JP7392291B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

近年、高速領域で使用される画像形成装置においては、大量の印刷、高画質化、および、部品の交換作業による時間のロスを抑えるため装置の長寿命化が求められている。現像装置においては、装置内に収容されている現像剤にトナーを補給する際、キャリアーを含めて補給して、現像剤を徐々に入れ替えるようにすることで、現像剤の履歴を一定レベルに制御して交換レスを達成することが可能である。

しかしながら、現像装置の使用を継続するにつれ、現像装置の装置内の現像剤を循環、撹拌させる撹拌部材の回転軸や回転軸のシール部が、撹拌部材の回転による摺擦によって削れてしまい、回転軸の軸受け部から現像剤が漏れる問題が発生する。そのため、このような問題が発生する前に現像装置を交換する必要がある。この軸受け部の寿命については、回転軸の総回転数に依存するので、従来では、印刷枚数に基づいて現像装置の交換が行われていた。

撹拌部材の回転数は、高カバレッジ等、高印字率の画像形成条件であるとき等に現像剤担持体に必要なトナー供給量を確保するために、画像形成条件に応じて現像装置内の現像剤の循環量を確保する設定をする必要がある。例えば、特許文献１には、高印字率の画像形成条件である場合、撹拌部材の回転数を低印字率の画像形成条件である場合よりも大きくするように切り替える構成が開示されている。

特開２０１２－１４１５６６号公報

しかしながら、高速領域で高カバレッジの画像が連続するような画像形成条件である場合、画像不良が発生しないように、撹拌部材の回転数をさらに高く設定する必要がある。そのため、特許文献１に記載の構成のように、高印字率の画像形成条件であることによって撹拌部材の回転数を切り替えるだけでは、撹拌部材の回転数が不足する可能性がある。つまり、特許文献１に記載の構成では、撹拌部材の回転数が、適切な回転数とはならず、必要なトナー量以上の循環量の設定にならない場合があるので、回転数の設定精度が悪かった。

また、現像剤筐体内の現像剤を入れ替える構成では、現像剤量が変化するため、現像剤量の情報を考慮せずに撹拌部材の回転数を設定すると、上記と同様に回転数の設定精度が悪くなっていた。

本発明の目的は、現像装置における撹拌部材の回転数を精度良く設定することが可能な画像形成装置を提供することである。

本発明に係る画像形成装置は、
トナーおよびキャリアーを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に供給する前記現像剤を収容する現像剤筐体と、
前記現像剤筐体内の循環路で前記現像剤を循環、撹拌させる撹拌部材と、
前記現像剤筐体内の前記現像剤量に関するパラメーターを検出する検出部と、
前記現像剤筐体内における前記現像剤の必要循環量試算値と、前記現像剤筐体内の現像剤量とを用いた演算式によって、前記撹拌部材の回転数を算出する制御部と、
を備える。

本発明によれば、現像装置における撹拌部材の回転数を精度良く設定することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 現像装置を上から見た断面図である。 撹拌部材の回転数制御を説明するための図である。 撹拌部材の総回転数と装置の寿命とを対応付けたテーブルを示す図である。 画像形成装置における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。 画像形成装置における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。 画像形成装置における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。 画像形成装置における撹拌部材の回転数の算出制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。 必要循環量試算値および現像剤量と、撹拌部材の回転数とを関連付けたテーブルの一例を示す図である。 必要循環量試算値および現像剤量と、撹拌部材の回転数とを関連付けたテーブルの一例を示す図である。 必要循環量試算値および現像剤量と、撹拌部材の回転数とを関連付けたテーブルの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。

図１に示すように、画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃから送出された用紙Ｓに二次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図２に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部１０１を備える。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４等を備える。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０３から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０４に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロック等の動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御部１０１は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部１０１は、例えば、外部の装置から送信された画像データ（入力画像データ）を受信し、この画像データに基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

図１に示すように、画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

図２に示すように、操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１０１から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１０１に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１０１の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

図１に示すように、画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置２００、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム状の金属基体の外周面に、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層が形成された有機感光体よりなる。

制御部１０１は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、例えば帯電チャージャーであり、コロナ放電を発生させることにより、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。その結果、感光体ドラム４１３の表面のうちレーザー光が照射された画像領域には、背景領域との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置２００は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分の現像剤を付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

なお、現像剤は、トナーと当該トナーを帯電するためのキャリアーとが混成されている。また、トナーとしては、特に限定されず、バインダー樹脂中に着色剤や必要に応じて、荷電制御剤や離径剤等を含有させ、滑剤を添加させたものを用いることができる。バインダー樹脂としては、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、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂単体または複合体によるバインダー樹脂は、軟化温度が８０～１６０℃の範囲のもの、または、ガラス転移点が５０～７５℃の範囲のものであることが好ましい。

また、キャリアーとしては、一般に使用されている公知のキャリアー、例えば、バインダー型キャリアーやコート型キャリアーを用いることができる。また、キャリアーは、粒径が１５～１００μｍ程度のものが好ましい。また、トナーとキャリアーの混合比は、所望のトナー帯電量が得られるように調整されれば良く、例えばトナーとキャリアーの合計量に対するトナー比を３～３０重量％とすることで好適に調整される。なお、トナー比は、４～２０重量％とすることがさらに好ましい。

バインダー型キャリアーは、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、キャリアー表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたり、表面コーティング層を設けることでも構成される。バインダー型樹脂としては、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等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂等が使用される。バインダー型キャリアーに分散される磁性体微粒子としては、例えば、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（マンガン、ニッケル、マグネシウム、銅等）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といった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および含有量を適宜選択することで、所望の磁化を有するキャリアーを得ることができる。また、磁性体微粒子の形状は、粒状、球状、針状の何れであっても良い。磁性体微粒子は、キャリアー中に５０～９０重量％の量で添加されることが適当である。

コート型キャリアーは、磁性体からなるキャリアーコア粒子をコート樹脂で被覆して構成するキャリアーであり、バインダー型キャリアーと同様にキャリアーの表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させることができる。コート型キャリアーの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類、帯電性微粒子の種類により制御され、その剤量として、バインダー型キャリアーと同様の材料を用いることができる。また、キャリアーコア粒子を被覆するコート樹脂については、バインダー型キャリアーのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用される。

現像装置２００には、例えば帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流現像バイアス、または交流電圧に帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。その結果、露光装置４１１によって形成された静電潜像にトナーを付着させる反転現像が行われる。

図３に示すように、現像装置２００は、現像剤筐体２０１により構成されている。現像剤筐体２０１には、トナーおよびキャリアーを含む現像剤が収容される収容部２０１Ａと、現像剤排出部２４０とが設けられている。また、現像剤筐体２０１の内部には、第１撹拌部材２０２と、第２撹拌部材２０３と、現像ローラー２１０と現像剤検出部７４と、補給部７５とが設けられている。現像ローラー２１０は、本発明の「現像剤担持体」に対応する。

第１撹拌部材２０２および第２撹拌部材２０３は、現像剤筐体２０１内に設けられた仕切り部２０１Ｂで仕切られた領域内にそれぞれ配置されている。第１撹拌部材２０２は、仕切り部２０１Ｂに対して現像ローラー２１０とは反対側の領域に配置されている。第２撹拌部材２０３は、仕切り部２０１Ｂに対して現像ローラー２１０側の領域に配置されている。

第１撹拌部材２０２および第２撹拌部材２０３は、本発明の「撹拌部材」に対応する。なお、以下の説明では、第１撹拌部材２０２および第２撹拌部材２０３を、特に区別しない場合、単に撹拌部材と称することとする。

第１撹拌部材２０２および第２撹拌部材２０３は、回転することで、現像剤筐体２０１内の現像剤を撹拌しつつ、現像剤筐体２０１内の現像剤を、仕切り部２０１Ｂの周囲における矢印の流れに沿うように搬送する。つまり、第１撹拌部材２０２および第２撹拌部材２０３は、現像剤筐体２０１内で長手方向（図３における左右方向）に現像剤を搬送して現像剤筐体２０１の仕切り部２０１Ｂを囲う循環路で現像剤を循環させる。撹拌部材の回転数は、後述する回転数制御により制御される。

現像ローラー２１０は、感光体ドラム４１３と対向しており、収容部２０１Ａ内の現像剤を感光体ドラム４１３と対向する部分である現像ニップに向けて搬送する。現像ローラー２１０は、現像ニップにおいて感光体ドラム４１３にトナーを供給する。

現像剤排出部２４０は、現像剤筐体２０１内の現像剤を排出する排出部である。現像剤排出部２４０は、第２撹拌部材２０３の搬送方向（上側の矢印）における下流側である、現像剤筐体２０１の軸方向における右端部に設けられている。

現像剤排出部２４０内には、図示しないスクリュー部材の回転により、現像剤排出部２４０から現像剤筐体２０１内に向けて現像剤を移動させる流れが発生する。これにより、現像剤筐体２０１内の現像剤は、現像剤排出部２４０内に入り込まないようになっている。

そして、現像剤筐体２０１内にトナーが補給されて、現像剤筐体２０１から現像剤排出部２４０側に移動しようとする現像剤量が増大すると、現像剤が現像剤筐体２０１から現像剤排出部２４０に移動して、図示しない排出部に排出される。

現像剤検出部７４は、現像剤筐体２０１の軸方向における左端部に位置している。現像剤検出部７４は、第１撹拌部材２０２と第２撹拌部材２０３とが位置する領域のうち、第１撹拌部材２０２が位置する領域に配置される。現像剤検出部７４は、本発明の「検出部」に対応する。

現像剤検出部７４は、例えば、透磁率式のものが用いられ、現像装置２００の現像剤筐体２０１内に収容される現像剤の液面を検出する。制御部１０１は、現像剤検出部７４の検出結果に基づいて、現像剤筐体２０１内の現像剤量を判断する。

補給部７５は、現像剤筐体２０１の軸方向における右端部に位置しており、現像剤筐体２０１内にトナーおよびキャリアーを補給する。制御部１０１は、現像剤検出部７４の検出結果に基づいて、補給部７５における補給量を制御する。制御部１０１は、現像剤筐体２０１内のトナー濃度が所定濃度（例えば、６％）になるように補給量を決定する。

図１に示すように、ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に当接され、弾性体よりなる平板状のドラムクリーニングブレード等を有し、中間転写ベルト４２１に転写されずに感光体ドラム４１３の表面に残留するトナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、表面に高抵抗層を有する。中間転写ベルト４２１は、制御部１０１からの制御信号によって回転駆動される。

また、中間転写ベルト４２１には、濃度検出部７６が設けられている（図２参照）。濃度検出部７６は、例えば、中間転写ベルト４２１の幅方向（現像剤筐体２０１の長手方向）の両端部にそれぞれ配置されており、中間転写ベルト４２１に供給されたトナー像のトナー濃度を検出する。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側、つまり一次転写ローラー４２２と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側、つまり二次転写ローラー４２４と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面、つまりトナー像が形成されている面側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面つまり定着面の反対の面側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、および加熱源等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。

上側定着部６０Ａは、定着面側部材である無端状の定着ベルト６１、加熱ローラー６２および定着ローラー６３を有する。定着ベルト６１は、加熱ローラー６２と定着ローラー６３とによって張架されている。

下側定着部６０Ｂは、裏面側支持部材である加圧ローラー６４を有する。加圧ローラー６４は、定着ベルト６１との間で用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップを形成している。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、及び搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａを含む複数の搬送ローラー対を有する。レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部は、用紙Ｓの傾きおよび片寄りを補正する。

給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。画像形成部４０においては、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

次に、撹拌部材の回転数制御について説明する。

撹拌部材の回転数は、印字率の程度によって現像剤筐体２０１内で必要となる現像剤の循環量が変わるので、画像形成条件によって制御されることが一般的である。しかし、現像剤筐体２０１内の現像剤量は、現像装置２００の使用状況等により、常時一定量ではないので、画像形成条件のみによって回転数が制御された場合、適切な撹拌部材の回転数とならないことがある。

例えば、現像剤筐体２０１内の現像剤量が所望の量よりも少ない場合は、撹拌部材の回転数をさらに大きくして現像剤筐体２０１内の現像剤の循環量を大きくする必要がある。また、現像剤筐体２０１内の現像剤量が所望の量よりも多い場合は、撹拌部材の回転数を小さくしても現像剤筐体２０１内の現像剤の循環量が必要十分なものとなる。

そのため、画像形成条件のみで撹拌部材の回転数を決定した場合、現像剤筐体２０１内の現像剤量によっては、撹拌部材の回転数が不足したり、過剰になったりして適切な撹拌部材の回転数とならないことがある。

撹拌部材の回転数が不足すると、現像剤筐体２０１内の現像剤の循環量が不足するので、現像ローラー２１０への現像剤供給量が不足し、ひいては所望の画像を用紙Ｓに形成することができなくなる。また、撹拌部材の回転数が過剰になると、撹拌部材の軸受け部分が摩耗しやすくなって、当該部分から現像剤が漏れるタイミングが早まるので、現像装置２００の寿命が短くなってしまう。

そこで、制御部１０１は、現像剤筐体２０１内の現像剤の必要循環量試算値および現像剤筐体２０１内の現像剤量に基づいて撹拌部材の回転数を制御する。

必要循環量試算値は、画像形成条件に基づいて決定される現像剤筐体２０１内の現像剤の循環量の目標値である。現像剤筐体２０１内の現像剤量は、例えば、現像剤検出部７４の検出結果、つまり、現像剤筐体２０１内の現像剤の液面（現像剤量に関するパラメーター）に基づく量である。

制御部１０１は、例えば、図４に示すグラフに基づいて、撹拌部材の回転数を算出する。図４における第１象限の横軸は、１分間における印刷枚数を示すＰＰＭである。図４における第１象限および第２象限の縦軸は、１秒間におけるトナー消費量である。図４における第２象限および第３象限の横軸は、必要循環量試算値を示すＭｖである。図４における第３象限の縦軸は、撹拌部材を駆動するモーターの回転数を示すＲである。

まず、制御部１０１は、第１象限において、１秒間におけるトナー消費量を算出する。トナー消費量は、以下の式（１）を用いて算出される。

式（１）におけるｋは、感光体ドラム４１３から実際に用紙Ｓに移動するトナー付着量の効率を示している。例えば、ｋが０．９である場合、感光体ドラム４１３に５ｇのトナーが付着している場合、用紙Ｓに移動するトナーは、５×０．９＝４．５ｇとなる。式（１）におけるｍは、ベタ画像を用紙Ｓに形成した場合に必要となる単位面積あたりのトナー付着量である。つまり、ｍ／ｋは、単位面積あたりの感光体ドラム４１３に付着させるために必要となるトナー量である。

式（１）におけるＡＲは、用紙Ｓの面積である。例えば、用紙ＳのサイズがＡ４サイズである場合、ＡＲは、０．２９７×０．２１となる。ＣＷは、画像形成条件において設定された画像のカバレッジを示している。

例えば、第１象限においてカバレッジによって異なる傾きとしたグラフを設定しておくことで、制御部１０１は、ＰＰＭに応じたトナー消費量Ｔを算出する。

例えば、ＰＰＭがＸで、カバレッジが５０％である場合、制御部１０１は、トナー消費量ＴとしてＹ１を算出する。また、ＰＰＭがＸで、カバレッジが１００％である場合、制御部１０１は、トナー消費量ＴとしてＹ２を算出する。

トナー消費量Ｔを算出した後、制御部１０１は、第２象限において、必要循環量試算値であるＭｖを算出する。必要循環量試算値は、以下の式（２）を用いて算出される。

式（２）におけるΔＴｃは、現像剤筐体２０１の長手方向の両端部におけるトナー濃度差を示す割合であり、画像品質の許容差を示す。ΔＴｃは、画像形成条件によって設定される。例えば、ΔＴｃが０．１％である場合、図３に示す現像剤筐体２０１の左端部と右端部における濃度差が０．１％となる。

例えば、第２象限においてΔＴｃによって異なる傾きとしたグラフを設定しておくことで、制御部１０１は、算出したトナー消費量Ｔに応じた必要循環量試算値Ｍｖを算出する。

例えば、トナー消費量ＴがＹ１で、ΔＴｃが０．５％である場合、制御部１０１は、必要循環量試算値としてＺ１を算出する。また、トナー消費量がＹ２で、ΔＴｃが０．１％である場合、制御部１０１は、必要循環量試算値としてＺ２を算出する。

必要循環量試算値Ｍｖを算出した後、制御部１０１は、第３象限において、撹拌部材の回転数Ｒを算出する。撹拌部材の回転数Ｒは、以下の式（３）を用いて算出される。

式（３）におけるＲ０は、初期設定における撹拌部材の回転数であり、例えば７００ｒｐｍである。式（３）におけるＭｖ０は、初期設定における現像剤の循環量であり、例えば４６２ｇ／ｓである。式（３）におけるＭ０は、初期設定における現像剤量であり、例えば８００ｇに設定される。

例えば、第３象限において、現像剤検出部７４によって検出される現像剤量Ｍによって異なる傾きとしたグラフを設定しておくことで、制御部１０１は、必要循環量試算値Ｍｖに応じた撹拌部材の回転数Ｒを算出する。

例えば、必要循環量試算値がＺ１で、現像剤量が１０００ｇである場合、制御部１０１は、回転数としてＷ１を算出する。また、必要循環量試算値がＺ２で、現像剤量が８００ｇである場合、制御部１０１は、回転数としてＷ２を算出する。

このようにすることで、制御部１０１は、必要循環量試算値および現像剤量に基づいて撹拌部材の回転数を算出することができる。その結果、撹拌部材の回転数を適切な回転数にすることができる。

また、制御部１０１は、撹拌部材の回転数と、その駆動時間とに基づいた総回転数を記憶部７２に記憶させる。総回転数は、例えば式（４）により算出される。

式（４）におけるＴｍは、駆動時間を示している。制御部１０１は、駆動時間が長くなるにつれ、総回転数を算出し、記憶部７２における総回転数を更新していく。

記憶部７２には、例えば、図５に示すように、総回転数Ｔａｌｌと、現像装置２００の寿命とを対応付けたテーブルが記憶されている。このテーブルでは、例えば、総回転数Ｔａｌｌが４０Ｍｒｏｔである場合、寿命が１００％であることを示している。なお、寿命については、「間もなく交換」等、文字表記を総回転数に対応させても良い。

制御部１０１は、算出した総回転数に基づいて、装置の寿命に関する情報を報知する指令を出力するようにしても良い。具体的には、制御部１０１は、算出した総回転数と、テーブルとを照らし合わせて、対応する装置の寿命を選択して、装置の寿命を報知する指令を出力する。当該指令は、例えば画像形成装置１における表示部２１等に表示される。

このようにすることで、ユーザーが現像装置２００の寿命、つまり、現像装置２００の交換までの期間や交換タイミングを容易に把握することができる。

次に、画像形成装置１における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例について説明する。図６は、画像形成装置１における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図６における処理は、制御部１０１が印刷ジョブの実行指令を受け付けた際に適宜実行される。なお、撹拌部材の回転数は、初期設定となっている。

図６に示すように、制御部１０１は、画像形成条件を取得する（ステップＳ１０１）。次に、制御部１０１は、印刷を開始する（ステップＳ１０２）。そして、制御部１０１は、現像剤検出部７４の検出結果に基づいて現像剤筐体２０１内の現像剤量を検出する（ステップＳ１０３）。

現像剤量を検出したら、制御部１０１は、必要循環量試算値および現像剤量に基づいて撹拌部材の回転数を設定する（ステップＳ１０４）。その後、制御部１０１は、印刷ジョブが終了したか否かについて判定する（ステップＳ１０５）。

判定の結果、印刷ジョブが終了していない場合（ステップＳ１０５、ＮＯ）、ステップＳ１０５の処理を繰り返す。一方、印刷ジョブが終了した場合（ステップＳ１０５、ＹＥＳ）、本制御は終了する。

以上のように構成された本実施の形態では、制御部１０１が必要循環量試算値および現像剤量に基づいて撹拌部材の回転数を制御するので、現像剤筐体２０１内の現像剤量を考慮した撹拌部材の回転数に設定することができる。その結果、現像装置２００における撹拌部材の回転数を精度良く設定することができる。

また、撹拌部材の回転数を精度良く設定することで、撹拌部材の回転数が不足したり、過剰になったりすることを低減することができる。そのため、例えば撹拌部材の回転数不足に起因して現像ローラー２１０への現像剤供給量が不足して、所望の画像が形成されないことを抑制することができる。

また、撹拌部材の回転数が過剰になることに起因して撹拌部材の軸受け部等が摩耗することを抑制し、ひいては現像装置２００の長寿命化を図ることができる。その結果、現像装置２００の交換頻度を低減することができるので、現像装置２００の交換による時間のロスや現像装置２００の費用を抑制することができる。

なお、上記実施の形態では、印刷開始後に撹拌部材の回転数を設定していたが、本発明はこれに限定されず、印刷開始前に設定されていても良い。この場合、制御部１０１は、例えば、印刷終了後に現像剤量を検出して記憶部７２に記憶させる。そして、制御部１０１は、印刷開始前に記憶部７２に記憶されている現像剤量に基づいて撹拌部材の回転数を設定する。

この場合における、画像形成装置１における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例について説明する。図７は、画像形成装置１における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図７における処理は、制御部１０１が印刷ジョブの実行指令を受け付けた際に適宜実行される。

図７に示すように、制御部１０１は、画像形成条件を取得する（ステップＳ２０１）。次に、制御部１０１は、記憶部７２に記憶された現像剤量を取得する（ステップＳ２０２）。そして、制御部１０１は、撹拌部材の回転数を設定する（ステップＳ２０３）。

次に、制御部１０１は、印刷を開始する（ステップＳ２０４）。そして、制御部１０１は、印刷ジョブが終了したか否かについて判定する（ステップＳ２０５）。

判定の結果、印刷ジョブが終了していない場合（ステップＳ２０５、ＮＯ）、ステップＳ２０５の処理を繰り返す。一方、印刷ジョブが終了した場合（ステップＳ２０５、ＹＥＳ）、制御部１０１は、現像剤検出部７４による、現像剤筐体２０１の現像剤量の検出結果を取得する（ステップＳ２０６）。そして、制御部１０１は、現像剤量を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ２０７）。その後、本制御は終了する。

このような構成によれば、常時適切な撹拌部材の回転数に設定した上で、印刷を開始することができる。

また、上記実施の形態では、印刷ジョブ毎に常時撹拌部材の回転数を設定していたが、本発明はこれに限定されず、例えば、制御部１０１が、１つの印刷ジョブにおける印刷枚数に応じて、撹拌部材の回転数を変更するか否かについて判定しても良い。

具体的には、制御部１０１は、１つの印刷ジョブにおける印刷枚数が所定枚数（例えば、１０枚）以上である場合、撹拌部材の回転数を変更すると判定する。

この場合における、画像形成装置１における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例について説明する。図８は、画像形成装置１における撹拌部材の回転数制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図８における処理は、制御部１０１が印刷ジョブの実行指令を受け付けた際に適宜実行される。

図８に示すように、制御部１０１は、画像形成条件を取得する（ステップＳ３０１）。次に、制御部１０１は、印刷ジョブにおける印刷枚数が所定枚数以上であるか否かについて判定する（ステップＳ３０２）。

判定の結果、印刷枚数が所定枚数未満である場合（ステップＳ３０２、ＮＯ）、処理はステップＳ３０５に遷移する。一方、印刷枚数が所定枚数以上である場合（ステップＳ３０２、ＹＥＳ）、制御部１０１は、記憶部７２に記憶された現像剤量を取得する（ステップＳ３０３）。そして、制御部１０１は、撹拌部材の回転数を設定する（ステップＳ３０４）。

次に、制御部１０１は、印刷を開始する（ステップＳ３０５）。そして、制御部１０１は、印刷ジョブが終了したか否かについて判定する（ステップＳ３０６）。

判定の結果、印刷ジョブが終了していない場合（ステップＳ３０６、ＮＯ）、ステップＳ３０６の処理を繰り返す。一方、印刷ジョブが終了した場合（ステップＳ３０６、ＹＥＳ）、制御部１０１は、現像剤検出部７４による、現像剤筐体２０１の現像剤量の検出結果を取得する（ステップＳ３０７）。そして、制御部１０１は、現像剤量を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ３０８）。その後、本制御は終了する。

このような構成によれば、印刷枚数が多い場合のみに撹拌部材の回転数を変更するので、回転数を変更しない場合における制御を簡素化することができる。なお、本制御におけるステップＳ３０２の処理は、図６に示すような、印刷開始後に回転数を設定する動作例にも適用可能である。

また、ステップＳ３０７（図７の場合、ステップＳ２０６）において現像剤量を検出する際、撹拌部材の回転数を初期設定に戻した上で、現像剤量を検出しても良い。ステップＳ３０４（図７の場合、ステップＳ２０３）で設定した回転数で現像剤量を検出した場合、場合によっては回転数が過剰になり、正確に現像剤量を検出できない可能性がある。そのため、撹拌部材の回転数を初期設定に戻して現像剤量を検出することで、現像剤量を正確に検出することができる。

また、上記実施の形態では、現像剤筐体２０１内の現像剤量を現像剤検出部７４により検出していたが、本発明はこれに限定されず、制御部１０１が例えば、式（５）により現像剤量を算出しても良い。

式（５）におけるΔＴｃは、画像形成条件ではなく、実際に形成された実画像の濃度に基づく値である。実画像の濃度は、例えば、中間転写ベルト４２１の長手方向の両端部のそれぞれに設けられた濃度検出部７６の検出結果に基づいて算出される。式（５）におけるＲは、そのときに設定されている撹拌部材の回転数である。中間転写ベルト４２１は、本発明の「像担持体」に対応する。

制御部１０１は、現像剤量を算出する場合、例えば、画像間においてパッチ画像を形成するように画像形成部４０を制御する。そして、各濃度検出部７６が画像間で形成されるパッチ画像の濃度情報（現像剤筐体２０１内の現像剤量に関するパラメーター）を検出する。濃度検出部７６は、本発明の「検出部」に対応する。

制御部１０１は、当該濃度情報の差分に基づいてΔＴｃ（パッチ画像の長手方向における濃度傾斜）を算出して、当該ΔＴｃを式（５）に代入して、現像剤量を算出する。制御部１０１は、算出した現像剤量を用いて撹拌部材の回転数を算出する。

このような構成であっても、撹拌部材の回転数を正確に算出することができる。また、制御部１０１は、用紙Ｓに形成した実画像に基づいてΔＴｃを算出しても良い。この実画像は、用紙Ｓの有効画像領域外に形成されたパッチ画像である。有効画像領域外とは、例えば、用紙Ｓ上における裁断等で廃棄するような領域である。この場合、検出部は、例えば用紙Ｓに形成された画像の濃度情報を検出可能なものであれば、どのようなものであっても良い。

また、パッチ画像を形成するタイミングは、どのタイミングでも良く、例えば、所定枚数毎であっても良い。

また、パッチ画像を形成して回転数を算出する場合、制御部１０１は、装置の電源投入時や、ユーザーの指令があった時等の所定の条件で、所定のプロセス条件に設定して撹拌部材の回転数を算出するようにしても良い。所定のプロセス条件は、例えば撹拌部材の回転数が７００ｒｐｍ、画像のカバレッジが１００％、印刷枚数が、ＰＰＭが１００枚／分での１０枚程度である。

この場合における、画像形成装置１における撹拌部材の回転数の算出制御を実行するときの動作例について説明する。図９は、画像形成装置１における撹拌部材の回転数の算出制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図９における処理は、上記の所定の条件で適宜実行される。

図９に示すように、制御部１０１は、所定のプロセス条件で設定されている回転数に、撹拌部材の回転数を設定する（ステップＳ４０１）。次に、制御部１０１は、パッチ画像を形成するように画像形成部４０を制御する（ステップＳ４０２）。

次に、制御部１０１は、パッチ画像の濃度情報を取得する（ステップＳ４０３）。そして、制御部１０１は、当該濃度情報に基づいてΔＴｃを算出して、現像剤量を算出する（ステップＳ４０４）。現像剤量を算出した後、制御部１０１は、算出した現像剤量を用いて撹拌部材の回転数を算出する（ステップＳ４０５）。その後、本制御は終了する。

なお、図９に示すフローチャートは、パッチ画像を形成して回転数を算出する場合のどのパターンに適用しても良い。

また、上記実施の形態では、撹拌部材の回転数を算出していたが、本発明はこれに限定されず、例えば、制御部１０１が必要循環量試算値および現像剤量と、撹拌部材の回転数とを関連付けたテーブルを用いて回転数を決定しても良い。当該テーブルの一例は、例えば図１０に示すようなテーブルであり、例えば記憶部７２に記憶されている。

図１０では、画像形成条件として、ＰＰＭが１００枚／分、ｍが４ｇ／ｍ^２、ｋが９０％、ΔＴｃが０．１％である。また、ＣＷが１０％～１００％の間で１０％毎に、必要循環量試算値の算出結果が記載されている。

また、現像剤量Ｍとしては、８００ｇ、１０００ｇ、１２００ｇの３つが記載されている。そして、各必要循環量試算値と各現像剤量とに対応する撹拌部材の回転数がそれぞれ記載されている。

このようにすることで、例えば、ＣＷが８０％で、現像剤量が１０００ｇである場合、ＣＷ８０％に対応する必要循環量試算値である３７０ｇ／ｓと、現像剤量である１０００ｇと、が関連付けられた回転数である、４４８ｒｐｍを制御部１０１が選択する。

このように、各条件に当てはまる撹拌部材の回転数を制御部１０１がテーブルを参照して選択することで、その都度、回転数を算出する処理を省略できるので、制御を簡素化することができる。

また、撹拌部材の回転数は、下限値が設定されていても良い。撹拌部材の回転数が過剰に小さい回転数に設定された場合、現像剤筐体２０１内の現像剤の撹拌されにくくなる。

そのため、制御部１０１は、撹拌部材による現像剤筐体２０１内による撹拌程度に基づいて撹拌部材の回転数の下限値を設定する。例えば、図１１に示すテーブルにおいては、回転数の下限値として３５０ｒｐｍが設定されている。図１１では、画像形成条件や必要循環量試算値は、図１０に示すテーブルと同様である。

図１１では、網掛け部分の回転数が、図１０では、３５０未満の数字となるので、全て３５０に設定されている。

このようにすることで、一定の撹拌レベルを維持することができるので、現像剤筐体２０１内の現像剤の循環量を所望のレベルに維持することができる。

また、この下限値は、画像形成条件に応じて変更されても良い。例えば、ΔＴｃが比較的緩い条件（ΔＴｃが大きくなる条件）に設定されている場合、撹拌部材の撹拌の程度を多少緩く設定しても、十分な撹拌量を得られる。

しかし、下限値がある一定の値に固定されていると、常時下限値以上の撹拌部材の回転数となるので、撹拌部材の軸受け部分の耐久性に影響する可能性がある。

そのため、制御部１０１は、画像形成条件に応じて撹拌部材の回転数の下限値を画像形成条件に応じて変更する。制御部１０１は、画質のレベルが低くなる（ΔＴｃが大きくなる）につれ、下限値を小さくするように変更しても良い。

例えば、図１２に示すテーブルでは、画像形成条件として、ＰＰＭ、ｍ、ｋについては、図１０に示すテーブルと同じであるが、ΔＴｃが０．１５％であり、図１０に示すテーブルよりも大きく設定されている。なお、図１２に示す必要循環量試算値および現像剤量（網掛けがない部分）については、ΔＴｃの値が図１０に示すテーブルと異なるため、図１０に示すテーブルとは異なる値となっている。

そのため、図１２に示すテーブルでは、回転数の下限値が、図１１に示すテーブルの下限値より小さい２５０に設定されている（網掛け部分参照）。

このようにすることで、撹拌性を保ちつつ、装置の耐久性を向上させることができる。

なお、図１０～図１２に示すテーブルは、予め上記の式によって算出された値に基づいて作成されても良いし、画像形成条件が設定される毎に算出された値に基づいて、その都度作成されても良い。また、当該テーブルは更新可能であっても良い。

また、上記実施の形態では、画像のカバレッジを画像形成条件より取得していたが、本発明はこれに限定されず、例えば濃度検出部７６の検出結果に基づく値であっても良い。

また、上記実施の形態では、現像剤検出部７４が現像剤筐体２０１内の現像剤の液面を検出する構成であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、現像剤検出部７４としてキャリアーを検出可能な磁気センサーが含まれていても良い。磁気センサーは、現像剤に直接接触するように設けられていても良いし、現像剤筐体２０１の外側に設けられていても良い。

また、上記実施の形態では、補給部７５がトナーおよびキャリアーを補給可能な構成であったが、本発明はこれに限定されず、トナーのみを補給する補給部と、キャリアーのみを補給する補給部とが設けられていても良い。

また、上記実施の形態では、制御部１０１が必要循環量試算値を算出していたが、本発明はこれに限定されず、別の装置が算出した必要循環量試算値を取得しても良い。

また、上記実施の形態では、制御部１０１が現像剤量を算出または決定していたが、本発明はこれに限定されず、別の装置が算出または決定した現像剤量を取得しても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 画像形成装置
７４ 現像剤検出部
７５ 補給部
１０１ 制御部
２００ 現像装置
２０１ 現像剤筐体
２０２ 第１撹拌部材
２０３ 第２撹拌部材
２１０ 現像ローラー
２４０ 現像剤排出部

Claims (16)

1. トナーおよびキャリアーを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に供給する前記現像剤を収容する現像剤筐体と、
   前記現像剤筐体内の循環路で前記現像剤を循環、撹拌させる撹拌部材と、
   前記現像剤筐体内の現像剤量に関するパラメーターを検出する検出部と、
   前記現像剤筐体内における前記現像剤の必要循環量試算値と、前記現像剤筐体内の現像剤量とを用いた演算式によって、前記撹拌部材の回転数を算出する制御部と、
   を備える画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記必要循環量試算値および前記現像剤量と、前記回転数とを関連付けたテーブルを用いて、前記回転数を決定する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記必要循環量試算値および前記現像剤量に基づいて前記回転数を算出する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記検出部の検出結果を用いて前記回転数を制御する、
   請求項１～３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記検出部は、前記現像剤筐体内の前記現像剤の液面を検出し、
   前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記現像剤量を決定する、
   請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記検出部は、画像の濃度情報を検出し、
   前記制御部は、前記濃度情報に基づく濃度傾斜を用いて前記現像剤量を算出する、
   請求項４に記載の画像形成装置。
7. 前記現像剤担持体からのトナーが供給される像担持体を備え、
   前記検出部は、前記像担持体上のトナー濃度を検出する、
   請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記検出部は、記録媒体に形成された画像の濃度情報を検出する、
   請求項６に記載の画像形成装置。
9. 前記検出部は、画像間で形成されるパッチ画像の情報を検出する、
   請求項６～８の何れか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記検出部は、所定の条件で記録媒体に形成される画像の情報を検出する、
    請求項６～８の何れか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記制御部は、１つの印刷ジョブにおける印刷枚数に応じて、前記回転数を変更するか否かについて判定する、
    請求項１～１０の何れか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記制御部は、前記撹拌部材による前記現像剤筐体内による撹拌程度に基づいて前記回転数の下限値を設定する、
    請求項１～１１の何れか１項に記載の画像形成装置。
13. 前記制御部は、画像形成条件に応じて前記下限値を変更する、
    請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記制御部は、
    前記回転数と、前記撹拌部材の駆動時間とに基づいた前記撹拌部材の総回転数を算出し、
    前記総回転数に基づいて装置の寿命に関する情報を報知する指令を出力する、
    請求項１～１３の何れか１項に記載の画像形成装置。
15. 少なくとも前記キャリアーを前記現像剤筐体に補給する補給部と、
    前記現像剤筐体内の前記現像剤を排出する排出部と、
    を備える、
    請求項１～１４の何れか１項に記載の画像形成装置。
16. 前記制御部は、画像形成条件に基づいて、前記必要循環量試算値を決定する、
    請求項１～１５の何れか１項に記載の画像形成装置。

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