現像装置および画像形成装置
【課題】二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置に対して、トナー濃度及び現像剤の量に応じて適切な量の現像剤を補給することによって、長期にわたって良好な画像形成を行うことのできる現像装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像槽内現像剤を搬送・攪拌する攪拌部材と、現像剤担持体と、を備える現像装置であって、現像剤補給タンクと、トナー濃度検出センサと、トリクル式の排出機構と、現像剤量推定センサと、トナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備えてなり、制御手段は、算出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定する。
【解決手段】現像槽内現像剤を搬送・攪拌する攪拌部材と、現像剤担持体と、を備える現像装置であって、現像剤補給タンクと、トナー濃度検出センサと、トリクル式の排出機構と、現像剤量推定センサと、トナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備えてなり、制御手段は、算出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置、及び当該現像装置を用いた画像形成装置に関する。本発明は、特に、新規現像剤を少しずつ供給するとともに劣化現像剤を少しずつ排出するというトリクル方式の現像装置、及び当該現像装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像方式として、現像剤の主成分としてトナーを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナー及びキャリアを用いる二成分現像方式と、が知られている。
【０００３】
トナー及びキャリアを用いた二成分現像方式は、トナーとキャリアとを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電させるため、一成分現像剤を用いた一成分現像方式よりも、トナーの受けるストレスが少ないという特徴を有している。キャリアの表面積はトナーよりも大きいことから、トナーがキャリア表面に付着することによってキャリアが汚れることも少ない。しかし、長期間の使用により、キャリア表面に付着した汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が次第に低下する。その結果、かぶりやトナー飛散の問題が発生する。二成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアの量を増やすことも考えられるが、これは現像装置の大型化を招くために望ましくない。
【０００４】
二成分現像剤に係る上記問題を解消するため、特許文献１には、新規の現像剤を少しずつ現像装置内に補給するとともに、帯電性能の劣化した現像剤を少しずつ現像装置から排出することによって、劣化キャリアの増加を抑制するといういわゆるトリクル方式の現像装置が開示されている。この現像装置は、現像剤の嵩変動を利用して、余剰となった劣化現像剤を排出して現像装置内の現像剤の嵩レベルを大略一定に保つ構成である。このトリクル方式の現像装置によれば、現像装置内の劣化キャリアが少しずつ新規キャリアに置換され、現像装置内のキャリアの帯電性能を大略一定に保つことが可能となる。
【０００５】
トリクル方式の現像装置では、現像装置内の現像剤を排出しながら現像剤を補給することを行っているから、現像装置内に存在する現像剤の量が変動して、現像装置内に存在する現像剤の量が常に一定にはなっていない。したがって、トリクル方式の現像装置は、同じトナー濃度であっても、現像装置内の現像剤量の違いにより、トナー濃度の検出誤差を生じてしまうという問題を有している。
【０００６】
トナー及びキャリアを用いた二成分現像方式においてトナー濃度を検出する方法は、主として、現像剤に照射された光の反射量を検出して単位面積当たりのトナーの含有率を検出する光学式のものと、磁性キャリアの透磁率を検出して単位体積当たりのキャリアの含有率を検出する磁気式のものとがある。センサ自身のコストや現像剤によるセンサの汚染性の観点から、磁気式検出方法が一般的に使用されている。
【０００７】
磁気式検出方法は、その検出原理上、トナー濃度の変化だけでなく嵩密度の変化によっても検出領域での透磁率が変化するために、トナー濃度の検出において誤差を生じてしまうという問題を有している。
【０００８】
そこで、特許文献２には、トナー濃度検出の誤差発生を防止するために、光学式センサや磁気式センサのように異なった検出原理のセンサを用いて、現像剤のトナー濃度変化及び密度変化を検出し、光学式センサによって得られたトナー濃度に対して密度変化に対応する補正量を加えてトナー濃度を補正することが提案されている。
【特許文献１】特開昭５９−１００４７１号公報
【特許文献２】特開平０５−３４１６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に開示された技術は、検出原理の異なった複数のセンサを配置することから、現像装置の小型化が困難である、制御方法が複雑になる、コストが高い等の問題を有している。さらに、特許文献２に開示された技術は、密度変化に対応する補正量を用いて、光学式センサによって得られたトナー濃度を適正なトナー濃度に補正することを開示するものであり、現像装置内の現像剤量を推定又は検出するものではない。
【００１０】
また、現像装置内に存在する現像剤の量が変動するトリクル方式の現像装置においては、トナー濃度を正確に検出したとしても、ある一定量の補給動作を継続すると、現像装置内でのトナー濃度が適正な基準トナー濃度からずれてしまうという問題がある。すなわち、現像装置内に存在する現像剤の量が少ない場合、ある一定量の補給動作を継続すると、トナーの補給量が過多になるために、現像装置内のトナー濃度が基準トナー濃度よりも高めに推移することになる。逆に、現像装置内に存在する現像剤の量が多い場合、ある一定量の補給動作を継続すると、トナーの補給量が過少になるために、現像装置内のトナー濃度が基準トナー濃度よりも低めに推移することになる。したがって、いずれの場合においても、現像装置内でのトナー濃度が適正な基準トナー濃度からずれてしまう。
【００１１】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置に対して、トナー濃度及び現像剤の量に応じて適切な量の現像剤を補給することによって、長期にわたって良好な画像形成を行うことのできる現像装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および作用・効果】
【００１２】
前記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える現像装置であって、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
前記現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
前記現像槽内に存在する現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定センサと、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
トナー濃度検出センサによって検出されたトナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、現像剤補給タンクから補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備えてなり、
前記制御手段は、検出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定することを特徴とする現像装置が提供される。
【００１３】
上記現像装置によれば、トナー濃度検出センサから出力された値に基づいて、真のトナー濃度に近似した、いわば近似トナー濃度が算出される。現像剤量推定センサから出力された値に基づいて、現像槽内に存在する現像剤の量が推定される。
【００１４】
算出されたトナー濃度及び推定された現像剤量と、補給すべき補給量との関係を実験的に求めた算出式又はテーブルに基づいて、所望とするトナー濃度とするために必要な補給量が決定され、当該補給量が現像槽へ補給される。したがって、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置に対して、現像装置内のトナー濃度及び現像剤量に応じて適切な量の現像剤が補給されるので、長期にわたって良好な画像形成を行うことができる。
【００１５】
現像剤が滞留しやすい場所は、現像剤の充填度合いの高い密状態であるので、現像槽内のトナー濃度をより正確に反映している。したがって、トナー濃度検出センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置される。また、現像剤が滞留しにくい場所は、現像剤の充填度合いの低い疎状態であるので、現像槽内の現像剤量を反映していると考えられる。したがって、現像剤量推定センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置される。
【００１６】
上記のように、トナー濃度検出センサは現像剤の充填度合いの高い場所に設置され、現像剤量推定センサは現像剤の充填度合いの低い場所に設置されることが好適である。各センサの具体的な設置場所として、トナー濃度検出センサの設置場所は、静電潜像担持体から遠方側に位置する第一搬送路の最下流位置の周辺であり、現像剤量推定センサの設置場所は、前記第一搬送路の最下流位置よりも上流側である。
【００１７】
また、各センサの具体的な他の設置場所として、トナー濃度検出センサの設置場所は、第一搬送路の側面視、現像剤量推定センサの設置場所よりも下方に位置している。
【００１８】
上述した現像装置は、周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える画像形成装置に組み込んで使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置１及び現像装置３４では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。
【００２０】
図１乃至６を参照しながら、本発明の第一実施形態に係る画像形成装置１及び当該装置に使用される現像装置３４について説明する。
【００２１】
〔画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置１の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置１は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電装置２６、露光装置２８、現像装置３４、転写装置３６、およびクリーニング装置４０がそれぞれ配置されている。
【００２２】
帯電装置２６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８は、帯電された感光体１２の外周面に向けて、画像光３０を出射する。露光装置２８を通過した感光体１２の外周面には、画像光３０が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分とからなる静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像装置３４は、後述する現像槽内現像剤３を用いて静電潜像を可視像化する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写装置３６は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどの用紙３８に転写する。図１に示した実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして図示されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニング装置４０は、転写装置３６で用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして図示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００２３】
このような構成を備えた画像形成装置１が画像を形成するとき、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて例えば反時計周り方向に回転する。このとき、帯電装置２６を通過する感光体１２の外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体１２の外周部分は、露光装置２８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像装置３４のところまで搬送され、現像装置３４によって可視像化される。可視像化されたトナー像は、感光体１２の回転と共に転写装置３６のところまで搬送され、転写装置３６により用紙３８に転写される。トナー像が転写された用紙３８は定着装置２０のところまで搬送され、用紙３８にトナー像が固定される。転写装置３６を通過した感光体１２の外周部分はクリーニング装置４０のところまで搬送され、用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存するトナーが感光体１２から掻き取られる。
【００２４】
〔現像装置〕
現像装置３４は、非磁性トナー（以下、単にトナーという。）及び磁性キャリア（以下、単にキャリアという。）を含む２成分現像剤と、種々の部材を収容する現像槽６６と、を備えている。現像槽６６は感光体１２に向けて開放された開口部を備えており、この開口部の近傍に形成された空間に現像ローラ４８が設けられている。現像剤担持体としての現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップを介して、回転可能に枢支されている。
【００２５】
現像ローラ４８は、回転不能に固定された磁石体４８ａと、磁石体４８ａの周囲を回転可能に支持された円筒状のスリーブ４８ｂ（第一の回転円筒体）と、を有するいわゆるマグネットローラである。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの上方には、現像槽６６に固定され、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの中心軸と平行に延在する規制板６２が、所定の規制ギャップを介して対向配置されている。現像ローラ４８の内側にある磁石体４８ａは、スリーブ４８ｂの回転方向に沿って、Ｎ１、Ｓ２、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ１という５個の磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、感光体１２と対向するように配置されている。スリーブ４８ｂの上の現像剤を剥離させるための反発磁界を発生させる同極のＮ２及びＮ３は、現像槽６６の内部に対向配置されている。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは、感光体１の回転方向と逆向きに（カウンター方向に）回転する。
【００２６】
図２は、現像装置３４を上から見た模式的断面図である。図２に示すように、現像ローラ４８の背後には、現像剤攪拌搬送室６７が形成されている。現像剤攪拌搬送室６７は、現像ローラ４８の近傍に形成された第二搬送路７０と現像ローラ４８から離れた第一搬送路６８と、第一搬送路６８及び第二搬送路７０を間仕切る隔壁７６と、を有する。第一搬送路６８の搬送方向の上流側の上方には、現像剤補給タンク８０が配設されていて、現像剤補給タンク８０が補給口８２を介して第一搬送路６８と連通している。現像剤補給タンク８０には、トナーを主成分としてキャリアを含有する補給用現像剤２が充填されている。補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは５乃至４０重量％であり、より好ましくは１０乃至３０重量％である。また、第二搬送路７０の搬送方向の下流側の下方には、現像剤回収タンク９０が配設されていて、現像剤回収タンク９０が回収口９２を介して第二搬送路７０と連通している。
【００２７】
現像剤補給タンク８０の底部には、制御部１００によって駆動制御される現像剤補給ローラが配置されている。補給用モータの回転駆動により現像剤補給ローラが回転することによって、その駆動時間に応じた量の新規の補給用現像剤２が、流下して現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。
【００２８】
第一搬送路６８には、現像槽内現像剤３を攪拌しながら搬送する攪拌部材である第一スクリュー７２が回転可能に枢支されている。第二搬送路７０には、第一搬送路６８からの現像槽内現像剤３を攪拌しながら現像ローラ４８に搬送する第二スクリュー７４が回転可能に枢支されている。第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４は、それぞれ、シャフトに所定のピッチで螺旋状の羽根が固定された通常のスパイラルスクリューである。この場合、第一搬送路６８と第二搬送路７０との両端部に位置する隔壁７６の上部が切り欠かれることによって連絡通路が形成されている。第一搬送路６８の搬送方向の下流側端部に到達した現像槽内現像剤３が連絡通路を介して第二搬送路７０へ送り込まれ、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部に到達した現像槽内現像剤３が連絡通路を介して第一搬送路６８に送り込まれる。その結果、図２の矢印方向にしたがって、現像槽内現像剤３が現像剤攪拌搬送室内を循環する。
【００２９】
第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４は、シャフトに所定のピッチで螺旋状の羽根が固定されたスパイラルスクリューである。図２の右端部に示すように、第二スクリュー７４は、図中の右側に延在して、回収口９２の上まで延在している。第二スクリュー７４は、第二搬送路７０から第一搬送路６８に向かう連絡通路及び第二搬送路７０の下流側側端部に対応する位置において、スパイラルスクリューの螺旋の向きが他の部分とは逆向きに構成されている逆羽根部を有する。第二スクリュー７４の羽根のピッチは、搬送方向の下流側端部（図２の右端部）において他の部分に比べて小さくなっている。その結果、第二スクリュー７４が回転すると、第二スクリュー７４の搬送方向の下流側端部（右端部）での現像槽内現像剤３の高さが他の部分に比べて高くなる。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）において、現像槽内現像剤３の盛り上がりが形成される。
【００３０】
ここで、現像装置３４は、いわゆるトリクル方式を採用したものであるから、余剰の現像槽内現像剤３を流出させるための流出口７５を有している。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に位置する側壁の上部が部分的に切り欠かれた切欠７５を設けることによって、流出口７５が形成されている。第二スクリュー７４によって搬送される現像剤は、通常の状態では逆羽根部によってせき止められることにより、図２の実線矢印のように、第二搬送路７０から第一搬送路６８へと搬送される。現像槽内における現像槽内現像剤３が増えて現像槽内の液面が上昇すると、逆羽根部のせき止め作用に抗して側壁の上部に設けられた流出口７５を現像槽内現像剤３が乗り越えて、隣接する回収室に溢出する。回収室に溢出した余剰の現像槽内現像剤３は、回収口９２まで搬送され、回収口９２を介して現像剤回収タンク９０に回収（廃棄）される。
【００３１】
図２に示すように、現像剤攪拌搬送室６７の底面には、現像剤攪拌搬送室６７内でのトナー濃度を検出する磁気式のトナー濃度検出センサ７８が設けられている。磁気式のトナー濃度検出センサ７８は、例えば、コイルのインダクタンスの変化から、現像槽内現像剤３に含まれる磁性キャリアの透磁率変化を検出して透磁率変化に対応した値を出力する。トナー濃度検出センサ７８から出力された出力値に基づいて、現像槽内現像剤３に対するトナーの比率が求められる。例えば、現像槽内現像剤３に含まれるキャリア量が少ない場合は、トナー比率が高いと検出される。一方、現像槽内現像剤３に含まれるキャリア量が多い場合は、トナー比率が低いと検出される。
【００３２】
現像槽内現像剤３が滞留しやすい場所は、現像槽内現像剤３の充填度合いが高い密状態になっているので、現像槽６６内のトナー濃度をより正確に反映している。したがって、トナー濃度検出センサ７８は、現像槽内現像剤３が滞留しやすい場所に設置されるが、例えば、図２に示すように、第一搬送路６８の最下流位置であって第二搬送路７０に向けて屈曲する連絡通路よりも手前の領域、いわゆるベンド領域の周辺に設置される。
【００３３】
また、図２に示すように、現像剤攪拌搬送室６７の底面には、現像剤攪拌搬送室６７内に存在する現像槽内現像剤３の量を推定するための磁気式の現像剤量推定センサ６５が設けられている。現像剤量推定センサ６５は、現像槽内現像剤３が滞留しにくい場所すなわち、現像槽内現像剤３の充填度合いが低い疎な場所に設置されるが、例えば、図２に示すように、第一搬送路６８の大略中間に位置する中間領域に設置される。磁気式の現像剤量推定センサ６５は、上記磁気式のトナー濃度検出センサ７８と同様に、例えば、コイルのインダクタンスの変化から、現像槽内現像剤３に含まれる磁性キャリアの透磁率変化を検出して透磁率変化に対応した値を出力する。後述するように、トナー濃度検出センサ７８により正確に検出されたトナー濃度と、磁気式の現像剤量推定センサ６５からの出力値とに基づいて、現像槽内現像剤３の量が推定される。
【００３４】
そして、トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５から出力された各電圧信号は、制御部１００に入力され、これらの電圧信号に基づいて、必要な補給量が算出されるとともに、現像剤補給タンク８０の現像剤補給ローラが駆動され、所定量の補給用現像剤２が現像槽６６内に補給される。
【００３５】
現像装置３４において、印字動作により、循環している現像槽内現像剤３のトナー濃度が低下すると、トナーと少量のキャリアとを含有する補給用現像剤２が現像剤補給タンク８０から補給される。補給用現像剤２は、トナーとキャリアとが一体的な形態で、あるいはトナーとキャリアとが別々の形態で供給される。補給された新規の補給用現像剤２は、すでに存在する現像槽内現像剤３と混合・攪拌されながら、上記現像剤攪拌搬送室６７の第一搬送路６８及び第二搬送路７０に沿って搬送される。基本的には、トナーは感光体１２で消費されるのに対して、キャリアは現像装置３４内に蓄積されるが、印刷枚数の増加に伴ってキャリアの帯電性能は次第に低下する。補給用現像剤２にはトナーよりも嵩高いキャリアが少量含まれているので、補給用現像剤２の補給動作に伴って、現像装置３４内での現像槽内現像剤３の量が徐々に増加する。そして、嵩の増えた現像槽内現像剤３が現像剤攪拌搬送室６７を循環する。現像剤攪拌搬送室６７を循環しきれない余剰の現像槽内現像剤３は、逆羽根部を乗り越えて、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に設けられた流出口７５から流出して、回収口９２を介して現像剤回収タンク９０に回収される。
【００３６】
なお、現像剤攪拌搬送室６７を構成する第一搬送路６８及び第二搬送路７０は、図１のように同じ高さに配置されたり、異なった高さに配置（不図示）されたりして、様々な構成をとることができる。
【００３７】
補給用現像剤２の補給量は、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現像槽内現像剤３のトナー濃度と、画像形成時の画像情報（ドットカウンタ）と、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比と、に基づいて決定される。現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比は、現像装置３４内でのキャリアの劣化を抑制するとともに、コストアップを招かない程度に調整される。トナーの補給動作に伴って、キャリアが少しずつ供給される。
【００３８】
図３は、画像形成装置１の現像装置３４に係る制御ブロック図を示している。
【００３９】
制御手段としての制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０６等から構成される。ＲＯＭ１０４内に格納されている各種処理プログラムやテーブルに従って、ＣＰＵ１０２は画像形成装置１での各種動作を集中的に制御する。ＲＯＭ１０４には、例えば、トナー濃度検出センサ７８から出力された出力電圧値に基づいて現像槽内現像剤３のトナー濃度に変換・算出するためのトナー濃度算出テーブルや、トナー濃度検出センサ７８によって得られたトナー濃度と現像剤量推定センサ６５からの出力値とに基づいて現像槽内現像剤３の量を推定する現像剤量推定用テーブル又は算出式や、算出されたトナー濃度と推定された現像槽内現像剤３の量とに基づいて補給用現像剤２の量を算出するための現像剤補給用テーブル又は算出式が格納されている。ＲＡＭ１０６は、制御部１００により実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成している。
【００４０】
ＣＰＵ１０２には、現像装置３４や現像剤補給タンク８０やカウンタ１０８が接続されている。現像装置３４を構成する攪拌部材７２，７４やトナー濃度検出センサ７８や現像剤量推定センサ６５や現像ローラ４８の動作が、制御部１００のＣＰＵ１０２によって制御される。制御部１００のＣＰＵ１０２は、攪拌部材７２，７４の回転数を制御する攪拌部材回転制御手段として用いられている。さらにまた、ＣＰＵ１０２は、現像剤量推定センサ６５の出力に応じて、現像剤補給タンクから補給される前記予め定められた量を調整する調整手段として用いられている。そして、トナー濃度検出センサ７８から出力された出力電圧値や、算出されたトナー濃度や、現像剤量推定センサ６５から出力された出力電圧値や、推定された現像槽内現像剤３の量や、画像形成時の画像情報や、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比等は、ＲＡＭ１０６に一時的に記憶されている。
【００４１】
〔現像剤〕
２成分現像剤は、トナーと、トナーを帯電させるためのキャリアと、を含んでいる。本発明においては、画像形成装置１において従来から一般的に使用されている公知のトナーが使用可能である。トナーの粒径は、例えば約３乃至１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナーや、荷電制御剤や離型剤を含有するトナーや、表面に添加剤を保持するトナーも使用可能である。
【００４２】
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造される。
【００４３】
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０乃至１６０℃の範囲であり、ガラス転移点が約５０乃至７５℃の範囲であることが好ましい。
【００４４】
着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２乃至２０重量部であることが好ましい。
【００４５】
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００４６】
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００４７】
さらに、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１乃至５重量部の割合で添加することが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は、９乃至１００ｎｍであることが好ましい。
【００４８】
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５乃至１００μｍであることが好ましい。
【００４９】
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。
【００５０】
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。
【００５１】
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０乃至９０重量％の量で添加することが適切である。
【００５２】
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。
【００５３】
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。
【００５４】
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。
【００５５】
現像槽内現像剤３のトナー及びキャリアの混合比は、所望のトナー帯電量が得られるように調整される。現像槽内現像剤３のトナー比は、トナー及びキャリアの合計量に対して、好ましくは３乃至２０重量％であり、より好ましくは４乃至１５重量％である。また、現像剤補給タンク８０に充填されている補給用現像剤２は、トナー及び少量のキャリアを含有したものであり、補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは１乃至５０重量％であり、より好ましくは５乃至３０重量％である。
【００５６】
このように構成された現像装置３４の動作を説明する。
【００５７】
画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは矢印方向（反時計回り）に回転する。第一スクリュー７２の回転及び第二スクリュー７４の回転により、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３は、第一搬送路６８と第二搬送路７０とを循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアとが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。本発明に用いるトナー及びキャリアの帯電性は、このような組み合わせに限定されるものでない。キャリアの外形寸法は、トナーに比べて相当大きい。そのため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
【００５８】
帯電された現像槽内現像剤３は、第二スクリュー７４によって第二搬送路７０に搬送される過程で現像ローラ４８に供給される。この現像剤は、現像ローラ４８内部の磁石体４８ａの磁力によってスリーブ４８ｂの表面側に保持され、スリーブ４８ｂと共に反時計周り方向に回転移動して、現像ローラ４８に対向して設けられた規制板６２で通過量を規制された後、感光体１２と対向する現像領域へと搬送される。そして、現像領域において、磁石体４８ａの主磁極Ｎ１の磁力によって穂立ち（磁気ブラシ）が形成される。現像領域では、感光体１２上の静電潜像と現像バイアスの印加された現像ローラ４８との間に形成された電界（直流に交流が重畳された電界）がトナーに与える力により、トナーが感光体１２上の静電潜像側へと移動して、この静電潜像が顕像へと現像される。現像領域でトナーを消費した現像剤は、現像槽６６に向けて搬送され、現像槽６６の第二搬送路７０に対向して設けられた磁石体４８ａのＮ３，Ｎ２の反発磁界によって現像ローラ４８上から剥離され、現像槽６６内へと回収される。回収された現像剤は、第二搬送路７０を搬送されている現像槽内現像剤３と混合される。
【００５９】
このような画像形成によって現像槽内現像剤３の中からトナーが消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像槽６６へ補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３に対するトナーの比を測定するトナー濃度検出センサ７８を備えている。また、第一搬送路６８の上方には現像剤補給タンク８０が設けてある。
【００６０】
次に、本発明の一実施形態に係る現像装置３４の動作を、図４乃至６を参照しながら説明する。
【００６１】
図４は、現像剤量推定センサ６５の出力電圧値Ｐと推定された現像槽内現像剤３の量Ｇとの関係を示すグラフである。図５は、推定された現像槽内現像剤３の量Ｇと補給すべき現像剤の量Ｓとの関係を示すグラフである。図６は、図示しない全体制御（メインルーチン）のうちの現像剤補給制御のサブルーチンに関するフローチャートである。
【００６２】
トナー濃度検出センサ７８によって得られたあるトナー濃度Tｃに対して、現像剤量推定センサ６５の出力電圧値をPとし、推定された現像剤の量をGとすると、両者の関係を実験的に求めると、例えば、以下のような二次の現像剤量推定用算出式（１）に近似される。
G＝−33.333×P２＋(−33.335×Ｔｃ＋490)×P＋(128.34×Ｔｃ−1116) （１）
【００６３】
図４は、一例として、トナー濃度Tｃがそれぞれ６、７、８重量％である場合を示している。上記の二次の現像剤量推定用算出式（１）がROM１０４に格納されていて、トナー濃度Tｃと現像剤量推定センサ６５の出力電圧値Pとが得られると、現像槽内現像剤３の量Gを推定することができる。例えば、検出されたトナー濃度Tｃが７重量％であり、現像剤量推定センサ６５の出力電圧値Pが２．６Vであるとき、現像槽内現像剤３の量Gは約２２４ｇと推定される。
【００６４】
上記算出式（１）により現像槽内現像剤３の量Gが推定されると、トナー濃度検出センサ７８によって得られたあるトナー濃度Tｃに対して、補給すべき補給用現像剤２の量Ｓが以下のような線形の算出式（２）によって算出される。なお、補給用現像剤２のキャリア比が２０重量％であり、基準トナー濃度が７重量％であるという条件で補給量Ｓの算出式（２）を得られている。
Ｓ＝(−1.37×(Ｔｃ／100)＋0.0959)×Ｇ （２）
【００６５】
図５は、一例として、７重量％という目標に対してトナー濃度Tｃが４、５、６重量％の場合を示している。上記の線形の補給量算出式（２）がROM１０４に格納されていて、検出されたトナー濃度Tｃと推定された現像槽内現像剤３の量Gとにより、補給すべき補給用現像剤２の量Ｓを求めることができる。例えば、検出されたトナー濃度Tｃが６重量％であり、推定された現像槽内現像剤３の量Gが２３０ｇであるとき、補給すべき補給用現像剤２の量Ｓは３．１５ｇとなる。
【００６６】
現像装置３４内の現像剤量Ｇが少ないと推定された場合、多量の補給用現像剤２の補給を継続的に行うと相対的に補給過多になってしまい、現像装置３４内でのトナー濃度Ｔｃが高めに推移してしまう。そこで、現像装置３４内の現像剤量Ｇが少ないと推定された場合、少量の補給用現像剤２の補給が行われる。また、現像装置３４内の現像剤量Ｇが多いと推定された場合、少量の補給用現像剤２の補給を継続的に行うと相対的に補給過少になってしまい、現像装置３４内でのトナー濃度Ｔｃが低めに推移してしまう。そこで、現像装置３４内の現像剤量が多いと推定された場合、多量の補給用現像剤２の補給が行われる。
【００６７】
補給用現像剤２の補給量の調整は、現像剤補給ローラの駆動時間を調整することによって行われる。補給量に対応した現像剤補給ローラの駆動時間が実験的に予め求められていて、例えば、上記補給量算出式（２）によって具体的な補給量が決定されると、補給量に対応した現像剤補給ローラの駆動時間が決定される。現像剤補給ローラの駆動時間に応じた補給用現像剤２が、流下して現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。
【００６８】
図６を参照しながら、本願発明の特徴部分である現像剤補給制御方法について説明する。
【００６９】
ステップＳ１０２において、トナー濃度検出センサ７８から出力された出力電圧値が測定される。そして、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で得られた出力電圧値に基づいて、現像槽６６内での現像槽内現像剤３のトナー濃度Ｔｃが算出される。
【００７０】
ステップＳ１０６において、現像剤量推定センサ６５から出力された出力電圧値Ｐが測定される。ステップＳ１０８において、ステップＳ１０４で算出されたトナー濃度Ｔｃと、ステップＳ１０４で得られた出力電圧値Ｐとに基づいて、現像槽６６内での現像槽内現像剤３の量Ｇが推定される。
【００７１】
ステップＳ１１０において、算出されたトナー濃度Ｔｃと、推定された現像槽内現像剤３の量Ｇとに基づいて、トナーの補給量すなわち補給用現像剤２の補給量Ｓが算出される。
【００７２】
ステップＳ１１２において、現像剤補給用のテーブル又は算出式を参照することにより、補給用現像剤２の補給量Ｓに対応した現像剤補給ローラの駆動時間が算出される。ステップＳ１１４において、算出された駆動時間にわたって現像剤補給ローラが駆動される。その結果、ステップＳ１１６において、現像剤補給ローラの駆動時間に応じた補給用現像剤２が、流下して現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。
【００７３】
上記実施形態によれば、算出されたトナー濃度Ｔｃと推定された現像剤量Ｇとから、所望とするトナー濃度Ｔｃとするために必要な補給量Ｓが算出され、当該補給量Ｓが現像槽６６へ補給される。したがって、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置３４に対して、現像装置３４内のトナー濃度Ｔｃ及び現像剤量Ｇに応じて適切な量の補給用現像剤２が補給されることにより、長期にわたって良好な画像形成を行うことができる。
【００７４】
次に、第二実施形態に係る現像装置３４を、図７及び８を参照しながら説明する。なお、第二実施形態の特徴部分を除く他の構成は上述した第一実施形態と同じであるので、特徴部分以外の他の構成に関する説明を省略する。
【００７５】
図７は、本発明の第二実施形態に係る現像装置３４の概略構成を示す図である。図８は、図７に示した現像装置３４を上から見た模式的断面図である。
【００７６】
図７及び８に示す第二実施形態に係る現像装置３４は、上記第一実施形態の変形例であって、トナー濃度検出センサ７８が、第一搬送路６８の側面視、現像剤量推定センサ６５よりも下方に設置されていることを特徴としている。
【００７７】
上述したように、トナー濃度検出センサ７８は現像槽６６内における現像槽内現像剤３の充填度合いの高い場所に設置され、現像剤量推定センサ６５は、現像槽６６内における現像槽内現像剤３の充填度合いの低い場所に設置される。トナー濃度検出センサ７８と現像剤量推定センサ６５とが第一搬送路６８の下流側の大略同じ断面上に存在する場合、トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５は、それぞれ、以下のような場所に設置される。
【００７８】
図７及び８に示すように、トナー濃度検出センサ７８が現像槽６６の第一搬送路６８の底面部分に設置され、現像剤量推定センサ６５が現像槽６６の側面部分に設置される。あるいは、不図示ではあるが、トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５の両方が現像槽６６の第一搬送路６８の側面部分に設置され、且つ、トナー濃度検出センサ７８が、現像剤量推定センサ６５よりも下方に設置された形態であってもよい。
【００７９】
いずれの実施形態においても、算出されたトナー濃度Ｔｃと推定された現像剤量Ｇとから、所望とするトナー濃度とするために必要な補給量Ｓが算出され、当該補給量Ｓが現像槽６６へ補給される。したがって、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置３４に対して、現像装置３４内のトナー濃度Ｔｃ及び現像剤量Ｇに応じて適切な量の補給用現像剤２が補給されることにより、長期にわたって良好な画像形成を行うことができる。
【００８０】
なお、上記実施形態においては、具体的な数値を用いながら説明したが、当該数値によって本願発明が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び均等物によって画定される範囲を逸脱しない範囲で本願発明を様々に変形させることができる。
【００８１】
上記実施形態においては、トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５の両方ともが、像槽内現像剤３に含まれる磁性キャリアの透磁率変化を検出する磁気式のセンサを用いているが、検出原理の異なった他のセンサを用いることができる。例えば、現像剤から反射光の光量を検知する光学式のセンサが使用可能である。トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５の両方ともが、光学式のセンサを用いることができる。あるいは、いずれか一方に磁気式のセンサを用い、他方に光学式のセンサを用いることができる。なお、カーボンブラックを色材としてブラックトナーとキャリアとからなる黒色の現像剤に対しては、光学式のセンサを用いることはできない。
【００８２】
さらに、現像槽６６内における現像槽内現像剤３の量に応じて単位面積当たりの圧力も変化することから、現像剤量推定センサ６５として、薄ゲージ式、半導体ストレインゲージ式、圧電式あるいは光ファイバー式等の圧力センサを用いることもできる。したがって、圧力センサをトナー濃度検出センサ７８として現像槽６６の第一搬送路６８の底面部分に設置する形態であってもよい。
【００８３】
前述の実施形態では、現像槽内現像剤３の量Gと、トナー濃度検出センサ７８によって得られたトナー濃度Tｃと、に基づいて補給量Ｓを算出しているが、このような方法に限定されるものではなく、ＲＯＭ１０４内に現像剤量推定用テーブルを予め用意しておくことにより、現像剤量推定センサ６５とトナー濃度検出センサ７８との出力値から補給量Ｓを求めるようにしてもよい。
【００８４】
また、トナー濃度検出センサ７８の出力に応じて補給量Ｓ１を仮決定するとともに、現像剤量推定センサ６５の出力に基づいて算出された現像剤量Ｇに応じて、補給量Ｓ１を所定の比率で増減するようにしてもよい。具体的には、例えば現像剤量Ｇが２３０ｇよりも多い場合には補給量がより多くなるように、あるいは現像剤量Ｇが２３０ｇよりも少ない場合には補給量がより少なくなるように、比率をそれぞれ設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の現像装置を上から見た模式的断面図である。
【図３】図２に示した画像形成装置の現像装置に係るブロック図である。
【図４】現像剤量推定センサの出力電圧値と推定された現像剤の量との関係を示すグラフである。
【図５】推定された現像剤の量と補給すべき現像剤の量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第一実施形態に係る現像装置の現像剤補給制御のサブルーチンに関するフローチャートである。
【図７】本発明の第二実施形態に係る現像装置の概略構成を示す図である。
【図８】図７に示した現像装置を上から見た模式的断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１：画像形成装置
２：補給用現像剤
３：現像槽内現像剤
１２：感光体
２０：定着装置
２２：定着ローラ
２６：帯電装置
２８：露光装置
３０：画像光
３４：現像装置
３６：転写装置
３８：用紙
４０：クリーニング装置
４８：現像ローラ（現像剤担持体）
４８ａ：磁石体
４８ｂ：スリーブ
５６：搬送状態切替手段
６２：規制板
６５：現像剤量推定センサ
６６：現像槽
６７：現像剤攪拌搬送室
６８：第一搬送路
７０：第二搬送路
７２：第一スクリュー（攪拌部材）
７４：第二スクリュー（攪拌部材）
７５：切欠（流出口）
７６：隔壁
７８：トナー濃度検出センサ
８０：現像剤補給タンク
８２：補給口
９０：現像剤回収タンク
９２：回収口
１００：制御部
１０２：中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１０４：読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
１０６：読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）
１０８：カウンタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置、及び当該現像装置を用いた画像形成装置に関する。本発明は、特に、新規現像剤を少しずつ供給するとともに劣化現像剤を少しずつ排出するというトリクル方式の現像装置、及び当該現像装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像方式として、現像剤の主成分としてトナーを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナー及びキャリアを用いる二成分現像方式と、が知られている。
【０００３】
トナー及びキャリアを用いた二成分現像方式は、トナーとキャリアとを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電させるため、一成分現像剤を用いた一成分現像方式よりも、トナーの受けるストレスが少ないという特徴を有している。キャリアの表面積はトナーよりも大きいことから、トナーがキャリア表面に付着することによってキャリアが汚れることも少ない。しかし、長期間の使用により、キャリア表面に付着した汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が次第に低下する。その結果、かぶりやトナー飛散の問題が発生する。二成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアの量を増やすことも考えられるが、これは現像装置の大型化を招くために望ましくない。
【０００４】
二成分現像剤に係る上記問題を解消するため、特許文献１には、新規の現像剤を少しずつ現像装置内に補給するとともに、帯電性能の劣化した現像剤を少しずつ現像装置から排出することによって、劣化キャリアの増加を抑制するといういわゆるトリクル方式の現像装置が開示されている。この現像装置は、現像剤の嵩変動を利用して、余剰となった劣化現像剤を排出して現像装置内の現像剤の嵩レベルを大略一定に保つ構成である。このトリクル方式の現像装置によれば、現像装置内の劣化キャリアが少しずつ新規キャリアに置換され、現像装置内のキャリアの帯電性能を大略一定に保つことが可能となる。
【０００５】
トリクル方式の現像装置では、現像装置内の現像剤を排出しながら現像剤を補給することを行っているから、現像装置内に存在する現像剤の量が変動して、現像装置内に存在する現像剤の量が常に一定にはなっていない。したがって、トリクル方式の現像装置は、同じトナー濃度であっても、現像装置内の現像剤量の違いにより、トナー濃度の検出誤差を生じてしまうという問題を有している。
【０００６】
トナー及びキャリアを用いた二成分現像方式においてトナー濃度を検出する方法は、主として、現像剤に照射された光の反射量を検出して単位面積当たりのトナーの含有率を検出する光学式のものと、磁性キャリアの透磁率を検出して単位体積当たりのキャリアの含有率を検出する磁気式のものとがある。センサ自身のコストや現像剤によるセンサの汚染性の観点から、磁気式検出方法が一般的に使用されている。
【０００７】
磁気式検出方法は、その検出原理上、トナー濃度の変化だけでなく嵩密度の変化によっても検出領域での透磁率が変化するために、トナー濃度の検出において誤差を生じてしまうという問題を有している。
【０００８】
そこで、特許文献２には、トナー濃度検出の誤差発生を防止するために、光学式センサや磁気式センサのように異なった検出原理のセンサを用いて、現像剤のトナー濃度変化及び密度変化を検出し、光学式センサによって得られたトナー濃度に対して密度変化に対応する補正量を加えてトナー濃度を補正することが提案されている。
【特許文献１】特開昭５９−１００４７１号公報
【特許文献２】特開平０５−３４１６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に開示された技術は、検出原理の異なった複数のセンサを配置することから、現像装置の小型化が困難である、制御方法が複雑になる、コストが高い等の問題を有している。さらに、特許文献２に開示された技術は、密度変化に対応する補正量を用いて、光学式センサによって得られたトナー濃度を適正なトナー濃度に補正することを開示するものであり、現像装置内の現像剤量を推定又は検出するものではない。
【００１０】
また、現像装置内に存在する現像剤の量が変動するトリクル方式の現像装置においては、トナー濃度を正確に検出したとしても、ある一定量の補給動作を継続すると、現像装置内でのトナー濃度が適正な基準トナー濃度からずれてしまうという問題がある。すなわち、現像装置内に存在する現像剤の量が少ない場合、ある一定量の補給動作を継続すると、トナーの補給量が過多になるために、現像装置内のトナー濃度が基準トナー濃度よりも高めに推移することになる。逆に、現像装置内に存在する現像剤の量が多い場合、ある一定量の補給動作を継続すると、トナーの補給量が過少になるために、現像装置内のトナー濃度が基準トナー濃度よりも低めに推移することになる。したがって、いずれの場合においても、現像装置内でのトナー濃度が適正な基準トナー濃度からずれてしまう。
【００１１】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置に対して、トナー濃度及び現像剤の量に応じて適切な量の現像剤を補給することによって、長期にわたって良好な画像形成を行うことのできる現像装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および作用・効果】
【００１２】
前記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える現像装置であって、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
前記現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
前記現像槽内に存在する現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定センサと、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
トナー濃度検出センサによって検出されたトナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、現像剤補給タンクから補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備えてなり、
前記制御手段は、検出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定することを特徴とする現像装置が提供される。
【００１３】
上記現像装置によれば、トナー濃度検出センサから出力された値に基づいて、真のトナー濃度に近似した、いわば近似トナー濃度が算出される。現像剤量推定センサから出力された値に基づいて、現像槽内に存在する現像剤の量が推定される。
【００１４】
算出されたトナー濃度及び推定された現像剤量と、補給すべき補給量との関係を実験的に求めた算出式又はテーブルに基づいて、所望とするトナー濃度とするために必要な補給量が決定され、当該補給量が現像槽へ補給される。したがって、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置に対して、現像装置内のトナー濃度及び現像剤量に応じて適切な量の現像剤が補給されるので、長期にわたって良好な画像形成を行うことができる。
【００１５】
現像剤が滞留しやすい場所は、現像剤の充填度合いの高い密状態であるので、現像槽内のトナー濃度をより正確に反映している。したがって、トナー濃度検出センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置される。また、現像剤が滞留しにくい場所は、現像剤の充填度合いの低い疎状態であるので、現像槽内の現像剤量を反映していると考えられる。したがって、現像剤量推定センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置される。
【００１６】
上記のように、トナー濃度検出センサは現像剤の充填度合いの高い場所に設置され、現像剤量推定センサは現像剤の充填度合いの低い場所に設置されることが好適である。各センサの具体的な設置場所として、トナー濃度検出センサの設置場所は、静電潜像担持体から遠方側に位置する第一搬送路の最下流位置の周辺であり、現像剤量推定センサの設置場所は、前記第一搬送路の最下流位置よりも上流側である。
【００１７】
また、各センサの具体的な他の設置場所として、トナー濃度検出センサの設置場所は、第一搬送路の側面視、現像剤量推定センサの設置場所よりも下方に位置している。
【００１８】
上述した現像装置は、周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える画像形成装置に組み込んで使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置１及び現像装置３４では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。
【００２０】
図１乃至６を参照しながら、本発明の第一実施形態に係る画像形成装置１及び当該装置に使用される現像装置３４について説明する。
【００２１】
〔画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置１の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置１は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電装置２６、露光装置２８、現像装置３４、転写装置３６、およびクリーニング装置４０がそれぞれ配置されている。
【００２２】
帯電装置２６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８は、帯電された感光体１２の外周面に向けて、画像光３０を出射する。露光装置２８を通過した感光体１２の外周面には、画像光３０が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分とからなる静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像装置３４は、後述する現像槽内現像剤３を用いて静電潜像を可視像化する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写装置３６は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどの用紙３８に転写する。図１に示した実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして図示されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニング装置４０は、転写装置３６で用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして図示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００２３】
このような構成を備えた画像形成装置１が画像を形成するとき、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて例えば反時計周り方向に回転する。このとき、帯電装置２６を通過する感光体１２の外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体１２の外周部分は、露光装置２８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像装置３４のところまで搬送され、現像装置３４によって可視像化される。可視像化されたトナー像は、感光体１２の回転と共に転写装置３６のところまで搬送され、転写装置３６により用紙３８に転写される。トナー像が転写された用紙３８は定着装置２０のところまで搬送され、用紙３８にトナー像が固定される。転写装置３６を通過した感光体１２の外周部分はクリーニング装置４０のところまで搬送され、用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存するトナーが感光体１２から掻き取られる。
【００２４】
〔現像装置〕
現像装置３４は、非磁性トナー（以下、単にトナーという。）及び磁性キャリア（以下、単にキャリアという。）を含む２成分現像剤と、種々の部材を収容する現像槽６６と、を備えている。現像槽６６は感光体１２に向けて開放された開口部を備えており、この開口部の近傍に形成された空間に現像ローラ４８が設けられている。現像剤担持体としての現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップを介して、回転可能に枢支されている。
【００２５】
現像ローラ４８は、回転不能に固定された磁石体４８ａと、磁石体４８ａの周囲を回転可能に支持された円筒状のスリーブ４８ｂ（第一の回転円筒体）と、を有するいわゆるマグネットローラである。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの上方には、現像槽６６に固定され、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの中心軸と平行に延在する規制板６２が、所定の規制ギャップを介して対向配置されている。現像ローラ４８の内側にある磁石体４８ａは、スリーブ４８ｂの回転方向に沿って、Ｎ１、Ｓ２、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ１という５個の磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、感光体１２と対向するように配置されている。スリーブ４８ｂの上の現像剤を剥離させるための反発磁界を発生させる同極のＮ２及びＮ３は、現像槽６６の内部に対向配置されている。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは、感光体１の回転方向と逆向きに（カウンター方向に）回転する。
【００２６】
図２は、現像装置３４を上から見た模式的断面図である。図２に示すように、現像ローラ４８の背後には、現像剤攪拌搬送室６７が形成されている。現像剤攪拌搬送室６７は、現像ローラ４８の近傍に形成された第二搬送路７０と現像ローラ４８から離れた第一搬送路６８と、第一搬送路６８及び第二搬送路７０を間仕切る隔壁７６と、を有する。第一搬送路６８の搬送方向の上流側の上方には、現像剤補給タンク８０が配設されていて、現像剤補給タンク８０が補給口８２を介して第一搬送路６８と連通している。現像剤補給タンク８０には、トナーを主成分としてキャリアを含有する補給用現像剤２が充填されている。補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは５乃至４０重量％であり、より好ましくは１０乃至３０重量％である。また、第二搬送路７０の搬送方向の下流側の下方には、現像剤回収タンク９０が配設されていて、現像剤回収タンク９０が回収口９２を介して第二搬送路７０と連通している。
【００２７】
現像剤補給タンク８０の底部には、制御部１００によって駆動制御される現像剤補給ローラが配置されている。補給用モータの回転駆動により現像剤補給ローラが回転することによって、その駆動時間に応じた量の新規の補給用現像剤２が、流下して現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。
【００２８】
第一搬送路６８には、現像槽内現像剤３を攪拌しながら搬送する攪拌部材である第一スクリュー７２が回転可能に枢支されている。第二搬送路７０には、第一搬送路６８からの現像槽内現像剤３を攪拌しながら現像ローラ４８に搬送する第二スクリュー７４が回転可能に枢支されている。第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４は、それぞれ、シャフトに所定のピッチで螺旋状の羽根が固定された通常のスパイラルスクリューである。この場合、第一搬送路６８と第二搬送路７０との両端部に位置する隔壁７６の上部が切り欠かれることによって連絡通路が形成されている。第一搬送路６８の搬送方向の下流側端部に到達した現像槽内現像剤３が連絡通路を介して第二搬送路７０へ送り込まれ、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部に到達した現像槽内現像剤３が連絡通路を介して第一搬送路６８に送り込まれる。その結果、図２の矢印方向にしたがって、現像槽内現像剤３が現像剤攪拌搬送室内を循環する。
【００２９】
第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４は、シャフトに所定のピッチで螺旋状の羽根が固定されたスパイラルスクリューである。図２の右端部に示すように、第二スクリュー７４は、図中の右側に延在して、回収口９２の上まで延在している。第二スクリュー７４は、第二搬送路７０から第一搬送路６８に向かう連絡通路及び第二搬送路７０の下流側側端部に対応する位置において、スパイラルスクリューの螺旋の向きが他の部分とは逆向きに構成されている逆羽根部を有する。第二スクリュー７４の羽根のピッチは、搬送方向の下流側端部（図２の右端部）において他の部分に比べて小さくなっている。その結果、第二スクリュー７４が回転すると、第二スクリュー７４の搬送方向の下流側端部（右端部）での現像槽内現像剤３の高さが他の部分に比べて高くなる。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）において、現像槽内現像剤３の盛り上がりが形成される。
【００３０】
ここで、現像装置３４は、いわゆるトリクル方式を採用したものであるから、余剰の現像槽内現像剤３を流出させるための流出口７５を有している。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に位置する側壁の上部が部分的に切り欠かれた切欠７５を設けることによって、流出口７５が形成されている。第二スクリュー７４によって搬送される現像剤は、通常の状態では逆羽根部によってせき止められることにより、図２の実線矢印のように、第二搬送路７０から第一搬送路６８へと搬送される。現像槽内における現像槽内現像剤３が増えて現像槽内の液面が上昇すると、逆羽根部のせき止め作用に抗して側壁の上部に設けられた流出口７５を現像槽内現像剤３が乗り越えて、隣接する回収室に溢出する。回収室に溢出した余剰の現像槽内現像剤３は、回収口９２まで搬送され、回収口９２を介して現像剤回収タンク９０に回収（廃棄）される。
【００３１】
図２に示すように、現像剤攪拌搬送室６７の底面には、現像剤攪拌搬送室６７内でのトナー濃度を検出する磁気式のトナー濃度検出センサ７８が設けられている。磁気式のトナー濃度検出センサ７８は、例えば、コイルのインダクタンスの変化から、現像槽内現像剤３に含まれる磁性キャリアの透磁率変化を検出して透磁率変化に対応した値を出力する。トナー濃度検出センサ７８から出力された出力値に基づいて、現像槽内現像剤３に対するトナーの比率が求められる。例えば、現像槽内現像剤３に含まれるキャリア量が少ない場合は、トナー比率が高いと検出される。一方、現像槽内現像剤３に含まれるキャリア量が多い場合は、トナー比率が低いと検出される。
【００３２】
現像槽内現像剤３が滞留しやすい場所は、現像槽内現像剤３の充填度合いが高い密状態になっているので、現像槽６６内のトナー濃度をより正確に反映している。したがって、トナー濃度検出センサ７８は、現像槽内現像剤３が滞留しやすい場所に設置されるが、例えば、図２に示すように、第一搬送路６８の最下流位置であって第二搬送路７０に向けて屈曲する連絡通路よりも手前の領域、いわゆるベンド領域の周辺に設置される。
【００３３】
また、図２に示すように、現像剤攪拌搬送室６７の底面には、現像剤攪拌搬送室６７内に存在する現像槽内現像剤３の量を推定するための磁気式の現像剤量推定センサ６５が設けられている。現像剤量推定センサ６５は、現像槽内現像剤３が滞留しにくい場所すなわち、現像槽内現像剤３の充填度合いが低い疎な場所に設置されるが、例えば、図２に示すように、第一搬送路６８の大略中間に位置する中間領域に設置される。磁気式の現像剤量推定センサ６５は、上記磁気式のトナー濃度検出センサ７８と同様に、例えば、コイルのインダクタンスの変化から、現像槽内現像剤３に含まれる磁性キャリアの透磁率変化を検出して透磁率変化に対応した値を出力する。後述するように、トナー濃度検出センサ７８により正確に検出されたトナー濃度と、磁気式の現像剤量推定センサ６５からの出力値とに基づいて、現像槽内現像剤３の量が推定される。
【００３４】
そして、トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５から出力された各電圧信号は、制御部１００に入力され、これらの電圧信号に基づいて、必要な補給量が算出されるとともに、現像剤補給タンク８０の現像剤補給ローラが駆動され、所定量の補給用現像剤２が現像槽６６内に補給される。
【００３５】
現像装置３４において、印字動作により、循環している現像槽内現像剤３のトナー濃度が低下すると、トナーと少量のキャリアとを含有する補給用現像剤２が現像剤補給タンク８０から補給される。補給用現像剤２は、トナーとキャリアとが一体的な形態で、あるいはトナーとキャリアとが別々の形態で供給される。補給された新規の補給用現像剤２は、すでに存在する現像槽内現像剤３と混合・攪拌されながら、上記現像剤攪拌搬送室６７の第一搬送路６８及び第二搬送路７０に沿って搬送される。基本的には、トナーは感光体１２で消費されるのに対して、キャリアは現像装置３４内に蓄積されるが、印刷枚数の増加に伴ってキャリアの帯電性能は次第に低下する。補給用現像剤２にはトナーよりも嵩高いキャリアが少量含まれているので、補給用現像剤２の補給動作に伴って、現像装置３４内での現像槽内現像剤３の量が徐々に増加する。そして、嵩の増えた現像槽内現像剤３が現像剤攪拌搬送室６７を循環する。現像剤攪拌搬送室６７を循環しきれない余剰の現像槽内現像剤３は、逆羽根部を乗り越えて、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に設けられた流出口７５から流出して、回収口９２を介して現像剤回収タンク９０に回収される。
【００３６】
なお、現像剤攪拌搬送室６７を構成する第一搬送路６８及び第二搬送路７０は、図１のように同じ高さに配置されたり、異なった高さに配置（不図示）されたりして、様々な構成をとることができる。
【００３７】
補給用現像剤２の補給量は、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現像槽内現像剤３のトナー濃度と、画像形成時の画像情報（ドットカウンタ）と、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比と、に基づいて決定される。現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比は、現像装置３４内でのキャリアの劣化を抑制するとともに、コストアップを招かない程度に調整される。トナーの補給動作に伴って、キャリアが少しずつ供給される。
【００３８】
図３は、画像形成装置１の現像装置３４に係る制御ブロック図を示している。
【００３９】
制御手段としての制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０６等から構成される。ＲＯＭ１０４内に格納されている各種処理プログラムやテーブルに従って、ＣＰＵ１０２は画像形成装置１での各種動作を集中的に制御する。ＲＯＭ１０４には、例えば、トナー濃度検出センサ７８から出力された出力電圧値に基づいて現像槽内現像剤３のトナー濃度に変換・算出するためのトナー濃度算出テーブルや、トナー濃度検出センサ７８によって得られたトナー濃度と現像剤量推定センサ６５からの出力値とに基づいて現像槽内現像剤３の量を推定する現像剤量推定用テーブル又は算出式や、算出されたトナー濃度と推定された現像槽内現像剤３の量とに基づいて補給用現像剤２の量を算出するための現像剤補給用テーブル又は算出式が格納されている。ＲＡＭ１０６は、制御部１００により実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成している。
【００４０】
ＣＰＵ１０２には、現像装置３４や現像剤補給タンク８０やカウンタ１０８が接続されている。現像装置３４を構成する攪拌部材７２，７４やトナー濃度検出センサ７８や現像剤量推定センサ６５や現像ローラ４８の動作が、制御部１００のＣＰＵ１０２によって制御される。制御部１００のＣＰＵ１０２は、攪拌部材７２，７４の回転数を制御する攪拌部材回転制御手段として用いられている。さらにまた、ＣＰＵ１０２は、現像剤量推定センサ６５の出力に応じて、現像剤補給タンクから補給される前記予め定められた量を調整する調整手段として用いられている。そして、トナー濃度検出センサ７８から出力された出力電圧値や、算出されたトナー濃度や、現像剤量推定センサ６５から出力された出力電圧値や、推定された現像槽内現像剤３の量や、画像形成時の画像情報や、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比等は、ＲＡＭ１０６に一時的に記憶されている。
【００４１】
〔現像剤〕
２成分現像剤は、トナーと、トナーを帯電させるためのキャリアと、を含んでいる。本発明においては、画像形成装置１において従来から一般的に使用されている公知のトナーが使用可能である。トナーの粒径は、例えば約３乃至１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナーや、荷電制御剤や離型剤を含有するトナーや、表面に添加剤を保持するトナーも使用可能である。
【００４２】
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造される。
【００４３】
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０乃至１６０℃の範囲であり、ガラス転移点が約５０乃至７５℃の範囲であることが好ましい。
【００４４】
着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２乃至２０重量部であることが好ましい。
【００４５】
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００４６】
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００４７】
さらに、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１乃至５重量部の割合で添加することが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は、９乃至１００ｎｍであることが好ましい。
【００４８】
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５乃至１００μｍであることが好ましい。
【００４９】
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。
【００５０】
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。
【００５１】
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０乃至９０重量％の量で添加することが適切である。
【００５２】
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。
【００５３】
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。
【００５４】
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。
【００５５】
現像槽内現像剤３のトナー及びキャリアの混合比は、所望のトナー帯電量が得られるように調整される。現像槽内現像剤３のトナー比は、トナー及びキャリアの合計量に対して、好ましくは３乃至２０重量％であり、より好ましくは４乃至１５重量％である。また、現像剤補給タンク８０に充填されている補給用現像剤２は、トナー及び少量のキャリアを含有したものであり、補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは１乃至５０重量％であり、より好ましくは５乃至３０重量％である。
【００５６】
このように構成された現像装置３４の動作を説明する。
【００５７】
画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは矢印方向（反時計回り）に回転する。第一スクリュー７２の回転及び第二スクリュー７４の回転により、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３は、第一搬送路６８と第二搬送路７０とを循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアとが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。本発明に用いるトナー及びキャリアの帯電性は、このような組み合わせに限定されるものでない。キャリアの外形寸法は、トナーに比べて相当大きい。そのため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
【００５８】
帯電された現像槽内現像剤３は、第二スクリュー７４によって第二搬送路７０に搬送される過程で現像ローラ４８に供給される。この現像剤は、現像ローラ４８内部の磁石体４８ａの磁力によってスリーブ４８ｂの表面側に保持され、スリーブ４８ｂと共に反時計周り方向に回転移動して、現像ローラ４８に対向して設けられた規制板６２で通過量を規制された後、感光体１２と対向する現像領域へと搬送される。そして、現像領域において、磁石体４８ａの主磁極Ｎ１の磁力によって穂立ち（磁気ブラシ）が形成される。現像領域では、感光体１２上の静電潜像と現像バイアスの印加された現像ローラ４８との間に形成された電界（直流に交流が重畳された電界）がトナーに与える力により、トナーが感光体１２上の静電潜像側へと移動して、この静電潜像が顕像へと現像される。現像領域でトナーを消費した現像剤は、現像槽６６に向けて搬送され、現像槽６６の第二搬送路７０に対向して設けられた磁石体４８ａのＮ３，Ｎ２の反発磁界によって現像ローラ４８上から剥離され、現像槽６６内へと回収される。回収された現像剤は、第二搬送路７０を搬送されている現像槽内現像剤３と混合される。
【００５９】
このような画像形成によって現像槽内現像剤３の中からトナーが消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像槽６６へ補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３に対するトナーの比を測定するトナー濃度検出センサ７８を備えている。また、第一搬送路６８の上方には現像剤補給タンク８０が設けてある。
【００６０】
次に、本発明の一実施形態に係る現像装置３４の動作を、図４乃至６を参照しながら説明する。
【００６１】
図４は、現像剤量推定センサ６５の出力電圧値Ｐと推定された現像槽内現像剤３の量Ｇとの関係を示すグラフである。図５は、推定された現像槽内現像剤３の量Ｇと補給すべき現像剤の量Ｓとの関係を示すグラフである。図６は、図示しない全体制御（メインルーチン）のうちの現像剤補給制御のサブルーチンに関するフローチャートである。
【００６２】
トナー濃度検出センサ７８によって得られたあるトナー濃度Tｃに対して、現像剤量推定センサ６５の出力電圧値をPとし、推定された現像剤の量をGとすると、両者の関係を実験的に求めると、例えば、以下のような二次の現像剤量推定用算出式（１）に近似される。
G＝−33.333×P２＋(−33.335×Ｔｃ＋490)×P＋(128.34×Ｔｃ−1116) （１）
【００６３】
図４は、一例として、トナー濃度Tｃがそれぞれ６、７、８重量％である場合を示している。上記の二次の現像剤量推定用算出式（１）がROM１０４に格納されていて、トナー濃度Tｃと現像剤量推定センサ６５の出力電圧値Pとが得られると、現像槽内現像剤３の量Gを推定することができる。例えば、検出されたトナー濃度Tｃが７重量％であり、現像剤量推定センサ６５の出力電圧値Pが２．６Vであるとき、現像槽内現像剤３の量Gは約２２４ｇと推定される。
【００６４】
上記算出式（１）により現像槽内現像剤３の量Gが推定されると、トナー濃度検出センサ７８によって得られたあるトナー濃度Tｃに対して、補給すべき補給用現像剤２の量Ｓが以下のような線形の算出式（２）によって算出される。なお、補給用現像剤２のキャリア比が２０重量％であり、基準トナー濃度が７重量％であるという条件で補給量Ｓの算出式（２）を得られている。
Ｓ＝(−1.37×(Ｔｃ／100)＋0.0959)×Ｇ （２）
【００６５】
図５は、一例として、７重量％という目標に対してトナー濃度Tｃが４、５、６重量％の場合を示している。上記の線形の補給量算出式（２）がROM１０４に格納されていて、検出されたトナー濃度Tｃと推定された現像槽内現像剤３の量Gとにより、補給すべき補給用現像剤２の量Ｓを求めることができる。例えば、検出されたトナー濃度Tｃが６重量％であり、推定された現像槽内現像剤３の量Gが２３０ｇであるとき、補給すべき補給用現像剤２の量Ｓは３．１５ｇとなる。
【００６６】
現像装置３４内の現像剤量Ｇが少ないと推定された場合、多量の補給用現像剤２の補給を継続的に行うと相対的に補給過多になってしまい、現像装置３４内でのトナー濃度Ｔｃが高めに推移してしまう。そこで、現像装置３４内の現像剤量Ｇが少ないと推定された場合、少量の補給用現像剤２の補給が行われる。また、現像装置３４内の現像剤量Ｇが多いと推定された場合、少量の補給用現像剤２の補給を継続的に行うと相対的に補給過少になってしまい、現像装置３４内でのトナー濃度Ｔｃが低めに推移してしまう。そこで、現像装置３４内の現像剤量が多いと推定された場合、多量の補給用現像剤２の補給が行われる。
【００６７】
補給用現像剤２の補給量の調整は、現像剤補給ローラの駆動時間を調整することによって行われる。補給量に対応した現像剤補給ローラの駆動時間が実験的に予め求められていて、例えば、上記補給量算出式（２）によって具体的な補給量が決定されると、補給量に対応した現像剤補給ローラの駆動時間が決定される。現像剤補給ローラの駆動時間に応じた補給用現像剤２が、流下して現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。
【００６８】
図６を参照しながら、本願発明の特徴部分である現像剤補給制御方法について説明する。
【００６９】
ステップＳ１０２において、トナー濃度検出センサ７８から出力された出力電圧値が測定される。そして、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で得られた出力電圧値に基づいて、現像槽６６内での現像槽内現像剤３のトナー濃度Ｔｃが算出される。
【００７０】
ステップＳ１０６において、現像剤量推定センサ６５から出力された出力電圧値Ｐが測定される。ステップＳ１０８において、ステップＳ１０４で算出されたトナー濃度Ｔｃと、ステップＳ１０４で得られた出力電圧値Ｐとに基づいて、現像槽６６内での現像槽内現像剤３の量Ｇが推定される。
【００７１】
ステップＳ１１０において、算出されたトナー濃度Ｔｃと、推定された現像槽内現像剤３の量Ｇとに基づいて、トナーの補給量すなわち補給用現像剤２の補給量Ｓが算出される。
【００７２】
ステップＳ１１２において、現像剤補給用のテーブル又は算出式を参照することにより、補給用現像剤２の補給量Ｓに対応した現像剤補給ローラの駆動時間が算出される。ステップＳ１１４において、算出された駆動時間にわたって現像剤補給ローラが駆動される。その結果、ステップＳ１１６において、現像剤補給ローラの駆動時間に応じた補給用現像剤２が、流下して現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。
【００７３】
上記実施形態によれば、算出されたトナー濃度Ｔｃと推定された現像剤量Ｇとから、所望とするトナー濃度Ｔｃとするために必要な補給量Ｓが算出され、当該補給量Ｓが現像槽６６へ補給される。したがって、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置３４に対して、現像装置３４内のトナー濃度Ｔｃ及び現像剤量Ｇに応じて適切な量の補給用現像剤２が補給されることにより、長期にわたって良好な画像形成を行うことができる。
【００７４】
次に、第二実施形態に係る現像装置３４を、図７及び８を参照しながら説明する。なお、第二実施形態の特徴部分を除く他の構成は上述した第一実施形態と同じであるので、特徴部分以外の他の構成に関する説明を省略する。
【００７５】
図７は、本発明の第二実施形態に係る現像装置３４の概略構成を示す図である。図８は、図７に示した現像装置３４を上から見た模式的断面図である。
【００７６】
図７及び８に示す第二実施形態に係る現像装置３４は、上記第一実施形態の変形例であって、トナー濃度検出センサ７８が、第一搬送路６８の側面視、現像剤量推定センサ６５よりも下方に設置されていることを特徴としている。
【００７７】
上述したように、トナー濃度検出センサ７８は現像槽６６内における現像槽内現像剤３の充填度合いの高い場所に設置され、現像剤量推定センサ６５は、現像槽６６内における現像槽内現像剤３の充填度合いの低い場所に設置される。トナー濃度検出センサ７８と現像剤量推定センサ６５とが第一搬送路６８の下流側の大略同じ断面上に存在する場合、トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５は、それぞれ、以下のような場所に設置される。
【００７８】
図７及び８に示すように、トナー濃度検出センサ７８が現像槽６６の第一搬送路６８の底面部分に設置され、現像剤量推定センサ６５が現像槽６６の側面部分に設置される。あるいは、不図示ではあるが、トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５の両方が現像槽６６の第一搬送路６８の側面部分に設置され、且つ、トナー濃度検出センサ７８が、現像剤量推定センサ６５よりも下方に設置された形態であってもよい。
【００７９】
いずれの実施形態においても、算出されたトナー濃度Ｔｃと推定された現像剤量Ｇとから、所望とするトナー濃度とするために必要な補給量Ｓが算出され、当該補給量Ｓが現像槽６６へ補給される。したがって、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置３４に対して、現像装置３４内のトナー濃度Ｔｃ及び現像剤量Ｇに応じて適切な量の補給用現像剤２が補給されることにより、長期にわたって良好な画像形成を行うことができる。
【００８０】
なお、上記実施形態においては、具体的な数値を用いながら説明したが、当該数値によって本願発明が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び均等物によって画定される範囲を逸脱しない範囲で本願発明を様々に変形させることができる。
【００８１】
上記実施形態においては、トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５の両方ともが、像槽内現像剤３に含まれる磁性キャリアの透磁率変化を検出する磁気式のセンサを用いているが、検出原理の異なった他のセンサを用いることができる。例えば、現像剤から反射光の光量を検知する光学式のセンサが使用可能である。トナー濃度検出センサ７８及び現像剤量推定センサ６５の両方ともが、光学式のセンサを用いることができる。あるいは、いずれか一方に磁気式のセンサを用い、他方に光学式のセンサを用いることができる。なお、カーボンブラックを色材としてブラックトナーとキャリアとからなる黒色の現像剤に対しては、光学式のセンサを用いることはできない。
【００８２】
さらに、現像槽６６内における現像槽内現像剤３の量に応じて単位面積当たりの圧力も変化することから、現像剤量推定センサ６５として、薄ゲージ式、半導体ストレインゲージ式、圧電式あるいは光ファイバー式等の圧力センサを用いることもできる。したがって、圧力センサをトナー濃度検出センサ７８として現像槽６６の第一搬送路６８の底面部分に設置する形態であってもよい。
【００８３】
前述の実施形態では、現像槽内現像剤３の量Gと、トナー濃度検出センサ７８によって得られたトナー濃度Tｃと、に基づいて補給量Ｓを算出しているが、このような方法に限定されるものではなく、ＲＯＭ１０４内に現像剤量推定用テーブルを予め用意しておくことにより、現像剤量推定センサ６５とトナー濃度検出センサ７８との出力値から補給量Ｓを求めるようにしてもよい。
【００８４】
また、トナー濃度検出センサ７８の出力に応じて補給量Ｓ１を仮決定するとともに、現像剤量推定センサ６５の出力に基づいて算出された現像剤量Ｇに応じて、補給量Ｓ１を所定の比率で増減するようにしてもよい。具体的には、例えば現像剤量Ｇが２３０ｇよりも多い場合には補給量がより多くなるように、あるいは現像剤量Ｇが２３０ｇよりも少ない場合には補給量がより少なくなるように、比率をそれぞれ設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の現像装置を上から見た模式的断面図である。
【図３】図２に示した画像形成装置の現像装置に係るブロック図である。
【図４】現像剤量推定センサの出力電圧値と推定された現像剤の量との関係を示すグラフである。
【図５】推定された現像剤の量と補給すべき現像剤の量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第一実施形態に係る現像装置の現像剤補給制御のサブルーチンに関するフローチャートである。
【図７】本発明の第二実施形態に係る現像装置の概略構成を示す図である。
【図８】図７に示した現像装置を上から見た模式的断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１：画像形成装置
２：補給用現像剤
３：現像槽内現像剤
１２：感光体
２０：定着装置
２２：定着ローラ
２６：帯電装置
２８：露光装置
３０：画像光
３４：現像装置
３６：転写装置
３８：用紙
４０：クリーニング装置
４８：現像ローラ（現像剤担持体）
４８ａ：磁石体
４８ｂ：スリーブ
５６：搬送状態切替手段
６２：規制板
６５：現像剤量推定センサ
６６：現像槽
６７：現像剤攪拌搬送室
６８：第一搬送路
７０：第二搬送路
７２：第一スクリュー（攪拌部材）
７４：第二スクリュー（攪拌部材）
７５：切欠（流出口）
７６：隔壁
７８：トナー濃度検出センサ
８０：現像剤補給タンク
８２：補給口
９０：現像剤回収タンク
９２：回収口
１００：制御部
１０２：中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１０４：読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
１０６：読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）
１０８：カウンタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える現像装置であって、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
前記現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
前記現像槽内に存在する現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定センサと、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
トナー濃度検出センサによって検出されたトナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、現像剤補給タンクから補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備えてなり、
前記制御手段は、検出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記トナー濃度検出センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置され、前記現像剤量推定センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、静電潜像担持体から遠方側に位置する第一搬送路の最下流位置の周辺であり、現像剤量推定センサの設置場所は、前記第一搬送路の最下流位置よりも上流側であることを特徴とする、請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、第一搬送路の側面視、現像剤量推定センサの設置場所よりも下方に位置していることを特徴とする、請求項２に記載の現像装置。
【請求項５】
周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える画像形成装置であって、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
前記現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
前記現像槽内に存在する現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定センサと、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
トナー濃度検出センサによって検出されたトナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、現像剤補給タンクから補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備えてなり、
前記制御手段は、検出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記トナー濃度検出センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置され、前記現像剤量推定センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置されることを特徴とする、請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、静電潜像担持体から遠方側に位置する第一搬送路の最下流位置の周辺であり、現像剤量推定センサの設置場所は、前記第一搬送路の最下流位置よりも上流側であることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、第一搬送路の側面視、現像剤量推定センサの設置場所よりも下方に位置していることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項９】
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、前記現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、前記現像槽内に存在する現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定センサと、現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、トナー濃度検出センサによって検出されたトナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、現像剤補給タンクから補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備える現像装置に適用される現像方法であって、
トナー濃度検出センサによりトナー濃度を算出するトナー濃度算出工程と、
現像剤量推定センサにより現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定工程と、
算出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定する補給量決定工程と、
補給量決定工程により決定されたトナー及びキャリアの量を現像剤補給タンクから現像槽へ補給する補給工程と、
を備えることを特徴とする現像方法。
【請求項１０】
前記トナー濃度検出センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置され、前記現像剤量推定センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置されることを特徴とする、請求項９に記載の現像方法。
【請求項１１】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、静電潜像担持体から遠方側に位置する第一搬送路の最下流位置の周辺であり、現像剤量推定センサの設置場所は、前記第一搬送路の最下流位置よりも上流側であることを特徴とする、請求項１０に記載の現像方法。
【請求項１２】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、第一搬送路の側面視、現像剤量推定センサの設置場所よりも下方に位置していることを特徴とする、請求項１０に記載の現像方法。
【請求項１３】
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を収容する現像槽と、
該現像槽内の現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、
現像槽内において現像剤担持体に隣接して配置され、現像槽内現像剤を現像槽内で循環・搬送しながら攪拌する攪拌部材と、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置された第一トナー濃度検出センサと、
該第一トナー濃度検出センサの出力に応じて予め定められた量のトナー及びキャリアを現像剤補給タンクから現像槽へ補給する補給手段と、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置された第二トナー濃度検出センサと、
該第二トナー濃度検出センサの出力に応じて、現像剤補給タンクから補給される前記予め定められた量を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項１４】
前記調整手段は、第二トナー濃度検出センサからの出力に基づいて現像槽内現像剤の量を推定するとともに、現像槽内における現像槽内現像剤の量が所定量よりも少ないとき、トナー及びキャリアの補給量を前記予め定められた量よりも少なくすることを特徴とする、請求項１３に記載の現像装置。
【請求項１】
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える現像装置であって、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
前記現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
前記現像槽内に存在する現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定センサと、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
トナー濃度検出センサによって検出されたトナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、現像剤補給タンクから補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備えてなり、
前記制御手段は、検出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記トナー濃度検出センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置され、前記現像剤量推定センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、静電潜像担持体から遠方側に位置する第一搬送路の最下流位置の周辺であり、現像剤量推定センサの設置場所は、前記第一搬送路の最下流位置よりも上流側であることを特徴とする、請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、第一搬送路の側面視、現像剤量推定センサの設置場所よりも下方に位置していることを特徴とする、請求項２に記載の現像装置。
【請求項５】
周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える画像形成装置であって、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
前記現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
前記現像槽内に存在する現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定センサと、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
トナー濃度検出センサによって検出されたトナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、現像剤補給タンクから補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備えてなり、
前記制御手段は、検出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記トナー濃度検出センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置され、前記現像剤量推定センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置されることを特徴とする、請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、静電潜像担持体から遠方側に位置する第一搬送路の最下流位置の周辺であり、現像剤量推定センサの設置場所は、前記第一搬送路の最下流位置よりも上流側であることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、第一搬送路の側面視、現像剤量推定センサの設置場所よりも下方に位置していることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項９】
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、前記現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、前記現像槽内に存在する現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定センサと、現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、トナー濃度検出センサによって検出されたトナー濃度が予め定められた基準トナー濃度よりも低いとき、現像剤補給タンクから補給用のトナー及びキャリアを現像槽へ補給する補給動作を制御する制御手段と、を備える現像装置に適用される現像方法であって、
トナー濃度検出センサによりトナー濃度を算出するトナー濃度算出工程と、
現像剤量推定センサにより現像槽内現像剤の量を推定する現像剤量推定工程と、
算出されたトナー濃度と推定された現像剤量とに基づいて、補給すべきトナー及びキャリアの量を決定する補給量決定工程と、
補給量決定工程により決定されたトナー及びキャリアの量を現像剤補給タンクから現像槽へ補給する補給工程と、
を備えることを特徴とする現像方法。
【請求項１０】
前記トナー濃度検出センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置され、前記現像剤量推定センサは、現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置されることを特徴とする、請求項９に記載の現像方法。
【請求項１１】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、静電潜像担持体から遠方側に位置する第一搬送路の最下流位置の周辺であり、現像剤量推定センサの設置場所は、前記第一搬送路の最下流位置よりも上流側であることを特徴とする、請求項１０に記載の現像方法。
【請求項１２】
前記トナー濃度検出センサの設置場所は、第一搬送路の側面視、現像剤量推定センサの設置場所よりも下方に位置していることを特徴とする、請求項１０に記載の現像方法。
【請求項１３】
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を収容する現像槽と、
該現像槽内の現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、
現像槽内において現像剤担持体に隣接して配置され、現像槽内現像剤を現像槽内で循環・搬送しながら攪拌する攪拌部材と、
トナー及びキャリアを現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの高い場所に設置された第一トナー濃度検出センサと、
該第一トナー濃度検出センサの出力に応じて予め定められた量のトナー及びキャリアを現像剤補給タンクから現像槽へ補給する補給手段と、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
現像槽内における現像槽内現像剤の充填度合いの低い場所に設置された第二トナー濃度検出センサと、
該第二トナー濃度検出センサの出力に応じて、現像剤補給タンクから補給される前記予め定められた量を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項１４】
前記調整手段は、第二トナー濃度検出センサからの出力に基づいて現像槽内現像剤の量を推定するとともに、現像槽内における現像槽内現像剤の量が所定量よりも少ないとき、トナー及びキャリアの補給量を前記予め定められた量よりも少なくすることを特徴とする、請求項１３に記載の現像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−３００６４５（Ｐ２００９−３００６４５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５３８８５（Ｐ２００８−１５３８８５）
【出願日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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