JP2007127721A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高印字濃度の画像情報を高速でかつ大量に連続印字しても、トナーの追従不良が生じるがなく、画像濃度の低下、画像のかすれなどの画像欠陥が発生せず、高画質画像を安定的に形成できる現像装置を提供する。
【解決手段】 電子写真感光体５上の静電潜像にトナーを供給する現像部２と、現像部２にトナーを供給するトナー補給ローラ１７を含むトナー補給部３と、制御部４とを含む現像装置１において、トナー補給ローラ１７を定時回転させるとともに、画像形成しようとする画像情報の高印字率化にともない、トナー補給ローラ１７を予備回転させ、かつ第１の電源８から現像ローラ７に印加される現像バイアス電圧と、第２の電源１１から供給ローラ１１に印加される供給バイアス電圧との差が大きくなるように、制御部４により制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、現像装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成できることから、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に広く利用される。電子写真方式を用いた画像形成装置は、一般に、光導電性物質を含む感光体ドラム表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電状態にある感光体ドラム表面に画像情報に基づく光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、感光体ドラム表面の静電潜像にトナーを供給して可視像化する現像手段と、感光体ドラム表面に担持されるトナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、加熱、加圧などによって記録媒体上のトナー像を記録媒体に定着させる定着手段とを含んで構成される。

ここで現像手段には、一般に、現像部とトナー補給部とを含む現像装置が用いられる。現像部は、感光体ドラムに接触するように設けられ、その表面にトナー層を担持して静電潜像にトナーを供給する現像ローラと、現像ローラ表面に当接するように設けられ、現像ローラ表面のトナー層の層厚を規制する板状部材であるドクターブレードと、その回転駆動によりトナーを帯電させるとともに帯電状態のトナーを含むトナーを現像ローラの周囲に送給する撹拌ローラと、現像ローラ、ドクターブレードおよび撹拌ローラを内蔵し、かつトナーを収容する現像槽と、現像槽内のトナー量を検知する圧力センサとを含んで構成され、感光体ドラム上の静電潜像をトナーにより顕像化する。また、トナーホッパまたはトナーカートリッジと呼ばれるトナー補給部は、現像槽の上部に連接して設けられるトナー補給容器と、トナー補給容器に回転駆動可能に支持され、その回転駆動により現像槽にトナーを補給するトナー補給ローラとを含む。そして、トナー補給部にもトナーがなくなった場合は、トナー補給部自体を交換するかまたはトナー補給容器に外部からトナーを補給するように構成される。

従来の現像装置は、圧力センサによる現像槽内のトナー量検知結果に応じてトナー補給ローラを回転させ、ほぼ一定量のトナーをほぼ一定の補給間隔でトナー補給部から現像槽へ定期的に補給する構成を採る。このような現像装置は、従来の画像形成装置においては何ら支障なく好適に使用される。しかしながら、画像形成装置における画像形成速度の高速化が進み、たとえばＡ４サイズの画像を毎分１００〜１２０枚印字することが要求される現状では、トナーの追従性のさらなる向上が求められる。ここで、トナーの追従性とは、トナー消費量に応じて必要量のトナーを現像槽へ補給することであり、追従性が不良（追従不良）であると、画像濃度の低下、画像のかすれなどの画像欠陥が発生するおそれがある。すなわち、従来の現像装置における現像槽へのトナーの補給は、前述のように、圧力センサの検知結果に基づいて行われるけれども、画像形成領域が高印字率の画像情報（原稿など）を印字する場合、特に高印字率の画像情報を連続して大量に印字する場合には、現像槽内のトナーが急速に消費されるにもかかわらず、圧力センサによるトナー量検知感度に限界があるため適切な時期に現像槽にトナーが補給されず、トナーの追従不良が発生するおそれがある。

このような問題点に鑑み、たとえば、トナー補給容器において、トナー補給ローラの周囲に、トナー補給ローラ近傍にトナーを搬送するトナー搬送部材を複数設ける現像装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このような構成によれば、確かにトナーの追従性は向上するものの、画像形成速度の高速化が要求される現状にあっては、さらなる向上が求められる。

また、トナー濃度と現像性能が正の相関を持つトナー濃度領域で２成分現像剤を使用する画像形成装置において、画像出力（感光体ドラム上の静電潜像）の積算印字ドット数に比例する量のトナーを、トナー補給ローラの回転数を制御することにより補給することを特徴とする画像形成装置が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この画像形成装置によれば、トナーの消費量に見合う量のトナーを補給するのではなく、トナー消費予想量に見合うトナーを補給する構成を採る。しかしながら、積算印字ドット数とトナーの消費量との関係は必ずしも一定ではない。すなわち、画像形成装置には、トナー消費量を変化させ得る種々の変動可能な特性が存在し、その特性としては、具体的には、現像ギャップ、帯電手段による感光体ドラム表面の帯電量、露光量、現像バイアス電圧、湿度、温度などの環境条件などが挙げられる。したがって、特許文献２の画像形成装置のように、積算印字ドット数とトナーの予想消費量が固定された関係にある場合に、これらの特性が変化すると、静電潜像が同じ画素量であっても予想量以上のトナーが消費され、トナーの追従不良を生じるおそれがある。また、特許文献２の技術では、画像出力の印字率に応じてトナー補給ローラの回転数を常に変化させることが要求されるけれども、トナー補給ローラの周囲には多量のトナーが存在するので、回転数の微妙な調整を行えない場合も生ずる。さらに、トナー補給ローラの回転数を常に変化させることで、トナー補給ローラの回転駆動系に大きなストレスが掛かり、現像装置の長期耐久性を損なうおそれもある。

特開平５−２４１４４４号公報 特開２０００−２５０２７５号公報

本発明の目的は、高印字濃度の画像情報を高速でかつ大量に連続印字しても、トナーの追従不良が生じるがなく、画像濃度の低下、画像のかすれなどの画像欠陥が発生せず、高画質画像を安定的に形成でき、さらに長期耐久性に優れる現像装置および該現像装置を備える画像形成装置を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、トナー補給ローラの通常のトナー補給動作（回転駆動）に併行して、形成しようとする画像情報の印字率に応じて通常のトナー補給動作以外の予備的なトナー補給動作（回転駆動）を実行させる場合には、通常であればトナー消費量を変化させ得る種々の特性が変動しても、トナー消費量にほぼ等しい量のトナーを現像槽に補給することが可能であり、トナー追従性が良好で、長期耐久性に優れる現像装置が得られることを見出し、本発明を完成した。

本発明は、
電子写真方式で画像形成する画像形成装置に搭載される現像装置において、
トナーを収容する現像槽と、
現像槽に回転自在に支持されて、画像形成装置に設けられる電子写真感光体の表面に形成される静電潜像にトナーを供給して現像する現像ローラと、
現像槽に回転自在に支持されて、現像ローラにトナーを供給する撹拌搬送部材と、
現像槽内に設けられて、現像槽内のトナー量を検知するトナーセンサと、
トナーを貯留し、現像槽を構成する現像槽壁に形成される貫通孔であるトナー補給口を介して現像槽にトナーを補給するトナー補給容器と、
トナー補給容器に回転自在に支持され、回転駆動することによってトナーを現像槽へ補給するトナー補給ローラと、
トナーセンサによるトナー量検知結果に応じてトナー補給ローラを回転駆動させる回転制御手段と、
形成しようとする画像情報の印字率に応じて、回転制御手段により回転駆動する以外の時期にトナー補給ローラを回転駆動させる予備回転制御手段とを含むことを特徴とする現像装置である。

また本発明の現像装置は、現像ローラに現像バイアス電圧を印加する第１の電源と、撹拌搬送部材に供給バイアス電圧を印加する第２の電源とをさらに含み、
予備回転制御手段が、
形成しようとする画像情報の印字率に応じて、回転制御手段により回転駆動する以外の時期にトナー補給ローラを回転駆動させるとともに、
画像情報の印字率が高くなるにつれて、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差が大きくなるように第１の電源および第２の電源を制御することを特徴とする。

さらに本発明の現像装置は、
予備回転制御手段が、画像情報の印字率が高くなるとともに、画像情報の印字枚数が多くなるにつれて、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差が大きくなるように第１の電源および第２の電源を制御することを特徴とする。

さらに本発明の現像装置は、
予備回転制御手段が、供給バイアス電圧を一定の値とし、かつ現像バイアス電圧を上昇させるように第１の電源および第２の電源を制御することを特徴とする。

また本発明は、前述のいずれか１つの現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、トナーを収容する現像槽と、感光体表面の静電潜像にトナーを供給する現像ローラと、現像ローラにトナーを供給する撹拌搬送部材すなわち供給ローラと、現像槽内のトナー量を検知するトナーセンサと、トナーを貯留するトナー補給容器と、トナー補給容器のトナーを現像槽に補給するトナー補給ローラと、トナーセンサによるトナー量検知結果に応じてトナー補給ローラを回転駆動させる回転制御手段と、画像形成しようとする画像情報の印字率に応じて、回転制御手段により回転駆動する以外の時期にトナー補給ローラを回転駆動させる予備回転制御手段とを含み、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置が提供される。該現像装置によれば、回転制御手段によりトナー補給ローラを回転させて通常のトナー補給を行うとともに、予備回転制御手段によりトナー補給ローラを回転させて予備的なトナー補給を行うことによって、トナー追従性が向上し、高印字率画像を大量にかつ連続的に印字しても、画像濃度の低下、画像かすれなどの画像欠陥がない高画質画像を安定的に形成できる。また、トナー補給ローラは定時回転数の微妙な制御を受けるわけではないので、トナー補給ローラの回転駆動系に大きなストレスが掛かることがない。したがって、本発明の現像装置は、従来の現像装置と同等の長期的な耐久性を有する。

以後、回転制御手段によるトナー補給ローラの回転を、特に断らない限り、トナー補給ローラの定時回転と称する。また、予備回転制御手段によるトナー補給ローラの回転を、特に断らない限り、トナー補給ローラの予備回転と称する。

本発明によれば、現像ローラに現像バイアス電圧を印加する第１の電源と、撹拌搬送部材に供給バイアス電圧を印加する第２の電源とをさらに含む現像装置が提供される。該現像装置においては、予備回転制御手段が、形成しようとする画像情報の印字率に応じて２つの動作を制御する。１つはトナー補給ローラの予備回転である。もう１つは、画像情報の高印字率化にともない、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差が大きくなるように第１の電源および第２の電源を制御することである。

このような構成を採ることによって、形成しようとする画像情報が高印字率化し、さらに画像形成装置内においてトナー消費量を変化させる各種特性が変動することがあっても、画像情報の印字率に基づくトナー予想消費量とほぼ同量のトナーが消費され、トナー補給ローラの予備回転によりトナー消費量に見合うトナーを補給できる。したがって、現像装置のトナー追従性がさらに向上し、画像形成しようとする画像情報の印字率が高くなっても支障なく高画質画像を形成できる。

本発明によれば、画像情報の高印字率化だけでなく、印字枚数の増加に対応して、予備回転制御手段が現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差が大きくなるように第１の電源および第２の電源を制御するように構成することによって、印字率の上昇および印字枚数の増加が同時に起こっても、トナー追従性が低下することがなく、高画像濃度の高画質画像を安定的に形成できる。

本発明によれば、画像情報の高印字率化または高印字率化と印字枚数の増加の際に、予備回転制御手段により、供給バイアス電圧を一定の値とし、かつ現像バイアス電圧を徐々に上昇させるように第１の電源および第２の電源を制御することによって、画像情報の印字率に基づく予想消費量と実際の消費量とが一層近似し、トナー追従性のさらなる向上が得られる。

本発明によれば、本発明の現像装置を備える画像形成装置が提供される。該画像形成装置は、画像形成しようとする画像情報の印字率、印字枚数、画像の大量かつ連続印字などに関係なく、画像濃度の低下、画像かすれなどの画像欠陥がない高濃度の高画質画像を長期にわたって安定的に形成でき、装置としての長期耐用性にも優れる。

図１は、本発明の実施の第１形態である現像装置１の構成を簡略化して示す部分断面図である。

現像装置１は非磁性一成分現像方式の現像装置であり、電子写真方式で画像形成する画像形成装置に搭載され、電子写真感光体の表面に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する。
現像装置１は、現像部２と、トナー補給部３と、制御部４とを含む。

現像部２は、画像形成装置に備わる電子写真感光体５の表面に形成される静電潜像を現像するものであり、現像槽６と、現像ローラ７と、第１の電源８と、層厚規制部材９と、供給ローラ１０と、第２の電源１１と、撹拌搬送部材１２と、トナーセンサ１３とを含む。

現像槽６は、たとえば樹脂などからなる容器状部材であり、その内部空間にトナーを収容する。また、現像槽６の撹拌搬送部材１２上方において、現像槽６と後述するトナー補給容器１６とが連接する部分には、現像槽６とトナー補給容器１６とを連通する貫通口であるトナー補給口１４が形成される。

現像ローラ７は、現像槽６に電子写真感光体５を臨んで形成される開口部１５を通して電子写真感光体５に対向し、かつ電子写真感光体５の軸線と現像ローラ７の軸線とが平行になるようにして現像槽６に回転自在に支持され、図示しない駆動手段により軸線回りに回転駆動するローラ部材である。本実施の形態では、電子写真感光体５と現像ローラ７とは圧接するように設けられるけれども、それに限定されず、表面が互いに離隔するように両者を設けることができる。

第１の電源８は、現像ローラ７に現像バイアス電圧を印加する電源であり、現像装置１を備える図示しない画像形成装置の主電源に電気的に接続され、画像形成装置の画像形成動作に応じて、主電源から電力の供給を受ける。第１の電源８は図示しないけれども、後述する制御部４の制御手段２０に電気的に接続される。第１の電源８により現像ローラ７に印加される現像バイアス電圧は、制御手段２０により制御される。制御手段２０は、好ましくは形成しようとする画像情報の高印字率化にともない、さらに好ましくは形成しようとする画像情報の高印字率化および画像印字枚数の増加にともない、たとえば、現像バイアス電圧を上昇させるように第１の電源８を制御する。

本明細書において、画像情報には、原稿から得られる画像情報と外部から入力される画像情報が含まれる。原稿から得られる画像情報とは、現像装置１を備える図示しない画像形成装置において、原稿の画像形成領域をスキャナ部２３により読み取って得られる画像情報である。また、外部から入力される画像情報とは、現像装置１を備える図示しない画像形成装置に電気的に接続されるコンピュータ、デジタルカメラ、各種録画装置などの外部機器２４から該画像形成装置に入力される画像情報である。また、画像情報の印字率とは、画像情報の画像形成領域における総ドット数の、該画像形成領域が１００％ベタ濃度のベタ画像である場合の総ドット数に対する百分率である。画像情報の中には、総ドット数の数値も含まれるので、その数値を利用して制御手段２０による制御を実施できる。

なお、制御手段２０による第１の電源８の制御については、制御部４の説明において詳述する。

層厚規制部材９は、たとえば、金属、樹脂などの弾性材料からなる薄板部材であり、一端部が現像槽６に装着され、他方の遊端部付近が現像ローラ７に当接するように設けられる。層厚規制部材９は、現像ローラ７表面に担持されるトナー層の厚さが所望の値になるように調整する。

供給ローラ１０は、現像ローラ７に当接するようにして現像槽６に回転自在に支持され、図示しない駆動手段により軸線回りに回転駆動し、回転駆動によって現像槽６の内部空間に収容されるトナーを搬送して現像ローラ７に供給するローラ部材である。なお、供給ローラ１０も、撹拌搬送部材の１形態である。

第２の電源１１は、供給ローラ１０に供給バイアス電圧を印加する電源であり、現像装置１を備える図示しない画像形成装置の主電源に電気的に接続され、該画像形成装置の画像形成動作に応じて、主電源から電力が供給される。第２の電源１１は図示しないけれども、後述する制御部４の制御手段２０に電気的に接続される。制御手段２０は、好ましくは形成しようとする画像情報の高印字率化にともない、さらに好ましくは形成しようとする画像情報の高印字率化および画像印字枚数の増加にともない、たとえば、現像バイアス電圧を供給バイアス電圧よりも大きくし、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差が大きくなるように、第１の電源８および第２の電源１１を制御する。さらに具体的には、供給バイアス電圧を一定の値に保持し、高印字率化さらには画像印字枚数の増加にともない、現像バイアス電圧が大きくなるように、第１の電源８および第２の電源１１を制御するのがよい。制御手段２０による第２の電源１１の制御については、制御部４の説明において詳述する。

撹拌搬送部材１２は、供給ローラ１０を介して現像ローラ７に対向する位置に設けられて現像槽６に回転自在に支持され、図示しない駆動手段により矢符１７の方向に回転駆動し、回転駆動によって現像槽６内に供給されるトナーを撹拌するとともに、供給ローラ１０に搬送するローラ部材である。

トナーセンサ１３は、現像槽６内のトナー残量を検知するセンサである。トナーセンサ１３は図示しないけれども、後述する制御部４の制御手段２０に電気的に接続される。トナーセンサ１３には、たとえば、圧力センサ、圧電センサなどが用いられる。トナーセンサ１３の検知結果に基づく、トナー補給容器１６から現像槽６へのトナー補給の制御については、制御部４の説明において詳述する。

現像部２によれば、後述のトナー補給部３から現像槽６内に補給されるトナーを、供給ローラ１０および撹拌搬送部材１２の回転駆動により現像ローラ７周辺に供給し、現像ローラ７表面にトナー層が形成され、トナー層は層厚規制部材９により層厚規制を受けた後、電子写真感光体５上の静電潜像に対してトナーを供給し、該静電潜像を可視像化する。

トナー補給部３は、現像槽６の上部に現像槽６に連接して設けられ、トナー補給容器１６と、トナー補給容器１６に回転自在に支持され、駆動手段１８により軸線回りに回転駆動するトナー補給ローラ１７とを含む。

トナー補給容器１６は、たとえば樹脂などからなる容器状部材であり、その内部空間にトナーを収容する。トナー補給容器１６には、前述のように、搬送撹拌部材１２上方の現像槽６とトナー補給容器１６との連接部において、現像槽６とトナー補給容器１６とを連通する貫通口であるトナー補給口１４が形成される。

トナー補給ローラ１７は、その表面に図示しないトナー層を担持し、そのトナー層がトナー補給口１４の口縁に周接するようにして設けられ、その軸線回りに回転駆動するに際して、該トナー層がトナー補給口１４の口縁に対して摺動し、その摺動抵抗によってトナーを、補給口１４から現像槽６内に補給する。

トナー補給ローラ１７を軸線回りに回転駆動させる駆動手段１８には、駆動手段１８により駆動力を発生させるための駆動電源１９および駆動手段１８に制御信号を送ってトナー補給ローラ１７の回転駆動を制御する制御手段２０にそれぞれ電気的に接続される。駆動電源１９は、現像装置１を備える図示しない画像形成装置の主電源に電気的に接続され、画像形成装置の画像形成動作に応じて、主電源から電力が供給される。

トナー補給ローラ１７の軸線回りの回転駆動は、制御手段２０により制御される。制御手段２０は、図示しないけれども、トナー補給ローラ１７の定時回転を制御する回転制御手段と、トナー補給ローラ１７の予備回転を制御する予備回転制御手段とを含む。

回転制御手段は、トナーセンサ１３による現像槽６内のトナー量検知結果に応じて、定時回転を実施するか否かを判断し、現像槽６内のトナー残量が基準値よりも低い場合には、定時回転を実施する。この際、主に回転駆動時間が制御されるけれども、回転数なども併せて制御できる。定時回転は、トナーセンサ１３と、駆動手段１８と、駆動電源１９と、制御手段２０とにより制御される。なお、トナー補給ローラ１７の定時回転自体は、従来の現像装置と同様にして行われるものである。

予備回転制御手段は、画像形成しようとする画像情報の印字率に応じて、トナー補給ローラ１７の予備回転を実施する。この際も、回転駆動時間の制御が主であり、付加的に回転数などを制御してもよい。画像情報の印字率と回転駆動時間とについては特に定まった関係はなく、トナー物性を基準とするトナーの種類、画像形成速度、定時回転が開始される現像槽６内の基準トナー量などの各種条件に応じて広い範囲から適宜選択できる。これは当業者の選択範囲であるけれども、１つの目安を挙げれば、印字率５％の時は現像ローラ７の回転駆動時間の５０％、印字率１５％の時は現像ローラ７の回転駆動時間の８０％、印字率３０％以上の時は現像ローラ７の回転駆動時間と同じ回転駆動時間とすればよい。ここで言う現像ローラ７の回転駆動時間とは、当該画像情報に基づく電子写真感光体５上の静電潜像にトナーを供給するのに要する現像ローラ７の回転駆動時間である。現像ローラ７の回転駆動時間は、現像装置１を備える図示しない画像形成装置が有する、該画像形成装置の全動作を制御する制御手段２０のメモリ２１内に蓄積される。このように、トナー補給ローラ１７の予備回転は、駆動手段１８と、電源１９と、制御手段２０とにより制御される。

なお、予備回転制御手段によるトナー補給ローラ１７の予備回転が実行される途中で、トナーセンサ１３が現像槽６内のトナー量が基準値を下回ることを検知する場合は、予備回転よりも定時回転の方が優先的に実施されるように構成しておくのが好ましい。

トナー補給ローラ１７の定時回転および予備回転といった回転駆動動作の制御は、制御部４の説明において詳述する。

トナー補給部３によれば、トナー補給容器１６内に収容されるトナーを、トナー補給ローラ１７の回転駆動により、トナー補給口１４を介して現像槽６に供給する。この際、画像形成しようとする画像情報の印字率に応じて、トナー補給ローラ１７の回転駆動動作を制御する。

制御部４は、制御手段２０と、スキャナ部２３と、外部機器２４とを含んで構成される。

制御手段２０は、たとえば、中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータなどによって実現される処理回路であり、現像装置１を備える図示しない画像形成装置の全動作を制御する。制御手段２０は、記憶部であるメモリ２１と、演算部２２とを含む。

メモリ２１にはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などが挙げられる。メモリ２１には、制御手段２０が現像装置１の全体を動作させるためのプログラム、各サイズの記録紙の画像形成領域における１００％ベタ画像のドット数、前回画像形成を行った画像情報の印字率、画像情報の印字率に応じた現像ローラ７の回転駆動時間、累計画像印字枚数、トナー補給ローラ１７の定時回転を開始する現像槽６内の基準トナー残量（以後単に「基準トナー残量」と称す）、印字率毎の現像バイアス電圧値、印字率毎の現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差などが予め蓄積される。また、メモリ２１は、スキャナ部２３または外部機器２４から制御手段２０に入力される画像形成しようとする画像情報を蓄積する。この画像情報には、該画像情報を印字する際に必要になる総ドット数のデータが含まれる。

演算部２２は、たとえば、トナーセンサ１３から制御部２０に入力され、メモリ２１に蓄積される検出値（現像槽６内のトナー量）および基準トナー残量を取り出し、両者を比較して、トナー補給の可否、トナー補給を行う場合には補給量、トナー補給ローラ１７の回転駆動時間などを決定する。トナー補給を行う場合には、この演算結果に基づいて、制御手段２０は駆動手段１８に制御信号を送り、トナー補給ローラ１７の回転駆動時間などを制御しつつ定時回転を行う。

また演算部２２は、メモリ２１から、画像形成しようとする画像情報の総ドット数および画像情報に対応するサイズの記録紙における１００％ベタ画像の総ドット数のデータを取り出し、印字率を算出し、トナー補給ローラ１７の回転駆動時間などを決定する。この演算結果に基づいて、制御手段２０は駆動手段１８に制御信号を送り、トナー補給ローラ１７の回転駆動時間などを制御しつつ予備回転を行う。なお、演算部２２で算出される画像情報の印字率はメモリ２１に蓄積される。

また演算部２２は、メモリ２１から、前回画像形成を行った画像情報の印字率を取り出し、また前述のようにして今回画像形成しようとする画像情報の印字率を算出して両者を比較し、今回の印字率が前回の印字率よりも高くなると判定する場合には、印字率の上昇割合に応じて、たとえば、現像バイアス電圧の上昇幅、供給バイアス電圧の上昇または下降およびその幅を決定する。この演算結果に基づいて、制御手段２０は第１の電源８および第２の電源１１に制御信号を送り、第１の電源８により現像ローラ７に印加される現像バイアス電圧を上昇させるとともに、第２の電源１１により供給ローラ１０に印加される供給バイアス電圧を一定値に保持するかまたは上昇させる場合でも、現像バイアス電圧の上昇幅よりも小さくなるように制御する。印字率の上昇割合が暫時大きくなる（高印字率化）場合には、それに伴って、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差が漸次大きくなるように制御するのが好ましい。そのとき、供給バイアス電圧を一定値とし、現像バイアス電圧のみを漸次大きくするのがさらに好ましい。なお、本実施の形態では、画像形成開始時には、現像ローラ７には−２００Ｖの現像バイアス電圧が印加され、供給ローラ１０には−３００Ｖの供給バイアス電圧が印加される。ここで、印字率の上昇と現像バイアス電圧との関係は特に制限されず、使用されるトナーの各種物性、画像形成速度などに応じて広い範囲から適宜選択されるけれども、１つの目安を挙げれば、印字率が１０％高くなる毎に、現像バイアス電圧を１０〜２０Ｖ上昇させればよい。

また演算部２２は、高印字率化の判定に際し、メモリ２１に蓄積される今回の連続印字枚数と連続印字枚数の基準値を取り出して比較する。これは、印字１枚毎に行う。ここで、基準値とは、連続印字枚数に応じて現像バイアス電圧および供給バイアス電圧の補正を行うか否かの閾値として予め設定される値である。今回の連続印字枚数が該基準値よりも大きいと判定すると、該基準値に対する今回の連続印字枚数の増加割合を算出し、連続印字枚数の増加に基づく現像バイアス電圧の上昇幅を決定し、印字率の上昇に伴う現像バイアス電圧の上昇幅と積算し、今回の現像バイアス電圧の上昇幅を決定する。このとき、同様にして、供給バイアス電圧を補正するか否か、補正する場合には補正幅が決定される。この演算結果に基づいて、制御手段２０は第１の電源８および第２の電源１１に制御信号を送り、現像バイアス電圧および供給バイアス電圧を制御する。なお、連続印字枚数と現像バイアス電圧との関係は特に制限されず、使用されるトナーの物性、画像形成速度などに応じて広い範囲から適宜選択されるけれども、１つの目安を挙げれば、Ａ４サイズの３０％程度の印字率画像を印字するに際し、連続印字枚数１０枚毎に、現像バイアス電圧を１０〜２０Ｖ程度上昇させればよい。

また演算部２２は、低印字率化および／または連続印字枚数の減少が起こると、各基準値に照らし合わせ、現像バイアス電圧を低下させる補正、および供給バイアス電圧の補正を決定し、この演算結果に基づく制御を行うことができる。

スキャナ部２３は、現像装置１を備える図示しない画像形成装置において、原稿の画像情報を光学的に読み取り、電気的に接続される制御手段２０に入力する。

外部機器２４は、現像装置１を備える図示しない画像形成装置の外部にあって、該画像形成装置に電気的に接続されて画像情報を入力する機器である。外部機器２４には、画像情報の形成または取得が可能であり、かつ画像形成装置に電気的に接続可能な電気・電子機器を使用でき、たとえば、コンピュータ、デジタルカメラ、テレビ、ビデオレコーダ、ＤＶＤレコーダ、ファクシミリ装置などが挙げられる。

制御部４によれば、トナー補給ローラ１７を定時回転させるとともに、スキャナ部２３または外部機器２４から制御手段２０に入力させる画像情報をもとに、制御手段２０が印字率、さらに連続印字枚数の判定を行い、駆動手段１８、第１の電源８および第２の電源１１に制御信号を送り、高印字率化および連続印字枚数の増加にともなって、トナー補給ローラ１７を予備回転させ、かつ現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差を大きくする制御を行う。

現像装置１によれば、トナー補給ローラ１７の定時回転とともに、画像形成しようとする画像情報の高印字率化などに応じてトナー補給ローラ１７の予備回転を行い、さらに現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差を大きくする制御を行うので、トナー補給容器１６から現像槽６内に画像形成に必要な充分な量のトナーが補給され、トナー追従性が向上するので、高印字率の画像を連続で大量に印字しても、画像濃度の低下、画像かすれなどの画像欠陥を生じることなく、高画質画像を安定的に形成できる。

本実施の形態では、現像ローラ７とトナー補給ローラ１７とは、別々の回転駆動手段が接続され、それぞれ独立して回転駆動する構成を採るけれども、それに限定されず、たとえば、現像ローラ７の駆動手段と、トナー補給ローラ１７を駆動するギアとの間に、カムまたは変則ギアを設け、現像ローラ７の回転駆動時間に対するトナー補給ローラ１７の回転駆動時間が、画像形成しようとする画像情報の印字率に応じて所定の割合になるような構成を採ることもできる。さらに、このとき、撹拌搬送部材１２を駆動するギアを、カムまたは変則ギアを介して現像ローラ７の駆動手段に接続する構成を付加することもできる。これにより、現像槽６に供給されるトナーが速やかに現像ローラ７周辺に搬送され、短時間で消費される。

図２は、本発明の現像装置１を備える本発明のもう一つの実施形態である画像形成装置１００の構成を簡略化して示す図である。図２に示す画像形成装置１００は、たとえば本発明の実施の第１形態である現像装置１を備える電子写真方式のフルカラープリンタである。

画像形成装置１００は、たとえばパーソナルコンピュータなどの外部装置で創出されて伝達される画像情報に応じて、記録紙などの記録媒体上にフルカラーまたはモノクロの画像を形成するものであり、露光ユニット１０１、現像装置１、電子写真感光体１９、帯電器１０２、クリーニングユニット１０３、転写搬送ベルトユニット１０４、定着ユニット１０５、用紙搬送路Ｓ，Ｓ１、給紙トレイ１０６、第１および第２排紙トレイ１０７，１０８を含んで構成される。

この画像形成装置１００は、フルカラープリンタであり、画像情報が、ブラック（ｂ）、シアン（ｃ）、マゼンタ（ｍ）、イエロー（ｙ）の各色を用いるカラー画像に応じたものである。したがって、露光ユニット１０１、現像装置１、電子写真感光体１９、帯電器１０２、クリーニングユニット１０３および転写搬送ベルトユニット１０４に備えられる転写ローラ１１３は、各色に対応してそれぞれ４つ設けられる。ここでは、各色に応じて４つずつ設けられる各部は、各色を表すアルファベットを参照符号の末尾に付して区別し、総称する場合は参照符号のみで表す。

帯電器１０２、露光ユニット１０１、現像装置１、転写ローラ１１３、クリーニングユニット１０３は、電子写真感光体１９まわりに、この順序で配置される。帯電器１０２は、電子写真感光体１９の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、チャージャー型、ローラ型またはブラシ型などのいずれが用いられてもよい。

露光ユニット１０１としては、たとえばレーザ照射部および反射ミラーを備えるレーザスキャニングユニットが用いられる。露光ユニット１０１は、一様な電位に帯電された電子写真感光体１９の表面を画像情報に応じて露光し、その表面に静電潜像を形成する。現像装置１は、電子写真感光体１９の表面に形成された静電潜像にトナー成分であるトナーを供給して現像し、可視像であるトナー像を形成する。クリーニングユニット１０３は、電子写真感光体１９の表面から記録媒体上へ転写しきれずに残留するトナーを、電子写真感光体１９の表面から除去し回収する。

転写搬送ベルトユニット１０４は、電子写真感光体１９の下方に配置され、転写ベルト１０９、転写ベルト駆動ローラ１１０、転写ベルトテンションローラ１１１、転写ベルト従動ローラ１１２、転写ローラ１１３（ｂ，ｃ，ｍ，ｙ）および転写ベルトクリーニングユニット１１４を含む。転写ベルト駆動ローラ１１０、転写ベルトテンションローラ１１１、転写ベルト従動ローラ１１２は、転写ベルト１０９を張架し、転写ベルト駆動ローラ１１０の回転駆動によって、転写ベルト１０９を矢符１１５方向へ回転駆動させる。

矢符１１５方向へ回転駆動される転写ベルト１０９は、各電子写真感光体１９に接触するように設けられ、転写ベルト１０９によって搬送される記録媒体が、転写ベルト１０９と電子写真感光体１９との間を通過する際、電子写真感光体１９の表面に形成されたトナー像が記録媒体上へ転写される。フルカラー画像の場合、各電子写真感光体１９で形成される各色のトナー画像が、記録媒体上に順次重ねて転写されることによって、フルカラーに形成される。転写ローラ１１３は、転写ベルト１０９を介して電子写真感光体１９に対向するように配置される。転写ローラ１１３には、トナーの帯電極性とは逆極性の転写バイアスが印加され、この転写バイアスによって電子写真感光体１９表面のトナー像が記録媒体へ転写される。

転写ベルトクリーニングユニット１１４は、転写ベルト１０９の外周に接触するように設けられる。電子写真感光体１９との接触によって転写ベルト１０９に付着したトナーは、記録媒体の裏面を汚染する原因となるので、転写ベルトクリーニングユニット１１４が、転写ベルト１０９表面のトナーを除去し回収する。

定着ユニット１０５は、転写ベルト１０９よりも記録媒体の搬送方向下流側に設けられ、加熱ローラ１１６および加圧ローラ１１７と、加熱ローラ１１６の加熱源、加熱ローラ１１６の温度を検知するセンサおよび加熱ローラ１１６が所定の温度になるように加熱源の動作を制御する制御部などを含む。加熱ローラ１１６と加圧ローラ１１７とは、互いに押圧状態で記録媒体を挟圧搬送することができるように設けられる。定着ユニット１０５は、記録媒体が加熱ローラ１１６と加圧ローラ１１７とで形成されるニップ部を通過する際、トナー像を加熱および加圧して記録媒体に定着させ、堅牢な記録画像とする。

トナー像が記録される記録媒体たとえば記録紙は、給紙トレイ１０６に貯留される。本実施形態の画像形成装置１００では、給紙トレイ１０６は、装置下部に設けられる。給紙トレイ１０６に貯留される記録紙は、ピックアップローラ１１８によって１枚ずつ給紙トレイ１０６から取出され、用紙搬送路Ｓへ送出される。用紙搬送路Ｓへ送出された記録紙は、電子写真感光体１９、現像装置１等を含んで構成される画像形成部の搬送方向手前に設けられるレジストローラ１１９で一旦保持される。レジストローラ１１９は、不図示のレジスト前検知センサの検知出力に応じて、電子写真感光体１９表面に形成されるトナー像の先端が記録紙の画像形成範囲の先端に整合するように、タイミングを同期させて記録紙を画像形成部へと搬送する。

画像形成部で記録紙上にトナー像が形成され、定着ユニット１０５でトナー像が定着された記録紙は、定着ユニット１０５の出側に設けられる搬送方向切換ガイド１２０によって、排紙経路が切換えられ、第１排紙トレイ１０７または第２排紙トレイ１０８のいずれかに排紙される。第１排紙トレイ１０７へ排紙される場合、もう一つの用紙搬送路Ｓ１を通って排紙される。なお、用紙搬送路Ｓ，Ｓ１には、搬送ローラ１２１が設けられ、経路上の記録紙を所定の方向へ搬送する。

以下画像形成装置１００における画像形成動作について簡単に説明する。給紙トレイ１０６からピックアップローラ１１８でピックアップされた記録紙が用紙搬送路Ｓへ送出され、レジストローラ１１９で保持される。この間、画像形成部では、電子写真感光体１９の表面を帯電器１０２で一様な電位に帯電させ、露光ユニット１０１で画像情報に応じて露光して静電潜像が形成され、静電潜像が現像装置１によって現像されてトナー像が形成される。電子写真感光体１９の表面に形成されるトナー像の先端と、記録紙の画像形成範囲の先端とが整合するように、タイミングを同期させてレジストローラ１１９が記録紙を転写ベルト１０９へと送り込む。

転写ベルト１０９で搬送される過程において、記録紙上には、各電子写真感光体１９から各色のトナー像が順次積層転写されてフルカラー画像が形成される。トナー像が転写された記録紙は、定着ユニット１０５へ搬送され、定着ユニット１０５で定着処理されて堅牢な記録画像となり、第１または第２排紙トレイ１０７，１０８のいずれかに排紙され、一連の画像形成動作が終了する。

画像形成装置１００には、現像装置１が備えられる。したがって、現像装置１でニアエンドが検出された場合、現像ローラ２４および撹拌搬送部材４２の回転が停止されることによって現像動作が停止され、トナー補給ローラ３０のみが回転駆動してトナー補給容器２９から現像槽２３へとトナーが補給される。このことによって、現像槽２３へ現像に充分な量のトナーが補給され、また現像槽２３内でブロッキングが生じている場合でも補給されるトナーの供給圧力によってブロッキングを解消し、充分な量のトナーを現像に使用可能な状態とすることができる。

このような画像形成装置１００によれば、トナー量が不足の状態で静電潜像の現像を行うことが防止され、常に現像に充分な量のトナーを確保した状態で静電潜像の現像を行うことができるので、特にトナー濃度不足を発生することなく高画像濃度で画質の良好な画像を継続して形成することが可能になる。

本発明の実施の第１形態である現像装置の構成を簡略化して示す部分断面図である。 本発明のもう一つの実施形態である画像形成装置の構成を簡略化して示す図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像部
３ トナー補給部
４ 制御部
５ 電子写真感光体
６ 現像槽
７ 現像ローラ
８ 第１の電源
９ 層厚規制部材
１０ 供給ローラ
１１ 第２の電源
１２ 撹拌搬送部材
１３ トナーセンサ
１４ トナー補給口
１５ 開口部
１６ トナー補給容器
１７ トナー補給ローラ
１８ 駆動手段
１９ 電源
２０ 制御手段
２１ メモリ
２２ 演算部
２３ スキャナ部
２４ 外部機器
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 電子写真方式で画像形成する画像形成装置に搭載される現像装置において、
   トナーを収容する現像槽と、
   現像槽に回転自在に支持されて、画像形成装置に設けられる電子写真感光体の表面に形成される静電潜像にトナーを供給して現像する現像ローラと、
   現像槽に回転自在に支持されて、現像ローラにトナーを供給する撹拌搬送部材と、
   現像槽内に設けられて、現像槽内のトナー量を検知するトナーセンサと、
   トナーを貯留し、現像槽を構成する現像槽壁に形成される貫通孔であるトナー補給口を介して現像槽にトナーを補給するトナー補給容器と、
   トナー補給容器に回転自在に支持され、回転駆動することによってトナーを現像槽へ補給するトナー補給ローラと、
   トナーセンサによるトナー量検知結果に応じてトナー補給ローラを回転駆動させる回転制御手段と、
   形成しようとする画像情報の印字率に応じて、回転制御手段により回転駆動する以外の時期にトナー補給ローラを回転駆動させる予備回転制御手段とを含むことを特徴とする現像装置。
2. 現像ローラに現像バイアス電圧を印加する第１の電源と、撹拌搬送部材に供給バイアス電圧を印加する第２の電源とをさらに含み、
   予備回転制御手段は、
   形成しようとする画像情報の印字率に応じて、回転制御手段により回転駆動する以外の時期にトナー補給ローラを回転駆動させるとともに、
   画像情報の印字率が高くなるにつれて、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差が大きくなるように第１の電源および第２の電源を制御することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 予備回転制御手段は、
   画像情報の印字率が高くなるとともに、画像情報の印字枚数が多くなるにつれて、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との差が大きくなるように第１の電源および第２の電源を制御することを特徴とする請求項２記載の現像装置。
4. 予備回転制御手段は、
   供給バイアス電圧を一定の値とし、かつ現像バイアス電圧を上昇させるように第１の電源および第２の電源を制御することを特徴とする請求項２または３記載の現像装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つの現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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