JP4547146B2 - 電子写真装置 - Google Patents

Description

本発明は複写機、プリンター等の電子写真装置に関するものであって、特にトナーの補給とキャリアの補給を行い、余分な現像剤を現像器外に排出する構成となっている現像装置を用いて、自動的に現像剤交換を実現して現像特性を安定に維持できる現像方式に関わるものである。

電子写真装置に用いられる２成分現像器では、一般的にトナーとキャリアを有する現像剤を用いて、現像器によりトナー像を形成して画像を作成している。この時トナーは画像形成と共に消費されるため、通常は容器にトナーを入れたトナーカートリッジとして本体に供給される。つまり、容器内のトナーが無くなったら新しいトナー容器と交換して、新しいトナーを補充する。

一方、キャリアは消費されないが、画像形成の回数に伴ってその性能が劣化するため、ある程度の画像形成回数ごとに交換する必要がある。交換の一般的な方法としては、電子写真装置においては専用のサービス担当者がキャリアの交換を実施する方法や、キャリアを内蔵した現像器をユニットごと新しいユニットに交換する方法等が一般的である。

また最近では、補給用のキャリアを格納した容器を設けて少量ずつキャリアを現像器に補給したり、補給用トナーにキャリアを一定量混合しておき、トナーの補給と同時に自動的にキャリアを少量ずつ補給し、現像器内で余分になったキャリアを少量ずつ現像器外部に排出する事によって、現像剤の劣化を防止しキャリアの定期的な交換を必要とせずに、安定した画像を継続して形成する方法も提案または実施されている。現像剤の排出口に関しては、開閉可能なシャッターを排出口に設けて、常時オーバーフローで排出するのではなく、現像器の動作中等、必要な時のみシャッターを開放して排出を行う手段が開示されている。

例えば、内部に現像剤の供給源を有する室が設けられた現像装置が、特許文献１に開示されている。この室は少なくともキャリアとトナーから成る現像剤を有し、室が収められているハウジングがこの現像剤を受け取る事になる。さらに、ハウジング室内のキャリアの老化速度とハウジング室内のトナーの所要帯電能との関数である速度でキャリアをハウジング室内に加える事により、ハウジング室内の現像剤の使用寿命が電子写真式印刷機の使用寿命に少なくとも等しくなるよう構成されている。

通常トナーの補給に加えてキャリアを補給し、余剰となった現像剤を現像剤排出口からオーバーフローにより排出する方式の特徴は、画像形成に伴ってキャリアの帯電能力が低下し良好な画像が得られなくなる不具合を、新しいキャリアを少量ずつ補給する事により自動的にキャリアの交換を行って、必要な帯電能力を維持し続ける事にある。

しかしこの場合、オーバーフローによって余剰な現像剤を排出するため、劣化したキャリアのみでなくまだ使用可能なキャリアも同時に排出してしまい、キャリアを無駄にしてしまう欠点がある。

キャリアの補給量と画像の品質に関して言えば、キャリアを多めに補給すれば帯電能力は高めに安定し、高品質な画像を継続して出力する事ができるが、これに伴って排出されるキャリアも増加するため、消費キャリアの増加によってプリント当たりに要する費用が増加する欠点もある。

画像形成装置の使用者が要求する画像の品質はまちまちであり、写真画像を使用したパンフレットのようにプリント当たりのコストよりも高品位な画像を形成する事が優先される場合がある一方、社内での会議資料や個人の資料等、画像品質はあまり要求されずに安価にプリントしたい場合もある。

これらの状況に対して、従来の装置においては、キャリアの補給量は装置本体によって一定に保たれたり、制御装置により自動的に制御される構成であった。具体的には、トナー容器内に少量のキャリアを混合して補給する方式においては、キャリアの補給量を可変とする事は不可能であった。また、トナーとキャリアを独立に補給する方式においても画質を維持できる補給量制御に関するものしか無かった。従って、使用者が希望の画質により補給量を選択する事ができなかった。

特公平７−１１１５９８

本発明の目的は、２成分現像装置を用いた電子写真装置において、装置の使用者が希望の画像品質を選択することができる電子写真装置を提供する事である。

上記目的は、請求項１の発明によれば、現像器と、前記現像器にトナーを供給するトナー供給手段と、前記現像器にキャリアを独立にまたはトナーと混合して供給するキャリア供給手段と、余分な現像剤を現像器外に排出するための手段とを備えた現像装置を有する電子写真装置にして、トナー消費量に対するキャリア補給量の比率を複数種類設定し、少なくとも通常比率モードとこれより比率の高い高比率モードを選択可能にし、更に画像形成紙面面積に対する画像部面積の比率を計測する制御部を設け、この画像形成面積比率に基づいてキャリアの補給量比率をさらに制御して、前記トナー供給手段と前記キャリア供給手段を作動することによって達成される。その際、本体装置の操作部により補給比率の選択を行えるようになっているのが好都合である。また感光体表面の非画像部に付着するトナー量を検出する検出部を設け、この非画像部に付着するトナー量に基づいてキャリアの補給量比率をさらに制御するのがよい。

請求項１の発明によれば、装置の使用者が希望の画層品質を、即ち、高品位な画像を形成したい場合は高比率モードによりキャリアを多量に補給できるようにし、高品位な画像でなくとも安価に画像形成したい場合は通常比率モードによりキャリア補給を抑えることができ、画像品質の確保と費用抑制の両方を実現するだけでなく、画像形成紙面面積に対する画像作造部面積（トナー付着面積）の比率を監視計測することができ、この計測値を基にキャリアの補給量を適正に制御することができる。

請求項２の発明によれば、装置使用者が操作パネルでモードを選択でき、画像品質を随時変更可能である。

現像剤が劣化してくるとトナーへの帯電能力が低下し、不正帯電トナーが感光体の非画像部に付着し易くなる傾向があるが、請求項３の発明によれば、感光体表面の非画像部に付着するトナー量を検出し、これによって現像剤の劣化状態を判断して補給量を適正化できる。ゆえに、同じ１台の機械を使用して使用者がその性能を選択しながら、画質優先、またはコスト優先と最適な状態で使用することができるという新しい利点が生まれる。

図１は現像装置の全体の構造を示す。感光体ドラム１の周りには帯電器及び光書き込み装置（図示せず）が設けられ、これら装置によってドラム１表面に静電潜像が形成される。現像器２がドラム１に隣接して設けられており、内部のトナーによって感光体に形成された静電潜像を現像し、可視像を形成する。

現像器２はトナー及びキャリアを供給するための補給口３を有し、トナーについてはトナーカートリッジ４に収納されたトナーが、トナー輸送路５を介して現像器２に少量ずつ補給される。その補給量の制御は、トナー輸送路５の内部に備えられたスクリューの回転量をトナー輸送用モーター１３で制御する事により行われる。モーター１３はトナー輸送路５の一端に接続されている。

キャリアは、キャリア単体または少量のトナーと混合した現像剤としてキャリアカートリッジ６に収納され、トナーと同様にキャリア輸送路７を介して現像器２に少量ずつ補給される。その補給量の制御は、キャリア輸送路７の内部に備えられたスクリューの回転量をキャリア輸送用モーター１４で制御する事により行われる。モーター１４はキャリア輸送路７の一端に接続されている。

図１において、トナー及びキャリアの輸送路５、７は省略して示されているが、輸送の手段としては一般的なスクリューを用いた方法や、粉体を送るためのポンプ機構を輸送路途中に配置した方式等を用いる事ができる。

現像器２の内部において、キャリアに適量のトナーを混合した現像剤が循環している。現像剤は現像ローラー１５によって感光体表面に運ばれて接触し、トナーのみが静電潜像によって引きつけられ、感光体に付着して現像が行われる。

図１におけるトナー濃度センサー１２は、現像器内部の現像剤の透磁率を測定することによりトナーの混合率を検知する。現像器内部の現像剤のキャリアに対するトナーの混合割合は通常、５％〜１２％程度の範囲で使用され、トナー濃度センサーの出力を基にトナーの補給を行うことにより消費されるトナーの補給制御がされるようになっている。電子写真装置においては、狙いの画像濃度に基づいて適切なトナー濃度範囲を設定し、この範囲に収まるように少量ずつトナーを補給して安定した画像が得られるようにコントロールされている。

本実施例に従うキャリアの補給に関しては、トナーの補給量を計測（カウント）し、これに基づいて、トナー消費量に対して一定比率で少量ずつ現像器２内部にキャリアを補給する。少量ずつ新しいキャリアを加える事で、徐々に劣化していくキャリアの帯電性能を補い、現像器内の総キャリアのトータル帯電性能を、適正な画像を形成するために必要な適正範囲の限界値以上に維持できる。これによって、従来のように定期的なキャリアの交換（メンテナンスによるキャリアの入れ替え）を行わなくとも、安定した画像形成を継続する事ができる構成である。

図１において、現像剤排出部８が現像器２に取り付けられている。キャリアの補給によって現像器内部の現像剤の総量が増加するため、排出部８は補給した分の余分なキャリアを現像器外に排出するための開口として構成されている。排出部８には、排出された現像剤を搬送するための輸送路１０が接続され、輸送路１０の一端には、排出された現像剤を収納するための現像剤回収容器９が接続されている。現像剤輸送路１０の内部には搬送スクリュー（図示せず）が必要に応じて設けられている。

ここで、トナーカートリッジ４、キャリアカートリッジ６、現像剤回収容器９はそれぞれ本体装置に着脱自在に設けられ、トナーカートリッジ４、キャリアカートリッジ６は使い切った時、現像剤回収容器９は満杯となった時に交換可能になっている。

図２は現像器２の内部及び断面を示す。ケーシング１８は現像器を構成し、この内部において搬送オーガと呼ばれる螺旋状のフィンを有するスクリュー１６、１７が矢印Ｃ、Ｄ方向に回転し、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。搬送オーガによって、スクリュー１６側では現像剤が図中手前から奥側に搬送され、スクリュー１７側では現像剤が奥側から手前に搬送される。奥側と手前側の間に、仕切りの無い部分を有する仕切り板１９が設けられており、ここを通して現像剤がスクリュー１６、１７側を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、搬送オーガ１６の上方に設置された現像ローラー１５によって磁力で吸い上げ、吸着される。次いで、現像剤はドクターブレード２０で厚さを均一に均されてから感光体１に接する事により、感光体上の静電潜像がトナーで現像され、トナー像が形成される。この時、感光体１に付着するのはトナーのみであり、現像に用いられ減少した現像器内で循環する現像剤中のトナーの量を一定に保つために、トナー、キャリア補給口３より矢印Ａの方向にトナーが供給される。キャリアも同様に補給される。

トナー濃度センサー１２が、図２に示すようにケーシング１８の下部に設けられ、攪拌搬送中の現像剤にその一部を接する事によりトナーの混合率を検出する。ケーシング１８の一方の側面には現像剤排出部８が一体化しており、その内部には現像剤排出口２１が開口を構成している。この開口の最下位部よりも高いレベル（高さ）にある現像剤がオーバーフローして矢印Ｂの方向に、現像器外に排出される構成である。このようにして、内部の現像剤のレベルによって排出が制御され得る。現像剤排出口２１は長方形、円形または長円形等の開口である。

画像センサー２２は感光体１の周囲に配置され、感光体上に形成されるトナー像のトナー付着量を発光素子と受光素子により反射濃度として検出する部材である。このようなセンサーは通常は主に画像部のトナー付着量を検出するために用いられるが、本実施例では、画像部以外の場所に付着する帯電不良トナーの量を検出するために用いられる。

図３はトナー濃度センサー１２の出力を示す。図が示すように、トナー濃度が下がるとセンサーの出力が高くなり、トナー濃度が上がると出力が低くなる特性により、トナーの濃度を検知している。トナー濃度の制御範囲には希望の画像濃度に応じた適正範囲（（１）〜（３））があり、この適正範囲内でトナー濃度が低下してくると、トナー補給装置を稼動させてトナーを現像器に補給するように制御されている。同様に、トナー濃度が適正範囲を超えて高くならないようにもまた制御されている。

図４は、使用者が操作するための通常の操作パネル２３を有する電子写真装置本体２４を示す。

図５はキャリアの補給比率Ａ、Ｂ、Ｃの場合の画像形成枚数に対する現像器内現像剤のトナー帯電能力を示すグラフである。トナー帯電能力には適正な画像を形成するために必要な適正範囲Ｓがあり、この範囲に収まるように現像剤の交換や補充が行われる。

図６はキャリア補給量の制御を示すブロック図である。先ず、キャリア比率２５において複数種類の比率が準備される。この比率は具体的にはトナーの補給量に対するキャリアの重量比であり、Ａ＝２％、Ｂ＝６％、Ｃ＝１０％というように複数の補給モードを準備する。モードＡは画像形成に必要な最低限のキャリアを補給する事により、低コストで画像を形成するモードであり、モードＣはキャリアを十分に補給し、現像剤の帯電能力の安定化を優先した高画質モードである。モードＢはその中間のモードである。
キャリア補給量制御部２６は、キャリア比率、トナー補給量、画像面積比率、非画像部トナー付着量等の条件により、キャリア輸送用モーター１４に与える回転量を算出し、キャリア輸送用モーター１４を駆動させる制御部である。このモーター１４は、図１に示されるキャリア輸送用モーター１４である。
トナー補給量カウント部２７は、トナー輸送用モーター１３に与えられた回転量を累積したり、形成した画像の面積を累積したりして、トナーがどれくらい補給されたかを計測する。
画像データカウント部２８は、デジタル装置においては画像の画素数を累積する事により画像の面積を計算する。
画像面積比率算出部２９は、例えば１０００枚プリントの平均画像面積比率を算出する。
非画像部トナー付着量計測部３０は、電子写真装置で一般的に用いられる感光体上画像濃度センサーを用いて、非画像部の反射濃度を計測する事によって計測する。

キャリア補給が無い場合は図中破線で示すように、画像形成枚数に伴って帯電能力は低下し、図中横軸のＬの時点で帯電能力が限界となり、この限界以下ではキャリアの全体交換が必要となる。ここで本発明のようにキャリアを一定比率で補給する場合には、図のように帯電能力は補給比率Ａ、Ｂ、Ｃに応じて異なり、補給量が多い補給比率Ｃの場合は高めに安定し、補給量が少ない補給比率Ａの場合は低めに安定する。また、希望の画像品質の変更により装置使用者が補給比率を変更した場合には、図中一点鎖線のように帯電能力は推移し、希望の画質、希望のプリントコストを選択する事ができる。

本発明の特徴を具体化する例示の、現像装置の全体の構成を示す図である。 図１の現像器の内部を示す断面図である。 トナー濃度センサーのトナー濃度と出力の関係を示す図である。 本体装置の使用者が操作するための通常の操作パネルを示す図である。 キャリア補給量の制御を示すブロック図である。 キャリアの補給比率Ａ、Ｂ、Ｃの場合における、画像形成枚数に対する現像器内現像剤のトナー帯電能力の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 感光体
２ 現像器
３ トナー、キャリア補給口
４ トナーカートリッジ
５ トナー輸送路
６ キャリアカートリッジ
７ キャリア輸送路
８ 現像剤排出部
９ 現像剤回収容器
１０ 現像剤輸送路
１２ トナー濃度センサー
１３ トナー輸送用モーター
１４ キャリア輸送用モーター
１５ 現像ローラー
１６ 搬送オーガ１
１７ 搬送オーガ２
１８ ケーシング
１９ 仕切り板
２０ ドクターブレード
２１ 現像剤排出口
２２ 画像濃度センサー
２３ 操作パネル
２４ 電子写真装置本体
２５ キャリア比率
２６ キャリア補給量制御部
２７ トナー補給量カウント部
２８ 画像データカウント部
２９ 画像面積比率算出部
３０ 非画像部トナー付着量計測部

Claims (3)

1. 現像器と、前記現像器にトナーを供給するトナー供給手段と、前記現像器にキャリアを独立にまたはトナーと混合して供給するキャリア供給手段と、余分な現像剤を現像器外に排出するための手段とを備えた現像装置を有する電子写真装置にして、トナー消費量に対するキャリア補給量の比率を複数種類設定し、少なくとも通常比率モードとこれより比率の高い高比率モードを選択可能とする電子写真装置において、画像形成紙面面積に対する画像部面積の比率を計測する制御部を設け、この画像形成面積比率に基づいてキャリアの補給量比率を制御して、前記トナー供給手段と前記キャリア供給手段を作動することを特徴とする電子写真装置。
2. 請求項１に記載の電子写真装置において、本体装置の操作部により補給比率の選択ができることを特徴とする電子写真装置。
3. 請求項１または２に記載の電子写真装置において、感光体表面の非画像部に付着するトナー量を検出する検出部を設け、この非画像部に付着するトナー量に基づいてキャリアの補給量比率をさらに制御する制御部を設けたことを特徴とする電子写真装置。

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