(57)【要約】【課題】電子写真方式の画像形成装置において、現像剤の劣化を抑えて、長期にわたって良好な現像性能を維持することができる。【解決手段】一成分現像方式を用いた画像形成装置内で、現像剤の粒度分布を測定する装置を有し、粒度分布の検知された値に応じて、制御することを特徴とする画像形成装置である。【選択図】        図１
2005010559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置内で、トナーの粒度分布を測定する装置を有し、粒度分布の検知された値に応じて、制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
粒度分布を検知する装置として、帯電装置でトナー粒子の表面積に応じた帯電電荷量になるまで帯電させて、その荷電したトナー粒子が通過する時に電荷量を検知できる手段により、トナーの粒度を検知して、積算することで粒度分布が測定できる、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
検知された粒度分布に応じて、現像バイアスを制御するようにした請求項１〜２記載の画像形成装置。
【請求項４】
トナーの平均電荷量を検知できる手段を併設した、請求項１〜２記載の画像形成装置。
【請求項５】
使用するトナーが非磁性トナーであり、現像方式が一成分現像方式であることを特徴とする、請求項１〜４記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式等によって像担持体上に形成された静電潜像を現像して画像を得る、複写機、プリンタ、ファクシミリ等とされる画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電子写真方式、インクジェット記録方式、熱転写記録方式等の種々の画像形成装置が研究、開発されているが、特に、電子写真方式は、高速化、普通紙化が可能であるため近年益々製品開発が進められ、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の製品が数多く発売されている。殊に、最近では非常に高画質の電子写真方式のフルカラー複写機、カラーレーザビームプリンタ等のカラー画像形成装置も発売に至っている。
【０００３】
さらに、昨今、複写機、プリンタ、Ｆａｘといった出力端末をすべてかね備えた複合機が市場で広く受け入れられるようになってきている。このようなネットワーク対応の出力端末として電子写真プロセスを用いた画像形成装置が広く受け入れられてきているわけであるが、長期間にわたって機能を維持する事も求められている。
【０００４】
電子写真方式の画像形成装置では、像担持体に形成された静電潜像に対して、現像器のトナー担持体上に担持したトナーを現像バイアスによって現像し、トナー像として可視化することを行っている。
【０００５】
高画質化、長寿命化といった課題に対して、現像剤の劣化による画質の低下などの耐久性が問題となる。現像剤は消費された量に応じて現像器に補給されることで、繰り返しの画像形成をするが、トナーの耐久が進むとトナーの帯電量が変化して画像濃度が変動するなど、画像品位の低下が生じる。
【０００６】
トナーの劣化のうち、トナーの粒径の分布が初期と変動する要因がある。現像バイアスを印加する事によって、トナー担持体から静電潜像担持体に現像しているが、そのときに初期のトナーの粒度分布そのまま現像することは困難である。そのため、耐久した現像器内には、初期とは異なる粒度分布のトナーとなる。このようなトナーは帯電性が安定しない。初期に対して小さい粒径のトナーが増加すると、トナーの帯電性が増加（チャージアップ）して画像濃度が低下する。また、大きい粒径のトナーが増加すると、トナーの帯電性は低下するために細線の再現性が低下して画像品位が落ち、さらには現像器からのトナーの飛散が悪化する。
【０００７】
このような課題に対して、特開２０００−２９３０２３号公報や特開２０００−３３０３７９号公報などに上げられるように、現像器内のトナーを消費することでトナーの粒度分布を適正に戻すような構成が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような画像形成装置においては、トナーの粒度分布を適正にするためには、大量にトナーを消費しなければならない。しかも、トナーを消費して回復させるモードを実施しても、トナーの粒度分布が適正になるかどうかはわからない。
【０００９】
さらに、トナーの粒度分布が変化して劣化していく現象は、複数の要因が関係しており、どのように変化していくかは予測困難である。影響する要因としては、現像器がトナーを消費せずに空回転する時間や画像形成するときの画像の濃さ、使用時の温湿度などが複合的に関わることで、粒度分布が変化していく。
【００１０】
このために、トナーの粒度分布を適正に保つために、現像器内のトナーを交換することが必要となるが、劣化した現像剤になってしまうと交換するまで画像の改善は見込めない。
【００１１】
本発明の目的は、現像器内のトナーの劣化度合いを検知して、トナーの劣化を最小限にし、高画質の画像を長期的に維持する事ができる画像形成装置を提供する事である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような事態に対処するためのものであって、現像方式が一成分現像方式であるとき、画像形成装置内で、トナーの粒度分布を測定する装置を有し、粒度分布の検知された値に応じて、制御することを特徴とする画像形成装置である。
【００１３】
粒度分布を検知する装置としては、帯電装置でトナー粒子の表面積に応じた帯電電荷量になるまで帯電させて、その荷電したトナー粒子が通過する時に電荷量を検知できる手段により、トナーの粒度を検知して、積算することで粒度分布が測定できるものである。
【００１４】
また、検知された粒度分布に応じて、現像バイアスを制御することで、トナーの劣化を防止するものである。
【００１５】
また、上記粒度分布を検知する装置において、トナー粒子を帯電させずに電荷検出手段で総電荷量を、またトナー粒子が電荷検出手段を通過した総個数を検知することで、トナーの単位個数あたりの平均電荷量も検知できる粒度分布検知装置とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略する。
【００１７】
＜実施の形態＞
図１は、本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。また、図２は、粒度分布検知手段を設けた現像装置の概略構成を示す縦断面図、図３は、粒度分布検知手段の概略構成を示す模式図である。
【００１８】
（画像形成装置）
図１に示す画像形成装置は、電子写真方式の複写機（以下「画像形成装置」という。）１であって、コンピュータ（不図示）等から送られた画像信号に従って記録媒体である転写材（例えば紙）にトナー像を形成するものである。
【００１９】
画像形成装置１は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）２を備えている。感光ドラム２は、駆動手段（不図示）によって所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動され、その表面が一次帯電器（帯電手段）３によって所定の極性・電位に一様に帯電される。帯電後の感光ドラム２は、画像信号に基づいて発光する露光器（例えば、レーザ発振器）４によって露光され、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器（現像手段）５によってトナーが付着されトナー像として現像される。
【００２０】
一方、給紙カセット６には記録媒体である転写材Ｐが積載されて収納されており、転写材Ｐは、給送ローラ対７によって１枚ずつ分離給送され、レジストローラ対８によって斜行を矯正された後に、感光ドラム２上のトナー像とタイミングを合わせるようにして感光ドラム２と転写ローラ（転写手段）９との間の転写部に供給される。上述の現像器５等によって感光ドラム２表面に形成されたトナー像は、転写ローラ（転写手段）９によって転写材Ｐ上に転写される。トナー像転写後の転写材Ｐは、搬送ベルト１０によって定着器（定着手段）１１に送られ、ここで加熱・加圧されて表面にトナー像が定着され、その後、排出ローラ対１２によって画像形成装置本体の上面に排出される。一方、トナー像転写後の感光ドラム２は、表面に残った転写残トナーがクリーニング装置１３によって除去され、次の画像形成に供される。
【００２１】
本実施の形態で用いた感光ドラム２は、アルミニウム製の導電性の基体の外周面に、チタニルフタロシアニン顔料を用いた電荷発生層とビスフェノールＺ型ポリカーボネートをバインダーとする電荷輸送層とを塗布したＯＰＣ（有機光半導体）感光層を設けた感光体を用いた。これ以外には、例えば、Ａ−Ｓｉ感光体やＳｅ感光体を使用することもできる。
【００２２】
本実施の形態で用いたトナーは、コアにエステル系ワックスを内包し、樹脂層にスチレン−ブチルアクリレート、表層にスチレンポリエステルの構成からなる懸濁重合法によって形成したものである。
【００２３】
［実施例１］
本実施例で用いた粒度分布検知装置を設けた現像器の概略構成図を図２に、粒度分布検知装置２１の概略構成図を図３に示す。
【００２４】
図２のように、現像器内から適宜トナーを検出装置へ送る開閉弁２０を設け、粒度分布検知装置２１に少量トナーを供給できる構成となっている。
【００２５】
図３に示したように、粒度分布検知装置２１は、供給されたトナーを帯電する帯電部２２と帯電量を検知する電荷検知部２３とからなっており、トナーは帯電装置２２を通り電荷検出手段２３にまで達する。
【００２６】
トナー帯電手段２２はコロナ帯電器であり、通過したトナーを飽和するまで帯電する。コロナ帯電器のワイヤーには、ここでは−２ｋＶの電圧を印加してトナーを帯電したが、コロナ帯電器の放電量に対してトナーの電荷量が変化しないところまで帯電されている設定であればかまわない。飽和するまで帯電された粒子の帯電量は、トナーの表面積に比例する。
【００２７】
電荷検出手段２３は、コイルと電流測定器から構成されている。コイル中を荷電粒子が通過すると、粒子の電荷量に応じてコイルに電流が生じる。上記の通り、コロナ帯電器で帯電されたトナー粒子は、表面積に応じた電荷量をもっていることから、電荷検出手段２３で発生する電流量からトナーの粒子径が検知できる。
【００２８】
さらに、電荷検出手段２３で発生する電流は、通過した荷電粒子ごとにパルス状に発生することから、そのパルスの個数をカウントすることで、電荷検出手段のコイルを通過した粒子の個数が検出できる。
【００２９】
本実施例で用いたトナーの粒度分布を図４に、この粒度分布検知装置を用いて検出されたトナー粒径分布を図５に示す。
【００３０】
図４に示した粒度分布は、以下のように測定した。測定装置としてはコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を用い、個数平均分布、体積分布を出力するインターフェース（日科機製）およびＣＸ−１パーソナルコンピュータ（キヤノン製）を接続し、電解液は１級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製する。測定法としては前記電解水溶液１００〜１５０ｍｌ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ホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型により、アパチャーとして１００μｍアパチャーを用いて、着色剤含有樹脂粒子またはトナー粒子の体積、個数を測定して２〜４０μｍの体積分布と個数分布とを算出する。その結果を粒子径に対して個数平均分布のヒストグラムとして図４に示した。
【００３１】
これに対して、本実施例の粒度分布検知装置で検出した結果を、検出されるパルスのピーク電流値に対してパルスの回数をヒストグラムとして図５に示す。
【００３２】
本測定法は、トナー帯電量はトナー表面積に比例していることから、検出されるパルスのピーク電流値は粒径の２条に比例する。これを考慮すれば本粒度分布検知装置は、別測定方法で得られた粒子径分布と対応していることがわかる。
【００３３】
粒度分布の変化としては、検出ピーク値の個数平均値に対して、その平均値の５０％以下の個数Ｎ１と１５０％以上の個数Ｎ２を計算し、Ｎ１が増加してＮ２が減少した場合粒径が小さくなった、Ｎ１が減少してＮ２が増加した場合粒径が大きくなったと判断した。粒度分布として検出されていることから、用途に応じて他の算出方法でもかまわない。
【００３４】
［現像制御部］
現像手段５は、トナーを現像ローラー１４に均一に担持させて、感光ドラム２との電位差により電界で感光体に付着させている。そのために現像ローラー１４に現像バイアスを印加しているが、現像バイアスには一般的に交番電界を用いている。現像器５内部でトナーは摩擦帯電され、静電的に現像される。摩擦帯電であるので、一般にトナーの粒子径が小さいほど一個あたりの表面積の割合が大きくなるため、摩擦による帯電量が大きくなり、大きければその逆で帯電されにくくなる。そのため、交番電界を使用して現像ローラー１４から感光ドラム２へ送る方向の電界と感光ドラム２から現像ローラー１４に引き戻す電界を交互にかけつつ、感光ドラム２表面電位と現像ローラー１４の平均電位に電位差を設けることで、さまざまな電荷量を持つトナーを現像している。
【００３５】
その現像バイアスの周波数が高い場合、電界強度があがるため、比較的、帯電量が大きく、小さい粒径のトナーが現像されやすく、また、画像としては小さなサイズの画像（ドットや細線）の再現性がよくなる。しかしながら、電荷量の少ない大きいトナーは現像されにくく、また電界強度が高いため、現像器に引き戻す電界が強く、供給できるトナー量が少なくなり、画像の濃度が薄くなる傾向になる。
【００３６】
それに対して、現像バイアスの周波数が低い場合、比較的大きい粒子径のトナーが現像されやすく、像担持体と現像剤担持体との電位差によるトナー現像がしやすくなりトナーが像担持体へ供給されやすくなり、画像の濃度を出しやすい。しかしながら、電界強度が小さいため、小さいトナーは現像されにくく、また、交番電界による感光ドラム２からトナーを引き戻す効果が弱まり、トナーを現像しないべた白部へもわずかに現像されて画像がうっすらと汚れる。
【００３７】
さらに、現像バイアスの周波数が高いまま使用していると、現像器５内のトナー中における大きな粒子径のトナーの割合が大きくなり、帯電されにくいトナーが多くなるために、静電的に保持されている力が弱まり、現像器５からトナーが徐々に漏れ出す飛散現象が顕著になり、画像形成装置内部を汚すなどの問題にいたる。
【００３８】
したがって、前記粒度分布検知装置２１により、初期に現像器５に入れたトナーに対して粒度分布で大きめのトナーが増加した場合、現像バイアスの周波数を下げて大きめのトナーを消費する。逆に粒度分布において小さめのトナーが増加した場合、現像バイアスの周波数を上げて、小さめのトナーを消費するように制御することで、現像器５内のトナーの粒度分布を維持し、画像品位を落とすことなく長寿妙な画像形成が可能となる。
【００３９】
［実施例２］
上記トナー粒度分布検知手段２１において、トナー帯電手段によりトナーの帯電量を飽和するまで帯電しているが、トナー帯電手段２２で帯電させずにそのまま電荷量検知手段２３を通過させることで、元々トナーが現像器内で帯電していた帯電量が検知できる。
【００４０】
現像器５内で摩擦帯電によって生じるトナーの電荷量は小さいため、トナー粒子径を検知するようにトナー一つ一つの信号は非常に小さく正確な値は得られない。しかし、通過したトナーの電荷量の総量は、電荷検出手段２３の出力の総和を取ることで検知される。これに対して、どれだけの数のトナーが通過したかは弱いながらも荷電粒子の通過によって生じる電流パルスをカウントすることで計算できる。電荷総量をＱ（Ｃ）、トナー粒子の総量をＮ（個）とすれば、一個あたりの平均のトナー帯電量は、Ｑ／Ｎで計算できる。
【００４１】
上述の通り、現像バイアスと静電潜像担持体との電位差に応じてトナーは現像されるため、トナー帯電量に変化すると現像量が変化する。実施例１の構成において、上記のように検知する事で同様な構成で容易にトナーの平均帯電量を検知する事が可能であり、現像性能を良好に維持する為に利する。
【００４２】
［実施例３］
本実施例では、感光ドラム２のクリーニング装置１３としてブレードクリーニング方式を用いる。これは、ゴムブレードを感光ドラム２に対してカウンター方向に押し当てることで、感光ドラム２に残留した転写後のトナーを除去するものである。ブレードクリーニング方式において、トナーの粒径の小さいものが増加すると除去能力が低下する。
【００４３】
ブレードクリーニングによる除去能力はクリーニングブレードの押し当て力に依存するが、強く押し当てすぎると感光ドラム２が損傷するなどの問題が生じるため、必要最低限の押し当て力に設定される。
【００４４】
これに対して、実施例１で示した粒度分布検知装置を設け、クリーニングブレードの押し当て力を可変にする事で、小粒径のトナーが増加したときだけクリーニングブレードの押し当て力を増加させることで、感光ドラムの損傷が発生せずに、長期にわたって良好な画像を形成できるようになる。
【００４５】
本実施例で提案したように、トナー粒度分布に応じて変化する機能に関して、他の手段（例えば転写など）を制御してもかまわない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、現像器内の現像剤の劣化度合いを検知して、トナーの劣化がなく、高画質の画像を長期的に維持する事ができ、かつ粒径分布の変化に伴う画像形成時の課題にも対応が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】粒度分布検知装置を設けた現像装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】粒度分布検知装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】トナーの粒度分布を示す図である。
【図５】トナー粒径分布を示す図である。
【符号の説明】
１  画像形成装置（複写機）
２  像担持体（感光ドラム）
１４  現像ローラー
２０  開閉弁
２１  トナー粒度検知装置
２２  トナー帯電装置
２３  電荷検知手段
【図１】
2005010559.tif 000003
【図２】
2005010559.tif 000004
【図３】
2005010559.tif 000005
【図４】
2005010559.tif 000006
【図５】
2005010559.tif 000007