(57)【要約】【課題】  検知手段が検知する２成分現像剤の透磁率変化から嵩密度変化の寄与分を取り除くことができ、２成分現像剤中のトナー混合比の検知精度を向上させることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】  トナー及びキャリアを有する２成分現像剤ｔを収容可能な現像容器２００と、２成分現像剤ｔを搬送するスクリュー２０５、２０４と、２成分現像剤ｔの透磁率を検知する透磁率センサ２０６と、透磁率センサ２０６の検知結果に基づいて、現像容器２００にトナーを補給するように制御するコントローラ５０と、スクリュー２０５、２０４の搬送速度を増加させることで透磁率センサ２０６の検知結果が過渡的に変化する期間に取得した透磁率センサ２０６の検知結果に基づいて、透磁率センサ２０６の検知結果を補正する補正部５０ａと、を備える画像形成装置５００を構成した。【選択図】  図６
2012255861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー及びキャリアを有する２成分現像剤を収容可能な現像容器と、
前記現像容器の内部で２成分現像剤を搬送する搬送手段と、
２成分現像剤の透磁率に関する情報を検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果に基づいて、前記現像容器にトナーを補給するように制御する制御手段と、
前記搬送手段の搬送速度を増加させることで前記検知手段の検知結果が過渡的に変化する期間に取得した前記検知手段の検知結果に基づいて、前記検知手段の検知結果を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記搬送手段は、回転する軸と、前記軸の周りに螺旋状の羽と、を有するスクリュー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】
前記補正手段は、前記搬送手段の駆動開始時に前記検知手段の検知結果が過渡的に変化する期間に取得した前記検知手段の検知結果に基づいて補正する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記搬送手段の駆動開始から所定時間内に前記検知手段が出力する透磁率の出力中心値の変化量に基づいて、前記検知手段の検知結果を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記補正手段は、
前記搬送手段の駆動が平衡状態にあったときに前記検知手段が出力する透磁率の第１出力中心値、及び、前記搬送手段の駆動を開始した直後の透磁率の第２出力中心値から前記第１出力中心値を引いた中心差分値に対応する２成分現像剤中のトナー混合比の実測値データを有し、前記データに基づいて前記検知手段の検知結果を補正することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記搬送手段の駆動開始から所定時間内に前記検知手段が出力する透磁率の出力極大値と、前記検知手段が検知したときの時間情報と、に基づいて、前記検知手段の検知結果を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記補正手段は、
前記搬送手段の駆動が平衡状態にあったときに前記検知手段が出力する透磁率の第１出力中心値、及び、前記搬送手段の駆動開始から所定時間内に前記検知手段が出力する透磁率の出力極大値を補完して指数関数で近似して得られる時定数に対応する２成分現像剤中のトナー混合比の実測値データを有し、前記データに基づいて前記検知手段の検知結果を補正することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
像担持体と、前記像担持体の表面の静電像を現像するために２成分現像剤を担持する現像剤担持体と、を備える請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置であって、
前記搬送手段は、前記現像剤担持体から剥離された２成分現像剤を搬送する第１搬送手段と、前記現像剤担持体へと２成分現像剤を搬送する第２搬送手段と、を有し、
前記現像容器は、前記第１搬送手段を内部に有する第１室と、前記第１室と連通すると共に前記第２搬送手段を内部に有する第２室と、を有し、
前記検知手段は、前記第１室における前記第１搬送手段の搬送方向の奥側に配置され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、２成分現像剤の透磁率を検知する検知手段と、検知手段の検知結果に基づいて、トナー混合比を制御する制御手段と、を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２成分現像剤を用いる現像装置を備える画像形成装置では、画像を形成するに従って、トナーが消費され、２成分現像剤中に占めるトナー混合比が低下する。そのために、検知手段によって現像装置の内部で２成分現像剤中のトナー混合比が検知され、制御手段によって所定のトナー混合比になるようにトナーの補給が制御される。その２成分現像剤中のトナー混合比を検知するために、特許文献１の構成が開示される。特許文献１には、２成分現像剤における透磁率と他の二つ以上の情報に分離し、それらの複数の情報により、トナーを補給する構成が記載されている。こうした構成によって、トナー混合率の制御精度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２２１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、２成分現像剤の透磁率は、そのトナー混合比の変化以外に、２成分現像剤の嵩密度の変化によっても、変化してしまう。そのために、トナー混合比を検知するだけでは、２位成分現像剤の嵩密度が低い状態と高い状態とを区別することができず、２成分現像剤の透磁率を判断する上で、充分とはいえない。また、２成分現像剤の嵩密度は、帯電量の変化、流動性の変化、検知領域付近の圧縮度合いの変化等によっても変化してしまい、これらの変化を取り除くことは難しい。
【０００５】
例えば、トナー帯電量が減少すると、キャリア間の距離が縮まり、嵩密度が増加する。そして、キャリアが密集していてトナーが減少しているとして、トナーを補給すると、トナー混合比が規定値よりも増加する。これとは反対に、トナー帯電量が増加すると、キャリア間の距離が広がり、嵩密度が減少する。そして、キャリアがまばらでトナーが増加しているとして、トナーの補給を停止すると、トナー混合比が規定値よりも低下する。このように、２成分現像剤の透磁率変化は、嵩密度変化の影響を受けて、トナー混合比の誤検知が生じることとなる。
【０００６】
本発明は、検知手段が検知する２成分現像剤の透磁率変化から嵩密度変化の寄与分を取り除くことができ、２成分現像剤中のトナー混合比の検知精度を向上させることが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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、トナー及びキャリアを有する２成分現像剤を収容可能な現像容器と、前記現像容器の内部で２成分現像剤を搬送する搬送手段と、２成分現像剤の透磁率に関する情報を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて、前記現像容器にトナーを補給するように制御する制御手段と、前記搬送手段の搬送速度を増加させることで前記検知手段の検知結果が過渡的に変化する期間に取得した前記検知手段の検知結果に基づいて、前記検知手段の検知結果を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検知手段が検知する２成分現像剤の透磁率変化から嵩密度変化の寄与分を取り除くことができ、２成分現像剤中のトナー混合比の検知精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】現像装置の構成を示す断面図である。
【図３】規制ブレードを省略して現像装置の構成を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図等である。
【図４】湿度及び現像剤量を変えて、透磁率センサの出力値及び時間の関係を示すグラフである。
【図５】スクリューの回転速度及び時間の関係を示すグラフ等である。
【図６】コントローラの制御工程を示すフローチャート等である。
【図７】実施例２に係る画像形成装置において、スクリューの回転速度及び時間の関係を示すグラフ等である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置５００の構成を示す断面図である。ここでは、画像形成装置５００は、電子写真画像形成プロセスを利用した画像形成装置である。図１に示されるように、画像形成装置５００は画像形成装置本体（以下、単に『装置本体』という）５００Ａを有し、この装置本体５００Ａの内部には、画像を形成する画像形成部６０が設けられる。
【００１２】
画像形成部６０は、『像担持体』である感光体ドラム１００を備える。感光体ドラム１００の周囲には、１次帯電器１０１、露光装置１０６、現像装置１０２、転写ローラ１０３、クリーナ１０４が配置されている。また、感光体ドラム１００及び転写ローラ１０３のニップ部Ｎの左方には、定着装置１０５が配置されている。なお、転写材Ｓは、感光体ドラム１００及び転写ローラ１０３のニップ部Ｎを通過した後に、定着装置１０５に向かって進む。
【００１３】
画像形成動作が開始されると、矢印ａの方向に回転する感光体ドラム１００の表面は、まず１次帯電器１０１によって一様に帯電され、次に露光装置１０６（レーザ露光機）によって露光され、感光体ドラム１００の表面には静電像（静電潜像）が形成される。この静電像は、現像装置１０２により磁性キャリアと非磁性トナーとを含む２成分現像剤で現像され、可視化される。このようにして得られたトナー像は、転写ローラ１０３により、転写部に搬送された転写材Ｓに転写される。次に、このようにしてトナー像が転写された転写材Ｓは定着装置１０５に搬送されてトナー像が定着された後、排出される。
【００１４】
なお、トナー像が転写された後、感光体ドラム１００は、表面に付着している転写残りトナーがクリーナ１０４によって除去され、次の画像形成に供される。なお、コントローラ５０は、装置本体５００Ａの内部の機器の駆動を制御するように構成されている。
【００１５】
図２は、現像装置１０２の構成を示す断面図である。図２に示されるように、現像装置１０２は、現像容器２００及び現像スリーブ２０１を有する。現像容器２００は、トナー及びキャリアを有する２成分現像剤ｔ（図３（ａ）参照）を収容可能な容器である。『現像剤担持体』である現像スリーブ２０１は、感光体ドラム１００の表面の静電像を現像するために２成分現像剤ｔを担持する部材である。現像スリーブ２０１は、現像容器２００の感光体ドラム１００に対向した位置に矢印ｂの方向に回転自在に設けられ、ＳＵＳ、アルミニウムなどの非磁性材料から成る。現像スリーブ２０１の直径は、本実施例においては２４．５［ｍｍ］である。
【００１６】
この現像スリーブ２０１の内側には、磁界発生手段であるマグロール２０２が設置されており、現像スリーブ２０１の表面はマグロール２０２の外周に沿って回転するようになっている。また、現像剤規制手段である規制ブレード２０３が、現像スリーブ２０１と３５０［ｍｍ］の間隔を空けて最近接点が位置するように配置されている。
【００１７】
現像容器２００は、下側に、『搬送手段』である『第１スクリュー』としてのスクリュー２０５（現像剤撹拌部材）を内部に有する第１室２００ａを有する。また、現像容器２００は、上側に、第１室２００ａと連通すると共に『搬送手段』である『第２スクリュー』としてのスクリュー２０４（現像剤撹拌部材）を内部に有する第２室２００ｂを有する。『第１搬送手段』である第１スクリュー２０５は、現像スリーブ２０１から剥離された２成分現像剤ｔを搬送するスクリューである。『第２搬送手段』である第２スクリュー２０４は、現像スリーブ２０１へと２成分現像剤ｔを搬送するスクリューである。
【００１８】
現像容器２００内に収容された２成分現像剤ｔは、スクリュー２０５により撹拌されながら手前側から奥側に搬送され、スクリュー２０４により奥側から手前側に搬送される。その際、一部がマグロール２０２の磁力によって現像スリーブ２０１に供給され、以後は現像スリーブ２０１の表面に付着した状態で搬送される。ここで、スクリュー２０４及びスクリュー２０５は、いずれも４２０［ｒｐｍ］の速度で回転する。
【００１９】
スクリュー２０５、２０４は、回転する『軸』であるスクリュー軸２０５ａ、２０４ａと、スクリュー軸２０５ａ、２０４ａの周りに螺旋状の『羽』であるフィン２０５ｂ、２０４ｂと、を有する（図３（ａ）参照）。また、フィン２０５ｂ、２０４ｂは３［ｃｍ］の周期でスクリュー軸２０５ａ、２０４ａを中心に螺旋構造をなし、その外周半径は１．５［ｃｍ］である。
【００２０】
さて、現像部において磁力によって穂立ちした２成分現像剤ｔは、感光体ドラム１００の表面に接触し、現像スリーブ２０１に印加される現像バイアスによりトナーのみが感光体ドラム１００の表面に形成された静電像に転移する。そして、２成分現像剤ｔは、感光体ドラム１００の表面に静電像に応じたトナー像を形成する。ここで、現像バイアスは、所定の直流成分Ｖδｅｖ［Ｖ］に交流成分を重畳した現像バイアスを印加する。現像バイアスの交流成分は矩形波であり、周波数は３［ｋＨｚ］、ピークトゥピーク電圧は１．５［ｋＶ］である。
【００２１】
一方、このように静電像を現像した残りの２成分現像剤ｔは、現像スリーブ２０１の回転に伴い現像部を通過し、現像容器２００内に戻され、磁気的な斥力を受けて現像スリーブ２０１の表面から剥離される。
【００２２】
『検知手段』である透磁率センサ２０６は、２成分現像剤ｔの透磁率に関する情報を検知して出力する。透磁率センサ２０６は、第１室２００ａにおける第１スクリュー２０５の搬送方向の下流側に配置される（図３（ａ）参照）。また、後述するが、『制御手段』であるコントローラ５０（図１参照）は、透磁率センサ２０６の検知結果に基づいて、現像容器２００にトナーを補給するように制御する。
【００２３】
また、コントローラ５０の内部には、『補正手段』である補正部５０ａ（図１参照）がある。補正部５０ａは、スクリュー２０５、２０４の搬送速度を増加させることで透磁率センサ２０６の検知結果が過渡的に変化する期間に取得した透磁率センサ２０６の検知結果に基づいて、透磁率センサ２０６の検知結果を補正する。すなわち、コントローラ５０は、透磁率センサ２０６が検知する２成分現像剤ｔの透磁率の変化に基づいて、２成分現像剤中のトナー混合比を導出し、これに基づいて、現像容器２００にトナーを補給するように制御する。その結果、トナー補給後に透磁率センサ２０６の検知結果が補正されることとなる。なお、補正部５０ａは、コントローラ５０の内部ではなく、コントローラ５０と接続される構成であっても良い。
【００２４】
図３（ａ）は、規制ブレード２０３を省略して現像装置１０２の構成を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。現像スリーブ２０１の表面から剥離されて落下した２成分現像剤ｔは、現像スリーブ２０１の下方に設けられたスクリュー２０５によって奥側に搬送され、汲み上げ開口部２０７を通じてスクリュー２０４に受け渡される。この時、２成分現像剤ｔがスクリュー２０５によって奥側へと押し込まれて生じる圧力が、２成分現像剤ｔをスクリュー２０４側へと押し上げている。
【００２５】
次に、透磁率センサ２０６について説明する。透磁率センサ２０６を汲み上げ開口部２０７の下部に配設する（汲み上げ開口部２０７付近においては、常に透磁率を検知するのに十分な現像剤が存在するため都合が良い）。この時、透磁率センサ２０６を配置する位置は、透磁率センサ２０６が検知する領域に存在する２成分現像剤ｔが常にスクリュー２０５による撹拌作用を受けるように決める。
【００２６】
次に、本実施例で用いられる２成分現像剤ｔについて説明する。トナーは、結着樹脂、着色剤、そして必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末等の外添剤が添加されている着色粒子と、を有している。またトナーは負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５［ｍｍ］以上８［ｍｍ］以下が好ましい。本実施例では７［ｍｍ］であった。
【００２７】
キャリアは、例えば表面酸化或いは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、あるいは酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造方法は特に制限されない。また、体積平均粒径が２０〜５０［ｍｍ］、好ましくは３０〜４０［ｍｍ］であり、抵抗率が１０５［Ｗｍ］以上、好ましくは１０６［Ｗｍ］以上である。本実施例では体積平均粒径が４０［ｍｍ］、抵抗率が５×１０５［Ｗｍ］、１００［ｍＴ］磁場下における磁化量が０．３１［Ｗｂ／ｍ２］のキャリアを用いた。
【００２８】
図３（ｂ）は、透磁率センサ２０６の出力値及び時間の関係を示すグラフである。図３（ｂ）は、現像装置１０２に２成分現像剤ｔを２００［ｇ］投入して駆動した時の、透磁率センサ２０６の出力値の時間変化を示す。出力値が大きい程、検知領域の透磁率が高いことを示している。出力値が周期的に変動しているのはスクリュー２０５の回転によるものであり、撹拌によって透磁率センサ２０６の現像剤被覆率、及び、２成分現像剤ｔの嵩密度が変化していることを示している。実際、この変動の周期はスクリュー２０５の回転周期に一致している。
【００２９】
従来は、以下の手法がとられていた。例えば、スクリュー２０５の位相がいつも同じになるタイミングで透磁率センサ２０６の出力値を読み取る手法があった。また、出力値を複数点サンプリングした上で平均化して振動成分をキャンセルする等によって、透磁率センサ２０６の出力値の直流成分を取り出し、その値に所定の定数を乗じる手法があった。さらに、その値とトナー混合比の関係を予め調べて用意されたテーブルを参照することによって、トナー混合比を算出する手法があった。すなわちこの手法は、検出される透磁率がトナー混合比のみの関数であることを前提としている。
【００３０】
しかし、実際には、透磁率はトナー混合比と現像剤嵩密度の二変数関数である。なぜなら、透磁率は単位体積辺りのキャリア質量に比例し、単位体積辺りのキャリア質量は明らかにキャリア混合比と現像剤嵩密度の各々に比例するからである。従って、従来の手法では、２成分現像剤ｔの嵩密度変化に由来する透磁率の変動が、全てトナー混合比の検知誤差として現れていた。２成分現像剤ｔの嵩密度を変化させる要因は主に帯電量変化、流動性変化、圧縮度合いの変化であり、このうち帯電量と流動性については主に雰囲気の温湿度とトナーの劣化、圧縮度合いについては主に２成分現像剤ｔの総量が支配因子となる。
【００３１】
図４の各図は、湿度及び現像剤量を変えて、透磁率センサ２０６の出力値及び時間の関係を示すグラフである。図４に示されるように、実際に、トナー混合比を１０％に保ったまま、雰囲気の湿度を変化させた場合、及び現像剤総量を変化させた場合で、透磁率センサ２０６の出力値の変化を計測した結果を導出した。図４（ａ）は湿度が５％で現像剤量が２００ｇ、図４（ｂ）は湿度が８０％で現像剤量が２００ｇ、図４（ｃ）は湿度が５０％で現像剤量が１００ｇ、図４（ｄ）は湿度が５０％で現像剤量が３００ｇの条件で、透磁率センサ２０６の出力値の時間変化を示している。
【００３２】
図４からわかるように、トナー混合比が同じであっても透磁率センサ２０６の平均出力値は１０％以上変化している。従って、従来の手法では単純にトナー混合比に１０％以上の誤差を含むことがわかる。これが、２成分現像剤ｔの嵩密度変化が透磁率に寄与する分である。
【００３３】
この課題に対し、ここでは、スクリュー２０５の駆動速度の変化に対する透磁率センサ２０６の出力値の応答から、２成分現像剤ｔの嵩密度に関する情報を得ることで、２成分現像剤ｔの嵩密度が透磁率に与える影響を補償し、トナー混合比の検知精度の向上を図る。
【００３４】
なお、透磁率センサ２０６の出力値は、トナー混合比が１０％よりも大きい場合にはキャリアが多いので、図４の各図よりも大きい値となり、トナー混合比が１０％よりも小さい場合にはキャリアが少ないために、図４の各図よりも小さい値となる。
【００３５】
図５（ａ）は、スクリュー２０５の回転速度及び時間の関係を示すグラフである。図５（ｂ）は、透磁率センサ２０６の出力値及び時間の関係を示すグラフである。実施例１（実施例２でも同様）の具体的な現像装置１０２の構成は従来と同じで、図２及び図３（ａ）に示した通りである。
【００３６】
ただし、従来は、透磁率センサ２０６の出力値が図３（ｂ）に示したように平衡（あるいは周期的）と見なせる時点で出力値をサンプリングしていたのに対し、本実施例においては、スクリュー２０５の駆動が開始された直後のセンサ出力値の時間変化に着目する。図５（ａ）に示すスクリュー２０５の回転数が０［ｒｐｍ］から４２０［ｒｐｍ］に変化する一瞬の刺激に対して、図５（ｂ）に示すセンサ出力値は一定の遅延をもって図３（ｂ）に示したような平衡状態に移行する。
【００３７】
この間の過渡的な出力は、図５（ｂ）に示したように、中心値が平衡状態におけるそれよりも大きいところから始まり、徐々に減少して平衡状態に収束するという振る舞いを示す。次で、この現象の機序を述べ、２成分現像剤ｔの嵩密度に関する情報を得る方法を示す。
【００３８】
一般に、粉体の嵩密度は、外部から作用する力が大きくなるほど増加し、力が一定以上になるとそれ以上はほとんど変化しなくなる。このことは、通常の弾性体が、外力が弱い領域ではフックの法則に従い、力が大きくなると変位が飽和することと似ており、直感的に理解できる。一方、粉体の嵩密度は、粉体を構成する粒子間の相互作用にも依存し、粒子同士の引力が大きい（或いは斥力が小さい）ほど大きくなる。ここで、粉体の嵩密度を議論するために、粉体に作用するトータルの力を考える上では、粒子同士の相互作用と外力を区別する必要はないと考えられるので、「粒子同士の相互作用と外力との和」によって、粉体の「圧力」を定義することにする。
【００３９】
図５（ｃ）は、２成分現像剤ｔの嵩密度と圧力の関係を示すグラフである。図５（ｃ）における漸近値は、理論上は粒子が細密充填な配置の時の嵩密度である。
【００４０】
さて、スクリュー２０５の駆動が開始された瞬間、２成分現像剤ｔは加速される。ごく短い時間で２成分現像剤ｔは、平均的にはスクリュー２０５と等速な等速直線運動に落ち着くが、この間に得た運動量に相当する分の力積がスクリュー２０５から与えられたと考えられる。すなわち、この力積をスクリュー２０５の立ち上がり時間で割った値が現像剤に「瞬間的に」作用する力（圧力の増分）であり、その時の２成分現像剤ｔの嵩密度は、この力に相当する分だけ増加していることになる。図５（ｂ）のように、スクリュー２０５の駆動開始の直後に透磁率センサ２０６の出力値の中心値が増加しているのはこのような理由による。
【００４１】
なお、図５（ｂ）のように、スクリュー２０５の速度が平衡に達した（即ち、前記力積がゼロに落ち着いた）直後、透磁率センサ２０６の出力値の中心値が速やかに平衡に達していないことは、弾性体における外力と変位の関係とのアナロジーから理解できる。つまり、弾性体に瞬間的に外力を作用させた場合に、弾性体の変位は減衰振動や過減衰によって、外力に比べ緩やかに緩和する現象と同様である。
【００４２】
以上のような機序によって、図５のような第２出力中心値Ｖ１の一時的な増加（すなわち嵩密度の一時的な増加）が起こる。次にこの嵩密度の増加量を考察してみると、この増分は、一時的に現像剤に作用した力（すなわち現像剤の平均速度が静止状態からスクリュー２０５と等速になるまでに与えられた力）に相当する圧力の増分に対応する。ここで、スクリューの立ち上がり時間のばらつきが十分に小さいという条件の下では、圧力の増分はいつも一定と見なせる。つまり、透磁率センサ２０６の第２出力中心値Ｖ１の一時的な増分は、いつも一定な圧力の増分に対する現像剤嵩密度の増分を示している。
【００４３】
ここで図５（ｃ）に示した圧力と嵩密度の関係を思い出すと、嵩密度は圧力に対して上に凸となっているため、圧力の一時的増加が発生する直前の嵩密度が大きければ大きいほど、圧力増加によって生じる嵩密度の増分は小さくなる。すなわち、透磁率センサ２０６の第２出力中心値Ｖ１の一時的な増分が小さいほど、もともとの嵩密度が大きいと結論できる。
【００４４】
以上のような事実に基づき、本実施例においては、透磁率センサ２０６の第２出力中心値Ｖ１の一時的な増分を読み取り、トナー混合比を導出する際には従来用いられてきた値（すなわち平衡状態における第１出力中心値Ｖ０）に加えてこの値も用いる。このことによって、トナー混合比の検知精度の向上を図っている。ただし、透磁率センサ２０６の出力値の一時的な増分から現像剤の嵩密度を導出することはせず、予め実測値に基づいて用意したデータ（テーブル）を参照してトナー混合比を求める。このテーブルは、平衡状態における第１出力中心値Ｖ０、及び透磁率センサ２０６の出力値の一時的な増分からトナー混合比を与えるものである。本実施例で用いたテーブルを表１に示す。
【００４５】
【表１】
2012255861.tif 000003
【００４６】
表１の変数は、図５（ｂ）に対応している。第１出力中心値Ｖ０は、平衡状態における透磁率センサ２０６の出力の中心値である。中心差分値δは、平衡時に達する前の透磁率センサ２０６の出力中心値の時系列を補間して、スクリュー２０５の駆動を開始した瞬間に相当する第２出力中心値Ｖ１を算出し、そこから第１出力中心値Ｖ０を引いた値である。
【００４７】
また、表１の各升に百分率で示された値が、対応する平衡状態の第１出力中心値Ｖ０と中心差分値δの時のトナー混合比（実測により得た値）である。定義から明らかなように、中心差分値δは、これまでに述べた透磁率センサ２０６の出力値の一時的な増分に相当する。なお、本実施例においては、中心差分値δの算出に際し、スクリュー２０５の駆動開始から１秒間、サンプリングレート７０Ｈｚで７０点のサンプリングを行い、１０点毎の単純移動平均を取ることによって中心値を算出した上で、線形補間を用いた。
【００４８】
また、スクリュー２０５の駆動開始から１秒後（スクリュー２０５が７回転した後）には透磁率センサ２０６の出力値が平衡に達したと判断する。Ｖ０の算出に際しては、この時点から１／７秒間（スクリューが１回転する間）に同サンプリングレートで１０点のサンプリングを行って値を平均化することによって求めた。平衡に達するまでの時間は系によるが、一般には、出力中心値のばらつきのオーダーが前記テーブルを用いたトナー混合比の導出に影響を与えない程度まで低下する時点を平衡到達時点とすればよい。
【００４９】
コントローラ５０は、スクリュー２０５の駆動開始時に透磁率センサ２０６の検知結果が過渡的に変化する期間に取得した透磁率センサ２０６の検知結果に基づいて、透磁率センサ２０６の検知結果が補正されるようにする。これに関しては、以下に詳述する。
【００５０】
即ち、コントローラ５０は、透磁率の第１出力中心値Ｖ０、及び、透磁率の中心差分値δという２つの値に対応する２成分現像剤ｔ中のトナー混合比の実測値データ（実測値情報）（例えば、表１のデータ）を有する。第１出力中心値Ｖ０は、２成分現像剤ｔが平衡状態にあったときに透磁率センサ２０６が出力する透磁率の中心値である。中心差分値δは、スクリュー２０５が２成分現像剤ｔの搬送を開始した直後の透磁率の第２出力中心値Ｖ１から第１出力中心値Ｖ０を引いた差分値である。
【００５１】
そして、コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０及び中心差分値δから２成分現像剤ｔ中のトナー混合比を導出する。トナー混合比は、トナーの種類にもよるが、一般的に６％〜１０％が良いとされている。ここで、例えば、トナー混合比が１０％のものを使用した場合に、透磁率センサ２０６の出力値から、コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０＝１．６Ｖ、中心差分値δ＝０．４Ｖを算出したとする。この場合、現像容器２００の内部には、テーブル（表１）からトナー混合比が１０．５％であると算出（判断）する。なお、このことから、トナー混合比は、１０．０％が適当であるのに、実際には１０．５％であり、０．５％だけ多い。したがって、トナーの補充量を減少させて、トナー混合比を減少させる必要がある。
【００５２】
また、この場合には、コントローラ５０は、トナー混合比を減少させるために、トナー補給装置３００（補給手段）からのトナーの補給を一旦停止したり、濃い画像でトナーが消費されるのを待ったりすることになる。なお、トナー混合比が１０％に到達すると、コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０＝１．６Ｖ、中心差分値δ＝０．６Ｖの状態か、第１出力中心値Ｖ０＝１．８Ｖ、中心差分値δ＝０．２Ｖの状態かを、透磁率センサ２０６の検知結果から算出することになる。
【００５３】
次に、例えば、トナー混合比が９％のものを使用した場合に、透磁率センサ２０６の出力値から、コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０＝２．０Ｖ、中心差分値δ＝０．６Ｖを算出したとする。この場合、現像容器２００の内部には、テーブル（表１）からトナー混合比が８．０％であると算出（判断）する。なお、このことから、トナー混合比は、９．０％が適当であるのに、実際には８．０％であり、１．０％だけ少ない。したがって、トナーの補充量を増加させて、トナー混合比を増加させる必要がある。
【００５４】
また、この場合には、コントローラ５０は、トナー混合比を増加させるために、図示しないトナー補給装置からトナーを徐々に補給していく。この徐々に補給するのは、いきなり不足分を補給すると、スクリューが現像剤を撹拌する度合いが不十分となるからである。なお、トナー混合比が９％に到達すると、コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０＝１．８Ｖ、中心差分値δ＝０．６Ｖの状態を、透磁率センサ２０６の検知結果から算出することになる。
【００５５】
図６（ａ）は、コントローラ５０の制御工程を示すフローチャートである。図６（ａ）に示されるように、スクリュー２０５の駆動が開始されると、コントローラ５０は、透磁率センサ２０６の透磁率の出力値から中心差分値δを算出する（Ｓ１）。コントローラ５０は、透磁率センサ２０６の出力値から平衡状態の透磁率の第１出力中心値Ｖ０を導出する（Ｓ２）。コントローラ５０は、表１（テーブル１）に基づいて、最新のＶ０及びδから２成分現像剤ｔ中のトナー混合比を導出する（Ｓ３）。
【００５６】
コントローラ５０は、トナー混合比からトナーの補給量を導出する（Ｓ４）。コントローラ５０はトナーを補給させる（Ｓ５）。コントローラ５０は画像形成をさせる（Ｓ６）。コントローラ５０は、連続通紙か否かを判断する（Ｓ７）。コントローラ５０は、Ｓ７の判断の結果、ＹＥＳの場合には１００枚目であるか否かを判断し（Ｓ８）、ＮＯ場合には制御を終了する。コントローラ５０は、Ｓ８の判断の結果、ＹＥＳの場合にはスクリュー２０５、２０４の駆動を停止し（Ｓ９）、ＮＯの場合にはＳ２の制御工程を辿る。
【００５７】
図６（ｂ）は、コントローラ５０及び透磁率センサ２０６の配線状況を示すブロック図である。図６（ｂ）に示されるように、透磁率センサ２０６、Ａ／Ｄコンバータ５１、Ｖ０，δ計算部５２、補給量導出部５３、トナー補給部５４が順に接続されている。そして、透磁率センサ２０６の出力値に基づいて、トナー補給部５４が２成分現像剤ｔ中のトナー混合比を調節するようにトナーの補給を制御する。
【００５８】
図６（ａ）に示したように、本実施例においては、画像を１枚出力する毎に透磁率センサ２０６の出力値から導出（算出）する値はＶ０のみであり、δについては１００枚毎に算出した上で次に算出するまでの間は同じ値を使用し続けるようになっている。これは、δの算出に際してはスクリュー２０５を一旦停止させる必要があり、頻繁に行うと生産性が低下するためである。前述した通り、δは現像剤の嵩密度の関数であるため、トナー消費に伴ってＶ０が変化する速さに比べたら、δの変化は緩やかであると考えられることから、通紙毎にδを更新する必要は無いのである。なお、連続通紙でない場合等、スクリュー２０５が停止する時間がある場合には、１００枚の間隔を待たずに常にδを更新する。
【００５９】
最後に、本実施例における発明の効果を述べる。本発明を用いない従来形においては、Ｖ０の値のみからトナー混合比を算出していた。しかし、前述した通り、表１は実測値に基づいて作成したテーブルであるため、実際に同じＶ０の値に対しても、δの値次第でトナー混合比は２％の変動幅を持つことが示されている。つまり、本発明によって、現像剤の嵩密度変化によって発生していたトナー混合比の検知における２％の誤差を消すことができた。通常、トナー混合比の変動レンジは多くても１０％程度であるため、１０％に対する２％、すなわち２割程度も生じていた誤差を打ち消すことができたことになる。これにより、実際に本明細書中の段落［００６５］で述べるような制御の発散を防ぐことができた。
【００６０】
なお、本実施例においては、スクリュー２０５の回転数がゼロ（静止）から４２０ｒｐｍに変化した直後の透磁率センサ２０６の出力値に着目したが、スクリュー２０５の回転数が変化するいかなるタイミングにおいても、同様の方法が可能である。スクリュー２０５の回転数が変化した時には必ず現像剤が加速度をもち、前述した機序に基づけば、その時に現像剤に作用する力積が一時的に現像剤の嵩密度を変えているからである。
【００６１】
個々の実施系においては、嵩密度変化が透磁率センサ２０６の出力値に極力大きく反映されるようなスクリュー２０５の速度変化を選ぶことで、精度向上を図ることができる。特に、透磁率センサ２０６の出力値を参照する時に限りスクリュー速度を画像形成時よりも大きくすることによって、より大きな力積が得られ、検知精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００６２】
図７（ａ）は、実施例２に係る画像形成装置において、スクリュー２０５の回転速度及び時間の関係を示すグラフである。図７（ｂ）は、透磁率センサ２０６の出力値及び時間の関係を示すグラフである。実施例２の画像形成装置の構成は、実施例１の画像形成装置５００と同様な構成をしており、同一の構成及び効果に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。実施例２の画像形成装置の構成は、透磁率センサ２０６の出力値から２成分現像剤ｔの嵩密度に関する情報を得る方法のみが実施例１と異なる。
【００６３】
実施例１では、スクリュー２０５の速度が変化した直後に透磁率センサ２０６の第２出力中心値Ｖ１が増加する点に着目し、その増分が２成分現像剤ｔの嵩密度の関数になることを利用して、嵩密度の寄与を見積もった。実施例２においては、以下に詳細を述べるように、透磁率センサ２０６の出力値が平衡状態に達するまでの緩和時定数から嵩密度に関する情報を得る。
【００６４】
実施例１において、弾性体と粉体との間のアナロジーについて言及したが、ここでもそれを考える。粉体において嵩密度が大きい状態は、弾性体に例えるとヤング率が大きい状態に相当すると考えられる。なぜなら、嵩密度が大きくなるほど、そこからさらに圧縮するために必要な外力は大きくなるからである。ところで、ヤング率Ｅの弾性体のひずみが元に戻る時の時定数は、凡そヤング率の平方根に反比例することが知られている。すなわち、ヤング率が大きい弾性体ほど、ひずみは素早く緩和する。この事実を粉体に当てはめると、嵩密度が大きい程、圧力から開放された時に素早く元の嵩密度に緩和することになる。実際、我々の実験においてはそのような結果が得られた。
【００６５】
そこで、図７に示したように、透磁率センサ２０６の出力値の振動のピーク点（極大値）をフィッティングして緩和曲線を得て、これを指数関数（Ａ＋Ｂｅｘｐ（−ｔ／γ））で近似することによって時定数γを求める。そして、実施例１のδの代わりにγを用いてテーブルを作成した。実際に用いたテーブルを表２に示す。なお、図７の通りに振動のピーク点（極大値）をフィッティングする代わりに、実施例１と同様に中心値をフィッティングしてもよいが、処理の簡便さと精度において前者の方が優れているため、本実施例では前者を採用した。
【００６６】
【表２】
2012255861.tif 000004
【００６７】
以上のような方法を用いた場合でも、実施例１と同様の効果を得られることを確認した。コントローラ５０は、スクリュー２０５の駆動開始から所定時間内に透磁率センサ２０６が出力する透磁率の出力極大値Ｖ２と、その変化の時定数γ（時間情報）に基づいて、２成分現像剤ｔ中のトナー混合比を導出する。
【００６８】
即ち、コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０、及び、時定数γに対応する２成分現像剤ｔ中のトナー混合比の実測値データ（実測値情報）（例えば、表２のデータ）を有する。第１出力中心値Ｖ０は、２成分現像剤ｔが平衡状態にあったときに透磁率センサ２０６が出力する透磁率の中心値である。時定数γは、スクリュー２０５の駆動開始から所定時間内に透磁率センサ２０６が出力する透磁率の出力極大値を補完して指数関数で近似して得られる定数である。コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０及び時定数γから２成分現像剤ｔ中のトナー混合比を導出する。
【００６９】
例えば、トナー混合比が１０％のものを使用した場合に、透磁率センサ２０６の出力値から、コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０＝１．６Ｖ、時定数γ＝０．２２を算出したとする。この場合、現像容器２００の内部には、テーブル（表２）からトナー混合比が１０．５％であると算出（判断）する。なお、このことから、トナー混合比は、１０．０％が適当であるのに、実際には１０．５％であり、０．５％だけ多い。したがって、トナーの補充量を減少させて、トナー混合比を減少させる必要がある。
【００７０】
また、この場合には、コントローラ５０は、トナー混合比を減少させるために、トナー補給装置３００からトナーを徐々に補給していく。この徐々に補給するのは、いきなり不足分を補給すると、スクリューが現像剤を撹拌する度合いが不十分となるからである。なお、トナー混合比が１０．０％に到達すると、コントローラ５０は、第１出力中心値Ｖ０＝１．６Ｖ、時定数γ＝０．３０の状態、又は、第１出力中心値Ｖ０＝１．８Ｖ、時定数γ＝０．１５の状態を、透磁率センサ２０６の検知結果から算出することになる。
【００７１】
本実施例においても実施例１と同様、スクリュー２０５の速度変化の選び方はこれに限らない。また、本実施例と実施例１を組み合わせ、スクリュー２０５の速度変化時の中心値増加分と緩和時定数をともに参照した上で適当に組み合わせて精度向上を測ってもよい。
【００７２】
以上で述べた実施例１又は実施例２の構成によれば、透磁率センサ２０６が検知する２成分現像剤ｔの透磁率変化から嵩密度変化の寄与分を取り除くことができ、２成分現像剤ｔ中のトナー混合比の検知精度を向上させることができる。なお、こうした検知精度が向上した２成分現像剤ｔのトナー混合比に基づいてコントローラ５０が現像容器２００にトナーを補給すると、画像濃度の変動やトナー補給量の誤差が低減される。例えば、トナーが少ないといって画像濃度が低下したり、トナーが多いといって２成分現像剤ｔが溢れたりする現象が抑制される。
【００７３】
なお、従来技術のように、２成分現像剤の嵩密度の寄与分が含まれて所望のトナー混合比からずれた２成分現像剤によって、画像濃度の変動、トナー補給量の誤差が引き起こされてしまう場合がある。例えば、「トナー混合比を実際よりも低く検知する⇒トナーを過補給する⇒２成分現像剤の帯電量・流動性・圧縮度合いが変化して嵩密度を下げる⇒トナー混合比をさらに実際よりも低く検知する」といった制御の発散の原因となる。こうした制御は、現像装置から溢れ出すまでトナー補給を繰り返すことにも繋がりかねない。こうした現象は、本発明によって抑制される。
【００７４】
実施例１の構成によれば、透磁率センサ２０６が出力する透磁率の出力中心値の変化量は、２成分現像剤ｔの嵩密度の関数である。そのために、スクリュー２０５の駆動開始から所定時間内に透磁率センサ２０６が出力する透磁率の第２出力中心値Ｖ１の変化量に基づけば、２成分現像剤ｔの嵩密度の寄与分を除去した形で２成分現像剤ｔのトナー混合比を導出することができる。
【００７５】
実施例２の構成によれば、透磁率センサ２０６が出力する透磁率の出力極大値Ｖ２の変化の時定数γは、２成分現像剤ｔの嵩密度と関係している。そのために、スクリュー２０５の駆動開始から所定時間内に透磁率センサ２０６が出力する透磁率の出力極大値Ｖ２の変化の時定数γに基づけば、２成分現像剤ｔの嵩密度の寄与分を除去した形で２成分現像剤ｔのトナー混合比を導出することができる。
【００７６】
なお、実施例１及び２では、第１室２００ａに透磁率センサ２０６が取り付けられているが、第２室２００ｂに透磁率センサ２０６が取り付けられても良い。ただし、いずれの場合も、汲み上げ開口部２０７の側に、透磁率センサ２０６が配置された方が良い。
【符号の説明】
【００７７】
５０    コントローラ（制御手段）
５０ａ  補正部（補正手段）
２００  現像容器
２０５、２０４  スクリュー（搬送手段）
２０６  透磁率センサ（検知手段）
５００  画像形成装置
ｔ      ２成分現像剤
【図１】
2012255861.tif 000005
【図２】
2012255861.tif 000006
【図３】
2012255861.tif 000007
【図４】
2012255861.tif 000008
【図５】
2012255861.tif 000009
【図６】
2012255861.tif 000010
【図７】
2012255861.tif 000011