画像形成装置
【課題】現像剤の流動性変化により現像剤排出特性が変化してしまった場合においても、安定した現像剤排出特性を達成することで、現像剤溢れや画像濃度ムラを抑制する。
【解決手段】、第一の搬送スクリュー２５又は第二の搬送スクリュー２６の回転速度を検知する搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚが検知した回転速度が所定の回転速度以下の場合に、現像スリーブ２８の回転速度を所定の回転速度に減速する制御を行う制御手段（回転速度検出部、ＣＰＵ、制御回路）と、を有することを特徴とする。
【解決手段】、第一の搬送スクリュー２５又は第二の搬送スクリュー２６の回転速度を検知する搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚが検知した回転速度が所定の回転速度以下の場合に、現像スリーブ２８の回転速度を所定の回転速度に減速する制御を行う制御手段（回転速度検出部、ＣＰＵ、制御回路）と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トナーとキャリアを混合した２成分現像剤を用いた画像形成装置がある。２成分現像剤を用いた現像法は、キャリアとトナーの摩擦帯電によりトナーに電荷を付与し、電荷が付与されたトナーを潜像に対して静電的に付着させることによって画像を形成する方法である。そのため、キャリアの帯電付与能力の低下を低減することが必要である。
【０００３】
そこで、キャリアの帯電付与能力低下の防止手段として、キャリアを含んだ補給剤を現像装置へ補給することにより帯電性能の劣化を抑制した画像形成装置が提案されている。この方式では、現像装置内に新しい現像剤又はキャリアの補給装置を設けている。そして、補給装置からの新しい現像剤又はキャリアの補給より過剰になった現像装置内の余剰現像剤を、現像装置の壁面に設けられた現像剤排出口より排出させて回収する。
【０００４】
しかしながら一般に、印字率の低い原稿の画像形成処理が行なわれる割合が多いと、攪拌スクリューによる攪拌・摺擦や、現像スリーブ（現像剤担持体）上のトナー層を均一にする為の規制部材との摺擦を受ける時間が長くなる。このため、トナーに含まれている電荷制御や流動性制御の為の外添剤が、剥れたり、トナー表面に埋め込まれたりして、帯電性能や流動性が悪化してしまう。
【０００５】
その結果、排出不良により現像剤量が増え、現像装置から現像剤が溢れだし、画像を汚してしまうことがあった。また、排出過多により現像剤量が減り、現像スリーブに対し十分な現像剤を供給できないことでコート不良が発生し、画像濃度ムラが発生することがあった。特に現像剤溢れ現象は、現像装置から溢れでた現像剤が画像形成装置本体を汚すことで、転写不良や定着ローラを傷つける要因となる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、現像剤の排出口を開閉するシャッタ部材を設け、現像剤の排出量を調整している。また、特許文献２においては、現像容器内の現像剤搬送部材の搬送能力に差を設け、現像剤の排出量を調整している。具体的には排出口近傍における現像剤搬送部材の現像剤搬送能力を、排出口近傍で大きくし、排出口近傍から現像剤搬送方向下流側及び上流側の領域で小さくしている。また、特許文献３では、現像スリーブと攪拌スクリューを別駆動で駆動させることで現像剤量を適正化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２７７０４１号公報
【特許文献２】特開２００４−２０６０８８号公報
【特許文献３】特開平８−７６５９７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、上記従来記述においては以下のような課題があった。
【０００９】
特許文献１の構成では、シャッタ開閉のために稼動モータが必要となるため現像器構成が煩雑となり、大型化してしまうといった課題がある。また、シャッタ等を用いて極微量の現像剤を精度良く排出させることは難しいため現像剤量を安定して維持することは難しかった。
【００１０】
特許文献２の構成では、現像剤排出口近傍の現像剤搬送能力を搬送方向で差をつける構成であるため、現像剤排出口近傍で現像剤滞留部が発生する。この滞留部では現像剤面が安定しない為、不安定な排出が繰り返されてしまう。このため、現像剤溢れや画像濃度ムラを完全に防止することは難しかった。
【００１１】
特許文献３の構成では、現像剤量バランスの変化等に伴いトルクが変動し、現像スリーブ回転速度に変化が生じた場合にも、攪拌スクリューの回転速度を一定に制御させる。このため、現像剤搬送バランスが崩れてしまい、結果として現像剤溢れや画像濃度ムラを発生させてしまうことがあった。
【００１２】
さらに、他の現像剤流動性の変化要因として、現像剤近傍の温度が大きく依存していることが近年わかってきた。
【００１３】
そこで本発明は、現像剤の流動性変化により現像剤排出特性が変化してしまった場合においても、安定した現像剤排出特性を達成することで、現像剤溢れや画像濃度ムラを抑制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】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、表面に静電潜像を形成される像担持体と、表面に担持したトナーとキャリアから成る二成分現像剤を前記像担持体の静電潜像へ搬送し、トナー像として現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体へ搬送する前記二成分現像剤を収容する現像室と、前記現像室の下方に配置され、前記現像剤担持体から回収した前記二成分現像剤を収容する攪拌室と、前記現像室内に配置され、前記現像剤担持体へ前記二成分現像剤を搬送する第一の搬送部材と、前記攪拌室内に配置され、現像後に前記現像剤担持体に残った前記二成分現像剤を回収して搬送する第二の搬送部材と、前記現像剤担持体を駆動する第一の駆動装置と、少なくとも前記第一の搬送部材と前記第二の搬送部材のいずれか一方を駆動する第二の駆動装置と、前記第一の搬送部材又は第二の搬送部材の回転速度を検知する検知手段と、を有する画像形成装置において、前記検知手段が検知した回転速度が所定の回転速度以下の場合に、前記現像剤担持体の回転速度を所定の回転速度に減速する制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、現像剤の流動性変化により現像剤排出特性が変化してしまった場合においても、安定した現像剤排出特性を達成することで、現像剤溢れや画像濃度ムラを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る現像装置の横断面図である。
【図３】（ａ）第１実施形態に係る現像装置の縦断面図である。（ｂ）第１実施形態に係る現像装置における現像剤の流れと現像剤面状態を示す図である。
【図４】（ａ）安息角測定方法の説明図である。（ｂ）現像剤流動性変化と温度の関係を説明する図である。
【図５】安息角を測定した現像剤を用いて現像剤排出特性を評価した結果を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る制御部のブロック図である。
【図７】第１実施形態に係る搬送部材の回転速度検知、現像剤担持体の回転速度制御のフローチャートである。
【図８】搬送部材の回転速度を徐々に上げる回転速度推移を説明する図である。
【図９】第１実施形態に係る画像形成装置における異常昇温時の現像装置の温度上昇を説明する図である。
【図１０】第２実施形態に係る搬送部材の回転速度比に対する現像剤担持体の回転速度比のテーブルを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置１００の構成図である。図２は本実施形態に係る現像装置４の横断面図である。
【００１８】
図１に示すように、画像形成装置１００は、４つの画像形成部Ｐ（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ）を有している。各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて、感光体ドラム（像担持体）１ａ〜１ｄが、帯電器２ａ〜２ｄによって一様に帯電される。帯電された感光体ドラム１は、レーザービームスキャナ３ａ〜３ｄにより、画像信号に基づいたレーザー光を走査露光され、静電潜像が形成される。
【００１９】
静電潜像は、現像装置４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）によってイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色の現像剤を用いて各色のトナー像として現像される。現像剤としてトナーとキャリアを混合した２成分現像剤を使用する。図２に示すように、消費されたトナー量に応じて、補給剤がホッパ３１から現像装置４に供給される。
【００２０】
感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像は、一次転写ローラ（一次転写手段）６ａ〜６ｄによって中間転写ベルト（中間転写体）５に重ねて一次転写され、フルカラー画像が形成される。一次転写されずに感光体ドラム１上に残ったトナーは、クリーニング手段７ａ〜７ｄにより回収される。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ている。
【００２１】
一方、給送カセット１１２に収容されたシートＳは、給送ローラ１３、給送ガイド１１１により、二次転写ローラ（二次転写手段）１０と中間転写ベルト５とのニップ部に搬送され、トナー像を二次転写される。トナー像を転写されたシートＳは、定着器１６によりトナー像が定着され、排出トレー１７に排出される。二次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手段１８により回収される。
【００２２】
（現像装置４）
図３（ａ）は本実施形態に係る現像装置４の縦断面図である。図２、図３（ａ）に示すように、縦攪拌型の現像装置４は、現像容器２２を有している。現像容器２２内には、現像剤としてトナーとキャリアを含む二成分現像剤が収容されている。
【００２３】
現像容器２２の感光体ドラム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（現像剤担持体）２８が感光体ドラム方向に一部露出するように回転可能に配設されている。
【００２４】
現像容器２２の内部は、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いる。現像室２３内（現像室内）には、第一の搬送スクリュー（第一の搬送部材）２５が配置されている。現像室２３の下方に配置された攪拌室２４内（攪拌室内）には、第二の搬送スクリュー（第二の搬送部材）２６が配置されている。
【００２５】
第一の搬送スクリュー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おり、回転して現像室２３内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。第二の搬送スクリュー２６は、攪拌室２４内の底部に第一の搬送スクリュー２５とほぼ平行に配置され、現像後に現像スリーブ２８に残った現像剤を回収して、第一の搬送スクリュー２５と反対方向に搬送する。このように、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。
【００２６】
現像スリーブ２８は、駆動モータ（第一の駆動装置）Ｍ１により駆動されている。搬送スクリュー２５、２６は駆動モータ（第二の駆動装置）Ｍ２により駆動されている。この構成により、現像スリーブ２８の回転速度に対する搬送スクリュー２５、２６の回転速度の比率を任意に変更できる。なお、搬送スクリュー２５、２６は、異なる駆動モータにより駆動される構成であってもよい。
【００２７】
なお、第一及び第二の搬送スクリュー２５、２６の直径は１８ｍｍ、ピッチは２０ｍｍになっており、それぞれ７５０ｒｐｍの回転速度で回転している。現像スリーブ２８の直径は２０ｍｍ、感光体ドラム１の直径は３０ｍｍ、現像スリーブ２８と感光体ドラム１との最近接領域を約３００μｍとしている。
【００２８】
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ている。現像スリーブ２８の内部にはマグネットローラ２８ｍが非回転状態で設置されている。マグネットローラ２８ｍは、磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３が配置されている。
【００２９】
規制ブレード２９は、非磁性部材２９ａ、鉄材のような磁性部材２９ｂを有しており、現像スリーブ２８の長手方向軸線に沿って延在している。非磁性部材２９ａは、板状のアルミニウムなどで形成されている。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、現像スリーブ２８上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。
【００３０】
現像領域においては、現像スリーブ２８は、感光体ドラム１の移動方向と順方向で移動し、周速比は、感光体ドラムの１．７５倍となっている。この周速比に関しては、０．５〜３．０倍の間で設定され、好ましくは、１．０〜２．０倍の間に設定されれば、何倍でも構わない。移動速度比を大きく設定すると現像効率はアップするが、大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化が発生する。逆に小さく設定すると現像効率がダウンするため、濃度低下が発生する。
【００３１】
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２成分現像剤を収容するホッパ３１が配置される。画像形成によって消費された分のトナーは、ホッパ３１から補給スクリュー３２により搬送され、現像剤補給口３０を通過して、現像容器２２に補給される。
【００３２】
（現像剤の流れと現像剤面状態）
図３（ｂ）は現像剤の流れと現像剤面状態を示す現像装置４の縦断面図である。図３（ｂ）の実線で示した通り、第一の搬送スクリュー２５の搬送方向下流側（開口部１２側）における剤面高さが低く、第二の搬送スクリュー２６の搬送方向下流側（開口部１１側）は、現像剤面が高くなる傾向がある。
【００３３】
尚、現像剤の剤面高さは、現像剤の流動性（もしくは凝集性）により変化することが知られている。特に、現像剤流動性が悪化すると汲み上げ効率並びに搬送効率が悪化するため、現像剤面高さの傾きが大きくなる（図３（ｂ）の点線状態）。その結果、現像剤排出口４０近傍の現像剤面が低下し余剰現像剤排出特性が低下することで、現像装置４内の現像剤量が増加（特に攪拌室２４内の現像剤量）しつづけることになる。
【００３４】
更に、現像剤流動性の変化により、攪拌室２４から現像室２３への現像剤流出量（つまり汲み上げ効率）が低下すると、攪拌室２４側の現像剤量が増えることとなる。この状態から更に攪拌室２４から現像室２３への汲み上げ部（開口部１１）近傍の現像剤量が増え、現像スリーブ２８から搬送されてくる現像剤を現像装置内に取り込め（回収でき）なくなった時点で、図３（ｂ）中のＢ部近傍より現像剤溢れ現象が発生する。
【００３５】
（現像剤の凝集性の変化に伴う、現像剤の流動性変化）
ここで現像剤の流動性を、現像剤の安息角を測定することで評価した。図４（ａ）は安息角測定方法の説明図である。本実施形態におけるトナーの安息角Φは、以下の方法を用いて測定した。
【００３６】
測定装置として、パウダーテスターＰＴ−Ｎ型（ホソカワミクロン株式会社）を用いた。測定方法は、パウダーテスターＰＴ−Ｎ型に付属する取り扱い説明書における安息角の測定に準拠する（篩３０１の目開き７１０μｍ、振動時間１８０ｓ、振幅２ｍｍ以下）。すなわち、図４（ａ）に示すように、トナーをロート３０３から円盤３０２上に落下させ、この円盤３０２上に円錐状に堆積したトナーの母線と円盤３０２表面と現像剤５００のなす角を安息角Φとして求める。
【００３７】
実験は、現像装置４を恒温層内で、絶対水分量一定条件で温度を変化させながら（２０℃、３０℃、４０℃、５０℃にて）空回転を実施し、空回転時間１時間後の現像剤の安息角を評価した。なお現像装置における空回転条件は、画像形成装置条件と同一でおこなった。
【００３８】
図４（ｂ）はイエロートナーの実験の結果を示す図である。図４（ｂ）に示すように、初期の現像剤の流動性特性として温度依存性が存在する。また、高温環境下においては安息角Φが大きく、つまり流動性が悪化する。これは温度が高くなるにつれて、トナー表面近傍に分散されたワックスのトナー表面への染み出しにより現像剤間での凝集性が上昇したためと考えられる。この傾向は、ワックス部数やワックス種類やトナーの融点により大きな差を有する。
【００３９】
図５は安息角を測定した現像剤を用いて現像剤排出特性を評価した結果を示す図である。図５中の横軸は現像剤重量、縦軸は単位時間あたりの現像剤排出量を示している。
【００４０】
現像剤排出特性は、現像剤量が低下しすぎてコート不良が発生しないこと、さらに現像剤量が増加しすぎて現像剤溢れが発生しない性能を求められる。本実施形態の現像装置４においては、初期現像剤量が３３０ｇに対し、コート不良が発生する現像剤量が２５０ｇ以下、現像剤溢れが発生する現像剤量が４５０ｇ以上であった。ここで、初期現像剤量とは、想定画像Ｄｕｔyで、釣り合いのとれている現像剤量を中心現像剤量という。
【００４１】
また、補給剤中に含まれるキャリアの比率（ＣＤ比）が１０％に調整されている。従って、現像剤の補給が無い状態（白べた画像形成時）で現像剤の排出が止まり（排出量０ｍｇ／ｓ）、２５０ｇ以下の現像剤量にならないことが求められる。また、現像剤補給が最大の状態で、図５中のべた黒供給量線として示した補給剤（７００ｍｇ）に含まれるキャリア量（７０ｍｇ）以上の余剰現像剤が排出口４０より排出され、現像剤量が４５０ｇ以上増えないことが求められる。
【００４２】
なお、本実施形態では、現像剤補給が最大の状態は、Ａ３黒べた画像形成時であり、べた黒供給量線（排出量９８ｍｇ／ｓ）として示した補給剤は、７００ｍｇである。ここで、補給剤（７００ｍｇ）＝Ａ３黒ベタ画像に使われるトナー量（６３０ｍｇ）＋ＣＤ比１０％分のキャリア量（７０ｍｇ）となっている。また、単位時間当たりの排出量９８（ｍｇ／ｓ）＝キャリア量７０（ｍｇ）×４２０（ｍｍ）／３００（ｍｍ／ｓ）となる。ここで、４２０ｍｍとはＡ３の副走査長さ、３００ｍｍ／ｓとはプロセススピードである。
【００４３】
従来は、現像剤量が少ない時点でコート不良が発生しなく、且つ現像剤量が多い時点で現像剤溢れが発生しないような現像剤排出口高さを見つけ出し適用してきた。しかしながら、図５からも明らかなように、実線で示した安息角４０°現像剤ではコート不良が、点線で示した安息角６０°現像剤では現像剤溢れが発生してしまうため、コート不良と現像剤溢れを両立できる現像剤排出口高さや形状が存在しないことがわかる。
【００４４】
コート不良は現像剤量が少ない場合に発生するため、現像剤、特にキャリアを現像装置内に補充する必要がある。そのためには補給剤を補充すればよい。しかし、本実施形態のようにキャリアとトナーを含んだ補給剤の場合には、キャリアを足すことはトナーを同時に足すことになり、現像装置内のトナー濃度（ＴＤ比）が変化してしまう。特に印字比率が低い状況で補給を続けると、トナー消費が行われないため現像装置内のＴＤ比が上昇していく。その結果、トナー帯電量が低下を引き起こし、飛散やカブリ現象を引き起こす。
【００４５】
この対応として、補充され余剰トナーを感光ドラム上に吐き出すような制御も考えられるが、不要なトナーを吐き出すことでトナー消費量を増やすこととなり、ランニングコストが低下してしまう。
【００４６】
そこで、本実施形態では、まず、流動性の良い現像剤（安息角４０°現像剤）に対し、コート不良が発生しない排出口高さ（本実施形態では従来の排出口高さより、１０ｍｍ高い位置）を見つけた（図５中の一点破線）。しかしながら、上述したように流動性の悪い現像剤（安息角６０°現像剤）での排出特性が更に悪化することとなる（図５中の二点破線）。この現像剤流動性の変化に伴い、現像剤搬送方向で現像剤面傾きが大きくなることで現像剤排出量が低下するため、現像装置内の現像剤量が増えていく。その結果、搬送スクリュー２５、２６の回転軸上に懸かる駆動トルクが大きくなる。
【００４７】
そこで、決定した現像剤排出口高さにおいて、搬送スクリュー２５、２６の回転速度の変化を検知し、搬送スクリュー２５、２６にかかる負荷変化を検知し、現像剤量の変化分を検知する。現像剤量が増加した場合には、検知結果に基づいて、現像スリーブ２８の回転速度を現像剤溢れが発生しないように回転速度に下げて、現像剤量を安定化させる制御を行う。
【００４８】
具体的に説明すると、本実施形態の現像装置４は、機能分離縦撹拌現像器であるため、現像剤の搬送は、搬送スクリュー２５、２６による現像剤循環と、現像スリーブ２８による上（現像室２３）から下（攪拌室２４）への搬送の２種類があります。
【００４９】
そして、現像スリーブ２８の搬送力（つまり回転速度）が変わってない状態で、搬送スクリュー２５、２６の搬送力（つまり回転速度）が落ちてしまった場合、現像剤循環に対し上から下に搬送されている現像剤量が相対的に多くなってしまう。このため、下（攪拌室２４）側に現像剤が多く溜まってしまう。これにより、攪拌室２４の現像剤量が増えて溢れが発生してしまうため、スクリュー２５、２６の搬送力が落ちてしまった場合には、現像スリーブ２８の搬送力を下げることで、攪拌室２４への現像剤流入量を減らし、現像剤量バランスを適正化する。
【００５０】
（制御部２００）
図６は本実施形態の現像スリーブ２８の回転速度を制御する制御部２００のブロック図である。本実施形態においては、図６に示すように、制御部２００は、搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚ、回転速度検出部２０１、ＣＰＵ２０２、制御回路２０３を有している。回転速度検出部２０１、ＣＰＵ２０２、制御回路２０３は、制御手段を構成する。
【００５１】
搬送スクリュー回転速度検知手段（検知手段）Ｚは、第一、第二の搬送スクリュー２５、２６の回転速度を監視する。搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚは、第一、第二の搬送スクリュー２５、２６の駆動モータＭ２であるＤＣブラシレスモータのロータ外周上に設けられた磁気センサである。
【００５２】
一般的に、搬送スクリュー駆動トルクと現像剤量には相関がある。一般のモータ（ブラシレスＤＣモータ等）特性として、加速、減速の駆動条件や、負荷等によって、一定の回転速度に収束するまでの時間が異なり、一定以上の負荷がかかると所定回転速度まで到達出来ない。
【００５３】
本実施形態では、制御タイミングは、画像形成シーケンス開始前である。よって、画像形成シーケンス開始の前回転時点で、搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚにより第一、第二の搬送スクリュー２５、２６の回転速度を監視する。そして、回転速度検出部２０１、ＣＰＵ２０２により、検知結果が所定回転速度以下か否かを判断する。そして、所定回転速度以下と判断した場合には、ＣＰＵ２０２、制御回路２０３により、現像スリーブ２８の回転速度を低下させる制御を行う。以下、この制御について具体的に説明する。
【００５４】
図７は本実施形態の搬送スクリュー２５、２６の回転速度検知、現像スリーブ２８の回転速度制御のフローチャートである。図７に示すように、画像形成がスタートすると、回転速度検知手段Ｚ、回転速度検出部２０１により、搬送スクリュー２５、２６の回転開始から所定時間後（本実施形態では５００ｍｓ後）の回転速度を検知する。そして、所定回転速度（本実施形態では７５０ｒｐｍ）であるかを測定（Ｓ１）する。
【００５５】
そして、検知回転速度が第２判断基準である所定回転速度に対し９５％以下（７１３ｒｐｍ以下）であるかを判断する（Ｓ２）。９５％より大きい場合は、負荷の増加による搬送スクリュー２５、２６の回転速度の低下はないと判断し、現像スリーブ２８の回転速度を維持して（Ｓ７）、Ｓ１に戻る。
【００５６】
Ｓ２で９５％以下であった場合は、検知回転速度が第２判断基準である所定回転速度に対し９０％以下（６７５ｒｐｍ以下）であるかを判断する（Ｓ３）。９０％より大きい場合は、負荷の増加により搬送スクリュー２５、２６の回転速度が９０％〜９５％程度に低下していると判断する。そして、現像スリーブ２８の回転速度を搬送スクリュー回転速度低下分だけ（９５％、本実施形態では４７６ｒｐｍ）減速して（Ｓ８）、Ｓ１に戻る。
【００５７】
Ｓ３で９０％以下であった場合は、検知回転速度が第３判断基準である所定回転速度に対し８５％以下（６３７ｒｐｍ以下）であるかを判断する（Ｓ４）。８５％より大きい場合は、負荷の増加により搬送スクリュー２５、２６の回転速度が８５％〜９０％程度に低下していると判断する。そして、現像スリーブ２８の回転速度を搬送スクリュー回転速度低下分だけ（９０％、本実施形態では４５１ｒｐｍ）減速して（Ｓ９）、Ｓ１に戻る。
【００５８】
Ｓ４で８５％以下であった場合は、検知回転速度が第４判断基準である所定回転速度に対し８０％以下（６００ｒｐｍ以下）であるかを判断する（Ｓ５）。８０％より大きい場合は、負荷の増加により搬送スクリュー２５、２６の回転速度が８０％〜８５％程度に低下していると判断する。そして、現像スリーブ２８の回転速度を搬送スクリュー回転速度低下分だけ（８５％、本実施形態では４２６ｒｐｍ）減速して（Ｓ１０）、Ｓ１に戻る。
【００５９】
Ｓ５で８０以下であった場合は、モータ回転不良と判断し、エラー表示して終了する（Ｓ６）。上記制御により、現像スリーブ２８の回転速度制御を実施した後、現像剤流動性の改善や現像剤循環バランスが適正化され、搬送スクリュー２５、２６における回転速度が上位の判断基準へ戻った際に、それぞれ適正な現像スリーブ２８の回転速度に戻る。
【００６０】
なお、本実施形態では、搬送スクリュー２５、２６の回転速度のエラー判定基準を初期回転速度に対し８０％として説明した。しかし、本発明は８０％に限定されるものではなく、現像スリーブ２８の低速化に伴う現像性の低下も考慮した適切なエラー閾値であればよい。
【００６１】
上述した現像スリーブ２８の回転速度制御の効果を確認する実験を行った。実験は、現像剤の流動性が悪化する高温高湿環境下（温度３０℃、湿度８０％）において、Ｄｕｔｙ変動過酷評価を２０万回行った。このＤｕｔｙ変動過酷評価では、間欠モードで２万枚毎に「フルカラー低印字率（０％比率）チャート」と「フルカラー高印字率（１００％比率）チャート」を交互に変更させる。
【００６２】
その結果、本実施形態の制御を行わない場合には、現像剤量が減ることによるコート不良は未発生であったが、１０万回までの低印字率耐久中に現像剤溢れが発生し、画像上に現像剤汚れを発生させてしまった。これに対し、本実施形態の制御を行った場合には、コート不良、現像剤溢れとも全く発生しなかった。
【００６３】
また、現像剤量推移を確認したところ、本実施形態の制御を行わない場合には、３００〜４７０ｇまで現像剤量が振れていて４７０ｇ時点で溢れてしまった。これに対し、本実施形態の制御を行った場合には、３２０〜４００ｇ内で推移していた。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の制御によれば、現像剤流動性が悪化し、現像剤の循環バランスが変化し、現像剤溢れ現象が発生しやすい状況になった場合でも、現像スリーブ２８の回転速度を制御することで、現像剤の循環バランスの適正化が計れる。これにより、コート不良を抑制しつつ現像剤溢れを抑制できる。
【００６５】
なお、負荷の増加に伴い、搬送スクリュー２５、２６を所望回転速度で動作できなくなることがある。また、駆動モータＭ２を急速に立上げてしまうと、駆動モータＭ２への突入電流が大きくなり、ノイズとして高圧信号に重畳されてしまうと、横スジ画像不良が発生してしまう。そこで、駆動モータＭ２の立上げ制御として、図８に示すように、１００ｍｓｃ毎に駆動モータＭ２の回転速度を徐々に上げる段階加速動作制御を採用することが多い。そこで、段階加速動作制御を採用した場合には、駆動モータＭ２の段階立ち上げ時の回転速度の推移や立ち上がり特性を検知し、その検知結果に基づき現像スリーブ２８の回転速度を制御してもよい。
【００６６】
［第２実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
本実施形態の画像形成装置は、上記第１実施形態の画像形成シーケンス開始の前回転時点に加えて、画像形成中においても、常に搬送スクリュー２５、２６の回転速度の検知、現像スリーブ２８の回転速度の制御を行うものである。これにより、搬送スクリュー２５、２６の回転速度が変化した時点でリアルタイムに現像スリーブ２８の回転速度を制御できる。
【００６８】
図９に示すように、画像形成中に排気トナーフィルタがトナーにより根詰まりしたりして、異常昇温した場合に、現像剤流動性が悪化し、現像剤溢れが発生するおそれがある。このような場合でも、本実施形態の画像形成装置によれば、常時、搬送スクリュー２５、２６の回転速度を検知し、現像スリーブ２８の回転速度の制御を行うため、現像剤溢れを抑制できる。また、エラー終了時に、異常昇温を発見し、排気トナーフィルタの根詰まり等を発見することができる。
【００６９】
さらに、現像スリーブ２８の回転速度を下げることで、現像スリーブ２８の回転に伴う自己昇温を低減する効果も相乗され、本実施形態の制御を行わない場合に比べて、約４℃の昇温低減も達成することができる。
【００７０】
［第３実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第３実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図１０は本実施形態の搬送スクリュー２５、２６の回転速度比に対する現像スリーブ２８の回転速度比のテーブルを説明する図である。本実施形態の画像形成装置は、搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚの結果に伴い、図１０に示す制御テーブルを用いて、現像スリーブ２８の回転速度を変更させることを特徴とする。
【００７２】
図１０に示すように、現像スリーブ２８の回転速度の低下率は、搬送スクリュー２５、２６の回転速度の低下率以上に設定している。このため、現像剤面傾きが大きくなるにつれ、現像スリーブ２８による現像剤搬送性が大きく低下することになり、現像剤溢れを効果的に抑制できる。
【００７３】
なお、制御テーブルは、例えば本体に備えられた温度センサ等の結果を用いて現像剤流動性変化を予測したテーブルとして採用すれば、更に現像剤溢れを効果的に抑制できる。
【符号の説明】
【００７４】
Ｍ１、Ｍ２ …駆動モータ
Ｐ …画像形成部
Ｓ …シート
Ｚ …搬送スクリュー回転速度検知手段（検知手段）
１ａ〜１ｄ …感光体ドラム（像担持体）
４ａ〜４ｄ …現像装置
５ …中間転写ベルト
６ …一次転写ローラ
７ …クリーニング手段
８ …除電装置
１０ …二次転写ローラ
１１、１２ …開口部
１３ …給送ローラ
１６ …定着器
１７ …排出トレー
１８ …中間転写ベルトクリーニング手段
２２ …現像容器
２３ …現像室
２４ …攪拌室
２５、２６ …搬送スクリュー
２７ …隔壁
２８ …現像スリーブ（現像剤担持体）
２８ｍ …マグネットローラ
２９ …穂切り部材
３１ …ホッパ
３２ …補給スクリュー
４０ …現像剤排出口
１００ …画像形成装置
１１１ …給送ガイド
１１２ …給送カセット
２００ …制御部
２０１ …回転速度検出部
２０２ …ＣＰＵ
２０３ …制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トナーとキャリアを混合した２成分現像剤を用いた画像形成装置がある。２成分現像剤を用いた現像法は、キャリアとトナーの摩擦帯電によりトナーに電荷を付与し、電荷が付与されたトナーを潜像に対して静電的に付着させることによって画像を形成する方法である。そのため、キャリアの帯電付与能力の低下を低減することが必要である。
【０００３】
そこで、キャリアの帯電付与能力低下の防止手段として、キャリアを含んだ補給剤を現像装置へ補給することにより帯電性能の劣化を抑制した画像形成装置が提案されている。この方式では、現像装置内に新しい現像剤又はキャリアの補給装置を設けている。そして、補給装置からの新しい現像剤又はキャリアの補給より過剰になった現像装置内の余剰現像剤を、現像装置の壁面に設けられた現像剤排出口より排出させて回収する。
【０００４】
しかしながら一般に、印字率の低い原稿の画像形成処理が行なわれる割合が多いと、攪拌スクリューによる攪拌・摺擦や、現像スリーブ（現像剤担持体）上のトナー層を均一にする為の規制部材との摺擦を受ける時間が長くなる。このため、トナーに含まれている電荷制御や流動性制御の為の外添剤が、剥れたり、トナー表面に埋め込まれたりして、帯電性能や流動性が悪化してしまう。
【０００５】
その結果、排出不良により現像剤量が増え、現像装置から現像剤が溢れだし、画像を汚してしまうことがあった。また、排出過多により現像剤量が減り、現像スリーブに対し十分な現像剤を供給できないことでコート不良が発生し、画像濃度ムラが発生することがあった。特に現像剤溢れ現象は、現像装置から溢れでた現像剤が画像形成装置本体を汚すことで、転写不良や定着ローラを傷つける要因となる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、現像剤の排出口を開閉するシャッタ部材を設け、現像剤の排出量を調整している。また、特許文献２においては、現像容器内の現像剤搬送部材の搬送能力に差を設け、現像剤の排出量を調整している。具体的には排出口近傍における現像剤搬送部材の現像剤搬送能力を、排出口近傍で大きくし、排出口近傍から現像剤搬送方向下流側及び上流側の領域で小さくしている。また、特許文献３では、現像スリーブと攪拌スクリューを別駆動で駆動させることで現像剤量を適正化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２７７０４１号公報
【特許文献２】特開２００４−２０６０８８号公報
【特許文献３】特開平８−７６５９７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、上記従来記述においては以下のような課題があった。
【０００９】
特許文献１の構成では、シャッタ開閉のために稼動モータが必要となるため現像器構成が煩雑となり、大型化してしまうといった課題がある。また、シャッタ等を用いて極微量の現像剤を精度良く排出させることは難しいため現像剤量を安定して維持することは難しかった。
【００１０】
特許文献２の構成では、現像剤排出口近傍の現像剤搬送能力を搬送方向で差をつける構成であるため、現像剤排出口近傍で現像剤滞留部が発生する。この滞留部では現像剤面が安定しない為、不安定な排出が繰り返されてしまう。このため、現像剤溢れや画像濃度ムラを完全に防止することは難しかった。
【００１１】
特許文献３の構成では、現像剤量バランスの変化等に伴いトルクが変動し、現像スリーブ回転速度に変化が生じた場合にも、攪拌スクリューの回転速度を一定に制御させる。このため、現像剤搬送バランスが崩れてしまい、結果として現像剤溢れや画像濃度ムラを発生させてしまうことがあった。
【００１２】
さらに、他の現像剤流動性の変化要因として、現像剤近傍の温度が大きく依存していることが近年わかってきた。
【００１３】
そこで本発明は、現像剤の流動性変化により現像剤排出特性が変化してしまった場合においても、安定した現像剤排出特性を達成することで、現像剤溢れや画像濃度ムラを抑制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】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、表面に静電潜像を形成される像担持体と、表面に担持したトナーとキャリアから成る二成分現像剤を前記像担持体の静電潜像へ搬送し、トナー像として現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体へ搬送する前記二成分現像剤を収容する現像室と、前記現像室の下方に配置され、前記現像剤担持体から回収した前記二成分現像剤を収容する攪拌室と、前記現像室内に配置され、前記現像剤担持体へ前記二成分現像剤を搬送する第一の搬送部材と、前記攪拌室内に配置され、現像後に前記現像剤担持体に残った前記二成分現像剤を回収して搬送する第二の搬送部材と、前記現像剤担持体を駆動する第一の駆動装置と、少なくとも前記第一の搬送部材と前記第二の搬送部材のいずれか一方を駆動する第二の駆動装置と、前記第一の搬送部材又は第二の搬送部材の回転速度を検知する検知手段と、を有する画像形成装置において、前記検知手段が検知した回転速度が所定の回転速度以下の場合に、前記現像剤担持体の回転速度を所定の回転速度に減速する制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、現像剤の流動性変化により現像剤排出特性が変化してしまった場合においても、安定した現像剤排出特性を達成することで、現像剤溢れや画像濃度ムラを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る現像装置の横断面図である。
【図３】（ａ）第１実施形態に係る現像装置の縦断面図である。（ｂ）第１実施形態に係る現像装置における現像剤の流れと現像剤面状態を示す図である。
【図４】（ａ）安息角測定方法の説明図である。（ｂ）現像剤流動性変化と温度の関係を説明する図である。
【図５】安息角を測定した現像剤を用いて現像剤排出特性を評価した結果を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る制御部のブロック図である。
【図７】第１実施形態に係る搬送部材の回転速度検知、現像剤担持体の回転速度制御のフローチャートである。
【図８】搬送部材の回転速度を徐々に上げる回転速度推移を説明する図である。
【図９】第１実施形態に係る画像形成装置における異常昇温時の現像装置の温度上昇を説明する図である。
【図１０】第２実施形態に係る搬送部材の回転速度比に対する現像剤担持体の回転速度比のテーブルを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置１００の構成図である。図２は本実施形態に係る現像装置４の横断面図である。
【００１８】
図１に示すように、画像形成装置１００は、４つの画像形成部Ｐ（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ）を有している。各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて、感光体ドラム（像担持体）１ａ〜１ｄが、帯電器２ａ〜２ｄによって一様に帯電される。帯電された感光体ドラム１は、レーザービームスキャナ３ａ〜３ｄにより、画像信号に基づいたレーザー光を走査露光され、静電潜像が形成される。
【００１９】
静電潜像は、現像装置４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）によってイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色の現像剤を用いて各色のトナー像として現像される。現像剤としてトナーとキャリアを混合した２成分現像剤を使用する。図２に示すように、消費されたトナー量に応じて、補給剤がホッパ３１から現像装置４に供給される。
【００２０】
感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像は、一次転写ローラ（一次転写手段）６ａ〜６ｄによって中間転写ベルト（中間転写体）５に重ねて一次転写され、フルカラー画像が形成される。一次転写されずに感光体ドラム１上に残ったトナーは、クリーニング手段７ａ〜７ｄにより回収される。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ている。
【００２１】
一方、給送カセット１１２に収容されたシートＳは、給送ローラ１３、給送ガイド１１１により、二次転写ローラ（二次転写手段）１０と中間転写ベルト５とのニップ部に搬送され、トナー像を二次転写される。トナー像を転写されたシートＳは、定着器１６によりトナー像が定着され、排出トレー１７に排出される。二次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手段１８により回収される。
【００２２】
（現像装置４）
図３（ａ）は本実施形態に係る現像装置４の縦断面図である。図２、図３（ａ）に示すように、縦攪拌型の現像装置４は、現像容器２２を有している。現像容器２２内には、現像剤としてトナーとキャリアを含む二成分現像剤が収容されている。
【００２３】
現像容器２２の感光体ドラム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（現像剤担持体）２８が感光体ドラム方向に一部露出するように回転可能に配設されている。
【００２４】
現像容器２２の内部は、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いる。現像室２３内（現像室内）には、第一の搬送スクリュー（第一の搬送部材）２５が配置されている。現像室２３の下方に配置された攪拌室２４内（攪拌室内）には、第二の搬送スクリュー（第二の搬送部材）２６が配置されている。
【００２５】
第一の搬送スクリュー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おり、回転して現像室２３内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。第二の搬送スクリュー２６は、攪拌室２４内の底部に第一の搬送スクリュー２５とほぼ平行に配置され、現像後に現像スリーブ２８に残った現像剤を回収して、第一の搬送スクリュー２５と反対方向に搬送する。このように、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。
【００２６】
現像スリーブ２８は、駆動モータ（第一の駆動装置）Ｍ１により駆動されている。搬送スクリュー２５、２６は駆動モータ（第二の駆動装置）Ｍ２により駆動されている。この構成により、現像スリーブ２８の回転速度に対する搬送スクリュー２５、２６の回転速度の比率を任意に変更できる。なお、搬送スクリュー２５、２６は、異なる駆動モータにより駆動される構成であってもよい。
【００２７】
なお、第一及び第二の搬送スクリュー２５、２６の直径は１８ｍｍ、ピッチは２０ｍｍになっており、それぞれ７５０ｒｐｍの回転速度で回転している。現像スリーブ２８の直径は２０ｍｍ、感光体ドラム１の直径は３０ｍｍ、現像スリーブ２８と感光体ドラム１との最近接領域を約３００μｍとしている。
【００２８】
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ている。現像スリーブ２８の内部にはマグネットローラ２８ｍが非回転状態で設置されている。マグネットローラ２８ｍは、磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３が配置されている。
【００２９】
規制ブレード２９は、非磁性部材２９ａ、鉄材のような磁性部材２９ｂを有しており、現像スリーブ２８の長手方向軸線に沿って延在している。非磁性部材２９ａは、板状のアルミニウムなどで形成されている。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、現像スリーブ２８上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。
【００３０】
現像領域においては、現像スリーブ２８は、感光体ドラム１の移動方向と順方向で移動し、周速比は、感光体ドラムの１．７５倍となっている。この周速比に関しては、０．５〜３．０倍の間で設定され、好ましくは、１．０〜２．０倍の間に設定されれば、何倍でも構わない。移動速度比を大きく設定すると現像効率はアップするが、大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化が発生する。逆に小さく設定すると現像効率がダウンするため、濃度低下が発生する。
【００３１】
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２成分現像剤を収容するホッパ３１が配置される。画像形成によって消費された分のトナーは、ホッパ３１から補給スクリュー３２により搬送され、現像剤補給口３０を通過して、現像容器２２に補給される。
【００３２】
（現像剤の流れと現像剤面状態）
図３（ｂ）は現像剤の流れと現像剤面状態を示す現像装置４の縦断面図である。図３（ｂ）の実線で示した通り、第一の搬送スクリュー２５の搬送方向下流側（開口部１２側）における剤面高さが低く、第二の搬送スクリュー２６の搬送方向下流側（開口部１１側）は、現像剤面が高くなる傾向がある。
【００３３】
尚、現像剤の剤面高さは、現像剤の流動性（もしくは凝集性）により変化することが知られている。特に、現像剤流動性が悪化すると汲み上げ効率並びに搬送効率が悪化するため、現像剤面高さの傾きが大きくなる（図３（ｂ）の点線状態）。その結果、現像剤排出口４０近傍の現像剤面が低下し余剰現像剤排出特性が低下することで、現像装置４内の現像剤量が増加（特に攪拌室２４内の現像剤量）しつづけることになる。
【００３４】
更に、現像剤流動性の変化により、攪拌室２４から現像室２３への現像剤流出量（つまり汲み上げ効率）が低下すると、攪拌室２４側の現像剤量が増えることとなる。この状態から更に攪拌室２４から現像室２３への汲み上げ部（開口部１１）近傍の現像剤量が増え、現像スリーブ２８から搬送されてくる現像剤を現像装置内に取り込め（回収でき）なくなった時点で、図３（ｂ）中のＢ部近傍より現像剤溢れ現象が発生する。
【００３５】
（現像剤の凝集性の変化に伴う、現像剤の流動性変化）
ここで現像剤の流動性を、現像剤の安息角を測定することで評価した。図４（ａ）は安息角測定方法の説明図である。本実施形態におけるトナーの安息角Φは、以下の方法を用いて測定した。
【００３６】
測定装置として、パウダーテスターＰＴ−Ｎ型（ホソカワミクロン株式会社）を用いた。測定方法は、パウダーテスターＰＴ−Ｎ型に付属する取り扱い説明書における安息角の測定に準拠する（篩３０１の目開き７１０μｍ、振動時間１８０ｓ、振幅２ｍｍ以下）。すなわち、図４（ａ）に示すように、トナーをロート３０３から円盤３０２上に落下させ、この円盤３０２上に円錐状に堆積したトナーの母線と円盤３０２表面と現像剤５００のなす角を安息角Φとして求める。
【００３７】
実験は、現像装置４を恒温層内で、絶対水分量一定条件で温度を変化させながら（２０℃、３０℃、４０℃、５０℃にて）空回転を実施し、空回転時間１時間後の現像剤の安息角を評価した。なお現像装置における空回転条件は、画像形成装置条件と同一でおこなった。
【００３８】
図４（ｂ）はイエロートナーの実験の結果を示す図である。図４（ｂ）に示すように、初期の現像剤の流動性特性として温度依存性が存在する。また、高温環境下においては安息角Φが大きく、つまり流動性が悪化する。これは温度が高くなるにつれて、トナー表面近傍に分散されたワックスのトナー表面への染み出しにより現像剤間での凝集性が上昇したためと考えられる。この傾向は、ワックス部数やワックス種類やトナーの融点により大きな差を有する。
【００３９】
図５は安息角を測定した現像剤を用いて現像剤排出特性を評価した結果を示す図である。図５中の横軸は現像剤重量、縦軸は単位時間あたりの現像剤排出量を示している。
【００４０】
現像剤排出特性は、現像剤量が低下しすぎてコート不良が発生しないこと、さらに現像剤量が増加しすぎて現像剤溢れが発生しない性能を求められる。本実施形態の現像装置４においては、初期現像剤量が３３０ｇに対し、コート不良が発生する現像剤量が２５０ｇ以下、現像剤溢れが発生する現像剤量が４５０ｇ以上であった。ここで、初期現像剤量とは、想定画像Ｄｕｔyで、釣り合いのとれている現像剤量を中心現像剤量という。
【００４１】
また、補給剤中に含まれるキャリアの比率（ＣＤ比）が１０％に調整されている。従って、現像剤の補給が無い状態（白べた画像形成時）で現像剤の排出が止まり（排出量０ｍｇ／ｓ）、２５０ｇ以下の現像剤量にならないことが求められる。また、現像剤補給が最大の状態で、図５中のべた黒供給量線として示した補給剤（７００ｍｇ）に含まれるキャリア量（７０ｍｇ）以上の余剰現像剤が排出口４０より排出され、現像剤量が４５０ｇ以上増えないことが求められる。
【００４２】
なお、本実施形態では、現像剤補給が最大の状態は、Ａ３黒べた画像形成時であり、べた黒供給量線（排出量９８ｍｇ／ｓ）として示した補給剤は、７００ｍｇである。ここで、補給剤（７００ｍｇ）＝Ａ３黒ベタ画像に使われるトナー量（６３０ｍｇ）＋ＣＤ比１０％分のキャリア量（７０ｍｇ）となっている。また、単位時間当たりの排出量９８（ｍｇ／ｓ）＝キャリア量７０（ｍｇ）×４２０（ｍｍ）／３００（ｍｍ／ｓ）となる。ここで、４２０ｍｍとはＡ３の副走査長さ、３００ｍｍ／ｓとはプロセススピードである。
【００４３】
従来は、現像剤量が少ない時点でコート不良が発生しなく、且つ現像剤量が多い時点で現像剤溢れが発生しないような現像剤排出口高さを見つけ出し適用してきた。しかしながら、図５からも明らかなように、実線で示した安息角４０°現像剤ではコート不良が、点線で示した安息角６０°現像剤では現像剤溢れが発生してしまうため、コート不良と現像剤溢れを両立できる現像剤排出口高さや形状が存在しないことがわかる。
【００４４】
コート不良は現像剤量が少ない場合に発生するため、現像剤、特にキャリアを現像装置内に補充する必要がある。そのためには補給剤を補充すればよい。しかし、本実施形態のようにキャリアとトナーを含んだ補給剤の場合には、キャリアを足すことはトナーを同時に足すことになり、現像装置内のトナー濃度（ＴＤ比）が変化してしまう。特に印字比率が低い状況で補給を続けると、トナー消費が行われないため現像装置内のＴＤ比が上昇していく。その結果、トナー帯電量が低下を引き起こし、飛散やカブリ現象を引き起こす。
【００４５】
この対応として、補充され余剰トナーを感光ドラム上に吐き出すような制御も考えられるが、不要なトナーを吐き出すことでトナー消費量を増やすこととなり、ランニングコストが低下してしまう。
【００４６】
そこで、本実施形態では、まず、流動性の良い現像剤（安息角４０°現像剤）に対し、コート不良が発生しない排出口高さ（本実施形態では従来の排出口高さより、１０ｍｍ高い位置）を見つけた（図５中の一点破線）。しかしながら、上述したように流動性の悪い現像剤（安息角６０°現像剤）での排出特性が更に悪化することとなる（図５中の二点破線）。この現像剤流動性の変化に伴い、現像剤搬送方向で現像剤面傾きが大きくなることで現像剤排出量が低下するため、現像装置内の現像剤量が増えていく。その結果、搬送スクリュー２５、２６の回転軸上に懸かる駆動トルクが大きくなる。
【００４７】
そこで、決定した現像剤排出口高さにおいて、搬送スクリュー２５、２６の回転速度の変化を検知し、搬送スクリュー２５、２６にかかる負荷変化を検知し、現像剤量の変化分を検知する。現像剤量が増加した場合には、検知結果に基づいて、現像スリーブ２８の回転速度を現像剤溢れが発生しないように回転速度に下げて、現像剤量を安定化させる制御を行う。
【００４８】
具体的に説明すると、本実施形態の現像装置４は、機能分離縦撹拌現像器であるため、現像剤の搬送は、搬送スクリュー２５、２６による現像剤循環と、現像スリーブ２８による上（現像室２３）から下（攪拌室２４）への搬送の２種類があります。
【００４９】
そして、現像スリーブ２８の搬送力（つまり回転速度）が変わってない状態で、搬送スクリュー２５、２６の搬送力（つまり回転速度）が落ちてしまった場合、現像剤循環に対し上から下に搬送されている現像剤量が相対的に多くなってしまう。このため、下（攪拌室２４）側に現像剤が多く溜まってしまう。これにより、攪拌室２４の現像剤量が増えて溢れが発生してしまうため、スクリュー２５、２６の搬送力が落ちてしまった場合には、現像スリーブ２８の搬送力を下げることで、攪拌室２４への現像剤流入量を減らし、現像剤量バランスを適正化する。
【００５０】
（制御部２００）
図６は本実施形態の現像スリーブ２８の回転速度を制御する制御部２００のブロック図である。本実施形態においては、図６に示すように、制御部２００は、搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚ、回転速度検出部２０１、ＣＰＵ２０２、制御回路２０３を有している。回転速度検出部２０１、ＣＰＵ２０２、制御回路２０３は、制御手段を構成する。
【００５１】
搬送スクリュー回転速度検知手段（検知手段）Ｚは、第一、第二の搬送スクリュー２５、２６の回転速度を監視する。搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚは、第一、第二の搬送スクリュー２５、２６の駆動モータＭ２であるＤＣブラシレスモータのロータ外周上に設けられた磁気センサである。
【００５２】
一般的に、搬送スクリュー駆動トルクと現像剤量には相関がある。一般のモータ（ブラシレスＤＣモータ等）特性として、加速、減速の駆動条件や、負荷等によって、一定の回転速度に収束するまでの時間が異なり、一定以上の負荷がかかると所定回転速度まで到達出来ない。
【００５３】
本実施形態では、制御タイミングは、画像形成シーケンス開始前である。よって、画像形成シーケンス開始の前回転時点で、搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚにより第一、第二の搬送スクリュー２５、２６の回転速度を監視する。そして、回転速度検出部２０１、ＣＰＵ２０２により、検知結果が所定回転速度以下か否かを判断する。そして、所定回転速度以下と判断した場合には、ＣＰＵ２０２、制御回路２０３により、現像スリーブ２８の回転速度を低下させる制御を行う。以下、この制御について具体的に説明する。
【００５４】
図７は本実施形態の搬送スクリュー２５、２６の回転速度検知、現像スリーブ２８の回転速度制御のフローチャートである。図７に示すように、画像形成がスタートすると、回転速度検知手段Ｚ、回転速度検出部２０１により、搬送スクリュー２５、２６の回転開始から所定時間後（本実施形態では５００ｍｓ後）の回転速度を検知する。そして、所定回転速度（本実施形態では７５０ｒｐｍ）であるかを測定（Ｓ１）する。
【００５５】
そして、検知回転速度が第２判断基準である所定回転速度に対し９５％以下（７１３ｒｐｍ以下）であるかを判断する（Ｓ２）。９５％より大きい場合は、負荷の増加による搬送スクリュー２５、２６の回転速度の低下はないと判断し、現像スリーブ２８の回転速度を維持して（Ｓ７）、Ｓ１に戻る。
【００５６】
Ｓ２で９５％以下であった場合は、検知回転速度が第２判断基準である所定回転速度に対し９０％以下（６７５ｒｐｍ以下）であるかを判断する（Ｓ３）。９０％より大きい場合は、負荷の増加により搬送スクリュー２５、２６の回転速度が９０％〜９５％程度に低下していると判断する。そして、現像スリーブ２８の回転速度を搬送スクリュー回転速度低下分だけ（９５％、本実施形態では４７６ｒｐｍ）減速して（Ｓ８）、Ｓ１に戻る。
【００５７】
Ｓ３で９０％以下であった場合は、検知回転速度が第３判断基準である所定回転速度に対し８５％以下（６３７ｒｐｍ以下）であるかを判断する（Ｓ４）。８５％より大きい場合は、負荷の増加により搬送スクリュー２５、２６の回転速度が８５％〜９０％程度に低下していると判断する。そして、現像スリーブ２８の回転速度を搬送スクリュー回転速度低下分だけ（９０％、本実施形態では４５１ｒｐｍ）減速して（Ｓ９）、Ｓ１に戻る。
【００５８】
Ｓ４で８５％以下であった場合は、検知回転速度が第４判断基準である所定回転速度に対し８０％以下（６００ｒｐｍ以下）であるかを判断する（Ｓ５）。８０％より大きい場合は、負荷の増加により搬送スクリュー２５、２６の回転速度が８０％〜８５％程度に低下していると判断する。そして、現像スリーブ２８の回転速度を搬送スクリュー回転速度低下分だけ（８５％、本実施形態では４２６ｒｐｍ）減速して（Ｓ１０）、Ｓ１に戻る。
【００５９】
Ｓ５で８０以下であった場合は、モータ回転不良と判断し、エラー表示して終了する（Ｓ６）。上記制御により、現像スリーブ２８の回転速度制御を実施した後、現像剤流動性の改善や現像剤循環バランスが適正化され、搬送スクリュー２５、２６における回転速度が上位の判断基準へ戻った際に、それぞれ適正な現像スリーブ２８の回転速度に戻る。
【００６０】
なお、本実施形態では、搬送スクリュー２５、２６の回転速度のエラー判定基準を初期回転速度に対し８０％として説明した。しかし、本発明は８０％に限定されるものではなく、現像スリーブ２８の低速化に伴う現像性の低下も考慮した適切なエラー閾値であればよい。
【００６１】
上述した現像スリーブ２８の回転速度制御の効果を確認する実験を行った。実験は、現像剤の流動性が悪化する高温高湿環境下（温度３０℃、湿度８０％）において、Ｄｕｔｙ変動過酷評価を２０万回行った。このＤｕｔｙ変動過酷評価では、間欠モードで２万枚毎に「フルカラー低印字率（０％比率）チャート」と「フルカラー高印字率（１００％比率）チャート」を交互に変更させる。
【００６２】
その結果、本実施形態の制御を行わない場合には、現像剤量が減ることによるコート不良は未発生であったが、１０万回までの低印字率耐久中に現像剤溢れが発生し、画像上に現像剤汚れを発生させてしまった。これに対し、本実施形態の制御を行った場合には、コート不良、現像剤溢れとも全く発生しなかった。
【００６３】
また、現像剤量推移を確認したところ、本実施形態の制御を行わない場合には、３００〜４７０ｇまで現像剤量が振れていて４７０ｇ時点で溢れてしまった。これに対し、本実施形態の制御を行った場合には、３２０〜４００ｇ内で推移していた。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の制御によれば、現像剤流動性が悪化し、現像剤の循環バランスが変化し、現像剤溢れ現象が発生しやすい状況になった場合でも、現像スリーブ２８の回転速度を制御することで、現像剤の循環バランスの適正化が計れる。これにより、コート不良を抑制しつつ現像剤溢れを抑制できる。
【００６５】
なお、負荷の増加に伴い、搬送スクリュー２５、２６を所望回転速度で動作できなくなることがある。また、駆動モータＭ２を急速に立上げてしまうと、駆動モータＭ２への突入電流が大きくなり、ノイズとして高圧信号に重畳されてしまうと、横スジ画像不良が発生してしまう。そこで、駆動モータＭ２の立上げ制御として、図８に示すように、１００ｍｓｃ毎に駆動モータＭ２の回転速度を徐々に上げる段階加速動作制御を採用することが多い。そこで、段階加速動作制御を採用した場合には、駆動モータＭ２の段階立ち上げ時の回転速度の推移や立ち上がり特性を検知し、その検知結果に基づき現像スリーブ２８の回転速度を制御してもよい。
【００６６】
［第２実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
本実施形態の画像形成装置は、上記第１実施形態の画像形成シーケンス開始の前回転時点に加えて、画像形成中においても、常に搬送スクリュー２５、２６の回転速度の検知、現像スリーブ２８の回転速度の制御を行うものである。これにより、搬送スクリュー２５、２６の回転速度が変化した時点でリアルタイムに現像スリーブ２８の回転速度を制御できる。
【００６８】
図９に示すように、画像形成中に排気トナーフィルタがトナーにより根詰まりしたりして、異常昇温した場合に、現像剤流動性が悪化し、現像剤溢れが発生するおそれがある。このような場合でも、本実施形態の画像形成装置によれば、常時、搬送スクリュー２５、２６の回転速度を検知し、現像スリーブ２８の回転速度の制御を行うため、現像剤溢れを抑制できる。また、エラー終了時に、異常昇温を発見し、排気トナーフィルタの根詰まり等を発見することができる。
【００６９】
さらに、現像スリーブ２８の回転速度を下げることで、現像スリーブ２８の回転に伴う自己昇温を低減する効果も相乗され、本実施形態の制御を行わない場合に比べて、約４℃の昇温低減も達成することができる。
【００７０】
［第３実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第３実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図１０は本実施形態の搬送スクリュー２５、２６の回転速度比に対する現像スリーブ２８の回転速度比のテーブルを説明する図である。本実施形態の画像形成装置は、搬送スクリュー回転速度検知手段Ｚの結果に伴い、図１０に示す制御テーブルを用いて、現像スリーブ２８の回転速度を変更させることを特徴とする。
【００７２】
図１０に示すように、現像スリーブ２８の回転速度の低下率は、搬送スクリュー２５、２６の回転速度の低下率以上に設定している。このため、現像剤面傾きが大きくなるにつれ、現像スリーブ２８による現像剤搬送性が大きく低下することになり、現像剤溢れを効果的に抑制できる。
【００７３】
なお、制御テーブルは、例えば本体に備えられた温度センサ等の結果を用いて現像剤流動性変化を予測したテーブルとして採用すれば、更に現像剤溢れを効果的に抑制できる。
【符号の説明】
【００７４】
Ｍ１、Ｍ２ …駆動モータ
Ｐ …画像形成部
Ｓ …シート
Ｚ …搬送スクリュー回転速度検知手段（検知手段）
１ａ〜１ｄ …感光体ドラム（像担持体）
４ａ〜４ｄ …現像装置
５ …中間転写ベルト
６ …一次転写ローラ
７ …クリーニング手段
８ …除電装置
１０ …二次転写ローラ
１１、１２ …開口部
１３ …給送ローラ
１６ …定着器
１７ …排出トレー
１８ …中間転写ベルトクリーニング手段
２２ …現像容器
２３ …現像室
２４ …攪拌室
２５、２６ …搬送スクリュー
２７ …隔壁
２８ …現像スリーブ（現像剤担持体）
２８ｍ …マグネットローラ
２９ …穂切り部材
３１ …ホッパ
３２ …補給スクリュー
４０ …現像剤排出口
１００ …画像形成装置
１１１ …給送ガイド
１１２ …給送カセット
２００ …制御部
２０１ …回転速度検出部
２０２ …ＣＰＵ
２０３ …制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に静電潜像を形成される像担持体と、
表面に担持したトナーとキャリアから成る二成分現像剤を前記像担持体の静電潜像へ搬送し、トナー像として現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体へ搬送する前記二成分現像剤を収容する現像室と、
前記現像室の下方に配置され、前記現像剤担持体から回収した前記二成分現像剤を収容する攪拌室と、
前記現像室内に配置され、前記現像剤担持体へ前記二成分現像剤を搬送する第一の搬送部材と、
前記攪拌室内に配置され、現像後に前記現像剤担持体に残った前記二成分現像剤を回収して搬送する第二の搬送部材と、
前記現像剤担持体を駆動する第一の駆動装置と、
少なくとも前記第一の搬送部材と前記第二の搬送部材のいずれか一方を駆動する第二の駆動装置と、
前記第一の搬送部材又は第二の搬送部材の回転速度を検知する検知手段と、
を有する画像形成装置において、
前記検知手段が検知した回転速度が所定の回転速度以下の場合に、前記現像剤担持体の回転速度を所定の回転速度に減速する制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像剤担持体の回転速度の低下率は、前記制御手段により検知した回転速度の低下率以上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】
前記制御手段は、前記検知手段が検知した回転速度に合わせた、前記現像剤担持体の所定の回転速度を決めた制御テーブルを用いて、前記現像剤担持体の回転速度を減速することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記検知手段が検知した回転速度が所定の回転速度以下の場合に、エラー表示を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段の制御タイミングは、画像形成シーケンス開始前であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段の制御タイミングは、画像形成中であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
表面に静電潜像を形成される像担持体と、
表面に担持したトナーとキャリアから成る二成分現像剤を前記像担持体の静電潜像へ搬送し、トナー像として現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体へ搬送する前記二成分現像剤を収容する現像室と、
前記現像室の下方に配置され、前記現像剤担持体から回収した前記二成分現像剤を収容する攪拌室と、
前記現像室内に配置され、前記現像剤担持体へ前記二成分現像剤を搬送する第一の搬送部材と、
前記攪拌室内に配置され、現像後に前記現像剤担持体に残った前記二成分現像剤を回収して搬送する第二の搬送部材と、
前記現像剤担持体を駆動する第一の駆動装置と、
少なくとも前記第一の搬送部材と前記第二の搬送部材のいずれか一方を駆動する第二の駆動装置と、
前記第一の搬送部材又は第二の搬送部材の回転速度を検知する検知手段と、
を有する画像形成装置において、
前記検知手段が検知した回転速度が所定の回転速度以下の場合に、前記現像剤担持体の回転速度を所定の回転速度に減速する制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像剤担持体の回転速度の低下率は、前記制御手段により検知した回転速度の低下率以上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】
前記制御手段は、前記検知手段が検知した回転速度に合わせた、前記現像剤担持体の所定の回転速度を決めた制御テーブルを用いて、前記現像剤担持体の回転速度を減速することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記検知手段が検知した回転速度が所定の回転速度以下の場合に、エラー表示を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段の制御タイミングは、画像形成シーケンス開始前であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段の制御タイミングは、画像形成中であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８８６８７（Ｐ２０１３−８８６８７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０３３９（Ｐ２０１１−２３０３３９）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【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５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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