JP2007065560A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度センサの検出結果に基づくトナー補給制御をリアルタイムに行えなかった。
【解決手段】本発明の画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体ドラム１１と、静電潜像を現像するための現像剤を担持する複数の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４を有し、感光体ドラム１１に対向する現像位置に複数の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４を順に移動させて現像色を切り替えるロータリー現像装置１３と、複数の現像ロール１３１〜１３４のうち、現像位置に配置された現像ロール１３１が担持する現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ３２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式にしたがって画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真方式で画像を形成するフルカラーの複写機、プリンタ、複合機等の画像形成装置の中には、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色に対応する４つの現像器を有するロータリー現像装置を備えたものがある。この種の画像形成装置では、ロータリー現像装置が備える各々の現像器に１つずつ現像ロールが設けられている。

近年、高画質化のために画像濃度を安定させることが重要になっている。このため、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる場合は、画像濃度安定化のために、現像剤のトナー濃度（トナー混合比：Toner concentration）を適切に制御する必要がある。トナー濃度の検出方法としては、現像器内で攪拌されている現像剤のトナー濃度を検出する方法以外に、現像ロールに担持された現像剤のトナー濃度を検出することで間接的に現像器内のトナー濃度を把握する方法がある。

そこで、ロータリー現像装置を備える従来の画像形成装置として、現像ロール上のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ（ＴＣセンサ）を備えるものが公知となっている（例えば、特許文献１〜３を参照）。こうした従来の画像形成装置では、現像ロール上のトナー濃度をトナー濃度センサで検出し、この検出結果に基づいて、トナーカートリッジから現像器へのトナー補給を制御している。このようにトナー濃度センサを用いてトナーの補給を制御する方式は、ＡＴＣ(Auto Toner concentration)方式とも呼ばれている。

特開平４−３４９４８０号公報 特開２００１−６６８７３号公報 特開２００２−２３４３４号公報

しかしながら、上記従来の画像形成装置においては、実際に静電潜像の現像が行われる位置（以下、「現像位置」と記す）とは異なる位置、例えば、現像位置からロータリー現像装置の回転方向に９０°又は１８０°ずれた位置で、現像ロール上のトナー濃度をトナー濃度センサで検出する構成を採用しているため、次のような欠点があった。

すなわち、ＡＴＣ方式でトナー補給制御を行う場合に、まず、現像位置と異なる位置で現像ロール上のトナー濃度を検出し、その後、その現像ロールを現像位置に移動してからトナー補給を行う必要があった。このため、ロータリー現像装置を備える画像形成装置では、トナー補給制御をリアルタイムに行うことができなかった。

本発明に係る画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体と、静電潜像を現像するための現像剤を担持する複数の現像剤担持体を有し、像担持体に対向する現像位置に複数の現像剤担持体を順に移動させて現像色を切り替えるロータリー現像装置と、複数の現像剤担持体のうち、現像位置に配置された現像剤担持体が担持する現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段とを備えるものである。

本発明に係る画像形成装置においては、ロータリー現像装置の回転動作にしたがって複数の現像剤担持体を現像位置に順に移動させて現像色を切り替えるときに、現像位置に配置された現像剤担持体上のトナー濃度をトナー濃度検出手段で検出する構成を採用しているため、現像剤担持体を現像位置に配置している間に、トナー濃度検出手段の検出結果に基づいてトナーカートリッジから現像器へのトナー補給を制御することが可能となる。

本発明の画像形成装置によれば、現像位置に配置された現像剤担持体上のトナー濃度をトナー濃度検出手段で検出するため、現像剤担持体を現像位置に配置している間に、トナー濃度検出手段の検出結果に基づいてトナーカートリッジから現像器へのトナー補給をリアルタイムに制御することができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明が適用される画像形成装置の構成例を示す概略図である。この画像形成装置は、大きくは、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）を一体に有する原稿押さえユニット１、スキャナ部２、プリンタ部３及び用紙トレイ部４によって構成されている。原稿押さえユニット１は、原稿台５にセットされた原稿を上から押さえるもので、スキャナ部２の本体上部に開閉可能に取り付けられている。原稿は、原稿押さえユニット１を閉じた状態で自動原稿送り装置により画像読取位置に送り込まれるか、原稿押さえユニット１の開閉操作を伴うユーザの手作業により原稿台５上に載置される。

スキャナ部２は、光学走査ユニット６と、この光学走査ユニット６を副走査方向（図１の左右方向）に移動させるためのワイヤ７と、このワイヤ７を駆動する駆動プーリ９と、この駆動プーリ９を回転させるモータ（不図示）とを備えて構成されている。光学走査ユニット６は、原稿の画像を光学的に読み取り走査するものである。光学走査ユニット６には、図示はしないが、カラーフィルタ付きのＣＣＤ(Charge Coupled Device)ラインセンサからなる原稿画像読取用のセンサ（以下、「原稿読取センサ」と記す）と、原稿面に画像読み取り用のライン状の光を照射するハロゲンランプ等の光源が搭載されている。そして、原稿の画像がフルカラーの場合は、そのカラー画像を光の原色であるＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）に分解して原稿読取センサで読み取るものとなっている。

なお、スキャナ部２の構成としては、例えば、原稿読取センサの読み取りライン方向（読取用の画素列の並び方向）を主走査方向とし、これと直交する方向を副走査方向とした場合に、副走査方向の移動速度（移動距離）の相対比が１：２に設定された２つの移動走査体（キャリッジ）と、これら２つの移動走査体に搭載された光学部品（光源ランプ、集光ミラー、反射ミラー等）と、この光学部品によって導かれた光を原稿読取センサの受光面に結像させるレンズ系とを用いた構成を採用することができる。この場合、上記２つの移動走査体とこれに搭載された光学部品とによって光学走査ユニットが構成されることになる。また、上記２つの移動走査体は、高速側がフルレートキャリッジ、低速側がハーフレートキャリッジとも呼ばれる。そして、フルレートキャリッジには、光源ランプ、集光ミラー、フルレートミラーなどの光学部品が搭載され、ハーフレートキャリッジには、ミラー面が直角に配置された一対のハーフレートミラーなどの光学部品が搭載される。また、これら２つのキャリッジを用いた移動方式は、フルハーフレート方式とも呼ばれる。

プリンタ部３は、プリント対象となる画像を用紙にプリント出力するもので、レーザ走査ユニット（レーザＲＯＳ；Laser Raster Output Scanner）１０と、像担持体となるドラム型の感光体（以下、「感光体ドラム」と記す）１１とを有している。感光体ドラム１１の周囲には、感光体ドラム１１の表面を一様に帯電する帯電器１２と、レーザ走査ユニット１０によって感光体ドラム１１の表面に書き込まれた静電潜像をトナー像に現像するロータリー現像装置１３と、トナー像を用紙に転写する転写ユニット１４と、用紙に転写されなかった残留トナーを感光体ドラム１１から取り除くクリーナ１６などが配置されている。

感光体ドラム１１は、図示しないモータの駆動によって図示矢印方向に回転駆動される。その際、帯電器１２は、感光体ドラム１１の表面を一様に帯電させる。また、レーザ走査ユニット１０は、レーザ出力部１０ａでレーザビームを発生させるとともに、このレーザビームをスキャナ部２からの各色の画像データにしたがって点滅（変調）させる。こうしてレーザ出力部１０ａから出射されたレーザビームは、ポリゴンミラー１０ｂ、ｆ／θレンズ１０ｃ及び反射レンズ１０ｄを介して感光体ドラム１１の表面に照射されるとともに、ポリゴンミラー１０ｂの回転にしたがって感光体ドラム１１の軸方向に走査される。これにより、感光体ドラム１１上には、スキャナ部２で読み取られた原稿の画像に対応した静電潜像が形成される。

こうして感光体ドラム１１に形成された静電潜像は、ロータリー現像装置１３によってトナー像に現像され、かつこのトナー像が転写ユニット１４によって用紙に転写される。このとき、用紙に転写されずに感光体ドラム１１に残ったトナー（残留トナー）はクリーナ１６によって除去される。また、クリーナー１６で清浄化された感光体ドラム１１の表面は、帯電器１２によって再び帯電された後、このドラム表面にレーザ走査ユニット１０の駆動によって他の色の静電潜像の書き込みが順に行われる。

ロータリー現像装置１３は、図示しないモータによって図の時計回り方向に回転駆動されるもので、その回転軌道上に４つの現像ロール１３１〜１３４が設けられている。各々の現像ロール１３１〜１３４は、ロール外周面で現像剤を担持しつつ回転するもので、本発明における「現像剤担持体」に相当するものである。各々の現像ロール１３１〜１３４は、図示しないマグネットロールと現像スリーブによって構成されるものである。ロータリー現像装置１３の回転軌道とは、モータの駆動によってロータリー現像装置１３を回転させたときに、ロータリー現像装置１３の外周部が周回移動する円形の軌道をいう。

ロータリー現像装置１３の回転動作角度は、例えば、次のような方式で制御される。すなわち、ロータリー現像装置１３の回転軸にスリット（切り欠き）付きの回転板を取り付けるとともに、この回転板のスリット部分を両側から挟むように透過型光センサの発光部と受光部を配置することにより、ロータリー現像装置１３が１回転するごとに、一定の回転角度で透過型光センサから１回ずつセンサ信号が出力される構成とする。また、ロータリー現像装置１３の回転駆動用モータにパルスモータを採用し、回転駆動用モータへの駆動パルスの供給及び停止によりロータリー現像装置１３の回転及び停止を制御するとともに、回転駆動用モータに供給する駆動パルスの個数によってロータリー現像装置１３の回転角度を制御する構成とする。そして、ロータリー現像装置１３をいずれの回転角度で停止させるかについては、透過型光センサからセンサ信号が出力されるタイミングを基準に、この基準タイミングから回転駆動モータに供給する駆動パルスをカウントすることにより制御する。

いま、フルカラーの画像を形成する際の色順序をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に設定するものとすると、ロータリー現像装置１３の回転軌道上に順に配置された４つの現像ロール１３１〜１３４のうち、現像ロール１３１はイエロー用の現像器に設けられ、現像ロール１３２はマゼンタ用の現像器に設けられたものとなる。また、現像ロール１３３はシアン用の現像器に設けられ、現像ロール１３４はブラック用の現像器に設けられたものとなる。各々の現像器は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて静電潜像を現像するものである。また、ロータリー現像装置１３には、上記４つの現像器に対応して４つの着脱式（交換式）のトナーカートリッジと、このトナーカットリッジから現像器にトナーを補給するトナー補給機構（オーガー等）が組み込まれる。

感光体ドラム１１に対向する現像位置で、静電潜像を現像するときの現像色（静電潜像の現像に用いるトナーの色）を切り替える場合は、ロータリー現像装置１３を一方向（図の時計回り方向）に回転させることにより、ロータリー現像装置１３の回転軌道上で各々の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４を移動させる。そして、感光体ドラム１１上の静電潜像をイエローのトナーで現像するときは、感光体ドラム１１と対向する現像位置にイエロー用の現像ロール１３１を、マゼンタのトナーで現像するときはマゼンタ用の現像ロール１３２を、シアンのトナーで現像するときはシアン用の現像ロール１３３を、ブラックのトナーで現像するときはブラック用の現像ロール１３4をそれぞれ配置する。

転写ユニット１４は転写ドラム１５を有している。転写ドラム１５の外周には誘電体のフィルムからなる用紙担持体が張設されている。転写ドラム１５は、専用の電動モータ或いは感光体ドラム１１の回転駆動系と歯車によって連結され、図中矢印方向（反時計回り方向）に回転駆動される。転写ドラム１５の周囲には、転写用帯電器１７、分離用放電器１８、トナー電荷制御用帯電器１９、剥離爪２０、除電器２１、クリーナ２２、押し付けロール２３、吸着用帯電器２５が配置されている。そして、用紙トレイ部４から給紙ローラ４ａ、給紙ガイド４ｂを経て搬送される用紙は、画像（トナー像）とのタイミング合わせのためにレジ位置４ｃで待機した後、所定のタイミングで転写ドラム１５まで搬送され、吸着用帯電器２５のコロナ放電により誘電体のフィルムに吸着される。

転写ドラム１５は、感光体ドラム１１と同期して回転する。転写ドラム１５の外周に巻き付けられた用紙には、最初にイエローのトナーで現像されたトナー像が転写用帯電器１７により転写され、さらに、転写ドラム１５の回転により順次他の色、すなわちマゼンタ、シアン、ブラックのトナー像が転写（重ね転写）される。転写ドラム１５が４回転して４色分のトナー像が用紙に転写されると、転写ドラム１５の内側及び外側に設けられた分離用放電器１８によりＡＣ除電される。これにより、用紙は剥離爪２０により分離され、搬送ベルト２７により定着器２９に送られる。定着器２９では、熱圧ローラ３０によりトナー像が用紙に溶融定着される。ちなみに、フルカラーの画像を形成する場合は、４つの現像ロール１３１〜１３４を順に用いて４回の現像処理を行う必要があるが、白黒の画像を形成する場合は、ブラック用の現像ロール１３４を用いた１回の現像処理だけで済む。

図２（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成として、ロータリー現像装置周辺の各部の位置関係を示す概略図である。図示したロータリー現像装置１３においては、イエロー用の現像ロール１３１が、感光体ドラム１１に対向する現像位置で、当該感光体ドラム１１と近接する状態に配置されている。現像位置とは、実際に感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を、現像ロールに担持された現像剤（二成分現像剤）を用いてトナー像に現像するための処理が行われる位置をいう。この現像位置に現像ロール１３１を配置した状態では、感光体ドラム１１と現像ロール１３１との間に数ｍｍ程度のギャップが確保される。このギャップは、他の現像ロール１３２，１３３，１３４を現像位置に配置した場合でも同様に確保される。

また、現像ロール１３２はマゼンタ用の現像器１３Ｍに、現像ロール１３３はシアン用の現像器１３Ｃに、現像ロール１３４はブラック用の現像器１３Ｋにそれぞれ設けられている。これらの現像器１３Ｍ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋは、ロータリー現像装置１３の内部に設けられるものである。さらに、ロータリー現像装置１３の内部には、イエローのトナーを貯留するトナーカートリッジ３１Ｙと、マゼンタのトナーを貯留するトナーカートリッジ３１Ｍと、シアンのトナーを貯留するトナーカートリッジ３１Ｃと、ブラックのトナーを貯留するトナーカートリッジ３１Ｋが、それぞれ着脱可能に装着されている。

一方、ロータリー現像装置１３の周囲には、「トナー濃度検出手段」となるトナー濃度センサ３２が配置されている。トナー濃度センサ３２は、発光素子と受光素子を有する光学式のセンサによって構成されている。このトナー濃度センサ３２は、発光素子が発光する光（一般的には赤外光）を現像剤に照射したときに、当該現像剤で反射した光を受光素子で受光する反射光検出型のセンサで、現像剤の光学的反射率によってトナー濃度を検出するものである。二成分現像剤を構成するトナーとキャリアのうち、トナーは光を反射し、キャリアは光を吸収する。したがって、現像剤からの反射光量をトナー濃度センサ３２で測定すれば、現像剤のトナー濃度を検出することができる。

ここで、本発明の実施形態に係る画像形成装置では、ロータリー現像装置１３の回転軌道上において、感光体ドラム１１と対向する現像位置の近傍にトナー濃度センサ３２を配置し、ロータリー現像装置１３の回転によって現像位置（感光体ドラム１１と対向する位置）に配置された現像ロール上のトナー濃度（さらに詳しくは、現像ロールの外周面にマグネットの磁力で担持された二成分現像剤のトナー混合比）をトナー濃度センサ３２で検出する構成を採用している。

図例のように、イエロー用の現像ロール１３１を現像位置に配置した状態では、トナー濃度センサ３２が、イエロー用の現像ロール１３１に対向する状態で当該現像ロール１３１の斜め上方に配置されている。現像位置に配置された現像ロールとトナー濃度センサ３２との相対的な位置関係は、４つの現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４のうち、いずれの現像ロールが現像位置に配置された場合でも同様である。したがって、ここでは現像ロール１３１を現像位置に配置した場合を例に挙げてトナー濃度センサ３２の取付位置を説明する。

トナー濃度センサ３２は、当該トナー濃度センサ３２の発光素子から発光された光を現像ロール１３１の外周面に直接照射し得るように、現像位置に配置された現像ロール１３１に対して正対する向きで配置されている。さらに詳述すると、トナー濃度センサ３２を配置するにあたっては、現像ロール１３１の中心軸ＣＬに対して、トナー濃度センサ３２の発光面及び受光面を結ぶ仮想直線ＢＬが平行となる向きで、トナー濃度センサ３２を配置している。このようにトナー濃度センサ３２を配置した場合は、上記仮想直線ＢＬと平行方向にトナー濃度センサ３２の位置が多少ずれても、センサ検出感度に影響を及ぼさないため、実際の組み立て調整では上記仮想直線ＢＬを中心にトナー濃度センサ３２の光軸の向きを現像ロール１３１の中心軸ＣＬに合わせるだけで、トナー濃度センサ３２の発光素子から現像ロール１３１に入射する光の入射角度θと、現像ロール１３１から反射する光（正反射光）の反射角度θを互いに等しい角度に調整することができる。このため、簡単な組み立て調整でトナー濃度センサ３２の検出感度を高めることができる。

ちなみに、現像ロール１３１の中心軸ＣＬに対して、例えば図３に示すように、トナー濃度センサ３２の発光面及び受光面を結ぶ仮想直線ＢＬが垂直となる向きで、トナー濃度センサ３２を配置した場合は、上記仮想直線ＢＬと平行方向にトナー濃度センサ３２の位置がずれると、それに応じて現像ロール１３１に対するセンサ光の照射位置（反射位置）がロール円周方向にずれるため、センサ検出感度に大きな影響を与える。このため、実際の組み立て調整では、トナー濃度センサ３２の取り付け位置が少しずれただけでも、光の入射角度θ１と反射角度θ２に格差が生じる。したがって、高い検出感度を得るには、調整に時間をかけて高精度に組み立て調整を行う必要がある。また、調整不足によって入射角度θ１と反射角度θ２に格差が生じた場合は、現像ロール１３１の外周面上で反射した光（正反射光）がトナー濃度センサ３２の受光面に効率良く到達しないため、センサ検出感度が低下してしまう。

図４は現像位置に配置された現像ロール周りでトナー濃度の検出可能角度を示す図である。トナー濃度の検出可能角度とは、トナー濃度センサ３２を用いて現像ロール上のトナー濃度を検出するにあたって、トナー濃度センサ３２を配置するための空間を規定する角度をいう。いま、現像位置にイエロー用の現像ロール１３１が配置された状態で、この現像ロール１３１の回転中心Ｐを基準をトナー濃度の検出可能角度を規定するものとする。現像ロール１３１の回転中心Ｐを基準とする理由は、トナー濃度センサ３２の光軸の向きを現像ロール１３１の回転中心Ｐに合わせることで、現像ロール１３１の外周面で反射した光（正反射光）がセンサ受光面で受光されやすくなり、これによって高いセンサ検出感度が得られるためである。

現像ロール１３１の周囲には、現像器３１Ｙの筐体を形成する上ハウジング３３Ａと下ハウジング３３Ｂが配置されている。このため、実際に現像ロール１３１上に担持された現像剤のトナー濃度を、上下のハウジング３３Ａ，３３Ｂを避けてトナー濃度センサ３２で検出するには、現像ロール１３１の斜め上方又は斜め下方にトナー濃度センサ３２を配置する必要がある。

現像ロール１３１の斜め上方にトナー濃度センサ３２を配置する場合は、現像ロール１３１の回転中心Ｐから上ハウジング３３Ａの端部に接する直線ＬＡと、現像ロール１３１の回転中心Ｐから感光体１１の外周面に接する直線ＬＢとのなす角度αが、トナー濃度の検出可能角度となる。ただし、図中破線矢印Ｍで示す方向から現像ロール１３１上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出する場合は、センサ検出感度は多少低下するものの、実用上問題のないレベルでトナー濃度を検出できる場合もある。したがって、実質的なトナー濃度の検出可能角度は、上述した角度αよりも若干大きな角度で規定することが可能である。

現像ロール１３１の斜め下方にトナー濃度センサ３２を配置する場合は、現像ロール１３１の回転中心Ｐから下ハウジング３３Ｂの端部に接する直線ＬＣと、現像ロール１３１の回転中心Ｐから感光体１１の外周面に接する直線ＬＤとのなす角度βが、トナー濃度の検出可能角度となる。ただし、図中破線矢印Ｎで示す方向から現像ロール１３１上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出する場合は、センサ検出感度は多少低下するものの、実用上問題のないレベルでトナー濃度を検出できる場合もある。したがって、実質的なトナー濃度の検出可能角度は、上述した角度βよりも若干大きな角度で規定することが可能である。

特に、現像位置に配置された現像ロール１３１に対して、それよりも上方にトナー濃度センサ３２を配置した場合は、現像位置から落下するトナーがトナー濃度センサ３２の発光面や受光面に付着することがないため、トナーの付着によるセンサ面の汚れとこれに伴うセンサ検出感度の低下を防止することができる。また一般に、現像器のハウジング構造は、現像剤を攪拌するために下ハウジング３３Ｂの方が上ハウジング３３Ａよりも大きな容積を有しているため、トナー濃度の検出可能角度の大小関係はα＞βとなっている。このため、現像位置よりも上方にトナー濃度センサ３２を配置する方が、センサ取付スペースを確保するうえでも有利になる。

また、現像ロール１３１上にトナー濃度の検出領域（センサ光が照射される領域）を広く確保したり、トナー濃度センサ３２の取付位置の制約を緩和するためにトナー濃度センサ３２の取付スペースを広く確保したりするうえでは、図５に示すように、現像ロール１３１の回転中心Ｐから上ハウジング３３Ａの端部に接する直線ＬＡと、現像ロール１３１の回転中心Ｐを通る水平軸ＨＬとのなす角度θ３や、現像ロール１３１の回転中心Ｐから下ハウジング３３Ｂの端部に接する直線ＬＣと現像ロール１３１の回転中心Ｐを通る水平軸ＨＬとのなす角度θ４を出来るだけ大きく設定することが望ましい。

ただし、角度θ３が極端に大きくなると、現像ロール１３１の上側の外周面が大きく露出した状態となるため、トナーのクラウドによる画質欠陥が生じやすくなる。このため、角度θ３については、例えばトナークラウドレベルと角度θ３の関係を調べた実験結果が図６のようであれば、θ３≦８０°となるように上ハウジング３３ａの端部の位置を設定することが望ましい。また、角度θ３が小さくなると、その分だけトナー濃度の検出可能角度α（図４参照）が小さくなる。このため、角度θ３の下限値は、少なくともトナー濃度センサ３２の取付スペースを確保できる程度（好ましくは約１０°）に設定する必要がある。

また、角度θ４が極端に大きくなると、現像ロール１３１の下側の外周面が大きく露出した状態となるため、現像ロール１３１上に担持されたトナーの一部がロール外周面から剥がれ落ちて落下する、いわゆるトナーのぼた落ちが発生しやすくなる。このため、角度θ４については、例えばトナーぼた落ちレベルと角度θ４の関係を調べた実験結果が図７のようであれば、θ４≦９０°となるように下ハウジング３３Ｂの端部の位置を設定することが望ましい。

また、現像ロール１３１上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出する場合は、感光体ドラム１１の近傍にトナー濃度センサ３２が配置されるため、トナー濃度センサ３２から現像ロール１３１に向けて照射された光がロール外周面上で反射したときに、その反射光の一部が感光体ドラム１１に到達し、感光体ドラム１１の表面電位に影響を与えることが考えられる。特に、感光体ドラム１１に形成された静電潜像が上記反射光の影響を受けると、画質低下を引き起こす恐れがある。

そこで、本実施形態においては、図８に示すように、トナー濃度センサ３２の光路と感光体ドラム１１との間に遮光部材３４を介装することとした。遮光部材３４は、例えば、光吸収性の高い色（黒色等）の樹脂からなる板状の部材であって、トナー濃度センサ３２を発光源とした光が感光体ドラム１１側に漏れないように、両者の間を空間的に仕切って光を遮るものである。

このように遮光部材３４を設けることにより、トナー濃度センサ３２から現像ロール１３１に向けて照射された光がロール外周面上で反射し、その反射光の一部が感光体ドラム１１に向かって反射したとしても、感光体ドラム１１に到達する手前で、感光体ドラム１１に向かう光が遮光部材３４に遮光される。このため、感光体ドラム１１に形成された静電潜像は、現像ロール１３１からの反射光の影響を殆ど受けなくなる。したがって、反射光の影響による画質低下を有効に防止することができる。

また、遮光部材３４を設けない場合は、トナー濃度センサ３２によるトナー濃度の検出タイミングを、感光体ドラム１１の回転方向で、現像ロール１３１からの反射光の一部が照射されるドラム表面に静電潜像が存在しない期間内に設定することにより、(感光体非画像部分の光劣化は反射光強度に比例して発生するが、)反射光の影響による画質低下は有効に防止することができる。

図９はトナー濃度制御系の構成例を示すブロック図である。図において、トナー濃度制御部３５には、トナー濃度センサ３２とディスペンスモータ３６とが電気的に接続されている。トナー濃度センサ３２は、トナー濃度制御部３５からトナー濃度の検出実行指示を受けてトナー濃度の検出を行うとともに、その検出結果をトナー濃度制御部３５に出力する。トナー濃度制御部３５は、トナー濃度センサ３２から出力されるトナー濃度の検出結果に基づいて、ディスペンスモータ３６の駆動を制御する。具体的には、トナー濃度センサ３２で検出したトナー濃度が予め設定された許容範囲内にあれば、ディスペンスモータ３６を回転駆動せず、トナー濃度センサ３２で検出したトナー濃度が上記許容範囲の下限値未満であれば、予め設定された駆動時間だけディスペンスモータ３６を回転駆動するように制御する。

ディスペンスモータ３６は、トナーカートリッジから現像器にトナーを補給するトナー補給機構（不図示）の駆動源となるものである。したがって、トナー濃度制御部３５がディスペンスモータ３６を回転駆動した場合は、その駆動時間にほぼ比例した量のトナーが、トナーカートリッジから現像器に補給される。ちなみに、本発明はいわゆるロータリー式現像装置について述べているので、トナーカートリッジから現像器へのトナー補給は、当該現像器の現像ロールが現像位置に配置されているときのみ実施可能である。

続いて、トナー濃度センサを用いてトナー濃度を検出する際の画像形成装置の動作について説明する。

まず、画像形成装置でフルカラーの画像を形成する場合は、画像形成中にロータリー現像装置１３を適宜回転させることにより、感光体ドラム１１と対向する現像位置に、イエロー用の現像ロール１３１、マゼンタ用の現像ロール１３２、シアン用の現像ロール１３３及びブラック用の現像ロール１３４を順に移動させて現像色を切り替える。現像色の切り替え順序は、ここで記述する順序に制限されるものではなく、他の順序で行うことも可能である。

いま、ロータリー現像装置１３の回転によってイエロー用の現像ロール１３１を現像位置に移動するものとすると、この現像位置に現像ロール１３１が到達した時点（ロータリー現像装置１３の回転が停止した時点）で、現像ロール１３１が回転を開始する。その後、現像ロール１３１による現像を終えて、ロータリー現像装置１３が再び回転し、これによって現像ロール１３１が現像位置から離れると、それと同時に現像ロール１３１の回転が停止する。つまり、現像ロール１３１は、当該現像ロール１３１が現像位置に配置されているときのみ回転する。また、現像ロール１３１は、現像位置に配置されている間（ロータリー現像装置１３の回転が停止している間）、常に回転している。

そこで、現像位置に現像ロール１３１が配置され、そこで現像ロール１３１が回転している期間を「現像サイクル期間」と定義すると、上述したトナー補給制御部３５は、この現像サイクル期間内に、トナー濃度センサ３２の検出結果に基づいてディスペンスモータ３６の駆動を制御することにより、トナーカートリッジから現像器へのトナー補給を制御する。

また、感光体ドラム１１に形成されたイエロー現像用の静電潜像は、現像ロール１３１が現像位置に配置されている現像サイクル期間内に、感光体ドラム１１の回転にしたがって、現像ロール１３１と対向する位置を通過し、そこで現像ロール１３１から供給されるイエローのトナーによって現像される。その際、感光体ドラム１１上の静電潜像は、現像サイクル期間の開始タイミングから終了タイミングまで常に現像ロール１３１と対向するわけではなく、現像サイクル期間の開始タイミングから所定時間が経過した後に、静電潜像の先端（１ライン目）が現像ロール１３１との対向位置に到達し、その後、静電潜像の後端（最終ライン）が現像ロール１３１との対向位置を抜けると、現像サイクル期間の終了タイミング付近となる。

このとき、現像サイクル期間の開始タイミングから所定時間が経過するまでの期間を「現像準備期間」と定義すると、トナー補給制御部３５は、この現像準備期間内、つまり感光体ドラム１１に担持された静電潜像が現像ロール１３１に対向していないタイミング（以下、「非現像タイミング」）でトナー濃度センサ３２が現像ロール１３１上のトナー濃度を検出するように、当該トナー濃度センサ３２に対してトナー濃度の検出実行指示を与える。このように非現像タイミングで現像ロール１３１上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出することにより、現像中における現像ロール上のトナー濃度変動の影響を受けることなく、現像ロール１３１上のトナー濃度を正確に検出することができる。

また、感光体ドラム１１の外周面にパッチの静電潜像と画像の静電潜像がドラム回転方向に並べて形成される場合は、現像サイクル期間内において、現像ロール１３１との対向位置を、パッチの静電潜像が通過してから画像の静電潜像が通過するまでの間に、実質的に現像を中断している現像インターバル期間が存在する。したがって、この現像インターバル期間内（すなわち非現像タイミング）で、現像ロール１３１上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出した場合も、上記同様に現像ロール１３１上のトナー濃度を正確に検出することができる。

また、トナー濃度センサ３２は、現像位置に配置された現像ロール上のトナー濃度を検出するものであるため、ロータリー現像装置１３の回転によって、現像位置に他の現像ロール１３２，１３３，１３４を順に配置した場合も、上記同様に現像サイクル期間内の非現像タイミングで現像ロール上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出することにより、上記同様の効果が得られる。

さらに、現像サイクル期間内に、現像位置に配置された現像ロール上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出し、この検出結果に基づいてトナー補給制御部３５がトナーカートリッジから現像器へのトナー補給をディスペンスモータ３６の駆動で制御することにより、現像サイクル期間中にトナー補給制御をリアルタイムに行うことができる。これにより、トナー濃度センサ３２で検出したトナー濃度が許容範囲を下回った場合に、そこから時間的なズレ（遅れ）を生じることなく、素早い応答性をもってトナーカートリッジから現像器にトナーを補給することができ、常に狙いのトナー濃度で安定させることが出来る。

また、フルカラーの画像を形成する場合に、トナー濃度センサ３２によってトナー濃度の検出が行われる現像位置に対して、各々の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４が順（共通）に配置されるため、例えば、ロータリー現像装置１３の回転軌道上で各々の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４を配置する際の角度配分が均一（９０°間隔）でない場合でも、ロータリー現像装置１３の回転制御アルゴリズムを複雑化することなく、１個のトナー濃度センサ３２で、各々の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４上のトナー濃度を検出することができる。したがって、ロータリー現像装置１３の回転軌道上に各々の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４を配置する際の角度配分に関係なく、最少個数のトナー濃度センサ３２でトナー補給制御を行うことが可能となる。

ちなみに、ロータリー現像装置１３の回転軌道上で４つの現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４を均等な角度配分（９０°間隔）に配置しない具体的なケースとしては、図１０に示すように、画像形成で最も使用頻度が高いと予想されるブラック用のトナーカートリッジ３１Ｋを、他の色用のトナーカートリッジ３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃよりも大型化（大容量化）するなどの理由で、ブラック用の現像ロール１３４とイエロー用の現像ロール１３１の間の角度間隔θ5や、イエロー用の現像ロール１３１とマゼンタ用の現像ロール１３２の間の角度間隔θ6、マゼンタ用の現像ロール１３２とシアン用の現像ロール１３３の間の角度間隔θ7を、それぞれ９０°未満の均等な角度で設定し、シアン用の現像ロール１３３とブラック用の現像ロール１３４との間の角度間隔θ8を、それよりも大きい９０°超の角度に設定する場合（例えば、θ5＝θ6＝θ7＝８０°、θ8＝１２０°に設定する場合）などが考えられる。

また、上述のようにトナーカートリッジを用いたロータリー現像装置１３に対しては、図１１に示すように、トナーカートリッジに貯留されたトナーの残量を検知するセンサ（以下、「トナー残量検知センサ」）３７が設けられる。トナー残量検知センサ３７は、発光素子と受光素子を有する反射型の光学センサである。トナー残量検知センサ３７を用いてトナーカートリッジ内のトナー残量を検知するにあたって、上述した各々のトナーカートリッジ３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃの側面には、センサ検知窓３８Ｋ，３８Ｙ，３８Ｍ，３８Ｃが設けられている。センサ検知窓３８Ｋ，３８Ｙ，３８Ｍ，３８Ｃは、トナー残量検知センサ３７から照射される光（赤外光等）を透過する樹脂又はガラス製の薄板を用いて構成されるものである。

また、現像位置にブラック用の現像ロール１３４を配置した状態では、トナーカートリッジ３１Ｋのセンサ検知窓３８Ｋが、当該トナーカートリッジ３１Ｋ側面の下部に配置され、トナー残量検知センサ３７は、センサ検知窓３８Ｋと対向するように配置される。この場合、ロータリー現像装置１３の回転中心と、ブラック用の現像ロール１３４と、トナーカートリッジ３１Ｋのセンサ検知窓３８Ｋの位置関係は、ロータリー現像装置１３の回転中心と、イエロー用の現像ロール１３１と、トナーカートリッジ３１Ｙのセンサ検知窓３８Ｙの位置関係や、ロータリー現像装置１３の回転中心と、マゼンタ用の現像ロール１３２と、トナーカートリッジ３１Ｍのセンサ検知窓３８Ｍの位置関係、さらにはロータリー現像装置１３の回転中心と、シアン用の現像ロール１３３と、トナーカートリッジ３１Ｃのセンサ検知窓３８Ｃの位置関係と同様のものとなっている。

したがって、現像位置にイエロー用の現像ロール１３１を配置した状態では、トナーカートリッジ３１Ｙのセンサ検知窓３８Ｙが、当該トナーカートリッジ３１Ｙ側面の下部に配置され、トナー残量検知センサ３７は、センサ検知窓３８Ｙと対向するように配置される。同様に、現像位置にマゼンタ用の現像ロール１３２を配置した状態では、トナーカートリッジ３１Ｍのセンサ検知窓３８Ｍが、当該トナーカートリッジ３１Ｍ側面の下部に配置され、トナー残量検知センサ３７は、センサ検知窓３８Ｍと対向するように配置される。また、現像位置にシアン用の現像ロール１３３を配置した状態では、トナーカートリッジ３１Ｃのセンサ検知窓３８Ｃが、当該トナーカートリッジ３１Ｃ側面の下部に配置され、トナー残量検知センサ３７は、センサ検知窓３８Ｃと対向するように配置される。

これにより、現像位置に現像ロール１３１を配置してイエローのトナーで現像を行っているときは、そのトナーを貯留しているトナーカートリッジ３１Ｙのトナー残量をトナー残量検知センサ３７で検知することができ、現像位置に現像ロール１３２を配置してマゼンタのトナーで現像を行っているときは、そのトナーを貯留しているトナーカートリッジ３１Ｍのトナー残量をトナー残量検知センサ３７で検知することができる。同様に、現像位置に現像ロール１３３を配置してシアンのトナーで現像を行っているときは、そのトナーを貯留しているトナーカートリッジ３１Ｃのトナー残量をトナー残量検知センサ３７で検知することができ、現像位置に現像ロール１３４を配置してブラックのトナーで現像を行っているときは、そのトナーを貯留しているトナーカートリッジ３１Ｋのトナー残量をトナー残量検知センサ３７で検知することができる。

したがって、全てのトナーカートリッジ３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃのトナー残量を１個のトナー残量検知センサで検知することができる。また、ロータリー現像装置１３の回転軌道上に各々の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４が均一な角度配分で配置されていない場合でも、各々の現像ロール１３１，１３２，１３，１３４を現像位置に順に移動するといった基本的な動作アルゴリズムで各々のトナーカートリッジ３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃのトナー残量を検知することができる。

この結果、現像位置に現像ロール１３１を配置しているときは、現像ロール１３１上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出する動作と、トナーカートリッジ３１Ｙのトナー残量をトナー残量検知センサ３７で検知する動作を同時進行的に行うことができる。また、現像位置に現像ロール１３２を配置しているときは、現像ロール１３２上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出する動作と、トナーカートリッジ３１Ｍのトナー残量をトナー残量検知センサ３７で検知する動作を同時進行的に行うことができる。

同様に、現像位置に現像ロール１３３を配置しているときは、現像ロール１３３上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出する動作と、トナーカートリッジ３１Ｃのトナー残量をトナー残量検知センサ３７で検知する動作を同時進行的に行うことができる。また、現像位置に現像ロール１３４を配置しているときは、現像ロール１３４上のトナー濃度をトナー濃度センサ３２で検出する動作と、トナーカートリッジ３１Ｋのトナー残量をトナー残量検知センサ３７で検知する動作を同時進行的に行うことができる。

また、トナー濃度センサ３２のセンサ面（発光面、受光面）がトナーや塵埃などの付着によって汚れると、センサ検出感度が低下する。特に、現像位置の近傍にトナー濃度センサ３２を配置した場合は、トナー濃度センサ３２のセンサ面がトナーの付着によって汚れやすくなる。そこで、本実施形態においては、トナー濃度センサ３２のセンサ面を開放したり閉じたりするシャッター機構を設けることとした。シャッター機構は、現像位置にいずれかの現像ロールが配置されているときは、トナー濃度センサ３２のセンサ面を開放してトナー濃度の検出を可能とし、現像位置にいずれの現像ロールも配置されていないときは、トナー濃度センサ３２のセンサ面を覆うように閉じてトナーや塵埃の付着を防止する。こうしたシャッターの開閉動作はソレノイド等を用いて行うことが可能であるが、シャッター専用の駆動源を設けると、コスト的なデメリットが大きくなる。

そこで本実施形態においては、ロータリー現像装置１３の回転を利用してシャッターを開閉する構成を採用している。図１２（Ａ）〜（Ｃ）はシャッター機構の具体的な構成と動作を説明する図である。図において、シャッター部材４０は、トナー濃度センサ３２のセンサ面よりも一回り大きな板状の部材であって、シャッター棒４１の一端部に取り付けられている。シャッター棒４１は、長手方向の中間部を回転軸４２によって回転自在に支持されている。また、シャッター棒４１は、図１２（Ａ）に示すように、シャッター部材４０の近傍に係止されたコイルバネ４３の付勢力（引っ張り力）によって回転軸４２を中心に反時計回り方向の回転力を受けながら、シャッター部材４０とストッパー部材４４との突き当てにより水平姿勢に支持されている。この支持状態では、シャッター部材４０がトナー濃度センサ３２のセンサ面を覆うように閉じ状態に保持される。

一方、シャッター棒４１の他端部は、ロータリー現像装置１３の回転軌道上において、当該ロータリー現像装置１３の外周部から半径方向に突出する４つの突起４５Ｋ，４５Ｙ，４５Ｍ，４５Ｃに当接する位置に配置されている。各々の突起４５Ｋ，４５Ｙ，４５Ｍ，４５Ｃは、ロータリー現像装置１３と一体に回転する回転板４６に設けられている。また、各々の突起４５Ｋ，４５Ｙ，４５Ｍ，４５Ｃは、ロータリー現像装置１３と一体に回転板４６が回転したときに、その回転途中で順にシャッター棒４１に突き当たる。これにより、シャッター棒４１は、これに突き当たる突起に押されて図１２（Ｂ）に示すように時計回り方向に回転し、この回転にしたがってシャッター部材４０がトナー濃度センサ３２のセンサ面から外れる位置まで移動する。したがって、トナー濃度センサ３２のセンサ面が開放された状態となる。

さらに詳述すると、突起４５Ｙは、イエロー用の現像ロール１３１を現像位置に配置したときにシャッター棒４１の他端部に当接し、そのままコイルバネ４３の付勢力に対抗してシャッター棒４１を時計回り方向に回転させることにより、トナー濃度センサ３２のセンサ面からシャッター部材４０をずらして当該センサ面を開放するものである。また、突起４５Ｍは、マゼンタ用の現像ロール１３２を現像位置に配置したときにシャッター棒４１の他端部に当接し、そのままコイルバネ４３の付勢力に対抗してシャッター棒４１を時計回り方向に回転させることにより、トナー濃度センサ３２のセンサ面からシャッター部材４０をずらして当該センサ面を開放するものである。

同様に、突起４５Ｃは、シアン用の現像ロール１３３を現像位置に配置したときにシャッター棒４１の他端部に当接し、そのままコイルバネ４３の付勢力に対抗してシャッター棒４１を時計回り方向に回転させることにより、トナー濃度センサ３２のセンサ面からシャッター部材４０をずらして当該センサ面を開放するものである。また、突起４５Ｋは、ブラック用の現像ロール１３４を現像位置に配置したときにシャッター棒４１の他端部に当接し、そのままコイルバネ４３の付勢力に対抗してシャッター棒４１を時計回り方向に回転させることにより、トナー濃度センサ３２のセンサ面からシャッター部材４０をずらして当該センサ面を開放するものである。

このようなシャッター機構を設けることにより、トナー濃度センサ３２のセンサ面は、各々の現像ロール１３１，１３２，１３３，１３４を現像位置に配置してトナー濃度の検出を行うときだけ開放し、それ以外のときはシャッター部材４０で覆われるため、トナーや塵埃の付着によるセンサ面の汚れを軽減することができる。また、ロータリー現像装置１３の回転を利用してシャッターを開閉動作させるため、ソレノイド等の駆動源を別途設ける必要がない。このため、低コストにて実施可能である。また、ソレノイド等の故障による動作不良を回避することができる。

さらに、シャッター部材４０の構成として、トナー濃度センサ３２のセンサ面と対向する側の面に、例えばクリーニング用のブラシ、パッド等の清掃部材を設けるようにすれば、シャッターを開閉動作するごとに、トナー濃度センサ３２のセンサ面を清掃部材でクリーニングすることができる。その結果、トナー濃度センサ３２のセンサ面を常に清浄な状態に維持することができる。したがって、長期にわたってトナー濃度センサ３２の検出感度を良好に維持することが可能となる。

本発明が適用される画像形成装置の構成例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成として、ロータリー現像装置周辺の各部の位置関係を示す概略図である。 トナー濃度センサの配置例を示す図である。 現像位置に配置された現像ロール周りでトナー濃度の検出可能角度を示す図である。 現像ロールとハウジングの位置関係を示す図である。 トナークラウドの実験結果を示す図である。 トナーのぼた落ちの実験結果を示す図である。 遮光部材の配置例を示す図である。 トナー濃度制御系の構成例を示すブロック図である。 ロータリー現像装置の他の構成例を示す図である。 トナー残量検知のための構成例を示す図である。 シャッター機構の構成と動作を説明する図である。

符号の説明

１１…感光体ドラム（像担持体）、１３…ロータリー現像装置、１３Ｋ，１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ…現像器、３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ…トナーカートリッジ、３２…トナー濃度センサ、３４…遮光部材、３５…トナー補給制御部、３６…ディスペンスモータ、１３１〜１３４…現像ロール（現像剤担持体）

Claims (5)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記静電潜像を現像するための現像剤を担持する複数の現像剤担持体を有し、前記像担持体に対向する現像位置に前記複数の現像剤担持体を順に移動させて現像色を切り替えるロータリー現像装置と、
   前複数の現像剤担持体のうち、前記現像位置に配置された現像剤担持体が担持する現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ロータリー現像装置は、前記複数の現像剤担持体に対応する複数の現像器と複数のトナーカートリッジとを有し、
   前記トナー濃度検出手段の検出結果に基づいて前記トナーカートリッジから前記現像器へのトナー補給を制御するとともに、当該トナー補給制御を、トナー濃度の検出対象とした現像剤担持体が現像位置に配置されている現像サイクル期間内に行うトナー補給制御手段を具備する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナー濃度検出手段を前記現像位置よりも上方に配置してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記トナー濃度検出手段は、前記現像サイクル期間内で前記現像位置に配置された前記現像剤担持体に対して、前記像担持体に形成された前記静電潜像が対向していないタイミングで、当該現像剤担持体上のトナー濃度を検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記トナー濃度検出手段は、発光素子と受光素子を有する光学式のセンサからなるものであって、
   前記トナー濃度検出手段の光路と前記像担持体との間に遮光部材を介装してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
   

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