JP2008176236A - 画像形成装置の現像装置、及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド現像方式を採用した画像形成装置において、現像ロールに供給されるトナー量をより適正に保つことにある。
【解決手段】現像装置５１は、画像形成装置１１の像担持体３にトナーを供給するための装置であって、現像ロール２と、磁気ロール１と、トナー濃度検知センサ５５と、バイアス調整部３２とを有している。現像ロール２は、像担持体３に対向して配置され、第１現像バイアスが印加される。磁気ロール１は、現像ロール２に隣接して配置され、第２現像バイアスが印加される。トナー濃度検知センサ５５は、現像ロール２上のトナー濃度を検知するためのものである。バイアス調整部３２は、トナー濃度検知手段により検知されたトナー濃度に基づいて、第１及び第２現像バイアスの設定を変更する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置の現像装置、特に、画像形成装置の像担持体にトナーを供給するための現像装置に関する。

また、本発明は、このような現像装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用する画像形成装置は、像担持体と、これにトナーを供給するための現像装置とを備えている。従来の現像方式として、１成分現像方式と２成分現像方式の特徴を組み合わせた、いわゆるハイブリッド現像方式を採用したものが既に提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。

この種の方式の現像装置は、一般に、像担持体に対向して配置される現像ロールと、これにトナーを供給するための磁気ロールとを備えている。現像ロール及び磁気ロールは、現像時に、それぞれバイアスが印加されるとともに、磁気ロール表面に形成された磁気ブラシから、バイアス差に応じた現像ロールにトナーが供給される。

このような従来のハイブリッド現像方式において、現像ロール上のトナーと、磁気ブラシ中のトナーとの間でトナーの入れ替えを促進させるために、磁気ロールに、現像ロールとは逆位相の交流バイアスを印加する方法が既に提案されている。この方法では、磁気ロールに印加される交流バイアスは、現像ロールとの電位差が大きい程、多くのトナーが現像ロールに供給される。
特開２００３−２８０３５７号公報 特開２００３−２８７９５２号公報 特開２００３−２９５６１３号公報 特開２００３−２１９６１号公報

従来のハイブリッド現像方式における上記方法では、磁気ロールと現像ロールとの電位差が小さい場合は、現像ロールに供給されるトナー量は少なくなり、この結果、画像濃度は小さくなってしまう。

一方、磁気ロールと現像ロールとの電位差を大きくして、現像ロールにより多くのトナーが供給されるようにした場合は、トナーの飛散が生じ易くなり、場合によっては、現像ロール及び磁気ロール間でリークが発生するおそれがある。

本発明の目的は、ハイブリッド現像方式を採用した画像形成装置において、現像ロールに供給されるトナー量をより適正に保つことにある。

請求項１に記載の現像装置は、画像形成装置の像担持体にトナーを供給するための現像装置であって、現像ロールと、磁気ロールと、トナー濃度検知手段と、バイアス調整手段とを備えている。現像ロールは、像担持体に対向して配置され、第１現像バイアスが印加される。磁気ロールは、現像ロールに隣接して配置され、第２現像バイアスが印加される。トナー濃度検知手段は、現像ロール上のトナー濃度を検知するためのものである。バイアス調整手段は、トナー濃度検知手段により検知されたトナー濃度に基づいて、第１及び第２現像バイアスの設定を変更する。

この現像装置では、画像形成装置の印字動作が指示されると、現像ロール及び磁気ロールにそれぞれ第１及び第２現像バイアスが印加される。このバイアス差に応じて、磁気ロールから現像ロールにトナーが供給され、さらに像担持体にトナーが供給される。

このとき、第１及び第２現像バイアスは、トナー濃度検知手段が直接現像ロール上のトナー濃度を検知した結果に基づいて設定変更されるので、現像ロールに供給されるトナー量は、変更後の第１及び第２現像バイアスに従ってより適正なものとなる。これにより、現像ロールに供給されるトナー量が少なすぎて画像濃度が小さくなったり、逆に多すぎてトナー飛散が生じたりするのを抑えることができる。

請求項２に記載の現像装置は、請求項１の現像装置において、現像ロールは、磁気ロールから供給されたトナーによって周面にトナー層が形成されている。また、トナー濃度検知手段は、現像ロールの周面に対向して配置された反射型の光学センサである。

この現像装置では、具体的に、光学センサによってトナー層の濃度が検知されることで、第１及び第２現像バイアスの設定変更がよりダイレクトな結果に基づいて行われるようになる。

請求項３に記載の現像装置は、請求項２の現像装置において、トナー濃度検知手段と現像ロールとの間に配置され、所定のバイアスが印加される導電性ガラス板をさらに備えている。

トナー濃度検知手段として光学センサを用いた場合には、センサ表面にトナーが付着して、トナー濃度を正常に検知できなくなるおそれがある。そこで、請求項３の現像装置では、光学センサと現像ロールの間に導電性ガラス板を配置し、これに所定のバイアスを印加することで、そのような不都合を回避して、正常な検知動作を行うようにしている。

請求項４に記載の画像形成装置は、像担持体と、請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置とを備えている。

この画像形成装置では、第１及び第２現像バイアスは、トナー濃度検知手段が直接現像ロール上のトナー濃度を検知した結果に基づいて設定変更されるので、現像ロールに供給されるトナー量は、変更後の第１及び第２現像バイアスに従ってより適正なものとなる。これにより、現像ロールに供給されるトナー量が少なすぎて画像濃度が小さくなったり、逆に多すぎてトナー飛散が生じたりするのを抑えることができる。

請求項５に記載の画像形成装置は、請求項４の画像形成装置において、トナーの各色に対応する複数の感光体及び複数の現像装置を備えたタンデム型カラー機である。

本発明によれば、第１及び第２現像バイアスは、トナー濃度検知手段が直接現像ロール上のトナー濃度を検知した結果に基づいて設定変更されるので、現像ロールに供給されるトナー量は、変更後の第１及び第２現像バイアスに従ってより適正なものとなる。これにより、現像ロールに供給されるトナー量が少なすぎて画像濃度が小さくなったり、逆に多すぎてトナー飛散が生じたりするのを抑えることができる。

＜プリンタの全体構成＞
図１及び図２に、本発明の一実施形態が採用されたタンデム型カラープリンタ１１（画像形成装置）を示す。このプリンタ１１は、パーソナルコンピュータ、スキャナ等の外部接続機器に接続され、画像データを送受信可能である。

プリンタ１１は、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色に対応する感光体ドラム３Ａ〜３Ｄ（像担持体）、帯電器５６Ａ〜５６Ｄ、露光装置５７Ａ〜５７Ｄ、現像装置５１Ａ〜５１Ｄ（後述）、トナーコンテナ５０Ａ〜５０Ｄ及び転写装置５８Ａ〜５８Ｄと、搬送ベルト５４と、定着装置５９とを備えている。なお、搬送ベルト５４を除く各部の参照符号末尾のアルファベットＡ〜Ｄはそれぞれ、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色に対応するものであることを示す。また、以下の説明で、アルファベットＡ〜Ｄが各部の参照符号から省略されている場合は、各色の各部に共通するものとする。

感光体ドラム３は、印字動作に伴って回転し、表面に静電潜像が形成される。

帯電器５６は、感光体ドラム３の表面を一様に帯電させるためのものである。

露光装置５７は、外部接続機器から送信された画像データ等に基づいて、帯電器５６により帯電された感光体ドラム３に対し露光して、静電潜像を形成する。

トナーコンテナ５０は、内部にトナーが収容され、現像装置５１の上部に着脱自在に装着されている。Ｔ／Ｃセンサ２５によって、ケーシング１２内のトナー濃度が所定量以下になったことが検知されると、トナーコンテナ５０内から現像装置５１内にトナーが補給される。

転写装置５８は、感光体ドラム３表面に形成されたトナー像を記録紙上に転写するための装置である。転写装置５８は、図示しない電源と接続され、印字動作の際に、感光体ドラム３の表面電位と逆極性の転写バイアスが印加される。

搬送ベルト５４は、無端ベルトで構成され、印字動作の際に、図１において反時計回りに循環駆動され、用紙を下流側に搬送することができる。

定着装置５９は、感光体ドラム３から用紙に転写されたトナー像を溶融定着させるための装置であり、内部にヒータを内蔵する加熱ロール及び加圧ロールを有している。

プリンタ１１は、以上の各部に加え、３つの給紙カセット５３を含む給紙部、定着装置５９を通過した用紙を外部に排出するための排紙部等をさらに備えている。

＜現像装置５１＞
次に、図３を参照して、現像装置５１について説明する。

現像装置５１は、感光体ドラム３にトナーを供給するための装置であって、ここでは、ハイブリッド現像方式を採用したものが用いられている。現像装置５１は、ケーシング１２と、ケーシング１２内に配置された現像ロール２、磁気ロール１、穂切りブレード９、パドルミキサー２２、撹拌ミキサー２３、仕切板２６及びＴ／Ｃセンサ２５と、濃度検知センサ５５（トナー濃度検知手段）と、制御部３０（バイアス調整手段）と、ガラス板５２とを備えている。

ケーシング１２内には、トナー及びキャリアからなる二成分系現像剤が収容される。ケーシング１２には、現像ロール２を一部露出して配置するための開口１２ａが設けられている。この開口１２ａの上端部には、軸方向の一部の領域が切り欠かれた切欠１２ｂが形成されている。

現像ロール２は、感光体ドラム３に対向して配置されている。現像ロール２は、直流電源７ａ及び交流電源７ｂと直列に接続されており、印字動作の際に、直流に交流が重畳されたバイアス（第１現像バイアス）が印加される。現像ロール２は、磁気ロール１表面に形成された磁気ブラシから、磁気ロール１とのバイアス差に応じてトナーが供給され、表面にトナー層が形成される。そして、現像ロール２のトナー層からは、感光体ドラム３とのバイアス差に応じてトナーが飛翔する。感光体ドラム３に供給されずに現像ロール２に残ったトナーは、磁気ロール１上の磁気ブラシがトナー層に接触して両ロール２，１の周速差によって生じるブラシ効果と、パドルミキサー２２による磁気ブラシの撹拌によって、回収及び入れ替えが行われる。

磁気ロール１は、現像ロール２に対しトナー移送方向上流側に配置されている。現像ロール２は、直流電源８ａ及び交流電源８ｂと直列に接続されており、直流に交流が重畳されたバイアス（第２現像バイアス）が印加される。また、磁気ロール１は、周方向に複数の磁極を有する固定磁石（図示せず）と、固定磁石の外周を囲み、回転自在な非磁性金属材料からなる円筒状のスリーブ（図示せず）とを有している。スリーブの表面には、印字動作の際に、トナー及びキャリアからなる磁気ブラシが形成される。

穂切りブレード９は、磁気ロール１上に一定の層厚の磁気ブラシが形成されるよう、磁気ブラシに対し穂切りを行う。

パドルミキサー２２及び撹拌ミキサー２３は、ケーシング１２内のトナー及びキャリアを撹拌しながら、仕切板２６の軸方向両側の仕切がない部分を介してトナー及びキャリアを循環搬送する。

Ｔ／Ｃセンサ２５は、透磁率センサで構成され、キャリアに対するトナー濃度を検知して、トナー濃度の大きさに応じた出力信号を制御部に送る。

濃度検知センサ５５は、現像ロール２上のトナーの濃度を検知するためのものであり、感光体ドラム３に対して現像ロール２の回転方向上流側に配置されている。また、現像ロール２は、ケーシング１２の開口１２ａの上方であって切欠１２ｂに対応する軸方向領域に、現像ロール２の周面に対向して配置されており、これにより、ケーシング１２に光路を遮られることなく現像ロール２表面のセンシングが可能になっている。濃度検知センサ５５は、発光部及び受光部を有する正反射型のフォトセンサで構成されており、受光部から照射された光が現像ロール２表面で反射され手受光部に入光することで、トナー層の濃度に応じた出力信号が制御部３０に送られるになっている。濃度検知センサ５５の基準出力値は、ここでは、現像ロール２表面の地肌値に基づいて設定されており、現像ロール２上にトナー層がない場合に出力値が最高となる。

制御部３０は、ＣＰＵ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成され、図３に示すように、感光体ドラム３、濃度検知センサ５５等の各部に接続されている。制御部３０は、ＣＰＵがメモリ内に格納されたソフトウェアを読み出し、所定のプログラムを実行することにより、各部の制御を行うほか、バイアス印加制御部３１及びバイアス調整部３２として機能する。

バイアス印加制御部３１は、印字動作の際に、現像ロール２及び磁気ロール１に予め設定された現像バイアスが印加されるよう、各種電源７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂを制御する。現像ロール２には、例えば、電圧値Ｖ_ｄｃ２が２００Ｖの直流バイアス、及び電圧値Ｖ_ｐｐ２が１．６ｋＶ、周波数ｆ_２が２．７ｋＨｚ、デューティ比２７％の交流バイアスが印加されるよう設定されている。また、磁気ロール１には、例えば、電圧値Ｖ_ｄｃ１が４００Ｖの直流バイアス、及び電圧値Ｖ_ｐｐ１が３００Ｖ、周波数ｆ_１が２．７ｋＨｚ、デューティ比２７％の交流バイアスが印加されるよう設定されている。

バイアス調整部３２は、濃度検知センサ５５からの出力値が所定範囲を超えていた場合に、出力値が所定範囲内に収まるような量のトナーが供給されるよう、第１及び第２現像バイアスの設定を変更する。

具体的に、濃度検知センサ５５からの出力値が所定範囲未満の場合は、トナー層が厚く現像ロール２上のトナーが多いので、バイアス調整部３２は、センサ５５からの出力値が上がるよう、例えば、第１及び第２現像バイアスの電圧値の差を小さくし、又は、現像ロール２に供給されるトナーの量が少なくなるようデューティ比を変更する。

一方、濃度検知センサ５５からの出力値が所定範囲より大きい場合は、トナー層が薄く現像ロール２上のトナー量が少ないので、バイアス調整部３２は、センサ５５からの出力値が下がるよう、例えば、第１及び第２現像バイアスの電圧値の差を大きくし、又は、現像ロール２に供給されるトナーの量が多くなるようデューティ比を変更する。

ガラス板５２は、板状の導電性ガラスで構成され、ケーシング１２の外であって、濃度検知センサ５５と現像ロール２との間に配置されている。ガラス板５２は、図示しない電源に接続され、印字動作の際に、現像ロール２と同極性のバイアスが印加されることで、トナーの付着が防止される。

＜プリンタの動作＞
次に、図４に基づいて、プリンタ１１の動作について説明する。

このプリンタ１１に電源が投入されると、定着装置５９のヒータの加熱や、ソフトウェアの読み出し、各種パラメータの初期化等の初期動作が行われる。このとき、予め設定された第１及び第２現像バイアスの条件も読み出される。

初期動作が完了すると、プリンタ１１は印字可能な状態となる。この状態で、外部接続機器からの画像データを受け付けると、プリンタ１１は、制御部３０において所定の画像処理を行うとともに、印字動作のための各部の制御を行う。

具体的に、印字動作が開始されると、感光体ドラム３が回転駆動され、まず、帯電器５６によって表面が帯電される。次いで、画像処理された画像データに基づいて、露光装置により露光が行われ、感光体ドラム３表面に静電潜像が形成される。そして、現像装置５１からトナーが供給されて、感光体ドラム３上の静電潜像が顕像化される。続いて、転写装置５８により、いずれかの給紙カセットから給紙された用紙にトナー像が転写される。トナー像が転写された用紙は、搬送ベルト５４により下流側に搬送され、以上の動作と同様の手順で他の各色のトナー像が順次転写される。印字すべき全ての色のトナー像が転写されると、用紙は、さらに下流側に搬送され、定着装置５９を通過する際にトナー像が溶融定着される。トナー像が定着された用紙は、そのまま下流側に搬送され、排紙される。

このような印字動作において、現像ロール２及び磁気ロール１には、上記の初期動作で読み出された現像バイアスの条件に従って、それぞれ第１及び第２現像バイアスが印加される。そして、磁気ロール１上の磁気ブラシから現像ロール２へトナーが供給され、現像ロール２表面にはトナー層が形成される。このトナー層は、濃度検知センサ５５によってトナー濃度が検知され（Ｓ１）、検知された濃度に応じた出力信号が制御部３０に送られる。また、印字動作において、ガラス板５２には所定のバイアスが印加される。

センサ５５からの出力値が所定範囲内にある場合は（Ｓ２のＹ）、第１及び第２現像バイアスは変更されない。一方、出力値が所定範囲を超えていた場合は（Ｓ２のＮ）、バイアス調整部３２により、第１及び第２現像バイアスは設定が変更される（Ｓ３）。そして、次回以降に指示された印字動作に対しては、変更後の第１及び第２現像バイアスに従って、現像動作が行われる。

以上のように構成されたプリンタ１１によれば、第１及び第２現像バイアスは、濃度検知センサが直接現像ロール上のトナー濃度を検知した結果に基づいて設定変更されるので、現像ロールに供給されるトナー量は、変更後の第１及び第２現像バイアスに従ってより適正なものとなる。これにより、現像ロールに供給されるトナー量が少なすぎて画像濃度が小さくなったり、逆に多すぎてトナー飛散が生じたりするのを抑えることができる。

＜他の実施形態＞
（ａ）現像バイアスの変更は、上記実施形態で説明した方法に限定されず、例えば、電圧値及びデューティ比の双方を変更しても良く、また、周波数等の他の要素と併せて変更されても良い。

（ｂ）現像バイアスの変更が行われた場合、変更後の条件は、印字動作の途中で直ちに適用されてもよい。すなわち、印字動作の間中、センサからの出力値が所定範囲を超えないよう監視するフィードバック制御が行われても良い。

（ｃ）濃度検知センサは、ケーシング内に配置されても良い。また、濃度検知センサとしては、拡散反射型のフォトセンサ等、他の方式のセンサが用いられても良い。

（ｄ）濃度検知センサへのトナー付着を回避するための手段として、上記実施形態のガラス板以外の手段が用いられても良い。

本発明の一実施形態が採用されたプリンタを示す縦断面図。 前記プリンタを示すブロック図。 前記プリンタの現像装置を示す縦断面図。 前記プリンタの印字動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１ 磁気ロール
２ 現像ロール
３ 感光体ドラム（像担持体）
１１ プリンタ（画像形成装置）
３２ バイアス調整部（バイアス調整手段）
５１ 現像装置
５２ 導電性ガラス板
５５ トナー濃度検知手段（濃度検知センサ）

Claims (5)

1. 画像形成装置の像担持体にトナーを供給するための現像装置であって、
   前記像担持体に対向して配置され、第１現像バイアスが印加される現像ロールと、
   前記現像ロールに隣接して配置され、第２現像バイアスが印加される磁気ロールと、
   前記現像ロール上のトナー濃度を検知するためのトナー濃度検知手段と、
   前記トナー濃度検知手段により検知されたトナー濃度に基づいて、前記第１及び第２現像バイアスの設定を変更するバイアス調整手段と、
   を備えた、画像形成装置の現像装置。
2. 前記現像ロールは、前記磁気ロールから供給されたトナーによって周面にトナー層が形成され、
   前記トナー濃度検知手段は、前記現像ロールの周面に対向して配置された反射型の光学センサである、
   請求項１に記載の画像形成装置の現像装置。
3. 前記トナー濃度検知手段と前記現像ロールとの間に配置され、所定のバイアスが印加される導電性ガラス板をさらに備えた、請求項２に記載の画像形成装置の現像装置。
4. 像担持体と、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置と、
   を備えた画像形成装置。
5. トナーの各色に対応する複数の前記感光体及び複数の前記現像装置を備えたタンデム型カラー機である、請求項４に記載の画像形成装置。

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