JPH0282273A - 電子写真記録装置及び記録システム - 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〕 本発明はレーザビームプリンタ、複写機など電子写真記
録装置およびその制御方法に係り、特に高速、高濃度、
長寿命の電子写真記録装置およびその制御方法に関する
。

〔従来の技術〕

従来の装置では、特開昭５３−３１１３６号公報に記載
されるように摩擦帯電、コロナチャージャによる帯電、
静電誘導による帯電などの方法があった。

また、電子写真記録技術の現像剤の帯電に関する理論的
解析については、アール・エム・シャツアート著［電子
写真Ｊ　　（Ｒ，Ｍ、５ＣＩＩＡＦＦＥｌＩＴ。

“Ｅｌ、ＥＣＴＲ０Ｐ１１０ＴＯＧＲＡＰ１１”／”、
ＴＩＩＥ　ＦＯＣＡＬ　ＰＲＥＳＳ出版）井上英−監訳
（１９７３年）：弁室出版の中の第５章「ゼログラフィ
ー画像の現像理論」第３２９頁から第３４７頁に詳しく
述べられている。これらの公知例の電子写真記録の処理
工程において、帯電された現像剤の一部は記録紙に定着
されて失われるが、大部分の現像剤は除電の後１回収さ
れ再度帯電されて繰返し使用される。このような帯電・
除電を繰り返すうちに、現像剤の帯電量が未使用時の初
期の帯電量を維持できなくなって、帯電量が減少してく
る。これは、いわゆる現像剤の疲労・劣［ヒである。こ
れらの公知例ではこの帯電量の減少を予測し、−律に多
口に帯電量を与えていた、これら公知例では電子写真記
録の処理工程において、実際に使用中の現像剤を取り出
してその電荷量を測定したり、その結果をもとにして再
び帯電させたりして帯電量を制御するものは見当らない
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、現像剤の使用頻度や使用環境に応じ
て帯電量が変化し、これを一定に保つ配慮がなされてい
なかった。また、現像濃度が変化したり、トナーが飛散
したりして現像剤の寿命が短くなる等の問題があった。

本発明の目的は現像剤の帯電量を一定に保ち、現像濃度
を安定にすること、現像剤の寿命を長くし、かつその寿
命を予測することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は現像剤を構成するトナー、キャリヤの帯電量
を計測し、その計測結果に従って？ｉＦ電機構を動作さ
せ、トナー、キャリヤの帯電量が一定なるように制御す
ることによって達成される。

〔作用〕

本電子写真記録装置ではトナー、キャリヤを遠心力を利
用した運動の空間や磁界、電界の中に置き、それぞれに
より加わる力、あるいはそれらの力の差によりトナー、
キャリヤの帯電量を計測する１次に摩擦帯電、コロナチ
ャージャ等により帯電量を後述の規定の値になるように
制御する。さらに、２成分の現像剤の場合には遠心力や
静電力を用いてトナーとキャリヤとに分離し、それぞれ
の帯電量を計測する。次に同様に帯電させて規定値の帯
電量にした後、混合するのである。

〔実施例〕

以下、実施例を用いて構成、動作及び効果を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、電
子写真記録装置内の現像剤の流れを示したものである。

従来は第９図のように感光体６０の回転方向に対して現
像ブラシ３の上流側に帯電機構のみを配置していた。本
発明が従来と異なる点は第１０図に示すように、現像剤
の流れの中において、帯電器の上流側に計測機構１およ
び制御機構３０を設けたことにある。現像剤に対しては
、計測結果をもとに摩擦帯電機構、コロナ帯電器などの
帯電機構２により帯電させる量を制御し、規定の帯電量
にするのである。ここで規定の帯電量とは、現像剤に与
えるべき常時一定の電荷量であって、本発明になる電子
写真の初期の濃度または高１度の記録を維持するために
必要な電荷量をいう。この規定の帯電量となった現像剤
を現像ブラシ３に送り、感光体にトナーを付着させて現
像するのである。

本実施例によれば、現像剤の疲労、トナー濃度の変化、
温度、湿度の変化などによる現像剤の帯電量の変化を防
止できる。また、安定な記録濃度を実現できるという効
果もある。

さらに、現像剤の帯電量を複数の段階に変えることによ
り、複数の記録濃度が得られる。また。

電子写真記録装置を制御するコントローラあるいは計算
機４０からの指令により、帯電量を変えて記録濃度を変
化させることもできる。

以上述べたような現像剤の帯電を繰り返していくうちに
、現像剤の帯電量が規定の値になるように制御できなく
なることがある。すなわち現像剤が疲労・劣化し、帯電
されにくくなるのである。

このような場合には、この時点を現像剤の寿命がつきた
と判定し、現像剤の一部または全部を交換するのである
。この判定と交換の表示は第１図に示したように、電子
写真記録装置５０あるいはその装置を制御するコントロ
ーラまたは計算機４゜によって行ってもよい。

第２図は本発明の他の実施例を示す。これは現像剤とし
て２成分、すなわちキャリヤと１〜ナーがら成る場合で
ある。トナーとキャリヤは互いに反対の符号の電荷を持
ち、静電吸引力により互いに付着している。トナーとキ
ャリヤが付着した状態で両者の帯電量を測定することは
かなり雅しい。

なぜなら、はぼ電気的に中和状態にある極く微量電荷量
を測ることになるからである。。そこで、第２図では処
理工程の最初にトナーとキャリヤの分離機構４を設ける
６分離したトナーとキャリヤの帯電量をトナー帯電量計
測機構５．キャリヤ帯電量計測機構６により、それぞれ
計測する。そして帯電機構２により帯電させた後、両者
を混合機構７で混ぜ合わせて現像ブラシ３に送る。この
場合、全トナーの電荷量と全キャリヤの電荷量の絶対値
は大きさが等しく、符号が反対になるように制御する必
要がある。こうすると、２成分から成る現像剤の場合で
も第１図の説明にて述べた効果と同様の効果が得られる
。

第３図、第４図は第２図におけるトナーとキャリヤとの
分離機構４の実施例を示す。

第３図はホッパー１０内に収められた多極の磁気ロール
８の外側に、回転する非磁性のスリーブ９を置き、更に
交流コロナ帯電器１１を配置したものである。スリーブ
９を高速で回転させてトナー１３とキャリヤ１２との質
量の違いによる遠心力の差を利用することにより、トナ
ーをキャリヤから分離する。交流コロナ帯電器１１がな
くても分離動作に問題はないが、これを用いることによ
りトナー、キャリヤの電荷は帯電器から発生した正負の
電荷により中和される。よって両者間に働く吸引力が減
少し、分離が容易になる効果がある。

第４図は多極の磁気ロール８の外側に回転する非磁性の
スリーブ９を置き、スリーブ９からの間隔をおいて？Ｉ
ｉ極１４を配置する。現像剤はスリーブ９上に磁気力で
吸い付けられている。これは現像剤の成分であるトナー
は非磁性体、キャリヤは磁性体であることによる。すな
わち、トナーは静電力でキャリヤに付着しており、キャ
リヤは磁気力でスリーブに吸い着けられている。この状
態で電極１４とスリーブ９との間に電圧源１５を用いて
高電界を印加する。すると、キャリヤに付着しているト
ナーとの静電力とは反対方向に、より大きな静電力が与
えられるので、両者が分離される。

電界を印加する方向としては、トナーが正の電荷を帯び
ている場合には電極１４には負の電圧を。

負の電荷を帯びている場合には正の電圧を印加する。こ
のようにしてトナー１３を電極１４に付着させる。トナ
ーが分離される条件は ここで　ｑ：トナーの電荷量 ｑＯ：キャリャの電荷量 ｄ：トナーとキャリヤの電荷間の距離 ε０：誘電率 Ｅ：電極１４とスリーブ９による電界 となり、（１）式を満足する電界Ｅを、！ｊ、えること
によりトナーを分離出来る。この場合、電極１４に電圧
を与えたままではトナーが電極１４に付着し続けるため
、適当な時間間隔で電圧をＯ■又は反対符号のＯｖ附近
の電圧にし、付着しているトナー１３を電極１４から離
すのである。トナーが分離されたあと、キャリヤは従来
行なわれている磁気的な方法（図示していない）でスリ
ーブ９から搬出出来る。

第５図、第６図は第２図において示した現像剤の帯電量
の計測機構の各実施例を示すものである。

第５図はトナーの帯電量計測機構である。軸１９の回り
を回転出来るパケット１６を備えた測定アーム１７と補
強アーム１８を備え、測定アーム１７、補強アーム１８
が矢印の方向に回転してホッパー２０内のトナー１３を
すくい取るようになっている。アームが水平の位置にな
ったところで、絶縁ロッド２１に支持された電極対１４
が絶縁ロッド２１の回転によりパケット１６を上下には
さみ込むのである。この状態で電極対１４に矩形波の電
圧を電圧＠１５により加えるのである。このようにする
と測定アーム１７には下方にパケット１６内のトナーの
重力が働く。一方、電極対１４による電界により、トナ
ーの持つ電荷に−に一、下方向の力が矩形波的に交互に
働く。これらの力は測定アーム１７を上下方向に変形さ
せる。測定アーム１７の根元にはストレインゲージ２３
が貼付けられ、導線２２を通ってストレインメータ２４
に接続されており、パケット１６にかかる力を間接的に
測定するのである。測定例を同図の中に示したが１時間
に対して矩形波状に変化する。このときの平均値Ｆｏ、
最大値Ｆｚ、最小値Ｆ２から、重力と静電力の比が、電
界をＥ、　トナーの電荷量をｑ、質量をｍとして 重力　　ｍｇ　　Ｆ１＋Ｆｚ　　　２Ｆ。

で求められ、これより単位重量当りのトナーの電荷量ｑ
／ｍを求めることが出来る。測定アーム１７は測定感度
を上げるために変形しやすくしている。補強アーム１８
はトナーのすくい取り時に測定アーム１７が損傷されな
いよう、規定の変形量以上になった場合に測定アーム１
７を支える目的で設けられている。トナーの重量は僅か
であるため、測定の精度が心配されるが、Ｆｔ、Ｆ２の
測定を多数回繰返し、平均化することにより精度を上げ
ることが出来る。パケット１６内のトナーは第５図に示
す状態から１８ｏ°回転した方向になった時、重力によ
り落下し、次の回転ではまた新しいトナーがパケット１
６にすくい取られることになる。このようにして刻々、
新しいトナーの帯電量が計測されることになる。

第６図はキャリヤの帯電量の計測機構の例で、キャリヤ
１２は移動する多極磁石２５により搬送板２６上を搬送
される。搬送板２６の一部に圧電素子２７が埋め込まれ
、キャリヤによる上下方向の力を計測するようになって
いる。搬送板２６の上方に間隔を置いて電極１４を配置
し、′１１圧源１５により電極１４と搬送板２６間に矩
形波状の電圧をかけるのである。このように構成すると
圧電素子２７で検出される力は図示のように時間に対し
て矩形波状になる。これより平均値Ｆ　３．最大値Ｆ４
．最小値Ｆ６を求め、以下の式により電荷量を求めるの
である。

磁気力士重力　　Ｆｍ＋Ｍｇ　　Ｆ４＋ＦＢ　　　２Ｆ
ａここに　ｑ　：キャリャの電荷量 Ｆ、：キャリャに働く磁気力 Ｍ　：キャリャの質量 Ｆ、はキャリヤの体積さらに質量に比例することから（
３）式よりキャリヤの単位重量当りの帯電量ｑ　／　Ｍ
を求めることが出来る。

第７図、第８図は第２図におけるトナー、キャリヤの分
離機構４とトナーの帯電量の計測機構５を同時に行なう
機構を示したものである。第７図は多極磁気ロール８の
外側に回転するスリーブ９を配置し、更に９から間隔を
置いて電極１４を設け、電流計２８により電極１４とス
リーブ９間に流れる電流を求めるのである。このような
構成でスリーブ９の回転数を０から図に示すように加速
する。トナーに遠心力がかかり、帯電量の小さいトナー
から順にキャリヤから離れ、電極１４に到達する。トナ
ー１３は電荷を持っているため電流計２８により電流と
して計測される。その電流の測定例をｆｌで示す。トナ
ーの平均帯電量は次式により求められる。即ち、トナー
の帯電量が一様に分布しているものと仮定すると ｆ！＝αＬ（α：定数、ｔ：時間） となる。

しかし、実際のトナーの帯電量の分布は均一ではないた
め、分布に対応して、時間に対してはピークが現われる
。この実際の帯電量の分布ｆｉ　と、平均帯電量の分布
ｆ２とは全電荷量が等しいと考えられる。よって。

ＩｆＬ＝：Ｚｆｚ＝−ａｔ” ・・・（４） と置ける。これにより１ 、　　　２Σｆｉ が求まる。したがって、ｆｌと（’２の差が最大となる
時間Ｌ１を求め、その時の遠心力を求めることにより、
帯電量が得られる。

第８図は電界を加えてトナーを分離、飛翔させ。

飛翔時間から帯電量を求めるものである。第７図の場合
とは異なる。第８図ではトナーがキャリヤから離脱する
のに充分な電界を電圧源１５を用いてステップ状に電極
１４に与える。この状態で電流計２８により、電極１４
とスリーブ９の間の電流を測定すると、時間軸に対して
山型の電流波形が得られる。

トナーがキャリヤから離れる条件は（１）式に示した通
りであるが、キャリヤから離れると（１）式のｄは急速
に大きくなり、キャリヤの吸引力は小さくなる。一方、
トナーの運動は次式により与えられる。

ここに　ｘ：トナーの変位 ｃ：トナーの空気による抵抗 ので電極への到達時間は ここにｘｏ　：電極１４とスリーブ９との距離となる。

図に示すように電流が最大となる時間ｊ。

を求め、これを（６）式に代入することにより、９７ｍ
を求めることが出来るのである。

以上のように、第７図第８図の実施例では分離と計測を
同時に行なうことが出来、かつ現像剤の一部を用いるこ
とのみで出来る利点がある。

次に第３図から第６図までの方法を用いることにより、
図示していないがトナー、キャリヤの帯電能力を求め、
能力の低い成分を除去したり、定の帯電能力の現像剤を
選別する方法及び装置を提供することが出来る。

このようにすることにより、濃度が安定で飛散の少ない
現像剤を提供出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、現像剤の帯電量をａｌｌｌ定し、その
結果、帯電量を制御して規定の値にすることができる。

よって高濃度まで安定に記録が可能となる。また、トナ
ーの飛散も防止できる。更に、劣化により現像剤の帯電
能力が低下しても、ＩＦ電斌を規定の値まで回復維持で
きる。このため、結果的に現像剤の長寿命化が達成でき
る。さらに、現像剤の帯電量を制御しても規定の帯電量
に達しない場合には、その旨をコントローラまたは計算
機に計測指令として与えることができる。ということは
本発明になる電子写真記録装置の現像剤の状態を人間に
代わって管理することができる、という効果がある。し
たがって、さらに現像剤の寿命判定の結果である現像剤
の交換要求、交換時期等を外部に表示または知らせしめ
ることもできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の他の実施例を示すブロック図である。第３図は
第１図の分離機構の一実施例の機構図、第４図は第１図
の分離機構の他の実施例の機構図、第５図は第２図の計
測機構の一実施例の機構図、第６図は第２図の計測機構
の他の実施例の機構図、第７図は第２図の分離・計測を
同時に行う一実施例の機構図、第８図は第２図の分離・
計測を同時に行う他の実施例の機構図、第９図は現像剤
の流れを示す従来例、第１０図は現像剤の流れを示す本
発明の実施例である。 １・・・帯電量計測機構、２・・・帯電機構、３・・・
現像ブラシ、４・・・トナー、キャリヤ分離機構、８・
・・磁気ロール、９・・・スリーブ、１４・・・電極、
１５・・・電圧源、２３・・・ストレインゲージ、２７
・・・圧電素子。 ２８・・・電流計。 馬１図 嶌２．図 Ａ光（不へ 卜す− 率１０ 不８区 て０ ｉｉ−７閣 束Ｓ図 高６凹 Ｔ。 乙！ 第９図 第 図 時間 峙問 手続補正書（自発） 平成１年８月４日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、現像剤を帯電させる機構を備えた電子写真記録装置
   において、 上記現像剤の帯電量を計測する機構と、その計測結果に
   基づいて上記現像剤の帯電量を制御する機構とを設けた
   ことを特徴とする電子写真記録装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 上記現像剤はトナーと、静電力によつてそのトナーを付
   着させて運搬するキャリヤとから成ることを特徴とする
   電子写真記録装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、 上記現像剤はトナーのみから成ることを特徴とする電子
   写真記録装置。 ４、特許請求の範囲第２項において、 上記電子写真記録装置は上記計測機構の上流側に、あら
   かじめ上記現像剤中のトナーとキャリヤを分離する機構
   を備えたことを特徴とする電子写真記録装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、 上記分離機構はトナーとキャリヤの遠心力の差を利用す
   ることを特徴とする電子写真記録装置。 ６、特許請求の範囲第５項において、 上記分離機構はキャリヤとトナーに各々反対の極性に帯
   電させる帯電器を設けることを特徴とする電子写真記録
   装置。 ７、特許請求の範囲第４項において、 キャリヤは磁性体から成り、上記分離機構はキャリヤを
   磁気力で吸引し、トナーを静電力で吸引して分離するこ
   とを特徴とする電子写真記録装置。 ８、特許請求の範囲第４項において、 上記計測機構はトナーまたはキャリヤの一部を納めた容
   器に加わる重力に対する、トナー又はキャリヤに印加さ
   れる静電力の比から、トナーまたはキャリヤの帯電量を
   計測することを特徴とする電子写真記録装置。 ９、特許請求の範囲第４項において、 上記計測機構はキャリヤに加わる磁気力とキャリヤ自身
   の重力との和に対する、キャリヤに加わる静電力の比か
   らキャリヤの帯電量を計測することを特徴とする電子写
   真記録装置。 １０、特許請求の範囲第２項において、 上記計測機構は磁石を内接するドラムの外周に上記現像
   剤を保持し、上記ドラムを回転することにより、キャリ
   ヤを磁気力によつて上記ドラム外周上に保持したまま、
   トナーを遠心力により上記ドラムの外部に設けた電極板
   に飛散させ、トナーの帯電量に基づいて上記電極に流れ
   る電流値を求めてトナーの帯電量を計測することを特徴
   とする電子写真記録装置。 １１、特許請求の範囲第２項において。 上記計測機構は磁石を内接するドラムの外周に上記現像
   剤を保持し、磁気力によつてキャリヤをドラム外周上に
   保持したまま、静電力によつて上記ドラムの外部に設け
   た電極にトナーを吸引させ、上記電極を流れる電流値を
   求めてトナーの帯電量を計測する電子写真記録装置。 １２、現像剤を帯電させる機構を備えた電子写真記録装
   置と、その電子写真記録装置を制御する計算機とから成
   るシステムにおいて、 上記システムは上記現像剤の帯電量を計測する機構と、
   その計測結果に基づいて上記現像剤の帯電量を制御する
   機構とを有し、上記計算機は上記計測機構からの帯電量
   に関する信号に基づいて上記帯電機構に制御指令を出力
   することを特徴とするシステム。 １３、現像剤を帯電させる機構を備えた電子写真記録装
   置と、その電子記録装置を制御する計算機とから成るシ
   ステムにおいて、 上記システムは上記現像剤の帯電量を計測する機構と、
   その計測結果に基づいて上記現像剤の帯電量を制御する
   機構とを有し、上記計算機は計測機構からの帯電量に関
   する信号に基づいて上記現像剤の寿命を判定することを
   特徴とするシステム。 １４、現像剤を帯電させる機構を備えた電子写真記録装
   置において、 現像剤の帯電量を計測し、その帯電量をほぼ所定値まで
   帯電させることを特徴とする電子写真記録装置。 １５、現像剤の帯電量を計測し、その帯電量をほぼ所定
   値まで帯電させることを特徴とする電子写真記録装置の
   制御方法。 １６、現像剤をトナーとそのトナーを運搬するキャリヤ
   に分離し、前記トナーおよびキャリヤの帯電量を各々計
   測し、その計測結果をもとに各帯電量が所定値になるま
   で帯電し、帯電後のトナーおよびキャリヤを再び混合す
   ることを特徴とする電子写真記録装置の制御方法。