(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体上の潜像を液体現像剤を用いて現像する現像装置において、
現像に用いる液体現像剤を貯蔵する貯蔵タンクと、
該貯蔵タンク内の液体現像剤を撹拌し、該貯蔵タンク内の液体現像剤の液面に液流を生じさせる撹拌手段と、
前記貯蔵タンク内における所定の高さ範囲内で液体現像剤の液面位置を検知する液面位置検知装置とを備え、
前記液面位置検知装置は、
上端部が回転軸に取り付けられ、下端部が前記液面における液流に接して前記液面の高さに応じた位置をとる検知用部材を有し、該検知用部材の下端が前記液面の前記所定の高さ範囲の最下位置で前記回転軸の直下から外れた位置を取り、前記液面が高いほど該位置から円弧状の軌跡を通って上昇し、この下端の位置に応じた前記検知用部材の前記回転軸回りの回転角度から前記液面の高さを検知するように構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
前記液面位置検知装置は、前記検知用部材の前記回転軸回りの回転角度を検知するポテンショメータを有することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の現像装置を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液面位置を検知する液面位置検知装置にかかり、詳しくは、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に用いる液体現像剤を含む全ての液体の流動した液面位置を検知す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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液面位置を検知する方法として以下のようなものが知られている。
例えば、液体現像剤の液面位置を検知する装置として、液体現像剤の浮力を利用して液体にフロートを浮かべ液面の上下移動に追従して移動するフロートの位置を検知する方法がある。
また、他の方法としては、温度によって抵抗値が変化する感温素子に電流を流して発熱させておき、感温素子の位置に液面が到達しているか否かを、空気中と液体中との放熱量の差によって生じる感温素子の温度変化を抵抗値の変化によって推測することで検知する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような方法を用いた液面検知装置では、場合によっては液面位置を正確に検知できなくなる恐れがあることが分かった。そして、本発明者らがこの不具合の原因を追求したところ、以下のことが分かった。
【０００４】
上記フロートを用いた場合、液体現像剤が高粘性である場合には、フロートが貯留部側壁やフロートが液面位置の移動に伴って上下方向にのみ移動するようガイドするガイド部材等に貼り付いてしまい液面の上下動に追従した移動をしなくなり、液面位置が正確に検知できなくなってしまう。
また、上記感温素子を用いた場合、液体現像剤が高粘性であると、感温素子から熱を奪うことで温度が上昇した液体がそのまま感温素子近傍に留まってしまい、感温素子から熱を奪い続けられなくなる。そして、液中と空気中とで放熱量に明確な差が出なくなり、感温素子の抵抗値の差も明確に出なくなって、抵抗値の変化から液面位置を正しく推測することができなくなってしまう。
【０００５】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、液体の粘度に関わらず正確な液面位置を検知することができる現像装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体上の潜像を液体現像剤を用いて現像する現像装置において、現像に用いる液体現像剤を貯蔵する貯蔵タンクと、該貯蔵タンク内の液体現像剤を撹拌し、該貯蔵タンク内の液体現像剤の液面に液流を生じさせる撹拌手段と、前記貯蔵タンク内における所定の高さ範囲内で液体現像剤の液面位置を検知する液面位置検知装置とを備え、前記液面位置検知装置は、上端部が回転軸に取り付けられ、下端部が前記液面における液流に接して前記液面の高さに応じた位置をとる検知用部材を有し、該検知用部材の下端が前記液面の前記所定の高さ範囲の最下位置で前記回転軸の直下から外れた位置を取り、前記液面が高いほど該位置から円弧状の軌跡を通って上昇し、この下端の位置に応じた前記検知用部材の前記回転軸回りの回転角度から前記液面の高さを検知するように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、
前記液面位置検知装置は、前記検知用部材の前記回転軸回りの回転角度を検知するポテンショメータを有することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、画像形成装置において請求項１又は２の現像装置を有することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１の発明においては、流動する液体の流れを利用し、流動する液体の液面位置を検知する。液体の粘度が高い場合でも、流動した状態にある液体の液面位置を検知するので、検知手段として用いる部材が液体を収容している容器の側壁などに張り付いたり、検知部材の近傍に液体が留まってしまうことがなく正しく検知することができる。
これにより、上記感温素子を用いた場合においても、感温素子近傍に温度が上昇した液体がそのまま留まってしまうことがなく液体が入れ替わるため、粘度の高い液体の液面位置も正しく検知することができる。
【００２３】
更に、上記最低液面位置から液面が上昇し検知用部材が移動していくとき、検知部材は、支点の鉛直下方からずれた位置から円弧状の軌跡を通過して上昇していく。このため、検知部材の移動軌跡からは支点の鉛直下方近傍に位置する円弧を除くことなり、液面上昇率に対する移動距離が長くなる領域を除くことができる。従って、検知可能な範囲全域で、液面変化率に対する検知部材の移動距離を比例に近づけることができ、検知可能な範囲全域で液面を正確に検知できるようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を湿式画像形成装置である湿式電子写真複写機（以下単に「複写機」という）の現像液の液面位置検知装置に適用した一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る複写機の要部概略構成図を示す。
複写機は、感光体１、帯電ローラ２、露光ユニット３、湿式現像装置４、図示を省略した給紙部、転写ユニット６、図示を省略した定着部及びクリーニングユニットを備えている。感光体１は図示しないモータにより回転し、帯電ローラ２によって一様に帯電する。プリウェットユニット７は、後ほど行われる現像の時に感光体表面の潜像の地肌部に接触したトナーが付着してカブリとなることを防止するために、プリウェットオイル７１をプリウェットローラ７２によって薄く均一に塗布する。露光ユニット３は、例えば図示しないスキャナ若しくは図示しないホスト装置から送られた画像信号により変調された書込みデータ（例えば、半導体レーザーやＬＥＤヘッドアレイ）の光により感光体１を露光して、感光体１上に静電潜像を形成する。
【００２７】
湿式現像装置４は、貯蔵タンク４１、第１ローラ４２ａ、第２ローラ４２ｂ、無端の現像ベルト４４、ベルト駆動ローラ４５ａ、テンションローラ４５ｂ及びベルトクリーニングブレード４６を備える。貯蔵タンク４１は誘電性キャリア液中にトナーを分散した高粘性の液体現像剤９０を貯蔵する。液体現像剤９０は、第１ローラ４２ａで汲み上げ、第１ローラ４２ａと第１ローラ４２ｂとの間に挟み込んで均一な薄層とし、第１ローラ４２ｂによって現像ベルトに塗布する。このように、現像ベルト４４上に一定量の液体現像剤９０を均一に塗布することにより、常に均一な濃度で感光体１上の静電潜像を現像できる。
尚、液体現像剤９０は、現像液中にトナーが均一に分散していないと、現像した画像に濃度ムラが生じることがある。このような濃度ムラを防止するため、貯蔵タンク４１内に攪拌ファン４７を設け、攪拌モータ４８で攪拌ファン４７を回転駆動して液体現像剤９０を攪拌するようにしている。
【００２８】
現像ベルト４４はベルト駆動ローラ４５ａ及びテンションローラ４５ｂにより一定のテンションを保たれた状態でトナーチャージ４３を通過し、この位置で電解を与えて現像液を更にトナーの濃い部分と薄い部分との２層に分ける。これはプリウェットと同様の効果があり、プリウェットユニット単体の場合より更にカブリ防止に大きな効果がある。そして、液体現像剤９０の薄層を感光体１表面の静電潜像に接触させ、感光体１表面の静電潜像を現像して可視像であるトナー像を形成する。ベルトクリーニングブレード４６は現像処理後に現像ベルト４４上に残留した液体現像剤９０を掻き取り、現像ベルト４４をクリーニングする。一方、感光体表面のトナー像は、セットローラ５で電荷を付与しトナーを電気的に感光体表面にしっかり固定することで以後の転写の際に画像が乱れるのを防止する。
【００２９】
そして、給紙部は、図示を省略した転写ベルトによって感光体１上の画像にあわせて転写紙Ｐを供給する。転写ユニットは感光体１上のトナー像を転写ローラ６が高電圧を印加することにより転写紙Ｐに転写する。定着部は転写紙Ｐにトナー像を定着する。転写紙Ｐにトナー像を転写した後の感光体上の静電潜像の電荷は、クエンチングランプ８２でディスチャージし、残留した液体現像剤９０は、クリーニングブレード８１を用いて掻き取る。
【００３０】
以上のようにして転写紙上に画像が形成されるが、液体現像剤９０は画像形成の度に液体現像剤９０が転写紙上に運び去られるため、次第に減少していく。従って、液体現像剤９０の残量を頻繁に測定し必要に応じて補給することで、一定量を維持する必要がある。以下に、本実施形態の特徴である液体現像剤９０の液面位置検知装置について説明する。
【００３１】
〔実施例１〕
図２は、実施例１にかかる液面位置検知装置９１の説明図である。この液面位置検知装置９１は、液体現像剤９０の流れを利用して液面位置を検知するものであり、貯蔵タンク４１内の液体現像剤９０を攪拌する攪拌ファン４７を、液体現像剤９０の液面位置検知のための液流発生手段としても利用する。そして、貯蔵タンク４１内の液体現像剤９０に先端９２ａが浸り他端がマイクロスイッチを収容するボックス９３から突出した軸９４に取り付けられたアーム状のアクチュエータ９２を設ける。上記軸９４は、周方向に回転することでスイッチのＯＮ／ＯＦＦに携わる接点への接離がボックス９３内で行われるようになっている。
【００３２】
この液面位置検知装置による、液面検知のメカニズムについて説明する。
液体現像剤９０が十分にあるとき、アクチュエータ先端９２ａは図中の液流ａによって下流方向に押され軸９４を中心として円弧状に回転移動し、アクチュエータ９２が横倒しの状態となって停止する。このアクチュエータ先端９２ａが検知部材であり、停止している位置が液面に対応した特有の位置、軸９４のある回転中心が支点となっている。このとき、軸９４は内部の接点に接しスイッチをＯＮする。これによりマイコン９５の入力信号はグランドに落ちる。
液体現像剤９０が減少してくると、アクチュエータ先端９２ａ位置も下がり、先端９２ａが液体現像剤９０にかろうじて届く程度の液位になると、アクチュエータ先端９２ａが軸９４の鉛直下方に到達しアクチュエータ９２が縦に立った状態となって停止する。このとき、軸９４は内部の接点にから離れてスイッチをＯＦＦする。これによりマイコン９５の入力信号はハイ（Ｈ）になる。このときの液面位置を基準液面位置とする。
上記入力信号のＯＮで、貯蔵タンク４１内に液体現像剤９０を補給する補給装置を作動させ、入力信号がグランドに落ちたとき補給を停止するように補給装置を駆動制御すれば、液体現像剤９０の残量を一定の範囲内に維持することができる。
【００３３】
〔変形例１〕
次に、実施例１の変形例１について説明する。
図３は、実施例１の変形例１にかかる説明図である。この変形例１は、実施例１のようなマイクロスイッチを用いる代わりに４つのフォトセンサ９６ａ，ｂ，ｃ，ｄを用い、アクチュエータ先端９２ａ位置の移動距離を多段階に検知できるようにしている。尚、アクチュエータ９２は実施例１と同じ構成のものを用いている。
具体的には、基準液面位置を除いて予め検知したい液面位置を４つ定め、各々の液面位置のときのアクチュエータ９２のある位置にフォトセンサ９６ａ，ｂ，ｃ，ｄを設ける。
【００３４】
例えば、液体現像剤９０の供給前、全てのフォトセンサ９６ａ，ｂ，ｃ，ｄがＯＦＦとなっている。液体現像剤９０の供給が開始されると、液体現像剤９０の液面が次第に上昇し、アクチュエータ先端９２ａが液流ａによって下流方向に流され、アクチュエータ９２が軸９４を中心に傾斜してくる。そして、最も下位に設けられているフォトセンサ９６ａをＯＮする。液面が更に上昇すると、フォトセンサ９６ｂ，ｃ，ｄも順次ＯＮする。
このように、複数の液面位置を検知すれば、少なくともＯＮされているセンサのうち液面に対応した特有の位置が最も高いものよりは液体現像剤９０の液面位置が高くなっていることが分かる。このセンサ９６ｂ，ｃ，ｄを、貯蔵タンク４１内への液体現像剤９０の補給タイミングの制御に利用すれば、液体現像剤９０量の制御がより細かく設定できる。
【００３５】
〔変形例２〕
次に、実施例１の変形例２について説明する。
図３は、変形例２にかかる説明図である。この変形例２は、アクチュエータ先端９２ａの移動距離の変化を連続的に検知する連続的変化検知手段としてポテンショメータ９７を用いている。ポテンショメータ９７は、アクチュエータ９２の支点である軸９４を中心とする円弧状のすべり接点を有し、アクチュエータ先端９２ａの移動によってアクチュエータ９２が軸９４を中心に回転すると、これに伴ってポテンショメータ９７も回転し、アクチュエータ先端９２ａの移動距離を回転角に変換してこの回転角に比例した電圧をマイコン９５のＡ／Ｄ入力として読み込ませる。これによって、液面位置の連続的な変化量を適宜検知することができる。
【００３６】
〔変形例３〕
次に、実施例１の変形例３について説明する。
図５は、変形例３にかかる説明図である。この変形例３は、変形例２と同様にアクチュエータ先端９８ａの移動距離の変化を連続的に検知する連続的変化検知手段としてポテンショメータ９７を用いている。そして、変形例２と異なる点は、検知可能となる最も低い液面位置である基準液面位置におけるアクチュエータ先端９８ａの特有の位置に対して支点としての軸９４が鉛直上方からずれた位置にくるよう、アクチュエータ９８のアーム部を屈折させていることである。
【００３７】
図６は、変形例２のアクチュエータ９２と変形例３のアクチュエータ９８を同じ軸９４に取り付けたとき(それぞれＡ，Ｂとする）の液面位置の変化に対するアクチュエータ先端９２，９８ａの移動経路を示した説明図である。図６において、アクチュエータ９２、９８の支点を基準液面位置から１００ｍｍ上に設け、変形例３では、アクチュエータ先端９２，９８ａを軸９４の鉛直下方から２０ｍｍずらし、このアクチュエータ９２、９８による測定可能な液面位置の上限を８０ｍｍとした。また、図７は、Ａ，Ｂそれぞれの場合における基準液面位置からの液面の高さと、アクチュエータ９２、９８の回転角を図６の設定で測定したデータである。
【００３８】
液面位置が低い領域、例えば液面高さが１３ｍｍ以内では、変形例２の構成の方が、液面高さの変化に対するアクチュエータ先端移動距離の変化（以下、移動距離の変化率という）が大きく、それ以上の高さでは、ほとんど違いが見られない。これより、液面位置が低い領域では変形例２の構成で測定する方が液面位置の僅かな変化を分解能を上げて検知することができることがわかる。
【００３９】
液面位置を領域に区切らず測定した全域で見ると、変形例３の構成の方が、移動距離の変化率の誤差が小さい。また、図７では３０ｍｍの高さまでのデータしか記載していないが、図６の移動経路Ｂより、測定可能な範囲の上限８０ｍｍまで、移動距離の変化率が急激に変化することはないと考えられる。これより、検知可能な範囲全域では変形例３の構成で測定する方が、アクチュエータ先端９８ａの移動距離で液面位置を検知する場合の誤差が少なくなり、液面を正確に検知することができる。尚、アクチュエータ先端９８ａの移動距離とポテンショメータ９７の回転角とは変化量が等しいので、変形例２，３のように回転角で検知する場合でも同様のことが言える。
【００４０】
上記のように、変形例２と３では、測定する液面位置に適する範囲がある。この特性を踏まえた上でどちらを利用するかを選択すれば、液面位置の検知結果をより正確で、より要求に応じたものにすることができる。
【００４１】
変形例３においては、広範囲に液面位置が変化しても液面変化率とポテションメータの回転角が変形例２に比して比例に近くなることを利用し、Ａ／Ｄ入力端子の値からマイコン９５が液体現像剤９０の液面位置を判断できるうにする。マイコン９５のプログラムを、予め最適の液面位置から少し低いときは図示を省略した補給装置にて少量を液体現像剤９０を補給し、かなり低いときは大量の液体現像剤９０を補給するように、また補給装置の故障などで貯蔵タンク４１からオーバーフローする直前まで液面が上昇したときは全てのプリント動作を中止して警報を発するようにしておく。このようにマイコン９５をプログラミングしておくことで、常に最適の液体現像剤量でプリント動作を行うことができると共に、液量の異常上昇も検知することができる。
【００４２】
尚、実施例１のように、軸９４を中心に揺動するアクチュエータ９２、９８を用いて液面位置を検知する構成においては、従来のフロートを用いた検知方法のように、フロートの移動経路を上下のみに規制するための規制部材や、貯蔵タンク４１内にフロートが上下移動するためのスペースを設ける必要がなく、その分装置が大型化することを防止することもできる。
【００４３】
〔実施例２〕
図８は、実施例２にかかる液面位置検知装置の説明図である。この液面位置検知装置９１ｂは、温度によって抵抗値の変化する検知部材としてのサーミスタ９９ａ，ｂ，ｃ，ｄを貯蔵タンク４１内壁に、４段階の異なる高度となるよう設ける。各サーミスタは、増幅器を介してマイコン９５のＡ／Ｄ入力端子に接続する。
液体現像剤９０の液面位置を検知するとき、全てのサーミスタに電流を流して発熱させる。一般に、空気は液体に比して熱を伝えにくいため、液体中に浸漬しているサーミスタは放熱量が高いため温度が低く、空気に触れているサーミスタは放熱量が低いため温度が高くなる。本実施例においても、現像液中に浸漬しているサーミスタは温度が低くなり、浸漬していないサーミスタは温度が高くなる。サーミスタはの温度差が抵抗値の差となり、マイコン９５のＡ／Ｄ入力端子に電圧差として検知させることができる。
【００４４】
特に、本実施例では、攪拌ファン４７によって液体現像剤９０に矢印ａ方向への液流を発生させた状態で、サーミスタによる液面位置の検知を行うようにしている。これによって、高粘性の液体現像剤９０の液面位置検知を行うときにも、サーミスタに現像剤がまとわりついたりサーミスタ近傍で滞留してその部分の温度のみが上昇して検知ができなくなったりすることがなく、常に新たな液体現像剤９０でサーミスタから温度を奪うようにすることができる。従って、粘度の高い液体現像剤９０でも正確な液面位置検知ができる。
【００４５】
尚、上述した実施形態においては、本発明を液体現像剤の液面位置検知装置に用いた構成を説明したが、本発明は液体現像剤の液面検知に限らず全ての液体の液面位置を検知するために適用することが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１乃至３の発明によれば、液体の粘度に関わらず正確な液面位置を検知することができるという優れた効果がある。
【００５４】
更に、液面位置の検知が広範囲に渡って正確にできるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の要部の説明図。
【図２】実施例１にかかる液面位置検知装置の説明図。
【図３】変形例１にかかる説明図。
【図４】変形例２にかかる説明図。
【図５】変形例３にかかる説明図。
【図６】液面位置の変化とアクチュエータ先端の移動経路とを示した説明図。
【図７】変形例２，３にかかる液面の高さに対するアクチュエータの回転角及び移動距離を示した図。
【図８】実施例２にかかる液面位置検知装置の説明図。
【符号の説明】
１      感光体
２      帯電ローラ
３      露光ユニット
４      湿式現像装置
６      転写ユニット
７      プリウェットユニット
４１    貯蔵タンク
４２ａ、４２ｂ    第１ローラ、第２ローラ
４３    トナーチャージ
４４    現像ベルト
４６    ベルトクリーニングブレード
４７    攪拌ファン
４８    攪拌モータ
８１    クリーニングブレード
９０    液体現像剤
９１    液面位置検知装置
９２，９８    アクチュエータ
９３    ボックス
９４    軸
９５    マイコン
９６    フォトセンサ
９７    ポテンショメータ
【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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【図７】
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【図８】
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