JPH0922179A

JPH0922179A - 現像装置

Info

Publication number: JPH0922179A
Application number: JP16967895A
Authority: JP
Inventors: Fumitake Hirobe; 文武廣部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】トナーとキャリアの比を一定に保った際の実
際のトナー像の濃度変動を防止する。【解決手段】基準トナー像の濃度に基づき目標とする
トナーとキャリアの比の値を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
等の画像形成装置に用いられる現像装置に関し、特に、
トナーとキャリアとを有する２成分現像剤を用いた現像
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に画像形成装置の一例を示す。

【０００３】現像剤攪拌搬送手段１１、１２によって現
像剤担持体である現像スリーブ３の表面に供給された現
像剤をマグネットローラ１３の磁力にて磁気ブラシの状
態で保持し、これを現像スリーブ３の回転に基づいて像
担持体である感光ドラム４０との対向部の現像領域に搬
送すると共に、現像スリーブ上剤だまり量規制部材であ
る返し部材１及び穂高規制部材であるブレード２で上記
磁気ブラシを穂切りして現像領域に搬送される現像剤量
を適正に維持するようにしたものが提供されている。

【０００４】更に詳しく述べると、現像装置９の内部は
垂直方向に延在する隔壁６によって現像室１６と攪拌室
１７とに区画され、現像室１６及び攪拌室１７には非磁
性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤が収容され
ている。

【０００５】現像室１６及び攪拌室１７には上述のよう
にそれぞれスクリュータイプの第１及び第２の現像剤攪
拌搬送手段１１、１２が配置されている。第１の攪拌搬
送手段１１は現像室１６内の現像剤を攪拌搬送し、また
第２の攪拌搬送手段１２は現像剤濃度制御装置の制御の
もとでトナー補給槽（図示せず）からこの第２の攪拌搬
送手段１２の上流側に供給されるトナーと既に攪拌室１
７内にある現像剤とを攪拌搬送し、トナー濃度を均一化
する。隔壁６には図７における手前側と奥側の端部にお
いて現像室１６と攪拌室１７とを相互に連通させる現像
剤通路（図示せず）が形成されており、第１および第２
の攪拌搬送手段１１、１２の搬送力により、現像によっ
てトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室１６
内の現像剤が他方の通路から攪拌室１７内へ移動するよ
うに構成されている。

【０００６】図６に示すように、上記スクリュータイプ
の第１の攪拌搬送手段１１は、現像室１６内の底部に現
像スリーブ３の軸線方向、即ち現像幅方向に沿ってほぼ
平行に配置されており、回転軸の周りに羽根部材をスパ
イラル形状に設けたスクリュー構造とされ、回転して現
像室１６内の現像剤を現像室１６の底部にて現像スリー
ブ３の軸線方向に沿って一方向に搬送する。また、第２
の攪拌搬送手段１２も、このスクリュータイプの第１の
攪拌搬送手段１１と同様のスクリュー構造（回転軸の周
りに羽根部材を第１の攪拌搬送手段１１とは逆向きにし
てスパイラル形状に設けたスクリュー構造）とされ、攪
拌室１７内の底部に第１の攪拌搬送手段１１とほぼ平行
に配置され、第１の攪拌搬送手段１１と同方向に回転し
て攪拌室１７内の現像剤を第１の攪拌搬送手段１１とは
反対の方向に搬送する。かくして、第１及び第２の攪拌
搬送手段１１、１２の回転によって現像剤は現像室１６
と攪拌室１７との間で循環される。

【０００７】このような現像剤の循環の中で、従来、ト
ナーとキャリアの比を検知するために現像剤中のトナー
濃度を検知するトナー濃度検知手段７は現像室１６内の
現像スリーブ３の近傍でスラスト方向で手前側に設けら
れていた。トナー濃度検知手段７が奥側でなく手前側に
設けられている理由は、奥側（つまり現像室１６内の現
像剤循環の上流側）に設けると下流側でトナーが消費さ
れる場合にトナー濃度の低下の検知ができないが、手前
側に設けると検知位置が現像室１６内でスラスト方向下
流側になるのでスラスト方向のどこでトナーが消費され
てもトナー濃度低下の検知が行えるためである。

【０００８】

【発明が解決する課題】このように現像剤のトナーとキ
ャリアの比を一定に保っても、キャリアの劣化、環境の
変化等により現像したトナー像の濃度は変動してしま
う。

【０００９】そこで感光ドラム上に所定の濃度のパッチ
画像を作成し、画像濃度検知手段１９で検知し、この検
知濃度に基づいてトナーを補給することも行なわれてい
るが、１コピーシーケンスが長くなってしまうことや磁
性キャリアからトナーに与える電荷量（以下トリボと略
す）が増える（以下チャージｕｐ）ことで画像濃度ｄｏ
ｗｎが生じ、結果トナー過補給状態を生み、現像剤あふ
れ現象を引き起こしたり、逆にトリボが減ることで画像
濃度がｕｐしてしまいトナー補給停止状態が続き現像
（スリーブ３上の現像剤コート量が著しく不足し画像劣
化を引き起こしてしまうといった欠点があった。

【００１０】

【課題を解決する手段】上記課題を解決する本発明は、
トナーとキャリアを有する現像剤を収容する現像容器
と、この現像容器内のトナーとキャリアの比を検知する
比検知手段と、トナーとキャリアの比が所定の目標値と
なるように比検知手段の出力に基づき現像容器内にトナ
ーを補給する補給手段と、を有する現像装置において、
現像後の基準トナー像の濃度を検知する濃度検知手段
と、この濃度検知手段の検知濃度に基づき上記目標値を
変更する変更手段と、を有することを特徴とするもので
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１２】図１は本発明の実施の形態の現像装置を用
いた画像形成装置である電子写真方式のデジタル複写機
の模式図である。

【００１３】図１に示す電子写真方式ディジタル複写機
において、複写されるべき原稿３１の画像はレンズ３２
によってＣＣＤ等の撮像３３に投影される。この撮像素
子３３は原稿画像を多数の画素に分解し、角画素の濃度
に対応した光変換信号を発生する。撮像素子３３から出
力されるアナログ画像信号は画像信号処理回路３４に送
られる。ここで各画素毎にその画素の濃度に対応した出
力レベルを有する画素画像信号に変換され、そのパルス
幅変調回路３５に送られる。

【００１４】このパルス幅変調回路３５は入力される画
素画像信号毎に、レベルに対応した幅（時間長）のレー
ザー駆動パルスを形成して出力する。即ち、図２の
（ａ）に示すように、高濃度の画素画像信号に対しては
より幅の広い駆動パルスＷを、低濃度の画素画像信号に
対してはより幅の狭い駆動パルスＳを、中濃度の画素画
像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩをそれぞれ形
成する。

【００１５】パルス幅変調回路３５から出力されたレー
ザー駆動パルスは半導体レーザ３６に供給され、半導体
レーザー３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光さ
せる。従って、半導体レーザ３６は高濃度画素に対して
はより長い時間駆動され、低濃度画素に対してはより短
い時間駆動されることになる。それ故、像担持体である
感光ドラム４は、次に説明する光学系によって、高濃度
画素に対しては主走査方向により長い範囲が露光され、
低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲が露光
される。つまり、画素の濃度に対応して静電潜像のドッ
トサイズが異なっている。従って当然のことながら、高
濃度画素に対するトナー消費量は低濃度画素に対するそ
れよりも大である。尚、図２の（ｄ）に低、中、高濃度
画素の静電潜像をそれぞれＬ、Ｍ、Ｈで示した。

【００１６】半導体レーザ３６から放射されたレーザ光
３６ａは、回転多面鏡３７によって掃引され、ｆ／θレ
ンズ等のレンズ３８及びレーザ光３６ａを像担持体たる
感光ドラム４方向に指向させる固定ミラー３９によっ
て、感光ドラム４０上にスポット結像される。かくし
て、レーザ光３６ａは感光ドラム４０の回転ドラムの回
転軸とほぼ平行な方向（主走査方向）にこのドラム４０
を走査し、静電潜像を形成することになる。

【００１７】感光ドラム４０はアモルファスシリコン、
セレン、ＯＰＣ等の感光層を表面に有し、矢印方向に回
転する電子写真感光体であり、前露光器４１で均一に除
電を受けた後、一次帯電器４２により均一に帯電され
る。その後、上述した画像情報信号に対応して変調され
たレーザ光で露光走査され、これによって画像信号に対
応した静電画像が形成される。この静電潜像はトナー粒
子とキャリア粒子が混合された２成分現像剤を使用する
現像器４４によって反転現像され、可視画像（トナー
像）が形成される。尚、反転現像とは、感光体の光で露
光された領域に、潜像と同極性に帯電したトナーを付着
させてこれを可視化する現像方法である。６０はトナー
を収容するホッパー６２は現像容器にトナーを補給する
補給スクリュー７０は駆動モータである。このトナー像
は２個のローラ４５、４６間に架張され、図示矢印方向
に無端駆動される転写材担持ベルト４７上に保持された
転写材４８に転写帯電器４９の作用により転写される。

【００１８】トナー像が転写された転写材４８は転写材
担持ベルト４７から分離されて図示しない定着器に搬送
され、永久像に定着される。又、転写後に感光ドラム４
上に残った残留トナーはその後クリーナ５０によって除
去される。

【００１９】なお、説明を簡単にするために単一の画像
形成ステーション（感光ドラム４、一次帯電器４２、現
像器９等を含む）のみを図示するが、カラー画像形成装
置の場合には、例えばシアン、マゼンタ、イエロー、及
びブラックの各色に対する画像形成ステーションが転写
材担持ベルト４７上にその移動方向に沿って順次に配列
され、各画像形成ステーションの感光ドラム上に原稿の
画像を色分解した各色毎の静電潜像が順次に形成され、
対応する色トナーを有する現像器で現像され、転写材担
持ベルト４７によって保持、搬送される転写材４８に順
次に転写されることになる。

【００２０】次に現像装置４４について説明する。

【００２１】図３に示すように、感光ドラム４０に対向
して配置された２成分現像装置４４は現像剤担持体とし
ての現像スリーブ３、現像剤の供給位置から穂切り位置
まで汲み上げられる現像剤量を規制する剤返し部材１、
現像剤の穂高規制部材としてのブレード２、さらに２成
分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段７
ａを有している。

【００２２】現像装置４４は現像容器が、垂直方向に延
在する隔壁６によって、現像室１６と攪拌室１７とに区
画されている。隔壁６の上方部は解放されており、現像
室１６で余分となった２成分現像剤が攪拌室１７側に回
収されるようになっている。現像室１６及び攪拌室１７
には非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤が
収容されている。

【００２３】現像室１６及び攪拌室１７にはそれぞれス
クリュータイプの第１及び第２の現像剤攪拌搬送手段１
１、１２が配置されている。第１の攪拌搬送手段１１は
現像室１６内の現像剤を攪拌搬送し、また第２の攪拌搬
送手段１２は、現像剤濃度制御装置のもとでトナー補給
槽（図示せず）から第２の攪拌搬送手段１２の上流側に
供給されるトナーと既に攪拌室１７内にある現像剤とを
攪拌搬送し、トナー濃度を均一化する。隔壁６には図１
における手前側と奥側の端部において現像室１６と攪拌
室１７とを相互に連通させる現像剤通路（図示せず）が
形成されており、第１及び第２の攪拌搬送手段１１、１
２の搬送力により、現像によってトナーが消費されてト
ナー濃度の低下した現像室１６内の現像剤が他方の通路
から攪拌室１７内へ移動するように構成されている。

【００２４】現像装置４４の現像室１６には感光ドラム
４に対面した現像領域に相当する位置に開口部が形成さ
れており、この開口部に一部露出するようにして現像ス
リーブ３が回転可能に配置されている。現像スリーブ３
は非磁性材料で構成され、現像動作時には図示矢印方向
に回転し、その内部には磁界発生手段である磁石１３が
固定されている。現像スリーブ３はブレード２によって
層厚規制された２成分現像剤の層を担持搬送し、感光ド
ラム４０に対向する現像領域で現像剤を感光ドラム４０
に供給して潜像を現像する。このとき、現像効率、即ち
感光ドラム上の潜像へのトナーの付与率を向上させるた
めに、現像スリーブ３には電源１５から直流電圧と交流
電圧と重畳した現像バイアス電圧が印加される。

【００２５】磁石１３は、本実施例では、現像磁極Ｎ１
と現像剤を搬送する磁極Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｓ３とを有
する、また、ブレード２は、アルミニウム（Ａ１）等の
非磁性材料にて構成され、感光ドラム４よりも現像スリ
ーブ３の回転方向上流側に配置されており、現像スリー
ブ３の表面との間の隙間を調整することにより現像スリ
ーブ３上を現像領域へと搬送される現像剤の厚さを規制
する。従って、本実施例においては、ブレード２の先端
部と現像スリーブ３との間を非磁性トナーと磁性キャリ
アの両方が通過して現像領域へと送られる。

【００２６】上記スクリュータイプの第１の攪拌搬送手
段１１は現像室１６内の底部に現像スリーブ３の軸線方
向、即ち現像幅方向に沿ってほぼ平行に配置されてお
り、本実施例では、回転軸の周りに羽根部材をスパイラ
ル形状に設けたスクリュー構造とされ、回転して現像室
１６内の現像剤を現像室１６の底部にて現像スリーブ３
の軸線方向に沿って一方向に搬送する。また、第２の攪
拌搬送手段１２も、このスクリュータイプの第１の攪拌
搬送手段１１と同様のスクリュー構造（回転軸の周りに
羽根部材を第１の攪拌搬送手段１１とは逆向きにしてス
パイラル形状に設けたスクリュー構造）とされ、攪拌室
１７内の底部に第１の攪拌搬送手段１１とほぼ平行に配
置され、第１の攪拌搬送手段１１と同方向に回転して攪
拌室１７内の現像剤を第１の攪拌搬送手段１１とは反対
の方向に搬送する。かくして、第１及び第２の攪拌搬送
手段１１、１２の回転によって現像剤は現像室１６と攪
拌室１７との間で循環される。

【００２７】現像室１６内の現像剤は現像スリーブ３に
内蔵された磁石１３の働きによって現像スリーブ３に担
持され、ブレード２にて層厚が規制されて現像領域へと
搬送される。現像領域にて現像に供されずに残った現像
剤は現像スリーブ３にて再び現像室１６へ搬送され反発
磁極Ｓ３、Ｓ２により現像スリーブ３上から現像室１６
内へ掻き落とされて回収される。

【００２８】一方、第１の攪拌搬送手段１１の回転に伴
い攪拌搬送された現像剤は反発磁極の片側の磁極Ｓ２に
て現像スリーブ３の方向に汲み上げられる。この汲め上
げられる際に剤返し部材１により汲み上げられ、現像ス
リーブ３に搬送される現像剤量がある程度規制される。

【００２９】この磁極Ｓ２で汲み上げられた現像剤は、
次の磁性Ｎ２からの磁界で形成され、現像スリーブ３の
中心方向へ作用し、かつ返し部材１で規制された現像剤
量に応じて決まる磁気拘束力と、現像スリーブ３の回転
方向に作用する搬送力とによりブレード部へ搬送され
る。

【００３０】そして、現像剤の汲み上げ位置からブレー
ド部へ搬送される途中の、磁極Ｓ２と磁極Ｎ２との間で
現像スリーブ３に対向した位置に、トナーとキャリアの
比を検知するために現像剤中のトナー濃度を検知するト
ナー濃度検知手段７ａが返し部材１内に組み入れられて
いる。

【００３１】図４に示すように、本実施の形態における
トナー濃度検知手段７ａは、双方向発光のＬＥＤ７１
ａ、参照光用受光素子７２ａ、反射光用受光素子７３
ａ、及び検出窓８ａ、とからなる現像剤反射方式であ
る。そして、その検出窓８ａは透明アクリル樹脂で作ら
れており、その現像剤と面している検出面はトナー付着
を防止するため検出面を覆うように離型性樹脂であるＰ
ＦＡシート８１が張り付けられている。

【００３２】本実施の形態で用いた非磁性トナーは、ポ
リエステル樹脂８０〜９０ｗｔ％に着色用顔料を５〜１
５ｗｔ％、更に負電荷制御剤としてアルキル置換サリチ
ル酸の金属鎖体を分散させた平均５〜１１μｍのトナー
を用い、これに酸化チタンＴｉＯ₂ を０．２〜２ｗｔ％
外添して使用した。外添剤にはこの他シリカを用いても
よい。

【００３３】また、磁性キャリアは任意のフェライトキ
ャリア、特に燒結フェライト粒子が使用される。つま
り、コア材としてＺｎ系フェライト、Ｎｉ系フェライ
ト、Ｃｕ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ
−Ｍｇ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−
Ｚｎフェライト等を用い、これに摩擦帯電性、環境安定
性、耐久性向上を目的としてアクリル系樹脂を０．５〜
２ｗｔ％コートした平均粒径３０〜６０μｍのキャリア
を用いた。コート剤としてはこの他にポリエステル樹
脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂等を適宜選択して用いる
ことができる。

【００３４】ここで、現像装置のトナー濃度検出手段に
ついて説明する。トナー濃度検知手段は現像容器内のス
ラスト方向で手前側に（図４にて７ａ）設けられてい
る。この現像剤濃度検知手段７ａは、２成分現像剤中の
トナーが赤外光を反射し、逆にキャリアが赤外光を吸収
するという特性を用い、現像容器内の現像剤に現像剤濃
度検知手段７ａにより赤外光を照射して反射される赤外
光の反射量を受光素子７３ａによりモニターし、２成分
現像剤のトナー濃度を算出し、トナー補給を行うことで
トナー濃度の安定維持を図るものである。

【００３５】そのトナー補給濃度の制御は、先ず２成分
現像剤を現像容器に投入し、未使用の状態での２成分現
像剤の反射光量による受光素子７３ａからの出力Ｓｉｇ
−ｉｎｉｔを測定し、この値を目標値として本体内のメ
モリに格納する。そして、コピーをスタートし、２成分
現像剤の使用が開始されると、コピー１枚毎にその時の
２成分現像剤の反射光量による受光素子７３ａからの出
力Ｓｉｇ−ｃｕｒを測定する。そして、メモリに格納さ
れているＳｉｇ−ｉｎｉｔとの差分ΔＳｉｇを計算す
る。

【００３６】 ΔＳｉｇ＝（Ｓｉｇ−ｉｎｉｔ）−（Ｓｉｇ−ｃｕｒ）（１）（１）式と予め測定されたトナー濃度１ｗｔ％変動当た
りの出力感度値ｒａｔｅにより、その時のトナー濃度の
初期からのずれ量ΔＤを算出する。

【００３７】ΔＤ＝ΔＳｉｇ／ｒａｔｅ（２）上記ΔＤの計算値により、現像容器内に補給されるトナ
ー量が決定される。つまり、トナー濃度の初期からのず
れ量がマイナスの場合はそのずれ量に見合う分のトナー
量を補給し、又プラスの場合は、補給を停止する。例え
ば、ΔＤ＝−１ｗｔ％の時は、１ｗｔ％相当のトナーを
補給し、又、ΔＤ＝＋１ｗｔ％の時は補給をしない。こ
のようにして初期のトナー濃度を維持するような制御が
行われる。

【００３８】次に画像濃度検知手段１９について説明す
る。

【００３９】この画像濃度検知手段は、図１のように画
像形成装置の現像後でありかつ転写部材４９の後に感光
ドラム４０に対向して設けられている。画像濃度検知手
段１９は、前述の現像剤濃度制御法と同様の構成をして
おり図４のように双方向発光のＬＥＤ７１ａ参照光用受
光素子７２ａ反射光用受光素子７３ａ及び検出窓８ａか
らなっており、検出面はトナー付着防止するためのＰＦ
Ａシート８１が張りつけられている。この構成により感
光ドラム４上のパッチ画像２８の反射濃度を検知してい
る。

【００４０】２成分現像装置を用いた電子写真複写機で
は図５のように現像剤のトナー濃度が高くなると、画像
濃度が濃くなってくる。更に画像濃度検知手段１９は感
光ドラム上の画像濃度に対してマゼンタ、シアン、イエ
ロー（以下色剤）のトナーに対しては図５の曲線Ｂのよ
うに、ブラックトナーに対しては図５の曲線Ａのような
検知出力を示す。

【００４１】そのために、現像スリーブ３上のトナー濃
度を１番よく表わしていると考えられるパッチ画像２８
の濃度をパッチ検ＡＴＲから算出し、そこから求まるト
ナー過剰もしくは不足量を剤反射ＡＴＲから求まる現在
の現像剤濃度にフィードバックをかけていくことで暴走
を防ぐ。具体的には初期の現像剤のトナー濃度が６ｗｔ
％であるとする。（４７０ｇの磁性キャリア＋３０ｇト
ナー）トナー濃度検知手段の出力に基づきトナー濃度が
６ｗｔ％となるようにトナーが補給された状態でパッチ
検ＡＴＲをおこなったところ、画像濃度が初期に比べ下
がっており、初期濃度に戻すにはトナーが５ｇ必要であ
ると判断したとすると現像剤濃度にして−１ｗｔ％の状
態であると考えられる。したがって、剤反射ＡＴＲの目
標値を６ｗｔ％から７ｗｔ％に変え、今後この目標値で
剤反射ＡＴＲをおこなうことである一定の画像濃度レベ
ルに収束することが可能となる。

【００４２】図８に本実施例の形態のフローチャートを
示す。

【００４３】尚、トナー濃度をあるレベル以上もしくは
以下にすると剤アフレ・コート不良現象を引き起こす可
能性がある。この問題は、あるトナー濃度レベルのしき
い値を設けることを解決できる。つまり剤反射ＡＴＲで
の信号がしきい値に達したところでパッチ検ＡＴＲから
の制御を止め、剤反射ＡＴＲのみの補給に切り替える。
その際の剤反射ＡＴＲの目標値は上限・下限値に固定し
ておくことでよい。そして、パッチ検ＡＴＲからの信号
がしきい値旧制御を要求した時に、再び剤反射ＡＴＲの
目標値を変更していくことで良好な濃度推移が得られ
た。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画
像形成時間の増加、トナーのあふれ、過少を生じること
なく、環境変化等の濃度変化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の現像装置を用いた画像形
成装置の模式図。

【図２】ＰＷＭ制御を説明する図。

【図３】本発明の実施の形態の現像装置の断面図。

【図４】トナー濃度検知センサーの配置を示す図。

【図５】画像濃度に対する検知濃度の出力を示す図。

【図６】画像形成装置の一例を示す図。

【図７】トナー濃度の推移を示す図。

【図８】本発明の実施の形態のフローチャート。

【符号の説明】７トナー濃度検知手段１９画像濃度検知手段６０ホッパー６２補給スクリュー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーとキャリアを有する現像剤を収容
する現像容器と、この現像容器内のトナーとキャリアの
比を検知する比検知手段と、トナーとキャリアの比が所
定の目標値となるように比検知手段の出力に基づき現像
容器内にトナーを補給する補給手段と、を有する現像装
置において、現像後の基準トナー像の濃度を検知する濃度検知手段
と、この濃度検知手段の検知濃度に基づき上記目標値を
変更する変更手段と、を有することを特徴とする現像装
置。
【請求項２】一連の現像動作終了後に変更手段は目標
値の変更を行なうことを特徴とする請求項１の現像装
置。
【請求項３】上記検知手段の出力に基づく量のトナー
を補給し所定の比の状態にあるべき現像剤で現像した基
準トナー像の濃度に基づき変更手段は目標値を変更する
ことを特徴とする請求項１もしくは２の現像装置。