JP2007256447A - 現像剤劣化の検知方法及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像方式における現像剤の劣化を、装置の大型化を招くことなく簡単な構造で精度よく検知する。またキャリア引きが発生することなく長期間にわたって良好な画像が得られるようにする。
【解決手段】磁気ブラシが現像スリーブ４１ａの表面から立ち上がっている状態の所で、現像剤スリーブ４１ａに向かって発光部８ａから光を照射し、反射した光を受光部８ｂで受光する。そして光反射割合を測定して現像剤の劣化を検知する。現像剤の劣化が検知されたとき、非画像形成時に現像剤スリーブ４１ａから感光体ドラム１にトナーｔを移動させて、劣化したトナーｔを現像装置４から排出する。
【選択図】図７

Description

本発明は現像剤の劣化を検知する方法に関し、より詳細には接触二成分現像方式における現像剤の劣化を検知する方法に関するものである。

ファクシミリやプリンタ、複写機などの画像形成装置における現像方式には大きく分けて、磁性キャリアとトナーを用いた二成分現像方式と、磁性トナーや非磁性トナーを用いた一成分系現像方式とがある。各種環境下におけるトナー帯電特性の安定性や、ハーフトーンの再現性などの観点から二成分現像方式がこれまでから広く用いられている。

二成分系現像剤を長期間にわたって使用した場合、特にトナーの消費量が少ない状態で撹拌動作を断続的に長く行った場合には、トナー画像上に白点が生じる、いわゆる”キャリア引き”が発生することがある。これは磁性キャリアが感光体（像担持体）へ移動することによって起こる。

このような不具合を防止するため従来は、例えば現像剤交換のための印刷可能枚数を予め設定しておき、印刷枚数がこの印刷可能枚数を超えたときに現像剤が寿命に達したものとして現像剤の交換を促していた。また特許文献１では、感光体から現像スリーブに流れる流れ込み電流を測定し、流れ込み電流が所定値以下となったときに現像剤の寿命と判断して、現像剤の交換を促す技術が提案されている。
実開昭６３−１４２５８号公報

しかしながら、印刷可能枚数を予め設定しておく方法では、実際の現像剤の劣化状態と印刷可能枚数とが必ずしも一致せず、まだ使用可能な現像剤であるにも拘わらず寿命と判断され交換・廃棄されることがあった。また感光体から現像スリーブへの流れ込み電流によって現像剤の寿命を判断する方法では、現像剤の寿命を精度よく判断できると考えられるが装置が大型化する問題がある。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置が大型化することなく簡単な構造で現像剤の寿命を精度よく検知できる方法を提供することにある。

また本発明の目的は、キャリア引きが発生することなく長期間にわたって良好な画像が得られる画像形成装置を提供することにある。

さらに本発明の目的は、時期を誤ることなく現像剤の交換を行うことができる画像形成装置を提供することにある。

本発明によれば、磁極部材を内蔵する現像剤担持体上に、磁性キャリアとトナーとからなる二成分系現像剤の磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシの先端を像担持体の表面に接触させ、像担持体にトナーを移動させて、像担持体表面に形成された静電潜像を可視像化する現像方式において、磁気ブラシが現像剤担持体の表面から立ち上がっている状態の所で、現像剤担持体に向かって光を照射して現像剤の劣化を検知することを特徴とする現像剤劣化の検知方法が提供される。

また本発明によれば、前記記載の現像剤劣化の検知方法によって現像剤の劣化が検知されたとき、非画像形成時に現像剤担持体から像担持体にトナーを移動させて、劣化したトナーを現像装置から排出することを特徴とする画像形成装置が提供される。なお、本明細書において非画像形成時とは、被転写部材に転写するための画像を形成していない時を意味し、例えば電源を入れてから現像可能状態になるまでのいわゆるウォーミングアップ状態の時や、定着温度を画像形成状態よりも低くしている待機状態の時などである。

さらに本発明によれば、前記記載の現像剤劣化の検知方法によって現像剤の劣化が検知されたとき、現像剤の劣化を報知する報知手段を備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明に係る現像剤劣化の検知方法では、磁気ブラシが現像剤担持体の表面から立ち上がっている状態の所で、現像剤担持体に向かって光を照射し反射した光の割合を測定する。そして反射光の割合によって現像剤の劣化を検知するようにしたので、装置を大型化させることなく簡単な構造で現像剤の寿命を精度よく検知できるようになる。

また本発明に係る画像形成装置では、前記記載の現像剤劣化の検知方法によって現像剤の劣化が検知されたとき、非画像形成時に現像剤担持体から像担持体にトナーを移動させて、劣化したトナーを現像装置から排出するので、キャリア引きが発生することなく長期間にわたって良好な画像が得られる。

さらに本発明に係る画像形成装置では、前記記載の現像剤劣化の検知方法によって現像剤の劣化が検知されたとき、現像剤の劣化を報知する報知手段を設けたので、時期を誤ることなく現像剤の交換を行うことができ、長期間にわたって良好な画像が得られる。

以下、本発明について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概説図を示す。図１の画像形成装置は、帯電手段２により感光体（像担持体）１の表面を正極性に一様に帯電させる。つぎに露光手段３で感光体１の表面に静電潜像を形成する。そして、後述する現像装置４を用いて、前記静電潜像にトナーを付着させ可視像化する。転写手段５において、かかる感光体１上のトナー像を被転写部材７へ転写する。被転写部材７上のトナー像は、その後図示しない定着手段において熱及び圧力が加えられて被転写部材７上に溶融定着する。一方、感光体１上に残存する、転写しなかったトナーは、クリーニング手段６において、クリーニングブラシ６１で予め清掃され、つぎにクリーニングブレード６２によって完全に清掃される。

図１の画像形成装置で使用されている現像装置４の拡大断面図を示す。この現像装置４は、マグネットローラ４１ｂを現像スリーブ４１ａに固定内蔵させた現像剤担持体４１と、スパイラル状の第一撹拌搬送部材４２と、同じくスパイラル状の第二撹拌搬送部材４３とを備える。現像スリーブ４１ａに内蔵されたマグネットローラ４１ｂの感光体ドラム（像担持体）１の対向位置に磁極Ｎ₂、そしてこの磁極Ｎ₂から現像スリーブ回転方向に磁極Ｓ₂、磁極Ｎ₃、磁極Ｎ₁、磁極Ｓ₁がそれぞれ着磁されている。

そして現像剤担持体４１から離間した、マグネットローラ４１ｂの磁極Ｎ₁と磁極Ｓ₁の間の対向位置に、現像剤Ｄの搬送量を規制するブレード４５が配設されている。また、第二撹拌搬送部材４３の右側側壁にはトナー量を検知するためのトナーセンサ４４が配設されている。このトナーセンサ４４により現像装置４内のトナー量の不足が検知されると、トナーホッパー（不図示）から現像装置４にトナー（不図示）が供給される。供給されたトナーは、まず第二撹拌搬送部材４３により図の手前から奥方向に撹拌されながら搬送され、奥側端部で第二撹拌搬送部材４３から第一撹拌搬送部材４２に送られる。この間に磁性キャリアと均一に混合される。そして、磁性キャリアとトナーとからなる現像剤Ｄは、第一撹拌搬送部材４２によって図の奥から手前方向に撹拌されながら搬送され、その間に現像スリーブ４１ａに適宜供給される。

すなわち、第一撹拌搬送部材４２及び第二撹拌搬送部材４３で撹拌された現像剤は、マグネットローラ４１ｂに着磁された磁極Ｎ₁の磁力により現像スリーブ４１ａ上に汲み上げられる。そして現像スリーブ４１ａの回転によってブレード４５と現像スリーブ４１ａとの間隙部分に搬送される。この間隙を現像剤Ｄが通過する際に、現像部に送られる現像剤量が規制される。そして、感光体ドラム１の対向領域である現像部に搬送されてきた現像剤Ｄによって、感光体ドラム１上の静電潜像が現像される。

感光体ドラム１上の静電潜像を現像する方法は、感光体ドラム１の非露光部と逆極性の電荷を持ったトナーで静電潜像の現像を行う正現像法、および非露光部と同極性の電荷を持ったトナーで静電潜像の現像を行う反転現像法のいずれでもよいが、高品質の画像を得る観点からは反転現像法が好ましい。この場合、感光体ドラム１はトナーと同極性に帯電され、潜像部分の電荷が露光により除去される。そして現像部において現像スリーブ４１ａと感光体ドラム１との間に、現像バイアスとして直流に交流を重畳した交互電圧が印加されて、現像剤Ｄ中のトナーが感光体ドラム１上の電荷の除去された静電潜像に付着して、静電潜像がトナー像として可視像化される。一方、現像部を通過した現像剤Ｄは、磁極Ｎ₃と磁極Ｎ₁の間の斥力によって現像スリーブ４１ａから剥がれ落ち、前述のように磁極Ｎ₁によって新しい現像剤Ｄが撹拌部から現像スリーブ４１ａに汲み上げられる。

図３に示すように、現像スリーブ４１ａに汲み上げられた現像剤Ｄは、マグネットローラ４１ｂの磁力によって、現像スリーブ４１ａ表面に、トナーｔが表面に付着した磁性キャリアＣが複数個連なった状態の磁気ブラシを形成する。

本発明で使用する磁性キャリアＣとしては樹脂被覆キャリアや非被覆キャリア、樹脂キャリアなど従来公知の物を使用できる。樹脂被覆キャリアの場合、キャリアコアの材質はＭｎ−Ｍｇ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｌｉ、Ｍｇなどのフェライト系が挙げられる。被覆樹脂の材質はフッ素系、シリコーン系、アクリル系など各種熱硬化性樹脂が挙げられる。磁性キャリアの粒径としては特に限定はないが、２０〜１００μｍの範囲が好適である。より好ましくは３０〜６０μｍの範囲である。

本発明で使用するトナーｔとしてはポリエステル系トナーやスチレン−アクリル系トナーなど従来公知のものを使用できる。トナー粒子に含有させる添加剤としては、４級アンモニウム塩や金属錯体、ニグロシン染料などの電荷制御剤；パラフィン系やカルナバ系、オレフィン系などのワックス；カーボンブラックや各種カラー顔料・染料などの着色剤が挙げられる。またトナー粒子表面に添加する表面処理剤としては、シリカ、酸化チタン、アルミナなどの電荷制御剤が挙げられる。また電荷制御剤の添加量は０．５〜１０重量部、ワックスの添加量は１〜１０重量部、着色剤の添加量は１〜１０重量部の範囲が好ましい。トナーの粒径としては体積平均粒径で４〜１２μｍの範囲が好ましく、より好ましくは５．５〜９．５μｍの範囲である。

このような現像装置において、二成分系現像剤を長期間にわたって使用した場合、特にトナーｔの消費量が少ない状態で撹拌操作が長く行われた場合には、図４に示すように、トナー粒子ｐ表面のシリカなどの表面処理剤ｓがトナー粒子ｐ内に埋没し、現像剤Ｄの流動性が低下する。現像剤Ｄの流動性が低下すると、現像装置４内において撹拌部から現像スリーブ４１ａへの現像剤Ｄの供給が少なくなり、現像スリーブ４１ａ表面に存在する現像剤量が少なくなる。これにより、図５に示すように、現像領域における磁気ブラシの本数が通常の場合（同図（ａ））に比べて少なくなる（同図（ｂ））。

現像領域における磁気ブラシの本数が少なくなると、磁気ブラシ１本当たりに流れる電流値が多くなり、磁性キャリアＣが感光体ドラム１へ移動し、トナー画像上に白点が生じるキャリア引きが発生する。

本発明者はこのような不具合を防止すべく鋭意検討した結果、磁気ブラシの本数が、現像スリーブに照射した光の反射割合に反比例することを見出した。図６に、現像スリーブ表面に対して立ち上がっている状態における磁気ブラシの単位面積当たりの本数と、現像スリーブに照射された光の反射率との相関関係を示すグラフを示す。

このグラフから理解されるように、磁気ブラシの本数が多いほど光反射率は低く、反対に磁気ブラシの本数が少ないほど光反射率は高くなる。これは、磁気ブラシの本数が多いと、照射された光が現像スリーブの表面まで達することができず光反射率が低下するのに対し、磁気ブラシの本数が少ないと、照射された光が現像スリーブの表面まで到達し、そこで反射される光が多くなるからである。磁気ブラシの本数と光反射率とのこのような相関関係を利用すれば、磁気ブラシの本数の増減を、現像スリーブ表面の光反射率を測定することによって間接的に検知することができる。なお、この相関関係は現像スリーブの径や材質、磁性キャリアの粒径、磁極の磁力等によって種々に変わるので、各現像装置ごとに前記相関関係を予め測定しておく必要がある。

そこで図７に示すように、現像スリーブ４１ａ上に磁気ブラシが立ち上がった状態となる所、すなわち現像スリーブ４１ａに内蔵されたマグネットローラ４１ｂに着磁された磁極からの磁力線が、現像剤スリーブ４１ａ表面を垂直に横切る所に、光を照射するように発光部８ａを設けると共に、現像スリーブ４１ａで反射した光を受光できる位置に受光部８ｂを設ける。これによって、現像スリーブ４１ａ表面に対して磁気ブラシが立ち上がっている状態での、光照射による反射光の割合を測定することができるようになる。もちろん可能であれば、現像磁極Ｎ₂の半径方向外方位置において光を照射し、その反射光の割合を測定するのが最も好ましいが、現像部における現像スリーブ４１ａの対向位置には感光体ドラム１があるので、光を照射・受光する部材を取り付けることが難しいことが多い。したがって、磁気ブラシが立ち上がった状態となる、他の磁極（図７では磁極Ｓ₁）の半径方向外方位置において光を照射・受光する部材８を取り付けるのが現実的である。なお、この図の実施形態では発光部８ａと受光部８ｂとが一体化となったフォトインタラプタ８を用いている。

以上説明した現像剤の劣化を検知する方法において、反射率が高くなった場合は現像剤（トナー）が劣化したと判断し、劣化したトナーを現像装置から取り除く。劣化したトナーを現像装置から取り除く方法としては、例えば、非画像形成時に現像スリーブ上のトナーを感光体ドラムへ移動させてクリーニング装置で回収させる一方、消費された分のトナーをホッパから新たに供給させる方法がある。具体的には、反転現像方法の場合には、帯電装置において感光体ドラムを均一に帯電させた後、露光装置によって感光体ドラムを露光して感光体ドラムの帯電を低下させる。そして現像装置において現像バイアスを印加して、感光体ドラムの、帯電の低下した領域に現像スリーブ上のトナーを移動させる。これによって劣化したトナーの多くが感光体ドラムへ移動する。また、正規現像方法の場合には、帯電装置において感光体ドラムを均一に帯電させた後、露光を行わずに現像装置で現像を行って現像スリーブ上のトナーを感光体ドラムへ移動させる。

感光体ドラムへの劣化トナーの移動量は、現像スリーブに印加する現像バイアスと感光体ドラムの表面電位とによって調整することができる。感光体ドラムの表面電位を一定とする場合には、現像バイアスを大きくするほど劣化トナーを感光体ドラムへ多く移動させることができる。移動量のおおよその目安としては、反射率が５０％以上の場合には、トナーの劣化が激しいと判断し、Ａ４サイズの現像領域で４ｍｇ程度のトナーを消費させる。反射率が３０〜５０％の場合にはＡ４サイズの現像領域で２ｍｇ程度のトナーを消費させる。反射率が３０％未満の場合には、トナー劣化の程度は低いと判断し、非画像形成時における感光体ドラムへのトナーの移動は行わない。

劣化したトナーを現像装置から取り除く方法としては、現像装置に入っている現像剤を入れ替えるという方法も採り得る。現像装置内の磁性キャリアとトナーとからなる現像剤をすべて廃棄して、新しい現像剤を入れるのである。あるいは、現像装置内から現像剤を取り出し、集塵機と篩いなどを用いて、現像剤からトナーのみを選択的に除去した後、これまでの磁性キャリアに新しいトナーを混合撹拌して新しい現像剤とし現像装置に入れる。いずれの方法にしても、現像剤を入れ替える作業はサービスマン又は利用者が行わなければならないので、現像剤を入れ替える時期をサービスマンや利用者に伝えるため、現像剤の劣化が検知されたときに、現像剤を劣化を表示する表示画面（報知手段）や音声、点灯・点滅を行う報知手段を画像形成装置に設けておくことが望ましい。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概説図である。 図１の画像形成装置で使用する現像装置の概説図である。 現像スリーブ表面に形成される磁気ブラシの模式図である。 表面処理剤がトナー粒子に埋没する様子を示す図である。 現像スリーブ表面の磁気ブラシの状態を示す図である。 磁気ブラシの本数と反射率との関係を示すグラフである。 本発明に係る検知方法及び画像形成装置の一実施形態を示す概説図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム（像担持体）
４ 現像装置
８ フォトインタラプタ
８ａ 発光部
８ｂ 受光部
Ｃ 磁性キャリア
Ｄ 現像剤
ｓ 表面処理剤
ｔ トナー
４２ 現像剤担持体
４２ａ 現像スリーブ
４２ｂ マグネットローラ（磁極部材）

Claims (3)

1. 磁極部材を内蔵する現像剤担持体上に、磁性キャリアとトナーとからなる二成分系現像剤の磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシの先端を像担持体の表面に接触させ、像担持体にトナーを移動させて、像担持体表面に形成された静電潜像を可視像化する現像方式において、
   磁気ブラシが現像剤担持体の表面から立ち上がっている状態の所で、現像剤担持体に向かって光を照射し、反射した光の割合を測定して現像剤の劣化を検知することを特徴とする現像剤劣化の検知方法。
2. 請求項１記載の現像剤劣化の検知方法によって現像剤の劣化が検知されたとき、非画像形成時に現像剤担持体から像担持体にトナーを移動させて、劣化したトナーを現像装置から排出することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の現像剤劣化の検知方法によって現像剤の劣化が検知されたとき、現像剤の劣化を報知する報知手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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