JP6547428B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関し、特に、現像装置内のトナー濃度を精度良く検出する技術に関する。

トナーとキャリアーからなる２成分系の現像剤を用いる画像形成装置においては、トナー濃度を制御するために、例えば、現像装置内のキャリアーの透磁率が測定される。現像装置内における現像剤の嵩は、現像剤を撹拌することなく長時間放置したり環境が変化したりすることによって変動する。現像剤の嵩が変動することによって透磁率センサーの測定範囲内におけるキャリアー量が変動すると、透磁率の測定値もまた変動するためトナー濃度を精確に測定することができなくなってしまう。

このような問題に対して、例えば、現像剤を放置した前後において検出された透磁率が大きく異なっている場合には、所定時間だけ現像剤を撹拌してから印字する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。放置によって現像剤の嵩密度が上昇するとキャリアー密度が上昇してトナー濃度が誤検出される恐れがあるのに対して、現像剤を撹拌することによって嵩密度を低下させれば、トナー濃度の誤検出を防止することができる。

また、透磁率センサーと反射光量センサーとを併用してトナー濃度を検出する技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。現像剤からの反射光量はトナー濃度の他、現像剤の密度によっても変化するところ、現像剤の密度を透磁率センサーで検出して反射光量センサーの検出結果を補正すれば、トナー濃度の検出精度を向上させることができる。

特開２０１０−０５４７９４号公報 特開平０５−３４１６５４号公報

しかしながら、現像剤は撹拌すると劣化が進んで寿命が短くなるため、放置のたびに撹拌するのは望ましくない。また、現像剤が長時間放置された後に受け付けた印刷要求を切掛けとして現像剤を撹拌すると、印刷処理を開始するまでの待ち時間が長くなってしまう。
また、現像剤からの反射光量を検出する方法では、顔料を用いた黒色のトナーについて反射光量を検出することができないために、トナー濃度が変化することなく液面の高さだけが変動した場合には、トナー濃度を精確に検出することができない。

本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、現像剤を劣化させたり、ＦＣＯＴ（First Copy Out Time）を長くしたりすることなく精度良くトナー濃度を検出することができる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る現像装置は、２成分系現像剤を用いて静電潜像を現像する現像装置であって、現像時に現像剤を循環撹拌しながら供給する現像槽と、現像槽内の現像剤の透磁率をそれぞれ検出する２つの透磁率センサーと、前記２つの透磁率センサーの検出値を用いて、前記現像槽内のトナー濃度を制御する制御手段と、を備え、前記２つの透磁率センサーは、一方が前記現像槽の鉛直方向上方に、他方が鉛直方向下方に配設されおり、かつ、前記２つの透磁率センサーは、現像槽内のトナー濃度が前記制御手段の制御目標値になっており、且つ現像槽内の現像剤が撹拌されている状態で、当該現像剤の鉛直方向における中央から互いに等距離になる位置に配設されていることを特徴とする。

このようにすれば、２つの透磁率センサーを用いて、現像剤の嵩の変動による検出値の変化を相殺するので、精度良くトナー濃度を検出することができる。また、透磁率の検出に先立って現像剤を撹拌する必要がないので現像剤の劣化を防止し、ＦＣＯＴの短縮を図ることができる。更に、透磁率のみを検出するので、トナーの色によらずトナー濃度を検出することができる。

この場合において、前記２つの透磁率センサーは、前記現像槽を挟んで互いに鉛直方向に対向するように配設されているのが望ましく、更に、前記制御手段は、２つの透磁率センサーの検出値の算術平均値を用いて前記トナー濃度を制御すれば好適である。

また、前記算術平均値は加重算術平均値であって、前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が前記制御手段の制御目標値になっている状態で、当該制御目標値に相当する透磁率に略一致するように前記加重算術平均の重みが設定されているのが望ましい。また、前記加重算術平均の重みがすべて同じ値であってもよい。

また、前記２つの透磁率センサーのうち鉛直方向における下側に配設された透磁率センサーの検出値Ｔ１を現像剤の液面変動時に補正するための基準値Ｔｓから差し引いた差分値ｄ１と、前記２つの透磁率センサーのうち鉛直方向における上側に配設された透磁率センサーの検出値Ｔ２から前記基準値Ｔｓを差し引いた差分値ｄ２と、の差分値（ｄ２−ｄ１）が所定の閾値ｄｔ以上である場合に、前記算術平均値は、検出値Ｔ２に代えて値｛Ｔ２−（ｄ２−ｄ１）｝を用いて算出されていてもよい。

また、前記現像槽から現像剤の供給を受けて静電潜像を現像する現像ローラーを備え、前記現像槽は、現像剤を撹拌する撹拌槽と、現像剤を前記現像ローラーに供給する供給槽とを有しており、当該撹拌槽と供給槽との間で現像剤を循環させ、前記２つの透磁率センサーは、前記撹拌槽を挟んで配設されていてもよい。
また、前記現像槽内に配設され、前記現像剤を撹拌する撹拌部材を備え、前記２つの透磁率センサーは、前記撹拌部材によって前記現像剤が撹拌されない位置を挟んで配設されていてもよい。

また、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る現像装置を備えることを特徴とする。
本発明に係る画像形成装置は、更に、画像安定化処理を実行する画像安定化手段と、前記２つの透磁率センサーの検出値どうしの差分値から、前回透磁率を検出したときの差分値を差し引いた変化量が所定の閾値よりも小さい場合には前記画像安定化手段が画像安定化処理を実行するのを禁止する禁止手段と、を備えてもよい。
また、本発明の一形態に係る画像形成装置は、２成分系現像剤を用いて静電潜像を現像する現像装置であって、現像時に現像剤を循環撹拌しながら供給する現像槽と、現像槽内の現像剤の透磁率をそれぞれ検出する２つの透磁率センサーと、前記２つの透磁率センサーの検出値を用いて、前記現像槽内のトナー濃度を制御する制御手段と、を備え、前記２つの透磁率センサーは、一方が前記現像槽の鉛直方向上方に、他方が鉛直方向下方に配設されている前記現像装置と、画像安定化処理を実行する画像安定化手段と、前記２つの透磁率センサーの検出値どうしの差分値から、前回透磁率を検出したときの差分値を差し引いた変化量が所定の閾値よりも小さい場合には前記画像安定化手段が画像安定化処理を実行するのを禁止する禁止手段と、を備えることを特徴とする。
この場合において、前記２つの透磁率センサーは、前記現像槽を挟んで互いに鉛直方向に対向するように配設されていてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る現像装置１００の現像槽の主要な構成を示す水平断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る撹拌槽２１０の切欠き部２１２付近の構成を示す鉛直断面図である。 制御部１０１の主要な構成を示す図である。 制御部１０１が現像装置１００にトナーを補給する制御動作を示すフローチャートである。 トナー濃度一定で現像剤の嵩が変化した場合の透磁率Ｐ１、Ｐ２を例示するグラフである。 トナー濃度一定で現像剤の嵩が変化した場合のトナー濃度Ｔ１、Ｔ２を例示するグラフである。 放置後に撹拌を行った場合のトナー濃度Ｔ１、Ｔ２の推移を例示するグラフである。 高温多湿により現像剤の嵩が変化した場合のトナー濃度Ｔ１、Ｔ２の推移を例示するグラフである。 現像剤が補給された場合のトナー濃度Ｔ１、Ｔ２の推移を例示するグラフである。 制御部１０１が現像装置１００にトナーを補給する制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］第１の実施の形態
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る現像装置及び画像形成装置は、２つの透磁率センサーを組み合わせて現像剤のトナー濃度Ｔ０を検出する点を特徴としている。

（１−１）画像形成装置の構成
まず、本発明に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１に示されるように、本実施の形態に係る画像形成装置１は所謂タンデム型デジタルカラープリンターである。画像形成装置１は、制御部１０１を備えており、ＬＡＮ（Local Area Network）等を介してＰＣ（Personal Computer）等の外部装置から印刷ジョブを受け付けたり、画像形成装置１の動作を制御したりする。

画像形成装置１には、半伝導性材料からなる中間転写ベルト１０２が内蔵されており、駆動ローラー１０３及び従動ローラー１０４、１０５に張架され、矢印Ａ方向に回転駆動される。中間転写ベルト１０２の下方には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像をそれぞれ形成する作像ユニット１０６Ｙ〜１０６Ｋが中間転写ベルト１０２に沿って順次配置されている。

作像ユニット１０６Ｙ〜１０６Ｋはそれぞれ感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋを有している。感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの周囲には、矢印Ｂで示される回転方向に沿って順に帯電装置１０８Ｙ〜１０８Ｋ、プリントヘッド部１０９Ｙ〜１０９Ｋ、現像装置１００Ｙ〜１００Ｋ、一次転写ローラー１１０Ｙ〜１１０Ｋ及びクリーナー１１１Ｙ〜１１１Ｋがそれぞれ配置されている。

帯電装置１０８Ｙ〜１０８Ｋはそれぞれ感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの外周面を均一に帯電させる。プリントヘッド部１０９Ｙ〜１０９Ｋは、感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの軸方向と平行な主走査方向に並べられた多数のＬＥＤから構成されており、プリントヘッド用ＬＥＤドライブ回路を用いてＬＥＤを発光駆動することによって、感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの外周面を露光し、静電潜像を形成する。

現像装置１００Ｙ〜１００Ｋは、負帯電したトナーを感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの外周面上に供給することによって静電潜像を現像し、ＹＭＣＫ各色のトナー像とする。なお、制御部１０１は、現像装置１００Ｙ〜１００Ｋそれぞれに収容されたトナー濃度Ｔ０を監視して、トナー濃度Ｔ０が略一定に保たれるように、不図示のトナーボトルからトナーを補給する。

一次転写ローラー１１０Ｙ〜１１０Ｋはそれぞれ中間転写ベルト１０２を挟んで感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋに対向する位置において、中間転写ベルト１０２の内周面に接触するように設けられる。一次転写ローラー１１０Ｙ〜１１０Ｋは、不図示の電源により正極性の一次転写電圧Ｖ１が印加されており、それぞれ感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの外周面上に担持されたトナー像を中間転写ベルト１０２上に静電転写（一次転写）する。

クリーナー１１１Ｙ〜１１１Ｋはそれぞれ一次転写後に感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの外周面上に残留するトナーを回収してクリーニングする。
駆動ローラー１０３は、中間転写ベルト１０２を挟んで、中間転写ベルト１０２の外周面側から二次転写ローラー１１２が圧接されており、二次転写ローラー１１２と中間転写ベルトとの接触部が二次転写ニップ１１３になっている。二次転写ローラー１１２は、不図示の電源により二次転写電圧Ｖ２が印加される一方、中間転写ベルト１０２の支持ローラー１０３は接地されており、中間転写ベルト１０２上に担持されたトナー像が二次転写ニップ１１３において記録シートに静電転写（二次転写）される。なお、二次転写ローラー１１２は、不図示の退避機構により中間転写ベルト１０２と非接触となる位置へ退避することができる。

クリーナー１１４は従動ローラー１０４には中間転写ベルト１０２を挟んで圧接されている。このクリーナー１１４は、正極性のクリーニング電流が供給されたクリーニングブラシローラー１１５を用いて、二次転写後に中間転写ベルト１０２上に残留するトナーを掻きとり、廃トナーボックス１１６内に回収する。クリーニングブラシローラー１１５もまた、二次転写ローラー１１２と同様に、不図示の退避機構により中間転写ベルト１０２と非接触となる位置へ退避できる。

画像形成装置１の下部には、給紙カセット１２０が着脱可能に装着されている。給紙カセット１２０内に積載収容された記録シートＳは、給紙ローラー１２１の回転によって最上部のものから１枚ずつ搬送路１３０に送り出される。搬送路１３０は、給紙カセット１２０から、タイミングローラー対１３１のニップ部、二次転写ニップ１１３、および定着装置１４０を通って排紙トレイ１５０まで延びている。

タイミングローラー対１３１は、給紙カセット１２０から搬出された記録シートＳを、中間転写ベルト１０２上のトナー像と同期をとって二次転写ニップ１１３へ搬送する。タイミングローラー対１３１の記録シート搬送方向における上流側近傍には、タイミングセンサー１３２が配置されており、給紙カセット１２０から搬送路１３０へ搬出された記録シートＳの先端を検出することによって、当該先端がタイミングローラー対１３１に当接するタイミングが検出される。

タイミングセンサー１３２が記録シートＳの先端を検出すると、タイミングローラー対１３１は回転を一旦停止した後、中間転写ベルト１０２上のトナー像と同期をとって記録シートＳを二次転写ニップ１１３へ搬送する。
タイミングローラー対１３１の一方のローラー１３１ａに対向して紙厚センサー１３３が配置されている。紙厚センサー１３３は、タイミングローラー対１３１に記録シートＳの先端が当接したときの前記ローラー１３１ａの移動量を検知するもので、これにより用紙が普通紙であるか、厚みのある厚紙やＯＨＰシートであるか等、記録シートＳの厚さが判別される。

定着装置１４０は、一対のローラー１４１、１４２に張架されて矢印Ｃ方向に回転駆動される定着ベルト１４３と、この定着ベルト１４３を介してローラー１４１に圧接されて矢印方向に従動回転する定着ローラー１４４を備えている。定着ベルト１４３は不図示のヒーターにより加熱され、定着ベルト１４３と定着ローラー１４４とが圧接して形成される定着ニップ１４５に通紙されることによって、トナー像が溶融され記録シートＳに圧着される。いわゆる熱定着である。

以上のような構成を備える画像形成装置１は、外部装置からの印刷ジョブを制御部１０１にて受け付けると、帯電装置１０８Ｙ〜１０８Ｋにて感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの外周面を均一に帯電させ、ＹＭＣＫ各色のデジタル画像信号を生成し、プリントヘッド部１０９Ｙ〜１０９Ｋに入力して静電潜像を形成する。
現像装置１００Ｙ〜１００Ｋは感光体ドラム１０７Ｙ〜１０７Ｋの外周面上に形成された静電潜像を現像してＹＭＣＫ各色のトナー像とし、一次転写ローラー１１０Ｙ〜１１０Ｋはトナー像を静電吸着して中間転写ベルト１０２上に一次転写する。以上の処理は、作像ユニット１０６Ｙ〜１０６Ｋ間で時間差をもって実行される。これによって、ＹＭＣＫ各色のトナー像が中間転写ベルト１０２上で重ね合わされて、カラートナー像が形成される。

中間転写ベルト１０２がカラートナー像を二次転写ニップ１１３まで搬送するのに合わせて、給紙カセット１２０から記録シートＳが搬送路１３０に搬出されタイミングローラー対１３１まで搬送される。記録シートＳは、タイミングローラー対１３１に当接して一旦搬送停止した後、カラートナー像が二次転写ニップ１１３まで搬送されるのにタイミングを合わせて二次転写ニップ１１３まで搬送される。

二次転写ニップ１１３においては、カラートナー像が二次転写ローラー１１２によって静電吸着されることによって中間転写ベルト１０２上から記録シートＳ上へ二次転写される。二次転写後に中間転写ベルト１０２上に残留するトナーはクリーナー１１４に回収される。
トナー像を二次転写された記録シートＳは、搬送路１３０を通って定着装置１４０に送られてトナー像を熱定着され、排紙トレイ１５０に排出される。このようにしてカラー画像形成が実行される。

なお、モノクロ画像を形成する場合には作像ユニット１０６Ｋだけが動作してブラックトナー像が形成される。その後はカラー画像形成の場合と同様に、ブラックトナー像が二次転写ニップ１１３において中間転写ベルト１０２上から記録シートＳ上に二次転写され、定着装置１４０で熱定着されて、排紙トレイ１５０に排出される。
（１−２）現像装置１００Ｙ〜１００Ｋの構成
次に、現像装置１００Ｙ〜１００Ｋの構成について説明する。現像装置１００Ｙ〜１００Ｋはいずれも同様の構成を備えているので、以下においてはまとめて現像装置１００と呼ぶ。

現像装置１００は、図２に示されるように、樹脂製のハウジング２０１の内部を区画することによって撹拌槽２１０と供給槽２２０との２槽からなる現像槽２００が設けられており、各槽２１０、２２０にそれぞれ現像剤を矢印Ｄ方向に循環させるスクリューを内蔵した２軸タイプの現像装置である。
本実施の形態においては、２成分系現像剤として、フェライトコアにコート層を設けたキャリアーと、流動性や荷電性、クリーニング性を向上させるために外添剤を添加した、スチレンアクリルからなる粒径約６．５μｍのトナーとを含む現像剤を用いている。

供給槽２２０の一端には現像剤の補給を受け付ける補給口（図示省略）が設けられている。補給口にて受け付けた現像剤は一旦、供給槽２２０の中央に向かって搬送された後、撹拌槽２１０へ導かれる。現像剤は、撹拌槽２１０と供給槽２２０とを循環しながら撹拌され、画像形成時には供給槽２２０から不図示の現像ローラーに供給される。
現像ローラーは、現像スリーブと現像スリーブに内挿されたマグネットローラーとを備えており、マグネットローラーの磁力によって現像剤（特にキャリアー）が現像スリーブの外周面上に吸着される。現像スリーブの回転によって、現像剤が感光体ドラム１０７に対向する位置まで搬送されると、現像剤中のトナーのみが感光体ドラム１０７の外周面上に形成された静電潜像に供給され、トナー像が形成される。

撹拌槽２１０が内蔵する撹拌スクリュー２１１と供給槽２２０が内蔵する供給スクリュー２２１とは何れも軸が水平になっている。また、撹拌スクリュー２１１と供給スクリュー２２１とは互いに軸が平行で現像剤の搬送方向が互いに反対向きになるように羽根が設けられている。
撹拌槽２１０内に設けられている撹拌スクリュー２１１は、切欠き部分２１２において、スクリューの回転に伴って現像剤の液面が変動するのを防止するために羽根が切り欠かれている。図３に示されるように、切欠き部分２１２の下方におけるハウジング２０１の外壁面上に透磁率センサー３０１が配設され、切欠き部分２１２の上方におけるハウジング２０１の外壁面上に透磁率センサー３０２が配設されている。

撹拌槽２１０の内壁面は略水平になっており、現像槽２００に予め設定された量の現像剤を収容した状態における現像剤の液面（以下、「設定高さ」という。）３１０もまた切欠き部分２１２では水平になる。
本実施の形態においては、この液面３１０から撹拌槽２１０の内底面３１２までの高さの半分の位置（以下、「現像剤鉛直方向中心」という。）３１１から上下方向におけるハウジング２０１の外壁面３１３、３１４までは等距離になるように、ハウジング２０１の壁の厚さが調整されている。このため、当該外壁面上に設けられた透磁率センサー３０１、３０２もまた現像剤鉛直方向中心３１１から等距離になっている。

このように透磁率センサー３０１、３０２を配置すれば、現像剤を撹拌することなく放置し続けた場合に自重によって現像剤の嵩（液面）が低下すると、透磁率センサー３０１が検出する透磁率Ｐ１は、検出範囲内のキャリアー密度Ｃ１が増大することによって上昇する。一方、透磁率センサー３０２が検出する透磁率Ｐ２は、現像剤の液面が設定高さ３１０よりも低下して、検出範囲内のキャリアー量が減少するので低下する。

従って、放置によって現像剤の嵩が低下すると、実際にはトナー濃度Ｔ０は変化していないにも関わらず、透磁率センサー３０１が検出する透磁率Ｐ１が上昇するためトナー濃度Ｔ１が低下したことになる一方、透磁率センサー３０２が検出する透磁率Ｐ２は低下するためトナー濃度Ｔ２が上昇したことになる。
本実施の形態においては、現像剤の嵩の低下に起因する透磁率センサー３０１における検出値Ｐ１の上昇幅と、透磁率センサー３０２における検出値Ｐ２の下降幅とが同じになる位置に、透磁率センサー３０１、３０２が配設されている。このため、制御部１０１は、透磁率センサー３０１、３０２の検出値を参照して、その平均値Ｍを求めることによって、実際のトナー濃度Ｔ０を指標する値を得ることができる。

（１−３）制御部１０１の構成と動作
次に、制御部１０１の構成と動作について説明する。
図４に示されるように、制御部１０１はＣＰＵ（Central Processing Unit）４０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０２等を備えており、画像形成装置１に電源が投入されると、ＲＯＭ４０２からブートプログラムを読みだして起動し、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０３を作業用記憶領域として、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）４０４から読み出した制御プログラム等を実行する。

制御部１０１は、ＮＩＣ（Network Interface Card）４０５を用いてＬＡＮ等のネットワークにアクセスし、印刷ジョブを受け付ける。また、制御部１０１は、備える操作パネル（Operational Panel）４０７を用いて画像形成装置１のユーザーに情報を提示したり、操作入力を受け付けたりする。
更に、制御部１０１は、ＹＭＣＫの色毎に透磁率センサー３０１、３０２の検出値Ｐ１、Ｐ２を参照し、トナーホッパー４０６を制御して、トナーボトルから現像装置１００へトナーを補給する。すなわち、図５のフローチャートに示されるように、制御部１０１は透磁率センサー３０１、３０２の検出値Ｐ１、Ｐ２を参照して（Ｓ５０１）、検出値Ｐ１、Ｐ２からそれぞれトナー濃度Ｔ１、Ｔ２を算出する（Ｓ５０２）。

更に、トナー濃度Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｍを算出し（Ｓ５０３）、平均値Ｍを予め設定されている閾値Ｔ_tonerと比較して、平均値Ｍが閾値Ｔ_toner以下であれば（Ｓ５０３：ＹＥＳ）、トナーホッパー４０６を制御してトナーを補給する（Ｓ５０４）。平均値Ｍが閾値Ｔ_tonerよりも多い場合や（Ｓ５０３：ＮＯ）、トナーを補給した後はステップＳ５０１へ進んで上記の処理を繰り返す。

（１−４）トナー濃度Ｔ０の検出例
次に、トナー濃度Ｔ０の検出例について現像剤の嵩が変動する原因毎に説明する。
（１−４−１）放置によって嵩が変化した場合
まず、現像剤を放置することによって嵩が変化した場合について説明する。
透磁率センサー３０１、３０２は、検出範囲内におけるキャリアー密度Ｃ１、Ｃ２が高いと検出される透磁率Ｐ１、Ｐ２も高くなる一方、検出範囲内におけるキャリアー密度Ｃ１、Ｃ２が低いと検出される透磁率Ｐ１、Ｐ２も低くなる。

現像剤を撹拌することなく放置すると、現像剤の自重によって液面が低下し、現像剤の嵩が小さくなる。このような場合、切欠き部２１２の下方に配設されている透磁率センサー３０１の検出範囲内は全体が現像剤によって占められており、液面が低下すると現像剤中のキャリアー密度Ｃ１が増大するので、透磁率センサー３０１が検出する透磁率Ｐ１が増大する。すなわち、トナー濃度Ｔ０が一定であれば、現像剤の嵩（換言すれば液面）が低いほど、透磁率センサー３０１が検出する透磁率Ｐ１は高くなる（図６のグラフ６０１）。

一方、透磁率センサー３０２では、現像剤の液面が低下すると、検出範囲内における現像剤量が減少してキャリアー密度Ｃ２が減少するので、透磁率センサー３０２が検出する透磁率Ｐ２が減少する。すなわち、トナー濃度Ｔ０が一定であれば、現像剤の嵩（換言すれば液面）が低いほど、透磁率センサー３０１が検出する透磁率Ｐ２は低くなる（図６のグラフ６０２）。

なお、図６において「定常状態での検出値」とは、現像装置内の現像剤に環境や傾斜等の負荷がかかっておらず、安定して現像装置及び画像形成装置が駆動している状態における透磁率センサー３０１、３０２の検出値である。定常状態において透磁率センサー３０１、３０２の検出値Ｐ１、Ｐ２は一致する。
本実施の形態においては、定常状態における現像剤の液面が設定高さ３１０であり、定常状態において透磁率センサー３０１、３０２の検出値Ｐ１、Ｐ２が一致するように現像槽２００が構成されている。画像形成装置１は、出荷後、最初に現像剤を所定時間だけ撹拌すると、現像剤が定常状態になる。

現像剤のトナー濃度Ｔ０は、キャリアー濃度Ｃが高いほど低く、キャリアー濃度Ｃが低いほど高いと判断される。一方、透磁率センサー３０１、３０２が検出する透磁率Ｐ１、Ｐ２は、キャリアー濃度Ｃ１、Ｃ２が高いほど高く、キャリアー濃度Ｃ１、Ｃ２が低いほど低い。このため、透磁率センサー３０１、３０２が検出した透磁率Ｐ１、Ｐ２が高ければトナー濃度Ｔ１、Ｔ２が低いと判断され、透磁率の検出値Ｐ１、Ｐ２が低ければトナー濃度Ｔ１、Ｔ２は高いと判断される。

従って、現像剤の嵩が高いほど透磁率センサー３０１の検出範囲内のキャリアー密度Ｃ１が下がるため、透磁率センサー３０１が検出した透磁率Ｐ１から算出されるトナー濃度Ｔ１は高くなる（図７のグラフ７０１）。一方、透磁率センサー３０２検出した透磁率Ｐ２から算出されるトナー濃度Ｔ２は、現像剤の嵩が高いほど液面が高くなって検出範囲内のキャリアー密度Ｃ２が高くなるので、高くなる（図７のグラフ７０２）。

このため、上述のように、透磁率センサー３０１、３０２が検出した透磁率から算出されるトナー濃度Ｔ１、Ｔ２の平均値を算出すれば、実際のトナー濃度Ｔ０からのズレが相殺されるので、現像剤の嵩に関わらず実際のトナー濃度Ｔ０を得ることができる。
現像剤の嵩が低下した後に現像剤を撹拌すると定常状態に復帰する。透磁率センサー３０１の検出値Ｐ１から算出されるトナー濃度Ｔ１は、撹拌により現像剤の嵩が高くなってゆくにつれて上昇して実際のトナー濃度Ｔ０に漸近する（図８のグラフ８０１）。一方、透磁率センサー３０２の検出値Ｐ２から算出されるトナー濃度Ｔ２は、撹拌により現像剤の嵩が高くなってゆくにつれて下降して実際のトナー濃度Ｔ０に漸近する（図８のグラフ８０２）。

（１−４−２）環境変動の影響
次に、環境変動の影響について説明する。
現像剤の嵩は環境の変動によっても変化する。例えば、高温多湿である場合には、現像剤の流動性が低下して嵩が小さくなる。このため、高温多湿になると、透磁率センサー３０１が検出する透磁率Ｐ１が上昇するので、透磁率Ｐ１から算出されるトナー濃度Ｔ１は低下する（図９のグラフ９０１）。一方、透磁率センサー３０２が検出する透磁率Ｐ２は下降するので、透磁率Ｐ２から算出されるトナー濃度Ｔ２は上昇する（図９のグラフ９０２）。

このため、トナー濃度Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｍを算出すれば、環境の影響によりトナー濃度Ｔ１、Ｔ２の変動を相殺して、現像剤のトナー濃度Ｔ０を得ることができる。
逆に、低温低湿の環境下では、現像剤の流動性が向上して嵩が高くなる。このため、透磁率センサー３０１の検出値Ｐ１から算出されるトナー濃度Ｔ１は上昇し、透磁率センサー３０２の検出値Ｐ２から算出されるトナー濃度Ｔ２は下降する。この場合においても、トナー濃度Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｍを算出すれば、環境の影響によりトナー濃度Ｔ１、Ｔ２の変動を相殺して、現像剤のトナー濃度Ｔ０を得ることができる。

［２］第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る画像形成装置１は、第１の実施の形態に係る画像形成装置１と概ね共通の構成を備える一方、トナー濃度を算出する方法において異なっている。以下、主に相違点に着目して説明する。なお、第１の実施の形態と共通する部材については同じ符号が付されている。

現像剤の液面は、画像形成装置１全体や現像装置１００のみが傾斜した場合や、現像剤が補給される場合にも大きく変動し得る。このような原因によって現像剤の液面が変動した場合、透磁率センサー３０１の検出値Ｐ１への影響は限定的である一方、透磁率センサー３０２の検出値Ｐ２への影響は大きくなる。このため、上記第１の実施の形態のように、検出値Ｐ１、Ｐ２から算出されるトナー濃度Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｍは、実際のトナー濃度Ｔ０から乖離してしまう。

すなわち、上記第１の実施の形態においては、現像剤のトナー濃度Ｔ０と透磁率センサー３０１、３０２から得られるトナー濃度Ｔ１、Ｔ２との差分値Ｔａ、Ｔｂが互いに等しくなるように、現像装置１００を構成している。従って、現像槽２００の傾斜によって現像剤の液面が変動した場合には、差分値Ｔａ、Ｔｂの大きさに偏りが生じて相殺することができなくなるので、トナー濃度Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｍは、実際のトナー濃度Ｔ０から乖離する。

このため、本実施の形態においては、透磁率センサー３０１の検出値Ｐ１に対する液面変動の影響が小さいことに着目して、次のような処理を行う。すなわち、基準となるトナー濃度（以下、「基準濃度」という。）Ｔｓを予め記憶しておき、トナー濃度Ｔｓと透磁率センサー３０１から得られるトナー濃度Ｔ１との差分値を用いて透磁率センサー３０２から得られるトナー濃度Ｔ２を補正することによって、実際のトナー濃度Ｔ０を求める。

基準濃度Ｔｓは、例えば、画像形成装置１の出荷後最初に現像剤を所定時間だけ撹拌したときのトナー濃度Ｔ０であってもよい。また、現像装置１００内では現像剤量とトナー濃度Ｔ０とが互いに独立に変動するため、印刷ジョブの完了後のトナー濃度Ｔ０であってもよいし、印刷ジョブの実行中に所定の時間間隔でトナー濃度Ｔ０を算出して、基準濃度Ｔｓとしてもよい。

トナー濃度Ｔ２の補正は次のように行う。すなわち、透磁率センサー３０１、３０２から得られたトナー濃度Ｔ１、Ｔ２と基準濃度Ｔｓとの差分値ｄ１、ｄ２をまず算出する。

次に、差分値ｄ１、ｄ２から補正量Ｈを求める。

そして、補正量Ｈを用いてトナー濃度Ｔ２を補正したトナー濃度Ｔ２´を算出する。

このようにすれば、透磁率センサー３０２から得られた補正後のトナー濃度Ｔ２´は基準濃度Ｔｓに差分値ｄ１を加算した値となる。従って、トナー濃度Ｔ２´と透磁率センサー３０１から得られたトナー濃度Ｔ１との平均値Ｍを求めることによって精度良くトナー濃度を得ることができる。

例えば、現像槽２００内に現像剤が補給され、且つ現像剤が撹拌されないまま放置された場合について考える。このような場合、図１０に示されるように、透磁率センサー３０１は、検出範囲内のキャリアー量もキャリアー密度Ｃ１も変化しないのでトナー濃度Ｔ１は変化しない。一方、透磁率センサー３０２は、現像剤の補給によって液面が上昇すると、検出範囲内のキャリアー量が増大するので、トナー濃度Ｔ０が変化していなくても、透磁率Ｐ２は低下し、トナー濃度Ｔ２は増加する。

このため、図１１に示されるように、透磁率センサー３０１、３０２を参照し（Ｓ５０１）、得られた透磁率Ｐ１、Ｐ２からトナー濃度Ｔ１、Ｔ２を算出し（Ｓ５０２）、更に基準濃度Ｔｓとの差分値ｄ１、ｄ２を算出する（Ｓ１１０１）。そして、差分値ｄ１、ｄ２から補正値Ｈを算出し（Ｓ１１０２）、得られた補正値Ｈが所定の閾値Ｔ_H以上ならば（Ｓ１１０３：ＹＥＳ）、補正後のトナー濃度Ｔ２´を算出する（Ｓ１１０４）。

補正値Ｈが閾値Ｔ_H以上ならば（Ｓ１１０３：ＹＥＳ）、補正後のトナー濃度Ｔ２´を用い、補正値Ｈが閾値Ｔ_H未満ならば（Ｓ１１０３：ＮＯ）、トナー濃度Ｔ２をそのまま用いて、平均値Ｍを算出する（Ｓ１１０５）。この平均値Ｍを用いれば、精度良くトナー濃度Ｔ０を制御することができる。
［３］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。

（１）上記実施の形態においては、透磁率センサー３０１、３０２を現像剤鉛直方向中心３１１から等距離になるように配設する場合を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、透磁率センサー３０１、３０２は、現像剤鉛直方向中心３１１からの距離が互いに異なっていてもよい。
このような場合には、トナー濃度Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｍを上述のような単純算術平均ではなく、式（５）のように距離に応じて重みｗ１、ｗ２をトナー濃度Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ乗算した加重算術平均で求めてもよい。

この他、単純算術平均した後、何らかの補正式を用いて補正してもよい。
また、透磁率センサー３０１が切欠き部２１２の鉛直方向下方に、透磁率センサー３０２が切欠き部２１２の鉛直方向上方に配設されていれば、透磁率センサー３０１が透磁率センサー３０２の鉛直方向下方に配設されていなくてもよい。ただし、透磁率センサー３０１が透磁率センサー３０２の鉛直方向下方に配設されている方がトナー濃度を精度良く検出することができる。

（２）上記実施の形態においては、トナー補給の要否を判断するために平均値Ｍを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、透磁率センサー３０１、３０２の検出値Ｐ１、Ｐ２を用いて画像形成装置１が画像安定化処理の実行の要否を判断してもよい。すなわち、制御部１０１は透磁率センサー３０１、３０２を参照するたびに、検出値Ｐ１、Ｐ２の差分値ｄｐをＨＤＤ４０４に記憶しておく。

そして、今回の差分値ｄｐから前回の差分値ｄｐを差し引いた変化量が所定の閾値Ｔｐよりも小さい場合には、現像槽２００内の現像剤は前回よりも撹拌が進んでおり、画像安定化処理を行う必要はないと判断される。このため、制御部１０１が画像安定化処理を禁止すれば、画像安定化処理によってジョブの実行が遅延したり、トナーの減少やキャリアーの損耗を防止したりすることができる。

（３）上記実施の形態においては、２成分系現像剤の一例を示したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、上記に代えて他の現像剤を用いてもよい。
（４）上記実施の形態においては、画像形成装置１がタンデム型デジタルカラープリンターである場合を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えてタンデム型以外のデジタルカラープリンターに本発明を適用してもよいし、モノクロプリンターに本発明を適用してもよい。

また、スキャナー装置を付け加えたコピー装置や、通信機能を有するファクシミリ装置、更にこれらの機能を兼ね備えた複合機（MPF: Multi-Function Peripheral）に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

本発明に係る現像装置及び画像形成装置は、現像装置内のトナー濃度を精度良く検出する装置として有用である。

１…………………画像形成装置
１００……………現像装置
１０１……………制御部
１０６……………作像ユニット
２００……………現像槽
２１０……………撹拌槽
２１１……………撹拌スクリュー
２１２……………切欠き部分
３０１、３０２…透磁率センサー
３１０……………設定高さ
３１１……………現像剤鉛直方向中心

Claims (14)

1. ２成分系現像剤を用いて静電潜像を現像する現像装置であって、
   現像時に現像剤を循環撹拌しながら供給する現像槽と、
   現像槽内の現像剤の透磁率をそれぞれ検出する２つの透磁率センサーと、
   前記２つの透磁率センサーの検出値を用いて、前記現像槽内のトナー濃度を制御する制御手段と、を備え、
   前記２つの透磁率センサーは、一方が前記現像槽の鉛直方向上方に、他方が鉛直方向下方に配設されており、かつ、
   前記２つの透磁率センサーは、現像槽内のトナー濃度が前記制御手段の制御目標値になっており、且つ現像槽内の現像剤が撹拌されている状態で、当該現像剤の鉛直方向における中央から互いに等距離になる位置に配設されている
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記２つの透磁率センサーは、前記現像槽を挟んで互いに鉛直方向に対向するように配設されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記制御手段は、２つの透磁率センサーの検出値の算術平均値を用いて前記トナー濃度を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記算術平均値は加重算術平均値であって、
   前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が前記制御手段の制御目標値になっている状態で、当該制御目標値に相当する透磁率に略一致するように前記加重算術平均の重みが設定されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. ２成分系現像剤を用いて静電潜像を現像する現像装置であって、
   現像時に現像剤を循環撹拌しながら供給する現像槽と、
   現像槽内の現像剤の透磁率をそれぞれ検出する２つの透磁率センサーと、
   前記２つの透磁率センサーの検出値を用いて、前記現像槽内のトナー濃度を制御する制御手段と、を備え、
   前記２つの透磁率センサーは、一方が前記現像槽の鉛直方向上方に、他方が鉛直方向下方に配設されており、
   前記制御手段は、２つの透磁率センサーの検出値の算術平均値を用いて前記トナー濃度を制御し、
   前記算術平均値は加重算術平均値であって、
   前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が前記制御手段の制御目標値になっている状態で、当該制御目標値に相当する透磁率に略一致するように前記加重算術平均の重みが設定されている
   ことを特徴とする現像装置。
6. 前記２つの透磁率センサーは、前記現像槽を挟んで互いに鉛直方向に対向するように配設されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
7. 前記加重算術平均の重みがすべて同じ値である
   ことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の現像装置。
8. 前記２つの透磁率センサーのうち鉛直方向における下側に配設された透磁率センサーの検出値Ｔ１を現像剤の液面変動時に補正するための基準値Ｔｓから差し引いた差分値ｄ１と、前記２つの透磁率センサーのうち鉛直方向における上側に配設された透磁率センサーの検出値Ｔ２から前記基準値Ｔｓを差し引いた差分値ｄ２と、の差分値（ｄ２−ｄ１）が所定の閾値ｄｔ以上である場合に、
   前記算術平均値は、検出値Ｔ２に代えて値｛Ｔ２−（ｄ２−ｄ１）｝を用いて算出される
   ことを特徴とする請求項３から７の何れかに記載の現像装置。
9. 前記現像槽から現像剤の供給を受けて静電潜像を現像する現像ローラーを備え、
   前記現像槽は、現像剤を撹拌する撹拌槽と、現像剤を前記現像ローラーに供給する供給槽とを有しており、当該撹拌槽と供給槽との間で現像剤を循環させ、
   前記２つの透磁率センサーは、前記撹拌槽を挟んで配設されている
   ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の現像装置。
10. 前記現像槽内に配設され、前記現像剤を撹拌する撹拌部材を備え、
    前記２つの透磁率センサーは、前記撹拌部材によって前記現像剤が撹拌されない位置を挟んで配設されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の現像装置。
11. 請求項１から１０の何れかに記載の現像装置を備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
12. 画像安定化処理を実行する画像安定化手段と、
    前記２つの透磁率センサーの検出値どうしの差分値から、前回透磁率を検出したときの差分値を差し引いた変化量が所定の閾値よりも小さい場合には前記画像安定化手段が画像安定化処理を実行するのを禁止する禁止手段と、を備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. ２成分系現像剤を用いて静電潜像を現像する現像装置であって、
    現像時に現像剤を循環撹拌しながら供給する現像槽と、
    現像槽内の現像剤の透磁率をそれぞれ検出する２つの透磁率センサーと、
    前記２つの透磁率センサーの検出値を用いて、前記現像槽内のトナー濃度を制御する制御手段と、を備え、
    前記２つの透磁率センサーは、一方が前記現像槽の鉛直方向上方に、他方が鉛直方向下方に配設されている前記現像装置と、
    画像安定化処理を実行する画像安定化手段と、
    前記２つの透磁率センサーの検出値どうしの差分値から、前回透磁率を検出したときの差分値を差し引いた変化量が所定の閾値よりも小さい場合には前記画像安定化手段が画像安定化処理を実行するのを禁止する禁止手段と、を備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
14. 前記２つの透磁率センサーは、前記現像槽を挟んで互いに鉛直方向に対向するように配設されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載の現像装置。

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