JP2010039180A - 現像ユニットおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像器内トナーの外添剤付着状態と新しいトナー（補給トナー）の外添剤付着状態との差を小さくすることにより、安定した画像性能およびトナー飛散の抑制効果を得ることができる現像ユニットおよび画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーコンテナ６１内には攪拌部材６３が設けられている。トナー補給器７１内には、トナーコンテナ６１から一旦トナー補給器７１へ補給されたトナーを撹拌するための撹拌部材８１が設けられている。所定時間内の印字率もしくはトナー消費量と回転現像器４の駆動時間の比率が予め定めた値より小さくなると、トナーコンテナ６１の撹拌部材６３もしくはトナー補給器７１の撹拌部材８１の回転駆動をトナー補給時以外でも行い、トナーコンテナ６１内のトナーもしくはトナー補給器７１内のトナーを撹拌する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリなどの感光体表面上の潜像をトナー現像する現像ユニットおよび画像形成装置に関する。

一般的に、現像器内の現像剤（トナー）は、現像器駆動時の負荷を長時間受けることにより性能が低下する（いわゆるトナーが劣化する）傾向にある。これは主に、トナーに付与している外添剤が、現像器駆動時の負荷によりトナーに埋め込まれたり、感光体との対向部等において脱離したりすることにより、トナー表面に必要な外添剤の量が減少することが要因である。特に、新しいトナー（補給トナー）と現像器内トナーの状態差が大きい場合、その流動性や荷電性の差により様々な不具合が発生することが知られている。

また、２成分現像剤を用いてトナー濃度検出を行う場合には、流動性の差異によりトナー濃度の誤検出を起こすことがある。一方、１成分現像剤を用いた場合には、現像器内のトナーが一定時間を越えて撹拌され続けると、駆動トルクの上昇やトナーに加わるストレスの増大、現像器内温度上昇などの負荷によりトナー劣化が促進され、トナー補給動作時に補給された新しいトナーと現像器内に滞留していたトナーとの間の荷電性のアンバランスにより、トナーが帯電して地肌カブリやトナー飛散が発生する。

従って、現像器内のトナーと新しいトナー（補給トナー）との外添剤付着状態の差を小さくすることは、トナー補給を行う現像ユニットにおいては非常に重要な性能である。例えば、特許文献１には、これらの問題を解消するために、現像器内にトナーを補給する装置と、補給されるトナーのほぼ０．０１〜１．０重量％量の外添剤を添加する外添剤添加装置とを備え、外添剤を一定量補給するという現像ユニットが記載されている。

特開平４−６７１８０号公報

しかしながら、特許文献１の現像ユニットは、現像器内トナーの外添剤量確保という効果はあるものの、一般的に外添剤の粒径は極めて小さい(数ｎｍ〜数百ｎｍ)ことから規定量を自動的に補給することは難しく、補給過多になったり逆に補給不足になったりするおそれがある。

それゆえに、本発明の主たる目的は、現像器内トナーの外添剤付着状態と新しいトナー（補給トナー）の外添剤付着状態との差を小さくすることにより、安定した画像性能およびトナー飛散の抑制効果を得ることができる現像ユニットおよび画像形成装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、感光体表面上の潜像をトナー現像する現像器と、現像器にトナーを補給するトナー補給装置と、印字率もしくはトナー消費率を記憶する手段と、を備え、所定時間内の印字率もしくはトナー消費量と現像器の駆動時間の比率があらかじめ定めた値より小さくなると、トナー補給装置内の攪拌部材を駆動させること、を特徴とする、現像ユニットである。

請求項１の発明では、所定時間内の印字率もしくはトナー消費量と現像器の駆動時間の比率があらかじめ定めた値より小さくなると、トナー補給装置内の攪拌部材を駆動させることにより、新しいトナー（補給トナー）の外添剤付着状態を強制的に劣化させる。これにより、現像器内トナーの外添剤付着状態と新しいトナー（補給トナー）の外添剤付着状態との差が小さくなる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明に従属する発明であって、トナー補給装置が、トナーを一時的に貯蔵して現像器に補給するトナー補給器と、トナー補給器に補給するトナーを収容するトナーコンテナと、を備えていることを特徴とする、現像ユニットである。

請求項２の発明では、トナー補給装置が、トナーを一時的に貯蔵して現像器に補給するトナー補給器と、トナー補給器に補給するトナーを収容するトナーコンテナと、を備えている。補給トナーはトナー補給器内の小スペースで撹拌される。従って、狭いスペースでトナーに負荷が加わることで現像器に近い負荷が与えられる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明に従属する発明であって、複数の現像器を備えていることを特徴とする、現像ユニットである。

請求項３の発明では、複数の現像器を備えているため、フルカラー対応可能の現像ユニットが得られる。

請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像ユニットを備えていることを特徴とする、画像形成装置である。

請求項４の発明では、現像器内トナーの外添剤付着状態と新しいトナー（補給トナー）の外添剤付着状態との差を小さくすることができる画像形成装置が得られる。

本発明によれば、現像器内で継続的に負荷を与えられたトナーに新しいトナーを補給する場合であっても、現像器内のトナーに与えられる負荷量に応じて補給トナーにもある一定の負荷を与え、両者の外添付着状態の差を小さくすることができるので、流動性や帯電性の差により発生する不具合を解消することが可能となる。

本発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

図１は本発明に係る画像形成装置（フルカラーレーザプリンタ）の１例を示す概略構成図である。

画像形成装置の本体下部には、積載された用紙束を収容する給紙カセット等の給紙部９が設けられている。この給紙部９の一端部には、積載された用紙Ｐを最上位紙から１枚ずつ給紙するための分離給送手段１２が設けられている。

給紙部９の上方には、本体右側面部から本体左側面部へ略水平に延び、さらに上方へ延びて本体上面に形成された排紙トレイ１８に至る搬送路１３が形成されている。この搬送路１３に沿って上流側から順に分離給送手段１２、搬送ローラ対１４、二次転写ローラ６、定着ローラ対８、搬送ローラ対１５，１６及び排紙ローラ対１７が配置されている。

水平方向の搬送路１３の上方には無端状の中間転写ベルト５０が回転自在に配設されている。中間転写ベルト５０は、駆動ローラ５１、従動ローラ５２、テンションローラ５３および一次転写ローラ５４に懸架されており、駆動ローラ５１が回転駆動されることにより、ローラ５２，５３，５４とともに矢印のように時計方向に回転されるようになっている。また、駆動ローラ５１は中間転写ベルト５０を介して二次転写ローラ６と当接し、中間転写ベルト５０の回転方向においてこの当接部（二次転写領域）の下流部にクリーニングブレード５５が駆動ローラ５１に圧接するように中間転写ベルト５０に当接している。一次転写ローラ５４は中間転写ベルト５０を介して静電潜像担持体である感光体ドラム２と当接している。感光体ドラム２はアモルファスシリコンなどからなる。

感光体ドラム２は図示しない駆動装置によって反時計方向に回転駆動され、その回転方向に沿って順に帯電チャージャ３、回転現像器４、一次転写ローラ５４、クリーニングローラ１０、クリーニングブレード７が配設されている。中間転写ベルト５０の上方には、既知の光学系を利用したレーザ光学ユニット１が配置されている。

回転現像器４は、全体が略円筒形状であり、その両端部で回転自在に支持されている。この回転現像器４の内部は、十字型の仕切り壁により４つの部屋に区切られ、ここにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）の各色のトナーに対応して４つの現像器２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋがそれぞれ構成されている。なお、図示する現像器の配置は一例であって、これには限定されない。

各現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋは、個別に回転駆動される現像ローラ４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａをそれぞれ備えている。また、回転現像器４には、駆動部がクラッチを介して接続されており（図示しない）、この駆動部を駆動することで回転現像器４が回転して、いずれかの現像器の現像ローラを選択的に感光体ドラム２に対向配置させ、現像動作が行われるようになっている。

次に、以上の構成からなる画像形成装置による画像形成動作について説明する。まず、感光体ドラム２が回転駆動すると、帯電チャージャ８が放電を開始し、感光体ドラム２の表面が一様に帯電される。そして、入力された画像信号に基づいて、レーザ光学ユニット１が動作し、帯電後の感光体ドラム２上にレーザ光Ｌが照射され、感光体ドラム２の表面に静電潜像が形成される。こうして形成された静電潜像は回転現像器４によって所定の現像バイアス電圧を印加された現像ローラ４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａから感光体ドラム２の表面にトナーが付与され、トナー像として現像される。

モノクロ画像形成の場合には、現像器４４Ｋの現像ローラ４４ａのみを静電潜像の形成された感光体ドラム２に対向配置させてブラックのトナー像を感光体ドラム２の表面に形成する。カラー画像形成の場合には、駆動部を駆動することで回転現像器４を回転させ、４つの現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋの各現像ローラ４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａを順次選択的に感光体ドラム２に対向配置させ、各色のトナー像を感光体ドラム２の表面に形成する。

このようにして感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像は、一次転写ローラ５４によって、時計方向に回転する中間転写ベルト５０上に一次転写される。すなわち、モノクロ画像形成の場合には、感光体ドラム２の表面に形成されたブラックのトナー像を一次転写ローラ５４によって回転する中間転写ベルト５０上に転写してモノクロ画像を形成する。カラー画像形成の場合には、感光体ドラム２の表面に形成された各色のトナー画像を一次転写ローラ５４によって順次回転する中間転写ベルト５０上に転写し、これらを重ね合わせてカラー画像を形成する。なお、カラー画像形成の場合、一次転写動作中にはクリーニングブレード５５は中間転写ベルト５０より離間されている。

そして、所定の二次転写領域において、分離給送手段１２によって給紙部９から給紙され、さらに搬送ローラ対１４により搬送路１３を搬送されてきた用紙Ｐ上に、二次転写ローラ６によって中間転写ベルト５０上のモノクロ画像又はカラー画像が一括で二次転写される。

このようにして、モノクロ画像又はカラー画像が転写された用紙Ｐは、搬送路１３を略水平方向に搬送され、定着ローラ対８により用紙Ｐ上のトナー像が加熱されて定着される。定着後、用紙Ｐは搬送ローラ対１５の下流部で搬送方向を上方に変えられ、搬送ローラ対１６によりさらに搬送路１３を搬送され、最終的に排紙ローラ対１７により排紙トレイ１８上に排紙される。

なお、一次転写されないで感光体ドラム２上に残ってしまう未転写トナーは、クリーニングローラ１０及びクリーニングブレード７で除去される。二次転写されないで中間転写ベルト５０上に残った未転写トナーはクリーニングブレード５５によって除去される。除去されたトナーは回収スクリューなどのトナー回収装置によって図示しない廃棄ボトルへと搬送される。

次に、回転現像器４にトナーを供給するためのトナー補給装置について説明する。トナー補給装置は、トナーコンテナ６１およびトナー補給器７１を備えている。図示しないが、画像形成装置の本体内部には、入力された画像信号に基づいてトナーの消費量を計算し、このトナー消費量を記憶する手段（あるいは、このトナー消費量、または入力された画像信号に基づいて更に印字率を計算し、この印字率を記憶する手段）が設けられている。現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋのうちの一つにおいて、現像器内のトナーがある一定値より低くなったことを検出すると、トナーコンテナ６１（各色のカートリッジが用意されている）内のトナーをトナー補給器７１を介して現像器内に供給する。このとき、トナー補給が必要な現像器（例えば現像器４４Ｋ）を現像可能位置に配置し、通常では回転現像器４に対して退避した位置にあるトナー搬送管６２を現像器４４Ｋに導入し、これを通してトナーが供給される。

図２は、トナーコンテナ６１およびトナー補給器７１の概略断面図である。トナーコンテナ６１内には撹拌部材６３が設けられている。トナーコンテナ６１からのトナー排出は開口部６４を介してなされ、スクリュー６５の回転により行われる。撹拌部材６３とスクリュー６５は個別に駆動可能であり、撹拌部材６３を単独で駆動させることによりトナーコンテナ６１内のトナーに、任意の負荷を加えることができる構成である。

トナー補給器７１はトナーコンテナ６１からのトナーを一時的に貯蔵するためのものであり、トナーコンテナ６１からのトナー供給を受けるための開口部８４を有している。トナー補給器７１内には、トナーコンテナ６１から開口部６４および開口部８４を介して一旦トナー補給器７１へ補給されたトナーを撹拌するための撹拌部材８１が設けられている。そして、補給トナーはこの撹拌部材８１により小スペースで更に撹拌され、スクリュー８５の駆動によりトナー搬送管６２を通して回転現像器４内へと送り込まれる。撹拌部材８１とスクリュー８５は独立駆動となっており、撹拌部材８１の単独駆動時においては、狭いスペースでトナーに負荷が加わることで現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋに近い負荷が与えられるように構成されている。

図３は、印字率５％の場合（曲線Ｔ１参照）と印字率１％の場合（曲線Ｔ２参照）とでコピーした際に、現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋ内で撹拌されたトナーのＢＥＴ比表面積の推移を示すグラフである。ＢＥＴ比表面積とは、トナーの表面積（トナー表面に付着している外添剤の表面積も含む）に対する外添剤の割合を表す指標である。横軸にはコピー枚数を採っている。コピー中（回転現像器４駆動中）は現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋ内でトナーを撹拌しているため、コピー枚数と撹拌時間は比例する。

図３から判るように、ＢＥＴ比表面積の数値は撹拌時間（コピー枚数）と共に低下している。これはトナー表面に付着させた外添剤が、現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋ内での撹拌により、トナーに埋め込まれたり、離脱したりすることによって起こるもので、ＳＥＭ写真等の表面状態観察の結果から判っている。特に、印字率１％のようにトナー消費量が少ない場合には、新しいトナーがトナー補給装置から現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋ内に送り込まれる量が少なく、現像器内のトナーと新しいトナーとの入れ替わりが少ないため、この傾向は顕著であり、撹拌時間の経過と共に著しくＢＥＴ比表面積の数値が減少する。従って、従来においては、トナー消費量が極めて少ない場合には、現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋ内のトナーを強制的に消費するような手段を有する現像ユニットもあった。

本発明では、図３において、ＢＥＴ比表面積の数値が急速に減少する第１トナー消費状態から、ＢＥＴ比表面積の数値が緩やかに減少する第２トナー消費状態への転移点Ｍを閾値とする。そして、所定時間内の印字率もしくはトナー消費量と回転現像器４の駆動時間の比率が予め定めた値より小さくなると、トナーコンテナ６１の撹拌部材６３もしくはトナー補給器７１の撹拌部材８１の回転駆動をトナー補給時以外でも行い、トナーコンテナ６１内のトナーもしくはトナー補給器７１内のトナーを撹拌する。これにより、トナー補給装置内の補給トナーの劣化を強制的に促進させ、回転現像器４内トナーの表面状態と補給トナーの表面状態を近づけることができる。好ましくは、補給トナーのＢＥＴ比表面積の数値が、回転現像器４内トナーのＢＥＴ比表面積の数値の０．２以内になるように劣化させる。

ここで、「所定時間内の印字率もしくはトナー消費量と回転現像器４の駆動時間の比率が小さくなる」ということは、トナー消費量が少なく、新しいトナーがトナー補給装置から現像器４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋ内に送り込まれる量が少なく、現像器内のトナーと新しいトナーとの入れ替わりが少ないため、回転現像器４の駆動時間の経過と共にＢＥＴ比表面積の数値が減少することを意味する。

図４は、印字率０％でトナーコンテナ６１内のみでトナーを撹拌させた場合（Ｔ３参照）と、印字率０％でトナーコンテナ６１内及びトナー補給器７１内でトナーを撹拌させた場合（Ｔ４参照）とのトナー表面外添剤付着状態（代用特性としてのＢＥＴ比表面積）の変化を示すグラフである。回転現像器４内で負荷を受けた場合と比較して変化は小さいが、新しいトナーの状態からは明らかに変化していることが判る。

カブリ等の不具合は新しく補給されるトナーと回転現像器４内滞留トナーとの物性差（代用特性としてＢＥＴ比表面積の差）が大きい場合に起こることは明白であり、新しく補給するトナーの表面状態を劣化させることにより、両者の流動性差や荷電性差から引き起こされるトナー濃度の誤検出や、地肌カブリ、トナー飛散を解消することができる。

表１は、種々の印字率の場合において、トナー補給器７１の撹拌部材８１のみを回転駆動させ、トナーを撹拌、劣化させた場合の地肌カブリの有無を評価した結果である。

地肌カブリの評価は、３段階のランクで評価した。
○：地肌カブリがほとんど認められない。
△：地肌カブリがやや認められる。
×：地肌カブリがひどい。

印字率が７％のようにトナー消費量が多い場合には、新しいトナーがトナー補給装置から回転現像器４内に送り込まれる量が多く、回転現像器４内のトナーと新しいトナーとの入れ替わりが多いため、新しく補給されるトナーと回転現像器４内滞留トナーとの物性差（代用特性としてＢＥＴ比表面積の差）が小さい。このため、トナー補給器７１の撹拌部材８１を回転駆動させ、トナーを撹拌、劣化させなくても、地肌カブリは起きない。一方、印字率１％のようにトナー消費量が少ない場合には、新しいトナーがトナー補給装置から回転現像器４内に送り込まれる量が少なく、回転現像器４内のトナーと新しいトナーとの入れ替わりが少ないため、新しく補給されるトナーと回転現像器４内滞留トナーとの物性差（代用特性としてＢＥＴ比表面積の差）が大きい。このため、トナー補給器７１の撹拌部材８１を回転駆動させ、トナーを撹拌、劣化させなければ、地肌カブリが起きる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。例えば、トナーコンテナ６１から、トナー補給器７１を介することなく、直接に回転現像器４へトナーを補給する構成であってもよい。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 トナーコンテナおよびトナー補給器の概略断面図である。 印字率５％の場合と印字率１％の場合とでコピーした際に、現像器内で撹拌されたトナーのＢＥＴ比表面積の推移を示すグラフである。 印字率０％でトナーコンテナ内のみでトナーを撹拌させた場合と、印字率０％でトナーコンテナ及びトナー補給器内でトナーを撹拌させた場合とのＢＥＴ比表面積の変化を示すグラフである。

符号の説明

２ 感光体ドラム
４ 回転現像器
４１Ｙ，４２Ｍ，４３Ｃ，４４Ｋ 現像器
６１ トナーコンテナ
６３ 撹拌部材
７１ トナー補給器
８１ 撹拌部材

Claims (4)

1. 感光体表面上の潜像をトナー現像する現像器と、前記現像器にトナーを補給するトナー補給装置と、印字率もしくはトナー消費率を記憶する手段と、を備え、
   所定時間内の印字率もしくはトナー消費量と前記現像器の駆動時間の比率があらかじめ定めた値より小さくなると、前記トナー補給装置内の攪拌部材を駆動させること、
   を特徴とする、現像ユニット。
2. 前記トナー補給装置が、トナーを一時的に貯蔵して前記現像器に補給するトナー補給器と、前記トナー補給器に補給するトナーを収容するトナーコンテナと、を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の現像ユニット。
3. 複数の前記現像器を備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の現像ユニット。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像ユニットを備えていることを特徴とする、画像形成装置。

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