JPH0342676B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は画像担体表面に形成された静電荷像を
磁気ブラシ法により顕像化するための現像装置に
関する。

［従来の技術］ 電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置
においては、画像担体（セレン感光体、酸化亜鉛
感光体、有機光導電体、誘電体等）の表面に静電
潜像を形成し、該静電潜像を磁性現像剤を用いて
磁気ブラシ法により現像し、ついで定着するかも
しくは現像画像を普通紙等の転写シート上に転写
した後定着して最終画像を得ている。

磁気ブラシ法に使用される磁性現像剤として
は、強磁性キヤリアとトナー粒子の混合物である
二成分系現像剤が多く使用されている。この磁性
キヤリアは、鉄粉、フエライト粉末、ニツケル粉
末等もしくはそれらの表面を有機重合体で被覆し
たものであり、又トナー粒子は樹脂中に着色顔料
や染料などの添加物を分散したものであり、キヤ
リア粒子とトナー粒子はそれらの混合によつて互
に逆極性に摩擦帯電するように材料が選定され
る。

上記の二成分系現像剤を用いて静電潜像を現像
する場合、現像によりトナー粒子が消費されるの
で現像が繰返されると現像剤中のトナー濃度が低
下する。トナー濃度が低下したままで現像を行な
うと、画像濃度が低下してしまう。

そこで二成分系現像剤を使用する場合は、現像
剤中のトナー濃度を所定レベル（３〜10％程度）
に保つためにトナー濃度を検出する部材を設置
し、該検出部材からの信号に応じてトナーを補給
するように現像装置を構成するのが一般的であ
る。そしてトナー濃度検出方法としては、現像剤
中のトナー濃度が変化して現像剤の透磁率が変化
することを利用することが多く、例えば永久磁石
部材の磁場中にホール素子を設け、現像剤からの
濡洩磁束を検出すること（特開昭51−117047号公
報参照）も提案されているが、ホール素子は、検
出精度は高いが温度変化の影響を受けやすく信頼
性に問題がある。従つて通常は、現像剤で検出コ
イルの磁気回路の一部を構成させ、検出コイルの
インダクタンスの変化としてトナー濃度を検出す
ることが多い。（例えば特開昭53−49437号及び同
54−159233号公報参照） また二成分系現像剤を用いた現像装置では、現
像後の現像剤を新たに補給されたトナーと混合す
る必要があることから、現像後の現像剤を非磁性
スリーブから掻落すために非磁性スリーブに近接
してスクレーパ部材を設けることが多い（例えば
実公昭55−50685号、同53−34921号の各公報参
照）。

［発明の解決しようとする問題点］ 上述した検出コイルのインダクタンスの変化を
検出してトナー濃度を検出する場合、磁性キヤリ
アは永久磁石の磁界により磁気飽和するので、磁
石の温度特性や経時変化に伴う飽和度の違いによ
るインダクタンス変化が検出誤差として現われる
こと、およびトナー濃度検出部材の取付スペース
の関係で検出コイルの大きさが制限されるので、
現像剤の不均一混合に基く検出誤差が生じるなど
の問題が生じる。そこで、従来からトナー濃度の
検出は、現像剤の一部をサンプルとして取出し、
永久磁石の磁界影響を受けない位置で行なうのが
一般的である（例えば特開昭53−126944号、同54
−76165号の各公報参照）。しかしこの場合には、
トナー濃度検出部材が大型化および複雑化すると
いう不具合を伴う。

従つてサンプリング機構を設けずにかつ現像剤
の流れに沿つて検出コイルを配置するために、ト
ナー濃度検出部材の検出面を上述したスクレーパ
部材の上面に対向して設けることも行なわれてい
る。（例えば特開昭59−164575号）しかしながら、
この場合は、検出面と現像剤との接触が不安定と
なる、すなわち現像剤密度が変動するため、検出
されたトナー濃度の信頼性が劣るという問題があ
つた。

本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解
消し、信頼性の高いトナー濃度の検出が可能な現
像装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の現像装置は、磁性キヤリアとトナー粒
子を含む現像剤を保持する非磁性スリーブと、前
記非磁性スリーブ内に設けられた複数個の磁極を
有する永久磁石部材と、前記現像剤を収容する現
像槽と、前記現像剤を攪拌する混合ローラと、ト
ナー濃度に応じて結合度が変化する検出側磁気回
路と所定の結合度に設定できる基準側磁気回路と
からなる一対の磁気回路と、前記磁気回路の一次
コイルに入力信号を供給する発振器と、前記磁気
回路の二次コイルに得られる両磁気回路の差動交
流出力信号を位相検波する位相検波器を備えたト
ナー濃度検出部材とを有する現像装置において、
前記トナー濃度検出部材を、その検出面が前記現
像槽中の現像剤レベルより下方であつてかつ前記
永久磁石部材と反対側で前記混合ローラと対向す
る位置にある如く前記現像槽に設置し、前記検出
面と前記混合ローラを非磁性かつ絶縁性材料で形
成したことを特徴とする。

［発明の構成］ 以下本発明の詳細を図面により説明する。

第１図は本発明の現像装置の一実施例を示す断
面図、第２図は第１図の混合ローラの斜視図、第
３図は第１図のトナー濃度検出部材の回路構成を
示す図、第４図は第３図の回路の出力波形を示す
図である。

まず第１図において、磁性キヤリアとトナーか
らなる現像剤２は現像槽３内に収容され、又現像
槽３の内部には図示矢印Ｚ方向に回転する感光体
ドラム１に対向して円筒状の非磁性スリーブ４が
回転自在に配置されている。非磁性スリーブ４内
には表面に複数個（図では３個）の磁極を有する
永久磁石５を軸６に固定してなる永久磁石部材７
が固定して配置されている。該磁極のうちN₁極
は現像ギヤツプＤに対向する位置にある現像磁
極、S₁極及びS₂極は搬送磁極を各々示している。
非磁性スリーブ４の回転方向からみてS₁極の後方
にはスクレーパ部材１５が設置されている。非磁
性スリーブ４の感光体ドラム１と反対側の位置に
はプラスチツク等の非磁性かつ絶縁性材料からな
る混合ローラ９が回転自在に設置されており、該
ローラの上方にはトナー２ａを収容するトナー槽
１０が形成されている。トナー槽１０の下部開口
には、軸１１の回りに多孔質弾性体層１２を固定
してなるトナー補給ロール１３が回転自在に設け
られている。また現像槽３には非磁性スリーブ４
上の現像剤の厚さを規制するドクター部材１４が
設置されている。そしてトナー濃度検出部材８は
現像槽３の混合ローラ９に対向する位置に設置さ
れている。

上記現像装置の動作を説明すると次の通りであ
る。

まず非磁性スリーブ４を図示矢印Ｘ方向に回転
させると該スリーブ上に吸着された現像剤２は、
ドクターギヤツプｄから現像ギヤツプＤに向つて
搬送される。現像ギヤツプＤ付近において、現像
剤２により形成された磁気ブラシで感光体ドラム
１の表面を摺擦して該ドラム上に形成された静電
潜像（図示せず）が現像される。現像ギヤツプＤ
を通過後の現像剤２はスクレーパ部材１５により
非磁性スリーブ４から掻落されて現像槽３内に回
収される。

次に回収後の現像剤２は、トナー補給ロール１
３の回転によりトナー槽１０から排出されたトナ
ー２ａと共に混合ローラ９によつて撹拌混合され
た後、再び非磁性スリーブ４上に吸収されて現像
に供される。

また現像剤２が混合ローラ９とトナー濃度検出
部材８との間隔ｇを通過する時に、トナー濃度検
出部材８によつて現像剤中のトナー濃度を検出
し、検出されたトナー濃度に応じて外部信号を出
力して図示しない駆動手段によつてトナー補給ロ
ール１３の回転を制御する。

次に検出コイルのインダクタンスの変化を利用
したトナー濃度検出部材８としては種々の構造の
ものが知られているが、例えば第３図に示す構造
のものが提案されている。（特開昭59−99462号） 同図において、コ字形の磁心１６ａには一次コ
イルL₁aと二次コイルL₁aが、同様に磁心１６ｂ
には一次コイルL₁bと二次コイルL₂bが巻回され
て２個のトランスを構成している。一次コイル
L₁aとL₁bは発信器１７の出力端子（図示せず）
に接続されて、二次コイルL₂aとL₂bは位相検波
器１８の信号入力端子（図示せず）に接続されて
おり、又各トランスの二次側には比較信号検出コ
イルLR₁とLR₂が巻回され、これらは位相検波器
１８の比較信号入力端子に接続されている。位相
検波器１８の出力端子（図示せず）は電位比較器
１９の入力端子（図示せず）に接続され、そこで
所定のトナー濃度に対応する基準電圧と比較さ
れ、電位差に応じた信号が出力される。そして電
位比較器１９は駆動回路２０を経て負荷（モータ
等の駆動源）２１に接続される。

上記回路構成によれば、発信器からの発信出力
が各一次コイルL₁aおよびL₁bに印加されると、
各磁気回路の結合度に対応した出力信号が二次コ
イルL₂aおよびL₂bに誘起される。

第３図において、位相検波器１８は、トナー濃
度が基準値と等しい時は、作動出力が０となるよ
うに調整される。トナー濃度が基準値よりも小さ
い場合は、現像剤の透磁率が増加するので、磁心
１６ａと現像剤を含む磁気回路の結合度は増加す
る。二次コイルL₂aとL₂bの出力は逆位相なので、
二次コイルL₂aが参照信号と同極性であれば、出
力I₁は参照信号と同極性となる。位相検波器１８
の出力は電位比較器１９にて参照信号のレベルと
比較されて駆動回路２０に信号を与える。この信
号により、トナー補給ロール１３が回転して新た
なトナーが現像槽３内に補給される。トナー濃度
が基準値を越えた場合は、出力I₁は参照信号と異
なつた極性になるので位相検波器１８は逆極性の
出力を与える。この様子は第４図に示される。

上述した通り、位相検波器の出力は、トナー濃
度に依存する現像剤の透磁率によつて変化する。
従つて、トナー槽１０からのトナーの補給は、ト
ナー濃度を基準値に調整するためにトナー補給ロ
ール１３によつて制御され得る。

もしトナー濃度検出部材の感度を調節する場合
は、例えばソフトフエライト等の磁性体により行
なえばよい。特に磁性体がネジコアであれば、こ
れを基準磁気回路側の磁心１６ｂの空所に設けて
（第３図に一点鎖線で示す）、左右に回転させるこ
とにより、容易に調整できる。

本発明は、トナー濃度の検出手段として、上述
したような差動トランス型のトナー濃度検出部材
を使用するが、差動トランスは第３図に示す通り
のものに限らず、１次コイルと２次コイルとを同
一の円筒形ボビンに巻回した構造［例えば「トラ
ンジスタ技術 別冊 センサーインターフエーシ
ングNo.２」（昭和58年４月１日発行 CQ出版社）
参照］などの種々の構造のものを使用できること
はもちろんである。

上記のトナー濃度検出部材８は検出コイルのイ
ンダクタンスの変化を利用してトナー濃度を検出
するので、出力信号は、永久磁石５の磁場、温度
や湿度のような環境条件及び現像剤の流れの変化
等の種々の要因によつて影響される。しかしなが
ら、トナー濃度検出部材８は、永久磁石５から離
れて、間隔ｇで混合ローラ９の近くに位置するた
め、トナー濃度の検出はこれらの要因に実質的に
影響されない。

永久磁石の磁場の影響を受けないことは重要で
ある。すなわち永久磁石の位置や永久磁石の磁極
位置を正確に調整するまでもなくなる。

環境条件は、検出面８１と混合ローラ９との間
の円滑で安定した現像剤の流れに影響を与えな
い。すなわち検出面８１と混合ローラ９との上述
した位置関係により、いかなる環境条件でも現像
剤の円滑で安定した流れが維持される。

検出面８１と混合ローラ９との間隔ｇが広すぎ
ると、現像剤は検出面８１近傍で停滞しがちにな
り、精度良い検出はできなくなる。間隔ｇが狭す
ぎると、現像剤と検出面との間に過度の摩擦が生
じてしまう。したがつて間隔ｇは５mm以下が好ま
しく、より好ましくは0.3〜３mmである。

また、トナー濃度検出部材８においては、発信
器１７から高周（100〜250KHz程度）が出力され
るため、検出面の近くには交流磁界が生ずる。す
なわち、検出面の近くにある混合ローラ９が導電
性であると、混合ローラ９に渦電流が生じ、この
渦電流に基く反磁界が発生してしまう。従つて現
像剤の密度ムラが生じて、出力電圧が変動してし
まう。しかして本発明では、上述した通り、混合
ローラ９を非磁性かつ絶縁性材料で形成するの
で、上記の如く問題は皆無であり、高い検出精度
を維持できる。

次に本発明では、トナー濃度の検出精度をより
高めるために、以下のような構成をとることが望
ましい。

一例として、位相検波器１８と電位比較器１９
との間に平滑回路（積分器でもよい）を設け（特
開昭59−99463号参照）、この平滑回路の時定数
（τ）が、該部材近傍を通過する混合ローラ９の
外縁部の単位時間当りの回数（Ｎ）に対して下記
(1)式のような関係にあることである。

４／Ｎ≧τ≧１／Ｎ …(1) すなわち、第２図に示される如く、混合ローラ
９は、軸方向の混合力を得るために、回転軸９１
に楕円形状の混合羽根９２を斜めに固定して形成
されている。そのため、混合ローラ９の回転によ
り、検出面８１と接する現像剤の密度は、上記単
位時間当りの回数（Ｎ）に比例して変化する。こ
の現像剤密度の変化に基き、トナー濃度検出部材
８にノイズが発生する。

しかして上述した時定数（τ）が１／Ｎ以上で
あれば、このようなノイズを吸収することがで
き、高い検出精度を得ることができる。ただし、
時定数（τ）が大きすぎると応答性が低下するの
で、時定数（τ）は４／Ｎ以下がよい。

なお時定数（τ）は、平滑回路のコンデンサー
Ｃ及び抵抗（Ｒ）によつて定まるので（τ＝
CR）、これらの値を適宜選ぶことにより調整でき
る。

他の例として、混合ローラ９と同様に、現像層
の少なくともトナー濃度検出部材８に近接した部
分を非磁性かつ絶縁性材料で形成することが挙げ
られる。これは、トナー濃度検出部材８において
は磁気空隙部からの漏洩磁束が多少なりとも生ず
るので、その漏洩磁束に基く渦電流の発生を阻止
するためである。

更に、他の例として、磁性キヤリアとして、例
えば特公昭56−52305号、特開昭58−145622号、
同58−202456号等の各公報に記載の如くのフエラ
イトキヤリアを用いることが挙げられる。これ
は、フエライトキヤリアは、流動性が良好であ
り、検出面に沿つて安定した現像剤の流れを形成
できるからである。

［実施例］ 本発明を以下の実施例により更に詳細に説明す
る。

実験例 １ 第１図において、感光体ドラム１としてSeド
ラム（外径120mmφ、周速150mm／sec）を用い、
非磁性スリーブ４としてステンレス鋼製円筒（外
径32mmφ、回転数300r.p.m.）を用いて、永久磁
石５としてSr−フエライト磁石（外径29mmφ）
を用いた。永久磁石５において、N₁極は950G、
S₁極とS₂極は800G（いずれもスリーブ上での値）
とし、θ₁＝43゜、θ₂＝60゜、θ₃＝105゜とした。また
現
像槽３はABS樹脂で形成し、混合ローラ９は、
デルリンからなる混合羽根９２をステンレス鋼製
回転軸９１に固着して形成し、その回転数を
160r.p.m.とした（１／Ｎは約0.19sec）。トナー濃
度検出部材８（第３図及び特開昭59−164575号参
照）は、出力信号を中央値の2.5Vにそして平滑
回路の時定数（τ）を0.2secに設定し、又検出面
８１と混合ローラ９との間隔ｇを１mmに設定し
た。ドクターギヤツプｄと現像ギヤツプＤは共に
1.0mmに設定した。現像剤３は粒径50〜150μｍの
フエライトキヤリア（日立金属製KBN−100）と
粒径５〜20μｍのトナーを用いて調整した。

この条件の下で、２種類の環境条件にて各々
500枚の連続コピーを行ない、コピー後のトナー
濃度を測定した。その結果を第１表に示す。

また比較のために、トナー濃度検出部材８を図
示一点鎖線で示す位置（従来位置）に変更した以
外は上記と同様の条件で連続コピーを行ない、コ
ピー後のトナー濃度を測定した。その結果を同じ
く第１表に示す。

■■■ 亀の甲 ［0019］ ■■■ 第１表から、従来位置ではトナー濃度は湿度に
大きく依存するのに対し、本発明位置では湿度が
大巾に変化しても安定したトナー濃度の検出を行
なえることがわかる。

また上記と同じ条件で、トナー濃度検出部材８
を本発明位置に設置し、20℃、20％R.H.の環境
条件にて、出力電圧とトナー濃度との関係を求め
た。その結果を第８図に示す。

実験例 ２ 実験例１において、トナー濃度を一定（3.0％）
に維持した状態で、本発明位置と従来位置にトナ
ー濃度検出部材を設置した時の検出部材の出力電
圧の波形を測定した。その結果を第５図に示す。

第５図から、従来位置では、出力電圧は環境条
件によつて大きく変化するが、本発明位置では出
力電圧は大きく変化しない（約1V以内）ことが
わかる。

実験例 ３ 実験例１において、20℃、20％R.H.の環境条
件にて、磁極位置を変化させた時のトナー濃度検
出部材８の出力電圧の波形を測定した。その結果
を第６図に示す。なお第６図において、＋5゜（−
5゜）は永久磁石部材５を第１図の位置から反時計
方向（時計方向）に5゜だけ回転した位置に固定し
たことを示す。

第６図から、従来位置では出力電圧は磁極位置
に大きく依存するのに対し、本発明位置では出力
電圧は磁極位置の影響を受けないことがわかる。

実験例 ４ 実験例１において、20℃、20％R.Hの環境条件
にて、現像装置を傾けた状態でトナー濃度検出部
材８の出力電圧波形を測定した。その結果を第７
図に示す。なお第７図において、勾配＋0.05（−
0.05）は、現像装置を第１図の位置から上方（下
方）に0.05だけ傾けたことを示す。

第７図から、従来位置では出力電圧は現像装置
の設置状態に大きく依存するのに対し、本発明位
置によれば出力電圧は現像装置の設置状態に実質
的に依存しないことがわかる。

［発明の効果］ 以上に記述の如く、本発明によれば、現像剤中
のトナー濃度を環境条件や現像装置の設定条件に
よらず精度よくかつ安定して検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の現像装置の一実施例を示す断
面図、第２図は第１図の混合ローラの斜視図、第
３図はトナー検出部材の回路構成を示す図、第４
図は第３図の回路の出力波形を示す図、第５〜７
図は種々の条件における出力電圧の波形を示す
図、第８図はトナー濃度と出力電圧の関係を示す
図である。 １：感光体ドラム、２：現像剤、４：非磁性ス
リーブ、７：永久磁石部材、８：トナー濃度検出
部材、９：混合ローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性キヤリアとトナー粒子を含む現像剤を保
   持する非磁性スリーブと、前記非磁性スリーブ内
   に設けられた表面に複数個の磁極を有する永久磁
   石部材と、前記現像剤を収容する現像槽と、前記
   現像剤を攪拌する混合ローラと、トナー濃度に応
   じて結合度が変化する検出側磁気回路と所定の結
   合度に設定できる基準側磁気回路とからなる一対
   の磁気回路と、この磁気回路の一次コイルに入力
   信号を供給する発振器と、前記磁気回路の二次コ
   イルに得られる両磁気回路の差動交流出力信号を
   位相検波する位相検器を備えたトナー濃度検出部
   材とを有する現像装置において、前記トナー濃度
   検出部材を、その検出面が前記現像槽中の現像剤
   レベルより下方であつてかつ前記永久磁石部材と
   反対側で前記混合ローラと対向する位置にある如
   く前記現像槽に設置し、前記検出面と前記混合ロ
   ーラとの間隙を５mm以下とするとともに、前記混
   合ローラを非磁性かつ絶縁性材料で形成したこと
   を特徴とする現像装置。 ２ トナー濃度検出部材の近傍を通過する混合ロ
   ーラの外縁部の単位時間当りの回数Ｎに対し、前
   記トナー濃度検出部材の平滑回路の時定数τが
   ４／πN≧τ≧１／Ｎとなる関係にあることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の現像装置。 ３ 現像槽の少なくともトナー濃度検出部材を支
   持する部分を非磁性かつ絶縁性材料で形成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の現像
   装置。