JP4815816B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
最近では、地球環境保全という要請があり、画像形成装置から排出される廃棄物の絶対量を低減することが要求されてきている。そこで、転写後にクリーナによって回収された回収トナーを、現像装置に戻して再利用する回収トナーリサイクル方式が検討されている。
そこで、現像剤中にステアリン酸金属塩からなる潤滑剤を含有させ、この潤滑剤を現像時に感光体ドラムに供給することで、感光体ドラム表面にステアリン酸金属塩からなる被膜を形成させることで、感光層の摩耗を抑制する技術が存在する(特許文献1参照。)。
また、他の目的は、クリーナによって回収されたトナーを再び画像形成に利用する際に、回収されるトナーの利用効率を高めながら、トナーと共に回収される異物による画像への影響を低減することにある。
図1は、本実施の形態が適用される画像形成装置としてのプリンタ1の全体構成を示した図である。プリンタ1は、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系10、記録用紙P(記録材)を搬送するシート搬送系40、例えばパーソナルコンピュータや画像読み取り装置等に接続され、受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理系であるIPS(Image Processing System)50を備えている。
また、本実施の形態では、各画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kのうち、黒の画像形成ユニット11Kが中間転写ベルト21の搬送方向最下流側に配設されている。
さらに、プリンタ1において、画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kよりも図中手前側には、図中破線で示す回収ボトル60が取り付けられている。この回収ボトル60には、後述する廃棄現像剤が回収され、収容される。なお、本実施の形態では、二次転写ロール46およびバックアップロール24により、二次転写部が構成されている。
また、クリーニング助剤Aとしては、略無色透明であり、平均粒径が後述するトナーTと略同程度に設定されたステアリン酸亜鉛が用いられている。このステアリン酸亜鉛は、トナーとは逆極性の帯電極性(本実施の形態では正極性)を有している。なお、現像剤D中におけるクリーニング助剤A(ステアリン酸亜鉛)の含有量は、約0.5%程度である。また、クリーニング助剤Aとしては、上述したステアリン酸亜鉛の他、ステアリン酸カルシウムなどの脂肪酸金属塩や酸化セリウム等を使用することができる。
さらに、外添剤としては、平均粒径5〜200nmのシリカおよびチタニア等の無機微粒子が用いられる。
本実施の形態に係るプリンタ1では、各画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kの現像器14Y,14M,14C,14Kに対し、所定のタイミングで新たな現像剤Dを新たに供給し、その結果内部で余剰となった現像剤Dを廃現像剤として外部に排出するトリクル方式を採用している。このようなトリクル方式を採用することで、各現像器14Y,14M,14C,14Kでは、現像によって減少したトナーTの補給と、長期間の使用に伴って劣化したキャリアCの除去とを同時に行っている。
さらに、回収トナー搬入口81よりも現像剤搬送方向下流側には、現像器14内で余剰となった現像剤Dを現像器14の外部に排出するための現像剤排出口(余剰現像剤排出部)82が形成されている。本実施の形態では、現像剤排出口82が、連通口76bの上部に設けられている。
そして、現像剤排出口82よりも現像剤搬送方向下流側であって、現像ロール71との対向部よりも現像剤搬送方向上流側には、現像剤ボトル17から供給される新たな現像剤Dを現像器14内に搬入するための現像剤搬入口(新現像剤搬入部)83が形成されている。
なお、これら回収トナー搬入口81、現像剤排出口82、現像剤搬入口83は、上部ハウジング70b(図5参照)に設けられている。
さらに、ウェブクリーナ93は、巻き取り自在なウェブを有するもので、一方のウェブ供給ロールからウェブを供給し、他方のウェブ回収ロールでウェブを回収するようになっている。本実施の形態では、異物回収ロール91との対向部において、ウェブの移動方向が異物回収ロール91の移動方向とは逆方向となっている。そして、異物回収ロール91に接触するウェブの背面側には、スポンジからなるウェブ押し当てロールが配設されており、このウェブ押し当てロールにてウェブを異物回収ロール91に向けて押圧している。なお、本実施の形態では、ウェブクリーナ93を用いて異物回収ロール91のクリーニングを行っているが、これに限られるものではなく、例えば固定パッドを異物回収ロール91に押し当てる構成としたり、あるいは、スクレーパやブレード等を異物回収ロール91に圧接させるようにしてもよい。
現像剤Dは、回転駆動される第1のスクリューオーガ72および第2のスクリューオーガ73により、現像ハウジング70内を攪拌されながら循環搬送される。この攪拌動作により、現像剤Dを構成するキャリアCおよびトナーTは互いに摩擦され、トナーTは摩擦により負極性に帯電する。また、クリーニング助剤Aは摩擦により正極性に帯電する。そして、攪拌搬送される現像剤Dが現像ロール71との対向部に搬送されると、磁石ロール71bに設けられた磁極N1の磁力により、現像剤Dの一部が現像ロール71側に転移し、現像スリーブ71a上に現像剤Dによる現像剤層が形成される。そして、この現像剤層は、回転駆動される現像スリーブ71aの回転に伴って搬送されていく。現像スリーブ71aにより搬送される現像剤層が層規制ロール75との対向部を通過する際、現像剤層の厚さは所定厚さに規制され、所定の搬送量となって感光体ドラム12と対向する現像ハウジング70の開口部に運ばれる。なお、層規制ロール75との対向部を通過できなかった現像剤Dは、重力および層規制ロール75の回転力によって現像ハウジング70内に戻される。現像スリーブ71aには、現像バイアス電源80により所定の現像バイアス(例えば直流−350Vにピークトゥピークが1kVの交流を重畳したもの)が印加されている。これにより、感光体ドラム12と最近接する現像領域において、現像スリーブ71a上の現像剤層より感光体ドラム12上の潜像形成領域(ROS30による書き込みが行われた領域)にトナーTが転移し、静電潜像を現像して可視像化する。また、トナーTと逆極性に帯電しているクリーニング助剤Aは、感光体ドラム12上の非潜像形成領域(ROS30による書き込みが行われなかった領域)に転移する。その後、現像ハウジング70の開口部を通過し現像を終了した現像剤層は現像スリーブ71a上に担持された状態でさらに搬送される。そして、現像スリーブ71a上の現像剤層は、磁極N4、N1間に形成される反発磁界によって現像ロール71から離脱して現像ハウジング70内に落下し、再び第1のスクリューオーガ72および第2のスクリューオーガ73によって攪拌搬送され、次の現像を待つこととなる。
トナー濃度検知センサ77で検知されるトナー濃度(現像剤DにおけるトナーTの濃度)が所定のレベル以下であると、対応する現像剤ボトル17(図1参照)から新たな現像剤Dが供給される。そして、現像剤搬入口83から新たな現像剤Dが搬入される。新たに搬入された現像剤Dは、既に現像ハウジング70内にあった現像剤Dと共に攪拌搬送されていく。
現像ロール71との対向部を通過した現像剤Dは、次に、回収トナー搬入口81の下部を通過する。回収トナー搬入口81からは、各色に対応したドラムクリーナ16にて回収された回収トナーが搬入される。なお、黒の現像器14Kの場合には、ベルトクリーナ25にて回収された回収トナーも搬入される。このような回収トナーが供給されることにより、トナー濃度は若干上昇する。
さらに、回収トナー搬入口81の下部を通過した現像剤Dは、次に、現像剤排出口82の下部を通過する。現像剤排出口82からは、現像剤搬入口83から新たな現像剤Dが供給されることにより余剰となった現像剤Dが排出される。ここで、余剰となった現像剤Dには、長期の使用に伴って劣化したキャリアCや、ドラムクリーナ16やベルトクリーナ25(黒の現像器14Kのみ)から搬送された回収トナー等が含まれる。
そして、現像剤排出口82の下部を通過した現像剤Dは、再び、現像剤搬入口83の下部に到達し、以後、上述した順序で、新たな現像剤Dの供給、現像、回収トナーの供給、余剰となった現像剤Dの排出、が行われていく。
本実施の形態に係るプリンタ1では、ドラムクリーナ16においてクリーニングブレード16aを使用している。この場合、感光体ドラム12とクリーニングブレード16aとの圧接部に、トナーTが堆積するトナーダムが形成されることになる。ここで、本実施の形態では、トナーTとして所謂球形トナーを使用しているため一次転写における高い転写効率を得ることができる。これは逆の観点からみれば、一次転写後に感光体ドラム12上に残る転写残トナーTの絶対量が非常に少ないことを意味する。転写残トナーTが少ないと、上述したトナーダムを形成するトナーTが交換されず、同じトナーTが長期間トナーダムとなって存在することになる。すると、トナーダムを形成するトナーTは、長期間にわたって圧力および摩擦による熱による影響を受けることになってしまい、トナーTの特性が劣化し、また、トナー同士が凝集する現象が生じてしまう。
このようにして中間転写ベルト21に紙粉が転移、付着すると、紙粉は転写残トナーと共にベルトクリーナ25によって回収されることになる。そして、ベルトクリーナ25によって回収された紙粉を含むトナーは、現像器14内に戻される。つまり、紙粉が黒の現像器14K内に混入してしまうことになる。
図9は、黒の画像形成ユニット11Kにおける感光体ドラム12上の現像剤D(キャリアC、トナーT、クリーニング助剤A)および紙粉PDの挙動を模式的に示す図である。なお、感光体ドラム12の表面には、負極性の帯電極性を有する有機感光層12aが形成されている。
上述したように、感光体ドラム12には、帯電器13(図2参照)によって−550Vの電位に帯電された感光体ドラム12上に、ROS30(図1参照)によって画像を形成すべき領域に光書き込みが行われる。その結果、ROS30にて光書き込みが行われた潜像形成領域(以下の説明では印字領域と呼ぶ)PA(−50Vの帯電電位を有する領域)、および、光書き込みが行われなかった非潜像形成領域(以下の説明では非印字領域と呼ぶ)NPA(−550Vの帯電電位を有する領域)が形成される。
一方、本実施の形態では、クリーニング助剤Aは、トナーTとは逆の正極性に帯電している。このため、クリーニング助剤Aは、感光体ドラム12上の非印字領域NPAに静電的に転移する。また、現像ロール71上の紙粉PDも上述したようにトナーTとは逆の正極性に帯電している。このため、紙粉PDも感光体ドラム12上の非印字領域NPAに静電的に転移する。このとき、紙粉PDは、紙粉PDに吸着したトナーTを伴って感光体ドラム12に転移するため、非印字領域NPAにトナーTが存在することになってしまう。
異物回収ロール91には、異物回収バイアス電源92により例えば−1300Vの回収バイアスが印加されており、非印字領域NPA(−550V)との間に−750Vの電位差が形成される。このため、感光体ドラム12の非印字領域NPAに存在する紙粉PD(正極性に帯電)は、静電気力によって異物回収ロール91に転移付着する。このとき、紙粉PDに付着するトナーTも、そのほとんどが紙粉PDに付着した状態で異物回収ロール91側に移動する。そして、異物回収ロール91に転移付着した紙粉PDは、異物回収ロール91の回転に伴ってウェブクリーナ93との対向部まで搬送され、ウェブクリーナ93によって除去される。なお、非印字領域NPAには、正極性に帯電するクリーニング助剤Aも存在するが、クリーニング助剤Aは、静電気的な付着力の他に、ファンデルワールス力等によって感光体ドラム12に吸着しているため、そのほとんどが異物回収ロール91側に転移しない。
一方、感光体ドラム12の印字領域PAに転移したトナーTは、負の帯電極性を有しているため、異物回収領域CAを通過する際に異物回収ロール91側に転移することはなく、さらに感光体ドラム12に担持された状態で搬送される。
転写領域TAでは、感光体ドラム12と一次転写ロール15(図2参照)との間に一次転写バイアスが印加される。具体的には、接地される感光体ドラム12に対し、一次転写ロール15から正極性の一次転写電流が流される。これにより、感光体ドラム12上の印字領域PAに存在するトナーTのほとんどは、中間転写ベルト21に静電的に転移する。一方、本実施の形態では、クリーニング助剤AがトナーTと逆極性の正極性に帯電していることから、感光体ドラム12上の非印字領域NPAに存在するクリーニング助剤Aのほとんどは、中間転写ベルト21に静電的に転移せず、そのまま残る。但し、一部のクリーニング助剤Aは中間転写ベルト21へと転移する。
最後に、これら転写されなかったトナーTおよびクリーニング助剤Aがドラムクリーナ16(図2参照)に到達し、トナーTが除去される。また、クリーニング助剤Aの一部は、感光体ドラム12とクリーニングブレード16aとの圧接部で感光体ドラム12に塗布されて被膜となり、残りのクリーニング助剤Aは、クリーニングブレード16aによって除去される。
ただし、本実施の形態では、このような凝集クリーニング助剤GAも、紙粉PDと同様に、静電気力によって異物回収ロール91に転移することになる。ここで、凝集クリーニング助剤GAは、径が大きいために、通常のクリーニング助剤Aと比べて感光体ドラム12に対する鏡像力が小さく、その結果付着力も小さい。このため、凝集クリーニング助剤GAは異物回収ロール91に転移しやすく、通常のクリーニング助剤Aは異物回収ロール91に転移しにくい。
さらに、このような凝集クリーニング助剤GAの発生に伴う問題は、一次転写において生じやすいことから、他色の画像形成ユニット11Y、11M、11Cにおいても起こり得る。したがって、凝集クリーニング助剤GAが生じやすいクリーニング助剤Aを用いる場合には、黒の画像形成ユニット11Kだけでなく、他色の画像形成ユニット11Y、11M、11Cにも、異物回収機構90を取り付けることが好ましい。
さらに、本実施の形態ではベルトクリーナ25により紙粉PDや凝集クリーニング助剤GA等が混入したトナーを回収し、黒の画像形成ユニット11Kの感光体ドラム12に転移した紙粉PDや凝集クリーニング助剤GAを取り除くようにした。このため、上記特許文献3や4のように、現像器14に供給される前に本来再利用可能なトナーTまでもが回収されてしまう態様と比較して、回収されたトナーTの利用効率を高めることもできる。
また、黒の画像形成ユニット11Kに設けられる感光体ドラム12、異物回収ロール91、および、ウェブクリーナ93は、例えば一体化したドラムカートリッジとして構成することができる。このような構成を採用することにより、感光体ドラム12の交換時には異物回収ロール91も同時に交換できることとなり、利便性が高まる。そして、異物回収ロール91やウェブクリーナ93の他に、例えば現像器14やドラムクリーナ16等も、ドラムカートリッジ内に組み込むことが可能である。そして、ドラムカートリッジを構成する各部材の寿命が略同一となるような製品設計を行うことにより、メンテナンスが簡易になり、且つ、メンテナンスにかかるコストも低減することができる。
本発明者は、感光体ドラム12と異物回収ロール91との間に形成される電界(印加電界)の強さが−500、−700、−1000、−1500(V/m)となるように、異物回収バイアス電源92より印加する回収バイアスの大きさを設定し、紙粉PDや凝集クリーニング助剤GAに起因する粗大粉欠陥(非印字領域NPAにトナーTが転移し、記録用紙Pに転写されることによって生じる画像欠陥)の除去率を調査した。なお、感光体ドラム12の非印字領域NPAの電位は−550Vであり、感光体ドラム12と異物回収ロール91との距離は0.5mmである。したがって、電界の強さを−1500V/mとする場合には、異物回収ロール91に、異物回収バイアス電源92によって−1500×0.5−550=−1300Vの回収バイアスを印加する設定を行うことになる。
本発明者は、クリーニング助剤Aを添加した現像剤D(以下、サンプル1と呼ぶ)およびクリーニング助剤Aを添加しない現像剤D(以下、サンプル2と呼ぶ)を用い、感光体ドラム12と異物回収ロール91との間に形成される印加電界の大きさを種々異ならせながら、凝集クリーニング助剤GAに起因する黒点(凝集物欠陥)および感光体ドラム12における有機感光層12aの摩耗量との関係について評価を行った。実施例1において、画像形成装置としては、富士ゼロックス社製モノクロ複合機DC402の改造機を用いた。なお、DC402は、感光体ドラム12上に形成されたトナー像を直接記録用紙Pに転写するタイプの画像形成装置であり、ドラムクリーナ16で除去されたトナーTを現像器14に戻す改造、および、異物回収機構90を取り付ける改造が施されている。
また、現像剤Dに含まれるトナーTは、特許第3141783号に記載される製造方法で得られたものを用いた。そして、クリーニング助剤Aとして、ステアリン酸亜鉛をトナー重量に対して0.5重量%の割合で混合し、さらにキャリアCを添加することによりサンプル1を得た。なお、サンプル2は、ステアリン酸亜鉛(クリーニング助剤A)を含んでおらず、上述したトナーTにキャリアCを添加することにより得た。
図11は、現像剤Dとしてサンプル1を用いた場合の結果を示している。なお、図11において、横軸はプリント枚数であり、縦軸はA3サイズあたりに発生する黒点(感光体ドラム12上の非印字領域NPAに転移した凝集クリーニング助剤GAに付着するトナーTによって生じた凝集物欠陥)の個数を示している。バイアス印加なしの場合、プリント枚数2万枚以降で凝集クリーニング助剤GAによる欠陥(黒点)が、目標値である10個/A3を超えたのに対し、−700V/m、−1000V/mの条件では、10万枚のプリント終了後も目標値内であった。また、10万枚プリント後における有機感光層12aの摩耗量も15μm(残量17μm)であり、使用限界(15μm以上)を超えることはなかった。
本発明者は、次に、画像形成装置として本実施の形態で用いたプリンタ1(富士ゼロックス社製フルカラープリンタC3530の改造機)を用い、実施例1と同様の評価をおこなった。そして、印加電界=−700V/mとなるようにバイアス印加を行い、現像剤Dとしてサンプル1を用いて10万枚のプリントを行った。その結果、10万枚のプリント終了後も黒点の数は10個/A3以下であり、良好な結果であった。そして、10万枚のプリント終了後の有機感光層12aの摩耗量は15μm(残量17μm)であり、使用限界(15μm以上)を超えることはなかった。
Claims (2)
- 第1の帯電極性を有するトナー、当該第1の帯電極性とは逆となる第2の帯電極性を有するキャリア、および当該第2の帯電極性を有する潤滑剤を含む現像剤を担持し、潜像担持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段と、
前記現像手段にて前記潜像担持体に現像されたトナーを、直接あるいは中間転写体を介して紙に転写する転写手段と、
前記潜像担持体および/または前記中間転写体に圧接配置されるクリーニングブレードを備え、転写後に前記潜像担持体および/または前記中間転写体に残存するトナーを除去するクリーニング手段と、
前記クリーニング手段によって除去されたトナーを前記現像手段に再度供給する回収トナー供給手段と、
前記回収トナー供給手段から供給されたトナーに混入し、前記現像手段によって前記潜像担持体に転移した、前記第2の帯電極性を有する、前記潤滑剤の凝集体および前記紙から出た紙粉を、前記転写手段による転写前に、電界を用いて回収する異物回収手段と
を含み、
前記現像手段は、
前記潜像担持体との対向部に当該潜像担持体の軸方向に沿って現像用開口が形成され且つ内部には現像剤が収容される現像ハウジングと、
前記現像ハウジングの前記現像用開口に面した箇所に配設され且つ当該現像ハウジング内に収容される現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
前記現像ハウジングの内部に配設され且つ当該現像ハウジング内で現像剤を攪拌しながら循環搬送するための循環搬送経路を形成し、当該循環搬送経路内にて前記現像剤担持体に現像剤を供給する攪拌搬送部材と、
前記循環搬送経路内において前記現像剤担持体への現像剤の供給領域よりも前記攪拌搬送部材による現像剤搬送方向上流側に設けられ、前記現像ハウジング内にキャリアを含む新たな現像剤が搬入される新現像剤搬入部と、
前記循環搬送経路内において前記現像剤担持体への現像剤の供給領域よりも前記攪拌搬送部材による現像剤搬送方向下流側に設けられ、前記回収トナー供給手段によって回収されたトナーが搬入される回収トナー搬入部と、
前記循環搬送経路内において前記回収トナー搬入部よりも前記攪拌搬送部材による現像剤搬送方向下流側であって前記新現像剤搬入部よりも当該攪拌搬送部材による現像剤搬送方向上流側に設けられ、前記現像ハウジング内で余剰となった現像剤が排出される余剰現像剤排出部と
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記循環搬送経路内において前記新現像剤搬入部よりも前記攪拌搬送部材による現像剤搬送方向下流側であって前記現像剤担持体よりも当該攪拌搬送部材による現像剤搬送方向上流側に設けられ、前記現像ハウジング内の現像剤におけるトナーの濃度を測定するトナー濃度検知センサをさらに含み、
前記新現像剤搬入部には、前記トナー濃度検知センサによりトナーの濃度が所定の値以下であることが検知されたときに、新たな現像剤が搬入されることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
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