JP2005195705A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】補給現像剤にキヤリアを有し、現像剤寿命をアップした画像形成装置において、連続ジョブや画像比率が高い場合でも、現像器からのキヤリア排出不足を防止し、高画像比率画像においても、連続ジョブにおける生産性ダウンを低減することのできる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像器1に設けられた循環経路に沿って現像剤を循環させる循環手段を作動させて排出口10、11、12から余剰現像剤を排出する工程を、現像剤補給量の累積値に基づいて実行する。
【選択図】図10
【解決手段】現像器1に設けられた循環経路に沿って現像剤を循環させる循環手段を作動させて排出口10、11、12から余剰現像剤を排出する工程を、現像剤補給量の累積値に基づいて実行する。
【選択図】図10
Description
本発明は、電子写真方式を用いた複写機やレーザービームプリンタなどの画像形成装置に関するものである。
従来、電子写真方式を用いてカラー画像を形成する画像形成装置においては、一般に、複数色のトナー像を像担持体としての電子写真感光体(例えば、感光体ドラム)上に順次形成し、この複数色のトナー像を記録用紙などの転写媒体上に順次或いは一括して重ね合わせる手法が用いられている。このような有彩色の画像形成を行う画像形成装置において、例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアンといった各色用の現像器を回転体に装着し、この回転体を回転させることにより必要な現像器を順次感光体に対向する現像位置へ移動させて現像動作を行う、所謂、回転現像方式が提案され、実用化されている。
また、感光体ドラム及び現像器を4つ並列に並べて、中間転写体若しくは転写体上の記録材(転写紙)に順次感光体ドラム上のトナー像を転写する画像形成装置が提案され、実用化されている。
カラー画像形成装置を、一例として、図20を参照して説明する。本例のカラー画像形成装置は、回転現像方式を採用している。
本例にて、カラー画像形成装置は、回転自在に感光体ドラム28が設けられ、感光体ドラム28に対向して回転現像装置50Aが配置される。回転現像装置50Aは、回転体18を備え、回転体18には、複数の現像器1、即ち、本例では、ブラック用現像器1K、イエロー用現像器1Y、マゼンタ用現像器1M、シアン用現像器1Cが搭載される。回転体18は、図示しないモータにより自在に回転可能である。
感光体ドラム28上にブラックのトナー像を形成する時は、感光体ドラム28と対向する現像位置でブラック用現像器1Kにより現像を行い、同様にイエローのトナー像を形成する時は、回転体18を90°回転して、現像位置にイエロー用現像器1Yを配置させ、現像を行う。マゼンタ、シアンのトナー像形成も同様にして行う。
ここで、各現像器1(1K、1Y、1M、1C)は同じ構成とされる。図21に、現像器1の構成を示す。現像器1は、現像剤を収容する現像容器2を備えている。また、現像容器2には、現像剤を担持し、感光体ドラム28へと搬送する現像剤担持体としての現像スリーブ3が取り付けられている。現像容器2には、現像剤カートリッジ(トナーボトル)5より補給用現像剤が供給され、スクリュー2a、2bで攪拌され、現像スリーブ3へと現像剤を供給する。現像剤を担持した現像スリーブ3は、感光体ドラム28上に形成された静電潜像を可視像化、即ち、現像を行う。
次に、フルカラー画像形成モード時の装置全体の動作について説明する。
以下の説明にて、現像器1とは、ブラック用現像器1K、イエロー用現像器1Y、マゼンタ用現像器1M及びシアン用現像器1Cの総称である。
図20において、一次帯電器21によって帯電された感光体ドラム28表面をレーザーなどの露光装置22によって露光することで感光体ドラム28上に静電潜像を形成し、この静電潜像を所望の色の現像剤を収容する現像器1(1K、1Y、1M、1C)によって、感光体ドラム28上に可視像(トナー像)を形成する。このトナー像は、転写ローラとされる第1転写帯電器23aによる第1転写バイアスによって、中間転写体24上に転写される。
フルカラーの画像形成を行う場合、先ず、ブラック用現像器1Kにより感光体ドラム28上にブラックのトナー像を形成し、中間転写体24上にブラックのトナー像を一次転写する。次に、回転体18を90°だけ回転させてイエロー現像器1Yを現像位置に配置する。一方、感光体ドラム28上にイエローのトナー像を形成し、先程の中間転写体24上のブラックのトナー像上にイエローのトナー像を一次転写し、重ね合わせる。この動作をマゼンタ用現像器1M、シアン用現像器1Cにおいても順次行い、中間転写体24上に所望のフルカラー画像を形成する。
その後、第2転写帯電器23bによる第2転写バイアスによって、中間転写体24上のフルカラー画像を一括して転写紙搬送ベルト25上の、記録材としての転写紙27上に二次転写する。
本例にて、転写紙搬送ベルト25は、第二転写帯電器23bとされるローラと、他のローラ23cとの間に巻回されて転写紙27を搬送する。転写紙27は、転写紙搬送ベルト25から剥離され、定着装置26によって加圧/加熱され、永久画像を得る。また、一次転写後に感光体ドラム28上に残った残トナーは、第一クリーナー29aにより除去され、さらに、二次転写後に中間転写体24上に残った残トナーは、第二クリーナー29bにより除去され、次の画像形成に備える。
カラー画像形成を行う画像形成装置においては、主に非磁性トナーと磁性キャリアとを混合して2成分現像剤として使用する、所謂、2成分現像方式が広く利用されている。
2成分現像方式は、現在提案されている他の現像方式と比較して、画質の安定性、装置の耐久性などの長所を備えている。一方、2成分現像方式は、長期の耐久による現像剤の劣化、特にキャリアの劣化が不可避であるため、画像形成装置の長期使用に伴い現像剤の交換という作業が必要となり、サービスコストやランニングコストの増大をもたらしていた。
この問題に対する解決策がいくつか提案されている。特に、回転現像方式において、回転体18の回転運動に伴う重力作用方向の変化を利用して現像器1へ2成分現像剤を補給し、且つ、現像器1から2成分現像剤を排出する、所謂、トリクル現像方式が実用化されている。
例えば、特許文献1は、本願添付の図22に示すように、感光体ドラム28と対向する現像位置(現像部)P1において、現像動作によって消費した分のトナーを含む現像剤を現像器1に補給すると共に、現像器1内の過剰な現像剤を回転体18の回転による重力の作用方向の変化を利用して、排出口11、排出管12、取り入れ口10を介して現像剤カートリッジ5に排出する構成の回転式現像装置50Bを開示している。
つまり、斯かる回転式現像装置50Bでは、回転体特有の動きを利用して、現像剤の補給及び排出を行うため、構造がシンプルであり、画像形成装置の大型化やコストの高騰を引き起こすことなくキャリアの帯電能低下を防いでいる。
一方、特許文献2は、本願添付の図23に示す構成の回転現像装置50Cを開示する。即ち、回転現像装置50Cは、現像器1が感光体ドラム28と対向する現像位置P1において、現像器1から排出した現像剤を一時的に貯溜部13で貯溜し、回転体18の回転による重力の作用方向の変化を利用して回転体18の中心の円筒軸18aへ搬送し、円筒軸18a内の現像剤搬送部材18bにより、円筒軸18aの軸端に設けられた現像剤排出容器内で最終的に排出する構成とされる。
この現像装置50Cは、劣化した現像剤を回転体18の軸端に設けた排出容器内へ排出し、新しい現像剤と徐々に入れ替えていくことで、現像剤全体としての特性を安定させている。そのために、現像剤交換が不要となりメンテナンス性が向上し、加えて、現像位置において現像器内の余剰現像剤を現像器外の貯溜部へ排出する構成であるので、現像剤の排出動作のために画像生産性が低下することは無い。
つまり、斯かる現像装置50Cは、上記特許文献1において提案される回転式現像装置50Bと同様に回転体特有の動きを利用して現像剤の排出を行なっている。このため、同様に、画像形成装置の大型化を引き起こすことなくキャリアの帯電能低下を防いでいる。加えて、この現像装置50Cによれば、単色の画像形成が連続する場合においても、現像動作を停止することなく現像位置において現像器内の余剰現像剤を現像器外の貯溜部へ排出する構成としているため、画像生産性の低下を抑えて、現像器内の現像剤量を許容値内に維持している。
また、感光体ドラムを4つ並列に並べた画像形成装置においても、回転式現像装置における重力作用は用いないものの基本原理は同様で、現像器内で一定の現像剤高さより高くなった分の現像剤が溢れ出てキヤリアを排出している。
しかしながら、画像比率が高い画像を連続してとった場合、補給現像剤中のキヤリアが短時間に多量に現像器に入るため、現像器内の現像剤量は急激に多くなり、現像剤撹拌部材及び現像剤担持体である現像スリーブが回わりずらくなる。
従来、このようなトルクアップが原因で現像器が作動しなくなる現象が生じていた。この課題は、固定現像器の場合、回転現像器の場合において、共通の課題であった。
一方、キヤリア排出時間を増やしてしまうと、1ジョブ(job)中に生じるダウンタイムが増え、ユーザーにとって使いづらいものとなっていた。
また、キヤリア排出動作時に現像スリーブ回転による現像不要なトナーを消費したり、別な弊害として排出動作中の感光体クリーニングブレードと感光体ドラムの間に空回転によるトルクアップが生じて、結果として感光体クリーニングブレードめくれ、欠けが生じていた。
特開平9−218575号公報
特開平10−142888号公報
本発明の目的は、補給現像剤にキヤリアを有し、現像剤寿命をアップした画像形成装置において、連続ジョブや画像比率が高い場合でも、現像器からのキヤリア排出不足を防止し、高画像比率画像においても、連続ジョブにおける生産性ダウンを低減することのできる画像形成装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、キヤリア排出時において無駄なトナーを消費することなく、排出動作中の感光体のクリーニングブレードめくれ、欠け、及び、中間転写体のクリーニングブレードのめくれを防止した画像形成装置を提供することである。
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、現像剤を担持、搬送する現像剤担持体を有し、像担持体上に形成された静電潜像をトナー及びキヤリアを含む現像剤にて現像する現像器と、前記現像器に設けられた循環経路に沿って現像剤を循環させる循環手段と、前記現像器へキヤリアを有する補給現像剤を補給する補給手段と、前記現像器の循環経路に設けられた現像剤補給に伴う余剰現像剤の排出を許容する排出口と、を有する画像形成装置において、
前記循環手段を作動させて前記排出口から余剰現像剤を排出する工程を、現像剤補給量の累積値に基づいて実行する実行手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
前記循環手段を作動させて前記排出口から余剰現像剤を排出する工程を、現像剤補給量の累積値に基づいて実行する実行手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
本発明の一実施態様によると、前記累積値は、1ジョブにおける上述の累積量として、所定値に到達した場合、画像形成動作を中断し、余剰現像剤排出工程を実行し、実行後、累積値を0にする。
本発明の他の実施態様によると、前記累積値は、複数ジョブにおける累積量として、所定値に到達した場合、画像形成動作を中断して、或いは、画像形成後回転時に、余剰現像剤排出工程を実行する。
本発明の他の実施態様によると、それぞれ異なる色の現像剤を収容した複数の現像器を回転体に搭載し、前記回転体を色毎に回転することにより、像担持体上に形成された静電潜像を現像し、前記余剰現像剤排出工程は、前記現像剤担持体の回転と、前記回転体の回転を複数回繰り返して行う。
本発明の他の実施態様によると、前記累積値は、複数ジョブにおける累積量として、所定値に到達した場合、画像形成動作を中断して、或いは、画像形成後回転時に、余剰現像剤排出工程を実行し、その際に現像剤担持体に対向する静電潜像担持体の回転を停止する。
本発明の他の実施態様によると、前記現像器内の余剰現像剤排出工程を実行中の前記現像剤担持体の回転時に現像バイアスの交流成分は印加せず、直流成分は印加しないか或いは0Vを印加する。
本発明の他の実施態様によると、前記現像剤の累積値は、静電潜像を形成するための画像情報信号の濃度信号のビデオカウント数、現像剤供給制御手段の駆動時間、又は、現像剤補給回数の累積値である。
本発明によれば、補給現像剤にキヤリアを有し、現像剤寿命をアップした画像形成装置において、連続ジョブや画像比率が高い場合でも、現像器からのキヤリア排出不足を防止し、高画像比率画像においても、連続ジョブにおける生産性ダウンを低減することができる。また、本発明によれば、キヤリア排出時において無駄なトナーを消費することなく、排出動作中の感光体ブレードめくれ、欠け、中間転写体のクリーニングブレードのめくれを防止することができる。
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
実施例1
2成分現像方式を採用した画像形成装置においては、長期の使用による現像剤の劣化は、キャリア表面にトナーが固着する、所謂、トナースペントと、トナーから離脱した外添剤がキャリア表面に付着する、所謂、外添剤付着の2つが大きな原因である。このトナースペント及び外添剤付着が起こると、キャリア本来の表面積が減少するため、トナーを帯電可能なキャリア表面積が減少し、トナーの帯電量が低下する。そのため、画像濃度アップ、画像白地部へのトナーかぶり、トナー飛散による画像形成装置内汚染などの問題が発生する。
2成分現像方式を採用した画像形成装置においては、長期の使用による現像剤の劣化は、キャリア表面にトナーが固着する、所謂、トナースペントと、トナーから離脱した外添剤がキャリア表面に付着する、所謂、外添剤付着の2つが大きな原因である。このトナースペント及び外添剤付着が起こると、キャリア本来の表面積が減少するため、トナーを帯電可能なキャリア表面積が減少し、トナーの帯電量が低下する。そのため、画像濃度アップ、画像白地部へのトナーかぶり、トナー飛散による画像形成装置内汚染などの問題が発生する。
従って、本発明の画像形成装置では、この様な問題の発生を防止するために、補給現像剤中にキヤリアを混入させる方式を採用する。
本実施例のポイントは、このようにキヤリアを補給剤として用いる場合、画像比率が高くなると現像剤中の現像剤量が急激に増える点にある。これを表したのが、図5である。
補給剤におけるキャリアの重量比率を20%とし、A4で画像比率100%を1枚とるとトナーを500mg使うとすると、キヤリアは125mg現像器に入ることになる。
図6に現像器内の現像剤量と現像剤担持体である現像スリーブの回転トルクを示す。標準な現像器内の現像剤重量は250gとすると、現像剤量がある一定値(この場合300g)を越えると急激にトルクが高くなることがわかる。こうなると、しまいには現像スリーブが回らなくなってしまう。これは、現像器内が現像剤で一杯になり、現像剤が動く空間がなくなることによって生じる。
本発明では、画像比率が高くても、1ジョブ(job)(「一つの印刷命令によって行われる画像形成動作」をいう。)における生産性を高くすると共に、このような弊害がない現像装置を備えた画像形成装置を提供する。そのために、所定現像剤補給ごとの画像形成終了直前、又は、画像形成中に、現像器内のキヤリアを排出するモードを有する。
本実施例では使用頻度が高く、現像器寿命が50万枚と長い、ブラック現像器1Kのみに、キヤリアを有する現像剤を補給する現像システムにした。
図1は、本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示す。生産性としては白黒35枚/分、カラー8枚/分の1ドラム系のフルカラー複写機である。
先ず、図1を参照して、回転現像方式を用いた本実施例の画像形成装置100の全体構成について説明する。
本実施例にて、画像形成装置100は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム28を、図中矢印方向R1に回転可能に有する。感光体ドラム28の周囲には、感光体ドラム28を一様に帯電する帯電手段としての一次帯電器21、帯電された感光体ドラム28の表面を画像情報に従って露光し感光体ドラム28に静電潜像を形成する露光手段22、感光体ドラム28に形成された静電潜像を複数色の現像器1によって現像する現像手段である回転式現像装置50、感光体ドラム28に形成されたトナー像を中間転写体である中間転写ベルト24に転写する第1の転写手段としての第1転写帯電器23a、トナー像の転写後の感光体ドラム28の表面に残留した転写残トナーなどを除去する第1クリーナー29aなどが備えられている。
回転現像装置50は、複数の現像器1、即ち、本実施例では、ブラック用現像器1K、イエロー用現像器1Y、マゼンタ用現像器1M、シアン用現像器1Cを、現像装置保持手段である回転体18に支持している。回転体18の回転軸18aはモータ、ギア機構などの駆動手段(図示せず)により自在に回転可能である。例えば、感光体ドラム28上にブラックのトナー像を形成する時は、感光体ドラム28と近接する現像位置P1でブラック用現像器1Kにより現像を行う。そして、イエローのトナー像を形成する時は、回転体18を図中矢印R2方向に略90°回転して現像位置P1にイエロー用現像器1Yを配置させ現像を行う。同様に、マゼンタ及びシアンのトナー像を形成する場合には、更に略90°ずつ回転体18を図中矢印R2方向に回転させて現像位置P1に、それぞれ、マゼンタ用現像器1M及びシアン用現像器1Cを配置させて現像を行う。
次に、画像形成装置100の全体の動作について説明する。以下、例えばブラック用現像器1K、イエロー用現像器1Y、マゼンタ用現像器1M及びシアン用現像器1Cを総称する場合、単に現像器1と記載する。このように、各色の現像器を特に区別する必要のない場合は、各色用の現像器に属する要素であることを示すために与える添字K、Y、M、Cは省略する。
図1中矢印R1方向に回転する感光体ドラム28の表面は、一次帯電器21によって一様に帯電される。そして、帯電された感光体ドラム28の表面に露光手段22が画像情報に応じたレーザー光などを照射して露光することで、感光体ドラム28上に静電潜像を形成する。この静電潜像を所望のトナーを収容する現像器1によって現像し、感光体ドラム28上にトナー像を形成する。
このトナー像は第1転写帯電器23aによる第1転写バイアスによって、中間転写ベルト24上に転写される。例えばフルカラーの画像形成を行う場合、先ず、現像位置P1においてブラック用現像器1Kにより感光体ドラム28上にブラックのトナー像を形成し、中間転写ベルト24上にこのブラックのトナー像を一次転写する。
次に、回転体18を図中矢印R2方向に90°回転させて、イエロー用現像器1Yを現像位置P1に配置し、感光体ドラム28上にイエローのトナー像を形成する。そして、中間転写ベルト24上のブラックのトナー像上にこのイエローのトナー像を一次転写して重ね合わせる。この動作をマゼンタ用現像器1M、シアン用現像器1Cにおいても順次行ない、中間転写ベルト24上に所望のフルカラー画像を形成する。
一方、中間転写ベルト24上へのフルカラーのトナー像の形成に同期して、記録材27、例えば記録用紙、OHPシートなどが、記録材収納カセット、ピックアップローラ、搬送ローラ、搬送ガイドなどを備えた記録材供給手段(図示せず)から、記録材搬送手段である記録材搬送ベルト25に供給され、中間転写ベルト24と第2の転写手段である第2転写帯電器23bとの対向部に搬送されてくる。
その後、第2転写帯電器23bによる第2転写バイアスによって、中間転写ベルト24上のフルカラー画像を一括して記録材搬送ベルト25上の記録材27上に二次転写する。
続いて、記録材27は、記録材搬送ベルト25から剥離され、定着装置26によって加圧/加熱される。こうして、記録材27に転写された未定着のトナー像は記録材27に定着され永久画像となる。
又、一次転写後に感光体ドラム28上に残った転写残トナーは第1クリーナー29aにより除去され、更に、二次転写後に中間転写ベルト24上に残った転写残トナーは第2クリーナー29bにより除去され、次の画像形成に備える。
尚、単色の画像形成を行う場合は、所望のトナーを収容する現像器1により感光体ドラム28上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト24上に一次転写された後、直ちに記録紙27上に二次転写され、記録材27は記録材搬送ベルト25から剥離された後定着装置26によって加圧/加熱され、記録材27に転写された単色のトナー像は永久画像となる。
次に、図2(a)、(b)及び図3(a)、(b)をも参照して、現像器1について詳しく説明する。図2(a)はブラック用現像器1Kの概略断面を示し、図2(b)はイエロー、マゼンタ及びシアン用現像器1Y、1M、1Cの概略断面を示す。又、図3(a)、(b)は、それぞれ、図2(a)のブラック用現像器1K、図2(b)のイエロー、マゼンタ及びシアン用現像器1Y、1M、1Cを矢印B方向から見た様子を示す。
現像器1の現像容器2には、主に非磁性トナー(トナー)と磁性キャリア(キャリア)とを含む2成分現像剤(現像剤)が収容されており、本実施例では、初期状態の現像剤中のトナー濃度は重量比で8%程度である。尚、この値はトナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成などで適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければいけないものではない。
現像器1は、感光体ドラム28に対向した現像領域が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像剤担持体としての現像スリーブ3が回転可能に配置されている。磁界発生手段である固定の円柱状マグネット4を内包する現像スリーブ3は、非磁性材料で構成される。マグネット4は、その円周に沿って、例えば図2(a)、(b)に示すような所定のパターンの複数の磁極を有しており、このマグネット4の発生する磁界により、摩擦帯電により表面にトナーを吸着したキャリアを現像スリーブ3上に拘束することができる。
現像スリーブ3は、現像動作時には図2(a)、(b)にて矢印A方向に回転し、現像容器2内の現像剤を層状に保持して担持搬送し、感光体ドラム28と対向する現像領域に現像剤を供給する。現像スリーブ3に担持する現像剤の層厚は、現像スリーブ3と近接対向して設けられた現像剤量規制部材2cによって規制される。そして、通常、現像スリーブ3にAC電圧とDC電圧とを重畳した現像バイアスが印加され、感光体ドラム28に形成されている静電潜像に現像剤中のトナーを供給して現像する。静電潜像を現像した後の現像スリーブ3上の現像剤は、現像スリーブ3の回転に従って搬送され、現像容器2内に排出される。
又、現像容器2内には、現像剤を攪拌しながら搬送する現像剤搬送部材が、現像スリーブ3の軸線方向と略平行に複数配設される。本実施例では、現像容器2内の現像剤は、現像剤循環手段を構成する、現像剤搬送部材として現像スリーブ3に近い側の第1現像剤循環スクリュー2a、現像スリーブから遠い側の第2現像剤循環スクリュー2bにより現像容器2内を循環し、且つ、トナーとキャリアとが混合攪拌される。
現像剤循環の方向は、本実施例では、図2(a)、(b)において、現像スリーブ3の軸線方向と略平行に、第1現像剤循環スクリュー2a側では奥側から手前側に向かう方向、第2現像剤循環スクリュー2b側では手前側から奥側に向かう方向である。
尚、本実施例の画像形成装置100では、図1、図2(a)、(b)にて手前側が通常操作者がその前に居て操作を行う装置手前側である。現像スリーブ3、第1、第2現像剤循環スクリュー2a、2bを駆動するモータ、ギア機構などの駆動手段(図示せず)は、それぞれに或いは何れかを共通にして設けられる。
現像器1には、第2現像剤循環スクリュー2bの近傍の現像容器2の上壁2Aに、現像剤補給口9が設けられている。
ここで、図2(a)、図3(a)に示すように、ブラック用現像器1Kは更に、第2現像剤循環スクリュー2bの近傍、且つ、現像剤補給口9より現像剤循環方向上流に位置して、現像剤循環方向上流方向(矢印C方向)に向かって開口した現像剤排出口11を備えている。
この現像剤排出口11は、現像剤搬送通路12に通じており、更に現像剤搬送通路12の他方の端部開口部12cは、詳しくは後述するブラック用の現像剤補給容器であるブラック用現像剤カートリッジ5Kの現像剤排出口10と通じている。これにより、現像スリーブ3付近の現像剤循環を乱すことはなく、又現像剤補給口9を介して補給されたばかりの現像剤を排出することはない。
ブラック現像器1Kの現像剤排出口11は、第2現像剤循環スクリュー2bの上部と同じ高さに配置され、且つ、現像剤循環方向の上流に向かって開口している。このため、詳しくは後述するように、現像位置P1において、現像容器2内の現像剤量の増加に伴い、余剰現像剤は、第2現像剤搬送スクリュー2bによる現像剤の搬送力によって現像剤排出口11から現像剤搬送通路12へと取り込まれる。
図2(b)、図3(b)に示すように、イエロー、マゼンタ及びシアン用現像器1Y、1M、1Cには、現像剤排出口11、現像剤搬送通路12は設けられていない。
現像器1の現像容器2内には、第1現像剤循環スクリュー2aと第2現像剤循環スクリュー2bとの間を各現像循環スクリュー2a、2bと略平行に仕切るように、仕切壁2Fが設けられている。仕切壁2Fの長手方向の端部は、現像容器の装置手前側側壁2D、奥側側壁2Eまで達しておらず、仕切壁2Fの図3(a)、(b)中左端部近傍の連通部を介して第1現像剤循環スクリュー2a側から第2現像剤循環スクリュー2b側へ、又仕切壁2Fの図3(a)、(b)中右端部近傍の連通部(図示せず)を介して第2現像剤循環スクリュー2b側から第1現像剤循環スクリュー2a側へと現像剤が受け渡される。
次に、図4(a)、(b)をも参照して現像剤カートリッジ5及び現像剤補給機構8について説明する。図4(a)、(b)に示すように、現像剤カートリッジ5はブラック、イエロー、マゼンタ、シアン用全てが略円筒形であり、装着手段20を介して回転体18及び現像器1に対して容易に脱着可能とされている。
図4(a)は、ブラック用現像剤カートリッジ5Kを示す。ブラック用現像カートリッジ5Kの内部は隔壁15によって、ブラック用現像器1Kに補給する補給現像剤を収容し、現像剤供給口6を有する補給現像剤収容室16と、ブラック用現像器1Kから排出された排出現像剤を収容し、現像剤排出口10を有する排出現像剤収容室17とに、長手方向で二分されている。把手5aに近い方が排出現像剤収容室17、遠い方が補給現像剤収容室16である。
ブラック用現像剤カートリッジ5Kの長手方向において、現像剤供給口6は隔壁15の近傍に配置され、又現像剤排出口10は隔壁15とは反対側の端部近傍に配置されている。
尚、ブラック用現像剤カートリッジ5Kに収容された補給現像剤のトナーとキャリアとの混合比は、本実施例では重量比で9:1程度である。勿論、本発明は、ブラック用現像剤カートリッジ5Kにおける補給現像剤のトナーとキャリアとの混合比を特にこの数値に限定するものではなく、それぞれの装置において適当な混合比を別途定めるのが好ましい。
更に、ブラック用現像剤カートリッジ5K内には、補給現像剤収容室16内の補給現像剤を現像剤供給口6方向、本実施例では隔壁15に向かって搬送するための補給現像剤搬送部7a、又排出現像剤収容室17内の排出現像剤を現像剤排出口10から遠ざかる方向、本実施例では隔壁15に向かって搬送するための排出現像剤搬送部7bを同軸上に備えた搬送部材7が設けられている。そのため、排出現像剤収容室17に収容された現像剤が現像剤排出口10から逆流することはない。
図4(a)にブラック用現像剤カートリッジ5Kの内部が一部示されているが、ブラック用現像剤カートリッジ5Kの搬送部材7は、樹脂フィルムなどを螺旋状にした翼部7Aを剛体の軸7Bで回転駆動するようにしたもので、モータ、ギア機構などの駆動手段(図示せず)により適宜回転することでブラック用現像剤カートリッジ5K内の現像剤を搬送する。
ブラック用現像剤カートリッジ5Kにおいては、補給現像剤収容室16内の補給現像剤搬送部7aと、排出現像剤収容室17内の排出現像剤搬送部7bとでは、翼部7Aの向きが逆となっており、補給現像剤、排出現像剤はそれぞれ逆方向に搬送される。
一方、図4(b)は、イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cを示す。イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cの内部は補給現像剤を収容し、現像剤供給口6を有する補給現像剤収容室16のみからなる。そして、イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cの補給現像剤収容室16は、トナーのみを収容している。
イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cの長手方向において、現像剤供給口6は装置手前側、即ち、把手5a側端部近傍に配置されている。
又、イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5C内には、補給トナーを現像剤供給口6方向、本実施例では装置手前側、即ち、把手5a側端部に向かって搬送するための搬送部材7が設けられている。
図4(b)にイエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cの内部が一部示されている。イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cの搬送部材7は、ブラック用現像剤カートリッジ5Kに設けられるものと同様でよく、樹脂フィルムなどを螺旋状にした翼部7Aを剛体の軸7Bで回転駆動するようにしたもので、モータ、ギア機構などの駆動手段(図示せず)により適宜回転することで現像剤カートリッジ5内のトナーを搬送する。
現像剤カートリッジ5は、回転体18に対して装置手前側から挿入し(図4(a)、(b)中矢印X方向)、手前側の把手5aを右側(図4(a)、(b)中矢印Y方向)にひねることで回転させる。これにより、ブラック用現像剤カートリッジ5Kでは現像剤供給口6及び現像剤排出口10が開口し、それぞれ現像剤補給機構8の受け入れ口8b及び現像剤搬送通路12bの端部開口部12cと通じるようになっている。
又、同様の操作により、イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cでは現像剤供給口6が開口し、現像剤補給機構8の受け入れ口8bと通じるようになっている。現像剤供給口6、現像剤排出口10を上述の装着操作により開状態とするようなシャッター部材(図示せず)を設けることができる。
尚、上述の装着操作と逆の手順で現像剤カートリッジ5を回転体18から離脱することができる。その際には、把手5aを左側にひねることで、ブラック用現像剤カートリッジ5Kでは現像剤供給口6及び現像剤排出口10が閉じ、それぞれ現像剤補給機構8及び現像剤搬送通路12と遮断される。
又、同様の操作によりイエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cでは現像剤供給口6が閉じ、現像剤補給機構8と遮断される。これにより、各現像剤カートリッジ5に内包する粉体が外部に漏れることはない。
ブラック用現像器1Kにおいて、画像形成によって消費された量に相当する量のトナーを含有する補給現像剤(トナー及びキャリア)は、搬送部材7の回転力と重力によって、現像剤カートリッジ5から現像剤補給口6から、現像容器2上に配設された現像剤補給機構8に、その受け入れ口8bを介して供給される。そして、現像剤補給機構8が備えた現像剤補給手段である補給スクリュー8aの回転に従い、現像剤補給機構8に供給された現像剤を現像剤補給口9に向かって搬送して現像容器2内に補給する。
一方、イエロー、マゼンタ、シアン用現像器1Y、1M、1Cにおいては、画像形成によって消費された量に相当する量のトナーが、上記ブラック用現像器1Kの場合と同様に現像容器2内に補給される。
又、現像剤或いはトナーの補給量は、概ね補給スクリュー8aの回転数によって定められ、この回転数は、トナー補給量制御手段(図示せず)によって制御される。トナー補給量制御手段としては、画像形成によって消費された分に相当するトナー量を例えば形成画像の画素数をカウントするなどして算出して、これを補給スクリュー8aの回転数に変換制御するものなどを用いることができる。
本実施例では、画像情報信号の濃度信号のビデオカウント数に基づいてトナー供給スクリューの回転時間を制御する第一のトナー供給制御手段と、感光体ドラム上に基準トナー像を形成した後、この基準トナー像の濃度信号を濃度検知センサーで検知し、この濃度信号と予め記憶された初期基準信号とを比較し、その比較結果に基づいて第一のトナー供給制御手段により決定されたトナー供給部の駆動時間を補正する第二のトナー供給制御手段を併用する方式を用いている。
併用方式では、主としてビデオカウント方式によってトナー濃度が制御される。ビデオカウント方式では画像信号処理回路の出力信号のレベルが画素毎にカウントされ、このカウント数を原稿紙サイズの画素分積算されることにより、原稿1枚当たりのビデオカウント数が求まる(例えばA4サイズ、1枚最大ビデオカウント数は400dpi、256階調で3884×106)。このビデオカウント数は予想されるトナー消費量に対応しており、ビデオカウント数とトナー供給スクリューの回転時間との対応関係を示す換算テーブルから適切な補給スクリューの回転時間が決定され、それに従ってトナーの補給が行われる。
なお、本実施例においてはトナー供給スクリューの回転時間は、予め定められた所定単位時間の整数倍の中からのみ選択される方式を用いている(単位ブロック補給)。本実施例の場合、1単位ブロック当りのトナー供給スクリューの回転時間は0.3secに設定されており、一画像当りでのトナー供給スクリューの回転時間は0.3sec、若しくは、この整数倍に限定される。これを1ブロックと定義する。
図7に具体的なトナー供給の様子を示す。又、その時の処理のフローを図8に示す。
つまり、例えば、上記のビデオカウント数から換算テーブルを通してトナー供給スクリューの回転時間を求める(S1、S2、S3)。そして、この回転時間から単位ブロック補給数を決定し(S4)、トナー供給を行う(S5)。
今、ビデオカウント数から求められたトナー供給スクリューの回転時間が0.42secだった場合、次の画像形成動作において一画像当りに供給される単位ブロック補給数は1個(トナー供給スクリューの回転時間は0.3sec)となり、残りの0.12sec分のトナー供給は、余り分として保存され、次回以降のビデオカウント数から求められるトナー供給スクリューの回転時間に加算される。
このようにトナー供給スクリューの回転時間を所定単位時間の整数倍のみに限定することの利点としては、1回1回のトナー補給量が安定することが挙げられる。
ビデオカウント数から求められるトナー供給スクリューの回転時間にそのまま従ってトナー補給を行うと、ビデオカウント数が小さい場合、その回転時間は非常に短くなる。回転時間が短いと、トナー供給スクリューを駆動する駆動モーターの立ち上がり時間、及び立下り時間の影響が大きくなり、トナー補給量が安定しないという問題がある。そこで本実施例のように常に一定の回転時間とすることで、トナー補給量が安定する。
ビデオカウント方式では予想されるトナー消費量と実際のトナー消費量の間にずれがあると、次第に現像剤濃度が適正範囲から外れていってしまうため、所定の間隔でパッチ検知方式を用いたトナー補給量の補正(以下、「パッチ検知モード」と記述)を行う必要がある。本実施例ではその間隔を小サイズ原稿(例えばA4縦)50枚毎に設定した。
ビデオカウント方式とパッチ検知方式を併用した場合の処理のフローを図9に示す。
本実施例によると、画像形成枚数が50枚に達し、パッチ検知モードの動作タイミングになると、感光体ドラム上に一定面積を有する基準トナー像の静電潜像を形成し、これを所定の現像コントラスト電圧によって現像した後、この基準トナー像の濃度信号を感光体ドラムに対向した光学式センサー90(図1)で検知する。
この濃度信号Vsigと予めメモリに記録されている初期基準信号Vrefと比較し、 Vsig−Vref < 0の場合はパッチ画像の濃度が低い、すなわち現像剤濃度が低いと判断され、VrefとVsigの差分から必要なトナー補給量とそれに対応するトナー供給スクリューの回転時間が決定され、この回転時間はビデオカウント方式により決定される回転時間に上乗せされる形で補正が行われる。
逆に、Vsig−Vref ≧ 0の場合はパッチ画像の濃度が高い、すなわち現像剤濃度が高いと判断され、VrefとVsigの差分から不要なトナー量とそれに対応するトナー供給スクリューの停止時間が決定され、この時間はビデオカウント方式により決定される回転時間から引かれる形で補正が行われる。
このような制御を行うことにより、トナー濃度のずれを修正することが可能となる。
次に、本実施例にて用いられる現像剤(2成分現像剤)について説明する。
トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。そして、トナーは、重合法により製造した負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は5μm以上、8μm以下が好ましい。本実施例では7.2μmであった。
又キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどを好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、重量平均粒径が20〜50μm、好ましくは30〜40μmであり、抵抗率が107Ωcm以上、好ましくは108Ωcm以上である。本実施例では108Ωcmのものを用いた。
更に、低比重磁性キャリアとして、フェノール系のバインダー樹脂に磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物と所定の比で混合し、重合法により製造した樹脂磁性キャリアを使用することができる。例えば、斯かるキャリアの体積平均粒径は35μm、真密度は3.6〜3.7(g/cm3)、磁化量は53(A・m2/kg)である。
尚、本実施例にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。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)、個数平均分布、体積平均分布を出力するためのインターフェース(日科機製)及びCX−Iパーソナルコンピュータ(キヤノン製)を使用し、電解水溶液として、一級塩化ナトリウムを用いて調製した1%NaCl水溶液を使用した。測定方法は以下に示す通りである。
即ち、上記電解水溶液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0.1ml加え、測定試料を0.5〜50mg加える。
試料を懸濁した電解水溶液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、上記コールターカウンターTA−II型により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて2〜40μmの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。
又、本実施例にて用いられるキャリアの抵抗率は、測定電極面積4cm、電極間間隔0.4cmのサンドイッチタイプのセルを用いて、片方の電極に1kgの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧E(V/cm)を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。更に、キャリアの磁化量(A・m2/kg)は、キャリアの磁気特性を理研電子(株)製の振動磁場型磁気特性自動記録装置を用い、円筒状にパッキングしたキャリアを79.6kA/m(1000エルステッド)の外部磁場中において、キャリアの磁化の強さを測定することにより求めた。
次に、図10をも参照して、本実施例の現像剤排出機構によるブラック用現像器1K内の余剰現像剤の排出及び排出方法について説明する。
ブラック用現像器1Kが現像位置P1において現像動作を行うと、画像形成で消費した分のトナーを含む現像剤(2成分現像剤)がブラック用現像剤カートリッジ5Kから現像容器2へ補給される。その際、重量比で20%程度のキャリアも補給され、ブラック用現像器1K内の現像剤量は増加し、現像剤面が高くなる。
現像剤面が第2現像剤循環スクリュー2bより高くなると、後述の余剰現像剤の排出が行われない場合、第2現像剤循環スクリュー2bが現像剤を十分に攪拌することができないため、補給直後のトナーが十分に帯電されないまま第1現像剤循環スクリュー2aへ搬送され、現像動作に用いられる。そのため、画像白地部にトナーかぶりを生じ、更に現像剤量が増加するとブラック現像器1Kから現像剤が溢出し、画像形成装置内が汚染される。
本実施例では、図10に示すように、現像剤排出口11が第2現像剤循環スクリュー2bの上部と同じ高さに配設されている。従って、第2現像剤循環スクリュー2bより現像剤面が高くなると、余剰現像剤は現像剤排出口11より現像剤搬送通路12を介してカートリッジ5Kへと排出され、現像剤面は第2現像剤循環スクリュー2bの高さに維持される。そのため、上述の画像白地部へのトナーかぶりやブラック用現像器1Kからの現像剤溢出が起こることはない。
つまり、ブラック用現像器1Kの現像動作(現像位置P1)が終了すると、次色のイエロー用現像器1Yによる現像動作に備えて回転体18は略90°回転し、ブラック用現像器1Kは位置P2へ移動する。この際の回転体18の回転動作による重力作用方向の変化で、現像剤排出口11近傍の現像剤は現像剤搬送通路12に搬送される。
イエロー用現像器1Yの現像動作が終了すると、次色のシアン用現像器1Cによる現像動作に備えて回転体18は略90°回転し、ブラック用現像器1Kは位置P3へ移動する。この時、現像剤搬送通路12の現像剤は、自重により現像剤搬送通路12に沿ってブラック用現像剤カートリッジ5Kの現像剤排出口10に至り、ここから排出現像剤収容室17に収容される。
図11は、長期に亘る画像形成においてブラック、イエロー、マゼンタ、シアン用現像器1K、1Y、1M、1Cに収容されるトナーの帯電量の推移を示している。尚、この長期に亘る画像形成においては、ブラックモノカラー画像とフルカラー画像は9:1の比で形成されており、画像形成装置100の寿命は50万(500K)枚である。又、図中、画像濃度アップ、画像白地部へのトナーかぶり、トナー飛散による画像形成装置内汚染などの問題が発生する、トナー1g当たりの帯電量の境界値(−15μC/g)を点線で示した。この値よりもトナー帯電量が低下すると上記問題が発生する。
前述のように、現像剤中のキャリアは、画像形成回数の増加に従ってその表面へのトナースペント及び外添剤付着が起こり劣化する。しかし、イエロー、マゼンタ、シアン用現像器1Y、1M、1Cは使用頻度が低いため、画像形成装置の寿命中において、それぞれのトナー帯電量が境界値を下回ることはなく、上記問題が発生することはない。
一方、ブラック用現像器1Kは使用頻度が高いため、画像形成装置の寿命中において、現像剤中のキャリアは激しく劣化する。しかし、本実施例によれば、劣化したキャリアを含む現像剤を排出しながら、新しいキャリアを含む現像剤を補給するので、5万(50K)枚以降は現像剤の状態が安定する。これにより、トナー帯電量が境界値を下回ることがなく、上記問題が発生することはない。
本画像形成装置のように、回転体18、即ち、現像ロータリーを用いた1ドラム系の画像形成装置においては、本体コストが4ドラム系と比較して安くできるといったメリットがあるものの、白黒連続モードになると、現像ロータリー18が回らないため、現像器内の現像剤の排出がなされない。
図12に現像器内の現像剤量と排出量の関係を示す。現像器内の現像剤量が増えてくると、前述の原理で、現像剤が現像剤容器内に排出される量も増えてくる。しかしながら、A4べた画像に必要な現像剤中に含まれるキヤリアは、125mgに対して、現像器中の現像剤が300gでのロータリー18の一回転での排出量では80gとまだ不足である。A4で1枚毎間欠で画像をとったとして、単純に計算しても、100%×80mg/125mg=約60%の画像までしか、生産性の保証ができないことになる。連続では常に生産性が落ちないレベルは1分間35枚とすると約20%程度である。
これに対して、本実施例では図13に示すように、所定現像剤補給に達した場合にキヤリア排出モードを実行することで高画像比率画像の生産性をアップさせると共に、ユーザが必要な画像をダウンタイムがなくとれるようにしたものである。
排出モードの起動タイミングについては、枚数ではなく、所定補給量或いはビデオカウント数とする。これは、現像器内のキヤリア量は補給量に比例するからである。このことで、低画像比率の場合は、キヤリア排出の必要がないので、補給量ごとにこの排出モードを実行することで、無駄なダウンタイムをなくすことができる。ビデオカウント数は補給量より精度が落ちるが、ビデオカウント数が大きくなると補給量も大きくなるという点での相関があるのでビデオカウント数でも良い。
本実施例では、図13に示すように、余剰現像剤排出モードの起動条件3種類を有する。1つ目は、ジョブ(job)終了直前に所定のブロック数に達している場合に、後回転中に排出モードにはいるもの。2つ目は、1ジョブ中の累積トナー補給量(ブロック数)が所定の値になった場合は、画像形成を中断して、排出モードにはいるもの。3つ目は、複数ジョブの累積トナー補給量が所定の値になった場合、約1分間の長期ジョブでのリセットとしての排出モードである。これらについて図14のフローチャートを用いて説明する。
現在の画像をレーザにより感光体ドラムに書き込み、現像工程を行った後(S1)、次の画像があるかどうかを確認し(S2)、無い場合は、いままでの前回排出モードから数えて累積補給ブロックが所定値C(本実施例では250ブロック)に達したか否かを判断し(S3)、YESの場合、排出モード3を行う。排出モード3は、図13に示すように、現像ロータリー18の回転2周と現像スリーブ3及び攪拌スクリュー2a、2bの回転15秒を繰り返し行い、余剰現像剤排出を行う。
本実施例は、ロータリー18の回転を利用して、現像剤ボトルに排出を行うため、ロータリー回転が必要となる。このモードにより、長期の耐久によって蓄積された余剰現像剤を現像器外に排出することができ、常に現像剤量として新品状態を維持できる。このモードを実行した場合は、キヤリア排出モード3のカウンターをゼロにクリアする。
ここで、累積補給ブロック数がCに達してない、即ち、NOの場合、1ジョブ中での補給量が所定値B(本実施例では10ブロック)を越えているか否かを判断し(S4)、YESの場合、排出モード1を行う。排出モード1はロータリー回転2周を2回と現像スリーブ及び攪拌スクリュー6秒である。初期のロータリー回転2周は現像器外から現像剤ボトルへ入る空間を空にして、次の排出に備える意味がある。これは短期的な現像剤量の変化に対応したものである。このモードを実行した場合は、キヤリア排出モード3のカウンターをゼロにクリアする。上記工程S4でNOの場合、次画像形成工程を実行する。
次に、次の画像がある場合、その時点の1ジョブ中の補給量が所定値Aを越えたか否かを判断し(S5)、YESの場合(本実施例では30ブロック)、排出モード2を実行する。このモードは画像形成中なので画像形成動作に割り込む形となる。しかしながら、このように1ジョブ中の補給量が多いケースは、実際のユーザ使用上、頻度としては稀である。そのため、実際に本モードが実行されるケースは少ないので、ダウンタイムは少ないことになる。このモードでは現像ロータリー2周と現像スリーブ6秒を繰り返し行うものである。上記工程S5でNOの場合、次画像形成工程を実行する。
このことで、平均画像比率50%まで、常に1分あたり35枚の画像を出力することができた。従来は前述のように画像比率20%までであった。これを表したのが表1である。
以上の構成にすることで、補給現像剤にキヤリアを有し、現像剤寿命をアップした画像形成装置において、連続ジョブ(Job)や画像比率が高い場合でも、現像器からのキヤリア排出不足を防止し、高画像比率画像においても、連続ジョブにおける生産性ダウンを低減する画像形成装置を提供することができた。
実施例2
本実施例の画像形成装置は、実施例1と同様である。本実施例では余剰現像剤排出モードの起動条件を実施例1と同様に補給トナー量によって行った。本実施例の特徴は長期のキヤリア排出モード時(排出モード3)に感光体ドラムを停止して実施したことである。
本実施例の画像形成装置は、実施例1と同様である。本実施例では余剰現像剤排出モードの起動条件を実施例1と同様に補給トナー量によって行った。本実施例の特徴は長期のキヤリア排出モード時(排出モード3)に感光体ドラムを停止して実施したことである。
本実施例の排出モードは、現像スリーブに対向する静電潜像担持体である感光体ドラムの回転を停止した状態で、現像撹拌部材(撹拌スクリュー)の回転及び現像剤担持体(現像スリーブ)の回転を行うことを特徴とする。次に、その理由について述べる。
通常、現像位置で現像スリーブの空回転を行うため、トナーやキヤリアが飛翔しないように、感光体ドラムには帯電をかけ、現像スリーブには飛翔しない現像バイアスをかけるのが普通である。
しかしながら、表2に示すように、そうした場合、感光体ドラムが帯電した状態で空回転することになり、感光体クリーニング(CLN)ブレードがバイアスが印加した状態で空回転することで、別な弊害として感光体クリーニングブレードと感光体の間に空回転によるトルクアップが生じて、結果として感光体クリーニングブレードめくれ、欠けが生じていた。また、感光体ドラムの寿命に関しても、このモードをする累積で寿命を低減していた。
これに対して、本実施例では感光体の回転を止め、帯電バイアスを印加しない状態で、キヤリア排出モードを実施することが、良いことを発見した。このときには、現像バイアスも印加しない、若しくは、0Vを印加することで、かぶりやキヤリア付着もでないようにできる。現像バイアスが、AC、DC成分を含む場合、交流成分は印加せず、直流成分は印加しないか或いは0Vを印加する
因みに、帯電バイアスオフでドラムを回転させた場合は、現像スリーブに対向するドラム電位が不安定なため、ドラム上にトナーやキヤリア付着を生じてしまっていた。感光体CLNブレードめくれが生じないように、一定量のトナーを現像スリーブからドラムに飛翔させる方法も考えられるが、無駄なトナーを消費することになってしまう。
因みに、帯電バイアスオフでドラムを回転させた場合は、現像スリーブに対向するドラム電位が不安定なため、ドラム上にトナーやキヤリア付着を生じてしまっていた。感光体CLNブレードめくれが生じないように、一定量のトナーを現像スリーブからドラムに飛翔させる方法も考えられるが、無駄なトナーを消費することになってしまう。
ここで、ドラム寿命については、○は60kイメージ、△は55kイメージ、×は40kイメージとして判定した。その他の項目は、初期、耐久含めてNGになったものを×とした。
実施例1と同様に、排出モード3においては現像スリーブと現像撹拌スクリューの回転と現像ロータリー回転を複数組み合わせて、実施例1と同様に3回の現像スリーブ回転と2回転を1組としたロータリー回転を行った。この回数に関しては、現像方式やキヤリア排出能力により最適なものを選ぶのが良い。
次に、他の実施例に係る現像装置について説明する。
図15〜図17に、本発明の他の実施例を示す。本実施例の画像形成装置は、ブラック用現像器1Kの現像剤の排出構成が異なるが、その他の構成は実施例1のものと同様である。従って、実施例1の画像形成装置100と同様の構成、機能を有する要素には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
本実施例におけるブラック用現像器1Kには、第2現像剤循環スクリュー2bの近傍の現像容器2の上壁2Aに、現像剤補給口9が設けられている。又、現像容器2の現像スリーブ3側とは反対側の端部側壁2Bには、シャッター部材14を有する現像剤排出口11が設けられている。現像剤排出口11は、第1現像剤搬送通路12aにより現像剤貯留室13と通じている。現像剤貯留室13の他方は第2現像剤搬送通路12bに通じており、更に第2現像剤搬送通路12bの他方の端部開口部12cは、ブラック用現像剤カートリッジ5Kの現像剤排出口10と通じている。
現像剤排出口11は、第2現像剤循環スクリュー2bの上部と同じ高さに配置され、且つ、現像位置P1において上向きに開口している。又、シャッター部材14は、自重により開閉し、現像位置P1において現像剤排出口11を開状態とし、現像位置P1以外の位置P2、P3、P4において現像剤排出口11を閉状態とする。このため、現像位置P1において、ブラック用現像器1内の現像剤量の増加に伴って現像剤面が第2現像剤循環スクリュー2bより高くなることはない。
図16は、図15のブラック用現像器1Kを矢印B方向から見た様子を示す。現像剤排出口11は、第2現像剤循環スクリュー2bの近傍に、現像剤供給口9よりも現像剤循環方向(矢印C方向)上流に配置されている。そのため、現像スリーブ3付近の現像剤循環を乱すことはなく、又現像剤補給口9を介して補給されたばかりの現像剤を排出することはない。
ブラック用現像カートリッジ5Kの構成は実施例1と同様である。又イエロー、マゼンタ、シアン用現像器1Y、1M、1C、及びこれら各色用現像剤カートリッジ5Y、5M、5Cの構成は実施例1と同様である。更に、現像剤補給機構8による、現像剤又はトナーの補給方法も実施例1と同様である。
次に、図17をも参照して、本実施例の現像剤排出機構によるブラック用現像器1Kの余剰現像剤の排出方法について説明する。
ブラック用現像器1Kが現像位置P1において現像動作を行うと、画像形成で消費した分のトナーを含む現像剤(2成分現像剤)がブラック用現像剤カートリッジ5Kから現像容器2へ補給される。その際、重量比で10%程度のキャリアも補給される。
つまり、画像形成終了毎にブラック用現像器1Kにはキャリアが補給され、特に、高濃度画像を形成する場合には数十mg程度の多量のキャリアが補給される。このため、ブラック用現像器1K内の現像剤量は増加し、現像剤面が高くなる。
上述のように、現像剤面が第2現像剤循環スクリュー2bより高くなると、後述の余剰現像剤の排出が行われない場合、第2現像剤循環スクリュー2bが現像剤を十分に攪拌することができないため、補給直後のトナーが十分に帯電されないまま第1現像剤循環スクリュー2aへ搬送され、現像動作に用いられる。そのため、画像白地部にトナーかぶりを生じ、更に現像剤量が増加するとブラック現像器1Kから現像剤が溢出し、画像形成装置内が汚染される。
本実施例では、図17に示すように、現像剤排出口11が第2現像剤循環スクリュー2bの上部と同じ高さに配設されており、且つ、現像位置P1においてシャッター部材14は自重により開放されており現像剤排出口11は開状態である。従って、第2現像剤循環スクリュー2bより現像剤面が高くなると、余剰現像剤は現像剤排出口11より排出され、現像剤面は第2現像剤循環スクリュー2bの高さに維持される。そのため、上述の画像白地部へのトナーかぶりやブラック用現像器1Kからの現像剤溢出が起こることはない。
現像位置P1において現像剤排出口11から排出された現像剤は、自重により第1現像剤搬送通路に12aに沿って現像剤貯溜室13に至り、ここに貯溜される。このように、現像剤貯留室13を設けて現像位置P1においてブラック用現像器1K内の余剰現像剤を現像容器2から排出するため、特に、高濃度画像の単色の画像形成が連続して行う場合においても、現像剤を排出するための回転体18の回転動作を必要とせず、ブラック用現像器1K内の現像剤量を許容範囲内に維持することができる。このため、画像生産性が低下することはない。
ブラック用現像器1Kの現像動作が終了すると、次色のイエロー用現像器1Yによる現像動作に備えて回転体18は略90°回転し、ブラック用現像器1Kは位置P2へ移動する。この際の回転体18の回転動作による重力作用方向の変化で、現像剤貯溜室13の現像剤は、第2現像剤搬送通路12bとの連結部近傍に搬送される。一方、シャッター部材14は自重により移動し現像剤排出口11が閉状態となる。これにより、ブラック用現像器1K内の現像剤が現像剤排出口11から第1現像剤搬送通路12aへ漏出することはない。
イエロー用現像器1Yの現像動作が終了すると、次色のシアン用現像器1Cによる現像動作に備えて回転体18は略90°回転し、ブラック用現像器1Kは位置P3へ移動する。この時、現像剤貯溜室13と第2現像剤搬送通路12bとの連結部近傍の現像剤は、自重により第2現像剤搬送通路12bに沿って搬送され、ブラック用現像剤カートリッジ5Kの現像剤排出口10から排出現像剤収容室17に収容される。尚、位置P3においても現像剤排出口11はシャッター部材14により閉状態であり、ブラック用現像器1K内の現像剤が現像剤排出口11から第1現像剤搬送通路12aに漏出することはない。
本実施例の画像形成装置100において、長期に亘る画像形成を行なった場合のトナー帯電量推移は、図11に示した実施例1の場合と同様であった。尚、この長期に亘る画像形成においては、ブラックモノカラー画像とフルカラー画像は9:1の比で形成されており、画像形成装置の寿命は50万(500K)枚である。
イエロー、マゼンタ、シアン用現像器1Y、1M、1Cは使用頻度が低いため、画像形成装置の寿命中において、それぞれのトナー帯電量が境界値(−15μC/g)を下回ることはない。従って、画像濃度アップ、画像白地部へのトナーかぶり、トナー飛散による画像形成装置内汚染などの問題が発生することはない。
一方、ブラック用現像器1Kは使用頻度が高いため、画像形成装置の寿命中において、現像剤中のキャリアは激しく劣化する。しかし、本実施例では劣化したキャリアを含む現像剤を排出しながら、新しいキャリアを含む現像剤を補給するので、5万(50K)枚以降は現像剤の状態が安定する。これにより、トナー帯電量が境界値を下回ることがなく、上記問題が発生することはない。
更に、本実施例によれば、イエロー、マゼンタ、シアン用現像器1Y、1M、1Cには通常の現像動作に不必要な現像剤排出に用いる部材などを設けないので、現像装置のコストが上がることはない。
このように、本実施例によれば、実施例1にて説明したものと同様の効果を得ることができ、更に、現像剤貯留室13を設けて現像位置P1においてブラック用現像器1K内の余剰現像剤を現像容器2から排出するため、特に、ブラックなど単色の高濃度画像の画像形成を連続して行う場合においても、現像剤を排出するために回転体18の回転動作を必要とせず、高画像生産性を実現することができる。
このことで、実施例1よりも若干生産性に関しては有利な構成にすることができた。
本実施例のように感光体ドラムを余剰現像剤排出モード時に停止させることで表2に示すように、感光体クリーニング等の問題がなく、又、表1に示すように、平均画像比率60%まで、常に1分あたり35枚の画像を出力することができた。従来は前述のように画像比率20%までであった。
以上説明したように、補給現像剤にキヤリアを有し、現像剤寿命をアップした画像形成装置において、連続ジョブや画像比率が高い場合でも、現像器からのキヤリア排出不足を防止し、高画像比率画像においても、連続ジョブにおける生産性ダウンを低減し、かつ、キヤリア排出時において無駄なトナーを消費することなく、排出動作中の感光体ブレードめくれ、欠け、中間転写体のクリーニングブレードのめくれを防止した画像形成装置を提供することができた。
実施例3
図18に本発明の他の実施例を示す。本実施例では、本発明の画像形成装置は、4つの感光体ドラムと現像器を並列に並べた毎分35枚のフルカラー画像形成装置とされる。
図18に本発明の他の実施例を示す。本実施例では、本発明の画像形成装置は、4つの感光体ドラムと現像器を並列に並べた毎分35枚のフルカラー画像形成装置とされる。
本実施例のように、現像器が固定系の場合は、現像ロータリーを回転させるのではなく、補給キヤリアにより上昇して、一定の高さ以上になった現像剤が現像器外にでる方式をとった。
構成としては、実施例2のブラック現像器1Kの構成を4色分並列に並べた構成とする。本実施例のキヤリア排出は現像器からでたものを、搬送スクリュー(図示せず)を用いて奥側に送って、感光体クリーニングの廃トナーボックスへ入る。
固定現像器の場合は現像スリーブ及びスクリュー撹拌動作によって、キヤリアが排出されるため、実施例1と比較して現像ロータリーが回転する必要がない分、キヤリア排出に対しては有利である。
キヤリア排出モードは、図19に示すように、感光体ドラム及び中間転写体を回転させずに、現像スリーブ及び撹拌スクリューを1分間回転させた。排出モードの起動条件は、実施例1と同様である。シーケンスに関しては、図19に示すように、余剰現像剤を排出するモードとして、現像スリーブ及び攪拌スクリューを回転させた。排出モード1は回転時間が10秒、排出モード2は回転時間20秒、排出モード3は回転時間60秒とした。排出モード3は長期の排出として長い時間をとっている。そのため、実施例2のように感光体ドラムクリーニングブレードめくれ、が懸念されるため、同様にドラムを停止させて、排出を行う。
なお、ドラムを停止させる前に、ドラム電位の除電をおこなった後、排出モードを実施した。除電は露光や帯電ローラにACバイアスをかけ、DCバイアスを0Vにして、0Vに収束させても良い。現像バイアスは0Vを印加した。このようにすることで、表1に示すように、画像比率100%まで、生産性を高めることができた。
次に、図18を参照して、本実施例の画像形成装置について説明する。本実施例にて、画像形成装置は、電子写真方式のカラープリンタ(以下、プリンタという)とされる。
本実施例によると、像担持体である4つの感光体ドラム101a、102a、103a、104aは、各々図中時計方向に回転自在に担持され、それぞれの感光体ドラム101a、102a、103a、104aの周りに、一次帯電器101b、102b、103b、104b、レーザ露光光学系101e、102e、103e、104e、4個の現像器101d、102d、103d、104d、1次転写ローラ101c、102c、103c、104c、クリーニング手段101f、102f、103f、104fを配置する。
本実施例では、4つの感光体ドラム101a、102a、103a、104aの回りに、一次帯電器101b、102b、103b、104b、レーザ露光光学系101e、102e、103e、104e、4個の現像器101d、102d、103d、104d、1次転写ローラ101c、102c、103c、104c、クリーニング手段101f、102f、103f、104fにて4つの画像形成部が形成されているが、画像形成部の数は本実施例の4個に限定されるものではない。
4個の現像器101d、102d、103d、104dには、トナー粒子とキャリア粒子とを含有する現像剤(二成分現像剤)を感光体ドラム表面に供給するようになっている。尚、マゼンタ現像器101d、シアン現像器102d、イエロー現像器103d、ブラック現像器104dは、それぞれマゼンタトナー、シアントナー、イエロートナー、ブラックトナーを含有する現像剤を使用するようになっている。
被複写原稿は、原稿読み取り装置(図示せず)で読み取られるようになっている。この読み取り装置はCCD等の、原稿画像を電気信号に変換する光電変換素子を有しており原稿のマゼンタ画像情報、シアン画像情報、イエロー画像情報、白黒画像情報に、それぞれ対応した画像信号を出力するようになっている。レーザ露光光学系101e、102e、103e、104eに内蔵された半導体レーザーは、これらの画像信号に対応して制御され、レーザービームを照射する。
次に、カラープリンタ全体のシーケンスについて、フルカラーモードの場合を例として簡単に説明する。
先ず、4つの感光体ドラム101a、102a、103a、104aの表面が一次帯電器101b、102b、103b、104bによって一様に帯電される。
画像形成は、感光体ドラムが帯電手段により例えば−600Vに一様帯電された後、600dpiで画像露光がなされる。画像露光は半導体レーザーを光源として露光部の表面電位を例えば−200Vに減衰させて像状の潜像を形成する。
また、原稿を読み込むスキャナー部、画像データを作成するイメージプロセッサー部は図示しないが、スキャナーのCCD上に結像した原稿からの反射光はA/D変換されて600dpi、8bit(256階調)の画像の輝度信号に変換され、イメージプロセッサー部に送られる。イメージプロセッサー部では、周知の輝度−濃度変換(Log変換)を行い、画像信号を濃度信号に変換した後、必要ならばエッジ強調やスムージングや高周波成分の除去等のフィルター処理を通し、その後濃度補正処理(いわゆるγ変換)をかけてから、例えばディザ等の2値化処理や、ドット集中型のディザマトリックスによるスクリーン化処理を通して2値化(1bit)される。
勿論、8bitのままで周知のPWM(パルス巾変調)法等でレーザーを駆動し潜像を形成する方法もある。
その後、画像信号はレーザードライバーに送られ信号に応じてレーザーを駆動する。そのレーザー光はコリメータレンズ、ポリゴンスキャナー、fθレンズ、折り返しミラー、防塵ガラス等を介してドラム上に照射される。ドラム上でのスポット径は600dpiの1画素=42.3μmよりも若干大きい55μm程度のスポットサイズでドラム上に結像し、画像部を先に述べたように、+50V程度に除電して、静電潜像を形成する。
次に、マゼンタ画像信号により変調された画像露光を行った静電潜像に対して、マゼンター現像器101dによって反転現像される。
中間転写ベルト24は、感光体ドラム101a、102a、103a、104aと同期して図18に示す矢印方向に回転しており、マゼンタ現像器101dで現像されたマゼンタ顕画像は、転写部において転写帯電器101cによって中間転写ベルト24に転写される。
一方、感光体ドラム101aはクリーニング手段101fによってクリーニングされ、再び帯電ローラ101bによって帯電され、次の画像形成工程を行う。
上述したと同じ画像形成工程を、その他のシアン、イエロー及びブラックの各画像形成部において、それぞれ、シアン、イエロー画像信号及びブラック画像信号に対して行ない、中間転写ベルト24上に、4色分顕画像(トナー像)の転写を行い、中間転写ベルト24上にカラートナー画像を形成する。
中間転写ベルト24上のカラートナー画像は、2次転写ローラ23bが配置された2次転写位置にて、矢印の向きに搬送される転写材27に対して転写される。転写材27は、その後定着器(図示せず)に送られ、転写材上に重なっている4色の顕画像を加熱及び加圧により定着する。
このように、1連のフルカラープリントシーケンスが終了し、所望のフルカラープリント画像が形成される。
尚、本実施例に係る画像形成装置の構成は一例であって、例えば帯電器101b、102b、103b、104bはローラ帯電器に限らず帯電ワイヤーであったり、転写ローラ101c、102c、103c、104cも転写ベルト、ワイヤーであったりと、様々な方式が適用可能であり、基本的には上記した様に帯電、露光、現像、転写、定着の工程で画像が形成される。
本実施例のように固定現像器を用いた現像系で、感光体ドラムを余剰現像剤排出モード時に停止させることで、表3に示すように、中間転写体クリーニングブレードや感光体クリーニング等の問題がなく、平均画像比率100%まで、常に1分あたり35枚の画像を出力することができた。従来は、表1に示したように、画像比率20%までであった。
以上のようにすることで、補給現像剤にキヤリアを有し、現像剤寿命をアップした画像形成装置において、連続ジョブや画像比率が高い際でも、現像器からのキヤリア排出不足を防止し、高画像比率画像においても、連続ジョブにおける生産性ダウンを低減し、かつ、キヤリア排出時において無駄なトナーを消費することなく、排出動作中の感光体ブレードめくれ、欠け、中間転写体のクリーニングブレードのめくれを防止した画像形成装置を提供することができた。
1 現像器
2 現像容器
2a、2b 現像剤循環スクリュー
3 現像スリーブ(現像剤担持体)
5 現像剤カートリッジ(現像剤補給容器)
6 現像剤供給口
8 現像剤補給機構
8a 補給スクリュー
9 現像剤補給口
10 現像カートリッジの現像剤排出口
11 現像器の現像剤排出口
12 現像剤搬送通路
12a 第1現像剤搬送通路
12b 第2現像剤搬送通路
13 現像剤貯留室
14 シャッター部材
18 現像ロータリー(回転体)
24 中間転写体
28 感光体ドラム(像担持体)
29a 感光体ドラムクリーニングブレード
29b 中間転写ベルトクリーニングブレード
50 回転式現像装置
2 現像容器
2a、2b 現像剤循環スクリュー
3 現像スリーブ(現像剤担持体)
5 現像剤カートリッジ(現像剤補給容器)
6 現像剤供給口
8 現像剤補給機構
8a 補給スクリュー
9 現像剤補給口
10 現像カートリッジの現像剤排出口
11 現像器の現像剤排出口
12 現像剤搬送通路
12a 第1現像剤搬送通路
12b 第2現像剤搬送通路
13 現像剤貯留室
14 シャッター部材
18 現像ロータリー(回転体)
24 中間転写体
28 感光体ドラム(像担持体)
29a 感光体ドラムクリーニングブレード
29b 中間転写ベルトクリーニングブレード
50 回転式現像装置
Claims (7)
- 現像剤を担持、搬送する現像剤担持体を有し、像担持体上に形成された静電潜像をトナー及びキヤリアを含む現像剤にて現像する現像器と、前記現像器に設けられた循環経路に沿って現像剤を循環させる循環手段と、前記現像器へキヤリアを有する補給現像剤を補給する補給手段と、前記現像器の循環経路に設けられた現像剤補給に伴う余剰現像剤の排出を許容する排出口と、を有する画像形成装置において、
前記循環手段を作動させて前記排出口から余剰現像剤を排出する工程を、現像剤補給量の累積値に基づいて実行する実行手段を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記累積値は、1ジョブにおける上述の累積量として、所定値に到達した場合、画像形成動作を中断し、余剰現像剤排出工程を実行し、実行後、累積値を0にすることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記累積値は、複数ジョブにおける累積量として、所定値に到達した場合、画像形成動作を中断して、或いは、画像形成後回転時に、余剰現像剤排出工程を実行することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- それぞれ異なる色の現像剤を収容した複数の現像器を回転体に搭載し、前記回転体を色毎に回転することにより、像担持体上に形成された静電潜像を現像し、前記余剰現像剤排出工程は、前記現像剤担持体の回転と、前記回転体の回転を複数回繰り返して行うことを特徴とする請求項1、2又は3に記載の画像形成装置。
- 前記累積値は、複数ジョブにおける累積量として、所定値に到達した場合、画像形成動作を中断して、或いは、画像形成後回転時に、余剰現像剤排出工程を実行し、その際に現像剤担持体に対向する静電潜像担持体の回転を停止することを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記現像器内の余剰現像剤排出工程を実行中の前記現像剤担持体の回転時に現像バイアスの交流成分は印加せず、直流成分は印加しないか或いは0Vを印加することを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤の累積値は、静電潜像を形成するための画像情報信号の濃度信号のビデオカウント数、現像剤供給制御手段の駆動時間、又は、現像剤補給回数の累積値であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003435968A JP2005195705A (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003435968A JP2005195705A (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 画像形成装置 |
Publications (1)
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JP2005195705A true JP2005195705A (ja) | 2005-07-21 |
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ID=34815851
Family Applications (1)
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JP2003435968A Pending JP2005195705A (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 画像形成装置 |
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JP (1) | JP2005195705A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007121968A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Ricoh Co Ltd | 粉体搬送装置、粉体供給装置及び画像形成装置 |
JP2009008986A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Ricoh Co Ltd | 現像装置及び画像形成装置 |
JP2009020434A (ja) * | 2007-07-13 | 2009-01-29 | Canon Inc | 現像装置及び画像形成装置 |
-
2003
- 2003-12-26 JP JP2003435968A patent/JP2005195705A/ja active Pending
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