JP2006308875A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー凝集体を発生させることなく、現像剤への機械的ストレスを抑制し、かつ省スペース化を保てる現像装置を有する画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 像担持体上に形成された静電潜像を、現像手段に内設された現像剤担持体上に担持した現像剤によってトナー像として顕像化し、当該トナー像を転写体に転写した後、前記像担持体上の残留現像剤をクリーニング手段によって除去し、除去された前記残留現像剤を、搬送手段、リサイクル経路を介して前記現像手段に直接戻すか、または前記リサイクル経路から新現像剤を貯留する現像剤補給槽を経由して前記現像手段に戻し、繰り返し画像形成に用いる画像形成装置であって、前記リサイクル経路において残留現像剤の搬送方向に対し略垂直方向の振動を与える加振装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成に係わる現像装置を有する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置の一方式として、像担持体である感光体の周辺に帯電手段、像露光手段及び現像手段を配置し、帯電手段による感光体への帯電と像露光手段によって感光体上に潜像を形成し、当該静電潜像を現像手段である現像装置によって接触反転現像によりトナー画像形成を行う画像形成装置が用いられる。

近年、高度情報化技術の進展によりデジタル技術に基づく高画質の画像形成装置の必要性が高まっている。同時に省ネルギー、省資源で印字できる画像形成装置の社会的要求も高まっている。

これらの要求に応えるために、ａ）高画質のために更なる小粒径の現像剤の採用、ｂ）省エネルギー資源のために一度画像形成に使用し、像担持体に残留した現像剤（トナー）を再使用する、所謂リサイクル現像剤（リサイクルトナー）の採用等の技術が導入され始めたが、更なる課題が生じている。

すなわち、現像剤の小粒径化に伴い密度が増大し、現像剤同士の間隔が狭くなり、現像剤の流動性が低下するとともに、現像剤同士が凝集し易くなる問題が発生している。

また、一度クリーニングされた現像剤を再び現像工程で再利用する場合、トナー表面にある外添材が埋没または離脱するために更に現像剤同士が接近し流動性が落ちトナー凝集体が発生しやすくなる。

トナー凝集体は現像装置内で解れにくく、そのまま現像工程に使用されると、十分にキャリアとの摩擦帯電が行われないので画像の「かぶり」や、現像剤担持体である現像スリーブ上のキャリア穂立ちに十分静電力で保持されないことにより現像剤が飛散し、「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」等の画質不具合になりがちである。

このような画質不具合を防止するために従来技術として、１）リサイクル経路（残留現像剤を現像装置に戻す途中のパイプ）内に搬送スパイラル（軸なしスクリュー）を設け、この先端部を凸凹に接触させ振動させることでトナー凝集体を崩す方法（例えば、特許文献１参照）や、２）空気搬送ジェット吹き付け手段を採用し、粉砕および分離して異物を除去する方法（例えば、特許文献２参照）や、３）現像装置内の現像剤を交換排出する際に現像装置筐体自体を加振装置で振動させる技術（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。
特開平６−６７５３９号公報 特開平１１−２７２１３８号公報 特開平５−５３４３０号公報

しかしながら、上記の１）の技術では、スパイラル先端部の段差分しか振動せず、スパイラル先端付近の狭い領域にしか振動を与えないので、弱い結合力で粒子間結合しているトナー凝集体に対してのみ有効である。したがって、衝撃力に限界がある。また、スパイラルが搬送経路内壁に接触することを許す構造になっているので、スパイラルとリサイクル経路内壁の接触によって小粒径トナーが挟まり機械的ストレスを受け外添材埋め込みなどが促進され現像剤の劣化につながる欠点がある。上記の２）の技術では、確実にトナー塊を粉砕かつ異物を除去できる一方、空気流を作り出すエアー供給装置が新たに必要となりコストアップになる。また搬送経路の大型化による省スペース化に対し不利となる。上記３）の技術は、トナー凝集体を崩し画像欠陥を防ぐ機能は有していない。

本発明は、トナー凝集体を発生させることなく、現像剤への機械的ストレスを抑制し、かつ省スペース化を保てるトナーリサイクル方式の現像装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。

像担持体上に形成された静電潜像を、現像手段に内設された現像剤担持体上に担持した現像剤によってトナー像として顕像化し、当該トナー像を転写体に転写した後、前記像担持体上の残留現像剤をクリーニング手段によって除去し、除去された前記残留現像剤を、搬送手段、リサイクル経路を介して前記現像手段に直接戻すか、または前記リサイクル経路から新現像剤を貯留する現像剤補給槽を経由して前記現像手段に戻し、繰り返し画像形成に用いる画像形成装置であって、前記リサイクル経路において残留現像剤の搬送方向に対し略垂直方向の振動を与える加振装置を有することを特徴とする画像形成装置。

トナー凝集体を発生し易いリトナーリサイクル機構を有する画像形成装置に対し、トナー凝集体発生防止の効果が得られる。

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説明図である。

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が形成され、現像手段である現像装置２３に内設される現像剤担持体である現像スリーブ２５により静電潜像が顕像化されてトナー像となる。次いで、カセット給紙手段５から搬送され、トナー像と同期がとら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。一方、クリーニング手段であるクリーニング装置２６により転写残の残留現像剤（トナー）が除去される。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、反転され、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、クリーニング手段によって除去された残留現像剤の搬送について説明する。

図２は図１における現像装置、クリーニング装置、現像剤補給部の拡大した図を示す。

図２（ａ）は残留現像剤（以下、リサイクルトナーという。）と新現像剤（以下、新トナーという。）が混合されて、一時、新トナーとリサイクルトナーとの混合体を貯蔵する現像剤補給槽２５０を経由して現像装置２３へに投入される場合を示す。感光体ドラム２１上の残留トナーは、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２７１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２７１内に一旦貯留され、逐次、スクリュー２７３を介してリサイクル経路である搬送パイプ２７４に沿って搬送され、当該搬送パイプ２７４から現像剤補給槽２５０を経由して現像装置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。

次に、トナー補給容器２４１に収納されている新現像剤である新トナーの撹拌手段について説明する。

トナー補給装置２４は、トナー補給容器２４１より新トナーを現像装置２３へ搬送、補給する。撹拌手段２４２はトナー補給容器２４１を回転させて容器内のトナーを撹拌し、容器開口部ｆより搬送路２８０へ新トナーを導入する。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、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。現像剤（トナー）補給槽２５０は、トナー補給容器２４１より現像装置２３へ補給する新トナーと再使用トナーの混合体を一時貯蔵し、現像装置２３内のトナー濃度センサ２４６による濃度が所定以下になった場合は、制御手段１０Ａは不図示の駆動系を介して補給ローラ２８２の回転を指令する。

前述したが、再使用トナーはトナー表面にある外添剤がトナーを構成する樹脂に埋没または離脱するため更に現像剤同士が接近し流動性が落ちトナー凝集体が発生し、「画像かぶり」や「黒点欠陥」等の問題が発生し易くなる。

本発明は、このような問題を回避するために考案されたもので、以下その説明をする。

本発明によると、加振装置である圧電振動子２７５を搬送パイプ２７４の外壁に密着配置し、図２（ｂ）における矢印Ｙ方向である、搬送パイプ２７４の壁厚さ方向（残留現像剤の搬送方向に対し略垂直方向）に振動を加え、搬送パイプ２７４およびスクリュー２７３の振動によって、リサイクルトナーに含まれるトナー凝集体を崩壊することで正常なトナー粉末にすることができる。図２（ｂ）は、図２（ａ）の搬送パイプのＡＡ矢視断面を示す。

なお、本実施の形態では、圧電振動子２７５は搬送パイプ２７４に６００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの振動周波数を付与しているが、その効果を更に上げるため１０００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの振動周波数に設定するのが好ましい（実験にて確認）。

なお、図２では、リサイクルトナーと新トナーとを現像剤（トナー）補給槽２５０に貯留し、混合体として現像装置２３に補給しているが、図３のようにリサイクルトナーのみの現像剤補給槽２５１、新トナーのみの現像剤補給槽２５２に別々に貯留して現像装置２３に補給する構造で、加振装置を搬送パイプに付設しても良い。

図３は、残留現像剤補給槽の排出口近傍の前記現像剤補給手段に加振装置を設けた例を示す図である。

また、図３における方式では、搬送パイプ２７４に沿って搬送されたリサイクルトナーは、残留現像剤補給槽である現像剤補給槽２５１に貯留され，狭幅の現像剤排出口（換言すれば、現像装置の現像剤入り口）となる所定の隙間を介して対峙する、現像剤補給手段である２本の搬送ローラ２５３の回転によって現像装置２３へと補給される（あるいは、図３（ｃ）に示すように、搬送ローラとブレードとでリサイクルトナーを挟み通過させて補給してもよい）。

図３（ｂ）の方式では、前記搬送ローラ２５３、２５５は、幅狭い現像剤排出口Ｃとなるように残留現像剤補給槽の底部に設置されている。搬送ローラ２５３は、圧電振動子２５４を付設した軸受板２５６に支持され、当該軸受板２５６は現像剤補給槽２５１の前後の枠体に固定されている支点軸２５７を支点として矢印Ｘ方向に揺動し、前記搬送ローラ２５３と前記搬送路２５５との間を通過するトナー凝集体を崩壊することができる。搬送ローラ２５５は現像剤補給槽２５１の前後の枠体に軸受を介して支持されている。すなわち、圧電振動子２５４の振動によって搬送ローラ２５３は搬送パイプ２７４の壁厚さ方向に微振動をおこし、前記リサイクルトナーに振動を加え、搬送ローラの隙間を通るリサイクルトナーに含まれるトナー凝集体を崩壊することができる。

図３（ｃ）の方式では、ブレードと搬送ローラの隙間を通過するトナー凝集体に図３（ｂ）の場合と同様に、振動を与えることによりトナー凝集体を崩壊することができる。

なお、この場合も新トナーを直接現像装置に投入しないで、前記残留現像剤補給槽２５１に貯留し、リサイクルトナーとの混合体にして、前記搬送ローラ２５３、２５５介して現像装置２３に投入してもよい。

なお、本実施の形態では、圧電振動子２５４は搬送ローラ２５３に６００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの振動周波数を付与しているが、その効果を更に上げるため１０００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの振動周波数に設定するのが好ましい（実験にて確認）。

次に、本発明の効果を確認するための確認実験について述べる。

実験条件
画像形成装置： モノクロデジタルプリンタ
レーザビーム径６０μｍ（主走査）、７ ８μｍ（副走査）、解像度６００ｄｐｉ
トナーリサイクル機構搭載（図１、図２）
現像剤： スチレン・アクリル重合トナー（体積平 均粒径６．５μｍ）
アクリル系樹脂コートフェライトキャリア （体積平均粒径６０μｍ）
実験環境： 常温常湿（温度２０℃、湿度５０％ＲＨ）
転写用紙： Ａ３普通紙
原稿画像： ランニング中は印字率６％、画像確認サン プルは全面ベタ黒、全面ハーフトーン、全 面白紙
実験内容
実写： ３０万枚連続コピー（原稿：Ａ３印字率６ ％）
画像サンプル： ５万コピー毎にＡ３サイズ、全面ベタ黒、
全面ハーフトーン、全面白紙を各１枚採取
評価方法
画像部および白地部のトナー凝集体による「かぶり」、「黒点欠陥」、「白抜 け欠陥（画像部のトナー凝集体が核となり周辺が転写できずにできる。）」を目 視確認
判定方法
かぶり： 画像サンプル中、最も「かぶり」程度の酷 い部分の濃度を測定（濃度計：マクベス社 製ＲＤ−９１８）し、非印字紙の絶対反射 濃度との濃度差が０．００６未満は合格、
０．００６以下は不合格と判定
黒点、白抜け欠陥： 白紙とハーフトーン上の黒点の個数と大き さを目視実測
ハーフトーンとベタ黒上の白抜け点の個数 と大きさを目視実測
判定基準
黒点、白抜け欠陥： 円相当径＜０．３ｍｍは合格（個数制限無 し）
０．３ｍｍ≦円相当径≦０．５ｍｍが３個
以下まで合格、４個以上は不合格
０．５ｍｍ＜円相当径が１個以上不合格
・確認実験１
上記実験条件に従って、図２に示すようなリサイクルトナーの搬送パイプに、加 振装置（振動周波数を５００〜２１００Ｈｚ変化）を密着設置したものと、加振装 置を設けない従来型（図２の圧電振動子２７５のないもの）との比較を行い、表１ のような結果が得られた。

表１において、従来型では、５万コピー経過後に「かぶり」発生、１０万コピー後に「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」の発生を確認し、不合格。なお、「かぶり」はリサイクルトナー凝集体によるもので、「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」は大きいリサイクルトナー凝集体によるものである。

一方、加震装置適用型では、振動周波数５００Ｈｚの場合、２０万コピーで「かぶり」発生、２５万コピー後に「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」が発生し、ともに判定基準を超え不合格、振動周波数６００Ｈｚの場合、３０万コピーで「かぶり」発生、３０万コピーまでに「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」の発生はなかった。したがって、２５万コピーまでは画質不具合が防止でき、ある程度満足できる画質耐久性が確保できた。振動周波数１０００Ｈｚと１６００Ｈｚの場合、３０万コピーで「かぶり」、「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」の発生なく、良好な結果が得られた。振動周波数２０００Ｈｚの場合、３０万コピー時に「かぶり」発生、３０万コピーまでに「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」の発生がなかった。したがって、２５万コピーまでは画質不具合が防止でき、ある程度満足できる画質耐久性が確保できた。２１００Ｈｚの場合、２０万コピー時に「かぶり」、２５万コピー後に「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」がともに判定基準を超え不合格となった。

・確認実験２
上記実験条件に従って、図３に示すようなリサイクルトナー（残留現像剤）補給 槽の排出口となる搬送ローラの軸受けに加振装置（振動周波数を５００〜２１００ Ｈｚ変化）を密着設置したものと、加振装置を設けない従来型との比較を行い、表 ２のような結果が得られた。

表２において、従来型（搬送ローラの軸受けに加振装置の無いもの）では、５万コピー経過後に「かぶり」発生、１０万コピー後に「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」の発生を確認し、不合格。なお、「かぶり」はリサイクルトナー凝集体によるもので、「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」は大きいリサイクルトナー凝集体によるものである。

一方、加振装置適用型では、振動周波数５００Ｈｚの場合、２０万コピーで「かぶり」発生、２５万コピー後に「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」が発生し、ともに判定基準を超え不合格、振動周波数６００Ｈｚの場合、３０万コピーで「かぶり」発生、３０万コピーまでに「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」の発生はなかった。したがって、２５万コピーまでは画質不具合が防止でき、ある程度満足できる画質耐久性が確保できた。振動周波数１０００Ｈｚと１６００Ｈｚの場合、３０万コピー時で「かぶり」、「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」のいずれの発生なく、良好な結果が得られた。振動周波数２０００Ｈｚの場合、３０万コピー時に「かぶり」発生したが、３０万個ピーまでに「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」の発生がなかった。したがって、２５万コピーまでは画質不具合が防止でき、ある程度満足できる画質耐久性が確保できた。２１００Ｈｚの場合、２０万コピー時に「かぶり」発生、２５万コピー後に「黒点欠陥」、「白抜け欠陥」がともに判定基準を超え不合格となった。なお、表１、２における○は合格を表す。

以上の確認実験から加震装置適用によるトナー凝集体による画像欠陥を防止する効果が得られた。

画像形成装置の全体構成を示す説明図である。 図１における現像装置、クリーニング装置、現像剤補給部の拡大した図を示す。 残留現像剤補給槽の排出口近傍の前記現像剤補給手段に加振装置を設けた例を示す図である。

符号の説明

２１ 像担持体（感光体ドラム）
２３ 現像装置
２５ 現像スリーブ
２５０、２５１、２５２ 現像剤（トナー）補給槽
２５３ 搬送ローラ
２５４、２７５ 圧電振動子
２６ クリーニング装置
２６Ａ ガイドローラ
２６Ｂ クリーニングブレード
２７１ リサイクルトナー補給槽
２７２、２７３ スクリュー
２７４ 搬送パイプ

Claims (4)

1. 像担持体上に形成された静電潜像を、現像手段に内設された現像剤担持体上に担持した現像剤によってトナー像として顕像化し、当該トナー像を転写体に転写した後、前記像担持体上の残留現像剤をクリーニング手段によって除去し、除去された前記残留現像剤を、搬送手段、リサイクル経路を介して前記現像手段に直接戻すか、または前記リサイクル経路から新現像剤を貯留する現像剤補給槽を経由して前記現像手段に戻し、繰り返し画像形成に用いる画像形成装置であって、前記リサイクル経路において残留現像剤の搬送方向に対し略垂直方向の振動を与える加振装置を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記リサイクル経路を通過した残留現像剤を残留現像剤補給槽に貯留し、当該残留現像剤補給槽の現像剤排出口近傍の現像剤補給手段に、前記加振装置を付設して、前記残留現像剤補給槽から搬送される残留現像剤の搬送方向に対し略垂直方向の振動を与えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記加振装置の振動周波数は６００Ｈｚ〜２０００Ｈｚであり、さらに好ましくは１０００〜１６００であることを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
4. 前記加振装置は圧電振動子を付設していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images