JPH048794B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は記録媒体上に形成された静電潜像を可
視化するための現像装置にかかり、時に現像剤濃
度を制御する装置に関する。

＜従来技術＞ 電子写真複写機、静電記録装置、レーザビーム
プリンタ等は記録媒体上に画情報に応じた静電潜
像を形成しており、この潜像を可視化するために
現像装置を備えている。即ち現像装置は、静電潜
像にトナーを選択的に付着させることで可視像化
している。この場合、現像装置は例えば上記トナ
ーとキヤリアとからなる２成分系の現像剤を用い
ている。

上記２成分系現像剤を使用して、静電潜像を可
視像化する場合において、上記２成分の濃度つま
りキヤリアとトナーの混合比率が適正でないと、
画像濃度が薄く、見づらくなるか、あるいは濃過
ぎて、カブリが増える等の問題が発生する。そこ
で、ある一時期までは、現像装置内にトナーを供
給する供給装置にマニユアル式のトナー供給量調
整装置を付け、これを、ユーザーが、複写濃度の
変化に気付いた時点で調整する様にしていた。と
ころが、トナー供給量を加減しても、現像装置内
の混合比率が急速に変化するわけではなく、応答
性に問題があつた。また、それゆえ適正濃度に調
整することが困難でもあつた。さらに、ユーザー
が、一々調整のための操作を行うということは極
めて面倒でもあつた。

上記欠点を克服するため、様々な現像濃度自動
制御方法が提案されまた実施されている。この内
には、キヤリアとトナーの混合比率に応じて変化
する透磁率を検知して制御するもの、あるいは異
なる色に着色されたキヤリアとトナーの、その混
合比率に応じて変化する色を検知して制御するも
の、さらに、一定量のキヤリアに対するトナー量
の変化を体積変化として捉えることにより制御す
るもの等がある。

この内、トナー量の変化を体積変化として制御
する方法は、基準値の検知の容易さのため、使用
されることが多い。この方法を第８図により説明
すると、現像装置１内に現像剤２が撹拌ローラ４
にて十分撹拌されて入れられており、その高さ
は、濃度が一定であればほぼ一定となる。今、複
写を行うことにより現像剤２中のトナーを消費す
るとその分だけ、体積が減り、現像剤表面位置が
下がる。この様に現像剤表面位置が基準位置より
も下がると、基準位置に設置されている例えばセ
ラミツク振動子６（検知素子）と現像剤との接触
がなくなることにより、該振動子の振動が開始さ
れ、検知信号が制御回路に送られる。この信号に
基づき制御回路よりトナー供給装置９のトナー供
給ローラ８を駆動する駆動モータ（図示せず）が
付勢され、トナー供給が開始される。この後、再
び現像剤２の体積が増加し、基準位置にまで上昇
すると、上記振動子６の振動が停止し、トナー７
の供給も停止する。以後これらを繰り返すことに
より、現像剤２の濃度が自動的に制御される。図
中３は現像ローラ、５は感光体である。

この方法では、キヤリアとトナーの撹拌が十分
に為されること及びキヤリアの量が常に一定であ
ることを前提としていることは明らかである。即
ち、前者については、キヤリアとトナーとの混合
剤はある程度までは撹拌するに連れてその体積が
減少することに起因つており、また後者について
は、キヤリア量が増減すれば、それと逆方向にト
ナー量が増減し、基準濃度を維持できないことに
起因つている。

しかしながら、メンテナンス時の交換用現像剤
が十分に撹拌されて体積変化的に収束していると
は言えず、またキヤリアについても現像時に微量
ではあるが感光体へ付着し、何度もこれを繰り返
す内にかなりの量のキヤリアが減少してしまうこ
とから、上記方法は複写枚数の増加に連れ、カブ
リを発生するという問題を抱えていた。

これに対し、キヤリアとトナーの混合比率に応
じて変化する透磁率を検知して制御するものであ
れば、キヤリアが減少してもトナーの混合比率を
一定にできる利点を有する。その一例を第９図に
示している。第９図において第８図と同一部分
は、同一符号で示している。図において、現像ロ
ーラ３は非磁性体からなる円筒状のスリーブ１０
内にN₁極を主極として多数極からなる磁石１１
を設けており、該磁石１１の主極が感光体５と対
向する現像領域に位置するように固定され、スリ
ーブ１０が矢印方向へ回転される。これにより、
スリーブ１０上に付着する現像剤２は、現像領域
へと搬送され、N₁極と対向することでブラシ状
に穂立ち感光体５表面を摺擦し、トナーを静電潜
像に付着させている。上記現像剤２は現像領域へ
搬送される途中で、スリーブ１０への付着量がド
クター１２にて一定量に規制される。

上述の様な構成のものにおいて、トナー濃度を
検出するためのセンサー１３は現像終了後の特に
N₂極と対向する位置に配置されている。つまり、
スリーブ１０の回転により現像後の現像剤２は、
N₂極と対向することでブラシ状に穂立ち、セン
サー１３の検出面に摺接する様に流れる。これに
より、現像剤２の透磁率を検出し、トナー供給装
置９のトナー供給ローラ８の駆動を制御すること
で、トナー濃度に一定に保つている。これであれ
ば、現像剤２のキヤリアが減少しても、現像剤の
体積変化に関係なくトナーの混合状態にて変化す
る透磁率を検出しているため、常にトナー濃度を
一定に制御できることになる。

しかしながら、ドクター１２にて付着量を規制
された現像剤２がセンサー１３面を流れるため、
上記ドクター１２にて規制される量の変化に応じ
て、センサー１３に上記現像剤２が接触する面積
が大きく変化する。これにより、センサー１３は
透磁率の変化として誤検出し、トナー濃度制御が
不安定になる。例えば第１０図の特性図の様に、
センサー１３の出力は、ドクター１２の規制量に
応じて大きく変化する。この図は、横軸にドクタ
ー巾つまりドクター１２とスリーブ１０との間隔
ｘを示しており、縦軸にセンサー１３による検出
出力を示したものである。図に示す様にドクター
１２の間隔ｘが大きくなれば、現像剤２の付着量
も大きくなり、センサーによる出力が大きくな
る。このことは、ドクター１２の規制量により、
センサー１３の出力が大きく左右され、出力が安
定しないことを意味している。

また、センサー１３の取付位置が磁石１１の磁
極N₂より左右にズレてもその出力が大きく変化
する。つまり、磁石１１の固定位置がズレても同
様である。その特性を第１１図に示している。こ
の図は例えばN₂極の中心とセンサー１３の中心
とが一致する位置を２０として示し、第９図にお
いてN₁の主極を時計方向にずらせることで１９，
１８…とし、反時計方向にずらせることで２１，
２２…として図示した。図に示す様に、センサー
１３又は磁石１１の位置ずれ等においても、セン
サー１３による出力が大きく変化する。

更に、スリーブ１０の回転により現像剤２は、
高速で搬送されるため、現像剤自身の流動性、現
像剤の内圧等によつても透磁率がバラツキ、検出
出力が不安定になる要因となつていた。

＜発明の目的＞ 本発明は現像剤の濃度、例えば透磁率を検出す
ることで、トナー濃度を制御するものであつて、
トナー濃度を一定に保つことを第１の目的として
おり、特にセンサー検出出力を安定することを目
的とする。

また本発明は、センサーの取付位置を考慮し、
センサーによる出力を安定化することを目的とす
る。

＜実施例＞ 第１図は本発明による現像剤の濃度制御装置の
一具体例を示す現像装置部分の断面図である。図
において第７図と同一部分は同一符号を付してい
る。図において、５はドラム状の感光体、１４は
感光体に形成された静電潜像を現像する現像装置
である。現像装置１４は現像槽１９内に円筒状の
非磁性体スリーブ１０と該スリーブ内に設けられ
奇数極からなる磁石１１とからなる現像ローラ３
を設けている。スリーブ１０は図中時計方向に回
転駆動され、磁石１１は特にN₁極（主極）が感
光体５の現像位置に対向すべく固定されている。
そのためスリーブ１０上には磁石１１の磁力によ
り現像剤２が吸着され、この現像剤２はスリーブ
１０の回転に従つて感光体５と対向する現像位置
へと搬送され、この搬送後に現像槽１９に戻さ
れ、撹拌ローラ４にて撹拌される。スリーブ１１
上に吸着された現像剤２は感光体５と対向する位
置に搬送される途中で、ドクター１２にて付着量
が一定量に規制される。ドクター１２はスリーブ
１０よりｘの間隔を隔てる様に現像槽１９の側板
にビス止めされている。

上述の様に構成された現像装置１４において、
現像剤２のトナー濃度を検出するためのセンサー
２０は、現像後の磁石１１のN₂極と対向する様
に配置されている。このセンサー２０は現像槽１
９の上蓋１８に取付けられており、磁石１１の
N₂極の中心にセンサー２０の中心が一致するよ
うに、スリーブ１０から相当の距離を隔てて取付
けられている。つまり、センサー２０はスリーブ
１０とセンサー２０との間隔ｙをドクター幅ｘに
対しｘ＞ｙになるように配置している。

第１図に示す様にセンサー２０を配置すること
で、センサー２０面に接触する現像剤の量が、ド
クター１２の間隔ｘが変化してもあまり変化せ
ず、安定した透磁率の検出力を得ることができ
る。つまり、第９図に示す様にセンサー１３部の
回りの不安定要素子である空間（空気）１５が排
除され、センサー２０面に接触する現像剤の量が
一定になり、安定した検出が望める。

第２図は本発明によるセンサー２０の出力に基
くトナー濃度制御の一例を示すブロツク図であ
る。図に示す様にセンサー２０は、フエライトコ
ア２１に、基準信号を加えるコイルL₁、現像剤
２の透磁率を検出するためのコイルL₂及び基準
のトナー濃度を設定するためのコイルL₃を巻付
けており、特にコイルL₂側を検出する現像剤１
と対向させ、現像剤２とフエライトコア２１とで
閉磁路を構成している。またコイルL₃側にはフ
エライトコア２１ともう一つの閉磁路を構成する
ネジ状に基準調整コア２２が設けられており、該
コア２２にてコイルL₃に通る磁束を調整する。
コイルL₂及びコイルL₃は逆向きに巻付けられて
おり、一端が共通接続されている。そして、コイ
ルL₃の他端は接地され、コイルL₂の他端は位相
検波器２３の一方の端子に接続されている。

上記コイルL₁には基準信号を出力する発振器
２４が接続されており、基準信号が供給されてい
る。発振器２４の基準信号の反転信号は上記位相
検波器２３の他の端子に供給されている。位相検
波器２３は両信号の位相差に応じた方形波（パル
ス）状の信号として出力し、この出力信号は平滑
回路２５に供給される。つまり現像剤２のトナー
濃度が低下すれば、透磁率が大きくなり、これに
比例してコイルL₂の誘起される電圧も大きく且
つ位相もずれる。そして、ほとんど変化しないコ
イルL₃の誘起電圧と上記コイルL₂との電圧との
合成信号が位置検波器２３に供給されることで、
基準の信号との位相関係が比較され、出力信号の
パルス幅が大きくなる。従つて、平滑回路２５で
はパルス幅が広いことから高い電圧として次の電
圧比較器２６に供給する。そのため、電圧比較器
２６は信号（“Ｈ”）を出力する。これにより、出
力部２７にてトナー供給ローラ８を回転させるモ
ータ等を駆動することになる。

しかし、トナー濃度が一定のレベルであれば、
電圧比較器２６の出力は（“Ｌ”）となり、供給ロ
ーラ８は回転されない。つまり、基準トナー濃度
の現像剤２を現像槽１９内に収容した時の平滑回
路２５からの出力が、電圧比較器２６の基準電圧
より低く（又は等しく）なるように、センサー２
０の基準調整コア２２を調整している。そのた
め、トナー濃度が低下すれば、比較器２６の基準
電圧より大きくなるような信号（パルス幅）が位
相検波器２３より出力され、トナー供給が基準ト
ナー濃度に達するまで制御される。

第３図は第２図の詳細を示す回路構成図であ
る。図において、電源電圧V_Dは、抵抗Ｒ１を介
してツエナーダイオードZD１及びコンデンサＣ
１からなる定電圧回路２８に供給され、一定電圧
として発振器２４を構成する排他的論理和回路
EX１の一方の入力端子に供給されている。回路
EX１の発振出力はセンサー２０のコイルL₁に及
びコンデンサＣ３に供給されている。コイルL₁
他の端子は抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２との接続
部に接続されており、抵抗Ｒ２を介して回路EX
１の出力と逆位相の発振出力信号が回路EX１の
もう一方の入力端子に供給されると共に後述する
位相検波器２３の排他的論理和回路EX３の一方
の入力端子に供給されている。発振器１４の発振
周波数はコンデンサＣ２，Ｃ３等にて決められ
る。

センサー２０の検出用コイルL₂と基準トナー
濃度調整コイルL₃との合成誘起電圧は、コンデ
ンサＣ５を介して直流分がカツトされて増幅用ト
ランジスタＱ１のベース端子に供給されている。
トランジスタＱ１のコレクタは、抵抗Ｒ３を介し
て定電圧が供給され、エミツタは接地されてい
る。トランジスタＱ１の増幅されたコレクタ出力
は、波形整形にかかる排他的論理和回路EX２を
介して上述した位相検出のための排他的論理和回
路EX３の他の端子に供給されている。つまり、
回路EX３は、基準信号と透磁率変化による検出
信号との位相差に応じた幅のパルス信号を出力す
る。このパルス信号は次に抵抗Ｒ５及びコンデン
サＣ６からなる平滑回路２５にて、パルス幅に応
じた信号（電圧）に変換され、比較回路２６の排
他的論理和回路EX４の一方の入力端子に被検出
信号として加えられている。

上記排他的論理和回路EX４は、基準入力端子
を接地しており、一方の入力端子にスレツシユホ
ールド以上の電圧が入力すれば信号（“Ｈ”）を出
力する。そのため、回路EX４の一方の入力端に
加えられる被検出信号値は、現像剤が基準トナー
濃度時にスレツシユホールド以下（又は等しい）
の値になるように基準調整コア２２を調整してい
る。従つて、トナー濃度が低下すれば透磁率の変
化により検出信号の位相が基準時の位相より大き
くずれ、排他的論理和回路EX３よりパルス幅の
広い信号が出力される。そして、平滑回路２５は
基準時の値より高い電圧値に変換して、回路EX
４に加える。これにより回路EX４より“Ｈ”信
号が出力される。この信号（“Ｈ”）は、出力部２
７の抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ２のベース
端子に供給され、トランジスタＱ２を導通常状に
する。トランジスタＱ２は導通することで、例え
ばトナー供給ローラ８を回転させるためのモータ
を駆動する。

以上は、トナー濃度変化に基く、透磁率を検出
しトナー補給を行いトナー濃度を一定に保つため
の制御回路の一例であるが、これは単なる一例で
あつて本発明は第３図に示す様な回路に限定され
るものではない。つまり、第３図は透磁率を位相
検出により行つているが、透磁率の変化を、直接
電圧変化として検出するようにしても良い。また
透磁率でなく、現像剤の導電率を検出することで
トナー濃度を検出できる。

本発明の如く透磁率変化を検出するためのセン
サー２０を第１図に示す位置に配置したことで、
上述した通り、安定した検出出力を得ることがで
きる。ここで、第１図に示すものであれば、現像
剤２の一部がセンサー２０の部分にて規制され、
現像剤２の進入側のセンサー部付近に徐々に現像
剤溜まりを形成することが考えられる。このため
現像剤に溜りの変化に応じて、センサー２０の透
磁率の検出出力が変化するものと思われる。その
ため、第４図に示す様に、センサー２０に現像剤
２の進入側に対向して整流板１６を取付けてい
る。この整流板１６は、非磁性体のものが好まし
い。上記整流板１６をセンサー２０に取付けたも
のを、現像装置に設けた状態を第５図に示してい
る。センサー２０は取付板１７に固定され、該取
付板１７を介して第５図に示す様に上蓋１８に固
定されており、センサー２０にて規制された現像
剤２は、センサー２０の前面（整流板１６を設け
た面）に溜ることなく左右に流れ、センサー２０
に接し流れる現像剤２は、常にスリーブ１０にて
搬送されてくる新しいものとなり、その量がｘ＞
ｙの関係にセンサー２０を配置することから、常
に一定に保たれてセンサー２０への案内される。
よつて、センサー２０の出力は、より安定して検
出が可能となる。

尚、センサー２０に整流板１６を設けてなる
が、センサー２０そのものを整流板１６と同様の
作用効果を有する形状に形成してもよい。そこ
で、センサー２０が図に示す様に、円形状であれ
ば規制された現像剤はその位置に溜ることなくス
リーブ１０の回転に応じて左右に流れて撹拌ロー
ラ４へと搬送される。

第６図は、第５図に示すセンサー２０による出
力特性を示す。この第６図は、現像剤の付着量を
規制するドクター１２とスリーブ１０との間隔ｘ
を変化させた場合のセンサー２０の検出出力を示
すものである。また、上記間隔ｘを2.0mmと規定
した時のセンサー２０とスリーブ１０との間隔ｙ
は1.5mmとしている。この第６図に示すものと第
１０図に示す従来のものと比べ、本発明の方がセ
ンサー２０による出力変化が非常に小さくなつて
いることがわかる。

また、第７図は主極N₁の位置をずらせてセン
サー２０による出力変化を示す特性図である。こ
の図は第１１図と同様にセンサー２０を固定し磁
石１１を基準位置から主極N₁の高さＨを20mmを
定位置とし、これより時計回転１９…１６又は反
時計回転２１…２３させた場合の出力変化を示し
ている。図に示す様に第１１図と対比すれば、本
発明による出力変化は、ほとんど生じないことが
判明した。また、整流板１６を設けることなく円
形状のセンサー２０を設けることで、第６図及び
第７図に示す特性とほぼ同様の結果を得た。

通常、画像濃度調整のため磁石１１の主極N₁
の感光体５に対する角度及びドクター幅を初期状
態で調整している。そのため、所定（基準）の現
像剤のトナー濃度に対してセンサー２０による出
力変化がないことが望ましい。この点、本発明に
よれば、第６図及び第７図に示す如く第１０図及
び第１１図に比べ出力変化が非常に少なく、トナ
ー濃度を一定に保つために大きな効果を有する。

＜発明の効果＞ 本発明の現像剤の濃度制御装置によれば、スリ
ーブとセンサーとの間隔を現像剤の規制を行うド
クターとスリーブとの間隔より小さくしても、現
像剤の進入側がくさび形状に形成されていること
から現像剤のセンサー進入側に停滞ができず、常
に新しい現像後の現像剤をセンサーへと導くこと
ができると共に、常に一定量の現像剤の供給を行
うことができ、より一層安定したトナー濃度を検
出を行える。

また、センサー中心を磁石の一磁極の中心に一
致させていることから、上記磁石の磁力の影響を
受けることなく安定したトナー濃度を透磁率変化
して検出することができる。

従つて、上記センサーにて正確なトナー濃度を
検出できることから現像剤のトナー濃度を決めら
れた範囲内に保持することが容易に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による現像剤の濃度制御にかか
る現像剤の断面図、第２図は本発明にかかる現像
剤の濃度制御回路の一例を示すブロツク図、第３
図は第２図の詳細を示す回路図、第４図はセンサ
ーに整流板を取付けた例を示す平面図、第５図は
第４図のセンサーを現像装置に設けた現像装置の
断面図、第６図及び第７図は本発明の濃度制御に
かかる特性図、第８図は従来の体積変化による現
像剤の濃度制御にかかる現像部の断面図、第９図
は従来の透磁率変化による現像剤の濃度制御にか
かる現像剤の断面図、第１０図及び第１１図は第
９図によるセンサー出力を示す特性図である。 ２：現像剤、３：現像ローラ、５：感光体、
８：トナー供給ローラ、１０：スリーブ、１１：
磁石、１２：ドクター、１６：整流板、２０：セ
ンサー、２３：位相検波器、２４：基準信号発振
器、２６：比較器、２７：出力部、ｘ：ドクター
間隔、ｙ：センサーとスリーブの間隔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数極からなる磁石と、該磁石の周囲を覆う
   ように回転される非磁性体スリーブとからなる現
   像ローラを用い記録媒体に形成された潜像を現像
   する現像装置において、 現像剤の濃度を透磁率変化として検出し、この
   検出出力に応じてトナー供給を制御するためのセ
   ンサーを、現像後の上記スリーブの上部に対向す
   る位置に、該センサーの中心が上記磁石の一磁極
   の中心に一致するように設け、 上記スリーブ上に付着する現像剤の量を規制す
   るドクターとスリーブとの間隔ｘに対し、上記ス
   リーブとセンサーとの間隔ｙがｙ＜ｘの関係を維
   持するように上記センサーを配置し、 上記センサーの現像剤の進入側前面をくさび形
   状に形成された像剤溜まり防止部材を配設した ことを特徴とする現像剤の濃度制御装置。