(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にトナーを担持して表面移動により潜像担持体との対向部まで搬送するトナー担持体と、該トナー担持体表面に当接してトナー担持体上のトナーを薄層化するトナー規制部材とを備えた現像装置において、
現像動作中に上記トナー規制部材を、トナーの流動特性における流動性の立ち上がり部の上限温度以上、流動開始温度以下に維持する加熱手段を設けたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、現像手段として上記請求項１の現像装置を採用することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２の画像形成装置において、画像形成動作を開始する前に、上記加熱手段により上記トナー規制部材を加熱して上記トナーの流動特性における流動性の立ち上がり部の上限温度以上、流動開始温度以下にすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３の画像形成装置において、画像形成動作を開始する前に、前回の画像形成動作からの経過時間を参照してこれに基づき上記加熱手段の出力を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４の画像形成装置において、上記加熱手段の出力量が調整可能であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置およびそれに採用される現像装置に関するものである
【背景技術】
【０００２】
従来、現像ローラ上に担持したトナーを、現像ローラに当接するトナー規制部材により規制して薄層化した後、潜像担持体との対向領域まで搬送して静電潜像を現像する一成分現像装置が広く用いられている。この現像装置において、トナー規制部材にトナーがフィルミングしてしまい、スジ画像などの画像欠損や、トナー規制部材と現像ローラと当接部からトナーが噴出するという問題がある。トナー規制部材へのトナーフィルミングは、トナー規制部材と現像ローラとの周擦によって発生する摩擦熱によりトナーが軟化して起こると考えられている。
【０００３】
トナー規制部材へのトナーフィルミングを防止する方法としては、トナー規制部材を規定温度以下として画像形成をおこなう方法が知られている。例えば、画像形成中のトナー規制部材周囲の温度を検知し、規定温度となっていた場合は休止工程をいれる方法、または、画像形成枚数からトナー規制部材の温度上昇を予測し、規定温度となるタイミングで休止工程をいれる方法がある。しかしながら、これらの方法は生産性が犠牲になるというデメリットがあった。
【０００４】
特許文献１には、現像ローラ、トナー規制部材およびトナーの温度上昇を抑制するため、トナー規制部材を冷却する手段を設けてトナー規制部材を規定温度以下となるよう制御するものが記載されている。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、省エネルギー化のため低温定着が可能な低融点でシャープメルトな特性を持つトナーの開発が進められている。このようなトナーを用いた場合、現像ローラとトナー規制部材との当接領域で局所的な部分の温度が常温より十数度高くなっただけで、トナー規制部材にトナーがフィルミングしてしまうという問題が生じている。すなわち、低温定着トナーを用いた場合、従来のトナーに比べてトナー規制部材の温度制御範囲が非常に狭くなり、冷却手段によりトナー規制部材をこの狭い温度制御範囲となるよう制御することが困難である。このためトナー規制部材を規定温度以下とする方法ではトナーフィルミングを防止することが難しくなっている。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、従来よりも容易な温度制御で、トナー規制部材へのトナーフィルミングを抑制することのできる現像装置および画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面にトナーを担持して表面移動により潜像担持体との対向部まで搬送するトナー担持体と、該トナー担持体表面に当接してトナー担持体上のトナーを薄層化するトナー規制部材とを備えた現像装置において、現像動作中に上記トナー規制部材を、トナーの流動特性における流動性の立ち上がり部の上限温度以上、流動開始温度以下に維持する加熱手段を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明者らは、鋭意検討の結果、上記公知のフィルミング抑制技術でトナー規制部材を規定温度以下とする温度制御範囲よりも高い温度で、トナーがトナー規制部材に付着するが、付着したトナーがトナー担持体上を搬送されてくるトナーに付着して回収されやすい領域があることを見出した。以下、図１のトナーの流動特性の温度変化を示すグラフを用いて詳細に説明する。
図１に示すように、トナーの流動特性は、次のＡ〜Ｄの４つの領域に分けられる。なお、図１において流動特性は後述する流動特性評価装置フローテスターを用いて測定した射出率で示している。
Ａの領域は、トナーが流動し始める初期歪開始点より低温の領域であり、トナーは流動しない状態である。この状態では、トナー規制部材にトナーは付着しない。公知のフィルミング抑制技術はこの領域を利用している。
Ｂの領域は、初期歪開始点直後の例えば５℃〜１５℃程度の所定温度範囲内の領域であり、流動特性の立ち上がり部でトナーは低い流動性を有する状態である。この状態では、トナー規制部材に少量のトナーが付着し、一旦付着したトナーは、流動性が低いためトナー担持体に搬送されてくるトナーに接触しても付着して搬送されることはなく、トナー規制部材に付着したままとなる。この結果、経時でフィルミングが発生する。
Ｃの領域は、初期歪開始点よりも上記所定温度以上高温の領域であり、トナーはある程度の流動性を安定して有した状態である。この状態では、トナー規制部材にトナーが付着するが、ある程度の流動性があるため、一旦付着したトナーがトナー担持体に搬送されてくるトナーに付着して搬送されていく。このように一旦付着したトナーを回収することができるため、結果として、Ｂの範囲よりも、フィルミングが抑制される。
Ｄの領域は、トナーが定着可能な程度に流動する流動開始点以上の領域であり、トナーは高い流動性を有する状態である。この状態では、トナー規制部材に多量のトナーが付着し、トナー規制部材上に広がって張り付いた状態となる。トナー規制部材に張り付いたトナーは、トナー像担持体に搬送されてくるトナーによって回収されない。このため、フィルミングは顕著となる。
本発明は、このようなトナーの流動特性の温度変化に基づき、上記Ｃの領域、すなわち、初期歪開始点よりも所定温度以上高温の領域で、トナー規制部材に付着したトナーが回収されることを利用してトナー規制部材へのフィルミングを抑制するものである。詳しくは、加熱手段により現像動作中はトナー規制部材の温度を上記Ｃの領域に維持するよう加熱する。また、図１に示すように、本発明で用いる上記Ｃの領域は、公知のフィルミング制御方法で用いられる上記Ａの領域に較べて温度範囲が広いので、温度制御がしやすい。また、トナー規制部材とトナー担持体との周擦によって発生する摩擦熱によるトナー規制部材の温度上昇は、周囲の気流による冷却もあり、通常、上記Ｃの領域の上限まで上昇することはない。このため、冷却手段を設けなくとも、トナー規制部材の温度を上記Ｃの領域に維持することが可能である。このように、トナー規制部材にトナーが付着しても、そのトナーを回収しながら現像動作を行うことで、従来よりも容易な温度制御で、トナー規制部材へのトナーのフィルミングを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来よりも容易な温度制御で、トナー規制部材へのトナーフィルミングを抑制することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態のトナーの流動特性の温度変化を示すグラフ。
【図２】本実施形態の現像装置の一例の断面図。
【図３】本実施形態の現像装置の他例の断面図。
【図４】図１のトナーの流動特性の測定方法の説明図。
【図５】本実施形態にかかるトナー規制部材の加熱制御のフローの一例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。
まず、本実施形態の画像形成装置は、像担持体としての感光体、潜像形成手段（不図示）、現像装置、転写手段（不図示）、定着手段（不図示）等を備えたものである。潜像形成手段により感光体上に静電潜像を形成し、形成された静電潜像を現像装置により現像し、現像された感光体上のトナー像を転写手段により記録媒体に転写する。そして、定着手段にて加熱することにより、未定着トナー像を記録媒体に定着して画像形成を行う。これらの動作は公知であるので、詳細な説明は省略する。
【００１２】
図２は、本実施形態の現像装置の一例の断面図である。この現像装置１は、一成分現像剤であるトナーを用いて現像をおこなうものである。現像装置１は、トナーを収容するトナー収容部２と、トナーを担持して搬送するトナー担持体としての現像ローラ３と、現像ローラ３に当接して現像ローラ３上のトナー量を規制するトナー規制部材４と、現像ローラ３に当接してトナー収容部２内のトナーを現像ローラ３に供給する供給ローラ５と、トナー収容部２内のトナーを攪拌する攪拌部材６を備えている。また、現像ローラ３に現像バイアスを印加する高圧電源（不図示）を備えている。現像装置１に備えられているこれらの部材はそれぞれ次のような特性と作用を担っている。
【００１３】
供給ローラ５は、芯金に表面に空孔(セル)を有した構造の発泡材料が被覆したものである。この構造により、トナー収容部２内に収容されるトナーを効率よく表面に付着させて取り込むと共に、現像ローラ３との当接部での圧力集中による現像剤劣化を防止する。発泡材料は１０３〜１０１４［Ω・ｃｍ］の体積抵抗率に設定される。
この供給ローラ５に、現像ローラ３に印加される現像バイアスの電圧に対してトナーの帯電極性と同極性にオフセットさせた電圧を供給バイアスとして印加する。供給バイアスは、現像ローラ３との当接部で、攪拌部材６や供給ローラ５により予備帯電されたトナーを現像ローラ３に押し付ける方向に作用する。ただし、供給ローラ５に印加する電圧の極性はこれに限ったものではなく、トナーの種類によっては現像ローラ３と同電位もしくは極性を反転させてもよい。
このような供給ローラ５は、図２中反時計回りの方向に回転して、表面に付着させたトナーを現像ローラ３の表面に塗布供給する。
【００１４】
現像ローラ３は、芯金に弾性ゴム層を被覆し、さらに表面にはトナーと逆極性に帯電し易い材料からなる表面コート層を設けたものである。弾性ゴム層は、感光体１０との接触状態を均一に保つ為に、ＪＩＳ−Ａで５０度以下の硬度に設定される。また、印加した現像バイアスを有効に作用させるために、１０３〜１０１０［Ω・ｃｍ］の体積抵抗率に設定される。表面コート層は、表面に必要量のトナーを保持するために、表面粗さはＲａで０，２〜２．０［μｍ］に設定される。
このような現像ローラ３は、図２中反時計回りの方向に回転して、表面に担持したトナーをトナー規制部材４および感光体１０との対向位置へと搬送する。
【００１５】
トナー規制部材４は、ＳＵＳ３０４ＣＳＰやＳＵＳ３０１ＣＳＰ、または、リン青銅等の金属板バネ材料を用いたブレード状の部材で、自由端側を現像ローラ３表面に１０〜１００［Ｎ／ｍ］の押圧力で当接させたものである。このようなトナー規制部材４はトナーを規制しながら、押圧力下を通過したトナーを薄層化すると共に、摩擦帯電によってトナーを摩擦帯電させる。
さらに、トナー規制部材４には、摩擦帯電を補助するために、現像ローラ３に印加した現像バイアスの電位に対して現像剤の帯電極性と同極性にオフセットさせた電圧を規制バイアスとして印加してもよい。なお、図２では、トナー規制部材４はブレード状部材を用いているが、図３に示すようにトナー規制部材４としてブロック状部材を用いることもできる。
【００１６】
現像ローラ３は、トナー規制部材４を通過したトナー薄層を、感光体１０との対向部である現像領域まで搬送する。感光体１０は、図２中時計回りの方向に回転しており、現像領域で、現像ローラ３と感光体１０とは同方向に表面移動する。この現像領域において、現像ローラ３に印加された現像バイアスと感光体１０上の静電潜像によって形成される電界に応じて、トナーが感光体１０に移動し現像が行われる。
【００１７】
さらに、本実施形態の現像装置１は、トナー規制部材４を加熱する加熱手段としての加熱ヒーター７を設けている。加熱ヒーター７は、トナー規制部材４に接触しており、所定の電流を流すことでトナー規制部材４を加熱してトナー規制部材４を所定範囲まで温度上昇させることが可能となっている。
【００１８】
図１は、本実施形態の現像装置に用いられるトナーの流動特性の温度変化の一例を示すグラフである。なお、図１において流動特性は流動特性評価装置フローテスターを用いて測定した射出率で示している。図４は、図１のトナー流動特性の測定方法の説明図である。トナーの流動特性は、島津製作所製の流動特性評価装置フローテスターＣＦＴ−５００Ｄを用いて測定している。測定条件としては、測定に用いるトナー量は１ｇ、フローテスターのトナー流路は径がφ０．５［ｍｍ］、深さ１［ｍｍ］、荷重する重りは３０［ｋｇ重］である。図４において、筒に測定するトナーを充填し、トナーを充填後に重りにより荷重を加え、トナー周辺の温度を常温から徐々に上昇させていく昇温法を用い、トナーを充填した筒にピストンを押し入れる際のピストンの入る割合を測定して射出率を得る。
【００１９】
図１に示すように、トナーの流動特性は上述のＡ〜Ｄの４つの領域に分けられる。
本実施形態の現像装置１では、上述のようにＣの領域、すなわち、初期歪開始点よりも上記所定温度以上高温の領域を用いて、トナー規制部材に付着したトナーが、現像ローラ３に搬送されてくるトナーに回収されることを利用してトナー規制部材４へのフィルミングを抑制するものである。このため、加熱ヒーター７は、現像動作中にトナー規制部材４の温度をＣの領域の下限である、トナーの流動特性における初期歪開始温度よりも所定温度以上に加熱するものである。以下、実施例を用いて具体的な制御フローを説明する。実施例で用いる加熱ヒーター７は、短時間でトナー規制部材４の温度を上昇させるＨｉ−Ｐｏｗｅｒ出力と、所定温度となっているトナー規制部材４の温度を維持するＬｏｗ−Ｐｏｗｅｒ出力とが可能に構成されている。
【００２０】
＜実施例＞
図５は、実施例にかかるトナー規制部材の加熱制御のフローの一例である。
印刷開始の命令が画像形成装置に伝達されると前回の動作からの休止時間を参照し、トナー規制部材４の冷却に十分な時間が経過したかを経過判断時間ｔ１の値と比較して決定する（Ｓｔｅｐ１）。なお、装置周辺の温度を検知する温度センサを備え、経過判断時間ｔ１の値は、温度センサにより検知した周囲温度の影響を考慮した制御マップに基づき得られた値を用いても良い。
経過時間が経過判断時間ｔ１よりも大きい場合は、トナー規制部材４が十分に冷却されてトナー規制部材４が上記Ｃの領域の下限よりも低温であると判断し、加熱ヒーター７の出力を最大（Ｈｉ−Ｐｏｗｅｒ）にする（Ｓｔｅｐ２）。これにより、短時間でトナー規制部材４の温度を上記Ｃの領域の下限よりも高温に上昇させる。
また、あらかじめ所定の温度に達するまでの昇温時間ｔ２を求めておき、加熱ヒーター７の出力最大（Ｈｉ−Ｐｏｗｅｒ）による加熱時間と比較（Ｓｔｅｐ３）する。そして、加熱ヒーター７の出力最大（Ｈｉ−Ｐｏｗｅｒ）による加熱時間が昇温時間ｔ２を過ぎた場合は、ヒーターの出力を温度維持するの必要な出力（Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ）まで低下させる（Ｓｔｅｐ４）。
また、Ｓｔｅｐ１で、前回の印刷動作から経過判断時間ｔ１を経過せずに印刷開始命令が送られてきた場合は、トナー規制部材は上記Ｃの領域の下限よりも高温であると判断し、加熱ヒーター７の出力を温度維持に必要な出力（Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ）とする（Ｓｔｅｐ４）。
そして、加熱ヒーター７の出力が温度維持に必要な出力（Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ）に切り替わった段階で、印刷シーケンス（動作）を実行する。
【００２１】
このような制御を行うことにより、現像動作中、トナー規制部材４を、上記Ｃの領域の下限、初期歪開始点よりも上記所定温度以上高温になるように維持することができる。
【００２２】
なお、図１のトナーは、初期歪開始点よりも約１０℃高い温度がトナーの流動性が安定するＣの領域の下限となっているが、これに限られるものではない。トナーに用いられる材料の特性によっては、この温度特性は変化し、特にＢの領域の傾きが変わることで、Ｃの領域の下限は変化する。具体的には、Ｃの領域の下限は、初期歪開始点よりも５°〜２０℃程度高い温度の範囲の間で変化しやすく、Ｃの領域の下限は、用いるトナーの特性によって調整される。
【００２３】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
表面にトナーを担持して表面移動により感光体１０等の潜像担持体との対向部まで搬送する現像ローラ３等のトナー担持体と、トナー担持体表面に当接してトナー担持体上のトナーを薄層化するトナー規制部材４とを備えた現像装置において、現像動作中にトナー規制部材４を、トナーの流動特性における初期歪開始温度よりも所定温度以上高温に維持する加熱ヒーター７等の加熱手段を設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、従来よりも容易な温度制御で、トナー規制部材４へのトナーのフィルミングを抑制することができる。
（態様Ｂ）
画像形成装置において、（態様Ａ）の現像装置を採用する。これによれば、トナー規制部材４へのトナーのフィルミングを抑制することができ、上記実施形態について説明したように、高品位な画像が得られる。
（態様Ｃ）
（態様Ｂ）において、画像形成動作を開始する前に、加熱手段によりトナー規制部材を加熱すると共に、トナー規制部材をトナーの流動特性における初期歪開始温度よりも所定温度以上高温になるまで画像形成動作を開始しない。これによれば、上記実施例に説明したように、現像動作の開始時から確実に、トナー規制部材をトナーの流動特性における初期歪開始温度よりも所定温度以上にすることができる。
（態様Ｄ）
（態様Ｃ）において、画像形成動作を開始する前に、前回の画像形成動作からの経過時間を参照して、トナー規制部材の温度を予測して、これに基づき加熱手段の出力を制御する。これによれば、上記実施例に説明したように、画像形成開始時に迅速にトナー規制部材をトナーの流動特性における初期歪開始温度よりも所定温度以上にすることができる。
（態様Ｅ）
（態様Ｄ）において、加熱手段の出力量が調整可能であり、短時間でトナー規制部材４の温度を上昇させるＨｉ−Ｐｏｗｅｒ出力と、所定温度を有しているトナー規制部材４の温度維持するＬｏｗ−Ｐｏｗｅｒ出力とが可能に構成されている。これによれば、上記実施例に説明したように、画像形成開始時に迅速にトナー規制部材をトナーの流動特性における初期歪開始温度よりも所定温度以上にすることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１ 現像装置
２ トナー収容部
３ 現像ローラ
４ トナー規制部材
５ 供給ローラ
６ 攪拌部材
７ 加熱ヒーター
１０ 感光体
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特許３１３５１５０号公報
【図１】
0005863003.tif 000002
【図２】
0005863003.tif 000003
【図３】
0005863003.tif 000004
【図４】
0005863003.tif 000005
【図５】
0005863003.tif 000006