(57)【要約】【課題】正確なトナー濃度を検出すること。【解決手段】磁性キャリア５と磁性キャリアによって帯電されるトナー４を含む現像剤３５と、導電性支持体上に形成された感光層を備える感光ドラム８と、感光ドラム８の表面を帯電させる帯電ローラ９と、感光ドラム８上に形成された潜像を現像する現像スリーブ１１と、現像剤３５を回転しながら撹拌搬送する現像剤搬送スクリュー１と、現像剤搬送スクリュー１に近接して設けられ、現像剤３５のトナー濃度を透磁率で検出するトナー濃度センサ２を有し、現像剤搬送スクリュー１の回転部分には、トナー濃度センサ２によって検出される所望の透磁率を有する現像剤格納容器３を設けた。【選択図】    図1
2015096919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性キャリアと前記磁性キャリアによって帯電されるトナーを含む現像剤と、
導電性支持体上に形成された感光層を備える静電潜像担持体と、
前記静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、
前記静電潜像担持体上に形成された潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤を回転しながら撹拌する現像剤撹拌手段と、
前記現像剤撹拌手段に近接して設けられ、前記現像剤のトナー濃度を透磁率で検出するトナー濃度検出手段を有し、
前記現像剤撹拌手段の回転部分には、前記トナー濃度検出手段によって検出される前記現像剤と同等の透磁率を有するトナー濃度基準設定部を設けたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記トナー濃度基準設定部は、前記現像剤が封入された現像剤格納容器であり、前記現像剤格納容器内には、画像形成用の前記現像剤と同等のトナー濃度に調整されたトナー濃度検出専用の前記現像剤が封入されていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記現像剤格納容器内側と前記トナー濃度検出手段との距離が６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項４】
前記トナー濃度検出手段における前記現像剤撹拌手段の円周方向の検出領域の長さをＴｓｌ、軸方向の検出領域の幅をＴｓｗとするとき、前記現像剤格納容器の円周方向の長さｓｌ、軸方向の幅ｓｗ、前記現像剤撹拌手段の回転中心からのなす角θは、Ｔｓｌ＜ｓｌ、Ｔｓｗ＜ｓｗ、θ≦πを満たすことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像剤格納容器には、現像剤格納容器の回転方向に対して反対側に前記現像剤が通過しない細孔を有するシーリング材を設けたことを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項６】
前記現像剤格納容器には、現像剤格納容器の回転方向側に現像剤よりも高い透磁率の金属からなり、前記現像剤格納容器が前記トナー濃度検出手段を通過することを検出するための被検出部を設けたことを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項７】
前記トナー濃度検出手段は、前記被検出部の回転方向側の現像剤濃度を検出することを特徴とする請求項６記載の現像装置。
【請求項８】
前記トナー濃度検出手段が検出する前記被検出部の回転方向側の現像剤濃度の出力値に基づいて、前記トナーを供給するよう制御する制御部を有することを特徴とする請求項７記載の現像装置。
【請求項９】
前記トナー濃度基準設定部は、磁性体からなることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれか一記載の現像装置を利用して画像を形成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、プリンタ、ファクシミリ及び複写機等の電子写真記録方式を使用する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２成分現像方式の電子写真記録方式においては、現像剤のトナー濃度を検出して、常に適正濃度を保持するようトナーを補給する必要がある。そのため現像剤のトナー濃度を検出する方法に、磁気センサを用いて現像剤の透磁率の変化を求め、それからトナー濃度を検出するという手段があった。
【０００３】
特開昭５９−７７４６３号公報（特許文献１）には、磁気ロール表面上の現像剤付着量を調整するトリマー・ブレードを設け、トリマー・ブレードによって掻き取られた現像剤を回収する回収ブレードを現像器ハウジング内に傾斜して配設し、そして回収ブレード上面に近接して磁気センサを設けたトナー濃度検出センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−７７４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術によれば、現像剤が温湿度の変化や、キャリアの劣化などにより流動性や帯電性が変化した場合、正確なトナー濃度を検出することができず、トナー濃度の変動によって安定した画像濃度が得られないという問題があった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、現像剤が温湿度の変化や、キャリアの劣化などにより流動性や帯電性が変化した場合においても、正確なトナー濃度を検出することができ、トナー濃度の変動による画像濃度の変動を抑えられることを可能とする現像装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に関する現像装置は、磁性キャリアと前記磁性キャリアによって帯電されるトナーを含む現像剤と、導電性支持体上に形成された感光層を備える静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、前記静電潜像担持体上に形成された潜像を現像する現像剤担持体と、前記現像剤を回転しながら撹拌する現像剤撹拌手段と、前記現像剤撹拌手段に近接して設けられ、前記現像剤のトナー濃度を透磁率で検出するトナー濃度検出手段を有し、前記現像剤撹拌手段の回転部分には、前記トナー濃度検出手段によって検出される前記現像剤と同等の透磁率を有するトナー濃度基準設定部を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成を有する本発明によれば、現像剤が温湿度の変化や、キャリアの劣化などにより流動性や帯電性が変化した場合においても、正確なトナー濃度を検出することができ、トナー濃度の変動による画像濃度の変動を抑えられることを可能とする現像装置を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に関するトナー濃度検出部の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態に関する画像形成装置の概略構成図である。
【図３】第１の実施の形態に関する画像形成装置のブロック図である。
【図４】第１の実施の形態に関する現像装置の概略構成図である。
【図５】比較例によるトナー濃度センサの検出方法及び第１の実施の形態に関するトナー濃度センサの検出方法を示す説明図である。
【図６】比較例によるトナー濃度センサが検出する電圧波形と第１の実施の形態に関するトナー濃度センサが検出する電圧波形の説明図である。
【図７】第１の実施の形態に関するトナー濃度センサ制御タイムチャートである。
【図８】第１の実施の形態に関するトナー濃度センサの制御電圧の決定のフローチャートである。
【図９】第１の実施の形態に関するトナー濃度センサを用いたトナー濃度制御のフローチャートである。
【図１０】第１の実施の形態に関する評価結果を示すグラフである。
【図１１】第２の実施の形態に関するトナー濃度検出部の概略構成図である。
【図１２】第２の実施の形態に関する評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。図２は第１の実施の形態に関する画像形成装置の概略構成図である。図２において、画像形成装置１００は印刷用媒体としての記録媒体１７に画像を形成するために、現像装置１１０を有する。現像装置１１０はＬＥＤヘッド１０によって感光ドラム８に静電潜像を形成し、そして後述するトナー４による現像を形成する。現像剤転写装置としての転写ローラ１８は、感光ドラム８に形成されたトナー４を記録媒体１７に転写する。転写ローラ１８は、静電金属シャフトにウレタンスポンジ層を被覆したものである。定着手段としての定着装置１９は記録媒体１７に転写されたトナー４を熱により融着させることにより定着させる。記録媒体搬送ローラ２０ａ〜２０eは記録媒体１７を搬送する。
【００１１】
図３は第１の実施の形態に関する画像形成装置のブロック図である。図３において、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）制御部２１は図示しない上位装置から印刷データ及び制御コマンドを受信する。印刷制御部２６はマイクロプロセッサ、ROM、RAM、入出力ポート、タイマ等によって構成される。印刷制御部２６はインターフェイス制御部２１を介して受信した印刷データ及び制御コマンドについて、画像形成装置１００の全体のシーケンスを制御し印刷動作を行う。
【００１２】
トナー濃度センサ制御部２７は、後述するトナー濃度センサ２の制御電圧の制御を行う。受信メモリ２２は上位装置からインターフェイス制御部２１を介して入力された印刷データを一時的に記録する。
【００１３】
画像データ編集メモリ２３は受信メモリ２２によって記録された印刷データを受け取るとともに、その印刷データを編集処理することによって形成された画像データ、イメージデータを記録する。操作部２４は画像形成装置１００の状態を表示するための図示しないＬＥＤや表示部及び画像形成装置１００に操作者からの指示を与えるための図示しないスイッチを備える。センサ群２５は画像形成装置１００の動作状態を監視するための、例えば用紙位置検出センサ、温湿度センサ、印刷濃度センサ、トナー残量検知センサ等の各種の図示しないセンサからなる。高電圧電源制御部２８ｓは印刷制御部２６からの指示により画像形成装置１００に印加する電圧を制御する。帯電定電圧電源９ｖは帯電ローラ９に所定の電圧を印加する。現像スリーブ電圧電源１１ｖは現像スリーブ１１に所定の電圧を印加する。更に、ドクターブレード電圧電源１３ｖはドクターブレード１３に所定の電圧を印加する。そして、転写定電圧電源１８ｖは転写ローラ１８に所定の直流電圧を印加する。
【００１４】
シャッタ駆動制御部１６ｓは、後述するトナーカートリッジ１５が有するシャッタ１６の開閉動作を制御し、トナー濃度センサ２によって検知された現像剤濃度に伴ってトナーを補給する。ヘッド駆動制御部１０ｓは画像データ編集メモリ２３に記録されたイメージデータをＬＥＤヘッド１０に送り、そのＬＥＤヘッド１０を駆動する。定着制御部１９ｓは転写されたトナー像を記録媒体１７に定着するために定着手段としての定着器１９に電圧を印加する。定着器１９は、記録媒体１７上のトナー像を構成するトナーを溶融させるため、ヒータ及び温度を検出する温度センサ等を備える。前記定着制御部１９ｓは前記温度センサのセンサ出力を読み込み、センサ出力に基づいてヒータを通電させ、定着器１９が一定温度になるように制御を行う。
【００１５】
搬送モータ制御部２９ｓは記録媒体１７を搬送するための用紙搬送モータ２９の制御を行う。印刷制御部２６の指示によって所定のタイミングで記録媒体１７を搬送したり停止させたりする。記録媒体１７は収容トレイ内に収容され、印刷時は、図２に示す矢印Ａ方向に記録媒体搬送ローラ２０ａ〜２０ｆによって搬送される。駆動制御部３０ｓは感光ドラム８を動作させるための駆動モータ３０を駆動する。駆動伝達部３１は駆動モータ３０によって駆動された感光ドラム８を介して、次に説明する現像装置１１０の帯電ローラ９、現像スリーブ１１そして第１現像剤搬送スクリュー１及び第２現像剤搬送スクリュー１２へ駆動を伝達する。以上の構成要素により画像形成装置１００が構成される。
【００１６】
図４は第１の実施の形態に関する現像装置の概略構成図である。図４において、静電潜像担持体としての感光ドラム８は、導電性支持体と当該導電性支持体上に形成された感光層としての光導電層によって構成される有機系感光体である。感光ドラム８の導電性支持体は、アルミニウムの金属パイプであり、また光導電層は、電荷発生層、電荷輸送層を順次積層することによって構成される。感光ドラム８は矢印C方向に回転し、感光ドラム８の駆動用には、図示しないギアを設けている。感光ドラム８の表面を帯電させる帯電部材としての帯電ローラ９は、金属シャフトに半導電性エピクロロヒドリンゴム層を被覆したものである。帯電ローラ９は、矢印E方向に回転する。
【００１７】
露光装置としてのＬＥＤヘッド１０は、感光ドラム８に静電潜像を形成するため感光体ドラム８に対向して配設されている。感光ドラム８上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体としての現像スリーブ１１は、感光ドラム８に形成された静電潜像にトナー４による現像を形成するために感光ドラムにトナー４を供給する。現像スリーブ１１は、表面をブラスト処理した金属パイプ内部に適切な磁束密度分布を持たせるよう磁性体を配設したものである。現像スリーブ１１は矢印D方向に回転し、現像スリーブ１１の駆動用には、図示しないギアを設けてある。本実施の形態においては感光体ドラム８と現像スリーブ１１との間には５００μｍのギャップを設けてある。
【００１８】
薄層形成器としてのドクターブレード１３は金属製である。本実施の形態においては、現像スリーブ１１とドクターブレード１３との間には６００μｍのギャップを設けている。現像剤を回転しながら撹拌搬送する現像剤撹拌手段としての第２現像剤搬送スクリュー１２は撹拌したトナー４を現像スリーブ１１へ供給する。第２現像剤搬送スクリュー１２は駆動用に図示しないギアを設けてある。現像剤回収手段であるクリーニングブレード１４は、感光ドラム８に接触し転写されずに残留したトナーを掻き落す。当該クリーニングブレード１４はウレタンゴム製である。
【００１９】
トナーカートリッジ１５はトナー収容体である。シャッタ１６は矢印G方向に回転することにより、シャッタ１６はトナーカートリッジ１５からトナー４を補給する際に開閉する。補給されたトナー４は、もう一つの現像剤撹拌手段としての第１現像剤搬送スクリュー１の上に落下する。第１現像剤搬送スクリュー１と第２現像剤搬送スクリュー１２は平行に配置され、第１現像剤搬送スクリュー１は矢印B方向に回転し、第２現像剤搬送スクリュー１２は矢印F方向に回転する。両者は、互いに逆方向に回転するスクリューが設けられており、互いに逆方向にトナー４を搬送する。両者の間には壁１−１３が設けられているが、両者のスクリューの先端と後端は壁１−１３がなく互いに連結されている。これにより、両者はトナー４を循環して搬送しつつ撹拌を行う。トナー濃度センサ２は後述するように、現像装置１１０の筐体１−２に設けられ、かつ第１現像剤搬送スクリュー１に近接して設けられる。
【００２０】
なお、現像剤構成材料である磁性キャリア５は、磁性を有する粉体である。磁性キャリア５によって帯電されるトナー４と、磁性キャリア５とを所望の割合で混合したものを現像剤３５と呼ぶ。以上の１〜１６の構成要素により現像装置１１０が構成される。
【００２１】
図1は第１の実施の形態に関するトナー濃度検出部の概略構成図である。同図（ａ）はトナー濃度検出部１２０の側面図、同図（ｂ）はトナー濃度検出部１２０の横断面図、同図（ｃ）は現像剤格納容器の外観図、同図（ｄ）はトナー濃度センサの外観図である。なお、同図（ｂ）の横断面図は、同図（ａ）の側面図に比較し、第１現像剤搬送スクリュー１が約半回転した状態を示す。図１（ａ）において、第１現像剤搬送スクリュー１は、回転軸１−１に螺旋状の羽根３３を取り付けたもので、前述の通り現像剤撹拌手段として機能する。トナー濃度検出手段としてのトナー濃度センサ２は、第１現像剤搬送スクリュー１に近接して設けられ、現像剤３５のトナー濃度を透磁率で検出する。
【００２２】
図１（ｄ）に示すように、トナー濃度センサ２は基部２−１とセンサ部２−２からなり、センサー部２−２は円盤状であり、筐体１−２に設けた円孔１−２１に嵌合する。トナー濃度センサ２は、現像剤３５のトナー濃度を透磁率で検出する透磁率検出型の現像剤濃度検出手段として機能する。
【００２３】
現像剤搬送スクリュー１の外周である回転部分には、現像剤格納容器３が設けられる。現像剤格納容器３はトナー濃度センサ２によって検出される現像剤３５と同等の透磁率を有するトナー濃度基準設定部として機能する。現像剤格納容器３内には、画像形成用の現像剤と同等のトナー濃度に調整されたトナー濃度検出専用の現像剤３５が封入されている。
【００２４】
現像剤格納容器３は第１現像剤搬送スクリュー１の回転軸１−１に一部が埋め込まれて固定されている。現像剤格納容器３は、図１（ｃ）に示すように、箱型であり、ケース３ａと蓋３ｂからなる。現像剤格納容器３内には、所望のトナー濃度に調整されたトナー濃度検出専用のトナー４とキャリア５からなる現像剤３５が封入されている。トナー濃度検出専用の現像剤３５とは、画像形成には使用されない現像剤３５である。現像剤格納容器３が回転軸１−１に一部が埋め込まれた状態での回転軸１−１からの半径方向の高さｈは、羽根３３の高さｈと同じである。
【００２５】
現像剤格納容器３の軸方向の幅ｓｗ、円周方向の長さｓｌと、トナー濃度センサ２の軸方向の検出領域の幅Ｔｓｗ、トナー濃度センサ２の円周方向の検出領域の長さＴｓｌとの関係がＴｓｗ＜ｓｗ、Ｔｓｌ＜ｓｌの関係を満たすよう設定してある。これはトナー濃度センサ２によって現像剤格納容器３の前後の境界を検出しない領域を確実に得るためである。更に、現像剤格納容器３は、図１（ｃ）に示すように、なす角θを、θ≦πを満たすよう設定し、現像剤３５の流れを遮らないよう調整した。
【００２６】
現像剤３５の構成材料であるトナー４は、結着樹脂と内部添加剤として帯電制御剤、離型剤、着色剤、外部添加剤によって構成される。現像剤格納容器３内には、所望のトナー濃度に調整した現像剤３５を現像剤格納容器３内で撹拌できるように空間を設け封入してある。本実施の形態においては、現像装置１１０内に封入する現像剤３５のトナー濃度は８％とし、同様のトナー濃度８％に調整した現像剤３５を現像剤格納容器３に封入している。なおトナー濃度とは、トナー重量／（トナー重量＋キャリア重量）である。
【００２７】
現像剤格納容器３には、現像剤格納容器３内の雰囲気を外気と平衡にするために通気性を有するシーリング材６が設けられる。シーリング材６は、現像剤格納容器３の回転方向Ｂに対して反対側に設置してある。シーリング材６は、現像剤３５が通過しない細孔を有する。本実施の形態において、孔径０．４５μｍのポリテトラフルオロエチレン製フィルム（ＭＩＬＬＩＰＯＲＥ社製）を使用した。
【００２８】
現像剤格納容器３には、更に、現像剤格納容器３がトナー濃度センサ２付近を通過することを検出するためのトナー濃度基準設定部被検出部７が設けられる。トナー濃度基準設定部被検出部７は、現像剤３５よりも透磁率の高い着磁していない金属である。本実施の形態においては、磁性キャリア５と同一の磁性体を使用した。なお本実施の形態に加え、トナー濃度基準設定部被検出部７を着磁させ、トナー濃度基準設定部被検出部７に磁気穂を形成させ、トナー濃度センサ２の表面を磁気穂で清掃させることも可能である。以上１〜７の構成要素によりトナー濃度検出部１２０が構成される。
【００２９】
次に第１の実施の形態に関する画像形成装置１００の動作について、図２、図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。図示しない上位装置、例えばパーソナルコンピュータ等から印刷命令が入力されると、画像形成装置１００の印刷制御部２６は、駆動制御部３０ｓを介して駆動モータ３０を駆動し、感光ドラム８は矢印Ｃ方向に一定周速度回転する。感光ドラム８の回転による駆動を駆動伝達部３１が伝達し、図示しないギア列によって現像スリーブ１１を矢印Ｄ方向、第１現像剤搬送スクリュー１を矢印Ｂ方向、第２現像剤搬送スクリュー１２を矢印Ｆ方向、そして帯電ローラ９を矢印Ｅ方向に回転させる。感光ドラム８の表面に接触又は圧接して設けられた帯電ローラ９に帯電定電圧電源９ｖから電圧を印加して感光ドラム８表面を一様均一に帯電させる。
【００３０】
次に露光プロセスでは、ＬＥＤヘッド１０によって画像信号に対応した光が感光ドラム８に照射され静電潜像が形成される。更に、後に詳述する現像装置の動作により、静電潜像に対してトナー４が現像される。一方、記録媒体１７が用紙搬送ローラ２０ａ、２０ｂそして２０ｃにより搬送されて転写ローラ１８へと送られる。感光ドラム８に対向して設けられた転写ローラ１８には転写定電圧電源１８ｖより直流電圧が印加され、記録媒体１７に感光ドラム８上に形成されたトナー像を転写する。その後記録媒体１７は、更に定着器１９へ搬送され、熱及び圧力によりトナー４を溶融し、記録媒体１７の繊維間に浸透し、定着が行われる。定着された記録媒体１７は搬送ローラ２０ｄ、２０eにより画像形成装置１００外部へ送出される。また、転写後の感光ドラム８には若干量のトナー４が残留するが、この残留トナー４は、クリーニングブレード１４によって除去される。このように感光ドラム８は繰り返し利用される。
【００３１】
次に、第１の実施の形態に関する現像装置の動作について図４を用いて詳細に説明する。感光ドラム８の回転による駆動を駆動伝達部３１（図３）が伝達し、現像スリーブ１１、第１現像剤搬送スクリュー１、第２現像剤搬送スクリュー１２は、それぞれ図示方向に回転する。すると磁性を持つ磁性キャリア５と、トナーカートリッジ１５から供給されたトナー４は第１現像剤搬送スクリュー１側から混合、撹拌されながら第２現像剤搬送スクリュー１２側へ搬送される。第２現像剤搬送スクリュー１２側へ搬送された現像剤３５は、現像スリーブ１１の磁力によって第２現像剤搬送スクリュー１２側から−４００Ｖの電圧が印加された現像スリーブ１１側へ汲み上げられる。汲み上げられた現像剤３５は、現像スリーブ１１上に分布する適当な磁束密度によって磁気穂を形成し、−４００Ｖの電圧が印加されたドクターブレード１３により適切な長さに穂切りされる。本実施の形態ではドクターブレード１３と現像スリーブ１１の間には電位差を持たせていないが、現像剤３５が穂切りされる際、帯電させるため電位差を設けることも可能である。現像剤３５は現像スリーブ１１の回転に伴い感光体ドラム８との対向部へ到り、感光ドラム８上に形成された静電潜像に対応して負帯電したトナー４が現像される。
【００３２】
更に、本実施の形態に関するトナー濃度検出部１２０のトナー濃度検出方法について、図５〜図８を用いて説明する。図５は、比較例によるトナー濃度センサの検出方法及び第１の実施の形態に関するトナー濃度センサの検出方法を示す説明図である。まず、比較例の構成について説明する。図５（ａ）は比較例の現像剤搬送スクリュー２０１を示す説明図であり、図５（ｂ）は比較例のトナー濃度検出部２２０を示す説明図であり、図５（ｃ）は比較例のトナー濃度検出原理を示す説明図である。更に、図５（ｄ）は本実施の形態に関するトナー濃度検出部１２０を示す説明図であり、図５（ｅ）は本実施の形態に関するトナー濃度検出原理を示す説明図である。
【００３３】
比較例の構成では、図５（ａ）に示すように、撹拌スクリュー２０１は回転軸に螺旋状の羽根２３３を取り付け、更に回転軸に沿ってトナーワイパー２３７を設ける。撹拌スクリュー２０１の回転に伴って、トナーワイパー２３７により現像剤２３５が集められ、かつ現像剤２３５の撹拌が行われる。図５（ｂ）に示すように、トナーワイパー２３７の矢印Bで示す回転方向側にある現像剤２３５のトナー濃度をトナー濃度センサ２０２によって検出している。トナー濃度センサ２０２は図５（ｃ）に示すように、内部にフェライトコア２３２が配設された構造となっており、フェライトコア２３２及び現像剤２３５との間で作られる磁気回路によって検出される電圧値によってトナー濃度の検出を行う。トナーワイパー２３７とトナー濃度センサ２０２とのギャップｄが形成される。
【００３４】
次に本実施の形態に関するトナー濃度センサ２の動作について説明する。図５（ｄ）に示すように、現像剤搬送スクリュー１の回転部分としての外周の一部に現像剤格納容器３が設けられる（図１参照）。現像剤格納容器３には、前述の通り現像剤３５が格納されている。現像剤格納容器３の外部には、画像形成に使用される現像剤３５が撹拌される。現像剤搬送スクリュー１が矢印Ｂ方向に回転すると、現像剤格納容器３の外部の現像剤３５は、現像剤格納容器３のトナー濃度基準設定部被検出部７によって集められる。即ち、現像剤格納容器３の回転方向側にはトナー濃度基準設定部被検出部７によって集められた現像剤３５が多く存在する。本実施の形態は、後述するようにこの点に着目したものである。一方、現像剤格納容器３の回転方向逆側には、現像剤３５が少なくなる。
【００３５】
トナー濃度センサ２は図５（ｅ）に示すように、内部にフェライトコア３２が配設された構造となっており、フェライトコア３２と現像剤格納容器３及び現像剤３５との間で作られる磁気回路によって検出される電圧値によってトナー濃度の検出を行っている。現像剤格納容器３の内側３−１とトナー濃度センサ２とのギャップｄは、形成される磁気回路により検出精度が変化するため、６ｍｍ以上に設定することが望ましい。本実施の形態においては、現像剤格納容器３内の現像剤量は、トナー濃度センサ２によって出力が検出される際に７ｍｍになるよう設定した。
【００３６】
図６は、比較例によるトナー濃度センサが検出する電圧波形と第１の実施の形態に関するトナー濃度センサが検出する電圧波形の説明図である。図６（ａ）は比較例の検出する電圧波形の説明図であり、図６（ｂ）は比較例の現像剤搬送スクリュー２０１とトナー濃度センサ２０２の位置関係を示す説明図である。また、図６（ｃ）は本実施の形態に関するトナー濃度センサの検出する電圧波形の説明図であり、図６（ｄ）は本実施の形態に関する第１現像剤搬送スクリュー１とトナー濃度センサ２の位置関係を示す説明図である。
【００３７】
図６（ｂ）（イ）は現像剤２３５がトナーワイパー２３７によって集められてトナー濃度センサ２０２付近を搬送されている状態である。同図（ａ）（イ）はその間に検出される信号の波形であり、山形に高い値を示す。
図６（ｂ）（ロ）はトナーワイパー２３７がトナー濃度センサ２０２を通過した後の状態である。同図（ａ）（ロ）はその間に検出される信号波形であり、現像剤２３５が概ね存在しないことを示す。同図（ａ）に示すように、検出される信号は山形と谷形の繰返しとなる。
【００３８】
図６（ｄ）（イ）は現像剤３５が現像剤格納容器３のトナー濃度基準設定部被検出部７によって集められて円周方向に搬送されている状態である。同図（ｃ）（イ）はその間に検出される信号波形であり、トナー濃度基準設定部被検出部７によって集められた現像剤３５によって山形（イー１）を示す。
図６（ｄ）（ロ）は現像剤格納容器３がトナー濃度センサ２付近を通過しているときの状態である。同図（ｃ）（ロ）はその間に検出される信号波形である。同図（ｃ）（ロ）に示すようにトナー濃度基準設定部被検出部７の通過を検出する信号波形（ロー１）と現像剤格納容器３の通過を検出する信号波形（ロー２）がある。
【００３９】
図６（ｄ）（ハ）は現像剤格納容器３がトナー濃度センサ２付近を通過した後の状態である。同図（ｃ）（ハ）はその間に検出される信号の波形である。現像剤格納容器３の回転方向の逆側には、現像剤格納容器３の回転による負圧が発生し、現像剤３５が概ね存在しない状態になることを示す。
【００４０】
図７は、第１の実施の形態に関するトナー濃度センサ制御タイムチャートである。図７（ａ）はトナー４が少ない場合のトナー濃度センサ制御タイムチャートであり、図７（ｂ）はトナー４が充分にある場合のトナー濃度センサ制御タイムチャートである。本実施の形態における閾値電圧は、トナー濃度センサ２のアナログ出力電圧の規格値である２Vとしている。
【００４１】
図７（ａ）において、始めにトナー濃度センサ２の制御電圧を略０Vに一旦下げた後、トナー濃度センサ２の出力を得る。その出力を信号（１１）で示す。閾値電圧２Ｖとすると、信号（１１）から信号（１）が得られる。信号（２）は信号（１）と同じ条件で生成した信号である。その後トナー濃度センサ２の制御電圧を０．２V上昇させ、これを繰り返す。途中得られた出力は例えば信号（１３）となる。これも閾値電圧２Ｖであるので、信号（１３）から信号（３）が得られる。更に出力は信号（１４）となり、信号（４）が得られることになる。そして、次に説明する所定の条件に合致したときの電圧をトナー濃度センサ２の制御電圧として決定する。
【００４２】
前述の信号（１）は、制御電圧を０．２Ｖ毎に上昇させトナー濃度基準設定部被検出部７が通過していることのみ検出される信号である。その信号（１）が得られたときの制御電圧を一旦保持する。信号（２）は、保持した制御電圧を利用して信号（１）と同じ条件で生成した信号である。
【００４３】
信号（１）及び（２）はトナー濃度基準設定部被検出部７がトナー濃度センサ２付近を通過するときを検出する信号波形（ロー１）に対応して「１」状態が繰返し生じ、それ以外は「０」状態である。信号（１）と同一の信号（２）は、観測されたタイミングを保持する信号として信号（２）を継続して生成させる。その後トナー濃度センサ２の制御電圧を０．２V毎に上げると、検出される信号は変化する。変化した信号は、例えば信号（３）そして信号（４）の順で変化する。
【００４４】
前述の所定の条件とは、生成した信号（２）が「０」状態でかつ信号（１３）の信号波形イー１が得られたとき、即ち、信号（３）の太線で示した信号１３−１が検出されたときである。トナー濃度基準設定部被検出部７によって集められた現像剤３５の信号が検出された（イー１）ことになる。この時の制御電圧値をトナー濃度センサ２の制御電圧の設定値として決定する。
【００４５】
一方、図７（ｂ）に示すようにトナー４が充分にある場合においては、トナー濃度センサ２の制御電圧を０．２V毎に上げて、信号（１３’）が得られても、信号波形イー１に相当する信号は検出されない。従って、信号（１３’）から信号（３’）が得られても信号波形１３−１に相当する信号波形は検出されないことになる。これは、トナー濃度センサ２の特性として、トナー濃度基準設定部被検出部７が集めた現像剤３５については、トナー濃度が低い場合に出力が大きくなるという特性を有するからである。
【００４６】
また、信号（１３’）からは、現像剤格納容器３の通過を検出する信号波形（ロー２）が得られたとき、信号（３’）の太線で示した信号１３−２が検出される。従って、トナー濃度センサ制御部２７は信号１３−１が検出されるか、信号１３−２が検出されるかを判断することができる。
【００４７】
以上の動作をフローチャートで説明する。図８は、第１の実施の形態に関するトナー濃度センサの制御電圧の決定のフローチャートである。
Ｓ１０１：まず、印刷開始前に画像形成装置１００の印刷制御部２６はウォーミングアップを開始するため、現像装置１１０の高圧電源制御部２８ｓ、搬送モータ制御部２９ｓ及び駆動制御部３０ｓ等に対しウォーミングアップをするよう指示する。
【００４８】
Ｓ１０２：印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、一旦トナー濃度センサ２の制御電圧を０Vに設定し、トナー濃度センサ２の出力を得るよう指示する。印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、信号（１）が得られたら、信号（２）を生成するよう指示する。
Ｓ１０３：印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、生成された信号（２）が「０」レベルかどうか判定するよう指示する。
【００４９】
Ｓ１０４：印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、生成された信号（２）が「０」レベルのとき、トナー濃度センサ２が検出した信号（１３）又は信号（１３’）が閾値電圧２Ｖの値を超えているか否か判定するよう指示する。
Ｓ１０５：トナー濃度センサ検出値である信号（１３）又は信号（１３’）が閾値電圧２Ｖの値を超えていない場合、即ちOFFの場合、印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、トナー濃度センサ２の制御電圧を＋０．２V増加し、再び信号（２）が「０」レベルになるのを待つ（Ｓ１０３へ）。そして、トナー濃度センサ検出値である信号（１３）又は信号（１３’）が閾値電圧２Ｖの値を超える場合、即ちONになるまでこれを繰り返す。
【００５０】
S１０６：トナー濃度センサ検出値である信号（１３）又は信号（１３’）が閾値電圧２Ｖの値を超えた場合、即ちONになった場合、信号（１３）の信号波形イー１が得られる。換言すると、信号（３）の太線で示した信号１３−１が検出されたとき、印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、トナー濃度センサ２のそのときの制御電圧を設定値として決定するよう指示する。そして、印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、トナー濃度センサ２に決定された制御電圧を印加するよう指示し、各部に対し印刷動作を開始するよう指示することができる。
【００５１】
本実施の形態においては、印刷動作開始前のウォーミングアップ時に制御を行ったが、印刷動作中に行ってもトナー４の過供給になることはなく、トナー濃度センサ２の制御電圧の制御は印刷中、又は紙間などで行うことを可能である。
【００５２】
図９は、第１の実施の形態に関するトナー濃度センサを用いたトナー濃度制御のフローチャートである。
Ｓ２０１：図８で示したステップ１０１〜１０６により、印刷制御部２６はトナー濃度センサ制御部２７に対し、トナー濃度センサ２の制御電圧を設定値として決定するよう指示する（ステップ１０６）。
【００５３】
Ｓ２０２：印刷開始後、印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、トナー濃度センサ２が決定された制御電圧を使用してトナー濃度の検出を行うよう指示する。
Ｓ２０３：印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、トナー濃度センサ２から出力された電圧値を閾値電圧２VでＡ／Ｄ変換し、検出波形を生成するよう指示する。そして、印刷制御部２６は、トナー濃度センサ制御部２７に対し、信号（１３）の信号波形（ロー１）の直前において、検出された信号の検出電圧が閾値電圧２Ｖを超えたかどうか判断するよう指示する。
【００５４】
Ｓ２０４：信号波形（ロー１）の直前において、検出された信号がON、つまり検出電圧が閾値電圧２Vを超えた場合はトナー４が少ない場合である。この場合、印刷制御部２６は、シャッタ駆動制御部１６ｓに対し、シャッタ１６を回転させトナー４を供給するよう指示する。そして、印刷制御部２６は、トナー濃度が閾値電圧２V未満になるまでこの動作を継続する。これにより、トナー濃度が一定になるように制御を行っている。このトナー供給の動作は、印刷中常に継続される。
【００５５】
本実施の形態における効果の確認方法について説明する。比較例として現像剤格納容器３内に現像剤３５を封入しない現像剤搬送スクリュー１を使用した。本実施の形態における評価方法は、温度２４℃、相対湿度４５％（以下、NN）、及び温度２８℃、相対湿度８０％（以下、HH）、そして温度１０℃、相対湿度２０％（以下、LL）の各環境下において、図３に示した画像形成装置１００を用い、印刷速度（＝感光ドラム線速＝通紙速度）を２００（ｍｍ／ｓ）に設定し、A４標準紙（例えばOKIエクセレントホワイト紙、坪量＝８０（ｇ／ｍ２））を横方向送り（四辺のうち長い二辺が先端と後端）、５％ｄｕｔｙ（A４用紙１枚の印刷可能範囲に全面ベタ印刷時の面積率１００％印刷のことを１００％ｄｕｔｙと表記）で各環境において１０，０００枚の印刷評価を行った。
【００５６】
トナー濃度の評価は、現像装置内の現像剤３５をサンプリングし、吸引式帯電量測定装置「Ｍｏｄｅｌ２１０ＨＳ−２Ａ」（ＴＲｅｋ社製）を用いてトナーとキャリアを分離し、サンプリングした現像剤３５の重量と分離したキャリアの重量から求めた。
【００５７】
図１０は第１の実施の形態に関する評価結果を示すグラフである。各環境において比較例では、６０００枚以降、磁性キャリア５の劣化に伴って、流動性が低下しトナー濃度センサ２からの出力が増加し、トナー濃度センサ２の出力を元に戻すためのトナー４を供給する。そのため、トナー濃度が上昇している。
【００５８】
更に、HH環境では、湿度の影響により流動性の低下により、トナー濃度センサからの出力が大きくなり、その結果トナー濃度を更に上昇させている。LL環境においては、流動性の上昇によりトナー濃度センサ２からの出力が減少し、トナー４が供給されなくなる。そのためトナー濃度が減少している。しかし、経時での流動性の低下により徐々にトナー濃度が上昇する傾向が見られた。本実施の形態の構成においては、各環境において、トナー濃度が一定となる結果が得られた。
【００５９】
以上のように、第１の実施の形態によれば、各環境の変化による現像剤３５の流動性変化やキャリアの経時劣化によってトナー濃度センサ出力が変化した際においても、トナー濃度に対する正確なトナー濃度センサ２の制御電圧を設定することが可能となり、正確なトナー濃度を検出した画像濃度が得られる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に関する構成について説明する。現像装置及び画像形成装置については第１の実施の形態と同様である。図１１は第２の実施の形態に関するトナー濃度検出部の概略構成図である。本実施の形態に関するトナー濃度検出部１２０は、現像剤が封入されていないトナー濃度基準設定部１０３が配設されることが特徴である。
【００６１】
トナー濃度基準設定部１０３は、磁化されていない金属板１０３ａと支持体１０３ｂとで構成されている。トナー濃度基準設定部１０３の軸方向の幅ｓｗ、円周方向の長さｓｌと、トナー濃度センサ２の軸方向の検出領域の幅Ｔｓｗ、トナー濃度センサ２の円周方向の検出領域の長さＴｓｌとの関係がＴｓｗ＜ｓｗ、Ｔｓｌ＜ｓｌの関係を満たすよう設定してある。更に、トナー濃度基準設定部１０３は、図１１（ｃ）に示すようになす角θを、θ≦πを満たすよう設定し、現像剤３５の流れをさえぎらないよう調整した。本実施の形態においては、現像剤３５と透磁率が略同一となるフェライトを使用した。
【００６２】
第２の実施の形態における現像装置の動作及び画像形成装置の動作は第１の実施の形態と同様である。本実施の形態における効果の確認方法についても第１の実施の形態と同様である。図１２は第２の実施の形態に関する評価結果を示すグラフである。本実施の形態の構成によれば、簡易な構成により各環境下において、トナー濃度が一定になる結果が得られた。
【００６３】
以上のように、第２の実施の形態によれば、現像剤３５と略同等の透磁率を有するトナー濃度基準設定部１０３をトナー濃度検出部１２０に配設する。これにより、現像剤格納容器に現像剤を封入する必要がなく、トナー濃度に対する正確なトナー濃度センサ２の制御電圧を設定することが可能となり、各環境の変化による現像剤３５の流動性変化やキャリアの経時劣化によって、トナー濃度センサ出力が変化した際においても、正確なトナー濃度を検出することができ、安定した画像濃度が得られるという効果を有する。
【００６４】
以上の実施の形態では、現像装置が一台のモノクロプリンタで画像形成装置を説明したが、現像装置を複数台有するカラーの画像形成装置にも適用可能である。また、ＭＦＰ、ファクシミリ及び複写機にも利用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１        第１現像剤搬送スクリュー
２        トナー濃度センサ
３        現像剤格納容器
４        トナー
５        磁性キャリア
６        シーリング材
７        トナー濃度基準設定部被検出部
１３      第２現像剤搬送スクリュー
３５      現像剤
１００    画像形成装置
１１０    現像装置
１２０    トナー濃度検出部
【図１】
2015096919.tif 000003
【図２】
2015096919.tif 000004
【図３】
2015096919.tif 000005
【図４】
2015096919.tif 000006
【図５】
2015096919.tif 000007
【図６】
2015096919.tif 000008
【図７】
2015096919.tif 000009
【図８】
2015096919.tif 000010
【図９】
2015096919.tif 000011
【図１０】
2015096919.tif 000012
【図１１】
2015096919.tif 000013
【図１２】
2015096919.tif 000014