(57)【要約】【課題】外部磁界を打ち消してトナー濃度センサーの感度を安定にする現像装置を提供する。また現像剤の流れに影響を与えることのないトナー濃度センサーを提供する。【解決手段】感光ドラムに近接して現像装置を配置する。現像装置は現像容器を有し、この現像容器内に、前記感光ドラムに対向して配置した現像スリーブと、前記現像スリーブ内に配置された磁気手段と、前記現像器内のトナー濃度を検出するセンサーを備える。更に前記磁気手段がセンサーに及ぼす磁界を中和する磁気中和手段を備え、外部磁界を打ち消す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光ドラムと、
前記感光ドラムに近接して配置した現像容器と、
前記現像容器内に、前記感光ドラムに対向して配置した現像スリーブと、
前記現像スリーブ内に配置された磁気手段と、
前記現像容器内のトナー濃度を検出するセンサーと、
前記センサーの近傍に配置した前記磁気手段より受ける磁界を中和する磁気中和手段と
を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像容器内の現像剤は２成分トナーであり、センサーは透磁率検出方式トナー濃度センサーであることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記センサーは前記現像容器に取り付けられ、前記磁気中和手段は前記センサーを間にして前記現像スリーブの反対側に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記磁気中和手段は、前記現像容器外に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像容器底部に攪拌ローラを備え、前記現像スリーブと攪拌ローラの間の現像容器に前記センサーを取り付けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記現像スリーブ内に配置される磁気手段と、前記磁気中和手段は、同種類の材質よりなる永久磁石であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
前記永久磁石は、フェライト磁石であり、動作点がＢ−Ｈカーブの変曲点を越えないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項８】
前記永久磁石は、等方性フェライト磁石であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式等によって感光体上に形成した静電潜像を現像して可視化する、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。特に、本発明はトナー濃度を検出するセンサーを高感度に動作させる構成を有する現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式、静電記録方式等によって形成した静電潜像を現像して可視化するため、感光ドラムに接近して現像器が配置される。現像器はトナーを内蔵し、感光ドラムにトナーを供給して、静電潜像を可視化する。トナーは静電潜像を可視化するために消費されるので、現像器内に常に一定量を保つようセンサーを取り付け、センサーの出力によりトナーを自動的に補給するようにしている。２成分トナーを使用し、トナーと磁性キャリアの混合比（Ｔ／Ｃ比）を透磁率検知方式により検知して、トナー濃度を制御する技術が特許文献１および特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開昭６１−１６０７７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１は、センサーの検出用端面以外を磁気シールドする構造を開示している。また特許文献２は、タンデム方式のカラー画像形成装置において、下流側の現像手段と、上流側の接触帯電手段との間に磁場を遮断する磁気シールド部材を配置し、上流側の接触帯電手段のマグネットからの磁場の影響がセンサーに及ぶのを防止する構成を開示している。このように特許文献１および特許文献２はセンサーを磁気シールドすることを開示しているが、磁気シールドは、センサーと外部磁界の間に磁気シールド部材を配置する必要があり、センサーの取付位置、構造によっては磁気シールドを配置できない場合がある。またトナー濃度の検出端面側はシールドすることができないので、検出端面側から影響を受ける磁界はシールドすることができない。
本発明は、センサー部分に及ぶ外部磁界を打ち消してセンサーの感度を高くする現像装置を提供するものである。またセンサーが現像剤の流れに影響を与えることのない現像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の現像装置は、感光ドラムと、前記感光ドラムに近接して配置した現像容器と、  前記現像容器内に、前記感光ドラムに対向して配置した現像スリーブと、前記現像スリーブ内に配置された磁気手段と、前記現像容器内のトナー濃度を検出するセンサーと、前記センサーの近傍に配置した前記磁気手段より受ける磁界を中和する磁気中和手段とを備えることにより、前記課題を解決する。
また本発明の現像装置は、前記現像容器内の現像剤が２成分トナーであり、センサーが透磁率検出方式トナー濃度センサーであるとよい。
また本発明の現像装置は、前記センサーが現像容器に取り付けられ、前記磁気中和手段が前記センサーを間にして前記現像スリーブの反対側に配置するとよい。
また本発明の現像装置は、前記磁気中和手段を前記現像容器外に配置するとよい。
また本発明現像装置は、前記現像容器底部に攪拌ローラを備え、前記現像スリーブと攪拌ローラの間の現像容器壁に前記センサーを取り付けるとよい。
また本発明の現像装置は、前記現像スリーブ内に配置される前記磁気手段と磁気中和手段が同種類の材質よりなる永久磁石であるとよい。
また本発明の現像装置は、前記永久磁石がフェライト磁石であり、動作点がＢ−Ｈカーブの変曲点を越えないことを特徴とする。
また本発明の現像装置は、前記永久磁石が等方性フェライト磁石であるとよい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の現像装置は、現像容器内のトナー濃度を検出するセンサーに及ぶ磁界を中和する磁気中和手段を備えるので、センサーの感度を安定にすることができる。また磁気中和手段はセンサーから離れて配置し、磁界空間を介してセンサーに及ぶ磁界を中和するので、磁気中和手段が現像剤の流れに影響を与えない。
また本発明の現像装置は、現像容器内の現像剤が２成分トナーであり、センサーが透磁率検出方式トナー濃度センサーであるので、２成分トナーのトナー濃度を一定に保つように制御することができる。
また本発明の現像装置は、センサーを現像容器に取り付け、磁気中和手段をセンサーを間にして現像スリーブの反対側に配置するので、磁気中和手段を現像剤の流れに影響を与えないように配置することができる。また磁気中和手段を現像容器外に配置するので、現像剤の流れに影響を与えることがない。
また本発明の現像装置は、現像容器底部に設けられた攪拌ローラと現像スリーブの間の現像容器壁にセンサーを取り付けるので、現像剤の均一な流れに対向してセンサーを配置することができ、トナー濃度を正確に検出することができる。
また本発明の現像装置は、現像スリーブ内に配置された磁気手段と磁気中和手段が同種類の材質よりなる永久磁石であるので、磁気手段と磁気中和手段の温度特性が同一となり、広い温度範囲に亘ってセンサーに及ぼす磁界を中和することができる。
また本発明の現像装置は、永久磁石がフェライト磁石であり、動作点がＢ−Ｈカーブの変曲点を越えないので磁石の減磁を防止でき、センサーを直線性のよい領域で、高い感度で動作させることができる。
また本発明の現像装置は、等方性フェライト磁石を使用するので、Ｂ−Ｈカーブの変曲点がなく、センサーの検出感度を広くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の現像装置は、複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に使用されるものであって、電子写真方式や静電記録方式等によって感光体上に形成した静電潜像を現像して可視化する。
本発明の現像装置は、図１に示すように、感光ドラム１に対向して現像器２を配置して構成される。現像器２は、現像剤として粒径が６〜８μｍの非磁性トナーと、粒径が５０〜９０μｍ程度の磁性キャリアを混合した２成分トナー３を収容する現像容器４を備える。この現像容器４は、一方の上方端部に感光ドラム１と対向する開口部５が形成され、他方の上方端部にトナー補給口６が形成される。開口部５により感光ドラム１と接近するようにアルミニウムや非磁性ステンレス鋼材のように非磁性体材質からなる現像スリーブ７が回転自在に設置されている。現像スリーブ７は感光ドラム１の回転速度Ｖａより速い速度Ｖｂで矢印Ｂ方向に回転する。現像スリーブ７内には、複数の磁極を有するマグネットローラ８が非回転に配置される。図１に示す実施例では、マグネットローラ８は、７つの磁極を有し、Ｓ１〜Ｓ４と、Ｎ１〜Ｎ３の磁極を有する。現像スリーブ７が回転することにより、現像スリーブ７の表面に２成分磁気ブラシが形成される。
【０００７】
現像スリーブ７の略頂部上にはブレード型の第１規制部材９が現像スリーブ７から間隙を開けて配置され、現像スリーブ７に付着する現像剤の層厚を規制して、薄層を形成する。従って、現像容器４内の現像剤は、マグネットローラ８の磁極Ｎ２の磁力により磁気キャリアとともに、現像スリーブ７の表面に吸着され、現像スリーブ７の回転により感光ドラム１に向けて搬送される。この搬送の途中で、第１規制部材９により現像スリーブ７に吸着された現像剤の層厚が適正に規制される。感光ドラム１まで搬送された現像剤は、マグネットローラ８の磁極Ｎ１の磁力により２成分磁気ブラシを形成して、感光ドラム１に摺接する。この摺接の際に、感光ドラム１に形成されている静電潜像に２成分磁気ブラシに付着している現像剤が転移して、静電潜像が現像される。
上記のようにして現像が行われた後、現像スリーブ７の回転により、現像剤は現像容器４内に戻され、磁極Ｓ３、Ｓ４間の反発磁界により現像スリーブ７から剥離され、現像容器４内に回収される。
【０００８】
現像容器４内下方には、バナナチップ型またはスクリュー型の攪拌ローラ１０が設置され、現像剤を現像スリーブの長手方向に沿って搬送することにより、攪拌する。この攪拌の際に、磁性キャリアと非磁性トナーの摩擦帯電により、非磁性トナーを帯電させる。
現像容器４の底部に、非磁性トナーと磁性キャリアの混合比（Ｔ／Ｃ比）、即ちトナー濃度を検出する透磁率検出方式のセンサー１１が取り付けられる。図１ではセンサー１１は、現像容器４の一部に透孔を形成し、この透孔に埋め込むようにして取り付ける。センサー１１の表面は現像容器４の内壁面と凹凸を形成しないよう取り付けるのが望ましい。  センサー１１は、トナー濃度検出面１２に現像剤がトナー濃度検知可能な程度の層厚、例えば５ｍｍ以上で存在し、トナー攪拌時に現像剤が均一な流動性を示す場所に取り付ける。つまり図１に示すように現像容器４の底部にあって、現像スリーブ７と攪拌ローラ１０の間で、攪拌ローラ１０に近い側壁に設ける。センサー１１の取り付け場所は、現像容器４の壁面の外に任意の位置に取り付けることが可能であるが、現像剤の流れを邪魔しない位置、安定して一定の層厚が得られる位置であることが望ましい。
本発明はセンサー１１により、トナー濃度を検知し、消費された現像剤分を補充するように制御し、トナー濃度をほぼ５％になるよう一定に保つものである。トナー濃度を一定に保つ制御動作は後述する。
【０００９】
現像容器４は、攪拌ローラ１０の上方にトナー補給口６を有し、このトナー補給口６と攪拌ローラ１０の間に、トナー投入口攪拌ローラ１３を備える。図１に示す現像装置は、トナー補給口６に直接トナーボトル（図示しない）の開口が対向するものであるが、図２に示すように、中間ホッパー３１がトナーボトル３２と現像器２の間に配置される構造のものであってもよい。なお、図２中、３３はトナー残量センサー、３４は中間ホッパー用攪拌ローラを示す。
また現像容器４内には、攪拌ローラ１０と現像スリーブ７の上方に、攪拌ローラ１０と現像スリーブ７から数ｍｍ程度間隔を開けて橋渡しするように、滞留防止部材１４を取り付けた流れ板１５を配置する。流れ板１５が現像スリーブ７に接近する箇所には、現像スリーブ７に付着する現像剤の層厚を規制する第２規制部材１６を取り付ける。また第１規制部材９と、第２規制部材１６の間で、現像容器４の上壁に滞留防止材１７を取り付ける。
本発明は、以上のような現像器２において、センサー１１がマグネットローラ８から受ける磁界を中和または打ち消して、センサー１１の感度を安定にするものである。そのため、本発明では、センサー１１の近傍に磁気中和手段１８を配置する。より具体的には、センサー１１を間にしてマグネットローラ８の反対側に磁気中和手段１８を配置する。図１では磁気中和手段１８は現像器容器４の外側で、現像容器４を支持する取付板１９に取り付けている。現像容器４は、取付板１９、支持脚２０とともにプラスッチク材料により一体的に成型される現像容器下側２１と、現像容器上側２２により構成される。
【００１０】
マグネットローラ８の７つの磁極の内、感光ドラム１に対向する磁極Ｎ１が最も強い磁場を形成し、２成分磁気ブラシを形成する。現像容器４の内側に向いている磁極Ｓ３、Ｓ４は、同極性の磁極Ｓ３とＳ４が隣接するよう配置され、現像スリーブ７に付着している現像剤を剥離する。磁極Ｓ３、Ｓ４は、他の磁極より磁力の弱い磁石が使用されるが、それでも磁極Ｓ３、Ｓ４の磁界がセンサーに及び、この実施例では数１０ガウス程度の磁界強度を与える。
実施例では磁気中和手段１８は、永久磁石よりなり、磁極Ｓ３、Ｓ４と同極性の磁界をセンサー１１に与えるように、磁力と位置が考慮され、現像容器４の外側に配置される。  つまり、磁気中和手段１８は磁極Ｓ３、Ｓ４と同じくＳ極をセンサー１１に向け、センサー１１の部分の磁界強度がほぼ０になるように、または０に近づくようにする。実質的には数ガウス程度にすることが可能である。磁気中和手段１８は電磁石のような磁気手段によって構成することも可能である。
【００１１】
センサー１１にはマグネットローラ８の磁極Ｓ３、Ｓ４からだけでなく、他の磁気手段からの磁界も影響が及ぶので、これらの全ての磁界を合成した磁界を中和または打ち消すように、センサー１１を挟み合成磁界と正反対の位置に配置するのが最も望ましい。合成磁界の強さと方向は、２成分現像剤がない状態で測定する方がよい。しかし実施例のように正反対位置から多少ずれた位置であってもセンサー１１に及ぶ磁界を中和することができる。磁気中和手段１８は、マグネットローラ８を構成する磁極と同じ種類の材質の磁極を使用して構成することが望ましい。実施例ではマグネットローラ８に等方性フェライト磁石を使用しているので、磁気中和手段１８も等方性フェライト磁石を使用して構成される。この外、マグネットローラ８と同じ材質であれば、異方性フェライト磁石、アルニコ磁石、Ｆｅ−Ｍｎ系磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石なども使用可能である。更に好ましくは合成ゴム磁石またはゴム磁石を使用するとよい。合成ゴム磁石、ゴム磁石は簡単に整形加工することができ、また取り付けの場合も両面テープのような簡易な手段により取り付けることができる。
【００１２】
本発明において、センサー１１は、コアにコイルを巻きつけて構成されるが、この場合コアとして、等方性フェライト磁石を使用する。等方性フェライト磁石は、その動作点はＢ−Ｈカーブの第３領域で動作するように使用する。コアとして、異方性フェライト磁石を使用する場合は、図３に示すように、Ｂ−Ｈカーブに変曲点ａを有するので、減磁界が加わったときの動作点が減磁曲線の変曲点ａより低くならないように、磁石の肉厚、長さを設計する。これにより減磁を少なくすることができる。等方性フェライト磁石は図４にＢ−Ｈカーブを示すように、変曲点がなく減磁の問題は少ないか、ほとんどない。
また、磁気中和手段１８を構成する磁石も等方性フェライト磁石が使用され、その動作点はＢ−Ｈカーブの第３領域で動作するように使用する。あるいは異方性フェライト磁石を使用する場合は、減磁界が加わったときの磁石の動作点が減磁曲線の変曲点ａより低くならないように、磁石の肉厚、長さを設計する。等方性フェライト磁石を使用する場合は変曲点がないので、減磁の問題は少ないか、ほとんどない。
磁石は一般的に温度特性を有し、異方性フェライト磁石の場合は図５に示すように、温度の上昇に従い変曲点が左下方向にずれながら、残留磁束が低下し、磁界の強さが増加する。等方性フェライト磁石の場合は、図６に示すように、温度の上昇に従い残留磁束と磁界の強さが平行に低下する。本発明の場合、マグネットローラ８に使用する磁石と、センサー１１のコアに使用する磁石と、磁気中和手段１８に使用する磁石は、同じ種類の磁石を使用するので、磁石の温度特性は同じになる、従って、磁石の温度特性によって本発明の効果が損なわれることはない。中でも、センサー１１のコアに使用する磁石と、磁気中和手段１８に使用する磁石は、同じ種類の磁石を使用することが望ましい。
【００１３】
センサーは図7に示す回路によりトナー濃度が検出され、トナー濃度が一定になるよう制御される。図7の回路は、差動トランス型検出回路を示し、駆動コイルＬ１、基準信号を加えるための基準コイルＬ２、現像剤の透磁率を検出するための検出コイルＬ３を備える。検出コイルＬ３が現像容器の方に向き、現像剤に対向するよう配置する。駆動コイルＬ１、基準コイルＬ２、検出コイルＬ３は、同一のフェライトコアに巻きつけて形成される。駆動コイルＬ１にコルピッツ発信器ＩＣ１より約５００ｋＨｚの発振出力が供給され、駆動コイルＬ１を駆動する。基準コイルＬ２と検出コイルＬ３によって得られる差動出力は、波形整形インバータ回路ＩＣ２により矩形波に成型される。コルピッツ発信器ＩＣ１の出力と、波形整形インバータＩＣ２の出力は、位相比較器ＩＣ３に供給され、位相比較されて、アナログ出力端子Ｏ１またはデジタル出力端子Ｏ２に出力する。この回路において、コンデンサＣ１は共振用コンデンサで、センサー面に現像剤がないときのアナログ出力のオフセットを最小にする。抵抗Ｒ１はアナログ出力感度の調整用である。
【００１４】
図７の回路の出力は、図８に示すようにトナー濃度により変化する。即ちトナー濃度が基準値の場合、コルピッツ発信器ＩＣ１の出力（ａ）と、波形成型インバータＩＣ２の出力（ｂ）の位相は互いに半周期ずれており、位相比較器ＩＣ３の出力（ｃ）は、中間レベルの出力となる。
しかしトナー濃度が低い場合は、現像剤の透磁率が大きく、コイルＬ３に誘起される電圧の位相が進み、出力（ａ）と（ｂ）の位相差は小さく、位相比較器ＩＣ３の出力（ｃ）は、デジタル出力端子Ｏ１ではパルス幅が狭くなる。アナログ出力端子Ｏ１では図７(ｄ)に示すように、レベルが低くなる。逆に、トナー濃度が高くなると、現像剤の透磁率が小さくなり、コイルＬ３に誘起される電圧の位相が遅れ、出力（ａ）と（ｂ）の位相差は大きくなり、位相比較器ＩＣ３の出力（ｃ）は、デジタル出力端子Ｏ２ではパルス幅が太くなる。アナログ出力端子Ｏ１では図７(ｄ)に示すように、レベルが高くなる。この出力によってトナー供給ローラを回転させるためのモータを駆動させ、現像容器４に現像剤を補充する。
以上のようにして、トナー濃度を検出し、その検出出力によって現像剤を適量補充することにより、トナー濃度を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】現像装置の現像装置の断面図を示す。
【図２】他の実施形態の現像装置の現像装置の断面図を示す。
【図３】異方性フェライトの特性図を示す。
【図４】等方性フェライトの特性図を示す。
【図５】異方性フェライトの温度特性図を示す。
【図６】等方性フェライトの温度特性図を示す。
【図７】トナー濃度検出回路図を示す。
【図８】トナー濃度検出回路の出力図を示す。
【符号の説明】
【００１６】
１    感光ドラム
２    現像器
３    ２成分トナー
４    現像容器
５    開口部
６    トナー補給口
７    現像スリーブ
８    マグネットローラ
９    第１規制部材
１０  攪拌ローラ
１１  センサー
１２  トナー濃度検出面
１８  磁気中和手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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