JP2005308861A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 現像装置内で、トナーに加わるストレスを極力低減し、帯電不足による画像あれを回避できる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 静電潜像を可視像化する現像手段と、像担持体上の残余トナーを回収するクリーニング手段と、回収された回収トナーを該現像手段に搬送する第1トナー搬送手段と、該残余トナーを回収容器に搬送する第2トナー搬送手段と、前記残余トナーの搬送を、前記第1トナー搬送手段か、または前記第2トナー搬送手段かを切換える切換手段と、トナー補給容器のトナーを前記現像手段に送る第3トナー搬送手段とを有し、過去一定期間の現像手段の駆動時間の積算値と、前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給されたトナー量の積算値との比率に応じて前記切換え手段を切換えることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図3

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、現像手段におけるトナーリサイクル機構を有する画像形成装置に関する。
最近、電子写真方式の画像形成装置においては、トナーの有効利用のため、画像形成の後、像担持体上の残余トナーをクリーニング手段により回収して、当該残余トナー(以下、回収トナーともいう。)をスクリュウパイプ等を用いて現像手段に搬送し、現像工程で再使用するトナーリサイクル方式が一般的に用いられている。
トナーリサイクル方式の画像形成装置では、リサイクルトナーの繰り返し使用のため、回収トナーを現像手段である現像装置に戻すトナーリサイクル機構を備え、規定のトナー濃度を維持した状態に保っている。
しかしながら、低印字面積率の画像形成を多量行うと、現像装置内からトナーが消費されにくく、転写率の低い回収トナーが増え、トナー補給容器から未使用のトナーが供給されにくくなる。
上記の状態では、現像装置中のトナー、特に、回収トナーは、現像装置内で長時間攪拌されることになるため、攪拌によって受けるストレスにより帯電能力が低下する。
この帯電能力の低下は、帯電性を高めるためにトナー製造時にシリカ等を添加して(トナー流動性を高めるため)トナー表面を覆い、この添加剤が攪拌で受けるストレスにより、遊離またはトナー樹脂内部に埋没するために起こるものと考えられている。
帯電能力が低下したトナーは、転写効率が悪くなり、画像あれ等の画像不良の原因となる。
こうような画像不良を防止するために、トナーリサイクル方式を採用している機械においては、条件に応じて、現像装置へ循環するトナーリサイクル経路で、回収トナーを廃棄へ切り換える方法が提案されている。
例えば、画像形成装置に対し、電源投入時もしくは所定時間放置後のコピー動作時に一定時間に回収されたトナーを廃棄するように切り換える技術、ドラムの表面の転写残トナーの濃度が所定値に検出されたとき回収トナーを廃棄するように切り換える技術(例えば、特許文献1参照)や、温度センサの検知温度が一定以上のとき、両面コピーの有無、両面コピー時間に基づいて、回収トナーを廃棄するように切り換える技術(例えば、特許文献2参照)等が提案されている。
特許第3204076号公報 特開2003−150016号公報
しかしながら、上記の技術は、熱によるトナー性能低下を目的としており、また、転写残トナー量により切換える方法は、画像濃度センサでドラム上の転写残トナーを測る方法であり、出力された画像とセンサ位置の関係が大きく影響するため正確な検知がむずかしい。
本発明は、現像装置に供給されるトナー量を用いることで、消費トナー量を正確に測定でき、トナーに加わるストレスを極力低減し、帯電不足による画像あれ等を回避できる画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的は、以下の手段によって達成される。
(1)像担持体上に形成された静電潜像を可視像化する現像手段と、前記像担持体上の残余トナーを回収するクリーニング手段と、当該クリーニング手段により回収された回収トナーを前記現像手段に搬送する第1トナー搬送手段と、前記残余トナーを廃棄のための回収容器に搬送する第2トナー搬送手段と、前記残余トナーを前記第1トナー搬送手段で搬送するか、前記第2トナー搬送手段で搬送するかを切換える切換え手段と、トナー補給容器より未使用のトナーを前記現像手段に搬送する第3トナー搬送手段とを有し、過去一定期間における前記現像手段の駆動時間の積算値と、前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給されたトナー量の積算値との比率に応じて前記切換え手段を切換えることを特徴とする画像形成装置(第1の発明)。
(2)像担持体上に形成された静電潜像を可視像化する現像手段と、前記像担持体上の残余トナーを回収するクリーニング手段と、当該クリーニング手段により回収された回収トナーとトナー補給容器から供給された未使用トナーとを混合するトナーホッパと、前記残余トナーを前記トナーホッパに搬送する第1トナー搬送手段と、前記回収トナーを廃棄するための回収容器に搬送する第2トナー搬送手段と、前記残余トナーを前記第1トナー搬送手段で搬送するか、前記第2トナー搬送手段で搬送するかを切換える切換え手段と、前記残留トナーと前記未使用トナーの混合トナーを前記トナーホッパから前記現像手段に搬送する第3トナー搬送手段を有し、過去一定期間における前記現像手段の駆動時間の積算値と前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給されたトナー量の積算値との比率に応じて前記切換え手段を切り換えることを特徴とする画像形成装置(第2の発明)。
回収トナーの現像装置への供給可否の切り替えを、現像装置の稼働時間の積算値と現像装置に供給されるトナー量の積算値との比率によって行うため、現像装置内での長時間攪拌によるトナー(現像剤)のストレスが抑制され帯電能力低下に起因する画像あれ等の画像不良を防止できる。
以下、本発明の実施の形態の画像形成装置について説明する。
図1は画像形成装置の全体構成を示す模式図である。
図1において、画像形成装置は、両面原稿自動送り装置RADFおよび画像形成装置本体Aからなっている。
両面原稿自動送り装置RADFは、画像形成装置本体Aの上部にあり開閉可能となっている。原稿給紙台aの原稿は、給紙ローラb、分離ローラc、レジストローラd、さらに搬送ドラムeに搬送され、原稿が搬送される。
次に、画像形成装置本体Aは、画像読み取り装置1、画像処理手段2、画像書き込み装置3、画像形成手段4、カセット給紙手段5、搬送手段6、定着装置7、排紙手段8、再搬送手段9等で構成されている。
画像読み取り装置1の光学系は、光源と第1ミラーを備える露光ユニット14、第2ミラーと第3ミラーから成るVミラーユニット15、レンズ16、CCDイメージセンサ17により構成されている。両面原稿自動送り装置RADFによる原稿読み取りは、露光ユニット14がスリット露光用ガラス13の下方の初期位置に停止した位置において行われる。原稿台ガラス11上の原稿の読み取りは、露光ユニット14及びVミラーユニット15を移動させながら行われる。
画像読み取り装置1において読み取られた原稿画像の画像情報は画像処理手段2により画像処理が行われ、画像データとして信号化され、一旦メモリに格納される。画像書き込み手段3に含まれる図示しない半導体レーザからの出力光が、像担持体である感光体ドラム21に照射され静電潜像を形成する。
画像形成手段4においては、感光体ドラム21に対し、帯電器22により電荷が付加され、画像書き込み手段3からのレーザ光照射により静電潜像が形成され、現像手段である現像装置23により静電潜像が顕像化されてトナー像となる。
当該トナー像はカセット給紙手段5から搬送された転写材である用紙P上に転写器29Aにより転写され、分離器29Bにより用紙Pが剥離され、クリーニング手段であるクリーニング装置26により転写残のトナーが除去される。トナー像が転写された用紙Pは、搬送手段6により搬送され、定着手段7により定着され、排紙手段8により装置外の排紙トレイ81に排出される。
なお、両面コピーの場合は、第1面に画像形成された用紙Pは、搬送路切り替え板82により再搬送手段9に送り込まれ、再び画像形成手段4において第2面に画像形成後、排紙手段8により装置外の排紙トレイ81に排出される。反転排紙の場合は、搬送路切り替え板82により通常の排紙通路から分岐した用紙Pは、反転排紙部83においてスイッチバックして表裏反転された後、排紙手段8により装置外の排紙トレイ81に排出される。
次に、回収トナーの搬送を説明する。
リサイクル機能を備えた画像形成装置の場合、現像装置内でトナーが長時間攪拌されるのを防ぐためには、現像装置を中心としたトナー循環系に補給される未使用の新トナーと、転写材に付着し機外に排出(使われる)されるトナーとを常に一定量以上確保する必要がある。
現像装置内へのトナー補給量は、プリント中の非画像部に形成される基準パターン濃度の検出の結果、または現像剤の透磁率測定結果をフィードバックし、現像装置内のトナー量を一定に保つように決定されている。
図2は、トナーリサイクル系の構成を示す図である。
図2において、トナー補給容器から現像装置に供給された新トナーは、攪拌され、感光体ドラムへ付着し、転写材に転写され、残りはクリーニングされて回収され、画像形成に伴って、回収トナーとして再度現像装置に戻る経路をたどることになる。
従来のリサイクル系は、クリーニングされた回収トナー全てを現像装置に戻す方式をとっていた。
図3は図1における感光体ドラム周辺におけるリサイクル構成部を拡大した断面図である。
図4は、本発明に係るリサイクルパイプおよび廃棄口の断面を示す図である。
図3において、感光体ドラム21上の残余トナー(回収トナー)は、感光体ドラム21の回転方向の下流側に設けられたクリーニングブレード26Bで掻き落とされ、ガイドローラ26Aでリサイクルトナー補給槽27に導かれ、スクリュー272で回収搬送され、リサイクルトナー補給槽27内に一旦貯留され、スクリュー272によって回収搬送され、第1トナー搬送手段Kのリサイクルパイプ274に設けられた開口部gに搬送され、逐次、スクリュー273、リサイクルパイプ274を介して現像装置23に戻され再利用される。なお、スクリュー272、273は不図示の駆動機構によって回転する。
また、第1トナー搬送手段Kを構成する前記リサイクルパイプ274には廃棄口hが設けられており、必要に応じて、制御部10Aの指令に基づいて、不図示の駆動ソレノイドによって、ガイド279(図4参照)に沿ってX方向にスライドする切換え手段であるシャッタ275で廃棄口hは開閉する。当該シャッタ275が廃棄口hを開放すると、回収トナーは、現像装置23へ送られず、第2トナー搬送手段Mを構成する廃棄パイプ277、スクリュー276を介して回収容器である廃棄箱278へ送られる。
一方、新トナーが収納されているトナー補給容器241は、不図示の動力源と係合する撹拌手段242によって回転し、撹拌されながらトナー供給口fから、第3トナー搬送手段Nを構成する供給パイプ280、スクリュー281を介して新トナーを現像装置23に供給する。
すなわち、螺旋状の搬送溝を有するトナー補給容器241を回転させて容器内のトナーを撹拌、搬送し、トナー供給口fからトナー補給容器241外に排出する。また、搬送解除停止手段243はトナー補給容器241から現像装置23の方向へのトナーの搬送を解除したり停止したりする手段であり、本実施の形態ではシャッタ244の開閉により行っているが、これに限定されるものではない。
さらに、制御手段10Aは、トナー補給装置24から現像装置23の方向へトナーを搬送するモード以外でも、搬送解除停止手段243によりトナーの搬送を停止状態にして、トナー補給容器241内のトナーを撹拌するように制御することもできる。
ここで、現像装置23に供給される新トナーの量を測定するに当たって、実際のトナー量(g)を測定するのは困難であるので、第3トナー搬送手段Nの駆動時間からスクリュー281の回転数に対応するトナー搬送量を算出し、補給量に換算している。
前記現像装置23の駆動時間についての積算値およびトナー補給装置24から補給された新トナー量に対応する第3トナー搬送手段の駆動時間の積算値は不図示の時間測定装置によって計測され、制御手段10Aに入力される。
現像装置内でトナーが長時間攪拌されると、ストレスを受け、帯電不良を引起すことについては前述したが、これを防ぐためには、現像装置を中心としたトナー循環系に補給される新トナーと、転写材に画像として付着し機外に排出(使われる)されるトナーとを常に一定量以上確保する必要がある。
クリーニング装置26で回収したトナーを直接現像装置に戻す構成では、低印字率の画像を多量出力した場合や転写効率が低下した場合に、画像として機外に排出されるトナー量が低下するため、トナー濃度は下がらず、そのため、現像装置に供給される新トナーの補給量が低下することになる。
そこで、本発明は、過去一定期間における前記現像手段の駆動時間の積算値と、前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給された新トナー量の積算値との比率に応じて前記切換え手段であるシャッタ275で回収トナーの搬送を解除したり、停止したりすることによって常に一定量以上の新トナー量を確保するように制御し、現像装置内の回収トナーを一定量以下にしている(第1の発明)。
次に、第2の発明に係わるリサイクル構成について説明する。
図5は、第2の発明のリサイクル構成部を示す図である。
図5において、25は、トナーホッパであり、回収トナーと新トナーの混合室である。
本リサイクル構成においては、感光体ドラム21上の残余トナー(リサイクルトナー)は、感光体ドラム21の回転方向の下流側に設けられたクリーニングブレード26Bで掻き落とされ、ガイドローラ26Aでリサイクルトナー補給槽27に導かれ、スクリュー272で回収搬送され、リサイクルトナー補給槽27内に一旦貯留され、スクリュー272によって回収搬送され、第1トナー搬送手段Kのリサイクルパイプ274に設けられた開口部gに搬送され、逐次、スクリュー273、リサイクルパイプ274を介して前記混合室25へ貯留される。なお、スクリュー272、273は不図示の駆動機構によって回転する。
また、第1トナー搬送手段Kを構成する前記リサイクルパイプ274には廃棄口hが設けられており、必要に応じて、制御部10Aの指令に基づいて、不図示の駆動ソレノイドによって、ガイド279(図4参照)に沿ってX方向にスライドする切換え手段であるシャッタ275で廃棄口hは開閉する。当該シャッタ275が廃棄口hを開放すると、回収トナーは、混合室25へ送られず、第2トナー搬送手段Mを構成する廃棄パイプ277、スクリュー276を介して回収容器である廃棄箱278へ送られる。
一方、新トナーが収納されているトナー補給容器241は、不図示の動力源と係合する撹拌手段242によって回転し、新トナーは、撹拌されながらトナー供給口fから、前記混合室25に貯留される。貯留された回収トナーと新トナーは当該混合室において混合され、第3トナー搬送手段Nを構成する供給パイプ280、スクリュー281を介して混合トナーは現像装置23へ供給される。
トナー補給装置23から新トナーが補給されるプロセスについては、螺旋状の搬送溝を有するトナー補給容器241を回転させて容器内のトナーを撹拌し、トナー供給口fからトナー補給容器241外に排出する。また、搬送解除停止手段243はトナー補給容器241から現像装置23の方向へのトナーの搬送を解除したり停止したりする手段であり、本実施の形態ではシャッタ244の開閉により行っているが、これに限定されるものではない。さらに、制御手段10Aは、混合室25から現像装置23の方向へトナーを搬送するモード以外でも、搬送解除停止手段243によりトナーの搬送を停止状態にして、攪拌部材251が混合室25内のトナーを撹拌するように制御することもできる。
以上から、現像装置23に供給される新トナーまたは混合トナーの量を測定するに当たって、実際のトナー量(g)を測定するのは困難であるので、第3トナー搬送手段の駆動時間からスクリュー281の回転数に対応するトナー搬送量を算出し、補給量に換算している。
前記現像装置23の駆動時間についての積算値およびトナーホッパ250から補給された混合トナー量の積算値は不図示の時間測定装置によって計測され、制御手段10Aに入力され、トナー量に換算される。
一般に、画像形成装置では、A4サイズの印字面積率5%の画像出力を基準使用条件として設定しているものが多く、またトナー消費量の基準も当該基準使用条件での測定により決定されている。したがって、トナー補給量が印字面積率5%相当以下になったときには、リサイクルを停止する(シャッタ275で廃棄口hを開放する)ことでストレス過多のトナーによる不良画像の防止と、トナーの過剰な廃棄による頻繁なトナー補給容器の交換の防止との両立を図ることができる。
リサイクルトナー補給槽27から送られた回収トナーは、スクリュー273で送られ、前記混合室25に貯留される。一方、トナー補給容器241から補給された新トナーも前記混合室25に補給され、当該混合室25で回収トナーと新トナーが混合して貯留される。
新トナーは、トナー補給容器241から不図示の動力源と係合する撹拌手段242によって回転し、撹拌、搬送されながらトナー供給口fから、混合室25へと排出される。搬送解除停止手段243、および切換え手段であるシャッタ275の開閉制御については図3で説明したものと同じ故省略する。
本サイクル構成においては、混合室25で混ざった新トナーと回収トナーの混合体は、制御部10Aの指令によって、第3トナー搬送手段Nを構成する供給パイプ280、スクリュー281を介して新トナーを現像装置23へ搬送される。
以上まとめると、第2の発明は、過去一定期間における前記現像手段の駆動時間の積算値と前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給された新トナーと回収トナーの混合体の積算値との比率に応じて前記切換え手段を切り換えることを特徴としている。
上記、第1の発明も、第2の発明も、現像装置に供給されるトナー量(画像形成により現像装置から消費されるトナー量)に応じてトナーリサイクルを行うかどうかを判断することで、低印字率または、転写効率悪化の際にもトナーを機外に排出し易くし、画像あれを防止することができる。また高印字率や転写効率が良好なときにはトナーリサイクルを行うことで環境配慮、トナー消費量の低減をはかることができる。
いま、過去の一定期間をX(min)、画像サイズをA4、印字面積率を5%の画像を出力したときに、消費されるトナー量Y(g/min)とし、一定期間X(min)の間に第3トナー搬送手段により搬送されたトナーの積算量をZ(g)とすると、Z<(X×Y)なる関係のときに、トナーリサイクル駆動を行わないように制御するとが好ましい。
また、過去一定期間における現像装置の駆動時間の積算値と、前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給されたトナー量積算値との比較に応じて、前述したようにトナーの搬送を解除、停止を切換える機能に加えて、低印字率画像出力時にも、効率的にトナーを排出するために、前記像担持体上の転写材領域外への非画像形成領域に、トナー排出用の画像を形成し、更にその大きさを調節することができる機能を具備している。
図6は、像担持体上の転写材領域外へ形成されたパターン像を示す図である。
図6において、トナー補給量が多いとき、すなわち、印字面積率が基準使用量より大きいときには、ストレスがかかったトナーも画像領域で十分消費されるので、図6(a)のように、転写材領域外にトナー排出用画像(トナー消費パターン)形成する必要はなく、逆に、トナー消費量が少ないとき、すなわち、印字面積率が基準使用量より小さいときとには、図6(b)のように、転写材領域外に大きさを調節可能なトナー排出用画像を形成することができる。したがって、常に一定量のトナーを機外に排出することが可能となる。
トナー排出用画像の大きさは、トナー補給量をフィードバックしながら、Z=X+Yの条件となるように設定するのが好ましい。
このように、疲労したトナーが長時間現像装置内に留めることを回避して、帯電不足による画像不良を防止することができる。
次に、上記発明の効果について、確認実験を行った。
実験は、従来のリサイクル構成と本発明のリサイクル構成との画像形成装置を使用し、印字面積率1〜5%の原稿を2000プリント毎にハーフトーン画像の「画像あれ」について目視にて比較確認を行った。
実験1
リサイクル構成:図3参照(但し、回収トナーの廃棄切換えなし)
実験結果:表1参照
Figure 2005308861
以下各表において、○は「画像あれ」発生なし、×は「画像あれ」有りを示す。
本実験おいて、低印字率(1〜4%)の原稿に対して「画像あれ」が確認された。5%以上では、「画像あれ」は発生なし。
実験2
リサイクル構成:図5参照(但し、回収トナーの廃棄切換えなし)
実験結果:表2参照
Figure 2005308861
本実験おいても、実験1同様、低印字率(1〜4%)の原稿に対して「画像あれ」が確認された。5%以上では、「画像あれ」は発生なし。
実験3
リサイクル構成:図3参照(但し、回収トナーの廃棄切換え実施)
実験条件:過去1分間に現像装置に補給されるトナー量が、印字面積5%相当で消費さ れる量を下回ったときに、リサイクル停止(回収トナー全てを廃棄)し、印 字面積率が5%を下回ったときに非画像領域にトナー排出用画像を形成し、 常に5%相当のトナーが現像装置から排出されるようにした。
実験結果:表3参照
Figure 2005308861
表3において、低印字面積率(1〜4%)の原稿でも「画像あれ」は完全に防止することができた。
以上の実験結果から、回収トナーの現像装置への供給可否の切り替えを、現像装置の稼働時間の積算値と現像装置に供給されるトナー量の積算値との比率で回収トナーを廃棄、またはリサイクル実施を決定することによって、トナー(現像剤)へのストレスが抑制され帯電能力低下を防止することができることが判明した。
画像形成装置の全体構成を示す模式図である。 トナーリサイクル系の構成を示す図である。 図1における感光体ドラム周辺におけるリサイクル構成部を拡大した断面図である。 本発明に係るリサイクルパイプおよび廃棄口の断面を示す図である。 第2の発明のリサイクル構成部を示す図である。 像担持体上の転写材領域外へ形成されたパターン像を示す図である。
符号の説明
10A 制御部
21 感光体ドラム
23 現像装置
24 トナー補給装置
241 トナー補給容器
26 クリーニング装置
27 リサイクルトナー補給槽
273、276、281 スクリュー
274 リサイクルパイプ
277 廃棄パイプ
280 供給パイプ
K 第1トナー搬送手段
M 第2トナー搬送手段
N 第3トナー搬送手段

Claims (5)

  1. 像担持体上に形成された静電潜像を可視像化する現像手段と、前記像担持体上の残余トナーを回収するクリーニング手段と、当該クリーニング手段により回収された回収トナーを前記現像手段に搬送する第1トナー搬送手段と、前記残余トナーを廃棄のための回収容器に搬送する第2トナー搬送手段と、前記残余トナーを前記第1トナー搬送手段で搬送するか、前記第2トナー搬送手段で搬送するかを切換える切換え手段と、トナー補給容器より未使用のトナーを前記現像手段に搬送する第3トナー搬送手段とを有し、過去一定期間における前記現像手段の駆動時間の積算値と、前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給されたトナー量の積算値との比率に応じて前記切換え手段を切換えることを特徴とする画像形成装置。
  2. 像担持体上に形成された静電潜像を可視像化する現像手段と、前記像担持体上の残余トナーを回収するクリーニング手段と、当該クリーニング手段により回収された回収トナーとトナー補給容器から供給された未使用トナーとを混合するトナーホッパと、前記残余トナーを前記トナーホッパに搬送する第1トナー搬送手段と、前記回収トナーを廃棄するための回収容器に搬送する第2トナー搬送手段と、前記残余トナーを前記第1トナー搬送手段で搬送するか、前記第2トナー搬送手段で搬送するかを切換える切換え手段と、前記残留トナーと前記未使用トナーの混合トナーを前記トナーホッパから前記現像手段に搬送する第3トナー搬送手段を有し、過去一定期間における前記現像手段の駆動時間の積算値と前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給されたトナー量の積算値との比率に応じて前記切換え手段を切り換えることを特徴とする画像形成装置。
  3. 前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給されたトナー量の積算値は、前記第3トナー搬送手段の駆動時間の積算値より算出することを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 過去一定期間をX(min)、画像形成装置のA4サイズでの最大画像形成速度にて、印字面積率5%の画像を出力したときに転写材上に消費されるトナー量をY(g/min)、前記一定期間X(min)の間に前記第3トナー搬送手段により搬送されたトナー量の積算値をZ(g)としたとき、Z<(X×Y)なる関係にあるときにはトナーリサイクルを停止するように制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記像担持体上の転写材領域外に画像形成を行う手段を有し、過去一定期間における前記現像手段の駆動時間の積算値と、前記第3トナー搬送手段により前記現像手段に供給されたトナー量の積算値との比較に応じて前記切換え手段を切換えるとともに、前記像担持体上の転写材領域外への画像形成領域の大きさを調節することができることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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