JP2008268805A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像剤の劣化度に応じた量のキャリアを補給することによって二成分現像剤の無駄な廃棄を防ぐことができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】感光ドラム（像担持体）１上に潜像を形成し、該潜像をトナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いて現像する画像形成装置において、前記二成分現像剤のトナーの濃度を低下させる濃度低下手段と、該濃度低下手段によってトナー濃度が低下した二成分現像剤を前記感光ドラム１上に強制的に排出する排出手段を設ける。又、トナー濃度が低下した二成分現像剤の劣化を検知する検知手段を設け、該検知手段の検知結果に基づいて前記排出手段を制御すると共に、新たなキャリアを補給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、像担持体上に形成された潜像をトナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いて現像する画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、感光ドラム等の像担持体、該像担持体を一様に帯電させる帯電装置、帯電された像担持体上に画像情報に応じた露光光を照射して潜像を形成する露光装置、像担持体上に形成された潜像を現像剤を用いて現像して現像剤像として顕像化する現像装置、像担持体上の現像剤像を用紙等の記録材上に転写する転写装置、現像剤像転写後に像担持体上に残留する現像剤を除去して像担持体を清掃するクリーニング装置、記録材上に転写された現像剤像を加熱及び加圧して記録材上に定着させる定着装置等を備えている。

ところで、現像方式としてトナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いる現像装置においては、トナーとキャリアを撹拌して摩擦帯電させた後、現像ローラ等の現像剤担持体上に現像剤を担持させて像担持体上に形成された潜像の現像に供することが行われる。このため、画像形成動作と共にトナーは消費されて減少するのに対してキャリアは消費されないでそのまま残ることとなる。従って、キャリアはトナーに比べて撹拌頻度が多くなり、耐久が進むに連れて該キャリアの表面の樹脂被膜（コート）が剥れて内部の金属コアが露出する。

上述のように、キャリア内部の金属コアが露出すると、該キャリアの抵抗値が下がり、現像剤担持体から像担持体へと流れる電流が増加し、キャリア引きや画像カブリ等の画質の低下を招くという問題が発生する。

そこで、補給トナーコンテナ中にキャリアを混在させ、補給トナーコンテナから現像容器内に現像剤を徐々に補給すると同時に劣化現像剤を排出しながら現像を行うトリクル現像方式が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。このトリクル現像方式によれば、キャリアを含む新しい二成分現像剤の補給と劣化した現像剤の回収が行われるため、キャリアの劣化が抑制されて現像容器内の二成分現像剤の現像特性が一定に維持され、現像剤の現像特性の変動による画質の低下を防ぐことができる。
特開２００２−１３１９８７号公報 特開平１１−２０２６３０号公報

ところが、上記トリクル現像方式においては、補給トナーコンテナ内にキャリアを混在させているため、トナー補給時にしかキャリアを現像容器に投入することができず、又、キャリアの劣化度の如何に関わらずトナー補給量に合わせた量のキャリアしか投入することができないため、二成分現像剤の劣化度に応じた量のキャリアを投入することができず、二成分現像剤が無駄に廃棄されてしまうという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、二成分現像剤またはキャリアの劣化度に応じた量のキャリアを補給することによって二成分現像剤の無駄な廃棄を防ぐことができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、像担持体上に潜像を形成し、該潜像をトナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いて現像する画像形成装置において、前記二成分現像剤のトナー濃度を低下させる濃度低下手段と、該濃度低下手段によってトナー濃度が低下した二成分現像剤またはキャリアを前記像担持体上に強制的に排出する排出手段と、トナーを補給するトナー補給手段と、トナー補給手段とは別にキャリア補給手段を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記トナー濃度が低下した二成分現像剤の劣化を検知する検知手段を設け、該検知手段の検知結果に基づいて前記排出手段を制御することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記検知手段を、前記トナー濃度が低下した二成分現像剤のＬ^＊ ，ａ^＊，ｂ^＊ の少なくとも１つを検知する手段としたことを特徴とする。

本発明によれば、濃度低下手段によってトナー濃度が低下した二成分現像剤の劣化をＬ^＊ ，ａ^＊ ，ｂ^＊の少なくとも１つによって検知し、例えば二成分現像剤の劣化度が設定値を超えている場合には、その劣化した二成分現像剤またはキャリアを排出手段によって像担持体上に強制的に排出し、トナーとキャリアを別々に補給するようにしたため、二成分現像剤の劣化度に応じた量のキャリアを補給することができ、現像剤の無駄な廃棄を防ぐことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置要部の概略構成図であり、図示の画像形成装置は、不図示の給紙部から供給される用紙等の記録材に電子写真方式によって画像を形成するものであって、画像形成部には、像担持体としての回転可能な感光ドラム１と、その周囲に配置された一次帯電器２、現像装置３、転写手段としての転写ローラ４及びクリーニング装置５を備えている。

而して、感光ドラム１が図１の矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動されると、該感光ドラム１の表面が一次帯電器２によって所定の電位に一様に帯電される。次に、不図示の露光装置からレーザー光等の露光光Ｌが感光ドラム１の表面に照射されると、該感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置３によって二成分現像剤を用いて現像されてトナー像として可視像化される。尚、二成分現像剤は、トナーとキャリアから成り、キャリアは、鉄、ニッケル、コバルト、フェライト等の磁性体から成る金属コアの表面をアクリル重合体、フッ素樹脂系重合体等の樹脂被膜（コート）で被覆して構成されている。

他方、不図示の給紙部からは記録材が感光ドラム１上のトナー像に同期する所定のタイミングで感光ドラム１と転写ローラ４との間の転写ニップＮへと供給され、転写ローラ４の作用によって感光ドラム１上のトナー像が記録材上に転写される。尚、記録材へのトナー像の転写後に感光ドラム１の表面に残留する現像剤は、クリーニング装置５によって除去され、感光ドラム１は次の画像形成に備えられる。

そして、トナー像が転写された記録材は、不図示の定着装置へと搬送され、定着装置において加熱及び加圧されてトナー像の定着を受けた後、機外に設けられた不図示の排紙トレイへと排出され、一連の画像形成動作が終了する。

次に、前記現像装置３の構成と作用を図２に基づいて説明する。
図２は現像装置３の横断面図であり、図示の現像装置３は、内部に二成分現像剤を収容する現像容器６と、該現像容器６内に新しいキャリアを補給するための補給キャリアコンテナ７ａとトナーを補給するための補給トナーコンテナ７ｂ（図示せず）が補給キャリアコンテナ７ａに対して並列に備えられている。ここで、補給キャリアコンテナ７ａと補給トナーコンテナ７ｂは、現像容器６に着脱可能に装着されており、その内部には補給ローラ８ａと撹拌部材９ａが収容されている。

上記現像容器６は、内部が仕切壁１０によって現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２とに区画されており、これらの現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２とは、仕切壁１０の長手方向両端部と現像容器６との間に形成された不図示の連通路によって互いに連通している。

そして、現像室Ｓ１の前記感光ドラム１に対向する開口部には、現像剤担持体としての現像ローラ１１が回転可能に設けられており、現像容器６の開口部の上方には、現像ローラ１１上に担持される現像剤の層厚を規制するための現像ブレード１２が取り付けられている。ここで、現像ブレード１２と現像ローラ１１との間には微小隙間（例えば、０．２〜０．４ｍｍ）が形成されている。又、現像ローラ１１の内部には不図示の永久磁石が固定されている。

又、現像容器６内の現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２の内部には、撹拌部材１３，１４がそれぞれ回転可能に収容されている。

以上のように構成された現像装置３において、各撹拌部材１３，１４が現像容器６内の現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２でそれぞれ図示矢印方向（時計方向）に回転駆動されると、現像容器６内の二成分現像剤は、撹拌されながら現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２の間を循環し、図示矢印方向（反時計方向）に回転する現像ローラ１１の表面に内部の永久磁石の磁力によって担持される。そして、現像ローラ１１の表面に担持された二成分現像剤は、現像ローラ１１と共に回転することによって現像ブレード１２によって層厚が規制され、該二成分現像剤中のトナーが図示矢印方向（時計方向）に回転する感光ドラム１上に形成された静電潜像の電荷量の大きさに応じて引き付けられて現像に供される。

而して、画像形成動作が繰り返されると、現像装置３の現像容器６内に収容されている二成分現像剤のトナーが消費されて減少するのに対して、キャリアは消費されないでそのまま残る。このため、キャリアはトナーに比べて撹拌頻度が多くなり、耐久が進むに連れて該キャリアの表面の樹脂被膜（コート）が剥れて内部の金属コアが露出する等して劣化する。

本実施の形態は、現像容器６内の二成分現像剤の劣化度に応じた量のキャリアを補給キャリアコンテナ７ａから現像容器６に補給することを特徴とする。

具体的には、現像装置３の動作時間を画像形成枚数でカウントし、画像形成枚数が設定枚数に達すると現像容器６内の二成分現像剤のトナーの濃度を低下させる濃度低下手段と、該濃度低下手段によってトナー濃度が低下した二成分現像剤を感光ドラム１上に強制的に排出する排出手段を設けたことを特徴とする。ここで、トナー濃度が低下した二成分現像剤の劣化を検知する検知手段を設け、トナー濃度が低下した二成分現像剤のＬ^＊，ａ^＊ ，ｂ^＊ の少なくとも１つを検知手段によって検知し、その検知結果に基づいて前記排出手段を制御するようにしている。尚、Ｌ^＊は明度、ａ^＊ ，ｂ^＊ は色味をそれぞれ示す。

図３に本発明を実施するためのシステム構成を示すが、画像形成装置には、図１に示す画像形成部２０と、画像形成部２０を制御する制御部３０及びトナー濃度が低下した二成分現像剤の劣化を検知する検知部４０が設けられている。

上記画像形成部２０には、図１に示す一次帯電器２に印加される電圧Ｖ₀ を制御する帯電制御部２１と、現像ローラ１１に印加される現像バイアスＶ_Biasを制御する現像制御部２２が設けられている。又、前記検知部４０には、トナー濃度が低下した二成分現像剤のＬ^＊（明度）を検知するＬ^＊ 値検知部４１が設けられている。

更に、前記制御部３０には、現像容器６内の二成分現像剤のトナーの濃度を低下させるタイミングを決定するパラメータとしての画像形成枚数を設定する枚数設定部３１と、実際の画像形成枚数を算出する枚数算出部３２と、画像形成部２０の前記帯電制御部２１を駆動制御するためのトナー強制排出制御部３３と、検知部４０の前記Ｌ^＊値検知部４１によって検知されたＬ^＊ 値に基づいてキャリアの劣化を判定するキャリア劣化判定部３４と、該キャリア劣化判定部３４がキャリアが劣化していると判定すると画像形成部２０の前記現像制御部２２を駆動制御するためのキャリア排出制御部３５が設けられている。ここで、トナー強制排出制御部３３が濃度低下手段を構成しており、キャリア排出制御部３５が排出手段を構成している。ここではキャリアの排出を制御するキャリア排出制御部３５としたが、キャリア排出制御部の代わりに二成分現像剤を排出する二成分現像剤排出制御部とすることもできる。
さらに、キャリアを補給キャリアコンテナ７ａから補給するキャリア補給制御部３６が設けられている。

次に、本発明に係る画像形成装置に採用されたキャリアの排出と補給機構を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

図３に示す枚数設定部３１で設定枚数Ｓ₁ を設定する（ステップＳ１）。ここで、設定枚数Ｓ₁ は、二成分現像剤のトナー濃度を低下させるタイミングを決定するパラメータであって、現像装置３の動作時間（つまり、キャリアの劣化度）に比例する。

画像形成動作中に画像形成枚数Ｓが図３に示す枚数算出部３２で算出（カウント）され、その枚数Ｓが設定枚数Ｓ₁に達すると（ステップＳ２での判断結果がＹＥＳである場合）、図３に示すトナー強制排出制御部３３は画像形成部２０の帯電制御部３１を制御し、一次帯電器２への印加電圧Ｖ₀を０（Ｖ₀ ＝０）に設定する（ステップＳ３）。尚、本実施の形態では、設定枚数Ｓ₁ を１０，０００枚とした。

上述のように一次帯電器２への印加電圧Ｖ₀ を０（Ｖ₀ ＝０）に設定すると、現像ローラ１１上に担持された正帯電性トナーが感光ドラム１へと強制的に排出され（ステップＳ４）、このトナーの感光ドラム１への強制的な排出は時間Ｔａが設定時間Ｔ₁に達するまで継続される（ステップＳ５）。尚、本実施の形態では、設定時間Ｔ₁ は１２０ｓｅｃに設定され、トナー排出中は現像ローラ１１に２５０Ｖの現像バイアスＶ_Biasが印加される。又、トナーの排出中に撹拌部材１３，１４を駆動させると二成分現像剤が循環してトナーが無駄に排出されるため、トナーの排出中には撹拌部材１３，１４を停止させておくことが望ましい。

而して、現像ローラ１１上に担持された二成分現像剤のトナーが設定時間Ｔ₁ （＝１２０ｓｅｃ）だけ感光ドラム１に強制的に排出されると（ステップＳの判断結果がＹＥＳである場合）、二成分現像剤のトナー濃度が低下し、次に、そのトナー濃度が低下した二成分現像剤のＬ^＊値（明度）が図３に示すＬ^＊ 値検知部４１によって検知される（ステップＳ６）。

ここで、Ｌ^＊ 値は二成分現像剤（キャリア）の劣化度合い示すものであって、図３に示すキャリア劣化判定部３４は、検知されたＬ^＊値に基づいて二成分現像剤（キャリア）の劣化度合いを判定する（ステップＳ７）。その判定の結果、Ｌ^＊ 値が設定値Ｌ₁ ^＊以上である場合（ステップＳ７での判断結果がＹＥＳである場合）には、図３に示すキャリア排出制御部３５によって現像制御部２２が制御され、現像ローラ１１に印加される現像バイアスＶ_Bias、および一次帯電器２への印加電圧Ｖ₀が制御され（ステップＳ８）、現像ローラ１１に担持されたキャリアが感光ドラム１へと強制的に排出される。

上記キャリアの感光ドラム１への強制的な排出は時間Ｔｂが設定時間Ｔ₂ に達するまで継続される（ステップＳ９）。尚、本実施の形態では、現像ローラ１１に印加される現像バイアスＶ_Biasと印加時間（二成分現像剤の排出時間）Ｔ₂は、検知されたＬ^＊ 値に応じて設定されており、Ｌ^＊ 値が大きくなるほどキャリアのコートが剥がれてキャリアの劣化が激しく、キャリアをより多く排出させる必要があるため、Ｌ^＊値の増加と共に現像バイアスＶ_Biasと印加時間Ｔ₂ が大きく設定されている。
又、キャリアの排出中に撹拌部材１３，１４を駆動させると現像ローラ１１上の二成分現像剤が循環してＬ^＊ 値（劣化）の検出に好ましくないため、キャリアの排出中には撹拌部材１３，１４を停止させておくことが望ましい。

而して、以上のようにして劣化したが現像ローラ１１から感光ドラム１へと排出された結果、現像容器６内の二成分現像剤が減少すると、現像容器６内のＴ／Ｄ（トナーが現像剤中に占める割合）をトナーセンサによって検知し、検知結果に基づいてトナー及びキャリアの補給量が決定される。（ステップ１０）次いで、新たなキャリアが補給キャリアコンテナ７ａから現像容器６へと補給されると共に、新たなトナーが補給トナーコンテナ７ｂから現像容器６へと補給され（ステップ１１）、劣化した二成分現像剤が新しい二成分現像剤に置き換えられ、現像容器６内の二成分現像剤の現像特性が一定に保持される。

他方、判定の結果、Ｌ^＊ 値が設定値Ｌ₁ ^＊未満である場合（ステップＳ７での判断結果がＮＯである場合）には、キャリアの感光ドラム１への排出は行われず、処理が終了する（ステップＳ７→ステップＳ１２）。

以上のように、本実施の形態では、画像形成枚数Ｓが設定枚数Ｓ₁ に達すると、現像ローラ１１上の二成分現像剤のトナーを感光ドラム１へと排出して二成分現像剤のトナー濃度を低下させ、トナー濃度が低下した二成分現像剤のＬ^＊値を検知してキャリアの劣化度を検知し、検知されたＬ^＊ 値によってキャリアの劣化を判定し、Ｌ^＊ 値が設定値Ｌ₁ ^＊以上であってキャリアの劣化が進んでいる場合にのみ現像ローラ１１上のキャリアを感光ドラム１へと排出するようにし、排出された量のキャリアを補給することができ、二成分現像剤を無駄に廃棄することがなくなって非常に経済的となる。

尚、本実施の形態では、二成分現像剤（キャリア）の劣化度を判定するパラメータとしてＬ^＊ （明度）を検知したが、ａ^＊，ｂ^＊ （色味）を検知することによって二成分現像剤（キャリア）の劣化度を判定するようにしても良い。

本発明に係る画像形成装置要部の概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の現像装置の横断面図である。 本発明に係る画像形成装置に採用されたトリクル現像方式を実施するためのシステム構成を示すブロック図である。 本発明に係る画像形成装置に採用されたトリクル現像方式を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
２ 一次帯電器
３ 現像装置
４ 転写ローラ
５ クリーニング装置
６ 現像容器
７ａ 補給キャリアコンテナ
１１ 現像ローラ（現像剤担持体）
２０ 画像形成部
２１ 帯電制御部
２２ 現像制御部
３０ 制御部
３１ 枚数設定部
３２ 枚数算出部
３３ トナー強制排出制御部
３４ キャリア劣化判定部
３５ キャリア排出制御部
３６ キャリア補給制御部
４０ 検知部
４１ Ｌ^＊ 値検知部

Claims (3)

1. 像担持体上に潜像を形成し、該潜像をトナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いて現像する画像形成装置において、
   前記二成分現像剤のトナー濃度を低下させる濃度低下手段と、前記濃度低下手段によってトナー濃度が低下した二成分現像剤またはキャリアを前記像担持体上に強制的に排出する排出手段と、前記トナー補給手段と、キャリア補給手段を別々に設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー濃度が低下した二成分現像剤またはキャリアの劣化を検知する検知手段を設け、該検知手段の検知結果に基づいて前記排出手段を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記検知手段は、前記トナー濃度が低下した二成分現像剤のＬ^＊ ，ａ^＊ ，ｂ^＊ のなくとも１つを検知する手段であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。