(57)【要約】【課題】環境検知部の交換によるコスト増を招くことなく、現像装置の内部の現像剤に関する環境情報を高精度に検知して、環境変動に伴う濃度変動を抑えて安定した画像形成を実現可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】現像剤を収容すると共に、感光ドラム５１上に形成された静電像を現像する現像装置２０と、現像装置２０から排出された余剰現像剤を、内部で搬送させて回収部１１に搬送する排出管８１と、排出管８１の内部において、少なくとも湿度を含む環境情報を検知する温湿度センサ８３と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を収容すると共に、像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置と、
前記現像装置から排出された余剰現像剤を、内部で搬送させて回収部に搬送する排出搬送部と、
前記排出搬送部の内部において、少なくとも湿度を含む環境情報を検知する環境検知部と、を備える、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記排出搬送部の内部に設けられ、余剰現像剤を搬送する搬送部材を備える、
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】
前記環境検知部は、前記搬送部材の上方に配置される、
ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記搬送部材は、余剰現像剤を搬送方向に搬送する順送部と、前記順送部の前記搬送方向下流側に配置されると共に、余剰現像剤を前記搬送方向の反対方向に押し戻す逆送部と、を有し、
前記環境検知部は、前記順送部と前記逆送部との間に対向して配置される、
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】
前記搬送部材は、前記順送部と前記逆送部との間に配置され、余剰現像剤を攪拌する攪拌部を有する、
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】
前記環境検知部は、前記搬送部材の下方に配置される、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
静電像を担持する像担持体と、
前記現像装置の現像剤担持体に現像バイアスを印加することにより、像担持体上に形成された静電像を現像する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記環境検知部からの検出結果に基づいて、前記現像バイアスを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置は、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、及びこれらの複数の機能を有する複合機等として広く応用されている。この種の画像形成装置では、現像装置において帯電したトナーを像担持体に接近させ、静電的にトナーを像担持体上の静電潜像に付着させることにより現像が行なわれ、画像が形成される。この画像形成過程において、トナーは摩擦帯電により帯電される。このため、温度や湿度等の環境により摩擦帯電量が変化してしまう。トナーの帯電量の変化により、像担持体上に現像されるトナーの量が変化して、画像濃度が不安定になってしまう。
【０００３】
これを解決するために、画像形成装置内に環境センサを設けて、最後の画像形成時からの経過時間とその時の環境状態に応じて、トナーの帯電量を大きくするチャージアップモードの実行を制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。この画像形成装置では、環境センサは、例えば現像装置の外部の空間であって、現像剤の環境とは異なる空間に設けられている。この画像形成装置によれば、トナーの帯電量を所望の範囲に保つようにして、トナーの帯電量変化による現像特性の変化の抑制を図ることができる。
【０００４】
また、現像装置の現像容器内に環境センサを設けて、直接現像剤の温湿度を測定し、その結果に応じて現像剤の攪拌スクリュの回転速度と回転時間とを制御する技術が提案されている（特許文献２参照）。この画像形成装置によれば、直接現像剤の温湿度を測ることにより、より高精度に現像剤の状態を検知し制御にフィードバックすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３７２８９８号公報
【特許文献２】特開２００７−６５５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の画像形成装置では、環境センサは、現像装置の外部の空間であって、現像剤の環境とは異なる空間に設けられている。ここで、現像容器はその構造上、周囲の空気と触れる箇所が少ないため、現像容器の内部と現像容器の外部の画像形成装置内の各部との環境に、乖離が生じる場合がある。例えば、現像装置が駆動しているときは現像剤の摩擦により現像装置が自己昇温するため、外部に比して現像容器内の温度が高くなり、相対湿度は低くなる。このような場合には、現像容器の外部の環境センサの検知結果は現像容器内の環境を高精度に反映していないこともあり、この環境センサに基づいた制御では、トナーの帯電量の変化を高精度に得られず、濃度が不適切な画像形成を実行してしまう虞がある。
【０００７】
また、上述した特許文献２に記載の技術では、環境センサは現像容器内に設けられているので、現像装置のカートリッジ交換が行われるたびに環境センサも交換されることとなり、コスト増を招く虞がある。
【０００８】
本発明は、環境検知部の交換によるコスト増を招くことなく、現像装置の内部の現像剤に関する環境情報を高精度に検知して、環境変動に伴う濃度変動を抑えて安定した画像形成を実現可能な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】
【０００９】
本発明の画像形成装置は、現像剤を収容すると共に、像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置と、前記現像装置から排出された余剰現像剤を、内部で搬送させて回収部に搬送する排出搬送部と、前記排出搬送部の内部において、少なくとも湿度を含む環境情報を検知する環境検知部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排出搬送部の内部において少なくとも湿度を含む環境情報を検知する環境検知部を備えているので、現像装置から排出された余剰現像剤の環境情報を高精度に検知することができる。このため、環境検知部の交換によるコスト増を招くことなく、現像装置の内部の現像剤に関する環境情報を高精度に検知して、環境変動に伴う濃度変動を抑えて安定した画像形成を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る現像装置及び排出装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る現像装置の循環経路を示す平面図である。
【図４】第１の実施形態に係る温湿度センサを示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係る画像形成装置の各部の環境情報の時間変化を示すグラフであり、（ａ）は温度の時間変化、（ｂ）は相対湿度の時間変化である。
【図６】第１の実施形態に係る現像装置における相対湿度ＲＨｄｅｖとＶｃｏｎｔとの関係を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態に係る現像装置によるＶｃｏｎｔの設定処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施形態に係る排出装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る現像装置によるＶｃｏｎｔの設定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施例と比較例とにおける出力枚数と画像濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、画像形成装置１の一例としてタンデム型のフルカラープリンタについて説明している。但し、本発明はタンデム型の画像形成装置１に限られず、他の方式の画像形成装置であってもよく、また、フルカラーであることにも限られず、モノクロやモノカラーであってもよい。あるいは、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施することができる。また、本実施の形態では、画像形成装置１は、中間転写ベルト４４ｂを有し、感光ドラム５１から中間転写ベルト４４ｂに各色のトナー像を一次転写した後、各色の複合トナー像をシートＳに一括して二次転写する方式としている。但し、これには限られず、シート搬送ベルトで搬送されたシートに感光ドラムから直接に転写する方式を採用してもよい。
【００１３】
図１に示すように、画像形成装置１は、装置本体１０と、シート給送部３０と、画像形成部４０と、不図示のシート搬送部と、シート排出部６０と、制御部７０とを備えている。尚、記録材であるシートＳは、トナー像が形成されるものであり、具体例として、普通紙、普通紙の代用品である合成樹脂製のシート、厚紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等がある。
【００１４】
シート給送部３０は、装置本体１０の下部に配置されており、シートＳを積載して収容するシートカセット３１と、給送ローラ３２とを備え、シートＳを画像形成部４０に給送する。
【００１５】
画像形成部４０は、画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋと、トナーボトル４１ｙ，４１ｍ，４１ｃ，４１ｋと、露光装置４２ｙ，４２ｍ，４２ｃ，４２ｋと、中間転写ユニット４４と、二次転写部４５と、定着部４６とを備えている。画像形成部４０は、画像情報に基づいてシートＳに画像を形成可能である。なお、本実施の形態の画像形成装置１は、フルカラーに対応するものであり、画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋは、イエロー（ｙ）、マゼンタ（ｍ）、シアン（ｃ）、ブラック（ｋ）の４色それぞれに同様の構成で別個に設けられている。このため、図１中では４色の各構成について同符号の後に色の識別子を付して示すが、図２、図３及び明細書中では色の識別子を付さずに符号のみで説明する場合もある。
【００１６】
本実施の形態では、現像剤として、負帯電性の非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物である二成分現像剤を使用している。トナーは、ポリエステル、スチレン等の樹脂に着色料、ワックス成分などを内包し、粉砕あるいは重合によって生成している。キャリアは、フェライト粒子や磁性粉を混錬した樹脂粒子からなるコアの表層に樹脂コートを施して生成している。
【００１７】
画像形成ユニット５０は、４色のトナー画像を形成するための４個の画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋを含んでいる。各画像形成ユニット５０は、トナー画像を形成する感光ドラム（像担持体）５１と、帯電ローラ５２と、現像装置２０と、規制ブレード５９と、排出装置８０（図２参照）とを備えている。
【００１８】
感光ドラム５１は、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性を持つよう形成された感光層を有し、所定のプロセススピード（周速度）で矢印方向に回転する。帯電ローラ５２は、感光ドラム５１の表面に接触して、感光ドラム５１の表面が均一に帯電される。このときの電位を帯電電位ＶＤ［Ｖ］と呼ぶ。感光ドラム５１の表面では、帯電後、露光装置４２ｙ，４２ｍ，４２ｃ，４２ｋによって画像情報に基づいて静電像が形成される。このときの露光された部位の電位を露光電位ＶＬ［Ｖ］と呼ぶ。感光ドラム５１は、形成された静電像を担持して、周回移動し、現像装置２０によってトナーで現像される。現像装置２０及び排出装置８０の詳細な構成については、後述する。
【００１９】
現像されたトナー像は、後述する中間転写ベルト４４ｂに一次転写される。一次転写後の感光ドラム５１は、不図示の前露光部によって表面を除電される。規制ブレード５９は、感光ドラム５１の表面に接して配置され、一次転写後の感光ドラム５１の表面に残留する転写残留トナー等の残留物を清掃する。規制ブレード５９により清掃された残留物は、回収部１１（図２参照）に回収される。
【００２０】
中間転写ユニット４４は、画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋの下方に配置されている。中間転写ユニット４４は、駆動ローラ４４ａや従動ローラ４４ｄ、１次転写ローラ４４ｙ，４４ｍ，４４ｃ，４４ｋ等の複数のローラと、これらのローラに巻き掛けられた中間転写ベルト４４ｂとを備えている。１次転写ローラ４４ｙ，４４ｍ，４４ｃ，４４ｋは、感光ドラム５１ｙ，５１ｍ，５１ｃ，５１ｋにそれぞれ対向して配置され、中間転写ベルト４４ｂに当接する。
【００２１】
中間転写ベルト４４ｂに１次転写ローラ４４ｙ，４４ｍ，４４ｃ，４４ｋによって正極性の転写バイアスを印加することにより、感光ドラム５１ｙ，５１ｍ，５１ｃ，５１ｋ上のそれぞれの負極性を持つトナー像が順次中間転写ベルト４４ｂに多重転写される。これにより、中間転写ベルト４４ｂは、感光ドラム５１ｙ，５１ｍ，５１ｃ，５１ｋの表面（像担持体上）で静電像を現像して得られたトナー像を転写して移動する。
【００２２】
二次転写部４５は、二次転写内ローラ４５ａと、二次転写外ローラ４５ｂとを備えている。二次転写外ローラ４５ｂに正極性の二次転写バイアスを印加することによって、中間転写ベルト４４ｂに形成されたフルカラー画像をシートＳに転写する。定着部４６は、定着ローラ４６ａ及び加圧ローラ４６ｂを備えている。定着ローラ４６ａと加圧ローラ４６ｂとの間をシートＳが挟持され搬送されることにより、シートＳに転写されたトナー像は加熱及び加圧されてシートＳに定着される。
【００２３】
シート排出部６０は、排出経路の下流側に配置された排出ローラ対６１と、装置本体１０の側部に配設された排出口６２及び排出トレイ６３とを備えている。排出ローラ対６１は、排出経路から搬送されるシートＳをニップ部から給送し、排出口６２から排出可能である。排出口６２から排出されたシートＳは、排出トレイ６３に積載される。
【００２４】
制御部７０はコンピュータにより構成され、例えばＣＰＵと、各部を制御するプログラムを記憶するＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、外部と信号を入出力する入出力回路とを備えている。ＣＰＵは、画像形成装置１の制御全体を司るマイクロプロセッサであり、システムコントローラの主体である。ＣＰＵは、入出力回路を介して、シート給送部３０、画像形成部４０、シート搬送部、シート排出部６０、不図示の操作部に接続され、各部と信号をやり取りすると共に動作を制御する。制御部７０には、後述する温湿度センサ８３（図２参照）が接続されている。制御部７０はタイマ機能を有し、温湿度センサ８３から取得した相対湿度等の情報にその時刻を関連付ける。ＲＯＭは不揮発性メモリを有し、相対湿度やその時刻を含む画像形成条件が格納される。ＣＰＵは、ＲＯＭに対して画像形成条件を書き込んだり、あるいはＲＯＭから読み出して利用する。また、制御部７０は、温湿度センサ８３からの検出結果に基づいて、現像バイアスを制御する。
【００２５】
次に、このように構成された画像形成装置１における画像形成動作について説明する。
【００２６】
画像形成動作が開始されると、まず感光ドラム５１が回転して表面が帯電ローラ５２により帯電される。そして、露光装置４２ｙ，４２ｍ，４２ｃ，４２ｋにより画像情報に基づいてレーザ光が感光ドラム５１に対して発光され、感光ドラム５１の表面上に静電潜像が形成される。この静電潜像にトナーが付着することにより、現像されてトナー画像として可視化され、中間転写ベルト４４ｂに転写される。
【００２７】
一方、このようなトナー像の形成動作に並行して給送ローラ３２が回転し、シートカセット３１の最上位のシートＳを分離しながら給送する。そして、中間転写ベルト４４ｂのトナー画像にタイミングを合わせて、搬送経路を介してシートＳが二次転写部４５に搬送される。更に、中間転写ベルト４４ｂからシートＳに画像が転写され、シートＳは、定着部４６に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱及び加圧されてシートＳの表面に定着され、排出ローラ対６１により排出口６２から排出されて排出トレイ６３に積載される。
【００２８】
次に、現像装置２０について、図２及び図３に基づいて詳細に説明する。現像装置２０は、現像剤を収容する現像容器２１と、第１の搬送スクリュ２２と、第２の搬送スクリュ２３と、現像スリーブ（現像剤担持体）２４と、規制部材２５とを有している。現像装置２０は、現像剤を収容すると共に、感光ドラム５１上に形成された静電像を現像する。現像容器２１は、感光ドラム５１に対向する位置に、現像スリーブ２４が露出する開口部２１ａを有している。本実施の形態では、円筒形状の現像スリーブ２４を採用しているが、これには限られず、例えば可撓性のベルトを適用してもよい。
【００２９】
現像容器２１は、略中央部にて長手方向に延在する隔壁２７を有している。現像容器２１は、この隔壁２７によって水平方向に現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとに区画されている。現像剤は、これら現像室２１ｂ及び攪拌室２１ｃに収容されている。現像室２１ｂは、現像スリーブ２４に現像剤を供給する。攪拌室２１ｃは、現像室２１ｂに連通し、現像スリーブ２４からの現像剤を回収して攪拌する。現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとの間の隔壁２７には、両端部において現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとを相互に連通させる２つの連絡部２７ａ，２７ｂが形成されている。
【００３０】
第１の搬送スクリュ２２は、現像室２１ｂに現像スリーブ２４の軸方向に沿って現像スリーブ２４と略平行に配置され、現像室２１ｂ内の現像剤を攪拌しつつ搬送する。第２の搬送スクリュ２３は、攪拌室２１ｃ内に第１の搬送スクリュ２２の軸と略平行に配置され、攪拌室２１ｃ内の現像剤を第１の搬送スクリュ２２と反対方向に搬送する。即ち、現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとは、現像剤を撹拌しつつ搬送する現像剤の循環経路を構成している。トナーは、各スクリュ２２，２３によって攪拌されることにより、キャリアと摺擦して負極性に摩擦帯電される。尚、第２の搬送スクリュ２３の搬送方向下流側の端部には、搬送方向を逆にした返しスクリュ２３ａが設けられている。攪拌室２１ｃにおいて、上流側から搬送される現像剤の大部分は、返しスクリュ２３ａに押し戻されて連絡部２７ａから現像室２１ｂに搬送される。
【００３１】
攪拌室２１ｃにおいて、現像剤の搬送方向の上流側の端部には、上方に開口した補給口２８が形成され、補給口２８にはトナーボトル４１のホッパ４１ａが接続されている。トナーボトル４１から供給されたトナーは、ホッパ４１ａを介して補給口２８から攪拌室２１ｃに補給される。また、攪拌室２１ｃにおいて、現像剤の搬送方向の下流側の端部には、下方に開口した排出口２９が形成され、排出口２９には排出装置８０が接続されている。攪拌室２１ｃで余剰になった現像剤は、返しスクリュ２３ａを乗り越えて排出口２９から排出装置８０に排出される。
【００３２】
現像スリーブ２４は、非磁性のトナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持して、感光ドラム５１に対向する現像領域に搬送する。現像スリーブ２４は、例えばアルミニウムや非磁性ステンレス等の非磁性材料で構成され、本実施の形態ではアルミニウム製としている。現像スリーブ２４の内側には、ローラ状のマグネットローラ（磁界発生手段）２４ｍが、現像容器２１に対して非回転状態で固定設置されている。マグネットローラ２４ｍは、表面に複数の磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｎ３を有している。
【００３３】
現像装置２０内の現像剤は、マグネットローラ２４ｍにより現像スリーブ２４上に担持される。その後、現像スリーブ２４上の現像剤は規制部材２５により層厚を規制され、現像スリーブ２４が回転することによって感光ドラム５１と対向した現像領域に搬送される。現像領域で現像スリーブ２４上の現像剤は穂立ちして磁気穂を形成する。磁気穂を感光ドラム５１に接触させることにより、トナーを感光ドラム５１に供給することで、感光ドラム５１の静電潜像をトナー像として現像する。また、静電潜像へのトナーの付与率を向上させるために、通常現像スリーブ２４には直流電圧Ｖｄｃ［Ｖ］と交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。
【００３４】
このとき、直流電圧Ｖｄｃと露光電位ＶＬとの差分ＶＬ−ＶｄｃをＶｃｏｎｔと呼び、これがトナーを静電潜像部へと運ぶ電界を生成する。また、直流電圧Ｖｄｃと帯電電位ＶＤとの差分Ｖｄｃ−ＶＤをＶｂａｃｋと呼び、トナーに働く力としては感光ドラム５１から現像スリーブ２４方向に引き戻す電界を作る。これは、トナーが非潜像部へと付着する所謂かぶり現象を抑制するために設けられている。
【００３５】
現像装置２０はトナーと少量のキャリアを補給する所謂トリクル現像方式を採用している。トリクル現像方式とは、キャリアが画像形成の過程で攪拌され続け、キャリアの表面が外添剤やトナーで汚染されることによるキャリアの帯電能低下を抑制するために設けられるものである。補給口２８により新しいキャリアを所定の割合で含む補給用現像剤が供給され、これにより余剰となった現像装置２０内の現像剤を、攪拌室２１ｃに設けられた排出口２９より排出する。
【００３６】
排出装置８０は、図２に示すように、排出管（排出搬送部）８１と、排出スクリュ（搬送部材）８２と、温湿度センサ（環境検知部）８３と、を有している。排出装置８０は、現像装置２０から排出された余剰現像剤を、回収部１１に搬送して排出する。
【００３７】
排出管８１は、現像装置２０の下方から回収部１１の上方まで略水平に配置された管状の部材であり、現像装置２０から排出された余剰現像剤を、内部で搬送させて回収部１１に搬送する。排出管８１の現像装置２０側の端部には、現像装置２０の排出口２９に接続される接続部８１ａが形成されている。排出スクリュ８２は、排出管８１の内部において排出管８１に沿って配置され、不図示の駆動源により回転され、回転により排出管８１の内部の余剰現像剤を回収部１１側に搬送する。
【００３８】
温湿度センサ８３は、排出管８１の内部において、少なくとも湿度を含む環境情報を検知する。本実施形態では、温湿度センサ８３は、排出管８１の上部の壁部、即ち排出スクリュ８２の上方に配置されており、通常は余剰現像剤と接触しないように設置されている。尚、温湿度センサ８３の設置位置としては、排出スクリュ８２の上方に限られないのは勿論である。温湿度センサ８３としては、本実施形態では温湿度センサＳＨＴ１ｘシリーズ（ＳＥＮＳＩＲＩＯＮ社製）を適用しているが、これには限られないのは勿論である。
【００３９】
温湿度センサ８３は、図４に示すように、取付部材８３ａに対して、湿度検知デバイスとしての静電容量ポリマ８４と、温度検知デバイスとしてのバンドギャップ温度センサ８５とが実装されて構成されている。湿度検知デバイスである静電容量ポリマ８４は、誘電体としてポリマを挿入したコンデンサをセンシング素子として利用したものである。これは湿度変化に伴い、ポリマに吸着する水分量が変化し、その結果、コンデンサの静電容量が変化することを利用して、湿度検知を行っている。また、温度検知デバイスであるバンドギャップ温度センサ８５は、温度に対して線形に抵抗値が変化するサーミスタを用いることで、その抵抗値から温度を算出している。図４（ｂ）に示すように、静電容量ポリマ８４及びバンドギャップ温度センサ８５はいずれも１４ｂｉｔＡ／Ｄコンバータ８３ｂにカップリングされ、デジタルインターフェース８３ｃを通じて画像形成装置の制御部７０のＣＰＵに接続されている。このため、静電容量ポリマ８４及びバンドギャップ温度センサ８５から送信された検知信号は、制御部７０により受信されて処理される。
【００４０】
ここで、現像容器２１の内部は外部との空気の循環が少なく、例えば現像装置２０は駆動によって自己昇温が生じる場合があるため、現像容器２１の内部と外部とではその温湿度の値に乖離が生じる場合がある。しかし、本実施形態では、温湿度センサ８３を設置した排出管８１は現像装置２０の外部にありながら、排出口２９を通じて現像容器２１と連通しているため、温湿度センサ８３が検知する雰囲気は現像容器２１内の雰囲気をよく反映したものとなる。
【００４１】
図５に、現像容器２１の内部（実線）、排出管８１の内部（破線）、装置本体１０の内部で現像容器２１の外部（点線）にそれぞれにおける環境情報の時間変化を示す。図５（ａ）では温度の時間変化、図５（ｂ）では相対湿度の時間変化を示す。図５（ａ）に示すように、現像装置２０が駆動すると、現像容器２１の内部の温度は自己昇温し、現像容器２１の外部の温度より高くなるが、排出管８１の内部の雰囲気は、現像容器２１の内部の温度変化と同様の変化をしている。また、図５（ｂ）に示すように、現像容器２１の内部の温度の自己昇温に伴って、現像容器２１の内部及び排出管８１の内部の相対湿度は減少している。従って、本実施形態での温湿度センサ８３が検知する温湿度の値は、現像容器２１の内部の温湿度の値に近似している。
【００４２】
但し、温湿度センサ８３が検知するのはあくまで現像容器２１の内部の雰囲気を反映した排出管８１の内部の空気の温湿度であり、現像剤そのものの温湿度ではない。一般に、周囲の空気の温湿度の変化に比して、現像剤の温湿度の変化は鈍い。そのため、現像剤の温湿度に対応した制御をより高精度に行うためには、温湿度センサ８３の検知値を現像剤の温湿度としてそのまま利用するのではなく、検知値に基づいて現像剤の温湿度を予測する必要がある。
【００４３】
現像剤の温湿度を取得することによって得ようとする情報は、現像剤の温湿度の変化に伴うトナーの帯電量変化である。トナーの帯電量は湿度に依存することが知られているが、相対湿度に依存するか絶対湿度（絶対水分量）に依存するかは、現像剤の種類により異なる。本実施形態では、トナーの帯電量変化が相対湿度に依存する場合の制御の手順を示す。この場合、温湿度センサ８３が検知する温度及び湿度の値のうち、相対湿度の値だけを用いる。そのため、必ずしも温度を検知する必要がないため、相対湿度のみを検知するセンサを温湿度センサ８３として用いてもよい。
【００４４】
温湿度センサ８３が排出管８１内の相対湿度ＲＨ１を検知すると、制御部７０のＣＰＵは不揮発性メモリ内に格納された前回の画像形成条件設定に用いられた相対湿度ＲＨ０と、その際の時刻ｔ０を読み出す。これらの情報と現在時刻ｔ１を用いて、以下に示す数式（１）により、現在の現像剤の相対湿度ＲＨｄｅｖを計算する。
【００４５】
ＲＨｄｅｖ
＝（ＲＨ１−ＲＨ０）×ｅｘｐ｛−（ｔ１−ｔ０）／β｝＋ＲＨ０    ・・・（１）
【００４６】
数式（１）において、βは時間の次元をもつ時定数であり、現像装置２０の構成や現像剤物性、現像剤量等の諸条件で決定、または実験的に求められる定数である。βが大きいほど、現像剤が周囲の湿度と同等になるのに時間が掛かることを表す。本実施形態の構成におけるβの値は、例えば、５００（ｍｉｎ）である。
【００４７】
数式（１）は前回検知時の直後、つまり（ｔ１−ｔ０）→０ではＲＨｄｅｖ→ＲＨ０、前回検知時から十分な時間の経過後、つまり（ｔ１−ｔ０）→∞ではＲＨｄｅｖ→ＲＨ１となり、右辺第１項でその間の湿度変化を指数関数で計算している。このように、周囲の空気の温湿度から現像剤の相対湿度を計算する手法をとっているため、温湿度センサ８３が設置される場所としては、常に現像剤との接触が無い場所が望ましい。本実施形態では、温湿度センサ８３は、通常は余剰現像剤と接触しない排出管８１の上部の壁部に配置されているので、相対湿度ＲＨｄｅｖを高精度に算出することができる。
【００４８】
上述の計算により得られた相対湿度ＲＨｄｅｖのフィードバック先としては、現像剤攪拌条件、画像形成条件（Ｖｃｏｎｔ）等が考えられるが、ここでは画像形成条件にフィードバックする。現像容器２１の内部のトナーの帯電量は、相対湿度の低下によって増加する傾向にある。感光ドラム５１上の静電潜像に現像されるトナーの量は、露光電位ＶＬと現像スリーブ２４に印加される直流電圧Ｖｄｃとの差、即ちＶｃｏｎｔで規定される。トナーの帯電量が湿度変化によって変化したとき、同じ量のトナーが作る電位の大きさも変化する。トナー層が作る電位の大きさＶｔは、Ｖｔ＝Ｑｔ／Ｃで表される。Ｑｔはトナーの帯電量、Ｃは感光ドラム５１の静電容量を表す。これによると、トナーの帯電量Ｑｔが湿度低下に伴い増加した場合、感光ドラム５１上に現像されたトナー層が作る電位Ｖｔが高くなる。現像はＶｔ＝Ｖｃｏｎｔとなったときに終了するので、Ｖｔが高くなると同じＶｃｏｎｔにおいては現像される量が減ることとなる。つまり、トナー帯電量が増加した場合でも、一定の画像濃度を得るためには、Ｖｃｏｎｔを大きくして、トナーの載り量を増やす必要がある。尚、本実施形態では、相対湿度ＲＨｄｅｖとＶｃｏｎｔとの関係を示すテーブルを用意する（図６参照）。このテーブルでは、相対湿度ＲＨｄｅｖが小さい、即ちトナーの帯電量が大きいときに、Ｖｃｏｎｔが大きくなるように設定している。そして、制御部７０は、このテーブルを利用して、相対湿度ＲＨｄｅｖからＶｃｏｎｔを取得することができる。
【００４９】
次に、上述した現像装置２０を利用してＶｃｏｎｔを取得する手順について、図７に示すフローチャートに沿って説明する。制御部７０が画像形成の命令を受けることにより、画像形成装置１が画像形成処理を開始する（ステップＳ１）。画像形成処理の開始により、現像装置２０の駆動が開始される。制御部７０は、温湿度センサ８３から排出管８１の内部の相対湿度ＲＨ１を検知すると共に、その時刻ｔ１を取得する（ステップＳ２）。そして、制御部７０は、不揮発性メモリを参照して、前回条件の相対湿度ＲＨ０及び時刻ｔ０を読み出す（ステップＳ３）。
【００５０】
制御部７０は、得られた相対湿度ＲＨ１、時刻ｔ１、相対湿度ＲＨ０、時刻ｔ０を用い、上述した数式（１）を用いて相対湿度ＲＨｄｅｖを算出する（ステップＳ４）。そして、制御部７０は、図６に示すテーブルを参照し、相対湿度ＲＨｄｅｖに基づいてＶｃｏｎｔの値を取得する（ステップＳ５）。その後、制御部７０は、画像形成処理を終了する（ステップＳ６）。
【００５１】
上述したように本実施形態の画像形成装置１によれば、排出管８１の内部において少なくとも湿度を含む環境情報を検知する温湿度センサ８３を備えているので、現像装置２０から排出された余剰現像剤の湿度を高精度に検知することができる。このため、温湿度センサ８３の交換によるコスト増を招くことなく、現像装置２０の内部の現像剤に関する湿度を高精度に検知して、環境変動に伴う濃度変動を抑えて安定した画像形成を実現することができる。
【００５２】
また、本実施形態の画像形成装置１によれば、温湿度センサ８３が設置される排出管８１は、現像装置２０の外部にあるため、現像装置２０が交換されるような場合にも装置本体１０に残る。つまり、温湿度センサ８３は、現像装置２０の交換の際に装置本体１０に残る位置でありながら、現像容器２１の内部の雰囲気を高精度に反映して検知することができる。
【００５３】
また、本実施形態の画像形成装置１によれば、温湿度センサ８３は、通常は余剰現像剤と接触しない排出管８１の上部の壁部に配置されている。このため、周囲の空気の温湿度から現像剤の相対湿度を計算する手法を採った場合に、現像剤の接触による検知精度の低下が無く、相対湿度ＲＨｄｅｖを高精度に算出することができる。
【００５４】
尚、上述した第１の実施形態の画像形成装置１では、トナーの帯電量変化が相対湿度に依存する場合について説明したが、これには限られず、トナーの種類によっては絶対湿度に依存する場合もある。ここで、トナーの帯電量変化が絶対湿度に依存する場合の制御の手順を、以下に示す。
【００５５】
この場合、温湿度センサ８３が検知する温度Ｔ１［℃］と相対湿度ＲＨ１との両方の情報を利用する。制御部７０は、温度Ｔ１と相対湿度ＲＨ１とから、重量絶対湿度ＡＨ［ｇ／ｋｇＤＡ］を計算し、得られた重量絶対湿度ＡＨを利用して各種プロセス条件を変更することで濃度変動を抑制することができる。重量絶対湿度ＡＨは、以下の手順で算出することができる。まず、温度Ｔ１における飽和水蒸気圧ｅ（Ｔ１）を求める。飽和水蒸気圧ｅ（Ｔ１）はＴｅｔｅｎｓの式を用いて数式（２）により計算できる。
【００５６】
ｅ（Ｔ１）［Ｐａ］
＝６１１×１０＾（７．５×Ｔ１／（Ｔ１＋２７３．３））    ・・・（２）
【００５７】
水蒸気を理想気体とした時、気体の状態方程式に従って解くと、飽和重量絶対水分量Ｍ［ｇ／ｋｇＤＡ］は数式（３）を用いて求められる。
【００５８】
Ｍ＝６２２×ｅ（Ｔ１）／（１０１３００−ｅ（Ｔ１））    ・・・（３）
【００５９】
相対湿度ＲＨ１は重量絶対湿度ＡＨを飽和重量絶対水分量Ｍで割ったものなので、重量絶対湿度ＡＨを数式（４）により算出することができる。制御部７０は、このようにして得られた重量絶対湿度ＡＨを利用して、各種プロセス条件を変更することで濃度変動を抑制することができる。
【００６０】
ＡＨ＝ＲＨ１×Ｍ    ・・・（４）
【００６１】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図８及び図９を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、排出装置１８０の排出スクリュ１８２が逆送部１８２ｂを有している点と、
温湿度センサ１８３が排出スクリュ１８２の下方に配置される点で、第１の実施形態と構成を異にしている。但し、それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。
【００６２】
本実施形態では、排出スクリュ１８２は、接続部１８１ａの真下に配置された順送部１８２ａと、順送部１８２ａの搬送方向下流側に配置された逆送部１８２ｂと、逆送部１８２ｂの搬送方向下流側に配置された順送部１８２ｃとを有している。順送部１８２ａの羽根の向きは、接続部１８１ａから排出された余剰現像剤を、回収部１１（図２参照）に向けて搬送方向（図中、矢印で示す）に搬送するよう設定されている。逆送部１８２ｂの羽根の向きは、順送部１８２ａとは反対で、余剰現像剤を搬送方向の反対方向に押し戻すように設定されている。順送部１８２ａと逆送部１８２ｂとは対向して設けられ、順送部１８２ａと逆送部１８２ｂとの間には検知領域１８０ｂが設けられている。
【００６３】
温湿度センサ１８３は、順送部１８２ａと逆送部１８２ｂとの間に対向して、検知領域１８０ｂにおいて、排出スクリュ１８２の下方に配置されている。尚、温湿度センサ１８３の設置位置としては、排出スクリュ１８２の下方に限られないのは勿論である。
【００６４】
本実施形態では、現像剤に温湿度センサ１８３を接触させて、より高精度な現像剤の状態を検知することを目的としている。そのために、温湿度センサ１８３の位置を排出管１８１の底面とすると共に、温湿度センサ１８３の位置より搬送方向下流側における排出スクリュ１８２の一部である逆送部１８２ｂの巻き方向を順送部１８２ａとは逆にしている。
【００６５】
本実施形態によると、現像装置２０の排出口２９から搬送されてきた余剰現像剤は排出スクリュ１８２の逆送部１８２ｂで押し戻され、検知領域１８０ｂで余剰現像剤が貯められる。温湿度センサ１８３は、検知領域１８０ｂの排出管１８１の底面に配置されているので、温湿度センサ１８３の検出面を余剰現像剤に埋没させることができ、余剰現像剤の温湿度を直接検知することができる。尚、厳密には、温湿度センサ１８３により検知されるのは余剰現像剤の空隙に存在する空気の温湿度であるが、この温湿度の値は現像剤の含水量、ひいてはトナーの帯電量と高い相関を有しているため、ここではこれを現像剤の温湿度の検知とする。
【００６６】
次に、上述した現像装置２０を利用してＶｃｏｎｔを取得する手順について、図９に示すフローチャートに沿って説明する。制御部７０が画像形成の命令を受けることにより、画像形成装置１が画像形成処理を開始する（ステップＳ１１）。画像形成処理の開始により、現像装置２０の駆動が開始される。制御部７０は、温湿度センサ１８３から排出管１８１の内部の相対湿度ＲＨ１を検知する（ステップＳ１２）。制御部７０は、得られた相対湿度ＲＨ０を、そのまま相対湿度ＲＨｄｅｖとする（ステップＳ１３）。そして、制御部７０は、図６に示すテーブルを参照し、相対湿度ＲＨｄｅｖに基づいてＶｃｏｎｔの値を取得する（ステップＳ１４）。その後、制御部７０は、画像形成処理を終了する（ステップＳ１５）。
【００６７】
上述したように本実施形態の画像形成装置１によれば、温湿度センサ１８３は排出スクリュ１８２の下方に配置されているので、温湿度センサ１８３の検出面を余剰現像剤に埋没させることができ、余剰現像剤の温湿度を直接検知することができる。このため、相対湿度ＲＨｄｅｖを算出するための近似計算を不要にできるので、現像装置２０から排出された余剰現像剤の湿度を高精度に検知することができ、環境変動に伴う濃度変動を抑えて安定した画像形成を実現することができる。
【００６８】
尚、上述した第２の実施形態の画像形成装置１では、検知領域１８０ｂに位置する余剰現像剤は概ね搬送方向に押圧される構成である場合について説明したが、これには限られない。例えば、図８の想像線で示すように、検知領域１８０ｂに位置する排出スクリュ１８２の回転軸１８４に、リブ状の攪拌部１８５を設けても良い。
【００６９】
ここで、現像剤層は、表面が環境変動に対する応答が速く、その内部は表面に比して調湿しにくいという特徴がある。上述した実施形態において画像濃度が低い画像ばかりが出力されるような場合、現像剤の補給量が減るため、排出口２９から余剰現像剤が排出されなくなる。このような状態になると排出管１８１に余剰現像剤が排出されなくなり、検知領域１８０ｂの余剰現像剤が入れ替わらなくなる。このとき、前述したような現像剤層内部の現像剤は調湿しにくいという特徴から、現像容器２１の内部で攪拌及び搬送されている現像剤と検知領域１８０ｂで動かない状態の余剰現像剤との間で、湿度の値に乖離が生じる虞がある。
【００７０】
そこで、排出スクリュ１８２の検知領域１８０ｂに攪拌部１８５を設けることで、排出スクリュ１８２の回転に伴い、検知領域１８０ｂに存在する余剰現像剤が攪拌される。これによって、余剰現像剤は、周囲の環境、即ち排出管１８１の内部の温湿度と同等になりやすくなる。上述したように排出管１８１の内部の温湿度は現像容器２１の内部の温湿度と同等であるため、検知領域１８０ｂの余剰現像剤を環境と同等にすることによって、現像装置２０内の現像剤の温湿度に近づけることができる。この場合も、例えば図９に示すフローチャートに沿ってＶｃｏｎｔを取得することにより、現像装置２０から排出された余剰現像剤の湿度を高精度に検知することができ、環境変動に伴う濃度変動を抑えて安定した画像形成を実現することができる。
【００７１】
（第１実施例）
次に、上述した第１の実施形態の画像形成装置１を用いて画像形成を行い、出力枚数が増加する時の濃度変動を測定した。画像濃度の値は、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製の反射分光濃度計５００シリーズを用いて測定した。その結果を図１０に示す。本実施例によれば、トナーの帯電量増加にならってＶｃｏｎｔを大きくする制御を行っているため、濃度減少を抑制できた。
【００７２】
（第２実施例）
上述した第２の実施形態の画像形成装置１を用いて画像形成を行い、出力枚数が増加する時の濃度変動を測定した。図１０に示すように、本実施例では第１実施例に比して更に濃度変動が小さくなった。これは、本実施例では第１実施例で用いたような近似計算を行っていないため、より精度良く現像剤の相対湿度を検知できたためと考えられる。
【００７３】
（比較例）
上述した第１の実施形態の画像形成装置１を用い、温湿度センサ８３の検知結果を用いずに画像形成を行い、出力枚数が増加する時の濃度変動を測定した。図１０に示すように、出力枚数が増え、駆動時間が増えて相対湿度が減少するにつれて、トナーの帯電量が増加することを原因とする濃度減少が生じている。
【００７４】
従って、第１の実施形態及び第２の実施形態の画像形成装置１によれば、現像装置２０から排出された余剰現像剤の湿度を高精度に検知することができ、環境変動に伴う濃度変動を抑えて安定した画像形成を実現することができることが確認された。
【符号の説明】
【００７５】
１…画像形成装置、１１…回収部、２０…現像装置、２４…現像スリーブ（現像剤担持体）、５１…感光ドラム（像担持体）、７０…制御部、８１…排出管（排出搬送部）、８２…排出スクリュ（搬送部材）、８３…温湿度センサ（環境検知部）、１８１…排出管（排出搬送部）、１８２…排出スクリュ（搬送部材）、１８２ａ…順送部、１８２ｂ…逆送部、１８２ｃ…順送部、１８３…温湿度センサ（環境検知部）、１８５…攪拌部。
【図１】
2017201355.tif 000003
【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】
2017201355.tif 000008
【図７】
2017201355.tif 000009
【図８】
2017201355.tif 000010
【図９】
2017201355.tif 000011
【図１０】
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