JPH0425491B2

JPH0425491B2 -

Info

Publication number: JPH0425491B2
Application number: JP2269683A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Nishikawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-02-16
Filing date: 1983-02-16
Publication date: 1992-05-01
Also published as: JPS59148851A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電子写真複写装置等において、乾式
二成分現像剤を用いる磁気ブラシ現像装置におけ
るトナー濃度を検出する装置の改良に関するもの
である。

例えば電子写真複写装置において、鉄粉、フエ
ライト等の磁性体から成るキヤリヤとトナー粒子
とを混合して成る乾式二成分現像剤を用いる磁気
ブラシ現像装置においてはコピーの画像濃度を常
に一定に維持するには、現像剤中のトナーの混合
比率を常に所定の範囲内に維持しなければならな
い。この為にはたえず現像剤のトナー濃度を検出
し、トナーの消費量に応じてトナーを補給する必
要がある。一方、このトナー濃度検出が正確に行
なわれないと、複写画像の画像濃度が著しく変動
したり、地肌カブリが発生して複写装置本来の機
能を果し得ない不具合が生じてしまう。

従来知られているトナー濃度検出方法として、
現像剤の透磁率を検知する方法、嵩比重を検知す
る方法、光学的反射率を測定する方法が知られて
いる。しかし、透磁率を測定する方法は現像剤中
のわづかな透磁率変化を検知しなければならずト
ナーの帯電率や現像剤の撹拌度合により検知信号
が大きく変動する欠点があり、嵩比重を検知する
方法においてはトナーの比重がキヤリヤの比重に
比べはるかに小さいため現像剤のトナー量の変化
はわずかな出力でしか検知できず、現像剤の流動
性、撹拌程度により出力値が変動してしまい精度
の高い検出がしにくい欠点を有している。本発明
は上述した事情を鑑み光学的反射率を検知してト
ナー濃度を検出する方法に関するものであるが、
従来の光学式トナー濃度検出装置には以下に述べ
る欠点がある。

この光学的反射率を測定する方法は、トナー粒
子とキヤリヤ粒子の反射率の相違を利用して現像
剤中のトナー量を検出するものであるが、反射率
の測定を行なうために、例えば特公昭38−17245
号公報に示されているように現像剤の収納部の器
壁に測定部を設ける方法が知られている。しかし
この方法では検知窓にトナーが沈積して検知能力
が経時的に低下してしまう欠点があり、また検知
窓付近の現像剤の流動性が悪く実際に現像に寄与
している現像剤のトナー濃度を正確に検出できな
い欠点がある。これに対して実開昭49−8403号公
報に示されるように現像ローラ上に保持されてい
る現像剤の光学的反射率を直接検知する方法が提
案されているが、この方法では現像剤の流動性の
問題は解消されるが、センサ前面の検知窓がトナ
ーにより汚れる欠点は解消できず、更に検知窓に
現像剤が接触した状態で検知するため一般に検知
信号のレベルが低くなり、したがつて検知信号の
Ｓ／Ｎも悪く、検出精度が低下する不具合を生じ
てしまう。更に別な方法として特開昭52−130644
号公報、米国特許第4112870号明細書に示されて
いるようにセンサ部に加圧空気を吹き当て検知窓
の汚れを防止する方法も提案されているが、この
方法では検知窓の汚れを防止できるが、空気流に
より微細なトナー粒子が現像装置の外まで飛散し
装置全体がトナーにより汚染される欠点がある。

本発明の目的は、検知窓のトナーによる汚れを
防止して常に一定の清浄状態を維持することがで
き、したがつて経時的に安定な検出を行なうこと
ができると共に検出時に検知窓にトナーが接触し
ていないのでレベルが高く、ノイズが低い検出信
号を得ることができ、長期間に亘つて精度の高い
検出が可能な光学式トナー濃度検出装置を提供す
ることにある。

本発明は、非磁性材料より成るスリーブおよび
その内部に配置したマグネツトローラを有する現
像ローラにより乾式二成分現像剤を用いて現像を
行なう磁気ブラシ現像装置における現像剤中のト
ナー濃度を検出する装置において、現像剤へ向け
光を放射する光源と、現像剤から反射される光を
受光する光検出器と、これら光源および光検出器
の前面に前記現像ローラと対向して、現像剤の穂
立ち部分とは接触するが穂立ちしていない部分と
は接触しないような間隔を置いて配置した透明板
と、縁切マグネツトローラを回転させる手段と、
マグネツトローラの回転中、現像剤の穂立ちして
いない部分が前記透明板の前面を通過する際に前
記光検出器から出力される信号に基づいて現像剤
の反射率を求めてトナー濃度を検知する手段とを
具えることを特徴とするものである。

本発明は検知窓を現像ローラに対面するように
配置し、マグネツトローラの磁極部が通過する時
は現像剤の穂立ち部分を検知窓に接触させて検知
窓をクリーニングし、磁極と磁極との中間部の現
像剤の穂立ちしていない部分が通過する時は現像
剤層が検知窓と離間するように配置してこの中間
部が通過する時に現像剤の反射率を検知すること
により高レベルの信号を得るようにしたものであ
る。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明に係るトナー濃度検出装置を具え
る現像装置の一例を示す構成図である。非磁性絶
縁材料より成るトナー粒子と磁性材料より成るキ
ヤリヤは摩擦帯電によりトナー粒子が正又は負に
帯電し、キヤリヤはトナー粒子と逆極性に帯電す
る。そしてトナーとキヤリヤ相互間に作用する静
電引力によりキヤリヤ表面にトナー粒子が付着す
るようにして現像剤を構成する。この現像剤が現
像装置１のハウジング２内に収容されている。こ
のハウジング２内には現像ローラ３が配置されて
いる。この現像ローラ３は、長手方向に一様にＳ
極とＮ極が交互に着磁されているマグネツトロー
ラ４と非磁性材料より成るスリーブ５とから構成
されている。現像剤はマグネツトローラ４の磁力
によりスリーブ５上に保持されながらマグネツト
ローラ４の回転方向と逆方向にスリーブ５上を搬
送される。本例ではマグネツトローラ４は時計方
向に回転するため現像剤はスリーブ５上を反時計
方向に回転することになる。スリーブ５上に保持
された現像剤はドクターブレードと呼ばれる穂高
規制板６により一定の厚さの層に規制された後静
電潜像が形成されているドラム状の電荷保持体２
１と対面する現像領域２２に搬送され電荷保持体
２１上に形成されている静電潜像を現像する。そ
して、現像後現像ローラ３と対面するように配置
されているトナー濃度検出装置１２の下を通過
し、その後スクレーパ７によりスリーブ５から離
脱され撹拌装置８まで搬送される。トナー補給ホ
ツパ９にはトナーが貯蔵されていて、後述するト
ナー補給指令に基きトナー補給ローラ１０を介し
て一定量のトナーが上記撹拌装置８に補給され
る。そして、スクレーパ７より搬送されてくる現
像剤と均一に混合撹拌され現像に供されることに
なる。

第２図は現像ローラ８上の現像剤の分布を示す
線図である。マグネツトローラ４はＳ極とＮ極の
磁極が円周方向に交互にかつ長手方向に一様に着
磁されているからマグネツトローラ４が形成する
磁界は磁極部分ではローラの外向き法線方向に向
き、磁極と磁極との中間部分はほぼ円周方向に向
くよう形成される。そして、スリーブ５上にはマ
グネツトローラ４が作る磁界に沿つて現像剤の層
が形成される。よつてマグネツトローラ４の磁極
と対応する部分では現像剤は穂立ちし、厚く不均
一な配列をした穂立ち部分２０ａが形成され、磁
極と磁極との中間部では磁界が円周方向に均一に
形成されるため薄く層表面が平滑で密な層状部分
２０ｂが形成される。よつて、マグネツトローラ
４の回転に伴ないトナー濃度検出装置１２の前面
を厚く不均一な穂立ち部分２０ａと薄く均一な層
状部分２０ｂとが交互に通過することになる。

第３図は本発明に係るトナー濃度検出装置の一
例を示す構成図である。図中、１３は光源であつ
て発熱が少なく光量安定性に優れた発光ダイオー
ドとするのが好適である。１４は光検出器であつ
てシリコンフオトダイオード、フオトトランジス
タ等を具えるものである。１５は光源からの光を
導くための開口１５ａと現像剤２０からの反射光
を導くための開口１５ｂが形成され背面部には光
源１３と光検出器１４とが装着されていて不透明
材料より成る素子ブロツク、１６は検知窓を構成
し現像剤が内部へ侵入するのを防止するため素子
ブロツク１５の前面に密着されている透明板をそ
れぞれ示している。光源１３から発した光は開口
１５ａを通り透明板１６を透過して現像剤２０に
照射され、吸収又は反射されその一部が光検出器
１４に到達し、現像剤の反射率が検知される。そ
して、この反射率をトナー混合比に換算し、現像
剤中のトナー濃度が検出されることになる。トナ
ー濃度検出装置１２の検知窓を構成する透明板１
６と現像剤２０との距離は現像剤層の穂立ち部分
２０ａが通過するときは現像剤の穂が透明板１６
と接触し、穂立ちしていない層状部分２０ｂが通
過する時は現像剤層と透明板１６とが接触しない
ように設定する。このように配置することにより
マグネツトローラ４の回転に伴ない検知窓を構成
する透明板１６の表面は現像剤２０と接触、非接
触を交互に繰り返し、現像剤の穂立ち部分２０ａ
によりクリーニングされ、常に一定の清浄状態に
維持される。第３図ａはマグネツトローラ４の磁
極が透明板１６の前面に位置したときの状態を示
している。磁界は外向き法線方向に形成されるた
め現像剤２０は現像ローラの外向き法線方向に穂
立ちし不均一かつ不安定な配列状態にある。この
場合光源１３からの照射光は現像剤２０の奥深く
侵入し多数回乱反射を繰り返すので光検出器１４
により受光される反射光は微弱であり、かつ不安
定な光になる。第３図ｂはマグネツトローラ４の
磁極と磁極との中間部分が透明板１６の前面に位
置したときの状態を示している。マグネツトロー
ラ４の磁力線はほぼスリーブ５の円周方向に沿う
ように形成されているから現像剤は密な状態でそ
の表面が平滑な状態に配列され、かつ透明板１６
から離間した状態になつている。光源１３を発し
た光は、現像剤の層表面が平滑で現像剤が密に配
列されているから現像剤２０内にあまり廻り込ま
ず主に表面部で反射され光検出器１４に到達す
る。その結果光検出器１４からの光電出力は大き
くかつ雑音の少ない安定した検知信号が得られ
る。

第４図は本発明に係るトナー検出装置を用いて
トナー濃度を測定したときの光電出力を示す図で
ある。縦軸は出力電圧の相対値を示し、横軸は時
間を示している。使用した現像剤は150〜250メツ
シユの酸化処理鉄粉キヤリヤと平均粒径11μのト
ナーである。＃１はトナー混合比８％（重量比）、
＃２は６％、＃３は４％の現像剤に対する出力を
それぞれ示している。＃１〜＃３において検知信
号は低レベル信号X₁，X₂，X₃と高レベル信号
Y₁，Y₂，Y₃が交互に検知される。低レベル信号
は現像剤の穂立ち部分２０ａが通過したときの検
知出力であり、信号レベルが低いと同時にノイズ
成分が多く含まれている。高レベル信号はマグネ
ツトローラ４の磁極と磁極との中間部の現像剤が
密に均一になつている層状部分２０ｂが通過した
時の検知出力であつてレベルが高いと同時にノイ
ズ成分が少ない点に特徴がある。このような差異
は第３図ａ，ｂにおける説明より容易に理解され
るところである。また全体としてマグネツトロー
ラの磁極部が通過したときの検知出力に比べ、磁
極と磁極の中間部が通過した時の検知出力の方が
トナーの濃度差に対して大きな検知出力差を呈し
ており、より精度の高い検出能力があることも示
している。現像剤の光学的な反射率は種々の条件
下に於て安定した値をもつものであるが、これを
検知する為の光源、光検出器、信号処理回路等は
温度が変化する事によつてそれぞれ出力特性が変
化することをまぬかれない。特に検知した光電流
が小さいときは光検出器や信号処理回路の暗電流
が無視できない値となり、かつ温度上昇によつて
暗電流が急増して検知誤差を生ずる原因となる。
これ等の暗電流は検知出力とは無関係に存在する
ものであるから、その影響を受けないようにする
為には光電検知出力を高レベルに維持することが
必要である。

尚、本発明に係るトナー濃度検出装置において
は少なくとも一回現像剤の穂立ちした部分を検知
窓の前面を通過させれば透過板１６のクリーニン
グが行なわれるからマグネツトローラ単独回転現
像方式に限らず、スリーブ及びマグネツトローラ
同時回転現像方式、スリーブ単独回転現像方式の
全ての現像方式の現像装置に適用することができ
る。このうちスリーブ単独回転現像方式の現像装
置においては各コピーとコピーの中間時等の電荷
保持体上に静電潜像が形成されていない領域が現
像領域を通過する時にマグネツトローラを回転す
ることにより本発明を達成することができる。

本発明に係るトナー濃度検出装置で得られる検
知信号は第４図に示すように周期的に高レベル信
号と低レベルとが含まれているが、そのままでは
検知信号として用いることができない。従つて検
知信号のうち高レベル信号すなわちマグネツトロ
ーラの磁極と磁極との中間の部分が検知窓を通過
する時の信号をサンプリングし、サンプリングし
た信号を整形してトナー濃度検出信号としなけれ
ばならない。第５図は予め設定した基準電圧と光
検出器からの信号電圧を比較してサンプリングと
同時にトナー補給の為の制御信号を得るように構
成した回路例を示すブロツク図である。同図に於
て光検出器１４で得られる検知信号はαで示す様
な波形を有している。この信号は増幅回路４１に
より増幅されて電圧比較サンプリング回路４２に
加えられる。電圧比較サンプリング回路４２には
基準電圧発生回路４３からトナー混合比の基準と
なる基準電圧が印加されて増幅された検知信号と
比較される。トナー混合比が基準レベルよりも低
くなつている場合には増幅された検知信号のうち
マグネツトローラ４の磁極と磁極の中間部が通過
する際に得られる高レベル信号が基準電圧より高
くなつているから高レベル信号のみサンプリング
したON信号が得られ、βはこのようにして得ら
れた信号を示している。尚、検知信号中に含まれ
る高周波成分は増幅回路等に高周波バイパスフイ
ルタを組込むことにより除去する。βで示される
信号は周期的なON信号であるからこの信号のま
までトナー補給を制御する為の制御信号とする事
はできない。整形回路４４はβで示される信号を
連続した制御信号に変換する為の回路で、その出
力はγで示される。整形回路４４の作動原理は
種々の方式をとり得るが、一例としては信号を一
定時間遅延させる遅延回路を具え、周期毎に発生
しているON信号を一周期Ｔの長さとなる様に伸
長させる様な構成が適用される。制御信号発生回
路４５はかくして得られた信号をモーター、ソレ
ノイド等のトナー補給装置を駆動するのに適した
電圧又はインピーダンスに変換する為の回路であ
る。そして、制御信号発生回路４５からの信号に
基き、トナー補給装置１０を作動させトナー補給
を行ない、現像剤のトナー混合比を常に一定に維
持するようにする。第５図に示す構成は光検出器
１４からの検知信号をサンプリングすると共に
ON−OFF信号に変換する構成例であるが、光検
出器１４からの検知信号をサンプリングしてトナ
ー混合比と対応したアナログ信号を得るようにし
た構成も適用できる。第６図はこの一例を示すブ
ロツク図である。同図に於けるサンプリング回路
４６はゲート回路として作用するものを適用し、
その開閉はサンプリング信号回路４７からの信号
によつて行う。サンプリング信号回路４７は光検
出器１４からの信号をもとに高レベル信号を検知
してサンプリング信号を発生してサンプリング回
路４６のゲートをON−OFFする信号を作り出
す。サンプリング信号回路例としては光検出器１
４からの信号をローパスフイルタを通して平均電
圧として検知して基準信号とし、この基準信号と
光検出器１４からの信号を比較して光検出器１４
からの信号が基準信号より大きな時にON信号を
発生させる様な構成が適用できる。サンプリング
回路４６から得られる信号は光検出器１４で得た
信号の中の高レベル信号のみをとり出したもので
周期的な信号であつてかつその波高値がトナー濃
度に対応した値を有するものである。整形回路４
４はこの信号を利用目的に適した形態に変換する
回路であり、例えば第５図で説明した整形回路４
４と同様に遅延回路を具える構成にして連続信号
に変換する事ができる。整形回路４４で得た信号
はトナー濃度に対応した大きさを持つ連続信号で
あり、これを判定回路４８において基準電圧発生
回路４３から与えられる基準電圧と比較してON
−OFF信号を作り出し、これを制御信号発生回
路４５に通してトナー補給のための駆動信号を作
り出す。

第７図は外部信号によつてサンプリング信号を
作り出す様に構成した実施例を示すブロツク図で
ある。光検出器１４の検知信号はトナー濃度検出
装置の検知窓に現像剤の穂立ち部分が対向するか
否かによつてそのレベルが変化するものであり、
現像剤の穂立ちはマグネツトローラ４の磁極位置
に対応するから、マグネツトローラ４の磁極位置
に対応させた信号によつてサンプリング信号を得
る事ができる。マグネツトローラ４と同軸上に、
磁極位置と対応した信号発生円盤を設けて固設さ
れているセンサと組合せて信号を得る事ができ
る。例えば信号円盤を透明部、不透明部から成る
光学式の円盤としておき、光電センサで信号を発
生させる構成が適用できる。別の信号発生装置と
してはマグネツトローラの端部に対応させてホー
ル素子を固設しておき、ホール素子によつてマグ
ネツトローラの磁極位置を検知する様にしてもよ
い。上述の如き磁極位置検知器によつて得た信号
はサンプリング信号回路４７に加えられ、磁極と
磁極との中間部分の穂立ちしていない部分がトナ
ー濃度検出装置１２の前面を通過する時に得られ
る検知信号のみをサンプリングするようにサンプ
リング回路４６を作動させる。そして整形回路４
４、制御信号発生回路４５、基準電圧発生回路４
３、判定回配４８などは第６図において用いた回
路をそのまま用いる。

第８図はトナー濃度検出装置１２の検知窓を構
成する透明板１６に直流バイアスを印加する実施
例の構成図である。透明板１６の現像剤２０と対
面する側の表面に導電処理層１７を形成し該導電
化処理層１７とスリーブ５との間にバイアス電源
１８を介してトナー極性と同極性のバイアスを印
加するようにしたものである。これにより透明板
１６とトナー粒子との間に静電反発力が生じ、よ
り効果的に透明板１６へのトナー付着を防止する
ことができる。この場合の印加電圧は少なくとも
50V以上であることが望ましい。

以上実施例をもつて詳細に説明したが、本発明
はこれ等の実施例に限定されず、他の公知の信号
処理回路を適用して本発明の主旨にそつた範囲内
での変更が可能である。例えば上述した例では制
御信号発生回路ではトナー補給装置のON／OFF
駆動信号を作るようにしたが、トナー濃度測定値
を表示したり、トナー補給装置のデユーテイ駆動
信号を作るようにしてもよい。

以上説明したように、本発明はトナー濃度検出
装置の検知窓前面をマグネツトローラの磁極部分
が通過する時にはスリーブ上の現像剤の穂が検知
窓の透明板と接触するように配置されているか
ら、検知窓がクリーニングされ、検知窓を常に一
定の清浄状態に維持することができ、またマグネ
ツトローラ磁極と磁極の中間部分の現像剤が均一
で密に配列されている部分の反射率を検知してい
るから高レベルで雑音の少ない検知信号を得るこ
とができ、常に安定した精度の高いトナー濃度検
出を行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトナー濃度検出装置を具
えた現像装置の一例の構成を示す線図的断面図、
第２図は現像ローラ上の現像剤の分布を示す線
図、第３図ａ，ｂは本発明に係るトナー濃度検出
装置の一例の構成を示す断面図、第４図は本発明
に係るトナー濃度検出装置を用いたときの光検出
器の出力を示す線図、第５図は本発明に係るトナ
ー濃度検出装置の制御回路の一例を示すブロツク
図、第６図は本発明における制御回路の他の例を
示すブロツク図、第７図は本発明による制御回路
のさらに他の実施例の構成を示すブロツク図、第
８図は透明板にバイアス電圧を印加した本発明の
トナー濃度検出装置の他の実施例の構成を示す線
図である。１……現像装置、２……ハウジング、３……現
像ローラ、４……マグネツトローラ、５……スリ
ーブ、６……穂高規制板、７……スクレーパ、８
……撹拌装置、９……トナー補給ホツパ、１０…
…トナー補給ローラ、１１……振動板、１２……
トナー濃度検出装置、１３……光源、１４……光
検出器、１５……素子ブロツク、１６……透明
板、１７……導電化処理層、１８……バイアス電
源、２０……現像剤、２１……電荷保持体、４１
……増幅回路、４２……電圧比較サンプリング回
路、４３……基準電圧発生回路、４４……整形回
路、４５……制御信号発生回路、４６……サンプ
リング回路、４７……サンプリング信号回路、４
８……判定回路、４９……磁極位置検知器。

Claims

【特許請求の範囲】

１非磁性材料より成るスリーブおよびその内部
に配置したマグネツトローラを有する現像ローラ
により乾式二成分現像剤を用いて現像を行なう磁
気ブラシ現像装置における現像剤中のトナー濃度
を検出する装置において、現像剤へ向け光を放射
する光源と、現像剤から反射される光を受光する
光検出器と、これら光源および光検出器の前面に
前記現像ローラと対向して、現像剤の穂立ち部分
とは接触するが穂立ちしていない部分とは接触し
ないような間隔を置いて配置した透明板と、前記
マグネツトローラを回転させる手段と、マグネツ
トローラの回転中、現像剤の穂立ちしていない部
分が前記透明板の前面を通過する際に前記光検出
器から出力される信号に基づいて現像剤の反射率
を求めてトナー濃度を検知する手段とを具えるこ
とを特徴とする光学式トナー濃度検出装置。