JP2007148182A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーの濃度ムラに起因する画像濃度ムラを解消し、現像剤の循環経路が長い広幅サイズの記録紙が適用される装置であっても濃度ムラのない、良好な画像を成形することができる現像装置及び画像形成装置を提供する
【解決手段】現像剤を収容する現像容器３と、現像容器３の開口部に回転自在に支持された現像ローラ４と、現像容器３の低部を現像ローラ４の長手方向に沿って２分割する内壁７と、２分割された現像容器低部の一方の領域内に配置され、現像剤を軸線方向に搬送して現像ローラ４に供給する第一の搬送攪拌スクリュ５と、他方の領域内に配置され、現像剤を第一搬送攪拌部材とは逆方向に搬送して第一の搬送攪拌スクリュ５に供給する第二の搬送攪拌スクリュ６と、内壁７に設けられた現像剤循環用開口部７ａとを有する現像装置であって、第一及び二の搬送攪拌スクリュ５、６の速度を可変する制御装置を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式を採用したプリンター、複写機、ファクシミリ等に適用される現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置に係り、特に、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる現像装置及び画像形成装置に関する。

トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる従来の２軸攪拌現像方式の現像装置として、例えば、現像容器と、この現像容器の開口部に、像担持体に対向するように配置された磁石を内胞する現像ローラと、この現像ローラの表面に担持される現像剤の層厚を規制するドクタブレードと、前記現像容器内で現像剤を攪拌しながら循環、搬送する第一及び第二搬送攪拌スクリュと、前記現像容器内にトナーを補給する補給装置と、トナー濃度を検知するトナー濃度センサとを備えたものが提案されている。
このような従来の現像装置において、第一及び第二搬送攪拌スクリュは、現像ローラの長手方向に沿って形成された仕切り部材によって離隔されており、各搬送攪拌スクリュの配設部が現像剤搬送路となっている。仕切り部材の長手方向両端部は第一及び第二搬送攪拌スクリュの長さよりも若干短くなっており、現像剤通路を形成している。現像容器内の現像剤は、現像ローラの回転に伴い、第一搬送攪拌スクリュ及び第二搬送攪拌スクリュによって攪拌されつつ現像剤流路を搬送され、循環し、汲み上げられて現像ローラに供給される。
現像ローラに供給された現像剤は、現像位置である感光体との対向位置まで移動する過程でドクタブレードによって規制されて薄層状となる。この薄層状の現像剤は感光体ドラム表面に供給され、静電潜像を現像して可視像化する。その後、現像に供した現像剤は現像ローラの回転に伴い現像容器内に回収され、再度第一及び第二搬送攪拌スクリュによって搬送される。

ところで、一度現像に供された現像剤は、トナー濃度が低下するので、そのまま再度現像ローラに供給したのでは、良好な画像を形成することができない。従って、トナー補給装置からフレッシュトナーを補給してトナー濃度を回復させる必要がある。
現像容器内のトナー濃度は、例えば第一搬送攪拌スクリュの下部に一定の隙間をもって配設されたトナー濃度検知センサによって検知され、トナー濃度が一定値以下になった時、現像容器内へ新しいトナーが補給され、トナー濃度が常に所定値を保つように調整される。トナーは、例えば第二搬送攪拌スクリュの端部から補給され、現像剤循環時、特に第二搬送スクリュによって攪拌され、トナーとキャリアが摩擦帯電する。

このような現像装置において、良好な画像を得るためには、現像に供した現像剤を現像ローラから順次回収し、同時にトナー濃度の十分な現像剤を順次現像ローラに供給する必要がある。従って、例えば、画像が全面に有り、かつ画像面積比率が高い画像を多量にコピーする場合、新しいトナーが送られた第二搬送攪拌スクリュ側（Ｒ側）はトナー濃度が高く、第一搬送攪拌スクリュ側（Ｆ側）に行くに従い徐々にトナー濃度が低下する。
即ち、Ｆ側とＲ側とで現像ローラの長手方向におけるトナー濃度に差が生じ、これによって画像濃度ムラが発生するという問題がある。特に、白黒反転機能による黒部の多いコピーや、全面画像で画像面積比率の高い新聞紙のような原稿を多数枚連続コピーした場合には、左右の濃度ムラが発生し易くなる。

このような濃度ムラを解消するための従来技術として、例えば特許文献１には、第一搬送攪拌スクリュと第二搬送攪拌スクリュの速度差（回転数の差）を設け、第二搬送攪拌スクリュの速度を第一搬送攪拌スクリュより速くしたり、第二搬送攪拌スクリュの形状を、切り欠き楕円板状にしたり、第一搬送攪拌スクリュと第二搬送攪拌スクリュの羽根の肉厚を可変させ、第一搬送攪拌スクリュの羽根厚を第二搬送攪拌スクリュの羽根厚よりも薄くして濃度ムラを解消しようとする技術が開示されている。
また、特許文献２には、搬送スクリュに補助攪拌部材を設けた現像装置が開示されており、更に、特許文献３には、搬送スクリュに３条以上（例えば４条、５条、６条）のスパイラル状の羽根部材を設けて多条スクリュとし、これによって、画像上の濃度ムラを解消しようとする現像装置が開示されている。
更にまた、特許文献４には、短縮された搬送経路付近に現像剤の高低差を設け、現像剤を滞留させることなく、しかも高精度のトナー濃度検出が可能な現像装置を提供することを目的として開発された装置であって、内部に現像剤が充填される現像剤搬送領域と、その現像剤搬送領域内に設けられて回転することにより現像剤を搬送する搬送部材と、現像剤搬送領域内のトナー濃度を計測する濃度センサとを備える現像装置において、当該搬送部材は回転軸とその回転軸に形成されるらせん形状とを有し、当該回転軸は、その軸方向に少なくとも当該濃度センサと対峙する大径部分とその大径部分よりも直径の小さい小径部分とを有する現像装置であって、前記現像剤搬送領域内であって前記濃度センサに対して現像剤の搬送方向上流側の一部領域において、予定された量よりも多く現像剤が搬送される場合には、当該現像剤の一部分は当該濃度センサ側に搬送されずに、当該現像剤搬送領域を短縮して搬送するようにした現像装置が開示されている。

特開平０９−１１４２０９号広報 特開平０９−１６６９１８号広報 特開平０９−１２０２０１号広報 特開２００２−１４８９２７号公報

しかしながら、上記従来の現像装置においては、現像剤を良好に循環させることはできても、現像ローラの長手方向におけるトナーの濃度ムラを防止することは困難であり、特に、例えばＡ２サイズ以上の記録紙を適用する広幅機の２軸攪拌方式を採用する現像装置においては現像剤循環経路が長くなるために、トナーの濃度ムラが顕著に現れ、画像の濃度ムラが発生し易いという問題がある。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、トナーの濃度ムラに起因する画像濃度ムラを解消し、現像剤の循環経路が長い広幅サイズの記録紙が適用される装置であっても濃度ムラのない、良好な画像を成形することができる現像装置及びこの現像装置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、本発明に係る現像装置は、現像剤を収容する現像容器と、この現像容器の開口部に回転自在に支持された現像剤担持体と、前記現像容器の低部を前記現像剤担持体の長手方向に沿って２分割する仕切り部材と、２分割された現像容器低部の一方の領域内に配置され、現像剤を軸線方向に搬送して前記現像剤担持体に供給する第一の搬送攪拌部材と、前記２分割された現像容器低部の他方の領域内に配置され、現像剤を前記第一搬送攪拌部材とは逆方向に搬送して前記第一の搬送攪拌部材に供給する第二の搬送攪拌部材と、前記仕切り部材に設けられた現像剤循環用開口部とを有する現像装置であって、前記第一及び二の搬送攪拌部材の現像剤搬送速度を可変する制御装置を有することを特徴とする。
この場合において、前記現像剤循環用開口部は、前期仕切り部材の長さ方向に沿って複数設けられていることが好ましい。
また、前記仕切り部材の長手方向両端部には、それぞれ現像剤流通用通路部が設けられており、前記現像剤循環用開口部には、開口面積を調節する開閉シャッタが設けられているものとすることができる。
更にまた、前記第一又は第二搬送攪拌部材によって搬送される現像剤のトナー濃度を検知するセンサを有し、前記制御装置は、前記第一及び第二搬送攪拌部材における現像剤搬送速度を制御すると共に、前記トナー濃度検知センサの検出値に基づいて前記現像剤循環用開口部の開閉シャッタの開度を調節して現像剤の循環量を制御するもの都することができる。
更にまた、前記現像剤は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤であることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、前記像担持体の帯電面に画像情報に基づいて露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像して可視化像を形成する現像装置と、得られた可視化像を記録媒体に定着させる定着装置と、を有する画像形成装置において、前記現像装置は、上述したいずれか一つの現像装置であることを特徴とする。

本発明によれば、現像剤支持体としての現像ローラの長手方向におけるトナー濃度ムラを解消して濃度ムラのない良好な画像を形成することができる。特に、全面画像で画像面積比率が高い原稿を多量にコピーした場合であっても、濃度ムラを解消して良好な画像を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る現像装置の断面図、図２は、図１における第一搬送攪拌スクリュ及び第２搬送攪拌スクリュを示す平面図である。
図１において、この現像装置２は磁性キャリアとトナーとを含む２成分現像剤を用いる現像装置であり、現像容器３と、この現像容器３の開口部に回転自在に支持された現像剤担持体としての現像ローラ４と、現像容器３の低部を現像ローラ４の長手方向に沿って２分割する仕切り部材としての内壁７と、この２分割された現像容器３低部の一方の領域内に配置され、現像剤を攪拌しつつ軸線方向に搬送して現像ローラ４に供給する第一の搬送攪拌スクリュ５と、２分割された現像容器３低部の他方の領域内に配置され、現像剤を攪拌しつつ搬送して第一の搬送攪拌スクリュ５とは逆方向に搬送して第一の搬送攪拌スクリュ５に供給する第二の搬送攪拌スクリュ６とから主として構成されている。

現像ローラ４は回転自在に設けられたアルミスリーブで、内部には磁石が固定配置されており、スリーブ表面に磁力によって現像剤を担持させるものである。現像ローラ４に近接するように、図中上部に、現像剤規制部材であるドクタブレード８が現像ローラ４と所定の間隔を隔てて設けられている。ドクタブレード８は、現像ローラ４の表面の現像剤を所定厚さの薄層に規定し、この薄層状の現像剤は、現像ローラ４の回転に伴って現像ローラ４と感光体ドラム１の近接点である現像領域に供給される。

第一搬送攪拌スクリュ５は２分割された現像容器３の低部の現像ローラ４に近い方の領域内に回転自在に配設されており、現像ローラ４の軸方向である長手方向に平行な軸線を有している。第一搬送攪拌スクリュ５は回転することにより現像剤を攪拌しながら軸線方向に搬送し、現像ローラ４に汲上げて供給すると共に、現像に供された使用済み現像剤を搬送する。
第二搬送攪拌スクリュ６は２分割された現像容器３低部の現像ローラ４から遠い方の領域内に回転自在に配設されており、現像ローラ４の軸方向である長手方向に平行な軸線を有している。第二搬送攪拌スクリュ６は回転することにより現像剤を攪拌しながら第一搬送攪拌スクリュ５とは逆向きに搬送し、第一搬送攪拌スクリュ５に現像剤を供給する。
第一搬送攪拌スクリュ５及び第二搬送攪拌スクリュ６の一端にはそれぞれギア１７及び１６が設けられており、このギア１６と１７は相互に噛み合っている。ギア１６は、駆動モータ１５と連結されており、駆動モータ１５は制御装置２０と無線又は有線によって電気的に接続されている。制御装置２０は、第一搬送攪拌スクリュ５及び第二搬送攪拌スクリュ６における現像剤搬送速度を制御し、これによって、時には遅く、時には早く現像容器３内を循環する現像剤の循環流を形成する。

第二搬送攪拌スクリュ６の端部上方の一部にはトナーを補給するための補給口９が設けられており、この補給口９は、トナー補給装置１０と連結している。トナー補給装置１０には、例えば４枚のマイラー１１が所定間隔でそれぞれ放射状に配設されており、図示省略したトナーボトルから供給されたトナーを４枚のマイラー１１によって汲上げて補給口９へ供給する。トナー補給口９に供給され、第二搬送攪拌スクリュ６によって搬送されるトナーと、第一搬送攪拌スクリュ５によって搬送される現像剤が混合、攪拌し、循環流を形成しながら、例えば図２中矢印で示されたように搬送される。
図２において、現像剤循環経路の第二搬送攪拌スクリュ６の流路部分と第一搬送攪拌スクリュ５の流路部分との連結部であるリターン部近傍にトナー濃度サンサ１２ａが配置されており、第二搬送攪拌スクリュ５の流路部分の長手方向略中央にトナー濃度センサ１２ｂが配設されている。内壁７には、その長手方向に沿って例えば複数の現像剤循環用開口部７ａが設けられている。開口部７ａを設けることにより、現像剤がこの開口部７ａを短絡するように流通することによる循環流が形成され、現像剤経路が複数経路、例えば２経路となる。

図３及び図４は、本実施形態に係る現像装置の詳細構成を示す図であって、図３は、内壁７を示す上面図、図４は、内壁７を示す側面図である。図３及び図４において、内壁７の開口部７ａには開閉シャッタ１３が設けられている。開閉シャッタ１３は、内壁７の開口部７ａの開口面積を調整するものであり、例えば全開から全閉までの任意に調整可能となっている。開閉シャッタ１３は、その中央部の上下方向に沿った回転軸を中心として回動可能に形成されている。回転軸の下端は現像容器３底部に嵌められ、回転軸の上端はステッピングモータ（シャッタ回転モータ）１４と直結されている。
図５は、本実施形態に係る画像形成装置における制御装置２０の制御回路を示す図である。図５において、制御装置２０は、画像形成装置全体を制御するマイクロコンピュータにより構成され、インターフェースを介して外部機器が接続されている。外部機器としては、例えばトナー濃度センサ１２ａ及び１２ｂが含まれ、駆動ドライバ１４ａ及び１５ａを介してそれぞれシャッタ回転モータ１４及びスクリュ回転モータ１５が接続されている。

以下に、このような構成の現像装置の動作について説明する。
第二搬送攪拌スクリュ６及び第一搬送攪拌スクリュ５によって現像剤を搬送し、現像ローラ４を介して感光体ドラム１に供給して感光体ドラム１表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。このとき、現像装置２内のトナーが消費されてトナー濃度が低下する。現像剤中のトナー濃度は、現像容器３の低部の、第一搬送攪拌スクリュ５の斜め下方（図１及び図２参照）に取り付けられた透磁率センサとしてのトナー濃度センサ１２ａ及び１２ｂによって測定され、例えば電圧に変換して表示される。
トナー濃度センサ１２ａ及び／又は１２ｂによって検出された現像剤中のトナー濃度が所定値以下になった場合に、トナー補給装置１０を可動させ、補給口９を経て新しいトナーを供給する。即ち、制御装置２０は、トナー濃度サンサ１２ａ及び／又は１２ｂによって、例えば電圧変化として検出されたトナー濃度を平均化し、基準値と比較し、トナー濃度が所定値以下になった場合は、トナー補給装置１０のトナー補給モータ（図示省略）のＯＮ／ＯＦＦを制御して現像容器３内の現像剤のトナー濃度を所定値に保持する。

また、制御装置２０は、トナー濃度センサ１２ａ及び１２ｂの出力差を演算して基準値と比較し、開閉シャッタ１３を開閉する駆動モータ１４の回転、停止を制御して現像剤循環経路を切換える。即ち、制御装置２０は、例えばトナー濃度センサ１２ｂの検出値とトナー濃度センサ１２ａの検出値との差が１．０Ｖよりも大きくなった場合に、開閉シャッタ１３を全開して循環経路を増やすとともに、搬送攪拌スクリュ駆動モータ１５の回転数を通常の回転数の１．５倍になるように制御する。具体的には、トナー濃度サンサ１２ａの出力値が２．５Ｖ、トナー濃度サンサ１２ｂ出力値が４．０Ｖとなって検出値の差が１．０Ｖを超え、現像装置の長手方向にトナー濃度差が生じた場合、開閉シャッタ１３を開放すると共に、第一搬送攪拌スクリュ５及び第二搬送攪拌スクリュ６の回転速度を１．５倍に増速、即ち回転数をアップさせ、トナー補給口９から導入されたトナーを含むトナー濃度の高い現像剤を開口部７ａを介して送り込み、これによって、長手方向のトナー濃度ムラを早期に解消する。
このようにして、現像ローラの長手方向のトナー濃度ムラを防止しつつ現像剤を感光体ドラム１の表面に均一に供給して、感光体ドラム１上に濃度ムラのない均一なトナー像を形成する。

一方、より細かな制御として、トナー濃度センサ１２ａと１２ｂとの出力差が小さい場合であっても、その出力差に応じて、開閉シャッタ１３を制御して開口部７ａの開口面積を調整すると共に、第一搬送攪拌スクリュ５及び第二攪拌搬送スクリュ６の回転数を制御することもできる。即ち、トナー濃度センサ１２ｂの検出値とトナー濃度センサ１２ａの検出値の差が０．５Ｖを超えた場合に、シャッタ開口面積を全開時の半分程度に調整開口するとともに、搬送攪拌スクリュの駆動モータ１５の回転数を通常の回転数の例えば１．２５倍とする。このような開口部７ａの開口面積の可変制御と、搬送攪拌スクリュの駆動回転数可変制御をリニアに制御することもできる。
なお、トナー濃度センサ１２ａ、１２ｂの出力値が高い場合は、トナー濃度が低いことを示しており、逆に、トナー濃度センサ１２ａ、１２ｂの出力値が低い場合は、トナー濃度が高いことを示しており、出力値（検出値）とトナー濃度とは、反比例の関係となっている。また、上述した基準値は、第一及び第二搬送攪拌スクリュ５、６の回転数や形状、長手方向の長さ、トナー種類等によって変化する値である。

本実施形態によれば、現像装置の第一及び第二搬送攪拌スクリュの回転速度を制御して現像ローラ４の長手方向のトナー濃度ムラを抑制することができるので、全面画像で画像面積比率が高い原稿を多量に形成する際に、特に発生し易い画像濃度ムラ等の不具合を防止することができる。
本実施形態によれば、仕切り部材としての内壁７に設けられた開口部７ａを介して現像剤を循環させ、これによって現像装置内のトナー濃度を均等化できるので、画像濃度ムラ等の不具合を防止して、常に安定した画像を形成することができる。
また、本実施形態によれば、現像剤の搬送路にトナー濃度センサを設け、このセンサによるトナー濃度の検出値に基づいて現像剤の循環量、搬送量等を制御することによって、現像装置の長手方向のトナー濃度ムラを解消し、例えば全面画像で画像面積比率が高い原稿を多量にコピーした時であっても、画像濃度ムラ等の不具合を防止することができる。

本実施形態の現像装置は、像担持体と、像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、前記像担持体の帯電面に画像情報に基づいて露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像して可視化像を形成する現像装置と、得られた可視化像を記録媒体に定着させる定着装置と、を有する画像形成装置の前記現像装置として適用され、これによって、特に、全面画像で画像面積比率が高い原稿を多量にコピーした時であっても、画像濃度ムラ等の不具合を防止して安定した定着画像を形成することができる。

本発明の実施形態に係る現像装置の断面図である。 図１における第一及び第二搬送攪拌スクリュを示す上面図である。 現像装置の内壁部分を示す平面図である。 現像装置の内壁部分を示す側面図である。 本実施形態における制御装置２０の制御回路を示す図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 現像装置
３ 現像容器
４ 現像ローラ
５ 第一搬送攪拌スクリュ
６ 第二搬送攪拌スクリュ
７ 内壁
７ａ 開口部
８ ドクタブレード
９ 補給口
１０ トナー補給装置
１１ マイラー
１２ トナー濃度センサ
１２ａ トナー濃度センサ
１２ｂ トナー濃度センサ
１３ 開閉シャッタ
１４ シャッタ回転モータ
１４ａ 駆動ドライバ
１５ スクリュ回転モータ
１５ａ 駆動ドライバ
１６ ギア
１７ ギア

Claims (6)

1. 現像剤を収容する現像容器と、
   この現像容器の開口部に回転自在に支持された現像剤担持体と、
   前記現像容器の低部を前記現像剤担持体の長手方向に沿って２分割する仕切り部材と、
   ２分割された現像容器低部の一方の領域内に配置され、現像剤を軸線方向に搬送して前記現像剤担持体に供給する第一の搬送攪拌部材と、
   前記２分割された現像容器低部の他方の領域内に配置され、現像剤を前記第一搬送攪拌部材とは逆方向に搬送して前記第一の搬送攪拌部材に供給する第二の搬送攪拌部材と、
   前記仕切り部材に設けられた現像剤循環用開口部とを有する現像装置であって、
   前記第一及び二の搬送攪拌部材の現像剤搬送速度を可変する制御装置を有することを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤循環用開口部は、前記仕切り部材の長さ方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記仕切り部材の長手方向両端部には、それぞれ現像剤流通用通路部が設けられており、前記現像剤循環用開口部には、開口面積を調節する開閉シャッタが設けられていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記第一又は第二搬送攪拌部材によって搬送される現像剤のトナー濃度を検知するセンサを有し、
   前記制御装置は、前記第一及び第二搬送攪拌部材における現像剤搬送速度を制御すると共に、前記トナー濃度検知センサの検出値に基づいて前記現像剤循環用開口部の開閉シャッタの開度を調節して現像剤の循環量を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記現像剤は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 像担持体と、
   像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、
   前記像担持体の帯電面に画像情報に基づいて露光して静電潜像を形成する露光装置と、
   前記静電潜像をトナーによって現像して可視化像を形成する現像装置と、
   得られた可視化像を記録媒体に定着させる定着装置と、
   を有する画像形成装置において、
   前記現像装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
   

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