JP2779627B2 - トナー濃度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像形成装置の現像装置に関するもので、特
に磁性キャリアとトナーとの２成分現像剤を用いて現像
を行い、現像によって消費されたトナーを補給し現像す
るようにした現像装置に関するものである。

〔発明の背景〕

２成分現像剤を用いて現像を行うようにした現像装置
は一般に現像スリーブと撹拌部とトナー部とから成り、
撹拌部で撹拌された現像剤は磁界の作用する現像スリー
ブ同面に付着・搬送されて像担持体と対向した現像域に
いたり、像担持体上の静電潜像の現像を行う。現像によ
りトナーの消費が行われたのち、現像剤は、現像スリー
ブ周面に付着・搬送されて撹拌部へと循環する。

２成分現像剤によって良好な現像がなされる条件とし
ては、現像剤中のトナーの含有比率（トナー濃度）があ
る範囲内に維持されていることが必要で、撹拌部での現
像剤の磁化検出を行ってトナー濃度の検出を行ったり、
感光体上に形成した標準潜像を現像してその反射濃度を
測定することによって間接的にトナー濃度の検知を行う
ことがなされている。

現像された標準潜像の濃度測定によってトナー濃度の
検出を行う方法は間接的であって必ずしも現像剤中のト
ナー比率を表示するものではない。また現像剤の磁化検
出によるトナー濃度測定はその検出結果が安定しないと
いう問題がある。

また現像装置ではトナー濃度の測定結果に基づいてト
ナー部から消費されたトナーの補給がなされているが、
トナーの供給機構やその制御が複雑となることが避けら
れない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

２成分現像剤を用いた現像方法としては、大約次の３
種に分類される。

（ａ）２成分磁気ブラシ現像方法 従来からの一般的な現像方法で、ブラシ状をした現像
剤の穂を磁力によって現像スリーブ周面の感光体と相対
する箇所に形成し、この現像剤の穂をもって潜像をもっ
た感光体に摺接するようにして行う現像方法である。

（ｂ）２成分非接触現像方法 特開昭59−181362号公報、特開昭60−176069号公報等
によって開示された現像方法で、現像スリーブ周面に薄
い現像剤の層を形成し、感光体と非接触の状態で行う現
像方法である。

（ｃ）２成分現像剤を用いた一成分非接触現像方法 例えば特開昭60−42768号公報記載の現像方法で、潜
像をもった感光体と対向する現像領域にはトナーのみが
現像スリーブに付着・搬送されて現像されるようにした
現像方法である。

撹拌部での現像剤中のトナー濃度に関しては、上記の
うち（ｂ），（ｃ）は（ａ）に比べて特に許容度が大き
く、それほど厳密な濃度範囲に維持されていなくとも、
良好な現像がなされることが明らかとなっている。又
（ａ）の場合も、キャリア粒子をマイクロ化することに
よりトナーの許容の濃度範囲を広げることができる。

本発明は従来種々検討されて来たトナー濃度検知手段
と之に基づくトナー補給手段を用いることなく、撹拌部
でのトナー濃度が制御されるようにした現像装置で、上
記の（ａ），（ｂ），（ｃ）現像方法に適し、複雑な制
御等を必要としない、簡単な構造でトナー補給がなされ
るようにした現像装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、磁性キャリアとトナーによる２成分現像
剤と、内部に固定された複数の磁石を配置し回転する現
像スリーブとを有する第１の部屋と、トナーを収容し、
前記第１の部屋と近接して並列に配置された第２の部屋
と、前記第１の部屋と第２の部屋の間を分けるための仕
切部材と、前記仕切部材の上方に形成され、前記第１の
部屋と第２の部屋の間に位置してする開口部と、前記開
口部を通じて第２の部屋から第１の部屋へトナーを供給
するトナー供給手段とを有する現像装置であって、前記
開口部近傍には、該開口を開放又は閉鎖する位置に移動
可能であり、該開口を開放する位置においてはトナーを
第２の部屋から第１の部屋へ供給する方向へ回動し、該
開口を閉鎖する位置においてはその回動を静止する回動
部材を有し、前記第１の部屋内に現像スリーブ内の磁石
による磁力により第１の部屋内にある現像剤を保持する
ことによって現像剤の界面を形成し、第１の部屋内の現
像剤のトナー濃度が低下して現像剤容量が減少すると、
前記現像剤の界面が後退し、該界面の上へ前記開口部を
通じて前記トナー供給手段により前記第２の部屋からト
ナーが供給されることを特徴とするトナー濃度制御方法
によって達成される。

〔作用〕

本発明は基本的には現像剤中でトナーは消費されるが
現像剤中の磁性キャリアは消費されないで、トナー濃度
変化は現像剤量の変化に対応していることに注目してな
されたものである。

即ち現像装置は、磁気力と現像スリーブの回転によっ
て搬送力を生み出し、撹拌部にある現像剤を現像領域に
下方から上方へと搬送・循環するようにした循環系を形
成する第１の部屋と、トナーを収容する第２の部屋とは
仕切板によって分けられ、仕切板の一部開口部によって
連絡されていて、また、スリーブ内部には固定された磁
石が配置されており、適当なトナー濃度を有した現像剤
の界面が第２の部屋に崩れないように磁力、磁石配置、
仕切板の高さを設定したものである。トナー濃度のコン
トロールは、トナー濃度が低下して現像剤容量が減少す
ると循環する現像剤の界面が後退しその部分にトナーが
供給され、循環系のある第１の部屋内の現像剤が増加し
現像剤の界面が前進すると、仕切板開口位置にある現像
剤界面は仕切部材開口部で滞留しトナーの供給は停止す
ることによって行われる。

このトナーの供給・停止が有効に働くためには、次の
条件を満たしていることが好ましい。

（１）循環する現像剤の界面が安定していてトナーを収
容する第２の部屋には現像剤が拡散しない。あるいはト
ナーが第１の部屋内の無制限に拡散しない。

（２）仕切部材の開口位置が現像剤の容量変化に対して
敏感な構成とする。

（１）のトナーを収容する第２の部屋内に現像剤が拡
散しないようにするには次の手段が有効である。

（１−１）トナーに対して磁性キャリアの方が密度が大
きい（重い）ところから、例えば第２図（ａ）の断面図
に示すように開口部15を現像剤Ｄを収容する第１の部屋
11の上方に位置させる。

（１−２）例えば開口部に弾性体に回動部材を該回動部
材の搬送するトナーＴをスクレーパによって捲き落とし
て少量ずつトナー対流部に供給されるようにすれば現像
剤とトナーとの界面を乱すことがない。

（１−３）例えば第２図（ａ）に示すように、現像剤Ｄ
が開口部15からトナーＴを収容する第２の部屋12に拡散
させないように磁力を作用させるもので、上記磁力は例
えば現像スリーブ13の内側に設けた永久磁石14によるも
のでも差支えない。なお開口部15における磁界の方向は
垂直方向よりも水平方向である方が現像剤の界面が開口
部に均一に形成されるので好ましい。この目的のために
永久磁石14を固定とし、図示した位置にN,S極を設けて
いる。

（１−４）そして第２図（ｃ）に示すような仕切部材先
端22aの形状は矢印方向に循環する現像剤Ｄが突出した
仕切部材22によって第１の部屋に戻るべく傾斜させる一
方、開口部15からトナーＴを収容する第２の部屋12に現
像剤Ｄが流れ込むのを阻止する形状構造とする。

（１−５）第２の部屋側に隣接する仕切部材22の端部に
突起を設け開口部からのトナーＴを収容する第２の部屋
に現像剤が流れ込むのを確実に阻止する凹部の構造とす
ることも出来る。

（１−６）さらに現像装置が画像形成装置本体から取外
されている場合に、現像装置の横転等によって現像剤Ｄ
が第２の部屋に逆流するのを防止する目的で、開口部に
設ける前記の回動部材をトナーＴの補給時以外にはその
位置を移動して開口部を閉塞出来るように構成する。

一方（２）の界面位置を現像剤のトナー濃度に対して
高感度化するためには次の手段が有効である。

（２−１）例えば第２図に示すようにトナー補給がセン
シティブになされるために、仕切部材22を撹拌板17より
高く設置し、界面の断面積を小さくした開口部15に設け
る。

（２−２）上記の開口部15の断面積を小さくすることに
よる現像剤Ｄが詰まったようになってトナー補給が阻止
される懸念は磁力によって現像剤の穂を立てるようにす
ることにより、更に反発磁界を作用させて高い穂を立て
るようにすることにより解消させる。

このような反発磁界は現像剤のつまりを防止すること
にも効果がある。特に規制板23による現像剤規制部では
現像剤がつまり易く、現像剤の循環がそがいされ易い。
第２図（ａ）では、永久磁石14を固定して開口部15に対
して水平方向の磁界とし、更に、現像剤のスリーブ13に
付着した現像剤のかきとりを兼ねた場合や規制板23での
つまりを防ぐ場合の反発磁界の構成を示している。後述
の実施例でも現像スリーブ13内に磁石を固定している
が、これに限定されることなくスリーブ回転に加え永久
磁石14が回転するものでも用いることが出来る。

永久磁石が回転する場合は、N,S極が交互配列した４
ないし16極の磁石ロールを用い、毎分400ないし2000回
転で使用する。回転方向はスリーブと同方向あるいは反
対方向でもよい。

第２図（ｂ）は撹拌部材18の先端に、ゴム板、マイラ
ー等の樹脂板あるいはリン青銅板等の弾性板8Aを設けた
もので部屋２内のトナーをより効果的に汲み上げ開口部
15に送り込むためのものである。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図に示す。

第１図に本発明の一実施例の要部断面図で、11は現像
剤Ｄを収容し、その現像剤Ｄを撹拌し現像領域Ｅへ帯電
したトナーを搬送するようにする第１の部屋、12は第１
の部屋11に隣接して設けられ、トナーＴを収容する第２
の部屋、13はステンレスやアルミニウムなどの非磁性又
は弱磁性材料からなり、矢示した方向に回転する現像ス
リーブ、14は前記現像スリーブ13の内部に設けられ、周
方向に複数の磁極を永久磁石、15は第１の部屋11と第２
の部屋12の間に位置して１つの部屋を接続する開口部、
22aは後述する現像剤Ｄの循環する流れに当たる仕切部
材22の先端部、16はトナーＴの搬送と前記開口部15の閉
鎖を兼ねる回動部材で現像装置の非作動時には第１図
（ａ）に示す如く前記開口部15を閉鎖する位置にあって
静止し、一方現像装置の作動時には第１図（ｂ）に示す
如く前記開口部15を開放する位置にあって時計方向に回
動し第２の部屋12により供給されたトナーＴを第１の部
屋11に搬送する。

17aは前記第１の部屋11のほぼ中央に現像スリーブ13
の軸と平行に設置された非磁性部材からなる棒状部材17
bは前記現像スリーブ13の近傍に設けられて回転する楕
円撹拌板、18はトナーＴを撹拌する撹拌棒で矢示方向に
回転する。19はケーシング、30はこの現像装置によって
現像される静電潜像をその表面に担持する像担持体、Ｅ
は前記現像の行われる現像領域である。

前記回動部材16は第１図（ｃ）および第１図（ｄ）に
示す作動装置により駆動回転もしくは前記開口部15を遮
蔽部材として使用される。

第１図（ｃ）において16aは前記回動部材16を挿通し
て一体とする回転軸、40はケーシング19の両側壁外部に
おいて前記回転軸16aを回動自在に支持するコの字状の
支持金具、41は前記支持金具40をケーシング19の両側壁
に軸着する支持ピンであって前記支持金具40は、ケーシ
ング19の一方の側壁面上のバネ掛ピン42との間に張架し
た引張バネ43により反時計方向に付勢されストップピン
44に当接し停止する。

G1は前記回転軸16aの端部に固定した歯車で前記回動
部材16と一体のものであり、G2は前記歯車G1に噛合する
前記支持ピン41に回動自在に支持されたアイドラー、ま
たG3は画像形成装置本体の動力によって回転される駆動
歯車であって該駆動歯車G3は装置本体の定位置に設置さ
れている。

現像装置が画像形成装置本体に体し装着されていない
場合やあるいは所定の位置にセットされていない状態で
は前記支持金具40は第１図（ｃ）にある如く反時計方向
に回動した位置を占めていて前記回動部材16は第１図
（ａ）にある如く右方向に移動して前記開口部15を閉鎖
している。この場合当然前記アイドラーG2は駆動歯車G3
に噛合する位置にない。

現像装置を現像ガレージ50上をスライドさせて矢示方
向に移動すると、前記支持金具40が装置本体の規制ピン
51に当接して第１図（ａ）に示す如く時計方向に回転し
同時に前記アイドラーG2が駆動歯車G3に噛合する。

その結果前記回動部材16は第１図（ｂ）に示す如く左
方に移動して前記開口部15を開放し、装置本体のメイン
スイッチのONとともに始動する前記駆動歯車G3の動力に
より前記アイドラーG2、歯車G1を介して時計方向に回転
を始める。

従って前記撹拌部材18によって開口部15に搬送された
トナーＴは回動部材16の周面に付着し、ケーシング19の
一部に突設したスクレーパ19aのかき落としによって第
１の部屋11に供給される。

第１図（ｅ）は実用上適当にされる前記回動部材16の
一例を示したもので（イ）は周面部をフィルム、リン青
銅板などの弾性板からなるフイン状としたもの（ロ）は
周面部を波形状としたもの、また（ハ）は多孔質のロー
ラ（ニ）はスポンジ状のローラであって何れも成形の容
易な合成樹脂材が用いれられかつ耐摩耗の高い可撓性の
ローラが使用される。また（ホ）のようなファーブラシ
であっても良い。

この実施例は以上のように構成されているので、現像
スリーブ13の回転と楕円撹拌板17bの回転によって現像
剤Ｄは撹拌されながら固定して位置した棒状部材17aの
下側を実線で示した矢示の方向に搬送され、棒状部材17
aの上側を通って循環するようになる。棒上部材17aは棒
のみでなく、凸凹を有し、回転する非磁性棒やブラシ等
を用いることもできる。この循環によって現像剤Ｄは帯
電したトナーＴを現像領域Ｅへ供給することができる。
この現像剤Ｄの循環流に対し上流側の開口部15では、現
像スリーブからの磁力により現像剤層が形成されてい
る。すなわち、重力と永久磁石14の磁力とあいまって現
像剤Ｄが第２の部屋12にいたずらに拡散されるのを完全
に防止し、トナーとの間に界面を形成する。

現像剤Ｄ中のトナーＴが消費されると、現像剤Ｄの界
面は後退し、トナーＴは開口部15を通じて第１の部屋11
に入り込み、適切なトナー補給が行われる。

このようにして現像剤Ｄの撹拌と適切なトナー補給を
行なうことのできる現像装置を簡単な構成で得ることが
できる。

キャリア粒子に微粒フェライトを樹脂中に70重量％分
散した平均粒径が60μｍ、磁化が30emu/g、抵抗率が10
¹⁴Ωcm以上の熱による球形化処理を行った磁性粒子を用
い、トナー粒子に平均粒径が５μｍの非磁性粒子を用い
て、第１図に示した装置により第一の部屋11における現
像剤Ｄのトナー粒子比率が現像剤に対して10重量％にな
る条件で現像を行なった。この磁気制板23には非磁性金
属板を用いた。トナーの平均帯電量は７μc/gであっ
た。

この場合の像担持体30の条件はOPC感光体、その周速
は90mm/sec、像担持体30に形成された静電像の最高電位
は−500V、最低電位は−100Vであった。スリーブ13の直
径も30mm、但しの回転数は75r.p.m.、磁石体４の現像領
域Ｅに対向した磁極の最大の磁束密度は900ガウスで他
は800ガウス、現像領域Ｅに入る前のキャリアとトナー
とから成る現像剤層の厚さ0.4mm、スリーブ13に印加す
るバイアス電圧は直流電圧成分−200V、交流電圧成分2K
Hz、800Vとした。この実施例ではスリーブ13と像担持体
30との間隙は0.6mmとしてスリーブ13上の２成分現像剤
層は像担持体30の表面に接触していない。

以上の条件で現像を行って、それを普通紙にコロナ放
電して転写し、表面温度140℃のヒートローラ定着装置
に通して定着した結果、得られた記録紙の画像はエッヂ
効果やかぶりのない、そして濃度が高いきわめて鮮明な
ものであり、引続いて５万枚の記録紙を得たが最初から
最後まで安定して変らない画像を得ることができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のトナー濃度制御方法にお
いては、磁性キャリアとトナーによる２成分現像剤と、
内部に固定された複数の磁石を配置し回転する現像スリ
ーブとを有する第１の部屋と、トナーを収容し、前記第
１の部屋と近接にして並列に配置された第２の部屋と、
前記第１の部屋と第２の部屋の間を分けるための仕切部
材と、前記仕切部材の上方に形成され、前記第１の部屋
と第２の部屋の間に位置してする開口部と、前記開口部
を通じて第２の部屋から第１の部屋へトナーを供給する
トナー供給手段とを有する現像装置であって、前記開口
部近傍には、該開口を開放又は閉鎖する位置に移動可能
であり、該開口を開放する位置においてはトナーを第２
の部屋から第１の部屋へ供給する方向へ回動し、該開口
を閉鎖する位置においてはその回動を静止する回動部材
を有し、前記第１の部屋内に現像スリーブ内の磁石によ
る磁力により第１の部屋内にある現像剤を保持すること
によって、現像剤の界面を形成し、第１の部屋内の現像
剤のトナー濃度が低下して現像剤容量が現象すると、前
記現像剤の界面が後退し、該界面の上へ前記開口部を通
じて前記トナー供給手段により前記第２の部屋からトナ
ーが供給されるようにしたので、第１の部屋から無制限
に拡散することが防止され、複雑な制御等を必要としな
い、極めて簡単な構造で、現像剤へのトナー補給が適切
に行なわれる安価な現像装置を得るという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の現像装置の断面図および要部図、第２
図は従来の現像装置の断面図および要部図。 11……第１の部屋、12……第２の部屋 13……現像スリーブ、14……永久磁石 15……開口部、16……回動部材 16a……回転軸、19……ケーシング 19a……スクレーパ、30……像担持体 40……支持金具、41……支持ピン 43……引張バネ、G1……歯車 G2……アイドラー、G3……駆動歯車

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性キャリアとトナーによる２成分現像剤
   と、内部に固定された複数の磁石を配置し回転する現像
   スリーブとを有する第１の部屋と、 トナーを収容し、前記第１の部屋と近接して並列に配置
   された第２の部屋と、 前記第１の部屋と第２の部屋の間を分けるための仕切部
   材と、 前記仕切部材の上方に形成され、前記第１の部屋と第２
   の部屋の間に位置する開口部と、 前記開口部を通じて第２の部屋から第１の部屋へトナー
   を供給するトナー供給手段とを有する現像装置であっ
   て、 前記開口部近傍には、該開口を開放又は閉鎖する位置に
   移動可能であり、該開口を開放する位置においてはトナ
   ーを第２の部屋から第１の部屋へ供給する方向へ回動
   し、該開口を閉鎖する位置においてはその回動を静止す
   る回動部材を有し、 前記第１の部屋内に現像スリーブ内の磁石による磁力に
   より第１の部屋内にある現像剤を保持することによって
   現像剤の界面を形成し、 第１の部屋内の現像剤のトナー濃度が低下して現像剤容
   量が減少すると、前記現像剤の界面が後退し、該界面の
   上へ前記開口部を通じて前記トナー供給手段により前記
   第２の部屋からトナーが供給されることを特徴とするト
   ナー濃度制御方法。