JP4472561B2

JP4472561B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4472561B2
Application number: JP2005066131A
Authority: JP
Inventors: 修一遠藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: JP2006251234A

Description

本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置に係り、詳しくは、トナーカートリッジを着脱可能な現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、この種の画像形成装置として、トナーカートリッジが着脱可能な現像装置を備え、現像装置に装着して使用していたトナーカートリッジのトナーがなくなり、そのトナーカートリッジを交換したとき、新しいトナーカートリッジから現像装置のトナー貯留部に補給できるようにした画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、このようなトナーカートリッジからトナー補給可能な画像形成装置として、トナーカートリッジを現像装置本体の上部に着脱可能にしたものと、トナーカートリッジを現像装置本体の側方部に着脱可能にしたものがある。

これらの画像形成装置のうち、トナーカートリッジを現像装置本体の上部に着脱可能にした画像形成装置では、トナーカートリッジを交換した後、交換後のトナーカートリッジ内のトナーを、重力の作用により、その下方に位置する現像装置のトナー貯留部に一気に補給することができる。
しかしながら、この画像形成装置では、装置の上部を開けてトナーカートリッジを交換する構成になっている場合が多く、トナーカートリッジの交換作業が面倒であった。また、画像形成装置の上部を開ける構造は、上部にフラットスキャナーを有する複写機には向かない構造であり、主としてスキャナーのないプリンタやシートスキャナで対応していたＦＡＸ装置などへの展開に限られていた。そのため、画像形成装置の作像を行う部分である作像エンジンの共通化で各種の画像形成装置の開発スピードを上げることが要求されている近年では、このような制約を有する作像エンジンは採用され難い方向になってきている。
また、トナーカートリッジを現像装置の上部に装着する構成は、現像装置を上下方向に複数並べたカラー画像形成装置に不向きである。かかるカラー画像形成装置では、トナーカートリッジを上部に装着した複数の現像装置で、上下方向の広いスペースを占有してしまうことになり、画像形成装置の小型化が難しくなる。

一方、トナーカートリッジを現像装置本体の側方部に着脱可能にした画像形成装置では、重力の作用でトナーを補給することができないため、トナーカートリッジに設けたパドル（トナー補給部材）を回転させることにより、トナーカートリッジ内のトナーがトナー貯留部に補給される。この画像形成装置の場合、現像装置本体を画像形成装置内に残したまま画像形成装置の手前側側面からトナーカートリッジを水平方向に引き出して交換できるような構成を採用しやすいため、トナーカートリッジ交換の作業性が向上する。更に、現像装置の上方にトナーカートリッジを設けた場合に比して、トナーカートリッジを装着した現像装置全体の寸法を小さくすることができるため、現像装置を上下方向に複数並べたカラー画像形成装置に適用した場合、小型化を図りやすい。更に、画像形成装置の上部を開くような構成ではないため、上部にフラットスキャナーを有する複写機への展開も容易である。

特開２００２−３２３８１２号公報

ところが、現像装置本体の側方にトナーカートリッジを着脱可能にし、そのトナーカートリッジから現像装置のトナー貯留部に向けて横方向にトナーを補給するように構成した場合、次のような不具合が生じるおそれがある。すなわち、現像装置本体の側方にあるトナーカートリッジを交換した後、その交換後のトナーカートリッジからトナー貯留部に向けて横方向にトナーを補給する場合、重力の作用でトナーを補給することができない。そのため、トナーカートリッジ交換後のトナー補給リカバリー動作時に、新しいトナーがトナー貯留部に十分に供給されず、帯電性が劣化したトナーが相対的に多い状態が続き、トナーカートリッジ交換後にかなりの枚数にわたって地汚れが発生してしまうおそれがあるという不具合がある。特に、最近では、１本のトナーカートリッジでなるべく多くの画像形成ができるようにトナーカートリッジにトナーが高い密度で充填されている場合が多い。このように高い密度でトナーが充填されていると、トナーカートリッジ内のトナーがかたまった状態になりやすい。トナーカートリッジの交換時には、トナーをほぐすようにトナーカートリッジ全体を振ることが推奨されているが、ユーザが振る作業にも限界がある。そのため、トナーカートリッジ内のトナーが十分にほぐされずトナーどうしの相対的な動きがない状態で、現像装置にトナーカートリッジがセットされることが多い。このようにセットされた状態で、トナーカートリッジ内のパドル（トナー補給部材）を回転させると、パドルの羽根に乗ったトナーは全体的にトナーカートリッジ内で回転する。また、上記トナーカートリッジ内のトナーが十分にほぐされずトナーどうしの相対的な動きがない状態でトナーカートリッジがセットされ、トナーカートリッジ内のパドル（トナー補給部材）を回転させると、トナー貯留部側の補給口に近いトナーはかたまりのまま、補給口に向けて押される。すると、トナーのブロッキングを起こしやすく、なかなかトナー貯留部に新しいトナーが入っていかない。そのため、帯電性が劣化したトナーが相対的に多い状態が続き、トナーカートリッジ交換後にかなりの枚数にわたって地汚れが発生しやすい。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、現像装置本体の側方に装着したトナーカートリッジから現像装置のトナー貯留部に向けてトナーを横方向に補給するように構成した場合に、トナーカートリッジを交換したときの地汚れの発生を軽減することができる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面にトナーを担持して像担持体と対向する位置に搬送するトナー担持体と、該トナー担持体に供給されるトナーを収容したトナー貯留部と、該トナー貯留部に補給されるトナーを収容したトナーカートリッジを着脱できるように該トナー貯留部の側方に設けられたカートリッジ装着部と、該カートリッジ装着部に装着されたトナーカートリッジと該トナー貯留部との連結部にある補給口を介して該トナーカートリッジ内のトナーを該トナー貯留部に補給するように回転駆動されるトナー補給部材と、該トナー補給部材を回転させる回転駆動手段とを有する現像装置を備えた画像形成装置であって、上記現像装置は、上記トナー担持体が上記像担持体と対向する現像位置と、該現像位置から離れた離間位置とを取り得るように構成され、上記現像位置と上記離間位置との間を移動させるように上記現像装置を駆動する現像装置駆動手段と、上記トナーカートリッジを交換した後の、該トナーカートリッジから該トナー貯留部へトナーを補給し該トナーの帯電量を立ち上げるトナー補給リカバリ動作時に、上記現像位置と上記離間位置との間で上記現像装置を複数回往復移動させるように、該現像装置駆動手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記現像装置は、上記現像位置と上記離間位置との間の移動方向が、上記トナーカートリッジから上記トナー貯留部へのトナー補給方向に沿った方向になるように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、上記トナー補給リカバリ動作時における上記現像装置の往復移動の回数及び上記トナー補給部材の回転時間の設定が変更可能なことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記トナー補給リカバリ動作時における上記現像装置の往復移動速度及び上記トナー補給部材の回転速度の設定が変更可能なことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの画像形成装置において、上記制御手段は、上記トナー補給リカバリ動作の前半部において上記現像装置の往復移動を主に実行し、該トナー補給リカバリ動作の後半部において上記トナー補給部材の回転駆動を主に実行するように制御することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの画像形成装置において、上記補給口は、上記トナー担持体の表面の上記現像に寄与する現像有効幅の全体にわたって分布するように形成した複数の開口で構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の画像形成装置において、上記補給口を構成する複数の開口の、上記現像有効幅の方向における幅の合計が、該現像有効幅の４０％以上であり、上記複数の開口のうち該現像有効幅方向の両端部に位置する２つの開口の外端縁間の距離が該現像有効幅の７０％以上であることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、トナーカートリッジを交換した後のトナー補給リカバリ動作時に、トナー担持体が像担持体と対向する現像位置と、その現像位置から離れた離間位置と間で、現像装置を複数回往復移動させる。この現像装置の往復移動において発生する現像装置の加速したり減速したりするときに、現像装置に装着したトナーカートリッジ内のトナーどうしがぶつかったりトナーがトナーカートリッジの内壁等にぶつかったりする。これにより、トナーカートリッジ内の新しいトナーがほぐされ、現像装置のトナー貯留部へ補給しやすくなるため、トナー貯留部において帯電性が劣化したトナーが相対的に多い状態が続くことを回避できる。従って、トナーカートリッジを交換したときの地汚れの発生を軽減することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の構成概略図を示す正面図である。この画像形成装置は、複数の支持ローラに掛け回された像担持体としての感光体ベルト１を備えている。感光体ベルト１は図中の矢印で示した時計方向に回転駆動され、その周りには、帯電装置３、光書き込みユニット４、４組のユニット形状の現像装置である現像ユニット５Ｂｋ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、中間転写体としての中間転写ベルト６、感光体クリーニング装置７などが配置されている。感光体ベルト１の表面には有機感光層が形成されている。

この画像形成装置で画像形成動作を実行するときは、帯電装置３に高電圧が印加されることにより、感光体ベルト１が一様に帯電される。そして、図示しない画像信号処理部では、カラー画像情報たとえば外部のコンピュータから送られてきたカラー４画像信号が光書き込み信号に変換されて露光装置である光書き込みユニット４に送られる。光書き込みユニット４では、上記光書き込み信号に基づいて図示しない光源としてのレーザーが制御される。そして、ポリゴンミラー、ｆ/θレンズ及び反射ミラーを介してＢｌａｃｋ（Ｂｋ）、Ｃｙａｎ（Ｃ）、Ｍａｇｅｎｔａ（Ｍ）、Ｙｅｌｌｏｗ（Ｙ）の画像信号に対応した光書き込みが行われ、感光体ベルト１上に静電潜像が形成される。この感光体ベルト１上の静電潜像は、該潜像とは逆極性の電荷にて帯電された一成分現像剤としての各色トナーをそれぞれ有する各現像ユニット５ＢＫ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｙによって各色毎に現像される。これにより、感光体ベルト１上には、各色ごとにトナー像が形成される。

感光体ベルト１と中間転写ベルト６との接触部においては、中間転写ベルト６にトナーと逆極性の電荷を印加することにより、感光体ベルト１上のトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。このトナー像の形成及び転写動作を４回繰り返すことにより、中間転写ベルト６上に４色重ねのカラートナー像が形成される。この中間転写ベルト６上のカラートナー像は、給紙カセット４０または手差しトレイ４１から搬送ローラ対４２によって送られてきた記録材としての転写紙に、二次転写部材としての紙転写ローラ４３によって転写される。カラートナー像が転写された転写紙は、定着ローラ対４４からなる定着部に搬送され、トナー像が溶融定着される。

次に、本実施形態に係る現像ユニットについて説明する。本実施形態に係る現像ユニット５ＢＫ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｙは収容するトナーの色が異なるのみで、構成、動作とも同じものである。そこで、現像ユニット５として、ＢＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙの符号を省略して説明する。

図２は、現像ユニット５の概略構成を示す断面図である。
現像ユニット５の側端部（図中左側）には、それぞれ独立して、回転軸５０ａを中心に回転可能な接離カム５０が当接している。また、現像ユニット５は、図示しないバネなどの付勢手段により接離カム５０側に押し付けられるように付勢されている。そして、上記接離カム５０の回転により、非現像時には上記感光体ベルト１から離間した離間位置に移動し、現像に先立ってトナー担持体としての現像ローラ５２が感光体ベルト１に接触する現像位置まで移動するような接離動作を行うように構成されている。例えば、Ｂｋの静電潜像が感光体ベルト１に形成された時、現像ユニット５Ｂｋの後部に位置している接離カム５０が回転駆動され、現像ユニット５Ｂｋが感光体ベルト１側に押し出され、現像ローラ５２Ｂｋが感光体ベルト１に接触する現像位置まで移動する。他の色の現像ユニット５Ｃ、５Ｍ、５Ｙについても同様である。
上記接離カム５０や上記付勢手段などにより、上記現像位置と上記離間位置との間を移動させるように現像ユニット５を駆動する現像装置駆動手段が構成されている。

現像ユニット５は、現像剤として非磁性一成分トナー（以下トナーという）を用いた一成分現像方式の現像ユニットである。各現像ユニット５は、それぞれ感光体ベルト１に向けた開口を有する現像容器５１、トナー担持体としての現像ローラ５２、トナー供給部材としてのトナー供給ローラ５３を有している。このトナー供給ローラ５３は、現像ローラ５２上にトナーを予備帯電させながら供給する。また、現像容器５１本体には、トナーを現像ユニット外部に漏れ出ないように収納するトナー貯留部としてのトナーホッパ５４が設けられている。このトナーホッパ５４には、トナーホッパ５４に収容されているトナーをトナー供給ローラ５３側に送り出すように回転駆動されるトナー搬送部材としての搬送パドル５５を有している。さらに、現像ローラ５１上に当接して現像ローラに担持されたトナーの層厚を規制して所定の層厚のトナー層を形成するためのトナー層規制部材としてのドクターローラ５６を有している。また、ドクターローラ５６の表面のトナーを掻き落とす掻き落とし部材としてのスクレーパ５７を有している。

また、現像ユニット５のトナーホッパ５４の側方には、トナーカートリッジ５９を着脱可能なカートリッジ装着部５８を有している。このカートリッジ装着部５８に対して、水平方向（図中の紙面の垂直な方向）にトナーカートリッジ５９を着脱することができる。また、トナーカートリッジ５９は、トナーカートリッジ内のトナーをトナーホッパ５４に補給するように回転駆動されるトナー補給部材としての搬送パドル５９１を有している。この搬送パドル５９１は、他の現像ローラ５２やトナー供給ローラ５３の回転駆動に共用される図示しない回転駆動手段で回転駆動される。搬送パドル５９１の回転により、トナーカートリッジ５９とトナーホッパ５４との連結部にある補給口５９２を介してトナーカートリッジ５９内のトナーがトナーホッパ５４に補給される。

図２において、ベルト状感光体１は下から上へ向かって移動するように回転している。現像ローラ５２は現像位置において感光体１の進行方向と同方向に表面が移動するように、図２中の反時計方向（ＣＣＷ）の方向に、感光体１に対して線速比１．２〜２．０倍速で回転している。搬送パドル５５は、図２中の反時計方向（ＣＣＷ）に回転し、トナーホッパ５４内のトナーをトナー供給ローラ５３に送り出している。

トナー供給ローラ５３は現像ローラ５２に所定のニップをもって接触し、トナー供給ローラ５３上のトナーをニップ内で現像ローラ５２の表面に擦りつけることでトナーをプレ帯電させながら供給する。トナー供給ローラ５３は、上記ニップにおいて現像ローラ５２の表面進行方向と同方向に表面が移動するように、図２中の時計方向（ＣＷ）に回転させてもいいし、現像ローラ５２の表面進行方向と逆方向に表面が移動するように、図２中の反時計方向（ＣＣＷ）に回転させてもよい。どちらの方向に回転させても、トナー供給性という点では成立する可能性があり、現像ユニット５の使用状況に応じて回転方向は選択する。いずれの回転方向にしても、トナー供給ローラ５３と現像ローラ５２のニップ部での線速には差を持たせる必要があるので、同方向で線速比が０．９〜１．１は通常選ばないが、例えば次の（１）〜（４）のように両者の線速比を設定する。但し、この線速比は、（１）〜（４）の数値に限定されるものではなく、一般にメカ的な負担を少なくし、またトナー供給性を損なわないように設定される。
（１）ニップ部で表面移動方向が同方向：
トナー供給ローラ線速／現像ローラ線速＝０．６
（２）ニップ部で表面移動方向が同方向：
トナー供給ローラ線速／現像ローラ線速＝１．５
（３）ニップ部で表面移動方向が逆方向：
トナー供給ローラ線速／現像ローラ線速＝０．９
（４）ニップ部で表面移動方向が逆方向：
トナー供給ローラ線速／現像ローラ線速＝１．４

上記ドクタローラ５６は現像ローラ５２に対して所定の荷重で当接していて、そのニップに、トナー供給ローラ５３から供給されてきたトナーを通過させる。これにより、トナー通過量を一定に整えて、また現像ローラ５２の表面のスラスト方向位置によらず均一なトナー層を現像ローラ５２上に形成する。また、通過したトナーはドクタローラ５６と現像ローラ５２の双方の表面と摩擦帯電されるので、感光体１への現像に供されるトナーは安定した帯電量を持つことができる。ドクタローラ５６の場合、常時回転させる方法もあるが、現像ユニット５の駆動トルクが上がりすぎて、現像ユニットにメカ的負担がかかるという問題がある。そこで、ドクタローラ５６は現像動作時に回転させず停止したままにしておき、その圧力でトナー層を適正に規制して、また、非現像動作時には、本ドクタローラ５６を所定角度回転駆動させるといった方法も提案されている。この回転駆動力は、このための専用駆動力を設けてもよいが、装置が複雑化するので、本実施形態では、現像ローラ５２の逆回転を利用し、現像ローラ５２とドクタローラ５６の摩擦力により連れまわり回転させる構成例を示している。このときの回転方向は現像ローラ５２の通常の回転方向と同方向すなわち、図２の反時計方向（ＣＣＷ）の方向にしている。また、ドクタローラ５６の軸の回転を一方向となるようなワンウェイ軸受けなどからなる回転方向規制手段で、上記連れ回り方向には回転できるようにして、その逆方向は回転しないように固定しておくと、上記動作を容易に実現することができる。
なお、本例では、トナー層規制部材としてドクタローラを用いているが、ドクタブレードを用いてもよい。

以上のようにして、現像ローラ５２上に適正なトナー量のトナー層を形成して感光体１と接触させるとともに、現像ローラ５２に所定のバイアス電圧を印加する。これにより、感光体１上の静電潜像に応じて、現像ローラ５２からトナーを感光体１に移す現像動作を行うことができる。感光体１に転移しなかった現像ローラ５２上のトナーは、トナー漏れや飛散防止用の入り口シール部材に掻き落とされることなく、そのシール部材を通過し、トナー供給ローラ５３とのニップ部に入り新たに供給されたトナーを加えて、次のトナー層形成工程にすすむ。

次に、現像ユニット５を構成する各ローラについての構成例を説明する。
現像ローラ５２は、金属ローラ（アルミニウム、ステンレス鋼など）の表面を所定の粗さ（十点平均粗さ：Ｒｚ＝０．５〜３．０μｍ）に荒したものが用いることができる。特にトナーの搬送性を維持し、ピッチ状の濃度ムラを出さないようにするために、サンドブラスト等の方法により軸方向、周方向で規則性が出ないような荒し方が望ましい。他に、金属ローラにメッキ処理（クロムメッキ、ニッケルメッキなど）を施したもの、アルミニウムの場合にはアルマイト処理したもの、金属粒子やセラミック粒子を溶射して表面硬度を上げ耐磨耗性を上げたもの、金属ローラにトナー帯電付与性に富む樹脂（例えばトナーがマイナス極性の場合には、メラミンやグアナミン等のアミノ基を有する樹脂など）をコーティングしたものを用いること可能である。

また、上記の硬度の高い現像ローラ５２とは別に、現像ローラ５２と感光体１との接触安定性及び現像ローラ５２とドクタローラ５６との接触安定性を増すために、現像ローラ５２を低硬度化したものを用いてもよい。たとえば、芯金が金属軸もしくは金属スリーブであり、その上にゴム層の２層構成のものを用いてもよい。また、芯金が金属軸もしくは金属スリーブであり、その上に中間層としてゴム層を形成し、更にその上の最外層に樹脂コート層もしくは特性の異なるゴム層を形成し、３層以上の構成としたものを使用してもよい。ここで、芯金の金属軸にはステンレス鋼やメッキ処理鋼の棒材を用いることが多く、その上のゴム層にはカーボンや金属、金属酸化物の導電微粒子を混合して所定の電気抵抗となるように調整したＮＢＲ、ＥＰＤＭ，シリコンゴム、ヒドリンゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム等が使用できる。３層以上の構成を持つローラにおけるコート層の材料としては、要求特性に応じて同様に電気抵抗調整されたポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコン樹脂、アミノ樹脂、フッ素樹脂等が使用可能である。

上記トナー供給ローラ５３としては、金属の芯金に、発泡ポリウレタン、発泡シリコン、発泡ポリカーボネート等で形成したスポンジ状ローラを用いることができる。

上記ドクタローラ５６としては、現像ローラ５２が中間層にゴム層を有し硬度が低い場合、金属ローラを用いることができる。また、この金属ローラの表面にメッキ処理や窒化処理等を施して表面硬度を上げ磨耗に強くして、耐久性を上げるようにしてもよい。ドクタローラ５６に中間層としてゴム層を持たせると、現像ローラ５２が低硬度の場合及び高硬度の場合の両方の場合に対応することができる。このときのドクタローラ５６の構成及び使用する材料は、使用目的の違いによって若干異なるが、先に述べた低硬度タイプの現像ローラ５２の構成に類似し、金属芯金の上にゴム層、その上にコート層という構成で、材料は若干の調整を加えることが必要であるが、おおむね上記で述べた主材料と同系統のものが使用可能である。

次に、トナーカートリッジの交換及びその交換後のトナー補給リカバリー動作について説明する。
現像ユニット５のトナーを使い一定以上の消費が進んだときに、現像ユニット本体側でトナーエンドを認識し、トナーカートリッジ交換のシグナルを表示する。このようなトナーエンドを検出する方法としては、図２では特に示していないが、次の（１）〜（３）のような各種検出方法を用いることができる。
（１）トナーホッパ５４内の一部に光を通し、トナーの有無で光を遮断したり透過させたりすることによって、トナー残量が十分か少なくなってきたかを検出する方法。
（２）超音波振動子を用いて一定量以上のトナーが接触しているか否かで、トナーの十分か不足かを検出する方法。
（３）トナーホッパ５４内の搬送パドル５５のトルクによりトナーホッパ５４のトナーの量を検出する方法。

また、現像画素数をカウントして一定画素カウントを使用したときにトナーエンドを表示する方法や、画素カウントと上記光、超音波あるいはトルクを検知するセンシング手段を組み合わせた方法等を用いてもよい。

現像ユニット５はトナーエンド検出以降、使用されるとダメージを受けて、正常な動作が保証できなくなる場合がある。そのときには、トナーカートリッジ５９が交換されたことを装置側で認識するまで、画像形成装置本体の使用を停止させる制御を行うのが好ましい。

ここで、トナーカートリッジ交換の認識は、トナーカートリッジ５９にカートリッジ情報を記憶したチップを内蔵し、装置本体側でそれを読み込むことによって行う。

新品のトナーカートリッジ５９がトナーエンド状態の現像ユニット５に交換装着され、そのことを画像形成装置本体が認識すると、トナー補給リカバリー動作に入る。現像ユニット５はトナーエンド状態で、一般的にはトナー残量が現像動作を保証する範囲内（下限に近い状態）で少なくなっていることが想定される。そこで、新しく交換されたカートリッジから適量のトナーを補充する必要がある。そのために現像ユニット５を動かす動作が、ここでいう「トナー補給リカバリー動作」である。

ここで、上記トナー補給リカバリー動作としては、予め定められた一定時間だけ、現像ユニット５を駆動することにより、現像ローラ５２、トナー供給ローラ５３及びトナーホッパ５４内の搬送パドル５５ともに、トナーカートリッジ５９内の搬送パドル５９１を回転させることにより、トナーカートリッジ５９から搬送パドル５９１の回転力でトナーを送る動作がある。また、また、他のトナー補給リカバリー動作として、トナーカートリッジ５９内の搬送パドル５９１の代わりに、トナーカートリッジ５９内に設けた供給ローラでトナーを送る場合や、トナーカートリッジ５９内に設けたオーガでトナーを送る場合もある。この場合も、同様に一定時間動作させることが多い。
更に、上記トナー補給リカバリー動作としては、そのリカバリー動作全体の時間（約５分）のうち、始めの時間において、前述した光の透過を検知する光透過型検知手段でトナーホッパ５４内のトナー量がトナーエンド検出レベル以上にあることを確認した後、残りの一定時間（約３分）だけトナーカートリッジ５９内の搬送パドル５５を回転させて、トナー補給動作を行う場合もある。しかし、交換されたトナーカートリッジ５９はそれまで静置保管されているものが多く、トナーがしまって動きづらくなっている状態にある。トナーカートリッジ５９のパッケージには、「トナーカートリッジ交換時にカートリッジを振って下さい」という指示が記入されているが、交換作業時に振る動作にはばらつきがある。念入りに振る場合にはトナーカートリッジ５９内部のトナーの流れはよくなるが、あまり振らない場合にはトナーの動きは改善されないまま、現像ユニット５にセットされる。
さらに近年では、前述のように、トナーカートリッジ５９にトナーを高密度充填して使用可能印刷枚数をより増やす傾向にあるが、そのような場合には、トナーカートリッジ５９の内部に空気が少ないため、ほとんど交換時の振る作業ではトナーの流動性の改善には至らない。すなわち、交換したトナーカートリッジ５９から、トナーホッパ５４に供給されるトナー量はかなり制限されてしまう。このような場合にはトナーカートリッジ交換時の地肌汚れが発生しやすくなる。

トナーカートリッジ交換時の地汚れが発生する主原因は、トナーホッパ５４に残っていた帯電性が低下したトナーと、帯電性が高い状態にある新たに供給されたトナーが、トナーホッパ５４で混ざり、両者のトナー間摩擦によって一時的に帯電分布が広がることが考えられる。すなわち、帯電性の高い新トナーはより高い帯電量を持ち、帯電性が低い残留トナーは帯電量がゼロに近いものや逆極性に帯電することによって一時的に帯電分布が広がる。地汚れになるトナーは低い帯電性のトナーである。
トナーホッパ５４に残っていたトナーの帯電性が低下する理由として、トナーの粒径選択による大粒径側に分布がシフトすること、表面の帯電制御物質にトナー成分が被覆し帯電サイトが減少すること等、いろいろな原因はある。これらの原因の中で帯電性の低下に最も利いていると考えられるのは、トナー表面のマイナス帯電（トナーと同極性帯電）の添加剤が、トナー内部に埋没し、添加剤によるトナー表面の被覆率が低下することである。このように添加剤によるトナー表面の被覆率が低下することによって、トナー粒子の全体的なマイナス帯電量が減少し、また、トナー粒子同士の凝集が起こりやすくなり、トナー粒子の動きが抑制され表面の接触機会が減少して、帯電量が下がることになる。このような状況になっても、トナーホッパ５４の内部で全体的に同じ特性（同じ添加剤の被覆率）であるならば、上記帯電量分布の拡大は発生しにくく、ゼロ近傍帯電トナーや逆極性帯電トナーの発生が多くないので、地汚れは比較的起きない。そこに、新しいトナーが混じることによって、急激に地汚れが悪化する。従って、トナーカートリッジ交換時のトナー補給リカバリー動作で、トナーホッパ５４にトナーが少量しか供給されないと、トナーホッパ５４に残留していた低帯電トナーの割合が高く、なかなか補給時の地肌汚れは解消されず、かなりの枚数にわたって、転写紙上に地汚れが出続けてしまう。

上記トナーカートリッジ交換時の地汚れを解消するためには、帯電性の低下したトナー表面の添加剤被覆率を上げて（添加剤の再付着）、帯電性を回復させて、新しく混じったトナーとの帯電性の差を少なくすることが必要である。すなわち、残留トナーに対する新しく供給されるトナーの比率を上げて、トナーホッパ５４の中でトナー補給リカバリー動作時間内に速やかに攪拌して、残留トナー表面に新しいトナーの添加剤を供給して再付着させることである。

そこで、本発明者は、上記構成の画像形成装置において、トナーカートリッジ交換後のトナー補給リカバリー動作時に、現像ユニット５の動作条件を変えて実験を行った。この実験において、トナーカートリッジ５９からのトナー供給量と、トナーホッパ５４の残留トナーとトナーカートリッジ５９から新たに供給されたトナーとの攪拌性とを調べたところ、以下の知見が得られた。

図３は、トナー補給時間に対するトナーホッパ５４内のトナー量の増加カーブを示すグラフである。図３中の曲線Ａは、トナーカートリッジ５９の搬送パドル５９１が標準的な回転数で回転駆動され、現像ユニット５の回転動作主体でトナーを供給した場合である。これに対して、図３中の曲線Ｂは、トナーカートリッジ５９の搬送パドル５９１の回転数を標準設定の約１．５倍に増やし、同じく現像ユニット５の回転動作主体主体でトナーを供給した場合である。
なお、ここでいうトナー補給のための「現像ユニット５の回転動作」は、現像ローラ５２が感光体１と接触した現像位置に現像ユニット５を移動させ、同時に現像ローラ５２、搬送パドル５５等の回転を開始し、その回転を所定時間（本例では約１０秒間）を持続する動作である。その後、現像ローラ５２が感光体１から離れた離間位置に現像ユニット５を移動させ、１秒間停止させる。その一連の動作を繰り返し行う。
上記図３の曲線Ａ及び曲線Ｂの結果により、トナーカートリッジ５９の搬送パドル５９１の回転数を上げたほうが、トナー補給動作の中盤でトナー量の上昇が見られる。しかし、トナー補給動作の序盤では、両条件とも立ち上がりが悪い。これは前に説明したように、トナーカートリッジ５９のトナーの動きが悪い状態から補給動作を開始しているためである。

そこで、上記搬送パドル５９１等の回転時間を短くして、現像ユニット５の接離動作の回数を増やしてみた。
図３の曲線Ｃは、次のように現像ユニット５の接離動作の回数を増やした結果を示している。ここでは、現像ローラ５２が感光体１と接触した現像位置に現像ユニット５を移動させ、同時に現像ローラ５２、搬送パドル５５等の回転を開始し、その回転を約２秒間を持続した。その後、現像ユニット２を感光体１から離間した離間位置に戻し、１秒間停止した。その一連の動作を繰り返し行った場合である。このような動作をさせることで、トナー供給の立ち上がりが改善している。これは、現像ユニット２の移動衝撃により、トナーカートリッジ５９のトナーがほぐれて空間ができ、トナーホッパ５４に入りやすくなったためと考えられる。
なお、現像ユニット５を現像位置に移動させるときには、トナーをほぐすために若干の衝撃を加えるよう、現像ユニット５の移動速度を決める必要がある。本例では現像ユニットの回転駆動トルクをユニットの移動引き込み力に利用している。

図４は、上記トナー補給リカバリー動作時のトナーの攪拌状態を定量化した結果を示している。この定量化の実験では、トナーホッパ５４にあらかじめイエロートナーを残留トナーとして残しておき、シアントナーを充填したトナーカートリッジ５９を現像ユニット５にセットしてトナー補給リカバリー動作を実行した。そして、現像ローラ５２上に現れたトナーの色差の変化を調べることによって、イエロートナーにシアントナーが混じっていく様子がわかり、その相対色差の変化のスピードでトナーの攪拌性の優劣を判定できる。
図４中の曲線Ａは、図３の曲線Ａの条件に対応し、なかなか搬送パドル５９１の回転だけでは、トナーカートリッジ５９から補給されたトナーが現像ローラ５２までなかなか到達しないことがわかる。
また、図４中の曲線Ｃは、図３の曲線Ｃと同条件でトナー補給リカバリー動作を実行した場合で、現像ユニット５の往復移動を繰り返すことにより、トナーホッパ５４に補給されたトナーが現像ローラ５２まで到達する時間が早まっていることがわかる。

図５は、トナーカートリッジ５９の補給口５９２が現像ユニット長手方向（現像ローラ軸方向）の中央部にある場合で、トナー補給リカバリー動作開始から一定時間後に、現像ユニット長手方向について上記相対色差の分布を調べた結果である。現像ユニット長手方向における補給口５９２の幅は約１００ｍｍである
図５中の曲線Ａは、上記図３の曲線Ａと同じで調べた結果であり、全体の相対色差の上昇が少ない。そこで、現像ユニット４の往復移動回数を増やしてみた。
図５中の曲線Ｃは、現像ユニット４の往復移動回数を増やし、上記図３の曲線Ｃと同じ条件で調べた結果である。この場合は、現像ユニット長手方向の中央部に補給口５９２があるので、中央部の突出のみが目立ち、分布が非常に偏ってしまう。このままでは、両サイドの地汚れが発生していまい、また、中央と両サイドの現像特性も違ってくるので、画像ムラを発生させやすい。
そこで、全体的に色差を上昇させるために、トナー補給リカバリーモードの初期に、現像ユニット２の往復移動を主体にし、その後、トナーカートリッジ５９内のトナーがほぐれて動きやすくなってから、搬送パドル５９１の回転駆動を主体にするように切り替えた。この場合の現像ユニット長手方向について上記相対色差の分布が、図５の曲線Ｄである。この結果では、全体にわたって色差の上昇が見られ、トナーの攪拌性が上がっている様子が見られる。

なお、上記図３で示した例では、トナー補給リカバリー動作時におけるトナーカートリッジ５９の搬送パドル５９１の回転速度を増加させるのに、駆動モータから搬送パドルまでに設けられた連結駆動系のギア比で増速する方向を採用した。この方法でも良いが、通常の作像動作時の回転速度もこれにならうので、トナー補給リカバリー動作時のみ搬送パドル５９１の回転速度を増速したい場合は、別の方法を採用する。通常の作像動作時では、あまり増速すると、現像ユニット５のトナー消費よりも、トナーホッパ５４に供給されるトナー量のほうが多くなり、トナー供給過剰でトナーホッパ５４が満タンになって別の問題を引き起こす。したがって、駆動モータの回転速度の設定値として、２種類以上の設定値を設けておき、トナー補給リカバリー動作時と通常の作像動作時で切り替えを行うと、上記問題を防ぐことができる。例えば、通常の作像動作時の回転速度に対して、その２倍の回転速度の設定値を有し、トナー補給リカバリー動作時では、２倍の回転速度で動作させる。すると、現像ユニット５の接離往復移動が速くなり、現像ユニット５が感光体１に当接する際の衝撃も大きくなるので、トナーのほぐし効果及びトナー供給性が向上し、より短時間で所定量のトナーを補給することができる。また、同様に、上記２倍の回転速度でトナーホッパ５４内の搬送パドル５５を回転させることにより、トナーの攪拌性が向上し、現像ユニット長手方向の色差分布の均一化が図られ、短時間でトナー補給リカバリーを終えることができる。そうすることによって、画像形成装置のダウンタイムを減らし、ユーザーをあまり待たさずに、すぐに使用可能な状態とすることができる。

また、上記例では、トナーカートリッジ５９のシャッタ開閉機構の制約から、補給口５９２を全幅（有効現像幅）の約１／３以下の幅にして、さらに中央部に設けていた。その場合には、両サイドにトナーカートリッジ５９からのトナーが回って、トナーホッパ５４内の残留トナーと攪拌されるのに、回り込む経路が長くなって、時間がかかってしまい、トナー攪拌の長手方向の均一性も十分とはいえない。
そこで、トナーカートリッジ５９、トナーホッパ５４、及びその両者の連結部に設けた図示しないシャッタに、同形状の複数の開口を設けてもよい。そして、トナーカートリッジ５９をセットしたときのシャッタ開動作で、図６に示すトナーカートリッジ５９の複数の開口５９２ａと、トナーホッパ５４の複数の開口と、シャッタの複数の開口とを一致させて、トナーカートリッジ５９とトナーホッパ５４との間でトナーを移動可能とする。この補給口を構成する複数の開口５９３を、現像ユニット長手方向の現像有効幅の両サイド近傍まで配列するようにし、上記トナー補給リカバリー動作を行わせることで、より短い時間でリカバリーを完了させることができる。

なお、トナーカートリッジ５９の複数の補給口５９３それぞれの現像ユニット長手方向における幅Ｗ１の合計は、現像有効幅の４０％以上にするのが好ましい。更に、現像有効幅方向の両端部に位置する２つの開口５９３ａ、５９３ｂの外縁端間の距離（図６中の右端の開口５９３ａの右下角から左端の開口５９３ｂの左上角までの現像ユニット長手方向の幅）は、現像有効幅の７０％以上が好ましい。

図７は、図６の複数の開口からなる補給口を設けた場合と中央部に一つの補給口を設けた場合について、上記相対色差の分布を調べた結果である。
図７中の曲線Ｅは、上記図５の曲線Ａと同じ条件で、中央部に一つの補給口を有するトナーカートリッジの場合について調べた色差分布である。
図７中の曲線Ｆは、図６の複数の開口を分布させて形成した補給口を有するトナーカートリッジの場合について調べた色差分布である。この曲線Ｆの場合は、色差に凹凸があって均一とはならない。そこで、トナー補給リカバリー動作の前半では現像ユニット５の往復移動を主体にし、その後半では搬送パドル５９１の回転を主体としてみた。その結果が図７中の曲線Ｇである。全体的に色差が向上していることから、トナー攪拌が良好に行われ、また均一性が改善されていることがわかる。さらに、上記図５のときよりも、すみやかに十分な攪拌が達成され、短い時間でリカバリー動作を完了することができた。

図８は、上記構成の画像形成装置における制御系の要部の一構成例を示すブロック図である。制御手段としての主制御部１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３、Ｉ／Ｏインターフェース１０４を備えている。また、この主制御部１００は、Ｉ／Ｏインターフェース１０４を介して、現像ユニット内回転部材用クラッチ５００、接離カム用クラッチ５０１、現像ユニット５用の駆動モータ５０２等が接続され、これらの駆動を制御する。現像ユニット内回転部材用クラッチ５００は、主制御部１００からの制御信号に応じてオン／オフし、駆動モータ５０２からの回転駆動力を搬送パドル５９１等の現像ユニット内回転部材に伝達したり、その回転駆動力の伝達を停止したりする。また、接離カム用クラッチ５０１は、主制御部１００からの制御信号に応じてオン／オフし、駆動モータ５０２からの回転駆動力を接離カム５０の回転軸に所定時間だけ伝達する。これにより、接離カム５０を所定角度（例えば、９０°や１８０°）だけ回転させ、現像ユニット５を現像位置と離間位置との間で移動させて往復移動させる。

図９は、上記構成の画像形成装置の現像ユニット５に装着しているトナーカートリッジ５９を交換したときのトナー補給リカバリーモードを実行するときのフローチャートである。主制御部１００は、トナーカートリッジ５９が交換されたことを検知すると、現像ユニット５を現像位置に移動させ、その位置で、現像ユニット５への回転駆動力の伝達をオンし、搬送パドル５９１等の回転部材を予め設定した所定時間だけ回転させるように制御する（ステップ１〜３）。次に、主制御部１００は、現像ユニット５を離間位置に移動させ、その位置で、予め設定した所定の待機時間だけ待つように制御する（ステップ４）。そして、この搬送パドル５９１等の回転駆動を伴う現像ユニット５の往復動を、予め設定した所定の目標回数だけ繰り返し、トナー補給リカバリーモードを終了する（ステップ５）。

以上、本実施形態によれば、トナーカートリッジ５９を交換した後のトナー補給リカバリ動作時に、現像ローラ５２が感光体１と接触する現像位置と、現像ローラ５２が感光体１から離れた離間位置と間で、現像ユニット５を複数回往復移動させる。この現像ユニット５の往復移動において発生する現像ユニット５の加速したり減速したりするときに、現像ユニット５に装着したトナーカートリッジ５９内のトナーどうしがぶつかったりトナーがトナーカートリッジ５９の内壁等にぶつかったりする。これにより、トナーカートリッジ５９内の新しいトナーがほぐされ、現像ユニット５のトナーホッパ５４へ補給しやすくなるため、トナーホッパ５４において帯電性が劣化したトナーが相対的に多い状態が続くことを回避できる。従って、トナーカートリッジ５９を交換したときの地汚れの発生を軽減することができる。
また、本実施形態によれば、現像ユニット５の現像位置と離間位置との間の移動方向が、トナーカートリッジ５９からトナーホッパ５４へのトナー補給方向に沿った方向になっているので、現像ユニット５の離間位置から現像位置への移動の際に、トナーカートリッジ５９内のトナーを補給口側に寄せて補給口から補給しやすい状態にすることができる。
また、本実施形態によれば、トナーカートリッジ内のトナーのほぐし効果やトナーの攪拌搬送効果に影響を与える上記トナー補給リカバリ動作時における現像ユニット５の往復移動の回数及び搬送パドル（トナー補給部材）の回転時間の設定が変更可能である。従って、トナーカートリッジ５９の補給口の構成や補給対象のトナーの種類等のトナー補給性能やトナー攪拌性に影響を与える各種条件に応じて、トナーカートリッジ内のトナーのほぐし効果やトナーの攪拌搬送効果の程度を変えることができ、最適なトナー補給リカバリー動作が可能になる。
また、本実施形態によれば、更にトナーカートリッジ内のトナーのほぐし効果やトナーの攪拌搬送効果に影響を与える上記トナー補給リカバリ動作時における現像ユニット５の往復移動速度及び搬送パドル（トナー補給部材）の回転速度の設定が変更可能である。従って、トナーカートリッジ５９の補給口の構成や補給対象のトナーの種類等のトナー補給性能やトナー攪拌性に影響を与える各種条件に応じて、更にきめ細やかにトナーカートリッジ内のトナーのほぐし効果やトナーの攪拌搬送効果の程度を変えることができ、更に最適なトナー補給リカバリー動作が可能になる。
また、本実施形態によれば、上記トナー補給リカバリ動作の前半部において、上記現像ユニット５の往復移動を主に実行することにより、トナーカートリッジ内のトナーをほぐす動作を行っている。そして、トナー補給リカバリ動作の後半部において、搬送ハドル（トナー補給部材）５９１の回転駆動を主に実行することにより、上記現像ユニット５の往復移動でほぐれたトナーを攪拌して補給口５９２からトナーホッパ５４に良好に補給することができる。このようにトナーのほぐし動作を主に行った後にトナーの攪拌補給動作を行うことにより、トナーがかたまりのままトナーホッパ５４に補給されるのを防止することができる。
また、本実施形態によれば、図６に示すように現像有効幅の全体にわたって分布するように形成した複数の開口５９３で補給口を構成するのが好ましい。この場合は、現像有効幅の全体にわたって分布した開口のそれぞれからトナーを補給できるため、現像有効幅の全域にわたってトナーホッパ５４にトナーを均一に補給できる。
ここで、上記補給口を構成する複数の開口５９３の、上記現像有効幅の方向における幅の合計は、現像有効幅の４０％以上であり、上記複数の開口のうち現像有効幅方向の両端部に位置する２つの開口５９３ａ，５９３ｂの外端縁間の距離は現像有効幅の７０％以上であるのが好ましい。この場合は、現像有効幅の全域にわたって所定量のトナーを効率よくトナーホッパ５４に補給できるので、トナーホッパ５４へのトナー補給の効率化と均一化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成概略図を示す正面図。同画像形成装置に用いた現像ユニットの概略構成を示す断面図。トナー補給時間に対するトナーホッパ内のトナー量の増加カーブを示すグラフ。トナー補給リカバリー動作時のトナーの攪拌状態の時間変化を示すグラフ。補給口が現像ユニット長手方向の中央部に一つの補給口があるトナーカートリッジを装着した場合におけるトナーの攪拌状態の分布を示すグラフ。変形例に係る補給口を有するトナーカートリッジの側面図。互いに異なる補給口を有するトナーカートリッジをそれぞれ装着した場合におけるトナーの攪拌状態の分布を示すグラフ。本実施形態に係る画像形成装置の制御系の一構成例を示すブロック図。同画像形成装置におけるトナー補給リカバリーモードの動作の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１感光体
５現像ユニット
５０接離カム
５１現像容器
５２現像ローラ
５３トナー補給ローラ
５４トナーホッパ
５５搬送パドル
５６ドクターローラ
５８カートリッジ装着部
５９トナーカートリッジ
１００主制御部
５９１搬送パドル
５９２補給口

Claims

表面にトナーを担持して像担持体と対向する位置に搬送するトナー担持体と、該トナー担持体に供給されるトナーを収容したトナー貯留部と、該トナー貯留部に補給されるトナーを収容したトナーカートリッジを着脱できるように該トナー貯留部の側方に設けられたカートリッジ装着部と、該カートリッジ装着部に装着されたトナーカートリッジと該トナー貯留部との連結部にある補給口を介して該トナーカートリッジ内のトナーを該トナー貯留部に補給するように回転駆動されるトナー補給部材と、該トナー補給部材を回転させる回転駆動手段とを有する現像装置を備えた画像形成装置であって、
上記現像装置は、上記トナー担持体が上記像担持体と対向する現像位置と、該現像位置から離れた離間位置とを取り得るように構成され、
上記現像位置と上記離間位置との間を移動させるように上記現像装置を駆動する現像装置駆動手段と、
上記トナーカートリッジを交換した後の、該トナーカートリッジから該トナー貯留部へトナーを補給し該トナーの帯電量を立ち上げるトナー補給リカバリ動作時に、上記現像位置と上記離間位置との間で上記現像装置を複数回往復移動させるように、該現像装置駆動手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
請求項１の画像形成装置において、
上記現像装置は、上記現像位置と上記離間位置との間の移動方向が、上記トナーカートリッジから上記トナー貯留部へのトナー補給方向に沿った方向になるように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
請求項１又は２の画像形成装置において、
上記トナー補給リカバリ動作時における上記現像装置の往復移動の回数及び上記トナー補給部材の回転時間の設定が変更可能なことを特徴とする画像形成装置。
請求項３の画像形成装置において、
上記トナー補給リカバリ動作時における上記現像装置の往復移動速度及び上記トナー補給部材の回転速度の設定が変更可能なことを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至４のいずれかの画像形成装置において、
上記制御手段は、上記トナー補給リカバリ動作の前半部において上記現像装置の往復移動を主に実行し、該トナー補給リカバリ動作の後半部において上記トナー補給部材の回転駆動を主に実行するように制御することを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至５のいずれかの画像形成装置において、
上記補給口は、上記トナー担持体の表面の上記現像に寄与する現像有効幅の全体にわたって分布するように形成した複数の開口で構成されていることを特徴とする画像形成装置。
請求項６の画像形成装置において、
上記補給口を構成する複数の開口の、上記現像有効幅の方向における幅の合計が、該現像有効幅の４０％以上であり、上記複数の開口のうち該現像有効幅方向の両端部に位置する２つの開口の外端縁間の距離が該現像有効幅の７０％以上であることを特徴とする画像形成装置。