JP2007219455A - 現像剤濃度検知装置、現像装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学センサを用いて現像剤の劣化によって実際のトナー濃度より低く出力することを回避し、また、現像ローラの非画像部でトナー濃度検知を行って、現像機能に悪影響を与えず検出を行うトナー濃度検知装置、現像装置、及びこれを備えている画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像剤担持体１２を有し、磁性体と現像剤で構成されている２成分現像剤の現像剤濃度を検知する現像剤濃度検知装置において、前記現像剤担持体１２に、前記検知用現像剤を貯蔵する現像剤貯蔵室２０ａと、前記検知用現像剤の濃度を検知する発光及び受光素子を備え、前記現像剤貯蔵室に貯蔵された検知用現像剤の濃度を前記発光及び受光素子によって検知する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に使用される現像剤のトナー濃度を検出する現像剤濃度検知装置、現像装置、及びこれを備えている画像形成装置に関するものである。

現在、電子写真式の画像形成装置に装備される現像装置においては、２成分現像剤のトナー濃度を検出するために、キャリアの嵩密度を測定する透磁率センサを利用することが知られている（例えば、特許文献１乃至４参照）。
しかし、特許文献１で使用される透磁率センサは現像剤の経時的な劣化が起こるとキャリア密度が高まり、実際のトナー濃度よりも低く出力してしまう。また、かかる透磁率センサを使用するトナー濃度検出装置では現像ローラ内のマグネットに凹部を設けてセンサを取り付けているが、現像ローラの長手方向での凹部と凹部以外の場所で磁力部分布が異なり均一に現像剤を保持できなくなってしまう。

一方、光学センサを使用するトナー濃度検出装置では、特許文献２及び３におけるように、現像器内の現像剤貯蔵庫に透明な窓や室を設けトナーの有無やトナー濃度を検出している。
しかし、現像剤貯蔵庫では壁面や内部での流動性が異なり、とくに壁面に沿った位置ではトナーの流動性が悪いためトナー濃度検出の変動に追従性が悪くなる欠点がある。また、特許文献３では透明窓に導電層を設け、透明窓に付着トナーに対して斥力に電荷を印加して除去しているが、現像剤に対して電荷を印加してしまうことになるのでトナー電荷量にも悪影響を及ぼしてしまう。
さらに、特許文献４では現像剤担持体と対向する検出用ローラ及びセンサを設け、上記特許文献２及び３の技術的課題を解決するようにしているが、現像器内に新たな検出用空間が必要となってしまう。
特開平１０−２２８１６３号公報 特開平７−５６４３１号公報 特開平９−３４２４０号公報 特開２００４−２９０９０公報

また、センサの汚れを除去するために可動式の清掃機構を設けると、新たな駆動源やエネルギが必要となる。さらに、検出用ローラ表面でトナー濃度検出を行っているので保持している現像剤の高さ変動に対してセンサ出力も変動してしまうという欠点がある。
そこで、本発明の目的は、光学センサを用いてトナー濃度を検知することにより、現像剤の劣化によって実際のトナー濃度よりも低い値が検出されることを防止し、更に、現像ローラの非画像部でトナー濃度検知を行って、現像機能に悪影響を与えずに検出を行うトナー濃度検知装置、現像装置、及びこれを備えている画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、固定配置された磁性ローラ、及び該磁性ローラの外径側に回転自在に配置された現像スリーブとを備えた現像剤担持体と、磁性体と現像剤で構成されている２成分現像剤の現像剤濃度を検知する現像剤濃度検知装置と、を備えた現像装置において、前記現像スリーブの軸方向端部には検知用現像剤を一時的に貯蔵する現像剤貯蔵室を備え、前記磁性ローラの軸方向端部には前記現像剤貯蔵室内の検知用現像剤の濃度を検知するフォトセンサを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記現像剤貯蔵室内の検知用現像剤を外部に排出するための排出管を少なくとも一個以上備えていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２において、前記現像スリーブの軸方向端部に着脱されることにより前記現像剤貯蔵室を被覆する被覆部材を備え、前記排出管はこの被覆部材に設けられていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか一項において、前記検知用現像剤貯蔵室の内径側には、前記フォトセンサとの間に位置する現像剤を清掃するための清掃部材が配置されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか一項において、前記検知用現像剤貯蔵室の内径側に位置する前記磁性ローラの軸方向端部には、前記フォトセンサを収容する素子収容室を形成する透明な部材が設けられていることを特徴とする。
請求項６の発明に係る現像装置は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の現像剤濃度検知装置を備えていることを特徴としている。
請求項７の発明に係る画像形成装置は、請求項６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。

本発明によれば、現像剤（トナー）濃度検知装置において、トナーの流動性がよい現像剤担持体の付近でトナー濃度を検知することで、トナーの消費や補給に対して正確に追従することができる。
また、本発明では現像剤担持体の安定した部分でトナー濃度検知を行うため、トナーの消費や補給による濃度変動を正確に捉えることができる。また、現像剤担持体の端部に検知部を設けることにより無駄な検知空間を設ける必要がなく、清掃機構も現像スリーブの回転駆動を用いており無駄な駆動源やエネルギも必要としない。さらに、検知用現像剤貯蔵室の底面とセンサの距離が一定に保たれるのでトナー濃度変動のみを検知することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る画像形成装置としてのカラー複写機の実施の形態を示す概略構成図である。本発明をタンデム型中間転写方式の画像形成装置であるカラー複写機に適用した実施の形態について説明する。
図１において、カラー複写機Ａの複写機本体１は、原稿を読み取り位置にセットするための原稿台２、この原稿台２上の原稿の画像情報を読取る画像読み取り部３、画像読み取り部３で読み取り取られた原稿情報をレーザ光等の光学的な画像情報として画像形成部を構成する像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｂに供給（露光）する画像書き込み部４と、前記画像形成部、給紙部等を備える。

画像形成部を構成する像担持体（感光体ドラム）５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｂは矢印方向へ回転しており、各像担持体の表面に沿った位置に配置された帯電装置６Ｙ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｂを通過した像担持体の表面部分は帯電されており、この帯電部分に対する画像情報の露光により静電潜像を形成する。静電潜像は現像剤担持体１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂを備えている現像装置７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｂによりトナーが付着されＹ、Ｃ、Ｍ、Ｂの単色トナー像を形成する。
その後、トナー像は回転機構を持った中間転写ベルト８上に１次転写ローラ９でそれぞれ転写される。これによって中間転写ベルト８上では各色のトナー像が重ね合わされ、フルカラー画像を形成する。

中間転写ベルト８に転写された後の像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｂは、クリーニング装置１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｂにより残留トナーを取り除かれ、除電装置１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｂで除電される。
一方、給紙トレイ１３から給紙ローラ１４を通じて１枚の紙を選択し、搬送ローラ１５を通じてレジストローラ１６まで搬送される。そして、中間転写ベルト８上のトナー像はレジストローラ１６によりタイミングを合わせて搬送された紙上に２次転写ローラ１７で転写される。紙上に転写されたトナー像は定着装置１８で定着され、排出トレイ１９上に排出される。
以上のような構成のカラー複写機においては、現像剤中のトナー濃度を測定するための現像剤（トナー）濃度検知装置を有している。以下、本実施の形態の現像剤（トナー）濃度検知装置の特徴について第１乃至第３の実施の形態として説明する。

図２は図１の現像装置の実施の形態を示す拡大概略図である。図２には、図１の現像装置７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｂうちの１つを現像装置７として示している。現像剤担持体１２は回転する現像スリーブ１２aと、その内側に固定配置された磁性ローラ１２ｂとを備えている。
現像スリーブ１２aは図２の矢印の方向に回転し、現像剤を汲み上げ、感光体５にトナーを移す。本発明はこの現像剤担持体１２の長手方向端部の非画像領域で２成分現像剤のトナー濃度検知を行うようにしている。

図３は現像スリーブと磁性ローラを分離して本発明の第１の実施の形態の構成を示す概略斜視図である。検知用現像剤貯蔵室は現像スリーブ１２aの軸方向端部に設けた段付き円筒部分（小径部）の壁材２０の切り欠き溝２０aによって構成されており、この段付き円筒部分の壁材２０は現像スリーブ１２aとともに回転する。
段付き円筒部分の壁材２０には検知用現像剤貯蔵室（切り欠き溝２０a）を覆う円筒状の被覆部材２１が嵌合される。この被覆部材２１の内側端縁の適所には２つの切り欠き溝２１ａ、２１ｂが所定の周方向間隔をおいて設けられ、これらの切り欠き溝２１ａ、２１ｂはそれぞれ検知用現像剤貯蔵室（切り欠き溝）２０a内に現像剤を導入し（切り欠き溝２１ａ）かつ排出（切り欠き溝２１ｂ）する出入り口としての役割を有している。

詳しく言えば、検知用現像剤貯蔵室（切り欠き溝）２０aは、その内壁面が壁材２０（以下、壁材２０と示す）の一部により構成され、その上面側（外径側）が検知用現像剤貯蔵室２０aを覆う被覆部材２１の内壁面により構成され、かつその底面（内径側）が磁性ローラ１２ｂの軸端部に位置する透明な部材（素子収容室）２２（以下、部材２２と示す）により構成されている。なお、部材２１及び部材２２は磁性ローラ１２ｂと一体となっており回転はしない。

図４は図３の概略斜視図の検知用現像剤貯蔵室近傍を断面で示しかつ２成分現像剤のトナー濃度検知過程の第１の位置を示す概略図である。図５は図４と同様な概略図で、２成分現像剤のトナー濃度検知過程の第２の位置を示す概略図である。図６は図４と同様な概略図で、２成分現像剤のトナー濃度検知過程の第３の位置を示す概略図である。図７は図４と同様な概略図で、２成分現像剤のトナー濃度検知過程の第４の位置を示す概略図である。
図３及び図４に示すとおり、被覆部材２１には２箇所の切り欠き溝（開口部）２１ａ、２１ｂが設けてあり、検知用現像剤貯蔵室（切り欠き溝）２０ａが開口部２１ａと一致する時に現像剤が供給される。

ここで、検知用現像剤貯蔵室（切り欠き溝）２０a、被覆部材２１及び部材２２に関連して上述した上面（外径側）及び底面（内径側）は、図４に部分的に示すように、検知用現像剤貯蔵室（切り欠き溝）２０aを中心にしてこの検知用現像剤貯蔵室（切り欠き溝）２０aの上面は被覆部材２１の内壁面であり、下面は部材２２の外周面としている。
なお、開口部２１a付近の部材２２の内側には磁性体２４が適宜な方法で取り付けられており、現像剤の供給を補助する働きがある。検知用現像剤貯蔵室２０aは現像スリーブ１２aとともに回転するので、内部の現像剤もともに搬送される（図５）。

図６は検知用現像剤貯蔵室２０aが現像スリーブ１２aの、図６で上方に位置した時、すなわち第３の位置を示している。この時、素子収納室２３にあるフォトセンサを構成する発光及び受光素子（外径側に各素子を隣接配置した反射型フォトセンサ）２５が検知用現像剤貯蔵室２０a内の現像剤のトナー濃度検知を行う。図示しない制御部（ＣＰＵ）は、フォトセンサからの濃度検知情報に基づいてトナー濃度を判定する。

検知用現像剤貯蔵室２０aが上方の位置で検知を行うのは、検知用現像剤貯蔵室２０aに現像剤が満たされていなくても現像剤が部材２２表面に存在し、発光及び受光素子２５と現像剤の距離が一定に保たれるからである。さらに、図７では検知用現像剤貯蔵室２０aが開口部２１ｂと一致した時に検知用トナーが排出される。
かかるトナー（現像剤）濃度検知装置においては、トナーの流動性がよい現像剤担持体１２ａ側でトナー濃度を検出することで、トナーの消費や補給に対して正確に追従することができる。

図８は現像スリーブと磁性ローラを分離して本発明の第２の実施の形態の構成を示す概略斜視図である。図９は図８の第２の実施の形態の構成の検出用現像剤貯蔵室近傍を示す概略図である。
この第２の実施の形態では、開口部を２つ備えた第１の実施の形態とは異なり、開口部が現像剤供給用の開口部２１aのみとなり、被覆部材２１に検知済み現像剤を現像装置７（図２）内へ戻す専用の排出管２１ｃが取り付けられている（図８）。

上述した第１の実施の形態では検知済み現像剤と次の検知用現像剤が混ざってしまう恐れがある。そこで、このような不都合を除去するために、図９に示すとおり、トナー濃度検知位置の下流側に排出管２１ｃを取り付けることにより現像装置７内の任意の位置へ戻すことが可能となり、戻す位置を開口部２１ａから離すことで次の検知用現像剤と混ざることがなくなる。
かかる第２の実施の形態のトナー濃度検知装置においては、検知済みの現像剤を現像装置７内の任意の位置へ戻す排出管２１ｃが付いているので、検知済み現像剤と次の検知用現像剤が混ざることなく入れ換えできる。

図１０は図８の第２の実施の形態の構成の検知用現像剤貯蔵室近傍の変形例を示す概略図である。この変形例は、図１０に示すように、検知用現像剤貯蔵室２０ａ付近の壁材２０と部材２２の間に清掃部材２６を取り付けている。この清掃部材２６を設けることによって透明な底面、すなわち、部材２２に付着した現像剤を取り除くことができ、検知精度が上がる。つまり、部材２２の透明度が高まるため、この状態において検知用現像剤貯蔵室２０ａと対向配置されたセンサ２５による検知精度を高めることが出来る。

本発明に係る画像形成装置としてのカラー複写機の実施の形態を示す概略構成図である。 図１の現像装置の実施の形態を示す拡大概略図である。 現像スリーブと磁性ローラを分離して本発明の第１の実施の形態の構成を示す概略斜視図である。 図３の概略斜視図の検知用現像剤貯蔵室近傍を断面で示しかつ２成分現像剤のトナー濃度検知過程の第１の位置を示す概略図である。 図４と同様な概略図で、２成分現像剤のトナー濃度検知過程の第２の位置を示す概略図である。 図４と同様な概略図で、２成分現像剤のトナー濃度検知過程の第３の位置を示す概略図である。 図４と同様な概略図で、２成分現像剤のトナー濃度検知過程の第４の位置を示す概略図である。 現像スリーブと磁性ローラを分離して本発明の第２の実施の形態の構成を示す概略斜視図である。 図８の第２の実施の形態の構成の検出用現像剤貯蔵室近傍を示す概略図である。 図８の第２の実施の形態の構成の検知用現像剤貯蔵室近傍の変形例を示す概略図である。

符号の説明

Ａ 画像形成装置（カラー複写機）
１２ 現像剤担持体
１２ａ 現像スリーブ
１２ｂ 磁性ローラ
２０ 壁材
２０a 検知用現像剤貯蔵室（切り欠き溝）
２１ 被覆部材（検知用現像剤貯蔵室の上面）
２１ａ 切り欠き溝（現像剤導入用の開口部）
２１ｂ 切り欠き溝（現像剤排出用の開口部）
２１ｃ 排出管
２２ 透明な部材（検知用現像剤貯蔵室の下面）
２３ 素子収容室
２４ 磁性体
２５ センサ（発光及び受光素子）
２６ 清掃部材

Claims (7)

1. 固定配置された磁性ローラ、及び該磁性ローラの外径側に回転自在に配置された現像スリーブとを備えた現像剤担持体と、磁性体と現像剤で構成されている２成分現像剤の現像剤濃度を検知する現像剤濃度検知装置と、を備えた現像装置において、
   前記現像スリーブの軸方向端部には検知用現像剤を一時的に貯蔵する現像剤貯蔵室を備え、前記磁性ローラの軸方向端部には前記現像剤貯蔵室内の検知用現像剤の濃度を検知するフォトセンサを備えたことを特徴とする現像剤濃度検知装置。
2. 前記現像剤貯蔵室内の検知用現像剤を外部に排出するための排出管を少なくとも一個以上備えていることを特徴とする請求項１記載の現像剤濃度検知装置。
3. 前記現像スリーブの軸方向端部に着脱されることにより前記現像剤貯蔵室を被覆する被覆部材を備え、前記排出管はこの被覆部材に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の現像剤濃度検知装置。
4. 前記検知用現像剤貯蔵室の内径側には、前記フォトセンサとの間に位置する現像剤を清掃するための清掃部材が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の現像剤濃度検知装置。
5. 前記検知用現像剤貯蔵室の内径側に位置する前記磁性ローラの軸方向端部には、前記フォトセンサを収容する素子収容室を形成する透明な部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の現像剤濃度検知装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の現像剤濃度検知装置を備えたことを特徴とする現像装置。
7. 請求項６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。

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