JP2009258724A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像容器内に疲弊した現像剤を排出するための排出口と、その上流にトナー濃度センサを設け、トナー補給とともにキャリアを補給する現像装置において、現像剤の劣化に伴う流動性変化に起因する画質の変動を防止する。
【解決手段】トナー濃度センサ位置から現像剤排出口位置まで一様な高さの現像剤層を形成することにより現像剤の流動性変化にかかわらず、現像剤を安定的に排出可能とした現像装置。この現像装置を含む画像形成装置も与える。
【選択図】 図５

Description

本発明は複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置内で、トナー及びキャリアを有する二成分現像剤を用いて現像を行う現像装置、ならびにこの現像装置を含む画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置に用いる現像装置として、二成分現像剤を用いて現像を行う装置がある。二成分現像剤を用いる現像装置では、現像動作により消費された分のトナーを補給している。しかしながらこのような現像装置では、トナーを補給する間に、キャリアの性能が低下してトナーの帯電性能の劣化を生じる。

このトナーの帯電性能の劣化を抑制するためトリクル現像方式と呼ばれる方式がある。トリクル現像方式においては、消費分を補給するためのトナーとは別に新しいキャリア（コンクトナー）を現像容器に補給する。キャリアの補給により余剰となった現像剤を排出口から排出する。これにより、劣化したキャリアを少しずつ新しいキャリアと入れ換える。

このようなトリクル方式の現像装置として、例えば特許文献１には、現像操作に伴い現像器にキャリア及びトナーを補給し、余剰の現像剤を現像器から排出する装置が開示されている。

またこのような現像剤補給方式の現像装置においては、現像器中のトナー濃度を、例えば現像剤の光学特性あるいは磁気特性の変化により検出するトナー濃度センサを現像器内の適当な位置に設けて、その出力により現像器中のトナー濃度を一定に維持するようにトナー補給するとともにキャリア補給を行うのが一般的である（例えば特許文献２）。これにより、現像機内の現像剤劣化を抑制しつつ、安定した画像形成が行われる。トナー濃度センサの位置として、排出される現像剤中のトナー濃度をより精確に判定するためには、現像剤排出口の上流に設けるのが適当と考えられる。

しかしながら、このような現像器内に疲弊した現像剤を排出するための排出口とその排出口上流においてトナー濃度センサを具備する現像装置において、現像器内の現像剤の劣化に伴い、現像剤の流動性ならびに搬送性が変化して、排出口より安定して現像剤を排出することができず、現像器中の現像剤増加や現像剤減少による画像欠陥が生ずる不都合が見出された。

特公平２−２１５９１号公報 特開２００３−１５４１８号公報

本発明の一つの目的は、現像器内の現像剤の劣化に伴う流動性の変化により、画質の変動を起しがたい現像装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、上記の現像装置を含む画像形成装置を提供することにある。

本発明者らの研究によれば、上記した現像器内の現像剤の劣化に伴う流動性の変化による画質の変動が、現像剤排出口位置と、その上流のトナー濃度検出センサ位置とで、現像剤レベルに段差が生じているため、劣化したキャリアを含む現像剤の排出口からの排出速度が現像剤の劣化による流動性の低下の影響を直接的に受けて不安定化しているためであることが見出された。これに対し、トナー濃度検出センサ位置からその下流の現像剤排出口位置までに一様な高さの現像剤層を形成すると、劣化したキャリアを含む現像剤の排出口からの排出速度が現像剤の劣化による流動性の低下の影響を受けにくくなり、安定な排出が可能となって、画質の安定化も得られることが見出された。すなわち本発明によれば、トナー及びキャリアを有する現像剤を収納する現像容器と、現像容器内の現像剤を像担持体に供給する現像ローラと、トナーに加えてキャリアを含む現像剤を補給するための現像剤補給口と、疲弊した現像剤を排出するための現像剤排出口と、その現像剤排出口の上流にトナー濃度センサを設け、そのトナー濃度センサと現像剤排出口とが近接して配置された現像装置において、トナー濃度センサ位置から現像剤排出口位置まで一様な高さの現像剤層を形成するようにした現像装置が提供される。

また本発明によれば、上記現像装置を含む画像形成装置、すなわち、像担持体と；前記像担持体に静電潜像を形成する潜像形成部と；トナー及びキャリアを有する現像剤を収納する現像容器と、現像容器内の現像剤を像担持体に供給して像担持体上の静電潜像を現像するための現像ローラと、トナーに加えてキャリアを含む現像剤を補給するための現像剤補給口と、疲弊した現像剤を排出するための現像剤排出口と、その現像剤排出口の上流にトナー濃度センサを設け、そのトナー濃度センサと現像剤排出口とが近接して配置された現像装置と；を有し、上記現像装置において、トナー濃度センサ位置から現像剤排出口位置まで一様な高さの現像剤層を形成するようにした、画像形成装置も提供される。

本発明の第１の実施態様の画像形成装置を示す全体構成図。 本発明の第１の実施態様の画像形成ユニットを示す概略説明図。 本発明の第１の実施態様の現像装置の模式全体配置平面図。 従来の現像装置における現像容器中の現像剤レベル変化を示す現像容器の部分模式断面図。 本発明の第１の実施態様の現像装置における現像容器中の現像剤レベル変化を示す現像容器の部分模式側断面図。 本発明の第２の実施態様の現像装置における現像容器中の流動性正常時の現像剤レベル変化を示す現像容器の部分模式側断面図。 本発明の第２の実施態様の現像装置における現像容器中の流動性悪化時の現像剤レベル変化を示す現像容器の部分模式断面図。 本発明の第３の実施態様の現像装置の模式全体配置平面図。

以下添付図面を例にとって、本発明の第１の実施態様について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施態様のカラープリンタ１を示す概略構成図である。カラープリンタ１は４連タンデム方式である。カラープリンタ１は上方に排紙部３を備える。

カラープリンタ１は、中間転写ベルト１０の下側に画像形成ユニット１１を有する。画像形成ユニット１１は、中間転写ベルト１０に沿って並列に配置される４組のプロセスユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ及び１１Ｋを備える。プロセスユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ及び１１Ｋは、夫々イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー像を形成する。

各プロセスユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ及び１１Ｋは、図２に示すように、それぞれ像担持体である感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋを有する。各感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋは、矢印ｍ方向に回転する。各感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋの周囲には、回転方向に沿って、帯電チャージャ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ及び１３Ｋ、現像装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ及び１４Ｋ、及び感光体クリーナ１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ及び１６Ｋが夫々配置される。

各感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋの周囲の帯電チャージャ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ及び１３Ｋから現像装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ及び１４Ｋに至る間には、レーザ露光装置１７による夫々の露光々が照射される。レーザ露光装置１７は、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを感光体ドラム１２の軸線方向に走査するもので、ポリゴンミラー１７ａ、結像レンズ系１７ｂ、ミラー１７ｃ等を有する。これにより各感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋ上に静電潜像が形成される。各帯電チャージャ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ及び１３Ｋ及びレーザ露光装置１７は、潜像形成部を構成する。カラープリンタ１の画像形成ユニット１１近傍には、環境検知部である温湿度センサ１５が設けられる。

各現像装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ及び１４Ｋは、感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋ上の静電潜像を現像する。各現像装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ及び１４Ｋは現像剤であるイエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各トナーと、キャリアとを有する二成分現像剤により現像を行う。

中間転写ベルト１０は、バックアップローラ２１、従動ローラ２０及び第１〜第３のテンションローラ２２〜２４により張架されて、矢印ｓ方向に回転される。

中間転写ベルト１０は、感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋに対向し、接触する。中間転写ベルト１０の感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋに対向する位置には、１次転写ローラ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ及び１８Ｋが設けられる。各１次転写ローラ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ及び１８Ｋは、各感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋ上に形成されるトナー像を中間転写ベルト１０に１次転写する。各感光体クリーナ１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ及び１６Ｋは、１次転写後に各感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ及び１２Ｋ上の残留トナーを除去し回収する。

中間転写ベルト１０のバックアップローラ２１により支持される２次転写部には、２次転写ローラ２７が対向される。２次転写部では、バックアップローラ２１に所定の２次転写バイアスが印加されている。シート紙Ｐが、中間転写ベルト１０と２次転写ローラ２７間を通過すると、シート紙Ｐ上に、中間転写ベルト１０上のトナー像が２次転写される。シート紙Ｐは、給紙カセット４ａ、４ｂ或いは、手差し機構３１から給紙される。２次転写終了後、中間転写ベルト１０はベルトクリーナ１０ａによりクリーニングされる。

給紙カセット４ａ、４ｂから２次転写ローラ２７に到る間には、ピックアップローラ２ａ、２ｂ、分離ローラ５ａ、５ｂ、搬送ローラ６ａ、６ｂ及びレジストローラ対３６が設けられる。手差し機構３１の手差しトレイ３１ａからレジストローラ対３６に到る間には、手差しピックアップローラ３１ｂ、手差し分離ローラ３１ｃが設けられる。更に、縦搬送路３４方向に沿って、２次転写部より下流には定着装置３０が設けられる。定着装置３０は、２次転写部にてシート紙Ｐに転写されたトナー像を、シート紙Ｐに定着する。定着装置３０の下流には、シート紙Ｐを排紙ローラ４１方向或いは、再搬送ユニット３２方向に振り分けるゲート３３が設けられる。排紙ローラ４１に導かれたシート紙Ｐは、排紙部３に排紙される。又再搬送ユニット３２に導かれたシート紙Ｐは、再度２次転写ローラ２７方向に導かれる。

次に現像装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ及び１４Ｋについて詳述する。現像装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ及び１４Ｋは同一構造であることから、共通の符号を用いて説明する。図２に示すように、各現像装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ及び１４Ｋは、現像容器である現像容器５０、現像ローラ５８、撹拌搬送部材である第１ミキサ５６及び第２ミキサ５７、トナー濃度検知部であるトナー濃度センサ６１を有する。

図３に示すように、現像剤５１を収納する現像容器５０は、中央に沿って延長する垂直仕切板５２によって、それぞれ概ね水平円筒状の第１容器５０ａと第２容器５０ｂに二分されている。この例においては、第１容器の上流側にトナーに加えて少量のキャリア（その比は可変であるが、例えばトナー：キャリア重量比として８：２前後）を含む現像剤の補給口５３が設けられる。供給された現像剤は、第１容器５０ａに配された螺旋スクリュ５６ａを備える攪拌・搬送ミキサ５６および第２容器５０ｂに配された螺旋スクリュ５７ａを備える攪拌・搬送ミキサ５７の回転により点線ｔで表されるように第１容器５０ａおよび第２容器５０ｂを循環する。その途中、現像剤は磁極５８ｍを内蔵して回転する現像ローラ５８に掬い上げられて担持され、像担持体上に形成された静電潜像の現像に用いられる。現像剤中のトナー濃度は、第２容器５０ｂの下流側底部に設けられたこの例では透磁率式のトナー濃度センサ６１により検出され、その出力により、例えば現像剤中のトナー濃度が約８重量％となるように補給口５３から新規現像剤が供給される。現像操作の継続により、被覆剥れ、トナー成分の固着等によるキャリアの劣化が起こるので、センサ６１の近接した下流の第２容器５０ｂの側壁に設けられた現像剤排出口から少量ずつ疲弊した現像剤を溢流させて排出する。

上記した現像操作において、安定した画像形成が行われるためには、疲弊したキャリアを含む現像剤が、現像剤排出口から安定的に排出され、キャリアを含む現像剤の更新が円滑に達成される必要がある。しかしながら、従来、この現像剤排出の不安定化に起因すると解される画質の不安定化の現象が見出された。そして、発明者らの解析によれば、現像剤の排出の不安定化は、以下の理由による。

図４は、図３に示す第２容器５０ｂの下流側部分（図３のＷで示す部分）を側方（平面図である図３の用紙上の下方）からみた内部の拡大模式図である。図４を参照して、現像ローラ５８（図示せず）の存在する第２容器５０ｂの中央部をミキサ５７の螺旋スクリュ５７ａの回転推進力により速度ｖ１で搬送される現像剤は、ＤＬ１のレベルを保ち、その後、センサ６１によるトナー濃度測定精度が付着トナーの蓄積により低下することを防止するためにミキサ５７のシャフトに取り付けられたセンサ掻き取りパドル５５を備えたトナー濃度センサ６１の位置を経由して、現像剤排出口５４の位置に至る。現像剤は、ここでミキサ５７のシャフトに取着された現像剤の盛上げ排出用螺旋スクリュ５７ｂの作用によりＤＬ１より高いレベルＤＬ３とされ、現像剤排出口５４から排出される。より詳しくは、盛上げ用の螺旋スクリュ５７ｂは、一般に搬送用の螺旋スクリュ５７ａに比べて径およびピッチが小さく、搬送力が小さいため、滞留が起こって、第２容器の中央部の現像剤レベルＤＬ１よりも高いレベルＤＬ３が形成される。ここで、従来の現像剤劣化に伴う画像の不安定化を起した現像装置について、現像容器５０の屋根部分を取り外して検査したところ、中央部の現像剤レベルＤＬ１に比べて予定された排出口６１の位置の現像剤レベルＤＬ３が高いことに加えて、トナー濃度センサ６１の位置における現像剤レベルＤＬ２が高く、ＤＬ１＜ＤＬ２＜ＤＬ３の関係が生じていること、さらにはＤＬ２とＤＬ３の間にくぼみＤＬ２３が生じており、結果的にレベルＤＬ２とＤＬ３の現像剤の二山が存在している状態が見出された。このような現像剤のレベル差が、現像剤の流動性の変化による排出口５４からの現像剤排出速度のばらつきになり、結果として形成される画質の不安定化につながっていると推察された。また、この際には、容器５０ｂの中央部、トナー濃度センサ６１位置、排出口５４位置、のそれぞれにおける現像剤の搬送速度ｖ１、ｖ２およびｖ３の間にｖ１＞ｖ２＞ｖ３の関係があることも見出された。

そこで本発明者らは、現像剤の攪拌・搬送ミキサ５７に取り付けた螺旋スクリュ５７ａおよび５７ｂの螺旋ピッチならびに径を種々変化して、センサ６１位置の現像剤搬送速度ｖ２と排出口５４位置の搬送速度ｖ３をほぼ等しくしたところ、図５に示すようにトナー濃度センサ６１位置から排出口５４位置まで、段差あるいは中間くぼみの無い、一様な一山が形成され、現像剤の流動性の変化にかかわらず現像剤の排出口からの安定した排出ならびに形成される画像の安定化が達成されることが判明した。

上記一連の試験の概要を述べると以下の通りである。すなわち、現像剤の流動性が低下しやすい温度３０℃−湿度２０％の高温低湿環境において、図２に示す現像装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃおよび１４Ｋのそれぞれの容器５０内に、トナー：樹脂被覆キャリア＝２：８（重量比）の各色現像剤４００ｇずつを入れ、印字率３０％の写真画像の原稿を用い、現像剤（トナー：樹脂被覆キャリア＝８：２前後（重量比）の各色現像剤を補給しつつ、１００００枚のライフ試験を行った。試験中、現像剤排出量の安定性および画像の安定性の評価を行うとともに、途中５０００枚の時点で、いったん画像形成を中止し、現像容器５０の蓋を取って、トナー濃度センサ６１位置および現像剤排出口５４位置における現像剤レベルの判定を行った。試験および結果の概要をまとめて以下の表１に示す。

（現像剤排出量安定性）
スクリュ５７軸部上端からの現像剤高さを測定して、以下の基準により評価した。
○：現像剤高さが−５ｍｍより高い
×：現像剤高さが−５ｍｍ以下。

（画像安定性）
全面ハーフトーンおよび全面ベタ画像を形成して以下の基準により評価した。
○：全面ハーフトーンおよび全面ベタ画像がともに問題なかった。
×：全面ハーフトーンおよび全面ベタ画像に白スジ、濃度ムラ等の画像欠陥が認められたた。

なお、上記関係は、攪拌・搬送ミキサ５７の通常回転数３５０ｒｐｍの±３％の範囲で回転数を変化した場合にも一様に認められた。

上記のように本発明に従い、トナー濃度センサ位置６１から現像剤排出口５４位置まで一様な高さの現像剤層を形成することにより、現像剤排出量の安定化を通じて画質の安定化が得られる理由は必ずしも明らかでないが、現像剤搬送力の主力を占めるスクリュ５７ａの搬送力が、現像剤が２山を形成する場合のように途切れることなく、現像剤排出口５４位置の排出されるべき現像剤に良好に伝達されるため、現像剤の安定排出が可能となるものと解される。

図６は、図５に対応して、本発明の現像装置の第２に実施態様における現像容器中の流動性正常時の現像剤レベル変化を示す現像容器の部分模式側断面図である。すなわち、この実施態様における現像装置は、正常な流動性を有する現像剤用の排出口５４ａに加えて、それより若干上流側で、若干高い位置に、流動性が低下した現像剤用の排出口５４ｂを有することのみが、図５の実施態様と異なる。この態様の現像装置においては、現像剤の流動性が正常なときは、図５の例と同様に、トナー濃度センサ位置６１から現像剤排出口５４ａ位置まで一様な高さＤＬ２＝ＤＬ３の現像剤層を形成することにより現像剤の安定排出を達成する。他方、現像剤の流動性が低下したときには攪拌・搬送ミキサ５７による搬送力の若干の低下に伴い中央部においても図６のＤＬ１より若干高い現像剤レベルＤＬ１’が形成されるが、同様にトナー濃度センサ６１位置から追加された現像剤排出口５４ｂ位置まで、図６の例のＤＬ２＝ＤＬ３よりも高いＤＬ２’＝ＤＬ３’で一様な高さの現像剤層が形成されるため、この排出口５４ｂから現像剤の安定排出が達成される。

また図８は、図３に対応した、本発明の第３の実施態様の現像装置の模式全体配置平面図である。この態様では、現像容器を構成する第２の容器５０ｂでなく、第１の容器５０ａの下流側端部近傍に現像剤排出口５４を設け、更にその近接した上流における容器５０ａの底部にトナー濃度センサ６１を設け、その出力に応じて同じ第１容器の上流側端部近傍に設けた現像剤補給口５３からの現像剤補給速度を制御する。そして、搬送用螺旋スクリュ５６ａと排出口５４の近傍にて攪拌・搬送ミキサ５６のシャフトに取り付けた排出用スククリュ５６ｂの径およびピッチを調整することにより、トナー濃度センサ６１位置から現像剤排出口５４位置まで一様な高さの現像剤層を形成して、排出口５４からの安定した現像剤の排出ならびに形成される画像の安定化を達成する。その他の、第１容器５０ａの下流側における状況は、図５を参照して説明した第１の実施態様における第２容器５０ｂの下流側の状況と同様である。

Claims (7)

1. トナー及びキャリアを有する現像剤を収納する現像容器と、現像容器内の現像剤を像担持体に供給する現像ローラと、トナーに加えてキャリアを含む現像剤を現像容器に補給するための現像剤補給口と、疲弊した現像剤を排出するための現像剤排出口と、その現像剤排出口の上流にトナー濃度センサを設け、そのトナー濃度センサと現像剤排出口とが近接して配置された現像装置において、トナー濃度センサ位置から現像剤排出口位置まで一様な高さの現像剤層を形成するようにした現像装置。
2. トナー濃度センサ位置から現像剤排出口位置までの一様な高さの現像剤層の形成が、トナー濃度センサ位置と現像剤排出口位置における現像剤の搬送速度をほぼ同じくすることにより達成される請求項１に記載の現像装置。
3. 現像容器中に設けた現像剤攪拌・搬送ミキサの中央部のシャフトに取り付けた主搬送用螺旋スクリュおよび現像剤排出口位置のシャフトに取り付けた現像剤盛り上げ・排出用螺旋スクリュの径およびピッチを調整することにより、トナー濃度センサ位置と現像剤排出口位置における現像剤の搬送速度をほぼ同じくすることとした請求項２に記載の現像装置。
4. 流動性が正常な現像材用排出口に加えて、その若干上流且つ上方の位置で、トナー濃度センサ位置の近接した下流位置に、流動性に低下した現像剤用の排出口を有する請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 現像容器が、現像容器の延長方向に平衡に且つ中央で二分するように延長する仕切板により、それぞれ概ね水平な円筒上の第１容器と第２容器に分割され且つそれらの両端近傍で現像剤の連結搬送路が形成されるようになされた現像容器において、第２容器の延長方向の概ね中央部の上方に現像ローラを配置し、且つ現像ローラ配置部の下流側の第２容器の底部にトナー濃度センサを、またその下流の側壁に現像剤排出口を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置。
6. 現像容器が、現像容器の延長方向に平衡に且つ中央で二分するように延長する仕切板により、それぞれ概ね水平な円筒上の第１容器と第２容器に分割され且つそれらの両端近傍で現像剤の連結搬送路が形成されるようになされた現像容器において、第２容器の延長方向の概ね中央部の上方に現像ローラを配置し、且つ第１容器の下流側端部近傍の側壁に現像剤排出口を設け、その上流の底部にトナー濃度センサを設けた請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置。
7. 像担持体と；
   前記像担持体に静電潜像を形成する潜像形成部と；
   トナー及びキャリアを有する現像剤を収納する現像容器と、現像容器内の現像剤を像担持体に供給して像担持体上の静電潜像を現像するための現像ローラと、トナーに加えてキャリアを含む現像剤を補給するための現像剤補給口と、疲弊した現像剤を排出するための現像剤排出口と、その現像剤排出口の上流にトナー濃度センサを設け、そのトナー濃度センサと現像剤排出口とが近接して配置した現像装置と；
   を有し、上記現像装置において、トナー濃度センサ位置から現像剤排出口位置まで一様な高さの現像剤層を形成するようにした、画像形成装置。

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