JPH03120570A - トナー濃度検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子写真複写装置、静電プリンタ等静電記録
プロセスを利用する画像形成装置用現像装置において、
特にトナーとキャリアを混合してなる現像剤を現像剤担
持部材に担持させ、潜像保持体に形成した潜像を現像す
る現像装置において、トナーとキャリアの混合比を一定
に保つトナー濃度検知装置に関する。

［従来の技術］ 潜像相持体表面に形成した潜像に、トナーを付着させて
これを顕像化する工程を含む周知の画像形成装置におい
て、現像剤としてトナーと磁性キャリアとから成る二成
分系現像剤を使用するものが従来から広く実用されてい
るが、この様な系においては、トナーとキャリアの混合
比率が現像効果の上から極めて重要な要素となる。即ち
、トナー濃度が適正以下になると画像濃度が低くなり、
また、トナー濃度が適正以上になるとトナーが十分に帯
電できなくなり、カブリが発生する等の不都合が生じる
。従って、良好な画像を得るためには、現像剤の濃度を
正確に検知し、トナー濃度を適正値に制御する必要があ
る。このためのトナー濃度検知手段としては、現像剤中
の透磁率変化を検知する磁気的手段を始めとして、従来
から幾多のものが提案実用されているが、特に、特公昭
３８−１７２４５等に提案されている現像剤の色味を検
知してトナー補給量を制御する手段は、環境変動や耐久
による現像剤の嵩密度の物性変化の影響を受けにくく、
安定した検知手段である。上記光検知トナー濃度検知装
置のトナー濃度検知部は、第３図に示すものが一般的に
知られている。これは、トナーとキャリアとから成る現
像剤の穆送路５ａの所定箇所に設けられた透明材料で形
成されたセンサー窓５ｂから移送路５ａ内の現像剤に光
を照射するランプ（光源）　９ａと、その現像剤で反射
した反射光を受光する第１センサー９Ｃと、ランプ９ａ
の光を直接受光する第２センサー９ｂとから構成されて
いる。そして、このトナー濃度検知装置は、第１センサ
ー９Ｃが現像剤で反射した反射光を受光して出力する電
圧と、第２センサー９ｂがランプ９ａからの光を直接受
光して出力する電圧との差からトナー濃度を検知する。

ところで、現像装置内の現像剤の振舞いをみると、一般
に現像剤収納部内には攪拌部材が配設してあり、トナー
が供給されたのち、この攪拌部材によって現像剤を攪拌
して、キャリア中にトナーを均一に分散させるようにな
っているのが普通である。

このような構成では、トナーが供給されてから、これが
現像剤中に均一の混合される状態になるまでにある程度
の時間がかかることはやむを得ないところであり、この
ために、前述のようなトナー検知手段を用い、また、こ
れが正確に作動したとしても、実際の現像に寄与する部
位におけるトナー量を常に適正に維持することは必ずし
も容易ではない。

例えば、比較的小さい開口から、トナーを現像剤収納部
に供給するような場合、トナー検知手段を該開口近傍に
配置すれば、供給時の開口近傍の局部的な過剰トナーを
検知して実質的なトナー不足状態を招来して画像濃度を
低下させ、開口から離れた位置に配置すれば、供給され
たトナーが分散して検知手段がこれを検知するのに時間
がかかり、実質的に過剰トナー状態をもたらして、カブ
リ等の画質の劣化を引き起こすおそれを免れない。

複数個の検知手段を各所に配設して、それらからの信号
を総合して処理するような仕方も理論的には考えられる
が、このようなものは付帯機構が複雑になり、スペース
、コストの面から云っても到底実用に耐えるものでない
ことは容易に理解できるところであろう。

さらに、トナーを現像剤収納部に供給する開口位置が、
現像剤を現像位置に搬送する現像剤担持部材（いっばん
に、スリーブ状に形成されている場合が多い）の長平方
向にのびて比較的大きく形成されている場合には、トナ
ー濃度のムラを修正することが困難で、巾方向の一部に
カブリを生じたり、濃度ムラのある画像が得られるよう
な問題があった。

また、トナー濃度検出部位の窓に帯電不良のトナーやキ
ャリアが付着することにより、現像剤からの反射光量を
正確に検知することが不能となり濃度検出装置が誤動作
し、カブリや画像濃度低下等を引き起こすという問題が
あった。

［発明が解決しようとする課題］ すなわち、本発明の目的とするところは、以上のような
問題点に鑑み、二成分系現像剤を使用する現像装置にお
いて、常時そのトナー濃度を正確に検知でき、濃度ムラ
やカブリの発生のない画像を得られるような現像装置用
トナー濃度検知装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明の特徴と
するところは、トリボ電荷量の絶対値が１０μｃ／ｇ乃
至４０μｃ／ｇであるトナーと、磁性キャリアとから成
る二成分系現像剤を用いる画像形成装置用現像装置に具
備されるトナー濃度検知装置において、前記トナーとキ
ャリアの搬送部位に、少なくとも濃度検知部位が前記ト
ナーと同極性に帯電する材料で形成されているトナー濃
度検知装置にある。

このように構成することによって、本来のトナー濃度と
関係なく、現像装置側のトナー濃度検知部位にトナーが
付着して検知手段の誤作動を招来することを阻止し、常
時安定して正確にトナー濃度を検知制御することができ
る。

以下、本発明を詳述する。第１図は、本発明を適用する
に適した現像装置の側断面図であって、紙面に垂直方向
に伸びており、トナー供給部１と、これにキャリアを混
合した現像剤を保持する現像剤収容部２を供えており、
トナー供給部１内には、不図示の制御手段によって、現
像剤収容部内のトナー濃度が低下した場合に作動してト
ナーを現像剤収容部に供給するトナー搬送部材３が配設
しである。

前記トナー供給部１と現像剤収容部２とは、メツシュ状
のトナー補給開口３ａによって連通しており、前記搬送
部材の作動によってトナーは供給部１から該開口を経て
収容部°２に供給されるものとする。

現像剤収容部２には、局面に複数の磁極を有する円筒状
の固定マグネットローラ７ａと、これを囲繞しており、
不図示の駆動源によって矢印方向に回転する非磁性スリ
ーブ７ｂとからなる現像剤担持部材７が配設してあり、
該部材７が走行する像担持体りに近接して、その表面の
静電潜像にトナーを付与して該像を顕像化するものとす
、る。

図示符号４．５は前記現像剤担持部材フにほぼ平行に配
設されている、現像剤の攪拌搬送用スクリューでありて
、前述のトナー供給部から供給されるトナーは、搬送ス
クリュー５によフてキャリアと攪拌混合されるとともに
、第２図に示すように、図示Ｘ方向に搬送され、該スク
リューは現像装置の外方に突出しているチューブ部材５
ａにまで伸びているので、これに沿って搬送される。

チューブ部材５ａは、同図に示すように、上向して、前
記搬送スクリュー４が内装されているチューブ部材４ａ
内の搬送スクリュー４の近傍に達しているので、搬送ス
クリュ−５によって攪拌搬送されたトナーは、搬送スク
リューによってさらに搬送されて現像装置内に復帰する
ことになる。

現像装置内に復帰した現像剤は、前記搬送スクリュー４
が内装されるチューブ状部４ｂに沿って進行し、この際
該チューブ状部に形成された開口部８から落下して前記
担持部材フに達し、回転スリーブによって搬送され、像
担持体りに形成されている潜像に付着してこれを顕像化
するものとする。

現像装置内のトナーは、前述のように、搬送スクリュー
５によってこれから排出されて進行するが、この際該チ
ューブ状部材内部に現像剤の存在しない空間部分が形成
されず、迅速に搬送されるように、スクリュー５の径は
可及的に大きく形成して、この搬送領域において速やか
にトナーがキャリアに均一に混合されるようにするのが
好適である。従つて、トナー濃度検知手段９をこの領域
の適所に配設することによって、実際に現像に寄与する
現像剤に包含されているトナー濃度を正確に検知制御す
ることができる。

第３図は、搬送スクリュー５を内装したチューブ状部材
５ａに当接して配設したトナー濃度検知手段を例示する
ものであって、本体内に光源９ａが配してあり、その光
束の一部は直接センサー９ｂに、一部は、チューブ状部
材５ａに透明材料で形成した検知窓５ｂを介して内部の
現像剤で反射してセンサー９Ｇに達するようになってい
る。

上記センサー９ｂ、　９ｃは、受光する光の強さに応じ
た電圧を出力するもので、これは例えばホトダイオード
等から構成されており、現像剤が所定のトナー濃度の場
合、センサー９Ｃが現像剤での反射光を受光して出力す
る電圧Ｖｃと、センサー９ｂが光源Ｂａの光を直接受光
して出力する電圧ｖｂとがＶｂ＝Ｖｃとなる様に予め調
整されている。

次に、上記トナー濃度検知装置について説明する。スク
リｉ−５によって搬送管５ａ内を搬送される現像剤が所
定のトナ・−濃度以上の場合、センサー９ｂ、　９ｃノ
出力電圧Ｖｂ、　ＶｃはＷｂ＜Ｖｃとなり、このときト
ナー濃度検知装置９はトナー補給をオフにし、一方、所
定のトナー濃度以下の場合は、その出力電圧はＶｂ＞Ｖ
Ｃとなり、このときトナー濃度検知装置９はトナー補給
をオンにする。これらの動作を繰り返すことによって、
現像剤のトナー濃度が一定に保たれる。尚、本発明は上
記現像器構成及び上記トナー濃度検知装置に限られるも
のではなく、現像剤と接する透明窓材を通して現像剤の
反射光を測定するという原理を用いた光検知トナー濃度
制御装置を備えた一般の現像器全てに適用できる。

ところで、このような構成とした場合、通常適当な材料
として選択された透明な合成樹脂で形成された検知窓５
ｂの内壁面に次第にトナーが付着し、センサー９Ｃに達
する反射光がこのトナーに影響されて減少し誤作動の原
因となる恐れがあるので、本発明においては、前記検知
窓部の材料を、トナーと同じ帯電極性を有する材料を用
い、かつ、現像剤中のトナートリボ電荷量の絶対値が１
０μｃ／ｇ乃至４０μｃ／ｇであるトナー／キャリアの
組合せからなる現像剤を用いることにより、トナーが検
知窓壁面に付着するのを有効に阻止しようとするもので
ある。

以下これについて説明すると、現像剤が前述のように搬
送されてゆくと、搬送路の壁面との摩擦によって帯電し
、これによって現像剤の各要素と壁面との間に静電的な
力が作用する。

キャリアと壁面との間に作用する力をＦｌ、　　トナー
と壁面との間に作用する力をＦ２とすると、Ｆｌ＞Ｆ２ の状態のときにトナーが壁面に付着しにくくなる。

また、トナーとキャリアの帯電量をｑとし、壁面との摩
擦帯電による電荷の授受量をΔｑとすると、壁面と現像
剤の各要素′との間に作用する力は、 Ｆｃｃ　　（ｑ＋Δｑ）２ となるから、上記前者の式を満足するには、トナーと壁
面との間の電荷授受量が小さく、キャリアと壁面との間
の電荷授受量が大きくなるように、すなわち、検知窓近
傍部分の材料として、キャリアの帯電特性よりもトナー
の帯電特性に近いものを選択するのが好適である。

また、キャリアとトナーとが摩擦帯電した際に、相互に
働く静電的引力は、帯電量の増大に従い強くなることか
ら、現像剤中のトナー帯電量が大きいほど、トナーは検
知窓壁面に付着しにくい傾向となる。

実際には、検知窓を構成する材料をトナー及びキャリア
と摩擦帯電させ、その表面電位の絶対値が、キャリアと
摩擦帯電させたときの方が、トナーと摩擦帯電させたと
きよりも大きいような材料を選択すればよく、ポジ帯電
系トナーの場合、ポリカーボネート、　ＡＢＳ系樹脂、
アクリル樹脂。

ナイロン等が良く、一方、ネガ帯電トナー系の場合、ポ
リフッ化エチレン系樹脂１石英ガラス等が良好である。

しかし、これらの窓材を用いた場合でも、現像剤中のト
ナートリボ電荷量が低い場合には、トナーが検知窓壁面
に付着してしまうので、現像剤としては、キャリアとの
摩擦帯電量の絶対値が１０μｃ／ｇ以上のものを併用す
ることでトナー付着を抑制することが可能となる。一方
、トナートリボ電荷量が４０μｃ／ｇを越えると、トナ
ーがキャリアから離れづらくなり、このため補給された
トナーがキャリアと接触できなくなり、帯電不十分なト
ナーが発生し、検知窓部材に付着し誤動作の原因となる
。

本発明に適用される現像剤において、その現像剤中のト
ナートリボ電荷量は以下のようにして測定される（第４
図参照）。先ず、測定しようとするトナーと現像剤とし
て使用するキャリアとの混合物を作る。

測定しようとするトナー及びキャリアを２５℃。

６０％Ｒ）Ｉの環境下に置いて、１２時間以上放置した
後、ポリプロピレン製のビンに入れ、６０回上下に激し
く振とう、ｆｆｌ拌する。

次に、底に５００メツシユ（磁性粒子の通過しない大き
さに適宜変更可能）の導電性スクリーン１３のある金属
製の測定容器１２にトナートリボ電荷量を測定しようと
するトナーとキャリアの混合物を入れ金属製のフタ１４
をする。このときの測定容器１２全体の重量を秤りＬ（
ｇ）とする０次に、吸引機１１（測定容器１２と接する
部分は少なくとも絶縁体）において、吸引口１７から吸
引し風量調節弁１６を調整して真空計１５の圧力を２５
０ｍｍＡｑとする。この状態で充分（約２分間）吸引を
行いトナーを吸引除去する。このときの電位計１９の電
位をＶ（ボルト）とする。ここで１８はコンデンサーで
あり容量をＣ（μＦ）とする。また、吸引後の測定容器
全体の重量を秤りＷ＊　（ｇ）　とする、このトナート
リポ電荷量Ｔ（μｃ／ｇ）は下式の如く計算される。

本発明は、一般のトナー／キャリアを用いる現像方法に
適用できる０例えば、二成分現像方法。

二成分ＡＣ現像方法、あるいは特開昭６２−６３９７０
号に示される方法等がある。また、トナー及びキャリア
に関しては、現像剤とした時のトナーの帯電量の絶対値
がｌＯ〜４０μｃ／ｇの範囲におさまる様な組合せの選
択が必要である０例えば、トナーに関しては、結着樹脂
としてポリスチレン、ポリ−ｐ−クロルスチレン、ポリ
ビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単量体、
スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−プ
ロピレン共重合体。

スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニル
ナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重
合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン
−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オ
クチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合
体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン
−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル−
アミノアクリル系共重合体、スチレン−アミノアクリル
系共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル
共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチ
レン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニ
ルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケ
トン共重合体。

スチレン−ブタジェン共重合体、スチレン−イソプレン
共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重
合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレ
イン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体、ポリ
メチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポ
リ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、
エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸
樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環
族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン
、パラフィンワックス等が単独或いは必要に応じて２種
以上組合せて使用できる。

上記トナーにおいては、”任意の適当な顔料や染料が直
鎖として使用可能である０例えば、カーボンブラック、
鉄黒、フタロシアニンブルー　群青、キナクリドン、ベ
ンジジンイエロー等公知の染顔料が用いられる。

また、庫ナーの帯電量の絶対値をｌＯ〜４０μｃ１ｇと
するために荷電制御剤として、アミノ化合物。

第４級アンモニウム化合物及び有機染料、特に塩基性染
料とその塩、ベンジルジメチル−ヘキサデシルアンそニ
ウムクロライド、デシル−トリメチルアンモニウムクロ
ライド、ニグロシン塩基、ニグロシンヒドロクロライド
、サフラニンγ及びクリスタルバイオレット等を添加し
ても良い。

また、キャリアとしては、基本的にはトナーの帯電量の
絶対値をｌＯ〜４０μｃ／ｇにする能力があるものが全
て使用できるが、例えば、鉄粉、フェライト、あるいは
これら磁性体の表面をアクリル樹脂、フッ素樹脂とアク
リル樹脂の混合物、あるいはシリコン樹脂等の樹脂でコ
ートしたものを用いることができる。また、必要に応じ
てトナー／キャリア以外の帯電補助剤を加えて、トナー
の帯電量の絶対値をｌＯ〜４０μｃ／ｇとしてもよい。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

医１１１１ スチレン−ブチルアクリレート−ジメチルアミノエチル
アクリレート共重合体（８５：１２：３）とアゾ系顔料
を主成分とするトナーと、スチレン−メタクリル酸メチ
ル（４５：　、５５．）を被覆したフェライトキャリア
を８７１００：の重量比で混合し、現像剤を作製した。

この現像剤のトナーの帯電量は、＋　２０．５μｃ／ｇ
であった。

上記スタート剤２５０ｇを本文中東２．３図で示されて
いるトナー濃度検知窓材にポリメチルメタクリレート樹
脂を用いた現像器に入れ、補給用トナーとして上記トナ
ーを用い、市販のキャノン製複写機ＮＰ−５５４０で低
温低湿（１５℃、　１０％ＲＨ）　、常温常温（２３℃
、６０％ＲＨ）　、高温高温（３２，５℃。

９０％ＲＨ）の三環境における複写を行った。

各環境とも１万枚の耐久中、Ｔ／Ｃ比は、スタート剤８
％設定に対して±１％の範囲内に収まっており、十分な
画像濃度（１，２０〜１．３０）を維持し、かつ、カブ
リのない良質の画像が得られた。耐久終了後、現像器を
解体し、トナー濃度検知窓を観察したところ、トナーの
付着は認められなかった。

去Ｊ１糺ｌ 実施例１と同様の処方でスタート剤２５０ｇを作り、セ
ンサー窓の材質をポリカーボネートに代え、実施例１と
同様な複写耐久を行ったところ、三環境とも初期から１
万枚まで十分な濃度（反射濃度１．２０〜１．３０）を
維持し、カブリ等の画像劣化も起こらなかった。また、
耐久後現像器を解体し、トナー濃度検知窓を観察したと
ころ、トナーの付着は認められなかった。

之較■ユ トナー濃度検知窓材をポリフッ化エチレン樹脂に変えた
現像器を用いること以外、実施例１と同様にして複写を
行ったところ、三環境ともセンサー窓にトナー付着が発
生し、トナー濃度検知装置が誤作動したため、１千枚で
画像濃度が０．６５〜０．５３まで低下した。

比較例２ スチレン−ブチルアクリレート（７５：　２５）を主バ
インダーとし、アゾ系顔料と荷電制御剤として、第４級
アンモニウム塩をバインダー全量に対して２ｗｔ％添加
したトナーと、実施例１で用いたキャリアを８　：　１
００の重量比に混合し、トナーの帯電量＋７，２μｃ／
ｇの現像剤を作製した。この現像剤をスタート剤として
、実施例１と同様の実機耐久を行ったところ、２３℃／
６０％の環境下では、トナー濃度検知窓にトナー付着は
殆どなく、正常であったが、１５℃／１０％の環境下で
は、耐久５００枚で画像濃度が０．６２まで低下した。

現像器を解体して、トナー濃度検知窓を調べたところ、
トナー付着が認められ、トナー濃度検知装置が誤動作し
た結果、濃度低下したことが判明した。

実施例３ ポリエステル樹脂と青顔料（銅フタロシアニン）を主成
分とするトナーと、フッ化ビニリデン−テトラフルオロ
エチレン共重合体（７５：２５）とスチレン−メタクリ
ル酸メチル共重合体（４５：５５）の混合樹脂を被覆し
たフェライトキャリアを６　：　１００の重量比で混合
し、現像剤を作製した。

この現像剤の帯電量は、−２８，１μｃ／ｇであった。

この現像剤２５０ｇをスタート剤として、本文中東２．
３図で示されているトナー濃度検知窓材にテフロンシー
トを用いた現像器に投入し、キャノン製複写機ＮＰ６６
５Ｇに適用して実施例１と同様の耐久試験を行ったとこ
ろ、良好な結果が得られ、１万枚耐久後の現像器を解体
し、トナー濃度検知窓材を調べたところ、トナー付着は
認められなかった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のトナー濃度検知装置によ
れば、トナーが当該検知部分に付着することを有効に阻
止することができ、特別な付帯機構を要することなく、
簡単な構成、かつ、高精度でトナー濃度の検知が可能と
なり、濃度を正確に管理することができ、良質の画像を
提供するのに効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用するに適した現像装置の側断面
図であり、第２図は搬送スクリュ一部を示した断面図で
あり、第３図は、本発明に係るトナー濃度検知手段を示
した図である。第４図は、本発明に係るトナートリボ電
荷量を測定する装置を示した図である。 １・・・トナー供給部　　　２・・・現像剤収容部３・
・・トナー搬送部材　　３ａ・・・トナー補給開口４．
５・・・スクリュー　　４ａ、　５ａ・・・チューブ部
材５ｂ・・・検知窓　　　　　　７・・・現像剤担持部
材７ａ・・・固定マグネットローラ ７ｂ・・・非磁性スリーブ　　８・・・開口部９・・・
トナー濃度検知手段 ９ａ・・・光源　　　　　　　９ｂ、　９ｃ・・・セン
サー１１・・・吸引機 １３・・・導電性スクリーン １５・・・真空計 １７・・・吸引口 １９・・・電位計 １２・・・測定容器 １４−・・フタ １　Ｂ−・・風量調節弁 １８・・・コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トリボ電荷量の絶対値が１０μｃ／ｇ乃至４０μｃ／ｇ
   であるトナーと、磁性キャリアとから成る二成分系現像
   剤を用いる画像形成装置用現像装置に具備されるトナー
   濃度検知装置において、前記トナーとキャリアの搬送部
   位に、少なくとも濃度検知部位が前記トナーと同極性に
   帯電する材料で形成されていることを特徴とするトナー
   濃度検知装置。