JP4681978B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
図19(a)乃至(d)は上記特許文献1に記載の画像形成装置を示す説明図である。なお、図中各種矢印は、現像剤の移動方向を示しており、その矢印が太いほど現像剤移動量が多いことを示している。
この現像装置404は、図19(a)に示すように、主に、現像剤担持体としての現像ローラ5と、回収搬送部材としての回収スクリュー6と、撹拌搬送部材としての第1撹拌スクリュー11A及び第2撹拌スクリュー11Bと、供給搬送部材としての供給スクリュー8と、現像剤規制部材としての現像ドクタ16とから構成されている。この現像装置404には、現像ローラ5の斜め下方に隣接するように、回収スクリュー6を内蔵する回収搬送路7が設けられている。また、この回収搬送路7と同じ水平面上に隣接するように、第1撹拌スクリュー11Aを内蔵する第1撹拌搬送路10Aが設けられている。さらに、この第1撹拌搬送路10Aの上方には、第2撹拌スクリュー11Bを内蔵する第2撹拌搬送路10Bが設けられている。また、この第2撹拌搬送路10Bと同じ水平面上に隣接するように、かつ、回収搬送路7の上方に位置するように、供給スクリュー8を内蔵する供給搬送路9が設けられている。この供給搬送路9は、現像ローラ5の斜め上方に隣接する。
まず、供給スクリュー8により供給搬送路9内の現像剤が現像ローラ5に供給されると、その供給現像剤は現像ローラ5の回転に伴って、現像ドクタ16により規制され、その後図示しない潜像担持体と対向する現像領域へ搬送される。そして、この現像領域において、供給現像剤中のトナーが潜像担持体上の潜像に付着し、現像が行われる。このように現像領域でトナーを消費した供給現像剤は、その後、現像ローラ5上から除去され、回収搬送路7で回収される。この回収現像剤は、図19(c)に示すように、回収スクリュー6により搬送される。そして、回収搬送路7内の現像剤搬送方向下流端まで搬送された回収現像剤は、第1撹拌搬送路10Aへ移動する。その後、第1撹拌搬送路10Aへ移動した回収現像剤は、第1撹拌スクリュー11Aにより撹拌されながら、第1撹拌搬送路10A内の現像剤搬送方向下流端まで搬送される。第1撹拌搬送路10Aの下流端では現像剤が滞留して上方に盛り上がり、これにより第1撹拌搬送路10A内の現像剤がこの第1撹拌搬送路10の上方に隣接する第2撹拌搬送路10Bへ移動する。第2撹拌搬送路10Bへ移動した現像剤は、図19(d)に示すように、第2撹拌スクリュー11Bにより撹拌されながら、第2撹拌搬送路10B内の現像剤搬送方向下流端まで搬送される。その後、この現像剤は供給搬送路9内へ移動する。以上のように、この現像装置404では、現像剤を一方向に循環搬送する。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記回収搬送路及び上記供給搬送路を、上記現像剤担持体上における上記潜像担持体上の潜像担持可能領域に対向する現像実行領域の該現像剤担持体の軸線方向長さよりも長く形成し、該回収搬送路と該供給搬送路との間における該現像実行領域に対応する箇所を互いに仕切る仕切り部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記回収搬送路中の1箇所だけに、上記トナー補給口を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記回収搬送路中における現像剤搬送方向の複数箇所に、上記トナー補給口を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記トナー補給手段によるトナー補給前の上記回収搬送路内に存在する現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段の検知結果に応じて、該トナー補給手段の補給動作を制御する補給動作制御手段とを有することを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の画像形成装置において、上記トナー濃度検知手段の検知領域は、上記回収搬送路における上記トナー補給口より現像剤搬送方向上流側の領域であることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記トナー補給手段は、上記トナー補給口から上記補給用トナーを間欠的に補給することを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記回収搬送路を上記現像剤担持体の下方に設けるとともに、上記3つの搬送路をほぼ同じ高さに配置し、上記供給搬送部材の最上位置が該現像剤担持体の回転中心軸よりも下方に位置するように、かつ、該供給搬送部材の最上位置と該回転中心軸とを通る仮想平面と該回転中心軸を通る水平面とのなす角が10[°]以上40[°]以下の範囲内となるように、該供給搬送部材を配置したことを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記磁性キャリアとして、その体積平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下の範囲内であるものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記トナーとして、その体積平均粒径が3[μm]以上8[μm]以下の範囲内であり、かつ、個数平均粒径に対する体積平均粒径の比率が1.00以上1.40以下の範囲であるものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記トナーとして、形状係数SF−1が100以上180以下の範囲内であり、かつ、形状係数SF−2が100以上180以下の範囲内であるものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記トナーとして、平均1次粒径が50[nm]以上500[nm]以下の範囲内であって嵩密度が0.3[g/cm3]以上である外部添加剤がトナー母体粒子表面に添加されたものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項13の発明は、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記潜像担持体及び上記現像手段を備え、かつ、該潜像担持体上のトナー像を記録材上に転写させるための作像部を2つ有し、一方の作像部による上記記録材の一方の面へのトナー像の転写、及び、他方の作像部による該記録材の他方の面へのトナー像の転写を、同時又は順次に行い、該記録材の両面に各トナー像が転写された後に該各トナー像を該記録材に定着させる定着手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項14の発明は、請求項13の画像形成装置において、上記2つの作像部は、それぞれ、上記潜像担持体及び上記現像手段を複数備えていて各潜像担持体上にそれぞれ形成された互いに異なる色のトナー像を互いに重ね合せた重ね合わせトナー像を上記記録材へ転写するものであり、上記トナー収容器として、各色の補給用トナーをそれぞれ別個に収容する複数のトナー収容器を有し、各作像部に設けられる互いに同じ色に対応した現像手段のトナー補給手段は、該色の補給用トナーを収容する同じトナー収容器からの補給用トナーを補給することを特徴とするものである。
図2は、本参考例に係る複写機を示す概略構成図である。
この複写機は、プリンタ部100、操作・表示ユニット90、給紙装置40、自動画像読取装置200、紙補給装置300等を有している。
一方、第2中間転写ベルト31は、水平方向よりも鉛直方向にスペースをとる縦長の姿勢であってその第2受像面を図中左上から右下にかけて傾斜させる姿勢となるように、複数のローラに張架されている。第2プロセスユニット81Y,81M,81C,81Kは、このように傾斜している第2受像面に接するように、第2中間転写ベルト31の図中左側方にて、図中左上から右下にかけての斜めの配列になるように配設されている。
各第1プロセスユニット80Y,80M,80C,80Kは、それぞれ扱うトナーの色が互いに異なる点を除いてほぼ同様の構成になっている。よって、図3では符号に付す色分け添字を省略している。
図3において、感光体1は、プリンタ部100の動作時に、図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動される。この感光体1の周囲には、帯電手段であるスコロトロンチャージャ3、現像手段としての現像装置4、感光体クリーニング装置2、光除電装置Q、電位センサS1、画像センサS2等が配設されている。また、感光体1は、潜像形成手段である不図示の露光装置より照射されたレーザ光Lによりその表面に静電潜像を形成される。本参考例の感光体1としては、例えば直径30〜120[mm]程度のアルミニウム円筒表面に光導電性物質である有機感光層(OPC)を被覆したドラム状のものを用いている。なお、感光体1としては、アモルファスシリコン(a−Si)層を被覆したものであってもよい。また、ドラム状ではなく、ベルト状のものであってもよい。
スコロトロンチャージャ3は、回転駆動される感光体1の表面を例えばマイナス極性に一様帯電させるものである。一様帯電を行う帯電手段としては、スコロトロンチャージャの代わりに、帯電ローラを用いてもよい。また、帯電バイアスが印加される帯電バイアス部材を感光体1の表面に接触させる方式のものでもよい。
不図示の露光装置は、各色毎の画像データに対応した光を、スコロトロンチャージャ3で一様に帯電済みの各感光体1の表面に走査し、静電潜像を形成するものである。露光装置としては、発光素子としてのLED(発光ダイオード)アレイと結晶素子とから構成されるものや、画像データに応じて変調したレーザ光をレーザ光源及びポリゴンミラー等を用いて走査するレーザスキャン方式のものを採用することができる。
各第2プロセスユニット81Y,81M,81C,81Kも、それぞれ扱うトナーの色が異なる点を除いてほぼ同様の構成になっているので、図4でも符号に付す色分け添字を省略している。第2プロセスユニット81Y,81M,81C,81Kの構成は、第1プロセスユニット80Y,80M,80C,80Kと同様である。ただし、第2プロセスユニット81Y,81M,81C,81Kでは、図示の上では感光体1の回転方向が異なっているために、感光体1の回転軸1aを通る図中y軸に対して第1プロセスユニット80とは軸対称の構成となっている。このような軸対称の構成とすることは、感光体1の周囲に設ける部材の配置に関係する重要な点である。なぜなら、プリンタ部100との結合部、具体的には駆動手段との結合部、電気的接続部、トナー補給装置等との結合方法を配慮することで、第1プロセスユニット80Y,80M,80C,80Kと第2プロセスユニット81Y,81M,81C,81Kとの間で互換性を持たせることができるからである。すなわち、第1プロセスユニット及び第2プロセスユニットのそれぞれに専用の現像装置、クリーニング装置等の部材を製造する必要がなくなる。その結果、部品製造、部品の管理上での効率が高く、全体の低コスト化を図ることができる。
紙搬送ユニット50は、第2転写ユニット30の第2転写部から排出される転写紙Pを、複数の張架ローラの1つである受入ローラ52によるベルト掛け回し箇所にて、紙搬送ベルト51上に受け取る。この受け取りよりも早いタイミングで、紙搬送ベルト51の表面には、吸着用チャージャ57によってトナーの極性と同極性のマイナスの電荷が付与される。この電荷の付与により、紙搬送ユニット50は、第2転写部から排出されてくる転写紙Pを紙搬送ベルト51の表面に静電吸着させることができる。
紙搬送ベルト51として、金属ベルト、ポリイミドベルト、ポリアミドベルトなどを採用することができる。そして、紙搬送ベルト51は、その表面にトナーとの離型性を与えるとともに、静電吸着用の帯電が可能な程度の抵抗値を有する。なお、紙搬送ベルト51の移動速度は、定着装置60における転写紙Pの移動速度にあわせる。
定着装置60としては、定着ローラ内部にヒータを備える方式のもの、加熱されるベルトを走行させる方式のもの、誘導加熱を採用した方式のものなどを採用することができる。2つの定着ローラを当接して形成した定着ニップで転写紙Pを両面側からそれぞれ加熱することにより、複数色第1トナー像及び複数色第2トナー像がその転写紙P上にそれぞれ定着させる方式のものを採用している。転写紙Pの両面の画像の色合いや光沢度を同じにするため、2つの定着ローラについては、ベルト材質、硬度、表面性などを上下同等にしてある。また、フルカラーとモノクロ画像、あるいは片面か両面かにより、それぞれの面に対して最適な定着条件をつくりだすように、定着装置60の各種パラメータが制御されるようになっている。
冷却ローラ対70によって冷却された転写紙Pは、排紙ローラ対71により、プリンタ部100の左側に設けられた排紙スタック部75に排紙、スタックされる。この排紙スタック部は、大量の転写紙をスタック可能にすべく、不図示のエレベータ機構により、スタックレベルに応じて、受け部材が上下する機構を採用している。なお、排紙スタック部75を通過させ、別の後処理装置に向けて転写紙を搬送させることもできる。別の後処理装置として、穴あけ、断裁、折、綴じなど製本のための装置などを設けることもできる。
片面記録の方法は、大別すると2種類あって選択が可能となっている。その2種類のうちの1つは、第1中間転写ベルト21に転写した複数色第1トナー像を転写紙Pの第1面に2次転写する方法である。この場合、排紙スタック部75上において、その複数色第1トナー像によるフルカラー画像が転写紙Pの上面に形成される。もう1つは、第2中間転写ベルト31に転写した複数色第2トナー像を転写紙Pの第2面に2次転写する方法である。この場合、排紙スタック部75上において、その第2トナー像によるフルカラー画像が転写紙Pの下面に形成される。形成すべき画像が複数の頁にわたるケースでは、排紙スタック部75上で頁が揃うように作像順序を制御するのが好適である。
以下、最後の頁の画像から順に形成して頁順を揃わせるよう、第1中間転写ベルト21に複数色第1トナー像を担持させた後にこれを転写紙Pに転写させる方法を例に挙げて説明する。
第1中間転写ベルト21上の複数色第1トナー像は、第1中間転写ベルト21と同期して搬送される転写紙Pの第1面に、2次転写ローラ46による転写作用を受けて2次転写される。2次転写ローラ46に与えられるバイアスは、トナーの帯電極性とは逆のプラス極性である。2次転写ニップを通過した第1中間転写ベルト21の表面は、ベルトクリーニング装置20Aによって転写残トナーがクリーニングされる。
プリンタ部100に画像信号が入力されると、片面記録の動作で説明した第1プロセスユニット80Y,80M,80C,80Kの感光体1Y,1M,1C,1Kに、各色の第1トナー像を形成する。そして、これらは、Y、M、C、K用の1次転写ニップで第1中間転写ベルト21に順次重ね合わせて1次転写される。この工程とほぼ並行して、第2プロセスユニット81Y,81M,81C,81Kの感光体1Y,1M,1C,1Kに、各色の第2トナー像を形成し、これらをY、M、C、K用の1次転写ニップで第2中間転写ベルト31に順次重ね合わせて1次転写する。このようにして、第1中間転写ベルト21及び第2中間転写ベルト31のぞれぞれに、複数色第1トナー像及び複数色第2トナー像を形成する。
また、メンテナンスや部品交換等の必要性が生じた場合には、不図示の外装カバー等を開放し、メンテナンスをおこなう。
図1は、本参考例における現像装置4を示す概略構成図である。なお、各プロセスユニット80Y,80M,80C,80K,81Y,81M,81C,81Kに設けられる現像装置の構成は、それぞれ扱うトナーの色が異なる点を除いてほぼ同様の構成になっている。よって、図1では符号に付す色分け添字を省略している。
図1において、感光体1は、図中矢印G方向に回転しながらその表面をスコロトロンチャージャ3により帯電される。帯電された感光体1の表面には、不図示の露光装置より照射されたレーザ光Lにより静電潜像が形成され、この静電潜像に現像装置4によってトナーを付着させることによりトナー像とする。
また、現像装置4は、供給搬送路9に対して回収搬送路7の反対側に、撹拌搬送路10を備えている。この撹拌搬送路10には、現像剤を撹拌しながら供給スクリュー8とは逆方向である図中紙面手前側に搬送する撹拌搬送部材としての撹拌スクリュー11が設けられている。供給搬送路9と撹拌搬送路10とは、仕切り部材としての仕切り壁133によって互いに仕切られている。ただし、この仕切り壁133の図中紙面手前側と紙面奥側との両端は開口部となっており、この開口部を通じて供給搬送路9と撹拌搬送路10とは互いに連通している。
仕切り壁133はケーシングの一部であり、仕切り板134はケーシングに保持されている。
トナー補給装置160は、トナーボトル86内の補給用トナーをトナー補給口161へ移送する手段として、一軸偏心スクリューポンプであるモーノポンプ162及びトナー補給路としての柔軟性のある搬送チューブ163を備えている。モーノポンプ162は、図5(b)に示すように、金属又は樹脂などの剛性部材を用いて偏心させたスクリュー形状のローラ162aと、ゴム材料により内側が2条のスクリュー形状とされたステータ162bと、これらの両部材を内包するホルダ162cとから構成されている。モーノポンプ162の一端には、搬送チューブ163の一端が取り付けられており、その搬送チューブ163の他端はトナーボトル86に連結されている。補給用駆動モータ162dによりローラ162aが回転すると、ホルダ162c内に吸引圧力が発生し、搬送チューブ163内が吸引負圧化される。これにより、トナーボトル86内の補給用トナーを吸引力により搬送チューブ163を介してホルダ162c内に受け取り、これをトナー補給口161から現像装置4へ補給する。また、補給用駆動モータ162dに接続されている補給クラッチ162eにより、ローラ162aの回転動作(時間)を制御することができる。よって、この補給クラッチ162eのクラッチ動作を制御することで、補給用トナーの補給量を細かく調整することができる。
このモーノポンプ162を利用すれば、トナーボトル86と現像装置4とを結ぶ搬送路を自由に曲げることができる。よって、搬送スクリュー等を利用した場合のように直線的な搬送路に制限される構成に比べて、トナーボトル86と現像装置4との位置関係の制約が少なくなり、複写機内のレイアウトの自由度が向上する。また、補給用トナーを収容するトナーボトル86を現像装置4から離して配置できる結果、現像装置自体の小型化を図ることができる。
なお、トナー補給装置160の構成はこれに限られることはない。例えば、トナー補給口161の大きさを適正に設定して単位時間当たりの最大トナー補給量を制限するようにし、最大トナー補給量で補給する補給駆動装置(細かい補給量の調整はできないもの)のトナー補給動作時間を制御するようにしてもよい。この場合、トナー補給装置160の構成を簡単化することができる。
図6は、現像ローラ5の磁極配置の概略説明図である。
現像ローラ5の内部には、現像領域中で現像ローラ5の表面移動方向の最も下流側の位置に現像下流端側S極218が配置されており、供給スクリュー8と対向する位置に現像剤汲み上げ用S極219が配置されている。そして、現像下流端側S極218と現像剤汲み上げ用S極219との間の領域は、磁極が存在しない。この磁極が存在しない範囲が現像後の現像剤を回収搬送路7へ回収する現像剤回収領域となり、その回収搬送路7は現像剤回収領域と対向する現像ローラ5の真下の位置に配置されている。現像領域を通過した現像後の現像剤は、現像剤回収領域まで搬送されると磁力の影響を受けなくなり、現像ローラ5の回転による遠心力と自重とによって、回収搬送路7に落下し、回収される。
図7は、現像装置4のケーシングの上部を取り除いた状態において、ケーシングの下部によって形成される各搬送路7,9,10及びこれらの搬送路に設けられる各スクリュー6,8,11を感光体1側から見たときの斜視図である。
ケーシングの下部には、図中手前側より回収スクリュー6、供給スクリュー8、撹拌スクリュー11がこの順序で設置されており、それぞれのスクリュー6,8,11による搬送領域を分けるように、各搬送路7,9,10が形成されている。ただし、供給搬送路9と回収搬送路7とは、仕切り板134により隔離されている。現像剤は、回収スクリュー6及び供給スクリュー8によりそれぞれ矢印135,136の向きに搬送され、撹拌スクリュー11によりその逆向きの矢印137の向きに搬送される。このとき、回収スクリュー6及び供給スクリュー8の搬送方向を示す矢印135,136は、図1中手前から奥側への搬送方向であり、一方、撹拌スクリュー11の搬送方向を示す矢印137は図1中奥側から手前側への搬送方向である。
撹拌スクリュー11は、撹拌回転軸170に現像剤搬送方向に向かって現像剤を撹拌搬送する羽部である撹拌搬送羽部138と、現像剤を隣接する供給スクリュー8側に移送する撹拌横移送用パドル139とを備えている。さらに、現像剤搬送方向下流端側の軸受部に現像剤を送り込まないように、撹拌搬送路10の搬送方向下流端部の現像剤に搬送方向とは逆方向の搬送力を与える撹拌搬送羽部138とは逆の巻方向の撹拌逆送羽部140が取り付けられている。なお、回収スクリュー6及び供給スクリュー8も撹拌スクリュー11と同様な構成となっている。本参考例における撹拌スクリュー11の具体的な構成は、1条のスクリューであって、その外径が30[mm]であり、そのピッチが36[mm]である。本参考例における供給スクリュー8の具体的な構成は、1条のスクリューであって、その外径が27[mm]であり、そのピッチが36[mm]である。本参考例における回収スクリュー6の具体的な構成は、2条のスクリューであって、その外径が25[mm]であり、そのピッチが34[mm]である。ただし、これらのスクリュー6,8,11の構成は、この構成に限定するものではない。
一方、反対側の端部では、上述したように、仕切り壁133及び仕切り板134に開口部が設けてあり、回収搬送路7及び供給搬送路9の現像剤搬送方向下流側端部と撹拌搬送路10の現像剤搬送方向上流側端部とが連通している。回収搬送路7に回収された回収現像剤は、回収スクリュー6の回収横移送用パドル141により、供給スクリュー8側の供給搬送路9に受け渡される。このようにして供給搬送路9に受け渡された回収現像剤は、現像に用いられず供給搬送路9の搬送方向下流側端部まで搬送された余剰現像剤と混合される。そして、混合された余剰現像剤及び回収現像剤は、供給スクリュー8の供給横移送用パドル142により、撹拌スクリュー11側の撹拌搬送路10に受け渡される。
図8は、3つの搬送路7,9,10が互いに連通している箇所を示す断面図である。
仕切り壁133及び仕切り板134における現像剤の受け渡し箇所に対応する部分には、それぞれ開口部が設けられている。この箇所では、回収搬送路7、供給搬送路9及び撹拌搬送路10の回転するパドルによって横移送されるため、この箇所の底面部分を単純に平面とした場合、回転するパドルに対してデットポイントが生じてしまう。このようなデットポイントが生じると、現像剤の受け渡しをうまく行うことができない。そこで、本参考例では、各搬送路7,9,10の間に、それぞれ回収・供給凸部131及び供給・撹拌凸部132を設け、それぞれの凸部を乗り越えた現像剤が逆流しないように構成している。また、やや上方に向けて現像剤を受け渡すことになる回収横移送用パドル141は、現像剤を押し出す現像剤押し出し面144に角度をもたせ、より外側に押し出すように構成されている。なお、パドルの数は2枚に限らず、点線141bで示すように、搬送量に応じて羽根の枚数を増やしてもよい。
3つの搬送路7,9,10のうちの真ん中に位置する供給搬送路9の供給横移送用パドル142は、受け渡された回収現像剤を供給搬送路9内へ引き込み、かつ、供給搬送路9内の現像剤を撹拌搬送路10へ押し出すため、回収横移送用パドル141のような角度を持たせず、ほぼフラットな状態に構成されている。
また、回収スクリュー6及び供給スクリュー8の搬送方向下流端と、撹拌スクリュー11の搬送方向上流端とで3つの搬送路が連通している。これにより、回収現像剤と余剰現像剤とを簡易な構成で撹拌搬送路10へ受け渡すことができる。
図9は、各搬送路7,9,10における単位時間当たりの現像剤搬送量及び現像剤の移動方向を説明するための説明図である。
図中左右方向は、プリンタ部100の奥行き方向、つまり現像ローラ5の軸方向に対応している。撹拌搬送路10での現像剤搬送量(以下、「撹拌搬送量」という。)146、供給搬送路9の現像剤搬送量(以下、「供給搬送量」という。)147、回収搬送路7現像剤搬送量(以下、「回収搬送量」という。)148を、それぞれ斜線で示してある。これらの搬送量146,147,148は、その図中上下方向長さが長いほどその地点の搬送量が多いことを示している。また、現像剤の搬送方向は、図中矢印135,136,137でそれぞれ示される。
(E/3)>e>(E/4) ・・・(1)
その理由は次のとおりである。現像剤搬送効率の観点からすると、余剰現像剤についてはe→0が理想である。しかし、確実に現像ローラ上に一定量の現像剤を供給するためにはある程度余剰分が必要であることが第1の理由である。また、回収現像剤の比率が大きい場合、補給用トナーの補給を受けてトナー濃度を均一にするには高い撹拌性能が要求される。余剰現像剤の比率を上げれば、回収現像剤には、補給用トナーに加えて余剰現像剤からのトナーも多く加えることができるので、大きなトナー濃度ムラを押さえることが可能になる。これが第2の理由である。以上の理由から、本参考例では、現像剤搬送効率の確保(現像剤低ストレス化)及びトナー濃度制御(トナー濃度センサの感度及びトナー濃度均一化)の観点から、搬送量を上記式(1)の範囲に設定している。
図10は、トナー補給装置160による補給用トナーの補給動作を制御する制御系を示すブロック図である。
制御部95は、各現像装置4に備わっているトナー補給装置160の補給用駆動モータ162d及び補給クラッチ162eに接続されており、これらの補給動作を制御する補給動作制御手段として機能する。また、制御部95は、各現像装置4に備わっているトナー濃度センサ127にも接続されている。また、制御部95は、画素カウント部97にも接続されている。この画素カウント部97は、画像データに基づいて出力画像の画素数をカウントするものである。
制御部95は、所定のタイミングでトナー濃度センサ127により現像装置4内の現像剤のトナー濃度を検知させ、その検知結果を取得する(S1)。そして、トナー濃度センサ127が検知したトナー濃度の変化から、現像装置4内の現像剤のトナー濃度が目標トナー濃度とするための補給用トナーの補給量を算出する(S4)。なお、トナー濃度センサ127によるトナー濃度検知時にプリント動作中(印刷中)である場合(S2)、制御部95は、そのプリント動作に係る画像データの画素数を画素カウント部97から取得する(S3)。そして、この場合には、画素カウント部97から取得した現在印刷中の画像の画素数から出力画像の画像面積率等を算出し、その算出結果から当該印刷により消費される消費トナー量を求める。その後、制御部95は、トナー濃度センサ127が検知したトナー濃度の変化と、算出した消費トナー量とから、補給用トナーの補給量を算出する(S4)。
また、上記S4で算出した補給量分の補給用トナーをトナー補給口161から間欠的に補給するようにしてもよい。この場合、回収搬送路7内を移動する現像剤の異なる箇所に補給用トナーを分散して補給することができる。その結果、トナー補給を受けた現像剤中における補給用トナーの拡散性が向上する。
しかも、本参考例では、トナー濃度センサ127の検知領域が回収搬送路7内におけるトナー補給口161より搬送方向上流側の領域としている。これにより、トナー補給を行っている最中でも、現像剤中のトナー濃度を適正に検知することができる。すなわち、トナー濃度センサ127の検知領域を回収搬送路7におけるトナー補給口161より搬送方向上流側の領域に設定すると、その下流側の領域ではトナー濃度が不十分であるにも関わらず、トナー濃度センサ127で十分なトナー濃度が検知されてしまう。その結果、現像剤全体のトナー濃度が不十分となる前にトナー補給が終了して、目標とするトナー濃度とすることが困難となるからである。なお、トナー濃度センサ127の検知領域を回収搬送路7におけるトナー補給口161より搬送方向上流側の領域に設定した場合でも、トナー補給時期とトナー濃度検知時期とをズラすことにより、適正なトナー濃度検知を行うことが可能である。
本複写機で用いる現像剤に含まれる磁性キャリアとしては、その体積平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下の範囲内であるものを用いている。体積平均粒径が60[μm]以下の小粒径キャリアを用いることで、現像領域に存在する現像剤量が少なくても現像能力を低下させなくても済むようになる結果、現像装置4内に存在させる現像剤の全体量を低減することができる。また、特にストレスのかかる現像ドクタ16を通過する現像剤量が少なくなることから、現像剤の長寿命化を図ることができる。また、キャリアの低容量化を実現できる結果、トナーボトル86の小型化を図ることもできる。さらには、現像領域における磁気ブラシがより緻密になるため、高画質化や画質の安定性が達成される。なお、磁性キャリアの体積平均粒径が60[μm]より大きいと、現像剤循環部でオーバーフローがおきやすくなり、安定な剤循環が行えないおそれがある。一方、磁性キャリアの体積平均粒径が20[μm]より小さいと、感光体1にキャリアが付着したり、現像装置4外にキャリアが飛散しやすくなるという不具合が発生する。
なお、キャリアの体積平均粒径の測定は、マイクロトラック粒度分析計(日機装株式会社)のSRAタイプを使用し、0.7[μm]以上125[μm]以下のレンジ設定で行った。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)を用いることができる。まず、電解水溶液100〜150[ml]中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5[ml]加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1[%]NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20[mg]加える。試料が懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、上記測定装置により、アパーチャーとして100[μm]アパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)を求めることができる。なお、チャンネルとしては、2.00〜2.52[μm]未満;2.52〜3.17[μm]未満;3.17〜4.00[μm]未満;4.00〜5.04[μm]未満;5.04〜6.35[μm]未満;6.35〜8.00[μm]未満;8.00〜10.08[μm]未満;10.08〜12.70[μm]未満;12.70〜16.00[μm]未満;16.00〜20.20[μm]未満;20.20〜25.40[μm]未満;25.40〜32.00[μm]未満;32.00〜40.30[μm]未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00[μm]以上40.30[μm]未満の粒子を対象とする。
図12は、形状係数SF−1を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。
図13は、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。
形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。形状係数SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、形状係数SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・(2)
一方、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(3)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・(3)
トナーの形状が球形に近くなると、トナー間の接触状態が点接触に近い状態になるためにトナー同士の吸着力は弱まりしたがって流動性が高くなる。ゆえに剤の循環性が向上するため、ストレスが小さくなり、長期的に安定した一方向循環を行うことが可能となる。また、トナーと感光体との接触状態が点接触に近い状態になるために、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなり高画質化に寄与する。なお、形状係数SF−1及び形状係数SF−2のいずれかが180を超えると、流動性が悪化し、剤循環性が悪いために好ましくない。また、転写率が低下するため好ましくない。
嵩密度が0.3[mg/cm3]未満では、流動性向上への寄与はあるものの、トナー及び微粒子の飛散性および付着性が高くなるために、トナーとコロとしての効果や、クリーニング部で蓄積して、トナーのクリーニング不良を防止するいわゆるダム効果といった働きが低下してしまう。
ビニル系樹脂の具体的な例としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
嵩密度(g/cm3)=微粒子量(g/100ml)÷100 ・・・(4)
次に、上記参考例に係る複写機のトナー補給装置の一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
図14は、本変形例1のトナー補給装置260を示す概略構成図である。
本変形例1のトナー補給装置260は、上記参考例のトナー補給装置におけるモーノポンプ162に代えて、次の構成を採用する。すなわち、トナー補給装置260は、トナーボトル86からの補給用トナーを一時的に内部に貯留するトナー貯留部を有する。トナー補給装置260は、トナー貯留部と回収搬送路7とを連通させるトナー補給口261を有している。また、トナー貯留部内には、トナー補給ローラ262とアジテータ263とが設けられている。トナー貯留部内の補給トナーは、アジテータ263によりトナー補給ローラ262に供給され、トナー補給ローラ262の外周部に設けられた溝内に入り込む。そして、溝内の補給用トナーは、トナー補給ローラ262の回転によりトナー補給口261まで搬送され、トナー補給口から回収搬送路7内へ補給される。
図15(a)に示すように、回収搬送路7中の1箇所だけにトナー補給口261Aを設けてもよい。この場合、トナーの補給量を精度よくコントロールしやすくなる。また、トナー補給装置の小型化、簡素化が可能となる点でも有利である。
また、図15(b)に示すように、回収搬送路7中における現像剤搬送方向の複数箇所にトナー補給口261Bを設けてもよい。この場合、トナー補給を1箇所で行う場合に比べて、回収搬送路7内の現像剤に対して補給用トナーを分散して補給することができる上、1つのトナー補給口からのトナー補給量が少なて済む。その結果、トナー補給を受けた現像剤中における補給用トナーの拡散性が向上する。
なお、上記参考例の場合においても、回収搬送路7中の1箇所だけにトナー補給口161を設けてもよいし、回収搬送路7中における現像剤搬送方向の複数箇所にトナー補給口161を設けてもよい。
次に、上記参考例に係る複写機のトナー補給装置として適用できる本発明の実施例について説明する。
図16は、本実施例のトナー補給装置360を示す概略構成図である。
本実施例のトナー補給装置360は、上記参考例のトナー補給装置におけるモーノポンプ162に代えて、次の構成を採用する。すなわち、トナー補給装置360は、トナーボトル86と回収搬送路7に開口したトナー補給口361との間に、エアポンプ362を備えている。エアポンプ362のエア吸引部はトナーボトル86に搬送チューブ363を介して接続され、エアポンプ362のエア排出部はトナー補給口361に搬送チューブ363を介して接続されている。エアポンプ362が動作すると、トナーボトル86内の補給用トナーがエアポンプ362内へ吸引される。そして、エアポンプ362内に吸引された補給用トナーを、エアとともに、トナー補給口361から回収搬送路7内へ吐き出す。制御部95は、エアポンプ362の動作時間を制御することにより、トナー補給量をコントロールする。
また、上記参考例や実施例では、回収搬送路7及び供給搬送路9を、現像ローラ5上における感光体上の潜像担持可能領域に対向する現像実行領域の現像ローラ軸線方向長さよりも長く形成し、回収搬送路7と供給搬送路9との間における現像実行領域に対応する箇所を互いに仕切る仕切り部材としての仕切り板134を設けている。これにより、補給された直後の補給用トナーを含む回収搬送路7内の現像剤が供給搬送路9へ直接入り込んで、その補給用トナーがすぐに現像に用いられてしまう事態を防止できる。その結果、摩擦帯電が不十分な補給直後のトナーが現像に用いられ、地汚れ等が発生するという不具合を防止できる。
また、上記参考例や実施例においては、上述したように、回収搬送路7中の1箇所だけにトナー補給口161,261,361を設けてもよい。この場合、トナーの補給量を精度よくコントロールしやすくなるという利点に加え、トナー補給装置の小型化、簡素化が可能となるという利点もある。
また、上記参考例や実施例においては、上述したように、回収搬送路7中における現像剤搬送方向の複数箇所にトナー補給口161,261,361を設けてもよい。この場合、トナー補給を1箇所で行う場合に比べて、回収搬送路7内の現像剤に対して補給用トナーを分散して補給することができる上、1つのトナー補給口からのトナー補給量が少なて済む。その結果、トナー補給を受けた現像剤中における補給用トナーの拡散性が向上する。
また、上記実施例においては、トナー補給口361を、回収搬送路7中の現像剤が存在し得る箇所に開口するように設けている。これにより、補給用トナーは、回収搬送路7中の現像剤内部に補給される。その結果、補給したトナーが現像剤の上面に乗ったまま搬送されるという事態は生じず、現像剤に対して補給用トナーを容易かつ十分に拡散させることができる。
また、上記実施例においては、トナー補給装置360が、エアポンプ362からエアを供給することにより補給用トナーをエアと一緒にトナー補給口361から吐き出す構成を有する。これにより、トナー補給口361の出口付近における現像剤をエアで撹拌することができる。すなわち、トナー補給を受けた直後の現像剤をエアで撹拌できる。その結果、トナー補給を受けた直後の現像剤中において、補給用トナーが拡散した状態とすることができる。
また、上記参考例や実施例においては、トナー補給装置160,260,360によるトナー補給前の回収搬送路7内に存在する現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ127と、このトナー濃度センサ127の検知結果に応じてトナー補給装置160,260,360の補給動作を制御する補給動作制御手段としての制御部95とを有する。これにより、現像装置4内に存在する現像剤のトナー濃度を、目標とするトナー濃度に安定して維持することができる。しかも、トナー濃度センサ127がトナー補給前の回収搬送路7内に存在する現像剤のトナー濃度を検知することから、現像によりトナーが消費されてから早期のうちに、消費されたトナー量を把握することができる。その結果、迅速に適切なトナー補給を行うことができ、長期にわたり安定したトナー濃度を維持することができる。
また、上記参考例や実施例においては、トナー濃度センサ127の検知領域が、回収搬送路7におけるトナー補給口161,261,361より現像剤搬送方向上流側の領域である。これにより、トナー補給を行っている最中でも、現像剤中のトナー濃度を適正に検知することができる。
また、上述したように、トナー補給装置160,260,360は、トナー補給口161,261,361から補給用トナーを間欠的に補給するようにしてもよい。この場合、回収搬送路7内を移動する現像剤の異なる箇所に補給用トナーを分散して補給することができる。その結果、トナー補給を受けた現像剤中における補給用トナーの拡散性が向上する。
また、上記参考例や実施例では、回収搬送路7を現像ローラ5の下方に設けるとともに、3つの搬送路7,9,10をほぼ同じ高さに配置している。そして、供給スクリュー8の最上位置14が現像ローラ5の回転中心軸15よりも下方に位置するように、かつ、供給スクリュー8の最上位置14と回転中心軸15とを通る仮想平面とこの回転中心軸15を通る水平面とのなす角が10[°]以上40[°]以下の範囲内となるように、供給スクリュー8が配置されている。これにより、現像剤の自重が現像ローラ5への現像剤の供給量に影響しない。その結果、供給搬送路9内においてその現像剤搬送方向において現像剤の嵩が均一でなくても、現像ローラ5に適正な量の現像剤を供給することができる。
また、本参考例や実施例に係る複写機で用いる現像剤の磁性キャリアは、その体積平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下の範囲内である。これにより、上述した種々の効果が得られる。
また、本参考例や実施例に係る複写機で用いる現像剤のトナーは、その体積平均粒径が3[μm]以上8[μm]以下の範囲内であり、かつ、個数平均粒径に対する体積平均粒径の比率が1.00以上1.40以下の範囲である。これにより、上述した種々の効果が得られる。
また、本参考例や実施例に係る複写機で用いる現像剤のトナーは、形状係数SF−1が100以上180以下の範囲内であり、かつ、形状係数SF−2が100以上180以下の範囲内である。これにより、上述した種々の効果が得られる。
また、本参考例や実施例に係る複写機で用いる現像剤のトナーは、平均1次粒径が50[nm]以上500[nm]以下の範囲内であって嵩密度が0.3[g/cm3]以上である外部添加剤がトナー母体粒子表面に添加されたものを用いる。これにより、上述した種々の効果が得られる。
また、上記参考例や実施例に係る複写機は、感光体1Y,1M,1C,1K及び現像装置4を備え、かつ、その感光体1Y,1M,1C,1K上のトナー像を転写紙P上に転写させるための作像部としての画像形成部を2つ有する。そして、一方の作像部である第1画像形成部による転写紙Pの一方の面(第1面)へのトナー像の転写、及び、他方の作像部である第2画像形成部によるこの転写紙Pの他方の面(第2面)へのトナー像の転写を、同時又は順次に行い、その転写紙Pの両面に各トナー像が転写された後に各トナー像をこの転写紙Pに定着させる定着手段としての定着装置60を備えている。この複写機は、いわゆる両面同時プリント方式の画像形成装置と呼ばれ、1回のプリント動作で1枚の転写紙Pの両面に画像を形成できる。
4 現像装置
5 現像ローラ
5a ローラ回転軸
6 回収スクリュー
7 回収搬送路
8 供給スクリュー
9 供給搬送路
10,10A,10B 撹拌搬送路
11,11A,11B 撹拌スクリュー
12 回収スペース
14 スクリュー頂点
15 回転中心軸
16 現像ドクタ
20 第1転写ユニット
21 第1中間転写ベルト
22,32 1次転写ローラ
30 第2転写ユニット
31 第2中間転写ベルト
50 紙搬送ユニット
51 紙搬送ベルト
60 定着装置
75 排紙スタック部
80Y,80M,80C,80K 第1プロセスユニット
81Y,81M,81C,81K 第2プロセスユニット
86Y,86M,86C,86K トナーボトル
95 制御部
100 プリンタ部
127 トナー濃度センサ
133 仕切り壁
134 仕切り板
160,260,360 トナー補給装置
161,261,361 トナー補給口
162 モーノポンプ
162d 補給用駆動モータ
162e 補給クラッチ
163,363 搬送チューブ
262 トナー補給ローラ
263 アジテータ
362 エアポンプ
Claims (14)
- 潜像担持体と、
該潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
該潜像にトナーを付着させてこれを現像する現像手段と、
補給用トナーを収容するトナー収容器とを有し、
該現像手段は、内部に備えた複数の磁極により磁性キャリアとトナーとからなる現像剤を表面上に担持して回転し、該潜像担持体と対向する箇所で該潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給する現像剤担持体と、該現像剤担持体の軸線方向に沿って現像剤を搬送し、該現像剤担持体に現像剤を供給する供給搬送部材を備えた供給搬送路と、該供給搬送路から供給された該現像剤担持体上の該現像剤の厚さを規制する現像剤規制部材と、該潜像担持体と対向する箇所を通過した後の該現像剤担持体上から回収された該現像剤を、該現像剤担持体の軸線方向に搬送する回収搬送部材を備えた回収搬送路と、現像に用いられずに該供給搬送路の搬送方向の最下流側まで搬送された余剰現像剤と該現像剤担持体から回収されて該回収搬送路の搬送方向の最下流側まで搬送された回収現像剤とを受け取り、該現像剤担持体の軸線方向に該余剰現像剤と該回収現像剤とを撹拌しながら搬送する撹拌搬送部材を備え、該余剰現像剤及び該回収現像剤を該供給搬送路に受け渡す撹拌搬送路と、該トナー収容器内の補給用トナーを補給するトナー補給手段とを備えており、
該潜像担持体表面に形成されたトナー像を最終的に記録材上に転写して画像形成を行う画像形成装置において、
上記トナー補給手段は、エアポンプからエアを供給することにより上記補給用トナーを該エアと一緒に上記回収搬送路の底面に設けられたトナー補給口から吐き出して、該補給用トナーを該回収搬送路に補給することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
上記回収搬送路及び上記供給搬送路を、上記現像剤担持体上における上記潜像担持体上の潜像担持可能領域に対向する現像実行領域の該現像剤担持体の軸線方向長さよりも長く形成し、
該回収搬送路と該供給搬送路との間における該現像実行領域に対応する箇所を互いに仕切る仕切り部材を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置において、
上記回収搬送路中の1箇所だけに、上記トナー補給口を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置において、
上記回収搬送路中における現像剤搬送方向の複数箇所に、上記トナー補給口を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記トナー補給手段によるトナー補給前の上記回収搬送路内に存在する現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
該トナー濃度検知手段の検知結果に応じて、該トナー補給手段の補給動作を制御する補給動作制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5の画像形成装置において、
上記トナー濃度検知手段の検知領域は、上記回収搬送路における上記トナー補給口より現像剤搬送方向上流側の領域であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記トナー補給手段は、上記トナー補給口から上記補給用トナーを間欠的に補給することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記回収搬送路を上記現像剤担持体の下方に設けるとともに、上記3つの搬送路をほぼ同じ高さに配置し、
上記供給搬送部材の最上位置が該現像剤担持体の回転中心軸よりも下方に位置するように、かつ、該供給搬送部材の最上位置と該回転中心軸とを通る仮想平面と該回転中心軸を通る水平面とのなす角が10[°]以上40[°]以下の範囲内となるように、該供給搬送部材を配置したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記磁性キャリアとして、その体積平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下の範囲内であるものを用いることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記トナーとして、その体積平均粒径が3[μm]以上8[μm]以下の範囲内であり、かつ、個数平均粒径に対する体積平均粒径の比率が1.00以上1.40以下の範囲であるものを用いることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記トナーとして、形状係数SF−1が100以上180以下の範囲内であり、かつ、形状係数SF−2が100以上180以下の範囲内であるものを用いることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記トナーとして、平均1次粒径が50[nm]以上500[nm]以下の範囲内であって嵩密度が0.3[g/cm3]以上である外部添加剤がトナー母体粒子表面に添加されたものを用いることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記潜像担持体及び上記現像手段を備え、かつ、該潜像担持体上のトナー像を記録材上に転写させるための作像部を2つ有し、
一方の作像部による上記記録材の一方の面へのトナー像の転写、及び、他方の作像部による該記録材の他方の面へのトナー像の転写を、同時又は順次に行い、
該記録材の両面に各トナー像が転写された後に該各トナー像を該記録材に定着させる定着手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項13の画像形成装置において、
上記2つの作像部は、それぞれ、上記潜像担持体及び上記現像手段を複数備えていて各潜像担持体上にそれぞれ形成された互いに異なる色のトナー像を互いに重ね合せた重ね合わせトナー像を上記記録材へ転写するものであり、
上記トナー収容器として、各色の補給用トナーをそれぞれ別個に収容する複数のトナー収容器を有し、
各作像部に設けられる互いに同じ色に対応した現像手段のトナー補給手段は、該色の補給用トナーを収容する同じトナー収容器からの補給用トナーを補給することを特徴とする画像形成装置。
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