(57)【要約】 【課題】  現像剤の劣化度応じて現像剤の補給を行い、現像剤の使用期間を通じて十分な現像性能を確保することができる現像装置および画像形成装置を提供する【解決手段】  予めトナー濃度センサ３３の出力値と、現像剤の劣化度との関係を測定しておき、画像形成プロセス中に、トナー濃度センサ３３の出力値に基づいて現像剤の劣化度を検出する。劣化度が使用可能な範囲を超えていれば、補給手段１６を動作させて、新たな現像剤を現像剤収容容器２４に補給する。【選択図】      図２
2008281788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとを含む現像剤を用いて、感光体に形成される静電潜像を現像する現像装置であって、
前記現像剤を収容する現像剤収容容器と、
前記現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤収容容器に前記現像剤を補給する補給手段と、
前記現像剤収容容器中の前記現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段と、
前記トナー濃度測定手段の出力値と、予め定める第１閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記補給手段の動作を制御する制御手段と有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記トナー濃度測定手段が、前記現像剤収容容器の重力方向で最も低い底部に配置されてい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】
前記制御手段が、電源立ち上げ後、または所定現像枚数ごとに前記補給手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記補給手段が前記現像剤を補給しているとき以外に、トナー濃度測定手段の出力値と、予め定める閾値とを比較することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像剤収容容器内の環境条件を検出する検出手段を有し、
前記制御手段は、検出手段の検出結果に応じて第１閾値を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の現像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１閾値と異なる第２閾値と、前記トナー濃度測定手段の出力値とを比較し、出力値が第２閾値を越えたときは、現像装置に異常が発生していると判断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の現像装置。
【請求項７】
前記現像剤収容容器は、前記現像剤担持体と対向する現像領域部と、前記現像剤担持体の回転軸方向に前記現像領域部に隣接して設けられる延出領域部とを有し、
前記補給手段は、前記延出領域部に前記現像剤を補給することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の現像装置。
【請求項８】
表面に静電潜像を形成するための感光層を有する感光体と、感光体表面を帯電させる帯電手段と、感光体表面に画像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、感光体表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、感光体表面のトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、トナー像を記録媒体に定着させる定着手段とを含み、電子写真方式により画像形成する画像形成装置において、
前記現像手段は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の現像装置であ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、トリクル方式の現像装置および現像装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、たとえば、感光体表面の静電潜像にトナーを供給することによって、トナー像を形成する。静電潜像へのトナーの供給には、たとえば、現像槽と現像剤担持体とを含む現像装置が用いられる。現像槽には、２成分現像剤（以後単に「現像剤」と称す）が充填される。現像剤担持体はその表面に現像剤層を担持して回転し、感光体との最近接部分で感光体表面の静電潜像にトナーを供給する。現像剤層は、静電潜像にトナーを供給する前に、現像剤担持体表面に近接して設けられる層厚規制部材によって層厚を均一化される。感光体表面のトナー像は記録媒体に転写および定着されて、画像が形成される。電子写真方式の画像形成装置は、簡易な操作で高画質画像を形成でき、保守管理も容易であることから、複写機、プリンタ、ファクシミリなどに多用され、広く普及している。それに伴い、電子写真方式の画像形成装置にはさらなる性能の向上が求められる。その中でも、画像形成速度を高め、単位時間当たりに形成される画像枚数を増加させることは特に重要である。画像形成速度の高速化には種々の課題があり、たとえば、現像剤に含まれるキァリアの耐用性の問題が挙げられる。
【０００３】
現像剤はトナーとキャリアとを含む。トナーは画像形成に伴って消費され、新たなトナーが順次補給されるので、トナー自体が劣化することは少ない。一方、キァリアは現像槽内で攪拌を受けてトナーと摺擦してトナーを帯電させ、その帯電鏡像力によってその表面に帯電状態にあるトナーを付着させて搬送する。トナーを適正に帯電させることが、高画質画像を形成する上で重要である。キャリアは現像槽内において、キャリアを劣化させるような種々の応力に晒される。応力には、たとえば、温度、湿度などの環境条件の変化、画像形成装置の稼動による発熱、層厚規制部材から受ける圧力、攪拌などがある。このような応力によってキャリア表面の劣化が進み、表面に付着するトナーがそのまま固着するスペントと呼ばれる現象が発生し易くなる。また、表面に被覆層が形成されるキャリアでは、劣化によって被覆層の剥離が生ずる。その結果、キャリアはその帯電付与能力が低下し、トナーに均一かつ充分な電荷量を付与できず、トナーの帯電不良が起こり易くなる。トナーの帯電不良は、かぶり、画像濃度の低下などの画像不良を発生させる。このため、キャリアは一定の画像形成枚数毎に交換されるのが一般的である。ところが、画像形成速度の高速化に伴ってキャリアに掛かる応力も増大し、キャリアの劣化が早まり、その交換頻度が増加する。交換頻度の増加は、保守管理を煩雑にする。
【０００４】
このような問題に鑑み、トリクル方式の現像槽が提案される。トリクル方式では、現像槽にトナーとキャリアとを同時に補給し、劣化したキャリアを含む現像剤を現像槽から排出する。これによって、劣化したキャリアが徐々に新しいキャリアに交換されるので、高速画像形成のような大きな応力が掛かる操作を実行しても、トナーの帯電不良などが起こり難い。また、キャリアを交換する保守管理作業を省略できる。トリクル方式の現像装置においては、現像槽内の現像剤量をほぼ一定量に保持することが重要である。これによって、トナーの帯電不良、トナー量の一時的な不足などの不都合を発生させることなく、その耐用寿命を延ばし、画像形成速度の高速化にも対応できる。現像槽内の現像剤量をほぼ一定量に保持するためには、現像剤の現像槽への供給と現像槽からの排出とを安定的に行う必要がある。
【０００５】
特許文献１記載の画像形成装置は、トナー濃度センサ感度の初期設定時に、まず設定電圧を出力変動範囲の中心に設定されるような値に設定し、次に設定電圧を中心値近傍で所定量変化させ出力変化量を検出する。
【０００６】
特許文献２記載の現像装置は、現像槽内でのキャリアの滞留時間に影響する画像形成枚数および現像装置の駆動時間が所定値に達成したときに新規キャリアの補給を開始する。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−５６６３９号公報
【特許文献２】特開２００３−３３７４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載の画像形成装置では、初期の現像剤に対するセンサ感度を把握することができる。しかしながら、劣化した現像剤のセンサ感度は把握することができない。
【０００９】
特許文献２記載の現像装置では、画像形成枚数および現像装置の駆動時間で現像剤の劣化度を判断しているが、劣化度には原稿濃度や現像剤の攪拌状態など他の要因が影響を及ぼすため、単に画像形成枚数および現像装置の駆動時間だけでは、現像剤の劣化度を十分に判断できない。
【００１０】
このように、従来の技術では、現像剤の劣化度を十分に検出できていないので、現像剤の現像槽への供給と現像槽からの排出が適切には行われていないという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、現像剤の劣化度応じて現像剤の補給を行い、現像剤の使用期間を通じて十分な現像性能を確保することができる現像装置および画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、トナーとキャリアとを含む現像剤を用いて、感光体に形成される静電潜像を現像する現像装置であって、
前記現像剤を収容する現像剤収容容器と、
前記現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤収容容器に前記現像剤を補給する補給手段と、
前記現像剤収容容器中の前記現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段と、
前記トナー濃度測定手段の出力値と、予め定める第１閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記補給手段の動作を制御する制御手段と有することを特徴とする現像装置である。
【００１３】
また本発明は、前記トナー濃度測定手段が、前記現像剤収容容器の重力方向で最も低い底部に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記制御手段が、電源立ち上げ後、または所定現像枚数ごとに前記補給手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記制御手段は、前記補給手段が前記現像剤を補給しているとき以外に、トナー濃度測定手段の出力値と、予め定める閾値とを比較することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記現像剤収容容器内の環境条件を検出する検出手段を有し、
前記制御手段は、検出手段の検出結果に応じて第１閾値を補正することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記制御手段は、前記第１閾値と異なる第２閾値と、前記トナー濃度測定手段の出力値とを比較し、出力値が第２閾値を越えたときは、現像装置に異常が発生していると判断することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記現像剤収容容器は、前記現像剤担持体と対向する現像領域部と、前記現像剤担持体の回転軸方向に前記現像領域部に隣接して設けられる延出領域部とを有し、
前記補給手段は、前記延出領域部に前記現像剤を補給することを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、表面に静電潜像を形成するための感光層を有する感光体と、感光体表面を帯電させる帯電手段と、感光体表面に画像情報に応じた静電潜像を形成する露光手段と、感光体表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、感光体表面のトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、トナー像を記録媒体に定着させる定着手段とを含み、電子写真方式により画像形成する画像形成装置において、
前記現像手段は、上記の現像装置であることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、予め定める条件に応じて補給手段が前記現像剤を収容する現像剤収容容器に現像剤を補給する。制御手段が、トナー濃度測定手段の出力値と、予め定める第１閾値とを比較し、比較結果に基づいて補給手段の補給動作を制御する。
【００２１】
トナー濃度測定手段の出力値は現像剤の劣化度に応じて変化するので、予め劣化度に基づく第１閾値を設定しておくことで、トナー濃度測定手段の出力値を用いて、簡易的に現像剤の劣化度を判断することができ、劣化度に応じて現像剤の補給を行うことができる。
【００２２】
したがって、現像剤の使用期間を通じて十分な現像性能を確保することができる。
また本発明によれば、前記トナー濃度測定手段が、前記現像剤収容容器の重力方向で最も低い底部に配置されている。
【００２３】
自重によってトナーに最も押圧力が加わる場所で測定するため、トナー濃度測定手段によってより正確な出力値が得られる。
【００２４】
また本発明によれば、前記制御手段が、電源立ち上げ後、または所定現像枚数ごとに前記補給手段を制御する。
【００２５】
これにより、予め定めるタイミングで定期的に劣化度を測定するので、より精度良く現像剤の補給を行うことができる。
【００２６】
また本発明によれば、前記制御手段は、前記補給手段が前記現像剤を補給しているとき以外に、トナー濃度測定手段の出力値と、予め定める閾値とを比較する。
【００２７】
現像剤の補給中は、トナー濃度測定手段の出力値が変動し、正確に劣化度を判断できないため、補給時以外に制御することでより精度良く現像剤の補給を行うことができる。
【００２８】
また本発明によれば、前記現像剤収容容器内の環境条件を検出する検出手段を有し、前記制御手段は、検出手段の検出結果に応じて第１閾値を補正する。
【００２９】
環境条件が変化した場合、同じトナー濃度であっても、トナー濃度測定手段の出力値が変化してしまうので、第１閾値を補正することでより精度良く現像剤の補給を行うことができる。たとえば、環境条件として湿度を考えると、高湿度条件ではトナーが吸湿し、トナーの帯電量が小さくなり、トナー同士の反発力が小さくなって見かけのかさ密度が大きくなる。この結果トナー濃度測定手段の出力値が大きくなるので、これに応じて第１閾値を高めに設定する。
【００３０】
また本発明によれば、前記制御手段は、前記第１閾値と異なる第２閾値と、前記トナー濃度測定手段の出力値とを比較し、出力値が第２閾値を越えたときは、現像装置に異常が発生していると判断する。
【００３１】
第２閾値を適正に設定することで、トナー濃度測定手段の出力値によって、装置の異常を検出することができる。
【００３２】
また本発明によれば、補給手段は、現像剤担持体と対向する現像領域部に隣接する延出領域部に現像剤を補給する。
【００３３】
これにより、現像剤担持体と対向するような領域に直接現像剤を補給しないので、急激な現像剤濃度の変化を起こさず、より精度良く現像剤の補給を行うことができる。
【００３４】
また本発明によれば、現像手段として、上記の現像装置を用いることで、トナー濃度測定手段の出力値を用いて、簡易的に現像剤の劣化度を判断することができ、劣化度に応じて現像剤の補給を行うことができる。したがって、現像剤の使用期間を通じて十分な現像性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は、本発明の実施の一形態である現像装置１２を備える画像形成装置１１の構成を概略的に示す断面図である。
【００３６】
画像形成装置１１は、像担持体である感光体１３と、感光体１３を帯電させる帯電手段１４と、帯電手段１４によって帯電される感光体１３を画像情報に応じた光で露光する露光手段１５と、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤２２（以後、単に現像剤２２とも呼ぶ）を用いて、感光体１３に形成される静電潜像を現像する現像装置１２と、現像装置１２の現像剤収容容器２４にトナーおよびキャリアを含む補給現像剤２３を補給する補給手段１６と、現像によって感光体１３に形成される可視像を記録媒体２１に転写する転写手段１７と、転写手段１７によって転写される可視像を記録媒体２１に定着させる定着手段１８と、感光体１３表面を清浄化するクリーニング手段１９と、感光体１３を除電する除電手段２０と、画像形成装置１１全体の動作を制御する図１においては不図示の制御手段とを備える。
【００３７】
画像形成装置１１は、不図示の載置台に載置される原稿の画像情報を読取る画像情報読取部で読取った画像情報または外部装置であるたとえばホストコンピュータから入力される画像情報を不図示の画像処理部によって画像処理し、該画像処理部から出力される画像情報に基づいて画像を形成する。
【００３８】
画像形成装置１１は、現像剤２２が収容され、トナーおよびキャリアを含む補給現像剤２３が補給手段１６から補給される現像剤収容容器２４と、現像剤収容容器２４内のトナーを担持して感光体１３に供給する現像ローラ２５と、予め定める排出条件を満たすと、設定排出量の現像剤２２を排出する第１排出手段２６と、現像剤収容容器２４に収容される現像剤２２の収容量が、予め定める設定収容量よりも大きい最大許容収容量を超えると、余剰の現像剤２２を排出する第２排出手段２７とを含むことを特徴とする現像装置１２を備える。
【００３９】
図２は、現像装置１２の構成を示す外観図である。図２（ａ）は、正面図を示し、図２（ｂ）は平面図である。
【００４０】
現像装置１２は、現像剤２２を収容する現像剤収容容器２４と、現像ローラ２５と、現像剤収容容器２４に収容される現像剤２２を撹拌し現像ローラ２５に供給する撹拌供給スクリュー２８，２９と、前述の第１排出手段２６および第２排出手段２７とを含んで構成される。現像装置１２は、現像ローラ２５の回転軸線方向が水平方向と一致するとともに、現像剤収容容器２４の底部が鉛直方向下側となるように、画像形成装置１１に搭載される。
【００４１】
現像剤収容容器２４は、たとえば硬質の合成樹脂などからなる外形が略直方体形状の容器であり、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤２２を収容する。現像剤収容容器２４は感光体１３を臨んで開口部を有する。現像剤収容容器２４には、その開口部に形成される開口を介して一部が露出する状態で感光体１３に対向し、感光体１３からわずかに離間するように現像ローラ２５が軸線まわりに回転自在に設けられる。また、現像ローラ２５の回転軸線方向に直交する方向における現像剤収容容器２４内部の略中央部であって、現像ローラ２５の回転軸線方向に平行な方向における現像剤収容容器２４の両端部間の中間部には、現像剤２２の撹拌領域を仕切る仕切り部材３１が設けられる。この仕切り部材３１によって、現像剤収容容器２４の内部空間が、現像ローラ２５側の撹拌領域である第１撹拌領域と、現像ローラ２５と反対側の撹拌領域である第２撹拌領域とに仕切られるとともに、現像剤２２が搬送される通路が形成される。
【００４２】
２成分現像剤２２に含まれるキャリアは、磁性を有する粒子（以後、磁性粒子とも呼ぶ）と、帯電性の制御、トナーの磁性粒子に対する粘着の抑制などの目的で磁性粒子の表面に形成される樹脂コート層とを含んで構成される。なお、キャリアはこの構成に限定されるものではなく、たとえば、樹脂コート層が形成されない磁性粒子、磁性体の粉末が樹脂中に分散されて構成される樹脂キャリアなどを用いることもできる。本実施形態では、現像剤収容容器２４に収容される２成分現像剤２２は、キャリアに対するトナーの重量比であるトナー濃度が、たとえば３重量％以上１０重量％以下に設定される。
【００４３】
現像剤収容容器２４内に設けられる現像ローラ２５は、回転自在な非磁性の現像スリーブと、複数の磁極を有する回転しない磁石部材とを含む所謂マグネットローラである。本実施形態における現像ローラ２５の回転軸線とは、現像スリーブの回転軸線である。現像スリーブは、アルミニウムなどからなる円筒状部材である。磁石部材は、現像ローラ２５に内包される。現像ローラ２５の半径方向内方には、極性が異なる磁石部材が略交互に現像ローラ２５の周方向に配置して設けられる。現像ローラ２５は、磁石部材の磁力によって現像剤すなわちトナーを担持するキャリアを吸着し、現像スリーブの外周面に磁気ブラシとよばれる現像剤２２の穂を形成する。
【００４４】
現像ローラ２５は、現像スリーブを感光体１３の回転方向と反対方向に回転させることによって、現像ローラ２５と感光体１３との最近接対向部である現像領域へと現像剤２２を搬送し、感光体１３の電位と現像ローラ２５の電位との差を利用してトナーのみを感光体１３に供給し、感光体１３表面に形成される静電潜像を現像し、トナーによって可視像（以後、トナー像とも呼ぶ）を形成する。
【００４５】
現像剤規制部材３０は、たとえばステンレス鋼などで構成される薄板状部材である。現像剤規制部材３０は、一端部である遊端部が、現像ローラ２５の外周面に対して、予め定める距離すなわち形成したい現像剤２２の穂の高さ（磁気ブラシの長さ）だけ離隔するようにして、他端部が現像剤収容容器２４に装着される。
【００４６】
撹拌供給スクリュー２８，２９は、その回転軸線方向と現像ローラ２５の回転軸線方向とが平行になるように設けられ、軸線まわりに回転する回転軸部材と、回転軸部材に螺旋状に設けられる第１搬送羽根部材と、回転軸部材の一端部に設けられる第２搬送羽根部材とを含んで構成される。第１撹拌供給スクリュー２８は、現像ローラ２５側の撹拌領域である第１撹拌領域に存在する現像剤２２を撹拌し、第２撹拌供給スクリュー２９は、第２撹拌領域に存在する現像剤２２を撹拌する。
【００４７】
撹拌供給スクリュー２８，２９は、現像剤収容容器２４に収容される現像剤２２を撹拌してトナーおよびキャリアを摩擦帯電させ、該摩擦帯電されたトナーおよびキャリアを現像ローラ２５に供給する。このような撹拌供給スクリュー２８，２９によって、現像剤２２を撹拌してトナーおよびキャリアを摩擦帯電させつつ現像剤２２を循環させるようにして搬送し、現像ローラ２５に現像剤２２を供給する。現像剤２２の撹拌および搬送は、螺旋状の羽根を備える撹拌供給スクリューによって行われることに限定されるものではなく、パドル状の羽根を備える手段などによって行われてもよい。
【００４８】
現像剤収容容器２４内には、現像剤収容容器２４に収容される２成分現像剤２２中のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ３３が備えられる。トナー濃度センサ３３としては、たとえば、現像剤収容容器２４内を搬送される現像剤２２に接触して、現像剤２２の透磁率を検知する透磁率センサなどを用いることができる。トナー濃度センサ３３によって検知される透磁率から、現像剤収容容器２４中の現像剤２２のトナーとキャリアとの重量比、すなわちキャリアの重量に対するトナーの重量の比率であるトナー濃度が求められる。
【００４９】
トナー濃度センサ３３によって検知されるトナー濃度が予め定める値よりも小さくなると、制御手段の動作指令に従って補給手段１６が駆動し、トナーおよびキャリアを含む補給現像剤２３が現像剤収容容器２４に補給される。
【００５０】
補給手段１６は、現像剤を現像剤収容容器２４に補給する手段であり、本実施形態では、トナーおよびキャリアを含む補給現像剤２３を現像剤収容容器２４に補給する手段である。補給手段１６は、現像剤収容容器２４と同様の硬質の合成樹脂からなる中空の容器状部材である補給現像剤収容槽３４を有する。補給現像剤収容槽３４には、その底部に現像剤収容容器２４へ補給現像剤２３を補給するための補給口が形成される。また補給現像剤収容槽３４は、補給口と現像剤収容容器２４側の開口部３５によって形成される開口とが整合し、補給現像剤収容槽３４の内部空間と現像剤収容容器２４の内部空間とが連通するようにして、現像剤収容容器２４の直上に設けられる。本実施形態では、補給手段１６に収容される補給現像剤２３は、補給現像剤２３に含まれるトナーの重量比率（補給現像剤の重量に対するトナーの重量の比率）であるトナーの含有率が７０重量％以上９５重量％以下の予め定める値である。
【００５１】
補給現像剤収容槽３４の内部には、補給口の直上に設けられる補給ローラ３６と、補給現像剤収容槽３４の内部に収容される補給現像剤２３を撹拌する撹拌羽根部材３７とが、それぞれ回転自在に装着される。補給現像剤収容槽３４の内部に収容される補給現像剤２３は、撹拌羽根部材３７の回転によって撹拌されるとともに補給ローラ３６に供給される。補給ローラ３６は、供給される補給現像剤２３を、補給現像剤収容槽３４に形成される補給口および現像剤収容容器２４の開口部３５に形成される開口を介して、現像剤収容容器２４内に補給する。トナーカートリッジ３２には、未使用のトナーが貯溜されており、予め定める補給条件に応じて現像剤ではなく、トナーのみを供給することもできる。
【００５２】
なお、図２に示すように、現像剤収容容器２４は、現像ローラ２５と対向する現像領域部２４ａと、現像剤ローラ２５の回転軸方向に現像領域部２４ａに隣接して設けられる延出領域部２４ｂとを有し、補給手段１６は、延出領域部２４ｂに対して現像剤を補給する。
【００５３】
補給手段１６による補給現像剤２３の補給は、補給ローラ３６の回転駆動によって行われる。補給ローラ３６は、補給口が形成される補給口部の開口縁部に周接するようにして設けられ、回転駆動されることによって補給ローラ３６の外周面が補給口部の開口縁部に対して摺動し、その摺動抵抗によって撹拌羽根部材３７から供給されて補給ローラ３６表面に付着する補給現像剤２３を補給口から現像剤収容容器２４中へと補給する。補給ローラ３６には、常に一定の重量の補給現像剤２３が付着するように撹拌羽根部材３７によって補給現像剤２３の補給が行われる。また補給ローラ２４は、一定の回転数（回転速度）で回転駆動される。したがって、補給ローラ３６による補給現像剤２３の補給量は、補給ローラ３６の回転駆動時間によって決定される。
【００５４】
補給ローラ３６の動作は、現像剤収容容器２４に収容される現像剤２２のトナー濃度が好ましい濃度となるように制御手段によって制御される。補給ローラ３６の駆動条件、特に補給ローラ３６の回転駆動時間は、不図示の駆動条件検知手段にて検知される。制御手段では、該駆動条件検知手段によって検知される結果と、補給現像剤２３のトナーの含有率とからキャリアの補給量を取得する。
【００５５】
現像剤収容容器２４に収容される２成分現像剤２２の好適な重量である予め定める設定収容量とは、良好な画像を形成するために必要な現像剤２２の重量であり、現像剤収容容器２４の容積、撹拌供給スクリュー２８，２９による撹拌および搬送能力、現像装置１２の現像処理能力などに応じて設定される。現像剤収容容器２４に収容される現像剤２２の重量が、この予め定める設定収容量を含む好適な範囲に保持されることによって、現像装置１２による現像動作を良好に行うことができる。
【００５６】
本実施形態の現像装置１２では、好適な量である２成分現像剤２２の予め定める設定収容量が、たとえば温度２３℃湿度６０％ＲＨの常温常湿環境（以後、Ｎ／Ｎ環境とも呼ぶ）において３５０ｇであり、そのときの現像ローラ２５が設けられる撹拌領域と反対側の撹拌領域である第２撹拌領域３１ｂにおける現像剤収容容器２４底部から現像剤面２２ａまでの距離である現像剤面２２ａの高さＨ０が、１７ｍｍである。上記２成分現像剤２２の予め定める設定収容量はあくまでも１つの実施形態の値であり、この数値によって本発明の構成が限定されることはない。
【００５７】
現像装置１２には、たとえば、現像動作の累計時間が予め定める設定時間以上であることを含む排出条件を満たすと、現像剤２２を排出する第１排出手段２６と、現像剤収容容器２４に収容される現像剤２２の収容量が、予め定める設定収容量よりも大きい最大許容収容量を超えると、余剰の現像剤２２を排出する第２排出手段２７とが設けられる。
【００５８】
現像装置は印字率５％で現像を連続的に行っており、現像剤収容容器２４には、印字率５％で画像形成する状態を保持できるトナー濃度となるように補給現像剤が順次補給される。
【００５９】
以下図１に戻って、上記のような構成を有する現像装置１２が搭載される画像形成装置１１の構成を説明する。
【００６０】
感光体１３は、円筒状の導電性基体１３ａと、導電性基体１３ａの外周面に形成される光導電層１３ｂとを含んで構成される。感光体１３は、図示しない駆動手段によって軸線まわりに回転駆動可能に支持される。導電性基体１３ａはたとえば円柱状に形成されるものなどであってもよい。感光体１３には、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、導電性基体１３ａであるアルミニウム素管と、アルミニウム素管の外周面に形成される光導電層１３ｂであるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）、有機光導電材料（ＯＰＣ：Organic Photo Conductor）などから構成される感光層などとを含む、外径３０ｍｍの感光体ドラムが用いられる。たとえば有機光導電材料から構成される光導電層１３ｂは、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とを積層して形成される。有機光導電材料から構成される光導電層１３ｂは、電荷発生物質と電荷輸送物質とを１つの層に含むものであってもよい。
【００６１】
帯電手段１４は、感光体１３の外周面を所定の極性、たとえばトナーと同極性の電位に帯電させる。帯電手段１４としては、特に限定されるものではなく、タングステンワイヤなどの帯電線、金属製のシールド板、グリッド板などから構成され、コロナ帯電によって感光体１３を帯電する非接触方式を用いる帯電手段、帯電ローラ、帯電ブラシなどの接触方式を用いる帯電手段など、公知のものを用いることができる。感光体１３の回転方向における帯電手段１４よりも下流側には、露光手段１５が設けられる。
【００６２】
露光手段１５は、不図示の画像処理部から出力される画像情報に対応する画素信号が入力され、該画素信号に応じて変調されるドット光であるレーザ光を感光体１３表面に照射し、感光体１３の表面に、画像情報に対応する静電潜像を形成する。露光手段１５としては、たとえば、半導体レーザ、発光ダイオードなどを用いることができる。感光体１３の回転方向における露光手段１５よりも下流側には、上記本発明の現像装置１２が設けられる。
【００６３】
感光体１３の回転方向の現像装置１２よりも下流側には、感光体１３に形成される可視像を記録媒体２１に転写して記録媒体２１に画像を形成する転写手段１７が設けられる。転写手段１７は、本実施形態ではローラ状に形成される転写ローラであり、不図示の記録媒体搬送手段によってタイミングを合わせて搬送されるＰＰＣ用紙（Plain Paper Copy；普通コピー用紙）などの記録媒体２１を介して感光体１３に当接しかつその軸線回りに回転駆動可能に設けられる。転写手段１７には、不図示の電荷付与手段によってトナーと逆極性の電荷が付与され、記録媒体搬送手段によってタイミングを合わせて搬送される記録媒体２１をトナーと逆極性に帯電させる。このことによって感光体１３表面に形成されたトナー像を記録媒体２１に静電的に付着させ、転写する。
【００６４】
転写手段１７は、転写ローラを用いる構成に限定されることなく、転写ローラに代えて、たとえば、コロナ転写器、転写ブラシ、転写ベルトなどを備える構成であってもよい。また転写手段１７は、直接記録媒体２１にトナー像を転写する直接転写方式を用いる転写手段に限定されることなく、転写ベルトにトナー像を転写し、該転写ベルトに転写されたトナー像を記録媒体２１に転写する中間転写方式を用いる転写手段であってもよい。
【００６５】
定着手段１８は、加熱ローラ５８および加圧ローラ５９を含んで構成される熱圧着方式を用いる定着手段である。加熱ローラ５８は、記録媒体２１のトナー像が転写された面に接触するように設けられ、加熱ローラ５８を加熱する手段を内部に備え、予め定められる温度に加熱される。定着手段１８は、転写手段１７によってトナー像が転写された記録媒体２１を加熱ローラ５８および加圧ローラ５９によって挟持して加熱および加圧し、トナー像を記録媒体２１に定着する。トナー像が定着された記録媒体２１は、加熱ローラ５８および加圧ローラ５９に狭持されて、加熱ローラ５８および加圧ローラ５９の回転によって搬送され、不図示の排紙手段によって画像形成装置１１外に排出される。
【００６６】
クリーニング手段１９は、たとえば、感光体１３表面に残留するトナー、紙粉などを掻取る弾性材料からなるクリーニングブレードと、クリーニングブレードによって掻取られるトナーを回収するトナー回収容器とを含んで構成されるけれども、この構成に限定されない。クリーニング手段１９は、トナー像が記録媒体２１に転写された後に感光体１３表面に残留するトナーを除去し、感光体１３の表面を清浄化する。
【００６７】
除電手段２０は、感光体１３表面を除電する。除電手段２０としては、たとえば除電ランプなどを用いることができるけれども、これに限定されない。
【００６８】
このような画像形成装置１１による画像形成動作について説明する。不図示の載置台に載置される原稿の画像情報を読取る画像情報読取部で読取った画像情報または外部装置であるたとえばホストコンピュータから入力される画像情報は、画像処理部へ送られて画像処理される。画像処理された画像情報は、露光手段１５に与えられ、露光手段１５が、帯電手段１４で一様な電位に帯電された感光体１３の表面を露光して静電潜像を形成する。感光体１３の表面に形成された静電潜像は、現像装置１２によって現像され、感光体１３表面にトナー像が形成される。このトナー像は、転写手段１７によって記録媒体２１に転写される。転写手段１７によって記録媒体２１に転写されたトナー像は、定着手段１８にて定着される。記録媒体２１へのトナー像の転写後、感光体１３は、クリーニング手段１９によって残留トナーの除去が行われ、除電手段２０によって除電される。この一連の操作が繰返し実行されることによって、画像が形成される。
【００６９】
本発明のようなトリクル方式の現像装置は、定期的に現像剤を排出し、新たに現像剤を補給する構成である。しかしながら、従来の排出および供給の制御は、例えば所定枚数毎に一定時間シャッターを開くなどして所定量の現像剤を排出して、同量の新しい現像剤を補給するというものである。具体的には、シャッター開放時間、現像剤搬送部材の回転時間などで制御しているため、現像剤の劣化状態により排出量が異なる可能性が高く、現像剤量の正確な入れ替えが行われたかのどうかを確認することが困難である。
【００７０】
現像装置２では、トナー濃度センサ３３により、トナー濃度の制御も行っているが、トナー濃度センサ３３の現像剤に対する感度は、現像剤量による押圧力、現像剤の劣化度によっても大きく変動することがわかっており、この変動を利用することでトナーの状態、主に劣化度を検出し、現像剤の補給および排出の制御を行う。
【００７１】
具体的には、まず初期状態（未使用状態）でのトナー濃度センサ３３の出力値を、トリクル現像は行わない状態の現像剤を用いて測定しておく。このとき現像剤収容容器２４に投入するトナー量を複数種類変えてそれぞれの出力値を測定する。
【００７２】
図３は、トナー濃度センサ３３の出力値と、出力枚数との関連性を示すグラフである。
縦軸は、センサの出力値を示し、横軸は、出力枚数を示す。折れ線１は、基準トナー量を投入したときの出力値を示し、折れ線２は、基準量の９０％のトナー量を投入したときの出力値を示し、折れ線３は、基準量の１１０％のトナー量を投入したときの出力値を示している。
【００７３】
投入するトナー量が多いほどセンサの出力値は小さくなり、出力枚数が増加するにつれても出力値は小さくなる。これは、出力枚数が増加してトナーの劣化が進むと、かさ密度が小さくなり同じトナー量であっても出力値が小さくなる。このような出力値の変化の蛍光を利用すると、現像剤の劣化度を見極めることができる。センサの出力値の下限値として、最低限使用できる劣化度での出力値を測定しておけば、それは現像剤の抵抗値も反映しているため、下限値以下になれば、現像剤が劣化しすぎて使用が困難であることを表している。本実験例では、出力枚数が１０Ｋ（１００００）枚でトナー寿命となり、そのときのトナー濃度センサの出力値２．４２Ｖを下限値として設定する。
【００７４】
上記のようにして、トナー劣化度が使用可能な範囲で最大となる下限値（第１閾値）を設定すると、あとは実際の画像形成プロセス中にトナー濃度センサ３３の出力値に基づいてトナーの劣化度を検出し、劣化度に応じて新しい現像剤の補給、排出を行えばよい。
【００７５】
劣化度の検出は、たとえば電源立ち上げ時、所定枚数出力後などの予め定めるタイミングで行う。
【００７６】
新しい現像剤の補給、排出は、トナー濃度センサ３３の出力値が下限値以下となった時点で行ってもよいし、先に設定した下限値から所定の値以上外れたときに行ってもよい。
【００７７】
以下では、設定した下限値から所定の値以上外れたときに補給、排出を行う場合について説明する。
【００７８】
図４は、画像形成プロセス中のトナー濃度センサ３３の出力値と、出力枚数との関連性を示すグラフである。縦軸は、センサの出力値を示し、横軸は、出力枚数を示す。
【００７９】
本実験例では、出力枚数が１０Ｋ（１００００）枚ごとにセンサ出力値を検出し、現像剤の補給、排出を行うかどうかを判断する。また、設定した下限値（本例で２．４２Ｖ）から０．０２Ｖ以上外れた場合には、新たな現像剤の補給と、劣化した現像剤の排出を行う。言い換えれば、センサ出力値が２．４０Ｖ以下であれば補給、排出は行うように制御する。
【００８０】
たとえば、出力枚数が１０Ｋでは、出力値が２．４１Ｖであったので、補給、排出は行わず、２０Ｋでは、出力値が２．４０Ｖであるので、補給、排出を行う。補給、排出が行われると劣化度が改善されるので、３０Ｋでは出力値が上がっているが、４０Ｋでは再び劣化が進行し出力値が下がっている。これ以降も、同様にしてセンサ出力値に応じて現像剤の補給、排出を行う。
【００８１】
このように、トナー濃度センサ３３の出力値に基づいて現像剤の劣化度を検出し、この劣化度に応じて現像剤の補給、排出を行うことができる。
【００８２】
次にトナー濃度センサ３３の出力値の環境変化による影響を補正する場合について説明する。
【００８３】
たとえば、環境条件として現像剤収容容器２４内部の湿度を湿度センサで測定し、測定した湿度に応じて下限値を補正する。補正値については、予め湿度と下限値との関連性を測定しておきテーブルとして記憶しておけばよい。湿度が高くなると、同じトナー量であっても出力値が大きくなる。これは、湿度が高くなるとトナーが吸湿し、トナーの帯電量が小さくなり、トナー同士の反発力が小さくなって見かけのかさ密度が大きくなり、出力値が大きくなるからである。
【００８４】
トナー濃度センサ３３の出力値を検出する際に、同時に湿度センサで現像剤収容容器２４内部の湿度を測定する。テーブルを参照し、測定した湿度に応じて下限値を補正する。
【００８５】
さらに、トナー濃度センサ３３の出力値に基づいて、現像剤の劣化度以外に現像装置１２の異常、画像形成装置１１の異常を検出することも可能である。
【００８６】
画像形成装置１１が傾いて設置されている場合、トナー濃度センサ３３付近の現像剤量が極端に変化して、出力値が異常に大きな値を示すことがある。
【００８７】
現像装置内部が結露した場合、トナーが吸水し、出力値が異常に大きな値を示すことがある。
【００８８】
トナー濃度センサ３３の取り付けが悪く、トナー濃度センサ３３の取り付けが緩んだり位置がずれると、出力値が異常に大きな、または小さな値を示すことがある。
【００８９】
記録媒体としてリサイクル紙を多用すると、紙に含まれるロジン、カオリンが滲出して現像剤の流動性が悪化し、トナーが容器内で偏在することで、出力値が異常に大きな、または小さな値を示すことがある。
【００９０】
正常に動作している場合は、図４に示したように、トナー濃度センサ３３の出力値は、ほぼ一定の値近傍で推移するだけであるので、劣化度を判断するための範囲を大きく超えた値が出力された場合は、上記のような現像装置、画像形成装置の異常である可能性が高い。
【００９１】
そこで、装置の異常を判断する閾値（第２閾値）としては、まず上限値が初期状態での出力値とする。初期状態での出力値が最も大きく、その後は初期状態よりも小さな出力値のみが検出されるのが正常であるので、初期状態での出力値を超えるような値が出力された場合は装置に異常が発生したとみなすことができる。また補給、排出の判断に用いる下限値からさらに５％小さな値を下限値とする。
【００９２】
なお、５％とした理由は、図３に示したトナー濃度センサ３３の出力値と、出力枚数との関連性に基づいて、いくらエージングを続けても、センサ出力値としては２．３Ｖを下回らないという実験結果から導き出されたものである。
【００９３】
トナー濃度センサ３３の出力値がこれらの上限値、下限値を超えた場合は、文字や音声などでユーザに報知するための出力手段を備えるようにする。出力手段は、画像形成装置が予め備える、操作パネルの表示部や、スピーカなどを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の一形態である現像装置１２を備える画像形成装置１１の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】現像装置１２の構成を示す外観図である。
【図３】トナー濃度センサ３３の出力値と、出力枚数との関連性を示すグラフである。
【図４】画像形成プロセス中のトナー濃度センサ３３の出力値と、出力枚数との関連性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９５】
１１  画像形成装置
１２  現像装置
１３  感光体
１４  帯電手段
１５  露光手段
１６  補給手段
１７  転写手段
１８  定着手段
１９  クリーニング手段
２０  除電手段
２１  記録媒体
２２  現像剤
２３  補給現像剤
２４  現像剤収容容器
２５  現像ローラ
２６  第１排出手段
２７  第２排出手段
２８，２９  撹拌供給スクリュー
３３  トナー濃度センサ
３６  補給ローラ
３８  第１排出口形成部
３８ａ  第１排出口
３９  排出路形成部
４０  シャッタ部材
４１  駆動部
４２  排出量調整手段
【図１】
2008281788.tif 000003
【図２】
2008281788.tif 000004
【図３】
2008281788.tif 000005
【図４】
2008281788.tif 000006