JP2012058612A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置の起動時に発生する現像部内における現像剤の減少を防止し、機内汚染及び画像品質の低下を防止することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】循環搬送機構２７，２８，２９を有する現像部６と、現像部６とは別の位置に配置された現像剤撹拌部１４とを有し、現像剤搬送経路１７内を空気搬送させることにより現像剤を現像剤撹拌部１４から現像部６へと送る現像剤搬送手段１６，３８，４５を有し、現像剤排出流路１５を介して循環搬送機構２７，２８，２９の作動により現像部６内で循環された現像剤を現像剤撹拌部１４に戻す現像装置２３を有する画像形成装置１において、現像装置２３の動作を開始させる際に、現像剤搬送手段１６，３８，４５を作動させた後に循環搬送機構２７，２８，２９を作動させる制御手段５０を設けた。
【選択図】図６

Description

本発明は、トナーを用いて画像を形成する電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、詳しくは現像装置の動作制御に関する。

電子写真方式の画像形成装置が備える現像装置として、像担持体である感光体への現像剤（トナー）の供給、現像剤の撹拌混合及び補給トナーの撹拌混合を単一の現像装置内で全て同時に行うものが一般的に知られている。このような現像装置では、互いに逆方向に現像剤を搬送する少なくとも２本の搬送スクリュを有し、一方の搬送スクリュにより現像剤が一方に搬送され、他方の搬送スクリュにより現像剤が他方に搬送されることにより、現像装置内部において現像剤が循環する構成となっている。

また、最近では現像部と現像剤撹拌部とを分離し、現像剤撹拌部において十分に現像剤を撹拌した後に現像部に送る現像装置が、例えば「特許文献１」あるいは「特許文献２」に開示されている。この現像装置では、現像剤撹拌部を現像部とは離れた位置に設けるため、現像部を最小限の容積として感光体周りに占める現像容器の容積を極力少なくすることができるという利点がある。また、離れた現像剤撹拌部からの現像剤の搬送は、自由な経路かつ簡素な構成で大量の現像剤を安定して搬送することが可能であることから、空気流と共に現像剤を搬送する空気搬送方式が有効である。

現像装置に用いる現像剤搬送手段として空気搬送方式を用いることは、柔軟なチューブとエアポンプとを用いる簡易な構成で離れた場所に自由な経路で搬送できる点において優れているが、搬送した現像剤を現像部等の一部に開口部（現像ローラ周りの開口部等）を有する容器に供給する場合に、搬送に使用される空気が容器内に吹き込まれると容器内部の空気圧が上昇し、容器内部の現像剤やトナーが開口部より吹き出して容器周りや形成する画像上に飛散する虞がある。このような現像剤の吹き出しは、機内汚染及び出力画像の品質低下といった不具合要因となる。

本発明者等の検討により、このような不具合現象は特に現像装置を起動し始めるタイミングで顕著に発生することが判明した。搬送経路を構成するチューブ内には前回の現像装置動作時に残留した現像剤が自重によって押し固められ、現像剤の嵩密度が上昇することにより目詰まり状態となる。この状態が解除されて空気搬送が可能となるまで現像剤の嵩密度が低下し、実際に現像剤の搬送が開始されるまでには遅延時間が生じる。この遅延時間の間に現像部内の現像剤は搬送スクリュ等によって循環搬送され、現像部から回収経路を経由して現像剤撹拌部に戻されるため、現像部内の現像剤量が減少して最悪の場合には現像部に現像剤が全くなくなってしまう。このような状況では、それまで現像剤によって遮蔽されていた空間や開口部に現像剤搬送用の空気が流れ込み、内部のトナーが開口部より吹き出し易くなり、その飛散量は現像剤によって遮蔽している場合の数十倍にもなる。

本発明は上述の問題点を解決し、現像装置の起動時に発生する現像部内における現像剤の減少を防止し、機内汚染及び画像品質の低下を防止することが可能な画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、像担持体の近傍に配置され内部において現像剤を循環させる循環搬送機構を有する現像部と、前記現像部とは別の位置に配置された現像剤撹拌部とを有し、現像剤搬送経路内を空気搬送させることにより現像剤を前記現像剤撹拌部から前記現像部へと送る現像剤搬送手段を有し、現像剤排出流路を介して前記循環搬送機構の作動により前記現像部内で循環された現像剤を前記現像剤撹拌部に戻す現像装置を有する画像形成装置において、前記現像装置の動作を開始させる際に、前記現像剤搬送手段を作動させた後に前記循環搬送機構を作動させる制御手段を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、さらに前記現像剤搬送手段を作動させた後、前記現像剤搬送経路内に存在する現像剤が搬送を開始された後に前記循環搬送機構を作動させることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、さらに前記現像剤搬送手段を作動させた後、前記現像剤搬送経路内に存在する現像剤が前記現像部に流入された後に前記循環搬送機構を作動させることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、さらに前記現像剤搬送手段を作動させた後、前記現像剤搬送経路を経由した現像剤が前記現像部に到達するまでの時間により決定される所定時間後に前記循環搬送機構を作動させることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の画像形成装置において、さらに前記所定時間は現像剤のトナー濃度により決定されることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４記載の画像形成装置において、さらに前記所定時間は現像剤の嵩密度により決定されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の画像形成装置において、さらに前記嵩密度は前記現像剤搬送経路に設けられた検出手段によって検出されることを特徴とする。

本発明によれば、現像部内部の現像剤が枯渇することを防止でき、現像剤による障壁がなくなるために現像剤搬送用の空気が現像部外に流出してトナー飛散が発生するという不具合の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態を採用した画像形成装置の概略正面図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像装置の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像部を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像剤撹拌部を説明する概略図である。 本発明の第１の実施形態におけるエアポンプを起動してから現像剤が搬送され始めて現像剤供給部に到達するまでの時間と想定される残留現像剤の嵩密度との関係を示す線図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる制御手段のブロック図である。 本発明の第１の実施形態における現像剤のトナー濃度と現像剤の嵩密度との関係を示す線図である。 本発明の第２の実施形態に用いられる現像装置の部分概略斜視図である。 本発明の第２の実施形態におけるセンサの出力と現像剤の嵩密度との関係を示す線図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置を示している。同図において画像形成装置１はいわゆるタンデム型の画像形成装置であり、中間転写ベルト２の下方に沿ってイエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを有している。各作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは同様の構成であり、像担持体である感光体ドラム４、帯電部５、現像装置を構成する現像部６、１次転写部材７、クリーニング装置８等を有している。

この画像形成装置１では、作像動作が開始されると各作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの感光体ドラム４が帯電部５によって一様に帯電され、次に図示しない書き込みユニットによって形成する画像に対応した静電潜像が感光体ドラム４の表面に形成され、現像部６より静電潜像にトナーが供給されて各色のトナー像が各感光体ドラム４上に形成される。各感光体ドラム４上に形成された各色トナー像は各１次転写部材７によって中間転写ベルト２上に重畳転写され、これにより中間転写ベルト２上に４色のフルカラートナー像が形成される。このフルカラートナー像は給紙カセット９から給紙ローラ及びレジストローラ対等により供給される転写紙に２次転写部１０において一括転写され、トナー像が転写された転写紙は定着部１１を通過することにより熱及び圧力によってトナー像を定着された後、排紙部１２に排出される。トナー像転写後の各感光体ドラム４はクリーニング装置８によって表面の残留トナーを除去され、トナー転写後の中間転写ベルト２はベルトクリーニング装置１３によって残留トナーを除去される。

この画像形成装置１には現像装置に特徴があり、通常の現像装置では現像に用いられる現像剤は現像ユニット内部においてトナーとキャリアとを撹拌混合されるが、本発明の現像装置では各作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ内に設けられた現像部６とは離れた場所にそれぞれ現像剤撹拌部１４が配設されている。現像剤撹拌部１４は現像剤と補給トナーとの混合撹拌を確実に行い、トナーの分散及び帯電を安定して行う。この現像剤撹拌部１４の働きによりトナー濃度や帯電量が安定化され、良好な画像形成を安定して行うことができる。各作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの各現像部６において、現像動作後の現像剤はそれぞれ現像剤排出流路１５を通って現像部６から現像剤撹拌部１４へと送られる。現像剤撹拌部１４では新しいトナーの補給も行われ、現像剤撹拌部１４において十分に撹拌された現像剤は図示しないロータリフィーダによって定量ずつ排出される。排出された現像剤は現像剤搬送手段としてのエアポンプ１６より送られるエアの圧力によって搬送され、現像剤搬送経路１７を通って現像部６に戻される。現像剤撹拌部１４への新しいトナーの補給は、トナーホッパ（またはトナーカートリッジ）１８から少量ずつトナーを供給することにより行われる。図１において、符号１９はエアポンプ１６のエア吸引口を、符号２０は外部空気吸引路を、符号２１は除湿装置を、符号２２は空気取入口をそれぞれ示す。

図２は、本発明の一実施形態に用いられる現像装置２３を示している。この現像装置２３は、上述したように感光体ドラム４の近傍に対向配置された現像部６と、現像部６とは別の位置に配置された現像剤撹拌部１４とを備え、現像剤撹拌部１４から現像部６への現像剤の搬送が現像剤搬送経路１７及び現像剤投入部２４を介して行われる構成であり、現像剤としてトナーとキャリアとを混合した２成分現像剤が用いられる。

現像部６は、現像剤投入部２４が接続された現像剤供給部２５と現像剤排出部２６とを有しており現像剤撹拌部１４から空気搬送された現像剤は現像剤投入部２４から現像剤供給部２５を介して現像部６へと供給されて現像に供され、現像剤排出部２６と現像剤撹拌部１４とを接続する現像剤排出流路１５中を自重により落下して現像剤撹拌部１４内に戻されることにより、現像部６と現像剤撹拌部１４との間を循環するように構成されている。

現像部６は、図３に示すように現像ローラ２７及び２本の搬送スクリュ２８，２９をケーシング３０内に有している。現像ローラ２７は内部に磁石を有しており、現像剤を吸着搬送して感光体ドラム４の表面に形成された静電潜像に対してトナーを付着させる周知の構成である。搬送スクリュ２８は現像剤を図３において手前から奥に向かって搬送するように回転駆動され、搬送スクリュ２９は現像剤を図３において奥から手前に向かって搬送するように回転駆動される。ケーシング３０の内部は仕切板３１によって２分割されており、分割された空間内に各搬送スクリュ２８，２９がそれぞれ配設されている。現像ローラ２７及び２本の搬送スクリュ２８，２９によって循環搬送機構が構成され、これらはケーシング３０の外部に設けられたモータ４９（図２参照）により図示しない駆動伝達機構を介してそれぞれ回転駆動される。

仕切板３１は、図３において奥側の端部が途切れており、搬送スクリュ２８から搬送スクリュ２９に向かって現像剤が移動可能に構成されている。搬送スクリュ２９の手前側には現像剤排出部２６が、搬送スクリュ２８の手前側には現像剤供給部２５がそれぞれ配置されている。現像ローラ２７の外周面近傍に位置するケーシング３０には、現像ローラ２７に付着する現像剤を一定量に規制するためのドクターブレード３２が配置されている。ケーシング３０は、感光体ドラム４と対向する部位において現像ローラ２７から現像剤を感光体ドラム４へと供給するための開口を有しており、現像ローラ２７との間には間隙を有している。このような構成であるため、現像剤搬送のために空気がケーシング３０内に吹き込まれて現像部６の内圧が上昇すると、間隙及び開口を介して現像剤がケーシング３０の外部に吹き出てしまうことが問題である。

図２、図４に示すように、現像剤撹拌部１４には逆円錐形状等の排出口３４に向かうほど径が細くなる形状を呈し内部に現像剤が貯容されるケーシング３５が設けられており、ケーシング３５の上部には現像剤補給口３３が、下部には排出口３４が設けられている。ケーシング３５の内部には、下方から上方へと現像剤を搬送するスクリュ３６と、２本の撹拌部材３７がそれぞれ回転自在に設けられている。スクリュ３６はケーシング３５の中心位置に配置され、各撹拌部材３７はスクリュ３６の外側にそれぞれ対称に配置されており、これらが回転することによりケーシング３５内の現像剤が混合される。

スクリュ３６と撹拌部材３７は現像剤搬送手段としてのモータ３８によって回転駆動される。スクリュ３６はモータ３８に直結されており、各撹拌部材３７はギヤ３９ａ〜３９ｄによって構成される減速ギヤ列を介して減速回転される。現像剤補給口３３から排出口３４までの現像剤の搬送は重力によるものであり、現像剤撹拌部１４には常に現像剤が存在して未混合の現像剤がそのまま排出されることがないように構成されている。スクリュ３６の回転によって下方から上方へと持ち上げられた現像剤はスクリュ３６の外側を回転する各撹拌部材３７の回転に伴って下方へと移動し、再びスクリュ３６の周囲に寄せ集められる。このようにケーシング３５内では絶えず現像剤が対流しており、この対流によってケーシング３５内の現像剤全体が均一に混合されるように構成されている。

また、本実施形態に使用される現像剤は２成分現像剤であり、トナーの帯電はキャリアとの摩擦によって付与されるため、帯電量を素早く得るためにはトナーとキャリアとの接触効率を向上させることが重要であるが、本願発明者等の検討によりケーシング３５内で現像剤が対流することにより接触効率が上昇し、かつ現像剤へのダメージも少ないことが判明した。ケーシング３５にはトナーの消費に伴いトナーホッパ１８より新しいトナーが補給され、新しいトナーの補給はモータ４０が駆動することによりトナー供給路４１の内部に配設された図示しない小型の搬送スクリュが回転することで、トナーホッパ１８内の新しいトナーがケーシング３５内に搬送されることにより行われる。この図示しない小型の搬送スクリュは、回転によってトナーホッパ１８内の新しいトナーを一定量搬送可能となるように構成されている。

現像剤撹拌部１４の下方には、図４に示すようにロータリフィーダ４２が配設されている。ロータリフィーダ４２はケーシング３５と連通するように配置されており、ケーシング３５内から一定量の現像剤を排出する機能を備えている。ロータリフィーダ４２は、ケーシング４３及びこの内部に回転自在に設けられた羽根車４４を有しており、羽根車４４が図２に示す現像剤搬送手段としてのモータ４５によって回転されることにより一定量ずつの現像剤を下方へと排出する。

羽根車４４の下方には合流部４６が設けられている。合流部４６には、エアポンプ１６の供給口と接続された空気通路４７、現像剤投入部２４に接続された現像剤搬送経路１７の一端となる入口部４８がそれぞれ接続されており、羽根車４４によって排出された一定量の現像剤をエアポンプ１６から供給された空気に乗せて現像剤投入部２４へと空気搬送するように構成されている。すなわち、ロータリフィーダ４２より一定量排出された現像剤は、エアポンプ１６より供給される空気圧により現像剤搬送経路１７の内部を空気によって搬送され、現像部６の現像剤投入部２４から現像剤供給部２５に戻される。

次に、本発明の特徴部について説明する。本実施形態で示す現像装置２３は、現像部６で現像に供された現像剤が現像剤排出部２６から現像剤排出流路１５を通って現像剤撹拌部１４に送られ、ここで新たなトナーが補給されると共に十分に撹拌混合され、現像剤搬送経路１７を介して適正に帯電された状態の現像剤を現像部６に戻して安定した現像動作を行うものであるが、現像剤の搬送に使用する空気がケーシング３０の内部に流入した際に、常時現像部６内に存在する現像剤が障壁となって現像部６の外部へと空気が漏れる流出経路を塞ぐように、各構成部材の動作制御を行うことに特徴部を有している。

図５は、現像剤搬送経路１７内に現像剤が残留している場合に、エアポンプ１６を起動してから現像剤が搬送され始めて現像剤供給部２５に到達するまでの時間Ｔ１を、想定される残留現像剤の嵩密度の変化に応じて測定したものであり、このとき残留現像剤の重量は一定である。図５より明らかなように、残留現像剤の嵩密度が増加すると現像剤が搬送され始めてから現像剤供給部２５に到達するまでの時間Ｔ１が増加する。ここで現像剤の嵩密度は使用するトナー濃度に応じて変化し、本実施形態では最大トナー濃度の場合である１．７ｇ／ｃｍ^３から最小トナー濃度である２．０ｇ／ｃｍ^３まで変化する。さらに嵩密度は現像剤の自重や振動による押し固め状態によっても変化し、図５において２．２ｇ／ｃｍ^３の値は振動を加えて押し固めた状態での値である。

図５に示すように、想定される現像剤の嵩密度の変化範囲において、時間Ｔ１は１秒程度から８秒程度まで変化する。本実施形態で示した現像部６における現像剤の循環時間は２秒程度であるので遅延時間である時間Ｔ１が１秒程度であれば現像部６内の現像剤が枯渇することはないが、時間Ｔ１が２秒以上となると現像部６内の現像剤が枯渇して上述したような現像剤による障壁がなくなるため、現像剤搬送用の空気が現像部６外に流出してトナー飛散が発生するという不具合が生じる。このトナー飛散量は、現像剤が枯渇していない場合に比して数十倍となる。

上述の問題点を解決すべく、第１の実施形態として画像形成装置１の図示しない制御部より現像装置２３を動作させる命令が発せられた場合に、先ず現像剤搬送手段であるエアポンプ１６、モータ３８、モータ４５を起動し、所定時間を経過した後に循環搬送機構である現像ローラ２７、搬送スクリュ２８，２９を作動させるモータ４９を起動する。図６は、第１の実施形態に用いられる制御手段を示している。この制御手段５０は、エアポンプ１６、モータ３８，４５，４９の動作をそれぞれ制御する。ここで所定時間は、図５における現像剤の嵩密度と時間Ｔ１の関係及び図７に示す現像剤のトナー濃度と現像剤の嵩密度との関係から決定され、画像形成装置１の制御情報であるトナー濃度の制御値に基づいて現像剤の嵩密度を求めて所定時間を決定している。例えばトナー濃度の制御値が７ｗｔ％であった場合には、図７より嵩密度１．８ｇ／ｃｍ^３を導き、図５より所定時間Ｔ１を２秒と決定する。この場合に、トナー濃度の制御値から直接所定時間Ｔ１を決定する換算式を求め、当該換算値を使用して所定時間を決定してもよい。

上述の構成により、現像部６内部の現像剤が枯渇することを防止でき、現像剤による障壁がなくなるために現像剤搬送用の空気が現像部６外に流出してトナー飛散が発生するという不具合の発生を防止することができる。

図８は本発明の第２の実施形態を示しており、この第２の実施形態は第１の実施形態と比較すると、検出手段としてのセンサ５１を用いる点においてのみ相違している。空間の透磁率を測定するセンサ５１は現像剤搬送経路１７の最上流位置近傍に配置されており、計測空間内に存在する現像剤量によって透磁率が変化することを応用して通常は現像剤のトナー濃度測定に用いられているものである。計測空間内に存在する現像剤量は現像剤の嵩密度と等価であり、この出力値によって現像剤の嵩密度を測定して所定時間を決定している。図９は、センサ５１の出力と現像剤の嵩密度との関係を示しており、図９から明らかなように現像剤の嵩密度に対してセンサ５１の出力が一様に変化することから、この出力値から嵩密度を求めて図５に示す関係から所定時間Ｔ１を決定する。例えばセンサ５１の出力が２．５Ｖの場合には現像剤の嵩密度は２．１５ｇ／ｃｍ^３であり、この値から所定時間Ｔ１を６秒と決定する。

また、所定時間Ｔ１を決定する変形例として、想定される嵩密度の最大値において決定される所定時間Ｔ１（本実施形態の場合、２．２ｇ／ｃｍ^３の嵩密度における６．５秒）に固定してもよい。この場合、現像剤投入部２４から現像剤供給部２５に導かれる空間の容積が現像剤搬送経路１７内に残留する現像剤の容積以上である必要があり、現像部６からの現像剤の溢れを防止する必要がある。

なお、エアポンプ１６及びモータ３８，４５を起動した後、現像剤搬送経路１７内に存在する現像剤が搬送を開始された後にモータ４９を起動してもよいし、エアポンプ１６及びモータ３８，４５を起動した後、現像剤搬送経路１７から現像部６に現像剤が流入された後にモータ４９を起動してもよい。ここで、現像剤の搬送を確認するために現像剤供給部２５に現像剤の流入を検知するセンサを設けてもよいし、現像剤搬送路１７の途中に現像剤の挙動を検知するセンサを設けてもよい。

上記実施形態では画像形成装置としてカラープリンタを用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限定されず、複写機、プロッタ、ファクシミリ、これらの複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

１ 画像形成装置
４ 像担持体（感光体ドラム）
６ 現像部
１４ 現像剤撹拌部
１５ 現像剤排出流路
１６ 現像剤搬送手段（エアポンプ）
１７ 現像剤搬送経路
２３ 現像装置
２７ 循環搬送機構（現像ローラ）
２８，２９ 循環搬送機光（搬送スクリュ）
３８，４５ 現像剤搬送手段（モータ）
５０ 制御手段
５１ 検出手段（センサ）

特許第３３９１９２６号公報 特許第３３４９２８６号公報

Claims (7)

1. 像担持体の近傍に配置され内部において現像剤を循環させる循環搬送機構を有する現像部と、前記現像部とは別の位置に配置された現像剤撹拌部とを有し、現像剤搬送経路内を空気搬送させることにより現像剤を前記現像剤撹拌部から前記現像部へと送る現像剤搬送手段を有し、現像剤排出流路を介して前記循環搬送機構の作動により前記現像部内で循環された現像剤を前記現像剤撹拌部に戻す現像装置を有する画像形成装置において、
   前記現像装置の動作を開始させる際に、前記現像剤搬送手段を作動させた後に前記循環搬送機構を作動させる制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記現像剤搬送手段を作動させた後、前記現像剤搬送経路内に存在する現像剤が搬送を開始された後に前記循環搬送機構を作動させることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記現像剤搬送手段を作動させた後、前記現像剤搬送経路内に存在する現像剤が前記現像部に流入された後に前記循環搬送機構を作動させることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記現像剤搬送手段を作動させた後、前記現像剤搬送経路を経由した現像剤が前記現像部に到達するまでの時間により決定される所定時間後に前記循環搬送機構を作動させることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４記載の画像形成装置において、
   前記所定時間は現像剤のトナー濃度により決定されることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４記載の画像形成装置において、
   前記所定時間は現像剤の嵩密度により決定されることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６記載の画像形成装置において、
   前記嵩密度は前記現像剤搬送経路に設けられた検出手段によって検出されることを特徴とする画像形成装置。

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