JP4898277B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、特に、回転軸を備えた回転枠と、回転枠に支持される複数の現像器と、現像器にトナーを補給する補給装置とを備えた画像形成装置に関する。

カラー画像を形成することができる画像形成装置は、それぞれ異なった色の現像剤を内部に備えた複数の現像器を備えている。画像形成装置を小型化するために、回転可能な一つの回転枠の周りに複数の現像器を配置した回転式の現像装置を備えた画像形成装置が存在する（特許文献１参照）。このような画像形成装置では、回転枠が回転しながら感光体ドラムに各現像器からそれぞれの色の現像剤を供給し、感光体ドラム上にトナー画像を形成する。感光体ドラム上のトナー画像は用紙に転写され、定着装置で加熱及び加圧されて用紙にトナー画像が定着される。そして、トナー画像が用紙に定着した後に、画像形成装置外に排出される。ここで、定着装置では加熱された加熱手段によって用紙のトナー画像を加熱するために、定着装置の温度は他の部分よりも高くなっている。そのために、定着装置の近傍に設けられた回転式の現像装置では、定着装置の熱によって現像器の内部に収納されているトナーが柔らかくなり、溶着するなどの影響を受ける可能性がある。そこで、加熱された定着装置の熱が現像器に伝達されないようにするために冷却装置（ファンモータ）が定着装置の近傍に設けられている。
特開２００５−２４５７５号公報

ところで、前述のような従来の回転式現像装置を備えた画像形成装置では、現像器にトナーを補給する際には回転枠の回転を止めて補給を行う。このトナー補給の際には、定着装置の温度は所定の温度（定着動作時の温度）に設定されており、定着装置は他の部分よりも高い温度になっている。一方、冷却装置の設定（ファンモータの回転数など）は画像形成動作時以外の設定であるために、定着装置に最も近い位置にある現像器では、定着装置からの熱の影響を受ける可能性がある。すなわち、現像器内のトナーが定着装置の熱によって溶解することや、現像ローラが熱膨張して感光体ドラムと現像器との間の距離が変わる場合がある可能性がある。この場合には、トナーが溶解することによるトナーの劣化や感光体ドラムと現像器との間の距離が変わることによる画質の低下が引き起こされる。

本発明の課題は、トナー補給動作時に定着装置から現像器が熱の影響を受けにくくすることにある。

請求項１に係る画像形成装置は、画像情報に基づいて画像を形成する画像形成装置であって、静電潜像担持体と、回転現像装置と、定着装置と、補給装置と、補給時期検出手段と、熱遮断手段と、調整手段とを備えている。静電潜像担持体は画像情報に基づく静電潜像が形成される。回転現像装置は、静電潜像担持体に供給する現像剤を収納する複数の現像器と、複数の現像器を支持するとともに回転可能な回転枠とを有する。定着装置は、加熱手段を有し、画像を用紙に定着させる。補給装置は現像器に現像剤を補給する。補給時期検出手段は補給装置によって現像器に現像剤を補給する時期を検出する。熱遮断手段は、定着装置から現像器に定着装置の熱が伝達されないように定着装置と現像器との間に熱遮断物質を供給する又は定着装置と現像器との間から熱伝達物質を排除する。調整手段は、補給時期検出手段によって検出された補給時期に熱遮断手段の熱遮断物質の供給量又は定着装置と現像器との間から熱伝達物質の排除量を調整する。

この画像形成装置では、静電潜像担持体に画像情報に基づいて静電潜像が形成される。回転現像装置から静電潜像担持体に現像剤が供給されて画像が形成される。静電潜像担持体上に形成された画像は用紙に転写される。用紙に転写された画像は、定着装置で用紙に定着される。補給時期検出手段によって現像剤の補給時期が検出されると、補給時期に補給装置によって現像器に現像剤が補給される。このとき、調整手段は、熱遮断物質遮断手段の熱遮断物質の供給量又は定着装置と現像器との間から熱伝達物質の排除量を調整する。

ここでは、現像剤の補給時に定着装置の熱が現像器に伝達されにくくなる。このために、現像器が熱の影響を受けにくくなる。

請求項２に係る画像形成装置は、請求項１に記載の画像形成装置であって、熱遮断手段は冷却ファンである。

ここでは、冷却ファンを回転させることで熱遮断物質としての冷風を定着装置と現像器との間に供給でき、冷却ファンの回転数を変化させることで冷風供給量（熱遮断物質の供給量）が制御できるために、冷風供給量の調整が容易になる。

請求項３に係る画像形成装置は、請求項２に記載の画像形成装置であって、調整手段は補給装置による現像剤の補給時と画像形成動作時に冷却ファンによる冷風供給量を増加させる。

ここでは、現像剤の補給時及び画像形成動作時に冷風供給量を変えるために、現像剤補給及び画像形成以外の動作が冷風供給量を変えることによる影響を受けにくくなる。

請求項４に係る画像形成装置は、請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置であって、補給時期検出手段によって検出された補給時期に定着装置の加熱手段の温度を下げる加熱手段の温度制御手段をさらに備えている。

ここでは、補給時期に熱遮断手段の熱遮断物質の供給量又は熱伝達物質の排除量が調整されると共に、定着装置の加熱手段の温度を下げるためにさらに定着装置の熱が現像器に伝達されにくくなる。

本発明では、トナー補給動作時に定着装置から現像器が熱の影響を受けにくくすることができる。

１．構成
図１に本発明の一実施形態が採用された画像形成装置であるカラープリンタ１（画像形成装置）を示す。なお、この図１は各構成要素の配置を示すための模式図であり、各部の詳細は省略して示している。

このカラープリンタ１は、図示しないコンピュータなどに接続されており、外部のコンピュータなどから送られてくる画像情報に基づいてカラー画像を用紙に印刷可能な装置である。

このカラープリンタ１は、画像情報に基づいて用紙に画像を形成する画像形成部２と、用紙を搬送する用紙搬送部３と、画像形成部２で形成された画像を用紙に定着する定着部４と、用紙を収納する用紙収納部５と、用紙をカラープリンタ１の外部に排出する排出部６と、トナー補給部７とを有している。

画像形成部２は、感光体ドラム２１と、回転現像装置２２と、帯電装置２３と、レーザユニット２４と、クリーニング装置２５と、駆動機構２６とを有している。

感光体ドラム２１（静電潜像担持体）は、表面に静電潜像が形成される部材であって、カラープリンタ１のほぼ中央に配置されている。また、感光体ドラム２１は、ドラム状の部材であって、図１の紙面に直交する方向に回転軸が設けられている。なお、感光体ドラム２１の下側に、感光体ドラム２１に近接して感光体ドラム２１上のトナー画像を用紙に転写するための中間転写ベルト２１１が配置されている。

回転現像装置２２は、感光体ドラム２１に隣接して配置された部材であって、円柱状の部分である。回転現像装置２２は、４つの現像器２２１と、回転枠２２２とを有している。回転枠２２２は、感光体ドラム２１の回転軸と平行な回転軸に４枚の板状部材２２６が等間隔に配置されている部材であって、この４枚の板状部材２２６によって４つの空間が形成されている。この４つの空間にそれぞれ内部に異なる色のトナーを収納する現像器２２１が配置される。現像器２２１は、容器本体２２３と、現像ローラ２２４とを備えている。容器本体２２３は、円柱を周方向に４分割したような形状であって、長手方向に延びる開口を有している。また、容器本体２２３の内部には感光体ドラム２１に供給するためのトナーが収納されている。ここで、４つの容器本体２２３には内部に非磁性のイエローのトナー、非磁性のシアンのトナー、非磁性のマゼンタのトナー、磁性のブラックのトナーがそれぞれ収納されている。現像ローラ２２４は、回転現像装置２２の回転軸が延びる方向と同じ方向に延びる円柱状の部材であって、開口に配置される部材である。現像ローラ２２４は感光体ドラム２１の表面にトナーを供給するための部材である。図２に示すように、現像ローラ２２４の両端には感光体ドラム２１と現像ローラ２２４との間の距離を保つための距離規制コロ２２５が配置されている。ここで、図２は回転現像装置２２と感光体ドラム２１との関係を示す図である。この距離規制コロ２２５は現像ローラ２２４よりも半径の大きな円板状の部材である。

以上のような構成では、感光体ドラム２１と現像ローラ２２４とが対向している状態では、非磁性トナー（イエロー、シアン、マゼンタのトナー）が収納されている現像器２２１の現像ローラ２２４と感光体ドラム２１との間の距離は０．１ミリに保持され、磁性トナー（ブラックのトナー）が収納されている現像器２２１の現像ローラ２２４と感光体ドラム２１との間の距離は、０．３ミリに保持される。さらに、ブラックのトナーが収納される現像器２２１に用いられる現像ローラ２２４は内部に配置されたマグネットと、その外周を回転可能なアルミニウムで形成された円筒状部材であり、ブラック以外のトナーを収納する現像器２２１に用いられる現像ローラ２２４はステンレスなどで形成された回転軸に発砲シリコンのローラを形成し、その表面にソリッドのウレタンゴムをコーティングしたゴムローラである。ここで、アルミニウムの線膨張係数は１０^ー６／℃であり、ウレタンゴムの線膨張係数は１０^―４／℃である。

なお、この回転現像装置２２では、画像形成動作時以外では磁性トナー（ブラックのトナー）が収納されている現像器２２１が定着部４に最も近くなるような位置に配置されるように回転枠２２２の回転位置が制御される。

帯電装置２３は、感光体ドラム２１の表面を帯電させるための装置であって、感光体ドラム２１の上側に配置されている。

レーザユニット２４は、回転現像装置２２の上側に配置された部材であって、感光体ドラム２１上に画像データに基づいた静電潜像を形成するためにレーザ光を照射するための装置である。

クリーニング装置２５は、感光体ドラム２１に残留した残留トナーなどの付着物を除去するための装置であって、本カラープリンタ１では感光体ドラム２１の上側に感光体ドラム２１の軸方向全体にクリーニングブレードが設けられている。

駆動機構２６は、図２に示すように、回転現像装置２２を回転させるための機構であって、入力ギア２６１と、入力ギア２６１を回転させる第２ギア列２６２と、第２ギア列２６２が連結されているモータ（駆動源）（図示せず）とを有している。入力ギア２６１は、第２ギア列２６２から動力が伝達され、伝達された動力を回転枠２２２に伝達する部材であって、一対の円板状の部材２６ａと一対の円板状の部材２６ａを接続する軸部材２６ｂとによって構成されている。一対の円板状の部材２６ａは、回転枠２２２の環状部２２ｂのギア歯と噛み合うギア歯が外周に形成されている。軸部材２６ｂは、回転現像装置２２の回転軸と平行に設けられている。第２ギア列２６２は、モータから動力が伝達され、モータから伝達された動力を入力ギア２６１に伝達するための部分であって、複数のギアによって構成される。そして、この複数のギアの一つに、モータの軸が固定されている。

用紙搬送部３は、用紙収納部５から画像形成部２と定着部４とを通過して排出部６まで連続する搬送路を有している。

定着部４は、回転現像装置２２の下側に回転現像装置２２に近接して配置されており、加熱ローラ４１（加熱手段）と加圧ローラ４２とを有している。加熱ローラ４１は、用紙上に形成された画像を形成するトナーを熱で溶解するための部材であって、加圧ローラ４２の上側に配置されている。また、定着動作時には加熱ローラ４１の温度は約１５０℃である。

用紙収納部５は、カラープリンタ１の下部に配置された部分であって、用紙を収納する給紙カセット５１を有している。

排出部６はカラープリンタ１の上部表面に配置され、画像が形成された用紙を載置する。

トナー補給部７（補給装置）は、現像器２２１内にトナーを補給するための部分であって、感光体ドラム２１の上側に配置されている。トナー補給部７は、４つのトナーコンテナ７１と、各トナーコンテナに対応して設けられた４つのトナー補給パイプ７２とを有している。

４つのトナーコンテナ７１は、それぞれ現像器２２１内に補給するためのトナーが収納されている箱状の部材であって、図１の紙面に垂直な方向に並べて配置されている。

トナー補給パイプ７２は、トナーコンテナ７１のトナーを現像器２２１内に補給する部材であって、一方向に延びるパイプ状の部材である。また、トナー補給パイプ７２は、上方の待避位置（図１の実線で示す位置）と、下方でトナー補給パイプ７２の先端部が現像器１６の内部に進入した供給位置（図１の二点鎖線で示す位置）とを取り得る。さらに、トナー補給パイプ７２は、先端に開口を有し、現像器２２１内に先端を挿入して現像器２２１内にトナーを補給する。

このカラープリンタ１は、図４に示すように、定着部４の温度調整装置８と、回転枠２２２の回転位置制御装置９とをさらに有している。

定着部４の温度調整装置８は、２つの冷却ファン８１（図３参照：図３では１つの冷却ファンのみを図示）を備え、ＣＰＵ（制御部１００）がプログラムを実行することで、図４に示すように、補給時期検出手段８２と、冷風供給量制御手段８３（調整手段）と、加熱ローラ４１の温度調整手段８４として機能する。ここで、図３は定着部４と冷却ファン８１との位置関係を示す図であって、図４は制御部１００を示すブロック図である。

２つの冷却ファン８１（熱遮断手段）は、図３に示すように（図３では１つのみ表示）、定着部４の加熱ローラ４１の上方における空間の両側部、すなわち図１の紙面手前側と奥側とに配置されており、加熱ローラ４１の熱が回転現像装置２２に伝達されるのを防止するために加熱ローラ４１と回転現像装置２２との間に冷風を供給するための装置である。より具体的には、一方の冷却ファンは外気を装置内部（加熱ローラ４１上方の空間）に取り入れ、他方の冷却ファン８１は装置内部の空気を外部に排出するように設けられている。この一対の冷却ファン８１によって回転現像装置２２と加熱ローラ４１との間に冷風が供給、排出されている。この冷却ファン８１は、印字時及びトナー補給動作時は所定の回転数で回転しており、印字時及びトナー補給動作時以外は印字時及びトナー補給動作時の回転数の半分の回転数で回転している。

補給時期検出手段８２はトナー補給する時期を検出する手段である。具体的には、トナー補給時から現在までに形成した画像のドット数をカウントすることによって消費されたトナーの量を検出し、トナー補給時に現像器２２１内に存在するトナー量から差し引くことで現像器２２１内に存在しているトナー量が検出できる。現像器２２１内部のトナー量が所定量よりも少なくなるとトナー補給時期と判断する。

冷風供給量制御手段８３は印字動作時及びトナー補給時に冷却ファン８１の回転数が印字動作時及びトナー補給時以外の場合の２倍になるように冷却ファン８１の回転数を制御する。

加熱ローラ４１の温度調整手段８４はトナー補給時に加熱ローラ４１の温度を１５０℃から９０℃に下げる手段である。

回転枠２２２の回転位置制御装置９は、回転現像装置２２の回転枠２２２の回転位置を制御する装置であって、ＣＰＵ（制御部１００）がプログラムを実行することで、画像形成動作認識手段９１と、回転枠２２２の回転位置制御手段９２として機能する。

画像形成動作認識手段９１は画像形成動作が行われているか否かを判断する手段である。

回転枠２２２の回転位置制御手段９２は、画像形成動作が行われていない場合には、ブラックのトナーを内部に収納する現像器２２１を定着部４に最も近い位置に位置するように回転枠２２２の回転位置を制御する。

２．動作
画像形成動作と回転枠２２２の回転位置制御動作について説明する。ここで、回転枠２２２の回転位置制御動作を図５のフローチャートに示す。

このカラープリンタ１では、画像形成命令がなされたか否かが判断される（Ｓ１）。画像形成命令がなされている場合（Ｓ１のＹＥＳ）には、画像データがコンピュータから送信されると、帯電装置２３によって表面が帯電させられた感光体ドラム２１にレーザユニット２４からレーザ光が照射される。このようにして感光体ドラム２１の表面に静電潜像が形成されると、回転現像装置２２の回転枠２２２が回転して一色目のトナーを収納した現像器２２１が現像位置に位置するように回転位置が制御される。すなわち、一色目の現像剤を収納する現像器２２１の現像ローラ２２４が感光体ドラム２１に対向するように現像器２２１が回動させられる（Ｓ３）。そして、現像器２２１の現像ローラ２２４によって現像器２２１内部のトナーが感光体ドラム２１上に供給される。次に、すべての色について現像が終了したか否かを判断する（Ｓ５）。終了していない場合は、ステップＳ３に戻り、次の色の画像形成を行う。すべての色の現像が終了するまで、ステップＳ３からステップＳ５を繰り返し実行する。

このようにして順々に感光体ドラム２１上にトナーを供給していき、感光体ドラム２１上に形成されたカラー画像は中間転写ベルト２１１を介して給紙カセット５１から搬送された用紙に転写される。カラー画像が形成された用紙は定着部４に搬送されて、用紙にカラー画像が定着される。その後、排出部６に搬送されて排出部６からカラープリンタ１外に排出される。

画像形成命令がなされていない場合（Ｓ１のＮＯ）には、ブラックのトナーを収納する現像器２２１を定着部４に最も近くなるように回転枠２２２の回転位置が制御される（Ｓ２）。

次にトナー補給動作について図６を参照しながら説明する。ここで図６はトナー補給動作のフローチャートを示す
上記のような画像形成動作が行われた後（Ｓ１１）に、その画像形成動作で形成された画像のドット数がカウントされ（Ｓ１２）、画像形成動作を行った画像のドット数を以前の累積ドットカウント（直前のトナー補給時から今までに形成した画像のドット数を累積したもの）に加算され、画像形成後の累積ドットカウントが算出される（Ｓ１３）。この累積ドットカウントから直前のトナー補給時から今までに消費したトナー量を検出する。直前のトナー補給時に存在する現像器２２１内のトナー量から消費したトナー量を差し引くことで、現像器２２１内に存在しているトナーの量を検出する（Ｓ１４）。その後、現像器２２１内に存在しているトナーの量が所定量以下かどうか、すなわちトナー補給時期かどうかを判断する（Ｓ１５）。トナー補給時期ではない場合（Ｓ１５のＮＯ）には、次の画像形成動作まで待機する（Ｓ１９）。一方トナー補給時期である場合（Ｓ１５のＹＥＳ）には、トナー量が所定量以下の現像器をトナー補給位置、すなわちトナー補給パイプ７２が挿入可能な位置に移動させる。そして、トナー補給パイプ７２の先端が現像器２２１内に挿入されるようにトナー補給パイプ７２を下方に移動させる。トナー補給パイプ７２の先端が現像器２２１内に挿入されている状態で、トナー補給パイプ７２から現像器２２１内にトナーが補給される。このとき、定着部の加熱ローラ４１の温度が１５０℃から９０℃に下げられる（Ｓ１６）。また、これと同時に冷却ファン８１の回転数を画像形成命令の待機時の倍にする。このために、定着部４に供給される冷風の量が増加する（Ｓ１７）。トナー補給動作が終了すると、冷却ファン８１の回転量を画像形成命令の待機時の回転量に戻し、定着部４の加熱ローラ４１の温度を１５０℃に戻される（Ｓ１８）。その後、次の画像形成動作まで待機する（Ｓ１９）。

ここでは、トナー補給時に加熱ローラ４１と回転現像装置２２との間に供給される冷風の量が増加させられるとともに定着部４の加熱ローラ４１の温度が下げられるために、定着部４の熱の伝達は定着部４と回転現像装置２２との間で遮断される。このために、トナー補給時に現像器２２１が熱による影響、すなわち現像器２２１内のトナーが定着部４の熱によってトナーが柔らかくなるために溶着することや、感光体ドラム２１と現像器２２１との間の距離が変わるのを防止できる。従って、トナーの劣化や画質の低下を防止できる。

さらに、画像形成命令を待機している際には、回転枠２２２の回転位置が制御されて、線膨張係数の小さいアルミニウムで形成された現像ローラ２２４を備えた現像器２２１が定着部４に最も近い位置に位置している。すなわち定着部４の熱による影響を最も受けにくい現像ローラ２２４を有する現像器２２１が定着部４に最も近い位置に位置することになり、熱によって現像ローラ２２４が膨張しにくくなる。このために、画質の低下を防止できる。

そして、感光体ドラム２１と現像ローラ２２４とが対向する状態で感光体ドラム２１と現像ローラ２２４との間の距離が最も遠い現像ローラ２２４を備えた現像器２２１が定着部４に最も近い位置に位置することになるために、現像ローラ２２４が膨張した場合でも現像ローラ２２４と感光体ドラム２１との間の距離が極端に狭くなるようなことがなくなる。このために画質の低下を防止できる。

３．他の実施形態
（ａ）上記実施形態では、カラープリンタ１について説明したが、本発明はこれに限られずに、複合機や複写機などであっても良い。

（ｂ）上記実施形態では、トナー補給時期を画像のドットカウントから検出したが、本発明はこれに限られずに、光学式のセンサ等によって検出しても良い。

（ｃ）また、冷却ファン８１の近傍に風向きを変える部材（板など）を配置して、トナー補給時にこの風向きを変える部材を操作して定着部４に冷風を供給するようにしても良い。

（ｄ）さらに、ブラックのトナーを収納する現像器に配置された現像ローラはアルミニウムによって形成されていなくともよく、ステンレスによって形成されていても良い。

（ｅ）上記実施形態では、冷却ファン８１によって冷風の層を加熱ローラと回転現像装置２２との間に形成することで加熱ローラと回転現像装置との間の熱の伝達を遮断したが、本発明はこれに限られずに、冷水によって熱を遮断することや他の物質によって熱を遮断しても良い。

カラープリンタ１の全体概略断面図。 回転現像装置２２と感光体ドラム２１とを表す斜視図。 定着部４と冷却ファン８１の位置を示す図（図１の左側から見た図（側壁は省略））。 定着部４の温度制御装置８のブロック図。 回転枠２２２の回転位置制御動作のフローチャート。 トナー補給動作のフローチャート。

符号の説明

１ カラープリンタ（画像形成装置）
４ 定着部
７ トナー補給部（補給装置）
８ 定着部の温度調整装置
２１ 感光体ドラム（静電潜像担持体）
２２ 回転現像装置
４１ 加熱ローラ（加熱手段）
４２ 加圧ローラ
８１ 冷却ファン（熱遮断手段）
８２ 補給時期検出手段
８３ 冷風供給量制御手段（調整手段）
８４ 加熱ローラの温度制御手段（加熱手段の温度制御手段）
２２１ 現像器
２２２ 回転枠

Claims (4)

1. 画像情報に基づいて画像を形成する画像形成装置であって、
   画像情報に基づく静電潜像が形成される静電潜像担持体と、
   前記静電潜像担持体に供給する現像剤を収納する複数の現像器と、前記複数の現像器を支持するとともに回転可能な回転枠とを有する回転現像装置と、
   加熱手段を有し、画像を用紙に定着させる定着装置と、
   前記現像器に現像剤を補給する補給装置と、
   前記補給装置によって前記現像器に現像剤を補給する時期を検出する補給時期検出手段と、
   前記定着装置から前記現像器に前記定着装置の熱が伝達されないように前記定着装置と前記現像器との間に熱遮断物質を供給する又は前記定着装置と前記現像器との間から熱伝達物質を排除する熱遮断手段と、
   前記補給時期検出手段によって検出された補給時期に前記熱遮断手段の熱遮断物質の供給量又は熱伝達物質の排除量を調整する調整手段と、
   を備えた画像形成装置。
2. 前記熱遮断手段は冷却ファンである、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記調整手段は前記補給装置による現像剤の補給時と画像形成動作時に前記冷却ファンによる冷風供給量を増加させる、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記補給時期検出手段によって検出された補給時期に前記定着装置の加熱手段の温度を下げる加熱手段の温度制御手段をさらに備えた、請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。

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