JP2008077028A

JP2008077028A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2008077028A
Application number: JP2006301129A
Authority: JP
Inventors: Masahito Iio; 雅人飯尾
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】トナー劣化と作像数と磨耗量の関係を予め認識し、磨耗量が変化した時点でドクターローラ駆動間隔を変え、ドクターローラの偏磨耗を防止し、画像品質を維持する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。さらに、待ち時間の延長をできるだけ抑えて、ドクターローラの偏磨耗を防止し、画像品質を維持する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】使用枚数のカウントにより、前記現像ローラ２１０の逆回転動作タイミングを変更する現像装置２００、プロセスカートリッジ１ｃ及び画像形成装置である。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ＦＡＸ等の一成分トナーを用いた現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

一成分現像装置では、トナー層規制部材は、トナー層規制部材と現像ローラとのニップ部において供給ロールから現像ロールに補給されたトナーを摩擦帯電し、一定量のトナー層を形成する。トナー層規制部材としては、一般的に規制ブレードが用いられ、現像ローラが金属或いは樹脂にて構成されるハードローラでは、ウレタンゴムのような弾性を有するもの、逆に現像ローラとして基材がゴムのような弾性を有するものの時は金属ブレード等が用いられる。また、一成分現像装置は、二成分現像装置に比べキャリアやトナー濃度センサを必要としないため安価に構成できるという長所を有する。
しかしながら、規制ブレードは現像ロールに対し接触押圧されているために、経時で表面が削れ帯電性が劣化し、それに伴いトナーの帯電電荷が減少して地汚れが発生し、微小ドットの再現性が低下してしまう。また、現像ニップ部で滞留したトナーが、回転する現像ローラとブレードとの間で発生する摩擦熱で溶融してトナー塊を形成し、そのトナー塊により白スジが発生してしまう。そのため、現像装置として長寿命化は困難とされてきた。

そこで、特許文献１には、ローラ状のトナー層規制部材（ドクターローラ）の端部にワンウェイクラッチを有するハウジングを設け、現像ローラを作像時の回転に対して逆に回転させることにより前記ドクターローラを回転駆動させるという装置が提案されている。この装置により、ブレードを用いた時のように同じ面が磨耗したり、トナーがニップ部で滞留することもなくなるため、上記問題は解決される。さらに高画像品質及び信頼性の維持を考えると、現像ローラの磨耗による画像品質に対する影響は大きいため、弾性を有するドクターローラを磨耗させて使用することとなる。
ドクターローラを回転駆動させるタイミングは、待ち時間が長くなることから、所望の作像回数で入るように制御されている。供給ローラ及びドクターローラは現像ローラに対し接触押圧され、さらに線速差をつけて回転しているために、経時でトナーはかなりのストレスを受け、添加剤が剥ぎ取られたり、母体に埋め込まれ帯電能力が低下したり、小粒径トナーが選択的に現像ローラから消費されるため、粒径分布が大きい方にシフトし、流動性も低下し、トナー自体の摩擦係数（転がり摩擦）が変化する。そのため、新品トナーと経時トナーではドクターローラへの磨耗性が異なり、経時トナーの方が磨耗が促進し、偏磨耗を起こし、表面粗さが悪化し、スジ状のムラが発生する問題点があった。

従来のトナーカートリッジ交換方式（特許文献２等）では、現像ユニットの現像ホッパ上部からトナーを補給する方式が主流で、交換時には現像ユニットの上面が表に露出するようにしなくてはならなかった。それゆえ、作像装置の上部を開けるような構成となっていて、交換作業が面倒であった。
また、作像装置の上部を開けるということは、上部にフラットスキャナーを有する複写機には向かない構造であり、主としてスキャナーのないプリンタや、シートスキャナーで対応していたＦＡＸ装置などへの展開に限られていたため、作像エンジンの共通化で、各種画像出力装置の開発スピードを上げることが要求されている近年には、このような制約を有するエンジンは採用され難い方向にきている。
なお、前記トナーカートリッジ交換方式ではプリンタでありながら、装置の上面を開ける方式でなく、作像エンジン全体をドロワで前面に引き出す構成となっていて、装置本体の操作側手前で、トナーカートリッジを現像ユニットの上方向に着脱して交換可能であったが、作像エンジン構成ユニット全体をドロワが支えなくてはならず、ある程度の強度を有する引き出し機構が必要で、構成部品点数の増加により部品コストが高くなってしまう欠点があった。
そこで、操作性の向上を実現するために、現像ユニットを作像装置本体の機内に残しながら、作像装置の手前側側面を開けて、現像ユニットの側面からトナーカートリッジを操作側手前に抜き出して、新しいカートリッジを同じ方向で装着可能となる構成が提案されている。また、フルカラー作像装置に対応するために、現像ユニットを４色（Ｍ，Ｙ，Ｃ，Ｋ）分並べなくてはならず、上下方向に４段で構成している。トナーカートリッジは現像ホッパの上部に配置すると、現像ユニット４個分では広いスペースを占有するので、トナーカートリッジは現像ホッパの側面に連結する形で、現像ユニットに装着し、トナーカートリッジから現像ホッパへのトナー供給方向も上面ではなく側面に設けた補給口で水平方向に行う。
トナーカートリッジは現像ユニットの対して、脱着して交換可能であるので、抜き出したトナーカートリッジを傾けてもトナー漏れが起きないように、トナーカートリッジ側の補給口にはシャッタを設けており、トナーカートリッジの抜出の動作でシャッタがしまり、トナーカートリッジの装着の動作で、シャッタが開く機構としている。現像ユニット側も同様なシャッタを付けることが可能である。

しかし、前記構成は、カートリッジ交換時に現像ユニットは機内にセットされていて、水平を保たれている。また、現像ユニットを機外に取り出す際にはトナーカートリッジが装着されている状態である。さらに現像ホッパの補給口の内壁に沿って、トナーがカートリッジ側に逆戻りしずらいように、逆支弁を設けていて補給口からのトナー漏れを最少にしている。それらによって現像ユニットの補給口にシャッタを特に付けず、部品点数を減らしている。トナーカートリッジのシャッタについても小型化を達成するため、抜き差し方向にスライドする方式を採用しているため、補給口は抜き差し面の面積（小型化のためほぼ画像有効範囲）の５０％以下となっている。そのため、トナーカートリッジ交換時には現像ホッパにトナーを補給するため、リカバリーモードを採用している。
トナーカートリッジ交換時のリカバリーモードでは、カートリッジ内部のパドルを回転させて現像ホッパへトナーを機械的に送り出す動作を行っている。
カートリッジのパドルの回転は、現像モータより現像ローラや供給ローラの回転駆動を取り、そこからギアを連結して駆動を伝達している。
トナーカートリッジは一本のカートリッジでなるべく多く印刷できるようにトナーを高い密度で充填されているケースが多く、トナーカートリッジは交換時に、カートリッジ全体を振ることが推奨されており、トナーがほぐれているで、トナーカートリッジ交換時のリカバリーモードで通常問題のないレベルのトナーが現像ホッパに補給されている。

しかし、その後、長時間使用されない状態が続いた場合や、高温高湿などの凝集しやすい環境の場合、トナーのほぐれ状態が低下する。
そのような状態で、カートリッジのパドルを回転させると、パドルの羽に乗ったトナーは全体的にカートリッジ内で回転し、また現像ホッパの供給口に近いトナーは固まりのまま、供給口に押されるので、トナーのブロッキングを起こしやすく、なかなか現像ホッパに新しいトナーが入って行かない。
上部にセットした場合（先の従来例）は、まだ重力の作用で現像ホッパに供給されるが、本従来例のように水平方向の供給の場合には、トナーカートリッジと現像ホッパの供給口の連結部で厚みがあり、そこでトナーブリッジができると、供給が安定して行えなくなり、トナーカートリッジの使用可能枚数に到達する前に、現像ホッパのトナー量が減少し、トナー量検出部のトナーｅｍｐｔｙ信号により補給モードに入る。最悪の場合、補給モードを何回入れても入っていかなく、使用可能枚数に達しない状況でカートリッジトナーＥＮＤとなる可能性がある。また、カートリッジのトナー量が少ない状況で高面積画像の連続出力などでトナーｅｍｐｔｙ信号により補給モードが入る場合は、経時劣化トナーの空回しを行うこととなり、劣化をさらに促進し、地汚れなどの原因となる可能性がある。

特開２００２−１８２４７０号公報特開平７−３２５４７２号公報

そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、トナー劣化と作像数と磨耗量の関係を予め認識し、磨耗量が変化した時点でドクターローラ駆動間隔を変え、ドクターローラの偏磨耗を防止し、画像品質を維持する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。さらに、待ち時間の延長をできるだけ抑えて、ドクターローラの偏磨耗を防止し、画像品質を維持する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
また、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、操作性を損なわず、また装置を複雑化、大型化することなく、トナーカートリッジ交換後のカートリッジからの供給性の不安定性によるトナーＥＮＤ検知不良や地汚れを発生させない現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。

前記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、像担持体に対して接触、もしくは微少な間隔をおいて停止することにより前記像担持体にトナーを供給し、非作像時には前記像担持体から離間する動作を行う現像ローラと、一成分トナーを前記現像ローラに供給する供給ローラと、前記現像ローラに接触して前記供給ローラより供給された現像ローラ上のトナーを一定量の薄層とし、前記現像ローラ逆回転により回転する弾性体からなるローラ状のトナー層規制部材と、を有し、定期的に前記現像ローラの逆回転動作が行なわれている現像装置において、使用枚数のカウントにより、前記現像ローラの逆回転動作タイミングを変更することを特徴とする現像装置である。
本発明は、前記現像ローラの逆回転動作が、現像ローラ第一逆回転と現像ローラ第二逆回転であり、前記現像ローラ第一逆回転を前記現像ローラと前記トナー層規制部材との接触で作られるニップ幅からなる角度より小さい回転角で逆回転後、前記現像ローラを正回転させ、前記現像ローラ第二逆回転を前記現像ローラ上方からのトナーの吹き出しを押さえる入口シールから、前記現像ローラの最上点迄の角度より小さい回転角で逆転して終了することを特徴とする。
本発明は、前記現像ローラ第一逆回転の前記現像ローラ正回転時間を使用枚数カウントにより変更することを特徴とする。

本発明は、回転して適正量の一成分トナーを搬送する現像ローラと、一成分トナーを前記現像ローラに供給する供給ローラと、前記現像ローラに接触して前記現像ローラ上のトナー層を一定量の薄層とするトナー層規制部材と、を有し、前記現像ローラにバイアスを印加して像担持体の静電潜像を現像し、着脱可能なトナーカートリッジを交換することで、新しいトナーを補給する現像装置において、前記現像装置のトナーカートリッジの補給口付近にカートリッジトナーをほぐす振動部材を有することを特徴とする現像装置である。
本発明は、前記振動部材の周波数、移動速度及び振動回数を可変として補給動作を行うことを特徴とする。
本発明は、前記現像ローラは、前記像担持体と接触する位置と、接触せずに離れている位置をとることができ、前記現像ローラの接離位置間の往復移動方向と、前記トナーカートリッジから現像装置のトナーホッパへトナーを供給する方向が同方向であり、トナーカートリッジを交換した後に、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として、トナー補給動作を行うことを特徴とする。
本発明は、前記現像装置内のトナー量を検出するトナー量検出部を備え、前記トナー量検出部の信号に応じて、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として、トナー補給動作を行うことを特徴とする。
本発明は、現像装置又はトナーカートリッジにトナーカートリッジの使用状況を記憶する画素検出部を備え、前記トナ−量検出部と前記画素検出部の信号に応じて、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として、トナー補給動作を行うことを特徴とする。
本発明は、トナーカートリッジの使用可能画素数の規定画素数以下でトナー量検出部のトナーｅｍｐｔｙ信号を検出した場合、トナーカートリッジ交換時の補給動作より少なくとも、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数の何れかを増加することを特徴とする。
本発明は、トナーカートリッジの使用可能画素数の規定画素数以上でトナー量検出部のトナーｅｍｐｔｙ信号を検出した場合、トナーカートリッジ交換時の補給動作同等若しくは、少なくとも、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数の何れかを減少することを特徴とする。
本発明は、連続して補給動作を行う場合、規定回数でもトナーｅｍｐｔｙ信号を検出した場合トナーＥＮＤとすることを特徴とする。
本発明は、規定画素数以上での連続補給動作の回数を規定画数以下の回数より減らしたことを特徴とする。
本発明は、トナーカートリッジの使用可能画素数の規定画素数を複数個有し、トナー量検出部のトナーｅｍｐｔｙ信号を検出時の画素数に応じて、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数でトナー補給動作を行うことを特徴とする。

本発明は、少なくとも、像担持体と現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジである。
本発明は、前記記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記記載のプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明は、前記解決するための手段によって、トナー劣化と作像数と磨耗量の関係を予め認識し、磨耗量が変化した時点でドクターローラ駆動間隔を変え、ドクターローラの偏磨耗を防止し、画像品質を維持する画像形成装置を提供することが可能となった。さらに、待ち時間の延長をできるだけ抑えて、ドクターローラの偏磨耗を防止し、画像品質を維持する画像形成装置を提供することが可能となった。
また、操作性を損なわず、また装置を複雑化、大型化することなく、トナーカートリッジ交換後のカートリッジからの供給性の不安定性によるトナーＥＮＤ検知不良や地汚れを発生させない現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することが可能となった。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明に係わるカラーレーザープリンタの概略構成図である。
このカラーレーザープリンタは、感光体部、書込み部、現像部、中間転写部、給紙部、紙転写部、定着部からなる。感光体部には像担持体である感光体ベルト１００があり、感光体ベルトの周りには帯電器１ｂ、現像カートリッジ１ｃ、感光体クリーニング装置１ｄが配置されている。この感光体ベルト１００の表面には有機感光層が形成されている。帯電器１ｂに高電圧を印可することにより感光体ベルト１００を一様に帯電させる。カラー画像情報、たとえばコンピュータからのカラー画像信号を光信号に変換しレーザーにてＢｌａｃｋ（以下Ｂｋと記す）、Ｃｙａｎ（以下Ｃと記す）、Ｍａｇｅｎｔａ（以下Ｍと記す）、Ｙｅｌｌｏｗ（以下Ｙと記す）の画像信号に対応した光書込みを書込みユニット１ｅを介して行い、感光体ベルト１００上に静電潜像を形成する。

この静電潜像は感光体ベルト１００の静電潜像と逆の電荷にて帯電されたトナーを有するＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ毎に各現像カートリッジによって帯電トナーを静電吸着させることにより現像される。中間転写ベルト１ｆと感光体ベルト１００の接触部においては、中間転写ベルト１ｆにトナーと逆の電荷を印可することにより中間転写ベルト１ｆ上に上記トナー像を転写する。この動作を４回行うことにより、中間転写ベルト１ｆ上に４色重ね画像を形成し、これを搬送ローラ１ｇによって送られてきた転写紙に紙転写ローラ１ｈに、トナーと逆の電荷を印可することによって転写する。この転写紙は定着器１ｉに搬送され、トナー像を溶融定着する。

現像装置の作像メカニズムについて説明する。図２、３は、本発明の実施例である現像装置概略図である。この現像装置２００は、トナーが第一搬送パドル２４１から第三搬送パドル２４３部に充填されており、各搬送パドルが矢印の方向に回転することによりトナーを前方に送り出す。また各搬送パドルはポリプロピレンのような柔らかい材質のもので形成され、弾性を持っており、その弾性を利用して現像装置２００の内壁と密着させ確実にトナーを搬送する。その後、第一搬送パドル２４１にてトナーは、発泡ポリウレタンで構成された供給ローラ２２０に搬送され、続いて供給ローラ２２０から現像ローラ２１０に供給される。さらに、現像ローラ２１０に供給されたトナーは、トナー規制部材であるドクターローラ２３０にて、帯電、薄層化され、感光体ベルト１００上に形成された静電潜像を現像し可視化する。
また、ドクターローラ２３０及び現像ローラ２１０は、環境変動により外径が変化するため、その変化を吸収するためにドクターローラ２３０は現像ローラ２１０に対して、スプリング２３１にて押圧されている。ちなみに、ドクターローラ２３０にて掻き落とされたトナーは、現像ケースの傾斜を伝って、第一搬送パドル２４１に戻される。
また、本現像装置２００は、装置後方にある接離用カムの回転により感光体ベルト１００に対して接触し、図示せぬ離間スプリングにより離間させることにより現像装置２００を感光体ベルト１００に対して選択的に接触させる。

現像装置２００が感光体ベルト１００に対して離れている状態で、図２に示した作像時の回転方向とは逆に、図３に示した方向に現像ローラ２１０を逆回転させ、現像ローラ２１０にスプリング２３１にて押圧されているドクターローラ２３０を現像ローラ２１０と連れまわりさせることにより、ドクターローラ２３０を図３の矢印の方向に回転駆動させる。ドクターローラ２３０の端部には、ワンウェイクラッチとそれが圧入されたハウジングが構成され、現像ローラ２１０が作像時に正回転した場合には、ワンウェイクラッチがロックし、ドクターローラ２３０が現像ローラ２１０に連れまわりしないようにする。ドクターローラ２３０の駆動トルクは大きく現像ローラ２１０に対して負荷変動を与える。そのため、作像中にドクターローラ２３０を駆動させることは、現像ローラ２１０上のトナー付着量偏差を増大させ、しいては出力画像の濃度むらを引き起こしてしまう。しかしながら、本発明のように感光体ベルト１００に接触していない時に、ドクターローラ２３０を一定角度だけ駆動するようにすれば、上記のような問題は発生せず。作像時の駆動トルクは、ドクターブレードの時とまったく変わらない。

また、ドクターローラ２３０の駆動回転数は現像ローラ２１０の回転数に対して非常に遅く、従来のように常にドクターローラ２３０を駆動させた場合の回転数は数ｒｐｍ程度である。従って、現像装置２００の駆動源から駆動を取ろうとすると、１／５０以上の減速比を構成する必要がありコスト的にもスペース的にも問題が多かった。
現像ローラ２１０上方には、現像ローラ２１０の上方からのトナーの吹き出しを防ぐために、入口シール１２が設けられている。現像ローラ２１０の逆回転により、ドクターローラ２３０を駆動させた場合には、逆回転に伴って入口シール１２から、若干のトナーの漏れが発生する。そのため、現像ローラ２１０逆回転の回転角を図に図示したように、入口シール１２の当接位置から現像ローラ２１０の最上点迄の角度（図中ａ）より小さくするようにした。これにより、現像ローラ２１０の最上点をトナーが通過しないため、現像装置２００からのトナーの飛散を防ぐことができるようになった。

図４は、カートリッジ交換サイクル（カートリッジ内トナー質量）とトナー磨耗性（大きい方が磨耗量大）の関係を示した図である。カートリッジ内トナーが減少するにつれて、除々にトナー磨耗性が上昇し、カートリッジ交換でトナー磨耗性は急激に低下という推移を繰り返している。トナー量が減少するとトナー劣化度合いは増加する推移を示している。例えば、初期トナー磨耗性の２倍に達したら、ドクターローラ駆動ＯＮサイクル作像数を１／２にするといった制御を行い、ドクターローラ２３０の偏磨耗を防止する。
このように、トナーの劣化による磨耗性の変化に応じてドクターローラ駆動タイミングを変化させているので、ドクターローラの偏磨耗を防ぎ、スジ、帯びなどのムラのない画像品質を提供できる。

図５は、現像ローラとドクターローラとの接触図である。
ドクターローラ２３０の駆動制御を現像ローラ第一逆回転と現像ローラ第二逆回転とに分け、現像ローラ第一逆回転を現像ローラ２１０とドクターローラ２３０との接触で作られるニップ幅からなる角度ｂより小さい回転角で逆回転後現像ローラ２１０をＴ秒正回転させ、現像ローラ第二逆回転を前記のように現像ローラ２１０上方からのトナーの吹き出しを押さえる入口シール１２から、現像ローラ２１０の最上点迄の角度より小さい回転角で逆転し終了させる。ドクターローラ駆動は、現像ローラ第一、第二逆回転をセットで行なう。現像ローラ２１０の正回転で、弾性体であるドクターローラ２３０は、図５のニップ部拡大図のように弾性層は下流側に歪んで持っていかれ下流部ｃで歪んだまま磨耗するため、ほとんどの場合、現像ローラ２１０とドクターローラ２３０のニップの下流部ｃで偏磨耗が発生する。現像ローラ第一逆回転で下流部分を研磨してならすことにより、偏磨耗を防止し、スジ、帯びなどのムラのない画像品質を提供できる。
また、前記現像ローラ第一逆回転時の現像ローラ正回転Ｔ秒は、図４のカートリッジ交換サイクルとトナー磨耗性の関係より、所定の作像数で縮小可能であり、待ち時間を短縮できる。

現像ユニットの現像動作を説明する。図６は、本発明を適用する現像ユニットの構成例を示す図である。現像ユニットは、感光体１００にトナーを現像する現像ローラ２１０、現像ローラ２１０のトナー付着量を規制しかつトナーを本帯電させるローラ状ドクターローラ２３０（トナー層規制部材）、ドクターローラ２３０の表面のトナーを掻き落とす掻き落とし部材２３２（スクレーパ）、現像ローラ２１０にトナーを予備帯電させながら供給するトナー供給ローラ２２０、トナーを現像ユニット外部に漏れ出ないように収納するトナーホッパ２４０、トナーホッパ２４０内に配置され回転駆動することでトナーホッパ２４０からトナー供給ローラ２２０へトナーを搬送するトナー搬送部材２４１から構成されている。ここではベルト状感光体１００を図示しているが、現像ローラ２１０の硬度を低く抑えれば、ドラム状感光体を用いることも可能である。図１において、ベルト状感光体１００は下から上へ向かって移動するように回転している。

現像ローラ２１０は感光体１００の進行方向と同方向、すなわち図１で反時計回りの方向に、感光体１００に対して線速比１．２〜２．０倍速で回転している。
トナー搬送部材２４１は回転方向が反時計回りで回転し、トナーを供給ローラ２２０に送り出し、供給ローラ２２０は現像ローラ２１０に所定のニップをもって接触させ、供給ローラ２２０上のトナーをニップ内で現像ローラ２１０表面に擦りつけることでトナーをプレ帯電させながら供給する。
ニップ部において現像ローラ２１０の進行方向と同方向、すなわち図６では時計回り、または現像ローラ２１０の進行方向と逆方向、すなわち図６で反時計回りのどちらで回転させても、トナー供給性という点では成立する可能性があり、現像ユニットの使用状況に応じて回転方向は選択する。
いずれにしても、供給ローラ２２０と現像ローラ２１０のニップ部での線速には差を持たせる必要があるので、同方向で線速比が０．９〜１．１は通常選ばないが、
一例として、同方向供給ローラ線速／現像ローラ線速＝０．６
同方向供給ローラ線速／現像ローラ線速＝１．５
逆方向供給ローラ線速／現像ローラ線速＝０．９
逆方向供給ローラ線速／現像ローラ線速＝１．４
などの設定が過去の例としてある。しかし特にこの数値にこだわる必要はない。一般にメカ的な負担を少なくし、またトナー供給性を損なわないように設定される。

本例では、ドクターローラ２３０を図示しているが、ドクターブレードの構成も同様に、実施例として可能である。ここで、ドクターローラ２３０について説明する。
ドクターローラ２３０は現像ローラ２１０に対して所定の荷重で当接していて、そのニップに供給ローラ２２０より供給されてきたトナーを通過させることで、トナー通過量を一定に整えて、また現像ローラ２１０表面のスラスト方向位置によらず均一なトナー層を形成する。また、通過したトナーはドクターローラ２３０と現像ローラ２１０の双方の表面と摩擦帯電されるので、感光体１００への現像に供されるトナーは安定した帯電量を持つことができる。
ドクターローラ２３０の場合、常時回転させる方法もあるが、現像ユニットの駆動トルクが上がりすぎて、ユニットにメカ的負担がかかるという問題がある。そこで、ドクターローラ２３０は現像動作時に回転させず停止したままにしておき、その圧力でトナー層を適正に規制して、また、非現像動作時には、ドクターローラ２３０を所定角度回転駆動させるといった方法も提案されている。
この回転駆動力は、このための専用駆動力を設けても良いが、装置が複雑化するので、ここでは現像ローラ２１０の逆回転を利用し、現像ローラ２１０とドクターローラ２３０の摩擦力により連れまわり回転させる方法を例としてあげる。このときの回転方向は現像ローラ２１０の通常の回転方向と同方向すなわち、図６では反時計回りの方向とする。重ねて説明するとドクターローラ２３０の軸の回転を一方向となるような規制手段（ワンウェイ軸受けなど）で、前記連れ回り方向には回転できるようにして、その逆方向は回転しない様に固定しておくと前記動作を容易に実現することができる。

以上のようにして、現像ローラ２１０上に適正なトナー量のトナー層を形成して感光体１００と接触し、また現像ローラ２１０に所定のバイアス電圧を印加して、感光体１００上の静電潜像に応じて、現像ローラ２１０からトナーを感光体１００に移し現像動作を行う。
感光体１００に転移しなかった現像ローラ２１０上のトナーは、トナー漏れや飛散防止用の入口シール部材に掻き落とされることなく、そのシール部材を通過し、供給ローラ２２０とのニップ部に入り新たに供給されたトナーを加えて、次のトナー層形成工程にすすむ。

次に、現像装置を構成する各ローラについての構成例を説明する。
現像ローラ２１０は、金属ローラ（アルミニウム、ステンレス鋼など）の表面を所定の粗さ（Ｒｚ＝０．５〜３．０μｍ）に荒したものが用いることができる。特にトナーの搬送性を維持し、ピッチ状の濃度ムラを出さないようにするために、サンドブラスト等の方法により軸方向、周方向で規則性が出ないような荒し方が望ましい。
他に、金属ローラにメッキ処理（クロムメッキ、ニッケルメッキなど）を施したもの、アルミニウムの場合にはアルマイト処理したもの、金属粒子やセラミック粒子を溶射して、表面硬度を上げ、耐磨耗性を上げたもの、金属ローラにトナー帯電付与性に富む樹脂（例えばトナーがマイナス極性の場合には、メラミンやグアナミン等アミノ基を有する樹脂など）をコーティングしたものを用いることが可能である。
また、上記の硬度の高い現像ローラ２１０とは別に、現像ローラ２１０・感光体１００／現像ローラ２１０・ドクターローラ２３０の接触安定性を増すために現像ローラ２１０を低硬度化したもの、たとえば、芯金が金属軸もしくは金属スリーブ、その上にゴム層の２層構成のもの、芯金が金属軸もしくは金属スリーブ、その上に中間層としてゴム層、その上の最外層に樹脂コート層もしくは特性の異なるゴム層を形成し、３層以上の構成としたものの使用が可能である。
ここでは、芯金の金属軸にはステンレス鋼やメッキ処理鋼の棒材を用いることが多く、その上のゴム層にはカーボンや金属、金属酸化物の導電微粒子を混合して所定の電気抵抗となるように調整したＮＢＲ、ＥＰＤＭ，シリコンゴム、ヒドリンゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、等が使用できる。
３層以上の構成を持つローラでコート層の材料としては、要求特性に応じて同様に電気抵抗調整されたポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコン樹脂、アミノ樹脂、フッ素樹脂等が使用可能である。
一方、供給ローラ２２０の例としては、金属の芯金に、発泡ポリウレタン、発泡シリコン、発泡ポリカーボネート等で形成したスポンジ状ローラを用いることができる。

ドクターローラ２３０の例を説明する。現像ローラ２１０が中間層にゴム層を有し硬度が低い場合には、ドクターローラ２３０に金属ローラを用いることができ、金属ローラ表面にメッキ処理や、窒化処理等を施して表面硬度を上げ磨耗に強くして、耐久性を上げる工夫ができる。ドクターローラ２３０に中間層としてゴム層を持たせると、現像ローラ２１０が低硬度の場合、高硬度の場合、両方に対応することができる。このときのドクターローラ２３０の構成、使用する材料は、使用目的の違いによって若干異なるが、先に述べた低硬度タイプの現像ローラ２１０の構成に類似し、金属芯金の上にゴム層、その上にコート層という構成で、材料は若干の調整を加えることが必要であるが、おおむね上記で述べた主材料と同系統のものが使用可能である。

リカバリー動作及び本発明の実施例について説明する。
現像ユニットのトナーを使い一定以上の消費が進んだ時に、装置側でトナーエンドを認識し、トナーカートリッジ交換のシグナルを表示する。
このようなトナーエンドを検出する方法としては、図１では特に示していないが、ホッパ内一部に光を通し、トナーの有無で光を遮断、透過することによって、トナー残量が十分か少なくなってきたかを検出する方法、超音波振動子を用いて一定量以上のトナーが接触しているか否かで、トナーが十分か不足かを検出する方法、パドルのトルクによりホッパのトナーの量を検出する方法、などがあり、また、現像画素数をカウントして一定画素カウントを使用したときにトナーエンドを表示する方法や画素カウントと上記センシング手段を組み合わせた方法等が実際に用いられている。
現像ユニットはトナーエンド検出以降、使用されるとダメージを受けて、正常な動作が保証できなくなる場合があり、そのときには、トナーカートリッジが交換されたことを装置側で認識するまで、作像装置本体の使用を停止させるという制御を行う。
ここで、カートリッジ交換の認識は、トナーカートリッジにカートリッジ情報を記憶したチップを内蔵し、装置側でそれを読み込むことによって行う。

新品のトナーカートリッジがトナーエンド状態の現像装置に交換装着され、そのことを作像装置が認識すると、リカバリー動作に入る。
現像ユニットはトナーエンド状態で、一般的にはトナー残量が現像動作を保証する範囲内（下限に近い状態）で少なくなっていることが、想定される。そこで、新しく交換されたカートリッジから適量のトナーを補充する必要がある。そのために現像ユニットを動かす動作が、ここでいうリカバリー動作である。従来例では、定められた時間、現像ユニットを駆動し、現像ローラ２１０、供給ローラ２２０、ホッパ内パドル、トナーカートリッジ内パドルを回転させて、トナーカートリッジからパドルの回転力でトナーを送ることを行っていた。またカートリッジ内パドルの替わりに、カートリッジ内の供給ローラ２２０でトナーを送る場合、カートリッジ内のオーガでトナーを送る場合もあるが、同様に一定時間動作させることが多い。

従来の構成でも、同様な考え方で、リカバリー動作全体の時間（約５分）のうち、始めの時間で前述した光透過型検知手段でホッパ内のトナー量がトナーエンド検出レベル以上にあることを確認した後、残りの一定時間（約３分）カートリッジ内パドルを回転させて、トナー補給動作を行っている。交換直後のカートリッジはそれまで静置保管されているものが多く、トナーがしまって動き難くなっている状態にある。パッケージには“トナーカートリッジ交換時にカートリッジを振って下さい”という指示が記入されており、交換作業時に振られ、カートリッジ内部のトナーの流れはよくなった状態で現像ユニットにセットされる。
しかし近年、トナーカートリッジにトナーを高密度充填して、使用可能印刷枚数をより増やす傾向にあるが、そのような場合には、カートリッジ内部に空気が少ないため、交換時の振る作業直後はトナーの流動性の改善されているが、交換後長時間使用されない場合や、高温高湿などの環境では、トナーの流動性は低下し、しまって動き難くなっている状態になる。すなわち、カートリッジから、現像ホッパに供給されるトナー量はかなり制限される。
このような場合には、ホッパ内のトナー量が減少していき前記した方法にてトナーエンドを検出する。現像画素数をカウントして一定画素カウントを使用したときにトナーエンドを表示する方法も併用されている場合、使用可能画素まで達していないと判断し、リカバリー動作に入る。

そこで、リカバリー時に、現像ユニットの動作条件を変えて、カートリッジからのトナー供給量および、現像ホッパの残留トナーとカートリッジから新たに供給されたトナー量を調べた。
図７は、補給動作時間に対する現像ホッパトナー量の増加カーブを示す図である。
（３）の線は、カートリッジ交換時に使用されるカートリッジパドルが標準的な回転数の設定で、回転動作主体でトナーを供給した場合である。これに対して、（２）の線は、カートリッジパドルの回転数を約１．５倍に増やし、同じく回転動作主体でトナーを供給した場合である。
ここでいう、供給のための回転動作は、現像ユニットを感光体との接触位置に移動して、同時に現像ローラ、パドル等を回転開始して、約１０秒間回転を持続する。その後、現像ユニットを感光体から離間した位置に戻し、１秒間停止。その一連の動作を繰り返し行う。
カートリッジパドルの回転数を上げたほうが中盤での上昇が見られる。しかし、序盤は両条件とも、立ち上がりが悪い。これは前述のように、カートリッジのトナーの動きが悪い状態から補給動作を開始しているためである。

そこで、回転時間を短くして、現像ユニットの接離動作の回数を増やした。
（１）の線は、現像ユニットを感光体との接触位置に移動して、同時に現像ローラ２１０、パドル等を回転開始して、約２秒間回転を持続する。その後、現像ユニットを感光体１００から離間した位置に戻し、１秒間停止。その一連の動作を繰り返し行った場合である。このような動作をさせることで、トナー供給の立ち上がりが改善している。これは、現像ユニットの移動衝撃により、カートリッジのトナーがほぐれて、空間ができ、現像ホッパに入りやすくなったためと考えられる。現像ユニット接触時には、トナーをほぐすために若干の衝撃を加えるように、現像ユニットの移動速度を決める必要がある。なお本例では現像ユニットの回転駆動トルクをユニットの移動引き込み力に利用している。

トナーエンド検出時の画素カウントが規定以上に達していない場合は、カートリッジ内部の空間が少なくしまって動きにくい状況にあると判断して、前記の現像ユニットの移動衝撃回数を通常より増加させ、トナーをほぐすことをリカバリー動作前半に設定し、後半も前半同様又は少なくとも現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度のどれかを増加させたリカバリー動作を行う。画素カウントが規定以上に達していない場合、上記リカバリー動作が連続Ｍ回入ってもトナーエンド信号が検出された場合、部品の不具合によることも考えられるのでトナーエンドを表示する。連続でリカバリー動作を入れる場合、さらに現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度を変化（増加）させることもできる。

また、規定画素カウント以上の場合は、カートリッジ内部に十分な空間があるが、トナーの劣化も進んでおり、通常のリカバリー動作又は、少なくとも現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度のどれかを減らし、トナーの劣化を促進させないリカバリー動作を行う必要がある。規定画素カウント以上で連続Ｎ回上記リカバリー動作が入ってもトナーエンド信号が検出された場合は、部品の不具合又は実際にトナーが無い場合もあるので、トナーエンドを表示する。上記同様、連続でリカバリー動作を入れる場合、トナー劣化の促進を抑えるため、さらに現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度を変化（減少）させることもできる。トナー劣化の促進を抑えるためＭ＞Ｎとすることもできる。

表１、図８には本発明のリカバリー動作とフロー図の一例を示した。

図８では、画素カウントが規定以上に達していない場合は連続２回まで、規定画素カウント以上の場合は、連続１回までとした。
規定画素カウントは、トナーの劣化状態を考慮し複数設定しても問題なく、規定画素以下の場合は、接離往復速度を上げ、現像ユニットの移動衝撃を増加させ、トナーをほぐす効果を上げるとともにカートリッジからホッパへの供給量を増加させることも効果的であり、リカバリー動作時間の短縮にもつながる。
また、現像装置又はカートリッジに振動部材を設けて衝撃を加える方法もある。

本発明では、トナーカートリッジを交換した後に、現像装置の振動部材の周波数、移動速度、振動回数又は接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として、トナー補給動作を行うことにより、カートリッジトナーのほぐし効果カートリッジからの供給量安定化又はトナー劣化の促進を抑えることができ、トナーＥＮＤの誤検知及び地汚れ、カスレなどの異常画像を解消することができる。
また、トナーカートリッジを交換した後のホッパ内のトナー量を検出し、その検出信号に応じて、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として、補給動作を行い、さらに精度を上げ確実にトナー量低下によるカスレを解消することができる。
さらに、トナーカートリッジの使用状況を記憶する画素検知部を併用し、トナー量検出信号時の画素カウントにより現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として補給動作を行い、さらに確実にカートリッジトナーのほぐし効果カートリッジからの供給量安定化又はトナー劣化の促進を抑えることができ、トナーＥＮＤの誤検知及び地汚れ、カスレなどの異常画像を解消することができる。

本発明では、リカバリー動作を連続して入る場合、連続回数の上限を設定し、現像装置又はトナーカートリッジの異常を検出し、部品の破損などを防ぐことができる。
また、規定の画素カウントを設け、それ以上での異常検出のリカバリー動作連続回数を減少させ、トナー劣化の促進を抑え、地汚れ、カスレなどの異常画像を解消することができる。
さらに、前記現像装置を画像形成装置に搭載し、前記効果を持たせることができる。
また、プロセスカートリッジにすることにより、小型化、トナー飛散防止、扱いやすいハンドリングを提供できる。

本発明に係わるカラーレーザープリンタの概略構成図である。本発明の実施例である現像装置概略図である。本発明の実施例である現像装置概略図である。カートリッジ交換サイクルとトナー磨耗性の関係を示した図である。現像ローラとドクターローラとの接触図である。本発明を適用する現像ユニットの構成例を示す図である。補給動作時間に対する現像ホッパトナー量の増加カーブを示す図である。本発明のリカバリー動作とフロー図の一例を示す図である。

符号の説明

１ｂ帯電器
１ｃ現像カートリッジ
１ｄ感光体クリーニング装置
１ｅ書込みユニット
１ｆ中間転写ベルト
１ｇ搬送ローラ
１ｈ紙転写ローラ
１ｉ定着器
１２入口シール
１００感光体ベルト（像担持体）
２００現像装置
２１０現像ローラ
２２０供給ローラ
２３０ドクターローラ（トナー規制部材）
２３１スプリング
２３２掻き落とし部材（スクレーパ）
２４０トナーホッパ
２４１第一搬送パドル（トナー搬送部材）
２４２第二搬送パドル
２４３第三搬送パドル

Claims

像担持体に対して接触、もしくは微少な間隔をおいて停止することにより前記像担持体にトナーを供給し、非作像時には前記像担持体から離間する動作を行う現像ローラと、
一成分トナーを前記現像ローラに供給する供給ローラと、
前記現像ローラに接触して前記供給ローラより供給された現像ローラ上のトナーを一定量の薄層とし、前記現像ローラ逆回転により回転する弾性体からなるローラ状のトナー層規制部材と、
を有し、
定期的に前記現像ローラの逆回転動作が行なわれている現像装置において、
前記現像装置は、
使用枚数のカウントにより、前記現像ローラの逆回転動作タイミングを変更する
ことを特徴とする現像装置。
請求項１記載の現像装置において、
前記現像装置は、
前記現像ローラの逆回転動作が、現像ローラ第一逆回転と現像ローラ第二逆回転であり、
前記現像ローラ第一逆回転を前記現像ローラと前記トナー層規制部材との接触で作られるニップ幅からなる角度より小さい回転角で逆回転後、前記現像ローラを正回転させ、
前記現像ローラ第二逆回転を前記現像ローラ上方からのトナーの吹き出しを押さえる入口シールから、前記現像ローラの最上点迄の角度より小さい回転角で逆転して終了する
ことを特徴とする現像装置。
請求項２記載の現像装置において、
前記現像装置は、
前記現像ローラ第一逆回転の前記現像ローラ正回転時間を使用枚数カウントにより変更する
ことを特徴とする現像装置。
回転して適正量の一成分トナーを搬送する現像ローラと、
一成分トナーを前記現像ローラに供給する供給ローラと、
前記現像ローラに接触して前記現像ローラ上のトナー層を一定量の薄層とするトナー層規制部材と、
を有し、
前記現像ローラにバイアスを印加して像担持体の静電潜像を現像し、
着脱可能なトナーカートリッジを交換することで、新しいトナーを補給する
現像装置において、
前記現像装置のトナーカートリッジの補給口付近にカートリッジトナーをほぐす振動部材を有する
ことを特徴とする現像装置。
請求項４記載の現像装置において、
前記振動部材の周波数、移動速度及び振動回数を可変として補給動作を行う
ことを特徴とする現像装置。
請求項４又は５記載の現像装置において、
前記現像ローラは、前記像担持体と接触する位置と、接触せずに離れている位置をとることができ、
前記現像ローラの接離位置間の往復移動方向と、前記トナーカートリッジから現像装置のトナーホッパへトナーを供給する方向が同方向であり、
トナーカートリッジを交換した後に、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として、トナー補給動作を行う
ことを特徴とする現像装置。
請求項６記載の現像装置において、
前記現像装置内のトナー量を検出するトナー量検出部を備え、
前記トナー量検出部の信号に応じて、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として、トナー補給動作を行う
ことを特徴とする現像装置。
請求項７記載の現像装置において、
現像装置又はトナーカートリッジにトナーカートリッジの使用状況を記憶する画素検出部を備え、
前記トナ−量検出部と前記画素検出部の信号に応じて、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数を可変として、トナー補給動作を行う
ことを特徴とする現像装置。
請求項８記載の現像装置において、
トナーカートリッジの使用可能画素数の規定画素数以下でトナー量検出部のトナーｅｍｐｔｙ信号を検出した場合、トナーカートリッジ交換時の補給動作より少なくとも、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数の何れかを増加する
ことを特徴とする現像装置。
請求項８記載の現像装置において、
トナーカートリッジの使用可能画素数の規定画素数以上でトナー量検出部のトナーｅｍｐｔｙ信号を検出した場合、トナーカートリッジ交換時の補給動作同等若しくは、少なくとも、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数の何れかを減少する
ことを特徴とする現像装置。
請求項９又は１０記載の現像装置において、
連続して補給動作を行う場合、規定回数でもトナーｅｍｐｔｙ信号を検出した場合トナーＥＮＤとする
ことを特徴とする現像装置。
請求項１１記載の現像装置において、
規定画素数以上での連続補給動作の回数を規定画数以下の回数より減らした
ことを特徴とする現像装置。
請求項８記載の現像装置において、
トナーカートリッジの使用可能画素数の規定画素数を複数個有し、
トナー量検出部のトナーｅｍｐｔｙ信号を検出時の画素数に応じて、現像ローラの接離往復移動速度及び接離往復移動回数、現像装置の回転動作速度、回転動作時間及び回転動作回数でトナー補給動作を行う
ことを特徴とする現像装置。
少なくとも、像担持体と現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、
請求項１乃至１３のいずれかひとつに記載の現像装置を有する
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
画像形成装置は、
請求項１乃至１３のいずれかひとつに記載の現像装置を有する
ことを特徴とする画像形成装置。
画像形成装置は、
請求項１４記載のプロセスカートリッジを有する
ことを特徴とする画像形成装置。