JP2009192978A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘って検出精度を良好に維持できる透磁率センサを備えた現像装置、及びこの現像装置を備えた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２成分現像剤が収容されたハウジング２０と、ハウジング２０内におけるトナーとキャリアの混合比を検出するために現像剤の透磁率を検知する透磁率センサ６０と、を備え、透磁率センサ６０が、透磁率の検知のために現像剤に接触する検知面６５を有した現像装置１８において、センサ６０の検知面６５を、非磁性材料によりメッキする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置、およびこれに使用される現像装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、外周面に静電潜像を担持する静電潜像担持体と、静電潜像担持体上の静電潜像にトナーを付着させることで現像する現像装置とを有する。

現像装置として、トナーとキャリアからなる所謂２成分現像剤を使用するタイプのものが提案されている。２成分現像剤を使用する場合、現像によりトナーが消費されるため、トナーの消費量に応じて新たにトナーを補給することで、トナーとキャリアの混合比（トナー濃度）を安定させる必要がある。そのため、多くの場合、トナー濃度を検出するためのトナー濃度センサが使用され、トナー濃度センサによる検出結果に基づき、ハウジング内のトナー濃度が所定の濃度に制御される。

例えば特許文献１に開示されているように、現像装置に設けるトナー濃度センサとして、透磁率センサを使用する技術が提案されている。透磁率センサは、次の理由によりトナー濃度センサとして利用できる。２成分現像剤は、キャリアよりも顕著に小さいトナーがキャリアの表面に付着した状態でハウジング内に存在しており、トナー濃度（トナーの混合比）が大きいほど、現像剤のかさ密度が大きくなる。そのため、現像剤のかさ密度に応じて変化する現像剤の透磁率を検知することで、トナー濃度を検出することができる。透磁率センサは、現像剤に接触するように配置される検知面と、１次コイルと、２次コイルとを備え、１次コイルに電流を流して検知面周辺に磁界を発生させたときに２次コイルに流れる電流に基づき、現像剤の透磁率を検知する。かかる構成の透磁率センサをトナー濃度センサとして使用する現像装置には、透磁率センサの検知面に周期的に摺擦するフィルム状のクリーニング部材が設けられることが多く、この場合、クリーニング部材は、検知面周辺の現像剤を攪拌する機能と、検知面を清掃する機能とを果たす。

特開２００７−１５６１０８号公報

しかしながら、上記構成の現像装置を長期間に亘って使用すると、透磁率センサの検知面がクリーニング部材により削られ、これに伴って、検知面周辺の磁界の強さが変化してしまうため、検出精度が低下することがある。

このような問題に鑑みて、透磁率センサの検知面にガラス板を貼り付けることで、検知面の削れを防止することが考えられる。しかし、この場合、長期間の使用によりガラス板が検知面から剥がれたり、検知面とガラス板との間に僅かな隙間が生じることで検出精度が悪くなったりすることがある。また、ガラス板はある程度の厚み（例えば１００μｍ）を有するため、センサ感度が低下してしまう。

そこで、本発明は、長期間に亘って検出精度を良好に維持できる透磁率センサを備えた現像装置、及びこの現像装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る現像装置は、
現像剤が収容されたハウジングと、
前記ハウジング内の前記現像剤の透磁率を検知する透磁率センサと、を備え、
前記透磁率センサは、前記透磁率の検知のために前記現像剤に接触する検知面を有し、
該検知面が、非磁性材料によりメッキされていることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、上記の現像装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、透磁率センサの検知面がメッキされているため、長期間の使用に伴い検知面がクリーニング部材により削られることを抑制でき、これにより、透磁率センサの検出精度を長期間に亘って良好に維持することができる。また、透磁率センサの検知面の被覆層がメッキにより形成されているため、検知面にガラス板等の部材を貼り付けることで検知面を保護する場合に比べて、検知面の被覆層を極めて薄く形成できる。さらに、検知面を覆うメッキ層は非磁性材料からなるため、メッキ層が磁界に影響を及ぼすことを防止でき、これにより、検出精度の低下を防止できる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置２の概略構成を示す。画像形成装置２は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの機能を複合的に備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置である。現在、電子写真方式の画像形成装置として種々の形態のものが提案されているが、図示する画像形成装置は所謂タンデム方式のカラー画像形成装置である。ただし、本発明は、この種の画像形成装置にのみ適用されるものではなく、例えば、所謂４サイクル方式のカラー画像形成装置、又はモノクロ出力の画像形成装置に適用してもよい。

画像形成装置２は、無端状の中間転写ベルト３０を有する。中間転写ベルト３０の下には、図中左側から右側に向かって順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー像を作成する４つの作像部３（３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ）が、中間転写ベルト３０に沿って配置されている。

各作像部３は、静電潜像担持体として円筒状の感光体４を有する。感光体４の周囲には、その回転方向（図中時計回り方向）に沿って順に、感光体４の外周面を帯電させる帯電装置８、感光体４上に画像を投射して各色の静電潜像を形成するための露光装置６、各色のトナーを感光体４に供給して静電潜像を顕在化させる現像装置１８、感光体４と共に中間転写ベルト３０を挟圧する一次転写ローラ１４、および感光体４上のトナーを掻き取るための感光体クリーニング部材１６が配置されている。

中間転写ベルト３０の上には、図中左側から右側に向かって順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーを収容したトナーカートリッジ１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）が、中間転写ベルト３０に沿って配置されている。各トナーカートリッジ１０は、対応する色の現像装置１８に連結パイプ１１を介して連結されている。

各作像部３において、感光体４上に形成されたトナー像は、感光体４とベルト３０とのニップ部（一次転写領域）において感光体４からベルト３０へ転写（一次転写）される。一次転写の際、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像はベルト３０上に重ねられ、これによりフルカラーのトナー像が形成される。

図中右側に配置されているローラ３２に支持されているベルト部分の外側には、ベルト３０と共に記録シート３６を挟圧する二次転写ローラ４２が設けてある。二次転写ローラ４２とベルト３０とのニップ部（二次転写領域４１）には、給紙部４４から記録シート３６が搬送されるようにしてある。二次転写領域４１では、ベルト３０上のトナー像が記録シート３６に転写（二次転写）される。

二次転写後、記録シート３６は定着部４０に搬送され、定着部４０において、トナー像が記録シート３６に定着される。定着後、記録シート３６は、画像形成装置２の例えば上部に設けられた排紙部４６に搬送される。一方、二次転写後、ベルト３０上に残留した未転写トナーは、ベルト３０の回転によりベルト３０とクリーニング部材１２とのニップ部（クリーニング領域１３）に搬送され、クリーニング領域１３においてクリーニング部材１２により掻き取られる。

画像形成装置２の例えば左上部には、画像形成装置２の種々の動作を制御する制御部４８が設けられている。ただし、制御部４８は、画像形成装置２の任意の位置に設けることができる。

図２に基づき、現像装置１８の構成を具体的に説明する。現像装置１８は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング２０を備えている。なお、図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、図２においてハウジング２０の一部は削除してある。ハウジング２０は感光体４に向けて開放された開口部７０を備えており、この開口部７０の近傍の空間に現像ローラ２８が設けてある。現像ローラ２８は、感光体４と平行に且つ所定の現像ギャップ７４を介して感光体４の外周面に対向配置されている。現像ローラ２８は、円柱状の固定磁石３８と、固定磁石３８を囲むようにして設けられた回転可能な円筒スリーブ３９とを有する。スリーブ３９の上方には、ハウジング２０に固定された規制板２９が、所定の規制ギャップ７２を介して対向配置されている。

現像ローラ２８の背後の空間には、供給ローラ２６が設けてある。供給ローラ２６は、回転可能な円筒状の部材であり、現像ローラ２８と平行に且つ現像ローラ２８の外周面と所定の供給回収ギャップ７６を介して配置されている。

供給ローラ２６の背後の空間、具体的に供給ローラ２６の下方の空間には、現像剤攪拌室７８が形成されている。攪拌室７８は、供給ローラ２６の近傍に形成された前室８０と供給ローラ２６から離れた後室８２を有する。前室８０には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー２４が回転可能に配置され、後室８２には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー２２が回転可能に配置されている。前室８０と後室８２は、両者の間に設けた隔壁８４で分離されている。前室８０と後室８２の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室８０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室８２へ送り込まれ、また後室８２の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室８０に送り込まれるようにしてある。攪拌室７８、具体的には例えば後室８２の下流側端部において、ハウジング２０の底部には後述の透磁率センサ６０が取り付けられている。

このように構成された現像装置１８の動作を説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、供給ローラ２６及び現像ローラ２８のスリーブ３９はそれぞれ図中時計回り方向に回転する。また、前スクリュー２４及び後スクリュー２２は、図中反時計回り方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室７８に収容されている現像剤は、前室８０と後室８２を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。また、攪拌室７８における攪拌により、トナーカートリッジ１０から新たに補給されるトナーが既存の現像剤に混合される。

帯電された現像剤は、前スクリュー２４によって前室８０を搬送される過程で供給ローラ２６に供給される。前スクリュー２４から供給ローラ２６に供給された現像剤は、供給ローラ２６の外周面に保持される。供給ローラ２６に保持された現像剤は、供給ローラ２６の回転により供給回収領域７６に搬送される。供給回収領域７６においては、供給ローラ２６と現像ローラ２８のスリーブ３９との間で現像剤の供給と回収が行われる。スリーブ３９に担持された現像剤は、スリーブ３９の回転に基づいて図中時計回り方向に搬送される。規制板２９との対向領域（規制領域７２）では、規制領域７２を通過する現像剤の層厚が所定量に規制される。規制領域７２を通過した現像剤が、スリーブ３９の回転に基づいて、感光体４との対向領域（現像領域７４）に到達すると、スリーブ３９と感光体４との間に形成された電界の存在により、キャリアに付着しているトナーが感光体４上の静電潜像画像部に電気的に供給される。

このようにして行われる現像によりトナーが消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤に補給されることが好ましい。そのため、現像装置１８のハウジング２０内のトナー濃度が、トナー濃度センサとしての透磁率センサ６０により検出され、この検出結果に基づき所定のトナー補給動作が行われるように制御部４８により制御される。具体的に、トナー補給動作は、制御部４８が図示しないトナー補給機構の動作を制御することで行われ、この制御により、トナーカートリッジ１０に収容されたトナーが、連結パイプ１１を経由して現像装置１８のハウジング２０内に適宜補給される。

図３に基づき、透磁率センサ６０の構成について具体的に説明する。透磁率センサ６０は、基板６２と、基板６２に取り付けられ且つハウジング２０内の現像剤に接触するように配置されるプローブ６４とを備えている。透磁率センサ６０は、ハウジング２０に形成された開口部８６をプローブ６４が貫通し且つハウジング２０の外側表面に基板６２が接着された状態でハウジング２０に取り付けられる。透磁率センサ６０の取付け状態において、プローブ６４の上面が、透磁率の検知のために現像剤に接触する検知面６５となっている。プローブ６４には図示しない１次コイルと２次コイルが内蔵されており、１次コイルに電流を流して磁界を発生させたときに２次コイルに流れる電流に基づき、ハウジング２０内の現像剤の透磁率が検知され、検知された透磁率に基づきトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）が検出される。

プローブ６４は例えば樹脂からなっている。プローブ６４の上面、すなわち検知面６５は非磁性材料によりメッキされ、これによりメッキ層６６が形成されている。メッキ層６６は、種々の非磁性材料で構成することができるが、具体的には、無電解ニッケルメッキ層で構成することが好ましく、これにより、メッキ層６６の厚みの均一化を図ることができる。メッキ層６６を無電解ニッケルメッキ層で構成する場合、そのリン含有率を７％以上とすることが好ましく、これにより、メッキ層６６を非磁性にすることができる。メッキ層６６は非磁性材料で構成されるため、検出時に検知面６５の周辺に発生する磁界がメッキ層６６の影響を受けることを防止できる。メッキ層６６の厚みは、例えば２μｍ以上１０μｍ以下とされ、例えば５μｍとすることが好ましい。

センサ６０の検知面６５の上方には、フィルム状のクリーニング部材５４が設けられている。クリーニング部材５４は、センサ６０の検知面６５周辺の現像剤を攪拌すること、及びセンサ６０の上面すなわちメッキ層６６の表面を清掃することを目的として、周期的にメッキ層６６の表面に摺擦されるように設けられている。具体的に、クリーニング部材５４は、後スクリュー２２の回転軸５０に取り付けられた支持部材５２に対して、接着等により取り付けられている。後スクリュー２２が図中反時計回り方向に回転駆動されると、これに伴って、クリーニング部材５４は、後スクリュー２２の回転軸５０及び支持部材５２と共に図中反時計回り方向に回転する。これにより、センサ６０の検知面６５周辺の現像剤がクリーニング部材５４により攪拌されるとともに、クリーニング部材５４の先端部が周期的にメッキ層６６の表面を清掃し、センサ６０の検出精度が高められる。クリーニング部材５４の素材としては、例えば樹脂が用いられ、より具体的には例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が用いられる。クリーニング部材５４の厚みは、例えば０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが好ましく、クリーニング部材５４のセンサ６０への最大食い込み量は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。このようにしてクリーニング部材５４を設けると、センサ６０の上面がクリーニング部材５４により周期的に摺擦されることとなるが、センサ６０の上面にはメッキ層６６が設けられているため、検知面６５が削られてしまうことを防止でき、長期間に亘って検出精度を良好に維持できる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

透磁率センサの検知面に非磁性材料からなるメッキ層を形成した場合に関して、透磁率センサの検出精度を確認するための試験を行った。具体的には、図４に示すように、透磁率センサの検知面をメッキしなかった場合、非磁性材料からなる厚み２μｍのメッキ層を設けた場合、非磁性材料からなる厚み１０μｍのメッキ層を設けた場合、磁性材料からなる厚み２μｍのメッキ層に設けた場合、及び磁性材料からなる厚み１０μｍのメッキ層を設けた場合のそれぞれについて、トナー濃度（トナーの混合比）と透磁率センサの出力電圧との関係を確認した。この試験において、非磁性材料からなるメッキ層としては、リン含有率７％以上の無電解ニッケルメッキ層を使用し、磁性材料からなるメッキ層としては、リン含有率１％以下の無電解ニッケルメッキ層を使用した。

図４に示す試験結果について検討する。磁性材料からなるメッキ層を設けた場合、メッキ層を設けない場合と比較して、トナー濃度の変化に伴うセンサ出力の変化が顕著に小さいことから、センサの検出精度が大きく低下することを確認できた。これは、メッキ層の磁性が、センサの検知面周辺の磁界に影響を及ぼすためであると考えられる。また、磁性材料からなるメッキ層を設けた場合、厚み２μｍのメッキ層と厚み１０μｍのメッキ層とでセンサの出力が顕著に異なることから、メッキ層の厚みにばらつきが生じたときに検出誤差が生じやすいことを確認できた。

これに対して、非磁性材料からなるメッキ層を設けた場合、メッキ層を設けない場合と同様、トナー濃度の変化に伴うセンサ出力の変化が大きく、メッキ層を設けても検出精度を良好に維持できることを確認できた。これは、メッキ層の素材として非磁性材料を使用した場合、検知面周辺の磁界に対してメッキ層が及ぼす影響が極めて小さいためであると考えられる。また、非磁性材料からなるメッキ層を設けた場合、厚み２μｍのメッキ層と厚み１０μｍのメッキ層とでセンサの出力が近似していることから、仮にメッキ層の厚みにばらつきが生じても、そのことに起因する検出誤差が極めて小さいことを確認できた。

本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 本発明に係る現像装置を示す断面図である。 透磁率センサ及びその周辺部を示す拡大断面図である。 トナー濃度とセンサ出力の関係を示すグラフである。

符号の説明

２：画像形成装置、３：作像部、４：感光体（静電潜像担持体）、１０：トナーカートリッジ、１８：現像装置、２０：現像装置のハウジング、２２：後スクリュー、２４：前スクリュー、２６：供給ローラ、２８：現像ローラ、２９：規制板、３０：中間転写ベルト、３６：記録シート、３８：固定磁石、３９：スリーブ、４８：制御部、５４：クリーニング部材、６０：透磁率センサ、６２：基板、６４：プローブ、６５：検知面、６６：メッキ層、７８：現像剤攪拌室、８０：前室、８２：後室、８６：開口部。

Claims (5)

1. 現像剤が収容されたハウジングと、
   前記ハウジング内の前記現像剤の透磁率を検知する透磁率センサと、を備え、
   前記透磁率センサは、前記透磁率の検知のために前記現像剤に接触する検知面を有し、
   該検知面が、非磁性材料によりメッキされていることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤は、トナーとキャリアを含む２成分現像剤であり、
   前記透磁率センサは、前記現像剤の透磁率に基づき、前記ハウジング内における前記トナーと前記キャリアの混合比を検出するトナー濃度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。
3. 前記検知面を構成する部材が樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記検知面を覆うメッキ層が、リン含有率７％以上の無電解ニッケルメッキ層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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