JP2010026031A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の量にかかわらず，正確にトナー濃度を検知することができるトナー濃度検出装置を有する現像装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】本発明の現像装置は，現像剤を担持する現像スリーブ４１と，現像剤を収容するハウジング４５とを有する現像部１４であって，ＬＣ発振回路を有するとともに，ＬＣ発振回路を構成する平面コイル５４のインダクタンスがハウジング４５中の現像剤のトナー濃度により影響される位置に配置されたトナー濃度検出部５１を有し，ＬＣ発振回路の平面コイル５４は，平板に形成された捲回状のプリントパターンによるものであり，捲回の中心部にプリントパターンのない中空領域を有するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は，電子写真方式の画像形成装置およびそれに用いられる現像装置に関する。さらに詳細には，２成分現像剤を使用するものであって，その収容されている現像剤のトナー濃度を判断することのできる現像装置および画像形成装置に関するものである。

従来より，電子写真方式の画像形成装置において，２成分現像剤を使用しているものがある。２成分現像剤とは，磁性粒子であるキャリアと非磁性のトナーとがを混合されたものであり，現像処理によってトナーのみが消費される。そのため，現像剤のトナー濃度を適正な範囲に保つために，トナーを適宜補給するようにしている。あるいは，トナーとともに新しいキャリアを追加し，装置内のキャリアを少しずつ入れ替えるようにされているものもある。

現像装置内に収容されている現像剤のトナー濃度を適正な範囲に保つためには，トナー濃度をできるだけ正確に検出することが求められる。現像剤のトナー濃度を検出する方法として，ＬＣ共振回路を用いて，共振周波数を測定することによるものがある。特に，そのインダクタンスとして平面コイルを用いたトナー濃度検出装置が提案されている（例えば，特許文献１参照。）。本文献に記載の装置では，プリント基板の銅箔をエッチングして，渦巻き状のコイルを形成するとされている。そして，プリント基板の限られた面内において，できるだけ大きいインダクタンスを得るために，ほぼ正方形の範囲内に中心部から外周部まで，ほぼ均一にコイルが形成されている。
実開平６−７６９６１号公報

しかしながら，前記した従来の平面コイルのような形状のコイルでは，その検知感度はコイルの中心が最も高く，外側へ向かって下降する山形となっている。そのため，検知領域内のキャリアの量の変動による検知結果への影響の程度が，領域内の場所によってかなり異なることになる。そのため，トナー濃度の検出結果への信頼性が，今ひとつ高くないという問題点があった。特に，現像装置の制御方式として，現像装置内の現像剤全体の量を条件に応じて増減する方式を採用した場合には，この問題が顕著となるおそれがあった。

さらに，従来の平面コイルでは，中央部までコイルが形成されていることから，このコイルの位置決めはコイル以外の場所でしか行うことができない。その一方，トナー濃度検出装置のプリント基板やそれが取り付けられる現像剤槽は，動作環境や外力の影響によって，多少伸縮することは避けられない。その場合，位置決め箇所を固定した状態で伸縮することとなるので，現像剤槽に対するコイルの位置が僅かにずれる場合があった。しかしながら，トナー濃度の検出対象となる現像剤槽に対する検出コイルの位置関係は非常に重要であり，僅かなずれによっても，正確な検出ができなくなるおそれがあった。現像剤槽内にスクリュー等を備えて，その軸方向へ現像剤を攪拌・搬送しているものでは，この位置関係は特に重要であった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，現像剤の量にかかわらず，正確にトナー濃度を検知することができるトナー濃度検出装置を有する現像装置および画像形成装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の現像装置は，現像剤を担持する現像剤担持体と，現像剤を収容する現像剤収容槽とを有する現像装置であって，ＬＣ発振回路を有するとともに，ＬＣ発振回路を構成するコイルのインダクタンスが現像剤収容槽中の現像剤のトナー濃度により影響される位置に配置されたトナー濃度検出装置を有し，ＬＣ発振回路のコイルは，平板に形成された捲回状のプリントパターンによるものであり，捲回の中心部にプリントパターンのない中空領域を有するものである。

本発明の現像装置では，ＬＣ発振回路を利用したトナー濃度検出装置を有している。このＬＣ発振回路のコイルは，中心部に中空領域を有するプリントパターンによるので，その検知感度の分布は，中心部においてはおよそ平坦なものとなっている。従って，検知領域内の現像剤の量の変動による検出結果への影響は小さい。なお，ここでの中空領域とはプリントパターンがない領域であって，何もないという意味ではない。

さらに本発明では，中空領域内に第１位置決め形状が形成されており，現像剤収容槽に第２位置決め形状が形成されており，第１位置決め形状と第２位置決め形状とが嵌合されることにより，トナー濃度検出装置が現像剤収容槽に位置決めされることが望ましい。
このようなものであれば，コイルの中空領域が現像剤収容槽の位置決め箇所に位置決めされる。従って，コイルが形成されている平板や現像剤収容槽が，ある程度伸縮・変形したとしても，現像剤収容槽の位置決め箇所に対するコイルの位置はほとんど変化しない。

さらに本発明では，現像剤収容槽の中にスクリューが配置されており，コイルのうちスクリューの軸方向の長さが，スクリューのスクリューピッチの２分の１以上２分の３以下であることが望ましい。
このようなものであれば，コイルの範囲中にスクリューによる現像剤の山が少なくとも１つ程度あるとともに，コイルが過大なものとなるおそれはない。

また，本発明は，像担持体と，像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置であって，現像装置は，現像剤を担持する現像剤担持体と，現像剤を収容する現像剤収容槽と，ＬＣ発振回路を有するとともに，ＬＣ発振回路を構成するコイルのインダクタンスが現像剤収容槽中の現像剤のトナー濃度により影響される位置に配置されたトナー濃度検出装置とを有し，ＬＣ発振回路のコイルは，平板に形成された捲回状のプリントパターンによるものであり，捲回の中心部にプリントパターンのない中空領域を有する画像形成装置にも及ぶ。

本発明の現像装置および画像形成装置によれば，現像剤の量にかかわらず，正確にトナー濃度を検知することができるトナー濃度検出装置を有している。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，２成分現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置に本発明を適用したものである。

本形態の画像形成装置１は，図１に示すように，各色の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが，中間転写ベルト２０に沿って並べられた，いわゆるタンデムタイプの画像形成装置である。各画像形成部は，それぞれ，感光体１１，帯電部１２，露光部１３，現像部１４，１次転写部１５，クリーナ部１６を有している。さらに，各画像形成部の図中の下部には，給紙部２１が配置されている。また，本形態の画像形成装置１はそのほかに，２次転写部２２，ベルトクリーナ部２３，定着部２４，各色のトナーホッパ２５等を有している。

本形態の画像形成装置１による画像形成時には，各色の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにおいて，各色のトナー像がそれぞれの感光体１１上に形成される。各色のトナー像は，１次転写部１５によって中間転写ベルト２０に転写され，重ね合わされる。この重ねられたトナー像は，給紙部２１から給紙されたシートに２次転写部２２によって転写され，定着部２４によってシートに定着される。

本形態では，現像部１４は，着脱可能なカートリッジタイプのものである。また，現像部１４に収容されている現像剤は，磁性粒子であるキャリアと非磁性のトナーとを含む２成分現像剤である。画像形成によって，このうちのトナーのみが消費される。そのため，トナーホッパ２５からトナーを適宜補給することにより，現像剤中のトナー濃度を適正な範囲内に保つように制御されている。

本形態の現像部１４は，図２と図３に示すように，現像スリーブ４１と２つの搬送スクリュー４２，４３とを有している。これらが，ハウジング４５の内部に，互いに略平行に配置されている。ハウジング４５の内部には現像剤が収納され，搬送スクリュー４２，４３によって攪拌されるとともに軸方向（図中奥行き方向）に搬送される。また，ハウジング４５には，内側に隔壁４６が形成されている。これによって，現像部１４の内部は，搬送スクリュー４２が配置された第１室４８と，搬送スクリュー４３が配置された第２室４９とに分けられている。

図２に示すように，第１室４８は現像スリーブ４１と隣接しているが，第２室４９は隣接していない。現像部１４が画像形成装置１に装着された状態では，第２室４９は，第１室４８や現像スリーブ４１より下方に配置される。そのため，搬送スクリュー４２，４３等が停止された状態では，現像部１４内の現像剤はおもに第２室４９の下部に溜まる。また，トナーホッパ２５から新しく補給されるトナーは，まず，第２室４９内へ供給される。補給されたトナーは既に収容されていた現像剤と混合され，搬送スクリュー４２，４３によって，第２室４９，第１室４８の順に経由して現像スリーブ４１へと供給される。

本形態の現像部１４には，図２に示すように，第２室４９の下部におけるハウジング４５の外面に，トナー濃度検出部５１が取り付けられている。この位置は，現像剤が溜まる箇所の外側である。トナー濃度検出部５１は，ハウジング４５に形成されている突起５２に貫通されることにより位置決めされて固定されている。

本形態のトナー濃度検出部５１は，ＬＣ共振回路の共振周波数の変化を検出することによるものである。そのため，例えば図４に示すコルピッツ発振回路等の共振回路を有している。この共振回路は，インダクタンスコイルＬ，トランジスタＱ，抵抗Ｒ，２つのコンデンサＣ１，Ｃ２等を有しているものである。

トナー濃度検出部５１は，図５に示すように，長方形のプリント基板５３の一面に平面コイル５４が形成されているものである。この平面コイル５４が，図４のインダクタンスコイルＬに相当する。平面コイル５４は，外形がほぼ長方形であり，プリントパターンによって形成される。本形態では，トナー濃度検出部５１は，平面コイル５４が形成されている面が，現像部１４のハウジング４５に接する側（図２中で上側）となるように配置される。

本形態では，図５に示すように，平面コイル５４は，その中央部５４ａまでは形成されておらず，全体で略リング状のコイルとなっている。この中央部５４ａは，プリントパターンによるコイルが形成されていない領域であり，ここが中空領域に相当している。ここでの中空領域とは，コイルが形成されていないという意味であって，プリント基板５３自体は存在している。なお，本形態では，中央部５４ａには，コア等の部材も設けられていない。平面コイル５４は空芯のものである。従って，この中央部５４ａの内部においては，感度分布がほぼ平坦なものとなっている。

プリント基板５３の他面（平面コイル５４の形成されている面の裏面）には，共振回路の他の部品（トランジスタＱ，抵抗Ｒ，コンデンサＣ１，Ｃ２）が実装されている。また，図５に示すように，プリント基板５３の他面のうち，平面コイル５４が形成されていない側の長手方向の端部には，コネクタ５５が取り付けられている。さらに，プリント基板５３のうち，中央部５４ａ内には位置決め用の貫通穴５７が形成されている。さらに，平面コイル５４の外部でありプリント基板５３のほぼ中央部の箇所にも，長穴形状の貫通穴５８が形成されている。

現像部１４のハウジング４５の外面には，これらの貫通穴５７，５８にはめ込まれるための位置決め用の突起５２（図２参照）が２つ形成されている。これにより，トナー濃度検出部５１がハウジング４５に位置決めされる。特に，丸穴である貫通穴５７と突起５２とによって，ハウジング４５と平面コイル５４との位置関係は正しく保持される。従って，例えば，環境温度が変化しても，平面コイル５４の中央部５４ａのハウジング４５に対する位置は変化しない。なおここでは，ハウジング４５に突起が，トナー濃度検出部５１に貫通穴が形成されているとしたが，逆でもよい。また，これらの突起と貫通穴とが，第１位置決め形状と第２位置決め形状とに相当する。

また，トナー濃度検出部５１は，平面コイル５４の長手方向が現像スリーブ４１や搬送スクリュー４２，４３の長手方向と平行になるように配置される。また，トナー濃度検出部５１は，現像部１４のうち画像形成装置１に装着された状態で最も下方となる箇所に，平面コイル５４が略水平となるように配置される。あるいは，ハウジング４５の外面の接線方向に配置してもよい。

次に，平面コイル５４の大きさについて説明する。平面コイル５４は，図６に示すように，略長方形（Ａ＜Ｂ）であり，長辺Ｂが現像部１４の軸方向と平行になるように配置される。ここで，トナー濃度検出部５１の検出対象は，第２室４９内の現像剤であり，この第２室４９には搬送スクリュー４３が配置されている。そして，搬送スクリュー４３の回転によって，平面コイル５４の上方位置に存在する現像剤の量は周期的に変動する。それにより，トナー濃度検出部５１による検出結果も周期的に変動する。

この周期的な変動の変動幅は，平面コイル５４の長辺Ｂと搬送スクリュー４３のスクリューピッチＰ（図３参照）との関係などによって異なる。また，平面コイル５４の内径とも関わる。本形態では，ＢをＰ／２より大きく，かつ，３Ｐ／２より小さい範囲内から選択することが好ましい。ＢがＰ／２より大であれば，コイル上に現像剤の山がたいてい１つ以上ある。また，Ｂが３Ｐ／２より小であれば，平面コイル５４のサイズが過大となることはないからである。

本形態では，この範囲内で，この変動幅が比較的小さくなるように，平面コイル５４の長辺Ｂを設定するとさらによい。この場合には，上記の範囲内で，平面コイル５４の長辺Ｂの長さの異なる複数のトナー濃度検出部５１を作って，それぞれ同じ現像剤のトナー濃度を測定することにより，適切な長辺Ｂを選択することができる。例えば，Ｐ：Ｂが１：０．５，１：０．７，１：１．２の３種のトナー濃度検出部５１を用いて，トナー濃度の検出を行った。その結果を図７に示す。図中，Ｓ１は１：０．５の結果であり，Ｓ２は１：０．７，Ｓ３は１：１．２としたときの結果である。検出信号強度の変動幅は，Ｓ２＜Ｓ１＜Ｓ３であった。すなわち，この例では，０．５×Ｐより大きく１．２×Ｐより小さい範囲内に，変動幅が最小となる長辺Ｂがある。

すなわち，本形態では，機種ごとに，Ｐ／２＜Ｂ＜３Ｐ／２の範囲内で，長辺Ｂを変えた複数種の平面コイル５４を作成し，それぞれによるトナー濃度の検出を行う。このようにして，トナー濃度検出部５１の検出結果の変動幅が最も小さくなるような長辺Ｂを実測によって見つけることができる。なお，３Ｐ／２より大きくても，変動幅を小さくするような長辺Ｂは存在するが，平面コイル５４が大きくなることからトナー濃度検出部５１が大きくなるので，好ましくない。

本形態の画像形成装置１では，画像形成が実行され，トナーが消費された後に，トナー濃度検出部５１によるトナー濃度の検出を行う。そして，トナー濃度があらかじめ決められた濃度より小さいと判断されたら，トナーを補充してトナー濃度を上げる。これにより，現像部１４内のトナー濃度を適切な範囲内に維持することができる。

また，本形態の現像部１４によれば，平面コイル５４の中央部５４ａにコイルの形成されていない中空領域が設けられているので，トナー濃度の検知感度の分布がその範囲内では平坦である。従って，現像剤の量にかかわらず，正確なトナー濃度が得られる。ゆえに，現像のトータルカウントに応じて現像剤の量を増減する制御方式を採用した画像形成装置であっても，適切にトナー濃度を管理することができる。

また，搬送スクリュー４３による現像剤の量の周期的変動の影響を受けにくいように，長辺Ｂが選択されているので，搬送スクリュー４３を回転させながら現像剤の濃度検出を行うことができる。さらに，トナー濃度検出部５１が，平面コイル５４の中央部５４ａに形成された貫通穴５７によって，ハウジング４５に位置決めされている。従って，トナー濃度検出部５１に対して外力を受けても，トナー層と平面コイル５４との位置関係のずれが防止できる。さらに，位置決め用のスペースを平面コイル５４とは別の位置に必要としないので，トナー濃度検出部５１を小型なものとできる。

以上詳細に説明したように本形態の画像形成装置によれば，第２室４９の外部にトナー濃度検出部５１が設けられているので，第２室４９内に収納されている現像剤のトナー濃度を検出することができる。特に，トナー濃度検出部５１の平面コイル５４の中央部５４ａにおいて位置決めされているので，外力を受けても位置ずれしない。また，第２室４９の搬送スクリュー４３のスクリューピッチを考慮して，平面コイル５４の一辺の長さが設定されている。従って，搬送スクリューの回転による影響を受けにくく，現像剤の量にかかわらず正確にトナー濃度を検知することができる。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，平面コイルの形状は，長方形に限らず，角丸長方形，正方形，８角形，楕円形，円形等としてもよい。いずれにしても，中央部までコイルが形成されていないものとすればよい。また例えば，タンデム方式の画像形成装置に限らず，モノクロ画像形成装置やＦＡＸ等にも適用可能である。

本形態の画像形成装置を示す概略構成図である。 現像部を示す断面図である。 現像部を示す斜視図である。 ＬＣ回路の例を示す回路図である。 トナー濃度検出部を示す平面図である。 トナー濃度検出部の平面コイルを示す説明図である。 平面コイルの長径による信号変動幅の変化の例を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
１１ 感光体
１４ 現像部
４１ 現像スリーブ
４５ ハウジング
５１ トナー濃度検出部
５２ 突起
５４ 平面コイル
５４ａ 中央部
５７，５８ 貫通穴

Claims (4)

1. 現像剤を担持する現像剤担持体と，現像剤を収容する現像剤収容槽とを有する現像装置において，
   ＬＣ発振回路を有するとともに，前記ＬＣ発振回路を構成するコイルのインダクタンスが前記現像剤収容槽中の現像剤のトナー濃度により影響される位置に配置されたトナー濃度検出装置を有し，
   前記ＬＣ発振回路のコイルは，
   平板に形成された捲回状のプリントパターンによるものであり，
   捲回の中心部にプリントパターンのない中空領域を有することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において，
   前記中空領域内に第１位置決め形状が形成されており，
   前記現像剤収容槽に第２位置決め形状が形成されており，
   前記第１位置決め形状と前記第２位置決め形状とが嵌合されることにより，前記トナー濃度検出装置が前記現像剤収容槽に位置決めされることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の現像装置において，
   前記現像剤収容槽の中にスクリューが配置されており，
   前記コイルのうち前記スクリューの軸方向の長さが，前記スクリューのスクリューピッチの２分の１以上２分の３以下であることを特徴とする現像装置。
4. 像担持体と，前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置において，
   前記現像装置は，
   現像剤を担持する現像剤担持体と，
   現像剤を収容する現像剤収容槽と，
   ＬＣ発振回路を有するとともに，前記ＬＣ発振回路を構成するコイルのインダクタンスが前記現像剤収容槽中の現像剤のトナー濃度により影響される位置に配置されたトナー濃度検出装置とを有し，
   前記ＬＣ発振回路のコイルは，
   平板に形成された捲回状のプリントパターンによるものであり，
   捲回の中心部にプリントパターンのない中空領域を有することを特徴とする画像形成装置。

Images