JP2009122447A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナーの長手方向消費の偏りが原因の、現像器内の長手方向のトナー量不均一を防止する。
【解決手段】 現像装置本体へトナー補給するトナー補給装置において、トナー補給領域を２分割し、現像装置本体内の長手方向でトナーの少ない側に選択的に補給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、現像剤を用いて画像形成を行う複写機、プリンタ等の電子写真画像形成装置に係り、詳しくは、現像によって現像剤が消費された現像装置に対して現像剤の補給を行う現像剤補給装置に関する。

従来、複写機等の電子写真画像形成装置における現像剤の補給方式としては、現像装置に対して現像剤補給装置から現像剤を供給する方式のものがある。

現像装置は、現像装置本体内に現像剤の残量を検知する残量検知センサを有し、残量検知センサ近傍の現像剤量が所定量以下になった場合に、これをこのセンサが検知する。

一方、現像剤補給装置は補給装置（トナーホッパー）本体に収容された補給用の現像剤を撹拌、搬送する現像剤搬送部材（例えばスクリュー）を有し、上述の現像剤検知センサの出力に基づいて、モータ等の駆動源を介しスクリューを回転駆動することにより、現像装置に対して現像剤の補給を行う。

上記のようにして、現像容器の幅方向一端に補給された現像剤のトナーは、回転駆動される前記搬送スクリューによって現像スリーブの長手方向に搬送される。

トナー搬送路には現像容器のスリーブ方向に略均一にトナーを供給させるためにトナー規制壁が設けてある。

トナー搬送路から落下したトナーは各種手段により撹拌、搬送されて現像スリーブに供給され、感光ドラム上に形成された潜像の現像に供される。

以上のような構成の装置を用い、長手方向に沿って画像濃度が著しく偏った原稿を多数枚連続的に出力した場合、トナーの消費量が長手方向で偏ってしまい、前述した現像容器内の残量検知センサが検知する現像器内のトナー残量に比してトナー量が著しく多い、または少ない部分が生じてしまい、現像スリーブに対するトナーの供給がその消費に追いつかず画像白抜けが生じたり、また逆に十分にトナーを有しているにもかかわらずトナーが供給されるためにその部分のトナーが圧縮され流動性の低下を招き、現像スリーブに対するコート不良を生じさせる。

このような事態を解決する為に現像剤消費量分布が著しく偏った場合にも、この分布に対応してトナーが補給される手段についての提案がある。（例えば特許文献１参照）
この従来例では搬送スクリューの駆動シーケンス（速度、タイミング）を変化させて現像剤が落下する位置の分布を変化させることで、現像剤消費量分布に応じた補給分布を実現できる。
特開平11-160988号公報 （図６、図１４）

しかしながら以上のような構成の装置を用い、スクリューの回転数や動作シーケンスを切り換えて現像剤補給の長手分布を制御すると、現像剤補給装置内の温度、湿度などの環境が異なったり、トナー自体の帯電状態の変化により現像剤の凝集度、付着力等が変化することで、同じシーケンスでも現像剤のトナーの長手方向補給分布が変化する。

詳しく述べると、スクリューによるトナー搬送はスクリューのらせん状の斜面とトナー規制壁から受ける抗力と重力の合力がトナーに作用することでトナーを搬送する。この搬送時にスクリューによってかきあげられたトナーがトナー規制壁の低いところから順に落下することで現像手段本体内に補給する。

ここでトナー自体の凝集度や粘弾性、付着力等が変化すると乗りこえられる壁の高さが変わり、長手方向での落下量の分布が温度湿度の影響を受けて変化する。

結果として補給が狙いどおりに行かずに、現像器内のトナーの不均一状態は解消されない。

上記課題を解決するため、本発明における画像形成装置は、
磁性トナーを現像部材を有する現像器に補給するトナー補給手段を備え、
トナーを収容するトナー容器と、
トナー容器内に設けられ、現像器の現像部材とほぼ同じ長さを有する回転可能に支持されたマグネットローラーと、
マグネットローラーを回転させる駆動手段と、
マグネットローラー表面に磁性トナーを一定の厚みコートする規制部材と、
コートされたトナー層を一定量掻き落とす掻き落とし部材とを有し
マグネットローラー長手方向中央部を境に規制部材と掻き落とし部材の位置関係がその断面形状においてマグネットローラーの軸を通り略鉛直方向に広がる平面に対して鏡像関係にあり、
マグネットローラーの回転方向を選択的に選べることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、現像装置本体へトナー補給するトナー補給装置において、トナー補給領域を２分割し現像装置本体内の長手方向でトナーの少ない側に選択的に補給することで現像器内のトナー量の長手分布の不均一を改善することが出来る。

また使用環境の温度、湿度の変化によりトナーの凝集度、付着力が変化し、トナーの長手方向における補給ムラがおきることが無い。

（実施例１）
図１は本発明を実施する画像形成装置である複写機の断面図である。本機における画像形成プロセスを簡単に説明する。

帯電ローラー１７０によって所定の電位に帯電した感光ドラム１１０上に、原稿の画像露光１８０を照射し静電潜像を形成させ、現像スリーブ１２１と感光ドラムｌ１０上の静電潜像との電位差により生じた電界によってトナーを現像スリーブ１２１より感光ドラム１１０に移動させることにより静電潜像を現像する。

一方給紙カセットから送られてきた転写材Ｐは転写ローラー１３０と感光ドラム１１０間に搬送され、転写ローラー１３０に与えられた転写バイアスにより感光ドラム１１０上の現像が転写材Ｐに圧的、電気的に転写される。

転写材Ｐは分離除電針１４０の静電気力、また感光ドラム１１０の曲率を受け感光ドラム１１０から分離し、搬送され、定着器１５０によって転写像が熱、圧的に定着される。転写材Ｐが分離した後感光ドラム１１０上に残存している転写残トナーはクリーニング器１６０において掻き取られ清掃される。上記一連の動作により原稿の複写画像が形成される。

電位測定ワイヤー１０は画像露光により形成された静電潜像の平均的な電位を測定する手段である。

図２のように電位測定ワイヤー１０は感光ドラム１１０に対向するように配置され長手方向に２分割されており、それぞれは独立機能している。

感光ドラム１１０上に静電潜像が形成され電位測定ワイヤー１０部に到達すると、各電位測定ワイヤー１０上に静電潜像に対応する電荷が誘起される。その電位を別途設けられた電位センサーにより測定する。

図３はトナー補給手段の上視図、図４はトナー補給手段の上部にあるトナー収容容器の長手方向断面図、図５は現像器及びトナー補給手段の長手方向に直角な断面図である。残検センサー１２４により検出された信号に応じて補給行程は以下のように行われる。

図４のトナー収容容器２００内に配置されるトナー送り出しスクリュー２０１が駆動され、トナーがスクリュー２０１で搬送され、トナー排出口２０２よりトナーが排出される。トナーは現像器１２０の手前側（１２７付近）からトナー補給手段内に供給され、トナー攪拌部材１２５に受け渡される。

このトナー攪拌部材１２５は回転駆動されており、この攪拌部材１２５が回転することによりトナーの量が長手方向に均一になるようにならされる。

さらにトナー攪拌部材１２５と、補給手段１１９間にある図５のマグネットローラー１２６に磁性体であるトナーは吸着する。

図１０でマグネットローラー１２６は回転可能に支持されている。マグネットローラー１２６に駆動を伝える駆動系１１８はマグネットローラー１２６の回転方向について任意の方向を選べる制御手段を有している。

このマグネットローラーの周囲にはトナー収容容器に取り付けられるか、又は一体的に形成されたトナーコート部分１１７ａ、１１７ｂと、トナー掻き落とし部分１１６ａ、１１６ｂが配置されている。

マグネットローラー１２６の回転に伴ってトナーコート部分１１７ａ、１１７ｂでトナーを一定の厚みｔ１でマグネットローラー１２６上にコートしていく。

そのままマグネットローラー１２６の回転を続けると一定の厚みｔ１にコートされたトナーがマグネットローラーと距離ｔ２だけ離れた位置に固定されたトナー掻き落とし部分１１６ａ、１１６ｂに到達しコートされたトナーを（ｔ１―ｔ２）の厚み分だけ掻き落とす。コート部と掻き落とし部の形状は温度、湿度などの影響を受けないので掻き落とし量の長手分布は一対のコート部と掻き落とし部の中で変化しない。またトナーの凝集度などの物性が変化しても長手方向の落下量分布には影響しない。また掻き落とし部はマグネットローラーと非接触状態なので掻き落とし時にすりつぶされるなどのストレスを受けることもない。

掻き落とされたトナーは現像装置本体１２０内に供給され現像に供される。本発明では、現像領域とほぼ同じ長さを持つマグネットローラー１２６を備え、その略中央部分を境にトナー収容容器に設けられたトナーコート部分とトナー掻き取り部分の配置を左右対称に配置する。

従って断面ｂ（図５−ｂ）を有する領域ｂでは右方向にマグネットローラー１２６を回転させるとトナーが落下する。一方断面ａ（図５−ａ）を有する領域ａではマグネットローラーにコートされる厚みｔ２のトナーは距離ｔ１離れたトナーコート部ではマグネットローラー上から掻き落とされることは無く、落下しない。逆にマグネットローラー１２６を左回転させるとｂ領域ではトナーは落下しないがａ領域ではトナーが落下する。以上まとめるとマグネットローラー１２６を右回転させるとｂ領域のみに、左回転させるとａ領域のみにトナーが落下し補給される。

トナー残検センサー１２４は圧電素子の表面が現像器１２０の内壁面からわずかに凹んだ位置にあるように現像器１２０手前側の壁に埋設されており、トナーの有り無しを圧電素子により判定するものである。

図４はトナー収容容器２００の縦断面図である。トナー収容容器２００にストックされたトナーは現像器１２０内のトナー残検センサー１２４の信号に応じてトナー送り出しスクリュー２０ｌを回転駆動させ現像器１２０の開口１２７に一定量のトナーを送り出す。

本実施の形態においては平均粒径８μｍのポジ帯電トナーを用い、現像スリーブ１２１の材質にステンレス、現像スリーブ１２１の内部にはマグネットロールを配置し現像スリーブ１２１と対向させた磁性のブレード１２８により現像スリーブ１２１上のトナーコート量を磁気的に規制し、また現像バイアスとして周波数２４００ｈｚ、振幅１．ЗｋＶｐｐのＡＣ成分と電位コントラストを変化させる現像ＤＣバイアス（中心値−２９０Ｖ）を重畳させたものを使用した。

また感光ドラム１１０は帯電ローラー１７０によりー６８０Ｖに帯電させており、潜像に対して正規現像を行っている。プロセススピードは２００ｍｍ／ｓｅｃであり現像スリーブ１２１はこれに対し、１５０％の周速差をつけて回転している。

与えられたプロセス条件において、出力される現像バイアスのＤＣ成分と感光ドラムｌ１０上の電位を知ることによりトナーの消費量が概算される。

これらの関係は読取専用メモリ（ＲＯＭ）に格納されている。本例では図２に示すように長手方向に２分割した電位測定ワイヤー１０で感光ドラム１１０上の電位を測定し、ＲＯＭに格納されたデータを参照することにより、その分割域に対応する現像器１２０内のトナー消費量を知ることができる。

また、ここで得られたトナー消費分布のデータを積算し蓄えるメモリを設けてある。原稿を変更した後、複写動作１枚目に潜像による感光ドラム１１０上の電位測定を行う。

主走査方向にわたるその和が長手方向に２分割された領域間で大きな差異がなければここで得られたデータは破棄されるが、ある程度の差が生じた場合それをメモリに蓄える。このデータにはその原稿を何枚出力したかにより重みがつけられる。

この例では示されないが、重みづけには他の様々な条件を加味してもよい。複写動作を行ううちに、現像器１２０内のトナーは消費され、トナー残検センサー１２４近傍のトナー量がある所定の量以下になるとこのトナー残検センサー１２４が信号を発し補給動作が行われる。本例では、トナー残検センサー１２４からの信号により補給動作を行う場合、積算されたトナー消費量分布を元にトナー補給動作を行う。

すなわち図６のBのようなトナー消費量分布の場合、右回転３に対して左回転１の割合でマグネットローラーの回転を制御し、その動作をトナー残検センサー１２４がトナー有りを検知するまで継続する。

上記の装置において図７の原稿を用いて従来どおり均一な補給動作を行う場合と、本実施の形態に記載される補給動作を行う場合で、多数枚複写動作を行った。図示の通り、手前側Ｆに比べ奥側Ｒの画像濃度がかなり高く、トナー消費量の差も大きい。

トナー残検センサー１２４は長手方向手前側に設置されている。１００枚終了時点で手前側のトナーは十分な量があり補給動作は始まらないが、奥側の現像スリーブ１２１近傍のトナー量はかなり少ない。つづけて複写動作を行うと１８０枚の時点で補給動作が始まったが、図６のＡのような均一補給を行うと２００枚の時点で奥側で白抜けが生じてしまった。

現像器１２０内に均一にトナーが存在していれば、ベタ黒画像を連続的に複写してもそのトナー消費を上回るだけのトナーが各所に概略均一に補給されるように設定しているためこのようなことは起こらないが、補給開始時に現像器１２０内のトナー量がかなり偏っていたために均一なトナー補給ではこのような問題が生じることがある。しかし本実施の形態を用いた場合、図７の原稿の画像露光により感光ドラムｌ１０上に形成された潜像の電位を平均的に検出する図２の装置により、図７のラインＬ上において奥、手前各位置での平均的な電位はそれぞれ−６５０Ｖ、−３００Ｖと検出された。

この原稿は主走査方向にわたり電位が一定のデータを提供するものであるので、それを積算することによりトナー消費量に偏りがあることが判断される。もし図８のような適当な画像濃度が分散されているものであれば、それを積算することにより消費量に不明な分布がないと判断される。図７の原稿を連続で出力した場合、前記例と同様に１８０枚程度で補給動作が始まった。

トナー消費量に偏りがあることが判断されているので図６のＢの補給動作が始まり、トナー消費量の多い奥側により多くのトナーが補給された。少量ずつ手前側にもトナーが補給されるためトナー残検センサー１２４近傍に十分なトナーが補給され補給動作が停止したとき、現像器１２０内のトナー分布は概略均一であり、白抜けが生じることはなく良好な画像を出力できた。

また、本実施例ではトナー消費量の長手方向分布の検出に、感光体上の電位を測定しその電荷量の分布によりトナー消費量を推定していたが、これは他の方法でも同様の結果が得られる。例えば感光体に静電潜像を形成するためのレーザー走査装置のレーザー照射時間がトナー消費量と比例することを利用し、レーザー照射時間の長手方向分布を得ることでトナー消費の長手方向分布がわかる。レーザースキャナー２５０からのレーザー照射時間は画像処理コントローラー２５１で測定し、それをメモリーに累積しトナー消費量を予測する。また図１１のようにトナー残検センサ１２４及び１２９を現像容器の長手方向両端の壁にそれぞれ設けることで、実際のトナーの有り無しでトナー消費分布を判断することも出来る。

なお、図９は、本発明のトナー補給装置の動作を説明するブロック図である。

本発明を採用した電子写真画像形成装置の概略を示す断面図である。 上記が造形性装置のドラム電位測定装置の斜視図である。 本発明のトナー補給装置の上視図である。 本発明のトナー補給装置にトナーを供給するトナー収容容器の断面図である。 本発明のトナー補給装置の断面図である。 トナー補給量分布の説明図である。 形成画像の例１である。 形成画像の例２である。 本発明のトナー補給装置の動作を説明する、ブロック図である。 トナー補給装置のトナーコート部と掻き取り部を説明する、部分拡大図である。 長手方向のトナー消費に偏りがある場合の現像器内のトナーの状態を表す図である。

符号の説明

110 感光体
116a,b トナー掻き取り部
117a,b トナーコート部
118 マグネットローラー駆動手段
119 トナー補給手段
120 現像器
121 現像部材
124 トナー残量検知センサ
126 マグネットローラー
200 トナー収容容器

Claims (6)

1. 磁性トナーを現像部材を有する現像器に補給するトナー補給手段を備え、
   トナーを収容するトナー容器と、
   トナー容器内に設けられ、現像器の現像部材とほぼ同じ長さを有する回転可能に支持されたマグネットローラーと、
   マグネットローラーを回転させる駆動手段と、
   マグネットローラー表面に磁性トナーを一定の厚みコートする規制部材と、
   コートされたトナー層を一定量掻き落とす掻き落とし部材と
   を有し
   マグネットローラー長手方向中央部を境に規制部材と掻き落とし部材の位置関係がその断面形状においてマグネットローラーの軸を通り鉛直方向に広がる平面に対して鏡像関係にあり、
   マグネットローラーの回転方向を選択的に選べる
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 現像部材長手方向の一端から中央まで、中央から他端までの現像部材のトナーの消費量分布を推定する手段を有し、推定された消費量に応じて選択的にマグネットローラーを回転させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. トナー消費量分布推定手段が長手方向に分割された電位測定手段を有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. トナー消費量分布推定手段が潜像書き込み手段の長手方向書き込み分布を計測することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. トナー掻き落とし手段が前記マグネットローラーと非接触であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. トナー消費量分布推定手段が現像器の長手方向手前側と奥側に設けられたトナー−有り無しを検出するセンサーであることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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