JP2006201474A - 現像装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トリクル現像方式により回収された現像剤を再度現像器に供給して再利用することができ、回収現像剤を一時的に収容することに伴う不具合の発生を解消することもできる現像装置およびそれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像装置（１４）は、少なくともトナーとキャリアを含む現像剤（２）を収容するとともにその現像剤を現像剤担持体まで循環させながら搬送する現像器（３０）と、この現像器に補給するための補給用現像剤（２Ａ）を収容するとともにその補給用現像剤を当該現像器に補給する補給手段（５）と、前記現像器に収容される現像剤の一部を排出させて回収するとともにその回収される回収現像剤（２Ｂ）を前記補給手段に存在する補給用現像剤と混合させて再利用するように当該補給手段に送り込む回収手段（７）とを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、トナーとキャリアを含む現像剤を使用するとともにその現像剤の一部を回収する現像装置およびそれを用いたプリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置に係り、特にその回収する現像剤を再利用することを採用した現像装置および画像形成装置に関するものである。

電子写真方式や静電記録方式を適用してトナーからなる画像を記録用紙等の記録媒体に形成するプリンタ等の画像形成装置において、たとえば感光体に画像情報に応じて形成される潜像を現像するための現像剤としてトナーとキャリアを含む二成分現像剤を使用する場合には、画像形成を繰り返して行なうと、その二成分現像剤の帯電性が次第に低下する傾向にある。

従来、このような問題を解消するため、たとえば現像器に交換可能な現像剤補給カートリッジを装填し、トナーに加えてキャリアも含む現像剤を現像器に補給するとともに、その現像器から現像剤の一部を回収する現像装置が提案されている（特許文献１）。

また、本出願人も、図１１に示すように、現像器ａが回転体ｂに複数（ａ１〜ａ４）保持されるとともにその回転体ｂの回転によって順次感光体ｃと対向して各色の現像を行なう回転式現像装置ｄとして、その各現像器ａに現像剤補給手段ｅから必要な現像剤ｆをそれぞれ補給する一方で、その各現像器ａ内の過剰な現像剤ｇを回転体ｂの回転による重力の作用方向の変化を利用して排出させるものを提案している（特許文献２）。
特開平６−３０８８２９号公報 特開平９−２１８５７５号公報

しかしながら、現像器にキャリアを含む現像剤を補給するとともに現像器内にある現像剤の一部を排出する方式、いわゆるトリクル現像方式を採用する現像装置やその現像装置を装備する画像形成装置においては、次のような問題がある。

すなわち、トリクル現像方式により回収される現像剤は、その現像剤中におけるキャリアがトリクル現像方式を採用しない現像器内にある現像剤中のキャリアに比べて劣化しておらず比較的良好な状態にある。それにもかかわらず、従来はこの点に着目しておらず、その回収される現像剤（特にキャリア）は、専用の回収ボックスなどに一時的に収容された後、所定の時期になると現像装置または画像形成装置から取り出されてしまうという取り扱いがなされ、有効に活用されることがなかった。事実、このトリクル現像方式を採用しない現像装置における現像剤は、現像剤の劣化指数を示すＡｔ値（式「（トナー濃度＋係数）×帯電量」で現される値）が初期段階では「４００」であって２０万枚の連続画像形成（現像動作）を行った後の段階では「１００程度」まで低下しているのに対し、そのトリクル現像方式を採用した現像装置において回収された現像剤は、その２０万枚の連続画像形成後の段階での劣化指数が「２５０程度」までしか低下しておらず、許容レベルにあった。

また、一般的には、回収した現像剤を一時的に収容する回収ボックス等の設置スペースを画像形成装置内に確保しなければならず、装置の小型化の障害になっている。これに対し、たとえば、前掲の特許文献１に記載の現像装置にあっては、トナー補給カートリッジの内部空間に回収した現像剤を収容する円筒容器を配置する構成を提示しているが、この場合には、その円筒容器を配置する分、カートリッジの補給用現像剤を収容すべき本来の収容スペース（容積）が少なくなり、補給現像剤の初期充填量が擬制になる。また、前掲の特許文献２に記載の回転式現像装置ｄでは、補給用の現像剤ｆを収容する現像剤カートリッジｈの収容空間の一部を仕切板ｉで区切って回収ボックスｊを確保しているが、この場合にも、その回収ボックスｊの収容空間を確保する分だけ補給用現像剤ｆを収容する本来の収容スペース（容積）ｋが少なくなり、補給用現像剤ｆの初期充填量が圧迫されてしまう。

ちなみに、特許文献１においては、キャリアを含む現像剤の補給によりオーバーフローしたキャリアを現像器から再びトナー補給カートリッジ側へ還流する現像剤還流装置を設けることが提案されている。しかし、かかる現像剤還流装置は、還流したキャリアをカートリッジ側に一時的に収容保持させるためのものであって、カートリッジ内にある補給用の新たしいキャリアと混合させて再利用することを目的としていない。

本発明は、以上のような問題点等に鑑みてなされたものであり、主として、トリクル現像方式により回収された現像剤（主としてキャリア）を再度現像器に供給して再利用することができ、回収現像剤を一時的に収容することに伴う不具合の発生を解消することもできる現像装置およびそれを用いた画像形成装置を提供するものである。

本発明の現像装置は、少なくともトナーとキャリアを含む現像剤を収容するとともにその現像剤を現像剤担持体まで循環させながら搬送する現像器と、この現像器に補給するための補給用現像剤を収容するとともにその補給用現像剤を当該現像器に補給する補給手段と、前記現像器に収容される現像剤の一部を排出させて回収するとともにその回収される回収現像剤を前記補給手段に存在する補給用現像剤と混合させて再利用するように当該補給手段に送り込む回収手段とを有することを特徴とするものである。

この現像装置によれば、その回収手段により現像器から回収されたキャリアを含む回収現像剤が補給手段に送り込まれて補給用現像剤と混合されて再び現像器に補給されることとなり、有効に再利用されるようになる。また、回収現像剤を一時的に収容する回収ボックスを設置するための設置スペースを確保する必要がなくなる。たとえば、前掲の特許文献２に記載の回転式現像装置にあっては、その現像剤カートリッジの一部に回収ボックスのためのスペースを確保する必要がなくなり、この結果、かかるカートリッジの補給用現像剤の初期充填量が圧迫されるという問題も解消される。

また、この現像装置は、その補給手段に、補給用現像剤と回収現像剤を攪拌する攪拌部材を設けたものである。この攪拌部材は、補給手段にすでに補給用現像剤をその排出口側に回転して送る搬送部材が設けられている場合には、その搬送部材に攪拌作用を発揮する攪拌部材を増設したものであってもよい。

この攪拌部材を設けた場合には、回収現像剤が補給用現像剤と良好かつ確実に攪拌されて混合されるようになり、その攪拌により均一になった状態で現像器に再び補給されて再利用されるようになり、ひいては良好な現像が安定して行なわれるようにもなる。

さらに、上記各現像装置は、その補給手段が、補給用現像剤を回転して送り出すための送出機構と、その送出機構の回転速度を現像剤のトナー濃度に応じて通常時よりも増加させる補給制御部とを備えたものである。

ここで、現像剤のトナー濃度とは、補給手段における補給用現像剤のトナー濃度をいう。このトナー濃度については、補給手段に存在する補給用現像剤（回収現像剤と混合されたものを含む）のトナー濃度を直接計測して把握してもよいが、それ以外に、たとえば、制御用の基準パッチトナー像を形成してその画像濃度を計測しそのときの計測値が所定値を下回ったときに補給用現像剤のトナー濃度が低下したとみなすことで把握（予測判定）したり、あるいは、画像情報のピクセル値（画素数）などを累積カウントしてそのカウント値が所定値に達したときに補給用現像剤のトナー濃度が低下したとみなすことで把握してもよい。

このような送出機構と補給制御部を備えている場合には、使用によりトナー濃度が低下し始めている回収現像剤と（初期の）補給用現像剤とが混合されて次第にその混合後の現像剤全体としてのトナー濃度が低下するが、その混合後の現像剤が現像器に送り出されて補給される際には、通常時よりも高速回転して送り出されることにより現像器にはより多くの現像剤（トナーなど）が素早く補給されることになる。これにより、トナー濃度が低下し始めている現像剤を補給しても、現像器内に存在する現像剤のトナー量は大幅には減少せず、トナー濃度の低下に起因した不具合（たとえば現像画像の濃度低下など）の発生を回避できるようになる。

また、上記各現像装置は、その補給手段が、回収現像剤を取り込む取込口と、その取込口を開閉する開閉部材とを備えているものである。

この取込口と開閉部材を備えている場合には、その取込口を開閉部材により閉じることができるため、補給手段に存在する現像剤（補給用現像剤および回収現像剤）が取込口を通して現像器に逆流してしまうことを防止することができる。この構成は、特に、前掲の特許文献２に記載されているような回転体特有の動きを利用して現像剤の補給および回収を行なう回転式現像装置に採用すれば、現像器の回転による位置変動があっても前記した逆流現象の発生を防ぐことができるようになるため有効である。

また、上記各現像装置は、補給手段が、補給用現像剤を現像器に対して供給する供給口と、その供給口を開閉する開閉部材とを備えているものである。

この供給口と開閉部材を備えている場合には、その供給口を開閉部材により閉じることができるため、現像器に存在する現像剤が供給口を通して補給手段側へ逆流することを防止することができる。また、補給手段に存在する現像剤が供給口を通して現像器側へ不用意に供給されることを防止することができる。

本発明の画像形成装置は、画像情報に応じた潜像が形成される潜像担持体と、この潜像担持体の潜像を現像剤により現像する現像装置とを有する画像形成装置であって、その現像装置として上記各構成からなる現像装置のいずれかが装備されていることを特徴とするものである。

この画像形成装置によれば、その現像装置における回収手段により現像器から回収された回収現像剤が補給手段に送り込まれて補給用現像剤と混合されて再び現像器に補給されるようになって有効に再利用されるようになり、それに伴い現像装置の寿命を延ばすことが可能になる。また、回収現像剤を一時的に収容する回収ボックスを設置するための設置スペースを確保する必要がなくなり、装置の小型化を図る場合に有利である。

このような現像装置や画像形成装置によれば、現像器から回収された現像剤（主としてキャリア）を再度現像器に供給して再利用することができる。また、回収現像剤を一時的に収容することに伴う不具合、即ち、その回収ボックス等の設置スペースを確保しなければならないこと、その回収ボックス等の設置スペース確保のために補給用現像剤の初期収容スペースが犠牲になること等の不具合の発生を解消することができる。

図１は、本発明を適用したフルカラープリンタの全体の概要を示すものである。

このプリンタ１は、その本体の内部に以下のような作像エンジン１０が設置されている。作像エンジン１０は、矢印方向に所定の速度で回転する潜像担持体としての感光ドラム１１が設置されており、その感光ドラム１１の周囲に、帯電器としての帯電ロール１２、露光手段としてのＲＯＳ（Raster Output Scanner）１３、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），黒（Ｋ）の４色の現像器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋを搭載する回転式の現像装置１４等が配置されている。

このうち回転式の現像装置１４は、４色の現像器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋが回転支持体３１の周方向に配置されたものである。また、その回転支持体３１が回転軸３１ａを中心にして所定のタイミングで矢印方向に所定量ずつ回転駆動されることにより、現像すべき色に対応した現像器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋが感光ドラム１１と対向する現像位置にそれぞれ移動するようになっている。

この作像エンジン１０では、基本的に、感光ドラム１１の表面が帯電ロール１２によって所定の電位に帯電された後、その帯電後の表面にＲＯＳ１３から画像情報に応じて変調されたレーザービームＬＢが走査露光されて静電潜像が形成され、しかる後、その静電潜像が回転式現像装置１４の所定の現像器３０から供給される現像剤２により現像されて所定の色のトナー像が形成される。

特にこの作像エンジン１０においては、形成すべき画像の色に応じて上述したような帯電、露光、現像の各工程が所定回数だけ繰り返される。たとえば、フルカラーの画像を形成する場合は、その帯電、露光、現像の各工程がイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色に対応して４回繰り返され、これにより感光ドラム１１の表面に４色に対応した各トナー像が順次形成される。

また、作像エンジン１０は、感光ドラム１１の転写位置に、中間転写体としての中間転写ベルト２１が設置されている。この例における中間転写ベルト２１は、複数のロールに掛け回されるとともに感光ドラム１１の転写位置になる外周面に巻き付けられた状態で、感光ドラム１１と同期して回転するように設置されている。また、中間転写ベルト２１の感光ドラム１１に接している内周面部分には、一次転写器としての一次転写ロール１５が配置されている。これにより、感光ドラム１１の表面に形成されるトナー像は、一次転写ロール１５を通過する際に中間転写ベルト２１上に一次転写される。感光ドラム１１上に前記４色の各トナー像が形成される場合には、その各トナー像が中間転写ベルト２１に順次互いに重ね合わされた状態で一次転写される。一次転写後の感光ドラム１１の表面は、クリーニング装置１６によって清掃される。

中間転写ベルト２１には、その転写該当位置に、二次転写器としての二次転写ロール２５が配置されている。二次転写ロール２５は、中間転写ベルト２１に対して接離可能に支持されており、二次転写工程の実行時にのみ中間転写ベルト２１に当接する。また、この中間転写ベルト２１と二次転写ロール２５の間（二次転写部）には、給紙部３０の給紙トレイ３１から記録用紙３が送出装置３２やレジストロール３３等により所定のタイミングで給紙される。これにより、中間転写ベルト２１に一次転写されたトナー像は、二次転写部において記録用紙３に一括して二次転写される。この二次転写後の中間転写ベルト２１の表面は、そのベルト２１に接離可能に支持されるクリーニング装置２６によって清掃される。

トナー像が二次転写された記録用紙３は、二次転写部から定着装置５へと搬送される。定着装置５は、圧接して回転する加熱ロール５１および加圧ロール５２等を備えたものである。上記記録用紙３は、この定着装置５におけるロール間を通過する際に加熱加圧されることにより、そのトナー像が記録用紙３に熱定着される。定着後の記録用紙３は、通常は排出ロール５５によってプリンタ１本体の上部に形成された排出トレイ１Ａ上にそのまま排出される。図１中の一点鎖線は、給紙部３０から排出トレイ１Ａに至るまでの記録用紙３の基本的な搬送経路を示す。

このプリンタ１における回転式の現像装置１４は、図２、図３等に示すように、回転支持体３１に前記各現像器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋの他に、その各現像器３０にそれぞれ補給する現像剤（補給用現像剤）２Ａを専用に収容し、現像剤補給装置５の一部を構成する４つの現像剤カートリッジ５０が取り付けられる。この例では、各現像剤カートリッジ５０を、対応する現像器３０にそれぞれ接近した状態で回転支持体３１に着脱自在に取り付けている。また、各現像器３０と各現像剤カートリッジ５０との間には、その各現像器３０内にある現像剤２の一部を回収するとともに現像剤カートリッジ５０に戻すための回収装置７が設けられている。

まず、各現像器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋは、使用する現像剤の種類（色）の違いとその種類の違いに応じた特有の条件設定等を除けば、そのいずれも同様に構成されている。また、この各現像装置３０ではいずれも、現像剤２として非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を使用している。

その共通する構成について中心にして説明すると、現像器３０は、図２〜４等に示すように、一部が感光ドラム１１の軸方向に沿った状態でスリット状に開口した中空形状の本体ケース３２を備えており、そのケース３２にその開口から一部が露出する状態で回転する現像ロール３３と、この現像ロール３３の斜め下方の背面側に位置して現像ロール３３と平行した状態で回転する２本の現像剤攪拌搬送部材としてのスパイラルオーガ３４，３５が設置されている。

スパイラルオーガ３４，３５は、回転軸の周りにその軸方向にそって螺旋状に巻きつけられたような状態の羽根部が形成された構造のものである。２本のスパイラルオーガ３４、３５の間（両端部は除く）となるケース３２部分には仕切壁３６が設けられており、その仕切壁３６を境にして平行した状態でかつ両端部において連通した状態の現像剤収容通路が存在する構造になっている。これにより、現像剤収容通路に収容されている現像剤２は、スパイラルオーガ３４，３５の回転により攪拌されて摩擦帯電されつつ、現像ロール３３を通過して供給されるように一方向に循環搬送される。この例では、現像剤２は、図３に示すように、現像ロール３３から見て後方側に配置されるスパイラルオーガ３５により矢印Ｂ方向に搬送される一方、その前方側に配置されるスパイラルオーガ３４により矢印Ｃ方向（矢印Ｂ方向の反対方向）に搬送される。

現像ロール３３は、その円筒状のロール本体（スリーブ）の内部に固定した状態で設置されるマグネットロール３３ａによって現像剤２に含まれる磁性キャリアを磁力で吸着し、そのロール外周面に現像剤２の磁気ブラシを形成するようにして現像剤２を担持する。そして、現像ロール３３の外周面においてキャリアに静電的に付着したトナーを感光ドラム１１と対向する現像領域へと搬送することにより、その現像領域において感光ドラム１１上の静電潜像をトナーにより顕像化させるようになっている。

各現像器３０においては、そのケース３２の上部で後方側のスパイラルオーガ３５と対向し得る部位に、現像剤カートリッジ５０から補給される補給用現像剤２Ａを受け入れるための補給口３７が形成されている。

補給口３７の周縁には、その補給口を開閉するように一端部が軸６８ｃを中心にして揺動するフラップ６８が設けられている（図５）。このフラップ３８は、後述するように回転支持体３２の回転位置（重力の作用方向の変化）によって現像器内部空間で揺動して補給口３７を開閉する。図５において符号６８Ａを付して実線で示すフラップが補給口３７を開放している状態であり、符号６８Ｂを付して二点鎖線で示すフラップが補給口３７を閉じている状態である。このようなフラップ６８を設けることにより、後述するように現像工程時に回転支持体３１が回転した際にも、現像器３０にある現像剤２が補給口３７を通して現像剤カートリッジ５０へ逆流することを防止できる。

また、各現像器３０には、現像剤補給装置５の一部を構成する現像剤の送出機構６０が取り付けられている。その送出機構６０は、一端部側において現像器のケース３２における補給口３７と連通した状態で取り付けられる円筒状の現像剤送出部ケース６１と、この送出部ケース６１の中空内部に回転可能に設置されるスパイラルオーガ６２とで構成されている。現像剤送出部ケース６１は、接続開口部６３を介して現像器ケース３２の補給口３７と連結されている。現像剤送出部ケース６１の補給口３７と対向する端部とは異なる反対側の端部には、現像剤カートリッジ５０から供給される補給用現像剤２Ａを受け入れるための受け口６４が形成されている。

送出機構６０におけるスパイラルオーガ６２は、現像器３０における前記スパイラルオーガ３４等とほぼ同じ構造からなるものである。このスパイラルオーガ６２は、所定のタイミングで所定の時間だけ回転し、これにより現像剤カートリッジ５０からその受け口６４を通して供給される補給用現像剤２Ａを排出部ケース６１内で矢印Ｂ方向に搬送し、最終的に接続開口部６３まで搬送して現像器３０へ補給する。また、スパイラルオーガ６２は、後述するように、ディスペンス用のモータ（６５）の動力により回転するようになっている。

さらに、各現像器３０は、そのケース３２の上部で後方側のスパイラルオーガ３５と対向する部位に、回収装置７を構成する排出管７０が貫通および突出した状態で取り付けられている。この排出管７０は、現像器のケース３２内に存在する先端部側をＬ字状に屈曲させた形状のものであり、そのケース３２内に位置する回収口７２が前記補給口３７より現像剤循環搬送方向の下流側（後方側のスパイラルオーガ３５から前方側のスパイラルオーガ３４に受け渡されるように搬送される部位）を向いている（図３，４参照）。回収口７２の開口面積については、現像剤の回収割合に応じて適宜設定される。

また、排出管７０の回収口７２とは反対側の端部には、回収した現像剤（回収現像剤）２Ｂを排出させるための排出口７４が形成されている。この排出口７４は、現像剤カートリッジ５０の外周面と接合する状態になり得る（傾斜した）断面円弧形状のカートリッジ受け部も併せて形成されている。

排出管７０の排出口７４の少し内側となる部位には、その排出口の内側を開閉するように（低い側に位置する）一端部が軸７５ｃを中心にして揺動するフラップ７５が設けられている（図６）。このフラップ７５は、後述するように回転支持体３２の回転位置（重力の作用方向の変化）によって排出管７０の管内空間で揺動して排出口７４を開閉するようになっている。図６において符号７５Ａを付して二点鎖線で示すフラップが排出口７４を開放している状態であり、符号７５Ｂを付して実線で示すフラップが排出口７４を閉じている状態である。このフラップ７５を設けることにより、後述するように現像工程時に回転支持体３１が回転した際にも、現像器３０から排出して一旦回収された現像剤２Ｂが排出管７０を通して現像器３０へ逆流することを防止できる。

一方、現像剤カートリッジ５０は、図３，４，７に示すように、補給現像剤２Ａを収容する円柱状の収容空間を有する円筒状の構造物である。このカートリッジ５０の外周面には、現像器３０の前記受け口６４と対応する位置に供給口５１が形成されているとともに、前記排出管７０の排出口７４と対応する位置に取込口５２が形成されている。ちなみに、このカートリッジ５０では、従来技術のように回収現像剤の収容スペースを確保しなければならないという制約がないため、補給現像剤２Ａの初期充填量をかかる制約を受けることなく任意の量に設定することができる。

また、このカートリッジ５０の内部には、収容されている補給用現像剤２Ａを回転して供給口５１にむけて（矢印Ｃ方向に）搬送するためのアジテータ５３が設置されている。アジテータ５３は、線材を直線状の回転軸部５３ａを中心にしてカートリッジの収容空間における内壁面にほぼ沿うように螺旋状に巻いた螺旋部５３ｂを有する形状のものである。このアジテータ５３は、前記送出機構６０におけるスパイラルオーガ６２のディスペンスモータによる回転動力を利用して回転するようになっているが、独立した駆動源の動力で回転するように構成してもよい。

アジテータ５３は、カートリッジ５０内に送り込まれる回収現像剤２Ｂをそのカートリッジ５０内に存在する補給用現像剤２Ａ（回収現像剤２Ｂを含む場合もある）と効率よく均等に混合する観点から、図４，７等に例示するように、アジテータの回転軸部５３ａから回転半径方向に伸びるような攪拌板５５を増設するとよい。

さらに、現像剤カートリッジ５０は、供給口５１および取込口５２が形成された外周面部に、その周方向にそってスライドして供給口５１と取込口５２をそれぞれ開閉し得る複数のスライドシャッター５６、５７が設けられている（図４、図７）。このスライドシャッター５６、５７は、現像剤カートリッジ５０を現像装置１４の回転支持体３１に完全に取り付ける前（または取り外したとき）には、供給口５１および取込口５２を閉じる方向にスライドして位置するように図示しないスプリング等により付勢されている。

そして、このプリンタ１では、所定のタイミングでプロセスコントロール動作が実行されて、現像装置１４の各現像器３０により形成される各色のトナー像の濃度が安定するように、たとえば、現像剤カートリッジ５０から送出機構６０を通して補給用現像剤２Ａを現像装置１４の各現像器３０に補給する現像剤補給動作が実行される。所定のタイミングとは、たとえば、プリンタの電源が投入されたときや、所定枚数の画像形成動作（プリント）が行われたときなどである。

上記プロセスコントロール動作は、感光ドラム１１に前記４色のトナー像からなる基準パッチマークを１００％や５０％等の所定の基準濃度でそれぞれ形成した後、中間転写ベルト２１に転写した状態で光学式の濃度センサ２８によって読み取り、その測定値が所定の濃度値を下回るか否かを判別して、下回った判別されたときに所要の現像器３０に対する現像剤の補給動作を実行するための制御動作を行う。

図８は、このプリンタ１における主に現像装置１４に関係する制御系の構成を示すものである。

メインコントローラ１００は、プリンタ１の各部のコントロール部などを総括して制御するものである。このメインコンローラ１００には、図示しない外部ホストコンピュータなどがネットワークを介して接続されており、プリント対象となる画像データが入力されるようになっている。入力された画像データは、所定の処理が施された後、画像形成処理制御部１０１に入力される。

画像形成処理制御部１０１では、主に、入力される画像データに基づいて前記作像エンジン部１０による画像形成動作（プリント）を行うため、その作像エンジン部１０における各構成装置の動作を制御する各コントロール部について同期制御するものである。各コントロール部としては、後述する現像装置コントロール部１０３の他に、図示しない駆動系コントロール部、帯電系コントロール部、露光系コントロール部、定着装置コントロール部などがある。

メインコントローラ１００には、前記プロセス動作に関する制御を行うプロセスコントロール部１０２が接続されている。このプロセスコントロール部１０２では、所定のタイミングになると、作像エンジン部において中間転写ベルト２１の表面に濃度制御用の基準パッチマークを形成するように画像形成処理制御部１０１に指示をだす。

画像形成処理制御部１０１には、前述した濃度センサ２８が接続されている。この濃度センサ２８は、中間転写ベルト２１の表面に形成される前記基準パッチマークの画像濃度を検出する。このときの濃度センサ２８による検出情報は画像形成処理制御部１０１を介してプロセスコントロール部１０２に送信される。プロセスコントロール部１０２には、基準濃度データが記憶されており、この基準濃度データと前記濃度センサ２８で検出された濃度データとの比較を行なう比較部と、この比較部での検討結果に基づき現像剤の補給動作を実行する必要があるか否かの判断を行なう判定部が設けられている。この比較部および判定部と濃度センサ２８等によって補給動作時の検知するための「補給検知手段」が構成されている。

現像装置コントロール部１０３は、現像装置１４に関係する動作（回転支持体の回転動作、現像器の駆動、現像バイアスの印加動作、現像剤の補給動作など）に関する制御を行うようになっており、各現像器３０に取り付けられている補給装置５の送出機構６０の動作（ディスペンス用のモータの駆動）を制御する補給送出機構コントロール部１０５などが接続されている。

そして、プロセスコントロール部１０２では、前記補給検知手段において現像剤の補給動作が必要であると判断された場合には、その補給動作を行なうように現像装置コントロール部１０３を介して補給送出機構コントロール部１０５に指示をだす。補給送出機構コントロール部１０５では、送出機構６０におけるディスペンス用のモータ６５を予め設定する時間ｔだけ所定の速度で回転させ、送出機構６０におけるスパイラルオーガ６２を回転駆動させるようになっている。

また、このプロセスコントロール部１０２には、１つの現像剤カートリッジ５０が装着されてから行なわれるプリント動作の画像情報のピクセル値を画像形成処理制御部１０１において累積カウントし、そのカウント値を予め設定する基準値と比較する比較部と、この比較部での検討結果に基づき現像剤の補給動作を通常時よりも高速で行なう必要があるか否かの判断を行なう判定部が設けられている。この比較部および判定部とピクセルの累積カウンタ等によって現像剤カートリッジ５０内にある現像剤のトナー濃度が低下していることを検知するための「トナー濃度検知手段」が構成されている。

そして、プロセスコントロール部１０２では、前記トナー濃度検知手段において現像剤の高速の補給動作が必要であると判断された場合には、その補給動作を行なうように現像装置コントロール部１０３を介して補給送出機構コントロール部１０５に指示をだす。この際、補給送出機構コントロール部１０５では、その後に実行される補給動作において送出機構６０のディスペンス用モータ６５の回転速度を「平常速」から「高速」にする切り替える制御を行なうようになっている（図１０）。

次に、このような現像装置１４およびこの現像装置１４を装備するプリンタ１の主な動作について説明する。

前述したように、プリンタ１の作像エンジン部１０における感光ドラム１１上に色ごとに形成される静電潜像は、その潜像の色と対応する現像剤２を収容する現像装置１４の現像器３０が回転支持体３１の回転により感光ドラム１１と対向する現像位置に移動して動作することにより顕像化される。

図２において符号Ｅ１で示す位置（現像位置）にある現像器３０（Ｙ）が現像動作を行なう。この際、フラップ６８が自重により現像器の補給口３７を開けた状態（６８Ａ：図５）となり、これにより補給装置５の送出機構５０における現像剤送出部ケース６１から補給用現像剤２Ａが補給口３７を通して補給できる状態におかれる。またこの際、排出管７０のフラップ７５が自重により現像器の排出口７４を閉じた状態（７５Ｂ：図６）になり、これにより現像剤カートリッジ５０内にある補給用現像剤２Ａが現像器３０側に逆流することはない。

現像器３０は、このＥ１位置にあるときに、後述する現像剤の補給動作の指示があれば、補給動作が実行される。一方、この補給動作が実行された場合には、現像器３０内で増えた現像剤２の少なくとも一部がスパイラルオーガ３４，３５による循環搬送されつつ排出管７０の回収口７２内に回収現像剤２Ｂとして導き込まれる。

次いで、回転支持体３１の回転により図２に示すＥ２位置に移動した現像器３（Ｍ）においては、フラップ６８が自重により垂れ下がって補給口３７を半開きの状態にする。またこの際、排出管７０の回収口７２が上方をむいた状態になり、これにより回収口７２から導き込まれた回収現像剤２Ｂがある場合にはその現像剤が現像器３０側に逆流することなく排出管７０内に確実に取り込まれる。

次いで、回転支持体３１の回転により図２に示すＥ３位置に移動した現像器３（Ｃ）においては、フラップ６８が自重により補給口３７を閉じた状態（６８Ｂ：図５）となり、その現像器３０内にある現像剤２が送出機構６０側に逆流することはない。またこの際、排出管７０のフラップ７５が自重により垂れ下がって現像器の排出口７４を開けた状態（７５ａ：図６）になり、これにより排出管７０内に取り込まれた回収現像剤２Ｂが排出口７４を通して現像剤カートリッジ５０内に戻されるように落とし込まれる。

最後に、回転支持体３１の回転により図２に示すＥ４位置に移動した現像器３（Ｋ）においては、フラップ６８が自重により補給口３７を閉じた状態に保ち続ける。またこの際、排出管７０のフラップ７５が自重により排出口７４を半開きの状態にする。

その後、Ｅ４位置からＥ１位置に移動して現像動作に供される現像器３０においては、現像補給の動作が実行されると、現像剤カートリッジ５０内のアジテータ５３が回転することにより、回収現像剤２ｂが補給用現像剤２Ａと混合されるとともに供給口５１側に搬送される。これにより、キャリアを含む回収現像剤２ｂが補給用現像剤２Ａと混合された状態で現像器３０へ補給されて再利用される。なお、現像剤カートリッジ５０として図４や図７に示すような攪拌板５５が増設されたアジテータ５３を備えたものを使用した場合には、その攪拌板５５により回収現像剤２ｂが補給用現像剤２Ａとより良好かつ確実に混合される。

そして、通常のプリント動作の間（ジョブ間）において、前記した現像装置の補給動作に関するプロセスコントロール制御が実行される。

このプロセスコントロール制御は、はじめに、図９に示されるように、前述の濃度制御用の基準パッチマークの中間転写ベルト２１への形成が行なわれ（ステップ１０：Ｓ１０）、そのパッチマークの濃度センサ２８による濃度検出が行なわれる（Ｓ１１）。続いて、プロセスコントロール部１０２の記憶部から濃度調整用の基準濃度データが読み出され（Ｓ１２）、その基準濃度と検出濃度との比較が行なわれ（Ｓ１３）、検出濃度が基準濃度値以下であるかが判断される（Ｓ１４）。

ステップ１４において検出濃度が基準濃度値以下でないと判断された場合には、補給動作は不要であるとみなされて補給動作が実行されないが、それが基準濃度値以下であると判断された場合には、補給動作が必要であるとみなされる。以上の動作は前記した補給検知手段の動作に相当する。

次に、ステップ１４において検出濃度が基準濃度値以下であると判断されると、画像形勢処理制御部１０１から現像剤のトナー濃度検知データの読み出しが行なわれる（Ｓ１５）。このときのトナー濃度検知データは、前記した画像形勢処理制御部１０１で累積カウントされるピクセルの累積カウント値である。続いて、その読み出されたトナー濃度検知データとしての累積カウント値が所定の閾値との比較が行なわれ（Ｓ１６）、累積カウント値が閾値を超えたか否かが判断される（Ｓ１７）。

ステップ１７において累積カウント値が閾値を超えていないと判断された場合には、現像剤カートリッジ５０内にある補給用現像剤２Ａのトナー濃度が回収現像剤２Ｂとの混合により大幅には低下していないとみなされ、ディスペンス用のモータ６５が平常速で回転した状態での補給動作が開始される（Ｓ１８）。これにより、現像剤カートリッジ５０から送出機構６０に送り出された補給用現像剤２Ａ（回収現像剤２Ｂが再利用される段階ではその現像剤２Ｂを含む）が平常速で回転するスパイラルオーガ６２により搬送され、最後に接続開口部６３を通して現像器３０に補給される。

一方、ステップ１７において累積カウント値が閾値を超えたと判断された場合には、現像剤カートリッジ５０内にある補給用現像剤２Ａのトナー濃度が回収現像剤２Ｂとの混合により大幅に低下したとみなされ、それ以降においてはディスペンス用のモータ６５が平常速よりも高速で回転した状態での補給動作が開始される（Ｓ１９）。これにより、現像剤カートリッジ５０から送出機構６０に送り出された補給用現像剤２Ａ（前記した場合と同様に回収現像剤２Ｂを含む）が高速で回転するスパイラルオーガ６２により平常時よりも多く搬送され、最後に接続開口部６３を通して現像器３０に補給される。以上の動作は前記した劣化検知手段の動作に相当する。

このいずれかの補給動作が開始されると、タイマーが始動し（Ｓ２０）、ディスペンス用のモータ６５の回転動作時間が所定の時間（ｔ）に達したか否かが判断され（Ｓ２１）、所定の時間に達した段階でディスペンス用のモータ６５の回転動作が停止して補給動作が終了する（Ｓ２２）。

以上のように、この現像装置１４においては、図１０に示すように、補給検知手段により補給が必要であると判断されると、補給装置５による現像剤の現像器３０への補給が実行される。この場合、現像器３０から回収装置７により回収現像剤２Ｂが現像剤カートリッジ５０に戻されて補給用現像剤として再利用される。この補給動作時におけるディスペンス用モータ６５の駆動時間（１回の補給動作時間）ｔ（ｔ₁、ｔ₂、…ｔ_n）は、いずれも同じ一定の時間であるが、必要に応じて異なる時間に設定してもよい。

また、トナー濃度検知手段により現像剤カートリッジ５０内にある現像剤のトナー濃度が低下した状態であると判断されると、それ以降の現像剤の補給動作は、ディスペンス用モータが平常速から高速で回転駆動する動作に切り替えられて実行される。これにより、ディスペンス用モータ６５の駆動時間ｔが一定の場合には、平常時よりも多くの現像剤が送出機構６０から現像器３０に送り出されて補給されることになる。これにより、平常時よりも少しでも多くの良好な（劣化が少ない）現像剤（トナーなど）が現像器に補給されるようになる。このときの高速駆動の速度は、平常時の速度（平常速）の１．１〜２．０倍となる速度に設定される。

しかも、この現像装置１４を備えたプリンタ１においては、前述したように現像剤カートリッジ５０における補給用現像剤の初期充填量を十分に確保することができ、しかも、回収した現像剤を補給用現像剤と混合して再利用することができるため、現像装置１４の寿命を延ばすことができ、長期にわたって安定した現像、ひいてはプリント動作を行なうことが可能となる。

なお、以上説明した実施の形態においては、現像装置として回転式のものを例示したが、本発明は感光ドラム等の潜像担持体に対して固定した位置に設置して使用する固定式の現像装置であっても適用可能である。この場合、その現像装置への補給装置からの現像剤の補給とその現像装置から回収される回収現像剤を補給装置に戻す回収との少なくとも一方については、スパイラルオーガ等の現像剤搬送部材を備えた現像剤搬送装置を利用する必要がある。

また、前記実施の形態では、現像剤カートリッジ５０内にある現像剤のトナー濃度の低下状態に応じて補給動作を平常時よりも高速で行なうように制御する場合について例示したが、常に同じ速度により補給動作を行なうように構成しても構わない。ちなみに、現像剤カートリッジ５０は、所定のタイミングで新品と交換して使用される。この交換時には、回収現像剤２Ｂが使用済みとして取り外される現像剤カートリッジと共に現像装置１４やプリンタ１本体から取り除かれることになる。

本発明のプリンタの要部を示す説明図である。 図１のプリンタに使用する本発明の現像装置の要部を示す説明図である。 図２の現像装置における１つの現像器（補給装置を含む）を示す概略断面図である。 図３の現像器（補給装置を含む）を示す概略断面図である。 補給装置（送出機構）と現像器の接続部の構造を示す断面説明図である。 回収装置を示す断面説明図である。 補給装置における現像剤カートリッジを示す断面説明図である。 現像剤の補給動作に関する制御系の構成を示すブロック図である。 補給動作に関するプロセスコントロールの制御動作の工程を示すフローチャートである。 補給動作および補給動作の速度制御の状態を示すタイミングチャートである。 従来の回転式現像装置の要部を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１…プリンタ（画像形成装置）、２…トナーとキャリアを含む現像剤、２Ａ…補給用現像剤、２Ｂ…回収現像剤、５…補給装置（補給手段）、７…回収装置（回収手段）、１１…感光ドラム（潜像担持体）、１４…現像装置、３０…現像器、３３…現像ロール（現像剤担持体）、５０…現像剤カートリッジ（補給手段の一部）、５５…攪拌板（攪拌部材）、６０…送出機構（現像手段の一部）、６４…供給口、６８…フラッパ（開閉部材）、７０…排出管（回収手段の一部）、７４…取込口、７５…フラッパ（開閉部材）、１０２…プロセスコントロール部（補給制御部の一部）、１０５…補給送出機構コントロール部（補給制御部の一部）。

Claims (6)

1. 少なくともトナーとキャリアを含む現像剤を収容するとともにその現像剤を現像剤担持体まで循環させながら搬送する現像器と、
   この現像器に補給するための補給用現像剤を収容するとともにその補給用現像剤を当該現像器に補給する補給手段と、
   前記現像器に収容される現像剤の一部を排出させて回収するとともにその回収される回収現像剤を前記補給手段に存在する補給用現像剤と混合させて再利用するように当該補給手段に送り込む回収手段とを有することを特徴とする現像装置。
2. 前記補給手段に、補給用現像剤と回収現像剤を攪拌する攪拌部材を設けた請求項１に記載の現像装置。
3. 前記補給手段が、補給用現像剤を回転して送り出すための送出機構と、その送出機構の回転速度を現像剤のトナー濃度に応じて通常時よりも増加させる補給制御部とを備えている請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記補給手段が、回収現像剤を取り込む取込口と、その取込口を開閉する開閉部材とを備えている請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記補給手段が、補給用現像剤を現像器に対して供給する供給口と、その供給口を開閉する開閉部材とを備えている請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置。
6. 画像情報に応じた潜像が形成される潜像担持体と、この潜像担持体の潜像を現像剤により現像する現像装置とを有する画像形成装置であって、
   前記現像装置として請求項１〜５のいずれかに記載の現像装置が装備されていることを特徴とする画像形成装置。

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