JPH1184841A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像装置内に収容されているトナーの帯電量
を適正に保ち、被りの無い画像を得る。 【解決手段】 複数のトナーホッパ４６を有すると共
に、それぞれのトナーホッパに異なる帯電特性を有する
トナーを収容し、これらトナーホッパから現像装置１２
にそれぞれのトナーを補給可能としたトナー補給装置４
０を設け、画像形成装置の使用状態（例えば、作成すべ
き画像の白黒比、現像装置に収容されている現像剤のト
ナー濃度、画像形成装置の置かれている環境の湿度、又
は画像形成装置の画像形成数）に応じて、現像装置１２
に補給すべきトナーを収容しているトナーホッパを選択
し、選択されたトナーホッパを駆動して現像装置にトナ
ーを補給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉体現像剤を用い
た画像形成装置（例えば、複写機、プリンタ）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式画像形成装置として、感光体
上に作成された静電潜像を可視像化するために、現像装
置にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤を収容し
たものが広く知られている。この現像装置は感光体の側
部に配置され、感光体上に形成された静電潜像に現像剤
を接触し、静電潜像の例えば電位減衰部にトナーを付着
させてこれを現像（可視像化）する。したがって、現像
を繰り返す度に現像装置に収容されているトナーが減少
し、トナー量がある一定の基準量よりも少なくなると、
作成される画像の濃度が低下し始める。そこで、上記画
像形成装置は、現像装置にトナーを補給する装置（トナ
ー補給装置）を備えており、適宜方法によってキャリア
に対するトナーの混合比を測定し、測定された混合比が
基準レベル以下になると、トナー補給装置から現像装置
にトナーを補給するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記画
像形成装置では、白黒比の高い原稿（非画像部分に対す
る画像部分の比率が高い原稿）を連続して作成した場
合、消費量に見合う量のトナーをトナー補給装置から現
像装置に短時間の間に補給すると、補給されたトナーを
キャリアと十分に混合攪拌して必要な荷電量まで帯電で
きず、そのために荷電不良のトナーが浮遊して感光体に
付着し、これが画像上に被りとなって現れるという問題
があった。

【０００４】また、トナーの荷電性は環境湿度により左
右され、高湿環境ではトナーの荷電性が低下して画像上
に被りを生じ、逆に低湿環境ではトナーの荷電量が上が
り過ぎて画像濃度が低下するという問題がある。

【０００５】さらに、キャリアは現像装置の中でトナー
と混合攪拌されているので、同一キャリアを用いた現像
剤の混合攪拌時間が長くなればなるほどキャリアの周囲
にトナーが付着していき、そのためにキャリアのトナー
帯電性が低下して、画像上に被りが現れるようになる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
消するためになされたもので、複数のトナー収容部を有
すると共に、それぞれのトナー収容部に異なる帯電特性
を有するトナーを収容し、これらトナー収容部から上記
現像装置にそれぞれのトナーを補給可能としたトナー補
給装置を設け、画像形成装置の使用状態（例えば、作成
すべき画像の白黒比、現像装置に収容されている現像剤
のトナー濃度、画像形成装置の置かれている環境の湿
度、又は画像形成装置の画像形成数）に応じて、現像装
置に補給すべきトナーを収容しているトナー補給装置を
選択し、選択されたトナー補給装置を駆動して現像装置
にトナーを補給するようにしたものである。

【０００７】

【発明の作用及び効果】このように、本発明の画像形成
装置では、異なる帯電性を有するトナーを、画像形成装
置の使用状態に応じて選択できるようにしているので、
白黒比の高い画像を連続して多数作成する場合、湿度が
変わった場合、さらに同一キャリアを用いた画像形成数
が多くなった場合でも、現像装置内に収容されているト
ナーの帯電量を適正に保ち、被りの無い画像を得ること
ができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。図１は本発明に
係る画像形成装置に含まれる感光体と現像装置の横断面
図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図で、感光体１０は
周知の円筒状感光体が使用されており、矢印方向に回転
駆動可能としてある。感光体１０は円筒状感光体に限る
ものでなく、ベルト型式の感光体であってもよい。

【０００９】現像装置１２は、以下に説明する各種の部
材を内蔵したハウジング１４を備えている。ハウジング
１４は感光体１０との対向部に開口部１６を有し、この
開口部１６において感光体１０に平行に対向する現像ロ
ーラ１８を備えている。現像ローラ１８は、回転可能に
支持された外筒すなわちスリーブ２０と、このスリーブ
２０の内側に配置された磁石体（図示せず）からなる。
スリーブ２０の上方には、このスリーブ２０と平行に且
つ適当な間隔を置いてドクターブレード２２が配置され
ている。スリーブ２０はまた、図示しない電源に接続さ
れ、所定の現像バイアスが印加されるようにしてある。

【００１０】現像ローラ１８を挟んで感光体１０の反対
側（後方）には、第１の現像剤搬送路２４と、第２の現
像剤搬送路２６が形成されている。これら第１と第２の
現像剤搬送路２４，２６は、仕切壁２８によって分離さ
れており、第１の現像剤搬送路２４の両端側に形成した
通路３０，３２を介してのみ連通している。また、第２
の現像剤搬送路２６はその一端側が第１の現像剤搬送路
２４の端部を越えて拡張され、その拡張部がトナー補給
路３４として利用されるようにしてある。

【００１１】第１と第２の現像剤搬送路２４，２６には
それぞれ第１と第２の現像剤攪拌搬送部材３６，３８が
それらの長手方向軸を中心として矢印方向に回転駆動可
能に配置され、第２の現像剤攪拌搬送部材３８がトナー
補給路３４に延長されている。なお、第１及び第２の現
像剤攪拌搬送部材３６，３８としては周知のスクリュー
が使用できる。

【００１２】ハウジング１４の内部には、非磁性トナー
粒子とこのトナー粒子よりも大径の磁性キャリア粒子と
からなる２成分現像剤が収容される。この現像剤は、第
１と第２の現像剤攪拌搬送部材３６，３８の回転によ
り、通路３０，３２を介して、第１と第２の現像剤搬送
路２４，２６を循環搬送される。また、トナーとキャリ
アは混合攪拌される際に互いに摩擦接触してそれぞれ異
なる極性（例えば、トナーは負極性、キャリアは正極
性）に帯電され、それらの間に働くクーロン力によって
キャリア粒子の周囲にトナー粒子が保持される。また、
スリーブ２０に隣接した第１の現像剤搬送路２４を搬送
される現像剤の一部は、第１の現像剤攪拌搬送部材３６
によってスリーブ２０の外周面に供給される。

【００１３】スリーブ２０に供給された現像剤は、磁石
体の磁力によって保持され、スリーブ２０の回転により
搬送されてドクターブレード２２により規制される。し
たがって、ドクターブレード２２の先端を通過した感光
体１０の表面部位には、一定量の現像剤が保持されてい
る。次に、現像剤は、感光体１０とスリーブ２０との対
向領域（現像領域）に搬送され、ここで感光体１０の外
周面に形成されている静電潜像と接触し、所定の極性に
帯電しているトナー粒子が感光体１０に付着して、静電
潜像に対応した可視像が作成される。この可視像は、そ
の後、紙等のシートに転写、定着される。一方、現像領
域を通過した現像剤は再び第１の現像剤攪拌搬送部材３
６との対向部に搬送され、ここでスリーブ２０から離脱
して、第１の現像剤搬送路２４を搬送されている現像剤
に混合される。

【００１４】次に、本発明の特徴部分であるトナー補給
について説明する。本発明のトナー補給装置４０は第１
と第２のトナー補給機構４２，４４を有する。各トナー
補給機構４２，４４は、図３に詳細に示すように、トナ
ーを収容するためのホッパ（トナー収容部）４６と、ホ
ッパ４６の底部に配置されると共にホッパ４６から横方
向に突出したスクリューコンベヤ４８と、ホッパ４６か
ら横方向に突出したスクリューコンベヤ部分を囲ってい
るトナー搬送管５０と、スクリューコンベヤ４８を回転
するモータ５２とを備えており、モータ５２の回転によ
りスクリューコンベヤ４８が回転し、ホッパ４６に収容
されているトナーがトナー搬送管５０を搬送され、この
トナー搬送管５０の末端側に形成されている吐出口５１
（図１参照）から落下するようにしてある。

【００１５】第１と第２のトナー補給機構４２，４４の
ホッパ４６にはそれぞれ第１と第２のトナーが収容され
ている。第１のトナーは通常使用するトナーである。第
２のトナーは、キャリアと混合攪拌されたときに、第１
のトナーよりも３−５μｃ／ｇだけ高い帯電量を帯びる
ものが使用されている。

【００１６】第１と第２のトナー補給機構４２，４４
は、それぞれのトナー搬送管５０のトナー吐出口５１を
トナー補給路３４の上部に接続して取り付けられてい
る。また、モータ５２はプログラム可能なコントローラ
５６に接続されており、このコントローラ５６から出力
される信号に基づいて駆動するようにしてある。

【００１７】コントローラ５６は、現像装置１２に収容
されている現像剤のトナー濃度（キャリアに対するトナ
ーの混合比）を測定するための濃度センサ５８が接続さ
れ、現像装置１２内の現像剤のトナー濃度が逐次コント
ローラ５６に出力されるようにしてある。濃度センサ５
８は、第２の現像剤搬送路２６の底部であって、現像剤
の搬送方向に対して、トナー補給路３４から補給された
トナーが既存の現像剤にほぼ均等に混合される位置の下
流側に配置するのが好ましい。

【００１８】コントローラ５６はまたドットカウンタ６
０に接続されている。ドットカウンタ６０は、画像形成
装置で形成される画像のドット数を計数するもので、こ
のドットカウンタ６０から出力される信号に基づいて、
コントローラ５６は作成すべき画像の白黒比（非画像部
分に対する画像部分の面積比率）を推定できる。

【００１９】このように構成されたトナー補給装置４０
では、濃度センサ５８の出力から求められた現像剤のト
ナー濃度が所定の基準濃度以下であるとコントローラ５
６で判断されると、コントローラ５６は次にドットカウ
ンタ６０の出力から画像の白黒比を求める。そして、白
黒比が１５％未満の場合、コントローラ５６は第１のト
ナー補給機構４２のモータ５２を所定時間駆動し、通常
の帯電性を有する第１のトナーをトナー補給路３４に落
下補給する。一方、白黒比が１５％以上の場合、すなわ
ちトナー消費量の多いことが予想される場合、コントロ
ーラ５６は第２のトナー補給機構４４のモータ５２を駆
動し、第１のトナーよりも帯電性の高い第２のトナーを
トナー補給路３４に落下補給する。補給されたトナー
は、第２の現像剤攪拌搬送部材３８の回転により第２の
現像剤搬送路２６に送り込まれ、そこを搬送されている
既存の現像剤に混合され、キャリアとの接触により所定
の極性に帯電される。

【００２０】このように、本発明の画像形成装置では、
画像の白黒比が１５％以上のときは帯電性の高い第２の
トナーを補給する。そのため、帯電性の低い第１のトナ
ーを一時に大量に補給すると、この第１のトナーが十分
荷電されずに噴煙を発生し、これが感光体さらにシート
に付着して被りとなって画像上に現れるが、帯電性の高
い第２のトナーは短時間で必要な帯電量が得られるの
で、一時的なトナーの大量消費に応じてトナーを補給し
ても噴煙及び被りが発生することはない。

【００２１】第２のトナー補給機構４４に収容されてい
る高い帯電性のトナーは、現像剤のトナー濃度が所定の
低濃度レベル以下に低下したときに補給してもよい。例
えば、コントローラ５６は、濃度センサ５８からの出力
に基づいて、現像剤のトナー濃度を５％に制御すべく、
トナー補給装置４０を駆動制御するものとする。この場
合、濃度センサ５８からの出力に基づいて算出されたト
ナー濃度が４％以上の場合、コントローラ５６は第１の
トナー補給機構４２から第１のトナーを現像装置１２に
補給する。一方、算出されたトナー濃度が４％未満の場
合、このときはトナー濃度が４％以上と判断されたとき
よりも多くのトナーを補給しなければならないので、コ
ントローラ５６は第２のトナー補給機構４４を駆動し
て、帯電性の高い第２のトナーを現像装置１２に補給す
る。そして、帯電性の高い第２のトナーは短時間で必要
な帯電量まで帯電されるので、被りの無い画像が得られ
る。

【００２２】以上の実施形態では、トナー補給装置４０
に２つのトナー補給機構４２，４４を設けたが、図４に
示すように、それぞれに異なる帯電性のトナーを収容し
た３つのトナー補給機構４２，４４，６２からなるトナ
ー補給装置６４を用いてもよい。以下、このトナー補給
装置６４を用いた実施形態を説明する。

【００２３】図５は、トナー補給装置６４を備えた現像
装置１２’の横断面図で、コントローラ５６には、画像
形成装置の置かれている環境の湿度を検出する湿度セン
サ６６が接続されている。この画像形成装置は、湿度セ
ンサ６６から出力される信号レベルからコントローラ５
６が湿度を算出し、その値に応じて３つのトナー補給機
構４２，４４，６２を選択的に駆動する。

【００２４】具体的に、湿度が３５％未満の場合、コン
トローラ５６は第１のトナー補給機構４２を選択し、こ
のトナー補給機構４２のホッパに収容されている第１の
トナーを現像装置に補給する。第１のトナーは、第２の
トナー補給機構４４のホッパに収容されている第２のト
ナーよりも約３−５μｃ／ｇだけ帯電性の低いトナーで
ある。そのため、通常のトナーを使用した場合には、低
湿度環境ではトナーの帯電量が上がって所定の画像濃度
が得られないという現象が発生するが、上述のように、
低湿度の場合には帯電性の低い第１のトナーが補給され
て現像装置内に収容されているトナーの帯電量が抑制さ
れるので、画像濃度が低下することはない。

【００２５】湿度が７０％以上の場合、コントローラ５
６は第３のトナー補給機構６２を選択し、このトナー補
給機構６２のホッパに収容されている第３のトナーを現
像装置に補給する。第３のトナーは、第２のトナーより
も約３−５μｃ／ｇだけ帯電性の高いトナーである。そ
のため、通常のトナーを使用した場合には、高湿度環境
ではトナーの帯電量が下がって画像上に被りが現れると
いう現象が発生するが、上述のように、高湿度の場合に
は帯電性の高い第３のトナーが補給されて現像装置内に
収容されているトナーの帯電量が高くなるので、画像上
に被りが現れることがない。

【００２６】湿度が３５％以上で７０％未満の場合、コ
ントローラ５６は第２のトナー補給機構４４を選択し、
このトナー補給機構４４のホッパに収容されている第２
のトナーを現像装置に補給する。第２のトナーは、上述
のように、第１のトナーよりも帯電性が高く、第３のト
ナーよりも帯電性が低く調整されており、湿度が３５％
以上で７０％未満の場合に、適正な濃度で被りの無い画
像が得られる。

【００２７】上述した３つのトナー補給機構４２，４
４，６２は、同一キャリアを用いた画像形成量（例えば
耐刷枚数）に応じて使い分けることも可能である。例え
ば、同一キャリアを用いて作成された画像形成枚数のカ
ウンタ７０をコントローラ５６に接続し、カウンタ７０
で計数された耐刷枚数が５０，０００枚未満、５０，０
００枚以上で１００，０００枚以下、１００，０００枚
以上の場合、それぞれ第１、第２、及び第３のトナー補
給機構４２，４４，６２から帯電性の異なるトナーを補
給する。このようにすれば、耐刷枚数が少ない場合には
キャリアのトナー帯電性が高く、そのためにトナーの帯
電量が高くなる傾向にあるが、帯電性の低いトナーを供
給することによりトナー全体の帯電量が適正に抑えら
れ、適当な画像濃度が得られる。逆に、耐刷枚数が多く
なるとキャリアのトナー帯電性が低下し、そのためにト
ナーの帯電量が必要な値まで上がらない傾向にあるが、
帯電性の高いトナーを供給することによりトナー全体の
帯電量が適正な値まで上昇し、被りの無い画像が得られ
る。また、上記手法により、キャリアの耐久寿命を例え
ば１２０，０００枚程度から２００，０００枚程度まで
延ばし、その交換の頻度を少なくできる。

【００２８】トナーの帯電性を調節する方法について説
明する。トナーは、一般に、ポリエステル樹脂、スチレ
ンアクリル共重合系樹脂などの樹脂を主体に構成されて
おり、樹脂成分で帯電性に差を付けるには、異なる種類
の樹脂を用いる方法と、複数の樹脂を用いた場合にはそ
れらの成分比率を違える方法がある。前者（異なる樹脂
を用いる方法）では、例えば、負帯電性のトナーを得る
場合、ポリエステル樹脂を使う方がスチレンアクリル系
樹脂を使うよりも負極性への帯電性が高まり、逆に、正
帯電性のトナーを得る場合、スチレンアクリル系樹脂を
使う方がポリエステル樹脂を使うよりも帯電量が高くな
る。後者（成分比率を違える方法）では、スチレンアク
リル樹脂はアミノ基を付加すると、その付加量に応じて
正極性の帯電傾向が強くなる。したがって、正極性帯電
トナーであればアミノ基の添加量に応じて帯電量が高く
なり、負極性帯電トナーであればアミノ基の添加量に応
じて帯電量が低くなる。

【００２９】トナーに添加される後処理剤によっても帯
電量を調節できる。後処理剤としては、シリカ微粒子、
二酸化チタン微粒子が一般に使用されており、シリカ微
粒子は負帯電トナーの帯電量を高め、正帯電トナーの帯
電量を抑制し、二酸化チタン微粒子は逆に作用する。し
たがって、シリカ微粒子と二酸化チタン微粒子の含有量
を調節することにより、トナーの帯電量を調節できる。
その他の後処理剤としては、アルミナ、フッ化マグネシ
ウム、炭化珪素、二硫化モリブデン等の微粒子がある
が、それぞれの特性に応じて使い分けることにより、ト
ナーの帯電量を調節できる。

【００３０】トナーに添加される荷電制御剤を選択する
ことによってもトナーの帯電量を調節できる。例えば、
トナーを正極性に帯電する荷電制御剤には、オリエント
化学社製の二グロシンベースＥＸ、オイルブラックＢ
Ｓ、ボントロンＮ−０１、ボントロンＮ−０７、ヘキス
ト社製のコピーブルーＰＲがある。また、トナーを負極
性に帯電する荷電制御剤には、オリエント化学社製のボ
ントロンＳ−３１、ボントロンＳ−３２、保土ヶ谷化学
社製のＴ−７７がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る画像形成装置に含まれる現像装
置の横断面図。

【図２】 図１の現像装置のＩＩ−ＩＩ線断面図。

【図３】 図１の現像装置に用いるトナー補給装置の斜
視図。

【図４】 本発明に係る画像形成装置に含まれる他の現
像装置の横断面図。

【図５】 図３の現像装置に用いるトナー補給装置の斜
視図。

【符号の説明】

１０…感光体、１２…現像装置、４０…トナー補給装
置、４２，４４…トナー補給機構、４６…トナーホッ
パ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉体現像剤を用いた画像形成装置におい
   て、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像装
   置と、複数のトナー収容部を有すると共に、それぞれの
   トナー収容部に異なる帯電特性を有するトナーを収容
   し、これらトナー収容部から上記現像装置にそれぞれの
   トナーを補給可能としたトナー補給装置と、上記画像形
   成装置の使用状態に応じて、上記現像装置に補給すべき
   トナーを収容しているトナー補給装置を選択し、選択さ
   れたトナー補給装置を駆動して上記現像装置にトナーを
   補給する制御装置とを備えたことを特徴とする画像形成
   装置。
2. 【請求項２】 上記使用状態が、上記画像形成装置で作
   成すべき画像の白黒比であることを特徴とする請求項１
   の画像形成装置。
3. 【請求項３】 上記使用状態が、上記現像装置に収容さ
   れている現像剤のトナー濃度であることを特徴とする請
   求項１の画像形成装置。
4. 【請求項４】 上記使用状態が、上記画像形成装置の置
   かれている環境の湿度であることを特徴とする請求項１
   の画像形成装置。
5. 【請求項５】 上記使用状態が、上記画像形成装置の画
   像形成数であることを特徴とする請求項１の画像形成装
   置。