(57)【要約】【課題】  低融点トナーを用いる現像装置を使用し、トナーリサイクルをおこなう電子写真方式の画像形成装置において、トナー流動性の低下、トナー凝集、Ｑ／Ｍの変動を防止するように画像形成装置を改良し、良好な画像を得ることのできる画像形成装置を提供する。低融点トナーを用いる現像装置を使用し、トナーリサイクルをおこなう電子写真方式の画像形成装置において、現像装置の冷却手段を具備することを特徴とするものである。【解決手段】  低融点トナーを用いる現像装置５を使用し、トナーリサイクルをおこなう複写機において、現像装置の冷却ファン１４を具備し、冷却ファンにより現像装置を冷却し、トナーに加わる熱的ストレスを少なくなる。このため、低融点のリサイクルトナーでも、熱的ストレスによる流動性低下は抑えられ、トナー凝集を防止する。また、現像装置の温度上昇を抑制し、低融点トナーのＱ／Ｍの変動を小さくする。【選択図】  図１
2006201812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点トナーを用いる現像装置を使用し、トナーリサイクルをおこなう電子写真方式の画像形成装置において、
現像装置の冷却手段を具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
流出開始温度が１０５℃以下である低融点トナーを用い、画像形成装置稼働中の現像装置の温度を室温＋１５℃以下に抑える冷却手段を具備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、
冷却手段は画像形成装置稼働中の現像装置の温度を室温＋１０℃以下に抑えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の画像形成装置において、
現像装置の冷却手段がファンであり、ファンからの風を現像装置の下方に集中的に向けるガイド板を具備す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、プリンター等の画像形成装置であって、トナーリサイクルをおこなう画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置として、感光体上に形成した潜像をトナーで現像し、該トナー像を転写紙等の転写材に転写した後、熱ローラ定着により転写紙に定着するものが広く知られている。このような画像形成装置の転写工程においては、トナー像転写後にも感光体上に転写残トナーが５〜１０ｗｔ％程度残ってしまう。また、感光体上の非画像部（紙間等）の地汚れトナーも転写されることがない。これらの転写残トナーは、全トナーの２０％程度にものぼり、クリーニング工程で回収され、廃トナーとして廃棄されていた。しかし、廃トナーを廃棄物（廃プラスチック）として処理することは環境汚染の観点から好ましくなく、近年、廃トナー低減のためのトナーリサイクルシステムを採用した画像形成装置が増えてきている。このようなトナーリサイクルシステムを採用した画像形成装置において、さらに、複写機の高速化や省電力化から低融点トナーを用い、低温定着を実現しようとした試みが数多く行なわれている。
【０００３】
ところが、低温定着に適するようにトナーの流出開始温度を下げた低融点トナーでは、流動性が悪く、トナー凝集が発生しやすい。さらに、トナーリサイクルシステムでは、トナーが繰り返し機械的ストレスや熱的ストレスを受けるので、トナー自体が微粉化したり、外添剤がトナー粒子中に埋め込まれるなどして、流動性、帯電性が劣化し、トナー凝集、トナー固着、地汚れ、トナー飛散という不具合が発生する。特にトナー凝集は、現像されたトナー像が転写する際、トナー凝集体により転写紙との間に隙間ができ、黒ベタ画像のトナー凝集体近傍だけが白く抜ける「白抜け」と呼ばれる異常画像の発生してしまうので大きな問題となる。図８に、低融点トナーを用いた時の、トナーリサイクルの有無による白抜け画像発生の様子を示す。このように、低融点トナーを用い、トナーリサイクルを行なっていくと、多くの白抜け画像が発生してしまう。
【０００４】
この問題を解決するために、トナーに外添剤を大量に添加したり、外添材を大径にしたりして流動性を向上させることが考えられるが、遊離した外添剤が感光体上に付着して白スジまたは黒スジを発生させてしまうという不具合がある。また、外添剤は機械的ストレス、熱的ストレスでトナーに埋め込まれてしまうため、トナーリサイクルシステムを採用した画像形成装置では、外添剤添加の効果は不十分となってしまう。このような問題を解決するために、トナー処方について改良がなされ、種々のトナーが提案されている（例えば、特開平７−１１８８９号公報、特開平６−７５４２４号公報、特開平７−８４４０６号公報、特開平７−１９９５３８号公報参照）。
【０００５】
また、低融点トナーは高温において帯電（Ｑ／M）立ち上げ能力が劣化していくという特性がある。この特性は、トナーの融点が低い程著しい。これを、図６に基づき説明する。例えば、複写機を室温２５℃で連続使用すると、現像装置の温度は上昇し、３０〜５０℃範囲となる。この現像装置に流出開始温度が１１０℃という比較的低融点のトナーＡを使用すると、上記現像装置の温度範囲（３０℃と５０℃）で、Ｑ／Mが１０％程度変動する。一方、流出開始温度が１０５℃という非常に低融点のトナーＣでは、上記現像装置の温度範囲において、Ｑ／Mが４０％程度も変動してしまう。ここで、図９にしめすＱ／Ｍと画像品質の関係に基づき、Ｑ／Mの使用可能範囲を考える。良好な画像とみなされる範囲を、画像濃度の許容下限をＩＤ＝１．２、地汚れの下限ランクをランク４とする。高Ｑ／M（３０μＣ／ｇ以上)では画像濃度が不足し、一方、低Ｑ／M（１５μC／ｇ以下）では地汚れが悪くなる。このため、Ｑ／M変動が大きすぎるトナーは実使用に耐えない。そこで、経時、環境等によるトナーのＱ／Ｍ変動を±５μC／ｇ程度とると、現像装置の温度変化によるＱ／Mの変動幅は２０〜２５μC／ｇ（２０％）程度までが許容できる範囲と考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記公報で提案された種々のトナーは、いずれもトナー流動性を向上させ、トナー凝集を防止するという問題に対しては有効ではあるが、トナー製造工程が複雑になったり、材料が限定される等の理由により、コストアップはさけられない。また、高温におけるＱ／Ｍ変動という問題を解決するための有効なトナーは提案されていない。このようにトナーを改良することのみで、低温定着性に優れ、トナーリサイクルシステムに対応しようとすると、コスト面、機能面から限界がでてきてしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、低融点トナーを用い、トナーリサイクルをおこなう画像形成装置において、トナー流動性の低下、トナー凝集、Ｑ／Ｍの変動を防止するように画像形成装置を改良し、良好な画像を得ることのできる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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、低融点トナーを用いる現像装置を使用し、トナーリサイクルをおこなう電子写真方式の画像形成装置において、現像装置の冷却手段を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１の画像形成装置においては、冷却手段により現像装置を冷却するので、トナーに加わる熱的ストレスを少なくなる。このため、低融点のリサイクルトナーでも、熱的ストレスによる流動性低下は抑えられ、トナー凝集を防止することができる。また、現像装置の温度上昇を抑制し、低融点トナーのＱ／Ｍの変動を小さくすることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、流出開始温度が１０５℃以下である低融点トナーを用い、画像形成装置稼働中の現像装置の温度を室温＋１５℃以下に抑える冷却手段を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の画像形成装置においては、流出開始温度が１０５℃である非常に低融点なトナーを用いた現像装置の温度を室温＋１５℃以下に抑えると、発生する白抜けが許容レベルとなった。また、現像装置の温度を室温＋１５℃以下に抑えると、トナーのＱ／Ｍの変動を使用許容範囲（２０％以内）に抑えることができた。このように、実験により、現像装置の温度を室温＋１５℃以下に抑える冷却手段を設けることで、流出開始温度が１０５℃以下の非常に低融点のトナーをリサイクルして用いることが可能となることがわっかった。これにより画像形成装置のさらなる高速化、省エネルギー化が図ることも可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置において、冷却手段は画像形成装置稼働中の現像装置の温度を室温＋１０℃以下に抑えることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の画像形成装置においては、流出開始温度が１０５℃である非常に低融点なトナーを用いた現像装置の温度を室温＋１０℃以下に抑えると、白抜けが発生しなかった。このように、実験により、現像装置の温度を室温＋１０℃以下に抑えることで、流出開始温度が１０５℃以下の非常に低融点のトナーをリサイクルして用い、高画質な画像を得ることが可能となることがわっかった。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１、２または３の画像形成装置において、現像装置の冷却手段がファンであり、ファンからの風を現像装置の下方に集中的に向けるガイド板を具備することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４の画像形成装置においては、冷却ファンと現像装置の下方に集中的に向けるガイド板とを具備したので、冷却ファンからの風が拡散せず、現像装置下方に集中させることができる。現像装置下方全面に風をいきわたらせると、現像装置全体を冷却することができる。このように、スペースもとらずに、効率よく現像装置を冷却することができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１乃至請求項４の発明によれば、低融点トナーを用い、トナーリサイクルをおこなう画像形成装置において、トナー流動性の低下、トナー凝集、Ｑ／Ｍの変動を防止し、良好な画像を得ることのできるという優れた効果がある。
【００１７】
特に、請求項２または３の発明によれば、流出開始温度が１０５℃以下である非常に低融点のトナーを、トナーリサイクルをおこなう画像形成装置において使用することができ、画像形成装置のさらなる高速化、省エネルギー化を図ることも可能となるという優れた効果がある。
【００１８】
特に、請求項４の発明によれば、省スペースで効率よく現像装置を冷却することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を画像形成装置である電子写真方式の複写機に適用した一実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る複写機の概略構成図である。まず、複写機の概略構成について説明する。複写機は、原稿を載置するコンタクトガラス１を備えている。また、時計方向に回転する感光体を備え、該感光体４の周りに、感光体１を帯電する帯電装置としてのスコロトロンチャージャ３と、レーザ光２を照射する露光装置と、トナーを供給することによって感光体１上の静電潜像をトナー像化する現像装置５と、感光体１表面上のトナー像を転写紙１１上に転写するための転写ベルト９とこれに転写バイアスを印加するための転写バイアスローラ１０と、感光体１表面から残留トナーを除去するブレードを備えたクリーニング装置１２とが配設されており、これらの各装置が画像形成部を形成している。
【００２０】
次に、本実施形態に係る現像装置５の構成について説明する。
現像装置５は、キャリアとトナーを含む２成分現像剤８を用いる２成分現像装置である。この現像装置５は、固定磁石と回転稼働するアルミ製スリーブよりなる現像ローラと、現像装置内の現像剤８とトナー７とを攪拌する現像剤攪拌部材と、現像ローラ上の現像剤量を規制するドクターブレードとを備えている。また、現像装置５上方には、現像剤８に補給するためのトナー７を貯留するトナーホッパー６を備えている。
また、本実施例に係る複写機ではトナーリサイクルをおこなうようよう、クリーニング装置１２で回収されたトナー７をトナーホッパー６に搬送するための搬送スクリュウ１３が設けられている。
【００２１】
上述のように構成された複写機における画像形成動作について説明する。
感光体４は時計方向に回転しながら、スコロトロンチャージャ３によって一様に帯電する。その後、露光装置は、コンタクトガラス１上に載置された原稿を各画素に分解したデータに基づき、各画素の濃度に応じたレーザー光２で感光体４面を露光し、そこに静電潜像を形成する。現像装置５では、現像ローラの回転により現像剤８を担持させ、途中ドクターブレードにより現像剤量を規制された後、感光体４と対向する現像領域まで搬送する。現像領域では、現像ローラに現像バイアスを印加し、感光体４上に形成された静電潜像にトナーを静電気力に付着させ、トナー像化する。感光体４上のトナー像は、転写バイアスローラ１０より転写ベルト９に印加された転写バイアスにより静電的に転写紙１１に転写する。そして、転写紙１１は感光体４から分離して定着装置１６へ搬送され、熱ローラ定着によりトナー像を定着される。一方、転写残トナーはクリーニング装置１２により回収され、搬送スクリュウ１３によって直接現像装置５のトナーホッパー６に搬送される。トナーホッパー６には図示しないトナーボトルからＮｅｗトナーが送られ、トナーホッパー６内で搬送スクリュウ１３から搬送されてきたリサイクルトナーと混合される。
【００２２】
ところで、このような複写機では、電源をｏｎするだけで機内温度が上昇し、現像装置の温度も上昇する。さらに、連続コピーをおこなうと、現像装置５の温度は上昇していく。図３は、室温２５℃で連続コピーを行ったときの、現像装置５の温度上昇の様子を示すものであり、現像装置５の温度は３０℃から５０℃まで上昇する。この温度上昇に伴い、現像装置５内のトナーに熱的ストレスが加わり、トナー凝集をおこす。トナー凝集体は、前述のように感光体４上に現像され、転写紙１１に転写する際、転写紙１１とトナー像との間にトナー凝集体による隙間を形成し、黒ベタ画像のトナー凝集体近傍だけが白く抜ける異常画像（白抜け）を発生させる。そこで、本発明では、現像装置５を冷却する冷却手段を設け、現像装置５の温度上昇を抑え、トナーに繰り返し加えられる熱的ストレスを減少させ、トナー凝集をおこさないようにする。
【００２３】
次に、現像装置５の冷却手段について説明する.
現像装置５の冷却手段として、冷却ファン１４を現像装置の背面に並列に２個、気流が複写機外側から内側に向くように配置する。冷却ファン１４としては、図２にしめすような、軸流ファンが適している。具体的には、(株)ミネべア製、２４０８ＮＬ−０５Ｗ−Ｂ２０、定格回転数３０００ｒｐｍ、最大静圧１７Ｐａ以上、最大風量０．２５ｍ３／ｍｉｎの軸流ファンを用いた。このような冷却ファン１４を用いて現像装置５の温度上昇を抑えた様子を図４に示す。室温２５℃の環境下において、現像装置５の冷却ファン１４がない場合（図４中２２ｋ〜３４ｋ枚）、現像装置は５０℃（室温＋１５℃）まで温度上昇する。一方、冷却ファン１４がある場合（図４中３４ｋ枚以降）、現像装置の温度上昇は、４０℃（室温＋１５℃）以下に抑えられた。この現像装置５の温度上昇抑制により、トナー凝集をおこし難くなることについて、以下実施例に基づき詳しく説明する。
【００２４】
［実施例１］
感光体線速：５００ｍｍ／ｓｅｃ
潜像条件  画像飽和濃度部の電位（ＶL）：１００Ｖ、画像白部の電位（ＶD）：９００V
現像条件  現像バイアス：５５０Ｖ、感光体―現像ローラギャップ：０．７５ｍｍ、現像ローラ−ドクターギャップ：０．６５ｍｍ、現像ローラ／/感光体線速比：１．７５
現像剤  キャリア：マグネタイト芯材、コーティングキャリア
トナーＡ：レジン−ポリエステル、ＣＣＡ−４級アンモニウム、着色粒子−カーボンブラック、離型剤−ライスワックスよりなる平均粒径７．５μｍの粉砕トナー、流出開始温度は１１０℃の比較的低融点のトナー。なお、トナーの流出開始点は、島津製高架式フローテスターにて、測定条件、ダイ径：１．０ｍｍ、荷重：２０．０ｋｇ、昇温速度：６．０ｄｅｇ／ｍｉｎで測定した。
トナー濃度（ＴＣ）：２〜４重量％。なお、ＴＣは以下のようにして、常に適当な範囲に保つ。一定のコピー枚数毎（本実施例では１０枚に一回）に、基準濃度パッチ潜像をレーザー光によって書き込み、パッチ現像用の現像バイアスの印加により現像ポテンシャル３００Ｖにて基準濃度トナー像を現像する。そして、基準濃度トナー像の反射濃度を反射濃度センサーにて検知し、その反射濃度が一定範囲になるようにトナーホッパー６中よりトナー７を現像剤８補給する。
このような条件の冷却ファン１４を備えた複写機で連続コピーをおこない、Ａ３サイズ黒ベタ画像中の白抜け発生個数を調べた。なお、冷却ファン１４の回転、停止は、感光体４を回転させるモーターと同期しておこなった。また、比較例として、冷却ファンがない複写機における連続コピー時の、白抜け発生個数を調べた。この結果、図５に示すように、冷却ファン１４がある場合、白抜けは発生しなかった。一方、冷却ファンがない場合、連続コピーに伴い白抜けが発生し、その数が増加した。これより、冷却ファン１４を具備することで、トナーAのような比較的低融点のトナーをリサイクルして用いても、白抜けの発生を低減することができる。これは、現像装置５の温度上昇を冷却ファン１４により４０℃（室温＋１５℃）以下におさえることで、トナーに繰り返し加えられる熱的ストレスが減少し、トナー凝集の発生が抑えられたためといえる。
【００２５】
［実施例２］  
下記に示す条件以外は、実施例１と同様であるので、記載を省略する。
感光体線速：５６０ｍｍ／ｓｅｃ、実施例１よりさらに高速とする。
現像剤    流出開始温度が異なる下記の３種類のトナーを用いた。
トナーＡ：流出開始温度は１１０℃の比較的低融点のトナー
トナーＢ：流出開始温度は１０７℃の低融点のトナー
トナーＣ：流出開始温度は１０５℃の非常に低融点のトナー
そして、各トナーで連続コピーを行いながら、冷却ファン１４の風速、風量を調節することによって現像装置５の温度の上昇を調節する。表１に、現像装置５の温度上昇と各トナーでのＡ３サイズ黒ベタ画像中の白抜け発生個数を調べた結果を示す。なお、表１で、○は白抜けが無い場合、△は白抜けの個数が１５個未満の場合（許容レベル）、ラは１５個以上の場合を示している。
【表１】
2006201812.tif 000003
これより、トナーＡ、トナーＢでは、現像装置の温度を４０℃（室温＋１５℃）以下であれば白抜けが発生しないことがわかる。さらに、トナーＣ（流出開始温度が１０５℃）のような非常な低融点なトナーにおいても、現像装置の温度を４０℃（室温＋１５℃）以下であれば白抜けが許容レベルにおさまることがわかる。また、現像装置を３５℃（室温＋１０℃）以下にすると白抜けが発生しない。また、室温が３０℃になった場合を考えても室温＋１０℃であれば現像装置は４０℃なので、白抜けは許容レベルにおさまる。従って、トナーＣのような非常に低融点のトナーを用いる場合には、現像装置の温度は室温＋１０℃まで押さえたほうがより好ましいことがわかる。いずれにしても、冷却ファンを具備することで、トナーＣのような比較的低融点のトナーをリサイクルして用いても、白抜けの発生を低減することができる。
【００２６】
実施例１または２より、低融点トナーを用い、トナーリサイクルをおこなう複写機に冷却ファン１４を具備し、現像装置５の温度上昇を抑えることで、トナーに繰り返し加えられる熱的ストレスを減少させる。これにより、トナー凝集が防止でき、白抜けという異常画像の発生を防止できることがわかる。
【００２７】
次に、低融点トナーのＱ／M変動について説明する。
前述のように、現像装置５の冷却ファン１４がない複写機で、室温２５℃の環境下、連続コピーをすると、現像装置の温度は５０℃（室温＋１５℃）まで上昇する。一方、冷却ファン１４がある複写機では、現像装置５の温度上昇は４０℃（室温＋１５℃）以下に抑えられる。
ここで、現像装置の温度を変化させ、トナーＡ、トナーＢ、トナーＣのＱ／Ｍの変動を調べた結果を表２に示す。なお、表２では、Ｑ／Ｍは現像装置回転後３０分時のものである。
【表２】
2006201812.tif 000004
これより、冷却ファン１４により現像装置５の温度を室温４０℃（室温＋１５℃）以下にすることによって、非常に低融点のトナーＣでもＱ／M低下を１５〜２０％程度に抑えられることがわかる。ここで、現像装置５の温度変化によるＱ／Mの変動幅は、画像品質からみて、２０％程度までが許容できる範囲となる。これにより、非常に低融点のトナーＣでも画像濃度、地汚れとも良好な高品質の画像が得られるといえる。
【００２８】
次に、現像装置５の冷却の効率アップについて説明する。上述のように、現像装置５の冷却手段として、現像装置５の背後に冷却ファン１４を設けることで、該冷却ファンによる気流（図７（ａ）参照）により現像装置５を４０℃（室温＋１５℃）以下に冷却することができる。しかし、冷却ファン１４による気流には現像装置５上方にいってしまうものもあり、効率は不充分である。このため、冷却ファン１４からの気流を効率よく現像装置５下方に集中できるよう、ガイド板１５を設ける（図７（ｂ）参照）。このようなガイド板１５を設けた時の現像装置５の温度上昇は、室温２５℃の環境下において、３５℃（室温＋１０℃）以下におさえられた（図４中０〜２２ｋ枚）。このガイド板１５は、スペースもとらずに、現像装置５下方全面に気流をいきわたらせ、効率よく現像装置の冷却をおこなうことができる。これは、非常に低融点のトナーＣを用いる場合適しているといえる。
【００２９】
以上、本発明を２成分現像装置を用い、トナーリサイクルをおこなう複写機を用いて説明したが、このほかでもトナーリサイクルおこなう画像形成装置には適用可能であり、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係る複写機の概略構成図。
【図２】本実施形態に係る現像装置の冷却ファンの概略構成図。
【図３】本実施形態に係る現像装置の温度上昇の説明図。
【図４】本実施形態に係る冷却ファンおよびガイド板による現像装置冷却効果の説明図。
【図５】本実施形態に係る冷却ファンによる白抜け画像改善の説明図。
【図６】現像装置の温度とトナーＱ／Ｍの説明図。
【図７】（ａ）ガイド板のない場合の冷却ファンによる気流の説明図。  （ｂ）ガイド板のある場合の冷却ファンによる気流の説明図。
【図８】トナーリサイクルの有無による白抜け画像発生の説明図。
【図９】トナーＱ／Ｍと画像濃度と地汚れの発生の仕方説明図。
【符号の説明】
【００３１】
１    コンタクトガラス
２    レーザー光
３    スコロトロンチャージャ
４    感光体
５    現像装置
６    トナーホッパー
７    トナー
８    現像剤
９    転写バイアスローラ
１０  転写ベルト
１１  転写紙
１２  クリーニング装置
１３  搬送スクリュウ
１４  冷却ファン
１５  ガイド板
１６  定着装置
【図１】
2006201812.tif 000005
【図２】
2006201812.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006201812.tif 000012
【図９】
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