JP2006178279A

JP2006178279A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006178279A
Application number: JP2004373049A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Kariya; 宜伸狩谷
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】現像剤補給カートリッジ内の現像剤量を検出し、カートリッジ交換に伴う現像剤の補給遅れのない画像形成装置を簡易な構成で安価に提供する。
【解決手段】トナー又はトナーとキャリアからなる現像剤を収容する現像室３０を有し、該現像剤により静電潜像担持体２１上に形成された静電潜像を顕像化する現像手段２４と、現像剤を補給可能に収容すると共に、該現像手段２４と着脱可能に配設された現像剤補給カートリッジ１０Ｃと、現像剤補給カートリッジ１０Ｃと現像室３０とを連通すると共に、その内部に現像剤補給カートリッジ１０Ｃから現像室３０へ現像剤を搬送するオーガ１０５を有する搬送路１０Ｒと、該搬送路１０Ｒの壁面に設けられ、現像剤の圧力を検出する圧力検出センサＰＳとを備え、圧力センサＰＳの検出結果に基づいて、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤量を検出することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式を適用したプリンタや複写機等の画像形成装置に関し、特に現像剤をカートリッジ方式によって補給する現像剤補給カートリッジを有する画像形成装置に関するものである。

特開２００３−６６７０６号公報特開平５−１０７９２２号公報特開２００４−５０５４２号公報

電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、感光体ドラム等の潜像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像することにより、画像情報に応じた記録画像を形成している。静電潜像をトナー現像する現像器には、例えばトナーにキャリアや添加剤等を含んだ現像剤が収容されており、かかる現像剤を潜像担持体に接触あるいは近接させることにより、静電潜像がトナーによって現像（顕像化）されるようになっている。

このような画像形成装置において、現像器内の現像剤は静電潜像の現像と共に消費されていき、また、現像器内の現像剤が少なくなると、トナー現像した画像に濃度むらが現れてしまうので、現像器に対しては現像剤の消費と共に新たな現像剤を逐次補給していく必要がある。このため、複写機等、大量に現像剤を消費する画像形成装置においては、現像器に対して適時に新たな現像剤を補給し、現像器内の現像剤の量の変動を一定範囲内に抑える画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

ここで、特許文献１に開示された先行技術は、現像剤貯蔵タンク（ホッパ）内に複数の分割スペースを設け、螺旋スクリューで現像剤を複数の貯蔵スペース間を循環搬送させると共に、現像剤補給口を有するスペースに残量検知センサを設け、これにより、所望の量の現像剤の安定した現像器への補給を図ったものである。

また、特許文献２に開示された先行技術は、現像剤担持体表面近傍に粉圧検知手段を設けて、現像剤担持体表面近傍でのトナーの粉圧が過度に高くなることを防止したものである。

さらに、特許文献３に開示された先行技術は、検出精度の向上等のために、現像剤補給容器（カートリッジ）内に圧力センサを設けたものである。

しかしながら、上述した先行技術においては、以下のような問題点を有していた。

すなわち、特許文献１に開示された先行技術においては、循環する現像剤流を検出しているため、センサの取り付け位置によっては、容器内の潜像担持体近傍の現像剤が空なのに有りと誤検出したり、劣化した循環現像剤を検出してしまうことによる適切な残量検知時期（カートリッジの交換時期）が遅れるという問題を生じていた。

また、特許文献２に開示された先行技術においては、現像室内に設けられたセンサにて現像剤の残量空検知をする際に、当該センサが現像室内の現像剤が無いと検出した時点では、バッファとなる現像剤量に余裕が無く、このため現像剤補給が遅れてしまい画像障害が発生するという問題が生じていた。

さらに、特許文献３に開示された先行技術においては、カートリッジサイズの大型化、コストアップ化を招き、併せてセンサの取り付け取り外しに伴うリサイクル工数の増大といった問題が生じていた。

そこで、本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みて、現像剤補給カートリッジ内の現像剤量を検出し、カートリッジ交換に伴う現像剤の補給遅れのない画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置用は、トナー又はトナーとキャリアからなる現像剤を収容する現像室を有し、該現像剤により静電潜像担持体上に形成された静電潜像を顕像化する現像手段と、前記現像剤を補給可能に収容すると共に、該現像手段と着脱可能に配設された現像剤補給カートリッジと、前記現像剤補給カートリッジと現像室とを連通すると共に、その内部に現像剤補給カートリッジから現像室へ前記現像剤を搬送するオーガを有する搬送路と、該搬送路に設けられ、前記現像剤の圧力を検出する圧力検出センサとを備え、前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記現像剤補給カートリッジ内の現像剤量を検出することを特徴とするものである。

このように構成した本発明に係る画像形成装置は、現像室を有する現像手段と、現像剤補給カートリッジと、現像剤補給カートリッジと現像室とを連通すると共に、その内部に現像剤補給カートリッジから現像室へ前記現像剤を搬送するオーガを有する搬送路と、該搬送路に設けられた圧力検出センサとを備え、圧力センサの検出結果に基づいて、現像剤補給カートリッジ内の現像剤量を検出するので、交換に伴う補給遅れの無い適切なカートリッジの交換時期を検出できる画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することができる。

ここで、前記圧力センサは、前記搬送路の現像室側近傍に取り付けられていてもよい。

このように構成した場合は、圧力センサが搬送路の現像室側近傍に取り付けられているので、搬送路内の現像剤量の変化を圧力変化としてより確実に検出することが可能となる。

また、前記圧力センサは、圧電素子であってもよい。

このように圧力センサとして、圧電素子を用いることにより、検出に伴う可動部を無くすことができ、検出部の磨耗等による信頼性の低下を防止することができる。

以上において、前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記現像剤補給カートリッジ内の現像剤の残量又は有無をオペレーションパネルに表示してもよい。

このように構成した場合には、圧力センサの検出結果に基づいて、現像剤補給カートリッジ内の現像剤の残量又は有無をオペレーションパネルに表示するので、適切な時期におけるカートリッジ交換をユーザー等に促すことができる。

また、本発明に係る画像形成装置に用いられる現像剤は、一成分現像剤又は二成分現像剤であってもよいし、非磁性現像剤又は磁性現像剤であってもよいし、モノクロ現像剤又はカラー現像剤であってもよい。

さらに、前記圧力センサの検出感度は、ソフトウェアで変更できるように構成してもよいし、前記現像剤補給カートリッジ内の現像剤量の検出を圧力センサと他方式のセンサとを組み合わせて行なってもよい。

本発明によれば、現像剤補給カートリッジ内の現像剤量を検出して、カートリッジ交換に伴う現像剤の補給遅れによる画像障害を防止することができる画像形成装置を簡易な構成で安価に実現することが可能となる。

＜実施の形態１＞

以下に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、本発明に係る画像形成装置の概略構成について、図１を参照して説明する。

図１において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像担持体であり、この静電潜像担持体２１はスコロトロンなどの帯電装置２２によって帯電され、レーザ書込み装置やＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この静電潜像は、光の当たった静電潜像担持体２１表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。また、現像装置２４は、現像ハウジング３１内に、例えば、着色粒子であるトナー及びキャリアからなる二成分現像剤を収容する現像室３０を有し、現像剤担持体３２に該二成分現像剤を担持させ、この現像剤担持体３２にバイアス電源２５からの現像バイアスを印加することで、現像剤担持体３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。さらに、転写装置２６は、例えば静電潜像担持体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって静電潜像担持体２１上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加されることで、静電潜像担持体２１上のトナー像を記録材２８に転写させるようにしたものである。また、静電潜像担持体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。さらに、静電潜像担持体２１上のトナー像を転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によりトナー像は、記録材２８に定着される。定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像を記録材２８に定着するようになっている。

次に、本実施の形態に係る現像装置の概略構成について、図２を参照して説明する。

図２において、現像装置本体２４は、箱体状に形成されたものであり、ハウジング３１の感光体ドラム２１側には開口部が設けられている。この開口部の内側には、回転可能に配置された現像スリーブ３２１と、この現像スリーブ３２１内に固定状態で配置されたマグネットロール３２２とからなる現像ロール３２が設けられている。また、開口部とは反対側となる現像装置２４の空間部は、例えば、トナー及びキャリアからなる二成分現像剤を収納するための現像室３０であり、この現像室３０内には現像ロール３２の背面側に二成分現像剤を撹拌しつつ供給する２本のアジテータ１１０ａ，１１０ｂが設けられている。さらに、現像室３０の一端側には、後述する現像剤補給部１０が配設されている。

そして、現像装置２４内の二成分現像剤は、アジテータ１１０ａ，１１０ｂによって現像ロール３２へと供給される。この二成分現像剤は現像ロール３２の内部に設けられたマグネットロール３２２の磁力によって吸着されるとともに、現像スリーブ３２１の回転に伴って移動する。その際、二成分現像剤は、ハウジング３１の天井部に下向きに突設されたトリマーブレード３３によってその厚さが規制されて、現像スリーブ３２１の表面に一様な厚さに付着するようになっており、この現像スリーブ３２１の表面に付着した二成分現像剤は感光体ドラム２１に近接した位置まで搬送される。そして、現像スリーブ３２１に所定の現像バイアスを印加することによって、感光体ドラム２１の表面に公知の電子写真プロセス等によって形成された静電潜像を現像するようになっている。なお、消費された現像剤は、その消費量に応じて現像剤補給部１０から、現像室３０へと補給されるようになっている。

また、本実施の形態に用いられる現像剤は、上述の二成分現像剤に限られるものではなく、一成分現像剤でもよいし、磁性／非磁性あるいはモノクロ／カラーのいずれの現像剤についても適用可能である。

次に、本発明に係る画像形成装置の現像剤補給部について、図３を参照して説明する。

図３に示されるように、本発明に係る現像剤補給部１０は、現像装置２４の現像室３０の重力方向上方に設けられ、画像形成装置に着脱可能に配設された現像剤補給カートリッジ１０Ｃと、この現像剤補給カートリッジ１０Ｃと現像室３０とを連通させる搬送路１０Ｒとで構成されている。

現像剤補給カートリッジ１０Ｃは、例えば、縦長の略円筒状に形成され、搬送路１０Ｒのカートリッジ側開口部１０Ｕと着脱可能に立設されている。この現像剤補給カートリッジ１０Ｃは、一端（１０Ｕ側）に開口部を有し、その内部に、例えば二成分現像剤を収容する容器状のものであり、現像剤の補給は、空の現像剤補給カートリッジ１０Ｃを外して、新たな現像剤補給カートリッジ１０Ｃと交換することによって容易に行なえるようになっている。

また、搬送路１０Ｒは、その上方及び下方に開口部（１０Ｕ，１０Ｗ）を有し、現像剤補給カートリッジ１０Ｃから現像装置２４の現像室３０の一端側に向かって傾斜配置されており、カートリッジ側開口部１０Ｕ及び現像室側開口部１０Ｗにて、それぞれ現像剤補給カートリッジ１０Ｃ及び現像装置２４内の現像室３０と連通している。さらに、搬送路１０Ｒの内部には、現像剤補給カートリッジ１０Ｃからの落下現像剤を現像室３０へ搬送するオーガ１０５が配設されていると共に、搬送路１０Ｒの現像室３０近傍（現像室側開口部１０Ｗ近傍）の壁面には、圧力センサＰＳが取り付けられている。

そして、このオーガ１０５が、不図示のディスペンスモータによって駆動されることにより、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤は、重力及びオーガ１０５の搬送力によりカートリッジ１０Ｃから現像装置２４の現像室３０内へ向かう所定の一方向のみに搬送されるように構成されている。

なお、現像剤補給カートリッジ１０Ｃの形状は、上述の略円筒形状に限定されるものではないが、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤量（現像剤高さｙ）の変化が、カートリッジ側開口部１０Ｕへの圧力変化として、直接伝わるような形状であることが好ましい。

ここで、圧力センサＰＳとしては、例えば、ピエゾ素子等の圧電素子を用いることができる。このように圧力センサＰＳとして、圧電素子を用いることにより、可動部分がない検出部を構成することができ、可動に伴う磨耗等による検出信頼性の低下を防止することができる。

また、圧力センサＰＳの取り付け位置としては、搬送路１０Ｒの任意の壁面に取り付け可能であるが、図３に示されるように、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内から搬送される現像剤の圧力が集約される現像室３０近傍であることが好ましい。さらに、壁面に限らず、搬送路１０Ｒ内に取り付けて、現像剤圧力を直接検知する構成としてもよい。

このように構成された現像剤補給部１０においては、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤高さｙの変化が、搬送路１０Ｒの壁面に設けられた圧力センサＰＳによって、圧力変化として検出できるようになっている。具体的には、現像装置２４内の現像剤の消費に伴い、不図示のディスペンスモータに接続されたオーガ１０５が回転し、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤が搬送路１０Ｒを介して現像室３０へ搬送される。この際、搬送される現像剤の量に応じて現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤高さｙが変化すると共に、搬送路１０Ｒの壁面が押圧される押圧力が変化する。すなわち、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤量（現像剤高さｙ）に応じて、搬送路１０Ｒ内の圧力が変化する。

そして、予め求めた現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤量（現像剤高さｙ）とセンサ取り付け位置における壁面圧力Ｐとの関係をデータベース（例えば、テーブル又は関係式）として記憶保持しておき、このデータベースと圧力センサＰＳの検出結果とに基づき、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤量を算出することにより、現像剤の補給遅れが生じない適切な時期におけるカートリッジ１０Ｃの交換を促すことが可能となる。

具体的には、例えば、検出した現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤量を画像形成装置本体に設けられた不図示のオペレーションパネル等に表示してもよいし、あるいは、圧力センサＰＳからの出力がある値以下になった場合、又は、規定時間内にある出力を規定回数以上検出した場合等には、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤が無いと判断し、オペレーションパネル等に「現像剤無し」もしくは「まもなく現像剤切れ」等と表示してもよい。これにより、ユーザーやサービスマン等に適切なタイミングで現像剤補給カートリッジ１０Ｃの交換を促すことができ、現像剤の補給遅れを効果的に防止することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、従来の現像剤補給部に比し、搬送路１０Ｒ内の現像剤がカートリッジ交換の際のバッファ現像剤の役割を果たし、より効果的に現像剤の補給遅れに伴う画像障害の発生を防止することができる。

さらに、圧力センサＰＳは、搬送路１０Ｒの任意の壁面（オーガ１０５近傍）に配置可能であるため、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内にセンサを設ける場合に比し、コストダウンを実現することができると共に、センサの取り付け箇所の自由度が増大する。

また、本実施の形態に係る現像剤補給部１０は、現像剤補給カートリッジ１０Ｃ内の現像剤量（現像剤高さｙ）を検出するために、バッファ搬送路１０Ｒ内に設けた圧力センサＰＳを用いているため、従来の光透過式センサを用いた場合に比べ、用いられる現像剤（トナー）が一成分／二成分、磁性／非磁性、あるいは現像剤（トナー）の色等に関係なく適用することができる。さらに、従来の光透過式センサのように、現像剤で検出窓が汚れるのを防止する清掃部材等の余分な部材が不要となる。

さらに、センサＰＳが、所定の一方向（現像剤補給カートリッジ１０Ｃから現像室３０へと向かう方向）にのみ現像剤が流動する搬送路１０Ｒの壁面に設けられているので、循環流動する現像剤流を検出する場合に比し、センサの取り付け箇所等による誤検出を防止することができると共に、常にフレッシュな現像剤により残量検知を行なうことができ、劣化した流動現像剤の継続使用に伴う画像障害を改善することができる。

また、本実施の形態の変形例としては、圧力センサＰＳに加えて、搬送路１０Ｒ内のオーガ１０５の駆動トルクを検出するトルクセンサを併設しても良いし、従来の光学式センサを併設しても良い。

このように他方式のセンサ等と併用することにより、検出精度の向上や適用範囲の拡大を図ることが可能となる。
＜実施の形態２＞

本実施の形態では、先の実施の形態における現像剤補給カートリッジ１０Ｃの配置を縦長から横長に変更したものであり、同様な機能を有する部材には、同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態においては、図４に示されるように、現像室３０と略平行に配置された現像剤補給カートリッジ１０Ｄを設け、先の実施の形態と同様な搬送路１０Ｒにより両者を連通させたものである。

なお、本実施の形態における現像剤補給カートリッジ１０Ｄ内には、収容された現像剤を所定のタイミングで撹拌することによりトナーブロッキング等を防止する撹拌手段としての、コイル状の不図示のアジテータが設けられている。このアジテータは、現像剤補給カートリッジ１０Ｄを現像剤補給部に装着することによって、アジテータの一端と作動連結する不図示のディスペンスモータにて駆動されるようになっている。

なお、このような撹拌手段は、本実施の形態のように横長に形成された現像剤補給カートリッジ１０Ｄにおいて、より有効であるが、当然に、先の実施の形態のような縦長（重力により収容現像剤が落下する）タイプのカートリッジに設けてもよい。

このように構成した場合には、先の実施の形態に比し、現像剤消費に伴う現像剤補給カートリッジ１０Ｄ内の現像剤高さｙの変化量が減少して、圧力センサＰＳによる検出感度は低下するものの、先の実施の形態と同様に、現像剤補給カートリッジ１０Ｄ内の現像剤量を検出することができる。

また、現像剤補給カートリッジ１０Ｄの形状や配置に応じて、ソフトウェアにより圧力センサＰＳの検出感度を適切に変更したり、圧力センサＰＳに加えて、例えば、搬送路１０Ｒ内に配置されたオーガ１０５のカートリッジ交換からの総回転数に基づいて、現像剤補給カートリッジ１０Ｄ内の現像剤量を算出するように構成することにより、現像剤補給カートリッジ１０Ｄ内の現像剤量の検出精度を上げることが可能となり、先の実施の形態と同様な検出精度を実現すると共に、装置全体の高さを低減することができる。

本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。本発明に係る現像装置の概要を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１に係る現像剤補給部の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係る現像剤補給部の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０：現像剤補給部、１０Ｃ，１０Ｄ：現像剤補給カートリッジ、１０Ｕ：カートリッジ側開口部、１０Ｗ：現像室側開口部、１０Ｒ：搬送路、２１：静電潜像担持体、２２：帯電装置、２３：露光装置、２４：現像装置、２５：バイアス電源、２６：転写装置、２７：バイアス電源、２８：記録材、２９：クリーニング装置、３０：現像室、３１：現像ハウジング、３２：現像剤担持体、３３：トリマーブレード、５０：定着装置、５１：加熱ロール、５２：加圧ロール、１０５：オーガ、１１０ａ，１１０ｂ：アジテータ、３２１：現像スリーブ、３２２：マグネットロール、ＰＳ：圧力センサ

Claims

トナー又はトナーとキャリアからなる現像剤を収容する現像室を有し、該現像剤により静電潜像担持体上に形成された静電潜像を顕像化する現像手段と、
前記現像剤を補給可能に収容すると共に、該現像手段と着脱可能に配設された現像剤補給カートリッジと、
前記現像剤補給カートリッジと現像室とを連通すると共に、その内部に現像剤補給カートリッジから現像室へ前記現像剤を搬送するオーガを有する搬送路と、
該搬送路に設けられ、前記現像剤の圧力を検出する圧力検出センサと
を備え、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記現像剤補給カートリッジ内の現像剤量を検出することを特徴とする画像形成装置。
前記圧力センサは、前記搬送路の現像室側近傍に取り付けら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。
前記圧力センサは、圧電素子であ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。
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記現像剤補給カートリッジ内の現像剤の残量又は有無をオペレーションパネルに表示することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記現像剤は、一成分現像剤又は二成分現像剤であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記現像剤は、非磁性現像剤又は磁性現像剤であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記現像剤は、モノクロ現像剤又はカラー現像剤であることを特徴とする及び請求項１に記載の画像形成装置。
前記圧力センサの検出感度は、ソフトウェアで変更できることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記現像剤補給カートリッジ内の現像剤量の検出を圧力センサと他方式のセンサとを組み合わせて行なうことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。