JP4014984B2 - Developing device, image forming apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、プリンター等の画像形成装置における現像装置に関し、特には補給用トナーを現像装置内に貯留されたトナーおよびキャリアからなる２成分現像剤に対して現像装置の一側端部より補給し、補給用トナーと現像剤とを循環且つ攪拌させて現像に供する現像装置であって、複写機、プリンタ、ファクシミリ等電子写真方式を採用する画像形成装置に広く適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、現像装置内のトナーおよびキャリアよりなる２成分現像剤を攪拌する手段として一軸方向に延びるスクリュ軸回りにその軸方向に沿って螺旋状にほぼ一定の外径（高さ）を有するスクリュ羽根をほぼ等間隔で形成してなるスクリュを２またはこれを越える複数、互いに搬送方向が異なるように並列して設け、これらのスクリュの回転によってトナーとキャリアを循環させながら均一に混合する構成が知られる。
【０００３】
良質な画像を得るためにトナー濃度は常に所定の範囲内となるようにコントロールされる。このため、現像時に消費したトナーに応じてトナーを現像装置内に適宜に補給して、これを素早く現像装置内の現像剤と攪拌させることにより、所定のトナー濃度に復帰させている。通常において現像剤は、並列して対向配置された２本の攪拌スクリュによって攪拌且つ循環させ、即時に混合するようにされる。
【０００４】
かかる現像装置は、比較的比重が小さいトナーを補給するため、比重の大きいキャリアを含む現像剤と混合しにくく、攪拌循環されている現像剤の表面をトナーが混合されずに搬送されてしまう。
【０００５】
近年の画像形成装置の小型化に伴い現像装置内の攪拌スクリュ外径は小さくする必要があり、また画像形成スピードの増加もあいまって必然的に攪拌スクリュの回転速度を上げてトナーと現像剤との混合時間を短縮させなくてはならず、上記の混合不足という現象が顕著となり、トナーの混合が更に不十分なものとなってしまう。
【０００６】
特に、一度に補給されるトナー量が多い場合や、流動性が低いためにキャリアとの混合性が悪いトナーを使用する場合などにはこの様な現象がより顕著となる。更に現像剤の表面に残ったトナーは舞い上がりの原因となり現像装置内から外部に吹き出してトナー飛散を生じたり、、帯電不足のため地汚れの原因となったりする。
このような問題を解決するために様々な方法が提案されている。
【０００７】
１．現像剤流路内の側面側に現像剤の搬送力を抑制する規制部材を流路側に突出するように設ける提案がなされているが、このような構成の場合には該規制部材と攪拌スクリュ羽根との間に挟まれるトナーがせん断ストレスを受けるために、トナーの凝集塊が生成しやすくなってしまう（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
２．ケーシング下部にマグネットを設置する事により攪拌スクリュ内の現像剤にチェーン構造を持たせる提案がなされているが、この様な構成の場合には現像剤が磁場で保持されてしまいやすいために現像剤の搬送が阻害されてしまい、いつまでも一箇所に停滞する現像剤が存在してしまう（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
３．攪拌スクリュに攪拌用の突起物を設置することで補給トナーの攪拌性を向上させる提案がなされているが、補給トナーが激しく空中に撒き散らされるために、上記トナーの舞い上がりの現象が生じやすい（例えば、特許文献３乃至１４参照）。
これらの他にも補給トナー攪拌性向上のためには数多くの提案がなされている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−４４９９９号公報
【特許文献２】
特開平９−３４２６４号公報
【特許文献３】
特開平９−２６６９４号公報
【特許文献４】
特開平２−６３０７８号公報
【特許文献５】
特開平５−０７２８９３号公報
【特許文献６】
特開平９−１６６９１８号公報
【特許文献７】
特開平６−５９５７３号公報
【特許文献８】
特開昭６２−１９５６８９号公報
【特許文献９】
特開平４−３６７７９号公報
【特許文献１０】
特開平４−２０４８７７号公報
【特許文献１１】
特開平６−１６７８７６号公報
【特許文献１２】
特開平５−１２７５１９号公報
【特許文献１３】
特開平６−１９３００号公報
【特許文献１４】
特開平７−０３２６５７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、補給用トナーと現像装置内に貯留する現像剤とを非常に簡易な方法により上記不具合の無い状態にて確実に混合することが可能な現像装置、該現像装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
（１）． 現像剤担持体に並列して配置された隣接する少なくとも２本の撹拌スクリュと、これら各攪拌スクリュに沿ってトナーおよびキャリアからなる現像剤の移動を導く互いに仕切られた通路と、隣り合う該通路を連通する開口と、現像剤濃度を維持するためにトナーを補給するトナー補給手段を有し、現像剤を該通路および該開口に沿って循環させながら撹拌させ、撹拌された現像剤を該現像剤担持体に供給する形式の現像装置において、
トナー補給動作後に攪拌スクリュの回転方向を一時的に逆転させることとし、
前記攪拌スクリュを設けた通路に対するトナー補給であるトナー補給量に応じて前記攪拌スクリュが該逆転を実行している時間を変更することとした（請求項１）。
（２）． （１）記載の現像装置において、前記攪拌スクリュ内を移動する現像剤の平均移流速度を Ｕ１ ［ｍ／ｓ］、前記攪拌スクリュを設けた通路における前記トナー補給手段によるトナー補給位置から現像剤流路に沿って現像剤担持体に到達するまでの距離を Ｌ ［ｍ］ とした場合、前記トナー補給手段によるトナー補給開始から前記攪拌スクリュが逆転を開始するまでの時間 ｔ１ ［ｓ］ が、 ｔ１ ＜ Ｌ／｜Ｕ１｜であることとした（請求項２）。
（３）． （２）記載の現像装置において、前記攪拌スクリュの該逆転による現像剤の平均移流速度を Ｕ２ ［ｍ／ｓ］ とした時、該逆転し続ける時間 ｔ２ ［ｓ］ が、ｔ２ ＜ ｔ１×｜Ｕ１｜／｜Ｕ２｜ であることとした（請求項３）。
（４）． （１）乃至（３）の何れかに記載の現像装置において、前記攪拌スクリュが該逆転を行う場合には、該逆転の実行中を含む前後の時間のうち一部もしくは全体において、該攪拌スクリュの回転速度を、該攪拌スクリュの逆転がない場合の回転速度よりも、現像剤循環能力が同等となるように高めることとした（請求項４）。
（５）． 像担持体上に形成した静電潜像をトナーで顕像化する現像装置を備え、この現像化されたトナー像を転写媒体に転写、定着して記録画像を得る画像形成装置において、
前記現像装置として請求項１乃至４の何れかに記載の現像装置を用いることとした（請求項５）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［１］画像形成装置
本発明にかかる現像装置が用いられる画像形成装置の概要を説明する。図１及び図２は共に、潜像担持体としての複数、４つの感光体ドラム４をタンデム配列した乾式二成分現像方式の現像装置を使用したフルカラー画像形成装置の例であり、作像装置が４つのカラーに対応して１つづ設けられている点で共通する。これら４つのカラーは、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンであり、これらに対応する４つの作像装置を順に符号１８Ｋ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃで示す。
【００１４】
異なるのは、図１の画像形成装置が、４つの感光体ドラム４に接して回転することがある中間転写ベルト１９を用いるのに対し、図２の画像形成装置が、中間転写ベルトを使用せず、４つの感光体ドラム４に接して回転することがある記録媒体搬送ベルト１９−１を使用している点である。
【００１５】
図１の画像形成装置のタイプでは、各感光体ドラムに形成した異なる色のトナー像を一次転写ローラ８の機能により中間転写ベルト１９へ一旦重ね転写し、この重ね転写トナー像を最終記録媒体であるシート状媒体１４に、ローラ１１と二次転写ローラ１３とのニップ部で一括転写し、定着ローラ１５、１６間を通紙することでフルカラー画像を得る。なお、中間転写ベルト１９は、ローラ９、１０、１２などによっても支持されている。
【００１６】
図２の画像形成装置のタイプでは、各感光体ドラム４に形成したトナー像を記録媒体搬送ベルト１９−１により搬送される最終記録媒体であるシート状媒体１４に順次重ね転写していき、定着ローラ１５、１６間を通紙することでフルカラー画像を得る。なお、記録媒体搬送ベルト１９−１は、ローラ９−１、１０−１などによっても支持されている。
【００１７】
図１、図２において、各作像装置１８Ｋ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃは扱うトナーの色が異なるだけであり、機械的な構成は共通であるので、各構成部材は同一の符号を付し、任意の一つの作像装置について説明する。
【００１８】
感光体ドラム４の周囲には矢印で示すその回転方向順に、感光体ドラム４の感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ５、書き込み光Ｌｂの照射位置、本発明にかかる現像装置１７、一次転写ローラ８、クリーニング装置７、除電ランプ６などが配置されている。
【００１９】
現像装置１７については、後に述べるように、現像剤容器２０内に現像剤の攪拌搬送用のスクリュ１、２及びこれらスクリュから攪拌された現像剤の供給を受け、感光体ドラムに供給する現像剤担持体としての現像ローラ３、該現像ローラ３に近接配置されて現像剤を薄層に均すなどの働きをするドクタブレード２１などが設けられている。また、現像装置１７には、図示しないが、トナー補給手段からトナーの補給が受けられるようになっている。
【００２０】
画像形成に際しては、感光体ドラム４が回転して帯電チャージャ５により一様に帯電され、書き込み光Ｌｂの照射を受けて静電潜像が形成され、この潜像が現像装置１７を通過する間にトナーにより顕像化される。ここまでは、図１、図２共通である。
【００２１】
これから後、図１の画像形成装置では、感光体ドラム４上のトナー像は、一次転写ローラ８により中間転写ベルト１９に転写される。つまり、作像装置１８Ｋによりブラック、作像装置１８Ｙによりイエロー、作像装置１８Ｍによりマゼンタ、作像装置１８Ｃによりシアンの各トナー像が順次中間転写ベルト１９上に順次重ね転写され、この重ねトナー像は、二次転写ローラ１３とローラ１１とのニップ部を通過するシート状媒体Ｓに一括転写され、さらに、定着ローラ１５、１６間を通過する間に定着されて排出される。一方、転写後の感光体ドラム４はクリーニング装置７により残留トナーが除去された後、除電ランプ６により除電されて次の画像形成に備えられる。
【００２２】
また、図２の画像形成装置では、感光体ドラム４上のトナー像は、記録媒体搬送ベルト１９−１により搬送されるシート状媒体１４に、転写ローラ８−１と感光体ドラム４とのニップ部において、作像装置１８Ｋについてブラック、作像装置１８Ｙについてイエロー、作像装置１８Ｍについてマゼンタ、作像装置１８Ｃについてシアンの各トナー像が順次重ね転写され、この重ねトナー像は、定着ローラ１５、１６間を通過する間に定着されて排出される。一方、転写後の感光体ドラム４はクリーニング装置７により残留トナーが除去された後、除電ランプ６により除電されて次の画像形成に備えられる。
［２］現像装置
［2.1］発明の概要
図３に現像装置１７の断面を、さらに図４に、現像装置を上側のケースを外した状態で上方より見た図を示す。
現像剤担持体としての現像ローラ３はアルミ製のスリーブ及び内部に固定設置された多極の磁石より構成される。また，トナー粒子及びキャリア粒子よりなる二成分現像剤は二本のスクリュによって現像剤の攪拌及び搬送が行われる。
現像ローラ３に近い側に設置された搬送、攪拌機能を有する攪拌スクリュを以下、スクリュ１とし、また現像ローラから離れた位置に設置された攪拌スクリュを以下、スクリュ２と呼ぶ。
【００２３】
各スクリュ１、２は、これら各スクリュ１、２に沿ってトナーおよびキャリアからなる現像剤の移動を導く互いに壁（図３に符号５１で示す）により仕切られた通路におさめられている。この壁５１にはスクリュ１、２の軸方向の端部で、隣り合う該通路を連通する開口が形成されていて、この開口を介して現像剤が該通路潤を移動することで、スクリュ１とスクリュ２との間の現像剤の移動ができる。
【００２４】
スクリュ２の上方には、現像剤濃度を維持するためにトナーを補給するトナー補給手段（図示省略）が有り、現像剤を該通路および該開口に沿って循環させながら撹拌させ、撹拌された現像剤を現像ローラ３に供給する。
【００２５】
図３、図４において、現像ローラ３の回転に伴いスクリュ１より現像ローラ３上に汲み上げられた現像剤はドクターブレード２１によって擦り切られ、感光体ドラム４と対向している現像工程部に搬送される。現像ローラ３にはバイアス印加手段が接続されており、現像ローラ３と感光体ドラムとの間には静電界及び場合によっては交互電界が形成されていて、該現像バイアスの働きにより現像が行われる。
【００２６】
現像工程の終了した現像剤は現像ローラ３によって搬送され，再びスクリュ１に戻される。現像が行なわれることでトナーが消費されていき、トナーの補給が必要になると、図示されないトナー濃度検出手段や作像画素数カウント手段等の情報を受けて図示されないトナー補給手段によって図４に示されるスクリュ２のトナー補給位置２２に対してトナー補給が行なわれ、現像装置１７内のトナー濃度を一定に維持できるようになっている。
【００２７】
スクリュ２の回転軸と垂直な断面Ａを想定し、この断面Ａを単位時間当たりに横切る現像剤重量（現像剤重量移動速度）を測定した結果を図５に示す。図５において、横軸のスクリュ２の正転回転数 ω1 [rpm] と縦軸の現像剤重量移動速度 Uw1 [kg/s] との関係はほぼ比例関係となっており、この比例係数（図５に示したグラフの右肩上がりの線図の傾き）はスクリュ形状（スクリュ外径やフィンピッチやフィン形状など）やスクリュ中に充填される現像剤量などによって決定される。
【００２８】
なお、スクリュ２の形状が軸方向で反転することで対称形となる場合には、逆転回転速度 ω２ ［ｒｐｍ］ とその時の現像剤重量移動速度 Ｕｗ２ ［ｋｇ／ｓ］ の絶対値との関係は図５と等しくなる。スクリュ長尺方向（軸方向）の単位長さ当りに現像剤流路内に存在する現像剤量を Ｓ ［ｋｇ／ｍ］ とした場合、請求項２、３に記載した現像剤の平均移流速度 Ｕ１ ［ｍ／ｓ］ は、
｜Ｕ１｜ ＝ ｜Ｕｗ１｜×Ｓ
により表すことができる。
【００２９】
同様に、請求項３に記載した現像剤の平均移流速度 U2 [m/s] は、
｜U2｜ = ｜Uw2｜×S
により表される。
【００３０】
図６に示すようにトナー補給部２２の位置から矢印で示す現像剤流路に沿って現像ローラに到達するまでの距離を L [m] とした場合、補給されたトナーのうち未攪拌のトナーが現像ローラ３に到達してしまわないようにするには、トナー補給動作後にこのトナーの補給を受けたスクリュ２の回転方向を一時的に逆転させることが重要である（請求項１）。また、トナー補給開始から該逆転を開始するまでの時間 t1 [s]は、t1 ＜ L／｜U1｜とする（請求項２）。
【００３１】
該逆転を行うことにより、限られた長さの現像剤流路を事実上、長い状態で使用できるため、補給トナーに対して十分な攪拌混合を行うことができる。逆転は、スクリュの動力源であるモータを逆転したり、駆動系の途中にアイドルギヤを介在させるなど、公知の技術的手段により容易に切換可能に構成できる。また、この逆転の手順については、ＣＰＵを用いた制御手段により実行可能であり、その手順については、図１０により後述する。
【００３２】
［2.2］比較例
ここで、本発明の理解を容易にするため、逆転しない場合の不具合について考えてみる。図７（Ａ）はスクリュ２を逆転することなく、常に一方向に回転させることで、現像剤が循環している様子を示している。また、図７（Ｂ）は、かかる循環時における現像剤の移流距離と未攪拌トナー量との関係を対応して示しており、トナー補給位置を原点としてスクリュ２の下流方向に座標を取ってあり、現像剤の上方に浮遊している未攪拌状態のトナー量がどのように変化していくかを示している。
【００３３】
このように、図７（Ｂ）には、現像剤の移流が 0.1[m] 進むごと（工程ａ → 工程ｂ → 工程ｃ）に変化する未攪拌トナー量の測定結果が示されている。図７（Ａ）、（Ｂ）からわかるように、スクリュの逆転がない場合には、補給位置２２から補給された未攪拌のトナーが現像ローラ３によって現像工程部に搬送されてしまうために、トナー飛散や地汚れの原因となる。この様な状態は、補給されるトナー量が非常に多い場合や、攪拌スクリュによるトナー攪拌能力が低い場合や、補給トナーの流動性が低い場合などに発生する。
［2.3］請求項１、２関連
これに対し、図８（Ａ）、（Ｂ）に本発明により、スクリュ２を逆転させる逆転工程を取り入れた場合の一例を示す。トナー補給位置２２から 0.2[m] だけ現像剤移流が進んだ（工程ａ → 工程ｂ）直後に、スクリュ２を逆転開始し現像剤を 0.1[m] だけ逆流（工程ｃ）した後、再び正転に戻し 0.2[m] の現像剤移流を行う（工程ｄ → 工程ｅ）。
【００３４】
このような動作により、トナー補給位置から 0.3[m] 離れた位置では補給トナーが完全に攪拌が完了しており、上記比較例における図７のような不具合が生じることが無い。つまり、トナー補給開始から該逆転を開始するまでの時間 t1 [s]は、t1 ＜ L／｜U1｜とする（請求項２）。現像剤中に十分に混合されない状態のトナーが現像工程に搬送される事を防ぐことができるため、トナーの吹き出しや地汚れが発生することが無い。
【００３５】
［２．４］請求項１、３関連
図８においてスクリュ２の逆転回転速度 ω２ ［ｒｐｍ］ は正転回転速度 ω１ ［ｒｐｍ］ と一致していても良いし異なっていても良い。但し、図８の例の場合、工程ｃによる逆流の移流距離を ０．２［ｍ］ 以上としてしまうと、未攪拌トナーがスクリュ１の端部を介して現像ローラ３に供給されてしまいトナー飛散や地汚れの原因となる可能性がある。
【００３６】
また、工程ｃによる逆流の移流距離を 0.2[m] 付近としてしまうと、未攪拌状態のトナーが存在している領域に対してさらに新しいトナーが補給されてしまい、未攪拌状態のトナー量が増えてしまうおそれがある。このような不具合を解消するためには、スクリュ２の正転による平均移流速度が U1 [m/s]、トナー補給開始から該逆転を開始するまでの時間が t1 [s]、該逆転による現像剤の平均移流速度が U2 [m/s] の時、該逆転し続ける時間 t2 [s] は、
t2 ＜ t1×｜U1｜／｜U2｜
となっていることが好ましく、図８（Ａ）、（Ｂ）はこの条件を満たしている一例でもある（請求項３）。
【００３７】
これにより、トナー補給を繰り返し行う場合にも、先のトナー補給によってトナー濃度が最も高くなっている現像剤領域を避けて次の新しいトナーを補給できるため、補給トナーの攪拌性を十分に高めることができる。
【００３８】
逆転し続ける時間 ｔ２ ［ｓ］ は補給トナー量に応じて変更してもよい（請求項１関連）。例えば、図８（Ａ）、（Ｂ）の状態よりも補給トナー量が少ない場合には、スクリュ２の逆転時間を短縮しても十分な攪拌性が得られる。その例を図９（Ａ）、（Ｂ）に示す。図９（Ａ）、（Ｂ）の例（工程ｃ）は逆流移流距離が図８（Ａ）、（Ｂ）の場合（工程ｃ）の約半分となっている例である。
【００３９】
トナー補給量の少ない場合には該逆転する時間を短くするあるいは該逆転をしないことにより該逆転時間を必要最低限とする事ができ、十分な攪拌を行うために必要とされる攪拌スクリュ駆動装置による消費エネルギーの低減や、該逆転に伴う現像剤循環のロスを低減が図れる。
【００４０】
［２．５］請求項４関連
図８や図９のように逆転工程（工程ｃ）が付加されることにより、必然的に現像装置１７内での現像剤循環能力が低下してしまう。現像工程でのトナー消費によりトナー濃度の低下した現像剤に関しては、速やかに現像ローラ３から開放され、速やかにトナー補給位置２２に移流搬送され、速やかにトナー補給がなされ、速やかに現像剤中に攪拌され、再び速やかに現像ローラ３に供給される必要があり、このような現像剤循環の能力が低下してしまうと現像装置１７内の各部位におけるトナー濃度分布が非常に大きくなってしまい、画像濃度のムラ発生や安定性低下を招くことになる。
【００４１】
このような問題に対しては、スクリュ１とスクリュ２の少なくとも正転時における回転数増加によって該逆転工程による現像剤循環のロス分を補うことで解決できる。
【００４２】
つまり、スクリュ２が該逆転を行う場合には、該逆転の実行中を含む前後の時間のうち一部もしくは全体において、該攪拌スクリュの回転速度を通常の回転速度よりも高めるのである。これにより、該逆転に伴う現像剤循環のロスを回復できるため、現像工程でのトナー消費量が多い場合においても単位時間当りに現像ローラに供給されるトナー量の低減が抑制でき、画像濃度の安定性を維持することが可能である。
【００４３】
その例を図８の場合に関して説明する。図８における通常正転時のスクリュ２及びスクリュ１の回転速度を ω1 [rpm] とした場合、正転工程ｂ、逆転工程ｃ、及び正転工程ｄでのスクリュ２及びスクリュ１の回転速度を ３×ω1 [rpm] （但し、工程ｃでは逆回転）とすることで、図７での通常正転回転速度が ω1 [rpm] の場合の現像剤循環能力と同等の現像剤循環能力を図８の形態においても確保することができる。
【００４４】
また図８における、正転工程ａ、正転工程ｂ、及び逆転工程ｃの回転数を ３×ω1 [rpm] （但し、工程ｃでは逆回転）としたり、正転工程ａ、正転工程ｂ、逆転工程ｃ、正転工程ｄ、及び正転工程ｅの全ての回転数を （５／３）×ω1 [rpm] （但し、工程ｃでは逆回転）としたりすることでも同様の現像剤循環能力を確保することができる。
【００４５】
［2.5］制御手段による制御例
次に、これらのスクリュ回転に関する制御手順の例を、制御手段が実行する図１０のフローチャート及び図１１のタイムチャートにより説明する。なお、制御手段は、画像形成プロセスを制御するものであり、スクリュ１，２の駆動モータを制御して正転逆転のタイミング、時間を制御したり、トナー補給手段によるトナー補給間隔をコントロールするなど、及び、以下のフローの手順をコントロールする。。
【００４６】
ここでは説明の簡易さのため、スクリュ正転回転速度の増加はトナー補給直後からスクリュ逆転開始までの間でのみ行うものを例として取り上げている。まず、プリント開始命令を受けて（ステップＰ１）、標準の回転速度ω1 [rpm] にてスクリュ１及びスクリュ２の回転を開始（ステップＰ２）し、現像装置内の現像剤を循環させる。
【００４７】
これから画像形成の行われる画像データもしくは過去に画像形成を行った画像データを元に図示されない演算手段により画素カウントを行ったり、作像装置内に設置されているトナー濃度センサ（現像剤に対して直接的にトナー濃度を検知する手段だけでなく、画像担持体に形成されるパッチ画像に付着するトナー量を検知してそれを演算処理する事で間接的に現像剤中のトナー濃度を検知する手段も含む）からの信号を読み込み利用する（ステップＰ３）。
【００４８】
これにより、現像剤中に補給すべきトナー量 w [g] を算出する（ステップＰ４）。合わせて、離散的に行うトナー補給の間隔 Δt [s] を設定する（ステップＰ５）。この Δt は、連続プリントを行うときに記録紙としての枚葉紙が作像装置（１８Ｋ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃなど）内を通過する間隔、つまりいわゆる紙間の時間を設定しても良いし、その都度適当に決定しても良い。
【００４９】
次に、スクリュ２の最下流部にて補給トナー量 w [g] が現像剤中に完全に攪拌されるように、スクリュ逆転回転速度 ω2 [rpm] とスクリュ逆転時間 t2 [s]を設定する（ステップＰ６）。この設定においては、予め実験により得られている図示されないデータテーブル（すなわち任意量のトナーが補給された場合には如何ほどの回転速度で如何ほどの時間を逆回転させれば良いかを示したテーブル）や図示されない関係式を利用して設定が行われる。この時、与えられた補給トナー量 w [g] に対するスクリュ逆転回転速度 ω2 [rpm] 並びにスクリュ逆転時間 t2 [s] の解は一つではなく複数存在するが、この時点ではとりあえず適当な一つの解を与えておく。
【００５０】
次に、スクリュ長尺方向の単位長さ当りに現像剤流路内に存在する現像剤量 S [kg/m]（この値はスクリュ回転数やスクリュ回転方向や現像剤トナー濃度に関してほとんど変化が無いため現像装置に固有の値とみなす事ができ、予め分かっている値である）とスクリュ逆転回転速度 ω2 [rpm] により、スクリュ長尺方向における現像剤の移流速度 U2 [m/s] を算出する（ステップＰ７）。
【００５１】
次に、スクリュ逆転工程によってロスする現像剤循環能力を補償するのに必要な、トナー補給開始からスクリュ逆転開始までの間でのスクリュ正転回転数の増分 Δω [rpm] を適当に設定する（ステップＰ８）。
【００５２】
そして、この増加したスクリュ正転回転速度 ω1＋Δω による現像剤移流速度 U3 [m/s] を上記と同様にスクリュ長尺方向の単位長さ当りに現像剤流路内に存在する現像剤量 S [kg/m] を用いて算出する（ステップＰ９）。
【００５３】
さらにトナー補給開始からスクリュ逆転開始までのスクリュ正転時間 t3 [s] を算出する。この t3 はこれまでに設定もしくは算出される事によって与えられている値を利用すれば、
t3 = (｜U1｜＋｜U2｜) × t2 ／ (｜U3｜−｜U1｜)
の関係式からも算出する事ができる（ステップＰ１０）。
【００５４】
次に、これまでに設定もしくは算出された値が、プロセス上不具合の生じない値に設定されているかどうかの確認を以下の３つの評価式により行う（ステップＰ）。第一に、トナー補給部の位置から現像剤流路に沿って現像ローラに到達するまでの距離 L [m] の間にスクリュ逆転開始のタイミングが入っているかどうかの評価式である、
｜U3｜×t3 ＜ L
による判定を行う。第二に、スクリュ逆転による現像剤の逆移流により、先にトナー補給された現像剤位置がトナー補給の位置を通り越してしまう事がないかどうかの評価式である、
｜U2｜×t2 ＜｜U3｜×t3
による判定を行う。第三に、トナー補給開始からスクリュ逆転が完了するまでの時間が、先に設定されたトナー補給の時間間隔 Δt を超えていないかどうかの評価式である、
t2＋t3 ≦ Δt
による判定を行う。これら３つの関係式のうち一つでも成立しない場合には、これらの関係式が成立する条件が見つかるまで、先に設定した ω2、t2、及びΔωの再設定と、先に算出された U2、U3、及び t3 の再算出のループを繰り返す。このループは図示されない演算手段による瞬時に繰り返される（ステップＰ１１）。
【００５５】
ステップＰ１１における上記全ての判定式が成立した時点でトナー補給を開始し（ステップＰ１２）、ステップＰ１３でこのトナー補給開始の時刻 t' を図示されない記憶手段により一時的に記録する。
【００５６】
その後、トナー補給直後にスクリュ回転速度は ω1 から ω3 に変更され、時間ｔ３の間、正転を行なう（ステップＰ１４）。
【００５７】
さらに時間 t3 後に回転速度 ω3 の正転から回転数 ω2 の逆転に変更され、時間ｔ２の間、逆転が行なわれる（ステップＰ１５）。さらに時間 t2 後に、再び回転数 ω1 の正転の状態に復活させる（ステップＰ１６）。
【００５８】
ステップＰ１７で正転再開時の時刻ｔ"を取り込み、ステップＰ１８でｔ"―ｔ'を算出してΔｔと比較し、等しくなければステップＰ３へ、異なっていればディレイタイムｔｄを加味して（ステップＰ１９）次のトナー補給開始時ｔ'を設定し、かつこのｔ'を基点にΔｔを加えてｔ"を更新し（ステップＰ２０）、ステップＰ１８へ戻る。
【００５９】
こうして、次のトナー補給量算出並びにトナー補給動作が行われ、これらが繰り返される。以上のフローにより、連続プリント時にも未攪拌トナーが現像工程に搬送される事なく、且つ画像濃度の安定した作像条件を維持することができる。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、トナー補給量の少ない場合には該逆転する時間を短くするあるいは該逆転をしない事により該逆転時間を必要最低限とする事ができ、十分な攪拌を行うために必要とされる攪拌スクリュ駆動装置による消費エネルギーの低減や、該逆転に伴う現像剤循環のロスを低減が図る事ができる。
請求項２記載の発明によれば、現像剤中に十分に混合されない状態のトナーが現像工程に搬送されることを防ぐことができるため、画像形成中に攪拌スクリュの逆回転を行なえばトナーの吹き出しや地汚れが発生することが無い。
請求項３記載の発明によれば、トナー補給を繰り返し行う場合にも、先のトナー補給によってトナー濃度が最も高くなっている現像剤領域を避けて次の新しいトナーを補給できるため、補給トナーの攪拌性を十分に高めることができる。
請求項４記載の発明によれば、該逆転に伴う現像剤循環のロスを回復できるため、現像工程でのトナー消費量が多い場合においても単位時間当りに現像ローラに供給されるトナー量の低減が抑制でき、画像濃度の安定性を維持することが可能である。
請求項５記載の発明によれば、補給トナーに対して十分な攪拌混合を行う現像装置を備えた画像形成装置により、高画質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる画像形成装置の要部構成を説明した図である。
【図２】本発明にかかる画像形成装置の要部構成を説明した図である。
【図３】本発明にかかる現像装置の内部を、その要部について示した断面図である。
【図４】現像装置の上側のケースを外した状態での平面図である。
【図５】現像剤重量移動速度とスクリュ回転速度の関係を示した図である。
【図６】現像装置の平面図である。
【図７】図７（Ａ）は移流距離と共に示した現像装置の平面図、図７（Ｂ）は移流距離と未攪拌トナー量との関係を示した図である。
【図８】図８（Ａ）は移流距離と共に示した現像装置の平面図、図８（Ｂ）は移流距離と未攪拌トナー量との関係を示した図である。
【図９】図９（Ａ）は移流距離と共に示した現像装置の平面図、図９（Ｂ）は移流距離と未攪拌トナー量との関係を示した図である。
【図１０】本発明の制御手順を説明したフローチャートである。
【図１１】制御手順に対応して説明したタイムチャートである。
【符号の説明】
１、２ スクリュ
４ 像担持体
１７ 現像装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing device in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and the like. In particular, the two-component developer composed of toner and carrier stored in the developing device with replenishment toner from one side end of the developing device. The developing device replenishes and recirculates and stirs the replenishing toner and the developer for use in development, and can be widely applied to image forming apparatuses employing an electrophotographic system such as a copying machine, a printer, and a facsimile.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a screw blade having a substantially constant outer diameter (height) spirally along an axial direction around a screw shaft extending in a uniaxial direction as means for stirring a two-component developer composed of toner and a carrier in a developing device. A configuration is known in which two or more screws formed at substantially equal intervals are provided in parallel so that the conveying directions are different from each other, and the toner and the carrier are circulated by rotating these screws and uniformly mixed. It is done.
[0003]
In order to obtain a high-quality image, the toner density is always controlled to be within a predetermined range. For this reason, the toner is appropriately replenished in the developing device according to the toner consumed at the time of development, and this is rapidly agitated with the developer in the developing device to return to a predetermined toner concentration. Usually, the developer is stirred and circulated by two stirring screws arranged opposite to each other in parallel to be immediately mixed.
[0004]
Since such a developing device replenishes toner having a relatively low specific gravity, it is difficult to mix with a developer containing a carrier having a high specific gravity, and the toner is conveyed without being mixed on the surface of the developer that is being circulated.
[0005]
With the recent miniaturization of the image forming apparatus, it is necessary to reduce the outer diameter of the stirring screw in the developing device, and in addition to the increase in the image forming speed, the rotational speed of the stirring screw is inevitably increased to increase the toner and developer. The mixing time must be shortened, and the phenomenon of insufficient mixing described above becomes prominent and toner mixing becomes further insufficient.
[0006]
In particular, such a phenomenon becomes more conspicuous when the amount of toner to be replenished at one time is large, or when a toner having poor mixing property with a carrier due to low fluidity is used. In addition, the toner remaining on the surface of the developer causes a rise and blows out from the inside of the developing device to cause the toner to scatter, or causes a background stain due to insufficient charging.
Various methods have been proposed to solve such problems.
[0007]
1. It has been proposed that a regulating member for suppressing the developer conveying force is provided on the side surface in the developer channel so as to protrude toward the channel. In such a configuration, the regulating member and the stirring screw blade are provided. Since the toner sandwiched between the two is subjected to shear stress, toner agglomerates are likely to be generated (see, for example, Patent Document 1).
[0008]
2. A proposal has been made to provide a chain structure for the developer in the stirring screw by installing a magnet in the lower part of the casing. However, in such a configuration, the developer is likely to be held by a magnetic field. Is hindered, and there is a developer that stays in one place forever (see, for example, Patent Document 2).
[0009]
3. A proposal has been made to improve the stirring property of the replenishing toner by installing a stirring protrusion on the stirring screw. However, since the replenishing toner is vigorously scattered in the air, the phenomenon of the toner rising easily occurs ( For example, see Patent Documents 3 to 14).
In addition to these, many proposals have been made to improve the replenishment toner stirring property.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 11-44999 A
[Patent Document 2]
JP-A-9-34264
[Patent Document 3]
JP-A-9-26694
[Patent Document 4]
JP-A-2-63078
[Patent Document 5]
JP-A-5-072893
[Patent Document 6]
JP-A-9-166918
[Patent Document 7]
JP-A-6-59573
[Patent Document 8]
Japanese Patent Laid-Open No. 62-195589
[Patent Document 9]
JP-A-4-36779
[Patent Document 10]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-204877
[Patent Document 11]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-167876
[Patent Document 12]
JP-A-5-127519
[Patent Document 13]
JP-A-6-19300
[Patent Document 14]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-032657
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and the problem is that the replenishment toner and the developer stored in the developing device are reliably mixed in a state without the above-described problems by a very simple method. It is an object of the present invention to provide a developing device capable of performing the above and an image forming apparatus including the developing device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention has the following configuration in order to achieve the above object.
(1). At least two adjacent stirring screws arranged in parallel with the developer carrying member, mutually separated passages for guiding the movement of the developer composed of toner and carrier along each of the stirring screws, and the adjacent passages And a toner replenishing means for replenishing toner in order to maintain the developer concentration. The developer is agitated while circulating along the passage and the opening, and the agitated developer is developed. In the developing device of the type that is supplied to the agent carrier,
  Temporarily reverse the direction of rotation of the stirring screw after the toner supply operationage,
  The time during which the stirring screw performs the reverse rotation is changed in accordance with the amount of toner supply that is toner supply to the passage provided with the stirring screw.(Claim 1).
(2). In the developing device according to (1), an average advection speed of the developer moving in the stirring screw is U1 [m / s],In the passage provided with the stirring screwWhen the distance from the toner replenishing position by the toner replenishing means to the developer carrier along the developer flow path is L [m], the stirring screw reverses from the start of toner replenishment by the toner replenishing means. The time t1 [s] until the start is t1 <L / | U1 |.
(3). In the developing device described in (2), when the average developer advection speed due to the reverse rotation of the stirring screw is U2 [m / s], the time t2 [s] that continues to reverse is t2 <t1 × | U1 | / | U2 | (Claim 3).
(4). In the developing device according to any one of (1) to (3),When the stirring screw performs the reverse rotation, the rotation speed of the stirring screw is set to be higher than the rotation speed when the stirring screw is not reversed in part or all of the time before and after the execution of the reverse rotation. However, increase the developer circulation capacity to be equivalent.(Claim 4).
(5).In an image forming apparatus comprising a developing device that visualizes an electrostatic latent image formed on an image carrier with toner, and transferring and fixing the developed toner image on a transfer medium to obtain a recorded image.
  5. The developing device according to claim 1, wherein the developing device is the developing device.(Claim 5).
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[1] Image forming apparatus
An outline of an image forming apparatus in which the developing device according to the present invention is used will be described. FIG. 1 and FIG. 2 are both examples of a full-color image forming apparatus using a dry two-component developing type developing device in which a plurality of four photosensitive drums 4 serving as latent image carriers are arranged in tandem. This is common in that one color is provided for each of the four colors. These four colors are black, yellow, magenta, and cyan, and the four image forming devices corresponding to these are sequentially denoted by reference numerals 18K, 18Y, 18M, and 18C.
[0014]
The difference is that the image forming apparatus in FIG. 1 uses an intermediate transfer belt 19 that may rotate in contact with four photosensitive drums 4, whereas the image forming apparatus in FIG. 2 uses an intermediate transfer belt. In other words, the recording medium conveyance belt 19-1 that rotates in contact with the four photosensitive drums 4 is used.
[0015]
In the type of the image forming apparatus of FIG. 1, toner images of different colors formed on the respective photosensitive drums are once transferred onto the intermediate transfer belt 19 by the function of the primary transfer roller 8, and this superimposed transfer toner image is used as a final recording medium. A full color image is obtained by collectively transferring to a certain sheet-like medium 14 at the nip portion between the roller 11 and the secondary transfer roller 13 and passing between the fixing rollers 15 and 16. The intermediate transfer belt 19 is also supported by rollers 9, 10, 12 and the like.
[0016]
In the type of the image forming apparatus shown in FIG. 2, the toner images formed on the respective photosensitive drums 4 are successively transferred onto the sheet-like medium 14 which is the final recording medium conveyed by the recording medium conveying belt 19-1, and fixed. A full color image is obtained by passing between the rollers 15 and 16. The recording medium conveyance belt 19-1 is also supported by rollers 9-1 and 10-1.
[0017]
In FIG. 1 and FIG. 2, the image forming devices 18K, 18Y, 18M, and 18C differ only in the color of the toner to be handled, and since the mechanical configuration is common, the respective constituent members are assigned the same reference numerals. One arbitrary image forming apparatus will be described.
[0018]
Around the photosensitive drum 4, in the order of rotation indicated by arrows, the charger 5 for charging the photosensitive member of the photosensitive drum 4 to a high voltage, the irradiation position of the writing light Lb, the developing device 17 according to the present invention, the primary transfer roller 8, a cleaning device 7, a static elimination lamp 6 and the like are arranged.
[0019]
As for the developing device 17, as will be described later, the developer agitating and conveying screws 1 and 2 and the developer agitated from these screws are supplied into the developer container 20 and supplied to the photosensitive drum. There are provided a developing roller 3 as a carrier, a doctor blade 21 which is disposed close to the developing roller 3 and functions to level the developer into a thin layer. Further, although not shown, the developing device 17 can be supplied with toner from a toner supply means.
[0020]
At the time of image formation, the photosensitive drum 4 rotates and is uniformly charged by the charging charger 5 and is irradiated with the writing light Lb to form an electrostatic latent image. While the latent image passes through the developing device 17, And visualized with toner. The steps so far are common to FIGS. 1 and 2.
[0021]
Thereafter, in the image forming apparatus of FIG. 1, the toner image on the photosensitive drum 4 is transferred to the intermediate transfer belt 19 by the primary transfer roller 8. That is, the toner images of black by the image forming device 18K, yellow by the image forming device 18Y, magenta by the image forming device 18M, and cyan by the image forming device 18C are sequentially transferred onto the intermediate transfer belt 19, and the superimposed toner images. Is collectively transferred to the sheet-like medium S passing through the nip portion between the secondary transfer roller 13 and the roller 11, and further fixed and discharged while passing between the fixing rollers 15 and 16. On the other hand, after the toner is removed from the photosensitive drum 4 after the transfer by the cleaning device 7, the charge is removed by the charge removing lamp 6 to prepare for the next image formation.
[0022]
In the image forming apparatus of FIG. 2, the toner image on the photosensitive drum 4 is transferred to the sheet-like medium 14 conveyed by the recording medium conveying belt 19-1, and the nip between the transfer roller 8-1 and the photosensitive drum 4. In this section, black toner image forming device 18K, yellow image forming device 18Y, magenta image forming device 18M, and cyan image forming device 18C are sequentially transferred to each other. It is fixed and discharged while passing between 16. On the other hand, after the toner is removed from the photosensitive drum 4 after the transfer by the cleaning device 7, the charge is removed by the charge removing lamp 6 to prepare for the next image formation.
[2] Developing device
[2.1] Summary of the invention
FIG. 3 is a cross-sectional view of the developing device 17, and FIG. 4 is a top view of the developing device with the upper case removed.
The developing roller 3 as a developer carrying member is composed of an aluminum sleeve and a multipolar magnet fixedly installed inside. The two-component developer composed of toner particles and carrier particles is stirred and transported by two screws.
The stirring screw installed on the side close to the developing roller 3 and having a stirring and stirring function is hereinafter referred to as a screw 1, and the stirring screw installed at a position away from the developing roller is hereinafter referred to as a screw 2.
[0023]
Each of the screws 1 and 2 is contained in a path partitioned by a wall (indicated by reference numeral 51 in FIG. 3) that guides the movement of the developer composed of toner and carrier along the screws 1 and 2. The wall 51 is formed with an opening communicating with the adjacent passages at the axial ends of the screws 1 and 2, and the developer moves the passage moisture through the openings, whereby the screw 1. And the developer 2 can be moved between the screw 2 and the screw 2.
[0024]
Above the screw 2, there is a toner replenishing means (not shown) for replenishing toner to maintain the developer concentration. The developer is agitated while being circulated along the passage and the opening. The agent is supplied to the developing roller 3.
[0025]
3 and 4, the developer pumped up from the screw 1 onto the developing roller 3 by the rotation of the developing roller 3 is scraped off by the doctor blade 21 and conveyed to the developing process section facing the photosensitive drum 4. Is done. A bias applying means is connected to the developing roller 3, and an electrostatic field and, in some cases, an alternating electric field is formed between the developing roller 3 and the photosensitive drum, and development is performed by the action of the developing bias. .
[0026]
The developer that has completed the developing process is conveyed by the developing roller 3 and returned to the screw 1 again. When the toner is consumed as a result of development, and it is necessary to replenish the toner, the toner replenishing means (not shown) receives information such as a toner density detecting means and an image forming pixel number counting means (not shown). The toner is supplied to the toner supply position 22 of the screw 2 so that the toner density in the developing device 17 can be kept constant.
[0027]
Assuming a section A perpendicular to the rotational axis of the screw 2, the result of measuring the developer weight (developer weight moving speed) crossing the section A per unit time is shown in FIG. In FIG. 5, the relationship between the forward rotation speed ω1 [rpm] of the screw 2 on the horizontal axis and the developer weight movement speed Uw1 [kg / s] on the vertical axis is almost proportional. 5 is determined depending on the screw shape (screw outer diameter, fin pitch, fin shape, etc.), the amount of developer filled in the screw, and the like.
[0028]
  In addition, when the shape of the screw 2 becomes symmetrical by reversing in the axial direction, the relationship between the reverse rotation speed ω2 [rpm] and the absolute value of the developer weight moving speed Uw2 [kg / s] at that time is It becomes equal to FIG. The average developer advection speed according to claim 2 or 3, where S [kg / m] is the amount of developer present in the developer flow path per unit length in the longitudinal direction (axial direction) of the screw. U1 [m / s] is
  | U1 | = | Uw1 | × S
Can be represented by
[0029]
Similarly, the average advection velocity U2 [m / s] of the developer described in claim 3 is:
｜ U2 ｜ = ｜ Uw2 ｜ × S
Is represented by
[0030]
As shown in FIG. 6, when the distance from the position of the toner replenishing portion 22 to the developing roller along the developer flow path indicated by the arrow is L [m], the unstirred toner among the replenished toner In order to prevent the toner from reaching the developing roller 3, it is important to temporarily reverse the rotation direction of the screw 2 that has received the toner after the toner replenishment operation (claim 1). The time t1 [s] from the start of toner replenishment to the start of the reverse rotation is t1 <L / | U1 |.
[0031]
By performing the reversal, the developer flow path having a limited length can be used in a substantially long state, and therefore sufficient agitation and mixing can be performed on the replenishment toner. The reverse rotation can be easily switched by a known technical means such as reverse rotation of a motor that is a power source of the screw, or by interposing an idle gear in the middle of the drive system. The reversing procedure can be executed by a control means using a CPU, and the procedure will be described later with reference to FIG.
[0032]
[2.2] Comparative example
Here, in order to facilitate the understanding of the present invention, let us consider a problem when it does not reverse. FIG. 7A shows a state where the developer is circulated by always rotating the screw 2 in one direction without reversing. FIG. 7B shows the relationship between the developer advancing distance and the amount of unstirred toner during such circulation, and coordinates are taken in the downstream direction of the screw 2 with the toner replenishment position as the origin. It shows how the amount of unstirred toner floating above the developer changes.
[0033]
Thus, FIG. 7B shows the measurement result of the amount of unstirred toner that changes every time the developer advancing proceeds by 0.1 [m] (step a → step b → step c). As can be seen from FIGS. 7A and 7B, when the screw is not reversed, the unstirred toner replenished from the replenishment position 22 is transported to the developing process section by the developing roller 3. This may cause toner scattering and soiling. Such a state occurs when the amount of toner to be replenished is very large, when the toner stirring ability by the stirring screw is low, or when the fluidity of the replenishing toner is low.
[2.3] Claims 1 and 2
In contrast, FIGS. 8A and 8B show an example in which a reversing process for reversing the screw 2 is incorporated according to the present invention. Immediately after the developer advancing from the toner replenishment position 22 by 0.2 [m] (step a → step b), the screw 2 starts to reversely rotate, and the developer flows backward by 0.1 [m] (step c). Then, the developer is transferred by 0.2 [m] (step d → step e).
[0034]
By such an operation, the replenishment toner is completely agitated at a position away from the toner replenishment position by 0.3 [m], and the problem as shown in FIG. 7 in the comparative example does not occur. That is, the time t1 [s] from the start of toner replenishment to the start of the reverse rotation is set to t1 <L / | U1 |. Since it is possible to prevent the toner that is not sufficiently mixed in the developer from being conveyed to the developing process, there is no occurrence of toner blowout or background contamination.
[0035]
  [2.4] Claim1, 3Relation
  In FIG. 8, the reverse rotation speed ω2 [rpm] of the screw 2 may be the same as or different from the normal rotation speed ω1 [rpm]. However, in the example of FIG. 8, if the backflow advection distance in step c is 0.2 [m] or more, unstirred toner is supplied to the developing roller 3 via the end of the screw 1 and the toner scatters. And may cause soiling.
[0036]
Also, if the backflow advection distance in step c is about 0.2 [m], new toner will be replenished to the area where unstirred toner is present, and the amount of unstirred toner will increase. There is a risk that. In order to eliminate such problems, the average advection speed due to the forward rotation of the screw 2 is U1 [m / s], the time from the start of toner replenishment to the start of the reverse t1 [s], the development due to the reverse rotation When the average advection velocity of the agent is U2 [m / s], the reversing time t2 [s] is
t2 <t1 × | U1 | / | U2 |
8 (A) and 8 (B) are also examples that satisfy this condition (claim 3).
[0037]
As a result, even when toner replenishment is repeated, the next new toner can be replenished while avoiding the developer area where the toner density is highest due to the previous toner replenishment, so that the stirrability of the replenished toner is sufficiently enhanced. Can do.
[0038]
  The time t2 [s] for continuing the reverse rotation may be changed according to the amount of the replenished toner.1Relation). For example, when the amount of replenishing toner is smaller than in the states of FIGS. 8A and 8B, sufficient agitation can be obtained even if the reverse rotation time of the screw 2 is shortened. Examples are shown in FIGS. 9A and 9B. The example (step c) in FIGS. 9A and 9B is an example in which the backflow advection distance is about half that in the case of FIGS. 8A and 8B (step c).
[0039]
When the amount of toner replenishment is small, the reversing time is shortened or the reversing time is not necessary by minimizing the reversing time, and the agitating screw driving device required for sufficient agitation Can reduce the energy consumed by the developer and the loss of developer circulation caused by the reversal.
[0040]
  [2.5] Claim4Relation
  By adding the reverse rotation step (step c) as shown in FIGS. 8 and 9, the developer circulation capability in the developing device 17 inevitably decreases. The developer whose toner density has decreased due to toner consumption in the developing process is quickly released from the developing roller 3, quickly transferred to the toner replenishment position 22, quickly replenished with toner, and quickly into the developer. The developer needs to be stirred and quickly supplied to the developing roller 3 again. When such a developer circulation ability is reduced, the toner density distribution in each part in the developing device 17 becomes very large. This causes unevenness in image density and a decrease in stability.
[0041]
Such a problem can be solved by compensating for the loss of developer circulation caused by the reverse rotation step by increasing the number of rotations of the screw 1 and the screw 2 at least during the normal rotation.
[0042]
That is, when the screw 2 performs the reverse rotation, the rotation speed of the stirring screw is increased from the normal rotation speed during part or all of the time before and after the execution of the reverse rotation. As a result, the loss of developer circulation due to the reverse rotation can be recovered, so that even when the toner consumption in the development process is large, the reduction in the amount of toner supplied to the developing roller per unit time can be suppressed, and the image density can be reduced. It is possible to maintain stability.
[0043]
An example thereof will be described with respect to the case of FIG. When the rotational speeds of the screw 2 and the screw 1 during normal forward rotation in FIG. 8 are ω1 [rpm], the rotational speeds of the screw 2 and the screw 1 in the forward rotation process b, the reverse rotation process c, and the forward rotation process d are as follows. By setting 3 × ω1 [rpm] (reverse rotation in step c), the developer circulation ability equivalent to the developer circulation ability when the normal forward rotation speed in FIG. 7 is ω1 [rpm] is shown. Even in the eighth embodiment, it can be secured.
[0044]
Further, in FIG. 8, the rotational speeds of the forward rotation process a, forward rotation process b, and reverse rotation process c are set to 3 × ω1 [rpm] (however, the reverse rotation is performed in process c), or the forward rotation process a and forward rotation process b. The same developer circulation can be achieved by setting all the rotation speeds of the reverse rotation process c, the normal rotation process d, and the normal rotation process e to (5/3) × ω1 [rpm] (however, reverse rotation in the process c). Capability can be secured.
[0045]
[2.5] Example of control by control means
Next, an example of a control procedure relating to these screw rotations will be described with reference to the flowchart of FIG. 10 and the time chart of FIG. 11 executed by the control means. The control means controls the image forming process, and controls the drive motors of the screws 1 and 2 to control the timing and time of forward and reverse rotation, and the toner supply interval by the toner supply means. , And the following flow procedure is controlled. .
[0046]
Here, for the sake of simplicity of explanation, an example in which the increase in the forward rotation speed of the screw is performed only from immediately after toner replenishment to the start of screw reverse rotation is taken as an example. First, in response to a print start command (step P1), rotation of the screw 1 and screw 2 is started at a standard rotational speed ω1 [rpm] (step P2), and the developer in the developing device is circulated.
[0047]
From now on, image data for image formation or image data for which image formation has been performed in the past is used to perform pixel counting by arithmetic means (not shown) or a toner density sensor (with respect to the developer) installed in the image forming apparatus. In addition to means for directly detecting the toner concentration, the toner concentration in the developer is indirectly detected by detecting the amount of toner adhering to the patch image formed on the image carrier and calculating the amount of toner. (Including means) is read and used (step P3).
[0048]
Thus, the toner amount w [g] to be replenished in the developer is calculated (step P4). In addition, an interval Δt [s] for toner replenishment performed discretely is set (step P5). This Δt may be set to an interval at which a sheet as a recording sheet passes through an image forming device (18K, 18Y, 18M, 18C, etc.) during continuous printing, that is, a so-called time between sheets. , It may be determined appropriately each time.
[0049]
Next, the screw reverse rotation speed ω2 [rpm] and the screw reverse rotation time t2 [s] are set so that the replenished toner amount w [g] is completely stirred in the developer at the most downstream portion of the screw 2. (Step P6). In this setting, a data table (not shown) obtained by experiments in advance (that is, how much time is required to reversely rotate when an arbitrary amount of toner is supplied is shown. Setting is performed using a table) or a relational expression not shown. At this time, there are not a single solution for the screw reverse rotation speed ω2 [rpm] and the screw reverse rotation time t2 [s] for a given replenishment toner amount w [g]. Give a solution.
[0050]
Next, the developer amount S [kg / m] present in the developer channel per unit length in the longitudinal direction of the screw (this value varies little with respect to the screw rotation speed, screw rotation direction and developer toner concentration). Therefore, the developer advection speed U2 [m / s] in the longitudinal direction of the screw can be calculated from the screw reverse rotation speed ω2 [rpm]. Calculate (step P7).
[0051]
Next, an increment Δω [rpm] of the screw normal rotation speed from the start of toner replenishment to the start of screw reverse rotation necessary to compensate for the developer circulation ability lost in the screw reverse rotation process is appropriately set ( Step P8).
[0052]
Then, the developer advancing speed U3 [m / s] due to the increased screw normal rotation speed ω1 + Δω is set to the amount of developer S in the developer channel per unit length in the longitudinal direction of the screw in the same manner as described above. kg / m] (step P9).
[0053]
Further, the screw normal rotation time t3 [s] from the start of toner supply to the start of screw reverse rotation is calculated. This t3 can be set or calculated so far using the given value.
t3 = (| U1 | + | U2 |) x t2 / (| U3 | − | U1 |)
Can also be calculated from the relational expression (step P10).
[0054]
Next, whether or not the value set or calculated so far is set to a value that does not cause a problem in the process is confirmed by the following three evaluation formulas (step P). First, it is an evaluation formula for whether or not the screw reversal start timing is within the distance L [m] from the position of the toner replenishment section to the development roller along the developer flow path.
｜ U3 ｜ × t3 <L
Judge by. Second, it is an evaluation formula for determining whether or not the developer replenished by the reverse developer advancing due to screw reversal does not pass the toner replenishment position.
｜ U2 ｜ × t2 ＜ ｜ U3 ｜ × t3
Judge by. Third, it is an evaluation formula for determining whether the time from the start of toner replenishment to the completion of screw reversal does not exceed the previously set toner replenishment time interval Δt.
t2 + t3 ≤ Δt
Judge by. If even one of these three relations does not hold, the previously set ω2, t2, and Δω are reset and the previously calculated U2, until the condition for satisfying these relations is found. Repeat the loop for recalculating U3 and t3. This loop is repeated instantaneously by a calculation means (not shown) (step P11).
[0055]
The toner supply is started when all the above judgment formulas are established in Step P11 (Step P12), and the toner supply start time t ′ is temporarily recorded by a storage means (not shown) in Step P13.
[0056]
Thereafter, immediately after toner replenishment, the screw rotation speed is changed from ω1 to ω3, and normal rotation is performed for a time t3 (step P14).
[0057]
Further, after time t3, the rotation speed ω3 is changed from the normal rotation to the reverse rotation of the rotation speed ω2, and the reverse rotation is performed for the time t2 (step P15). Further, after time t2, the rotation speed ω1 is restored to the normal rotation state again (step P16).
[0058]
In step P17, the time t "when normal rotation is resumed is fetched. In step P18, t" -t 'is calculated and compared with .DELTA.t. If not equal to step P3, if not, the delay time td is added ( Step P19) The next toner replenishment start time t ′ is set, and Δt is added to t ′ as a base point to update t ″ (Step P20), and the process returns to Step P18.
[0059]
Thus, the next toner supply amount calculation and toner supply operation are performed, and these are repeated. With the above flow, unstirred toner is not conveyed to the developing process even during continuous printing, and image forming conditions with stable image density can be maintained.
[0060]
【The invention's effect】
  According to invention of Claim 1,When the amount of toner replenishment is small, the reversing time is shortened or the reversing time is minimized by not performing the reversing time, and the agitating screw driving device required for sufficient agitation Reducing energy consumption due to reversal and loss of developer circulation due to the reverse rotation.it can.
  According to the second aspect of the present invention, it is possible to prevent the toner that is not sufficiently mixed in the developer from being conveyed to the developing process. No blowout or dirt occurs.
  According to the third aspect of the present invention, even when toner replenishment is repeated, the next new toner can be replenished while avoiding the developer region where the toner density is highest due to the previous toner replenishment. Stirability can be sufficiently increased.
  According to the invention described in claim 4, since the loss of developer circulation caused by the reverse rotation can be recovered, the amount of toner supplied to the developing roller per unit time can be reduced even when the toner consumption in the developing process is large. Can be suppressed, and the stability of the image density can be maintained.
  According to the fifth aspect of the present invention, a high-quality image can be obtained by the image forming apparatus including the developing device that performs sufficient stirring and mixing with the replenishment toner.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of an image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a main configuration of an image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of the inside of the developing device according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view of the developing device with the upper case removed.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between developer weight moving speed and screw rotation speed.
FIG. 6 is a plan view of the developing device.
7A is a plan view of the developing device shown together with the advection distance, and FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the advection distance and the amount of unstirred toner.
8A is a plan view of the developing device shown together with the advection distance, and FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the advection distance and the amount of unstirred toner.
FIG. 9A is a plan view of the developing device shown together with the advection distance, and FIG. 9B is a diagram showing the relationship between the advection distance and the amount of unstirred toner.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a control procedure according to the present invention.
FIG. 11 is a time chart described corresponding to a control procedure.
[Explanation of symbols]
1, 2 screw
4 Image carrier
17 Development device

Claims (5)

現像剤担持体に並列して配置された隣接する少なくとも２本の撹拌スクリュと、これら各攪拌スクリュに沿ってトナーおよびキャリアからなる現像剤の移動を導く互いに仕切られた通路と、隣り合う該通路を連通する開口と、現像剤濃度を維持するためにトナーを補給するトナー補給手段を有し、現像剤を該通路および該開口に沿って循環させながら撹拌させ、撹拌された現像剤を該現像剤担持体に供給する形式の現像装置において、
トナー補給動作後に攪拌スクリュの回転方向を一時的に逆転させることとし、
前記攪拌スクリュを設けた通路に対するトナー補給であるトナー補給量に応じて前記攪拌スクリュが該逆転を実行している時間を変更することを特徴とする現像装置。At least two adjacent stirring screws arranged in parallel with the developer carrying member, mutually separated passages for guiding the movement of the developer composed of toner and carrier along each of the stirring screws, and the adjacent passages And a toner replenishing means for replenishing toner in order to maintain the developer concentration. The developer is agitated while circulating along the passage and the opening, and the agitated developer is developed. In the developing device of the type that is supplied to the agent carrier,
The rotation direction of the stirring screw is temporarily reversed after the toner replenishment operation ,
2. A developing device according to claim 1, wherein a time during which the stirring screw performs the reverse rotation is changed in accordance with a toner replenishment amount that is toner replenishment to a passage provided with the stirring screw . 請求項１記載の現像装置において、
前記攪拌スクリュ内を移動する現像剤の平均移流速度を Ｕ１ ［ｍ／ｓ］、前記攪拌スクリュを設けた通路における前記トナー補給手段によるトナー補給位置から現像剤流路に沿って現像剤担持体に到達するまでの距離を Ｌ ［ｍ］ とした場合、前記トナー補給手段によるトナー補給開始から前記攪拌スクリュが逆転を開始するまでの時間 ｔ１ ［ｓ］ が、
ｔ１ ＜ Ｌ／｜Ｕ１｜
であることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
The average advancing speed of the developer moving in the stirring screw is U1 [m / s], and from the toner supply position by the toner supply means in the passage provided with the stirring screw to the developer carrier along the developer flow path. When the distance to reach is L [m], the time t1 [s] from the start of toner replenishment by the toner replenishing means until the stirring screw starts reverse rotation is
t1 <L / | U1 |
A developing device characterized by the above. 請求項２記載の現像装置において、
前記攪拌スクリュの該逆転による現像剤の平均移流速度を Ｕ２ ［ｍ／ｓ］ とした時、該逆転し続ける時間 ｔ２ ［ｓ］ が、
ｔ２ ＜ ｔ１×｜Ｕ１｜／｜Ｕ２｜
であることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 2, wherein
When the average advection speed of the developer due to the reverse rotation of the stirring screw is U2 [m / s], the time t2 [s] for continuing the reverse rotation is
t2 <t1 × | U1 | / | U2 |
A developing device characterized by the above. 請求項１乃至３の何れかに記載の現像装置において、
前記攪拌スクリュが該逆転を行う場合には、該逆転の実行中を含む前後の時間のうち一部もしくは全体において、
該攪拌スクリュの回転速度を、該攪拌スクリュの逆転がない場合の回転速度よりも、現像剤循環能力が同等となるように高めることを特徴とする現像装置。In the developing device according to any one of claims 1 to 3,
When the stirring screw performs the reverse rotation, part or all of the time before and after the execution of the reverse rotation,
The stirring rotation speed of the screw, the stirring than the rotational speed of the case where there is no reversal of the screw, a developing device according to claim Rukoto enhanced so that developer circulation capacity becomes equivalent. 像担持体上に形成した静電潜像をトナーで顕像化する現像装置を備え、この現像化されたトナー像を転写媒体に転写、定着して記録画像を得る画像形成装置において、In an image forming apparatus comprising a developing device that visualizes an electrostatic latent image formed on an image carrier with toner, and transferring and fixing the developed toner image on a transfer medium to obtain a recorded image.
前記現像装置として請求項１乃至４の何れかに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus using the developing device according to claim 1 as the developing device.

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