JPH06289715A - トナー現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナーを必要に応じて急速に供給でき、印字
速度を落とすことなく安定した画像濃度の印字を得るこ
とができ、また、トナーホッパー交換時の待機時間を極
めて短くするトナー現像装置を提供する。 【構成】トナー濃度センサ２０は、現像器３２内のトナ
ー濃度を検出し、その検出値に基づき制御装置は、トナ
ーホッパー３８の開口部４２に配置されたトナー供給ロ
ーラー４４を駆動するステッピングモータ６６の回転速
度を変化させる。トナーホッパー３８内のトナー３６
は、トナー供給ローラー４４の回動により現像器３２に
供給される。また、制御手段は、最も速い予め定められ
た回転速度で、トナー供給ローラー４４を一定時間回転
したときに、トナー濃度センサ２０の検出値が基準値以
下の場合に、トナーエンプティと判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真式画像形成装
置に用いるトナー現像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トナー現像装置としては、図７に
示す二成分磁気ブラシ現像方式の現像器が知られてい
る。

【０００３】以下、この二成分磁気ブラシ現像方式の現
像器の動作を図７を参照して説明する。

【０００４】現像器７０内で磁性キャリア（フェライ
ト、約５０μｍ径）７２と、非磁性トナー（スチレン−
アクリル系樹脂、約１０μｍ径）７４が攪拌部材７６に
よって攪拌されることにより、各々が正負に帯電され、
磁性キャリア７２と非磁性トナー７４は互いに付着す
る。磁性キャリア７２は、現像スリーブ７７内に配置さ
れた磁石７８から磁気拘束力を受けて、該現像スリーブ
７７上に付着し磁気ブラシ８０を形成する。そして、該
磁気ブラシ８０は現像スリーブ７７の回転にともない、
磁性を有する穂高規制部材８２によって穂立ちの高さを
規制されて現像領域８３に搬送される。

【０００５】現像領域８３に搬送された磁気ブラシ８０
は、感光体８４上を摺擦し該感光体８４上に坦持された
静電潜像を可視像に現像する。現像後の現像スリーブ７
７上の現像剤はスクレーパ８６によって剥ぎ取られ、再
び現像器７０内でトナー７４とともに攪拌される。

【０００６】ここで、現像を繰り返すことにより現像器
７０内のトナー７４が消費され、現像剤中のトナー濃度
が低下すると、画像濃度が低下したりキャリア７２が磁
気拘束力を振り切って現像スリーブ７７からはなれ、感
光体８４上に付着するといった好ましくない現象が起こ
る。そこで、現像剤中のトナー濃度をトナーセンサ８８
により検知し、一定濃度範囲に維持するように現像剤中
にトナー７４を供給することが必要になる。

【０００７】かかる問題を解決するためには、現像剤中
のトナー濃度を検出するセンサを設けることが必要であ
り、特公昭５７−１６３５５号公報に透磁率の変化を検
出するセンサが開示され、また、特公昭５６−３５５２
号公報に現像スリーブ近傍に設けた回転体にトナーを付
着させ、その濃度を光学的に検出するセンサが開示され
ている。

【０００８】それらのセンサからの現像剤中のトナー濃
度信号が一定基準値を下回ると、図示しない制御装置に
よりトナーホッパー９０からトナー７４を現像器７０中
に送るトナー供給手段を駆動させる。図７に示している
トナー供給手段は、トナーホッパー９０下部に設けら
れ、ＤＣモータ９２のＯＮ／ＯＦＦ制御によって一定回
転数で回転するトナー供給ローラー９４である。トナー
供給ローラー９４は、トナー濃度信号が一定基準値以上
になるまで一定回転速度にて回転することによって、ト
ナー７４を現像器７０内に送る。

【０００９】このときのトナー濃度信号とトナー供給ロ
ーラー９４の回転速度の関係を図８に示す。

【００１０】トナー濃度が下基準値を下回るとＤＣモー
タ９２を回動し、トナー供給ローラ９４を一定の速度で
回転する。また、トナー濃度が上基準値を上回るとＤＣ
モータ９２の回転が停止する。

【００１１】また、一定時間トナー供給ローラー９４を
回転させてもトナー濃度信号が一定基準値以上にならな
いとき、例えば、予め定めてあるｔ２時間を経過する
と、トナーホッパー９０内のトナー切れと判断し、図示
しない操作パネルにトナーエンプティ表示をし、印字待
機する。

【００１２】ここで、上記のトナー現像装置では、単位
時間あたりのトナー消費量が印字速度、印字用紙のサイ
ズ、原稿中の黒面積率により決定されるので、例えば印
字速度を１０ｐｐｍ、印字用紙サイズをＡ４、通常文書
の黒面積率を６％として、これにあわせて単位時間あた
りのトナー供給量を一定に定めている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、画像デ
ータがベタ黒に近いものの印字を繰り返したときには、
現像器内のトナー濃度が急激に薄くなり、印字中にトナ
ーの消費速度がトナー供給速度を上回ってしまい、印字
濃度は次第に薄くなるという問題があった。

【００１４】この問題を解決するために、トナー濃度が
ある一定基準値に達するまで印字を待機したりする方法
も知られているが、この方法では、印字速度低下の問題
を生じていた。

【００１５】また、トナーホッパーがトナーエンプティ
となり、トナーホッパーを交換する時には、現像器内の
トナー濃度は非常に薄い状態であり、この状態でトナー
ホッパーを交換した場合には、トナーホッパーから現像
器へのトナーの供給に時間がかかり、現像器が印字可能
状態に達するまで待機時間が長いという問題があった。

【００１６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、トナーを必要に応じてトナーホ
ッパーから現像器に急速に供給し、印字速度を落とすこ
となく安定した画像濃度の印字を得ることを目的とす
る。また、トナーホッパー交換時の待機時間を極めて短
くすることのできるトナー現像装置を提供することも目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のトナー現像装置は、下部に開口部を有し、
トナーを蓄えるトナーホッパーと、トナーホッパーの開
口部に配置され、回動に伴って前記トナーホッパー内の
トナーを現像器に送り出すためのトナー供給ローラー
と、そのトナー供給ローラーを回転動作により駆動する
駆動手段と、現像器内のトナー濃度を検出する検出手段
と、その検出手段からの検出値に基づきトナー供給ロー
ラーの回転速度を変化させるために駆動手段を制御する
制御手段とを備えている。

【００１８】また、最も速い予め定められた回転速度
で、駆動手段によりトナー供給ローラーを一定時間回転
したときに、検出手段の検出値が基準値以下の場合に、
トナーエンプティと判断する判断手段を設けてもよい。

【００１９】

【作用】上記の構成を有する本発明のトナー現像装置に
おいて、現像器内トナー濃度が検出手段によって検出さ
れと、その検出手段からの検出値に応じて、制御手段に
より駆動手段が制御され、トナーホッパーから現像器に
トナーが供給される。

【００２０】更に、駆動手段が最も速い予め定められた
回転速度で、トナー供給ローラーを一定時間回転させた
とき、検出手段からの検出値が基準値以下のときには、
判断手段によりトナーエンプティが判断される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照して説明する。

【００２２】先ず、本実施例のトナー現像装置の制御部
１０の電気的構成を図１を参照して説明する。

【００２３】制御部１０の中心をなし各種の判断を行う
ＣＰＵ１２には、トナー現像装置の制御プログラムや予
め定められた値等を記憶するＲＯＭ１４と、各種のデー
タを記憶するＲＡＭ１６と、データバス１８が接続され
ている。データバス１８にはトナーの濃度を検出するト
ナー濃度センサ２０と、ステッピングモータの制御を行
うステッピングモータ制御装置２２が接続されている。

【００２４】次に、トナー現像装置の現像装置３０の構
造について図２を参照して説明する。

【００２５】現像装置３０は、二成分磁気ブラシ現像方
式によるトナー現像器である。トナー現像装置３０の中
心を構成する現像器３２は、静電潜像を坦持する感光体
３４に対向する位置に固定されている。現像器３２の左
端上部には、トナー３６を供給するトナーホッパー３８
が設けられている。トナーホッパー３８の内部には、ト
ナー３６を攪拌する攪拌羽根４０が設けられ、攪拌羽根
４０は図示しないステッピングモータに接続されてい
る。攪拌羽根４０の下方のトナーホッパー３８の開口部
４２には、トナー３６をトナーホッパー３８から現像器
３２内に供給するトナー供給ローラー４４が回動可能に
設けられている。トナー供給ローラー４４は、減速装置
４６と駆動部材４８により接続されている。現像器３２
の内部には、トナーホッパー３８から供給されたトナー
３６以外にキャリア５０が蓄えられている。現像器３２
内には、トナー３６及びキャリア５０を攪拌帯電する攪
拌羽根５２が回動可能に設けられ、攪拌羽根５２は図示
しないステッピングモータと接続されている。

【００２６】また、現像器３２内には、感光体３４の表
面を摺擦する磁気ブラシ５４を形成する磁気ロール５６
及び現像スリーブ５８が回動可能に設けられている。磁
気ロール５６は、図示しないステッピングモータに接続
されている。

【００２７】更に、現像器３２内には、磁気ブラシの５
４の穂立ち高さを規制する規制ブレード６０が現像器３
２内の上部に現像スリーブ５８と対向して設けられ、ま
た、現像スリーブ５８上の磁気ブラシ５４を剥離するス
クレーパ６２が、現像器３２内の下部に現像スリーブ５
８と対向して設けられている。また、現像器３２内の攪
拌羽根５２の下方には、トナー３６の濃度を検出するト
ナー濃度センサ２０が設けられている。

【００２８】以下、このように構成されたトナー現像装
置の動作について、図３に示すフローチャートを参照し
て説明する。

【００２９】本実施例のトナー現像装置３０の電源が投
入されると（Ｓ１０）、制御装置１０のＲＯＭ１４から
初期設定データがＣＰＵ１２に読込まれ、トナー現像装
置の３０の初期設定が行われる（Ｓ１２）。次いで、Ｒ
ＯＭ１４に記憶したタイマ割込設定データがＣＰＵ１２
に読込まれ、現像器３２内のトナー３６の濃度を検出す
るタイミングの設定がされる（Ｓ１４）。

【００３０】ここで、図示しない印字データ制御部より
プリント要求がデータバス１８を経由してＣＰＵ１２に
伝えられると（Ｓ１６・ＹＥＳ）、プリント制御が行わ
れる。即ち、現像器３２に内に蓄えらたキャリア５０と
トナー３６が攪拌羽根５２によって攪拌帯電され、静電
力によって互いに付着する。キャリア５０は磁気ロール
５６から磁気吸引力を受けて現像スリーブ５８上に付着
し、磁気ブラシ５４を形成する。次いで、現像スリーブ
５８の回転にともなって、磁気ブラシ５４は規制ブレー
ド６０によってその穂立ち高さを規制されながら現像領
域側５７まで搬送され、感光体３４の表面を摺擦する。
磁気ブラシ５４の摺擦により、感光体３４上に坦持され
た静電潜像へトナー３６が付着し、可視像が現像され
る。

【００３１】現像後の磁気ブラシ５４は、スクレーパ６
２によって現像スリーブ５８により剥ぎ取られ、再びト
ナー３６とキャリア５０は攪拌され、トナー３６の帯電
に寄与する。上述した現像を繰り返すことによって、現
像器３２内のトナー濃度が低下する。従って、画像濃度
の低下、キャリア５０の感光体３４への付着などが発生
するので、現像器３２内に必要に応じてトナーポッパ３
８からトナー３６を供給する必要がある。

【００３２】ここで、このトナー現像装置３０のトナー
供給の動作を図４のフローチャートを参照して以下に説
明する。

【００３３】印字によりトナー濃度が低下しているとき
に、図３のタイマ割込設定（Ｓ１４）で設定されたタイ
マ割込タイミングになると（Ｓ５０）、ステッピングモ
ータ６６を第３の速度で回した時間を計測するＣＰＵ１
８内のループカウンタのカウント時間ｔが制御装置１０
のＲＯＭ１４に記憶した基準時間ｔ３以下であれば（Ｓ
５２・ＮＯ）、現像器３２内のトナー濃度をトナー濃度
センサ２０で検出する（Ｓ５４）。

【００３４】ここで、図６に示すように、トナー濃度の
基準値は、第１基準値、第２基準値、第３基準値の三段
階の基準値を設け、例えば、第１基準値を１２％、第２
基準値を１１％、第３基準値を１０％とする。また、ス
テッピングモータ６６を回転する速度は、第１速度が最
も遅く、第２速度が次に遅く、第３速度が最も速い速度
とする。これらの基準値等は、制御装置１０のＲＯＭ１
４に記憶されている。トナー濃度センサ２０が濃度レベ
ルに応じた濃度信号を制御装置１０のデータバス１８に
送ると（Ｓ５４）、制御装置１０のＣＰＵ１２は、その
濃度信号とＲＯＭ１４に記憶している基準値と比較する
（Ｓ５６〜Ｓ６０）。

【００３５】ここで、現像器内のトナー濃度が第３基準
値より低い場合は（Ｓ５６・ＹＥＳ）、ループカウンタ
が、時間の計測を開始する（Ｓ６２）。更に、ＣＰＵ１
２から第３速度でステッピングモータ６６を回転する為
の信号がデータバス１８を経て、ステッピングモータ制
御装置２２に伝えられる。ステッピングモータ制御装置
２２は第３速度に応じたステップパルス周波数を発生
し、ステッピングモータ６６が第３速度で回転し（Ｓ６
４）、駆動装置６８の減速装置４６を経て、駆動部材４
８によりトナー供給ローラー４４が回転し、トナー３６
がトナー供給ローラー４４の回動により現像器３２内に
落下・供給され、極めて短時間に必要量のトナーを供給
する。その後、メインルーチンに戻る（Ｓ６６）。

【００３６】次に、現像器内のトナー濃度が第３基準値
より高く（Ｓ５６・ＮＯ）、第２基準値より低い場合は
（Ｓ５８・ＹＥＳ）、ループカウンタがリセットされ
（Ｓ６８）時間の計測はされない。次いで、ＣＰＵ１２
から第２の速度でステッピングモータ６６を回転する為
の信号がデータバス１８を経て、ステッピングモータ制
御装置２２に伝えられる。ステッピングモータ制御装置
２２は第２の速度に応じたステップパルス周波数を発生
し、ステッピングモータ６６が第２の速度で回転し（Ｓ
７０）、駆動装置６８の減速装置４６を経て、駆動部材
４８によりトナー供給ローラー４４が回転し、トナー３
６がトナー供給ローラー４４の回動により現像器３２内
に落下・供給され、適切な時間で必要量のトナーを供給
することができる。その後、メインルーチンに戻る（Ｓ
７２）。

【００３７】ここで、現像器内のトナー濃度が第２基準
値より高く（Ｓ５６・ＮＯ、Ｓ５８・ＮＯ）、第１基準
値より低い場合は（Ｓ６０・ＹＥＳ）、ループカウンタ
がリセットされ（Ｓ７４）、時間の計測はされない。次
いで、ＣＰＵ１２から第１の速度でステッピングモータ
６６を回転する為の信号がデータバス１８を経て、ステ
ッピングモータ制御装置２２に伝えられる。ステッピン
グモータ制御装置２２は第１速度に応じたステップパル
ス周波数を発生し、ステッピングモータ６６が第１速度
で回転し（Ｓ７６）、駆動装置６８の減速装置４６を経
て、駆動部材４８によりトナー供給ローラー４４が回転
し、トナー３６がトナー供給ローラー４４の回動により
現像器３２内に落下・供給され、必要量のトナーを供給
することができる。その後、メインルーチンに戻る（Ｓ
７８）。

【００３８】その後、現像器内のトナー濃度が第１基準
値より高くなったときは（Ｓ５６・ＮＯ、Ｓ５８・Ｎ
Ｏ、Ｓ６０・ＮＯ）、ループカウンタがリセットされる
（Ｓ８０）。次いで、ＣＰＵ１２からステッピングモー
タ６６の回転を停止する為の信号がデータバス１８を経
て、ステッピングモータ制御装置２２に伝えられる。ス
テッピングモータ制御装置２２はステップパルス周波数
の発信を停止し、ステッピングモータ６６の回転が停止
する（Ｓ８２）。その後、メインルーチンに戻る（Ｓ８
４）。

【００３９】もし、現像器３２内のトナー濃度が第３基
準値より低いままであるときは（Ｓ５６・ＹＥＳ）、ル
ープカウンタの時間計測が続き（Ｓ６２）、同時にステ
ッピングモータは第３の速度で回り続ける（Ｓ６４）。
そして、ループカウンタの計測時間ｔが制御装置１０の
ＲＯＭ１４に予め記憶している規定の時間ｔ３を越える
と（Ｓ５２・ＹＥＳ）、トナーエンプティフラグがＯＮ
となり、制御装置１０のＲＡＭ１６にトナーエンプティ
フラグがＯＮが記憶される（Ｓ８６）。その後、メイン
ルーチンに戻る（Ｓ８８）。

【００４０】ここで、トナーエンプティフラグがＯＮな
ので（Ｓ２０・ＹＥＳ）、タイマ割込が禁止され（Ｓ２
２）、トナーエンプティ処理が行われれ（Ｓ２４）、図
示しない操作パネルにトナーエンプティの表示を行う。
従って、利用者は、トナーホッパーを交換する。その
後、ループカウンタがリセットされ（Ｓ２６）、タイマ
割込が可能となる（Ｓ２８）。

【００４１】次に、本実施例のトナー現像装置において
トナーホッパーから現像器にトナーを供給する速度の決
定について、図５に示すグラフを参照して説明する。

【００４２】この例で用いているキャリアは、フェライ
トの粉砕キャリアでその平均粒径は約５０μｍである。
現像剤中のトナー濃度が大きすぎると未帯電トナーが増
加し、下地かぶりの程度が悪くなる。そしてトナー３６
が消費されてトナー濃度が低下すると、画像濃度が低下
し、感光体３４上にキャリア付着が起こり易くなる。こ
れらのことによってトナー濃度の上限と下限（トナー濃
度許容範囲、ＴＣＬ）が決定できる。本実施例では、ト
ナー濃度は９％〜１４％の範囲に設定している。トナー
濃度が低下した場合には、制御装置１０は最下限９％を
守るようにトナー供給速度を決定すればよい。

【００４３】本実施例におけるトナー濃度信号と、トナ
ー供給ローラー回転速度の関係を図６に示す。図６から
明らかなように、トナー濃度に応じてトナー供給ローラ
ーの回転数を変えることで、単位時間あたりのトナー供
給量が変化するため、急激なトナー濃度変化に対して速
やかに供給が行われ、安定したトナー濃度を得ることが
できる。また、トナーエンプティ時にトナーホッパーを
交換したときにもトナーの供給が速いため、待機時間を
極めて短くできる。

【００４４】なお、本発明は上記に詳述した例に限定さ
れず、その主旨を逸脱しない範囲で変更を加えることが
できる。例えば、駆動装置と制御装置はＤＣモータとロ
ータリーエンコーダの組合せによってもよいし、トナー
供給用手段としてトナー供給ローラーの代わりに溝付ロ
ーラと掻き落し板の組合せでもよい。また、ステッピン
グモータの回転数の制御を段階的でなく連続的に可変し
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明のトナー現像装置によれば、現像器内のトナー量の
レベルを検出する検出手段の検出値に基づいて、トナー
供給ローラーを回転駆動する速度を可変できるので、簡
易な構成でトナーを必要に応じて急速に供給し、印字速
度を落とすことなく安定した画像濃度の印字を得ること
ができる。また、トナーホッパー交換時の待機時間を極
めて短くするという優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の制御装置の電気的構成を示す図であ
る。

【図２】本実施例の機械的構成を示す図である。

【図３】本実施例の制御のメインルーチンのフローチャ
ートである。

【図４】本実施例のトナー濃度検出とステッピングモー
タの制御のフローチャートである。

【図５】現像剤中のトナー濃度と画像濃度及び下地かぶ
りの程度との関係を示した図である。

【図６】本実施例のトナー現像装置によるトナー濃度
と、トナー供給ローラーの回転数の関係を示す図であ
る。

【図７】従来技術のトナー現像装置の機械的構成を示す
図である。

【図８】従来技術のトナー現像装置によるトナー濃度
と、トナー供給ローラーの回転数の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 制御装置 ２０ トナー濃度センサ ３０ トナー現像装置 ３４ 感光体 ３２ 現像器 ３８ トナーホッパー ４４ トナー供給ローラー ４６ 減速装置 ４８ 駆動部材 ６６ ステッピングモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像を坦持した感光体に対向し、着
   色微粉末によって前記静電潜像を可視像に現像する現像
   器を備えたトナー現像装置において、 下部に開口部を有し、トナーを蓄えるトナーホッパー
   と、 前記トナーホッパーの開口部に配置され、回動に伴って
   前記トナーホッパー内のトナーを現像器に送り出すため
   のトナー供給ローラーと、 そのトナー供給ローラーを回転駆動する駆動手段と、 前記現像器内のトナー濃度を検出する検出手段と、 前記検出手段からの検出値に応じて前記駆動手段を制御
   する制御手段とを備えることを特徴とするトナー現像装
   置。
2. 【請求項２】 最も速い予め定められた回転速度で、前
   記駆動手段によりトナー供給ローラーを一定時間回転し
   たときに、前記検出手段の検出値が基準値以下の場合
   に、トナーエンプティと判断する判断手段を有する請求
   項１記載のトナー現像装置。