JP2009198731A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像後の現像剤を効率良く冷却し、正確なトナー濃度検知を行うことで、トナー濃度センサの誤検知を防止し、安定したトナー濃度制御を行うことができる現像装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像容器１２は、現像剤担持体１１と現像剤攪拌部材２８，２９とを内部に備える主現像槽１２ａと、トナー濃度センサ１７を備えるセンシング槽１２ｂと、これらの両槽を連通して結合する連結槽１２ｃとから構成され、センシング槽１２ｂ内の現像剤を冷却するための冷却装置５０が設けられる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、電子写真方式により画像形成を行う現像装置および画像形成装置に関する。

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、画像形成処理能力の向上、たとえば単位時間あたりに出力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低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、短期間でトナーの寿命が尽きてしまい、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、高速機による現像剤の大量消費に対応し、また撹拌搬送に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、画像形成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い。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、現像装置をわずかに大きくした程度では、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、別の対応策として、現像剤にかかるストレスを極力低減することが提案されている。例えば層厚規制部材と現像剤担持体との距離、すなわちドクターギャップ（ＤＧ）を広げるといったことなどがある。しかしながら、高画質を達成するにはＤＧは出来るだけ狭くしなければならず、これは低ストレス化には相反するという問題がある。

また、ストレスを低減することにも関連するが、現像剤に加わるストレスが高くなると同時に現像装置内部での発熱量も大きくなる。その大部分は現像剤が層厚規制部材と現像剤担持体との間隙を通過する際に発生する摩擦熱であり、この熱によっても現像剤はその特性が変化し、トナーの軟化による固着や特性の劣化が生じて、初期の現像能力を安定して継続することができなくなる。

このように、高速化に伴い現像装置内部では、現像剤と装置内の部品（主として層厚規制部材）との摩擦熱の発生が大きくなり、この熱によりトナーが軟化して固着したり、現像剤の劣化が生じる。さらに、現像剤のかさ密度等の特性が、この摩擦熱によって変化することで、トナー濃度センサの誤検知が生じてしまう。

このような問題を解決する従来の技術として、特許文献１には、現像剤貯蔵室に冷却手段を設けて、現像剤の性能低下を防ぐ技術が開示されている。

特開２００７−１８７９２２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように、補給現像剤を冷却しただけでは、十分な効果が得られない。これは、上述の摩擦熱の発生と同時に印字モードに関連して起こる不具合もあるからである。例えば、原稿の印字率が１％程度であるようなトナー消費量の少ない印字を連続して出力する場合、印字動作中に現像槽内に補給されるトナーは極少量であるので、冷却された補給現像剤だけでは、現像槽内にある高温の現像剤全体を冷却する能力はないからである。

本発明者が解決しようとする課題は、特にこうした低印字率での連続印字において顕著となるものであり、通常の印字では発生頻度は少ないものである。

また、特許文献１においてはトナー濃度センサの誤検知については、何ら考慮されていない。

本発明の目的は、現像後の現像剤を効率良く冷却し、正確なトナー濃度検知を行うことで、トナー濃度センサの誤検知を防止し、安定したトナー濃度制御を行うことができる現像装置および画像形成装置を提供することである。

本発明は、現像剤を収容する現像容器と、
現像剤を担持する現像剤担持体と、
トナーとキャリアから成る現像剤を攪拌および搬送する現像剤攪拌部材と、
現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、
現像容器内の現像剤のトナー濃度を検知する濃度センサと、を備える現像装置において、
前記現像容器は、現像剤担持体と現像剤攪拌部材とを備える主現像槽と、トナー濃度センサを備えるセンシング槽とから構成され、
前記センシング槽内の現像剤を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする現像装置である。

また本発明は、前記トナー濃度センサは、透磁率センサであることを特徴とする。
また本発明は、前記主現像槽と前記センシング槽とは、その内部に現像剤を攪拌および搬送する現像剤攪拌部材を有する連結槽によって連通して結合し、前記主現像槽と前記センシング槽との間を、前記連結槽によって現像剤が循環するように構成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記主現像槽から前記センシング槽へと搬送される現像剤量は、前記主現像槽の現像剤搬送端に設けられた流量調整部材により一定量が搬送されるように構成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記冷却手段は、気体を冷媒とする空冷装置であり、前記センシング槽の外表面を冷却することを特徴とする。

また本発明は、前記冷却手段は、前記センシング槽に直接設けられることを特徴とする。

また本発明は、前記冷却手段は、液体を冷媒とする液体冷却装置であることを特徴とする。

また本発明は、前記主現像槽と前記センシング槽とは、連結槽によって連通して結合し、
前記連結槽は、断熱材料により構成されることを特徴とする。

また本発明は、前記センシング槽は、金属材料によって構成されることを特徴とする。
また本発明は、前記センシング槽の外表面に、放熱フィンが設けられていることを特徴とする。

また本発明は、前記センシング槽は、現像剤攪拌部材を有し、
その現像剤攪拌部材の表面が現像剤と接触する部分と、その現像剤攪拌部材の回転軸芯と、前記軸芯を回転支持する軸受とは、金属材料によって構成されることを特徴とする。

また本発明は、前記現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
また本発明は、各色ごとの現像剤を収容する複数の現像装置を有し、
これら現像装置のうち、少なくとも１つの現像装置が、前記現像装置であることを特徴とする。

また本発明は、各色ごとの現像剤を収容する複数の現像装置を有し、
これら現像装置のうち、少なくとも２つの現像装置が、前記現像装置であり、
１つの冷却装置が複数のセンシング槽を冷却するように構成されていることを特徴とする。

また本発明は、現像剤を収容する現像容器と、現像剤を担持する現像剤担持体と、トナーとキャリアから成る現像剤を攪拌および搬送する現像剤攪拌部材と、現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、現像容器内の現像剤のトナー濃度を検知する濃度センサとを有する現像装置を備える画像形成装置において、
前記現像容器は、現像剤担持体と現像剤攪拌部材とを備える主現像槽と、トナー濃度センサを備えるセンシング槽とから構成され、
前記センシング槽内の現像剤を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、現像剤を収容する現像容器は、現像剤担持体と現像剤攪拌部材とを備える主現像槽と、トナー濃度センサを備えるセンシング槽とから構成される。そして、前記センシング槽内の現像剤を冷却する冷却手段が備えられている。

これにより、冷却手段で冷却されて、たとえば常温に近い状態の現像剤のトナー濃度を検知することができるので、トナー濃度センサの誤検知を防止し、安定したトナー濃度制御を行うことができる。

また本発明によれば、前記トナー濃度センサは、透磁率センサである。
トナー濃度センサとしては、圧電式センサ、光学式センサ等が用いられるが、中でも透磁率センサは検知精度、小型化、コスト性、制御の容易さなどから広く用いられている。

冷却手段で冷却された現像剤のトナー濃度を検知することができるので、透磁率センサの誤検知を防止し、安定したトナー濃度制御を行うことができる。

また本発明によれば、前記主現像槽と前記センシング槽とは、その内部に現像剤を攪拌および搬送する現像剤攪拌部材を有する連結槽によって連通して結合される。さらに、前記主現像槽と前記センシング槽との間を、前記連結槽によって現像剤が循環するように構成される。

これにより、主現像槽において現像された後の現像剤を、センシング槽まで搬送および循環させることにより、トナー濃度を精度良く制御することができる。

また本発明によれば、前記主現像槽から前記センシング槽へと搬送される現像剤量は、前記主現像槽の現像剤搬送端に設けられた流量調整部材により一定量が搬送されるように構成される。

これにより、センシング槽に送られる現像剤量が常に一定となるので、精度良くトナー濃度を検知することができる。

また本発明によれば、前記冷却手段は、気体を冷媒とする空冷装置であり、前記センシング槽の外表面を冷却する。

これにより、センシング槽内の現像剤のみを冷却すれば良く、主現像槽をも冷却する場合に比べて冷却を効率良く行える。また、空冷装置を用いることで、冷却手段の取り付けや制御を容易に行うことができ、コストも安く済む。

また本発明によれば、前記冷却手段は、前記センシング槽に直接設けられる。
これにより、小径ファンなど冷却能力が小さいものであっても十分にセンシング槽を冷却することができる。

また本発明によれば、前記冷却手段は、液体を冷媒とする液体冷却装置である。
これにより、センシング槽内の現像剤のみを冷却すれば良く、主現像槽をも冷却する場合に比べて冷却を効率良く行える。また、液体冷却装置を用いることで、騒音もなく、トナーの飛散を発生させずに冷却することができる。

また本発明によれば、前記主現像槽と前記センシング槽とは、連結槽によって連通して結合されており、前記連結槽は、断熱材料により構成される。

これにより、高温状態の主現像槽からセンシング槽への伝熱を抑え、センシング槽内の現像剤を効率良く冷却することができる。

また本発明によれば、前記センシング槽は、金属材料によって構成される。
これにより、センシング槽を効率良く冷却することができる。

また本発明によれば、前記センシング槽の表面に、放熱フィンが設けられる。
これにより、センシング槽を効率良く冷却することができる。

また本発明によれば、前記センシング槽内に設けられる現像剤攪拌部材の表面が現像剤と接触する部分と、その現像剤攪拌部材の回転軸芯と、前記軸芯を回転支持する軸受とは、金属材料によって構成される。

これにより、センシング槽が冷却されると、現像剤に接する現像剤攪拌部材の羽根部分や回転軸部分の温度もそれに応じて下がりやすくなるため、センシング槽内全体の現像剤を効率良く冷却することができる。

また本発明によれば、上記の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
これにより、冷却手段で冷却されて、たとえば常温に近い状態の現像剤のトナー濃度を検知することができるので、トナー濃度センサの誤検知を防止し、安定したトナー濃度制御を行うことができる。

また本発明によれば、各色ごとの現像剤を収容する複数の現像装置を有する、いわゆるカラー画像形成装置であり、これら現像装置のうち、少なくとも１つの現像装置が、上記の現像装置である。

これにより、画像形成装置内において高温状態となる現像槽のうち、少なくとも１槽以上にセンシング槽を設け、そのセンシング槽に対して冷却装置を設けることで、トナー濃度センサの誤検知を防止し、安定したトナー濃度制御を行うことができる。

また本発明によれば、各色ごとの現像剤を収容する複数の現像装置を有する、いわゆるカラー画像形成装置であり、これら現像装置のうち、少なくとも２つの現像装置が、上記の現像装置である。そして、１つの冷却装置が複数のセンシング槽を冷却するように構成されている。

これにより、冷却装置の設置数を少なくすることができ、効率良く冷却することができる。

また本発明によれば、現像装置を備える画像形成装置において、
現像剤を収容する現像容器は、現像剤担持体と現像剤攪拌部材とを備える主現像槽と、トナー濃度センサを備えるセンシング槽とから構成され、前記センシング槽内の現像剤を冷却する冷却手段を備える。

これにより、冷却手段で冷却されて、たとえば常温に近い状態の現像剤のトナー濃度を検知することができるので、トナー濃度センサの誤検知を防止し、安定したトナー濃度制御を行うことができる。

図１は、本発明の前提となる構成の現像装置１０が搭載される画像形成装置１の画像形成ユニット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１の、主に画像形成を行う画像形成ユニット部分に設けられる。画像形成ユニットは、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て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。

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容器１２と、現像容器１２の中で現像剤を撹拌搬送する第１撹拌搬送部材２８、第２撹拌部材２９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。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、所定の角度を成して配されて、全体では円柱形状を成す。現像スリーブ２２は、たとえば樹脂やアルミ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。

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。

現像容器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。

現像容器内において、第２撹拌搬送部材２９は、現像ローラ１１に近い側に設けられ、汲み上げた現像剤を現像ローラ１１と搬送し、第１撹拌搬送部材２８は、現像ローラ１１からは離れた側で新たに補給されるトナーを撹拌するとともに第２撹拌部材２９へと現像剤を搬送する。第１撹拌搬送部材２８と第２撹拌搬送部材２９との間には、中間壁部材４２が設けられる。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、現像容器１２の長手方向に延びて現像容器１２の底部から立ち上がるようにして設けられる。ただし、中間壁部材４２は、現像容器１２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、槽内において、中間壁部材４２と現像容器１２の側壁との間隙を通る第１撹拌搬送部材２８から第２撹拌搬送部材２９へ向う現像剤の流れ、また一端部では、第２撹拌搬送部材２９から第１撹拌搬送部材２８へ向う現像剤の流れが形成される。

現像装置１０には、現像容器１２に収容された現像剤のトナー濃度を検出するセンサ１７が備えられており、センサ１７は透磁率センサ、または圧電検知式センサが用いられる。センサ１７は電気回路基板を含む本体１７ｂと、検知ヘッド部分１７ａとから成り、現像容器１２の側壁に設けられた開口を通じて容器内に検知ヘッド部分１７ａが突出して現像剤に接触し、現像容器１２内の濃度検知を行っている。

現像装置１０では、トナー濃度の検出出力に応じ、制御部がトナーホッパ６０を動作させて、現像によるトナーの使用で減少した分のトナーを、現像槽１２に補給する。新たなトナーの補給は、トナーホッパ６０から行われる。

トナーホッパ６０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６２を収容し、制御部からの動作指令に応じてトナー補給ローラ６４を駆動させて、現像槽１２に対して連結部６３を経由してトナー６２を補給する。前記トナー補給ローラ６４は、第１撹拌搬送部材２８の直上であって、その外周がトナー補給口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６４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、トナーホッパ内でトナー補給ローラ６４の多孔性弾性部材に保持されるトナーが、トナー補給口とトナー補給ローラ６４との摺擦でトナー補給ローラ６４から脱落し、現像槽１２内へと補給される。

現像槽１２の底部には、層厚規制部材であるドクターブレード（以下では単に「ドクター」と略称する。）１３を支持する支持体１４を設ける。

図２は、現像装置１０の構成を示す模式図である。なお、図１に示したものと同一の部品については同じ参照符号を付与し、説明は省略する。

ドクター支持体１４は、現像槽１２の内部にあって、底部に配置される筒状の構造体であって、側壁の１つにドクター１３を支持している。

ドクター１３は、現像ローラ１１の下方にあって、短辺が鉛直方向に沿うように設けられる。ドクター１３の材質は例えばステンレス等の金属製で、非磁性体あるいは磁性体で作られる。ドクター１３を固定支持するためのドクター支持体１４は、例えばアルミニウム製で中空の角筒状に形成される。

ドクター１３の一主面１３ａと、ドクター支持体１４の側面１４ａが密着するようビス等の固定部材で固定されている。ドクター１３の主面に沿って平行に覆うようにカバー１６が設けられている。カバー１６は、例えばＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル‐ブタジエン−スチレン共重合樹脂）やＰＳ樹脂（ポリスチレン樹脂）等の樹脂製で、ビス等により、現像槽１２の一部に固定されている。カバー１６の上方の一端には、現像ローラ１１と感光体２に近接して、現像槽１２から外部へのトナー飛散防止用のウレタンブレード１５がカバーと同じ長手方向の長さで取り付けられている。なお、カバー１６は、現像槽１２を構成する側壁の一部であってもよく、現像槽１２として一体的に形成されてもよい。

ドクター１３とカバー１６とは、所定の間隙を有するように間隔を空けて略平行に配置される。この間隙は、ドクター１３が現像ローラ１１に近接する層厚規制部分の近傍から現像槽１２の底部にかけて形成される。

図３は、図２の矢符Ｐ方向から見た現像装置１０の構成を示す模式図である。現像容器１２内に収容される現像剤は、攪拌部材２８，２９によって矢符１８，１９の如く搬送される。攪拌部材２８、２９の形状は、例えば図４の斜視図に示すようにスクリュー形状を有している。また、攪拌部材２８による現像剤の搬送経路下流側にトナー濃度センサ１７が設けられている。

ここで、本発明が解決しようとする課題について説明する。図５は、連続印字中の現像剤の温度とＩＤ（印字出力濃度）の推移を示すグラフである。左縦軸はＩＤを示し、右縦軸は現像剤温度を示し、横軸は印字枚数を示す。折れ線ＡはＩＤを示し、折れ線Ｂは現像剤温度を示す。

印字枚数が３ｋ（３０００）枚までは、現像剤温度が上昇するにつれて、ＩＤが低下している。その後、現像容器の冷却を行うとＩＤが上昇して復帰することがわかる。

なお、画像濃度および現像剤温度測定を行った条件は、対象画像をベタ画像とし、X-
Rite社製分光測色濃度計Model 939により濃度測定を行い、現像剤温度はGRAPHTEC社製
midi LOGGER TYPE GL450 (K type熱電対）を現像剤に挿入して測定した。

図５に示したような画像濃度低下の要因の一つとして考えられるのが、トナー濃度センサの誤検知によるトナー濃度制御の不良である。

図６は、現像装置１０を画像形成装置外で空転させたときのセンサ１７の出力波形を示す図である。図６（ａ）は、室温下で空転させたときの出力波形を示し、図６(ｂ)は、５０℃の恒温槽内で空転させたときの出力波形を示す。現像容器１２内に収容される現像剤のトナー濃度は同じにして出力波形を見た。

トナー濃度が同じであるため、本来であれば出力波形はいずれの条件でも同じ波形となるはずである。しかしながら、５０℃の高温時の出力電圧が低くなっており、この場合、一般的な濃度制御アルゴリズムにおいては、トナー濃度が十分であるとしてトナーを補給しないような制御がされる。すなわち、印字によって現像容器１２内のトナー濃度が低下すると、センサ出力値が上昇してトナーを補給するよう制御する筈が、温度上昇によって低く電圧が出力されるために、トナー濃度が低下しているにもかかわらず、制御部からトナー補給開始信号が出力されず、新たにトナーが補給されない。したがって、現像剤中のトナー濃度が低下し、画像濃度（ＩＤ）が低下することになる。

現像剤温度の上昇によって、トナー粒子同士、あるいはトナーとキャリア粒子間の付着力が高まり、現像剤の凝集体ができると、これらの凝集体は非常に柔らかく出力画像に不良が表れるほどではないが、凝集体間に多くの空気層を含みやすくなる。

トナー濃度センサとして、透磁率検知式センサが広く用いられているが、この方式の場合ある一定容積内に存在するキャリアの割合を透磁率によって検知する方式であるので、前述のような凝集体間の空気層は、あたかもトナーがあるものとして検知される。したがって、現像剤中に凝集体が生じて空気層ができると、トナーが減っているにもかかわらず、空気層をトナーと誤検知し、実際のトナー濃度よりも高い濃度で検知されてしまう。これにより、トナーが補給はされなくなってしまうのである。

以上説明したように、トナー濃度センサの誤検知を防止するには、現像剤の温度を上昇させないことが重要である。しかし、現像容器１２全体を冷却するとなると冷却装置も大掛かり、冷却効率も悪い。したがって、本発明では、トナー濃度センサの周辺部の現像剤のみを局所的に集中して冷却することで、冷却効率も良く、冷却手段も小型化出来る。

以下では、本発明の現像装置１０について説明する。
図７は、本発明の実施の一形態である現像装置１０の構成を示す模式図である。図７は、図３と同様に上から見た現像装置１０を示している。

現像容器１２は、現像剤担持体１１と現像剤攪拌部材２８，２９とを内部に備える主現像槽１２ａと、トナー濃度センサ１７を備えるセンシング槽１２ｂと、これらの両槽を連通して結合する連結槽１２ｃとから構成されており、且つセンシング槽１２ｂ内の現像剤を冷却するための冷却装置５０を備えている。

図３に示した構成と同様に、第１撹拌搬送部材２８と第２撹拌搬送部材２９との間には、中間壁部材４２が設けられる。中間壁部材４２は、主現像槽１２ａの長手方向に延びて設けられ、連結槽１２ｃからセンシング槽１２ｂまでは中間壁部材４３が、中間壁部材４２と同じ延伸方向に１直線上に延びるように設けられ、両者の間には間隙４４が設けられている。現像容器１２内においては、主に、第１撹拌搬送部材２８から第２撹拌搬送部材２９へ向う現像剤の流れ１９と、第２撹拌搬送部材２９から第１撹拌搬送部材２８へ向う現像剤の流れ１８が形成される。さらに、後述の流量調整部材３０の手前から第１撹拌搬送部材２８へと分流する流れも形成される。

冷却装置５０は、本実施形態では、気体（空気）を冷媒とする空冷装置であるファンを用いて、センシング槽１２ｂの外表面を冷却しているが、装置内の、例えば前面キャビネットの裏側位置にあって、センシング槽１２ｂを送風５１によって直接空冷するのに適した位置に設置されている。また、センシング槽１２ｂに直接空冷ファンを取り付けてもよい。

現像容器１２の材質としては、通常樹脂で成型されたものを用いるが、本発明においては、特に連結槽１２ｃについては断熱性の高い、例えばグラスファイバー樹脂などの断熱材を用いることが好ましい。これは高温となる主現像槽１２ａから、センシング槽１２ｂへの伝熱を防ぐためである。

また、連結槽１２ｃ全体を耐熱材で構成しなくてもよく、主現像槽１２ａとの接触部分に、伝熱抵抗が十分に大きくなる程度の断熱材を挟むことにしても良い。

センシング槽１２ｂの容積としては、主現像槽１２ａの容積のおおよそ１／５程度で良く、槽内に突出するセンサヘッド１７ａの大きさはφ８ｍｍ程度であるので、濃度検知を行うのに必要な現像剤の量は、数ｃｍ３〜１０数ｃｍ３が常時センサヘッドの周囲に流れていれば十分である。なお、冷却効率を考えるとセンシング槽１２ｂの容積は、できるだけ小さい方が望ましい。

主現像槽１２ａから、センシング槽１２ｂへと搬送される現像剤の量は、主現像槽１２ａと連結槽１２ｃとの境界部分に設けられた流量調整部材３０によって一定量に規制される。

なお、冷却装置５０の能力が十分強力であるならば、主現像槽１２ａからセンシング槽１２ｂに搬送される現像剤量を多くしてもかまわない。ただし、搬送される現像剤の流量は常に一定に保持する必要がある。搬送される現像剤の流量が変動すると、センサヘッド１７ａへの流量も変動するため、この流量の変動によるセンサの誤検知を誘発するからである。センサ１７として透磁率センサを用いる場合、上述したように空気層をトナーとして検知するので、現像剤の嵩密度変化の影響を受けやすいからである。

流量調整部材３０は、公知の構成であり、詳細については例えば本願発明者による特許第３０２５４１０号に記載されるダム２８のような溢出手段を備えるようにすれば有効である。

主現像槽１２ａ内で、攪拌部材２９によって流量調整部材３０の手前まで搬送された現像剤は、その嵩高さにより流量調整部材３０の上方から溢れ出して連結槽１２ｃの内部に落下するようにして搬送される。連結槽１２ｃへの流量は、溢れ出したオーバーフロー量により規制できるので、攪拌部材２９の動作を一定に保持すれば、常に一定量の現像剤を連結槽１２ｃへ搬送することができる。

なお、攪拌部材の回転数、流量調整部材３０の高さ、連通槽１２ｃの大きさ等は、現像剤の種類や装置の大きさから適宜設定するようにし、現像剤を安定して搬送、循環しうる数値に設定すれば良く、特に限定するものではない。

図８は、本発明の他の実施形態であるカラー画像形成装置１００の構成を示す断面図である。

画像形成装置１００は、記録用紙を収容し、画像形成ユニット部分へと記録用紙を供給する給紙カセット１１０、画像形成ユニットで形成されたトナー像を積層するための中間転写ユニット１１１、中間転写ユニットをクリーニングする中間クリーニングユニット１１２、画像データに基づいて画像形成ユニットの感光体表面に静電潜像を書き込む露光ユニット１１３、中間転写ユニット１１１に積層されたカラートナー像を記録用紙に転写する転写ユニット１１４、記録用紙表面に転写されたカラートナー像を加圧、加熱により定着させる定着ユニット１１５、手差しで記録用紙を供給するための手差しユニット１１７、印字された記録用紙が排紙される排紙トレイ１１８などを含んで構成される。

画像形成ユニットは、感光体１０１、現像装置１０２、帯電装置１０３、クリーニング装置１０４で構成され、感光体１０１表面に形成されたトナー像は、転写ローラ１０５によって中間転写ユニット１１１に転写される。なお、本実施形態では、４色（Ｙｅｌｌｏｗ，Ｍａｇｅｎｔａ，Ｃｙａｎ，Ｂｌａｃｋ）の現像剤によりカラー画像の形成を行い、色ごとに備えられる部位については、参照符号に対して、イエローにはａ、マゼンタにはｂ、シアンにはｃ、ブラックにはｃを付与して区別している。

画像形成装置１００は、その内部に４色の現像装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを有している。これらの現像装置は、上記の現像装置１０と同一の構成を有している。それぞれの延長線上にセンシング槽として、１２ｂ−Ｙ、１２ｂ−Ｍ、１２ｂ−Ｃ、１２ｂ−ＢＫが設けられ、それらの近傍には冷却装置５０を１組備えている。なお、図では簡略化のため連結槽は省略している。スペースや電源に余裕があるならば、冷却装置５０もそれぞれ設けて４組備えるようにすれば冷却能力としては好ましいが、センシング槽１２を所定の領域内に１箇所に近接させて設け、これらを１組の冷却装置５０で冷却することで、装置内スペースやコスト等の面からは好ましい。

なお、画像形成装置１００内においては、定着ユニット１１５やレーザ光源などの熱源の近傍で温度上昇が顕著であるため、その近くにある現像装置１０２は、熱源から離れた位置にある現像装置１０２よりも総じて温度が高くなる。したがって、熱源の位置によっては、各色すべての現像装置１０２にセンシング槽１２ｂを設ける必要はなく、熱源に近く、温度上昇によりセンサの誤検知のおそれがある現像装置のみセンシング槽１２ｂを設け、冷却装置５０により冷却すればよい。

上記のように冷却装置５０として空冷装置を用いる場合は、図９に示すように、センシング槽１２ｂの外表面に放熱フィン５８を設けることでより冷却効率を高めることができる。放熱フィン５８は、空冷ファンに最も近接するセンシング槽１２ｂの壁面に設けられ、空冷ファンによる送風を直接受けることで、放熱フィン５８からの放熱を促進し、毛化敵にセンシング槽１２ｂ内の現像剤を冷却することができる。

冷却装置５０については、上記に示した空冷装置を用いることができるが、これに限らず、他の方式による冷却装置を用いることも可能である。

図１０は、本発明の他の実施形態である現像装置１０の構成を示す模式図である。本実施形態では冷却装置として、液体を冷媒とする液体冷却装置を用いており、空冷ファンの代わりにラジエター５２と、内部に冷却液を封入した循環用のチューブ５４、５５と、センシング槽１２ｂの外表面に設けられチューブ５４，５５を循環する冷却液による熱交換性を高めるための中空状の固定部材５３とを備える。冷却液はラジエター５２と固定部材５３との間を矢符５６，５７の如く循環し、固定部材５３を介してセンシング槽１２ｂの外表面を冷却する。

センシング槽１２ｂの材質は、本発明の効果をさらに高めるために、熱伝導性の良い例えばアルミニウムのような金属材料とすることが好ましい。

またさらに、センシング槽１２ｂ内に設けられた撹拌搬送部材については、現像剤と直接接触するスクリュー羽根、回転軸芯を、例えばアルミニウム、ステンレスなどの熱伝導性の高い金属材料で構成することが好ましい。現像剤の熱が、撹拌搬送部材によって伝熱され、より冷却効率を高めることができる。

一方、主現像槽１２ａ内の第１撹拌搬送部材２８、第２撹拌部材２９のスクリュー羽根などは、ＡＢＳやＰＣなどの樹脂材料で構成される。さらに攪拌部材の回転軸芯と、センシング槽１２ｂの側壁に固定されていて、この回転軸芯を回転支持する為の軸受は金属性であることが好ましい。

これにより、センシング槽１２ｂが冷却されると、現像剤に接するスクリュー羽根や回転軸芯部分の温度もそれに応じて下がりやすくなるため、センシング槽１２内全体の現像剤を効率良く冷却する効果がある。

以下では、本発明の実施例について説明する。実験条件を以下に示す。センシング槽の冷却には、空冷ファンを用いた。
現像ローラ１１ ： 外径１８ｍｍ、回転速度４２７ｍｍ／ｓ
ドクター１３ ： 非磁性ステンレス製、板厚１ｍｍ
ドクターギャップＤＧ ： ０．４ｍｍ
ドクター支持板１４ ： アルミニウム製、基準肉厚２ｍｍ
攪拌部材２８，２９ ： 外径１６ｍｍ、回転速度３７９ｍｍ／ｓ
現像剤投入量 ： ２３５ｇ
空冷ファン ： ファン径 約１００ｍｍ、回転数２６００ｒｐｍ、
最大風量 ２．９ｍ３／ｍｉｎ
印字条件 ： 印字率１％ 連続印字

図１１は、現像装置を冷却しながら印字させたときのセンサ１７の出力波形を示す図である。

図１１のグラフからは、センシング槽を冷却することで、センサ出力が制御電圧の２．４Ｖから低下することなく、一定の出力を維持し続けてることがわかる。

センシング槽の冷却によりセンサ出力の低下が生じていないので、トナー濃度センサの誤検知を防止し、安定したトナー濃度制御を行うことができる。

本発明の前提となる構成の現像装置１０が搭載される画像形成装置１の画像形成ユニット部分の構成を簡略化して示す図である。 現像装置１０の構成を示す模式図である。 図２の矢符Ｐ方向から見た現像装置１０の構成を示す模式図である。 攪拌部材２８，２９の構成を示す斜視図である。 連続印字中の現像剤の温度とＩＤ（印字出力濃度）の推移を示すグラフである。 現像装置１０を画像形成装置外で空転させたときのセンサ１７の出力波形を示す図である。 本発明の実施の一形態である現像装置１０の構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態であるカラー画像形成装置１００の構成を示す断面図である。 センシング槽１２ｂの外表面に放熱フィン５８を設けた状態を示す模式図である。 本発明の他の実施形態である現像装置１０の構成を示す模式図である 現像装置を冷却しながら印字させたときのセンサ１７の出力波形を示す図である。

符号の説明

１，１００ 画像形成装置
２ 感光体
３ 帯電装置
４ 露光装置
５ 転写装置
６ クリーニング装置
１０ 現像装置
１１ 現像剤担持体
１２ 現像容器
１２ａ 主現像槽
１２ｂ センシング槽
１２ｃ 連結槽
１７ トナー濃度センサ
５０ 冷却装置

Claims (15)

1. 現像剤を収容する現像容器と、
   現像剤を担持する現像剤担持体と、
   トナーとキャリアから成る現像剤を攪拌および搬送する現像剤攪拌部材と、
   現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、
   現像容器内の現像剤のトナー濃度を検知する濃度センサと、を備える現像装置において、
   前記現像容器は、現像剤担持体と現像剤攪拌部材とを備える主現像槽と、トナー濃度センサを備えるセンシング槽とから構成され、
   前記センシング槽内の現像剤を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナー濃度センサは、透磁率センサであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記主現像槽と前記センシング槽とは、その内部に現像剤を攪拌および搬送する現像剤攪拌部材を有する連結槽によって連通して結合し、前記主現像槽と前記センシング槽との間を、前記連結槽によって現像剤が循環するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
4. 前記主現像槽から前記センシング槽へと搬送される現像剤量は、前記主現像槽の現像剤搬送端に設けられた流量調整部材により一定量が搬送されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置。
5. 前記冷却手段は、気体を冷媒とする空冷装置であり、前記センシング槽の外表面を冷却す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。
6. 前記冷却手段は、前記センシング槽に直接設けられることを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
7. 前記冷却手段は、液体を冷媒とする液体冷却装置であ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。
8. 前記主現像槽と前記センシング槽とは、連結槽によって連通して結合し、
   前記連結槽は、断熱材料により構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の現像装置。
9. 前記センシング槽は、金属材料によって構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の現像装置。
10. 前記センシング槽の外表面に、放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の現像装置。
11. 前記センシング槽は、現像剤攪拌部材を有し、
    その現像剤攪拌部材の表面が現像剤と接触する部分と、その現像剤攪拌部材の回転軸芯と、前記軸芯を回転支持する軸受とは、金属材料によって構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の現像装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
13. 各色ごとの現像剤を収容する複数の現像装置を有し、
    これら現像装置のうち、少なくとも１つの現像装置が、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の現像装置であることを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
14. 各色ごとの現像剤を収容する複数の現像装置を有し、
    これら現像装置のうち、少なくとも２つの現像装置が、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の現像装置であり、
    １つの冷却装置が複数のセンシング槽を冷却するように構成されていることを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
15. 現像剤を収容する現像容器と、現像剤を担持する現像剤担持体と、トナーとキャリアから成る現像剤を攪拌および搬送する現像剤攪拌部材と、現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、現像容器内の現像剤のトナー濃度を検知する濃度センサとを有する現像装置を備える画像形成装置において、
    前記現像容器は、現像剤担持体と現像剤攪拌部材とを備える主現像槽と、トナー濃度センサを備えるセンシング槽とから構成され、
    前記センシング槽内の現像剤を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする画像形成装置。

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