JP3308126B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタ、電子写真複
写機、ファックス等の画像形成装置に関し、特に二成分
現像剤を使用する画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の、トナーとキャリアから成る二成
分現像剤を使用する画像形成装置においてトナー濃度を
検知する方法としては、トナー濃度の変化が嵩密度に変
化を及ぼしていることから現像剤の透磁率の変化を磁気
的に検知する方法、または、トナー濃度の変化が現像剤
の流動性に変化を及ぼしていることから電磁的、又は、
光学的に流動性の変化を検知する方法等が一般的に用い
られている。前者の方法にあっては、図６（Ａ）で示さ
れたようにトナー濃度が高くなってくると、キャリアの
周りに逆極性に帯電されているトナーが数多く付着する
ため、嵩密度は小さくなる。一方図６（Ｂ）のようにト
ナー濃度が小さくなってくると、キャリアの周りに付着
するトナーの数が少なくなって嵩密度が大きくなる。即
ち、前者の方法では、この嵩密度の変化を透磁率の変化
として検知する磁気的な検知手段によって、磁気的な検
知手段の出力値とトナー濃度の関係を図７（Ａ）のよう
に実験的に求めておき、もし検知手段の出力値がＶ１な
らば、トナー濃度として曲線上のｂ点が求まり、直ぐに
トナー濃度が基準値Ｄ０より薄いＤ１となっていること
が判る。従って、曲線上の基準点ａに戻すようトナーを
補給し、嵩密度を小さくさせて出力値をＶ０にするよう
制御する。

【０００３】また、後者の方法では例えば、図示してい
ない磁気ブラシ現像装置の中に図８（Ａ）に示されたよ
うな漏斗形状を有したホッパー１１を配置し、ホッパー
１１内には現像剤１３が定量入っており、ホッパー１１
の下部の流出口１２から現像剤１３が落下するような構
成になっている。さらに流出口１２からの落下を検知す
るためにコイル１４と検出回路１５があり、現像剤の全
てが流出する迄の時間が検出されるが、この一定量の現
像剤の流出時間の大小、即ち、流動性の良否は現像剤の
粘性で左右される。トナー濃度が低ければ流出口１２か
ら現像剤が流れ易く、流動性が良くなり、トナー濃度が
高ければ流れ難く、流動性が悪くなる。従って、現像剤
の流動性の変化からトナー濃度の変化を知ることが出来
るが（特開昭６０ー２１６３６７参照）、装置の小型化
が難しいと云う欠点がある。しかし、現像剤が劣化して
キャリアの帯電能力が落ちたり、キャリアに通常よりも
細かい粉状のトナーが付着して正常のトナーを付着出来
ない状態となると、キャリア表面から遊離するトナーが
発生して、現像装置からキャリアが飛散し、画面上に地
肌汚れを起こす。

【０００４】また、図６（Ｃ）のようにキャリア表面に
細かい粉状のトナーが付着すると、現像剤の嵩密度が大
となって磁気的な検知手段では見掛け上トナー濃度が小
さいものとして検出される。しかし、実際にはトナー濃
度は小さくなっていないので、検出結果に応じてトナー
を補給し続けると、トナーが過多になり、ますますトナ
ー飛散が起こると云う悪循環に陥る。

【０００５】図７（Ｂ）は、嵩密度とトナー濃度の関係
図であり、実線は新品現像剤、点線は劣化した現像剤の
関係曲線を示している。また、図８（Ｂ）は、流動性の
良否とトナー濃度との関係図であり、実線は新品現像剤
の関係曲線、点線は劣化している状態の現像剤の関係曲
線を示したもので、この場合にも、現像剤の劣化が流動
性に大きく関係している様子が分かる。つまり、劣化し
た現像剤が多い程流動性が低下する。

【０００６】この現像剤の劣化の検知方法としては、図
示してないが、転写部に影響の無い感光体の一部分（非
画像形成部）に画像形成の都度トナーを付着させて、該
一部分に付着したトナーからの光学的な反射光を読み取
ることにより、現像剤の劣化を知って、現像剤の交換時
期を検知することが行われている。しかし、この検知方
法では現像剤の劣化を検知する手段の追加が複雑にな
り、コスト的にも高価になると云う不具合があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のトナー濃度を検
知する方法には、トナー濃度の変化が嵩密度に変化を及
ぼしていることから現像剤の透磁率の変化を磁気的に検
知する方法、または、トナー濃度の変化が現像剤の流動
性に変化を及ぼしていることから電磁的、又は、光学的
に流動性の変化を検知する方法等が一般的に用いられて
いた。しかし、上記の両方法では、現像剤の劣化が検出
レベルに大きく影響をおよぼし、検出レベルの変化がト
ナー濃度の変化なのか、現像剤の劣化による変化なのか
の区別を判断できず、また、現像剤の寿命や現像剤の劣
化を判別した上で、検出レベルの補正を行うことは、制
御の複雑を招き、コスト的に高価になると云う不具合が
あった。

【０００８】

【発明の目的】そこで、本発明は、周期的な振動を与え
られた現像剤を磁気的に検知することにより、検出レベ
ルの平均値及び振幅値等の値を処理して、トナー濃度を
制御したり、現像剤の交換時期を決めたりすることがで
き、しかも、従来の検知部に殆ど追加することなく、小
型で、簡単で、確実性があり、しかも、追加コストが安
価な画像形成装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、トナーとキャリアから成る二成分現像剤
を使用する画像形成装置において、前記現像剤の嵩密度
を検知する磁気検知手段と、該磁気検知手段が検知する
現像剤に周期的な振動を与える振動付与手段とを有し、
前記磁気検知手段が検知した出力値に基づいて、該出力
値の振動波形の振幅値及び平均値、或いは振幅値及び最
大値、或いは振幅値及び最小値の組み合わせ値を使っ
て、現像剤の劣化の進み具合とトナー濃度の判断をする
処理手段を設けたことを特徴とする。

【００１０】なお、本発明は、前記処理手段による現像
剤の劣化具合により変更される基準に基づいてトナー濃
度を制御する濃度制御手段を備えていると、効果的であ
る。さらに、本発明は、前記処理手段が、現像剤が交換
時期に達したと判断した際、現像剤の交換を指示する現
像剤交換報知手段を備えていると、効果的である。

【００１１】前記振動付与手段は、現像剤を撹拌するた
めの現像剤撹拌パドルに取り付けられたシート状部材で
あると、効果的である。

【００１２】

【作用】上記のように構成された画像形成装置は、磁気
検知手段によって状態を磁気的に検知される現像剤部分
に、振動付与手段で周期的な振動を与えることが出来、
一つの磁気検知手段により現像剤の嵩密度に対応した出
力レベルの他に、現像剤の振動により生じる流動性の違
いに応じた出力振幅レベルを重畳した形で取り出すこと
が出来るので、その出力を受けて処理を行う処理手段は
嵩密度に対応した出力と流動性の違いに応じた振幅出力
を二次元的に処理することが出来る。

【００１３】上記１項の画像形成装置の上記処理手段
は、上記磁気検知手段から、周期的な振動を与えられた
現像剤の状態を検知した値を受けとって、振幅値及び平
均値、或いは振幅値及び最大値、或いは振幅値及び最小
値の組み合わせ値を、利用用途に応じて使用することが
出来るので、現像剤の経時変化や温度変化が原因による
ものと、トナー濃度の変化が原因によるものとを判別出
来るようになり、現像剤の劣化による交換やトナー濃度
の制御を別々に指示出来る。

【００１４】上記１項又は２項の画像形成装置の処理手
段により、現像剤の嵩密度に対応した出力レベルと流動
性の違いに応じた出力振幅レベルの値を二次元的に処理
することが出来るので、トナー濃度の変化と現像剤の劣
化による変化を判別出来るようになって、濃度制御手段
は現像剤の劣化に影響されないトナー濃度の制御を行う
ことが出来る。

【００１５】上記３項の画像形成装置の処理手段によ
り、現像剤の嵩密度に対応した出力レベルと流動性の違
いに応じた出力振幅レベルの値を二次元的に処理するこ
とが出来るので、トナー濃度の変化と現像剤の劣化によ
る変化を判別出来て、現像剤が劣化してあらかじめ定め
た交換領域に達したか否かが簡単に判断出来て、現像剤
交換手段は最適な現像剤の交換時期を決定出来る。

【００１６】上記各項の画像形成装置の上記振動付与手
段は、現像剤を撹拌するための現像剤撹拌パドルに取り
付けられたシート状部材であるので、装置の大きさには
変更なく、コストアップも簡単なシート状部材の追加だ
けなので安価に出来て、しかも、磁気的に検知する現像
剤部分に確実に周期的な振動を与える画像形成装置を提
供出来る。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。電子写真式画像形成装置の構成や一般的
な動作は、公知であるので説明を省き、本発明に関わる
ことを中心に述べる。図１は本発明を適用する電子写真
式画像形成装置の要部構成を示すブロック図であり、画
像形成装置の現像装置７の中には、トナーとキャリアか
ら成る二成分現像剤が適量詰まっている。現像剤撹拌パ
ドル６は、図のような外周に水かき棒を持つ水車に似た
回転体が高速で回転し、現像装置７の中の現像剤をかき
まわし、現像ローラ８の周りに付着させる。一方感光体
ドラム９上には形成しようとする画像に対応する静電潜
像が作られており、現像ローラ８に接近する際に現像ロ
ーラ８上のトナーの転移により、感光体ドラム９上の静
電潜像が可視像化される。感光体ドラム９上に可視像化
された像を、図示してない転写紙に対して転写、定着を
行うことにより求める画像が形成される。その際に、現
像装置７の中のトナーが少なくなってキャリアに付着す
るトナー量が不足したり、現像剤が劣化してキャリアの
帯電能力が落ちたり、または、キャリアに通常よりも細
かい粉状のトナーが付着して正常のトナーを付着出来な
い状態となって、現像ローラ８の周りに付着するトナー
量が不足する場合には、形成される画像が正常でなくな
る。従って、現像装置７の中のトナー濃度を一定にする
ように制御したり、または、現像剤が劣化したことを検
知して剤を交換する必要が生じてくる。本発明は上記の
点を簡単に、正確に行うことが出来る画像形成装置を提
供するものである。

【００１８】即ち、現像装置７中に収容された現像剤の
トナー濃度は、嵩密度の変化（図６参照）を透磁率の変
化として磁気検知手段１で検知できる。本発明では、そ
の際に、現像剤に周期的な振動を付与する様にした構成
が特徴的である。即ち、振動付与手段２は検知する現像
剤に周期的な振動を与えるように設定され、その方法と
してはいろいろ考えられるが、ここでは一番簡単で、確
実な方法を述べる。即ち、現像剤撹拌パドル６の水かき
棒の一部、または全部に、水かき棒より飛び出した形で
振動付与手段２を取り付ける。振動付与手段２の部材と
してはマイラーのようなシート状部材が確実で簡単に取
り付けられ最適である。

【００１９】図２には磁気検知手段１、振動付与手段
２、現像剤撹拌パドル６の部分の様子を拡大して示して
ある。現像剤撹拌パドル６の長手方向（紙面と直交する
方向＝軸方向）には磁気検知手段１の検知する範囲に渡
ってシート状部材２を配置し、シート状部材２の先端は
磁気検知手段１と非常に接近した距離ｄだけ離れて取り
付けられている。シート状部材２は、現像剤撹拌パドル
６の回転に連れて検知対象となる現像剤に周期的な振動
を確実に与える。従って、磁気検知手段１には現像剤の
嵩密度に対応した出力レベルの他に、振動付与手段２で
周期的な振動を与えられた振動振幅レベルが重畳した形
（図３参照）で取り出される。

【００２０】本実施例では、距離ｄの値として１．０ｍ
ｍ位が適当であり、この間隔が余り大き過ぎると振動の
振幅が小さくなり、振幅が余り小さ過ぎると磁気検知手
段１による検知範囲に位置する現像剤を掻き取って、別
に設けられた検知手段等によりトナーエンプティエラー
等が検知されたり、振動を安定させるまでに長時間を要
して、平均値の正しい値が得られなかったりする。

【００２１】本発明の特徴は、この振動振幅レベルの大
きさが現像剤の流動性を反映していることに着目してな
された点にある。即ち、現像剤が劣化して流動性が悪く
なると、磁気検知手段１で検知される周期的な振動の振
幅レベルが大きくなる（図３（Ｂ））。処理手段３は磁
気検知手段１の検知した重畳レベルから、振幅値及び平
均値、或いは振幅値及び最大値、或いは振幅値及び最小
値を求め、利用用途に応じた組み合わせ値を用いて処理
し、処理結果を電気信号として濃度制御手段４や現像剤
交換報知手段５に伝える。

【００２２】濃度制御手段４は、処理手段３の処理結果
から現像剤のトナー濃度が低ければ、トナー供給パイプ
４ａを通して現像装置７にトナーを供給し、トナー濃度
が一定になるように制御する。また、現像剤交換報知手
段５は、現像剤が劣化して現像剤交換領域の範囲になる
と、現像剤交換指示ランプ５ａを点灯したり、図示して
ない警報指示等により現像剤交換時期を知らせ、交換を
促す。

【００２３】図３（Ａ）（Ｂ）は、上記に説明した図１
の構成を備えた画像形成装置の磁気検知手段１で検知し
た出力波形を示している。図３（Ａ）は、トナー濃度が
６ｗｔ．％の新品現像剤での出力波形であり、図３
（Ｂ）はトナー濃度が６ｗｔ．％の劣化した現像剤での
出力波形である。振幅の発生する周期ｔｓは現像剤撹拌
パドル６の回転周期に同期しているので当然同じである
が、振幅値（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）には明らかに大きな
違いが出ていることが判る。出力波形の平均値をＶａｖ
ｎとすると、振幅値及び平均値Ｖａｖｎ、或いは振幅値
及び最大値Ｖｍａｘ、振幅値及び最小値Ｖｍｉｎの値が
一つの磁気検知手段１で検出され、簡単に嵩密度の変化
と流動性の変化が判ることに特徴がある。

【００２４】図４は、嵩密度の変化と流出時間（これは
図示したように流動性の善し悪しと関係がある）を夫々
横軸、縦軸として、トナー濃度と現像剤の劣化をパラメ
ータにして求められた二次元座標である。但し、流出時
間は、図８のような或る一定量の現像剤が流出し終わる
迄の時間で表わされており、現像剤の温度は一定として
ある。また、現像剤の劣化具合は、現像剤が新品時、や
や劣化し始めた時、寿命を迎えた時の三状態について比
較してある。

【００２５】新品時の現像剤でトナー濃度が５ｗｔ．％
に当るｃ点を基準点とすると、トナー濃度が低下して４
ｗｔ．％に落ちると、基準点ｃからｆ点に移動し、嵩密
度は増加し流動性は良くなる（図７（Ｂ）及び図８
（Ｂ）参照）。逆に、トナー濃度が濃くなると左上方向
に移り、嵩密度は減少し流動性は悪くなる（流出完了に
要する時間が長くなる）。また、現像剤のトナー濃度が
５ｗｔ．％のままで現像剤が劣化して帯電能力が落ちて
来ると、ｃ点→ｅ点→ｇ点と右上方向に移り嵩密度は増
加し流動性が悪くなる。

【００２６】従来は嵩密度か流動性の一方でトナー濃度
を判断していたので、この場合のように現像剤が劣化し
ても嵩密度や流動性に変化を与えるので、ｆ点やｅ点
（嵩密度が殆ど同じ）の二つの状態の違い（流動性の違
い）を判別することが出来なかった。即ち、若し何時ま
でも嵩密度を一定に制御していると、現像剤の劣化に連
れてｃ点→ｍ点→ｎ点の方向に移って行くことになり、
明らかにトナー濃度を制御していることにはならない。
ここでは、現像剤温度が一定の場合について扱ったが、
温度上昇による影響は現像剤劣化を顕著に進めるものな
ので、実際の制御では温度の上昇を現像剤の劣化の判断
要素中に含めて扱うことが可能である。

【００２７】図５は、上記の考えに基づいて求められた
二次元座標であり、磁気検知手段１で検知された平均電
圧Ｖａｖｎを横軸に、振幅電圧（ＶｍａｘーＶｍｉｎ）
を縦軸にして表わした二次元座標である。現像剤の劣化
具合をパラメータとした曲線には温度上昇による影響分
も含んで扱われている。処理手段３による現像剤のトナ
ー濃度の制御方法としては、現像剤の劣化が進んだ場合
に、基準点のｏ点（座標Ｖ０、Ｐ０）→ｐ点（座標Ｖ
１、Ｐ１）→ｑ点（座標Ｖ２、Ｐ２）に至る座標制御を
行えば良いことが判る。また、ｑ点より上の座標、即
ち、現像剤劣化大の曲線より上の斜線が描かれた範囲は
現像剤寿命領域であり、出来るだけ速やかに現像剤の交
換を必要とする範囲を示している。

【００２８】本発明の画像形成装置における濃度制御は
上記基準に基づいて行われるので、現像剤の劣化が検出
レベルに大きく影響をおよぼすことがなくなり、検出レ
ベルの変化がトナー濃度の変化なのか、現像剤の劣化に
よる変化なのかを適切に区別できる。また、現像剤の寿
命や現像剤の劣化を判別した上で、検出レベルの補正を
行うことがないので、制御の複雑化や、コスト的に高価
になると云う不具合がない。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、磁気検
知手段で現像剤の状態を磁気的に検知する際に、検知対
象となる現像剤部分に、振動付与手段で周期的な振動を
与えるので、一つの磁気検知手段により、現像剤の嵩密
度に対応した出力レベルの他に、現像剤の振動により流
動性の違いに応じた出力振幅レベルを重畳した形で取り
出すことができ、その出力を受けて処理を行う処理手段
は嵩密度に対応した出力と流動性の違いに応じた振幅出
力を二次元的に処理することが出来るようになったの
で、一方だけの出力で判断していた従来の処理方法より
も種々の条件変化に対応して、精度良く現実に適した処
理が出来るようになった。

【００３０】請求項１の画像形成装置の上記処理手段
は、上記磁気検知手段から、周期的な振動を与えられた
現像剤の状態を検知した値を受けとって、振幅値及び平
均値、或いは振幅値及び最大値、或いは振幅値及び最小
値の組み合わせ値を、利用用途に応じて使用することが
出来て、現像剤の経時変化や温度変化が原因によるもの
と、トナー濃度の変化が原因によるものとを判別出来る
ようになったので、現像剤の最適な交換時期の判断がで
き、また何時までも均一なトナー濃度を保つことができ
るようになった。

【００３１】さらに、上記２項の画像形成装置の処理手
段により、現像剤の嵩密度に対応した出力レベルと流動
性の違いに応じた出力振幅レベルの値を二次元的に処理
することが出来て、トナー濃度の変化と現像剤の劣化に
よる変化を判別出来るようになったので、濃度制御手段
は現像剤の劣化に影響されない、精度良いトナー濃度の
制御を行うことが出来る。

【００３２】上記３項の画像形成装置の処理手段によ
り、現像剤の嵩密度に対応した出力レベルと流動性の違
いに応じた出力振幅レベルの値を二次元的に処理して、
トナー濃度の変化と現像剤の劣化による変化を判別出来
るようにしたので、現像剤が劣化してあらかじめ定めた
交換領域に達したか否かが簡単に判断出来て、現像剤交
換報知手段の指示で最適な交換時期を決定出来るように
なったので、未だ十分使用出来る劣化の少ない現像剤を
劣化と勘違いして取り変える無駄を無くし、また画像形
成中にトナー濃度が薄くなっているのを気付いてコピー
をやり直す手間も省けるようになった。

【００３３】上記４項の画像形成装置の上記振動付与手
段は、現像剤を撹拌するための現像剤撹拌パドルに取り
付けられたシート状部材であるので、装置の大きさに変
更なく、部品追加のコストアップもなく、今迄の現像剤
の流動性を測る方法に較べて簡単で、非常に安価で、し
かも現像剤の状態を磁気的に検知する現像剤部分に確実
に周期的な振動を与える画像形成装置を提供出来るよう
になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す画像形成装置の要部を説
明する説明図である。

【図２】本発明の実施例を示す現像剤撹拌パドルと磁気
検知手段の周辺の要部の断面図である。

【図３】（Ａ）は本発明の実施例を示す画像形成装置の
磁気検知手段で新品時の現像剤を検知した出力波形の説
明図、（Ｂ）は本発明の実施例を示す画像形成装置の磁
気検知手段で劣化した現像剤を検知した出力波形の説明
図である。

【図４】トナー濃度及び現像剤の劣化をパラメータにし
た現像剤の嵩密度と流出時間の二次元座標の説明図であ
る。

【図５】トナー濃度及び現像剤の劣化をパラメータにし
た磁気検知手段の検知平均電圧と振幅電圧の二次元座標
の説明図である。

【図６】（Ａ）はトナー濃度大、嵩密度小の二成分現像
剤の状態を示す説明図、（Ｂ）はトナー濃度小、嵩密度
大の二成分現像剤の状態を示す説明図、（Ｃ）はトナー
濃度大、嵩密度大の二成分現像剤の状態を示す説明図で
ある。

【図７】（Ａ）は磁気検知手段の検知電圧とトナー濃度
の間の関係を説明する説明図、（Ｂ）は現像剤の嵩密度
とトナー濃度の間の関係を説明する説明図である。

【図８】（Ａ）は現像剤の流出時間を検知する従来例の
要部の説明図、（Ｂ）は現像剤の流出時間とトナー濃度
の間の関係を説明する説明図である。

【符号の説明】

１・・・磁気検知手段、２・・・振動付与手段、３・・
・処理手段、４・・・濃度制御手段、４ａ・・・トナー
供給パイプ４ａ、５・・・現像剤交換報知手段、５ａ・
・・現像剤交換指示ランプ、６・・・現像剤撹拌パド
ル、７・・・現像装置、８・・・現像ローラ、９・・・
感光体ドラム。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーとキャリアから成る二成分現像剤
   を使用する画像形成装置において、 前記現像剤の嵩密度を検知する磁気検知手段と、該磁気
   検知手段が検知する現像剤に周期的な振動を与える振動
   付与手段とを有し、前記磁気検知手段が検知した出力値
   に基づいて、該出力値の振動波形の振幅値及び平均値、
   或いは振幅値及び最大値、或いは振幅値及び最小値の組
   み合わせ値を使って、現像剤の劣化の進み具合とトナー
   濃度の判断をする処理手段を設けたことを特徴とする画
   像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記処理手段による現像剤の劣化具合により変更される
   基準に基づいてトナー濃度を制御する濃度制御手段を備
   えていることを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の画像形成装置
   において、前記処理手段が、現像剤の劣化具合が交換時
   期に達したと判断した際、現像剤の交換を指示する現像
   剤交換報知手段を備えていることを特徴とする画像形成
   装置。
4. 【請求項４】 前記振動付与手段は、現像剤を撹拌する
   ための現像剤撹拌パドルに取り付けられたシート状部材
   であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装
   置。