JPH05341654A

JPH05341654A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH05341654A
Application number: JP4121693A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sakami; 裕二酒見; Masami Izumizaki; 昌巳泉崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】二成分現像剤の密度変化に起因するトナー補
給誤差を防止する。【構成】トナーとキャリア粒子を含む二成分現像剤１
１のトナー濃度に対応する第１情報を第１センサ２２で
検出し、この二成分現像剤の密度に対応する第２情報を
第２センサ２３で検出し、第１センサ２２の出力と第２
センサ２３の出力とを用いて二成分現像剤１１へのトナ
ー補給を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は像担持体上に形成された
静電潜像にトナーを付着させて可視像化する電子写真方
式や静電記録方式などの複写機、プリンタ等の画像形成
装置に関し、特にトナーとトナーに摩擦電荷を付与する
キャリア粒子を主成分とした二成分現像剤のトナー濃度
を適正に制御するトナー濃度制御装置を備えた画像形成
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、この二成分現像剤のトナ
ー濃度（即ち、キャリア粒子及びトナーの合計重量に対
するトナー重量の割合）は画像濃度及び画像品質を安定
化させる上で極めて重要な要素になっている。現像剤の
トナーは現像時に消費され、トナー濃度は変化する。こ
のため、トナー濃度制御装置（ＡＴＲ）を使用して適時
現像剤のトナー濃度を正確に検出し、その変化に応じて
現像剤にトナー補給を行ない、トナー濃度を常に一定に
制御する必要がある。

【０００３】従来、このようなトナー濃度制御装置に
は、現像剤からの反射光量を検知してトナー濃度を検出
する光学検知方法や、現像剤のインダクタンスを検知し
てトナー濃度を検出するインダクタンス検知方法、或
は、現像剤の静電容量を検知してトナー濃度を検出する
容量検知方法が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の濃度制御装置は、現像剤の反射光量やインダク箪笥
等の間接的な情報を用いているために、正確な現像剤の
トナー濃度が検出できないという欠点があった。

【０００５】例えば、現像剤からの反射光量を検知する
場合、現像剤のトナー濃度によって反射光量は変化する
が、現像剤の密度の変化によっても反射光量は変化して
しまう。特に、トナーの摩擦帯電電荷の立ち上がり変化
が大きい現像剤を用いた場合には、初期には現像剤容器
内に於ける現像剤の密度は高いが、画像を連続して形成
した場合、トナーの摩擦電荷が立ち上がるに従って現像
剤の密度が粗になってしまい、同一のトナー濃度（トナ
ー濃度が変化しない）の場合でも反射光量が低下してし
まう。このため、トナー濃度制御装置は見かけ上トナー
濃度が低下したかのように判断し、現像剤中にトナーを
補給してしまうので、結果として実際のトナー濃度が高
くなってしまうという問題があった。

【０００６】上に示したのは現像剤からの反射光量を検
知する光学検知の場合であるが、従来のインダクタンス
検知等の他の現像剤のトナー濃度を間接的に検出する方
法においても、トナー濃度以外の現像剤の密度の変化の
影響を受け易いので、正確な現像剤のトナー濃度が検出
できず、従って、精度の高いトナー濃度の制御を行なう
ことは非常に困難であった。

【０００７】従って本発明の目的は、高精度にトナー濃
度の制御を行うことのできる画像形成装置を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、トナーとキャリア粒子を含む現像剤に作用して現像
剤のトナー濃度に対応する第１の情報を検出する第１の
検出手段と、現像剤の密度に対応する第２の情報を検出
する第２の検出手段と、第１の検出手段の出力信号と第
２の検出手段の出力信号とを用いてトナー補給手段の作
動を制御する制御手段と、を備えている。

【０００９】

【実施例】図１は本発明による画像形成装置の第１の実
施例の要部を示す概略構成図である。本発明による画像
形成装置は、例えば電子写真感光体、誘電体等の像担持
体１上に電子写真法、静電記録法等によって形成された
静電潜像を現像装置２によって現像して可視化すること
により画像を形成するもので、この現像された可視画像
は紙等の転写材に転写され、定着手段により永久像とさ
れる。このような画像形成装置の全体構成は当業者には
周知であるので、図１には本発明に関係する像担持体１
と現像装置２のみを図示し、潜像形成手段、転写手段、
転写材給紙手段、定着手段、その他の画像形成手段等は
図示しない。

【００１０】図示するように、矢印ａ方向に回転する像
担持体１に対向して配置された現像装置２は、現像剤容
器３、現像剤担持体としての現像スリーブ４、現像剤層
厚規制部材としてのブレード５を有している。現像剤容
器３の内部は隔壁６によって現像室（第１室）７と攪拌
室（第２室）とに区画されている。隔壁６の上方部は開
放されており、現像室７で余分となった二成分現像剤が
攪拌室８側に回収されるようになっている。現像室７及
び攪拌室８には本実施例では非磁性トナーと磁性キャリ
ア粒子を含む二成分現像剤１１が収容されている。

【００１１】上記現像室７及び攪拌室８にはそれぞれス
クリュータイプの第１及び第２の現像剤攪拌・搬送手段
１６及び１７が配置されている。第１の攪拌・搬送手段
１６は現像室７内の現像剤を攪拌搬送し、また、第２の
攪拌・搬送手段１７は、後述するトナー濃度制御装置の
制御のもとでトナー収容槽１２からこの攪拌・搬送手段
１７の上流側に供給されるトナー１０と既に攪拌室８内
にある現像剤とを攪拌搬送し、トナー濃度を均一化す
る。隔壁６には図１における手前側と奥側の端部におい
て現像室７と攪拌室８とを相互に連通させる現像剤通路
（図示せず）が形成されており、上記攪拌・搬送手段１
６、１７の搬送力により、現像によってトナーが消費さ
れてトナー濃度の低下した現像室７内の現像剤が一方の
通路から攪拌室８内へ移動し、攪拌室８内でトナー濃度
の回復した現像剤が他方の通路から現像室７内へ移動す
るように構成されている。

【００１２】上記スクリュータイプの第１の攪拌・搬送
手段１６は現像室７内の底部に現像スリーブ４の軸線方
向（現像幅方向）に沿ってほぼ平行に配置されており、
本実施例では図２に示すように、回転軸１６ａの周りに
羽根部材１６ｂをスパイラル形状に設けたスクリュー構
造とされ、図示矢印方向に回転して現像室７内の現像剤
１１を現像室７の底部にて現像スリーブ４の軸線方向に
沿って一方向に搬送する。また、第２の攪拌・搬送手段
１７も、このスクリュータイプの第１の攪拌・搬送手段
１６と同様の構造をしたスクリュー（回転軸１７ａの周
りに羽根部材１７ｂを第１の攪拌・搬送手段１６とは逆
向きにしてスパイラル形状に設けたスクリュー構造）と
され、攪拌室８内の底部に第１の攪拌・搬送手段１６と
ほぼ平行に配置され、第１の攪拌・搬送手段１６と同方
向に回転して攪拌室８内の現像剤１１を上記第１の攪拌
・搬送手段１６とは反対の方向に搬送する。かくして、
第１及び第２の攪拌・搬送手段１６及び１７の回転によ
って現像剤１１は現像室７と攪拌室８との間で循環され
る。

【００１３】上記現像容器３の前記現像室７に設けられ
た開口部１３に一部露出するようにして前記現像スリー
ブ４が回転可能に配置されている。現像スリーブ４は非
磁性材料で構成され、現像動作時には図示矢印ｂ方向に
回転し、その内部には、磁石１４が固定されている。現
像スリーブ４は上記非磁性ブレード５によって層厚規制
された二成分現像剤の層を担持搬送し、像担持体１と対
向する現像領域で現像剤を像担持体１に供給して潜像を
現像する。現像効率、即ち潜像へのトナーの付与率を向
上させるために、現像スリーブ４には図示しない電源か
ら直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印
加される。

【００１４】磁石１４は、本実施例では、現像磁極Ｓ₁
と現像剤１１を搬送する磁極Ｎ₁、Ｓ₂、Ｎ₂、Ｎ₃とを有
する。

【００１５】現像室７内の現像剤１１は現像スリーブ４
に内蔵された磁石１４の働きによって現像スリーブ４に
担持され、ブレード５にて層厚が規制されて現像領域へ
と搬送される。現像領域にて現像に供されずに残った現
像剤は現像スリーブ４にて再び現像室７へと搬送され、
同極性の磁極Ｎ₃、Ｎ₂の形成する反発磁界により現像ス
リーブ４上から現像室７内へかき落されて回収される。

【００１６】一方、第１の攪拌・搬送手段１６の回転に
伴い攪拌、搬送された現像剤は磁極Ｎ₂にて現像スリー
ブ４へ汲み上げられ、現像剤規制部まで搬送される。こ
の現像剤規制部は前記ブレード５と、スリーブ回転方向
に関して、このブレード５の直前の位置に位置して、ス
リーブ４に対向している現像剤案内部材２１とから成
る。

【００１７】現像剤案内部材２１の部分で現像剤は図に
太い矢印で示したような動きをし、現像剤規制部から現
像領域へと搬送される部分と、案内部材２１により押し
戻されて攪拌室８内へ落下する部分とに分かれる。攪拌
室８へ落ちた現像剤はこの攪拌室８内の補給トナーと混
じりあった現像剤と混合され、再度現像室７側へ搬送さ
れる。

【００１８】図１では、第１センサ２２と第２センサ２
３が、上記現像剤案内部材２１内に設けられていて、夫
々スリーブ４上の現像剤に対向している。図では第２セ
ンサ２３は、スリーブ４の軸線方向に関して第１センサ
２２の奥側に配置されているが、手前側に配置してもよ
い。また、図１では、スリーブ４の回転方向に関して第
１センサ２２が第２センサ２３よりも下流方向に若干偏
位しているが、これと逆でもよいし、或いは両センサ２
２，２３とも、上記回転方向に関して同一の位相の位置
に位置していてもよい。

【００１９】さて、図１では第１センサ２２は、ＬＥＤ
等の光源から現像剤に赤外光等の光を照射し、現像剤か
らの反射光をフォトダイオード等の受光素子で受光し、
反射光量に対応した電気信号を形成する、公知の反射光
量検知センサである。

【００２０】上記反射光量は現像剤のトナー濃度の変化
に対応して変化する。つまり、トナー濃度が高くなれば
反射光量は増加し、トナー濃度が低くなれば反射光量は
減少する。従って上記反射光量は、従ってまたセンサ２
２の出力は、現像剤のトナー濃度に対応しているという
ことができる。

【００２１】しかし、上記反射光量は、現像剤の密度の
変化によっても変化する。図１のように反射光量検知セ
ンサ２２の近傍が現像剤１１で満たされており、余分な
現像剤が案内部材２１により押し戻されて攪拌室８側へ
落下する状態であれば、反射光量検知センサ２２近傍の
現像剤の密度の変化は小さいものに抑制することがで
き、従って現像剤の密度変化がセンサ２２に与える影響
は小さい。しかしながら、影響が小さいとは言え、セン
サ２２の出力は上記現像剤密度変化の影響を受ける。

【００２２】そこで、本実施例においては、反射光量検
知センサ２２近傍の現像剤の密度を検知するために、こ
の反射光量検知センサ２２とは検知方式が相違する第２
の検知センサ２３（以下、現像剤密度検知センサと称
す）を反射光量検知センサ２２の近傍に設け、この現像
剤密度検知センサ２３からの出力値によって、反射光量
検知センサ２２で検知された反射光量に基づいて現像剤
のトナー濃度情報を補正し、現像剤の密度変化の影響を
減じた正確なトナー濃度を算出し、現像剤のトナー濃度
を高精度に制御できるようにしたものである。上記現像
剤密度検知センサ２３として、本実施例では現像スリー
ブ４に担持、搬送される現像剤のインダクタンスを検知
してインダクタンスに対応した電気信号を出力する公知
のインダクタンスセンサが使用されている。

【００２３】このように構成すると、反射光量検知セン
サ２２は現像剤のトナーからの反射光量を検出している
ので、単位面積当りのトナーの含有率を検出することに
なる。従って、現像剤の密度が粗になった場合には現像
剤からの反射光量が小さくなるので、センサ２２は見掛
け上現像剤のトナー濃度が低くなったように検出する。

【００２４】これに対し、現像剤のインダクタンスを検
出する現像剤密度検知センサ２３は、現像剤のキャリア
の透磁率を検出しているので、単位体積当りのキャリア
の含有率を検出することになる。従って、現像剤の密度
が粗になった場合にはセンサ２３はインダクタンスが小
さくなったことを検出する。（換言すれば、現像剤の密
度が粗になった場合、センサ２３は見掛け上現像剤のト
ナー濃度が高くなったように検出する。）

【００２５】かくして、本実施例のトナー濃度制御装置
では、検知方式の異なる２つの検知手段（センサ）を用
いることにより、現像剤のトナー濃度と現像剤の密度の
変化を知ることができる。

【００２６】通常、光学検知センサ２２が−ΔＴ％低く
トナー濃度を検知した場合には、インダクタンス検知セ
ンサ２３はα×ΔＴ％高めにトナー濃度を検知する。た
だし、αは所定の定数であり、現像剤及び環境により決
定される。それ故、光学検知センサの検出値をＴ₀と
し、インダクタンス検知センサの検出値をＴ₁とした場
合に、現像剤の密度変化による見掛け上のトナー濃度変
化ΔＴは

【００２７】

【外１】で表わせる。従って、光学検知センサの検出値Ｔ₀％に
現像剤の密度変化に対応する補正量としてΔＴ％を加え
た

【００２８】

【外２】をトナー濃度とし、このトナー濃度と初期設定された基
準トナー濃度との差に応じた量のトナーを現像剤に補給
すれば、現像剤の密度変化の影響を受けないトナー濃度
の制御が可能となる。かかる制御を電子写真方式のカラ
ー画像形成装置に実施したところ、高精細なフルカラー
画像を安定した画像濃度及び画質で長期にわたって得る
ことができた。

【００２９】図１で、第１センサ２２の出力信号Ｔ₀は
Ａ／Ｄ変換器２４を介して中央演算処理ユニット（ＣＰ
Ｕ）２６に伝達される。

【００３０】同じく、第２センサ２３の出力信号Ｔ₁も
Ａ／Ｄ変換器２５を介してＣＰＵ２６に伝達される。

【００３１】ＣＰＵ２６は、前記検出値Ｔ₀，Ｔ₁を用
い、前記（２）式に基づいてトナー濃度を算出し、そし
てこの算出されたトナー濃度と所定の基準トナー濃度と
の差分に対応し、モータ駆動回路２７を介してモータ２
８を作動させる。モータ２８は上記差分に対応する時
間、又は上記差分に対応する速度で回転し、トナー収容
槽１２から現像容器の攪拌室８にトナー１０を送るスク
リュー２９を回転させる。

【００３２】なお、上記実施例では、図２に示すよう
に、第１の攪拌・搬送手段１６の羽根部材１６ｂのスパ
イラルのピッチを攪拌・搬送手段１６の途中から搬送方
向下流に向けてＰ₁（例えば１７ｍｍ）からＰ₂（例えば
１５ｍｍ）に小さくし、このピッチを変更した部分近傍
の現像剤搬送方向Ｄの上流側にインダクタンス検知方式
の現像剤密度検知センサ２３及び光学検知方式の反射光
量検知センサ２２を配置した。これは、ピッチを小さく
することにより現像剤１１の搬送速度を遅くして、この
部分から現像剤１１が滞留するようにし、現像剤密度検
知センサ２３及び反射光量検知センサ２２が配置されて
いる領域における現像剤の密度をある程度安定化するた
めである。これによって、現像剤密度検知センサ２３及
び反射光量検知センサ２２からの検知出力に極端な変動
がなくなり、現像剤１１のトナー濃度及び現像剤の密度
変化が安定にかつ正確に検知できる。勿論、上記のよう
に構成する必要はなく、攪拌・搬送手段の構成、或は反
射光量検知センサ２２及び現像剤密度検知センサ２３の
配置位置等は必要に応じて種々に変更できるものであ
る。

【００３３】図３は上記第１の実施例におけるインダク
タンス検知方式の現像剤密度検知センサ２３の代わりに
湿度に対応した電気信号を出力する公知の湿度センサ３
０を使用した本発明の第２の実施例を示す。他の構成は
上記第１の実施例と同様であるので対応する部分に同一
符号を付して必要のない限りそれらの説明を省略する。

【００３４】現像剤の密度はトナーとキャリア粒子の摩
擦帯電量に影響される為、湿度が低い場合には低くなり
易く、また、湿度が高い場合には高くなる傾向がある。
ただし、その絶対値は現像剤によって異なる。そこで、
現像剤の密度変化と湿度と対応させるテーブルを制御装
置（ＣＰＵ）２６のメモリに記憶させておけば、この湿
度センサ３０からの湿度情報により現像剤の密度変化が
求まる。ＣＰＵ２６はこの密度変化に基づいて光学検知
方式の反射光量検知センサ２２で検知された現像剤のト
ナー濃度情報を補正する。即ち、ＣＰＵ２６は反射光量
検知センサ２２の読み取り値Ｔ₁に対し、湿度センサ３
０で読み取った値に基づく補正項ΔＴを加えることによ
り、現像剤のトナー濃度を高精度に算出できる。ＣＰＵ
２６はこの算出されたトナー濃度と所定の基準トナー濃
度との差に対応して、モータ駆動回路２７を介してトナ
ー補給モータ２８を作動させる。

【００３５】本実施例においても、より精度の高い、現
像剤の密度変化の影響を受けない現像剤の濃度制御が安
定に行なえる。

【００３６】尚、湿度センサ３０は画像形成装置内に配
置され、容器３内の現像剤の密度に検出値をより正確に
対応させる為に、現像剤容器３の近傍、又はその内部に
配置されることが好ましい。

【００３７】さらに、現像剤の密度は、初期現像剤が、
スリーブ４の回転と同期して回転する攪拌・搬送手段１
６、１７によって攪拌させることにより、減少する傾向
があるので、現像スリーブ４の回転数をカウントするカ
ウンタを設け、このカウンタの出力値と現像剤の密度の
関係をあらかじめＣＰＵに記憶しておき、ＣＰＵによ
り、カウンタの出力値に応じて現像剤密度の変化補正項
ΔＴを出力し、この密度変化補正項により光学検知方式
の反射光量検知センサ２２からの現像剤濃度情報を補正
すれば、上述した各実施例と同様に精度の高い現像剤の
濃度制御が行なえる。なお、上記カウンタの出力値によ
る補正を上記第１或は第２の実施例に付加すれば、さら
に高精度の現像剤の濃度制御が行なえることになる。

【００３８】また、現像剤の密度に対応する情報を検出
する手段として、前記湿度センサやスリーブ回転数カウ
ンタを使用する場合には、現像剤のトナー濃度に対応す
る情報を検出する手段として、前述した現像剤のインダ
クタンスを検知するセンサを使用してもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、現像剤の密度変化の影
響を受けているトナー濃度情報検出信号を、現像剤密度
情報検出信号を用いて、上記密度変化の影響を減ずるよ
うに補正し、トナー補給を制御するから、二成分現像剤
のトナー濃度が高精度にかつ安定に検出でき、例えば高
精細なフルカラー画像も長期にわたって安定した画像濃
度及び画質で得ることができる等の顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像形成装置の第１の実施例の要
部を示す概略構成図である。

【図２】図１の現像装置に使用された第１の現像剤攪拌
・搬送手段及び２つの検知センサの配置位置を示す概略
正面図である。

【図３】本発明による画像形成装置の第２の実施例の要
部を示す概略構成図である。

【符号の説明】

２現像装置３現像剤容器６隔壁１６第１の現像剤攪拌・搬送手段１７第２の現像剤攪拌・搬送手段２１現像剤案内部材２２光学検知方式の反射光量検知センサ２３インダクタンス検知方式の現像剤密度検知センサ３０湿度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーと磁性キャリア粒子を含む現像剤
を収容する為の現像剤容器と、現像剤容器から現像剤を
搬出し、静電潜像を現像する現像剤担持部材と、上記現
像剤容器にトナーを補給する為のトナー補給手段と、現
像剤に作用して現像剤のトナー濃度に対応する第１の情
報を検出する第１の検出手段と、現像剤の密度に対応す
る第２の情報を検出する第２の検出手段と、第１の検出
手段の出力信号と第２の検出手段の出力信号とを用いて
トナー補給手段の作動を制御する制御手段と、を備えた
画像形成装置。
【請求項２】前記第１検出手段は現像剤からの反射光
を検出する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記第２検出手段は現像剤の透磁率を検
出する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記第１検出手段は現像剤の透磁率を検
出する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記第２検出手段は湿度を検出する請求
項１，２又は４に記載の画像形成装置。
【請求項６】前記第２検出手段は現像剤担持体の回転
数を検出する請求項１，２又は４に記載の画像形成装
置。