JPH0643757A - 画像記録装置 - Google Patents

画像記録装置

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JPH0643757A
JPH0643757A JP4198669A JP19866992A JPH0643757A JP H0643757 A JPH0643757 A JP H0643757A JP 4198669 A JP4198669 A JP 4198669A JP 19866992 A JP19866992 A JP 19866992A JP H0643757 A JPH0643757 A JP H0643757A
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toner
image
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detecting
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Yukio Okamoto
行雄 岡本
Toshihiko Nakazawa
利彦 中沢
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Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナー濃度検出精度の高く価格の低いトナー
濃度検出回路を有する画像記録装置を提供する 【構成】 2成分系の現像剤の透磁率の変化を検出し
て、現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検出回路
を有する画像記録装置において、透磁率の変化を検出す
るセンサー51Y,51M,51C,51Kと、アナログマルチプレク
サ52aと、バッファトランジスタ52bと、波形整形器53
と、制御用CPU50に接続したカウンタ54と、前記カウ
ンタ54にゲート信号を送出する制御用CPU50に接続し
たゲート信号発生回路55と、から成るトナー濃度検出回
路を有することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トナー及びキャリアか
ら成る2成分系現像剤の透磁率の変化を検出して現像剤
のトナー濃度を検知するトナー濃度検出回路を有する電
子写真複写機などの画像記録装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子写真複写機やファクシミリ装置など
の画像記録装置においては、原稿を光照射して原稿から
の反射光により、又は外部からの画像を表す電気信号に
より画像を記録紙上に記録することが行われている。
【0003】この種の画像記録装置においては、トナー
及びキャリアから成る2成分系の現像剤を用いて可視像
を形成し、これを記録紙に記録している。ところで、2
成分系現像剤は一定重量のキャリアに対しトナーの混入
率が4〜10重量%になっている。このトナーは記録が行
われるに従い減って行くため、複写画像の濃度に影響を
与えることとなる。それで常に一定濃度の記録画像を得
るためには現像剤のトナー濃度を検知し、このトナー濃
度が減少したときは現像剤にトナーを補給してトナー濃
度が適正範囲に入るように制御することが必要になる。
【0004】トナー濃度検出には基準濃度の小片により
検出されるトナー像の濃度を光学的に検知する方法や、
現像剤に接する位置にコイルから成るトナー濃度センサ
ーを設置し現像剤の透磁率を測定することによって現像
剤中のトナー濃度(トナー混入率)を知る方法が知られ
ている。透磁率の測定による方法は常時測定が可能であ
り特に複写プロセスを変更する必要がない点で優れてい
る。この検出したトナー濃度をトナー濃度基準値と比較
してトナー補給を行い現像剤のトナー濃度を常に好まし
い状態に保つことが可能である。
【0005】図6は、従来の画像記録装置の現像部に適
用する現像剤の透磁率からトナー濃度を検出する回路を
示すブロック図である。図において、51Y,51M,51C,51K
はそれぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン
(C)、黒(K)を収容した現像装置に設けられ、現像
剤の透磁率によって発振周波数が変化しこれによりトナ
ー濃度を検出するセンサー、52aはCPU50からの選択
信号により上記複数のセンサー51Y〜51Kからの信号の1
つを選択して送出するアナログマルチプレクサ、53bは
シュミット回路を用いた波形整形回路、54aはゲート信
号発生回路55aからのゲート信号によって一定時間中の
パルス数を計数する例えば9ビットのカウンタ、55bは
セラミック発振素子を用いた共振回路、58はD/A変換
回路、59はゲート信号発生回路55aからのサンプル/ホ
ールド信号によって入力したアナログ値をサンプリング
しホールドするサンプル/ホールド回路、60は差動増幅
器、61はCPU50に内蔵したA/D変換器である。
【0006】センサー51Y〜51Kからの出力は現像剤のト
ナー濃度が増加するに従って周波数は増加する。この出
力の1つはアナログマルチプレクサ52aによって選択さ
れ波形整形回路52aを経て整形されたのちカウンタ54a
によって一定時間内のパルス数が計数される。この計数
値(ディジタル値)はD/A変換器58によって電圧値に
変換されたのちサンプル/ホールド回路59によってホー
ルドされる。ホールドされた電圧値は、CPU50から現
像剤の種類あるいは現像装置の固有誤差による偏差を補
正するために出力するディジタル値をD/A変換器58に
よって変換された電圧値と共に差動増幅器60に入力され
て増幅されたのちCPU50に入力される。この入力した
値はCPU50内のA/D変換器61によってディジタル値
に変換されたのち基準値と比較されその差に応じてトナ
ー補給指示信号がトナー補給手段17に出力され現像剤の
トナー補給が行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記のような従来の画
像記録装置のトナー濃度検出回路においては、センサー
の感度である現像剤のトナー濃度の変化に対するセンサ
ーの発振周波数の変化は、極めて小さく、センサーの中
心周波数が200KHzであるとき、トナー濃度1重量%
の増加に対し周波数は0.8KHz増加するという感度であ
る。このことは、ゲート時間を10msとするとトナー濃度
1%増加に対し8パルス増加し、1パルス当たりトナー
濃度の変化は0.125%であり精度の高い回路が要求され
る。
【0008】しかるに、従来のトナー濃度検出回路は前
記のように、回路が複雑で、D/A変換したのち、さら
にまたA/D変換するということが行われるためノイズ
が混入し易く誤差が大きくなり、価格も高くなるという
問題点があった。
【0009】また、アナログ回路が多いため、電源電圧
や温度の変動、部品のばらつき等の影響で誤差が大きく
なり易い。
【0010】本発明の目的は、以上のような問題点を解
決し、価格が低く常に好適な範囲にトナー濃度を維持で
きるトナー濃度検出回路を有する画像記録装置を提供す
ることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、トナー
及びキャリアから成る2成分系の現像剤の透磁率の変化
を検出して前記現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃
度検出回路を有する画像記録装置において、透磁率の変
化を検出するセンサーと、波形整形器と、制御用CPU
に接続したカウンタと、前記カウンタにゲート信号を送
出する制御用CPUに接続したゲート信号発生回路と、
から成るトナー濃度検出回路を有することを特徴とする
画像記録装置によって達成される。
【0012】
【実施例】図2は本発明の画像記録装置の一実施例の構
成を示す概略断面図、図7は本実施例による多色トナー
像形成時の像担持体の電位の変化を示すフローチャート
である。図2及び図7によって本実施例の基本的な構
成、動作について説明する。
【0013】図2において、10は像担持体である感光体
ドラムで、例えばOPC感光体をドラム上に塗布したも
ので接地されて時計方向に駆動回転される。12はスコロ
トロン帯電器で、感光体ドラム10周面に対し負のVH(-
600〜-800V)の一様な帯電を所定電位VG(-550〜-850
V)に保持されたグリッドとコロナ放電ワイヤによるコ
ロナ放電によって与えられる。このスコロトロン帯電器
12による帯電に先立って、前プリントまでの感光体の履
歴を除去するために発光ダイオードや露光ランプを用い
たPCL11による露光を行って感光体周面の除電をして
おく。
【0014】感光体ドラム10への一様帯電ののち像露光
手段であるレーザ書込み装置13により画像信号に基づい
た像露光が行われる。この像露光はコンピュータからレ
ーザ書込み装置13に、又は画像読取り装置から入力され
る画像信号を画像信号処理部によって処理を行ったのち
レーザ書込み装置13に入力して感光体ドラム10上に潜像
形成が行われる。
【0015】レーザ書込み装置13は図示しないレーザダ
イオードを発光光源とし回転する回転多面鏡131、fθ
レンズ132等を経て複数の反射鏡M1,M2,M3により光路
を曲げられ走査がなされるもので、感光体ドラム10の回
転(副走査)によって潜像が形成される。本実施例では
画像部に対して上記画像信号に基づいて露光を行ない、
図5に示すように 画像部が電位の絶対値が低いVL(-1
00V〜0)となるような反転潜像を形成する。
【0016】感光体ドラム10周縁にはイエロー(Y)、
マゼンタ(M)、シアン(C)、黒色(K)等の負に帯
電したトナーTとキャリアから成る現像剤をそれぞれ内
蔵した現像器14が設けられていて、先ず1色目の現像が
マグネットローラを内蔵し現像剤を保持して回転する現
像スリーブ141によって行われる。現像剤はフェライト
をコアとしてその周りに絶縁性樹脂をコーティングした
キャリアと、ポリエステルを主材料として色に応じた顔
料、荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等を加えたトナー
Tとからなるもので、現像剤は層形成棒によって現像ス
リーブ141上に300〜800μm層厚に規制されて現像領域
へと搬送される。
【0017】現像領域における現像スリーブ141と感光
体ドラム10との間隙は層厚(現像剤)よりも大きい0.4
〜1.0mmとして、現像スリーブ141と感光体ドラム10との
間にはVAC(1.5〜3.0KVP-P)のACバイアス電圧と
VDC(-500〜-700V)のDCバイアス電圧が重畳して印
加される。VDCとVH及びトナーTの帯電は同極性
(負)であるため、VACによってキャリアから離脱する
きっかけを与えられたトナーTはVDCより電位の絶対値
の高いVHの部分には付着せず、VDCより電位の絶対値
の低いVL部分にその電位差に応じたトナー量が付着し
顕像化(反転現像)が行われる。
【0018】1色目の顕像化が終わったのち2色目の画
像形成工程に入り、再びスコロトロン帯電器12による一
様帯電が行われ、2色目の画像データによる潜像が像露
光手段13によって形成される。このとき1色目の画像形
成工程で行われた露光ランプ11による除電は、1色目の
画像部に付着したトナーTが周りの電位の急激な低下に
より飛散するため行われない。
【0019】再び感光体ドラム10周面の全面に亙ってV
Hの電位となった感光体のうち、1色目の画像のない部
分に対しては1色目と同様の潜像が作られ現像が行われ
るが、1色目の画像がある部分に対し再び像露光・現像
を行う部分では、1色目の付着したトナーTによる遮光
とトナー自身のもつ電荷によってVTの潜像が形成さ
れ、VDCとVTの電位差に応じた現像が行われる。この
1色目と2色目の画像の重なり部分では1色目の現像を
VLの潜像を作って行うと、1色目と2色目とのバラン
スが崩れるため、1色目の露光量を減らしてVH>VM
(-100〜-300V)>VLとなる中間電位とすることもあ
る。
【0020】3色目、4色目についても2色目と同様の
画像形成工程が行われ、感光体ドラム10周面上には4色
のトナー像が形成される。
【0021】一方、給紙カセット20より給紙機構21及び
タイミングローラ23によって上記感光体ドラム10上のト
ナー像と同期して給送される記録紙Pは、搬送部材であ
る転写ベルト31を張架した転写ベルト装置30によって転
写域へと給送され、感光体ドラム10周面上の多色トナー
像が一括して記録紙P上に転写される。
【0022】この転写ベルト31を張架する保持ローラ3
2,33の上流側の保持ローラ32の軸32aに対しては、約
2KVのバイアス電圧が記録紙Pの先端が到達する直前に
図示しない高圧電源によって印加される。また、この軸
32aに転写ベルト31を介して接する位置には記録紙Pへ
の帯電付与手段として導電性のブラシ34が後述する電流
検知回路を経て接地状態で設置されている。給送されて
来た記録紙Pはブラシ34と転写ベルト31の間に進入し、
ブラシ34より記録紙Pに対して電荷が注入され一様に帯
電し、記録紙Pと転写ベルト31との間に吸着力が生じ、
記録紙Pは転写ベルト31によって吸着・搬送される。こ
れにより記録紙Pは感光体ドラム10と転写ベルト31とで
形成されるニップ部(転写域)35に進入し、転写ベルト31
裏面よりコロナ放電器である転写器36あるいはこれに代
えたバイアスローラに図示しない高圧電源から定電流制
御回路を経て約6KVのバイアス電圧が印加され転写電界
が付与されるので、記録紙P上に多色トナー像が一括し
て転移し転写が行われる。
【0023】感光体ドラム10より分離し多色トナー像を
保持した記録紙Pは、転写ベルト31を張架する下流側の
保持ローラ33の軸33aを対向電極として位置を変更した
除電器15によるACコロナ放電による除電を受けたの
ち、あるいはACコロナ放電を受けながら転写ベルト31
から分離する。37はクリーニングブレードで、回転する
転写ベルト31に付着したトナーを除去する。この転写ベ
ルト装置30の転写ベルト31は多色トナー像形成中は下流
側の保持ローラ33の軸33aを回動中心として保持ローラ
32が時計方向に回動し感光体ドラム10より離間されてい
る。
【0024】転写ベルト装置30から分離した多色トナー
像を保持した記録紙Pは、少くとも一方のローラ内部も
しくは外部の近接した位置にヒータを有する2本の圧着
ローラからなる定着装置24へと搬送され、圧着ローラ間
で熱と圧力を加えることにより付着トナーは溶融し、記
録紙P上に固定されたのち、装置外へ排出される。
【0025】転写後の感光体ドラム10周面上に残った残
留トナーはACコロナ放電器を用いた除電器15により除
電を受けたのち、クリーニング手段であるクリーニング
装置16に至り感光体に当接したゴム材からなるクリーニ
ングブレード16aによってクリーニング装置16内に掻き
落とされ、スクリュー等により排出あるいは貯留箱に搬
送される。
【0026】クリーニング装置16によって残留トナーを
除去された感光体ドラム10はPCL11によって露光を受
けたのちスコロトロン帯電器12によって一様帯電を受
け、次の画像形成サイクルに入る。多色トナー像形成中
はクリーニングブレード16aは感光体表面から離間さ
れ、除電器15によるAC除電は不作動状態にされる。
【0027】図2の17はそれぞれイエロー(Y)、マゼ
ンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナーTをそれ
ぞれの現像装置14に補給するトナー補給手段で、それぞ
れのカラートナーを貯溜するトナーホッパー172と、後
述するCPU50の制御により回転するトナー補給ローラ
171と、現像装置14のトナー補給口149に接続する補給路
173から成っている。
【0028】図3は図2の2成分系の現像剤を収容する
現像装置の一例を示す断面図で、装置内部にはマグネッ
トローラ142を内包する現像スリーブ141と、現像スリー
ブ141に吸着された現像剤の層厚を規制する薄層形成棒1
43と、現像スリーブ141より使用済みの現像剤を除去す
るための剥離部材であるスクレーパ144と、さらに現像
スリーブ141に現像剤を供給する供給ローラ145及び現像
剤のトナーとキャリアを混合する一対の撹拌スクリュー
146,147が内蔵されている。
【0029】トナー補給装置17より後述するCPUの制
御により回転するトナー補給ローラ171によって補給さ
れるトナーTは、トナー補給口149より一方の撹拌スク
リュー147の端部に落下し紙面の垂直方向へと搬送さ
れ、仕切り壁148の端部に達して他方の撹拌スクリュー1
46の端部に移って反対方向へと搬送される過程で収容す
る現像剤に均等に混合して所要のトナー成分を含有した
現像剤とされる。
【0030】次いで、現像剤は供給ローラ145の周面の
摩擦力により薄層形成棒143に圧接するPETシート143
aに沿って現像スリーブ141の周面に搬送されてマグネッ
トローラ142の磁力によって保持され、さらに薄層形成
棒143の圧接作用によって所定の薄層とされて感光体ド
ラム10の現像領域に搬送される。
【0031】現像領域における感光体ドラム10上へのト
ナー像の形成によってトナー成分を消費した現像剤は、
現像スリーブ141の時計方向の回転によって搬送され、
現像スリーブ141の周面に圧接するスクレパー144によっ
て周面より除去され、再び供給ローラ145の付近に落下
されて新たなトナーと混合され再び現像スリーブ141へ
と供給される。
【0032】かかる現像装置14で、透磁率の変化でトナ
ー濃度の検出を行うセンサー51は撹拌スクリュー147の
下方0〜1mmの間隔をもって上方にむけて設けられてい
る。
【0033】かかる位置にセンサー51が設けられている
と、センサー51の出力は上方に位置した撹拌スクリュー
147の動きに従って図4のカーブが示すように変動す
る。カーブ上のA点は撹拌スクリュー147の山(歯)が
センサー51の真上に来たときの出力を示し、B点はスク
リューの谷が真上に来たときの出力を示す。この実施例
の撹拌スクリュー147は回転数240rpmで回転しているの
で、撹拌スクリュー147の回転周期は250m secである。
トナー濃度検出を行うCPUは15m sec毎にトナー濃度
の検出を行う。この15m secのうち、12m secはカウント
期間であり、3m secはデータ読込み期間である。この
ような検出を繰返し、B点でのトナー濃度の検出を行
う。すなわち撹拌スクリュー147の1回転(250m sec)
よりも長い期間(300m sec)トナー濃度検出のサンプリ
ングを15m sec毎に繰返し、その中で処理する。上記の
一連の制御はCPUの指令及び内部処理によって実行さ
れる。
【0034】図1は本発明の画像記録装置のトナー濃度
検出回路の一実施例を示すブロック図である。図6に示
す従来のトナー濃度検出回路と同一部分は同一符号で示
し詳細な説明は省略する。図において、52bはバッファ
トランジスタ、53は比較器からなる波形整形器、54は16
ビットのカウンタ、55は水晶発振器を用いた基準クロッ
ク発生回路56からのクロックの入力と16ビットのカウン
タから成るゲート信号発生回路、カウンタ54とゲート信
号発生回路55はそれぞれバスライン57によってCPU50
に接続している。
【0035】センサー51Y〜51Kからの出力はアナログマ
ルチプレクサ52aによってその1つが選択されバッファ
トランジスタ52aを経て波形整形器53に入力される。こ
の入力信号は波形整形器53によって整形され方形パルス
波形となってカウンタ54に入力される。カウンタ54では
ゲート信号発生回路55より送出されるゲート信号によっ
て、例えば100msの一定時間内のパルス数が計数され
る。この計数値(ディジタル値)は直ちにCPU50に入
力される。この入力した値はCPU50内のメモリに記憶
された基準値と比較されその差に応じてトナー補給指示
信号がトナー補給手段17に出力される。以上のプロセス
がアナログマルチプレクサ52aによる信号選択によって
Y,M,C,Kと順次循環して行われる。これにより現
像装置14のそれぞれの現像剤にトナー補給が行われる。
【0036】なお図1に示すトナー濃度検出回路でバッ
ファトランジスタ52bは無くとも良いし、また各センサ
ー51Y,51M,51C,51Kの出力部に内蔵させるように
しても良い。各センサー50Y,51M,51C,51Kの信号
を切替える方法としては図5に示す回路とすることもで
きる。図5において、バッファトランジスタはセンサー
に内蔵され、VDDはセンサー用の電源で例えばDC+5
Vの電源である。またSIGはセンサー出力信号で200K
HZの略正弦波の波形で出力される。またGNDはセンサ
ー用のグラウンドである。各センサー51Y〜Kの信号を
切替える方法として、各センサー51Y〜Kに印加する電
源VDDをアナログマルチプレクサ52aにより切替えるも
ので、この場合常に1つのセンサーだけが発振状態にあ
り、したがってセンサー間での信号の干渉が防止できる
メリットがある。
【0037】なお、波形整形器53とカウンタ54の間にパ
ルスの周波数をてい倍するてい倍回路を挿入して見かけ
の周波数を増大させることによって、増加した1パルス
当たりのトナー濃度の変化量を小さくでき検出精度を向
上させることができる。
【0038】
【発明の効果】本発明の画像記録装置では、そのトナー
濃度検出回路を以上説明したように構成したので、アナ
ログ回路の使用を極めて少数に押さえることができ、構
成を簡単にしたので、ノイズの混入を防止し検出精度を
向上させることができると共に制御回路のシステム設計
が容易になる。
【0039】また、最近は本実施例のようにディジタル
制御の画像記録装置が多数使用されるため、装置本体の
ディジタル回路とともにトナー濃度検出回路のディジタ
ル回路を集積化することによりコストダウンを容易には
かることができるという利点もある。
【0040】さらにまた、ゲート信号発生手段はCPU
と直接バスラインによって接続しているので、現像剤の
種類、あるいは現像装置の固有誤差による偏差を補正す
る信号をゲート信号発生手段にCPUから送出して、ゲ
ート時間を変更して上記誤差を容易に補正することがで
きるなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像記録装置のトナー濃度検出回路の
一実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明の画像記録装置の一実施例の構成を示す
概略断面図である。
【図3】図2の現像装置の一実施例の構成を示す断面図
である。
【図4】トナー濃度検出の出力状態を示す説明図であ
る。
【図5】センサーの出力信号を切替える実施例の回路図
である。
【図6】従来のトナー濃度検出回路の一例を示すブロッ
ク図である。
【図7】図2の実施例による多色トナー像形成時の像担
持体の電位変化を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 感光体ドラム(像担持体) 13 レーザ書込み装置 14 現像装置 17 トナー補給手段 50 CPU 51Y,51M,51C,51K センサー(トナー濃度検出センサ
ー) 52a アナログマルチプレクサ 53 波形整形器 54 カウンタ 55 ゲート信号発生回路 57 バスライン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トナー及びキャリアから成る2成分系現
    像剤の透磁率の変化を検出して現像剤のトナー濃度を検
    知するトナー濃度検出回路を有する画像記録装置におい
    て、透磁率の変化を検出するセンサーと、波形整形器
    と、制御用のCPUに接続したカウンタと、前記カウン
    タにゲート信号を送出する前記CPUに接続したゲート
    信号発生回路と、から成るトナー濃度検出回路を有する
    ことを特徴とする画像記録装置。
JP4198669A 1992-07-24 1992-07-24 画像記録装置 Pending JPH0643757A (ja)

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