JP2017142452A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の流動性と現像剤の嵩密度の安定性を両立させ、インダクタンスセンサが現像剤のトナー濃度をより正しく検出できる現像装置の提供。【解決手段】センサ６０は第一連通部の傾斜した底面部２３ａ，２４ａに設けられる。第一連通部では、現像剤の剤面が安定した状態に至ったときの現像剤量が多くなる。その底面部は傾斜状に形成されており、現像剤が重力によって滑り落ちやすい。つまり、現像剤の流動性が確保されやすい。また、センサ６０は検出面６０ａが現像容器２２の幅方向に関し、回転軸２５ａ，２６ａの軸間Ｌに配置される。軸間Ｌでは、現像剤の量が比較的に多く、現像剤の入れ替わりが頻繁に行われ得る。現像剤の量が多ければ、現像剤の嵩密度が安定しやすい。このようにして、現像剤の流動性の確保と現像剤の嵩密度の安定性の確保とを両立でき、もってセンサ６０に現像剤のトナー濃度をより正しく検出させることが容易に実現できる。【選択図】図３

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリあるいは複合機などの電子写真技術を用いた画像形成装置に好適な現像装置に関する。

プリンタ、複写機、ファクシミリあるいは複合機などの画像形成装置で使用される現像装置では、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤（以下、単に現像剤と記す）が用いられている。現像剤に含まれるトナーは現像に供されることによって消費されるので、現像容器に収容されている現像剤のトナー濃度は変わり得る。ただし、現像剤のトナー濃度は所定範囲に維持されなければ、画像形成時に画像不良が生じ得る。そこで、現像容器に収容されている現像剤のトナー濃度に応じた所定量のトナーを補給することで、現像に供される現像剤のトナー濃度を所定範囲内に維持できるようにした現像装置が知られている。

最近では、現像剤のトナー濃度を検出するためにインダクタンスセンサが用いられている。インダクタンスセンサ（以下、単にセンサと記す）を用いる場合、コイルが設けられた検出面で現像剤が入れ替わり難いつまりは現像剤の流動性が低いと、センサは現像剤のトナー濃度を正しく検出し難くなる。そこで、センサの検出面を現像容器内の撹拌スクリューに向けて突出させると共に、検出面に対向する箇所の撹拌スクリューの軸径を細くすることで、現像剤の流動性を確保するようにした装置が従来から提案されている（特許文献１）。また、検出面に対向する箇所の撹拌スクリューの軸にリブを設け、リブによって現像剤の入れ替えを促進するようにした装置が提案されている（特許文献２）。

特開平５−３２３７９４号公報 特許第３４３４１１８号公報

ところで、センサにトナー濃度を正しく検出させるには、検出面で現像剤の流動性を高くするだけでは足らず、検出面で現像剤の嵩密度を所定の大きさの範囲内で安定させるとよい。しかしながら、上述の特許文献１や特許文献２に記載の装置では、検出面において現像剤が撹拌スクリューの回転の影響を受けやすく、検出面で現像剤の嵩密度が安定しにくい虞がある。その結果、センサがトナー濃度を正しく検出し難かった。このように、従来の装置では、検出面での現像剤の流動性の確保と、検出面での現像剤の嵩密度の安定性の確保とを両立させることが難しかった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、検出面での現像剤の流動性の確保と、検出面での現像剤の嵩密度の安定性の確保とを両立させ、インダクタンスセンサが現像剤のトナー濃度をより正しく検出できる現像装置の提供を目的とする。

本発明に係る現像装置は、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一室と、水平方向から視て前記第一室よりも上方となるように配置され、前記第一室とで現像剤の循環経路を形成すると共に前記現像剤担持体に担持されている現像剤を、前記第一室に回収する前に回収する第二室とが形成された現像容器と、前記第一室で現像剤を搬送する、螺旋状の第一羽根を有する第一搬送スクリューと、前記第二室で前記第一搬送スクリューと反対方向に現像剤を搬送する、螺旋状の第二羽根を有する第二搬送スクリューと、前記現像容器内で前記第一室と前記第二室とを隔て、前記第二搬送スクリューの現像剤搬送方向に関し前記第二室の中央よりも下流側に、前記第二室に収容された現像剤を前記第一室に受け渡す受け渡し部が形成されている隔壁と、前記受け渡し部に面し、前記第二室から前記第一室に向かって鉛直方向下方へと傾斜している底面部と、前記底面部において、前記第一搬送スクリューと前記第二搬送スクリューとの軸間に対応する領域に配置され、現像剤のトナー濃度を検出する検出部と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、検出部における現像剤の流動性が確保され、且つ、検出部での現像剤の嵩密度の安定性が確保されることから、もって検出部に現像剤のトナー濃度をより正しく検出させることが容易に実現できる。

本実施形態の現像装置を適用した画像形成装置の構成を示す概略図。 トナー補給制御系を示す制御ブロック図。 本実施形態の現像装置を示す断面図。 軸線方向を含む水平断面で見た現像装置を示す上面断面図。 トナー補給制御を説明するフローチャート。 現像剤の安息角及び現像剤の崩壊角について説明する図。 比較例の現像装置を示す断面図。 本実施形態と比較例とにおけるトナー濃度の検出誤差を示すグラフ。 異なる羽根の位相で各スクリューを単独で回転させた際のセンサの出力波形を示すグラフであり、羽根の位相を（ａ）は１８０°、（ｂ）は９０°、（ｃ）は０°とした場合。 異なる羽根の位相で両スクリューを同時に回転させた際のセンサの出力波形を示すグラフ。

第一実施形態について説明する。まず、実施形態の現像装置を適用した画像形成装置の構成について、図１を用いて説明する。図１に示す画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿って画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配列したタンデム型の中間転写方式のフルカラープリンタである。

＜画像形成装置＞
画像形成部ＰＹでは、感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、それぞれ感光ドラム１Ｃ、１Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。中間転写ベルト５に転写された四色のトナー像は、二次転写部（二次転写ニップ部）Ｔ２へ搬送されて記録材Ｓ（用紙、ＯＨＰシートなどのシート材など）へ一括二次転写される。記録材Ｓは、不図示の給紙カセットから１枚ずつ取り出されて二次転写部Ｔ２へ搬送される。

画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの区別を表す符号末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して、画像形成部ＰＹ〜ＰＫの構成及び動作を説明する。

画像形成部Ｐには、像担持体としての感光ドラム１を囲んで、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ６、ドラムクリーニング装置７が配置されている。感光ドラム１はアルミニウム製シリンダの外周面に感光層が形成されたもので、所定のプロセススピードで図１の矢印Ｒ１方向に回転される。

帯電ローラ２は帯電電圧が印加されて感光ドラム１に接触することで、感光ドラム１を一様な負極性の暗部電位に帯電させる。露光装置３は、各色の分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームをレーザー発光素子から発生し、これを回転ミラーで走査して帯電させた感光ドラム１の表面に画像の静電像を書き込む。現像装置４は、トナーを感光ドラム１に供給して静電像をトナー像に現像する。現像装置４については詳細を後述する（図３及び図４参照）。

転写ローラ６は、中間転写ベルト５を挟んで感光ドラム１に対向配置され、感光ドラム１と中間転写ベルト５との間にトナー像の一次転写部（一次転写ニップ部）Ｔ１を形成する。一次転写部Ｔ１では、例えば高圧電源（不図示）により転写ローラ６に一次転写電圧が印加されることで、トナー像が感光ドラム１から中間転写ベルト５へ一次転写される。即ち、転写ローラ６に対しトナーの帯電極性と逆極性の一次転写電圧が印加されると、感光ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト５に静電吸引されて転写が行われる。ドラムクリーニング装置７は、感光ドラム１にクリーニングブレードを摺擦させて、一次転写後に感光ドラム１上に僅かに残る一次転写残トナーを除去する。

中間転写ベルト５は、テンションローラ６１、二次転写内ローラ６２及び駆動ローラ６３等のローラに掛け渡して支持され、駆動ローラ６３に駆動されて図１の矢印Ｒ２方向に回転される。二次転写部Ｔ２は、二次転写外ローラ３０に支持された中間転写ベルト５に二次転写内ローラ６２を当接して形成される記録材Ｓへのトナー像転写ニップ部である。二次転写部Ｔ２では、二次転写内ローラ６２に所定の二次転写電圧が印加されることで、トナー像が中間転写ベルト５から二次転写部Ｔ２に挟持搬送される記録材Ｓへ二次転写される。二次転写後に中間転写ベルト５に付着したまま残る二次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１８が中間転写ベルト５を摺擦することにより除去される。ベルトクリーニング装置１８は、中間転写ベルト５にクリーニングブレードを摺擦させて二次転写残トナーを除去する。

二次転写部Ｔ２で四色のトナー像を二次転写された記録材Ｓは、定着装置１６へ搬送される。定着装置１６は、対向するローラもしくはベルト等による圧力と、一般的にはヒータ等の熱源（不図示）による熱を加えて記録材Ｓ上にトナー像を溶融固着する。定着装置１６によりトナー像が定着された記録材Ｓは、機体外へ排出される。

トナー補給装置８は、画像形成に伴い現像装置４のトナーが消費されることに応じて、消費されたトナー量に相当する分のトナー（詳しくは補給剤）を現像装置４に補給可能である。

＜制御部＞
本実施形態において、画像形成装置１００は制御部１０を備える。制御部１０は、画像形成などの本画像形成装置１００の各種制御を行う例えばＣＰＵ等である。本実施形態において、制御部１０はトナー補給制御を実行可能である。制御部１０について、図２を用いて説明する。図２は、トナー補給制御系を示す制御ブロック図である。図２に示すように、制御部１０には不図示のインタフェースを介してメモリ１１、インダクタンスセンサ６０（以下、単にセンサとも記す）、トナー補給装置８が接続されている。なお、制御部１０は図２に示した以外の上述した各部（図１参照）を制御可能であるが、ここでは発明の本旨でないので図示及び説明を省略している。

メモリ１１は、ＲＯＭやＲＡＭあるいはハードディスクなどである。メモリ１１には、例えば画像形成制御やトナー補給制御などの各種制御プログラム、また各種データ等が予め記憶されている。各種データとしては、センサ６０の検出結果（具体的には検出された電圧値のスクリュー１回転分の平均値）に対応付けられたトナー濃度のデータ（例えばテーブル）等が記憶されている。さらに、メモリ１１には各種制御プログラムの実行に伴う演算処理結果などが一時的に記憶され得る。制御部１０は、メモリ１１に記憶されている各種制御プログラムを実行可能であり、それら制御プログラムの実行に伴い画像形成装置１００を制御する。即ち、制御部１０は、例えば画像形成部ＰＹ〜ＰＫによる画像形成、中間転写ベルト５への一次転写、記録材Ｓへの二次転写、記録材Ｓの搬送などの各種動作の制御を行い得る。

制御部１０は、センサ６０の検出結果に基づき求められる現像剤のトナー濃度に従って、必要な補給量で現像装置４へ補給剤を補給するようにトナー補給装置８を制御するトナー補給制御を実行可能である。トナー補給制御については後述する（後述する図５参照）。

［第一実施形態］
第一実施形態の現像装置４について、図３乃至図５を用いて説明する。現像装置４は、図３及び図４に示すように、ハウジングを形成する現像容器２２、現像剤担持体としての現像スリーブ２８、規制ブレード２９、第一搬送スクリューとしての現像スクリュー２５、第二搬送スクリューとしての撹拌スクリュー２６などを備える。

現像容器２２には、非磁性のトナーと、磁性を有するキャリアとを含む二成分現像剤が収容されている。つまり、本実施形態では現像方式として二成分現像方式を用い、マイナス帯電極性の非磁性トナーとプラス帯電極性の磁性キャリアを混合して現像剤として用いる。非磁性トナーはポリエステル、スチレンアクリル等の樹脂に着色料、ワックス成分などを内包し、粉砕あるいは重合によって粉体としたものである。磁性キャリアは、フェライト粒子や磁性粉を混錬した樹脂粒子からなるコアの表層に樹脂コートを施したものである。初期状態の現像剤中のトナー濃度（現像剤の全重量に占めるトナーの重量の割合（比率）、ＴＤ比とも呼ぶ）は、本実施形態では例えば８％である。

現像容器２２は、感光ドラム１に対向した一部分が開口しており、この開口部に一部が露出するようにして現像剤担持体としての現像スリーブ２８が回転可能に配置されている。現像スリーブ２８は、アルミニウム合金などの非磁性材料で円筒状に形成され、図３の矢印Ｒ３方向に回転駆動される。現像スリーブ２８の内側には、複数の磁極により構成される磁界発生手段としてのマグネットローラ２８１が回転不能に配置されている。

現像スリーブ２８は、図３に示すように、矢印Ｒ３方向に回転し、マグネットローラ２８１の汲み上げ磁極Ｎ１極の位置で吸着した現像剤を規制ブレード２９方向へ担持搬送する。規制磁極Ｓ１極によって穂立ちした現像剤は、現像スリーブ２８と規制ブレード２９のギャップを通過する際に規制ブレード２９によってせん断力を受けてその量が規制され、現像スリーブ２８上に所定の層厚の現像剤層が形成される。形成された現像剤層は感光ドラム１と対向する現像領域に担持搬送され、現像磁極Ｎ２極によって磁気穂を形成した状態で感光ドラム１（図１参照）の表面に形成されている静電潜像を現像する。現像に供された後の現像剤は、剥ぎ取り磁極Ｎ３極と汲み上げ磁極Ｎ１極の間で同極が隣り合うことで形成される無磁力帯によって現像スリーブ２８より剥離される。

＜現像容器＞
現像容器２２は、第一室としての現像室２３と、第二室としての撹拌室２４と、現像室２３と撹拌室２４との間に設けられ、現像室２３と撹拌室２４とを区画する隔壁２７とを有する。隔壁２７は、現像容器２２内に底面部から突出して現像室２３と撹拌室２４とを隔てている。また、隔壁２７は現像スリーブ２８の回転軸線方向（長手方向）に延在しており、現像室２３及び撹拌室２４は現像スリーブ２８の回転軸線方向に沿って形成されている。そして、本実施形態の現像装置４では、撹拌室２４の底面部２４ａが現像室２３の底面部２３ａよりも上方となるように、水平方向から視て現像室２３と撹拌室２４とが高低差を有して配置されている。現像容器２２の底面部つまり撹拌室２４の底面部２４ａと現像室２３の底面部２３ａとは、一連の傾斜した底面部を現像容器２２内に形成している。

隔壁２７は、図４に示すように、長手方向両端側にそれぞれ現像室２３と撹拌室２４とを連通させる開口した第一連通部９１と第二連通部９２とを有する。隔壁２７の両端は、現像容器２２の内部の長手方向両端部の側壁までは達しておらず、これにより撹拌室２４から現像室２３への現像剤の通過を許す第一連通部９１と、現像室２３から撹拌室２４へ現像剤の通過を許す第二連通部９２が形成される。隔壁２７の上部には、図３に示すように、現像スリーブ２８に近接するように延設され、現像スリーブ２８から回収された現像剤を撹拌室２４内に案内する案内部材２７１が設けられている。

現像室２３には、現像室２３で現像剤を搬送する第一搬送部材としての現像スクリュー２５が配置されている。撹拌室２４には、撹拌室２４で現像スクリュー２５と反対方向に現像剤を搬送する第二搬送部材としての撹拌スクリュー２６が配置されている。現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６は、それぞれ回転軸２５ａ、２６ａの周囲に第一羽根２５ｂ、第二羽根２６ｂ（以下、単に羽根と呼ぶ）を螺旋状に形成することで構成される。回転軸２５ａ、２６ａの両端部は、それぞれ現像容器２２に回転自在に支持されている。現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６は、水平方向から視て少なくとも一部が重なるように配置されている。本実施形態では、撹拌スクリュー２６の回転軸２６ａが、現像スクリュー２５の回転軸２５ａよりも鉛直方向上方に、且つ、互いに略平行となるように配置されている。本実施形態において、回転軸２５ａ、２６ａの軸径は共に７ｍｍであり、それら回転軸２５ａ、２６ａに、１８ｍｍ径の螺旋状の羽根２５ｂ、２６ｂが２０ｍｍピッチで設けられている。現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６は、互いに反対向きに回収剤を搬送するように、羽根２５ｂと羽根２６ｂとが互いに逆方向に巻かれた状態となるようにして配置されている。なお、羽根２５ｂ、２６ｂのピッチは同一であるとよい。また、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６の外径は同一でなくてよい。

撹拌スクリュー２６には羽根２６ｂの他に、羽根２６ｂとは反対側に現像剤を搬送可能な返し羽根２６ｃが羽根２６ｂの現像剤搬送方向下流側に設けられている。返し羽根２６ｃは、撹拌室２４内において羽根２６ｂによって搬送される現像剤を羽根２６ｂ側に押し戻す返しスクリューを形成している。返し羽根２６ｃが現像剤を押し戻すことによって、羽根２６ｂにより搬送された現像剤は第一連通部９１を通過し現像室２３により受け渡されやすい。従って、受け渡し部としての第一連通部９１では、現像容器２２内を搬送される現像剤の剤面が安定した状態に至ったときの剤面が他の箇所に比べて高くなる。

現像スリーブ２８、現像スクリュー２５、撹拌スクリュー２６はそれぞれ不図示のギア列によって連結駆動される構成になっていて、同じく不図示の駆動モータからのギア列を介してそれぞれ回転する。現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６は所定の回転速度（例えば６００ｒｐｍ）で回転され、現像剤は図４の矢印で示すように搬送される。本実施形態において、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６は同じ回転速度で回転される。現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６が回転すると、第一連通部９１で現像剤が撹拌室２４から現像室２３に、第二連通部９２で現像剤が現像室２３から撹拌室２４に、それぞれ現像剤が受け渡される。これにより、現像室２３と撹拌室２４とで現像剤の循環経路を形成し、現像剤はこの循環経路を循環することで混合撹拌される。

図３に示すように、現像スクリュー２５は隔壁２７と反対側で現像室２３の底面部２３ａから上方に向かう矢印Ｒ５方向に回転し、撹拌スクリュー２６は隔壁２７と反対側で撹拌室２４の底面部２４ａから上方に向かう矢印Ｒ４方向に回転する。つまり、現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６は共に隔壁側で鉛直方向上方から下方に向けて回転する。この場合、第一連通部９１での現像剤の流動性が上がり、また現像剤の嵩密度が安定しやすい。

現像室２３は現像剤を現像スリーブ２８に供給し、撹拌室２４は現像スリーブ２８より剥離された現像剤を回収する。即ち、現像室２３内の現像剤は、現像スクリュー２５により搬送されつつ、マグネットローラ２８１の汲み上げ磁極Ｎ１極の位置で現像スリーブ２８に吸着される。一方、隔壁２７の上部に設けられた案内部材２７１は、隔壁２７の上端から現像スリーブ２８の無磁力帯付近で現像スリーブ２８に近接するように延設されている。そのため、剥ぎ取り磁極Ｎ３で現像スリーブ２８より剥離された現像剤は、現像室２３に戻ることなく撹拌室２４に収容される。撹拌室２４では、現像剤を回収しつつ、回収された現像剤が撹拌スクリュー２６により搬送される。

本実施形態の現像装置４は、このように、現像室２３で現像スリーブ２８に現像剤を供給し、撹拌室２４で現像スリーブ２８から現像剤を回収する、機能分離型の構成を有する。機能分離型の構成の場合、現像スリーブ２８上の現像剤が撹拌室２４の長手方向に渡って回収される。即ち、現像剤は、現像スリーブ２８を介さずに現像室２３から撹拌室２４に搬送される第一の経路と、現像スリーブ２８から直接、撹拌室２４に搬送される第二の経路との二つの経路を介して循環される。

また、図３に示すように、撹拌室２４にはトナー補給装置８を接続可能な補給口７０が設けられている。トナー補給装置８から補給口７０を通って撹拌室２４に補給された補給剤は、撹拌スクリュー２６によって搬送される。トナー補給装置８から撹拌室２４に供給される補給剤の補給量は、現像容器２２内に設けられたセンサ６０の検出結果に基づいて、制御部１０（図２参照）によって決められる。制御部１０は、センサ６０の検出結果に基づくトナー濃度に従って、現像容器２２に収容された現像剤のトナー濃度が例えば８％程度となる補給量で補給剤を供給するように、トナー補給装置８を制御する。これにより、画像形成に伴い消費されたのとほぼ同量のトナーが補給される。

＜トナー補給制御＞
制御部１０が実行するトナー補給制御について、図５を用いて説明する。制御部１０は、記録材に画像形成するプリント命令信号（画像形成指令信号）に基づいて画像形成を行う画像形成ジョブの実行時に、トナー補給制御を実行可能である。

図５に示すように、制御部１０は現像スリーブ２８と共に現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６の回転を開始する前回転処理を行い、現像剤の撹拌動作を開始させる（Ｓ１）。制御部１０は、前回転開始から所定時間経過後にセンサ６０により検出される電圧値を取得し（Ｓ２）、取得した電圧値に基づき求められる現像剤のトナー濃度に基づきトナー補給装置８に補給させる補給剤の補給量を決定する（Ｓ３）。詳しくは、制御部１０はセンサ６０から取得した電圧値のスクリュー１回転分の平均値に従って、メモリ１１に予め記憶済みのトナー濃度のデータから現像剤のトナー濃度を求め、求めたトナー濃度により補給剤の補給量を決める。制御部１０は、トナー補給装置８を制御して補給剤を現像容器２２に補給する（Ｓ４）。補給剤の補給後、制御部１０は画像形成を実行する（Ｓ５）。制御部１０は画像形成を終了するか否かを判定し（Ｓ６）、画像形成を終了しないと判定した場合（Ｓ６のＮＯ）、上記のＳ２の処理に戻ってＳ２〜Ｓ６の処理を繰り返す。制御部１０は、画像形成を終了すると判定した場合（Ｓ６のＹＥＳ）、後回転処理を行って画像形成ジョブを終了する。このようにして、現像装置４（詳しくは現像容器２２）に収容されている現像剤のトナー濃度は所定範囲の濃度（例えば８％程度）に維持される。

＜インダクタンスセンサ＞
本実施形態では、現像容器２２に収容されている現像剤のトナー濃度を検出可能とするため、インダクタンスセンサ６０を用いている。検出部としてのセンサ６０はコイルのインダクタンスを利用して、現像剤の透磁率に応じた電圧値を出力可能なセンサである。即ち、センサ６０は検出面６０ａにコイルが設けられており、このコイルのインダクタンスが現像剤の透磁率によって変化する。センサ６０では、現像剤のトナー濃度が小さい場合、単位体積中の現像剤に含まれる磁性キャリアの割合が大きくなり、現像剤中のみかけの透磁率が高くなって電圧値が高くなる。反対に、現像剤のトナー濃度が大きい場合、単位体積中の現像剤に含まれる磁性キャリアの割合が小さくなり、現像剤中のみかけの透磁率が低くなって電圧値が低くなる。

また、センサ６０は、現像剤のトナー濃度が変わらずとも現像剤の嵩密度が変わっても電圧が変化する。現像剤の嵩密度が高い場合には、単位体積中の現像剤に含まれる磁性キャリアの密度が高くなり、現像剤中のみかけの透磁率が高くなって電圧値が高くなる。反対に、現像剤の嵩密度が低い場合には、単位体積中の現像剤に含まれる磁性キャリアの密度が低くなり、現像剤中のみかけの透磁率が低くなって電圧値が低くなる。

そこで、本実施形態では上記点に鑑み、現像容器２２内で現像剤の嵩密度が変動し難い箇所で且つ現像剤の流動性が確保される第一連通部９１に、センサ６０の少なくとも検出面６０ａを配置している。これにより、現像剤の嵩密度の変動による現像剤の透磁率への影響を低減したうえで、トナー濃度の変化による現像剤の透磁率の変化だけを出力として反映できるようにする。以下、センサ６０の具体的な配置について説明する。

まず、センサ６０の配置について、現像容器２２の長手方向（撹拌スクリュー２６の回転軸線方向）に関し図４を用いて説明する。図４に示すように、センサ６０（便宜上、図４では検出面６０ａのみを示した）は、第一連通部９１の範囲内に配置される。第一連通部９１は、撹拌スクリュー２６の回転軸線方向中央よりも撹拌スクリュー２６の現像剤搬送方向下流に、また現像スリーブ２８の現像剤を担持可能なコート領域Ｈ（担持領域）の範囲外に形成されている。センサ６０は、第一連通部９１において検出面６０ａを現像容器内に露出させるようにして、現像容器２２の傾斜した底面部（詳しくは撹拌室２４の底面部２４ａと現像室２３の底面部２３ａ、図３参照）に配置される。

センサ６０（詳しくは検出面６０ａ）は、第一連通部９１において隔壁２７の端部から返し羽根２６ｃの手前までの領域内に配置される。ただし、センサ６０は隔壁２７側に近づけて配置されるのが好ましい。具体的には、センサ６０は隔壁２７の端部から羽根２６ｂの１ピッチ分に相当する距離（例えば２０ｍｍ）までの範囲内に配置されるのが好ましい。これは、現像剤の流動性は隔壁２７の端部に近い方が高く端部から離れるにつれて低くなるからである。また、センサ６０が返し羽根２６ｃに近づくと、撹拌スクリュー２６に搬送される現像剤の多くが検出面６０ａよりも隔壁２７の端部側で重力によって現像室２３へ滑り落ちてしまい、検出面６０ａ上に十分な現像剤の嵩密度を確保し得なくなるからである。

次に、センサ６０の配置について、現像容器２２の幅方向（撹拌スクリュー２６の回転軸線方向に交差する方向）に関し図３を用いて説明する。図３に示すように、センサ６０（詳しくは検出面６０ａ）は現像容器２２の幅方向に関し、各回転軸２５ａ，２６ａそれぞれの回転中心を通る鉛直方向の第一直線と第二直線との軸間（図中Ｌで示す）に対応する領域に配置される。軸間Ｌでは、撹拌室２４から現像室２３へ受け渡される現像剤の量が比較的に多く、現像剤の入れ替わりが頻繁に行われる。

なお、センサ６０は、軸間Ｌの中央よりも第一直線側つまりは現像スクリュー２５側（第一搬送スクリュー側）に配置されるのが好ましい。また、センサ６０は、鉛直方向から視て現像スクリュー２５と少なくとも一部が重なるように配置されるのがより好ましい。現像スクリュー２５の鉛直方向下方は、現像剤の入れ替わりが頻繁に行われることに加え、現像剤の剤面が安定した状態に至った場合に他に比べて現像剤の嵩密度が安定しやすい。つまり、現像スクリュー２５の鉛直方向下方は、特に現像剤の流動性の確保と現像剤の嵩密度の安定性の確保とを両立させやすいので、センサ６０を配置するのに最適な位置である。ただし、現像スクリュー２５の鉛直方向下方であっても軸間Ｌの範囲外は、現像剤が滞留しやすく現像剤の流動性が確保し難くなることから、センサ６０を配置するのに適さない。

既に述べた通り、本実施形態の現像装置４では、撹拌室２４の底面部２４ａが現像室２３の底面部２３ａよりも上方となるように配置されている。そして、第一連通部９１では撹拌室２４の現像剤が自重によって底面部２４ａ上を現像室２３に向かって滑り落ちていくように、撹拌室２４の底面部２４ａと現像室２３の底面部２３ａとは少なくとも第一連通部９１において一連の底面部を形成している。これによれば、現像剤の入れ替わりが生じやすくなるので、センサ６０は現像剤のトナー濃度の変化に対する応答性が良くなる。しかしながら、第一連通部９１の底面部の傾斜角が大き過ぎると、検出面９０ａにかかる剤圧が高くなり現像剤の流動性を確保できなくなる虞が大きい。他方、第一連通部９１の底面部の傾斜角が小さ過ぎる場合には、剤面が高くなることに応じて現像剤の連れまわりが生じ、検出面９０ａ上の現像剤の嵩密度が安定しない虞が大きい。そこで、本実施形態では、第一連通部９１の底面部は、鉛直方向に直交する水平方向に対し現像剤の安息角以上、より好ましくは現像剤の崩壊角以上の傾斜角で傾斜しているのがよい。

ここで、現像剤の崩壊角及び現像剤の安息角について、図６を用いて説明する。現像剤の崩壊角及び現像剤の安息角は、パウダーテスター（例えばホソカワミクロン社製のＰＴ−Ｎ型など）を用いて測定可能である。測定のために、例えば２４６μｍの篩（不図示）をセットした振動台２００の中に現像剤を約２５０ｃｃ入れ、振動台２００を約１８０秒間振動させた。振動台２００から篩にかけられ落下した現像剤は、図６に示すように、安息角測定用テーブル２０１上に堆積して山を形成するので、この現像剤の山の斜面と水平面とのなす角（θ）を角度測定アーム（不図示）等により測定し、これを現像剤の安息角と呼ぶ。その後、安息角測定用テーブル２０１上に重量４５０ｇ程度のショッカー（不図示）が約１ｃｍの高さから繰り返し落とされる（例えば３回）。そうすると、安息角測定用テーブル２０１が振動することから、現像剤の山は部分的に崩壊し得る。こうして崩壊した後の現像剤の山の斜面と水平面とのなす角（θ）を角度測定アーム等により測定し、これを現像剤の崩壊角と呼ぶ。崩壊角の現像剤の山は比較的に崩壊し難い。本実施形態で用いた現像剤の安息角は３０°であり、崩壊角は１５°であった。

第一連通部９１の底面部の傾斜角が安息角以上であれば、現像剤は撹拌室２４から現像室２３に向けて自重によって移動し得る。ただし、傾斜角が安息角以下でも崩壊角以上であれば、撹拌スクリュー２６の回転に伴い搬送力を受けていると、現像剤は撹拌室２４から現像室２３に向けて移動し得る。そこで、センサ６０を配置する第一連通部９１の底面部の傾斜角は崩壊角以上４５°以下、より好ましくは安息角以上４５°以下であるのが好ましい。

また、センサ６０は、検出面６０ａと底面部（撹拌室２４の底面部２４ａと現像室２３の底面部２３ａ）とがほぼ平滑な一面を形成するように設けられている。これは、検出面６０ａが底面部から現像容器２２内に大きく突出していると、撹拌室２４から現像室２３へ滑り落ちる現像剤の流れが妨げられ、現像剤の流動性が確保され難くなるからである。反対に検出面６０ａが底面部に凹んでいると、そこに現像剤が溜まってしまい、この場合も現像剤の流動性が確保され難くなるからである。従って、センサ６０は、検出面６０ａの底面部からの突出量が１ｍｍ以下に収まるように設けられるのが好ましい。

発明者らは、本実施形態の現像装置４と後述する比較例の現像装置とを用いて、トナー濃度の誤差を比較する実験を行った。具体的には、連続して３００００枚の記録材への画像形成を行い、その際に、５０００枚毎にセンサ６０の検出結果からトナー濃度の誤差を求める。トナー濃度の誤差［％］は、センサ６０の検出結果に基づくトナー濃度と予め予測済みのトナー濃度（予測値）との差分である。

実験に用いた比較例の現像装置を図７に示した。図７に示す現像装置４Ａは、第一実施形態の現像装置４（図２参照）と比べて、隔壁２７に案内部材２７１が設けられていない点と、現像室２３と撹拌室２４とがほぼ水平方向に並ぶように配置されている点が異なっている。現像装置４Ａの場合、隔壁２７に案内部材２７１が設けられていないため、現像室２３は現像剤を現像スリーブ２８に供給するだけでなく、現像スリーブ２８より剥離された現像剤を回収する。つまり、比較例の現像装置４Ａは本実施形態と異なり、機能分離型の構成を有しない。

また、図７から理解できるように、比較例の場合、現像室２３と撹拌室２４とは高低差を有して配置されておらず、撹拌室２４の底面部２４ａと現像室２３の底面部２３ａとは同じ高さに設けられている。そして、現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６は、それぞれの回転軸２５ａ，２６ａの高さがほぼ同じ高さに、また互いの回転軸線方向が平行に配置されている。そして、センサ６０は、第一連通部９１（図４参照）に検出面６０ａを現像容器２２内に露出させて現像容器２２の底面部に設けられている。ただし、この場合、現像容器２２の底面部、具体的には撹拌室２４の底面部２４ａと現像室２３の底面部２３ａは、一連の傾斜した底面部を形成せず、一連の水平な底面部を形成する。

図８に、本実施形態の場合と比較例の場合のトナー濃度誤差を示す。図８では本実施形態のトナー濃度誤差を実線で表し、比較例のトナー濃度誤差を点線で表している。比較例の場合、図８に示すように、画像形成枚数（出力枚数）が増えるにつれてトナー濃度誤差が大きくなる。これは、センサ６０が現像剤の流動性が低い箇所で磁界の変化を検出するからである。第一連通部９１において現像容器２２の底面部（詳しくは底面部２３ａ、２４ａ）が傾斜していない比較例の場合、第一連通部９１での現像剤の受け渡しが撹拌スクリュー２６や現像スクリュー２５の回転に大きく依存する。即ち、各スクリューの回転により現像剤の剤面が高くなる第一連通部９１では、剤面に近い上層側の現像剤は移動されやすいが、現像容器２２の底面部付近の下層側の現像剤は移動され難く、現像剤の不動層が形成されやすい。現像剤の不動層が形成されると、センサ６０の検出面６０ａで現像剤の入れ替えが生じ難くなるので、その結果としてトナー濃度に誤差が生じやすくなる。

これに対し、本実施形態の場合、図８に示すように、画像形成枚数に関わらずトナー濃度誤差が小さい。これは、既に述べたように、第一連通部９１の傾斜した底面部にセンサ６０が設けられることによる。即ち、撹拌スクリュー２６や現像スクリュー２５の回転による搬送力が上層側に比べて充分に及ばない現像容器２２の底面部付近の下層側の現像剤でも、重力によって撹拌室２４から現像室２３へと移動される。それ故、現像容器２２の底面部付近で現像剤の不動層が形成され難く、現像剤の流動性を確保でき、その結果としてトナー濃度に誤差が生じ難い。

以上のように、本実施形態では、機能分離型の現像装置４においてインダクタンスセンサ６０を第一連通部９１の傾斜した底面部に設けるようにした。撹拌スクリュー２６の現像剤搬送方向下流側で撹拌室２４と現像室２３とを連通する第一連通部９１では、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６の回転に従い現像剤の剤面が安定した状態に至ったときの現像剤量が多くなる。そして、第一連通部９１の底面部は傾斜状に形成され、底面部では現像剤が重力によって滑り落ちやすい。そのため、第一連通部９１では現像剤量が多くても、現像剤が撹拌室２４から現像室２３へと受け渡されやすい、つまりは現像剤の流動性が高い。また、現像剤量が多ければ、検出面６０ａ上では自らの重みによって現像剤に圧力がかかって、現像剤の嵩密度は変動し難くなる、つまりは現像剤の嵩密度が安定する。このように、第一連通部９１の傾斜した底面部にインダクタンスセンサ６０を設けることで、現像剤の流動性の確保と現像剤の嵩密度の安定性の確保とを両立でき、もってセンサ６０に現像剤のトナー濃度をより正しく検出させることが容易に実現できる。

上述したように、センサ６０は現像剤の透磁率に応じた磁界の変化を検出するが、現像剤の透磁率はトナー濃度以外に現像剤の嵩密度によっても変化し得る。例えばトナー濃度が同じでも現像剤の嵩密度が高い場合には、嵩密度が低い場合に比べれば現像剤の透磁率は高くなる。そして、検出面９０ａ上では、現像剤の嵩密度が撹拌スクリュー２６や現像スクリュー２５による回転の影響を受けて周期的に変動する。特に、図４に示すように、羽根２５ｂ、２６ｂが各スクリューの回転軸線方向において第一連通部９１にまで達している場合には、現像剤の嵩密度が撹拌スクリュー２６や現像スクリュー２５による回転の影響を受けやすい。現像剤の嵩密度が撹拌スクリュー２６や現像スクリュー２５による回転の影響を受けて僅かに変動すれば、センサ６０が検出するスクリュー１回転分の電圧値はリップルを含んだ出力波形（電圧波形）となりやすい。リップルは適時に変わり得るので、センサ６０の検出結果は同じ条件下でも変動し得る。そのため、リップルを含み得る出力波形に基づきトナー濃度を求める場合、リップルの影響をできる限り低減するのが望ましい。

そこで、上記点に鑑み、本実施形態の現像装置４では、センサ６０の検出結果（電圧波形）を安定させるため、羽根２６ｂ、２５ｂの位相を調整して撹拌スクリュー２６と現像スクリュー２５とが配置されている。以下、説明する。

まず、図９（ａ）乃至図９（ｃ）に、撹拌スクリュー２６の羽根２６ｂと現像スクリュー２５の羽根２５ｂの位相を異ならせ、仮に各スクリューを単独で回転させた場合のセンサ６０の出力波形の時間変化を示す。図９（ａ）は１８０°に、図９（ｂ）は９０°に、図９（ｃ）は０°に、それぞれセンサ６０の出力波形の周期がずれるように、羽根２６ｂ，２５ｂの位相を異ならせている場合を示した。なお、ここでは、現像スクリュー２５を単独で回転させた場合の出力波形を点線で表し、撹拌スクリュー２６を単独で回転させた場合の出力波形を実線で表している。

図９（ａ）乃至図９（ｃ）から理解できるように、センサ６０の出力波形はスクリューの回転にあわせて周期的に変動する。これは、撹拌スクリュー２６や現像スクリュー２５の回転に従って、羽根２６ｂ、２５ｂによる検出面６０ａに向けての現像剤の押圧力が変動するからである。即ち、羽根２６ｂ、２５ｂが検出面６０ａに接近すれば、現像剤が検出面６０ａ側に押し付けられて現像剤の嵩密度が高くなるので、センサ６０が検出する電圧値は高くなる。他方、羽根２６ｂ、２５ｂが検出面６０ａから離間すれば、現像剤が検出面６０ａ側に押し付けられ難くなり現像剤の嵩密度が低くなるので、センサ６０が検出する電圧値は低くなる。

羽根の位相は、回転時に羽根２６ｂの径方向縁部が隔壁２７に最も接近した時に、回転軸線方向で羽根２６ｂの径方向縁部に対向する羽根２５ｂの径方向縁部が隔壁２７に最も接近する状態を位相０°とする。そして、回転時に羽根２６ｂの径方向縁が隔壁２７に最も接近した時に、回転軸線方向で羽根２６ｂの径方向縁部に対向する羽根２５ｂの径方向縁部が隔壁２７から最も離れる場合を位相１８０°とする。羽根の位相が０°となるように撹拌スクリュー２６と現像スクリュー２５とが配置された場合、センサ６０の出力波形の周期にずれが生じない（図９（ｃ）参照）。羽根の位相が１８０°となるように撹拌スクリュー２６と現像スクリュー２５とが配置された場合、センサ６０の出力波形の周期に略１８０°のずれが生じる（図９（ａ）参照）。

次に、撹拌スクリュー２６と現像スクリュー２５との間で羽根２６ｂ、２５ｂの位相を異ならせ、各スクリューを同時に回転させた場合のセンサ６０の出力波形の時間変化を図１０に示す。図１０では、羽根の位相を１８０°とした場合を実線で、９０°とした場合を太い点線で、０°とした場合を細い点線でそれぞれ表した。なお、ここでは、センサ６０により検出された電圧値のスクリュー１回転分の平均値が２（Ｖ）となるように、センサ６０に対し不図示の電源により所定の制御電圧が印加されている。

図１０に示すように、羽根の位相が９０°や０°である場合、羽根の位相が１８０°である場合に比べて、センサ６０の出力波形の振幅が大きい。これは、現像スクリュー２５によって第二連通部９２に現像剤が送られるタイミングと、撹拌スクリュー２６によって第一連通部９１に現像剤が送られるタイミングとがほぼ同じに近づくからである。特に羽根の位相が０°に近くなるほど、第二連通部９２と第一連通部９１における現像剤の嵩密度の変動周期が略同じになる。この場合、各スクリューを単独で回転させた場合の出力波形（図９（ｂ）、図９（ｃ）参照）が足し合わされることにより、振幅の大きな出力波形が得られる。ただし、リップルも強めあって大きくなり得るので、リップルの影響がスクリュー１回転分の平均値により強く反映され得る。そうなると、センサ６０による現像剤のトナー濃度の検出が正しく行われ得ない。

これに対し、羽根の位相が１８０°である場合、スクリュー１回転分の平均値（２Ｖ）にほぼ近い出力波形が得られる。これは、現像スクリュー２５によって第二連通部９２に現像剤が送られるタイミングと、撹拌スクリュー２６によって第一連通部９１に現像剤が送られるタイミングとがスクリューの半回転分ずれてしまうからである。この場合、各スクリューを単独で回転させた場合の出力波形（図９（ａ）参照）が足し合わされることにより、振幅の小さな出力波形が得られる。そして、リップルも弱めあって小さくなるので、リップルの影響がスクリュー１回転分の平均値に反映され難くなる。

上記点に鑑みれば、羽根２６ｂ、２５ｂの位相は３０°以上１８０°以下で調整されるのが好ましい。本実施形態では、羽根２６ｂ、２５ｂの位相が略１８０°に調整される。これにより、撹拌スクリュー２６の回転の影響によるセンサ６０の出力波形の周期と、現像スクリュー２５の回転の影響による出力波形の周期とを略１８０°ずらすことができ（図９（ａ）参照）、もってリップルの影響を低減することができる。リップルの影響を低減できれば、センサ６０により検出される電圧値のスクリュー１回転分の平均値の精度が高くなるので、センサ６０による現像剤のトナー濃度の検出がより正しく行われ得る。

なお、羽根の位相の調整は、撹拌スクリュー２６と現像スクリュー２５とを現像容器２２内に配置する際に、現像スクリュー２５、撹拌スクリュー２６を連結駆動するギア列（不図示）の配列やギア歯の噛み合わせを変更することにより行うことができる。

［他の実施形態］
なお、センサ６０は、上述した第一連通部９１に配置されることに限られない。センサ６０は、撹拌スクリュー２６の回転軸線方向に関し撹拌室２４の中央よりも撹拌スクリュー２６の現像剤搬送方向下流側、より好ましくは現像スリーブ２８のコート領域Ｈの範囲外に形成された連通部に配置されてもよい。即ち、隔壁２７の途中に現像室２３と撹拌室２４とを連通する開口した連通部が形成されているような場合、センサ６０がその連通部において撹拌室２４から現像室２３に向かって傾斜した現像容器２２の底面部に配置されてもよい。

なお、上述した実施形態では、各色の感光ドラム１から中間転写ベルト１２に各色のトナー像を一次転写した後に、記録材Ｓに各色の複合トナー像を一括して二次転写する中間転写方式の画像形成装置１００を説明したが、これに限らない。例えば、転写材搬送ベルトに担持され搬送される記録材Ｓに感光ドラム１から直接転写する直接転写方式の画像形成装置であってもよい。

４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ）…現像装置、２２…現像容器、２３…第一室（現像室）、２４…第二室（撹拌室）、２３ａ（２４ａ）…底面部、２５…第一搬送スクリュー（現像スクリュー）、２５ｂ…第一羽根、２６…第二搬送スクリュー（撹拌スクリュー）、２６ｂ…第二羽根、２６ｃ…返し羽根、２７…隔壁、２８…現像剤担持体（現像スリーブ）、６０…検出部（インダクタンスセンサ）、６０ａ…検出面、９１…受け渡し部（第一連通部）、１００…画像形成装置

Claims (11)

1. 非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一室と、水平方向から視て前記第一室よりも上方となるように配置され、前記第一室とで現像剤の循環経路を形成すると共に前記現像剤担持体に担持されている現像剤を、前記第一室に回収する前に回収する第二室とが形成された現像容器と、
   前記第一室で現像剤を搬送する、螺旋状の第一羽根を有する第一搬送スクリューと、
   前記第二室で前記第一搬送スクリューと反対方向に現像剤を搬送する、螺旋状の第二羽根を有する第二搬送スクリューと、
   前記現像容器内で前記第一室と前記第二室とを隔て、前記第二搬送スクリューの現像剤搬送方向に関し前記第二室の中央よりも下流側に、前記第二室に収容された現像剤を前記第一室に受け渡す受け渡し部が形成されている隔壁と、
   前記受け渡し部に面し、前記第二室から前記第一室に向かって鉛直方向下方へと傾斜している底面部と、
   前記底面部において、前記第一搬送スクリューと前記第二搬送スクリューとの軸間に対応する領域に配置され、現像剤のトナー濃度を検出する検出部と、を備える、
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記隔壁は、前記現像剤担持体の回転軸線方向に延在しており、前記受け渡し部が前記現像剤担持体の現像剤を担持可能な担持領域よりも前記現像剤搬送方向下流に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記検出部は、前記軸間の中央よりも前記第一搬送スクリュー側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記検出部は、鉛直方向から視て前記第一搬送スクリューと少なくとも一部が重なるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 前記第一搬送スクリューは、前記隔壁側で鉛直方向上方から下方に向けて回転する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記検出部は、前記底面部から突出しており、その突出量が１ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 前記現像容器は、前記底面部が水平方向に対し現像剤の崩壊角以上４５°以下の傾斜角で傾斜している、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置。
8. 前記第一搬送スクリューと前記第二搬送スクリューは、回転時に前記第一羽根の縁部が前記隔壁に最も接近した時に、回転軸線方向で前記第一羽根の縁部に対向する前記第二羽根の縁部が前記隔壁に最も接近する状態を位相０°とした場合に、前記位相が３０°以上ずれるようにして配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の現像装置。
9. 前記第一搬送スクリューと前記第二搬送スクリューは、回転時に前記第一羽根の縁部が前記隔壁に最も接近した時に、前記第二羽根の縁部が前記隔壁から最も離れるように前記位相が１８０°ずれるようにして配置されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の現像装置。
10. 前記第二搬送スクリューは、前記受け渡し部において前記第二羽根の前記現像剤搬送方向下流に、前記現像剤搬送方向と反対方向に現像剤を搬送する螺旋状の返し羽根を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の現像装置。
11. 前記検出部は、コイルのインダクタンスの変化に基づいて現像剤中のトナー濃度を検出可能なインダクタンスセンサである、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の現像装置。

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