JP4634287B2

JP4634287B2 - 現像装置

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Publication number: JP4634287B2
Application number: JP2005336160A
Authority: JP
Inventors: 豊賀相本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-11-21
Also published as: JP2007140291A

Description

本発明は、電子写真方式を採用する画像形成装置に搭載される現像装置に関する。

電子写真方式を採用する画像形成装置においては、感光体の表面に形成される静電潜像に対して、現像装置から現像剤の成分であるトナーを供給して現像することによって可視像であるトナー像を形成し、さらにトナー像を転写媒体である記録紙などに転写し、記録紙上に転写されたトナー像を定着して堅牢な記録画像を形成する。

近年、画像形成装置であるたとえば複写機、プリンタなどが使用されるオフィス業務の効率化が一段と促進されるのに伴い、画像形成装置には、画像処理能力の向上、たとえば単位時間あたりに画像形成することができる記録紙の枚数で表される画像形成処理速度の向上が望まれている。

画像形成処理速度が速い画像形成装置（高速機と呼ぶ）においては、画像形成処理速度が中程度の画像形成装置（中低速機と呼ぶ）に比べて現像剤が長寿命であることが要求される。高速機では、単位時間あたりに形成される画像枚数が多いので、単位時間あたりに消費される現像剤量、より厳密にはトナー量が多く、また撹拌搬送のストレスにさらされる頻度が高いので、中低速機に使用される現像剤と同程度の寿命では、短期の間に寿命が尽き、現像剤に関するメンテナンス頻度が増大することになるからである。

このような問題に対する一つの解決手段として、現像装置を大きくすることが考えられる。現像装置を大きくし、収容できる現像剤の量を多くすることによって、高速機の現像剤の大量消費に対応し、また撹拌搬送のストレスにさらされる頻度を軽減し、寿命延長を図るものである。しかしながら、装置の構造上の制約から現像装置を大きくすることができない場合が多く、かつ現像装置をわずかに大きくした程度では、トナーを現像剤担持体に臨む現像槽へ補給するような方式の場合、高速機では充分に撹拌して均一な現像剤を現像剤担持体へ供給するための時間的余裕を確保することができないので、現像剤のトナー濃度を制御することが難しい。

そこで、一つの対応策として、現像装置の現像槽の長さを、現像剤担持体の長手方向の長さを超えて延長し、現像剤担持体に臨む部分である現像領域と、現像領域外の長手方向に延長された部分との間に仕切壁部材を設け、延長された部分に攪拌領域を形成することによって、撹拌領域で均一攪拌を確保することが提案される。しかしながら、撹拌領域を設ける場合でも、撹拌時間の余裕を確保することができないような位置からトナー補給が行われると、現像装置の長手方向でトナー濃度に不均一が生じやすく、トナー濃度を精度よくコントロールすることができないという問題がある。

トナー濃度のコントロールに関する先行技術として、たとえば、トナー濃度センサに透磁率センサを用い、透磁率センサ上に位置する部分のスクリューコンベアのピッチを、トナー補給口の下に位置する部分のスクリューコンベアのピッチよりも細かくすることが提案されている（特許文献１参照）。

またもう一つの先行技術では、トナー濃度センサに透磁率センサを用い、透磁率センサの検出レベルと比較する基準レベルを複数個持ち、複数個の基準レベルに応じて補給するトナー量を変更してトナー濃度を一定にすることが提案されている（特許文献２参照）。

さらにもう一つの先行技術では、トナー濃度センサに圧電センサを用い、現像剤搬送部材は、現像剤担持体方向以外に現像剤を搬送する構成を有し、それにより生じた現像剤搬送方向の少なくとも一方向の向う先に圧電センサが配置され、現像剤の空洞化を誤って検出しないようにすることが提案される（特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１〜３においては、いずれもトナー濃度センサが現像剤担持体に供給される前、すなわち現像に供せられる前のトナー濃度を測定する位置に設けられる。このようなトナー濃度センサの配置では、現像に供せられた後のトナー濃度を全く検出することなくトナー濃度を制御することになるので、たとえば現像に供せられることによって現像剤のトナー濃度が顕著に低下する場合、トナー濃度の低下した現像剤が現像剤担持体に対する供給側へ搬送されて初めて低トナー濃度が検知され、トナー補給が行われることになる。したがって、トナー補給が手遅れになり、現像されるトナー像が濃度低下を生じるという問題がある。特に画像形成処理速度が速くトナー消費量が多い高速機に搭載される現像装置では、トナー補給のタイミングが手遅れにならないように、迅速かつ高精度のトナー濃度制御が求められている。

特開平４−１１９３７８号公報特開平７−２０７１０号公報特開２００４−１６３８２２号公報

本発明の目的は、現像剤のトナー濃度を迅速かつ高精度に制御することができる現像装置を提供することである。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に搭載される現像装置において、
回転自在に設けられて現像剤を担持する現像剤担持体と、
現像剤を収容し現像剤担持体の軸線方向の長さを超える長さを有する現像槽であって、現像剤を撹拌搬送して現像剤担持体に現像剤を供給する現像領域槽と、現像領域槽に連接するとともに現像剤担持体の長さを超える位置に設けられ、補給されるトナーを現像剤と撹拌搬送して現像領域槽へ供給するとともに、現像剤担持体に供給された残部の現像剤の一部が回収される撹拌領域槽とを有する現像槽と、
撹拌領域槽から現像領域槽にわたって設けられ、現像剤担持体へ向う方向に現像剤を撹拌搬送する第１撹拌搬送部材と、
現像領域槽から撹拌領域槽にわたって設けられ、現像剤担持体に現像剤を供給するとともに現像剤担持体から遠ざかる方向に現像剤を撹拌搬送する第２撹拌搬送部材と、
現像槽内の現像剤量を検出する２個の第１および第２センサとを含み、
現像槽には、現像領域槽と撹拌領域槽とを仕切り、かつ現像領域槽と撹拌領域槽とを連通する間隙が形成される仕切壁部材が設けられ、
仕切壁部材と第１および第２撹拌搬送部材とによって、撹拌領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流と、現像領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流とが形成され、
第１センサは、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向上流側で現像剤量を検出し、
第２センサは、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側であって仕切壁部材の近傍で現像剤量を検出することを特徴とする現像装置である。

また本発明は、第１センサと第２センサとが、透磁率センサであることを特徴とする。
また本発明は、電子写真方式の画像形成装置に搭載される現像装置において、
回転自在に設けられて現像剤を担持する現像剤担持体と、
現像剤を収容し現像剤担持体の軸線方向の長さを超える長さを有する現像槽であって、現像剤を撹拌搬送して現像剤担持体に現像剤を供給する現像領域槽と、現像領域槽に連接するとともに現像剤担持体の長さを超える位置に設けられ、補給されるトナーを現像剤と撹拌搬送して現像領域槽へ供給するとともに、現像剤担持体に供給された残部の現像剤の一部が回収される撹拌領域槽とを有する現像槽と、
撹拌領域槽から現像領域槽にわたって設けられ、現像剤担持体へ向う方向に現像剤を撹拌搬送する第１撹拌搬送部材と、
現像領域槽から撹拌領域槽にわたって設けられ、現像剤担持体に現像剤を供給するとともに現像剤担持体から遠ざかる方向に現像剤を撹拌搬送する第２撹拌搬送部材と、
現像槽内の現像剤量を検出する２個の第１および第２センサとを含み、
現像槽には、現像領域槽と撹拌領域槽とを仕切り、かつ現像領域槽と撹拌領域槽とを連通する間隙が形成される仕切壁部材が設けられ、
仕切壁部材と第１および第２撹拌搬送部材とによって、撹拌領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流と、現像領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流とが形成され、
第１センサは、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向上流側で現像剤量を検出し、
第２センサは、現像領域槽と撹拌領域槽との槽境界または現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側であって撹拌領域槽内における仕切壁部材の近傍で現像剤量を検出することを特徴とする現像装置である。

また本発明は、第１センサが透磁率センサであり、第２センサが圧電センサであることを特徴とする。

また本発明は、トナーを収容し収容するトナーをトナー補給口から撹拌領域槽に補給するトナーホッパを含み、
トナーホッパのトナー補給口が、撹拌領域槽内の第２撹拌搬送部材の上方に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、現像装置は、現像槽を備え、現像槽には、現像領域槽と撹拌領域槽とを仕切り、かつ現像領域槽と撹拌領域槽とを連通する間隙が形成される仕切壁部材が設けられ、仕切壁部材と第１および第２撹拌搬送部材とによって、撹拌領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流と、現像領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流とが形成される。このことによって、撹拌領域槽におけるトナー濃度が高い現像剤の循環流と、現像領域槽のトナー濃度が低い現像剤の循環流とが、撹拌領域槽と現像領域槽とを連通する仕切壁部材の間隙を通じて混合されるので、現像槽全体の撹拌効率を向上することができる。そして、第１センサが、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向上流側で現像剤量を検出し、第２センサが、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側であって仕切壁部材の近傍で現像剤量を検出する。このように、現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向上流側と、現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側との２箇所で現像剤量、たとえば現像剤中のトナー量であるトナー濃度を検出することができるので、現像でトナーが大量に消費された後現像剤のトナー濃度が顕著に低下した場合であっても、現像剤のトナー濃度低下を迅速に検出し、トナーの補給にフィードバックできるので、トナー濃度制御の精度を向上することができる。さらに、撹拌領域槽内に存在する現像剤量である現像剤トナー濃度の影響を受けることなく、現像に供せられる前と、現像に供せられた後との現像剤トナー濃度を正確に測定することが可能になる。

また本発明によれば、第１センサと第２センサとが、透磁率センサである。第１センサと第２センサとに透磁率センサを用いることによって、現像剤トナー濃度を感度高く検出することができる。

また本発明によれば、現像装置は、現像槽を備え、現像槽には、現像領域槽と撹拌領域槽とを仕切り、かつ現像領域槽と撹拌領域槽とを連通する間隙が形成される仕切壁部材が設けられ、仕切壁部材と第１および第２撹拌搬送部材とによって、撹拌領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流と、現像領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流とが形成される。そして、第１センサは、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向上流側で現像剤量を検出し、第２センサは、現像領域槽と撹拌領域槽との槽境界または撹拌領域槽内で、現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側であって仕切壁部材の近傍で現像剤量を検出する。このことによって、第１センサで現像に供せられる部位での現像剤量を正確に把握し、第２センサで現像に供せられた後の現像剤量と撹拌領域槽内で撹拌搬送される現像剤量とを正確に把握し、高精度な現像剤量の制御を実現することができる。この第１センサは透磁率センサであり、第２センサは圧電センサであることが好ましい。圧電センサは、現像剤の粉体圧力を検知することができ、動作環境の影響を受けにくいので、環境変化の激しい稼動条件下におけるトナー濃度制御に好適に用いられる。

また本発明によれば、トナーを収容し収容するトナーをトナー補給口から撹拌領域槽に補給するトナーホッパを含み、トナーホッパのトナー補給口が、撹拌領域槽内の第２撹拌搬送部材の上方に配置される。このことによって、トナーは、現像剤担持体への現像剤供給部から最も遠い位置で補給されるので、現像剤担持体に供給されるまでに撹拌時間を充分に確保することができ、現像剤と補給トナーとが充分に撹拌されて均一な現像剤として現像剤担持体に供給される。

図１は本発明の実施の第１形態である現像装置１０の構成を簡略化して示す図であり、図２は現像装置１０が搭載される画像形成装置の画像形成ユニット１部分の構成を簡略化して示す図である。

現像装置１０は、電子写真方式の画像形成装置の画像形成ユニット１部分に設けられる。画像形成ユニット１は、静電潜像が形成される感光層を有する感光体２と、感光体２の表面を一様に帯電させる帯電装置３と、感光体２の表面に画像情報に応じた光を走査させて静電潜像を形成する露光装置４と、感光体２の表面に現像剤を供給して静電潜像を現像しトナー像を形成する現像装置１０と、感光体２の表面に形成されるトナー像を、転写媒体であるたとえば記録紙に転写する転写装置５と、記録紙に転写後に感光体２の表面に残留するトナーをクリーニングするクリーニング装置６とを含んで構成される。

本発明の実施形態である現像装置１０は、大略、現像剤を担持する現像剤担持体１１と、現像剤を収容する現像槽１２と、現像槽１２の中で現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材１３と、現像槽１２内の現像剤量を検出する２個の第１および第２センサ１４，１５とを含む。

現像剤担持体１１は、本実施の形態では、磁石部材２１を内包し、磁石部材２１の外周に回転自在に設けられる現像スリーブ２２を含む、いわゆるマグネットローラである。以後、現像剤担持体１１を現像ローラ１１と呼ぶ。磁石部材２１は、たとえば永久磁石片からなり、円周方向にＮ極とＳ極とが略交互に配されて、全体では円柱形状を成す。現像スリーブ２２は、たとえばアルミニウムまたは樹脂などの非磁性材料からなる円筒形状の部材であり、磁石部材２１のまわりで回転自在に設けられる。現像ローラ１１は、感光体２を臨み、その軸線が感光体２の回転軸線と平行になるように配置され、現像装置１０の装置本体のフレーム部に支持される。

本実施の形態では、現像ローラ１１に担持される現像剤としては、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤が用いられる。現像ローラ１１は、トナーを担持するキャリアを磁石部材２１の磁力で吸着し、現像スリーブ２２の表面に現像剤が穂状に連なった磁気ブラシを形成する。このように、現像剤は、磁気ブラシの形で現像ローラ１１に担持される。磁気ブラシを形成する現像剤中の電荷を有するトナーが、現像ローラ１１と感光体２との電位差に応じて、現像ローラ１１から感光体２に供給されて静電潜像を現像し、トナー像を形成する。

現像槽１２は、たとえば硬質の合成樹脂などからなり、外観が略直方体形状を有する容器部材である。現像槽１２は、現像ローラ１１の軸線方向の長さＬ１を超える長さを有するように形成される。現像槽１２は、現像ローラ１１の軸線方向の長さＬ１にほぼ対応する長さ部分に設けられて、現像剤を撹拌搬送して現像ローラ１１に現像剤を供給する現像領域槽２３と、現像領域槽２３に連接するとともに現像ローラ１１の軸線方向の長さＬ１を超える位置に設けられ、補給されるトナーを現像剤と撹拌し、かつ搬送して現像領域槽２３へ供給するとともに、現像ローラ１１に供給された残部の現像剤の一部が回収される撹拌領域槽２４とを有するように形成される。

現像槽１２には、現像ローラ１１の軸線に対して垂直な方向に延びるように配されて、現像領域槽２３と撹拌領域槽２４とを仕切る仕切壁部材２５が設けられる。仕切壁部材２５は、現像領域槽２３と撹拌領域槽２４とを仕切るけれども、現像領域槽２３と撹拌領域槽２４とをそれぞれ完全に封じきるように仕切るのではなく、現像槽１２の短手方向における両側部の２箇所において、現像領域槽２３と撹拌領域槽２４とを連通させる第１間隙２６と第２間隙２７とが形成される。したがって、仕切壁部材２５は、現像槽１２を現像領域槽２３と撹拌領域槽２４とに仕切るけれども、第１および第２間隙２６，２７が形成されるので、現像槽１２内に収容される現像剤は、その一部が現像領域槽２３から撹拌領域槽２４へ移動することが可能であり、また逆に撹拌領域槽２４から現像領域槽２３へ移動可能である。

現像槽１２には、現像槽１２の長手方向に対して平行に、撹拌領域槽２４から現像領域槽２３にわたって、現像剤を現像ローラ１１へ向う方向に撹拌搬送する第１撹拌搬送部材２８が、回転自在に設けられる。第１撹拌搬送部材２８は、いわゆるスクリュー部材であり、回転動作することによって、現像槽１２内の現像剤を撹拌し、搬送する。

第１撹拌搬送部材２８は、現像剤を、現像ローラ１１の前記長さＬ１を超える延長方向であって、現像槽１２の長手方向において現像ローラ１１から遠い一端部３９付近から、仕切壁部材２５に向う矢符３１方向に搬送するとともに、仕切壁部材２５にあたった現像剤については撹拌領域槽２４内で仕切壁部材２５に沿って矢符３２方向へ搬送し、第１間隙２６を通りぬけた現像剤については、現像領域槽２３内でさらに現像ローラ１１へ向う矢符３５方向へ搬送する。この現像槽１２の一端部３９付近から現像ローラ１１へ向う現像剤の搬送方向を便宜上送り方向と呼ぶ。

また現像槽１２には、現像ローラ１１と第１撹拌搬送部材２８との間、すなわち第１撹拌搬送部材２８よりも現像ローラ１１寄りに、現像槽１２の長手方向に対して平行に、現像領域槽２３から撹拌領域槽２４にわたって、現像剤を現像ローラ１１から遠ざかる方向に撹拌搬送する第２撹拌搬送部材２９が、回転自在に設けられる。第２撹拌搬送部材２９も、いわゆるスクリュー部材であり、回転動作することによって、現像槽１２内の現像剤を撹拌し、搬送する。

第２撹拌搬送部材２９は、第１撹拌搬送部材２８が現像槽１２の長手方向他端部４０付近に搬送した現像剤を、現像ローラ１１に沿って仕切壁部材２５に向う矢符３７方向に搬送するとともに、仕切壁部材２５にあたった現像剤については現像領域槽２３内で仕切壁部材２５に沿って第１撹拌搬送部材２８へ向う矢符３８方向へ搬送し、第２間隙２７を通りぬけた現像剤については、撹拌領域槽２４内でさらに一端部３９付近へ向う矢符３３方向へ搬送する。この現像槽１２の他端部４０付近から現像ローラ１１に沿って一端部３９付近へ向う現像剤の搬送方向を便宜上帰り方向と呼ぶ。

現像領域槽２３内において、第１撹拌搬送部材２８と第２撹拌搬送部材２９との間には、第１撹拌中間壁部材４１が設けられる。第１撹拌中間壁部材４１は、たとえば合成樹脂などからなる平板状の部材であり、現像槽１２の長手方向に延びて現像槽１２の底部から立ち上がるようにして設けられる。ただし、第１撹拌中間壁部材４１は、現像領域槽２３の長手方向の長さよりも短い長さになるように形成されるので、現像領域槽２３内において、他端部４０付近では、第１撹拌搬送部材２８から第２撹拌搬送部材２９へ向う矢符３６方向の現像剤の流れ、また仕切壁部材２５付近では、第２撹拌搬送部材２９から第１撹拌搬送部材２８へ向う矢符３８方向の現像剤の流れが形成される。

したがって、現像領域槽２３内では、第１および第２撹拌搬送部材２８，２９と、仕切壁部材２５と、第１撹拌中間壁部材４１とによって、前記送り方向から帰り方向に連なる現像剤の循環流、図１中では矢符３５，３６，３７，３８で示される現像剤の循環流が形成される。

撹拌領域槽２４内において、第１撹拌搬送部材２８と第２撹拌搬送部材２９との間には、第２撹拌中間壁部材４２が設けられる。第２撹拌中間壁部材４２は、たとえば合成樹脂などからなる平板状の部材であり、現像槽１２の長手方向に延びて現像槽１２の底部から立ち上がるようにして設けられる。ただし、第２撹拌中間壁部材４２は、撹拌領域槽２４の長手方向の長さよりも短い長さになるように形成されるので、撹拌領域槽２４内において、仕切壁部材２５付近では、第１撹拌搬送部材２８から第２撹拌搬送部材２９へ向う矢符３２方向の現像剤の流れ、また一端部３９付近では、第２撹拌搬送部材２９から第１撹拌搬送部材２８へ向う矢符３４方向の現像剤の流れが形成される。

したがって、撹拌領域槽２４内では、第１および第２撹拌搬送部材２８，２９と、仕切壁部材２５と、第２撹拌中間壁部材４２とによって、前記送り方向から帰り方向に連なる現像剤の循環流、図１中では矢符３１，３２，３３，３４で示される現像剤の循環流が形成される。

本発明の実施形態の現像装置１０は、現像槽１２内の現像剤量を検出する２個の第１および第２センサ１４，１５を含むことを特徴とする。現像装置１０では、第１および第２センサ１４，１５は共に透磁率センサが用いられる。したがって、以後第１センサ１４を第１透磁率センサ１４、第２センサ１５を第２透磁率センサ１５と呼ぶ。センサとして透磁率センサが用いられるので、現像装置１０においては、現像剤量として、現像剤中のトナー量、換言すればキャリアとトナーとの配合比であるトナー濃度が検出される。

第１透磁率センサ１４は、現像領域槽２３内で、現像ローラ１１よりも現像剤の撹拌搬送方向上流側、すなわち現像槽１２の他端部４０付近で第１撹拌搬送部材２８を臨んで現像領域槽２３の壁材に装着されて、トナー濃度を検出する。一方、第２透磁率センサ１５は、現像領域槽２３内で、現像ローラ１１よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側であって仕切壁部材の近傍で、第２撹拌搬送部材２９を臨んで現像領域槽２３の壁材に装着されて、トナー濃度を検出する。

第１および第２透磁率センサ１４，１５を上記のように設けることによって、第１透磁率センサ１４は、現像ローラ１１に供給される前、すなわち現像に供せられる前の現像剤のトナー濃度を測定し、第２透磁率センサ１５は、現像ローラ１１に供給された後、すなわち現像に供せられた後の現像剤のトナー濃度を測定することができる。

現像装置１０では、トナー濃度の検出出力に応じ、後述する制御部がトナーホッパを動作させて、撹拌領域槽２４へトナーを補給する。以下、透磁率センサ出力に基づくトナー補給動作について説明する。

図３は透磁率センサの出力特性を示す図であり、図４はトナー補給動作制御に関する電気的構成を簡略化して示すブロック図である。通常、２成分現像剤のトナーには非磁性材料が用いられ、キャリアには、鉄粉、フェライトなどの磁性材料が用いられる。透磁率は、現像剤中の磁性材料の磁性を検出するものであり、現像剤中の磁性材料と非磁性材料との混合比すなわち磁性材料の相対濃度が変化すると、その検出出力が変化する。したがって、現像剤の透磁率を検出することによって、現像剤中の磁性材料であるキャリアの濃度、逆に現像剤中の非磁性材料であるトナーの濃度を測定することができる。

図３では、透磁率センサにおける現像剤中のトナー濃度（Ｔ／Ｄ：Ｔはトナー、Ｄは現像剤）と、センサの透磁率検出出力電圧との関係を例示し、図３中のライン４５が透磁率センサの出力特性を示す。２成分現像剤の種類に応じて適正使用トナー濃度Ｔｓを定め、透磁率センサの出力特性におけるトナー濃度Ｔｓに対応する基準電圧Ｖｓを求め、この適正使用トナー濃度Ｔｓと基準電圧Ｖｓとを、現像装置１０に備えられる制御部４６の記憶部４７に予めストアしておくことができる。透磁率センサが、基準電圧Ｖｓよりも低い検出値を出力するとき、現像剤中の磁性材料すなわちキャリアの濃度が低く、非磁性材料であるトナーの濃度が高いので、制御部はトナー補給の動作指示を出力しない。逆に、透磁率センサが、基準電圧Ｖｓよりも高い検出値を出力するとき、現像剤中のキャリアの濃度が高く、トナーの濃度が低いので、制御部４６はトナーホッパ４８に対してトナー補給の動作指示を出力し、トナーホッパ４８から現像槽１２にトナー補給される。

現像装置１０では、上記のように動作する透磁率センサが２個、現像に供せられる前の現像剤のトナー濃度と、現像に供せられた後の現像剤のトナー濃度とを測定することができるように設けられる。特に、現像に供せられた後の現像剤のトナー濃度を、第２透磁率センサ１５で検出することができるので、たとえば高濃度画像などを現像し、現像に供せられた後の現像剤のトナー濃度が顕著に低下した場合であっても、トナー濃度低下を即座に検出し、検出結果に応じて、制御部４６がトナーホッパ４８を動作させて迅速にトナー補給することができる。

このように、現像装置１０では、現像に供せられる前の現像剤のトナー濃度を検出して適正使用トナー濃度になるように、また現像に供せられた後の現像剤のトナー濃度を検出し、トナー濃度の低下を迅速に補償して適正使用トナー濃度になるように、現像剤のトナー濃度を高い精度で制御することが可能になる。

次に、制御部４６がトナーホッパ４８に動作指令を出力して現像槽１２に対してトナーを補給する位置について説明する。図５は、トナーホッパ４８から現像槽１２にトナーを補給する概要を説明する図である。

トナーホッパ４８は、たとえば硬質合成樹脂などからなる容器部材であり、その内部空間にトナーを収容し、制御部４６からの動作指令に応じてトナー補給ローラ４９を駆動させて、現像槽１２に対してトナー５０を補給する。トナーホッパ４８には、その内部空間と外部とを連通させるトナー補給口５１が形成される。前記トナー補給ローラ４９は、トナー補給口５１の直上であって、その外周がトナー補給口５１に摺接しながら回転可能なように設けられる。トナー補給ローラ４９は、芯金のまわりに円筒状のたとえば発泡ウレタンなどの多孔性弾性部材が設けられたものであり、トナーホッパ４８内でトナー補給ローラ４９の多孔性弾性部材に保持されるトナーが、トナー補給口５１とトナー補給ローラ４９との摺擦でトナー補給ローラ４９から脱落し、現像槽１２へ補給される。

本実施の形態では、トナーホッパ４８のトナー補給口５１が、撹拌領域槽２４内の第２撹拌搬送部材２９の上方に配置され、補給されるトナー５０が、図５（ａ）の上面図における丸囲い部分Ａ、すなわち第２撹拌搬送部材２９の一端部３９寄りの位置に落下して補給されるように配置される。このトナーが補給される位置は、第１撹拌搬送部材２８と第２撹拌搬送部材２９とによって現像槽１２内で形成される撹拌搬送路で考慮する場合、現像ローラ１１へ現像剤を供給する部位から最も遠い位置にあたる。したがって、トナー５０が撹拌領域槽２４に補給されてから、現像ローラ１１へ供給されるまでの間に、撹拌時間を充分に確保することができ、現像剤と補給トナー５０とが充分に撹拌されるので、均一な現像剤として現像ローラ１１に供給することができる。

また、撹拌領域槽２４においてトナー５０が補給された現像剤は、その一部が、第１撹拌搬送部材２８によって第１間隙２６を通り撹拌領域槽２４から現像領域槽２３へ搬送されるけれども、その残部が、仕切壁部材２５に当り仕切壁部材２５に沿って搬送されて前述の撹拌領域槽２４内の循環流（矢符３１〜３４で示す流れ）を形成し、この循環の過程で第１および第２撹拌搬送部材２８，２９によって充分に撹拌されるので、現像剤と補給トナー５０とが一層均一に混合される。

さらに、撹拌領域槽２４では、トナーが補給されたトナー濃度が高い現像剤の循環流が形成され、現像領域槽２３では、現像に供された後のトナー濃度の低い現像剤の循環する循環流が形成され、撹拌領域槽２４と現像領域槽２３とを連通する仕切壁部材２５の第１および第２間隙２６，２７を通じて、両循環流が混合されるので、現像槽１２全体の撹拌効率を向上することができる。

このことによって、現像装置１０が搭載される画像形成装置が高速機であっても、第１および第２撹拌搬送部材２８，２９の回転速度を高速化することなく低速のままで、補給されたトナーと現像剤とを充分に撹拌して均一化し、現像ローラ１１へ供給することができるので、現像剤に与えるストレスを低減し、現像剤の寿命を長くすることができる。

図６は、本発明の実施の第２形態である現像装置５５の構成を簡略化して示す図である。本実施形態の現像装置５５は、実施の第１形態の現像装置１０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

現像装置５５において注目すべきは、第２センサとして圧電センサ５６が用いられ、圧電センサ５６は、撹拌領域槽２４内で、現像ローラ１１よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側であって仕切壁部材２５の近傍、すなわち撹拌領域槽２４と現像領域槽２３とのほぼ槽境界で、現像剤量を検出することである。

圧電センサ５６を撹拌領域槽２４と現像領域槽２３とのほぼ槽境界に設けることによって、現像に供せられた後の現像剤の流れと、撹拌領域槽２４内での循環流との合流部で現像剤量を検出することができるので、現像槽１２内の現像剤量を精度よく検出することができる。なお、第１センサ１４は、実施の第１形態の現像装置１０と同様に透磁率センサ１４が用いられ、同一の位置に設けられる。

圧電センサ５６としては、たとえば自励発振方式のものが挙げられる。自励発振方式の圧電センサ５６の検知面に、粉体負荷がなく無負荷の状態から徐々に負荷を増加していくと、負荷が大きくなるのに伴ってセンサのゲインが減少し、予め設定された値を上回る負荷が加わると、発振に必要なゲインが確保できなくなり、発振が停止する。圧電センサ５６のこのような特性を利用し、現像剤のトナー濃度をより高精度に制御することが可能になる。

図７は、透磁率センサと圧電センサとの出力特性を示す図である。透磁率センサ１４は、検出感度の高い優れたセンサであるけれども、その出力特性が動作環境の影響を受けやすい。図７（ａ）は、透磁率センサ１４の常温／常湿環境における出力特性（ライン４６）と、低温／低湿環境における出力特性（ライン５７）とを示す。

透磁率センサ１４の出力特性は、動作環境が常温／常湿から低温／低湿に変化すると、全体的に高電圧側にシフトする。したがって、現像剤のトナー濃度が、トナー補給をする必要が無い基準電圧Ｖｓ未満の電圧Ｖ_Ｌに相当するトナー濃度Ｔ_Ｌであっても、低温／低湿でシフトした出力特性上では、トナー補給をする必要が有る電圧Ｖ_Ｈとして検出されてしまうという現象が発生する。

圧電センサ５６は、このような現象を補正することができる。図７（ｂ）は、圧電センサ５６の出力特性を示す。圧電センサ５６では、発振が停止する負荷に対応するゲインＧｓを基準ゲインとし、この基準ゲインＧｓに対応する現像剤量が適正使用現像剤量Ｔ_ＶＳとして設定される。ここで、適正使用現像剤量Ｔ_ＶＳとは、現像剤のトナーとキャリアとの混合比が、選択される現像剤の種類に応じて適正とされる値に調整されているものの粉体圧力をいう。キャリア粒子はトナー粒子に対して大きいので、現像剤の見かけのかさが同じであっても、キャリアの相対濃度が増加してトナーの相対濃度が減少すると、かさ密度が減少して粉体圧力が減少し、逆にキャリアの相対濃度が減少してトナーの相対濃度が増加すると、かさ密度が増加して粉体圧力が増加する。したがって、現像剤の圧力を検出することによって、現像剤のトナー濃度の近似値を検出することが可能になる。

またこのような圧電センサ５６の出力特性は、動作環境の影響を受けにくいので、低温／低湿環境で透磁率センサ１４がトナー補給を必要とする電圧Ｖ_Ｈを出力する場合であっても、圧電センサ５６は、トナー補給の必要が無い現像剤の粉体圧力Ｔ_ＶＬを検出し、このときのゲインＧ_Ｌは基準ゲインＧｓよりも小さいので、トナー補給の必要が無いことを判定でき、透磁率センサ１４が受ける動作環境の影響を補正することができる。

図８は、透磁率センサ１４と圧電センサ５６とを用いるトナー補給動作制御に関する電気的構成を簡略化して示すブロック図である。制御部４６は、透磁率センサ１４および圧電センサ５６の検出値を記憶部４７に予めストアされる基準値（基準電圧Ｖｓ、基準ゲインＧｓ）と比較し、予め定める判定条件に従ってトナーホッパ４８を動作させ、現像槽１２の撹拌領域槽２４へトナーを補給する。

図９は、動作環境が常温／常湿である場合についてのトナー補給動作を説明するフローチャートである。以下、図９を参照し、常温／常湿動作環境において、透磁率センサ１４と圧電センサ５６とを用いるトナー補給動作について説明する。

スタートでは、現像装置１０が画像形成装置に搭載され、画像形成装置が画像形成動作を実行している状態にある。スタートｓ１では、透磁率センサ１４が検出した電圧値を、記憶部４７から読出した基準電圧Ｖｓと比較し、透磁率センサ１４の検出電圧値が基準電圧Ｖｓ未満であるか否かを判定する。

透磁率センサ１４の検出電圧値が基準電圧Ｖｓ以上であるとき、ステップｓ３へ進み、トナーホッパ４８に動作指令を出力してトナーを撹拌領域槽２４へ補給する。すなわち、透磁率センサ１４の検出電圧値が基準電圧Ｖｓ以上である場合、少なくとも現像ローラ１１に供給される位置における現像剤のトナー濃度が、使用適正トナー濃度よりも低いことを意味するので、トナーを補給する。

透磁率センサ１４の検出電圧値が基準電圧Ｖｓ未満であるとき、ステップｓ２に進む。ステップｓ２では、圧電センサ５６が検出したゲインを、記憶部４７から読出した基準ゲインＧｓと比較し、圧電センサ５６の検出ゲインが基準ゲインＧｓ未満であるか否かを判定する。すなわち、ステップｓ１の透磁率センサ１４の検出電圧値が基準電圧Ｖｓ未満である場合、現像ローラ１１に供給される位置における現像剤のトナー濃度が、使用適正トナー濃度よりも高いので、次にステップｓ２で現像領域槽２３と撹拌領域槽２４との槽境界における現像剤量（トナー濃度に近似できる）が、使用適正量（現像剤量がトナー濃度に近似できるので使用適正トナー濃度とみなすことができる）にあるか否かを判定する。

圧電センサ５６の検出ゲインが基準ゲインＧｓ以上であるとき、ステップｓ３へ進み、トナーホッパ４８に動作指令を出力してトナーを撹拌領域槽２４へ補給する。すなわち、圧電センサ５６の検出ゲインが基準ゲインＧｓ以上である場合、槽境界位置におけるトナー濃度が、使用適正トナー濃度よりも低いことを意味するので、トナーを補給する。画像形成動作を継続しているとき、ステップｓ３でトナー補給後は、ステップｓ１へ戻り、以降のステップを繰返す。

一方、圧電センサ５６の検出ゲインが基準ゲインＧｓ未満であるとき、先のステップｓ１の判定も含めて、現像ローラ１１に対する現像剤供給位置においても、また槽境界においても現像剤のトナー濃度が使用適正濃度を満足しているので、トナー補給することなく、ステップｓ１へ戻り、以降のステップを繰返す。

このように、常温／常湿の動作環境においては、透磁率センサ１４または圧電センサ５６のいずれか一方のセンサが基準値以上の値である場合、すなわち現像ローラ１１に対する供給位置または槽境界のどちらかで現像剤のトナー濃度が使用適正濃度を満足しない場合、トナー補給を実行する。

現像装置１０の動作環境が、低温／低湿または高温／高湿であるとき、前述のように透磁率センサ１４の出力特性がシフトするので、現像装置１０に温度センサおよび湿度センサを設け、温度または湿度が予め定める設定範囲外になる場合、圧電センサ５６で検出されるゲインに基づくトナー補給要否の判定を優先することによって、動作環境に影響されることなく、高精度にトナー濃度制御を行うことができる。

以上に述べたように、本実施の形態では、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤に対する事例を示すけれども、これに限定されることなく、現像剤は磁性１成分現像剤であってもよく、また第１および第２センサの両方に圧電センサを用いることによって非磁性１成分現像剤に対しても適用することができる。

本発明の実施の第１形態である現像装置１０の構成を簡略化して示す図である。現像装置１０が搭載される画像形成装置の画像形成ユニット１部分の構成を簡略化して示す図である。透磁率センサの出力特性を示す図である。図４はトナー補給動作制御に関する電気的構成を簡略化して示すブロック図である。トナーホッパ４８から現像槽１２にトナーを補給する概要を説明する図である。本発明の実施の第２形態である現像装置５５の構成を簡略化して示す図である。透磁率センサと圧電センサとの出力特性を示す図である。透磁率センサ１４と圧電センサ５６とを用いるトナー補給動作制御に関する電気的構成を簡略化して示すブロック図である。動作環境が常温／常湿である場合についてのトナー補給動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１画像形成ユニット
２感光体
１０，５５現像装置
１１現像ローラ
１２現像槽
１４，１５透磁率センサ
２３現像領域槽
２４撹拌領域槽
２５仕切壁部材
２８第１撹拌搬送部材
２９第２撹拌搬送部材
４１第１撹拌中間壁部材
４２第２撹拌中間壁部材
４６制御部
４８トナーホッパ
４９トナー補給ローラ
５１トナー補給口
５６圧電センサ

Claims

電子写真方式の画像形成装置に搭載される現像装置において、
回転自在に設けられて現像剤を担持する現像剤担持体と、
現像剤を収容し現像剤担持体の軸線方向の長さを超える長さを有する現像槽であって、現像剤を撹拌搬送して現像剤担持体に現像剤を供給する現像領域槽と、現像領域槽に連接するとともに現像剤担持体の長さを超える位置に設けられ、補給されるトナーを現像剤と撹拌搬送して現像領域槽へ供給するとともに、現像剤担持体に供給された残部の現像剤の一部が回収される撹拌領域槽とを有する現像槽と、
撹拌領域槽から現像領域槽にわたって設けられ、現像剤担持体へ向う方向に現像剤を撹拌搬送する第１撹拌搬送部材と、
現像領域槽から撹拌領域槽にわたって設けられ、現像剤担持体に現像剤を供給するとともに現像剤担持体から遠ざかる方向に現像剤を撹拌搬送する第２撹拌搬送部材と、
現像槽内の現像剤量を検出する２個の第１および第２センサとを含み、
現像槽には、現像領域槽と撹拌領域槽とを仕切り、かつ現像領域槽と撹拌領域槽とを連通する間隙が形成される仕切壁部材が設けられ、
仕切壁部材と第１および第２撹拌搬送部材とによって、撹拌領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流と、現像領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流とが形成され、
第１センサは、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向上流側で現像剤量を検出し、
第２センサは、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側であって仕切壁部材の近傍で現像剤量を検出することを特徴とする現像装置。
第１センサと第２センサとが、透磁率センサであることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
電子写真方式の画像形成装置に搭載される現像装置において、
回転自在に設けられて現像剤を担持する現像剤担持体と、
現像剤を収容し現像剤担持体の軸線方向の長さを超える長さを有する現像槽であって、現像剤を撹拌搬送して現像剤担持体に現像剤を供給する現像領域槽と、現像領域槽に連接するとともに現像剤担持体の長さを超える位置に設けられ、補給されるトナーを現像剤と撹拌搬送して現像領域槽へ供給するとともに、現像剤担持体に供給された残部の現像剤の一部が回収される撹拌領域槽とを有する現像槽と、
撹拌領域槽から現像領域槽にわたって設けられ、現像剤担持体へ向う方向に現像剤を撹拌搬送する第１撹拌搬送部材と、
現像領域槽から撹拌領域槽にわたって設けられ、現像剤担持体に現像剤を供給するとともに現像剤担持体から遠ざかる方向に現像剤を撹拌搬送する第２撹拌搬送部材と、
現像槽内の現像剤量を検出する２個の第１および第２センサとを含み、
現像槽には、現像領域槽と撹拌領域槽とを仕切り、かつ現像領域槽と撹拌領域槽とを連通する間隙が形成される仕切壁部材が設けられ、
仕切壁部材と第１および第２撹拌搬送部材とによって、撹拌領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流と、現像領域槽内で現像剤が撹拌搬送される循環流とが形成され、
第１センサは、現像領域槽内で現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向上流側で現像剤量を検出し、
第２センサは、現像領域槽と撹拌領域槽との槽境界または現像剤担持体よりも現像剤の撹拌搬送方向下流側であって撹拌領域槽内における仕切壁部材の近傍で現像剤量を検出することを特徴とする現像装置。
第１センサが透磁率センサであり、第２センサが圧電センサであることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
トナーを収容し収容するトナーをトナー補給口から撹拌領域槽に補給するトナーホッパを含み、
トナーホッパのトナー補給口が、撹拌領域槽内の第２撹拌搬送部材の上方に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の現像装置。