(57)【要約】【課題】画像形成中であってもキャリアの帯電性能を正確に評価して、過不足の少ないキャリア補給を実行可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】補給制御部９００は、１００枚の画像形成ごとのタイミングで画像形成を実行しつつ０．５ｇのトナーを攪拌室４０２の上流側に補給する。補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９によってトナーが補給された際の現像剤におけるトナーの分散状態の変化が収束するまでの混合時間Ｔを測定し、混合時間Ｔが６秒以上かかる場合にキャリア室４１６から５０ｇのキャリアを補給する。画像形成ごとのトナー補給量が０．５ｇに満たない場合、トナー補給量の累計が０．５ｇになるまでトナー補給を停止して混合時間Ｔの測定を開始する。【選択図】図４
2012226127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に供給するために、トナーとキャリアを含む現像剤を撹拌しつつ循環させる現像剤循環経路と、
消費されたトナーを補うために、前記現像剤循環経路にトナーを補給するトナー補給部と、
循環する現像剤の劣化したキャリアを置き換えるために、前記現像剤循環経路にキャリアを補給するキャリア補給部と、
前記キャリア補給部のキャリア補給に伴う現像剤の過剰を解消するために、前記現像剤循環経路から現像剤を排出させる現像剤排出部と、
その出力に基づいて前記現像剤循環経路を搬送される現像剤におけるトナー分布の偏りを検出可能な検出手段と、
前記トナー補給部からトナーが補給された際の現像剤におけるトナーの分散状態が所定の許容範囲に保たれるように、前記検出手段の出力に基づいて前記キャリア補給部によるキャリア補給を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、トナーが補給された際の現像剤におけるトナーの分散状態が前記所定の許容範囲の境界に達した際に前記キャリア補給部から所定量のキャリアを補給す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】
前記制御手段は、前記検出手段によって所定の間隔で前記現像剤循環経路の現像剤を検出し、毎回の検出ごとに前記トナー補給部から一定量のトナーを補給させることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記検出手段による前記現像剤循環経路の現像剤の検出を画像形成と並行して実行することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トナー補給部は、画像形成で消費されたトナー量に相当するトナーを画像形成ごとに前記現像剤循環経路に供給し、
前記制御手段は、前記検出手段による検出に用いるトナー量との合計で画像形成で消費されたトナー量を補うように、前記検出手段による検出の前後における前記トナー補給部によるトナー補給量を調整することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に供給するために、トナーとキャリアを含む現像剤を撹拌しつつ循環させる現像剤循環経路と、
消費されたトナーを補うために、前記現像剤循環経路にトナーを補給するトナー補給部と、
循環する現像剤の劣化したキャリアを置き換えるために、前記現像剤循環経路にキャリアを補給するキャリア補給部と、
前記キャリア補給部のキャリア補給に伴う現像剤の過剰を解消するために、前記現像剤循環経路から現像剤を排出させる現像剤排出部と、
前記トナー補給部が前記現像剤循環経路にトナーを補給する位置の現像剤搬送方向下流側に配置された透明窓と、
前記透明窓を介して前記現像剤循環経路を搬送される現像剤を照明する照明手段と、
前記照明手段によって照明された現像剤を前記透明窓を介して撮像する撮像手段と、を備え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に搭載可能な現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤循環経路を循環する現像剤に対してキャリアを補給可能な現像装置、詳しくは現像剤循環経路を搬送される現像剤の帯電性能の低下状態を正確に検出して過不足の少ないキャリア補給を実行可能な現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置、特にフルカラー画像を出力する画像形成装置において、トナーとキャリアを混合して現像剤として使用する二成分現像方式が広く利用されている。二成分現像方式の現像装置では、画像形成時にトナーが現像に消費されると、トナー消費量に見合ったトナーが補給される一方、キャリアはトナー消費量と無関係に現像装置内を循環し続けて次第に帯電性能が低下する。そのため、トナーに一定の割合でキャリアを混合した補給現像剤を現像装置に補給して、補給現像剤の補給に伴って過剰になった現像剤を現像装置からオーバーフローさせるキャリア混合補給方式の現像装置が実用化されている（特許文献１）。
【０００３】
しかし、キャリア混合補給方法は、トナー消費量に応じてキャリア補給量が自動的に決定される一方、キャリアの帯電性能の低下は、主に現像剤循環経路におけるキャリアの滞在時間（撹拌累積時間）に伴って進行する。このため、トナー消費量の多い画像形成が連続すると、キャリアの帯電性能が低下しないうちに大量の補給現像剤が現像装置から無駄に排出されてしまう。逆に、トナー消費量の少ない画像形成が連続すると、キャリアの帯電性能の低下に補給が追いつかず、様々な現像不良やトナー飛散が発生してしまう。
【０００４】
これに対して、特許文献２には、トナー補給とは独立して、現像装置にキャリアを補給可能な現像装置が示される。ここでは、現像装置の所定の運転時間ごとに一定量のキャリアを現像装置に補給しているため、トナー消費量に応じて変動することのないキャリア補給量が設定されている。
【０００５】
ところが、キャリアの帯電性能の低下は、運転時間の累積のみならず、温度湿度、トナー消費量、トナーの種類等、様々な要因によって進行速度が変化する。そのため、単純に運転時間の累積だけに基づいてキャリアを補給していると、補給量が不適切となってキャリアの帯電性能を適正状態に維持できなくなる場合がある。
【０００６】
そこで、特許文献３では、定期的に現像装置内のキャリアの帯電性能の低下状態を測定して、キャリア補給量にフィードバックすることにより、キャリアの帯電性能を適正状態に維持している。ここでは、画像形成を中断して、キャリアが現像され易くなる現像条件を設定して像担持体（感光ドラム）に意図的にキャリアを付着させ、像担持体のキャリアの付着状況を光学的に検出してキャリアの帯電性能を評価している。キャリアの帯電性能が低下すると、キャリアが電荷注入されて像担持体（感光ドラム）へ移転する割合が増えるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平０２−２１５９１号公報
【特許文献２】特開平０６−２７８０９号公報
【特許文献３】特開２００７−７９４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３に示されるキャリアの帯電性能の評価方法は、画像形成時とは異なる現像条件を使用するため、画像形成中には実施できない。画像形成の生産性への影響を少なくするためにキャリアの帯電性能の評価の実行頻度を低下させると、評価の実行間隔における急激なキャリアの帯電性能の低下を見逃して、大量の不良画像を形成してしまう可能性がある。像担持体（感光ドラム）にキャリアを付着させるため、像担持体（感光ドラム）の寿命を損なう可能性もある。
【０００９】
本発明は、画像形成中であってもキャリアの帯電性能を正確に評価して、過不足の少ないキャリア補給を実行可能な現像装置を搭載した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】
【００１０】
本発明の画像形成装置は、現像剤担持体と、前記現像剤担持体に供給するためにトナーとキャリアを含む現像剤を撹拌しつつ循環させる現像剤循環経路と、消費されたトナーを補うために前記現像剤循環経路にトナーを補給するトナー補給部と、循環する現像剤の劣化したキャリアを置き換えるために前記現像剤循環経路にキャリアを補給するキャリア補給部と、前記キャリア補給部のキャリア補給に伴う現像剤の過剰を解消するために前記現像剤循環経路から現像剤を排出させる現像剤排出部とを備えるものである。そして、その出力に基づいて前記現像剤循環経路を搬送される現像剤におけるトナー分布の偏りを検出可能な検出手段と、前記トナー補給部からトナーが補給された際の現像剤におけるトナーの分散状態が所定の許容範囲に保たれるように、前記検出手段の出力に基づいて前記キャリア補給部によるキャリア補給を制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の画像形成装置では、キャリアの帯電性能が低下すると、同時に現像剤の流動性が低下して、現像剤循環経路を搬送される現像剤に対して補給したトナーが混じり合いにくくなる性質を利用して、キャリアの帯電性能を評価している。現像剤循環経路を搬送される現像剤に対して補給したトナーが混じり合いにくくなると、搬送される現像剤の中に補給したトナーが偏在した部分が目立つようになる。補給したトナーが偏在した部分とそうでない部分との間に光学的な濃度コントラストが形成されて、現像剤の流動性を光学的に検出可能となる。現像剤循環経路を搬送される現像剤に対する光学的な検出であるから、現像条件の変更は必要でなく、画像形成中でも実施できる。
【００１２】
したがって、画像形成中であってもキャリアの帯電性能を正確に評価して、過不足の少ないキャリア補給を実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】画像形成部の構成の説明図である。
【図３】感光ドラムの感光層の説明図である。
【図４】現像装置の構成の説明図である。
【図５】現像装置の制御系のブロック図である。
【図６】実施例１における現像装置の長手方向の概略図である。
【図７】キャリアの劣化と現像剤の流動性の低下の関係の説明図である。
【図８】光学センサアレイの構成の説明図である。
【図９】光学センサアレイによる現像剤の撮像結果の説明図である。
【図１０】撮像画像の濃度分布のヒストグラムの説明図である。
【図１１】攪拌に伴う補給トナーの現像剤中の混合状態の変化の説明図である。
【図１２】実施例１における現像剤の流動性評価のフローチャートである。
【図１３】混合時間と現像剤劣化度の関係の説明図である。
【図１４】実施例１のキャリア補給／現像剤排出制御のフローチャートである。
【図１５】実施例１の制御とオーバーフロー方式の制御との比較の説明図である。
【図１６】キャリア消費量の比較の説明図である。
【図１７】感光ドラムの摩耗量の比較の説明図である。
【図１８】実施例２の現像装置の構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、現像剤循環経路を光学的に検出してキャリア補給量が調整される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１５】
従って、二成分現像剤を用いる画像形成装置であれば、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く実施できる。
【００１６】
本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【００１７】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図２は画像形成部の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５４に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。
【００１８】
画像形成部ＰＹでは、感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５４に転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５４に転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、感光ドラム１Ｃ、１Ｋにそれぞれシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト５４に順次転写される。
【００１９】
記録材Ｐは、記録材カセット２０から１枚ずつ取り出されてレジストローラ２３で待機する。記録材Ｐは、レジストローラ２３によって中間転写ベルト５４上のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ給送されて、中間転写ベルト５４からトナー像を二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置６へ搬送され、定着装置６で加熱加圧を受けてトナー像を定着された後に、排出ローラ２４によって外部トレイ２５へ排出される。
【００２０】
画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、イエローの画像形成部ＰＹについて説明し、他の画像形成部ＰＭ、ＰＣ、ＰＫに関する重複した説明を省略する。
【００２１】
図２に示すように、画像形成部ＰＹは、感光ドラム１Ｙの周囲に、コロナ帯電器２Ｙ、露光装置３、現像装置４Ｙ、転写ローラ５２Ｙ、及びドラムクリーニング装置７Ｙを配置している。
【００２２】
感光ドラム１Ｙについては後述する。コロナ帯電器２Ｙは、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム１Ｙの表面を負極性の一様な暗部電位ＶＤに帯電させる。露光装置３は、画像データを展開した露光信号で二値変調されたレーザービームを多面体ミラーで走査して、露光部位の電位を暗部電位ＶＬに低下させることで、感光ドラム１Ｙに画像の静電像を形成する。現像装置４Ｙは、後述するように、静電像を現像して感光ドラム１Ｙにトナー像を形成する。転写ローラ５２Ｙは、正極性の電圧を印加されて感光ドラム１Ｙのトナー像を中間転写ベルト５４へ一次転写させる。一次転写を逃れて感光ドラム１Ｙに付着した転写残トナーは、ドラムクリーニング装置７Ｙによって掻き落とされて、不図示のトナー容器に回収される。
【００２３】
画像濃度センサ１１Ｙは、実際に形成された感光ドラム１Ｙ上のトナー像の濃度を光学的に測定してトナー帯電量の調整を行うためのものであり、トナー付着量が少ないほど反射率が高く、出力値は大きくなる。
【００２４】
＜感光ドラム＞
図３は感光ドラムの感光層の説明図である。図２に示すように、感光ドラム１Ｙは、直径φ３０ｍｍのドラム状の導電性基体上に帯電極性が負極性の有機電子写真感光層を設けた有機電子写真感光体（ＯＰＣ）である。
【００２５】
図３に示すように、感光ドラム１Ｙは、導電性基体１０１の上に、電荷発生層１０２と、電荷輸送層１０３と、を順次積層した機能分離型の感光体である。機能分離型の感光体は、導電性支持体上に電荷発生層と電荷輸送層とを積層して、ドラム状或いはベルト状に形成可能である。機能分離型の感光体は性能面から最も好ましく用いられる。導電性基体１０１と電荷発生層１０２との間には、接着性、電荷ブロッキング性を向上させるために、必要に応じて下引き層を設けてもよい。
【００２６】
導電性基体１０１は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属または合金を採用できる。また、ポリカーボネート等のプラスチック又はガラス等の絶縁性基板上にＡｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属膜又はＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の金属酸化物膜を設けたもの等を採用してもよい。
【００２７】
電荷発生層１０２は、電荷発生物質のみから形成されていても、あるいは電荷発生物質がバインダ中に均一に分散されて形成されていてもよい。電荷発生層１０２は、これらの成分を適当な溶媒中に分散し、これを導電性基体１０１上に塗布、乾燥することにより形成される。電荷発生物質としては、シーアイピグメントブルー２５（カラーインデックス（ＣＩ２１１８０）等を例示できる。バインダ樹脂としては、ポリアミド、ポリウレタン等を例示できる。バインダ樹脂の量は、電荷発生物質１００重量部に対して５〜１００重量部、好ましくは１０〜５０重量部が適当である。溶媒としてはテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等を例示できる。電荷発生層の平均膜厚は０．０１〜２μｍ、好ましくは０．１〜１μｍ、ここでは、膜厚を１μｍとした。
【００２８】
電荷輸送層１０３は、電荷輸送物質、バインダ樹脂及び必要ならば可塑剤、レベリング剤を適当な溶媒に溶解し、これを電荷発生層上に塗布し、乾燥することにより形成される。電荷輸送物質としては、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート及びその誘導体等を例示できる。バインダ樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体等を例示できる。溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン等を例示できる。電荷輸送層の膜厚は１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜４０μｍ、ここでは、３０μｍのものを用いた。
【００２９】
一般的に、画像形成装置１００において、感光ドラム１Ｙの表面には現像装置４Ｙのみならず、ドラムクリーニング装置７Ｙや中間転写ベルト５４などと機械的に接触をしている。これらの部材と接触し、摺擦され感光ドラム１Ｙの最表層は摩耗し、膜厚は低下する。また、摩耗の際には感光ドラム１Ｙと部材の間に金属片やキャリア粒子などの異物が混入することにより、摩耗は更に促進し、寿命がより短くなる。そのため、耐摩耗性を向上させるために最表面に保護層を設けても良い。
【００３０】
＜現像剤＞
現像装置４Ｙは、キャリア（磁性）とトナー（非磁性）を混合した二成分現像剤を用いて感光ドラム１Ｙの静電像を現像する。キャリアとトナーを重量比９１：９（トナー濃度：９％）になるように混合した現像剤を用いた。現像装置４Ｙに収容される初期の現像剤の総重量は３１０ｇとした。
【００３１】
キャリアは、フェライト粒子をシリコーン樹脂でコートしたものを用いており、２４０ｋＡ／ｍの印加磁場に対する飽和磁化が２４Ａｍ２／ｋｇ、３０００Ｖ／ｃｍの電界強度における比抵抗が１×１０７〜１０８Ω・ｃｍ、重量平均粒径５０μｍである。
【００３２】
キャリアは、バインダ樹脂と磁性金属酸化物および非磁性金属酸化物とを出発原料として、重合法により製造した樹脂磁性キャリアでも構わない。
【００３３】
トナーは、少なくともバインダ、着色剤、荷電制御剤から構成される。ここでは、バインダ樹脂としてスチレンアクリル系樹脂を使用している。しかし、スチレン系、ポリエステル系、ポリエチレンなどの樹脂を使用することもできる。着色剤としては、種々の顔料や各種染料など、着色剤を１種単独で使用してもよいし、複数種類を併せて使用してもよい。荷電制御剤としては、必要に応じて補強のための帯電制御剤を含有してもよい。補強のための帯電制御剤としては、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料等を利用できる。
【００３４】
トナーは、ワックスや外添剤を含むものであっても良い。ワックスは、定着時の定着部材からの離型性、定着性の向上のために含有される。ワックスとしては、パラフィンワックス、カルナバワックス、ポリオレフィンなどが使用でき、バインダ樹脂中に混錬分散させて使用する。ここでは、バインダ、着色剤、荷電制御剤、ワックスを混錬分散させた樹脂を、機械式粉砕機により粉砕したものを用いた。
【００３５】
外添剤は、アモルファスシリカに疎水性処理を施したものや、あるいは、酸化チタンや、チタン化合物等の無機酸化物微粒子が挙げられる。これらの微粒子をトナーに外添することで、トナーの紛体流動性や帯電量を制御するのが好適である。外添剤粒子の粒径としては１ｎｍから１００ｎｍ程度のものが望ましい。ここでは、平均粒径５０ｎｍの酸化チタンを重量比で０．５ｗｔ％、平均粒径２ｎｍと１００ｎｍのアモルファスシリカをそれぞれ０．５ｗｔ％、１．０ｗｔ％づつ外添させたものを用いた。
【００３６】
以上のような構成のトナーの粒径を、シスメックス社製、粉体粒度画像解析装置ＦＰＩＡ−３０００で測定したところ、重量平均粒径は５．７μｍであった。
【００３７】
＜現像装置＞
図４は現像装置の構成の説明図である。図４に示すように、画像形成装置に搭載可能な現像装置４Ｙは、現像容器４２０の開口部４２６から一部露出するように、現像剤担持体の一例である現像スリーブ４１５を設置している。
【００３８】
現像容器４２０は、隔壁４２１によって、現像室４０１と攪拌室４０２とに分けられ、現像室４０１と攪拌室４０２は、隔壁４２１の長手方向の両端部に設けられた開口部によって連通して現像剤の循環経路を構成している。循環経路の現像剤は、現像スクリュー４０７及び攪拌スクリュー４０８によって搬送され、循環する。
【００３９】
現像室４０１には、現像スリーブ４１５が設置され、現像スリーブ４１５と平行に現像スクリュー４０７が配置される。現像スクリュー４０７は、矢印方向に回転して、現像剤を紙面の奥側から手前側へ向かって搬送しつつ、現像スリーブ４１５に供給する。
【００４０】
攪拌室４０２には、攪拌スクリュー４０８が設置される。攪拌スクリュー４０８は、紙面の手前側の隔壁４２１の開口部を通じて現像スクリュー４０７から受け渡された現像剤を紙面の手前側から奥側へ向かって搬送しつつ撹拌して、トナーとキャリアを摩擦帯電させる。
【００４１】
現像スリーブ４１５、現像スクリュー４０７、及び撹拌スクリュー４０８は、現像容器４２０の外側で歯車連結され、駆動モータ４２７に駆動されて一体に回転する。
【００４２】
現像スリーブ４１５は、非磁性金属であるアルミニウム又はステンレスで形成された回転可能な円筒であり、現像スリーブ４１５の表面は、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲内に入るのが望ましい。回転する現像スリーブ４１５の内側には非回転のマグネットローラ４２５が配置される。マグネットローラ４２５は、複数の磁極を有しており、マグネットローラ４２５の複数の磁極間に形成される磁束が回転する非磁性体の現像スリーブ４１５の表面に現像剤を担持させ、所定の回転位相位置で現像剤の磁気穂を形成させる。磁気穂は、現像スリーブ４１５から磁気的に拘束されて連鎖状に立ち上がったキャリア粒子のそれぞれに対して、トナーが静電的に拘束されている。感光ドラム（１Ｙ：図２）との対向位置で、現像スリーブ４１５に担持された磁気穂が感光ドラム（１Ｙ：図２）を摺擦する。
【００４３】
電源４２９は、画像形成時、直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４１５に印加する。感光ドラム（１Ｙ：図２）を磁気穂が摺擦している状態で、現像スリーブ４１５に振動電圧が印加されることにより、負極性に帯電したトナーが正極性に帯電したキャリアの拘束を離脱して感光ドラム（１Ｙ：図２）の静電像へ移転する。
【００４４】
マグネットローラ４２５は、現像スクリュー４０７に対向する位相位置で同極性の磁極が隣り合う反発極を持つ。ここでは、反発極の極間は、磁気力が働かないため現像剤を担持することができない。現像スリーブ４１５に担持されてトナー消費を終え、トナー濃度の低下した現像剤は、ここで現像スリーブ４１５を離れる。
【００４５】
その後、現像剤は再び現像スクリュー４０７により搬送され、現像室４０１の下流で攪拌室４０２に流入し、トナー補給を受ける。攪拌室４０２の最下流まで搬送された現像剤は、攪拌室４０２と現像室４０１を分ける隔壁４２１が一部途切れた部分において、現像室４０１に流入する。現像室４０１においては現像剤の一部は現像スリーブ４１５に担持され、トナーのみが現像され消費する。
【００４６】
＜トナー補給部＞
図５は現像装置の制御系のブロック図である。二成分現像方式において、トナーは画像形成時に現像剤から除々に消費される。このため、トナー像の現像に伴って現像スリーブ４１５を通じて現像装置４Ｙから失われた量のトナーを速やかに現像容器４２０へ速やかに補充する必要がある。
【００４７】
補給制御部９００は、現像装置４Ｙにおいて、トナー補給スクリュー４０４の駆動を制御して、現像容器４２０の循環経路を搬送される現像剤のトナー濃度を上述した９％に保つようにトナー室４１７から補給されるトナーの補給量を調整する。
【００４８】
図５に示すように、補給制御部９００の入力側には、ビデオカウンタ９０１、画像濃度センサ１１、現像剤トナー濃度センサ４１８が接続されている。補給制御部９００の出力側には、トナー補給用モータ４３４、現像剤排出用ソレノイド４１１、現像駆動用モータ４２７がそれぞれ接続されている。
【００４９】
ビデオカウンタ９０１は、画像情報信号から濃度信号の積算値の算出を行う。１つの出力画像について積算されたビデオカウント数は、１つの出力画像を形成するために現像装置４Ｙで消費されたトナー量に対応する。現像剤トナー濃度センサ４１８は、インダクタセンサを用いて現像容器４２０中の現像剤の透磁率を測定することにより、現像剤中のトナー濃度を測定するものである。なお、光学反射光量検知方式のトナー濃度検知センサを代わりに用いてもよい。
【００５０】
補給制御部９００は、算出されるトナー量とほぼ同量のトナーを補給するように、トナー補給用モータ４３４を駆動する。トナー室４１７に格納されたトナーを、トナー補給スクリュー４０４の駆動により、攪拌室４０２の上流部にある補給口４０３から攪拌室４０２に供給する。
【００５１】
補給制御部９００は、ビデオカウンタ９０１の出力に基づくトナー補給の累積誤差を検出するために、二成分現像剤のインダクタンスを検知してトナー濃度を検出するインダクタンス検知方式のトナー濃度検知センサ４１８の出力を読み込んでトナー濃度を算出する。補給制御部９００は、トナー濃度検知センサ４１８の検知信号値に基づいてトナー補給量を調整し、トナー濃度を上述した９％一定にするように制御を行う。補給制御部９００は、トナー室４１７に格納されたトナーを、トナー補給スクリュー４０４の駆動により、攪拌室４０２の上流部にある補給口４０３から攪拌室４０２に供給する。
【００５２】
＜キャリア補給部＞
二成分現像方式において、画像形成時に、キャリアは消費されるものではなく、繰り返し現像装置内を循環する過程で帯電性能が低下する。このため、以前は、画像形成装置のサービス時期に合わせて現像剤の交換が行われていた。そして、メンテナンス性の向上を目的として現像剤の交換を不要にするために、帯電性能が低下した現像剤、特にキャリアを新しいものと徐々に入れ替えていく自動交換方式が実用化されている。
【００５３】
自動交換方式の一例では、少量のキャリアを含むトナーを補給しつつ過剰になった現像剤を排出する。トナーに一定比率でキャリアを混在させた現像剤を補給し、現像容器中の余剰な現像剤を排出口からオーバーフローさせている。トナー補給と同時に一定比率量のキャリアが現像容器へ供給され、それに伴って余剰現像剤がオーバーフローする。
【００５４】
しかし、トナーに一定比率でキャリアを混在させた現像剤を補給する場合、キャリアの帯電性能の低下レベルによらずに現像剤の入れ替わりが行われる。このため、画像面積率が大きくてトナー消費量が多い時には、現像剤の入れ替わりが過剰となり、画像面積率が小さくてトナー消費量が少ない時には現像剤の入れ替わりが不足する。
【００５５】
したがって、画像面積率が低い画像が多く出力された場合、キャリアの入れ替えがほとんどされずにキャリアの帯電性能が大きく低下して、帯電性能が低下したキャリアがそのまま使用され続ける。その結果、キャリア付着、トナーの帯電不良による地汚れ、画質劣化などの不具合が生じ易くなる。一方、画像面積率が高い画像が多く出力された場合、大量のキャリア補給がされる結果、帯電性能が高い未使用キャリアまで排出されてしまうという不具合が発生し易くなる。
【００５６】
そこで、画像形成装置１００では、トナー補給部とは別に、キャリア補給部を設けて現像容器４２０へキャリアを自在な補給量で補給可能にしている。これにより、トナーが多く消費される画像形成が連続しても、帯電性能が低下していない正常なキャリアが現像容器４２０から排出されることを少なくしている。
【００５７】
図４に示すように、キャリア室４１６に格納されたキャリアは、ソレノイド４０５の駆動に伴い、キャリア補給弁４０６が開いて、攪拌室４０２の上流部にある補給口４０３から攪拌室４０２に供給される。キャリア室４１６に格納されるのは、ここでは、キャリア１００％であるが、現像容器４２０へ補給された後の混合性を考慮すれば、トナーを数％混合したキャリア補給用現像剤であっても良い。
【００５８】
＜現像剤排出部＞
図６は実施例１における現像装置の長手方向の概略図である。現像装置４Ｙは、現像容器４２０中の現像剤を外に排出する機構を備えている。具体的には、現像室４０７の最下流には排出口４１２が設けられ、所定のタイミングで現像剤を排出することができる。現像剤排出用ソレノイド４１１への信号により、排出弁４１４がスライドし、排出口４１２から現像剤が排出される。
【００５９】
図６に示されるように、トナー及びキャリアの補給口４０３は、攪拌室４０２の上流部に設けられている。補給口４０３から攪拌室４０２に補給されたトナーは、攪拌スクリュー４０８により撹拌されながら搬送を受ける。攪拌に伴ってトナー粒子とキャリア粒子が相互に摩擦してトナーがマイナス、キャリアがプラスに帯電する。攪拌室４０２の下流側で隔壁４２１の開口部４２８を通じて現像剤が現像室４０１へ受け渡される。現像スクリュー４０７によって搬送された現像剤は、現像室４０１の下流側で、排出口４１２から排出される。排出された現像剤は、回収容器４１３に蓄積されて定期的にリサイクル処理される。
【００６０】
＜比較例＞
二成分現像方式の現像装置における現像剤の自動交換に関して、所定の画像出力枚数ごとに現像剤中のキャリアの帯電性能の低下状態を直接検出してキャリアの補給量を調整するものがある。上述した特許文献３には、発光素子及び受光素子を備えた光学的センサを像担持体に対向配置して、検出モードの制御を行うことにより、キャリアの帯電性能の低下状態を検出している。検出モードでは、感光ドラムの帯電電位及び現像直流電圧を制御してキャリアが像担持体上に現像され易い状態を意図的に形成する。そして、現像剤担持体から像担持体へ実際に現像されたキャリアの量を光学的センサにより検出してキャリアの帯電性能の低下状態を評価している。光学的センサによって像担持体の地肌部及びキャリア付着部分の反射光量を検出してその比を求め、予め設定された基準値と比較して像担持体上のキャリア付着量を検出している。
【００６１】
そして、検出モードでは、帯電電位又は現像直流電圧を複数段階に異ならせた複数の現像条件においてキャリア付着量を検知し、現像条件とキャリア付着量の関係から、現像剤の帯電性能の低下レベルを算出している。更に、算出された現像剤の帯電性能の低下レベルに応じて、キャリア室から現像容器へのキャリア補給量を決定して補給している。そして、補給に伴って循環する現像剤の一部が排出されることにより現像容器内のキャリアが少しずつ入れ替えられている。
【００６２】
しかし、このような比較例の制御によると、検出モードを実行してキャリアの帯電性能の低下レベルを検知する際に、キャリアによって感光ドラムが傷つき、摩耗を促進してしまうという問題がある。
【００６３】
そこで、以下の実施例では、感光ドラムへキャリアを移転させることなく、キャリアの帯電性能の低下状態を評価している。感光ドラムへキャリアを現像することなく、現像容器中のキャリアの劣化レベルを把握し、劣化レベルに応じた現像剤補給、又はキャリア補給を行う。これにより、経時によるトナーの帯電不良による地汚れ、画質劣化が少なく、高品質でありながら、ランニングコストの低い画像形成を可能にしている。
【００６４】
＜実施例１＞
図７はキャリアの劣化と現像剤の流動性の低下の関係の説明図である。図４に示すように、現像剤循環経路の一例である現像室４０１及び攪拌室４０２は、トナーとキャリアを含む現像剤を撹拌しつつ循環させて、現像剤担持体の一例である現像スリーブ４１５に供給する。
【００６５】
トナー補給部の一例であるトナー室４１７は、攪拌室４０２の上流側でトナーを補給して、直前の画像形成で消費されたトナーを補う。トナー室４１７は、画像形成で消費されたトナー量に相当するトナーを画像形成ごとに攪拌室４０２の上流側に供給する。キャリア補給部の一例であるキャリア室４１６は、攪拌室４０２の上流側でキャリアを補給して、循環する現像剤の劣化したキャリアの一部を置き換える。現像剤排出部の一例である排出弁４１４は、現像室４０１の下流側で現像剤を排出させて、キャリア室４１６からのキャリア補給に伴う現像剤の過剰を解消する。
【００６６】
制御手段の一例である補給制御部９００は、トナー室４１７からトナーが補給された際の現像剤におけるトナーの分散状態が所定の許容範囲に保たれるように、光学センサアレイ４０９の出力に基づいてキャリア室４１６からのキャリア補給を制御する。補給制御部９００は、トナーが補給された際の現像剤におけるトナーの分散状態が所定の許容範囲の境界に達した際にキャリア室４１６から所定量のキャリアを補給する。
【００６７】
補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９によって所定の画像形成枚数の間隔で攪拌室４０２の現像剤を検出し、毎回の検出ごとにキャリア室４１６から一定量のトナーを補給させる。補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９による攪拌室４０２の現像剤の検出を画像形成と並行して実行する。
【００６８】
補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９による検出に用いるトナー量との合計で画像形成で消費されたトナー量を補うように、光学センサアレイ４０９による検出の前後におけるトナー室４１７によるトナー補給量を調整する。
【００６９】
現像装置内で現像剤が劣化する大きな理由の１つとして、現像容器内での長時間の撹拌混合に伴ってキャリア表面にトナーが付着する現象（以下トナースペントと呼ぶ）が挙げられる。トナースペントが進行していくと、キャリアの摩擦帯電に関与できる表面積が減少してキャリアの帯電性能が低下する。キャリアの帯電性能の低下に伴って平均的なトナー帯電量が低下してしまい、白地かぶり画像不良やトナー飛散などの不具合が発生し易くなる。
【００７０】
ここで、トナースペントが進行するとキャリアに付着したトナー片と、独立したトナーの接触が起こるため、現像剤としての流動性が低下する。現像剤の流動性が低下すると、キャリアの隙間が平均的に拡大して現像剤のかさ密度が低下する。現像剤の流動性が低下した状態では、新たに補給されたトナーと循環する現像剤が均一に混合されるために必要な時間が長くなる。
【００７１】
したがって、現像剤の帯電性能の低下は、現像剤の流動性の低下を経て、新たに補給したトナーが均一に混合拡散されるまでの時間を引き延ばす。現像剤の帯電性能の低下は、現像剤に新たなトナーを補給して所定時間混合した状態における新たなトナーの混合拡散の度合を検出して見積もることができる。
【００７２】
図６に示すように、色の異なるトナーを用いて補給口４０３から０．５ｇのトナー補給を行い、攪拌スクリュー４０８により６秒間撹拌した後の、補給トナーの位置分布を測定した。現像装置４Ｙでは、補給口４０３からトナーを０．５ｇ補給した時、搬送されたトナーの中で一番速いものが現像室４０１に流入し始めるのに、すなわち撹拌室４０２の上流から下流までの搬送に、最短で６秒間を要する。６秒間は、撹拌室４０２の長さと、撹拌スクリュー４０８の回転数及びらせんピッチにより決定される。未使用の現像剤と累積画像形成枚数５万枚の使用済の現像剤とで、補給トナーの位置分布を比較した。
【００７３】
図７の（ａ）に示すように、未使用の現像剤に対してトナー補給を行った場合、補給されたトナーは速やかに現像剤中に取り込まれて撹拌・搬送される。未使用の現像剤は流動性が高いため、補給されたトナーは瞬時に現像剤中に取り込まれ、良く分散し、キャリアとトナーが良く交じり合う。補給されたトナーは、攪拌室４０２を搬送される現像剤と素早く混じり合って長手方向中央部の光学センサアレイ４０９の前を通過し終えている。したがって、未使用の現像剤では、光学センサアレイ４０９付近の混合は完了したと判断される。
【００７４】
図７の（ｂ）に示すように、使用済の現像剤に対してトナー補給を行った場合、補給されたトナーは、すぐには現像剤中には取り込まれず、搬送される現像剤の表面を浮遊する。すなわち、攪拌スクリュー４０８から撹拌・搬送の作用を受けにくい状態となっている。使用済の現像剤においては、補給トナーは現像剤中に取り込まれず、表面を浮遊するため、なかなか混合が完了しない。
【００７５】
図７の（ｂ）に示すように、補給トナーの位置分布のグラフでは、補給トナーが攪拌室４０２の長手方向に渡って分布しており、一見分散状態は良いように見える。しかし、実際には、補給トナーは細かく分散せずに凝集したまま存在しており、この状態では混合不良となっている。実際、この状態では、未撹拌でトナー帯電量が極端に低いトナー粒子が現像室４０１へ多く流入し、現像スリーブ４１５に担持されてトナー像の現像に関与するため、白地かぶり画像やトナー飛散などの不具合につながる。したがって、使用済の現像においては、混合が未完了であると判定される。
【００７６】
すなわち、攪拌室４０２を搬送される現像剤における補給トナーの混じり具合の特性を支配しているのは現像剤の流動性であり、根本的には現像剤の劣化である。
【００７７】
そこで、実施例１では、現像装置４Ｙの通常の運転状態で所定量のトナーを攪拌室４０２へ補給し、新たに補給したトナーと循環する現像剤との混合状態を光学センサアレイ４０９により検出して、キャリアの帯電性能の低下状態を類推評価する。
【００７８】
光学センサアレイ４０９は、攪拌室４０２を搬送される現像剤中の補給トナーの分散状態を撮影し、補給制御部９００は、撮影した画像から現像剤と補給トナーの混じり具合を定量化する。
【００７９】
図５に示すように、補給制御部９００の入力側には、光学センサアレイ４０９、タイマー９０３、及びページカウンタ９０２が接続されている。また、補給制御部９００の出力側には、キャリア補給用ソレノイド４０５が接続されている。
【００８０】
補給制御部９００は、現像装置４Ｙにおいて、現像剤の帯電性能の低下具合に応じた現像剤の補給・排出制御を行う。現像剤の帯電性能の低下具合を反映するパラメータとして、現像剤と補給したトナーの混合状態を検出する。
【００８１】
補給制御部９００は、所定の画像出力枚数ごとに補給したトナーの混合状態を検出し、混合状態の均一性が失われるほど多くのキャリアを現像容器４２０へ補給する。
【００８２】
図６に示すように、補給口４０３から攪拌室４０２に補給された０．５ｇの補給トナーは、攪拌スクリュー４０８により撹拌されながら攪拌室４０２の途中にて光学センサアレイ４０９により混合状態を検出される。
【００８３】
攪拌室４０２の長手方向の中央付近には光学センサアレイ４０９が設けられている。光学センサアレイ４０９は攪拌室４０２の側面に設置されている。補給されたトナーは、撹拌スクリュー４０８にて撹拌、搬送される。光学センサアレイ４０９は、補給トナーの混合の様子を撮影し、補給制御部９００は、混合状態を数値化する。
【００８４】
＜光学センサアレイ＞
図８は光学センサアレイの構成の説明図である。図９は光学センサアレイによる現像剤の撮像結果の説明図である。図１０は撮像画像の濃度分布のヒストグラムの説明図である。図１１は攪拌に伴う補給トナーの現像剤中の混合状態の変化の説明図である。
【００８５】
図８に示すように、検出手段の一例である光学センサアレイ４０９は、その出力に基づいて攪拌室４０２を搬送される現像剤におけるトナー分布の偏りを検出可能である。光学センサアレイ４０９の透明窓４０９４は、トナー室４１７が攪拌室４０２にトナーを補給する位置の現像剤搬送方向下流側に配置される。照明手段の一例であるＬＥＤ４０９２は、透明窓４０９４を介して攪拌室４０２を搬送される現像剤を照明する。撮像手段の一例であるイメージセンサ４０９０は、ＬＥＤ４０９２によって照明された現像剤を透明窓４０９４を介して撮像する。
【００８６】
光学センサアレイ４０９は１６×１６画素からなるイメージセンサ４０９０を持つ。実施例１では、イメージセンサ４０９０としてＡＶＡＧＯ  Ｔｅｃｈｅｎｏｌｏｇｉｅｓ社製ＡＤＮＳ−２０５１を配設した。
【００８７】
光学センサアレイ４０９は、イメージセンサに適切な倍率と焦点を与えるレンズ４０９１および、照明用ＬＥＤ４０９２、照明用レンズ４０９３、透明窓４０９４から構成される。具体的には、光学センサアレイ４０９がユニット全体として、２５μｍ〜２００μｍ程度の分解能が攪拌時間Ｔを正確に測定するのには必要である。実施例１においては分解能１００μｍのものを用いた。
【００８８】
また、イメージセンサの画素数は本実施例の１６×１６画素以上あれば十分である。原理的にそれより少ない画素数の場合には、撹拌時間Ｔの測定が困難となる。逆に画素数が多い場合には、測定精度はある程度向上するが、計測した画像の処理のコストが増大する。
【００８９】
透明窓４０９４より向こう側が攪拌室４０２の内部である。透明窓４０９４は、現像剤の付着が起こらないようアクリル樹脂の表面にフッ素系樹脂をコートしている。現像剤が接する面にフッ素系樹脂をコートすることにより、表面の摩擦係数が低くなり、耐汚れ性を高めることができ、トナー付着の無い良好な撮影を行うことができる。
【００９０】
補給制御部９００は、攪拌スクリュー４０８の回転周期に同期して光学センサアレイ４０９による現像剤の撮影を行わせる。このように、撮影タイミングを毎回等しく設定することにより、攪拌スクリュー４０８のフィンの位置の違いによる撮影条件のばらつきを揃えて画像から算出するパラメータ値のばらつきを少なくすることができる。
【００９１】
図９の（ａ）に示すように、トナーと現像剤が十分に攪拌されて均一な状態、すなわち混合が完了した場合の光学センサアレイ４０９の撮影画像は均一な画像となる。
【００９２】
図９の（ｂ）に示すように、補給トナーが攪拌途中で、混合が未完了な場合には、補給トナーが多くＴ／Ｄ比の高い明るい領域と、トナーが補給される前のＴ／Ｄ比が低く暗い領域と、トナーの混合が行われた中間色の領域とが存在する。
【００９３】
図１０の（ａ）に示すように、図９の（ａ）に示すトナーと現像剤が均一に混合した混合完了時の画像の輝度ヒストグラムでは、単一のピークとなる。一方、図１０の（ｂ）に示すように、図９の（ｂ）に示す混合未完了時の画像の輝度ヒストグラムでは、複数のピークをもつブロードなヒストグラムになる。そして、両者の標準偏差を算出すると、図１０の（ａ）に示す混合完了時の方が図１０の（ｂ）に示す混合未完了よりも標準偏差が小さい。
【００９４】
図１１に示すように、実際にトナー混合時間Ｔを測定した時の標準偏差Ｓの推移が示される。トナーが補給された直後の、攪拌が不十分な時は、光学センサアレイ４０９で撮影した画像から求めた濃度分布の標準偏差は大きく、その後、搬送と混合が進むにしたがって濃度分布の標準偏差は徐々に小さくなる。したがって、標準偏差がある程度小さくなるまでの時間を計測することで、補給トナーを現像剤中に拡散させるために必要なトナー混合時間Ｔを求めることができる。
【００９５】
＜実施例１の制御＞
図１２は実施例１における現像剤の流動性評価のフローチャートである。図１３は混合時間と現像剤劣化度の関係の説明図である。図１４は実施例１のキャリア補給／現像剤排出制御のフローチャートである。
【００９６】
図５に示すように、ページカウンタ９０２は画像出力枚数を積算する。補給制御部９００は、画像出力１００枚ごとに一度、キャリア補給／現像剤排出制御を実行する。キャリア補給／現像剤排出制御では、現像剤交換判定動作を行ってキャリアの補給と現像剤の排出を行うか否かを決定する。補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９の出力に基づいて、現像装置４内の現像剤の流動性のパラメータである混合時間Ｔを測定する。混合時間Ｔに基づいてキャリアの帯電性能の低下度を判定し、キャリアの帯電性能が限界状態まで低下していた場合にキャリアの補給と現像剤の排出を行う。
【００９７】
図４を参照して図１２に示すように、補給制御部９００は、流動性のパラメータである混合時間Ｔの測定動作が始まると（Ｓ００１）、まず、現像駆動用モータ４２７をＯＮにし（Ｓ００２）、撹拌スクリュー４０８を回転させることにより現像剤を定常状態にする。
【００９８】
補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９によって刻々撮像される画像を処理して、リアルタイムで画像の濃度分布の標準偏差を算出する。
【００９９】
補給制御部９００は、混合時間Ｔの測定用の補給トナーを補給する前に、光学センサアレイ４０９による撮影を一度行う。トナーを補給する前の標準偏差は、初期値Ｓ０として記憶しておく（Ｓ００３）。
【０１００】
補給制御部９００は、タイマー９０３を０にリセットし、トナー補給モータ４３４を所定時間だけＯＮにして（Ｓ００４）、補給トナーを所定量（実施例１では０．５ｇ）だけ補給する。補給トナーは、攪拌室４０２に補給されて、攪拌スクリュー４０８により混合される。
【０１０１】
図１１に示すように、補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９が撮影する現像剤の画像の濃度分布の標準偏差Ｓが所定の閾値Ｓｔｈを超えた時点を混合開始とみなして（Ｓ００５のＹＥＳ）、タイマー９０３をスタートさせる（Ｓ００６）。実施例１では、標準偏差の初期値Ｓ０が４１であったため、閾値Ｓｔｈは、初期値Ｓ０の１．１倍の４５．１とした。しかし、混合が開始した時刻を定義できる値であれば他の値でもよい。
【０１０２】
混合が始まるとすぐに標準偏差Ｓは大きくなる。さらに攪拌を継続すると、混合による補給トナーの分散が進行して標準偏差は低下する。再び閾値Ｓｔｈ以下になった時、タイマー９０３を停止して混合終了とする。混合開始から混合終了までの経過時間の値をもって混合時間Ｔとする。図１１の測定では混合時間Ｔは２秒である。
【０１０３】
図１３に示すように、現像剤劣化度が高くなるほど、混合時間Ｔが増えてくる。横軸に現像剤劣化度を、縦軸に光学センサアレイ４０９で計測した混合時間Ｔをとった場合、単調増加の関係になる。累積画像形成枚数が増えるほど、また、１枚の画像形成で消費するトナー量が多いほど、現像剤の流動性の低下が著しくなって、補給トナーが現像剤中に拡散しにくくなる。現像剤劣化度は、画像面積率が１００％の画像を出力した枚数相当の劣化度であると定義している。画像面積率が１００％の画像を２万枚出力した場合には、現像剤劣化度は２０Ｋである。画像面積率が５０％の画像を２万枚出力した場合には、現像剤劣化度は１０Ｋである。
【０１０４】
図１３に示すように、実施例１においては、現像剤劣化度５０Ｋを現像剤の使用限界と定めている。そのときの使用限界混合時間Ｔｔｈは６秒である。したがって、補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９で現像剤を撮像して混合時間Ｔを測定し、混合時間Ｔが６秒以上であった場合には、現像剤の使用限界であると判断してキャリア補給／現像剤排出制御を実施する。
【０１０５】
図４に示すように、キャリア補給／現像剤排出制御では、ソレノイド４０５を駆動してキャリア補給弁４０６を開いて補給口４０３から所定量のキャリアを攪拌室４０２に供給する。並行して、現像剤排出用ソレノイド４１１を駆動して排出弁４１４を開いて排出口４１２から古い現像剤を排出させる。
【０１０６】
図４を参照して図１４に示すように、現像剤交換判定動作の枚数（１００枚）に達したとき、画像形成のスタートと共に（Ｓ１０１）、トナーの補給を実施し、混合時間Ｔを測定する（Ｓ１０２）。混合時間Ｔの測定は、上述したように、図１２のフローチャートに基づいて実行される。
【０１０７】
混合時間Ｔが所定の使用限界時混合時間Ｔｔｈよりも短く、現像剤が劣化していないと判断されると、フローは終了する（Ｓ１０６）。しかし、測定した混合時間Ｔが所定の使用限界時混合時間Ｔｔｈよりも長く、キャリアの入れ替えが必要と判断された場合には、現像剤排出用ソレノイド４１１を所定の時間だけＯＮすることで、排出口４１２から所定の量だけ現像剤が排出される（Ｓ１０４）。
【０１０８】
実施例１においては１回に全体の２０％に相当する約６０ｇの現像剤を交換するようにした。さらに、キャリア補給用ソレノイド４０５をＯＮすることで補給口４０３から排出された分だけキャリアを補給する（Ｓ１０５）。以上でキャリア補給／現像剤排出制御は終了する（Ｓ１０６）。
【０１０９】
ところで、実施例１では、混合時間Ｔの測定動作についてはダウンタイムを設けず、画像形成と並行して実行する。そして、混合時間Ｔの測定条件を揃えるために、毎回の混合時間Ｔの測定において測定用の補給トナーの補給量は０．５ｇ一定である。これに対して、ビデオカウンタ９０１のビデオカウント値により決定される出力画像のトナー消費量に応じた補給トナーの補給量は０．５ｇとは限らない。
【０１１０】
そこで、ビデオカウント値がトナー補給量０．５ｇ相当の値よりも少ない場合には、過剰なトナー補給になってしまうため、混合時間Ｔの測定は行わず、トナーの補給も行わず、その量のトナーを次の画像形成に持ち越しとする。そして、次の画像形成がスタートしたときに、持ち越したトナー補給量とその回のトナー補給量との合計が０．５ｇを超えている場合に、０．５ｇのトナー補給を行って混合時間Ｔの測定を行う。
【０１１１】
逆に、ビデオカウンタ９０１のビデオカウント値がトナー補給量０．５ｇ相当の値よりも大きい時には、０．５ｇのトナー補給を行って混合時間Ｔの測定が終了した後に、不足分のトナー補給量を補給する。このようにして、混合時間Ｔの測定を行う時には、補給トナー量は常に０．５ｇ一定となるように制御している。
【０１１２】
＜実施例１の効果＞
図１５は実施例１の制御とオーバーフロー方式の制御との比較の説明図である。図１６はキャリア消費量の比較の説明図である。図１７は感光ドラムの摩耗量の比較の説明図である。
【０１１３】
実施例１の現像装置と、比較例の現像装置と、従来の一定比率でキャリアを混合した補給現像剤によるオーバーフロー方式の現像装置とを図１の画像形成装置に搭載して、現像剤の劣化度とキャリアの消費量と感光ドラムの摩耗度を比較した。画像面積率は１００％、現像装置中の現像剤の容量は３１０ｇ、画像形成の速度は５０ｃｐｍ（Ｃｏｐｙ  Ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅｓ）に揃えた。図１３に示すように、現像剤の使用限界劣化度は５０ｋに揃えた。現像剤交換判定動作は、画像形成１００枚につき１回行い、現像剤の交換が必要と判定された場合には、約５０ｇ程度の現像剤が排出されるように設定した。
【０１１４】
図１５に示すように、実施例１の制御では、現像剤劣化度が５０Ｋに達するごとにキャリア５０ｇを補給して現像剤劣化度をジグザグに低下させている。横軸は画像形成枚数であり、縦軸は現像剤の平均劣化度の関係を示す。
【０１１５】
破線で示される現像剤交換無しの場合、画像面積率が１００％なので、上記の定義により、累積画像形成枚数と現像剤劣化度（×Ｋ枚相当）は同じ値をとる。
【０１１６】
細線で示されるオーバーフロー方式の場合、耐久枚数の増加に対して、比較的ゆっくりと現像剤劣化度が増加していく。これは、オーバーフロー方式の場合、あまり現像剤が劣化していない初期から、少しずつキャリアの交換を行っているためである。オーバーフロー方式において、現像剤の劣化度は約５０Ｋで飽和した。
【０１１７】
太線で示される比較例及び実施例１の場合、現像剤の劣化度はあらかじめ設定した使用限界劣化度である５０ｋまで、直線的に増加する。比較例及び実施例１では、いずれもキャリアの帯電性能の低下度の判定を行っているため、使用限界劣化度になるまで、現像剤の交換を行わない。しかし、現像剤劣化度が５０Ｋまで達すると、その後は適宜現像剤交換を行うため、現像剤の劣化度は５０Ｋ付近で飽和する。
【０１１８】
図１６に示すように、それぞれの現像装置における累積画像形成枚数１０万枚までの総使用キャリア量を比較した。オーバーフロー方式において総使用キャリア量は４．２Ｋｇであったのに対し、実施例１及び比較例においては、総使用キャリア量を２．５Ｋｇに節約することができた。オーバーフロー方式においては、あまり現像剤が劣化していない初期から、キャリアの交換を行っているため、初期に排出される現像剤がキャリア利用効率を低下させる要因となっていると考えられる。これに対して、実施例１においては、あまり現像剤が劣化していない初期には現像剤の交換を行わないため、劣化していないキャリアの排出が行われない。
【０１１９】
また、現像剤寿命が飽和した後も、オーバーフロー方式においては、キャリアの補給と排出を非常に連続的に行っている。そのため、補給されたばかりの未使用キャリアが、非常に僅かな量ではあるが一度も画像形成に寄与せずに直後に排出されてしまっていることになる。これに対して、実施例１においては、現像剤の交換を所定の量だけまとめておこなうために、未使用のキャリアを排出する可能性は低い。すなわち、補給されたキャリアの利用効率が高くなり、結果として、総使用キャリア量は少ない量で済むと考えられる。
【０１２０】
図１７に示すように、それぞれの現像装置について連続画像形成実験を行って感光ドラムの摩耗量を比較した。感光ドラムの削れ量は、ＨｅｌｍｕｔＦｉｓｈｅｒ社製の渦電流式膜厚計（ＦＩＳＣＨＥＲＳＣＯＰＥ  ＭＭＳ）により測定した。
【０１２１】
実施例１の現像装置にて使用した感光ドラムの最外層である電荷輸送層の初期膜厚は３０μｍである。また、電荷輸送層の使用限界摩耗量は２０μｍである。
【０１２２】
画像形成の累積に伴い感光ドラムは劣化し、摩耗量は増大する。キャリア付着方式においては、累積画像形成枚数８万枚に到達したところで摩耗量が摩耗限界である２０μｍに達した。これに対して、実施例１及びオーバーフロー方式においては摩耗限界である２０μｍに達したのは累積画像形成枚数１５万枚時点であった。
【０１２３】
これは、キャリア付着方式においては、現像剤劣化度を判定する度に、キャリアを感光ドラム上に付着させ、その付着量を反射光量から検知するためである。キャリアの付着量を測定した後、完全にはクリーニングしきれずに残ったキャリア粒子により、感光ドラムの摩耗が促進されてしまうと考えられる。
【０１２４】
実施例１の現像装置では、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用い、画像形成の累積により劣化した現像剤の交換を行う際に、光学センサアレイにより現像剤の劣化度合いを検知する。画像形成の累積に伴う感光ドラムの摩耗を防ぎ、かつキャリアの使用量を減少させるために、撹拌室に光学センサアレイを備え、補給トナー撹拌時間を測定することで現像剤の劣化度合いを検知している。そして、現像剤の劣化度合に応じて現像剤の交換を行うことにより、感光ドラムの摩耗を防ぎ、かつキャリアの使用量を減少させた上で、現像剤の寿命を長く保つことができる。現像剤の劣化度合いの値に応じて現像剤の交換を行うことにより、経時によってもトナーの帯電不良による地汚れ、画質劣化が少なく、高品質でありながら、ランニングコストの低い画像形成装置を提供することができる。
【０１２５】
＜実施例２＞
図１８は実施例２の現像装置の構成の説明図である。実施例２の現像装置は、実施例１のような現像室の排出口４１２を持たず、攪拌室の側面の排出口４１２から余剰な現像剤をオーバーフローさせている。それ以外の構成は同一であるため、図１８中、実施例１と共通する構成には図４と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１２６】
図１８に示すように、オーバーフロー方式の現像装置４Ｙは、現像容器４２０内の現像剤の排出量を制御する機構を持たない。キャリア室４１６からのキャリア補給により、現像装置４Ｙ中の現像剤の量が増加すると、自然に、側面の排出口４１２から僅かづつ現像剤が溢れ出して、徐々に現像剤が交換される。すなわち、現像剤の排出に関して、特別な機構を備えているわけではないため、補給されたばかりの未使用キャリアが排出されてしまうことが避けられない。
【０１２７】
ここで、従来は、キャリア室４１６からのキャリア補給のタイミングは、画像形成の累積枚数や現像スリーブ４１５の累積回転時間などを目安として決定されていた。現像スリーブ４１５の累積回転時間と劣化レベルとの間に一定の関係があると見なして、現像ローラの回転時間からキャリアの劣化レベルを予想して補給量を決めていた。しかし、この場合、画像面積率の大きい画像が多く出力された場合や、画像面積率の小さい画像が多く出力された場合に、キャリア補給が不適正に実行される可能性がある。出力画像の画像面積率によって劣化レベルが異なるという不都合に基づく問題を解決することはできない。画像面積率（トナー消費量）や現像装置の使用環境などによって、現像剤中のキャリアの劣化度合いは異なってくるので、キャリアの劣化が早い場合は、交換時期まで劣化したキャリアをそのまま使用することになる。
【０１２８】
しかし、実施例１と同様に、光学センサアレイ４０９にて撮影した画像からトナー混合時間Ｔを求める制御を行うことで、このような問題を解決することができる。補給制御部９００は、画像出力１００枚ごとに一度、キャリア補給／現像剤排出制御を実行する。キャリア補給／現像剤排出制御では、現像剤交換判定動作を行ってキャリアの補給と現像剤の排出を行うか否かを決定する。補給制御部９００は、光学センサアレイ４０９の出力に基づいて、現像装置４内の現像剤の流動性のパラメータである混合時間Ｔを測定する。混合時間Ｔに基づいてキャリアの帯電性能の低下度を判定し、キャリアの帯電性能が限界状態まで低下していた場合にキャリアの補給と現像剤の排出を行う。
【符号の説明】
【０１２９】
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ  感光ドラム
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２ｋ  コロナ帯電器
３  露光装置、４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ  現像装置
６  定着装置、２０  記録材カセット、２３  レジストローラ
５３  二次転写ローラ、５４  中間転写ベルト
４０１  現像室、４０２  撹拌室、４０３  補給口
４０４  トナー補給用モータ、４０５  キャリア補給用ソレノイド
４０６  キャリア補給弁、４０７  現像スクリュー
４０８  撹拌スクリュー、４０９  光学センサアレイ
４１０  画像信号処理回路、４１１  現像剤排出用ソレノイド
４１２  現像剤排出口、４１３  回収容器、４１４  排出弁
４１５  現像スリーブ、４１６  キャリア室、４１７  トナー室
４１８  現像剤トナー濃度センサ、４０９０  イメージセンサ
４０９１、 ４０９３  レンズ、４０９２  ＬＥＤ
４０９４  透明窓、９００  補給制御部、９０１  ビデオカウンタ
９０２  ページカウンタ、９０３  タイマー
【図１】
2012226127.tif 000003
【図２】
2012226127.tif 000004
【図３】
2012226127.tif 000005
【図４】
2012226127.tif 000006
【図５】
2012226127.tif 000007
【図６】
2012226127.tif 000008
【図７】
2012226127.tif 000009
【図８】
2012226127.tif 000010
【図９】
2012226127.tif 000011
【図１０】
2012226127.tif 000012
【図１１】
2012226127.tif 000013
【図１２】
2012226127.tif 000014
【図１３】
2012226127.tif 000015
【図１４】
2012226127.tif 000016
【図１５】
2012226127.tif 000017
【図１６】
2012226127.tif 000018
【図１７】
2012226127.tif 000019
【図１８】
2012226127.tif 000020