JPH0664402B2 - 現像剤検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は，圧電素子表面の現像剤の有無を検知すること
により、トナーの濃度等を制御する装置に関するもので
ある。

〔従来技術〕 第３図は，現像装置の要部を一例として示した縦断面図
である。

同図は現像ロール１上に設けられた，現像剤３をドクタ
ブレード２により一定の厚さに規制する現像装置であ
り，現像剤３の量を検知するためのセンサとして圧電素
子４が設けられている。同図に示すように現像剤３の流
れ方向に対向させて所定角度傾けた姿勢で圧電素子４は
設定されている。そして，現像剤３がトナーとキャリア
を用いて構成される２成分現像剤である場合，現像剤３
中にトナーが充分存在すれば現像剤３内に流動性の良い
キャリアの比率が小さく，現像剤３は矢印Ｐで示すよう
に大きな弧を描く流動状態を呈し，一方，現像剤３内の
トナーが欠乏している場合には，現像剤３内に流動性の
悪いトナーの比率が大きい為，現像剤３は矢印Ｑで示す
ように小回りの流動状態を呈する。

また，例えば磁性トナーのみを現像剤３として用いる１
成分現像方式では同様の構成において，矢印Ｐの流動状
態のときは現像剤３が十分に存在し，矢印Ｑの場合は現
像剤３が少い状態であり，前記２成分現像方式と同様に
後述する第２図の制御回路でトナー補給を行なう。

第２図は従来の圧電素子４を含めたトナー濃度制御装置
の回路図である。

ここで，この制御回路について若干の説明を行う。この
圧電素子４を構成する圧電セラミックスは，交番電圧を
印加すると，その電界の極性に従って伸縮運動を繰り返
す特性があり，同図は，この場合圧電素子４自体を発振
子とした正帰還発振回路である。したがって，この圧電
素子４は，発振子と，現像剤３の流動性を圧力として検
知するセンサとの役目を兼ね合わせている。ここで例え
ば同図に示す如く圧電素子４の結合率が−α_２で，増幅
率−Ａの増幅器７からの抵抗Ｒ_１による減衰率をα_１と
すれば，発信条件は， （−Ａ）・α_１・（−α_２）＞１・・・・・・(1) となり，また Ｒ_１，Ｒ_２：抵抗 と表わされる。従って，増幅率−Ａと減衰率α_１とを適
当に設定すれば，発振回路が成立する。

したがって，トナーが消費されて現像剤３内のトナー濃
度が下がると，上述の如く現像剤３の流動性が良くなり
圧電素子４への圧力が小さくなるため，圧電素子４の結
合率−α_２が大きくなり圧電素子４の発振が強く続くこ
とになる。

したがって，増幅器７からの発振出力は，検波比較回路
８において基準値と比較され，この時，発振出力の方が
大きい為トランジスタ９をＯＮとし，補給信号１０を発
生する。この補給信号１０によってトナー補給ローラ５
を駆動してトナーの補給動作が行なわれる。一方，現像
剤３内にトナーが十分存在すると，上述の如く現像剤３
の流動性が悪化し圧電素子４への圧力が高まり，結合率
−α_２を下げることとなり，そのため発振出力が小さく
不安定に，もしくは発振停止に至る。この場合は，トラ
ンジスタ９はＯＦＦして補給信号１０が生ずることはな
く，トナー補給ローラ５を駆動してトナーが補給される
ことはない。

このように，従来のトナーの補給動作は，圧電素子４に
加わる現像剤３の圧力が増すとトナー補給ローラ５によ
るトナーの補給停止となり，現像剤３の圧力が減少する
か又は圧力がかからなくなるとトナーの補給を開始す
る。すなわち，この動作により現像剤３のトナー濃度は
一定に保たれるわけである。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら，このような従来のトナー濃度制御装置で
は，高温高湿時や長期使用によりキャリアが摩耗して流
動性が悪くなったとき，あるいは長期間不使用状態が続
いた後などに現像剤３の流動性が設定当時よりも悪化し
て，特に検知センサである圧電素子４表面に現像剤３が
こびりつくようになると，圧電素子４は現像剤３が存在
する時としない時とで異なった振動が行われなくなり，
トナーが消費されてトナー濃度が低下してもトナーの欠
乏を検出することができず，画質が著しく劣化していく
ばかりでなく，２成分現像方式にあっては，キャリア引
き現象まで発生し，大きな問題となっている。

〔発明の目的〕

本発明は，上記従来の欠点に鑑み，現像剤の流動性によ
る圧力変化を圧電素子により検知してトナー濃度を制御
する際，一定時間圧電素子を含む検出部の発振（振動）
出力を高め，圧電素子表面の現像剤を一旦振り落した
後，元の正常な検出動作を圧電素子に行わせることによ
り，現像剤中のトナー濃度を一定に保持し，良好な再生
画像を得ることを可能としたトナー濃度制御装置を提供
することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、上記目的を達成するために、圧電素子を用い
て該圧電素子表面の現像剤の有無を検知する現像剤検知
装置において、前記現像剤の有無を検知する検知タイミ
ングを設定し、該検知タイミングと非検知タイミングと
で前記圧電素子の発振出力を異ならせる制御手段を設
け、該制御手段は前記圧電素子の発振出力を非検知タイ
ミング時よりも検知タイミング時の方が小さくなるよう
に制御することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下，本発明の一実施例を第１図及び第４図以降に基づ
いて説明する。なお，従来例と同一の部材は同一の符号
を用い，その説明は省く。

先ず，構成を述べる。

第４図は本発明のトナー濃度制御装置を有する現像装置
の断面図，第５図も同じく現像装置の断面図であるが，
現像装置内のトナーが少ない状態を示している。

本発明に用いられる現像装置２６は，現像ホッパー２７
内にスリーブ２８，攪拌ロール２９，規制部材としてド
クターブレード２，検知センサとして圧電素子４がそれ
ぞれ配置され，現像ホッパー２７の上部は補給用のトナ
ー６を貯留するトナー貯留部６ａが形成され，このトナ
ー貯留部６ａの下方にトナー補給ローラ５が設けられて
いる。

スリーブ２８はアルミニウム等の非磁性の円筒で構成さ
れ矢印方向に回転し，スリーブ２８内部には多数極に着
磁されたマグネットロール１が固定配置され，現像剤３
はスリーブ２８表面に吸着される。現像剤３は，主成分
が磁性材からなる粒径２０〜２００μｍのキャリアと主
成分が樹脂からなるトナーとの混合により構成されてい
る。キャリアは主成分の磁性材に樹脂をコーティングし
たものや樹脂を混入したものも使用される。圧電素子４
は，現像剤３の流動性を検知するためのものである。

次に，上記構成に基づく現像装置２６の動作について簡
単に述べると，感光体３０は，図示しない帯電，露光域
を通過し，原稿像に対応した静電潜像を保持しながら現
像装置２６と対向する現像域３０ｂに入る。

キャリアとトナーとからなる現像剤３は攪拌ロール２９
により攪拌され，これによって摩擦帯電された感光体３
０上に形成される静電潜像と逆極性の電荷を帯びてい
る。そして現像剤３はスリーブ２８表面に吸着され，該
スリーブ２８の回転により矢印方向へ搬送され，ドクタ
ーブレード２を通過することにより現像剤３の厚さが規
制され感光体３０との現像域３０ｂへ送られる。

感光体３０との現像域３０ｂにおいて現像剤３は現像ロ
ール１の主極Ｎ_１により穂を形成し感光層３０ａ表面に
接触し，静電潜像はトナーにより顕像化される。現像後
の現像剤３は攪拌ロール２９により攪拌され，再びスリ
ーブ２８上へ送られる。

ところでスリーブ２８上を搬送されてくる現像剤３は，
ドクターブレード２にて一定の穂高に規制されるわけで
あるが，搬送されて来る余剰の現像剤３はドクターブレ
ード２に衝突し，スリーブ２８の搬送力により前記ドク
ターブレード２に沿って盛り上りを生ずる。そして盛り
上った後現像ロール１の磁界からの影響を受けない位置
に達した現像剤３は矢印Ｓの如く圧電素子４面に接触し
つつ崩れ落ちるように流下していく。ここで，ドクター
ブレード２へ搬送されるものと流下するものとの２つの
現像剤３の流れが生ずる。

一方，本発明の要部であるトナー濃度制御装置の回路図
を第１図に示す。同図は，抵抗Ｒ_３と圧電素子４と増幅
器７とからなる正帰還回路１１に，抵抗Ｒ_３，Ｒ_４の接
続点１２から直列接続の抵抗Ｒ_４，Ｒ_５を介して接地す
る回路１３と，更に該両抵抗Ｒ_４，Ｒ_５の接続点１４か
らスイッチ１５を介し接地するスイッチ回路１６とで構
成され，また，増幅器７からの発振出力は検波比較回路
８に入力し，検波比較回路８では検波比較回路８内で予
め設定された基準値と発振出力とを比較する。この検波
比較回路８の比較結果はトランジスタ９のベースに入力
し，検波比較回路８の出力がハイ信号の時トランジスタ
９をＯＮし，検波比較回路８の出力がロー信号の時トラ
ンジスタ９をＯＦＦする。

上述の構成と前述の従来技術の頁に記載した電圧素子４
の特性とにより，増幅器７からの減衰率は，スイッチ１
５がＯＮのとき となり，スイッチ１５がＯＦＦのときは， となる。すなわち(4)式で表わされるスイッチ１５がＯ
ＦＦのときは，(3)式で表わされるＯＮのときよりも減
衰率が大きいので，前述の(1)式の発振条件から理解で
きるように正帰還率が高まり，より強い発振が行なわれ
る。

第６図は，この時の圧電素子４の発振出力の波形を示し
た図で，波形１７は，スイッチ１５がＯＦＦのときの振
動モードであって，現像剤３の圧力が加わらないいわゆ
る無負荷時の発振出力を示し，波形１８は，現像剤３の
圧力が加わったいわゆる負荷時の発振出力を示す。この
ときでも発振条件は成立していて発振は続けられる。一
方，波形１９は，スイッチ１５がＯＮのとき無負荷時の
発振出力を示し，波形２０は，その負荷時を示してい
て，流動性の下がった現像剤３により圧電素子４は圧力
を受け，発振を停止した状態を示している。

したがって，上述の波形１７に示す強い発振状態の圧電
素子４を用いて圧電素子４に付着したトナー等をふるい
落し，波形１９又は２０に示す発振状態の圧電素子４の
出力を用いて現像剤３内のトナー濃度を検出すれば良い
ことがわかる。第７図は，この圧電素子４のトナーふる
い落し動作（以下振動モードで示す）とトナー濃度検出
動作（以下検出モードで示す）の動作タイミングを示す
タイムチヤートである。同図(a)は図示しない駆動モー
タのタイミングで２１はＯＮの場合，すなわち感光体ド
ラム３０が回転し複写動作が行なわれている状態を示
す。２２は駆動モータがＯＦＦの場合すなわち，感光体
ドラム３０が回転を停止し複写動作が行なわれていない
状態を示す。同図(b)は圧電素子４の発振出力を示すも
ので，上述の如くスイッチ１５を切換えることにより振
動モード２３，検出モード２４を交互に行なう。

この振動モード２３の期間では現像は行なわれておら
ず，検出モード２４の期間では現像が行なわれている。
すなわち，駆動モータのＯＮ２１の期間（複写が行なわ
れている期間）においてのみ検出モード２４を当ててお
り，駆動モータがＯＦＦ２２の期間は常に圧電素子４は
振動モード２３であり，圧電素子４に付着したトナー等
をふるい落す動作を行なっている。

さらに，実際に制御回路によりトナー濃度が検出される
期間（検出期間）２５は圧電素子４が検出モード２４で
ある一部の期間である。つまりこの期間に検知タイミン
グを設定して実際の検知動作を行なっている。

以上，説明してきたところを要約して述べると，圧電素
子４は，振動モード２３では振動子として動作し，波形
１７，１８で示す圧電素子４の強い振動によりトナー等
をふるい落し，これによって従来問題となった圧電素子
４表面及びその近傍におけるトナー等の付着を防止し，
次にスイッチ１５をＯＮにして前記発振出力を検出レベ
ルに下げてから一定時間後の検出期間２５に波形１９又
は２０の如く振動する圧電素子４によりトナー濃度検知
動作を行ないトナー濃度の制御を実施するわけである。

したがって，本実施例のトナー濃度制御装置によれば，
現像剤３の現像剤濃度が比較的高い場合は流動する現像
剤３の流動性は悪く，圧電素子４面との接触抵抗も高く
制御回路の出力が行なわれずトナー補給は行なわない。

一方，上記現像サイクルが繰り返され現像剤３のトナー
濃度が低下してくると現像剤３の流動性は良好となり圧
電素子４面との接触抵抗も減少し，制御回路からトナー
補給ローラ５を回転させる信号が出力されトナー補給動
作が行なわれる。これによって現像剤３のトナー濃度は
常に一定に保持されるわけである。すなわち，現像剤３
のトナー濃度に応じた圧電素子４面での現像剤３の流動
性の変化により常に正確にトナーの補給制御を行うもの
である。

以上２成分現像剤を用いたトナー濃度制御の場合の実施
を説明したが１成分現像剤の補給制御や，２成分トナー
のトナーホッパー検知などにも適用できることは勿論で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように本発明によれば，圧電素子を含
むトナー濃度制御回路の発振出力を高めて圧電素子上の
現像剤の付着などを解消した後，トナー濃度制御回路の
検出レベルを下げ，検知タイミングを設けて現像剤の有
無検知を行なうことによりトナー濃度を制御する装置を
提供したため，高温高湿時などのように現像剤流動性の
悪化する場合でも現像剤トナー４有無検知に際しては，
圧電素子の表面には現像剤等の付着が無く，正確な信頼
性の高い現像剤（トナー）の有無検知ができる。従っ
て，常に一定量の現像剤を有する現像装置により現像さ
れた再生画像はキャリア引き等のない良好な再生画像と
なる。

【図面の簡単な説明】 第１図は，本発明の要部であるトナー濃度制御回路図， 第２図は，従来の現像剤有無検知に用いられる制御回路
図， 第３図は，検知装置における現像剤の流動状態を示す現
像装置の断面図， 第４図及び第５図は本発明の実施例を示す断面図， 第６図は，本発明における圧電素子に対しての発振出力
の波形図， 第７図は，同じく現像剤有無検知のタイムチヤートであ
る。 １……現像ロール， ２……ドクタブレード， ３……現像剤， ４……圧電素子， ５……トナー補給ローラ， ６……トナー， ７……増幅器， ８……検波比較回路， ９……トランジスタ， １０……補給信号， １１……正帰還回路， １２……接続点， １３……回路， １４……接続点， １５……スイッチ， １６……スイッチ回路， １７……波形， １８……波形， １９……波形， ２０……波形， ２１……駆動モータＯＮの場合のタイミング， ２２……駆動モータＯＦＦの場合のタイミング， ２３……振動モード， ２４……検出モード， ２５……検出期間， −α_２……結合率， −Ａ……増幅率， α_１……減衰率（従来例）， α_１′……減衰率（スイッチＯＮ時）， α_１″……減衰率（スイッチＯＦＦ時）， Ｒ_１，Ｒ_２……抵抗， Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５……抵抗，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子を用いて該圧電素子表面の現像剤
   の有無を検知する現像剤検知装置において、 前記現像剤の有無を検知する検知タイミングを設定し、
   該検知タイミングと非検知タイミングとで前記圧電素子
   の発振出力を異ならせる制御手段を設け、該制御手段は
   前記圧電素子の発振出力を非検知タイミング時よりも検
   知タイミング時の方が小さくなるように制御することを
   特徴とする現像剤検知装置。