JP2017156585A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面コイルを有するインダクタンスセンサを用いる場合に検出感度と検出精度の向上を図り、もって現像剤のトナー濃度を正しく検出し得る現像装置を提供する。【解決手段】インダクタンスセンサ９０を設ける場合に、平面コイルが形成された検出部９０ａの両面が連通領域４０１ａを通過する現像剤に接するように、検出部９０ａが連通領域４０１ａに配置される。検出部９０ａは、連通領域４０１ａを通過する現像剤の移動向きに沿うように配置される。これによれば、検出部９０ａの両面に対し流動性が高く且つ嵩密度が一定の状態で現像剤が接し、また検出対象の現像剤量が増える。また、検出部９０ａは現像剤が現像スリーブ４１に供給される前の連通領域４０１ａに配置されるので、トナー補給やトナー消費の影響による透磁率の変動が比較的に小さい現像剤を検出対象とし得る。従って、センサの検出感度及び検出精度を向上し得る。【選択図】図９

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。

複写機、プリンタ、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、長時間の使用に伴い現像容器内の現像剤はトナー濃度が低くなる。ただし、現像剤のトナー濃度は所定範囲内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、現像容器内の現像剤のトナー濃度に応じて所定量のトナー（詳しくは補給剤）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は通電に応じて磁界を発生可能なコイルを含むＬＣ発振回路を有し、コイルに磁界を発生させ、ＬＣ発振回路により現像剤の透磁率に応じた磁界の変化を検出するものである。インダクタンスセンサとしては、螺旋状のコイルがプリントパターンにより基板上に形成されたものが知られている（特許文献１）。また、螺旋状のコイルをプリントパターンにより多層に形成することで、コイルの面積を変えずともコイルの巻き数を増やして、センサの検出感度の向上を図ったものがある（特許文献２）。

これらのインダクタンスセンサは、コイルを形成した検出部（基板の一部）の片面が現像剤と接するようにして、現像容器の内壁面や外壁面に設けられていた。しかし、この場合、通電に応じコイルにより基板を貫く磁界が発生するつまりは検出部の両面に磁界が発生するにも関わらず、検出部の片面でしか磁界の変化を検出していないために、センサの検出感度が低くなりがちである。また、片面だけでは検出対象の現像剤量が少ないために、センサの検出精度が低くなりがちである。そこで、インダクタンスセンサが現像容器内を現像室と撹拌室とに隔てる隔壁に設けられ、検出部の両面で磁界の変化を検出できるようにしたものが従来から提案されている（特許文献３）。

実開平６−７６９６１号公報 特開２００８−２０３０６４号公報 特開２０１２−１４０３４号公報

しかし、上述の特許文献３に記載された従来の装置では、検出部の一方の面が現像室内の現像剤に接し、他方の面が撹拌室内の現像剤に接して磁界の変化を検出することから、検出結果は各室毎に異なり得るトナーの濃度ムラの影響を受けて変動しやすい。それ故、従来の装置では現像剤のトナー濃度を正しく検出することができずに、その結果として現像剤のトナー濃度を所定範囲内に維持す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、平面コイルを有するインダクタンスセンサを用いる場合にセンサの検出感度と検出精度の向上を図り、もって現像剤のトナー濃度を正しく検出できるようにした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、前記第一室との間に現像剤の循環経路を形成する第二室とが形成された現像容器と、前記現像容器内で前記第一室と前記第二室とを隔て、前記第一室と前記第二室との間で現像剤を受け渡す受け渡し部が形成された隔壁と、前記第一室で現像剤を搬送する第一搬送部材と、前記第二室で前記第一搬送部材と反対方向に現像剤を搬送する第二搬送部材と、通電に応じて磁界を形成する平面コイルを有し、前記平面コイルにより形成される磁界の変化を検出する検出手段と、を備え、前記平面コイルは、両面が前記第二搬送部材の現像剤搬送方向に交差する向きで前記搬送される現像剤に接するように、前記循環経路のうち前記現像剤搬送方向に関し前記受け渡し部が形成された範囲に配置されている、ことを特徴とする。

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、前記第一室との間に現像剤の循環経路を形成する第二室とが形成された現像容器と、前記現像容器内で前記第一室と前記第二室とを隔て、前記第一室と前記第二室との間で現像剤を受け渡す受け渡し部が形成された隔壁と、前記第一室で現像剤を搬送する第一搬送部材と、前記第二室で前記第一搬送部材と反対方向に現像剤を搬送する第二搬送部材と、通電に応じて磁界を形成する平面コイルを有し、前記平面コイルにより形成される磁界の変化を検出する検出手段と、を備え、前記平面コイルは、両面が前記第二搬送部材の現像剤搬送方向に沿う向きで前記搬送される現像剤に接するように、前記第二室内において前記現像剤搬送方向に関し前記隔壁の中央よりも下流側に配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、平面コイルを有する検出手段を用いる場合に、平面コイルが両面で現像容器内の現像剤に接するように配置されることにより、センサの検出感度と検出精度を向上させることができ、もって現像剤のトナー濃度が正しく検出されるようになる。

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。 軸垂直断面で見た現像装置の構成を示す断面図。 軸線方向を含む水平断面で見た現像装置の構成を示す上面断面図。 インダクタンスセンサを示す概略図。 片面タイプのセンサが有する平面コイルを示す図。 ＬＣ発振回路を示す回路図。 通電に応じて平面コイルが発生する磁界を説明する図。 第１実施形態の現像装置の一部を拡大して示す上面断面図。 第２実施形態の現像装置の一部を拡大して示す上面断面図。 両面タイプのセンサが有する平面コイルを示す図。 従来例１の現像装置におけるセンサ配置を説明する断面図。 従来例２の現像装置におけるセンサ配置を説明する断面図。

以下、本実施形態の現像装置について説明する。まず、本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乃至図４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１２に沿って画像形成部ＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫ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ＵＹ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１２に転写される。画像形成部ＵＭ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１２に転写される。画像形成部ＵＣ、ＵＫ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１２に転写される。中間転写ベルト１２に転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐ（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Ｐは、カセット８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ＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫ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ＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫ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ＵＹ〜ＵＫの構成及び動作を説明する。

画像形成部Ｕは、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、一次転写ローラ５、ドラムクリーニング装置６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矢印Ｒ１方向に回転する。

帯電ローラ２は、図３に示すように、押圧ばね２１によって感光ドラム１に向かって付勢され、感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接されている。これにより、帯電ローラ２は感光ドラム１の回転に従動して回転する。そして、帯電ローラ２は高圧電源１０１により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。具体的には、帯電ローラ２に対し帯電電圧として、例えば−５００Ｖの直流電圧と、周波数が０．９２ｋＨｚ、ピーク間電圧が１．５ｋＶの正弦波の交流電圧とを重畳した振動電圧が印加され、感光ドラム１の表面が−５００Ｖの暗部電位に一様に帯電される。

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潜像を書き込む。現像装置４は、トナーを感光ドラム１に供給して静電潜像をトナー像に現像する。現像装置４については詳細な説明を後述する（図３参照）。

一次転写ローラ５は、図３に示すように、中間転写ベルト１２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１２との間にトナー像の一次転写ニップ部Ｔ１を形成する。一次転写ニップ部Ｔ１では、高圧電源１０３により一次転写ローラ５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１２へ一次転写される。一次転写電圧としては、例えば＋８００Ｖの直流電圧が印加される。ドラムクリーニング装置６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１２は、図１に示すように、駆動ローラ２２、テンションローラ２３及び二次転写内ローラ２４等のローラに掛け渡して支持され、駆動ローラ２２に駆動されて図中矢印Ｒ２方向に回転する。二次転写部Ｔ２は、二次転写内ローラ２４に張架された中間転写ベルト１２に二次転写外ローラ２５を当接して形成される記録材Ｐへのトナー像転写ニップ部である。二次転写部Ｔ２では、二次転写外ローラ２５に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１２から二次転写部Ｔ２に搬送される記録材Ｐへ二次転写される。二次転写後に中間転写ベルト１２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１４により除去される。ベルトクリーニング装置１４は、中間転写ベルト１２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Ｐは、定着装置３０へ搬送される。定着装置３０は、定着ローラ３１、３２が当接して定着ニップＴ３を形成し、定着ニップＴ３で記録材Ｐを搬送しつつ当該記録材Ｐにトナー像を定着する。定着装置３０では、内部からランプヒータ等（不図示）で加熱される定着ローラ３１に、付勢機構（不図示）によって定着ローラ３２を圧接させて定着ニップＴ３を形成している。記録材Ｐが定着ニップＴ３で挟持搬送されることにより加熱／加圧されて、トナー像が記録材Ｐに定着される。定着装置３０によりトナー像の定着された記録材Ｐは、機体外へ排出される。

トナー補給装置７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を現像装置４に補給可能である。本実施形態では、現像剤として負帯電特性の非磁性トナーと正帯電特性の磁性キャリアとを含む二成分現像剤が用いられる。現像装置４（詳しくは現像容器）には、例えば初期状態でトナーとキャリアとを重量比で約８：９２の割合で混合した約８％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）の二成分現像剤が２５０ｇほど収容されている。

＜二成分現像剤＞
二成分現像剤について説明する。二成分現像剤は、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む。非磁性トナーは、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラックや染料、顔料等の着色剤、さらには必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有する。トナーの体積平均粒径は４μｍ〜１０μｍが好ましく、６μｍ程度がより好ましい。他方、磁性キャリアは、例えば表面酸化あるいは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能である。キャリアの体積平均粒径は２０〜６０μｍが好ましく、３０〜５０μｍ程度がより好ましい。

＜制御部＞
また、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９０、トナー補給装置７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、後述のインダクタンスセンサ９０の検出信号に対応付けられたトナー濃度のデータ（例えばテーブル、不図示）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。例えば、制御部１０は、画像形成部ＵＹ〜ＵＫによる画像形成、中間転写ベルト１２への一次転写、記録材Ｐへの二次転写、記録材Ｐの搬送、トナー補給装置７によるトナー補給などの各種動作の制御を行い得る。

制御部１０は、トナー補給制御時にインダクタンスセンサ９０の検出信号を取得（受信）可能である。インダクタンスセンサ９０については後述する（後述の図５〜図８参照）。制御部１０はトナー補給制御の実行時に、インダクタンスセンサ９０から取得した検出信号に基づく現像剤のトナー濃度に応じて、必要とされる補給量で現像装置４へトナーを補給するようにトナー補給装置７を制御する。これにより、現像装置４（詳しくは現像容器４０）に収容されている現像剤のトナー濃度は、初期状態に近い所定範囲内の濃度（例えば７〜９％程度）に維持される。

＜現像装置＞
現像装置４について、図３及び図４を用いて説明する。図３に示す現像装置４は、現像室４０ａと撹拌室４０ｂとを水平に配置した横撹拌型の現像装置である。現像装置４は、ハウジングを形成する現像容器４０と、現像剤担持体としての現像スリーブ４１と、規制部材としての規制ブレード４３とを有している。現像容器４０には、トナーとキャリアを含む二成分現像剤が収容されている。なお、図４では図示の都合上、後述するインダクタンスセンサ９０の図示を省略している。

図３に示すように、現像スリーブ４１は、感光ドラム１に対向した位置に設けられた現像容器４０の開口部から一部露出して、また回転可能に現像容器４０に配設されている。現像スリーブ４１はアルミニウムやステンレスなどのような非磁性材料で円筒状に形成され、その内部にはマグネットローラ４２が固定配置されている。マグネットローラ４２の磁力によって、現像スリーブ４１の表面には現像剤の磁気穂（磁気ブラシとも呼ばれる）が形成される。現像スリーブ４１の表面に形成された磁気穂は、非磁性材料で構成された板状の規制ブレード４３により層厚が規制される。

現像スリーブ４１は、規制ブレード４３によって層厚を規制された現像剤を担持したまま図中矢印Ｒ３方向に回転し、感光ドラム１を磁気穂により摺擦して感光ドラム１に現像剤を供給する。現像スリーブ４１には、高圧電源１０２から直流電圧と交流電圧とを重畳した現像電圧が印加されている。具体的には、−３５０Ｖの直流電圧と、周波数が８．０ｋＨｚ、ピーク間電圧が１８００Ｖの矩形波の交流電圧とを重畳した振動電圧が印加される。これにより、感光ドラム１に形成された静電潜像にトナーが供給されて、静電潜像がトナー像に現像される。

現像容器４０は、図３に示すように、略中央部において図面垂直方向に延在する隔壁４６によって、図面右側の現像室４０ａと図面左側の撹拌室４０ｂとに水平方向に区画されている。現像室４０ａと撹拌室４０ｂとは、図４に示すように、隔壁４６の両端部に設けた受け渡し部としての第一連通部４０１及び第二連通部４０２を通じて連通し、現像剤の循環経路を形成している。

第一室としての現像室４０ａ及び第二室としての撹拌室４０ｂの各室内（第一室内、第二室内）には、現像スクリュー４４と撹拌スクリュー４５が回転自在に配設されている。これら現像スクリュー４４及び撹拌スクリュー４５は、回転軸の周りに螺旋状に形成された羽根を有するスクリュー構造である。それ故、現像スクリュー４４と撹拌スクリュー４５とが回転することによって、現像剤は撹拌されながら現像容器４０内（現像容器内）を循環搬送される。現像剤が撹拌されながら搬送されることに伴い、トナーが負極性に、キャリアが正極性に帯電される。

図４に示すように、現像スクリュー４４は現像室４０ａ内において現像スリーブ４１の回転軸に沿って略平行に配置され、撹拌スクリュー４５は撹拌室４０ｂ内において現像スクリュー４４と略平行に配置される。第一搬送部材（第一搬送スクリュー）としての現像スクリュー４４が回転すると、現像室４０ａ内の現像剤は現像スクリュー４４の回転軸に沿って図４の左方から右方へと一方向に搬送される（図中矢印Ａ参照）。現像室４０ａの現像剤搬送方向下流側に搬送された現像剤は、第二受け渡し部としての第二連通部４０２で現像室４０ａから撹拌室４０ｂへと受け渡される。他方、第二搬送部材（第二搬送スクリュー）としての撹拌スクリュー４５が回転すると、撹拌室４０ｂ内の現像剤は撹拌スクリュー４５の回転軸に沿って図４の右方から左方へと一方向につまり現像室４０ａ内の現像剤と反対向きに搬送される（図中矢印Ｂ参照）。撹拌室４０ｂの現像剤搬送方向下流側に搬送された現像剤は、第一受け渡し部としての第一連通部４０１で撹拌室４０ｂから現像室４０ａへと受け渡される。このようにして現像スクリュー４４及び撹拌スクリュー４５の回転によって搬送される現像剤は、隔壁４６の両端部に設けられた第一連通部４０１と第二連通部４０２を通じて、現像室４０ａと撹拌室４０ｂとの間を循環搬送される。

また、撹拌室４０ｂの現像剤搬送方向上流側には補給口７０が設けられ、補給口７０にはトナー補給装置７が接続される（図３参照）。トナー補給装置７から補給口７０を通って撹拌室４０ｂに補給されたトナーは、撹拌スクリュー４５によって現像剤搬送方向下流側へ搬送される。トナー補給装置７から撹拌室４０ｂに供給するトナーの補給量は、現像容器４０に設けられたインダクタンスセンサ９０の検出信号に基づいて、制御部１０（図２参照）によって決められる。制御部１０は、インダクタンスセンサ９０の検出信号に基づくトナー濃度に従って、現像容器４０に収容された現像剤のトナー濃度が約７〜９％程度となる補給量でトナーを供給するように、トナー補給装置７を制御する。こうして、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。

＜インダクタンスセンサ＞
本実施形態では、現像容器４０に収容されている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９０を用いている。検出手段としてのインダクタンスセンサ９０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検出信号として出力可能な透磁率センサである。即ち、インダクタンスセンサ９０はコイルを有し、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。インダクタンスセンサ９０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、現像剤のみかけの透磁率が高くなって電圧値（ピーク電圧）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、現像剤のみかけの透磁率が低くなって電圧値が低くなる。

また、インダクタンスセンサ９０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値が変わる。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、現像剤のみかけの透磁率が低くなって電圧値が低くなる。

こうしたインダクタンスセンサ９０を用いるのは、基板上に導線をプリント配線することによってコイルを容易に形成することができ、またセンサの小型化、低コスト化、品質管理の容易化を図りやすいからである。本実施形態で用いるインダクタンスセンサ９０について、図５乃至図８を用いて説明する。

図５に示すインダクタンスセンサ９０は、プリント基板９１の片面にのみ平面コイル９２が形成された片面タイプのセンサである。図５に示すように、検出手段としてのインダクタンスセンサ９０は板状に形成されており、検出部９０ａと回路部９０ｂとに大きく分けることができる。検出部９０ａには、平面コイル９２が形成されている。平面コイル９２はプリント基板９１の片面にプリントパターンによって、例えば図６に示すような外径が６ｍｍの８角形の形状で反時計回りの渦巻き状に形成される。

回路部９０ｂは、図５に示すように、例えば平面コイル９２が形成されている面と反対側の面に形成される。そして、検出部９０ａと回路部９０ｂとは、図７に示すようなＬＣ発振回路８０を形成している。即ち、回路部９０ｂは、平面コイル９２以外のＬＣ発振回路８０（図７参照）の電子部品（トランジスタ、抵抗、コンデンサ等）を有し、平面コイル９２の両端部９２１、９２２（図６参照）に電気的に接続されている。

図７に、ＬＣ発振回路８０を示す。図７に示したＬＣ発振回路８０は、平面コイル９２の他に、２つのコンデンサ（８１、８２）、トランジスタ８３、抵抗８４等の電子部品を含む。このＬＣ発振回路８０の発振周波数「ｆ」は、以下の式１で表される。
ｆ＝１／２π（ＬＣ）^１／２ ・・・式１
ただし、Ｃ＝（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）である。また、式中の「Ｌ」は平面コイル９２のインダクタンス、「Ｃ１」はコンデンサ８１のキャパシタンス、「Ｃ２」はコンデンサ８２のキャパシタンスである。

また、図５に示すように、プリント基板９１には、検出部９０ａと離れた側の長手方向端部側に電源（不図示）に接続可能なコネクタ９３が設けられ、コネクタ９３に接続された電源からＬＣ発振回路８０（図７参照）に対し電流が供給できるようにしている。平面コイル９２に電流が流れると、平面コイル９２は磁界を発生する。図８に、通電に応じて平面コイル９２が発生する磁界を示す。

図８に示すように、平面コイル９２に対し図中実線で示した矢印の向き（ここでは反時計回り）に電流が流された場合、平面コイル９２は磁界φ１と磁界φ２を発生する。磁界φ１と磁界φ２は、平面コイル９２の中央付近で図面下方から上方に向かい、平面コイル９２の外側で図面上方から下方に向かっている。つまり、磁界φ１と磁界φ２はプリント基板９１を貫き、平面コイル９２が形成された検出部９０ａ（図５参照）の両面に発生する。

非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤の透磁率は、その時々のトナー濃度に応じて異なる。平面コイル９２に現像剤が接している場合、現像剤は平面コイル９２が発生する磁界に影響を及ぼす。この際に、現像剤の透磁率によって磁界に与える影響の大きさが異なるので、現像剤の透磁率が変われば平面コイル９２のインダクタンスが変化し得る。平面コイル９２のインダクタンスが変化すれば、上述した発振周波数「ｆ」が変わって（式１参照）、インダクタンスセンサ９０から出力される電圧値が変わる。

既に述べたように、従来の装置でも現像剤のトナー濃度を求めるためにインダクタンスセンサ９０が用いられている。しかしながら、従来の装置ではインダクタンスセンサ９０を用いてトナー濃度を正しく検出するのが難しかった。この点について、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は従来例１の現像装置におけるインダクタンスセンサ９０の配置を説明する断面図であり、図１３は従来例２の現像装置におけるインダクタンスセンサ９０の配置を説明する断面図である。

［従来例１］
図１２に示す従来例１の場合、インダクタンスセンサ９０は撹拌室４０ｂの現像容器４０の内壁面に沿って、撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向下流側で撹拌スクリュー４５に対向するように設けられている。また、インダクタンスセンサ９０は、平面コイル９２が撹拌室４０ｂ内の現像剤に接するように、平面コイル９２を形成した検出部９０ａの片面が現像容器４０の内側（撹拌スクリュー４５側）に向くように設けられている。この場合、インダクタンスセンサ９０の平面コイル９２と撹拌スクリュー４５との間に現像剤が滞留しやすく、現像剤の不動層ができやすい。そのため、従来例１の場合には、現像剤に入れ替えが生じ難い箇所つまりは現像剤の流動性が低い箇所でしか磁界の変化を検出できず、トナー濃度を正しく検出するのが難しかった。

［従来例２］
図１３に示す従来例２の場合、インダクタンスセンサ９０は撹拌室４０ｂの現像容器４０の外壁面に、平面コイル９２が現像容器４０内の現像剤に接しないように設けられている。また、インダクタンスセンサ９０は、平面コイル９２を形成した検出部９０ａの片面が現像容器４０側に向くように設けられている。これは、平面コイル９２により発生される磁界が撹拌室４０ｂ内の現像剤に及ばないと、現像剤の透磁率による磁界の変化を検出することが難しいからである。そこで、従来例２の場合、平面コイル９２により発生される磁界が撹拌室４０ｂ内の現像剤に及ぶように、現像容器４０の壁の厚さにもよるが従来例１の場合に比べ大きな電流を平面コイル９２に流し、より強い磁界を発生させた方が好ましい。しかしながら、従来例２の場合により強い磁界を発生させると、現像装置４の近傍に配置されている不図示の電源や磁性材料を用いた部材などから生じる外部磁界の影響を受けやすくなり、センサの検出精度が低くなりがちである。

また、従来例１、従来例２のどちらの場合でも、検出部９０ａの片面で磁界の変化を検出するだけである。この場合、検出部９０ａの両面で磁界の変化を検出する場合に比べると、磁界に影響する現像剤の量が少なくなりやすいので、センサの検出感度が低くなりがちである。

［第１実施形態］
これに対し、本実施形態の現像装置４では、検出部９０ａつまりは平面コイル９２の両面で磁界の変化を検出できるように、インダクタンスセンサ９０が設けられている。本実施形態において、インダクタンスセンサ９０は、平面コイル９２を形成した検出部９０ａが現像容器４０内に配置される一方で、平面コイル９２と電気的に接続された回路部９０ｂが現像容器４０外に配置される。以下、第１実施形態の現像装置４におけるインダクタンスセンサ９０の配置、特には検出部９０ａの配置について、図３及び図９を用いて説明する。

図９に示すように、現像スクリュー４４には、現像剤を図中矢印Ａ方向に搬送するための螺旋状の第一羽根４４１が回転軸４４０の周りに形成されている。他方、撹拌スクリュー４５には、現像剤を図中矢印Ｂ方向に搬送するための螺旋状の第二羽根４５１が回転軸４５０の周り（回転軸周り）に形成されている。例えば、現像スクリュー４４と撹拌スクリュー４５とは、回転軸４４０と回転軸４５０の直径がともに５ｍｍに形成される。また、第一羽根４４１と第二羽根４５１の外径がともに１６ｍｍに、それらのスクリューピッチがともに１５ｍｍに形成される。

撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向の最下流部には、現像剤を図中矢印Ｂ方向の反対方向に押し戻すための螺旋状の返し羽根４５２が、第二羽根４５１との間に間隔を空けて設けられている。第二羽根４５１と返し羽根４５２とにより、撹拌室４０ｂ内を図中矢印Ｂ方向に搬送される現像剤は、連通領域４０１ａで図中矢印Ｃ方向（撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に直交する方向）へと向きを変えて搬送される。連通領域４０１ａは循環経路のうち撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に関し第一連通部４０１が形成された範囲の領域であり、現像剤は連通領域４０１ａを搬送され撹拌室４０ｂから現像室４０ａへ受け渡される。なお、第一連通部４０１は、現像スリーブ４１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。

本実施形態において、インダクタンスセンサ９０は、検出部９０ａ（詳しくは平面コイル９２）が連通領域４０１ａに配置されるように設けられる。検出部９０ａは、両面が撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に交差する向きで、連通領域４０１ａを通過する現像剤に接するように配置されている。検出部９０ａは、例えば現像容器４０の底面や上面などから連通領域４０１ａに向けて突出している。

図３に示すように、検出部９０ａは現像容器４０の幅方向（撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に交差する方向）に関し、各回転軸４４０，４５０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）に配置されている。そして、検出部９０ａは現像容器４０の鉛直方向に関し、撹拌スクリュー４５の上端部よりも下方に配置されている。好ましくは、撹拌スクリュー４５の上端部から回転軸４５０の回転中心までの間（図中Ｍで示す）に配置されるとよい。こうすると、検出部９０ａは、両面が現像容器４０内を搬送される現像剤の中に埋まった状態に維持され得るし、また検出部９０ａが突出していても現像剤の不動層を形成し難い。そのため、現像剤は検出部９０ａの両面に、流動性が高く且つ嵩密度が一定の状態で接し得る。

また、図９に示すように、検出部９０ａは現像容器４０の長手方向（撹拌スクリュー２６の回転軸線方向）に関し、第二羽根４５１の現像剤搬送方向下流端から返し羽根４５２の手前までの間に配置されている。この場合に、検出部９０ａは、少なくとも一部が撹拌スクリュー４５の回転軸線方向から視て第二羽根４５１と重なり合うように配置されていると好ましい。こうすると、検出部９０ａの隔壁４６から近い側の面だけでなく、隔壁４６から遠い側の面にも現像剤が流れやすくなる。これにより、検出部９０ａの隔壁４６に近い一面側を通過する現像剤の嵩密度と、検出部９０ａの隔壁４６から遠い他面側を通過する現像剤の嵩密度とをほぼ同じにでき、また検出部９０ａの両面で現像剤の流動性を確保しやすい。

現像剤のトナー濃度を検出する際には、コネクタ９３に接続された電源から回路部９０ｂを介して平面コイル９２に電流が流される（図５参照）。すると、図９に破線で示すように、平面コイル９２は検出部９０ａの両面に磁界を発生させる。現像剤は検出部９０ａの両面で磁界を横切って連通領域４０１ａを通過していくので、検出部９０ａは両面で現像剤の透磁率に応じた磁界の変化を検出することができる。

以上のように、本実施形態では、インダクタンスセンサ９０を設ける場合に、検出部９０ａの両面が連通領域４０１ａを通過する現像剤に接するように、検出部９０ａが連通領域４０１ａに配置される。また、検出部９０ａが撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に交差する向き、言い換えれば連通領域４０１ａを通過する現像剤の移動向きに沿うように配置される。これによれば、検出部９０ａの両面に対し流動性が高く且つ嵩密度が一定の状態で現像剤が接し、また検出対象の現像剤量が増えることから、センサの検出感度及び検出精度を上げられる。さらに、検出部９０ａは現像剤が現像スリーブ４１に供給される前の連通領域４０１ａに配置されるので、トナー補給やトナー消費の影響による透磁率の変動が比較的に小さい現像剤を検出対象とし得る。このことも、センサの検出感度及び検出精度の向上に寄与している。

［第２実施形態］
第２実施形態の現像装置４Ａにおけるインダクタンスセンサ９０の配置、特には検出部９０ａの配置について、図１０を用いて説明する。図１０に示した第２実施形態は上述の第１実施形態に比較して（図９参照）、インダクタンスセンサ９０の検出部９０ａの配置が異なるだけで、その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。そのため、同一の構成には同一の符号を付して説明及び図示を省略又は簡略にし、以下では主に第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態において、インダクタンスセンサ９０は、検出部９０ａ（詳しくは平面コイル９２）が撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に関し隔壁４６の中央よりも下流側の撹拌室４０ｂ内に配置されている。また、検出部９０ａは、両面が撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に沿う向きで、撹拌室４０ｂ内を搬送される現像剤に接するように配置されている。検出部９０ａは、例えば現像容器４０の底面や上面などから撹拌室４０ｂに向けて突出している。

図１０に示すように、検出部９０ａは現像容器４０の幅方向（撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に交差する方向）に関し、撹拌室４０ｂの隔壁４６側に配置されている。本実施形態において、隔壁４６は撹拌スクリュー４５の第二羽根４５１が鉛直方向の下方から上方へ回転する側である（図３参照）。こうして、検出部９０ａは撹拌室４０ｂ内の現像剤の剤面が高くなりやすい隔壁４６側に配置されることで、両面が撹拌室４０ｂ内を搬送される現像剤の中に埋まった状態に維持され得る。

撹拌スクリュー４５は検出部９０ａに対向する箇所に、第二羽根４５１を切り欠いた回転軸４５０のみからなる切り欠け部４５３を有している。検出部９０ａは切り欠け部４５３に対向する位置に、撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に交差する幅方向で第二羽根４５１の外縁部よりも回転軸４５０に近い側（回転軸側）に配置されている。これは、検出部９０ａ近傍では現像剤を所定値以上の流速で通過させる必要があるからである。即ち、一般的に、撹拌スクリュー４５の回転軸４５０から離れた外周側では、回転軸４５０に近い内周側に比べると現像剤の搬送力は弱まる。そして、特に現像剤の剤面が高い箇所で現像剤の搬送力が弱まると、その箇所では現像剤を所定値以上の流速で通過させることができず、現像剤が滞留し易くなる。本実施形態の場合、特に検出部９０ａの隔壁４６に近い一面側で現像剤の流動性を確保し難くなり、その結果、トナー濃度を正しく検出し得なくなる。そこで、検出部９０ａの両面にできる限り現像剤を所定値以上の流速で通過させて現像剤の流動性を確保するために、検出部９０ａが第二羽根４５１の外縁部よりも回転軸４５０側に配置される。以上のようにすると、現像剤は検出部９０ａの両面に、流動性が高く且つ嵩密度が一定の状態で接し得る。

以上のように、第２実施形態では、インダクタンスセンサ９０を設ける場合に、検出部９０ａの両面が撹拌室４０ｂ内を搬送される現像剤に接するように、検出部９０ａが撹拌室４０ｂに配置される。この場合には、検出部９０ａが撹拌スクリュー４５の現像剤搬送方向に沿う向き、つまり撹拌室４０ｂ内を搬送される現像剤の主たる流れに沿うように配置される。これによれば、センサの検出感度及び検出精度を上げられる、という上述した第１実施形態と同様の効果が得られる。

＜他の実施形態＞
上述した第１及び第２実施形態では、インダクタンスセンサ９０としてプリント基板９１の片面に平面コイル９２を有する片面タイプのセンサを用いたがこれに限らず、プリント基板９１の両面に平面コイル９２を有する両面タイプのセンサを用いてもよい。図１１に、両面タイプのセンサが有する平面コイルを示す。なお、図１１では検出部９０ａ（図５参照）の両面に形成された平面コイル９２ａ及び平面コイル９２ｂを同一面に展開して示している。

図１１に示すように、両面タイプの場合、平面コイル９２ａと平面コイル９２ｂがプリント基板９１の両面にプリントパターンによって形成されている。即ち、プリント基板９１の検出部９０ａ（図５参照）の一方の面に平面コイル９２ａが形成され、検出部９０ａの他方の面に平面コイル９２ｂが形成される。平面コイル９２ａと平面コイル９２ｂとは、端部９２２ａと端部９２２ｂとが導通されている。そのため、端部９２１ａから平面コイル９２ａに電流が流されると、電流は平面コイル９２ａを介して平面コイル９２ｂにも流れる。平面コイル９２ａと平面コイル９２ｂに電流が流れると、それぞれのコイルで磁界が発生される。図１１に示すように、平面コイル９２ａ及び平面コイル９２ｂが反時計回りの渦巻き状に形成されている場合、平面コイル９２ａと平面コイル９２ｂに発生する磁界の向きはどちらも同じ図面手前側である。つまり、両面タイプのセンサは、片面タイプのセンサに比べて磁界が強くなる。これによれば、センサの大きさを変えることなく、センサの検出感度を向上させることが容易である。

なお、上述した第１及び第２実施形態では、インダクタンスセンサ９０として１つのプリント基板９１上に検出部９０ａと回路部９０ｂを有するものを用いたが（図５参照）、これに限られない。例えば検出部９０ａと回路部９０ｂを別基板上に形成し、これら２つの基板をコネクタ等で接続してインダクタンスセンサを構成するものであってもよい。この場合、検出部９０ａを回路部９０ｂと離してインダクタンスセンサを設けることができるので、検出部９０ａや回路部９０ｂの配置が比較的に自由である。

なお、インダクタンスセンサ９０は、断面が矩形状に限らず、楕円状や湾曲状に形成されていてもよい。こうした場合、現像剤の流れが妨げられ難いので、現像剤の流動性を確保しやすい。

なお、第１実施形態の場合、検出部９０ａは第一連通部４０１側に配置されることに限らず、第二連通部４０２側に配置されてもよい。ただし、検出部９０ａは現像剤が現像スリーブ４１に供給される前の第一連通部４０１側に配置された方が、上述したようにセンサの検出感度及び検出精度の向上の観点から好ましい。

なお、第２実施形態の場合、検出部９０ａは隔壁４６側に配置されることに限らず、撹拌スクリュー４５を挟んで隔壁４６と反対側に配置されてもよい。ただし、検出部９０ａは現像剤の剤面が高くなる隔壁４６側に配置された方が、流動性が高く且つ嵩密度が一定の状態で現像剤に接しさせ易いので好ましい。

なお、上述した第１及び第２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Ｐ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Ｐ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。

なお、上述した第１及び第２実施形態では、現像容器４０が現像室４０ａと撹拌室４０ｂとに水平方向に区画されている横撹拌型の現像装置を例に説明したが、これに限定されない。例えば、現像容器４０が現像室４０ａと撹拌室４０ｂとに上下方向に区画されている縦撹拌型の現像装置についても、上述した第１及び第２実施形態を適用することは可能である。

なお、現像スクリュー４４と撹拌スクリュー４５とは、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ればよい。そして、例えば撹拌室４０ｂの底面部が現像室４０ａの底面部よりも上方あるいは下方となるように、水平方向から視て現像室４０ａと撹拌室４０ｂとが高低差を有して配置されているとよい。この場合に、連通領域４０１ａにおける現像室４０ａの底面部と撹拌室４０ｂの底面部とが一連の傾斜した底面部を形成していると、現像剤の流動性がより確保されやすいことから好ましい。

４（４Ａ）…現像装置、４０…現像容器、４０ａ…第一室（現像室）、４０ｂ…第二室（撹拌室）、４１…現像剤担持体（現像スリーブ）、４４…第一搬送部材（第一搬送スクリュー、現像スクリュー）、４５…第二搬送手段（第二搬送スクリュー、撹拌スクリュー）、４６…隔壁、８０…ＬＣ発振回路、９０…検出手段（インダクタンスセンサ）、９１…基板（プリント基板）、９２…平面コイル、４０１…受け渡し部（第一受け渡し部、第一連通部）、４０１ａ…連通領域、４０２…受け渡し部（第二受け渡し部、第二連通部）、４４１…第一羽根、４５０…回転軸、４５１…第二羽根、４５２…返し羽根、４５３…切り欠け部

Claims (12)

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、前記第一室との間に現像剤の循環経路を形成する第二室とが形成された現像容器と、
   前記現像容器内で前記第一室と前記第二室とを隔て、前記第一室と前記第二室との間で現像剤を受け渡す受け渡し部が形成された隔壁と、
   前記第一室で現像剤を搬送する第一搬送部材と、
   前記第二室で前記第一搬送部材と反対方向に現像剤を搬送する第二搬送部材と、
   通電に応じて磁界を形成する平面コイルを有し、前記平面コイルにより形成される磁界の変化を検出する検出手段と、を備え、
   前記平面コイルは、両面が前記第二搬送部材の現像剤搬送方向に交差する向きで前記搬送される現像剤に接するように、前記循環経路のうち前記現像剤搬送方向に関し前記受け渡し部が形成された範囲に配置されている、
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記隔壁は、前記第二室から前記第一室へ現像剤を受け渡す第一受け渡し部と、前記第一室から前記第二室へ現像剤を受け渡す第二受け渡し部とが形成され、
   前記受け渡し部は、前記第一受け渡し部である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記平面コイルは、前記第二搬送部材の現像剤搬送方向に交差する幅方向に関し、前記第一搬送部材の回転中心を通る第一直線と、前記第二搬送部材の回転中心を通る第二直線との間に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記平面コイルは、鉛直方向に関し前記第二搬送部材の上端部よりも下方に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記第一搬送部材は、回転軸に螺旋状の第一羽根が形成された第一搬送スクリューであり、
   前記第二搬送部材は、回転軸に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と、前記第二羽根よりも前記現像剤搬送方向の下流に前記第一搬送スクリューと同じ方向に現像剤を搬送する返し羽根とを有した第二搬送スクリューであり、
   前記平面コイルは、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に関し前記第二羽根と前記返し羽根との間に配置されている、
   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. 前記平面コイルは、少なくとも一部が前記第二搬送スクリューの回転軸線方向から視て前記第二羽根と重なり合うように配置されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
7. 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、前記第一室との間に現像剤の循環経路を形成する第二室とが形成された現像容器と、
   前記現像容器内で前記第一室と前記第二室とを隔て、前記第一室と前記第二室との間で現像剤を受け渡す受け渡し部が形成された隔壁と、
   前記第一室で現像剤を搬送する第一搬送部材と、
   前記第二室で前記第一搬送部材と反対方向に現像剤を搬送する第二搬送部材と、
   通電に応じて磁界を形成する平面コイルを有し、前記平面コイルにより形成される磁界の変化を検出する検出手段と、を備え、
   前記平面コイルは、両面が前記第二搬送部材の現像剤搬送方向に沿う向きで前記搬送される現像剤に接するように、前記第二室内において前記現像剤搬送方向に関し前記隔壁の中央よりも下流側に配置されている、
   ことを特徴とする現像装置。
8. 前記第二搬送部材は、回転軸に前記第一搬送部材と反対方向に現像剤を搬送する螺旋状の羽根が回転軸の周りに形成された撹拌スクリューであり、
   前記平面コイルは、前記羽根が下方から上方へ回転する側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載の現像装置。
9. 前記撹拌スクリューは、前記螺旋状の羽根を切り欠いた切り欠け部を有し、
   前記平面コイルは、前記切り欠け部に対向する位置に、前記現像剤搬送方向に交差する幅方向で前記羽根の外縁部よりも前記回転軸側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の現像装置。
10. 前記第一搬送部材及び前記第二搬送部材は、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、
    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. 前記平面コイルは、基板上に導線をプリント配線して形成されている、
    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。
12. 前記検出手段は、前記平面コイルを含むＬＣ発振回路を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の現像装置。

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