(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながら、トナー濃度を安定して適正に検出することができ、適切なトナー量を補給することが可能な現像装置を提供することを目的とする。【解決手段】トナーとキャリアとを含んだ現像剤Ｅを収容する現像剤収容室８ａと、該現像剤収容室内に配設され、現像剤を攪拌しながら搬送させる攪拌搬送手段と、該現像剤収容室内のトナー濃度を検出するトナーセンサ８ｂとを備えており、該トナーセンサの出力値に基づいて、トナーを補給する制御を行う現像装置８であって、トナーセンサは、攪拌搬送手段の搬送方向に沿って、上記現像剤収容室の外側部に２個以上設けられ、該２個以上のトナーセンサは、同じ条件でトナー濃度の検出を行った際に、互いの検出周期を打ち消しあう位置に配置されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとを含んだ現像剤を収容する現像剤収容室と、該現像剤収容室内に配設され、現像剤を攪拌しながら搬送させる攪拌搬送手段と、該現像剤収容室内のトナー濃度を検出するトナーセンサとを備えており、該トナーセンサの出力値に基づいて、トナーを補給する制御を行う現像装置であって、
上記トナーセンサは、上記攪拌搬送手段の搬送方向に沿って、上記現像剤収容室の外側部に２個以上設けられ、
該２個以上のトナーセンサは、同じ条件でトナー濃度の検出を行った際に、互いの検出周期を打ち消しあう位置に配置されることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において、
上記攪拌搬送手段が、スパイラル羽根が等間隔で形成されたスクリューからなり、上記トナーセンサによる検出周期は、スパイラル羽根の形成態様に基づくものであることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の現像装置において、
前記２個以上のトナーセンサの出力値の和に基づいて、トナー補給制御を行うことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の現像装置において、
前記２個以上のトナーセンサの出力値の平均値に基づいて、トナー補給制御を行うことを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファクシミリ装置、複写機或いはプリンタ（これらの複合機も含む）等の画像形成装置に備えられた現像装置に関し、詳しくは、トナー濃度に基づいて、トナーを補給する制御を行う現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような画像形成装置としては、用紙カセット等を備えた給紙部から、１枚ずつ用紙（記録紙）を繰出し、用紙搬送路の途中に配設された搬送ローラ対（レジストローラ対）を経て電子写真記録部の感光体ドラム及び転写ローラの対合部に給送し、現像装置からトナーを供給して、感光体ドラム表面のトナー画像を記録紙に転写させ、定着器で永久画像として定着させた後排出させるようにした電子写真式画像記録部を備えたものが挙げられる。
画像形成装置の現像剤としては、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤（以下、現像剤という）を用いたものが知られており、トナーとキャリアとを摩擦させることにより、トナーが帯電され、この帯電されたトナーによってトナー画像が形成される。
【０００３】
現像装置には、トナー画像を形成する際に、帯電されたトナーのみを感光体ドラムに静電的に付着供給させるため、感光体ドラムへ供給されたトナーと同量のトナーを随時補給する機能が装備されており、補給されるトナーと残っている現像剤とを攪拌混合させながら、トナーに所定の値の帯電量が付与されるよう構成されている。このとき、均質で高画質な画像を形成するには、補給されるトナーと残っている現像剤とが上手く攪拌混合されること、また攪拌混合された現像剤中のトナーの分量（濃度）を一定値に保たれることが求められる。
そこで、トナーセンサを用いてトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）を測定し、トナー濃度が低くなると、トナーホッパー内のトナーを現像装置内に補給することにより、トナーの分量（濃度）が一定値にコントロールされたものが採用されている。
【０００４】
しかしながら、現像剤はスパイラル羽根を備えたスクリューによって攪拌搬送されているため、スクリューの送り速度やピッチ等に起因した周期的なうねりや脈打ち等が生じてしまい、トナーセンサでトナー濃度を検出するタイミングによっては出力値が異なる等、実際のトナー濃度を適正に測定することが難しいという問題があった。
【０００５】
下記特許文献１には、現像装置におけるトナー濃度検知方法において、トナー濃度センサの出力を検知する読み取り周期の１周期を、現像剤攪拌スクリューの回転周期の半分の周期と等しいものとしたり、トナー濃度センサの出力値を３点以上読み取り、測定時間における開始点と終了点以外の測定点に２倍の重みをつけて平均値を計算することにより、正確なトナー濃度検知を図った方法が開示されている。またトナー濃度センサの出力値を読み取る毎に、前回の出力値との平均値を計算するトナー濃度検知方法やトナー濃度センサの出力を４点以上読み取り、且つ測定点数が偶数であることを特徴とするトナー濃度検知方法が開示されている。
【０００６】
また下記特許文献２には、トナー濃度センサからのトナー濃度信号を２０ｍｓ間隔で１０回サンプリングし、その平均値をトナー濃度値として算出し、現像器へのトナー補給量を決定するものが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−５７９３８号公報
【特許文献２】特開２００１−３２４９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された現像装置によるトナー濃度検知方法は、１個のトナー濃度センサで検知された数値から、読み取り周期を決定し、その出力波形から測定点数を３点以上読み取って、平均値等を計算したトナー濃度検知方法であり、また特許文献２に開示されたものも、１個のトナー濃度センサで検出された数値を所定間隔、所定回数サンプリングし、その平均値をトナー濃度値として決定して、トナー補給量を画像形成速度によって制御するというものである。よって１個のトナー濃度センサから出力される値のノイズや測定誤差は解消できても、トナー濃度を検出するタイミングによる誤差を解消することができず、安定して適正な数値を得ることができないものであった。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、簡易な構成でありながら、トナー濃度を安定して適正に検出することができ、適切なトナー量を補給することが可能な現像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る現像装置は、トナーとキャリアとを含んだ現像剤を収容する現像剤収容室と、該現像剤収容室内に配設され、現像剤を攪拌しながら搬送させる攪拌搬送手段と、該現像剤収容室内のトナー濃度を検出するトナーセンサとを備えており、該トナーセンサの出力値に基づいて、トナーを補給する制御を行う現像装置であって、上記トナーセンサは、上記攪拌搬送手段の搬送方向に沿って、上記現像剤収容室の外側部に２個以上設けられ、該２個以上のトナーセンサは、同じ条件でトナー濃度の検出を行った際に、互いの検出周期を打ち消しあう位置に配置されることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、攪拌搬送手段は、スパイラル羽根が等間隔で形成されたスクリューからなり、トナーセンサによる検出周期は、スパイラル羽根の形成態様に基づくものとすることができる。またトナー補給の制御は、２個以上のトナーセンサの出力値の和に基づいて行うものとすることもできるし、２個以上のトナーセンサの出力値の平均値に基づいて、トナー補給制御を行うものとすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の現像装置によれば、攪拌搬送手段の搬送方向に沿って、現像剤収容室の外側部にトナーセンサが２個以上設けられ、該２個以上のトナーセンサは、同じ条件でトナー濃度の検出を行った際に、互いの検出周期を打ち消しあう位置に配置され、該トナーセンサの出力値に基づいて、トナーを補給する制御を行うので、トナー濃度を検出するタイミングにかかわらず、安定して適正な出力値に基づいて、トナー補給の制御を行うことができる。従って、トナーの帯電過多やトナー不足を防ぐことができ、均質で高画質な画像を形成することができる。
【００１２】
また、攪拌搬送手段は、スパイラル羽根が等間隔で形成されたスクリューからなり、トナーセンサによる検出周期は、スパイラル羽根の形成態様に基づくものとすることができる。従って、現像剤が該スクリューによって攪拌搬送されることにより、うねり・脈打ちが生じても、２個以上のトナーセンサが、その検出周期を打ち消しあう位置に配置されているから、その検出情報は実際のトナー濃度に近似され、この測定されたトナー濃度に基づいてトナーを補給する制御がなされるので、適切な量のトナーを補給することができる。
【００１３】
更に、トナー補給の制御は、２個以上のトナーセンサの出力値の和や２個以上のトナーセンサの出力値の平均値に基づいて、トナー補給制御を行うものとすれば、現像剤のうねり・脈打ちにかかわらず、安定して適正な出力値を算出することができ、適切な量のトナーを補給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の現像装置が採用された画像形成装置の一例を示す縦断面図、図２は同現像装置に設けられた攪拌搬送手段の一実施形態を示す平面図であり、図３は図２の第一のスクリューの要部拡大断面図、図４（ａ）（ｂ）はトナーセンサによる出力波形の例を示すグラフである。
【実施例１】
【００１５】
図１に示す画像形成装置Ａは、電子写真方式の記録部を備えたプリンタを例に採って示しているが、これに限らず、画像読取装置を備えた複写機、ファクシミリ装置或いはこれらの機能を兼ね備えた所謂複合機等であっても良いことは言うまでもない。図において、画像形成装置Ａの装置本体１は、記録紙（用紙）の給紙部２と、電子写真方式の画像記録部３と、印字後の記録紙の排出部４とが、この順序で高さ方向に層積されて構成されている。記録紙の給紙部２は、多数枚の記録紙を堆積収納し得る抜差し可能な給紙カセット２ａと、該給紙カセット２ａの前端部に設置された分離給紙ローラ（ピックアップローラ）２ｂと、該分離給紙ローラ２ｂの周面に弾接する分離パッド２ｃとよりなる。給紙部２は、図例のような１段カセット方式に限らず、多段カセット方式、或いはオプションカセット方式とすることも可能である。
【００１６】
画像記録部３は、感光体ドラム５の周囲に、帯電器６、ＬＥＤ等からなる露光器７、現像装置８、転写ローラ９及び残留トナー除去装置１０をこの順序で配したプロセス部と、その下流側の定着器１１とより構成される。これらプロセス部は、露光器７及び転写ローラ９を除き、感光体ドラム５、帯電器６及び残留トナー除去装置１０を一括したドラムユニット５０と、トナー容器、攪拌手段及び現像ローラ８４等を一括した現像ユニット８０とよりなるプロセスユニットとされ、ドラムユニット５０及び現像ユニット８０は、装置本体１に対してその前面側より個々に或いは両者を何等かの結合手段で結合した状態で着脱可能に装着される。また、露光器７及び転写ローラ９を除く全てのプロセス部を一括してプロセスユニットとすることも可能である。ここで、装置本体１の前面側とは、図１における紙面手前側を言い、奥側を背面側と言う。
【００１７】
定着器１１の下流側には、切替ゲート４ａ、排出ローラ対４ｂ及び排出トレイ４ｃが連設され、これらによって排出部４が構成される。上記プロセス部の上流側近傍には、レジストローラ対１４が配設され、上記給紙カセット２ａから、分離給紙ローラ２ｂ及び分離パッド２ｃの作用により１枚ずつ分離繰出された記録紙（用紙）は、該レジストローラ対１４によりレジストされて、前記感光体ドラム５と転写ローラ９との対合部に導入される。感光体ドラム５は図１の矢示方向に回転しながら、帯電器６によりその表面が一様に帯電され、画像情報に基づく光学画像が露光器７によって感光体ドラム５の表面に照射され、感光体ドラム５の表面には静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体ドラム５の表面の光導電体の特性により、光の照射部分の電位が変化し、その他の部位の電位が維持されて形成されるものである。
【００１８】
そして、この静電潜像は、バイアス印加された現像装置８で逐次現像されてトナー画像として感光体ドラム５と転写ローラ９との対合部に至る。この現像の際、光の照射により電位が変化した部位には、現像器８との電位差によりトナーが感光体ドラム５に吸引されて黒部分となり、その他の部分にはトナーは吸引されず白部分となって、全体として、画像情報に基づく白黒のトナー画像が形成されるのである。上記レジストローラ対１４は、感光体ドラム５の表面のトナー画像に同期して記録紙がこの対合部に導入されるようレジスト制御されて回転駆動される。
【００１９】
転写ローラ９はバイアス印加されており、感光体ドラム５と対合され且つ矢示方向（感光体ドラム５とウイズ方向）に回転駆動されながら記録紙をニップ搬送し、この間感光体ドラム５の表面のトナー像が記録紙に転写される。感光体ドラム５の表面に残ったトナーは、残留トナー除去装置１０で除去・回収される。トナー像が転写された記録紙は、定着器１１に導入され、永久画像として定着された後、切替ゲート４ａを押し上げ、排出ローラ対４ｂを経て排出トレイ４ｃ上に排出される。この一連の記録紙の給送は、給紙カセット２ａからの繰出し直後に略垂直（鉛直）に立ち上がり、排出ローラ対４ｂでは給紙カセット２ａからの繰出し方向とは略１８０度の方向にＵターンするような主給送パスＰに沿ってなされる。このようなレイアウト構成により、装置全体のコンパクト化が図られる。
【００２０】
図例の画像形成装置Ａは、両面記録機能を備えており、上記主給送パスＰの切替ゲート４ａの取付け位置から、前記レジストローラ対１４の上流側で上記主給送パスＰに循環合流する反転給送パスＰ１が形成されている。前記排出ローラ対４ｂは、正逆転可能とされ、また、反転給送パスＰ１には搬送ローラ対１５、１６が配設されており、両面記録する場合は、上記のように片面記録がされた記録紙が主給送パスＰに沿って搬送され、記録紙の後端が排出ローラ対４ｂに至ると、該排出ローラ対４ｂは一旦停止して記録紙の後端をニップする。次いで、排出ローラ対４ｂが逆転し、記録紙はその後端より搬送ローラ対１５、１６によって反転給送パスＰ１を搬送され、主給送パスＰに合流し、レジストローラ対１４に至る。該レジストローラ対１４によってレジストされて、再度感光体ドラム５と転写ローラ９との対合部に導入されてその裏面の記録がなされる。両面記録された記録紙は、その後、上記同様主給送パスＰに沿って排出トレイ４ｃ上に排出される。
【００２１】
また図例の画像形成装置Ａは、記録紙の手差機能を更に備えており、装置本体１の側部には上下に開閉可能な手差トレイ１７が付設されている。該手差トレイ１７は、使用しない時は、図１の２点鎖線のように閉止され、把手１７ａをして開閉が可能とされている。該手差トレイ１７の前端部には分離給紙ローラ１７ｂと分離パッド１７ｃとが弾接状態で配設され、その更に下流側には主給送パスＰに合流する手差給送パスＰ２が連設されている。
【００２２】
上記手差トレイ１７を用いて画像記録をする場合、上記把手１７ａをして手差トレイ１７を開け、その上に記録紙をセットし、適宜スタート操作により、手差給紙ローラ１７ｂを作動させる。手差トレイ１７上の記録紙は、分離給紙ローラ１７ｂと分離パッド１７ｃとの作用により１枚ずつ分離されて繰出され、手差給送パスＰ２を搬送され、主給送パスＰに合流する。その後、レジストローラ対１４によってレジストされて、感光体ドラム５と転写ローラ９との対合部に導入されて記録がなされる。手差記録紙に両面記録する場合、記録紙は排出ローラ対４ｂの逆転により、反転給送パスＰ１を搬送され、上記の通りその裏面記録がなされる。記録が完了した記録紙は、排出ローラ対４ｂによって排出トレイ４ｃ上に排出される。
【００２３】
現像装置８は、２成分現像剤を用いる方式の現像装置であって、現像剤収容室８ａ内にはトナーとキャリアとでなる現像剤Ｅが収容され、現像剤収容室８ａ内には現像剤Ｅを攪拌しながら搬送させる攪拌搬送手段が配設されている。攪拌搬送手段は、スパイラル羽根が等間隔で形成されたスクリュー（オーガ）からなり、図例のものは、２本の第一のスクリュー８１と第２のスクリュー８２とが平行に配設され、現像剤Ｅを攪拌・搬送しながら、給送パドル８３により、バイアス印加された現像ローラ８４に現像剤Ｅを供給するようになされている。この現像装置８を含むプロセス部から離間した位置には、トナーホッパー１２が設置され、上記トナーセンサ８ｂにより現像剤収容室８ａ内のトナー濃度が低下したことが検出されると、スクリューコンベア（パイプスクリュー）１３を介してトナーがトナー補給口８ｃより現像剤収容室８ａ内に補給される。トナーホッパー１２内には、アジテータ１２ａ及び給送用スクリュー１２ｂが配設されている。
【００２４】
図２は、図１における画像形成装置Ａの現像装置８の攪拌搬送手段を示した平面図である。Ｓ１、Ｓ２は、各々のトナーセンサ８ｂの検出点を示している。
第一のスクリュー８１及び第二のスクリュー８２は、螺旋形状のスパイラル羽根８１ａ、８２ａが等間隔で形成されてなり、第一のスクリュー８１が配される現像剤収容室８ａの外側部には、第一のスクリュー８１の搬送方向に沿って、２個以上の磁気センサからなるトナーセンサ８ｂが付設され、現像剤収容室８ａ内のトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）が常時検出される。図例のものは、現像剤収容室８ａの底部に２個のトナーセンサ８ｂが設けられた例を示している。ここに用いられる磁気センサの種類は限定されるものではないが、現像剤Ｅの透磁率、量、流動性等の変化からトナー濃度を検出するものであればよい。
【００２５】
第一のスクリュー８１と第二のスクリュー８２とは現像剤Ｅを互いに逆方向に搬送回転し（第１のスクリュー８１では、図２の左から右へ、第２のスクリュー８２では右から左へ）、トナーとキャリアとからなる現像剤Ｅを循環搬送しながら十分に攪拌することにより、摩擦によるトナー帯電を行っている。第一のスクリュー８１と第二のスクリュー８２との間には隔壁８ｄが設けられ、これによって現像剤収容室８ａ内は二つに仕切られており、該隔壁８ｄの両端を切り欠いて形成された低壁部８ｅ、８ｆによって二つに仕切られた現像剤収容室８ａがつながっている。
トナー補給口８ｃから補給されたトナーは、まず第一のスクリュー８１側に補給され、第一のスクリュー８１の回転駆動によって収容されている現像剤Ｅと混合され、攪拌・搬送される。そして低壁部８ｅまで搬送された現像剤Ｅはここから第二のスクリュー８２側に搬送され、次は第一のスクリュー８１とは逆方向に攪拌・搬送される。一部の現像剤Ｅは必要に応じて給送パドル８３によりバイアス印加された現像ローラ８４に供給される一方、低壁部８ｆまで搬送されてきた現像剤Ｅは、ここから第一のスクリュー８１側に循環搬送され、このような流れが繰り返し行われる。
【００２６】
図３は、図２の第一のスクリュー８１の要部拡大断面図である。
２個のトナーセンサ８ｂは、同じ条件でトナー濃度の検出を行った際に、互いの検出周期を打ち消しあう位置に設置され、そのトナーセンサ８ｂによる検出周期は、スパイラル羽根８１ａの形成態様に基づくものである。
即ち、スパイラル羽根８１ａの形成態様に基づいて、互いの検出周期を打ち消しあう逆位相の位置に設置されることになるので、検出点Ｓ１が定まれば、この設置位置に基づいて検出点Ｓ２の位置設定ができるといえる。例えば第一のスクリュー８１のスパイラル羽根８１ａのＤを１ピッチとして（図３参照）、検出点をＳ１に位置に設定した場合、検出点Ｓ２の位置は、ｎＤ＋Ｄ／２の位置に設置すればよいことになる（ｎは０を含む正の整数）。
【００２７】
検出点Ｓ１、Ｓ２の上を現像剤Ｅが攪拌・搬送される際に、夫々のトナーセンサ８ｂによってトナー濃度が検出され、ここで検出された出力値の和、或いは出力値の平均値に基づいて、現像剤収容室８ａ内の現像剤Ｅ中のトナー濃度が一定に保たれるよう、随時必要な量だけトナー補給口８ｃより、トナーが補給される。
このトナー補給制御は、画像形成装置Ａに設けられた制御部（不図示）でなされ、所定の閾値を設定し、算出された出力値が閾値を下回った場合は、トナー濃度が低下したとして、トナーホッパー１２内に収容されたトナーが不足分だけスクリューコンベア１３を介して現像剤収容室８ａに補給される。
これによれば、攪拌・搬送される現像剤Ｅに、第一スクリュー８１の送り速度やピッチ等に起因した周期的なうねり・脈打ちが生じても、安定して適正な出力値を算出することができ、適切な量のトナーを補給することができる。またこのように、適切な量のトナーを補給することができるので、トナーの帯電過多やトナー不足が生じることを防ぐことができ、均質で高画質な画像を形成することができる。
【００２８】
図４（ａ）（ｂ）はトナーセンサ８ｂによる出力波形の例を示すグラフである。該グラフの縦軸はトナー濃度（ｗｔ％）、横軸は時間（ｔ）であり、トナーセンサ８ｂとしては、現像剤Ｅの磁性体の透磁率を利用して検知する磁気センサを用いた。図４（ａ）は検出点Ｓ１で測定された出力波形、図４（ｂ）は検出点Ｓ２で測定された出力波形を示しており、トナーセンサ８ｂは、同じ条件でトナー濃度の検出を行っている。
図４（ａ）（ｂ）に示す出力波形の１周期（検出周期）は、スパイラル羽根８１ａの１ピッチに相当し、これが繰り返される。即ち、トナーセンサ８ｂによる検出周期はスパイラル羽根８１ａの形成態様に基づき、第一のスクリュー８１内の現像剤Ｅの動きに対応する。
【００２９】
図４（ａ）（ｂ）に示した出力波形からも明らかなように、上述のように検出点Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、逆位相の出力波形を検出することができる。
これによれば、１個のトナーセンサ８ｂによる出力値が、スクリュー８１で搬送されることに起因するうねり・脈打ちによって増減を繰り返しても、逆位相の位置に設置されたもう１個のトナーセンサ８ｂによる出力値との和や平均値をトナー濃度として、検出を行うので、トナー濃度を検出するタイミングや現像剤Ｅの一時的な量の増減にかかわらず、安定して実際のトナー濃度に近似した適正な出力値に基づいて、トナー補給の制御を行うことができる。
【００３０】
尚、現像剤収容室８ａの外側部に設けられるトナーセンサ８ｂは２個に限定されるものではなく、２個以上設置した場合にも本発明は適用可能であり、検出点Ｓ１及びＳ２で検出した夫々のトナーセンサ８ｂの出力値を２回以上サンプリングして、その値の平均値をトナーセンサ８ｂの出力値としてもよい。また画像形成装置Ａ、現像装置８、及び現像剤収容室８ａの構成は、図例のものに限定されない点は言うまでもなく、更にスクリュー８１、８２のスパイラル羽根の形状や搬送方向等は図例のものに限られるものでない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の現像装置が採用された画像形成装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】同現像装置に設けられた攪拌搬送手段の一実施形態を示す平面図である。
【図３】図２の第一のスクリューの要部拡大断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、トナーセンサによる出力波形の例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
８０    現像ユニット
８      現像装置
８ａ      現像剤収容室
８ｂ      トナーセンサ
８１、８２      スクリュー（攪拌搬送手段）
Ｓ１、Ｓ２      検出点
Ａ      画像形成装置
Ｅ      現像剤
【図１】
2007310259.tif 000003
【図２】
2007310259.tif 000004
【図３】
2007310259.tif 000005
【図４】
2007310259.tif 000006