JPH0648410B2 - 現像剤の濃度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ この発明は、記録媒体上に形成された静電潜像を可視化
するための現像装置に係り、特に現像剤濃度を制御する
装置に関する。

＜発明の概要＞ この発明に係る現像剤の濃度制御装置は、キャリアとト
ナーが混合された二成分系の現像剤を用いた画像形成装
置の現像装置において、キャリアとトナーの混合比率を
透磁率等の物理的特性によって検知するもので、この検
知装置の出力に基づいてトナーを補給することによって
現像剤濃度をほぼ一定に保つために用いられる。この発
明は特に、現像装置の動作開始時における現像剤濃度検
知装置の不安定要素による影響をなくして、現線剤濃度
を常に予め定められた値に保つようにしたものである。

＜従来技術とその欠点＞ 電子写真複写機、静電記録装置、レーザビームプリンタ
等は記録媒体上に画像情報に応じた静電潜像を形成して
おり、その潜像を可視化するために現像装置を備えてい
る。この現像装置は、静電潜像にトナーを選択的に付着
させて可視像化している。この場合、現像装置は通常キ
ャリアとトナーからなる二成分系の現像剤が用いられ
る。

この二成分系の現像剤を用いて静電潜像を可視像化する
場合において、前記二成分の濃度つまりキャリアとトナ
ーの混合比率が適正でないと、画像濃度が薄く、見づら
くなるか、あるいは濃すぎてカブリが増える等の問題が
発生する。そこで、この混合比率が適正に保たれるよう
に現像剤の濃度を検知して、ある程度濃度が低下したと
きにトナーを補給することによって、現像剤濃度を所定
の値に保つ現像濃度自動制御装置が提案されまた実施さ
れている。

この現像濃度自動制御の方法として、キャリアとトナー
の混合比率に応じて変化する透磁率を検知して制御する
もの、異なる色に着色されたキャリアとトナーの混合比
率に応じて変化する色を検知して制御するもの、さら
に、一定量のキャリアに対するトナー量の変化を体積変
化として捉えることにより制御するもの等がある。

このうち、トナー量の変化を体積変化として検出する方
法は、基準値の検知を容易さのため、使用されることが
多いが、キャリアの量が常に一定でなければならず、常
に安定した動作を得ることは困難であった。

これに対しキャリアとトナーの混合比率に応じて変化す
る透磁率等の物理的特性を検知して制御するものであれ
ば、キャリアが減少してもトナーの混合比率を一定にで
きる利点を有する。ところが、この透磁率の変化を検知
する方法では、現像装置の作動を一定時間停止すれば、
現像剤の自重による沈み込み、透磁率を検知するセンサ
付近の現像剤の僅かな移動、さらに現像剤の流動性が変
化すること等により現像剤濃度が変化しないにも拘ら
ず、現像装置の動作開始時においてセンサによる見掛け
上の透磁率が変化するという現象が発生する。これによ
り、通常現像装置の動作開始時においては現像剤濃度が
実際より低く検知されて、必要以上のトナーが補給され
るという問題があった。

＜発明の目的＞ この発明は例えば現像剤の透磁率を検出することによ
り、現像剤濃度を検知してその濃度をほぼ一定に保つこ
とを第一の目的としており、特に現像装置の動作開始時
に、現像剤濃度検知装置の不安定要素による影響をなく
し、現像剤濃度の制御を安定化することを目的とする。

＜発明の構成＞ この発明の現像剤の濃度制御装置は、 トナーとキャリアが混合された２成分系の現像剤を収容
する現像槽に設けられ、該現像剤を感光体に形成された
静電潜像を現像するための現像ローラと、トナー及びキ
ャリアを混合し撹拌した現像剤を前記現像ローラへと供
給するための撹拌ローラと、キャリアとトナーの混合比
率を透磁率等の物理的特性によって検知する現像剤のト
ナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段の出力に基
づいてトナーの補給を行い現像剤のトナー濃度を一定に
保つトナー補給手段と、を備えた画像形成装置の現像装
置において、 現像装置の動作終了時に、前記トナー濃度検知手段の検
知状態を記憶する手段と、 電源オン時の画像形成装置の初期設定状態時に前記現像
装置の少なくとも撹拌ローラを前記検知状態記憶手段の
記憶内容にかかわらず一定時間予備回転させる予備回転
手段と、 前記撹拌ローラの予備回転中に、前記検知状態記憶手段
がトナー濃度の適正濃度状態を記憶している時に、前記
撹拌ローラを一定時間回転させるだけでトナー濃度検知
手段の検知出力に基づくトナー不足による補給信号が出
力されてもトナー補給手段によるトナー補給を禁止し、
前記検知状態記憶手段が不適正濃度を記憶しているとき
に、該記憶内容に応答して前記トナー補給手段によるト
ナー補給を、前記トナー濃度検知手段が適正トナー濃度
状態を検知する信号を出力するまで行う制御手段と、 を備えたことを特徴とする。

＜作 用＞ 以上の構成の現像剤の濃度制御装置によれば、画像形成
動作の終了による現像装置の動作終了時のトナー濃度検
知手段による現像剤のトナー濃度状態を検知状態記憶手
段が記憶する。そして、電源オンによる画像形成装置の
初期設定において、現像装置の少なくとも撹拌ローラが
一定時間、上記検知状態記憶手段の適正濃度の状態の記
憶に関係無く予備回転手段にて駆動される。

この時、上記検知状態記憶手段がトナー濃度の適正状態
を記憶しておれば、トナー濃度検知手段がトナー不足、
つまり不適正濃度を検知した信号を出力してもトナー補
給動作を禁止し、撹拌ローラの回転のみ行う。

一方、上記検知状態記憶手段がトナー濃度の不適正状態
を記憶している時には、この記憶内容に基づいてトナー
補給を行う。そして、このトナー補給は、トナー濃度検
知手段がトナー濃度が適正状態になるまで継続して行わ
れ、同時に現像装置の撹拌ローラも回転している。

したがって、例えば現像剤のトナー濃度が適正状態を現
像装置の動作終了時に記憶されておれば、現像装置を一
定時間以上停止したことによる現像剤の沈み込み、現像
剤のトナー濃度検知手段付近の現像剤の僅かな移動、現
像剤全体の流動性の変化等により、電源オン後の初期設
定にかかる予備回転動作中に見かけ上のトナー濃度検知
手段の検知状態が不適正（トナー不足によるトナー濃度
低下）を検知した場合には、上記記憶内容からトナー濃
度が適正状態であるとしてトナー補給の制御が実行され
ない。

一方、上述とは逆に検知状態記憶手段がトナー濃度が不
適正であることを記憶しておれば、この記憶内容に応答
して現像装置の撹拌ローラの回転中にトナー補給手段を
駆動しトナー補給を、トナー濃度検知手段がトナー濃度
の適正状態を検知するまで行う。この動作により現像剤
の沈み込み、現像剤の移動、現像剤の流動性の変化等に
よりトナー濃度検知手段によるトナー濃度検知が正常で
ない場合でも、全体としてトナーは足りない状態であ
り、トナー濃度が大幅に規定値を越えてしまうことはな
い。また、電源オンによる初期設定時の予備回転中にト
ナー補給が行われるため、初期設定後のコピー動作の開
始時から適正な状態での現像を可能にでき、トナー補給
制御によるトナー濃度を一定に保てる。この場合、トナ
ー補給が行われることのない適正状態の記憶時にも、充
分な撹拌動作が行われているため、初期設定後のコピー
動作開始当初より適正状態で現像でき、トナー濃度制御
を行える。

＜実施例＞ 第１図はこの発明の現像剤の濃度制御装置を備えた複写
機の制御部のブロック図を表す。

全体の制御はＣＰＵ３０のプログラム処理によって行わ
れ、ＲＯＭ３１にはその制御プログラムが予め書き込ま
れている。ＲＡＭ３２は制御プログラムの実行に際して
カウンタやフラグ等のワーキングエリアとして用いられ
る。Ｉ／Ｏ３３および３７には各種入出力回路が接続さ
れている。現像剤濃度検知回路３４は現像剤の濃度を検
出して二値の出力信号を出力する。ＣＰＵ３０はこの現
像剤濃度検知回路から出力された信号に基づいてトナー
モータコントローラ３９を制御し、トナーの補給を行
う。キーマトリックス／センサ３５はキー入力装置とそ
の他のセンサであり、ＣＰＵ３０はＩ／Ｏ３３を介して
その状態を読み込む。表示装置３６は複写機の各状態に
おける表示を行う。メインモータコントローラ３８は複
写機のメインモータを制御する回路である。

第２図は同複写機に設けられている現像装置部分の断面
図である。

５はドラム状の感光体、１５は感光体に形成された静電
潜像を現像する現像装置である。現像装置１５は現像槽
１９内に円筒上の非磁性体スリーブ１０とこのスリーブ
内に設けられた磁石１１とからなる現像ローラ３が設け
られている。スリーブ１０は図中時計方向に回転駆動さ
れ、磁石１１は特にＮ_１極（主極）が感光体５の現像位
置に対向するように固定されている。そのためスリーブ
１０上には磁石１１の磁力により現像剤２が吸着され、
この現像剤にはスリーブ１０の回転に従って感光体５と
対向する現像位置へと搬送され、この搬送後に現像槽１
９に戻され撹拌ローラ４にて撹拌される。スリーブ１０
上に吸着された現像剤２は感光体５と対向する位置に搬
送される途中で、ドクタ１２にて付着量が一定に規制さ
れる。

上述のように構成された現像装置において、現像剤２の
トナー濃度を検出するためのセンサ２０は磁石１１のＳ
_１極とＮ_２極との間に対向する位置に配置されている。

スリーブ１０が回転されると、そのスリーブ１０の回転
に応じてスリーブ上に磁石１１の磁力にて吸着された現
像剤２が搬送される。この搬送途中感光体５の現像領域
を通過した現像剤はセンサ２０を通過する。このときセ
ンサ２０は、通過する現像剤２の濃度を検知するために
透磁率変化を検出する。ここで、センサ２０が現像剤濃
度が基準以下であることを検出すれば、トナー供給ロー
ラ８を回転させ、ホッパ９内のトナー７を現像槽１９内
へ供給する。この供給されたトナーは、撹拌ローラ４に
て現像剤２と充分に撹拌されて現像ローラ３へ送られ
る。その結果現像剤の濃度が徐々に高くなり、センサ２
０が一定の現像剤濃度であることを検出したときトナー
供給ローラ８の回転を止め、トナー供給を停止すること
になる。

第３図は前記センサ２０を用いた現像剤濃度検出回路を
表す図である。

図に示すようにセンサ２０は、フェライトコア２１に、
基準信号を加えるコイルＬ_１、現像剤２の透磁率を検出
するためのコイルＬ_２および基準調整のためのコイルＬ
_３を巻きつけており、特にコイルＬ_２側を検出する現像
剤２と対向させ、現像剤２とフェライトコア２１とで閉
磁路を構成している。またコイルＬ_３側にはフェライト
コア２１ともう一つの閉磁路を構成するネジ状の基準調
整コア２２が設けられており、このコア２２にてコイル
Ｌ_３を通る磁束を調整する。コイルＬ_２およびコイルＬ
_３は逆向きに巻きつけられており、直列に接続されてい
る。また、コイルＬ_３の一端は接地され、コイルＬ_２の
一端は位相検波器２３の一方の端子に接続されている。

上記コイルＬ_１には基準信号を出力する発振器２４が接
続されており、基準信号が供給されている。発振器２４
の基準信号の反転信号は位相検波器２３の他の端子に供
給されている。位相検波器２３は両信号の位相差に応じ
てパルス幅変調された信号を出力し、この出力信号は平
滑回路２５に供給される。ここで、たとえば現像剤２の
濃度が低下すれば、透磁率が高くなり、これに伴いコイ
ルＬ_２の誘起電圧も高くなり且つ位相もずれる。そし
て、ほとんど変化しないコイルＬ_３の誘起電圧と上記コ
イルＬ_２との電圧との合成信号が位相検波器２３に供給
されることで基準信号との位相関係が比較され、出力信
号のパルス幅が大きくなる。パルス幅が大きくなるに伴
い平滑回路２５は高い電圧を電圧比較器２６に供給す
る。その結果、電圧比較器２６は“Ｈ”レベルの信号を
出力する。

第４図は第３図の詳細を示す回路図である。

図においてＶ_Ｄは電源電圧であり、ツェナーダイオード
ＺＤ１を用いた定電圧回路により定電圧化されている。
発振器２４は排他的論理和回路ＥＸ１が増幅回路として
用いられ、コイルＬ_１とコンデンサＣ２，Ｃ３等によっ
て正帰還回路を構成している。位相検波器２３において
センサ２０のＬ_２とＬ_３との合成誘起電圧は、コンデン
サＣ５を介して直流分がカットされて増幅用トランジス
タＱ１のベースに供給されている。トランジスタＱ１に
て増幅された信号は排他的論理和回路ＥＸ２により波形
整形され、位相検出のための排他的論理和回路ＥＸ３の
一方の端子に供給されている。この回路ＥＸ３の他の端
子には発振器２４の反転出力信号が供給されて、基準信
号と透磁率変化による検出信号との位相差に応じた幅の
パルス信号を出力する。

電圧比較器２６は排他的論理和回路ＥＸ４からなり、こ
の回路ＥＸ４の一方の入力端子に被検出信号が加えられ
る。抵抗Ｒ６はこの電圧比較器にヒステリシス特性を持
たせるために設けられている。

第６図は現像剤の濃度トナーのウェイトパーセントに対
する検波出力（平滑回路の出力点のレベル）を表す図で
ある。図において、現像剤濃度が上昇するときはＡ→Ｂ
→Ｃ→Ｄ→Ｆ→Ｇ→Ｈと変化し、下降するときはＨ→Ｇ
→Ｆ→Ｅ→Ｃ→Ｂ→Ａを変化する。このように前記電圧
比較器にヒステリシス特性を持たせたことによって、現
像剤濃度が適正濃度付近のとき、現像剤濃度検知回路の
出力信号が微小時間間隔で反転を繰り返さないようにし
ている。

第７図は時間とともに変化する検波出力（平滑回路２５
の出力信号）の例を表す図である。第６図との関係から
明らかなように、現像剤濃度が低下して検波出力が２．
５Ｖを超えたとき（ｔ１）、電圧Ｖ_Ｃまで達する。これ
により、電圧比較器から“Ｈ”レベルが出力され、トナ
ーの補給が開始される。現像剤濃度が上昇して検波出力
が２．５Ｖを下回ったとき（ｔ２）、電圧Ｖ_Ｆまで達す
る。これにより、電圧比較器から“Ｌ”レベルが出力さ
れ、トナーの補給が停止される。

このようにして現像剤濃度が適正値に保たれるが、同図
に示すようにｔａ〜ｔｂの時間放置することにより、現
像剤の自重による沈み込み、透磁率センサ付近の現像剤
の流動、さらに現像剤の流動性の変化等によって動作開
始直後の検波出力は電圧υだけ上昇する。

第５図(A)，(B)は第１図に示した制御部の処理手順を表
すフローチャートであり、上記検波出力の電圧上昇によ
る悪影響をなくすものである。

電源オン時等に複写機を初期状態に設定した後に感光体
ドラムの回転と現像装置に設けられた撹拌ローラの予備
回転を開始する（ｎ１０）。続いてトナーカウンタの値
を判別する（ｎ１１）。このトナーカウンタは現像剤の
濃度が基準値を下回ったとき（アンダートナー状態）か
らのコピー枚数を記憶するカウンタであり、現像装置の
非動作時においてもこの値をＲＡＭに記憶している。ト
ナーカウンタが０であれば現像装置の動作終了時におい
て現像剤濃度が適正であったことを意味し、予備回転が
終了するまでの一定時間待つ（ｎ１１→ｎ１６→ｎ１
７）。

その後、コピースタートが行われれば、現像剤の濃度検
知回路の出力信号によってアンダートナー状態であるか
判別する（ｎ１９）。アンダートナー状態であればトナ
ー供給ローラを駆動するトナーモータをオンする（ｎ２
０）。コピーサイクル中に現像剤の濃度が適正値に達し
たときトナーモータをオフするとともにトナーカウンタ
をリセットする（ｎ２５→ｎ２６）。もし１コピーサイ
クルが終了するまでに現像剤濃度が基準値に達しない場
合はトナーカウンタをインクリメントする（ｎ２２）。
その結果トナーカウンタの値が３０を超えたときはトナ
ーの補給が合わない状態であり、複写機の動作を強制的
に停止する（ｎ２３→ｎ２４）。

現像装置の動作開始時（撹拌ローラの予備回転中）にお
いて、トナーカウンタの値が１以上の場合、現像剤検知
回路から検出される現像剤濃度がアンダートナーでなく
なるまで、トナーモータをオンする（ｎ１１→ｎ１２→
ｎ１３→ｎ１２）。現像剤の濃度がアンダートナーでな
くなると、トナーモータをオフするとともにトナーカウ
ンタをリセットする（ｎ１４→ｎ１５）。撹拌ローラを
予備回転しながら現像剤濃度検知回路の出力に応じてト
ナー補給を行った場合、トナー補給中に現像剤の沈み込
み等がほぐされて現像剤濃度検知回路の異常検知出力が
解消され、正常な現像剤濃度検知回路の出力に応じてト
ナー補給が行われてほぼ適正なトナー混合比率の現像剤
となる。トナー補給が行われるとき、トナー混合比率は
元々低い状態となっているのでトナーの過補給はほとん
どない。しかも、トナー混合比率が大幅に低下している
とき（トナーカウンタ値が３０近くのとき）には予備回
転開始と同時にトナー補給を開始するので、トナー補給
完了までの時間が後ろへずれこんでしまうことがなく
（もし一定時間後にトナー補給を開始するとするとその
分トナー補給完了までの時間が長くなる）、コピースタ
ートまでの時間を短くできる。

以上のように撹拌ローラの予備回転中においてトナーカ
ウンタの値が０のときは現像剤濃度検知回路の出力状態
に拘らず撹拌ローラの回転のみ行う。従って、撹拌ロー
ラの予備回転中における現像剤濃度検知回路の異常検知
出力が無視され、現実の現像剤濃度を適正に保つことが
できる。

上記実施例は現像剤濃度検知回路として位相検波回路に
よって現像剤の透磁率の変化を検出するものであり、こ
の位相検波器の検波出力にヒステリシス特性を付加する
ことによって、電圧比較器の出力レベルが微小時間間隔
で反転を繰り返さないように安定化させているが、この
ヒステリシスの幅をある程度小さくすることによって、
現像装置の長時間放置後の動作開始時における検波出力
電圧の上昇を低く抑えることができる。第８図は第７図
に示した検波出力特性の場合に比較してヒステリシスの
幅を小さく設定した場合の例を表す図である。図に示す
ように現像装置を時刻ｔａからｔｂまで放置したとき上
昇電圧υ′は小さくなる。このため現像装置の動作開始
後、位相検波器の出力が安定化したとみなすことのでき
る時間を実質的に短縮することができる。このようにト
ナー補給手段の禁止すべき一定時間は電圧上昇幅に応じ
て適宜設定することにより効率的で応答性の高い現像剤
のトナー濃度の制御を行える。

＜発明の効果＞ この発明によれば、画像形成開始による現像装置の動作
開始時において、必要以上のトナー補給がなされないた
め、画像形成動作の開始当初より常に適正なトナー濃度
を保つためのトナー補給制御等を行え、その濃度を一定
に保ち、カブリ等のない現像を行える。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の現像剤の濃度制御装置を用いた複写
機の制御部のブロック図、第２図は同複写機の現像装置
部分の断面図、第３図は現像剤濃度検知回路のブロック
図、第４図はその詳細な回路図、第５図(A)，(B)は前記
制御部の処理手順を表すフローチャート、第６図は第４
図における平滑回路の出力と現像剤濃度との関係を表す
図、第７図と第８図は現像剤濃度の制御に伴う平滑回路
の出力レベルの変動状態を表す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 達也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−105172（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−119156（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナーとキャリアが混合された２成分系の
   現像剤を収容する現像槽に設けられ、該現像剤を感光体
   に形成された静電潜像を現像するための現像ローラと、
   トナー及びキャリアを混合し撹拌した現像剤を上記現像
   ローラへと供給するための撹拌ローラと、キャリアとト
   ナーの混合比率を透磁率等の物理的特性によって検知す
   る現像剤のトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手
   段の出力に基づいてトナーの補給を行い現像剤のトナー
   濃度を一定に保つトナー補給手段と、を備えた画像形成
   装置の現像装置において、 現像装置の動作終了時に、前記トナー濃度検知手段の検
   知状態を記憶する手段と、 電源オン時の画像形成装置の初期設定状態時に前記現像
   装置の少なくとも撹拌ローラを前記検知状態記憶手段の
   記憶内容にかかわらず一定時間予備回転させる予備回転
   手段と、 前記撹拌ローラの予備回転中に、前記検知状態記憶手段
   がトナー濃度の適正濃度状態を記憶している時に、前記
   撹拌ローラを一定時間回転させるだけでトナー濃度検知
   手段の検知出力に基づくトナー不足による補給信号が出
   力されてもトナー補給手段によるトナー補給を禁止し、
   前記検知状態記憶手段が不適正濃度を記憶しているとき
   に、該記憶内容に応答して前記トナー補給手段によるト
   ナー補給を、前記トナー濃度検知手段が適正トナー濃度
   状態を検知する信号を出力するまで行う制御手段と、 を備えたことを特徴とする現像剤の濃度制御装置。