JP2009053596A - 画像形成装置、画像形成カートリッジ、および現像カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、トナーの無駄や生産性の低下の無い画像形成装置、および前記画像形成装置に装着される画像形成カートリッジおよび現像カートリッジの提供。
【解決手段】転写画像形成領域１６Ａの外側にトナー消費画像が形成される感光体ドラム１６と、感光体ドラム１６の表面に形成された潜像をトナーで現像して前記転写トナー画像および前記トナー消費画像とする現像ユニット７４と、感光体ドラム１６の表面に形成されたトナー消費画像を除去してトナーを回収するトナー回収ブレード２０Ｂとを備え、前記現像ユニット７４は、現像ローラ１２６とトナーを含有する現像剤を現像ローラ１２６に沿って搬送して現像ローラ１２６にトナーを付着させる攪拌搬送オーガ１１６、１２０を有し、トナー消費画像は、感光体ドラム１６におけるトナーまたは現像剤の搬送方向の下流側の領域に形成される画像形成装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置、画像形成カートリッジ、および現像カートリッジに関する。

電子写真式のプリンタや複写機などの画像形成装置において、低密度画像や白紙プリントのように形成すべき画像１ページ当たりのトナー消費量が小さい画像出力要求が連続してなされると、前記画像形成装置の備える現像器においてトナーが長時間滞留して攪拌されるので、トナーの静電吸着力が変化し、感光体に対する適切な吸着が得られなくなる。トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を用いる画像形成装置においては、現像器の動作時間に対するトナー消費量が少なくなり、長時間に渡って滞留したトナーが必要以上に磁性キャリアと攪拌され、トナー表面に外添された外添剤が脱離する。

その結果、カブリや転写不良などの画質不良が生じる可能性がある。また、トナーが長時間攪拌される間に現像器から漏出して機内に雲状に漂い、これが機内汚れの原因になる。

そこで、上記問題を解決する方法として、画像密度の小さなトナー画像を連続して形成する場合に、隣接する２つの印刷ページの間隔を長くした上で、前記２つの印刷ページの間の領域にべた画像を印字し、現像器からのトナーを、通常の出力画像領域以外の領域にて強制消費させることが提案された（特許文献１）。

また、トナー像が形成される感光体を、前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置の転写幅よりも大きな幅とし、前記感光体の幅方向の両端部であって転写領域外に強制消費用のトナー像を形成することが提案された（特許文献２）。
特開２００６−１７１７８８号公報 特開２００６−２２０６９９号公報

本発明は、生産性を低下させることなく、トナーの無駄を抑えて強制消費を行う画像形成装置、および前記画像形成装置に装着される画像形成カートリッジおよび現像カートリッジの提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、記録媒体に転写される転写トナー画像が形成される感光体と、前記感光体に形成された潜像をトナーで現像して前記転写トナー画像を形成させる現像手段と、前記感光体のトナーを除去して回収するトナー回収手段とを備え、前記現像手段は、前記感光体の回転軸方向に沿って配設され、前記感光体に付着させるトナーを当該感光体との対向位置に搬送させる現像ローラと、前記トナーを含む現像剤を循環させて攪拌搬送すると共に前記現像ローラに沿って攪拌搬送する攪拌搬送手段とを有し、前記攪拌ローラに沿って攪拌搬送される現像剤の搬送方向上流側の領域でトナーの強制消費を為すことなく搬送方向下流側の領域でトナーの強制消費が為されることを特徴とする画像形成装置に関する。

請求項２に記載の発明は、前記感光体は、転写トナー画像が形成される転写画像形成領域の外側に、トナーを強制消費させるためのトナー消費画像が形成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置に関する。

請求項３に記載の発明は、前記感光体に形成された転写トナー画像を記録媒体に転写する転写部材を備え、前記転写部材は、前記トナー消費画像が形成される領域には設けられていないことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置に関する。

請求項４に記載の発明は、前記トナー回収手段で回収されたトナーを前記現像手段に返送するトナー返送手段を有する請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置に関する。

請求項５に記載の発明は、前記現像手段が、現像剤またはトナーが充填された現像剤容器と、前記現像剤容器に充填された現像剤またはトナーを前記攪拌搬送手段に供給する現像剤供給手段とを有し、前記トナー返送手段は、前記トナー回収手段で回収されたトナーを、前記現像手段における現像剤容器に返送する請求項４に記載の画像形成装置に関する。

請求項６に記載の発明は、前記トナー回収手段が、前記感光体からトナー消費画像を掻き取るトナー回収部材を備える請求項２〜５の何れか１項に記載の画像形成装置に関する。

請求項７は、前記感光体の全幅に亘って設けられ、転写トナー画像が前記感光体から記録媒体に転写された後の感光体を清掃する清掃ブレードを備え、前記清掃ブレードにおける前記感光体の転写画像形成領域よりも外側の部分が前記トナー回収部材とされるとともに、前記清掃ブレードにおける転写画像形成領域に対応する部分と比較して軟質なブレード、またはブラシが用いられる請求項６に記載の画像形成装置に関する。

請求項８に記載の発明は、前記感光体に形成される転写トナー画像のトナー密度が予め定められた所定値以下の場合、前記転写トナー画像と前記トナー消費画像とを合わせたトナー密度の合計が前記所定値に達するように、前記感光体に前記転写トナー画像とトナー消費画像とを形成する請求項１〜７の何れか１項に記載の画像形成装置に関する。

請求項９に記載の発明は、複数の感光体を有し、当該複数の感光体の中で、表面に転写トナー画像が形成されない感光体においても、前記感光体上のトナー密度が前記所定値に達するように前記感光体にトナー消費画像を形成する請求項８に記載の画像形成装置に関する。

請求項１０に記載の発明は、前記現像剤供給手段が、前記感光体に付着したトナー量に対応する量のトナーを前記現像手段に供給する請求項５〜９の何れか１項に記載の画像形成装置に関する。

請求項１１に記載の発明は、記録媒体に転写される転写トナーが形成される感光体と、前記感光体に形成された潜像トナーで現像して前記転写トナー画像を形成させる現像手段と、前記感光体上のトナーを除去して回収するトナー回収手段とを備え、前記現像手段は、前記感光体の回転軸方向に沿って配設され、前記感光体に付着させるトナーを当該感光体の対向位置に搬送させる現像ローラと、前記トナーを服務現像剤を循環させて攪拌搬送するとともに、前記現像ローラに沿って攪拌搬送する攪拌搬送手段とを有し、前記現像ローラに沿って攪拌搬送される現像剤の搬送方向上流側の領域でトナーの強制消費を為すことなく搬送方向下流側の領域でトナーの強制消費が為されるとともに、前記転写トナー画像を記録媒体に転写、定着させる画像形成装置に着脱させることを特徴とする画像形成カートリッジに関する。

請求項１２に記載の発明は、前記現像手段が、現像剤またはトナーが充填された現像剤容器と、前記現像剤容器に充填された現像剤またはトナーを前記攪拌搬送手段に供給する現像剤供給手段とを備えるとともに、前記トナー回収手段で回収されたトナーを、前記現像剤容器に返送するトナー返送手段を有する請求項１１に記載の画像形成カートリッジに関する。

請求項１３に記載の発明は、前記トナー回収手段が、前記感光体に接触してトナー消費画像を掻き取るトナー回収部材を備える請求項１１または１２に記載の画像形成カートリッジに関する。

請求項１４に記載の発明は、 前記感光体の全幅に亘って設けられ、転写トナー画像が前記感光体から記録媒体に転写された後の感光体を清掃する清掃ブレードを備え、前記清掃ブレードにおける前記感光体の転写画像形成領域よりも外側の部分が前記トナー回収部材とされるとともに、前記清掃ブレードにおける転写画像形成領域に対応する部分と比較して軟質なブレード、またはブラシが用いられる請求項１３に記載の画像形成カ−トリッジに関する。

請求項１５に記載の発明は、感光体に形成された潜像をトナーで現像して当該感光体上に転写トナー画像を形成させるものであって、前記感光体の回転軸方向に沿って配設され、前記感光体に付着させるトナーを当該感光体との対向位置に搬送させる現像ローラと、前記トナーを含む現像剤を循環させて攪拌搬送するとともに前記現像ローラに沿って攪拌搬送する攪拌搬送手段とを有し、前記現像ローラに沿って攪拌搬送される現像剤の搬送方向上流側の領域でトナーの強制消費を為すことなく搬送方向下流側の領域でトナーの強制消費が為されるとともに、前記転写トナー画像を記録媒体に転写、定着させる画像形成装置に着脱させることを特徴とする現像カートリッジに関する。

以上説明したように請求項１の発明によれば、本発明を採用しない技術と比べ、生産性を低下させること無く、新鮮なトナーが強制消費されるようなトナーの無駄を抑えてトナーの強制消費を行うことができる。

請求項２の発明によれば、本発明を採用しない技術と比べて転写トナー画像への影響を極力与えなくすることができる。

請求項３の発明によれば、感光体に形成されたトナー消費画像が転写部材に転写されることのない画像形成装置が提供される。

請求項４の発明によれば、本発明を採用しない場合と比べてトナーの無駄をより抑えることのできる画像形成装置が提供される。

請求項５の発明によれば、残像剤容器内において現像剤またはトナー中に均一に拡散される。

請求項６の発明によれば、回収されたトナーに帯電極性の乱れた未転写トナーや紙粉などの異物が混入することが効果的に防止される。

請求項７の発明によれば、トナー消費画像を掻き取ってトナーを回収する際にトナーに与えるダメージを抑えることができる。

請求項８の発明によれば、本発明を採用しない場合と比べて、現像器内を必要以上に循環するトナーの量を抑えることができ、トナーの劣化が効果的に防止される。

請求項９の発明によれば、フルカラー印刷機においてモノクロ印刷を行うときにカラー現像器を感光体から退避させる機構が不要になる。

請求項１０の発明においては、転写トナー画像およびトナー消費画像の形成によって消費された量のトナーを現像器に補充しているから、現像機内のトナー濃度が大きく変化することがない。

請求項１１の発明においては、請求項１の画像形成装置に着脱することにより、感光体、現像手段、およびトナー回収手段を交換できる画像形成カートリッジが提供される。

請求項１２の発明によれば、請求項４または５の画像形成装置に着脱することにより、感光体、現像手段、およびトナー回収手段を交換できる画像形成カートリッジが提供される。

請求項１３の発明によれば、請求項６の画像形成装置に着脱することにより、感光体、現像手段、およびトナー回収手段を交換できる画像形成カートリッジが提供される。

請求項１４の発明によれば、請求項７の画像形成装置に着脱することにより、感光体、現像手段、およびトナー回収手段を交換できる画像形成カートリッジが提供される。

請求項１５の発明によれば、請求項１の画像形成装置に着脱することにより、現像手段およびトナー回収手段を交換できる現像カートリッジが提供される。

１．実施形態１
以下、本発明の画像形成装置の一例であるプリンタについて説明する。

実施形態１に係るプリンタ１０は、図１に示すように、上下方向に沿って配設された４個のプロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋと、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋに隣接して設けられ、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋの備える感光体ドラム１６を露光する露光ユニット３４と、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋの感光体ドラム１６に相対するように設けられ、用紙Ｐの搬送経路３２の一部を形成する搬送ベルト４４と、搬送ベルト４４の下方に設けられ、搬送経路３２の残りの部分を形成する搬送ローラ２８及びレジストレーションローラ３０と、底部に配設された給紙トレイ２４から用紙Ｐを取り出して搬送経路３２に誘導するピックアップローラ２６と、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋにおいて用紙Ｐに転写された画像を定着させる定着ローラ５６と、定着ローラ５６で画像が定着された用紙を、プリンタ１０の頂部に設けられた排紙トレイ６０に排出する排出ローラ５８と、プリンタ１０全体を制御する制御コンピュータ６６とを備える。感光体ドラム１６、搬送ベルト４４、および用紙Ｐは、夫々本発明における感光体、転写部材、および記録媒体の一例である。また、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋは、本発明の画像形成カートリッジの一例であり、夫々イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、および黒（Ｋ）のトナー画像が形成される。

露光装置３４は、図１に示すように、筐体３６内に半導体レーザ（図示せず。）、ポリゴンミラー３８、結像レンズ４０及びミラー４２が配設されており、半導体レーザからの光は、ポリゴンミラー３８で偏向走査され、結像レンズ４０とミラー４２を介して感光体ドラム１６に照射される。これにより、感光体ドラム１６に、画像情報に応じた静電潜像が形成される。

また、搬送コンベア４４は、プリンタ１０の側壁１０Ａに沿って設けられた一対の張架ローラ４６、４８と、この張架ローラ４６、４８に巻き掛けられた搬送ベルト５０と、搬送ベルト５０を感光体ドラム１６に押圧する押圧ローラ５２とで構成されている。張架ローラ４８はモータ（図示せず。）によって回転し、これによって搬送ベルト５０が駆動される。

また、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ（以下、「プロセスカートリッジ１４」と略称することがある。）は、本発明の画像形成カートリッジに相当し、夫々感光体ドラム１６を有する感光体カートリッジ６２と、各色のトナーが収容されるとともに、感光体カートリッジ６２に作像される静電潜像に対して、各色のトナーの現像を行う現像装置６４とで構成されている。現像装置６４は本発明における現像手段および現像ユニットに相当する。

感光体カートリッジ６２は、感光体ドラム１６と、感光体ドラム１６の周囲に配設された帯電ローラ１８、清掃ブレード２０、除電ランプ２２、および筐体６３によって構成されている。筐体６３は、感光体ドラム１６に向かって開口する開口部を有する。帯電ローラ１８および除電ランプ２２もまた、筐体６３の開口部に感光体ドラム１６を間に挟むように配設されている。清掃ブレード２０は、感光体ドラム１６に沿って設けられ、前端縁において感光体ドラム１６に接触している。また、筐体６３にはサブトナー補給ユニット７０が一体に形成されている。

図７に示すように、感光体ドラム１６の潜像形成領域の幅Ｌは、用紙Ｐの幅Ｗ、言い換えれば用紙Ｐに転写されるトナー画像である転写トナー画像が形成される転写画像形成領域１６Ａよりも大きい。そして、感光体ドラム１６は、転写画像形成領域１６Ａと、円周方向に沿った帯状のトナー消費画像が形成されるトナー消費画像形成領域１６Ｂとに分かれている。

そして、帯電ローラ１８は、帯電有効領域が、感光体ドラム１６の潜像形成領域、即ち転写画像形成領域１６Ａとトナー消費画像形成領域１６Ｂとをあわせた領域よりも広くなるように形成されている。

清掃ブレード２０もまた、図５および図７に示すように、感光体ドラム１６の潜像形成領域よりも大きなクリーニング領域を有し、感光体ドラム１６における転写画像形成領域１６Ａを清掃する転写残トナー回収ブレード２０Ａと、トナー消費画像形成領域１６Ｂに形成されたトナー消費画像を掻き取ってトナーを回収するトナー回収部材であるトナー回収ブレード２０Ｂとに分かれている。転写残トナー回収ブレード２０Ａとしては、たとえばウレタン樹脂製のブレードが使用される。また、トナー回収ブレード２０Ｂとしては、転写残トナー回収ブレード２０Ａよりも軟質の樹脂ブレードまたはブラシが使用される。

なお、搬送コンベア４４における搬送ベルト５０と押圧ローラ５２との幅は、図７に示すように感光体ドラム１６の転写画像形成領域１６Ａの幅と同一である。

図２および図５に示すように、筐体６３の内側は、転写残トナー回収ブレード２０Ａで回収した転写残トナーを収容する転写残トナー収容室６１Ａ、およびトナー回収ブレード２０Ｂで回収したトナーが一時的に収容される回収トナー収容室６１Ｂとされている。

図５に示すように、回収トナー収容室６１Ｂの内部には、後述する第２循環路１１４に通じるトナー返送路６５と、本発明のトナー返送手段の一例であり、回収したトナーをトナー返送路６５を通して第２循環路１１４に落下させるトナー返送オーガ１３４と、回収したトナーをトナー返送オーガ１３４に向かって移送する移送羽根６７とが設けられている。なお、回収トナー収容室６１Ｂにおいては、回収したトナーを第２循環路１１４に落下させる代わりに、後述するメイントナー補給ユニット８０またはサブトナー補給ユニット７０に返送するようにしてもよい。

サブトナー補給ユニット７０には、トナーの攪拌及び搬送を行う攪拌搬送部材７２が設けられている。また、サブトナー補給ユニット７０には、支持突起（図示せず。）が設けられており、この支持突起をプリンタ１０の図示しない受部に挿通させることで、プリンタ１０にプロセスカートリッジ１４が固定される、
現像装置６４は、二成分現像方式を採用したものであり、図２に示すように、矢印Ｘ方向に回転する感光体ドラム１６に対向し、且つ感光体ドラム１６に形成された静電潜像をトナー及びキャリアを含む現像剤Ｇで現像する現像ユニット７４と、現像ユニット７４に対してトナーＴを供給するメイントナー補給ユニット８０とを一体化した構成とされている。メイントナー補給ユニット８０は本発明の現像剤容器に相当する。

現像ユニット７４は、感光体ドラム１６の下方に設けられている。そして、感光体ドラム１６側に向かって開口した開口部１２８が形成されたハウジング１２４と、開口部１２８から一部が露出するように配設され、ハウジング１２４の周壁に回転可能に支持されてモータ（図示せず。）によって矢印Ｙの方向に回転する現像ローラ１２６とを備えている。ハウジング１２４内には現像剤Ｇを収容する現像剤収容室１１２が形成されている。

現像ローラ１２６の下方には、現像ローラ１２６の軸方向に沿って第１攪拌搬送オーガ１２０及び第２攪拌搬送オーガ１１６が配設されている。第１攪拌搬送オーガ１２０及び第２攪拌搬送オーガ１１６は、本発明における現像剤付着手段に相当する。

図４に示すように、第１攪拌搬送オーガ１２０及び第２攪拌搬送オーガ１１６は、それぞれ回転軸１２０Ａ、１１６Ａを備えており、ハウジング１２４の周壁にそれぞれ回転可能に支持されている。第１攪拌搬送オーガ１２０及び第２攪拌搬送オーガ１１６の回転軸１２０Ａ、１１６Ａには、所定のピッチで楕円状の螺旋羽根１２０Ｂ、１１６Ｂが固定されている。

第１攪拌搬送オーガ１２０と第２攪拌搬送オーガ１１６との間には、第１仕切壁１２２が形成されており、この第１仕切壁１２２によって現像剤収容室１１２内は、第１攪拌搬送オーガ１２０が配設された第１循環路１１８と、第２攪拌搬送オーガ１１６が配設された第２循環路１１４とに二分されている。

また、第１仕切壁１２２の長手方向の両端部には、連通口１３６、１３８が形成されている。この連通口１３６、１３８によって第１循環路１１８と第２循環路１１４とが互いに通じており、現像剤収容室１１２内の現像剤Ｇは、第１攪拌搬送オーガ１２０及び第２攪拌搬送オーガ１１６の回転によって、それぞれ第１循環路１１８及び第２循環路１１４内を攪拌されながら搬送されて、第１循環路１１８と第２循環路１１４との間を矢印の方向に沿って現像剤Ｇが循環する。したがって、現像剤Ｇは、現像ローラ１２６に沿って図６中の右方から左方に向かって搬送される。

現像ローラ１２６の内部には永久磁石が所定の磁極配列になるように配設されている。したがって、現像剤Ｇが現像ローラ１２６に沿って循環すると、現像剤Ｇ中のキャリアが現像ローラ１２６の表面に磁気的に吸着されて磁気ブラシを形成する。そして、前記磁気ブラシが感光体ドラム１６に接触することにより、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像が、前記磁気ブラシを形成するキャリアに付着していたトナーによって現像される。

現像ローラ１２６は、図７に示すように感光体ドラム１６の潜像形成領域の幅Ｌを充分カバーできる幅の現像有効領域を有している。そして、図６に示すように、前記現像有効領域は、感光体ドラム１６における転写画像形成領域１６Ａに対応する領域１２６Ａと、トナー消費画像形成領域１６Ｂに対応する領域１２６Ｂとに別れている。そして、領域１２６Ｂは、現像剤Ｇの前記搬送方向に沿って領域１２６Ａの下流側、即ち左方に位置している。

したがって、感光体ドラム１６のトナー消費画像形成領域１６Ｂは、前記トナーの搬送方向に沿って転写画像形成領域１６Ａの下流側に形成されるから、トナー消費画像は転写トナー画像の下流側に形成される。

メイントナー補給ユニット８０は、図２に示すように現像ユニット７４に隣接して設けられ、補給用トナーＴが収容されるトナー収容室８２と、トナー収容室８２と現像剤収容室１１２とを仕切る第２仕切壁９８、湾曲壁１００、第３仕切壁１１０と、トナー収容室８２に収容された第１アジテータ８４および第２アジテータ９２とを有する。第１アジテータ８４と第２アジテータ９２とは、現像ローラ１２６の軸方向に沿って設けられている。

第２仕切壁９８の下部からは、湾曲壁１００がトナー収容室８２側へ延び、また、第３仕切壁１１０が現像剤収容室１１２側へ延びることで、ハウジング１２４の底部に、トンネル状のディスペンス室１０２を形成している。ディスペンス室１０２内には、長手方向に沿ってトナーの攪拌搬送を行うディスペンスオーガ１０４が設けられている。

ここで、図２及び図４に示すように、湾曲壁１００の長手方向の一方の端部には、トナー収容室８２とディスペンス室１０２とが互いに通じるようにトナー供給口１０６が形成されている。これにより、トナー収容室８２内に収容されたトナーＴは、第１アジテータ８４によって攪拌されながらトナー収容室８２内を軸方向に搬送され、トナー供給口１０６からディスペンス室１０２へ送り込まれるようになっている。

一方、第３仕切壁１１０の長手方向の他方の端部には、ディスペンス室１０２と現像剤収容室１１２とが互いに通じるようにして開口部１０８が形成されており、これにより、ディスペンス室１０２内のトナーＴは、ディスペンスオーガ１０４によって攪拌されながらディスペンス室１０２内を搬送され、開口部１０８から現像剤収容室８４へ送り込まれるようになっている。

また、図２に示すように、開口部１０８は、下端部が現像剤収容室１１２に収容されている現像剤Ｇの表面位置よりも下方に位置するようにして形成されている。これにより、開口部１０８の少なくとも一部が、現像剤収容室１１２に収容された現像剤Ｇに埋もれた状態となっており、ディスペンス室１０２から現像剤収容室１１２へ送り込まれたトナーＴが現像剤Ｇの中に潜り込み、現像剤収容室１１２に収容された現像剤Ｇと混合しやすくなっている。

ディスペンスオーガ１０４は、第１攪拌搬送オーガ１２０及び第２攪拌搬送オーガ１１６と同一の構成とされており、図４に示すように、回転軸１０４Ａを備え、メイントナー補給ユニット８０の周壁に回転可能に回転可能に支持されている。この回転軸１０４Ａには、所定のピッチで羽根１０４Ｂが螺旋状に巻き付けられている。ディスペンスオーガ１０４が回転することにより、羽根１０４Ｂによってディスペンス室１０２内のトナーＴが攪拌されながら、図４の矢印方向に沿って搬送される。

また、ディスペンスオーガ１０４の回転軸１０４Ａには、開口部１０８と対向する位置に、板片１３０が形成されている。板片１３０は、回転軸１０４Ａの径方向に突出し、長手方向がディスペンスオーガ１０４の回転軸１０４Ａの軸に沿って設けられている。

これにより、ディスペンスオーガ１０４の回転によってディスペンス室１０２内を搬送されてきたトナーＴが、開口部１０８と対向する位置に到達すると、羽根１０４Ｂに攪拌されると同時に、板片１３０でも攪拌されるようになっている。そして、トナーＴは、羽根１０４Ｂおよび板片１３０によって攪拌されながら、開口部１０８から現像剤収容室１１２へ供給される。

図４に示すように、第１アジテータ８４は、第１回転軸８６Ａ、第１支持部８６Ｂ、第１攪拌搬送フィルム８８、及び補助フィルム９０を備え、メイントナー補給ユニット８０の周壁に回転可能に回転可能に支持されている。

第２アジテータ９２は、第２回転軸９４Ａ、第２支持部９４Ｂ、及び第２攪拌搬送フィルム９６を備え、メイントナー補給ユニット８０の周壁に回転可能に回転可能に支持されている。

図３に示すように、第１アジテータ８４の第１支持部８６Ｂには、第１攪拌搬送フィルム８８が、第１支持部８６Ｂの軸方向に亘って接着により貼付けられ固定されている。

第１攪拌搬送フィルム８８は、ＰＥＴ等の可撓性の樹脂フィルムからなり、一方の端部には、第１切込８８Ａ、第２切込８８Ｂ、第３切込８８Ｃが形成されている。

第１切込８８Ａ及び第２切込８８Ｂは、第１支持部８６Ｂの軸方向と約４５°の角度をなし、且つ両方の端部からトナー供給口１０６に向かう方向に複数設けられている。第１切込８８Ａの長さは、第２切込８８Ｂの長さよりも長くなっている。また、本実施形態においては、一対の第１切込８８Ａの間に、３つの第２切込８８Ｂが設けられている。

第３切込８８Ｃは、幅方向長さＷ３を有するトナー供給口１０６と対向する位置に、幅方向長さＷ１の間隔をおいて、後述する補助フィルム９０の幅方向の両側に一対設けられており、第３切込８８Ｃの切り込み方向は、第１支持部８６Ｂの回転半径方向とされている。

一方、第１攪拌搬送フィルム８８の、一対の第３切込８８Ｃで挟まれる領域に、幅方向長さＷ２を有する補助フィルム９０が設けられている。

補助フィルム９０は、ＰＥＴ等の可撓性の樹脂フィルムからなり、第１攪拌搬送フィルム８８に重ねられ、一端が第１攪拌搬送フィルム８８に貼付けられて第１支持部８６Ｂに保持されている。また、補助フィルム９０の他端は、自由端９０Ａとなっている。

図４に示すように、第１攪拌搬送フィルム８８及び第２攪拌搬送フィルム９６が回転すると、トナー収容室８２内のトナーＴが攪拌されながら矢印方向へ搬送される。

以下、プリンタ１０の作用について説明する。

メイントナー補給ユニット８０において、第１アジテータ８４及び第２アジテータ９２がＸ方向に回転すると、トナー収容室８２内のトナーＴが攪拌され、これによって軸方向へのトナー搬送力が生じる。

これによってトナーＴは、トナー供給口１０６を経由してディスペンス室１０２へ送り込まれる。トナーＴは、ディスペンス室１０２内のディスペンスオーガ１０４によって、ディスペンス室１０２内を攪拌されながら開口部１０８へ搬送される。

開口部１０８へ搬送されたトナーＴは、開口部１０８から現像剤収容室１１２へ供給される。開口部１０８では、板片１３０によってトナーＴが細かく粉砕され、ほぐされている。

現像剤収容室１１２に供給されたトナーＴは、第１循環路１１４および第２循環路１１８で第１攪拌搬送オーガ１２０及び第２攪拌搬送オーガ１１６によって第１循環路１１８及び第２循環路１１４内を攪拌されながら搬送されることにより、現像剤Ｇと混合される。そしてトナーＴが混合された現像剤Ｇは、第１循環路１１８と第２循環路１１４との間を矢印の方向に沿って循環し、現像ローラ１２６に供給される。

これによって、現像ローラ１２６の表面には磁気ブラシが形成され、これが感光体ドラム１６の表面に接触することにより、感光体ドラム１６の転写画像形成領域１６Ａに形成された潜像が現像されて転写トナー画像が形成される。

このようにして、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋにおいては感光体ドラム１６の表面にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの転写トナー画像が形成される。形成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの転写トナー画像は、搬送コンベア４４によって上方に向かって搬送される用紙Ｐに転写されるとともに重ね合わされ、フルカラーの転写トナー画像とされる。

フルカラーの転写トナー画像が形成された用紙Ｐは、定着ローラ５６を通過し、これによって転写トナー画像が定着される。転写トナー画像が定着された用紙Ｐは排紙トレイ６０に集められる。

ここで、転写トナー画像のトナー密度が所定値よりも小さいときは、制御コンピュータ６６からの指令によって、感光体ドラム１６の転写画像形成領域１６Ａに転写トナー画像が形成され、これによってトナー消費画像形成領域１６Ｂに帯状のトナー消費画像が形成される。トナー消費画像のトナー密度は、感光体ドラム１６の表面の転写トナー画像およびトナー消費画像のトナー密度の合計が前記所定値になるように設定される。

トナー消費画像形成領域１６Ｂに形成されたトナー消費画像は、トナー回収ブレード２０Ｂによって掻き取られて回収トナー収容室６１Ｂに誘導される。

回収トナー収容室６１Ｂに回収されたトナーは、移送羽根６７によってトナー返送路６５に案内され、トナー返送オーガ１３４によってトナー返送路６５内を第２循環路１１４に返送され、メイントナー補給ユニット８０から供給された新しいトナーとともに現像剤Ｇと攪拌され、感光体ドラム１６上に形成された潜像の現像に使用される。

また、たとえばプリンタ１０でモノクロ印刷を行う場合のように、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋのうち転写トナー画像が形成されないものがある場合においては、転写トナー画像が形成されないプロセスカートリッジ１４においては、感光体ドラム１６上のトナー密度が前記所定値に達するように、前記感光体ドラム１６のトナー消費画像形成領域１６Ｂにトナー消費画像が形成される。

以上、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋで形成された転写トナー画像が用紙Ｐに直接転写される形態のプリンタについて述べたが、中間転写ベルトや中間転写ドラムなど、プロセスカートリッジ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋで形成された転写トナー画像が一次転写される中間転写部材を有し、前記中間転写体上に重ね合わされた転写トナー画像を用紙などの記録媒体に二次転写する形態のプリンタにも本発明が適用されることは言うまでもない。

１．参考例１
実施形態１に係るプリンタ１０を用い、現像に使用されなかったトナーを強制消費する強制消費モードを実施することなく、トナー密度が０．５％の低密度画像をＡ４サイズの用紙Ｐ２０００枚に連続印字した。そして、連続印字前と連続印字後との現像ローラ１２６上の帯電分布を測定した。帯電分布は、ホソカワミクロン社製Ｅ−ｓｐａｒｔアナライザを用いて測定した。結果を図８に示す。図８において破線は連続印字前の、実線は連続印字後の帯電分布を示す。また、ａは、帯電ピークの高さの減少量を示し、円で囲った領域ｂはメイントナー補給ユニット８０から新規に現像ユニット７４に供給されたトナーＴである新規トナーの分布を、ｃは帯電分布のシフト量を示す。

図８においてａで示されるように、連続印字後は、連続印字前に比較して帯電ピークの高さが低くなった。また、領域ｂには新規トナーに対応するピークが見られた。但し、帯電ピーク分布のシフトは殆ど見られなかった。

連続印字後の帯電ピークの高さの減少ａが大きかったことから、現像ローラ１２６上のトナーが高帯電化して帯電分布のピークが減衰し、高帯電側の帯電分布が増加していることがわかる。これは、参考例においては低密度画像を形成しているにも拘らず、強制消費モードを実施しなかったので、トナーの消費が少なかったことによると考えられる。

２．実施例１
実施形態１に係るプリンタ１０を用い、参考例１と同様の条件で低密度画像の連続印字を行いつつ、強制消費モードとして、各プロセスカートリッジ１４の備える感光体ドラム１６のトナー消費画像形成領域１６Ｂに帯状にトナー消費画像を連続的に形成した。そして前記トナー消費画像をトナー回収ブレード２０Ｂで掻き取ってトナーを回収し、回収したトナーを第２循環路１１４に戻した。連続印字前と連続印字後との現像ローラ１２６の帯電分布の測定は、参考例１と同様の手順で実施した。結果を図９に示す。

図９から明らかなように、実施例１においては、強制消費モードを実施したために、帯電ピークの高さの減少ａは参考例１よりも小さかった。また、帯電分布のシフトｃも殆ど見られなかった。また、領域ｂには新規トナーに対応するピークが見られた。これらの結果から、実施例１においては、現像ユニット７４におけるトナーＴの供給と消費、およびトナーＴの摩擦帯電のバランスが取れているので、帯電分布のシフトやピークの高さの変動が小さいことが判る。

３．比較例１
実施形態１に係るプリンタ１０を用い、連続印字中に一定間隔で強制消費モードを実施した。前記強制消費モードにおいては、隣接する２枚の転写トナー画像の間隔を拡大した空間に、現像で使用されなかったトナーを付着させてべた画像を形成した。これらの点を除いて実施例１と同様の手順で連続印字を実施した。結果を図１０に示す。

図１０から判るように、比較例１においても、実施例１と同様、帯電ピークの高さの減少ａは参考例１よりも小さかった。また、帯電分布のシフトｃも殆ど見られなかった。また、領域ｂには新規トナーに対応するピークが見られた。

これらの結果から、比較例１においては、実施例１と同様に現像ユニット７４におけるトナーＴの供給と消費、およびトナーＴの摩擦帯電のバランスが取れているので、帯電分布のシフトやピークの高さの変動が小さいことが判る。

４．比較例２
実施形態１に係るプリンタ１０を用い、連続印字中に感光体ドラム１６の両端部に帯状にトナー消費画像を形成したが、形成したトナー消費画像を掻き取ってトナーを回収する操作は行わなかった。結果を図１１に示す。

図１１に示すように、比較例２においては、帯電分布のピークの高さの減少ａ、帯電分布のピークのシフト量ｃの何れも実施例１および比較例１に比較して大きかった。また、領域ｂには新規トナーに対応するピークが見られなかった。更に、帯電分布のピークはプラス側にシフトしている。

領域ｂに新規トナーに対応するピークが見られなかったのは、現像ユニット７４における現像剤Ｇの搬送方向に対して上流側においてもトナーＴを感光体ドラム１６に付着させて消費させている故に、まだ充分に摩擦帯電していない新規トナーが消費されていることによるものと考えられる。

また、新規トナーの供給が少なく、トナーの帯電電圧が充分に上昇しない状態が続く故に、帯電分布のピークはプラス側にシフトしているものと考えられる。

５．参考例２
実施形態１に係るプリンタ１０を用い、強制消費モードを実施することなく、白紙プリントをＡ４サイズの用紙Ｐ２０００枚に連続的に実施した。そして、連続印字前と連続印字後との現像ローラ１２６上の帯電分布を測定した。帯電分布の測定については参考例１と同様である。結果を図１２に示す。

図１２から判るように、参考例２においては、参考例１よりも大きな帯電分布のピークの低下量ａを示した。これは、トナーＴが殆ど消費されることなく、現像ユニット７４内を循環している故に、トナーＴが劣化し、帯電していないトナーＴが増加していることを示す。また、領域ｂには、新規トナーと劣化したトナーとに対応するピークが見られることからも、トナーＴが劣化していることがわかる。

６．実施例２
実施形態１に係るプリンタ１０を用い、参考例２と同様の条件で白紙プリントを連続的に作成しつつ、強制消費モードとして、各プロセスカートリッジ１４の備える感光体ドラム１６のトナー消費画像形成領域１６Ｂに帯状にトナー消費画像を連続的に形成した。そして前記トナー消費画像をトナー回収ブレード２０Ｂで掻き取ってトナーを回収し、回収したトナーを第２循環路１１４に戻した。連続印字前と連続印字後との現像ローラ１２６の帯電分布の測定は、参考例１と同様の手順で実施した。結果を図１３に示す。

図１３から判るように、実施例２においては、連続印字前後でトナーＴの帯電分布の形は変化したが、帯電ピークの高さの減少ａは参考例２よりも小さかった。また、帯電分布のシフトｃも殆ど見られなかった。また、領域ｂには新規トナーに対応するピークが見られた。これらの結果から、実施例２においては、現像ユニット７４におけるトナーＴの供給と消費、およびトナーＴの摩擦帯電のバランスが取れているので、帯電分布のシフトやピークの高さの変動が小さいことが判る。

７．比較例３
実施形態１に係るプリンタ１０を用い、白紙プリントを連続的に作成しつつ、一定間隔で強制消費モードを実施した。前記強制消費モードにおいては、隣接する２枚の転写トナー画像の間隔を拡大した空間に、現像で使用されなかったトナーを付着させてべた画像を形成した。結果を図１４に示す。

図１４から判るように、比較例３においても、実施例２と同様、帯電ピークの高さの減少ａは参考例２よりも小さかった。また、帯電分布のシフトｃも殆ど見られなかった。また、領域ｂには新規トナーに対応するピークが見られた。

これらの結果から、比較例３においては、実施例２と同様に現像ユニット７４におけるトナーＴの供給と消費、およびトナーＴの摩擦帯電のバランスが取れているので、帯電分布のシフトやピークの高さの変動が小さいことが判る。

８．比較例４
実施形態１に係るプリンタ１０を用い、白紙プリントを連続的に作成しつつ、感光体ドラム１６の両端部に帯状にトナー消費画像を形成したが、形成したトナー消費画像を掻き取ってトナーを回収する操作は行わなかった。結果を図１４に示す。

図１４に示すように、比較例４においては、帯電分布のピークの高さの減少ａ、帯電分布のピークのシフト量ｃの何れも実施例２および比較例３に比較して大きかった。また、領域ｂには新規トナーに対応するピークが見られなかった。更に、帯電分布のピークはプラス側にシフトしていた。

領域ｂに新規トナーに対応するピークが見られなかったのは、現像ユニット７４における現像剤Ｇの搬送方向に対して上流側においてもトナーＴを感光体ドラム１６に付着させて消費させている故に、まだ充分に摩擦帯電していない新規トナーが消費されていることによるものと考えられる。

また、新規トナーの供給が少なく、トナーの帯電電圧が充分に上昇しない状態が続く故に、帯電分布のピークはプラス側にシフトしているものと考えられる。

以上の結果から、本発明の画像形成装置においては、低密度画像や白紙プリントを形成しているときも、一定量のトナーを消費しているので、トナーの帯電分布の変化を抑えることができる。また、トナー消費画像を除去してトナーを回収し、そのトナーを再利用しているから、トナーの無駄が殆どない。

図１は、本発明の画像形成装置の一例であるプリンタを垂直面に沿って切断した断面を示す概略断面図である。 図２は、図１に示すプリンタの備えるプロセスカートリッジを垂直面に沿って切断した断面を示す概略断面図である。 図３は、図２に示すプロセスカートリッジの備えるアジテータの構成を示す概略図である。 図４は、図２に示すプロセスカートリッジの備える現像ユニットを水平面に沿って切断した断面を示す概略断面図である。 図５は、図２に示すプロセスカートリッジに設けられたトナー回収手段の構成を示す斜視図である。 図６は、図４に示す現像ユニットにおける現像ローラに沿った現像剤の流れを示す説明図である。 図７は、図２に示すプロセスカートリッジの備える清掃ブレードのクリーニング有効幅と、感光体ドラムの潜像形成領域と、現像ローラの現像有効領域の幅と、帯電ローラの帯電有効領域の幅と、トナー画像が転写される用紙の幅との関係を示す説明図である。 図８は、実施形態１のプリンタにおいてトナーの強制消費モードを実施しないで低密度画像の連続印字を行ったときの現像ローラの帯電分布の変化を示すグラフである。 図９は、実施形態１のプリンタにおいてトナーの強制消費モードを実施しながら低密度画像の連続印字を行ったときの現像ローラの帯電分布の変化を示すグラフである。 図１０は、実施形態１のプリンタにおいて、強制消費モードとして２つの連続する印刷頁の間にトナーのべた画像を形成したときの現像ローラの帯電分布の変化を示すグラフである。 図１１は、実施形態１のプリンタにおいて、強制消費モードとして感光体ドラムの両端に帯状のトナー消費画像を形成したときの現像ローラの帯電分布の変化を示すグラフである。 図１２は、実施形態１のプリンタにおいてトナーの強制消費モードを実施しないで白紙プリントの連続作成を行ったときの現像ローラの帯電分布の変化を示すグラフである。 図１３は、実施形態１のプリンタにおいてトナーの強制消費モードを実施しながら白紙プリントの連続作成を行ったときの現像ローラの帯電分布の変化を示すグラフである。 図１４は、実施形態１のプリンタにおいて、強制消費モードとして２つの連続する印刷頁の間にトナーのべた画像を形成したときの現像ローラの帯電分布の変化を示すグラフである。 図１５は、実施形態１のプリンタにおいて、強制消費モードとして感光体ドラムの両端に帯状のトナー消費画像を形成したときの現像ローラの帯電分布の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ プリンタ
１４ プロセスカートリッジ
１６ 感光体ドラム
１６Ａ 転写画像形成領域
１６Ｂ トナー消費画像形成領域
１８ 帯電ローラ
２０ 清掃ブレード
２０Ａ 転写残トナー回収ブレード
２０Ｂ トナー回収ブレード
６１Ａ 転写残トナー収容室
６１Ｂ 回収トナー収容室
６２ 感光体カートリッジ
６４ 現像装置
６５ トナー返送路
６７ 移送羽根
７０ サブトナー補給ユニット
７４ 現像ユニット
８０ メイントナー補給ユニット
１１２ 現像剤収容室
１１４ 循環路
１１６ 攪拌搬送オーガ
１１８ 循環路
１２０ 攪拌搬送オーガ
１２２ 仕切壁
１２６ 現像ローラ
１３４ トナー返送オーガ

Claims (15)

1. 記録媒体に転写される転写トナー画像が形成される感光体と、前記感光体に形成された潜像をトナーで現像して前記転写トナー画像を形成させる現像手段と、前記感光体のトナーを除去して回収するトナー回収手段とを備え、
   前記現像手段は、前記感光体の回転軸方向に沿って配設され、前記感光体に付着させるトナーを当該感光体との対向位置に搬送させる現像ローラと、前記トナーを含む現像剤を循環させて攪拌搬送すると共に前記現像ローラに沿って攪拌搬送する攪拌搬送手段と
   を有し、
   前記攪拌ローラに沿って攪拌搬送される現像剤の搬送方向上流側の領域でトナーの強制消費を為すことなく搬送方向下流側の領域でトナーの強制消費が為されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記感光体は、転写トナー画像が形成される転写画像形成領域の外側に、トナーを強制消費させるためのトナー消費画像が形成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記感光体に形成された転写トナー画像を記録媒体に転写する転写部材を備え、前記転写部材は、前記トナー消費画像が形成される領域に設けられていないことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー回収手段で回収されたトナーを前記現像手段に返送するトナー返送手段を有する請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記現像手段は、現像剤またはトナーが充填された現像剤容器と、前記現像剤容器に充填された現像剤またはトナーを前記攪拌搬送手段に供給する現像剤供給手段とを有し、
   前記トナー返送手段は、前記トナー回収手段で回収されたトナーを、前記現像手段における現像剤容器に返送する請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記トナー回収手段は、前記感光体からトナー消費画像を掻き取るトナー回収部材を備える請求項２〜５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記感光体の全幅に亘って設けられ、転写トナー画像が前記感光体から記録媒体に転写された後の感光体を清掃する清掃ブレードを備え、
   前記清掃ブレードにおける前記感光体の転写画像形成領域よりも外側の部分が前記トナー回収部材とされるとともに、前記清掃ブレードにおける転写画像形成領域に対応する部分と比較して軟質なブレード、またはブラシが用いられる請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記感光体に形成される転写トナー画像のトナー密度が予め定められた所定値よりも小さい場合、前記転写トナー画像と前記トナー消費画像とを合わせたトナー密度の合計が前記所定値に達するように、前記感光体にトナー消費画像とを形成する請求項１〜７の何れか１項に記載の画像形成装置。
9. 複数の感光体を有し、当該複数の感光体の中で、表面に転写トナー画像が形成されない感光体においても、前記感光体上のトナー密度が前記所定値に達するように前記感光体にトナー消費画像を形成する請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記現像剤供給手段は、前記感光体に付着したトナー量に対応する量のトナーを前記現像手段に供給する請求項５〜９の何れか１項に記載の画像形成装置。
11. 記録媒体に転写される転写トナー画像が形成される感光体と、前記感光体に形成された潜像をトナーで現像して前記転写トナー画像を形成させる現像手段と、前記感光体上のトナーを除去して回収するトナー回収手段とを備え、
    前記現像手段は、前記感光体の回転軸方向に沿って配設され、前記感光体に付着させるトナーを当該感光体との対向位置に搬送させる現像ローラと、前記トナーを含む現像剤を循環させて攪拌搬送すると共に前記現像ローラに沿って攪拌搬送する攪拌搬送手段と
    を有し、
    前記現像ローラに沿って攪拌搬送される現像剤の搬送方向上流側の領域でトナーの強制消費を為すこと無く搬送方向下流側の領域でトナーの強制消費が為されるとともに、前記転写トナー画像を記録媒体に転写、定着させる画像形成装置に脱着させることを特徴とする画像形成カートリッジ。
12. 前記現像手段は、現像剤またはトナーが充填された現像剤容器と、前記現像剤容器に充填された現像剤またはトナーを前記攪拌搬送手段に供給する現像剤供給手段とを備えるとともに、
    前記トナー回収手段で回収されたトナーを、前記現像剤容器に返送するトナー返送手段を有する請求項１１に記載の画像形成カートリッジ。
13. 前記トナー回収手段は、前記感光体に接触してトナー消費画像を掻き取るトナー回収部材を備える請求項１１または１２に記載の画像形成カートリッジ。
14. 前記感光体の全幅に亘って設けられ、転写トナー画像が前記感光体から記録媒体に転写された後の感光体を清掃する清掃ブレードを備え、
    前記清掃ブレードにおける前記感光体の転写画像形成領域よりも外側の部分が前記トナー回収部材とされるとともに、前記清掃ブレードにおける転写画像形成領域に対応する部分と比較して軟質なブレード、またはブラシが用いられる請求項１３に記載の画像形成カートリッジ。
15. 感光体に形成された潜像をトナーで現像して当該感光体上に転写トナー画像を形成させるものであって、
    前記感光体の回転軸方向に沿って配設され、前記感光体に付着させるトナーを当該感光体との対向位置に搬送させる現像ローラと、前記トナーを含む現像剤を循環させて攪拌搬送するとともに前記現像ローラに沿って攪拌搬送する攪拌搬送手段とを有し、
    前記現像ローラに沿って攪拌搬送される現像剤の搬送方向上流側の領域でトナーの強制消費を為すことなく搬送方向下流側の領域でトナーの強制消費が為されるとともに、前記転写トナー画像を記録媒体に転写、定着させる画像形成装置に着脱させることを特徴とする現像カートリッジ。

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