(57)【要約】【課題】トナー濃度の検出を経時的に的確に行うことができる現像装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】トナーとキャリアを含む現像剤Ｗを攪拌及び搬送する搬送スクリュー４、５と、該搬送スクリュー４、５から現像剤を受ける現像ローラ３と、現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサ６と、を有する現像装置において、トナー濃度検出センサ６の測定対象部位の現像剤Ｗを振動させる超音波振動子８を設けた。また、トナー濃度検出センサ６よって検出されたトナー濃度、又は現像装置１の累積使用時間に応じて超音波振動子８の振動周波数を変化させ、振動の強さを変化させた。【選択図】図１
2009128743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含む現像剤を攪拌及び搬送する現像剤攪拌搬送部材と、
該現像剤攪拌搬送部材から現像剤を受ける現像ローラと、
現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
を有する現像装置において、
前記トナー濃度検出手段の測定対象部位の現像剤を振動させる振動子を備えている
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、
前記振動子の振動周波数が可変である
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、
前記トナー濃度検出手段よって検出されたトナー濃度に応じて振動子の振動の強さを変化させる制御手段を有する
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、
累積使用時間に応じて振動子の振動の強さを変化させる制御手段を有する
ことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の現像装置を備えてい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、複写機、プリンタ、ＦＡＸなどの画像形成装置に用いる現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの現像装置において、感光体ドラムなどの潜像担持体に形成された静電潜像を可視像化するために、粉体の現像剤を用いる乾式の現像装置が広く採用されている。粉体の現像剤としては、トナーとキャリアを有する２成分系の現像剤、又はキャリアを有さない１成分系の現像剤などが用いられる。
キャリアとトナーを混合、攪拌してなる２成分系の現像剤を用いた現像装置では、現像によりトナーが消費されるので、徐々に現像剤中のトナー濃度が低くなる。そのため、現像剤中のトナー濃度が適正な範囲内に維持されるよう、適宜トナーを補給しなければならない。トナーの補給を行うにあたって、現像剤中のトナー濃度を検出する必要があり、そのため現像装置には、トナー濃度検出センサと呼ばれるトナー濃度検出手段が設けられている。このトナー濃度検出センサは、一般的に磁気式のものが使用され、現像装置底面部に装着されて検出面上の現像剤の透磁率を測定する。
【０００３】
しかし、現像剤の流動性の低下によりトナー濃度検出センサの検出面に現像剤が滞留することがある。現像剤が滞留すると、トナー濃度検出センサは滞留している現像剤の濃度を測定し、実際の現像ユニット内のトナー濃度が変化してもその濃度変化を検出できないため、正確なトナー濃度を測定することが困難となる。また、滞留した現像剤中のトナーが融けて検出面上に融着する場合がある。トナーは樹脂系の材料を主成分とするので、キャリアよりも低い温度で軟化し、機械的挟圧にも弱いという性質を有する。そして、検出面上にトナーが融着すると、その融着したトナーによりトナー濃度検出センサの検出精度が低下する。このトナー濃度検出センサの検出精度の低下は、トナー濃度の変化や現像剤劣化などから現像剤の流動性が変化し、嵩密度が変化することによっても起こる。
トナー濃度検出センサの検出精度が低下し、現像装置内のトナー濃度を正確に測定することができないと、最適なトナー補給をすることができなくなり、最終的には画像濃度の低下やトナー落ちなどの画像障害が発生する。
【０００４】
これらの問題については、これまで様々な対策方法が提案されている。例えば、特許文献１及び２では、トナー濃度検出センサを現像装置側面に設置し現像剤中のトナー濃度の検出を行っている。特許文献３では、それに加えてトナー濃度検出センサ近傍に磁石を設置することで現像剤の落下の流れを安定させている。特許文献４では、トナー濃度検出センサの検出面を清掃する針金状の部材を該センサと接触させて清掃するが、その清掃前に、センサの測定方向に沿って該部材を前後運動させることでセンサ前方のトナーの滞留を防いでいる。これとは反対に特許文献５では、攪拌搬送部材の構成の工夫によってトナー濃度検出センサ近傍に現像剤を滞留させることで、搬送装置の羽根状部材による現像剤の搬送時に発生する現像剤の粗密を低減させ、トナー濃度検出センサの測定精度の向上を図っている。
しかし、これらの方法ではトナーの消費による現像剤の流動性の低下に対応することができず、例えば現像剤の流動性が大きく低下した時は、やはりトナー濃度検出センサの誤検出が起こる。
この不具合を解消することができる技術として、特許文献６では、現像剤の流動性の検出結果からトナー濃度検出センサのデータの補正を行う技術が開示されている。しかし、トナーの融着や滞留を防ぐ手段がないため、これらが発生した場合には、トナー濃度の補正値が現像装置内の実際のトナー濃度とは異なる可能性がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０９５５３８号公報
【特許文献２】実開平７−０３２６６２号公報
【特許文献３】特開平１１−１３３７２０号公報
【特許文献４】特開２００５−２４２１４７号公報
【特許文献５】特開２０００−２２１７８２号公報
【特許文献６】特開２００６−２２０９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、トナー濃度の検出を経時的に的確に行うことができる現像装置及び画像形成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】
【０００７】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の現像装置は、トナーとキャリアを含む現像剤を攪拌及び搬送する現像剤攪拌搬送部材と、該現像剤攪拌搬送部材から現像剤を受ける現像ローラと、現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、を有する現像装置において、前記トナー濃度検出手段の測定対象部位の現像剤を振動させる振動子を備えていることを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、さらに、前記振動子の振動周波数が可変であることを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、さらに、前記トナー濃度検出手段よって検出されたトナー濃度に応じて振動子の振動の強さを変化させる制御手段を有することを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、さらに、累積使用時間に応じて振動子の振動の強さを変化させる制御手段を有することを特徴とする。
本発明の画像形成装置では、上述のいずれかに記載の現像装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記解決する手段としての現像装置では、トナー濃度検出手段の測定対象部位の現像剤を振動させる振動子を備えているので、この振動子を振動させると、トナー濃度検出手段の検出面上の現像剤に振動が加わり、現像剤がほぐされる。振動によって現像剤がほぐされると、検出面上での現像剤の滞留が起こらなくなる。現像剤の滞留が起こらなくなることで、検出面上への融着が抑止される。また、振動子からの振動により、検出面上の現像剤の嵩密度も一定に保たれる。ひいては、トナー濃度の誤検出を防ぎ、安定したトナー濃度制御が行われ、トナー濃度の検出を的確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１０】
図１は、本発明に係る現像装置の一実施形態を示している。図１に示すように、この現像装置１は、該装置の本体をなす現像容器２を有し、この容器内部には、少なくともトナーとキャリアとを含む現像剤Ｗが収容されている。 また、現像容器内には、潜像担持体Ｚの静電潜像に帯電トナーを付着させトナー像を形成するために現像ローラ３が設けられている。現像ローラ３は、円筒状の現像スリーブ３１と、該スリーブ内に固設された磁石３２とからなる。この磁石３２の存在により現像スリーブ３１の表面に磁界に沿ってキャリアが付着し、それに伴ってトナーも付着する。付着したトナーは、現像スリーブ３１と像担持体Ｚとのニップ部において、像担持体Ｚの表面に静電吸着される。
【００１１】
また、現像容器２の内部には、現像剤攪拌搬送部材となる２機の搬送スクリュー４、５が設けられている。そして、現像ローラ３及び搬送スクリュー４，５は、その両軸部が現像容器２の側壁部に回転自在に支持されており、図中矢印方向に回転駆動する。
この現像装置１では、現像によりトナーが消費されるので、現像剤中のトナー濃度が適正な範囲内に維持されるように、適宜トナーを補給しなければならない。このトナーの補給制御を行うためには、現像容器内の現像剤中のトナー濃度を検出する必要があり、そのため、現像容器２には、トナー濃度検出手段であるトナー濃度検出センサ６が備えられている。また、現像容器２の上面側には補給用のトナーＴが収容されたトナー補給容器７が設けられている。
【００１２】
トナー濃度検出センサ６としては、一般的に透磁率を測定する磁気式のものが用いられ、現像容器２の底面部に装着されて、検出面上の現像剤Ｗの透磁率が測定される。本実施形態では、現像容器２の搬送スクリュー５に近接する位置に設けられている。そして、トナー濃度検出センサ６の設けられた現像容器壁の内側には、該センサ６の測定対象部位の現像剤Ｗを振動させる超音波振動子８が装着されている。
そして、この超音波振動子８を振動させると、トナー濃度検出センサ６の検出面上の現像剤Ｗに振動が加わり、現像剤Ｗがほぐされる。振動によって現像剤Ｗがほぐされると、検出面上での現像剤Ｗの滞留が起こらなくなる。現像剤Ｗの滞留が起こらなくなることで、検出面上への融着が抑止される。また、超音波振動子８からの振動により、検出面上の現像剤Ｗの嵩密度も一定に保たれる。ひいては、トナー濃度の誤検出を防ぎ、安定したトナー濃度制御が行われ、トナー濃度の検出を的確に行うことができる。
超音波振動子８には、超音波振動子８の振動周波数を可変にし、振動の強さを変化させるために、発信器を含む制御手段９が接続されている。超音波振動子８としては、圧電素子を好適に用いることができる。制御手段９は、トナー濃度検出センサ６よって検出されたトナー濃度や現像装置１の累積使用時間などに応じて超音波振動子８の振動の強さを変化させる。
【００１３】
圧電素子の圧電体の材質は、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではないが、例えばペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）の複合酸化物を主成分とする材料が挙げられる。ペロブスカイト系複合酸化物の上記Ａサイトとしては通常、Ｂａ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｓｒの中から選択される少なくとも１種の元素が採用される。上記ＢサイトとしてはＣｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｚｒの中から選択される少なくとも１種の元素が採用される。このような複合酸化物としては、例えば、ＢａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＴａＮｂＯ３が挙げられる。
【００１４】
また、ペロブスカイト構造の他、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とする材料としてもよい。ウルツ鉱型構造としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、硫化亜鉛、硫化カドミウム、及びヨウ化銀が挙げられる。
圧電体の形成方法としては、例えば、イオンプレーティング法、真空蒸着法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法、及びＭＯＣＶＤ法が挙げられる。
圧電体を挟み込む電極の材料としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔなどの金属やこれらの合金の導電材料、又は金属酸化物や金属窒化物の導電材料を用いることができる。電極の形成方法は特に限定されるものではなく、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布処理、又はメッキ法などの物理蒸着法を用いることができる。
【００１５】
ところで、一般的に、現像剤の特性値、例えば嵩密度のような特性値は、使用環境により変化することが知られている。湿度による影響を例にとると、低湿度下では帯電量が大きくなり現像剤間の反発が強まって現像剤の嵩密度が減少し、結果としてトナー濃度検出センサの出力が小さくなる。一方、高湿度下では帯電量が小さくなり現像剤同士の反発力が弱まって現像剤の嵩密度が増加し、トナー濃度検出センサの出力が大きくなると言われている。例えば、高湿度の環境下に画像形成装置が設置された場合には、湿度による嵩密度の増加が想定されることから、その場合は、予め振動周波数を調整し、増加した嵩密度の影響をなくすように振動の強さをコントロールするとよい。
また、初期値として振動周波数を決定しても、実際に複写機を稼動させると現像装置内のトナー濃度が経時的に変化し、初期条件では対応しきれなくなる。例えば、画像面積率の小さい画像が大量にコピーされると、トナー濃度が高くなる。トナー濃度が高くなると図２に示すように、現像剤の流動性は低下する。流動性が低下した現像剤は攪拌されにくくなり、トナー濃度検出センサの検出面上に滞留しやすい状態となる。この流動性の低下に対応するために、現像装置内のトナー濃度をトナー濃度検出センサ６によって検出させ、その検出結果に応じて予め設定された値を適用して制御手段９によって超音波振動子８の振動を強くしようとする制御が行われる。この制御を行うために、トナー濃度と、そのトナー濃度に応じた振動周波数とのテーブルを作成し、制御手段９のプログラム中にテーブルを読み込ませるようにする。
【００１６】
図３は、現像装置１の制御フローの一例を示している。先ず、制御手段９の電源を立ち上げ、トナー濃度検出センサ６を作動させると、ステップＳ１で装置が初期化（リセット）されてからステップＳ２に進む。ステップＳ２では、装置の電源がオフにされたか否かを判断する。装置の電源がオフにされた場合には、プログラム処理は終了する。一方、オフにされていなければステップＳ３に進む。ステップＳ３では、トナー濃度検出センサ６を用いてトナー濃度の検出を行う。次いで、ステップＳ４において検知結果に基づいて予め作成しておいたデータテーブルを制御手段９により参照し、超音波振動子８の振動周波数を制御手段９に読み込む。次いで、ステップＳ５において、前回の振動周波数と同じか否かを判断する。同じ場合は、ステップＳ２に戻る。一方、異なる振動周波数の場合は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では制御手段９から、新たな振動周波数を超音波振動子８に発生するために出力電圧の変更が行われる。そして、ステップＳ２に戻り、再びトナー濃度の検出を行う。このルーチンは、電源がオフになるまで幾度も繰り返される。
【００１７】
図２では、トナー濃度の増加と共に流動性が低下することを述べたが、図４に示すように、現像剤累積使用時間が増加しても現像剤が劣化し流動性は低下する。流動性が低下すると、上述したように、現像剤の滞留が起こりやすくなる。このような現像剤の劣化の影響に対応するため、例えば電源スイッチが入れられた時に現像剤の累積使用時間のデータを確認し、予め決定した条件に従って、累積使用時間に応じた振動周波数が決定される。
図５は、現像装置１の制御フローの一例を示している。先ず、制御手段９の電源を立ち上げ、トナー濃度検知センサ６を作動させると、ステップＳ１で装置が初期化（リセット）されてからステップＳ２に進む。ステップＳ２では、装置の電源がオフにされたか否かを判断する。装置の電源がオフにされた場合には、プログラム処理は終了する。一方、オフにされていなければステップＳ３に進む。ステップＳ３では、現像装置１の累積使用時間の確認を行う。次いで、ステップＳ４において確認結果に基づいて予め作成しておいたデータテーブルを制御手段９により参照し、超音波振動子８の振動周波数を制御手段９に読み込む。次いで、ステップＳ５において、前回の振動周波数と同じか否かを判断する。同じ場合は、ステップＳ２に戻り再びトナー濃度の検出を行う。一方、異なる振動周波数の場合は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では制御手段９から、新たな振動周波数を超音波振動子８に発生するために出力電圧の変更が行われる。そして、ステップＳ２に戻り、再び累積使用時間の確認を行う。このルーチンは、電源がオフになるまで幾度も繰り返される。
【００１８】
上記現像装置１を、複写機、プリンタ、ＦＡＸなど画像形成装置に組み込むことにより、画像濃度の低下やトナー落ちなどの画像障害のない画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る現像装置の一実施形態を概略的に示す断面図である。
【図２】トナー濃度と流動性との関係を示すグラフである。
【図３】トナー濃度による振動周波数の設定変更制御フローを示す説明図である。
【図４】現像剤累積使用時間と流動性との関係を示すグラフである。
【図５】累積使用時間による振動周波数の設定変更制御フローを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  現像装置
２  現像容器
３  現像ローラ
３１  現像スリーブ
３２  磁石
４、５  搬送スクリュー
６  トナー濃度検出センサ
７  トナー補給容器
８  超音波振動子
９  制御手段
Ｔ  トナー
Ｗ  現像剤
Ｚ  像担持体
【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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