(57)【要約】【課題】現像装置において、現像槽内での現像剤の分布の変動に拘わらず現像槽内における現像剤量を所定の範囲に維持すること。【解決手段】キャリアとトナーとからなる２成分現像剤にて感光体上に形成された静電潜像を現像し、現像槽に少量のキャリアを混入したトナーからなる現像剤をトナーの消費量に応じて供給し、かつ、現像槽に溜まった一定量以上の現像剤を排出する現像装置であって、現像槽４１，４２内で現像剤を所定の方向に循環させる搬送部材５５，６０と、搬送部材５５，６０を回転駆動する駆動手段６２と、搬送部材５５，６０のトルクを検出するトルク検出手段６３、又は、前記駆動手段６２の電流量を検出する電流量検出手段と、トルク検出手段６３によって検出されたトルク又は前記電流値検出手段によって検出された電流値に基づいて搬送部材５５，６０の回転速度を制御する制御手段と、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアとトナーとからなる２成分現像剤にて感光体上に形成された静電潜像を現像し、現像槽に少量のキャリアを混入したトナーからなる現像剤をトナーの消費量に応じて供給し、かつ、現像槽に溜まった一定量以上の現像剤を排出する現像装置において、
現像槽内で現像剤を所定の方向に循環させる搬送部材と、
前記搬送部材を回転駆動する駆動手段と、
前記搬送部材のトルクを検出するトルク検出手段、又は、前記駆動手段の電流量を検出する電流量検出手段と、
前記トルク検出手段によって検出されたトルク又は前記電流値検出手段によって検出された電流値に基づいて前記搬送部材の回転速度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記トルク検出手段によって検出されたトルク又は前記電流値検出手段によって検出された電流値が増加した場合は、前記搬送部材の回転速度を増速させること、を特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記制御手段によって制御される前記搬送部材の回転速度は２値であること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、現像動作が実行されていないタイミングで前記搬送部材の回転速度を変更すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の現像装置を備えたこと、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、現像装置、特に、電子写真方式の複写機やプリンタなどの画像形成装置に搭載される現像装置及び該現像装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式による画像形成装置に搭載される現像装置として、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤にて感光体上に形成された静電潜像を現像するものが知られている。そして、近年では、現像槽に少量のキャリアを混入したトナーからなる現像剤をトナーの消費量に応じて供給し、かつ、現像槽に溜まった一定量以上の現像剤を排出するトリクル方式と称する現像装置が提案されている。
【０００３】
前記トリクル方式の現像装置においては、現像剤を現像槽内で循環させ、一定量以上の現像剤を排出しつつ新たな現像剤を補給するため、現像槽内に存在する現像剤の量が変動し、厳密には常時一定量にはならない。特に、現像装置の設置状態（傾いて設置されているなど）や湿度などの環境条件によって、現像剤の挙動が変化し、循環や排出の状態も一定ではない。そして、現像剤の排出異常を放置しておくと、現像槽内に現像剤が次第に蓄積され、許容量を超えた現像剤が現像槽から溢れ出し、最悪の場合、現像装置や感光体が損傷するおそれがある。
【０００４】
これに対処するため、特許文献１では、トナー濃度検出センサと現像剤量推定センサを設けて現像槽内の現像剤量を検出し、現像剤が所定量よりも多くなると、現像剤を強制的に排出することを提案している。この現像装置において、現像剤量推定センサとして、光反射式のセンサや圧力センサを用いるとしている。しかし、これらのセンサは検出位置での現像剤の表面や現像剤の重さを検出しており、現像剤槽内の現像剤の分布が変動する場合には正確な検出ができないという問題点を有している。現像剤の分布が変動するとは、例えば、現像装置が傾斜したり、環境変化や経時変化で現像剤の密度や流動性が変動した場合などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４４５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、現像槽内での現像剤の分布の変動に拘わらず現像槽内における現像剤量を所定の範囲に維持できる現像装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態である現像装置は、
キャリアとトナーとからなる２成分現像剤にて感光体上に形成された静電潜像を現像し、現像槽に少量のキャリアを混入したトナーからなる現像剤をトナーの消費量に応じて供給し、かつ、現像槽に溜まった一定量以上の現像剤を排出する現像装置において、
現像槽内で現像剤を所定の方向に循環させる搬送部材と、
前記搬送部材を回転駆動する駆動手段と、
前記搬送部材のトルクを検出するトルク検出手段、又は、前記駆動手段の電流量を検出する電流量検出手段と、
前記トルク検出手段によって検出されたトルク又は前記電流値検出手段によって検出された電流値に基づいて前記搬送部材の回転速度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の形態である画像形成装置は、前記現像装置を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記現像装置において、現像槽内の現像剤が所定量よりも多くなった場合、搬送部材のトルク検出手段又は駆動手段の電流量検出手段によって検出され、搬送部材の回転速度を制御することにより、余分な現像剤が排出される。これにて、現像槽内の現像剤量を所定の範囲に維持できる。トルク検出手段又は電流量検出手段は、現像槽内での現像剤量の分布がばらついていたとしても現像剤が所定量よりも多くなったことを確実に検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、現像槽内での現像剤の分布の変動に拘わらず現像槽内における現像剤量を所定の範囲に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】画像形成装置の概略構成図である。
【図２】第１実施例である現像装置の概略断面図である。
【図３】前記現像装置における現像剤の搬送状態を示す説明図である。
【図４】前記現像装置の駆動系を示す説明図である。
【図５】前記現像装置の制御部を示すブロック図である。
【図６】前記現像装置の制御を示すタイミングチャート図である。
【図７】現像槽内の現像剤量と駆動トルクとの関係を示すグラフ。
【図８】現像剤搬送部材の回転速度と現像剤量との関係を示すグラフである。
【図９】現像槽内における現像剤の循環状態を示す説明図であり、（Ａ）は正常な状態を示し、（Ｂ）は現像装置が傾いた場合を示し、（Ｃ）は現像装置が傾いた場合であって本発明を実施しない場合を示す。
【図１０】第２実施例である現像装置における駆動電流量検出手段を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。各図においては、同じ部材、部分について共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１に示すカラー画像形成装置は、タンデム方式の電子写真プリンタであり、概略、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各色のトナー画像を形成するためのイメージングユニット１０（１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｋ）と、中間転写ユニット２０にて構成されている。
【００１４】
イメージングユニット１０は、それぞれ、感光体ドラム１１を中心として帯電チャージャ１２、現像装置１３などを配置したもので、レーザー走査光学ユニット１４から照射される光によってそれぞれの感光体ドラム１１上に描画される静電潜像を現像装置１３で現像して各色のトナー画像を形成する。中間転写ユニット２０は、矢印Ｘ方向に無端状に回転駆動される中間転写ベルト２１を備え、各感光体ドラム１１と対向する１次転写ローラ２２から付与される電界にて、各感光体ドラム１１上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２１上に１次転写して合成する。なお、このような電子写真法による画像形成プロセスは周知であり、詳細な説明は省略する。
【００１５】
装置本体の下部には、被転写材（以下、用紙と称する）を１枚ずつ給紙する自動給紙ユニット３０が配置され、用紙は図示しない給紙ローラからタイミングローラ対３１を経て、前記中間転写ベルト２１と２次転写ローラ２５とのニップ部に搬送され、２次転写ローラ２５から付与される電界にてトナー画像（合成カラー画像）が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット３５に搬送されてトナーの加熱定着を施され、装置本体の上面に配置されたトレイ部２に排出される。
【００１６】
現像装置１３は、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を使用するものであり、図２及び図３に示すように、ケーシング４０内に、現像ローラ５１、供給スクリュー５５、攪拌スクリュー６０をそれぞれ平行な状態で設けたものである。現像ローラ５１は、複数の磁極を有する磁石（図示せず）を内蔵したスリーブ状をなし、感光体ドラム１１と僅かな間隔を保持して矢印Ａ方向に回転駆動される。現像ローラ５１に下部には供給槽４１と攪拌槽４２が配置されており、供給槽４１には供給スクリュー５５が矢印Ｂ方向に回転駆動可能に、攪拌槽４２には攪拌スクリュー６０が矢印Ｂ方向に回転駆動可能に、それぞれ配置されている。なお、供給槽４１と攪拌槽４２を合わせて現像槽と称する。
【００１７】
供給槽４１は、現像剤を溜めておく場であり、かつ、現像剤を現像ローラ５１に供給し（供給量はブレード５４によって規制される）、現像を終えた残りの現像剤を回収する場であり、図３に示すように、現像剤は供給スクリュー５５の回転に基づいて矢印Ｃ方向に攪拌搬送される。攪拌槽４２は、現像剤（補給口４３から補給された新たな現像剤を含めて）を攪拌混合する場であり、現像剤は攪拌スクリュー６０の回転に基づいて矢印Ｄ方向に攪拌搬送される。また、供給槽４１と攪拌槽４２とは、図３の左方では開口４４によって導通し、右方では開口４５によって導通している。また、供給槽４１の右端には排出口４６が形成されている。
【００１８】
複数回の現像を行い、トナー濃度が低下した現像剤は供給槽４１から開口４５を経て攪拌槽４２に移動する。攪拌槽４２に対しては、現像によるトナーの消費量に見合った現像剤（少量のキャリアを混入したトナー）が補給口４３から補給される。ここで補給される新規現像剤は、トナー濃度が８５重量部に調整されている。トナー濃度とは、（トナー重量）／（トナー重量＋キャリア重量）を意味する。ちなみに、供給槽４１内における現像剤のトナー濃度は５〜８重量部に調整されている。供給槽４１内に図示しないトナー濃度検出センサが設けられており、該センサによるトナー濃度の検出結果に基づいて新規な現像剤が補給される。このようなトナー補給制御は、従来も実施されている事項である。
【００１９】
攪拌槽４２内を攪拌スクリュー６０によって矢印Ｄ方向に攪拌搬送された現像剤は開口４４から供給槽４１に移動する。即ち、現像剤は攪拌槽４２から開口４４を経て供給槽４１へ移動し、供給槽４１から開口４５を経て攪拌槽４２へと移動し、現像槽の内部を循環することになる。また、供給槽４１内を矢印Ｃ方向に搬送される現像剤の一部は、開口４５を超えて排出口４６へ至り、排出口４６から現像装置１３外へと排出される。これは消費されることなく劣化したキャリアを排出して現像剤をリフレッシュするためである。排出された現像剤は搬送手段によって回収ボックス（いずれも図示しない）に回収され、廃棄される。なお、このような現像剤の廃棄・回収機構は周知である。
【００２０】
以上のごとく現像剤の循環を行うため、攪拌スクリュー６０は所定の角度及びピッチを有する羽根６０ａが螺旋状に形成されており、供給スクリュー５５にも所定の角度及びピッチを有する羽根５５ａが螺旋状に形成されている。供給スクリュー５５には、さらに、開口４５よりも搬送方向のすぐ下流側に現像剤を逆方向に攪拌搬送する逆向き羽根５５ｂが形成されている。つまり、供給槽４１内において、現像剤は羽根５５ａによって矢印Ｃ方向に搬送され、逆向き羽根５５ｂによって戻されつつ開口４５から攪拌槽４２へ移行する。供給槽４１内で現像剤量が増加すると（現像剤の表面が上昇すると）、現像剤は逆向き羽根５５ｂを乗り越えて矢印Ｃ方向に移動し、さらに、逆向き羽根５５ｂの下流側に形成した羽根５５ａによって排出口４６へと搬送される。このようにして、供給槽４１内の現像剤の量は、羽根５５ａによる矢印Ｃ方向への搬送と逆向き羽根５５ｂによる戻し作用とがバランスしたところで安定し、所定量の現像剤が排出口４６から排出される（図９（Ａ）参照、図９では斜線を付した部分が現像剤を示す）。
【００２１】
ここで、現像槽内の現像剤量とスクリュー５５，６０を回転駆動させる駆動トルクとの関係を図７に示す。図７は、前記排出口４６を塞いで現像装置１３を駆動した場合に実験的に得たデータである。現像剤量の少ない初期においては、現像剤量の増加に伴って駆動トルクも上昇する。しかし、１６０ｇ程度からトルクの上昇は少なくなり、２８０ｇ程度までほぼ一定の値を保持する。２８０ｇを超えると再度トルクが上昇する。約１５０ｇ〜約２８０ｇの間が現像剤の適切な量であり、この範囲における現像剤の増減（トルクの増減）は、現像剤が現像ローラ５１の表面に移動すること、及び、ブレード５４で規制（掻き取られる）ことによるものである。
【００２２】
現像剤が適切な量（約２８０ｇ）を超えると、現像槽内が現像剤で満杯となり、駆動トルクが急速に上昇する。このような状態では、攪拌槽４２や供給槽４１での現像剤の循環が正常に行われないことに加えて、現像ローラ５１の表面の現像剤の挙動も異常なものとなり、画像ノイズが発生してしまう。
【００２３】
次に、スクリュー５５，６０の回転速度と現像剤量との関係を図８に示す。通常の回転速度の場合、現像剤量は約２４０ｇである。それよりも減速すると現像剤の排出が少なくなり、現像剤量は約２６０ｇに増加する。一方、増速すると現像剤の排出が多くなり、現像剤量は約２１０ｇに減少する。このように、スクリュー５５，６０の回転速度を制御することにより現像槽内での現像剤量を調整することができる。
【００２４】
そこで、本実施例では、図４に示すように、現像装置１３の駆動源である現像モータ６２の出力軸とカプラー６４との間にトルクセンサ６３を介在させ、トルクセンサ６３によって検出されたトルクに基づいてスクリュー５５，６０の回転速度を制御するようにした。つまり、検出されたトルクが増加した場合にはスクリュー５５，６０の回転速度を増速させる。現像モータ６２としてステッピングモータ６２を使用すると、駆動パルスの周期により回転速度を可変させることができる。
【００２５】
具体的な構成としては、モータ６２の出力をトルクセンサ６３及びカプラー６４を介して供給スクリュー５５の支軸５６に結合させ、該支軸５６に設けたギヤ６５を現像ローラ５１の支軸５２に設けたギヤ６７とギア６６を介して歯合させるとともに、ギヤ６８を介して攪拌スクリュー６０の支軸６１に設けたギヤ６９と歯合させている。これにて、モータ６２によって現像ローラ５１が矢印Ａ方向に回転駆動され、スクリュー５５，６０が矢印Ｂ方向に回転駆動されることになり、それらの回転速度が一律に制御されることになる。
【００２６】
制御部は、図５に示すように、カラープリンタの全体を制御するＣＰＵ７０にトルクセンサ６３及びモータ６２のドライバＩＣ７１が接続されている。ＣＰＵ７０は入力されたトルクセンサ６３の検出値に基づいてドライバＩＣ７１を制御する。例えば、検出されたトルクが約２８０ｇの現像剤量に達した時点である約７５０（ｍＶ）になると、約１０〜３０％程度増速させる。
【００２７】
スクリュー５５，６０の回転速度に関する制御のタイミングチャートを図６に示す。ここでは、連続した２枚の印字命令を受けた場合を示し、帯電、画像露光、現像、転写、定着が順次制御される。現像モータ６２は印字命令の直後に起動され、前記駆動トルクが所定値よりも大きい場合、現像が開始されるまでの間（時間領域Ｔ１）、１枚目と２枚目に対する現像動作の間（時間領域Ｔ２）、及び、２枚目の現像終了後（時間領域Ｔ３）において増速される。このように、現像動作が実行されていないときにスクリュー５５，６０や現像ローラ５１を通常とは異なる回転速度に変更するのは、画像に影響が生じるのを回避するためである。
【００２８】
以上のごとく、本実施例では、現像槽内の現像剤が所定量よりも多くなったことがトルクセンサ６３によって検出されると、スクリュー５５，６０の回転速度を増速させることにより、余分な現像剤を排出する。これにて、現像槽内の現像剤量を所定の範囲に維持できる。現像槽内に適度な隙間が形成され、現像剤量が安定している状態を図９（Ａ）に示している。
【００２９】
仮に、現像装置１３が図９（Ｂ）に示すように、排出口４６が上になるように傾斜した場合、少ない量であっても現像剤が詰まる状態となるが、トルクセンサ６３にてこの状態が検出され、本実施例ではスクリュー５５，６０の回転速度を上昇させるために、現像剤の排出が促進され、現像槽内に適度な隙間が形成され、現像剤が安定して循環されることになる。トルクセンサ６３は、現像槽内での現像剤量の分布がばらついていたとしても現像剤が所定量よりも多くなったことを確実に検出することができる。
【００３０】
仮に、図９（Ｂ）に示したように、排出口４６が上になるように傾斜したばあいであっても、本実施例のごとくスクリュー５５，６０の回転速度を増速する制御を実行しないと、現像剤の排出が抑制されるので、図９（Ｃ）に示すように、現像槽内で現像剤が詰まってしまい、現像剤の循環が阻害されてしまう。
【００３１】
また、現像槽内の現像剤量を検出する手段として、前記トルクセンサ６３に代えて、図１０に示すように、現像モータ６２のドライバＩＣ７１の電流量を検出する端子７１ａを設け、該端子７１ａの出力をＣＰＵ７０のアナログ入力端子へ接続するようにしてもよい。現像槽内の現像剤量が増加するとスクリュー５５，６０を回転させるドライバＩＣ７１の電流量が図７に示したグラフと同じ傾向で増加する。これの検出値に基づいて現像モータ６２の回転速度を制御することにより、余分な現像剤を排出し、現像槽内の現像剤量を所定の範囲に維持できる。このような作用効果は、前記トルクセンサ６３を用いた場合と同様である。
【００３２】
なお、現像槽内の現像剤の排出が適切になされない場合は、前述したように現像装置１３が傾いている場合以外に、（１）厚紙に画像を形成する場合などで画像形成のシステム速度を低下させて連続して印字する場合、（２）高温、高湿の環境下で現像剤の流動性が悪化した場合、（３）現像剤が経時的に劣化して流動性が悪化した場合、（４）前記悪条件が重なった場合などに生じ得る。
【００３３】
なお、本発明に係る現像装置及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００３４】
特に、スクリューに対する駆動力伝達機構は図４に示した構成に限定するものではなく、種々の動力伝達機構を採用することができる。また、現像装置の細部の構造や搬送部材（スクリュー）の構成、形状などは任意である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明は、電子写真方式による画像形成装置に搭載される現像装置に有用であり、特に、現像槽内での現像剤の分布の変動に拘わらず現像槽内における現像剤量を所定の範囲に維持できる点で優れている。
【符号の説明】
【００３６】
１０…イメージングユニット
１１…感光体ドラム
１３…現像装置
４１…供給槽
４２…攪拌槽
５５…供給スクリュー
６０…攪拌スクリュー
６２…現像モータ
６３…トルクセンサ
７０…ＣＰＵ
７１…ドライバＩＣ
７１ａ…電流量検出端子
【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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【図９】
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【図１０】
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