JPH0578837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はトナー濃度検出装置に関し、特にキ
ヤリアとトナーとが静電的に吸着した２成分系現
像剤中のトナー濃度を検出する装置に関する。

（従来技術） ２成分系現像剤において、安定した画質を得る
ためには、現像剤中のトナー濃度を安定させる必
要がある。すなわち、現像剤中のトナー粒子は、
感光体に形成された静電潜像の静電気力によつて
画像部分に付着して消費される。したがつて、現
像剤に含まれるトナーの量は複写を行なう毎に消
費されて次第に減少し、現像剤中のトナー濃度が
低下する。そのために、適宜トナーを補給して最
適なトナー濃度に保持することにより、画質を安
定させることが必要である。

このような背景から、現在では、現像剤の種々
の特性を利用してトナー濃度やトナー帯電量を制
御しようとする技術が提案されている。特公昭60
−18062号公報には、検出コイルの近くをキヤリ
アが通過するときコイルのインダクタンスが変化
することを利用してトナー濃度の変化を検出して
いる。特公昭58−49867号公報では、トナー濃度
が小さいときは電流が大きくすなわち抵抗が小さ
いことを利用して電気抵抗法によつてトナー濃度
の変動を検出している。実公昭57−22182号公報
では、現像剤の表面レベルの低下を機械的に検出
してトナー量の変動を検出する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のいずれの従来技術も、十
分に満足できるものではなく、或る場合には構成
が複雑で、信頼性が低いという問題がある。

さらに、たとえば、特開昭53−92138号には、
現像位置から戻された現像剤を漏斗状のセンサに
溜め、そのセンサ内の電荷によつてコンデンサに
生じる電圧を検出し、それによつてトナー濃度を
制御するトナー濃度制御装置が開示されている。
しかしながら、この従来技術においては、現像位
置から戻される現像剤の全てが漏斗状のセンサ内
に溜められるわけではなく、その一部がサンプリ
ング的に溜められるだけである。したがつて、検
出されたトナー濃度が必ずしも全体のトナー濃度
を正確に反映しているとはいえず、信頼性の点で
未だ十分とはいえない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な
構成によつて信頼性の高い、トナー濃度検出装置
を提供することである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、簡単にいえば、現像室内に、現像
位置から戻された全ての現像剤がそこを通過でき
るようにメツシユ導体を配置し、このメツシユ導
体を接地し、現像位置から戻される現像剤がメツ
シユ導体を通過するときに導体に流れ込む電荷量
によつてトナー濃度を検出するようにした、トナ
ー濃度検出装置である。

（作用） 現像位置から戻された全ての現像剤はメツシユ
導体に接触する。したがつて、現像剤に帯電され
ている電荷がこのメツシユ導体を通してアースに
流れ込む。トナーの量が多いときには帯電電荷は
小さくなり、逆にトナー濃度が小さいと帯電電荷
量が大きくなる。したがつて、メツシユ導体に流
れ込む電荷量がトナー濃度に密接に相関し、その
ために、メツシユ導体に流れ込む電荷量を検出す
ることによつて、現像剤中のトナー濃度を検出す
る。

（発明の効果） この発明によれば、現像中の現像剤の帯電量を
メツシユ導体を用いて直接検出するようにしてい
るため、ブローオフ法のように実際の現像方法と
は相関関係がない検出方法に比較して、信頼性が
高い。さらに、メツシユ導体は現像位置から戻さ
れる全ての現像剤がそこを通過するようにされて
いるため、現像剤中の平均的なトナー帯電電荷量
が検出されるので、先に挙げた特開昭53−92138
号に開示されているようにサンプリング的にトナ
ー濃度を検出するものに比べて、誤差が少なく、
信頼性がさらに高い。

さらに、この発明においては、メツシユ導体が
接地されているため、現像位置から戻された現像
剤のキヤリアの帯電電荷がアースに放電され、キ
ヤリアとトナーとの付着力が弱められ、両者が開
放される。換言すれば、この発明によれば現像位
置から戻される現像剤のキヤリア電荷が全て中和
されるため、現像剤の経時変化や環境条件の現像
剤に与える影響を阻止できる。すなわち、現像剤
を繰り返し使用してもキヤリアがトナーでカバー
されることもなく、現像剤の疲労やスペント化が
防止でき、現像剤が長寿命化し、長期にわたつて
安定したコピー画質が得られる。さらに、温度や
湿度等の環境条件が現像剤特性に与える影響を緩
和することができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴お
よび利点は、図面を参照して行なう以下の実施例
の詳細な説明から一層明らかとなろう。

（実施例） 一般に現像剤中のトナー濃度が高くなると、コ
ピー濃度は高くなるが、コピー画像の白地になる
べきところにまでトナーが付着するいわゆる“か
ぶり”と呼ばれる現象を生じ、コピー画質が低下
する。反対に、トナー濃度が低くなると、画像全
体が薄くなつて細部や黒べた部分が忠実に再現さ
れなくなり、そのうえ、トナー濃度が高い場合と
同様に“かぶり”の現象が見られる。このように
電子複写機の現像プロセスでは、キヤリアにより
感光体に運ばれるトナー量は、トナー濃度に大き
く左右される。

トナー濃度が比較的高いと、キヤリア粒子は多
量のトナーで覆われることになる。その結果、
個々のトナーはキヤリアと摩擦接触するチヤンス
が少なくなり、それ程強く帯電されない。その結
果、現像時には多量のトナーが感光体に移動する
が、その移動付着したトナーの保有電荷密度が小
さい。したがつて、コピー濃度は高いがトナーと
キヤリアとの静電気的な吸引力が低すぎるため、
現像剤の混合、攪拌および搬送中にトナーが機内
に飛散したり、潜像面の非画像部に付着して“か
ぶり”の原因となつたりする。

逆に、トナー濃度が比較的低いと、キヤリアに
よるトナーへの帯電付与のチヤンスが高くなり、
その結果トナーが得る帯電量が大きくなり、コピ
ー画質は薄く、トナー濃度の不足現象が見られ
る。これは、トナーが保有する帯電量が大きい場
合は、トナーとキヤリアとの静電気的な吸引力が
大きくなりすぎ、静電潜像の方へトナーが移行さ
れにくくなるからである。すなわち、単位電荷量
当たりのトナー量が少ないためにコピー濃度が薄
くなるのである。そのうえ、キヤリアから離れや
すいトナーすなわち現像剤中の弱帯電トナーまた
は非帯電トナーによつて見掛け上現像される現象
を呈し、画像濃度は薄く“かぶり”がみられる。

これらのことから、トナーに付与される帯電量
には、第３図に示すような上限と下限とがあり、
良好な画質を得るには、この帯電量を一定の範囲
に保つ必要がある。この発明は、このような帯電
量を検出して、それに基づいてトナー濃度を検出
し、必要に応じて、トナーを適宜補給するように
したものである。

第１図はこの発明の一実施例の要部を示す図解
図である。第２図は第１図実施例の主として電荷
の流れを説明する概念図である。

現像装置１０は、感光体ドラム１２の近傍に配
置される現像剤室１４を含む。この現像剤室１４
内にはキヤリア１６およびトナー１８からなる２
成分系現像剤が収容されている。すなわち、キヤ
リア１６とトナー１８とはアジテータ２２によつ
て攪拌され、それによつてキヤリア１６とトナー
１８とは摩擦帯電し、静電気力によつて互いに吸
引し、キヤリア１６の表面にトナー１８が付着す
る。その状態の現像剤が磁気ブラシ２２とスリー
ブ２４とによつて感光体ドラム１２の潜像面に搬
送される。このときスリーブ２４の表面に付着し
た現像剤の穂立の高さが、ブレード２６によつて
調整される。

感光体ドラム１２の表面に搬送されたトナー１
８は潜像電荷によつて感光体ドラム１２表面に付
着し、一方キヤリア１６の逆極性の電荷は一部ス
リーブ２４を介してアースに放電される。しかし
ながら、大部分のキヤリア１６とトナー１８との
一体物すなわち現像剤はそのまま元の現像剤室１
４内に戻され、再び使用される。

スリーブ２４の近傍には、そのスリーブ２４に
付着した現像剤を掻き落とすためのスクレーパ２
８が設けられる。このスクレーパ２８には、一体
的に、メツシユ導体３０が設けられる。スリーブ
２４は感光体ドラム１２の幅と同じ程度の幅を有
し、スクレーパ２８すなわちメツシユ導体３０も
スリーブと同じ程度の幅を有し、したがつて現像
位置から戻された現像剤はすべてメツシユ導体３
０にもたらされる。メツシユ導体３０は抵抗３２
を通してアースに接続される。この抵抗３２に関
連して検出回路３４が設けられる。この検出回路
３４の検出に応じてトナー補給用モータ３６が制
御される。

トナー補給用モータ３６は、現像剤室１４の上
方に設けられたトナーホツパ３８からトナー１８
を現像剤室１４中に補給するために、補給ローラ
４０を駆動する。

スリーブ２４の表面からスクレーパ２８によつ
て掻き落とされた現像剤は、メツシユ導体３０の
メツシユ部分を通過するが、このときメツシユ導
体３０に接触するため、現像剤のキヤリア１６の
帯電電荷がこのメツシユ導体３０に流れ込む。こ
の流れ込んだ電荷が抵抗３２を通してアースに流
れる。したがつて、抵抗３２には、導体３０に流
れ込む電荷量に応じた電圧が発生する。

トナー濃度が一定ならばトナー１８に付与され
ている帯電量が一定であり、したがつて抵抗３２
に流れる電流すなわち抵抗３２の両端電圧は一定
となる。この電圧はトナー帯電量すなわち現像剤
に付与された摩擦電荷の関数であるから、トナー
濃度とトナー帯電量との関係を示す第４図および
第５図から、抵抗３２の両端電圧がトナー濃度の
関数となる。したがつて、この電圧を検出するこ
とによつてトナー濃度を検出し、そのトナー濃度
に応じてモータ３６を制御してやれば、現像剤室
１４中のトナー帯電電荷量がついには一定にな
り、安定した画質を得ることができる。

第６図を参照してより詳しく説明する。現像剤
に付与されている電荷量は、上述のように、アー
スに接続されたメツシユ導体３０を経てアースに
放電されるとき、このメツシユ導体３０に接続さ
れている抵抗３２の両端に生じる電圧として検出
することができる。この抵抗３２の両端電圧は、
検出回路３４を構成するオペアンプ４２によつて
増幅されて比較器４４の（＋）入力に与えられ
る。比較器４４の（−）入力には可変抵抗４６に
よつて決まる基準電圧Voが与えられる。この比
較器４４の出力がトランジスタ４８のベースに与
えられる。トランジスタ４８の電流経路には駆動
用モータ３６が接続されている。

トナー濃度が低い場合、トナー帯電量は大き
く、したがつて抵抗３２の両端電圧は大きくな
る。逆にトナー濃度が高くなればその電圧は小さ
くなる。したがつてメツシユ導体３０を通過する
現像剤の量が一定であれば、抵抗３２の両端の電
圧が高いときにはトナー濃度が小さく、また電圧
が低ければトナー濃度は大きいと判断することが
できる。

トナー濃度が所定の基準濃度より大きい場合、
比較器４４（＋）入力に与えられるオペアンプ４
２の電圧Vtcは基準電圧Voより小さい。したが
つて、この比較器４４の出力はローレベルのまま
であり、トランジスタ４８はオフされ、モータ３
６は消勢される。

逆に、トナー濃度が所定の標準濃度より小さい
場合、抵抗３２の両端電圧すなわちオペンアンプ
４２の出力電圧Vtcは基準電圧Voより大きくな
る。したがつて、比較器４４の出力はハイレベル
となり、トランジスタ４８はオンされ、モータ３
６は付勢される。応じて、トナーホツパ３８に設
けられた補給ローラ４０が回転され、したがつて
トナーホツパ３８からトナー１８が現像剤室１４
中に補給される。

なお、希望のトナー濃度は、基準電圧Voを設
定するための可変抵抗器４６を調整することによ
つて、任意に設定することができる。

また、トナーの保有電荷密度は、キヤリアとの
摩擦によつて形成されるものであり、しかもこの
摩擦帯電性が相対的湿度によつて著しく影響を受
けることおよび現像剤の保持した電荷の漏洩の程
度も装置の材料や環境条件等の諸条件で異なるこ
とから、常に一定の保有電荷密度をトナーに期待
するのは困難である。

たとえば、相対湿度が低い場合は、摩擦帯電性
がよくなり、トナーの保有電荷密度が高くなつて
コピーされた画像からはトナー不足の現象がみら
れる。これは、トナーの保有電荷密度が大きいと
きはトナーとキヤリアとのクーロン力が大きくな
り、その結果静電潜像の方へトナーが移行されに
くくなるからである。

逆に相対湿度が高い場合、摩擦帯電性は悪くな
り、トナー濃度が適正な状態にあつてもオーバト
ナー現象を呈し、“かぶり”や機内飛散が見られ
る。さらに湿度が高くなり、結露状態に至つた場
合、従来の電気抵抗を利用する方法たとえば特公
昭58−49867号公報に開示されているものや現像
特性を利用した方法たとえば特開昭54−143144号
公報などに開示されるものでは、トナー濃度が不
足していると判断してトナーが補給され、結局オ
ーバトナーなどのトラブルを起こすことがある。

これに対して、この実施例によれば、トナー消
費量の変化に拘わらず、トナーの保有電荷密度の
変化に追従してトナー濃度を制御することができ
るため、いろいろな条件が異なつても、終始良好
な現像画質および一定の画像濃度が期待できる。

上述の実施例のように、メツシユ導体３０をア
ースに接続すれば、さらに次のような利点が期待
できる。

現像剤中のトナー粒子は静電潜像の静電気力に
よつて画像部分に付着して消費されるが、キヤリ
ア粒子は消費されずにそのまま繰り返し使用され
る。その結果、その現像剤を長期間にわたつて使
用すると、現像に寄与しないトナーいわゆるスペ
ントトナーがキヤリアの表面に固着ないし融着す
るようになり、トナーを摩擦帯電させるべきキヤ
リアの能力が低下して現像画像の濃度の低下や
“かぶり”を発生するなど画質に悪影響を与える。
したがつてこのような現像剤はそのような悪影響
を生じるより前に余裕をもつて定期的に新しい現
像剤と交換する必要がある。すなわち、電子複写
機のメインテナンスにおいて現像剤の安定化とロ
ングライフ化が大きな課題となる。

より詳しく説明すると、現像サイクルにおいて
キヤリアを繰り返し使用すると、キヤリアには消
費されたトナーとは逆極性の電荷、すなわちトナ
ーが負に帯電している現像システムでは正の電荷
が残留する。この状態を繰り返していると、スペ
ントトナーなどによつてキヤリアの残留電荷が中
和されにくくなり、残留電荷が次第に蓄積され、
この状態で現像が続けられる場合には、残留電荷
によつてトナーが潜像部に付着しにくくなつて、
得られるコピーのコントラストが悪くなる。すな
わち、現像剤の疲労はキヤリアの帯電電荷量が増
すことによつて起こり、キヤリアの帯電電荷量が
多くなるにしたがつてトナーとキヤリアとの静電
的なクーロン力による引力が増し、その結果キヤ
リアからトナーが離れにくくなる。そのため、現
像しにくくなるばかりでなく、キヤリア表面がト
ナーで覆われるため、新しいトナーが十分に摩擦
帯電されずに不安定な帯電状態となり、コピー画
質が悪くなるのである。

また、キヤリア表面とトナーとが接触しても、
摩擦帯電が起きにくくなるばかりでなく、キヤリ
アの電荷がトナーに転移して逆帯電トナーをも発
生してしまう。

ところが、第１図実施例によれば、このような
現像剤の疲労を有効に防止できる。すなわち、再
び現像剤室１４に戻された現像剤は、スクレーパ
２８によつてメツシユ導体３０を接触しながら通
過する。このメツシユ導体３０は抵抗３２を通し
てアースに接続されているため、現像剤がメツシ
ユ導体３０に接触するとき、その現像剤すなわち
キヤリアに帯電されている電荷が放電され、キヤ
リアの残留電荷が殆どなくなる。したがつて、回
収された現像剤がメツシユ導体３０を通過すると
き、キヤリアの帯電電荷がアースに放電されてキ
ヤリアの帯電電荷量が減少され、キヤリアとトナ
ーとの付着力が弱くなり、両者は開放される。そ
のため、キヤリアの表面にトナーが付着したまま
の状態がなく、キヤリアとトナーとは常に、次の
摩擦の段階で、未帯電の状態でお互いに接触する
ことができる。したがって、現像剤を繰り返し使
用していても、現像剤の疲労やスペント化が防止
できるのである。すなわち、画質濃度の低下や地
肌部分の濃度の上昇あるいは機内飛散などがなく
なり、長期にわたつて安定した高品質の画質が得
られる。

このことが第６図および第７図で示されてい
る。すなわち、第１図実施例によれば、コピーボ
リユームに対する現像剤の帯電量の上昇やスペン
トトナーの発生が、従来（ここでは現像剤の表面
レベルを検知するものを示す）に比べて抑制され
るため、長期間にわたつて安定して使用すること
ができる。そのために、メインテナンスサイクル
や現像剤の交換サイクルを長くすることができ、
メインテナンスが簡便になる。

さらに、メツシユ導体３０を用いるため、現像
剤中に混入したごみや紙くずあるいは凝集したト
ナーの固まりをフイルタでき、現像剤層の乱れが
抑制され、より一層安定した画質が得られる。

なお、メツシユ導体３０のメツシユの大きさ
は、キヤリア１６の粒径よりも大きくなければな
らないことは勿論である。また、ごみなどの除去
も併せて考えるならば、そのようなメツシユの大
きさはスリーブ２４とスクレーパ２８との間のギ
ヤツプよりも小さくなければならないであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図解図であ
る。第２図は第１図実施例の主として電荷の流れ
を説明するための概略図である。第３図はトナー
濃度とトナーの帯電量との関係を示すグラフであ
る。第４図および第５図はトナー濃度と抵抗に生
じる電圧との相関を示すグラフである。第６図は
この発明の好ましい実施例を示す回路図である。
第７図および第８図は、それぞれ、コピーボリユ
ームに対する帯電量およびコピーボリユームに対
するスペントトナー量を従来と比較して示すグラ
フである。 図において、３０はメツシユ導体、３２は抵
抗、３４は検出回路、３６は補給用モータ、４０
は補給用ローラを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ キヤリアとトナーとが静電的に吸着した現像
   剤が溜められる現像剤室、 前記現像剤室に、現像位置から戻された全ての
   現像剤が接触しながら通過するように設けられ、
   かつ接地されたメツシユ導体、および 前記メツシユ導体に流れ込む電荷量によつて現
   像剤中のトナー濃度を検出するための検出手段を
   備える、トナー濃度検出装置。