JP2008203653A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーの供給過多および供給不足を抑制し，安定的にトナーを供給することができる現像装置を提供すること。
【解決手段】現像装置１４は，バッファ部２０とホッパー部１０とを有するいわゆるバッファ構成をなし，両者を連接する開口部８１によってホッパー部１０からバッファ部２０へトナーを補給する。仕切り板８には，開口部８１を開閉するように移動するシャッタ７Ａ，７Ｂが設けられる。そして，開口部８１の下端側に位置するシャッタ７Ｂは，ホッパー部１０内のトナー蓄積量が多いときには上方に位置し，開口部８１の下端を上方に上げ，開口幅を狭くする。一方，トナー蓄積量が少ないときには下方に位置し，開口部８１の下端を下方に下げ，開口幅を広くする。
【選択図】 図２

Description

本発明は，電子写真方式の画像形成装置に利用される現像装置に関する。さらに詳細には，バッファ部とホッパー部とを有し，ホッパー部から適切なトナー量をバッファ部に補給する現像装置に関するものである。

従来から，電子写真方式の画像形成装置では，像担持体にトナーを現像するバッファ部と未使用のトナーを蓄積するホッパー部とを備えたいわゆるバッファ構成をなす現像装置が利用されている。バッファ構成をなす現像装置としては，例えば図８に示すように，バッファ部２０と，バッファ部２０にトナーを補給するホッパー部１０とが一体をなし，バッファ部２０とホッパー部１０とが仕切り板８によって隔てられているものがある。

また，バッファ構成をなす現像装置には，バッファ部２０とホッパー部１０とを連接する開口部８１が設けられており，画像採取によってバッファ部２０内のトナーが減少してくると，ホッパー部１０のトナーが開口部８１を介してバッファ部２０に補給される。また，仕切り板８にはポリエステルフィルム８２が貼付され，当該フィルム８２が開口部８１を覆っている。そして，ホッパー部１０からのトナーの補給圧力によってフィルム８２を押圧し，開口部８１を開放してトナーを供給している。

ホッパー部からバッファ部にトナーを補給する方法としては，例えば特許文献１に開示されているように，攪拌板（ポリエステルフィルム等の樹脂シート）の回転によってトナーを補給する方法や，特許文献２に開示されているように，４サイクル方式のイメージングカートリッジであれば，現像器自身の回転を利用してトナーを補給する方法がある。
特開平１０−２３９９７３号公報 特開２００５−５５５９３号公報

しかしながら，前記した従来の現像装置では，次のような問題があった。すなわち，ホッパー部１０内のトナー蓄積量は，初期状態では満杯であるが，画像形成処理に伴って減少する。ホッパー部１０内のトナー蓄積量が減少するとトナーの補給量が減少し，末期状態ではトナーの追随不良による画像欠損が発生する。

また，末期状態のトナー補給量の減少分を考慮し，開口部８１の上下方向の開口幅をあらかじめ広くすることが考えられる。しかし，開口部８１の開口幅を広くすると，トナーが満杯となっている初期状態においてトナーの供給過多となる。そのため，現像ローラ等のトルクアップや供給ローラでの架橋による現像ローラへの供給不良が発生する。

本発明は，前記した従来の現像装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，トナーの供給過多および供給不足を抑制し，安定的にトナーを供給することができる現像装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた現像装置は，トナー担持体を有するバッファ部と，当該バッファ部にトナーを供給するホッパー部とを有し，バッファ部とホッパー部とが開口部を介して連接される現像装置であって，開口部の下端を変位させ，開口部の上下方向の開口幅を調節する開口幅調節部を有し，開口幅調節部は，ホッパー部内に蓄積するトナー蓄積量に応じて開口幅を決定することを特徴としている。

本発明の現像装置は，バッファ部とホッパー部とを有するいわゆるバッファ構成の現像装置であり，バッファ部とホッパー部とが開口部によって連接されている。そして，当該開口部を介してバッファ部からホッパー部にトナーが搬送される。さらには，開口部調節部は，開口部の下端を変位させ，開口部の上下方向の開口幅を変動させる。

そして，開口幅調節部は，ホッパー部内のトナー蓄積量に応じて開口幅を決定する。すなわち，トナー蓄積量が多いときには，開口部の下端を上方に上げ，開口幅を狭くしてトナーの供給量を少なくする。これにより，トナーの供給過多が回避され，現像ローラ等のトルクアップや供給ローラでの架橋による現像ローラへの供給不良が抑制される。一方，トナー蓄積量が少ないときには，開口部の下端を下方に下げ，開口幅を広くしてトナーの搬送性を高める。これにより，トナー補給量の減少が抑えられ，耐久末期時ではトナーの追随不良による画像欠損が抑制される。

また，開口幅調節部は，ホッパー部内に蓄積するトナーの喫水線を検知し，その喫水線の位置を基にトナー蓄積量を取得することとすることができる。このように，実際のトナー蓄積量を取得することで，実際のトナー供給量に即した開口幅とすることができる。そのため，より的確なトナー供給量制御を行うことができる。

また，開口幅調節部は，プリント情報を取得し，そのプリント情報を基にトナー蓄積量を算出することとすることができる。このように，プリント情報，例えばプリント枚数やドットカウンタ情報を取得することで，トナー蓄積量を推測することができる。そのため，トナー蓄積量を検知するセンサ等の検知手段を設ける必要がなく部品点数の削減を図ることができる。

また，本発明の現像装置は，開口部の上下方向の開口幅を変動させる方向に移動可能に設けられた第２開口幅調節部を有し，第２開口幅調節部は，温度情報と湿度情報との少なくとも一方の環境データに応じて開口幅を決定することとするとよりよい。すなわち，トナーの搬送性は温度や湿度等の環境条件によって変動する。そのため，環境条件によって開口幅を調節することで，トナー蓄積量とともに環境条件の変動に伴ってトナーの供給量を調節することができ，より精細なトナー供給量制御を行うことができる。

本発明によれば，バッファ部とホッパー部とを有する現像装置であって，トナーの供給過多および供給不足を抑制し，安定的にトナーを供給することができる現像装置が実現している。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，非磁性の１成分トナーを収容・供給する現像装置を備えた電子写真方式のカラープリンタに本発明を適用したものである。

実施の形態の画像形成装置１００は，図１に示すように，像担持体である感光体ドラム１１を有し，その感光体ドラム１１の周囲に，感光体ドラム１１の表面を一様に帯電するための帯電装置１２と，感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成するための露光装置１３と，感光体ドラム１１上の静電潜像を可視像（トナー像）とするための現像装置１４と，感光体ドラム１１上のトナー像を用紙に転写するための転写装置１５と，転写残トナーを感光体ドラム１１から取り除くためのクリーニング装置１６とを感光体ドラム１１の回転方向に沿って備えている。さらに，用紙搬送路には，転写前の用紙を保管する給紙カセット１７と，転写されたトナー像を用紙に定着させるための定着装置１８と，定着後の用紙を載せる排紙トレイ１９とが設けられている。

続いて，画像形成装置１００による画像形成の動作について簡単に説明する。画像形成装置１００は，スタート信号や画像データ等を受信することにより動作を開始する。感光体ドラム１１は，図１中の矢印方向に回転駆動される。そして，帯電装置１２と対向する位置で，帯電ローラによって一様に帯電される。次に，露光装置１３によって露光され，表面上に画像データに基づいた静電潜像が形成される。

次に，静電潜像が現像装置１４の位置に達すると，現像ローラに印加された現像バイアス電圧と感光体ドラム１１の静電潜像との間で形成される電界によりトナーが移動し，静電潜像がトナーによって現像される。

一方，給紙カセット１７から用紙搬送路を搬送されてきた用紙は，タイミングローラにて画像先端位置にタイミングを合わせられ，感光体ドラム１１と転写装置１５との間に搬送される。そして，転写装置１５によって感光体ドラム１１上のトナー像が用紙に転写される。さらに，転写されたトナー像を保持した用紙はさらに搬送され，定着装置１８によって熱と圧力とが加えられることにより，トナー像が用紙に定着される。トナー像が定着した用紙は，排紙トレイ１９に排出される。また，転写装置１５によって用紙に転写されず，感光体ドラム１１上に残った転写残トナーはクリーニング装置１６によって掻き取られる。これにより，１枚分の画像形成が終了する。

続いて，現像装置１４について詳説する。現像装置１４は，図２に示すように，非磁性１成分現像剤であるトナーを収容するホッパー部１０と，感光体ドラム１１と対向し，現像処理を行うバッファ部２０とを備えたイメージングカートリッジとして構成されており，ホッパー部１０とバッファ部２０とは仕切り板８によって隔てられている。また，現像装置１４には，バッファ部２０とホッパー部１０とを連接する開口部８１が設けられており，画像採取によってバッファ部２０内のトナーが減少してくると，ホッパー部１０のトナーが開口部８１を介してバッファ部２０に補給される。

ホッパー部１０は，トナーを収容する現像容器１と，現像容器１内のトナーを攪拌および搬送する攪拌部材６とを備えている。バッファ部２０は，トナーを担持しトナーを感光体ドラム１１に向けて搬送する現像ローラ２と，現像ローラ２へのトナーの供給および現像ローラ２上のトナーの掻き取りを行う供給ローラ３と，現像ローラ２上のトナーの厚みを規制する規制部材４と，トナー漏れを防止するとともに現像後に現像ローラ２上に残留するトナーを除電する除電部材５とを備えている。なお，本形態の現像装置１４は，現像ローラ２が感光体ドラム１１と接触しない非接触方式であるが，現像ローラ２が感光体ドラム１１とが接触する接触方式であってもよい。

現像ローラ２は，ステンレス等の金属製のシャフトを基材として，その周辺に導電性弾性層を形成したものである。現像ローラ２のシャフトにはＤＣ電源が接続されている。供給ローラ３は，現像ローラ２と同様に，ステンレス等の金属製のシャフトを基材として，その周辺に導電性発泡弾性層を形成したものである。供給ローラ３のシャフトにはＤＣ電源が接続されている。供給ローラ３は，所定のニップ幅にて現像ローラ２に対して接触配置されている。現像ローラ２および供給ローラ３は，それぞれ回転自在に支持されており，現像ローラ２は感光体ドラム１１と接触して相互に反対方向に回転するのに対し，供給ローラ３は現像ローラ２と接触して相互に同一方向に回転する。

規制部材４は，現像ローラ２と当接する板状の導電性弾性体であり，現像ローラ２を所定の線圧で押圧している。規制部材４が通過するトナー量を規制することにより，現像ローラ２表面上に薄層状態で層厚が均一のトナー層が形成される。

また，現像ローラ２，供給ローラ３，規制部材４は，それぞれに設けられたの電源ユニットに接続されている。なお，各電源は，必ずしも現像装置１４に設置されている必要はなく，画像形成装置１００本体に設置されていてもよい。

現像装置１４では，画像採取によってバッファ部２０内のトナーが減少してくると，ホッパー部１０内に蓄積されたトナーが開口部８１を介してバッファ部２０に補給される。バッファ部２０内に搬送されたトナーは，表面が発泡体であるトナー供給ローラ３の機械的搬送力あるいはトナー供給ローラ３と現像ローラ２との電位差による電気的搬送力により，トナー供給ローラ３から現像ローラ２に搬送される。現像ローラ２上に搬送されたトナーは，現像ローラ２表面との接触やトナー同士の接触により摩擦帯電される。さらに，規制部材４により摩擦帯電されつつ薄層化され，感光体ドラム２との接触部にて感光体ドラム２上の静電潜像を可視化する。

現像後，現像ローラ２上に残留するトナーは，除電部材５によって除電され，カウンタ回転するトナー供給ローラ３とのニップ部にて現像ローラ２の表面から掻き取られる。掻き取られたトナーは，現像容器１内に回収される。この残留トナーの掻き取りとともにトナー供給ローラ３の回転によって現像ローラ２上に新たなトナーが供給される。

また，仕切り板８には，開口部８１の上端側に位置するシャッタ７Ａと，開口部８１の下端側に位置するシャッタ７Ｂとが設けられ，両シャッタは開口部８１を開閉する方向（本形態では図２中の上下方向）に移動可能になっている。このシャッタ７Ａ，７Ｂが移動し，開口部８１の開口幅を調節することにより，ホッパー部１０からのトナー供給量を制御する。

具体的に，シャッタ７Ｂは，ホッパー部１０内のトナー充填量を基に移動量が決定される。すなわち，シャッタ７Ａ，７Ｂを開くほど開口部８１の上下方向の開口幅が大きくなり，トナーを供給し易くなる。そこで，トナーの供給過多となり易い初期状態では開口幅を狭くし，トナーの供給量を制限する。これにより，現像ローラ２等のトルクアップや供給ローラ３での架橋を抑制することができる。一方，トナーの供給不足となり易い末期状態では開口幅を広くし，トナーの搬送性を高める。これにより，トナーの補給量の低下を抑制することができる。

また，シャッタ７Ａは，使用環境によって移動量が決定される。すなわち，高温高湿環境では，トナーが水分を吸収し，トナーの流動性が低下する。これにより，ホッパー部１０にトナーが十分充填されている初期状態であってもバッファ部２０へのトナーの供給量が低下する。そこで，初期状態からトナーの供給性を向上させるため，温度あるいは湿度の情報を基にシャッタ７Ａを開口側（図２中の上側）に移動させ，開口部８１の開口幅を広くする。一方，低温低湿環境では，トナーの流動性が良好であるため，シャッタ７Ａを閉口側（図２中の下側）に移動させ，開口部８１の開口幅を狭くする。これにより，トナーの蓄積量とともにトナーの状態によってトナーの供給量を調節することができる。

なお，本形態でいう開口部８１は，仕切り板８に設けられた貫通孔を意味するものではなく，ホッパー部１０とバッファ部２０とを連接する開口スペースを意味する。そのため，例えば，図２のようにシャッタ７Ａが開口部８１の上端を，シャッタ７Ｂが開口部８１の下端を構成する場合には，シャッタ７Ａとシャッタ７Ｂとの間のスペースが開口部８１となり，両者間の距離が開口幅となる。また，例えば，シャッタ７Ａ，７Ｂが仕切り板８内に完全に収容された場合には，仕切り板８の貫通孔の上端が開口部８１の上端となり，仕切り板８の貫通孔の下端が開口部８１の下端となる。

シャッタ７Ｂを開閉させるための機構としては，例えば図３に示すように，本体側からの駆動力を現像装置１４に伝えるためのピニオン７１を，シャッタ７Ｂに取り付けられたラック７２と噛み合わせるものがある。この機構では，ピニオン７１を駆動させることでシャッタ７Ｂを上下移動させる。このほか，例えば図４に示すように，バネ７３で一方向への張力を持たせつつ，逆方向に引き上げられるワイヤ７４を設けたものであってもよい。シャッタ７Ａも同様の機構によって上下移動させる。

なお，仕切り板８のシャッタ７Ａ，７Ｂと対向する面には，シャッタ７Ａ，７Ｂと摺接するシール材９が貼付されている。これにより，シャッタ７Ａ，７Ｂと仕切り板８との隙間を埋め，その隙間にトナーが入り込むことを防いでいる。

トナー蓄積量の取得方法としては，例えば，光学式センサにてホッパー部１０内の蓄積トナーの喫水線を検知し，その検知信号を基にトナー蓄積量を取得する。光学式センサは，１つに限らず，複数設置することでより高精度にトナー蓄積量を取得することができる。本方法によると，実際のトナーの蓄積状態から開口量を決定していることから，後述するプリント情報からトナー蓄積量を推測方法と比較して，より現実に即した開口幅を調節可能である。

このほか，例えば，プリント枚数を読み取り，その枚数情報を基にシャッタ７Ｂを徐々に開口側に移動させるとしてもよい。あるいは，ドットカウンタを基にシャッタ７Ｂを徐々に開口側に移動させるとしてもよい。この場合，トナーの蓄積状態を直接読み取っていないが，一般ユーザの通常の使用状況ではプリント枚数とトナー使用量とはほぼ比例関係にある。このことから，実際のトナー蓄積量を推測して開口部８１の開口幅を決定することができる。本方法によると，多数の光学式センサを使用することなく既存の情報を基に開口量を決定していることから，前述した光学式センサを使用する実測方法と比較して，部品点数の削減が可能である。

なお，いずれの取得方法においても，シャッタ７Ｂの移動速度は，機械本体のシステムスピードや現像装置１４の設定ライフ，ホッパー部１０内のトナー充填量によって最適な移動速度を設定する。

［実施の形態の評価］
続いて，実施の形態にかかるトナー供給ローラの評価結果について説明する。本評価では，コニカミノルタ社製の「magicolor2400W」（以下，「評価機」とする）を利用し，現像装置の開口部周辺の構成を改造して評価を行った。

具体的には，ラックピニオン機構によってシャッタを移動させ，１ｍｍ／１０００枚の移動速度で下側のシャッタを下側に移動させるように改造したものを本形態の実施例とした。本実施例の評価機では，上側のシャッタ７Ａが動作しないとすると，初期状態（トナー残量が１００％）での開口幅は６ｍｍ，末期状態（トナー残量が１０％）での開口幅は１１ｍｍとなる。また，比較例１として，評価機を改造することなくそのまま使用し，比較例２として，比較例１の開口部を下方に５ｍｍ広げたものを使用した。

本評価では，通常環境下（温度：２３℃，湿度：６５％）で，ホッパー部１０内のトナー残量が初期の１０％になるまで耐久印刷を行い，ホッパー部１０内のトナー残量が１００，８０，６０，４０，２０，１０％のそれぞれのタイミングで，現像器駆動トルクとベタ画像追随性とを評価した。

なお，現像器駆動トルクについては，図５に示すように，現像ローラ駆動ギア１０３に噛合する伝達ギア１０４と駆動モータ１０２との間にトルクセンサ１０１を設置し，現像ローラ２に伝達される駆動トルクを計測した。また，ベタ画像追随性については，前述のタイミング毎にＢＷ１００％画像を連続１０枚採取し，１枚目と１０枚目の画像濃度（ＴＤ）をそれぞれ測定（透過濃度計「ＴＤ９０４」（マクベス社製）を使用）し，その差をランク表（図７参照）に置き換えて評価した。

現像器駆動トルクの評価結果を図６に示す。現像器駆動トルクの評価では，比較例２の評価機の初期段階（トナー充填量８０％以上）において，現像器駆動トルクが許容範囲を超え，ギア飛びが発生した。これは，開口部の開口量が広すぎるため，初期段階においてトナーの供給過多となって発生したものと考えられる。一方，比較例１（従来機種）や，実施例（本形態）での初期段階では，開口幅が狭く設定されていることからトナーの供給量が所定値を超えないように抑えられる。そのため，安定した駆動トルクが得られる結果となった。

ベタ画像追随性の評価結果を図７に示す。ベタ画像追随性の評価では，比較例１の現像器の末期段階（トナー充填量１０％以下）において，画像濃度の差が大きくなり，画像ムラが発生した。これは，開口部の開口量が狭く，末期段階においてトナーの供給不足となって発生したものと考えられる。一方，比較例２（従来機種改良）や，実施例（本形態）での末期段階では，開口量が広く設定されていることから末期段階であってもある程度のトナーの供給量が得られる。そのため，濃度差が許容される結果となった。これらの結果から，実施例では，トナーの供給過多および供給不足をともに抑制できていることがわかった。

以上詳細に説明したように本形態の現像装置１４は，バッファ部２０とホッパー部１０とを有するいわゆるバッファ構成をなし，両者を連接する開口部８１によってホッパー部１０からバッファ部２０へトナーを補給する。そして，仕切り板８には，開口部８１を開閉するように移動するシャッタ７Ａ，７Ｂを設けることとしている。そして，開口部８１の下端側に位置するシャッタ７Ｂは，ホッパー部１０内のトナー蓄積量に応じて移動量を決定することとしている。すなわち，トナー蓄積量が多いときには上方に位置し，開口部８１の下端を上げ，開口部８１の開口幅を狭くしてトナーの供給量を少なくする。これにより，トナーの供給過多が回避され，現像ローラ２等のトルクアップや供給ローラでの架橋による現像ローラへの供給不良が抑制される。一方，トナー蓄積量が少ないときには下方に位置し，開口部８１の下端を下げ，開口幅を広くしてトナーの搬送性を高める。これにより，トナー補給量の減少が抑えられ，トナーの追随不良による画像欠損が抑制される。従って，トナーの供給過多および供給不足を抑制し，安定的にトナーを供給することができる現像装置が実現している。

また，現像装置１４は，温度情報と湿度情報との少なくとも一方の環境データに応じて移動量を決定するシャッタ７Ａを設けることとしている。すなわち，トナーの搬送性は温度や湿度等の環境条件によって変動する。そのため，環境条件によって開口部８１の開口幅を調節することで，トナー蓄積量とともに環境条件の変動に伴ってトナーの供給量を調節することができ，より精細なトナー供給量制御を行うことができる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本発明は，カラープリンタ，モノクロプリンタ，コピー機，ファクシミリ等の各種の画像形成装置に適用可能である。

また，像担持体としてローラ形状の感光体ドラムを用いているが，ベルト状の感光体ベルトを使用してもよい。また，帯電装置は，ローラ帯電方式，コロナ放電方式の帯電チャージャ，ブレード，ブラシ等を使用してもよい。また，転写装置は，転写ローラのほか，転写チャージャを使用してもよい。あるいは，感光体から用紙へ直接トナー像を転写する方式のほか，中間転写体を備え，２段階以上の転写を行う方式であってもよい。また，クリーニング装置は，クリーニングブレードのほか，クリーニングブラシ，クリーニングローラまたはそれらの組合せでもよい。また，定着装置は，定着ローラのほか，定着ベルトを用いてもよいし，非接触方式のものであってもよい。

実施の形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる現像装置の概略構成を示す図である。 シャッタの開閉機構の一例を示す図（その１）である。 シャッタの開閉機構の一例を示す図（その２）である。 現像器駆動トルクの検査概略構成を示す図である。 現像器駆動トルクの測定結果を示すグラフである。 ベタ画像追随性の評価結果およびランク表を示すグラフである。 従来の形態にかかる現像装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１４ 現像装置
１０ ホッパー部
２０ バッファ部
２ 現像ローラ
３ 供給ローラ
４ 規制部材
７Ａ シャッタ（第２開口幅調節部）
７Ｂ シャッタ（開口幅調節部）
８ 仕切り板
８１ 開口部
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. トナー担持体を有するバッファ部と，当該バッファ部にトナーを供給するホッパー部とを有し，前記バッファ部と前記ホッパー部とが開口部を介して連接される現像装置において，
   前記開口部の下端を変位させ，前記開口部の上下方向の開口幅を調節する開口幅調節部を有し，
   前記開口幅調節部は，前記ホッパー部内に蓄積するトナー蓄積量に応じて前記開口幅を決定することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載する現像装置において，
   前記開口幅調節部は，前記ホッパー部内に蓄積するトナーの喫水線を検知し，その喫水線の位置を基に前記トナー蓄積量を取得することを特徴とする現像装置。
3. 請求項１に記載する現像装置において，
   前記開口幅調節部は，プリント情報を取得し，そのプリント情報を基に前記トナー蓄積量を算出することを特徴とする現像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する現像装置において，
   前記開口部の上下方向の開口幅を変動させる方向に移動可能に設けられた第２開口幅調節部を有し，
   前記第２開口幅調節部は，温度情報と湿度情報との少なくとも一方の環境データに応じて前記開口幅を決定することを特徴とする現像装置。

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