JPH01182750A - トナー濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真式複写装置やレーザプリンタ等の画
像形成装置の現像器内のトナー濃度を検出する装置に関
する。

〔従来の技術〕

複写装置等の現像器は、画像露光により静電潜像が形成
された感光体ドラムに対してトナーを静電付着させる機
能を果たすものであり、その現像器にはｌ成分現像剤或
いは２成分現像剤が使用される。

そして、２成分現像剤の場合には、磁気ブラシ形成用の
磁性キャリアと非磁性のトナーとを混合させた現像剤を
使用し、トナーのみを感光体ドラムに対して付着させる
。

従って、トナーは消費されるのでキャリアとの混合比が
少なくなり、補給が促されることになる。

この補給指令は、上記混合比であるトナー濃度をトナー
濃度検知器で検知して、当該濃度が目標値以下となるこ
とにより発せられ、これによりホッパ等からトナーの補
給／停止が行われて、混合比が常時所定値となるように
制御が行われる。

ところで、このような現像剤を入れた現像器では、キャ
リアとトナーとの混合を良好に行うために現像剤攪拌が
行われ、その攪拌用として例えばスクリューが使用され
る。

従って、このスクリューにより搬送・攪拌される現像剤
は、トナー濃度検知器が設置された部分において疎密が
生じるので、そのトナー濃度検知器からの検知出力電圧
は脈動する。

そこで従来では、第７図に示すように、トナー濃度検知
器１３の出力側に積分回路３０を接続して、そのトナー
濃度検知器１３の脈動する出力電圧を平均化して、これ
をトナー濃度検出信号としていた。第８図の電圧Ｖａが
トナー濃度検知器１３から出力する脈動電圧、電圧Ｖ。

Ｕ、が積分回路により平均化された電圧である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この方法は、現像剤の疎の部分と密の部
分を平均化するものであるので、現像剤が比較的フリー
で外部の影響を受は易い疎の部分の変動により、安定し
たトナー濃度検知が困難であった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、外部の影響を受けず、安定してトナー濃度を
検出できるようにすることである。

〔課題を解決するための手段〕

このため本発明は、現像剤攪拌・搬送手段により現像剤
が疎密状態で搬送され、且つ該搬送手段の下部にトナー
濃度検出部を設けた現像器において、 上記トナー濃度検出部からの出力電圧の上記現像剤の密
な部分に対応するピーク値をトナー濃度検出信号とした
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第１図は現像
器部分の概略を示す図である。１は感光体ドラム２に対
する現像器全体を示し、１１は現像剤攪拌槽を、ｌｌａ
はトナー消費部を示す。１２はそのトナー消費部１１ａ
に配置したスリーブである。本発明では攪拌槽１１の中
で現像剤が図沖の矢印で示す循環流を形成するように搬
送手段としてスクリュー（後記する）を使用する。そし
てトナー消費部１１ａの下流側の底にトナー濃度検知器
１３を配置する。このトナー濃度検知器１３にはＬ検知
（インダクタンス検知）、光学検知、誘電率検知等を使
用することができる。トナー濃度検知器１３の更に下流
の上部にはトナー補給口１４を設ける。

トナー濃度検知器１３とトナー補給口１４との間の距離
は、短いほどトナー濃度制御の精度やレスポンスが向上
し有利である。トナー消費部１１ａからトナー濃度検知
器１３までの距離は、機械構成上都合の良い位置を選べ
ばよい（例えば、現像器挿入の手前側にホッパを設ける
場合には、手前側にトナー濃度検知器１３やトナー補給
口１４を設ける。）が、トナー補給口１４から下流のト
ナー補給部１１ａまでの距離は、トナー濃度の均一化や
トナーの十分な帯電量を得るために、現像剤の種類やス
クリューの回転速度などから、必要とされる予備攪拌が
十分行なえるだけの距離が必要となる。

第２図及び第３図は本実施例の具体的な現像器の部分を
示す図である。なお、第２図はカラー複写装置のため３
個の現像器（イエロー、シアン、マゼンタ）を有してい
るが、最下の現像器１を代表にして説明する。

まず、本実施例では、現像剤のキャリアとして平均粒径
４０〜５０μｍのフェライトコアにスチレンアクリルを
コーティングしたものを使用し、またトナーとしてポリ
エステルにカーボンブラック又は顔料を分散し平均粒径
１０〜２０μｍに粉砕したものを使用し、これらキャリ
アとトナーを５〜９％／１１ｔ　　で混合した。

現像器ｌのスリーブ１２はその内部にＮ極とＳ極を交互
に奇数極（５〜１１極）並べたマグネットロール１５を
有している。スリーブ１２は非磁性で現像剤搬送のため
に回転し、マグネットロール１５は固定されている。

上記スリーブ１２に平行に２本のスクリュー１６．１７
が配置され、このスクリュー１６．１７は同゛じピッチ
で逆方向に回転するか或いは逆ピッチで同方向に回転し
てその羽根により現像剤を反対方向に攪拌・搬送する。

またスクリュー１７からスリーブ１２に現像剤を供給す
るために、そのスクリュー１７とスリーブ１２との間に
スポシジローラ１８が配置されている。

スクリュー１６．１７と現像器ケース１９の内壁との間
隔は０．５〜２ｍ、スクリュ−１６，１７の相互間の間
隔は１〜３醋、スクリュー１７とスポンジローラ１８と
の間隔は０１〜１日である。

また、現像剤の循環流を形成するために、２本のスクリ
ュー１６．１７の相互間には仕切り板２０が設けられ、
その仕切り板２０の両端は現像剤が通過できるように開
放となっている。

２１は弾性板であり、スリーブ１２に押し当てられ、そ
の弾性板２１とスリーブ１２の間を現像剤が通り抜ける
ことにより、スリーブ１２上に６〜１０　ｍ　ｇ　／ｃ
ｍ”の現像剤層が形成される。

トナー濃度検知器１３は、スクリュー１７の下側におい
て、そのスクリュー１７の下面とトナー濃度検知器１３
のセンサ部１３ａの上面との距離が、０．１〜２．０鶴
となるように設置されている。

このトナー濃度検知器１３の位置は必ずしもスクリュー
１７の真下である必要はないが、第４図に示すように、
センサ１３ａの中心を通る線とこれに平行でスクリュー
１７の中心を通る線との距離ｄが小さく、また垂直線に
対する角度θも小さい方がよい。

このトナー濃度検知器１３をＬ検知センサで構成する場
合には、第５図に示すようになものが使用される。これ
は差動トランス型センサであり、高周波（例えば５００
　ＫＨｚ）で駆動される駆動コイルＬ１、基準コイルＬ
２、及びトナー濃度によってインダクタンスの変化する
検出コイルＬ３を同一コアに巻装し、基準コイルＬ２の
出力電圧ｖ２と検出コイルＬ３の出力電圧ｖ３の差を取
り出すことにより、トナー濃度が検知される。

検出原理は、目標濃度においてＶ２＝Ｖ３となるように
設計すると、検出濃度が変化すると出力電圧ＶＯが、 ＶＯ＝Ｖ２−　（Ｖ３＋Δｖ３）＝−Δｖ３となって、
変化分−Δ■３が得られる。

さて、トナー濃度検知器１３からは前述したようにスク
リュー１７の羽根の通過により疎密が生じるので、第８
図のＶａで示す脈動電圧が得られる。トナー濃度が高い
とき検出電圧Ｖａが低いトナー濃度検知器を使用すれば
、その電圧Ｖａの下向きピークは現像剤がスクリュー１
７に押されて密になっている所を検知した信号である。

なぜならば、スクリューは非磁性部材で構成されるため
スクリューの部分はトナー濃度検知器にとってはトナー
以外にないのと同等となり、見掛は上、トナー濃度はか
なり高く検知されるためである。このピーク値は、密に
圧縮されているので、外部の影響を受は難くく、トナー
の濃度を忠実に反映している。

従って、トナー濃度検知器１３から得られる信号の下向
きピーク値を検出してトナー濃度制御信号とすれば、外
部条件に影響されないトナー濃度制御ができる。

本発明者は、このトナー濃度検知器１３にＬ検知方式の
ものを使用して上記した方法により６〜８％／ｗｔのト
ナー濃度に対し±０．５％／ｗｔの制御精度を得ること
ができた。

第７図は制御特性を示す図である。上記のように例えば
トナー濃度が高くなった場合に出力電圧が低くなるよう
なトナー濃度検知器１３を使用する場合には、第２図に
示すようにホッパからのトナー補給量を変化させる。

■いはトナー補給を開始するトナー濃度検知器１３の出
力電圧（Ｖａの下向きのピーク値）であり、その検知部
１３の感度、制御したいトナー濃度等によって決まる値
である。また、Ｍｍａｘは１コピー当たりに補給できる
トナー最大量であり、トナー補給機構の設計によって決
まる。１コピー当たり予想される最大トナー消費量をＭ
＠ａｘとするのが望ましい。Ｖｔｋは必ずしも制御した
いトナー濃度に対応する必要はない。トナー補給量は検
知されたトナー濃度と１コピー当たりの現像剤消費量か
ら、所定のトナー濃度或いは若干高めになる程度の量を
求めて、補給される。

以上の検知／補給手段によれば、トナー濃度を検知した
現像剤に対して、所定のトナー濃度或いは若干高めの濃
度になるだけのトナー補給を行ない、攪拌を行って後に
トナー消費部１１ａに現像剤を送り込むため、常に適正
トナー濃度、帯電量の現像剤をスリーブ１２に送り込む
ことができる。

この方式によれば、トナー濃度の局部的なバラツキや攪
拌不足等がなくなり、安定したトナー濃度を実現でき、
高画質な画像を形成することができる。

以上のような構成において、現像に当たっては、スリー
ブ１２と感光体ドラム２の感光面との距離を０．３〜１
．０鶴に設定し、現像バイアスとしてスリーブ１２に交
流７００　Ｖｒｍｓと直流−４００ｖを重畳した電圧を
印加し、感光体２の帯電電位を一６００Ｖ、露光部電位
を−ｓｏ〜−ｔｏｏｖとする。そして、スリーブ１２の
速度を２００〜２５０１■／ｓｅｃ、感光体２の速度を
７０寵／ｓｅｅとする。

一方、トナー補給制御に関しては、トナー濃度検知器１
３の出力電圧の目標値からのずれ量によって制ｉｌｌす
る。１コピー当たりのスクリュー１６．１７の現像剤搬
送量をＭｓ　ｇ、トナー濃度検知器１３のセンサ感度を
Ｔ　　Ｖ／％　とすれば、トナー濃度検知器１３の出力
が目標値よりＶ、、Ｖだけ低いトナー濃度方向にずれた
ときに補給すべきトナー量Ｍｙは、 となる。補給トナー量Ｍｙの制御は、トナー補給スクリ
ュー（図示せず）の回転数又は回転時間によって行う。

この回転数又は回転時間は、Ｍ７の値によって連続的に
変えるのが理想であるが、３〜５の段階でステップ状に
変化させるだけでも、オーバーシュートを防ぐには十分
効果がある。本実施例では、 Ｍｓ　　：　５　　ｇ／５ｅｃ ｒ　　：０．４Ｖ／％ Ｍ　ｓｓ　：　０．１　ｇ　／　ｓｅｃとして、トナー
補給用のモータ（図示せず）を次ように設定した。なお
、Ｍｓ３は上記したトナー補給スクリューの補給能力で
ある。

本実施例のトナー濃度検出部１３は、トナー濃度が高く
なると出力゛電圧が低くなるものを使用した。上記した
テーブルは機械の構成に固有のものとなる。

〔発明の効果〕

以上から本発明によれば、トナー濃度検知器からの出力
電圧のピーク値をトナー濃度検出信号としたので、現像
剤が疎密状態で搬送されている部分を検知した場合でも
、正確にトナー濃度を反映している信号を得ることがで
き、その濃度制御が適正に行われるようになり、安定し
て高画質の画像を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の現像器の部分の概略説明図
、第２図は具体的な現像器の断面図、第３図は同現像器
の一部の平面図、第４図はスクリューとトナー濃度検知
器との関係を示す図、第５図はトナー濃度検知器の一例
の説明図、第６図はトナー補給特性図、第７図は従来の
トナー濃度検出信号処理のブロック図、第８図はトナー
濃度信号とそれを平均化した信号の波形図である。 １・・・現像器、２・・・感光体ドラム、１１・・・現
像剤攪拌槽、ｌｌａ・・・トナー消費部、１２・・・ス
リーブ、１３・・・トナー濃度検知器、１４・・・トナ
ー補給部、１５・・・マグネットロール、１６．１７・
・・スクリュー、１８・・・スポンジローラ、１９・・
・ケース、２０・・・仕切り板、３０・・・積分回路。 代理人　弁理士　長　尾　常　明 第６図 第７図 第８図 ａ □時闇

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、現像剤攪拌・搬送手段により現像剤が疎密状態
   で搬送され、且つ該搬送手段の下部にトナー濃度検出部
   を設けた現像器において、 上記トナー濃度検出部からの出力電圧の上記現像剤の密
   な部分に対応するピーク値をトナー濃度検出信号とした
   ことを特徴とするトナー濃度検出装置。