JP2008151839A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度制御性とトナー有無検知性の両方を向上させた現像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】トナー及びキャリアを含む現像剤を攪拌及び搬送する現像剤攪拌搬送手段と、現像剤及び現像剤攪拌搬送手段を収容する収容手段と、収容手段内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、収容手段内の現像剤を感光体に供給する現像手段とを備え、現像剤攪拌搬送手段は、収容手段内の現像剤を搬送する搬送部と、トナー濃度検出部周辺の現像剤の嵩または嵩密度が高くなるとこと防止する攪拌部とを有することにより、嵩または嵩密度の高い現像剤の影響をなくして現像剤の流れを確保することができ、トナー濃度制御性とトナー有無検知性の両方を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明はプリンターや複合機等に使用される現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来の画像形成装置では、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いた現像装置が広く普及している。２成分現像剤はトナー及びキャリアから構成されており、現像剤中のトナーの比率をトナー濃度と表現する。ここでキャリアは磁性体であり、トナー濃度センサーは現像剤の透磁率を測定して得られるものである。つまりトナー濃度センサーは現像剤中のキャリア充填状態をセンサー出力として表すものである。トナー濃度センサー出力が基準電圧以上の場合は、キャリア間距離が近い、すなわちトナー量が基準値より少ないということになり、トナーボトルなどのトナー収容容器から、トナー濃度センサー出力が基準レベル以下になるまで、現像器内にトナーを補給する。この制御により現像器内の現像剤中におけるトナー濃度を一定の範囲内に収めることが可能となる。

このトナー濃度を正確に検出するためには、トナー濃度センサー上方部の現像剤を、搬送手段により搬送移動することにより常に入れ替え、連続的に常に新しい現像剤をトナー濃度センサーの検出範囲に送り込み、トナー濃度に対応したセンサー出力を得る必要がある。

この現像剤の搬送移動を適正に行う現像装置が、特許文献１で知られている。特許文献１に開示された現像装置の搬送手段は、螺旋状の羽根を周囲に有するスクリュー軸と、トナー濃度センサー上方部において、隣り合う螺旋状の羽根の間に設けられた攪拌部材（攪拌板）とを有している。

この構成によれば、スクリュー軸の回転による螺旋状の羽根の回転により、現像剤をスクリュー軸の軸方向に搬送すると共に、スクリュー軸の回転方向に攪拌部材も回転し、トナー濃度センサーの上方部周辺に滞留している現像剤が強制的に攪拌されることになる。これにより、トナー濃度センサーの上方部周辺に、常に新しい現像剤が供給されることになるので、トナー濃度に対するトナー濃度センサーの出力の変化を安定して得ることができる。

一方、搬送手段にトナーを供給するトナー収容部内のトナーの残量がなくなると、適切なトナー濃度制御が困難になることから、トナー収容部内のトナー残量を監視する必要がある。これにはトナー残量検知のための専用のセンサーを設けることも可能であるが、コスト削減を図るため、トナー濃度センサーで兼用するように構成したものが知られている（特許文献２参照）。

これは、トナー供給機構を作動させた際のトナー濃度の変化に基づいてトナー収容部内のトナーの有無を検知するものである。

以上のように、トナー濃度センサーでトナー濃度制御をおこない、且つトナー収容部内のトナーの有無検知を兼ねる構成も知られている。
特開２００２−３０４０５０号公報 特開平１０−１２３８１１号公報

しかし、かかる従来の技術では、以下の問題があった。

近年、プリンター及び複合機において、単位時間当たりの印字枚数の生産性の向上を図るため、その高速化が進んでいる。そのためには、機器の高速化に合わせ、現像剤を感光体に供給する、現像器内部に設けられた現像スリーブの回転速度も速くする必要があり、そのために現像剤を混合攪拌するスクリュー軸の回転数を高くすることにより、現像剤の搬送性を向上させながら攪拌性も維持させる必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、スクリュー軸の回転数を上げると、現像剤を攪拌する攪拌部材がトナー濃度センサー上方部を通過した後に、現像剤が疎である状態が発生する。これは、スクリュー軸の回転数により変わり、スクリュー軸の回転数が高くなるほど疎の状態が強く発生する。

このように、スクリュー軸の回転数が高くなるほど現像器内に収容されている現像剤に疎の空間ができるので、現像器底部から現像剤表面までの現像剤層の高さがその量に比して高くなる（以下、嵩が高いと記す）。現像剤の嵩が高くなると平均的な嵩密度（単位体積当たりの現像剤重量）は低くなるが、重力の影響で現像剤が圧縮され、現像剤の下層に位置するトナー濃度センサー検出面近傍の嵩密度は平均嵩密度よりも高くなる現象を生じる。

また、スクリュー軸と螺旋状の羽根で搬送されてきた現像剤は、攪拌部材によりその流れを阻害され、攪拌部材を乗り越えて現像剤が下方（現像器底部）に流れることになる。それにより、トナー濃度センサー検出面と攪拌部材の隙間に現像剤が強制的に送り込まれることになり、トナー濃度センサー検出面近傍の現像剤嵩密度がさらに高くなることになる。

ここでトナー濃度センサーは、上記したように現像剤中のキャリアの透磁率を読み取り出力に変換しており、トナー濃度が高ければ単位体積あたりのキャリア個数が少なくなるためセンサー出力は低くなる。逆にトナー濃度が低いと単位体積あたりのキャリア個数が多くなりセンサー出力が高くなる。したがって、トナー濃度センサー検出面近傍で現像剤が圧縮されて現像剤の嵩密度が高くなると、単位体積あたりのキャリア個数が増加しトナー濃度センサー出力が高くなる。

そのため、同じトナー濃度であっても現像剤の嵩密度が高くなることにより、トナー濃度センサー検出面近傍のキャリアの個数が多くなり、トナー濃度センサーはトナー濃度が低いと誤検知することになる。

すなわち、特許文献１では、トナー濃度センサー検出面近傍の現像剤嵩密度は、現像剤の嵩高さや、トナー濃度センサーと攪拌部材の隙間の現像剤を圧縮する力の影響を受けるため、高精度なトナー濃度制御を行うことが困難であった。

また、潜像を形成する感光体の画像部にトナーを供給した後の現像剤は、トナーが消費され、トナー濃度が低くなっている。逆に、非画像部に相当する現像剤は、トナーが消費されないため、初期に設定された基準トナー濃度の状態である。このような状態で現像剤は搬送される。

ゆえに、トナー濃度センサー上方部における攪拌部材が位置する部位において、画像部は現像剤の嵩が低くなり、逆に非画像部の現像剤の嵩は高く（初期に設定された基準嵩高さ）なる。

画像部における現像剤の嵩が低い領域は、現像剤の嵩密度はほぼ均一であるが、非画像部においては、現像剤の嵩が高い分、トナー濃度センサー検出面近傍において、現像剤自体の自重による圧縮から嵩密度が高くなる。

そのため、非画像部において現像剤の圧縮による嵩密度が高くなる分、トナー濃度センサーはトナー濃度が低いと誤検知し、センサー出力が高く出力されることになる。その結果、非画像部であるにもかかわらずトナーが補給され、トナーの過補給がおこなわれトナー濃度が高くなるという不具合が発生する。

一方、トナー濃度センサーをトナー有無検知センサーと兼用し、トナー収容部内のトナー残量を監視するために、特許文献１に記載の攪拌部材の構成で特許文献２の技術を実現しようとすると、攪拌部材でせき止められている部分の現像剤は、螺旋状の羽根と攪拌部材で囲まれた空間に入り込んでいるため、現像剤の入れ替えが効率よく行うことができない。そのため、トナー補給により一時的に多量に補給されたトナーは、キャリアより比重が軽いことから、流れのよい現像剤表面を伝わって流れる。また、現像剤と攪拌されてもトナーの分散性が悪い状態のため、補給されたトナーは現像剤中に均一に分散されない。したがって、トナー濃度センサー検出面部において、不均一なトナー濃度分布が形成される。ある程度時間をかけると入れ替えができるが、トナー有無検知に要求される再現性の高い短時間での応答性を確保できないため、トナーを補給してもトナー濃度センサー出力の大きな変化が得られず、トナー残量検知として使用が困難である。このことは、高速化を目的とした現像器としては大きな課題となり、この種の現像器では、トナー濃度センサーをトナー有無検知センサーと兼用させることが困難となる。

本発明は、かかる問題点に鑑みて為されたものであり、トナー濃度検出部周辺の現像剤の嵩または嵩密度が高くなることを防止する攪拌部を備えることにより、現像剤の流れを確保し、トナー濃度制御性とトナー有無検知性の両方を向上させた現像装置を提供することを目的とする。

本発明の現像装置は、トナー及びキャリアを含む現像剤を攪拌及び搬送する現像剤攪拌搬送手段と、現像剤及び現像剤攪拌搬送手段を収容する収容手段と、収容手段内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、収容手段内の現像剤を感光体に供給する現像手段とを備え、現像剤攪拌搬送手段は、収容手段内の現像剤を搬送する搬送部と、トナー濃度検出手段周辺の現像剤の嵩または嵩密度が高くなるとこと防止する攪拌部とを備えた構成を有している。

この構成により本発明は、トナー濃度検出手段の検出部周辺において、収容手段内の現像剤攪拌搬送手段が、現像剤の嵩や嵩密度が高くなることを防止し、トナー濃度検出手段の検出出力への影響を防止できるので、安定したトナー濃度の制御をおこなうことができる。

また、本発明の現像装置は、攪拌部は、トナー濃度検出手段の検出面全面にわたり配置されている構成を有している。

この構成により本発明は、トナー濃度検出部の検出面上方部全面の現像剤を攪拌部により全て攪拌移動させ、現像剤が滞留することなく常に現像剤の入れ替えができ、現像剤の入れ替えに応じたトナー濃度センサー出力が得られるため、精度の高いトナー濃度の制御ができる。

また、本発明の現像装置は、搬送部が、現像剤の搬送方向に設けられた回転軸部と、回転軸部の外周に設けられた螺旋状の羽根とからなり、攪拌部は、隣り合う２つの螺旋状の羽根の間に設けられた攪拌板と、攪拌板と螺旋状の羽根との結合部近傍の螺旋状の羽根に形成された開口部とからなる構成を有している。

この構成により本発明は、攪拌部で攪拌され、部分的に嵩または嵩密度が高くなろうとする現像剤は、ある嵩または嵩密度以上のものが開口部から溢れて移動し、攪拌部における現像剤の嵩または嵩密度を常に略一定に保つことができ、安定したトナー濃度の制御ができる。

また、本発明の現像装置は、攪拌板が、トナー濃度検出手段の検出面全面にわたり配置されている構成を有している。

この構成により本発明は、トナー濃度検出部の検出面上方部全面の現像剤を、攪拌板により全て攪拌移動させ、現像剤が滞留することなく常に現像剤の入れ替えができ、現像剤の入れ替えに応じたトナー濃度センサー出力が得られるため、精度の高いトナー濃度の制御ができる。

また、本発明の現像装置は、開口部が、回転軸部の軸方向から見て１５°〜８０°の範囲で、螺旋状の羽根に形成されている構成を有している。

この構成により本発明は、攪拌部による攪拌の機能を十分行わせるとともに、現像剤の嵩が高くなったり、または嵩密度が高くなったりすることを効果的に防止することができ、精度の高いトナー濃度の制御や精度の高いトナー濃度有無検知を行うことができる。

また、本発明の画像形成装置は、上記の現像装置を備えた構成を有している。

この構成により本発明は、安定したトナー濃度制御による安定した画像出力が、高速化にも対応して得ることができる。

本発明によれば、トナー濃度検出部周辺の現像剤の嵩または嵩密度が高くなるとこと防止できるので、トナーが混合攪拌された現像剤が、トナー濃度検出部周辺の検出領域に順次入れ替わることにより、安定したトナー濃度の制御及び安定したトナー残量検知を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るカラーの画像形成装置の概略構成を示す模式図である。図１において本実施の形態の画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写及び定着の各プロセスを経て記録紙に画像を形成する画像形成部１０１と、この画像形成部１０１に給紙経路Ａを経て逐次送り込まれる記録紙１０３を収容する給紙カセットを有する給紙部１０２と、画像形成部１０１にて所要の画像が形成された記録紙１０３が排紙経路Ｂを経て装置外へ排出される装置外に設けられた排紙部１０４とを備えている。

画像形成部１０１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（Ｋ）の各色成分ごとのトナー像を形成する複数のプロセスユニット１１１〜１１４と、この各プロセスユニット１１１〜１１４内の各感光体ドラム（以下、感光体と記す）１１１ａ〜１１４ａの作像面に対して露光用の光束を走査するレーザ・スキャニング・ユニット（以下、ＬＳＵと記す）１１６と、各プロセスユニット１１１〜１１４内の各感光体１１１ａ〜１１４ａ上に作像された各色ごとのトナー像が順次転写されて合成される中間転写ベルト１１７とを有し、各色ごとの感光体１１１ａ〜１１４ａが中間転写ベルト１１７に沿って並んで配置されたタンデム型の構造となっている。

各プロセスユニット１１１〜１１４内では、各帯電器１１１ｂ〜１１４ｂにより均一に帯電させた各感光体１１１ａ〜１１４ａの作像面に対してＬＳＵ１１６から露光用の光束が走査されることで静電潜像が形成され、この各感光体１１１ａ〜１１４ａの静電潜像が、各現像器１１１ｃ〜１１４ｃから供給される各色のトナーで現像されて色成分ごとの単色トナー像が各感光体１１１ａ〜１１４ａの作像面に形成される。

中間転写ベルト１１７は、駆動ローラ１２１、従動ローラ１２２に巻き掛けられて支持され、この中間転写ベルト１１７の内側には、中間転写ベルト１１７を押圧して各感光体１１１ａ〜１１４ａ上のトナー像を中間転写ベルト１１７に転写する各色ごとの１次転写ローラ１２４〜１２７が設けられている。また中間転写ベルト１１７の端部側方には、中間転写ベルト１１７上のトナー像を記録紙１０３に転写する２次転写ローラ１２８が配設されている。給紙経路Ａを経た記録紙１０３は、ガイド板１０５によって２次転写ローラ１２８に導かれる。

この２次転写ローラ１２８によりトナー像が転写された記録紙１０３は、定着器１１９に搬送されて熱及び圧力によりトナー像を記録紙１０３に定着させる処理が行われる。その後、記録紙１０３は排紙経路Ｂを経て排紙ローラ１２０により排紙部１０４に排出される。

図２は本実施の形態における現像器１１１ｃ（現像器１１１ｃ〜現像器１１４ｃは同一の構造のため代表事例として現像器１１１ｃについて説明する）を模式的に示す構成図である。

図２において現像器１１１ｃは、トナーを収容し下方にトナー補給口２００を有する補給トナー容器２０１と、現像剤２０２を収容する攪拌室としての現像ケース（収容手段）２０３と、補給トナー容器２０１から補給されたトナーを、現像ケース２０３内の現像剤２０２と混合攪拌し搬送する第１攪拌スクリュー２０４とを備えている。さらに、現像器１１１ｃは、第１攪拌スクリュー２０４の下方の現像ケース２０３底面に設けられ、混合攪拌された現像剤２０２のトナー濃度を検出するトナー濃度センサー２０５を備えている。また、現像器１１１ｃは、現像ケース２０３内を現像剤２０２が循環するように、第１攪拌スクリュー２０４と平行に現像ケース２０３内に配設された第２攪拌スクリュー２０６を備えている。また、現像器１１１ｃは、第２攪拌スクリュー２０６により供給された現像剤２０２を感光体１１１ａに供給する、内部にマグロール２０８を有する現像スリーブ（現像手段）２０９と、現像スリーブ２０９に供給された現像剤２０２の層厚を規制するドクターブレード２１０とを備えている。

また、現像器１１１ｃは、トナー濃度センサー２０５で検出されたトナー濃度に基づいて、補給トナー容器２０１から補給するトナー量を制御するＣＰＵ２１１と、ＣＰＵ２１１の制御により各種データの読み書きを行なうＲＡＭ２１２と、ＣＰＵ２１１を動作させるプログラムを記憶しているＲＯＭ２１３とを備えている。

第１攪拌スクリュー２０４は、スクリュー軸（回転軸部）２１４と、その外周に形成された螺旋状の羽根２１５と、隣り合う２つの螺旋状の羽根２１５間に設けられた攪拌板２１６とを有し、第２攪拌スクリュー２０６は、スクリュー軸（回転軸部）２１７と、その外周に形成された螺旋状の羽根２１８とを有している。

図２において感光体１１１ａ上に図示していない潜像が形成されると、現像スリーブ２０９上の層状化させた現像剤２０２のトナーが、矢印で示す回転によって感光体１１１ａの潜像上に現像され、その後に現像剤２０２は現像スリーブ２０９から分離され第２攪拌スクリュー２０６の配置されている部位に回収される。第１攪拌スクリュー２０４と第２攪拌スクリュー２０６の両端部（図の前面部と背面部）で現像剤が巡回するように現像ケース２０３が構成されており、現像スリーブ２０９から回収された現像剤２０２は、第２攪拌スクリュー２０６により、矢印に示す回転に伴って現像剤の混合攪拌をおこないながら第１攪拌スクリュー２０４に搬送される。第１攪拌スクリュー２０４に搬送された現像剤２０２は、トナー濃度がトナー濃度センサー２０５で検知され、ＣＰＵ２１１が基準電圧よりトナー濃度センサー２０５からの出力が高いと判断すると、トナー量が少なくキャリア間距離が近いということになるので、ＣＰＵ２１１の制御により補給トナー容器２０１からトナーを補給する。補給されたトナーは第１攪拌スクリュー２０４で矢印で示す回転に伴って混合攪拌されながら搬送され、第２攪拌スクリュー２０６に、巡回して運ばれていく。

図３は、本実施の形態における第１攪拌スクリュー２０４の構成を示す構成図である。図３において、第１攪拌スクリュー２０４は、図２で説明したように、スクリュー軸２１４と、スクリュー軸２１４の外周に形成された、実線矢印方向に現像剤２０２を搬送するための螺旋状の羽根２１５とを有している。螺旋状の羽根２１５は、第１搬送面２１５ａと、この第１搬送面２１５ａと相対する第２搬送面２１５ｂとを有し、これら第１搬送面２１５ａ及び第２搬送面２１５ｂの間の、トナー濃度センサー２０５の上方部には、攪拌板２１６が設けられている。さらに、螺旋状の羽根２１５は、攪拌板２１６との結合部近傍に切り欠きにより形成された開口部３０１を有しており、攪拌版２１６により流れを阻害された現像剤２０２がこの開口部３０１から下流側に排出される。

本実施の形態では、開口部３０１は、攪拌板２１６との結合部近傍の螺旋状の羽根２１５全体を切り欠いて形成したが、本発明はこれに限ることなく、開口部３０１の適切な面積を確保するように、螺旋状の羽根２１５のスクリュー軸２１４との結合部分を残したまま、それより外周の部分を切り欠くことによって形成しても、同様の効果が奏される。

すなわち、本実施の形態では、現像剤攪拌搬送部が、スクリュー軸２１４と螺旋状の羽根２１５とからなる搬送部と、攪拌板２１６と開口部３０１とからなる攪拌部とから構成される。また、スクリュー軸２１４には、攪拌板２１６の現像剤２０２の流れる下流側にリブ３０２を備えている。

図４は、攪拌板２１６と螺旋状の羽根２１５との結合部における開口部３０１の切欠き角度３０３の説明図である。スクリュー軸２１４の外周に配置された螺旋状の羽根２１５は、攪拌板２１６との結合部から、スクリュー軸２１４の軸上流方向（図の右側）から見てスクリュー軸２１４を中心軸として、所定の切欠き角度３０３の分だけ切り欠いて開口部３０１が形成されている。

図３において、補給トナー容器２０１から点線矢印の方向に補給されたトナーは、現像剤２０２と混合攪拌されながら、スクリュー軸２１４の回転により第１搬送面２１５ａと第２搬送面２１５ｂで構成される凹部３０４において実線矢印方向に沿ってスクリュー軸２１４方向へ搬送される。トナー濃度センサー２０５上方部まで搬送されてきた現像剤２０２は、攪拌板２１６によってスクリュー軸２１４の回転方向に攪拌され、その流れは一時的に阻害されるが、阻害されて凹部３０４から溢れる現像剤２０２は、下流側に位置する開口部３０１から排出されることにより、スクリュー軸２１４方向への一連の現像剤２０２の流れを確保されることになる。

すなわち、第１攪拌スクリュー２０４でトナー濃度センサー２０５の検出範囲に搬送されてきた現像剤２０２は、トナー濃度センサー２０５の検出面前面部に位置する、現像剤を攪拌搬送するための攪拌板２１６によって攪拌されるとともに、凹部３０４に沿ったスクリュー軸２１４方向の流れを阻害されることから、現像剤２０２の一時的滞留がおこり、且つ攪拌板２１６により現像剤２０２の一部が疎の状態になるため現像剤２０２の嵩が高くなろうとする。しかし、攪拌板２１６が攪拌により保持できる現像剤２０２の量以上の現像剤２０２は、下流側に位置する開口部３０１から排出され、嵩が高くなることが防がれる。攪拌板２１６が現像剤２０２を保持できる量は、第１攪拌スクリュー２０４の回転数に応じて常に同じであるため、上流から搬送されてくる現像剤２０２の量が多い場合は多量に開口部３０１から排出し、逆に上流から搬送されてくる現像剤２０２の量が少ないと開口部３０１から排出される量も少なくなる。したがって、トナー濃度センサー２０５の検出面前面部周辺では、従来のように検出面と攪拌板２１６との間に現像剤２０２が滞留して嵩密度が高くなることを防ぐことができる。すなわち、本実施の形態では、攪拌板２１６と開口部３０１とからなる攪拌部が、開口部３０１の働きにより、トナー濃度センサー２０５周辺の現像剤２０２の嵩または嵩密度が高くなることを防止している。

開口部３０１から排出された現像剤２０２は、その下流側において、リブ３０２によりトナーと現像剤２０２がさらに混合攪拌される。これは、トナー濃度センサー２０５の検出領域前後において、トナーと現像剤２０２の混合攪拌の程度を変化させ、トナー濃度制御性とトナー有無検知性を両立させるためのものである。

すなわち、トナー濃度センサー２０５の検出範囲より上流側において補給トナーと現像剤を完全に均一化してしまうと、補給トナー量に対するセンサー出力電圧差が得られなくなり、トナー有無検知性機能が低下するため、トナー濃度センサー２０５の検出範囲より上流側では、適度に補給トナーを現像剤に拡散した状態にしておく必要がある。その後、トナー濃度センサー２０５の検出範囲通過後の下流側においては、リブ３０２により、現像ケース２０３内の上部に位置する現像剤２０２と現像ケース２０３の下部に位置する現像剤２０２を積極的に混合攪拌する。これによってトナーと現像剤２０２を十分に混ぜ合わせた後に、その現像剤２０２を第２攪拌スクリュー２０６部に搬送し、均一な現像剤による現像を可能としている。

以上のように、本実施の形態では、第１搬送面２１５ａにより搬送されてくる現像剤２０２は攪拌板２１６で攪拌されるとともに、その流れを阻害され一時的に滞留した後、開口部３０１から排出されることになる。つまり上流から搬送されてきた現像剤２０２は攪拌板２１６において長時間滞留せずに、従来のように嵩密度は高くならず、順次上流側の現像剤２０２と短時間のうちに入れ替わることが可能となる。ここでトナー濃度センサー２０５が現像剤２０２のトナー濃度を検出し、ＣＰＵ２１１がトナー濃度が低いと判断すると、補給トナー容器２０１からトナーを現像ケース２０３に補給する。補給されたトナーは、第１攪拌スクリュー２０４により現像ケース２０３内の現像剤２０２と混合攪拌され、トナー濃度センサー２０５が配置されている攪拌板２１６部に搬送されてくる。補給トナーと混合攪拌されたトナー濃度が高い現像剤は、攪拌板２１６により一時的に滞留するが、順次上流の現像剤と入れ替わるため、トナー濃度センサー２０５の検出面周辺では嵩密度に影響されず、高い精度でトナー濃度を連続的に検出することが可能となる。

ここで、感光体１１１ａの潜像上に現像されることによりトナーが消費された領域である画像部の現像剤２０２は、攪拌板２１６の部分に搬送されてくる現像剤２０２の量も少ないため、開口部３０１から排出される量も少ない。逆に、トナーが現像されない非画像部の現像剤２０２は、攪拌板２１６の部分に搬送されてくる現像剤量が多いため、開口部３０１から排出される量も多くなり、トナー濃度センサー２０５の検出面での現像剤２０２の量が多くなることを防ぐことができる。その結果、トナー濃度センサー２０５の検出面内において、攪拌板２１６における画像部と非画像部の現像剤２０２の量がほぼ同量になることから、現像剤２０２の嵩が高くなるのを防止して、嵩を略一定に保つことができる。

従来の現像装置のように、嵩が高くなるのを防止できなくて、画像部と非画像部に対応する現像剤２０２の嵩が異なると、トナー濃度センサー２０５検出面周辺において現像剤２０２の圧縮度合いが異なるようになることから、同一トナー濃度でもトナー濃度センサー出力値が異なりトナー濃度制御精度が低下する。しかし、本実施の形態では、現像剤２０２の嵩が高くなるのを防止して、嵩を略一定に保つことにより、トナー濃度センサー２０５面周辺の現像剤２０２の圧縮の度合いが同程度となることから、嵩密度が高くなることを防止して、嵩密度に影響されず、純粋にトナーとキャリアの混合比からなる現像剤２０２のトナー濃度を測定することが可能となる。

ところで、本実施の形態では、補給トナー容器２０１から現像ケース２０３へトナーを補給した直後のトナー濃度である最大トナー濃度時のセンサー出力値（初期の設定値）と、トナー補給前のセンサー出力値の差をＣＰＵ２１１で監視し、トナー補給前後の出力値の差が規定の電圧以上の場合はトナーが補給されたと判断させ、規定の電圧以下の場合はトナーが補給されなかったと判断させる。つまり、規定の電圧以下の場合は、補給トナー容器２０１からは所定のトナーが補給されなかったので補給トナー容器２０１内にトナーが無いと判断することが可能となる。さらに、補給トナー量に応じてトナー濃度センサー出力が変化するため補給トナー容器２０１内のトナーの残量を精度良く検知することが可能となる。

そのため、トナー濃度センサー２０５は補給トナー容器２０１内のトナーの残量を精度良く検出のためのセンサーとしても使用することができるため、専用のトナー残量センサーを取り付ける必要がなくコストの削減にもなる。

また、同一の現像装置を使用しコピーの生産性速度を早くした商品を作る場合、現像器１１１ｃは、感光体１１１ａへのトナー供給を維持するために現像スリーブ２０９の回転数を高くする必要がある。それに合わせて、第１攪拌スクリュー２０４及び第２攪拌スクリュー２０６の回転数を高くする必要がある。このように第１攪拌スクリュー２０４の回転数が変わることにより回転数が早くなっても、上記と同様に、攪拌板２１６に一時的に滞留する規定量の現像剤２０２以外は開口部３０１から排出されるため、従来のように攪拌板２１６により現像剤２０２の嵩が高くなることを防止して、嵩を略一定にすることができる。

図５は、切欠き角度３０３に対するトナー濃度制御性とトナー有無検知性について示したグラフである。横軸は切欠き角度３０３を示し、左の縦軸はトナー濃度制御性を、右の縦軸はトナー有無検知性をそれぞれ示している。

トナー濃度制御性とは、現像ケース２０３に補給されたトナーが現像剤攪拌手段により所定時間攪拌搬送された後の現像剤のトナー濃度と、予め定めた均一なトナー濃度との差を表すものである。また、トナー有無検知性とは、現像ケース２０３に補給されたトナー量が適正な量かの程度を表すものである。これらは、図５に示すように、開口部３０１の切欠き角度３０３の大きさにより変化する。図６を用いてこれら特性の測定方法を説明する。

図６は、切欠き角度３０３とトナー濃度制御性及びトナー濃度有無検知性の指標を示すグラフであって、
トナー濃度センサー２０５のセンサー出力の時間経過を示している。本実施の形態では、図６において、トナー濃度が８％の現像剤２０２を４．５分間攪拌し最後の１分間の平均出力電圧を「Ｖ１」とする。その後、補給トナー容器２０１から、図に示す５秒毎のトナー補給タイミングでトナーを２０回補給し、そのうち１回分の補給によるトナー濃度センサー２０５の出力差（各補給の前後の出力差）を「Ｖ差」とする。トナーを２０回補給した後、攪拌を２分間続けた間に１０秒毎にセンサー出力を測定し、それぞれの電圧を「Ｖｉ（ｉ＝１〜１２）」とする。「Ｖｉ」を全て測定後、一旦現像ケース２０３から現像剤２０２をすべて取り出して混合させた後、再度現像剤２０２を現像ケース２０３に戻して、さらに攪拌動作を４．５分間実行した際の、最後の１分間の平均出力電圧を「Ｖ２」とする。このように、「Ｖｉ」は、トナーを２０回補給した後の１０秒毎に１２回測定した各トナー濃度であり、「Ｖ２」は、一旦現像剤を取り出して均一にトナーを混合させた後の安定したトナー濃度である。そこで、式（１）で示すように、「Ｖｉ」と「Ｖ２」の差の二乗平均の（Ｖ１−Ｖ２）に対する変化率を「誤差率」Ｔとし、トナー濃度制御性を示している。

すなわち、「誤差率」Ｔは、トナーを２０回補給した後の出力と、一旦現像剤を出し入れした後の出力の（Ｖ１−Ｖ２）に対する割合であって、トナーの２０回補給後の攪拌によってＶｉとＶ２との差がなくなる「０」が一番望ましい値である。これに対して、図６は出力ＶｉとＶ２との間に差「Ｖｚ」があることを示している。これは、現像剤の出し入れによるセンサー出力の方が低いため、トナー濃度センサー２０５周辺における現像剤２０２の入れ替えが良くないためと考えられる。つまり、トナー補給により現像剤２０２の平均トナー濃度は高くなるがトナー濃度センサー２０５上方部周辺の現像剤２０２だけが入れ替えが悪く、現像剤２０２の全体平均トナー濃度より低いトナー濃度の状態になっていると考えられる。

ここで、現状のトナー濃度変動のバラツキは「誤差率」Ｔ＝０．３でありトナー濃度に換算すると約１％程度である。この場合、基準トナー濃度が８％のため９％まで変動することになる。しかし、現像器１１１ｃとしては、一般に、トナー濃度のバラツキを半分の０．５％以下に抑えることが望まれる。そのため、「誤差率」をトナー濃度で０．５％程度に抑えるためには、「誤差率」Ｔの臨界値は約０．２となる。

図５に示すように、開口部３０１の切欠き角度３０３を変えることにより「誤差率」Ｔが変わり、本実施の形態では、「誤差率」Ｔが０．２以下となる開口部３０１の切欠き角度３０３は１５°〜８０°の範囲となり、この範囲にトナー濃度制御精度を高く保つ範囲が存在する。さらに望むべきは、切欠き角度３０３が３０°〜６０°の範囲において「誤差率」Ｔの最小値を得る最適な範囲を得ることができる。

また、「Ｖ差」はトナーを補給した時のセンサー出力の変化を見ているが、その値が大きいほどトナー補給に対する感度、すなわちトナー有無検知性が高いことになる。図５に示すように、「Ｖ差」も開口部３０１の切欠き角度３０３によって変化する。図５においては、切欠き角度３０３が大きくなるほど「Ｖ差」が小さくなることを示している。これは、切欠き角度３０３が「０」のときは、補給トナー容器２０１から補給されたトナーが凝集された状態でトナー濃度センサー２０５の検出範囲内に搬送されてくるため最も「Ｖ差」が大きいが、切欠き角度３０３が大きくなるほど補給されたトナーが現像剤２０２と混合攪拌されるため「Ｖ差」が小さくなると考えられる。つまり「Ｖ差」が小さくなるほどトナーと現像剤２０２の混合攪拌率が高くなることを示している。トナー有無検知性という観点では、「Ｖ差」が大きいほど、すなわちトナーと現像剤２０２が混合攪拌されていないほどその感度は高くなるが、トナーと現像剤２０２の混合攪拌性に基くトナー濃度制御性という観点を考慮して、切欠き角度３０３の最適な範囲が存在することになる。

図７はコピー速度（単位時間当たりの印字枚数）と「誤差率」Ｔの関係を、従来例と本実施の形態について示したグラフである。一点鎖線７０１で示す従来例では、コピー速度の増加と共に「誤差率」Ｔも上昇し、トナー濃度の制御精度を「誤差率」Ｔ＝０．２（トナー濃度のバラツキが約０．５％程度）以下にすることができなかったが、実線７０２で示す本実施の形態により、コピー速度を増加させても「誤差率」Ｔを０．２以下にすることが可能となった。このように、本実施の形態では、トナー濃度制御性がコピー速度に依存することなく安定して維持することが可能となった。

このような、切欠き角度３０３とトナー濃度制御性及びトナー有無検知性の関係は、基準トナー濃度が８％以外の場合でも同様の傾向が得られた。

以上のことから、「誤差率」Ｔと「Ｖ差」の両方の観点からコピー速度を増加させても両者を満足する切欠き角度３０３は１５°〜８０°の範囲であり、この範囲内においてトナー濃度制御精度が高く且つトナー有無検知精度条件を得ることができる。さらに、望むべきは切欠き角度３０３が３０°〜６０°の範囲に置いて「誤差率」Ｔの最小値を得る最適な範囲を得ることができる。

なお、開口部３０１を、螺旋状の羽根２１５のスクリュー軸２１４との結合部分を残したまま、それより外周部分を切り欠くことによって形成した場合は、例えば、螺旋状の羽根２１５の半分の高さまでの開口部３０１を形成した場合は、切欠き角度３０３は、例えば１０°〜９０°などとして、適切な開口部３０１の面積を確保すれば良い。

（実施の形態２）
図８（ａ）は本発明の実施の形態２の現像装置の要部を示す構成図である。図８（ａ）においては、攪拌板２１６の位置をトナー濃度センサー２０５上部よりも少し上流側に位置させている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。

本実施の形態においても、トナー濃度センサー２０５上部周辺の現像剤２０２を攪拌板２１６の回転により移動させることができるため、常に上流から流れてくる新しい現像剤２０２のトナー濃度を検出できる。

（実施の形態３）
図８（ｂ）は本発明の実施の形態３の現像装置の要部を示す構成図である。図８（ｂ）においては、攪拌板２１６の位置をトナー濃度センサー２０５上部よりも少し下流側に位置させている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。

本実施の形態においても、トナー濃度センサー２０５上部周辺の現像剤２０２を攪拌板２１６の回転により移動させることができるため、常に上流から流れてくる新しい現像剤のトナー濃度を検出できる。

本発明に係る現像装置は、トナー濃度検出部周辺の現像剤の嵩または嵩密度が高くなることを防止する攪拌部を有することにより、トナー濃度センサーの検出部周辺に、常に攪拌混合された現像剤を連続的に供給することができ、トナー濃度制御性を向上させ、且つトナー有無検知性に対する精度を向上させることを可能とするので、プリンターや複写機などの画像形成装置などに有用である。

本発明の実施形態１に係る現像装置が用いられる画像形成装置の模式図 本発明の実施形態１に係る現像装置の構成図 本発明の実施形態１に係る現像装置の現像剤攪拌搬送手段を示す構成図 本発明の実施形態１に係る現像剤攪拌搬送手段の開口部の切欠き角度の説明図 本発明の実施形態１に係る現像装置の切欠き角度とトナー濃度制御性及びトナー濃度有無検知性の関係を示すグラフ 本発明の実施形態１に係る現像装置の切欠き角度とトナー濃度制御性及びトナー濃度有無検知性の指標を示すグラフ 本発明の実施の形態１に係るコピー速度と誤差率の関係を示すグラフ （ａ）本発明の実施形態２に係る現像剤攪拌搬送手段を示す構成図（ｂ）本発明の実施形態３に係る現像剤攪拌搬送手段を示す構成図

符号の説明

１０１ 画像形成装置
１０２ 給紙部
１０３ 記録紙
１０４ 排紙部
１１１〜１１４ プロセスユニット
１１１ａ〜１１４ａ 感光体
１１１ｂ〜１１４ｂ 帯電器
１１１ｃ〜１１４ｃ 現像器
１１６ ＬＳＵ
１１７ 中間転写ベルト
１１９ 定着器
１２０ 排紙ローラ
１２１ 駆動ローラ
１２２ 従動ローラ
１２４〜１２７ １次転写ローラ
１２８ ２次転写ローラ
２００ トナー補給口
２０１ 補給トナー容器
２０２ 現像剤
２０３ 現像ケース
２０４ 第１攪拌スクリュー
２０５ トナー濃度センサー
２０６ 第２攪拌スクリュー
２０８ マグロール
２０９ 現像スリーブ
２１０ ドクターブレード
２１１ ＣＰＵ
２１２ ＲＡＭ
２１３ ＲＯＭ
２１４、２１７ スクリュー軸
２１５、２１８ 螺旋状の羽根
２１５ａ 第１搬送面
２１５ｂ 第２搬送面
２１６ 攪拌板
３０１ 開口部
３０２ リブ
３０３ 切欠き角度
３０４ 凹部

Claims (6)

1. トナー及びキャリアを含む現像剤を攪拌及び搬送する現像剤攪拌搬送手段と、前記現像剤及び前記現像剤攪拌搬送手段を収容する収容手段と、前記収容手段内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記収容手段内の現像剤を感光体に供給する現像手段とを備え、前記現像剤攪拌搬送手段は、前記収容手段内の現像剤を搬送する搬送部と、前記トナー濃度検出手段周辺の前記現像剤の嵩または嵩密度が高くなるとこと防止する攪拌部とを備えたことを特徴とする現像装置。
2. 前記攪拌部は、前記トナー濃度検出手段の検出面全面にわたり配置されていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記搬送部は、前記現像剤の搬送方向に設けられた回転軸部と、前記回転軸部の外周に設けられた螺旋状の羽根とからなり、前記攪拌部は、隣り合う２つの前記螺旋状の羽根の間に設けられた攪拌板と、前記攪拌板と前記螺旋状の羽根との結合部近傍の前記螺旋状の羽根に形成された開口部とからなることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
4. 前記攪拌板は、前記トナー濃度検出手段の検出面全面にわたり配置されていることを特徴とする請求項３記載の現像装置。
5. 前記開口部は、前記回転軸部の軸方向から見て１５°〜８０°の範囲で、前記螺旋状の羽根に形成されていることを特徴とする請求項３記載の現像装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか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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