画像形成装置及びプロセスカートリッジ
【課題】 画像形成装置本体の大型化やコストの増大を招来せずに、補給されるトナーの撹拌不良による色味変動やかぶり等の問題を解消し、良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在な現像スリーブ１１と、現像装置４の第２室１６の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合する撹拌スクリュー１７ｂと、現像装置４にトナーを補給する補給装置２００と、撹拌スクリュー１７ｂが回転する位相を検知する検知装置５２と、検知装置５２が検知した検知結果に基づいて、補給装置２００が撹拌スクリュー１７ｂのスクリュー形状で形成される凹部に向かってトナーを補給するタイミングを制御するコントローラ２２と、を備える画像形成装置１００を構成した。
【解決手段】 二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在な現像スリーブ１１と、現像装置４の第２室１６の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合する撹拌スクリュー１７ｂと、現像装置４にトナーを補給する補給装置２００と、撹拌スクリュー１７ｂが回転する位相を検知する検知装置５２と、検知装置５２が検知した検知結果に基づいて、補給装置２００が撹拌スクリュー１７ｂのスクリュー形状で形成される凹部に向かってトナーを補給するタイミングを制御するコントローラ２２と、を備える画像形成装置１００を構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置と、現像装置にトナーを補給する補給装置と、を備える画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像形成装置の小型化、高速化が進んでいる。その状況下で、以下に述べる理由によって、補給トナーの帯電不良に関わる様々な問題が発生していた。例えば、画像形成装置の小型化に伴って、現像装置の撹拌室のスラスト方向の長さが短くなった。その結果、補給トナーをキャリアと撹拌する距離が短くなり、十分な撹拌がなされず、トナーを所望の電荷まで帯電させることができなくなる場合があった。
【０００３】
また、画像形成装置の高速化に伴って、現像装置の現像スリーブの表面から消費される単位時間当たりのトナーの量が増加した。その結果、撹拌スクリューの上流側に補給されたトナーを短時間で現像スリーブへと搬送する必要があり、撹拌する時間が不足することによって、トナーを所望の電荷まで帯電させることができなくなる場合があった。
【０００４】
これらの場合に、帯電量の異なるトナーが混在した状態で現像されることになるため、その帯電量の異なるトナーは、感光体ドラムの表面に形成される静電像に対して、各々の帯電量に応じた載り量を現像してしまう。その結果として、同じ静電像に対してトナーの濃度が異なってしまって色味変動が引き起こされる場合があり、トナーの帯電量が小さいときにはかぶり画像として出力される場合があった。このような問題を解決するための発明として、特許文献１に記載の画像形成装置に関する発明が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、撹拌スクリューを有する現像装置と、現像装置の側方に配置されて撹拌羽根を有する予備撹拌室と、を備える画像形成装置が開示されている。
【０００６】
また、こうした特許文献１に記載の発明に対して、現像容器の内部の現像剤量を減らすことでトナーの撹拌効果を向上させる技術も適用できる。例えば、現像装置の撹拌室の内部で撹拌スクリューの上縁部（最も高い部位）よりも現像剤面が高くなると、補給口から補給されるトナーが現像剤面の上面を浮遊するように搬送され、撹拌室の内部に予め存在する現像剤と混合され難くなる。これを回避するために、現像剤量を減らすことによって、撹拌室の内部で現像剤面が撹拌スクリューよりも下げられた状態にして撹拌性及び混合性を向上させるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−００３２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、未帯電トナーを帯電するために、予備撹拌室を設けねばならず、現像装置の大型化、コストの増大を招来する。
【０００９】
また、撹拌室の内部で現像剤面を撹拌スクリュー１７ｂの上縁部よりも低下させた場合には、トナーの消費量に対して、二成分現像剤のトナーキャリア比の変動が大きくなる。
【００１０】
この現象を以下に詳述する。トナーの消費に対して同等の量のトナーを補給すると、現像容器内の全体のトナーキャリア比の変動はないものの、現像スリーブの近傍の現像剤は、トナーの消費が繰り返されると、一時的にトナーの濃度が下がることになる。この結果、高濃度画像を連続プリントした場合、現像スリーブのスラスト領域ではトナー濃度に傾きが生じ（撹拌スクリューによる現像剤搬送方向の下流側のトナー濃度が下がる傾向）、スラスト方向で画像濃度にムラが発生する。こうした理由から、現像容器の内部の現像剤量を無用に下げて、撹拌効率を向上させることは困難である。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑み、画像形成装置本体の大型化やコストの増大を招来せずに、補給されるトナーの撹拌不良による色味変動やかぶり等の問題を解消し、良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在な現像剤担持体と、現像装置の撹拌室の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合するスクリュー形状の撹拌部材と、前記現像装置にトナーを補給する補給手段と、前記撹拌部材が回転する位相を検知する検知手段と、前記検知手段が検知した検知結果に基づいて、前記補給手段が前記撹拌部材のスクリュー形状で形成される凹部に向かってトナーを補給するタイミングを制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、画像形成装置本体の大型化やコストの増大を招来せずに、補給されるトナーの撹拌不良による色味変動やかぶり等の問題を解消し、良好な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】トナー収納容器の内部の構成を示す断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】撹拌スクリュー、フラグ、フォトインタラプタの構成を示す平面図である。
【図６】フラグがフォトインタラプタを遮るときの撹拌スクリューの羽根及び補給口の位置関係を示す拡大模式図である。
【図７】コントローラ及びその周辺機器のブロック図である。
【図８】コントローラの制御工程を示すフローチャートである。
【図９】補給装置がトナーを補給する補給タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】撹拌スクリュー及び現像剤面の関係を示す概念図である。
【図１１】ベタ画像で１００枚連続プリントを実行して耐久試験をした後に、現像容器の内部から無作為に現像剤を抜き出し、現像剤中のトナー帯電量分布を解析した結果を示したグラフである。
【図１２】インダクタンスセンサの出力値及び時刻の関係を示すグラフである。
【図１３】補給装置がトナーを補給する補給タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置１００の構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、電子写真画像形成プロセスを利用した画像形成装置である。図１に示されるように、画像形成装置１００は画像形成装置本体（以下、単に『装置本体』という）１００Ａを有し、この装置本体１００Ａの内部には、画像を形成する画像形成部５５が設けられる。画像形成部５５は、『像担持体』である感光体ドラム１、『転写装置』である転写ローラ５等を含む。感光体ドラム１、現像装置４、収納容器１８については、その全部又は一部がプロセスカートリッジに含まれ、プロセスカートリッジとして装置本体１００Ａに組み込まれる構成となっていても良い。
【００１７】
画像形成装置１００は、ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムという）１の周囲に、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、クリーニング装置６を備えている。また、感光体ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部Ｎの転写材搬送方向Ｚの下流側には、定着装置７が配置されている。
【００１８】
感光体ドラム１は、本実施の形態では負帯電の有機感光体で、直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体（不図示）上に感光体層（不図示）を有している。感光体ドラム１は、所定の周速（例えば１０５ｍｍ／ｓｅｃ）で矢印方向（時計方向）に回転駆動し、その回転過程において接触する帯電ローラ２により負極性の一様な帯電を受ける。
【００１９】
帯電手段としての帯電ローラ２は、感光体ドラム１の表面に回転自在に接触し、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって感光体ドラム１を所定の極性、電位に均一に帯電する。露光装置３は、不図示のレーザドライバ、レーザダイオード、ポリゴンミラーなどを備える。レーザドライバに入力される画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光がレーザダイオードから出力され、高速回転するポリゴンミラーで前記レーザ光を走査し、反射ミラー（不図示）を介して感光体ドラム１表面を画像露光Ｒする。このことにより、画像情報に対応した静電像を形成する。
【００２０】
現像装置４は、非磁性のトナーと磁性を有するキャリアを含有する２成分現像剤（現像剤ｔ）で現像を行う２成分現像装置である（本実施の形態における現像装置４の詳細については後述する）。
【００２１】
転写手段としての転写ローラ５は、感光体ドラム１の表面に所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｎを形成する。転写ローラ５は、転写バイアス電源（不図示）から印加される転写バイアスにより、感光体ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部Ｎにて感光体ドラム１表面のトナー像を転写材Ｐに転写する。クリーニング装置６は、クリーニングブレード６ａを有しており、転写後に感光体ドラム１の表面に残った転写残トナーをクリーニングブレード６ａによって除去する。定着装置７は、回転自在な定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂを有しており、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ間の定着ニップにて転写材Ｐを挟持搬送しながら、転写材Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着させる。
【００２２】
次に、画像形成装置１００による画像形成動作について説明する。画像形成時には、感光体ドラム１は駆動手段（不図示）により矢印方向に所定の周速（例えば１０５ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動され、帯電ローラ２により表面が一様に帯電される。
【００２３】
そして、帯電された感光体ドラム１上に露光装置３により画像露光Ｒが与えられて、入力される画像情報に応じた静電像（静電潜像）が形成される。この感光体ドラム１上の静電像に、感光体ドラム１上の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４の現像スリーブ１１により、感光体ドラム１の帯電極性（負極性）と同極性に帯電されたトナーを付着させてトナー画像として顕像化する。
【００２４】
そして、感光体ドラム１上のトナー像が感光体ドラム１と転写ローラ５間の転写ニップ部Ｎに到達すると、このタイミングにあわせて用紙などの転写材Ｐがレジストローラ（不図示）によって転写ニップ部Ｎに搬送される。そして、前記トナーと逆極性（正極性）の転写バイアスが印加された転写ローラ５により、転写ニップ部Ｎに搬送された転写材Ｐに感光体ドラム１と転写ローラ５間に発生する静電力によって、感光体ドラム１上のトナー像が転写される。
【００２５】
そして、トナー像が転写された転写材Ｐは定着装置７に搬送され、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ間の定着ニップにてトナー像を転写材Ｐに加熱加圧して熱定着した後に外部に排出して、一連の画像形成動作を終了する。また、トナー像転写後の感光体ドラム１の表面に残留している転写残トナーは、クリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去されて回収される。
【００２６】
次に、実施例１に係る現像装置４の詳細について説明する。現像装置４は、非磁性トナーと磁性キャリアを含有する現像剤ｔを収容した現像容器１０を備える。現像容器１０の上部には開口部４ａが形成されており、この開口部４ａには、現像剤担持体としてのＳＵＳなどの非磁性材料からなる現像スリーブ１１が感光体ドラム１に対向して回転自在に配置されている。『現像剤担持体』である現像スリーブ１１は、トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在なものである。現像スリーブ１１の内部には、磁界発生手段としてのマグネットローラ１３が固定配置されており、マグネットローラ１３は複数の磁極を有している。
【００２７】
また、現像容器１０の開口部４ａには、現像スリーブ１１に近接するように規制ブレード１２が取付けられている。この規制ブレード１２は、現像スリーブ１１の表面に担持される現像剤ｔの層厚を規制する。
【００２８】
非磁性のトナーとしては、バインダー樹脂に着色剤や帯電制御剤等を添加した公知のものを使用でき、本実施の形態では体積平均粒径が５〜１５μｍのものを使用した。また、磁性キャリアとしては、フェライトキャリア、樹脂コーティングを施したもの等が好適に使用でき、本実施の形態では平均粒径が５〜７０μｍのものを使用した。
【００２９】
また、『現像装置本体』である現像容器１０の内部は、隔壁１４によって『撹拌室』である第１室１５及び『撹拌室』である第２室１６に区画されている。第１室１５の内部には、撹拌スクリュー１７ａが配置されており、第２室１６の内部には、撹拌スクリュー１７ｂが配置されている。『撹拌部材』である撹拌スクリュー１７ａは、第１室１５の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合し、『撹拌部材』である撹拌スクリュー１７ｂは、第２室１６の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合する。
【００３０】
これらの撹拌スクリュー１７ａ、１７ｂは、撹拌部材として機能すると同時に、現像剤を搬送する搬送部材として機能する。第１室１５と第２室１６は連通しており、撹拌スクリュー１７ａ、１７ｂの回転によって現像剤ｔが第１室１５と第２室１６内を循環する。
【００３１】
現像容器１０の第２室１６の上部には、現像容器１０にトナーを補給する『補給手段』である補給装置２００が配置されている。補給装置２００は、トナーを収納する収納容器１８を有している。この収納容器１８の内部には補給スクリュー２１が設けられている。補給スクリュー２１は、収納容器１８の内部のトナーを、回転しつつ補給口２０から第２室１６へと落下させる。
【００３２】
また、現像容器１０の第２室１６の側部には、現像容器１０の内部の二成分現像剤ｔの透磁率を検知する『検知装置』であるインダクタンスセンサ１９が配置されている。インダクタンスセンサ１９は、二成分現像剤ｔの透磁率を検知することによって、二成分現像剤の濃度を検知するようになっている。また、補給スクリュー２１及びインダクタンスセンサ１９は、コントローラ２２に接続されている。
【００３３】
ここで、現像装置４の内部の現像剤ｔの移動工程等を説明する。現像容器１０の内部の現像剤ｔは、撹拌スクリュー１７ｂの回転により第２室１６から第１室１５に搬送され、更に撹拌スクリュー１７ａにより撹拌されながら搬送される。このとき一部の現像剤ｔがマグネットローラ１３の汲み上げ極（Ｎ２極）により汲み上げられる。汲み上げ極（Ｎ２極）で汲み上げられた現像剤ｔは、規制ブレード１２によって所定の層厚に規制されて、現像スリーブ１１の表面に付着される。そして、現像スリーブ１１の回転にともなって、現像スリーブ１１の表面の層厚規制された現像剤ｔはマグネットローラ１３の現像極（Ｓ１極）が位置する現像部近傍に搬送され、感光体ドラム１上の静電像を現像する。
【００３４】
そして、この現像に寄与しなくて残った現像剤は、現像スリーブ１１の回転にともなってマグネットローラ１３の磁極（Ｎ３極、Ｎ２極）による反発磁界によって現像容器１０内の第１室１５に落下する。第１室１５に落下した現像剤は、撹拌スクリュー１７ａの回転によって第２室１６に搬送されて、次の現像に寄与される。
【００３５】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２に示されるように、補給口２０は、撹拌スクリュー１７ｂの軸の鉛直上方（図２の紙面の表面方向）に位置し、且つ、補給トナーと現像剤の撹拌時間を得るために、第２室１６の内部で現像剤搬送方向Ｌ１（Ｌ）の上流側に配置している。また、補給口２０のスラスト方向の長さは１０ｍｍにしている。また補給口２０と撹拌スクリュー１７ｂの上縁（最外隔面）との距離は５ｍｍに設定している（図１参照）。
【００３６】
また、撹拌スクリュー１７ｂは、軸１７ｂ１と、軸１７ｂ１から突出する『羽根部』である羽根１７ｂ２と、を有し、撹拌スクリュー１７ａは、軸１７ａ１と、軸１７ａ１から突出する『羽根部』である羽根１７ａ２と、を有する。
【００３７】
図３は、収納容器１８の内部の構成を示す断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図３、図４に示すように、収納容器１８内は、収納容器１８内のトナーを撹拌する撹拌スクリュー２３を有し、更に補給口２０を通してトナーを現像容器１０内に補給する回転自在な補給スクリュー２１が一体に設けられている。補給スクリュー２１を有する収納容器１８は一体的にカートリッジとして形成されており、現像装置４の現像容器１０に着脱自在である。なお、補給スクリュー２１は、軸２１ｘと、軸２１ｘ周りに形成される羽根２１ｙと、を有する。
【００３８】
ここでは、補給スクリュー２１は、そのスクリュー外径が１３ｍｍ、スクリュー内径が８ｍｍ、スクリューピッチが８ｍｍ、５回転／秒で回転し、収納容器１８の内壁と補給スクリュー２１の外径との隙間は１ｍｍである。また、補給スクリュー２１の補給モータＭとして、微小時間単位での駆動及び停止が可能なパルスモータを採用した。また、補給スクリュー２１の回転数をカウントするための不図示のフラグ及びフォトインタラプタを備える。このフラグとフォトインタラプタにより補給スクリュー２１の回転数をカウントすることで、１回転で１ピッチ（ブロック）分のトナーを搬送することができる。
【００３９】
一般的に、補給スクリュー２１が１回転する間に、補給スクリュー２１の羽根２１ｙがトナー搬送方向に進んだり引いたりすることから、補給スクリュー２１が１回転する間に、搬送されるトナーの補給量が脈動して増減を繰り返す。ここでは、このように、補給スクリュー２１が１回転する間を、一つの単位として取り扱う。これは、例えば、補給スクリュー２１が１回転する際にトナーが補給される量を１００とした場合でも、補給スクリュー２１が１／２回転する際にトナーが補給される量が必ずしも５０とはならないことがあることを考慮したものである。
【００４０】
こうしたトナーの脈動の影響を受け難くするために、補給スクリュー２１が常に１回転単位で回転され、補給口２０に対する補給スクリュー２１の羽根２１ｙの位置が一定になるようにしている。なお、ここでは、５回転／秒の速度で補給モータＭを回転させているために、補給スクリュー２１が１ブロック補給に要する時間は、２００ｍｓになっている。
【００４１】
インダクタンスセンサ１９から入力されるトナー濃度測定情報は、コントローラ２２（図１参照）に入力される。そして、コントローラ２２は、入力される濃度測定情報に基づいて補給スクリュー２１の回転を制御し、適正量のトナーを現像容器１０内に適時補給する（詳細は後述する）。コントローラ２２は、装置本体１００Ａに設けられている。また、ここでは、撹拌スクリュー１７ａ、１７ｂは、スクリュー外径が２０ｍｍ、スクリュー内径が１４ｍｍ、スクリューピッチが４０ｍｍ、２回転／１秒で回転するよう設定している。
【００４２】
図５は、撹拌スクリュー１７ｂ、フラグ５０、フォトインタラプタ５１の構成を示す平面図である。検知装置５２は、フラグ５０及びフォトインタラプタ５１を有する。このような検知装置５２が撹拌スクリュー１７ｂに設けられている。
【００４３】
『検知手段』である検知装置５２は、撹拌スクリュー１７ｂが回転する位相を検知する装置である。検知装置５２は、軸１７ｂ１に設けられる『凸部』であるフラグ５０と、フラグ５０の回転を検知する『センサ』であるフォトインタラプタ５１と、を有する。撹拌スクリュー１７ｂは２回転／１秒で回転しているために、フォトインタラプタ５１によって得られる出力信号は、５００ｍｓ周期で得られる。コントローラ２２は、検知装置５２が検知した検知結果から撹拌スクリュー１７ｂが回転する位相を算出する。そして、コントローラ２２は、その算出結果に基づいて、補給装置２００が撹拌スクリュー１７ｂのスクリュー形状で形成される凹部（隣り合う羽根１７ｂ２及び羽根１７ｂ２の間）に向かってトナーを補給するタイミングを制御する。
【００４４】
図６は、フラグ５０がフォトインタラプタ５１を遮るときの撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２及び補給口２０の位置関係を示す拡大模式図である。補給装置２００から第２室１６にトナーが補給されるタイミングは、補給装置２００の補給口２０の鉛直下方に、隣り合う撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２及び羽根１７ｂ２のピッチの中心位置が位置するタイミングである。別の表現をすると、補給装置２００がトナーを補給するタイミングは、補給装置２００が補給する補給位置及び羽根１７ｂ２のピッチの中間位置Ｓが、撹拌スクリュー１７ｂが現像剤搬送方向Ｌ１（Ｌ）で重なるタイミングである。なお、補給装置２００は、トナーを補給する補給口２０を有するが、この補給口２０の現像剤搬送方向Ｌ１（Ｌ）の長さＪは、羽根１７ｂ２のピッチＫよりも短い。
【００４５】
なお、補給口２０の真下に、隣合う羽根１７ｂ２及び羽根１７ｂ２のピッチの中間位置Ｓが必ず配置されるというものに限定されなくても良い。すなわち、補給口２０の真下に、隣合う羽根１７ｂ２及び羽根１７ｂ２で形成される凹部の部位のどこかが配置されれば良い場合もあると考えられる。
【００４６】
図７は、コントローラ２２のブロック図である。コントローラ２２（トナー補給制御装置）は、比較回路３１、濃度標準値情報部３０、補給トナー量算出部３４、補給トナー量積算部３５、比較回路３２、駆動制御部３３、を有する。このコントローラ２２に対して、インダクタンスセンサ１９が接続される。また、このコントローラ２２に対して、補給モータＭ、補給スクリュー２１が直列的に順に接続されている。なお、コントローラ２２は、装置本体１００Ａに設けられる。
【００４７】
詳しくは、接続状態は、以下の通りである。比較回路３１は、インダクタンスセンサ１９、濃度標準値情報部３０、補給トナー量算出部３４に接続されている。また、補給トナー量算出部３４、補給トナー量積算部３５、比較回路３２、駆動制御部３３が、直列的に順に接続されている。さらに、駆動制御部３３には、補給モータＭが接続され、この補給モータＭには補給スクリュー２１が接続されている。以下の説明では、一例として、補給スクリュー２１が１周するときに補給されるトナーの量（予定トナー量ｃ）が１００ｍｇであり、転写材Ｐの１枚当たりに必要なトナーの量（補給トナー量ａ）が１０ｍｇである場合を混ぜ込んでいる。
【００４８】
まず、比較回路３１は、現像容器１０の第２室１６の内部のトナー濃度を検知するインダクタンスセンサ１９が検知した現像剤の透磁率の検知情報を受信するようになっている。例えば、比較回路３１は、インダクタンスセンサ１９が検知した転写材Ｐの１枚当たりに必要な現像剤の透磁率の出力値（濃度測定値）を受信する。また、比較回路３１は、濃度標準値情報部３０が保有する転写材Ｐの１枚当たりに必要な現像剤の透磁率の出力値（濃度標準値）を受信するようになっている。例えば、その濃度標準値情報は、転写材Ｐの１枚当たりに必要な現像剤の透磁率の出力値の平均値等（トナー濃度の情報）であり、そういうものを受信する。
【００４９】
比較回路３１は、これらインダクタンスセンサ１９の濃度測定値、及び、濃度標準値情報部３０が保有する濃度標準値を比較する。例えば、転写材Ｐの１枚当たりのトナー消費量が１０ｍｇとする。例えば、この場合に、比較回路３１は、濃度測定値（トナー量が１０ｍｇに相当する透磁率情報）、及び、濃度標準値（トナー量が１０ｍｇに相当する透磁率情報）を比較する。
【００５０】
補給トナー量算出部３４は、比較回路３１の比較情報（比較データ）を受信して、補給すべき補給トナー量ａ（トナー量１０ｍｇ）を算出する。また、補給トナー量積算部３５は、順次に補給トナー量ａを積算して積算トナー量ｂ（トナー量１００ｍｇ）を導出する。
【００５１】
比較回路３２は、補給スクリュー２１が１回転するときに補給口２０から第２室１６に補給されるべき予定トナー量ｃを保有している。予定トナー量ｃは、補給スクリュー２１が１周する単位回転補給量とも言え、前述の例では補給スクリュー２１が１周すると補給トナー量が１００ｍｇとなる。そして、比較回路３２は、積算トナー量ｂ、及び、予定トナー量ｃを比較する。駆動制御部３３は、比較回路３２の情報に基づいて、補給モータＭを駆動して補給スクリュー２１を駆動させるか否かを制御する。
【００５２】
この場合には、比較回路３２は、補給トナー量積算部３５が転写材Ｐの１０枚分として積算した積算トナー量ｂ（１０ｍｇ×１０枚＝１００ｍｇ）が、予定トナー量ｃ（１００ｍｇ）よりも大きいか否かを判断する。
【００５３】
図８は、コントローラ２２の制御工程を示すフローチャートである。即ち、現像装置４における画像形成時のトナー補給動作に関して示している。コントローラ２２は、現像スリーブ１１を回転して現像動作を開始する。それと同時に、コントローラ２２は、現像容器１０の内部の撹拌スクリュー１７ａ、１７ｂを回転して現像剤ｔの撹拌を開始する（Ｓ１）。この際に、インダクタンスセンサ１９は、現像容器１０の第２室１６の内部のトナーの透磁率を検知することでトナー濃度を測定し、その情報をコントローラ２２（比較回路３１）に出力する（Ｓ２）。
【００５４】
コントローラ２２（比較回路３１）は、画像形成動作中のトナー濃度制御時に、インダクタンスセンサ１９からのトナー濃度の測定値情報（濃度測定値）、及び、濃度標準値情報部３０が保有するトナー濃度の標準値情報（濃度標準値）を比較する（Ｓ３）。そして、コントローラ２２（補給トナー量算出部３４）は、濃度標準値に比べて濃度測定値がどれだけズレているかを判断し、消費したトナー量に相当する補給トナー量ａを算出する（Ｓ３）。
【００５５】
コントローラ２２（補給トナー量積算部３５）は、補給トナー量ａを積算していく。ここで、コントローラ２２（比較回路３２）には、補給スクリュー２１が一回転するときに搬送される予定トナー量ｃが予め格納されている。
【００５６】
コントローラ２２（比較回路３２）は、積算トナー量ｂが、予め定められた予定トナー量ｃよりも大きいか否かを判断する（Ｓ４）。コントローラ２２は、Ｓ４の判断の結果、ＹＥＳの場合には、後述する補給可能タイミングか否かを判断し（Ｓ５）、ＮＯの場合には、プリント終了か否かを判断する（Ｓ７）。なお、このＳ４の判断は、実施例１では、フラグ５０及びフォトインタラプタ５１によって検知される撹拌スクリュー１７ｂの位相に基づいている。また、後述する実施例２では、フォトインタラプタ５１によって検知される撹拌スクリュー１７ｂの位相に基づいている。
【００５７】
コントローラ２２は、Ｓ５の判断の結果、ＹＥＳの場合には、補給動作をＯＮ（Ｓ６）にした後に、プリント終了か否かを判断し（Ｓ７）、ＮＯの場合には、直接にプリント終了か否かを判断する（Ｓ７）。コントローラ２２は、Ｓ７の判断の結果、ＹＥＳの場合には、現像動作を終了させ、ＮＯの場合には、現像動作を再び開始する。
【００５８】
このように、積算トナー量ｂが予定トナー量ｃを超えた場合（Ｓ４）で、補給可能なタイミングになった場合（Ｓ５）には、駆動制御部３３によって補給スクリュー２１を１回転（１ブロック）分駆動して補給させている（Ｓ６）。なお、コントローラ２２は、補給装置２００に要求されるトナーの補給量が、補給装置２００がトナーを補給するタイミングで補給可能なトナーの量を超えた場合には、以下のようにする。すなわち、コントローラ２２は、トナーの補給動作を一時停止し、次に補給装置２００がトナーを補給するタイミングで再びトナーを補給する。
【００５９】
図９（ａ）は、フォトインタラプタ５１が撹拌スクリュー１７ｂのフラグ５０を検知するタイミングを示すグラフである。図９（ｂ）は、補給スクリュー２１の補給モータＭを駆動するタイミングを示すグラフである。図９（ｃ）は、補給スクリュー２１の補給モータＭの駆動を開始するトリガーを送信するタイミングを示すグラフである。ここでは、補給トナーが補給スクリュー２１の回転によって、第２室１６の撹拌スクリュー１７ｂ上に落下するタイミングを、撹拌スクリュー１７ｂで隣り合う羽根１７ｂ２と羽根１７ｂ２の中間位置Ｓになるよう決定している。
【００６０】
図９（ａ）に示されるように、撹拌スクリュー１７ｂの１周期が５００ｍｓである場合には、フラグ５０がフォトインタラプタ５１を遮るタイミングは、５００ｍｓ毎である。そして、前述した通り、このフラグ５０がフォトインタラプタ５１を遮るタイミングは、補給口２０の下方に撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２間の中間位置が来るタイミングに設定されている。
【００６１】
図９（ｂ）に示されるように、補給スクリュー２１の駆動可能のタイミングは、フラグ５０がＯＮとなるタイミングと同期される。ここでは、フラグ５０の出力がＯＮとなるタイミングの前後１２５ｍｓ域を、補給モータＭが駆動する駆動可能領域（補給域）としている。つまり、フラグ５０がＯＮとなる１２５ｍｓ前から補給モータＭが駆動し、フラグ５０がＯＮとなってから１２５ｍｓ後には補給モータＭが停止する。
【００６２】
図９（ｃ）に示されるように、補給スクリュー２１の駆動開始のトリガーのタイミングは、補給モータＭを駆動させる駆動可能領域のうちの最初の５０ｍｓのタイミングである。これは、補給スクリュー２１が１回転するのに要する時間は２００ｍｓであり、補給モータＭの駆動可能領域内で補給動作を終了させるには、２５０ｍｓから２００ｍｓを差し引いた５０ｍｓのうちに補給動作の信号を発信しなければならないことによる。
【００６３】
なお、図９のタイミングチャートは、説明をわかりやすくするために、トナーが補給口２０から撹拌スクリュー１７ｂまで落下する落下時間をゼロとして表している。実際には、トナーが補給口２０から撹拌スクリュー１７ｂまで落下する落下時間を考慮して実施する必要があり、図１に示す位置関係では、落下時間は約３０ｍｓ程度かかる。従って、図９（ｂ）の補給モータＭの駆動可能領域、及び、図９（ｃ）の補給モータＭの補給開始トリガーの発信可能領域は、３０ｍｓ程度時間を左にシフトしたタイミングになる。
【００６４】
次に、実施例１の構成による効果を述べる。実施例１では、上記補給制御によって、補給トナーが撹拌スクリュー１７ｂのスクリュー間隔の中間位置Ｓに落下することにより、現像剤との接触機会を増加させて、補給トナーを効率的に摩擦帯電させている。以下に詳述する。
【００６５】
図１０は、撹拌スクリュー１７ｂ及び現像剤面Ｊの関係を示す概念図である。撹拌スクリュー１７ｂが駆動すると、現像剤は、撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２の面が現像剤搬送方向Ｌへ移動して現像剤搬送方向Ｌに押し込まれる。そのために、撹拌スクリュー１７ｂが駆動する間の現像剤の剤面分布は、撹拌スクリュー１７ｂの位相に倣った波状となる。
【００６６】
このことから、実施例１で補給トナーを落下させる位置となる「撹拌スクリュー１７ｂで隣り合う羽根１７ｂ２と羽根１７ｂ２の中間位置Ｓ」とは、現像剤の剤面分布（以下、「現像剤面波」という場合もある）の周期で現像剤面Ｅが低い位相部に相当する。現像剤面Ｊが低い位置に補給されたトナーは、撹拌スクリュー１７ｂの回転に伴って周囲の現像剤と接触及び混合し易くなるために、効率的に摩擦帯電がなされる。
【００６７】
一方、従来の補給制御では、任意のタイミングでトナーが補給されるために、補給されるトナーは、当然に現像剤面Ｊの高い位置に補給される場合がある。この場合、補給されるトナーは、現像剤面Ｊの上面を浮遊するように搬送され、第２室１６の内部にあらかじめ存在する現像剤と混合され難くなる。
【００６８】
図１１は、ベタ画像で１００枚連続プリントを実行して耐久試験をした後に、現像容器１０の内部から無作為に現像剤を抜き出し、現像剤中のトナー帯電量分布を解析した結果を示したグラフである。試験にあたっては、現像剤中のトナー３０００個のトナー帯電量分量を、ホソカワミクロン社製Ｅ−スパートアナライザーを用いて解析した。縦軸は個数、横軸は帯電密度（Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ（μＣ／ｇ））である。
【００６９】
実線Ａは、完全に撹拌・混合された現像剤のトナー帯電量分布を示す。実線Ｂは、本発明を適用しない画像形成装置の現像剤のトナー帯電量分布を示す。点線Ｃは、本発明を適用した画像形成装置１００の現像剤のトナー帯電量分布を示す。
【００７０】
実線Ｂに示されるように、本発明を適用しない画像形成装置においては、初期の現像剤のトナー帯電量分布に比べて十分に帯電されていないトナーの個数が増え、補給トナーの撹拌・混合不良を起している。これに対して、点線Ｃに示されるように、本発明を適用した画像形成装置１００においては、殆ど初期の現像剤のトナー帯電量分布に近く、完全に撹拌・混合されていることが分かる。
【実施例２】
【００７１】
次に、実施例２の現像装置の構成に関して説明する。実施例２の現像装置のうち実施例１の現像装置４と同一の構成及び効果に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。実施例２においても、実施例１と同様の画像形成装置に適用することができるため、画像形成装置の説明は省略する。特に、撹拌スクリュー１７ｂの位相検出に関わる箇所以外の構成及び制御は、実施例１と同様である。実施例２の現像装置が実施例１の現像装置４と異なる点は、以下の点である。
【００７２】
実施例１では、撹拌スクリュー１７ｂの位相が、軸１７ｂ１に設けられたフラグ５０とフォトインタラプタ５１で検知されていた。実施例２では、コントローラ２２は、インダクタンスセンサ１９の検知結果に基づいて、撹拌スクリュー１７ｂが回転する位相を算出する。すなわち、撹拌スクリュー１７ｂの位相が、撹拌スクリュー１７ｂの駆動に伴って発生するインダクタンスセンサ１９の出力値の増減の検知結果に基づいて、算出される。
【００７３】
周知のように、インダクタンスセンサは、現像剤の透磁率を検知することでトナーと磁性キャリアの混合比を算出するものである。現像剤の透磁率はトナー混合比以外に現像剤の嵩密度によっても変化する。例えば嵩密度が高い場合、同じトナー混合比であっても磁性キャリアの密度が高くなるために、透磁率は高く検知される。撹拌スクリュー１７ｂの駆動中の現像剤は、現像剤搬送方向Ｌ側のスクリュー面に近接し押し出されているために現像剤の嵩密度は高く、一方で現像剤搬送方向と逆方向のスクリュー面の現像剤嵩密度は低い傾向になる。
【００７４】
図１２は、インダクタンスセンサ１９の出力値及び時刻の関係を示すグラフである。前述の撹拌スクリュー１７ｂの駆動時には、羽根１７ｂ２の位相に比例して、現像容器１０内に設置しているインダクタンスセンサ１９の出力値は、図１２のような時間変化を示す。実施例２では、この現象を利用することで、撹拌スクリュー１７ｂのスクリュー位相を検知可能になる。
【００７５】
なお、図２に示されるように、実施例１では、第２室１６に取付けられるインダクタンスセンサ１９の位置、及び、補給口２０の位置は異なる。そのために、透磁率の振幅タイミング、及び、補給口２０の位置における撹拌スクリュー１７ｂの位相のタイミングを調整する必要がある。
【００７６】
これに対して、実施例２では、図１２の透磁率振幅の最大値を検知するタイミングが、図６に示す羽根１７ｂ２間の中間位置Ｓ（中心位置）と補給口２０の位置と揃うように、インダクタンスセンサ１９の位置が決定されている。よって、実施例２では、後述する図１３のタイミングチャートで補給のタイミングを決定している。
【００７７】
図１３（ａ）は、インダクタンスセンサ１９が第２室１６の内部の現像剤の透磁率の最大値を検知するタイミングを示すグラフである。図１３（ｂ）は、補給スクリュー２１の補給モータＭを駆動するタイミングを示すグラフである。図１３（ｃ）は、補給スクリュー２１の補給モータＭの駆動を開始するトリガーを送信するタイミングを示すグラフである。ここでは、補給トナーが補給スクリュー２１の回転によって、第２室１６の撹拌スクリュー１７ｂ上に落下するタイミングを、撹拌スクリュー１７ｂで隣り合う羽根１７ｂ２と羽根１７ｂ２の中間位置Ｓになるよう決定している。なお、実施例２では、撹拌スクリュー１７ｂの位相を検知するタイミングとして、インダクタンスセンサ１９の透磁率の最大値が用いられている点以外については、実施例１と同様の補給タイミングで実行させている。
【００７８】
実施例１又は２の構成によれば、現像容器１０の内部で撹拌スクリュー１７ｂが搬送する現像剤の現像剤面Ｊの高さが低い領域に選択的にトナーが補給される。このことにより、補給装置２００が補給するトナー、及び、現像容器１０の内部の二成分現像剤は、撹拌性、混合性が向上する。その結果、装置本体１００Ａの大型化やコストの増大を招来せずに、補給されるトナーの撹拌不良による色味変動やかぶり等の問題を解消し、良好な画像を形成することができる。また、補給装置２００は、撹拌スクリュー１７ｂが搬送する現像剤の高さが低い領域に向かってトナーを補給することになるから、現像容器１０の内部の現像剤と補給装置２００が補給するトナーは、撹拌性及び混合性が向上する。
【００７９】
実施例２の構成によれば、現像容器１０の内部に設けたインダクタンスセンサ１９が撹拌スクリュー１７ｂの位相を検知する。このために、実施例１と同様に羽根１７ｂ２間の中心領域で選択的にトナーを補給することが可能となり、同様の効果が得られる。
【００８０】
なお、実施例１では、補給トナーの脈動の影響を受け難くするように、補給スクリュー２１を常に１回転単位で回転させるブロック補給形式を用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、補給スクリュー２１が１回転単位で回転してトナー補給される形式でなく、単位時間当たりのトナーの補給量が一定の補給装置でも、トナーが撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２間の位置に向かって補給されれば、同様な効果が得られる。
【００８１】
また、実施例１でトナー濃度制御のためにインダクタンスセンサを用いたがこれに限定されるものではなく、現像剤濃度を光学式センサなどで検知する方式を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
４ 現像装置
１０ 現像容器（現像装置本体）
１１ 現像スリーブ（現像剤担持体）
１６ 第２室（撹拌室）
１７ｂ 撹拌スクリュー（撹拌部材）
２２ コントローラ
５２ 検知装置（検知手段）
１００ 画像形成装置
２００ 補給装置（補給手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置と、現像装置にトナーを補給する補給装置と、を備える画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像形成装置の小型化、高速化が進んでいる。その状況下で、以下に述べる理由によって、補給トナーの帯電不良に関わる様々な問題が発生していた。例えば、画像形成装置の小型化に伴って、現像装置の撹拌室のスラスト方向の長さが短くなった。その結果、補給トナーをキャリアと撹拌する距離が短くなり、十分な撹拌がなされず、トナーを所望の電荷まで帯電させることができなくなる場合があった。
【０００３】
また、画像形成装置の高速化に伴って、現像装置の現像スリーブの表面から消費される単位時間当たりのトナーの量が増加した。その結果、撹拌スクリューの上流側に補給されたトナーを短時間で現像スリーブへと搬送する必要があり、撹拌する時間が不足することによって、トナーを所望の電荷まで帯電させることができなくなる場合があった。
【０００４】
これらの場合に、帯電量の異なるトナーが混在した状態で現像されることになるため、その帯電量の異なるトナーは、感光体ドラムの表面に形成される静電像に対して、各々の帯電量に応じた載り量を現像してしまう。その結果として、同じ静電像に対してトナーの濃度が異なってしまって色味変動が引き起こされる場合があり、トナーの帯電量が小さいときにはかぶり画像として出力される場合があった。このような問題を解決するための発明として、特許文献１に記載の画像形成装置に関する発明が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、撹拌スクリューを有する現像装置と、現像装置の側方に配置されて撹拌羽根を有する予備撹拌室と、を備える画像形成装置が開示されている。
【０００６】
また、こうした特許文献１に記載の発明に対して、現像容器の内部の現像剤量を減らすことでトナーの撹拌効果を向上させる技術も適用できる。例えば、現像装置の撹拌室の内部で撹拌スクリューの上縁部（最も高い部位）よりも現像剤面が高くなると、補給口から補給されるトナーが現像剤面の上面を浮遊するように搬送され、撹拌室の内部に予め存在する現像剤と混合され難くなる。これを回避するために、現像剤量を減らすことによって、撹拌室の内部で現像剤面が撹拌スクリューよりも下げられた状態にして撹拌性及び混合性を向上させるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−００３２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、未帯電トナーを帯電するために、予備撹拌室を設けねばならず、現像装置の大型化、コストの増大を招来する。
【０００９】
また、撹拌室の内部で現像剤面を撹拌スクリュー１７ｂの上縁部よりも低下させた場合には、トナーの消費量に対して、二成分現像剤のトナーキャリア比の変動が大きくなる。
【００１０】
この現象を以下に詳述する。トナーの消費に対して同等の量のトナーを補給すると、現像容器内の全体のトナーキャリア比の変動はないものの、現像スリーブの近傍の現像剤は、トナーの消費が繰り返されると、一時的にトナーの濃度が下がることになる。この結果、高濃度画像を連続プリントした場合、現像スリーブのスラスト領域ではトナー濃度に傾きが生じ（撹拌スクリューによる現像剤搬送方向の下流側のトナー濃度が下がる傾向）、スラスト方向で画像濃度にムラが発生する。こうした理由から、現像容器の内部の現像剤量を無用に下げて、撹拌効率を向上させることは困難である。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑み、画像形成装置本体の大型化やコストの増大を招来せずに、補給されるトナーの撹拌不良による色味変動やかぶり等の問題を解消し、良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在な現像剤担持体と、現像装置の撹拌室の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合するスクリュー形状の撹拌部材と、前記現像装置にトナーを補給する補給手段と、前記撹拌部材が回転する位相を検知する検知手段と、前記検知手段が検知した検知結果に基づいて、前記補給手段が前記撹拌部材のスクリュー形状で形成される凹部に向かってトナーを補給するタイミングを制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、画像形成装置本体の大型化やコストの増大を招来せずに、補給されるトナーの撹拌不良による色味変動やかぶり等の問題を解消し、良好な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】トナー収納容器の内部の構成を示す断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】撹拌スクリュー、フラグ、フォトインタラプタの構成を示す平面図である。
【図６】フラグがフォトインタラプタを遮るときの撹拌スクリューの羽根及び補給口の位置関係を示す拡大模式図である。
【図７】コントローラ及びその周辺機器のブロック図である。
【図８】コントローラの制御工程を示すフローチャートである。
【図９】補給装置がトナーを補給する補給タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】撹拌スクリュー及び現像剤面の関係を示す概念図である。
【図１１】ベタ画像で１００枚連続プリントを実行して耐久試験をした後に、現像容器の内部から無作為に現像剤を抜き出し、現像剤中のトナー帯電量分布を解析した結果を示したグラフである。
【図１２】インダクタンスセンサの出力値及び時刻の関係を示すグラフである。
【図１３】補給装置がトナーを補給する補給タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置１００の構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、電子写真画像形成プロセスを利用した画像形成装置である。図１に示されるように、画像形成装置１００は画像形成装置本体（以下、単に『装置本体』という）１００Ａを有し、この装置本体１００Ａの内部には、画像を形成する画像形成部５５が設けられる。画像形成部５５は、『像担持体』である感光体ドラム１、『転写装置』である転写ローラ５等を含む。感光体ドラム１、現像装置４、収納容器１８については、その全部又は一部がプロセスカートリッジに含まれ、プロセスカートリッジとして装置本体１００Ａに組み込まれる構成となっていても良い。
【００１７】
画像形成装置１００は、ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムという）１の周囲に、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、クリーニング装置６を備えている。また、感光体ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部Ｎの転写材搬送方向Ｚの下流側には、定着装置７が配置されている。
【００１８】
感光体ドラム１は、本実施の形態では負帯電の有機感光体で、直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体（不図示）上に感光体層（不図示）を有している。感光体ドラム１は、所定の周速（例えば１０５ｍｍ／ｓｅｃ）で矢印方向（時計方向）に回転駆動し、その回転過程において接触する帯電ローラ２により負極性の一様な帯電を受ける。
【００１９】
帯電手段としての帯電ローラ２は、感光体ドラム１の表面に回転自在に接触し、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって感光体ドラム１を所定の極性、電位に均一に帯電する。露光装置３は、不図示のレーザドライバ、レーザダイオード、ポリゴンミラーなどを備える。レーザドライバに入力される画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光がレーザダイオードから出力され、高速回転するポリゴンミラーで前記レーザ光を走査し、反射ミラー（不図示）を介して感光体ドラム１表面を画像露光Ｒする。このことにより、画像情報に対応した静電像を形成する。
【００２０】
現像装置４は、非磁性のトナーと磁性を有するキャリアを含有する２成分現像剤（現像剤ｔ）で現像を行う２成分現像装置である（本実施の形態における現像装置４の詳細については後述する）。
【００２１】
転写手段としての転写ローラ５は、感光体ドラム１の表面に所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｎを形成する。転写ローラ５は、転写バイアス電源（不図示）から印加される転写バイアスにより、感光体ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部Ｎにて感光体ドラム１表面のトナー像を転写材Ｐに転写する。クリーニング装置６は、クリーニングブレード６ａを有しており、転写後に感光体ドラム１の表面に残った転写残トナーをクリーニングブレード６ａによって除去する。定着装置７は、回転自在な定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂを有しており、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ間の定着ニップにて転写材Ｐを挟持搬送しながら、転写材Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着させる。
【００２２】
次に、画像形成装置１００による画像形成動作について説明する。画像形成時には、感光体ドラム１は駆動手段（不図示）により矢印方向に所定の周速（例えば１０５ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動され、帯電ローラ２により表面が一様に帯電される。
【００２３】
そして、帯電された感光体ドラム１上に露光装置３により画像露光Ｒが与えられて、入力される画像情報に応じた静電像（静電潜像）が形成される。この感光体ドラム１上の静電像に、感光体ドラム１上の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４の現像スリーブ１１により、感光体ドラム１の帯電極性（負極性）と同極性に帯電されたトナーを付着させてトナー画像として顕像化する。
【００２４】
そして、感光体ドラム１上のトナー像が感光体ドラム１と転写ローラ５間の転写ニップ部Ｎに到達すると、このタイミングにあわせて用紙などの転写材Ｐがレジストローラ（不図示）によって転写ニップ部Ｎに搬送される。そして、前記トナーと逆極性（正極性）の転写バイアスが印加された転写ローラ５により、転写ニップ部Ｎに搬送された転写材Ｐに感光体ドラム１と転写ローラ５間に発生する静電力によって、感光体ドラム１上のトナー像が転写される。
【００２５】
そして、トナー像が転写された転写材Ｐは定着装置７に搬送され、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ間の定着ニップにてトナー像を転写材Ｐに加熱加圧して熱定着した後に外部に排出して、一連の画像形成動作を終了する。また、トナー像転写後の感光体ドラム１の表面に残留している転写残トナーは、クリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去されて回収される。
【００２６】
次に、実施例１に係る現像装置４の詳細について説明する。現像装置４は、非磁性トナーと磁性キャリアを含有する現像剤ｔを収容した現像容器１０を備える。現像容器１０の上部には開口部４ａが形成されており、この開口部４ａには、現像剤担持体としてのＳＵＳなどの非磁性材料からなる現像スリーブ１１が感光体ドラム１に対向して回転自在に配置されている。『現像剤担持体』である現像スリーブ１１は、トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在なものである。現像スリーブ１１の内部には、磁界発生手段としてのマグネットローラ１３が固定配置されており、マグネットローラ１３は複数の磁極を有している。
【００２７】
また、現像容器１０の開口部４ａには、現像スリーブ１１に近接するように規制ブレード１２が取付けられている。この規制ブレード１２は、現像スリーブ１１の表面に担持される現像剤ｔの層厚を規制する。
【００２８】
非磁性のトナーとしては、バインダー樹脂に着色剤や帯電制御剤等を添加した公知のものを使用でき、本実施の形態では体積平均粒径が５〜１５μｍのものを使用した。また、磁性キャリアとしては、フェライトキャリア、樹脂コーティングを施したもの等が好適に使用でき、本実施の形態では平均粒径が５〜７０μｍのものを使用した。
【００２９】
また、『現像装置本体』である現像容器１０の内部は、隔壁１４によって『撹拌室』である第１室１５及び『撹拌室』である第２室１６に区画されている。第１室１５の内部には、撹拌スクリュー１７ａが配置されており、第２室１６の内部には、撹拌スクリュー１７ｂが配置されている。『撹拌部材』である撹拌スクリュー１７ａは、第１室１５の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合し、『撹拌部材』である撹拌スクリュー１７ｂは、第２室１６の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合する。
【００３０】
これらの撹拌スクリュー１７ａ、１７ｂは、撹拌部材として機能すると同時に、現像剤を搬送する搬送部材として機能する。第１室１５と第２室１６は連通しており、撹拌スクリュー１７ａ、１７ｂの回転によって現像剤ｔが第１室１５と第２室１６内を循環する。
【００３１】
現像容器１０の第２室１６の上部には、現像容器１０にトナーを補給する『補給手段』である補給装置２００が配置されている。補給装置２００は、トナーを収納する収納容器１８を有している。この収納容器１８の内部には補給スクリュー２１が設けられている。補給スクリュー２１は、収納容器１８の内部のトナーを、回転しつつ補給口２０から第２室１６へと落下させる。
【００３２】
また、現像容器１０の第２室１６の側部には、現像容器１０の内部の二成分現像剤ｔの透磁率を検知する『検知装置』であるインダクタンスセンサ１９が配置されている。インダクタンスセンサ１９は、二成分現像剤ｔの透磁率を検知することによって、二成分現像剤の濃度を検知するようになっている。また、補給スクリュー２１及びインダクタンスセンサ１９は、コントローラ２２に接続されている。
【００３３】
ここで、現像装置４の内部の現像剤ｔの移動工程等を説明する。現像容器１０の内部の現像剤ｔは、撹拌スクリュー１７ｂの回転により第２室１６から第１室１５に搬送され、更に撹拌スクリュー１７ａにより撹拌されながら搬送される。このとき一部の現像剤ｔがマグネットローラ１３の汲み上げ極（Ｎ２極）により汲み上げられる。汲み上げ極（Ｎ２極）で汲み上げられた現像剤ｔは、規制ブレード１２によって所定の層厚に規制されて、現像スリーブ１１の表面に付着される。そして、現像スリーブ１１の回転にともなって、現像スリーブ１１の表面の層厚規制された現像剤ｔはマグネットローラ１３の現像極（Ｓ１極）が位置する現像部近傍に搬送され、感光体ドラム１上の静電像を現像する。
【００３４】
そして、この現像に寄与しなくて残った現像剤は、現像スリーブ１１の回転にともなってマグネットローラ１３の磁極（Ｎ３極、Ｎ２極）による反発磁界によって現像容器１０内の第１室１５に落下する。第１室１５に落下した現像剤は、撹拌スクリュー１７ａの回転によって第２室１６に搬送されて、次の現像に寄与される。
【００３５】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２に示されるように、補給口２０は、撹拌スクリュー１７ｂの軸の鉛直上方（図２の紙面の表面方向）に位置し、且つ、補給トナーと現像剤の撹拌時間を得るために、第２室１６の内部で現像剤搬送方向Ｌ１（Ｌ）の上流側に配置している。また、補給口２０のスラスト方向の長さは１０ｍｍにしている。また補給口２０と撹拌スクリュー１７ｂの上縁（最外隔面）との距離は５ｍｍに設定している（図１参照）。
【００３６】
また、撹拌スクリュー１７ｂは、軸１７ｂ１と、軸１７ｂ１から突出する『羽根部』である羽根１７ｂ２と、を有し、撹拌スクリュー１７ａは、軸１７ａ１と、軸１７ａ１から突出する『羽根部』である羽根１７ａ２と、を有する。
【００３７】
図３は、収納容器１８の内部の構成を示す断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図３、図４に示すように、収納容器１８内は、収納容器１８内のトナーを撹拌する撹拌スクリュー２３を有し、更に補給口２０を通してトナーを現像容器１０内に補給する回転自在な補給スクリュー２１が一体に設けられている。補給スクリュー２１を有する収納容器１８は一体的にカートリッジとして形成されており、現像装置４の現像容器１０に着脱自在である。なお、補給スクリュー２１は、軸２１ｘと、軸２１ｘ周りに形成される羽根２１ｙと、を有する。
【００３８】
ここでは、補給スクリュー２１は、そのスクリュー外径が１３ｍｍ、スクリュー内径が８ｍｍ、スクリューピッチが８ｍｍ、５回転／秒で回転し、収納容器１８の内壁と補給スクリュー２１の外径との隙間は１ｍｍである。また、補給スクリュー２１の補給モータＭとして、微小時間単位での駆動及び停止が可能なパルスモータを採用した。また、補給スクリュー２１の回転数をカウントするための不図示のフラグ及びフォトインタラプタを備える。このフラグとフォトインタラプタにより補給スクリュー２１の回転数をカウントすることで、１回転で１ピッチ（ブロック）分のトナーを搬送することができる。
【００３９】
一般的に、補給スクリュー２１が１回転する間に、補給スクリュー２１の羽根２１ｙがトナー搬送方向に進んだり引いたりすることから、補給スクリュー２１が１回転する間に、搬送されるトナーの補給量が脈動して増減を繰り返す。ここでは、このように、補給スクリュー２１が１回転する間を、一つの単位として取り扱う。これは、例えば、補給スクリュー２１が１回転する際にトナーが補給される量を１００とした場合でも、補給スクリュー２１が１／２回転する際にトナーが補給される量が必ずしも５０とはならないことがあることを考慮したものである。
【００４０】
こうしたトナーの脈動の影響を受け難くするために、補給スクリュー２１が常に１回転単位で回転され、補給口２０に対する補給スクリュー２１の羽根２１ｙの位置が一定になるようにしている。なお、ここでは、５回転／秒の速度で補給モータＭを回転させているために、補給スクリュー２１が１ブロック補給に要する時間は、２００ｍｓになっている。
【００４１】
インダクタンスセンサ１９から入力されるトナー濃度測定情報は、コントローラ２２（図１参照）に入力される。そして、コントローラ２２は、入力される濃度測定情報に基づいて補給スクリュー２１の回転を制御し、適正量のトナーを現像容器１０内に適時補給する（詳細は後述する）。コントローラ２２は、装置本体１００Ａに設けられている。また、ここでは、撹拌スクリュー１７ａ、１７ｂは、スクリュー外径が２０ｍｍ、スクリュー内径が１４ｍｍ、スクリューピッチが４０ｍｍ、２回転／１秒で回転するよう設定している。
【００４２】
図５は、撹拌スクリュー１７ｂ、フラグ５０、フォトインタラプタ５１の構成を示す平面図である。検知装置５２は、フラグ５０及びフォトインタラプタ５１を有する。このような検知装置５２が撹拌スクリュー１７ｂに設けられている。
【００４３】
『検知手段』である検知装置５２は、撹拌スクリュー１７ｂが回転する位相を検知する装置である。検知装置５２は、軸１７ｂ１に設けられる『凸部』であるフラグ５０と、フラグ５０の回転を検知する『センサ』であるフォトインタラプタ５１と、を有する。撹拌スクリュー１７ｂは２回転／１秒で回転しているために、フォトインタラプタ５１によって得られる出力信号は、５００ｍｓ周期で得られる。コントローラ２２は、検知装置５２が検知した検知結果から撹拌スクリュー１７ｂが回転する位相を算出する。そして、コントローラ２２は、その算出結果に基づいて、補給装置２００が撹拌スクリュー１７ｂのスクリュー形状で形成される凹部（隣り合う羽根１７ｂ２及び羽根１７ｂ２の間）に向かってトナーを補給するタイミングを制御する。
【００４４】
図６は、フラグ５０がフォトインタラプタ５１を遮るときの撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２及び補給口２０の位置関係を示す拡大模式図である。補給装置２００から第２室１６にトナーが補給されるタイミングは、補給装置２００の補給口２０の鉛直下方に、隣り合う撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２及び羽根１７ｂ２のピッチの中心位置が位置するタイミングである。別の表現をすると、補給装置２００がトナーを補給するタイミングは、補給装置２００が補給する補給位置及び羽根１７ｂ２のピッチの中間位置Ｓが、撹拌スクリュー１７ｂが現像剤搬送方向Ｌ１（Ｌ）で重なるタイミングである。なお、補給装置２００は、トナーを補給する補給口２０を有するが、この補給口２０の現像剤搬送方向Ｌ１（Ｌ）の長さＪは、羽根１７ｂ２のピッチＫよりも短い。
【００４５】
なお、補給口２０の真下に、隣合う羽根１７ｂ２及び羽根１７ｂ２のピッチの中間位置Ｓが必ず配置されるというものに限定されなくても良い。すなわち、補給口２０の真下に、隣合う羽根１７ｂ２及び羽根１７ｂ２で形成される凹部の部位のどこかが配置されれば良い場合もあると考えられる。
【００４６】
図７は、コントローラ２２のブロック図である。コントローラ２２（トナー補給制御装置）は、比較回路３１、濃度標準値情報部３０、補給トナー量算出部３４、補給トナー量積算部３５、比較回路３２、駆動制御部３３、を有する。このコントローラ２２に対して、インダクタンスセンサ１９が接続される。また、このコントローラ２２に対して、補給モータＭ、補給スクリュー２１が直列的に順に接続されている。なお、コントローラ２２は、装置本体１００Ａに設けられる。
【００４７】
詳しくは、接続状態は、以下の通りである。比較回路３１は、インダクタンスセンサ１９、濃度標準値情報部３０、補給トナー量算出部３４に接続されている。また、補給トナー量算出部３４、補給トナー量積算部３５、比較回路３２、駆動制御部３３が、直列的に順に接続されている。さらに、駆動制御部３３には、補給モータＭが接続され、この補給モータＭには補給スクリュー２１が接続されている。以下の説明では、一例として、補給スクリュー２１が１周するときに補給されるトナーの量（予定トナー量ｃ）が１００ｍｇであり、転写材Ｐの１枚当たりに必要なトナーの量（補給トナー量ａ）が１０ｍｇである場合を混ぜ込んでいる。
【００４８】
まず、比較回路３１は、現像容器１０の第２室１６の内部のトナー濃度を検知するインダクタンスセンサ１９が検知した現像剤の透磁率の検知情報を受信するようになっている。例えば、比較回路３１は、インダクタンスセンサ１９が検知した転写材Ｐの１枚当たりに必要な現像剤の透磁率の出力値（濃度測定値）を受信する。また、比較回路３１は、濃度標準値情報部３０が保有する転写材Ｐの１枚当たりに必要な現像剤の透磁率の出力値（濃度標準値）を受信するようになっている。例えば、その濃度標準値情報は、転写材Ｐの１枚当たりに必要な現像剤の透磁率の出力値の平均値等（トナー濃度の情報）であり、そういうものを受信する。
【００４９】
比較回路３１は、これらインダクタンスセンサ１９の濃度測定値、及び、濃度標準値情報部３０が保有する濃度標準値を比較する。例えば、転写材Ｐの１枚当たりのトナー消費量が１０ｍｇとする。例えば、この場合に、比較回路３１は、濃度測定値（トナー量が１０ｍｇに相当する透磁率情報）、及び、濃度標準値（トナー量が１０ｍｇに相当する透磁率情報）を比較する。
【００５０】
補給トナー量算出部３４は、比較回路３１の比較情報（比較データ）を受信して、補給すべき補給トナー量ａ（トナー量１０ｍｇ）を算出する。また、補給トナー量積算部３５は、順次に補給トナー量ａを積算して積算トナー量ｂ（トナー量１００ｍｇ）を導出する。
【００５１】
比較回路３２は、補給スクリュー２１が１回転するときに補給口２０から第２室１６に補給されるべき予定トナー量ｃを保有している。予定トナー量ｃは、補給スクリュー２１が１周する単位回転補給量とも言え、前述の例では補給スクリュー２１が１周すると補給トナー量が１００ｍｇとなる。そして、比較回路３２は、積算トナー量ｂ、及び、予定トナー量ｃを比較する。駆動制御部３３は、比較回路３２の情報に基づいて、補給モータＭを駆動して補給スクリュー２１を駆動させるか否かを制御する。
【００５２】
この場合には、比較回路３２は、補給トナー量積算部３５が転写材Ｐの１０枚分として積算した積算トナー量ｂ（１０ｍｇ×１０枚＝１００ｍｇ）が、予定トナー量ｃ（１００ｍｇ）よりも大きいか否かを判断する。
【００５３】
図８は、コントローラ２２の制御工程を示すフローチャートである。即ち、現像装置４における画像形成時のトナー補給動作に関して示している。コントローラ２２は、現像スリーブ１１を回転して現像動作を開始する。それと同時に、コントローラ２２は、現像容器１０の内部の撹拌スクリュー１７ａ、１７ｂを回転して現像剤ｔの撹拌を開始する（Ｓ１）。この際に、インダクタンスセンサ１９は、現像容器１０の第２室１６の内部のトナーの透磁率を検知することでトナー濃度を測定し、その情報をコントローラ２２（比較回路３１）に出力する（Ｓ２）。
【００５４】
コントローラ２２（比較回路３１）は、画像形成動作中のトナー濃度制御時に、インダクタンスセンサ１９からのトナー濃度の測定値情報（濃度測定値）、及び、濃度標準値情報部３０が保有するトナー濃度の標準値情報（濃度標準値）を比較する（Ｓ３）。そして、コントローラ２２（補給トナー量算出部３４）は、濃度標準値に比べて濃度測定値がどれだけズレているかを判断し、消費したトナー量に相当する補給トナー量ａを算出する（Ｓ３）。
【００５５】
コントローラ２２（補給トナー量積算部３５）は、補給トナー量ａを積算していく。ここで、コントローラ２２（比較回路３２）には、補給スクリュー２１が一回転するときに搬送される予定トナー量ｃが予め格納されている。
【００５６】
コントローラ２２（比較回路３２）は、積算トナー量ｂが、予め定められた予定トナー量ｃよりも大きいか否かを判断する（Ｓ４）。コントローラ２２は、Ｓ４の判断の結果、ＹＥＳの場合には、後述する補給可能タイミングか否かを判断し（Ｓ５）、ＮＯの場合には、プリント終了か否かを判断する（Ｓ７）。なお、このＳ４の判断は、実施例１では、フラグ５０及びフォトインタラプタ５１によって検知される撹拌スクリュー１７ｂの位相に基づいている。また、後述する実施例２では、フォトインタラプタ５１によって検知される撹拌スクリュー１７ｂの位相に基づいている。
【００５７】
コントローラ２２は、Ｓ５の判断の結果、ＹＥＳの場合には、補給動作をＯＮ（Ｓ６）にした後に、プリント終了か否かを判断し（Ｓ７）、ＮＯの場合には、直接にプリント終了か否かを判断する（Ｓ７）。コントローラ２２は、Ｓ７の判断の結果、ＹＥＳの場合には、現像動作を終了させ、ＮＯの場合には、現像動作を再び開始する。
【００５８】
このように、積算トナー量ｂが予定トナー量ｃを超えた場合（Ｓ４）で、補給可能なタイミングになった場合（Ｓ５）には、駆動制御部３３によって補給スクリュー２１を１回転（１ブロック）分駆動して補給させている（Ｓ６）。なお、コントローラ２２は、補給装置２００に要求されるトナーの補給量が、補給装置２００がトナーを補給するタイミングで補給可能なトナーの量を超えた場合には、以下のようにする。すなわち、コントローラ２２は、トナーの補給動作を一時停止し、次に補給装置２００がトナーを補給するタイミングで再びトナーを補給する。
【００５９】
図９（ａ）は、フォトインタラプタ５１が撹拌スクリュー１７ｂのフラグ５０を検知するタイミングを示すグラフである。図９（ｂ）は、補給スクリュー２１の補給モータＭを駆動するタイミングを示すグラフである。図９（ｃ）は、補給スクリュー２１の補給モータＭの駆動を開始するトリガーを送信するタイミングを示すグラフである。ここでは、補給トナーが補給スクリュー２１の回転によって、第２室１６の撹拌スクリュー１７ｂ上に落下するタイミングを、撹拌スクリュー１７ｂで隣り合う羽根１７ｂ２と羽根１７ｂ２の中間位置Ｓになるよう決定している。
【００６０】
図９（ａ）に示されるように、撹拌スクリュー１７ｂの１周期が５００ｍｓである場合には、フラグ５０がフォトインタラプタ５１を遮るタイミングは、５００ｍｓ毎である。そして、前述した通り、このフラグ５０がフォトインタラプタ５１を遮るタイミングは、補給口２０の下方に撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２間の中間位置が来るタイミングに設定されている。
【００６１】
図９（ｂ）に示されるように、補給スクリュー２１の駆動可能のタイミングは、フラグ５０がＯＮとなるタイミングと同期される。ここでは、フラグ５０の出力がＯＮとなるタイミングの前後１２５ｍｓ域を、補給モータＭが駆動する駆動可能領域（補給域）としている。つまり、フラグ５０がＯＮとなる１２５ｍｓ前から補給モータＭが駆動し、フラグ５０がＯＮとなってから１２５ｍｓ後には補給モータＭが停止する。
【００６２】
図９（ｃ）に示されるように、補給スクリュー２１の駆動開始のトリガーのタイミングは、補給モータＭを駆動させる駆動可能領域のうちの最初の５０ｍｓのタイミングである。これは、補給スクリュー２１が１回転するのに要する時間は２００ｍｓであり、補給モータＭの駆動可能領域内で補給動作を終了させるには、２５０ｍｓから２００ｍｓを差し引いた５０ｍｓのうちに補給動作の信号を発信しなければならないことによる。
【００６３】
なお、図９のタイミングチャートは、説明をわかりやすくするために、トナーが補給口２０から撹拌スクリュー１７ｂまで落下する落下時間をゼロとして表している。実際には、トナーが補給口２０から撹拌スクリュー１７ｂまで落下する落下時間を考慮して実施する必要があり、図１に示す位置関係では、落下時間は約３０ｍｓ程度かかる。従って、図９（ｂ）の補給モータＭの駆動可能領域、及び、図９（ｃ）の補給モータＭの補給開始トリガーの発信可能領域は、３０ｍｓ程度時間を左にシフトしたタイミングになる。
【００６４】
次に、実施例１の構成による効果を述べる。実施例１では、上記補給制御によって、補給トナーが撹拌スクリュー１７ｂのスクリュー間隔の中間位置Ｓに落下することにより、現像剤との接触機会を増加させて、補給トナーを効率的に摩擦帯電させている。以下に詳述する。
【００６５】
図１０は、撹拌スクリュー１７ｂ及び現像剤面Ｊの関係を示す概念図である。撹拌スクリュー１７ｂが駆動すると、現像剤は、撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２の面が現像剤搬送方向Ｌへ移動して現像剤搬送方向Ｌに押し込まれる。そのために、撹拌スクリュー１７ｂが駆動する間の現像剤の剤面分布は、撹拌スクリュー１７ｂの位相に倣った波状となる。
【００６６】
このことから、実施例１で補給トナーを落下させる位置となる「撹拌スクリュー１７ｂで隣り合う羽根１７ｂ２と羽根１７ｂ２の中間位置Ｓ」とは、現像剤の剤面分布（以下、「現像剤面波」という場合もある）の周期で現像剤面Ｅが低い位相部に相当する。現像剤面Ｊが低い位置に補給されたトナーは、撹拌スクリュー１７ｂの回転に伴って周囲の現像剤と接触及び混合し易くなるために、効率的に摩擦帯電がなされる。
【００６７】
一方、従来の補給制御では、任意のタイミングでトナーが補給されるために、補給されるトナーは、当然に現像剤面Ｊの高い位置に補給される場合がある。この場合、補給されるトナーは、現像剤面Ｊの上面を浮遊するように搬送され、第２室１６の内部にあらかじめ存在する現像剤と混合され難くなる。
【００６８】
図１１は、ベタ画像で１００枚連続プリントを実行して耐久試験をした後に、現像容器１０の内部から無作為に現像剤を抜き出し、現像剤中のトナー帯電量分布を解析した結果を示したグラフである。試験にあたっては、現像剤中のトナー３０００個のトナー帯電量分量を、ホソカワミクロン社製Ｅ−スパートアナライザーを用いて解析した。縦軸は個数、横軸は帯電密度（Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ（μＣ／ｇ））である。
【００６９】
実線Ａは、完全に撹拌・混合された現像剤のトナー帯電量分布を示す。実線Ｂは、本発明を適用しない画像形成装置の現像剤のトナー帯電量分布を示す。点線Ｃは、本発明を適用した画像形成装置１００の現像剤のトナー帯電量分布を示す。
【００７０】
実線Ｂに示されるように、本発明を適用しない画像形成装置においては、初期の現像剤のトナー帯電量分布に比べて十分に帯電されていないトナーの個数が増え、補給トナーの撹拌・混合不良を起している。これに対して、点線Ｃに示されるように、本発明を適用した画像形成装置１００においては、殆ど初期の現像剤のトナー帯電量分布に近く、完全に撹拌・混合されていることが分かる。
【実施例２】
【００７１】
次に、実施例２の現像装置の構成に関して説明する。実施例２の現像装置のうち実施例１の現像装置４と同一の構成及び効果に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。実施例２においても、実施例１と同様の画像形成装置に適用することができるため、画像形成装置の説明は省略する。特に、撹拌スクリュー１７ｂの位相検出に関わる箇所以外の構成及び制御は、実施例１と同様である。実施例２の現像装置が実施例１の現像装置４と異なる点は、以下の点である。
【００７２】
実施例１では、撹拌スクリュー１７ｂの位相が、軸１７ｂ１に設けられたフラグ５０とフォトインタラプタ５１で検知されていた。実施例２では、コントローラ２２は、インダクタンスセンサ１９の検知結果に基づいて、撹拌スクリュー１７ｂが回転する位相を算出する。すなわち、撹拌スクリュー１７ｂの位相が、撹拌スクリュー１７ｂの駆動に伴って発生するインダクタンスセンサ１９の出力値の増減の検知結果に基づいて、算出される。
【００７３】
周知のように、インダクタンスセンサは、現像剤の透磁率を検知することでトナーと磁性キャリアの混合比を算出するものである。現像剤の透磁率はトナー混合比以外に現像剤の嵩密度によっても変化する。例えば嵩密度が高い場合、同じトナー混合比であっても磁性キャリアの密度が高くなるために、透磁率は高く検知される。撹拌スクリュー１７ｂの駆動中の現像剤は、現像剤搬送方向Ｌ側のスクリュー面に近接し押し出されているために現像剤の嵩密度は高く、一方で現像剤搬送方向と逆方向のスクリュー面の現像剤嵩密度は低い傾向になる。
【００７４】
図１２は、インダクタンスセンサ１９の出力値及び時刻の関係を示すグラフである。前述の撹拌スクリュー１７ｂの駆動時には、羽根１７ｂ２の位相に比例して、現像容器１０内に設置しているインダクタンスセンサ１９の出力値は、図１２のような時間変化を示す。実施例２では、この現象を利用することで、撹拌スクリュー１７ｂのスクリュー位相を検知可能になる。
【００７５】
なお、図２に示されるように、実施例１では、第２室１６に取付けられるインダクタンスセンサ１９の位置、及び、補給口２０の位置は異なる。そのために、透磁率の振幅タイミング、及び、補給口２０の位置における撹拌スクリュー１７ｂの位相のタイミングを調整する必要がある。
【００７６】
これに対して、実施例２では、図１２の透磁率振幅の最大値を検知するタイミングが、図６に示す羽根１７ｂ２間の中間位置Ｓ（中心位置）と補給口２０の位置と揃うように、インダクタンスセンサ１９の位置が決定されている。よって、実施例２では、後述する図１３のタイミングチャートで補給のタイミングを決定している。
【００７７】
図１３（ａ）は、インダクタンスセンサ１９が第２室１６の内部の現像剤の透磁率の最大値を検知するタイミングを示すグラフである。図１３（ｂ）は、補給スクリュー２１の補給モータＭを駆動するタイミングを示すグラフである。図１３（ｃ）は、補給スクリュー２１の補給モータＭの駆動を開始するトリガーを送信するタイミングを示すグラフである。ここでは、補給トナーが補給スクリュー２１の回転によって、第２室１６の撹拌スクリュー１７ｂ上に落下するタイミングを、撹拌スクリュー１７ｂで隣り合う羽根１７ｂ２と羽根１７ｂ２の中間位置Ｓになるよう決定している。なお、実施例２では、撹拌スクリュー１７ｂの位相を検知するタイミングとして、インダクタンスセンサ１９の透磁率の最大値が用いられている点以外については、実施例１と同様の補給タイミングで実行させている。
【００７８】
実施例１又は２の構成によれば、現像容器１０の内部で撹拌スクリュー１７ｂが搬送する現像剤の現像剤面Ｊの高さが低い領域に選択的にトナーが補給される。このことにより、補給装置２００が補給するトナー、及び、現像容器１０の内部の二成分現像剤は、撹拌性、混合性が向上する。その結果、装置本体１００Ａの大型化やコストの増大を招来せずに、補給されるトナーの撹拌不良による色味変動やかぶり等の問題を解消し、良好な画像を形成することができる。また、補給装置２００は、撹拌スクリュー１７ｂが搬送する現像剤の高さが低い領域に向かってトナーを補給することになるから、現像容器１０の内部の現像剤と補給装置２００が補給するトナーは、撹拌性及び混合性が向上する。
【００７９】
実施例２の構成によれば、現像容器１０の内部に設けたインダクタンスセンサ１９が撹拌スクリュー１７ｂの位相を検知する。このために、実施例１と同様に羽根１７ｂ２間の中心領域で選択的にトナーを補給することが可能となり、同様の効果が得られる。
【００８０】
なお、実施例１では、補給トナーの脈動の影響を受け難くするように、補給スクリュー２１を常に１回転単位で回転させるブロック補給形式を用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、補給スクリュー２１が１回転単位で回転してトナー補給される形式でなく、単位時間当たりのトナーの補給量が一定の補給装置でも、トナーが撹拌スクリュー１７ｂの羽根１７ｂ２間の位置に向かって補給されれば、同様な効果が得られる。
【００８１】
また、実施例１でトナー濃度制御のためにインダクタンスセンサを用いたがこれに限定されるものではなく、現像剤濃度を光学式センサなどで検知する方式を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
４ 現像装置
１０ 現像容器（現像装置本体）
１１ 現像スリーブ（現像剤担持体）
１６ 第２室（撹拌室）
１７ｂ 撹拌スクリュー（撹拌部材）
２２ コントローラ
５２ 検知装置（検知手段）
１００ 画像形成装置
２００ 補給装置（補給手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在な現像剤担持体と、
現像装置の撹拌室の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合するスクリュー形状の撹拌部材と、
前記現像装置にトナーを補給する補給手段と、
前記撹拌部材が回転する位相を検知する検知手段と、
前記検知手段が検知した検知結果に基づいて、前記補給手段が前記撹拌部材のスクリュー形状で形成される凹部に向かってトナーを補給するタイミングを制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記撹拌部材は、軸と、軸から突出する羽根部と、を有し、
前記補給手段がトナーを補給するタイミングは、前記補給手段が補給する補給位置及び前記羽根部のピッチの中心位置が、前記撹拌部材が現像剤搬送方向で重なるタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記軸に設けられる凸部と、前記凸部の回転を検知するセンサであり、
前記コントローラは、前記センサの検知結果に基づいて、前記撹拌部材が回転する位相を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記現像装置の内部の二成分現像剤の透磁率を検知する検知装置であり、
前記コントローラは、前記検知装置の検知結果に基づいて、前記撹拌部材が回転する位相を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記補給手段は、トナーを補給する補給口を有し、
前記補給口の現像剤搬送方向の長さは、前記羽根部のピッチよりも短いことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記補給手段に要求されるトナーの補給量が、前記補給手段がトナーを補給するタイミングで補給可能なトナーの量を超えた場合には、トナーの補給動作を一時停止し、次に前記補給手段がトナーを補給するタイミングで再びトナーを補給することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
画像を形成する画像形成部と、
トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在な現像剤担持体と、
現像装置の撹拌室の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合するスクリュー形状の撹拌部材と、
前記現像装置にトナーを補給する補給手段と、
前記撹拌部材が回転する位相を検知する検知手段と、を備え、
前記検知手段が検知した検知結果に基づいて、前記補給手段が前記撹拌部材のスクリュー形状で形成される凹部に向かってトナーを補給するタイミングを制御するコントローラを有する画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジ。
【請求項１】
トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在な現像剤担持体と、
現像装置の撹拌室の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合するスクリュー形状の撹拌部材と、
前記現像装置にトナーを補給する補給手段と、
前記撹拌部材が回転する位相を検知する検知手段と、
前記検知手段が検知した検知結果に基づいて、前記補給手段が前記撹拌部材のスクリュー形状で形成される凹部に向かってトナーを補給するタイミングを制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記撹拌部材は、軸と、軸から突出する羽根部と、を有し、
前記補給手段がトナーを補給するタイミングは、前記補給手段が補給する補給位置及び前記羽根部のピッチの中心位置が、前記撹拌部材が現像剤搬送方向で重なるタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記軸に設けられる凸部と、前記凸部の回転を検知するセンサであり、
前記コントローラは、前記センサの検知結果に基づいて、前記撹拌部材が回転する位相を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記現像装置の内部の二成分現像剤の透磁率を検知する検知装置であり、
前記コントローラは、前記検知装置の検知結果に基づいて、前記撹拌部材が回転する位相を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記補給手段は、トナーを補給する補給口を有し、
前記補給口の現像剤搬送方向の長さは、前記羽根部のピッチよりも短いことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記補給手段に要求されるトナーの補給量が、前記補給手段がトナーを補給するタイミングで補給可能なトナーの量を超えた場合には、トナーの補給動作を一時停止し、次に前記補給手段がトナーを補給するタイミングで再びトナーを補給することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
画像を形成する画像形成部と、
トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を担持しつつ搬送する回転自在な現像剤担持体と、
現像装置の撹拌室の内部で二成分現像剤を撹拌しつつ混合するスクリュー形状の撹拌部材と、
前記現像装置にトナーを補給する補給手段と、
前記撹拌部材が回転する位相を検知する検知手段と、を備え、
前記検知手段が検知した検知結果に基づいて、前記補給手段が前記撹拌部材のスクリュー形状で形成される凹部に向かってトナーを補給するタイミングを制御するコントローラを有する画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４７７２２（Ｐ２０１３−４７７２２Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５８２８（Ｐ２０１１−１８５８２８）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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