JP5988103B2 - 現像装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は現像装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、より詳細には、劣化した現像剤を少しずつ排出すると同時に新しい現像剤を補給するいわゆるトリクル方式の現像装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。
トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いた現像器では、画像形成によってトナーが消費されるのに対し、キャリアは現像器内に留まり続けるため、キャリアの経時劣化が生じる。そこで、キャリアを含む現像剤を少しずつ現像器から廃棄しながら、新しい現像剤を現像器に補給するいわゆるトリクル方式が近年注目されつつあり、種々の提案もなされている(例えば、特許文献1を参照)。
また、新しいキャリアが現像器に補給されることによるトナー帯電性の変化を抑えるために、現像器内のキャリアと抵抗の異なるキャリアを含む現像剤を現像器に補給することも提案されている(例えば、特許文献2を参照)。
現像器内のトナー濃度は、例えば透磁率センサーなどの検知手段によって検知され、この検知値に基づいてトナー濃度が所定範囲内を保つように補給容器からの現像剤の補給が制御される。ところが、現像器に補給されるキャリアが現像器内のキャリアの物性と異なっていると、現像器内の実際のトナー濃度と透磁率センサーの検知値との相関関係が崩れて、透磁率センサーの検知値が同じであっても現像器内の実際のトナー濃度が変化する場合がある。現像器内のトナー濃度が変化すると、トナー帯電量が変化し、カブリや濃度ムラなどの画像ノイズが生じるおそれがある。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、現像器内のキャリアと嵩密度の異なるキャリアを現像器に補給した場合であっても、現像器内のトナー濃度を所定範囲内に保つことができる現像装置を提供することにある。
また本発明の目的は、トナー帯電量の変化に起因するカブリや濃度ムラなどの画像ノイズが生じない画像形成装置を提供することにある。
本発明によれば、第1キャリアとトナーとを含む現像剤を収容する現像器と、第1キャリアと嵩密度が異なる第2キャリアとトナーとを含む補給用現像剤を収容する補給容器と、前記現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段とを備え、前記トナー濃度検知手段による検知値に基づいて、補給用現像剤を前記補給容器から前記現像器に補給するとともに、前記現像器内で過剰になった現像剤を前記現像器から排出する現像装置であって、前記現像器内の第2キャリアの存在比率を検知するキャリア比率検知手段をさらに備え、前記キャリア比率検知手段で検知された第2キャリアの存在比率に基づいて前記トナー濃度検知手段の検知値を補正することを特徴とする現像装置が提供される。
ここで、第2キャリアの嵩密度が、第1キャリアの嵩密度に対して0.6倍〜0.95倍であるのが好ましい。
前記キャリア比率検知手段としては、蛍光X線検知器であってもよい。
また、前記現像器内に、現像剤を撹拌する撹拌部材を備える場合は、前記キャリア比率検知手段としては、前記撹拌部材の撹拌トルクを検知するものであってもよい。
本発明によれば、前記のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明の現像装置では、前記現像器内の第2キャリアの存在比率をキャリア比率検知手段で検知し、前記キャリア比率検知手段で検知された第2キャリアの存在比率に基づいて前記トナー濃度検知手段の検知値を補正するので、現像器内のトナー濃度を常に所定範囲内に保つことができる。これにより、トナー帯電量の変化に起因するカブリや濃度ムラなどの画像ノイズを効果的に防止できる。
以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置について図に基づいてさらに詳しく説明するが本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
図1に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す所謂タンデム方式のカラープリンターの概説図を示す。この図に示すプリンターは、導電性を有する無端状の中間転写ベルト30を有する。中間転写ベルト30は、ローラ31,32,33に張架されている。ローラ31は不図示のモータに連結されており、モータの駆動によってローラ31は反時計回りに回転し、これによって中間転写ベルト30とこれに接するローラ32,33は従動回転する。ローラ33は、不図示の付勢手段によって中間転写ベルト30を外方へ付勢し中間転写ベルト30に張力を与えている。ローラ31に支持されているベルト部分の外側には、2次転写ローラ34が圧接している。この2次転写ローラ34と中間転写ベルト30とのニップ部(2次転写領域)において中間転写ベルト30上に形成されたトナー画像が、搬送されてきた用紙Pに転写される。
また、ローラ32に支持されているベルト部分の外側には、中間転写ベルト30の表面をクリーニングするベルトクリーニングブレード35が設けられている。ベルトクリーニングブレード35は、中間転写ベルト30を介してローラ32に圧接し、中間転写ベルト30との当接部で未転写の残留トナーを除去・回収する。
中間転写ベルト30の下側には、中間転写ベルト30の回転方向上流側から順に、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4つの作像ユニット10Y,10M,10C,10K(以下、「作像ユニット10」と総称することがある)が、装置本体1に対して着脱自在に配置されている。これらの作像ユニット10では、各色の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー画像が作成される。
図2に、作像ユニット10の概説図を示す。作像ユニット10は、静電潜像担持体としての円筒状の感光体11を有する。そして、感光体11の周囲には、その回転方向(時計回り方向)に沿って順に、帯電装置12、露光装置13、現像装置2、1次転写ローラ14、およびクリーニング装置15が配置されている。1次転写ローラ14は中間転写ベルト30を挟んで感光体11に圧接し、ニップ部(1次転写領域)を形成している。
図1に示すように、作像ユニット10の下部には、給紙装置として給紙カセット41が着脱可能に配置されている。給紙カセット41内に積載収容された用紙Pは、給紙カセット41の近傍に配置された給紙ローラの回転によって最上紙から順に1枚ずつ搬送路Rに送り出される。給紙カセット41から送り出された用紙Pは、レジストローラ対42に搬送され、ここで所定のタイミングで2次転写領域に送り出される。
画像形成装置は、1色のトナー(例えばブラック)を用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードと、4色のトナーを用いてカラー画像を形成するカラーモードとに切り替え可能となっている。
カラーモードにおける画像形成動作例について簡単に説明すると、まず、各作像ユニット10において、所定の周速度で回転駆動される感光体11の外周面が帯電装置12により帯電される。次に、帯電された感光体11の表面に、画像情報に応じた光が露光装置13から投射されて静電潜像が形成される。続いて、この静電潜像は、現像装置2から供給される現像剤としてのトナーにより顕在化される。このようにして感光体11の表面に形成された各色のトナー画像は、感光体11の回転によって1次転写領域に達すると、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体11から中間転写ベルト30上へ転写(1次転写)されて重ねられる。
中間転写ベルト30に転写されることなく感光体11上に残った残留トナーは、クリーニング装置15で掻き取られ、感光体11の外周面から除去される。
重ね合わされた4色のトナー画像は、中間転写ベルト30によって2次転写領域に搬送される。一方、そのタイミングに合わせて、レジストローラ対42から2次転写領域に用紙Pが搬送される。そして、4色のトナー画像が、2次転写領域において中間転写ベルト30から用紙Pに転写(2次転写)される。4色のトナー画像が転写された用紙Pは、定着ローラ対43へ搬送される。定着ローラ対43において用紙Pは、定着ローラと加圧ローラとのニップ部を通過する。この間に用紙Pは加熱・加圧され、用紙P上のトナー画像は用紙Pに溶融定着する。トナー画像が定着した用紙Pは排出ローラ対によって排紙トレイに排出される。
一方、用紙Pに転写されることなく中間転写ベルト30上に残った残留トナーは、クリーニングブレード35で掻き取られ、中間転写ベルト30の外周面から除去される。その後、各感光体11及び中間転写ベルト30の回転駆動が停止される。
図3及び図4に、現像装置2の垂直断面図及び水平断面図をそれぞれ示す。これらの図に示す現像装置2は、現像器20と現像剤ホッパー(補給容器)5(図4に図示)とを備え、磁性粒子からなる第1キャリアとトナーとを有する二成分系現像剤D1を用いて感光体11の静電潜像を現像するものである。この現像器20は、回転自在の現像ローラ21と、現像部に搬送される現像剤量を規制する板状の規制部材22と、現像ローラ21に沿って形成された第1搬送路23と、第1搬送路23と仕切り板27を隔てて平行に形成された第2搬送路24と、第1搬送路23及び第2搬送路24に配置された第1搬送スクリュー25及び第2搬送スクリュー26を備える。仕切り板27の長手方向両端部には第1連通口271及び第2連通口272(図4に図示)が形成され、第1搬送路23と第2搬送路24とは長手方向両端部において連通している。また、第2搬送路24の現像剤搬送方向上流端には、現像剤ホッパー(現像剤収納部)5から補給される補給現像剤D2を受け入れるための補給開口273が形成されている。さらに、第1搬送路23の現像剤搬送方向下流端には、現像器20内の現像剤D1を排出するための排出口274が形成されている。そして、第2搬送路24の底面には、現像剤D1のトナー濃度を検知する透磁率センサー(トナー濃度検知手段)S1が設けられ、第1搬送路23の上部には、現像器20内における第2キャリアの存在比率を検知する蛍光X線検知器S2が設けられている。
現像ローラ21は、不図示の駆動機構によって図3において時計回りに回転する筒状体21aと、筒状体21aの内部に設けられた複数の磁極から構成される磁界発生手段21bとを有する。磁界発生手段21bを構成する各磁極はそれぞれ次のような働きをする。まず、磁極(汲み上げ極)N1は、現像剤D1を筒状体21aに汲み上げる働きを奏する。磁極S1は、規制部材22と共に現像部に搬送する現像剤D1の量を制御する働きを奏する。そして、磁極N2は、現像剤D1をブラシ状に穂立ちさせて感光体11表面の静電潜像をトナーで現像する働きを奏する。磁極S2は、現像剤D1を現像装置内に搬送する働きを奏する。磁極N3は、現像器20内に現像剤D1を搬送すると共に、隣り合う磁極N1との間で発生する反発磁界によって現像剤D1を円筒体21aから剥離させて第1搬送スクリュー25による撹拌部に戻す働きを奏する。
第1搬送スクリュー25及び第2搬送スクリュー26は、軸部材25a,26aの外周に螺旋状の羽根25b,26bが設けられ、第1搬送スクリュー25の、第2連通口272よりも現像剤搬送方向やや下流側には、羽根の傾斜方向が逆方向の逆流発生部28が設けられている。そして、第1搬送スクリュー25及び第2搬送スクリュー26は、不図示の駆動機構によって互いに逆方向に回転する。
図4に示すように、現像器20には現像剤ホッパー5が接続している。現像剤ホッパー5は、第2キャリアとトナーとを有する補給現像剤D2を収納する収納部51と、補給現像剤D2を補給する補給スクリュー52とを有する。補給スクリュー52は、不図示のモータによって回転し、回転数は変動可能である。補給スクリュー52の回転数を制御することによって、現像器20への補給現像剤D2の補給量を調整できる。現像によってトナーが消費され現像器20内のトナー濃度が低下し、透磁率センサーS1による検知値が閾値を超えると、現像剤ホッパー5から補給現像剤D2が現像器20に補給される。
現像剤ホッパー5から補給される補給現像剤D2は、第2搬送路24の現像剤搬送方向上流端に形成された補給開口273から現像器20内に受け入れられる。なお、補給開口273の形成位置は、第2搬送路24上であれば特に限定はないが、現像ローラ21に供給されるまでの間に十分な撹拌混合を行うためには、第2搬送路24の現像剤搬送方向上流端に形成するのが好ましい。補給開口273から現像器20に補給された現像剤は、第2搬送スクリュー26の回転によって図の左方向に撹拌されながら搬送された後、第1連通口271を通って第1搬送路23へ搬送される。第1搬送路23では、第1搬送スクリュー25の回転によって現像剤D1は図の右方向に撹拌されながら搬送される。そして、逆流発生部28において、現像剤D1は図の右方向への搬送が妨げられるので、第2連通口272を通って再び第2搬送路24へ搬送される。これにより、現像剤D1は、第1搬送路23と第2搬送路24とで構成される循環路内を循環し撹拌される。
トナーの補給と共に第2キャリアが補給されて、現像器20内の現像剤量が増えてくると、逆流発生部28における現像剤の滞留量が多くなり、現像剤の一部は逆流発生部28を乗り越えるようになる。そして、逆流発生部28を乗り越えた現像剤は、図4の右方向に搬送されて、排出口274から現像器20外へ排出される。このように、現像剤ホッパー5から補給現像剤D2を現像器20に補給しながら、使用によって劣化した現像剤を現像器20から排出することにより、現像剤の劣化に起因するカブリや文字散りなどの画像不良の発生が抑制される。
ここで、本発明の現像装置では、現像剤ホッパー5内の第2キャリアとして、現像器20内の第1キャリアと嵩密度が異なるキャリアを用いる。具体的には、第2キャリアとして第1キャリアよりも嵩密度の小さいキャリアを用いる。これにより、補給現像剤D2の軽量化を図ることができる。第2キャリアの嵩密度としては第1キャリアの嵩密度の0.6倍〜0.95倍が好ましい。
ところが、補給現像剤D2の第2キャリアと現像剤D1の第1キャリアとの嵩密度が異なると、現像器20内の第2キャリアの存在比率によって、透磁率センサーS1の検知値が同じ値であっても現像器20内のトナー濃度が変化する。そこで、本発明では、現像器20内における第2キャリアの存在比率を蛍光X線検知器S2によって検知し、第2キャリアの存在比率に基づいて透磁率センサーS1の検知値を補正して、現像器20内のトナー濃度が一定となるようにした。
図5に、蛍光X線検知器S2による蛍光X線スペクトルの強度測定の一例を示す。これはMn−Mg系フェライトキャリアの蛍光X線スペクトルデータである。Mn−Mg系フェライトキャリアでは、Mgに対するMnの割合が大きくなるほど嵩密度は小さくなる。したがって、第1キャリアとしてMgに対するMnの割合が小さいMn−Mg系フェライトキャリアを用い、第2キャリアとしてMgに対するMnの割合が大きいMn−Mg系フェライトキャリアを用いた場合、現像器20内の第2キャリアの存在比率は、蛍光X線スペクトルデータにおけるMgに対するMnの割合から検知することができる。
表1に、Mgに対するMnの割合Xと、現像器20内の第2キャリアの存在比率αとの関係を示す。Mgに対するMnの割合Xが20以上であると、現像器20内のキャリアはすべて第2キャリアと判断され、逆に、Mgに対するMnの割合Xが1未満以上であると、現像器20内には第2キャリアは10%しか存在しないと判断される。
嵩密度の小さい第2キャリアが現像器20内に多く存在するほど、透磁率センサーS1の検知値は高くなる。そして、透磁率センサーS1の検知値が高いと、現像器20内のトナー濃度は低いと判断され現像剤ホッパー5から現像剤が補給される。これにより、現像器20内の実際のトナー濃度が高くなりすぎる場合が生じる。そこで、本発明では、第2キャリアの存在比率αによって、透磁率センサーS1の検知値を補正することとした。表2に一例を示す。
表2から理解されるように、トナー濃度Tcが同じであれば、第2キャリアの存在比率αが大きくなるほど、透磁率センサーS1の検知値から減じる補正値を大きくする。また、第2キャリアの存在比率αが同じであれば、トナー濃度Tcが高いほど、透磁率センサーS1の検知値から減じる補正値を大きくする。これにより、第1キャリアよりも嵩密度の小さい第2キャリアが現像器20内に補給されても、現像器20内のトナー濃度を一定に保つことができるようになる。なお、第2キャリアの存在比率αが20%未満の場合は、透磁率センサーS1の検知値を補正せず、透磁率センサーS1の検知値をそのまま用いる。
図6に、第2キャリアの存在比率αに基づく透磁率センサーS1の検知値の補正制御フローチャートを示す。まず、透磁率センサーS1によって現像器20内のトナー濃度を検知する(ステップS101)。次いで、蛍光X線検知器S2による蛍光X線スペクトルデータから現像器20内の第2キャリアの存在比率αを求める(ステップS102)。そして、第2キャリアの存在比率αが20%以上かどうかが判断される(ステップS103)。第2キャリアの存在比率αが20%以上の場合は、表2に示される、第2キャリアの存在比率αとトナー濃度とから、透磁率センサーS1の検知値の補正値を決定し(ステップS104)、透磁率センサーS1の検知値を補正する(ステップS105)。一方、第2キャリアの存在比率αが20%未満の場合は(ステップS103)、透磁率センサーS1の検知値を補正せず、そのまま用いる。
現像器20内の第2キャリアの存在比率を検知するキャリア比率検知手段としては、蛍光X線検知器S2の他にトルク検知器を用いることができる。具体的には、現像器20内の現像剤を撹拌・搬送する第1搬送スクリュー25及び第2搬送スクリュー26の少なくとも一方に撹拌トルクを検知するトルク検知器を設ける。嵩密度の大きい第1キャリアに、嵩密度の小さい第2キャリアを供給するほど、搬送スクリューの撹拌トルクは小さくなる。したがって、搬送スクリューの撹拌トルクから現像器20内の第2キャリアの存在比率αが検知できる。
表3に、搬送スクリューの撹拌トルクYと、現像器20内の第2キャリアの存在比率αとの関係を示す。例えば、撹拌トルクYが0.30(N・m)以上であると、現像器20内の第2キャリアの存在比率αは10%と判断され、逆に、撹拌トルクYが0.10(N・m)未満であると、現像器20内のキャリアはすべて第2キャリアであると判断される。
前述のように、嵩密度の小さい第2キャリアが現像器20内に多く存在するほど、透磁率センサーS1の検知値は高くなるので、表2に示した、第2キャリアの存在比率αと透磁率センサーS1の検知値の補正値との関係を使用して、透磁率センサーS1の検知値を補正する。
(実施例1)
図1に示したカラープリンター(38枚/min,用紙搬送速度180mm/s)を用いて、A4サイズ用紙でカラー画像(印字率:各色5%)を連続10万枚耐刷試験を行い、感光体の表面電位V0と現像ローラに印加される現像バイアス電圧Vdcとの差を変えて、かぶりが生じない範囲(「かぶりマージン」)を調べた。結果を表4に示す。また、2万枚毎にトナーかぶり及び濃度ムラを程度を調べた。結果を表6に示す。トナーかぶり及び濃度ムラの評価基準はRank5(良)←Rank1(悪)である。
図1に示したカラープリンター(38枚/min,用紙搬送速度180mm/s)を用いて、A4サイズ用紙でカラー画像(印字率:各色5%)を連続10万枚耐刷試験を行い、感光体の表面電位V0と現像ローラに印加される現像バイアス電圧Vdcとの差を変えて、かぶりが生じない範囲(「かぶりマージン」)を調べた。結果を表4に示す。また、2万枚毎にトナーかぶり及び濃度ムラを程度を調べた。結果を表6に示す。トナーかぶり及び濃度ムラの評価基準はRank5(良)←Rank1(悪)である。
なお、かぶりマージンは、表面電位V0は−200V〜−800Vの範囲、現像バイアス電圧Vdcは−200V〜−600Vの範囲で変化させて調べた。また、トナーかぶり及び濃度ムラは、表面電位V0を−450Vとし、現像バイアス電圧Vdcを−300Vとして画像形成を行って調査した。
(比較例1)
蛍光X線検知器を設けず、透磁率センサーの検知値を補正しなかった以外は、実施例1と同様にして連続10万枚の耐刷試験を行い、かぶりマージン、トナーかぶり及び濃度ムラの程度を調べた。結果を表5及び表6に合わせて示す。
蛍光X線検知器を設けず、透磁率センサーの検知値を補正しなかった以外は、実施例1と同様にして連続10万枚の耐刷試験を行い、かぶりマージン、トナーかぶり及び濃度ムラの程度を調べた。結果を表5及び表6に合わせて示す。
表4及び表5から明らかなように、かぶりマージンは、実施例1のカラープリンターの方が、比較例1のカラープリンターよりも安定していた。また、表6から明らかなように、実施例1のカラープリンターでは、トナーかぶり及び濃度ムラはいずれも抑えられ良好な画像が得られた。これに対し、比較例1のカラープリンターでは、耐刷によってトナーかぶり及び濃度ムラが生じ、画質が悪くなった。
本発明の現像装置では、補給容器から現像器に補給された第2キャリアの、現像器内の存在比率をキャリア比率検知手段で検知し、検知された第2キャリアの存在比率に基づいてトナー濃度検知手段の検知値を補正するので、現像器内のトナー濃度を常に所定範囲内に保つことができ、トナー帯電量の変化に起因するカブリや濃度ムラなどの画像ノイズを効果的に防止でき有用である。
2 現像装置
5 現像剤ホッパー(補給容器)
D1 現像剤
D2 補給現像剤
S1 透磁率センサー(トナー濃度検知手段)
S2 蛍光X線検知器(キャリア比率検知手段)
20 現像器
25 第1搬送スクリュー(撹拌部材)
26 第2搬送スクリュー(撹拌部材)
5 現像剤ホッパー(補給容器)
D1 現像剤
D2 補給現像剤
S1 透磁率センサー(トナー濃度検知手段)
S2 蛍光X線検知器(キャリア比率検知手段)
20 現像器
25 第1搬送スクリュー(撹拌部材)
26 第2搬送スクリュー(撹拌部材)
Claims (5)
- 第1キャリアとトナーとを含む現像剤を収容する現像器と、第1キャリアと嵩密度が異なる第2キャリアとトナーとを含む補給用現像剤を収容する補給容器と、前記現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段とを備え、前記トナー濃度検知手段による検知値に基づいて、補給用現像剤を前記補給容器から前記現像器に補給するとともに、前記現像器内で過剰になった現像剤を前記現像器から排出する現像装置であって、
前記現像器内の第2キャリアの存在比率を検知するキャリア比率検知手段をさらに備え、
前記キャリア比率検知手段で検知された第2キャリアの存在比率に基づいて前記トナー濃度検知手段の検知値を補正することを特徴とする現像装置。 - 第2キャリアの嵩密度が、第1キャリアの嵩密度に対して0.6倍〜0.95倍である請求項1記載の現像装置。
- 前記キャリア比率検知手段が蛍光X線検知器である請求項1又は2記載の現像装置。
- 前記現像器内に、現像剤を撹拌する撹拌部材を備え、前記キャリア比率検知手段が、前記撹拌部材の撹拌トルクを検知するものである請求項1又は2記載の現像装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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