JP2006243056A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一成分現像剤を用いた現像装置を安価にするとともに画像不良が生じることのないようにする。
【解決手段】 現像装置はトナーが収納される現像容器１５を備えて、感光体ドラムの静電潜像をトナーで現像してトナー像とする。トナー検知センサ３６は現像容器内のトナー量が予め規定された第１のトナーレベルにあるか否かを検知しており、トナー量が第１のトナーレベルに達するまで現像容器にトナーが補給される。現像容器中の現像剤残量が第１のトナーレベルよりも低い第２のトナーレベルになると現像容器にトナーが補給される。そして、現像の際に消費される現像剤消費量に応じて現像容器中の現像剤残量が求められる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、又はファクシミリ装置等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置で用いられる現像装置に関し、特に、一成分現像剤を用いた現像装置における現像剤補給制御に関するものである。

一般に、一成分現像剤を用いる現像装置においては、現像容器内における現像剤（トナー）残量に応じてトナー補給を行っており、例えば、現像容器内のトナー残量をトナー残量検知センサで検知して、トナー残量が予め設定された残留閾値となると、トナーコンテナから現像容器にトナーを補給するようにしている。ところで、近年省スペース化の要望から現像装置は小型化され、このため、現像容器に収納されるトナー量も少なくなっている。

このような状況下では、上述のような残量検知によってトナー補給を行うと、現像容器内の残留トナー量が著しく少なくなるまでトナー補給が行われないことになって、現像容器内にトナーが補給されると、この補給トナーが直ちに現像ローラに達し、現像ローラ上に筋状のムラが生じることがある。さらに、現像ローラ近傍において補給トナーの比率が高くなると、現像容器内に残留するトナーに帯電不良が生じて、画像形成の際カブリ等の画像不良が発生してしまう。

このような不具合を防止するため、小型化された現像装置においては、現像容器中のトナー残量が多い状態で推移するようにトナー補給制御を行うようにしており、例えば、現像容器内のトナー満杯状態を検知して、この満杯検知結果に応じてトナー補給制御を行うようにしている。

この種のトナー補給制御として、トナーホッパの内に、搬送スクリューの軸心位置を境にして上側には満杯検知センサを配置し、下側に残量検知センサを配置して、満杯検知センサによってトナー充填時におけるトナー量を検知してその検知結果に応じてトナー供給を停止し、残量検知センサによって所定残量に達したことが検知されるとトナー補給を開始するようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開２００３−２２３０４５公報

ところが、特許文献１に記載されたトナー補給制御は、２成分現像剤を用いた現像装置に適用されるものであり、特許文献１では、トナー欠乏状態を残量検知によって検知してトナー補給を行って、トナー補給の際満杯検知を行っているものの、一成分現像剤を用いた小型の現像装置に用いようとすると、残量検知の際のトナー残量が極めて少なくなってしまい、その結果、前述のような画像不良が生じてしまう。

一方、現像容器内におけるトナー残量を多くするためには、満杯検知センサと残量検知センサとを近接して配置する必要があるものの、小型の現像装置においては、スペースを考慮すると、満杯検知センサ及び残量検知センサを近接して現像容器に配設することが難しく、さらには、２つのセンサを配設するとなると、コストアップの要因となるという課題がある。

上記の課題を解決するため、本発明は、安価でしかも画像不良の生じることのないトナー補給制御を行なうことのできる一成分現像剤を用いた小型の現像装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明は、一成分現像剤が収納される現像容器と、像担持体上の静電潜像を一成分現像剤で現像して可視像とする現像手段とを備える現像部を有する現像装置において、前記現像容器内の現像剤量が予め規定された第１の現像剤レベルにあるか否かを検知するレベル検知手段と、前記現像剤量が前記第１の現像剤レベルに達するまで前記現像容器に前記現像剤を補給する補給手段と、前記現像容器中の現像剤残量が前記第１の現像剤レベルよりも低い第２の現像剤レベルになると前記補給手段を制御して前記現像容器に前記現像剤を供給する制御手段とを有し、前記制御手段は現像の際に消費される現像剤消費量に応じて前記現像容器中の現像剤残量を求めるようにしたことを特徴とするものである。また、本発明では、前記現像部を複数備え、回転駆動によって前記現像部を選択的に前記像担持体と対面する現像位置に位置づけて現像を行うようにしてもよい。

本発明では、前記制御手段は印字率に応じて前記現像剤消費量を求めるようにする。また、前記現像手段は前記像担持体と対面する現像ローラと、該現像ローラに現像剤を供給する現像剤供給ローラとを有して、前記現像ローラ及び前記現像剤供給ローラは前記現像容器の底部側に配置され、前記現像剤は前記現像容器の上面側から補給され、前記第１の現像剤レベルは前記現像容器中に現像剤が満杯状態であるレベルであり、前記第２の現像剤レベルは前記現像剤供給ローラ全体が覆われるレベルであることが望ましい。

本発明では、前記制御手段は、画像形成装置が起動されるか又は画像形成終了の後予め規定された時間が経過すると、前記現像容器中の現像剤残量が前記第２の現像剤レベルを越えていても前記補給手段を制御して前記現像容器に前記現像剤を供給する。

以上のように、本発明の現像装置は、現像剤量が第１の現像剤レベルに達するまで現像容器に現像剤を補給して、現像容器中の現像剤残量が第１の現像剤レベルよりも低い第２の現像剤レベルになると現像容器に現像剤を供給するようにし、現像の際に消費される現像剤消費量に応じて現像容器中の現像剤残量を求めるようにしたので、第２の現像剤レベルを検知するため検知センサが不要となるから現像装置、ひいては画像形成装置自体のコストを低減できるという効果がある。そして、現像部を複数備えて、回転駆動によって現像部を選択的に像担持体と対面する現像位置に位置づけて現像を行うロータリ現像装置において、上述のような構成をとると、各現像部に現像剤を補給するに当たって、問題が生じることがない。

本発明では、第１の現像剤レベルを現像容器中に現像剤が満杯状態であるレベルとし、第２の現像剤レベルを現像剤供給ローラ全体が覆われるレベルとしたので、現像容器中には常に十分な現像剤が存在することになって、画像カブリ等の画像不良を防止できるという効果がある。

本発明では、画像形成装置が起動されるか又は画像形成終了の後予め規定された時間が経過すると、現像容器中の現像剤残量が第２の現像剤レベルを越えていても現像容器に現像剤を補給するようにしたので、印字動作中にトナー補給を行う確率を低減でき、ユーザの待ち時間を少なくすることができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明による現像装置の実施例１を備えたカラー画像形成装置の一例を概略的に示す図であり、図示の画像形成装置１０は、像担持体（感光体ドラム）１１、レーザスキャニングユニット１２、帯電部材１３、及びロータリ型現像装置１４を有しており、現像装置１４は各色現像部１４ａ〜１４ｄを備えている。

例えば、現像装置１４は、ブラック（ＢＫ）現像部１４ａ、マゼンタ（Ｍ）現像部１４ｂ、シアン（Ｃ）現像部１４ｃ、及びイエロー（Ｙ）現像部１４ｄを備えており、各色現像部１４ａ〜１４ｄは現像容器１５、トナー供給ローラ１６、及び現像ローラ１７を有している。現像装置１４には駆動部（図示せず）がクラッチを介して接続されて回転駆動されて、各色現像部１４ａ〜１４ｄの現像ローラ１７を順次感光体ドラム１１に対向した現像位置とさせて、感光体ドラム１１上の静電潜像を現像して、感光体ドラム１１上にトナー像を形成する。

感光体ドラム１１の周囲にはクリーニング用摺擦部材１８及びクリーニング装置１９が配置され、感光体ドラム１１に当接して中間転写ベルト２０が配置され、中間転写ベルト２０を挟んで感光体ドラム１１と１次転写ローラ２１が対向している。この中間転写ベルト２０は駆動ローラ２２及び従動ローラ２３に張架され、中間転写ベルト２０は実線矢印で示す方向に回転駆動される。また、中間転写ベルト２０を挟んで駆動ローラ２２と対向して２次転写ローラ２４が配設されている。

感光体ドラム１１上のトナー像は一次転写ローラ２１によって中間転写ベルト２０上に転写される（１次転写）。給紙カセット２５から給紙経路２６を介して記録用紙（以下単に用紙と呼ぶ）が、駆動ローラ２２と２次転写ローラ２４とのニップ部である２次転写位置に搬送され、２次転写位置で中間転写ベルト２０上のトナー像が用紙に転写される（２次転写）。その後、用紙は定着装置２７に搬送されて、ここで用紙上のトナー像が定着され、用紙は排紙経路２８を通って排紙トレイ２９に排紙される。

図２は、ＢＫ現像部１４ａを詳細に示す断面図であり（なお、現像部１４ｂ〜１４ｄも現像部１４ａと同様に構成されている）。前述したように、現像容器１５には供給ローラ１６及び現像ローラ１７が配置され、現像ローラ１７は現像位置で感光体ドラム１１と対面する。現像容器１５内には一成分現像剤（トナー）が収納され、現像容器１５内のトナーは攪拌部材３０によって攪拌されつつ、供給ローラ１６によって現像ローラ１７に供給される。現像ローラ１７上のトナー層は層厚規制部材３１によって層厚規制され、現像ローラ１７によって感光体ドラム１１上の静電潜像が現像される。なお、現像ローラ１７と現像容器１５との間にはシール部材３２が配設され、このシール部材３２によってトナー漏れを防止している。

後述するようにして、トナー補給制御によって現像容器１５内にトナーが補給される。現像部１４ａにトナーを補給する際には、現像装置１４を回転駆動して現像部１４ａをトナー補給位置に位置付ける。そして、図１に示すように、補給パイプ３３が現像部１４ａ（つまり、現像容器１５）に挿入されて、トナーコンテナ３４からトナーが現像容器１５に補給される。図２に示すように、現像容器１５には連結部３５が形成され、この連結部３５を介して補給パイプ３３が現像容器１５に連結される。

図２に示すように、現像容器１５の内壁にはトナー検知センサ３６が配置され、このトナー検知センサ３６は現像容器１５内のトナー収納空間１５ａにおいて上側に位置付けられている。トナー検知センサ３６は発光部３６ａと受光部３６ｂとを有する光学センサであって、このトナー検知センサ３６によって第１のトナーレベル（例えば、満杯レベル）が検知される。なお、図２に示すように、発光部３６ａ及び受光部３６ｂの表面は回転駆動される清掃部材３６ｃによって清掃される。

図３は現像装置１４を制御する制御系を示すブロック図であり、前述のトナー検知センサ３６は制御部３７に接続されている。さらに、制御部３７にはメインスイッチ３８が接続されるとともに、現像駆動モータ３９、ロータリ駆動モータ４０、補給パイプ駆動モータ４１、及びトナー補給モータ４２が接続され、印字データが制御部３７に入力される。

制御部３７は現像駆動モータ３９、ロータリ駆動モータ４０、補給パイプ駆動モータ４１、及びトナー補給モータ４２を駆動制御し、現像駆動モータ３９によって攪拌部材３０、供給ローラ１６、及び現像ローラ１７が駆動される。また、ロータリ駆動モータ４０によって現像装置１４が回転駆動され、補給パイプ駆動モータ４１によって補給パイプ３３が駆動される。そして、トナー補給モータ４２によって現像容器１５にトナーが補給される。

ここで、図２〜図４を参照して、トナー補給制御について説明する。いま、画像形成装置１０のメインスイッチ３８がオンされると（ステップＳ１）、制御部３７はトナー補給制御を開始する（ステップＳ２）。トナー補給制御が開始されると、制御部３７はトナー検知センサ３６から出力される検知信号がトナー満杯状態を示しているか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、トナー満杯状態を示していると、制御部３７は印字動作モードへと移行して（ステップＳ４）、前述したようにして、画像形成（印字）が行われる。

一方、トナーが満杯状態でないと、制御部３７はロータリ駆動モータ４０を駆動制御して、トナーが不足する（つまり、トナーが満杯状態でない）現像部をトナー補給位置に位置付ける（ここでは、現像部１４ａのトナーが満杯状態でないものとする：ステップＳ５）。その後、制御部３７は補給パイプ駆動モータ４１を駆動制御して、補給パイプ３３を現像部１４ａに挿入する（ステップＳ６）。そして、制御部３７は現像駆動モータ３９を駆動制御して現像部１４ａを駆動して（ステップＳ７）、トナー補給モータ４２によって現像部１４ａにトナーを補給する（ステップＳ８）。

制御部３７はトナー検知センサ３６から出力される検知信号がトナー満杯状態を示しているか否かを判定して（ステップＳ９）、満杯状態を示していると、制御部３７はトナー補給モータ４２を停止して、トナー補給を停止する（ステップＳ１０）。そして、後述するトナー消費量をリセットした後（ステップＳ１１）、現像駆動モータ３９を停止して現像部１４ａ（補給対象現像部）を停止する（ステップＳ１２）。そして、制御部３７は補給パイプモータ４１を駆動制御して、補給パイプ３３を現像部１４ａから引き抜き（ステップＳ１３）、トナー補給制御を終了する。

ところで、前述したステップＳ４において印字動作が開始されると、制御部３７は印字データ、つまり、印字率に応じてトナー消費量を算出する。図５を参照すると、印字動作が開始されると、印字が行われ（ステップＳ１４）、制御部３７は各色毎の印字データに基づいて印字率を算出する（ステップＳ１５）。そして、制御部３７では各色毎の印字率に基づいて各色のトナー消費量を求める（ステップＳ１６）。

制御部３７には満杯状態である際のトナー量（満杯トナー量）が予め設定されており、制御部３７は各色毎に満杯トナー量（つまり、第１のトナーレベル）からトナー消費量を減算して、トナー残量を求める。そして、トナー残量が第２のトナーレベル（第２のトナーレベル＜満杯レベル）に達したか否かを判定する（ステップＳ１７）。トナー残量が第２のトナーレベルに達していないと、制御部３７はステップＳ１４に戻り、トナー残量が第２のトナーレベルに達していると、トナー補給制御を開始する。

ここで、図１に示す画像形成装置１０を用いて耐久試験を行って画質の判定を行った。なお、ここでは、現像ローラ１７として直径φ１６ｍｍで、ＪＩＳ−Ａ硬度４５度、抵抗値が１Ｅ＋６Ωで、表面粗さＲａ（算術平均高さＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）１．０μｍの弾性ローラを用い、トナー供給ローラ１６として、直径φ１４ｍｍで抵抗値が１Ｅ＋８Ωのウレタンスポンジローラを用いた。そして、現像ローラ１７と感光体ドラム１１の間隔は０．１５ｍｍに設定した。

さらに、層厚規制部材３１として０．１ｍｍのＳＵＳ箔を用いて、規制圧を２５Ｎ／ｍとした。シール部材３２として導電性の高分子量ＰＥフィルムを用いて、均一に現像ローラ１７に接触するようにウレタンスポンジでバックアップするようにした。攪拌部材３０には回転軸にＰＥＴフィルム３０ａを貼り付けたものを用いた。

また、補給パイプ３３が差し込まれる連結部３５には可撓性を有する弾性部材を用いて、補給パイプ３３が差し込まれる切れ目を設け、補給パイプ３３が切れ目に差し込まれると、撓みを生じて補給パイプ３３の外形に応じて切れ目が開口し、補給パイプ３３が切れ目から抜かれると、弾性復元力によって開口が閉じられる。

各現像部１４ａ〜１４ｄにはそれぞれ約４０ｇのトナーが充填され、これによって各現像部１４ａ〜１４ｄを満杯状態とした。そして、各色トナー消費量については、画像データに応じて感光体ドラム１１を露光した際の静電潜像のドット数がカウントした結果得られるドットカウント値を印字率として各色トナー消費量を求めた。

ここで、現像部内トナー残量（ｇ）と算出トナー消費量（ｇ）との関係を示す図を参照して、１００００枚の印字を行った際において、画像カブリ及び筋状ムラともに生じない場合を丸印、筋状ムラは生じないが画像カブリが目視で確認できる限界である場合を三角印、画像カブリ及び筋状ムラともに生じる場合をバツ印で表した。

図６から容易に理解できるように、満杯トナー量が４０ｇである際、算出トナー消費量が１０ｇ以下であれは、画像カブリ及び筋状ムラともに生じないことが分かり、算出トナー消費量が１０ｇとなった際、つまり、第２のトナーレベル＝３０ｇとすれば、１００００枚の印字においても画像カブリ及び筋状ムラが生じることはない。

なお、小型の現像装置１４において、第２のトナーレベル＝３０ｇを検知する光学センサを現像容器に配置することは困難である。つまり、発明者の実験によれば、図６に直線Ｌで区切った右下半分の領域Ｒにおいて、光学センサでトナー残量を検知することができ、第２のトナーレベル３０ｇ（つまり、トナー消費量＝１０ｇ）を光学センサで検知することが難しいことが分かった。

このようにして、第１のトナーレベル（満杯レベル）を光学センサで検知して、トナー消費量に応じてトナー残量が第２のトナーレベルに達したか否かを判定し、その判定結果に応じて第１のトナーレベルまでトナーを補給するようにしたので、第２のトナーレベル（つまり、下限レベル）を検知するため検知センサが不要となるから現像装置、ひいては画像形成装置自体のコストを低減できるばかりでなく、画像カブリ等の画像不良を防止できるという効果がある。

上述の例では、メインスイッチがオンされると、トナー補給制御を開始する例について説明したが、一連の画像形成工程（ジョブ）が終了して、予め規定された時間が経過すると、トナー補給制御を行うようにしてもよい。さらには、トナー消費量を算出する際には、画像の白黒比、プリントモード（カラーかモノクロかを示すモード）、用紙サイズ、及び印字枚数の少なくとも１つを印字率に組み合わせてトナー消費量を求めるようにしてもよい。

なお、前述のように、メインスイッチ起動時にはトナー残量が第２のトナーレベル（下限レベル）に達していなくても、トナー補給を行って満杯状態としており、これによって、印字動作中にトナー補給を行う確率を低減でき、ユーザの待ち時間を少なくすることができる。また、前述の第２のトナーレベルは、図２においてトナー供給ローラ１６がトナーで完全に覆われるレベルである。そして、上述の説明から明らかなように、制御部３７、現像駆動モータ３９、ロータリ駆動モータ４０、補給パイプ駆動モータ４１、及びトナー補給モータ４２が総合的に補給手段及び制御手段として機能する。また、上述の例では、現像部１４ａ〜１４ｄを同一の構成として説明したが、ＢＫ現像部１４ａのみを磁性一成分トナーを用いる構成とするようにしてもよい。

現像剤量が第１の現像剤レベルに達するまで現像容器に現像剤を補給して、現像容器中の現像剤残量が第１の現像剤レベルよりも低い第２の現像剤レベルになると現像容器に現像剤を供給するようにし、現像の際に消費される現像剤消費量に応じて現像容器中の現像剤残量を求めるようにしたから、第２の現像剤レベルを検知するため検知センサが不要となって現像装置のコストを低減できる結果、小型の画像形成装置に適用できる。

本発明の実施例１による現像装置を用いた画像形成装置の一例を概略的に示す図である。 図１に示す現像装置における１つの現像部を詳細に示す断面図である。 図１に示す現像装置の制御系を示すブロック図である。 図３に示す制御系のトナー補給制御を説明するためのフローチャートである。 図３に示す制御系における印字動作中のトナー消費量算出を説明するためのフローチャートである。 図３に示す制御部で算出された算出トナー消費量とトナー残量との関係を画像カブリ及び筋状ムラの有無とともに示す図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１１ 感光体ドラム
１２ レーザスキャニングユニット
１３ 帯電部材
１４ ロータリ型現像装置
１５ 現像容器
１６ トナー供給ローラ
１７ 現像ローラ
１８ クリーニング用摺擦部材
１９ クリーニング装置
２０ 中間転写ベルト
２１ １次転写ローラ
２２ 駆動ローラ
２３ 従動ローラ
２４ ２次転写ローラ
２５ 給紙カセット
２６ 給紙経路
２７ 定着装置
２８ 排紙経路
２９ 排紙トレイ
３０ トナー攪拌部材
３１ 層厚規制部材
３２ シール部材
３３ 補給パイプ
３４ トナーコンテナ
３５ 連結部
３６ トナー検知センサ
３７ 制御部
３８ メインスイッチ
３９ 現像駆動モータ
４０ ロータリ駆動モータ
４１ 補給パイプ駆動モータ
４２ トナー補給モータ

Claims (5)

1. 一成分現像剤が収納される現像容器と、像担持体上の静電潜像を一成分現像剤で現像して可視像とする現像手段とを備える現像部を有する現像装置において、
   前記現像容器内の現像剤量が予め規定された第１の現像剤レベルにあるか否かを検知するレベル検知手段と、
   前記現像剤量が前記第１の現像剤レベルに達するまで前記現像容器に前記現像剤を補給する補給手段と、
   前記現像容器中の現像剤残量が前記第１の現像剤レベルよりも低い第２の現像剤レベルになると前記補給手段を制御して前記現像容器に前記現像剤を供給する制御手段とを有し、
   前記制御手段は現像の際に消費される現像剤消費量に応じて前記現像容器中の現像剤残量を求めるようにしたことを特徴とする現像装置。
2. 前記現像部を複数備え、回転駆動によって前記現像部を選択的に前記像担持体と対面する現像位置に位置づけて現像を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記制御手段は印字率に応じて前記現像剤消費量を求めるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
4. 前記現像手段は前記像担持体と対面する現像ローラと、該現像ローラに現像剤を供給する現像剤供給ローラとを有し、
   前記現像ローラ及び前記現像剤供給ローラは前記現像容器の底部側に配置され、前記現像剤は前記現像容器の上面側から補給され、
   前記第１の現像剤レベルは前記現像容器中に現像剤が満杯状態であるレベルであり、
   前記第２の現像剤レベルは前記現像剤供給ローラ全体が覆われるレベルであること特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の現像装置。
5. 前記制御手段は、画像形成装置が起動されるか又は画像形成終了の後予め規定された時間が経過すると、前記現像容器中の現像剤残量が前記第２の現像剤レベルを越えていても前記補給手段を制御して前記現像容器に前記現像剤を供給するようにしたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の現像装置。

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