JP2008287079A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアの寿命を延長する一方、キャリアの交換時間、つまり画像形成装置のダウンタイムとサービスコストを低減可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像装置本体６１の外部に収納された少なくともキャリアを補給する補給手段と、現像装置本体６１の外部に現像剤を排出する排出手段６８と、補給手段と排出手段６８を制御する制御部７１とを備えた現像装置６０であり、制御部７１は、現像装置本体６１へのキャリア補給に応じて排出手段６８を制御する通常モードと、現像装置本体６１へのキャリア補給に関わらず排出手段６８を動作させる強制排出モードとを選択可能である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、トナーとキャリアからなる現像剤を用いる現像装置及びプリンタ、ファクシミリ、複写機、これらの少なくとも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置に関するものである。

２成分現像剤を用いる現像装置を備えた画像形成装置においては、トナーが画像形成に伴って消費されるため、通常は容器に入れたトナーを順次供給し、容器内のトナーが無くなったら新しいトナー容器と交換してトナーを補充している。一方、キャリアは概ね新規トナーの補給に拘わらす使用されることが多い。このため、キャリアの経時的な変化として、攪拌頻度の増加による劣化がある。キャリアの劣化には、キャリア自体の摩滅などによる疲労、帯電性を上げるために表面に形成されている被覆層の破損さらには、トナーが表面に融着してしまうトナーフィルミングなどがあり、これら劣化現象によりトナーの帯電能力を損ねることがある。このようなキャリアの劣化によるトナーの帯電能力の低下を防止するために、トナーの補給とは別にキャリアを補給し、それによって過剰となった分の現像剤を現像槽内から排出して劣化したキャリアを含む現像剤を新規な現像剤に一部ずつ置換する現像剤交換システムが提案されている。

特公平２−２１５９１号公報 特開平９−１６６９１２号公報 特開平９−２１８５７５号公報 特開平９−２４４３７６号公報 特開平９−２０４１０５号公報 特開平９−２５１２３５号公報 特開平９−２６９６４４号公報 特開平１０−６３０７４号公報 特開平１０−６３０７５号公報 特開平７−２３４５７５号公報 特開２００１−１９４８６０号公報 特開平１１−１４３１９６号公報 特開平１１−２７２０７５号公報

この方式においては、現像装置にトナーとキャリアとの混合剤（通称、プリミックス現像剤と称されている）を補給する方式、（例えば、特許文献１、２、３及び４）、また、現像装置にトナーとキャリアとを独立して補給し、現像槽内の余剰現像剤を回収する方式（例えば、特許文献５、６及び７）、さらに、トナー消費量に対応したトナー補給、補給トナー量に対応したキャリアの補給及び現像剤の排出をそれぞれ制御する方式（例えば、特許文献８及び９報）、さらには、キャリア補給部を複数の現像装置に対して共通化した方式（例えば、特許文献１０及び１１）、そして現像手段と異なる箇所に配置されているトナー及びキャリアを、その混合比を調合して現像槽内に供給する方式（例えば、特許文献１２及び１３）がある。

しかし、上記各特許文献に開示されている構成及び方式においては、次のような問題がある。キャリアを補給することにより劣化したキャリアと新しいキャリアは混合される。このため過剰となり排出される現像剤は劣化したキャリアとは限らず比較的新しいキャリアも排出されてしまう。一方、排出されなかったキャリアには新しいキャリアのみならず劣化したキャリアも残存することになる。つまり、現像剤を新規な現像剤に一部ずつ置換する現像方式においてもキャリアの完全な入れ替えとはならず、徐々にキャリアの劣化は進行し、現像剤は寿命に達する。もちろん、現像剤を新規な現像剤に一部ずつ置換する現像方式はそれ以前の現像方式に比べて寿命の向上が可能であるし、キャリアの混合比率や補給量を増加させることで更なる寿命向上も可能ではある。しかし、近年の画像形成装置に対する要求寿命を満足するためには定期的なキャリアの交換が必要となる。キャリアの交換は通常一般のユーザーができる作業ではなく特別なトレーニングを受けた作業者が従事し、作業時間も増大していた。特にフルカラー画像形成装置においては４色の現像装置を備えているため、キャリアの交換時間、つまり画像形成装置のダウンタイム増大とサービスコストが問題となっていた。

本発明は、上記した問題を解消し、キャリアの寿命を延長する一方、キャリアの交換時間、つまり画像形成装置のダウンタイムとサービスコストを低減可能な画像形成装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明は、トナーとキャリアからなる現像剤を用いる現像装置であって、現像装置本体の外部に収納された少なくともキャリアを補給する補給手段と、現像装置本体の外部に現像剤を排出する排出手段と、前記補給手段と排出手段を制御する制御部とを備えた現像装置において、前記制御部は、現像装置本体へのキャリア補給に応じて前記排出手段を制御する通常モードと、現像装置本体へのキャリア補給に関わらず前記排出手段を動作させる強制排出モードとを選択可能であることを特徴とする現像装置を提案する。

なお、本発明は、定常状態時における現像剤が存在する位置に前記排出手段が設けられていると、効果的である。
さらに、本発明は、前記排出手段が現像装置本体の最下部に配置されていると、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記現像剤の嵩を検知する検知手段を設け、前記制御部は前記通常モードにおいて嵩が所定以上となったとき前記排出手段を動作させ、嵩が所定以下では排出手段を動作させないと、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記現像装置本体内へのキャリア補給量を検知する検知部を備え、前記通常モードでは検知したキャリア補給量に基づき前記排出手段を制御すると、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記制御部は選択可能に前記補給手段を動作させる強制補給モードを有すると、効果的である。
さらにまた、本発明は、オペレータにより通常モードと強制モードが選択可能であると、効果的である。

さらにまた、本発明は、当該現像装置の使用経過時間を検知する検知部を備え、前記制御部は検知した経過時間に基づき、前記排出手段を制御すると、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記制御部は現像装置へキャリアの補給量とトナーの補給量の比率を制御すると、効果的である。
また、上記の目的を達成するため、本発明は、請求項１〜９の何れかに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置を提案する。

本発明のよれば、現像剤の経時劣化が進んだ場合は、自動かつ手動によって剤交換を行うことができ、安定した出力画像を得ることができる。さらに、現像剤の交換が容易で、ダウンタイムとサービスコストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明に係るカラー画像形成装置の一例であるカラー複写機を示す概略図である。このカラー複写機は、中央に画像形成装置本体としての複写機本体１００、その下部にテーブル状に構成された給紙部２００が配置され、複写機本体１００の上方にスキャナ３００、スキャナ３００の上方に原稿自動補給装置４００を配置した構成となっている。

複写機本体１００内には、複数のローラ１４、１５、１６に巻き掛けられた可撓性を有する無端ベルトにより構成された像担持体としての中間転写ベルト１０が設けられている。この中間転写ベルト１０は、複数のローラ１４，１５，１６のうち１つのローラが図示していない駆動装置によって回転駆動され、これにより中間転写ベルト１０が矢印で示す時計方向に走行駆動され、他のローラが従動回転する。このように走行する中間転写ベルト１０の上部走行辺には、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの作像ユニット１８が横に並べるようにして配置されている。すなわち、ローラ１４とローラ１５間の走行辺上に、４つの作像ユニット１８を配置してタンデム画像形成装置２０を構成している。

４個の作像ユニット１８は、中間転写ベルト１０に接する像担持体としての感光体ドラム４０を具備している。この感光体ドラム４０の周りには、帯電装置、現像装置、クリーニング装置、除電装置等が配置され、さらに感光体ドラム４０が中間転写ベルト１０に接する位置における中間転写ベルト１０の内側には転写装置５７が設けられている。本実施形態の場合、４個の作像ユニット１８は同一構造に構成されているが、現像装置のトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に分けられている。また、各作像ユニット１８の上方には光変調されたレーザ光を各感光体ドラム表面に照射する露光装置２１が配置され、このレーザ光は帯電装置と現像装置の間で感光体ドラムに照射する。

一方、中間転写ベルト１０を挟んでタンデム画像形成装置２０と反対の側には、２次転写装置２２が設けられている。２次転写装置２２は、ローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を巻き掛け、該ベルトが中間転写ベルト１０を介してローラ１６に押し当てられるように配置されている。なお、図１において、２次転写装置２２の左横には、シート上に担持された転写画像を定着するための定着装置２５が設けられている。

上述した２次転写装置２２には、画像転写後のシートをこの定着装置２５へと補給するシート補給機能も備えてなる。もちろん、２次転写装置２２として、非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、転写後のシートを定着装置２５まで搬送するシート搬送装置を、別途設ける必要が生ずる。なお、図示例では、このような２次転写装置２２及び定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成装置２０と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するためのシート反転装置２８を備えている。

さて、かく構成のカラー複写機を用いてコピーをとるときは、原稿自動補給装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。または、原稿自動補給装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動補給装置４００を閉じてそれで押さえる。

そして、図示していないスタートスイッチを押すと、複写動作が開始され、原稿自動補給装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を補給してコンタクトガラス３２上へと移動して後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動し、第１走行体３３及び第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読み取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。

また、複写動作が開始されると、中間転写ベルト１０が回転走行し、同時に、個々の作像ユニット１８でその感光体４０を回転して各感光体４０上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０の走行とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。

さらに、複写動作の開始によって給紙部２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転され、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つからシートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、補給ローラ４７で補給して複写機本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。または、手差し給紙を選択した場合には給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上のシートを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。

そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間にシートを送り込み、２次転写装置２２で転写してシート上に一括してフルカラー画像を記録する。

画像転写後のシートは、２次転写装置２２で補給して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切り換え爪５５で切り換えて排出ローラ２６で排出し、排紙トレイ２７上にスタックする。または、切り換え爪５５で切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ２６で排紙トレイ２７上に排出する。

一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写体クリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置２０による次の画像形成に備える。

図２は、現像装置６０の構成を示す縦断面図である。なお、本実施形態の現像装置６０は各色の作像ユニットとも同一に構成されている。
図２において、現像装置６０は装置本体６１内に感光体ドラム４０に対向配置される現像剤担持体としての現像ローラ６２、現像剤を循環搬送する第１スクリュー６３と第２スクリュー６４が設けられている。２本のスクリュー６３、６４は、搬送オーガと呼ばれる螺旋状のフィンを持っており、互いの軸線が平行で並列に配置されている。この第１スクリュー６３と第２スクリュー６４の間には、長手方向両端が連絡通路となる仕切り板６５が設けられ、２本の搬送スクリュー６３，６４と仕切り板６５とで循環搬送手段を構成し、現像剤は装置本体６１内を循環される。そして、現像ローラ６２には第１スクリュー６３によって搬送されている現像剤が磁力によって吸着され供給される。現像ローラ６２に吸い上げられた現像剤は、ドクターブレード６６によって層厚を規制、かつ均一にされた後、感光体ドラム４０上の静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する。

装置本体６１における第２スクリュー６４の上方で現像剤搬送方向上流側には、トナー及びキャリア用の補給口６７が設けられ、また第２スクリュー６４の下方には現像剤を排出する排出手段６８が設けられている。補給口６７には、本実施形態の場合、図示していない補給手段によってトナーとキャリアが補給される。すなわち、補給手段はトナー収納部とキャリア収納部及びこれら収納部に収納された剤を現像装置６０へ移送する移送手段とから構成されている。この場合、補給口６７が２つ穴に形成され、それぞれにトナー収納部とキャリア収納部からの供給路が接続されている構成でも良いし、補給口６７が１つ穴に形成され、トナー収納部とキャリア収納部からの供給路が途中で合流して接続されているものでも良い。なお、トナー収納部とキャリア収納部から現像装置６０への移送する手段としては螺旋状のフィンを持った搬送スクリュー、粉体搬送ベルト、吸引または吐出式の粉体ポンプ等が用いられる。

排出手段６８は、定常状態時に現像剤が存在する位置に設けるが、本実施形態では装置本体６１の最下位置に設けている。これによって、後に詳述する強制排出モード時に現像装置６０内の現像剤をほぼ空にすることができる。この排出手段６８としては、例えば螺旋状のフィンを持った搬送スクリューであって、該搬送スクリューを作動することによって装置本体６１内の現像剤を装置外に排出することができる。なお、排出手段６８によって装置外に排出された現像剤は回収路（図示せず）を通って図示していない各色個別の回収タンクにそれぞれ回収される。また、排出手段６８としては搬送スクリューの他に粉体搬送ベルト、吸引式の粉体ポンプ等の方式を選択可能であるが、現像装置６０とは独立して動作をＯＮ／ＯＦＦできるものとする。

上記現像装置６０には、現像槽内に収容される現像剤の嵩を検知する現像剤検知手段６９が設けられ、その現像剤検知手段６９としては超音波振動方式、透磁率検知方式、光透過方式等のものが選択可能である。さらに、現像装置６０には現像剤濃度センサ７０が設けられている。

次に、本実施形態における現像剤を新規な現像剤に一部ずつ置換する現像方式による現像剤交換制御について説明する。
図３は、かかる現像方式におけるトナー及びキャリアの各補給制御を行うための構成を説明するためのブロック図であり、同図において制御部７１は、色毎の現像装置に設けられている現像剤の嵩を検知する現像剤検知手段６９及び現像剤濃度センサ７０、プリント／コピー回数を係数するカウンタ７２，各現像装置の駆動部材の駆動時間を計時するタイマ７３がそれぞれ入力部に接続され、出力部にはトナー及びキャリア収納部からの移送手段及び排出手段が接続されている。そして、この制御部７１によって、装置本体６１へのキャリア補給に応じて排出手段６８を制御する通常モードと、装置本体６１へのキャリア補給に関わらず排出手段６８を動作させる強制排出モードが選択される。

通常モードは、現像剤を新規な現像剤に一部ずつ置換する現像方式を実行するモードであり、現像剤濃度センサ７０により検知した濃度変化からトナーの消費量が割り出され、それに基づいてトナーが補給されるとともに、トナー量に基づいてキャリアが補給され、それによって現像装置６０における現像槽の嵩が一定レベルを超えたことを現像剤検知手段６９が検知すると、現像剤排出手段６８の動作が開始され、現像剤は排出されていく。嵩が一定レベルを下回ったことを現像剤検知手段６９が検知したところで排出手段６８の動作を停止する。

また、通常モードにおいて、補給するキャリア量を検知する検知手段を適宜設け、補給したキャリア量に基づき排出手段６８を制御するようにしても良い。
強制排出モードは、現像剤を新規な現像剤に一部ずつ置換する現像方式と無関係にキャリアを排出するモードであり、排出手段６８を連続的に動作させ、装置本体６１内の現像剤を１／２等の予め定めた量またはほぼ全量排出する。オペレーターがスイッチ７４を操作する等の明示的に強制排出モードを選択したり、画像形成装置が画像形成回数等からキャリアの寿命と判断したとき自動で強制排出モードに移行することも可能である。したがって、キャリアの交換をマニュアルでもオートでも選択して実行することができる。

図４は、制御部７１の制御フローを示すフローチャートである。
ステップ１において、オペレーターにより例えば画像形成装置のコントロールパネル（図示せず）に設けた強制排出スイッチ７４がオンされたかが判断され、強制排出スイッチ７４がオンされると強制排出モードとなり、ステップ６に示すように、装置本体６１内の現像剤の１／２または全てが排出される。また、オペレーターが強制排出スイッチ（図示せず）をオンしないと、ステップ２で画像形成回数が所定回数以上かが判断される。画像形成回数が所定回数に達していれば、キャリアが寿命に達していると判断してステップ６の強制排出モードとなり現像剤の１／２または全てが排出される。

また、ステップ２において画像形成回数が所定回数に達していないときは通常モードが維持され、ステップ３において剤の嵩が過剰であることが検知されたかが判断され、さらにステップ４においてキャリア補給量が設定量以上かが判断され、ステップ３で過剰の嵩が検知されたとき、またはステップ４で設定量以上のキャリアが補給されたとき、ステップ５の所定量、すなわち過剰分だけが排出される。

ところで、上記した強制排出モードを実行すると、現像装置内の現像剤がなくなるもしくは少量になってしまうので、大量のキャリア補給が必要であり、これを容易に可能にする特別なモードが強制補給モードである。強制補給モードを設けることによりキャリアの交換が容易になる。

この強制補給モードの一実施形態として、図５に示すように、１つの現像装置６０に対して２つの現像剤収納部７５，７６を設け、現像剤収納部７５にはトナーとキャリアとの混合率（キャリア重量比）が５〜２０重量％程度の所謂プリミックス現像剤と称されている現像剤を収納し、他方の現像剤収納部７６には強制モード用の現像剤（キャリア重量比が９０〜１００重量％）を収納している。２つの現像剤収納部７５，７６は、それぞれスクリュー等の移送手段を介して現像装置６０の補給口６７に接続されている。また、排出手段６８は回収タンク７７に通じている。

このように構成された現像装置６０では、現像剤収納部７５，７６から現像装置６０への移送手段が別々に設けられているので、移送手段の駆動を切り換えることで何れかの現像剤が補給される。

また、図５の装置において、上記通常モード時にはキャリア重量比が５〜２０重量％の現像剤を収納している現像剤収納部７５を使用し、強制補給モードのときはキャリア重量比が９０〜１００重量％の現像剤を収納している現像剤収納部７６を用いるようにしてもよい。

本発明に係る現像装置を用いる画像形成装置の概略を示す断面説明図である。 本発明に係る現像装置の拡大断面図である。 本発明に係る現像装置を用いられる制御部の構成を示すブロック図である。 図３の制御部による制御の流れを示すフローチャートである。 本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す断面説明図である。

符号の説明

６０ 現像装置
６７ 補給口
６８ 排出手段
６９ 現像剤検知手段
７１ 制御部

Claims (10)

1. トナーとキャリアからなる現像剤を用いる現像装置であって、現像装置本体の外部に収納された少なくともキャリアを補給する補給手段と、現像装置本体の外部に現像剤を排出する排出手段と、前記補給手段と排出手段を制御する制御部とを備えた現像装置において、
   前記制御部は、現像装置本体へのキャリア補給に応じて前記排出手段を制御する通常モードと、現像装置本体へのキャリア補給に関わらず前記排出手段を動作させる強制排出モードとを選択可能であることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、定常状態時における現像剤が存在する位置に前記排出手段が設けられていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項２に記載の現像装置において、前記排出手段が現像装置本体の最下部に配置されていることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１に記載の現像装置において、前記現像剤の嵩を検知する検知手段を設け、前記制御部は前記通常モードにおいて嵩が所定以上となったとき前記排出手段を動作させ、嵩が所定以下では排出手段を動作させないことを特徴とする現像装置。
5. 請求項１ないし３の何れかに記載の現像装置において、前記現像装置本体内へのキャリア補給量を検知する検知部を備え、前記通常モードでは検知したキャリア補給量に基づき前記排出手段を制御することを特徴とする現像装置。
6. 請求項１に記載の現像装置において、前記制御部は選択可能に前記補給手段を動作させる強制補給モードを有することを特徴とする現像装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の現像装置において、オペレータにより通常モードと強制モードが選択可能であることを特徴とする現像装置。
8. 請求項１に記載の現像装置において、当該現像装置の使用経過時間を検知する検知部を備え、前記制御部は検知した経過時間に基づき、前記排出手段を制御することを特徴とする現像装置。
9. 請求項８に記載の現像装置において、前記制御部は現像装置へキャリアの補給量とトナーの補給量の比率を制御することを特徴とする現像装置。
10. 請求項１〜９の何れかに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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