JP2008076544A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンテナ交換時のトナー補給による画像カブリの発生を防ぐことができるとともに、シート状弾性部材の寿命低下やシート状弾性部材の摩耗屑に起因する画像不良の発生を防ぐことができる現像装置を提供すること。
【解決手段】回転する撹拌部材１３，１４を備える現像容器６にコンテナ７を装着し、該コンテナ７から前記現像容器６内にトナーを補給する方式を採用する現像装置３において、前記コンテナ７にシート状弾性部材２１を、コンテナ７を前記現像容器６に装着すると該シート状弾性部材２１が現像容器６内に挿入されて前記撹拌部材１４に当接し、トナー補給動作が開始されると該シート状弾性部材２１が前記コンテナ７内に格納されるよう出没可能に設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンテナによるトナー補給方式を採用する現像装置とこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、感光ドラム等の像担持体、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段、像担持体上に形成された静電潜像を現像剤であるトナーを用いて現像してトナー像として顕像化する現像装置、像担持体上に形成されたトナー像を用紙等の記録材上に転写する転写手段、トナー像転写後に像担持体上に残留するトナーを像担持体上から除去するクリーニング装置、転写材上に転写されたトナー像を定着する定着装置等を備えている。

ところで、現像方式には、トナーとキャリア粒子とから成る二成分現像剤を用いる二成分現像方式と、磁性トナー又は非磁性トナーを用いる一成分現像方式が知られているが、現像剤コスト、現像剤寿命等の点において一成分現像方式が優れている。

現像方式として一成分現像方式を採用する画像形成装置においては、例えば像担持体や現像装置、クリーニング装置等をプロセスユニットとして一体化し、このプロセスユニットを画像形成装置本体に対して着脱するプロセスユニット方式が多用されている。

上記プロセスユニット方式では、現像装置に予めトナーを充填しておき、画像形成によってトナーが消費されて無くなくなるとプロセスユニット全体が新しいものと交換される。そして、使用済のプロセスユニットは、トナーの再充填、感光ドラムの交換等を行って再使用されるか、或は再使用されることなくそのまま廃棄されている。

他方、現像方式として二成分現像方式を採用する画像形成装置においては、補給トナーを充填したトナー容器を現像装置に装着し、現像装置内のトナー残量が所定値以下になるとトナー容器から現像装置にトナーを補給するトナー補給方式が従来から採用されている。このトナー補給方式は、像担持体としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体等の長寿命感光体を使用することによって、現像方式として一成分現像方式を採用する画像形成装置においても採用されつつある（例えば、特許文献１参照）。

上記トナー補給方式では、前記プロセスユニット方式のようにプロセスユニット全体を交換する必要がなく、トナー容器を交換するのみであるため、トナー補給方式は、プロセスユニット方式に比して部材コスト、トナー再充填費用、廃棄費用等を低く抑えることができ、画像形成コストを低減する上で大きな効果が期待される。
特開２００５−０６２４８７号公報

ところで、トナー補給方式を採用する画像形成装置では、トナー容器の交換に際して、現像装置内のトナーセンサの出力値から現像装置内にトナーが無い状態を検知した時点を交換時期と判断している。このため、トナー容器を交換した後は該トナー容器から現像装置内に多量のトナーが補給されることとなり、それまで現像装置内に残留していた古いトナーと新たにトナー容器から現像装置内に補給された新しいトナーとが混ざり合ってトナーの帯電不良が生じ、これが原因で画像にカブリが発生するという問題があった。

上記画像のカブリは、現像装置内のトナー流動性が低下した状態において発生し易く、トナー流動性が悪い状態においては、トナー撹拌部材にトナーが固着したり、トナーのソフトケーキングが起こっており、その結果、トナー撹拌力が半減している。そして、撹拌性の悪い古いトナーが残留する現像装置内に新しいトナーが補給されると、新旧の両トナーが混ざり合うことなく現像ローラに至り、この結果、画像にカブリが発生する。

上記問題に対して、現像装置内のトナー撹拌部材にゴムやＰＥＴ、ポリエステル等の樹脂から成るシート状弾性部材を当接させ、トナー撹拌部材の回転によって弾性部材を振動させることによって、トナーのソフトケーキングの発生を防いだり、トナー撹拌部材へのトナーの固着を抑制する提案がなされている。

ところが、上述のようにトナー撹拌部材によって弾性部材を振動させる構成では、トナー撹拌部材の長寿命化が困難であり、このトナー撹拌部材の長寿命化を図ると、シート状弾性部材が摩耗し、その摩耗屑が現像ローラのトナー薄層形成部に詰まり、これが原因で画像にスジ傷が発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、コンテナ交換時のトナー補給による画像カブリの発生を防ぐことができるとともに、シート状弾性部材の寿命低下やシート状弾性部材の摩耗屑に起因する画像不良の発生を防ぐことができる現像装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転する撹拌部材を備える現像容器にコンテナを装着し、該コンテナから前記現像容器内にトナーを補給する方式を採用する現像装置において、前記コンテナにシート状弾性部材を、コンテナを前記現像容器に装着すると該シート状弾性部材が現像容器内に挿入されて前記撹拌部材に当接し、トナー補給動作が開始されると該シート状弾性部材が前記コンテナ内に格納されるよう出没可能に設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記コンテナを前記現像容器に装着した後、トナー補給動作が開始される前に前記撹拌部材を回転駆動して前記シート状弾性部材を振動させることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、トナー補給動作時に駆動されるトナーモータによって前記シート状弾性部材を前記コンテナ内に格納することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、潜像を形成する像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナー像として現像する請求項１〜３の何れかに記載の現像装置と、前記トナー像を転写材上に転写する転写手段を含んで画像形成装置を構成したことを特徴とする。

本発明によれば、コンテナから現像容器へのトナーの補給に先立ってシート状弾性部材を現像容器内で回転する撹拌部材によって振動させるようにしたため、現像容器内のトナーのソフトケーキングが崩されるとともに、撹拌部材へのトナーの固着が防がれ、コンテナ交換時のトナー補給による画像カブリの発生が防がれる。

又、本発明によれば、シート状弾性部材を所定時間だけ振動させた後は、シート状弾性部材をコンテナ内に格納するようにしたため、該シート状弾性部材が撹拌部材に常時接触することによる寿命の低下やシート状弾性部材の摩耗屑に起因する画像不良の発生を防ぐことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置要部の概略構成図であり、図示の画像形成装置は、不図示の給紙部から供給された用紙等の転写材に電子写真方式によって画像を形成するものであって、画像形成部には、像担持体として回転可能な感光ドラム１と、その周囲に配置された一次帯電器２、現像装置３、転写手段としての転写ローラ４及びクリーニング装置５を備えている。

而して、感光ドラム１が図１の矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動されると、該感光ドラム１の表面が一次帯電器２によって一様に帯電される。次に、不図示の光学ユニットからレーザ光Ｌが感光ドラム１の表面に照射されると、該感光ドラム１の表面に静電潜像が形成され、この静電潜像は、現像装置３によって現像剤である一成分トナーを用いて現像されてトナー像として可視像化される。

他方、不図示の給紙部からは転写材が感光ドラム１上のトナー像に同期する所定のタイミングで感光ドラム１と転写ローラ４との間の転写ニップＮへと供給され、転写ローラ４の作用によって感光ドラム１上のトナー像が転写材上に転写される。尚、転写材へのトナー像の転写後に感光ドラム１の表面に残留するトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置５によって除去され、感光ドラム１は次の画像形成に備えられる。

そして、トナー像が転写された転写材は、不図示の定着装置へと搬送され、定着装置において加熱及び加圧されてトナー像の定着を受けた後、機外に設けられた不図示の排紙トレイへと排出され、一連の画像形成動作が終了する。

次に、本発明に係る前記現像装置３の構成と作用を図２〜図６に基づいて説明する。

図２はトナー補給前のシート状弾性部材によるトナー撹拌動作とその後のコンテナからのトナーの補給動作を示す現像装置の側断面図、図３（ａ），（ｂ）はシート状弾性部材が振動する様子を示す説明図、図４はトナー補給後の現像装置の現像動作を示す側断面図、図５は現像装置の現像容器内でのトナーの循環を示す平断面図、図６はコンテナ交換時の動作手順を示すフローチャートである。

本発明に係る現像装置３は、図２及び図４に示すように、内部に一成分トナーを収容する現像容器６と、該現像容器６内に一成分トナーを補給するためのトナー容器であるカートリッジ式のコンテナ７を備えており、コンテナ７は、現像容器６に着脱可能に装着される。

上記現像容器６は、図２、図４及び図５に示すように、内部が仕切壁８によって現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２とに区画されており、これらの現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２とは、仕切壁８の長手方向両端部と現像容器６との間に形成された連通路９，１０によって互いに連通している（図５参照）。そして、現像室Ｓ１の前記感光ドラム１（図１参照）に対向する側の開口部には、現像剤担持体として現像ローラ１１が回転可能に設けられており、この現像スリーブ１１の上方には、該現像ローラ１１上に担持されるトナーの層厚を規制するとともにトナーを帯電させるための磁性現像ブレード１２が設けられており、この磁性現像ブレード１２と現像ローラ１１との間には微小隙間δ（例えば０．２〜０．４ｍｍ）が形成されている。尚、図示しないが、現像ローラ１１内には静止磁石部材が配設されている。

又、現像容器６の現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２の内部には、撹拌部材１３，１４がそれぞれ回転可能に収容されており、図５に示すように、現像容器６の一方の側壁には、現像スリーブ１１と撹拌部材１３，１４を回転駆動するため駆動部１５が設けられており、他方の側壁のトナー撹拌室Ｓ２の外面にはトナーセンサ１６が設けられている。尚、各撹拌部材１３，１４は、図５に示すように、現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２の長手方向（図５の左右方向）に延びる各回転軸１３ａ，１４ａの外周に螺旋羽根１３ｂ，１４ｂをそれぞれ取り付けて構成されている。

ところで、前記トナーセンサ１６は透磁率センサであって、現像容器６内のトナー残量を磁気抵抗が変化によって検知するものである。具体的には、トナーセンサ１６は、その検知面付近にトナーが存在するために磁性抵抗が小さい場合には大きな電圧を出力し、逆に検知面付近に存在するトナーが比較的少量であるために磁性抵抗が大きい場合には比較的小さな電圧を出力するため、このトナーセンサ１６の出力電圧を検出することによってトナー残量を検知することができる。

更に、図２及び図４に示すように、現像容器６のトナー撹拌室Ｓ２の上壁には、前記コンテナ７から現像容器６のトナー撹拌室Ｓ２に一成分トナーを補給するためのトナー補給口６ａが開口しており、このトナー補給口６ａの近傍にはトナーモータ１７が設置されている。

他方、コンテナ７の内部には、補給用の一成分トナーが収容されるとともに、補給ローラ１８と、該補給ローラ１８によって回転駆動されるギヤ１９及び撹拌部材２０が設けられている。又、コンテナ７には、幅方向（図２の紙面垂直方向）に長い矩形状の厚さ２５０μｍの弾性体から成る撓曲可能なシート状弾性部材２１が出没可能（上下動可能）に設けられている。尚、図示しないが、コンテナ７の下部にはトナー落下口が形成されている。

上記シート状弾性部材２１は、図２に示すように、コンテナ７を現像容器６に装着する前の状態では、コンテナ７から下方へ突出しており、そのコンテナ７内に臨む上端部は前記ギヤ１９に噛合しており、両者はラック＆ピニオン機構を構成している。尚、シート状弾性部材２１がコンテナ７の装着時に下方に突出するよう構成しても良い。例えば、現像容器６にラックを設け、コンテナ７の装着時にシート状弾性部材２１が下方に突出するようにしたり、コンテナ７の装着後にレバーを操作してシート状弾性部材２１が下方に突出するようにしても良い。

而して、画像形成動作によって現像装置３の現像容器６内の一成分トナーが消費された結果、現像容器６内のトナー残量が少なくなったことがトナーセンサ１６によって検知されると、図２に示すように、コンテナ７が現像容器６に装着され、該コンテナ７の下部に形成された不図示のトナー落下口が現像容器６のトナー補給口６ａに連通せしめられるとともに、コンテナ７から下方へ突出するシート状弾性部材２１がトナー補給口６ａから現像容器６のトナー撹拌室Ｓ２内へと挿入される。尚、このとき、シート状弾性部材２１は、その下端部（先端部）が撹拌部材１４の螺旋羽根１４ｂに当接する位置まで挿入される。

その後の動作を図６に示すフローチャートに従って以下に説明する。

図２に示すようにコンテナ７を現像容器６に装着すると、現像装置３を駆動（ＯＮ）して現像容器６内の撹拌部材１３，１４を回転させる（図６のステップＳ１）。撹拌部材１４が図２の矢印方向（時計方向）に回転駆動されると、これに当接するシート状弾性部材２１が図示のように振動する。即ち、図３（ａ）に示すように撹拌部材１４の螺旋羽根１４ｂがシート状弾性部材２１に当接すると、シート状弾性部材２１が螺旋羽根１４ｂによって矢印ａ方向に押されて円弧状に撓み変形し、螺旋羽根１４ｂが図３（ｂ）に示すようにシート状弾性部材２１から離れると、シート状弾性部材２１は、自らの弾性と反動によって図示矢印ｂ方向の復元力を受けて逆方向に撓み変形し、これが交互に繰り返されることによってシート状弾性部材２１が前述のように振動する。

以上のシート状弾性部材２１の振動は所定時間Ｔ１（本実施の形態では２ｍｉｎ）だけ行われ（図６のステップＳ２）、所定時間Ｔ１が経過すると（図６のステップＳ２での判断結果がＹｅｓ）、次にトナーモータ１７が駆動（ＯＮ）されてコンテナ７から現像容器６内にトナーが補給される（図６のステップＳ３）。

即ち、トナーモータ１７が駆動されると、その回転はコンテナ７の補給ローラ１８へと伝達されて該補給ローラ１８とギヤ１９及び撹拌部材２０が回転駆動され、コンテナ７内のトナーが不図示のトナー落下口から落下して現像容器６のトナー補給口６ａから現像容器６内へと補給される。これと同時にギヤ１９が回転し、これに噛合するシート状弾性部材２１を図４に示すように押し上げ、該シート状弾性部材２１をコンテナ７内に格納する。そして、シート状弾性部材２１がコンテナ７内に完全に格納されると、該シート状弾性部材２１はコンテナ７内に固定され、ギヤ１９は空転する。

上述のトナーの補給は、トナーセンサ１６によって検知される現像容器６内のトナー量が所定値に達するまで、具体的にはトナーセンサ１６の出力電圧が設定値Ｘ（＝１．２５Ｖ）に達するまで行われ（図６のステップＳ４）、現像容器６内のトナー量が所定値に達すると（ステップＳ４での判断結果がＹｅｓ）、現像装置３とトナーモータ１７の駆動が共に停止（ＯＦＦ）され（図６のステップＳ５）、一連のトナー補給作業が終了する（図６のステップＳ６）。

以上のようにして現像容器６にトナーが補給されると、現像装置３は、再度現像動作を行うが、各撹拌部材１３，１４が現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２でそれぞれ回転駆動されることによって、新旧の両トナーは攪拌されながら図５に矢印にて示す経路を経て現像室Ｓ１とトナー撹拌室Ｓ２を循環し、その過程で現像ローラ１１の磁力によって該現像ローラ１１の表面に担持され、現像ローラ１１と共に回転することによって前記磁性現像ブレード１２によって層厚が規制され後、図１に示す感光ドラム１に形成された潜像の現像に供される。

以上のように、本発明に係る現像装置３においては、コンテナ７から現像容器６へのトナーの補給に先立ってシート状弾性部材２１を現像容器６内で回転する撹拌部材１４によって振動させるようにしたため、トナー撹拌室Ｓ２に残留している古いトナーのソフトケーキングが崩されるとともに、撹拌部材１４へのトナーの固着が防がれ、コンテナ７の交換時のトナー補給による画像カブリの発生を防ぐことができる。

そして、シート状弾性部材２１を所定時間Ｔ１だけ振動させた後は、このシート状弾性部材２１をコンテナ７内に格納するようにしたため、該シート状弾性部材２１が撹拌部材１４に常時接触することによる寿命の低下やシート状弾性部材２１の摩耗屑に起因する画像不良の発生を防ぐことができる。

以下に本発明に係る現像装置と従来の現像装置を用いて行った実験の結果について説明する。

実験は、印字率１％の原稿を、コンテナ内のトナーが無くなり、コンテナの交換要求がパネル表示されるまで印刷することによって行われた。その後、コンテナを交換し、交換前後の画像のＦＤ値を比較した。その結果を表１に示す。ここで、ＦＤ値とは、印刷後の用紙の白紙部分の濃度と印刷前の用紙の濃度の差であり、マクベス社製反射濃度計ＲＤ９１８を用いて測定される。

表１の結果より、本発明に係る現像装置を用いるとコンテナ交換前後でＦＤ値に差が殆ど生じず、画像カブリの発生が抑えられたのに対して、従来の現像装置を用いるとコンテナ交換後に高いＦＤ値を示し、画像カブリが発生したことが分かる。

本発明に係る画像形成装置要部の概略構成図である。 本発明に係る現像装置におけるトナー補給前のシート状弾性部材によるトナー撹拌動作とその後のコンテナからのトナーの補給動作を示す側断面図である。 （ａ），（ｂ）は本発明に係る現像装置においてシート状弾性部材が振動する様子を示す説明図である。 本発明に係る現像装置のトナー補給後の現像動作を示す側断面図である。 本発明に係る現像装置の現像容器内でのトナーの循環を示す平断面図である。 本発明に係る現像装置におけるコンテナ交換時の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
２ 一次帯電器
３ 現像装置
４ 転写ローラ（転写手段）
５ クリーニング装置
６ 現像容器
６ａ トナー補給口
７ コンテナ
８ 仕切壁
９，１０ 連通路
１１ 現像ローラ
１２ 磁性現像ブレード
１３，１４ 撹拌部材
１３ａ，１４ａ 撹拌部材の回転軸
１３ｂ，１４ｂ 撹拌部材の螺旋羽根
１５ 駆動部
１６ トナーセンサ
１７ トナーモータ
１８ 補給ローラ
１９ ギヤ
２０ 撹拌部材
２１ シート状弾性部材
Ｌ レーザ光
Ｎ 転写ニップ
Ｓ１ 現像室
Ｓ２ トナー撹拌室

Claims (4)

1. 回転する撹拌部材を備える現像容器にコンテナを装着し、該コンテナから前記現像容器内にトナーを補給する方式を採用する現像装置において、
   前記コンテナにシート状弾性部材を、コンテナを前記現像容器に装着すると該シート状弾性部材が現像容器内に挿入されて前記撹拌部材に当接し、トナー補給動作が開始されると該シート状弾性部材が前記コンテナ内に格納されるよう出没可能に設けたことを特徴とする現像装置。
2. 前記コンテナを前記現像容器に装着した後、トナー補給動作が開始される前に前記撹拌部材を回転駆動して前記シート状弾性部材を振動させることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. トナー補給動作時に駆動されるトナーモータによって前記シート状弾性部材を前記コンテナ内に格納することを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
4. 潜像を形成する像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナー像として現像する請求項１〜３の何れかに記載の現像装置と、前記トナー像を転写材上に転写する転写手段を有することを特徴とする画像形成装置。
   

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