JP4374527B2 - 画像形成装置、現像ユニット及びトナー供給方法 - Google Patents

画像形成装置、現像ユニット及びトナー供給方法 Download PDF

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Description

本発明は、トナーカートリッジと、このトナーカートリッジからトナーの供給を受ける現像ユニットとが設けられた画像形成装置に関する。
例えば、特許文献1は、新品時にトナーを空状態の搬送パイプに強制補給して満たすトナー補給制御装置を開示する。これは、装置が新品であると検出された時に、ホッパーから空の搬送パイプに所定時間連続してトナーを補給して搬送パイプ内を大方トナーで満たした後、間欠的にトナーを補給する度に濃度センサで現像器内の現像剤中のトナー濃度を検出して、濃度上昇があったことが検出された時にトナーの補給を終了する。
特開平06−051637号公報
本発明は、上述した背景からなされたものであり、トナー濃度の低下を防止する画像形成装置を提供することを目的とする。
[画像形成装置]
上記目的を達成するために、本発明にかかる画像形成装置は、画像形成装置本体と、この画像形成装置本体内に配置され、トナーとキャリアからなる現像剤を収容する現像剤収容部を少なくとも有する現像ユニットと、前記画像形成装置本体に対して着脱自在に設けられ、追加のトナーを収容したトナーカートリッジと、前記現像ユニットの現像剤収容部と前記トナーカートリッジとを接続するトナー搬送路と、前記トナー搬送路を介して前記トナーカートリッジに収容されたトナーを前記現像ユニットの現像剤収容部に搬送する第1のトナー搬送手段と、トナーが収容された初期トナー収容部と、前記初期トナー収容部からのトナーを、前記現像ユニットの現像剤収容部へ搬送する第2のトナー搬送手段と、前記現像ユニットにより現像されたトナーを担持する像担持体と、前記像担持体に付着したトナーを回収する回収手段と、前記回収手段により回収されたトナーを前記現像ユニットの現像剤収容部に搬送する回収トナー搬送路と、を有し、前記初期トナー収容部は、前記回収トナー搬送路の少なくとも一部からなる
好適には、前記トナー搬送路は、前記画像形成装置本体に固定されてなる。
好適には、前記現像ユニットは、前記画像形成装置本体に対して着脱自在に設けられてなる。
好適には、前記第2のトナー搬送手段は、前記第1のトナー搬送手段による搬送動作に連動して、前記初期トナー収容部に収容されているトナーを搬送する。
好適には、前記第2のトナー搬送手段は、前記第1のトナー搬送手段と略同一のトナー搬送能力を有し、前記初期トナー収容部は、前記トナー搬送路に充填されるトナー量に対応するだけのトナーを収容してなる。
好適には、前記現像ユニットの現像剤収容部と前記初期トナー収容部との間を遮断し、前記第2のトナー搬送手段による搬送動作に連動して遮断状態を解除する遮断手段をさらに有する。
好適には、前記第2のトナー搬送手段は、既定のタイミングでトナーの搬送動作を停止する。
好適には、前記回収トナー搬送路に設けられ、前記回収手段により回収されたトナー、又は、前記回収トナー搬送路に予め収容されたトナーを搬送する回収トナー搬送手段と、前記回収トナー搬送手段に対して、既定のタイミングまでは前記現像手段により消費されるトナー量に応じてトナーを搬送させ、このタイミングの後は一定の速度で搬送動作を継続させる搬送制御手段とをさらに有する。
本発明の画像形成装置によれば、トナー濃度の低下を防止することができる。
[実施形態]
以下、本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明が適用されるプリンタ装置10について説明する。
図1は、タンデム型のプリンタ装置(画像形成装置)10の構成を示す図である。
図1に示すように、プリンタ装置10は、トナー供給制御部11、トナーカートリッジ12、本体側トナー搬送路13、プロセスカートリッジ14(現像ユニット)、中間転写装置16、用紙トレイ17、用紙搬送路18及び定着器19を有する。このプリンタ装置10は、パーソナルコンピュータ(不図示)などから受信した画像データを印刷するプリンタ機能に加えて、画像読取装置(不図示)を用いたフルカラー複写機としての機能、及び、ファクシミリとしての機能を兼ね備えた複合機であってもよい。なお、本実施形態では、複数のプロセスカートリッジ14(感光体ドラム148などを含む)が設けられたタンデム型のプリンタ装置10を具体例として説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、感光体ドラム148が1つだけ設けられたプリンタ装置であってもよい。
まず、プリンタ装置10の概略を説明すると、プリンタ装置10には、カラー画像を構成する色に対応して、複数のプロセスカートリッジ14が配設されている。本例では、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色に対応して第1のプロセスカートリッジ14Y、第2のプロセスカートリッジ14M、第3のプロセスカートリッジ14及び第4のプロセスカートリッジ14Kが、中間転写装置16に沿って一定の間隔を空けて水平に配列されており、これに対応して、各色のトナーが収容されたトナーカートリッジ12と、本体側トナー搬送路13とが設けられている。
中間転写装置16は、中間転写体としての中間転写ベルト160を図中矢印Aの方向に回転させ、これら4つのプロセスカートリッジ14Y、14M、14C、14Kは、入力された画像データに基づいて各色のトナー像を順次形成し、これら複数のトナー像が互いに重ね合わせられるタイミングで中間転写ベルト160に転写(一次転写)する。なお、各プロセスカートリッジ14Y、14M、14C、14Kの色の順序は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の順に限定されるものではなく、黒(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の順序など、その順序は任意である。
用紙搬送路18は、中間転写装置16の下方に配設されている。用紙トレイ17から供給された記録用紙32は、この用紙搬送路18上を搬送され、上記中間転写ベルト160上に多重に転写された各色のトナー像が一括して転写(二次転写)され、転写されたトナー像が定着器37によって定着され、外部に排出される。
次に、プリンタ装置10の各構成についてより詳細に説明する。
図1に示すように、第1のプロセスカートリッジ14Y、第2のプロセスカートリッジ14M、第3のプロセスカートリッジ14C及び第4のプロセスカートリッジ14Kは、水平方向に一定の間隔をおいて並列的に配置され、形成する画像の色が異なる他は、ほぼ同様に構成されている。そこで、以下、第1のプロセスカートリッジ14Yと、これに対応するトナーカートリッジ12Y及び本体側トナー搬送路13Yとを説明する。なお、各トナーカートリッジ12、本体側トナー搬送路13及びプロセスカートリッジ14の構成は、Y、M、C又はKを付すことにより区別する。
トナー供給制御部11は、例えばASICなどで構成されており、トナー濃度センサ112又は画像濃度センサ114からの濃度信号に基づいて、トナーの供給を制御する。トナー濃度センサ112は、トナーカートリッジ14の近傍に設けられており、現像器140内のトナー濃度(トナー及びキャリアからなる現像剤におけるトナーの濃度)を検知する。また、画像濃度センサ114は、中間転写ベルト160の近傍に設けられており、中間転写ベルト160に転写されたトナー像の濃度を、トナー像からの反射光などに基づいて検知する。
トナーカートリッジ12Yは、画像形成装置本体に対して着脱自在に設けられたトナー容器であり、Y色のトナーを収容している。なお、トナーカートリッジ12Yが画像形成装置本体に装着されるまでは、収容されているトナーが外部に漏れ出さないように、シール部材などでトナーカートリッジ12Yに密閉処理が施されている。
本体側トナー搬送路13は、画像形成装置本体に配設され、トナー供給制御部11の制御に応じて、トナーカートリッジ14Yに収容されているトナーを現像器140(後述)に搬送する。
プロセスカートリッジ14Yは、画像形成装置本体に対して着脱自在に設けられており、現像器140Y、感光体ドラム148Y、クリーニング装置150及び帯電器152を有する。
感光体ドラム148Yは、帯電器152Yにより表面が一様に帯電され、光走査装置(不図示)からイエローの画像データに基づいて照射されるレーザ光Yにより静電潜像が形成される。感光体ドラム148Y上の静電潜像は、現像器140YによりY色のトナーで現像されて、中間転写ベルト160に転写される。なお、トナー像の転写工程の後に感光体ドラム148Yに付着している残留トナー及び紙粉等は、クリーニング装置150Yによって除去される。
なお、現像器140Yにはトナーなどの粉体からなる現像剤が予め収容されているので、プロセスカートリッジ14Yが画像形成装置本体に装着されるまでは、現像剤が漏れ出さないようにシール部材などで密閉処理が施されている。
他のトナーカートリッジ12M、12C及び12K、本体側トナー搬送路13M、13C及び13K、並びに、プロセスカートリッジ14M、14C及び14Kも、上記と同様に、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナーを供給し、供給されたトナーを用いてトナー像を形成し、形成された各色のトナー像を中間転写装置16に転写する。
中間転写装置16は、ドライブロール164、第1のアイドルロール165、ステアリングロール166、第2のアイドルロール167、バックアップロール168、及び第3のアイドルロール169の間に一定のテンションで掛け回された中間転写ベルト160を有し、駆動モータ(不図示)によってドライブロール164が回転駆動されることにより、矢印Aの方向に所定の速度でこの中間転写ベルト160を循環駆動する。中間転写ベルト160は、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等によって接続することにより無端ベルト状に形成されたものである。
また、中間転写装置16は、各プロセスカートリッジ14Y、14M、14C、14Kに対向する位置にそれぞれ第1の一次転写ロール162Y、第2の一次転写ロール162M、第3の一次転写ロール162C及び第4の一次転写ロール162Kを有し、感光体ドラム148Y、148M、148C、148K上に形成された各色のトナー像を、これらの一次転写ロール162により中間転写ベルト160上に多重転写する。なお、中間転写ベルト160に付着した残留トナーは、二次転写位置の下流に設けられたベルト用クリーニング装置のクリーニングブレード又はブラシにより除去される。
用紙搬送路18には、用紙トレイ17から記録用紙32を取り出す給紙ローラ181と、用紙搬送用のローラ対182と、記録用紙32を既定のタイミングで二次転写位置に搬送するレジストロール183とが配設される。
また、用紙搬送路18上の二次転写位置には、バックアップロール168に圧接する二次転写ロール185が配設されており、中間転写ベルト16上に多重に転写された各色のトナー像は、この二次転写ロール185による圧接力及び静電気力で記録用紙32上に二次転写される。各色のトナー像が転写された記録用紙32は、2つの搬送ベルト186によって定着器19へと搬送される。
定着器19は、上記各色のトナー像が転写された記録用紙32に対して加熱処理及び加圧処理を施すことにより、トナーを記録用紙32に溶融固着させる。
[背景と概略]
次に、本発明がなされた背景と本発明の概略を説明する。
図2は、プロセスカートリッジ14の使用時間と現像器140内のトナー濃度との関係を示すグラフである。
プリンタ装置10の設置前において、プリンタ装置10の搬送作業などでプリンタ装置本体内にトナーが散乱しないように、本体側トナー搬送路13にはトナーが充填されていない。したがって、プリンタ装置本体にプロセスカートリッジ14が装着された直後において、プリンタ装置10は、例えば、セットアップ動作などにより、トナーカートリッジ12からトナーを搬出して、本体側トナー搬送路13をトナーで満たす必要がある。なぜなら、本体側トナー搬送路13がトナーで満たされる前に印刷動作を開始すると、現像器140内に予め収容されているトナーを用いて画像を印刷することになるが、トナーカートリッジ12から供給されるトナーが本体側トナー搬送路13を経て現像器140に搬送されるまでにタイムラグが発生するため、トナーの供給が間に合わず、図2のグラフAに示すように、プロセスカートリッジ14(現像器140)内のトナー濃度が一時的に低下するからである。ここで、セットアップとは、プリンタ装置10の各構成を調整する動作である。
そこで、本実施形態におけるプリンタ装置10は、プロセスカートリッジ14内に現像器140(現像剤収容部)とは別に初期トナー収容部を設ける。なお、初期トナー収容部は、トナーカートリッジよりも現像器140に近い位置に配置されることが望ましい。これにより、プリンタ装置10は、トナーカートリッジ14からのトナー供給が間に合わない期間(セットアップ時)において、初期トナー収容部から現像器140にトナーを供給して、図2に示すように、初期状態におけるトナー濃度の低下を防止し(グラフB)、たとえセットアップ動作中の印刷処理であっても、出力画像の濃度を一定に保つことができる。
[実施形態]
次に、本発明の実施形態をより具体的に説明する。
図3は、本実施形態におけるプロセスカートリッジ14の構成を例示する図である。
図3に例示するように、プロセスカートリッジ14の下方に現像器140が設けられている。現像器本体の上面近傍に、本体側トナー搬送路13と接続されるトナー搬入口142と、予め所定量のトナー(初期トナー)が収容している初期トナー収容部144とが設けられている。本体側トナー搬走路13に設けられたトナー搬送装置132は、オーガーなどで構成されており、トナーカートリッジ12に収容されているトナーを、トナー搬入口142を介して現像器140に搬送する。トナー搬入口142の下方には複数のトナー攪拌装置146が設けられており、トナー搬入口142から搬入されたトナーと現像剤(トナー及びキャリア)とを攪拌しながら、現像ロール147の方向に搬送する。現像ロール147は、現像剤で現像ブラシを形成して、帯電器152により一様に帯電された感光体ドラム148の表面に、トナーを付着させる。
感光体ドラム148の上方にクリーニング装置150が設けられている。クリーニング装置150は、感光体ドラム148の表面に残ったトナーを剥離するクリーニングブレード154(回収手段)と、クリーニングブレード154により剥離されたトナーを回収トナーとして収容する回収トナー収容部156とを含む。
図4は、トナー搬入口142及び初期トナー収容部144をより詳細に説明する図である。
図4に示すように、トナー搬入口142は、底部に設けられた開口143を介して、現像器140に連通している。本体側トナー搬送路13は、プロセスカートリッジ14がプリンタ装置本体に装着されると、このプロセスカートリッジ14の現像器140の上面の開口を介して、トナー搬入口142に連通し、本体側トナー搬送路13から搬送されてきたトナーは、開口143を通って、現像器140に搬送される。なお、プロセスカートリッジ14がプリンタ装置本体に装着される前は、トナー搬入口142は、プロセスカートリッジ14の外部に漏れないように、密封されている。
また、初期トナー収容部144は、少なくとも、本体側トナー搬送路13がトナーで満たされるまでの期間に画像形成に必要とされるトナーを収容している。本例の初期トナー収容部144は、本体側トナー搬送路13とほぼ同じトナー搬送能力を有し、この本体側トナー搬送路13と連動してトナーの搬送動作を行うので、本体側トナー搬送路13に充填されるトナー量とほぼ同量のトナーを収容している。そして、初期トナー収容部144の内部に設けられた初期トナー搬送装置145は、オーガーなどで構成されており、本体側トナー搬送路13の搬送動作と連動して、初期トナー収容部144に収容されているトナーをトナー搬入口142に搬送する。すなわち、初期トナー搬送装置145は、現像器140内の現像剤におけるトナー濃度を略一定に保つように、トナーをトナー搬入口142に搬送する。
次に、トナー搬送動作のタイミングについて説明する。
まず、プロセスカートリッジ14がプリンタ装置本体に装着されると、初期トナー搬送装置145は、初期トナー収容部144に収容されるトナーをトナー搬入口142に搬送可能な状態になり、本体側トナー搬送路13の搬送動作に連動して(すなわち、トナー供給制御部11の制御に応じて)、トナーの搬送動作を開始する。そして、本体側トナー搬送路13内にトナーが充填されたタイミング以降(すなわち、本体側トナー搬送路13からトナー搬入口142に供給されるトナー量が既定値を超えた場合)に、初期トナー搬送装置145は、トナーの搬送動作を停止する。
なお、本実施形態における初期トナー収容部144は、本体側トナー搬送路13がトナーで充填されるまでの期間に応じた量のトナーを収容しているので、本体側トナー搬送路13から十分な量のトナーが搬送されるようになった後には、初期トナー収容部144に収容されるトナーは無くなっており、初期トナー収容部144からのトナーの供給は自動的に停止する。したがって、初期トナー搬送装置145は、必ずしもトナーの搬送動作を停止させる必要はない。
以上説明したように、本実施形態におけるプリンタ装置10は、プロセスカートリッジ14が装着された直後において、このプロセスカートリッジ14に設けられた初期トナー収容部144からトナーを供給することにより、トナー濃度の低下を防止して、所望の画像濃度を維持する。
[変形例]
次は、上記実施形態の変形例を説明する。
図5は、回収トナー搬送路158が設けられたプロセスカートリッジ14の構成を例示する図である。なお、図5に示された各構成のうち、図3に示された各構成と実質的に同一のものには同一の符号が付されている。
図5に例示するように、本変形例におけるプロセスカートリッジ14は、回収トナー搬送路158を有する。この場合、回収トナー収容部156は、この回収トナー搬送路158を介して、現像器140の上部に設けられた回収トナー搬入口149に連通している。回収トナー搬送路158は、内部に回収トナー搬送装置159を有し、回収トナー収容部156に収容されるトナーを、回収トナー搬入口149を介して、現像器140に搬送する。すなわち、クリーニング装置150により感光体ドラム148の表面から回収された回収トナーは、回収トナー搬送路158により現像器140に搬送されて、再利用される。
また、この回収トナー搬送路158は、初期トナー収容部として機能する。すなわち、回収トナー搬送路158には、予めトナーが収容されており、このプロセスカートリッジ14がプリンタ装置本体に装着された時から既定の期間において、回収トナー搬送装置159は、本体側トナー搬送路13の搬送動作と連動して(すなわち、トナー供給制御部11(搬送制御手段)の制御に応じて)、この回収トナー搬送路158に収容されているトナーを現像器140に搬送する。すなわち、回収トナー搬送装置159は、現像器140内の現像剤におけるトナー濃度を略一定に保つように、トナーを回収トナー搬入口149に搬送する。なお、回収トナー搬送装置159は、回収トナー搬送路158に収容されている初期トナーがなくなると、一定の速度で搬送動作を行い、回収トナーを搬送する。
図6は、回収トナー搬送路158の初期状態をより詳細に説明する図であり、図6(A)は、未使用時の回収トナー搬送路158を例示し、図6(B)は、使用開始直後の回収トナー搬送路158を例示する。
図6(A)に例示するように、回収トナー搬送路158の現像器側端部の開口158aは、回収トナー搬送路158に収容されているトナーが漏れ出さないように、回収トナー搬送装置159(遮断手段)により塞がれている。
また、図6(B)に例示するように、回収トナー搬送装置159は、モータ(不図示)の回転力により図中上方に移動して、開口158aの密閉状態が解除され、回収トナー搬送路158に収容されているトナーが開口158aを通って現像器140に搬送される。
以上説明したように、本変形例におけるプリンタ装置10は、回収トナー搬送路158を初期トナー収容部として機能させることにより、プロセスカートリッジ14内に別途初期トナー収容部の空間を確保する必要がない。
また、プロセスカートリッジ14は、このカートリッジの初期状態又は使用過程などを示す認識部を設けてもよい。
タンデム型のプリンタ装置(画像形成装置)10の構成を示す図である。 プロセスカートリッジ14の使用時間と現像器140内のトナー濃度との関係を示すグラフである。 本実施形態におけるプロセスカートリッジ14の構成を例示する図である。 トナー搬入口142及び初期トナー収容部144をより詳細に説明する図である。 回収トナー搬送路158が設けられたプロセスカートリッジ14の構成を例示する図である。 回収トナー搬送路158の初期状態をより詳細に説明する図であり、(A)は、未使用時の回収トナー搬送路158を例示し、(B)は、使用開始直後の回収トナー搬送路158を例示する。
符号の説明
10・・・プリンタ装置
11・・・トナー供給制御部
12・・・トナーカートリッジ
13・・・本体側トナー搬送路
14・・・プロセスカートリッジ
144・・・初期トナー収容部
158・・・回収トナー搬送路
16・・・中間転写装置
17・・・用紙トレイ
18・・・用紙搬送路
19・・・定着器

Claims (8)

  1. 画像形成装置本体と、
    この画像形成装置本体内に配置され、トナーとキャリアからなる現像剤を収容する現像剤収容部を少なくとも有する現像ユニットと、
    前記画像形成装置本体に対して着脱自在に設けられ、追加のトナーを収容したトナーカートリッジと、
    前記現像ユニットの現像剤収容部と前記トナーカートリッジとを接続するトナー搬送路と、
    前記トナー搬送路を介して前記トナーカートリッジに収容されたトナーを前記現像ユニットの現像剤収容部に搬送する第1のトナー搬送手段と、
    トナーが収容された初期トナー収容部と、
    前記初期トナー収容部からのトナーを、前記現像ユニットの現像剤収容部へ搬送する第2のトナー搬送手段と、
    前記現像ユニットにより現像されたトナーを担持する像担持体と、
    前記像担持体に付着したトナーを回収する回収手段と、
    前記回収手段により回収されたトナーを前記現像ユニットの現像剤収容部に搬送する回収トナー搬送路と、
    を有し、
    前記初期トナー収容部は、前記回収トナー搬送路の少なくとも一部からなる画像形成装置。
  2. 前記回収トナー搬送路に設けられ、前記回収手段により回収されたトナー、又は、前記回収トナー搬送路に予め収容されたトナーを搬送する回収トナー搬送手段と、
    前記回収トナー搬送手段に対して、既定のタイミングまでは前記現像手段により消費されるトナー量に応じてトナーを搬送させ、このタイミングの後は一定の速度で搬送動作を継続させる搬送制御手段と
    をさらに有する請求項記載の画像形成装置。
  3. 前記トナー搬送路は、前記画像形成装置に固定されてなる
    請求項1又は2記載の画像形成装置。
  4. 前記現像ユニットは、前記画像形成装置本体に対して着脱自在に設けられてなる
    請求項1〜3のいずれかに画像形成装置。
  5. 前記第2のトナー搬送手段は、前記第1のトナー搬送手段による搬送動作に連動して、前記初期トナー収容部に収容されているトナーを搬送する
    請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記第2のトナー搬送手段は、前記第1のトナー搬送手段と略同一のトナー搬送能力を有し、
    前記初期トナー収容部は、前記トナー搬送路に充填されるトナー量に対応するだけのトナーを収容してなる
    請求項1〜5のいずれかに記載の画像形成装置。
  7. 前記現像ユニットの現像剤収容部と前記初期トナー収容部との間を遮断し、前記第2のトナー搬送手段による搬送動作に連動して遮断状態を解除する遮断手段をさらに有する
    請求項1〜6のいずれかに記載の画像形成装置。
  8. 前記第2のトナー搬送手段は、既定のタイミングでトナーの搬送手段を停止する
    請求項1〜7のいずれかに記載の画像形成装置。
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