JPH0358515B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、トナーおよびキヤリアから成る２成
分現像剤を用いた電子写真装置等に好適なトナー
補給装置に関する。

従来技術 従来、トナー補給装置においてそのトナー濃度
を測定するには、(1)トナーとキヤリアの物理的性
質の差、例えば透磁率、分光反射特性、導電率、
流動抵抗、誘電率等を利用してトナー濃度を測定
する方法と、(2)感光体あるいは導電性部材にバイ
アス電圧を印加してトナーを付着させ、そのトナ
ー量を光学的に測定してトナー濃度を測定する方
法が知られている。

ところが、これら方法はいずれも環境に依存す
る特性を有している。特に、高湿時など現像剤の
ブラシ抵抗が低下したときは、常湿時とは全く異
なる性質を示すようになるので、トナー濃度の検
出レベルが変動しトナーを大量に補給し続ける。
そのことによりトナー濃度が高くなり過ぎ、白地
にカブリを生じさせてしまうという欠点があつ
た。

目 的 本発明の目的は、上述の点に鑑みて、簡易な構
成でトナー濃度測定における環境依存特性を是正
し、同時に通常環境においてもより安定したトナ
ーの補給を行うことのできるトナー補給装置を提
供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、電圧
を抵抗を介して印加した導電性部材と、２成分現
像剤の磁気ブラシを担持し、上記導電性部材にそ
の磁気ブラシを接触させる現像剤担持部材と、上
記磁気ブラシの接触により上記導電性部材に付着
したトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段
と、この検出手段からのトナー濃度検出信号と基
準信号とを比較した結果に応じてトナーを補給す
る制御手段とを備えたトナー補給装置において、
上記制御手段は上記トナー濃度検出信号と第１お
よび第２の基準信号とを比較し、トナー濃度検出
信号が第１基準信号よりも低レベルで第２基準信
号よりも高レベルの時は、第１基準信号と検出信
号の差に対応した量のトナーを補給し、検出信号
が第２基準信号よりも低レベルの時は所定量トナ
ー補給を行うものである。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

実施例 第１図は、本発明を適用したトナー補給装置に
導入するトナー濃度信号を送出するトナー濃度検
出装置全体の構成を示し、ここで、１は透明な導
電ガラス（以下、ネサガラスという）を用いた透
明電極、３は矢印の方向に回転する非磁性体の現
像スリーブ、５は現像スリーブ３の内部に固定配
置された磁極、７は現像スリーブ３が矢印方向に
回転するとき固定磁極５の発生する磁力線の作用
により生じるブラシ状の現像剤である。この現像
剤は、非磁性の絶縁性トナー（〜10¹⁵Ωcm）と鉄
に酸化皮膜を設けた250〜400メツシユの磁性キヤ
リア（〜10⁷〜10⁸Ωcm）からなる２成分現像剤で
ある。９は例えば、10〜30メグオーム程度の高抵
抗値を有する抵抗器、１１は抵抗器９を介して所
定のバイアス電圧をネサガラス１に印加するバイ
アス電源、１３はネカガラス１に付着したトナー
の反射濃度を測定するために用いられる光源、１
５はネサガラス１からの反射光を受光してトナー
の反射濃度を測定する受光素子、例えばフオトダ
イオードである。

ブラシ状になつた現像剤７（以下、ブラシとい
う）は、既に周知のとおり、ネサガラス１と対向
する位置に固定配置されているＮ極の真空におい
て、その長さが最高となる。そして、上述したＮ
極の真上で、ブラシ７はネサガラス１と接触す
る。このときネサガラス１には所定のバイアス電
圧が印加されているので、トナーがガラス表面に
付着する。

第２図ａは、第１図に示した抵抗器９を介する
ことなく、バイアス電源１１をネサガラス１に直
接印加した直後の電圧−電流特性を示す。このと
き、ブラシ７は100メグオーム程度の抵抗値を有
する。本図より明らかなとおり、バイアス電圧が
150ボルトを超えるとブレークダウンを起こし、
電流が急激に増加する。

一方、第２図ｂは抵抗器９を介してバイアス電
圧を印加した場合に、電圧印加直後の電流値をプ
ロツトしたグラフである。この場合は第２図ａと
異なり、バイアス電圧を400ボルトとしてもブレ
ークダウンは生じない。その理由は、急激な電流
が流れようとする場合にも、高抵抗値の抵抗器９
により大幅な電圧降下が生じ、もつてブレークダ
ウンを抑止する作用が働くからである。

第３図に示す実線は、抵抗器９を介してバイア
ス電圧400ボルトを印加した場合に、ブラシ７に
流れる電流の経時的変化を示したグラフである。
また破線は、この時ネサガラス１に印加される電
圧の経時的変化を示す。本図より明らかなとお
り、電流は、バイアス電圧印加直後から徐々に減
少していき、0.8秒後にはほぼ零となつている。
したがつて、電圧印加から0.8秒以降において、
ネサガラス１に印加される電圧はほぼ400ボルト
の一定値となる。これは、時間の経過と共に、ネ
サガラス表面に高抵抗のトナーが付着してネサガ
ラス１の導電性面をトナーが覆うようになるの
で、ブラシ７の抵抗値（約100メグオーム）が実
質上100倍ないし1000倍程度まで高められるから
である。

第４図は、第１図に示した受光素子１５の後段
に接続される光度検出回路の一例を示す。本回路
において、１５は受光素子としてのフオトダイオ
ード、２０はフオトダイオード１５に流れる電流
を増幅して電圧に変換する電流電圧変換増幅器、
２２はフオトダイオード１５の陽極電位を一定に
保つためのツエナーダイオード、２４はノイズ除
去のために接続されたコンデンサ、２６は電圧増
幅器である。そして、増幅器２６の出力端子Ｐ点
には、トナーの反射濃度に対応した電圧が生じ
る。

なお、本図に示す回路は一般的によく知られて
いる回路を一例として示したにすぎず、同様な他
の回路を用いても本発明に何ら影響を与えるもの
ではない。

第５図は、バイアス電圧を変化させた場合に、
第４図に示したＰ点の電位の変化を示したグラフ
である。これはカラートナー使用時にトナーから
反射される光量によりトナー濃度を測定し、付着
トナー量が多いほど検出出力は大になる場合であ
る。ここで曲線Ａはトナー濃度を11％としたとき
の特性を示し、同様に曲線ＢおよびＣは、それぞ
れ、トナー濃度12％および13％の特性を示す。

第５図から明らかなとおり、 (1) バイアス電圧が150ボルト以下では、曲線の
傾斜が急であるので、わずかなバイアス電圧変
化が生じた場合にも、反射濃度測定値に大きな
変化が現われる。よつて、150ボルト以下のバ
イアス電圧では安定した測定ができないことに
なる。

(2) 同様に、バイアス電圧が150ボルト以下では、
曲線が相互に近接しているので、トナー濃度の
変化に対してもＰ点（第４図参照）の電位変化
はわずがなものとなり、トナー濃度の変化を判
定することが困難となる。

(3) 一方、バイアス電圧が300ボルトないし400ボ
ルトの領域では、曲線の傾斜はゆるやかとな
り、かつ曲線相互の間隔が大となる。よつて、
濃度の変化を検出するためには、適当な領域で
あるといえる。すなわち、既に第２図ｂで述べ
たとおり、抵抗器９を挿入した結果として、バ
イアス電圧が150ボルト以上であつてもブレー
クダウンは生ぜず、上記の領域において濃度検
出が可能となるのである。

第６図は、第１図に示したトナー濃度検出装置
の実施シーケンスを例示したものである。すなわ
ち、本図は現像信号に応答して、バイアス電圧を
いかに変化させるかを表わしたグラフである。

以下に示すシーケンスにおいて、現像スリーブ
３は回転しているものとする。

(1) 現像信号がオンになると、まずネサガラス１
に−200ボルトを印加する。すると、ネサガラ
ス１には既に帯電しているトナーと同極性の電
圧が印加されるので、ネサガラス１の表面から
トナーが落下しやすい状態になる。しかも、ネ
サガラス１は、ブラシ７において最も密度の高
い部分と接触しているので、短時間でクリーニ
ングがなされる。

(2) 次に、バイアス電圧を＋400ボルトとする。

これにより、ネサガラス表面にトナーが付着
する。

(3) 光源１３および受光素子１５（第１図参照）
を用いてトナーの反射濃度を測定し、トナーの
補給量を決定する。

(4) 再びバイアス電圧を−200ボルトに戻し、ネ
サガラス１のクリーニングを行う。

ところで、高湿環境下では、現像剤のブラシ抵
抗は100メグオームから100キロオームまで低下し
てしまう。よつて、第１図に示す検出系全体の抵
抗は９の抵抗値（10〜30MΩ）により支配され、
抵抗９による電圧降下に起因してネサガラス１面
のバイアス電圧は約0Vになつてしまう。従つて、
トナーはネサガラス面にほとんど付着せず、第５
図からもわかるように、第４図Ｐ点の検出出力は
極端に低くなる。

本発明のトナー補給装置は、高湿時に現像剤の
ブラシ抵抗が低下したときに、検出出力が極端に
低下することを利用して、補給回路系に標準濃度
信号とは別に内部基準信号を設け、検出信号レベ
ルが内部基準信号レベルよりも低レベルの場合に
はトナーを自動的に定量補給するようにしたもの
である。

第７図は本発明を適用したトナー補給装置の回
路構成を示す。ここで、３０は第４図に示したＰ
点から送出される濃度検出信号V_Aを導入する端
子である。３１は、標準濃度信号V_R1を発生する
回路であり、第１コンパレータ３２により標準濃
度信号V_R1と検出信号V_Aとの値を比較し、V_A＜
V_R1のときに論理信号“１”、V_A＞V_R1のときには
“０”を発生する。一方、第２コンパレータ34は、
別個に設けられた内部基準信号発生器３３から発
生される内部基準信号V_R2と検出信号V_Aとを比較
し、V_A＞V_R2のとき論理信号“１”を発生し、
V_A＜V_R2のときには論理信号“０”を発生する。
第１コンパレータ３２および第２コンパレータ３
４から発生された論理信号は、AND回路３６に
入力され、共に“１”のときのみ、AND回路３
６の出力は“１”になる。一方、第２コンパレー
タ３４の出力はNOT回路４０を通してAND回路
３７に入力される。３５は、一定時間T₀だけ論
理信号“１”を発生するトナー補給信号発生器で
ある。AND回路３６および３７の出力信号は、
OR回路３８に入力され、OR回路３８の出力が
“１”のときに、トナー補給動作が行なわれる。

第７図の動作を第８図および第９図を参照して
説明する。検出信号V_Aが内部基準信号V_R2よりも
大きいときは、V_R2＜V_Aの関係になり第２コンパ
レータ３４の出力は“１”となる。よつて、
AND回路３７の出力は“０”となり、OR回路３
８からの出力は第１コンパレータ３２の出力がそ
のままでてくる。従つて、検出信号V_Aが標準濃
度信号V_R1よりも大きいときは、トナー濃度が標
準濃度よりも高いと判定し、第１コンパレータ３
２の出力が“０”となるので、トナー補給は行な
われない。一方、検出信号V_Aが標準濃度信号V_R1
よりも小さいときは、トナー濃度が標準濃度より
も低いと判定し、第１コンパレータ３２の出力は
“１”となり、トナー補給が行なわれる。

標準濃度信号発生器３１は第８図に示すような
構成になつており、３１１は第１コンパレータ３
２に接続する端子、３１２はトランジスタ３１５
をオンオフするための外部からの信号を入力する
端子、３１３は標準濃度信号レベルの電圧V_R1を
与える端子であり、第６図に示す印加バイアス切
換時に同期して、印加バイアスが＋400Vのとき
には３１２には5Vが入力され、３１３はGNDレ
ベルに落ちる。一方、印加バイアスが−200Vの
ときには、３１２はGNDレベルに落ち、３１３
には予め設定された標準濃度信号V_R1が入力され
る。従つて、第１コンパレータ３２に供給する信
号は、＋400Vのバイアスがネサガラスに印加され
ると同時に第９図の直線V_Sに示すように、時間
の経過とともに一定の傾きをもつて低下してい
く。従つて、トナー補給時間T_Sは、検出信号V_A
と標準濃度信号V_R1との差に応じて決定され、V_S
がV_Aと交わるまでトナーが補給される。

一方、検出信号V_Aが内部基準信号V_R2よりも小
さい場合には、第２コンパレータ３４の出力は０
となり、AND回路３６の出力は“０”となる。
また、AND回路３７にはNOT回路４０を通して
一方の端子に“１”が入力される。従つて、OR
回路３８の出力は、トナー補給信号発生器３５の
出力がそのままでてくる。トナー補給信号発生器
３５は、予め設定された時間T₀だけ論理信号
“１”を発生するので、第９図に示すように、検
出信号レベルがV′_Aになつても、直線V_Sと交わる
までトナーを補給することなく、時間T₀だけト
ナーを補給する。このようにして、検出信号V_A
が内部基準信号V_R2よりも大のときは、標準濃度
信号V_R1との差に応じてトナー補給時間が決定さ
れ、また、検出信号V_Aが内部基準信号V_R2よりも
小さいときは、検出信号V_Aと標準濃度信号V_R1と
の差にかかわらず優先的に定量補給に切換えられ
る。

この結果、通常の湿度環境では、トナー補給は
トナー濃度の検出レベルに応じてなされる。一
方、高湿時において、現像剤のブラシ抵抗が１〜
２ケタ以上小さくなつた場合には、自動的に定量
補給に切り換えられる。

上述した説明は、カラートナーを使用したとき
に、トナーのネサガラスへの付着量が多ければ検
出出力が大きくなる場合であるが、当然、黒トナ
ーを用いたときにトナーの付着量が多いと検出出
力が小さくなる場合にも、各々の信号レベルの順
序を逆にすることで適用可能となる。

効 果 以上説明したとおり、本発明によれば、高湿時
には自動的にトナーの定量補給に切換え、また常
湿時にはトナー濃度に比例したトナー量を自動補
給することができるので、特別なセンサ等を不要
とした簡易な構成によるトナー補給装置を得るこ
とができる。更に、本発明は現像剤の種類を問わ
ず適用し得るので、カラー複写機および白黒複写
機のトナー補給装置として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したトナー補給装置に導
入するトナー濃度信号を送出するトナー濃度検出
装置全体の構成を示す図、第２図ａおよびｂはバ
イアス電圧の印加に伴つて流れる電流の変化を示
す線図、第３図は第１図に示したネサガラス１を
通して流れる電流およびネサガラス１への印加電
圧を示す線図、第４図は第１図に示した受光素子
１５の後段に接続される光度検出回路の一例を示
す回路図、第５図は第４図の動作を説明するため
の線図、第６図は本発明を実施するためのシーケ
ンスを示すタイミング図、第７図は本発明を適用
したトナー補給装置の回路構成を示すブロツク
図、第８図は第７図に示した標準濃度信号発生器
の回路図、第９図は第７図の動作を説明するため
に用いる線図である。 １……ネサガラス、３……現像スリーブ、５…
…磁極、７……ブラシ状の現像剤、９……抵抗
器、１１……バイアス電源、１３……光源、１５
……受光素子、２０……増幅器、２２……ツエナ
ーダイオード、２４……コンデンサ、２６……増
幅器、３０……入力端子、３１……標準濃度信号
発生回路、３２……第１コンパレータ、３３……
内部基準信号発生器、３４……第２コンパレー
タ、３５……トナー補給信号発生器、３６……
AND回路、３７……AND回路、３８……OR回
路、３９……出力端子、４０……NOT回路、３
１４……コンデンサ、３１５……トランジスタ、
３１６……抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電圧を抵抗を介して印加した導電性部材と、
   ２成分現像剤の磁気ブラシを担持し、上記導電性
   部材にその磁気ブラシを接触させる現像剤担持部
   材と、上記磁気ブラシの接触により上記導電性部
   材に付着したトナーの濃度を検出するトナー濃度
   検出手段と、この検出手段からのトナー濃度検出
   信号と基準信号とを比較した結果に応じてトナー
   を補給する制御手段とを備えたトナー補給装置に
   おいて、上記制御手段は上記トナー濃度検出信号
   と第１および第２の基準信号とを比較し、トナー
   濃度検出信号が第１基準信号よりも低レベルで第
   ２基準信号よりも高レベルの時は、第１基準信号
   と検出信号の差に対応した量のトナーを補給し、
   検出信号が第２基準信号よりも低レベルの時は所
   定量トナー補給を行うことを特徴とするトナー補
   給装置。