JP2010156911A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置におけるウォーミングアップ期間の初期に特に発生しやすいトナー飛散を効果的に抑制する。
【解決手段】現像ローラ３０の回転を停止させた状態で、撹拌羽根３２ａ，３２ｂを回転させて適正なトナー帯電量を得るようにする。ウォーミングアップ期間において、トナー帯電量を所定値まで効率的に上げる観点からは、現像ローラ３０の累積回転時間及び／又は前回の画像形成要求からの放置時間に応じて、撹拌羽根３２ａ，３２ｂの撹拌時間及び／又は撹拌速度を変化させるのが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる現像装置に関するものである。

像担持体としての感光体に形成された静電潜像をトナーで現像し、このトナー像を更に用紙に転写した後、トナー像を加熱・加圧して用紙に溶融定着させる電子写真方式の画像形成装置は従来から広く用いられている。

このような画像形成装置では、感光体上の静電潜像にトナーを確実に付着させるために、画像形成要求がなされると、画像形成処理に先立って、トナーの帯電量を所定値まで予め上げる、いわゆるウォーミングアップが行われる。例えばトナーとキャリアとを有する２成分系現像剤の場合には、現像装置に設けられた現像ローラ及び撹拌羽根を回転させて現像剤を撹拌してトナーを所定値まで帯電させる。

ウォーミングアップ初期は帯電量の低いトナーが多く存在する。これらの低帯電量のトナーはキャリアとの電気的付着力が小さいので、現像剤が現像ローラ表面に担持され回転搬送されると、主として低帯電量のトナーがキャリアから離れて、現像装置から外に飛散することがある。

特に２成分系現像剤の場合、キャリアは消費されずに現像装置内に残留し続けるため、現像装置の使用期間が長くなるとキャリアが劣化して、トナーを帯電させる能力が低下する。このため、キャリアの使用期間が長くなるほど、低帯電トナーの割合が増加し、前記のトナー飛散が生じやすくなる。

このため、特許文献１では、使用頻度の多少や前回画像形成からの停止期間などの使用履歴を記憶し、その履歴に応じてウォーミングアップの時間制御を行う技術が提案されている。

特開2006-259097

前記提案技術によれば、ウォーミングアップによってトナー帯電量を所望値まで上げることはできるが、ウォーミングアップ期間中、撹拌羽根と共に現像ローラも回転するので、ウォーミングアップ初期においては従来と同様に、低帯電トナーが現像ローラ表面に担持され回転搬送されることになり、低帯電トナーが現像装置から外に飛散する不具合は依然として解消されない。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウォーミングアップ期間の初期に特に発生しやすいトナー飛散を効果的に抑制する現像装置を提供することにある。

また本発明の目的は、ウォーミングアップ時間を延長することなくトナーを所定値まで迅速に帯電できる現像装置を提供することにある。

本発明によれば、像担持体と対向する現像部に現像剤を表面に担持して回転搬送する現像剤担持体と、この現像剤担持体に供給する現像剤を撹拌し帯電させる撹拌手段とを備え、前記現像剤担持体の回転を停止させた状態で前記撹拌手段を駆動可能としたことを特徴とする現像装置が提供される。

ウォーミングアップ期間中におけるトナー飛散を抑制する観点からは、画像形成要求がなされると、前記現像剤担持体の回転を停止させた状態で前記撹拌手段を駆動させるようにするのが望ましい。

ウォーミングアップ期間において、トナー帯電量を所定値まで効率的に上げる観点からは、前記現像剤担持体の累積回転時間及び／又は前回の画像形成要求からの放置時間に応じて、前記撹拌手段の撹拌時間及び／又は撹拌速度を変化させるのが好ましい。

前記現像剤としてはトナーとキャリアとを有する２成分系現像剤であってもよい。

また、前記撹拌手段は、前記現像剤担持体と略平行に設けられていてもよい。前記撹拌手段としては、回転軸の外周に螺旋状に羽根を設けた回転自在の撹拌羽根であってもよい。この場合、複数本の前記撹拌羽根が互いに略平行に設けられ、隣り合う撹拌羽根の現像剤の搬送方向が互いに逆方向で、前記現像剤は撹拌されながら循環されるようにするのが好ましい。

また本発明によれば、前記記載の現像装置を備えた画像形成装置が提供される。

本発明の現像装置では、現像剤担持体の回転を停止させた状態で撹拌手段を駆動できるようにしたので、ウォーミングアップ期間中に現像剤担持体を停止させた状態で撹拌手段を駆動させることにより、現像剤担持体から装置外へトナーを飛散させることなくトナーを所定値まで撹拌帯電させることができるようになる。

本発明が適用される画像形成装置の一例を示す要部断面図 本発明に係る現像装置の一例を示す横断面図 図２の現像装置をＹ方向から見た縦断面 トナーの帯電量分布を示す分布図 撹拌羽根の回転時間とトナー帯電量の関係図 撹拌羽根の回転速度とトナー帯電量の関係図 現像ローラの累積回転時間と撹拌羽根の回転速度の関係図 現像ローラの累積回転時間に対する撹拌羽根の回転速度の設定例 本発明に係る現像装置の制御例を示すフローチャート

以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置について図に基づいてさらに説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１は本発明の現像装置を搭載した複写機（画像形成装置）の一例を示す概略構成図である。複写機は、装置本体１と原稿読取装置２、原稿搬送装置３、使用者が操作する操作部４とを備える。

原稿搬送装置３は、原稿を一枚ずつ読取位置へ搬送するものである。原稿トレイ５に置かれた原稿はピックアップローラ６で原稿搬送路７へ引き出され、供給タイミング調整ローラ８で送り速度を調整されて、原稿読取位置に設けられた読取ローラ９へ搬送される。そして排出トレイ１０へ排出される。読取ローラ９と対向する位置にはスリットガラス１１が設けられ、この位置で原稿の画像が読み取られる。

原稿読取装置２では、読取ローラ９に位置する原稿に対してスリットガラス１１を介して光源１１から光が照射される。そして、原稿からの反射光がミラー１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び結像レンズ１４を経て撮像素子１５に入射し、原稿の画像が読み取られる。原稿搬送装置３と原稿読取装置２は、原稿トレイ５に置かれた原稿が無くなるまで上記の読取動作を繰り返す。なお、コンタクトガラス１６に載置された原稿についても光学的に撮像素子１５に読み取られる。こうして読み取られた撮像素子１５の信号は必要な修正や処理がなされて画像データとして保存される。

次に装置本体１の下部には、給紙カセット１７が着脱可能に配置されている。給紙カセット１７内に積載収容された用紙は、最上部のものから１枚ずつ搬送路１８に送り出される。搬送路１８は、給紙カセット１７から、タイミングローラ対１９のニップ部、転写装置２０、および定着ユニット２２を通って排紙トレイ２３まで延びている。給紙カセット１７から送り出された用紙は、タイミングローラ対１９に搬送され、ここで所定のタイミングで感光体ドラム（像担持体）２５と転写装置２０との間（転写領域）に送り出される。

なお、搬送路１８には、用紙の両面に画像形成を行う際に、用紙をスイッチバックして反転させて転写領域へ再び送る反転再送経路２４が設けられている。

感光体ドラム２５の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電装置２６と、露光装置２７と、現像装置２８と、クリーナ２９とがそれぞれ配置されている。回転する感光体ドラム２５の表面が帯電装置２６によって一様に帯電された後、露光装置２７によって画像データに基づいた静電潜像が形成される。

感光体ドラム２５上に形成された静電潜像は、現像装置２８によって現像されてトナー像となる。感光体ドラム２５上に形成されたトナー像は、感光体ドラム２５の回転にしたがって転写領域に達する。一方、給紙カセット１７から搬送路１８に送り出された用紙は、タイミングローラ対１９によって、トナー像が転写領域に達するタイミング合わせて転写領域へ搬送される。そして、転写装置２０にはトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加される。これにより、転写領域においてトナー像は感光体ドラム２５から用紙に転写される。なお、転写後に感光体ドラム２５上に残留するトナーは、クリーナ２９により回収される。

トナー像が転写された用紙は、搬送路１８を通って定着ユニット２２に送られ、そこで定着領域を通過することによりトナー像が用紙に溶融定着される。そして、用紙は排紙トレイ２３に排出される。

次に、図１の複写機に搭載されている現像装置について説明する。図２は、現像装置の横断面図、図３は、図２のＹ方向から見た縦断面図である。両図を用いて現像装置２８について以下に説明する。現像装置２８は、磁性粒子からなるキャリアとトナーとを有する２成分系現像剤を用いて感光体ドラム２５の静電潜像を現像するものである。この現像装置２８は、複数の磁極を内蔵した回転自在の現像ローラ３０と、水平方向に平行に配置され、互いに逆向きに現像剤を撹拌搬送する２本の撹拌羽根（撹拌手段）３２ａ，３２ｂと、２本の撹拌羽根３２ａ，３２ｂの間に形成され、両端部に開口部３６ａ，３６ｂ（図２に図示）が形成された仕切り板３４とを備える。

図３に示すように、２本の撹拌羽根３２ａ，３２ｂは、螺旋状の羽根３２２が同じ傾斜角で回転軸３２１に形成されたものであって、不図示の駆動機構によって逆方向に回転する。図２に示すように、現像剤は、撹拌羽根３２ａが回転することによって矢印Ｗ３方向に、撹拌羽根３２ｂが回転することによって矢印Ｗ１方向に撹拌されながら搬送される。そして、撹拌羽根３２ａ，３２ｂの両端部において、仕切り板３４の両端部に形成された開口部３６ａ，３６ｂを通って、矢印Ｗ２，Ｗ４で示すように一方の撹拌羽根から他方の撹拌羽根に現像剤は移動する。これにより現像剤は装置内を常に循環し撹拌される。現像装置内を撹拌されながら循環することによってトナーは所定値まで帯電する。

一方、図３に示すように、現像ローラ３０は、表面に数μｍの凹凸を付けた金属製の円筒スリーブ３０１の内部に順に、現像磁極Ｎ_１、搬送磁極Ｓ_１、剥離磁極Ｎ_２、汲み上げ磁極Ｎ_３、ブレード磁極Ｓ_２の５つの磁極を配置した固定磁石３０２を有してなる。現像ローラ３０が矢印方向に回転すると、汲み上げ磁極Ｎ_３の磁力によって、撹拌羽根３２ａから現像ローラ３０へ現像剤が汲み上げられる。現像ローラ３０の表面に担持された現像剤は、不図示の規制ブレードにより層規制された後、現像部へ搬送される。そして現像部では、現像ローラ３０にバイアス電圧が印加され、生じた現像電界により、帯電トナーが感光体ドラム２５上の静電潜像に移動して現像がなされる。その後現像ローラ３０上の現像剤は、搬送磁極Ｓ_１によって装置内部に搬送され、剥離磁極Ｎ_２によって現像ローラ３０から剥離して、撹拌羽根３２ａ，３２ｂによって装置内を再び循環搬送され、現像に供していない現像剤と混合撹拌される。そして汲み上げ極Ｎ_３によって、新たに現像剤が撹拌羽根３２ａから現像スリーブ３０へ供給される。

現像装置２８内のトナー濃度が低下すると、トナーカートリッジ３４（図１に図示）から現像装置２８に新たなトナーが供給される。トナーカートリッジ３４から供給されるトナーは、撹拌羽根３２ｂの上方に形成されたトナー供給口３５（図２に図示）から供給される。現像装置２８に供給された新しいトナーは、前述のように、撹拌羽根３２ａ，３２ｂによって撹拌されながら循環され、これによって所定値まで帯電される。

ところで、撹拌羽根３２ａ，３２ｂの回転が停止すると、トナー帯電量は時間と共に次第に低下する。一方、感光体ドラム２５の静電潜像を現像するためには、トナー帯電量は適正な範囲であることが必要である。

図４にトナーの帯電量分布例を示す。この図は、横軸をトナー帯電量、縦軸をトナー量として、撹拌中のトナー帯電量分布と長期間放置した場合のトナー帯電量分布を示す図である。実線イは、撹拌中のトナー帯電量分布であり、大半のトナーが適正帯電量の範囲ハとニの間にある。一方、破線ロは、撹拌されずに長期間放置されていたトナーの帯電量分布であり、トナー帯電量は全体的に低く、適正帯電量の範囲ハとニの間には少しのトナーしかないことがわかる。低帯電量のトナーはキャリアとの付着力が弱く離脱しやすいので、トナー飛散が生じやすい。

そこで、画像形成装置の電源を入れたときや、前回の画像形成要求からの放置時間が長いときなどは、現像装置２８内のトナー帯電量が低下しているので、適正範囲までトナー帯電量を上げるため、ウォーミングアップが行われる。しかし、従来の現像装置ではウォーミングアップ期間中に、撹拌羽根３２ａ，３２ｂと共に現像ローラ３０も回転させていた。このため、帯電量が未だ低い状態のトナーが、装置外に露出している現像ローラ３０表面から外に飛散することがあった。

一方、本発明では、トナーを適正範囲まで帯電させるウォーミングアップ期間中は画像形成処理が始まっていない段階なので、現像剤ローラ３０は回転させる必要はないとの考えから、撹拌羽根３２ａ，３２ｂのみを回転駆動させることとした。現像剤ローラ３０と感光体ドラム２５は、感光体ドラム表面に傷がつかないよう通常は両者は同時に回転させており、現像剤ローラ３０の停止により感光体ドラム２５も停止する。この結果、ウォーミングアップ期間中、現像剤ローラ３０及び感光体ドラム２５は停止状態となりトナー飛散は格段に抑えられる。

なお、現像剤ローラ３０と撹拌羽根３２ａ，３２ｂとの駆動を別にする必要があるが、互いに異なる駆動源を設ける他に、１つの駆動源を用いてクラッチなどで現像剤ローラ３０への駆動伝達を適宜切り離し可能としてもよい。

次に、トナー帯電量を適正範囲まで上げるための現像剤の撹拌時間及び撹拌速度について説明する。図５は、縦軸をトナー帯電量とし、横軸を撹拌羽根の回転時間として、撹拌速度を一定とした場合の、撹拌時間とトナー帯電量との関係を示したものである。実線ホは、新しい現像剤を使用した場合である。この場合、短時間の撹拌でトナー帯電量は適正範囲まで上昇している。一方、破線へは、長期間使用した現像剤の場合である。この場合、トナー帯電量を適正範囲まで上昇させるには長い時間がかかっている。

図６は、縦軸をトナー帯電量とし、横軸を撹拌羽根の回転速度として、撹拌羽根の駆動時間を一定とした場合の、撹拌速度とトナー帯電量との関係を示したものでる。実線トは、新しい現像剤を使用した場合である。この場合、回転速度が遅くてもトナー帯電量を適正範囲まで上昇させることができること、そして、回転速度をある程度以上速くするとそれ以上速く回転させてもトナー帯電量は所定値以上には上がらないことがわかる。一方、破線チは、長期間使用した現像剤の場合である。この場合、回転速度が低いとトナー帯電量を適正範囲まで上げられないこと、回転速度を上げれば適正なトナー帯電量が得られることがわかる。

図７に、縦軸を撹拌羽根の回転速度とし、横軸を現像ローラの累積回転時間として、撹拌羽根の駆動時間を一定とした場合の、適正なトナー帯電量を得るための撹拌羽根の回転速度を示したものである。なお、現像ローラの累積回転時間は、現像剤の劣化度の指標として用いたものである。また、横軸を、前回の画像形成要求からの放置時間としても同様の相関関係が得られる。

ウォーミングアップ時間は短いほど使用者の利便性は向上する。一方、現像剤が劣化してくると、初期に設定したウォーミングアップ時間では十分なトナー帯電量が得られないようになる。そこで、従来は、現像剤の使用時間が長くなるとウォーミングアップ時間を長くして適正なトナー帯電量を得るようにすることがあったが、図７に示す相関図によれば、現像剤の使用時間が長くなっても、撹拌羽根の回転速度を高めれば初期のウォーミングアップ時間で適正なトナー帯電量が得られることがわかる。そこで、例えば図８のように、現像ローラの累積回転時間によって、撹拌羽根の回転速度を段階的に変える制御が考えられる。もちろん、現像ローラの累積回転時間と共に撹拌羽根の回転速度を連続的に変えても構わない。また、図８の制御例は、横軸を、現像ローラの累積回転時間から前回の画像形成要求から放置時間に変えても適用することができる。

以上ように、トナー帯電量は、現像ローラの累積回転時間、前回の画像形成要求からの放置時間、撹拌羽根の回転時間、撹拌羽根の回転速度に影響を受けることがわかる。そこで次に、現像装置外にトナーを飛散させることなく、適正なトナー帯電量を迅速に得るための現像装置の駆動制御例について説明する。

図９は、現像装置の駆動制御の一例を示すフローチャートである。まず、前提として、現像ローラの累積回転時間及び前回の画像形成要求からの放置時間のデータは、メモリーＡとして記憶手段に逐次更新しつつ記憶される。また、図７や図８に示すような、予め実験によって求めた、現像ローラの累積回転時間と前回の画像形成要求からの放置時間に対する、適正なトナー帯電量を得るための撹拌羽根の回転速度の関係式がメモリーＢとして記憶手段に記憶される。

使用者によって画像形成要求がなされると（ステップＳ１０１）、メモリーＡに逐次更新記憶された現像ローラの累積回転時間及び前回の画像形成要求からの放置時間が読み出される（ステップＳ１０２）。次いで、読み出された現像ローラの累積回転時間及び前回の画像形成要求からの放置時間に対応する撹拌羽根の回転速度がメモリーＢから算出される（ステップＳ１０３）。そして、算出された回転速度で所定時間撹拌羽根は回転駆動される（ステップＳ１０４）。これによって、現像剤の劣化等にかかわらず、所定のウォーミングアップ時間で適正なトナー帯電量が得られる。またこのとき、現像ローラ３０は停止したままであるので、現像装置外にトナーが飛散することが防止される。なお、算出された撹拌速度が、撹拌羽根の許容最高速度を超える場合には、最高回転速度で適正なトナー帯電量を得るのに必要な回転時間を求め、最高回転速度で当該回転時間、撹拌羽根を回転駆動する。もちろん、撹拌時間に上限を設けておき、その上限時間以上に回転駆動が必要な場合には、現像剤又は現像装置の耐久限界としてその交換を使用者に知らせるようにしてもよい。

所定時間が経過すると（ステップＳ１０５）、撹拌羽根の回転を停止させ（ステップＳ１０６）、画像形成を開始する（ステップＳ１０７）。そして、一連の画像形成が終了すれば（ステップＳ１０８）、制御を終了する。

制御方法は上記方法だけでなく、例えば一回の画像形成要求に対して撹拌羽根の回転を当初は早く回転させてやがて所定の回転速度に戻すような段階的な変化をさせることも可能である。

以上説明した実施形態では、撹拌羽根で現像剤を撹拌しつつ搬送していたが、現像剤の撹拌と搬送とを別の手段で行っても構わない。また、現像剤としては２成分系のみならず、１成分系現像剤であっても構わない。さらには、本発明の現像装置及び画像形成装置は、単色の画像形成装置のみならず、カラーの画像形成装置にも当然ながら適用される。

１ 装置本体
２ 原稿読取装置
３ 原稿搬送装置
２２ 定着装置
２５ 感光体ドラム（像担持体）
２６ 帯電装置
２７ 露光装置
２８ 現像装置
２９ クリーナ
３０ 現像ローラ（現像剤担持体）
３１ ハウジング
３２ａ，３２ｂ 撹拌羽根（撹拌手段）
３２１ 回転軸
３２２ 羽根

Claims (8)

1. 像担持体と対向する現像部に現像剤を表面に担持して回転搬送する現像剤担持体と、この現像剤担持体に供給する現像剤を撹拌し帯電させる撹拌手段とを備え、前記現像剤担持体の回転を停止させた状態で前記撹拌手段を駆動可能としたことを特徴とする現像装置。
2. 画像形成要求がなされると、前記現像剤担持体の回転を停止させた状態で前記撹拌手段を駆動させる請求項１記載の現像装置。
3. 前記現像剤担持体の累積回転時間及び／又は前回の画像形成要求からの放置時間に応じて、前記撹拌手段の撹拌時間及び／又は撹拌速度を変化させる請求項２記載の現像装置。
4. 前記現像剤がトナーとキャリアとを有する２成分系現像剤である請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記撹拌手段が、前記現像剤担持体と略平行に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置。
6. 前記撹拌手段が、回転軸の外周に螺旋状に羽根を設けた回転自在の撹拌羽根である請求項１〜５のいずれかに記載の現像装置。
7. 複数本の前記撹拌羽根が互いに略平行に設けられ、隣り合う撹拌羽根の現像剤の搬送方向が互いに逆方向で、前記現像剤は撹拌されながら循環される請求項６記載の現像装置。
8. 前記請求項１〜７のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。