JP4935800B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、トナーとキャリアを含む２成分現像剤を供給・排出するようにした、いわゆるトリクル方式の現像装置が公知である。トリクル方式の現像装置では、トナーのみを補給するものと比較して、トナー濃度の高い現像剤が補給される補給直後と、余剰の現像剤が排出される排出直後とで現像剤重量が大きく変動する。このため、透磁率センサで鉄分を含むキャリアの透磁率を検出し、その検出結果に基づいて現像剤重量を算出していたのでは、正確な現像剤重量を得ることは不可能である。

そこで、特許文献１に記載の発明では、磁気センサによる検出範囲内の現像剤重量を周期的に増減させ、磁気センサの出力波形の下限近傍値に依存する値から現像剤重量を算出し、出力波形の振幅からこの値を補正することにより、適正な現像剤重量を算出するようにしている。

また、特許文献２に記載の発明では、トナー濃度センサでの検出信号の平均値、振幅、画像濃度センサでの検出信号から現像剤重量を推定して現像剤の補充、排出動作を行うようにしている。

特開２００５−３１３２７号公報 特開２００６−３６８２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の発明では、磁気センサの出力波形の下限近傍値に依存する値から現像剤重量を算出するようにしている。つまり、磁気センサでの検出信号を補正して現像剤重量を正確に得ようとするものでしかなく、現像剤重量自体は変動する。この場合、トナー濃度の制御が非常に困難となり、良好な画質を維持できない。

また、前記特許文献２に記載の発明では、現像剤重量を推定するために画像濃度センサを利用している。このため、画像濃度センサでの検出信号を読み込むために、一時的に印刷動作を停止する必要がある。

そこで、本発明は、現像剤収容容器内の現像剤の重量を一定に維持して、印刷動作を停止することなく、トナー濃度を所望の値に調整容易とする現像装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
現像装置を、
トナーとキャリアを含む現像剤が収容される現像剤収容容器と、
前記現像剤収容容器に収容した現像剤を攪拌しながら循環させる現像剤搬送手段と、
前記現像剤収容容器に現像剤を補給するための現像剤補給手段と、
前記現像剤収容容器から現像剤を排出するための現像剤排出手段と、
前記現像剤収容容器内の現像剤の重量を検出するための現像剤重量検出手段と、
前記現像剤重量検出手段で検出される現像剤の重量に基づいて、現像剤補給手段による現像剤の補給量を決定する補給量決定手段と、
を備え、
前記現像剤搬送手段は、回転軸の周囲に螺旋状の羽根を備えたスクリューからなり、
前記現像剤重量検出手段は、現像剤の透磁率を検出する透磁率センサと、該透磁率センサから入力される信号波形の振幅の違いに基づいて、現像剤収容容器内の現像剤の重量を推測する重量推測部と、を備えた構成としたものである。

この構成により、検出した現像剤の重量に基づいて、正確に現像剤の補給量を決定することができる。したがって、現像剤収容容器内の現像剤の重量を一定とすることができ、トナー濃度の調整を適切に行うことが可能となる。また、スクリューを回転させて現像剤を搬送すると、透磁率センサの検出範囲での現像剤の重量は周期的に変動するが、現像剤収容容器内の現像剤の重量の違いに応じて、透磁率センサでの検出信号の振幅が変動するので、トナー濃度の検出に利用可能な透磁率センサにより、現像剤収容容器内の現像剤の重量をも推測することができる。

前記現像剤搬送手段は、回転軸の周囲に螺旋状の羽根を備えたスクリューからなり、
前記現像剤重量検出手段は、現像剤の透磁率を検出する透磁率センサと、該透磁率センサから入力される信号波形の周期の違いに基づいて、現像剤収容容器内の現像剤の重量を推測する重量推測部と、を備えるようにしてもよい。

この構成により、スクリューを回転させて現像剤を搬送すると、透磁率センサの検出範囲での現像剤の重量は周期的に変動するが、現像剤収容容器内の現像剤の重量の違いに応じて、スクリューを回転させるのに必要なトルクが変動する。そして、現像剤の重量が多ければ多いほど、スクリューの負荷が大きくなって回転周期が遅くなる一方、現像剤の重量が少なければ少ないほど、スクリューの負荷が小さくなって回転周期が速くなる。したがって、スクリューの回転速度の変動に伴う透磁率センサでの検出波形の周期の変化に基づいて、トナー濃度の検出に利用可能な透磁率センサにより、現像剤収容容器内の現像剤の重量を推測することが可能となる。

前記現像剤重量検出手段は、現像剤から作用する圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサから入力される検出信号に基づいて現像剤収容容器内の現像剤の重量を推測する重量推測部と、を備えるようにしてもよい。

この構成により、現像剤収容容器内の現像剤の重量の違いにより直接変化する圧力センサでの検出信号に基づいて、より一層正確に現像剤収容容器内の現像剤の重量を推測することが可能となる。

前記重量推測部は、さらに前記透磁率センサでの検出信号から算出したトナー濃度をも加味して、現像剤収容容器内の現像剤の重量を補正するのが好ましい。

この構成により、検出されるトナー濃度の違いによる現像剤の嵩密度の変化をも考慮して、より一層正確に現像剤の重量を推測することができる。

前記現像剤搬送手段を回転駆動可能とする第１駆動手段と、
前記現像剤排出手段を回転駆動可能とする第２駆動手段と、
前記重量推測部で推測された現像剤の重量が適正範囲に対して多いと判断された場合、前記第２駆動手段による現像剤排出手段の回転速度を小さくし、逆に少ないと判断された場合、大きくする駆動制御手段と、
を備え、
前記現像剤排出手段は、現像剤排出口と、前記現像剤搬送手段のスクリューと同一軸心上に配置され、前記現像剤排出口へ現像剤を搬送する排出スクリューとからなり、前記排出スクリューは、回転軸の周囲に前記現像剤搬送手段のスクリューとは羽根の巻き方向が逆の逆巻羽根部と、逆巻羽根部と巻き方向が同じで逆巻羽根部を超えた現像剤を搬送する搬送羽根部とで構成するのが好ましい。

この構成により、現像剤搬送手段とは別駆動する現像剤排出手段により、きめ細かく現像剤の排出量を決定することができ、現像剤収容容器内の現像剤の重量を一定に維持することが可能となる。

また、本発明は、前記課題を解決するための手段として、画像形成装置を、前記いずれかの現像装置を備えた構成としたものである。

なお、現像装置は、次のように構成することもできる。

すなわち、トナーとキャリアを含む現像剤が収容される現像剤収容容器と、
前記現像剤収容容器に現像剤を補給するための現像剤補給手段と、
前記現像剤収容容器に収容した現像剤を攪拌しながら循環移動させるための、回転軸に形成した螺旋状の羽根からなる搬送スクリュー、及び、前記現像剤収容容器から現像剤を排出するために、前記回転軸に形成した、搬送スクリューとは逆巻きの羽根を有する排出スクリューを備えた現像剤搬送手段と、
前記現像剤搬送手段を軸方向に往復移動させる搬送駆動手段と、
前記現像剤収容容器内の現像剤の重量を検出するための現像剤重量検出手段と、
前記現像剤重量検出手段で検出される現像剤の重量に基づいて、現像剤補給手段による現像剤の補給量を決定する補給量決定手段と、
前記現像剤重量検出手段で検出される現像剤重量に基づいて搬送駆動手段を駆動制御して、現像剤搬送手段の排出スクリューの回転速度を制御する排出制御手段と、
を備えた構成としたものである。

また、トナーとキャリアを含む現像剤が収容される現像剤収容容器と、
前記現像剤収容容器に現像剤を補給するための現像剤補給手段と、
前記現像剤収容容器に収容した現像剤を攪拌しながら循環移動させるための現像剤搬送手段と、
前記現像剤収容容器内の現像剤の重量を検出するための現像剤重量検出手段と、
前記現像剤重量検出手段で検出される現像剤の重量に基づいて、現像剤補給手段による現像剤の補給量を決定する補給量決定手段と、
前記現像剤収容容器内の現像剤の流路断面積を調整する流路調整手段と、
前記現像剤重量検出手段で検出される現像剤重量に基づいて流路調整手段を駆動制御して、現像剤の排出量を調整する流路制御手段と、
を備えた構成としたものである。

本発明によれば、現像剤終了検出手段によって検出された現像剤収容容器内の現像剤の重量に基づいて、補給する現像剤の重量を決定するようにしたので、現像剤収容容器内の現像剤の重量を常に一定に維持することができる。したがって、現像剤収容容器内のトナー濃度を希望する値へと容易かつ確実に調整することが可能となる。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。

（構成）
図１は、２成分現像剤を用いた電子写真方式のうち、特に、トナーのみではなく少量のキャリアをも含んだ現像剤を補給するようにした、いわゆるトリクル方式の画像形成装置を示す。この画像形成装置は、大略、画像形成ユニット１、転写ユニット２、露光ユニット３、給紙ユニット４、クリーニングユニット５、制御ユニット６（図４参照）、等を備える。但し、本発明は、この種の画像形成装置１にのみ適用されるものではなく、例えば、いわゆる４サイクル方式のカラー画像形成装置やモノクロ出力の画像形成装置にも適用できる。また、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの機能を複合的に備えた複合機にも適用可能である。

画像形成ユニット１は、転写ユニット２の中間転写ベルト２７に沿って４箇所に配置され、それぞれ左側よりイエロー(Ｙ)、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の画像形成を行なうことにより、中間転写ベルト２７の表面にカラー画像を形成する。各画像形成ユニット１は、図２に示すように、感光体ドラム７の周囲に、帯電装置８、現像装置９、クリーニング装置１０、等を備える。

帯電装置８は、感光体ドラム７の表面に所定の表面電位を形成する。この表面電位は、露光ユニット３によって露光されることにより静電潜像となる。

現像装置９は、図２及び図３に示すように、現像剤収容容器１１内に、攪拌スクリュー１２、供給スクリュー１３、排出スクリュー１４、及び、現像ローラ１５をそれぞれ収容したものである。

現像剤収容容器１１は、図３に示すように、一端側から他端側へと延びる長尺な箱形状で、内部は仕切壁１６によって長手方向に沿って第１収容部１７と第２収容部１８とに２分割されている。但し、第１収容部１７と第２収容部１８の一端側は連通部１９ａによって連通され、他端側は連通部１９ｂ、１９ｃによって連通されている。連通部１９ａ、１９ｂは、現像剤を第１収容部１７と第２収容部１８との間で移動させることにより、現像剤収容容器１１内で循環移動させるためのものである。連通部１９ｃは、現像剤排出口２２を超えた余剰の現像剤を第１収容部１７へと戻すためのものである。

第１収容部１７には、単位体積当たりのトナー量を検出するための手段として、トナー濃度センサ２０が設けられている。トナー濃度センサ２０は、現像剤（キャリアに含まれる鉄分）の透磁率の違いを周波数として出力させ、図５のグラフに従ってトナー濃度（現像剤に対するトナーの重量比率）を演算する従来周知のものである。

第１収容部１７の一端側には現像剤補給口２１が形成され、後述するように、対応する現像剤補給容器２５から現像剤が補給される。ここでは、現像剤には、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤が使用されている。但し、現像剤にはさらに外添剤等を含めるようにしても構わない。

第２収容部１８の一端側には、現像剤排出口２２が形成され、適宜、現像剤を排出することにより劣化したキャリアが長期間に亘って現像剤収容容器１１内に残留しないようにしている。

攪拌スクリュー１２は、回転軸１２ａの周囲に螺旋状の羽根１２ｂを備えた構成で、第１収容部１７に配置されている。攪拌スクリュー１２は、回転駆動することにより、一端側から他端側へと現像剤を搬送しながら撹拌する。これにより、攪拌スクリュー１２が１回転する毎にトナー濃度センサ２０の検出範囲での現像剤重量が変動し、トナー濃度センサ２０での検出信号は、図６のグラフで示す出力波形となる。より具体的に説明すると、トナー濃度センサ２０の出力は、図７（ａ）に示すように、攪拌スクリュー１２が回転してトナー濃度センサ２０の検出範囲内の現像剤重量が最大量となることにより出力が最小値となり、逆に、図７（ｂ）に示すように、検出範囲内の現像剤重量が最小量となることにより出力が最大値となる。

供給スクリュー１３は、前記攪拌スクリュー１２と同様に、回転軸１３ａの周囲に螺旋状の羽根１３ｂを備えた構成で、第２収容部１８に配置されている。供給スクリュー１３は、回転駆動することにより、現像剤を連通部１９ｂ側から連通部１９ａ側へと移送すると共に、現像ローラ１５へと供給する。

攪拌スクリュー１２と供給スクリュー１３とは、現像剤収容容器１１から突出する各回転軸１２ａ、１３ａの端部にそれぞれ設けたギア１２ｃ、１３ｃ同士が互いに噛合し、図示しないモータからの駆動力により同期して回転するようになっている。

排出スクリュー１４は、前記各スクリュー１２、１３と同様に、回転軸１４ａの周囲に螺旋状の羽根１４ｂを備えた構成で、供給スクリュー１３とは同一軸心上に配置されている。羽根１４ｂは、供給スクリュー１３とは羽根の巻き方向が逆で、ピッチを小さく形成された逆巻羽根部と、巻き方向が同じで、逆巻き羽根を超えた現像剤を搬送する搬送羽根部とで構成されている。現像剤収容容器１１から突出する排出スクリュー１４の回転軸の端部にはギア１４ｃが一体化され、図示しないモータからの駆動力が伝達されるようになっている。これにより、排出スクリュー１４は、攪拌スクリュー１２及び供給スクリュー１３とは独立して回転駆動する。

現像ローラ１５は、図２に示すように、円筒状のスリーブ２３内に複数の永久磁石２４を収容したものである（ここでは、５つの永久磁石Ｓ２，Ｎ２，Ｓ１，Ｎ１，Ｓ３を、この順で時計回り方向に配置している。）。スリーブ２３は、図示しないスリーブ駆動手段によって図中矢印方向に回転するように構成されている。

現像装置９の上方には、図１に示すように、トナーとキャリアからなる補給用２成分現像剤（以下、単に現像剤と記載する。）を補給する現像剤補給容器２５が着脱可能となっている。なお、予め現像剤収容容器１１に収容する現像剤のトナー濃度は７％、現像剤補給容器２５から補給する現像剤のトナー濃度は８０％（キャリア濃度は２０％、通常１０〜２０％）である。

クリーニング装置１０は、感光体ドラム７の表面への転写後、この表面に残留するトナーを回収してクリーニングする。

転写ユニット２は、一対の支持ローラ２６に中間転写ベルト２７を架け渡し、図示しない駆動手段により支持ローラ２６を駆動させ、中間転写ベルト２７を矢印方向に循環移動させるようにしたもので、１次転写部２８、及び、２次転写部２９を備える。

露光ユニット３は、前記感光体ドラム７に対してレーザ光を照射し、図示しないスキャナで読み取った画像データに対応する静電潜像を形成する。

給紙ユニット４は、カセット３０に収容した記録媒体３１を、順次、搬送ローラ３２を介して２次転写部２９へと搬送する。２次転写部２９に搬送された記録媒体３１には、トナー像が転写され、定着ユニット３３で転写させたトナー像が定着された後、排出トレイ３４へと搬出される。

クリーニングユニット５は、中間転写ベルト２７に接離可能で、接近することにより中間転写ベルト２７に残留するトナーを回収してクリーニングする。

制御ユニット６は、トナー濃度センサ２０から入力される検出電圧に基づいて、後述するようにして、現像剤の補給処理を実行する。

（動作）
次に、前記構成からなる画像形成装置の動作について説明する。

画像形成時には、画像を読み取って得られたカラープリントデータ、又はパーソナルコンピュータ等から出力された画像データは、所定の信号処理が施された後、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、ブラック(Ｂｋ)の各色の画像信号として、各画像形成ユニット１に送信される。

各画像形成ユニット１では、それぞれの感光体ドラム７上に画像信号で変調されたレーザ光を投射して画像潜像を形成する。そして、現像装置９から感光体ドラム７にトナーを供給する。

現像装置９では、攪拌スクリュー１２及び供給スクリュー１３を回転駆動することにより、現像剤収容容器１１内に収容された現像剤を攪拌しながら循環させる。そして、供給スクリュー１３から現像ローラ１５にトナーを供給し、規制部材１１aによって掻き落として一定量とした後、感光体ドラム７へと搬送する。

これにより、各感光体ドラム７上にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像がそれぞれ形成される。形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像は、１次転写部２８で、移動する中間転写ベルト２７上に順次重ね合わせて１次転写される。このようにして中間転写ベルト２７上に形成された重ね合わせトナー画像は、中間転写ベルト２７の移動に従って２次転写部２９へと移動する。

また、給紙ユニット４から記録媒体３１が供給される。供給された記録媒体３１は、搬送ローラ３２によって２次転写部２９と中間転写ベルト２７の間へと搬送され、中間転写ベルト２７に形成されたトナー画像が転写される。トナー画像を転写された記録媒体３１は、さらに定着ユニット３３へと搬送され、そこで、転写されたトナー画像が定着された後、排出トレイ３４へと排出される。

ところで、前記現像装置９では、図８に示すフローチャートに従って次のようにして現像剤収容容器１１内に収容されている現像剤重量を推測し、排出量を調整することにより、現像剤の補給処理を実行するようにしている。

（現像剤重量の推測方法）
印刷処理が開始されると（ステップＳ１）、攪拌スクリュー１２及び供給スクリュー１３を同期して回転させながら、トナー濃度センサ２０での検出信号を読み込む（ステップＳ２）。読み込まれた検出信号は、図６のグラフに示すようなリップル波形となる。これは、攪拌スクリュー１２の回転によって、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、トナー濃度センサ２０の検出範囲内での現像剤重量の変動に伴い、検出される透磁率が周期的に変化するからである。

そこで、検出範囲での現像剤重量が最大量となった図７（ａ）に示す状態での検出値に基づいて、図５のグラフに従ってトナー濃度を算出する（ステップＳ３）。そして、トナー濃度センサ２０での検出信号に基づいて、検出範囲での現像剤重量が最大値となった図７（ａ）に示す状態での検出値と、検出範囲での現像剤重量が最小値となった図７（ｂ）に示す状態での検出値とから信号波形の振幅（最大振幅）を算出する（ステップＳ４）。

続いて、算出された振幅と、トナー濃度センサ２０で検出されるトナー濃度とに基づいて、図９に示すデータテーブルに従って現像剤重量を推測する（ステップＳ５）。すなわち、振幅が小さくなれば小さくなるほど、現像剤重量が多いと判断する。これは、現像剤収容容器１１内の現像剤重量が多いと、攪拌スクリュー１２を回転させたとしても、トナー濃度センサ２０の検出範囲内に於ける現像剤重量がそれほど変化せず、透磁率がそれほど変動しないと考えられるからである。また、振幅が大きくなれば大きくなるほど、現像剤重量が少ないと判断する。これは、現像剤収容容器１１内の現像剤重量が少ないと、攪拌スクリュー１２の回転により、検出範囲内の現像剤重量が変化しやすく、透磁率が大きく変動すると考えられるからである。さらに、トナー濃度が低ければ低いほど、現像剤重量は多いと判断する。これは、現像剤収容容器１１内の現像剤重量が多いと、現像剤に含まれるキャリアがトナー濃度センサ２０の検出範囲に集まりやすくなり、相対的に検出範囲でのトナー濃度が低くなるからである。さらにまた、トナー濃度が高ければ高いほど、現像剤重量は少ないと判断する。これは、現像剤収容容器１１内の現像剤重量が少ないと、現像剤が十分に攪拌され、相対的にトナー濃度が高くなると考えられるからである。なお、ここでは、現像剤重量の推測を、重量小２、重量小１、適正、重量大１、重量大２の５段階で行っている。

また、トナー濃度センサ２０での検出トナー濃度と、予め記憶してある目標トナー濃度との差に基づいて、現像剤の補給量を算出する（ステップＳ６）。そして、現像剤補給容器２５から算出された補給量の現像剤の補給処理を開始する（ステップＳ７）。

（排出量の調整方法）
その後、印刷処理が終了すれば（ステップＳ８）、推測された現像剤重量のレベルに応じて排出スクリュー１４の回転速度を決定する（ステップＳ９）。ここでは、推測された現像剤重量のレベルに応じて、図１０に示すデータテーブルに従って排出スクリュー１４の回転速度を決定する。すなわち、現像剤重量が適正範囲であると判断されれば、排出スクリュー１４は通常速度で回転する。また、適正範囲よりも少ないと判断されれば、重量小２で通常速度よりも２０％速度を上げ、重量小１で１０％速度を上げる。さらに、適正範囲よりも多いと判断されれば、重量大１で通常速度よりも１０％減速し、重量大２で２０％減速する。これにより、現像剤排出口２２から排出される現像剤重量が調整され、現像剤収容容器１１内の現像剤重量が一定に維持される。

このように、前記実施形態によれば、現像剤収容容器１１内の現像剤の重量を推測し、その推測結果と、検出されるトナー濃度とに基づいて現像剤の補給及び排出を制御するようにしている。したがって、現像剤収容容器１１内の現像剤重量を一定に維持してトナー濃度の調整を適切に行うことができ、良好な画像形成が可能となる。

（他の実施形態）
本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。なお、以下の説明では、前記実施形態と同様な構成についてはその説明を省略し、又、図示した部材であっても同様な部材については同一符号を付してその説明を省略する。

前記実施形態では、現像剤収容容器１１内の現像剤重量をトナー濃度センサ２０から入力される信号波形の振幅とトナー濃度とに基づいて推測するようにしたが、次のようにして推測することも可能である。

例えば、トナー濃度センサ２０から入力される信号波形の周期と、トナー濃度とに基づいて、図１１のデータテーブルに従って現像剤収容容器１１内の現像剤重量を推測するようにしてもよい。すなわち、現像剤収容容器１１内の現像剤重量が増大すると、排出スクリュー１４に作用する負荷が大きくなり、回転速度が低下する。このため、トナー濃度センサ２０から出力される信号波形の周期が長くなる。一方、現像剤収容容器１１内の現像剤重量が減少すると、排出スクリュー１４に作用する負荷が小さくなり、回転速度が上昇する。このため、トナー濃度センサ２０から出力される信号波形の周期が短くなる。そこで、信号波形の周期の違いと、検出されるトナー濃度とから図１１のデータテーブルに従って現像剤収容容器１１内の現像剤重量を推測すればよい。

また、トナー濃度センサ２０とは別に圧力センサ３５（図３の２点鎖線参照）を設け、この圧力センサ３５で、現像剤収容容器１１内の現像剤から直接受ける圧力を検出し、その検出結果に基づいて、図１２のデータテーブルに従って現像剤収容容器１１内の現像剤重量を推測するようにしてもよい。

前記各実施形態では、トナー濃度センサ２０から入力される信号波形の振幅あるいは周期と、トナー濃度とから現像剤重量を推測するようにしたが、多少精度は落ちるものの、現像剤重量は、信号波形の振幅のみ、周期のみ、あるいは、圧力のみから推測するようにしてもよい。

前記各実施形態で推測した現像剤重量のレベルは５段階に限らず、必要に応じて３又は４段階、あるいは、６段階以上としてもよく、場合によっては無段階とすることも可能である。

また、前記各実施形態では、排出スクリュー１４の回転速度を変更することにより現像剤の排出量を調整するようにしたが、次のように構成することも可能である。

図１３及び図１４は、供給スクリュー１３及び排出スクリュー１４を同一回転軸４０に形成し、軸方向に往復移動可能な構成としたものである。現像剤収容容器１１は、第２収容部１８の一端側に現像剤排出口３９が形成され、現像剤排出口３９に至るまでの所定範囲に、第２収容部１８の他の領域に比べて流路断面積の小さな流路制限部４１が形成されている。連通部１９ｂは、流路制限部４１の入口４１ａから、流路制限部４１とは反対側に所定寸法離れた位置に形成されている。排出スクリュー１４と、この排出スクリュー１４に隣接する供給スクリュー１３の一部とは、羽根の外径寸法が、供給スクリュー１３の他の部分に比べて小さくなるように形成され、排出スクリュー１４は流路制限部４１内を往復移動可能となっている。また、排出スクリュー１４は、逆巻き羽根４２と、順巻き羽根４３とで構成されている。両羽根の境界位置には、両羽根よりも大径の仕切羽根４４が設けられ、流路制限部４１の入口４１ａを開閉可能となっている。また、逆巻き羽根４２は順巻き羽根４３に比べてピッチが小さくなるように形成されている。排出スクリュー１４の逆巻き部４２は、連通部１９と流路制限部４１の入口４１ａとの間の調整領域に往復移動可能に配置されている。また、供給スクリュー１３の小径羽根１３Ａは、連通部１９の近傍を往復移動可能に配置されている。

そして、前記実施形態と同様にして現像剤収容容器１１内の現像剤重量を推測し、その推測結果に基づいて、図１５のデータテーブルに従って供給スクリュー１３及び排出スクリュー１４（仕切羽根４４の基準位置から）の移動寸法を決定する。

ここでは、調整領域の軸方向の長さを１４ｍｍ、調整領域内の仕切羽根４４の基準位置を、流路制限部４１の入口から３ｍｍとしている。また、仕切羽根４４は、適量であれば図１３（ａ）に示す基準位置とし、供給スクリュー１３の小径羽根１３Ａを連通部１９との対向位置に位置させる。また、適量から外れることにより、その外れ度合いに応じて、仕切羽根４４を次の通り移動させる。推測結果が重量小２であれば、仕切羽根４４を基準位置から、図１３（ｃ）に示すように、右側に５ｍｍ（＋５ｍｍ）の位置に移動させ、仕切羽根４４で流路制限部４１の入口を（ほぼ）閉鎖する。これにより、現像剤排出口３９からの現像剤の排出が阻止され、補給される現像剤によって現像剤収容容器１１内の現像剤重量を迅速に標準値へと復帰させることが可能となる。また、推測結果が重量小１であれば、図１３（ｂ）に示すように、右側に２．５ｍｍ（＋２．５ｍｍ）の位置とし、現像剤の排出量を抑制する。さらに、推測結果が重量大１であれば、図１４（ａ）に示すように、左側に２．５ｍｍ（−２．５ｍｍ）の位置とし、現像剤排出口３９から現像剤を排出しやすくする。さらにまた、推測結果が重量大２であれば、図１４（ｂ）に示すように、左側に５ｍｍ（−５ｍｍ）の位置とし、排出スクリュー１４を連通部１９と調整領域の境界位置まで移動させ、現像剤を流路制限部４１へと最も流動しやすい状態とする。

なお、図１３及び図１４では、供給スクリュー１３と排出スクリュー１４とを同軸で回転させるように構成したが、前記実施形態に記載のように、排出スクリュー１４を別体として別駆動可能な構成としてもよい。この場合、まず、排出スクリュー１４を軸方向に移動させ、それによっても現像剤収容容器１１内の現像剤重量が所定時間内に適量に調整できない場合、排出スクリュー１４の回転速度を変更するようにすればよい。また逆に、排出スクリュー１４の回転速度を変更し、それによっても現像剤収容容器１１内の現像剤重量が所定時間内に適量に調整できない場合、排出スクリュー１４を軸方向に移動させるようにしてもよい。勿論、排出スクリュー１４の回転速度と軸方向への移動は同時に行うようにしても構わない。要は、現像剤収容容器１１内の現像剤重量が一定に維持されるように制御すればよい。

図１６及び図１７は、現像剤排出口３９側の流路、あるいは、連通部１９の流路断面積を調整可能な構成としたものである。

図１６では、現像剤収容容器１１の第２収容部１８の一端部に、現像剤排出口３９に至る所定範囲に、流路断面積が小さくなった流路制限部５１が形成されている。そして、流路制限部５１の入口部分には、現像剤排出口３９側の流路断面積を調整可能な流路調整板５２が設けられている。流路調整板５２は、流路制限部５１を構成する底面に形成したスリット５１ａを貫通して下方に延び、図示しない駆動手段によって昇降可能となっている。スリット５１ａには図示しないシール構造を設けるようにすればよい。シール構造は、流路調整板５２が最下位に位置した状態で、最上位に位置した際に第２収容部１８内に位置していた部分が下方に露出しないように構成するのが好ましい。

前記構成によれば、流路調整板５２の上昇位置を調整することにより、第２収容部１８から流路制限部５１内へと流入する現像剤量を制御することが可能である。図１６（ａ）が流路調整板５２を最も下げた最大排出位置であり、図１６（ｂ）が流路調整板５２を最も上げた最大排出規制位置である。

図１７では、現像剤収容容器１１内を２分割する仕切壁１６に沿って往復移動可能に開閉板６１が設けられている。開閉板６１は、その一部に現像剤収容容器１１を構成する壁面から側方に突出し、そこにはタンジェントスクリュー６２が形成され、このタンジェントスクリュー６２にモータの回転軸に設けたギア６３が噛合されている。これにより、モータが正逆回転駆動すれば、開閉板６１が水平方向へと往復移動する。

前記構成によれば、開閉板６１の水平方向の移動位置を調整することにより、連通部１９を介して流動する現像剤量を制御することができる。つまり、現像剤排出口３９側へと排出される現像剤量を調整することが可能である。

本実施形態に係る画像形成装置の概略図である。 図１の現像装置を示す横断面図である。 図１の現像装置を示す縦断面図である。 本実施形態に係る画像形成装置のブロック図である。 トナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係を示すグラフである。 攪拌スクリューの回転に伴うトナー濃度センサの出力値の変化を示すグラフである。 トナー濃度センサの近傍での攪拌スクリューの回転に伴う現像剤の状態を示す横断面図である。 図１の現像装置での制御内容を示すフローチャートである。 トナー濃度センサでの検出される信号波形の振幅とトナー濃度とに基づいて現像剤収容容器内の現像剤重量を推測するためのデータテーブルである。 推測された現像剤重量のレベルに応じて排出スクリューの回転速度を決定するためのデータテーブルである。 トナー濃度センサでの検出される信号波形の周期とトナー濃度とに基づいて現像剤収容容器内の現像剤重量を推測するためのデータテーブルである。 圧力センサでの検出結果に基づいて現像剤収容容器内の現像剤重量を推測するためのデータテーブルである。 他の実施形態に係る現像装置の部分断面図である。 他の実施形態に係る現像装置の部分断面図である。 推測された現像剤重量のレベルに応じて仕切羽根を移動させる位置を決定するためのデータテーブルである。 他の実施形態に係る現像装置の部分断面図である。 他の実施形態に係る現像装置の部分断面図である。

符号の説明

１…画像形成ユニット
２…転写ユニット
３…露光ユニット
４…給紙ユニット
５…クリーニングユニット
６…制御ユニット（現像剤重量検出手段、補給量決定手段）
７…感光体ドラム
８…帯電装置
９…現像装置
１０…クリーニング装置
１１…現像剤収容容器
１２…攪拌スクリュー（現像剤搬送手段）
１３…供給スクリュー（現像剤搬送手段）
１４…排出スクリュー（現像剤排出手段）
１５…現像ローラ
１６…仕切壁
１７…第１収容部
１８…第２収容部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ…連通部
２０…トナー濃度センサ
２１…現像剤補給口
２２…現像剤排出口
２３…スリーブ
２４…永久磁石
２５…現像剤補給容器（現像剤補給手段）
２６…支持ローラ
２７…中間転写ベルト
２８…１次転写部
２９…２次転写部
３０…カセット
３１…記録媒体
３２…搬送ローラ
３３…定着ユニット
３４…排出トレイ
３５…圧力センサ
３９…現像剤排出口
４０…回転軸
４１…流路制限部
４２…逆巻き部
４３…順巻き部
４４…仕切羽根
５１…流路制限部
５２…流路調整板
６１…開閉板

Claims (6)

1. トナーとキャリアを含む現像剤が収容される現像剤収容容器と、
   前記現像剤収容容器に収容した現像剤を攪拌しながら循環させる現像剤搬送手段と、
   前記現像剤収容容器に現像剤を補給するための現像剤補給手段と、
   前記現像剤収容容器から現像剤を排出するための現像剤排出手段と、
   前記現像剤収容容器内の現像剤の重量を検出するための現像剤重量検出手段と、
   前記現像剤重量検出手段で検出される現像剤の重量に基づいて、現像剤補給手段による現像剤の補給量を決定する補給量決定手段と、
   を備え、
   前記現像剤搬送手段は、回転軸の周囲に螺旋状の羽根を備えたスクリューからなり、
   前記現像剤重量検出手段は、現像剤の透磁率を検出する透磁率センサと、該透磁率センサから入力される信号波形の振幅の違いに基づいて、現像剤収容容器内の現像剤の重量を推測する重量推測部と、を備えたことを特徴とする現像装置。
2. トナーとキャリアを含む現像剤が収容される現像剤収容容器と、
   前記現像剤収容容器に収容した現像剤を攪拌しながら循環させる現像剤搬送手段と、
   前記現像剤収容容器に現像剤を補給するための現像剤補給手段と、
   前記現像剤収容容器から現像剤を排出するための現像剤排出手段と、
   前記現像剤収容容器内の現像剤の重量を検出するための現像剤重量検出手段と、
   前記現像剤重量検出手段で検出される現像剤の重量に基づいて、現像剤補給手段による現像剤の補給量を決定する補給量決定手段と、
   を備え、
   前記現像剤搬送手段は、回転軸の周囲に螺旋状の羽根を備えたスクリューからなり、
   前記現像剤重量検出手段は、現像剤の透磁率を検出する透磁率センサと、該透磁率センサから入力される信号波形の周期の違いに基づいて、現像剤収容容器内の現像剤の重量を推測する重量推測部と、を備えたことを特徴とする現像装置。
3. トナーとキャリアを含む現像剤が収容される現像剤収容容器と、
   前記現像剤収容容器に収容した現像剤を攪拌しながら循環させる現像剤搬送手段と、
   前記現像剤収容容器に現像剤を補給するための現像剤補給手段と、
   前記現像剤収容容器から現像剤を排出するための現像剤排出手段と、
   前記現像剤収容容器内の現像剤の重量を検出するための現像剤重量検出手段と、
   前記現像剤重量検出手段で検出される現像剤の重量に基づいて、現像剤補給手段による現像剤の補給量を決定する補給量決定手段と、
   を備え、
   前記現像剤重量検出手段は、現像剤から作用する圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサから入力される検出信号に基づいて現像剤収容容器内の現像剤の重量を推測する重量推測部と、を備えたことを特徴とする現像装置。
4. 前記重量推測部は、さらに前記透磁率センサでの検出信号から算出したトナー濃度をも加味して、現像剤収容容器内の現像剤の重量を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記現像剤搬送手段を回転駆動可能とする第１駆動手段と、
   前記現像剤排出手段を回転駆動可能とする第２駆動手段と、
   前記重量推測部で推測された現像剤の重量が適正範囲に対して多いと判断された場合、前記第２駆動手段による現像剤排出手段の回転速度を小さくし、逆に少ないと判断された場合、大きくする駆動制御手段と、
   を備え、
   前記現像剤排出手段は、現像剤排出口と、前記現像剤搬送手段のスクリューと同一軸心上に配置され、前記現像剤排出口へ現像剤を搬送する排出スクリューとからなり、前記排出スクリューは、回転軸の周囲に前記現像剤搬送手段のスクリューとは羽根の巻き方向が逆の逆巻羽根部と、逆巻羽根部と巻き方向が同じで逆巻羽根部を超えた現像剤を搬送する搬送羽根部とで構成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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