(57)【要約】【課題】  低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合でも、安定した画質性能を維持でき、かつ、像担持体を劣化させることもない２成分系の現像剤を使用する画像形成装置を提供する。【解決手段】  毎画像形成後に補給されるキャリア現像剤量として、ドットカウント装置の検出値であるドットカウント値より予測消費トナー量が算出され（Ｓ１〜Ｓ３）、該予測消費トナー量が標準値よりも少なく（Ｓ４）、かつ、このような予測トナー消費量が標準値よりも少ない画像形成動作の累積回数がカウンタ基準を超えたときに（Ｓ６）、現像装置内の所定量のトナーを感光体上に強制的に消費させ（Ｓ７）、キャリア現像剤補給装置より現像装置内にキャリア現像剤を補給し（Ｓ１０）、劣化現像剤をオーバーフローさせる（Ｓ１１）。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上の静電潜像をトナーとキャリアとからなる２成分系の現像剤を用いて現像する現像装置を備え、該現像装置内にトナーにキャリアが混合された補給用現像剤が補給装置より補給される一方、上記現像装置内で過剰となった現像剤が現像剤排出機構にて逐次排出されることで、上記現像装置内のトナー及びキャリアを新しいものと置換していく画像形成装置において、
上記補給装置から上記現像装置へと補給される補給用現像剤の補給量を予測する補給量予測手段と、
該補給量予測手段にて予測された補給量が所定値よりも少ない場合に、上記現像装置内のトナーを上記像担持体へ供給して強制的に消費させると共に、上記補給装置から上記現像装置へと補給用現像剤を強制的に補給させる強制置換手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
上記補給量予測手段は、上記像担持体上に形成される画像の画素数の積算値を検出するドットカウント手段を含んでおり、該ドットカウント手段により検出された積算値を基に毎画像形成後に補給される補給量を予測するようになっていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
上記補給量予測手段は、上記補給装置から上記現像装置へと補給用現像剤が補給される補給時間を検出する補給時間検出手段を含んでおり、該補給時間検出手段により検出された補給時間を基に毎画像形成後に補給される補給量を予測するようになっていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記強制置換手段は、上記補給量予測手段にて予測される各画像形成後の補給量が上記所定値よりも少ない画像形成動作の累積回数を計測する計測手段を備え、
該計測手段の計測数が所定数を超えた場合に、上記現像装置内のトナーを強制的に消費させると共に、上記現像装置へ強制的に補給用現像剤を補給させるようになっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
上記強制置換手段は、上記現像装置内のトナーを強制的に消費させた後に、上記現像装置へ強制的に補給用現像剤を補給させるようになってい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６】
上記強制置換手段は、強制的に消費させるトナー重量をＡ、上記補給装置から上記現像装置へと強制的に補給させる補給用現像剤中のトナー重量をＢとすると、Ａ＝Ｂとなるようにトナーを消費させ、また補給用現像剤を補給す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７】
上記強制置換手段は、上記像担持体上における非画像領域を用いてトナーを強制的に消費させ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８】
上記強制置換手段は、上記像担持体上における出力画像間を用いてトナーを強制排出させることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に係り、より詳細には、像担持体上に形成された静電潜像を、トナーとキャリアとからなる２成分系の現像剤を用いて現像する現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置においては、キャリアとトナーとからなる２成分系の現像剤を用いて感光体（像担持体）表面の静電潜像の可視化（現像）を行う現像装置が多用されている。このような２成分系の現像剤を用いる現像装置の場合、トナーは現像動作によって順次消費されていくが、キャリアは消費されずに装置内に残ることとなる。したがって、現像装置内でトナーと共に撹拌されるキャリアは、撹拌頻度が多くなるにつれて、表面の樹脂コート層の剥がれやキャリア表面へのトナーの粘着といったスペントが生じて劣化し、その結果、現像剤の帯電性能が徐々に低下する。
【０００３】
このような不具合を解決するものとして、例えば特許文献１には、現像動作によって消費されるトナーだけでなく、現像装置内にキャリアも少量ずつ補給して、現像剤の帯電性能の低下を抑制するように構成した現像装置が開示されている。該現像装置では、キャリアが補給されることで、現像槽（現像剤を収容する容器）内の現像剤が過剰となり、該過剰となった現像剤が、現像槽の壁面に設けられている現像剤溢出口からオーバーフローして排出されるようになっている。このような補給・排出が逐次繰返されることによって、現像槽内の劣化した現像剤は、新たに供給されるトナーおよびキャリアに置換されていき、これによって、帯電性能を維持し、複写画質の低下を抑えることができる。
【０００４】
また、電子写真方式の画像形成装置においては、形成すべき画像におけるページあたりの印字量（いわゆる画像の像密度）が少ない低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合、画質不良が生じるといといった不具合もある。
【０００５】
これは、印字率が低いために現像剤の消費量が少なく、現像槽内に新しい現像剤が殆ど供給されず、新しいものに入れ替わることなく長時間滞留するためである。このような長時間の滞留により、現像剤は必要以上に攪拌されるなどして、静電吸着力が変化して像担持体との適切な吸着が得られなくなったり、予め表面に外添された物質に変化が生じたりし、転写不良やカブリといった画質不良を生じる。
【０００６】
このような低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合の問題点を解決するものとして、特許文献２には、出力すべき印刷物が低印字率であると判断すると、現像剤を強制的に感光体側へ供給して現像装置内から除去することで、感光体上に現像濃度の安定した画像を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特公平２−２１５９１号公報（公告日：平成２年５月１５日）
【特許文献２】特開平３−５４５８２号公報（公開日：平成３年３月８日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、上記した２成分系の現像剤を用いる現像装置を備えた画像形成装置を対象としており、このような画像形成装置においては、上記特許文献１に開示されているように、現像槽内にトナーだけでなくキャリアも補給し、劣化キャリアを過剰な現像剤として現像剤溢出口からオーバーフローして排出することで、現像剤の帯電性能の低下を抑制することができ、かつ、上記特許文献２に開示されているように、出力すべき印刷物が低印字率であると判断すると、現像剤を強制的に感光体側へ供給して現像装置内から除去することで、低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合でも、画質不良を生じない構成とできると考えられる。
【０００８】
しかしながら、このような特許文献１の構成と特許文献２の構成とを単純に組み合わせると、以下に記載するような技術的課題が新たに発生してしまい、そのため、２成分系の現像装置を搭載した画像形成装置においては、現像剤の帯電性能の低下を抑制することができ、しかも低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合でも画質不良を生じない構成の装置は、未だ提案されていないと言える。
【０００９】
つまり、上記特許文献２では、感光体上に現像剤を強制的に移動させて消費することが記載されているのみであり、該現像剤が１成分系とも２成分系とも記載されていない。したがって、トナーのみからなる１成分系の現像装置では何等問題ないが、本願発明が対象としている２成分系の現像装置に対してそのまま採用すると、感光体上にキャリアまでもが排出されることとなり、感光体の劣化や感光体のクリーニングブレードの劣化を促進してしまう。
【００１０】
また、２成分系の現像装置では、現像槽内に収容される現像剤のトナー濃度を一定に保つことが重要であるため、画像形成で消費したトナー量と同量のトナーを補給することが望ましい。特に、トナーに微量のキャリアを混合して補給用現像剤とし、トナー補給とキャリア補給とを一緒に行う構成は、装置構造を簡略化でき現在多用されている。
【００１１】
しかしながら、このようなトナー補給とキャリア補給とを一緒に行う構成では、毎画像形成後に現像装置内に補給されるキャリア量が、トナー消費量、つまり印刷物の画像濃度に依存するため、現像槽内に新しいトナーが殆ど供給されない場合、キャリアも殆ど補給されず、キャリアの劣化も著しくなる。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み成されたもので、トナーとキャリアとからなる２成分系の現像剤を用いる現像装置を備えた画像形成装置であって、たとえ低印字率の印刷物の出力要求が連続しても、トナーおよびキャリアの劣化が共に抑えられ、印字率に係わらず安定した画質性能を維持でき、かつ、像担持体の劣化及び像担持体のクリーニングブレードの劣化もない画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、像担持体上の静電潜像をトナーとキャリアとからなる２成分系の現像剤を用いて現像する現像装置を備え、該現像装置内にトナーにキャリアが混合された補給用現像剤が補給装置より補給される一方、上記現像装置内で過剰となった現像剤が現像剤排出機構にて逐次排出されることで、上記現像装置内のトナー及びキャリアを新しいものと置換していく画像形成装置において、上記補給装置から上記現像装置へと補給される補給用現像剤の補給量を予測する補給量予測手段と、該補給量予測手段にて予測された補給量が所定値よりも少ない場合に、上記現像装置内のトナーを上記像担持体へ供給して強制的に消費させると共に、上記補給装置から上記現像装置へと補給用現像剤を強制的に補給させる強制置換手段とを備えることを特徴としている。
【００１４】
なお、ここで言う強制的にトナーを消費するとは、画像出力すべき静電潜像の現像に供してトナーを消費するのではなく、例えば、像担持体上にトナーパッチ用の静電潜像を形成し、これを現像してトナーを消費するといった、出力画像の作成に供することなくトナーを消費することである（トナーパッチのトナーは、クリーニングブレードで掻き取るなどして像担持体表面より除去される）。
【００１５】
また、強制的に補給用現像剤を補給するとは、画像出力すべき静電潜像の現像に供して消費されるトナーの消費量に応じて補給用現像剤を補給するのではなく、画像出力すべき静電潜像の現像に供して消費されるトナーの消費量に関係なく補給用現像剤を補給することである。
【００１６】
これによれば、補給量予測手段が、補給装置から現像装置へと補給される補給用現像剤の補給量を予測しておき、予測した補給量が所定値よりも少ない場合、つまり、印刷物が低印字率であるために、補給用現像剤の補給量が少ない場合には、強制置換手段が、現像装置のトナーを像担持体上へ供給して強制的に消費させると共に、補給装置から現像装置へと補給用現像剤を強制的に補給させる。
【００１７】
したがって、印刷物が低印字率であるためにトナー消費量が少なく、かつ、キャリアがトナーに混合されて一緒に補給される構成で、トナー消費量、つまり、画像濃度（印字率）に見合う量のキャリアしか補給できない構成であっても、現像装置内のトナーは、強制的に消費されて新しいものに置換されると共に、該トナー補給と共に新しいキャリアも補給されて置換される。
【００１８】
これにより、低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合でも、現像装置内のトナーおよびキャリアの劣化が共に抑えられ、安定した画質性能を維持できる。しかも、２成分系の現像剤を構成するうちのトナーだけを像担持体を用いて強制的に消費させるので、キャリアまでも像担持体に排出する構成のように、像担持体を劣化させることも、像担持体のクリーニングブレードを劣化させることもない。
【００１９】
本発明の画像形成装置においては、さらに、上記補給量予測手段は、上記像担持体上に形成される画像の画素数の積算値を検出するドットカウント手段を含んでおり、該ドットカウント手段により検出された積算値を基に毎画像形成後に補給される補給量を予測する構成とすることもできる。
【００２０】
ドットカウント手段は、像担持体上に形成される画像の画素数の積算値を検出するものであるので、その検出値（画像の画素数の積算値）より、印刷物の画像濃度を予測することができる。そして、画像濃度からは、該画像形成のために消費されるトナー量を予測することができるので、結果として、ドットカウント手段にて毎画像形成後に補給される補給量を予測することができ、本発明の画像形成装置を容易に実現することができる。
【００２１】
本発明の画像形成装置においては、さらに、上記補給量予測手段は、上記補給装置から上記現像装置へと補給用現像剤が補給される補給時間を検出する補給時間検出手段を含んでおり、該補給時間検出手段により検出された補給時間を基に毎画像形成後に補給される補給量を予測する構成とすることもできる。
【００２２】
補給時間検出手段は、補給装置から現像装置へと補給用現像剤が補給される補給時間を検出するものである。補給装置から現像装置への補給用現像剤の補給量は、通常、補給ローラ等の回転時間にて制御されており、補給時間より補給量を予測することができる。したがって、このような構成とすることで、本発明の画像形成装置を容易に実現することができる。
【００２３】
本発明の画像形成装置においては、さらに、上記強制置換手段は、上記補給量予測手段にて予測される各画像形成後の補給量が上記所定値よりも少ない画像形成動作の累積回数を計測する計測手段を備え、該計測手段の計測数が所定数を超えた場合に、上記現像装置内のトナーを強制的に消費させると共に、上記現像装置へ強制的に補給用現像剤を補給させる構成とすることもできる。
【００２４】
これによれば、予測される補給用現像剤の補給量が少ない画像形成動作の累積回数を計測手段にて計測しておき、計測手段の計測数が所定数を超えた場合に、つまり、例えばこれ以上、低印字率の画像形成動作が実施されると、トナー及びキャリアの劣化が問題となるような場合に、強制置換手段にて、上記現像装置内のトナーを強制的に消費させると共に、上記現像装置へ強制的に補給用現像剤を補給させる。
【００２５】
したがって、低印字率の印刷物の画像出力がたとえ連続的に行われても、その累積回数が問題のない範囲であれば、強制的なトナー消費と補給用現像剤の補給とを行わないので、予測される補給用現像剤の補給量が少ない画像形成が行われる毎に、強制的なトナー消費と補給用現像剤の補給とを行わせる構成に比べて、トナー消費と補給用現像剤の補給する回数を減らすことができ、消費電力を低減できる。
【００２６】
本発明の画像形成装置においては、さらに、上記強制置換手段は、上記現像装置内のトナーを強制的に消費させた後に、上記現像装置へ強制的に補給用現像剤を補給させる構成とすることが好ましい。
【００２７】
このように、現像装置内のトナーを強制的に消費させた後に現像装置へと補給用現像剤を補給することで、補給されたばかりの新しいトナーが強制消費されることがない。また、現像装置内のトナー濃度センサ出力を用いて補給用現像剤を補給する従来既存の構成を用いて、消費されたトナーと同量のトナーを含む量の補給用現像剤を補給することができる。
【００２８】
本発明の画像形成装置においては、さらに、上記強制置換手段は、強制的に消費させるトナー重量をＡ、上記補給装置から上記現像装置へと強制的に補給させる補給用現像剤中のトナー重量をＢとすると、Ａ＝Ｂとなるようにトナーを消費させ、また補給用現像剤を補給する構成とするこが好ましい。
【００２９】
前述したように、２成分系の現像剤を用いる現像装置では、収容されている現像剤のトナー濃度を一定に保つことが重要であり、濃度が一定に保たれていないと、カブリや転写不良、濃度低下等の不具合が発生する。したがって、このような構成とすることで、このような画質不良の招来を確実に回避することができる。
【００３０】
本発明の画像形成装置においては、さらに、上記強制置換手段は、上記像担持体上における非画像領域を用いてトナーを強制的に消費させる、或いは、上記像担持体上における出力画像間を用いてトナーを強制排出させる構成とすることもできる。
【００３１】
このように、像担持体における、出力すべき印刷物の画像の非画像領域、或いは、出力すべき印刷物の画像間において所定の静電潜像を形成することで、出力画像に影響を与えることなくトナーを適切に消費することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の画像形成装置は、以上のように、像担持体上の静電潜像をトナーとキャリアとからなる２成分系の現像剤を用いて現像する現像装置を備え、該現像装置内にトナーにキャリアが混合された補給用現像剤が補給装置より補給される一方、上記現像装置内で過剰となった現像剤が現像剤排出機構にて逐次排出されることで、上記現像装置内のトナー及びキャリアを新しいものと置換していく画像形成装置において、上記補給装置から上記現像装置へと補給される補給用現像剤の補給量を予測する補給量予測手段と、該補給量予測手段にて予測された補給量が所定値よりも少ない場合に、上記現像装置内のトナーを上記像担持体へ供給して強制的に消費させると共に、上記補給装置から上記現像装置へと補給用現像剤を強制的に補給させる強制置換手段とを備えることを特徴としている。
【００３３】
これにより、低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合でも、現像装置内のトナーおよびキャリアの劣化が共に抑えられ、安定した画質性能を維持でき、しかも、２成分系の現像剤を構成するうちのトナーだけを像担持体を用いて強制的に消費させるので、キャリアまでも像担持体に排出する構成のように、像担持体を劣化させることも、像担持体のクリーニングブレードを劣化させることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
〔第１の実施形態〕
本発明の一実施形態について図１ないし図６に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３５】
以下に本発明の実施形態について図面に従って詳細に説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００３６】
まず、図２の構成図を用いて、画像形成装置全体の動作について説明する。なお、ここでは、露光光学系２としてアナログ光学系を備えたアナログ式の画像形成装置を例示するが、ＣＣＤセンサを具備してなるデジタル光学系を備えたデジタル式の画像形成装置であってもよい。
【００３７】
図２に示すように、画像形成装置では、上面部に原稿載置台１が設けられ、この原稿載置台１の下に露光光学系２が配設されている。この露光光学系２は、原稿載置台１上に載置された原稿（図示せず）に光を照射しながら走査する光源ランプ３、原稿からの反射光を感光体（像担持体）４に導く複数の反射鏡５…、および反射光の光路中に配されたレンズユニット６から成っている。
【００３８】
感光体４の外周には、その表面を所定電位に帯電させる帯電チャージャ７、像間イレーサ（図示せず）、感光体４の表面に形成された静電潜像を現像する現像装置８、感光体４の表面のトナー像を用紙（シート）に転写させる転写チャージャ９、感光体４表面の残留トナーを回収するクリーニング装置１０および除電装置（図示せず）等が設けられている。
【００３９】
また、感光体４に対する入紙側には、用紙を所定のタイミングで供給するタイミングローラ１１、搬送ローラ１２、給紙カセット１３および給紙ローラ１４が設けられる一方、感光体４に対する出紙側には、用紙上に転写されたトナー像を用紙に定着させる定着装置１５が設けられている。
【００４０】
なお、露光光学系２及び定着装置１５を含め、感光体４の周囲に設けられた各部材にてプロセス部３６（図５参照）が構成され、タイミングローラ１１、搬送ローラ１２、給紙カセット１３および給紙ローラ１４にて用紙搬送部３７（図５参照）が構成されている。
【００４１】
上記現像装置８は、図３に示すように、現像剤を収容する収容容器を構成する樹脂成型された現像槽１６を有しており、該現像槽１６内には、現像剤の搬送及び撹拌を行う撹拌搬送スクリュー（回転部材）１８・１９と、撹拌搬送スクリュー１８にて供給される現像剤を磁気的に吸着し搬送する現像ローラ（回転部材）１７が回転可能に設けられている。
【００４２】
この現像槽１６内には所定収容量（例えば４００ｇ）の現像剤が収容されるようになっており、キャリアとトナーとからなり、磁性体からなるキャリアは、表面にトナーの粘着を抑制する樹脂コート層を有している。このキャリアとトナーとが撹拌搬送スクリュー１８・１９によって撹拌されると、トナーは摩擦帯電する。
【００４３】
現像ローラ１７は、周知の通り、内部に多数の磁極を周面に設けたマグネットを覆うように円筒形状の非磁性スリーブを、矢印方向に回転駆動するように構成されている。したがって、現像剤は、マグネットの磁力によりスリーブ表面に吸着され、スリーブの回転方向に沿って搬送される。詳細には、現像ローラ１７にキャリアが磁力によって吸着し、磁気ブラシを形成し、該キャリアにクーロン力によってトナーが付着する。
【００４４】
上記現像ローラ１７は、現像槽１６の開放された開口部より一部が露出するように設けられており、その露出部分において回転される感光体４と対向する。この対向位置が現像位置であり、感光体４表面に形成された静電潜像に、現像ローラ１７の回転により搬送されてくる現像剤を摺擦させることで、磁気ブラシを形成しているキャリアに付着したトナーが静電潜像の静電気力より吸引されて、静電潜像の現像が行われる。なお、現像剤は、感光体４と摺擦する現像位置へと搬送される前に、その量が常に一定になるようにドクターブレード２０にて現像ローラ１７に吸着された余分なものが除去されるようになっている。
【００４５】
一方、現像槽１６の上壁部には、図４に示すように、現像剤の補給用開口２４が形成され、この補給用開口２４に、キャリア現像剤補給装置（補給装置）２５が上方から嵌着されている。このキャリア現像剤補給装置２５は、内部に、例えばキャリアとトナーが所定比率で混合された補給用現像剤であるキャア現像剤が収納されている。混合比の一例としては、重量比で１：９（キャリア：トナー）程度を上げることができる。この比率からも分かるように、現像槽１６内の現像剤と比べてキャリア現像剤ではトナーの比率が高い。なお、キャリア現像剤における該比率は、トナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成などで適正に調整されるべきものである。
【００４６】
そして、該キャリア現像剤補給装置２５の底部には、後述する制御装置３２（図５参照）により駆動制御されるキャリア現像剤補給スクリュー２２が設けられている。キャリア現像剤補給スクリュー２２が回転駆動されることによって、キャリア現像剤補給装置２５からキャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動時間に応じた量だけ、キャリア現像剤が流下して現像槽１６内へと供給され、攪拌搬送スクリュー１８・１９により攪拌搬送される。
【００４７】
また、現像槽１６の側壁部には、図３に示すように、現像剤排出用の現像剤排出開口２３が形成されており、該現像剤排出開口２３より、現像槽１６内でオーバーフローした現像剤を現像剤回収容器（図示せず）が排出されるようになっている。現像剤排出開口２３からの余剰現像剤の排出は、該現像槽１６に収納された現像剤の表面高さに応じてオーバーフローにて行われる。上記現像剤排出開口２３と現像剤回収容器とで、現像剤排出機構が構成される。
【００４８】
上記現像剤排出開口２３は、通常コピー時に使用されるトナー量に対応してキャリア現像剤補給装置２５より補給されるキャリア現像剤の補給量と同等の現像剤を、現像槽１６内より排出し得るように設計されている。例えば、通常コピーが黒ベタ比５％の原稿を使用するコピーであり、その時に使用されるトナー量に対応して０．５ｇのキャリア現像剤が補給されるのであれば、これと同等の現像剤を現像槽１６より排出し得るように設計されている。
【００４９】
図６に、現像剤排出開口２３の形状を示す。現像剤排出開口２３における現像剤排出領域の周縁部が円状に形成されており、これによって、キャリア現像剤の補給量と同等の現像剤を排出するようになっている。
【００５０】
また、現像槽１６には、図４に示すように、現像槽１６内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ３４が設けられている。このトナー濃度センサ３４は、例えば透磁率センサからなり、キャリアに接触して透磁率を検出し、検出された透磁率から、キャリアに対するトナーの比率を求めるようになっている。トナー濃度センサ３４は、トナー濃度センサ３４に接触するキャリア量が少ない場合、現像槽１６内の現像剤中のトナー比率が高い、つまりトナー濃度が高いと検出し、一方、トナー濃度センサ３４に接触するキャリア量が多い場合は、現像槽１６内の現像剤中のトナー比率が低い、つまりトナー濃度が低いと検出する。そして、該トナー濃度センサ３４の検出信号（検出結果）は、後述する制御装置３２（図５参照）に送られ、制御装置３２は、この検出信号に基づいて、キャリア現像剤補給装置２５のキャリア現像剤補給スクリュー２２を駆動し、現像槽１６内に現像剤を補給するようになっている。
【００５１】
次に、上記構成の画像形成装置におけるコピー動作について説明する。電源スイッチ（図示せず）がＯＮされると、まずウォーミングアップ処理が行われる。これが完了した後に、後述するスタートスイッチ３１（図５参照）がＯＮされると、露光光学系２の光源ランプ３によって原稿載置台１上に載置された原稿が走査される。このときの原稿からの反射光が反射鏡５…およびレンズユニット６を介して感光体４に照射され、帯電チャージャ７にて所定電位に帯電されている感光体４の表面に静電潜像が形成される。
【００５２】
次いで、この静電潜像は現像装置８から供給されるトナーによって現像される。感光体４表面のトナー像は、転写チャージャ９により給紙カセット１３から供給される用紙に転写され、定着装置１５にて用紙上に熱定着される。これにより、用紙上に原稿画像に対応したコピー画像が形成される。
【００５３】
このような一連の複写動作は、図５に示す本画像形成装置の各部を制御する制御中枢であり、ＣＰＵとＲＯＭ及びＲＡＭとから成る制御装置３２によって制御される。なお、図５は、本画像形成装置における制御系の構成を示すブロック図である。
【００５４】
制御装置３２には、上記スタートスイッチ３１のＯＮ操作信号が入力されるようになっている。また、本画像形成装置には、画像形成動作の累積回数をカウントする作像カウンタ（計測手段）３３及び感光体４上に形成される画像の画素数の積算値の検出を行うドットカウント装置３５がさらに設けられており、これらのカウント値（以下、作像カウント値、ドットカウント値と言う）も制御装置３２に入力されるようになっている。
【００５５】
ところで、上記のような複写動作が繰り返えされると、現像装置８の現像槽１６内に収納されている現像剤中のトナーは徐々に消費され、キャリアに対するトナーの比率、すなわちトナー濃度が低下していく。このトナー濃度の変化を上記したトナー濃度センサ３４が検出し、制御装置３２は、このトナー濃度センサ３４の検出信号を基にキャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動制御を行う。
【００５６】
すなわち、制御装置３２は、トナー濃度センサ３４の検出信号よりトナー濃度が現像に必要な適正範囲の下限値まで下がったことが検知されると、キャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動を開始する。これにより、キャリア現像剤補給装置２５のキャリア現像剤が現像槽１６内に補給され、現像槽１６内のトナー濃度が上昇する。そして、制御装置３２は、トナー濃度センサ３４の検出信号よりトナー濃度が上記の適正範囲の上限値に達したことが検知されると、キャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動を停止させる。このような制御によって、現像槽１６内のトナー濃度は、上記適正範囲内で維持される。現像槽１６内へ補給されたキャリア現像剤は、現像槽１６内に元よりある現像剤と撹拌され、一定の帯電量に制御されて、感光体４へと供給され、現像に使用される。
【００５７】
ところで、上記複写動作において、例えば形成すべき画像におけるページあたりの印字量（いわゆる画像の像密度）が少ない低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合、従来の画像形成装置の構成では、現像槽内のトナー消費は殆んどないため、現像槽内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサの検出値は殆ど変動せず、キャリア現像剤補給装置から現像槽へのキャリア現像剤の補給も殆ど行われない。
【００５８】
そのため、現像槽内の劣化キャリアは、現像槽に設けられた現像剤排出開口からオーバーフローすることなく、現像槽内に長期間滞留しつづけることになり、攪拌搬送スクリューのさらなる攪拌搬送により、上述した表面の樹脂コート層の剥がれやスペント、トナーから離脱した外添剤がキャリア表面へ付着することによるトナーへの摩擦帯電能力の低下等が起こる。
【００５９】
また、キャリアだけでなく、現像槽内のトナーに対しても、現像槽内を長期間滞留しつづけ、攪拌搬送スクリューにより必要以上にキャリアと長期間攪拌搬送されることで、静電吸着力が変化し、感光体との適切な吸着が得られなくなり、また、予め表面に外添された物質に変化が生じてしまい、転写不良やカブリといった画質不良が生じてしまう。
【００６０】
このような事態に対処すべく、本画像形成装置では、補給量予測手段にてキャリア現像剤補給装置２５から現像槽１６へと補給されるキャリア現像剤の補給量を予測するようにしておき、予測された補給量が所定値よりも少ない場合、つまり、印刷物が低印字率であるために、キャリア現像剤の補給量が少ない場合には、強制置換手段にて、現像槽１６内のトナーを感光体４上へ供給して強制的に消費させると共に、キャリア現像剤補給装置２５から現像槽１６へとキャリア現像剤を強制的に補給させるようにしている。
【００６１】
なお、ここで言う強制的にトナーを消費するとは、画像出力すべき静電潜像の現像に供してトナーを消費するのではなく、例えば、感光体４上にトナーパッチ用の静電潜像を形成し、これを現像してトナーを消費するといった、出力画像の作成に供することなくトナーを消費することである。なお、感光体４上のトナーパッチ像を形成するトナーは、クリーニングブレードで掻き取るなどして感光体４表面より除去される。
【００６２】
また、ここで言う強制的にキャリア現像剤を補給するとは、画像出力すべき静電潜像の現像に供して消費されるトナーの消費量に応じてキャリア現像剤を補給するのではなく、画像出力すべき静電潜像の現像に供して消費されるトナーの消費量に関係なくキャリア現像剤を補給することである。
【００６３】
このような構成とすることで、本画像形成装置では、たとえ印刷物が低印字率であるためにトナー消費量が少なく、かつ、キャリアがトナーに混合されてキャリア現像剤として一緒に補給される構成で、トナー消費量、つまり、画像濃度（印字率）に見合う量のキャリアしか補給できない構成であっても、現像槽１６内のトナーは、強制的に消費されて新しいものに置換されると共に、該トナー補給と共に新しいキャリアも補給されて置換されることとなる。
【００６４】
したがって、たとえ低印字率の印刷物の出力要求が連続した場合でも、現像槽１６内のトナーおよびキャリアの劣化が共に抑えられ、安定した画質性能を維持できる。しかも、２成分系の現像剤を構成するうちのトナーだけを感光体４を用いて強制的に消費させるので、キャリアまでも感光体４上に排出する構成のように、感光体４を劣化させることも、感光体４のクリーニングブレードを劣化させることもない。
【００６５】
以下、上記した補給量予測手段及び強制置換手段について具体的に説明する。
【００６６】
本画像形成装置では、上記補給量予測手段は、図５に示すドットカウント装置（ドットカウント手段）３５と制御装置３２とから構成され、強制置換手段は制御装置３２にて構成されている。
【００６７】
ドットカウント装置３５は、感光体４に形成される画像の画素数の積算値を検出するもので、そのカウント値であるドットカウント値が制御装置３２に入力される。ドットカウント装置３５にて検出される画像の画素数の積算値からは、大凡の画像濃度を求めることができ、画像濃度からは該画像形成のために消費されるトナー量を予測することができる。つまり、このようなドットカウント装置３５を用いることで、毎画像形成後に補給されるキャリア現像剤の量を予測することができる。
【００６８】
制御装置３２は、該ドットカウント値を基にして、予測画像濃度を求め、該予測画像濃度より、当該画像形成にて消費される予測消費トナー量を求め、画像形成毎（印刷物１枚毎）に、その後補給されるキャリア現像剤量を予測する。
【００６９】
そして、制御装置３２は、求めた予測トナー消費量が標準値よりも少ない場合に、現像槽１６内のトナーを強制的に消費させると共に、キャリア現像剤を現像槽１６内に補給させて、強制的にトナーとキャリアの置換を行う。上記標準値としては、例えば、画像出力要求が連続した場合にも上述したような低印字率であるが故の不具合を生じない印字率を有する最低許容印字率の印刷物を画像出力する際に消費されるトナー量とすることができる。
【００７０】
そして、ここではより好ましい構成として、制御装置３２は、予測したトナー量が標準値よりも少ない画像形成動作の累積回数を前述した作像カウンタ（計測手段）３３にて計測させ、計測値がカウンタ基準（基準値，所定数）を超えた場合に、上記した強制置換を行う構成としている。上記カウンタ基準としては、例えば、予測消費トナー量が上記標準値よりも小さい画像出力動作が繰り返し実施されても、上述したような低印字率であるが故の不具合を生じない最大許容累積回数である。
【００７１】
これにより、たとえ低印字率の印刷物の画像出力が連続的に行われても、その累積回数が問題のない範囲であれば、制御装置３２は、強制的なトナー消費とキャリア現像剤の補給とを行わないので、予測消費トナー量が標準値よりも少ない画像形成が行われる毎に、強制的なトナー消費とキャリア現像剤の補給とを行わせる構成に比べて、トナー消費とキャリア現像剤の補給する回数を減らすことができ、消費電力を低減できる。
【００７２】
また、本画像形成装置では、強制置換を行うにあたり、まず、現像槽１６内のトナーを強制的に消費させ、その後、キャリア現像剤を現像槽１６内に補給させる。このような手順とすることで、補給されたばかりの新しいトナーが強制消費されることがないだけでなく、現像槽１６内のトナー濃度センサ３４の出力を用いてキャリア現像剤を補給する既存の構成を用いて、消費されたトナーと同量のトナーを含む量のキャリア現像剤を補給することが可能となる。
【００７３】
つまり、先にトナーが強制的に消費されることで、現像槽１６内のトナー濃度センサ３４に接触するキャリア量が多くなり、トナー濃度センサ３４は、トナー比率（トナー濃度）が少ないと検出する。トナー濃度センサ３４の検出出力は制御装置３２に入力されているので、制御装置３２は、このトナー濃度センサ３４の検出信号に基づいてキャリア現像剤補給装置２５のキャリア現像剤補給スクリュー２２を駆動して、現像槽１６内にキャリア現像剤をキャリア現像剤補給装置２５から補給させる。このときのキャリア現像剤の補給量は、トナー濃度センサ３４の出力にて制御されるので、強制的に消費した所定量Ａと同等の量のトナーを含む量となる。
【００７４】
前述したように、２成分系の現像剤を用いる現像装置８では、収容されている現像剤のトナー濃度を一定に保つことが重要であり、濃度が一定に保たれていないと、カブリや転写不良、濃度低下等の不具合が発生するが、このように、強制的に消費させるトナー重量Ａと、強制的に補給されるキャリア現像剤中のトナー重量Ｂを同等（Ａ＝Ｂ）とすることで、このような画質不良の招来を確実に回避することができる。
【００７５】
具体的には、制御装置３２は、求めた予測トナー消費量が標準値よりも少ない画像形成動作の累積回数を前述の作像カウンタ３３にてカウントさせ、該作像カウント値が基準値を超えたときに、まず、感光体４上に所定量Ａ（例えば３ｇ）のトナーを強制的に消費させるようになっている。上記所定量Ａは、例えば低印字率が故に画像上にトナー劣化によるカブリが発生しない最低量に基づいて決められている。
【００７６】
次いで、キャリア現像剤補給装置２５からは、３ｇのトナーを含むキャリア現像剤が現像槽１６へと補給される。この場合の新規のキャリア量は、キャリア現像剤補給装置２５内のキャリアとトナーの混合比が、本実施形態の場合、重量比で大凡１：９程度であるため、約０．３ｇ補給される。その結果、現像槽１６内の現像剤量は、０．３ｇ増えることになり、同量の劣化現像剤０．３ｇが現像槽１６の現像剤排出開口２３からオーバーフロー排出される。この排出動作により、新規キャリアと現像槽１６内の長期間滞留する劣化キャリアが入れ替わることとなる。
【００７７】
図１のフローチャートに、本画像形成装置における強制置換の動作手順を示す。ドットカウント装置３５にてドットカウント値が検出され（Ｓ１）、検出値が制御装置３２に入力されると、制御装置３２は、該ドットカウント値を基に予測画像濃度を算出し（Ｓ２）、続いて該予測画像濃度を基にして予測消費トナー量を算出する（Ｓ３）。
【００７８】
次に、制御装置３２は、Ｓ３で算出された予測消費トナー量が、予め定められている標準値以上であるか否かを判断し（Ｓ４）、標準値以上であれば、そのまま処理を終了する。一方、Ｓ４にて、標準値に満たない場合は、作像カウンタ３３をＯＮし、複写動作の累積回数（作像カウント値）をカウントする（Ｓ５）。次に、制御装置３２は、作像カウンタ３３による作像カウント値が基準値であるカウンタ基準を超えたか否かを判断し（Ｓ６）、カウンタ基準未満であれば、Ｓ１に戻り、次の原稿に対して、予測消費トナー量の算出を行う。
【００７９】
このような手順を繰り返し、Ｓ４においてＮＯと判断される、予測消費トナー量が標準値を満たない原稿に対する画像形成動作が、Ｓ６においてＹＥＳと判断される、カウンタ基準を超えると、制御装置３２は、強制現像トナー消費を実施する（Ｓ７）。
【００８０】
強制現像トナー消費が実施されることで、トナー濃度センサ３４に接触するキャリア量が多くなり、トナー濃度センサ３４は、トナー濃度が低い検出信号を制御装置３２に出力する（Ｓ８）。これにより、制御装置３２は、キャリア現像剤補給スクリュー２２をＯＮし、Ｓ７の強制現像トナー消費にて消費したトナー量に見合う分量のキャリア現像剤を、現像槽１６へと補給する（Ｓ９、Ｓ１０）。
【００８１】
キャリア現像剤が補給されることで、補給されたキャリア現像剤と同等の劣化現像剤が現像槽１６に設けられた現像剤排出開口２３からオーバーフロー排出され（Ｓ１１）、現像槽１６内のトナーとキャリアとが強制置換される。なお、図示してはいないが、Ｓ７が実施された時点で、作像カウンタ３３の累積回数はゼロに戻される。
【００８２】
以上のように、このような画像形成装置とすることで、形成すべき画像におけるページあたりの印字量が少ない低印字率の原稿に対して画像出力要求が連続した場合でも、現像槽１６内のトナー及びキャリアは、長期間滞留することがなく安定した画質性能を維持できる。
【００８３】
なお、感光体４上にトナーを強制的に消費させる（上記フローチャートにおけるＳ７の）実施タイミングであるが、例えば、感光体４上における出力画像の非画像領域において所定の静電潜像（パッチ画像）を形成したり、或いは、感光体４上に形成される出力画像間において所定の静電潜像（パッチ画像）を形成したりすることで、出力画像に影響を与えることなくトナーの適切な消費を図ることができる。
【００８４】
〔第２の実施形態〕
本発明のその他の実施形態について、図７、図８に基づいて説明すると以下の通りである。なお、説明の便宜上、前述の実施の形態で用いたものと同じ機能を有する部材には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８５】
前述した実施形態の画像形成装置の場合、毎画像形成後に現像槽１６に補給されるキャリア現像剤の量を予測する補給量予測手段は、ドットカウント装置３５と制御装置３２とで構成されていた。これに対し、本実施形態の画像形成装置における補給量予測手段は、補給時間検出手段としての機能を有する、図７に示す制御装置３２’のみで構成されており、制御装置３２’は、毎画像形成後に、キャリア現像剤補給装置２５からキャリア現像剤が補給される量を、キャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動時間（回転時間）より検出するようになっている。なお、その他の構成は、前述した実施形態の画像形成装置と同様である。
【００８６】
上述したように、制御装置３２’は、トナー濃度センサ３４の検出信号よりトナー濃度が現像に必要な適正範囲の下限値まで下がったことが検知されると、キャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動を開始し、その後、トナー濃度センサ３４の検出信号よりトナー濃度が上記の適正範囲の上限値に達したことが検知されると、キャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動を停止させる。
【００８７】
したがって、キャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動時間を計測し、かつ、単位駆動時間あたりの補給量を予め求めておくことで、毎画像形成後に補給されるキャリア現像剤量を求めることができる。
【００８８】
図８のフローチャートに、本画像形成装置における強制置換の動作手順を示す。制御装置３２’は、まず、キャリア現像剤補給スクリュー２２の駆動時間を検出する（Ｓ２１）。そして、該検出値よりキャリア現像剤補給スクリュー２２の回転数を検出し（Ｓ２２）、検出した回転数より、キャリア現像剤の予測補給量を算出する（Ｓ２３）。
【００８９】
次に、制御装置３２’は、Ｓ２３で算出された予測補給量が、予め定められている標準値以上であるか否かを判断する（Ｓ２４）。なお、ここでの標準値としては、例えば、画像出力要求が連続した場合にも上述したような低印字率であるが故の不具合を生じない印字率を有する最低許容印字率の印刷物を画像出力した際に補給されるキャリア現像剤量とすることができる。
【００９０】
Ｓ２４において、標準値以上であれば、そのまま処理を終了する。一方、Ｓ２４にて、標準値に満たない場合は、作像カウンタ３３をＯＮし、複写動作の累積回数（作像カウント値）をカウントする（Ｓ２５）。次に、制御装置３２’は、作像カウンタ３３による作像カウント値が基準値であるカウンタ基準を超えたか否かを判断し、カウンタ基準未満であれば、Ｓ２１に戻り、次の原稿に対して、予測補給量の算出を行う。
【００９１】
このような手順を繰り返し、Ｓ２４においてＮＯと判断される、予測補給量が標準値を満たない原稿に対する画像形成動作が、Ｓ２６においてＹＥＳと判断される、カウンタ基準を超えると、制御装置３２’は、強制現像トナー消費を実施する（Ｓ２７）。
【００９２】
なお、Ｓ２７〜Ｓ３１の手順は、図１のフローチャートにおけるＳ７〜Ｓ１１までの手順と同じであるので、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置であって、トナーとキャリアとからなる２成分系の現像剤を用いて現像する現像装置を備えた画像形成装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、画像形成装置にて実施される現像装置内のトナーとキャリアを強制置換する際の手順を示すフローチャートである。
【図２】上記画像形成装置の要部構成を示す縦断面図である。
【図３】上記画像形成装置に搭載された現像装置と、該現像装置に取り付けられた補給装置の要部構成を示す縦断面図である。
【図４】上記画像形成装置に搭載された現像装置における上壁部を除去して見た状態を示す平面図である。
【図５】上記画像形成装置の制御系の要部構成を示すブロック図である。
【図６】上記画像形成装置に搭載された現像装置に設けられた現像剤排出開口の形状を示す説明図である。
【図７】本発明のその他の実施形態を示すものであり、画像形成装置にて実施される現像装置内のトナーとキャリアを強制置換する際の手順を示すフローチャートである。
【図８】上記画像形成装置の制御系の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
４    感光体（像担持体）
８    現像装置？？
２２    キャリア現像剤補給スクリュー
２３    現像剤排出開口（現像剤排出機構）
２５    キャリア現像剤補給装置（補給装置）
３２    制御装置（補給量予測手段、ドットカウント手段）
３２’  制御装置（補給量予測手段、補給時間検出手段）
３３    作像カウンタ（計測手段）
３４    トナー濃度センサ
３５    ドットカウント装置（補給量予測手段、ドットカウント手段）
【図１】
2006301537.tif 000003
【図２】
2006301537.tif 000004
【図３】
2006301537.tif 000005
【図４】
2006301537.tif 000006
【図５】
2006301537.tif 000007
【図６】
2006301537.tif 000008
【図７】
2006301537.tif 000009
【図８】
2006301537.tif 000010