JPH11202610A - トナー濃度測定方法、トナー濃度測定装置、現像装置および画像形成装置 - Google Patents
トナー濃度測定方法、トナー濃度測定装置、現像装置および画像形成装置Info
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- JPH11202610A JPH11202610A JP412198A JP412198A JPH11202610A JP H11202610 A JPH11202610 A JP H11202610A JP 412198 A JP412198 A JP 412198A JP 412198 A JP412198 A JP 412198A JP H11202610 A JPH11202610 A JP H11202610A
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Abstract
て、画像の平均印字率や現像器内の現像剤量、あるいは
環境条件が変化しても、真のトナー濃度に近い値を検出
できるトナー濃度測定方法、トナー濃度制御方法、トナ
ー濃度測定装置ならびにこれを利用した現像装置および
画像形成装置を提供すること。 【解決手段】圧縮状態に置かれた現像剤の物理特性の測
定値に基づいてトナー濃度を測定する。
Description
などの磁気特性、あるいは帯電量、誘電率、電気伝導度
などの電気特性といった物理特性の異なる少なくともキ
ャリアとトナーを含む2成分現像剤のトナー濃度を検出
するトナー濃度測定方法、トナー濃度制御方法、トナー
濃度測定装置、ならびにこれを搭載した現像装置および
画像形成装置に関するものである。
等の磁性体で形成されるキャリアと、樹脂、カーボン等
の非磁性体から形成されたトナーからなる2成分現像剤
を用い感光体等の表面に形成された潜像を現像し、紙、
プラスチック等の転写材にこれを転写する電子写真装置
が知られている。こうした画像形成装置では、トナー濃
度(本発明においては、画像形成装置の現像器におい
て、潜像に供給される直前の現像剤重量に対するトナー
重量の比率をトナー濃度と呼ぶ。ただし、トナー濃度測
定に用いられるトナー濃度センサーの近傍での値に置き
換えても良い。)により印字濃度は大きく左右されるた
め、印刷と共にトナーのみが消費されても、これに見合
うトナーを新たに補給して現像剤中のトナー濃度を一定
に保つことが非常に重要である。
は、前記トナー濃度の変化に対応して現像剤の透磁率、
あるいは現像剤近傍に配置された磁気コイルのインダク
タンスが変化することを利用してトナー濃度をモニタし
て、現像剤中に所定のトナーを適宜補給し、トナー濃度
を一定に保持するよう制御する装置が開示されている。
装置においては、検出手段の応答が遅く、トナーを補給
してもトナー濃度が低い状態が続くため、その間にさら
に過剰なトナーが供給されやすいという問題が生じてい
た。この問題を解消するために、透磁率の測定値が振動
波として得られる位置にセンサーを設け、そのセンサー
の出力波形と制御基準レベルとを比較してパルス波形に
変換し、パルスがONの時のみトナーを補給することに
より応答性の高いトナー濃度制御を可能にしたトナー濃
度制御方法が提案されている(特開平2-64560号公
報)。
おいては、現像剤の減量や、環境要因によるキャリア帯
電量の極端な変化といった外乱があると透磁率センサの
検出振動波形成分の振幅が変化することに注目して、2
つの基準レベル、すなわち最適基準レベルと補助基準レ
ベルを用意して、この2つの基準レベルと各々比較して
トナー濃度検出を行うことが提案されている(特開平9-
269647号公報)。
公報では、トナー濃度センサーのアナログ出力の振幅に
のみ注目して、上記外乱の影響を低減する方法を提案し
ているが、本発明者の知見によると、実際のセンサーア
ナログ出力は、特開平9-269647号公報に図示されている
ような対称性の高い正弦波であるとは限らず、図6に示
すように撹拌部材の位相に同期した対称性の低い振動波
形を有する場合が少なくないことを見出した。さらに、
画像形成装置の現像器内の現像剤量が減少した時には、
図7に示すように、真のトナー濃度は同じであっても、
トナー濃度センサーのアナログ出力の波形が、大きく変
形する事が分かった。
対する画線部の面積の比率)が変化して、現像装置中の
トナーの滞留時間を変化する場合にも、同様に波形が大
きく変形することを突き止めた。この現象は、トナーの
滞留時間によって、トナー帯電量・キャリア帯電量が変
化して、これに応じて現像剤の流動性が変動することに
起因していると考えられる。同様の現象が現像器近傍の
温度や湿度といった環境条件の違いによっても現れる。
こうした現象はトナーやキャリアの帯電量が、トナー濃
度センサー検出部にある現像剤の見かけ密度(一般的に
均質物質の密度とは、一定の体積内に入る重量である
が、本発明の2成分現像剤のように粒子の集合体の場
合、当然トナーあるいはキャリア等の粒子間に空気層を
有した状態となっており、トナー濃度センサー検出部へ
の現像剤の流れ込み方、あるいは粒子間の電気的な力に
よって、この空気層の割合が異なり、密度が異なる。こ
こで言う見かけ密度とは、粒子の詰まり方を含めた密度
を指す。)に微妙に影響するためと推測している。
される方法やあるいはアナログ出力の単純平均値を検出
する方法では、上記のごとく波形が変動する実際のシス
テムでは、真のトナー濃度を検出することが必ずしも容
易でないことが分かった。
現像剤量、あるいは環境条件が変化しても、真のトナー
濃度に近い値を検出できるトナー濃度測定方法、トナー
濃度制御方法、トナー濃度測定装置ならびにこれを利用
した現像装置および画像形成装置を提供することを目的
とする。
に本発明によれば、2成分現像剤におけるトナー濃度の
測定方法であって、圧縮状態にある前記現像剤の物理特
性の測定値に基づいてトナー濃度を求めることを特徴と
するトナー濃度測定方法が提供される。
成分現像剤を攪拌しながら、前記物理特性を検出し、該
検出した物理特性の所定時間範囲内のピーク値に基づい
て、トナー濃度を求めることを特徴とするトナー濃度測
定方法が提供される。
記物理特性が磁気特性であることを特徴とするトナー濃
度測定方法が提供される。
ずれかのトナー濃度測定方法により2成分現像剤のトナ
ー濃度を測定し、該得られたトナー濃度の測定値に基づ
いて前記2成分現像剤のトナー濃度を制御することを特
徴とするトナー濃度制御方法が提供される。
現像剤を攪拌する攪拌部材と、前記2成分現像剤の物理
特性を検出するセンサーと、該センサー出力の所定時間
範囲内のピーク値に基づいてトナー濃度を算出するトナ
ー濃度算出手段とを備えてなることを特徴とするトナー
濃度測定装置が提供される。
記物理特性は磁気特性であることを特徴とするトナー濃
度測定装置が提供される。
記攪拌部材の少なくとも一部が非磁性体から構成されて
いるものであることを特徴とするトナー濃度測定装置が
提供される。
記攪拌部材が前記磁気センサー検出部に近接することを
特徴とするトナー濃度測定装置が提供される。
記攪拌部材の先端に前記磁気センサー検出部に接触する
スクレーパを有することを特徴とするトナー濃度測定装
置が提供される。
記2成分現像剤の嵩密度が1.4g/cm3以下であること
を特徴とするトナー濃度測定装置が提供される。
ごときトナー濃度測定装置を有する現像装置が提供され
る。
ごとき現像装置を有する画像形成装置が提供される。
ついて説明する。
らなる混合物である。但し、必要に応じて後述のトナー
組成物中の外添剤などをさらに別途トナー濃度測定に影
響のない程度加えたものであっても良い。
れている。
は、公知の結着樹脂を使用することができ、例えば、ポ
リスチレンホモポリマー、スチレン−イソブチレン共重
合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−アクリ
ル共重合体、スチレン−メチルメタクリレート共重合
体、スチレン−nブチルメタクリレート共重合体、スチ
レン−グリシジルメタクリレート共重合体等のスチレン
共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタ
クリレート、ポリnブチルメタクリレート、ポリグリシ
ジルメタクリレート等のアクリル系ホモポリマーまたは
共重合体、ポリエチレンテレフタレート、フマル酸/エ
ーテル化ジフェニール系ポリエステル、多価アルコール
および/または多価カルボン酸による架橋ポリエステル
等のポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂などが挙げら
れる。このうち、フラッシュ定着を用いる場合などの熱
分解による臭気を低減するためにはポリエステル系樹脂
が好適である。
テル樹脂の酸成分中の80モル%以上がフタル酸系ジカ
ルボン酸からなる酸成分と、アルコール成分中の80モ
ル%以上がビスフェノールAアルキレンオキサイド付加
物からなるアルコール成分から得られるポリエステル樹
脂が好ましい。さらには、定着性を考慮して軟化点が8
0〜130℃、ガラス転移点(Tg)が55〜70℃、
フローテスターによる溶融粘度である10000センチ
ポイズ到達温度が90〜135℃の範囲にあるのが好ま
しく、ポリエステル樹脂の分子量分布は数平均分子量が
2500〜4500、重量平均分子量が7000〜13
0000が好適である。
含有される着色剤としては、公知の着色剤を使用するこ
とができ、モノクロプリンタの場合には、例えば、ファ
ーネスブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラ
ック等のカーボンブラックなどが挙げられる。これらの
着色剤のうちカーボンブラックの結着樹脂中への分散
は、トナーの荷電安定性の上で重要で、必要に応じて分
散剤を併用することができる。また、カーボンブラック
の含有量は、トナー組成物100重量部に対して、2〜
10重量部が好ましい。2重量部未満では結着樹脂の隠
蔽力が不足して、十分な画像濃度が得られない。一方、
10重量部を越える場合は、形成される画像の隠蔽力を
増大させ画像濃度を高める上では好ましいが、半面、ト
ナー粒子中に形成されるカーボンブラックのチエンスト
ラクチャーによりトナー粒子が過度に導電性となるため
に、絶縁性が損なわれ、トナーの帯電性が減少し、この
結果、画像濃度が低下し、さらには、白地汚れやトナー
飛散が増加する場合がある。カラープリンタの場合に
は、各色に対応した適当な染料および/または顔料を添
加することが多い。
おいては磁性体を添加しても良い。磁性体としては、通
常強磁性体粒子が用いられる。具体的には、鉄、コバル
ト、ニッケル等の磁性金属、これらの合金、コバルト添
加酸化物、酸化クロム等の金属酸化物,Mn・Znフェ
ライト、Ni・Znフェライト等の各種フェライト、マ
グネタイト、ヘマタイト等、さらに、これらの表面をシ
ランカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、チ
タンカップリング剤等の表面処理剤で処理したものやポ
リマーでコーティングしたもの等の粉末が使用できる。
これらの磁性粉の粒径は0.05〜1.0μmの範囲が
好ましい。このような磁性体粒子の具体例としては、例
えばMG−MK,MG−RF,A,MG−SH,MG−
Z,MG−WF、MGーWM、MGーWL(以上三井金
属工業社製),MTS−005HD,MTH−009,
EPT−305,EPT−500,EPT−1000,
EPR−1000H,EPT−1001,EPT−10
02,MTO−021,EPT−L1000,MAT−
305,MAT−305HD,MAT−222,MAT
−222HD,MTA−740,MAT−230(以上
戸田工業社製),KBC−100シリーズ,KBC−2
00シリーズ,KBFシリーズKBN−400シリーズ
(以上関東電化工業社製)等が挙げられるが、これらに
限定されるものではない。
成物100重量部に対して、10〜30重量部が好まし
い。磁性体粒子をトナー組成物に入れる場合には、10
重量部未満の場合にはトナーのマグロールに対する付着
力が十分でなく白地汚れが生じる。一方30重量部を超
える場合には現像性が劣化し、印字濃度の低下が生じ
る。また、トナー濃度センサーが現像剤の透磁率等の磁
気特性に基づいてトナー濃度を検出する方式において
は、キャリアとトナーに明確な磁性体含有量の違いが大
きい方が検出が容易で、トナーに含まれる磁性体粒子の
含有量は低い方が好ましい。
電気伝導度等の電気特性に基づいてトナー濃度を検出す
る方式においては、トナー組成物とキャリアとの誘電率
や電気伝導度の差が大きい方が良い。
を添加しても良い。荷電制御剤としては公知の正帯電性
の荷電制御剤を用いることができる。このような荷電制
御剤としては、ニグロシン系の荷電制御剤、トリフェニ
ルメタン系の荷電制御剤、四級アンモニウム等のカチオ
ン性化合物、染料等の塩基性染料、高級脂肪酸の金属塩
(金属石鹸)等を用いることができる。このようなもの
としては、具体的にはニグロシン系の荷電制御剤として
オリエント化学社製のボントロンN−01,N−13、
または、これらのニグロシン系の荷電制御剤を真空加熱
処理したもの。トリフェニルメタン系荷電制御剤として
は、C.I.Solvent Blue66、124、
C.I.Pigment Blue61、56、19、
18などが挙げられ、C.I.Solvent Blu
e124を使うことが好ましい。このようなトリフェニ
ルメタン系荷電制御剤の具体例としては、ヘキスト社製
の”コピーブルー” PR、”Brilliant B
lue Base” SM、ビーエーエスエフ ジャパ
ン社製の”BASF Alkali Blue”NB
D 6156 D LDなどが挙げられる。トナーの帯
電特性を負極性とするときには、対応する負極性の架電
制御剤を添加してもよい。
具体例としては、四級アンモニウム塩化合物のアニオン
が、モリブデンあるいはタングステン原子を含有する無
機アニオンである。無機アニオンの具体例としては、モ
リブデン酸、タングステン酸、リンモリブデン酸、ケイ
モリブデン酸、リンタングステン酸、ケイタングステン
酸、リンタングステン・モリブデン酸、ケイタングステ
ン・モリブデン酸、リンタングステン・モリブデン酸、
クロム・モリブデン酸などが挙げられ、具体例として
は、保土ヶ谷化学社製のTP−302,415などが挙
げられる。
100重量部に対して、0.1〜5重量部が好ましい。
0.1重量部未満では十分な帯電性をトナーに付与する
ことができないことがあり、5重量部を超えた場合には
荷電制御剤が他のトナー成分に比べ高価なため、コスト
アップに繋がる。なお、トナー粒子を負極性としたい場
合には、もちろん公知の負帯電性荷電制御剤を用いる。
て、補助的に外添剤として、平均粒径が0.005〜
1.0μmの無機微粒子もしくは有機微粒子を必要に応
じて添加することができる。無機微粒子としては、酸化
珪素(シリカ)、酸化チタン、酸化アルミナなどの微粒
子を用いることができる。また、有機微粒子としては、
ポリメチルメタクリレート、フッ素樹脂、シリコーン樹
脂などの樹脂微粒子を用いることができる。
平均粒径は4〜20μmであることが好ましく、6〜1
2μmがより好ましい。トナーの平均粒径が4μm未満の
場合には、従来の混練粉砕法による製造が困難となり、
製品収率が著しく低下しやすく、20μmを超える場合
には細線の再現性が劣るといった問題が生じる場合があ
る。
は、従来公知の方法で製造できる。すなわち、結着樹
脂、着色剤、荷電制御剤および必要に応じて分散補助剤
等のトナー組成物を、例えば、スーパーミキサーで予備
混合した後、2軸押出機で均一に分散、溶融、混練し、
ジェットミルで微粉砕した後、風力分級機により分級し
て、その後、上記に示した外添剤を添加して所望のトナ
ー組成物を得ることができる。
ト、ニッケル、クロム等の金属や、二酸化クロム、三二
酸化鉄、四三酸化鉄等の金属酸化物やフェライトなどの
磁性材料からなり、フェライトは、一般式MFe204
(MはMn,Co,Mg,ZnまたはCu)で代表され
るものである。なお、キャリアを金属材料で構成する場
合、キャリア表面の酸化を防止するために酸化物被膜を
形成しておくことも好ましい。さらには、マグネタイト
微粒子、フェライト微粒子を造粒したキャリアのほか、
樹脂中にマグネタイト微粒子もしくはフェライト微粒子
と荷電制御剤を分散させたいわゆる樹脂型キャリアを用
いることもできる。樹脂型キャリアの場合には、現像剤
の透磁率を検出するトナー濃度制御の観点から、キャリ
ア組成物100重量部に対して、50重量部以上が好ま
しい。また、キャリア表面に帯電特性を改善するなどの
目的で、トナー組成物に含まれる樹脂と同じ樹脂または
異なる樹脂を被覆してもよい。
のものが用いられるが、20〜60μmの小粒径キャリ
アを用いることが良好な印字濃度を得るためには好まし
い。
たキャリアを混合して製造される。トナー組成物の配合
比はトナー組成物とキャリアの総量に対して通常1〜2
0重量%程度であるが、これはキャリアの種類や用いら
れるトナーの帯電特性および現像方式の違いによるとこ
ろが大きい。小粒径キャリアほどキャリアの比表面積が
増加するため一般に、トナー配合比を大きくできる。現
像剤中のトナー濃度が低すぎる場合は、画像濃度が薄く
なり、あるいはキャリアが感光体上に付着する、いわゆ
るキャリアオーバー発生しやすい。一方、トナー濃度が
高すぎる場合は、画像背景部の白地汚れやトナー飛散に
よるプリンタ機内外の汚染が目立つようになるため、適
正なトナー配合比は、実際にプリンタで印字評価を行っ
て決定される。
測定方法を示す。
に、容器底部から10cm上方に設置したステンレス製の
漏斗(通過穴直径5mm)を通して静かに試料を充填し、
容器上面ですりきりして残った試料重量を測定し、その
値から嵩密度を求める。
MULTISIZER( COULTER社製)によ
り、アパーチャー径100μmを用い測定を行う。本明
細書中のすべての粒径はこの方法により測定した重量平
均粒径を意味する。
一実施例形態の全体の概略図を示しており、像担持体と
しての感光ドラム1を備えている。この感光ドラム1
は、アルミ製のドラムをベースにその表面に光導電性を
示す感光材料薄膜2が形成されている。感光材料として
は、有機材料であるOPC(Organic Photo Conducto
r)、アモルファスシリコン系、セレン系など各種の材料
が適用可能である。この感光ドラム1は、図示しない駆
動系により、図1中矢印の方向に一定速度で回転可能と
なっている。
の近傍に位置して、一次帯電器3が配置されている。こ
の一次帯電器3は、その直下を感光ドラム1の感光材料
薄膜2が通過するとき、この感光材料薄膜2の表面をト
ナー粒子の帯電極性(上記トナーの例では正極性)と同
極性に一様に帯電させる。より均一に感光材料薄膜2の
表面を帯電させるため、一次帯電器3の構成としては、
コロナワイヤと感光材料薄膜2との間に一定電圧に制御
されたグリッド、具体的には金属メッシュを配置したい
わゆるスコロトロン方式の帯電器が好ましい。グリッド
を有しないコロトロンでも多くの場合問題なく使用でき
る。
回転方向側に位置して、露光装置4および現像器(現像
装置)5が順次配置されている。露光装置4は、独立に
発光できる発光ダイオード列を含んであり、これら発光
ダイオードは、感光ドラム1に向けて光ビームを出射可
能である。なお、発光ダイオードのほかに半導体レーザ
等のレーザビームをポリゴンミラーでスキャンする方法
や液晶シャッタを用いる方法でもよい。
薄膜2に光ビームが照射されると、この感光材料薄膜2
に静電潜像が形成される。この後、静電潜像は、現像器
5によって、トナー現像されることにより、可視化され
たトナー画像が得られる。ここで、現像器5にて使用さ
れる現像剤は、前述した嵩密度1.37g/cm3のものを
用いる。
の一つの実施の形態に係わる現像器5の内部構成を示
す。前述のキャリアとトナーが所定濃度割合で混合され
た現像剤が現像剤容器51に入っている。感光ドラム1と
対面する開口側に、図示しないマグロール(磁石集合
体)が内包されたスリーブ52を回転自在に軸支させると
共に、現像剤容器51の上方に仕切り板53を介してトナー
カートリッジ54を取り付ける。
の底部にスリット開口部56を設け、開口部56に外周がス
ポンジからなるのトナー補給ローラ57が回転自在に取り
付けられている。トナー補給ローラ57には、モータ58が
連結されており、モータ58を所定時間駆動することによ
り、所定のトナー量を現像剤容器51に補給できる。
回転可能な撹拌部材100が配置されており、トナー補給
ローラ57より現像剤容器51に補給されたトナーをキャリ
アと共に撹拌する。攪拌部材100は、図8に示すように
攪拌軸100bにこれと90°でない所定の角度θを有して
軸方向に一定間隔をおいて固定された複数の攪拌羽根10
0aからなる(図8(b)では1枚のみ図示している)。上記所
定の角度θを有することで、現像剤を回転方向に移動さ
せるだけでなく、回転軸100b方向にも移動することが可
能である。そして攪拌部材100下方の現像器5ハウジン
グ底面に、現像剤の透磁率を検出するトナー濃度センサ
ー60を取り付け、トナー濃度センサ60のアナログ出力か
ら電圧の絶対値の攪拌部材100の攪拌回転周期(攪拌部材
100のトナー濃度センサ60に最も近い攪拌羽根がトナー
濃度センサ60に最接近してから次回に最接近するまでの
時間に対応する。回転速度が一定でない場合や回転が間
欠的である場合にはこの時間は一定しない場合がある
が、この場合でも本発明においては「周期」という語を
用いる。)内での最大値を1周期ごとに出力するピークホ
ールド回路61を通して、基準電圧との大小関係を比較器
(トナー濃度算出手段)62で判別し、これをCPU63
(トナー濃度算出手段)に入力する。CPU63は、この
信号から現像剤容器51内のトナー濃度を判断し、トナー
濃度が低い場合に、モータ58を駆動し、トナー補給ロー
ラ57を回転し、所定のトナー量を補給する。トナー濃度
センサー60が透磁率を検出する方式であるので、少なく
ともトナー濃度センサー近傍を移動する攪拌羽根100aは
非磁性体から構成されていることが好ましい。
に示す。また、図3回路の各部の信号を図4に示す。発
振器301から約500kHzの高周波電圧を検知トランス30
2の1次巻線303に印加する。検知トランス302には、2
つの2次巻線、基準巻線304と検知巻線305とがあり、出
力電圧が互いに打ち消し合うように巻線方向を逆にして
あって、しかも1次巻線303と2つの2次巻線、基準巻
線304と検知巻線305の間の相互インダクタンスが等しく
設定している。トナー濃度センサー60の検知部308近傍
に磁性体が存在しなければ、2つの2次巻線の出力電圧
は大きさが等しく且つ極性が逆となり、合成電圧の信号
(β)は電圧を発生しない。しかしながら、トナー濃度
センサー60の検知部308に現像剤309が存在すると、2つ
の2次巻線の内、検知巻線305は現像剤の近くに、残り
の基準巻線304は現像剤309から遠くにあるため、検知巻
線305の出力電圧は、基準巻線304に比較して大きく変化
し、合成電圧信号(β)の振幅と位相が変化する。この
合成電圧信号(β)と1次巻線303に印加された高周波
電圧(α)との位相を位相比較回路306で比較して、信
号(γ)を作り、これを高周波電圧301の1周期の時間
に比較して長いが、攪拌部材100の攪拌回転周期より十
分短い時定数を有する平滑回路307で平滑化して、信号
(δ)を得る。本発明では、信号(δ)をトナー濃度セ
ンサー60のアナログ出力としている。
単位体積当たりに磁性体の比率が高いほど、アナログ出
力値は高くなる。キャリアに含有される磁性体の比率
が、トナーよりも多い場合には、アナログ出力値(絶対
値)の高い方がトナー濃度が低く、アナログ出力値の低
い方がトナー濃度が高い。また、同じトナー濃度の現像
剤を対象とした場合であって、圧縮(粒子間の空気層が
少ない)状態では、見かけ密度が上がって、単位体積当
たりの磁性体比率が上がり、アナログ出力は高くなる。
結果として、トナー濃度は低いと判断する。一方、トナ
ーに含有される磁性体の比率がキャリアよりも多い場合
でも圧縮されると単位体積当たりの磁性体比率が上がる
ので、やはりアナログ出力が高くなる。ただし、圧縮状
態において出力値が低くなるようなセンサを用いる場合
には、当然その逆の場合の値をピークホールドして制御
に用いることになる。結局、センサ出力の圧縮状態側の
ピーク値をトナー濃度値として出力するということであ
る。
のアナログ出力は、撹拌部材100の回転に同期して、非
常に複雑な波形を示す。波形の中のそれぞれの特徴的な
部分と撹拌部材との位相を詳細に解析したところ、図5
に示すような関係となっていることを見出した。すなわ
ち、トナー濃度センサー60に撹拌羽根100aが最接近して
いるとき(A)には、撹拌羽根100aが非磁性体で構成され
ているため、トナー濃度センサー60のアナログ出力は最
小値(図6の(1))となる。また、撹拌羽根100aが回転
方向でみて、トナー濃度センサー60の直前にあるとき
(C)は、トナー濃度センサー60の直上の検出領域にある
現像剤が撹拌羽根100aの作用を受けて、最も圧縮された
状態となるため、アナログ出力は最大値(図6の(3))
となる。(A)から(C)に至る中間の状態(B)では、撹拌羽
根100aからの作用が少なく、周辺からの現像剤移動によ
りトナー濃度センサー60の上部へ現像剤が流れ込んでき
て、これに対応したアナログ出力(図6の(2))が得ら
れる。上記(C)の状態にある時、現像剤を圧縮をより効
率的に行うには、トナー濃度センサー60の検出部に攪拌
羽根100aが近接する方が好ましい。ここで「近接する」
とは、トナー濃度センサー60に最接近する部分(センサ
ースクレーパを備えている場合にはこれを含んだ攪拌羽
根100aのなかで最接近する部分)が最接近するときの位
置とセンサー検出部との距離が、トナー濃度センサー60
の検出深さよりも短い状態であり、センサー検出部に接
触する場合を含む。
つぎのようにして求める。
法]トナー濃度センサーのセンサー検出部を水平方向に
置き、センサー検出部の上に何もない状態での出力値
(ゼロ出力値)を求める。次いで、使用するトナーまた
はキャリアのうち測定対象の物理特性の顕著に現われる
粒子(後述の実施例の場合、キャリア)を上方から順次
センサー検出部上に堆積させながらセンサー出力を調べ
る。センサー出力が十分飽和した時の飽和出力値よりも
非飽和側に飽和出力値とゼロ出力値との差の5%だけ近
い出力値を与えるときの上記粒子の堆積高さを検出深さ
とする。なお、粒子は水平方向には期待される検出深さ
よりも十分大きな範囲にわたって平坦となるように敷き
詰めるものとする。
の現像剤に積極的な力がほとんど加わっていないので、
例えば、現像剤量が少ない場合には、攪拌羽根100aがト
ナー濃度センサー60の直上を通過後、再び現像剤がトナ
ー濃度センサー60の上に充分に積もるまでの時間が遅
く、アナログ出力の波形は、図7に示すように非常に変
形した形となる。また、トナー・キャリアの帯電量によ
り、電気的な吸引力・斥力の関係が変わり嵩密度が異な
ることでも同様に状態(B)に対応した部分の波形が変形
してくる。
で現像剤をトナー濃度センサー60直上に搬送し、圧縮す
ることで、上記の現像剤量や帯電量による影響を受けに
くく、真のトナー濃度を検出するのに最適である。この
状態のアナログ出力を検出するため、ピークホールド回
路を設けた。
ば図9に示すものがある。入力電圧311が0Vで、コンデ
ンサ314の両端電圧を0Vの状態をスタートとして、入力
電圧311に1Vが加わったとすると、OPアンプ313の+
(プラス)入力は、−(マイナス)入力よりも高い電圧
となるので、OPアンプ313出力は+(プラス)方向に
増加する。この結果、ダイオード317が導通してコンデ
ンサ314に電流が流れ、コンデンサ314の両端電圧が上昇
し、入力電圧311の1Vと等しくなると、OPアンプ313
の+(プラス)入力と−(マイナス)入力の電圧が等し
くなり、OPアンプ313の出力が0Vに戻り、ダイオード
317は逆バイアスとなり、コンデンサ314に電流が流れ込
まなくなって、コンデンサ314の両端電圧は1Vに保持さ
れる。この最初に加わった入力電圧311の1Vを越えない
限り、ダイオード317が再び導通することはなく、出力
電圧312が1Vに保持される。復帰抵抗316、あるいはリ
セットスイッチ315を組み込むことで、所定時間(周
期)毎に出力電圧312を復帰することができて、例え
ば、復帰抵抗316を入れた時には、復帰抵抗316とコンデ
ンサ314の時定数でコンデンサ314の両端電圧が徐々に放
電されるし、リセットスイッチ315を入れるとリセット
スイッチ315をONすることで、コンデンサ314の両端電
圧を瞬時に0Vに初期化できる。攪拌部材100の回転周期
に合わせて、復帰抵抗316の値を選ぶ、あるいはリセッ
トスイッチ315のON周期を合わせることで、遅れの無
いピーク値検出が可能である。なお、出力端子312に負
荷をつなぐと回路特性が変化するので、図9の回路の後
段に電圧バッファ回路を設けると良い。
を検出するのではなく、アナログ出力をA/D変換器を
通して一旦ディジタル化して、その後プログラム処理で
最大値を検出することも可能である。
像剤の移動が少なく、トナー濃度センサーの検出部近傍
の流れが滞る傾向があり、真のトナー濃度を検出できな
いことがある。この場合には、特にトナー濃度センサー
検出部に接触している現像剤を積極的に置換してやるこ
とが好ましくで、図8に示すようにセンサー上部を回転
して現像剤を撹拌している撹拌部材100の攪拌羽根100a
のうちセンサー検出部に最も近いものの先端にセンサー
検出部に接触するセンサースクレーパ200を設けること
が非常に効果的である。センサースクレーパ200には現
像剤の圧縮度を高める効果もある。好ましくは、センサ
ースクレーパ200はセンサー検出部近傍で接触により撓
むように構成するのがよい。このようなスクレーパは現
像剤の圧縮度をさらに高め得る。
ては、トナー濃度センサー60を傷つけることのないよう
に、非磁性の材料で可撓性、あるいは柔軟性のあるもの
が好ましく、例えば、ポリエステルフィルム、ウレタン
ゴムなどが好適である。さらに、図8(A)に示すように
センサースクレーパ200が回転方向に対して傾いている
とセンサースクレーパ200に加わる負荷を適度に逃がし
てやることができて、センサースクレーパ200の寿命を
長くできて好ましい。具体的には、トナー濃度センサー
検出部直上を回転する、図8(B)に示すように攪拌軸100
bに対して、所定の角度を有する攪拌羽根100aの平面部
先端に貼り付けてることで実現できる。
光ドラム1を挟んで、一次帯電器3と対向する転写帯電
器6が配置されている。この転写帯電器6は、一次帯電
器3と同様な構成でトナー粒子の帯電極性と反対の極性
を有する帯電器からなり、転写帯電器6は、感光ドラム
1の感光材料薄膜2表面に形成されたトナー像を記録紙
Sに転写させることができる。転写帯電器6は、前述の
スコロトロン方式でもよいが、均一さよりも効率よく記
録紙Sの裏面に電荷を付与することが優先されるため、
コロナワイヤとシールドケースからなるいわゆるコロト
ロン方式の帯電器が好ましい。
は、感光ドラム1に向けて連続記録紙Sを供給しておく
必要があり、このため、本発明の電子写真プリンタは、
連続記録紙Sの搬送装置を備えている。この連続記録紙
Sは、その長手方向に所定の間隔を存して折り畳み、か
つ切り取り可能なファンホールド紙であって、従って、
このファンホールド紙両側縁には、所定の間隔を存して
スプロケットホールが形成されている。連続記録紙のほ
かにカット紙を使用できるようにしても良い。
Sの供給方向でみて、感光ドラム1よりも上流側に位置
して、一対のトラクタユニット13が配置されている。
これらトラクタユニット13は、連続記録紙Sの両側縁
に位置づけられており、連続記録紙Sのスプロケットホ
ールに係合可能な多数のスプロケットを有している。こ
こで、一対のトラクタユニット13による連続記録紙S
の送り速度と感光ドラムの周速とはほぼ一致するように
搬送されている。
感光ドラム1よりも下流側には、引き出しユニット14
が配置されている。この引き出しユニット14は、感光
ドラム1の近傍に配置された従動ロール141と、連続
記録紙Sの供給方向でみて、感光ドラム1から離れる方
向に配置された駆動ロール142と、これら駆動ロール
142と従動ロール141との間に掛け回された搬送ベ
ルト140とを備えている。搬送ベルト140には、全
面に亘って図示しない多数の小孔が設けられており、搬
送ベルト140の裏面側に配設された図示しない吸引装
置により、用紙を搬送ベルト140上に吸引しながら搬
送していく。なお、感光ドラム1の周囲には、転写後に
感光ドラム13から用紙を剥離するために交番電圧を印
加して帯電状態にある用紙を除電し分離する分離帯電器
7、感光ドラム1への用紙の巻き付きを防止する剥離爪
8がそれぞれ設けられている。また、引き出しユニット
14には、トナー粒子と逆極性のバイアス電圧が印加さ
れており、連続記録紙S上に転写されたトナー粒子が、
連続記録紙Sから脱離しないようにしている。これに
は、特に定着装置がフラッシュ閃光方式の場合には、ラ
ンプハウジング開口部にある透明ガラスを汚さない効果
がある。このバイアス電圧の電源は後述のクリーニング
装置ブラシロール、あるいは回収ロールに印加している
バイアス電源と共通化することが可能である。
7の下流には、クリーニング前帯電器9とクリーニング
装置10がある。
1の回転方向からみて、転写帯電器6よりも下流側でか
つ一次帯電器3よりも上流側に位置して配置されてい
る。クリーニング装置10は、そのハウジング内の感光
材料薄膜2表面に対向する部位に開口が形成されてお
り、ブラシロールが回転自在に支持されている。その内
側には、このブラシロールに接触しながら回転する回収
ローラ、この回収ローラ上の現像剤を機械的に掻き取る
ブレード(図示しない)、ブレードで掻き落とされた現
像剤を廃トナーボックス(図示しない)へ搬送する搬送
スクリューから構成されている。ブラシローラには、ト
ナー粒子と逆極性のバイアスが印加されており、回収ロ
ーラには、ブラシロールに印加されているバイアスより
も絶対値で大きな値の電圧が印加されている。このよう
なバイアス値に設定することで、感光体薄膜2上の残留
現像剤をブラシロール、回収ローラへと静電的に受け渡
しすることが可能である。
ナー粒子以外に、仮に逆の極性を有する物質、例えば、
逆極性のトナー粒子、あるいはキャリア、遊離した流動
化剤があったとしても、上述したように、この実施例の
クリーニング装置10によれば、クリーニング前帯電器
9を備えているから残留現像剤がブラシロールに達する
前には、正常なトナー粒子と同極性に帯電させておくこ
とができる。従って、ブラシロールの柔軟な毛に全ての
ものを静電吸着することが可能となり、感光材料薄膜2
表面のクリーニング効果を向上することができる。この
ように感光材料薄膜2表面の清掃が確実になされること
により、記録紙Sに転写される画像の画質を良好に維持
することができる。
剤の除去には、柔軟な毛を有したブラシロールが使用さ
れているので、感光ドラム1の感光材料薄膜2表面が著
しく損傷されることはない。
には、除電ランプ11が配置されており、この除電ラン
プ11は、感光材料薄膜2表面が前述したクリーニング
装置10によるクリーニング処理を受けた後、この感光
材料薄膜2表面の帯電を除去するためのものである。
述した引き出しユニット14の下流側には、定着装置1
2が配置されており、この定着装置12は、その下部を
連続記録紙Sが通過する過程で、トナー画像を連続記録
紙Sに定着させるためのものである。定着装置として
は、圧力、熱ロール、フラッシュ閃光等公知のいずれの
方法でも活用できるが、連続記録紙Sの場合には、接触
式の定着方法では、記録紙が蛇行して紙ジャムが発生す
ることが多いので、非接触のフラッシュ閃光が好まし
い。フラッシュ閃光の定着装置としては、キセノンフラ
ッシュランプが一般的であるが、これに常時点灯してい
るハロゲンランプを組み合わせることで、さらにトナー
の記録紙への定着性を向上させることが可能である。
造した現像剤を用いてトナー濃度の安定化制御の実験を
行った。
(PCM−30;池貝社製)で溶融、混練を行った。こ
の混練物を冷却後粗粉砕機(UG−210KGS:朋来
鉄工所製)にて2mmΦパスに粗粉砕し、これを中粉砕
機(”ファインミル”FM−300N:日本ニューマッ
チック工業製)で中粉砕した後、微粉砕機(”セパレー
ター”DS−5UR:日本ニューマッチック工業製)を
用いて分級を行い重量平均粒径50μmの樹脂キャリア
を得た。
(PCM−30;池貝社製)で溶融、混練後,ジェット
ミル粉砕機(PJM−100;日本ニューマチック工業
社製)で微粉砕した後、風力分級機(A−12;アルピ
ネ社製)で分級し、重量平均粒径が8μmのトナーを得
た。さらにトナーの流動性を向上させるために、疎水性
シリカ微粉子(日本ヘキスト社製;HVK−2150)
をトナーに対して1.0重量%を添加し、スーパーミキ
サー(SMV−20;カワタ社製)で混合してトナーを
調製した。
ー13重量部を混合して、トナー濃度13%の現像剤を
作製した。
した。その結果1.37g/cm3の値を得た。嵩密度は一
般的に流動性の指標として用いられており、嵩密度が高
いほど、空隙の容積が少なく、所定の容積により多くの
トナーを充填できるので、流動性が高いと判断される。
脂キャリア90重量%で配合して現像剤を調製した。
0%の印刷パターンでそれぞれ6000ページづつ印刷
して、その時の現像剤容器中51の現像剤の真のトナー濃
度(厳密には、現像剤容器51中の現像剤全体の真のトナ
ー濃度)とその時の印字濃度(光学濃度)を測定した。
その結果を表1に示す。トナー濃度の制御目標は14%
とした。したがって、もしトナー濃度の測定精度および
制御が理想的なものであった場合には、表1のすべての
トナー濃度値は14%の測定値が得られ、印字濃度は同
一の値となるはずである。なお、真のトナー濃度の測定
は、以下に記述した灰化法で測定した。図3、図4で説
明した信号(δ)をさらに攪拌部材100の回転周期に比
較して長い時定数を有する平均値検出回路を設けて、セ
ンサースクレーパ無しでアナログ出力の平均値を検出す
る従来法を比較例として示した。
まで大きく変動しているのに対して、本発明のトナー濃
度測定装置および制御方法を用いた場合には、環境条件
を変更しても印字率2%から30%の範囲で、トナー濃
度は、目標値である14%±1%の範囲に収まってい
る。なお、マクベス社製の反射濃度計RD914で測定
した印字濃度も1.17から1.44の範囲に良好に収
まっている。これに対して従来法では、0.85から
1.43の範囲にばらついている。
定量、例えば1g(A)の現像剤を白金ルツボに投入
し、700℃、1時間焼くことで、有機物を除去して、
残存した無機物(主に磁性体)重量(B)から現像剤中
のトナー濃度を算出する。
は、上述のごとく磁性体が含まれており、この場合に
は、トナー100重量部の場合の燃焼前のトナー重量に
対する残存無機物の重量%(x)とキャリア100重量
部の場合の燃焼前のキャリア重量に対する残存無機物の
重量%(y)を予め求めておき、その比例配分からトナ
ー濃度(z)重量%を求めることが可能である。すなわ
ち、以下の式で表すことができる。
には、それぞれxまたはyの値を0とすることで同様に
計算することができる。
度測定装置は、特に、磁性粒子の入ったトナー、いわゆ
る磁性トナーを用いる場合に、トナー濃度に対するトナ
ー濃度センサー出力の変化が小さくなるので、より効果
が大きい。
0gまで減らして、その時のピークホールド回路61後の
検出値を測定した。図7中直線で示したM800とM550よ
りトナー濃度センサーのアナログ出力全体を平均化する
従来の手法では0.4V低下するのに比較して、ピークホー
ルド回路を有する本発明の方式では、図7中直線で示し
たP800とP550の差から0.1V程度の低下に収まる。この
電圧差は、トナー濃度に換算して、それぞれ3.3%と
0.8%に対応し、本発明が現像剤の減量に対しても非
常に有効であることを確認できた。
拌羽根による方式を説明したが、粒子間の空気層を除去
できれば、例えば、ピストンなどの部材でより積極的に
圧縮しても良いし、あるいは、現像剤容器内の現像剤の
流れに合わせて流れの方向に流路断面積が小さくなる経
路を設けて、流路断面積が小さくなった部分にトナー濃
度センサーを設置するなどの他の方法でも何ら本発明の
効果を失うものではない。
るいは算出とは、濃度の値そのものを求めることだけで
なく、その値と一対一の対応のある数値として求めるこ
とも測定あるいは算出と呼ぶ。トナー濃度の安定化とい
う制御の目的を達成するのには、かかる値を求めてこれ
を適当な目標値に安定化すれば十分だからである。
ー濃度制御方法では、現像剤量、キャリア・トナーの帯
電量が変化しても、真のトナー濃度に近似した値を検出
することが可能で、このトナー濃度制御方法を搭載した
画像形成装置においては、長期に亘り非常に安定した印
字濃度を保つことが可能となる。
全体図である。
図である。
る。
サーのアナログ出力を示す図である。
及ぼす影響を示す図である。
を説明する図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 2成分現像剤におけるトナー濃度の測定
方法であって、圧縮状態にある前記現像剤の物理特性の
測定値に基づいてトナー濃度を求めることを特徴とする
トナー濃度測定方法。 - 【請求項2】 2成分現像剤を攪拌しながら、前記物理
特性を検出し、該検出した物理特性の所定時間範囲内の
ピーク値に基づいて、トナー濃度を求めることを特徴と
するトナー濃度測定方法。 - 【請求項3】 前記物理特性が磁気特性であることを特
徴とする請求項1または2記載のトナー濃度測定方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のトナー
濃度測定方法により2成分現像剤のトナー濃度を測定
し、該得られたトナー濃度の測定値に基づいて前記2成
分現像剤のトナー濃度を制御することを特徴とするトナ
ー濃度制御方法。 - 【請求項5】 2成分現像剤を攪拌する攪拌部材と、前
記2成分現像剤の物理特性を検出するセンサーと、該セ
ンサー出力の所定時間範囲内のピーク値に基づいてトナ
ー濃度を算出するトナー濃度算出手段とを備えてなるこ
とを特徴とするトナー濃度測定装置。 - 【請求項6】前記物理特性が磁気特性であることを特徴
とする請求項1または2記載のトナー濃度測定装置。 - 【請求項7】 前記攪拌部材の少なくとも一部が非磁性
体から構成されているものであることを特徴とする請求
項5記載のトナー濃度測定装置。 - 【請求項8】 前記攪拌部材が前記磁気センサー検出部
に近接することを特徴とする請求項5〜7記載のトナー
濃度測定装置。 - 【請求項9】 前記攪拌部材の先端に前記磁気センサー
検出部に接触するスクレーパを有することを特徴とする
請求項5〜8記載のトナー濃度測定装置。 - 【請求項10】 前記2成分現像剤の嵩密度が1.4g/
cm3以下であることを特徴とする請求項5〜9記載のト
ナー濃度測定装置。 - 【請求項11】 請求項5〜10のトナー濃度測定装置
を有する現像装置。 - 【請求項12】 請求項11の現像装置を有する画像形
成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP412198A JPH11202610A (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | トナー濃度測定方法、トナー濃度測定装置、現像装置および画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP412198A JPH11202610A (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | トナー濃度測定方法、トナー濃度測定装置、現像装置および画像形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11202610A true JPH11202610A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11575966
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP412198A Pending JPH11202610A (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | トナー濃度測定方法、トナー濃度測定装置、現像装置および画像形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11202610A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009037181A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-02-19 | Ricoh Co Ltd | 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 |
US7751730B2 (en) | 2006-09-19 | 2010-07-06 | Ricoh Company, Limited | Developing device, process unit, and image forming apparatus developer |
US7885581B2 (en) | 2006-09-19 | 2011-02-08 | Ricoh Company, Ltd. | Developer transferring device, developing device, process unit, and image forming apparatus |
US7953331B2 (en) * | 2006-09-19 | 2011-05-31 | Ricoh Company, Ltd. | Developer carrying device, developing device, process unit, and image forming apparatus |
-
1998
- 1998-01-12 JP JP412198A patent/JPH11202610A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7751730B2 (en) | 2006-09-19 | 2010-07-06 | Ricoh Company, Limited | Developing device, process unit, and image forming apparatus developer |
US7885581B2 (en) | 2006-09-19 | 2011-02-08 | Ricoh Company, Ltd. | Developer transferring device, developing device, process unit, and image forming apparatus |
US7953331B2 (en) * | 2006-09-19 | 2011-05-31 | Ricoh Company, Ltd. | Developer carrying device, developing device, process unit, and image forming apparatus |
JP2009037181A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-02-19 | Ricoh Co Ltd | 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 |
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