JP2006215155A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プリント動作によって、次第に現像剤中に劣化トナーが蓄積されて現像された画像の画質が低下するのを、プリント動作を行いながら解消する。
【解決手段】 像担持体と、像担持体上に一様帯電する帯電手段と、一様帯電した像担持体上に露光を行って静電潜像を形成する像露光手段と、二成分現像剤を用い、現像スリーブ状に現像バイアスを印加して、前記像担持体上の静電潜像を反転現像してトナー像とする現像手段と、前記像担持体上のトナー像を用紙上に転写する転写手段と、用紙上のトナー像を加熱・加圧して定着を行う定着手段と、を設けた画像形成装置において、前記現像バイアスには、直流成分のみから成る第１の現像バイアスモードと、直流成分に交流成分を重畳した第２の現像バイアスモードとを有していて、第１の現像バイアスモード又は第２の現像バイアスモードを、選択可能としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に二成分現像剤を用いて現像を行う画像形成装置に関する。

二成分現像剤を用いて現像を行う画像形成装置では、現像装置の現像容器内に予め設定した比率で混在したトナーと磁性キャリアとを攪拌することによって摩擦帯電が行われ、トナーは磁性キャリア外面に付着する。磁性キャリア外面にトナーが付着した状態の現像剤は、内部に固定磁石を有して回転する現像ローラ周面に磁力によって吸着され、表面に静電潜像を有した像担持体（感光体）と対向した現像領域へと搬送される。現像ローラには現像バイアスが印可されているので、トナーは磁性キャリアから離れて静電的な引力により潜像部分に付着し、トナー像となる。

現像によりトナーは消費される。消費したトナーに対しては新規のトナーが現像容器内に補給される。現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、磁性キャリアに付着したまま現像容器内に回収される。トナーは現像容器内での滞留時間が長くなると、その間に摩擦や圧接等によってトナー表面が損傷したりして、トナー粒子の電気的特性が変化して来る。電気的特性が変化したトナーを劣化トナーと呼ぶ。

図６は、トナー粒子の帯電特性の分布状態を示したもので、曲線Ｃ−Ａは重合法によって製造したトナー粒径の比較的揃った新しく供給されたトナーを摩擦帯電によって帯電させたときのトナーの帯電量の分布状態を示している。一方、曲線Ｃ−Ｂ、Ｃ−Ｃは共に曲線Ｃ−Ａで示したと同じトナーについて、現像容器内での滞留時間が長かったため帯電特性が低下した劣化トナーの帯電量の分布状態を示している。曲線Ｃ−Ｂに較べ曲線Ｃ−Ｃは滞留時間が更に長かったときの状態を示している。劣化トナーでは、トナー粒子の帯電量が低下する傾向が認められ、帯電電位が広く分布する傾向にあることを示している。

劣化トナーは凝集が生じ易く、トナーが凝集した状態で現像がなされた場合には色点が生じて画質を著しく低下させる。また、帯電電位がばらついていることから、転写工程において画像に濃度むらが生じることとなり、劣化トナーがトナー中で占める比率が高くなると、現像され転写された画像の画質は著しく低下させることとなる。

特許文献１には、画像形成時に積算画像密度を計測し、計測結果に基づいて劣化トナーの占める比率が高くなったトナーを廃棄し、新規トナーと交換することが記載されている。
特開平１１−２９５９７６号公報

本発明は、劣化トナーを含むトナーを廃棄することなしに、現像装置内での劣化トナーを新規トナーと共に現像に用いて、現像剤中の劣化トナーの比率が画質を害うほど高くならないよう管理された画像形成装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決し、かつ目的を達成するために本発明は以下のように構成されている。
（請求項１）
像担持体と、像担持体上に一様帯電する帯電手段と、
一様帯電した像担持体上に露光を行って静電潜像を形成する像露光手段と、
二成分現像剤を用い、現像スリーブ上に現像バイアスを印加して、前記像担持体上の静電潜像を反転現像してトナー像とする現像手段と、
前記像担持体上のトナー像を用紙上に転写する転写手段と、
用紙上のトナー像を加熱・加圧して定着を行う定着手段と、を設けた画像形成装置において、
前記現像バイアスには、直流成分のみから成る第１の現像バイアスモードと、直流成分に交流成分を重畳した第２の現像バイアスモードとを有していて、
第１の現像バイアスモード又は第２の現像バイアスモードを、選択可能としたことを特徴とする画像形成装置。
（請求項２）
所定枚数の画像記録時の平均印字率が所定の印字率以下においては第１の現像バイアスモードで現像を行い、それ以外においては第２の現像バイアスモードで現像を行うよう制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
（請求項３）
操作盤には普通画像と精密画像との選択釦が設けられていて、普通画像が選択されたときは第１の現像バイアスモードで現像を行い、精密画像が選択されたときは第２の現像バイアスモードで現像を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

請求項１記載の発明によるときは、現像にあたって劣化トナーを含むトナーによって現像がなされる第１の現像バイアスモードと、劣化トナーを殆んど含まないトナーによって現像がなされる第２の現像バイアスモードとの２つのモードを選択されるので、劣化トナーのトナー中での占める比率を、画像の画質を害することのない状態で画像形成を持続することが可能となる。

請求項２記載の発明では、画像記録時の平均印字率が低い場合には、現像ローラ上に付着したトナーの多くが、現像されないまま現像容器内に回収され、劣化トナーが生じ易い条件にあるので、現像にあたって第１の現像バイアスモードで現像を行うことによって、劣化トナーのトナー中での占める比率を、画像の画質を損なうことのない状態で画像形成を持続することが可能となる。

請求項３記載の発明では、第１の現像バイアスモードで現像された画像と、第２の現像バイアスモードで現像された画像の間で、画質は第２の現像バイアスモードで現像された画像の方が僅かに優れているものの僅差であるところから、特に精密画像が選択されたときにのみ第２の現像バイアスモードで現像することによって、劣化トナーのトナーの中で占める比率を、画像の画質を損なうことのない状態で画像形成を持続することが可能となる。

（１） 本発明の説明に先だって、本発明を適用する画像形成装置について、構成とその作用を図面を用いて説明する。但し、本発明は以下に説明するモノクロの画像形成装置の実施形態に限定されるものではなく、カラーの画像形成装置についても適用される。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す概略断面図である。

図１において、１は電子写真感光体である感光体ドラムであって、マイナス帯電がなされるＯＰＣ感光体を塗布した感光体ドラム１は矢示の方向に所定の周速度で回転駆動されなから、その表面がスコロトロン形式の帯電器２によってマイナスの所定の電位ＶＨに一様帯電される。

３は像露光手段としての露光装置で、図示しない記憶手段に記憶された画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像情報の時系列デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力する。一様帯電された感光体ドラム１表面は、このレーザビームによって書き込み密度として例えば４００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）で走査露光される。これにより感光体ドラム１の露光部分は電位絶対値が低下して電位ＶＬとなり感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。

現像器４としては、キャリアと小粒径トナーとを主成分とする二成分現像剤を用いる現像器が用いられる。

小粒径トナーとしては、体積平均粒径が３〜６μｍのものが好ましい。

体積平均粒径は、体積基準の平均粒径であって、湿式分散機を備えた「コールターカウンターＴＡ−ＩＩ」又は「コールターマルチサイザー」（いずれもコールター社製）により測定した値である。

このような小粒径トナーにより高解像力を有する高画質の画像を形成することができる。体積平均粒径が６μｍより大のトナーでは、高画質の特徴が弱まる。

体積平均粒径が３μｍよりも小さいトナーを用いた場合、かぶり等による画質の低下が起きやすくなる。

また、本発明においては、球形トナーが望ましく、その球形化度が０．９４以上、０．９８以下であることが望ましい。

球形化度＝（粒子投影像と同一面積の円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
前記球形化度は、５００個の樹脂粒子について、走査型電子顕微鏡又はレーザ顕微鏡により５００倍に拡大した樹脂粒子の写真を撮影し、画像解析装置「ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＩＭＡＧＥ ＡＮＡＬＹＳＥＲ」（日本電子社製）を使用して写真画像の解析を行って円形度を測定し、その算術平均値を求めることにより算出することができる。また簡便な測定方法としては、「ＦＰＩＡ−１０００」（東亜医用電子株式会社製）により測定することができる。

球形化度が０．９４より小の場合は、現像装置内で強いストレスを受ける結果、粉砕され、カブリやトナー飛散が発生し易くなる。また、球形化度が０．９８よりも大の場合には、クリーニング性能を高く維持することが困難になる場合がある。

前記のような小粒径、且つ、球形化度の高いトナーには重合トナーを用いることが望ましい。

重合トナーは、トナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状がバインダー樹脂の原料モノマー又はプレポリマーの重合及びその後の化学的処理により形成されて得られるトナーを意味する。より具体的には、懸濁重合又は乳化重合等の重合反応と必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て得られるトナーを意味する。重合トナーでは、原料モノマー又はプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させトナーを製造することから、トナーの粒度分布及び形状の均一なトナーが得られる。

具体的には懸濁重合法により作製されるものや、乳化液を加えた水系媒体の液中にて単量体を乳化重合して微粒の重合粒子を製造し、その後に、有機溶媒、凝集剤等を添加して会合する方法で製造することができる。会合の際にトナーの構成に必要な離型剤や着色剤などの分散液と混合して会合させ調製する方法や、単量体中に離型剤や着色剤などのトナー構成成分を分散した上で乳化重合する方法などがあげられる。ここで会合とは樹脂粒子および着色剤粒子が複数個融着することをいう。

二成分現像剤を現像容器内に内蔵した現像器４は、回転駆動される現像ローラ４ａを備えている。現像ローラ４ａは感光体ドラム１と対向して配置されており、その外周面に摩擦帯電によってマイナスに帯電したトナーがキャリアに付着した現像剤の薄層が形成される。現像ローラ４ａには、その絶対値が感光体ドラム１の電位ＶＨよりも小さく、電位ＶＬよりも大きいマイナスの直流バイアス電圧ＶＢ（ＤＣ）、又は直流バイアス電圧ＶＢ（ＤＣ）に交流バイアス電圧ＶＢ（ＡＣ）を重畳した現像バイアスが印加されており、これにより現像ローラ４ａ上のトナーが感光体ドラム１の電位ＶＬ部分にのみ付着して反転現像が行われ、トナー像が形成される。

一方、給紙カセット２１又は手差し給紙トレイ２２から給送される転写材である記録紙Ｐは給紙ローラ２３とレジストローラ２４を経て、感光体ドラム１と帯電転写極５とで形成される転写領域へと感光体ドラム１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。そして、感光体ドラム１上のトナー像はトナーとは逆極性のプラスの転写バイアスが印加された帯電転写極５により記録紙Ｐに転写される。

２５は定着紙ガイドで、トナー像が転写された記録紙Ｐを後に説明する定着装置７へと搬送し、定着装置７において記録紙Ｐ上に転写されたトナー像の定着がなされる。定着装置７を通過してトナー像の定着を終えた記録紙Ｐは排紙ローラ２６、２７を経て排紙トレイ２８上に排出される。

一方、記録紙Ｐが分離された後の感光体ドラム１は、その表面に付着した転写残トナー等の残留物の除去がクリーニング装置８によって行われ、クリーニングされた感光体ドラム１は繰り返し次の画像形成に供される。

なお、上記の画像形成装置の説明においては、モノクロ画像形成を行う装置について説明したが、本発明はカラー画像形成装置に対しても適用される。

（２） 図２には、電気制御系の概要を示している。１１は演算制御処理を行うＣＰＵで、ＲＡＭ１１１、ＲＯＭ１１２が接続されている。ＲＯＭ１１２には、演算基礎データをはじめプリントモードプログラムが記憶され、ＲＡＭ１１１には、後に説明する第１の現像バイアスモードにおける直流電圧、第２の現像バイアスモードにおける直流電圧及び交流電圧が記憶されていて、ＣＰＵ１１はインターフェース１２を介して外部機器に接続されている。

インターフェース１２には、帯電器２、像露光手段３、現像器４の現像ローラ４ａ、帯電転写手段５，定着手段７のそれぞれが接続され、ＣＰＵ１１からの制御信号に基づいて動作するようになっている。また、インターフェース１２には、搬送系（感光体ドラム１の回転駆動、記録紙Ｐの搬送、定着手段７の回転駆動）を制御する搬送手段１２１が接続されている。なお、帯電器２、現像器４、帯電転写手段５には、高圧電源１２２から高圧の電源が供給されるようになっている。

図１に示した画像形成装置には、操作・表示部４０が設けられていて、プリント動作の開始を指示するスタート釦、使用記録紙のサイズを選択するサイズ選択釦や、記録紙のプリント枚数を指示するテンキーのほか、画像濃度を選択する画像濃度選択釦等が設けられている。

（３） 画像形成時の動作について説明する。

ユーザが操作・表示部４０のスタート釦を押釦すると、ＣＰＵ１１はＲＯＭ１１２からプリントモードプログラムを呼び出し、呼び出したプログラムに従って画像形成の制御を行う。

ＣＰＵ１１は、画像メモリ１１３に記録された画像情報を呼び出し、帯電器２によって一様帯電されて回転する感光体ドラム１上に、像露光手段３によって像露光を行って静電潜像を形成し、続いて現像バイアスが印可された現像ローラ４ａによって反転現像がなされ、静電潜像部分にトナーが付着してトナー像が形成される。

本発明においては、現像バイアスとして直流成分のみから成る第１の現像バイアスモードと、直流成分に交流成分を重畳した第２の現像バイアスモードとを有していて、現像に当っては第１の現像バイアスモード又は第２の現像バイアスモードとの何れかが選択されて現像が行われる。

一方、ＣＰＵ１１は、操作・表示部４０で選択された記録紙サイズの記録紙を収納した給紙トレイ２１から記録紙Ｐを搬出するよう制御し、給紙ローラ２３によって給紙路を通って搬送を行い、レジストローラ２４に至って記録紙Ｐを一旦停止させたのち、感光体ドラム１上のトナー像と同期してレジストローラ２４は駆動回転して記録紙Ｐを搬送し、帯電転写極５においてトナー像の転写が行われる。トナー像を担持した記録紙Ｐは定着手段７によって定着がなされたのち排紙ローラ２６、２７によって排紙トレイ２８上に排紙される。

（４） 本発明の第１の現像バイアスモードと、第２の現像バイアスモードで行われる現像について説明する。

図３は、第１の現像バイアスモードと、第２の現像バイアスモードとの現像における差異を示す説明図である。図３において、カーブＤ−Ａは、現像器４の現像容器内で新規トナーと劣化トナーとが混在したトナーについて、摩擦帯電によって帯電したトナーの帯電電位の分布状態を示している。

トナーの帯電状態がカーブＤ−Ａの状態にある現像剤を用いて現像を行ったときの、静電潜像部分に現象によって付着したトナーの帯電電位とその分布状態を示したのがカーブＤ−Ｂ、カーブＤ−Ｃであって、カーブＤ−Ｂは現像バイアスとして直流成分のみから成る第１の現像バイアスモードで現像したときの付着トナーの帯電状態を示し、カーブＤ−Ｃは現像バイアスとして直流成分に交流成分を重畳した第２の現像バイアスモードで現像したときの付着トナーの帯電状態を示している。

カーブＤ−ＢとカーブＤ−Ｃとを比較すると、次のことを示している。

ａ） 第２の現像バイアスモードによる現像の方が、帯電電位（絶対値）の高いトナーが現像に用いられる傾向にある。

第２の現像バイアスモードで現像を行うときは、帯電電位（絶対値）の低いトナーは現像に使われないで蓄積される傾向にあるので、第２の現像バイアスモードのみによって現像がなされるときは、次第に現像容器内での劣化トナーのトナー中で占める比率が高くなって、現像時に画像の画質を低下させるようになる。

一方、第１の現像バイアスモードで現像を行うときは、帯電電位（絶対値）の低いトナーも現像に用いられるので、第１の現像バイアスモードで現像を行うときは、帯電電位（絶対値）の低いトナーも現像に用いられるので、第１の現像バイアスモードで現像がなされるときは、現像を行うことによって劣化トナーは適当に消費されて劣化トナーのトナー中で占める比率が高くなることが防止され、現像時に画像の画質を低下させることはない。

ｂ） 第１の現像バイアスモードによる現像の方が、広い範囲の帯電電位のトナーが現像に用いられる。

帯電電位の広い範囲のトナーが付着した状態にある第１の現像バイアスモードで現像されたトナー像は、帯電電位の狭い範囲のトナーが付着したトナー像に較べて画質は劣る傾向にある。更に転写時に転写むらが生じ易いことから、画質は第２の現像バイアスモードで現像された転写画像に較べて劣る。

但し、現像容器内の現像剤中で、劣化トナーの占める比率が低いときには、第１の現像バイアスモードによるときと、第２の現像バイアスモードによるときは、画質上で差異を認めることは困難である。

（５） 本発明は、上記の第１及び第２の現像バイアスモードによる現像を画像形成時に選択的に行うことによって、現像容器内の劣化トナーの含有比率が過剰となって画質が著しく劣化した現像がなされることを防止している。

（実施例１）
本実施例では、所定枚数の画像記録時の平均印字率が所定の印字率以下においては第１の現像バイアスモードで現像を行い、それ以外においては第２の現像バイアスモードで現像を行うよう制御を行っている。

本実施例では、感光体ドラム１表面は、帯電器２によって、電位ＶＨ＝−６００Ｖに一様帯電されていて、像露光手段３によって像露光が行われた像露光部分の電位ＶＬ＝−１００Ｖとなっている。

かかる静電潜像を現像するのに、現像ローラ４ａに対して、第１の現像バイアスモードでは、ＶＢ（ＤＣ）＝−４５０ＶのＤＣバイアスを印加して現像を行い、第２の現像バイアスモードでは、ＶＢ（ＤＣ）＝−４５０ＶのＤＣバイアスに交流バイアスＶＢ（ＡＣ）として、Ｖｐ−ｐ＝１．５ｋＶ、ｆ＝４ｋｃｐｓで波形はｓｉｎ波のＡＣバイアスを重畳して現像を行っている。図４は、現像時の電位の状態を示している。

本実施例においては、通常は第２の現像バイアスモードによって現像を行いながら、プリント画像についての画像密度の検知を行っている。即ち、ＣＰＵ１１は第２の現像バイアスモードでのプリント動作を行いながら、画像データの画像処理３０の工程において画像密度検知を行い、印字部分が白地部分に対して占める比率である印字率の測定を行っていて、所定枚数、例えば２０枚のプリントの平均印字率が例えば７％以下の状態にあるときには、続いて行うプリントについて、所定枚数例えば２００プリントについて第１の現像バイアスモードでプリント動作を行うよう制御を行っている。

かかる制御を行うことによって、劣化トナーが生じ易い条件でプリントがなされる場合にも、第１の現像バイアスモードによる現像を行うことによって、現像容器内に劣化トナーが蓄積されて画質が低下するのを防止している。

（実施例２）
本実施例では、画像形成装置の操作・表示部４０に、普通画像と精密画像との選択釦が設けられていて、普通画像が選択されたときは、第１の現像バイアスモードで現像を行い、精密画像が選択されたときは第２の現像バイアスモードで現像を行うよう選択を可能としている。

第１の現像バイアスモードによるプリント画像と、第２の現像バイアスモードによるプリント画像と比較して、画質上での差異は殆んど認められないが、環境条件や現像容器内での現像剤の状況等によっては画質の差異が認められ、その場合には第２の現像バイアスモードによる方が画質が優れていることから、繊細で良質な画像が求められるときは第２の現像バイアスモードによるプリントを選択するようにし、一般のプリントでは第１の現像バイアスモードによるプリントを選択し、劣化トナーが蓄積するのを防止している。

なお、第１の現像バイアスモードによる現像で、劣化トナーをより積極的に消費する手段として、画像の白地部分での地かぶりを利用することも可能である。感光体の表面電位（本実施例では−６００Ｖ）と、現像バイアス（本実施例では−４５０Ｖ）との差、即ちかぶりマージン（本実施例では１５０Ｖ）を少なくすることによって、地かぶりのかぶり量は増える。図５のグラフはかぶりマージンとかぶり量との関係を示している。白地部分の僅かのかぶりはプリント画像を読み取る際許容されることから、第１の現像バイアスモードで現像する際、感光体の表面電位（絶対値）も若干下げるよう帯電器２の帯電条件を制御することによって、劣化トナーは現像に用いられる以外に、地肌部分にも付着して消費がなされることとなる。

画像形成装置の一実施形態を示す概略断面図。 電気制御系の概要を示すブロック図。 第１、第２の現像バイアスモードの現像における差異を示す説明図。 現像時の電位の状態を示す説明図。 かぶりマージンとかぶり量との関係を示すグラフ。 トナー粒子の帯電特性の分布状態を示す説明図。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電器
３ 像露光手段
４ 現像器
４ａ 現像ローラ
３０ 画像処理部
４０ 操作表示部
ＶＢ（ＤＣ） 直流バイアス電圧
ＶＢ（ＤＡ） 交流バイアス電圧

Claims (3)

1. 像担持体と、像担持体上に一様帯電する帯電手段と、
   一様帯電した像担持体上に露光を行って静電潜像を形成する像露光手段と、
   二成分現像剤を用い、現像スリーブ上に現像バイアスを印加して、前記像担持体上の静電潜像を反転現像してトナー像とする現像手段と、
   前記像担持体上のトナー像を用紙上に転写する転写手段と、
   用紙上のトナー像を加熱・加圧して定着を行う定着手段と、を設けた画像形成装置において、
   前記現像バイアスには、直流成分のみから成る第１の現像バイアスモードと、直流成分に交流成分を重畳した第２の現像バイアスモードとを有していて、
   第１の現像バイアスモード又は第２の現像バイアスモードを、選択可能としたことを特徴とする画像形成装置。
2. 所定枚数の画像記録時の平均印字率が所定の印字率以下においては第１の現像バイアスモードで現像を行い、それ以外においては第２の現像バイアスモードで現像を行うよう制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 操作盤には普通画像と精密画像との選択釦が設けられていて、普通画像が選択されたときは第１の現像バイアスモードで現像を行い、精密画像が選択されたときは第２の現像バイアスモードで現像を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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