JP2008209576A - 補給システム及び現像剤補給装置並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１回の補給駆動あたる現像剤補給量のばらつきを抑え、トナー濃度変動を小さくすることができる補給システム及び現像剤補給装置並びに画像形成装置を提供する。
【解決手段】吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０を用いて要求された量の現像剤を現像装置１４に補給する補給システムであり、吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０の回転速度一定、回転時間一定とした補給単位を設定し、その補給単位数を調整して吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０を駆動して要求された量の現像剤を補給するとともに、その際の補給単位における吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０の駆動回転角度を、３６０°の整数倍とする
【選択図】図４

Description

本発明は、トナー、或いはトナーとキャリアからなる現像剤を補給する補給システム及び現像剤補給装置並びに複写機、ファクシミリ、プリンタ及びこれらの少なくとも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置に関するものである。

特開２００６−１１９６６８号公報

上記形式の画像形成装置において、粉体状のトナー、或いはトナーとキャリアを有する粉体状の二成分系現像剤などを補給する目的で吸引型１軸偏芯スクリューポンプが採用されており、例えば特許文献１等に記載されている。かかる吸引型１軸偏芯スクリューポンプは、一般にモーノポンプと称せられているもので、ロータが回転することにより、該ロータの外周面とステータの貫通孔内周面との間に区画された空隙が移動し、その空隙に封入された粉体が移送されるように構成されている。一般に、ロータは金属又は樹脂などの剛体により構成され、ステータは例えばゴムや軟質樹脂などの弾性材料によって構成されている。

これまでの吸引型１軸偏芯スクリューポンプは、複数回転駆動させたときの補給量、例えば５回転駆動させたときの合計補給量をみると、補給量のばらつきは小さいため、トナーを大量に消費するような画像印刷時には、トナーの補給量による現像剤のトナー濃度変動は大きく見られなかった。すなわち、吸引型１軸偏芯スクリューポンプの駆動時間と補給量がほぼ比例する関係にあった。

ところで、消費された量が小量で、その量に応じて小量ずつ補給する場合、吸引型１軸偏芯スクリューポンプは短時間の間欠的な駆動をすることが好ましい。しかしながら、吸引型１軸偏芯スクリューポンプを短時間の間欠的駆動すると、各回の補給量にばらつきが生じて駆動時間と補給量とが比例しないことがあった。そして、予想よりも多いトナーが補給されると、現像剤の攪拌性能は一定であるので、トナーの分散性が悪くなることがあった。

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、１回の補給駆動あたる現像剤補給量のばらつきを抑え、トナー濃度変動を小さくすることができる補給システム及び現像剤補給装置並びに画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、吸引型１軸偏芯スクリューポンプを用いて要求された量の現像剤を現像装置に補給する補給システムにおいて、前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプの回転速度一定、回転時間一定とした補給単位を設定し、その補給単位数を調整して前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプを駆動して要求された量の現像剤を補給するとともに、その際の前記補給単位における前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプの駆動回転角度を、３６０°の整数倍とすることを特徴とする補給システムを提案する。

なお、本発明の補給システムにおいて、前記補給単位における前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプの駆動回転角度を３６０°とすると、効果的である。
さらに、本発明の補給システムにおいて、前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプがステッピングモータを用いて駆動されると、効果的である。

また、上記課題を解決するために、本発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の補給システムを用いて現像剤収納部に収納された現像剤を現像装置に補給することを特徴とする現像剤補給装置を提案する。

なお、本発明の現像剤補給装置において、現像によって消費された現像剤の量を算出し、前記現像装置に補給する現像剤の量を制御すると、効果的である。
さらに、本発明の現像剤補給装置において、前記補給単位の回数をカウントして累積の補給量を算出し、前記現像剤収納部内の現像剤残量管理を行うと、効果的である。

さらにまた、上記課題を解決するために、本発明は、請求項４ないし６の何れかに記載の現像剤補給装置を用いてトナー、或いはトナーとキャリアからなる現像剤を現像装置に補給することを特徴とする画像形成装置を提案する。

なお、本発明の画像形成装置において、用いられるトナーは、重量平均粒径が３〜８μｍで、重量平均粒径（Ｄ４）と個数平均粒径（Ｄ１）との比（Ｄ４／Ｄ１）が１．００〜１．４０の範囲にあると、効果的である。

本発明によれば、１補給単位あたりに補給する補給量のばらつきがなくなり、現像剤のトナー濃度変動を小さくすることができる。そして、その、１補給単位あたりに補給する補給量を小さくすることで、細かく現像剤に補給することでき、トナーの分散性を向上させ、トナー濃度変動をより小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。
図１は本発明に係る画像形成装置の外概略構成図、図２はその画像形成装置の現像剤補給装置の一例を示す垂直断面説明図である。

図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラーレーザプリンタを示す概略図である。このカラーレーザプリンタは、装置本体１のほぼ中央に作像部３が配置され、その下部に給紙部２を配置した構成となっている。作像部３には、複数のローラ４、５、６に巻き掛けられて時計方向に回転する、可撓性を有する無端ベルトにより構成された像担持体としての中間転写ベルト７が設けられている。この中間転写ベルト７のローラ４とローラ５間の上部側ベルト走行辺には、４個の作像手段としての作像ユニット８Ｙ，８Ｃ，８Ｍ，８ＢＫが対向配置されている。

４個の作像ユニット８は、中間転写ベルト７に接する潜像担持体としての感光体ドラム、帯電、現像、クリーニング等の電子写真プロセスを実行する装置を備えている。また、４個の作像ユニット８Ｙ，８Ｃ，８Ｍ，８ＢＫは同一構造に構成されているが、現像するトナーの色がイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色に分けられている。そして、作像ユニット８の上方には、光変調されたレーザ光を各感光体ドラム表面に照射する光書き込み手段としての光書き込みユニット９が配置されている。

このように構成された画像形成装置は、画像形成動作が開始されると、上記各作像ユニット８の感光体ドラム１０に電子写真プロセスに基づいてトナー像が形成され、トナー像は中間転写ベルト７に図示していない転写手段によって順次重ね転写され、かくして中間転写ベルト７の表面にフルカラーのトナー像が担持される。一方、給紙部２から紙または樹脂シート等からなる転写材が給送され、これがレジストローラ２５を介してローラ６と対向する２次転写装置１１との間へトナー像に同期して給送される。そして、このとき２次転写装置１１には中間転写ベルト表面のトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト表面のフルカラートナー像が転写材上に一括して転写される。トナー像を転写された転写材は、定着装置１２を通るとき、その熱及び圧によってトナー像が転写材に熔融して定着される。かくして画像が定着された転写材は、画像形成装置本体１の外部の排紙部１３に排出される。なお、作像ユニット８のいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２色又は３色の画像を形成したりすることもできる。

図２は、現像装置１４に現像剤、本実施形態ではトナーを補給するトナー補給装置の概要を示す断面説明図である。
図２において、符号２０は現像剤収納部としてのトナー収納容器であり、トナー収納容器２０は図２及び図３に示すように、袋容器２１と、唯一のトナー排出部を備えた口金部材２２とで構成されている。このトナー収納容器２０の具体的な構成の説明は本発明の要旨でないので省略する。

画像形成装置本体１にセットされたトナー収納容器２０は、トナー補給経路としてのトナー移送用チューブ３５を介して現像装置１４と連通され、そのトナー補給経路には口金部材２２に連結される連結部材としてのノズル２３、容器内のトナーを吸引力により現像装置１４へ移送させる吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０が設けられており、吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０とノズル２３が上記トナー移送用チューブ３５によって繋がっている。なお、符号２４はノズル２３がトナー収納容器２０から抜けたときに排出口を塞ぐシャッターである。

現像装置１４は、そのケーシング内部に搬送オーガと呼ばれる螺旋状のフィンをもったスクリュー１５，１６が矢印Ａ、Ｂ方向に回転しておりこの部分にはトナーとキャリアを混合した現像剤が入っている。搬送オーガは、例えばスクリュー１５が現像剤を図中手前から奥側へ搬送し、スクリュー１６が現像剤を奥側から手前に搬送するように形成されていて、奥側と手前側には中央の仕切り１７の無い部分が設けられていることにより、現像剤が循環しながら攪拌される構成となっている。この循環する現像剤の一部が、現像ローラ１９によって磁力で吸い上げられて吸着され、ドクターブレード１８で均一が厚さに規制されてから、感光体に接することで感光体上の静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する。ここで、感光体に付着するのはトナーのみであり、現像装置内の循環する現像剤中のトナーの量を一定に保つ為に、トナー補給口３８よりトナーが補給される。

上記吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０は、一般にモーノポンプと称される粉体ポンプであって、ロータ３１とステータ３２の２つの主要部品を備えている。ロータ３１は、金属等の剛性を持つ材料を偏芯したスクリュー形状に形成されたものであって、ステッピングモータ３７によって駆動される駆動軸３６に連結されている。ステータ３２はゴム材料から作られて内側に２条のスクリュー形状の穴が形成され、ロータ３１を包み含むようにして、該ロータ３１と接触係合し、樹脂材料等から作られたハウジング３３に保持されている。かかる吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０はロータ３１の回転によって強い自吸力（吸引圧）が生じ、トナー収納容器２０からノズル２３を通してトナーを吸引可能となる。トナー移送用チューブ３５は、例えば、内径が４乃至７ｍｍ程度の可撓性チューブより成り、耐トナー性に優れたポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコーンなどのゴム材料や、ポリエチレン或いはナイロンなどのプラスチック材料などから構成されている。

かかる構成のトナー補給装置において、消費されるトナー量が少ないとき吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０は少しずつ間欠的に駆動されるが、このとき、同じ駆動時間でも補給されるトナー量が変動するという問題があることは先に説明した。

このような問題が発生する原因について図３を用いて説明する。図３は、ロータの回転角度においてロータ３１とステータ３２の関係を示し、（ａ）がロータ長手方向の図で、（ｂ）がロータの軸線に対する垂直断面図である。

図３において、ロータ３１とステータ３２間の空間の断面積はロータ３１の長手方向において一様でなく、空間の形状が変化しているのが判る。そのため、例えばロータ３１を１／３ずつ移動させた場合、１回ごとの移動させる空間体積が異なることが判る。したがって、ロータ３１の回転角度を意識しないで制御を行うと、トナー補給量がばらつき、トナー補給量が変動することが判った。

図４は、ステッピングモータを用いてロータ３１を２１６°、２８８°、４３２°、５０４°回転させたときのトナー補給量を示すグラフで、縦軸にトナー補給量、横軸に補給回数をとっている。

図４から明らかなように、ロータ３１の回転角度を２１６°、２８８°、４３２°、５０４°としたときには補給量が変動していることが明らかである。
そこで、本発明の補給システムでは吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０のロータ３１の回転速度一定、回転時間一定とした補給単位を設定し、その補給単位におけるロータ３１の回転角度を３６０°の整数倍に設定している。すなわち、ロータ３１の回転角度を３６０°×ｎ（ｎは整数）に設定している。

このようにロータ３１の回転角度を３６０°としたときのトナー補給量は図４の三角印で示したように変動の小さい正確な補給が得られる。
次に、具体的な吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０の駆動制御の一例について説明する。

本実施例における吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０の駆動は、ステッピングモータ３７を用いて１補給単位につき駆動回転数３００（ｒｐｍ）で２００（ｍｓｅｃ）回転するような制御仕様となっている。吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０は、ある駆動時間に達するまでは、ポンプ内に発生する吸引圧力が安定しない。また、ある駆動回転数以上でない場合もポンプ内に発生する吸引圧力が安定しない。そのため、本実施例における吸引型１軸偏芯スクリューポンプ３０は、１補給単位につき駆動回転数３００（ｒｐｍ）で駆動時間２００（ｍｓｅｃ）としている。すなわち、１補給単位のロータ３１の回転角度を３６０°としている。また、その補給単位あたりの補給量を使用するトナーと装置で実験を行って確認し、その値を本体の制御部に入力する。

そして、トナー補給は補給量に応じた補給単位数が算出されて実行される。よって、１補給単位の補給量は小量ほど精度の高い補給が可能になるので、上記ｎは１にするのが好ましい。また、補給単位の累積補給回数から補給された大凡のトナー量が判明するので、トナー収納容器２０に残留しているトナー量を算出することができ、トナー収納容器２０のトナー残量管理に適用することができる。

このように構成された補給システムによるトナー補給装置は、１補給単位あたりの補給量を小さくし、細かく現像剤に補給することで、トナーの分散性を向上させ、トナー濃度変動をより小さくすることができる。さらに、吸引型１軸偏芯スクリューポンプの駆動を通常のモータやクラッチによる駆動を行うと、モータやクラッチの部品ごと、またはモータやクラッチの駆動ごとに、立ち上がり立ち下がり時間にばらつきが生じる。このとき、回転角度は正確に制御できず、補給量にばらつきが生じてしまうが、本実施形態ではステッピングモータ３７を用いているので、回転角度を正確に制御できるため、目標の回転角度だけ駆動させ補給量のばらつきをなくし、トナー濃度を安定化させることが可能となる。

ところで、トナー補給の制御は透磁率センサーなど現像剤のトナー濃度そのものを測って補給させる補給制御方式と、形成する画像面積、画素数などからトナー消費量を算出し、補給をさせる補給制御方式とがある。前者の補給制御方式であると、トナーを消費して、トナー濃度が下がってからトナー補給してトナー濃度を上げようとする制御になってしまうため、どうしてもタイムラグが生じてしまう。よって、補給量にばらつきなく補給できる本トナー補給装置では後者の補給制御方式を採用することで、トナー消費後から補給までの時間を大幅に短縮することができ、現像剤のトナー濃度変動を小さくすることができる。

次に、本発明の画像形成装置に好適に使用されるトナーについて説明する。
６００ｄｐｉ以上の微少ドットを再現するために、トナーの重量平均粒径は３〜８μｍが好ましい。この範囲では、微小な潜像ドットに対して、十分に小さい粒径のトナー粒子を有していることから、ドット再現性に優れる。

重量平均粒径（Ｄ４）が３μｍ未満では、転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生しやすい。
重量平均粒径（Ｄ４）が８μｍを超えると、文字やラインの飛び散りを抑えることが難しい。

また、重量平均粒径（Ｄ４）と個数平均粒径（Ｄ１）との比（Ｄ４／Ｄ１）は１．００〜１．４０の範囲にあることが好ましい。
（Ｄ４／Ｄ１）が１．００に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。

次に、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）があげられる。以下に測定方法について述べる。

まず、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。ここで、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの重量、個数を測定して、重量分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径（Ｄ４）、個数平均粒径（Ｄ１）を求めることができる。

チャンネルとしては、２．００〜２．５２μｍ未満；２．５２〜３．１７μｍ未満；３．１７〜４．００μｍ未満；４．００〜５．０４μｍ未満；５．０４〜６．３５μｍ未満；６．３５〜８．００μｍ未満；８．００〜１０．０８μｍ未満；１０．０８〜１２．７０μｍ未満；１２．７０〜１６．００μｍ未満；１６．００〜２０．２０μｍ未満；２０．２０〜２５．４０μｍ未満；２５．４０〜３２．００μｍ未満；３２．００〜４０．３０μｍ未満の１３チャンネルを使用し、粒径２．００μｍ以上乃至４０．３０μｍ未満の粒子を対象とする。

以上は粉体の中でも特に複写機などの画像形成装置に用いられる新規トナーを搬送、供給する場合について述べてきたが、近年の環境問題、資源のリサイクル化という種々の要請を満たす為に、回収した残留トナーを再度現像装置に戻して現像剤としてリサイクルするためのトナーリサイクル機構が種々提案されている。本発明の補給システム及び現像剤補給装置並びに画像形成装置がこれらリサイクルトナーを対象としていることは言うまでもない。

また、本発明の現像剤は新規トナーやリサイクルトナーだけでなく、トナーとキャリアが既に混合されている現像剤であってもよい。このとき、高いトナー濃度となっている現像剤を加えるようにすると、トナーの分散性が上昇し、トナー濃度変動を少なくできる。さらに、現像剤を少しずつ補給し、吐き出すトリクル現像においても本発明が有効で、トナー濃度変動を小さくすることが可能である。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略図である。 その画像形成装置のトナー補給装置を示す概略垂直断面図である。 ロータの回転角度におけるロータとステータの関係を示し、（ａ）がロータ長手方向の図で、（ｂ）がロータの軸線に対する垂直断面図である。 ロータを２１６°、２８８°、３６０°、４３２°、５０４°回転させたときの縦軸にトナー補給量、横軸に補給回数をとったグラフである。

符号の説明

１４ 現像装置
３０ 吸引型１軸偏芯スクリューポンプ
３１ ロータ
３２ ステータ
３７ ステッピングモータ

Claims (8)

1. 吸引型１軸偏芯スクリューポンプを用いて要求された量の現像剤を現像装置に補給する補給システムにおいて、
   前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプの回転速度一定、回転時間一定とした補給単位を設定し、
   その補給単位数を調整して前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプを駆動して要求された量の現像剤を補給するとともに、
   その際の前記補給単位における前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプの駆動回転角度を、３６０°の整数倍とすることを特徴とする補給システム。
2. 請求項１に記載の補給システムにおいて、前記補給単位における前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプの駆動回転角度を３６０°とすることを特徴とする補給システム。
3. 請求項１または２に記載の補給システムにおいて、前記吸引型１軸偏芯スクリューポンプがステッピングモータを用いて駆動されることを特徴とする補給システム。
4. 請求項１ないし３の何れかに記載の補給システムを用いて現像剤収納部に収納された現像剤を現像装置に補給することを特徴とする現像剤補給装置。
5. 請求項４に記載の現像剤補給装置において、現像によって消費された現像剤の量を算出し、前記現像装置に補給する現像剤の量を制御することを特徴する現像剤補給装置。
6. 請求項４に記載の現像剤補給装置において、前記補給単位の回数をカウントして累積の補給量を算出し、前記現像剤収納部内の現像剤残量管理を行うことを特徴する現像剤補給装置。
7. 請求項４ないし６の何れかに記載の現像剤補給装置を用いてトナー、或いはトナーとキャリアからなる現像剤を現像装置に補給することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７に記載の画像形成装置において、用いられるトナーは、重量平均粒径が３〜８μｍで、重量平均粒径（Ｄ４）と個数平均粒径（Ｄ１）との比（Ｄ４／Ｄ１）が１．００〜１．４０の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。

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