JPH0345832B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子複写機等の画像形成装置における
二成分現像剤のトナー濃度検知装置に関するもの
である。

画像形成装置に用いられる二成分現像剤は鉄粉
あるいはフエライト等の磁性キヤリアと樹脂を主
成分とするトナーよりなり、現像とともにトナー
のみが消費されトナー濃度が低下するが、最適な
画像を得るためには消費された量のトナーを補給
し常にトナー濃度を一定に保つ必要がある。

従来このトナー濃度を検知する方法として、現
像剤中にコイルを設けコイルのインダクタンスを
検知することによりトナー濃度を検知する方法が
知られている。例えば特開昭55−55369号公報に
示されるものは、トナー濃度をインダクタンスに
より検知しＬ−Ｃ直列共振回路により発生した電
圧をコンパレータにより基準電圧と比較するもの
である。また特開昭54−7352号公報には２つのコ
イルを用いてトナー濃度を検出する方法が示され
ている。この方法は２つのコイルを用い一方のコ
イルで標準現像剤の濃度を検出し、他方のコイル
により現像器中の現像剤の濃度を検出し両者を比
較するものである。

二成分現像剤のトナー濃度は重量比において５
％程度であり、また0.2％程度の変化を検出する
必要がある。すなわちキヤリア量が95％から95.2
％に増加したことを検出することが必要でありこ
の0.2％の変化は出力電圧の変化に換算しても極
めてわずかなものであり、濃度変化に対して常に
一定の基準電圧との差もわずかな電圧にすぎな
い。またコンパレータの入力オフセツト電圧は２
〜5mV程度必要であり、従つてコンパレータの
入力端子には２〜5mV以上の雑音電圧は許容さ
れないことになる。従つて上述のような基準電圧
を一定とした検出装置の場合0.2％程度の濃度低
下を検出することは困難であり結果的にトナー濃
度のオーバーシユート、アンダーシユートが大き
くなり画像濃度の均一化が計れないものとなる。
また雑音電圧を低くおさえるため特別なノイズキ
ラーを必要として装置が大型且つ高価なものとな
つてしまう欠点を有するものである。

本発明は上述の欠点に鑑みてなされたものであ
り、トナー濃度の変化に伴ない２種類の電圧を発
生させこれらの電圧を互いに逆特性とし、両者を
比較することにより微妙なトナー濃度変化でも容
易に検出できる現像剤のトナー濃度検知装置を提
供することを目的とするものである。

上記目的は本発明によれば、トナーとキヤリア
よりなる現像剤を収容する容器と、該容器に巻装
された一対のコイルと、該一対のコイルの一方の
コイルに所定濃度時に合成インピーダンスを容量
性とすべく並列接続された容量性負荷と、前記並
列接続された回路に直列接続された第１の全波整
流器とよりなる第１の検知回路と、前記一対のコ
イルの他方のコイルと該他方のコイルに直列接続
された第２の全波整流器とよりなる第２の検知回
路と、前記第１の検知回路及び前記第２の検知回
路に交流電圧を印加する交流電源と、前記第１の
全波整流器の直流出力間に接続された第１の抵抗
器と、前記第２の全波整流器の直流出力間に接続
された第２の抵抗器と、前記第１の抵抗器に発生
する第１の電圧と前記第２の抵抗器に発生する第
２の電圧を比較する電圧比較器とを備えたことを
特徴とする現像剤の濃度検知装置を提供すること
により達成される。

以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第１図において、１は現像剤の濃度を検
知するためのリアクターであり、このリアクター
１は、樹脂材料等の絶縁体により成形されてなる
角筒２と、この角筒２に夫々巻装されたコイル
３，４と、磁路およびシールドを兼ね且つ上記コ
イル３，４を跨ぐようにして角筒２の側面に固設
されている鉄心５とから成つている。また角筒２
の底面側には軸７を支点にして回転する底蓋６が
設けられている。そして現像剤の濃度測定の際に
は、底蓋６が閉止されて現像剤８が角筒２内に充
分満たされ、コイル３，４の通電電流の変化が後
述の第３図の回路により検出される。また濃度測
定後は感光ドラムの転写ごとに底蓋６が開閉され
て現像剤８が排出され、あらたな現像剤が補充さ
れる。

而して上記リアクター１の機構は次に述べる原
理を利用して実行される。即ち、角筒２内のトナ
ー量が減ると相対的にキヤリアの量例えば鉄粉の
量が増し、このためコイル３，４に流れる電流に
より発生する磁界に対し、鉄粉に依る磁路の磁気
抵抗が減つて磁力線の数が増加し、したがつてコ
イル３，４のリアクタンスが増して流入電流が減
少する。逆にトナー量が増すと鉄粉の量が相対的
に減るので、磁気抵抗が増し、また磁力線も減つ
てコイル３，４のリアクタンスが減り、流入電流
が増加する。

第２図の特性曲線図は上述した原理を示すもの
で、トナーの濃度（％）の変化に対するコイル
３，４のリアクタンスＸ（Ω）および電流ｉ
（mA）の各変化を夫々、曲線９または曲線１０
により示している。なお、印加電圧は一定とす
る。

次に第３図により、上述した電流変化をとらえ
て現像剤の濃度検知を行う回路を説明する。入力
端子２３，２４間には交流電圧が供給される。ま
た入力端子２３にはコンデンサ１１、コイル３，
４の各一端を接続し、またコンデンサ１１、コイ
ル３の各他端は整流器１２の一方の交流端子に、
コイル４の他端は整流器１５の一方の交流端子に
接続する。そして整流器１２，１５の各他方交流
端子を共に入力端子２４に接続する。

整流器１２の直流端子間にはコンデンサ１３、
ボリユーム１４を並列に接続し、また整流器１５
の直流端子間にはコンデンサ１６、ボリユーム１
７を並列に接続する。そしてその負極側は共に接
地する。

ボリユーム１４，１７の各摺動端子１４Ａ，１
７Ａをコンパレータ１８の入力端子、入力端
子に夫々接続する。このコンパレータ１８等、図
示する他の回路に対しては端子２５（正極）、端
子２６（負極）を介し直流電圧が供給される。コ
ンパレータ１８の出力端子と入力端子２５間に抵
抗１９を接続し、またコンパレータ１８の出力端
子とトランジスタ２０のベース端子とを接続す
る。トランジスタ２０のエミツタ端子を接地し、
またコレクタ端子と入力端子２５間にはソレノイ
ド２１およびダイオード２２を並列接続する。

次に第４図ないし第６図を参照して動作を説明
する。なお、以下の動作説明ではコイル３，４の
内部抵抗及び相互インダクタンスについては共に
無視する。いま所定濃度時のコイル４のインダク
タンスをL₄、ボリユーム１７の抵抗をR₁₇とする
と両者のインダクタンスZ₁は Z₁＝R₁₇＋jwL₄ となる。従つてインピーダンスZ₁の絶対値｜Z₁｜
は ｜Z₁｜√₁₇ ²＋（₄）² となる。現像剤が所定濃度のときの流入電流を｜
i₁｜とすると ｜i₁｜＝｜Ｖ｜／｜Z₁｜ となる。また現像剤の濃度が低下した場合は前述
のようにインダクタンスL₄が高くなり流入電流
｜i₁｜は減少する。このときのインダクタンスを
L₄′、インピーダンスを｜Z₁′｜、電流を｜i₁′｜と
すると、 ｜Z₁｜＝√₁₇ ²＋（₄′）²＞｜Z₁｜となる。従
つて｜i₁′｜＜｜i₁｜となり、電流｜i₁｜の時のボ
リユーム１７の両端電圧をV_R17，｜i₁′｜の時を
V_R17′とするとV_R17＝R₁₇｜i₁｜，V_R17′＝R₁₇｜
i₁′｜となり両者の関係はV_R17′＜V_R17となる。こ
のように現像剤の濃度が低下したときのボリユー
ム１７の両端電圧は所定濃度のときの両端電圧よ
りも低くなる。このような変化を示すのが第６図
の曲線２７である。

以上の動作を第４図のベクトル線図を用いて説
明する。同図は入力端子２３，２４間の印加電圧
Ｖ、コイル４の両端電圧V_L4、ボリユーム１７の
両端電圧V_R17の関係を示すベクトル線図である。

現像剤が所定濃度のときの流入電流i₁は誘導負
荷なので印加電圧Ｖよりも位相が遅れ、また電流
i₁と同相のボリユーム１７の両端電圧はV_R17とな
り、更にコイル４の両端電圧は上記両端電圧V_R17
より位相が90度進んでV_L4である。

また現像剤の濃度が低下した場合は、上述した
理由によつて電流が減少し、i₁′となる。したがつ
てボリユーム１７の両端電圧もV_R17′に減少し、
またコイル４の両端電圧はV_L4′となりV_L4よりも
増加する。

次にコンデンサ１１とコイル３の並列回路にボ
リユーム１４を直列接続した回路について説明す
る。いまコンデンサ１１の容量をＣ、所定濃度時
のコイル３のインダクタンスをL₃、ボリユーム
１４の抵抗をR₁₄とするとインピーダンスZ₂は Z₂＝R₁₄＋１／jwc＋１／jWL₃ となる。従つてインピーダンスZ₂の絶対値｜Z₂｜
は となる。現像剤が所定濃度のときコンデンサ１１
に流れる電流をi_c、同じくコイル３に流れる電流
をi_Lとするとボリユーム１４に流れる電流i₂は i₂＝i_C＋i_L となる。なおこのとき、コンデンサ１１の容量Ｃ
と所定濃度時のコイル３のインダクタンスL₃の
関係は並列回路において容量性になるように、す
なわち｜i_C｜＞｜i_L｜となるように定めてある。
i_Cとi_Lは180゜位相が異なるのでボリユーム１４に
流れる絶対値電流｜i₂｜は ｜i₂｜＝｜i_C｜−｜i_L｜ となる。

式(1)からも解るようにＬ−Ｃ並列回路では共振
点すなわち１−W²L₃＝０のときインピーダンス
｜Z₂｜は無限大となり電流｜i₂｜はゼロとなる。

そして上記条件において現像剤の濃度が低下し
た場合コイル３のインダクタンスが高くなり
（L₃′）、コイル３に流れる電流は低下する（i_L′）。
従つてボリユーム１４に流れる電流i₂′は i₂′＝i_C′＋i_L′となりその絶対値 電流｜i₂′｜は｜i₂′｜＝｜i_C′｜−｜i_L′｜ となり、｜i_L′｜＜｜i_L｜であるので｜i₂′｜＞｜i₂
｜となる。（但しこのときのコンデンサ１１に流
れる電流i_C′はi_Cと位相が異なり、絶対値において
等しい電流すなわち｜i_C｜＝｜i_C′｜となる。）電
流｜i₂｜の時すなわち所定濃度の時のボリユーム
１４の両端電圧をV_R14，電流｜i₂′｜の時すなわち
濃度低下時のボリユーム１４の両端電圧をV_R14′
とすると、V_R14＝R₁₄｜i₂｜，V_R14′＝R₁₄｜i₂′｜
となり両者の関係は｜i₂′｜＞｜i₂｜であるので
V_R14′＞V_R14となる。このように現像剤の濃度が
低下したときのボリユーム１４の両端電圧は所定
濃度のときの両端電圧よりも高くなる。このよう
な変化を示すのが第６図の曲線２８である。

以上の動作を第５図のベクトル線図を用いて説
明する。同図は入力端子２３，２４間の印加電圧
Ｖ、コイル３及びコンデンサ１１の両端電圧
V_CL、ボリユーム１４の両端電圧V_R14の関係を示
すベクトル線図である。現像剤が所定濃度のとき
のボリユーム１４に流れる電流i₂はi_Cとi_Lのベク
トル和となり｜i_C｜＞｜i_L｜となるように設定し
てあるのでi₂はi_Cと同相になる。V_R14はi₂と同相
になりV_CLはV_R14に対し90゜の進相電圧となる。そ
して現像剤の濃度が低下した場合インダクタンス
が大きくなり、コイル３に流れる電流はi_L′とな
りi_Lよりも減少する。コイル３に流れる電流が低
下することによりボリユーム１４に流れる電流
i₂′はi₂′＝i_C′−i_L′となりi₂よりも増加する。従つ
てボリユーム１４の両端電圧もV_R14′となりV_R14
より増加することになる。

第６図は上述したボリユーム１７，１４の両端
電圧の変化を示すもので曲線２７がV_R17の変化曲
線、曲線２８がV_R14の変化曲線である。いま、濃
度設定値を曲線２７と２８が交差する濃度位置２
９とし、また濃度が位置３０まで低下したものと
すると、第３図のコンパレータ１８の端子より
も端子の電位が高くなるので、コンパレータ１
８の出力はハイ状態となり抵抗１９によりトラン
ジスタ２０のベース電流が流れトランジスタ２０
がオンする。従つてソレノイド２１が通電されて
図示しないトナー供給装置を駆動し、現像装置内
にトナーを補給し、既にある現像剤との撹拌後、
角筒２内に現像剤が補充される。この動作は濃度
が再び位置２９に復帰するまで続けられる。

即ち、コンパレータ１８の端子、端子に発
生する不平衡電圧が現像剤の濃度変化にもとづく
抽出信号である。このように本発明の現像剤の濃
度検知装置ではコンパレータ１８の端子の変化
特性と端子の変化特性を逆特性としたので、従
来のコンパレータの基準電圧が固定のものに対し
てコンパレータのオフセツト電圧が1/2となつた
ことと等価であり、その分微妙な濃度変化をも検
知が可能である。

以上の動作説明は、設定濃度に対し濃度が低下
した場合の変化信号の発生過程につき行つたが、
濃度の設定値を変える場合には、ボリユーム１４
または１７を調整して曲線２７，２８の交点位置
２９を移動させ、所要の濃度を得ることができ
る。また端子２３，２４へ印加する電圧の周波数
を高くしたときには、リアクター１、コンデンサ
１１の容量を小型化することができ、而してその
場合でも充分な抽出信号が得られる。

以上詳細に説明したように本発明によれば、現
像剤を収容する容器に巻装した一対のコイルのう
ちの一方のみに容量性の負荷を接続したことによ
り、誘導性負荷と、インダクタンスを含んだ容量
性負荷が構成できるので現像剤の濃度検知精度が
極めて高くなり、また耐ノイズ性の向上をも計る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のリアクター１の
構成を示す断面図、第２図は現像剤の濃度に対す
るコイル３，４のリアクタンスＸ（Ω）の変化曲
線９と電極ｉ（mA）の変化曲線１０とを示す図、
第３図は回路構成図、第４図、第５図は夫々ベク
トル図、第６図は現像剤の濃度に対する分担電圧
V_R17の変化曲線２７および分担電圧V_R14の変化曲
線２８を夫々示す図である。 １……リアクター、２……角筒、３，４……コ
イル、５……鉄心、６……底蓋、１１……コンデ
ンサ、１２，１５……整流器、１４，１７……ボ
リユーム、１８……コンパレータ、２０……トラ
ンジスタ、２１……リレー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トナーとキヤリアよりなる現像剤を収容する
   容器と、該容器に巻装された一対のコイルと、 該一対のコイルの一方のコイルに所定濃度時に
   合成インピーダンスを容量性とすべく並列接続さ
   れた容量性負荷と、前記並列接続された回路に直
   列接続された第１の全波整流器とよりなる第１の
   検知回路と、 前記一対のコイルの他方のコイルと該他方のコ
   イルに直列接続された第２の全波整流器とよりな
   る第２の検知回路と、 前記第１の検知回路及び前記第２の検知回路に
   交流電圧を印加する交流電源と、 前記第１の全波整流器の直流出力間に接続され
   た第１の抵抗器と、前記第２の全波整流器の直流
   出力間に接続された第２の抵抗器と、 前記第１の抵抗器に発生する第１の電圧と前記
   第２の抵抗器に発生する第２の電圧を比較する電
   圧比較器とを備えたことを特徴とする現像剤の濃
   度検知装置。