JPS5953538B2 - トナ−濃度検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気現像方式に用いられる現像剤中のトナー
濃度を検出する方法に関するものである。

磁気現像方式は一般に磁性体キャリア粒子と非磁性体ト
ナーとを混合した現像剤を磁気的手段によつて静電潜像
に供給して静電潜像を可視像化する現像方式であるが、
現像剤が静電潜像に供給されると、トナー粒子のみが、
静電相互作用により静電潜像に移着するため、現像が繰
り返されるにつれて、現像剤中のトナー成分のみが消費
される。一方、磁気現像方式において、現像剤中のトナ
ーとキヤリアの成分比が現像効果を左右する。

即ち、現像剤中のトナー成分がキヤリア成分に比して少
なすぎれば、可視像の像濃度は不十分であつて、コント
ラストの低い可視像しか得られず、逆ノにトナー成分が
過多であれば、現像の際トナーは非画像部にも付着して
所謂地肌汚れが生ずる。従つて、適宜トナーの補給を現
像剤に対して行なつて、現像剤中のキヤリアとトナーの
成分比を適正範囲に維持することは、正常な磁気現像を
行ノなうために不可欠である。キヤリアとトナーの成分
の適正範囲は、鉄粉キヤリアとトナーを混合した現像剤
の場合、トナーの占める重量が、現像剤の重量の３〜５
％であるような範囲であるとされている。
Ｊさて、トナーの適正な補
給がなされるためには現像剤中のトナー濃度、即ち、キ
ヤリアに対するトナーの割合が検出されねばならない。
現像剤中のトナー濃度を検出する方法として、キヤリア
が磁性体であり、トナーが非磁性体であ５るため、現像
卯沖のキヤリアとトナーとの成分比が変化すると、その
透磁率が変化することに着目し、現像剤中に磁路を形成
し、現像剤中の磁界を検知して、トナー濃度を検出する
方法か知られている（特開昭４９−４９６４２号公報）
。

磁界の測定には、ホール素子が適している。

特にインヂウム・アンチモン蒸着のホール素子は精度が
高く、磁界検出に極めて有効である。しかしながら、一
般に、ホール素子は、その感度が極めて良好である反面
、その出力の、温度に対する依存性が強く、温度変化に
伴い、同一人力に対する出力値が大きく変動するので、
特殊な温度補正を行なつたり、測定領域を恒温化するな
どの処置が必要であつた。

本発明の目的は、上述した所に鑑みて、ホール素子を用
い、なおかつ特殊な温度補正や、測定領域の恒温化を必
要とせず、常に、適正にトナーの濃度を検出しうる、ト
ナー濃度検出方法を提供することである。

ｑ フ 以下、図面を参照しながら、本発明を説明する。

第１図は、周知の磁気ブラシ現像装置を示す図であるが
、以下、この現像装置の場合に、本発明が如何に実施さ
れるかを例にとつて、説明を行つ。

該磁気ブラシ現像装置の要部は、定位置に固設された複
数個の磁石Ｍ、これらを囲繞する中空シリンダーの非磁
性体のスリーブ］１、非磁性体の現像剤タンク１２、ド
クター部材１３、分離板１４、攪拌具１５などによつて
構成されている。

静電潜像は、ドラム状の感光体Ｄの周面上に形成される
。現像は、磁石Ｍが形成する磁場の磁気力により、スリ
ーブ１１の周面に、トナーと、磁性体キヤリアとを混合
した現像剤Ｔをブラシ状に保持し、スリーブ１１を反時
計方向へ回動させながら、静電潜像が形成され同じく反
時計方向へ回動する感光体の表面に、上記ブラシの穂先
からトナ一を供給して行なわれる。ドクター部材１３は
、現像剤が形成するブラシの穂先を揃えるためのもので
ある。現像に寄与した現像剤は、磁気力の弱い部分で、
分離板１４により、スリーブ１］の表面から、分離し、
分離板１４上を流れて、再び現像剤タンク１２中に回収
されるようになつており、スリーブ１１の周面には常に
新鮮な現像剤がブラシを形成するようになつている。し
かしながら、現像が繰り返されるにつれて、現像剤タン
ク１２中の現像剤Ｔのトナー成分が減少するので、必要
に応じて駆動モーターＭＴにより、ホツパ一１６の回動
弁１７を矢印方向に回動させて、ホツパ一１６内のトナ
ー１８を現像剤タンク１２内に補給するようになつてい
る。補給されたトナーは、攪拌具１５により、現像剤１
２中に攪拌される。さて、ドクター部材１３上には、ホ
ール素子１が設置されている。

ホール素子１は、インヂウム・アンチモナイド蒸着のホ
ール素子であるとする。ホール素子１をドクター部材１
３上に設置することは、次のごとき利点がある。

即ち、漏洩磁束の値をトナー濃度に対応しうるためには
、漏洩磁束を生ずる現像剤は、常に同一形状、同一状況
で測定がなされるという条件を満さねばならぬが、スリ
ーブ１１上に形成される現像剤Ｔのブラシは、ドクター
部材１３により、その穂先がそろえられること、磁石Ｍ
、スリーブ１１．ホール素子１の相対位置が定まつてい
ることにより上記の条件が、自動的に満足されるのであ
る。また、第１図のようにして、漏洩磁束を測定し、そ
れによつてトナー濃度を検出した場合、そのように検出
されるトナー濃度は、現像直前の現像剤におけるトナー
濃度であるため、現像効果と密接に関連したトナー濃度
の検出ができるのである。しかしながら、ホール素子１
をドクター部材１３上に設置す，ることが、本発明の実
施に際して必須の要件である訳でないことは、いうまで
もない。さて、ホール素子１は、磁石Ｍによる現像剤Ｔ
からの漏洩磁束の測定を行なう訳であるが、その漏洩磁
束の値が、現像剤Ｔ中のトナー濃度に対応するのであ，
る。ホール素子］による漏洩磁束の測定は、第２図に示
すように、ホール素子１の制御電流端子間に制御電流１
，を通じ、漏洩磁束の磁束密度Ｂによるホール効果を、
制御電流端子に垂直に設けられ二た出力端子間にホール
電圧ＶＨとして検出し、このホール電圧ＶＨと磁束密度
Ｂとの対応関係に基いて、磁束密度Ｂを定めることであ
る。

ホール素子１に垂直に作用する磁束密度Ｂ、制御電流１
。

に対し、ホール電圧ＶＨは次のように与，えられる。Ｖ
ｔｉ−１）１＼１ノＡ−′▲しＸ１′ ここにＫ（Ｔ）は、温度係数とよぶ、温度の幽数であり
ホール素子１の特性として定まる。

本発明は、ホール電圧。に対するホール素子１の機能を
多変数由数とみなして処理することを、その特徴の一端
とするものである。先づ一般的な原理から説明を行なう
。第３図は、ホール素子１の温度係数Ｋ（Ｔ）の温度に
対する変化を示している。

この曲線はホール素子１に対して特性として定まるが、
その形状からして例えば２次幽数としてなる式によつて
近似できる。

係数Ａ。．ａｌ・・・・・・・・・などは第３図の曲線
を（２）式が最も良く近似するように定めるのである。
Ｔ−１のより高次の項を付加することにより必要なだけ
近似の精度を向上させることもできる。すると、この場
合、（１）式はなる関係で近似される訳である。（３）
式は、磁束密度Ｂ、制御電流１Ｇ温度Ｔを与えれば、（
２）式の近似がなり立つ温度領域で、（２）式の近似精
度で、ホール電圧ＶＨの値を与える。従つて、（３）式
をＢについて解いてとすれば、ホール電圧ＶＨ、制御電
流１。

、温度Ｔを与えて（４）式の右辺を計算すれば、漏洩磁
束を（２）式の近似精度で知ることができ、これに対応
して、現像剤Ｔ中のトナー濃度を知ることが出きる。そ
こで、（４）式の右辺に対応するアナログ計算回路を設
定し、制御電流１。を電流計で、温度Ｔをサーミスタで
測定してその測定値を電気信号に変換しこれらの電気信
号を直接、ホール電圧ＶＨとともに上記アナログ計算回
路に入力して（４）式の右辺を、これらの信号値に対し
て計算させれば、その出力により、自動的に漏洩磁束、
即ちトナー濃度を検出できる。さて、実際の複写装置の
使用状況においては、ホール素子１の温度Ｔの変化領域
は、室温の変動領域、即ち、１０〜４０℃程度を考えれ
ば良く、漏洩磁束の磁束密度Ｂの変動領域も、５０〜１
５０ガウス程度を想定すれば十分である。

さらに、制御電流１０を一定に制御することは容易であ
る。すると、第（１）式の右辺における変数は、磁束密
度Ｂと温度Ｔのみとなる。また、第（１）式は上述の如
き条件下では、温度Ｔが２０℃の近傍で１０〜４０゜程
度の領域で成立つ近似式を用いれば良いことが分る。そ
こで、ホール電圧ＶＨを、磁束密度Ｂと温度Ｔとの幽数
とみなし、ＶＨ＝ｆ１（Ｂ．Ｔ）とし、幽数ｆ１を基準
値Ｂ＝ＢＯ．Ｔ＝ＴＯのまわりにテイラ一展開するとノ が得られる。

ここに、ＶＨＯ＝ｆ１（ＢＯ．ＴＯ）、？ＡＢｆｌ（Ｂ
Ｏ．ＴＯ）は函数ｆ１（Ｂ．Ｔ）の座標（ＢＯ．ＴＯ）
におけるＢに関する偏微分係数などである。要するに、
上記の如き温度領域で、（１）式を、一次幽数で、近似
する訳であるがこの近似の妥当性は、第３図の曲線が、
室温領域では、略直線であることによつて保証されてい
る。なお、室温の変動領域において、なおかつ近似式（
２）を用い係数Ａ。、Ａ，、Ａ。、Ａ，を最適に定めれ
ば非常に精度の良い近似が得られるであろうが、実用上
の目的には、一次幽数による近似で十分と思われる。基
準値、ＴＯ、ＢＯとしては、ＴＯ＝２０℃、ＢＯ＝１０
０ガウスとし、制御電流Ｉｃは、５ｍＡに保つものとす
る。このときＶＨＯは、−３７ｍＶである。係数ａ／Ａ
Ｂｆ，（ＢＯ、ＴＯ）を定めるには、温度Ｔを２０℃に
保ち、磁束密度Ｂを変化させ、その変化に対応するホー
ル電圧ＶＨの変化を調べ、両者の関係をＢ＝１００ガカ
スの位置で、磁束密度で微分すれば良い。即ち第４図は
、その関係であつて、これから碑ＡＢｆ，（ＢＯ、ＴＯ
） ＝ −０．２８７と定められた。同様に、磁束密度
Ｂを１００ガウスに保つた場合の温度Ｔとホール電圧の
関係（第５図参照）から、係数ａ／引゛Ｆ，（ＢＯ，Ｔ
Ｏ） ＝＋０．６が定められた。従つて（５）式は、と
なる。

これをＢについて解き、その結果得られる由数形に応じ
たアナログ計算回路を設定し、ホール電圧ＶＨと、サー
ミスタにより電気信号化された温度Ｔを上記アナログ回
路に入力し、その出力として、漏洩磁束Ｂを検出しても
よい。この場合、アナログ計算回路は、加減算回路のみ
で構成されるから、回路的に非常に容易になる。以上が
、本発明の原理的な考え方である。

さて、一般に半導体ホール素子においては、その制御電
流Ｉ。

を一定に制御した場合、磁束密度Ｂの如何を問わず、温
度Ｔと、制御電流端子電圧Ｖｃ（第１図参照）との間に
簡単な特性関係がなり立つ。即ち、第６図は、その特性
関係を示すものである。この特性曲線は、磁束密度Ｂを
０ガウスから２００ガウスまで変化させても実質的に変
化しない。本発明はこの事実を利用する。第６図に示す
特性関係Ｔ＝ｈ （Ｖ。

）を、室温の変動範囲で一次方程式で近似し、それを用
いて、（６）式中の（Ｔ−ＴＯ）をＶｃ−ＶｃＯで表す
ことを考える。このようにすれば、温度Ｔを消去でき、
サーミスタによる温度測定は不要になる。即ち、第６図
に基いて、ＶｃＯ＝１．７５Ｃ＝ −ｌ／０．０３４１
と定められた。

即ちである。

これを、（６）式に代入すれば、が得られる。

従つて（９）式をＢについて解き、その結果をアナロダ
計算回路に設定すれば、その入力としては、ホール素子
１のホール電圧ＶＨ、制御電流端子電圧Ｖｃをそのまま
用いることが出来る。さて、現像剤Ｔ中のトナー濃度を
検出するのは、トナー補給を適正に行ない、トナー濃度
を適正範囲に制御するためなのであるから、その場合に
は漏洩磁束の磁束密度Ｂそのものにより、トナー濃度を
検出するよりも、基準トナー濃度からの、トナー濃度変
化を検出する方力泪的にかなつている。

この場合には、（９）式を （Ｂ−ＢＯ）即ち（Ｂ−１
００ガウス）について解き、とし、（１０）式の右辺に
対応するアナログ計算回路を設定すれば良い。

（１０）式は整理すると、（Ｂ−ＢＯ）＝−６１．３２
Ｖｃ−３．４８ＶＨ−２１．６０ａ１）となる。すなわ
ちＵ１）式の右辺をアナログ計算回路として設定するの
である。この場合について、トナー濃度制御を説明する
。 （第７図参照）先ず、基準のトナー濃度を例えば、
４重量パーセントと定め、この基準トナー濃度を有する
現像剤を用いて、ホール素子１に、２０℃で検出される
漏洩磁束の磁束密度が１００ガウスであるように、ホー
ル素子１の位置を調整する。ホール素子１に制御電流５
ｍＡを通じることは、いうまでもない。次に、トナー濃
度の適正領域の上限、下限を例えば、４．５重量パーセ
ント、３．５重量パーセントと定め、それらに対応して
定まる漏洩磁束の磁束密度Ｂｍａｘ、Ｂｍｉｎを定める
。すると （Ｂ−ＢＯ）の適正範囲はＢｍｉｎ−１００
からＢｍａｘ−１００の間である。さて、ホール素子１
の出力端子は、差動増幅器２に接続する。差動増幅器２
の増幅率を−３．４８倍に定める。制御電流端子は、差
動増幅器３に接続する。差動増幅器３の増幅倍率は、−
６１．３２倍に定める。差動増幅器３，４の出力はそれ
ぞれ、加算回路４に入力し、その出力は、加算回路５に
入力する。加算回路５には、直流電源９から抵抗７，８
により、０１）式の右辺の定数項−２１．６０に対応す
る値に調整された入力電圧が印加される。即ち、差動増
幅器２，３、加算回路４，５、直流電，源９、抵抗７，
８は、０１）式の右辺に対応するアナログ計算回路を構
成している。従つて、仮りに、このアナログ計算回路の
出力を表示することにより、ホール素子１における漏洩
磁束の磁束密度Ｂの、基準値１００ガウスからの変化量
が検出される。４重量パーセントのトナー濃度を有する
現像剤を用い、温度を１０℃乃至４０℃の範囲で変化さ
せて上記出力の表示を行ない、検出精度を吟味したとこ
ろ、上記温度範囲内で、表示値は常に１ガウス以下であ
り、本発明によるトナー濃度検出が、非常に有効である
ことが確認された。

さて、減算回路５の出力は、駆動モーター制御回路６に
入力する。駆動モーター制御回路６は、その入力値がＢ
ｍｉｎ−１００になつたときに、駆動モーターＭＴ（第
１図）を駆動し、入力値がＢｍａｘ−１００になつたと
きに、上記駆動を停止する機能を有している。そこで、
４重量パーセントのトナー濃度を有する現像剤を用いて
、現像を開始するとともに、該トナー濃度検出制御機能
を作動させれば、現像を繰返すにつれて減少するトナー
濃度は、ホール素子１と、上記アナログ計算回路により
、漏洩磁束の磁束密度として検出される。そして検出値
が、−Ｂｍｉｎ−１００になつたとき、駆動モーター制
御回路６によつて、駆動モーターＭＴは作動し、ホツパ
一１６の回動弁１７を回動させて、ホツパ一１６中から
トナー１８を現像剤タンク１２中に補給する。このとき
、スリーブ１１上の現像剤におけるトナー濃度は、３．
５重量パーセントである。補給されたトナー１８は攪拌
具］５により、現像剤Ｔ中に速かに攪拌され、現像剤Ｔ
中のトナー濃度は上昇し、スリーブ１１上の現像剤にお
けるトナー濃度が、磁束密度変化Ｂｍａｘ−１００によ
り検知されると、駆動モーター制御回路６は、駆動モー
ターＭＴの作動を停止させ、トナーの補給も停止する。
このプロセスが繰返されることにより現像剤中のトナー
濃度は適正範囲内に維持される。トナー濃度検出におけ
るトナー濃度の適正領域を、現像剤におけるトナー濃度
の適正領域より小さくとるのは、トナー補給がなされて
から、補給の効果があられれるまでの時間差を考慮して
のことである。以上、本発明によれば、検出感度が良好
であり、かつ、温度変化に係りなく、常に適正に現像剤
中のトナー濃度を連続的に検出しうる、ホール素子を用
いるトナー濃度検出方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、磁気現像装置の１例を示す側面図、第２図は
、ホール素子１による磁束検出を説明する図、第３図は
、ホール素子１の温度係数の温度に対する変化を示す図
、第４図は、２０℃における、ホール素子１のホール電
圧と磁束密度の関係を示す図、第５図は、１００ガウス
の磁束密度下における、ホール素子１の温度に対するホ
ール電圧変化を示す図、第６図は、ホール素子１におけ
る温度Ｔと、制御電流端子電圧Ｖ。 との特性関係を示す図、第７図は、本発明を応用したト
ナー濃度制御機構を要部のみ略図的に示す図である。１
・・・・・・ホール素子、２，３・・・・・・差動増幅
器、４，５・・・・・・加算回路、Ｍ・・・・・・磁石
、１１・・・・・・スリーブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性体キャリア粒子と非磁性体トナーとからなる現
   像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像方式において
   、現像剤をドクター部材により一定の形状にして、現像
   用のスリーブ内に固定して設けられた磁石が形成する磁
   場中に誘導し、上記磁場中の現像剤に上記磁石の磁路を
   形成させ上記現像剤からの漏洩磁束をホール素子によつ
   て測定し、上記現像剤におけるトナー濃度を検出する方
   法であつて、上記ホール素子の制御電流Ｉ＿Ｃを一定に
   制御し、出力ホール電圧Ｖ＿Ｈを、上記漏洩磁束の磁束
   密度Ｂと温度Ｔとを変数とする２変数凾数とみなし、上
   記２変数凾数を、上記ホール素子の特性に応じて既知の
   凾数ｆ（Ｂ、Ｔ）によつて近似し、且つ、上記ホール素
   子における制御電流端子電圧Ｖ＿Ｃと温度Ｔとの特性関
   係を、既知画数ｈ（Ｖ＿Ｃ）をもちいてＴ＝ｈ（Ｖ＿Ｃ
   ）と近似し、方程式Ｖ＿Ｈ＝ｆ＿１｛Ｂ、ｈ（Ｖ＿Ｃ）
   ｝をＢについて解いて関係Ｂ＝ｇ（Ｖ＿Ｃ、Ｖ＿Ｈ）を
   定め、凾数ｇ＿１に対応するアナログ計算回路を設定し
   、ホール電圧Ｖ＿Ｈ、制御電流端子電圧Ｖ＿Ｃとを電気
   信号として、上記アナログ演算回路に直接入力し、その
   出力として、上記漏洩磁束の磁束密度Ｂを知ることを特
   徴とするトナー濃度検出方法。 ２ 磁性体キャリア粒子と非磁性体トナーとからなる現
   像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像方式において
   、現像剤をドクター部材により一定の形状にして、現像
   用のスリーブ内に固定して設けられた磁石が形成する磁
   場中に誘導し、上記磁場中の現像剤に上記磁石の磁路を
   形成させ上記現像剤からの漏洩磁束をホール素子によつ
   て測定し、上記現像剤におけるトナー濃度を検出する方
   法であつて、上記ホール素子の制御電流Ｉ＿Ｃを一定に
   制御し、出力ホール電圧Ｖ＿Ｈを、上記漏洩磁束の磁束
   密度Ｂと温度Ｔとを変数とする２変数凾数とみなし、上
   記２変数凾数を、トナーの基準温度に対応する磁束密度
   Ｂ＿Ｏおよび、基準温度Ｔ＿Ｏの近傍において一次式で
   近似し、方程式Ｖ＿Ｈ−Ｖ＿Ｈ＿Ｏ＝ａ（Ｂ−Ｂ＿Ｏ）
   ＋ｂ（Ｔ−Ｔ＿Ｏ）を定め、且つ上記基準温度Ｔ＿Ｏの
   近傍において、上記ホール素子における温度Ｔと制御電
   流端子電圧Ｖ＿Ｃとの特性関係を、一次式で近似し関係
   Ｔ−Ｔ＿Ｏ＝ｃ（Ｖ＿Ｃ−Ｖ＿Ｃ＿Ｏ）を定め、これか
   ら、関係ＶＨ−Ｖ＿Ｈ＿Ｃ＝ａ（Ｂ−Ｂ＿Ｏ）＋ｂｃ（
   Ｖ＿Ｃ−Ｖ＿Ｃ＿Ｏ）を定め、この関係を（Ｂ−Ｂ＿Ｏ
   ）についてといた関係（Ｂ−Ｂ＿Ｏ＝１／ａ（Ｖ＿Ｈ−
   Ｖ＿Ｈ＿Ｏ）−ｂｃ／ａ（Ｖ＿Ｃ−Ｖ＿Ｃ＿Ｏ）の右辺
   に対応するアナログ計算回路を設定し、ホール電圧Ｖ＿
   Ｈおよび制御電流端子電圧Ｖ＿Ｃを電気信号として直接
   上記アナログ計算回路に入力し、その出力により、上記
   漏洩磁束の磁束密度Ｂの基準値Ｂ＿Ｏからの変化量を知
   ることを特徴とするトナー濃度検出方法。