JPH07219330A

JPH07219330A - 現像装置

Info

Publication number: JPH07219330A
Application number: JP6007840A
Authority: JP
Inventors: Satoru Haneda; 哲羽根田; Isao Endo; 勇雄遠藤
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成によって現像剤の高精度なトナー
濃度制御を行う現像装置を提供する。【構成】２成分からなる現像剤Ｄを収容する現像剤槽
34とトナーＴを収容するトナ−槽46とを有する現像装置
30Ａにおいて、前記現像剤槽34と前記トナー槽46との間
に、現像剤槽34中の現像剤Ｄの容積の特定量以上を超え
た現像剤Ｄを収納する検知槽35を設け、該検知槽35には
収納された現像剤Ｄの量を検知するレベルセンサ36を設
ける構成としたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写装置等に
おいて、磁性キャリア粒子とトナー粒子とを混合した２
成分現像剤を用いて静電潜像あるいは磁気潜像を現像す
る現像装置の現像剤のトナー濃度検知とトナー補給に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真複写機やファクシミリ装
置などの電子写真式画像形成装置においては、２成分の
現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式の現像装置が用いら
れている。この現像装置は、内部に複数の磁極を有する
磁石ロールを備えて回転可能に支持された円筒状の現像
スリーブを有し、この現像スリーブ表面にトナー粒子を
付着させた磁性キャリアを保持し現像領域に搬送して現
像を行うもので、トナー粒子の摩擦帯電制御が比較的容
易で、トナー粒子の凝集が起こりにくく、磁気ブラシの
穂立ちがよくて、像形成体面の摩擦性に優れ、クリーニ
ングとの兼用においても十分なクリーニング効果が発揮
される等の特長を有し、像担持体面と非接触で現像する
非接触現像にも適していることから、キャリア粒子に対
するトナーの量（トナー濃度）の管理を必要とするにも
拘わらず、多く用いられている。

【０００３】ところで、２成分系現像剤はトナーの混入
率であるトナー濃度が４〜10重量％になっている。この
トナーは記録が行われるに従い減少するため、複写画像
の濃度に影響を与えることとなる。それで常に一定濃度
の記録画像を得るためには現像剤のトナー濃度を検知
し、このトナー濃度が減少したときは現像剤にトナーを
補給してトナー濃度が適正範囲に入るように制御するこ
とが必要になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の現像装置ではト
ナー濃度の測定結果に基づいてトナーを収納するトナー
槽から消費されたトナー量に相当するトナーの補給がな
されているが、トナーの安定した補給機構やその制御が
複雑となることが避けられないという問題点がある。

【０００５】また、カラー画像形成装置ではカラーバラ
ンスの良好な優れた画像を得るために、現像剤のトナー
濃度は±0.1％程度というモノクロ画像の10倍前後の高
精度なトナー濃度制御が要求されるという問題点があ
る。

【０００６】本発明の目的は、上記問題点を解決し、簡
単な構成によって高精度のトナー濃度制御を行うことの
可能な現像装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、２成分
の現像剤を収容する現像剤槽と、トナーを収容するトナ
ー槽とを有する現像装置において、前記現像剤槽に隣接
して、前記現像剤槽中の前記現像剤の容積が特定量以上
の分を収納する検知槽を設け、該検知槽には収納された
前記現像剤の容積を検知する容積検知手段を設ける構成
としたことを特徴とする現像装置によって達成される。

【０００８】また、前記検知槽には前記トナー槽からト
ナー補給手段によりトナーが補給され、該トナーと前記
現像剤とを混合撹拌しながら現像剤槽へと搬送する撹拌
搬送手段が設けられ、前記検知槽の底面は傾斜している
ことを特徴とする前記現像装置は好ましい実施態様であ
る。

【０００９】

【作用】現像剤のトナーが消費されると現像剤の容積が
減少する。これにより、現像剤の容積を測定することに
よって現像剤のトナー濃度を原理的には検知することが
できる。本発明の装置では、現像剤槽中の現像剤の容積
が特定量以上超えた分を収納する検知槽を設け、現像剤
の容積の変化を検知槽内に溢れ出た現像剤の検知槽内の
量（高さ）によって高精度に検出するようした。検知槽
の容積は現像剤槽の容積より小さくしてあるので、現像
剤のトナー濃度の検知精度は格段に高いものとなる。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明の現像装置の一実施例の断
面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図におい
て、10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形成体である感光体ドラム（感光体
ともいう）、30Ａは本実施例の現像装置、31はステンレ
ス、アルミニウム等の非磁性材料からなる円筒状の現像
スリーブ、32は現像スリーブの内部に固定して設けられ
表面に複数のＮ，Ｓ磁極を周方向に有する磁石ロール
で、この現像スリーブ31と磁石ロール32とで現像剤搬送
担体を構成している。そして、現像スリーブ31は固定し
た磁石ロール32に対して矢示方向に回転する。磁石ロー
ル32のＮ，Ｓ磁極は通常500〜1,500ガウスの磁束密度に
磁化されており、その磁力によって現像スリーブ31の表
面に先に述べたような現像剤Ｄの層すなわち、磁気ブラ
シを形成する。33は磁気ブラシの高さ、量を規制するた
め設けられた現像剤規制手段である規制ブレード、33ａ
は規制ブレードを支持する支持部材、34は現像剤Ｄを収
容する現像剤槽、35は現像剤槽34より溢れ出た現像剤Ｄ
を収容するため現像剤槽34に隣接して設けられた検知
槽、36は検知槽35に収容した現像剤Ｄの容積を検知する
ため検知槽35の側壁に設けた容積検知手段であるレベル
センサ、37Ａ，37Ｂは現像剤槽34の現像剤Ｄを撹拌して
成分及び帯電を均一にする撹拌スクリュー、38は現像領
域Ａを通過しトナーを消費した現像スリーブ31上の現像
剤Ｄを掻き取るクリーニングスクレパー、39は現像剤Ｄ
を現像スリーブ31に現像剤Ｄを供給する供給ローラ、40
は現像装置30Ａのケース、41は現像剤槽34の撹拌スクリ
ュー37Ａ，37Ｂの間に設けられた仕切り壁Ａ、42は現像
剤槽34と検知槽35との間に設けた仕切り壁Ｂ、44は検知
槽35の底面、45は検知槽35内の現像剤ＤとトナーＴを撹
拌しながら図２において左側に搬送し現像剤槽34に戻す
搬送スクリュー、46はトナーＴを収容するトナー槽、47
は必要時トナーＴを検知槽35に補給するためのトナー補
給スクリュー、48はトナー補給スクリュー47によって補
給されるトナーＴを検知槽35に供給するためのトナー補
給筒、51は直流電圧に交流電圧を重畳した交流バイアス
電圧を現像スリーブ31に供給するバイアス電源、52は搬
送スクリュー45に自在継ぎ手などで連結され搬送スクリ
ュー45を駆動する駆動モータ、53はトナー補給スクリュ
ー47を駆動する駆動モータである。撹拌搬送手段は上記
搬送スクリュー45と駆動モータ52とからなり、トナー補
給手段は上記トナー補給スクリュー47と駆動モータ53及
びトナー補給筒48とからなっている。

【００１１】なお、容積検知手段であるレベルセンサ36
には、現像剤Ｄ中のキャリアの磁性によるインダクタン
ス変化や、電極間に現像剤Ｄの有無による電気容量変
化、あるいは反射率／透過率の変化等を利用したものの
他、現像剤の有無によって出力信号が変化し検知槽35内
の現像剤Ｄの量（この場合は高さ）を検知するものであ
ればいずれもレベルセンサとして使用できる。

【００１２】また、磁石ロール32のＮ，Ｓ磁極の磁束密
度は同じではなく、感光体10に対向する磁極の磁束密度
が他のＮ，Ｓ磁極の磁束密度より大にしてあると現像が
安定する。

【００１３】さらに、現像スリーブ31の表面はサンドブ
ラスト等の処理を施して微細な凹凸を設けると現像剤Ｄ
の搬送を良好にする。その表面のあらさは実験の結果、
ＪＩＳのＲz値で0.1〜10μmの範囲にあることが必要
で、0.5〜5.0μmのとき良好な結果が得られた。

【００１４】次に本実施例１の動作について説明する。

【００１５】現像剤槽34には現像装置30Ａを運転した
時、仕切り壁Ｂ42によって決まる特定量と検知槽35のほ
ぼ半分の高さになる量の、規定のトナー濃度を有する現
像剤Ｄが装填されている。現像装置30Ａの運転が開始さ
れると、現像剤Ｄは撹拌スクリュー37Ｂによって紙面の
垂直方向奥へと搬送され、仕切り壁Ａ41の端部に達して
他方の撹拌スクリュー37Ａの端部に移って反対方向へと
搬送される過程で均等に混合帯電した現像剤Ｄとされ
る。この時特定量以上の現像剤Ｄは仕切り壁Ａ41を超え
て検知槽35に落下する。現像剤槽34の現像剤Ｄは回収ロ
ーラ39Ａによって撹拌部へと送られ供給ローラ39Ｂによ
って現像スリーブ31に供給される。回収ローラ39Ａ、供
給ローラ39Ｂはスポンジ状の凹凸部材からなる規制ブレ
ード33によって搬送量を規制されて現像スリーブ31表面
に付着し矢示方向に搬送され、現像領域Ａにおいてバイ
アス電源51より供給される交流バイアス電圧による交番
電界下でトナーＴは磁性キャリアから離脱し飛翔して感
光体10周面上の潜像に移行し現像が行われトナー像が形
成される。このときのトナーＴの移行量は潜像の電位に
応じて異なり画像濃度はそれによって決まる。現像領域
Ａを通過した現像剤Ｄはクリーニングスクレパー38によ
って掻き取られ、供給ローラ39Ｂにより撹拌部へ送ら
れ、撹拌スクリュー37Ａ，37Ｂによって撹拌され供給ロ
ーラ39Ｂによって再び現像スリーブ31に供給される。一
方、検知槽35においては、搬送スクリュー45が回転し、
これによって検知槽35内の現像剤Ｄは傾斜した検知槽底
面44を上昇し現像剤槽34の撹拌スクリュー37Ｂの端部に
供給される。従って現像剤槽34の特定量以上の現像剤Ｄ
は仕切り壁Ｂ42を超えて検知槽35に落下し、落下した現
像剤Ｄは搬送スクリュー45によってまた現像剤槽34に搬
送されるということを繰り返すことになる。

【００１６】現像領域Ａにおける感光体ドラム10上への
トナー像の形成によってトナー成分を消費した現像剤Ｄ
は、その容積が減少する。そうすると現像剤槽34から検
知槽35内に溢れ出る現像剤Ｄの容積が減少し、検知槽35
内の現像剤Ｄの高さも減少するのでレベルセンサ36から
はトナーＴ不足の信号が図示しないＣＰＵに送出され
る。この信号によりＣＰＵは駆動モータ53を駆動する。
これによりトナー補給スクリュー47の回転によりトナー
Ｔが搬送されトナー補給筒48を通過して検知槽35に落下
補給される。補給されたトナーＴは現像剤Ｄと撹拌混合
されながら現像剤槽34に搬送される。このトナー濃度の
高い現像剤Ｄは前記のように撹拌スクリュー37Ａ，37Ｂ
によってさらに撹拌混合されてトナー補給がなされる。
トナー補給と共に現像剤槽34内の現像剤Ｄの容積は増大
する。規定のトナー濃度に戻ると検知槽35内の現像剤Ｄ
の量は元に戻る。すると、レベルセンサ36の出力信号は
元の状態に戻り、トナー濃度が規定濃度状態の信号を前
記ＣＰＵに送出するのでＣＰＵは駆動モータ53の駆動を
停止させトナー補給を停止する。こうして現像剤槽34の
現像剤ＤのトナーＴが減少すると自動的にトナーＴが補
給され、常に規定のトナー濃度が維持されることにな
る。しかも、このトナー濃度制御によれば、検知槽35の
容積は現像剤槽34の容積の1/10〜1/20にすることができ
るので、従来の現像剤槽内の現像剤Ｄの容積変化による
トナー濃度制御に比し10〜20倍の高精度でトナー濃度制
御を行うことができる。

【００１７】（実施例２）図３は本発明の他の実施例を
示す断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。図１
の実施例とはトナー補給方法が異なり、大部分は図１と
同一であるから同一部分の詳細な説明は省略する。

【００１８】図において、30Ｂは本実施例の現像装置、
37Ｃは回転軸に複数の楕円状の撹拌板を斜めに取り付け
てなる撹拌器、46はトナー槽、43は検知槽35とトナー槽
46との間の仕切り壁Ｃ、49は外周にスポンジ状の合成樹
脂または柔軟なブラシを備えたトナー補給ローラ、47
Ａ，47Ｂは両者同期して回転しトナーの撹拌とトナー補
給ローラ49へのトナーＴの掻き上げを行うトナー撹拌
器、53はトナー補給ローラ49を駆動する駆動モータであ
る。本実施例のトナー補給手段は、トナー補給ローラ49
と駆動モータ53とからなる。

【００１９】図１に示す実施例と同様に現像剤Ｄの撹
拌、現像スリーブ31への供給、現像領域Ａでの現像が行
われトナーＴが消費されトナー濃度が低下すると、検知
槽35での現像剤Ｄの高さが低下する。するとレベルセン
サ36は図示しないＣＰＵにトナー濃度低下の信号を送出
する。ＣＰＵはこの信号を受けて駆動モータ53を駆動し
トナー補給ローラ49は矢示方向に回転させる。この回転
によりトナー補給ローラ49は仕切り壁Ｃ43にしごかれて
トナーＴを検知槽35内に落下させる。トナーＴが補給さ
れ現像剤Ｄのトナー濃度が規定値に達すると検知槽35内
の現像剤Ｄの高さは元の高さに戻る。元の高さに戻ると
レベルセンサ36は前記ＣＰＵに規定のトナー濃度時の信
号を送出するのでＣＰＵは駆動モータ53を停止させトナ
ー補給ローラ49の回転は停止しトナーＴ補給は停止す
る。このようにして現像剤Ｄは常に規定のトナー濃度に
維持されることになる。本実施例においても、検知槽35
の容積は現像剤槽34の容積の1/10〜1/20にすることがで
きるので、従来の現像剤槽内の現像剤Ｄの容積変化によ
るトナー濃度制御に比し10〜20倍の高精度でトナー濃度
制御を行うことができる。

【００２０】次に本発明の現像装置30Ａ，30Ｂに使用さ
れる現像剤Ｄについて説明する。現像剤Ｄを構成する磁
性キャリア及びトナーＴは小粒径の方が画質の解像力及
び階調再現性の点から有利である。しかし、磁性キャリ
アの粒径が小さ過ぎると、トナーＴと共に感光体10表面
に付着するようになったり、飛散し易くなる。これらの
現象は磁性キャリアに作用する磁界の強さ、それによる
磁性キャリアの磁化の強さにも関係するが、一般的に
は、磁性キャリアの重量平均粒径が15μm以下になると
次第に上記傾向が出始め、5.0μm以下で顕著に現れるよ
うになる。従って、この現像装置では現像剤Ｄの磁性キ
ャリアには、重量平均粒径が20〜60μmでその磁化の強
さが15〜70emu／ｇのものを使用する。なお、磁性キャ
リアが球形化されていると、トナーＴとキャリアの撹拌
性及び現像剤Ｄの搬送性を向上させ、さらにトナーＴの
荷電制御性を向上させて、トナーＴ粒子同志やトナーＴ
と磁性キャリアの凝集を起こりにくくするので好まし
い。

【００２１】このような磁性キャリアは、磁性体として
従来の磁性キャリアにおけると同様の、鉄，クロム，ニ
ッケル，コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や
合金、例えば、四三酸化鉄，γ-酸化第二鉄，二酸化ク
ロム，酸化マンガン，フェライト，マンガン-銅系合
金、といった強磁性体ないしは常磁性体の粒子を球形化
したり、又はそれらの磁性体粒子の表面をスチレン系樹
脂，ビニル系樹脂，エチレン系樹脂，ロジン変性樹脂，
アクリル系樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂，フッ
素樹脂，シリコン樹脂，ポリエステル樹脂等の樹脂で球
状に被覆するか、あるいは、磁性体微粒子を分散して含
有した樹脂や脂肪酸ワックスの球状粒子を作るかして得
られた粒子を従来公知の平均粒径選別手段で粒径選別す
ることによって得られる。

【００２２】前記説明した現像装置30Ａ，30Ｂにおい
て、現像スリーブ31を感光体10に対して表面間隔が0.1
〜2.0mmの範囲にあるように設定して、感光体10の静電
潜像を現像すると、現像スリーブ31の表面に形成された
磁気ブラシは、現像スリーブ31の回転に伴ってその表面
の磁束密度が変化するから、振動しながら現像スリーブ
31と共に移動し、感光体10との間隙を安定して円滑に通
過し、その際感光体10の表面に対し均一な現像効果を与
えることになって、安定して高いトナー濃度の現像を可
能にする。それには、かぶりの発生を防ぎ、現像効果を
向上させるために、現像スリーブ31にバイアス電源51に
よって直流成分に交流成分を重畳した交流バイアス電圧
を接地した感光体10の基体との間に印加している。この
交流バイアス電圧の直流成分がかぶりの発生を防止し、
交流成分が磁気ブラシに振動を与えて現像効果を向上さ
せる。なお、通常直流成分には非画像部電位とほぼ等し
いか、それよりも高い50〜600Ｖの電圧が用いられ、交
流成分には100Hz〜10KHz、好ましくは１〜５KHzの周波
数が用いられる。なお、直流成分は、トナーＴが磁性体
を含有している場合は非画像部電位より低くてもよい。
交流成分の周波数が低過ぎると、振動を与える効果が得
られなくなり、高過ぎても電界の振動に現像剤Ｄが追随
できなくなって、現像濃度が低下し、鮮明な高画質画像
が得られなくなるという傾向が現れる。また、交流成分
のピーク・ピーク電圧値は、周波数も関係するが、高い
程磁気ブラシを振動させるようになってそれだけ効果を
増すことになるが、その反面高い程かぶりを生じ易く
し、落雷現象のような絶縁破壊も起こり易くする。しか
し、現像剤Ｄの磁性キャリア粒子が樹脂等によって球形
化されていると絶縁破壊を防止するし、かぶりの発生も
直流成分で防止し得る。なお、この交流バイアス電圧を
印加する現像スリーブ31の表面を樹脂や酸化被膜によっ
て絶縁ないしは半絶縁被覆するようにしてもよい。ま
た、本発明は反転現像にも用いることができる。その場
合、直流成分は感光体10の非画像背景部における受容電
位とほぼ等しい電圧に設定される。

【００２３】以上のような現像装置30Ａ，30Ｂに、球形
フェライトに樹脂コーティングした重量平均粒径が30μ
m、磁化の強さが30emu／ｇ、抵抗率が10¹⁴Ωcm以上の球
形絶縁性の磁性キャリアを用い、トナーにスチレン・ア
クリル樹脂（三洋化成製ハイマーｕｐ110）100重量部、
カーボンブラック（三菱化成製MA-100）10重量部、ニグ
ロシン５重量部からなる重量平均粒径が５μmの粉砕造
粒法によって得られた非磁性粒子からなるものを用い、
現像剤槽34における現像剤Ｄのトナー比率が磁性キャリ
アに対して５wt％になる条件で現像を行った。トナーＴ
の平均帯電量は−30μC／ｇであった。

【００２４】この場合の感光体10としては有機光導電体
（ＯＰＣ）感光体、その周速は180mm／sec、レーザ露光
により感光体10に形成された静電潜像の最高電位−700
Ｖ，最低電位−100Ｖ、現像スリーブ31の外径30mm、そ
の回転数150rpm、磁石ロール32の現像領域Ａに対向する
Ｎ，Ｓ磁極の磁極間は、最低近接位置のより各々±20度
であり各磁束密度はスリーブ上で800ガウス、現像剤Ｄ
層の厚さは0.5mm、現像スリーブ31と感光体ドラム10と
の間隙0.7mm、現像スリーブ31に印加する交流バイアス
電圧は直流成分−600Ｖ、交流成分の周波数８KHz、ピー
ク・ピーク電圧Ｖ_P-P＝1,500Ｖとした。この実施例では
現像スリーブ31上の現像剤Ｄは感光体10の表面に接触し
ない。

【００２５】以上の条件で反転現像を行って、それを普
通紙の記録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
た記録紙の記録画像はエッジ効果やかぶりのない、そし
て濃度が高い極めて鮮明なものであり、引き続いて５万
枚の記録を行ったが最初から最後まで安定して変わらな
い記録画像を得ることができた。これに対して、磁性キ
ャリア粒子に上記熱に因る球形処理を行わなかったもの
を用いた場合は、印加し得る交流成分の電圧が上記電圧
の2/3程度が限度であり、記録画像には荒れが認められ
た。

【００２６】以上の実施例において、現像スリーブ31に
印加する交流バイアス電圧の交流成分の周波数とピーク
・ピーク電圧（Ｖ_P-P）と現像特性の関係を図５に示し
た。図において、横線で陰を付した範囲がかぶりの発生
し易い範囲、縦線で陰を付した範囲が絶縁破壊の生じ易
い破壊、斜線で陰を付した範囲が画質低下を生じ易い範
囲であり、陰を付していない範囲が安定して鮮明な画像
の得られる好ましい範囲である。図から明らかなよう
に、かぶりの発生し易い範囲は、交流成分の変化によっ
て変化する。なお、交流成分の波形は、正弦波に限ら
ず、矩形波や三角波であってもよい。また、図の散点状
の陰を施した低周波領域は、周波数が低いために現像ム
ラが生ずるようになる範囲である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上説明したような構成によ
り、極めて簡単な構成によって現像剤にトナーの補給を
含むトナー濃度制御を自動的、かつ高精度で行うことの
可能な現像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置の一実施例の概要を示す断面
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例の概要を示す断面図であ
る。

【図４】図３のＢ−Ｂ線断面を示す図である。

【図５】現像スリーブに印加する交流バイアス電圧の交
流成分と現像特性の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

10 感光体（像形成体） 31 現像スリーブ 32 磁石ロール 33 規制ブレード 34 現像剤槽 35 検知槽 36 レベルセンサ（容積検知手段） 37Ａ，37Ｂ撹拌スクリュー 37Ｃ撹拌器 41 仕切り壁Ａ 42 仕切り壁Ｂ 43 仕切り壁Ｃ 44 検知槽底面 45 搬送スクリュー（撹拌搬送手段） 46 トナー槽 47 トナー補給スクリュー（トナー補給手段） 49 トナー補給ローラ 51 バイアス電源 52，53 駆動モータＡ現像領域Ｄ現像剤Ｔトナー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２成分の現像剤を収容する現像剤槽と、
トナーを収容するトナー槽とを有する現像装置におい
て、前記現像剤槽に隣接して、前記現像剤槽中の前記現像剤
の容積が特定量以上の分を収納する検知槽を設け、該検
知槽には収納された前記現像剤の容積を検知する容積検
知手段を設ける構成としたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】前記検知槽には前記トナー槽からトナー
補給手段によりトナーが補給され、該トナーと前記現像
剤とを混合撹拌しながら現像剤槽へと搬送する撹拌搬送
手段が設けられていることを特徴とする請求項１の現像
装置。
【請求項３】前記検知槽の底面は傾斜していることを
特徴とする請求項１の現像装置。