JP5857016B2 - 現像装置、画像形成装置、及びトナー濃度検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置、これを備えた画像形成装置、及びトナー濃度検出方法に関し、特に現像装置に収容された現像剤のトナー濃度を検出する技術に関する。

現像装置に収容された現像剤のトナー濃度を検出する装置として、ＬＣ発振回路を有するトナー濃度センサーが知られている。このトナー濃度センサーは、現像剤のトナー濃度によって変化する透磁率の変化を、ＬＣ発振回路の発振周波数の変化としてとらえることで、現像剤のトナーの濃度を検出するものである。近年では、小型化やコストダウン等を目的として、ＬＣ発振回路を構成するコイルに平面コイルを用いるトナー濃度センサーも登場している。

ここで、カラー印刷を行う画像形成装置においては、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色の現像剤に対して、トナー濃度センサーを設置する必要がある。ＬＣ発振回路を構成するコイルに平面コイルを用いた場合、各トナー濃度センサーの発振周波数が数ＭＨｚと高周波数になるため、放射ノイズが大きくなる。このため、複数のトナー濃度センサーから発せられる放射ノイズが足し合わされ、装置全体として発する放射ノイズがより大きくなる恐れがある。

特許文献１には、複数のトナー濃度センサーを備える画像形成装置において、電源の切り替え動作を制御し、各トナー濃度センサーへ給電するタイミングをずらすことで、装置全体として発する放射ノイズを抑制する技術が開示されている。また、特許文献２には、トナー濃度センサーの基板の裏面にアース板を設け、このアース板により放射ノイズを磁気的にシールドする技術が開示されている。

特開２００１−１９４９６０号公報 特開平１０−６２３９０号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示される技術では、各トナー濃度センサーに給電するタイミングをずらしているため、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色の現像剤に対するトナー濃度の検出時間が減少する。このため、トナー濃度検出の精度が低下するという問題がある。また、上記の特許文献２に開示される技術では、アース板を設けることで基板の裏面にコイルを設けることができないため、トナー濃度検出の精度が低下するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、トナー濃度検出の精度を保ちながら、装置から発せられる放射ノイズを抑制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。

本発明の一局面にかかる現像装置は、複数の現像部と、ＬＣ発振回路を有し、前記複数の現像部のそれぞれに設置されている複数のトナー濃度センサーと、を備え、前記複数の現像部に設置されている前記トナー濃度センサー毎に、前記ＬＣ発振回路を構成するコンデンサの静電容量が異なっている現像装置である。

また、本発明の他の一局面にかかる画像形成装置は、上記の現像装置を備える画像形成装置である。

また、本発明の他の一局面にかかるトナー濃度検出方法は、トナー濃度検出対象の現像剤が収容された複数の現像部のそれぞれに設置され、かつ、コンデンサの静電容量がそれぞれ異なっているＬＣ発振回路を有するトナー濃度センサーから出力される信号と、前記コンデンサの静電容量とを用いて、前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出方法である。

本発明の一局面にかかる現像装置、これを備える画像形成装置、及びトナー濃度検出方法によれば、複数の現像部のそれぞれに設置されているトナー濃度センサー毎に、ＬＣ発振回路を構成するコンデンサの静電容量が異なっている。その結果、トナー濃度センサー毎に発振周波数がずれるため、現像装置全体から発せられる放射ノイズを抑制することができる。また、トナー濃度センサーに給電する時間を減らしていないため、トナー濃度検出の精度が低下することもない。

本発明の一実施形態にかかる現像装置を備える画像形成装置の構造を示す正面断面図である。 本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の主要内部構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる現像部の一部を切り欠いて示す斜視図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態にかかるトナー濃度センサーの構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態にかかるトナー濃度センサーの回路構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる現像装置及びこれを備えた画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる現像装置を備える画像形成装置の構造を示す正面断面図である。

本開示の一実施形態にかかる画像形成装置１は、例えば、コピー機能、プリンター機能、スキャナー機能、及びファクシミリ機能のような複数の機能を兼ね備えた複合機である。画像形成装置１は、装置本体１１に、操作部４７、画像形成部１２、定着部１３、給紙部１４、原稿給送部６、及び原稿読取部５等を備えて構成されている。

画像形成装置１が原稿読取動作を行う場合、原稿給送部６により給送されてくる原稿、又は原稿載置ガラス１６１に載置された原稿の画像を原稿読取部５が光学的に読み取り、画像データを生成する。原稿読取部５により生成された画像データは内蔵ＨＤＤ又はネットワーク接続されたコンピューター等に保存される。

画像形成装置１が画像形成動作を行う場合は、上記原稿読取動作により生成された画像データ又は内蔵ＨＤＤに記憶されている画像データ等に基づいて、画像形成部１２が、給紙部１４から給紙される記録媒体としての記録紙Ｐにトナー像を形成する。

画像形成部１２は、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成ユニット１２−Ｍ、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成ユニット１２−Ｃ、イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成ユニット１２−Ｙ、及びブラック（Ｂｋ）色の画像を形成する画像形成ユニット１２−Ｂｋを有する。当該画像形成ユニット１２−Ｍ、１２−Ｃ、１２−Ｙ、及び１２−Ｂｋは、感光体ドラム１２１と、帯電装置１２３と、露光装置１２４と、現像部１２２と、一次転写ローラー１２６とをそれぞれ備えている。

上記の構成のうち、感光体ドラム１２１、帯電装置１２３、露光装置１２４、及び一次転写ローラー１２６については、画像形成ユニット１２−Ｍ、１２−Ｃ、１２−Ｙ、及び１２−Ｂｋで共通する構成である。現像部１２２については、画像形成ユニット１２−Ｍ、１２−Ｃ、１２−Ｙ、及び１２−Ｂｋで、その一部の構成が異なる。以下では、現像部１２２及び現像部１２２を構成する構成部について、画像形成ユニット毎に区別して説明する場合は、符号の末尾に「−Ｍ」や「−Ｃ」等を付けて区別する。

本実施の形態にかかる画像形成装置１は、トナー及びキャリアからなる二成分現像剤を用いるものであり、画像形成ユニット１２−Ｍ、１２−Ｃ、１２−Ｙ、及び１２−Ｂｋの各現像部１２２には、二成分現像剤（以下では、単に現像剤と呼ぶ場合がある。）が収容されている。現像部１２２は、現像剤に含まれるトナーを、上記帯電装置１２３による帯電及び上記露光装置１２４による露光が完了した感光体ドラム１２１表面に供給する。

カラー印刷を行う場合、画像形成部１２の画像形成ユニット１２−Ｍ、１２−Ｃ、１２−Ｙ、及び１２−Ｂｋは、それぞれに、画像データを構成するそれぞれの色成分からなる画像に基づいて、帯電、露光及び現像の工程により感光体ドラム１２１上にトナー像を形成し、トナー像を一次転写ローラー１２６により、駆動ローラー１２５ａ及び従動ローラー１２５ｂに張架されている中間転写ベルト１２５上に転写させる。

中間転写ベルト１２５は、その外周面にトナー像が転写される像担持面が設定され、感光体ドラム１２１の周面に当接した状態で駆動ローラー１２５ａによって駆動される。中間転写ベルト１２５は、各感光体ドラム１２１と同期しながら、駆動ローラー１２５ａと従動ローラー１２５ｂとの間を無端走行する。

中間転写ベルト１２５上に転写される各色のトナー画像は、転写タイミングを調整して中間転写ベルト１２５上で重ね合わされ、カラーのトナー像となる。二次転写ローラー２１０は、中間転写ベルト１２５の表面に形成されたカラーのトナー像を、中間転写ベルト１２５を挟んで駆動ローラー１２５ａとのニップ部Ｎにおいて、給紙部１４から搬送路１９０を搬送されてきた記録紙Ｐに転写させる。この後、定着部１３が、記録紙Ｐ上のトナー像を熱圧着により記録紙Ｐに定着させる。定着処理の完了したカラー画像形成済みの記録紙Ｐは、排出トレイ１５１に排出される。

次に、画像形成装置１の内部構成について説明する。図２は画像形成装置１の主要内部構成を概略的に示すブロック図である。

画像形成装置１は、制御ユニット１０、原稿読取部５、原稿給送部６、画像形成部１２、定着部１３、給紙部１４等を備える。

制御ユニット１０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び専用のハードウェア回路等から構成され、画像形成装置１の全体的な動作制御を司る。制御ユニット１０は、制御部１００を備えている。制御部１００は、原稿読取部５、原稿給送部６、画像形成部１２、定着部１３、給紙部１４等と接続され、これら各部の駆動制御を行う。

現像装置１２７は、マゼンタ用の現像部１２２−Ｍ、シアン用の現像部１２２−Ｃ、イエロー用の現像部１２２−Ｙ、ブラック用の現像部１２２−Ｂｋからなる。

また、トナー濃度センサー１２８−Ｍは、マゼンタ用の画像形成ユニット１２−Ｍの現像部１２２−Ｍに設置され、マゼンタの現像剤のトナー濃度を検出する。トナー濃度センサー１２８−Ｃは、シアン用の画像形成ユニット１２−Ｃの現像部１２２−Ｃに設置され、シアンの現像剤のトナー濃度を検出する。トナー濃度センサー１２８−Ｙは、イエロー用の画像形成ユニット１２−Ｙの現像部１２２−Ｙに設置され、イエローの現像剤のトナー濃度を検出する。トナー濃度センサー１２８−Ｂｋは、ブラック用の画像形成ユニット１２−Ｂｋの現像部１２２−Ｂｋに設置され、ブラックの現像剤のトナー濃度を検出する。

制御部１００はトナー濃度制御部１０１を有する。当該トナー濃度制御部１０１は、画像形成装置１の各トナー濃度センサー１２８と接続され、トナー濃度センサー１２８−Ｍ、１２８−Ｃ、１２８−Ｙ、１２８−Ｂｋから出力される発振周波数から、各色の現像剤のトナー濃度を検出する。そして、トナー濃度制御部１０１は、検出した各色の現像剤のトナー濃度に基づき、画像形成装置１を制御する。例えば、トナー濃度制御部１０１は、現像剤のトナー濃度が予め定められた濃度以下となった場合、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等からなる表示部４１にトナーを補給すべき旨の表示を行う。

次に、図３及び図４を用いて、現像装置１２７の構成を説明する。なお、図３及び図４では、現像装置１２７の現像部１２２のうちマゼンタ用の現像部１２２−Ｍの構成を示す。

図３は、現像部１２２−Ｍの一部を切り欠いて示す斜視図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ線断面図である。図３及び図４において、Ｘ−Ｘ方向を左右方向、Ｙ−Ｙ方向を前後方向といい、特に−Ｘ方向を左方、＋Ｘ方向を右方、−Ｙ方向を前方、＋Ｙ方向を後方という。なお、ここでは、マゼンタ用の現像部１２２−Ｍの構成を説明するが、符号の末尾に「−Ｍ」がついていない構成部については、他のシアン用の現像部１２２−Ｃ、イエロー用の現像部１２２−Ｙ、及びブラック用の現像部１２２−Ｂｋと同じ構成である。

図３及び図４に示すように、現像部１２２−Ｍは、筐体５８内に、第１スパイラルフィーダー５１と、第２スパイラルフィーダー５２と、現像ローラー５３とを備える。

筐体５８は、現像剤を収容する収容部としての役割を果たす。筐体５８の内部には、内側に隔壁５８１が形成されている。これにより、筐体５８の内部は、第１スパイラルフィーダー５１が配置された第１室５８２と、第２スパイラルフィーダー５２が配置された第２室５８３とに分けられている。トナーコンテナー５９から第１室５８２に補給されたトナーは、第１スパイラルフィーダー５１により攪拌され第２室５８３に向かって搬送される。第２室５８３に搬送されたトナーは、第２スパイラルフィーダー５２により、前方に向かって搬送される。

第１室５８２の下部における筐体５８の外面には、トナー濃度センサー１２８−Ｍが取り付けられている。トナー濃度センサー１２８−Ｍは、ＬＣ発振回路を有する所謂透磁率検知型のセンサーであり、第１室５８２に収容された現像剤のトナー濃度によって応じた発振周波数の信号を出力する。トナー濃度センサー１２８−Ｍを上記の位置に設けることにより、現像ローラー５３から還流し、新しいトナーがトナーコンテナー５９から補給される前の現像剤のトナー濃度を検出することができる。

現像ローラー５３は、マグネットローラー５３１と現像スリーブ５３２とを備える。現像スリーブ５３２は、マグネットローラー５３１に外装されている。現像スリーブ５３２は、感光体ドラム１２１の表面及び第２スパイラルフィーダー５２に隣接する位置で筐体５８に回転可能に軸支されている。

現像スリーブ５３２の周面には、マグネットローラー５３１の磁力により、第１スパイラルフィーダー５１及び第２スパイラルフィーダー５２から移動されてきた現像剤が担持される。

現像ローラー５３に付着した現像剤中のトナーは、感光体ドラム１２１の表面電位と現像ローラー５３に印加される現像バイアスとの電位差により感光体ドラム１２１へと飛翔して、感光体ドラム１２１の表面にトナー像が形成される。

規制ブレード８１は、現像スリーブ５３２の周面に担持される現像剤を予め定められた層厚に規制するものであり、現像スリーブ５３２の上方で現像スリーブ５３２表面との間に予め定められた間隔を隔てて、筐体５８に支持されている。

次に、図５及び図６を用いて、トナー濃度センサーの構成を説明する。なお、図５及び図６では、マゼンタ用トナー濃度センサー１２８−Ｍの構成を示す。符号の末尾に「−Ｍ」がついていない構成部については、他のシアン用のトナー濃度センサー１２８−Ｃ、イエロー用のトナー濃度センサー１２８−Ｙ、及びトナー濃度センサーの１２８−Ｂｋと同じ構成である。

図５は、トナー濃度センサー１２８−Ｍの構成を示す平面図である。図５に示すように、トナー濃度センサー１２８−Ｍは、長方形の基板１２８７の一面に平面コイル１２８１が形成されている。基板１２８７は、所謂フレキシブル基板であり、トナー濃度センサー１２８−Ｍが筐体５８に取り付けられた状態では、筐体５８の外面に沿った形状となる（図４参照）。

平面コイル１２８１は、長方形の外形を有する。トナー濃度センサー１２８−Ｍは、平面コイル１２８１が形成されている面が、筐体５８の外面に接する側となるように配置される。

平面コイル１２８１が形成されている面の裏面には、ＬＣ発振回路を構成するコンデンサ等の他の回路部品１２８２−Ｍが実装されている。平面コイル１２８１の端部には、基板１２８７に貫通する接続部材１２８８、１２８９が形成されており、当該接続部材１２８８、１２８９により、平面コイル１２８１と他の回路部品１２８２−Ｍが接続されている。

図６は、トナー濃度センサー１２８−Ｍの回路構成を示す図である。図６に示すように、トナー濃度センサー１２８−Ｍにおいて、平面コイル１２８１がインバータ１２８６の両端に接続されている。また、平面コイル１２８１とグランドとの間にコンデンサ１２８３−Ｍと１２８４−Ｍとが接続されている。また、インバータ１２８６の出力側と平面コイル１２８１の一端との間には抵抗１２８５が接続されている。この回路構成を有するトナー濃度センサー１２８−Ｍが出力する発振周波数ｆは、以下の数式で表される。

上記数式において、Ｌは平面コイル１２８１のインダクタンスを示し、Ｃ_１はコンデンサ１２８３−Ｍの静電容量を示し、Ｃ_２はコンデンサ１２８４−Ｍの静電容量を示す。上記数式に示すように、トナー濃度センサー１２８−Ｍが出力する発振周波数ｆは、平面コイル１２８１のインダクタンスＬと、コンデンサ１２８３−Ｍの静電容量Ｃ_１と、コンデンサ１２８４−Ｍの静電容量Ｃ_２とにより定まる。

本実施の形態にかかる画像形成装置１では、異なる色の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサー１２８毎に、ＬＣ発振回路を構成するコンデンサ１２８３の静電容量が異なっている。本実施の形態では、トナー濃度センサー１２８−ＭのＬＣ発振回路を構成するコンデンサ１２８３−Ｍと、トナー濃度センサー１２８−ＣのＬＣ発振回路を構成するコンデンサ１２８３−Ｃと、トナー濃度センサー１２８−ＹのＬＣ発振回路を構成するコンデンサ１２８３−Ｙと、トナー濃度センサー１２８−ＢｋのＬＣ発振回路を構成するコンデンサ１２８３−Ｂｋとは、それぞれ静電容量が異なっている。

なお、コンデンサ１２８３の静電容量ではなく、コンデンサ１２８４の静電容量をトナー濃度センサー１２８毎に異ならせてもよい。また、コンデンサ１２８３及び１２８４の両方の静電容量をトナー濃度センサー１２８毎に異ならせてもよい。

上記のようにコンデンサ１２８３、及び／又は、コンデンサ１２８４の静電容量をトナー濃度センサー１２８毎に異ならせることで、トナー濃度センサー１２８から出力される発振周波数を、トナー濃度センサー１２８毎に異ならせることができる。例えば、本実施の形態では、異なる色のトナー濃度を検出するトナー濃度センサー１２８毎に、出力される発振周波数を１ｋＨｚ以上、１０ｋＨｚ以下ずつ異ならせている。こうすることで、各トナー濃度センサー１２８を同時に動作させた場合であっても、現像装置１２７及び画像形成装置１から発せされる放射ノイズを抑制することができる。

また、各トナー濃度センサー１２８は、ＬＣ発振回路を構成するコンデンサ１２８３、及び／又は、コンデンサ１２８４を除き同じ構成を用いることができる。このため、現像装置１２７及び画像形成装置１の製造コストを抑えることができる。

また、現像装置１２７、及び画像形成装置１から発せされる放射ノイズを抑制することができるため、画像形成装置１に設けられるシールド部品等のＥＭＩ（electromagnetic interference）対策部品等を削減することができる。このため、現像装置１２７、及び画像形成装置１の製造コストを抑えることができる。

なお、本発明は上記の実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。図１乃至図６を用いて上記各実施形態に示した構成は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明の構成はこれに限定されるものではない。

例えば、ＬＣ発振回路を構成するコイルの形状は、円形に限るものではない。すなわち、螺旋状に巻回された形状であればよく、その外形は例えば矩形であってもよい。

また、ＬＣ発振回路を構成するコンデンサに、静電容量が可変可能な可変コンデンサを用いてもよい。これにより、各トナー濃度センサー１２８のすべての回路部品、基板に同じ構成を用いることができるので現像装置１２７の製造コストをより抑えることができる。

また、上記の実施の形態では、トナー濃度センサーの基板の片側の面にコイルを形成した場合を説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。基板の両側の面にコイルを形成してもよい。こうすることにより、トナー濃度センサーのトナー濃度の検出性能を向上させることができる。

また、上記の実施の形態では、トナー及びキャリアからなる二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置について説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。所謂一成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置においても、上記の実施の形態で説明した透磁率検知式のトナー濃度センサーを用いることで、トナー濃度を検出することができる。

また、上記の実施の形態は、複数の現像部が異なる色の現像剤を収容している場合を説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。本発明は、複数の現像部に収容されている現像剤のトナー濃度を検出するものであればよい。例えば、複数の現像部に同色の現像剤が収容されているとしてもよい。

また、上記の図６に示したトナー濃度センサーの回路構成は一例であり、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。

１ 画像形成装置
１２ 画像形成部
１２−Ｍ、１２−Ｃ、１２−Ｙ、１２−Ｂｋ 画像形成ユニット
５１ 第１スパイラルフィーダー
５２ 第２スパイラルフィーダー
５３ 現像ローラー
５８ 筐体
５９ トナーコンテナー
１２１ 感光体ドラム
１２２−Ｍ、１２２−Ｃ、１２２−Ｙ、１２２−Ｂｋ 現像部
１２３ 帯電装置
１２４ 露光装置
１２５ 中間転写ベルト
１２７ 現像装置
１２８−Ｍ、１２８−Ｃ、１２８−Ｙ、１２８−Ｂｋ トナー濃度センサー
５８１ 隔壁
１０１ トナー濃度制御部
１２８１ 平面コイル
１２８３、１２８４ コンデンサ
１２８５ 抵抗
１２８６ インバータ
１２８７ 基板

Claims (5)

1. 複数の現像部と、
   ＬＣ発振回路を有し、前記複数の現像部のそれぞれに設置されている複数のトナー濃度センサーと、を備え、
   前記複数の現像部に設置されている前記トナー濃度センサー毎に、前記ＬＣ発振回路を構成するコンデンサの静電容量が異なっている現像装置。
2. 前記ＬＣ発振回路を構成するコイルは、平面コイルである請求項１に記載の現像装置。
3. 前記コンデンサは、静電容量が可変可能な可変コンデンサである請求項１に記載の現像装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の現像装置を備える画像形成装置。
5. トナー濃度検出対象の現像剤が収容された複数の現像部のそれぞれに設置され、かつ、コンデンサの静電容量がそれぞれ異なっているＬＣ発振回路を有するトナー濃度センサーから出力される信号と、前記コンデンサの静電容量とを用いて、前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出方法。

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