JP4407216B2 - 現像剤収容装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置の現像装置内に収容されている現像剤中のトナー濃度を正確に測定するための技術に関する。

電子写真記録方式の画像形成装置は、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を円柱状の現像容器内で攪拌・搬送しながら現像プロセスを実行する。現在普及している画像形成装置においては、一般に、回転軸に羽根が設けられた「オーガ」と称せられる部材を現像容器内で回転させることによって、現像剤を攪拌・搬送している。このオーガには、回転軸の周りに螺旋状の羽根を取り付けたタイプ（螺旋羽根型という）や、回転軸に複数の楕円形の羽根を傾斜させて取り付けたタイプ（平行羽根型という）などがある。

図９は、螺旋羽根型のオーガを用いた現像装置の構成を示す断面図である。オーガ１０１はモータ１０２によって矢印Ａ方向に回転させられる。現像容器１０３内の現像剤は、回転しているオーガ１０１の羽根の作用によって攪拌されながらオーガ１０１の軸方向（矢印Ｂ方向）に少しずつ搬送されていく。ここで、図９においては、一方向（矢印Ｂ方向）にのみ現像剤を搬送するオーガ１０１を内蔵した現像容器１０３の断面を示しているが、実際には現像容器１０３の紙面奥側に、矢印Ｂ方向とは逆の方向に現像剤を搬送するオーガを内蔵する現像容器が現像容器１０３と並列に設けられている。上記のようにして現像容器１０３の端部へと搬送された現像剤は、もう１つの現像容器側に搬送され、今度はその現像容器内で搬送され、これによって、現像剤は２つの現像容器内を繰り返し巡回する。なお、過剰な現像剤は排出口１０４から排出され、回収装置１０５によって回収される。
現像容器１０３内では、現像剤中に含まれるトナーの濃度が常時検出されており、トナー濃度が低下したことがわかると、直ちに適量のトナーが現像容器１０３に補給される。このため、現像容器１０３の適当な位置には、透磁率を利用してトナー濃度を検出するトナー濃度センサ１０６が取り付けられている。

ここで、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、オーガ１０１によって現像剤が搬送されていく様子を示した模式図である。現像剤はオーガ１０１の羽根によって矢印Ｂ方向に送り出されるようにして搬送されるため、各々の羽根の上端部分Ｍから視て搬送方向側の領域ａ１には比較的多量の現像剤があるが、搬送方向とは逆側の領域ａ２には少量の現像剤しかない。このように現像容器１０３内では、現像剤が多量にある状態（密の状態）と少量しかない状態（粗の状態）とが軸方向に連続して存在している。トナー濃度センサ１０６の出力値は、実際には同じトナー濃度であっても、トナー濃度センサ１０６の位置近傍に存在する現像剤の量や密度が違えば、異なる。例えば密の状態にあるときには現像剤が多くて磁力が強いのでトナー濃度センサ１０６の出力値は大きくなり、粗の状態にあるときには現像剤が少なく磁力が弱いのでトナー濃度センサ１０６の出力値は小さくなる。さらに具体的に説明すると、図１０（ａ）に示すように、オーガ１０１の回転に伴ってその下端部分Ｖがトナー濃度センサ１０６の近傍を通過した直後は、検出されるトナー濃度が低くなるが、図１０（ｂ）に示すように、下端部分Ｖがトナー濃度センサ１０６の近傍を通過する直前にあるときは、検出されるトナー濃度が高くなる、といった具合である。従って、トナー濃度センサ１０６は、図１１のグラフに示すように、オーガ１０１の回転周期に同期して増減を繰り返すような波形を出力することになる。図１１において、トナー濃度センサ１０６が最大ピークＰmaxを出力する場合は、オーガ１０１の下端部分Ｖとトナー濃度センサ１０６とが図１０（ｂ）に示すような位置関係のときであり、最小ピークＰminを出力する場合は、オーガ１０１の下端部分Ｖとトナー濃度センサ１０６とが図１０（ａ）に示すような位置関係のときである。

トナー濃度センサ１０６の出力値は、その値が小さい場合（図１１のＰmin）のほうが、値が大きい場合（図１１のＰmax）に比べて外乱の影響を受けやすく、トナー濃度を正確に検出することが難しくなる。ここで、図１２は、現像剤の量と、トナー濃度センサ１０６の最大ピークＰmax及び最小ピークＰminとの関係を示した図である。この図１２を参照するとわかるように、最大ピークＰmaxと現像剤の量とはほぼ比例関係にあるのに対し、最小ピークＰminは現像剤の量がある一定値Ｎを下回ると急激に小さくなってしまう。このような事情から、トナー濃度を正確に検出するべく、最大ピークＰmaxを利用して検出する方式（ピークホールド方式という）が提案されている（例えば特許文献１）。

また、トナーは温度や湿度などの影響によって現像容器１０３内で固着することがある。このように現像容器１０３内で固着したままの現像剤が存在していると、トナー濃度センサ１０６の出力値が非常に不安定になってしまう。従って、トナー濃度を正確に検出するためには、トナー濃度センサ１０６の近傍領域に、一定量以上の現像剤を固着させることなく安定的に搬送し続けることも必要である。そこで、図１３に示すように、トナー濃度センサ１０６に対向するようなオーガ１の軸部分に板状の羽根部材１０７を設けることによって、トナー濃度センサ１０６の近傍の現像剤をかき乱し、一定量以上の現像剤を固着させることなく搬送するものが知られている（例えば特許文献２及び３）。

しかしながら、オーガ１０１に対して板状の羽根部材１０７を設けるようにすると、次のような不都合が生じてしまう。
図１４における太い実線で表された出力波形ｇ１は、オーガ１０１が羽根部材１０７を備えている場合のトナー濃度センサ１０６の出力値を示しており、細い実線で表された出力波形ｇ２は、オーガ１０１が羽根部材１０７を備えていない場合のトナー濃度センサ１０６の出力値を示している。これらの出力波形ｇ１と出力波形ｇ２の差分を計算して得られる出力波形ｇ３は、羽根部材１０７が回転することによってのみ変動する出力値を示すはずである。この出力波形ｇ３においては、図１４に示すように、時間Ｔの周期で比較的急峻な最高ピークが現れている。これは、羽根部材１０７によって一度に多量の現像剤がトナー濃度センサ１０６の近傍を搬送されていることを意味している。

出力波形ｇ１には、オーガ１０１の回転に同期して周期的に現れるピークＰmaxと、羽根部材１０７の回転に同期して周期的に現れるピークＰ'maxとが存在する。図１４に示すように、ピークＰmaxが常にピークＰ'maxよりも大きい値になっていれば前述したピークホールド方式を採用してトナー濃度を検出することは容易である。しかし、突発的な外乱などの影響によってピークＰ'maxがＰmaxを超えるようなことが起きてしまうと、ピークＰ'maxとピークＰmaxのどちらを用いてトナーの濃度を検出すればよいのかが判断できなくなってしまい、正確なトナー濃度検出が難しくなる。
このような問題は、要するに、羽根が軸方向に規則性をもって設けられたオーガ１０１に対し、その規則性を乱すような羽根部材１０７を設けてしまうと、トナー濃度センサ１０６による出力波形の最大ピーク値が不規則に乱れてしまう、ということに起因している。

特開平１−１８２７５０号公報 特開平１１−１３３７２６号公報 特開平４−５２６７２号公報

本発明は、上述のような背景に鑑みてなされたものであり、上述したオーガのような、回転軸の軸方向に沿って規則的に羽根が設けられた部材に対して更に別の羽根を設けているような場合であっても、正確にトナー濃度を検出することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、現像剤を収容するための容器と、前記容器に固定されており、固定された位置の近傍領域に存在する現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、回転軸の軸方向に沿って繰り返し連続するように設けられた第１の羽根と、当該回転軸の前記トナー濃度センサと対向する軸部分に設けられた第２の羽根とを有し、当該回転軸が前記容器内で回転させられることによって、前記第１の羽根及び前記第２の羽根で前記現像剤を攪拌しながら前記軸方向に搬送する攪拌搬送部材とを備え、前記第２の羽根の現像剤搬送方向の長さは、当該第２の羽根が設けられた位置において前記回転軸の軸方向に連続する２つの前記第１の羽根どうしの間の現像剤搬送方向の長さよりも短く、且つ、前記第２の羽根は、当該第２の羽根が設けられた位置において連続する２つの前記第１の羽根のうち現像剤搬送方向上流側にある前記第１の羽根から現像剤搬送方向下流側へ突出して設けられており、前記第１の羽根が前記トナー濃度センサに最も近づいてから１８０°≦θ≦３６０°である角度θだけ前記回転軸が回転したときに前記第２の羽根が前記トナー濃度センサに最も近づく現像剤収容装置を提供する。
第１の羽根がトナー濃度センサに最も近づいてから１８０°≦θ≦３６０°である角度θだけ前記回転軸が回転した時は、第１の羽根によってトナー濃度センサの近傍領域を搬送される現像剤の量が徐々に増加している状態にある。このような状態にあるときに、第２の羽根がトナー濃度センサに最も近づくように、即ち第２の羽根によってトナー濃度センサの近傍領域を搬送される現像剤の量を最も多くするようにすれば、第１の羽根の搬送能力と第２の羽根の搬送能力の相乗効果により、大量の現像剤をトナー濃度センサの近傍領域で安定的に搬送することができる。
なお、角度θが３６０°の場合とは、第１の羽根と第２の羽根が同時にトナー濃度センサに最も近づくことを意味している。この場合に上述した作用が最も顕著になるので好ましい。

また、本発明は、現像剤を収容するための容器と、前記容器に固定されており、固定された位置の近傍領域に存在する現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、回転軸の軸方向に沿って繰り返し連続するように設けられた第１の羽根と、当該回転軸の前記トナー濃度センサと対向する軸部分に設けられた第２の羽根とを有し、当該回転軸が前記容器内で回転させられることによって、前記第１の羽根及び前記第２の羽根で前記現像剤を攪拌しながら前記軸方向に搬送する攪拌搬送部材とを備え、前記第２の羽根の現像剤搬送方向の長さは、当該第２の羽根が設けられた位置において連続する２つの前記第１の羽根どうしの間の現像剤搬送方向の長さよりも短く、且つ、前記第２の羽根は、当該第２の羽根が設けられた位置において前記回転軸の軸方向に連続する２つの前記第１の羽根のうち現像剤搬送方向上流側にある前記第１の羽根から現像剤搬送方向下流側へ突出して設けられており、前記攪拌搬送部材が回転することによって前記第１の羽根により搬送される現像剤の量が増加し始めてから減少し始めるまでの間に、前記第２の羽根により搬送される現像剤の量が最も多くなる現像剤収容装置を提供する。
この現像剤収容装置によれば、前記第１の羽根が回転することによって前記トナー濃度センサの近傍領域を搬送される現像剤の量が増加している過程において、さらに前記第２の羽根が回転することによって前記トナー濃度センサの近傍領域を搬送される現像剤の量を多くさせることができる。よって、第１の羽根の搬送能力と第２の羽根の搬送能力の相乗効果により、大量の現像剤をトナー濃度センサの近傍領域で安定的に搬送することが可能となる。
なお、前記第１の羽根が回転することによって前記トナー濃度センサの近傍領域を搬送される現像剤の量が最も多くなる時に、前記第２の羽根が回転することによって前記トナー濃度センサの近傍領域を搬送される現像剤の量が最も多くなるようにしたときに上記の作用はもっとも顕著となるので、これが最も望ましい。

また、本発明は、現像剤を収容するための容器と、前記容器に固定され、固定された位置の近傍領域に存在する現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、回転軸の軸方向に沿って繰り返し連続するように設けられた第１の羽根と、当該回転軸の前記トナー濃度センサと対向する軸部分に設けられた第２の羽根とを有し、当該回転軸が前記容器内で回転させられることによって、前記第１の羽根及び前記第２の羽根で前記現像剤を攪拌しながら前記軸方向に搬送する攪拌搬送部材とを備え、前記第２の羽根の現像剤搬送方向の長さは、当該第２の羽根が設けられた位置において前記回転軸の軸方向に連続する２つの前記第１の羽根どうしの間の現像剤搬送方向の長さよりも短く、且つ、前記第２の羽根は、当該第２の羽根が設けられた位置において連続する２つの前記第１の羽根のうち現像剤搬送方向上流側にある前記第１の羽根から現像剤搬送方向下流側へ突出して設けられており、前記攪拌搬送部材が回転することによって前記第１の羽根により搬送される現像剤に同期して前記トナー濃度センサにより検出される最大ピーク値よりも、前記第２の羽根により搬送される現像剤に同期して前記トナー濃度センサにより検出される最大ピーク値のほうが大きくなる現像剤収容装置を提供する。
第１の羽根の回転に同期してトナー濃度センサにより検出される最大ピーク値よりも、第２の羽根の回転に同期してトナー濃度センサにより検出される最大ピーク値のほうが大きい場合とは、第１の第１の羽根の搬送能力と第２の羽根の搬送能力の相乗効果が大きい場合を意味している。よって、より大量の現像剤をトナー濃度センサの近傍領域で安定的に搬送することが可能となる。

また、本発明の好ましい態様においては、前記第２の羽根の回転半径方向の高さが、前記第１の羽根の回転半径方向の高さよりも大きい。このようにすれば、第２の羽根によって搬送される現像剤の量が増加するので、より大量の現像剤をトナー濃度センサの近傍領域で安定的に搬送することが可能となる。

次に、図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。以下では、まず、画像形成装置の全体構成について述べ、その後に、画像形成装置が備える現像装置について詳述する。
（１）画像形成装置
図１は、本発明の実施形態における画像形成装置１００の構成を示す図である。この画像形成装置１００は、中間転写ベルトを用いるタンデム構成の画像形成装置であり、Ｙ（イエロー）Ｍ（マゼンダ）Ｃ（シアン）Ｋ（ブラック）の各色に対応した４系統の処理系を備えている。

画像形成装置１００は、トナー像が一次転写される中間転写ベルト２０を備えている。中間転写ベルト２０は、一方向に回転する駆動ロール（図示略）と、従動ロール２２と、中間転写ベルト２０に張力を加えるテンションロール２３とに張架され、駆動ロールにより上流から下流へ駆動される。また、トナー像が一次転写される位置の上流には、中間転写ベルト２０をクリーニングするベルトクリーニング装置（図示略）が設けられている。

また、画像形成装置１００は、上流から下流へ順に配設された、各色のトナー像を形成するユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ及び１０Ｋと、中間転写ベルト２０をユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ及び１０Ｋに押し付けることにより、ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ及び１０Ｋに形成された４色分のトナー像を重ね合わせて中間転写ベルト２０に一次転写する１次転写ロール５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ及び５Ｋと、４色分のトナー像が重ね合わせて一次転写された中間転写ベルト２０に図示しない搬送ロールにより搬送された用紙Ｐを押し付ける２次転写ロール１５と、２次転写ロール１５によりトナー像が２次転写された用紙Ｐを加熱および加圧することにより当該トナー像を用紙Ｐに定着させる定着器（図示略）とを備えている。

ユニット１０Ｙは、トナー像が形成される感光体ドラム１Ｙと、感光体ドラム１Ｙを帯電させる帯電器２Ｙと、ユニット１０Ｙに対応する色（Ｙ）の画像信号の供給を受けると当該画像信号を用いて変調した露光光を当該色に対応したタイミングで感光体ドラム１Ｙに照射し、静電潜像を形成する露光部３と、静電潜像が形成された感光体ドラム１Ｙに、ユニット１０Ｙに対応する色（Ｙ）のトナーを付着させてトナー像を形成する２成分現像方式の現像装置４Ｙと、形成されたトナー像が中間転写ベルト２０に１次転写された後に感光体ドラム１Ｙをクリーニングして残留トナーを取り除くクリーニング装置（図示略）とを備えている。

現像装置４Ｙは、現像剤を収容するための現像容器４１Ｙと、現像剤に含まれているトナーを用いて現像を行う現像ロール４２Ｙと、透磁率を利用して現像容器４１Ｙ内のトナー濃度を測定するトナー濃度センサ４３Ｙと、現像容器４１Ｙ内の現像剤を攪拌・搬送する攪拌搬送装置（図示略）とを備えている。なお、現像容器４１Ｙや現像ロール４２Ｙの長手方向は図中奥行き方向と一致している。トナー濃度センサ４３Ｙは現像容器４１Ｙに取り付けられており、このトナー濃度センサ４３Ｙの出力信号は濃度制御部３５に入力されるようになっている。

現像容器４１Ｙにはトナーボックス７Ｙが接続されており、このトナーボックス７Ｙからユニット１０Ｙに対応する色（Ｙ）のトナーが現像容器４１Ｙに供給される。現像容器４１Ｙへ供給されるトナーの量は、ディスペンスモータ９Ｙの回転時間により調整される。

ユニット１０Ｍ，１０Ｃ及び１０Ｋは、それぞれ、ユニット１０Ｙと同様の構成を備えている。また、ユニット１０Ｙの現像容器４１Ｙにトナーボックス７Ｙが接続されているように、他のユニットの現像容器にも他の色のトナーを収容するトナーボックスが接続されている。ただし、露光部３は、ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ及び１０Ｋに共通する部品であるが、その機能はユニット毎に異なる。例えば、ユニット１０Ｍの部品として機能する場合には、ユニット１０Ｍに対応する色（Ｍ）の画像信号の供給を受けると当該画像信号を用いて変調した露光光を当該色に対応したタイミングで感光体ドラム１Ｍに照射する。

また、画像形成装置１００は、複写する原稿画像を読み取って画像信号を出力するＩＩＴ（画像読取部）３０と、ＩＩＴ３０から出力された画像信号を入力し、この画像信号にスクリーン処理等の画像処理を行い、画像処理後の画像信号を出力する画像処理部３１と、画像処理部３１から出力された画像信号を入力し、この画像信号に色変換を行ってＹＭＣＫ各色の画像信号を生成し、生成した画像信号を露光部３へ供給するコントローラ３２とを備えている。なお、コントローラ３２は、画像処理部３１から出力された画像信号のみならず、画像形成装置１００の外部の機器（例えばパーソナルコンピュータ）からの画像信号を入力し、この画像信号に色変換を行ってＹＭＣＫ各色の画像信号を生成し、生成した画像信号を露光部３へ供給する、という機能をも有する。

また、画像形成装置１００は、使用者が各種設定を行うためのＵＩ（ユーザインターフェイス）３６を備えており、ＵＩ３６を用いて設定された濃度を示す信号が濃度制御部３５に入力されるように構成されている。また、前述したように、トナー濃度センサ４３Ｙ，４３Ｍ，４３Ｃ，４３Ｋの出力信号は濃度制御部３５に入力される。濃度制御部３５は、これらのトナー濃度センサ４３Ｙ，４３Ｍ，４３Ｃ，４３Ｋから入力された出力信号が示す波形のうち、ピークに相当する出力値を用いてトナーの濃度を特定する。また、画像形成装置は、装置内部の温度および湿度を測定する温・湿度センサ６を備えており、その出力信号が濃度制御部３５に入力されるようになっている。また、画像形成装置１００は画素カウンタ３３を備えている。画素カウンタ３３は、コントローラ３２から露光部３へ供給される画像信号を用いて、色毎に、画像の画素数をカウントして画像密度を算出し、算出結果を示す信号を出力する。画素カウンタ３３の出力信号は、濃度制御部３５に入力されるようになっている。
このように、濃度制御部３５は、ＵＩ３６からの信号と、トナー濃度センサ４３Ｙ，４３Ｍ，４３Ｃ及び４３Ｋからの出力信号と、温・湿度センサ６からの信号と、画素カウンタ３３からの信号とを入力し、これらの信号が示す値に応じた回転時間となるようにディスペンスモータ９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ及び９Ｋの回転を制御する。なお、濃度制御部３５は、画素カウンタ３３からの信号が示す画像密度からトナーの消費量を予測し、ディスペンスモータ９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ及び９Ｋの回転時間を定める際には、この予測値を用いる。

（２）現像装置
次に、現像装置について説明する。なお、以下の説明においては、各ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋで共通の内容であるため、ユニットの別を示すアルファベット（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を符号から省略する。
本実施形態における現像装置４は、螺旋状の羽根（以下、螺旋状羽根部材という）を備えたオーガの一部に板状の羽根部材（以下、板状羽根部材という）を設け、このオーガを図示せぬモータによって回転させて現像剤を攪拌・搬送する。このような板状羽根部材をオーガに設けた理由は、既に説明したように、現像容器４１内の現像剤が固着するのを防止したり、トナー濃度センサ４３の近傍領域に一定量の現像剤を安定的に搬送するためである。これら現像容器４１、オーガ及びトナー濃度センサ４３からなる機構部分は、現像剤を収容する現像剤収容装置として機能する。

ここで、まず、螺旋状羽根部材と板状羽根部材との位相について説明する。
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、オーガ８０を内蔵した現像容器４１の断面図である。図２（ａ）は、オーガ８０の螺旋状羽根部材８１がトナー濃度センサ４３と対向する位置にある状態を示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態からオーガ８０が矢印Ａ方向にθ＝１８０°回転し、オーガ８０の板状羽根部材８２がトナー濃度センサ４３と対向する位置にある状態を示す断面図である。なお、トナー濃度センサ４３に対向する位置とは、トナー濃度センサ４３が透磁率を検出する位置（図中の点Ｓ）に最も近づく位置のことである。本実施形態では、螺旋状羽根部材８１と板状羽根部材８２とが図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような関係にあるとき、両者の位相θは１８０°であるという。さらにわかりやすく説明するために、板状羽根部材８２と螺旋状羽根部材８１とがそれぞれトナー濃度センサ４３に最も近づくタイミングの差を角度θによって表現すると、図３（ａ）のようになる。図３（ａ）では、螺旋状羽根部材８１がトナー濃度センサ４３に最も近づいてからオーガ８０が１８０°回転したときには、板状羽根部材８２がトナー濃度センサ４３に最も近づくことを表している。

次に、図２（ｃ）は、オーガ８０の螺旋状羽根部材８１がトナー濃度センサ４３と対向する位置（即ち螺旋状羽根部材８１がトナー濃度センサ４３に最も近づく位置）にある状態を示す断面図であり、図２（ｄ）は、図２（ｃ）の状態からオーガ８０が矢印Ａ方向にθ＝２７０°回転し、オーガ８０の板状羽根部材８２がトナー濃度センサ４３と対向する位置（即ち板状羽根部材８２がトナー濃度センサ４３に最も近づく位置）にある状態を示す断面図である。螺旋状羽根部材８１と板状羽根部材８２とが図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すような関係にあるときには、螺旋状羽根部材８１と板状羽根部材８２との位相θは２７０°となる。さらに、板状羽根部材８２と螺旋状羽根部材８１とがそれぞれトナー濃度センサ４３に最も近づくタイミングの差を角度θによって表現すると、図３（ｃ）のようになる。

同様に、図３（ｃ）は位相が２７０°の場合に板状羽根部材８２と螺旋状羽根部材８１とがそれぞれトナー濃度センサ４３に最も近づくタイミングの差を角度θによって表す図であり、図３（ｄ）は、位相θが０°（３６０°）の場合に板状羽根部材８２と螺旋状羽根部材８１とがそれぞれトナー濃度センサ４３に最も近づくタイミングの差を角度θによって表す図である。このように位相θについては０°＜θ≦３６０°の任意の値に設定することができる。位相θを所望の値に設定するためには、例えば螺旋状羽根部材８１の隣り合う羽根の間隔（いわゆるピッチ）や、板状羽根部材８２の矢印Ｂ方向の長さ、或いは、オーガ８０とトナー濃度センサ４３との位置関係などの諸条件を変えればよい。

発明者が上記のような位相が様々な値に設定された場合について検討したところ、位相を適切な値に設定することで正確かつ安定的にトナー濃度を検出可能になることが判明した。
まず、オーガ８０に板状羽根部材８２が備わっていないときのトナー濃度センサ４３の出力波形ｇ１に対し、螺旋状羽根部材８１と板状羽根部材８２の位相θが及ぼす影響を予測し、その予測結果を図４に模式的に示す。まず、位相θが０°（３６０°）の場合は、螺旋状羽根部材８１による出力波形の最大ピークＰmaxに板状羽根部材８２による最大ピークＰ'maxが重なるはずである。次に、位相θが９０°の場合は、板状羽根部材８２による出力波形が最大ピークＰmaxから最低ピークＰminに至るまでの間に板状羽根部材８２による最大ピークＰ'maxが重なるはずである。次に、位相θが１８０°の場合は、螺旋状羽根部材８１による出力波形の最低ピークＰminに板状羽根部材８２によるピークＰ'maxが重なるはずである。そして、位相θが２７０°の場合は、螺旋状羽根部材８１による出力波形の最低ピークＰminから最大ピークＰmaxに至るまでの間に板状羽根部材８２によるピークＰ'maxが重なるはずである。

上記のような予測を踏まえて、位相θを０°、９０°、１８０°、２７０°に設定してトナー濃度を実際に検出してみた結果について説明する。
（ａ）位相θが０°（３６０°）の場合
位相θが０°（３６０°）に設定された場合の出力波形は、図５の◇印を実線で連ねた曲線で表されるように、螺旋状羽根部材８１の回転に同期して現れるピークＰmaxと板状羽根部材８２の回転に同期して現れるピークＰ'maxとが重なるため、より大きなピーク値が周期Ｔで検出される結果となった。これは前述の予測通りの結果である。

（ｂ）位相θが９０°の場合
位相θが９０°に設定された場合の出力波形は、図５の○印を実線で連ねた曲線で表される。この場合、螺旋状羽根部材８１がトナー濃度センサ４３の近傍を通過した直後に板状羽根部材８２がトナー濃度センサ４３の近傍を通過することになる。即ち、板状羽根部材８２がトナー濃度センサ４３の近傍を通過するのは、図１０（ｂ）に示したように、螺旋状羽根部材８１が相当量のトナーを搬送した直後のタイミングであるため、領域ａ２付近に残存している現像剤は比較的少ない。このため、板状羽根部材８２によって搬送される現像剤の量も少なくなってしまい、板状羽根部材８２の回転に同期して現れるピークＰ'maxも比較的小さい値になる。図５では、ピークＰ'maxは螺旋状羽根部材８１によるピークＰmaxよりも小さいことがわかる。これもほぼ前述の予測どおりである。

（３）位相θが１８０°の場合
位相θが１８０°に設定された場合の出力波形は、図５の□印を実線で連ねた曲線で表される。この場合、螺旋状羽根部材８１による最低ピークＰminに、板状羽根部材８２による最大ピークが重なるから、板状羽根部材８２の回転に同期して現れるＰ'maxはそれ程大きな値にはならないはずである。しかしながら、図５に示すように、ピークＰ'maxは、位相θが９０°の場合に比べて高い値が検出されており、予測とは違う結果となっている。
この理由は次にように考えられる。
板状羽根部材８２がトナー濃度センサ４３に最も近づいた直後からは、本来、螺旋状羽根部材８１による搬送量が徐々に増加していく過程に移行する。よって、トナー濃度センサ４３の位置から見て搬送方向の反対側には、螺旋状羽根部材８１によってこれから搬送されてくるべき現像剤が多量に存在しているはずである。板状羽根部材８２は、このような、これからトナー濃度センサ４３に向かって搬送されるであろう現像剤を先取りするようにして搬送するため、その搬送量は多くなり、板状羽根部材８２によるピークＰ'maxとして比較的高い値が検出される。

（４）位相θが２７０°の場合
位相θが２７０°に設定された場合の出力波形は、図５の△印を実線で連ねた曲線で表される。この場合も、位相θが１８０°のときと同じ理由により、位相θが１８０°の場合と似たような出力波形になる。ただし、板状羽根部材８２がトナー濃度センサ４３に最も近づいたときの回転方向側には螺旋状羽根部材８１によって搬送されている現像剤が位相θが１８０°の場合の時よりも多いため、位相θが２７０°のときの板状羽根部材８２の回転に同期して現れるピークＰ'maxは位相θが１８０°の時よりも大きくなる。

上記の実験結果のように、螺旋状羽根部材８１と板状羽根部材８２の位相θに応じて出力される出力波形は、図４において予想したように単純に両者のピーク値を合成したような出力波形にはならない。
ここで、図１４を用いて説明したように、トナー濃度の検出を安定的かつ正確に行うためには、一定量以上の現像剤に対して検出処理を試みる必要がある。しかしながら、図５に示すように、１つの出力波形において、螺旋状羽根部材８１によるピークと板状羽根部材８２によるピークとが渾然一体となって出力されるような場合には、着目すべきピークを明確に捉えることができず、前述したピークホールド方式によってトナー濃度を検出しづらくなってしまう。

また、厳密にいえば、螺旋状羽根部材８１と板状羽根部材８２では、現像剤を搬送する方向が少し異なる。螺旋状羽根部材８１はオーガ８０の軸方向に周期的な粗密状態を生じさせながらトナーを搬送するから、その出力波形は図１４に示したようにほぼ正弦波になる。これに対し、板状羽根部材８２はオーガ８０の回転方向に一度に現像剤を掻き上げたり、落とし込むようにして、より多くの現像剤をいちどきに急激に搬送するから、その出力波形は図１４に示したようにパルス的なピークを持つ波形となる。このような螺旋状羽根部材８１の正弦波的なピークよりも、板状羽根部材８２のパルス的なピークの方が、一度に多くの現像剤が搬送すると考えられるので、より高密度状態で安定化し、外乱による影響を受けにくいはずである。

以上のことから、板状羽根部材８２の回転に同期して現れるピークＰ'maxに基づいてトナー濃度を検出することが望ましい。そのためには、ピークＰ'maxを螺旋状羽根部材８１の回転に同期して現れるピークＰmaxよりも常に高くなるようにして、ピークＰ'maxを明瞭に現す必要がある。これを実現するため、本実施形態では、螺旋状羽根部材８１と板状羽根部材８２の位相θを１８０°≦θ≦３６０°（０°）を満たすようにさせる。このような位相であれば、螺旋状羽根部材８１が回転することによってトナー濃度センサ４３の近傍領域を搬送される現像剤の量が増加し始めてから減少し始めるまでの間に、板状羽根部材８２が回転することによって搬送される現像剤の最大ピークが重なることになる。よって、螺旋状羽根部材８１の回転に同期し現れるピークＰmaxよりも、板状羽根部材８２の回転に同期して現れるピークＰ'maxのほうが大きくなる。これは位相θが３６０°に近くなるほど顕著であり、特に位相θが３６０°（０°）の場合にはピークＰmaxとＰ'maxとが重なるので、最も安定したトナー濃度検出が可能となる。

これに対し、位相θが０°＜θ＜１８０°の場合には、螺旋状羽根部材８１がトナー濃度センサ４３の近傍領域を搬送した後に残った現像剤を板状羽根部材８２が搬送することになるから、板状羽根部材８２の回転に同期して現れるピークＰ'maxは小さくなってしまう。仮に板状羽根部材８２によるピークＰ'maxが螺旋状羽根部材８１によるピークＰmaxよりも多少大きくなったとしても、１８０°≦θ≦３６０°（０°）の場合に比べると、搬送される現像剤の量そのものは少ないため、前述したような外乱の影響を受けやすい。外乱の影響で両者のピークの大小関係が逆転してしまうと、トナー濃度検出の安定性が悪化してしまう懸念がある。

更に次のようにしてもよい。
板状羽根部材８２及び螺旋状羽根部材８１と現像容器４１の内周面との間は多少の隙間が空いているが、現像剤を搬送する過程でこの隙間から多少の現像剤が漏れてしまう。従って、より多くの現像剤をトナー濃度センサ４３の近傍領域に搬送するためには、板状羽根部材８２及び螺旋状羽根部材８１と現像容器４１の内周面（或いはトナー濃度センサ４３の検出表面）との間の距離を小さくするとよい。ただし、回転軸方向に長い螺旋状羽根部材８１を精度よく取り付けるには非常に高い加工・組立技術が必要とされる。そこで、図６に示すように、板状羽根部材８２の回転半径方向の高さを螺旋状羽根部材８１の回転半径方向の高さよりも大きくなるようにして、板状羽根部材８２とトナー濃度センサ４３の距離Ｌ１を螺旋状羽根部材８１とトナー濃度センサ４３の距離Ｌ２より小さくする。

このように板状羽根部材８２とトナー濃度センサ４３との距離が小さいと、板状羽根部材８２は現像剤を逃がすことなく搬送することができる。従って、板状羽根部材８２の回転に同期して現れるピークＰ'maxは高くなる一方、螺旋状羽根部材８１により搬送される現像剤は減るから、螺旋状羽根部材８１の回転に同期して現れるピークＰmaxは小さくなるはずである。ここで、図７は板状羽根部材８２の高さが異なる場合の出力波形を模式的に示す図である。図７において、点線で示した波形は板状羽根部材８２の高さが小さいときの出力波形を示し、実線で示した波形は板状羽根部材８２の高さが大きいときの出力波形を示している。これらの波形によって上記予測の正当性は裏付けられる。

なお、板状羽根部材８２は、図６のように螺旋状羽根部材８１の羽根部分間に設けられた部材であるが、板状羽根部材８２と螺旋状羽根部材８１との間に少し隙間がある方が望ましい。もし螺旋状羽根部材８１の羽根部分間を全域に渡って埋めるようにして板状羽根部材８２を設けると、その板状羽根部材８２により搬送される現像剤が極めて多くなり、トナー濃度センサ４３の近傍領域において現像剤が滞留しすぎてしまう。これでは、現像剤の搬送能力に問題が発生する場合があり、好ましくない。

なお、本発明の実施の形態は、上述した形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内の任意の形態であってもよい。
例えばオーガ８０は螺旋羽根型であったが、図８の断面斜視図に示すように、円ないし楕円形状の円盤型の羽根９０を回転軸の軸方向に対して斜めに取り付けた平行羽根型であってもよい。
また、トナー濃度センサ４３が出力した波形のピーク値を検出する方式としては、上述のように、所定の時間に渡ってトナー濃度センサ４３の出力値を参照し、そのうちの最大値を検出する一般的なピークホールド方式でもよいし、１周期分の出力波形の値を所定間隔で複数個特定し、これらのうちの最大値を検出するようにしてもよいし、または最大値から順番に複数の値の平均値を検出する方式でも良い。

また、画像形成装置は、タンデム構成ではなく、複数サイクル構成の画像形成装置であってもよい。また、中間転写ベルトに代えて他の中間転写体を用いる画像形成装置であってもよい。また、中間転写方式ではなく搬送ベルトや搬送ロール等の記録媒体搬送手段により搬送される記録媒体にトナー像を直接的に転写する方式の画像形成装置であってもよい。

また、画素カウンタ３３及び温・湿度センサ６を持たない画像形成装置に本発明を適用して実施するようにしてもよい。この場合、濃度制御部３５は、ＵＩ３６からの信号とトナー濃度センサ４３Ｙ，４３Ｍ，４３Ｃ及び４３Ｋからの信号のみに基づいてディスペンスモータ９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ及び９Ｋの回転を制御することになる。また、上述した実施形態では、トナー濃度センサ４３Ｙ，４３Ｍ，４３Ｃ及び４３Ｋの出力信号をディスペンス制御のみに用いるようにしたが、この用途に限らず、他の任意の制御に用いるようにしてもよい。他の制御に用いた場合でも、トナー濃度センサ４３Ｙ，４３Ｍ，４３Ｃ及び４３Ｋの出力信号が安定しているから、好適な制御結果が得られる。

本発明の実施形態における画像形成装置の構成を示す図である。 現像容器とオーガの断面図である。 螺旋状羽根部材と板状羽根部材がそれぞれトナー濃度センサ近傍を通過するタイミングを角度差で示した模式図である。 オーガに板状羽根部材が備わっていないときのトナー濃度センサの出力波形に対して、螺旋状羽根部材と板状羽根部材の位相θが及ぼす影響を模式的に示した図である。 位相θを０°、９０°、１８０°、２７０°に設定してトナー濃度を実際に検出してみた結果を示すグラフである。 現像容器とオーガの断面図である。 板状羽根部材とトナー濃度センサとの距離が異なる場合のトナー濃度センサの出力波形の違いを模式的に示した図である。 平行羽根型のオーガを示す図である。 従来の現像装置を示す断面図である。 従来の現像装置において現像剤を搬送する様子を示した図である。 トナー濃度センサの出力波形を示す図である。 トナー濃度センサと現像剤の量との関係を示す図である。 オーガが板状の羽根を備えている場合の断面図である。 オーガが板状の羽根を備えている場合と備えていない場合のトナー濃度センサの出力波形を示す図である。

符号の説明

４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ・・・現像装置、８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ・・・トナー濃度センサ、４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋ・・・現像容器４１（容器）、８０・・・オーガ（攪拌搬送装置）、８１・・・螺旋状羽根部材（第１の羽根）、８２・・・板状羽根部材（第２の羽根）。

Claims (11)

1. 現像剤を収容するための容器と、
   前記容器に固定されており、固定された位置の近傍領域に存在する現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、
   回転軸の軸方向に沿って繰り返し連続するように設けられた第１の羽根と、当該回転軸の前記トナー濃度センサと対向する軸部分に設けられた第２の羽根とを有し、当該回転軸が前記容器内で回転させられることによって、前記第１の羽根及び前記第２の羽根で前記現像剤を攪拌しながら前記軸方向に搬送する攪拌搬送部材と
   を備え、
   前記第２の羽根の現像剤搬送方向の長さは、当該第２の羽根が設けられた位置において前記回転軸の軸方向に連続する２つの前記第１の羽根どうしの間の現像剤搬送方向の長さよりも短く、且つ、前記第２の羽根は、当該第２の羽根が設けられた位置において連続する２つの前記第１の羽根のうち現像剤搬送方向上流側にある前記第１の羽根から現像剤搬送方向下流側へ突出して設けられており、
   前記第１の羽根が前記トナー濃度センサに最も近づいてから１８０°≦θ≦３６０°である角度θだけ前記回転軸が回転したときに前記第２の羽根が前記トナー濃度センサに最も近づく現像剤収容装置。
2. 前記角度θは３６０°である請求項１記載の現像剤収容装置。
3. 現像剤を収容するための容器と、
   前記容器に固定されており、固定された位置の近傍領域に存在する現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、
   回転軸の軸方向に沿って繰り返し連続するように設けられた第１の羽根と、当該回転軸の前記トナー濃度センサと対向する軸部分に設けられた第２の羽根とを有し、当該回転軸が前記容器内で回転させられることによって、前記第１の羽根及び前記第２の羽根で前記現像剤を攪拌しながら前記軸方向に搬送する攪拌搬送部材と
   を備え、
   前記第２の羽根の現像剤搬送方向の長さは、当該第２の羽根が設けられた位置において前記回転軸の軸方向に連続する２つの前記第１の羽根どうしの間の現像剤搬送方向の長さよりも短く、且つ、前記第２の羽根は、当該第２の羽根が設けられた位置において連続する２つの前記第１の羽根のうち現像剤搬送方向上流側にある前記第１の羽根から現像剤搬送方向下流側へ突出して設けられており、
   前記攪拌搬送部材が回転することによって前記第１の羽根により搬送される現像剤の量が増加し始めてから減少し始めるまでの間に、前記第２の羽根により搬送される現像剤の量が最も多くなる現像剤収容装置。
4. 前記攪拌搬送部材が回転することによって前記第１の羽根により搬送される現像剤の量が最も多くなる時に、前記第２の羽根により搬送される現像剤の量が最も多くなる請求項３記載の現像剤収容装置。
5. 現像剤を収容するための容器と、
   前記容器に固定され、固定された位置の近傍領域に存在する現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、
   回転軸の軸方向に沿って繰り返し連続するように設けられた第１の羽根と、当該回転軸の前記トナー濃度センサと対向する軸部分に設けられた第２の羽根とを有し、当該回転軸が前記容器内で回転させられることによって、前記第１の羽根及び前記第２の羽根で前記現像剤を攪拌しながら前記軸方向に搬送する攪拌搬送部材と
   を備え、
   前記第２の羽根の現像剤搬送方向の長さは、当該第２の羽根が設けられた位置において前記回転軸の軸方向に連続する２つの前記第１の羽根どうしの間の現像剤搬送方向の長さよりも短く、且つ、前記第２の羽根は、当該第２の羽根が設けられた位置において連続する２つの前記第１の羽根のうち現像剤搬送方向上流側にある前記第１の羽根から現像剤搬送方向下流側へ突出して設けられており、
   前記攪拌搬送部材が回転することによって前記第１の羽根により搬送される現像剤に同期して前記トナー濃度センサにより検出される最大ピーク値よりも、前記第２の羽根により搬送される現像剤に同期して前記トナー濃度センサにより検出される最大ピーク値のほうが大きくなる現像剤収容装置。
6. 前記第２の羽根の回転半径方向の高さが、前記第１の羽根の回転半径方向の高さよりも大きい請求項１〜５のいずれか１に記載の現像剤収容装置。
7. 前記第２の羽根は、略板状であり、その一辺が前記回転軸の軸方向と平行になるようにして当該回転軸に設けられている請求項１〜６のいずれか１に記載の現像剤収容装置。
8. 前記第１の羽根は、前記回転軸の軸方向に螺旋を形成するようにして当該回転軸に設けられている請求項１〜７のいずれか１に記載の現像剤収容装置。
9. 前記第１の羽根は、前記回転軸の軸方向に対して斜めに設けられた円ないし楕円形状の複数の円盤である請求項１〜７のいずれか１に記載の現像剤収容装置。
10. 前記トナー濃度センサによって検出される波形のうちのピークに相当する検出値を用いてトナーの濃度を検出する濃度検出手段を備えた請求項１〜９のいずれか１に記載の現像剤収容装置。
11. 現像剤を収容するための容器と、
    前記容器に固定されており、固定された位置の近傍領域に存在する現像剤に含まれるトナーの濃度を検出するトナー濃度センサと、
    回転軸の軸方向に沿って繰り返し連続するように設けられた螺旋状の第１の羽根と、当該第1の羽根と連続して、当該回転軸の前記トナー濃度センサと対向する軸部分に設けられた板状の第２の羽根とを有し、当該回転軸が前記容器内で回転させられることによって、前記第１の羽根及び前記第２の羽根で前記現像剤を攪拌しながら前記回転軸の軸方向に搬送する攪拌搬送部材と
    を備え、
    前記第１の羽根が前記トナー濃度センサに最も近づいてから１８０°≦θ≦３６０°である角度θだけ前記回転軸が回転したときに前記第２の羽根が前記トナー濃度センサに最も近づくような位置に前記第２の羽根が設けられるとともに、
    前記攪拌搬送部材が回転することによって前記第１の羽根により搬送される現像剤に同期して前記トナー濃度センサにより検出される最大ピーク値よりも、前記第２の羽根により搬送される現像剤に同期して前記トナー濃度センサにより検出される最大ピーク値のほうが大きくなる現像剤収容装置。

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