JP2007108225A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＡＣＲにより現像剤交換をなくした２成分現像器の高画質化。
【解決手段】 劣化の進んだキャリヤを選択的に排出する。本件では、耐久によりキャリヤとトナーとの親和性が下がることを利用し、振動により分離する方法を提案する排出された現像剤を加振し、耐久度合いの異なるキャリアを偏在させる。一般にキャリヤはトナーより重い為耐久が進みトナーとの親和性が下がったキャリアは重力に対し下に沈むので、上部の剤を再供給する。
【選択図】 図１

Description

磁性キャリヤと着色トナーを含む現像剤を用い像担持体上に画像形成を行う画像形成装置に関する。

磁性キャリヤ（以下キャリヤ）と着色トナー（以下トナー）を含むいわゆる２成分現像剤（以下現像剤）を用い像担持体上に画像形成を行う画像形成装置は広く普及している。

これらの画像形成装置に用いられる現像装置では、通常現像剤中のトナーのみを用いて像担持体上に画像を形成し、トナーのみを消費に見合う分量供給され、キャリヤは現像装置中に保持される。そのため画像形成動作に伴い現像剤中のキャリヤは劣化し、最終的に画像形成に不適切な状態になる。そのため定期的に現像剤を交換する必要がある。

現像剤の交換を不要にするため、画像形成動作に伴い現像剤の一部を現像装置外に排出し、トナーだけではなくキャリヤも補給する構成を取った画像形成装置も考案されている。

これまでに実用化されているのはキャリヤの使用時間によらずその一部を無差別に排出する構成であり、この場合一定の画像形成条件での長期使用を仮定すれば、ある使用時間のキャリヤの存在密度Pcは下記の式に収束する。

Pc(t)=(1/τ)e^-(t/τ)
...... t：使用時間、τ：現像装置内の現像剤量を排出するのにかかる時間
すなわち使用時間の平均値はτであるが、平均値を大きく超える使用時間のキャリヤも存在し、結果現像剤全体の状態は初期状態に比べ大いに劣った状態に落ち着く。これを改善するには画像形成に伴う現像剤の排出量、キャリヤの補給量を増やし、τを小さくすることが有効であるが、排出する現像剤の増加によるランニングコストの増大、および排出した現像剤の収容スペースもしくは排出した現像剤の回収頻度の増大を招き限界がある。

画像形成に伴い現像剤を排出し、キャリヤを補給することで現像剤の交換を不要にした画像形成装置で上記の制約を超えて現像剤全体の状態をより良好に保つため、現像剤の排出時にキャリヤの劣化状態による選別を行い、より使用時間の長いキャリヤを排出する事が考えられる。

具体的な方法として、現像剤を像担持体に付着させて排出する方法（特開H09-197828）が提案されている。この方法は現像剤を担時して像担持体と対向する現像ロールと像担持体との間にトナーを現像ロール側にひきつける向きの電界を印加する事によりトナーと逆の電荷を持つキャリヤを像担持体に付着させるものであり、その際使用時間の長いキャリヤは劣化によりトナーと遊離しやすいためより効果的に像担持体への付着が起きる事を利用している。

しかしこの方法では像担持体から被転写体へトナー像を転写する転写部や像担持体を清掃するクリーニング部にキャリヤが到達することにより転写不良や清掃不良、像担持体の傷などが発生し易く、画像形成装置全体の信頼性の低下が問題になり、これまでのところ採用されていない。

上記問題に対し、現像剤を現像ロールに対向させた回収電極に付着させて排出する方法(特開平０９−１９７８２８)が提案されている。

この方法もキャリヤの選別の考え方は同じである。このような電気的な選別に共通する問題点として、使用時間が長く劣化の進んだキャリヤでは、キャリヤの電荷量が小さくなったりさらには電荷の極性が反転してトナーと同極性になるため、かえって使用時間の特に長いキャリヤの排出が難しくなる場合があることである。このため排出条件をゆるくして排出量を多めにとることが必要になり、結果的に使用時間の長いキャリヤに対する選択性を落とさざるを得ない。
特開平０９−１９７８２８号公報 劣化キャリアをドラムに吸着させ回収 特開平１０−６３０９７号公報 回収装置をスリーブに対向キャリアを付着させて回収

本発明は、上記の制約のないより効果的なキャリヤの選択的排出機構を有し、低ランニングコストで良好な画像形成を持続できる画像形成装置を実現することを目的とする。

上記課題を鑑み、本発明は
磁性キャリヤと着色トナーを含む現像剤を用い像担持体上に画像形成を行う現像装置を有し、
現像装置は現像剤の一部を排出する現像剤排出機構と
排出した現像剤の一部を現像機内に取り込む再供給部とを有し、
現像剤排出機構から排出された現像剤を所定の条件で加振する排出剤加振機構を有し、
排出剤加振機構で加振した現像剤の一部を排出剤収容部へ排出する収容排出機構と
残りの部分を再供給部から現像装置内に再供給する再供給機構とを有する
事を特徴とする本発明の基本構成をなす画像形成装置
及び
本発明の基本構成に該当する画像形成装置であって、
現像剤排出機構から排出剤加振機構への現像剤の受け渡し部位である排出剤受け渡し部が
排出剤加振機構から再供給機構への現像剤の受け渡し部位である再供給剤受け渡し部よりも低い位置に有る
事を特徴とする画像形成装置
及び
本発明の基本構成に該当する画像形成装置であって、
排出剤加振機構の加振部位には1000ガウス以下の磁界が印加されている
事を特徴とする画像形成装置
及び
本発明の基本構成に該当する画像形成装置であって、
加振装置は現像剤を加振しながら排出剤受け渡し部から再供給剤受け渡し部に向け現像剤を移動せしめる振動搬送装置をである
事を特徴とする画像形成装置
及び
本発明の基本構成に該当する画像形成装置であって、
再供給機構は加振後の現像剤のうち上方に位置する部分を再供給する
事を特徴とする画像形成装置
及び
本発明の基本構成に該当する画像形成装置であって、
画像形成や現像剤の排出に伴い着色トナー及び/又は磁性キャリヤを現像装置に随時補給する補給機構を有し、
再供給部は補給機構からの着色トナー及び/又は磁性キャリヤの補給部位を兼ねる
事を特徴とする画像形成装置
を提案するものである。

現像剤中のキャリヤは、トナーとこすれあって帯電し、結果トナーを周囲に吸着して2次的な粒子を形成する傾向がある。この傾向は一般にキャリヤの使用時間が短いほど強く、使用に伴い劣化すると徐々に弱まっていく。

本発明で対象とする、画像形成に伴い現像剤を排出し、キャリヤを補給する現像装置では現像在中のキャリヤの使用時間は様々であるが、その違いにより個々のキャリヤは異なる程度で周囲のトナーを引き付けた状態で現像剤中にあることがわかっている。すなわち新しいキャリヤは多くのトナーを纏っており、使用時間の長いキャリヤはわずかなトナーしか纏わない。

そのため現像剤中のキャリヤの状態は使用時間により変化する。例えば使用時間が長くなるにつれトナーを纏ったキャリヤの等価的な粒径は小さくなり、等価的な比重は大きくなる。通常このような変化は使用時間に対し連続的であり、また一方向に進む。このような変化によるキャリヤの振る舞いの変化を利用すれば使用時間によるキャリヤの選別を効果的に行うことができるのである。

本発明では、振動により新しいキャリヤと使用時間の長いキャリヤが偏った分布を取る（重力下では新しいキャリヤが上方に、使用時間の長いキャリヤが下方に分布する）ことを利用し、使用時間の長い現像剤を選択的に廃棄することを提案する。これにより効果的な選択的排出を実現できる。また、廃棄されるトナー量も減り経済的であると共に、廃棄した現像剤の収容部を小さくする事が可能になる。

請求項１では現像装置は現像剤の一部を排出する現像剤排出機構と排出した現像剤の一部を現像機内に取り込む再供給部とを有し、現像剤排出機構から排出された現像剤を所定の条件で加振する排出剤加振機構を有し、排出剤加振機構で加振した現像剤の一部を排出剤収容部へ排出する収容排出機構と残りの部分を再供給部から現像装置内に再供給する再供給機構とを有することで、現像装置から排出された現像剤を加振し、新しいキャリヤと使用時間の長いキャリヤをの偏った分布を形成し、新しいキャリヤを多く含む現像剤を現像装置内へ戻し、使用時間の長いキャリヤを多く含む現像剤を廃剤として排出することで現像剤の選択的排出を可能にする基本構成を提案する。

請求項２では現像剤排出機構から排出剤加振機構への現像剤の受け渡し部位である排出剤受け渡し部が排出剤加振機構から再供給機構への現像剤の受け渡し部位である再供給剤受け渡し部よりも低い位置に有ることで、現像装置からの現像剤の円滑な排出と再供給を行うことのできる構成要件を提案する。

請求項３では排出剤加振機構の加振部位には1000ガウス以下の磁界が印加されていることで重力の影響下で加振するよりも強い選択性を付与する構成要件を提案する。

請求項４では加振装置は現像剤を加振しながら排出剤受け渡し部から再供給剤受け渡し部に向け現像剤を移動せしめる振動搬送装置をであることで排出剤受け渡し部から再供給受け渡し部への移動と選別のための加振を同時に行うことに加え、排出剤受け渡し部が再供給受け渡し部よりも低い位置にある場合も円滑な再供給を行うための構成要件を提案する。

請求項５では再供給機構は加振後の現像剤のうち上方に位置する部分を再供給することで、重力下での加振により生じた上方に新しいキャリヤ、下方に使用時間の長いキャリヤを多く含む様に分布した現像剤からの再供給の構成要件を提案する。

請求項６では画像形成や現像剤の排出に伴い着色トナー及び/又は磁性キャリヤを現像装置に随時補給する補給機構を有し、再供給部は補給機構からの着色トナー及び/又は磁性キャリヤの補給部位を兼ねることで現像装置への現像剤の再供給を通常の現像装置に準ずる単純な構成で実現する構成要件を提案する。

上記の発明により、現像剤中の使用時間の長い現像剤を選択的に廃棄し、より良好な画質を低ランニングコストで維持できる画像形成装置を実現できる。

本発明に基づく画像形成装置の画像形成部の概略を図２に示す。

この実施例では像担持体として感光ドラム２０１を用いる。回転駆動される感光ドラム２０１の感光体表面は図示しない電源により感光ドラム２０１の基体との間に帯電バイアスを印加した帯電ローラー２０２により所定の表面電位に帯電し、画像露光２０３により感光ドラム上２０１上に所望の静電潜像を形成する。次いで二成分現像剤を用いた現像装置２００により静電潜像をトナーで現像し、感光ドラム２０１上にトナー像を形成する。感光ドラム２０１上のトナー像は図示しない電源を用いて感光ドラム２０１の基体との間に転写バイアスを印加した転写ローラー２０４との間に挟持した図示しない被転写材に転写する。転写後の感光体表面はクリーニング装置に至りその表面の残留トナーを清掃される。

現像装置２００にはトナー消費に伴い補給剤補給機構によりトナー及びキャリヤを含む補給剤が補給され、また、画像形成動作に伴い図示しない現像剤排出機構により現像剤が現像装置２００外に排出され、排出された現像剤は選別され、その一部が現像装置２００へ再供給される。本発明の特徴である現像装置からの現像剤の排出、選別及び再供給機構の構成の概要を図１に示す。

現像装置は磁石を有しその表面に現像剤を担持して回転駆動され図示しない感光体ドラムと対向し、感光体ドラム基体との間に現像バイアスを印加されて静電潜像をトナーで現像する現像ローラと、スクリューを有し現像ローラーの背面で現像剤を撹拌、循環させる現像室、撹拌室とから成る。現像室では現像剤を現像スクリューにより所定の方向に搬送しながら現像剤を現像ローラーへ供給する。現像剤は現像室の剤搬送方向下流端で現像室から撹拌室へ受け渡され、撹拌室の撹拌スクリューにより反対方向へ搬送される。

撹拌室上面には図示しない補給剤収容部からのトナーとキャリヤを含む補給剤を投入する補給剤供給口が設けられ、補給剤収容部から補給剤を搬送する補給剤供給路が接続されている。また、撹拌室側面には排出剤受け渡し部が取り付けられている。排出剤受け渡し部内の撹拌室側壁には図示しない現像剤排出口が設けられている。排出剤受け渡し部からは振動搬送路が斜め上方に向け取り付けられ、剤分画部に接続される。剤分画部には再供給口と廃棄口があり、再供給口は補給剤供給路に接続され、廃棄口は廃棄剤収容部へ現像剤を搬送する図示しない廃棄剤搬送路に接続される。

現像剤排出口３０２
排出剤受け渡し部の構成を図３に示す。排出剤受け渡し部は排出剤一時溜め３０３と排出剤受け渡し口３０４から成り、現像剤排出機構である現像剤排出口３０２から排出された現像剤が流入する。現像剤排出口３０２は撹拌室の側壁の平均的な現像剤剤面よりも高い位置に設けられた開口であり、現像装置の駆動により撹拌スクリュー３０１が回転することで剤面の高さが変動したときにだけ現像剤が少しずつ排出され、排出された現像剤は排出剤一時溜め３０３に入る。排出剤一時溜め３０３の下部には排出剤受け渡し口３０４が設けられているが、排出剤受け渡し口３０４は細長い（もしくは小さい）ため現像剤が自由に通過することは無く、排出剤一時溜め内に蓄積される。排出剤受け渡し口３０４の開口は振動搬送路３０５に接続されている。振動搬送路３０５内には振動搬送面３０６があり、図示しない振動搬送面駆動回路と制御装置に接続されている。制御装置は少なくとも現像装置の運転時間を検出、積算しており、排出剤一時溜め３０３内に所定量の現像剤が蓄積されていることが期待されるときに振動搬送面駆動回路を所定の時間動作させ、振動搬送面３０６により排出剤受け渡し口３０４からあふれた現像剤剤を振動搬送する。排出剤受け渡し口３０４の開口近傍から現像剤が移動することで排出剤一時溜め３０３内の現像剤は排出剤受け渡し口３０４から流れ出ることができるようになる。この流出は排出剤受け渡し口により規制されることにより、一定の排出速度を持つことになる。これにより、振動搬送面３０６上の現像剤を一定の流量、一定の層厚に保つことができる。現像剤は振動搬送面３０６により加振されながら搬送されるが、この過程で現像剤中のキャリヤはトナーを吸着する能力の差に従い偏在化する。これは、トナーを吸着する能力が低い（使用時間が長く、劣化の進んだ）キャリヤほどトナーをわずかしか纏わないので等価的に粒形が小さく比重が重い粒子として振舞い、逆に吸着する能力が高い（使用時間が短く、劣化していない）キャリヤほどトナーを多く纏うので等価的に粒径が大きく比重が小さい振舞うため、振動により劣化の進んだキャリヤほど沈み込み、新しいキャリヤほど浮き上がることによる。このような効果を十分発現させるためには振動搬送路上３０６を適切な層厚で十分な時間搬送されることが必要である。排出剤一時溜め３０３、排出剤受け渡し口及び振動搬送面の間欠駆動によって振動搬送面上の現像剤流量を一定に保つことは、現像剤の劣化状況による偏在化を実現する上で極めて重要である。

振動搬送面３０６の構成を図４に示す。振動搬送を行うためには振動面を円もしくは楕円振動させればよい。振動面を円もしくは楕円振動させるためには搬送方向と平行な振動と振動表面と垂直な振動が所定の位相で同期して励起される必要がある。本実施例では圧電材料から成る振動版の表面に２組のくし型電極を互い違いに形成し、背面に一様な基準電極を設けた振動版を用い、２組のくし型電極に位相が９０度ずれた２相の駆動電圧を印加してこれを実現した。

振動搬送路内を搬送されて劣化状況に応じ上下方向に偏在化した現像剤は、剤分画部に至る。剤分画部の分画機構を図５に示す。剤分画部は振動搬送面の末端部に位置し、振動搬送面上の現像剤層を上下に分けるナイフエッジを持つ。ナイフエッジの上方に分け取られた現像剤は補給剤供給路に斜め下方に接続された図示しない再供給口を流れ下り補給剤供給路の搬送機構により補給剤供給口から現像装置内に再投入される。ナイフエッジの下方に分け取られた現像剤は図示しない廃棄剤収容部に接続された排出口から廃棄される。なお、ナイフエッジ部で現像剤の滞留を起こさず、かつ適切な現像剤の分画を行うための幾何的条件は非常に繊細である。ナイフエッジ下流の現像剤の搬送は現像剤層の崩落に依るが、崩落部をナイフエッジに接近させるとナイフエッジ上流側の現像剤層まで不安定になり、現像剤の分画が不安定になる。崩落部をナイフエッジから下流側に離すとナイフエッジでの現像剤の滞留が顕著になる。このような理由により静的な構成で安定した動作を実現することは、動作時の振動、現像剤の流動特性の変化などを考えると極めて難しい。これに対し、本実施例では自発的な崩落を起こす位置をナイフエッジ下流に離し、ナイフエッジより下流まで振動面を延長することで、ナイフエッジ部での良好な搬送性と安定した現像剤層の分画を両立させている。

以上の構成により、本実施例に示す画像形成装置では、耐久進行時の現像装置に由来する画像のがさつきや濃度変動をおよそ５０%改善することができた。また、副次的効果として現像剤の排出速度をコントロールできることから、現像装置内の現像剤量の変動も抑えることができ、現像装置の設計の自由度も向上した。

本発明の実施例における現像装置及び現像剤選別機構の構成。 本発明の実施例である画像形成装置の画像形成部概略。 本発明の実施例における排出剤受け渡し部の構成。 本発明の実施例における振動搬送路の構成。 本発明の実施例における剤分画部の構成。

符号の説明

２００ 現像装置
２０１ 感光ドラム
２０２ 帯電ローラ
２０３ 画像露光
２０４ 転写ローラー
２０５ クリーニング装置
３０１ 撹拌室スクリュー
３０２ 現像剤排出口
３０３ 排出剤一時溜め
３０４ 排出剤受け渡し口
３０５ 振動搬送路
３０６ 振動搬送面

Claims (6)

1. 磁性キャリヤと着色トナーを含む現像剤を用い像担持体上に画像形成を行う現像装置を有し、
   現像装置は現像剤の一部を排出する現像剤排出機構と
   排出した現像剤の一部を現像機内に取り込む再供給部とを有し、
   現像剤排出機構から排出された現像剤を所定の条件で加振する排出剤加振機構を有し、
   排出剤加振機構で加振した現像剤の一部を廃棄剤収容部へ排出する廃棄剤排出機構と
   残りの部分を再供給部から現像装置内に再供給する再供給機構とを有する
   事を特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に該当する画像形成装置であって、
   現像剤排出機構から排出剤加振機構への現像剤の受け渡し部位である排出剤受け渡し部が
   排出剤加振機構から再供給機構への現像剤の受け渡し部位である再供給剤受け渡し部よりも低い位置に有る
   事を特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に該当する画像形成装置であって、
   排出剤加振機構の加振部位には1000ガウス以下の磁界が印加されている
   事を特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１に該当する画像形成装置であって、
   加振装置は現像剤を加振しながら排出剤受け渡し部から再供給剤受け渡し部に向け現像剤を移動せしめる振動搬送装置である
   事を特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１に該当する画像形成装置であって、
   再供給機構は加振後の現像剤のうち上方に位置する部分を再供給する
   事を特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１に該当する画像形成装置であって、
   画像形成や現像剤の排出に伴い着色トナー及び/又は磁性キャリヤを現像装置に随時補給する現像剤補給機構を有し、
   再供給部は補給機構からの着色トナー及び/又は磁性キャリヤの補給部位を兼ねる
   事を特徴とする画像形成装置。

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