキャリアを含む現像剤を貯留する現像剤貯留部４１と、現像剤貯留部４１の上方に配置されたマグネットローラ４２と、マグネットローラ４２の斜め上方位置でマグネットローラ４２に対向配置された現像ローラ４３（トナー担持体）と、マグネットローラ４２に対向配置された現像剤規制ブレード４４とを含む。

現像剤貯留部４１は、図３に示すように、互いに平行に現像装置１２２の長手方向に延びる第１搬送路４１ａおよび第２搬送路４１ｂから構成されており、第１搬送路４１ａと第２搬送路４１ｂとは仕切り板４７によって現像装置１２２の長手方向に沿って仕切られている。第１搬送路４１ａおよび第２搬送路４１ｂは現像剤を循環させるための通路である。第１搬送路４１ａおよび第２搬送路４１ｂは、前記長手方向における両端部において、仕切り板４７に形成された連通口４７ａ，４７ｂを介して互いに連通されている。

第１搬送路４１ａには、第１搬送部材４５が第１搬送路４１ａ内で延在するように配設されており、第２搬送路４１ｂには、第２搬送部材４６が第２搬送路４１ｂ内で延在するように配設されている。第１搬送部材４５は、第１軸部４５ａと、第１軸部４５ａの周面に螺旋状に設けられた第１羽根部４５ｂとを有するスクリューフィーダであり、第１軸部４５ａの一端部には、軸受けを介して現像容器４０に回転可能に支持された第１カップリング６５が固定されており、第１軸部４５ａの他端部は、軸受け６６を介して回転可能に支持されている。第２搬送部材４６は、第２軸部４６ａと、第２軸部４６ａの周面に螺旋状に設けられた第２羽根部４６ｂとを有するスクリューフィーダであり、第２軸部４６ａの一端部には、軸受けを介して現像容器４０に回転可能に支持された第２カップリング６７が固定されており、第２軸部４６ａの他端部は、軸受け６８を介して回転可能に支持されている。

第１カップリング６５には、駆動軸６９が固設されており、駆動軸６９はモータ等の駆動源Ｍ（図２）の出力軸に連結されている。第２カップリング６７は第１カップリング６５とギア連結されている。したがって、駆動源Ｍの駆動力が駆動軸６９に伝達されると、第１搬送部材４５が第１カップリング６５を介して回転されると共に、第２搬送部材４６が第２カップリング６７を介して回転される。第１搬送部材４５が回転すると、第１搬送路４１ａ内の現像剤は所定の搬送方向、図３では右方向に搬送され、連通口４７ａを通って第２搬送路４１ｂ内に導入される。そして、第２搬送路４１ｂ内に導入された現像剤は、第２搬送部材４６の回転に伴って所定の搬送方向、図３では左方向に搬送され、連通口４７ｂを通って第１搬送路４１ａ内に再び戻される。現像剤は、このように搬送されている間攪拌されているので、トナーとキャリアとが混合され、トナーが帯電される。

現像剤貯留部４１には、該現像剤貯留部４１に新たなトナーを補給するためのトナー補給室７０が一体に設けられている。トナー補給室７０は、補給トナーが搬送される補給トナー搬送路７１と、補給トナー搬送路７１内に補給トナーを導入するための補給トナー口７２とを有する。

補給トナー搬送路７１は第１搬送路４１ａと連通されており、第１搬送部材４５の他端部が補給トナー搬送路７１内に延在している。前記他端部を回転可能に支持する軸受け６６は、実際には、トナー補給室７０に配置されている。

補給トナー口７２は、対応するトナーコンテナ９００の供給口９０２と図略の連通路によって連通している。トナーコンテナ９００の内部には、図略のスクリューフィーダが配設されており、スクリューフィーダの回転量に応じた量のトナーが、供給口９０２から補給トナー口７２を介してトナー補給室７０に供給される。補給トナー搬送路７１内に導入された補給トナーは、第１搬送部材４５の回転に伴って第１搬送路４１ａ内に搬送され、キャリアと混合される。本実施形態では、トナーコンテナ９００およびトナー補給室７０がトナー補給部６０（図２）を構成している。

また、現像剤貯留部４１内には、現像剤中のトナーの濃度を検出するためのトナー濃度センサＳ（図２）が配置されている。トナー濃度センサＳは、実際には、第１搬送路４１ａ内における破線で示すセンサ位置ＳＰに配置されている。トナー濃度センサＳは、例えば透磁率センサであり、第１搬送路４１ａを通過するキャリアの単位体積当たりの透磁率変化を検出する。透磁率変化から、現像剤中におけるキャリアの量の増減が得られるので、トナーの重量を推定することができる。そして、トナー濃度は、（トナーの重量／現像剤の重量）×１００％によって求めることができる。

図２に戻って現像装置１２２の構成についてさらに説明する。マグネットローラ４２は、現像装置１２２の長手方向に延びるように配設されており、図２では時計回りに回転可能である。マグネットローラ４２は、現像剤貯留部４１の第１搬送路４１ａおよび第２搬送路４１ｂに沿って延びる、つまり第１搬送部材４５および第２搬送部材４６による現像剤の搬送方向に沿って延びる現像剤担持面４８を有する。マグネットローラ４２の内部には、固定式の所謂磁石ロール（図示せず）が配置されている。磁石ロールは複数の磁極を有しており、例えば汲上極５０、規制極５１、主極５２を有する。汲上極５０は現像剤貯留部４１の第２搬送路４１ｂに対向し、規制極５１は現像剤規制ブレード４４に対向し、主極５２は現像ローラ４３に対向している。

マグネットローラ４２は、汲上極５０の磁力によって現像剤貯留部４１の第２搬送路４１ｂから現像剤を現像剤担持面４８上に磁気的に汲み上げる。汲み上げられた現像剤は、マグネットローラ４２の現像剤担持面４８上に磁気的に現像剤層（磁気ブラシ層）として保持され、マグネットローラ４２の回転に伴って現像剤規制ブレード４４に向けて搬送される。

現像剤規制ブレード４４は、マグネットローラ４２の回転方向から見て現像ローラ４２よりも上流側に位置し、マグネットローラ４２の現像剤担持面４８に磁気的に付着した現像剤層の層厚を規制する。現像剤規制ブレード４４は、マグネットローラ４２の長手方向に沿って延びる磁性材料からなる板部材であり、現像容器４０の適所に固定された所定の支持部材５４によって支持されている。また、現像剤規制ブレード４４は、マグネットローラ４２の現像剤担持面４８との間で所定の寸法の規制ギャップＧを形成する規制面５３（つまり現像剤規制ブレード４４の先端面）を有する。

磁性材料から形成された現像剤規制ブレード４４は、マグネットローラ４２の規制極５１によって磁化されて、現像剤規制ブレード４４の規制面５３と規制極５１との間に、つまり規制ギャップＧにおいて磁路が形成される。汲上極５０によってマグネットローラ４２の現像剤担持面４８上に付着した現像剤層がマグネットローラ４２の回転に伴って規制ギャップＧ内に搬送されると、現像剤層の層厚は規制ギャップＧにおいて規制されて、現像剤担持面４８上に、所定厚さの均一な現像剤層が形成される。

現像ローラ４３は、現像装置１２２の長手方向に延びるように、かつマグネットローラ４２に対して平行に延びるように配設されており、図２では時計回りに回転可能である。現像ローラ４３は、マグネットローラ４２の現像剤担持面４８に沿って延びる、つまり、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６による現像剤の搬送方向に沿って延びるトナー担持面５５を有する。現像ローラ４３のトナー担持面５５とマグネットローラ４２の現像剤担持面４８との間には、所定の寸法の隙間が形成されている。現像ローラ４３は、現像容器４０に形成された開口を通して感光体ドラム１２１に臨むように配設されており、トナー担持面５５と感光体ドラム１２１の周面との間にも所定の寸法の隙間が形成されている。

次に、図４を参照して現像装置１２２の現像動作について説明する。現像装置１２２は、磁気ローラ４２および現像ローラ４３のそれぞれにバイアスを印加することで現像動作を行うように構成されており、バイアス印加手段として、第１印加手段５６と、第２印加手段５７とをさらに含む。同図に示すように、第１印加手段５６は、直列に接続された直流電圧源６１と交流電圧源６２とを有し、マグネットローラ４２に接続されている。直流電圧源６１から出力された直流バイアスに交流電圧源６２から出力された交流バイアスが重畳されてマグネットローラ４２に印加される。また、第２印加手段５７は、直列に接続された直流電圧源６３と交流電圧源６４とを有し、現像ローラ４３に接続されている。直流電圧源６３から出力された直流バイアスに交流電圧源６４から出力された交流バイアスが重畳されて現像ローラ４２に印加される。

マグネットローラ４２の現像剤担持面４８上の磁気ブラシ層は、現像剤規制ブレード４４によって層厚が均一に規制された後、マグネットローラ４２の回転に伴って現像ローラ４３に向けて搬送され、磁気ブラシ層中の多数の磁気ブラシＤＢが回転中の現像ローラ４３のトナー担持面５５に接触する。このとき、第１印加手段５６および第２印加手段５７は、重畳された直流バイアスおよび交流バイアスをマグネットローラ４２および現像ローラ４３に印加する。これにより、マグネットローラ４２の現像剤担持面４８と現像ローラ４３のトナー担持面５５との間に所定の電位差を生じさせている。この電位差により、現像剤担持面４８とトナー担持面５５との対向位置において（主極５２（図２）とトナー担持面５５との対向位置において）磁気ブラシＤＢからトナーＴのみがトナー担持面５５に移動し、磁気ブラシＤＢのキャリアＣは現像剤担持面４８上に残る。これにより、現像ローラ４３のトナー担持面５５上に所定厚さのトナー層ＴＬが担持される。

トナー担持面５５上のトナー層ＴＬは、現像ローラ４３の回転に伴って感光体ドラム１２１の周面に向けて搬送される。感光体ドラム１２１にも、重畳された状態の直流電圧と交流電圧が印加されているので、感光体ドラム１２１の周面と現像ローラ４３のトナー担持面５５との間には所定の電位差が生じている。この電位差により、トナー層ＴＬのトナーＴが感光体ドラム１２１の周面に移動する。これにより、感光体ドラム１２１の周面上の静電潜像が現像され、トナー像が形成される。

トナー層ＴＬ中のトナーＴのうち、感光体ドラム１２１に移動せず、トナー担持面５５上に残留している残留トナーＲＴは、現像ローラ４３の回転に伴ってトナー担持面５５とマグネットローラ４２の現像剤担持面４８との対向位置に搬送されたとき、磁気ブラシＤＢによって回収される。回収したトナーＲＴを有する磁気ブラシＤＢは、マグネットローラ４２の回転に伴って主極５２よりも下流側に搬送されると、前記磁石ロールの剥離極（図示せず）の磁力によって現像剤担持面４８から剥離し、現像剤貯留部４１の第１搬送路４１ａに戻される。

ところで、上記構成の現像装置１２２では、現像剤Ｄは、図５に示すように、第２搬送路４１ｂ内において所定の搬送方向Ａ（図３および図５では左方向）に搬送されつつ、マグネットローラ４２の現像剤担持面４８に供給される。そのため、第２搬送路４１ｂ内の現像剤Ｄ中のトナーの量は、搬送方向Ａの上流側では多く、搬送方向Ａの下流側に向かうにつれて少なくなる。つまり、現像剤Ｄ中のトナー濃度は、搬送方向上流側では高く、搬送方向下流側に向かうにつれて大きく低下する。したがって、現像剤担持面４８上に受け取られる現像剤量は、現像剤担持面４８における搬送方向上流側に対応する上流側部分４８ａでは多く、搬送方向下流側に対応する下流側部分４８ｂでは少なくなる。そして、当然、現像剤担持面４８からトナー担持面５５上に供給されるトナー量は、トナー担持面５５における搬送方向上流側に対応する上流側部分５５ａでは多く、搬送方向下流側に対応する下流側部分５５ｂでは少なくなる。

このようにトナー担持面５５上のトナー量が搬送方向Ａに沿って減少すると、感光体ドラム１２１の周面上に現像されるトナー像に画像濃度差（いわゆる画像濃度ムラ）が発生する。その結果、良好な画質のトナー像が得られない。なお、図５では、図の明確化のために、現像剤担持面４８における上流側部分４８ａと下流側部分４８ｂとの間の中間部分上に受け取られる現像剤を省略している。

そこで、本実施形態では、トナー像に画像濃度差が発生することを抑制して、良好な画質のトナー像を形成するために、現像装置１２２は、図２に示すように、印字率取得部５８と、制御部Ｕとをさらに含む。

印字率取得部５８は、トナー像の現像動作が開始される前に、現像されるトナー像の印字率（トナー像の印字ドット数）をコンピュータ等の外部機器から伝送された画像情報に基づいて予め取得する。

制御部Ｕは、トナー濃度センサＳが検出した現像剤貯留部４１内のトナー濃度や、印字率取得部５８が取得した印字率に応じて、駆動源Ｍを制御して第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を変えることにより、現像剤が第１搬送路４１ａおよび第２搬送路４１ｂ内で搬送される搬送速度を変更する。

また、制御部Ｕは、印字率に応じて、トナーコンテナ９００の前記スクリューフィーダの回転量を制御して、トナー補給室７０に供給されるトナー量を制御する。印字率に応じた回転量を設定することで、印字率に応じた量の新たなトナーを現像剤貯留部４１に補給することができる。さらに、制御部Ｕは、トナー補給部６０によるトナー補給が行われたとき、駆動源Ｍを制御して現像剤の搬送速度を変更する。本実施形態では、トナー補給部６０によるトナー補給が行われるタイミングは、現像ローラ４３によって感光体ドラム１２１上にトナー像が現像されたときである。

まず、トナー濃度に応じて制御部Ｕが行う制御について説明する。具体的には、制御部Ｕは、トナー濃度が低くなるにつれて現像剤の搬送速度が大きくなるように駆動源Ｍを制御する一方、トナー濃度が高くなるにつれて現像剤の搬送速度が小さくなるように駆動源Ｍを制御する。

現像剤Ｄ（図５）の搬送速度が大きくなるように制御されると、現像剤Ｄは、第２搬送路４１ｂにおいて、搬送方向Ａの上流側から搬送方向Ａの下流側に向けて迅速に搬送される。そのため、第２搬送路４１ｂにおいて、搬送方向上流側における現像剤Ｄ中のトナー濃度と、搬送方向下流側における現像剤Ｄ中のトナー濃度とがほぼ等しくなる。これにより、マグネットローラ４２の現像剤担持面４８の上流側部分４８ａが受け取る現像剤Ｄに含まれるトナー量と、現像剤担持面４８の下流側部分４８ｂが受け取る現像剤Ｄに含まれるトナー量とがほぼ等しくなる。したがって、現像ローラ４３のトナー担持面５５の上流側部分５５ａが受け取るトナー量と、トナー担持面５５の下流側部分５５ｂが受け取るトナー量とがほぼ等しくなる。これにより、感光体ドラム１２１の周面上に現像されるトナー像に画像濃度差が発生することが抑制される。その結果、良好な画質が得られる。

一方、現像剤Ｄの搬送速度が小さくなるように制御されると、現像剤Ｄが第１搬送部材４５および第２搬送部材４６によって搬送される際に攪拌される攪拌量が減少する。そのため、攪拌による現像剤Ｄ同士の摩擦等に起因するストレスが抑制される。これにより、ストレスに起因するトナー劣化が抑制される。その結果、良好な画質のトナー像が得られる。

次に、印字率に応じて制御部Ｕが行う制御について説明する。具体的には、制御部Ｕは、印字率が高くなるにつれて現像剤Ｄの搬送速度が大きくなるように駆動源Ｍを制御する一方、印字率が低くなるにつれて現像剤Ｄの搬送速度が小さくなるように駆動源Ｍを制御する。

印字率が高くなると、トナー補給部６０から現像剤貯留部４１に補給されるトナー量が多くなる。そこで、現像剤Ｄの搬送速度を大きくすることで、現像剤を、第２搬送路４１ｂにおいて、搬送方向Ａの上流側から搬送方向Ａの下流側に向けて迅速に搬送することができる。現像剤Ｄの搬送方向下流側への迅速な搬送によって画像濃度差が抑制されることは上述した通りである。

一方、印字率が低くなると、トナー補給部６０から現像剤貯留部４１に補給されるトナー量が少なくなる。そのため、高印字率時と比較して現像剤Ｄを第２搬送路４１ｂにおいて搬送方向上流側から搬送方向下流側に向けて迅速に搬送する必要がない。そこで、現像剤Ｄの搬送速度を低印字率時には小さくすることで、現像剤Ｄ同士の摩擦等に起因するストレスを抑制することができる。ストレスの抑制によってトナー劣化が抑制されることは上述した通りである。

以上、制御部Ｕが行う制御をトナー濃度および印字率毎に説明したが、制御部Ｕは、実際には、トナー濃度および印字率の両方に応じて現像剤の搬送速度を適宜変更する。

本実施形態では、現像剤貯留部４１におけるトナー濃度が８％（低濃度時）の場合、制御部Ｕは、印字率が５％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２６０ｒｐｍに設定し、印字率が２０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２８０ｒｐｍに設定し、印字率が３０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を３２０ｒｐｍに設定し、印字率が５０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を３６０ｒｐｍに設定する。

図６は、トナー濃度が８％の場合において第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度と画像濃度差との間の関係を印字率毎に示す図である。画像濃度差は、図９に示すように、用紙Ｐ上に形成されたトナー像ＰＡにおける４つの隅部の領域、すなわち領域「１」〜領域「４」間の画像濃度差である。左上領域「１」および左下領域「３」は、第２搬送路４１ｂにおける現像剤の搬送方向下流側に対応する領域であり、右上領域「２」および右下領域「４」は、第２搬送路４１ｂにおける搬送方向上流側に対応する領域である。画像濃度は反射濃度計を用いて測定される。領域「１」〜「４」間の画像濃度差が０．２以下のとき、トナー像ＰＡの画像濃度ムラは許容範囲である。

図６に示すように、印字率が５％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２６０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。また、印字率が２０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２８０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。さらに、印字率が３０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を３２０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。さらに、印字率が５０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を３６０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。図６から明らかなように、印字率が高くなるにつれ、画像濃度差を０．２以下に抑えるためには、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を大きくする必要があることが分かる。

また、現像剤貯留部４１におけるトナー濃度が１０％（標準濃度時）の場合、制御部Ｕは、印字率が５％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２００ｒｐｍに設定し、印字率が２０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２４０ｒｐｍに設定し、印字率が３０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２６０ｒｐｍに設定し、印字率が５０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を３４０ｒｐｍに設定する。本実施形態では、標準濃度時に設定される上記の回転速度が基準回転速度とされている。

図７は、トナー濃度が１０％の場合において第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度と画像濃度差との間の関係を印字率毎に示す図である。同図に示すように、印字率が５％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２００ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。また、印字率が２０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２４０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。さらに、印字率が３０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２６０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。さらに、印字率が５０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を３４０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。図７から明らかなように、印字率が高くなるにつれ、画像濃度差を０．２以下に抑えるためには、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を大きくする必要があることが分かる。

さらに、現像剤貯留部４１におけるトナー濃度が１２％（高濃度時）の場合、制御部Ｕは、印字率が５％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２００ｒｐｍに設定し、印字率が２０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２２０ｒｐｍに設定し、印字率が３０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２４０ｒｐｍに設定し、印字率が５０％以上のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２６０ｒｐｍに設定する。

図８は、トナー濃度が１２％の場合において第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度と画像濃度差との間の関係を印字率毎に示す図である。同図に示すように、印字率が５％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２００ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。また、印字率が２０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２２０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。さらに、印字率が３０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２４０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。さらに、印字率が５０％の場合、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２６０ｒｐｍ以上に設定することで、画像濃度差を０．２以下に抑えることができる。図８から明らかなように、印字率が高くなるにつれ、画像濃度差を０．２以下に抑えるためには、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を大きくする必要があることが分かる。

図６〜図８に示すように、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を大きくすることで画像濃度差を抑えることができるものの、単に、回転速度を大きくすると、トナーが劣化する。図１０は、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転時間とトナーの劣化度との間の関係を回転速度２００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ毎に示す図である。トナーの劣化度は、以下の式で求められる。
トナー劣化度＝（１−（所定経過時間毎のトナーの比表面積）／（初期のトナーの比表面積））×１００％
比表面積とは、トナーの表面に外添剤が付着した状態の単位質量当たりのトナーの表面積である。

図１０から明らかなように、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度が４００ｒｐｍのとき、トナー劣化度が最も高く、回転速度が２００ｒｐｍのとき、トナー劣化度が最も低い。

以上説明した図６〜図８に示す結果（画像濃度差は第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を大きくすることで抑えることができる）、および図１０に示す結果（第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を単に大きくだけではトナー劣化が進む）から、制御部Ｕは、画像濃度差の抑制とトナー劣化の抑制との間でバランスを取るために、トナー濃度および印字率の両方に応じて第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を上記のように設定する。これにより、前記バランスが達成され、良好な画質のトナー像が確保される。

なお、制御部Ｕは、印字率が５％以上のときに上記のように第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を設定するが、印字率が５％未満のときは回転速度の設定を行わない。これは、印字率が５％未満の低印字率のとき、マグネットローラ４２、ひいては現像ローラ４３が第２搬送路４１ｂから受け取るトナー量が、印字率が５％以上のときと比較して少ないためである。そのため、現像剤の搬送速度を大きくして、現像剤を第２搬送路４１ｂにおける搬送方向上流側から搬送方向下流側に向けて迅速に搬送する必要がない。したがって、制御部Ｕは印字率が５％未満のときには駆動源Ｍを制御する必要がないので、その分、制御部Ｕにかかる負荷を軽減することができる。

また、制御部Ｕは、印字率に応じたトナー補給が行われたときに駆動源Ｍを制御して第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を変更する、言い換えれば、トナー濃度が変動するタイミングに合わせて現像剤の第２搬送路４１ｂにおける搬送速度を変更する。これにより、画像濃度差やストレスを迅速に抑制することができる。

さらに、制御部Ｕは、現像ローラ４３によって感光体ドラム１２１上にトナー像が現像されたとき、トナーコンテナ９００の前記スクリューフィーダの回転量を制御して印字率に応じたトナー補給を行う。これにより、印字率に応じて必要とされる量を超えた量のトナーが現像剤貯留部４１内に導入されないので、トナーかぶりや、現像剤が搬送される際の摩擦等に起因するストレスが抑制される。

次に、図１１に示すフロー図を参照しながら制御部Ｕの制御フローについて説明する。まず、ユーザによって画像形成装置１０の印字開始ボタンが押されると（開始）、ステップＳ１において、制御部Ｕはトナー濃度センサＳによって現像剤貯留部４１内の現像剤のトナー濃度を得る。そして、ステップＳ２において、制御部Ｕは現像されるトナー像の印字率を印字率取得部５８から得る。

次に、ステップＳ３において、制御部Ｕは印字率に応じてトナー補給量を決定する。印字率が５％以下のとき、補給されるトナー量Ａは０ｍｇ≦Ａ≦２５ｍｇであり、印字率が５％を超え１０％以下のとき、補給されるトナー量Ａは２５ｍｇ＜Ａ≦１００ｍｇであり、印字率が１０％を超え２０％以下のとき、補給されるトナー量Ａは１００ｍｇ≦Ａ≦１５０ｍｇであり、印字率が２０％を超えるとき、補給されるトナー量Ａは１５０ｍｇ＜Ａである。

次に、ステップＳ４において、制御部Ｕはトナー濃度および印字率の両方に応じて第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を決定する。例えば、トナー濃度が１０％で、印字率が２０％のとき、制御部Ｕは第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２４０ｒｐｍに設定する。なお、印字率に応じたトナー補給量や、トナー濃度および印字率に応じた第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度は、補給量テーブルや回転速度テーブルとして記憶部５９（図２）に記憶されている。制御部Ｕは、新たな現像動作が行われる度に記憶部５９の補給量テーブルおよび回転速度テーブルを参照して、トナー補給量および回転速度を適宜選択する。

次に、ステップＳ５において、制御部Ｕは、決定したトナー補給量に基づいて新たなトナーの補給を開始する。具体的には、制御部Ｕは、トナー補給部６０を制御して、つまり、トナーコンテナ９００の前記スクリューフィーダを制御してトナー補給量に応じた分だけ回転させることにより、新たなトナーをトナー補給室７０を介して第１搬送路４１ａに導入させる。

トナー補給が終了すると（ステップＳ６）、次に、ステップＳ７において、制御部Ｕは現像動作を開始する。具体的には、制御部Ｕは、駆動源Ｍを制御して、ステップＳ４で設定した回転速度で第１搬送部材４５および第２搬送部材４６を回転させることにより、現像剤を第１搬送路４１ａから第２搬送路４１ｂに搬送させる。第２搬送路４１ｂでは、現像剤は、設定された回転速度に基づく搬送速度で上流側から下流側に搬送される。制御部Ｕは、駆動源Ｍを制御するとほぼ同時に、マグネットローラ４２および現像ローラ４３を回転させる図略の駆動源を制御すると共に、第１印加手段および第２印加手段を制御する。これにより、マグネットローラ４２は第２搬送路４１ｂから現像剤を現像剤担持面４８上に受け取り、現像ローラ４３は現像剤担持面４８上の現像剤層からトナーのみをトナー担持面５５上に受け取る。そして、トナー担持面５５上のトナーが感光体ドラム１２１上の静電潜像に供給されることで、トナー像が現像され、現像動作が終了する（ステップＳ８）。

次に、図１２を参照して制御部Ｕによるシーケンス制御について説明する。図１２は、現像剤貯留部４１内のトナー濃度が１０％のときに行われるシーケンス制御を示している。制御部Ｕは、印字率が５％未満のとき、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２００ｒｐｍに設定している。このとき、制御部Ｕは、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を大きくするための回転信号を駆動源Ｍに伝送しないが、印字率に応じた量のトナーを現像剤貯留部４１に補給するために、トナーコンテナ９００の前記スクリューフィーダにトナー補給信号を伝送する。

制御部Ｕは、印字率取得部５８によって印字率が５％未満から２０％に増加したことを検知すると、駆動源Ｍに回転信号を伝送して、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２４０ｒｐｍに変えると共に、印字率２０％に応じた量のトナーを現像剤貯留部４１に補給するために、トナーコンテナ９００の前記スクリューフィーダにトナー補給信号を伝送する。

また、制御部Ｕは、印字率取得部５８によって印字率が２０％から５％未満に低下したことを検知すると、駆動源Ｍに回転信号を伝送して、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を２００ｒｐｍに変えると共に、印字率５％未満に応じた量のトナーを現像剤貯留部４１に補給するために、トナーコンテナ９００の前記スクリューフィーダにトナー補給信号を伝送する。

さらに、制御部Ｕは、印字率取得部５８によって印字率が５％未満から５０％に増加したことを検知すると、駆動源Ｍに回転信号を伝送して、第１搬送部材４５および第２搬送部材４６の回転速度を３４０ｒｐｍに変えると共に、印字率５０％に応じた量のトナーを現像剤貯留部４１に補給するために、トナーコンテナ９００の前記スクリューフィーダにトナー補給信号を伝送する。このように、制御部Ｕは、印字率の変化に合わせて、駆動源Ｍに回転信号を伝送すると共に、トナーコンテナ９００の前記スクリューフィーダにトナー補給信号を伝送する。

１０ 画像形成装置
４１ 現像剤貯留部
４１ａ 第１搬送路
４１ｂ 第２搬送路
４２ マグネットローラ（現像剤担持体）
４３ 現像ローラ（トナー担持体）
４５ 第１搬送部材
４６ 第２搬送部材
４８ 現像剤担持面
５５ トナー担持面
５８ 印字率取得部
５９ 記憶部
６０ トナー補給部
１２１ 感光体ドラム（像担持体）
１２２ 現像装置
Ａ 現像剤の搬送方向
Ｄ 現像剤
Ｍ 駆動源
Ｔ トナー
Ｕ 制御部

Claims (5)

1. トナーを含む現像剤を貯留する貯留部と、
   前記貯留部内に配設されて、前記現像剤を所定の搬送方向に搬送する搬送部材と、
   前記搬送方向に沿って延びる担持面を有し、前記貯留部から前記トナーを受け取って前記担持面上に担持し、前記トナーを所定の像担持体に供給して前記所定の像担持体上にトナー像を現像するトナー担持体と、
   前記搬送部材を駆動する駆動源と、
   前記現像剤中のトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、
   現像される前記トナー像の印字率を予め取得する印字率取得部と、
   前記印字率に応じた量のトナーを前記貯留部に補給する補給部と、
   前記駆動源を制御して、前記搬送部材による前記現像剤の搬送速度を前記トナー濃度および前記印字率に応じて変更する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記トナー濃度が低くなるにつれて前記搬送速度が大きくなるように前記駆動源を制御し、かつ、前記印字率が高くなるにつれて前記搬送速度が大きくなるように前記駆動源を制御し、
   前記トナー濃度センサが第１のトナー濃度を検出し、前記印字率取得部が第１の印字率を取得した場合に、前記搬送速度を第１の搬送速度に設定し、
   前記トナー濃度センサが前記第１のトナー濃度よりも高い第２のトナー濃度を検出し、前記印字率取得部が前記第１の印字率よりも低い第２の印字率を取得した場合に、前記搬送速度を前記第１の搬送速度よりも小さい第２の搬送速度に設定し、
   前記トナー濃度センサが前記第１のトナー濃度を検出し、前記印字率取得部が前記第２の印字率を取得した場合、または、前記トナー濃度センサが前記第２のトナー濃度を検出し、前記印字率取得部が前記第１の印字率を取得した場合に、前記搬送速度を前記第１の搬送速度よりも小さく、前記第２の搬送速度よりも大きい第３の搬送速度に設定する現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記制御部は、前記補給部によるトナー補給が行われたときに前記駆動源を制御して前記搬送速度を変更する現像装置。
3. 請求項２に記載の現像装置において、
   前記トナー像が前記トナー担持体によって現像されたとき、前記補給部はトナー補給を行う現像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像装置において、
   前記印字率が所定値以上のとき、前記制御部は前記駆動源を制御して前記搬送速度を変更する現像装置。
5. トナー像が形成される像担持体と、
   前記像担持体にトナーを供給して該像担持体上に前記トナー像を現像する現像装置と、
   前記トナー像をシート上に転写させる転写部と、
   前記シート上の前記トナー像を該シート上に定着させる定着ユニットと、
   を備え、
   前記現像装置として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の現像装置が用いられている画像形成装置。

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