(57)【要約】  【課題】  現像装置から排出される廃棄物の量を減少させると共に、長期にわたって安定した現像性能を確保する。  【解決手段】  現像器１４の現像ハウジングを構成する下部ハウジング７０ａには、キャリアおよびトナーを含む現像剤を感光体ドラムとの対向部に供給する現像ロール７１、現像器１４内で現像剤を攪拌搬送する第１のスクリューオーガ７２、第２のスクリューオーガ７３が設けられる。そして、現像ロール７１の下流側にドラムクリーナから回収されたトナーが供給される回収トナー搬入口８１、回収トナー搬入口８１の下流側に現像器１４内で余剰となった現像剤を外部に排出する現像剤排出口８２、現像剤排出口８２の下流側であって現像ロール７１よりも上流側に現像器１４内に新たな現像剤を供給する現像剤搬入口８３、をそれぞれ設ける。  【選択図】  図６
2006220852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーおよびキャリアを含む現像剤を担持し、潜像担持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段と、
前記現像手段による現像を終了した現像剤に、前記潜像担持体に転移した後に回収された回収トナーを供給する回収トナー供給手段と、
前記回収トナー供給手段により供給された前記回収トナーを含む現像剤の中から、廃棄対象となる現像剤を排出する現像剤排出手段と、
前記現像剤排出手段により前記廃棄対象となる現像剤が排出された現像剤に、キャリアを含む新たな現像剤を供給する新現像剤供給手段と
を含む現像装置。
【請求項２】
現像剤におけるトナーの濃度を測定するトナー濃度検知手段をさらに含み、
前記新現像剤供給手段は、前記トナー濃度検知手段によりトナーの濃度が所定の値以下であることが検知されたときに、新たな現像剤を供給することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナー濃度検知手段は、前記新現像剤供給手段により供給された前記新たな現像剤を含む現像剤におけるトナーの濃度を検知することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項４】
前記現像剤は、前記潜像担持体の摩耗を抑制するための助剤をさらに含み、
当該助剤は、前記トナーとは逆極性の帯電極性を有していることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項５】
像担持体との対向部に当該像担持体の軸方向に沿って現像用開口が形成され且つ内部にはトナーおよびキャリアを含む現像剤が収容される現像ハウジングと、
前記現像ハウジングの前記現像用開口に面した箇所に配設され且つ当該現像ハウジング内に収容される現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
前記現像ハウジングの内部に配設され且つ当該現像ハウジング内で現像剤を攪拌しながら循環搬送し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する攪拌搬送部材と、
前記現像剤担持体よりも前記攪拌搬送部材による現像剤搬送方向上流側に設けられ、前記現像ハウジング内にキャリアを含む新たな現像剤が搬入される新現像剤搬入部と、
前記現像剤担持体よりも前記攪拌搬送部材による現像剤搬送方向下流側に設けられ、前記像担持体に転移した後に回収されたトナーが搬入される回収トナー搬入部と、
前記回収トナー搬入部よりも前記攪拌搬送部材による現像剤搬送方向下流側であって前記新現像剤搬入部よりも前記攪拌搬送部材による現像剤搬送方向上流側に設けられ、前記現像ハウジング内で余剰となった現像剤が排出される余剰現像剤排出部と
を含む現像装置。
【請求項６】
前記現像剤は、前記潜像担持体の摩耗を抑制するための助剤をさらに含み、
当該助剤は、前記トナーとは逆極性の帯電極性を有していることを特徴とする請求項５記載の現像装置。
【請求項７】
前記トナーの形状係数が、１００以上１４０以下であることを特徴とする請求項５記載の現像装置。
【請求項８】
前記現像ハウジング内の現像剤におけるトナーの濃度を測定するトナー濃度検知センサをさらに含み、
前記新現像剤搬入部には、前記トナー濃度検知センサによりトナーの濃度が所定の値以下であることが検知されたときに、新たな現像剤が搬入されることを特徴とする請求項５記載の現像装置。
【請求項９】
潜像担持体に静電潜像を形成する潜像形成部と、
前記潜像形成部によって前記潜像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部と、
前記現像部によって前記潜像担持体に現像されたトナーを記録材に転写する転写部と、
前記転写部による転写の後に前記潜像担持体に残存するトナーを回収するクリーニング部とを備え、
前記現像部は、
トナーおよびキャリアを含む現像剤を担持し、前記潜像担持体上の静電潜像を当該トナーで現像する現像手段と、
前記現像手段による現像を終了した現像剤に、前記クリーニング部にて回収された回収トナーを供給する回収トナー供給手段と、
前記回収トナー供給手段により供給された前記回収トナーを含む現像剤の中から、余剰となった現像剤を排出する現像剤排出手段と、
前記現像剤排出手段により前記余剰となった現像剤が排出された現像剤に、キャリアを含む新たな現像剤を供給する新現像剤供給手段と
を含む画像形成装置。
【請求項１０】
前記クリーニング部は、前記潜像担持体に圧接配置されるブレード部材を備えることを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記現像剤は、前記クリーニング部による前記潜像担持体のクリーニングを補助するクリーニング助剤をさらに含み、
当該クリーニング助剤は、前記トナーとは逆極性の帯電極性を有していることを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
【請求項１２】
現像剤におけるトナーの濃度を測定するトナー濃度検知手段をさらに含み、
前記新現像剤供給手段は、前記トナー濃度検知手段によりトナーの濃度が所定の値以下であることが検知されたときに、新たな現像剤を供給することを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記トナーの形状係数が、１００以上１４０以下であることを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体等の潜像担持体上に形成された静電潜像を可視像化する現像装置等に係り、より詳しくは、キャリアおよびトナーを含む現像剤を用いた現像装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における画像形成装置として、一様に帯電された感光体ドラムの表面を露光して静電潜像を形成し、形成された静電潜像を現像装置によりトナーで現像して可視化し、現像された現像像を用紙等の記録材に転写し、転写後に感光体ドラムに残留する残トナーをクリーナで回収するようにしたものが広く用いられている。このような現像装置で用いられる現像方式として、磁性体粒子であるキャリアおよび着色剤粒子であるトナーを混合してなる現像剤(二成分現像剤)を用いた二成分現像方式が知られている。
【０００３】
二成分現像方式の現像装置では、例えば、潜像担持体に対向して現像用開口が開設された現像ハウジング内にキャリアおよびトナーを含む現像剤が収容される。また、この現像ハウジングの現像用開口に面した箇所には現像ロールが配設され、現像ハウジングの内部には現像ハウジング内の現像剤を攪拌しながら現像ロールへと搬送するオーガが配設される。オーガとしては、現像ロールと略平行に搬送方向を逆向きとした一対のスクリューオーガが一般に用いられる。そして、これら一対のスクリューオーガを用いて、現像ハウジング内の現像剤を攪拌しながら循環搬送しつつ、現像剤を構成するキャリアおよびトナーを互いに摩擦させることで、トナーを帯電させている。この現像装置では、現像動作によってトナーは順次消費されていく一方で、キャリアは消費されずに現像装置内に残る。したがって、現像装置内でトナーと共に攪拌されるキャリアは、攪拌頻度が多くなるにつれて劣化してしまう。キャリアが劣化すると、例えばトナーの絶対的な帯電量が低下し、現像不良およびこれに伴う画像不良を招いてしまうことになる。
【０００４】
そこで、現像装置内でのキャリアの劣化を抑制するために、所謂トリクル現像方式と呼ばれる現像剤の交換手法が既に採用されている。このトリクル現像方式では、現像装置に現像動作により消費されるトナーを補給する際に、新しいキャリアの補給すなわち現像剤の補給を行う。そして、新たな現像剤の補給により過剰となった現像装置内の現像剤を排出する。トリクル現像方式では、このような現像剤の補給・排出動作を逐次繰り返すことによって、現像剤中の劣化したトナーを含む一部の現像剤を新たに供給される現像剤(トナーおよびキャリア)で置換していき、現像装置内における現像剤の現像特性を一定に維持している。また、現像装置内の現像剤全体を交換する必要がなくなるため、サービス業務としての現像剤交換作業が不要となり、メンテナンスフリー化、低コスト化を図ることも可能となる。
【０００５】
また、最近では、上述したメンテナンスフリー化、低コスト化に加え、地球環境保全という要請があり、画像形成装置から排出される廃棄物の絶対量を低減することが要求されてきている。そこで、転写後にクリーナによって回収された回収トナーを現像装置に戻して再利用する回収トナーリサイクル方式と、上述したトリクル現像方式とを組み合わせることが提案されている(例えば、特許文献１、２参照。)。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９４９０８号公報(第３−４頁、図１)
【特許文献２】特開２００４−１０９７３９号公報(第５−６頁、図４)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、クリーナによって回収された回収トナーは、もともと現像装置内にあるトナーと比べて、現像特性が劣化しているおそれがある。特に、クリーナとしてブレード部材を用いた場合には、感光体とブレード部材との圧接部で、トナーが圧力および摩擦によるストレスを受け、現像特性が劣化する。このようにストレスを受けたトナーは、凝集してしまうことがあり、その場合にはトナーが大きな塊となって現像装置内に戻ることになる。そして、このような凝集したトナーが現像によって感光体ドラムに転移した場合には、この凝集したトナーが記録材に転写されず、結果として画質欠陥が生じてしまう。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１では、回収トナーの供給位置を新たな現像剤の補給位置よりも下流側に設け、これらよりも上流側に現像剤の排出位置を設けていた。すなわち、上記特許文献１では、新たに供給される現像剤中に、現像特性が劣化しているおそれのある回収トナーが紛れてしまうため、現像剤(キャリア)の排出を行う際に、特に現像特性に問題のないトナーが排出される確率が高まってしまう。このため、現像ロールに回収トナーが供給される確率が高まり、上述した画質欠陥が生じる危険性が高くなっていた。
【０００９】
一方、上記特許文献２では、使用する潜像担持体(感光体ドラム)の構成材料や現像剤(キャリアおよびトナー)の粒径等を規定することで、上述した画像欠陥の発生を防止できると共に、長期にわたるメンテナンスフリー化を達成できるとされている。
しかしながら、上記特許文献２では、印字比率１０％の画像を連続形成して効果を確認しているが、これは、通常のテキスト画像での印字比率５％と比べて著しく大きい。印字比率が高いと、クリーナで受けるトナーのストレスが低くなるため、上述したようなトナーの凝集は起こりにくく、そもそも画像欠陥が生じにくい。そして、印字比率を低下させた場合には、このような画質欠陥の問題を防止することが困難であった。
【００１０】
本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、現像装置から排出される廃棄物の量を減少させると共に、長期にわたって安定した現像性能を確保することにある。
また、他の目的は、現像装置内における現像剤の交換と回収トナーの再利用とを組み合わせた場合において、長期にわたって安定した現像性能を確保し、且つ、潜像担持体の長寿命化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的のもと、本発明が適用される現像装置は、トナーおよびキャリアを含む現像剤を担持し、潜像担持体上の静電潜像を現像手段にてトナーで現像し、現像手段による現像を終了した現像剤に、潜像担持体に転移した後に回収された回収トナーを回収トナー供給手段で供給し、回収トナー供給手段により供給された回収トナーを含む現像剤の中から、廃棄対象となる現像剤を現像剤排出手段で排出し、現像剤排出手段により廃棄対象となる現像剤が排出された現像剤に、キャリアを含む新たな現像剤を新現像剤供給手段で供給する。
【００１２】
ここで、現像剤におけるトナーの濃度をトナー濃度検知手段で測定し、新現像剤供給手段は、トナー濃度検知手段によりトナーの濃度が所定の値以下であることが検知されたときに、新たな現像剤を供給することを特徴とすることができる。この場合に、トナー濃度検知手段は、新現像剤供給手段により供給された新たな現像剤を含む現像剤におけるトナーの濃度を検知することを特徴とすることができる。また、現像剤は、潜像担持体の摩耗を抑制するための助剤をさらに含み、助剤は、トナーとは逆極性の帯電極性を有していることを特徴とすることができる。
【００１３】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される現像装置は、像担持体との対向部に像担持体の軸方向に沿って現像用開口が形成され且つ内部にはトナーおよびキャリアを含む現像剤が収容される現像ハウジングと、現像ハウジングの現像用開口に面した箇所に配設され且つ現像ハウジング内に収容される現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、現像ハウジングの内部に配設され且つ現像ハウジング内で現像剤を攪拌しながら循環搬送し、現像剤担持体に現像剤を供給する攪拌搬送部材と、現像剤担持体よりも攪拌搬送部材による現像剤搬送方向上流側に設けられ、現像ハウジング内にキャリアを含む新たな現像剤が搬入される新現像剤搬入部と、現像剤担持体よりも攪拌搬送部材による現像剤搬送方向下流側に設けられ、像担持体に転移した後に回収されたトナーが搬入される回収トナー搬入部と、回収トナー搬入部よりも攪拌搬送部材による現像剤搬送方向下流側であって新現像剤搬入部よりも攪拌搬送部材による現像剤搬送方向上流側に設けられ、現像ハウジング内で余剰となった現像剤が排出される余剰現像剤排出部とを含んでいる。
【００１４】
ここで、現像剤は、潜像担持体の摩耗を抑制するための助剤をさらに含み、助剤は、トナーとは逆極性の帯電極性を有していることを特徴とすることができる。また、トナーの形状係数が、１００以上１４０以下であることを特徴とすることができる。そして、現像ハウジング内の現像剤におけるトナーの濃度を測定するトナー濃度検知センサをさらに含み、新現像剤搬入部には、トナー濃度検知センサによりトナーの濃度が所定の値以下であることが検知されたときに、新たな現像剤が搬入されることを特徴とすることができる。
【００１５】
さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される画像形成装置は、潜像担持体に静電潜像を形成する潜像形成部と、潜像形成部によって潜像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部と、現像部によって潜像担持体に現像されたトナーを記録材に転写する転写部と、転写部による転写の後に潜像担持体に残存するトナーを回収するクリーニング部とを備え、現像部は、トナーおよびキャリアを含む現像剤を担持し、潜像担持体上の静電潜像を現像手段にてトナーで現像し、現像手段による現像を終了した現像剤に、クリーニング部にて回収された回収トナーを回収トナー供給手段で供給し、回収トナー供給手段により供給された回収トナーを含む現像剤の中から、余剰となった現像剤を現像剤排出手段で排出し、現像剤排出手段により余剰となった現像剤が排出された現像剤に、キャリアを含む新たな現像剤を新現像剤供給手段で供給する。
【００１６】
ここで、クリーニング部は、潜像担持体に圧接配置されるブレード部材を備えることを特徴とすることができる。また、現像剤は、クリーニング部による潜像担持体のクリーニングを補助するクリーニング助剤をさらに含み、クリーニング助剤は、トナーとは逆極性の帯電極性を有していることを特徴とすることができる。さらに、現像剤におけるトナーの濃度をトナー濃度検知手段で測定し、新現像剤供給手段は、トナー濃度検知手段によりトナーの濃度が所定の値以下であることが検知されたときに、新たな現像剤を供給することを特徴とすることができる。さらにまた、トナーの形状係数が、１００以上１４０以下であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、現像装置から排出される廃棄物の量を減少させると共に、長期にわたって安定した現像性能を確保することができる。
また、本発明によれば、現像装置内における現像剤の交換と回収トナーの再利用とを組み合わせた場合において、長期にわたって安定した現像性能を確保し、且つ、潜像担持体の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態が適用される画像形成装置としてのプリンタ１の全体構成を示した図である。プリンタ１は、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系１０、記録用紙Ｐ(シート)を搬送するシート搬送系４０、例えばパーソナルコンピュータや画像読み取り装置等に接続され、受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理系であるＩＰＳ(Image Processing System)５０を備えている。
【００１９】
画像プロセス系１０は、水平方向に一定の間隔を置いて並列に配置される、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の四つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ、これら画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に多重転写させる転写ユニット２０、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対してレーザ光を照射する光学系ユニットであるＲＯＳ(Raster Output Scanner)３０を備えている。また、プリンタ１は、転写ユニット２０によって二次転写された記録用紙Ｐ上のトナー像を、熱および圧力を用いて記録用紙Ｐに定着させる定着器２９を備えている。さらに、転写ユニット２０の上部には、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対して各色に対応する現像剤が収容される現像剤ボトル１７Ｙ,１７Ｍ,１７Ｃ,１７Ｋが設けられている。これら現像剤ボトル１７Ｙ,１７Ｍ,１７Ｃ,１７Ｋは、プリンタ１に対して着脱自在に設けられており、例えばユーザによる交換も可能となっている。そして、各現像剤ボトル１７Ｙ,１７Ｍ,１７Ｃ,１７Ｋには、後述する各色の現像器１４(図２参照)に対して、新たな現像剤を搬送するための供給パイプ１８Ｙ,１８Ｍ,１８Ｃ,１８Ｋが取り付けられている。
【００２０】
転写ユニット２０は、中間転写ベルト２１を駆動するドライブロール２２、中間転写ベルト２１に一定のテンションを付与するテンションロール２３、重畳された各色のトナー像を記録用紙Ｐに二次転写するためのバックアップロール２４、中間転写ベルト２１上に存在する残留トナー等を除去するベルトクリーナ２５を備えている。中間転写ベルト２１は、このドライブロール２２とテンションロール２３およびバックアップロール２４との間に一定のテンションで掛け渡されており、定速性に優れた専用のモータ(図示せず)によって回転駆動されるドライブロール２２により、矢印方向に所定の速度で循環駆動されるようになっている。この中間転写ベルト２１は、例えば、チャージアップを起こさないベルト素材(ゴムまたは樹脂)にて抵抗調整されたものが使用されている。ベルトクリーナ２５は、中間転写ベルト２１に接触配置されるクリーニングブラシ２５ａおよびクリーニングブレード２５ｂを備えており、トナー像の二次転写工程が終了した後の中間転写ベルト２１の表面から残留トナー等を除去して、次の画像形成プロセスに備えるように構成されている。ベルトクリーナ２５の内部下側には、これらクリーニングブラシ２５ａおよびクリーニングブレード２５ｂによって除去された残留トナー等を、中間転写ベルト２１の搬送方向に直交する方向に沿ってベルトクリーナ２５の外部へと搬送する排出用オーガ２５ｃが設けられている。
【００２１】
ＲＯＳ３０は、図示しないレーザダイオード、変調器の他、レーザダイオードから出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を偏向走査するポリゴンミラー３１を備えている。図２に示す例では、ＲＯＳ３０は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの下側に備えられることから、トナー等の落下による汚損の危険性を有している。そこで、ＲＯＳ３０は、各構成部材を密閉するための直方体状のフレーム３２を設け、また、レーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)が通過するガラス製のウィンドウ３３をこのフレーム３２の上方に装着し、走査露光と共にシールド効果を高めるように構成されている。
【００２２】
シート搬送系４０は、画像が記録される記録用紙Ｐを積載して供給する給紙装置４１、給紙装置４１から記録用紙Ｐを取り上げて供給するナジャーロール４２、ナジャーロール４２から供給された記録用紙Ｐを一枚ずつ分離して搬送するフィードロール４３、フィードロール４３により一枚ずつに分離された記録用紙Ｐを二次転写位置に向けて搬送する搬送路４４を備えている。また、搬送路４４を搬送される記録用紙Ｐに対し、二次転写位置に向けてタイミングを合わせて搬送するレジストロール４５、二次転写位置に設けられ記録用紙Ｐを介してバックアップロール２４に圧接して記録用紙Ｐ上に画像を二次転写する二次転写ロール４６を備えている。さらに、定着器２９によって画像が定着された記録用紙Ｐをプリンタ１の機外に排出する排出ロール４７、排出ロール４７によって排出された記録用紙Ｐを積載する排出トレイ４８を有する。また、定着器２９によって画像が定着された記録用紙Ｐを反転させて両面記録を可能とする両面用搬送ユニット４９を備えている。
さらに、プリンタ１において、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋよりも図中手前側には、図中破線で示す回収ボトル６０が取り付けられている。この回収ボトル６０には、後述する廃棄現像剤が回収され、収容される。
【００２３】
次に、画像プロセス系１０における画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋについて詳述する。図２は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの構成を説明するための図であり、ここでは、イエロー(Ｙ)の画像形成ユニット１１Ｙと、マゼンタ(Ｍ)の画像形成ユニット１１Ｍとが示されている。他の画像形成ユニット１１Ｃ,１１Ｋについても略同様に構成されている。
【００２４】
画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、回転可能に配設される潜像担持体としての感光体ドラム１２、帯電ロール１３ａを用いて感光体ドラム１２を帯電させる帯電器１３を備えている。また、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、帯電器１３によって帯電され、ＲＯＳ３０からのレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)によって感光体ドラム１２上に形成された静電潜像をトナーを用いて現像する現像部(現像装置)としての現像器１４を備えている。さらに、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、中間転写ベルト２１を挟んで感光体ドラム１２に対向して設けられ、感光体ドラム１２上に現像されたトナー像を中間転写ベルト２１上に転写する転写部としての一次転写ロール１５、一次転写後に感光体ドラム１２上に残った残留トナーを除去するクリーニング部としてのドラムクリーナ１６を備えている。なお、本実施の形態では、帯電器１３およびＲＯＳ３０によって潜像形成部が構成されている。
【００２５】
本実施の形態において、感光体ドラム１２は、金属製の薄肉の円筒形ドラムの表面に有機感光層を形成したものからなり、有機感光層は負の帯電極性を有する材料で構成されている。また、帯電器１３は、帯電ロール１３ａに負極性のバイアスを印加することで、感光体ドラム１２の有機感光層を負極性に帯電させている。そして、現像器１４による現像は反転現像方式にて行われる。したがって、現像器１４で使用されるトナーは負極性帯電タイプのものである。なお、本実施の形態では、現像器１４においてトナーおよびキャリアを含む現像剤を用いた二成分現像方式が採用されているが、その詳細については後述する。また、一次転写ロール１５には、トナーの帯電極性とは逆極性(正極性)の一次転写バイアスが印加されるようになっており、感光体ドラム１２上のトナー像を中間転写ベルト２１に転移させている。さらに、ドラムクリーナ１６は、感光体ドラム１２の回転方向に対してカウンタ方向に圧接配置されるブレード部材としてのクリーニングブレード１６ａを有しており、感光体ドラム１２に付着する残留トナーを掻き取っている。そして、ドラムクリーナ１６の内部には、クリーニングブレード１６ａによって掻き取られた残留トナーを、感光体ドラム１２の軸方向に沿ってドラムクリーナ１６の外側へと搬送する排出用オーガ１６ｂが設けられている。
【００２６】
次に、図３を参照しながら、本実施の形態で用いられる現像剤Ｄについて詳細に説明する。現像剤Ｄは、磁性を有するキャリアＣと、イエロー、マゼンタ、シアン、あるいは黒に着色されたトナーＴとを含んでいる。また、現像剤Ｄには、感光体ドラム１２とクリーニングブレード１６ａとの間に働く摩擦力を低減し、感光体ドラム１２に設けられた感光層の摩耗を抑制するクリーニング助剤(助剤)Ａも含まれている。さらに、現像剤Ｄには、図示しない外添剤が適宜量添加されている。
【００２７】
現像剤Ｄにおいて、キャリアＣとしては、平均粒径が約３５μｍのフェライトビーズが用いられる。
また、クリーニング助剤Ａとしては、略無色透明であり、平均粒径が後述するトナーＴと略同程度に設定されたステアリン酸亜鉛が用いられている。このステアリン酸亜鉛は、トナーとは逆極性の帯電極性(本実施の形態では正極性)を有している。なお、現像剤Ｄ中におけるクリーニング助剤Ａ(ステアリン酸亜鉛)の含有量は、約０.５％程度である。
さらに、外添剤としては、平均粒径５〜２００ｎｍのシリカおよびチタニア等の無機微粒子が用いられる。
【００２８】
トナーＴは、上述したように負極性に帯電する極性を有するものであって、懸濁重合法、乳化凝集合一法、溶解懸濁法等により、ポリエステルやスチレンアクリルなどのバインダ樹脂に着色剤、ワックスを内添してなる微粒子である。粒径は、コールターカウンター(コールター社製)による測定結果で体積平均粒径が約５μｍであり、粒度分布指標(ＧＳＤ)は１.２３であった。トナー形状(球形の度合)は形状係数で表し、光学顕微鏡(ミクロフォトＦＸＡ:ニコン社製)で得たトナーの拡大写真を、イメージアナライザＬｕｚｅｘ３(ニレコ社製)により画像解析を行い、次の式で算出した。
【００２９】
【数１】
2006220852.tif 000003
【００３０】
この式は、トナーＴの投影面積と、それに外接する円の面積との比で表しており、真球の場合に１００となり、形状が球形から離れるにつれて数字が大きくなっていく。形状係数が小さければ、転写の際に転写されずに残る残留トナーの量が減少していくため、トナーＴの形状係数は１００〜１４０程度であることが望ましく、本実施の形態では、トナーＴの形状係数は１２９〜１３４の範囲であった。なお、トナーＴの体積平均粒径は、良好な画像を形成するという観点からすれば、３〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３１】
図４は、プリンタ１における現像剤Ｄの供給から廃棄までの流れを説明する図である。
本実施の形態に係るプリンタ１では、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋに対し、所定のタイミングで新たな現像剤Ｄを新たに供給し、その結果内部で余剰となった現像剤Ｄを廃現像剤として外部に排出するトリクル方式を採用している。このようなトリクル方式を採用することで、各現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋでは、現像によって減少したトナーＴの補給と、長期間の使用に伴って劣化したキャリアＣの除去とを同時に行っている。
【００３２】
具体的には、各現像剤ボトル１７Ｙ,１７Ｍ,１７Ｃ,１７Ｋから各供給パイプ１８Ｙ,１８Ｍ,１８Ｃ,１８Ｋを介して各現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋに各色の新しい現像剤Ｄが供給される。また、各現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋから、各廃棄パイプ６１Ｙ,６１Ｍ,６１Ｃ,６１Ｋを介して回収ボトル６０に廃現像剤が排出される。また、各現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋには、内部に収容される現像剤Ｄ中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知センサ７７が取り付けられており、各供給パイプ１８Ｙ,１８Ｍ,１８Ｃ,１８Ｋには、それぞれシャッタ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋが取り付けられている。そして、各シャッタ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋは、通常は閉鎖状態に設定されている。各現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋに設けられたトナー濃度検知手段としてのトナー濃度検知センサ７７Ｙ,７７Ｍ,７７Ｃ,７７Ｋによりトナー濃度の低下が検知されると、図示しない制御部により各シャッタ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋが開放状態に設定され、対応する現像器１４に新たな現像剤Ｄが供給される。なお、各現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋへの現像剤Ｄの供給は、それぞれ独立して制御されている。また、本実施の形態では、各現像剤ボトル１７Ｙ,１７Ｍ,１７Ｃ,１７Ｋ、各供給パイプ１８Ｙ,１８Ｍ,１８Ｃ,１８Ｋおよびシャッタ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋで新現像剤供給手段が構成されている。さらに、本実施の形態では、各廃棄パイプ６１Ｙ,６１Ｍ,６１Ｃ,６１Ｋが、現像剤排出手段として機能している。
【００３３】
他方、このプリンタ１では、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに設けられた各ドラムクリーナ１６Ｙ,１６Ｍ,１６Ｃ,１６Ｋにて回収され、排出用オーガ１６ｂ(図２参照)により排出された各色成分の回収トナーを、各搬送パイプ６２Ｙ,６２Ｍ,６２Ｃ,６２Ｋを介して同色の現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋに戻している。また、このプリンタ１では、図１に示す中間転写ベルト２１に設けられたベルトクリーナ２５にて回収され、排出用オーガ２５ｃにより排出された回収トナーのすべてもしくは一部を、搬送パイプ６３を介して黒の現像器１４Ｋに戻している。なお、ベルトクリーナ２５にて回収され、黒の現像器１４Ｋに戻されない残りの回収トナーは、回収ボトル６０に排出される。そして、これら搬送パイプ６２Ｙ,６２Ｍ,６２Ｃ,６２Ｋおよび搬送パイプ６３の内部には、図示しない搬送用オーガが取り付けられており、これら搬送用オーガを回転させることで、回収されたトナーを各現像器１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ,１４Ｋまで搬送している。なお、プリンタ１において、ベルトクリーナ２５からは、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色成分トナーを含む回収トナーが排出されることになるが、この回収トナーは、黒の現像器１４Ｋに戻されることで多量の黒色のトナー中に紛れてしまうため、特に問題が生じることはない。なお、本実施の形態では、各ドラムクリーナ１６Ｙ,１６Ｍ,１６Ｃ,１６Ｋおよび各搬送パイプ６２Ｙ,６２Ｍ,６２Ｃ,６２Ｋが、回収トナー供給手段として機能している。
【００３４】
次に、現像器１４について詳細に説明する。図５は、現像器１４の側部断面図を示しており、図６は図５をVI方向から見た現像器１４の上面図を示している。ただし、図６は、現像器１４から後述する上部ハウジング７０ｂ、現像ロール７１、層規制ロール７５等を取り外した状態を示している。
現像器１４は、感光体ドラム１２に対向する開口部(現像用開口)を有し且つ内部にはトナーおよびキャリアを含む現像剤Ｄ(図示せず)が収容される現像ハウジング７０と、この現像ハウジング７０の開口部に面した箇所に配設される現像手段あるいは現像剤担持体としての現像ロール７１とを備えている。ここで、現像ハウジング７０は、下部側に設けられる下部ハウジング７０ａと、下部ハウジング７０ａの上部側に下部ハウジング７０ａに対して着脱自在に設けられる上部ハウジング７０ｂとで構成されている。また、現像ハウジング７０内であって、感光体ドラム１２からみて現像ロール７１の背面下側には、感光体ドラム１２の軸方向と略平行に配設される攪拌搬送部材としての一対のスクリューオーガ７２,７３が設けられている。なお、以下の説明では、現像ロール７１から遠い側にあるスクリューオーガ７２を第１のスクリューオーガ、現像ロール７１に近い側にあるスクリューオーガ７３を第２のスクリューオーガと呼ぶ。また、第１のスクリューオーガ７２と、第２のスクリューオーガ７３の間には、これら第１のスクリューオーガ７２、第２のスクリューオーガ７３を仕切る仕切り壁７４が設けられている。この仕切り壁７４は、下部ハウジング７０ａと一体的に形成されている。また、現像ロール７１の下側には、回転可能に現像ロール７１と所定距離をもって配設され、現像ロール７１上の現像剤層厚さを規制する層規制ロール７５が設けられている。
【００３５】
ここで、現像ロール７１は、回転可能に配設される現像スリーブ７１ａと、現像スリーブ７１ａの内側に固定的に配設されると共に、内部には複数の磁極が配列される磁石ロール７１ｂとを有している。現像スリーブ７１ａは、図示しないモータにより矢印方向に回転駆動されるようになっており、感光体ドラム１２と対向する現像位置において感光体ドラム１２と同方向に回転するようになっている。また、現像スリーブ７１ａは、例えばＳＵＳ等の金属にて構成されており、交流を重畳した直流バイアスからなる現像バイアスを印加する現像バイアス電源８０が接続されている。なお、上述した層規制ロール７５は、現像スリーブ７１ａと対向する層規制位置において現像スリーブ７１ａとは逆方向に回転するようになっている。
【００３６】
磁石ロール７１ｂには、その外周面に沿って７極の磁極Ｎ１〜Ｎ４およびＳ１〜Ｓ３が形成されている。ここで、磁極Ｎ１(ピックアップ極)は、第２のスクリューオーガ７３によって攪拌搬送される現像剤Ｄ(図示せず)を現像スリーブ７１ａ上に吸着する機能を有している。磁極Ｓ１(トリミング極)は、対向配置される層規制ロール７５との間に形成される間隙によって所定量の現像剤層を形成する機能を有している。また、磁極Ｎ２およびＮ３,Ｓ３(搬送極)は、現像スリーブ７１ａ上に吸着された現像剤Ｄを現像スリーブ７１ａの回転に伴って搬送する。さらに、磁極Ｓ２(現像極)は、現像スリーブ７１ａ上に吸着される現像剤Ｄを搬送すると共に、感光体ドラム１２と対向する現像領域における現像剤Ｄの穂立ちを形成する機能を有している。そして、磁極Ｎ４(ピックオフ極)は、隣接する磁極Ｎ１(ピックアップ極)と共に反発磁界を形成し、現像スリーブ７１ａ上に吸着された現像剤Ｄを現像スリーブ７１ａから剥離させる機能を有している。
【００３７】
また、第１のスクリューオーガ７２は、図６に示すように、回転軸７２ａとその外周に螺旋状に取り付けられる羽根７２ｂとを有しており、図中右側に向けて現像剤Ｄ(図示せず)を搬送するようになっている。一方、第２のスクリューオーガ７３も、回転軸７３ａとその外周に螺旋状に取り付けられる羽根７３ｂとを有しており、図中左側に向けて現像剤Ｄ(図示せず)を搬送するようになっている。なお、第１のスクリューオーガ７２の回転軸７２ａおよび第２のスクリューオーガ７２ｂの回転軸７３ａは、下部ハウジング７０ａに回転可能に支持されており、一方の端部は下部ハウジング７０ａよりも外部に突出して配置されている。そして、図示しない駆動機構によってこれら第１のスクリューオーガ７２および第２のスクリューオーガ７３が回転駆動されている。
【００３８】
さらに、下部ハウジング７０ａ軸方向両端側には、仕切り壁７４が存在しないことにより、第１のスクリューオーガ７２と第２のスクリューオーガ７３との間で現像剤Ｄ(図示せず)を受け渡すための連通口７６(具体的には７６ａ,７６ｂ)が設けられている。ここで、第１のスクリューオーガ７２の現像剤搬送方向下流側すなわち連通口７６ａ側には、羽根７２ｂよりもピッチが短く且つ羽根７２ｂとは逆向きの羽根７２ｃが形成されており、第１のスクリューオーガ７２によって搬送されてきた現像剤Ｄを連通口７６ａに向けて送り込めるようになっている。一方、第２のスクリューオーガ７３の現像剤搬送方向下流側すなわち連通口７６ｂ側には、羽根７３ｂよりもピッチが短く且つ羽根７３ｂとは逆向きの羽根７３ｃが形成されており、第２のスクリューオーガ７３によって搬送されてきた現像剤Ｄを連通口７６ｂに向けて送り込めるようになっている。なお、これら連通口７６ａ,７６ｂは、現像ロール７１の軸方向両端部よりも外側に位置している。
【００３９】
また、現像ロール７１との対向部よりも現像剤搬送方向下流側には、ドラムクリーナ１６から送り込まれた回収トナーを現像器１４内に搬入するための回収トナー搬入口(回収トナー搬入部)８１が形成されている。本実施の形態では、回収トナー搬入口８１が、第２のスクリューオーガ７３の上部に設けられている。なお、黒の現像器１４Ｋでは、黒のドラムクリーナ１６Ｋから搬送される回収トナーの他、ベルトクリーナ２５から搬送される回収トナーも、回収トナー搬入口８１より搬入されることとなる。
さらに、回収トナー搬入口８１よりも現像剤搬送方向下流側には、現像器１４内で余剰となった現像剤Ｄを現像器１４の外部に排出するための現像剤排出口(余剰現像剤排出部)８２が形成されている。本実施の形態では、現像剤排出口８２が、連通口７６ｂの上部に設けられている。
そして、現像剤排出口８２よりも現像剤搬送方向下流側であって、現像ロール７１との対向部よりも現像剤搬送方向上流側には、現像剤ボトル１７から供給される新たな現像剤Ｄを現像器１４内に搬入するための現像剤搬入口(新現像剤搬入部)８３が形成されている。
なお、これら回収トナー搬入口８１、現像剤排出口８２、現像剤搬入口８３は、上部ハウジング７０ｂ(図５参照)に設けられている。
【００４０】
また、現像剤搬入口８３よりも現像剤搬送方向下流側の下部ハウジング７０ａの壁面には、現像器１４内における現像剤Ｄのトナー濃度を検知するトナー濃度検知センサ７７が取り付けられている。トナー濃度検知センサ７７としては、例えば透磁率センサ等を用いることができる。
【００４１】
次に、本実施の形態に係るプリンタ１の動作について説明する。図示しない原稿読み取り装置によって読み取られた原稿の色材反射光像や、図示しないパーソナルコンピュータ等にて形成された色材画像データは、例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各８ビットの反射率データとしてＩＰＳ５０に入力される。ＩＰＳ５０では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間補正、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の四色の色材階調データに変換され、ＲＯＳ３０に出力される。
【００４２】
ＲＯＳ３０では、入力された色材階調データに応じて、レーザダイオード(図示せず)から出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を、ｆ-θレンズ(図示せず)を介してポリゴンミラー３１に出射している。ポリゴンミラー３１では、入射されたレーザ光を各色の階調データに応じて変調し、偏向走査して、図示しない結像レンズおよび複数枚のミラーを介して画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に照射している。画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２では、帯電器１３によって例えば−５５０Ｖに帯電された表面が走査露光され、例えば−５０Ｖの電位を有する静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの現像器１４にて、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の各色のトナー像として現像される。
【００４３】
画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、一次転写ロール１５により中間転写ベルト２１上に順次転写される。このとき、黒のトナー像を形成する黒の画像形成ユニット１１Ｋは、中間転写ベルト２１の移動方向の最下流側に設けられ、黒のトナー像は、中間転写ベルト２１に対して最後に転写される。
【００４４】
一方、シート搬送系４０では、画像形成のタイミングに合わせてナジャーロール４２が回転し、給紙装置４１から所定サイズの記録用紙Ｐが供給される。フィードロール４３により一枚ずつ分離された記録用紙Ｐは、搬送路４４を経てレジストロール４５に移送され、一旦、停止される。その後、トナー像が形成された中間転写ベルト２１の移動タイミングに合わせてレジストロール４５が回転し、記録用紙Ｐは、バックアップロール２４および二次転写ロール４６によって形成される二次転写位置に搬送される。二次転写位置にて下方から上方に向けて搬送される記録用紙Ｐには、圧接力および所定の電界を用いて、四色が重ね転写されたトナー像が副走査方向に順次、二次転写される。そして、トナー像が二次転写された記録用紙Ｐは、定着器２９によって熱および圧力で定着処理を受けた後、排出ロール４７によってプリンタ１の上部に設けられた排出トレイ４８に排出される。なお、排出トレイ４８にそのまま排出せずに、図示しない切り替えゲートによって記録用紙Ｐを両面用搬送ユニット４９によって反転させることもできる。この反転された記録用紙Ｐをレジストロール４５に搬送した後、前述と同様な流れによって、印刷されていない他の面について画像を形成することで、記録用紙Ｐの両面に画像を形成することが可能となる。
【００４５】
次に、現像器１４の基本的な動作について説明する。
現像剤Ｄは、回転駆動される第１のスクリューオーガ７２および第２のスクリューオーガ７３により、現像ハウジング７０内を攪拌されながら循環搬送される。この攪拌動作により、現像剤Ｄを構成するキャリアＣおよびトナーＴは互いに摩擦され、トナーＴは摩擦により負極性に帯電する。また、クリーニング助剤Ａは摩擦により正極性に帯電する。そして、攪拌搬送される現像剤Ｄが現像ロール７１との対向部に搬送されると、磁石ロール７１ｂに設けられた磁極Ｎ１の磁力により、現像剤Ｄの一部が現像ロール７１側に転移し、現像スリーブ７１ａ上に現像剤Ｄによる現像剤層が形成される。そして、この現像剤層は、回転駆動される現像スリーブ７１ａの回転に伴って搬送されていく。現像スリーブ７１ａにより搬送される現像剤層が層規制ロール７５との対向部を通過する際、現像剤層の厚さは所定厚さに規制され、所定の搬送量となって感光体ドラム１２と対向する現像ハウジング７０の開口部に運ばれる。なお、層規制ロール７５との対向部を通過できなかった現像剤Ｄは、重力および層規制ロール７５の回転力によって現像ハウジング７０内に戻される。現像スリーブ７１ａには、現像バイアス電源８０により所定の現像バイアス(例えば直流−３５０Ｖにピークトゥピークが１ｋＶの交流を重畳したもの)が印加されている。これにより、感光体ドラム１２と最近接する現像領域において、現像スリーブ７１ａ上の現像剤層より感光体ドラム１２上の潜像形成領域(ＲＯＳ３０による書き込みが行われた領域)にトナーＴが転移し、静電潜像を現像して可視像化する。また、トナーＴと逆極性に帯電しているクリーニング助剤Ａは、感光体ドラム１２上の非潜像形成領域(ＲＯＳ３０による書き込みが行われなかった領域)に転移する。その後、現像ハウジング７０の開口部を通過し現像を終了した現像剤層は現像スリーブ７１ａ上に担持された状態でさらに搬送される。そして、現像スリーブ７１ａ上の現像剤層は、磁極Ｎ４、Ｎ１間に形成される反発磁界によって現像ロール７１から離脱して現像ハウジング７０内に落下し、再び第１のスクリューオーガ７２および第２のスクリューオーガ７３によって攪拌搬送され、次の現像を待つこととなる。
【００４６】
次に、図７を参照しながら、現像器１４内における現像剤Ｄの流れを説明する。なお、図７では、第１のスクリューオーガ７２および第２のスクリューオーガ７３の記載を省略し、現像剤Ｄの流れを矢印で示している。
トナー濃度検知センサ７７で検知されるトナー濃度(現像剤ＤにおけるトナーＴの濃度)が所定のレベル以下であると、対応する現像剤ボトル１７(図１参照)から新たな現像剤Ｄが供給される。そして、現像剤搬入口８３から新たな現像剤Ｄが搬入される。新たに搬入された現像剤Ｄは、既に現像ハウジング７０内にあった現像剤Ｄと共に攪拌搬送されていく。
【００４７】
攪拌搬送される現像剤Ｄが現像ロール７１との対向部に到達すると、現像剤Ｄの一部が現像ロール７１に転移する。そして、感光体ドラム１２(図５参照)との対向部を通過し、現像動作を終えた現像剤Ｄは現像ロール７１から離脱する。現像ロール７１に転移する現像剤Ｄと現像ロール７１から離脱した現像剤Ｄとを比較すると、現像ロール７１から離脱した現像剤Ｄでは、一部のトナーＴが現像動作によって感光体ドラム１２側に転移している分、現像剤ＤにおけるトナーＴの濃度(トナー濃度)は低下している。したがって、現像ロール７１との対向部を通過した直後の現像剤Ｄは、現像ロール７１との対向部を通過する直前の現像剤よりも、トナー濃度が低下した状態となっている。
現像ロール７１との対向部を通過した現像剤Ｄは、次に、回収トナー搬入口８１の下部を通過する。回収トナー搬入口８１からは、各色に対応したドラムクリーナ１６にて回収された回収トナーが搬入される。なお、黒の現像器１４Ｋの場合には、ベルトクリーナ２５にて回収された回収トナーも搬入される。このような回収トナーが供給されることにより、トナー濃度は若干上昇する。
さらに、回収トナー搬入口８１の下部を通過した現像剤Ｄは、次に、現像剤排出口８２の下部を通過する。現像剤排出口８２からは、現像剤搬入口８３から新たな現像剤Ｄが供給されることにより余剰となった現像剤Ｄが排出される。ここで、余剰となった現像剤Ｄには、長期の使用に伴って劣化したキャリアＣや、ドラムクリーナ１６やベルトクリーナ２５(黒の現像器１４Ｋのみ)から搬送された回収トナー等が含まれる。
そして、現像剤排出口８２の下部を通過した現像剤Ｄは、再び、現像剤搬入口８３の下部に到達し、以後、上述した順序で、新たな現像剤Ｄの供給、現像、回収トナーの供給、余剰となった現像剤Ｄの排出、が行われていく。
【００４８】
ここで、回収トナー搬入口８１より供給される回収トナーについて説明する。
本実施の形態に係るプリンタ１では、ドラムクリーナ１６においてクリーニングブレード１６ａを使用している。この場合、感光体ドラム１２とクリーニングブレード１６ａとの圧接部に、トナーＴが堆積するトナーダムが形成されることになる。ここで、本実施の形態では、トナーＴとして所謂球形トナーを使用しているため一次転写における高い転写効率を得ることができる。これは逆の観点からみれば、一次転写後に感光体ドラム１２上に残る転写残トナーＴの絶対量が非常に少ないことを意味する。転写残トナーＴが少ないと、上述したトナーダムを形成するトナーＴが交換されず、同じトナーＴが長期間トナーダムとなって存在することになる。すると、トナーダムを形成するトナーＴは、長期間にわたって圧力および摩擦による熱による影響を受けることになってしまい、トナーＴの特性が劣化し、また、トナー同士が凝集する現象が生じてしまう。
【００４９】
また、本実施の形態で用いられる現像剤Ｄは、上述したように、キャリアＣ、トナーＴおよびクリーニング助剤Ａを含んでいる。そして、現像時において、負極性に帯電するトナーＴは感光体ドラム１２の潜像形成領域に転移し、正極性に帯電するクリーニング助剤Ａは非潜像形成領域へと転移する。また、一次転写では、一次転写バイアスによりトナーＴのほとんどは中間転写ベルト２１に転写されるが、クリーニング助剤Ａのほとんどは中間転写ベルト２１に転写されない。したがって、一次転写後に感光体ドラム１２上には、わずかの転写残トナーＴおよびクリーニング助剤Ａが残っていることになる。このクリーニング助剤Ａは、感光体ドラム１２とドラムクリーナ１６に設けられたクリーニングブレード１６ａとの圧接部に到達し、クリーニング動作を補助する。また、感光体ドラム１２とドラムクリーナ１６との間で潤滑剤として機能し、感光体ドラム１２の摩耗を抑制することで、感光体ドラム１２を長寿命化するという効果がある。ただし、このような機能に寄与しないクリーニング助剤Ａも少なからず存在し、転写残トナーＴと共にドラムクリーナ１６で回収されるものもある。したがって、ドラムクリーナ１６で回収された回収トナー中には、通常よりも高濃度のクリーニング助剤Ａが含まれていることになる。
【００５０】
なお、中間転写ベルト２１には、上述したようにクリーニング助剤Ａがほとんど転写されないため、ベルトクリーナ２５から黒の現像器１４Ｋに供給される回収トナーにおいて、クリーニング助剤Ａが高濃度となることはほとんどない。ただし、ベルトクリーナ２５でもクリーニングブレード２５ｂが用いられているため、ベルトクリーナ２５から黒の現像器１４Ｋに供給される回収トナーにおいて、トナーＴの凝集が生じ得る。
【００５１】
本実施の形態では、基本的に、ドラムクリーナ１６やベルトクリーナ２５からの回収トナーを現像器１４において再利用することで、プリンタ１からの廃棄物の減少させている。ただし、現像器１４内に存在する回収トナーの割合が増加すると、凝集したトナーＴが存在する確率が高くなり、このような凝集したトナーＴは転写時に中間転写ベルト２１に転写されにくくなるために、画質欠陥を招くおそれがある。また、現像器１４内に存在する回収トナーの割合が増加すると、現像剤Ｄにおけるクリーニング助剤Ａの濃度が高くなり過ぎるために、現像特性の低下を招くおそれもある。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、上述したように、現像ロール７１との対向部を通過した現像後の現像剤Ｄにクリーニング助剤Ａを多く含む回収トナーを供給した後、現像器１４内に新たな現像剤Ｄが供給される前に、余剰となった現像剤Ｄを排出できるように構成している。そして、現像器１４内に新たな現像剤Ｄを供給した後、現像に供することができるように構成している。このような構成を採用することで、廃棄する現像剤Ｄにおける回収トナーの割合を多くすることが可能になる。廃棄する現像剤Ｄにおける回収トナーの割合を多くすることにより、現像ロール７１に転移し、実際に現像に供される現像剤Ｄにおける回収トナーの割合を低くすることができる。つまり、実際に現像に供される現像剤Ｄにおいて、凝集したトナーＴや熱や圧力によりストレスを受けたトナーＴが存在する確率を低くすることができる。また、実際に現像に供される現像剤Ｄ中におけるクリーンニング助剤Ａの濃度が高くなるのを抑制することができる。
【００５３】
これにより、本実施の形態では、回収トナーを現像に再利用する構成を採用した場合においても、現像器１４内の現像剤Ｄの劣化を抑制することができ、長期にわたって安定した現像性能を確保することができる。また、トリクル現像方式を採用しているため、長期の使用に伴って劣化したキャリアＣを順次廃棄し、新たな現像剤Ｄの供給に伴ってフレッシュなキャリアＣを導入することができるため、長期にわたって安定した現像性能を確保することができる。さらに、本実施の形態では、基本的には回収トナーを現像に再利用しているために、トータルでみたプリンタ１からの廃棄物(廃現像剤)の絶対量を少なくすることができ、回収ボトル６０の交換周期を長期化させることができる。さらにまた、現像剤Ｄ中にクリーンニング助剤Ａを含有させることにより、感光体ドラム１２の摩耗を抑えることができ、感光体ドラム１２の長寿命化を図ることができる。したがって、例えばサービスマンによるメンテナンス作業が必要となるメンテナンスインターバルを長期化することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、新たな現像剤Ｄが供給され、攪拌搬送されている状態であって、現像ロール７１に供給される状態の現像剤Ｄにおけるトナー濃度の測定を行うようにした。したがって、現像時と略同じトナー濃度を測定すること可能となり、現像剤ボトル１７からのトナー供給制御を的確に行うことができるため、現像器１４内のトナー濃度を適正な範囲に設定することができる。
【００５５】
なお、本発明者は、上述したプリンタ１において、クリーニング助剤Ａの濃度を通常の０.５％よりも高い１％に設定した現像剤Ｄを用い、印字比率５％の画像を１０万枚連続してプリントアウトする実験を行った。この現像剤Ｄでは、通常よりも感光体ドラム１２に転移するクリーニング助剤Ａの量が多くなるため、回収トナーには多くのクリーニング助剤Ａが混入している。また、クリーニングブレード１６ａを用いてクリーニングを行っているため、回収トナーが凝集する可能性もある。しかし、結果は、回収トナーの凝集に伴う画質欠陥の発生も抑制でき、また、クリーニング助剤Ａであるステアリン酸亜鉛の蓄積に伴うかぶりなどの画質欠陥の発生もなかった。さらに、感光体ドラム１２における感光層の摩耗を抑制できることを確認した。
【００５６】
＜実施の形態２＞
本実施の形態は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１とは現像器１４の構成が異なっている。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様のものについては、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
図８は、本実施の形態で用いられる現像器１４の上面図である。なお、この現像器１４の断面は、実施の形態１と同様、図５に示すものである。
【００５７】
本実施の形態では、現像ロール７１との対向部よりも現像剤搬送方向下流側に、ドラムクリーナ１６から送り込まれた回収トナーを現像器１４内に搬入するための回収トナー搬入口８１が形成されている。回収トナー搬入口８１は、第２のスクリューオーガ７３の上部に設けられている。なお、黒の現像器１４Ｋでは、実施の形態１と同様に、黒のドラムクリーナ１６Ｋから搬送される回収トナーの他、ベルトクリーナ２５から搬送される回収トナーも、回収トナー搬入口８１より搬入されることとなる。
【００５８】
また、回収トナー搬入口８１よりも現像剤搬送方向下流側には、現像器１４内で余剰となった現像剤Ｄを現像器１４の外部に排出するための現像剤排出口８２が形成されている。本実施の形態では、現像剤排出口８２が、第２のスクリューオーガ７３における現像剤搬送方向最下流側の上部であって連通口７６ｂよりも手前側に設けられている。
【００５９】
さらに、本実施の形態では、現像ハウジング７０を構成する下部ハウジング７０ａの第１のスクリューオーガ７２側且つ連通口７６ｂ側の軸方向端部に、現像ハウジング７０に連通接続されるサブハウジング７８が形成されている。なお、現像ハウジング７０とサブハウジング７８との連通接続部は、現像ロール７１との対向部よりも現像剤搬送方向上流側に設けられている。このサブハウジング７８の上部には、現像剤ボトル１７から供給される新たな現像剤Ｄを現像器１４内に搬入するための現像剤搬入口８３が形成されている。また、サブハウジング７８には、第１のスクリューオーガ７２が貫通配設されており、サブハウジング７８内の第１のスクリューオーガ７２の回転軸７２ａには、供給される新たな現像剤Ｄを現像ハウジング７０内に搬送するための補助羽根７２ｄが形成されている。
【００６０】
次に、図９を参照しながら、現像器１４内における現像剤Ｄの流れを説明する。
トナー濃度検知センサ７７で検知されるトナー濃度が所定のレベル以下であると、対応する現像剤ボトル１７から新たな現像剤Ｄが供給される。そして、現像剤搬入口８３から新たな現像剤Ｄが供給される。新たに供給された現像剤Ｄは、サブハウジング７８から現像ハウジング７０内に搬送され、既に現像ハウジング７０内にあった現像剤Ｄと共に攪拌搬送されていく。
【００６１】
攪拌搬送される現像剤Ｄが現像ロール７１との対向部に到達すると、現像剤Ｄの一部が現像ロール７１に転移する。そして、感光体ドラム１２(図５参照)との対向部を通過し、現像動作を終えた現像剤Ｄは現像ロール７１から離脱する。現像ロール７１に転移する現像剤Ｄと現像ロール７１から離脱した現像剤Ｄとを比較すると、現像ロール７１から離脱した現像剤Ｄでは、一部のトナーＴが現像動作によって感光体ドラム１２側に転移している分、現像剤ＤにおけるトナーＴの濃度(トナー濃度)は低下している。したがって、現像ロール７１との対向部を通過した直後の現像剤Ｄは、現像ロール７１との対向部を通過する直前の現像剤Ｄよりも、トナー濃度が低下した状態となっている。
現像ロール７１との対向部を通過した現像剤Ｄは、次に、回収トナー搬入口８１の下部を通過する。回収トナー搬入口８１からは、各色に対応したドラムクリーナ１６にて回収された回収トナーが搬入される。なお、黒の現像器１４Ｋの場合には、ベルトクリーナ２５にて回収された回収トナーも搬入される。このような回収トナーが供給されることにより、トナー濃度は若干上昇する。
さらに、回収トナー搬入口８１の下部を通過した現像剤Ｄは、次に、現像剤排出口８２の下部を通過する。現像剤排出口８２からは、現像剤搬入口８３から新たな現像剤Ｄが供給されることにより余剰となった現像剤Ｄが排出される。
そして、現像剤排出口８２の下部を通過した現像剤Ｄは、再び、現像ハウジング７０とサブハウジング７８との連通位置すなわち新たな現像剤Ｄの供給位置に到達し、以後、上述した順序で、新たな現像剤Ｄの供給、現像、回収トナーの供給、余剰となった現像剤Ｄの排出、が行われていく。
【００６２】
本実施の形態では、現像器１４の現像ハウジング７０の外部に設けられたサブハウジング７８より新たな現像剤Ｄを供給するように構成した。ここで、新たな現像剤Ｄの供給は、現像器１４内に回収トナーが供給され、且つ、現像器１４内で余剰となった現像剤Ｄが排出された後とした。
このため、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、回収トナーを現像に再利用する構成を採用した場合においても、現像器１４内の現像剤Ｄの劣化を抑制することができ、長期にわたって安定した現像性能を確保することができる。また、その他の効果についても同様である。
【００６３】
＜実施の形態３＞
本実施の形態は、実施の形態１と同様であるが、実施の形態１とは現像器１４の構成が異なっている。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様のものについては、実施の形態１と同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
図１０は、本実施の形態で用いられる現像器１４の上面図である。なお、この現像器１４の断面は、実施の形態１と同様、図５に示すものである。
【００６４】
本実施の形態では、現像ロール７１との対向部よりも現像剤搬送方向下流側に、ドラムクリーナ１６から送り込まれた回収トナーを現像器１４内に搬入するための回収トナー搬入口８１が形成されている。回収トナー搬入口８１は、第２のスクリューオーガ７３の上部に設けられている。なお、黒の現像器１４Ｋでは、実施の形態１と同様に、黒のドラムクリーナ１６Ｋから搬送される回収トナーの他、ベルトクリーナ２５から搬送される回収トナーも、回収トナー搬入口８１より搬入されることとなる。
【００６５】
また、本実施の形態では、現像ハウジング７０の第１のスクリューオーガ７２側且つ連通口７６ｂ側の軸方向と直交する方向の端部に、現像ハウジング７０に連通接続されるサブハウジング７９が形成されている。このサブハウジング７９には、現像器１４内で余剰となった現像剤Ｄを現像器１４の外部に排出するための現像剤排出口８２が形成されている。なお、本実施の形態では、現像ハウジング７０とサブハウジング７９との連通接続部に所定の高さの壁(図示せず)が設けられており、余剰となることでこの壁を乗り越えてきた現像剤Ｄが、現像剤排出口８２より排出されるようになっている。
【００６６】
さらに、連通口７６ｂおよび現像ハウジング７０とサブハウジング７９との連通接続部よりも現像剤搬送方向下流側であって、現像ロール７１との対向部よりも現像剤搬送方向上流側には、現像剤ボトル１７から供給される新たな現像剤Ｄを現像器１４内に搬入するための現像剤搬入口８３が形成されている。
【００６７】
次に、図１１を参照しながら、現像器１４内における現像剤Ｄの流れを説明する。
トナー濃度検知センサ７７で検知されるトナー濃度が所定のレベル以下であると、対応する現像剤ボトル１７から新たな現像剤Ｄが供給される。そして、現像剤搬入口８３から新たな現像剤Ｄが供給される。新たに供給された現像剤Ｄは、サブハウジング７８から現像ハウジング７０内に搬送され、既に現像ハウジング７０内にあった現像剤Ｄと共に攪拌搬送されていく。
【００６８】
攪拌搬送される現像剤Ｄが現像ロール７１との対向部に到達すると、現像剤Ｄの一部が現像ロール７１に転移する。そして、感光体ドラム１２(図５参照)との対向部を通過し、現像動作を終えた現像剤Ｄは現像ロール７１から離脱する。現像ロール７１に転移する現像剤Ｄと現像ロール７１から離脱した現像剤Ｄとを比較すると、現像ロール７１から離脱した現像剤Ｄでは、一部のトナーＴが現像動作によって感光体ドラム１２側に転移している分、現像剤ＤにおけるトナーＴの濃度(トナー濃度)は低下している。したがって、現像ロール７１との対向部を通過した直後の現像剤Ｄは、現像ロール７１との対向部を通過する直前の現像剤Ｄよりも、トナー濃度が低下した状態となっている。
現像ロール７１との対向部を通過した現像剤Ｄは、次に、回収トナー搬入口８１の下部を通過する。回収トナー搬入口８１からは、各色に対応したドラムクリーナ１６にて回収された回収トナーが搬入される。なお、黒の現像器１４Ｋの場合には、ベルトクリーナ２５にて回収された回収トナーも搬入される。このような回収トナーが供給されることにより、トナー濃度は若干上昇する。
さらに、回収トナー搬入口８１の下部を通過した現像剤Ｄは、次に、現像ハウジング７０とサブハウジング７９との連通接続部近傍に到達する。このとき、新たな現像剤Ｄの供給により余剰となった現像剤Ｄは、この連通接続部に設けられた壁を乗り越えてサブハウジング７９に搬入される。そして、サブハウジング７９に搬入された現像剤Ｄは、現像剤排出口８２から排出される。
一方、現像ハウジング７０とサブハウジング７９との連通接続部を通過し、現像ハウジング７０内に残った現像剤Ｄは、再び、現像剤搬入口８３の下部に到達し、以後、上述した順序で、新たな現像剤Ｄの供給、現像、回収トナーの供給、余剰となった現像剤Ｄの排出、が行われていく。
【００６９】
本実施の形態では、現像器１４の現像ハウジング７０の外部に設けられたサブハウジング７９に現像器１４内で余剰となった現像剤Ｄを供給するように構成した。ここで、余剰となった現像剤Ｄの排出は、現像器１４内に回収トナーが供給された後であって、新たな現像剤Ｄが供給される前とした。
このため、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、回収トナーを現像に再利用する構成を採用した場合においても、現像器１４内の現像剤Ｄの劣化を抑制することができ、長期にわたって安定した現像性能を確保することができる。また、その他の効果についても同様である。
【００７０】
なお、実施の形態１〜３では、タンデム型のカラー画像形成装置に適用する例について説明を行ったが、これに限られるものではなく、所謂４サイクル型のカラー画像形成装置や、モノクロ画像形成装置に適用することもできる。また、プリンタ１以外に、電子写真複写機やファクシミリ装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施の形態が適用されるプリンタの概要を示す図である。
【図２】画像形成ユニットの構成を説明するための図である。
【図３】現像剤の構成を説明するための図である。
【図４】プリンタにおける現像剤の供給から廃棄までの流れを説明するための図である。
【図５】現像器の側部断面図である。
【図６】実施の形態１で用いられる現像器の上面図である。
【図７】実施の形態１で用いられる現像器内における現像剤の流れを説明するための図である。
【図８】実施の形態１で用いられる現像器の上面図である。
【図９】実施の形態１で用いられる現像器内における現像剤の流れを説明するための図である。
【図１０】実施の形態１で用いられる現像器の上面図である。
【図１１】実施の形態１で用いられる現像器内における現像剤の流れを説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…プリンタ、１０…画像プロセス系、１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ…画像形成ユニット、１２…感光体ドラム、１３…帯電器、１４…現像器、１５…一次転写ロール、１６…ドラムクリーナ、２０…転写ユニット、２５…ベルトクリーナ、６０…回収ボトル、７０…現像ハウジング、７１…現像ロール、７２…第１のスクリューオーガ、７３…第２のスクリューオーガ、７４…仕切り壁、７５…層規制ロール、７７…トナー濃度検知センサ、８０…現像バイアス電源、８１…回収トナー搬入口、８２…現像剤排出口、８３…現像剤搬入口、Ａ…クリーニング助剤、Ｃ…キャリア、Ｄ…現像剤、Ｔ…トナー
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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