JP2004145115A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置内の現像剤の長寿命化を目的とし、長期の耐久での画像劣化を防ぎ安定した高画質を維持出来る現像装置を提供する
【解決手段】２成分現像剤を本体内で自動交換手段を行なう画像形成装置に於いて、前記２成分現像剤中の磁性キャリアは７．９５７７５ｋＡ／ｍ（１キロエールステッド）の磁界中における磁化量Ｍ［Ａｍ２／ｋｇ］が８〜６０［Ａｍ２／ｋｇ］の範囲内であることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電複写機、静電プリンタ等の静電転写プロセスを利用する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
像担持体表面に静電的に形成した静電潜像上に２成分現像剤を用いて可視化した後、紙などの転写材に転写する工程を繰り返す周知の画像形成装置に於いて、高耐久、高安定を満足した画像を提供していくためには安定したトナー帯電量（以下トリボと称す）を付与していくことが重要であり、そのためには磁性キャリアの帯電付与能力が耐久前後で安定していることと、システムとしての現像性が耐久によって変動しないことが必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の画像形成装置においては以下のような問題を招く場合があった。
【０００４】
耐久における画像濃度安定化には、先に述べたとおり安定したトリボ付与が必要であるのだが、耐久していくと外添剤やトナー付着により磁性キャリア表面が汚染され、磁性キャリアのトリボ付与能力が下がってくるため、トリボが低下し、飛散かぶり等の画像劣化が生じてしまう。
【０００５】
そこで従来の画像形成装置では、像担持体上に参照画像を作像し、参照画像濃度をセンサで検出しトナー濃度（以下ＴＤ比と称する）を変えることで現像性を変更させる制御（以下パッチ検制御と称する）が用いられている。
【０００６】
ただしパッチ検制御方式では、機械の放置環境や状況等で大きくトリボが変化した際にＴＤ比を変更してしまうため、補給かぶりや磁性キャリア付着等の画像欠陥を生じてしまうことがあった。特に耐久が進み磁性キャリアのトリボ付与能力が低下しているときには著しかった。
【０００７】
そこで耐久寿命を過ぎた劣化現像剤は、定期メンテ時にサービスマン等により新剤に交換する方法がとられているため、現像剤寿命がサービスメンテ間隔を決定付けてしまう要因となっている。そのため長寿命現像検討として耐久寿命を延ばす現像剤の開発や現像剤を劣化させないプロセスの開発がおこなわれているが、現状の現像剤寿命は３万から５万枚であるのが実際である。
【０００８】
そのため、現像装置への現像剤の補給を行うことにより帯電性能の劣化を抑制出来るようにした装置が提案されている。その種の装置として、例えば特公平２‐２１５９１号公報には、現像装置内に新しい現像剤またはキャリアの補給装置を設け、この補給装置による新しい現像剤またはキャリアの補給よって過剰になった現像装置内の現像剤を廃棄現像剤容器に排出して回収する構成の、いわゆるトリクル現像方式のものが提案されている。この装置では、新しい現像剤またはキャリアの補給と、現像剤の排出とが逐次繰り返されることによって、現像装置内の劣化現像剤は、新たに供給されるトナー及びキャリアに置換されていくようになっている。これにより現像装置内の現像剤の現像特性が一定に維持され、現像剤の帯電特性を維持して、複写画質の低下を押さえることが可能となっている。但し、この方式により現像剤の交換をする必要はなくなったが、現像剤の状態は初期剤に比較すると耐久による劣化剤が混在する状態になるので初期からの変化は存在し、現像剤としてのラチチュードはかなり狭い状態になっている。
【０００９】
つまり、現像剤としての特性の維持は可能に出来るが、長期に亘って耐久を行った場合に現像剤の耐久変化が生じ現像性が変化したことによる画像の劣化が問題となった。特に、高速高画質のフルカラーを２成分で実現しようとした場合にトナーの特性として粒径を小さくしかつシャープメルトタイプにすることが必須となり結果としてキャリアの汚染が顕著になる。キャリアが汚染することで特に画像ハイライト部の再現性が著しく低下しがさついた画像や、ラインが途切れた画像しか得られなくなり、濃度やかぶりは押さえられても安定した高画質を得ることは難しかった。トリクル現像をフルカラーに適用し耐久により生じたキャリアの汚染を低減させ初期の状態を維持するためにはキャリアの補給量を増やすことが必要となる。
【００１０】
現像剤を数万枚毎に交換する従来の系では、現像剤を完全な新剤に交換してしまえば画像の劣化が発生してもあまり目立たなかったし、最悪の場合は現像剤を交換するタイミングをはやくすれば画像品位の低下も防げ高画質の画像を維持することが可能であった。しかしながら現像剤の交換を従来のトリクル現像方式を用いて自動で行なおうとした場合には画像の劣化が問題となり特に一度画像が劣化してしまえば高画質の画像を長期に亘って安定して得ることは不可能であった。
【００１１】
そこで本出願に係わる発明の目的は、現像剤長寿命化を達成し、それにより高画質の画像を長期にわたり安定に保持でき、かつメンテフリーな画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る発明の目的を実現する構成は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電した像担持体を露光するための露光手段と、前記露光手段により前記像担持体に形成された静電潜像を現像するために２成分現像剤を内包した現像手段と、前記現像手段により現像された現像像を被記録材に転写させるための転写手段とを有し、前記２成分現像剤を本体内で自動交換手段を行なう画像形成装置に於いて、前記２成分現像剤中の磁性キャリアは７．９５７７５ｋＡ／ｍ（１キロエールステッド）の磁界中における磁化量Ｍ［Ａｍ２／ｋｇ］が８〜６０［Ａｍ２／ｋｇ］の範囲内であるすることを特徴とする画像形成装置にある。
【００１３】
このような構成することによって、２成分現像剤をあるタイミングで本体内自動交換するため磁性キャリアの耐久劣化を延命し本体寿命まで交換作業に伴なうメンテナンスを不要とし、また使用する磁性キャリアの磁気特性を低減化することでキャリア自体に対する汚染やトナーに対する外添剤の埋め込みが無くなり、結果として今まで以上に長期安定した画像を提供できる画像形成装置を得ることが可能となった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本実施例の現像装置を説明する図、また図２はこの現像装置を用いた画像形成装置を説明する図、図３は上方から見た説明図、図４は後方から見た説明図である。
【００１５】
まず画像形成装置全体の動作について説明する。図２において、まず帯電器２１によって帯電された感光ドラム２８表面をレーザー２２によって露光することで感光ドラム２８上に静電潜像を形成し、この潜像を現像器１によって現像することで感光ドラム２８上にトナー像を形成する。このトナー像が転写帯電器２３による転写バイアスによって、転写ベルト２４によって搬送される記録紙２７に転写された後、記録紙２７は転写ベルト２４から剥離され、定着器２５によって加圧／加熱され、永久画像を得る。また、転写後に感光ドラム２８上に残った残トナーはクリーナー２６により除去され、次の画像形成に備える。クリーナー２６は内部に、搬送スクリュー２９を有し、クリーナーにより除去された現像剤を画像形成部から、本体装置内に搬送する。本体内の（不図示）一個所に現像剤は搬送され、適当なタイミングでサービスマン等により回収される。
【００１６】
次に図１によって、現像器１について詳しく説明する。
【００１７】
現像器１には、非磁性トナ−と磁性キャリアからなる２成分現像剤が収容されており、その混合比は重量比でおおよそ１：９程度である。この比はトナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成などで適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければいけないものではない。
【００１８】
現像器１は感光ドラム２８に対向した現像領域が開口しており、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。磁界発生手段である固定のマグネット４を内包する現像スリーブ３は非磁性材料で構成され、現像動作時には図１の矢印方向に回転し、現像容器２内の２成分現像剤を層状に保持して現像領域に担持搬送し、感光ドラム２８と対向する現像領域に２成分現像剤を供給して、感光ドラム２８に形成されている静電潜像を現像する。静電潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ３の回転にしたがって搬送され、現像容器２内に回収される。また現像容器２には第１現像剤循環スクリュー２ａ（現像スリーブ３に近い側）、第２現像剤循環スクリュー２ｂ（現像スリーブ３から遠い側）により現像容器２内を循環し、また混合攪拌される。現像剤循環の方向は、本実施例では第１現像剤循環スクリュー２ａ側で図１の手前側から奥側に向かう方向、第２現像剤循環スクリュー２ｂ側では図１の奥側から手前側に向かう方向である。
【００１９】
また、図１は機械の奥側から現像器を見た断面図であり、図の手前側が本体での奥側に相当する。
【００２０】
次に現像剤の補給回収について詳しく説明する。
【００２１】
剤回収部５は図３に示すように、現像器の奥側に位置し、現像容器２と剤回収部５の間は　開口部５ａにより剤の移動が可能になっている。また、スクリュー２ｂは、開口部５ａ近傍で、ピッチ幅が狭くなっている。ピッチ幅を狭くすることにより５ａ近傍で、現像剤の滞留が発生する。後程、説明するように補給現像剤として、トナー中に一定の割合（重量比にして１０％程度）でキャリアを含んだ剤を、本発明では　補給剤として使用しているので、トナー濃度を一定に保ちながら補給をおこなうと、現像容器内の現像剤の量は画像形成に伴って増加する。現像剤の量が増加した場合に、滞留部の剤面が上昇する。滞留部近傍には開口部５ａが設けられているので、現像剤の量が増加すると開口部５ａを通過して現像剤が剤回収部５内に溢れ出る。剤回収部５内の剤は、図４に示すように、剤回収部５の底面が奥側が低くなるようにしてあるので、奥側に搬送される。奥側に搬送された剤は、内部にスクリュー６ａを備えた回収剤搬送手段６によって、搬送スクリュー２９の上部まで搬送される。搬送された回収剤はクリーナーにより除去された現像剤と一緒に、搬送スクリュー２９により　画像形成部から、本体装置内に搬送される。
【００２２】
画像形成によって消費された分のトナーは、前述したようにキャリアを一定の割合に含んだ補給剤として　不図示の補給スクリューの回転に従い、現像容器２の手前側の８の上方より補給される。
【００２３】
このようにして現像剤ホッパー（不図示）から現像器１に補給現像剤が補給される。この補給現像剤のトナー及びキャリアの混合比は重量比で９：１程度であるが、特にこの数値に限定されるものではない。即ち現像容器２内の２成分現像剤の比に対してトナー量が圧倒的に多く、体積比を考えればトナー中にキャリアが微量混合されているものと考えることもできる。つまり、画像形成によって消費されたトナーを補う際に、微量のキャリアを徐々に補給していくことになる。補給される現像剤のキャリアの比が多くなれば同じ量のトナー補給でキャリアの入れ替わり量が多くなり、現像器１内の２成分現像剤はフレッシュな状態に近づくが、その分キャリアの消費量が多くなる。このためそれぞれの装置において適当な混合比を別途定めるのが好ましい。
【００２４】
また、トナー（及びキャリア）の補給量は補給スクリューの回転数によっておおよそ定められるが、この回転数は図示しないトナー補給量制御手段によって定められる。トナー補給量制御の方法としては２成分現像剤のトナー濃度を光学的あるいは磁気的に検知するものや、感光ドラム２８上の基準潜像を現像してそのトナー像の濃度を検知する方法などさまざまな方法が知られているので、いずれかの方法を適宜選択することが可能である。
【００２５】
ここで、本発明では、キャリアとして、磁化の低いキャリアを使用する。磁性粒子は、粒径が３０〜１００μｍ、好ましくは４０〜８０μｍで、電気的抵抗値が１０１２Ωｃｍ以上で、磁化が７．９５７７５ｋＡ／ｍ（１キロエールステッド）磁界中で８から５０Ａｍ２／Ｋｇとなる様に、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散して形成した樹脂キャリアが好ましく用いられ得る。このようなキャリアを使用すると、スリーブ回りでの現像剤に対するストレスが大幅に軽減し従来のフェライトキャリアを少しずつ交換した場合には、飛散やかぶりは無いが、初期に比較して画像の劣化が生じてしまったのに対し、本実施例では耐久により現像剤の劣化がほとんど生じない剤を少しずつ交換することで長期に亘って画像の変化を生じることの無い現像システムが確立された。
【００２６】
以上説明したように、本発明の第１実施例による現像装置によって、現像剤を徐々に自動交換することが出来る系で、低磁化のキャリアを使用することで従来に比較して高画質の画像を長期に亘って維持しつつ低価格かつメンテナンス性の高い画像形成装置を実現し提供するという、本発明の目的が達成できる。
【００２７】
（第２の実施例）
次に本発明の第２の実施例となる、フルカラー画像形成装置について説明する。
【００２８】
図５に示すように、本実施例の画像形成装置は、各色のトナー像を形成するためのＹステーション、Ｍステーション、Ｃステーション、Ｋステーションが横方向に配置されている。各ステーションで形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像は、各ステーションの転写帯電器２３によって中間転写ベルト２４ａ上に順次重ねて転写され、その後二次転写帯電器によって、転写紙２７上に一括して転写される。
【００２９】
本実施例のような中間転写体方式は、転写紙２７の搬送機構が単純化されるため紙づまりなどのトラブルが起りにくく、また普通紙、ＯＨＰフィルムなどさまざまなマテリアルに容易に対応できることなどの特長がある。
【００３０】
また本実施例の画像形成装置における特長としては、イエローの現像器は実施例１と同じであるが、他のステーションの回収剤は、回収部５を設けず、直接開口部５ａより、隣のステーションのクリーナーの現像剤回収スクリューを利用して回収するようにしたことである。
【００３１】
図６に一例として、シアンの現像剤の回収方法について説明する。シアンの現像器のスクリュー２ｂＣも、図７に示すように開口部５ａＣ近傍でピッチを変更し、開口部で現像剤の滞留が起こるようにしてある。開口部は円状になっており、突起部５ｂＣを有している。突起部５ｂＣは、現像器を本体内に挿入する時に、隣のステーションのクリーナーの５ｃＭにも挿入されるようになっている。５ｃＭも円筒状で内面にポロンやモルトプレーン等のスポンジ部材を有し、クリーナーと、現像器が結合後、剤受け渡し部より、現像剤やトナーが漏れない構成にしてある。実施例１で説明したように、現像器の内部の剤が増加すると、滞留部で剤面が上昇する。上昇した剤は、開口部５ａＣより、５ｂＣを介して、クリーニング剤回収スクリュー２９Ｍの上に落下し、クリーナーにより回収された剤と一緒に画像形成部外に排出される。
【００３２】
本実施例のような構成では、第一の実施例で使用していた剤回収部も、回収部から、クリーニング部まで、搬送するスクリューも必要とせず　画像形成装置本体が大型化することもない。
【００３３】
また、キャリアとしては７．９５７７５ｋＡ／ｍ（１キロエールステッド）の磁界中における磁化量Ｍ［Ａｍ２／ｋｇ］が８〜６０［Ａｍ２／ｋｇ］の範囲内であるすることで、長期に亘って画像劣化の発生しない、安定した画像を形成出来るようになった。
【００３４】
以上説明したように、本実施例によれば、低価格かつメンテナンス性の高い画像形成装置を実現し提供するという本発明の目的が達成できるのみならず、タンデム式フルカラー画像形成装置の特徴である高生産性や、中間転写方式の特長である転写紙搬送安定性、転写マテリアル対応性を生かし、かつ隣のクリーナーの搬送手段を効率的に利用することで装置全体を小型化することもできる。
【００３５】
（第３の実施例）
図７に示すように、本実施例の現像装置は、実施例２に対して現像スリーブの回転方向をドラムの回転方向に対してカウンター方向に回転させることを特徴とする。抵抗が高く、磁化の低いキャリアを用いてドラムに対してスリーブの回転を順方向で画像を形成しようとすると、エッジ部での画像不良が問題となる場合があった、高濃度部の手前のハーフトーン画像端部が白く抜ける、白抜け画像に代表される画像不良が発生することでありこれを防止するために設定のラチチュードが非常に狭いとい問題があった。しかしながら、ドラムに対してカウンターで現像を行うと、Ｓ−Ｄラチチュードの広い範囲で白抜けの発生は押さえられる。このような構成で低磁化でかつ高抵抗のキャリアを使用することで長期に亘って安定して高画質の画像が得られるようになった。
【００３６】
以上、３つの実施例によって本発明の画像形成装置を説明したが、上記にあげた構成に限られるものではなく、本発明の提案に従ってさまざまな構成をとることが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電した像担持体を露光するための露光手段と、前記露光手段により前記像担持体に形成された静電潜像を現像するために２成分現像剤を内包した現像手段と、前記現像手段により現像された現像像を被記録材に転写させるための転写手段とを有し、前記２成分現像剤を本体内で自動交換手段を行なう画像形成装置に於いて、前記２成分現像剤中の磁性キャリアは７．９５７７５ｋＡ／ｍ（１キロエールステッド）の磁界中における磁化量Ｍ［Ａｍ２／ｋｇ］が８〜６０［Ａｍ２／ｋｇ］の範囲内であるすることを特徴とする画像形成装置にある。
【００３８】
このような構成することによって、２成分現像剤をあるタイミングで本体内自動交換するため磁性キャリアの耐久劣化を延命し本体寿命まで交換作業に伴なうメンテナンスを不要とし、また使用する磁性キャリアの磁気特性を低減化することでキャリア自体に対する汚染やトナーに対する外添剤の埋め込みが無くなり、結果として今まで以上に長期安定した画像を提供できる画像形成装置を得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の現像装置を説明する図。
【図２】本発明の第１実施例の現像装置を用いた画像形成装置を説明する図。
【図３】本発明の第１実施例の現像剤循環を詳しく説明する図。
【図４】本発明の第１実施例の剤回収部を説明する図。
【図５】本発明の第２実施例の画像形成装置を説明する図。
【図６】本発明の第２実施例の現像剤循環を詳しく説明する図。
【図７】本発明の第３実施例の画像形成装置を説明する図。
【符号の説明】
１　現像器
２　現像容器
２ａ　第１現像剤循環スクリュー
２ｂ　第２現像剤循環スクリュー
５　現像剤回収部
５ａ　開口部
６　回収現像剤搬送部材
８　補給部
２１　一次帯電器
２２　レーザー
２３　転写帯電器
２４　転写紙搬送ベルト
２４ａ　中間転写ベルト
２５　定着装置
２６　クリーナー
２７　転写紙
２８　感光ドラム

Claims (1)

1. 像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電した像担持体を露光するための露光手段と、前記露光手段により前記像担持体に形成された静電潜像を現像するために２成分現像剤を内包した現像手段と、前記現像手段により現像された現像像を被記録材に転写させるための転写手段とを有し、前記２成分現像剤を本体内で自動交換手段を行なう画像形成装置に於いて、前記２成分現像剤中の磁性キャリアは７．９５７７５ｋＡ／ｍ（１キロエールステッド）の磁界中における磁化量Ｍ［Ａｍ２／ｋｇ］が８〜６０［Ａｍ２／ｋｇ］の範囲内であることを特徴とする画像形成装置。

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