JP2008209588A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ケースと現像スリーブに印加するバイアスを個別に制御することで、現像ケースへのトナー固着を抑制し、長期にわたって現像装置が不具合なく使用可能とする画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像スリーブ５１，５２に対向する現像ケース５９が導体であり、現像スリーブ５１，５２と現像ケース５９に対し、個別にバイアス印加可能である現像装置１４を適用し、所定のタイミングで現像長手端部位置にて像担持体１２上に作成される基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する機構を具備する画像形成装置１０において、該検知結果に基づいて、現像ケース５９に印加するバイアスを決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスで画像を形成するの画像形成装置に関するものである。

近年、複写機の高速化、省エネルギー化に伴い、低融点のトナーを使用する所謂トナーの低融点化が進んでいる。しかし、トナーをある程度以上低融点化すると、トナー凝集による現像不良、現像スリーブ上でのトナー固着など、様々な問題が発生する。特に複写機のデジタル化が進み電子文書等の出力では、現像スリーブ軸方向において、同一個所（特に余白部分）に非画像部が連続する場合が増え、その非画像部に対向する現像スリーブはトナー固着が発生しやすい。
２成分現像法における現像スリーブのトナー固着は比較的最近の課題であり、特許文献１では、低融点トナーを用いた二成分現像の画像形成装置において、地肌ポテンシャル（像担持体帯電電位と現像バイアスの差）が絶対値で４００Ｖ以上に設定し、所定のタイミングで現像スリーブ軸方向の端部でベタ画像を像担持体に現像することで現像スリーブへのトナー固着を未然に防いでいる。しかしながら、現像スリーブに対向する現像ケースへのトナー固着を防ぐことはできない。
特許文献２に、現像スリーブにトナー回収部材を対向させ、その回収部材にバイアスを印加することで静電的に現像スリーブ上のトナーを取り除く構成の画像形成装置が提案されているが、この構成では、部品点数の増加を伴い、機構が複雑になるため現像装置のコスト高を招く。
特許文献３では、現像スリーブへのトナー固着に起因するトナー濃度制御の不具合を抑制する画像形成装置が提案されている。現像スリーブのトナー固着領域では、固着トナーが電荷を帯びているために実効的な現像ポテンシャルが増大する。したがって、通常どおりの制御を行った場合、像担持体上の付着量測定用パッチのトナー付着量が固着していないスリーブ領域と比較して多くなり、狙いの付着量にするためにトナー濃度を低めに制御してしまい、結果として画像濃度の低下を招いてしまう。この画像形成装置では、現像バイアス電位と潜像領域電位を同一に制御し、その状態でパッチの付着量を測定することでトナー固着による実効的な現像バイアスの上昇の有無を検知し、トナー濃度制御に反映している。この構成では、局所的（特に現像長手方向の端部）に発生するトナー固着による実効現像バイアスの増加に対応することが困難である。

特開２００１-３１２１２６号広報 特開２００２-２７８２７５号広報 特開２００２-２７８１８３号広報

とくに高速複写機については、現像スリーブの回転数も高いことから現像スリーブ上の温度も上昇しやすいので、低融点のトナーは現像スリーブに固着しやすい。さらに、非画像部については、トナーが現像スリーブに押し付けられるように静電気力が働くために、現像スリーブへのトナー固着を加速させる。
像担持体の露光部分にトナーを付着させるネガ／ポジ・プロセス（以下、Ｎ／Ｐプロセスと言う）の場合、トナーは現像バイアスと同極性に帯電しているため、トナー固着が発生している領域は、像担持体上での実効的な現像ポテンシャルが大きい状態と同様の現象を生ずる。よって、トナーが固着していない領域で十分な現像能力を確保しようとすると、トナーが固着している領域では現像能力過多となり、地肌汚れ等の異常画像を発生させてしまう。
また、現像装置の現像ケースに導体を適用することで冷却効率の向上も図られている。現像ケースに導体を適用する場合、現像バイアスのリークを防ぐために現像ケースと現像スリーブ表面とを導通させ、現像ケースが現像バイアスと同電位に保つ等の工夫がなされている。

しかしながらこの構成では、現像スリーブ上にトナー固着が発生している領域で現像ケースに対して局所的に電位差が発生し、現像スリーブ表面から現像ケースにトナーが現像され、現像ケースの現像スリーブに対向している箇所にトナー固着が発生してしまう。この場合、メンテナンス等のタイミングで現像スリーブ上の固着トナーが除去された場合、現像ケースにトナー固着が発生している箇所では、現像ケース上の実効的な電位がスリーブ表面上の電位よりも高いため、結果として現像ケースと現像スリーブの間では、現像スリーブにトナーが引き寄せられる。その結果、像担持体上では非画像部でない箇所であっても、現像スリーブ表面にトナー固着を発生させてしまう。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、現像ケースと現像スリーブに印加するバイアスを個別に制御することで、現像ケースへのトナー固着を抑制し、長期にわたって現像装置が不具合なく使用可能とする画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置では、現像スリーブに対向する現像ケースが導体であり、現像スリーブと現像ケースに対し、個別にバイアス印加可能である現像装置を適用し、所定のタイミングで現像長手端部位置にて像担持体上に作成される基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する機構を具備する画像形成装置において、該検知結果に基づいて、現像ケースに印加するバイアスを決定する。
本発明の画像形成装置では、現像スリーブに対向する現像ケースが導体であり、現像スリーブと現像ケースに対し、個別にバイアス印加可能である現像装置を適用し、所定のタイミングで像担持体上に作成される基準濃度トナー像のトナー付着量を、現像長手の中心位置と端部位置で検知する機構を具備する画像形成装置において、該検知結果に基づいて、現像ケースに印加するバイアスを決定する。
本発明の画像形成装置では、現像スリーブに対向する現像ケースが導体であり、現像スリーブと現像ケースに対し、個別にバイアス印加可能である現像装置を適用し、所定のタイミングで像担持体上に作成される基準濃度トナー像のトナー付着量を、現像長手の中心位置と端部位置で検知する機構と現像剤交換後の印刷枚数を計数する機構を具備する画像形成装置において、該検知結果に基づいて、現像ケースに印加するバイアスを決定する。

また、本発明の画像形成装置では、さらに、画像形成装置近傍の湿度を検知する機構を具備し、その検知結果に基づいて現像ケースに印加するバイアスを決定する。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、重量平均粒径が４〜１０μｍ、４μｍ以下が６０〜８０個数％含まれているトナーを適用する。

以上のように、本発明の画像形成装置では、該検知結果に基づいて、現像ケースに印加するバイアスを決定することで、現像ケースへのトナー固着を抑制し、現像装置の交換周期の延長が可能になった。
また、本発明の画像形成装置では、現像ケースへのトナー固着を効果的に抑制し、現像装置の交換周期の延長が可能になった。
また、本発明の画像形成装置では、現像ケースへのトナー固着を抑制し、現像装置の交換周期の延長と画像形成装置の高画質化を達成することが可能になった。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図１には、この発明に係るトナー飛散防止装置を備えるレーザ複写機であり、その複写機内部機構の全体概略構成を示す図ある。図２には、レーザ複写機の要部の部分拡大構成を示す図ある。図中符号１０は、画像形成装置本体である。装置本体１０内には、ドラム状の像担持体１２を設ける。像担持体１２のまわりには、帯電装置１３、現像装置１４、転写・搬送装置１５、クリーニング装置１６、除電装置１７などを配置する。それらの上部には、レーザ書込み装置１８を設ける。レーザ書込み装置１８には、レーザダイオード等の光源２０、走査用の回転多面鏡２１、ポリゴンモータ２２、ｆθレンズ等の走査光学系２３などを備えてなる。クリーニング装置１６の図中左側には、定着装置２５を配置する。定着装置２５には、ヒータを内蔵する定着ローラ２６と、その定着ローラ２６に下方から押し当てる加圧ローラ２７を設ける。また、装置本体１０内の上部には、原稿読取装置３０を備える。原稿読取装置３０には、光源３１、複数のミラー３２、結像レンズ３３、ＣＣＤ等のイメージセンサ３４などを設ける。

上述した現像装置１４は、図２から判るとおり、現像タンク５０と現像ホッパ６０とからなる。現像タンク５０では、第１現像スリーブ５１、第２現像スリーブ５２、パドルホイール５３、攪拌ローラ５４、搬送スクリュ５５、セパレータ５６、ドクタブレード５７、トナー濃度センサ５８などを現像ケース５９内に設ける。そして、現像ケース５９内には、キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を収納する。現像ホッパ６０内には、歯車状のトナー補給部材６１、補給規制板６２、アジテータ６３などを設ける。この現像ホッパ６０内には、トナーを収納してなる。そして、この現像装置１４では、現像ケース５９内の二成分現像剤を、攪拌ローラ５４の回転により攪拌して摩擦帯電し、パドルホイール５３の回転によって跳ね上げ、第１現像スリーブ５１および第２現像スリーブ５２内の磁石によってそれらの第１現像スリーブ５１および第２現像スリーブ５２に吸着する。第１現像スリーブ５１および第２現像スリーブ５２に吸着した現像剤は、それらの第１現像スリーブ５１および第２現像スリーブ５２外周のスリーブにより搬送してドクタブレード５７により余剰分を掻き落として後、現像バイアスにより像担持体１２に付着してその像担持体１２上の静電潜像を現像する。

本実施例では現像スリーブ５１，５２、現像ケース５９（アルミ製）にそれぞれ個別のパワーパックからバイアスをを印加し、現像スリーブ５１，５２には−６５０Ｖを印加、現像ケース５９には任意に決定されたバイアスを印加（以下現像ケースバイアスと記す）する。また、本実施例の現像スリーブ５１，５２の線速は７００ｍｍ／ｓｅｃである。この現像装置１４では、像担持体１２に付着してトナーを消費すると、その割合（トナー濃度）が減少する。そこで、現像剤中のトナー濃度がトナー濃度の目標値に対して所定値以下になると、アジテータ６３を回転してトナーを攪拌するとともにトナー補給部材６１へと搬送し、そのトナー補給部材６１を回転して補給規制板６２を揺動し、現像ホッパ６０から現像タンク５０内へとトナーを補給して現像剤中のトナー濃度を維持する。現像剤中のトナー濃度は、現像ケース５９に取り付けるトナー濃度センサ５８により測定する。

本実施例では、所定の印刷枚数毎に基準濃度パッチ潜像がレーザー光によって書き込まれ、パッチの現像バイアスが印加され、所定の現像ポテンシャル(本実施例では２８０Ｖ)で基準濃度トナー像（以下濃度パッチ）が現像される。濃度パッチの反射濃度を反射濃度センサによって検知し、その反射濃度が一定範囲になるようにトナーホッパー６０中のトナーが補給される。濃度パッチは、反射濃度センサによってその反射濃度（Ｖｓｐ）を検知する。地肌濃度（ＶｓｇＯ）は１ジョブ間のドラム起動時(現像起動前)の、ドラム上にまったくトナーが付着していない状態で検知する。

現像装置１４では、重量平均粒径が４〜１０μｍ、４μｍ以下が６０〜８０個数％含まれているトナーと重量平均粒径６５ミクロンｍ以下のキャリアとを含む二成分系現像剤が用いられる。トナーの構成として樹脂成分、着色剤からなり、さらに、ワックス成分や無機微粒子を添加した構成を採用する場合もある。製造方法は特に限定されるものではなく、粉砕方式、重合方式いずれを用いることも可能である。

樹脂成分としては従来公知の樹脂全てを用いることができ、例えば、以下のものが挙げられる。スチレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジェン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂等が挙げられる。また、単独使用も可能であるが、二種類併用しても良い。着色剤としては公知のものとして、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、オイルブラック、アゾオイルブラック等、特に限定はされない。ワックス成分としては公知のものとして、カルナウバワックス、ライスワックス、合成エステルワックスなど、特に限定されないものが用いられる。無機微粒子としては、公知のものとして、シリカ、酸化チタン微粉末などが用いられる。

ところで、上述したとおり、像担持体１２に付着したトナーは、転写・搬送装置１５によってシートに静電転写する。ところが、約１０％のトナーは、シートに転写されず像担持体１２上に残る。残留トナーは、クリーニング装置１６に設けるクリーニングブレード６５およびブラシローラ６６によって像担持体１２上から掻き落とす。クリーニング装置１６によって像担持体１２上から掻き落とされたトナーは、クリーニング装置１６の回収タンク６７内に入る。そして、回収スクリュ６８によってクリーニング装置１６の片側に搬送し、不図示の排出口から排出してトナーリサイクル装置へと導く。

本実施例では、現像長手端部にて濃度パッチを作成、検知している。これは、現像長手端部は画像領域外もしくは余白に対応する場合が多いため、現像スリーブ５１，５２表面のトナー固着による現像能力の上昇を検知できるためである。図３は、端部濃度パッチ検知結果と現像ケースバイアスとの関係を示すグラフである。本実施例では図３に示すようにパッチ検知出力値に対する現像ケースバイアスを設定している。
本実施例の構成にて、３００，０００プリント（メンテナンス間隔）印刷実験を行い、現像ケース５９へのトナー固着有無を確認した。現像ケースバイアス固定の場合、２００，０００プリントで現像ケース５９にトナー固着が発生してしまったが、現像ケースバイアス制御を導入した場合、３００，０００プリント時点で現像ケース５９へのトナー付着は発生しているものの、固着までは至らなかった。付着しているトナーは現像装置に振動を与える程度でなくなるため、メンテナンス間隔を維持すれば現像ケース５９へのトナー固着は防ぐことができる。

また、中央部の濃度パッチ検知結果と端部の濃度パッチ検知結果を比較し、その結果を基に現像ケースバイアスを制御することで、余剰に現像スリーブ５１，５２へトナーを付着させることなく、常に最適な現像ケースバイアスを選択することができる。図４は、端部と中央部の濃度パッチ検知結果の差と現像ケースバイアスとの関係を示すグラフである。本実施例では図４に濃度パッチ検知差と現像ケースバイアス設定値の関係を示す。
現像スリーブ５１，５２表面へのトナー固着による実効現像バイアスの増加量は、現像剤交換後１５０，０００プリント程度までは印刷枚数とともに増加していくが、それ以降の増加量は比較的小さい。従って、現像剤交換後の印刷枚数に基づいて現像ケースバイアスを決定することでも、余剰に現像スリーブ５１，５２へトナーを付着させることなく、常に最適な現像ケースバイアスを選択することができる。図５は、印刷枚数と現像ケースバイアス設定値の関係を示すグラフである。

図６に本実施例の画像形成装置の使用環境を振って、現像スリーブ表面のトナー固着による実効現像バイアス増加量を確認した結果を示すグラフである。環境が高湿になるほど、実効現像バイアス増加量は少なくなる。これより、湿度が５０％以下では現像ケースバイアス制御を実施し、５０％以上では現像ケースバイアス制御を実施せず固定値（現像バイアスと同電位）とすることで、余剰に現像スリーブ５１，５２へトナーを付着させることなく、現像ケース５９へのトナー固着を抑制することができる。

画像形成装置の高画質化達成のため、粒径の小さなトナーが適用されるようになってきた。重量平均粒径が４μｍ以下のトナー含有率が異なるトナーで現像スリーブ５１，５２へのトナー固着による実効現像バイアスの上昇量を印刷実験にて確認した結果を図７に示す。図７は、トナー固着による実効現像バイアス増加量を確認した結果を示すグラフである。このことから、含有率３０％、４５％のトナーと比較して、６０％のトナーでは実効現像バイアスの上昇量が大きいことがわかる。したがって、本実施例では重量平均粒径が４μｍ以下が６０％以上含まれるトナーを適用する場合には、とくに有効となる。

この発明に係るトナー飛散防止装置を備えるレーザ複写機であり、その複写機内部機構の全体概略構成を示す図ある。 レーザ複写機の要部の部分拡大構成を示す図ある。 端部濃度パッチ検知結果と現像ケースバイアスとの関係を示すグラフである。 端部と中央部の濃度パッチ検知結果の差と現像ケースバイアスとの関係を示すグラフである。 印刷枚数と現像ケースバイアス設定値の関係を示すグラフである。 現像スリーブ表面のトナー固着による実効現像バイアス増加量を確認した結果を示すグラフである。 トナー固着による実効現像バイアス増加量を確認した結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ 画像形成装置本体
１２ 像担持体
１３ 帯電装置
１４ 現像装置
１５ 転写・搬送装置
１６ クリーニング装置
１７ 除電装置
１８ レーザ書込み装置
２５ 定着装置
５０ 現像タンク
５１ 第１現像スリーブ
５２ 第２現像スリーブ
５３ パドルホイール
５４ 攪拌ローラ
５５ 搬送スクリュ
５６ セパレータ
５７ ドクタブレード
５８ トナー濃度センサ
５９ 現像ケース
６０ 現像ホッパ
６１ トナー補給部材
６２ 補給規制板
６３ アジテータ

Claims (5)

1. 現像スリーブに対向する現像ケースが導体であり、
   現像スリーブと現像ケースに対し、個別にバイアス印加可能である現像装置を適用し、所定のタイミングで現像長手端部位置にて像担持体上に作成される基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する機構を具備する画像形成装置において、
   該検知結果に基づいて、現像ケースに印加するバイアスを決定する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 現像スリーブに対向する現像ケースが導体であり、
   現像スリーブと現像ケースに対し、個別にバイアス印加可能である現像装置を適用し、所定のタイミングで像担持体上に作成される基準濃度トナー像のトナー付着量を、現像長手の中心位置と端部位置で検知する機構を具備する画像形成装置において、
   該検知結果に基づいて、現像ケースに印加するバイアスを決定する
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 現像スリーブに対向する現像ケースが導体であり、
   現像スリーブと現像ケースに対し、個別にバイアス印加可能である現像装置を適用し、所定のタイミングで像担持体上に作成される基準濃度トナー像のトナー付着量を、現像長手の中心位置と端部位置で検知する機構と現像剤交換後の印刷枚数を計数する機構を具備する画像形成装置において、
   該検知結果に基づいて、現像ケースに印加するバイアスを決定する
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１、２、３記載の画像形成装置において、
   画像形成装置近傍の湿度を検知する機構を具備し、その検知結果に基づいて現像ケースに印加するバイアスを決定する
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１、２、３、４記載の画像形成装置において、
   重量平均粒径が４〜１０μｍ、４μｍ以下が６０〜８０個数％含まれているトナーを適用する
   ことを特徴とする画像形成装置。