(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性１成分の現像剤を収容する現像剤収容室と、現像剤を担持する現像剤担持体および前記現像剤担持体上に前記現像剤の薄層を形成する層厚規制部材を収容する現像室とを備える現像器と、
静電潜像が形成される感光体とを備え、
前記層厚規制部材により前記現像剤担持体上に形成された前記現像剤の薄層を、静電潜像が形成される前記感光体に対向させることにより、可視像を形成するように構成された画像形成装置において、
前記現像器と前記感光体とが分離可能に設けられるとともに、
前記現像剤収容室と前記現像室とは、前記現像剤収容室に存在する現像剤と前記現像室に存在する現像剤とが相互に通過可能な開口部を介して連通されており、
前記現像剤収容室内に前記現像剤が少なくとも残存している状態において、前記現像剤が消費され得る限界を検知する現像剤残量検知手段を備え、
前記現像剤残量検知手段は、受光部と発光部とを備える光センサからなり、
前記現像剤担持体は、軸を有し、
前記現像剤収容室における前記軸が延びる方向に対向する両側壁には、１対の光通過窓が対向状に設けられており、
前記受光部および前記発光部は、前記１対の光通過窓の外側において、それぞれ光通過窓と対向するように配置され、かつ、前記現像室に存在可能な現像剤の体積に対して、前記受光部と前記発光部とに挟まれた前記現像剤収容室の部分より下部にあたる前記現像剤収容室の容積が、同じかそれより大きくなるような位置に設けられていることを特徴とする、画像形成装置。
【請求項２】
前記現像剤担持体と前記感光体とが、前記現像剤の薄層を介して互いに接触した状態で配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像剤が、重合性単量体を重合させることによって得られる重合トナーであることを特徴とする、請求項１または２に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、レーザプリンタなどの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非磁性１成分のトナーが使用されるレーザプリンタなどの画像形成装置には、一般に、トナーを収容するトナー収容室と、トナー収容室から供給されるトナーを担持する現像ローラと、現像ローラの側方に配設され、現像ローラ上にトナーの薄層を形成する層厚規制ブレードと、現像ローラに対向して配設され、静電潜像が形成される感光ドラムとが備えられている。
【０００３】
層厚規制ブレードは、現像ローラの表面に押し当てられており、トナー収容室から供給されるトナーは、この層厚規制ブレードと現像ローラとの間で擦られて、十分に帯電されながら、一定の厚さの薄層として現像ローラ上に担持される。一方、静電潜像は、感光ドラムの表面を帯電器により一様に帯電させた後、レーザ発光装置によって所定の画像データに基づくレーザビームをその表面上に高速走査により照射させることによって形成されている。そして、この静電潜像上に、帯電されたトナーが対向した時に選択的に転着することによって現像が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような非磁性１成分のトナーを現像する場合には、トナーの帯電のほとんどを、この層厚規制ブレードと現像ローラとの間における摩擦接触により行なうため、トナーを均一に帯電させるためには、層厚規制ブレードを現像ローラに強く押し当てて、トナーを強く擦る必要がある。一方、トナーは強く擦られると、そのトナーに外添されるシリカなどの外添剤がトナーの母粒子の中に埋まり込んでしまうため、流動性が低下したり、あるいは帯電性が低下するようになる。そのため、その後に現像に供されなかったトナーは、現像ローラにより再び現像に供されることとなるが、このような現像が繰り返されるに従って、トナー中における流動性あるいは帯電性の低下した劣化したトナーの占める割合が、トナーの消費とともにどんどん増加して、たとえば、流動性の不良に起因して、感光ドラム上にフィルミングが発生したり、あるいは、画像のがさつきを生じ、また、帯電性の不良に起因して、画像濃度が高くなって文字つぶれが発生したり、あるいは、逆極性トナーの発生によるカブリを生じるようになる。
【０００５】
本発明は、上記した不具合を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、現像が繰り返されることによって、トナー中に流動性や帯電性が低下した劣化したトナーの割合が増加しても、その増加に伴う種々の不具合の発生を未然に防止して、常に安定して画像を形成できるとともに、耐久性に優れる画像形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、非磁性１成分の現像剤を収容する現像剤収容室と、現像剤を担持する現像剤担持体および前記現像剤担持体上に前記現像剤の薄層を形成する層厚規制部材を収容する現像室とを備える現像器と、静電潜像が形成される感光体とを備え、前記層厚規制部材により前記現像剤担持体上に形成された前記現像剤の薄層を、静電潜像が形成される前記感光体に対向させることにより、可視像を形成するように構成された画像形成装置において、前記現像器と前記感光体とが分離可能に設けられるとともに、前記現像剤収容室と前記現像室とは、前記現像剤収容室に存在する現像剤と前記現像室に存在する現像剤とが相互に通過可能な開口部を介して連通されており、前記現像剤収容室内に前記現像剤が少なくとも残存している状態において、前記現像剤が消費され得る限界を検知する現像剤残量検知手段を備え、前記現像剤残量検知手段は、受光部と発光部とを備える光センサからなり、前記現像剤担持体は、軸を有し、前記現像剤収容室における前記軸が延びる方向に対向する両側壁には、１対の光通過窓が対向状に設けられており、前記受光部および前記発光部は、前記１対の光通過窓の外側において、それぞれ光通過窓と対向するように配置され、かつ、前記現像室に存在可能な現像剤の体積に対して、前記受光部と前記発光部とに挟まれた前記現像剤収容室の部分より下部にあたる前記現像剤収容室の容積が、同じかそれより大きくなるような位置に設けられていることを特徴としている。
【０００７】
このような構成によると、現像剤は、層厚規制部材により現像剤担持体上に薄層として形成される時に擦られて、流動性や帯電性が低下するようになり、このような現像が繰り返されるに従って、現像剤中における流動性あるいは帯電性の低下した劣化した現像剤の占める割合が、その現像剤の消費とともにどんどん増加するようになるが、現像剤残量検知手段は、現像器内に現像剤が少なくとも残存している状態において、現像剤が消費され得る限界を検知する。
また、現像剤収容室に存在する現像剤と現像室に存在する現像剤とが開口部を介して互い行き来することが可能となり、現像剤残量検知手段は、現像剤収容室において現像剤が少なくとも残存している状態、すなわち、現像剤収容室に存在する現像剤と現像室に存在する現像剤とが互い行き来することが可能である間に、現像剤が消費され得る限界を検知する。
さらに、現像剤収容室に収容される現像剤が、現像室に存在する現像剤と同量かそれよりも多い時点で、現像剤が消費され得る限界が光センサにより検知される。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記現像剤担持体と前記感光体とが、前記現像剤の薄層を介して互いに接触した状態で配設されていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によると、層厚規制部材により現像剤担持体上に形成された現像剤の薄層が、静電潜像に接触することにより可視像が形成される。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記現像剤が、重合性単量体を重合させることによって得られる重合トナーであることを特徴としている。
【００１１】
現像剤が、重合性単量体を重合させることによって得られる重合トナーであると、粉砕トナーに比べて、粒子径が均一で真球に近いため流動性が極めて良好となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の画像形成装置としてのレーザプリンタの一実施形態を示す要部側断面図である。図１において、レーザプリンタ１は、本体ケーシング２内に、用紙３を供給するためのフィーダユニット４や、供給された用紙３に所定の画像を形成するための画像形成ユニット５などを備えている。
【００１３】
フィーダユニット４は、本体ケーシング２内の底部に、着脱自在に装着される給紙トレイ１００と、給紙トレイ１００内に設けられた用紙押圧板６と、給紙トレイ１００の一端側端部の上方に設けられる給紙ローラ７および給紙パット８と、給紙ローラ７に対し用紙３の搬送方向の下流側に設けられるレジストローラ９とを備えている。
【００１４】
用紙押圧板６は、用紙３を積層状にスタック可能とされ、給紙ローラ７に対して遠い方の端部が揺動可能に支持されるとともに、近い方の端部が上下方向に回動可能とされており、また、その裏側から図示しないばねによって上方向に付勢されている。そのため、用紙押圧板６は、用紙３の積層量が増えるに従って、給紙ローラ７に対して遠い方の端部を支点として、ばねの付勢力に抗して下向きに回動される。給紙ローラ７および給紙パット８は、互いに対向状に配設され、給紙パット８の裏側に配設されるばね１０によって、給紙パット８が給紙ローラ７に向かって押圧されている。用紙押圧板６上の最上位にある用紙３は、用紙押圧板６の裏側から図示しないばねによって給紙ローラ７に向かって押圧され、その給紙ローラ７の回転によって給紙ローラ７と給紙パット８とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。レジストローラ９は、駆動側および従動側の２つのローラから構成されており、給紙ローラ７から送られてくる用紙３を、所定のレジスト後に、画像形成ユニット５に送るようにしている。
【００１５】
画像形成ユニット５は、スキャナユニット１１、現像ユニット１２、定着ユニット１３などを備えている。
【００１６】
スキャナユニット１１は、本体ケーシング２内の上部に設けられ、レーザ発光部（図示せず。）、回転駆動されるポリゴンミラー１４、レンズ１５および１６、反射鏡１７、１８および１９などを備えており、レーザ発光部からの発光される所定の画像データに基づくレーザビームを、鎖線で示すように、ポリゴンミラー１４、レンズ１５、反射鏡１７および１８、レンズ１６、反射鏡１９の順に通過あるいは反射させて、後述する現像ユニット１２の感光ドラム２１の表面上に高速走査にて照射させている。
【００１７】
図２は、現像ユニット１２を拡大して示す側断面図である。次に、図２に基づいて現像ユニット１２を説明する。図２において、現像ユニット１２は、スキャナユニット１１の下方に配設され、本体ケーシング２に対して着脱自在に装着されるドラムカートリッジ２０内に、感光体としての感光ドラム２１、現像器としての現像カートリッジ３６、スコロトロン型帯電器２５、転写ローラ２６などを備えている。現像カートリッジ３６は、ドラムカートリッジ２０に対して着脱自在に装着されており、これによって現像カートリッジ３６は、感光ドラム２１などと分離可能とされている。
【００１８】
現像カートリッジ３６内は、現像剤担持体としての現像ローラ２２、層厚規制部材としての層厚規制ブレード２３および供給ローラ２４が収容される現像室５１と、トナーが収容される現像剤収容室としてのトナー収容室２７とに区画形成されている。現像室５１とトナー収容室２７との間は、上側仕切り壁５３と下側仕切り壁５４とによって仕切られており、この上側仕切り壁５３と下側仕切り壁５４との間には、幅方向に延びる略矩形状の開口部５２が形成されている。この開口部５２は、トナー収容室２７に存在するトナーと現像室５１に存在するトナーとが相互に通過できるように開口されており、これによって、トナー収容室２７に存在するトナーと現像室５１に存在するトナーとがこの開口部５２を介して互い行き来することができるようにされている。
【００１９】
トナー収容室２７内には、現像剤として、電気絶縁性を有する正帯電性の非磁性１成分のトナーが収容されている。正帯電性のトナーを使用すれば、正帯電された感光ドラム２１上に現像することができる。すなわち、負帯電性のトナーを使用した場合には、感光ドラム２１を負帯電させる必要があるが、たとえば、スコロトロン型帯電器２５を使用して非接触の状態で感光ドラム２１を負に帯電させようとすると、多量にオゾンが発生してしまったり、また、これを防止するために、導電性のローラやブラシなどを使用して接触させた状態で帯電させると、感光ドラム２１上に帯電むらが生じてしまうことがある。一方、感光ドラム２１を正帯電させる場合には、スコロトロン型帯電器２５を使用して非接触の状態で帯電させても、オゾンの発生が極めて少なく、しかも帯電むらなく一様に帯電させることができる。したがって、正帯電性のトナーを使用することによって、オゾンの発生が少なく、むらのない現像を達成することができる。
【００２０】
また、このトナーは、重合性単量体、たとえば、スチレンなどのスチレン系単量体や、アクリル酸、アルキル（Ｃ１〜Ｃ４）アクリレート、アルキル（Ｃ１〜Ｃ４）メタアクリレートなどのアクリル系単量体を、懸濁重合などの公知の重合方法によって共重合させることにより得られるスチレン−アクリル系の球状の樹脂に、カーボンブラックなどの着色剤、ニグロシンなどの荷電制御剤、ワックスなどを添加してなる粒子径が約６〜１０μｍ程度のトナー母粒子を主成分とし、これに、シリカなどの外添剤が添加されてなる重合トナーが使用されている。このような重合トナーは、粉砕トナーに比べて、粒子径が均一で真球に近いため、流動性が極めて良好である。また、このトナーは、シリカなどの外添剤を外添することで、流動性および帯電安定性を向上させている。なお、本実施形態において、外添されるシリカは、ＢＥＴ比表面積が２００のものと、ＢＥＴ比表面積が５０のものとの２種類が併用されており、これによって、ＢＥＴ比表面積２００の小さな粒子のシリカによってトナーの流動性を高めながら、ＢＥＴ比表面積５０の大きな粒子のシリカによって、その小さな粒子のシリカの母粒子への埋まり込みを防止するようにしている。
【００２１】
そして、トナー収容室２７内のトナーは、トナー収容室２７の中心に設けられる回転軸２８に支持されるアジテータ２９により攪拌されて、開口部５２を介して現像室５１に放出される。
【００２２】
現像室５１には、開口部５２に近い側に、供給ローラ２４が矢印方向（反時計方向）に回転可能に配設されており、また、この供給ローラ２４に対向して、現像ローラ２２が矢印方向（反時計方向）に回転可能に配設されている。そして、これら供給ローラ２４と現像ローラ２２とは、そのそれぞれがある程度圧縮するような状態で互いに当接されている。
【００２３】
供給ローラ２４は、金属製のローラ軸に、導電性の発泡材料からなるローラが被覆されている。また、現像ローラ２２は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されている。より具体的には、現像ローラ２２のローラ部分は、カーボン微粒子などを含む導電性のウレタンゴムまたはシリコーンゴムからなるローラ本体の表面に、フッ素が含有されているウレタンゴムまたはシリコーンゴムのコート層が被覆されている。このように、現像ローラ２２の表面に、負帯電性のフッ素が含有されているウレタンゴムまたはシリコーンゴムのコート層を被覆することにより、その表面に担持されるトナーの正帯電性を向上させることができる。なお、現像ローラ２２には、感光ドラム２１との間に電位差が生じるようなバイアスが印加されており、その軸芯から表面までの抵抗値が、約１０4〜１０8Ωとなるように構成されている。
【００２４】
また、現像ローラ２２の近傍には、層厚規制ブレード２３が配設されている。この層厚規制ブレード２３は、金属の板ばね材からなるブレード本体３７と、ブレード本体３７の先端部に設けられ、絶縁性のシリコーンゴムからなる接触部としての半円形状の押圧部３８とを備えており、ブレード本体３７における押圧部３８と反対側の端部が、現像ローラ２２の近くにおいて現像カートリッジ３６に支持されるとともに、押圧部３８がブレード本体３７の弾性力によって現像ローラ２２上に圧接されるように構成されている。
【００２５】
そして、開口部５２から現像室５１に放出されるトナーは、供給ローラ２４の回転により、現像ローラ２２に供給され、この時、供給ローラ２４と現像ローラ２２との間で正に摩擦帯電され、さらに、現像ローラ２２上に供給されたトナーは、現像ローラ２２の回転に伴って、層厚規制ブレード２３の押圧部３８と現像ローラ２２との間に進入し、ここで、この層厚規制ブレード２３の押圧部３８と現像ローラ２２との間で擦られて、十分に摩擦帯電され、一定厚さの薄層として現像ローラ２２上に担持される。なお、層厚規制ブレード２３の押圧部３８と現像ローラ２２との間で擦られたトナーは、そのトナーに外添されるシリカなどの外添剤がトナーの母粒子の中に埋まり込んでしまい、流動性が低下したり、あるいは帯電性が低下するようになる。また、現像ローラ２２に担持されたトナーの一部は現像に供されるが、その他は、そのまま現像に供されることなく、再び現像室５１内に戻ることとなる。
【００２６】
一方、感光ドラム２１は、現像ローラ２２の側方位置において、現像ローラ２２に対向状に接触する状態で矢印方向（時計方向）に回転可能に配設されている。この感光ドラム２１は、ドラム本体が接地されるとともに、その表面が、ポリカーボネートを主成分とする有機感光体などの正帯電性の材料により形成されている。また、スコロトロン型帯電器２５は、感光ドラム２１の上方に、所定の間隔を隔てて配設されている。このスコロトロン型帯電器２５は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型の帯電器であり、感光ドラム２１の表面を一様に正帯電させることができるように構成されている。
【００２７】
そして、感光ドラム２１の表面は、スコロトロン型帯電器２５により一様に正帯電された後、スキャナユニット１１からのレーザービームの高速走査により露光され、所定の画像データに基づく静電潜像が形成される。そして、現像ローラ２２の回転により、現像ローラ２２上に担持されかつ正帯電されているトナーが、感光ドラム２１に対向して接触する時に、感光ドラム２１の表面上に形成される静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光ドラム２１の表面のうち、レーザービームによって露光され電位が下がっている部分に、選択的に転着することによって可視像化され、これによって現像（反転現像）が達成される。なお、この時、現像ローラ２２上に担持されかつ正帯電されているトナーが、感光ドラム２１に対向して接触することにより可視像が形成されるので、静電潜像上に確実かつ正確な可視像を形成することができる。
【００２８】
感光ドラム２１の下方には、この感光ドラム２１に対向する転写ローラ２６が、矢印方向（反時計方向）に回転可能に配設されている。転写ローラ２６は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、所定の転写バイアスが印加されている。そのため、感光ドラム２１上に現像されたトナーは、用紙３が感光ドラム２１と転写ローラ２６との間を通る間に用紙３に転写される。
【００２９】
定着ユニット１３は、図１に示すように、現像ユニット１２の側方下流側に配設され、加熱ローラ３２、加熱ローラ３２に押圧される押圧ローラ３１、および、これら加熱ローラ３２および押圧ローラ３１の下流側に設けられる１対の搬送ローラ３３を備えている。加熱ローラ３２は、金属製で加熱のためのハロゲンランプを備えており、現像ユニット１２において用紙３上に転写されたトナーを、用紙３が加熱ローラ３２と押圧ローラ３１との間を通過する間に熱定着させ、その後、その用紙３を搬送ローラ３３によって、１対の排紙ローラ３４に搬送するようにしている。１対の排紙ローラ３４に送られた用紙３は、その排紙ローラ３４によって排紙トレイ３５上に排紙される。
【００３０】
なお、このレーザプリンタ１では、可視像が転写された後に感光ドラム２１上に残存するトナーを、いわゆるクリーナレス方式によって回収するようにしている。すなわち、クリーナレス方式では、可視像が転写された後に感光ドラム２１上に残存するトナーは、まず、感光ドラム２１の回転によりスコロトロン型帯電器２５と対向させて、このスコロトロン型帯電器２５により一様に正帯電させた後、次いで、感光ドラム２１の回転により現像ローラ２２と対向させて、現像ローラ２２に印加されるバイアスよって、現像ローラ２２により回収される。
【００３１】
このようなクリーナレス方式の回収によると、感光ドラム２１上に残存するトナー、つまり、層厚規制ブレード２３の押圧部３８と現像ローラ２２との間で擦られて、流動性が低下したり、あるいは帯電性が低下した劣化したトナーが再び、現像室５１内に戻ることとなる。
【００３２】
そのため、このようなレーザプリンタ１では、画像形成動作が繰り返されるに従って、現像室５１内においては、劣化したトナー（上記したように、層厚規制ブレード２３の押圧部３８と現像ローラ２２との間で擦られた後現像に供されないトナーや、クリーナレス方式によって現像室５１内に戻されたトナー）の占める割合が、そのトナーの消費とともにどんどん増加するようになり、たとえば、流動性の不良に起因して、感光ドラム２１上にフィルミングが発生したり、あるいは、画像のがさつきを生じ、また、帯電性の不良に起因して、画像濃度が高くなって文字つぶれが発生したり、あるいは、逆極性トナーの発生によるカブリを生じるおそれを生じる。
【００３３】
そこで、本実施形態では、以上の構成において、現像カートリッジ３６内にトナーが少なくとも残存している状態において、トナーが消費され得る限界、つまりトナーエンプティを検知する現像剤残量検知手段としてのトナーエンプティセンサ５５が設けられている。このトナーエンプティセンサ５５は、トナーが少なくともトナー収容室２７に残存しており、現像室５１に残存するトナーの量に対するトナー収容室２７に残存するトナーの量が同じかそれより多い状態において、トナーエンプティが検知されるように構成されている。
【００３４】
すなわち、このトナーエンプティセンサ５５は、発光素子を備えた発光部６０と受光素子を備えた受光部６１とを備える光センサから構成されており、図２および図３に示すように、発光部６０および受光部６１は、現像カートリッジ３６のトナー収容室２７における両側壁５６および５７に対向状に設けられる１対の光透過窓５８および５９の外側において、これら光透過窓５８および５９とそれぞれ対向するようにして配設されている。
【００３５】
光透過窓５８および５９は、トナー収容室２７の両側壁５６および５７に設けられており、クリーナ３９の回転によってその表面を拭き取ることができるように構成されている。また、この光透過窓５８および５９は、現像室５１において存在可能なトナーの体積（図２において、現像室５１において存在可能なトナーの体積を仮想線６２で示し、その体積と同等のトナー収容室２７の容積を仮想線６３で示している。）に対して、その容積が同じかそれより大きくなるような位置に設けられている。このような位置は、現像室５１およびトナー収容室２７の容積によって適宜決定される。
【００３６】
そして、発光部６０および受光部６１は、このような位置に設けられる１対の光透過窓５８および５９にそれぞれ対向するようにして、本体ケース２の図示しないフレームに支持されている。これによって、エンプティセンサ５５は、現像室５１に残存するトナーの量に対するトナー収容室２７に残存するトナーの量が、同じかそれより多い状態において、トナーエンプティを検知することができる。
【００３７】
このトナーエンプティセンサ５５は、図３にその制御系を示すように、トナー収容室２７のトナー量が多い間は、発光部６０から発せられた光はトナー収容室２７のトナーによって遮られるため、受光部６１において受光されることはない。そのため受光に基づく受光部６１の出力は得られない。しかし、トナー収容室２７のトナー量が減少した場合には、アジテータ２９によってトナー収容室２７内のトナーが攪拌される毎に、発光部６０から発せられた光は受光部６１に到達するため、受光部６１からは、その受光量に応じた出力が得られる。たとえば、この受光部６１の出力はパルス信号の形態で得ることができ、トナー量が少ないほどパルス幅が広がるように設定される。このような受光部６１の出力は、図３に示す制御手段としての制御部６５におけるＩ／Ｏ６６を介して、ＣＰＵ６７により監視されている。ＣＰＵ６７にはプログラムが記憶されたＲＯＭ６８およびデータの格納などに用いられるＲＡＭ６９が接続されており、ＣＰＵ６７はＲＯＭ６８に記憶されたプログラムに従って、Ｉ／Ｏ６６を介して受光部６１の出力であるパルス信号の幅を計測してＲＡＭ６９に格納し、この格納したパルス幅の値が所定のしきい値を超えたか否かの判定を行なう。そして、パルス幅の値が所定のしきい値を超えたと判定した時には、ＣＰＵ６７からＩ／Ｏ６６を介してトナーエンプティの検知が出力され、表示パネル７０において現像カートリッジ３６の交換を促す表示がなされる。
【００３８】
このようなトナーエンプティセンサ５５を設けることによって、画像形成動作が繰り返されるに従って現像カートリッジ３６内においてトナー中における劣化したトナーの占める割合が、そのトナーの消費とともにどんどん増加しても、現像カートリッジ３６内にトナーが残存している状態において、トナーエンプティが検知されるため、トナーがなくなるまで消費される場合に比べて、劣化したトナーの占める割合が少ないトナーで現像されている時点で、新しいトナーに交換することができる。
【００３９】
すなわち、消費される直前に残存するトナーは、劣化したトナー（上記したように、層厚規制ブレード２３の押圧部３８と現像ローラ２２との間で擦られた後現像に供されないトナーや、クリーナレス方式によって現像室５１内に戻されたトナー）の占める割合がかなり高く、そのようなトナーによって現像されると、感光ドラム２１上にフィルミングが発生するなどの上記した種々の不具合を生じるが、現像カートリッジ３６内にトナーが残存している時点で、新しいトナーに交換すれば、少なくとも、消費される直前に残存するトナーにより現像されることはなく、上記したような種々の不具合を発生させることなく、常に安定して画像を形成することができるとともに、装置の耐久性を向上させることができる。
【００４０】
とりわけ、本実施形態においては、現像カートリッジ３６と感光ドラム２１とが分離可能に設けられているので、トナーエンプティセンサ５５の検知によって、現像カートリッジ３６内にトナーが残存している状態、つまり、劣化したトナーの割合が未だ少ないトナーで現像されている時点で、現像カートリッジ３６のみを新しいものに交換するようにすれば、劣化したトナーに起因する不具合を感光ドラム２１にあまり与えることがなく、そのまま感光ドラム２１の使用を続けることができる。したがって、感光ドラム２１の寿命を延ばすことができ、廃棄部品の減少を図りつつ、ランニングコストの大幅な低減を図ることができる。
【００４１】
しかも、本実施形態においては、現像室５１とトナー収容室２７との間に開口される開口部５２によって、トナー収容室２７に存在するトナーと現像室５１に存在するトナーとが互い行き来できるようにされており、かつ、そのような状態において、トナーエンプティセンサ５５が、トナー収容室２７にトナーが残存している状態においてトナーエンプティを検知している。
【００４２】
すなわち、まず、開口部５２を介して、トナー収容室２７に存在するトナーと現像室５１に存在するトナーとが互い行き来できるようにされているため、トナー収容室２７にある未使用のトナーが現像室５１に移動できるのみならず、現像室５１において劣化したトナーがトナー収容室２７に移動することができる。そのため、劣化したトナーが現像室５１に滞留することを防止でき、劣化したトナーが何度も層厚規制ブレード２３の押圧部３８と現像ローラ２２とにより擦られて急激に劣化することを有効に防止することができるとともに、現像室５１における劣化したトナーの占める割合の増加を減らすことができる。
【００４３】
また、このようにして、トナー収容室２７に存在するトナーと現像室５１に存在するトナーとが互い行き来することが可能な状態においても、トナーの消費に伴って、現像室５１に存在するトナーがトナー収容室２７に戻るだけの量がないような状態、言い換えると、トナー収容室２７にトナーが残存しない状態となると、上記したように、トナーは現像室５１のみで滞留し急激な劣化を生じる。そのため、トナーエンプティセンサ５５は、トナー収容室２７においてトナーが残存している状態、すなわち、トナー収容室２７に存在するトナーと現像室５１に存在するトナーとが互い行き来することが可能である間に、トナーエンプティを検知して、トナーが現像室５１のみで滞留することを未然に防止し、常に安定した画像の形成が行なえるようにするとともに、装置の耐久性を向上させるようにしている。加えて、本実施形態では、流動性が極めて良好な重合トナーを使用しているので、現像ローラ２２と供給ローラ２４との回転に伴い、現像室５１内のトナーに循環流が生じ、その結果、トナー収容室２７に存在するトナーと現像室５１に存在するトナーとの行き来をより円滑に行なって、トナーが現像室５１のみで滞留することをより一層防止している。
【００４４】
しかも、エンプティセンサ５５はトナー収容室２７に設けられ、その受光部６０および発光部６１は、現像室５１に存在可能なトナーの体積に対して、検知可能なトナー収容室２７内のトナーの体積が同じかそれより大きくなるような位置に設けられているので、トナー収容室２７に収容されるトナーの量に対する現像室５１に存在するトナーの量が、同じかそれより多い時点で、トナーエンプティが検知される。そのため、より一層、劣化したトナーの割合が少ないトナーで現像されている時点で、新しいトナーに交換することができ、より一層、安定して画像を形成することができるとともに、装置の耐久性を向上させることができる。また、本実施形態では、発光部６０および受光部６１を、トナー収容室２７において対向状に配置して、現像室５１に存在可能なトナーの体積に対して、トナー収容室２７における容積が同じかそれより大きくなるような位置に、そのそれぞれを設けるのみの構成により検知しているので、構成の簡易化によるコストの低減化が図られている。
【００４５】
なお、本実施形態では、現像ローラ２２と感光ドラム２１とを接触させた状態で対向配置しているので、感光ドラム２１上に劣化したトナーに起因するフィルミングが発生しやすいが、上記のようなトナーエンプティセンサ５５の検知によって、劣化したトナーの割合が未だ少ないトナーで現像されている時点で、現像カートリッジ３６のみを新しいものに交換することができるので、そのようなフィルミングの発生を有効に防止しつつ、感光ドラム２１をより長く使用することができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、トナーエンプティセンサ５５の受光部６０および発光部６１を、トナー現像室２７における、現像室５１に存在可能なトナーの体積に対して同じかそれより大きい容積となるような位置に設けるようにしたが、その位置は、現像カートリッジ３６内に少なくともにトナーが残存している状態において検知できる位置であれば、特に限定されず、たとえば、現像室５１に設けてもよく、また、トナー現像室２７における上記の位置以外の位置に設けてもよい。また、本実施形態においては、現像剤残量検知手段として、受光部６０および発光部６１からなる光センサを用いたが、たとえば、アジテータ２９の回転の抵抗を検知するようにしてもよく、また、トナーと接触可能な所定の位置に電極を設けて、抵抗値を検知するなどの方法によってもよい。さらに、本実施形態においては、検知した後に表示パネル７０において現像カートリッジ３６の交換を促す表示をするようにしたが、たとえば、検知後に装置を停止するようにしてもよく、また、外部のパーソナルコンピュータに検知信号を送信して、そのパーソナルコンピュータにおいて、表示、停止などの所定の処理を行なうようにしてもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、正帯電性のトナーを使用したが、負帯電性のトナーを使用してもよく、また、重合トナーの代わりに粉砕トナーを使用してもよい。
【００４８】
【実験例】
以下に実験例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら以下の実験例に限定されるものではない。
１）画像形成装置画像形成装置として下記の構成を備えるレーザプリンタを用いた。
【００４９】
なお、基本的な構成は上記したレーザプリンタ１と同様である。
【００５０】
現像カートリッジ：ドラムカートリッジと別々に交換可能現像ローラ：導電性ウレタンゴムローラにフッ素系の表面コート層が形成されたもの供給ローラ：導電性の発泡ウレタンゴム層厚規制ブレード：板ばねに直径３．５ｍｍの半円柱形状のシリコーンゴムを一体成形したものトナー：非磁性１成分トナーであり、懸濁重合により得られたスチレン−アクリル共重合体の球状の樹脂に、荷電制御剤としてニグロシン、着色剤としてカーボン、その他ワックスなどが添加され、外添剤として、ＢＥＴ比表面積が２００および５０のシリカがそれぞれ外添されているもの。
【００５１】
ただし、シリカは、シリコーンオイル、シランカップリング剤などの周知の表面処理がなされている。
【００５２】
印字条件：印字速度２０ｐｐｍ（感光ドラムの周速度として１０ｃｍ／秒）において、印字面積率４％の全面印字で毎分２枚の間欠印字とした。
２）評価まず、評価に先立って、上記の印字条件において、１０００枚あたりのトナーの消費量が２５ｇであること、および、トナー収容室のトナーがなくなった時のトナーカートリッジ内のトナー残量が約３０ｇであることを確認した。
【００５３】
現像カートリッジに１２５ｇ（５０００枚相当）と、これに加えて、表１に示す残したいトナー残量の分のトナーを入れて、上記の印字条件において、５０００枚印字の耐久試験を行なった。５０００枚の印字を終了した時点で、現像カートリッジのみを交換（感光ドラムはそのまま）して、全面１ドット２スペースのジップパターンの印字を行ない、感光ドラムのフィルミングの有無について評価した。感光ドラムのフィルミングの無いものについては、そのまま再び５０００枚印字の耐久試験を続け、フィルミングが発生するまで、その耐久試験を繰り返した。その結果を表１に示す。なお、感光ドラムのフィルミングの有無は、ジップパターンに縦筋状の濃度むらが発生するか否かにより判定した。
【００５４】
【表１】
0004085507.tif 000002
【００５５】
表１より明らかなように、現像カートリッジを、その中にトナーが残った状態で交換することにより、感光ドラムの寿命を延ばせることがわかる。すなわち、トナーを最後まで使い切ると（トナー残量０の状態）、感光ドラムと現像カートリッジの寿命が同じとなり、別々のカートリッジにする意味があまりなく、トナー残量が多いほど、感光ドラムの寿命が延びていることがわかる。とりわけ、現像カートリッジ内において、トナーが６０ｇ残存している場合には４００００枚までフィルミングの発生がなく、このことより、現像室の残存トナーと同じかそれ以上にトナー収容室の残存トナーがあるうちに、トナーカートリッジを交換するようにすれば、感光ドラムの寿命を大幅に延ばせることがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１の発明によれば、現像が繰り返されるに従って、現像剤中における流動性あるいは帯電性の低下した劣化した現像剤の占める割合が、その現像剤の消費とともにどんどん増加するようになるが、現像剤残量検知手段は、現像器内に現像剤が少なくとも残存している状態において、現像剤が消費され得る限界を検知する。そのため、現像剤がなくなるまで消費される場合に比べて、劣化した現像剤の占める割合が少ない現像剤で現像されている時点で、新しい現像剤に交換することができる。したがって、常に安定して画像を形成することができるとともに、装置の耐久性を向上させることができる。
【００５７】
すなわち、消費される直前に残存する現像剤は、劣化した現像剤の占める割合がかなり高く、そのような現像剤によって現像されることにより、感光体上にフィルミングが発生したり、あるいは、画像のがさつきを生じたり、また、画像濃度が高くなって文字つぶれが発生したり、あるいは、逆極性トナーの発生によるカブリを生じる、というような種々の不具合を生じるが、現像器内に現像剤が少なくとも残存している時点で、新しい現像剤に交換すれば、少なくとも、消費される直前に残存する現像剤により現像されることはなく、上記したような種々の不具合を発生させることなく、常に安定して画像を形成することができるとともに、装置の耐久性を向上させることができる。
【００５８】
とりわけ、本発明においては、現像器と感光体とが分離可能に設けられているので、現像剤残量検知手段の検知によって、現像器内に現像剤が少なくとも残存している状態、つまり、劣化した現像剤の割合が未だ少ない現像剤で現像されている時点で、現像器のみを新しいものに交換するようにすれば、劣化した現像剤に起因する不具合を感光体にあまり与えることがなく、そのまま感光体の使用を続けることができる。したがって、感光体の寿命を延ばすことができ、廃棄部品の減少を図りつつ、ランニングコストの大幅な低減を図ることができる。
また、現像剤収容室に存在する現像剤と現像室に存在する現像剤とが開口部を介して互い行き来することが可能であるため、現像剤収容室にある未使用の現像剤が現像室に移動できるのみならず、現像室において層厚規制部材および現像剤担持体により擦られて劣化した現像剤が現像剤収容室に移動することができる。そのため、劣化した現像剤が現像室に滞留することを防止でき、劣化した現像剤が何度も層厚規制部材および現像剤担持体により擦られて急激に劣化することを有効に防止することができるとともに、現像室における劣化した現像剤の占める割合の増加を減らして、常に安定した画像の形成を達成することができる。
また、このようにして、現像剤収容室に存在する現像剤と現像室に存在する現像剤とが互い行き来することが可能な状態においても、現像剤の消費に伴って、現像室に存在する現像剤が現像剤収容室に戻るだけの量がないような状態、言い換えると、現像剤収容室に現像剤が残存しない状態となると、上記したように、現像剤は現像室のみで滞留し急激な劣化を生じる。そのため、現像剤残量検知手段が、現像剤収容室において現像剤が少なくとも残存している状態、すなわち、現像剤収容室に存在する現像剤と現像室に存在する現像剤とが互い行き来することが可能である間に、現像剤が消費され得る限界を検知するようにすれば、現像剤が現像室のみで滞留することを未然に防止でき、その結果、常に安定して画像を形成することができるとともに、装置の耐久性を向上させることができる。
さらにまた、現像剤収容室に収容される現像剤が、現像室に存在する現像剤と同量かそれよりも多い時点で、現像剤が消費され得る限界が光センサにより検知されるので、より一層、劣化した現像剤の割合が少ない現像剤で現像されている時点で、新しい現像剤に交換することができ、より一層、安定して画像を形成することができるとともに、装置の耐久性を向上させることができる。
しかも、光センサの発光部および受光部を、現像剤収容室に収容される現像剤を挟んで対向状に配置して、現像室に存在可能な現像剤の体積に対して、現像剤収容室の容積が同じかそれより大きくなるような位置にそのそれぞれを設けるのみの構成により検知できるので、構成の簡易化によるコストの低減化を図ることができる。
【００５９】
請求項２に記載の発明によれば、層厚規制部材により現像剤担持体上に形成された現像剤の薄層が、静電潜像に接触することにより可視像が形成されるので、静電潜像上に確実かつ正確な可視像を形成することができる。
【００６０】
しかも、このような構成では、現像剤担持体と感光体とが接触しているので、感光体上に劣化した現像剤に起因するフィルミングが発生しやすいが、本発明においては、劣化した現像剤の割合が未だ少ない現像剤で現像されている時点で、現像器のみを新しいものに交換することができるので、そのようなフィルミングの発生を有効に防止しつつ、感光体をより長く使用することができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明によれば、流動性が極めて良好な重合トナーを使用することで、現像剤収容室に存在する現像剤と現像室に存在する現像剤との行き来をより円滑に行なうことができ、現像剤が現像室のみで滞留することをより一層防止することができる。
【００６２】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の現像装置を備える、レーザプリンタの一実施形態を示す要部側断面図である。
【図２】  現像ユニットを拡大して示す側断面図である。
【図３】  トナーエンプティセンサの概略構成および制御系を示す説明図である。
【符号の説明】
１    レーザプリンタ
２１  感光ドラム
２２  現像ローラ
２３  層厚規制ブレード
３８  押圧部
２７  トナー収容室
３６  現像カートリッジ
５１  現像室
５２  開口部
【図１】
0004085507.tif 000003
【図２】
0004085507.tif 000004
【図３】
0004085507.tif 000005