(57)【要約】【課題】使用環境によらず現像装置内のトナー濃度を正確に推測し、必要なトナー量を適切なタイミングで補給可能な現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】現像容器２０はＲ１〜Ｒ１０に仮想的に分割されており、トナー濃度センサ４０はＲ３に配置され、Ｒ７〜Ｒ９の領域でトナーが消費される。印字率からＲ７〜Ｒ９におけるトナー消費量を算出し、算出されたトナー消費量から決定されるトナー補給モータ２７の駆動時間と、現像剤循環時間から決定されるトナー補給モータ２７の駆動タイミングに基づいて、印字により消費された位置に消費分だけトナーが補給される。また、トナー濃度センサ４０のセンサ出力値を循環経路２周分以上の時間継続して記憶し、１周目と２周目のセンサ出力値のピーク間隔に基づいて現像剤循環時間を再設定する。【選択図】図５
2010230949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を第１攪拌室と第２攪拌室とに区画され、キャリアとトナーとを含む現像剤を収容する現像容器と、
前記第１攪拌室に配設された現像剤担持体と、
前記第１攪拌室に前記現像剤担持体と平行に配設され、前記現像剤担持体のスラスト方向に現像剤を撹拌搬送する第１撹拌搬送部材と、
前記第２攪拌室に前記第１撹拌搬送部材と平行に配設され、前記第１撹拌搬送部材と反対方向に現像剤を撹拌搬送する第２撹拌搬送部材と、
前記第２攪拌室内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
前記第２攪拌室内の前記トナー濃度センサ上流側にトナーを補給する補給装置と、
前記第１攪拌室及び前記第２攪拌室を通る循環経路１周分の現像剤循環時間を記憶する記憶手段と、
前記現像剤担持体によって消費されるトナー量を画素数から算出し、算出されたトナー消費量と現像剤循環時間に基づいて前記補給装置の駆動を制御する制御手段と、
を有する現像装置において、
前記記憶手段は、前記トナー濃度センサの出力値を前記現像容器内の循環経路２周分以上の時間継続して記憶可能であり、１周目と２周目のセンサ出力値のピーク時間間隔に基づいて循環経路１周分の現像剤循環時間を再設定することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記第１攪拌室及び前記第２攪拌室は、現像剤循環方向に隣接する複数の領域に仮想的に分割され、前記現像剤循環時間から各領域間の現像剤の移動速度が設定されており、前記制御手段は、前記現像剤担持体に対向する領域の現像剤がトナー補給位置に移動するタイミングでトナーが補給されるように前記補給装置を駆動す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】
前記トナー濃度センサの配置された領域においてトナー濃度を検知し、検知されたセンサ出力値から印字率に応じたトナー消費量を差し引いて算出された第１出力補正値が所定値よりも高い場合のみ前記補給装置を駆動させてトナーを補給す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】
前記第１出力補正値に前記補給装置からのトナー補給量を加算した第２出力補正値を算出するとともに、トナー補給後の現像剤が前記トナー濃度センサの配置された領域に移動したときのセンサ出力値と第２出力補正値とを比較して第２出力補正値の計算に用いる前記補給装置のトナー補給速度を調整することを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【請求項６】
トナー補給後の現像剤が前記トナー濃度センサの配置された領域に移動したときのセンサ出力値が１周目と２周目で所定量以上の差がある場合は、前記補給装置にトナーを供給するトナーコンテナの交換時期を通知することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用する現像装置の駆動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。
【０００３】
一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制するため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下し、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。
【０００４】
また、色重ねを行うカラー印刷の場合、カラートナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリアを用いてトナーを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。
【０００５】
一方、カラー印字の高速化の要望に応えるため、トナーの色に対応した複数の感光体を用いて用紙或いは中間転写体の搬送に同期させてカラー画像を形成する、いわゆるタンデム式のカラー画像形成装置が注目されている。この方式では高速化に優れているという利点があるものの、各色の画像形成部を並設する必要があるため、装置が大型化するという問題があった。
【０００６】
この対策として、感光体同士の間隔を狭くして小型化された画像形成部を配置したタンデム式のカラー画像形成装置が提案されているが、画像形成部の小型化に伴い現像装置の大きさも制約を受けるため、現像装置内の現像剤の容量も減らす傾向にある。
【０００７】
そのため、トナー濃度センサを用いて現像装置内のトナー濃度をできるだけ正確に推測し、印字によって消費されたトナー量を必要なタイミングで補給する必要がある。しかし、トナーコンテナから現像装置内を循環する現像剤へトナーを補給する際の補給タイミングや補給量が適切でない場合、現像剤に部分的なトナー濃度ムラが発生して画像濃度ムラを生じる。また、トナーを過剰に補給した場合は画像にカブリが発生する。さらに、補給量が十分でない場合は印字を中断して補給時間を確保しなければならず、画像形成効率が低下するという問題点もある。
【０００８】
そこで、小型の現像装置内のトナー濃度ムラを解消する方法が提案されており、特許文献１には、トナー濃度センサからトナー補給口までの領域の現像剤攪拌能力を、それ以外の領域の攪拌能力よりも弱めた現像装置が開示されている。この方法によれば、トナー濃度センサにより検知されたトナー濃度のまま現像剤をトナー補給口まで搬送し、現像剤のうちトナー濃度が低下した部分に適量のトナー補給を行うことができる。また、トナー補給後の攪拌搬送能力を強めることで、補給されたトナーを周囲の現像剤と均一に混合した状態で現像ローラに搬送可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２９５５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の方法では、現像剤攪拌スクリューのスパイラル間に配置される攪拌板の幅、或いはスパイラルピッチを部分的に変化させる必要があり、現像剤攪拌スクリューの構成が複雑になるという問題点があった。また、現像剤の流動性は温度や湿度等の環境条件によって変化するため、装置の使用環境に応じた適切な攪拌搬送能力を維持することは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、使用環境によらず現像装置内のトナー濃度を正確に推測し、必要なトナー量を適切なタイミングで補給可能な現像装置及びそれを備えた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は、内部を第１攪拌室と第２攪拌室とに区画され、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、前記第１攪拌室に配設された現像剤担持体と、前記第１攪拌室に前記現像剤担持体と平行に配設され、前記現像剤担持体のスラスト方向に現像剤を撹拌搬送する第１撹拌搬送部材と、前記第２攪拌室に前記第１撹拌搬送部材と平行に配設され、前記第１撹拌搬送部材と反対方向に現像剤を撹拌搬送する第２撹拌搬送部材と、前記第２攪拌室内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、前記第２攪拌室内の前記トナー濃度センサ上流側にトナーを補給する補給装置と、前記第１攪拌室及び前記第２攪拌室を通る循環経路１周分の現像剤循環時間を記憶する記憶手段と、前記現像剤担持体によって消費されるトナー量を画素数から算出し、算出されたトナー消費量と現像剤循環時間に基づいて前記補給装置の駆動を制御する制御手段と、を有する現像装置において、前記記憶手段は、前記トナー濃度センサの出力値を前記現像容器内の循環経路２周分以上の時間継続して記憶可能であり、１周目と２周目のセンサ出力値のピーク時間間隔に基づいて循環経路１周分の現像剤循環時間を再設定することを特徴としている。
【００１３】
また本発明は、上記構成の現像装置において、前記第１攪拌室及び前記第２攪拌室は、現像剤循環方向に隣接する複数の領域に仮想的に分割され、前記現像剤循環時間から各領域間の現像剤の移動速度が設定されており、前記制御手段は、前記現像剤担持体に対向する領域の現像剤がトナー補給位置に移動するタイミングでトナーが補給されるように前記補給装置を駆動することを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、上記構成の現像装置において、前記トナー濃度センサの配置された領域においてトナー濃度を検知し、検知されたセンサ出力値から印字率に応じたトナー消費量を差し引いて算出された第１出力補正値が所定値よりも高い場合のみ前記補給装置を駆動させてトナーを補給することを特徴としている。
【００１５】
また本発明は、上記構成の現像装置において、前記第１出力補正値に前記補給装置からのトナー補給量を加算した第２出力補正値を算出するとともに、トナー補給後の現像剤が前記トナー濃度センサの配置された領域に移動したときのセンサ出力値と第２出力補正値とを比較して第２出力補正値の計算に用いる前記補給装置のトナー補給速度を調整することを特徴としている。
【００１６】
また本発明は、上記構成の現像装置を備えた画像形成装置である。
【００１７】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、トナー補給後の現像剤が前記トナー濃度センサの配置された領域に移動したときのセンサ出力値が１周目と２周目で所定量以上の差がある場合は、前記補給装置にトナーを供給するトナーコンテナの交換時期を通知することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の構成によれば、現像剤の流動性が変化した場合でも現像剤循環時間を精度良く設定できるため、補給装置を適切なタイミングで駆動させてトナー消費位置に正確にトナーを補給可能となる。
【００１９】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、第１攪拌室及び第２攪拌室が現像剤循環方向に隣接する複数の領域に仮想的に分割され、現像剤循環時間から各領域間の現像剤の移動速度が設定されており、現像剤担持体に対向する領域の現像剤がトナー補給位置に移動するタイミングでトナーを補給することにより、補給装置の駆動タイミングをより精度良く制御できる。
【００２０】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の現像装置において、トナー濃度センサの配置された領域においてトナー濃度を検知し、検知されたセンサ出力値から印字率に応じたトナー消費量を差し引いて算出された第１出力補正値が所定値よりも高い場合のみ補給装置を駆動させてトナーを補給することにより、不要なトナー補給を制限することができる。
【００２１】
また、本発明の第４の構成によれば、上記第３の構成の現像装置において、第１出力補正値に補給装置からのトナー補給量を加算した第２出力補正値を算出するとともに、トナー補給後の現像剤がトナー濃度センサの配置された領域に移動したときのセンサ出力値と第２出力補正値とを比較して第２出力補正値の計算に用いる補給装置のトナー補給速度を調整することにより、環境条件やコンテナ内のトナー残量に応じてトナー補給速度が補正されるため、常に適切な量のトナーを補給可能となる。
【００２２】
また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成の現像装置を搭載することにより、現像装置内の現像剤の濃度ムラや、それに起因する画像濃度ムラの発生を効果的に抑制可能な画像形成装置となる。
【００２３】
また、本発明の第６の構成によれば、上記第５の構成の画像形成装置において、トナー補給後の現像剤がトナー濃度センサの配置された領域に移動したときのセンサ出力値が１周目と２周目で所定量以上の差がある場合は、補給装置にトナーを供給するトナーコンテナの交換時期を通知することにより、ユーザに対しトナーコンテナの交換時期を適切に通知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の全体構成を示す概略図
【図２】本発明の現像装置の構成を示す側面断面図
【図３】本発明の現像装置の構成を示す平面断面図
【図４】現像ローラ及び磁気ローラに印加されるバイアス波形の一例を示す図
【図５】図３に示す現像装置の内部を領域Ｒ１〜Ｒ１０に仮想的に分割した状態を示す模式図
【図６】本発明の現像装置におけるトナー補給制御手順を示すフローチャート
【図７】実施例においてトナー濃度センサで検知された濃度に基づいてトナーを補給する場合（比較例）の印字時間とセンサ出力値との関係を示すグラフ
【図８】実施例において印字率からトナー消費量を予測して消費分のトナーを消費位置に補給する場合（本発明）の印字時間とセンサ出力値との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。
【００２６】
この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラ９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部１３において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。
【００２７】
トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。
【００２８】
次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄが設けられている。
【００２９】
ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット５によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーがトナーコンテナ４ａ〜４ｄによって所定量充填されている。このトナーは、現像ユニット３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
【００３０】
そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、中間転写ローラ（一次転写ローラ）６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部７ａ〜７ｄにより除去される。
【００３１】
中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。
【００３２】
定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３ａにより加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。
【００３３】
一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部１３を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部１３に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。
【００３４】
図２は、本発明の現像装置の構成を示す側面断面図であり、図３は、現像装置の平面断面図（図２におけるＡＡ′矢視断面図）である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。
【００３５】
図２及び図３に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤と呼ぶ）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃにはトナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。
【００３６】
そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図３の矢印Ｂ、Ｃ方向）に搬送され、仕切壁２０ａに形成された現像剤通過路４１ａ、４１ｂを介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。即ち、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ、現像剤通過路４１ａ、４１ｂによって現像容器２０内に現像剤の循環経路が形成されている。
【００３７】
現像容器２０は図２の左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第１攪拌スクリュー２１ａの上方には磁気ローラ２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め上方には現像ローラ２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３は図２において時計回りに回転する。
【００３８】
第２攪拌室２０ｃには第２攪拌スクリュー２１ｂと対面してトナー濃度センサ４０が配置されており、トナー補給口２０ｄにはトナーコンテナ４ａからトナーを所定の速度で補給するトナー補給モータ２７が配設されている。図３に示すように、トナー補給口２０ｄは平面的に見て第２攪拌室２０ｃの端部に配置されている。
【００３９】
トナー濃度センサ４０としては、現像容器２０内におけるトナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤の透磁率を検出する透磁率センサが用いられる。ここで、トナー濃度とは現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの比率のことであり、本実施形態においては、トナー濃度センサ４０により現像剤の透磁率を検出し、その検出結果に相当する電圧値を後述する制御部３５に出力するよう構成されており、制御部３５によってトナー濃度センサ４０の出力値からトナー濃度が決定されるようになっている。
【００４０】
センサ出力値はトナー濃度に応じて変化し、トナー濃度が高くなるほど磁性キャリアに対するトナーの比率が高くなり、磁気を通さないトナーの割合が増加するため出力値が低くなる。一方、トナー濃度が低くなるほどキャリアに対するトナーの比率が低くなり、磁気を通すキャリアの割合が増加するため出力値が高くなる。
【００４１】
磁気ローラ２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネットローラ体２２ｂで構成されている。現像ローラ２３は、非磁性の現像スリーブから構成されており、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。
【００４２】
また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。
【００４３】
現像ローラ２３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）を印加する第１バイアス回路３０が接続されており、磁気ローラ２２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）を印加する第２バイアス回路３１が接続されている。第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１は共通のグランドに接地されている。
【００４４】
また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１には電圧可変装置３３が接続されており、現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及び磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を可変できるようになっている。
【００４５】
前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第１攪拌スクリュー２１ａによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される。そして、磁気ローラ２２上に磁気ブラシ（図示せず）を形成し、磁気ローラ２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラ２３上にトナー薄層を形成する。
【００４６】
現像ローラ２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラ２２と現像ローラ２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラ２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。
【００４７】
図４は、現像ローラ２３及び磁気ローラ２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図４（ａ）に示すように、現像ローラ２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が第１バイアス回路３０から印加される。また、磁気ローラ２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相の異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が第２バイアス回路３１から印加される。
【００４８】
従って、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３間（以下、ＭＳ間という）に印加される電圧は、図４（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図３で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。
【００４９】
磁気ブラシによって現像ローラ２３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラ２３の回転によって感光体ドラム１ａ現像ローラ２３との対向部分に搬送される。現像ローラ２３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。
【００５０】
感光体ドラム１ａの感光層としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光層を用いた場合、表面の露光後電位は２０Ｖ以下と非常に低くなるという特徴を有しているが、感光層の層厚を薄くすると飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧も低下する。反面、潜像形成時の表面電荷密度は高くなり、現像性能は向上する傾向がある。この特性は誘電率が１０程度と高いａ−Ｓｉ感光層では２５μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下の場合に特に顕著である。このとき、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）は１５０Ｖ以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）はピークツーピーク値を５００〜１５００Ｖ、周波数１〜５ｋＨｚに設定される。
【００５１】
一方、感光層として有機感光層（ＯＰＣ）を用いた場合、画像形成後の残留電荷を１００Ｖ以下にするために感光層の層厚を２５μｍ以上に設定し、電荷発生材の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構造のＯＰＣは感光層の中に電荷発生材を添加することから感光層の層厚の減少による感度変化が少ないため有利となる。このとき、トナーに強い電界をかけることを防止する観点から、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）は４００Ｖ以下、より好ましくは３００Ｖ以下に設定される。
【００５２】
現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネットローラ体２２ｂの同極部分で磁気ローラ２２から引き剥がされた後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として磁気ローラ２２上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。
【００５３】
現像ローラ２３上のトナーの回収幅は磁気ローラ２２上に磁気ブラシが形成される領域の幅と等しくなるため、現像ローラ２３の長手方向を磁気ブラシの領域幅よりも短くすることで現像ローラ２３上のトナー未回収領域が無くなる。これにより、磁気ブラシ領域外においてトナーが現像ローラ２３に付着せず、現像ローラ２３の両端部からのトナー飛散を防止することができる。
【００５４】
また、磁気ローラ２２の回転速度を現像ローラ２３の回転速度の１．０〜２．０倍に設定することで現像ローラ２３上のトナー薄層の入れ替えが促進され、現像ローラ２３上の残留トナーを効率良く回収すると共に均一なトナー層を再形成することが可能となる。さらに、均一な画像濃度を維持するためには、現像タイミング以外の時間においてＶｍａｇ（ＤＣ）とＶｓｌｖ（ＤＣ）とを同電位としてＭＳ間ΔＶを０とすることで、トナーに負担をかけずに現像ローラ２３上の残留トナーを回収できる。
【００５５】
制御部３５は、電圧可変装置３３に制御信号を送信して第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１から印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を制御する。また、制御部３５は、トナー濃度センサ４０で検知されるトナー濃度に応じてトナー補給モータ２７に制御信号を送信し、トナー補給口２０ｄから現像容器２０内に所定量のトナーを補給する。
【００５６】
記憶部３７は、例えば読み書き自在のＲＡＭ（Random Access Memory）から成り、制御部３７により使用される制御プログラムの他、トナー濃度センサ４０の出力値や現像容器２０内の現像剤循環速度等の、トナー補給制御に必要となるデータが記憶される。なお、制御部３５及び記憶部３７は、画像形成装置１００全体の制御部及び記憶部と兼用しても良いし、現像装置３ａ〜３ｄを制御するために独立して配置しても良い。
【００５７】
次に、本発明の現像装置におけるトナー補給制御について詳述する。図５は、図３に示す現像装置の平面断面図を模式的に示した図である。いま、トナー補給口２０ｄが配置された第１攪拌室２０ｂの端部をトナー補給位置Ｓとし、第１攪拌室２０ｂ及び第２攪拌室２０ｃがトナー補給位置Ｓから現像剤循環方向（矢印Ｂ、Ｃ方向）にＲ１〜Ｒ１０までの１０個の領域に仮想的に分割されているとする。
【００５８】
トナー補給位置Ｓで補給されたトナーがＲ１の位置に移動するまでの時間をＴ１、Ｒ１からＲ２まで移動する時間をＴ２とする。なお、Ｒ１〜Ｒ１０は等分割されており、隣接する領域まで移動する時間はＲ２以降についてもＴ２である。また、トナー濃度センサ４０はＲ３に配置されており、Ｒ７〜Ｒ９の領域で磁気ローラ２２（図２参照）にトナーが吸着され、現像ローラ２３上にトナー薄層を形成するために消費される。また、Ｒ７〜Ｒ９におけるトナー消費量は印字率から算出することができ、印字方向に３分割してカウントされたＲ７〜Ｒ９に該当する印字率をそれぞれＤ７、Ｄ８、Ｄ９とする。そして、印字率Ｄ７〜Ｄ９により算出されたトナー消費量からトナー補給モータ２７の駆動時間が決定され、トナー補給位置Ｓにおいて印字により消費された位置に消費分だけトナーが補給される。
【００５９】
ここで、環境条件やトナーコンテナ４ａ内のトナー残量が変化すると、トナー補給モータ２７の単位駆動時間当たりのトナー補給量（以下、補給速度という）が変化する。そのため、消費量に応じたトナーが現像容器２０内に補給されないおそれがある。そこで、本発明ではトナー補給モータ２７の駆動時間とトナー濃度センサ４０の出力値の前回値からの変化量で実際の補給速度を推測し、補給速度値を調整することとしている。この制御により、環境条件やトナー残量によって変化するトナーコンテナ４ａからのトナー落下量に係わらず、トナー補給モータ２７の駆動時間を適切に制御可能となる。
【００６０】
また、トナー補給モータ２７の駆動タイミングの制御には、現像剤がＲ１からＲ２〜Ｒ１０を通過して再びＲ１まで戻る時間（以下、現像剤循環時間という）がパラメータとして必要になるが、現像剤循環時間は現像剤のトナー濃度Ｔ／Ｃ（トナー／キャリア重量比）、環境条件、現像剤の劣化等により変動する。現像剤循環時間が変動すると、トナーの補給タイミングがずれ、現像剤のトナーが消費された部分に正確にトナーを補給できなくなる。
【００６１】
また、トナー濃度センサ４０は透磁率センサであるため、トナーの消費位置（Ｒ７〜Ｒ９）の現像剤がＲ３に移動すると、現像剤中の磁性キャリアの割合が増加しているためセンサ出力値は他の位置の現像剤に比べて高くなる。つまり、センサ出力値のピーク間隔が現像剤循環時間と等しくなる。
【００６２】
そこで、本発明ではトナー濃度センサ４０のセンサ出力値を循環経路２周分以上の時間継続して記憶し、１周目と２周目のセンサ出力値のピーク時間間隔に基づいて現像剤循環時間を再設定することとした。これにより、現像剤循環時間の変動がトナー補給モータ２７の駆動タイミングにフィードバックされるため、トナーが消費された位置に正確にトナーを補給することができる。
【００６３】
さらに、循環経路２周分以上の時間継続してセンサ出力値を記憶することにより、トナーコンテナ４ａからのトナー補給量の変化をより正確に読み取ることができる。例えば、トナーが補給された位置の２周目のセンサ出力値が１周目に比べて所定量以上高い場合は、トナー濃度が大きく低下したこと、即ちトナー補給量が大幅に減少したことを示す。このような場合はトナーコンテナ４ａ内のトナー残量が残り少ないと判断してトナーコンテナ４ａの交換を促す通知を行うことが好ましい。
【００６４】
なお、連続印字中は現像剤が１周する間にトナーが複数回消費されるため、センサ出力値のピークが複数出現する。このような場合は、予め設定された現像剤循環時間と各ピーク間隔とを比較することで、現像剤循環時間の再設定に必要な１周目と２周目に該当するピークを選択することができる。以上、現像装置３ａのトナー補給制御について説明したが、現像装置３ｂ〜３ｄのトナー補給制御についても全く同様である。
【００６５】
図６は、本発明の現像装置におけるトナー補給手順を示すフローチャートである。必要に応じて図１〜図５を参照しながら、図６のステップに従いトナー補給制御について説明する。先ず、印字命令が入力され、現像装置が駆動を開始すると（ステップＳ１）、トナー濃度センサ４０によるトナー濃度検知も開始される（ステップＳ２）。検知位置（図５の領域Ｒ３）で濃度検知された現像剤は、第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂの回転により、時間Ｔ２毎に隣接する領域Ｒ４、Ｒ５・・・へと順次移動するため、センサ出力値もＴ２毎に仮想的に領域Ｒ４、Ｒ５・・・へと順次移動させる（ステップＳ３）。なお、トナー濃度センサ４０のセンサ出力値は循環経路２周分以上の時間継続して記憶部３７へ記憶される。
【００６６】
センサ出力値がトナー消費領域（Ｒ７〜Ｒ９）まで移動すると、制御部３５は印字により消費されるトナー量を計算し、Ｒ３で検知されたセンサ出力値からトナー消費量を差し引いて推定センサ出力値（以下、第１出力補正値という）を算出する（ステップＳ４）。トナー消費量は、例えばＡ４横サイズ（紙長２１０ｍｍ）で全面印字率５０％（トナー量１８０ｍｇ）の画像が１枚印字された場合、印字速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃとすると印字時間は２１０／１５０＝１．４ｓｅｃであるから、Ｔ２＝３ｓｅｃとするとＲ７の位置にある現像剤は印字率５０％分（１８０ｍｇ）を消費したことになる。そして、Ｔ／Ｃが１％変化したときのセンサ出力値の変化量（例えば０．１Ｖ）に基づいて第１出力補正値を算出する。
【００６７】
次に、算出された第１出力補正値がトナー補給レベルであるか否かが判断される（ステップＳ５）。第１出力補正値がトナー補給レベル以上であるときは、制御部３５からトナー補給モータ２７に制御信号を送信し、トナー補給モータ２７を所定のタイミングで所定時間駆動させることにより、Ｒ１においてトナーが消費された位置に消費された分だけのトナーを補給する。
【００６８】
トナー補給モータ２７の駆動タイミングは、トナー補給位置ＳからＲ１までの現像剤の移動時間Ｔ１と印字位置Ｒ７〜Ｒ９からＲ１までの現像剤の移動時間に基づいて決定される。例えばＲ７の位置にある現像剤にトナーを補給したい場合はＴ２×４−Ｔ１経過後にトナー補給モータ２７を駆動すれば良い。トナー補給モータ２７の駆動時間は、必要補給量／トナー補給モータ２７の補給速度で計算される。例えば印字率５０％分（１８０ｍｇ）を消費した場合、補給速度を１００ｍｇ／ｓｅｃとするとトナー補給モータ２７の駆動時間は１．８ｓｅｃとなる。
【００６９】
また、制御部３５は、記憶部３７に記憶された循環経路２周分のセンサ出力値の、１周目と２周目のピーク時間間隔に基づいて現像剤循環時間Ｔを再設定する。そして、Ｔ２＝Ｔ／１０であるからＴ２も再設定される。
【００７０】
なお、トナーが消費された部分に消費分のトナーが適切に補給された場合、１周目に存在したセンサ出力値のピークが２周目に消失する可能性がある。しかし、トナーの補給タイミングが適切である場合は設定された現像剤循環時間Ｔと実際の循環時間とが一致しているため、現像剤循環時間Ｔを再設定する必要はなく、センサ出力値のピークを読み取れなくても特に支障はない。
【００７１】
また、実際の循環時間が変動してトナーの補給タイミングにずれが生じた場合は、センサ出力値に順方向ピーク（トナー消費部分）と逆方向ピーク（トナー補給部分）とが出現する。従って、順方向ピークの間隔を読み取ることで現像剤循環時間Ｔを再設定可能となる。実際の制御では、順方向ピークと逆方向ピークの間隔が所定以上となった場合に循環時間設定モードに移行し、連続印字中であれば印字を中断して１周目と２周目のピークを読み取り、ピーク時間間隔に基づいて現像剤循環時間Ｔが再設定される。
【００７２】
次に、ステップＳ４で求めた第１出力補正値にＲ１で補給されたトナー量を加算して推定センサ出力値（以下、第２出力補正値という）を算出する（ステップＳ７）。その後、現像剤が循環経路を１周して再びＲ３に戻ったときのトナー濃度の実測値を第２出力補正値と比較する（ステップＳ８）。そして、実測値と第２出力補正値とが異なるか否かを判断する（ステップＳ９）。
【００７３】
実測値と第２出力補正値が異なる場合は、実測値が第２出力補正値よりも高いか否かを判断し（ステップＳ１０）、実測値が第２出力補正値よりも高い（トナー濃度が低い）ときは計算に用いたトナー補給モータ２７の補給速度値が実際よりも高いと判断し、計算に用いる補給速度値を所定幅だけ下げる（ステップＳ１１）。一方、実測値が第２出力補正値よりも低い（トナー濃度が高い）ときは計算に用いたトナー補給モータ２７の補給速度値が実際よりも低いと判断し、計算に用いる補給速度値を所定幅だけ上げる（ステップＳ１２）。
【００７４】
なお、ステップＳ９で実測値と第２出力補正値とが等しい場合は計算に用いた補給速度値と実際の補給速度が一致しているため、補給速度値の補正（ステップＳ１０〜Ｓ１２）は行わない。そして、実測値を記憶部３７に記憶してステップＳ３に戻り、以下同様の制御を繰り返す。一方、ステップＳ５で第１出力補正値がトナー補給レベル以下であった場合はトナー補給、第２出力補正値の算出、及び実測値との比較（ステップＳ６〜Ｓ１２）を行わずにステップＳ３へ戻る。
【００７５】
図６の制御によれば、トナー濃度センサ４０のセンサ出力値の前回値からの変化量で計算に用いるトナー補給モータ２７の補給速度値が補正されるため、環境条件やコンテナ内のトナー残量に係わらず、常に適切な量のトナーを補給可能となる。
【００７６】
また、センサ出力値の１周目と２周目のピーク時間間隔に基づいて現像剤循環時間Ｔが再設定され、各領域Ｒ１〜Ｒ１０間の移動時間Ｔ２も再設定されるため、現像剤循環時間の変動がトナー補給モータ２７の駆動タイミングにフィードバックされ、トナーが消費された位置に正確にトナーを補給することができる。
【００７７】
さらに、ステップＳ９において実測値が推定センサ値よりも所定量以上高い場合は、トナーコンテナ内のトナー残量が残り少ないと判断してトナーコンテナの交換を促す通知を行うようにしても良い。このようにすれば、ユーザに対しトナーコンテナの交換時期を適切に通知できる。通知方法としては、例えば画像形成装置の液晶パネルへメッセージを表示する方法やコンテナ交換ランプを点灯させる方法等が挙げられる。
【００７８】
その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本発明は図２に示したような磁気ローラ２２と現像ローラ２３を備えた現像装置に限定されるものではなく、トナー成分と磁性キャリアとから成る二成分現像剤を用いた循環式の現像装置に適用可能である。
【００７９】
また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ、カラー複写機、ファクシミリ等、種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。
【実施例】
【００８０】
図２に示した本発明の現像装置が搭載された図１に示すような試験機を用い、連続印字時におけるトナー濃度センサの出力値推移、及び画像濃度ムラの発生について調査した。
【００８１】
試験方法としては、トナー濃度センサで検知された濃度に基づいてトナーを補給する場合（比較例）と、図６に示したように印字率からトナー消費量を予測して消費分のトナーを消費位置に補給する場合（本発明）について、印字速度３２枚／分で高濃度のテスト画像（ベタ比率が３０％のＡ４横原稿）を連続印字したときの印字時間に対するセンサ出力値をプロットした。また、画像濃度ムラについては、連続１００枚印字分の紙端から左右５ｃｍの位置の画像濃度（ＩＤ：イメージデンシティ）を反射濃度計（マクベスＲＤ９１２）により測定し、差分を平均値化して比較した。結果を図７及び図８に示す。
【００８２】
図７及び図８では、横軸は印字時間（ｓｅｃ）、縦軸はセンサ出力値（Ｖ）を電圧の相対値で示し、トナー制御レベルをセンサ出力値で６００Ｖに設定したものである。図７に示すように、比較例ではトナー濃度が検知されてから少し遅れてトナーが補給されるため、トナーが消費された部分にトナーが補給されず、現像剤中のトナー濃度にムラが生じ、センサ出力値は４５０Ｖから７００Ｖまで大きなアップダウンを現像剤の循環周期で繰り返した。ここで、出力値の差分１００がＴ／Ｃで０．８％に相当するため、現像剤中に約２％のトナー濃度ムラが発生したことがわかる。また、画像濃度の差分の平均値は０．３３であった。
【００８３】
これに対し、本発明では現像剤の移動時間に基づいてトナーの補給タイミングが決定されるため、図８に示すように、センサ出力値は大きく上下することなく５００Ｖから６００Ｖの間で比較的平滑に推移し、現像剤中のトナー濃度ムラは約０．８％に収まった。また、画像濃度の差分の平均値も０．０８となり、画像濃度ムラも著しく改善された。さらに、現像剤循環時間の変動がトナー補給モータの駆動タイミングにフィードバックされるため、長期間に亘って現像剤中の濃度ムラの発生を抑制することができた。
【００８４】
なお、上記実施例は本発明の一構成例にすぎず、ドラム表面電位や現像ローラ及び磁気ローラへの電圧印加条件等は装置の仕様や使用環境に応じて適宜設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、二成分現像剤を用いる循環式の現像装置に利用可能であり、トナー濃度センサの出力値を現像容器内の循環経路２周分以上の時間継続して記憶しておき、１周目と２周目のセンサ出力値のピーク時間間隔に基づいて循環経路１周分の現像剤循環時間を再設定する現像装置である。これにより、現像剤の流動性が変化した場合でも現像剤循環時間を精度良く設定できるため、補給装置を適切なタイミングで駆動させてトナー消費位置に正確にトナーを補給可能な現像装置を提供することができる。
【００８６】
また、現像剤循環経路を複数の領域に仮想的に分割し、現像剤循環時間から各領域間の現像剤の移動速度が設定されており、現像剤担持体に対向する領域の現像剤がトナー補給位置に移動するタイミングでトナーが補給されるように補給装置を駆動すれば、補給装置の駆動タイミングをより精度良く制御できる現像装置となる。
【００８７】
また、トナー濃度センサにより検知されたセンサ出力値から印字率に応じたトナー消費量を差し引いて算出された第１出力補正値が所定値よりも高い場合のみ補給装置を駆動させてトナーを補給することで、不要なトナー補給を制限することができる。さらに、第１出力補正値に補給装置からのトナー補給量を加算した第２出力補正値を算出するとともに、トナー補給後の現像剤が前記トナー濃度センサの配置された領域に移動したときのセンサ出力値と第２出力補正値とを比較して第２出力補正値の計算に用いる補給装置のトナー補給速度を調整することで、環境条件やコンテナ内のトナー残量に係わらず、常に適切な量のトナーを補給可能となる。
【００８８】
また、本発明の現像装置を搭載することにより、現像装置内の現像剤の濃度ムラや、それに起因する画像濃度ムラの発生を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供することができる。さらに、トナー補給後の現像剤の濃度を検知したときの１周目と２週目のセンサ出力値の差に基づいてトナーコンテナの交換時期を判断すれば、トナーコンテナ内のトナー残量に応じた適切なタイミングで交換時期を通知可能となるため、交換が早すぎたり遅れたりすることを未然に防止できる。
【符号の説明】
【００８９】
Ｐａ〜Ｐｄ        画像形成部
１ａ〜１ｄ        感光体ドラム
３ａ〜３ｄ        現像装置
４ａ〜４ｄ        トナーコンテナ
２０              現像容器
２０ａ            仕切壁
２０ｂ            第１攪拌室
２０ｃ            第２攪拌室
２１ａ            第１攪拌スクリュー（第１攪拌搬送部材）
２１ｂ            第２攪拌スクリュー（第２攪拌搬送部材）
２２              磁気ローラ（現像剤担持体）
２３              現像ローラ
２５              穂切りブレード
２７              トナー補給モータ（補給装置）
３０              第１バイアス回路
３１              第２バイアス回路
３３              電圧可変装置
３５              制御部（制御手段）
３７              記憶部（記憶手段）
４０              トナー濃度センサ
１００            画像形成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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