JP2009244439A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １成分現像剤を用いる現像装置において、現像室の現像剤の質の不均一を解消し出力画像の劣化を防止する。
【解決手段】
内部に現像室Ａを形成するハウジング５１と、内部に現像剤収容室Ｂを形成し、一成分からなる現像剤を収容する現像剤収容部５５と、前記現像剤収容室Ｂから前記現像室Ａの上方に現像剤を補給する第１搬送路５０１と、前記現像室Ａの下方から前記現像剤収容室Ｂへ現像剤を回収する第２搬送路５０２と、前記現像室Ａに配置され、現像剤を担持する現像剤担持体５２と、前記現像室Ａに配置され、前記現像剤担持体５２に現像剤を供給する現像剤供給部材５３と、前記現像剤担持体５３に当接して前記現像剤担持体５２表面の現像剤を規制する規制部材５４とを備え、前記第１搬送路５０１と前記第２搬送路５０２を駆動して現像剤を搬送させ、前記現像室内で前記現像剤の攪拌を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、潜像担持体上の静電潜像を一成分現像剤で現像する現像装置と、それを備える画像形成装置に関する。

潜像担持体の表面に画像データに基づく静電潜像を露光形成する電子写真記録方式の画像形成装置が知られており、この画像形成装置では静電潜像を現像装置により現像剤にて現像して潜像担持体表面の現像剤像を、記録用紙など記録媒体に転写して画像形成する。

このような画像形成装置として各種のものが知られているが、例えば、特許文献１の図２や、特許文献２の図１にみられるように各色現像装置を縦方向に並べて潜像担持体の静電潜像を現像する縦型タイプのものや、現像装置を横方向に並べて潜像担持体の静電潜像を行うタンデム型タイプのものがよく知られている。

このような画像形成装置に用いられる現像剤としては、キャリアとトナーからなる２成分現像剤、及びキャリアを必要としないでトナーのみからなる１成分現像剤（磁性トナー、非磁性トナー）が知られている。２成分現像剤はトナーのみが消費されることでトナー濃度が低下するので、キャリアとトナーとの混合比を一定割合に保持する必要があり、そのため現像装置が大型化するといった欠点がある。

一方、一成分現像剤は、装置が小型であるなどの利点を有しており、低温低湿や高温高湿といった悪環境での使用が容易であるなどの理由から現像方式の主流となっている。

特に、非磁性体の１成分現像剤を用いる非磁性１成分現像方式は、トナー（現像剤）が磁気力を持たないため、現像剤担持体に補給ローラなどを圧接して現像剤担持体上にトナーを供給して静電気的に保持させ、規制部材により薄層化して現像するものであり、有色の磁性体を含有しないためカラー化に対応できるという利点がある。また、現像剤担持体にマグネットを用いないため、装置の軽量化、低コスト化が可能となり、近年、小型フルカラープリンタなどで実用化されている。

しかしながら、１成分現像方式では未だ解決すべき課題が多いのが現状である。すなわち、２成分現像方式では、トナーの帯電、搬送手段としてキャリアを用い、トナーとキャリアは現像室内において十分に撹拌、混合された後、現像剤担持体に供給され現像に供されるため比較的長時間の使用においても安定した帯電と搬送を持続することが可能であり、また、高速の現像装置にも対応しやすい。

これに比べ、１成分現像方式ではキャリアのような安定した帯電、搬送手段がないため、長時間の使用や高速化による帯電不良、搬送不良が起こりやすい。特に１成分現像方式は現像剤担持体上へトナーを供給した後、規制部材でトナーを薄層化させて現像を行うが、トナーと現像剤担持体または規制部材などの摩擦帯電手段との接触・摩擦帯電時間が非常に短いため、キャリアを用いた２成分現像方式より、低帯電、逆帯電トナーが多くなりやすい。

そのトナー（現像剤）の劣化の原因としては、例えば、トナーに加えられる機械的ストレスによりトナーに外添された疎水性シリカなどが次第にトナーに埋め込まれたり遊離したりすることで発生するトナーの流動性の低下、トナーの破砕による小粒径トナーの増大による流動性の低下、流動性の低下したトナーが相互に凝集することによる凝集塊の発生
などであり、これらは、出力画像の劣化の原因となっている。

小粒径トナーは、その帯電量が過剰に大きくなり易く、さらに、潜像担持体への鏡像力が強く働くため、非画像部への付着（カブリや規制通過モレ）として観察される。また、小粒径トナーは飛散し易く、現像装置の開口部などから飛散して画像形成装置の内部汚染を引き起こす。

トナーの流動性が低下すると、現像装置内でのトナーの摩擦帯電が不充分となり、所望の帯電極性とは逆極性のトナーが生じる。この逆極性のトナーは、やはり、画像のカブリとして観察される。また、流動性の低下したトナーやそれらの凝集塊は、現像ローラと規制部材の接触部を円滑に通過することができないため、その帯電が不足して、画像のカブリを生じさせたりする。さらに、凝集塊は、現像ローラと規制部材の接触部における機械的力及び摩擦熱により、現像ローラあるいは規制部材の表面にトナーが融着（いわゆる、フィルミング）したり、凝集塊が極端に大きな場合には、そのまま接触部に詰まってしまう。その結果、フィルミング等が発生した接触部では、現像剤ローラ上にトナーの層が形成されず、そこに対応する画像は白いスジ（画像抜け）として観察される。

また、現像室のトナー消費にともなって新たにトナーが補給される際、前述するような劣化の進んだトナーが現像室に残っている中に、新たなトナーが補給されることになると、劣化の進んだトナーと新しいトナーが不均一に混在することになり、この不均一なトナーの混在は規制通過モレやカブリといった出力画像劣化の原因となっている。また、劣化の進んだトナーの帯電量低下のため、印刷濃度低下や現像リレキといった出力画像劣化の原因にもなっている。

特許文献３には、潜像を形成可能な感光体と、感光体上の潜像を現像可能な現像剤を収容するための現像剤収容部を有する現像装置が着脱可能な着脱部を複数備えた移動体とを有し、複数の着脱部に装着された複数の現像装置の何れもが感光体上の潜像を現像していないとき、移動体を移動することによって、現像剤収容部の現像剤を撹拌し、画像形成装置に装着されている現像装置内の現像剤の凝集を解消し、出力画像形成の改善を図ることが記載されている。
特開平１１−１０２１０６号公報 特開２００７−１７８６９８号公報 特開２００４−０２９１９８号公報

特許文献３の画像形成装置の現像装置自体を移動させる構成を、何れの種類の画像形成装置にも採用することができれば、劣化の進んだトナーと新しいトナーの不均一な混在を解消することは可能となるが、例えば、上記特許文献１や特許文献２にみられるような縦方向に現像装置を配置する画像形成装置や、横方向に現像装置を配置するタンデム型の画像形成装置においては、現像剤を撹拌するために現像装置を移動させることはその構成上、非常に困難である。特に、現像室と現像剤の収容室とが分離されており、現像室内の現像剤の減少に伴って収容室から現像剤を補給するような構成にあっては、特許文献３のように現像剤の撹拌を行うことは不可能である。

前記課題を解決するため、本発明における現像装置は、内部に現像室を形成するハウジングと、内部に現像剤収容室を形成し、一成分からなる現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容室から前記現像室の上方に現像剤を補給する第１搬送路と、前記現像室の下方から前記現像剤収容室へ現像剤を回収する第２搬送路と、前記現像室に配置され、
現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像室に配置され、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体に当接して前記現像剤担持体表面の現像剤を規制する規制部材とを備え、前記第１搬送路と前記第２搬送路を駆動して現像剤を搬送させ、前記現像室内で前記現像剤の攪拌を行うことを特徴とする。

以上の構成を採用することで、現像室と現像剤収容室との間で現像剤を循環させ、現像室内で現像剤の攪拌を行うことで現像剤の質の不均一を解消し出力画像の劣化を防止することが可能となる。

また、前記第１搬送路は、現像室の現像剤残量に基づいて駆動されるものであって、このような構成を採用することで、現像室の現像剤量を一定に保つことができる。

また、前記第１搬送路の駆動速度は、前記現像室の現像剤の減少度合いに応じて可変されるものであって、このような構成を採用することで、現像剤の減少度合いによって適切に現像室に現像剤を補給することができる。

また、前記第２搬送路は、駆動タイミング、駆動時間、駆動速度の少なくともいずれか一つを前記現像室内の劣化現像剤の発生を示す劣化指数に応じて可変とするものであって、このような構成を採用することで、現像室と現像剤収容室間の現像剤の循環を劣化現像剤の発生に応じて適切に行うことが可能となる。
また、駆動タイミングを可変する場合、その駆動タイミングは、前記劣化指数が所定の設定値を超えたときとするものであって、このような構成を採用することで、第２搬送路による適切な駆動タイミングでの現像剤の回収が可能となる。

また、駆動時間を可変とする場合、その駆動時間は、所定の設定値としての設定時間内における前記劣化指数に応じて決定されるものであって、このような構成を採用することで、第２搬送路による適切な駆動時間での現像剤の回収が可能となる。

駆動速度を可変とする場合、その駆動速度は、所定の設定値としての設定係数に応じて決定されるものであって、このような構成を採用することで、第２搬送路による適切な駆動速度での現像剤の回収が可能となる。

また、前記所定の設定値は、温度または湿度など少なくともいずれかの一つの環境情報に応じて設定されるものであって、このような構成を採用することで、環境に応じた環境に応じた現像剤の回収が可能となる。

また、前記劣化指数は、印刷情報に基づいて決定されるものであって、このような構成を採用することで、印刷状況に応じた現像剤の回収が可能となる。

また、前記印刷情報は、印刷デューティ、印刷ドットなどの印刷濃度情報、または、前記現像剤担持体の駆動時間であるものであって、このような構成を採用することで、印刷状況に適した現像剤の回収が可能となる。

前記劣化指数は、前記第２搬送路の駆動終了時に初期化されるものであって、このような構成を採用することで、次回の第２搬送路の駆動に適切に対応することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。この実施の形態では、現像装置が横方向に配置されるタンデム型の画像形成装置を例にとって説明するが、本発明においては、このタンデム型の画像形成装置に限られるものではなく、例えば、前述の特許文
献１、２に記載されるような現像装置が縦方向に配置される画像形成装置にも適用可能である。図１は、本発明の現像装置を備えた画像形成装置の実施形態を示す図であり、図２は、図１のイエロー色を現像する現像ユニット５０を拡大した図である。

図１に示すように、画像形成装置は、４つの画像形成ステーション１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ、中間転写ベルト７０、二次転写ユニット８０を有し、さらに、定着ユニット９０、ユーザへの各種報知を行う液晶パネルからなる表示ユニット９５、及び、これらのユニット等を制御し画像形成装置としての動作を司る制御ユニット１００を有している。

画像形成ステーション１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋは、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナー（本発明でいう『現像剤』）で画像を形成する機能を有している。以下、各画像形成ステーション１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋの構成は同様であるため、画像形成ステーション１５Ｙを代表し、各色を示す末尾のアルファベットを省略して説明する。

画像形成ステーション１５は、像担持体の一例としての感光体２０の回転方向に沿って、右下から、帯電ユニット３０、露光ユニット４０、現像ユニット５０、一次転写部Ｂ１、感光体クリーニングユニット７５を有している。

感光体２０は、円筒状の基材とその外周面に形成された感光層を有し、中心軸を中心に回転可能であり、本実施の形態においては矢印で示すように時計回りに回転する。帯電ユニット３０は、感光体２０を帯電するための装置である。露光ユニット４０からは、レーザを照射することによって帯電された感光体２０上に静電潜像を形成する。露光ユニット４０は、半導体レーザ、ポリゴンミラー、Ｆ−θレンズ等を有しており、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサなどの不図示のホストコンピュータから入力された画像信号に基づいて変調されたレーザを帯電された感光体２０上に照射する。現像ユニット５０（本発明でいう『現像装置』）は、感光体２０上に形成された静電潜像を、イエロー（Ｙ）のトナーを用いて現像し、感光体２０上にトナー像を形成する装置であり、この詳細は後述する。

一次転写部Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、各感光体２０に形成されたトナー像を中間転写ベルト７０に転写するところである。４つの一次転写部Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４で４色のトナー像が順次重ねて転写された場合には、中間転写ベルト７０にフルカラートナー像が形成される。中間転写ベルト７０は、ベルト駆動ローラ７１ａ、従動ローラ７１ｂに張架されたエンドレスのベルトであり、各感光体２０と当接しながら回転駆動される。二次転写ユニット８０は、中間転写ベルト７０上に形成された単色トナー像やフルカラートナー像を紙、フィルム、布等の転写材に転写するための装置である。定着ユニット９０は、定着ローラ９０ａと加圧ローラ９０ｂにより構成され、転写材上に転写された単色トナー像やフルカラートナー像を転写材に融着させて永久像とするための装置である。感光体クリーニングユニット７５は、ローラやブレードなど感光体２０の表面に当接されたゴム製の感光体クリーニング部材を有し、一次転写部Ｂ１で中間転写ベルト７０上にトナー像が転写された後に、感光体２０上に残存するトナーを感光体クリーニング部材により掻き落として除去するための装置である。

次に、このように構成された画像形成装置の動作について説明する。まず、不図示のホストコンピュータからの画像信号及び制御信号がインターフェイスを介して画像形成装置の制御ユニット１００に入力されると、この制御ユニット１００の制御により感光体２０、現像ユニット５０に備えられた現像ローラ（本発明の『現像剤担持体』の一例）、供給ローラ、及び、中間転写ベルト７０などが回転する。感光体２０は、回転しながら、帯電
位置において帯電ユニット３０により順次帯電される。

感光体２０の帯電された領域は、感光体２０の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット３０によって、各色の画像情報に応じた静電潜像が該領域に形成される。感光体２０上に形成された静電潜像は、感光体２０の回転に伴って現像位置に至り、現像ユニット５０によって現像される。これにより、感光体２０上にトナー像が形成される。感光体２０上に形成されたトナー像は、感光体２０の回転にともなって一次転写部Ｂ１位置に至り、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧が印加され中間転写ベルト７０に一次転写される。この結果、各感光体２０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）上に形成された４色のトナー像は、中間転写ベルト７０に重なり合って転写され、中間転写ベルト７０上にはフルカラートナー像が形成される。

中間転写ベルト７０は、モータ等のベルト駆動手段からの駆動力がベルト駆動ローラ７１ａを介して伝達されることによって駆動される。中間転写ベルト７０上に形成されたフルカラートナー像は、二次転写ユニット８０によって紙等の転写材に転写される。この転写材は、給紙トレイ９２から、給紙ローラ９４ａ、レジストローラ９４ｂを介して二次転写ユニット８０へ搬送される。転写材に転写されたフルカラートナー像は、定着ユニット９０によって加熱・加圧されて転写材に融着される。定着ユニット９０の通過後、排紙ローラ９０ｃにより排紙される。

一方、感光体２０は、一次転写部Ｂ１位置を経過した後に、不図示の除電ユニットによって除電され、さらに、感光体クリーニングユニット７５において、感光体２０の表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の静電潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、感光体クリーニングユニット７５が備える残存トナー回収部に回収される。二次転写後の中間転写ベルト７０は、従動ローラ７１ｂ側に配置された中間転写ベルトクリーニング装置７２によってクリーニングされる。

次に、現像ユニット５０（本発明でいう『現像装置』）について図２を用いて説明する。なお、図１の説明と同様、各色の現像ユニット５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋの構成は同様であるため、各色を示すアルファベットの添え字は省略して説明を行う。現像ユニット５０は、ハウジング５１と、現像ローラ５２（本発明の『現像剤担持体』の一例）と、供給ローラ５３（本発明の『現像剤供給部材』の一例）と、規制部材５４と、トナー収容部５５と、第１搬送路５０１と、第２搬送路５０２とを備えている。また、トナー収容部５５と第１搬送路５０１とをあわせたものを補給手段５６と呼ぶこととする。

図３は、現像ユニット５０の外観図であり、特に、トナー収容部５５、または、補給手段５６を着脱可能とした場合の現像ユニット５０の外観図である。図３（Ａ）は、一方からみた外観図であり、図３（Ｂ）は、その反対方向からみた外観図である。図３（Ａ）の左側にみられるトナー収容部５５、または、トナー収容部５５と第１搬送路５０１をあわせた補給手段５６は着脱可能なカートリッジ型式となっている。これらを着脱可能とすることによりトナー交換を行うことができる。

一方、図４は、トナー収容部５５を一体とする現像ユニット５０の外観図である。図３と同様、図４（Ａ）は、一方からみた外観図であり、図４（Ｂ）はその反対方向からみた外観図である。この構成ではトナー収容部５５は着脱不可能であって、トナー交換の際は、現像ユニット５０全体の交換が行われることとなる。

図２に戻り、現像ユニット５０の詳細について説明を行う。ハウジング５１は、その内部に現像室Ａを形成するとともに、現像ローラ５２と、供給ローラ５３と、規制部材５４を収容する。現像室Ａは、第１搬送路５０１により上部から補給されるトナーを収容する
室である。また、この現像室Ａには、図示していないが収容するトナー量を検出するセンサーが配置される。

現像ローラ５２は、トナーを担持し、該トナーによって感光体２０に担持された静電潜像をトナー像として可視化（現像）する。この現像ローラ５２は、金属ローラ、ゴムローラ、樹脂ローラを用いることができ、金属製の場合、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄などにより製造されている。また、現像ローラ５２は、ハウジング５１に支持されており、中心軸を中心に感光体２０の回転方向（図２において時計方向）とは逆の方向（図２において反時計方向）に回転する。

供給ローラ５３は、現像室Ａに設けられ、当該現像室Ａに収容されたトナーを現像ローラ５２に供給する。この供給ローラ５３は、ポリウレタンフォームなどからなり、弾性変形された状態で現像ローラ５２に当接している。供給ローラ５３はハウジング５１に支持されており、中心軸を中心に現像ローラ５２の回転方向と逆の方向（図２において時計方向）に回転する。

規制部材５４は、現像ローラ５２に当接して現像ローラ５２に担持されたトナーに電荷を付与するとともに、担持されたトナーの層厚を規制する。この規制部材５４には、図示するブレードタイプの他にローラタイプを用いることができる。図示するブレードタイプのブレード部分には、シリコンゴムやウレタンゴムなどが用いられる。

トナー収容部５５は、その内部にトナーを収容するトナー収容室Ｂが形成されるとともに、現像室Ａにトナーを搬送する第１搬送路５０１と、現像室Ａからトナーを回収するための第２搬送路５０２が接続されている。

第１搬送路５０１は、トナー収容室Ｂから現像室Ａの上方にトナーを搬送する部材であり、図示はしないが、その内部にスクリューコンベアやエアフローなどのトナーを搬送する駆動手段を備える。この駆動手段を後に説明する駆動方法で駆動制御してトナーの循環を行うことで、現像室Ａにおけるトナーの質の均一を実現することが可能となる。

第２搬送路５０２は、現像室Ａの略下方に位置する第２搬送路５０２の開口部からトナー収容室Ｂにトナーを搬送する部材である。第１搬送路５０１と同様、その内部にトナーを搬送する駆動手段を備える。この駆動手段を後に説明するトナーの劣化度合いに応じて各種駆動方法にて駆動制御してトナーの循環を行うことで、現像室Ａにおけるトナーの質の均一を実現することが可能となる。

ここで、この現像室Ａに位置する第２搬送路５０２の開口部の位置は、現像室Ａ内で発生する劣化トナーの分布との関係において適宜決めることができる。図２に示すように、規制部材５４が現像ローラ５２の下側で当接する下規制の場合には、現像ローラ５２と供給ローラ５３との間の機械的ストレスや、現像ローラ５２と規制部材５４との間の機械的ストレスで発生する現像室Ａの下方付近の劣化トナーを効率よく回収するため現像室Ａの略下方とすることが望ましい。規制部材５４の略下方とすれば更に効率のよい劣化トナーの回収を行うことができる。しかしながら、これは下規制を採用したことによる一例であり、第２搬送路５０２の開口部の位置は、現像室Ａ内の劣化トナーの分布によって決めることができるものであって、例えば、現像ローラ５２の上部に規制部材５４を当接させる上規制の場合には、その位置は劣化トナーの分布との関係において適宜に決定できる。

このように構成された現像ユニット５０において、感光体２０上の静電潜像を現像する際には以下の動作が実行される。すなわち、供給ローラ５３は、現像室Ａに収容されているトナーを現像ローラ５２に供給する。現像ローラ５２に供給されたトナーは、該現像ロ
ーラ５２の回転に伴い、規制部材５４によって電荷が付与されるとともに層厚が規制される。層厚が規制された現像ローラ５２上のトナーは、現像ローラ５２のさらなる回転によって、感光体２０に対向する現像位置に至り、該現像位置の交番電界下で感光体２０に形成された静電潜像の現像に供される。現像に供されなかった現像ローラ５２上のトナーは、該現像ローラ５２のさらなる回転によって現像室Ａに戻ることとなる。

次に、本発明の特徴であるトナーの循環について説明する。トナーは、トナー収容室Ｂから第１搬送路５０１を介して現像室Ａに補給され、現像室Ａから第２搬送路５０２を介してトナー収容室Ｂに戻る循環経路を形成する。現像室Ａでは、印刷により感光体２０上の静電潜像の現像で消費されるトナーが発生することになり、循環経路全体のトナー量はこの消費トナーの分だけ減少していくことになる。

ここで、第１搬送路５０１と第２搬送路５０２とは互いに別に駆動することが可能である。第１搬送路５０１による補給の経路と、第２搬送路５０２による回収の経路を別に駆動することで、印刷の状況によって変化する消費トナーの量や劣化トナーの量と質に柔軟に対応することができ、現像室Ａのトナーの量と質を適切に保つことが可能となる。

画像形成装置の使用開始時や、現像ユニット５０自体の交換、あるいは、トナー収容部５５の交換、あるいは、補給手段５６の交換をしたときなど、現像ユニット５０の使用開始時には、現像室Ａのトナーの状態としては、現像室Ａに新トナーがある状態、現像室Ａにトナーが無い状態、現像室Ａには劣化トナーがある状態の３つの状態が想定される。以下、これらの状態における使用開始時から印刷可能な状態とするまでの動作を説明しておく。なお、これらの動作は、必ずしも印刷前に行う必要はなく、通常の印刷動作によるトナー循環によっても実現できる。

まず、現像室Ａに新トナーがある状態においては、現像室Ａに所定量の新トナーがあれば、そのまま印刷開始可能な状態となる。現像室Ａに新トナーが所定量無い場合には、第１搬送路５０１を駆動して所定量になるまでトナー収容室Ｂから現像室Ａにトナーを補給して印刷開始可能な状態とする。

次に、現像室Ａにトナーが無い状態においては、現像室Ａのトナー量が所定量となるまで、第１搬送路５０１を駆動してトナー収容室Ｂから現像室Ａに新トナーを補給して印刷開始可能な状態となる。これらの２つの状態では、循環経路におけるトナーは新トナーのみであるから、現像室Ａでの質の不均一は存在しない。

最後に、現像室Ａに劣化トナーが残っている状態で、かつ現像室Ａの劣化トナー量が所定量未満となった場合について説明する。この場合、現像室Ａのトナー量が所定量未満であるので、量的な点においては新たに新トナーを補給する必要がある。本発明におけるトナーの質の不均一の解消という趣旨からすれば、現像室Ａのトナーとトナー収容室Ｂのトナーの質において出力画像の劣化が生じる程の格差があるのは好ましい状態とはいえない。現像室Ａの劣化トナーの消費、あるいは回収に伴ってトナー収容室Ｂから新たに新トナーが補給されることになると、現像室Ａで劣化トナーと新トナーの不均一が生じるためである。従って、トナー収容室Ｂのトナーが、出力画像の劣化として観察されるに至るよりも前に第２搬送路５０２と第１搬送路５０１をある程度の時間駆動することでトナーを循環させ、現像室Ａ内で供給ローラ５３と現像ローラ５２を回転駆動することにより劣化トナーと新トナーの攪拌を行い、現像室Ａの劣化トナーとトナー収容室Ｂの新トナーの質を均一にした上で印刷開始可能な状態とすることが好ましい。なお、現像室Ａ内でのトナーの攪拌は、供給ローラ５３のみを回転させ、現像ローラ５２の回転駆動を停止すると、現像ユニット５０の開口部からトナーが飛散することがないのでより好ましい。

次に、トナーの循環を担う第１搬送路５０１による補給処理と第２搬送路５０２による回収処理について説明する。制御ユニット１００は、温度や湿度などトナーの劣化に影響を及ぼす環境情報、環境情報に基づき設定される値、印刷濃度情報や現像ローラの駆動時間など印刷の状況で変化する劣化トナー発生の指標となる印刷情報を記憶する記憶部と、後で説明する現像室Ａで発生する劣化トナーの発生を示す劣化指数を算出する劣化指数算出部と、記憶部に記憶された各種情報と劣化指数算出部の算出結果からトナーの循環と攪拌の制御を判断する判断部と、判断部からの制御信号により第１搬送路５０１、第２搬送路５０２、供給ローラ５３や現像ローラ５２を駆動する駆動制御部とを有している。

図５は、第１搬送路５０１を駆動することによるトナーの補給処理の一形態を示すフローである。トナーの補給は、現像室Ａのトナー量に基づき補給されることとなるが、そのトナー量の検出には、圧電素子や光透過型の光学センサーを利用する形態などが考えられる。また、これらの形態に限るものではなく、現像室Ａのトナー量を検出できるセンサーであればその種類を問うものではない。

まず、ステップＳ１１では、上述する各種センサーを用いて現像室Ａのトナー量を検出する。次に、検出したトナー量が一定量以下であるか否かの判断が行われる（ステップＳ１２）。現像室Ａにトナーが一定量あれば、ステップＳ１１に戻り、センサーによる現像室Ａのトナー量検出を繰り返すこととなる。一方、印刷によりトナーが消費され、あるいは、第２搬送路５０２によりトナーが回収されることで、現像室Ａのトナー量が減少した場合には、ステップＳ１２において一定量以下になったことが判断され、ステップＳ１３以降の第１搬送路５０１によるトナー補給が開始されることとなる。

ステップＳ１３では、第１搬送路５０１を駆動してトナー収容室Ｂから現像室Ａにトナーの補給を開始する。ステップ１４では、前述と同様、現像室Ａのトナー量の検出が行われることとなるが、ここでは、トナー量が一定量に達したか否かの判断が行われることになる（ステップＳ１５）。一定量に達していなければ引き続きトナーの補給が行われ、一定量に達した場合には、第１搬送路５０１の駆動を停止して現像室Ａへのトナーの補給を中止することとなる（ステップＳ１６）。

なお、図５には記載していないが、現像室Ａのトナーの減少度合いに応じて第１搬送路５０１の駆動速度を可変し、現像室Ａのトナー量の不足に早急に対応できる構成としてもよい。例えば、現像室Ａのトナー量が急激に減った場合には、第１搬送路５０１を通常よりも速い速度で駆動することで現像室Ａのトナー減少度合いに応じた補給が可能となる。以上説明した第１搬送路５０１による補給処理により、現像室Ａには一定量のトナーを確保することができる。

次に、第２搬送路５０２を駆動することによるトナー回収処理について、図６から図９を用いて説明を行う。図６はトナー回収処理の各種タイムチャートを示した図である。図７から図９は、各種のトナー回収処理のフローを示した図である。

現像室Ａからの第２搬送路５０２によるトナー回収は、基本的には後で説明する現像室Ａで発生する劣化トナーの発生を示す劣化指数に応じて行われることとなる。第２搬送路５０２の駆動には、劣化トナーの発生量に応じた様々な回収手法が考えられるが、ここでは、図６のタイムチャートに示したように、第２搬送路５０２の（ａ）駆動タイミングを可変とする場合、（ｂ）駆動時間を可変とする場合、（ｃ）駆動速度を可変とする場合とに分けて説明することとする。これら（ａ）（ｂ）（ｃ）の３つの場合分けは説明を容易にするために行われるものであり、実際には、これら３つの駆動を適宜に組み合わせて行ってもよい。

まず、駆動タイミングを可変とする場合について図６（ａ）に記載するタイムチャートと、図７に示すフローを用いて説明を行う。現像室Ａを含む新品の現像ユニット５０が画像形成装置に装着されると、まず設定値の初期化が行われる（ステップＳ３１）。この設定値は後で説明する劣化指数の閾値となる数値である。次にステップＳ３２では、画像形成装置（現像ユニット５０周辺であることが好ましい）に設置された各種のセンサーにより環境情報が検出される。この環境情報には、温度や湿度などトナーの劣化に影響を及ぼす各種の情報が採用されることになるが、精密な制御のため温度、湿度の両方を採用してもかまわないし、簡易的にはどちらか一方だけであってもよい。また、トナーの劣化に影響を及ぼす情報であればこれらに限ることもない。

ステップＳ３３では、検出した環境情報に基づいて所定の設定値を設定することになる。例えば、高温多湿のようなトナーの劣化の度合いが大きい状況下では小さい設定値を、また、トナーの劣化度合いが少ない状況下では大きい設定値を設定することとなる。なお、いずれの回収のフローにおいてもこれら環境情報に基づく設定は省略することが可能である。その場合、環境情報に基づいた綿密な制御はできないものの処理の簡略化が可能となる。

ステップＳ３４からステップ３６３では、劣化指数を算出することとなる。この劣化指数は、現像室Ａにおける劣化現像剤の指標となる数値であり、種々の印刷情報によって算出することができる。例えば、図７のフロー例では、印刷の濃度を示す情報の一つである印刷デューティを用いて算出することができる。これ以外に、印刷ドットや現像ローラの駆動時間など、印刷の状況で変化する劣化現像剤発生の指標となる情報であればよく、また、複数の情報を適宜に組み合わせて用いてもかまわない。

ステップＳ３４では、印刷を行っている状況下での印刷情報として印刷デューティを検出する。ステップＳ３５では、検出した印刷デューティに応じて、例えばステップＳ３６１からステップＳ３６３の３つの場合に分岐する。この分岐を更に多くすることで更に精緻に第２搬送路５０２を制御することも可能となる。

ステップＳ３５で検出した印刷デューティが小さい場合、すなわち、印刷の濃度が薄いため、現像ローラ５２から感光体２０へ移動する消費トナー量が少ない場合は、結果的に現像ローラ５２から現像室Ａに戻されるトナー量は多くなる。このトナーは現像室Ａで劣化トナーとなる可能性が大きいため、結果的には印刷デューティが小さい場合は劣化トナーの量が多く発生することになる。この場合、ステップＳ３６１に進みカウント値の幅を大きく、或いは、カウント値を早くカウントして設定値に達する時間を短くして駆動タイミングが早くなるようにする。このカウント値は、劣化トナーの発生に関係する値といえるから、本発明においてこれを劣化指数と称することとする。

次に、ステップＳ３５にて検出した印刷デューティが大きい場合、すなわち、印刷の濃度が濃いため、現像ローラ５２から感光体２０へ移動して消費されるトナー量は多くなり、現像ローラ５２から現像室Ａに戻されるトナー量は少なくなる。したがって、印刷デューティが大きい場合には劣化トナーの量は少なくなることが想定されるから、この場合には、ステップＳ３６３に進みウント値の幅を小さく、或いは、カウント値を遅くカウントすることで設定値への到達時間を長くして駆動タイミングが遅くなるようにする。

ステップＳ３４にて検出した印刷デューティが両者の中間となる場合には、ステップＳ３６２に進み、カウント値の幅、あるいは、カウント値する速度を前述の中間として劣化指数をカウントすることとなる。

ステップＳ３７では、カウントされた劣化指数がステップＳ３３で設定した設定値を超
えたか否かの判断を行う。劣化指数が設定値を超えていない場合には、再びステップ３４に戻って引き続き劣化指数をカウントすることになる。一方、劣化指数が設定値を超えた場合には劣化トナーが貯まっていると判断し、第２搬送路５０２を所定時間駆動して劣化トナーの回収を行う（ステップＳ３８）。第２搬送路５０２の駆動が終了した後は、ステップＳ３９で劣化指数を初期化し、再びステップＳ３４に戻って劣化指数のカウントを開始することになる。

なお、図７のフローでは劣化トナーの回収後、ステップ３４に戻って劣化指数をカウントすることとしたが、最初のステップＳ３１に戻って、再度、環境情報を検出して設定値を設定し直してもよい。このように設定値を設定し直すことで環境の変化に応じた精密な制御が可能となる。

以上述べた第２搬送路５０２の駆動タイミングを可変とした場合の動作を時系列で示した例を図６（ａ）に示す。この図中、実線で示す期間ｔ１は第２搬送路５０２の駆動期間であり、その駆動時間、搬送速度は等しいものとしている。そして、各期間ｔ１の先頭（上向きの矢印で示されるタイミング）にて第２搬送路５０２の駆動が開始されることとなる。一方、点線で示す区間ａ、ｂ、ｃは、第２搬送路５０２の休止期間を示すものであり、これらの期間は環境情報や劣化指数でその時間長が変化することとなる。図示する時間軸内において環境情報が一定であるとすれば、一番短い区間ａは劣化トナーが比較的多く発生した区間であり、一番長い区間ｃは劣化トナーの発生量は比較的に少ない区間となることが読み取れる。

以上、第２搬送路５０２の駆動タイミングを環境情報、劣化指数で可変することで現像室Ａの劣化トナーの発生に応じた回収が可能となり、第１搬送路５０１の補給と少なくとも供給ローラ５３の回転駆動と組み合わされることで円滑なトナーの循環と攪拌、すなわち、現像室Ａのトナーの量と均一な質を確保することが可能になる。

次に、第２搬送路５０２の駆動時間を可変とする場合について図６（ｂ）に記載するタイムチャートと、図８に示すフローを用いて説明を行う。

この第２搬送路５０２の駆動時間を可変させて駆動する場合、現像室Ａを含む新品の現像ユニット５０が画像形成装置に装着されると、まず設定時間Ｔの初期化が行われる（ステップＳ４１）。この設定時間Ｔは後で説明する劣化指数の監視期間となる時間である。ステップＳ４２では、画像形成装置（現像ユニット５０周辺であることが好ましい）に設置された各種のセンサーにより環境情報が検出される。この環境情報には、温度や湿度などトナーの劣化に影響を及ぼす各種の情報が採用されることになるが、精密な制御のため温度、湿度の両方を採用してもかまわないし、簡易的にはどちらか一方だけであってもよい。また、トナーの劣化に影響を及ぼす情報であればこれらに限ることもない。
次に、環境情報に応じて所定の設定値としての設定時間Ｔを設定することとなる（ステップＳ４３）。この設定時間Ｔは、後で説明する劣化指数を監視する期間となるものであるが、例えば、高温多湿などのトナーの劣化が大きい環境では、この設定時間Ｔを短くすることで監視する期間を短くする。

ステップＳ４４では、時間ｔを初期化してそのカウントを開始する。カウントする時間ｔが設定時間Ｔに達する（ステップＳ４６）まで、印刷情報を検出することで劣化指数を算出することになる（ステップＳ４５）。この破線で囲まれる劣化指数の算出は、図７の破線で囲まれた劣化指数の算出とほぼ同様に行われることになる。時間ｔが設定時間Ｔに達した、すなわち、監視期間が終了したと判断した（ステップＳ４６）場合は、ステップＳ４７で、設定時間Ｔの間に印刷が行われたか否かの判断を行い、印刷があったならば、ステップＳ４８に進み、ステップＳ４５で算出した劣化指数に応じて、ステップＳ４９１
からステップＳ４９３において第２搬送路５０２の駆動が行われることとなる。

設定時間Ｔ期間内の劣化指数が大きい場合は、劣化トナーの発生量が多いと判断し、第２搬送路５０２を長い時間駆動する（ステップＳ４９１）。また、設定時間Ｔ期間内の劣化指数が小さい場合は、劣化トナーの量が少ないと判断して第２搬送路５０２を短い時間駆動する（ステップＳ４９３）。そして、印刷デューティが両者の中間であった場合には、第２搬送路５０２を両者の間の時間駆動することになる（ステップＳ４９２）。そして、第２搬送路５０２の駆動が終了した後は、ステップＳ５０にて劣化指数を初期化して、ステップＳ４４に戻り劣化指数の算出を行うこととなる。

一方、ステップＳ４７にて印刷が行われなかったと判断した場合には、第２搬送路５０２を駆動することなくステップＳ４４に戻り劣化指数の算出を行う。なお、この駆動時間を可変とする場合においても、駆動タイミングを可変する場合と同様、ステップＳ４１に戻って再度、環境情報を検出し設定時間Ｔを設定し直すこととしてもよい。

以上述べた第２搬送路５０２の駆動時間を可変とした場合の動作を時系列で示した一例を図６（ｂ）に示す。この図中、破線の期間は、設定時間Ｔ、すなわち、劣化指数を監視する期間を示している。この設定時間Ｔの期間において、印刷がなかった場合にはｔ３＝０で示すように第２搬送路５０２を駆動することなく再び設定時間Ｔの期間に入ることとなる。一方、設定時間Ｔの期間において劣化指数が大きい場合には、劣化トナーが多く発生した期間と判断し、比較的長いｔ２の期間だけ第２搬送路５０２を駆動する。そして、劣化指数が比較的小さい場合には、劣化トナーが少なく発生した期間と判断し、比較的短いｔ５の期間だけ第２搬送路５０２を駆動することとなる。

以上、第２搬送路５０２の駆動時間を環境情報、劣化指数で可変することで現像室Ａの劣化トナーの発生に応じた回収が可能となり、第１搬送路５０１の補給と少なくとも供給ローラ５３の回転駆動と組み合わされることで円滑なトナーの循環と攪拌、すなわち、現像室Ａのトナーの量と均一な質を確保することが可能となる。

最後に、第２搬送路５０２の駆動速度を可変とする場合について図６（ｃ）に記載するタイムチャートと、図９に示すフローを用いて説明を行う。

この第２搬送路５０２の駆動速度を可変させて駆動する場合、現像室Ａを含む新品の現像ユニット５０が画像形成装置に装着されると、まず設定係数の初期化が行われる（ステップＳ６１）。この設定係数は、後で説明する第２搬送路５０２の駆動速度を調整する係数となるものである。ステップＳ６２では、画像形成装置（現像ユニット５０周辺であることが好ましい）に設置された各種のセンサーにより環境情報が検出される。この環境情報には、温度や湿度などトナーの劣化に影響を及ぼす各種の情報が採用されることになるが、精密な制御のため温度、湿度の両方を採用してもかまわないし、簡易的にはどちらか一方だけであってもよい。また、トナーの劣化に影響を及ぼす情報であればこれらに限ることもない。次に、環境情報に応じて所定の設定値としての設定係数を設定することとなる（ステップＳ６３）。この設定係数は、後で説明する第２搬送路５０２の駆動速度を調整する係数となるものであるが、例えば、高温多湿などのトナーの劣化が大きい環境では、この設定係数を大きくすることで第２搬送路５０２の駆動速度を早くする。

ステップＳ６４では、印刷中か否かの判定を行う。印刷中でない場合は、ステップＳ６９に進んで、第２搬送路５０２の駆動速度をゼロ、すなわち、第２搬送路５０２の駆動を行わずにステップＳ６４に戻ることとなる。一方、ステップＳ６４にて印刷中であると判断した場合は、ステップＳ６５に進み印刷情報を検出することで劣化指数の算出を行うことになる。この破線で囲まれたステップＳ６５での劣化指数の算出は、図７の破線で囲ま
れた劣化指数の算出と同様に行われることとなる。次に、ステップＳ６６では、算出した劣化指数に応じてステップＳ６７１からステップＳ６７３に分岐することとなる。劣化指数が大きい場合は、比較的大きい速度Ｖ大を設定し（Ｓ６７１）、この速度Ｖ大にステップＳ６３で設定した設定係数を乗算して第２搬送路５０２の駆動速度を決定しその駆動を行う（Ｓ６８１）。劣化指数が小さい場合は、比較的小さい速度Ｖ小を設定し（Ｓ６７３）、この速度Ｖ小にステップＳ６３で設定した設定係数を乗算して駆動速度を決定し第２搬送路５０２の駆動を行う（Ｓ６８３）。また、劣化指数が両者の中間である場合には、速度Ｖ中を設定し（Ｓ６７２）、それに設定係数を乗算して駆動速度を決定し第２搬送路５０２の駆動を行うことになる（Ｓ６８２）。このステップＳ６４からステップ６９を行うことで、劣化指数に応じた第２搬送路５０２の駆動を行うことができる。

なお、この駆動速度を可変する場合、適宜なタイミングにてステップＳ６１からステップＳ６３の環境情報による設定係数を設定し直すことで環境の変化に応じた精密な制御が可能になる。

以上述べた第２搬送路５０２の駆動速度を可変とした場合の動作を時系列で示した例を図６（ｃ）に示す。この図中、破線で示す期間は、印刷が行われていないため第２搬送路５０２の駆動を行わない（ｖ＝０）期間である。一方、期間ｄ、ｅ、ｆは、劣化指数に応じた第２搬送路５０２の駆動が行われる期間を示すが、特に、区間ｄでは、印刷状況で変化する劣化指数に追従して第２搬送路５０２の駆動速度がｖ１、ｖ２、ｖ３と変化する様子を示す。

以上、第２搬送路５０２の駆動速度を環境情報、劣化指数で可変することで現像室Ａの劣化トナーの発生に応じた回収が可能となり、第１搬送路５０１の補給と少なくとも供給ローラ５３の回転駆動と組み合わされることで円滑なトナーの循環と攪拌、すなわち、現像室Ａのトナーの均一な質を確保することが可能となる。

なお、この例では、第２搬送路５０２の駆動速度は劣化指数に応じて設定される速度に設定係数を乗算して決定されることとしたが、例えば、設定係数を１に固定することが可能である。その場合、設定係数に基づいた綿密な制御はできないものの処理の簡略化が可能となる。また、第２搬送路５０２の速度は劣化指数の変化に追従することとしたが、例えば、駆動時間を可変とした場合のように、設定時間内における劣化指数を監視することで第２搬送路５０２の駆動速度を決定するようにしてもよい。この場合、第２搬送路５０２の駆動が終了した後は、劣化指数を初期化して、ステップＳ６４に戻り印刷中かの判断を行うこととなる。

以上、第２搬送路５０２の駆動タイミング、駆動時間、駆動速度についてそれぞれの説明を行ったが、これらは説明を容易にするためのものであって、これら駆動タイミング、駆動時間、駆動速度を適宜組み合わせて第２搬送路５０２の駆動を行ってもよい。

以上、本発明では、現像室Ａとトナー収容室Ｂとの間でトナーを循環させる構成を採用することで、均一な質のトナーを現像に供することが可能となり、規制通過モレやカブリ、濃度低下や現像リレキといった出力画像の劣化を防止することができる。

本発明の現像装置を適用する画像形成装置の構成を示す概略図。 本発明の現像装置の断面を示す概略図。 トナー収容部（または、トナー補給手段）別体型の現像装置の外観図。 トナー収容部一体型の現像装置の外観図。 補給処理のフローを示す図。 回収処理の各種タイムチャートを示す図。 駆動タイミング可変時の回収処理のフローを示す図。 駆動時間可変時の回収処理のフローを示す図。 駆動速度可変時の回収処理のフローを示す図。

符号の説明

１５…画像形成ステーション、２０…感光体、３０…帯電ユニット、４０…露光ユニット、５０…現像ユニット、５１…ハウジング、５２…現像ローラ、５３…供給ローラ、５４…規制部材、５５…トナー収容部、５６…補給手段、５０１…第１搬送路、５０２…第２搬送路、７０…中間転写ベルト、７１ａ…ベルト駆動ローラ、７１ｂ…従動ローラ、７２…中間転写ベルトクリーニングユニット、７５…感光体クリーニングユニット、８０…二次転写ユニット、９０…定着ユニット、９０ａ…定着ローラ、９０ｂ…加圧ローラ、９２…給紙トレイ、９５…表示ユニット、１００…制御ユニット、Ａ…現像室、Ｂ…トナー収容室、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４…一次転写部

Claims (12)

1. 内部に現像室を形成するハウジングと、
   内部に現像剤収容室を形成し、一成分からなる現像剤を収容する現像剤収容部と、
   前記現像剤収容室から前記現像室の上方に現像剤を補給する第１搬送路と、
   前記現像室の下方から前記現像剤収容室へ現像剤を回収する第２搬送路と、
   前記現像室に配置され、現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像室に配置され、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、
   前記現像剤担持体に当接して前記現像剤担持体表面の現像剤を規制する規制部材とを備え、
   前記第１搬送路と前記第２搬送路を駆動して現像剤を搬送させ、前記現像室内で現像剤の攪拌を行うことを特徴とする
   現像装置。
2. 前記第１搬送路は、前記現像室の現像剤残量に基づいて駆動される
   請求項１に記載の現像装置。
3. 前記第１搬送路の駆動速度は、前記現像室の現像剤の減少度合いに応じて可変される
   請求項２に記載の現像装置。
4. 前記第２搬送路は、駆動タイミング、駆動時間、駆動速度の少なくともいずれか一つを前記現像室内の劣化現像剤の発生を示す劣化指数に応じて可変とする
   請求項１ないし３のいずれか１つに記載の現像装置。
5. 駆動タイミングを可変する場合、その駆動タイミングは、前記劣化指数が所定の設定値を超えたときとする
   請求項４に記載の現像装置。
6. 駆動時間を可変とする場合、その駆動時間は、所定の設定値としての設定時間内における前記劣化指数に応じて決定される
   請求項４に記載の現像装置。
7. 駆動速度を可変とする場合、その駆動速度は、所定の設定値としての設定係数に応じて決定される
   請求項４に記載の現像装置。
8. 前記所定の設定値は、温度または湿度など少なくともいずれかの一つの環境情報に応じて設定される
   請求項５ないし７のいずれか1つに記載の現像装置。
9. 前記劣化指数は、印刷情報に基づいて決定される
   請求項４ないし８のいずれか1つに記載の現像装置。
10. 前記印刷情報は、印刷デューティ、印刷ドットなどの印刷濃度情報、または、前記現像剤担持体の駆動時間である
    請求項９に記載の現像装置。
11. 前記劣化指数は、前記第２搬送路の駆動終了時に初期化される
    請求項４ないし１０のいずれか1つに記載の現像装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか1つに記載の現像装置を備えることを特徴とする
    画像形成装置。

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