JP2006099015A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像装置内のトナーを円滑に循環させながらトナー量を一定に保持し、現像剤担持体へのトナー供給量を安定化する現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像装置２１は、ケーシング５、カバー６、第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８、現像ローラ１１、規制ブレード１２、及びトナー量を検知するＴセンサ１３を含む。Ｔセンサ１３は、規制ブレード１２を取り付けるステー１７の内面に、検知面１３ａを現像ローラ１１の表面に向けて配置されている。これにより、Ｔセンサ１３をケーシング５の底面等に設けた場合のように検知箇所のトナーを澱ませる必要がなくなり、現像装置内でトナーが円滑に循環するため、現像ローラ１１へのトナー供給量が安定化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置及びそれに用いられる現像装置に関し、特に、現像装置内部のトナー量の調整方法に関するものである。

コピー機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式を用いる画像形成装置においては、主に粉末の現像剤（以下、トナーという）が使用され、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像をトナーによって可視化し、そのトナー像を記録媒体上に転写した後、定着処理を行うプロセスが一般的である。

図５は、現像装置２１を用いた従来の画像形成装置（例えばプリンタ）１００である。この画像形成装置１００は、感光体ドラム４１、帯電部４２、画像書込部（レーザスキャンユニット）４３、現像装置２１、トナー貯留部４４、転写部４５、クリーニング部４６、シート収容部５１、搬送部５２、定着部５３、および排紙部５４から構成されている。

感光体ドラム４１は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、帯電部４２により、表面を帯電させるようになっている。そして、後述する画像書込部４３からのレーザビームを受けた表面に、帯電を減衰させた静電潜像を形成する。なお、上記の感光層は、特に限定するものではないが、例えば耐久性に優れるアモルファスシリコン（ａ―Ｓｉ）等が好ましい。

帯電部（帯電チャージャー）４２は、放電（例えばコロナ放電）することで感光体ドラム４１の表面を帯電させるものである。例えば帯電部４２は、細いワイヤー等を有しており、これを電極として、高電圧を印加されることで放電するようになっている。画像書込部（ＬＳＵ）４３は、画像データに基づいて、光ビーム（例えばレーザビーム）を感光体ドラム４１に照射させ、その感光体ドラム４１に静電潜像を形成させるものである。なお、画像データは不図示のパーソナルコンピューター（ＰＣ）から送信されたものである。

現像装置２１は、感光体ドラム４１の静電潜像にトナーを付着させて、トナー像を形成させるものである。なお、現像装置２１に収容されている現像剤としては、例えばトナーとキャリアとから構成される２成分現像剤やトナーのみから構成される１成分現像剤が挙げられる。また、現像装置２１の詳細については後述する。

トナー貯留部（ホッパー）４４は、現像装置２１内部のトナーが不足するようになれば、その現像装置２１にトナーを供給するとともに、トナーを貯留しておくものである。転写部４５は、感光体ドラム４１表面に形成されたトナー像を乱さずに搬送部５２を搬送されてくるシートに移行させるものである。

クリーニング部４６は、トナー像がシートに移行（転写）された後に、感光体ドラム４１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去するものである。例えば、感光体ドラム４１の長手方向に線接触するブレード材等が挙げられる。シート収容部５１は、最終的に画像（トナー像）が印刷されるシート（用紙やＯＨＰ等）を収容するとともに、搬送部５２にシートを送り出すものである。

搬送部５２は、シート収容部５１から排紙部５４までのシートの通路であり、定着部５３は、シートに転写されたトナー像を安定な永久像とするものであり、例えば熱や圧力等のエネルギーを付与することにより、粉体状態のトナー像を溶融させるものである。排紙部５４は、定着部５３を経たシート、すなわち永久像が印刷されたシートを収容するものである。

そして、予め入力された画像データに基づいて、ＬＳＵ４３が感光体ドラム４１上にレーザビーム（光線）を発することで、その画像データに基づく静電潜像をその感光体ドラム４１表面に形成させる。その後、現像装置２１が、静電潜像にトナーを付着させるとともに（トナー像を形成させるとともに）、転写部４５が、シートにそのトナー像を転写させる。次に、定着部５３が、そのトナー像の転写されたシートに熱等を加え、永久像とさせるようになっている。

このような画像形成装置では、現像装置によりトナー像を継続して作成するためには、適宜トナーを現像装置に補給する必要があるが、特に、キャリアを含まない１成分現像剤を用いる現像装置では、安定したトナー像を形成するために装置内部のトナー量を一定に維持しておく必要がある。そのため、通常、現像装置には、特許文献１に開示されているような、装置内部のトナー量を測定する圧電素子等の検知センサが設けられており、その出力に基づいて現像装置内のトナー量を決定している。なお、ここでいうトナーとは、いわゆる着色剤を含有した樹脂トナー（トナー粒子）のみならず、外添剤や電荷制御剤等の内添剤を含有した現像剤を意味する。

図６は、現像装置２１の概略斜視図であり、図７（ａ）は概略側面図、図７（ｂ）は上方からの概略平面図である。なお、図６及び図７（ｂ）は、便宜上、蓋部分（カバー部分）を除外して表現し、図７（ｂ）では第１攪拌スクリュー７（後述）を重点的に表現している。図６、図７に示すように、現像装置２１は、ケーシング（筐体）５、カバー（筐体）６、第１攪拌スクリュー（回転搬送部）７、第２攪拌スクリュー（回転搬送部）８、現像ローラ（現像剤担持体）１１、規制ブレード（現像剤担持量規制部材）１２、及びトナー量を検知するＴセンサ（検知手段）１３を含む構成である。

ケーシング５は、トナーを貯留するものであり、第１貯留室１５と第２貯留室１６とが、ケーシング５と一体形成された仕切り板９によって分けられることで形成される。そして、この第１貯留室１５には第１攪拌スクリュー７、第２貯留室１６には第２攪拌スクリュー８が配設されている。カバー６は、ケーシング５に収容されたトナー等が外部に漏れないように封止するものである。

第１攪拌スクリュー７は、第１貯留室１５に貯留されているトナー等を攪拌させながらＰ方向へと搬送して、第２貯留室１６に導くものであり、第２攪拌スクリュー８は、第２貯留室１６に搬送されてきたトナー等を攪拌させながらＱ方向へと搬送して、現像ローラ１１に供給するものである。図７（ｂ）に示すように、ケーシング５の長手方向の両端部においては仕切り板９は存在せず、第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８間でのトナーの受け渡しが可能となっている。なお、第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８は、それぞれ支軸（軸）７ａ、８ａを中心とし、その周囲に螺旋羽７ｂ、８ｂを設けた構成になっており、互いに平行な状態でケーシング５に回転可能に軸支されている。

現像ローラ１１は、感光体ドラム４１（図５参照）の回転に応じて回転することで、その感光体ドラム４１の感光層にトナーを供給するものである。なお、現像ローラ１１の内面には後述する規制ブレード１２の先端に対向して永久磁石から成る磁界発生部材１１ａが固定されている。この磁界発生部材１１ａの磁力により現像ローラ１１の表面にトナーを付着（担持）させてトナー薄層を形成する。現像ローラ１１は、第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８と平行な状態で、ケーシング５に回転可能に軸支されている。第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８、及び現像ローラ１１は、図示しない駆動手段により回転駆動される。

規制ブレード１２は、感光体ドラム４１に供給するトナー量を規制するものであり、磁性体のＳＵＳ（ステンレス）が用いられる。具体的には、磁界発生部材１１ａにより現像ローラ１１と規制ブレード１２との間に磁界を発生させ、規制ブレード１２と現像ローラ１１との間隔だけでなく、磁界の強さによって現像ローラ１１へのトナー付着量を厳密に規制している。これにより、数十ミクロンのトナー薄層の形成が可能となる。

Ｔセンサ１３は、例えば圧電素子からなるセンサ（圧電センサ）で、トナー量（またはトナー濃度等）を検知するものである。そして、このＴセンサ１３は、第２攪拌スクリュー８に対面する第２貯留室１６の底面に設けられている。

このＴセンサ１３の検知面は、第１貯留室１５及び第２貯留室１６に充分にトナーが貯留されているとき、そのトナー等によって一定の圧をかけられることで、トナー等が充分に貯留されているものと検知する。一方、充分なトナー量が第１貯留室１５、第２貯留室１６に貯留されていないとき、Ｔセンサ１３は、トナー等によって一定以上の圧をかけられることはない。このとき、Ｔセンサ１３は、トナー量が充分に足りていないと検知するようになっている。

しかしながら、このようなトナー供給量の制御を行った場合、現像装置内のトナー充填量は所定量で安定させることができるものの、環境条件や経時変化でトナーの流動性が変化し、回転搬送部によるトナーの搬送量にも影響する。そのため、現像ローラへのトナー供給が不安定となり、良好なトナー像の品質を維持できなくなるという問題点があった。

上述した特許文献１の現像装置においては、Ｔセンサ１３の検知精度をより向上させるために、検知箇所のトナーを澱ませる必要がある。しかし、現像装置内のトナーを澱みなく循環させている状態でトナーの澱み部分（滞留）を発生させることは、攪拌スクリュー７、８でトナーを均一に攪拌し、トナーへの負荷をできる限り小さくするという目的に反する。

また、特許文献２には、現像装置内の現像ローラの近傍に、現像ローラと平行に張設された線状部材と、トナーにより線状部材に加えられる圧力を検知する圧力センサとを備え、圧力センサの検知結果に基づいてトナー量の調整を行う現像装置が開示されている。

しかしながら、特許文献２の方法では、圧力センサに加えて線状部材を別途設ける必要があるため、部品点数、組み立て工数が多くなって、現像装置及びそれを搭載する画像形成装置のコストアップにつながるという問題点があった。
特開平１−２０６３７８号公報 特開２０００−１１２２１８号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、現像装置内のトナーを円滑に循環させながらトナー量を一定に保持し、現像剤担持体へのトナー供給量を安定化する現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、現像剤を貯留する筐体と、該筐体から供給された現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に担持される現像剤量を規制する現像剤担持量規制部材と、前記筐体内の現像剤を攪拌搬送させる回転搬送部と、を備えた１成分現像剤を用いる現像装置において、前記筐体内の前記現像剤担持量規制部材の近傍に、現像剤の存在を検知する検知手段が設けられており、前記検知手段の検知結果に基づいて前記筐体内に貯留される現像剤量が調整されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記検知手段は、圧電素子であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記検知手段の検知面は、前記現像剤担持量規制部材を取り付ける部材の内面に沿って配置されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記検知手段の検知面を清掃する清掃手段を設けたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置が搭載された画像形成装置であって、前記筐体内へ現像剤を補給する現像剤補給手段と、該現像剤補給手段の補給動作を制御する制御手段とが設けられており、前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に応じて前記現像剤補給手段からの現像剤の補給量を変化させることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、筐体内の現像剤担持量規制部材の近傍に設けられた検知手段の検知結果に基づいて筐体内に貯留されるトナー量を調整することにより、検知箇所のトナーを澱ませる必要がなくなり、現像装置内でトナーが円滑に循環するため、現像剤担持体へのトナー供給量が安定して駆動負荷も軽減される。また、規制部材近傍に滞留するトナーの量によりトナーの帯電量が変化するが、規制部材近傍のトナー滞留量を制御することによりトナー帯電量も一定に保持することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、検知手段を圧電素子とすることにより、トナーの存在をより正確に検知可能となり、現像剤担持体へのトナー供給量を一層安定化することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の現像装置において、検知手段の検知面を、現像剤担持量規制部材を取り付ける部材の内面に沿って配置することにより、現像剤担持量規制部材の側面に滞留するトナーを精度良く検知できる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の現像装置において、検知手段の検知面を清掃する清掃手段を設けたことにより、検知面に付着するトナーや異物を除去して検知手段の誤検知を防止する。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成の現像装置が搭載された画像形成装置において、筐体内へ現像剤を補給する現像剤補給手段と、現像剤補給手段の補給動作を制御する制御手段とを設け、制御手段は、検知手段の検知結果に応じて現像剤補給手段からの現像剤の補給量を変化させることにより、現像剤担持体へのトナー供給量及びトナー帯電量を一定に保持して、現像装置により作成されるトナー像を高品質に維持する画像形成装置を提供する。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る現像装置の概略側面図である。従来例の図５〜図７と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図１に示すように、Ｔセンサ１３は、ケーシング５の規制ブレード取り付け部材（以下、ステーという）１７の内面に、検知面１３ａを現像ローラ１１の表面に向けて配置されている。

１８は、Ｔセンサ１３の検知面１３ａを清掃するプロペラ状のワイパー（清掃手段）であり、図示しないモータにより検知面１３ａを摺擦するように回転させ、検知面１３ａに付着するトナーや異物等を除去してＴセンサ１３の誤検知を防止する。なお、ワイパー１８を回転駆動するモータは別個に設けても良いが、攪拌スクリュー７、８、及び現像ローラ１１を駆動するモータと共通にしておけば、現像装置２１の構成が簡素化できるため好ましい。

本発明においては、ケーシング５内のトナー量を検知するＴセンサ１３を、規制ブレード１２の近傍に設けたことを特徴としている。これにより、Ｔセンサ１３をケーシング５の底面等に設けた場合のように検知箇所のトナーを澱ませる必要がなくなり、現像装置内でトナーが円滑に循環するため、現像ローラ１１へのトナー供給量が安定して現像ローラ１１の駆動負荷も軽減される。

また、トナーは圧縮により帯電されるため、規制ブレード１２近傍のトナー滞留量によりトナーの帯電量も変化するが、トナー滞留量を制御することによりトナー帯電量も一定に保持可能となり、ひいては現像装置２１により感光体ドラム上に作成されるトナー像を高品質に維持することができる。

なお、ここではＴセンサ１３は、規制ブレード１２が取り付けられるステー１７に設けられているが、図２（ａ）、（ｂ）のように、Ｔセンサ１３を規制ブレード１２近傍の他の位置に配置することもできる。しかし、規制ブレード１２の側面に滞留するトナーを精度良く検知するためには、ステー１７の内面に沿って検知面１３ａを配置する本実施形態の構成とすることが好ましい。

次に、図３を用いて、本発明の現像装置のトナー量が調整される仕組みについて説明する。図３は、本発明の現像装置における現像ローラ周辺の断面拡大図であり、ケーシング５、第１攪拌スクリュー７、第２攪拌スクリュー８等は記載を省略している。第２攪拌スクリュー８（図１参照）により現像ローラ１１に供給されたトナーＴは、現像ローラ１１の回転により規制ブレード１２のある位置まで搬送される。

搬送されたトナーＴの一部は、規制ブレード１２と現像ローラ１１との隙間を通過して現像ローラ１１の表面にトナー薄層を形成するが、他は規制ブレード１２の側面をつたってケーシング５（図１参照）の内部を移動する。第２攪拌スクリュー８及び現像ローラ１１は連続回転しているため、規制ブレード１２付近へのトナー供給は継続して行われ、規制ブレード１２の隙間を通過しなかったトナーＴは、図３のように規制ブレード１２の側面で滞留することとなる。

このトナーＴの滞留が大きくなると、ステー１７に設けられたＴセンサの検知面１３ａに接触する。Ｔセンサ１３は、検知信号を画像形成装置に設けられたＣＰＵ等の制御手段に送信し、制御手段はトナー貯留部４４（図５参照）から現像装置２１内へのトナー供給を停止させる。そして現像装置２１内のトナー量が減少し、トナーＴが検知面１３ａに接触しなくなると、制御手段はトナー貯留部４４よりトナーの供給を再開する。

次に、本発明の現像装置を搭載した画像形成装置の動作について説明する。図４は、画像形成に伴う現像装置内のトナー量調整手順を示すフローチャートである。図１及び図５を参照しながら、図４のステップに従い現像装置内のトナー量調整操作について説明する。先ず、ユーザにより画像形成が開始されると（ステップＳ１）、現像装置２１内のステー１７に設けられたＴセンサ１３による現像装置２１内のトナー量の検知も同時に開始される（ステップＳ２）。

トナーが検知されない場合はトナー貯留部４４から現像装置２１内へ所定量ずつトナーが供給される（ステップＳ３）。一方、ステップＳ２において検知面１３ａへの接触によりトナーが検知された場合は、規制ブレード１２の側面でのトナーの滞留が大きくなっているため、Ｔセンサ１３より画像形成装置本体の制御手段（図示せず）に検知信号が送信される。制御手段は、検知信号に基づいてトナー貯留部４４に制御信号を送信し、現像装置２１内へのトナー供給を停止する（ステップＳ４）。

その後、トナーの検知を継続して行い（ステップＳ５）、トナーが検知されない場合はステップＳ３と同様に所定量ずつトナーの供給を行う（ステップＳ６）。ステップＳ５においてトナーが検知された場合は、現像装置２１内のトナー量が増加してトナーの滞留が大きくなっているため、制御手段はトナー貯留部４４に制御信号を送信してトナーの供給を停止する（ステップＳ７）。

そして、画像形成が終了したか否かが判断され（ステップＳ８）、終了している場合はトナー量調整処理を終了する。一方、画像形成が継続して行われる場合は、ステップＳ２に戻り、以下同様の手順を繰り返す（ステップＳ２〜Ｓ７）。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、トナー貯留部４４からのトナーの補給を断続させることにより現像装置２１内のトナー量を調整しているが、Ｔセンサ１３の検知結果に応じてトナー貯留部４４からのトナーの補給量を適宜変化させるようにしても良い。

また、ここではＴセンサ１３として圧電センサを用いているが、本発明の現像装置２１に用いられるＴセンサ１３は、圧電センサに限定されるものではなく、例えば、感圧ポリマーや感圧ダイオード、薄膜型圧力センサ、透磁率センサ等の、他のタイプの圧力センサを用いることもできる。或いは、発光部及び受光部を備えた光学式のセンサであっても構わない。また、検知面１３ａを清掃するワイパー１８も、プロペラ状でなく他の形状のものでも良く、さらに他の方式の清掃手段を用いることもできる。

本発明は、現像剤を貯留する筐体と、該筐体から供給された現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に担持される現像剤量を規制する現像剤担持量規制部材と、筐体内の現像剤を攪拌搬送させる回転搬送部と、を備えた１成分現像剤を用いる現像装置において、筐体内の現像剤担持量規制部材の近傍に、現像剤の存在を検知する検知手段が設けられており、検知手段の検知結果に基づいて筐体内に貯留される現像剤量が調整されることとする。

これにより、検知手段を筐体の底面等に設けた場合のように検知箇所のトナーを澱ませる必要がなくなり、現像装置内でトナーが円滑に循環するため、現像剤担持体へのトナー供給量が安定して駆動負荷も軽減される。また、トナーは圧縮により帯電されるため、規制部材近傍のトナーの滞留量によりトナーの帯電量が変化するが、トナー滞留量を制御することによりトナー帯電量も一定に保持することができ、均一なトナー薄層の形成が可能となる。

また、検知手段として圧電素子を用いたので、トナーの検知がより正確なものとなり、検知手段の検知面を、現像剤担持量規制部材を取り付けるステーの内面に沿って配置したので、規制部材の側面に滞留するトナーをより精度良く検知可能となる。

また、検知手段の検知面を清掃する清掃手段を設けたので、検知面へのトナーや異物の付着を防止し、検知手段の誤検知を防止することができる。

また、本発明の現像装置を画像形成装置に搭載し、現像装置の筐体内へ現像剤を補給する現像剤補給手段と、現像剤補給手段の補給動作を制御する制御手段とを設け、検知手段の検知結果に応じて現像剤補給手段からの現像剤の補給量を変化させることとしたので、現像剤担持体へのトナー供給量及びトナー帯電量を一定に保持して現像剤担持体上に均一なトナー薄層を形成することができ、現像装置により作成されるトナー像を高品質に維持して高品位な画像形成が連続して行える画像形成装置を提供する。

は、本発明の一実施形態に係る現像装置の側面断面図である。 は、Ｔセンサの他の配置例を示す側面断面図である。 は、本発明の現像装置における現像ローラ周辺の部分拡大図である。 は、画像形成に伴う現像装置内のトナー量調整手順を示すフローチャートである。 は、従来の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、従来の現像装置の概略斜視図である。 は、従来の現像装置の概略側面図（図７（ａ））及び上方からの概略平面図（図７（ｂ））である。

符号の説明

５ ケーシング（筐体）
６ カバー（筐体）
７ 第１攪拌スクリュー（回転搬送部）
７ａ 支軸（回転搬送部）
８ 第２攪拌スクリュー（回転搬送部）
８ａ 支軸（回転搬送部）
９ 仕切り板
１１ 現像ローラ（現像剤担持体）
１２ 規制ブレード（現像剤担持量規制部材）
１３ Ｔセンサ（検知手段）
１３ａ 検知面
１７ ステー
１８ ワイパー（清掃手段）
２１ 現像装置
４４ トナー貯留部（現像剤補給手段）
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 現像剤を貯留する筐体と、該筐体から供給された現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に担持される現像剤量を規制する現像剤担持量規制部材と、前記筐体内の現像剤を攪拌搬送する回転搬送部と、を備えた１成分現像剤を用いる現像装置において、
   前記筐体内の前記現像剤担持量規制部材の近傍に、現像剤の存在を検知する検知手段が設けられており、前記検知手段の検知結果に基づいて前記筐体内に貯留される現像剤量が調整されることを特徴とする現像装置。
2. 前記検知手段は、圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記検知手段の検知面は、前記現像剤担持量規制部材を取り付ける部材の内面に沿って配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記検知手段の検知面を清掃する清掃手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の現像装置が搭載された画像形成装置であって、
   前記筐体内へ現像剤を補給する現像剤補給手段と、該現像剤補給手段の補給動作を制御する制御手段とが設けられており、前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に応じて前記現像剤補給手段からの現像剤の補給量を変化させることを特徴とする画像形成装置。

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