JP4122816B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真方式により記録材に画像を形成する画像形成装置に関し、特に２成分現像剤を用いて現像を行う画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式により画像を形成する画像形成工程の一例では、感光体等の潜像担持体上に静電潜像を形成し、形成した静電潜像を現像手段により現像して潜像担持体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を転写手段により記録材に転写し、転写したトナー像を定着手段により記録材に定着して記録材上に画像を形成する。また、他の例では、感光体等の像形成体上のトナー像を像担持体としての中間転写体に転写し、中間転写体から転写手段により記録材に転写し定着することにより、記録材に画像を形成する。
【０００３】
前記画像形成工程における現像工程では、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤を用いた現像が多く用いられ、ＤＣバイアスの現像バイアス電圧を印加することが行われている。
【０００４】
２成分現像剤を用いての現像では、現像によってトナーのみが消費されるので、消費分に相当する適度のトナー補給を行う必要がある。トナー補給は現像器内のトナーとキャリアとの比率を、現像剤の透磁率を検出するトナー濃度検出手段によって検知し、トナー比率（トナー濃度）が所定の比率以下に低下したのを検知するとトナー補給を行う透磁率を用いたトナー濃度検出手段と、潜像担持体上にトナー濃度検出用の標準パターン（パッチと称する）を形成し、潜像担持体上のパッチ画像のトナー付着量を、発光素子と受光素子とから成りパッチ画像部分の反射光量によって検出するパッチ濃度検出手段を用いたトナー濃度検出手段とがある。
【０００５】
潜像担持体上に作成したパッチ画像によってトナー濃度を制御する方式は、現像剤の透磁率による方式に比べ、構成が単純で安価である。その反面、パッチ画像による方式は現像装置内の現像剤のトナー濃度を間接的なセンサーによって検出する手段であるため、精度にかける面がある。
【０００６】
パッチ画像による方式が精度にかける理由の１つに現像性と転写性のずれがある。一般に現像剤の劣化が進むと、トナーの帯電量が低下して現像性は上昇し、転写性は低下する。現像性が上昇した分、現像装置内でのトナー濃度は低くなり、このことによってさらに転写性が低下し、最終的な転写紙上の画像は濃度が低くなってしまう。
【０００７】
特に、リサイクル方式を採用している装置の場合、リサイクルトナーは補給トナーに比べ、劣化の進んだトナーが多く、上記の不具合な現象を引き起こしやすい。また、小粒径トナーや粒径分布のシャープな重合法により製造されたトナーの場合、その画質（解像度、階調性、文字再現性等）の高さから、上記の不具合な現象が顕著に目立ちやすい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、パッチ画像によってトナー濃度を制御する方式の上記の不具合な現象を解消して、長期に亘って転写紙上に画像濃度が適切に維持されるようにした画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の目的は下記の画像形成装置によって達成される。
【００１０】
１．潜像を担持する潜像担持体と、潜像担持体上の潜像を、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を担持した現像剤担持体で顕像化する現像装置と、潜像担持体上の顕像を転写紙に転写する転写装置と、潜像担持体上の非磁性トナーをクリーニングする、転写装置の下流側に配置したクリーニング装置と、潜像担持体上のパッチ画像のトナー付着量を検出するパッチ濃度検出手段と、パッチ濃度検出手段の濃度データに応じてトナーを現像装置に補給するトナー補給手段およびトナー補給制御手段とを有する画像形成装置において、
前記パッチ濃度検出手段の濃度データを、転写紙上の最低必要画像濃度を境界として、転写紙上の画像濃度が低い検出範囲Ａと前記画像濃度が高い検出範囲Ａと検出範囲Ｂに分割し、
前記トナー補給制御手段は、前記検出範囲Ａでは前記パッチ濃度検出手段の濃度データに応じ濃度データが高い場合には低い場合よりも多い量のトナーを現像装置に補給し、前記検出範囲Ｂでは濃度データによらず一定量のトナーを現像装置に補給することを特徴とする画像形成装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面を用いて本発明の画像形成装置について説明する。
【００１２】
（１） 図１の断面構成図に示す画像形成装置は、本発明が適用されるモノクロ画像を形成する電子写真プロセスを利用した複写機の画像形成部を図示したものである。但し、本発明は図１に示した構成に限定されるものではない。
【００１３】
１は潜像担持体のドラム状した感光体であって、マイナス帯電する有機半導体層としてフタロシアニン顔料をポリカーボネイトに分散したものを接地された金属製のシリンダ状の基板上に塗布してあり、電荷輸送層を含めた感光体層の膜厚３０μｍであって、ドラム径φ８０ｍｍで矢示方向に２８０ｍｍ／ｓの周速（Ｖｐ）で駆動回転される。
【００１４】
２は回転する感光体１の周囲を所定の極性・電位に一様に帯電処理するスコロトロン帯電手段で、ワイヤ〜グリッド間距離７．５ｍｍ、グリッド〜感光体間距離１ｍｍ、ワイヤ〜バックプレート間距離１２ｍｍの帯電極構成をしていて、グリッド印加電圧を−７３０Ｖとし、帯電電流値−８００μＡをもってバイアス電圧を印加し、感光体１の帯電電位を−７５０Ｖとしている。
【００１５】
３はレーザ走査方式をとった像露光手段で、レーザ波長７００ｍｍの半導体レーザ（ＬＤ）を用い、その出力パワーは３００μＷである。像露光手段３はレーザビームを出射して感光体１の一様に帯電した表面を走査露光し、静電潜像を形成する。
【００１６】
現像装置４は、感光体１に対向して回転する現像剤担持体４１により感光体１上の静電潜像をトナー像として現像する。接触或いは非接触による現像が、イメージ露光と反転現像との組み合わせで２成分現像剤を用いての現像が行われる。現像剤担持体４１はマグネットロールの周囲にステンレス溶射表面加工を施したアルミ製のスリーブを被せた構成とし、現像剤担持体４１のローラ径φ４０ｍｍ、線速（Ｖｓ）５６０ｍｍ／ｓで回転し、感光体１との線速比（Ｖｓ／Ｖｐ）は２としている。現像剤担持体４１には直流成分の現像バイアスによって現像が行われるが、直流成分としては−６００Ｖの現像バイアスを印加して反転現像が行われる。
【００１７】
非磁性トナーと磁性キャリアを含有する２成分現像剤のトナーとしては、体積平均粒径が３〜９μｍの重合トナーが好ましい。重合トナーを用いることにより、高解像力であり、濃度が安定しかぶりの発生が極めて少ない画像形成装置が可能となる。
【００１８】
重合トナーは次のような製造方法により製造される。
トナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状とがバインダー樹脂の原料モノマー又はプレポリマーの重合及びその後の化学的処理により形成されて得られる。より具体的には、懸濁重合又は乳化重合等の重合反応と必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て得られ、重合トナーでは、原料モノマー又はプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させトナーを製造することから、トナーの粒度分布及び形状の均一な球形トナーが得られる。
【００１９】
トナーは球形の度合いを示す形状係数ＳＦ−１が１００〜１４０、凹凸の度合いを示す形状係数ＳＦ−２が１００〜１２０の間にあることが好ましい。なお、形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２は下記の式で与えられる。
【００２０】
ＳＦ−１＝（Ｌｍａｘ²／Ａ）×（π／４）×１００
ＳＦ−２＝（Ｌａｒｏｕｎｄ²／Ａ）×（１／４π）×１００
Ｌｍａｘ；最大直径 Ｌａｒｏｕｎｄ；周長 Ａ；トナー投影面積
トナーは体積平均粒径が３μｍを下回ると、かぶりの発生やトナー飛散が起こりやすくなる。上限９μｍは本実施の形態が目標とする高画質を形成することを可能する粒径の上限である。
【００２１】
キャリアとしては、体積平均粒径が３０〜６５μｍで磁化量が２０〜７０ｅｍｕ／ｇの磁性粒子からなるフェライトコアのキャリアが好ましい。３０μｍよりも粒径の小さなキャリアではキャリア付着が生じやすくなる。また、６５μｍよりも粒径の大きなキャリアでは、均一な濃度の画像が形成されない場合が生じうる。
【００２２】
５はトナー像の転写性を高めるために照射する転写前露光光源で、光波長７００ｎｍのＬＥＤで、光出力１０ｌｕｘをもって照射する。
【００２３】
６はコロトロンの転写極で、ワイヤ〜感光体１間距離８ｍｍ、ワイヤ〜バックプレート間距離１２ｍｍの構成となっていて、転写電流２００μＡの定電流制御によって感光体１上のトナー像の転写紙上への転写を行う。
【００２４】
７はコロトロンの分離極で、ワイヤ〜感光体１間距離８ｍｍ、ワイヤ〜バックプレート間距離１２ｍｍの構成となていて、ＡＣ成分１００μＡ、ＤＣ成分−２００μＡの分離電流によって転写紙の感光体１からの分離を促す。
【００２５】
給紙部より給紙された転写紙Ｐは、レジストローラ２１によって感光体１上に形成されたトナー像と同期して給紙がなされ、転写ニップ部において転写極６によってトナー像の転写を受ける。転写ニップ部を通過した転写紙Ｐは、感光体１の面から分離極７によって分離され、搬送ベルト２２によって定着装置２３へ搬送される。
【００２６】
定着装置２３は内部にヒータを配置した加熱ローラ２３ａと加圧ローラ２３ｂとより成り、トナー像を保持した転写紙Ｐは加熱ローラ２３ａと加圧ローラ２３ｂとの間で加熱・加圧がなされて定着し、トナー像が定着された転写紙Ｐは排紙ローラ２４によって機外の排紙トレイ上に排出される。
【００２７】
一方、転写紙Ｐへのトナー像の転写後の感光体１の表面はクリーニング装置８により転写残トナーの清掃が行われる。本実施例においてはクリーニング手段としてウレタンゴム製のブレードが用いられ、クリーニングブレードはカウンタタイプに感光体１周面に摺接して清掃を行っている。クリーニング装置８を通過いて表面が清掃された感光体１周面は、光波長７００ｍｍ、光出力１０ｌｕｘ光源を用いた帯電前露光（ＰＣＬ）手段９によって照射がなされ、残留電位を低下して次の画像形成サイクルへと移行する。
【００２８】
クリーニング装置８によって回収されたトナーは搬送スクリュ等を用いてトナー搬送するトナーリサイクル手段８１によって現像装置４に回収される。現像装置４への回収動作は感光体１の回転動作と同時に併行して行われる。
【００２９】
（２） 本発明の画像形成装置では、現像装置４〜クリーニング装置８間には感光体１上の反射濃度を検出して感光体１上のパッチ画像のトナー付着量の計測を行うパッチ濃度センサＴＳが設けられていて、トナー補給制御手段はパッチ濃度センサＴＳからの濃度データに応じたトナーをトナー容器４２から現像装置４に補給する濃度データ範囲Ａと、濃度データによらずに一定量のトナーをトナー容器４２から現像装置４に補給する濃度データ範囲Ｂとの少なくとも２種類のトナー補給を行う範囲を持っていて、検出範囲Ａは検出範囲Ｂより低濃度側に位置した関係でトナー補給を行う。
【００３０】
本発明は次に説明する技術的理由と技術思想の下に行われている。
潜像担持体上に作成したパッチ画像によってトナー濃度を制御する方式では、現像性の低下分をトナー濃度の低下と見込むことがこの方式における前提であるが、最終的なアウトプットである転写紙上の画像濃度は概ね現像性、転写性の２つによって決まっている。
【００３１】
一般にトナーの劣化が進むと、現像性は上昇し、転写性は低下する。また現像性だけでなく転写性も現像装置内におけるトナー濃度が低いほど低下していく傾向がある。
【００３２】
上記、トナー濃度制御においてトナーの劣化が進むと、現像性は上昇するのでトナー濃度は低下傾向になる。潜像担持体上の濃度は一定に保たれているが、トナー濃度が低下した分、転写性が低下するので、転写紙上の画像濃度は低下することになる。
【００３３】
本発明において、転写紙上の最低必要画像濃度を前記濃度データ範囲ＡとＢの境界近傍に設定しておく。従来技術では濃度データ範囲Ｂは濃度は十分足りている範囲なので、トナーを補給することはないが、本発明においては一定量のトナーを現像装置内に補給する。これにより急激なトナー濃度低下による転写紙上の濃度低下を防ぐことができ、長時間にわたって転写紙上に必要とする画像濃度を維持することを可能としている。
【００３４】
（３） 図２にはパッチ画像の濃度読み取りと、これに基づいて行われるトナー補給制御のブロック図を示している。プリント動作が行われる過程においては、制御部Ｃ１はメモリＣ２に記録された例えば５プリント毎に１回宛パッチ濃度読み取りプログラムを呼び出してパッチ画像の濃度読み取りを行う。即ち、例えば５プリント毎に１回宛感光体１上の非画像領域にソリッドのパッチ画像を形成し、下流に位置したパッチ濃度センサＴＳによってパッチ濃度の読み取りを行う。
【００３５】
図３はパッチ濃度センサ読み値と画像濃度の関係を示すグラフで、パッチ濃度センサ読み値は感光体１上に作成したパッチトナー像をＬＥＤ光を照射させ、その反射光の光量を信号値で表したものであり、転写紙上の画像濃度とはグラフのような関係を持っている。一般に転写紙上の画像濃度は１．４以上あれば十分と言われており、２５６階段に分別したパッチ濃度センサ読み値では５０が画像濃度１．４に該当する。
【００３６】
制御部Ｃ１はメモリに記録されたパッチ濃度／トナー補給量テーブルＣ３を呼び出して、パッチ濃度センサ読み値に対応したトナー補給量の補給を行う。
【００３７】
【実施例】
下記の表１は本発明の１実施例を示すパッチ濃度／トナー補給量テーブルである。
【００３８】
【表１】

【００３９】
本実施例においては、画像濃度１．４以下に相当するパッチ濃度センサ読み値５１以上が濃度データ範囲Ａに該当し、読み値に対応したトナー補給量の補給を行う。
【００４０】
なお本実施例においては、トナー補給量を黒化率をもって表示している。黒化率とは転写紙上の黒部が占める比率であって、トナーの粒径等によって転写紙上で同じ黒化率とするに必要とするトナー量（質量）は若干相違しているが、Ａ４サイズの転写紙上で黒化率９％とするに必要とするトナー量は約３３ｍｇ程度となる。従って、センサ読み値が５１〜７０の間にあって、Ａ４サイズのプリントが継続して行われる場合にはプリント１枚宛３３ｍｇのトナー量の補給が行われる。転写紙の紙サイズが変われば、その紙面積に相当したトナー量の補給が行われる。
【００４１】
また本実施例においては、画像濃度１．４以上に相当するパッチ濃度センサ読み値５０以下の濃度データ範囲Ｂについては、濃度データによならいでトナー補給を行う。本実施例ではセンサ読み値が５０以下のときには黒化率４％相当のトナー補給を行う。この補給回数をカウントし、８セット分４０回トナー補給した時点で、黒化率２％相当のトナー補給に切り替える。再びトナー補給回数をカウントし４０回トナー補給したらトナー補給を禁止する。カウント途中でパッチ濃度センサ読み値５１以上を読みとった場合には、濃度データ範囲Ａに移り、それまでのカウント数はリセットされる。
【００４２】
（比較例１）
下記の表２は、比較例１のパッチ濃度／トナー補給量テーブルである。
【００４３】
【表２】

【００４４】
比較例１は、従来一般に行われて来たトナー補給法であって、画像濃度としては一般に満足される画像濃度１．４以上に相当する範囲、即ちパッチ濃度センサ読み値５０以下のセンサ読み値の場合にはトナー補給は行わない。
【００４５】
（比較例２）
下記の表３は、比較例２のパッチ濃度／トナー補給量テーブルである。
【００４６】
【表３】

【００４７】
比較例２は、パッチ濃度センサ読み値の全範囲を本発明でいう濃度データ範囲Ａとして、センサ読み値に応じたトナー補給を行うものである。
【００４８】
（比較検討）
図１で説明した画像形成装置を用い、実施例、比較例１、比較例２の各々のトナー濃度制御を使って、黒化率の低い黒化率２％原稿を用いて連続通紙試験を行い、転写紙上での最大濃度部についての画像濃度の推移を調べたのが図４に示すグラフである。比較例１、比較例２においてはコピー数が増えるに従って画像濃度が低下していく傾向があるのに対して、実施例だと画像濃度が１．４以上で安定していることが認められる。
【００４９】
なお、上記テストは黒化率２％原稿を用いてのテスト結果であるが、コピーする原稿の黒化率が例えば７％以上に高い場合には、トナーの消費量も多く、新規のトナーが十分に現像装置４内に補給されるので、リサイクルトナーを含めストレスを受けて劣化し、現像性が高くなり転写性が低くなっているトナーの割合が高くなりにくい。
【００５０】
その結果、比較例１、比較例２の画像濃度推移は、図４に示したよりも若干実施例の画像濃度推移に近接した結果が得られている。
【００５１】
【発明の効果】
パッチ画像によってトナー濃度を制御する画像形成装置において、本発明によるトナー濃度制御を行うときは、従来は長時間使用によって転写紙上の画像濃度が低下する傾向があったのに対して、長時間にわたって転写紙上の画像濃度が維持されて、高画質の画像が継続して得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の断面構成図。
【図２】トナー補給制御のブロック図。
【図３】パッチ濃度センサ読み値と画像濃度の関係を示すグラフ。
【図４】コピー数に伴う画像濃度の変移を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 帯電手段
３ 像露光手段
４ 現像装置
４３ トナー補給手段
ＴＳ パッチ濃度センサ

Claims (3)

1. 潜像を担持する潜像担持体と、潜像担持体上の潜像を、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を担持した現像剤担持体で顕像化する現像装置と、潜像担持体上の顕像を転写紙に転写する転写装置と、潜像担持体上の非磁性トナーをクリーニングする、転写装置の下流側に配置したクリーニング装置と、潜像担持体上のパッチ画像のトナー付着量を検出するパッチ濃度検出手段と、パッチ濃度検出手段の濃度データに応じてトナーを現像装置に補給するトナー補給手段およびトナー補給制御手段とを有する画像形成装置において、
   前記パッチ濃度検出手段の濃度データを、転写紙上の最低必要画像濃度を境界として、転写紙上の画像濃度が低い検出範囲Ａと前記画像濃度が高い検出範囲Ｂに分割し、
   前記トナー補給制御手段は、前記検出範囲Ａでは前記パッチ濃度検出手段の濃度データに応じ前記濃度データが高い場合には低い場合よりも多い量のトナーを現像装置に補給し、前記検出範囲Ｂでは濃度データによらず一定量のトナーを現像装置に補給することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記クリーニング装置により回収されたトナーを前記現像装置に搬送するトナーリサイクル手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記非磁性トナーは体積平均粒径９μｍ以下３μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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