JP2001117338A

JP2001117338A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2001117338A
Application number: JP29513399A
Authority: JP
Inventors: Toshio Koike; 寿男小池; Kentaro Matsumoto; 健太郎松本; Atsuya Oojiya; 篤哉大慈彌; Toshihiko Yamanaka; 俊彦山中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】トナー濃度自己制御システムにおいて、現像
剤のトナー濃度を一定に保ち、画質劣化のない画像を形
成することができる画像形成装置を提供することであ
る。【解決手段】トナー濃度の増減による現像剤３の嵩変
化によってトナーホッパ８内のトナーを取り込んでトナ
ー補給を行ういわゆるトナー濃度自己制御システムを適
用した画像形成装置である。この画像形成装置では、現
像剤収容部Ａの現像剤搬送方向上流側に配置されたプレ
ドクタ７ａの更に上流側にトナー補給口８ａが開口して
いる。このトナー補給口付近では上記プレドクタによっ
て規制された現像剤によって現像剤滞留部Ｂが形成され
ており、トナーホッパ内のトナー残量を検知するトナー
残量検知センサ１７の検知結果に応じて、アジテータ９
の回転数を制御し、現像剤のトナー濃度を一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、
内部に磁界発生手段を配置した現像剤担持体上にトナー
と磁性キャリアとを含む現像剤を担持させて潜像担持体
に形成された潜像を現像するものであって、トナー濃度
の増減による該現像剤の嵩変化によってトナー収容部内
のトナーを取り込んでトナー補給を行ういわゆるトナー
濃度自己制御システムを適用した画像形成装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】このトナー濃度自己制御システムを適用
した画像形成装置においては、トナー補給口出口付近の
現像剤の嵩変化によってトナーを取り込んでトナー濃度
を制御するので、従来のように現像剤のトナー濃度を検
知してトナー補給量を制御する必要がない。よって、ト
ナー濃度検知センサを設ける必要がない上、トナー補給
機構を簡略化することもでき、装置の小型化、低コスト
化を図ることができるという利点を有する。

【０００３】図１４は、トナー濃度自己制御システムを
適用した従来の現像装置の一例を示す概略構成図であ
る。この現像装置１００において、現像スリーブ４に担
持されて搬送される現像剤の量を規制するドクタ６によ
り通過が阻止された現像剤３は、現像剤収容部Ａ内で現
像剤自身の内圧及び自重によりトナー補給口８ａ側に移
動し、該トナー補給口を介してトナーホッパ８から供給
されるトナー３ａを取り込む。そして、その現像剤３
は、上記現像スリーブ４の表面に沿って再び上記ドクタ
６側に搬送され、該ドクタによって所定量に規制される
と、感光体ドラム１と対向する現像領域において現像に
寄与する。この現像装置１００では、現像剤３の移動が
活発な箇所とそうでない箇所、あるいは現像剤３の多い
箇所と少ない箇所で、現像スリーブ４の軸方向における
トナー取込量が異なってくる。このため、現像スリーブ
４の軸方向において現像剤３のトナー濃度が不均一とな
り、画像濃度ムラや地肌汚れが発生し易いという不具合
がある。

【０００４】図１５は、特開平９−１９７８３３に開示
された上記不具合を解消し得る現像装置の概略構成図で
ある。この現像装置２００は、図１４に示した現像装置
１００とほぼ同様の構成であるが、現像スリーブ４上の
現像剤の層厚を規制する第１規制部材としての第１ドク
タ６に加えて、該ドクタによりも該現像スリーブの現像
剤搬送方向上流側に配置された第２規制部材である第２
ドクタ７ａを有する。この現像装置２００では、上記第
２ドクタ７ａとその下方に位置するケーシング２との間
に現像剤滞留部Ｂが形成される。この現像剤滞留部Ｂ
は、上記第２ドクタ７ａによって掻き落とされた現像剤
によって形成され、この現像剤のみがトナーの取り込み
に寄与することになる。このような現像剤滞留部におい
て一旦トナーの取り込みが行われた後、その現像剤は上
記第２規制部材を通過して今度は現像剤収容部内でトナ
ーと混じり合うので、現像スリーブ４の軸方向における
現像剤の量を一定にすることが可能となる。これによ
り、現像スリーブ４の軸方向におけるトナー取込量のム
ラを少なく抑え、上記不具合を解消することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記第２ドクタ７ａの
ような第２規制部材を有する現像装置においては、トナ
ー濃度センサがない上、該第２規制部材を有しないもの
に比べてトナーの取り込みに寄与する現像剤量が少ない
ので、トナー濃度を一定に保つためには現像剤に如何に
してトナーを安定かつ適量に補給するかが極めて重要で
ある。

【０００６】近年、トナーカートリッジの長寿命化に伴
い、該トナーカートリッジへの初期トナーセット量が増
大傾向にあるが、この初期トナーセット量の増大する
と、そのトナー３ａの自重も増加して上述した現像剤滞
留部にかかるトナー補給圧が大きくになる。トナー濃度
自己制御システムでは、現像剤滞留部に存在する現像剤
担持体上の現像剤にトナーを直接的に補給することにな
るので、このようにトナー補給圧が大きくなるとトナー
濃度の異常上昇を招く。このため、現像剤中においてキ
ャリアのトナー被覆率が増大して地汚れが発生し、形成
画像の画質が劣化するという問題があった。

【０００７】一方で、トナー補給環境が高温度又は高湿
度である場合には、トナー補給口あるいはその出口付近
でトナーが圧縮されることでトナー凝集度が増加する。
このようにトナー凝集度が増加すると、現像剤滞留部に
おいてトナーの取り込み不良が発生し、トナー濃度不足
を生じて画像濃度が低下するという問題があった。ま
た、このようにトナーの取り込み不良が発生すると、現
像剤担持体軸方向のトナー濃度ムラが生じて画像濃度ム
ラを発生させ、形成画像の画質が劣化するという問題も
あった。

【０００８】更に、従来、凝集度を小さくさせるための
添加剤をトナーに添加してトナーの凝集を抑制していた
が、トナーの攪拌時間が長くなるとその添加剤の剥離が
発生する。従って、トナーの攪拌時間が長いこともトナ
ーの凝集度を大きくする原因となっていた。

【０００９】本発明は、以上の問題点に鑑みなされたも
のであり、その目的とするところは、トナー濃度自己制
御システムにおいて、現像剤のトナー濃度を一定に保
ち、画質劣化のない画像を形成することができる画像形
成装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１乃至１０の発明は、トナーと磁性キャリア
とを含む現像剤を担持して搬送するための現像剤担持体
と、該現像剤担持体の内部に配置された磁界発生手段
と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量
を規制する第１規制部材と、該第１規制部材に対して現
像剤搬送方向上流側に配置され、該現像剤担持体に担持
されて搬送される現像剤の量を規制する第２規制部材
と、該第１規制部材により阻止された現像剤を収容する
現像剤収容部と、該第２規制部材に対して現像剤搬送方
向上流側に開口するトナー補給口を有し、内部に該トナ
ー補給口側に搬送するトナー搬送部材を備えたトナー収
容部とを有し、現像剤のトナー濃度の変化により該現像
剤とトナーの接触状態が変化することで該現像剤がトナ
ーを取り込む現像手段を備えた画像形成装置において、
上記第２規制部材によって規制された現像剤が滞留する
現像剤滞留部に隣接するトナーの状態に応じて、上記ト
ナー搬送部材の動作を制御するトナー搬送制御手段を設
けたことを特徴とするものである。

【００１１】この画像形成装置は、第２規制部材を有す
るため、トナーを安定かつ適量に補給するかが極めて重
要となるが、現像剤滞留部に隣接するトナーの状態によ
ってその補給状態が大きく変化する。このトナーの状態
としては、現像剤滞留部にかかるトナー補給圧や、トナ
ー補給口あるいはその出口付近におけるトナー凝集度な
どがある。

【００１２】トナー補給圧に関して言えば、そのトナー
補給圧が大きすぎるとそのトナー濃度の異常上昇を招い
て地汚れの原因となる。そこで、トナー補給圧が大きす
ぎる場合にはトナー搬送部材によるトナー搬送量を減少
させるように制御する。一方、トナー補給圧が小さすぎ
る場合には、トナー搬送部材によるトナー搬送量を増加
させる。このように制御することでトナー補給圧を一定
にすることができ、その結果トナー濃度を一定に保つこ
とができる。

【００１３】一方、トナー凝集度に関して言えば、その
トナー凝集度が増すとトナーの取り込み不良による画像
濃度ムラが発生する。そこで、トナー凝集度が増大した
ときにはその凝集したトナーを崩すようにトナー搬送部
材を動作させるように制御する。このように制御するこ
とで、トナー凝集度を小さくして現像剤滞留部における
トナーの取り込みを良好にして、トナー濃度を一定に保
つことができる。

【００１４】また、請求項２の発明は、上記トナー搬送
部材が上記トナー収容部内のトナーを回転動作によって
トナーを搬送する請求項１の画像形成装置において、上
記トナー搬送制御手段が、上記トナー搬送部材の回転数
を制御するものであることを特徴とするものである。

【００１５】トナー搬送部材の搬送量は、該トナー搬送
部材の回転数によって制御することができる。そこで、
本請求項の画像形成装置においては、現像剤滞留部にか
かるトナー補給圧が足らない場合にはトナー搬送部材の
回転数を増加させ、該トナー補給圧が大きすぎる場合に
はその回転数を減少させるように制御することで、トナ
ー補給圧を一定にしてトナー濃度を一定に保つことがで
きる。また、凝集したトナーを崩して低下したトナー濃
度に回復させるには、後述する図１１に示すように、上
記トナー搬送部材の回転数を減少させることで実現する
ことができる。従って、トナー凝集度が増大したときに
はトナー搬送部材の回転数を減少させるように制御する
ことで、トナー凝集度を小さくして現像剤滞留部におけ
るトナーの取り込みを良好にして、トナー濃度を一定に
保つことができる。

【００１６】また、請求項３の発明は、上記トナー搬送
部材が上記トナー収容部内のトナーを回転駆動する回転
羽によってトナーを搬送する請求項１の画像形成装置に
おいて、上記トナー搬送制御手段が上記回転羽の半径方
向長さを制御するものであることを特徴とするものであ
る。

【００１７】トナー搬送部材の搬送量は、該トナー搬送
部材の回転羽の半径方向長さを変えることによっても制
御することができる。そこで、本請求項の画像形成装置
においては、現像剤滞留部にかかるトナー補給圧が足ら
ない場合にはトナー搬送部材の回転羽の半径方向長さを
長くし、該トナー補給圧が大きすぎる場合にはその回転
羽の長さを短くするように制御することで、トナー補給
圧を一定にしてトナー濃度を一定に保つことができる。
また、凝集したトナーを崩して低下したトナー濃度に回
復させるには、上記トナー搬送部材の回転羽の長さを短
くすることで実現することができる。すなわち、トナー
凝集度が増大したときにはトナー搬送部材の回転羽の長
さを短くするように制御することで、トナー凝集度を小
さくして現像剤滞留部におけるトナーの取り込みを良好
にして、トナー濃度を一定に保つことができる。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１、２又は３の
画像形成装置において、上記トナー収容部内のトナー残
量を検知するトナー残量検知手段を設け、上記トナー搬
送制御手段が、該トナー残量検知手段の検知したトナー
残量に応じて、上記トナー搬送部材の動作を制御するこ
とを特徴とするものである。

【００１９】現像剤滞留部に隣接するトナーの状態の一
態様であるトナー補給圧は、トナー収容器内のトナー残
量が減ってその自重が変わると変化することになる。具
体的には、上記トナー収容器が満タン状態であるとき、
該トナー収容器内のトナーの自重によって上記トナー補
給圧は最大となり、一方、トナーエンド状態であるとき
にはその自重が減少して該トナー補給圧が減少する。極
端には、現像を行う度にトナー収容器内のトナー残量が
減少するので、上記トナー補給圧は徐々に小さくなる。
このようにトナー補給圧が変化すると、トナーの取込量
が変動して現像剤のトナー濃度を一定に保つことができ
ない。

【００２０】そこで、本請求項の画像形成装置では、ト
ナー収容器内のトナー残量に応じて上記トナー搬送部材
の動作を制御する。例えば、上記トナー収容器内のトナ
ー残量が少なくなるにしたがって、そのトナー搬送量を
徐々に大きくするように制御する。これにより、現像剤
滞留部にかかるトナー補給圧を一定に維持することがで
き、トナー濃度を一定に保つことができる。

【００２１】特に、請求項５の発明は、上記トナーとし
て磁性トナーを用いた請求項４の画像形成装置におい
て、上記トナー残量検知手段として透磁率センサを用い
たことを特徴とするものである。

【００２２】透磁率センサは、磁性トナーを用いた画像
形成装置においてトナーエンドセンサとして一般的に使
用されている。この透磁率センサをトナーエンドセンサ
として使用する場合、ある出力値をスレッショールド値
とし、その値よりも小さい値がある時間検出された時点
をトナーエンドとして検出する。一方で、透磁率センサ
は、そのアナログ出力値を利用すればトナー残量を検知
することも可能となるので、既存の設備を利用すること
ができる。

【００２３】また、請求項６の発明は、請求項１、２、
３、４又は５の画像形成装置において、上記トナー搬送
制御手段が、画像情報に応じて、上記トナー搬送部材の
動作を制御することを特徴とするものである。ここで、
「画像情報」とは、画像形成においてトナー消費量に影
響を与える画像に関する情報を意味し、例えば画像面積
率である。

【００２４】画像面積率が非常に高い画像形成時の現像
においては、急激にトナーを消費し、現像剤のトナー濃
度が一時的に減少して画像濃度が低下してしまうという
不具合が生じることがある。特に、上記トナー収容器内
のトナー残量の少ないときにはこの不具合は発生しやす
い。そこで、本請求項の画像形成装置では、画像情報に
応じてトナー搬送部材の動作を制御し、そのトナー搬送
量を変化させる。具体的には、一時的にトナー消費量が
多かったときには、通常よりもトナー搬送量を多くする
ように上記トナー搬送部材の動作を制御する。これによ
り、一時的に減少したトナー濃度を早期に所定のトナー
濃度に回復することができ、現像剤のトナー濃度を安定
して一定に保つことができる。

【００２５】請求項７の発明は、請求項１、２、３、
４、５又は６の画像形成装置において、該画像形成装置
内の温度を検知する温度検知手段を設け、上記トナー搬
送制御手段が、該温度検知手段の検知した温度に応じ
て、上記トナー搬送部材の動作を制御することを特徴と
するものである。

【００２６】現像剤滞留部に隣接するトナーの状態の一
態様であるトナー凝集度は、トナー補給環境の温度条件
によって影響を受けるので、この画像形成装置において
は、温度に応じてトナー搬送部材の動作を制御する。具
体的には、後述する図１０に示すように、温度が上昇す
るにつれてトナー凝集度も大きくなる傾向にあるので、
高温環境下ではその凝集したトナーを崩すようにトナー
搬送部材の動作を制御する。これにより、トナー凝集度
を小さくして現像剤滞留部におけるトナーの取り込みを
良好にして、トナー濃度を一定に保つことができる。

【００２７】特に、請求項８の発明は、請求項７の画像
形成装置において、他の目的で使用される温度検知手段
を上記温度検知手段として兼用したことを特徴とするも
のである。

【００２８】この画像形成装置においては、帯電装置に
設けられた温度検知手段や現像装置内の他の目的で使用
される温度検知手段などを、請求項７に示す温度検知手
段として兼用することで、既存の設備を利用することが
できる。

【００２９】また、請求項９の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６、７又は８の画像形成装置において、該
画像形成装置内の湿度を検知する湿度検知手段を設け、
上記トナー搬送制御手段が、該湿度検知手段の検知した
湿度に応じて、上記トナー搬送部材の動作を制御するこ
とを特徴とするものである。

【００３０】トナー凝集度は、トナー補給環境の温度条
件以外に湿度条件によっても影響を受けるので、この画
像形成装置においては、湿度に応じてトナー搬送部材の
動作を制御する。具体的には、後述する図１２に示すよ
うに、温度が上昇するにつれてトナー凝集度も大きくな
る傾向にあるので、高温環境下ではその凝集したトナー
を崩すようにトナー搬送部材の動作を制御する。これに
より、トナー凝集度を小さくして現像剤滞留部における
トナーの取り込みを良好にして、トナー濃度を一定に保
つことができる。

【００３１】また、請求項１０の発明は、上記トナー搬
送部材が上記トナー収容部内のトナーを回転動作によっ
て攪拌する請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は
９の画像形成装置において、上記トナー搬送制御手段
が、上記トナー搬送部材の総回転時間に応じて、上記ト
ナー搬送部材の回転動作を制御することを特徴とするも
のである。

【００３２】トナー凝集度は、トナーがトナー搬送部材
による攪拌でハザードを受けることにより増大する傾向
にある。具体的には、後述する図１３に示すように、ト
ナー搬送部材の総回転時間が増加するにつれてトナー凝
集度も増加する。そこで、本請求項の画像形成装置で
は、上記トナー搬送部材の総回転時間に応じてトナー搬
送部材の動作を制御する。上記総回転時間の増加に伴っ
て凝集したトナーを崩すように、トナー搬送部材の回転
動作を制御することで、トナー凝集度を小さくして現像
剤滞留部におけるトナーの取り込みを良好にし、トナー
濃度を一定に保つことができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】〔実施形態１〕以下、本発明を画
像形成装置である電子写真複写機（以下、複写機とい
う。）に適用した実施形態（以下、本実施形態を「実施
形態１」という。）について説明する。まず、本実施形
態に係る複写機全体の構成及び動作について説明する。
図１は、磁性トナーと磁性粒子である磁性キャリアとか
らなる現像剤３を用いて現像を行う複写機の概略構成図
である。この複写機は、原稿の画像情報を読み取るスキ
ャナ部１１と、該スキャナ部で読み取った画像情報に基
づいて潜像担持体である円筒状の感光体ドラム１に静電
潜像を形成する露光装置１２とを備えている。上記スキ
ャナ部１１では、コンタクトガラス１１ａ上に載置され
た原稿の画像情報を受光装置１１ｂで読み取り、その画
像情報を中央演算処理装置１３に送る。この中央演算処
理装置１３は、受け取った画像情報に基づき、上記露光
装置１２の光源であるレーザダイオード１２ａ及びポリ
ゴンミラー１２ｂを制御して、上記感光体ドラム１に静
電潜像を形成する。

【００３４】上記感光体ドラム１の周囲には、該感光体
ドラム表面を均一に帯電するための帯電手段である帯電
器１４と、該感光体ドラム上に形成された静電潜像を現
像剤３で現像する現像手段としての現像装置１０と、該
現像装置により現像されて形成されたトナー像を転写紙
に転写する転写手段である転写装置１５と、転写後の感
光体ドラム表面をクリーニングするクリーニング手段で
あるクリーニング装置１６とが配置されている。

【００３５】上記構成の複写機は、上記帯電器１４によ
り感光体ドラム１の表面を均一に帯電し、上記スキャナ
部１１で読み取った原稿の画像情報に基づいて上記露光
装置１２により該感光体ドラム表面にレーザを照射して
光露光を行う。これにより、この感光体ドラム１上には
静電潜像が形成される。ここで、例えば、本発明をプリ
ンタに適用した場合には、画像情報を出力する画像情報
出力手段、例えばパーソナルコンピュータからの画像情
報に基づいて静電潜像を形成することになる。

【００３６】上記感光体ドラム１上の静電潜像は、上記
現像装置１０により現像され、該感光体ドラム上にはト
ナー像が形成される。その後、このトナー像は、上記転
写装置１５によって図示しない転写紙上に転写される。
このようにして、転写紙に転写されたトナー像は、図示
しない定着装置の作用を受けて該転写紙上に定着され
る。一方、この転写時に上記感光体ドラム１上に残留し
た転写残トナーは、上記クリーニング装置１６により除
去され、クリーニングされた感光体ドラム１は次の画像
形成工程に供される。

【００３７】次に、上記複写機における現像装置１０の
構成について説明する。図２は、本実施形態における現
像装置１０の概略構成を示す部分断面図である。この現
像装置１０は、上記感光体ドラム１の側方に配置されて
いる。この現像装置１０は、上記感光体ドラム１に向け
て開口部が形成されたケーシング２と、該開口部から一
部が露出した現像剤担持体としての非磁性材質からなる
現像スリーブ４と、該現像スリーブの内部に固定配置さ
れた磁界発生手段としてのマグネットローラ５と、該現
像スリーブ上に担持された現像剤の量を規制する第１規
制部材としてのドクタ６と、該ドクタにより進行が阻止
された現像剤を収容する現像剤収容部Ａを形成する現像
剤収納ケース７と、補給用の磁性トナー（以下、「補給
用トナー」という。）３ａを収容するトナー収容部とし
てのトナーホッパ８等を備えている。上記現像剤収納ケ
ース７における上記現像スリーブ４と対向する一端部は
該現像スリーブに担持されて搬送される現像剤の量を規
制する第２規制部材としてのプレドクタ７ａとして機能
している。

【００３８】上記現像剤スリーブ４の内部に固定配置さ
れているマグネットローラ５のうち、上記現像剤収容部
Ａに対向する位置には、該現像剤収容部内の現像剤３を
該現像スリーブ上に担持させるための磁極５ａが設けら
れている。

【００３９】上記トナーホッパ８は、上記現像剤収容部
Ａにおける現像剤搬送方向上流側に隣接して上記現像ス
リーブ４表面と対向するトナー補給口８ａを有してい
る。また、このトナー補給口８ａに隣り合ったスペース
には、上記トナーホッパ８内に収容された補給用トナー
３ａを上記トナー補給口８ａに向けて攪拌しながら送り
出すトナー攪拌部材としてのアジテータ９が配置されて
いる。このアジテータ９は、図中破線で示すように、そ
の最外周軌道が現像剤に接触しないように回転軸の位置
及び回転羽であるフィンの長さが設定されている。

【００４０】次に、本実施形態における現像装置１０の
動作について説明する。上記現像装置１０において、上
記現像剤収容部Ａ内に収容されている現像剤３は、図中
矢印ａ方向に回転する現像スリーブ４の回転に伴って、
上記ドクタ６側に搬送される。このように搬送された現
像スリーブ４上の現像剤３は、上記ドクタ６により規制
されて薄層化され、図中矢印ｂ方向に回転する感光体ド
ラム１と対向する現像領域に搬送される。この現像領域
では、上記現像剤３中のトナーが上記感光体ドラム１上
に形成されている静電潜像に接触あるいは非接触で供給
され、該静電潜像を可視化し、現像が行われる。

【００４１】このように現像が行われた後、上記現像ス
リーブ４上の現像剤３は、該現像スリーブの回転に伴っ
て上記トナー補給口８ａ側に搬送される。そして、この
現像剤は、上記トナー補給口８ａから供給された補給用
トナー３ａを取り込みつつ上記現像剤収容部Ａに戻る。
このように補給用トナー３ａを取り込んだ現像剤３は上
記ドクタ６による規制部での内圧が増加し、該現像剤中
のトナーが摩擦帯電される。このように、上記現像剤収
容部Ａに収容された現像剤３の内圧により該現像剤中の
トナーを帯電することができるので、現像剤を帯電ある
いは攪拌するためのパドルやスクリュー等を用いた複雑
な攪拌搬送機構を設ける必要はない。

【００４２】一方、上記現像領域に搬送されずに、上記
ドクタ６により進行が阻止された現像剤３の一部は、上
記現像剤収容部Ａ内における該現像剤自身の内圧及び重
力によって上記プレドクタ７ａ側に向かって移動する。
そして、このプレドクタ７ａ付近まで移動した現像剤３
は、上記マグネットローラ５の磁極５ａの磁力により上
記現像スリーブ４側に引き寄せられ、該現像スリーブの
回転に伴って再び上記ドクタ６側に搬送される。このよ
うにして、上記ドクタ６により進行が阻止された現像剤
３は、上記現像剤収容部Ａ内を循環することになる。

【００４３】本実施形態の現像装置においては、上記現
像剤３に供給された補給用トナー３ａが多くなってトナ
ー濃度が高まると、それに従って該現像剤の嵩が増加
し、該現像剤が上記プレドクタ７ａと現像スリーブ４と
の間のギャップを通って現像剤収容部Ａ内からあふれ出
す。そして、このあふれ出た現像剤は最終的に上記トナ
ー補給口８ａを塞ぐことになる。これにより、上記現像
剤３のトナー取込量が減少し、該現像剤のトナー濃度が
一定濃度以下に保たれる。逆に、上記現像剤３のトナー
濃度が低くなると、該現像剤の嵩が減少してトナー補給
口８ａを塞がない状態となる。これにより、上記現像剤
３に該トナー補給口から所定量の補給用トナー３ａが供
給され、該現像剤のトナー濃度が常に一定濃度に保たれ
る。このように、本実施形態では、上記現像剤３のトナ
ー濃度がほぼ一定範囲内にコントロールされるので、ト
ナー濃度センサーや補給部材などを用いた複雑なトナー
濃度制御を必要としない。

【００４４】このトナー補給において、上記トナー補給
口８ａ付近における上記プレドクタ７ａとケーシング２
との間には現像剤滞留部Ｂが形成される。この現像剤滞
留部Ｂは、上記マグネットローラ５の磁力によって現像
スリーブ４上に保持されている現像剤３によって形成さ
れる。そして、トナー補給時には、この現像剤滞留部Ｂ
に存在する現像剤３にトナーを直接的に補給するので、
トナー補給圧の変化によって現像剤３のトナー濃度も大
きく変化することになる。

【００４５】図３は、上記現像剤滞留部Ｂにかかるトナ
ー補給圧と現像剤のトナー濃度との関係を示すグラフで
ある。このグラフで示すように、トナー補給圧が増加す
るとトナー濃度も上昇する傾向にある。このトナー補給
圧は、上記トナーホッパ８内のトナー３ａの自重による
圧力と上記アジテータ９の回転動作によってトナーを押
し出す圧力との和で求められる。従って、従来のように
アジテータ９の回転数が一定の場合、このトナー補給圧
はトナー３ａの自重の変化によって変動する。

【００４６】図４は、トナーホッパ８内のトナー残量と
トナー補給圧との関係を示すグラフである。このグラフ
は、破線で示すようにアジテータ９の回転数を一定にし
ておき、トナーホッパ８内のトナー残量を満タン状態か
ら徐々に減少させたときのものである。上記トナーホッ
パ８内のトナー残量は、満タンの状態から現像を行って
いくうちに徐々に減少する。これに伴ってトナー３ａの
自重が軽くなり、トナー補給圧が徐々に小さくなる。つ
まり、トナー残量が少なくなると、トナー補給圧が減少
してトナー濃度が低下してしまう。また、アジテータ９
の回転数の設定によっては、トナーホッパ８内が満タン
状態のときにトナー補給圧が高すぎて、トナー濃度が異
常上昇し、地汚れを発生させることもある。

【００４７】そこで、本実施形態では、トナーホッパに
設置されたトナー残量検知手段してのトナー残量検知セ
ンサ１７を設け、その出力値にしたがってアジテータ９
の回転数を決定し、トナー濃度が一定となるように制御
している。すなわち、上述のようにトナー補給圧はトナ
ー３ａの自重による圧力とアジテータ９による圧力との
和であるので、トナーホッパ８内のトナー残量が多い場
合には該アジテータの回転数を遅くし、トナー残量が少
ない場合は該回転数を速くするように制御する。この制
御を適正に行えば、図５に示すように、図中右上がりの
破線で示すトナー３ａの自重による圧力と図中右下がり
の破線で示すアジテータ９による圧力との和（図中の実
線）を一定にすることができ、すなわちトナー補給圧を
一定にすることができる。

【００４８】図６は、本実施形態におけるアジテータ９
の回転数の制御機構の概略構成を示すブロック図であ
る。上記トナー残量検知センサ１７から出力されるアナ
ログ出力は上記中央演算処理装置１３に送られる。そし
て、この中央演算処理装置１３は、この出力値をもと
に、ＲＯＭ１３ａに記録された図７に対応するルックア
ップテーブルの設定にしたがって上記アジテータ９の回
転数を決定する。具体的には、新規のトナーカートリッ
ジをセットした初期時におけるアジテータ９の回転数を
αとしたとき、トナーエンド時を１０α以内とする。こ
の初期時におけるアジテータ回転数αは、通常、１０〜
３０ｒｐｍに設定される。

【００４９】本実施形態では、トナー３ａとして磁性ト
ナーを使用しているため、上記トナー残量検知センサ１
７には透磁率センサを用いており、その検知出力はアナ
ログ値である。この透磁率センサは、通常、トナーエン
ドセンサとして使用されるものであり、ある出力値をス
レッショールド値とし、その値よりも小さい値がある時
間検出された時点をトナーエンドとして検出する。一方
で、この透磁率センサは、出力がアナログ値であればト
ナー残量検知に利用することが可能である。本実施形態
の透磁率センサでは、トナー満タン時に５Ｖを出力し、
この出力電圧はトナー残量の減少にともなって減少して
トナーエンド時に０Ｖとなる。

【００５０】ところで、本実施形態に係る複写機によっ
て画像形成を行う原稿が画像面積率の大きな画像である
場合、その画像情報に基づく静電潜像を上記現像装置１
０によって現像したら急激にトナーを消費することにな
り、トナー濃度が一時的に低下する。そこで、本実施形
態では、画像面積率が大きな画像データが入力された場
合、上述したトナー残量から決定されているアジテータ
９に回転数を補正する。

【００５１】具体的には、図６のブロック図に示すよう
に、中央演算処理装置１３は、上記受光装置１１ｂから
の画像データから画像面積率を演算し、その画像面積率
をもとに、ＲＯＭ１３ａに記録された図８に対応するル
ックアップテーブルの設定にしたがって上記アジテータ
９の回転数を補正する。このとき、上述したトナー残量
から決定されているアジテータ９に回転数をβとする
と、画像面積率が５０％以上の画像データが入力された
場合に、その画像面積率にしたがって最大１．５βのア
ジテータ回転数に補正するのが望ましい。これにより、
急激なトナー濃度低下を防ぐことができる。

【００５２】〔実施形態２〕次に、本発明を上記実施形
態１と同様の複写機に適用した他の実施形態（以下、本
実施形態を「実施形態２」という。）について説明す
る。尚、本実施形態に係る複写機の構成は上記実施形態
１とほぼ同様であるが、上記中央演算処理装置１３が制
御するアジテータの回転数の制御方法が異なっている。

【００５３】トナー補給環境が高温度又は高湿度である
場合には、トナー３ａの自重による圧力や上記アジテー
タ９による圧力によってトナー補給口８ａ付近でトナー
が圧縮されてトナー凝集度が増加する。ここで、「トナ
ー凝集度」とは、一定量のトナーを篩に入れて該篩を一
定時間振動させた時に、該トナーが該篩上にどれだけ残
留しているかを示す値であり、この残留量が多いほどト
ナーが凝集しやすいと考えられる。具体的には、その篩
に投入したトナー量と該篩上に残留したトナー量との質
量比を百分率で示した値である。このトナー凝集度が増
加すると、現像剤滞留部Ｂにおけるトナーの取り込み不
良が発生してトナー濃度不足を生じ、画像濃度の低下を
招く。

【００５４】そこで、本実施形態では、現像装置１０の
温度に応じて上記アジテータ９に回転数を決定し、トナ
ー濃度が一定となるように制御している。この温度を検
知する温度検知手段としては、現像装置１０付近にサー
ミスタ等を新たに設けてもよいが、本実施形態では、上
記帯電器１４に設けられた帯電ローラの温度を測定する
ためのサーミスタを利用する。具体的には、図９の制御
ブロック図に示すように、上記中央演算処理装置１３が
サーミスタ１９の検知結果から得られた温度データにし
たがって上記アジテータ９の回転数を決定する。このサ
ーミスタ１９による検知温度は、帯電器１４以外の装
置、例えば現像装置１０における温度と同等若しくは一
定の関係を有するので、現像装置の温度として十分に利
用することが可能である。

【００５５】図１０は、温度とトナー凝集度との関係を
示すグラフである。このグラフで示すように、温度が上
昇するとトナー凝集度も上昇する傾向にある。上述した
ように、このトナー凝集度が増加すると、現像剤滞留部
Ｂにおけるトナーの取り込み不良が発生してトナー濃度
不足を生じる。このトナー濃度は、図１１に示すよう
に、アジテータの回転数の回転数に応じて変化し、該ア
ジテータの回転数が速くなればトナー濃度は減少し、該
回転数が遅くなればトナー濃度は増加する。

【００５６】以下、アジテータ９の制御方法について具
体的に説明する。ここでは、現像剤３を平均粒径５０μ
ｍのマグネタイトで形成したキャリアと体積平均粒径
７．５μｍの磁性トナーで形成したトナーとで構成し、
上記感光体ドラム１を１２０ｍｍ／ｓｅｃで駆動し、径
が１６ｍｍである現像スリーブ４を線速３００ｍｍ／ｓ
ｅｃで駆動し、該感光体ドラムと該現像スリーブとの間
の現像ギャップを０．４ｍｍ、該現像スリーブと上記ド
クタ６との間のドクタギャップを０．４ｍｍ、該現像ス
リーブと上記プレドクタ７ａとの間のプレドクタギャッ
プを１．０ｍｍに設定している。

【００５７】今、温度が２０℃である温度環境下におい
て、トナー濃度を１０ｗｔ％に制御させるために、この
ときのトナー凝集度を１０％であるとして、アジテータ
９の回転数を３０ｒｐｍで制御する。ここで温度が５０
℃になった場合、図１０からトナー凝集度は３０％にな
ることがわかる。このとき、上記アジテータ９の回転数
が３０ｒｐｍのままであると、図１１からトナー濃度が
７ｗｔ％に低下してしまう。そこで、上記中央演算処理
装置１３では、上記サーミスタ１９で検知された温度デ
ータに基づいてトナー濃度を１０ｗｔ％に戻すために、
上記アジテータ９の回転数を１８ｒｐｍ程度に減少させ
る。このようにアジテータ９の回転数を制御すること
で、温度が上昇してもトナー濃度を一定に保つことがで
きる。

【００５８】また、図１２に示すように、トナー凝集度
は湿度の上昇にしたがって上昇する傾向にあるので、本
実施形態では、温度の場合と同様に、湿度変化に対して
もアジテータ９の回転数を制御する。今、湿度が４０％
ＲＨである湿度環境下において、トナー濃度を１０ｗｔ
％に制御させるために、このときのトナー凝集度を１０
％であるとして、アジテータ９の回転数を３０ｒｐｍで
制御する。ここで湿度が９０％ＲＨになった場合、図１
２からトナー凝集度は４０％になることがわかる。この
とき、上記アジテータ９の回転数が３０ｒｐｍのままで
あると、図１１からトナー濃度が約４ｗｔ％に低下して
しまう。そこで、本実施形態では、湿度検知手段として
の湿度センサ２０を現像装置１０内部あるいはその周辺
に設け、該湿度センサで検出された湿度データを上記中
央演算処理装置１３に送り、該湿度データに基づいてト
ナー濃度を１０ｗｔ％に戻すために、上記アジテータ９
の回転数を１０ｒｐｍ程度に減少させる。このようにア
ジテータ９の回転数を制御することで、湿度が上昇して
もトナー濃度を一定に保つことができる。

【００５９】ところで、トナー凝集度を大きくする原因
としては、上述した温度及び湿度の他に、図１３に示す
ように、上記アジテータ９の総回転時間も影響する。こ
れは、アジテータ９によって攪拌されるにしたがって、
トナー３ａがハザードを受けて該トナーから凝集度を小
さくさせるための添加剤が剥離するため、トナー凝集度
が大きくなるものと考えらる。そこで、本実施形態で
は、更にアジテータの総回転時間に応じて該アジテータ
の回転数を制御する。

【００６０】今、初期の状態において上記アジテータ９
の回転数を３０ｒｐｍとし、トナー濃度が１０ｗｔ％と
なるように設定してある。ここで総回転時間が９時間経
過したとき、図１３からトナー凝集度は３０％となるこ
とになる。このとき、アジテータ９の回転数が初期状態
の３０ｒｐｍのままであると、図１１からトナー濃度が
７ｗｔ％まで低下してしまう。そこで、本実施形態で
は、上記アジテータ９の総回転時間をカウントするカウ
ンター２１を設け、該カウンターでカウントされた時間
データを上記中央演算処理装置１３に送り、上記アジテ
ータ９の回転数を変化させる。具体的には、総回転時間
が９時間経過時点でアジテータ９の回転数が１８ｒｐｍ
程度となるようにアジテータ９の回転数を決めておく。
このようにアジテータ９の回転数を制御することで、ア
ジテータ９の総回転時間が増加してもトナー濃度を一定
に保つことができる。

【００６１】上述した実施形態１及び２では、アジテー
タ９の回転数を制御することでトナー濃度を一定にする
ようにしたが、これ以外にも、例えば、アジテータ９の
フィンの長さに変えるによっても上述と同様にトナー濃
度を一定にすることが可能である。この場合、フィンの
長さを長くすれば、上述した回転数を増加させることと
同様の効果を得ることができ、また、フィンの長さを短
くすれば、上述した回転数を減少させることと同様の効
果を得ることができる。この長さの可変機構としては、
例えば、フィンの軸支部の位置を回転軸に対してスライ
ドさせて長さを調節するものや、該回転軸にフィンを巻
き付けておき、その巻き出しを制御して長さを調節する
ものなどが考えられる。

【００６２】また、上述した実施形態１及び２では、ト
ナーとして磁性トナーを使用した場合について説明した
が、本発明はトナーの材質に限られるものではないので
磁性トナーでなくてもよい。尚、磁性トナーを用いない
場合には透磁率センサを使用できないので、他のトナー
残量検知手段を用意する必要がある。

【００６３】上記実施形態１と実施形態２とを併用する
ことも可能であり、併用すれば、より安定してトナー濃
度を一定に保つことが可能となる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１乃至１０の発明によれば、トナ
ー濃度自己制御システムにおいて、現像剤のトナー濃度
を一定に保ち、画質劣化のない画像を形成することがで
きる画像形成装置を提供することができるという優れた
効果がある。現像剤滞留部にかかるトナー補給圧に関し
て言えば、トナー補給の際のトナー補給圧を一定にする
ことで現像剤のトナー濃度を一定に保ち、地汚れを防止
することができるという優れた効果がある。また、現像
剤滞留部に隣接するトナーの凝集度に関して言えば、凝
集したトナーによるトナーの取り込み不良をなくして現
像剤のトナー濃度を一定に保ち、画像濃度の低下を防止
することができるできるという優れた効果がある。

【００６５】特に、請求項２及び３の発明によれば、比
較的簡単な構造でトナー搬送部材の動作を制御すること
ができるという優れた効果がある。

【００６６】また、請求項４の発明によれば、トナー残
量が低下してもトナー補給圧を一定にすることで現像剤
のトナー濃度を一定に保ち、地汚れを防止することがで
きるという優れた効果がある。

【００６７】また、請求項５の発明によれば、既存の設
備を利用してトナー残量を検知することができるので、
装置の低コスト化、省スペース化を図ることができると
いう優れた効果がある。

【００６８】また、請求項６の発明によれば、トナー濃
度が一時的に低下してもトナー補給圧を一定にすること
で現像剤のトナー濃度を一定に保ち、地汚れを防止する
ことができるという優れた効果がある。

【００６９】また、請求項７の発明によれば、高温環境
下であってもトナーの取り込み不良をなくして現像剤の
トナー濃度を一定に保ち、画像濃度の低下を防止するこ
とができるできるという優れた効果がある。

【００７０】また、請求項８の発明によれば、既存の設
備を利用して温度検知を行うことができるので、装置の
低コスト化、省スペース化を図ることができるという優
れた効果がある。

【００７１】また、請求項９の発明によれば、高湿環境
下であってもトナーの取り込み不良をなくして現像剤の
トナー濃度を一定に保ち、画像濃度の低下を防止するこ
とができるできるという優れた効果がある。

【００７２】また、請求項１０の発明によれば、長期間
の攪拌によってトナー凝集度が高まってもトナーの取り
込み不良をなくして現像剤のトナー濃度を一定に保ち、
画像濃度の低下を防止することができるできるという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る複写機全体の概略構成図。

【図２】同複写機の現像装置の概略構成を示す部分断面
図。

【図３】トナー補給圧とトナー濃度との関係を示すグラ
フ。

【図４】トナー残量とトナー補給圧との関係を示すグラ
フ。

【図５】トナー補給圧を一定にするために、最適なアジ
テータによる圧力を示すグラフ。

【図６】同複写機によるアジテータ回転数制御機構の概
略構成を示すブロック図。

【図７】トナー残量に基づくアジテータ回転数の制御方
法を示すグラフ。

【図８】画像面積率に基づくアジテータ回転数の制御方
法を示すグラフ。

【図９】実施形態２に係る複写機によるアジテータ回転
数制御機構の概略構成を示すブロック図。

【図１０】温度とトナー凝集度との関係を示すグラフ。

【図１１】アジテータの回転数とトナー濃度との関係を
示すグラフ。

【図１２】湿度とトナー凝集度との関係を示すグラフ。

【図１３】アジテータの総回転時間とトナー凝集度との
関係を示すグラフ。

【図１４】第２の現像剤規制部材を備えていない従来の
現像装置を示す概略構成図。

【図１５】第２の現像剤規制部材を備えた従来の現像装
置を示す概略構成図。

【符号の説明】

１感光体ドラム２ケーシング３現像剤３ａ補給用トナー４現像スリーブ５マグネットローラ５ａ磁極６ドクタ７現像剤収納ケース７ａプレドクタ８トナーホッパ９アジテータ１０，１００，２００現像装置１１スキャナ部１２露光装置１３中央演算処理装置１４帯電器１７トナー残量検知センサ１８アジテータ回転制御装置１９サーミスタ２０湿度センサ２１カウンター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大慈彌篤哉東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者山中俊彦東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H031 AA16 AC08 AC13 AC30 AC33 BA02 DA01 2H077 AB03 AB04 AB13 AD02 AD06 AD13 AD18 DA10 DA13 DA15 DA18 DA52 DB02 EA03 EA13 EA24 FA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担
持して搬送するための現像剤担持体と、該現像剤担持体
の内部に配置された磁界発生手段と、該現像剤担持体に
担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１規制部
材と、該第１規制部材に対して現像剤搬送方向上流側に
配置され、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像
剤の量を規制する第２規制部材と、該第１規制部材によ
り阻止された現像剤を収容する現像剤収容部と、該第２
規制部材に対して現像剤搬送方向上流側に開口するトナ
ー補給口を有し、内部に該トナー補給口側に搬送するト
ナー搬送部材を備えたトナー収容部とを有し、現像剤の
トナー濃度の変化により該現像剤とトナーの接触状態が
変化することで該現像剤がトナーを取り込む現像手段を
備えた画像形成装置において、上記第２規制部材によっ
て規制された現像剤が滞留する現像剤滞留部に隣接する
トナーの状態に応じて、上記トナー搬送部材の動作を制
御するトナー搬送制御手段を設けたことを特徴とする画
像形成装置。
【請求項２】上記トナー搬送部材が上記トナー収容部内
のトナーを回転動作によってトナーを搬送する請求項１
の画像形成装置において、上記トナー搬送制御手段が、
上記トナー搬送部材の回転数を制御するものであること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項３】上記トナー搬送部材が上記トナー収容部内
のトナーを回転駆動する回転羽によってトナーを搬送す
る請求項１の画像形成装置において、上記トナー搬送制
御手段が上記回転羽の半径方向長さを制御するものであ
ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】請求項１、２又は３の画像形成装置におい
て、上記トナー収容部内のトナー残量を検知するトナー
残量検知手段を設け、上記トナー搬送制御手段が、該ト
ナー残量検知手段の検知したトナー残量に応じて、上記
トナー搬送部材の動作を制御することを特徴とする画像
形成装置。
【請求項５】上記トナーとして磁性トナーを用いた請求
項４の画像形成装置において、上記トナー残量検知手段
として透磁率センサを用いたことを特徴とする画像形成
装置。
【請求項６】請求項１、２、３、４又は５の画像形成装
置において、上記トナー搬送制御手段が、画像情報に応
じて、上記トナー搬送部材の動作を制御することを特徴
とする画像形成装置。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５又は６の画像形
成装置において、該画像形成装置内の温度を検知する温
度検知手段を設け、上記トナー搬送制御手段が、該温度
検知手段の検知した温度に応じて、上記トナー搬送部材
の動作を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】請求項７の画像形成装置において、他の目
的で使用される温度検知手段を上記温度検知手段として
兼用したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】請求項１、２、３、４、５、６、７又は８
の画像形成装置において、該画像形成装置内の湿度を検
知する湿度検知手段を設け、上記トナー搬送制御手段
が、該湿度検知手段の検知した湿度に応じて、上記トナ
ー搬送部材の動作を制御することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項１０】上記トナー搬送部材が上記トナー収容部
内のトナーを回転動作によって攪拌する請求項１、２、
３、４、５、６、７、８又は９の画像形成装置におい
て、上記トナー搬送制御手段が、上記トナー搬送部材の
総回転時間に応じて、上記トナー搬送部材の回転動作を
制御することを特徴とする画像形成装置。