WO2015178506A1 - 画像形成装置 - Google Patents

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WO2015178506A1
WO2015178506A1 PCT/JP2015/065489 JP2015065489W WO2015178506A1 WO 2015178506 A1 WO2015178506 A1 WO 2015178506A1 JP 2015065489 W JP2015065489 W JP 2015065489W WO 2015178506 A1 WO2015178506 A1 WO 2015178506A1
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humidity
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developing
screw
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淳志 松本
京佑 髙橋
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キヤノン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, and a multifunction machine having a plurality of these functions.
  • an electrostatic latent image formed on a photosensitive drum as an image carrier is developed as a toner image by a developer containing toner and a carrier.
  • the toner and the carrier are frictionally charged by rotating the conveying screw and conveying the developer while stirring in the circulation path in the developing container.
  • the carrier that is not consumed by the image formation continues to circulate while receiving friction in the developing container, so that the charging performance of the carrier gradually decreases.
  • a developing device configured such that a circumferential or outward radial force acting on the developer by rotation of a conveying screw in a region facing the developer discharge port is smaller than in other regions. It has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-112238). Specifically, a configuration in which the blades of the conveying screw in a region facing the developer discharge port are made smaller or a blade is omitted is shown.
  • the present invention has been invented to appropriately discharge the developer with a configuration in which the developer conveying capacity of the conveying screw in the region facing the discharge port is low.
  • an image carrier a developing device for developing a latent image formed on the image carrier, a developer container containing a developer, and a developer in the developer container
  • a developing device comprising: a conveying screw that conveys the developer; and a discharge port that is provided on a side surface of the developing container so as to face the conveying screw and discharges excess developer in the developing container;
  • a replenishing device for replenishing the developer to the container, a driving device for rotationally driving the conveying screw, an acquisition unit for acquiring information on the charge amount of the developer, and a control unit for controlling the driving device
  • the conveying screw is formed so that an outer diameter of a first region including a portion facing the discharge port is smaller than an outer diameter of a second region adjacent to the first region, and the control unit Based on the information of the acquisition unit, the case where the charge amount of the developer corresponds to the second charge amount lower than the first charge amount than the case where the charge amount of the developer corresponds to the first charge amount,
  • the driving speed of the conveying screw is controlled to be high in a state where the charge amount at which the developer fluidity is high is low, the developer fluidity is high and the developer is in the vicinity of the discharge port. Even if it is difficult to stay in the developer, the developer can be discharged properly by raising the surface of the developer.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the developing device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing the same configuration.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a conveying screw in the vicinity of a discharge port of the developing device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another three examples of the conveying screw in the vicinity of the discharge port of the developing device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing the discharge characteristic of the developer from the discharge port.
  • FIG. 7 is a schematic view showing the developer surface of the developer near the discharge port.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the developing device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing the same configuration.
  • FIG. 8A is a schematic diagram showing the developer surface near the discharge port when the developer has low fluidity, and FIG. 8B when the developer has high fluidity.
  • FIG. 9 is a control block diagram of the image forming apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart of control when starting up the developing device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a change in the developer amount in the developing container with respect to the developer humidity of each image DUTY in the comparative example of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a change in the developer amount in the developing container with respect to the developer humidity of each image DUTY in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a control block diagram of the image forming apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart of control when starting up the developing device according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a change in the amount of developer in the developing container with respect to the developer humidity of each image DUTY in Example 2 of the present invention.
  • FIG. 16 is a control block diagram of the image forming apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a flowchart of control when starting up the developing device according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram showing a change in the developer amount in the developing container with respect to the developer humidity of each image DUTY in Example 3 of the present invention.
  • FIG. 19 is a flowchart of control at the start-up of the developing device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a change in the amount of developer in the developing container with respect to the developer humidity of each image DUTY in Example 2 of the present invention.
  • FIG. 16 is a control block diagram of the image forming apparatus according to the
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of a developing device of a first example of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view of a second example of the developing device according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the image forming apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. [Image forming apparatus]
  • the image forming apparatus 100 of the present embodiment is a full-color image forming apparatus that employs an electrophotographic system, and includes four image forming units P (Pa, Pb, Pc, Pd).
  • Each of the image forming units Pa to Pd includes a drum-shaped electrophotographic photosensitive member that rotates in an arrow direction (counterclockwise) as an image carrier, that is, a photosensitive drum 1 (1a, 1b, 1c, 1d).
  • a charger 2 (2a, 2b, 2c, 2d)
  • a developing device 4 (4a, 4b, 4c, 4d)
  • a primary transfer roller 6 (6a, 6b, 6c, 6d
  • a cleaning device 19 (19a, 19b, 19c, 19d) and the like.
  • a laser beam scanner 3 (3a, 3b, 3c, 3d) as an exposure unit is disposed above the photosensitive drum 1 in FIG.
  • the photosensitive drum 1 is uniformly charged by a charger 2 as a charging unit.
  • the uniformly charged photosensitive drum 1 is subjected to scanning exposure by the laser beam scanner 3 using laser light modulated by an image signal.
  • the laser beam scanner 3 incorporates a semiconductor laser, and this semiconductor laser is controlled in response to an original image information signal output from an original reading apparatus having a photoelectric conversion element such as a CCD, and emits laser light.
  • the surface potential of the photosensitive drum 1 charged by the charger 2 changes in the image portion, and an electrostatic latent image is formed on the photosensitive drum 1.
  • This electrostatic latent image is reversely developed with toner by a developing device 4 as a developing means to form a visible image, that is, a toner image.
  • the developing device 4 uses a two-component contact developing system that uses a developer in which toner and a carrier are mixed as a developer.
  • an intermediate transfer belt 5 constituted by an endless belt as an intermediate transfer member is disposed below each image forming portion Pa, Pb, Pc, Pd.
  • the intermediate transfer belt 5 is suspended by rollers 61, 62, 63 and is movable in the direction of the arrow.
  • the toner image on the photosensitive drum 1 is once transferred to the intermediate transfer belt 5 by a primary transfer roller 6 as a primary transfer unit.
  • toner images of four colors of yellow, magenta, cyan, and black are superimposed on the intermediate transfer belt 5 to form a full color image. Further, the toner remaining without being transferred onto the photosensitive drum 1 is collected by the cleaning device 19.
  • the full-color image on the intermediate transfer belt 5 is taken out from the cassette 12 and transferred to a recording material (sheet material) S such as paper or sheet that has advanced via the feeding roller 13 and the guide 11 as a secondary transfer means. Transfer is performed by the action of the secondary transfer roller 10. The toner remaining on the surface of the intermediate transfer belt 5 without being transferred is collected by the intermediate transfer belt cleaning device 18.
  • the recording material S to which the toner image has been transferred is sent to a fixing device 16 as a fixing unit, and the toner image is fixed to the recording material S by being heated and pressurized.
  • the recording material S on which the toner image is fixed is discharged to the discharge tray 17.
  • the photosensitive drum 1 that is a drum-shaped organic photosensitive member that is normally used is used as the image carrier.
  • an inorganic photosensitive member such as an amorphous silicon photosensitive member can also be used. It is also possible to use a belt-like photoreceptor.
  • the charging method, transfer method, cleaning method, and fixing method are not limited to the above methods.
  • the developing device 4 includes a developing container 22 in which a two-component developer containing toner and a carrier as a developer is accommodated.
  • the developing container 22 includes a developing sleeve 28 as a developer carrying member and a regulating blade 29 that regulates the ears of the developer carried on the developing sleeve 28.
  • the interior of the developing container 22 is divided into a developing chamber 23 and an agitating chamber 24 by a partition wall 27 having a substantially central portion extending in a direction perpendicular to the paper surface, and the developer is accommodated in the developing chamber 23 and the agitating chamber 24. Has been.
  • first and second conveying screws 25 and 26 are arranged as developer conveying members, respectively.
  • the first conveying screw 25 is disposed substantially parallel to the bottom of the developing chamber 23 along the axial direction of the developing sleeve 28. Then, the developer rotates in the direction indicated by the arrow (clockwise direction) to supply the developer in the developing chamber 23 to the developing sleeve, and the developer is conveyed in one direction along the axial direction.
  • the second conveying screw 26 is disposed substantially in parallel with the first conveying screw 25 at the bottom in the stirring chamber 24. Then, the developer after being rotated and rotated in the opposite direction (counterclockwise) to the first conveying screw 25 is collected, and the developer in the stirring chamber 24 is opposite to the first conveying screw 25. Transport in the direction. As described above, the developer is transported by the rotation of the first and second transport screws 25, 26, so that the developer passes through the openings (that is, communication portions) 11, 12 at both ends of the partition wall 27, Cycled between.
  • the developing sleeve 28 is rotationally driven by a first driving motor M1, and the first and second conveying screws 25 and 26 are rotationally driven by a second driving motor M2 as a driving means.
  • both of these motors are DC motors, and the steady state driving rotational speed during image formation is the first driving motor M1: 300 [rpm] (the second driving motor M2 will be described later).
  • the first drive motor M1 is directly connected to the developing sleeve 28, and the second drive motor M2 is directly connected to the first conveying screw 25. Furthermore, the first conveying screw 25 and the second conveying screw 26 are driven and transmitted by gears at a ratio of 1: 1.07.
  • the developing sleeve 28 can be rotated so that the developing sleeve 28 is partially exposed in the direction of the photosensitive drum 1. It is arranged.
  • the rotation speed of the developing sleeve 28 is set to 300 rpm and the diameter is set to 20 mm
  • the photosensitive drum 1 is set to a rotation speed of 120 rpm and the diameter is set to 30 mm.
  • the closest region between the developing sleeve 28 and the photosensitive drum 1 is set so that development can be performed in contact with the photosensitive drum 1. ing.
  • the developing sleeve 28 is made of a non-magnetic material such as aluminum or stainless steel, and a magnet roller 28m as a magnetic field means is installed in a non-rotating state therein.
  • a developing sleeve 28 rotates in the direction of the arrow shown in the figure (counterclockwise) during development, and carries a two-component developer whose layer thickness is regulated by the cutting of the magnetic brush by the regulating blade 29, and this is photosensitive.
  • the toner is conveyed to a developing area facing the drum 1. Then, a developer is supplied to the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1 to develop the electrostatic latent image with toner.
  • the regulation blade 29, which is the ear cutting member, is composed of a nonmagnetic member 29a formed of plate-like aluminum or the like extending along the longitudinal axis of the developing sleeve 28, and a magnetic member 29b such as an iron material. Yes. Further, by adjusting the gap between the regulating blade 29 and the surface of the developing sleeve 28, the amount of developer conveyed to the developing region is adjusted. In the present embodiment, the amount of developer coat per unit area on the developing sleeve 28 is regulated to 30 mg / cm 2 by the regulating blade 29.
  • the gap between the regulating blade 29 and the developing sleeve 28 is set to 200 to 1000 ⁇ m, preferably 300 to 700 ⁇ m. In this embodiment, it is set to 400 ⁇ m. [Developer]
  • the toner includes colored resin particles containing a binder resin, a colorant, and other additives as necessary, and colored particles to which an external additive such as colloidal silica fine powder is externally added.
  • the toner is a negatively chargeable polyester resin, and the volume average particle size is preferably 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. More preferably, it is 8 ⁇ m or less.
  • the carrier for example, surface-oxidized or non-oxidized iron, nickel, cobalt, manganese, chromium, rare earth and other metals and their alloys, or oxide ferrite can be preferably used.
  • the method for producing the particles is not particularly limited.
  • the carrier has a weight average particle diameter of 20 to 60 ⁇ m, preferably 30 to 50 ⁇ m, and a resistivity of 10 7 ⁇ cm or more, preferably 10 8 ⁇ cm or more. In this embodiment, 10 8 ⁇ cm is used.
  • a hopper 31 for storing a two-component developer for replenishment in which toner and a carrier are mixed is disposed on the upper part of the developing device 4.
  • the hopper 31 constituting the replenishing means includes a replenishing screw 32 as a screw-like conveying member at a lower portion, and one end of the replenishing screw 32 extends to the position of the developer replenishing port 30 provided at the front end portion of the developing device 4. Yes.
  • the toner consumed by the image formation passes through the developer supply port 30 from the hopper 31 and is supplied to the developing container 22 by the rotational force of the supply screw 32 and the gravity of the developer. In this way, the replenishment developer is supplied from the hopper 31 to the developing device 4.
  • the replenishment amount of the replenishment developer is roughly determined by the number of rotations of the replenishment screw 32 that is a conveying member. This number of rotations is determined by a toner replenishment amount control unit (not shown).
  • a toner replenishment amount control method there are a method of optically or magnetically detecting the toner density of a two-component developer, a method of developing a reference latent image on the photosensitive drum 1 and detecting the density of the toner image, and the like. Since it is known, any method can be selected as appropriate. [Developer discharge]
  • the developer container 22 has a discharge port 40 for discharging the developer at a predetermined height position.
  • a discharge port 40 is provided outside the developing sleeve installation area on the downstream side in the developer transport direction of the developing chamber 23, and the developer is discharged from the discharge port 40.
  • the developer in the developing device 4 is increased by the developer replenishment process as described above, the developer is discharged so as to overflow from the discharge port 40 according to the increase amount.
  • the position of the discharge port 40 in the developer transport direction is upstream of the position of the developer supply port 30 in the developer transport direction. This is to prevent the replenished new developer from being discharged immediately.
  • the height position of the discharge port 40 is set so that the amount of developer in the developer container 22 becomes an appropriate amount in consideration of the developer discharge characteristic described later.
  • the first conveying screw 25 of the developing chamber 23 in which the discharge port 40 is formed is part of a blade 25b formed in a spiral around the rotation shaft 25a. It is formed by cutting away. That is, only the rotating shaft 25a exists and the blade
  • the blade 25b exists in the second region ⁇ adjacent to the first region ⁇ .
  • the developer conveying capability in the first region ⁇ of the first conveying screw 25 is made lower than the developer conveying capability in the second region ⁇ .
  • the rotation shaft 25a exists in the first region ⁇ , and the blades 25b exist in the second region ⁇ . Therefore, the outer diameter (rotation) of the first region ⁇ of the first conveying screw 25 is reduced.
  • the outer diameter of the shaft 25a is smaller than the outer diameter of the second region (the diameter of the circumscribed circle of the blade 25b).
  • the developer since the developer is hardly transported in the first region ⁇ by this configuration, the developer stays in the vicinity of the discharge port 40, and the developer level is raised to discharge the developer. It is discharged from the outlet 40.
  • the length of the 1st field alpha part which notched blade 25b of the 1st conveyance screw 25 was 14 mm
  • the length of the screw axis direction of outlet 40 was 10 mm.
  • the center of the first region ⁇ in the screw axis direction coincides with the center of the discharge port 40 in the screw axis direction.
  • the position of the first region ⁇ portion and the outlet 40 in the screw axis direction do not have to be exactly the same, and either may be longer as long as the length is substantially the same.
  • it is preferable that the positional relationship between the two is matched and the first region ⁇ is longer than the discharge port 40 as in the present embodiment.
  • a part of the blades of the screw is notched so that the developer conveying ability in the first region is lower than the developer conveying ability in the second region.
  • the transfer capability can be changed by appropriately adjusting the outer diameter, pitch, angle, etc. of the blades in addition to cutting out the blades in this way.
  • the outer diameter of the blade formed spirally around the rotation axis of the conveying screw may be formed so that the first region is smaller than the second region.
  • members 41a, 41b, 41c whose outer diameter is smaller than the blades formed in the second region may be installed in the first region.
  • the member 41a shown in FIG. 5A is a rectangular rib extending radially from the rotating shaft 25a.
  • the member 41b in FIG. 5 (b) is a rib whose cross-sectional shape is substantially elliptical and whose rib cross-section gradually becomes narrower from the root of the rotating shaft 25a to the tip.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the rotation shaft 25a has the same phase and the same shape along the rotation shaft 25a.
  • the member 41c shown in FIG. 5C is a rib that is rectangular and is installed at a slight angle with respect to the rotation shaft 25a.
  • FIG. 6 shows a graph of developer discharge characteristics in this embodiment.
  • the developer discharge characteristic is a developer discharge amount per unit time when the developer amount in the developer container 22 is a variable.
  • the amount of developer in the developer container 22 is determined by balancing the difference between the discharge amount per unit time, the replenishment amount replenished to the developer container 22 per unit time, and the toner amount used for development. That is, the amount of developer in the developing container 22 is indicated by the amount of developer indicated by the intersection a of the minimum supply amount per unit time and the discharge characteristic line, and the intersection b of the maximum supply amount per unit time and the discharge characteristic line. Values between developer amounts can be roughly taken. In other words, this intersection is the point where the developer amount balances between the minimum supply and the maximum supply.
  • the developer discharge characteristics can be measured as follows. With the developing sleeve 28 and the first and second conveying screws 25 and 26 driven at desired peripheral speeds, the developer is put into the developing container 22 until the developer is uniformly coated on the developing sleeve 28. The developing sleeve 28, the first and second conveying screws 25, 26 are driven at a desired peripheral speed (usually 1 or 2 minutes) until the developer circulation in the developing container 22 reaches a steady state. When the coating on the developing sleeve 28 becomes uniform, the developer is gradually put into the developing container 22 from the developer supply port 30, and the discharge amount per unit time at that time is measured. In this embodiment, the developer discharge amount per unit time was measured by adding the developer in 10 g increments and measuring the discharge amount for 30 seconds.
  • the blade 25b is removed in the first region ⁇ including the facing portion of the discharge port 40 of the first conveying screw 25, so that the second region upstream of the developer conveying direction in the first region ⁇ .
  • the developer conveyance performance is lowered with respect to the region ⁇ .
  • the developer is retained in the area where the conveyance performance is lowered, and thereby the developer surface is raised, thereby suppressing the jumping of the developer and at the same time realizing the discharge dependent on the agent surface. It is said.
  • FIG. 8A shows a case where the developer charge amount is high and the developer fluidity is low
  • FIG. 8B shows a case where the developer charge amount is low and the developer fluidity is high.
  • the developer surface behavior in a region facing the outlet 40 is shown.
  • the solid line arrow in the figure represents the developer conveyance speed at that point. That is, the longer the length of the solid arrow, the faster the conveyance speed.
  • a broken arrow indicates the degree of increase in the developer level in the region facing the discharge port 40. The longer the arrow, the greater the degree of increase.
  • FIG. 8A when the developer charge amount is high and the developer fluidity is low, the developer conveyance speed in the area facing the discharge port 40 and the conveyance speed in the upstream area are shown. The developer is greatly decelerated and stays in a region facing the discharge port 40. As a result, the surface of the developer rises and the developer discharge is promoted.
  • FIG. 8B when the developer charge amount is low and the developer fluidity is high, the speed difference is small, and the force for conveying the developer in the region facing the discharge port is small. Even if it becomes lower, the developer hardly decelerates. Therefore, the developer surface does not rise and the developer discharge is suppressed.
  • the main cause is that the force transmitted from the wall surface of the developer container 22 to the developer surface layer is reduced in the developer, and the ability to deform the developer shape is reduced. That is, the toner in the developer exists in a state of being attracted to the carrier by electrostatic force by being charged. Toners and carriers have the same polarity, and toner and carrier have different polarities. The carrier is attracted to another carrier through the toner while receiving a repulsive force by another carrier, and similarly, the toners repel each other while being attracted to each other via the carrier.
  • the electrostatic force which is the suction force in this way
  • the developer deviates from the motion according to gravity (that is, the fluidity is high).
  • the developer is found by the electrostatic force and decreases in fluidity.
  • the smaller the electrostatic force that is, the lower the charge amount of the developer, the less the movement according to the gravity is found and the higher the fluidity of the developer.
  • the force received by the surface layer of the developer from the wall surface of the developing container 22 is also small.
  • the developer discharge amount and the developer replenishment amount continue to increase until the balance is reached, and the developer balance agent amount and the developer overflow limit agent amount are increased.
  • the drive speed (screw rotation speed) of the first conveying screw 25 is controlled based on the information. That is, based on the information of the acquisition unit, the case where the charge amount of the developer corresponds to the second charge amount lower than the first charge amount than the case where the charge amount of the developer corresponds to the first charge amount is the first.
  • the driving speed for driving the first conveying screw 25 by the second driving motor M2 is increased.
  • the humidity of the developer is detected as information on the charge amount of the developer. For this purpose, as shown in FIG.
  • the image forming apparatus includes a CPU 50 as a control unit, a memory 51 as a storage unit, a counter 52 that counts the number of formed images, an acquisition unit, and a humidity as a humidity detection unit.
  • a detection unit 53 is included.
  • the first drive motor M1 that drives the developing sleeve 28 and the second drive motor M2 that drives the first conveying screw 25 are controlled by the CPU 50, respectively.
  • the reason why the humidity is used as a parameter is that the charge amount of the developer depends on the humidity of the developer. That is, if the developer humidity increases, the developer charge amount tends to decrease, and if the developer humidity decreases, the developer charge amount tends to increase.
  • the driving speed of the first conveying screw 25 is controlled while maintaining the rotation speed ratio of the first and second screws 25 and 26 related to the developer circulation. That is, even when the rotational speed of the first conveying screw 25 facing the discharge port 40 is changed, only the discharge performance near the discharge port 40 is maintained without changing the developer delivery efficiency between the screws 25 and 26. To control. As a result, the developer discharge can be improved without largely degrading the entire developer circulation.
  • the screw rotation speed ratio related to the developer circulation may be changed because it can be regarded as substantially constant as long as the difference is about ⁇ 1% of the screw rotation speed.
  • the first and second conveying screws 25 and 26 are connected to each other by gears so that the rotation speed ratio is maintained.
  • the humidity detector 53 detects information (humidity information) related to the humidity of the developer.
  • it has the moisture sensor 54 as a moisture detection means, the temperature sensor 55 as a temperature detection means, and the calculation part 56 as a calculation means.
  • the moisture amount sensor 54 detects the moisture amount outside the image forming apparatus.
  • the moisture sensor 54 is installed outside the apparatus main body.
  • the temperature sensor 55 detects the temperature in the developing container.
  • the temperature sensor 55 is installed in the developing container 22.
  • the calculation unit 56 calculates the humidity of the developer from the relationship between the temperature detected by the temperature sensor 55 and the moisture amount detected by the moisture amount sensor 54.
  • the calculation unit 56 stores a table in which the relationship between the temperature, the amount of moisture and the humidity is set, a calculation formula for obtaining the humidity from the relationship between the temperature and the amount of moisture, and the like. Can be calculated. Note that the calculation of the calculation unit 56 may be performed by the CPU 50. Further, the table and the calculation formula may be stored in the memory 51.
  • information on the humidity detected by the humidity detection unit 53 is stored in the memory 51.
  • the drive speed of the first conveying screw 25 is controlled by input of an image forming job when the developing device 4 is started up, that is, when the first and second drive motors M1 and M2 are driven off. This is performed when the driving of each of the motors M1 and M2 is turned on.
  • a table as shown in Table 1 of the memory 51 is stored. Then, when the developing device 4 is started up (at the timing of switching from OFF to ON or immediately before), the CPU 50 reads out the humidity information at that time from the memory 51, and from the table of Table 1 based on the humidity information, The drive speed (screw rotation speed) of the conveying screw 25 is determined.
  • three tables are set as shown in Table 1, and each table can be selected by a user or the like in the service mode.
  • Table 2 is the initial setting.
  • the screw rotation speed (unit: “rpm”) is set for the developer humidity (relative humidity).
  • the table 1 is a mode in which the screw rotation speed is not changed regardless of the humidity of the developer.
  • Tables 2 and 3 when the humidity of the developer is the first humidity (for example, 15% or less), when the second humidity is higher than the first humidity (for example, greater than 15%).
  • the screw rotation speed is set to be higher. That is, the screw rotation speed is faster when the humidity information detected by the humidity detection unit 53 corresponds to the second humidity higher than the first humidity than when the humidity information corresponds to the first humidity. To do.
  • the humidity information used for the screw rotation speed is updated by a command from the CPU 50 at a predetermined timing.
  • the predetermined timing includes when the image forming apparatus is turned on, when an image forming job starts, when a predetermined time elapses, etc.
  • information on humidity is updated when a predetermined number of images are formed.
  • the counter 52 counts the number of images to be formed. If the value counted by the CPU 50 with the counter 52 when the developing device 4 is started is equal to or larger than the predetermined number, the humidity information stored in the memory 51 is updated. . Then, the screw rotation speed is controlled based on the humidity information.
  • the number of images formed (number of printed sheets) C (n) at that time is read from the memory 51 and compared with the number of printed sheets Ch whose previous screw rotation speed has been changed by humidity (S1). If C (n) -Ch is 300 sheets or more (Y in S1), the developer humidity at that time is read from the memory 51 and is set as the developer humidity H used for screw rotation speed control (S2). The developer humidity is calculated for each print and stored in the memory 51. Thereafter, the number of printed sheets C (n) at that time is set to the number Ch of the most recent screw rotation speed change (S3), and development driving is started using the developer humidity H stored in the memory 51 (S4).
  • the screw rotation speed at developer humidity H is read from the table in Table 1, and the drive of the developing device 4 is started at the screw rotation speed.
  • the difference from the number of printed sheets Ch in which the previous screw rotation speed is changed by humidity is less than 300 sheets in S1 (N in S1), the development drive is started using the previous developer humidity H (S4). ). That is, since H is not updated, the robot starts up at the same screw rotation speed as before.
  • the screw rotation speed can be changed at a certain frequency (300 or more in this embodiment), and the screw rotation speed can be adjusted to the developer humidity at that time.
  • the frequency of the above may be one or more, that is, the screw rotation speed may be changed for each print.
  • the actual humidity change of the developer with respect to the humidity change in the developing container is slow, this is not necessary. Then, the above number was used.
  • the control of FIG. 10 is performed when the developing device 4 is started up. However, this control is performed at other timing, for example, between images during execution of an image forming job (paper Etc.).
  • the control of FIG. 10 is accompanied by a change in screw rotation speed due to a change in humidity, it is preferable to perform the control when the developing device 4 is started up. That is, since it is relatively difficult to change the screw rotation speed while the developing device 4 is being driven, the speed can be easily changed by starting up at the speed changed when the drive is started.
  • development drive OFF / ON is forcibly executed once every predetermined number of image formation sheets (for example, 150 to 170 sheets) even during execution of an image formation job. ing. For this reason, the control in FIG. 10 is entered at a certain frequency regardless of the number of images formed in the image forming job.
  • the driving speed of the first conveying screw 25 is controlled to be high in a state where the charge amount that increases the fluidity of the developer is low, that is, in the state where the humidity of the developer is high.
  • the developer surface can be raised to appropriately discharge the developer.
  • the screw rotation speed is increased, even when the developer fluidity is high, the developer loses the conveying force at the staying portion facing the discharge port, and the developer that has become slightly slower comes from behind. The developer surface hits and the developer surface rises due to its kinetic energy. For this reason, the developer can be appropriately discharged from the discharge port 40.
  • 11 and 12 show the results of experiments conducted to confirm the effects of this embodiment.
  • the experiment was carried out in a comparative example in which the screw rotation speed was constant regardless of the developer humidity, and in Example 1 in which the screw rotation speed was changed according to the developer humidity as in this embodiment. Performed under conditions.
  • a plurality of images DUTY were shaken, the developing device was driven in an environment where the developer humidity was different, and the amount of developer in the developing container was compared.
  • 11 and 12 show the developer amount
  • FIG. 11 shows the result of the comparative example
  • FIG. 12 shows the result of the example 1.
  • the screw rotation speed was fixed at 700 (rpm).
  • the screw rotational speed was controlled using the table 2 of Table 1.
  • the image DUTY is the ratio of the total amount of toner on the photosensitive drum of the image to the maximum total amount of toner on the photosensitive drum per image, expressed as 100 minutes.
  • the maximum total amount of toner is the amount of toner consumed when the entire surface of an image-formable area on the photosensitive drum is developed with toner (full area solid development), and the image DUTY during full area solid development is 100%.
  • the developer amount greatly varies depending on the humidity.
  • the developer humidity is 60%
  • the developer discharge amount is remarkably lowered, and the developer amount is remarkably increased as compared with when the humidity is 10% in order to compensate for this with the agent amount in the developing container.
  • the broken lines in FIGS. 11 and 12 represent the limit line of the developer overflow. If the developer humidity is high, the charge amount decreases and the bulk decreases, so the overflow limit line also shifts toward the larger developer amount. The increase in the developer amount due to poor developer discharge at high humidity is greater.
  • the screw rotation speed is controlled according to the developer humidity, thereby promoting the discharge performance of the developer at a low charge amount in a high humidity environment and improving the robustness against the overflow of the developer. I let you.
  • the charge amount of the developer greatly depends not only on the environment but also on the image DUTY. Therefore, in this embodiment, the developer discharge is improved by controlling the screw rotation speed in accordance with the image DUTY. Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment described above, overlapping illustrations and descriptions are omitted or simplified, and the same components are denoted by the same reference numerals. A description will be given centering on differences from the embodiment.
  • the reason why the charge amount of the developer is changed in the image DUTY is that the stirring time distribution of the toner in the developing container 22 varies depending on the stirring time in the developing container 22 with respect to the replenished toner amount. That is, when images having a high image DUTY are continuously printed, most of the toner in the developing container 22 is developed, and new toner is replenished instead. At this time, the higher the DUTY, the more toner is replenished in a short time. Therefore, most of the stirring time distribution of the toner in the developing container 22 is short, and the charge amount as a whole decreases due to insufficient stirring. Conversely, when low DUTY images are printed continuously, the toner is hardly replaced, and the toner stirring time distribution in the developing container 22 is mostly long. Therefore, the charge amount as a whole increases.
  • the image DUTY is used as information on the charge amount of the developer.
  • the image forming apparatus of the present embodiment includes a CPU 50 as a control unit, a memory 51 as a storage unit, a counter 52 that counts the number of image formations, and a video count unit 57 as shown in FIG.
  • the counter 52 and the video count unit 57 constitute a toner consumption amount detection unit 58 as an acquisition unit and toner consumption amount detection means.
  • the video count unit 57 integrates the number of image dots formed on the photosensitive drum, that is, the video count. For example, the level (0 to 255 level) for each pixel of the input image data (for example, at 600 dpi) is integrated for one image. Further, the counter 52 counts the number of image formations, adds up the video counts for a certain number of image formations, and divides this by the value obtained by multiplying the number of image formations by a video count of 100% DUTY to obtain the average image DUTY. Desired. That is, the average image DUTY is an average image DUTY of a certain number of image formations, and corresponds to a value related to a toner consumption amount that is consumed along with image formation per unit time.
  • the toner consumption amount detection unit 58 calculates the average image DUTY.
  • the information that the toner consumption amount detection unit 58 calculates the average image DUTY (toner consumption amount) is stored in the memory 51. Also in this embodiment, when the developing device 4 is started up (when switching from OFF to ON), the CPU 50 reads the average image DUTY at that time from the memory 51, and based on the information, from the table in Table 2. The drive speed (screw rotation speed) of the first conveying screw 25 is determined. In this embodiment, three tables are set as shown in Table 2, and each table can be selected by a user or the like in the service mode. Table 2 is the initial setting.
  • the screw rotation speed (unit: “rpm”) is set for the average image DUTY.
  • the table 1 is a mode in which the screw rotation speed is not changed regardless of the average image DUTY.
  • the case where the average image DUTY (toner consumption amount) corresponds to the second consumption amount larger than the first consumption amount is greater than the case where the average image DUTY (toner consumption amount) corresponds to the first consumption amount.
  • the screw rotation speed is set to be high.
  • the screw rotation speed Becomes 800 rpm or more.
  • the average image DUTY used for the screw rotation speed is calculated at the time when a predetermined number of images have been formed. For this purpose, the number of image formations is counted by the counter 52, and if the value counted by the CPU 50 by the counter 52 when the developing device 4 is started is equal to or greater than the predetermined number, the average image DUTY is calculated and stored in the memory 51. Then, the screw rotation speed is controlled based on the average image DUTY. Therefore, in the case of the present embodiment, the average image DUTY is an average of the images DUTY from the update (that is, control) of the screw rotation speed to the next update.
  • b_max is the number of image dots in the case of A4, 100% image DUTY at the time of printing one sheet.
  • the average image DUTY ⁇ D> obtained in S12 is stored in the memory 51 (S13), and the accumulated dot number B is cleared to zero for calculation of the next average image DUTY (S14). Thereafter, the number of printed sheets C (n) at that time is set to the latest number Cd of which the screw rotation speed is changed by the average image DUTY (S15), and development driving is performed using the average image DUTY ⁇ D> stored in the memory 51.
  • Start up S16
  • the screw rotation speed of the average image DUTY ⁇ D> is read from the table in Table 2, and the driving of the developing device 4 is started at the screw rotation speed.
  • the development drive is started using the previous average image DUTY ⁇ D>. (S16). That is, since ⁇ D> has not been updated, it is started at the same screw rotation speed as before.
  • the screw rotation speed can be updated at a certain frequency (1000 or more in this embodiment), and the screw rotation speed can be adjusted to the average image DUTY at that time.
  • the driving speed of the first conveying screw 25 is high in a state where the charge amount at which the developer fluidity is high is low, that is, in a state where the average image DUTY is high (toner consumption is high). Controlled to be faster. Therefore, as in the first embodiment, even if the developer has high fluidity and the developer is unlikely to stay in the vicinity of the discharge port 40, the developer surface is raised and the developer is appropriately discharged. Yes.
  • FIGS. 11 and 15. 11 and 15 show the results of experiments conducted to confirm the effects of this embodiment.
  • the experiment was performed in a comparative example in which the screw rotation speed was constant regardless of the average image DUTY, and in Example 2 in which the screw rotation speed was changed according to the average image DUTY as in the present embodiment. Performed under conditions. First, a plurality of images DUTY were shaken, the developing device was driven in an environment where the developer humidity was different, and the amount of developer in the developing container was compared. 11 and 15 show the developer amount, FIG. 11 shows the result of the comparative example, and FIG. 15 shows the result of the example 2. Moreover, in the comparative example, the screw rotation speed was fixed to 700 (rpm). In Example 2, the screw rotation speed was controlled using Table 2 in Table 2.
  • the developer amount varies depending on the average image DUTY.
  • the average image DUTY is 100%
  • the developer discharge amount is remarkably lowered, and the developer amount is increased compared to when the humidity is 0% in order to compensate for this with the agent amount in the developing container.
  • this tendency depends on the developer humidity as described in Example 1, and is particularly remarkable in a high humidity environment.
  • the image DUTY is higher, and the higher the humidity, the less the robustness against the developer overflow, and there is a risk that the developer overflows due to a momentary change in the developer surface such as development drive OFF / ON. growing.
  • Example 2 since the screw rotation speed is controlled by the average image DUTY as shown in FIG. 15, the variation in the discharge amount due to the image DUTY is suppressed, and the developer amount at 0% -100%. The variation is small throughout the humidity environment. Therefore, it can be seen that the robustness is improved against the overflow of the developer as compared with the comparative example.
  • the screw rotation speed is controlled in accordance with the developer humidity or the average image DUTY, respectively, thereby promoting the discharge performance of the developer at a low charge amount, and against the developer overflow. Improved robustness.
  • the developer discharge is further improved by controlling the screw rotation speed in accordance with the two parameters of the developer humidity and the image DUTY. Since other configurations and operations are the same as those in the first and second embodiments described above, overlapping illustrations and descriptions are omitted or simplified, and the same components are denoted by the same reference numerals, and the following. The description will focus on the differences from the first and second embodiments.
  • the image forming apparatus includes a CPU 50 as a control unit, a memory 51 as a storage unit, a counter 52 that counts the number of image formations, an acquisition unit, and a humidity as a humidity detection unit.
  • a detection unit 53 and a video count unit 57 are included.
  • the counter 52 and the video count unit 57 constitute a toner consumption detection unit 58 as an acquisition unit and a toner consumption detection unit.
  • the humidity detector 53 includes a moisture sensor 54 as a moisture detector, a temperature sensor 55 as a temperature detector, and a calculator 56 as a calculator. The configuration and operation of each part are the same as those in the first and second embodiments.
  • the CPU 50 causes the humidity detection unit 53 to perform image formation on the first or more recording materials since the humidity (humidity information) detected by the humidity detection unit 53 was previously stored in the memory 51.
  • the detected humidity (humidity information) is stored in the memory 51. That is, the humidity information in the memory 51 is updated.
  • the CPU 50 since the CPU 50 stores the average image DUTY detected by the toner consumption amount detection unit 58 in the memory 51 last time, the toner consumption amount detection unit 58 detects that an image has been formed on a second or more number of recording materials.
  • the average image DUTY is stored in the memory 51.
  • the second number is different from the first number and is larger than the first number.
  • the first number is 300 and the second number is 1000.
  • the CPU 50 controls the second drive motor M2 based on the speed set based on the relationship between the humidity (humidity information) stored in the memory 51 and the average image DUTY (toner consumption).
  • the driving speed (screw rotational speed) of the first conveying screw 25 is determined from the table in Table 3. Further, in this embodiment, three tables are set as shown in Table 3, and each table can be selected by the user or the like in the service mode. Table 2 is the initial setting.
  • the reason why a plurality of tables are provided in the service mode as shown in Table 3 is to allow a more appropriate table to be selected in accordance with a specific user or region (environment).
  • the screw rotation speed (unit: “rpm”) is set for the developer humidity and the average image DUTY.
  • the table 1 is a mode in which the screw rotation speed is not changed regardless of the developer humidity and the average image DUTY.
  • the humidity of the developer is the first humidity (for example, 15% or less)
  • the second humidity is higher than the first humidity (for example, greater than 15%).
  • the screw rotation speed is set to be higher.
  • the average image DUTY toner consumption
  • the average consumption DUTY toner consumption
  • the average consumption DUTY toner consumption
  • the average consumption DUTY toner consumption
  • the number of images formed at that time (number of printed sheets) C (n) is read from the memory 51 and compared with the number of printed sheets Ch in which the developer humidity H in the previous memory 51 is updated ( S21). If C (n) -Ch is 300 sheets or more (Y in S21), the developer humidity at that time is read from the memory 51 and is set as the developer humidity H used for screw rotation speed control (S22). The developer humidity is calculated for each print and stored in the memory 51. Thereafter, the number of printed sheets C (n) at that time is set to the number Ch of updated developer humidity H most recently (S23), and the process proceeds to the next S24. On the other hand, if C (n) -Ch is less than 300 sheets in S21 (N in S21), the developer humidity H is not updated and the process proceeds to the next S24 as it is.
  • the number of prints C (n) read from the memory 51 is compared with the number of prints Cd obtained by updating the previous average image DUTY in the memory 51 (S24). If C (n) -Ch is 1000 sheets or more (Y in S24), the cumulative image dot number B at that time obtained by separate calculation is read from the memory. Then, by dividing by b_max (C (n) ⁇ Cd), an average image DUTY ⁇ D> per one print from the previous update of the average image DUTY to that time is obtained (S25).
  • the average image DUTY ⁇ D> obtained in S25 is stored in the memory 51 (S26), and the accumulated dot number B is cleared to zero for calculation of the next average image DUTY (S27). Thereafter, the print number C (n) at that time is set as the latest number Cd of the updated average image DUTY (S28), and development driving is performed using the developer humidity H and the average image DUTY ⁇ D> stored in the memory 51. (S29). That is, the developer humidity H and the screw rotation speed of the average image DUTY ⁇ D> are read from the table of Table 3, and the driving of the developing device 4 is started at the screw rotation speed.
  • FIGS. 11 and 18 show the results of experiments conducted to confirm the effect of this embodiment.
  • the screw rotation speed is constant regardless of the developer humidity and the average image DUTY, and the screw rotation speed is changed according to the developer humidity and the average image DUTY as in this embodiment.
  • each was performed under the following conditions.
  • a plurality of images DUTY were shaken, the developing device was driven in an environment where the developer humidity was different, and the amount of developer in the developing container was compared.
  • 11 and 18 show the developer amount
  • FIG. 11 shows the result of the comparative example
  • FIG. 18 shows the result of the example 3.
  • the screw rotation speed was fixed to 700 (rpm).
  • Example 3 the screw rotation speed was controlled using Table 2 in Table 3.
  • Example 3 the screw rotation speed is controlled by two parameters of developer humidity and average image DUTY, so that it is more effective than the cases of Example 1 and Example 2. In addition, variation in emissions was suppressed. As a result, in Example 3, the robustness against the developer overflow is further improved. ⁇ Fourth Embodiment>
  • a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 and 20 with reference to FIG.
  • the developer discharge performance in a high humidity environment and a high image DUTY is promoted, and the developer overflows.
  • Improved robustness against when the temperature and humidity surrounding the developer changes rapidly, the developer humidity cannot immediately follow the change, and gradually becomes an environment around the developer with some delay. For this reason, for some time after the change in temperature and humidity around the developer, there is a discrepancy between the state of the developer (charge amount) that should be and the state (charge amount) detected and determined as described above. It is possible to get up.
  • the humidity of the developer and the image DUTY are used as information on the charge amount of the developer.
  • the image forming apparatus of the present embodiment also includes a CPU 50, a memory 51, a counter 52, a humidity detector 53, and a video count unit 57, as shown in FIG.
  • the counter 52 and the video count unit 57 constitute a toner consumption amount detection unit 58
  • the humidity detection unit 53 includes a moisture amount sensor 54, a temperature sensor 55, and a calculation unit 56.
  • the configuration and operation of each part are the same as those in the first and second embodiments.
  • the CPU 50 controls the screw rotation speed based on the humidity (humidity information) stored in the memory 51 and the average image DUTY.
  • the humidity detected by the humidity detector 53 at a predetermined timing greatly changes with respect to the humidity stored in the memory 51
  • the development in the memory 51 is performed for a while. Do not update the agent humidity information. That is, the humidity (humidity information) detected this time is a predetermined humidity range (corresponding to) the humidity range higher than the low humidity category (corresponding to) Yes) Consider the case of changing to a high humidity category.
  • the humidity stored in the memory 51 is not updated from when the change occurs until image formation is performed on a predetermined number of recording materials. That is, the screw rotation speed is controlled using the humidity as it was last time.
  • the humidity stored in the memory 51 is updated to the humidity detected at that time, and the screw rotation speed is controlled using the humidity.
  • the screw rotation speed is not changed immediately, and the screw rotation is continued until a predetermined number (500 in this embodiment) is printed. Keep speed. Thereafter, the screw rotation speed is changed according to the detected humidity when the first development drive after turning over 500 sheets is turned OFF / ON.
  • the humidity classification of the present embodiment is the classification shown in Table 3 above, and is divided into three classifications. That is, the first category is “15% or less”, the second category is “greater than 15% and 45% or less”, and the third category is “greater than 45%”. Therefore, when the humidity detected this time changes from the low humidity classification that is the predetermined humidity range to the high humidity classification that is higher than the low humidity classification relative to the previously detected humidity, Become. That is, when the humidity detected last time is the range of the first category and the humidity detected this time is the range of the second category or the third category, or the previously detected humidity is the range of the second category. In this case, the humidity detected this time falls within the range of the third category. In this case, the screw rotation speed is not changed immediately, but the screw rotation speed is kept as it is until a predetermined number of sheets are printed.
  • the screw rotation speed control if the developer humidity determined by the detection of the temperature sensor or the moisture amount sensor and the actual developer humidity are unmatched, the most harmful effects are as follows. That is, the developer is not so high in humidity, but the detected and determined humidity is high, and the developer is driven at a rotational speed faster than the screw rotational speed that is supposed to be, resulting in excessive developer discharge. This is because the rate at which the developer decreases due to excessive developer discharge is generally high, and the developer is quickly depleted, and sufficient developer is not supplied to the developing sleeve, which is likely to cause image defects such as density unevenness. Because.
  • the humidity classification is switched from high humidity to low humidity by the detection of the temperature sensor or moisture sensor, it is as follows. That is, even if the detected developer humidity does not match the actual developer humidity, the detected humidity is low even though the developer is not so low. In this case, the developer is driven at a rotation speed lower than the screw rotation speed that should be originally formed, resulting in a developer discharge failure. As described above, this situation is serious if it continues for a long period of time, but the developer humidity detected according to the screw drive and the actual developer humidity gradually match. There is little risk of overflow due to increase. Therefore, in this case, it is not necessary to execute control that does not change the screw rotation speed, such as when switching from low humidity to high humidity.
  • FIG. 19 A specific example of control according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 19 and 20. Also in this embodiment, the flowchart of FIG. 19 is executed every time the developing device 4 is started (OFF / ON), and driving is started at the screw rotation speed obtained thereby. That is, also in this embodiment, the change timing of the screw rotation speed is the timing of development drive OFF / ON.
  • the flow of FIG. 19 has many parts in common with the flow of FIG. 17 described above, so the description of the same steps will be omitted or simplified, and FIG. 19 will be described with a focus on the parts different from the flow of FIG. To do.
  • the screw rotation speed classification has changed from the classification (900 rpm) of “humidity 15% -45%, average image DUTY 20% -50%” to a higher humidity classification (for example, humidity 60%).
  • K 1 and the developer humidity H is not updated.
  • the screw rotation speed classification is “humidity 15% ⁇ 45. %, Average image DUTY 50% or more ".
  • the number of formed images is counted in order to update the developer humidity H and the average image DUTY ⁇ D>, and to release the flag K. It may be. Further, although the drive sources for the developing sleeve and the conveying screw are different from each other, they may be the same drive source.
  • the developing chamber 23 having the function of supplying the developer to the developing sleeve 28 and the stirring chamber 24 having the function of collecting the developer from the developing sleeve 28 are separately provided vertically.
  • a stirring type developing device was used.
  • the present invention can also be applied to an image forming apparatus provided with a developing device other than such a configuration.
  • the developing chamber 23 and the stirring chamber 24 are arranged horizontally.
  • the developing device can also be used.
  • an image forming apparatus capable of appropriately discharging the developer by raising the surface of the developer even if the developer has high fluidity and the developer is unlikely to stay in the vicinity of the discharge port.
  • Temperature sensor temperature detection means
  • Calculation unit calculation means
  • / 57 ...
  • Video count unit / 58 Toner consumption detection Part (acquisition part, toner consumption detection means) / 100... Image forming apparatus / 1 ... the first drive motor / M2 ... second driving motor (driving means) / alpha ... first region / beta ... second region

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Abstract

 現像剤を排出する排出口40に対向する領域の第1の搬送スクリュー25の現像剤の搬送能力が低い構成で、現像剤の排出を適切に行う。 第1の搬送スクリュー25は、排出口40に対向する部分を含む第1領域で羽根を切り欠いている。これにより、第1領域における現像剤の搬送能力が、第1領域に隣接する第2領域における現像剤の搬送能力よりも低くなっている。取得部としての湿度検知部は、現像剤の帯電量に関する情報として現像剤湿度を検知する。制御手段としてのCPUは、湿度検知部により検知した現像剤湿度Hに基づいて、現像剤の湿度が第1の湿度の場合よりも、第1の湿度よりも高い第2の湿度の場合の方が、搬送スクリュー25,26を駆動する駆動速度が速くなるように制御する。

Description

画像形成装置
 本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複数の機能を有する複合機などの画像形成装置に関する。
 一般に、電子写真方式などの画像形成装置では、像担持体としての感光ドラムに形成された静電潜像を、現像手段としての現像装置がトナーとキャリアを含む現像剤によってトナー像として現像する。このような現像装置では、現像容器内の循環路において、搬送スクリューを回転させて現像剤を攪拌しつつ搬送することにより、トナーとキャリアを摩擦帯電させている。トナーとキャリアを含む現像剤は、画像形成によって消費されないキャリアが現像容器内で摩擦を受けつつ循環し続けることにより、次第にキャリアの帯電性能が低下してしまう。このため、現像容器に新しい現像剤を補給する一方で、現像容器に設けた排出口を通じて搬送される現像剤の一部をオーバーフローさせて排出して、現像剤中のキャリアの平均的な帯電性能を確保することが従来から行われている(特公平2‐21591号公報)。
 また、現像剤排出口に対向している領域の搬送スクリューの回転により現像剤に作用する円周方向または外向きの半径方向の力が他の領域よりも小さくなるように構成された現像装置が提案されている(特開2000−112238号公報)。具体的には、現像剤排出口に対向した領域の搬送スクリューの羽根の小さくした構成や羽根を省略した構成が示されている。
 ここで、特開2000−112238号公報に記載の構成のように、排出口に対向する領域の搬送スクリューの羽根を除去したり小径化させたりすると、この領域の搬送スクリューの現像剤の搬送能力が低下する。そして、排出口の近傍で搬送スクリューにより搬送される現像剤が滞留して現像剤面が上昇し、排出口を超えた現像剤が排出口からすり切りあふれ出るように排出される。
 しかしながら、このように現像剤を滞留させる構成においては、現像剤の帯電量が低下すると現像剤の流動性が高くなるため、排出口近傍の現像剤の滞留度合いが少なくなり、現像剤が排出口から排出されにくくなる。この結果、現像容器内の現像剤が多くなってしまい、現像装置の立ち上げ時などに現像容器から現像剤が溢れたり、搬送スクリュー回転の負荷が高くなって搬送スクリューがロックする可能性が高くなったりする。
 本発明は、このような事情に鑑み、排出口に対向する領域の搬送スクリューの現像剤の搬送能力が低い構成で、現像剤の排出を適切に行うべく発明したものである。
 本発明の一態様によれば、像担持体と、前記像担持体に形成された潜像を現像する現像装置であって、現像剤が収容された現像容器と、前記現像容器内で現像剤を搬送する搬送スクリューと、前記搬送スクリューと対向するように前記現像容器の側面に設けられ、前記現像容器内の余剰現像剤を排出するための排出口と、を備えた現像装置と、前記現像容器に現像剤を補給する補給装置と、前記搬送スクリューを回転駆動する駆動装置と、現像剤の帯電量に関する情報を取得する取得部と、前記駆動装置を制御する制御部と、を備え、
前記搬送スクリューは、前記排出口に対向する部分を含む第1領域の外径が、前記第1領域に隣接する第2領域の外径よりも小さくなるように形成されており、前記制御部は、前記取得部の情報に基づいて、現像剤の帯電量が第1の帯電量に対応する場合よりも、前記第1の帯電量よりも低い第2の帯電量に対応する場合の方が、前記駆動装置により前記搬送スクリューを駆動する駆動速度が速くなるように制御する画像形成装置が提供される。
 本発明によれば、現像剤の流動性が高くなる帯電量が低い状態で、搬送スクリューの駆動速度が速くなるように制御されるため、現像剤の流動性が高くて現像剤が排出口近傍に滞留しにくくても、現像剤の剤面を上げて現像剤の排出を適切に行える。
 図1は本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
 図2は第1の実施形態に係る現像装置の概略構成横断面図。
 図3は同じく概略構成縦断面図。
 図4は第1の実施形態に係る現像装置の排出口近傍の搬送スクリューを示す模式図。
 図5は第1の実施形態に係る現像装置の排出口近傍の搬送スクリューの他の3例を示す模式図。
 図6は現像剤の排出口からの排出特性を示す図。
 図7は排出口近傍の現像剤の剤面を示す模式図。
 図8の(a)は現像剤の流動性が低い場合の、(b)は現像剤の流動性が高い場合の、それぞれ排出口近傍の現像剤の剤面を示す模式図。
 図9は第1の実施形態に係る画像形成装置の制御ブロック図。
 図10は第1の実施形態の現像装置の立ち上げ時の制御のフローチャート。
 図11は本発明の比較例における、各画像DUTYの現像剤湿度に対する現像容器内の現像剤量の変化を示す図。
 図12は本発明の実施例1における、各画像DUTYの現像剤湿度に対する現像容器内の現像剤量の変化を示す図。
 図13は本発明の第2の実施形態に係る画像形成装置の制御ブロック図。
 図14は第2の実施形態の現像装置の立ち上げ時の制御のフローチャート。
 図15は本発明の実施例2における、各画像DUTYの現像剤湿度に対する現像容器内の現像剤量の変化を示す図。
 図16は本発明の第3の実施形態に係る画像形成装置の制御ブロック図。
 図17は第3の実施形態の現像装置の立ち上げ時の制御のフローチャート。
 図18は本発明の実施例3における、各画像DUTYの現像剤湿度に対する現像容器内の現像剤量の変化を示す図。
 図19は本発明の第4の実施形態の現像装置の立ち上げ時の制御のフローチャート。
 図20は図19のフローでK=1となった場合の別のフローを示すフローチャート。
 図21は本発明の他の実施形態の第1例の現像装置の概略構成横断面図。
 図22は本発明の他の実施形態の第2例の現像装置の概略構成横断面図。
<第1の実施形態>
 本発明の第1の実施形態について、図1ないし図12を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図1を用いて説明する。
[画像形成装置]
 本実施形態の画像形成装置100は、電子写真方式を採用したフルカラー画像形成装置であり、4つの画像形成部P(Pa、Pb、Pc、Pd)を備える。各画像形成部Pa~Pdは、像担持体としての矢印方向(反時計方向)に回転するドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム1(1a、1b、1c、1d)を備える。感光ドラム1の周囲には、帯電器2(2a、2b、2c、2d)、現像装置4(4a、4b、4c、4d)、一次転写ローラ6(6a、6b、6c、6d)、クリーニング装置19(19a、19b、19c、19d)などを有する。また、感光ドラム1の図1の上方には、露光手段としてのレーザービームスキャナ3(3a、3b、3c、3d)が配置されている。
 各画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdは、トナーの色が異なる以外はほぼ同様の構成であるため、以下、特に必要がない限り、各画像形成部の構成を示す符号の添え字(a、b、c、d)を省略して説明する。
 次に、上記構成の画像形成装置全体の画像形成シーケンスについて説明する。先ず、感光ドラム1が、帯電手段としての帯電器2によって一様に帯電される。上記一様に帯電された感光ドラム1は、次に、上記のレーザービームスキャナ3により、画像信号により変調されたレーザー光により走査露光が行われる。レーザービームスキャナ3は、半導体レーザーを内蔵しており、この半導体レーザーは、CCD等の光電変換素子を有する原稿読み取り装置が出力する原稿画像情報信号に対応して制御され、レーザー光を射出する。
 これによって、帯電器2によって帯電された感光ドラム1の表面電位が画像部において変化して、感光ドラム1上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段としての現像装置4によってトナーにより反転現像され、可視画像、即ち、トナー像とされる。本実施形態では、現像装置4は、現像剤としてトナーとキャリアを混合した現像剤を使用する2成分接触現像方式を用いる。
 また、上記工程を各画像形成部Pa、Pb、Pc、Pd毎に行うことによって、感光ドラム1a、1b、1c、1d上に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナー像が形成される。本実施形態では、各画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdの下方位置には、中間転写体としての無端状のベルトにより構成された中間転写ベルト5が配置される。中間転写ベルト5は、ローラ61、62、63に懸架され、矢印方向に移動自在とされる。
 上記感光ドラム1上のトナー像は、一次転写手段としての一次転写ローラ6によって一度、中間転写ベルト5に転写される。これによって、中間転写ベルト5上にてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの4色のトナー像が重ね合わされ、フルカラー画像が形成される。また、感光ドラム1上に転写されずに残ったトナーはクリーニング装置19に回収される。
 この中間転写ベルト5上のフルカラー画像は、カセット12から取り出され、給送ローラ13、ガイド11を経由して進行した紙やシートなどの記録材(シート材)Sに、二次転写手段としての二次転写ローラ10の作用により転写される。転写されずに中間転写ベルト5表面に残ったトナーは中間転写ベルトクリーニング装置18に回収される。
 一方、トナー像が転写された記録材Sは、定着手段としての定着器16に送られ、加熱、加圧されることで、トナー像が記録材Sに定着される。トナー像が定着された記録材Sは、排出トレイ17に排出される。
 なお、本実施形態では、像担持体として、通常使用されるドラム状の有機感光体である感光ドラム1を使用したが、勿論、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもできる。また、ベルト状の感光体を用いることも可能である。更に、帯電方式、転写方式、クリーニング方式、定着方式に関しても、上記方式に限られるものではない。
[現像装置]
 次に、本実施形態の現像装置4について、図2及び図3を用いてより詳しく説明する。現像装置4は、現像容器22を備え、現像容器22内に現像剤としてトナーとキャリアを含む2成分現像剤が収容されている。加えて現像容器22内には、現像剤担持体としての現像スリーブ28と、現像スリーブ28上に担持された現像剤の穂を規制する規制ブレード29を有している。現像容器22の内部は、その略中央部が紙面に垂直方向に延在する隔壁27によって現像室23と攪拌室24に上下に区画されており、現像剤は現像室23及び攪拌室24に収容されている。
 現像室23及び攪拌室24には、現像剤搬送部材として第1及び第2の搬送スクリュー25、26がそれぞれ配置されている。第1の搬送スクリュー25は、現像室23の底部に現像スリーブ28の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されている。そして、図示の矢印方向(時計回り方向)に回転して現像室23内の現像剤を現像スリーブへと供給すると共に、現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。
 また、第2の搬送スクリュー26は、攪拌室24内の底部に第1の搬送スクリュー25とほぼ平行に配置されている。そして、第1の搬送スクリュー25と反対方向(反時計回り)に回転して現像に供された後の現像剤を回収すると共に、攪拌室24内の現像剤を第1の搬送スクリュー25と反対方向に搬送する。このように、第1及び第2の搬送スクリュー25、26の回転による搬送によって、現像剤が隔壁27の両端部の開口部(即ち、連通部)11、12を通じて現像室23と攪拌室24との間で循環される。
 次に、図2を用いて現像装置4の駆動系を説明する。現像スリーブ28は第1の駆動モータM1により回転駆動され、第1及び第2の搬送スクリュー25、26は駆動手段としての第2の駆動モータM2により回転駆動されている。本実施形態では、これらモータは共にDCモータを用い、画像形成時における定常状態の駆動回転速度は、第1の駆動モータM1:300[rpm]とした(第2の駆動モータM2については後述する)。また、第1の駆動モータM1は現像スリーブ28に、第2の駆動モータM2は第1の搬送スクリュー25に、それぞれ直結されている。更に、第1の搬送スクリュー25と第2の搬送スクリュー26とは、1:1.07の比でギアにより駆動伝達される。
 本実施形態においては、現像容器22の感光ドラム1に対向した現像領域に相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ28が感光ドラム1方向に一部露出するように回転可能に配設されている。ここで、現像スリーブ28の回転速度は300rpm、直径は20mm、感光ドラム1は回転速度120rpm、直径は30mmにそれぞれ設定されている。また、現像スリーブ28と感光ドラム1との最近接領域を約400μmの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤を感光ドラム1と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。
 現像スリーブ28はアルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成され、その内部には磁界手段であるマグネットローラ28mが非回転状態で設置されている。このような現像スリーブ28は、現像時に図示矢印方向(反時計方向)に回転し、規制ブレード29による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された2成分現像剤を担持して、これを感光ドラム1と対向した現像領域に搬送する。そして、感光ドラム1上に形成された静電潜像に現像剤を供給して静電潜像をトナーにより現像する。
 前記穂切り部材である規制ブレード29は、現像スリーブ28の長手方向軸線に沿って延在した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性部材29aと、鉄材のような磁性部材29bで構成されている。また規制ブレード29の現像スリーブ28の表面との間隙を調整することによって、現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。本実施形態においては、規制ブレード29によって、現像スリーブ28上の単位面積当りの現像剤コート量を30mg/cmに規制している。なお、規制ブレード29と現像スリーブ28は、間隙を200~1000μm、好ましくは300~700μmに設定される。本実施形態では400μmに設定した。
[現像剤]
 次に本実施形態にて用いられる、トナーとキャリアを含む2成分現像剤について説明する。トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は4μm以上、10μm以下が好ましい。より好ましくは8μm以下であることが好ましい。また、キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。キャリアは、重量平均粒径が20~60μm、好ましくは30~50μmであり、抵抗率が10Ωcm以上、好ましくは10Ωcm以上である。本実施形態では10Ωcmのものを用いた。
[現像剤補給]
 次に、本実施形態における現像剤の補給方法について、図2及び図3を用いて説明する。現像装置4の上部には、トナーとキャリアを混合した補給用の2成分現像剤を収容するホッパー31が配置される。補給手段を構成するこのホッパー31は、下部にスクリュー状の搬送部材として補給スクリュー32を備え、補給スクリュー32の一端が現像装置4の前端部に設けられた現像剤補給口30の位置まで延びている。画像形成によって消費された分のトナーは、補給スクリュー32の回転力と、現像剤の重力によって、ホッパー31から現像剤補給口30を通過して、現像容器22に補給される。このようにしてホッパー31から現像装置4に補給現像剤が補給される。補給現像剤の補給量は、搬送部材である補給スクリュー32の回転数によっておおよそ定められるが、この回転数は図示しないトナー補給量制御手段によって定められる。トナー補給量制御の方法としては2成分現像剤のトナー濃度を光学的或いは磁気的に検知するものや、感光ドラム1上の基準潜像を現像してそのトナー像の濃度を検知する方法などが知られているので、いずれかの方法を適宜選択することが可能である。
[現像剤排出]
 次に、本実施形態における現像剤の排出方法について図3を用いて説明する。本実施形態では、現像容器22の所定の高さ位置に現像剤を排出する排出口40を有する。具体的には、現像室23の現像剤搬送方向下流側における現像スリーブ設置領域外に排出口40が設けられており、この排出口40より現像剤が排出される。上述したような現像剤の補給工程により現像装置4内の現像剤が増加すると、増加量に応じて、現像剤はこの排出口40より溢れ出るように排出される。なお、排出口40の現像剤搬送方向に関する位置は、現像剤補給口30の位置より現像剤搬送方向上流側としている。これは、補給された新しい現像剤がすぐに排出されないようにするためである。また、排出口40の高さ位置は、後述する現像剤の排出特性を考慮して、現像容器22内の現像剤量が適切な量となるように設定されている。
 また、本実施形態の場合、図4に示すように、排出口40が形成された現像室23の第1の搬送スクリュー25は、回転軸25aの周囲に螺旋状に形成した羽根25bの一部を切り欠いて形成される。即ち、第1の搬送スクリュー25のうち、排出口40に対向する部分を含む第1領域αには、回転軸25aのみが存在し、羽根25bが存在しない。一方、第1領域αに隣接する第2領域βには羽根25bが存在する。これにより、第1の搬送スクリュー25の第1領域αにおける現像剤の搬送能力が、第2領域βにおける現像剤の搬送能力よりも低くなるようにしている。また、本実施形態では、第1領域αには回転軸25aのみが存在し、第2領域βには羽根25bが存在するため、第1の搬送スクリュー25の第1領域αの外径(回転軸25aの外径)が第2領域の外径(羽根25bの外接円の径)よりも小さい。
 本実施形態の場合、このように構成することで、第1領域αで現像剤が搬送されにくくなるため、排出口40近傍に現像剤が滞留し、剤面が上昇することで現像剤が排出口40から排出される。本実施形態では、第1の搬送スクリュー25の羽根25bを切り欠いた第1領域α部分の長さは14mm、排出口40のスクリュー軸線方向の長さは10mmとした。また、第1領域α部分のスクリュー軸線方向にける中心と排出口40のスクリュー軸線方向における中心が一致するようにしている。なお、第1領域α部分と排出口40のスクリュー軸線方向の位置は厳密に一致してなくても良く、また、その長さもほぼ同じであれば、どちらが長くても良い。但し、現像剤の排出をより安定させるためには、本実施形態のように、両者の位置関係を一致させ、且つ、第1領域αの方が排出口40よりも長くすることが好ましい。
 ここで、本実施形態では、スクリューの羽根の一部を切り欠くことにより、第1領域における現像剤の搬送能力を第2領域における現像剤の搬送能力よりも低くした。但し、搬送能力の変更は、このように羽根を切り欠く以外に、羽根の外径、ピッチ、角度などを適宜調整することでも行える。例えば、搬送スクリューの回転軸の周囲に螺旋状に形成した羽根の外径を、第2領域よりも第1領域の方が小さくなるように形成しても良い。
 或いは、図5に示すように、第1領域にその外径が第2領域に形成された羽根よりも小さい部材41a、41b、41cが設置されていても良い。図5(a)の部材41aは、回転軸25aから放射状に延びた長方形のリブである。図5(b)の部材41bは、その断面形状が略楕円形状になっており、回転軸25aの根元から先端に行くに従いリブ断面が漸次細くなっているリブである。図5(a)、(b)のリブは、回転軸25aに直交する断面形状が回転軸25aに沿って同一位相、同一形状となっている。そのため、このリブは、回転軸25aの回転方向に現像剤を撹拌し、回転軸25aの方向への搬送能力は実質的にゼロとなっている。図5(c)の部材41cは、長方形で且つ回転軸25aに対して若干の角度を付けて設置されているリブである。これら部材41a、41b、51cを設けることで、排出口40に対向する部分の現像剤を滞留させつつ、現像剤面をならし平均化させることでより安定した現像剤排出が可能となる。但し、何れの構成の場合も、第1領域におけるスクリューの外径が第2領域におけるスクリューの外径よりも小さくなるようにする。これは、スクリューの外径が大きくなると、現像剤の跳ね上げにより現像剤が排出口40から排出され易くなるためである。
 図6に、本実施形態における現像剤の排出特性のグラフを示す。現像剤排出特性とは、現像容器22内の現像剤量を変数としたときの単位時間あたりの現像剤排出量のことである。この単位時間当たりの排出量と単位時間当たりに現像容器22へと補給される補給量と現像に供されたトナー量の差分がバランスすることで現像容器22内の現像剤量が決まる。つまり、現像容器22内の現像剤量は単位時間当たりの最小補給量と排出特性ラインの交点aで示される現像剤量と、単位時間当たりの最大補給量と排出特性ラインの交点bで示される現像剤量の間の値を概ねとりうる。言い換えれば、この交点がそれぞれ最小補給時と最大補給時に現像剤量がバランスする点である。現像容器22内の現像剤量が著しく少なくなると、現像スリーブ28の現像剤担持量が不足(コーティング不良が発生)し、濃度ムラが生じ易くなる。一方、現像容器22内の現像剤量が著しく多くなると、現像装置4が駆動OFF状態から駆動ON状態となる立ち上げ時に、現像剤溢れを引き起こす可能性がある。
 通常、現像剤排出特性は次のようにして測定できる。現像スリーブ28、第1、第2の搬送スクリュー25、26を所望の周速で駆動させた状態で、現像スリーブ28上に現像剤が均一にコーティングするまで現像容器22に現像剤を入れる。現像容器22中の現像剤循環が定常状態になるまで現像スリーブ28、第1、第2の搬送スクリュー25、26を所望の周速で駆動させる(通常1または2分)。現像スリーブ28上のコーティングが均一になったところから、少しずつ現像剤を現像剤補給口30から現像容器22に入れていき、そのときの単位時間あたりの排出量を測定する。本実施例では、10gずつ現像剤を入れていき、30秒間排出量を測定することにより、単位時間あたりの現像剤排出量を測定した。
 以上は現像スリーブ28、第1の搬送スクリュー25ともにある駆動速度での排出特性であり、駆動速度が複数ある場合は、これら複数の駆動速度で上記最小現像剤量aを極力揃えなければならない。そうでないと、速度切り替え時に現像剤コーティング不良などの問題が発生してしまう可能性が高くなる。
 ここで、上述のように第1の搬送スクリュー25の排出口40の対向部を含む第1領域αにおいて羽根25bを除去することで、第1領域αでその現像剤搬送方向上流側の第2領域βに対して現像剤の搬送性能を低下させている。そして、図7に示したようにこの搬送性能が低下した領域で現像剤を滞留させ、これにより現像剤面を上昇させることによって現像剤の跳ね上げを抑えると同時に剤面依存の排出を実現しようとしている。
 しかしながら、この排出口40に対向する領域における現像剤の滞留度合い(現像剤の剤面の上昇度合い)は現像剤の流動性に著しく依存する。図8(a)は、現像剤の帯電量が高く、現像剤流動性が低い場合の、図8(b)は、現像剤の帯電量が低く、現像剤流動性が高い場合の、それぞれ排出口40に対向する領域の現像剤面挙動を表したものである。図中の実線の矢印はその点における現像剤の搬送速度を表している。即ち、実線の矢印の長さが長ければ搬送速度が速いことを示している。また、破線の矢印は、排出口40に対向する領域の現像剤の剤面の上昇度合いを示しており、矢印の長さが長ければ上昇度合いが大きい。
 図8(a)から明らかなように、現像剤の帯電量が高く、現像剤流動性が低い場合は、排出口40に対向する領域の現像剤の搬送速度とその上流側の領域の搬送速度との差が大きく、排出口40に対向する領域で現像剤は大きく減速し滞留している。これにより現像剤の剤面が上昇し現像剤排出が促される。一方、図8(b)から明らかなように、現像剤の帯電量が低く、現像剤流動性が高い場合は、上記速度差が小さく、排出口に対向する領域で現像剤を搬送する力が低くなっても現像剤はほとんど減速しない。よって現像剤の剤面は上昇せず、現像剤排出は抑制される。
 これは、現像剤の帯電量が低い場合には、現像剤中の現像剤粒子同士のクーロン相互作用が小さい。その結果、現像容器22の壁面から現像剤の表層がうけた力を現像剤中に伝える力が小さくなり、現像剤形状を変形させる能力が小さくなることが主な原因である。即ち、現像剤中のトナーは、帯電することでキャリアに静電気力で吸引された状態で存在する。トナー同士、キャリア同士は同極性であり、トナーとキャリアは異極性である。キャリアは別のキャリアによって反発力を受けつつトナーを介して別のキャリアに吸引され、同様に、トナー同士も互いに反発する一方でキャリアを介して吸引し合う。このように吸引する力である静電気力が大きいほど、現像剤は重力に従った(つまり流動性が高い)運動からずれていく、言い換えれば、静電気力によってみだされ流動性が低くなる。一方、静電気力が小さいほど、即ち、現像剤の帯電量が低いほど、重力に従った運動がみだされず、現像剤の流動性が高くなる。加えて、現像容器22の壁面から現像剤の表層が受ける力そのものも小さいためである。
 このように帯電量が小さく現像剤排出が抑制されると最終的に現像剤排出量と現像剤補給量がつりあうまで増加を続け、現像剤のつりあいの剤量と現像剤溢れの限界剤量の差分が小さくなってしまう。そして現像剤溢れに対するロバスト性が小さくなると、現像装置4の駆動OFFから駆動ON(立ち上げ時)など、一瞬の現像剤面変動で現像剤溢れが発生してしまうリスクが大きくなる。
 このような課題に対し有効な手段として、スクリューの回転速度を速くすることが考えられる。スクリュー回転速度を速くすると、帯電量が小さく流動性が高い場合においても、排出口に対向する滞留部で現像剤が搬送力を失い、少し遅くなった現像剤に後ろから来た現像剤がぶつかりその運動エネルギーにより現像剤面が上昇するためである。しかしながら、本来スクリュー回転速度を速くする必要がない現像剤の帯電量が高い場合においてもスクリュー回転速度を速くしてしまうと、流動性が低い現像剤に高負荷がかかる。このため、スクリューの負荷が大きくなることによるスクリューロックや現像剤劣化が著しく進んでしまう。したがって、スクリューの回転速度を、常に速くすることは好ましくない。
[スクリュー回転速度の制御]
 そこで本実施形態では、現像剤の帯電量に関する情報を取得して、その情報に基づいて第1の搬送スクリュー25の駆動速度(スクリュー回転速度)を制御するようにしている。即ち、取得部の情報に基づいて、現像剤の帯電量が第1の帯電量に対応する場合よりも、第1の帯電量よりも低い第2の帯電量に対応する場合の方が、第2の駆動モータM2により第1の搬送スクリュー25を駆動する駆動速度が速くなるようにする。本実施形態では、現像剤の帯電量に関する情報として現像剤の湿度を検知するようにしている。このために本実施形態の画像形成装置は、図9に示すように、制御手段としてのCPU50、記憶手段としてのメモリ51、画像形成枚数をカウントするカウンター52、取得部及び湿度検知手段としての湿度検知部53を有する。現像スリーブ28を駆動する第1の駆動モータM1、第1の搬送スクリュー25を駆動する第2の駆動モータM2は、それぞれCPU50により制御される。
 ここで、湿度をパラメータとした理由は、現像剤の帯電量は現像剤の湿度に依存するためである。即ち、現像剤の湿度が高くなれば現像剤の帯電量が低くなり、現像剤の湿度が低くなれば現像剤の帯電量が高くなる傾向があるためである。また、本実施形態では、第1の搬送スクリュー25の駆動速度は、現像剤循環に関わる第1、第2のスクリュー25、26の回転速度比率を略保ちながら制御する。つまり、排出口40に対向する第1の搬送スクリュー25の回転速度を変更した場合においても、各スクリュー25、26同士の現像剤受け渡しの効率等は変えずに排出口40近傍での排出性のみを制御するようにしている。これにより、全体の現像剤循環は大きく崩すことなく現像剤排出を良化させることができる。但し、上記現像剤循環に関わるスクリューの回転速度比率は厳密に一致させなくとも、スクリュー回転速度の±1%程度の違いであれば、略一定と見なせるため変更してもよい。本実施形態では、第1、第2の搬送スクリュー25、26は、互いにギアで接続することで、回転速度比率を保つようにしている。
 また、湿度検知部53は、現像剤の湿度に関する情報(湿度情報)を検知する。本実施形態では、水分量検知手段としての水分量センサ54、温度検知手段としての温度センサ55、算出手段としての算出部56を有する。水分量センサ54は、画像形成装置の外部の水分量を検知する。このために水分量センサ54は、装置本体の外部に設置される。温度センサ55は、現像容器内の温度を検知する。このために温度センサ55は、現像容器22内に設置される。算出部56は、温度センサ55により検知した温度と水分量センサ54により検知した水分量との関係から現像剤の湿度を算出する。このために算出部56は、温度と水分量と湿度との関係が設定されたテーブルや、温度と水分量との関係から湿度を求める計算式などが記憶されており、温度と水分量から湿度を算出できるようになっている。なお、算出部56の演算は、CPU50により行っても良い。また、テーブルや計算式は、メモリ51に記憶しておいても良い。
 本実施形態では、湿度検知部53が検知した湿度に関する情報をメモリ51に格納する。また、第1の搬送スクリュー25の駆動速度の制御は、現像装置4の立ち上げ時、即ち、第1、第2の駆動モータM1、M2の駆動OFFの状態から、画像形成ジョブの入力などによりこれら各モータM1、M2の駆動がONとなった時に行う。本実施形態では、メモリ51の表1に示すようなテーブルが記憶されている。そして、現像装置4の立ち上げ時(OFFからONに切り替わるタイミング、もしくはその直前)に、CPU50がメモリ51からその時の湿度情報を読み出し、その湿度情報に基づいて表1のテーブルから、第1の搬送スクリュー25の駆動速度(スクリュー回転速度)を決定する。本実施形態では、表1のように3つのテーブルを設定しており、各テーブルはサービスモードにてユーザなどが選択できるようになっている。初期の設定はテーブル2としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1のテーブルは、現像剤湿度(相対湿度)に対してスクリュー回転速度(単位は「rpm」)がそれぞれ設定されている。なお、テーブル1は、現像剤の湿度に拘らずスクリュー回転速度を変更しないモードである。一方、テーブル2、3では、現像剤の湿度が第1の湿度の場合(例えば15%以下)よりも、第1の湿度よりも高い第2の湿度の場合の(例えば15%よりも大きい)方が、スクリュー回転速度が速くなるように設定している。即ち、湿度検知部53により検知した湿度情報が第1の湿度に対応する場合よりも、第1の湿度よりも高い第2の湿度に対応する場合の方が、スクリュー回転速度が速くなるようにする。
 なお、本実施形態では、スクリュー回転速度に使用する湿度情報は、所定のタイミングで、CPU50の指令により更新する。所定のタイミングは、画像形成装置の電源投入時、画像形成ジョブの開始時、所定時間経過時などがあるが、本実施形態では、所定枚数以上の画像形成を行った時点で湿度に関する情報を更新するようにしている。このために、カウンター52により画像形成枚数をカウントし、現像装置4の立ち上げ時にCPU50がカウンター52によりカウントした値が所定枚数以上であれば、メモリ51に記憶されている湿度情報の更新を行う。そして、この湿度情報に基づいてスクリュー回転速度を制御する。
 図10を用いて、本実施形態の制御の具体例について説明する。本実施形態では、現像装置4の立ち上げ(OFF/ON)の度に図10のフローチャートを実行し、これにより求めたスクリュー回転速度で駆動開始するものとする。つまり本実施形態では、スクリュー回転速度の変更タイミングは現像駆動OFF/ONのタイミングである。
 まず、現像駆動OFF/ONの度にその時点の画像形成枚数(プリント枚数)C(n)をメモリ51から読み出し、前回のスクリュー回転速度を湿度により変更したプリント枚数Chと比較する(S1)。そして、C(n)−Chが300枚以上であれば(S1のY)、その時の現像剤湿度をメモリ51から読み出し、スクリュー回転速度制御に用いる現像剤湿度Hとする(S2)。現像剤湿度は毎プリントごとに算出し、メモリ51に格納しておくものとする。その後、その時点のプリント枚数C(n)を直近のスクリュー回転速度を変更した枚数Chとし(S3)、メモリ51に格納している現像剤湿度Hを用いて現像駆動を立ちあげる(S4)。即ち、表1のテーブルから現像剤湿度Hのスクリュー回転速度を読み出し、そのスクリュー回転速度で現像装置4の駆動を立ち上げる。一方、S1で、前回のスクリュー回転速度を湿度により変更したプリント枚数Chとの差分が300枚未満であれば(S1のN)、前回の現像剤湿度Hを用いて現像駆動を立ちあげる(S4)。即ち、Hを更新していないので、前回のままのスクリュー回転速度で立ちあげる。
 このような制御とすることによって、ある頻度(本実施例では300枚以上)でスクリュー回転速度を変更し、その時の現像剤湿度に合わせたスクリュー回転速度とすることができる。上記頻度は1枚以上、つまり毎プリントごとにスクリュー回転速度を変更してもよいが、現像容器内の湿度変化に対する実際の現像剤の湿度変化は緩慢であるため、その必要はなく本実施形態では上記枚数とした。
 また、本実施形態では、現像装置4の立ち上げ時に図10の制御を行うようにしているが、この制御は、その他のタイミング、例えば、画像形成ジョブ実行中の画像と画像との間(紙間)などで行っても良い。但し、図10の制御は、湿度の変化によるスクリュー回転速度の変更を伴うので、現像装置4の立ち上げ時に行うことが好ましい。即ち、現像装置4の駆動中にスクリュー回転速度を変更する制御は比較的難しいため、駆動の立ち上げ時に変更した速度で立ち上げることで、速度の変更を容易に行える。また、本実施形態では、現像駆動のOFF/ONは、画像形成ジョブの実行中であっても、所定の画像形成枚数(例えば、150~170枚)毎に一度、強制的に実行するようにしている。このため、画像形成ジョブの画像形成枚数に拘らず、ある程度の頻度で図10の制御が入るようになっている。
 このような本実施形態の場合、現像剤の流動性が高くなる帯電量が低い状態、即ち、現像剤の湿度が高い状態で、第1の搬送スクリュー25の駆動速度が速くなるように制御される。このため、現像剤の流動性が高くて現像剤が排出口40近傍に滞留しにくくても、現像剤の剤面を上げて、現像剤の排出を適切に行える。即ち、上述したようにスクリュー回転速度を速くすると、現像剤の流動性が高い場合においても、排出口に対向する滞留部で現像剤が搬送力を失い、少し遅くなった現像剤に後ろから来た現像剤がぶつかりその運動エネルギーにより現像剤面が上昇する。このため、現像剤を排出口40から適切に排出できる。
 このような本実施形態の効果について、図11及び図12を用いて説明する。図11、12は、本実施形態の効果を確認するために行った実験結果を示している。実験は、スクリュー回転速度を現像剤湿度に拘らず一定とした比較例と、本実施形態のように、現像剤湿度に応じてスクリュー回転速度を変更した実施例1とで、それぞれ以下のような条件で行った。まず、画像DUTYを複数振って、それぞれ現像剤湿度が異なる環境で現像装置を駆動し、現像容器内の現像剤量を比較した。図11、12は、この現像剤量を示しており、図11は比較例の結果、図12は実施例1の結果をそれぞれ示している。
 なお、比較例では、スクリュー回転速度は一定で700(rpm)とした。また、実施例1では、表1のテーブル2を使用してスクリュー回転速度を制御した。また、画像DUTYとは、画像一枚当たりの感光ドラム上のトナーの最大総量に対する、その画像の感光ドラム上トナーの総量の比率を100分率で表したものである。トナーの最大総量とは、感光ドラム上の画像形成可能な領域の全面にトナーにより現像した(全域ベタ現像の)時のトナー消費量であり、全域ベタ現像時の画像DUTYは100%となる。
 図11より、スクリュー回転速度を湿度によって制御せず一定とした比較例の場合には、湿度によって現像剤量が大きく変動する。特に現像剤湿度が60%の場合は現像剤排出量が著しく下がり、それを現像容器内の剤量で補うため現像剤量は湿度が10%の時に比べて著しく上昇する。図11、図12の破線は現像剤溢れの限界ラインを表しており、現像剤湿度が高ければ帯電量が下がり、嵩が下がるため溢れ限界ラインも現像剤量が大きい方へとシフトするが、高湿での現像剤排出不良による現像剤量増大の方が大きくなっている。
 結局、比較例では高湿になるほど現像剤溢れに対しロバスト性が低くなり、現像装置の駆動立ち上げ時など、一瞬の現像剤面変動で現像剤溢れが発生してしまうリスクが大きくなる。一方、実施例1の場合は、図12に示すように、現像剤の湿度によってスクリュー回転速度を制御しているため、高湿側での排出不良は軽減され、現像剤溢れのロバスト性は確保されていることが分かる。ここで、現像剤の帯電量は現像剤湿度のみならず画像DUTYの影響を受けていることがわかる。よって、比較例、実施例1共に画像DUTYが高くなった方が現像容器内のトナーの入れ替わりが多くなるため帯電量が下がり、現像剤量が増加している。
 また、本実施形態の場合、現像剤の湿度が低く、帯電量が高く流動性が低い場合には、スクリュー回転速度が低く設定される。このため、流動性が低い現像剤に高負荷がかかることを抑制して、スクリューの負荷が大きくなることによるスクリューロックや現像剤劣化を防止できる。
<第2の実施形態>
 本発明の第2の実施形態について、図13ないし図15を用いて説明する。上述の第1の実施形態では、現像剤湿度に応じてスクリュー回転速度を制御することで、高湿環境における現像剤の低帯電量時の排出性を促進させ、現像剤溢れに対するロバスト性を向上させた。しかしながら現像剤の帯電量は環境だけでなく、画像DUTYにも大きく依存する。そこで、本実施形態では、画像DUTYに応じてスクリュー回転速度を制御することによって現像剤排出を向上させるようにしている。その他の構成及び作用は、上述の第1の実施形態と同様であるため、重複する図示及び説明を省略又は簡略にし、また、同一の構成には同一の符号を付して、以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
 まず、画像DUTYで現像剤の帯電量が変化する理由は、補給されたトナー量に対する現像容器22内での攪拌時間が異なることによって、現像容器22内トナーの攪拌時間分布が異なるからである。つまり、画像DUTYが高い画像が連続してプリントされた場合、現像容器22内トナーの多くは現像され、代わりに新しいトナーが補給される。このとき、高DUTYであればあるほど当然のことながら短時間に沢山のトナーが補給される。よって、現像容器22内のトナーの攪拌時間分布は短時間であるものが大半を占め、攪拌不足で全体としての帯電量は下がる。逆に低DUTY画像が連続してプリントされた場合、トナーはほとんど入れ替わらず、現像容器22内のトナーの攪拌時間分布は長時間であるものが大半を占める。よって全体としては帯電量が上がる。
 このように本実施形態では、現像剤の帯電量に関する情報として画像DUTYを使用するようにしている。このために本実施形態の画像形成装置は、図13に示すように、制御手段としてのCPU50、記憶手段としてのメモリ51、画像形成枚数をカウントするカウンター52、ビデオカウント部57を有する。本実施形態では、カウンター52及びビデオカウント部57で、取得部及びトナー消費量検知手段としてのトナー消費量検知部58を構成している。
 ビデオカウント部57は、感光ドラム上に形成された画像ドット数、即ち、ビデオカウントを積算する。例えば、入力された画像データの(例えば600dpiにおける)1画素毎のレベル(0~255レベル)を画像1面分積算する。また、カウンター52により画像形成枚数をカウントし、ある画像形成枚数分のビデオカウントを積算し、これをこの画像形成枚数に100%DUTYのビデオカウントを乗じた値で割ることで、平均画像DUTYを求められる。即ち、平均画像DUTYとは、ある画像形成枚数の平均の画像DUTYであり、単位時間あたりに画像形成に伴って消費されるトナー消費量に関する値に相当する。したがって、平均画像DUTYが高ければ、単位時間あたりに消費されるトナー消費量が多かった場合を示し、この場合には、多量の新しい現像剤が現像容器22内に補給され、現像剤の帯電量が低くなる傾向となる。一方、平均画像DUTYが低ければ、単位時間あたりに消費されるトナー消費量が少なかった場合を示し、この場合には、現像容器22内の現像剤の入れ替わりが少なく、現像剤の帯電量が高くなる傾向となる。本実施形態では、トナー消費量検知部58により平均画像DUTYを算出している。
 本実施形態では、トナー消費量検知部58が平均画像DUTY(トナー消費量)を算出した情報をメモリ51に格納する。また、本実施形態の場合も、現像装置4の立ち上げ時(OFFからONに切り替わる時)に、CPU50がメモリ51からその時の平均画像DUTYを読み出し、その情報に基づいて表2のテーブルから、第1の搬送スクリュー25の駆動速度(スクリュー回転速度)を決定する。本実施形態では、表2のように3つのテーブルを設定しており、各テーブルはサービスモードにてユーザなどが選択できるようになっている。初期の設定はテーブル2としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2のテーブルは、平均画像DUTYに対してスクリュー回転速度(単位は「rpm」)がそれぞれ設定されている。なお、テーブル1は、平均画像DUTYに拘らずスクリュー回転速度を変更しないモードである。一方、テーブル2、3では、平均画像DUTY(トナー消費量)が第1の消費量に対応する場合よりも、第1の消費量よりも多い第2の消費量に対応する場合の方が、スクリュー回転速度が速くなるように設定している。例えば、第1の消費量に関する値として平均画像DUTY20%以下で、スクリュー回転速度が700rpmであるのに対し、第2の消費量に関する値として平均画像DUTYが20%よりも大きいと、スクリュー回転速度は800rpm以上となる。
 なお、本実施形態では、スクリュー回転速度に使用する平均画像DUTYの算出は、所定枚数以上の画像形成を行った時点で行うようにしている。このために、カウンター52により画像形成枚数をカウントし、現像装置4の立ち上げ時にCPU50がカウンター52によりカウントした値が所定枚数以上であれば、平均画像DUTYを算出し、メモリ51に記憶する。そして、この平均画像DUTYに基づいてスクリュー回転速度を制御する。したがって、本実施形態の場合、平均画像DUTYは、スクリュー回転速度を更新(つまり制御)してから次に更新するまでの画像DUTYの平均となる。
 図14を用いて、本実施形態の制御の具体例について説明する。本実施形態でも、現像装置4の立ち上げ(OFF/ON)の度に図14のフローチャートを実行し、これにより求めたスクリュー回転速度で駆動開始するものとする。つまり本実施形態では、スクリュー回転速度の変更タイミングは現像駆動OFF/ONのタイミングである。
 まず、現像駆動OFF/ONの度にその時点の画像形成枚数(プリント枚数)C(n)をメモリ51から読み出し、そして前回のスクリュー回転速度を平均画像DUTYにより変更したプリント枚数Cdと比較する(S11)。C(n)−Chが1000枚以上であれば(S11のY)、別途計算により求めたその時の積算画像ドット数Bをメモリから読み出す。そして、b_max(C(n)−Cd)で割ることで、前回平均画像DUTYによりスクリュー回転速度を更新してからその時点までの1枚プリント当たりの平均画像DUTY<D>を求める(S12)。ここで、b_maxとは、A4、1枚プリント時の100%画像DUTYのときの画像ドット数である。また積算画像ドット数Bは、そのときの画像ドット数をb(n)として1枚プリント毎にB=B+b(n)を計算することによって逐次加算されていく数であるとする。
 S12で求めた平均画像DUTY<D>をメモリ51へと格納し(S13)、次なる平均画像DUTYの計算のために積算ドット数Bをゼロにクリアする(S14)。その後、その時点のプリント枚数C(n)を平均画像DUTYによってスクリュー回転速度を変更した直近の枚数Cdとし(S15)、メモリ51に格納している平均画像DUTY<D>を用いて現像駆動を立ちあげる(S16)。即ち、表2のテーブルから平均画像DUTY<D>のスクリュー回転速度を読み出し、そのスクリュー回転速度で現像装置4の駆動を立ち上げる。一方、S11で前回のスクリュー回転速度を平均画像DUTYにより変更したプリント枚数Cdとの差分が1000枚未満であれば(S11のN)、前回の平均画像DUTY<D>を用いて現像駆動を立ちあげる(S16)。即ち、<D>を更新していないので前回のままのスクリュー回転速度で立ちあげる。このようなシーケンスとすることによって、ある頻度(本実施例では1000枚以上)でスクリュー回転速度を更新し、その時の平均画像DUTYに合わせたスクリュー回転速度とすることができる。
 このような本実施形態の場合、現像剤の流動性が高くなる帯電量が低い状態、即ち、平均画像DUTYが高い(トナー消費量が多い)状態で、第1の搬送スクリュー25の駆動速度が速くなるように制御される。このため、第1の実施形態と同様に、現像剤の流動性が高くて現像剤が排出口40近傍に滞留しにくくても、現像剤の剤面を上げて、現像剤の排出を適切に行える。
 このような本実施形態の効果について、図11及び図15を用いて説明する。図11、15は、本実施形態の効果を確認するために行った実験結果を示している。実験は、スクリュー回転速度を平均画像DUTYに拘らず一定とした比較例と、本実施形態のように、平均画像DUTYに応じてスクリュー回転速度を変更した実施例2とで、それぞれ以下のような条件で行った。まず、画像DUTYを複数振って、それぞれ現像剤湿度が異なる環境で現像装置を駆動し、現像容器内の現像剤量を比較した。図11、15は、この現像剤量を示しており、図11は比較例の結果、図15は実施例2の結果をそれぞれ示している。また、比較例では、スクリュー回転速度は一定で700(rpm)とした。また、実施例2では、表2のテーブル2を使用してスクリュー回転速度を制御した。
 図11より、スクリュー回転速度を平均画像DUTYによって制御せず一定とした比較例の場合は、平均画像DUTYによって現像剤量が変動する。特に平均画像DUTYが100%の場合は現像剤排出量が著しく下がり、それを現像容器内の剤量で補うため現像剤量は湿度が0%の時に比べて上昇する。更にこの傾向は実施例1で説明したとおり現像剤湿度にも依存し、特に高湿度環境において顕著である。結局先述のとおり比較例では画像DUTYが高く、高湿になるほど現像剤溢れに対しロバスト性がなくなり、現像駆動OFF/ONなど、一瞬の現像剤面変動で現像剤溢れが発生してしまうリスクが大きくなる。
 一方、実施例2の場合は、図15に示す通り、平均画像DUTYによってスクリュー回転速度を制御しているため、画像DUTYによる排出量のばらつきは抑えられ、0%−100%での現像剤量のばらつきは全湿度環境を通して小さくなっている。よって、比較例に比べて現像剤溢れに対し、ロバスト性が向上していることが分かる。
<第3の実施形態>
 本発明の第3の実施形態について、図16ないし図18を用いて説明する。上述の第1、第2の実施形態では、それぞれ現像剤湿度又は平均画像DUTYに応じてスクリュー回転速度を制御することで、現像剤の低帯電量時の排出性を促進させ、現像剤溢れに対するロバスト性を向上させた。本実施形態では、これら現像剤湿度、画像DUTYの2つのパラメータに応じてスクリュー回転速度を制御することによって更に現像剤排出を向上させるようにしている。その他の構成及び作用は、上述の第1、第2の実施形態と同様であるため、重複する図示及び説明を省略又は簡略にし、また、同一の構成には同一の符号を付して、以下、第1、第2の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
 このように本実施形態では、現像剤の帯電量に関する情報として、現像剤の湿度及び画像DUTYを使用するようにしている。このために本実施形態の画像形成装置は、図16に示すように、制御手段としてのCPU50、記憶手段としてのメモリ51、画像形成枚数をカウントするカウンター52、取得部及び湿度検知手段としての湿度検知部53、ビデオカウント部57を有する。本実施形態でも、カウンター52及びビデオカウント部57で、取得部及びトナー消費量検知手段としてのトナー消費量検知部58を構成している。また、本実施形態の場合も、湿度検知部53は、水分量検知手段としての水分量センサ54、温度検知手段としての温度センサ55、算出手段としての算出部56を有する。各部の構成及び作用は、第1、第2の実施形態と同様である。
 本実施形態の場合、CPU50は、前回、メモリ51に湿度検知部53により検知した湿度(湿度情報)を記憶した時から第1枚数以上の記録材に画像形成が行われると湿度検知部53により検知した湿度(湿度情報)をメモリ51に記憶させる。即ち、メモリ51内の湿度情報を更新する。また、CPU50は、前回、メモリ51にトナー消費量検知部58により検知した平均画像DUTYを記憶した時から、第2枚数以上の記録材に画像形成が行われるとトナー消費量検知部58により検知した平均画像DUTYをメモリ51に記憶させる。ここで、第2枚数は第1枚数とは異なり、第1枚数よりも多い。例えば、第1枚数が300枚、第2枚数が1000枚とする。
 そして、CPU50は、メモリ51に記憶された湿度(湿度情報)と平均画像DUTY(トナー消費量)との関係から設定される速度に基づいて、第2の駆動モータM2を制御する。本実施形態では、表3のテーブルから、第1の搬送スクリュー25の駆動速度(スクリュー回転速度)を決定する。また、本実施形態では、表3のように3つのテーブルを設定しており、各テーブルはサービスモードにてユーザなどが選択できるようになっている。初期の設定はテーブル2としている。ここで、表3のようにサービスモードにてテーブルを複数設けた理由は、特定のユーザや地域(環境)に応じてより適切なテーブルを選択できるようにするためである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3のテーブルは、現像剤湿度及び平均画像DUTYに対してスクリュー回転速度(単位は「rpm」)がそれぞれ設定されている。なお、テーブル1は、現像剤湿度及び平均画像DUTYに拘らずスクリュー回転速度を変更しないモードである。一方、テーブル2、3では、現像剤の湿度が第1の湿度の場合(例えば15%以下)よりも、第1の湿度よりも高い第2の湿度の場合の(例えば15%よりも大きい)方が、スクリュー回転速度が速くなるように設定している。且つ、平均画像DUTY(トナー消費量)が第1の消費量に対応する場合(例えば20%以下)よりも、第1の消費量よりも多い第2の消費量に対応する場合の(例えば20%よりも大きい)方が、スクリュー回転速度が速くなるように設定している。
 図17を用いて、本実施形態の制御の具体例について説明する。本実施形態でも、現像装置4の立ち上げ(OFF/ON)の度に図17のフローチャートを実行し、これにより求めたスクリュー回転速度で駆動開始するものとする。つまり本実施形態でも、スクリュー回転速度の変更タイミングは現像駆動OFF/ONのタイミングである。
 まず、現像駆動OFF/ONの度にその時点の画像形成枚数(プリント枚数)C(n)をメモリ51から読み出し、前回のメモリ51内の現像剤湿度Hを更新したプリント枚数Chと比較する(S21)。そして、C(n)−Chが300枚以上であれば(S21のY)、その時の現像剤湿度をメモリ51から読み出し、スクリュー回転速度制御に用いる現像剤湿度Hとする(S22)。現像剤湿度は毎プリントごとに算出し、メモリ51に格納しておくものとする。その後、その時点のプリント枚数C(n)を直近に現像剤湿度Hを更新した枚数Chとし(S23)、次のS24に進む。一方、S21でC(n)−Chが300枚未満であれば(S21のN)、現像剤湿度Hを更新することなく、前回のままとして次のS24に進む。
 次に、メモリ51から読みだしたプリント枚数C(n)を、前回のメモリ51内の平均画像DUTYを更新したプリント枚数Cdと比較する(S24)。C(n)−Chが1000枚以上であれば(S24のY)、別途計算により求めたその時の積算画像ドット数Bをメモリから読み出す。そして、b_max(C(n)−Cd)で割ることで、前回平均画像DUTYを更新してからその時点までの1枚プリント当たりの平均画像DUTY<D>を求める(S25)。
 S25で求めた平均画像DUTY<D>をメモリ51へと格納し(S26)、次なる平均画像DUTYの計算のために積算ドット数Bをゼロにクリアする(S27)。その後、その時点のプリント枚数C(n)を平均画像DUTYを更新した直近の枚数Cdとし(S28)、メモリ51に格納している現像剤湿度H及び平均画像DUTY<D>を用いて現像駆動を立ちあげる(S29)。即ち、表3のテーブルから現像剤湿度H及び平均画像DUTY<D>のスクリュー回転速度を読み出し、そのスクリュー回転速度で現像装置4の駆動を立ち上げる。
 一方、S24でC(n)−Cdが1000枚未満であれば(S24のN)、平均画像DUTY<D>を更新することなく、前回のままとしてS29に進む。このようなシーケンスとすることによって、ある頻度(本実施例では300枚以上又は1000枚以上)でスクリュー回転速度を更新し、その時の現像剤湿度及び平均画像DUTYに合わせたスクリュー回転速度とすることができる。このような本実施形態の場合、現像剤湿度及び平均画像DUTYを用いてスクリュー回転速度を制御するため、より高精度に現像剤の排出を行える。
 このような本実施形態の効果について、図11及び図18を用いて説明する。図11、18は、本実施形態の効果を確認するために行った実験結果を示している。実験は、スクリュー回転速度を現像剤湿度及び平均画像DUTYに拘らず一定とした比較例と、本実施形態のように、現像剤湿度及び平均画像DUTYに応じてスクリュー回転速度を変更した実施例3とで、それぞれ以下のような条件で行った。まず、画像DUTYを複数振って、それぞれ現像剤湿度が異なる環境で現像装置を駆動し、現像容器内の現像剤量を比較した。図11、18は、この現像剤量を示しており、図11は比較例の結果、図18は実施例3の結果をそれぞれ示している。また、比較例では、スクリュー回転速度は一定で700(rpm)とした。また、実施例3では、表3のテーブル2を使用してスクリュー回転速度を制御した。
 図18に示す通り、実施例3においては現像剤湿度と平均画像DUTYの2つのパラメータによってスクリュー回転速度を制御しているため、実施例1や実施例2の場合と比較してもより効果的に排出量のばらつきが抑えられた。この結果、実施例3では、現像剤溢れに対しロバスト性がより向上していることが分かる。
<第4の実施形態>
 本発明の第4の実施形態について、図16を参照しつつ、図19及び図20を用いて説明する。上述の第3の実施形態では、現像剤湿度と画像DUTYの両方に応じてスクリュー回転速度を制御することで、高湿環境と画像DUTYの高い場合における現像剤の排出性を促進させ現像剤溢れに対するロバスト性を向上させた。しかしながら、現像剤を取り巻く温湿度が急激に変化した時には、現像剤湿度は、その変化に直ちに追従することができず、ある程度遅延しながら徐々に現像剤の周囲の環境になっていく。このため、現像剤の周囲の温湿度の変化が起きてからしばらくは、本来あるべき現像剤の状態(帯電量)と、上述のように検知決定された状態(帯電量)の間に不一致が起きる場合が考えられる。そこで、本実施形態では、このような不一致が起きた場合においても、ある一定の間は直ちにスクリュー回転速度の変更を行わないことで、その影響を小さくするようにしている。その他の構成及び作用は、上述の第3の実施形態と同様であるため、重複する図示及び説明を省略又は簡略にし、また、同一の構成には同一の符号を付して、以下、第3の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
 このように本実施形態でも、第3の実施形態と同様に、現像剤の帯電量に関する情報として、現像剤の湿度及び画像DUTYを使用するようにしている。このために本実施形態の画像形成装置も、図16に示すように、CPU50、メモリ51、カウンター52、湿度検知部53、ビデオカウント部57を有する。本実施形態でも、カウンター52及びビデオカウント部57でトナー消費量検知部58を構成し、湿度検知部53は、水分量センサ54、温度センサ55、算出部56を有する。各部の構成及び作用は、第1、第2の実施形態と同様である。
 本実施形態の場合も、CPU50は、メモリ51に記憶された湿度(湿度情報)及び平均画像DUTYに基づいてスクリュー回転速度を制御する。但し、所定のタイミング(本実施形態では現像駆動OFF/ON時)で湿度検知部53により検知される湿度がメモリ51に記憶された湿度に対し大きく変化した場合には、しばらくメモリ51内の現像剤湿度の情報を更新しない。即ち、今回検知した湿度(湿度情報)が前回検知した湿度(湿度情報)に対し、所定の湿度範囲である(に対応する)低湿度区分から低湿度区分よりも高い湿度範囲である(に対応する)高湿度区分に変化した場合を考える。この場合には、変化した時点から所定枚数の記録材に画像形成が行われるまで、メモリ51に記憶された湿度を更新しない。即ち、前回のままの湿度を使用して、スクリュー回転速度を制御する。一方、それ以外の場合には、第3の実施形態と同様に、メモリ51に記憶された湿度をその時に検知した湿度に更新し、その湿度を使用してスクリュー回転速度を制御する。
 言い換えれば、現像剤湿度が低湿度区分から高湿度区分へ現像剤を取り巻く環境が変わった時に、直ちにスクリュー回転速度を変更せず、所定枚数(本実施形態では500枚)プリントするまで、スクリュー回転速度をそのまま保つ。その後、500枚を超えた後の最初の現像駆動のOFF/ON時にスクリュー回転速度を、検知した湿度に応じて変更する。
 なお、本実施形態の湿度区分は、前述の表3に示した区分であり、3つの区分に分けられている。即ち、第1の区分が「15%以下」、第2の区分が「15%より大きく45%以下」、第3の区分が「45%よりも大きい」である。したがって、今回検知した湿度が前回検知した湿度に対し、所定の湿度範囲である低湿度区分から低湿度区分よりも高い湿度範囲である高湿度区分に変化した場合とは、次のような場合となる。即ち、前回検知した湿度が第1の区分の範囲であり、今回検知した湿度が第2の区分又は第3の区分の範囲となった場合、或いは、前回検知した湿度が第2の区分の範囲であり、今回検知した湿度が第3の区分の範囲となった場合である。この場合には、直ちにスクリュー回転速度を変更せず、所定枚数プリントするまで、スクリュー回転速度をそのまま保つようにする。
 ここで、スクリュー回転速度制御において、仮に温度センサや水分量センサの検知により決定した現像剤湿度と実際の現像剤湿度がアンマッチした場合、最も弊害が出やすいのは、次のとおりである。即ち、現像剤がそれほど高湿度ではないのに、検知決定した湿度が高湿度であり、本来あるべきスクリュー回転速度よりも速い回転速度で駆動され、現像剤排出過多となる場合である。なぜなら、現像剤排出過多により現像剤が減少する速度は一般に速く、すぐに現像剤が枯渇し、現像スリーブへと十分な現像剤が供給されず、濃度ムラ等の画像弊害を生み出す可能性が高いからである。
 逆に、現像剤排出不良は長期にわたって続く場合は深刻であるが、一時の検出アンマッチくらいの期間では現像剤の増加による溢れ等のリスクは少ない。更に、現像剤を取り巻く環境が低湿度から高湿度へと変化した場合、現像剤はある程度は遅延してその環境へと追従していくため、少なからず上記のような問題は比較的起きやすいと考えられる。このような理由から、本実施形態では、温度センサや水分量センサの検知により現像剤湿度が低湿度区分から高湿度区分へと切り替わった時点から500枚プリントするまでは現像剤湿度によるスクリュー回転速度制御を行わないものとした。
 一方、温度センサや水分量センサの検知により湿度区分が高湿から低湿へと切り替わる場合は、次の通りである。即ち、仮に検知した現像剤湿度と実際の現像剤湿度がアンマッチしたとしても、現像剤がそれほど低湿度ではないのに検知決定した湿度が低湿度である場合である。この場合は、本来あるべきスクリュー回転速度よりも遅い回転速度で駆動され、現像剤排出不良となる場合である。前述の通り、このような状態が長期にわたって続く場合は深刻であるが、スクリュー駆動に従い検知した現像剤湿度と実際の現像剤湿度が徐々に一致するため、一時的なアンマッチであれば現像剤の増加による溢れ等のリスクは少ない。よってこの場合は低湿度から高湿度への切り替え時のようなスクリュー回転速度変更を行わないという制御は実行する必要がない。
 図19及び図20を用いて、本実施形態の制御の具体例について説明する。本実施形態でも、現像装置4の立ち上げ(OFF/ON)の度に図19のフローチャートを実行し、これにより求めたスクリュー回転速度で駆動開始するものとする。つまり本実施形態でも、スクリュー回転速度の変更タイミングは現像駆動OFF/ONのタイミングである。なお、図19のフローは、前述の図17のフローと共通する部分が多くあるため、同一のステップについては説明を省略又は簡略にし、図19について、図17のフローと異なる部分を中心に説明する。
 まず、現像駆動OFF/ONの度に後述するフラグK=0であるか否かを確認する(S31)。K=0であれば(S31のY)、即ち、フラグが立ってなければ、その時点の画像形成枚数(プリント枚数)C(n)を、前回のスクリュー回転速度を湿度により変更したプリント枚数Chと比較する(S32)。次いで、前回更新した現像剤湿度H(つまりメモリ51に格納されている現像剤湿度H)に対し、今回更新しようとしている現像剤湿度H(n)が表3のテーブルにおいて、低湿度区分から高湿度区分に切り替わろうとしているかを判断する(S33)。これに該当していなければ(S33のN)、K=0のまま(S34)、S35に進む。即ち、その時の現像剤湿度をメモリ51から読み出し、スクリュー回転速度制御に用いる現像剤湿度Hとする(S35)。その後、その時点のプリント枚数C(n)を直近に現像剤湿度Hを更新した枚数Chとし(S36)、次のS38に進む。
 S33で、低湿度区分から高湿度区分に切り替わろうしているならば(S33のY)、スクリュー回転速度維持フラグKに1を立て(K=1)、現像剤湿度Hを更新せず、そのまま平均画像DUTYによる制御へと移る(S37)。S38~S43は、図17のS24~S29と同じであるため、説明を省略する。以降、現像駆動OFF/ONの度に最初のフローでKが1か否かを確認し(S31)、K=1であれば無条件に、平均画像DUTYによる制御へと移り、S38以降のステップを実行する。
 ここで、Kが1から0へと切り替わるには(フラグが解除されるには)、プリント枚数がK=1となった時点から500枚をカウントするまでとする。このフローを図20に示す。即ち、プリント開始時(プリントジョブ開始時ではない)にK=1であるか否かを確認する(S51)。そして、K=1であれば(S51のY)、プリント枚数Lをカウントし(S52)、Lが500枚以上となった時点(S53のY)でK=0、L=0とする(S54)。これにより、K=1となった時点から500枚以上プリントされることでフラグが解除され、図19のS32以降のステップに移行可能となる。
 例えば、表3のテーブル3で、スクリュー回転速度の区分が「湿度15%−45%、平均画像DUTY20%−50%」の区分(900rpm)からより高湿度区分(例えば湿度60%)になった場合を考える。この場合、K=1となり、現像剤湿度Hは更新されないが、仮に、画像DUTYも同時に高DUTYとなり、平均画像DUTYが50%を超えれば、スクリュー回転速度の区分は、「湿度15%−45%、平均画像DUTY50%以上」の区分となる。そして、スクリュー回転速度は900rpmから1100rpmとなる。その後、500枚以上のプリントがなされ、K=0となった時点で、湿度が60%であるため、スクリュー回転速度の区分は、「湿度45%以上、平均画像DUTY50%以上」となり、スクリュー回転速度は、1100rpmから1400rpmに変更される。
 本実施形態の場合、このような制御にすることによって、環境アンマッチというリスクを低減しつつ、環境やプリント画像の画像DUTYに応じて最適なスクリュー回転速度を選択することが可能となる。この結果、現像剤溢れなどの画像弊害を抑制し、長期にわたって安定した画像を得ることができる。
<他の実施形態>
 上述の各実施形態では、現像剤湿度Hや平均画像DUTY<D>の更新を行うためや、フラグKを解除するために画像形成枚数をカウントしているが、これらは、現像スリーブの駆動時間であっても良い。また、現像スリーブと搬送スクリューとの駆動源をそれぞれ別としているが、同一駆動源としても良い。
 また、上述の各実施形態では、現像スリーブ28へ現像剤を供給する機能をもつ現像室23と現像スリーブ28から現像剤を回収する機能を持つ攪拌室24はそれぞれ別で上下に配置された縦攪拌型の現像装置を用いた。但し、本発明は、このような構成以外の現像装置を備えた画像形成装置にも適用可能である。例えば、図21に示すように、現像スリーブ28の駆動源と搬送スクリュー25、26の駆動源がそれぞれ別であれさえすれば、現像室23と攪拌室24とが横に配置された横攪拌型の現像装置を使用することもできる。また、図22に示すように、縦攪拌型であっても、現像スリーブ28と搬送スクリュー25、26との駆動源がそれぞれ別であれば、現像スリーブ28へ現像剤を供給する機能と現像後の剤を回収する機能が分かれていない現像装置も使用可能である。
 本発明によれば、現像剤の流動性が高くて現像剤が排出口近傍に滞留しにくくても、現像剤の剤面を上げて現像剤の排出を適切に行える画像形成装置が提供される。
1(1a、1b、1c、1d)・・・感光ドラム(像担持体)/4(4a、4b、4c、4d)・・・現像装置(現像手段)/22・・・現像容器/25・・・第1の搬送スクリュー/25a・・・回転軸/25b・・・羽根/26・・・第2の搬送スクリュー/31・・・ホッパー(補給手段)/32・・・補給スクリュー/40・・・排出口/50・・・CPU(制御手段)/51・・・メモリ(記憶手段)/52・・・カウンター/53・・・湿度検知部(取得部、湿度検知手段)/54・・・水分量センサ(水分量検知手段)/55・・・温度センサ(温度検知手段)/56・・・算出部(算出手段)/57・・・ビデオカウント部/58・・・トナー消費量検知部(取得部、トナー消費量検知手段)/100・・・画像形成装置/M1・・・第1の駆動モータ/M2・・・第2の駆動モータ(駆動手段)/α・・・第1領域/β・・・第2領域

Claims (8)

  1. 像担持体と、
    前記像担持体に形成された潜像を現像する現像装置であって、現像剤が収容された現像容器と、前記現像容器内で現像剤を搬送する搬送スクリューと、前記搬送スクリューと対向するように前記現像容器の側面に設けられ、前記現像容器内の余剰現像剤を排出するための排出口と、を備えた現像装置と、
    前記現像容器に現像剤を補給する補給装置と、
    前記搬送スクリューを回転駆動する駆動装置と、
    現像剤の帯電量に関する情報を取得する取得部と、
    前記駆動装置を制御する制御部と、を備え、
    前記搬送スクリューは、前記排出口に対向する部分を含む第1領域の外径が、前記第1領域に隣接する第2領域の外径よりも小さくなるように形成されており、
    前記制御部は、前記取得部の情報に基づいて、現像剤の帯電量が第1の帯電量に対応する場合よりも、前記第1の帯電量よりも低い第2の帯電量に対応する場合の方が、前記駆動装置により前記搬送スクリューを駆動する駆動速度が速くなるように制御する画像形成装置。
  2. 前記搬送スクリューは、回転軸と前記回転軸の周囲に螺旋状に形成した羽根を備え、前記第1領域には、前記羽根部が形成されていない請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記搬送スクリューは、回転軸の周囲に螺旋状に形成した羽根の外径が、前記第2領域よりも前記第1領域の方が小さくなるように形成される請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御部は、前記駆動装置の立ち上げ時に前記取得部からの情報に基づいて前記駆動装置を制御する請求項1ないし3のうちの何れか1項に記載の画像形成装置。
  5. 像担持体と、
    前記像担持体に形成された潜像を現像する現像装置であって、現像剤が収容された現像容器と、前記現像容器内で現像剤を搬送する搬送スクリューと、前記搬送スクリューと対向するように前記現像容器の側面に設けられ、前記現像容器内の余剰現像剤を排出するための排出口と、を備えた現像装置と、
    前記現像容器に現像剤を補給する補給装置と、
    前記搬送スクリューを回転駆動する駆動装置と、
    現像剤の湿度に関する情報を取得する取得部と、
    前記駆動装置を制御する制御部と、を有し、前記搬送スクリューは、前記排出口に対向する部分を含む第1領域の外径が、前記第1領域に隣接する第2領域の外径よりも小さくなるように形成され、
    前記制御部は、前記取得部により取得された情報に基づき、前記現像剤の湿度が第1の湿度に対応する場合よりも、前記第1の湿度よりも高い第2の湿度に対応する場合の方が、前記駆動装置により前記搬送スクリューを駆動する駆動速度が速くなるように制御する画像形成装置。
  6. 前記制御部は、画像形成枚数が所定枚数行われる毎に、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記搬送スクリューを駆動する駆動速度を制御する、
    ことを特徴とする、請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記取得部は、前記現像容器内の温度を検知する温度センサと、装置の外部の水分量を検知する水分量センサと、を有する請求項5又は6に記載の画像形成装置。
  8. 像担持体と、
    前記像担持体に形成された潜像を現像する現像装置であって、現像剤が収容された現像容器と、前記現像容器内で現像剤を搬送する搬送スクリューと、前記搬送スクリューと対向するように前記現像容器の側面に設けられ、前記現像容器内の余剰現像剤を排出するための排出口と、を備えた現像装置と、
    前記現像容器に現像剤を補給する補給装置と、
    前記搬送スクリューを回転駆動する駆動装置と、
    単位時間あたりに画像形成に伴って消費されるトナー消費量に関する値を取得する取得部と、前記駆動装置を制御する制御部と、を有し、
    前記搬送スクリューは、前記排出口に対向する部分を含む第1領域の外径が、前記第1領域に隣接する第2領域の外径よりも小さくなるように形成されており、
    前記制御部は、前記取得部により取得された情報に基づき、前記トナー消費量に関する値が第1の消費量に対応する場合よりも、前記第1の消費量よりも多い第2の消費量に対応する場合の方が、前記駆動手段により前記搬送スクリューを駆動する駆動速度が速くなるように制御する画像形成装置。
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