(57)【要約】【課題】トナー消費モードを実行する画像形成装置において、現像長手の中心位置と端部位置でトナー付着量を検知し、よい精度で現像剤汲み上げ量の低下を検出し、紙粉混入による不具合に対する余裕度を向上することを目的とする。【解決手段】回収トナーのリサイクル中にトナーリサイクル経路と、トナー以外の混入物を除去するためのトナー破棄経路への切り換えが可能なシャッター機構を具備したトナーリサイクル手段を有し、別に設定したトナー破棄設定時に現像手段内で搬送中のトナー全部を排出するモードを実行する手段を有する画像形成装置において、像担持体上に形成した基準濃度パッチとして形成されたトナー像のトナー付着量を、現像長手の中心位置と端部位置で検知し、当該検知トナー濃度に基づいて回収トナーのリサイクルと破棄の切り換えを制御する現像手段を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回収トナーのリサイクル中にトナーリサイクル経路と、トナー以外の混入物を除去するためのトナー破棄経路への切り換えが可能なシャッター機構を具備したトナーリサイクル手段を有し、別に設定したトナー破棄設定時に現像手段内で搬送中のトナー全部を排出するモードを実行する手段を有する画像形成装置において、像担持体上に形成した基準濃度パッチとして形成されたトナー像のトナー付着量を、現像長手の中心位置と端部位置で検知し、当該検知トナー濃度に基づいて回収トナーのリサイクルと破棄の切り換えを制御する現像手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像手段の長手端部の基準濃度パッチの幅が中央部の基準濃度パッチの幅より狭いことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像手段の長手端部の現像剤量規制部材の現像剤保持表面形状は、前記現像手段の長手端部が中央部の現像剤保持表面形状より現像剤を多く保持できる表面形状であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像手段の長手端部における現像剤量規制部材の先端部の角Rを、中央部の現像剤量規制部材の角Rより大きくすることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像手段の長手端部における現像量規制部材の先端部の前記角Rが0.5mm以上であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像手段の長手端部の現像剤を現像領域に搬送する搬送部材の表面形状が、現像手段長手端部と中央部での現像剤に対する固着力が前記現像手段長手端部の方が大きいことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記現像手段の長手端部の現像剤を現像領域に搬送する搬送部材の表面粗さが中央部よりも粗いことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記現像手段の現像剤を現像領域に搬送する搬送部材の現像手段長手方向に対して水平に溝を有する現像装置を適用した画像形成装置において、現像装置長手端部における溝の深さを中央部より浅くすることを特徴とする請求項６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、電子写真式画像形成装置の回収トナーのリサイクル機構に関し、特に回収トナーのリサイクルとトナー破棄の切り替え制御を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トナー強制消費モードの条件として潜像電位と現像バイアスの電位差を所定の値以下にすることで選択的に小粒径または微粉トナーを消費し、トナー強制消費モードの際には、トナーリサイクル装置の切り換え手段を回収トナー破棄に設定し、リサイクルトナーの品質劣化を防ぐ画像形成装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、このトナー強制消費モードを用いて現像装置内の紙粉を一掃しようとした場合、紙粉の塊は現像装置内の不動現像剤近傍に多く存在するため、現像装置内の紙粉を一掃することは困難である。
【０００３】
また、トナーの帯電不足による画像不具合を回避するために画像形成装置の電源on直後もしくは長期放置から一定時間の後に、回収トナーのリサイクル量を規制する画像形成装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、この画像形成装置では、高速複写機等の一日に大量の画像を出力する画像形成装置では、本件の課題である紙紛混入による画像ヌケを防ぐことは困難である。
【０００４】
さらに、現像装置内のトナー濃度制御のために、基準濃度トナー像（以下、「基準濃度パッチ」という）を作成する画像形成装置は広く知られている。
基準濃度パッチを検出する濃度検出機構が検知できる領域を可変にし、任意の作像領域で基準濃度パッチを作成し、その領域でのトナー付着量を知ることができる画像形成装置が提案されている（例えば特許文献３参照）。
また、強制的に地肌汚れが発生する条件を作り出し、像担持体表面上のトナー付着量を検知し、その結果に基づいて回収トナーのリサイクル量を制御する画像形成装置が提案されている（例えば特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００５−９１３９５号公報
【特許文献２】特開２００３−２９５７２８号公報
【特許文献３】特開平１１−２４３８３号公報
【特許文献４】特開２００４−４５８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年複写機に用いられる転写紙には環境面、コスト面から、比較的紙紛量が多いとされる転写紙（再生紙、不純物を多量に含む転写紙など）が適用されることが多々ある。転写残トナーの多くには紙粉が含まれており、リサイクルされたトナーは紙紛を核にして凝集しやすくなる。そのため、トナーリサイクル可能な画像形成装置では、使用する環境、トナー、紙種による程度差はあれ、経時で紙紛を核とした凝集トナーが現像剤規制部材（現像領域に一定量の現像剤を供給するための部材）に付着し、現像剤汲み上げ量（感光体−現像スリーブニップを通過する現像剤量）不足を招き、結果として画像ヌケ、トナー飛散などの不具合が発生する。また、ある一定の期間トナーリサイクルした後、トナー搬送経路およびホッパ内のトナーが一巡する間の回収トナーを破棄すると、経時により発生する上記問題をある程度防止できることは知られている。しかしながら、すべての紙に対して同一のトナーリサイクル制御を適用することは、比較的紙紛が少ない転写紙を用いるユーザーにとっては、必要以上に（リサイクル）トナーを破棄するため不利益である。紙紛量を何らかの手段で定量化できれば、きめ細かな制御が可能であるが、紙紛自身に周囲のほこり等が吸着するため、真の紙紛量を定量化することは難しい。
【０００６】
また、現像装置内の紙粉は不動現像剤近傍に多く存在するために、回収トナーのリサイクル制御のみでは、完全に除去しにくい。不動現像剤近傍の紙粉を除去するには、トナー強制消費モードなどによってトナー濃度を通常より下げ、現像剤の流動性を良くして、現像装置内に残存する紙粉をトナーと共に現像装置から排出されやすくする必要がある。
【０００７】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、トナー搬送経路およびホッパー内のトナーが一巡する間（または一巡以上）回収トナーを破棄するよう制御されたトナーリサイクル装置を用い、リサイクルトナー破棄設定時に、所定のタイミングで現像装置内のトナーを消費するモードを実行する画像形成装置において、現像長手の中心位置と端部位置でトナー付着量を検知して、精度よく現像剤汲み上げ量の低下を検出し、紙粉混入による不具合に対する余裕度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回収トナーのリサイクル中にトナーリサイクル経路と、トナー以外の混入物を除去するためのトナー破棄経路への切り換えが可能なシャッター機構を具備したトナーリサイクル手段を有し、別に設定したトナー破棄設定時に現像手段内で搬送中のトナー全部を排出するモードを実行する手段を有する画像形成装置において、像担持体上に形成した基準濃度パッチとして形成されたトナー像のトナー付着量を、現像長手の中心位置と端部位置で検知し、当該検知トナー濃度に基づいて回収トナーのリサイクルと破棄の切り換えを制御する現像手段を有する画像形成装置を特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記現像手段の長手端部の基準濃度パッチの幅が中央部の基準濃度パッチの幅より狭い請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記現像手段の長手端部の現像剤量規制部材の現像剤保持表面形状は、前記現像手段の長手端部が中央部の現像剤保持表面形状より現像剤を多く保持できる表面形状である請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、前記現像手段の長手端部における現像剤量規制部材の先端部の角Rを、中央部の現像剤量規制部材の角Rより大きくする請求項３記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記現像手段の長手端部における現像量規制部材の先端部の前記角Rが0.5mm以上であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、前記現像手段の長手端部の現像剤を現像領域に搬送する搬送部材の表面形状が現像手段長手端部と中央部での現像剤に対する固着力が前記現像手段長手端部の方が大きい請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、前記現像手段の長手端部の現像剤を現像領域に搬送する搬送部材の表面粗さが中央部よりも粗い請求項６記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、前記現像手段の現像剤を現像領域に搬送する搬送部材の現像手段長手方向に対して水平に溝を有する現像装置を適用した画像形成装置において、現像装置長手端部における溝の深さを中央部より浅くする請求項６記載の画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回収トナーのリサイクル中にトナーリサイクル経路と、トナー以外の混入物を除去するためのトナー破棄経路への切り換えが可能なシャッター機構を具備したトナーリサイクル手段を有し、別に設定したトナー破棄設定時に現像手段内で搬送中のトナー全部を排出するモードを実行する手段を有する画像形成装置において、像担持体上に形成した基準濃度パッチとして形成されたトナー像のトナー付着量を、現像長手の中心位置と端部位置で検知し、当該検知トナー濃度に基づいて回収トナーのリサイクルと破棄の切り換えを制御する現像手段を有することを特徴とする画像形成装置により、現像長手の中心位置と端部位置でトナー付着量を検知することで、よい精度で現像剤汲み上げ量の低下を検出し、紙粉混入による不具合に対する余裕度を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の画像形成装置の第１実施形態の構成を図１に示す。コンタクトガラス1上に載置された原稿は原稿上の画像が読取られた後に多数の画素に分解され、その各画素の濃度に対応して照射されたレーザー光2は、スコロトロンチャージャ3等によって一様に帯電された感光体ドラム4上に潜像を形成する。感光体の線速は例えば500mm/secと高速であり、現像スリーブ線速と感光体線速の比（現像スリーブ線速/感光体線速）は1.9である。
感光体ドラム4上に形成された潜像は、現像装置5（ここでは二成分現像方式）によって現像される。現像は、ドクターにより規制された量の現像剤を、固定磁石と回転稼働するアルミ製現像スリーブよりなる現像ローラによって、感光体−現像スリーブニップまで搬送し、以下の条件で潜像にトナーを静電気力によって付着させることで行われる。
【実施例１】
【００１８】
例えば潜像は、画像飽和濃度部の電位(VL)は100V、画像白部の電位(VD)は970Vであり、画像部の現像バイアスは530Vである。現像バイアスは現像バイアスパワーパック（図示しない）によって、現像スリーブに印加される。
【００１９】
また本実施例では、トナーにはレジンがポリエステルであり、CCAが4級アンモニウム塩であり、着色粒子としてカーボンブラックを使用し、外添剤として疎水性シリカ0.7%、酸化チタン0.3%よりなる平均粒径9.5μmの粉砕トナーを使用している。トナーの流出開始温度は105℃（非常に低融点のトナー）である。流出開始点は島津製高架式フローテスターを用いて測定した。測定条件は、[ダイ径：1.0mm、荷重：20.0kg、昇温速度：6.0deg/min ]でおこなった。キャリアはマグネタイト芯材のコーティングキャリアを使用し、トナーのq/m（単位重量当りの電荷量）は20〜35μC/gであり、トナーとキャリアの混合比は2〜4重量%である。
【００２０】
本実施例では、所定の印刷枚数毎に基準濃度パッチ潜像がレーザー光によって書き込まれ、パッチの現像バイアスが印加され、所定の現像ポテンシャル(本実施例では280V)で基準濃度トナー像（以下濃度パッチという）が現像される。濃度パッチの反射濃度を反射濃度センサによって検知し、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中のトナー7が補給される。濃度パッチは、反射濃度センサによって、その反射濃度(Vsp)が検知される。地肌濃度(Vsg0)は１ジョブ間のドラム起動時(現像起動前)にドラム上にまったくトナーが付着していない状態で検知される。濃度パッチの反射濃度のセンサ出力(Vsp)と地肌の反射濃度(Vsg0)の比から、透磁率センサの目標値Vrefが決定される。透磁率センサは現像剤の透磁率を検知する(Vt：現像剤のトナー濃度が低いほどVtは大きくなる)。Vref−Vt≦0のときトナー補給を行い、Vref−Vtの絶対値（｜Vref−Vt｜）が大きいほど、すなわち、Vref−Vtの負の値が大きくなるほど、トナー補給量も大きくする。また、Vref−Vt＞0のときには(トナー濃度は十分高いと考え)トナー補給は行わない。
【００２１】
転写ベルト9はバイアスローラ10によって帯電され、静電気力で感光体ドラム4上に形成されたトナー像は転写ベルト9に搬送された転写紙11に転写される。転写した残りの転写残トナーはクリーニングブレード12によって掻き落とされ、搬送スクリュー13によって直接ホッパー6に搬送される。ホッパー6に図示しないトナーボトルからの新トナーが送られ、ホッパー6内で搬送スクリューから搬送されてきたリサイクルトナーと混合される。トナーリサイクル機構（以下「リサイクル機構」という）は、クリーニングブレード12、搬送スクリュー13およびシャッター機構14で構成される。
【００２２】
図２にトナーリサイクル装置のシャッター機構14（ソレノイド電源ON状態）を示す。図２に示すように、本発明の画像形成装置に使用されるシャッター機構１４は、排トナー回収受部１４１と、シャッター１４２と、ソレノイド１４３と、回収口１４４とを有して構成される。すなわち、シャッター機構は、リサイクル搬送経路に排トナーを回収するための回収口１４４があり、回収口１４４に沿ってシャッター１４２が位置する。シャッター１４２はソレノイド１４３によってリサイクル搬送経路に沿って図２のＡとＢに示すように、スライドする。図２のＡに示すように、ソレノイド１４３の電源をONにすると、回収口１４４はシャッター１４２によって遮断され、回収トナーはそのまま搬送スクリュー13を介して、現像機へとリサイクルされる。
また同図のＢに示すように、ソレノイド１４３の電源をOFFにすると、回収口１４４は開放され、回収トナーは排トナー回収経路15を介して排トナーとして回収される。この構成を採用すれば、ソレノイド電源がOFFの場合、常にシャッター機構位置が回収トナー廃棄側にある。したがって、回収トナーを破棄している間に電源のON、OFFしても、回収トナーがリサイクル経路に供給されることもなく、トナー核や紙粉の一掃を可能にする。
【００２３】
図３にトナー強制消費モードのフローチャートを示す。本実施例では、基準濃度パッチの検知値が所定の値（たとえばVsp=1.0）以上になるまでトナー消費パターンを作成する。Vsp=1.0以上になったところで、基準濃度パッチ（基準濃度トナー像）の検知値が所定の値（Vsp=0.3）以下になるまで、一定時間トナー補給の動作を実行し、現像装置内のトナーの入れ替えを行う。トナー強制消費モードは、トナーリサイクル機構の設定が回収トナーリサイクルになり、所定の印刷枚数（例えば5kp＝５０００枚）に達した時に作動する。
【実施例２】
【００２４】
本実施例２においては、反射濃度センサを現像長手方向2箇所以上で濃度パッチ（基準濃度トナー像）を検知し、検知値の差（ΔVsp）を現像剤汲み上げ量の低下具合の代用特性値とする。本実施例では、ΔVsp値が0.1以上となった場合、トナーリサイクル装置を回収トナー破棄側に設定（トナーを廃棄）し、0.1未満であった場合には回収トナーをリサイクル側に設定（トナーをリサイクル）することとした。
【００２５】
図４に現像長手中心位置と現像長手端部位置のΔVsp値に基づいてトナーリサイクル装置の制御を行った場合の、画像不具合（黒ベタ画像中の白ヌケの発生）を確認した結果を示す。評価は画像を目視して行い、最良がランク５で最悪がランク１とする。トナーリサイクル装置の制御を行わない場合、100kp以上（１0万枚）の印刷時で許容レベル（ランク3.5）を下回ってしまうが、リサイクル装置を制御すると、250kp以上の長期にわたり許容レベルを十分に満足することができる。本実施例２では、リサイクル制御のスレッショルドΔVsp値を0.13と設定した。さらに、紙紛詰まり余裕度が最も少ない端部の現像剤規制幅を狭くして現像剤汲み上げ量を減少させて、紙紛詰まりによる現像剤汲み上げ量不足に対する感度を上げることができる。
【実施例３】
【００２６】
図５に装置長手両端部のみにサンドブラスト処理を施したドクターを用いた現像装置の断面図を示す。現像剤はパドル21から現像スリーブ19に受け渡され、ドクター20によって現像剤の量を一定量に規制し、そこを通過した現像剤が現像領域へと搬送される。本実施例では、両端部の表面粗さRzは10程度である。ドクター２０の表面を粗くすると、通過する現像剤の流れによどみが生ずる。その結果、端部の現像剤が動きにくくなり、ドクター２０に紙紛などの異物が付着しやすい状態となる。この現像装置を本実施例に適用し、白ヌケ画像の確認を行った結果を図６に示す。ドクター２０の装置長手両端部にサンドブラスト処理を施した場合では、250kpの長期にわたってランク4.5以上を維持する。この結果から、ドクターの装置長手両端部にサンドブラスト処理を施すと、早期に紙紛詰まりによる白ヌケ画像を検出して、回収トナーを破棄設定にして未然に画像全体への不具合を防ぐことが分かる。
【実施例４】
【００２７】
図７に装置長手両端部のドクター先端の角Rを中央部より大きくしたドクターの拡大図を示す。本実施例４では、ドクター先端の角Rを、装置長手中央部では0.3mm、両端部は0.5mmとした。ドクター先端の角度のRを大きくすると、ドクター近傍の現像剤の流れに淀みが生じて紙紛などの異物がドクターに付着しやすくなる。このドクターを本実施例に適用し、白ヌケ画像の確認を行った結果を図８に示す。装置長手両端部のドクター先端の角Rを中央より大きくした場合、250kpの長期にわたって白ヌケ画像がほとんど発生しない。この結果から、装置長手両端部のドクター先端の角Rを中央より大きくすると、早期に紙紛詰まりによる白ヌケ画像を検出して回収トナーを破棄設定にして未然に画像全体への不具合を防いでいることが分かる。
【実施例５】
【００２８】
図９にドクター先端の角度Rと白ヌケNG（ランク3.5未満）発生枚数の関係を示す。このドクターの装置長手全域で同一の角Rとして、回収トナーを全てリサイクルする設定にして印刷を行った。この結果から、少なくともドクター先端の角R部分を0.5mm以上とすることで、早期に白ヌケ画像を確認出来ることが分かる。
【実施例６】
【００２９】
ステンレス製現像スリーブを準備し、現像長手両端部を除いて表面にTiN（チッ化チタン）コートを施した。TiNコートを施した表面はトナーが固着しにくい。本実施例６では現像スリーブを用いて通紙実験を行い、白ヌケ画像の確認を行った結果を図１０に示す。この結果から、現像スリーブ長手中央部と端部とで表面物性を変えてドクタ紙紛固着による白ヌケを早期に検出し、画像全体への拡大を防ぐことが可能になった。これは、現像スリーブ両端部にTiNコートを施さなかった場合、その部分へのトナーの固着が進行してスリーブ表面の現像剤搬送能力が低下して、白ヌケ画像の早期検出が可能になったことに起因すると考える。
【実施例７】
【００３０】
アルミ製現像スリーブ表面に、現像長手端部にサンドブラスト加工を施した場合の白ヌケ画像の確認を行った結果を図１１に示す。本実施例７では、中央部の表面粗さは、Ra=0.4、Ry=3、Rz=2、両端部では、Ra=5、Ry=30、Rz=20である。白ヌケ画像の進行が早くなっているが、スリーブ表面全面が同一である場合に比べ白ヌケ画像に対して優位である。これは、表面粗さが粗いほうが、トナーが表面の凹凸に付着しやすく、その結果、現像スリーブ上にトナーが固着して現像剤搬送能力が低下していき、両端部での白ヌケ画像検出感度が向上したと考えられる。
【実施例８】
【００３１】
図１２〜図１３に、アルミ製現像スリーブ表面に現像長手方向に対して水平に溝をｄの深さに掘ったものを示す。本実施例８では現像長手中央部の溝の深さを0.3mmとし、両端部の溝の深さを0.15とした。現像スリーブの溝が深いほど現像スリーブ表面の現像剤搬送能力の向上が期待できる。この現像スリーブを用いて白ヌケ画像の確認を行った結果を図１４に示す。全面同一の溝深さにより、白ヌケ画像に対して余裕度の向上が見られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のトナーリサイクル装置を装備する画像形成装置の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明のトナーリサイクル装置のシャッター機構の模式図であり、（Ａ）はシャッターが閉じた状態を示し、（Ｂ）はシャッターが開いた状態を示す図である。
【図３】本発明のトナーリサイクル装置のトナー強制消費モードにおけるフローチャートである。
【図４】本発明のトナーリサイクル装置のリサイクル制御による画像不具合の発生結果を示す説明図である。
【図５】本発明のトナーリサイクル装置の装置長手両端部のみにサンドブラスト処理を施したドクターの断面図である。
【図６】本発明の現像装置を適用し白ヌケ画像の確認を行った結果を示す説明図である。
【図７】本発明のトナーリサイクル装置の装置長手両端部のドクター先端の角Rを中央部より大きくした拡大断面図である。
【図８】本発明のトナーリサイクル装置のドクターを本実施例に適用して白ヌケ画像の確認を行った結果を示す図である。
【図９】本発明のトナーリサイクル装置のドクター先端の角Rと白ヌケNG発生枚数との関係を示す図である。
【図１０】本発明のトナーリサイクル装置のTiNコートを施した現像スリーブを用いて通紙実験を行い白ヌケ画像の確認を行った結果を示す図である。
【図１１】本発明のトナーリサイクル装置の現像長手方向表面に溝を形成した現像スリーブを用いた通紙実験での白ヌケ評価を示す図である。
【図１２】本発明のトナーリサイクル装置の現像スリーブ表面に溝を形成した斜視図である。
【図１３】本発明のトナーリサイクル装置の現像スリーブに溝を形成した現像スリーブの断面図である。
【図１４】本発明のトナーリサイクル装置の溝形成現像スリーブを使用した白抜け評価の図である。
【符号の説明】
【００３３】
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    感光体ドラム
５    現像装置
６    トナーホッパー
７    トナー
９    転写ベルト
１１    転写紙
１２    クリーニングブレード
１３    搬送スクリュー
１４    シャッター機構
１４２    シャッター
１４３    ソレノイド
１４４    回収口
１９    現像スリーブ
２０    ドクター
２１    パドル
２２    パドル短部
２３    パドル中央部
２４    スリーブ溝
【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】
2007232788.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007232788.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2007232788.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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