(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを含む現像剤をそれぞれ収容するＮ個（Ｎは２以上の整数）の現像容器と、
前記Ｎ個の現像容器の内部の各現像剤を攪拌しつつ搬送する前記Ｎ個の攪拌搬送部材と、
前記Ｎ個の現像容器のそれぞれに設けられ、前記Ｎ個の現像容器のそれぞれの内部のトナー残量を検知する前記Ｎ個のトナー検知センサーと、
前記Ｎ個の攪拌搬送部材にそれぞれ設けられ、前記Ｎ個の攪拌搬送部材が回転することにより前記Ｎ個のトナー検知センサーの検知面に対向する検知領域において前記現像剤を攪拌する検知領域攪拌部と、
前記Ｎ個のトナー検知センサーの出力のいずれか１つを選択して出力する切替部と、
前記選択された出力を受け取って、前記Ｎ個の現像容器の内部の現像剤の残量を検知する制御部と、
を備え、
前記Ｎ個の攪拌搬送部材は、予め設定されている位相差で同期して回転するように構成され、
前記切替部は、前記Ｎ個の攪拌搬送部材のそれぞれが有する前記検知領域攪拌部のうち前記検知面に対する角度が予め設定された角度となった攪拌搬送部材に対応する前記トナー検知センサーの出力を選択する現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置であって、さらに、
前記Ｎ個の攪拌搬送部材のそれぞれが有する前記検知領域攪拌部のうちのいずれか１つの前記検知面に対する角度を計測する回転角度センサーを備える現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の現像装置であって、
前記制御部は、前記トナー検知センサーの出力をパルスとして受信し、予め設定されている時間内に受信したパルスの数に基づいて前記検知を行う現像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置であって、
前記攪拌搬送部材は、前記攪拌搬送部材の回転の際に、前記検知面を摺動するスクレーパーを有している現像装置。
【請求項５】
画像形成装置であって、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に２成分現像方式の現像剤を使用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置には、２成分現像方式の現像剤を使用するものがある。２成分現像方式の現像剤は、磁性キャリアと呼ばれる磁性粉と、着色剤であるトナーにより構成されている。画像形成の際の現像工程においては、トナーのみが消費されるので、現像剤に対してトナーが供給され、磁性粉とトナーとが攪拌されることになる。このため、画像形成装置には、現像工程により消費された分のトナーを補給するために、現像剤中のトナー濃度を測定するトナー濃度検知センサーが装備される。カラーの画像形成装置においては、たとえばシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーが現像に使用されるので、４色のトナーの各残量を検知するために４個のトナー濃度検知センサーが使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７４４９５公報
【特許文献２】特開２００６−１７１１７６公報
【特許文献３】特開２００６−１７１１７５公報
【特許文献４】特開２０１２−１６８２３２公報
【特許文献５】特開２０１４−２４０８７６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、複数の色のトナー濃度の検知のための構成については、ハードウェアリソースの低減の観点からは十分な検討がなされていなかった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、複数の色のトナー濃度の検知を低減されたハードウェアリソースで実現する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の現像装置は、トナーを含む現像剤をそれぞれ収容するＮ個（Ｎは２以上の整数）の現像容器と、前記Ｎ個の現像容器の内部の各現像剤を攪拌しつつ搬送する前記Ｎ個の攪拌搬送部材と、前記Ｎ個の現像容器のそれぞれに設けられ、前記Ｎ個の現像容器のそれぞれの内部のトナー残量を検知する前記Ｎ個のトナー検知センサーと、前記Ｎ個の攪拌搬送部材にそれぞれ設けられ、前記Ｎ個の攪拌搬送部材が回転することにより前記Ｎ個のトナー検知センサーの検知面に対向する検知領域において前記現像剤を攪拌する検知領域攪拌部と、前記Ｎ個のトナー検知センサーの出力のいずれか１つを選択して出力する切替部と、前記選択された出力を受け取って、前記Ｎ個の現像容器の内部の現像剤の残量を検知する制御部とを備える。
【０００７】
本発明の画像形成装置は、上記現像装置を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の色のトナー濃度の検知を低減されたハードウェアリソースで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の現像装置を備えた画像形成装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の現像装置の構造を示した側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の現像装置が有する攪拌搬送部材を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態の現像装置が有する濃度センサーのＮＡＮＤ発振回路の回路図である。
【図５】本発明の一実施形態の現像装置が有する攪拌搬送部材の回転角度と濃度センサーの検知状態の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の現像装置のトナー濃度検知システムのブロックダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態の現像装置を備えた画像形成装置１の全体構成を示す断面図である。本実施形態の画像形成装置１は、タンデム型のカラープリンターである。画像形成装置１は、その筐体１０内に、マゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックの各色に対応させて感光体ドラム（像担持体）３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋが一列に配置されている。感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋのそれぞれに隣接して、現像装置１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋが配置されている。
【００１２】
感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋには、露光ユニット５０から各色用のレーザー光Ｌｍ、Ｌｃ、Ｌｙ及びＬｋが照射される。この照射によって、感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋに静電潜像が形成される。現像装置１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋは、トナーを攪拌しながら、感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋの表面に形成された静電潜像にトナーを付着させる。これにより、現像工程が完了し、感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋの表面に各色のトナー像が形成される。
【００１３】
画像形成装置１は、無端状の中間転写ベルト２０を有している。中間転写ベルト２０は、テンションローラー２４、駆動ローラー２２及び従動ローラー２１に張架されている。中間転写ベルト２０は、駆動ローラー２２の回転によって循環駆動させられる。
【００１４】
たとえば感光体ドラム３０ｋ上のブラックのトナー像は、感光体ドラム３０ｋと一次転写ローラー２３ｋとで中間転写ベルト２０を挟み、中間転写ベルト２０が循環駆動させられることによって中間転写ベルト２０に一次転写される。この点は、シアン、イエロー、ブラックの３色についても同様である。中間転写ベルト２０表面には、所定のタイミングで相互に重ね合わせられるように一次転写が行われることによってフルカラートナー像が形成される。フルカラートナー像は、その後、給紙カセット６０から供給された印刷用紙Ｐに二次転写され、周知の定着工程で印刷用紙Ｐに定着される。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態の現像装置１００ｋの構造を示した側面断面図である。現像装置１００ｍ、１００ｃ及び１００ｙは、現像装置１００ｋと同一の構成を有し、単に現像装置１００とも呼ばれる（図２参照）。現像装置１００は、現像ローラー（現像剤担持体）１４４と、磁気ローラー１４３と、規制ブレード１４６と、２本の攪拌搬送部材１４１，１４２と、現像容器１４５とを備えている。
【００１６】
現像容器１４５は、現像装置１００の外郭を構成している。現像容器１４５の下部には、仕切り部１４５ｂが設けられている。仕切り部１４５ｂは、現像容器１４５の内部を第１搬送室１４５ａと第２搬送室１４５ｃとに仕切っている。第１搬送室１４５ａ及び第２搬送室１４５ｃは、図２に垂直な方向に柱状に延びており、磁性キャリアとブラックトナーからなる２成分現像剤（単に現像剤とも呼ばれる。）が収容される。第１搬送室１４５ａ及び第２搬送室１４５ｃには、それぞれ攪拌搬送部材１４１，１４２が回転可能に配置され、現像剤を攪拌する。
【００１７】
現像容器１４５は、さらに磁気ローラー１４３及び現像ローラー１４４を回転可能に保持している。現像容器１４５には、現像ローラー１４４を感光体ドラム３０（３０ｋ）に向けて露出させる開口１４７が形成されている。２本の攪拌搬送部材１４１，１４２は、それぞれ第１搬送室１４５ａ及び第２搬送室１４５ｃの内部で現像剤を攪拌しつつ循環的に移動させている。
【００１８】
攪拌搬送部材１４２は、磁気ブラシとして、帯電した現像剤を磁気ローラー１４３に供給する。規制ブレード１４６は、磁気ブラシを予め設定されている所定の高さに調整する。磁気ローラー１４３は、周知の方法で現像剤からトナーのみを現像ローラー１４４に供給する。現像ローラー１４４は、トナーを感光ドラム表面に形成された潜在画像に付着させて、逆像の可視画像を感光体ドラム３０の表面に形成する。
【００１９】
図３（ａ）は、本発明の一実施形態の現像装置１００の攪拌搬送部材１４１を示す斜視図である。図３（ｂ）は、本発明の一実施形態の現像装置１００の攪拌搬送部材１４１と濃度センサー１５０の装備状態を示す側面断面図である。攪拌搬送部材１４１は、回転軸１４１ｂと、螺旋羽根１４１ａと、リブ１４１ｒとを有し、一体として構成されている。回転軸１４１ｂは、図示しないモーターによって回転駆動される。螺旋羽根１４１ａは、回転軸１４１ｂの軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成されている。リブ１４１ｒは、現像剤の搬送速度を調節するための部材である。
【００２０】
攪拌搬送部材１４１は、さらに濃度センサー１５０に対向する領域（検知領域とも呼ばれる。）にスクレーパー１４１Ｓを有している。スクレーパー１４１Ｓは、同一形状の不織布１４１Ｓ１とポリエチレンシート１４１Ｓ２とを有し、図示しない接着層で螺旋羽根１４１ａに接着されている。スクレーパー１４１Ｓは、攪拌搬送部材１４１の回転時に検知面１５０ａを清掃することができるような長さを有している。
【００２１】
攪拌搬送部材１４１は、回転することによって現像剤を攪拌するとともに、スクレーパー１４１Ｓで検知面１５０ａ上に堆積する現像剤を除去して、現像剤の滞留を抑制することができる。これにより、検知領域において、現像剤が滞留（たとえば検知面１５０ａへの付着や堆積）することによる誤検知（誤差）を抑制することができる。スクレーパー１４１Ｓは、検知領域攪拌部とも呼ばれる。
【００２２】
図４は、本発明の一実施形態の現像装置１００が有する濃度センサー１５０のＮＡＮＤ発振回路１５１の回路図である。濃度センサー１５０は、ＮＡＮＤゲート（たとえば７４ＨＣ００）を使用したＮＡＮＤ発振回路１５１を有している。ＮＡＮＤ発振回路１５１は、２個のインバータＮ１，Ｎ２と、２個の抵抗Ｒｆ，Ｒｄと、コイルＬと、２個のコンデンサＣ１，Ｃ２とを備えている。２個のインバータＮ１，Ｎ２は、直列に接続されている。インバータＮ２の出力は、ＮＡＮＤ発振回路１５１の出力（濃度センサー１５０の出力）となっている。
【００２３】
ＮＡＮＤ発振回路１５１は、以下のような接続で構成されている。インバータＮ１には、抵抗Ｒｆが並列に接続されている。インバータＮ１には、さらに抵抗ＲｄとコイルＬの直列回路が並列に接続されている。抵抗ＲｄとコイルＬの接続点は、コンデンサＣ２を介して接地されている。コイルＬとインバータＮ１の入力の接続点は、コンデンサＣ１を介して接地されている。ＮＡＮＤ発振回路１５１は、周知のように２個のコンデンサＣ１，Ｃ２の充放電とともにインバータＮ１が論理値の反転を繰り返させることによって発振する。
【００２４】
コイルＬは、検知面１５０ａ上の現像剤中のトナー濃度に応じてインダクタンスが変化するように配置されている。具体的には、コイルＬが発生させる磁束が検知面１５０ａ上の現像剤中を貫通するように配置されている。コイルＬは、トナー濃度が高くなるほど磁性キャリアに対する磁気を通さないトナーの割合が増加するので、透磁率が低下してインダクタンスが低下する。一方、コイルＬは、トナー濃度が低くなるほど磁性キャリアに対する磁気を通さないトナーの割合が低下するので、透磁率が大きくなってインダクタンスも大きくなる。
【００２５】
このように、濃度センサー１５０では、コイルＬのインダクタンスの変化に応じてＮＡＮＤ発振回路１５１の共振周波数が変化する。具体的には、トナー濃度が高くなってコイルＬのインダクタンスが低下すると共振周波数が高くなり、トナー濃度が低くなってコイルＬのインダクタンスが大きくなると共振周波数が低くなる。濃度センサー１５０は、トナー検知センサーとも呼ばれる。
【００２６】
図５は、本発明の一実施形態の現像装置１００が有する攪拌搬送部材１４１の回転角度と濃度センサー１５０の検知状態の関係を示す説明図である。図５は、攪拌搬送部材１４１の回転角度が相違する４つの状態Ｓ１〜Ｓ４と、濃度センサー１５０で検知されたそのときの波形を示している。４つの状態Ｓ１〜Ｓ４は、攪拌搬送部材１４１のスクレーパー１４１Ｓで攪拌される現像剤の状態を示している。４つの状態Ｓ１〜Ｓ４では、現像剤の状態Ｄ１，Ｄ２も示されている。現像剤の状態Ｄ１は、スクレーパー１４１Ｓで押された状態の比較的に密度の高い現像剤の状態を示している。現像剤の状態Ｄ２は、堆積している比較的に密度の低い現像剤の状態を示している。
【００２７】
状態Ｓ１では、比較的に密度の高い現像剤Ｄ１が濃度センサー１５０によって検知されている。現像剤Ｄ１は、空気よりも透磁率が高いので、検知周波数が低下している。状態Ｓ２では、比較的に密度の高い現像剤Ｄ１が濃度センサー１５０から離れつつあるので空気の透磁率が徐々に支配的となって検知周波数が上昇している。状態Ｓ３では、比較的に密度の高い現像剤Ｄ１が濃度センサー１５０から大きく離れ、さらに検知周波数が上昇している。状態Ｓ４では、比較的に密度の低い現像剤Ｄ２が濃度センサー１５０の上側に流れ込みを開始し、検知周波数が下降に転じている。
【００２８】
本願発明者は、このように濃度センサー１５０の検知周波数が一定の攪拌周期で変化することを見いだした。さらに、状態Ｓ１では、比較的に密度の高い現像剤Ｄ１が濃度センサー１５０によって検知されているので、状態Ｓ１が現像剤の透磁率の変化が最も顕著に検出できる角度であることも本願発明者によって見いだされた。
【００２９】
このように、濃度センサー１５０の検知周波数は、以下の特徴を有していることが本願発明者によって見いだされた。
特徴１：濃度センサー１５０の検知周波数は、トナーの減少で周波数が低下する。
特徴２：濃度センサー１５０の検知周波数は、一定の攪拌周期で変化する。
特徴１と特徴２を考慮すると、攪拌周期内で最も低い周波数を検出し、その周波数が予め設定されている閾値よりも小さくなったか否かでトナーの濃度低下を検知できることになる。周波数は、たとえばカウンタを使用し、攪拌周期内の一定時間毎のパルスのカウント値として検知することができる。
【００３０】
図６は、本発明の一実施形態の現像装置１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋのトナー濃度検知システム１７０のブロックダイアグラムである。トナー濃度検知システム１７０は、制御部１７１と、回転角度センサー１７２と、４個の濃度センサー１５０ｍ、１５０ｃ、１５０ｙ及び１５０ｋと、切替装置１７４とを有している。回転角度センサー１７２は、たとえばロータリーエンコーダや回転式スイッチが利用可能であり、現像装置１００ｍが有する攪拌搬送部材１４１ｍの回転角度を計測する。４個の濃度センサー１５０ｍ、１５０ｃ、１５０ｙ及び１５０ｋは、同一の構成を有し、上述のようにそれぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックのトナーの濃度を検知する。
【００３１】
４個の攪拌搬送部材１４１ｍ、１４１ｃ、１４１ｙ及び１４１ｋは、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの現像剤を攪拌する。攪拌搬送部材１４１ｍ、１４１ｃ、１４１ｙ及び１４１ｋは、以下の関係を維持しつつ同期して駆動されている。具体的には、たとえばギア駆動（図示せず）やチェーン駆動で、攪拌搬送部材１４１ｍ、１４１ｃ、１４１ｙ及び１４１ｋを駆動することで実現可能である。
【００３２】
４個の攪拌搬送部材１４１ｍ、１４１ｃ、１４１ｙ及び１４１ｋは、等間隔（または予め設定された不当間隔の角度差）に位相差を有し、本実施形態では、相互に以下の位相関係（位相差）を有している。すなわち、攪拌搬送部材１４１ｃは、攪拌搬送部材１４１ｍに対して時計方向に９０度位相が進んでいる。攪拌搬送部材１４１ｙは、攪拌搬送部材１４１ｃに対して時計方向に９０度位相が進んでいる。攪拌搬送部材１４１ｋは、攪拌搬送部材１４１ｙに対して時計方向に９０度位相が進んでいる。攪拌搬送部材１４１ｍは、攪拌搬送部材１４１ｋに対して時計方向に９０度位相が進んでいる。
【００３３】
切替装置１７４は、制御部１７１からの切替タイミング信号Ｔｓに基づいて切り替えられる。切替タイミング信号Ｔｓは、４個の攪拌搬送部材１４１ｍ、１４１ｃ、１４１ｙ及び１４１ｋの検知面１５０ａに対する角度が予め設定された角度（設定角度）となったと制御部１７１で決定されたときに制御部１７１から切替装置１７４に出力される。設定角度となったとの決定は、制御部１７１に入力される回転角度センサー１７２の出力に基づいて行われる。
【００３４】
具体的には、制御部１７１は、４個の攪拌搬送部材１４１ｍ、１４１ｃ、１４１ｙ及び１４１ｋのいずれか角度が図５の状態Ｓ１の近傍位置となったと決定したときに、濃度センサー１５０ｍ、１５０ｃ、１５０ｙ及び１５０ｋのうちの決定対象となったものの出力信号を制御部１７１に接続する。制御部１７１は、図示しないＣＰＵから構成され、濃度センサー１５０ｍ、１５０ｃ、１５０ｙ及び１５０ｋの出力信号は、パルスとしてＣＰＵのデジタルポート（図示せず）に入力されている。制御部１７１は、単位時間あたりのパルス数としてトナー濃度を検知する。
【００３５】
このように、本実施形態のトナー濃度検知システムによれば、４個の攪拌搬送部材１４１ｍ、１４１ｃ、１４１ｙ及び１４１ｋの角度を単一の回転角度センサー１７２で検知し、ＣＰＵのデジタルポートも１つで処理することができる。４個の攪拌搬送部材１４１ｍ、１４１ｃ、１４１ｙ及び１４１ｋは、予め分かっている位相差で回転するので、そのうちの何れか１つの角度を検知することで、全ての角度を検知することが可能だからである。このように、本実施形態のトナー濃度検知システムによれば、低減されたハードウェアで４色の現像剤の残量を検知することができる。
【００３６】
本発明は、上記実施形態だけでなく、以下のような変形例でも実施することができる。
【００３７】
変形例１：上記実施形態では、４色の現像剤の残量が検知されているが、複数であれば本発明の適用が可能である。
【００３８】
変形例２：上記実施形態では、攪拌搬送部材がスクレーパーを有しているが、必ずしもスクレーパーを有している必要はなく、検知領域を一定の周期で現像剤の状態を変動させる検知領域攪拌部を有していればよい。ただし、スクレーパーを有していれば、検知領域に現像剤が滞留（たとえば検知面への付着や堆積）することによる誤検知（誤差）を抑制することができる。
【００３９】
変形例３：上記実施形態では、切替装置は、回転角度センサーによって計測された角度に基づいて、制御部への出力を切り替えているが、必ずしも回転角度センサーを使用する必要はない。複数の検知領域攪拌部の１つの角度について最も周波数が低い位相を検知し、他の検知領域攪拌部についても予め設定されている位相の相違に基づいて切り替えるようにしてもよい。切替装置は、切替部とも呼ばれる。
【００４０】
変形例４：上記実施形態では、複数の検知領域攪拌部は、予め設定されている位相差で同期して回転するように構成されているが、必ずしも位相差がなくてもよく、同一の位相差を有していてもよい。ただし、同一の位相差を有している場合には、１回転毎に１色の検知となるが、上記実施例では、１回転毎に全色の検知を実現することができるという利点がある。
【符号の説明】
【００４１】
１  画像形成装置
１０  筐体
２２  駆動ローラー
２３ｋ  一次転写ローラー
２４  テンションローラー
３０ｋ、３０ｍ、３０ｙ、３０ｃ  感光体ドラム
５０  露光ユニット
６０  給紙カセット
１００、１００ｃ、１００ｍ、１００ｙ、１００ｋ  現像装置
１４１、１４２  攪拌搬送部材
１４１Ｓ  スクレーパー（検知領域攪拌部）
１４３  磁気ローラー
１４４  現像ローラー
１４５  現像容器
１４５ａ  第１搬送室
１４７  開口
１５０  濃度センサー（トナー検知センサー）
１５０ａ  検知面
１５１  発振回路
１７１  制御部
１７２  回転角度センサー
１７４  切替装置（切替部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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