JPH086374A - トナー濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 スリーブ２の外周面と所定の隙間を置き固定
磁極Ｎ₁と対向する磁性材料からなるブレード７と、ス
リーブ２に交流を含む電圧Ｖ_Bを印加する電源３と、電
圧Ｖ_Bが印加されることによりブレード７に誘起される
電圧を測定する検出回路１０を設けた。 【効果】 直後に現像領域５に搬送される現像剤Ｍのト
ナー濃度を測定しているので、測定結果に基づいて画像
濃度が適正に調整される。また、ブレード７の先端を固
定磁極Ｎ₁に対向させているので、現像剤Ｍは検出領域
８で引き伸ばされて均一のキャリア密度を有する。その
ために、環境条件等に拘わらず正確なトナー濃度が測定
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真式画像形成装
置において、現像装置に収容されているキャリアとトナ
ーとからなる２成分現像剤のトナー混合率−すなわちト
ナー濃度−を測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２成分現像剤を用いた現像装置では、画
像濃度の適正化を図るために、キャリアとトナー濃度を
測定してこれを適正に制御する必要がある。そのため
に、従来から、例えば感光体上に画像濃度測定用のトナ
ー像を作成し、その画像濃度を光学センサで測定してト
ナー濃度を制御する方法（以下、「ＡＩＤＣ方式」とい
う。）と、現像装置内に収容されている現像剤の透磁率
を磁気センサで測定してトナー濃度を推定し制御する方
法（以下「ＡＴＤＣ方式」という。）が知られている。
その他に、特公昭６３−７８８号公報には、現像スリー
ブ上の現像剤収容部に、このスリーブと所定間隔を置い
て電極を設け、これらスリーブと電極間に交流を印加し
て電極に誘起される電圧を測定してトナー濃度を測定す
るものが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＡＩＤＣ方
式は、実際に作成された画像の濃度をもとにトナー濃度
を制御しているので安定した濃度の画像が得られるとい
う利点を有するが、光学センサの汚れによって誤検出が
発生し易いという問題がある。一方、ＡＴＤＣ方式では
このような問題はないが、現像装置の内部に蓄えられて
いる現像剤のトナー濃度を検出するものであって、現像
領域に搬送されて実際に現像に供される現像剤のトナー
濃度を測定するものでないので、信頼性に欠けるという
問題がある。加えて、現像装置の多くはマグネットロー
ラを備えており、その磁力によって磁気センサの感度が
低下するという問題がある。

【０００４】また、特公昭６３−７８８号に記載のトナ
ー濃度測定方法では、スリーブと電極間に同一現像剤が
長時間滞留し−つまり現像剤が頻繁に入れ替わらず、同
一現像剤について繰り返しトナー濃度を測定する結果と
なり、現像剤全体のトナー濃度が適正に検出できないと
いう問題がある。加えて、現像剤の体積は環境条件、現
像剤の撹拌時間等によって変化するため、これらの条件
によっては同一トナー濃度の現像剤でも電極に誘起され
る電圧が変化し、誤ったトナー濃度を検出するという問
題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記問
題を解決するためになされたもので、複数の磁極を有す
る固定磁石体に円筒状の回転スリーブを外装し、キャリ
アとトナーとからなる２成分現像剤を上記スリーブの外
周に保持して搬送する現像装置において、上記スリーブ
の外周面と所定の隙間を置き上記固定磁極の一つと対向
する磁性材料からなるブレードと、上記スリーブに交流
を含む電圧を印加する電源と、上記電圧が印加されるこ
とによりブレードに誘起される電圧を測定する手段とを
備えたことを特徴とするものである。なお、磁性ブレー
ドとスリーブとの間を搬送される現像剤量は１０ｍｇ／
ｃｍ²以下とするのが好ましい。

【０００６】

【作用】上記構成によれば、スリーブとブレードが対向
する領域（検出領域）には、スリーブの回転に基づい
て、実際の現像に供される現像剤が絶えず供給される。
また、検出領域にはブレードとこれに対向する磁極によ
って磁界が形成されており、検出領域に搬送された現像
剤は上記磁界によりスリーブとブレードとの間で引き伸
ばされてキャリア密度が一定に調整される。そして、ス
リーブに交流を印加すると、検出領域を搬送される現像
剤のトナー濃度に応じた大きさの電圧がブレードに誘起
され、その誘起電圧を測定することによりトナー濃度が
検出される。なお、上述のように、検出領域を搬送され
る現像剤の密度は一定に調整されるので、環境条件等に
拘わらず正確な測定が可能となる。また、検出領域に搬
送される現像剤量を１０ｍｇ／ｃｍ²以下にすると、ト
ナー濃度の測定制度がさらに向上する。

【０００７】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１は本発明に係るトナー濃度測定装置と、
このトナー濃度測定装置を適用した現像装置の要部を示
す。現像装置１において、現像スリーブ２は非磁性導電
材−例えばアルミニウム−からなる円筒体で、感光体１
００に所定の間隔を置いて対向配置され、図示しないモ
ータにより矢印ａ方向に回転駆動可能としてある。ま
た、スリーブ２は電源３に接続されており、この電源３
から交流に直流を重畳したバイアス電圧Ｖ_Bが印加され
るようになっている。マグネットローラ４は、スリーブ
２の内部に非回転状態に固定されている。このマグネッ
トローラ４の外周部には、軸方向に伸びる複数の磁極Ｓ
₁，Ｓ₂，Ｎ₁，Ｓ₃，Ｎ₂，Ｓ₄，Ｎ₃が矢印ａ方向に順次
設けてあり、磁極Ｎ₂がスリーブ２と感光体１００の対
向部−すなわち現像領域５−近傍に配置され、同一極性
の隣接する磁極Ｓ₁，Ｓ₂が現像領域５の反対側に位置さ
せてある。現像剤撹拌ローラ６は例えば公知のバケット
ローラからなり、磁極Ｓ₁，Ｓ₂の近傍においてスリーブ
２と対向するように配置されており、矢印ｂ方向に回転
駆動するようにしてある。穂高規制板であるブレード７
は導電性の磁性材料からなる板材で、磁極Ｎ₁の近傍に
おいてスリーブ２の上部外周面と所定の間隔を置いて対
向配置されている。

【０００８】以上の構成を有する現像装置１では、磁性
材料のキャリアと非磁性材料のトナーからなる現像剤Ｍ
が現像剤撹拌ローラ６の回転により混合される。次に、
現像剤Ｍは、磁極Ｓ₂の近傍で、現像剤撹拌ローラ６に
よりスリーブ２の外周面に供給され、マグネットローラ
４の磁力によりスリーブ２の外周に保持され、スリーブ
２の回転とともに矢印ａ方向に搬送される。続いて、現
像剤Ｍは、ブレード７とスリーブ２の対向する領域（以
下「検出領域８」という。）を通過した後、現像領域５
で感光体１００に接触して該感光体１００に形成されて
いる静電潜像を現像する。現像領域５を通過した現像剤
Ｍは、スリーブ２の回転により磁極Ｓ₄，Ｎ₃の対向部を
通過し、磁極Ｓ₁の対向部を通過したところで、磁極Ｓ₁
とＳ₂の間に形成された反発磁界によってスリーブ２か
ら落下し、現像剤撹拌ローラ６で混合されている現像剤
Ｍに混合される。

【０００９】次に、トナー濃度測定装置９について説明
する。このトナー濃度測定装置９は、スリーブ２と、こ
れに対向配置されたブレード７と、スリーブ２とブレー
ド７の間に交流電圧を印加することになる電源３と、電
源３に対して並列に配置された検出回路１０及び抵抗１
１で構成される。このトナー濃度測定装置９の等価回路
が図２に示してあり、回路上スリーブ２とブレード７が
コンデンサ１２の電極を構成している。したがって、ス
リーブ２とブレード７の間に存在する現像剤Ｍの状態−
例えばトナー濃度−が変化するとコンデンサ１２の容量
が変化し、その容量変化が検出回路１０で検出される。

【００１０】ところで、現像剤Ｍは、トナー濃度の外に
粒径分布やトナー帯電量によっても体積や密度が変化す
る。具体的に、トナーの帯電量が高くなると、図３に示
すように、キャリア１３とトナー１４との電気的吸引力
が強くなり、トナー１４がキャリア１３の表面にしっか
りと保持されると共に、キャリア１３とキャリア１３の
間に隙間ができて現像剤の比重が小さくなる。一方、ト
ナーの帯電量が低いと、図４に示すように、キャリア１
３とトナー１４との電気的吸引力が弱く、トナー１４は
キャリア１３の隙間に入り、現像剤の比重が大きくな
る。そのため、同一トナー濃度、同一体積の現像剤で
も、帯電量の低い現像剤の方がキャリア含有量が多く、
そのために電気抵抗は低く、誘電率が高くなる。よっ
て、コンデンサを構成する２つの電極間にトナー帯電量
の異なる現像剤が介在する場合、それらのトナー濃度、
体積が同一であっても、帯電量の低いトナーを含む現像
剤の方がトナー濃度が低いと判定される。

【００１１】しかし、上記トナー濃度測定装置９では、
ブレード７を磁性材料で形成し、その先端部分をマグネ
ットローラ４の磁極Ｎ₁に対向させている。したがっ
て、図５に示すように、ブレード７の先端部には磁極Ｎ
₁によってこれと逆の極性（Ｓ極）を有する磁極が誘導
される。その結果、現像剤Ｍを構成しているキャリア１
３のチェーン１５が、スリーブ２とブレード７の間で引
き伸ばされる。したがって、トナー帯電量の異なる現像
剤であっても、スリーブ２とブレード７との間の領域で
はキャリアが同じ状態になり、それらのトナー濃度が同
一であれば誘電率、すなわちコンデンサ１２の容量及び
誘起電圧は同一になる。また、上記トナー濃度測定装置
９では、粒径分布の変化による体積変化の影響も同様の
理由によって解消される。その結果、トナー濃度測定装
置９によれば、トナー帯電量、粒径分布のいかんに拘わ
らず、トナー濃度が正確に測定できる。また、スリーブ
２に保持され、現像領域５に搬送される現像剤Ｍのトナ
ー濃度を測定するものであるから、現像に供される実際
の現像剤Ｍのトナー濃度が測定でき、その測定結果に基
づくトナー濃度制御によって作成される画像の濃度が適
正に調整できる。

【００１２】なお、非磁性材料でブレードを形成した場
合、トナー帯電量の違いによる現像剤の比重の差がその
ままブレード７の先端部を通過する現像剤量の差とな
り、スリーブ２とブレード７間に交流を印加したときの
誘起電圧の差となって現れる。そのために、正確にトナ
ー濃度を制御することができない。

【００１３】磁性材料で形成されたブレードと非磁性材
料で形成されたブレードにそれぞれ誘起される電圧につ
いて、同一トナー濃度（１２ｗｔ％）を有し、帯電量
（１０μｃ／ｑと２０μｃ／ｑ）の異なる２種類のトナ
ーを用いて測定した。結果を図６に示す。この図におい
て、横軸はトナー帯電量を示し、縦軸は下記する数１に
よって表される誘起電圧差の比を示す。

【００１４】

【数１】ｒ＝（Ｖ_B−Ｖ₂₀）／（Ｖ_B−Ｖ₁₀） ｒ ：誘起電圧差の比 Ｖ_B ：スリーブ印加電圧 Ｖ₂₀：帯電量２０μｃ／ｇのトナー使用時の誘起電圧 Ｖ₁₀：帯電量１０μｃ／ｇのトナー使用時の誘起電圧

【００１５】この図６から、磁性ブレードの場合はトナ
ー帯電量の変化に拘わらずほぼ一定の電圧がブレードに
誘起されるのに対して、非磁性ブレードの場合はトナー
帯電量の増加と共に誘起電圧が減少することが分かる。

【００１６】次に、同一トナー濃度（１２ｗｔ％）を用
い、検出領域８を通過する現像剤量を変化させて磁性ブ
レードの誘起電圧を測定した。結果を図７に示す。この
図において、横軸は現像剤搬送量を示し、縦軸は数１で
示される誘起電圧差の比を示す。この図から、現像剤搬
送量が１０ｍｇ／ｃｍ²以下のときは現像剤搬送量に拘
わらずほぼ一定の電圧がブレードに誘起されるが、現像
剤搬送量が多くなるほど誘起電圧の差が大きくなること
が理解できる。したがって、スリーブの現像剤搬送量は
約１０ｍｇ／ｃｍ²以下にするのが好ましい。

【００１７】スリーブに印加する電圧等の具体的な数値
を実験例と共に紹介する。この実験例では、現像剤とし
て、抵抗１０Ω・ｃｍ、粒径２０μｍのキャリアと、ミ
ノルタカメラ株式会社製のＥＰ９７６５用トナーを使用
した。スリーブとブレードとの間隔（規制ギャップ：Ｄ
ｂ）は０．３ｍｍ、スリーブと感光体との間隔（現像ギ
ャップ：Ｄｓ）は０．６ｍｍに設定した。スリーブの現
像剤搬送量は６ｍｇ／ｃｍ²とした。スリーブには、周
波数２ＫＨｚ、電圧（ピークツーピーク電圧）３ＫＶの
矩形波（デューティ比１：１）の交流に−５００Ｖの直
流を重畳した電圧を印加した。その結果、１２ｗｔ％の
トナー濃度を有する現像剤の場合には２２９５Ｖ
_P-P（ピークツーピーク値）、２１ｗｔ％のトナー濃度
を有する現像剤の場合は２２４３Ｖ_P-P（ピークツーピ
ーク値）の電圧が誘起された。

【００１８】次に、現像ギャップを０．３ｍｍに変更
し、スリーブに周波数２ＫＨｚ、電圧（ピークツーピー
ク電圧）１．５ＫＶの矩形波（デューティ比３：１）の
交流に−５００Ｖの直流を重畳した電圧を印加し、異な
るトナー濃度の現像剤についてブレードに誘起される電
圧を調べた。結果を図８に示す。この図より、トナー濃
度と誘起電圧との間には直線的な関係が認められ、誘起
電圧からトナー濃度が推定できることが分かる。

【００１９】スリーブに印加する交流の周波数と測定精
度との関係を調べるために、現像ギャップを０．３ｍ
ｍ、規制ギャップを０．３ｍｍに設定し、スリーブに電
圧（ピークツーピーク電圧）１．５ＫＶの矩形波（デュ
ーティ比３：１）の交流と−５００Ｖの直流とを重畳し
た電圧を印加するとともに、交流周波数を変化させて、
２種類のトナー濃度を有する現像剤についてブレードの
誘起電圧を調べた。結果を図９に示す。この図より、周
波数が４００Ｈｚ、２ＫＨｚ、３ＫＨｚのときは誘起電
圧のばらつきは小さかった（±６Ｖ以下）が、２００Ｈ
ｚ、４ＫＨｚのときは誘起電圧のばらつきが大きかった
（それぞれ±１４Ｖ、±１０Ｖ）。ここで、周波数を小
さくする（４００Ｈｚ以下）と電圧のばらつきが大きく
なるのは、周波数に応じてスリーブとブレードとの間を
往復するするトナーの速度が遅く、このトナーの移動に
よる電荷の移動によって測定値がばらつくものと考えら
れる。また、周波数が大きくなる（４ＫＨｚ以上）と交
流矩形波の波形に歪みが生じて測定値がばらつくものと
考えられる。したがって、交流の周波数は、４００Ｈｚ
〜３ＫＨｚに設定するのが好ましい。なお、現像時にス
リーブに印加する周波数が上記適正範囲（４００Ｈｚ〜
３ＫＨｚ）外の場合、トナー濃度測定時には適正範囲に
交流周波数を調整し、通常の現像時には現像に適する周
波数に切り替えるようにすればよい。

【００２０】図１０はトナー濃度測定装置の変形例を示
し、ブレード１６の現像剤搬送方向上流側の面に絶縁部
材１７を備えている。この変形例によれば、ブレード１
６の上流側から規制部１８に電圧が誘起されるのが防止
される。また、図１１は別の変形例を示し、ブレードの
現像剤搬送方向上流側にＬ字状の現像剤押さえ板１９を
設け、ブレード７の上流側に溜まる現像剤量を一定にす
ることで、スリーブからブレードの上流側へ誘起される
電圧を一定にして、検出精度を高めている。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかるトナー濃度測定装置によれば、ブレードの先端
規制部において、直後に現像領域に搬送される現像剤の
トナー濃度を測定しているので、測定結果に基づいて画
像濃度が適正に調整される。

【００２２】また、ブレードの先端を固定磁極に対向さ
せているので、現像剤はブレードとスリーブの間で引き
伸ばされて均一のキャリア密度を有する。そのために、
環境条件等に拘わらず正確なトナー濃度が測定できる。

【００２３】さらに、ブレードとスリーブの間を搬送さ
れる現像剤量を１０ｍｇ／ｃｍ²以下とすることによ
り、トナー濃度がさらに正確に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 現像装置の要部断面とトナー濃度測定装置の
構成を示す図である。

【図２】 トナー濃度測定装置の等価回路図である。

【図３】 トナー帯電量が高い場合の、キャリアとトナ
ーの結合状態を示す図である。

【図４】 トナー帯電量が低い場合の、キャリアとトナ
ーの結合状態を示す図である。

【図５】 ブレード先端部を通過するキャリアの状態を
示す図である。

【図６】 磁性ブレードと非磁性ブレードを使用したと
きの、トナー帯電量と誘起電圧差の比との関係を示す図
である。

【図７】 スリーブの現像剤搬送量と誘起電圧差の比と
の関係を示す図である。

【図８】 トナー濃度と誘起電圧との関係を示す図であ
る。

【図９】 交流周波数と誘起電圧のばらつきとの関係を
示す図である。

【図１０】 ブレードの背後に絶縁部材を設けたトナー
濃度測定装置の変形例を示す図である。

【図１１】 ブレードの背後に現像剤押さえ板を設けた
トナー濃度測定装置の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１…現像装置、２…スリーブ、３…電源、４…マグネッ
トローラ、７…ブレード、８…検出領域、９…トナー濃
度検出装置、１０…検出回路、１２…コンデンサ、Ｍ…
現像剤。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁極を有する固定磁石体に円筒状
   の回転スリーブを外装し、キャリアとトナーとからなる
   ２成分現像剤を上記スリーブの外周に保持して搬送する
   現像装置において、上記スリーブの外周面と所定の隙間
   を置き上記固定磁極の一つと対向する磁性材料からなる
   ブレードと、上記スリーブに交流を含む電圧を印加する
   電源と、上記電圧が印加されることによりブレードに誘
   起される電圧を測定する手段とを備えたことを特徴とす
   るトナー濃度測定装置。
2. 【請求項２】 上記磁性ブレードとスリーブとの間を搬
   送される現像剤量が１０ｍｇ／ｃｍ²以下であることを
   特徴とする請求項１のトナー濃度測定装置。