(57)【要約】【課題】非接触タイプであって、トナー濃度を正しく検出することが可能なトナー濃度検出装置およびこれを用いた現像装置並びに画像形成装置を提供する。【解決手段】壁面で形成される内部空間を搬送路として搬送される現像剤におけるトナー濃度を、前記壁面の外部に設けられるセンサで、前記壁面を介して検出するトナー濃度検出装置であって、前記搬送路において前記センサの検出領域に前記壁面を介して対向する第１の領域は、前記搬送路において前記第１の領域に隣接する第２の領域よりも前記内部空間が狭められている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁面で形成される内部空間を搬送路として搬送される現像剤におけるトナー濃度を、前記壁面の外部に設けられるセンサで、前記壁面を介して検出するトナー濃度検出装置であって、
前記搬送路において前記センサの検出領域に前記壁面を介して対向する第１の領域は、前記搬送路において前記第１の領域に隣接する第２の領域よりも前記内部空間が狭められていることを特徴とするトナー濃度検出装置。
【請求項２】
前記搬送路において、前記第１の領域は、前記第１の領域と異なる全ての領域よりも前記内部空間が狭められていることを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度検出装置。
【請求項３】
前記第１の領域における前記壁面には、前記内部空間を狭めるように内側に突起部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー濃度検出装置。
【請求項４】
前記突起部は、前記センサの検出領域に対向する前記壁面として前記センサに近い領域もしくは前記センサから遠い領域のいずれかに設けられることを特徴とする請求項３に記載のトナー濃度検出装置。
【請求項５】
前記壁面の外周部の径は、前記搬送路に沿って一定であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトナー濃度検出装置。
【請求項６】
前記壁面の外周部の径は、前記第１の領域に対応する領域において、前記第２の領域に対応する領域よりも狭められていることを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度検出装置。
【請求項７】
前記現像剤は、前記トナーとキャリアを有する２成分現像剤であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のトナー濃度検出装置。
【請求項８】
前記センサは、コイルとコンデンサによる自励発振回路を備え、前記自励発振回路の共振周期に基づいて、前記キャリアに対する前記トナーの割合を検出することを特徴とする請求項７に記載のトナー濃度検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のトナー濃度検出装置と、
前記内部空間に設けられ、前記現像剤を回転させながら前記搬送路に沿って搬送する現像剤搬送手段と、
前記現像剤搬送手段で搬送された前記現像剤を担持する現像剤担持体と、
を有することを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
前記現像剤搬送手段は、回転軸の周りに回転する撹拌スクリュ−を備えることを特徴とする請求項９に記載の現像装置。
【請求項１１】
前記トナー濃度検出装置により検出されるトナー濃度が所定値より低い場合、前記現像剤を補給する制御手段を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の現像装置。
【請求項１２】
像担持体と、
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の現像装置と、
を備え、少なくとも一方が画像形成装置の装置本体に着脱可能なカートリッジとして設けられ、もしくは双方が前記装置本体の内部に固設されて設けられ、
更に前記像担持体に静電潜像を形成する露光装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー濃度検出装置およびこれを用いた現像装置並びに画像形成装置に関し、キャリアとトナーからなる二成分現像剤のトナー濃度を適正値に制御する場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置において、現像器から感光ドラムへの適正なトナー供給による安定した静電潜像形成を遂行するためには、現像剤中のトナー濃度を適正値に保つことが必要である。そのためには、トナー濃度を精度良く検出して、検出結果に応じた適量の現像剤の補給を遂行しなくてはならない。検出の手法として、現像剤中のキャリアを検出対象とし、その濃度をＬＣ共振回路のコイルのインダクンスの変化から検出するシステム構成が提案されている。この場合、キャリアに対するトナーの割合がトナー濃度として検出されることとなる。
【０００３】
特許文献１では、ボビン状の部材に導線を巻きつけて構成した巻線コイルを樹脂ケースで覆った形のセンサ（接触センサ）が提案され、その検出部を現像器壁面に嵌め込んで配置している。しかし、このような現像器壁面に嵌め込む構成は、設置の信頼性確保のために、嵌め込み部分の周囲に両面テープを張り付けて、現像器とセンサを密着させなければならない。この場合、両面テープの剥離が生ずると、修復のためのコストがかかる。また、現像器壁面への嵌め込みが不十分な場合、現像剤が漏れ出す可能性がある。
【０００４】
そこで、特許文献２では、プリント基板に描かれた渦巻状のパターンをＬＣ共振回路のコイルとしたトナー濃度検出センサ（非接触センサ）が提案されている。このセンサは、現像器壁面にはめ込み用の穴をあけることなく、張り付けられ、現像器内の現像剤とは非接触となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１―５００８０号公報
【特許文献２】実開平６―７６９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現状では、コストダウンの観点から現像器内のキャリアの量を減らしていく傾向にあるが、従来の現像器壁面に嵌め込むタイプのトナー濃度センサの場合、現像剤量が少ない状態でも、コイルが封入されている突起部が現像剤の搬送路を狭める。これにより、センサの検出領域近傍の現像剤の嵩を押し上げることで、空気が検出領域に存在することなく、正確なトナー検出が遂行できている。
【０００７】
しかしながら、非接触タイプのトナー濃度センサの場合、現像器内の現像剤の搬送状態には影響を及ぼさないので、上述した現像器壁面に嵌め込むタイプのセンサのように現像剤を押し上げるようなことは無い。そのため、現像剤の嵩量が低い場合、空気がセンサの検出領域内に入ってきてしまう。空気はセンサにとっては、トナーと等価であるため、センサは実際の現像剤のトナー濃度よりも高く検出してしまうこととなる。
【０００８】
本発明の目的は、非接触タイプであって、トナー濃度を正しく検出することが可能なトナー濃度検出装置およびこれを用いた現像装置並びに画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るトナー濃度検出装置は、壁面で形成される内部空間を搬送路として搬送される現像剤におけるトナー濃度を、前記壁面の外部に設けられるセンサで、前記壁面を介して検出するトナー濃度検出装置であって、前記搬送路において前記センサの検出領域に前記壁面を介して対向する第１の領域は、前記搬送路において前記第１の領域に隣接する第２の領域よりも前記内部空間が狭められていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る現像装置、画像形成装置は、上記トナー濃度検出装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、非接触タイプであって、トナー濃度を正しく検出することが可能なトナー濃度検出装置およびこれを用いた現像装置並びに画像形成装置を提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るトナー濃度検出装置、現像装置を用いた画像形成装置の概略構成図
【図２】本発明の実施形態に係るトナー濃度検出センサと現像器の関係を示す構成図
【図３】本発明の実施形態に係るトナー濃度検出装置に関し、周期カウンタ３０５の仕様を示すタイミングチャート
【図４】本発明の実施形態に係るトナー濃度検出装置と現像器１４の壁面との位置関係を示す斜視図
【図５】（ａ）は本発明の実施形態に係るトナー濃度検出センサ３００の検出範囲近傍における現像剤搬送スクリューの回転軸線方向から見た断面図、（ｂ）は比較例としての従来例における断面図
【図６】（ａ）は本発明の実施形態に係るトナー濃度センサ３００に正対する現像器内部の現像剤の挙動を示す図、（ｂ）は比較例としての従来例における現像器内部の現像剤の挙動を示す図
【図７】（ａ）は本発明の実施形態における、現像器内部の現像剤の搬送路としてトナー濃度センサの検出領域に対向する第１の領域と、第１の領域に隣接する第２の領域を示す図、（ｂ）は変形例におけるトナー濃度センサの検出領域に対向する第１の領域と、第１の領域に隣接する第２の領域を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１に示すように、本実施形態のトナー濃度検出装置、現像装置を用いた画像形成装置１００は、画像読取部１Ｒで原稿画像を光学的に読み取り、色成分毎の画像信号を画像出力部１Ｐに送信する。画像読取部１Ｒでは、原稿台に原稿が置かれ、ユーザによってコピーボタンが押されると、光源から光が照射され、原稿で反射した光が反射鏡を介してイメージセンサ９０で受光される。イメージセンサ９０で受光された原稿からの反射光は、カラーフィルタによってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分毎の反射光に分けられ、各色成分のトナー像を形成するための画像信号に変換される。
【００１５】
この各色成分の画像信号は、後述の像形成部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの色成分毎に対応する露光装置１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに入力される。画像出力部１Ｐには、４つの像形成部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが一列に配列されている。像形成部１０ａはブラックのトナー像を形成し、像形成部１０ｂはシアンのトナー像を形成し、像形成部１０ｃはマゼンタのトナー像を形成し、像形成部１０ｄはイエローのトナー像を形成する。
【００１６】
像形成部１０ａは、ブラックのトナー像を担持する感光ドラム１１ａの周りに、帯電器１２ａと、露光装置１３ａと、現像器１４と、一次転写ローラ３５ａと、ドラムクリーナ１５ａを有している。ここで、帯電器１２ａは感光ドラム１１ａを帯電する。また、露光装置１３ａは前述のブラックの色成分に対応する画像信号が入力されることにより、感光ドラム１１ａにブラックの色成分に対応した静電潜像を形成するため、この感光ドラム１１ａを露光する。
【００１７】
また、現像器１４は、感光ドラム１１ａ上に形成された静電潜像をトナーを有する現像剤を用いてトナー像として顕像化する。本実施形態における現像剤としては、トナーとキャリアを有する２成分現像剤が用いられる。
【００１８】
また、一次転写ローラ３５ａは、感光ドラム１１ａに担持されたブラックの色成分のトナー像を後述の中間転写ベルト３０に転写する。また、ドラムクリーナ１５ａは、感光ドラム１１ａに残留したトナーを除去する。なお、像形成部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、像形成部１０ａと同様の構成を有しているため、ここではその説明を省略する。前述の中間転写ベルト３０はトナー像が担持される像担持体であり、中間転写ベルト３０には、各像形成部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで形成された各色成分のトナー像が重ねて担持されて、フルカラーのトナー像が形成されている。
【００１９】
また、中間転写ベルト３０は、この中間転写ベルト３０を回転駆動させる駆動ローラ３２と、従動ローラ３３と、後述の二次転写対向ローラ３４に掛け回されており、駆動ローラ３２の回転により、図１の矢印Ｂ方向へと回転駆動される。なお、一次転写ローラ３５ａが中間転写ベルト３０を介して感光ドラム１１ａを押圧する部分を一次転写ニップ部Ｔａとする。
【００２０】
中間転写ベルト３０の周囲には、この中間転写ベルト３０上のトナー像を紙などの記録材Ｐへ転写するための二次転写ローラ３６が配設されている。なお、二次転写ローラ３６が中間転写ベルト３０を介して二次転写対向ローラ３４を押圧する部分を二次転写ニップ部Ｔｅとする。また、この中間転写ベルト３０から記録材Ｐへと転写されずに残留したトナーを除去するベルトクリーナ５０が、図１に示すように配設されている。
【００２１】
（現像装置、およびトナー濃度検出装置、トナー濃度制御装置）
次に、上述した画像形成装置に設けられる現像装置としての現像器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄについて詳しく説明する。ここで、現像器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれトナー濃度検出センサを主要構成として形成されるトナー濃度検出装置を搭載可能である。そして、それぞれのトナー濃度検出装置の検出結果を用いて、トナー濃度制御装置によってトナー濃度が制御される。
【００２２】
図２は、トナー濃度制御装置と現像器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの１つ（図中では説明の簡略化のため現像器１４とした）の関係を示す構成図である。図２に示す現像剤補給機構は、装置本体に交換可能に装着されるトナーボトル（不図示）から、現像剤を一時的に蓄積する蓄積容器としてのホッパー２００を介して、現像器１４に現像剤を補給する構成となっている。便宜上、ホッパー２００は、横から見た形状で、現像器１４は、上から見た形状で示す。現像器１４には、トナーとキャリアとを有する２成分現像剤が収容されている。
【００２３】
現像器１４は、現像剤を図２の矢印方向に撹拌しながら巡回搬送するように、２本１組で構成された現像剤搬送手段としての撹拌スクリュー１４４と、撹拌された現像剤が担持される現像剤担持体としての現像スリーブ１４３を主要部材として構成されている。なお、本実施形態では、回転軸の周りに回転する２本の撹拌スクリュー１４４は、ギヤを介して駆動モータ１４５により回転駆動され、この駆動モータ１４５は、後述の現像剤補給制御部４００によって駆動制御される構成となっている。また、現像スリーブ１４３は、駆動モータ１４６により回転駆動され、この駆動モータ１４６は、不図示のモータ制御部によって駆動制御される構成となっている。
【００２４】
このような現像器１４で、筐体における内壁としての壁面１４ｓ（図５、図７）で形成される内部空間を搬送路として、現像剤は、撹拌スクリュー１４４にて搬送され、現像スリーブ１４３に現像剤を担持させる。そして、壁面１４ｓで形成される内部空間を搬送路として搬送される現像剤におけるトナー濃度を、壁面１４ｓの外部に設けられるトナー濃度検出センサ（以下、センサ）３００で、壁面１４ｓを介して検出している。
【００２５】
このセンサ３００は、より具体的には、現像器１４の側面にその検出部材であるコイル３０１が近接するように装置内の筐体に設置される。ここで、現像器１４内の現像剤が撹拌スクリュー１４４により撹拌されると、トナーは磁性体としてのキャリアに静電的に吸着する。このトナーが付着したキャリアは、不図示のマグネットからの磁力により現像スリーブ１４３に担持され、静電潜像をトナー像として現像することでトナーだけが消費される。
【００２６】
センサ３００は、図２に示す破線で囲まれた構成要素から成る。コイル３０１とコンデンサ３０２は、並列共振回路を形成する。コンデンサ３０２の一端は、オペアンプ３０３のプラス端子と接続され、さらに、オペアンプ３０３の出力を正帰還する抵抗３０４と接続されている。コンデンサ３０２のもう一端は、オペアンプ３０３のマイナス端子に接続されている。
【００２７】
オペアンプ３０３のマイナス端子には、基準電圧ｖｒｅｆが印加されている。基準電圧ｖｒｅｆは、オペアンプの電源ｖｃｃの１／２のレベルである。これら３０１〜３０４の構成により、自励発振回路が形成される。回路周辺に磁性体が存在しない場合、この自励発振回路の共振周期Ｔは、コイル３０１の各コイルのインダクタンスをＬ、コンデンサ３０２のキャパシタンスをＣとすると、以下の式で表わされる。
【００２８】
【数１】
2018128559.tif 000003
【００２９】
現像剤中のキャリアは、磁性体であり、現像剤としての比透磁率をμｓとすると、コイルが現像剤を検出したときのインダクタンスは、ＬからμｓＬとなる。このときの発振回路の共振周期Ｔは、以下の式で表わされる。
【００３０】
【数２】
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【００３１】
現像器１４に蓄積される現像剤は、静電潜像がトナーで現像されることにより現像剤中のトナーが消費されると、相対的に磁性体であるキャリアの量が多くなるため、現像剤としての比透磁率は高くなり、共振周期Ｔが長くなる。一方、ホッパー２００からほぼ９割がトナーであるトナー比率の高い現像剤が補給されることにより現像剤中のトナーの量が増加すると、相対的に磁性体としてのキャリアの量が少なくなるため、現像剤としての比透磁率は低くなり、共振周期Ｔが短くなる。
【００３２】
周期カウンタ３０５は、このように現像剤中のキャリアの比率により変化する共振周期を発振器３０６から送信されるクロックでカウントする。以上の３０１から３０６の部材により，センサ３００が構成される。そして、本実施形態においては、センサ３００は、コイル３０１を形成する巻線がプリントされた基板上に、その他の構成要素が実装されて構築されている。
【００３３】
図３のタイムチャートに、周期カウンタ３０５のカウント仕様を示す。周期カウンタ３０５では、共振信号の２０４８サイクル分の時間がカウントされる。このように、ある程度多くの周期についてカウントすることで、カウントのクロックとして著しく高速なものを使用することなく、発振周期の微小な変化も明確に表すことができる。チャート上のカウント周期１のカウント値は、カウントが終了すると、周期カウント値レジスタにカウントデータ１が格納される。
【００３４】
カウント期間１の後、４０９６サイクルのインターバルを経て、再びカウント期間２のカウントが遂行され、周期カウント値レジスタの値がカウントデータ２に更新される。例えば、共振周波数が１ＭＨｚ近辺で遷移している場合、カウントデータは、６．１４４ｍｓのあたりで更新されていく。また、カウントに使用するクロックを６ＭＨｚとするとカウントデータは、１２２８８あたりの値となる。
【００３５】
現像剤補給の制御手段としての現像剤補給制御部４００は、シリアル通信を介して、周期カウンタ３０５の周期カウント値レジスタに格納されているカウントデータを読み出す。そして、読み出したカウントデータが現像剤補給の判断レベルより大きい場合、トナーが消費されて現像剤中のキャリアの濃度が高くなっている（トナー濃度が所定値より低くなっている）と判断する。そして、モータ２０７を介してスクリュー２０６を回転させてホッパー２００からトナー濃度の高い現像剤を補給する。
【００３６】
図４は、現像器１４の側面へのセンサ３００の配置イメージを示す斜視図である。プリント基板６００の現像器１４の壁面１４ｓと接触する側（プリント基板６００の裏面）に、コンデンサ３０２、ビアを介してコイル３０１が形成されている。図４において、Ｘ方向は現像剤の搬送方向、Ｙ方向はＸ方向に直交しセンサ３００に正対する方向、Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向に直交する方向である。
【００３７】
センサ３００を構成するその他の部材は、発振器３０６が単独で実装される以外は、ＩＣ５００に集積される。電源、グランド及び現像剤補給制御部とのシリアル通信信号は、コネクタ５０１を介して供給される。
【００３８】
図５は、センサ３００の検出範囲近傍における現像器１４の長手方向（現像剤の搬送方向であるＸ方向）に直交する断面図である。図５（ａ）は、現像器１４の内壁１４ａにおいて、センサ３００におけるコイル３０１のコイルパターンに対向する位置（壁面１４ｓの内側）に突起部（凸形状）７００を設けた本実施形態における構成である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対し突起部の無い比較例の構成の断面図を示す。
【００３９】
図６は、センサ３００に正対する方向（図４のＹ方向）から見た現像器１４の内部の現像剤の挙動を示す図である。図６（ａ）は、本実施形態の現像器１４の内壁１４ａに突起部７００を設けている構成である。図６（ｂ）は突起部が無い比較例における構成である。
【００４０】
図５（ａ）、図６（ａ）の場合、センサ３００の検出範囲内に形成された現像器１４の内壁１４ａの突起部７００により、上流から搬送されてくる現像剤の流路（搬送路）がその近傍で狭められる（図７（ａ））。すなわち、現像剤が現像器１４のｓ壁面１４ｓで形成される内部空間を搬送路として搬送されるとき、搬送路においてセンサ３００の検出領域に壁面１４ｓを介して対向する領域（図７に示す第１の領域Ｌ１）は、内部空間が狭められている。
【００４１】
この第１の領域Ｌ１は、搬送路において隣接する第２の領域Ｌ２よりも内部空間が狭められている。そして、より好ましくは、第１の領域Ｌ１は、搬送路において他の全ての領域よりも内部空間が狭められる。図７において、突起部７００は、センサ３００に対向する配置として図７（ａ）に示すようにセンサ３００に近い場合の他、図７（ｂ）に示すようにセンサ３００から離れたものであっても良い。
【００４２】
本実施形態では、現像器１４内にある現像剤の量が少ないときでも、現像剤がセンサ３００の検出範囲に押し上げられるので、空気層を検出することがほとんどない。よって、適正なトナー濃度検出が遂行されることとなる。
【００４３】
これに対し、図５（ｂ）、図６（ｂ）の場合、突起部７００が無いので、現像器１４内にある現像剤の量が少ない場合、センサ３００の検出範囲に現像剤が押し上げられることはなく、センサ３００は、空気層をトナーとしてみてしまう。そのため、検出するトナー濃度は実際の値よりも大きくなってしまう。この場合、もし実際のトナー濃度が低く、ホッパー２００からトナーを補給しなければならない状態でも、トナーの補給がなされず、適正な濃度の画像形成が遂行されないことになってしまう。
【００４４】
図５（ａ）、図６（ａ）に示す本実施形態によれば、現像器１４の内壁１４ａの形状を突起形状に変えるだけなので、追加部品によるコストアップが生じることがない。そして、トナー濃度が適正に検出され、画像形成の信頼性を保つことができる。
【００４５】
（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４６】
（変形例１）
上述した実施形態では、突起部７００を内壁１４ａを介してセンサ３００に対向する位置（図７（ａ）、（ｂ）に示すように搬送路に直交する断面においてセンサ３００に対し、０度方向、１８０度方向）に設けたが、本発明はこれに限られない。搬送路に直交する断面においてセンサ３００に対し、０度方向、１８０度方向と異なる方向（例えば９０度方向）に設けても良い。
【００４７】
（変形例２）
上述した実施形態では、現像器１４の壁面の外周部の径が、搬送路に沿って一定であることを前提として、搬送路においてセンサ３００に対向する第１の領域は第２の領域よりも内部空間が狭められている構成（図７）であったが、本発明はこれに限られない。壁面の外周部の径が第１の領域に対応する領域において、第２の領域に対応する領域よりも狭められていて、第１の領域が第１の領域に隣接する第２の領域よりも内部空間が狭められている構成であっても良い。
【００４８】
（変形例３）
上述した実施形態における感光ドラム１と現像器１４の少なくとも一方が画像形成装置の装置本体に着脱可能なカートリッジとして設けられる構成でも良いし、双方が画像形成装置の装置本体の内部に固設されて設けられる構成であっても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１４ｓ・・壁面、３００・・トナー濃度検出センサ、７００・・突起部、Ｌ１・・第１の領域、Ｌ２・・第２の領域
【図１】
2018128559.tif 000005
【図２】
2018128559.tif 000006
【図３】
2018128559.tif 000007
【図４】
2018128559.tif 000008
【図５】
2018128559.tif 000009
【図６】
2018128559.tif 000010
【図７】
2018128559.tif 000011