図1に本発明を適用した、カラー画像を形成可能な多色画像形成装置である画像形成装置の概略を示す。画像形成装置100は、カラーレーザプリンタとファクシミリとの複合機であるが、他のタイプのプリンタ、ファクシミリ、複写機、複写機とプリンタとの複合機等、他の画像形成装置であっても良い。画像形成装置100は、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。これは画像形成装置100がファクシミリとして用いられる場合も同様である。画像形成装置100は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、OHPシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体としてこれに画像形成を行なうことが可能である。
画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な複数の像担持体としての潜像担持体である円筒状の感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKを並設したタンデム構造を採用したタンデム構造、言い換えるとタンデム方式すなわちタンデム型の画像形成装置である。
感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKは、同一径であり、画像形成装置100の本体99の内部のほぼ中央部に配設された無端ベルトである中間転写ベルトとしての転写ベルト11の作像面である外周面側に等間隔で並んでいる。
感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKは、転写ベルト11の移動方向であるA1方向の上流側からこの順で並設されている。各感光体ドラム感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成するための、画像形成部としての作像部たる画像ステーション60Y、60M、60C、60BKに備えられている。
各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに形成された可視像すなわちトナー像は、矢印A1方向に移動する転写ベルト11に対しそれぞれ重畳転写され、その後、記録媒体である転写媒体たる転写紙に一括転写されるようになっている。
転写ベルト11に対する重畳転写は、転写ベルト11がA1方向に移動する過程において、各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに形成されたトナー像が、転写ベルト11の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKのそれぞれに対向する位置に配設された転写チャージャとしての1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKによる電圧印加によって、A1方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして、各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKと転写ベルト11と対向位置である転写位置にて行われる。
転写ベルト11は、その全層をゴム剤等の弾性部材を用いて構成した弾性ベルトである。転写ベルト11は、単層の弾性ベルトであっても良いし、その一部を弾性部材とした弾性ベルトであっても良いし、従来から用いられている、フッ素系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂等を用いても良く、非弾性ベルトであっても良い。
画像形成装置100は、4つの画像ステーション60Y、60M、60C、60BKと、各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKの上方に対向して配設され、転写ベルト11を備えた中間転写装置であるベルトユニットとしての転写ベルトユニット10と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11に当接し、転写ベルト11への当接位置において転写ベルト11と同方向に回転する転写部材としての転写装置たる2次転写ローラ5とを有している。
画像形成装置100はまた、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11上をクリーニングする中間転写クリーニングブラシを備えた中間転写ベルトクリーニング装置としてのクリーニング装置18と、画像ステーション60Y、60M、60C、60BKの下方に対向して配設された書き込み手段である光書き込み装置としての書込装置たる光走査装置8とを有している。
画像形成装置100はまた、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKと転写ベルト11との間に向けて搬送される転写紙を積載したシート給送装置61と、シート給送装置61から搬送されてきた記録紙を、画像ステーション60Y、60M、60C、60BKによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、転写ベルト11と2次転写ローラ5の間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対13と、転写紙の先端がレジストローラ対13に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。
画像形成装置100はまた、トナー像を転写された転写紙に同トナー像を定着させるためのベルト定着方式の定着ユニットとしての定着装置6と、定着装置6を経た転写紙を本体99の外部に排出する排紙ローラ7と、本体99の上部に配設され排紙ローラ7により本体99の外部に排出された転写紙を積載する排紙部としての排紙トレイ17と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーホッパとしてのトナーボトル9Y、9M、9C、9BKとを有している。
画像形成装置100はまた、図示しないCPUと、ROM、RAM等の記憶手段等とを備え画像形成装置100の動作全般を制御する制御手段65を有している。
転写ベルトユニット10は、転写ベルト11の他に、1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKと、転写ベルト11を巻き掛けられた、複数の巻き掛け部材としての、駆動部材である駆動ローラを兼ねた転写入口ローラ73と、従動ローラ72とを有している。転写入口ローラ73は、図示しない駆動源としてのモータの駆動により回転駆動され、これによって、転写ベルト11がA1方向に回転駆動される。
定着装置6は、図示しない熱源を有する定着ユニット63と、定着ユニット63に圧接された加圧ローラ62とを有しており、トナー像を担持した転写紙を定着ユニット63と加圧ローラ62の圧接部である定着部に通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙の表面に定着するようになっている。
光走査装置8は、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKの表面によって構成された被走査面をそれぞれ走査して露光し、静電潜像を形成するための、画像信号に基づくレーザービームとしてのレーザー光であるビームLY、LM、LC、LBKを発するものである。
シート給送装置61は、転写紙を積載した給紙トレイ15と、給紙トレイ15上に積載された転写紙を送り出す給紙コロ16とを有している。
画像ステーション60Y、60M、60C、60BKについて、そのうちの一つの、感光体ドラム20Yを備えた画像ステーション60Yの構成を代表して構成を説明する。なお、他の画像ステーションの構成に関しても実質的に同一であるので、以下の説明においては、便宜上、画像ステーション60Yの構成に付した符号に対応する符号を、他の画像ステーションの構成に付し、また詳細な説明については適宜省略することとし、符号の末尾にY、M、C、Kが付されたものはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成を行うための構成であることを示すこととする。
感光体ドラム20Yを備えた画像ステーション60Yは、感光体ドラム20Yの周囲に、図中反時計方向であるその回転方向B1に沿って、1次転写ローラ12Yと、感光体ドラム20Yをクリーニングするためのクリーニング手段としてのクリーニング装置70Yと、感光体ドラム20Yを高圧に帯電するための帯電手段である帯電装置30Yと、感光体ドラム20Yを現像するための現像手段としての現像装置50Yとを有している。
感光体ドラム20Yと、クリーニング装置70Yと、帯電装置30Yと、現像装置50Yとは一体化されており、プロセスカートリッジを構成している。プロセスカートリッジは本体99に対して着脱自在となっている。このようにプロセスカートリッジ化することは、交換部品として取り扱うことができるため、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。
以上のような構成により、感光体ドラム20Yは、B1方向への回転に伴い、帯電装置30Yにより表面を一様に帯電され、光走査装置8からのビームLYの露光走査によりイエロー色に対応した静電潜像を形成される。この静電潜像の形成は、ビームLYが、紙面垂直方向である主走査方向に走査するとともに、感光体ドラム20YのB1方向への回転により、感光体ドラム20Yの円周方向である副走査方向へも走査することによって行われる。
このようにして形成された静電潜像には、現像装置50Yにより供給される帯電したイエロー色のトナーが付着し、イエロー色に現像されて顕像化され、現像により得られたイエロー色の可視画像たるトナー像は、1次転写ローラ12YによりA1方向に移動する転写ベルト11に1次転写され、転写後に残留したトナー等の異物はクリーニング装置70Yにより掻き取り除去され備蓄されて、感光体ドラム20Yは、帯電装置30Yによる次の帯電に供される。
他の感光体ドラム20C、20M、20BKにおいても同様に各色のトナー像が形成等され、形成された各色のトナー像は、1次転写ローラ12C、12M、12BKにより、A1方向に移動する転写ベルト11上の同じ位置に順次1次転写される。
転写ベルト11上に重ね合わされたトナー像は、転写ベルト11のA1方向の回転に伴い、2次転写ローラ5との対向位置である2次転写部である転写部まで移動し、この転写部において転写紙に2次転写される。
転写ベルト11と2次転写ローラ5との間に搬送されてきた転写紙は、シート給送装置61から繰り出され、レジストローラ対13によって、センサによる検出信号に基づいて、転写ベルト11上のトナー像の先端部が2次転写ローラ5に対向するタイミングで送り出されたものである。
転写紙は、すべての色のトナー像を一括転写され、担持すると、定着装置6に進入し、定着ユニット63と加圧ローラ62との間の定着部を通過する際、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を定着され、この定着処理により、転写紙上に合成カラー画像たるカラー画像が形成される。定着装置6を通過した定着済みの転写紙は、排紙ローラ7を経て、排紙トレイ17上にスタックされる。一方、2次転写を終えた転写ベルト11は、クリーニング装置18によってクリーニングされ、次の1次転写に備える。
画像形成装置100において、現像装置50Y、50M、50C、50BKは互いに略同様の構成となっている。以下、現像装置50Y、50M、50C、50BKを現像装置50として説明する。また感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKを感光体ドラム20として説明し、トナーボトル9Y、9M、9C、9BKをトナーボトル9として説明する。
図2に示すように、現像装置50は、感光体ドラム20に対向して配置され、トナーとキャリアとを含む乾式の2成分現像剤である現像剤を担持する現像剤担持体としての図3に示す現像ローラ51を備えた現像部81と、現像部81に供給する現像剤を撹拌する撹拌部82と、現像部81と撹拌部82との間に現像剤を還流させ循環させるための還流部83と、トナーボトル9を着脱自在に備えトナーボトル9内の新規トナーを撹拌部82に供給するためのトナー補給手段としてのトナー補給部79とを有している。
このように、現像装置50は、現像撹拌分離型の現像装置である。
還流部83は、撹拌部82から現像部81への現像剤の流路を形成する第1の流路形成部を構成する循環復路84と、現像部81から撹拌部82への現像剤の流路を形成する第2の流路形成部を構成する循環往路85とを有している。
図3に示すように、現像部81は、感光体ドラム20に対向する部分に開口部を有し同開口部から現像ローラ51の一部を感光体ドラム20に望むように露出させたケーシングである現像ケース55と、現像ケース55に支持され現像ローラ51上の現像剤を一定の高さに規制する規制部材としてのドクタであるドクタブレードとしての現像ブレード52とを有している。
現像部81はまた、現像剤中のトナー濃度を測定するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度検知センサ56と、直流成分の現像バイアスを印加する図示しないバイアス印加手段と、現像ローラ51を駆動する図示しない現像駆動手段と、第1搬送スクリュ53及び第2搬送スクリュ54と、第1搬送スクリュ53及び第2搬送スクリュ54を回転駆動する図示しない搬送駆動手段等を有している。トナー濃度検知センサ56が検知した、トナー濃度に関する信号は、制御手段65に入力される。バイアス印加手段、現像駆動手段、搬送駆動手段は何れも、制御手段65によって駆動を制御される。
現像ローラ51は、図3における紙面に垂直な方向に延在している。この方向は、現像ローラ51の幅方向、言い換えると軸方向であり、感光体ドラム20の延在方向即ち感光体ドラム20の幅方向、言い換えると軸方向と平行な方向である。現像ローラ51は、詳細な図示を省略するが、磁界発生手段としてのマグネットローラと、マグネットローラを内包し現像駆動手段により図中反時計方向であるC1方向に駆動される非磁性の現像スリーブとを有している。
マグネットローラは、図示を省略するが、現像ケース55に固定されたプラスチックローラと、プラスチックローラに埋め込まれた複数の磁極を形成する複数の磁石であるマグネットブロックとを有している。
現像スリーブは、現像ケース55及びマグネットローラに回転自在に支持されている。現像スリーブは、バイアス印加手段により感光体ドラム20との間に適当な大きさの現像バイアスを印加される。現像領域における現像スリーブと感光体ドラム20とのギアップすなわち現像ギアップは、0.3mmとなるように設定されている。
現像ブレード52は、SUS材料で形成されている。現像ブレード52と現像スリーブとのギアップすなわちドクターギアップは、0.5mmとなるように設定されている。
第1搬送スクリュ53と第2搬送スクリュ54とは、現像ローラ51の幅方向言い換えると現像ローラ51の長手方向である、図3における紙面に垂直な方向に延在するように配設されている。第1搬送スクリュ53と第2搬送スクリュ54とは、搬送駆動手段による回転駆動作用を受けて回転する回転軸としての軸部53a、54aと、軸部53a、54aの表面、具体的には軸部53a、54aの周面上に突設した態様で一体的に成型され、軸部53a、54aの回転によって現像剤を撹拌しながら搬送する搬送部としての羽根部53b、54bとを有している。羽根部53b、54bは螺旋状、言い換えるとスパイラル状をなしているが、軸部53a、54aに対して傾斜した斜板状をなしているものであっても良い。
第1搬送スクリュ53は、現像ローラ51に隣接するように現像ローラ51と対向配置されており、搬送駆動手段によってD1方向に回転駆動されることで、第1収容室58内の現像剤を、現像ローラ51の幅方向に沿って、図3における紙面手前側から奥側へ搬送しながら現像ローラ51に供給する。第1搬送スクリュ53によって第1収容室58内の端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁57の図3における奥側の端部に形成された図示しない開口部を通って第2収容室59内に進入し、第2搬送スクリュ54に受け渡される。
第2搬送スクリュ54は、第1搬送スクリュ53を挟んで現像ローラ51と逆側に配設されており、第2収容室59内において、搬送駆動手段によってE1方向に回転駆動されることで、第1収容室58から送られてくる現像剤を、現像ローラ51の幅方向に沿って、第1搬送スクリュ53とは逆方向に搬送する。なお、仕切り壁57の図3における手前側の端部は現像ケース55と一体であり、開口部などは形成されていない。
図2に示すように、現像ケース55は、図3における紙面手前側に相当する部分に、第1収容室58に連通するように、撹拌部82によって撹拌された現像剤を受け入れる現像剤搬入口を構成する現像剤搬入部86を有しているとともに、第2収容室59に連通するように、第2搬送スクリュ54によって第2収容室59内を図3における手前側の端部まで搬送された現像剤を撹拌部82に向けて送り出す現像剤搬出口を構成する現像剤搬出部87を有している。トナー濃度検知センサ56は第2収容室59内において現像剤搬出部87に進入する直前の現像剤のトナー濃度を検知する。
循環復路84は、撹拌部82と現像剤搬入部86とを接続し、循環往路85は、撹拌部82と現像剤搬出部87とを接続している。
よって、循環往路85によって搬送された現像剤は、落下により現像剤搬入部86を経て第1収容室58内に進入し、第1搬送スクリュ53に受け渡される。また、第2搬送スクリュ54によって第2収容室59内を図3における手前側の端部付近まで搬送された現像剤は、落下により現像剤搬出部87から循環往路85に進入する。
循環往路85は、現像剤搬出部87から垂下された垂下部88と、垂下部88下端を接続され撹拌部82に直結された直結部89とを有している。循環往路85は、トナー補給部79からの新規トナーの補給を直結部89で受けるようになっている。よって、トナー補給部79からの新規トナーの補給位置は、現像剤搬出部87と撹拌部82との間に位置している。
垂下部88は、ゴムチューブ等の、柔軟な素材によって形成されたチューブによって構成されている。垂下部88内は中空であり、現像剤搬出部87から搬出された現像剤が自由落下により直結部89内に進入する。
直結部89は、上端において垂下部88を接続されているとともに、側方においてトナー補給部79を接続された硬質のパイプである。
循環復路84は、撹拌部82に接続され撹拌部82から搬出される撹拌済みの現像剤を一時的に蓄えるとともに送り出して現像部81に供給する現像剤供給手段である現像剤供給部としての供給部90と、供給部90に接続され供給部90から送り出された現像剤を現像剤搬入部86に向けて搬送する搬送部92とを有している。
搬送部92は、一端が現像剤搬入部86に接続された、ゴムチューブ等の、柔軟な素材によって形成されたチューブ92aと、一端がチューブ92aの他端に接続され、中間部が供給部90に接続された継手管路92cと、継手管路92cの他端が接続され供給部90から継手管路92cに進入した現像剤をチューブ92aを介して現像部81に搬送するための空気流を形成する空気流形成手段としてのエアポンプ101とを有している。なお、エアポンプ101は、図1に示すように、現像装置50Y、50M、50C、50BKにおいて、それぞれ、エアポンプ101Y、101M、101C、101BKとして備えられている。
図2に示すように、撹拌部82は、内部の現像剤を撹拌する撹拌器93と、撹拌器93の上方に配設された減速ギア列95bと、減速ギア列95bを回転駆動するモータ95aとを有している。
図4に示すように、撹拌器93は上面に現像剤補給口93bを、下面に排出口93cを設けられており、排出口93cに向かうほど径が細くなる逆円錐型の形状を有している。現像剤補給口93bは図2に示した直結部89を接続されている。
撹拌器93内の中心には下から上に現像剤を搬送する撹拌部材としてのスクリュ96が、その外側には回転可能な2本の撹拌部材97が設けられており、これらの回転動作によって現像剤が撹拌・混合される。
スクリュ96と撹拌部材97とはモータ95aによって回転駆動される。スクリュ96はモータ95aと直結されており、撹拌部材97は、減速ギア列95bを介して回転する。撹拌部材97は、減速ギア列95bに直結された支持部98に回転方向に対して斜めに固定されている。
補給口93bから排出口93cまでの搬送は重力を利用している。撹拌器93はバッファとして機能しその内部に常に現像剤が存在する。よって、撹拌器93は、現像部81の外部に設けられ現像部81において現像に用いられる現像剤を収容した現像剤収容部として機能し、搬出する現像剤量のムラや、搬出する現像剤の粒子間の空気量を一定化させて現像剤の嵩密度を安定化させ、現像部81に向けて搬送部92に進入する現像剤量にムラが生じることを抑制する。また現像部81に収容すべき現像剤量を低減可能であり、現像部81を小型化可能であるため、スペースの限られた感光体ドラム20周りに配置する点においても有利である。
このような撹拌器93においては、現像剤は、スクリュ96の回転によって下から上に持ち上げられるとともに、スクリュ96の外側を回転する撹拌部材97の回転に伴い下方及びスクリュ96に向けて移動し、再びスクリュ96によって下から上に持ち上げられる。
このように撹拌器93では絶えず現像剤が対流している。この対流により、内部の現像剤全体が均一に混合される仕組みである。トナーの帯電はトナーとキャリアの摩擦によって付与されるため、帯電量をすばやく得るためにはトナーとキャリアの接触確率を上げることが重要であるが、本発明者らの検討によって、撹拌器93内における現像剤の対流ではかかる接触確率が上がり、かつ、現像剤へのダメージも少ないことが分かった。
供給部90は、撹拌器93と継手管路92cとを連結した円筒状の筐体90cと、筐体90c内の空間を2分割した仕切り板90dと、仕切り板90dによって2分割された筐体90c内の空間によって形成され撹拌器93側から現像部81側に向けて搬送される現像剤が通過する2つの現像剤搬送路としての排出経路90a、90bとを有している。
供給部90はまた、排出経路90a、90bのそれぞれに配置され排出経路90a、90bを開閉する開閉部材としての開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2と、開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2を駆動する開閉部材駆動手段66とを有している。
開閉部材駆動手段66は制御手段65によって動作を制御される図示しないモータと、モータの駆動を開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2のそれぞれに伝達する図示しない駆動伝達系とを有している。
開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2は、開閉部材駆動手段66によってそれぞれ回転駆動されることで、排出経路90a、90bを互いに独立して開閉する。開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2は、開閉部材駆動手段66によって、同図に示した水平状態とこの状態から90度回転した垂直状態との何れかで姿勢を保つように構成されており、水平状態では排出経路90a、90bを閉塞して現像剤、空気の通過を遮断し、垂直状態では排出経路90a、90bを開放して現像剤、空気の通過を許容する。
よって開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2は排出経路90a、90bを閉じた状態では撹拌器93から継手管路92cに向けて自由落下する現像剤を堰き止めて排出経路90a、90bを通過することを禁止し、排出経路90a、90bを開いた状態では撹拌器93から継手管路92cに向けて自由落下する現像剤を堰き止めることなく排出経路90a、90bを通過させる。
仕切り板90dは、筐体90c内の空間を2等分し、排出経路90a、90bの容積を同じとしている。開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2は互いに同形状、同サイズであり、開閉弁90a1、90b1は上下方向において互いに同位置を占め、開閉弁90a2、90b2は上下方向において互いに同位置を占めている。
制御手段65は、開閉部材駆動手段66の動作を制御して、開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2による排出経路90a、90bの開閉を制御し、撹拌器93から供給部90、搬送部92を経て現像部81に供給される現像剤の所定時間当たりの量が定量となるように制御する。この点、制御手段65は開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2の駆動制御により排出経路90a、90bを開閉する開閉制御手段として機能する。また撹拌器93から供給部90、搬送部92を経て現像部81に供給される現像剤の量を制御する点において、開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2は現像剤供給量制御部材として機能し、制御手段65は現像剤供給量制御手段として機能する。制御手段65はこれら制御手段として機能するときなど、供給部90、現像装置50の制御を行うときには供給部90、現像装置50の構成の一部として動作する。
開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2による排出経路90a、90bの開閉の態様、この開閉によってもたらされる利点など、供給部90のその余の詳細については後述する。
チューブ92a内は中空であり、供給部90から継手管路92c内に進入した現像剤は、エアポンプ101によって、その内部を圧送され、現像剤搬入部86内に供給される。
エアポンプ101は、本形態ではダイヤフラム型エアポンプを用いているが、現像剤をそれによって発生する空気流でチューブ92aを経て現像部81に搬送できるのであれば、バタフライ型エアポンプ、ロータリー型エアポンプなど、他の手段であっても良い。
トナー補給部79は、一端が直結部89に接続されトナーボトル9が着脱自在なパイプ79aと、パイプ79a内に配設され、トナーボトル9からパイプ79a内に落下した新規トナーを、所定の方向に回転することにより直結部89内に搬送する搬送部材としての図示しない螺旋状のコイルと、パイプ79aの他端側に設けられ制御手段65によって駆動を制御されコイルを所定の方向に回転駆動するモータ79bとを有している。
コイルはモータ79bによって定速で回転駆動され、新規トナーの搬送量が駆動時間あたり一定となるように構成されており、パイプ79aの一端側に搬送した新規トナーを直結部89から自由落下させ撹拌器93内に進入させる。
以上のような構成の現像装置50にあっては、撹拌部82でトナーが均一に分散され現像に適した帯電状態とされた現像剤が、循環復路84によって、後述のように適量搬送され、現像剤搬入部86から現像部81に供給される。
現像部81では、第1搬送スクリュ53の回転により、現像剤が現像剤搬入部86から現像ローラ51に沿って搬送され、この過程で、搬送スクリュ53と現像ローラ51との対向領域において、マグネットローラによって汲み上げられて現像ローラ51表面に担持される。
現像ブレード52によって現像剤の担持量を規制され層厚を規制された現像ローラ51は、その回転及びバイアス印加手段による現像バイアスにより、現像ローラ51と感光体ドラム20との間の現像領域に、現像ブレード52によって量を適量とされた現像剤を運ぶ。
現像領域においては、現像剤がマグネットローラによって現像スリーブ上に穂立ちして磁気ブラシを形成し、バイアス印可手段によるバイアスにより、現像剤中の、特に磁気ブラシ先端部のトナーに現像ポテンシャルが作用し、磁性キャリアの表面からトナーが感光体ドラム20の表面に形成された静電潜像に静電的に移行して、静電潜像を所定の色のトナー像として可視像化する。なお、現像ブレード52による規制によっても、トナーの帯電が促進され、撹拌部82から現像部81への搬送過程で帯電量が低下したとしても、その低下分が補われる。
現像によりトナーを消費した現像剤は、現像ローラ51の回転に伴って現像ケース55の収容室58内に戻される。第1搬送スクリュ53の回転により、第1収容室58の端部まで搬送された現像剤は、仕切り壁57の開口部を通って第2収容室59内に進入し、第2搬送スクリュ54に受け渡され、第2収容室59内において、第2搬送スクリュ54は、現像剤を第1搬送スクリュ53とは逆方向に搬送する。第2収容室59の端部まで搬送された現像剤は、現像剤搬出部87から現像部81外に送り出され、循環往路85を経て再度撹拌部82内に進入する。
このように、現像部81においては、第1搬送スクリュ53及び第2搬送スクリュ54によって撹拌搬送された現像剤は、マグネットローラの磁力により汲み上げられて現像スリーブに担持され、感光体ドラム20と対向する現像領域まで搬送され、感光体ドラム20上の潜像にトナーが供給されて現像が行われる。現像後のトナーを消費した現像剤は、現像スリーブ表面から第1収容室58内に解放され、第2収容室59、循環往路85を経て撹拌部82に進入し、撹拌部82にて現像剤に適した状態となり、再度現像部81に供給され、再び現像スリーブ表面に汲み上げられるというサイクルを繰り返す。マグネットブロックはこのようなサイクルを繰り返すように配設されている。
このようなサイクルにおいて、現像剤中のトナーが消費されるため、トナー濃度が低下する。トナー濃度の低下はトナー濃度検知センサ56によって検知される。トナー濃度検知センサ56によってトナー濃度の低下が検知されると、制御手段65は、トナー補給部79を駆動し、トナーホッパ9から、新規トナーを循環往路85を介して撹拌部82に供給する。
このとき、撹拌器93は、補給されたこの新規トナーを現像剤中に撹拌混合する。これにより、補給された新規トナーは、撹拌器93内の既存の現像剤中に拡散する。その過程で、供給された新規トナーは、現像剤中のキャリアや他のトナーとの摩擦によって帯電される。このようにして、新規トナーは現像装置50にて既存の現像剤中に均一に分散されるとともに、現像に適した帯電状態とされる。
よって、画像面積率の高い画像の形成時など、トナー消費量が多い場合でも、補給された新規トナーが十分に分散することなく現像ローラ51に汲み上げられることによる地汚れやトナー飛散といった画像品質の低下が防止ないし抑制される。
制御手段65による、フィードバック制御あるいはトナー補給部79を所定時間駆動するフィードフォワード制御により、現像剤中のトナー濃度が約4〜11重量%の所定の範囲内となるように制御され、キャリアに対するトナーの混合比率が常に適正値に保たれ、高品質の画像が得られることとなる。
ここで、かりに、エアポンプ101によって取り込まれる空気が、本体99内の空気であるとすると、かかる空気の温度が高い場合には、これによって現像部81に搬送される現像剤の温度が上昇し、現像剤の特性が変化して、現像剤の流動性の低下、凝集体の発生等、現像性能の低下の原因となる現象が発生し、画像品質の低下が生じ得る。
本体99内の空気の温度は、例えば、光走査装置8、定着装置6、その他モータにおいて発熱するため外気温よりも高くなりやすい。また、現像装置50でも、現像剤の撹拌混合時における現像剤同士、あるいは現像剤と他の部材との摩擦熱や、現像スリーブがマグネットローラの周囲で高速回転する際に生じる渦電流に起因する発熱が生じ、現像剤の温度が上昇し易い。本体99内部では、これらが現像剤の温度上昇の原因となり得る。
特に、画像形成装置100では、現像装置50が光走査装置8の直上に配設されているため、高温になり易い光走査装置8の熱の影響を受け易い。
そこで、画像形成装置100は、図1、図2、図4に示すように、本体99外とエアポンプ101すなわちエアポンプ101Y、101M、101C、101BKとを接続し、本体99内の空気に比べて低温傾向にある本体99外の空気を取り入れてエアポンプ101Y、101M、101C、101BKに供給するための外部空気吸引路としての外気取込手段102を有している。
外気取込手段102は、一端が本体99、具体的には外装カバーの開口のすぐ内側に配設され同開口から外側に露出し本体99外の空気を取り入れる空気取入口としての取入口を形成するパイプ状の取入部103と、取入部103の他端を接続され、本体99外から取り入れた空気の除湿を行ってエアポンプ101Y、101M、101C、101BKに供給するための除湿手段としての除湿部104とを有している。
外気取込手段102はまた、除湿部104を経た空気が通過する、現像装置50Y、50M、50C、50BKに共通の主ダクト105と、主ダクト105から分岐してエアポンプ101Y、101M、101C、101BKに接続されたチューブ106Y、106M、106C、106BKとを有している。チューブ106Y、106M、106C、106BKは、図2、図4においては符号106で示している。
取入部103は、本体99の最下部に配設され、同最下部から、本体99外の空気を取り入れるようになっている。これにより、本体99外でも低温傾向にある、画像形成装置100が通常設置される床面近傍の空気を取り入れるとともに、取り入れた空気が本体99内を通過する位置を本体99内でも低温傾向にあるその最下部とすることで、極力低温の空気を導入するようになっている。
同様の理由で、除湿部104も本体99の最下部に配設されている。
除湿部104は、取入部103から進入した空気が通過するその内部の空間に除湿剤としてのシリカゲルが充填してあり、このシリカゲルを用いて、本体99外から取り入れ、取入部103を介して進入して来た空気の除湿を行う。これにより、特別な駆動源を用いることなく、簡易な方式で、簡単かつ安価に取り入れた空気中の水分が除去され、搬送する現像剤が湿って帯電性能が低下することを防止ないし抑制し、帯電性能を安定させる。除湿剤としてはシリカゲルが一般的かつ安価で使い易く好ましいが、他のものであっても良い。
主ダクト105及びチューブ106は、柔軟な材料によって形成された中空のチューブによって構成されており、取入部103、除湿部104を含め、その取り回しが容易になっている。
取入部103、除湿部104、主ダクト105及びチューブ106内を流れる空気流は、エアポンプ101の駆動によって生じる、現像剤を現像部81に向けて圧送する空気流の反作用による負圧によって、取入部103により本体99外から外気が引き込まれることによって発生するものである。
これら外気取込手段102の各構成は、本体99外から取り入れた外気が本体99内を通過する際に昇温することを極力防止すべく、断熱材等の、断熱性を有する被覆部材によって覆うことが好ましい。これは、熱を発生させない非発熱部であるトナーボトル9、垂下部88、チューブ92a、継手管路92c等についても同様である。特に、主ダクト105及びチューブ106は、発熱源たる光走査装置8の近傍を取り回されているため、被覆部材による断熱効果が大きい。
このような外気取込手段102を有することにより、エアポンプ101から圧送された空気は比較的低温である。一方、現像装置50内の現像剤、あるいはトナーボトル9内のトナーは本体99内の雰囲気温度によって、通常、外気温よりも高い温度となっている。よってエアポンプ101によって形成された外気による空気流によって搬送される現像剤は、通常、冷却作用を受け、外気温に近い低温となって現像部81に進入する。よって、現像部81内における現像剤の温度は比較的低温に保たれ、この現像剤を用いて感光体ドラム20の良好な現像が行われる。
なお、取入部103の一端には、塵等の異物が進入することを防止するために異物進入防止手段としてのメッシュフィルタ等のフィルタ等を設けることが望ましい。
以上のように、撹拌器93内の現像剤は、供給部90を経てエアポンプ101による空気流によって現像部81に向けて圧送されるが、かかる空気流が供給部90を経て撹拌器93に漏れると、現像部81に向かう空気流量が減少したり、現像剤が撹拌器93に逆流したりして、現像剤の搬送量の不足、バラツキが生じ、これにより現像部81内の現像剤量の不足、バラツキが生じて現像に支障をきたす可能性がある。
そこで、供給部90は、撹拌器93から搬送部92、現像部81への現像剤の供給を行ないながら、かかる空気流の撹拌器83側への流入を遮断するように、開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2によって排出経路90a、90bを開閉するようになっている。
具体的には、図5に示すように、開閉弁90a1、90a2の何れか一方が排出経路90aを閉じた状態とし他方が排出経路90aを開いた状態とするとともに、開閉弁90b1、90b2の何れか一方が排出経路90bを閉じた状態とし他方が排出経路90bを開いた状態とする。この状態は、少なくともエアポンプ101が動作し空気流が発生しているときに形成される。エアポンプ101が非動作の場合はすべての開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2が排出経路90a、90bを閉じた状態としてもよい。
図5に示した状態を形成するために、開閉部材駆動手段66は、開閉弁90a1、90a2が排出経路90aを開閉する位相が互いに180度ずれるように構成され、また開閉弁90b1、90b2が排出経路90bを開閉する位相が互いに180度ずれるように構成されているとともに、開閉弁90a1、90b1の位相が互いに180度ずれるように構成され、また開閉弁90a2、90b2の位相が180度ずれるように構成されている。このような位相関係が保たれるのであれば、開閉部材駆動手段66の構成は適宜選択されるものであり、モータを開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2のそれぞれに対応して設け上述の位相関係を保つように制御手段65によって駆動しもよいし、モータを開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2の全てに対応して1つ設け駆動伝達系が上述の位相関係を保つように構成されていてもよいし、その他の構成となっていてもよい。
なお、開閉部材駆動手段66は、たとえばモータを、複数の現像装置50Y、50M、50C、50BKに共通して用いることで部品を共通化し、省スペース化、コストの低減を図ることも可能である。
そして、図5において状態番号0で示す、エアポンプ101が停止している状態では、図6(a)にも示すように開閉弁90a1、90b2が開状態、開閉弁90a2、90b1が閉状態となり、現像剤は開閉弁90a2、90b1によって排出経路90a、90b内で堰き止められている。
図5において状態番号1で示す、エアポンプ101が動作を開始した状態では、図6(b)にも示すように開閉弁90a1、90b2が閉状態、開閉弁90a2、90b1が開状態となり、現像剤は、開閉弁90a2によって堰き止められていたものが排出経路90aを通過して空気流によって現像部81に搬送され、排出経路90bにおいては開閉弁90b1を通過するものの開閉弁90b2によって堰き止められて現像剤の充填が行なわれ、また、空気流は、排出経路90aについては開閉弁90a1によって撹拌器93側への流入が遮断され、排出経路90bについては開閉弁90b2によって撹拌器93側への流入が遮断され、撹拌器93側に流入することはない。
図5において状態番号2で示す、状態番号1で示した状態に続いてエアポンプ101が動作を継続している状態では、開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2の開閉状態が逆転し、図6(c)にも示すように開閉弁90a1、90b2が開状態、開閉弁90a2、90b1が閉状態となり、現像剤は、開閉弁90b2によって堰き止められていたものが排出経路90bを通過して空気流によって現像部81に搬送され、排出経路90aにおいては開閉弁90a1を通過するものの開閉弁90a2によって堰き止められて現像剤の充填が行なわれ、また、空気流は、排出経路90bについては開閉弁90b1によって撹拌器93側への流入が遮断され、排出経路90aについては開閉弁90a2によって撹拌器93側への流入が遮断され、撹拌器93側に流入することはない。
以降、エアポンプ101が停止する状態番号6で示す状態となるまで、状態番号1と同じ状態と状態番号2と同じ状態が交互に形成される。これによって空気流が撹拌器93側に流入することが遮断された状態が維持されたまま、現像剤は排出経路90a、90bの何れかを交互に通過し、現像部81に連続的に供給される。
すでに述べたように、排出経路90a、90bの容積は互いに同じであり、開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2は互いに同形状、同サイズであるとともに、開閉弁90a1、90b1は上下方向において互いに同位置を占め、開閉弁90a2、90b2は上下方向において互いに同位置を占めているため、開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2の開閉状態を逆転すると、同量の現像剤が現像部81に供給される。
よって、状態番号1、2のワンサイクルで定量の現像剤が現像部81に供給される。また、開閉弁90a1、90a2、90b1、90b2の開閉状態の切換を同じ時間間隔で行なえば、かかる時間間隔が、定量の現像剤を現像部81に供給するワンサイクルとなる。これらワンサイクルの時間は、トナー濃度検知センサ56によって検知されたトナー濃度と目標値との差の大小に応じて制御手段65によって随時変更可能であり、かかる差が大きいときにはかかる時間間隔を短くして、時間当たりの現像剤供給量を多くすることも可能である。かかるワンサイクルの時間を短くするほど、連続して定量の現像剤が現像部81に供給される。
なお、排出経路の数は、複数であれば、本形態のように2つに限らず、3つ以上であってもよく、それぞれの排出経路に備えられた開閉弁の開閉切換のタイミングを排出経路ごとにずらせば、排出経路の数が多いほど、現像部81への現像剤供給の連続性が向上する。また、開閉弁の数も、複数であれば、本形態のように2つに限らず、3つ以上であってもよく、それぞれの排出経路に備えられた複数の開閉弁のうちの少なくとも1つが当該排出経路を閉じるという条件を満たしつつ、それらの開閉切換のタイミングを互いにずらせば、開閉弁の数が多いほど、撹拌部93への空気流の遮断状態を維持しつつ現像部81への現像剤供給の連続性が向上する。
図7に、現像装置50の他の構成例を示す。この構成例は、排出経路90a、90b内の空気を逃がすための通気路67a、67bと、通気路67a、67bをそれぞれ遮断可能な遮断手段としてのバルブ68a、68bを備えている点でのみ上述の構成例と異なっている。
通気路67a、67bは、たとえば、状態番号1の動作説明において述べた、排出経路90bにおいて開閉弁90b1を通過した現像剤が開閉弁90b2によって堰き止められ現像剤の充填が行なわれるとき、また、状態番号2の動作説明において述べた、排出経路90aにおいて開閉弁90a1を通過した現像剤が開閉弁90a2によって堰き止められ現像剤の充填が行なわれるときに、かかる現像剤の充填がスムーズに行なわれるようにするために設けられている。かかる充填は、充填が行なわれる空間を占めていた空気が現像剤に取って代わられることによって行なわれるため、かかる空気の逃げ場がないと、この空気と現像剤との交換が生じにくくなる。そこで、通気路67a、67bを設け、かかる空気の逃げ道を形成したものである。
通気路67aは、柔軟なチューブによって形成されており、排出経路90a内における開閉弁90a1と開閉弁90a2との間の空間に連通するようにその一端を接続され、その他端を、撹拌器83内の、現像剤の上面位置よりも上方の空間に連通するように接続されている。通気路67bは、柔軟なチューブによって形成されており、排出経路90b内における開閉弁90b1と開閉弁90b2との間の空間に連通するようにその一端を接続され、その他端を、撹拌器83内の、現像剤の上面位置よりも上方の空間に連通するように接続されている。
通気路67a、67bの他端は、本体99内外の空間に開放してもよいが、そうすると、かかる充填の際に現像剤が空気とともにその空間に放出され、その空間が現像剤によって汚染され得るため、撹拌器83に接続されている。通気路67a、67bの他端を、撹拌器83内の、現像剤の上面位置よりも上方の空間に接続したのは、撹拌器83内の現像剤が通気路67a、67bに流入することを防止ないし抑制するためであるが、かかる流入が防止されるのであれば、現像剤の上面位置よりも上方の空間に接続してもよい。
バルブ68a、68bは、開閉弁90a2、90b2が開いた状態において、エアポンプ101によって形成された空気流が、通気路67a、67bを通じて撹拌器83に流入することによる、空気流の漏れを防止するために設けられている。よって、図8に示すように、開閉弁90a2が開いた状態となっているとき、すなわちたとえば状態番号1、3においては、バルブ68aが動作して通気路67aを閉じて空気漏れを防止し、同図においてたとえば状態番号2、4で示す、開閉弁90a2が閉じ、開閉弁90a1が開いて現像剤が充填されるときには、バルブ68aは動作せず通気路67aを開放し、充填が速やかに行なわれるようにする。また、開閉弁90b2が開いた状態となっているとき、すなわちたとえば状態番号2、4においては、バルブ68bが動作して通気路67bを閉じて空気漏れを防止し、同図においてたとえば状態番号1、3で示す、開閉弁90b2が閉じ、開閉弁90b1が開いて現像剤が充填されるときには、バルブ68bは動作せず通気路67bを開放し、充填が速やかに行なわれるようにする。このようなバルブ68a、68bの切り換えは、制御手段65によって行われる。この点、制御手段65は通気切換制御手段として機能する。
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
たとえば、現像剤は、2成分現像剤に限らず、1成分現像剤でもよく、この場合にも、上述の例と同様の現像部と撹拌部とを適用できる。
上述の例では、新規トナーを撹拌部の直前位置に供給したが、新規トナーは撹拌部に直接補給しても良い。
上述の例では、現像装置においてバイアス印加手段により直流成分の現像バイアスを印加しているが、現像バイアスは、交流成分であっても良いし、直流成分に交流成分を重畳したものであっても良い。
いわゆるタンデム方式の画像形成装置ではなく、1つの感光体ドラム上に順次各色のトナー像を形成して各色トナー像を順次重ね合わせてカラー画像を得るいわゆる1ドラム方式の画像形成装置にも同様に適用することができる。また、カラー画像形成装置でなく、モノクロ画像形成装置にも適用することができる。いずれのタイプの画像形成装置でも、中間転写体を用いず、各色のトナー像を転写紙等に直接転写しても良い。
開閉部材が現像剤搬送路を閉じた状態における気密性は、開閉部材等の摩擦による経時劣化等を考慮して適宜定められるものであって、その程度は現像剤の供給性能担保について有意であることが認められればよい。
また、本発明は、現像装置に対するロータリフィーダ等の他の現像剤供給手段の設置を排除するものではなく、かかる他の現像剤供給手段を通じて空気流の漏れが生じることのないように、たとえばかかる他の現像剤供給手段を現像剤収容部に対し開閉部材を配置した現像剤搬送路に直列に接続することが可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。