JP2000056642A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーエンドを的確に検出しうる画像形成装
置の提供。 【解決手段】 像担持体上に形成された画像濃度制御パ
ターンの濃度検出手段と、画像濃度制御手段と、現像バ
イアス値検知手段とを具備し、濃度検出手段による画像
濃度信号によって制御される現像バイアス値の所定の濃
度時の現像バイアス値を、前記現像バイアス値検知手段
により検出し、前記検出結果によりトナーの劣化状態を
判定可能としたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子写真複写機
等の画像形成装置であって、殊にそのトナーエンドを検
出しうる画像形成装置の技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置に使用する現像装置
は導電性フォーム等からなるトナー供給部材を導電性ゴ
ム等からなるトナー担持体に接触回転するように配置
し、トナー供給部材とトナー担持体との接触回転により
トナーを機械的搬送力と摩擦帯電による静電気力により
トナー担持体表面に付着させ均一搬送させるといったも
のが一般的である。

【０００３】この種のトナーエンド検出技術は各種提案
されており、例えば特公昭６０−２６６０号公報（公知
例１）にあっては、光電手段によって感光体上のトナー
残量を検出する技術が記載されており、又特開平４−２
０４７６７号公報（公知例２）にあっては、感光体上の
顕像の濃度と感光体の地肌部の濃度とを光学的に検出
し、その出力の比率に基づいてトナーエンドを判定する
ようにしたものが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の各公知例のもの
によってもトナーエンドを検出し、トナーの補給を促す
ことも可能といえるが、尚改善の余地が存していた。

【０００５】即ち、前記公知例１及び２のものは単にト
ナー残量を検出するに止まるものであるが、高速機やカ
ラートナーを使用したプリンターの場合、トナーエンド
が現像器のトナー残量で決まるものでなくトナー劣化に
より決まることが多い。

【０００６】詳しくは、カラートナーの場合、ＯＨＰの
透過性や色の再度を忠実に再現するために、低融点樹脂
や低融点ＷＡＸを使用したり、樹脂に対して分散性の低
い顔料を良好に分散させるために低融点の分散剤を使用
したりする。

【０００７】これらは、比較的柔らかい材料のため、外
添剤の樹脂への埋没による帯電量低下や、トナー担持
体、トナー規制手段、トナー供給部材等の現像帯電部材
への固着（フィルミング）による帯電量低下により搬送
不良等を起こす。

【０００８】よって、従来のような現像器のトナー残量
を検出し、トナーエンドとする方式では、トナーが現像
器内に十分存在している使用可能状態にあっても、搬送
不良等による画像劣化が発生してしまうという問題があ
った。

【０００９】この発明が解決しようとする第１の課題点
は、画像最大濃度時の現像バイアス値を検出してトナー
寿命を判定出来るものを提供することである。

【００１０】この発明が解決しようとする第２の課題点
は、構成が簡素で誤作動の生じないものを提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記した各課題を解決す
るための具体的な手段を挙げれば次の如くである。

【００１２】(1) 像担持体と、トナー供給部材と、トナ
ー担持体とを備え、像担持体上にトナーにより画像形成
する現像手段と、像担持体上のトナー像を転写媒体に転
写する画像形成装置において、像担持体上に形成された
画像濃度制御パターンの濃度検出手段と、画像濃度制御
手段と、現像バイアス値検知手段とを具備し、前記濃度
検出手段による画像濃度信号によって制御される現像バ
イアス値の所定の濃度時の現像バイアス値を、前記現像
バイアス値検知手段により検出し、前記検出結果により
トナーの劣化状態を判定可能としたことを特徴とする画
像形成装置。

【００１３】このような手段によって現像バイアス値を
検出するだけで的確にトナー寿命の限度を判定出来るも
のである。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、この発明を図示した実施の
形態に基づいて説明する。

【００１５】１．手段 図１に示すように、この画像形成装置１００には現像装
置１０が像担持体２０に隣設して設けられ、又電源制御
部３０が配備されている。

【００１６】図示は省略したが像担持体２０の表面にレ
ーザー光等を走査させる露光手段並びに転写手段が配置
されるものである。

【００１７】現像装置１０については、トナーホッパー
１１内に旋回可能なトナー攪拌手段１２が設けられ、透
窓１３を介してトナーホッパー１１に連通する現像室１
４には、互いにその表面を圧接状にして隣設され、それ
ぞれ矢印Ａ、Ｂ方向に旋回駆動されるトナー供給部材１
５並びにトナー担持体１６が配備されており、トナー規
制手段１７はその先端部がＲ形状に形成され、この先端
Ｒ部１７Ａがトナー担持体１６の表面に均一に当接され
るように配設されている。

【００１８】電源制御部３０については、電源手段３１
が設けられ、この電源手段３１はトナー担持体１６へ現
像バイアスを印加する現像電源３２と、トナー供給部材
１５へバイアスを印加する供給電源３３が設けられ、現
像電源３２に連結された電圧検出回路をなす現像バイア
ス値検出手段３４を画像濃度制御手段３５に連結させる
と共に、像担持体２０上の画像濃度制御パターン（Ｐ）
を検出する画像濃度検出手段３６を画像濃度制御手段３
５に連結しており、画像濃度制御手段３５からの画像濃
度信号をトナー寿命表示手段３７に報知しうるように構
成したものである。

【００１９】ところで、像担持体２０の表面に近接させ
て設けた前記の画像濃度検出手段３６には光照射部３６
Ａと受光部３６Ｂとが一体状に組み込まれており、必要
に応じて光照射部３６Ａから投射光（Ｌ）を像担持体２
０の表面に照射し、像担持体２０上の画像濃度制御パタ
ーン（Ｐ）の反射光（Ｒ）を受光部３６Ｂによって受光
させるように構成されている。

【００２０】又、この反射光（Ｒ）の強度は像担持体２
０上のトナー付着量に比例するものでトナー付着量が大
であれば前記画像パターン（Ｐ）の画像濃度は大とな
り、トナー付着量が少なければ画像濃度は淡くなり、こ
れに比例した出力電圧が画像濃度制御手段３５に通報さ
れることとなるが、この点は使用手順において後述す
る。

【００２１】尚、トナー担持体２０については、アルミ
ニウム等で円柱状に形成されたものを本実施例では使用
した。

【００２２】尚、トナー担持体としては、磁性、非磁
性、導電性、絶縁性、金属、ゴム、樹脂等、トナー担持
体として形成出来るものならば全て用いることが出来
る。

【００２３】例えば、材質的にはアルミニウム、ニッケ
ル、ステンレス等の金属、天然ゴム、シリコンゴム、ウ
レタンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ネオ
プレンゴム、ＮＢＲ等のゴム、スチロール樹脂、塩化ビ
ニル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、メタ
クリル樹脂、ナイロン樹脂等の樹脂を用いることが出来
る。

【００２４】又、上記材質の上層部にコートしても使用
出来るのは周知の通りである。

【００２５】コート材としては、ポリエチレン、ポリス
チレン、ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン、アク
リル等が使用出来る。

【００２６】又、形態としては非弾性体、弾性体、単
層、多層、フィルム、ローラ等全てのものを用いること
が出来る。

【００２７】又、トナー担持体の表面粗さはトナー搬送
性を確保するために、Ｒｚ１〜１０μｍとした。

【００２８】トナー供給部材の材質としては、トナー担
持体との接触を安定させるために弾性体を選定すること
が好ましい。

【００２９】本実施例では、トナー供給部材の材質とし
て、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポ
リエチレンフォーム、ポリエステルフォーム、エチレン
プロピレンフォーム、ナイロンフォーム、シリコンフォ
ーム等が使用出来る。

【００３０】尚、トナー供給手段の発泡セルは単泡、連
泡どちらでも使用出来るが、単泡の方が好ましい。

【００３１】発泡セルが連泡だとトナーが供給手段の発
泡セル内部に進入し、やがて、内部、表層部においてト
ナー凝集を起こし、トナー搬送性の低下や規制部におけ
る搬送スジの原因となる。

【００３２】よって、単泡の方が好ましい。

【００３３】硬度は１０゜〜４０゜（アスカーＣ硬度計
にて測定）のものが使用可能であるが、最適にはトナー
担持体上の残留トナーの掻き取り効果の大きい３５゜〜
４０゜のものが好ましい。

【００３４】又、抵抗値は１０3 〜１０7 Ωｃｍ（体積
抵抗値）のものを使用した。

【００３５】尚、本実施例では、フォーム材を使用した
が弾性を有するゴム材を使用しても良いことは周知の通
りである。

【００３６】詳しくは、シリコンゴム、ウレタンゴム、
天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、
ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチ
レンプロピレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ニトリ
ルブタジエンゴム、アクリルゴムにカーボン等の導電剤
を分散成型したものが使用出来る。

【００３７】トナー規制手段としては、ステンレスや銅
等の板材により形成されたトナー規制手段で、その先端
部がＲ形状に形成され先端Ｒ部がトナー担持体の表面に
均一に当接されるように配設されている。

【００３８】トナー規制手段の他の手段として、ステン
レス、銅、鉄及び樹脂等の板材にＲ形状したゴム等の弾
性チップを形成したものを使用出来る。

【００３９】ゴムチップとしては、シリコンゴム、ウレ
タンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジ
エンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチル
ゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロロヒドリンゴ
ム、ニトリルブタジエンゴム、アクリルゴムにカーボン
等の導電剤を分散成型したものが使用出来る。

【００４０】又、これらゴム材を単独で一体成型したも
のや、板材単独で構成したものも同様に使用出来る。

【００４１】更に、前記材料の上層部に樹脂をコートし
ても使用出来るのは周知の通りである。

【００４２】そのコート材としては、ポリエチレン、ポ
リスチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル等
が使用出来る。

【００４３】尚、トナーについては本実施例においては
非磁性一成分負極性トナーにて説明を行うが、本発明は
磁性、二成分、極性は問わないのは周知の通りである。

【００４４】尚、正極性トナーに関しては本実施例のト
ナー担持体及びトナー供給部材の電位関係を逆にすれば
良い。

【００４５】尚、本実施例においては非磁性一成分負極
性トナーを使用したが、磁性、二成分、正極性トナーを
各々組み合わせたトナーも使用出来る。

【００４６】２．使用手順 前記の画像形成装置１００の使用法については、以下の
如くである。

【００４７】 全体的な手順 図示しない始動手段により現像装置１０と像担持体２０
とを始動させると、トナー供給手段１２が旋回されてト
ナーホッパー１１内に収容された非磁性−成分トナーで
あって負極特性を備えたトナー（トナーＴ）は攪拌され
つつ透窓１３を通過して現像室１４内に供給され、トナ
ー担持体１６とトナー供給部材１５とが相互の周速度の
比が１：０．５〜１：０．９、好ましくは１：０．８の
状態でそれぞれ矢印Ａ、Ｂ方向に旋回されているためト
ナーＴはトナー供給部材１５上に供給されてトナー担持
体１６との接触部Ｃ位置に移送される。

【００４８】この接触部ＣにおいてトナーＴは帯電さ
れ、トナー担持体１６上に搬送され、更にトナー規制手
段１７の先端Ｒ状部１７Ａによって均質状に薄層帯電化
されて像担持体２０とトナー担持体１６との間の現像ニ
ップＤに搬送される。

【００４９】像担持体２０上については、矢印Ｅ方向に
旋回されつつ、その表面は帯電手段（図示略）によって
一様に帯電され、露光手段から発せられるレーザ光等に
よって静電潜像部が形成されるためトナーＴは像担持体
２０上に付着され可視像化させて現像処理するものであ
る。

【００５０】 電源制御部３０にによる手順 現像電源３２をＯＮし、画像形成終了にてＯＦＦとし、
併せて供給電源３３は、現像電源３２がＯＮ時には、ト
ナーＴがトナー供給部材１５からトナー担持体１６へ移
動出来るバイアスを印加する。

【００５１】この際、トナー担持体１６に係る現像バイ
アス値を現像バイアス検出手段３４にて検出する。

【００５２】この実施の形態の場合には現像電源３２Ｏ
Ｎ時の現像バイアスが−３００（Ｖ）の時、供給バイア
スは現像バイアスと同バイアスとし、トナーＴがトナー
担持体１６とトナー供給部材１５により生じる機械的搬
送力で供給出来るようにした。

【００５３】尚、本実施例では供給バイアスと現像バイ
アスを同バイアスとし、トナー供給部材１５の機械的搬
送力のみで搬送が行えるようにしたが、供給バイアスを
例えば−４００（Ｖ）とし、トナーがトナー供給部材１
５からトナー担持体１６へ電位差により移動出来るよう
にすれば更に搬送性を向上することが出来るのは周知の
通りである。

【００５４】画像形成終了後は、現像電源３２はＯＦＦ
されるが、この際供給電源３３ではトナーＴがトナー担
持体１６からトナー供給部材１５へと移動する電界（剥
離バイアス）を発生する。

【００５５】そこで、現像電源３２ＯＦＦ時の現像バイ
アスが０（Ｖ）の時、供給バイアスは＋３００（Ｖ）印
加した。

【００５６】これにより、現像ニップＤ部を通過したト
ナー担持体１６上の現像残りトナーＴはトナー供給部材
１５との電位差によりトナー供給部材１５の表面へ剥離
される。

【００５７】その後、トナー供給部材１５の表面はトナ
ー担持体１６からの現像残りトナーＴで全周を覆われる
ようになるが、この際に一旦トナーＴがトナー供給部材
１５の表面から開放される電界（開放バイアス）を発生
させ、トナー供給部材１５上のトナーＴを除去し、トナ
ー供給部材１５表面をリフレッシュした後、再度剥離バ
イアスを印加させてトナー供給部材１５への剥離を支援
させるものである。

【００５８】尚、この実施の形態にあっては、供給電源
３３は現像バイアスと同バイアスとし開放バイアスとし
た。

【００５９】以上のように、トナー剥離効果が次頁の画
像形成開始まで持続出来るためトナーＴの過剰帯電防止
が出来、それによる現像履歴、更にトナー担持体１６及
びトナー規制手段１７へのトナーＴの固着を防ぐことが
出来るものである。

【００６０】ところで、高品質な印刷結果を得るために
は、印刷期間中にあっては像担持体２０上には所要の濃
度のパッチ画像（トナー画像）（Ｐ）が形成されていな
ければならないことは言うまでもないことである。

【００６１】この実施の形態にあっては、像担持体２０
上の画像パターン（Ｐ）の濃度は光照射部３６Ａから投
射光（Ｌ）を像担持体２０上に照射し、その反射光
（Ｒ）を受光部３６Ｂで受光させ、受光量に応じて発生
される電圧により検出しうるものであって、この検出デ
ータにより制御される現像バイアス値を現像バイアス値
検出手段３４が検知するものであるが、この際、装置と
して最低必要な画像最大濃度を制御した時の現像バイア
ス値を検出する。

【００６２】図２は本実施例の画像形成装置における画
像最大濃度時の現像バイアス値と印字枚数の相関図であ
るが、図のように、印字枚数が増加するに従い画像最大
濃度時の現像バイアス値は低下し、予め設定した限界線
（Ｌ）に達した時にトナー寿命の限界と判定出来るもの
である。

【００６３】従って、この限界線（Ｌ）に達した時に、
画像濃度制御手段３５を介して、トナー寿命表示手段３
７によって報知させうるものである。

【００６４】尚、図３は本実施例の画像形成装置におけ
る印字枚数とトナー帯電量の相関図であって、図４は画
像最大濃度時の現像バイアス値とトナー帯電量の相関図
である。

【００６５】図３のように、印字枚数が増加するに従
い、トナーの外添剤の埋没等によるトナー劣化により、
トナー帯電量が低下する。

【００６６】又、図４に示すように、帯電量が低下する
と、画像最大濃度時の現像バイアス値は低下することが
わかる。

【００６７】このように、印字枚数が増加し、トナー劣
化が起こり、トナー帯電量が低下すれば、画像最大濃度
時の現像バイアス値は低下することが本実施例で検証さ
れており、トナー寿命を画像最大濃度時の現像バイアス
値の変化度によって判断することにより精度良く検出出
来るものであることは明白である。

【００６８】尚、本実施例においては、トナーの劣化に
よるトナー帯電量低下のみ発生する現象において説明を
行ったが、前記課題で説明したように、トナー劣化によ
りトナー担持体等へのフィルミングによる搬送低下にも
対応出来ることは確認している。

【００６９】この場合、図５に示すように、トナー担持
体１６上のトナー量が、トナー劣化により生じるフィル
ミングによる搬送低下により減少するため、画像最大濃
度を確保するためには、画像最大濃度時の現像バイアス
値は図に示すように上昇させる必要がある。

【００７０】よって、この場合はトナー寿命を判定する
限界線（Ｌ）を図のように変更すれば良いことは周知の
通りである。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したこの発明の効果を挙げれば
次の如くである。

【００７２】 所定の濃度時の現像バイアス値の変化
度により、トナー寿命を的確に検出出来るものである。
尚、本発明は所定の画像濃度として最大画像濃度を用い
たが、これに限定されるものではなく、どのような画像
濃度設定でも可能である。但し、画像濃度設定は高い程
好ましく、最大濃度の７０％以上が特に好ましく、最大
濃度が最も好適である。

【００７３】 構成が簡素で誤作動のおそれのないも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の画像形成装置の要部を模式的に示
した図面。

【図２】図１の画像形成装置における画像最大濃度時の
現像バイアス値と印字枚数の相関図。

【図３】図１の画像形成装置における印字枚数とトナー
帯電量の相関図。

【図４】図１の画像形成装置における画像最大濃度時の
現像バイアス値とトナー帯電量の相関図。

【図５】図１の画像形成装置の他の状態における画像最
大濃度時の現像バイアス値と印字枚数の相関図。

【符号の説明】

１００ 画像形成装置 １５ トナー供給部材 １６ トナー担持体 ２０ 像担持体 ３４ 現像バイアス値検知手段 ３５ 画像濃度制御手段 ３６ 画像濃度検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 英 憲 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H027 DA01 DA10 DD01 DD02 EA05 2H073 AA00 BA13 BA28 2H077 DA03 DA20 DA47 DA63 DB08

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体と、トナー供給部材と、トナー
   担持体とを備え、像担持体上にトナーにより画像形成す
   る現像手段と、像担持体上のトナー像を転写媒体に転写
   する画像形成装置において、像担持体上に形成された画
   像濃度制御パターンの濃度検出手段と、画像濃度制御手
   段と、現像バイアス値検知手段とを具備し、前記濃度検
   出手段による画像濃度信号によって制御される現像バイ
   アス値の所定の濃度時の現像バイアス値を、前記現像バ
   イアス値検知手段により検出し、前記検出結果によりト
   ナーの劣化状態を判定可能としたことを特徴とする画像
   形成装置。