JP4364770B2 - 透磁率測定装置、現像装置、および、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体を含む測定対象物の透磁率を測定する透磁率センサ、電子写真方式の画像形成装置に備えられ、透磁率センサによってトナー濃度を測定する現像装置、およびそれを備えた画像形成装置に関する。

従来、複写装置やプリンター、ファクシミリ装置等の、電子写真方式の画像形成装置（印刷装置）には、感光体ドラム、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、定着装置等が設けられている。

このような画像形成装置では、帯電装置によって帯電させた感光体ドラムの感光面（静電潜像面）に対して、露光装置による露光を行って静電潜像を形成する。そして、形成した静電潜像を現像装置において、トナー（現像剤）によって現像し、トナー像（可視像）を生成する。そして、このトナー像を、転写装置によってシート（記録材；普通紙やＯＨＰシート等の印刷媒体）に転写した後、定着装置によって定着するように設定されている。

ところで、このような画像形成装置においては、トナー濃度が形成する画像の濃度に影響を与える。そこで、通常の画像形成装置では、常に一定濃度の画像を得るために、トナー濃度を検知し、トナー濃度が減少したときはトナーを補給してトナー濃度が適正な範囲内に入るように制御している。

トナー濃度を検知するためのトナー濃度センサは、通常、現像装置内に配されている。また、一般に、二成分系現像剤（以下、現像剤と称する）を用いた画像形成装置においては、現像剤を撹拌する際の摩擦によってトナーを帯電させ、この帯電トナーを、感光体ドラム上に形成された静電潜像に静電気的に付着させ可視像を形成している。

このような画像形成装置におけるトナー濃度センサとしては、透磁率センサ、即ち、磁性キャリヤ（以下、キャリヤと称する）濃度を検知するセンサがよく用いられる。

例えば、特許文献１には、マグネットローラ（現像ローラ）が吸着搬送する現像剤の量をコントロールするドクタに対して、マグネットローラの回転方向における手前側に透磁率センサを配置し、この透磁率センサのセンサヘッドとドクタとの間に非磁性体のガイドブロックを配置することにより、センサヘッドの後方で現像剤が詰まって透磁率センサがトナー濃度を誤検出することを防止する技術が記載されている。

また、特許文献２には、トナーとキャリヤとを混合して循環させる非磁性体のスパイラルと、撹拌路底部でトナー濃度を検知する透磁率センサと、撹拌路のうち透磁率センサを除く部分の撹拌路ケーシング下部の底面に接して備えられる磁石とを備えた現像装置が記載されている。この技術では、上記のように磁石を配置することにより、撹拌の促進と撹拌循環におけるトナー濃度の安定化が図られているものと考えられる。

また、特許文献３には、透磁率センサを備えた現像装置において、環境要因が変化した場合に、透磁率センサの出力電圧を補正する技術が記載されている。
特開昭６２−１２３４８２号公報（１９８７年６月４日公開） 実開平４−７５３５６号公報（１９９２年７月１日公開） 特開２００２−２８７４４１号公報（２００２年１０月３日公開）

しかしながら、上記従来の技術では、トナー濃度が同じ場合であっても、温度や湿度などの環境条件によって、トナー濃度センサの出力電圧が異なってしまうという問題がある。また、現像剤に含まれる空気をトナーとして誤検知してしまう場合もある。

図８は、トナー濃度と透磁率センサの出力電圧（アナログ出力）との関係を示すグラフである。この図に示すように、透磁率センサでは、トナー濃度が低いときには出力電圧が高くなり、トナー濃度が高いときには出力電圧が低くなる。なお、透磁率センサは空間に対するキャリヤの密度（かさ密度）を反映しているものであるため、現像剤に含まれる空気もトナーとして誤検知することがある。

また、トナー濃度が同じ場合であっても、現像剤が湿気を帯びているか、あるいは乾燥しているかといった環境条件によって、トナー濃度センサの出力電圧は異なる。図９は、湿度が異なる場合における、トナー濃度と透磁率センサの出力電圧（センサ出力）との関係を示すグラフである。この図において、一点鎖線および△印は高湿の場合を示しており、破線および◇印は低湿の場合を示しており、実線および□印は中湿（低湿と高湿の間の湿度、ＮＮ）の場合を示している。また、図１０は、トナー濃度（トナー量（Ｔ）／現像剤量（Ｄ））が４％で一定の場合の、湿度と透磁率センサの出力電圧との関係を示すグラフであり、横軸は湿度（％）、縦軸は透磁率センサの出力電圧（Ｖ）を示している。

これらの図に示したように、トナー濃度が同じ場合であっても、湿度が高いほど、トナー濃度センサの出力電圧は高くなる。すなわち、湿度が高いときは、キャリヤの電荷保持量が減少し、キャリヤどうしの反発力も減少する。これにより、キャリヤ同士の間隔が短縮し、現像剤の単位体積当たりのキャリヤの個数（かさ密度）が増加して、単位体積当りの透磁率が増加する。その結果、透磁率センサは、キャリヤの個数の増加による現像剤の透磁率の増加を見かけ上のトナ−濃度の減少として検出してしまう。このため、透磁率センサの検出結果に基づいてトナー補給量を制御する構成では、実際のトナー濃度が増加してしまう。

これとは逆に、乾燥したときなどは現像剤の湿度が低いので、キャリヤの電荷保持量が増加し、キャリヤ同士の反発力も増加する。したがって、キャリヤ同士の間隔が増加し、現像剤単位体積当たりのキャリヤの個数が減少し、これにより、単位体積当りの透磁率が減少する。その結果、透磁率センサは、キャリヤの個数の減少による現像剤の透磁率の減少をトナー濃度の増加として検出してしまう。このため、透磁率センサの検出結果に基づいてトナー補給量を制御する構成では、実際のトナー濃度が減少してしまう。

このように環境条件が変化する場合でも、トナー濃度を適切に制御するためには、例えば特許文献３のように透磁率センサの出力電圧を補正することが考えられる。しかしながら、補正の要否を判定する判定手段などを備える必要があり、構成が複雑化してしまう。

また、補正を行うためには、温度センサや湿度センサなどの検出結果に基づいて補正量を算出する必要があるが、現像剤の状態変化は温度や湿度の変化に対して反応遅れを有するという問題がある。すなわち、一般に、温度を検出する温度センサや、湿度を検出する湿度センサは、温度あるいは湿度が変化した場合に、その変化に即座に追従して検出することができるが、現像剤には容量性があり、周りの温度や湿度等の環境要因が変化しても、現像剤の状態は環境要因の変化に対して即座に追従して変化しない。

例えば、冬場に、画像形成装置の動作終了後に暖房を切って退勤し、また、翌朝、暖房がまだ効かないうちに画像形成装置の動作を開始するとき、周りの温度上昇に比べて現像剤の温度上昇は遅い。したがって、画像形成装置の周りの温度が高くなっても、現像剤の温度が周りの温度に追従して上昇するまでには時間がかかる。

同様に、梅雨時に室内を除湿する場合、現像剤が水分を吸った状態から、周りと同様に除湿されるまでには時間がかかる。このように、画像形成装置の前回動作終了時と動作開始時とで環境要因が大きく変化している場合、周りの環境要因の変化と、現像剤の状態の変化との間にはずれが生じる。

このように、温度センサや湿度センサで検出される値が変化する速度に対して、現像剤の状態変化の速度は遅延する。すなわち、現像剤は温度センサや湿度センサが検出する温度や湿度に対して反応遅れを有する。

また、温度センサあるいは湿度センサは、温度あるいは湿度を検出する検出面に接する領域の温度あるいは湿度のみを検出するので、局所的に他と異なる状態が検出される場合もある。

また、上記したように、現像装置では通常、現像剤を撹拌する際の摩擦によってトナーを帯電させている。ところが、撹拌を停止して放置した場合、トナーの帯電量が変化し、透磁率センサの出力電圧が変化してしまう。図１１は、トナー濃度が４％で一定の場合の、撹拌停止後の放置時間と透磁率センサの出力電圧との関係を示すグラフである。この図に示す例では、放置時間が経過するにつれて、透磁率センサの出力電圧が増加している。

そして、現像剤の撹拌を再開したとしても、現像剤の状態、すなわち、検出されるトナー濃度が均一になり、透磁率センサの出力電圧が一定になるまでには時間がかかる（タイムラグがある）。図１２は、トナー濃度が４％で一定の場合に、現像剤の撹拌を停止して長時間放置した後、撹拌を再開した場合の、撹拌再開後の撹拌時間（放置後撹拌時間）と透磁率センサの出力電圧との関係を示すグラフである。この図に示す例では、透磁率センサの出力がほぼ一定となるまでに、１０分以上の時間を要している。

これらの理由から、透磁率センサの出力を適切に補正することは容易ではない。したがって、補正を行わなくても適切なトナー濃度を検出できるトナー濃度センサが求められている。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、測定対象物の帯電量が変化した場合でもその透磁率を高精度に検出できる透磁率センサ、現像剤の帯電量が変化した場合でもトナー濃度を高精度に制御できる現像装置、およびそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明の透磁率センサは、上記の課題を解決するために、磁性体を含む測定対象物の透磁率を測定する透磁率センサであって、上記透磁率センサの測定領域に磁場を発生させる磁場発生手段を備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記磁場発生手段が、上記透磁率センサの測定領域に磁場を発生させる。これにより、上記測定領域内の測定対象物に対して磁気吸引力が付与されるので、測定対象物の帯電量が変化した場合でも、測定対処物のかさ密度の変動を防止することができる。したがって、測定対象物の帯電量が変化した場合でも、測定対象物の透磁率を高精度に検出することができる。

また、上記磁場発生手段は、静磁場を発生するものであってもよい。

上記の構成によれば、上記磁場発生手段の発生する磁場によって、上記透磁率センサにおける透磁率の測定精度が低下することを防止できる。

また、上記磁場発生手段は、永久磁石であってもよい。

上記の構成によれば、従来の透磁率センサに対して永久磁石を付加するだけでよいので、簡単な構成で、測定対象物の帯電量が変化した場合にもその透磁率を高精度に検出できる透磁率センサを実現できる。

また、本発明の透磁率センサは、両端を交流電源に接続された一次コイルと、略同じ巻き数で逆極性の基準コイルおよび検知コイルと、上記一次コイルおよび上記基準コイルの近傍に当該両コイルの磁心として配置されるコア部材とを備え、上記一次コイルおよび上記検知コイルの近傍に位置する測定対象物を当該両コイルの磁心として働かせることにより、上記測定対象物の透磁率を測定する構成であってもよい。

上記の構成によれば、上記基準コイルと上記検知コイルとの出力の差を検出することにより、測定対象物の透磁率を測定することができる。

また、上記磁場発生手段の発生する磁場の磁束密度を、上記コア部材および上記測定対象物の飽和点以下とすることが好ましい。

上記の構成によれば、上記透磁率センサに備えられる各コイルのインダクタンスが増加し、測定精度が低下することを防止できる。

また、上記一次コイルおよび上記検知コイルの発生する磁力線の方向と、上記磁場発生手段の発生する磁力線の方向とが、略平行であってもよい。

上記の構成によれば、上記測定領域内の測定対象物により強い磁気吸引力を付与できるので、測定対象物のかさ密度の変動をより効果的に低減することができる。

本発明の現像装置は、上記の課題を解決するために、画像形成装置の潜像保持体上に形成されている静電潜像を、磁性体を含む現像剤によって現像する現像装置であって、上記現像剤の透磁率を測定する透磁率センサと、上記透磁率センサの測定領域に磁場を発生させる磁場発生手段とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記磁場発生手段が、上記透磁率センサの測定領域に磁場を発生させる。これにより、上記測定領域内の現像剤に対して磁気吸引力が付与されるので、現像剤の帯電量が変化した場合でも、現像剤のかさ密度の変動を防止することができる。したがって、現像剤の帯電量が変化した場合でも、現像剤の透磁率を高精度に検出することができる。そして、このように検出した現像剤の透磁率に基づいてトナー濃度を制御することにより、現像剤の帯電量が変化した場合でもトナー濃度を高精度に制御することができる。

また、上記磁場発生手段は、静磁場を発生するものであってもよい。

上記の構成によれば、上記磁場発生手段の発生する磁場によって、上記透磁率センサにおける透磁率の測定精度が低下することを防止できる。

また、上記磁場発生手段は、永久磁石であってもよい。

上記の構成によれば、従来の透磁率センサに対して永久磁石を付加するだけでよいので、簡単な構成で、現像剤の帯電量が変化した場合にもその透磁率を高精度に検出できる透磁率センサを実現できる。

また、上記透磁率センサは、両端を交流電源に接続された一次コイルと、略同じ巻き数で逆極性の基準コイルおよび検知コイルと、上記一次コイルおよび上記基準コイルの近傍に当該両コイルの磁心として配置されるコア部材とを備え、上記一次コイルおよび上記検知コイルの近傍に位置する測定対象物を当該両コイルの磁心として働かせることにより、上記測定対象物の透磁率を測定する構成であってもよい。

上記の構成によれば、上記基準コイルと上記検知コイルとの出力の差を検出することにより、現像剤の透磁率を測定することができる。

また、上記磁場発生手段の発生する磁場の磁束密度を、上記コア部材および上記現像剤の飽和点以下とすることが好ましい。

上記の構成によれば、上記透磁率センサに備えられる各コイルのインダクタンスが増加し、測定精度が低下することを防止できる。

また、上記一次コイルおよび上記検知コイルの発生する磁力線の方向と、上記磁場発生手段の発生する磁力線の方向とが、略平行であってもよい。

上記の構成によれば、上記測定領域内の現像剤により強い磁気吸引力を付与できるので、残像剤のかさ密度の変動をより効果的に低減することができる。

また、上記現像剤を収容する現像槽と、上記現像槽内の現像剤を撹拌するために回転駆動される撹拌ローラとを備え、上記現像槽における上記撹拌ローラに対向する位置の一部に上記透磁率センサが配置されており、上記撹拌ローラにおける上記透磁率センサとの対向部以外の領域に、現像剤の撹拌を促進させるための撹拌部材が形成されている構成であってもよい。

上記の構成によれば、上記測定領域を上記撹拌部材が通過することによって生じる透磁率の誤検出を回避できるので、現像剤の透磁率を安定して検出することができる。

また、上記現像剤を収容する現像槽と、上記現像槽に設けられた開口部から一部が露出するように設けられ、上記現像槽内に収容されている現像剤を担持して上記露出部に搬送する現像剤担持体とを備え、画像形成装置の潜像保持体上に形成されている静電潜像を、上記露出部に搬送した現像剤によって現像する現像装置であって、上記現像槽内の現像剤を撹拌するために回転駆動される撹拌ローラを複数備え、上記透磁率センサが、上記複数の撹拌ローラのうち、上記現像後の現像剤担持体が上記現像槽内に回収される位置に最も近い撹拌ローラの近傍に配置されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、上記現像処理が行われた直後の現像剤の透磁率を即座に検出することができる。

本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの現像装置を備えている。このため、現像剤の帯電量が変化した場合でも、現像剤の透磁率を高精度に検出することができ、高精度な画質を形成できる。

本発明の透磁率センサは、当該透磁率センサの測定領域に磁場を発生させる磁場発生手段を備えている。

それゆえ、上記測定領域内の測定対象物に対して磁気吸引力が付与されるので、測定対象物の帯電量が変化した場合でも、測定対処物のかさ密度の変動を防止することができる。したがって、測定対象物の帯電量が変化した場合でも、測定対象物の透磁率を高精度に検出することができる。

本発明の現像装置は、現像剤の透磁率を測定する透磁率センサと、上記透磁率センサの測定領域に磁場を発生させる磁場発生手段とを備えている。

それゆえ、上記透磁率センサの測定領域内の現像剤に対して磁気吸引力が付与されるので、現像剤の帯電量が変化した場合でも、現像剤のかさ密度の変動を防止することができる。したがって、現像剤の帯電量が変化した場合でも、現像剤の透磁率を高精度に検出することができる。

本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの現像装置を備えている。このため、現像剤の帯電量が変化した場合でも、現像剤の透磁率を高精度に検出することができ、高精度な画質を形成できる。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。図２は、本実施形態にかかる画像形成装置である複写機３０の概略構成を示す断面図である。この複写機３０は、現像装置１０を備えている。また、現像装置１０は、トナーと磁性キャリヤ（磁性体）とを混合してなる現像剤（二成分現像剤）を用いるものであり、トナー濃度センサとして、現像剤あるいは磁性キャリヤの透磁率を測定する透磁率センサ１００を備えている。

（複写機３０の構成）
複写機３０は複写機，プリンターおよびファクシミリ装置としての機能を有するものであり、スキャナ部３１、通信部３４、レーザープリンター部３２を備えている。

スキャナ部３１は透明ガラスからなる原稿載置台３５、原稿載置台３５上へ自動的に原稿を供給搬送するための両面対応自動原稿送り装置（ＲＡＤＦ；Recirculating Automatic Document Feeder）３６、及び原稿載置台３５上に載置された原稿の画像を走査して読み取るための原稿画像読み取りユニット、すなわちスキャナユニット４０から構成されている。そして、このスキャナ部３１にて読み取られた原稿画像は、画像データとして後述する画像データ入力部へと送られ、画像データに対して所定の画像処理が施される。

ＲＡＤＦ３６は、所定の原稿トレイ（図示せず）上に複数枚の原稿を一度にセットしておき、セットされた原稿を１枚ずつ自動的に原稿載置台３５上へ給送する装置である。そして、スキャナユニット４０による原稿画像の読み取りが行われた後、所定の取り出し位置にまで搬出する機能を有している。

また、ＲＡＤＦ３６は、両面自動原稿送り装置としての機能を有している。すなわち、ＲＡＤＦ３６は、片面の読み取りに用いる片面用搬送路に加えて、両面の読み取りに使用する両面用搬送路、搬送路を切り換えるためのガイド、各搬送路における原稿の状態を把握（確認）・管理するためのセンサー群および制御部等（全て図示せず）を有している。これにより、スキャナユニット４０による原稿画像の読み取り後、原稿を裏返し、再び原稿載置台３５に搬送することが可能となっている。

そして、ＲＡＤＦ３６は、ユーザー（オペレーター）によって入力される選択指示に応じて、原稿の片面読み取りあるいは両面読み取りのいずれかを実行するように設定されている。

スキャナユニット４０は、原稿載置台３５上に搬送された原稿の画像を、１ライン毎に読み取る原稿画像読み取りユニットである。そして、図２に示すように、第１走査ユニット４０ａ，第２走査ユニット４０ｂ，光学レンズ４３およびＣＣＤ４４を有している。

第１走査ユニット４０ａは、原稿載置台３５に沿って左から右へと一定速度Ｖで移動しながら原稿を露光するものである。そして、図２に示すように、光を照射するためのランプリフレクターアセンブリ４１と、原稿からの反射光を第２走査ユニット４０ｂに導く第１の反射ミラー４２ａとを有している。

第２走査ユニット４０ｂは、第１走査ユニット４０ａに追随してＶ／２の速度で移動するようになっている。そして、第１の反射ミラー４２ａに反射される光を光学レンズ４３およびＣＣＤ４４の方向へ導くための、第２・第３の反射ミラー４２ｂ・４２ｃを備えている。

光学レンズ４３は、この第３の反射ミラー４２ｃに反射される光を、ＣＣＤ４４上で結像させるものである。

ＣＣＤ（光電変換素子）４４は、光学レンズ４３によって結像された光を、電気信号（電気的画像信号）に変換するためのものである。このＣＣＤ４４によって得られたアナログの電気信号は、ＣＣＤ４４を備えたＣＣＤボード（図示せず）によってデジタル信号の画像データに変換される。そして、この画像データは、画像処理部において各種の画像処理が施された後にメモリーに記憶される（図示せず）。そして、複写機３０のメインＣＰＵ（図示せず）の出力指示に応じて、レーザープリンター部３２に伝達されるように設定されている。

このように、スキャナ部３１は、上記ＲＡＤＦ３６とスキャナユニット４０の関連した動作により、原稿載置台３５上に読み取るべき原稿を順次載置させながら、原稿載置台３５の下面に沿ってスキャナユニット４０を移動させて原稿画像を読み取るように構成されている。

通信部３４は、無線通信あるいは有線通信によって、パーソナルコンピュータＰＣやファクシミリ装置ＦＡＸなどの外部装置と通信を行うものである。これにより、例えばスキャナ部３１によって読み取った画像データを外部に送信したり、あるいは、外部機器から受信したデータに基づく画像をレーザープリンター部３２によってシート（記録材、記録媒体）上に形成することができるようになっている。

レーザープリンター部３２は、画像データに基づいてシートに画像を形成するためのものである。そして、図２に示すように、レーザー書き込みユニット４６、電子写真プロセス部４７およびシート搬送機構５０を備えている。

レーザー書き込みユニット４６は、スキャナ部３１（スキャナユニット４０）によって読み取られた画像データや、外部装置から受信した画像データに基づいて、電子写真プロセス部４７における感光体ドラム（潜像保持体）４８にレーザー光を照射し、静電潜像を形成するものである。そして、半導体レーザー光源，レーザー光を等角速度で偏向するポリゴンミラーおよびｆ−θレンズを有している（全て図示せず）。ここで、ｆ−θレンズは、ポリゴンミラーによって偏向されたレーザー光を、感光体ドラム４８の表面において、等角速度で偏向されるように補正するものである。

電子写真プロセス部４７は、感光体ドラム４８と、その周囲に設けられた帯電器１２，現像装置（現像器）１０，転写器１４,剥離器（図示せず），クリーニング器１３および除電器（図示せず）とを備えている。

帯電器１２は、感光体ドラム４８上にレーザー書き込みユニット４６によって静電潜像を形成させるために、感光体ドラム４８の表面を均一に帯電させる。

現像装置１０は、レーザー書き込みユニット４６によって形成された感光体ドラム４８上の静電潜像を現像してトナー像を生成する。なお、現像装置１０の詳細については後述する。

転写器１４は、現像装置１０によって生成したトナー像をシート（記録媒体）に対して静電転写する。なお、現像装置１０の構成については後述する。

シート搬送機構５０は、図２に示すように、搬送部３３、カセット給紙装置５１〜５４、定着器４９、用紙反転部５５、再供給経路５６、排紙ローラ５７を備えており、電子写真プロセス部４７にシートを供給するとともに、シートに転写された画像を定着させ、さらに、シートを外部に排出する機能を有している。

搬送部３３は、電子写真プロセス部４７における所定の転写位置（転写器が配置されている位置）にシートを搬送するためのものである。

カセット給紙装置５１〜５４は、転写にかかるシートを蓄積しておくとともに、転写時に、シートを搬送部３３に送り込むためのものである。

定着器４９は、シートに転写されたトナー像を定着させるものである。

用紙反転部５５は、用紙反転部２３は、搬送されてきた用紙の表裏を反転して排出（スイッチバック）するものである。

再供給経路５６は、トナー像の定着後、シートの裏面に画像を形成するために、シートを搬送部３３に再供給するための経路である。

排紙ローラ５７は、搬送されてきたシートを後処理装置（図示せず）に排出するためのものである。

（現像装置１０の構成）
次に、現像装置１０の構成について説明する。図１は、現像装置１０の構成を示す断面図である。この図に示すように、現像装置１０は、現像ローラ（現像剤担持体）１、撹拌ローラ２，３、現像槽４、ドクターブレード５、トナーカートリッジ（現像剤補給槽）７、トナー濃度制御系６０を備えている。

現像槽４は、トナー（現像剤）を収容するための収容槽（トナー槽）であり、現像槽４内には、現像ローラ１、撹拌ローラ２，３、ドクターブレード５が備えられている。また、現像槽４における撹拌ローラ２と対向する位置には、トナー濃度センサとしての透磁率センサ１００が備えられている。また、現像槽４には、開口部６が設けられており、この開口部６を介してトナーカートリッジ７から現像剤が供給されるようになっている。

現像ローラ１は、現像槽４の開口部から一部が露出し、この露出した部分が感光体ドラム４８と対向するように設けられた、円筒状の回転ローラであり、現像槽４内に収容されているトナーを担持して上記露出部における感光体ドラム４８との対向部に搬送するものである。これにより、感光体ドラム４８上に形成された静電潜像に、トナーを付着させることができ、この静電潜像を現像してトナー像を形成することができる。なお、図１に示した矢印Ａ，Ｂはそれぞれ、感光体ドラム４８，現像ローラ１の回転方向を示している。

ドクターブレード５は、現像槽４における現像ローラ１と感光体ドラム４８とのニップ部よりも上流側に備えられ、現像ローラ１とドクターブレード５の先端とのギャップであるドクターギャップＤｇを規定し、現像ローラ１に付着したトナーの一部を穂切するものである。

透磁率センサ１００は、現像槽４における撹拌ローラ２と対向する位置に備えられ、トナー濃度を検出するものである。

撹拌ローラ２，３は、現像槽４内の現像剤を撹拌することで、現像剤を微小に帯電させるものである。なお、図１に示した矢印Ｃ，Ｄは、それぞれ、撹拌ローラ２，３の回転方向を示している。

図３は、現像ローラ１および撹拌ローラ２，３を、図１に示したｚ方向から見た平面図である。この図に示すように、撹拌ローラ２，３の表面には、多数の楕円リブ（撹拌羽根）２ａ，３ａおよび矩形リブ（撹拌羽根、直角リブ）２ｂ，３ｂが設けられている。

各楕円リブ２ａ，３ａは、各撹拌ローラ２，３の回転軸方向に対して非平行かつ非垂直に備えられており、また、各撹拌ローラ２，３の延在方向の略中心における回転軸に垂直な面を対称面として、延在方向に対して線対称となるように備えられている。また、楕円リブ３ａは、撹拌ローラ３の回転によって、現像剤を撹拌ローラ３の延在方向の中心方向に搬送するように設けられている。また、楕円リブ２ａは、撹拌ローラ２の回転によって、現像剤を撹拌ローラ２の延在方向の両端方向に搬送するように設けられている。なお、撹拌ローラ２，３の回転方向は、図１に矢印Ｃ，Ｄで示したように、互いに逆方向となっている。

各矩形リブ２ｂ，３ｂは、各楕円リブ２ａ，３ａの間にそれぞれ配置されている。そして、各矩形リブ２ｂ，３ｂは、撹拌ローラ２，３の回転によって、現像剤を撹拌ローラ２，３の回転軸方向に略垂直な方向に搬送するようになっている。

また、撹拌ローラ２における透磁率センサ１００との対向部には、楕円リブ２ａ，３ａおよび矩形リブ２ｂ，３ｂが取り除かれた、切欠き部２ｃが設けられている。すなわち、撹拌ローラ２における透磁率センサ１００との対向部には、楕円リブ２ａ，３ａおよび矩形リブ２ｂ，３ｂが設けられていない。

撹拌ローラ２が回転すると、楕円リブ２ａまたは矩形リブ２ｂが通過する領域では、透磁率の変動が起こる。例えば、４枚のリブを備えた撹拌ローラを回転させた場合、撹拌ローラの１周期（１回転）中にリブが４回通過することになるので、図４に示すように、リブの通過による透磁率のリップル（誤検出）が生じてしまう。

そこで、現像装置１０では、撹拌ローラ２における透磁率センサ１００との対向部における楕円リブ２ａおよび矩形リブ２ｂを取り除いて、切欠き部２ｃを設けることにより、透磁率センサ１００の測定領域Ｔあるいはその近傍を楕円リブ２ａまたは矩形リブ２ｂが通過することを防止し、透磁率センサ１００の出力にリップルが生じることを防止するようになっている。

トナーカートリッジ７には、図１に示したように、開口部７ａが設けられており、この開口部７ａには補給ローラ８が備えられている。そして、トナーカートリッジ７は、開口部７ａの位置が現像槽４に設けられた開口部６の位置に一致するように、現像槽４に対して着脱自在に装着される。また、トナーカートリッジ７内には、カートリッジ内のトナー（現像剤）を撹拌するための撹拌部材９が備えられている。

また、補給ローラ８の動作は、トナー濃度制御系６０によって制御される。図５はトナー濃度制御系６０の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、トナー制御系６０は、透磁率センサ１００、基準電圧発生部６２、比較器６３、補給ローラ駆動部６４、モータ６５、ＲＯＭ６６、ＲＡＭ６７、およびＣＰＵ６１で構成されている。

ＲＯＭ６６には、ＣＰＵ６１が実行するトナー濃度制御等のプログラムが記憶されている。ＲＡＭ６７は、透磁率センサ１００の出力電圧に基づくトナー濃度の情報などを一時記憶する。

ＣＰＵ６１は、トナー濃度制御系６０における各部の動作を制御する。なお、ＣＰＵ６１は、複写機３０のメインＣＰＵであってもよく、現像ローラ１および撹拌ローラ２，３の駆動制御を併せて行うようにしてもよい。

基準電圧発生部６２は透磁率センサ１００の出力電圧と比較する基準電圧を発生する。この基準電圧は、現像槽４内のトナーの基準濃度を表すものである。比較器６３は透磁率センサ１００の出力電圧と基準電圧とを比較する。そして、透磁率センサ１００の出力信号が基準電圧よりも低い場合、すなわち透磁率センサ１００によって検出した現像槽４内のトナー濃度の方が基準濃度よりも低い場合、補給ローラ駆動部６４に対して、駆動信号を出力する。

補給ローラ駆動部６４は、比較器６３から駆動信号を受けている間、補給ローラ８の回転駆動源であるモータ６５を駆動する。これにより、補給ローラ８がトナーカートリッジ７内のトナー（現像剤）を現像槽４に供給するようになっている。

（透磁率センサ１００の構成）
次に、透磁率センサ１００の構成について説明する。図６は、透磁率センサ１００の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、透磁率センサ１００は、一次コイル１０２、検知コイル１０３、基準コイル１０４、位相比較回路１０５、平滑回路１０６、磁石（磁場発生手段）１０８を備えている。

一次コイル１０２の両端は、交流電源１０１に接続されている。また、一次コイル１０２の一方の端部は、位相比較回路１０５に接続されている。

一次コイルの二次側には、略同じ巻き数で逆極性の２個のコイルが直列に巻かれている。この２個のコイルの一方が基準コイル１０４、他方が検知コイル１０３である。

一次コイル１０２および基準コイル１０４の近くには高透磁率のねじコア１０７が磁心として働くように挿入されている。このねじコア１０７の位置を調整することにより、一次コイル１０２と基準コイル１０４との間のインダクタンスを調整することができる。

一次コイル１０２および検知コイル１０３の近く（図１および図６の領域Ｔ）には、測定されるべきトナー（現像剤）が流れており、その現像剤が磁心として働いて一次コイル１０２と検知コイル１０３との間のインダクタンスを変化させる。このインダクタンスの大きさは、磁心として働いている現像剤あるいは磁性キャリヤの磁粉量によって決まるので、検知コイル１０３の出力電圧によって磁粉量すなわちトナー濃度を測定できる。

基準コイル１０４と検知コイル１０３とは略同じ巻き数であり、極性は逆極性である。また、基準コイル１０４と検知コイル１０３とは、直列に結ばれているので、その出力としては両コイルの差が取り出せる。位相比較回路１０５では、一次コイル１０２へ供給される交流電圧と二次側のコイルである基準コイル１０４および検知コイル１０３の出力との排他的論理和をとる。その後、その出力信号を平滑回路１０６で平滑化して直流電圧として取り出す。そして、現像装置１０では、その出力電圧に応じてトナー（現像剤）の補給などが行われるようになっている。

磁石１０８は永久磁石からなり、測定されるべき現像剤が流れている領域（測定領域）Ｔに磁場を形成するように備えられている。すなわち、磁石１０８は、図1に示すように、領域Ｔ側がＮ極、その反対側がＳ極となるように、透磁率センサ１００の近傍に備えられており、測定されるべき現像剤が流れている領域Ｔに磁場を形成している。

以上のように、透磁率センサ１００は、測定領域Ｔに磁場を形成するように備えられている。従来の透磁率センサでは、湿度変化等によって現像剤の帯電量が変化すると、現像剤のかさ密度が変化し、誤検出が生じていた。これに対して、透磁率センサ１００では、測定されるべき現像剤に対して磁気吸引力を付与し、その現像剤の帯電量が変化した場合でも、かさ密度の変動を防止することができる。したがって、現像剤の帯電量が変化した場合でも、トナー濃度を高精度に検出することができる。

また、現像装置１０は、トナー濃度制御系６０により、透磁率センサ１００の検出したトナー濃度に基づいて補給ローラ８の駆動を制御し、現像槽４内のトナー濃度を制御する。このため、現像剤の帯電量が変化した場合でも、トナー濃度を高精度に制御することができるので、高精度な現像処理を行うことができる。

また、複写機（画像形成装置）３０は、現像装置１０を備えてなる。したがって、現像剤の帯電量が変化した場合でも、シート上に高精度な画質を形成できる。

また、本実施形態では、磁石１０８として永久磁石を用いている。このため、従来の透磁率センサに対して永久磁石を付加しただけの簡単な構成で、現像剤の帯電量が変化した場合にもトナー濃度を高精度に検出できる透磁率センサを実現できる。

また、本実施形態では、磁石１０８として永久磁石を用いているが、これに限るものではない。ただし、透磁率センサ１００はインダクタンスに交流を印加し、インピーダンスの変化、もしくは共振周波数の変化により現像剤の透磁率を検出しているので、交流磁場を発生するものを用いると、透磁率センサ１００の測定精度に悪影響を与える可能性がある。このため、透磁率センサ１００の測定精度の低下を確実に回避し、精度のより検出を行うためには、静磁場を発生する磁石を磁石１０８として用いることが好ましい。

また、透磁率センサ１００の磁気コア（ねじコア１０７あるいは現像剤）は、コイルに流す電流を上げていくと、それに対応して磁束密度が増えるが、磁束密度がある強度を超えると磁気抵抗が急増する。さらに、磁束密度が飽和点（磁気飽和点）を超えるとそれ以上磁束密度が増えなくなる磁気飽和状態となる。透磁率センサ１００の磁気コア（ねじコア１０７あるいは現像剤）の磁気抵抗が急増したり、磁気飽和すると、透磁率センサ１００における各コイルのインダクタンスが増加し、透磁率センサ１００の測定精度が低下するおそれがある。このため、磁石１０８が発生する磁場は、磁束密度が磁気コアの飽和点以下であることが好ましく、また、磁気抵抗が急増しない強さであることが好ましい。すなわち、磁石１０８の発生する磁場の強度を、透磁率センサ１００の磁気コアの飽和領域を避けるように設定することで、透磁率センサ１００の測定精度の低下を回避し、精度のよい検出を行うことができる。

なお、本実施形態では、磁石１０８の極性は、領域Ｔ側がＮ極、その反対側がＳ極となるように備えられており、これによって透磁率センサ１００における各コイル１０２，１０３，１０４の発生する磁力線の方向と略平行な磁力線を発生しているが、これに限るものではない。上記の領域Ｔにおいて、現像剤に磁気吸引力を付与できればよく、例えば、領域Ｔ側がＳ極、その反対側がＮ極となるように配置してもよい。この場合にも、透磁率センサ１００における各コイル１０２，１０３，１０４の発生する磁力線の方向と略平行な磁力線を発生することになる。

また、図７に示すように、領域Ｔを流れる現像剤の流れ方向に対して略平行な方向に延在するように配置され、延在方向の一端がＮ極、他端がＳ極となる磁石１０８を配置してもよい。ただし、領域Ｔにおける現像剤のかさ密度の変動をより効果的に低減するために、上記した構成のように、透磁率センサ１００における各コイル１０２，１０３，１０４の発生する磁力線の方向と磁石１０８の発生する磁力線の方向とが略平行であることが好ましい。

また、上記したように、撹拌ローラ２における透磁率センサ１００との対向部には、楕円リブ２ａ，３ａおよび矩形リブ２ｂ，３ｂが取り除かれた、切欠き部２ｃが設けられている。これにより、撹拌ローラ２の回転時に透磁率センサ１００の出力にリップルが生じることを防止し、トナー濃度の安定した検出が可能となっている。

また、本実施形態では、透磁率センサ１００が、２本の撹拌ローラ２，３のうち、現像ローラ１側に配置される撹拌ローラ２に対向するように、撹拌ローラ２の下方に設けられている。これにより、現像ローラ１によって現像処置が行われた直後のトナー濃度を検出（モニター）することができるので、トナー濃度の制御をより適切かつ迅速に行うことができる。

また、本実施形態では、２本の撹拌ローラ２，３を備える構成について説明したが、これに限るものではない。撹拌ローラが１本だけ備えられていてもよく、あるいは３本以上備えられていてもよい。そして、いずれの場合にも、透磁率センサ１００を、現像ローラ１による現像直後のトナー濃度を即座に検出できる位置に配置することが好ましい。例えば、現像槽４におけるトナー回収部、すなわち、感光体ドラム４８の静電潜像を現像した後の現像ローラ１の表面が現像槽４内に収容され、現像ローラ１の表面に残っているトナーが回収される部分に最も近い撹拌ローラと対向する位置（あるいはこの撹拌ローラの近傍）に配置することが好ましい。

また、本実施形態では、透磁率センサ１００の一部に磁石１０８を備えるものとしたが、これに限るものではない。例えば、現像装置１０において、従来の透磁率センサをトナー濃度センサとして用い、そのトナー濃度センサの近傍に磁石１０８を配置することにより、測定すべき現像剤が流れる領域Ｔに磁場を発生させるようにしてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、磁性体を含む流体の透磁率を測定する透磁率センサに適用できる。特に、画像形成装置に用いられる現像装置に備えられ、トナー濃度を測定するために現像剤の透磁率を測定する透磁率センサに好適である。

本発明の一実施形態にかかる現像装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる現像装置の一部を示す平面図である。 本発明の一実施形態にかかる現像装置において、撹拌ローラに備えられる撹拌部材の通過領域で測定される現像剤の透磁率を示すグラフである。 本発明の一実施形態にかかる現像装置に備えられる、トナー濃度制御系の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる透磁率センサの概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる透磁率センサに備えられる磁石の一変形例を示す断面図である。 従来の現像装置に備えられる透磁率センサにおける、トナー濃度と出力電圧との関係を示すグラフである。 従来の現像装置に備えられる透磁率センサにおける、湿度が異なる場合における、トナー濃度と出力電圧との関係を示すグラフである。 従来の現像装置に備えられる透磁率センサにおける、トナー濃度が一定の場合の、湿度と出力電圧との関係を示すグラフである。 従来の現像装置に備えられる透磁率センサにおける、現像剤の撹拌を停止した後の放置時間と出力電圧との関係を示すグラフである。 従来の現像装置に備えられる透磁率センサにおいて、現像剤の撹拌を停止して長時間放置した後、撹拌を再開した場合の、撹拌再開後の撹拌時間と出力電圧との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 現像ローラ（現像剤担持体）
２，３ 撹拌ローラ
２ａ，３ａ 楕円リブ（撹拌部材）
２ｂ，３ｂ 矩形リブ（撹拌部材）
４ 現像槽
７ トナーカートリッジ
８ 補給ローラ
１０ 現像装置
４８ 感光体ドラム（潜像保持体）
６０ トナー濃度制御系
６１ ＣＰＵ
６２ 基準電圧発生部
６３ 比較器
６４ 補給ローラ駆動部
６５ モータ
１００ 透磁率センサ
１０１ 交流電源
１０２ 一次コイル
１０３ 検知コイル
１０４ 基準コイル
１０５ 位相比較回路
１０６ 平滑回路
１０７ ねじコア（コア部材）
１０８ 磁石（磁場発生手段、永久磁石）
Ｔ 測定領域

Claims (7)

1. 画像形成装置の潜像保持体上に形成されている静電潜像をトナーと磁性キャリヤとを含む二成分現像剤を用いて現像する現像装置の現像槽内に収容された上記現像剤の透磁率を測定する透磁率センサと、上記透磁率センサの測定領域に静磁場を発生させる磁場発生手段とを備えた透磁率測定装置であって、
   上記透磁率センサは、
   両端を交流電源に接続された一次コイルと、略同じ巻き数で逆極性の基準コイルおよび検知コイルと、上記一次コイルおよび上記基準コイルの近傍に当該両コイルの磁心として配置されるコア部材とを備え、上記一次コイルおよび上記検知コイルの近傍に位置する現像剤を当該両コイルの磁心として働かせることにより、上記現像剤の透磁率を測定するようになっており、
   上記一次コイルおよび上記検知コイルの発生する磁力線の方向と、上記磁場発生手段の発生する磁力線の方向とが略平行であり、
   上記磁場発生手段は、上記透磁率センサに対して上記現像剤が配置される側とは反対側の位置に配置されていることを特徴とする透磁率測定装置。
2. 上記磁場発生手段は、永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の透磁率測定装置。
3. 上記磁場発生手段の発生する磁場の磁束密度が、上記コア部材および上記現像剤の飽和点以下であることを特徴とする請求項１に記載の透磁率測定装置。
4. 画像形成装置の潜像保持体上に形成されている静電潜像を、トナーと磁性キャリヤとを含む二成分現像剤を用いて現像する現像装置であって、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の透磁率測定装置を備えていることを特徴とする現像装置。
5. 上記現像槽内の現像剤を撹拌するために回転駆動される撹拌ローラとを備え、
   上記現像槽における上記撹拌ローラに対向する位置の一部に上記透磁率センサが配置されており、
   上記撹拌ローラにおける上記透磁率センサとの対向部以外の領域に、現像剤の撹拌を促進させるための撹拌部材が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 上記現像槽に設けられた開口部から一部が露出するように設けられ、上記現像槽内に収容されている現像剤を担持して上記の露出している部分に搬送する現像剤担持体とを備え、画像形成装置の潜像保持体上に形成されている静電潜像を、上記の露出している部分に搬送した現像剤によって現像する現像装置であって、
   上記現像槽内の現像剤を撹拌するために回転駆動される撹拌ローラを複数備え、
   上記現像剤担持体は回転するローラ部材からなり、上記現像槽内に収容されている現像剤を担持して回転することによって上記現像剤を上記の露出している部分に搬送するようになっており、上記透磁率センサが、上記複数の撹拌ローラのうち、上記現像剤担持体の表面が上記回転によって上記の露出している部分を通過した後、上記現像槽内に再び回収される位置に最も近い撹拌ローラの近傍に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の現像装置。
7. 請求項４から６のいずれか１項に記載の現像装置を備えた画像形成装置。

Images