JPS61292665A - トナ−濃度検出装置 - 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） この発明はトナー濃度検出装置に関し、特にキャリアと
トナーとが静電的に吸着した２成分系現像剤中のトナー
濃度を検出る、装置に関る、。

（従来技術） ２成分系現像剤において、安定した画質を得るためには
、現像剤中のトナー濃度を安定させる必要がある。すな
わち、現像剤中のトナー粒子は、感光体に形成された静
電潜像の静電気力によって画像部分に付着して消費され
る。したがって、現像剤に含まれるトナーの量は複写を
行なう毎に消費されて次第に減少し、現像剤中のトナー
濃度が低下る、。そのために、適宜トナーを補給して最
適なトナー濃度に保持る、ことにより、画質を安定させ
ることが必要である。

このような背景から、現在では、現像剤の種々の特性を
利用してトナー濃度やトナー帯電量を制御しようとる、
技術が提案されている。特公昭６０−１８０６２号公報
には、検出コイルの近くをキャリアが通過る、ときコイ
ルのインダクタンスが変化る、ことを利用してトナー濃
度の変化を検出している。特公昭５８−４９８６７号公
報では、トナー濃度が小さいときは電流が大きくすなわ
ち抵抗が小さいことを利用して電気抵抗法によってトナ
ー濃度の変動を検出している。実公昭５７−２２１８２
号公報では、現像剤の表面レベルの低下を機械的に検出
してトナー量の変動を検出る、。

（発明が解決しようとる、問題点） しかしながら、上述のいずれの従来技術も、十分に満足
できるものではなく、成る場合には構成が複雑で、信頼
性が低いという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な構成によ
って信頼性の高い、トナー濃度検出装置を提供る、こと
である。

（問題点を解決る、ための手段） この発明は、簡単にいえば、現像剤室に導体を配置し、
その導体に流れ込む電荷量によって現像剤中のトナー濃
度を検出る、ようにした、トナー濃度検出装置である。

（作用） 現像位置から戻された現像剤が導体に接触る、と、その
現像剤の帯電電荷が導体に流れ込む。トナーの量が多い
ときには帯電電荷は小さくなり、逆にトナー濃度が小さ
いと帯電電荷量が大きい。

したがって、導体に流れ込む電荷量がトナー濃度に相関
し、そのために、導体に流れ込む電荷量を検出る、こと
によって現ｉ剤中のトナー濃度を検出る、。

（発明の効果） この発明によれば、現像中の現像剤の帯電量を直接検出
る、ようにしているため、ブローオフ法のように実際の
現像方法とは相関関係がない検出方法に比較して、信頼
性が高く、しかも広範囲の現像剤の平均的なトナー帯電
電荷量が検出されるので、誤差が少なく信頼性が高い。

この発明の好ましい実施例では、導体は接地され、した
がって現像位置から戻された現像剤のキャリアの帯電電
荷がアースに放電され、キャリアとトナーとの付着力が
弱められ、両者が開放される。したがって、キャリアと
トナーとが常に未帯電の状態で次の摩擦で接触る、こと
ができる。そのために、現像剤を繰り返し使用してもキ
ャリアがトナーでカバリングされることもなくなり、現
像剤の疲労やスペント化が防止でき、長期にわたって安
定したコピー画質が得られる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行なう以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

（実施例） 一般に現像剤中のトナー濃度が高くなると、コピー濃度
は高くなるが、コピー画像の白地になるべきところにま
でトナーが付着る、いわゆる“かぶり”と呼ばれる現象
を生じ、コピー画質が低下る、。反対に、トナー濃度が
低くなると、画像全体が薄くなって細部や黒べた部分が
忠実に再現されなくなり、そのうえ、トナー濃度が高い
場合と同様に“かぶり”の現象が見られる。このように
電子複写機の現像プロセスでは、キャリアにより感光体
に運ばれるトナー量は、°トナー濃度に大きく左右され
る。

トナー濃度が比較的高いと、キャリア粒子は多量のトナ
ーで覆われることになる。その結果、個々のトナーはキ
ャリアと摩擦接触る、チャンスが少なくなり、それ程強
く帯電されない。その結果、現像時には多量のトナーが
感光体に移動る、が、その移動付着したトナーの保有電
荷密度が小さい。

したがって、コピー濃度は高いがトナーとキャリアとの
静電気的な吸引力が低すぎるため、現像剤の混合、攪拌
および搬送中にトナーが機内に飛散したり、潜像面の非
画像部に付着して“かぶり”、の原因となったりる、。

逆に、トナー濃度が比較的低いと、キャリアによるトナ
ーへの帯電付与のチャンスが高くなり、その結果トナー
が得る帯電量が大きくなり、コピー画質は薄く、トナー
濃度の不足現象が見られる。

これは、トナーが保有る、帯電量が大きい場合は、トナ
ーとキャリアとの静電気的な吸引力が大きくなりすぎ、
静電潜像の方へトナーが移行されにくくなるからである
。すなわち、単位電荷量当たりのトナー量が少ないため
にコピー濃度が薄くなるのである。そのうえ、キャリア
から離れやすいトナーすなわち現像剤中の弱帯電トナー
または非帯電トナーによって見掛は上現像される現象を
呈し、画像濃度は薄く“かぶり”がみられる。

これらのことから、トナーに付与される帯電量には、第
３図に示すような上限と下限とがあり、良好な画質を得
るには、この帯電量を一定の範囲に保つ必要がある。こ
の発明は、このような帯電量を検出して、それに基づい
てトナー濃度を検出し、必要に応じて、トナーを適宜補
給る、ようにしたものである。

第１図はこの発明の一実施例の要部を示す図解図である
。第２図は第１図実施例の主として電荷の流れを説明る
、概念図である。

現像装置１０は、感光体ドラム１２の近傍に配置される
現像剤室１４を含む。この現像剤室１４内にはキャリア
１６およびトナー１８からなる２成分系現像剤が収容さ
れている。すなわち、キャリア１６とトナー１８とはア
ジテータ２２によって攪拌され、それによってキャリア
１６とトナー１８とは摩擦帯電し、静電気力によって互
いに吸引し、キャリアエロの表面にトナー１８が付着る
、。その状態の現像剤が磁気ブラシ２２とスリーブ２４
とによって感光体ドラム１２の潜像面に搬送される。こ
のときスリーブ２４の表面に付着した現像剤の穂立の高
さが、ブレード２６によって調整される。

感光体ドラム１２の表面に搬送されたトナー１８は潜像
電荷によって感光体ドラム１２表面に付着し、一方キャ
リア１６の逆極性の電荷は一部スリーブ２４を介してア
ースに放電される。しかしながら、大部分のキャリア１
６とトナー１８との一体物すなわち現像剤はそのまま元
の現像剤室１４内に戻され、再び使用される。

スリーブ２４の近傍には、そのスリーブ２４に付着した
現像剤を掻き落とすためのスクレーパ２８が設けられる
。このスクレーパ２８には、一体的に、メツシュ導体３
０が設けられる。スリーブ２４は感光体ドラム１２の幅
と同じ程度の幅を有し、スクレーパ２８すなわちメツシ
ュ導体３０もスリーブと同じ程度の幅を有し、したがっ
て現像位置から戻された現像剤はすべてメソシュ導体３
０にもたらされる。メツシュ導体３０は抵抗３２を通し
てアースに接続される。この抵抗３２に関連して検出回
路３４が設けられる。この検出回路３４の検出に応じて
トナー補給用モータ３６が制御される。

トナー補給用モータ３６は、現像剤室１４の上方に設け
られたトナーホッパ３８からトナー１８を現像剤室１４
中に補給る、ために、補給ローラ４０を駆動る、。

スリーブ２４の表面からスクレーパ２８によって掻き落
とされた現像剤は、メツシュ導体３０のメツシュ部分を
通過る、が、このときメツシュ導体３０に接触る、ため
、現像剤のキャリア１６の帯電電荷がこのメツシュ導体
３０に流れ込む。この流れ込んだ電荷が抵抗３２を通し
てアースに流れる。したがって、抵抗３２には、導体３
０に流れ込む電荷量に応じた電圧が発生る、。

トナー濃度が一定ならばトナー１８に付与されている帯
電量が一定であり、したがって抵抗３２に流れる電流す
なわち抵抗３２の両端電圧は一定となる。この電圧はト
ナー帯電量すなわち現像剤に付与された摩擦電荷の関数
であるから、トナー濃度とトナー帯電量との関係を示す
第４図および第５図から、抵抗３２の両端電圧がトナー
濃度の関数となる。したがって、この電圧を検出る、こ
とによってトナー濃度を検出し、そのトナー濃度に応じ
てモータ３６を制御してやれば、現像剤室１４中のトナ
ー帯電電荷量がついには一定になり、安定した画質を得
ることができる。

第６図を参照してより詳しく説明る、。現像剤に付与さ
れている電荷量は、上述のように、アースに接続された
メツシュ導体３０を経てアースに放電されるとき、この
メツシュ導体３０に接続されている抵抗３２の両端に生
じる電圧として検出る、ことができる。この抵抗３２の
両端電圧は、検出回路３４を構成る、オペアンプ４２に
よって増幅されて比較器４４の（＋）入力に与えられる
。

比較器４４の（−）入力には可変抵抗４６によって決ま
る基準電圧Ｖｏが与えられる。この比較器４４の出力が
トランジスタ４８のベースに与えられる。トランジスタ
４８の電流経路には駆動用モータ３６が接続されている
。

トナー濃度が低い場合、トナー帯電量は大きく、したが
って抵抗３２の両端電圧は大きくなる。逆にトナー濃度
が高くなればその電圧は小さくなる。

したがってメツシュ導体３０を通過る、現像剤の量が一
定であれば、抵抗３２の両端の電圧が高いときにはトナ
ー濃度が小さく、また電圧が低ければトナー濃度は大き
いと判断る、ことができる。

トナー濃度が所定の基準濃度より大きい場合・比較器４
４（＋）入力に与えられるオペアンプ４２の電圧Ｖｔｃ
は基準電圧Ｖｏより小さい。したがって、この比較器４
４の出力はローレベルのままであり、トランジスタ４８
はオフされ、モータ３６は消勢される。

逆に、トナー濃度が所定の標準濃度より小さい場合、抵
抗３２の両端電圧すなわちオペアンプ４２の出力電圧Ｖ
ｔｃは基準電圧Ｖｏより大きくなる。したがって、比較
器４４の出力はハイレベルとなり、トランジスタ４８は
オンされ、モータ３６は付勢される。応じて、トナーホ
ッパ３８に設けられた補給ローラ４０が回転され、した
がってトナーホッパ３８からトナー１８が現像剤室１４
中に補給される。

なお、−希望のトナー濃度は、基準電圧Ｖｏを設定る、
ための可変抵抗器４６を調整る、ことによって、任意に
設定る、ことができる。

また、トナーの保存電荷密度は、キャリアとの摩擦によ
って形成されるものであり、しかもこの摩擦帯電性が相
対的湿度によって著しく影響を受けることおよび現像剤
の保持した電荷の漏洩の程度も装置の材料や環境条件等
の諸条件で異なることから、常に一定の保有電荷密度を
トナーに期待る、のは困難である。

たとえば、相対湿度が低い場合は、摩擦帯電性がよくな
り、トナーの保有電荷密度が高くなってコピーされた画
像からはトナー不足の現象がみられる。これは、トナー
の保有電荷密度が大きいときはトナーとキャリアとのク
ーロン力が大きくなり、その結果静電潜像の方へトナー
が移行されにく（なるからである。

逆に相対湿度が高い場合、摩擦帯電性は悪くなり、トナ
ー濃度が適正な状態にあってもオーバトナー現象を呈し
、“かぶり”や機内飛散が見られる。さらに湿度が高く
なり、結露状態に至った場合、従来の電気抵抗を利用る
、方法たとえば特公昭５Ｂ−４９８６７号公報に開示さ
れているものや現像特性を利用した方法たとえば特開昭
５４−１４３１４４号公報などに開示されるものでは、
トナー濃度が不足していると判断してトナーが補給され
、結局オーバドナーなどのトラブルを起こすことがある
。

これに対して、この実施例によれば、トナー消費量の変
化に拘わらず、トナーの保有電荷密度の変化に追従して
トナー濃度を制御る、ことができるため、いろいろな条
件が異なっても、終始良好な現像画質および一定の画像
濃度が期待できる。

上述の実施例のように、メツシュ導体３０をアースに接
続すれば、さらに次のような利点が期待できる。

現像剤中のトナー粒子は静電潜像の静電気力によって画
像部分に付着して消費されるが、キャリア粒子は消費さ
れずにそのまま繰り返し使用される。その結果、その現
像剤を長期間にわたって使用る、と、現像に寄与しない
トナーいわゆるスペントトナーがキャリアの表面に固着
ないし融着る、ようになり、トナーを摩擦帯電させるべ
きキャリアの能力が低下して現像画像の濃度の低下や“
かぶり”を発生る、など画質に悪影響を与える。

したがってこのような現像剤はそのような悪影響を生じ
るより前に余裕をもって定期的に新しい現像剤と交換る
、必要がある。すなわち、電子複写機のメインテナンス
において現像剤の安定化とロングライフ化が大きな課題
となる。

より詳しく説明る、と、現像サイクルにおいてキャリア
を繰り返し使用る、と、キャリアには消費されたトナー
とは逆極性の電荷、すなわちトナーが負に帯電している
現像システムでは正の電荷が残留る、。この状態を繰り
返していると、スペントトナーなどによってキャリアの
残留電荷が中和されにく（なり、残留電荷が次第に蓄積
され、この状態で現像が続けられる場合には、残留電荷
によってトナーが潜像部に付着しにくくなって、得られ
るコピーのコントラストが悪くなる。すなわち、現像剤
の疲労はキャリアの帯電電荷量が増すことによって起こ
り、キャリアの帯電電荷量が多くなるにしたがってトナ
ーとキャリアとの静電的なり−ロン力による引力が増し
、その結果キャリアからトナーが離れにくくなる。その
ため、現像しにくくなるばかりでなく、キャリア表面が
トナーで覆われるため、新しいトナーが十分に摩擦帯電
されずに不安定な帯電状態となり、コピー画質が悪くな
るのである。

また、キャリア表面とトナーとが接触しても、摩擦帯電
が起きにくくなるばかりでなく、キャリアの電荷がトナ
ーに転移して逆帯電トナーをも発生してしまう。

ところが、第１図実施例によれば、このような現像剤の
疲労を有効に防止できる。すなわち、再び現像剤室１４
に戻された現像剤は、スクレーパ２８によってメツシュ
導体３０を接触しながら通過る、。このメツシュ導体３
０は抵抗３２を通してアースに接続されているため、現
像剤がメツシュ導体３０に接触る、とき、その現像剤す
なわちキャリアに帯電されている電荷が放電され、キャ
リアの残留電荷が殆どなくなる。したがって、回収され
た現像剤がメツシュ導体３ｏを通過る、とき、キャリア
の帯電電荷がアースに放電されてキャリアの帯電電荷量
が減少され、キャリアとトナーとの付着力が弱くなり、
両者は開放される。そのため、キャリアの表面にトナー
が付着したままの状態がなく、キャリアとトナーとは常
に、次の摩擦の段階で、未帯電の状態でお互いに接触る
、′ことができる。したがって、現像剤を繰り返し使用
していても、現像剤の疲労やスペント化が防止できるの
である。すなわち、画像濃度の低下や地肌部分の濃度の
上昇あるいは機内飛散などがなくなり、長期にわたって
安定した高品質の画質が得られる。

このことが第６図および第７図で示されている。

すなわち、第１図実施例によれば、コピーボリュームに
対る、現像剤の帯電量の上昇やスペントトナーの発生が
、従来（ここでは現像剤の表面レベルを検知る、ものを
示す）に比べて抑制されるため、長期間にわたって安定
して使用る、ことができる。そのために、メインテナン
スサイクルや現像剤の交換サイクルを長（る、ことがで
き、メインテナンスが簡便になる。

さらに、メツシュ導体３０を用いるため、現像剤中に混
入したごみや紙くずあるいは凝集したトナーの固まりを
フィルタでき、現像剤層の乱れが抑制され、より一層安
定した画質が得られる。

なお、メツシュ導体３０のメツシュの大きさは、キャリ
ア１６の粒径よりも大きくなければならないことは勿論
である。また、ごみなどの除去も併せて考えるならば、
そのようなメツシュの大きさはスリーブ２４とスクレー
パ２８との間のギャップよりも小さくなければならない
であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図解図である。 第２図は第１図実施例の主として電荷の流れを説明る、
ための概念図である。 第３図はトナー濃度とトナーの帯電量との関係を示すグ
ラフである。 第４図および第５図はトナー濃度と抵抗に生じる電圧と
の相関を示すグラフである。 第６図はこの発明の好ましい実施例を示す回路図である
。 第７図および第８図は、それぞれ、コピーボリュームに
対る、帯電量およびコピーボリュームに対る、スペント
トナー量を従来と比較して示すグラフである。 図において、３０はメツシュ導体、３２は抵抗、３４は
検出回路、３６は補給用モータ、４０は補給用ローラを
示す。 特許出願人　　三洋電機株式会社 代理人　弁理士　山　１）義　人 （ほか１名） 凶 派 （第５図 第６図 トー中従棗例 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　キャリアとトナーとが静電的に吸着した現像剤が溜
   められる現像剤室、 前記現像剤室に設けられ、少なくとも現像位置から戻さ
   れた現像剤が接触可能な導体、および前記導体に流れ込
   む電荷量によって現像剤中のトナー濃度を検出するため
   の検出手段を備える、トナー濃度検出装置。 ２　前記導体は接地されていて、それによって前記現像
   剤に付与された電荷が放電される、特許請求の範囲第１
   項記載のトナー濃度検出装置。 ３　前記導体はメッシュ状の導体を含み、前記現像剤は
   そのメッシュ部分を通過する、特許請求の範囲第２項記
   載のトナー濃度検出装置。 ４　前記メッシュは前記キャリアの粒径より大きい、特
   許請求の範囲第３項記載のトナー濃度検出装置。 ５　現像スリーブおよび前記現像スリーブの近傍に設け
   られるブレードを備え、 前記メッシュは前記ブレードと前記現像スリーブとの間
   のギャップよりも小さい、特許請求の範囲第４項記載の
   トナー濃度検出装置。 ６　前記検出手段は前記導体に流れる電流を検出する、
   特許請求の範囲１項ないし第５項のいずれかに記載のト
   ナー濃度検出装置。