(57)【要約】【課題】  現像容器内の現像剤の濃度を精度よく検出して、適宜な濃度の画像を形成する。【解決手段】  現像剤Ｇ中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段１８は、光投下性の検出窓８ａを有する。この検出窓８ａの現像剤側の表面層８１について、ビッカース硬度をキャリヤよりも硬い７１４０００〜１３２６５００Ｎ／ｃｍ２とし、表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ６０１  １０点平均粗さ）を０．００１〜０．２μｍの範囲とし、純水に対する接触角を８０〜１２０°とし、比誘電率を０．２〜３．５とする。これにより、表面層８１にトナーが付着するのを防止して、精度の高い濃度検出を行うことができる。【選択図】      図４
2006195208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリヤとを有する現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内の現像剤におけるトナー濃度を光学的に検出する現像剤濃度検出手段と、を備えた現像装置において、
前記現像剤濃度検出手段は、
前記現像容器内の現像剤に向けられた光透過性の検出窓と、
前記検出窓を透過する光に基づいて前記トナー濃度を検出する検出部とを有し、
前記検出窓の現像剤側の表面は、ビッカース硬度が、７１４０００〜１３２６５００Ｎ／ｃｍ２である、
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記検出窓の前記現像剤側表面の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ６０１  １０点平均粗さ）が、０．００１〜０．２μｍの範囲にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記検出窓の前記現像剤側表面の、純水に対する接触角が８０〜１２０°である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記検出窓の前記現像剤側表面の比誘電率が、０．２〜３．５である、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記検出窓の前記現像剤側表面が金属酸化物で構成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記検出窓の前記現像剤側表面にハロゲン原子が含有されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
【請求項７】
前記ハロゲン原子が、フッ素原子である、
ことを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
【請求項８】
像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、前記トナー像を他部材に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段と、
前記現像剤濃度検出手段の出力に基づいて前記トナー補給手段を制御してトナー補給量を調整する制御手段と、を備え、
前記現像装置が、請求項１ないし７のいずれかに記載の現像装置である、
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーとキャリヤとを有する二成分現像剤によって現像を行う現像装置、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、図２，図３に示すような、現像装置９が記載されている。このうち図２は、現像装置９を正面側（手前側：画像形成装置の操作時にユーザが立つ側）から見た縦断面図であり、図３は現像剤の攪拌搬送スクリュー（攪拌搬送手段）１１，１２近傍を上方から見た図である。
【０００３】
現像装置９は、第１の攪拌搬送スクリュー１１及び第２の攪拌搬送スクリュー１２によって現像スリーブ３の表面に供給された二成分現像剤Ｇ（図２参照）を、マグネットローラ１０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の回転に基づいて感光ドラム４との対向部の現像領域（現像位置）Ｄに搬送する。この際、剤返し部材１及び規制ブレード２で磁気ブラシを穂切りして現像領域Ｄに搬送される現像剤量を適正に維持するようにしている。
【０００４】
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とに区画されていて、これら現像室１６及び攪拌室１７には非磁性トナーと磁性キャリヤとを主成分とする二成分現像剤Ｇ（以下適宜「現像剤」という。）が収容されている。
【０００５】
現像室１６及び攪拌室１７には上述の第１，第２の攪拌搬送スクリュー１１，１２が配置されている。第１の攪拌搬送スクリュー１１は現像室１６内の現像剤を攪拌搬送し、また第２の攪拌搬送スクリュー１２は現像剤濃度制御装置の制御のもとでトナー補給槽（不図示）からこの第２の攪拌搬送スクリュー１２上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３に示すように、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６ａ，６ｂが形成されており、第１，第２の攪拌搬送スクリュー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２に示すように、第１の攪拌搬送スクリュー１１は、現像室１６内の底部に現像スリーブ３の軸線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の攪拌搬送スクリュー１２も、この第１の攪拌搬送スクリュー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の攪拌搬送スクリュー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の攪拌搬送スクリュー１１とほぼ平行に配置され、第１の攪拌搬送スクリュー１１と同方向に回転して攪拌室１７内の現像剤を第１の攪拌搬送スクリュー１１とは反対の方向に搬送する。こうして、第１，第２の攪拌搬送スクリュー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、トナー濃度検出手段（現像剤濃度検出手段）１８は現像室１６内の現像スリーブ３の上方の近傍で手前側に設けられていた。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）に設けた場合には、下流側でトナーが消費された際に、トナー濃度の低下を検出することができないが、手前側に設けた場合には、検出位置が現像室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出が行えるからである。
【０００８】
このトナー濃度検出手段１８は、例えば特許文献２にも記載されているように、キャリヤとトナーとの反射率の違いを利用して現像室１６内のトナーとキャリヤの比を光学的に検出してトナーを補給する方法（Ａｕｔｏ  Ｔｏｎｅｒ  Ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ：トナー補給制御。以下「光ＡＴＲ」という。）を採用している。この光ＡＴＲは、トナーの反射率とキャリヤの反射率の差が大きい現像装置に有効である。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１５２５３号公報
【特許文献２】特開平２−１６６４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の光ＡＴＲは、以下のような問題がある。
【００１１】
光ＡＴＲは、通常、画像形成中（コピー中）に所定のタイミングで作動され、その時点での現像装置内の現像剤濃度を推定することは可能である。ところが、例えば、低消費量の原稿から高消費量の原稿に切り替った場合、光ＡＴＲは、その光検出面が高Ｄｕｔｙ画像の形成のために補給されたトナーにより汚染されるため、真の濃度よりも濃いと判断してしまう。このため、トナーの補給不足が発生し、規定の濃度よりも薄くなってしまう。特に、カラー原稿の場合、現像剤の濃度が変動すると色味の変動が大となり、安定した画像形成ができなくなるといった問題がある。
【００１２】
これらの原因は、主に、高Ｄｕｔｙ画像の形成時に、現像装置内に補給されたトナーが、光ＡＴＲの光検出面に付着する汚染によるものであり、汚染の原因として、主に、光検出面が現像剤成分の高硬度キャリヤ剤の攪拌摺擦により、傷つき、表面の荒れた部分に、トナーがトラップされることによるものや、光検出面とトナーとが化学的に結合してしまうもの、さらには、光検出面が、電気的に電荷を保持しやすい抵抗値である場合、現像剤中のトナーと電気的に結合してしまうといった現象があげられている。
【００１３】
なお、上述とは逆に、光ＡＴＲが真の濃度よりも薄いと判断した場合には、トナー補給量が過大となって、現像装置から現像剤があふれ出る、いわゆる剤あふれ現象が発生するおそれがある。
【００１４】
本発明は、光を利用して現像容器内の現像剤の濃度を検出する現像装置において、現像容器内の現像剤の濃度を精度よく検出して適宜な濃度の画像を形成することができる現像装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、トナーとキャリヤとを有する現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内の現像剤におけるトナー濃度を光学的に検出する現像剤濃度検出手段と、を備えた現像装置において、前記現像剤濃度検出手段は、前記現像容器内の現像剤に向けられた光透過性の検出窓と、前記検出窓を透過する光に基づいて前記トナー濃度を検出する検出部とを有し、前記検出窓の現像剤側の表面は、ビッカース硬度が、７１４０００〜１３２６５００Ｎ／ｃｍ２である、ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、前記トナー像を他部材に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像剤濃度検出手段の出力に基づいて前記トナー補給手段を制御してトナー補給量を調整する制御手段と、を備え、前記現像装置が、上述の本発明に係る現像装置である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、検出窓の現像剤側の表面のビッカース硬度を７１４０００〜１３２６５００Ｎ／ｃｍ２として、キャリヤの硬度よりも硬くすることにより、キャリヤによって表面が傷つけられることを防止することができる。したがって、傷にトナーが付着するのを防止することができるので、現像容器内の現像剤の濃度を精度よく検出して適宜な濃度の画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明を適応することができる画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式のデジタル複写機であり、同図はこのデジタル複写機（以下「画像形成装置」という。）の概略構成を模式的に示す図である。
【００２０】
同図に示す画像形成装置において、複写されるべき原稿３１は、その画像（原稿画像）がレンズ３２によってＣＣＤ等の撮像素子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、各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、パルス幅変調回路３５に送られる。
【００２１】
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）のレーザ駆動パルスを形成して出力する。すなわち、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を、また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を、そして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をそれぞれ形成する。
【００２２】
パルス幅変調回路３５から出力されたレーザ駆動パルスは、半導体レーザ３６に供給され、半導体レーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。したがって、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。これにより、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。したがって、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。
【００２３】
半導体レーザ３６から放射されたレーザ光３６ａは、ポリゴンミラー（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を感光ドラム（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４上にスポット結像される。こうして、レーザ光３６ａは、感光ドラム４の回転軸とほぼ平行な主走査方向（母線に沿った方向）に感光ドラム４表面を走査し、静電潜像を形成することになる。
【００２４】
像担持体としての感光ドラム４は、アルミニウム等の導電性のドラム基体の表面に、アモルファスシリコン、セレン、ＯＰＣ等の感光層を設けて構成したものである。感光ドラム４は、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ４方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。感光ドラム４は、前露光器４１で均一に除電を受けた後、帯電手段としての一次帯電器４２により所定の極性・電位に均一に帯電される。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３６ａで露光走査され、これによって画像信号に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、トナー（トナー粒子）とキャリヤ（キャリヤ粒子）とを主成分とする二成分現像剤を使用する現像装置９によって反転現像され、可視画像（トナー像）が形成される。なお、反転現像とは、感光ドラム４表面の、レーザ光３６ａで露光された領域に、静電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。
【００２５】
上述のようにして感光ドラム４上に形成されたトナー像は、転写材担持ベルト（転写材担持体）４７に担持された他部材としての転写材４８に転写される。転写材担持ベルト４７は、駆動ローラ４６と従動ローラ４５との間に掛け渡されていて、駆動ローラ４６の図１中の反時計回りの回転に伴って矢印Ｒ４７方向に回転駆動される。転写材４８は、給搬送装置（不図示）によって給紙、搬送されて転写材担持ベルト４７に供給される。供給された転写材４８は、転写材担持ベルト４７表面に吸着され、この転写材担持ベルト４７の矢印Ｒ４７方向の回転に伴って同方向に移動する。この転写材４８は、感光ドラム４と転写手段としての転写帯電器４９との間の転写部を通過する際に、転写帯電器４９により、感光ドラム４上のトナー像が転写される。トナー像転写後の感光ドラム４は、表面に残ったトナー（転写残トナー）がクリーニング装置５０によって除去され、次の画像形成に供される。
【００２６】
一方、トナー像転写後の転写材４８は、転写材担持ベルト４７から分離されて、定着装置（不図示）に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。これにより１枚の転写材４８の片面に対する画像形成が終了する。
【００２７】
なお、上述では、説明を簡単にするために１つの画像形成ステーション（感光ドラム４、一次帯電器４２、現像装置９、転写帯電器４９、クリーニング装置５０等を含む）のみを図示している。カラーの画像形成装置、例えば４色フルカラーの画像形成装置の場合には、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｂｋ）の各色のトナー像を形成する４個の画像形成ステーションが、転写材担持ベルト４７の移動方向に沿って上流側から下流側にかけて順次に配列されている。そして、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、対応する色のトナーを有する現像装置で現像される。こうして現像された各色のトナー像は、転写材担持ベルト４７によって担持搬送される転写材４８に転写帯電器４９によって順次に転写されるようになっている。
【００２８】
図２は、図１中の現像装置９を詳細に示す図である。本実施の形態の現像装置９は、二成分現像剤Ｇを使用していて、感光ドラム４表面に対向するように配設されている。現像装置９は、現像剤を収納する現像容器９ａ、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（層厚）規制部材としての規制ブレード２、現像室１６内のトナーとキャリヤとの比を光学的に検出する比検出手段としてのトナー濃度検出手段（現像剤濃度検出手段）１８を有している。基準濃度に対応して感光ドラム４表面に形成される静電潜像であるパッチ潜像は、この現像装置９によって現像されてパッチ画像（トナー像）２８となる。このパッチ画像２８は、転写されることなく転写部を通過し、像濃度検出手段１９によって濃度検出されるようになっている。
【００２９】
上述の現像装置９について、さらに詳述する。
【００３０】
現像容器９ａ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とに区画されている。隔壁６の上方部は開放されていて、現像室１６で余分となった二成分現像剤が隔壁６の上方を経由して攪拌室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ヤとを主成分とする二成分現像剤が収容されている。
【００３１】
現像室１６及び攪拌室１７には第１，第２の攪拌搬送スクリュー（攪拌搬送手段）１１，１２が配置されている。第１の攪拌搬送スクリュー１１は現像室１６内の現像剤を攪拌搬送し、また第２の攪拌搬送スクリュー１２は現像剤濃度制御装置の制御のもとでトナー補給槽６４（図１参照）からこの第２の攪拌搬送スクリュー１２上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、二成分現像剤中のトナー濃度を均一化する。隔壁６には、図３に示すように、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６ａ，６ｂが形成されており、第１，第２の攪拌搬送スクリュー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内の現像剤が手前側の現像剤通路６ａから攪拌室１７内へ移動するように構成されている。
【００３２】
現像装置９の現像室１６には、感光ドラム４に対面した現像領域Ｄに相当する位置に開口部９ｂが形成されており、この開口部９ｂには、現像剤担持体としての現像スリーブ３が配設されている。現像スリーブ３は、その外周面の一部をこの開口部９ｂから露出させるとともに、露出部分を感光ドラム４表面に近接させて感光ドラム４との間に現像領域Ｄを形成している。現像スリーブ３は、非磁性材料によって円筒状に形成され、現像動作時には図２中の矢印Ｒ３方向（反時計回り）に回転する。現像スリーブ３の内側には、磁界発生手段であるマグネットローラ（磁石）１０が固定的に配設されている。つまり、現像スリーブ３は、固定されたマグネットローラ１０の回りを回転するように構成されている。現像スリーブ３は、規制ブレード２によって層厚規制された二成分現像剤の層を担持搬送し、感光ドラム４に対向する現像領域Ｄにおいて、二成分現像剤中のトナーを感光ドラム４に供給してこのトナーにより感光ドラム４表面の静電潜像を現像する。このとき、現像効率を向上、すなわち感光ドラム４上の静電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には現像バイアス印加電源１５Ａ又は現像バイアス印加電源１５Ｂから直流電圧と交流電圧とが重畳された現像バイアスが印加される。なお、現像スリーブ３に現像バイアスを印加するに際の直流電圧としては、現像バイアス印加電源１５Ａを使用した場合には正の直流電圧が、また現像バイアス印加電源１５Ｂを使用した場合には負の直流電圧が印加されるようになっている。
【００３３】
マグネットローラ１０は、本実施の形態では、現像磁極Ｓ１と現像剤を搬送する磁極Ｎ１，Ｓ２，Ｎ２，Ｎ３とを有している。また、規制ブレード２は、アルミニウム（Ａｌ）等の非磁性材料によって構成され、現像スリーブ３の回転方向に沿って感光ドラム４の上流側に配置されている。規制ブレード２は、その先端と現像スリーブ３の表面との間の間隙を調整することにより、現像スリーブ３表面に担持されて現像領域Ｄへと搬送される現像剤の厚さを規制する。したがって、本実施の形態においては、規制ブレード２の先端と現像スリーブ３との間を非磁性トナーと磁性キャリヤとの双方が通過して現像領域Ｄへと送られる。
【００３４】
スクリュータイプの第１の攪拌搬送スクリュー１１は、現像室１６内の底部に現像スリーブ３の軸線方向、すなわち現像幅方向に沿ってほぼ平行に配置されており、本実施の形態では、回転軸の周りに羽根部材をスパイラル形状に形成されている。この第１の攪拌搬送スクリュー１１は、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。一方、第２の攪拌搬送スクリュー１２も、この第１の攪拌搬送スクリュー１１と同様のスクリュー構造（羽根部材を回転軸の周りに第１の攪拌搬送スクリュー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の攪拌搬送スクリュー１１とほぼ平行に配置され、第１の攪拌搬送スクリュー１１と同方向に回転して攪拌室１７内の現像剤を第１の攪拌搬送スクリュー１１とは反対の方向に搬送する。こうして、第１，第２の攪拌搬送スクリュー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。
【００３５】
現像室１６内の現像剤は、現像スリーブ３に内蔵されたマグネットローラ１０の作用によって現像スリーブ３表面に担持され、規制ブレード２にて層厚が規制された後、現像領域Ｄへと搬送されて、感光ドラム４表面の静電潜像の現像に供される。現像領域Ｄにて現像に供されずに残った現像剤は、現像スリーブ３の回転により、再び現像室１６へ搬送され、反発磁極Ｎ２，Ｎ３によって現像スリーブ３上から現像室１６内へ掻き落とされて回収される。
【００３６】
一方、第１の攪拌搬送スクリュー１１の回転に伴って攪拌搬送された現像剤は、反発磁極Ｎ２，Ｎ３のうちの片側の磁極Ｎ２にて現像スリーブ３の方向に汲み上げられる。この汲み上げられる際に、汲み上げられて現像スリーブ３に搬送される現像剤量が剤返し部材１によってある程度規制される。
【００３７】
この磁極Ｎ２で汲み上げられた現像剤は、磁気拘束力、すなわち次の磁極Ｓ２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剤返し部材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規制ブレード２へ搬送される。
【００３８】
そして、現像剤の汲み上げ位置から規制ブレード２へ搬送される途中の、磁極Ｎ２と磁極Ｓ２との間で現像スリーブ３に対向した位置に、トナー濃度検出手段１８が剤返し部材１内（剤返し部材１の上方）に組み入れられている。
【００３９】
図４に示すように、本実施の形態におけるトナー濃度検出手段１８は、双方向発光のＬＥＤ７１ａと参照光用受光素子７２ａと反射光用受光素子７３ａとを有する検出部７０と、この検出部７０に取り付けられた検出窓８ａとを備えた、現像剤反射方式の検出手段である。そして、その検出窓８ａにおける現像剤側には、光ＡＴＲ面（光ＡＴＲセンサ表面層）としての表面層８１が設けられている。この表面層８１は、有機金属化合物の金属酸化物により形成されている。図６に、本発明で利用した、表面層８１の化学式の一例を示す。また図７には、本発明で利用した、別の表面層８１の化学式の一例を示す。
【００４０】
有機金属化合物材料としては、金属アルコキシド、金属キレートをあげることができ、さらに、金属キレートとしては、アセチルアセトナートが好ましい。
【００４１】
金属アルコキシドは、一般式で表すとＭ（ＯＲ）ｎとなり、ここでＭはＮａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｙ、Ｅｕ等で、ＲはＣｎＨ２ｎ−１、Ｃ６Ｈ６等炭素を含む基である。（ｎは１以上の整数）具体的に本発明においては、Ｓｉを含むアルコキシド、例えばテトラメトキシシラン（ｔｅｔｒａｍｅｃｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、テトラエトキシシラン（ｔｅｔｒａｃｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｃ）Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、ジフェニルメトキシシラン（ｄｉｐｈｅｎｙｌｄｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）（Ｐｈ）２−Ｓｉ−（ＯＭｅ）、ジフェニルエトキシシラン（ｄｉｐｈｅｎｙｌｄｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）（Ｐｈ）２−Ｓｉ−（ＯＥｔ）、（３−ヘプタフルオロイソプロポキシ）ポロピルメチルジクロロシラン（（３−ｈｅｐｔａｆｌｕｏｒｏｉｓｏｐｒｏｐｏｘｙ）Ｐｒｏｐｙｌｍｅｔｈｙｌｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）Ｃ７Ｈ９Ｃ１２Ｆ７ＯＳｉ、（トリデカフルオロ−１、１、２、２−テトラヒドロオクトル）トリエトキシシラン（（ｔｒｉｄｅｋａｆｌｕｏｒｏ−１、１、２、２−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｏｃｔｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅＣ１４Ｈ１９Ｆ１３Ｏ３Ｓｉ、（３、３、３−トリフルオロプロピル）メチルジメトキシシラン（３、３、３−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌ）ｍｅｔｈｙｌｄｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｑｎｅＣ６Ｈ１３Ｆ３Ｏ２Ｓｉ、（３、３、３−トリフルオロプロピル）メチルシクロシロキサン類（ｎ＝３〜４）、（３、３、３−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌ）ｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｓｉｌｏｘａｎｅｓ（Ｃ４Ｈ７Ｆ３Ｏ２Ｓｉ）３〜４と、Ａｌを含むアルコキシド、例えばＡｌ（ＯＣ２Ｈ５）４、Ｚｎを含むアルコキシド、例えば、Ｚｎ（ＯＣ２Ｈ５）４、Ｔｉを含むアルコキシド、例えば、Ｔｉ（ＯＣ３Ｈ７）４があげられる。
【００４２】
金属アルコキシドにフッ素を含有するものを用いた場合、得られた金属酸化膜中にフッ素が残留するため、より高い純水の接触角を得ることが可能となる。
【００４３】
金属酸化物層の厚さは、十分な表面保護硬度及び十分な保護が可能な膜厚であって、表面層８１に入射する光の不要な吸収や膜厚の増大による感度低下を考慮して決めるのが望ましい。
【００４４】
具体的に膜厚を示せば、好ましくは０．０１〜５μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜３μｍ、さらに好ましくは０．２〜１μｍとするのが望ましい。
【００４５】
ただし、一般的には均一な膜形成のためにそして、金属酸化物層の効果が発揮されるためには少なくとも０．０１μｍ程度は必要であり、ほとんどの検出窓８ａの表面層８１として使用可能とするには、光量低下分を制御可能範囲とするために５μｍ以下の厚さとするのがよい。また、より均一な厚さと特性を有するためには０．１μｍ以上とするのがよく、さらに高い生産性と乾燥時間の短縮までを鑑みれば０．２〜１μｍとするのがよい。
【００４６】
図５は、上述の検出窓８ａを作製するための高周波プラズマＣＶＤ（以下「ＲＦ／ＶＨＦ−ＰＣＶＤ」と表記する。）法の製造装置の一例を示す模式的な構成図である。
【００４７】
反応容器内のガス圧も適宜最適範囲が選択されるが、好ましくは１×１０−５〜１０Ｔｏｒｒ、より好ましくは５×１０−５〜３Ｔｏｒｒ、最適には１×１０−４〜１Ｔｏｒｒとするのが好ましい。
【００４８】
本発明のプラズマ処理に用いるガスは、フッ素を含み、かつ表面を緩やかにエッチングしながらもフッ素に残留させ得るものが好ましい。一般にはフッ化カーボン及びその誘導体が好ましい。例えば、ＣＣｌ３Ｆ、ＣＣｌ２Ｆ２、ＣＢｒＣｌＦ２、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＦ４、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｃｌ４Ｆ２、Ｃ２Ｃｌ３Ｆ３、Ｃ２Ｃｌ２Ｆ４、Ｃ２ＣｌＦ５、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｈ３ＣｌＦ２、Ｃ２Ｈ４Ｆ２、Ｃ２Ｈ４Ｆ２、Ｃ３Ｆ８等をあげることができる。
【００４９】
これらのガスに不活性ガスやＨ２を混合してプラズマ処理を行ってもよい、好適に使用され得る不活性ガスとしては例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２、及びＨ２があげられる。
【００５０】
さらに好ましくは、高純度ガスの入手が容易な、ＣＣｌＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８に、必要に応じてＡｒ、Ｈｅ、及びＨ２を混合したものを用いる。中でもＣＦ４、Ｃ２Ｆ６のみの使用は好ましい。電源周波数としては、１３．５６ＭＨｚのＶＨＦ帯の周波数を使用し、図５に示すように、堆積装置４１００、原料ガスの供給装置４２００、反応容器４１１１内、及び基体４１１２、基体加熱用ヒーター４１１３、原料ガス導入管４１１４が設置され、高周波マッチングボックス４１１５が接続されている。原料ガス供給装置４２００は、原料ガスボンベ４２２１〜４２１６とバブル４２６０を介して反応容器４１１１内のガス導入管４１１４に接続されている。アモルファス高硬度薄膜は、このような装置等により、公知のプラズマＣＶＤ法などを適用して、膜の積層を行っていく。なお、図５中の、符号４１１７，４１１８，４２３１〜４２３６，４２４１〜４２４６，４２５１〜４２５６は、バルブを示している。
【００５１】
本実施の形態では、図９の実施例１に示すように、表面層８１が、金属アルコキシドにフッ素を含有する薄膜で構成されたものを使用した。表面層８１を形成した時点での純水との接触角は１１０°であった。ここで、表面層８１に付着させた高硬度膜の厚さを０．５μｍとし、表面層８１の１０点平均粗さＲｚが０．２μｍ、ビッカース硬度７６５３００Ｎ／ｃｍ２、比誘電率２．０及び３．０、表面摩擦係数約０．３５の薄膜を用いた。なお、薄膜を堆積する基材は、透明アクリル樹脂を使用した。
【００５２】
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５〜１５ｗｔ％、さらに負電荷制御剤としてアルキル置換サリチル酸の金属錯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。
【００５３】
また、磁性キャリヤは任意のフェライトキャリヤ、特に焼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のキャリヤを用いた。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、シリコーン樹脂等を適宜選択して用いることができる。
【００５４】
ここで、本発明の特徴部分である現像装置のトナー濃度検出手段について明らかにするため、まず従来のトナー濃度検出手段による補給制御について説明する。
【００５５】
図４に示すように、トナー濃度検出手段１８は、現像容器９ａ内のスラスト方向で手前側（同図中の左側）に設けられている。このトナー濃度検出手段１８は、二成分現像剤中のトナーが赤外光を反射し、逆にキャリヤが赤外光を吸収するという特性を利用している。図４中の現像容器９ａ内の現像剤に、トナー濃度検出手段１８のＬＥＤ７１ａから検出窓８ａを介して二成分現像剤Ｇに赤外光を照射し、二成分現像剤Ｇで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、二成分現像剤Ｇのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて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。
【００５６】
そのトナー補給濃度の制御は、まず二成分現像剤を現像容器９ａに投入し、未使用の状態での二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、この値を画像形成装置本体（不図示）内の、図１に示すＣＰＵ（制御手段）６１のメモリに格納する。そして、コピー（画像形成）をスタートし、二成分現像剤の使用が開始されると、コピー１枚毎にそのときの二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。
【００５７】
ΔＳｉｇ＝（Ｓｉｇ−ｉｎｉｔ）−（Ｓｉｇ−ｃｕｒ）……（１）
【００５８】
（１）式と、あらかじめ測定されたトナー濃度１ｗｔ％変動当たりの出力感度値ｒａｔｅとにより、そのときのトナー濃度の初期からのずれ量ΔＤを算出する。
【００５９】
ΔＤ＝ΔＳｉｇ／ｒａｔｅ……（２）
【００６０】
上記ΔＤの計算値により、現像容器９ａ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、またプラスの場合は、補給を停止する。例えば、ΔＤ＝−１ｗｔ％のときは、１ｗｔ％相当のトナーを補給し、また、ΔＤ＝＋１ｗｔ％のときは補給をしない。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。
【００６１】
現像容器９ａに対するトナーの補給は以下のようにして行う。トナー補給槽６４の下部には、補給スクリュー６５が配設されていて、トナー補給槽６４内のトナーは、補給スクリュー６５の回転によって現像容器９内に補給される。この補給スクリュー６５は、モータ６６によって回転駆動され、このモータ６６は、モータ駆動回路６２、モータ駆動手段６３を介してＣＰＵ６１によって回転制御される。ここで、トナー補給槽６４から現像容器９ａに補給されるトナーの補給量は、補給スクリュー６５の回転数、すなわち回転時間に比例する。そこで、ＣＰＵ６２は、上述のトナー濃度検出手段１８の検出結果に基づいて、補給スクリュー６５の回転時間を制御し、これにより、所定量のトナーを現像容器９ａ内に補給するようにしている。上述のＣＰＵ６１〜モータ６６によってトナー補給手段を構成している。
【００６２】
図８に示すように、二成分現像装置を用いた画像形成装置では、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。
【００６３】
しかし、従来の濃度制御において、光ＡＴＲでは画像面積の急激な変化があり、かつトナー濃度検出手段１８の表面層８１の汚れが閾値を超えると、追従できなくなるという欠点があった。
【００６４】
そこで、本実施の形態では、濃度に所定の範囲（例えば、上限８％、下限４％）の閾値（しきい値）をあらかじめ設けておき、コピー中の所定のタイミングで行われる光ＡＴＲで現像装置９内のトナー濃度を検出するためのトナー濃度検出手段１８の検出窓８ａの表面層８１がトナーで汚染されることのないように、前述のように、表面層８１を、現像剤中のキャリヤ硬度よりも硬くして傷がつきにくくする。また、表面層８１の初期粗さも滑らかに設定しておくことで、長期にわたる、トナーの付着を抑制する。さらに、トナーが付着しやすい高温高湿環境下においても、表面層８１に撥水効果のあるフッ素系原子を含有させることで、水分量の多いトナーの付着を防止した。
【００６５】
従来の画像形成装置では、検出窓８ａの表面にＰＦＡシート等を貼付していた。このような画像形成装置では、例えば、画像形成枚数が２５０Ｋ枚以下でＰＦＡシートの破損等により、検出窓８ａの表面がトナーで汚染され、色味変動や現像剤あふれなどが発生することがあった。これに対して、本実施の形態のものは、画像形成枚数が５００Ｋ枚に達しても、そのような不具合は発生しなかった。
【００６６】
ちなみに、光ＡＴＲの表面層８１の表面硬度を、キャリヤ硬度以下の、４９００００Ｎ／ｃｍ２前後とした場合（図９の比較例１参照）、トナー補給不良により、現像装置９内に現像剤が充満した状態で、現像剤と表面層８１との間に現像剤圧縮が発生すると、現像剤中のキャリヤにより、表面層に１μｍ以上の深い傷が発生した。そして、このような傷が発生すると、この傷を起点としたトナー汚れが顕著となり、現像剤交換後も、早期にトナー濃度制御が不能となり、現像装置全体を交換する必要が生じることがあった。
【００６７】
＜実施の形態２＞
本実施の形態２（実施例２）では、トナー濃度検出手段１８の表面層８１の硬度の上限として、主に、現像スリーブ上の現像剤がニップにて圧縮される場合、特にＳ−Ｄ（現像装置〜感光ドラム間距離）の極端に小さい設計を余儀なくされる際に、表面硬度が高すぎることにより割れやラックの発生を回避する観点から、図９に示すように、１３２６５００Ｎ／ｃｍ２としたが、この硬度は、キャリヤ硬度のほぼ２倍であり、傷を排除するという観点からは満足すべき数値である。
【００６８】
また、表面層８１に、フッ素原子の含有率を４０％以上含有させて、表面の接触角を１２０°を超える１２５°とした場合（図９の比較例２）、表面硬度の低下に伴い、初期の現像剤交換時において、表面層８１が、現像剤中のキャリヤのシェアを受けて、０．６〜１．２μｍの細かい傷が多数発生して、これが起点となり、耐久の進行に伴い、表面層８１の汚れの進行が顕著となり、５０Ｋ枚未満において、トナー濃度制御不能状態となることがあった。
【００６９】
同様な現象として、表面層８１の平均粗さを０．３〜０．４μｍ（比較例３）とした場合、耐久１００Ｋ未満において、２５％以上の高濃Ｄｕｔｙ画像において、トナー中の微粉トナーがトラップされて、表面層８１の汚れが進行し、トナー濃度制御不能状態となることがあった。
【００７０】
さらに、表面層８１の比誘電率を５．０％以上とした場合（比較例４）、トナー外添剤である、粒径２〜４μｍ前後のフッ化カーボンなどが、静電付着して、特に温度３２．５°、湿度８０％程度の高温高湿環境下において、表面層８１に付着しやすくなり、濃度制御エラーが１０Ｋ枚未満で発生することがあった。
【００７１】
また、表面層８１の接触角を７０°程度とした場合（比較例５）、耐久枚数１０Ｋ前後において、特に温度３５°Ｃ、湿度８５％を超える高温高湿な環境状態において、窓汚れの状態が顕著に悪化しやすくなり、濃度検知の閾値を超えて、エラー表示の発生が顕著となった。
【００７２】
＜実施の形態３＞
本実施の形態３（図９の実施例３）においては、トナー濃度検出手段１８の表面層８１の誘電率を２．８あるいは３．５に固定したこと以外は、前述の実施の形態１（実施例１）と同じである。これにより、比誘電率５．０以上の表面層をもつ従来の現像装置における低温低湿下において、現像容器内の現像剤攪拌により、トリボ付与されたトナーが、表面層に付着して最悪１０Ｋ枚程度で、汚染による制御閾値超エラーが発生していたものが、現像装置の交換枚数である５００Ｋまで、安定的に制御が行えるようになった。ちなみに、比誘電率が２より小さい場合には、感光ドラムへの帯電能が低下して、画像評価に供するシステムを提供することができなかった。
【００７３】
以上説明したように、本発明においては、検出窓の現像剤側の表面のビッカース硬度を７１４０００〜１３２６５００Ｎ／ｃｍ２として、キャリヤの硬度よりも硬くすることにより、キャリヤによって表面が傷つけられることを防止することができる。
【００７４】
また、初期表面粗さを小さくすることにより、表面凹凸にトラップされる現像剤中のトナー量を低減させることができる。ここで、近年、トナーの中心粒径は、７μｍ以下の小径化が進行しており、微粉トナー粒径は０．２〜２μｍとなることが多く、耐久の進行に伴う表面荒れの悪化を考慮すると０．２ｕｍ以下が望ましい。
【００７５】
また、表面の接触角を大とすることにより、特に高湿度環境下における、トナー付着力を弱めることができる。接触角が８０°未満では、接触面とトナーとの化学結合が生じやすくなり、逆に、１２０°以上では、撥水処理剤の含有量が多くなりすぎて、表層材の強度低下が顕著となる。
【００７６】
また、表面の誘電率を低くすることで、トナーの電気的付着力を弱めることができる。ここで、現像剤中のトナートリボが、１０〜４０μＣ／ｇの範囲内では、表面の比誘電率が５を超えると耐久１０Ｋ枚以内においても、濃度変動値が５％を超えるトナーかぶり付着を生じることがある。さらに、表面の高湿度環境下における、トナー付着力を弱める材質として、ハロゲン原子を表面に含有させるとよい。本発明では、撥水性が高く、安定製造が可能かつ安価な、フッ素原子で構成した。
【００７７】
ここで、例えば、本発明における、表面を高硬度とし、かつ、表面を滑らかとすることにより、平滑な表面を長期に渡り、保持することが可能となり、更なる相乗効果が期待できる。
【００７８】
以上により、この本発明によると、現像容器内の現像剤濃度を検出し制御を行う、現像剤濃度検出手段の表面のトナー汚染を抑制することが可能となり、常に、清浄な表面により、高精度の現像剤濃度制御を長期かつ安定的に達成することが可能となり、画像面積の急激な変化によるアンダーシュート、オーバーシュートや環境変化などによりトリボが急激に変化することでの現像剤あふれやコート不良現象の発生を未然に防ぐことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明を適用することができる現像装置、及び画像形成装置の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明を適用することができる現像装置の構成を説明する縦断面図である。
【図３】現像装置内における現像剤の搬送を説明する概略図である。
【図４】本発明に利用した、光ＡＴＲセンサの概略図である。
【図５】本発明に利用した、光ＡＴＲセンサ表面層の堆積膜を作成するための高周波プラズマＣＶＤ製造装置のシステム概略図である。
【図６】本発明に利用した、光ＡＴＲセンサ表面層の化学式の一例を示した図である。
【図７】本発明に利用した、光ＡＴＲセンサ表面層の化学式の別例を示した図である。
【図８】本発明に利用した、濃度制御における、濃度レベルと画像濃度の相関を示す図である。
【図９】実施の形態１（実施例１）〜実施の形態３（実施例３）、及び比較例１〜比較例５を説明する図である。
【符号の説明】
【００８０】
３          現像スリーブ
４          感光ドラム（像担持体）
８ａ        検出窓
９          現像装置
９ａ        現像容器
１８        トナー濃度検出手段（現像剤濃度検出手段、光ＡＴＲセンサ）
４２        一次帯電器（帯電手段）
４８        転写材（他部材）
４９        転写帯電器（転写手段）
６１        ＣＰＵ（制御手段）
７０        検出部
８１        表面層（検出窓の現像剤側表面）
Ｇ          現像剤
【図１】
2006195208.tif 000003
【図２】
2006195208.tif 000004
【図３】
2006195208.tif 000005
【図４】
2006195208.tif 000006
【図５】
2006195208.tif 000007
【図６】
2006195208.tif 000008
【図７】
2006195208.tif 000009
【図８】
2006195208.tif 000010
【図９】
2006195208.tif 000011