JP4505426B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤によって現像する電子写真方式の画像形成装置、特にカラー画像形成装置に関する。

プリンタおよびコピー機等の画像形成装置は、像担持体上の静電潜像をトナー（現像剤）によって現像する現像器を備える。従来、画像形成装置に対して着脱可能なカートリッジから、現像器にトナーを補給するように構成された画像形成装置が知られている。

また、特許文献１には、静電潜像を可視像処理する現像装置に開口部を設け、この開口部にノズルを挿入し、このノズルからトナーを補給する構成が開示されている。特許文献１の技術は、この構成によって、現像装置を画像形成装置内に設置したままでトナーを補給することで、画像形成装置の小型化、およびカートリッジの取替え頻度の低減への要求を満たそうとするものである。

また、従来、現像器内の現像剤の量を検知するセンサが提案されている。特許文献１には、現像装置内の搬送スクリューの軸心位置を境にして上側には満杯検知センサが、そして下側には残量検知センサがそれぞれ配置されている。各センサのうち、満杯検知センサは、トナー補給時でのトナーの量を検知し、その結果に応じてトナー補給を停止するために用いられ、残量検知センサは、所定残量に達したことを検知したときにトナー補給を開始するために用いられる。
特開２００３−２２３０４５号公報（２００３年８月８日公開）

しかし、特許文献１の補給機構は、モノクロ画像形成装置であることを前提としており、複数の現像器を用いるカラー画像形成装置については考慮されていない。

本発明者らが検討したところ、特許文献１の技術を複数の現像器を備える画像形成装置に単純に適用しただけでは、様々な問題が起こることが明らかとなった。

まず、このような画像形成装置では、現像器毎に補給口が必要となる。それゆえ、現像剤補給および補給量制御のための部材数が増加し、装置の構造が複雑になる。

また、複数の現像器を用いる場合、現像剤量センサの検知位置から補給口までの距離が現像器毎に異なることで、現像剤の補給量を正確に検知することができない場合がある。詳細には、像剤補給開始直後の現像器内では、現像剤量は現像器内において補給口の近傍に偏った分布を示す。すなわち、補給口付近では現像剤量が多く、補給口からの距離が大きくなるほど現像剤量が少なくなる。そのため、同量の現像剤が補給されたとき、検知位置から補給口までの距離が大きくなるに伴って、現像剤量センサは現像剤量をより小さく評価してしまう。その結果、検知位置から補給口までの距離が最も大きい現像器では、現像剤補給を停止させるタイミングが遅くなり、ついには現像器から現像剤をあふれさせてしまうという問題が起こる。現像器からあふれたトナーは、感光体ドラム等の部材上に落下し、画像ノイズを発生させることがある。また、トナーがあふれるまでには至らなくても、現像剤補給を停止させるタイミングが遅れて補給口近傍でトナー量が過剰になると、トルク上昇といった不具合が生じてしまう。

このような問題を解決するには、現像器毎に、補給口からの距離が同一である位置に検知位置を設定するか、現像剤を現像器内に速やかに広げる機構を設けることが考えられる。

しかしながら、これらの機構では、部材数および部材の種類の増加を避けることができない。装置のコンパクト化および製造工程の簡略化の観点からは、できるだけ部材数および部材の種類を少なく抑えることが好ましいため、本発明者らは新たな現像剤補給機構について、鋭意検討を行ってきた。

本発明は、前記問題を解決しようとするものであって、複数の現像器と、それに対する現像剤補給機構を備える画像形成装置において、現像剤の補給口が現像剤量の検知位置から最も遠い現像器に対する現像剤の過剰補給を起こしにくい画像形成装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、請求項１の画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であって、内部に収容した現像剤を像担持体上に搬送することで像担持体上の静電潜像を現像すると共に、前記現像剤をその内部に補給するための補給口をそれぞれ備え、かつ、前記補給口からの距離がそれぞれ異なる現像剤量検知位置が内部に設定された２以上の現像器と、前記現像剤量検知位置における現像剤量を検知する現像剤量検知装置と、前記補給口を介して前記現像器に現像剤を補給すると共に、前記２以上の現像器のうち、前記補給口から前記検知位置までの距離が最も大きい第一現像器に対し、前記補給口から前記検知位置までの距離が最も小さい第二現像器に対する補給速度よりも小さい補給速度で現像剤を補給する現像剤補給装置と、を備える構成である。

補給口から補給された現像剤は、時間が経つにつれてその流動性により現像器全体に広がり、現像器内での現像剤量の分布は均一となる。第一現像器では、補給口から検出位置までの距離が大きい分、現像器内の実際の現像剤量と現像剤量検知装置の検知結果との間の誤差が大きくなる。しかし、第二現像器よりも第一現像器への補給速度を小さくすることによって、この誤差を小さくすることができる。つまり、検知位置において検知される現像剤量が、実際の現像剤量をより正確に反映したものとなるので、前記画像形成装置によれば、現像剤を現像器内に広げるための機構を設けることなく、第一現像器内の現像剤の補給量を正確に検知することができる。

また、請求項２の画像形成装置では、請求項１に記載の画像形成装置において、前記現像器を３以上備え、前記現像剤補給装置は、前記第一および第二現像器以外の現像器に対する補給速度が、第一現像器に対する補給速度以上かつ第二現像器に対する補給速度以下に設定することができる。

上記構成によると、２以上の現像器中で、第一現像器に対する補給速度が最も小さくなるので、第一現像器における現像剤の過剰補給がより起こりにくくなる。また、第一および第二現像器以外の他の現像器への補給速度を第一現像器よりも大きくすると、これら他の現像器で現像剤の過剰補給が起こりやすくなる。それに対して、請求項２の画像形成装置は、上記構成によって、これら他の現像器においても過剰補給を起こりにくくすることができる。

請求項３の画像形成装置は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、画像形成装置本体と、前記画像形成装置本体に回転可能に設置された前記２以上の現像器とを備えるロータリー現像方式の画像形成装置であり、現像剤補給時には、前記２以上の現像器が回転によって補給位置に配されるようになっており、前記現像剤量検知装置は、前記画像形成装置本体に固定された発光部および受光部を備える光センサであり、前期光センサの光路が補給位置にある現像器内を通る。

前記画像形成装置は、ロータリー現像方式を採用しているので、画像形成装置の小型化に適している。さらに、現像剤量検知装置が補給位置にある現像器の現像剤量を検知する構成であるので、１つの現像剤量検知装置で全ての現像器の現像剤量を検知することが可能である。

請求項４の画像形成装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載された画像形成装置であって、現像剤を像担持体上に搬送することで像担持体上の静電潜像を現像すると共に、前記現像剤をその内部に補給するための補給口を備える第三現像器を、前記２以上の現像器の他に備え、前記第三現像器は、ブラックの現像剤を内部に収容するモノクロ現像器であり、前記現像剤補給装置は、前記２以上の現像器に対する補給速度よりも大きい補給速度で、前記第三の現像器に対して現像剤を補給する。

ブラックの現像剤は、最も消費量が多い傾向にある。つまり、最も補給頻度の高い現像剤である。それゆえ、ブラックの現像剤の補給速度を大きくすることによって、現像剤補給全体にかかる時間を短縮することができ、利便性をより高めることができる。

請求項５の画像形成装置は、請求項４に記載の画像形成装置であって、前記第三現像器内には、現像剤を前記第三現像器内で循環させる現像剤循環装置が設けられている。

現像剤循環動装置を設けることによって、現像剤の流動性のみによって現像剤を現像器内に広げるよりも、現像器内に現像剤が広がる速度を大きくすることができる。つまり、現像剤循環装置を設けることによって、現像剤量の検知結果に実際の現像剤量をより正確に反映させることができる。従って、モノクロ現像器に対して現像剤の補給速度をより大きくしても、現像剤があふれるといった問題が起こりにくい。

本発明によると、検知位置までの距離が最も大きい補給口を有する現像器に対する現像剤補給速度を、他の現像器に対するそれより小さくすることによって、検知位置で検知される現像剤量が、実際の現像剤量をより正確に反映したものとなる。それゆえ、前記画像形成装置によれば、現像剤を現像器内に広げるための機構を設けることなく、現像剤の補給量を正確に検知することができる。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、カラープリンタを例に説明する。

まず、本実施の形態のカラープリンタの画像形成部とその周囲の構成について、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態のカラープリンタ１００の要部構成を示す断面図である。カラープリンタ１００は、ロータリー現像方式の画像形成装置であって、プリンタ本体（画像形成装置本体）１０１、並びに、プリンタ本体１０１に設けられ、画像データに基づいてトナー画像を形成する画像形成部１０、画像形成にトナーを補給するトナー補給装置（現像剤補給装置）２０、トナー画像を記録するための用紙を搬送する用紙搬送装置３０、および用紙上にトナー画像を定着させる定着装置７を備える。

用紙搬送装置３０は、給紙カセット３１、用紙搬送ベルト３２、用紙搬送ローラ群、排紙部３３を備える。用紙搬送装置３０は、用紙搬送ローラ群によって用紙搬送ベルト３２を矢印方向に駆動し、この用紙搬送ベルト３２によって、給紙カセット３１中に収容された用紙Ｐを、画像形成部１０、次いで定着装置７に搬送し、最終的には排紙部３３に排出する。

画像形成部１０は、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色のトナーを用いてカラー画像を形成し、この画像を用紙Ｐ上に転写する。画像形成部１０は、矢印方向に回転可能な感光体ドラム（像担持体）１、並びに感光体ドラム１の周囲にその回転方向に沿って、帯電装置２、レーザユニット３、現像装置４、転写装置５、クリーニングユニット６を備える。さらに、画像形成部１０には、現像剤検知用の光センサユニット１１が設けられる。

なお、以下では、図６の紙面に垂直な方向をｘ軸方向、カラープリンタ１００の通常の設置姿勢における上下方向をｙ軸方向とし、感光体ドラム１の回転軸はｘ軸方向に平行であるとする。また、以下の説明で「手前側」とは、図６の紙面に対して手前側であり、言い換えると図中に示すｘ軸方向における負側である。

画像形成時には、帯電装置２が感光体ドラム１を一様に帯電させる。レーザユニット３は、図示しない制御部から送られる画像データに応じて、この帯電した感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。

現像装置４は、４色のトナーを用いて感光体ドラム１上の静電潜像を現像し、トナー画像を形成する装置である。現像装置４は、各色のトナーに応じた４つの現像器４０（４０ａ〜４０ｄ）を備える。現像器４０ａ〜４０ｄは、プリンタ本体１０１に対して、ｘ軸に平行な回転軸を中心に矢印方向に回転可能に装着されている。現像器４０ａ〜４０ｄはそれぞれ、この回転軸方向に長く延びる形状となっている。画像形成時には、現像装置４は、現像器４０ａ〜４０ｄを図示しない駆動部によってこの回転軸を中心に回転運動させることで、各現像器を感光体ドラム１に対向する位置、すなわち現像位置に順次配置される。現像器４０ａ〜４０ｄは、それぞれ現像位置で感光体ドラム１上にトナーを搬送することで、感光体ドラム１上の静電潜像をトナー画像として現像する。また、現像装置４は、トナー補給装置２０が現像器にトナーを補給するときには、前記駆動部によって現像器４０ａ〜４０ｄを回転駆動することで、各現像器をトナー補給位置に配置することもできる。トナー補給位置については、後述する。

転写装置５は、こうして形成されたトナー画像を用紙等の記録媒体に転写する装置であって、中間転写ベルト５１、一次転写ローラ５２、駆動ローラ５５、二次転写対向ローラ５４、および二次転写ローラ５６を備える。中間転写ベルト５１は、一次転写ローラ５２、駆動ローラ５５、および二次転写対向ローラ５４の周りを、駆動ローラ５５の駆動力によって回転するように設けられている。一次転写ローラ５２は、中間転写ベルト５１上に感光体ドラム１上のトナー画像を転写する。このトナー画像は、中間転写ベルト５１上に一時的に保持される。二次転写ローラ５６は、中間転写ベルト５１の外周面において二次転写対向ローラ５４に対向する位置に配置される。二次転写ローラ５６は、用紙搬送装置３０によって搬送されてきた用紙Ｐに、中間転写ベルト５１上のトナー画像を二次転写する。

クリーニングユニット６は、転写後に感光体ドラム１上に残留したトナーを除去する装置であり、トナーの帯電方向を揃える帯電制御部およびクリーニングブレードを備える。

定着装置７は、二次転写後の用紙Ｐに熱および圧力を加えることによって、トナー画像を用紙Ｐ上に定着させる。

トナー補給装置２０は、各色のトナーを蓄える４つのトナーコンテナ２１（２１ａ〜２１ｄ）、現像器４０ａ〜４０ｄのそれぞれに挿入されてトナーを注入するための４つのノズル２２（２２ａ〜２２ｄ）を備える。なお、各ノズル２２とそれに対応するトナーコンテナ２１とは、それぞれ別のパイプで繋がれている。トナー補給装置２０は、現像器４０ａ〜４０ｄのうち、トナー補給位置にある現像器にトナーを補給するようになっている。図４では、向かって右上の位置がトナー補給位置にあたり、ここに位置する現像器４０にノズル２２が挿入される。なお、本実施形態における「補給位置」とは、現像剤補給装置２０からトナーを補給される位置であればよく、図４に示す位置に限定されるものではない。

図示しないが、カラープリンタ１００内には光センサユニット１１の他にトナー残量検知部が設けられている。トナー残量検知部は、現像器４０ａ〜４０ｄのトナー残量を、満杯時からのドットカウント値によって判断するとともに、トナー残量が所定値を下回ったと判断したときに、トナー補給装置２０および現像装置４にトナー補給動作を行うように指示する。

光センサユニット１１は、現像器外のカラープリンタ本体１０１に固定された受光部および発光部を備える。すなわち、光センサユニット１１は、現像器４０が回転運動をするのに対して、一定の位置に固定されている。光センサユニット１１は、受光部における受光量から、トナー補給位置にある現像器内の所定の位置（後述の検知位置）において、トナーが所定量に達したことを検知できるようになっている。発光部および受光部は、トナー補給位置にある現像器４０に対して手前側に設けられている。光センサユニット１１は、トナーが所定量に達したことを検知すると、トナー補給装置２０および現像装置４に対して補給動作を終了するように指示する。

次に、図１〜３を参照して、現像器４０（４０ａ〜４０ｄ）についてより詳しく説明する。図１は現像器４０ａを示す斜視図であり、図２は図１に示す現像器４０ａのＸ−Ｘ’矢視断面図であり、図３は現像器４０ａを図１の太矢印で示す方向から見た平面図である。

なお、現像器４０ａ〜４０ｄは、それぞれに設けられた下記補給口９１ａ〜９１ｄの位置以外、同一の構造を有している。そこで、以下では、現像器毎に区別する必要のない部材については、同一の符号を付す。また、説明の便宜上、一つの現像器上に、前記現像器の補給口と併せて他の現像器の補給口を図示する場合がある。

図１〜３に示すように、現像器４０（４０ａ〜４０ｄ）は、現像器本体４７、弾性部材９、現像ローラ４１、供給ローラ４２、規制部材４３、シール部材４４、トナー撹拌部材４５、トナー槽４９、第一ライトガイド８１、第二ライトガイド８２、およびライトガイドのクリーニング装置８３を備える。

現像器本体４７は、その内部のトナー槽４９にトナーを収容することができる。特に、本実施形態ではトナーは非磁性一成分トナーであるとする。現像ローラ４１は、回転軸を介して現像器本体４７に対して回転可能に取り付けられており、画像形成時にはトナー槽４９内のトナーを感光体ドラム１上に搬送する。供給ローラ４２は、現像器本体４７の内部で、現像ローラ４１とトナー撹拌部材４５との間に、回転可能に装着されている。供給ローラ４２は、現像路ローラ４１と接触するように設けられ、ウレタン等からなるスポンジ状のローラである。供給ローラ４２は、現像ローラ４１にトナーを供給する。撹拌部材４５は、断面形状がＴ字形状であって、トナー槽４９中に回転可能に設けられ、トナーを供給ローラ４２に送るための部材である。規制部材４３は、現像ローラ４１に付着するトナーの量を規制すると共に、トナーを帯電させる。シール部材４４は、現像器本体４７と現像ローラ４１との間に設けられ、現像ローラ４１に現像後も残留するトナーが現像器本体４７内に戻ることを妨げる（図２）。

弾性部材９は、トナー槽４９に対して現像器４０の回転軸とは逆側に配されており、トナー槽４９と現像器本体４７の外部を遮断する。弾性部材９は、現像器４０ａ〜４０ｄにそれぞれ１つずつ設けられており、各弾性部材９には、現像剤補給装置２０のノズル２２を挿入するための切込みである補給口９１（９１ａ〜９１ｄ）が設けられている。なお、補給口９１ａ〜９１ｄは、それぞれ現像器４０ａ〜４０ｄに設けられているものとする。

弾性部材９は、補給口９１からトナー槽中のトナーが流出しないように、また、ノズル２２を挿入することが可能であるように、適度な弾性を備えていればよい。このような弾性部材としては特に限定されるものではないが、具体的には、ウレタンを用いることができる。

なお、本実施形態では補給口は弾性部材に設けられた切り込みであるとしたが、本発明はこれに限定されない。補給口は、現像器外部から現像器内部へとトナーを導くことができる構成であればよく、例えば外部からはトナーを補給できるが、内部のトナーを流出させないような弁構造等、従来公知の技術を適用することができる。

ここで、ｘ軸の負方向における現像器本体４７の端面を第一端面とする。補給口９１ａ〜９１ｄはそれぞれ、図１に示すように、現像器本体４７の第一端面からの距離が異なっている。具体的には、現像器本体４７の第一端面からの距離は、補給口９１ｄが最も大きく、補給口９１ｃ、９１ｂ、９１ａの順に小さくなる。

図２に示す現像器４０では、トナー槽４９内のトナーが撹拌部材４５により撹拌される。しかし、撹拌部材４５にはトナーを現像器の長手方向に移動させる機能がない。そのため、補給口９１ａ〜９１ｄから補給されたトナーが現像器４０全体に広がるには、トナー自体の流動性によるところが大きい。このような現像器は、非磁性一成分の現像器としてしばしば用いられる。

第一ライトガイド８１は、透光性を有する透光部８１１、並びに、透光部８１１に設けられた入射面８１２および出射面８１３を備える。入射面８１２は現像器４０の外部に、出射面８１３はトナー槽４９内に設けられている。本実施形態では、入射面８１２は透光部８１１が現像器本体４７の第一端面から突出した部分に形成されている。また、出射面８１３は、トナー槽４９内で、補給口９１ａよりも第一端面寄りに設けられている。

また、第二ライトガイド８２は、透光性を有する透光部８２１、並びに透光部８２１に設けられた入射面８２２および出射面８２３を備える。入射面８２２は、トナー槽４９内で、現像器４０の短手方向において出射面８１３に対向するように設けられている。一方第一ライトガイドの入射面８１２と同じく、出射面８２３は現像器４０の外部、現像器本体４７の第一端面に形成されている。

トナー量検知時には、上述のトナー検知用の光センサユニット１１の発光部からの光は、第一ライトガイドの入射面８１２に入射し、透光部８１１を通って出射面８１３からトナー槽４９内へ出射される。この出射された光は第二ライトガイドの入射面８２２に入射し、透光部８２１を通って現像器４０の外部へ導かれ、出射面８２３から出射される。出射面８２３からの光は、光センサユニットの受光部に入射する。

トナーによって出射面８１３と入射面８２２との間の光が遮られると、光センサの受光部における受光量が低下する。こうして、光センサユニットは、トナーが所定量に達したことを検知することができる。トナー槽４９内の出射面８１３と入射面８２２が設けられる位置を本実施形態では検知位置と称する。

クリーニング装置８３は、出射面８１３と入射面８２２に付着したトナーを除去することができる。このクリーニング装置８３を設けることで、第一ライトガイド８１および第二ライトガイド８２を用いたトナー量検知を、より精度よく行うことができる。

なお、現像器４０ａ〜４０ｄは、同一形状の第一ライトガイド８１および第二ライトガイド８２を備える。よって、現像器４０ａ〜４０ｄにおいて、現像器本体４７の第一端面から検知位置までの距離は同一となっている。

以上に述べた構成により、現像器４０ａ〜４０ｄにおいて、その長手方向での検知位置から補給口９１までの距離は、現像器毎に異なっている。

次に、トナー補給時のトナー補給装置２０の動作について、図４を参照して説明する。図４は、各現像器にトナーが補給される様子を示す断面図である。

本実施の形態においては、装置のコンパクト化の観点から、ノズル２２ａ〜２２ｄは、現像器４０ａ〜４０ｄの回転軸に平行な直線上、つまり図４のｘ軸に平行な直線上に、この順で配置されている。言い換えると、ノズル２２ａ〜２２ｄは、各現像器が補給位置にあるときの補給口９１ａ〜９１ｄに対応する位置に設けられている。

トナー補給装置２０は、図示しないノズル移動装置と、コンテナ駆動装置とを備えている。ノズル２２ａ〜２２ｄは、通常は退避位置（２２ａ’〜２２ｄ’）にある。トナー補給時には、上述したように、現像器４０ａ〜４０ｄのうちの１つが補給位置に移動する。そして、ノズル移動装置が、ノズル２２ａ〜２２ｄのうち、補給するトナーに対応するノズルを挿入位置（２２ａ’’〜２２ｄ’’）に移動させ、補給位置にある現像器に差し込む。このようにノズルが現像器に差し込まれた状態で、コンテナ駆動装置が、コンテナ２１ａ〜２１ｄのうち補給すべきトナーに対応するコンテナから、ノズルを介して現像器にトナーを補給する。補給動作が終了すると、ノズル移動装置はノズルを退避位置に戻す。

上述したように、図２に示す現像器では、トナーの流動性のみによって、現像器の長手方向にトナーを広げている。それゆえ、トナーがトナー量検知位置にまで広がるのに時間を要する。従って、トナー満杯を検知する検知位置がトナー補給口から遠いほど、満杯を検知するタイミングが遅くなってしまう。結果、トナーを過剰に充填してしまう、またはトナーが現像器４０からあふれるといった問題を引き起こすことがある。

トナー補給装置２０が各補給口９１ａ〜９１ｄを介してトナーを補給する速度（ｇ／ｍｉｎ）を、それぞれＶａ〜Ｖｄとすると、本実施形態ではＶａよりＶｄを小さく設定する。これによって、補給口が検知位置から最も離れている現像器において、検知位置でのトナー量とトナー補給量との間の誤差が小さくなる。ゆえに、光センサユニット１１は、過剰量のトナーが補給される前に、トナーが所定量に達したことを検知することができる。よって、トナー補給時のトナーあふれを防止することができる。

なお、ＶｄをＶａより小さく設定する以外、補給速度は自由に設定することができる。ただ、トナーあふれを防止するためには、ＶｂおよびＶｃがＶｄ以上Ｖａ以下であることが好ましい。例えば、Ｖｄを最も小さくして、それ以外の速度Ｖａ〜Ｖｃを同一としてもよいし、Ｖａを最も大きくして、それ以外の速度Ｖｂ〜Ｖｄを同一としてもよい。また、Ｖａ＞Ｖｂ＞Ｖｃ＞Ｖｄとしてもよい。

なお、ブラックトナーは、最も消費量が大きく補給頻度も高いので、速く補給できることが好ましい。それゆえ、ブラックのトナーは、補給口９１ｄ以外の位置、つまり補給口９１ａ〜９１ｃのいずれか１つから補給されるようになっていることが好ましく、このとき、ブラックのトナーの補給速度を他のトナーの補給速度よりも大きくすることが好ましい。

〔実施形態２〕
他の実施形態として、複数の現像器のうちの一部に対するトナー補給が、光センサによるトナー量検知ではなく、補給時間によって制御される画像形成装置が挙げられる。

このような画像形成装置としては、例えば、前記実施形態１のカラープリンタ１００において、４つの現像器４０ａ〜４０ｄのうち、ブラックトナーを収容するモノクロ現像器が図５に示す現像器１４０であり、かつ、トナー補給装置２０によるモノクロ現像器への補給時間を測定することのできる補給時間測定装置が設けられたカラープリンタがある。

図５に示す現像器１４０は、磁性一成分トナー用現像器として従来用いられてきた構成を利用したものである。磁性一成分トナーは、一般的にカラートナーより流動性が悪く、トナーの流動性に頼った横移動をさせることは困難である。そのため、スクリュー等によりトナーを強制的に現像器内で循環させる機構を備える現像器が提案されている。

現像器１４０は、現像器本体１４７、その内部に形成されたトナー槽１４９を備え、さらに図２の現像器４０の供給ローラ４２および撹拌部材４５の代わりに、２つのスクリュー１４２およびスクリュー１４５、現像ローラ４１に相当するマグローラ１４１、規制部材４３に相当する磁性規制部材１４３を備える。現像器４０と略同様の機能を有する部材については、その説明を適宜省略する。

上述の現像器４０の供給ローラ４２および撹拌部材４５には、トナーを現像器本体４７の長手方向に移動させる機能はない。しかし、スクリュー１４２および１４５は、回転することによって、トナーをトナー槽１４９内で現像器本体４７の長手方向に移動させることができ、さらには、トナー槽１４９内で長手方向に循環させることができる。この構成によって、現像器１４０では、補給されたトナーがトナー槽１４９内において均一になるのに要する時間が、現像器４０と比較してより短くなる。また、トナーはトナー槽１４９中を循環するので、一箇所に偏りにくい。従って、トナー補給速度をより大きくしても、光センサユニットによる検知結果と実際のトナー量との間の誤差が小さく、トナーの過剰補給という問題は起こりにくい。さらに、スクリュー１４２・１４５の回転速度を調節することによって、トナー補給速度の設定の自由度が増す。

本実施形態のカラープリンタでは、ブラックのトナーを収容する現像器として、現像器１４０が設けられている。そして、他のトナーの現像器は、図２に示した現像器４０であることが好ましい。

トナー補給装置２０は、ブラックのトナー補給速度が、４色のトナーのうちで最も大きく設定されている。一般的に、ブラックのトナーは４色のトナーのうちで最も消費量が大きいので、ブラックのトナーの補給速度を他のトナーより大きくすることで、ブラックのトナーの補給速度を他のトナーより小さくするよりも、トナー補給にかかる合計時間を短縮することができる。

本実施形態においては、トナー補給装置２０から現像器１４０へのトナー補給の終了タイミングは、実施形態１で説明した光センサによるトナー量検知ではなく、補給時間によって制御される。すなわち、トナー補給速度および目標とするトナー補給量から、トナー補給時間を設定する。そして、トナー補給開始から所定のトナー補給時間が経過したと補給時間測定装置が判断すると、補給時間測定装置からの信号に基づいてトナー補給を終了するようにトナー供給装置２０に指示する制御機構が、カラープリンタ内に設けられている。なお、このようなトナー補給時間が設定された現像器には、第一および第二ライトガイドを設ける必要はない。また、現像器１４０の補給口は、上述の補給口９１ａ〜９１ｄのどの位置に設けてもよい。

好ましい形態として、カラー（シアン、マゼンダ、イエロー）のトナーは、非磁性一成分であると共に図２に示す現像器に収容され、ブラックのトナーは磁性一成分であると共に、図５に示すようにスクリューを備える現像器に収容される形態が挙げられる。

また、トナー補給装置２０は、現像器のうち、特に、光センサによるトナー量検知の結果に基づいてトナー補給量が制御される現像器（実施形態１の図２参照）の中で、トナー量検知位置が補給口から最も離れている現像器に対するトナー補給速度を、最も近い現像器に対する補給速度よりも小さくすればよい。

なお、以上の実施形態では、４つの現像器を備えるロータリー現像方式の画像形成装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２以上の現像器を備える画像形成装置であればよい。また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。請求項に示した範囲内で変更した実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

上述の実施形態で述べた画像形成装置を用い、各表に示す条件にて現像器にトナー補給を行った。そして、トナー補給終了までにトナーあふれが起きるか否かを実験した。トナーあふれが起きた現像器を×、起きなかった現像器を○と評価した。

なお、各実施例および比較例における４つの現像器について、補給口の位置Ａ〜Ｄは、図１に示す９１ａ〜９１ｄに相当する。つまり、補給位置Ａはトナー検知位置から最も近く、補給位置Ｂ，Ｃ，Ｄはこの順に検知位置からの距離が大きくなる。

「現像器内トナー量」とは、補給開始時における現像器内のトナー量であり、「目標トナー量」とは、補給終了時のトナー量の目標値である。「満杯検知時トナー量」は、上述の光センサユニット１１でトナーが満杯であることが検知されたときの、現像器内の実際のトナー量である。

また、表中「磁性一成分」と記す現像器は、磁性一成分トナーを収容すると共に、図５に示す構造、つまり２つのスクリューを備える磁性一成分用現像器である。一方、「非磁性一成分」と記す現像器は、非磁性一成分トナーを収容すると共に、図２に示す構造を備える非磁性一成分用現像器である。

非磁性一成分トナーの現像器について、各部材の具体的な構成は以下の通りである。現像ローラ４１としては、ＪＩＳ−Ａ硬度が４５度、抵抗値が１×１０^６Ω、表面粗さＲａが１．０μｍの弾性ローラを用いた。供給ローラ４２として、抵抗値が１×１０^８Ωのウレタンスポンジローラを用い、供給ローラ４２と現像ローラ４１との接触ニップを３ｍｍとした。規制部材４３として、幅０．０８ｍｍのＳＵＳ（ステンレス鋼）を用い、現像ローラ４１に対する接触圧を２５Ｎ／ｍに設定した。シール部材４４としては、導電性の高分子量ＰＥ（ポリエチレン）フィルムを用い、シール部材４４が現像ローラ４１に均一に接触するように、ウレタンスポンジでバックアップした。また、供給ローラ４２側にトナーを送り込むために、回転軸に厚さ１００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを貼り付けた撹拌部材４５を設けた。また、弾性部材９として４ｍｍ厚の単泡ウレタンスポンジＬＥ−２０（ロジャースイノアック製）を使用し、補給口として切込み９１を設けた。

その他の条件として、現像ローラ４１の周速を２００ｍｍ／ｓｅｃ、供給ローラ周速比を０．８（カウンタ回転）、撹拌部材４５の回転数を６０ｒｐｍとした。

また、磁性一成分トナーの現像器について、具体的な構成は以下の通りである。マグローラ１４２はφ１６、周速２００ｍｍ／ｓｅｃ、磁極数３極、表面粗さＲｚ＝８．０μｍとした。規制部材１４３は幅２ｍｍのＳＵＳとし、Ｄｂギャップを０．３ｍｍに設定した。また、スクリュー１４２・１４５は、ピッチ２０ｍｍ、回転数１２０ｒｐｍに設定した。他の部材については、上述の非磁性一成分トナーと同様とした。

比較例１では、全ての現像器を非磁性一成分トナー用の現像器とし、全ての現像器に対して同一の速度でトナーを補給した。その結果、トナー補給位置からトナー量検知位置までの距離が大きい２つの補給位置Ｃ・Ｄで、満杯検知時のトナー量が目標値を上回った。そして、検知位置から最も遠い補給位置Ｄにおいて、トナーあふれが起きた。

比較例２では、比較例１の条件を、検知位置からの距離が大きくなるにつれて、トナー補給速度が大きくなるように変更した。その結果、比較例１と同様に、トナー量検知位置までの距離が大きい２つの補給位置Ｃ・Ｄで、満杯検知時のトナー量が目標値を上回った。そして、検知位置から最も遠い補給位置Ｄにおいて、トナーあふれが起きた。

実施例１では、補給位置がＢである現像器については１５ｇ／ｍｉｎとし、補給位置Ｃ・Ｄへの補給速度を１０ｇ／ｍｉｎとより小さくし、補給位置Ａへの補給速度を２０ｇ／ｍｉｎとより大きくした。その結果、全ての現像器において、満杯検知時のトナー量は目標値以下となり、トナーあふれは起こらなかった。

比較例３では、補給位置Ａの現像器を磁性一成分トナー用現像器とし、それ以外の現像器を非磁性一成分トナー用現像器とした。また、トナー補給速度を、補給位置Ａに対しては２０ｇ／ｍｉｎ、補給位置Ｂ〜Ｄに対しては同一の１５ｇ／ｍｉｎとした。トナー補給時間は、補給位置Ａのみ３０ｓｅｃで固定し、他の補給位置Ｂ〜Ｄについては、光センサユニットの検知結果に基づいて補給を停止した。その結果、トナー量検知位置からの距離が大きい２つの補給位置Ｃ・Ｄで、満杯検知時のトナー量は目標値を上回った。そして、トナー量検知位置から最も遠い補給位置Ｄにおいて、トナーあふれが起きた。

実施例２では、トナー補給速度および補給位置Ａに対する補給時間以外は、比較例３と同一の構成とした。具体的には、トナー補給速度を、補給位置Ａに対しては３０ｇ／ｍｉｎ、補給位置Ｂに対しては１５ｇ／ｍｉｎ、補給位置Ｃ・Ｄに対しては１０ｇ／ｍｉｎとし、補給位置Ａへの補給時間を２０ｓｅｃに固定した。その結果、全ての現像器において、満杯検知時のトナー量は目標値と一致し、トナーあふれは起こらなかった。

また、実施例３では、補給位置Ａ・Ｂへの補給速度をどちらも２０ｇ／ｍｉｎとすると共に、補給位置Ａへの補給時間を３０ｓｅｃとした以外は、実施例２と同一条件とした。その結果、全ての現像器において、満杯検知時のトナー量は目標値と一致し、トナーあふれは起こらなかった。

実施例４では検知位置から２番目に遠い補給位置Ｃの現像器のみを磁性一成分トナー用の現像器とし、それ以外は全て非磁性一成分トナー用現像器とした。磁性一成分トナー用現像器へのトナー補給速度を２０ｇ／ｍｉｎ、補給時間を３０ｓｅｃとし、これ以外の補給位置Ａ、Ｂ、Ｄの現像器については、トナー量検知位置からの距離が大きくなるに応じて、補給速度が小さくなるように、２０、１５、１０ｇ／ｍｉｎに設定した。その結果、全ての現像器において、満杯検知時のトナー量は目標値以下となり、トナーあふれは起こらなかった。

本発明の一実施形態における現像器の斜視図。 図１の現像器の要部構成を示すＸ−Ｘ’矢視断面図。 図１の現像器の要部構成を示す平面図。 トナー補給時のノズルと現像器との位置関係を示す平面図。 現像器の他の実施形態を示す断面図。 図１の現像器を備えるカラープリンタの要部構成を示す断面図。

符号の説明

１ 感光体ドラム（像担時体）
１０ 画像形成部
１１ 光センサユニット（現像剤量検知装置）
２０ トナー補給装置
４０（４０ａ〜４０ｄ）、１４０ 現像器
４９ トナー槽
８１ 第一ライトガイド
８２ 第二ライトガイド
９１（９１ａ〜９１ｄ） 補給口
１００ カラープリンタ
１４５、１４２ スクリュー（現像剤循環装置）

Claims (5)

1. 電子写真方式でかつロータリー現像方式の画像形成装置であって、
   画像形成装置本体と、
   現像剤をその内部に補給するための補給口を有し、内部に収容した現像剤を像担持体上に搬送することで前記像担持体上の静電潜像を現像し、前記画像形成装置本体に回転可能に設置された２以上の現像器であって、現像剤の補給時には前記２以上の現像器が回転によって現像剤の補給位置に配されるようになっており、かつ、前記補給口からの距離がそれぞれ異なる現像剤量検知位置が内部に設定された２以上の現像器と、
   前記現像剤の補給位置にある前記２以上の現像器それぞれについて前記現像剤量検知位置における現像剤量を検知する現像剤量検知装置と、
   前記補給口を介して前記現像器に現像剤を補給すると共に、前記２以上の現像器のうち、前記補給口から前記現像剤量検知位置までの距離が最も大きい第一現像器に対し、前記補給口から前記現像剤量検知位置までの距離が最も小さい第二現像器に対する補給速度よりも小さい補給速度で現像剤を補給する現像剤補給装置と、
   を備え、
   前記現像剤量検知装置は、１つの現像剤量検知装置で全ての前記現像器の現像剤量を検知可能に構成される画像形成装置。
2. 前記現像器を３以上備え、
   前記現像剤補給装置は、前記第一および第二現像器以外の現像器に対する補給速度が、第一現像器に対する補給速度以上かつ第二現像器に対する補給速度以下に設定されている画像形成装置。
3. 前記現像剤量検知装置は、前記画像形成装置本体に固定された発光部および受光部を備える光センサであり、前記光センサの光路が前記現像剤の補給位置にある前記現像器の内部を通る請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 現像剤を像担持体上に搬送することで前記像担持体上の静電潜像を現像すると共に、前記現像剤をその内部に補給するための補給口を備える第三現像器を、前記２以上の現像器の他に備え、
   前記第三現像器は、ブラックの現像剤を内部に収容するモノクロ現像器であり、
   前記現像剤補給装置は、前記２以上の現像器に対する補給速度よりも大きい補給速度で、前記第三の現像器に対して現像剤を補給する請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記第三現像器の内部には、現像剤を前記第三現像器の内部で循環させる現像剤循環装置が設けられている請求項４に記載の画像形成装置。

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