JP2893857B2

JP2893857B2 - 現像剤濃度測定装置

Info

Publication number: JP2893857B2
Application number: JP12466390A
Authority: JP
Inventors: 浩一衛藤; 尚良木下
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH0419770A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、トナーとキャリアとからなる粉体現像剤を
用いた画像形成装置において、前記現像剤の現像剤濃度
を光学的手法により測定する現像剤濃度測定装置に関す
るものである。

（従来の技術）トナーとキャリアとからなる粉体現像剤を用いた画像
形成装置では、画像濃度の適正化を図るために、現像剤
濃度、すなわちキャリアに対するトナーの重量混合比
（以下、「トナー濃度」という。）を測定し、その結果
に基づいてトナー補給をしなければならない。

このため、前記トナー濃度を測定する方法として、透
明検出窓を介して現像剤撹拌部の現像剤を照明し、その
反射光から現像剤のトナー濃度を測定する光学式濃度測
定方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、この光学式濃度測定方法では、前記透
明検出窓に現像剤が付着すると、現像剤の真のトナー濃
度が測定できないという問題点を有していた。

また、透明検出窓に接する現像剤の量や嵩密度が変動
すると測定結果に変動を生じる、換言すれば、現像剤濃
度が適正であっても、現像剤量や嵩密度が変動すること
で、現像剤濃度が不適正であるという結果を得ることが
ある、という問題点を有していた。

（課題を解決するための手段）本発明は、前記問題点を解決するためになされたもの
で、現像剤濃度測定装置を、トナーとキャリアとからなる現像剤を収容した収容部
と、回転しながら前記収容部の現像剤を撹拌する回転部材
と、前記収容部に臨み、現像剤と対向する面に導電皮膜を
有する透明な検出窓と、該検出窓を介して前記収容部の現像剤を照明し、その
反射光より現像剤濃度を測定する測定部と、前記回転部材に支持され、回転部材の回転と共に前記
検出窓と略一定の間隔を保持しながら回転する、少なく
とも検出窓と対向する部分を導電部材で構成した電極
と、該電極に支持され、前記現像剤を保持し、これを前記
回転部材の回転に基づいて前記検出窓に接触させる少な
くとも一つの磁石と、前記検出窓と電極との間に印加され、前記検出窓とト
ナーとが電気的に反発するようにしたバイアスと、前記回転部材の回転方向に関して前記検出窓の下流側
に、前記磁石に保持された現像剤を規制して前記検出窓
の対向部に現像剤溜まりを形成する堰止部とで構成した
ものである。

また、本発明に係る現像剤濃度検出装置の他の形態
は、前記検出窓の中心を、前記回転部材の回転中心に対
して、該回転部材の回転方向に上流側にずらしたもので
ある。

（作用）前記構成によれば、回転部材が回転すると、磁石の保
持された現像剤が周期的に透明検出窓を摺擦して清掃す
る。

また、検出窓と電極との距離が一定に維持されている
ので、バイアスに基づく電界効果が安定し、検出窓への
トナー付着が効果的に防止される。

したがって、検出窓を介して現像剤に照明された光の
反射光は真の現像剤濃度を反映し、高精度な濃度検出が
行われる。さらに、回転部材の回転方向に関して前記検
出窓の下流側に、前記磁石に保持された現像剤を規制し
て検出窓の対向部に現像剤溜まりを形成する堰止部を備
えているので、磁石に保持された現像剤が検出窓の位置
（現像剤濃度検出装置）に比較的長時間滞留し、その結
果、検出部において検出される画像濃度信号の最大ピー
ク部が安定し、高い信頼性をもってトナー濃度を測定で
きる。

さらにまた、本発明の他の形態は、前記検出窓の中心
を、前記回転部材の回転中心に対して、該回転部材の回
転方向に上流側にずらしてあるので、検出窓と接触しな
がら搬送される現像剤は、回転部材と検出窓との最近接
位置に至るまで徐々に圧縮されていく。そのため、現像
剤が圧縮されていく領域では、検出窓に対する現像剤の
接触力が強く、検出窓の中心を含む領域では、検出窓に
付着した現像剤が効率良く除去される。

（実施例）以下、本発明の実施例について、添付図面を参照して
説明する。

第１図は電子写真法によるフルカラー複写機１を示
し、この複写機１では、プリントスイッチ（図示せず）
が押されると、感光体２が矢印方向に回転し、帯電装置
３で外周の感光体層が一様に帯電される。

画像読取装置５は原稿台４に載置された原稿（図示せ
ず）を照明し、その反射光が読取光学部６に露光され
て、画素ごとに赤、青、緑の三色の色信号として読み取
られる。この赤、青、緑の色信号は画像処理回路によっ
てイエロー、マゼンタ、シアン、若しくはこれにブラッ
クを加えて３値または４値の信号に変換されてレーザ発
生装置７に送られる。

レーザ発生装置７は前記信号に基づいて変調されたレ
ーザ光を感光体２の帯電領域に照射し、各色の画像情報
に応じて静電潜像を形成する。

現像ユニット８は、トナーとキャリアとからなる二成
分系の現像剤を収容した複数の現像装置8Y,8M,8C,8Bを
備えており、これらは一体的に上下に移動して選択され
た一つの現像装置が感光体２に対向し、前記静電潜像が
対応する色のトナーで顕像化される。なお、現像装置8
Y,8M,8C,8Bはそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）のトナーを収容
している。

トナー像は、給紙装置９より搬送され転写ドラム10の
外周に巻き付いている転写紙に、転写装置11の放電に基
づいて順次転写され、フルカラートナー像が形成され
る。

フルカラートナー像が形成された転写紙は転写ドラム
10から分離され、搬送装置12で定着装置13に搬送され、
ここでトナー像が転写紙に加熱定着されて排紙トナー14
に排出される。

第2,3図は現像装置8Y,〜,8B（以下、「現像装置8Y」
と略す。）の構成を示す。

現像装置8Yは、概略、現像部20、現像剤撹拌部30（以
下、「撹拌部30」という。）、トナー補給部60、で構成
されている。

現像部20には、感光体２に対向する現像ローラ21が収
容されている。現像ローラ21は、非回転状態に固定され
た磁石体22と、その周囲を回転するスリーブ23とからな
り、スリーブ23は現像モータM₁に駆動連結され、矢印ａ
方向に回転駆動するようにしてある。また、スリーブ23
は高圧電源25に接続され、所定の現像バイアスV_Bが印加
されるようになっている。さらに、スリーブ23の上部外
周面に穂高規制板25が対向させてある。

撹拌部30には、現像部20に隣接する第１撹拌路31と、
その背後に位置する第２撹拌路32が設けてある。第１撹
拌路31は現像部20と平行としてあり、第２撹拌路32は手
前側（第２図における右側）で第１撹拌路31よりも低
く、奥側（第２図における左側）で第１撹拌路31よりも
高くなるように傾斜を付けて設けられている。前記撹拌
路31,32は壁33で仕切られるも、壁33の奥側と手前側を
切除して形成した通路34,35と、手前側通路35の奥側を
切除して形成したバイパス通路33aとで連結されてい
る。

バケットローラ36、搬送スクリュウ37は、第１撹拌路
31、第２撹拌路32にそれぞれ配置され、共に撹拌モータ
M₂に駆動連結されて矢印b,c方向にそれぞれ回転するよ
うにしてある。

遮光板39は現像槽の外側で搬送スクリュウ37の軸38に
取り付けてあり、搬送スクリュウ37と共に回転し、ホト
インタラプタ40で検出されるようになっている。このホ
トインタラプタ40により、後述の磁石45,46の回転位置
を検出することができる。

電極41は非磁性の導電材（例えば銅、アルミニウム）
からなる円錐台状の筒部材で、搬送スクリュウ37の軸38
に外装され、前記通路35とバイパス通路33aとの間の領
域に固定され、軸38を介して接地されている。電極41の
外周部には、磁石42,43が180°対称位置に埋め込まれて
いる。電極41の外周面が軸38と為す角度θ（第2,4図参
照）は、電極41を軸38に取り付けた状態で、電極41の上
端面が水平になる角度である。

トナー濃度検出センサ50は、第４図に示すように、ハ
ウジング51と、このハウジング51に固定した発光素子52
と受光素子53と、これら素子52,53の検出位置を覆う透
明検出窓54とで構成され、透明検出窓54の一側部に沿っ
て堰止壁56が形成してある。前記検出窓54は、第２撹拌
路32に臨む外面に導電被膜を形成した透明部材（例えば
ネサガラス）で形成されている。

前記トナー濃度検出センサ50は、第２図に示すよう
に、電極41の上部に配置され、透明検出窓54を電極41に
対向して固定されている。なお、第5,6図に示すよう
に、センサ50の検出位置Ｘは、その中央からの垂線ｎ
が、軸38の中心を通る垂線ｍよりも搬送スクリュウ37の
回転方向上流側に位置するように設定されている。ま
た、堰止壁56は、垂線ｍに対して搬送スクリュウ37の回
転方向下流側に位置させてある。さらに、検出窓54は窓
バイアス電源58に接続され、トナーの帯電極性と同一極
性の窓バイアスV_Wが印加されるようになっている。

トナー補給部60は第２撹拌路32の後部に隣接してあ
り、前記トナー濃度検出セン50の奥側に設けた補給口61
を介して第２撹拌路32に連絡している。また、トナー補
給部60は図示しないトナーホッパに連結してあり、該ト
ナーホッパより対応する色のトナーが供給されるように
なっている。補給スクリュウ62はトナー補給部に配置さ
れ、トナー補給モータM₃に駆動連結されている。

現像装置の動作について説明する。

現像装置では、トナーとキャリアで構成される現像剤
が第１撹拌路31と第２撹拌路32に収容されている。

前記現像剤は、バケットローラ36と搬送スクリュウ37
の回転により、第２図に示す経路に従って混合撹拌され
ながら搬送され、トナーとキャリアはそれぞれ逆極性
（ここでは、トナーは負極性、キャリアは正極性）に帯
電し、感光体２との対向部で静電潜像を現像する。

すなわち、第１撹拌路31の現像剤は、バケットローラ
36の回転により奥側から手前側に搬送される。また、現
像剤はバケットローラ36に掬われてスリーブ23に供給さ
れ、穂高規制板25の対向部で規制された後、感光体２と
の対向部で静電潜像にトナーを供給してこれを顕像化す
る。

第１撹拌路31を手前側に搬送された現像剤は、通路35
及びバイパス通路33aを介して第２撹拌路32に搬送され
る。ここで、通路35を介して搬送される現像剤量は、全
体の現像剤量の多少に拘わらずほぼ一定であり、残る現
像剤がバイパス通路33aを介して第２撹拌路32に搬送さ
れる。これは、第２撹拌路32では、電極41が現像剤の抵
抗となっており、電極41の外側を通過する現像剤はほぼ
一定量に規制されているからである。したがって、現像
剤が撹拌路31,32の奥側または手前側に偏りを生じるこ
とがなく、全体的に均一に分散する。また、検出窓54に
無理な圧力がかかることもない。

第２撹拌路32の現像剤は、搬送スクリュウ37の回転に
より混合撹拌されながら手前側から奥側に搬送され、奥
側の通路34を介して第１撹拌路31に搬送される。

電極41の周囲を通過する現像剤は、搬送スクリュウ37
と共に回転する磁石42,43に保持される。

磁石42,43に保持された現像剤は、第５図に示すよう
に、搬送スクリュウ37の回転にしたがって交互にトナー
濃度検出センサ50の検出窓54を摺擦する。また、現像剤
は堰止壁56で掻き取られ、この掻き取られた現像剤が堰
止壁56の前で溜まりを形成し、磁石42,43が通過するま
での間、現像剤はほぼ一定の圧力で安定的に検出窓54に
接触する。なお、電極41は非磁性材料で構成されている
ので、現像剤溜まりは磁石42,43が検出窓54に対向して
いるときだけ形成され、それ以外のときに溜まりが形成
されることはない。

堰止壁56との対向部を通過した磁石42,43には第２撹
拌路32を搬送される現像剤が補充される。すなわち、磁
石42,43に保持される現像剤は一回転毎に一定量づつ入
れ代わり、新たな現像剤が検出窓54の対向部に搬送され
る。したがって、同一の現像剤が堰止壁56の前で繰り返
し滞留することはない。

なお、現像剤の滞留量は堰止壁56の突出長l₃と密接に
関係しており、突出長l₃が長過ぎると検出窓54の下部領
域における現像剤の入れ換えが悪くなり、逆に短過ぎる
と検出窓54に対する現像剤の安定した接触が得られない
ので、実験により最適な長さを定める必要がある。

また、トナー濃度検出領域Ｘの中心を通る垂線ｎは、
搬送スクリュウ37の回転中心を通る垂線ｍよりも搬送ス
クリュウ回転方向上流側に位置させてある。したがっ
て、検出窓54と接触しながら搬送される現像剤は垂線ｍ
の位置まで徐々に圧縮されていく。そのため、垂線ｍに
至るまでの領域では、検出窓54に対する現像剤の接触力
が強く、第６図における領域Ｙでは、検出窓54に付着し
た現像剤が効率良く除去される。

ただし、垂線ｍから堰止壁56までの領域Ｙ′では現像
剤の接触力が弱いことから、検出窓54にトナーが付着す
る。しかし、この領域Ｙ′はトナー濃度検出位置Ｘから
外れているので、トナー濃度を検出するうえで問題はな
い。

検出窓54と電極41との間では、検出窓54に電源58から
トナーと同極性（ここでは負極性）の窓バイアスV_Wが印
加され電界が形成されている。この電界は、搬送スクリ
ュウ37が回転しても、検出窓54と電極41との間にほぼ一
定の間隔l₂が維持されるので安定している。

前記電界により、検出窓54はこれと同極性に帯電して
いるトナーと電気的に反発し、検出窓54へのトナー付着
が防止される。しかし、キャリアは窓バイアスV_Wと逆極
性であることから、キャリアに対して電界効果が強すぎ
ると検出窓54にキャリアが付着する。したがって、バイ
アスV_Wの値は、検出窓54と電極41との距離l₂との関係を
考慮して実験的に定める必要がある。

トナー濃度検出センサ50では、発光素子52が検出窓54
を介して現像剤を照明し、その反射光が受光素子53で検
知されている。

受光素子53は、反射光量に対応して、第８図に示す波
形の信号を制御装置70に出力する。

第８図に示す出力波形において、最大ピーク部P₁は、
磁石42,43に保持された現像剤が検出窓54に接触してい
るときの信号で、この領域の信号をサンプリングしてト
ナー濃度が測定される。なお、最小ピーク部P₂は、磁石
42,43が検出窓54から退避しているときの信号である。

比較のために、堰止壁56が無い場合のセンサ出力を第
９図に示す。本図において、最大ピーク部P₁′は磁石4
2,43が検出窓54に対向しているときの信号で、最小ピー
ク部P₂′は磁石42,43が検出窓54の対向部から退避して
いるときの信号である。

これら第8,9図により、本実施例のように堰止壁56を
設けることにより、磁石42,43に保持された現像剤が検
出窓54の検出位置Ｘで比較的長時間滞留し、最大ピーク
部P₁の信号が安定することが理解できる。

制御装置70では、センサ50からの出力をもとに以下の
ようにしてトナー濃度を判定する。

すなわち、搬送スクリュウ37に取り付けた検出板39を
ホトインタラプタ40が検出するタイミングを基準とし
て、前記最大ピーク部P₁のデータをサンプリングし、こ
のサンプリングされたデータに基づいてトナー濃度が測
定される。なお、前述のように、最大ピーク部P₁の出力
は安定しているので、サプリングされたデータにばらつ
きがなく、測定されたトナー濃度の信頼性は高い。

測定の結果、トナー濃度が所定の基準濃度よりも低い
と判断されると、対応する色のトナーを有するトナーホ
ッパからトナー補給部60にトナーが補給される。補給さ
れたトナーは、トナー補給モータM₃の回転により、トナ
ー補給口61を介して第２撹拌路32に送り込まれる。

検出窓54に印加する最適バイアスV_Wに関して行った実
験について説明する。なお、垂線ｍとｎとの間隔l₁は4m
m、磁石42,43の磁力は2,000ガウスとした。

実験の結果、第７図に示すように、検出窓54と電極41
との間隔l₂を一定にした場合、窓バイアスV_Wが高過ぎる
と検出窓54にキャリア付着を生じ、逆に窓バイアスV_Wが
低過ぎると検出窓54にトナー付着を生じた。

また、間隔l₂を狭くすると、検出窓54と電極41との間
に現像剤が詰まり、または現像剤の入れ換えが悪くな
り、逆に間隔l₂を広くしてバイアスV_Wを高くすると、各
部の絶縁を確保する必要を生じた。

したがって、バイアスV_Wの値は、以上の事項を考慮し
たその現像装置に最も適切な値を実験的に求めることが
必要である。

前記説明では、筒状の電極41は全体を導電材で形成す
るものとしたが、この筒状部材は絶縁部材で形成し、そ
の周囲を導電材料で覆うようにしてもよい。

（発明の効果）以上の説明で明らかなように、本発明にかかる現像剤
濃度測定装置では、現像剤収容部の回転部材に、透明検
出窓と一定の間隔を保持するように電極を設け、前記検
出窓と電極との間にバイアスを印加し、検出窓とトナー
とを電気的に反発させるとともに、前記電極に磁石を設
け、この磁石に保持された現像剤で検出窓を清掃するよ
うにしている。

したがって、前記バイアスによる電界によってトナー
の付着が防止される。また、検出窓と電極との間が一定
に保たれているので、その電界作用も安定的に作用す
る。さらに、磁石に保持された現像剤で検出窓に付着し
た現像剤が除去される。すなわち、バイアスによる電界
作用と磁石に保持された現像剤の清掃作用により、検出
窓は現像剤が付着していない状態に保たれる。

その結果、検出窓を介して現像剤に照明された光の反
射光は真の現像剤濃度を反映し、高精度な濃度検出が可
能となる。

また、回転部材の回転方向に関して前記検出窓の下流
側に、前記磁石に保持された現像剤を規制して検出窓の
対向部に現像剤溜まりを形成する堰止部を備えているの
で、磁石に保持された現像剤が検出窓の位置（現像剤濃
度検出装置）に比較的長時間滞留し、その結果、検出部
において検出される画像濃度信号の最大ピーク部が安定
し、高い信頼性をもってトナー濃度を測定できる。

さらに、本発明の他の形態は、前記検出窓の中心を、
前記回転部材の回転中心に対して、該回転部材の回転方
向に上流側にずらしてあるので、検出窓と接触しながら
搬送される現像剤は、回転部材と検出窓との最近接位置
に至るまで徐々に圧縮されていく。そのため、現像剤が
圧縮されていく領域では、検出窓に対する現像剤の接触
力が強く、検出窓の中心を含む領域では、検出窓に付着
した現像剤が効率良く除去される。

【図面の簡単な説明】

第１図は複写機の断面図、第２図は現像装置の横断面
図、第３図は第２図に示す現像装置のII−II線断面図、
第４図はトナー濃度検出センサと電極とを示す一部切欠
側面図、第５図は第４図のIV−IV線断面図、第６図は検
出窓の底面図、第７図は検出窓と電極間の距離と最適バ
イアスとの関係を示す図、第８図はトナー濃度検出セン
サの出力を示す図、第９図は堰止壁の無い現像装置のト
ナー濃度検出センサの出力を示す図である。 30…現像剤撹拌部（撹拌部）、31…第１撹拌路、32…第
２撹拌路、41…電極、42,43…磁石、50…トナー濃度検
出センサ、54…透明検出窓、56…堰止壁、58…電源、V_W
…窓バイアス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−60665（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−212868（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−80879（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−105948（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーとキャリアとからなる現像剤を収容
した収容部と、回転しながら前記収容部の現像剤を撹拌する回転部材
と、前記収容部に臨み、現像剤と対向する面に導電皮膜を有
する透明な検出窓と、該検出窓を介して前記収容部の現像剤を照明し、その反
射光より現像剤濃度を測定する測定部と、前記回転部材に支持され、回転部材の回転と共に前記検
出窓と略一定の間隔を保持しながら回転する、少なくと
も検出窓と対向する部分を導電部材で構成した電極と、該電極に支持され、前記現像剤を保持し、これを前記回
転部材の回転に基づいて前記検出窓に接触させる少なく
とも一つの磁石と、前記検出窓と電極との間に印加され、前記検出窓とトナ
ーとが電気的に反発するようにしたバイアスと、前記回転部材の回転方向に関して前記検出窓の下流側
に、前記磁石に保持された現像剤を規制して前記検出窓
の対向部に現像剤溜まりを形成する堰止部とからなるこ
とを特徴とする現像剤濃度検出装置。
【請求項２】前記検出窓の中心を、前記回転部材の回転
中心に対して、該回転部材の回転方向に上流側にずらし
たことを特徴とする請求項１の現像剤濃度検出装置。