JPS5975268A - トナ−濃度調節方法及び装置 - 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】 本発明は、トナー濃度調節方法及びそのための装置に関
するもので、より詳細には、二成分系磁性現像剤を実際
に現像に用いる磁気ブラシ上でトナー濃度を正確に且つ
広い範囲内で自由に調節する方法及び装置に関する。

電子写真法や静電記録法では、感光体乃至は記録体上に
静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤と接触させて
静電潜像に対応する可視像を形成させる。この静電潜像
用の現像剤としては、現像操作の容易さから、鉄粉等か
ら成る磁性キャリヤと顔料を内部に分散した樹脂バイン
ダー粒子等から成る顕電性トナーとを混合した二成分系
現像剤が最も広く使用されている。この二成分現像剤を
混合するとトナー粒子が固有の電荷に摩擦帯電されて、
磁性キャリヤ表面に保持される。この二成分糸現像剤を
磁気ブラシの形で静電潜像を有する基体と摺擦させると
、トナー粒子が静電潜像に吸引されてトナー像が形成さ
れることになる。

二成分系現像剤は、このように、現像操作が容易でしか
も形成される画像の品質も概して良好であるという利点
を有するが、その反面現像剤中のトナー濃度が現像操作
の継続に伴って低下し、その濃度を一定に調節すること
が困難であるという問題がある。即ち、現像剤中のトナ
ー濃度が低下すると形成される画像濃度もこれに伴なっ
て低下し、一方トナー濃度が高すぎるとバックグラウン
ド（非画像部）へのトナー付着や磁気ブラシローラから
のトナー飛散等のトラブルが生じるようになる。

このため、二成分系現像剤中のトナー濃度の低下を、画
像濃度の低下により、また現像剤のインダクタンスの変
化や現像剤の体積の変化等により検出し、人手でトナー
の補給を行っている。しかしながら、人手によるトナー
の補給では、トナー濃度が段階的に変化し、現像剤中の
トナー濃度を一定の設定値に調節することが困難となる
。更に、トナー濃度を検出し、この検出信号に基づいて
トナーの補給を自動的に行なうようにした装置も知られ
ているが、このような装置は複雑な検出制御系を必要と
し、価格が高価なものとなるのを免れないと共に、その
トナー濃度調節もやはり段階的なものとなるのを免れな
い。

しかも、これら公知のトナー濃度調節機構では、二成分
系現像剤中のトナー濃度が設定値よりも高くなった場合
に、トナー濃度を低下させるという機能は到底達成でき
なかった。

従って、本発明の目的は、二成分系現像剤中のトナー濃
度を簡便な手段でしかも自動的且つ連続的に調節し得る
方法及び装置を提供するにある。

本発明の他の目的は、二成分系現像剤中のトナー濃度を
、広範囲の中の任意の設定値に自由に調節し得る方法及
び装置を提供するにある。

本発明の更に他の目的は、現像スリーブ」二の磁気ブラ
シ上で局部的なトナーの消費による濃度低下が生じた場
合にも、このトナー濃度低下部分に対して、全体として
のトナー濃度が一様となるように、トナーの供給が行わ
れるトナー濃度調節方法及び装置を提供するにある。

本発明の更に他の利点は、明細書の以下の記述より明白
となろう。

本発明によれば、磁性キャリヤと顕電性トナーとの混合
物から成る磁気ブラシを支持体上に形成し、この磁気ブ
ラシを前記顕電性トナーを支持するメツシュ・スクリー
ンと摺擦させると共に、前記支持体とメツシュ・スクリ
ーンとの間にバイアス電圧を印加することを特徴とする
二成分系現像剤中のトナー濃度の調節方法が提供される
。

本発明によれば更に、導電性の非磁性材料から成る支持
体と該支持体内部に組込まれた多数の磁極を備えた磁石
とから成り且つその少なくとも一方が可動に設けられた
、磁性キャリヤと顕電性トナーとの混合物から成る磁気
ブラシを形成し且つ搬送するための機構；上面側か顕電
性トナーを支持し且つ下面側が前記磁気ブラシと摺擦す
るように配置された導電性材料から成るメツシュ・スフ
５− リーン；及び前記支持体とメツシュ・スクリーンとの間
にバイアス電圧を印加するためのバイアス圧印加機構か
ら成ることを特徴とする二成分系現像剤中のトナー濃度
調節装置が提供される。

本発明を、以下添付図面に示す具体例に基づいて詳細に
説明する。

本発明を説明するための第１図において、アルミの如き
非磁性材料から成るスリーブ１の内部には、多数の磁極
を有する磁石ロール２が収容されており、これらスリー
ブ１と磁石ロー／Ｉ／２とは、それらの少なくとも一方
が回転し得るように機枠（図示せず）に支持されている
。

スリーブ１０表面には、磁性キャリヤと顕電性トナーと
の混合物から成る二成分系現像剤の磁気ブラシ６が形成
されている。このスリーブ１に近接して電子写真感光層
４を有する回転ドラム５が設けられている。スリーブ１
上の磁気ブラシ６は、スリーブ１０回転成いは磁石ロー
ル２０回転に伴なって、例えば図において矢印方向に移
動し、感光層４表向と摺擦して感光層４の静電潜像６に
対６− 応してトナー像７が形成されることになる。

本発明によれば、スリーブ１上の磁気ブラシ６をメツシ
ュ・スクリーン８と摺擦させる。磁気ブラシ６とメツシ
ュ・スクリーン８との摺擦状態を拡大して模式的に示す
第２図において、メツシュ・スクリーン８は、メツシュ
開口９と導電性のメツシュ・ストランド乃至は遮蔽部１
０とを有しており、一方磁気ブラシ６は、表面にトナー
粒子１１を静電的に吸着保持している磁性キャリヤ１２
が房状に且つ連鎖状に連なった構造となっている。

このメツシュ・スクリーン８の上側にはトナー粒子１１
のみが収容されてトナー溜め１３を形成しており、一方
メッシュ・スクリーン８の下側には磁気ブラシ６のみが
位置しているが、メツシュ開口９の大きさによっては、
磁気ブラシ乙の先端がメツシュ開口９から上側に突出し
ている場合もある。

本発明によれば、第１図に示すように、このメツシュ・
スクリーン８と磁気ブラシ支持体、即ちスリーブ１との
間にバイアス電圧を印加する。このために、バイアス電
圧印加用の電圧調節可能な可変直流電源１４が設けられ
、この電源１４は双投二極スイッチの接点Ｓ１及び結線
１５を介してメツシュ・スクリーン８に、また前記スイ
ッチの接点Ｓ２及び結線１６を介してスリーブ１に接続
される。かくして、スリーブ１を基準にして、メツシュ
・スクリーン８にはスイッチの切換により正のバイアス
電圧を印加し、或いは負のバイアス電圧を印加し、しか
もこのバイアス電圧の大きさも自由に調節し得るように
なっている。

本発明においては、磁気ブラシ３とメツシュ・スクリー
ン８とを摺擦させると、磁気ブラシを形成している二成
分系現像剤中のトナー濃度に対応して、メツシュ・スク
リーン８を通してのトナー粒子１１の吸込み或いはトナ
ー粒子１１の吐出しが行われること、及びこの際磁気ブ
ラシを支持するスリーブ１とメツシュ・スクリーン８と
の間にバイアス電圧を印加すると、このバイアス＊、ｒ
ｒｂの極性及び電圧の大きさに応じてこのトナー移動−
。

及びトナー移動が実質上ゼロとなる磁気ブラシ中のトナ
ー濃度（以下単に基準濃度Ｃ５と呼ぶことがある）が変
化することの新規知見を利用するものである。

正の静′ｋｉＬ宿像現像用の二成分系現像剤中のトナー
濃度（Ｃ）とメツシュ・スクリーンを通してのトナー移
動量（Ｍ）との関係をバイアス電圧との関連のもとに示
す第６図において、トナー移動量のプラスは、メツシュ
・スクリーン８上のトナー面め１６から該スクリーン８
を通して磁気ブラシ６へのトナー移動を示し、一方マイ
ナスは、磁気ブラシ６からスクリーン８を通してのトナ
ー溜め１６へのトナー移動を示す。かくして、第６図の
原理図を参照すると、先ず、二成分系現像剤のトナー濃
度（Ｃ）が成る基準濃度Ｃｓよりも低い場合には、トナ
ー溜め１６からスクリーン８を通して磁気ブラシ６への
トナー移動が生じ、一方トナー濃度がこの基準濃度ＣＳ
よりも高い場合には、逆に磁気ブラシ６からスクリーン
８を通してトナー溜め１６へのトナー移動を生じ、しか
もトナー濃度が基準濃度Ｃ５に等しいときには、スクリ
ー９− ン８を通してのトナー移動を生じないという事実が明ら
かとなる。また、正の潜電潜像用二成分現像剤の場合、
スリーブ１を基準にしてメツシュ・スクリーン８に対し
てマイナスのバイアス直圧を印加すると前述した基準濃
度Ｃ５が高濃度側に移行すると共に、スクリーン８を介
してのトナー移動量も著しく増大し、またスリーブ１を
基準にしてメツシュ・スクリーン８に対してプラスのバ
イアス電圧を印加すると基準濃度Ｃｓが低濃度側に移行
すると共にスクリーン８を介してのトナー移動量も顕著
に減少させることが可能となる。

更に、第４図、第５図及び第６図は、磁気ブラシ中のト
ナー濃度と経過時間との関係を示す線図であって、これ
らの線図中、曲線Ａは磁気ブラシ中の初期トナー濃度が
基準濃度Ｃ５よりも高かった場合、曲線Ｂは磁気ブラシ
中の初期トナー濃度が基準濃度Ｃ８よりも低かった場合
における夫々濃度変化を示す。更に、第４図はスリーブ
基準のメツシュ・スクリーンへの印加電圧が０ボルトの
場合、第５図はこの印電圧が一１５０ボルトの場１０− 合、第６図はこの印加電圧が＋１００ボルトの場合を夫
々示す。これらの図面から、トナー濃度（Ｃ）が基準値
Ｃ８よりも高い濃度（曲線Ａ）にある場合も、トナー濃
度（Ｃ）が基準値Ｃ５よりも低い濃度（曲線Ｂ）にある
場合にも、時間の経過と共に基準濃度Ｃｓに収束するこ
と及びこの収束する基準濃度Ｃ８はバイアス電圧がマイ
ナス側では高濃度側にあり、プラス側では低濃度側にあ
ることが明白となる。

以上の事実から、本発明によれば、スリーブ１上の現像
剤磁気ブラシ６と摺擦するメツシュ・スクリーン８にバ
イアス電圧を印加し、この現像剤が正電荷潜像用のトナ
ーを含有する場合には、バイアス電圧をマイナス側に大
きくすることによって、磁気ブラシ中のトナー濃度を高
濃度側に移行させ、またこのバイアス電圧をプラス側に
移行させることによって磁気ブラシ中のトナー濃度を低
濃度側に移行させ得ることが明らかとなる。

勿論、用いる二成分系現像剤が負電荷潜像用のトナーを
含有する場合には、上記と逆に、バイアス電圧をプラス
側に大きくとることによって磁気ブラシ中のトナー濃度
を高濃度側に移行させ、またバイアス電圧をマイナス側
に移行させることによってこのトナー濃度を低濃度側に
移行させることが可能となる。

かくして、本発明によれば、バイアス電圧の大きさを調
節し、必要あればその極性をも変化させることによって
、磁気ブラシ中のトナー濃度を、かなり広い範囲の中で
、任意の選定された濃度に、正確にしかも自動的且つ連
続的に調節し得るという利点が達成される。

更に、一定の巾の感光層と現像スリーブとを、この巾よ
りも狭い巾の原稿の複写に長時間使用し、次いで一杯の
巾の原稿の複写に使用する場合、或いは巾方向の一定の
部分に像が偏在する原稿の複写を長時間行い、次いで巾
方向全体にわたって像が一様に存在する原稿を複写する
場合等には、現像スリーブのトナーが消費された部分で
は、トナー濃度の低下により濃度の低い画像形成が行わ
れ、それ以外の部分ではトナー濃度が高すぎてカブリを
生じるという欠点を招き易い。

これに対して、本発明によれば現像スリーブ上の磁気プ
ラン上で局部的なトナー消費による濃度低下が生じた場
合にも、この濃度低下部分に対して、第６図等から明ら
かな通り、選択的にトナー補給が行われ、磁気ブラシ全
体にわたってのトナー濃度を一様に保つことが可能とな
るものである。

本発明において、メツシュ・スクリーン８を通しての磁
気ブラシ６からのトナーの吐出しゃ磁気ブラシ６へのト
ナーの吸込みが行われること及びこれらが更にメツシュ
・スクリーン８へのバイアス電圧によって変化すること
の正確な理由は未だ解明されるに至っていないが、本発
明者等はこの理由を次のように推測している。即ち、顕
電性トナー粒子１１が静電気力で磁性キャリヤ１２の表
面に吸着保持されて磁気ブラシ６を形成していることは
既に前述した通りであるが、メツシュ・スクリーン８は
、その開口９を通して磁気ブラシ６を形成している磁性
キャリヤ１２とトナー溜り１６内のトナー粒子１１との
接触及び相互摩擦を可能にすると共に、そのメツシュ・
ストランド乃至は遮蔽部１０によって、磁気ブラシ６中
のトナー粒子１１を削り取るスクレーバー的作用を行う
ものと信じられる。かくして、磁気ブラシ中のトナー濃
度が低い場合には、メツシュ開口を通して磁気ブラシ中
にトナー粒子１１が静電的に吸引され、逆にトナー濃度
が高い場合には、過剰のトナー粒子が磁気ブラシ６から
削り取られてメツシュ・スクリーン上に貯留されるもの
と認められる。また、正の静電潜像用のトナーの場合、
当然このトナー粒子は負に帯電しているが、メツシュ・
スクリーン８に負のバイアス電圧を印加するときには、
このメツシュ・スクリーン８がトナー粒子１１を逆極性
のスリーブ１側乃至キャリヤー１２側に押しやるように
反撥力を加えることによって、メツシュ・スクリーン８
を介してのトナー吸込みが増大し、一方逆に正のバイア
ス電圧を印加するときには、負帯電したトナー粒子１１
店メツシュ・スクリーン８との間に吸引力が作用して、
メツシュ・スクリーン８へのトナー吸込みが抑制される
ものと認められる。

本発明に用いるメツシュ・スクリーン８のメツシュ開口
９の大きさは、少なくとも顕電性トナー１１の粒径より
も犬であるが、このメツシュ・スクリーン８上に顕電性
トナー１１を静置したとき、該トナー１１が重力によっ
て自由顛落下する太きさよりも小となるように定める。

このメツシュ開口９の具体的寸法は、トナー粒子の粒径
や流動性（安息角）によっても相違するので、−概に規
定することは困難である。

しかしながら、商業的に普通に使用されている二成分系
現像剤は、一般に粒径が１０乃至２００ミクロンの比較
的粗大な磁性キャリヤと、粒径が１乃至４０ミクロンの
比較的微細な顕電性トナー粒子とから成るものであり、
またこの顕電性トナー粒子は、混線・粉砕法により製造
された不定形の比較的流動性に乏しいものが多い。この
ような二成分系現像剤に対しては、５０乃至５００メツ
シユ（タイラー標準）、特に８０乃至２００メツシユの
スクリーンを使用すれば満足できる結果が得られること
がわかった。即ち、二成分系磁性現像剤においては、磁
性キャリヤとトナーとの合計量当り６乃至２０％のトナ
ーを含有するものが普通であるが、上述したメツシュ・
スクリーンを使用すると、トナーの基準濃度Ｃ８（第６
乃至６図参照）をほぼこの範囲に合致させることが可能
となる。

勿論、このトナーの基準濃度ｑは、バイアス電圧のみな
らず用いるスクリーンのメツシュサイズやスクリーンの
磁気ブラシへの摺擦の程度によっても若干変化する。一
般に、スクリーンのメツシュサイズが太き（なればこの
基準濃度Ｃ５は高濃度側に移行し、一方磁気ブラシへの
スクリーンの摺擦の程度が高くなるとトナーの基準濃度
は低濃度側へ移行する傾向が認められる。

本発明において、メツシュ・スクリーンとスソープとの
間に印加するバイアス電圧は、両者の間に放電破壊等の
トラブルカζ生じない範囲で自由に変化させ得るが、一
般にマイナス５００Ｖからプラス５００Ｆ、特にマイナ
ス２００Ｖからプラス２００Ｖの間で用いるのがよい。

本発明において、メツシュ・スクリーンとしては導電性
である限り、任意の材料から成るものを使用することが
できる。例えばスクリーンの材質としては、ステンレス
・スチール、真鍮、銅、ブロンズ、リン青銅、アルミ、
モネル等の非磁性金属材料；ニッケル、亜鉛メッキ鋼、
硬鋼等の磁性金属材料；導電処理したナイロン、ポリエ
ステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン樹脂、アクリ
ル、絹等の有機高分子材料を用いることができる。スク
リーンは、これらの材料から成る繊維或いは針金を、平
織、綾織等の形に織製した所謂織網でも良いし、また前
述した材料を打抜き（パンチング）して製造した打抜網
や、金属材料の電鋳法で製造した電鋳金網であってもよ
い。スクリーンの空間率、即ちスクリーンの全面積当り
のメツシュ開口部の面積の割合いは、一般的に言って、
２０乃至８０％、特に４０乃至７０％の範囲にあること
が、スクリーンの機械的強度乃至は耐久性と、濃度調節
の迅速性との兼ね合いから望ましい。

本発明のトナー濃度調節方法は、例えば静電潜１７− 像現像用の磁気ブラシローラに適用して直接現像剤中の
トナー濃度の調節に用い得る他、磁気ブラシによるクリ
ーニングローラに適用して、このクリーニング用磁気ブ
ラシからトナーを分離し或いはトナーを回収するのに用
い得る。

本発明によれば、以上説明した通り、単にメツシュ・ス
クリーンを磁気ブラシと摺擦させこのスクリーンと磁気
ブラシ支持体との間にバイアス電圧を印加するという簡
単な操作で格別の検出機構や格別の制御機構等を必要と
せずに、トナー濃度の調節が自動的にしかも正確に行わ
れるという著大な利点がある。

本発明を次の例で説明する。

実験１゜ 底部に、２０ヨ×１２．０真鍮製１００メツシユのスク
リーンメツシュを設けた測定用の容器を試作し、この容
器の中に０，５Ｉのトナーを入れ、トナー濃度を低めに
設定した二成分現像剤のマグネットブラシの穂に、適度
に接触せしめ、初期の容器の重着と６０秒間づつエージ
ングした後との１８− 重量差を測定し現像剤中のトナー濃度と、メツシュ・ス
クリーンを通して補給されていくトナー量との関係を調
べた。なお、トナー濃度は、ドラムと接触する部分のマ
グネットブラシから１．！９サンプルを採取し洗浄法に
より行なった。

又、真鍮製メツシュには、バイアス電源が接続されてお
り、現像スリーブとメツシュ間との電圧を任意に設定で
きるようになっている。

その結果を第６図に示す。

これにより現像剤中のトナー濃度によって、トナー補給
量は変化しているが、さらに現像スＩＪ−ブに対するス
クリーンメツシュのバイアス電位により大きな変化が見
られる。

実験ではθ極性のトナーを使用しているが、スクリーン
メツシュの電位■１００〆、Ｏｒ。

ｅ１５０Ｊ’に対し、トナーの補給量とトナーの補給が
停止するトナー濃度値とに大きな変化が見られ、その値
は約９％、１０％、１１％となった。

実施例１゜ 次に実際にテスト用現像器（三田工業ｇ　Ｄ　Ｃ−１６
１用現像装置を改造）に、現像ローラの軸方向に、はぼ
全長にわたって実験１で使用したものト同種のメツシュ
・スクリーン（１２ｍｘ２３Ｄ祁）をトナーホッパーの
底部に設けて、ローラーのマグネットブラシと接触する
ように設定した。

初期の現像剤トナー濃度を設定値よりも低目のＣ１に設
定し、メツシュ電圧■１００Ｆにて、現像器のエージン
グ時間とトナー濃度との関係を調べた。

その結果を第４図で示す。

実施例２゜ 初期の現像剤トナー濃度を設定値よりも高めのＣ７に設
定し、同じ（メツシュ電圧■１００Ｖで、実施例１とま
ったく同様にして、エージング時間とトナー濃度との関
係を調べた。

その結果を第２図で示す。

第２図に示す曲線α、ｂの結果からトナー濃度が、基準
値Ｃ３よりも低い場合も、また高い場合にも時間ととも
にＣ３に集束、安定することがわかった。

第５図、第６図は実施例１．２とまった（同様にして、
スクリーンメツシュ電圧を、それぞれＯＶ、θ１５０Ｖ
と変化させた場合の特性曲線であり、これらより明らか
なように、スクリーンメツシュ電圧により、現像剤のト
ナー濃度の集束、安定値Ｃ８を任意に制御することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の現像方法を用いた現像装置を示す図
であり、 第２図は、本発明の現像方法の要部拡大図であり、 第６図は、トナー濃度とトナー移動量との関係を示した
図であり、 第４図、第５図、第６図は磁気ブラシ中のトナー濃度と
経過時間との関係を示す線図である。 引照数字１はスリーブ、２は磁石、６は磁気ブラシ、８
はメツシュ・スクリーン、１１はトナー、１２は磁性キ
ャリア、１４はバイアス用可変直流電源。 ２１− 第２図 １１ 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁性キャリヤと顕電性トナーとの混合物から成る
   磁気ブラシを支持体上に形成し、この磁気ブラシを前記
   顕電性トナーを支持するメツシュ・スクリーンと摺擦さ
   せると共に、前記支持体とメツシュ・スクリーンとの間
   にバイアス電圧を印加することを特徴とする二成分系現
   像剤中のトナー濃度の調節方法。
2. （２）導電性の非磁性材料から成る支持体と該支持体内
   部に組込ま、れた多数の磁極を備えた磁石とから成り且
   つその少なくとも一方が可動に設けられた、磁性キャリ
   ヤと顕電性トナーとの混合物から成る磁気ブラシを形成
   し且つ搬送するための機構；上面側が顕電性トナーを支
   持し且つ下面側が前記磁気ブラシと摺擦するように配置
   された導電性材料から成るメツシュ・スクリーン；及び
   前記支持体とメツシュ・スクリーンとの間にバイアス電
   圧を印加するためのバイアス圧印加機構から成ることを
   特徴とする二成分系現像剤中のトナー濃度調節装置。