JPS609269B2 - ２成分系現像剤におけるトナ−濃度検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２成分系現像剤すなわち、磁性を有するキャ
リアと非磁性のトナーとを混合してなる粉体の現像剤に
おけるトナー濃度を検知する方法に関する。

磁性を有するキャリアと非磁性のトナ−とを混合してな
る、２成分系で粉体の現像剤を、磁気的に保持して、現
像部へ持ちきたし、静雷潜像の現像に供する現像方式は
、良く知られている。

この現像方式において、問題となるのは、現像の結果得
られる、粉体トナー像の画質と現像剤の劣化による剤寿
命が、現像剤中のトナー濃度により大きく左右されるこ
とである。すなわち、上記トナー濃度が高すぎると、ト
ナーは、港像担持体上の、トナーが付着すべきでない部
分まで付着して、いわゆる地肌汚れが生じ、逆にトナー
濃度が低すぎると、像濃度の低い可視像しか得られない
。適正トナー濃度領域、すなわち、上記現像方式により
、適正な可視像を長期に亘り劣化させる事なく与える、
トナー濃度の範囲は、比較的せまし、。

一方、現像剤中のトナーは、現像により消費これ、現像
が繰返されるにつれて、トナー濃度が低下するから、適
宜、トナーを現像剤中に補給して、現像剤におけるトナ
ー濃度を、適正領域に維持しなければならない。

トナー濃度の適正な補給がなされるためには、現像剤中
のトナ−濃度即ちキャリアとトナーとの混合比が検知さ
れねばならない。

従来、上記現像剤の透磁率が、現像剤の嵩密度、即ちキ
ャリアとトナーとの混合比に依存する点に着目し、交番
電流を通電したコイルの鞠方向へ、現像剤を通過させ、
上記漉合比の変化により、リアクタンスが変化するのを
計測して、現像剤中の、トナー濃度を検知する方法が知
られている。

しかし、上記りアクタンスの変化が、一般に微小である
ため、上記リアクタンス変化を直接測定するだけでは、
精度の良いトナー濃度検知は困難であり、精度の向上を
目的として、種々の工夫が提案されているが、いずれも
、装置が複雑化したり、信頼性が十分でない、などの欠
点を有していた。

本発明の目的は、比較的簡単な促鷹で、精度よく、トナ
ー濃度を検知しうる、２成分系現像剤のトナー濃度検知
方法を供給することである。

以下、図面を参照しながら、本発明を説明する。第１図
は、本発明を実施するための装置の１例を要部のみ略図
的に示している。

図中、符号１で示す、ソレノイド型コイルは、抵抗Ｒ１
，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、トランジスタＴｒ、コンデンサー
Ｃ１，Ｃ２とともに、周知のコルピッッ式発振回路を構
成している。

回路素子はコイル１およびコンデンサーＣ１，Ｃ２であ
り、トランジスターＴｒは能動素子である。直流電圧電
源Ｅは、この発振回路に、電気振動を持続させるための
エネルギーを供給する。従って、スイッチＳｗを閉じれ
ば、発振回路は発振し、その発振出力電圧は、抵抗Ｒ４
の両端の電位差として得られる。発振周波数ｆｏは、周
知の如く、回路素子であるコィルーのインダクタンス、
およびコンデンサーＣＩ，Ｃ２の容量による共振条件で
定まり、これらをそれぞれ、Ｌ，Ｃ，，Ｃ２で表わせ‘
よ、舵テノ高毒 で与えられる。

この振動数は、数ＫＨＺ以上で実験してみたが、なるべ
く高周波数であることが望ましい。さて、コイル１の内
側には、磁性および導電性を有する部材として、シリン
ダー状の鉄心２が、コイル１に同軸的に配設固定されて
いる。

さらに、コィルー内には、非磁性且電気絶縁性の漏斗３
が配置され、この漏斗を通して、現像剤Ｄを、コイル１
の軸方向へ流下させるようになっている。

さて、上記発振回路が発振すると、コイル１の内部に、
交番磁界が発生する。

今仮りに、鉄心２が存在せず、コィルーの内部に、透磁
率ムの現像剤が充填されている状態を考え、任意の時間
におけるコィルー内の磁場の強さを日、コィルーの、内
側断面積をＳとすれば、コイル１内の磁束■は、■＝′
ｓ仏Ｈｄｓ で与えられる。

又、このコイルのィンダクタンスＬ‘ま、電気磁気学の
教える通り、コイルの機何学的形状で決まる係数Ｋと巻
数Ｎで次式の様に示せる。Ｌ＝Ｋ〃・Ｎ２ しかるに、現像剤におけるトナー濃度の変化は上記透磁
率仏の変化となり、この透磁率の変化により、■やＬの
変化成分が生ずる。

この変化成分に対応した、コイル１のリアクタンス変化
を測定し、これを、現像剤Ｄのトナー濃度に対応させる
のが、従来知られているトナ−濃度周波数検知方法であ
った。

しかるに、本発明の方法においては、コイル１中に、鉄
心２が配設されており、現像剤Ｄ中のトナー濃度による
、コイル１のリアクタンス変化は極めて小さくなる。

これを、第２図に則して説明する。第２図１は、トナー
濃度の低い現像剤ＤｐＬが、コィルー内にある場合を示
し、同図川よ、コィルー内に、高トナー濃度の現像剤Ｄ
ｐｈが在る状態を示している。

現像剤Ｄは、磁性を有するキャリアと、非磁性のトナー
との混合であるから、その透磁率は、トナー濃度が高く
なるにつれて小さくなる。第２図１に示す場合において
は、現象剤ＤｐＬのトナー濃度は低いため、透磁率が大
きく、任意の時間において、鉄心２中を通る磁束は、ほ
とんどなく、ほとんどの磁束は、現像剤ＤｐＬ中を通る
。

しかるに、トナー濃度が高くなるに従い、現像剤Ｄの透
磁率が小さくなると、磁束は、現像剤Ｄ中を通りにくく
なり、次第に、鉄心２中を通るようになる。

そして、第２図ローこ示す場合のように、トナー濃度が
十分に高くなると、磁束の略どが鉄心２中に吸収されて
しまう。しかしながら、磁束数最大の瞬間において、第
２図１に示す場合と、同図Ｄ‘こ示す場合とを比較する
と、両者において、磁束数の変化は極めて少ないのであ
る。

すなわち、現像剤Ｄ中のトナー濃度の変化に応じて、コ
ィルー内における磁束の分布が変化することにより、磁
束数の変化は小さくおさえられてしまうのである。従っ
て、コイル１内の現像剤Ｄのトナー濃度変化によっては
、コイル１のリアクタンスは、わずかしか変化しない。
それでは、トナー濃度の変化は、何をもたらすかという
に、コイル１に印加される入力エネルギーの消費量変化
をもたらすのである。前述したように、トナー濃度の変
化は、コイル１内において、磁束分布の変化をもたらし
、トナー濃度が高いほど、磁束は、鉄心２内を通るよう
になる。

一方周知の如く、磁界の変化には、マクスゥェルの方程
式→ ａＢ ｒｏｔＥ＝一一一 ａｔ に従って、磁束をとりまくループ電界が生じ、従って、
この電界による起電力が対応する。

現像剤Ｄ中のトナー濃度が高いと、鉄心２内で磁束が周
期的に変化するようになり、電磁誘導或いは渦電流効果
で上記ループ電界が鉄心２中に同心的に生ずる。

しかるに、鉄心２は導体であるからこの電界に従って、
電流が実際に振動的に、導体中を流れ、鉄心２の電気抵
抗により抵抗損失として電力消費を生じる。さらに、鉄
心２のヒステリシス損も鉄心２内において熱エネルギー
に変化する。又高周波になると磁束の表皮効果も、電力
消費を生じている筈である。このようにして、コイル１
に印加される入力エネルギーの一部が、鉄心２内で電磁
譲導、渦電流、ヒステリシス損又は表皮効果等の一作用
又は複合作用で熱エネルギーとして消費されるのである
。

そして、このエネルギー消費量は、鉄心２中の磁束密度
と対応するから、結局、現像剤Ｄ中の、トナ−濃度に対
応するのである。そして、鉄心２が、その具体的１例で
あるところの、導電性と磁性とを有する部材の形状や透
磁率をうまく選ぶことにより、トナー濃度の微小変化に
対して、可なり大きい、エネルギー消費を対応させるこ
とができ、従って、上記エネルギー消費を測定すること
によって、現像剤Ｄ中のトナー濃度を、精度よく検知で
きるのである。上記エネルギー消費量は、公知の任意の
方法で、これを測定して良い。該例においては、このエ
ネルギー消費量の変化は、発振回路の発振出力電圧の変
化と関連させて知ることができる。いいかえれば、上記
の如き理由により、現像剤Ｄ中のトナー濃度を、発振回
路の発振出力電圧により知ることができるのである。と
ころで、コイル１を、回路素子として発振回路に組み込
んで本発明を実施する場合、次の如き、特徴が見られる
。

それは、このようにした場合、現像剤Ｄ中のトナー濃度
の、特定の濃度範囲で、上記発振出力電圧を急激に変化
させることができるのであり、しかも、上記濃度範囲は
、導電性および磁性を有する部材の透磁率を調整するこ
とにより、調整が可能なのである。

従って、上託透磁率を適当に選ぶことにより、発振回路
の発振出力電圧が、適正トナー濃度領域で、急激に変化
するようにでき、このようにすることにより、トナー濃
度検知の精度は一段と向上する。また、このように、発
振出力電圧が大きく変動すれば、上記発振出力電圧を増
幅する増幅器Ａを簡単に製作できることは明らかである
。

増幅器Ａの出力は、これを、トナー濃度表示用の信号と
しても良いし、トナー補給装置駆動用信号として用いて
も良い。

実用上、必要なことは、現像剤Ｄ中のトナー濃度を常時
知ることよりは、現像剤Ｄ中の、トナー濃度が、通生ト
ナー濃度の下限に達したことを知ることであろう。

減像剤中のキャリアの量は時間的に略一定しているから
、トナー濃度が、上記適正トナー濃度領域の下限にある
とき、トナー濃度を上記領域の上限にまでたかめるには
、定量のトナーを加えるのみで足りる。上言己発振出力
電圧の急変を、トナー濃度の上記下限値の検知に利用す
ることも可能である。

ここで、具体的実験の１例をあげる。コイル１としては
、軸方向長さ７帆、内径１仇蚊の樹脂ボビンに、０．５
柳径の導線を２８碇静こしたものを用い、これをコルビ
ツツ式発振回路に組込んで、共振周波数が３５０ＫＨＺ
となるようにした。

これに、２４Ｖの直流電圧を印加した。導電性および磁
性を有する都材としては、径３側、長さ４仇舷の軟鉄心
を用い、これをコイル１の中心部に同軸的に固定した。

コイル１内に、重量パーセントで１．０パーセントのト
ナー濃度を有する現像剤を充填したとき、発振出力電圧
は、振幅値で１０．６Ｖであったが、上記トナー濃度を
１．５ゞーセントにしたときの発振出力電圧の振幅値は
９．３Ｖであった。

すなわち、０．５ぐーセントのトナー濃度差に対し、約
１．３Ｖの出力電圧差が得られた。このとき発振出力に
おける振動数の変化は弧ＨＺ程度であった。導電性およ
び磁性を有する都材の形状には、特に規制はないが、実
用上、シリンダー乃至中空シリンダー形状のものが、最
も扱いやすし、であるつｏさらに、この部材は、単体で
ある必要はない。

例えば、非磁性金属を中空シリンダー状に形成し、その
内部に磁性材を充填したものでも良い。このような場合
、上記中空シリンダー内に、現像剤Ｄを充填すれば、そ
のトナー濃度の調整によって、部材全体の透磁率を容易
に調整できる。また、第３図に示すように、コィルーの
内部に、非磁性金属の中空シリンダー２１を、コイル１
と同軸的に固定し、コィルーと中空シリンダ−２１との
間に磁性材２２（例えばトナー濃度を調整された現像剤
）を充填し、現像剤Ｄが、中空シリンダー２１内を通過
するようにしても良い。この場合、中空シリンダー２１
と磁性材２２とで、導電性および磁性を有する部材が構
成される。第１図の鉄心２に替えて、上言己種々の部材
を用いて実験を繰返したが、常に、トナー濃度の微小変
化に対して大きな、発振出力電位変化が得られた。また
、フェライトなどを用いて、コィルーを磁気シールドす
ると、トナー濃度の変化に応じて発振出力電圧をＯＶま
でさげることができ、オン−オフ２位置制御のようにす
ることも可能であった。

以上、本発明によれば、極めて精度よく、２成分系現像
剤中のトナー濃度を検知でき、なおかつ簡単な構造の装
置で実施可能な、２成分系現像剤におけるトナー濃度検
知方法を提供できる。

又、前記した様に、交番磁界と錯交する導体回路が設け
られ、交番磁界の磁路が、剤濃度に依存して変化する事
が、本発明の原理であるので、場合によっては、第４，
５図に符号２３，２４で示す如き断面形状を有する部材
を、導体もしくは磁性導電体で形成して設置するだけで
も検知コイル部になり得る。本発明はその他のコイル構
成も同目的で作られる事はこの様な事からも明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するための１装置例における回
路構成を示す図、第２図は、本発明の原理を説明するた
めの図、第３図、第４図および第５図は、本発明の実施
に用いる、導電性もしくは導電性と磁性とを有する部材
の可能なる３形態を、コイルへの装備状態により示す図
である。 １・・・・・・コイル、２・・・・・・鉄心、３・・・
・・・漏斗、Ｄ・・・・・・現像剤、２１・・・・・・
非磁性金属の中空シリンダー、２２・・・・・・磁性剤
。 精４図 兼５図 稀イ図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁性を有するキヤリアと非磁性のトナーとを混合し
   てなる２成分系で粉体の現像剤におけるトナー濃度を検
   知する方法であって、コイルに交番磁界を発生させ、そ
   の磁界が少くとも、現像剤、及び、導電性部材で構成さ
   れ、現像剤中のトナー濃度に依存して、両者の磁路を選
   択的に過通過させる様にしてコイルに印加された入力エ
   ネルギーを導電性部材で消費させ、コイルを回路素子と
   して発振回路を構成し、この発振回路によって前記消費
   量変化を現像剤濃度に対応させて濃度を検知する事を特
   徴とする２成分系現像剤における濃度検知方法。