JP5049710B2 - 画像形成装置及びこれに用いる現像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、トナーとキャリアとから構成される二成分現像剤を用いて現像を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置及びこれに用いる現像装置に関するものである。
一般に、二成分現像剤(以下、単に「現像剤」という。)を用いた画像形成装置においては、現像により消費した分のトナーを現像剤内に補給し、現像剤を攪拌することで、現像装置内における現像剤のトナー濃度を回復し、経時的に一定の現像能力を発揮できるようにする。最近では、現像装置の内部に、少なくとも、現像剤担持体の表面に供給される現像剤が通過する第1搬送路と、その第1搬送路と直接連通するか又は他の搬送路を介して連通していて現像剤が通過する第2搬送路とを含んだ循環搬送路が形成されたものが採用されている。この現像装置によれば、第2搬送路で現像剤を攪拌してからその現像剤を第1搬送路に送り込んで現像剤担持体の表面に供給することができる。よって、このような循環搬送路が存在しない現像装置に比べて、攪拌不足による現像剤中のトナー濃度偏差が生じにくい。しかし、循環搬送路を備えた現像装置であっても、第2搬送路で現像剤を十分に攪拌できないと、現像装置内の現像剤中にトナー濃度偏差が生じることになる。
特許文献1には、上記のように循環搬送路を備えた現像装置において、攪拌搬送スクリューの翼体間にメッシュ部材を取り付けたものが開示されている。この現像装置では、攪拌搬送スクリューが回転することによって、現像剤が攪拌搬送スクリューの回転軸方向に向けて搬送されるとともに、搬送中の現像剤がメッシュ部材を複数回通過することになる。これにより、現像剤中におけるトナーの分散性を向上させることができ、現像装置内の現像剤中にトナー濃度偏差を小さくすることができる。
特開2004−205535号公報
近年、画像形成装置の小型化が進んでおり、これに伴って作像エンジンの占有容積も小さくなってきていることから、現像装置内の現像剤収容スペースの確保が困難となってきている。一方で、現像装置内に収容する現像剤の量をある程度確保する必要もある。その結果、現像装置内において、現像剤を収容する現像剤収容部内の各搬送路の大部分が現像剤で占有され、十分な空きスペースを確保することができなくなってきている。現像剤収容部内の搬送路中に空きスペースがないと、現像剤を攪拌しても現像剤が大きく移動できず、互いに離れた箇所の現像剤同士の交換が行われにくい。そのため、上記特許文献1に記載の現像装置であっても、現像剤収容部内の搬送路中に空きスペースが少ない場合には、十分な攪拌効果を得ることができず、トナー濃度偏差を小さくすることが難しいという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤収容部内の搬送路中の空きスペースが少ない場合でも十分な攪拌効果を得ることができる画像形成装置及びこれに用いる現像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、表面に潜像を担持して表面移動する潜像担持体と、該潜像担持体と対向する現像領域で該潜像担持体上の潜像に対してトナーとキャリアとから構成される二成分現像剤中のトナーを供給して該潜像を現像する現像手段とを備え、該現像手段は、二成分現像剤を内部に収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の内部に収容されている二成分現像剤を表面に担持して該現像領域を通過させ、現像領域を通過した二成分現像剤を再び該現像剤収容部の内部に戻す現像剤担持体とを有し、該現像剤収容部の内部に、少なくとも、該現像剤担持体の表面に供給される二成分現像剤が通過する第1搬送路と、該第1搬送路と直接連通するか又は他の搬送路を介して連通していて二成分現像剤が通過する第2搬送路とを含む循環搬送路が形成されたものであり、該現像手段により現像されて得られるトナー像を最終的に記録材上に転移させて該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記現像手段は、二成分現像剤を攪拌しながら上記循環搬送路内を循環搬送させる現像剤攪拌搬送手段を有しており、該現像剤攪拌搬送手段は、該第1搬送路内の二成分現像剤を攪拌しながら搬送する第1攪拌搬送部材と、該第2搬送路内の二成分現像剤を攪拌しながら搬送する第2攪拌搬送部材と、該第1攪拌搬送部材及び該第2攪拌搬送部材を独立して駆動し得る駆動機構とで構成されており、所定の攪拌増加条件が満たされたとき、該第2攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量を、該第1攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量と比較して相対的に多くなるように、該駆動機構の駆動制御を行う制御手段を設け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、上記潜像担持体の表面移動方向に対して直交する方向における該潜像担持体上の互いに異なる位置に付着したトナーのトナー付着量、又は、該互いに異なる位置に付着したトナーが該潜像担持体から他の像担持体に転移され若しくは最終的に上記記録材上に転移された後のトナー付着量を検知する検知手段を有しており、上記所定の攪拌増加条件として、該検知手段が検知した該互いに異なる位置のトナー付着量の差が規定値を越えるという条件を用いた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2の画像形成装置において、上記検知手段は、光学センサである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1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記第1攪拌搬送部材及び上記第2攪拌搬送部材は、現像剤搬送方向に沿って延びる回転軸と該回転軸に固定された羽根部とを備え、該回転軸が回転することにより該羽根部によって該回転軸の軸方向に沿って現像剤を搬送するスクリュー部材であり、上記制御手段は、該第1攪拌搬送部材及び該第2攪拌搬送部材の少なくとも一方の回転速度を変更することで、上記駆動制御を行う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1項に記載の画像形成装置において、上記制御手段は、上記第1攪拌搬送部材の駆動を変更せずに上記第2攪拌搬送部材の駆動を変更して、上記駆動制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、トナーとキャリアとから構成される二成分現像剤を内部に収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の内部に収容されている二成分現像剤を表面に担持して潜像担持体と対向する現像領域を通過させ、現像領域を通過した二成分現像剤を再び該現像剤収容部の内部に戻す現像剤担持体とを有し、該現像剤収容部の内部に、少なくとも、該現像剤担持体の表面に供給される二成分現像剤が通過する第1搬送路と、該第1搬送路と直接連通するか又は他の搬送路を介して連通していて二成分現像剤が通過する第2搬送路とを含む循環搬送路が形成されている現像装置において、二成分現像剤を攪拌しながら上記循環搬送路内を循環搬送させる現像剤攪拌搬送手段を有しており、該現像剤攪拌搬送手段は、該第1搬送路内の二成分現像剤を攪拌しながら搬送する第1攪拌搬送部材と、該第2搬送路内の二成分現像剤を攪拌しながら搬送する第2攪拌搬送部材と、該第1攪拌搬送部材及び該第2攪拌搬送部材を独立して駆動し得る駆動機構とで構成されており、該駆動機構は、所定の攪拌増加命令を受けたときに、該第2攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量を、該第1攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量と比較して相対的に多くなるように駆動することを特徴とするものである。
本発明においては、所定の攪拌増加条件が満たされたとき、第2攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量が、第1攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量と比較して相対的に多くなる。これにより、第2搬送路内の現像剤量よりも第1搬送路内の現像剤量の方が多くなり、第2搬送路内の空きスペースを増やすことができる。よって、第2搬送路内では、第2攪拌搬送部材による攪拌によって、現像剤が大きく移動できるようになり、互いに離れた箇所の現像剤同士の交換が促進され、高い攪拌効果を得ることができる。
以上、本発明によれば、現像剤収容部内の搬送路中の空きスペースが少ない場合でも十分な攪拌効果を得ることができるという優れた効果が奏される。
以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)の一実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。
図1は、本実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。
本プリンタは、トナー像形成手段としてのプロセスユニットとして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(以下、Y、C、M、Kと記す。)用の4つのプロセスユニット1Y,1C,1M,1Kを備えている。これらは、画像を構成する画像形成物質として、互いに異なる色のY、C、M、Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。
Yトナー像を生成するためのプロセスユニット1Yを例にすると、これは、図2に示すように、感光体ユニット2Yと現像ユニット7Yとを有している。これら感光体ユニット2Y及び現像ユニット7Yは、一体的にプリンタ本体に対して着脱される。但し、プリンタ本体から取り外した状態では、現像ユニット7Yを図示しない感光体ユニットに対して着脱することができる。
先に示した図2において、感光体ユニット2Yは、潜像担持体としてのドラム状の感光体3Y、ドラムクリーニング装置4Y、図示しない除電装置、帯電装置5Yなどを有している。
帯電装置5Yは、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動する感光体3Yの表面を負極性に一様帯電せしめる。同図においては、図示しない電源によって帯電バイアスが印加されながら、図中反時計回りに回転駆動される帯電ローラ6Yを感光体3Yに近接させることで、感光体3Yを一様帯電せしめる方式の帯電装置5Yを示した。帯電ローラ6Yの代わりに、帯電ブラシを当接させるものを用いてもよい。また、スコロトロンチャージャーのように、チャージャー方式によって感光体3Yを一様帯電せしめるものを用いてもよい。帯電装置5Yによって一様帯電された感光体3Yの表面は、後述する光書込ユニットから発せられるレーザ光によって露光走査されてY用の静電潜像を担持する。
現像手段としての現像ユニット7Yは、図2及び図3に示すように、第2攪拌搬送部材としての第2搬送スクリュー8Yが配設された現像剤収容部の一部を構成する第2搬送路としての第2剤収容部9Yを有している。また、透磁率センサからなるトナー濃度センサ10Y、第1攪拌搬送部材としての第1搬送スクリュー11Y、現像ロール12Y、ドクターブレード13Yなどが配設された現像剤収容部の一部を構成する第1搬送路としての第1剤収容部14Yも有している。これら2つの剤収容部内には、磁性キャリアと負帯電性のYトナーとからなる図示しないY現像剤が内包されている。第2搬送スクリュー8Yは、図示しない駆動機構によって回転駆動することで、第2剤収容部9Y内のY現像剤を図紙面に直交する方向における手前側から奥側へと搬送する。そして、第2剤収容部9Yと第1剤収容部14Yとの間の仕切壁17Yに設けられた図示しない連通口を経て、第1剤収容部14Y内に進入する。
第1剤収容部14Y内の第1搬送スクリュー11Yは、図示しない駆動機構によって回転駆動することで、Y現像剤を図中奥側から手前側へと搬送する。搬送途中のY現像剤は、第2剤収容部14Yの底部に固定されたトナー濃度センサ10Yによってそのトナー濃度が検知される。このようにしてY現像剤を搬送する第1搬送スクリュー11Yの図中上方には、現像ロール12Yが第1搬送スクリュー11Yと平行な姿勢で配設されている。この現像ロール12Yは、図中反時計回り方向に回転駆動する非磁性パイプからなる現像スリーブ15Y内にマグネットローラ16Yを内包している。第1搬送スクリュー11Yによって搬送されるY現像剤の一部は、マグネットローラ16Yの発する磁力によって現像スリーブ15Yの表面に汲み上げられる。そして、現像スリーブ15Yと所定の間隙を保持するように配設されたドクターブレード13Yによってその層厚が規制された後、感光体3Yと対向する現像領域まで搬送され、感光体3Y上のY用の静電潜像にYトナーを付着させる。この付着により、感光体3Y上にYトナー像が形成される。現像によってYトナーを消費したY現像剤は、現像ロール12Yの現像スリーブ15Yの回転に伴って第1搬送スクリュー11Y上に戻される。そして、図中手前端まで搬送されると、図示しない連通口を経て第2剤収容部9Y内に戻る。このように、現像剤は、第1剤収容部14Y及び第2剤収容部9Yを通って現像ユニット7Y内を循環搬送される。
トナー濃度センサ10YによるY現像剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として図示しない制御部に送られる。Y現像剤の透磁率は、Y現像剤のYトナー濃度と相関を示すため、トナー濃度センサ10YはYトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。上記制御部はRAMを備えており、この中にトナー濃度センサ10Yからの出力電圧の目標値であるY用Vtrefや、他の現像ユニットに搭載されたC,M,K用のトナー濃度センサからの出力電圧の目標値であるC用Vtref、M用Vtref、K用Vtrefのデータを格納している。Y用の現像ユニット7Yについては、トナー濃度センサ10Yからの出力電圧の値とY用Vtrefを比較し、図示しないY用のトナー供給装置を比較結果に応じた時間だけ駆動させる。この駆動により、現像に伴うYトナー消費によってYトナー濃度を低下させたY現像剤に対し、第2剤収容部9Yで適量のYトナーが供給される。このため、第1剤収容部14Y内のY現像剤のYトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他色用のプロセスユニット1C,1M,1K内における現像剤についても、同様のトナー供給制御が実施される。
先に示した図1において、プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kの図中下方には、光書込ユニット20が配設されている。潜像形成手段としての光書込ユニット20は、画像情報に基づいて発したレーザ光Lを、各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kの感光体3Y,3C,3M,3Kに照射する。これにより、感光体3Y,3C,3M,3K上における光照射部の電位が減衰して、負極性であるものの周囲の非画像部よりも負極性の電位が低い状態にあるY、C、M、K用の静電潜像が形成される。なお、光書込ユニット20は、光源から発したレーザ光Lを、モータによって回転駆動されるポリゴンミラー21によって偏向せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体3Y,3C,3M,3Kに照射するものである。かかる構成のものに代えて、LEDアレイによる光走査を行うものを採用することもできる。
図2において、絶縁性の現像スリーブ15Yには、図示しない電圧印加手段により、負極性で且つ感光体3Y上の静電潜像電位と非画像部電位との中間的な値の現像バイアスが印加されている。これにより、現像スリーブ15Yと感光体3Yとが対向する現像領域では、感光体3Y上の静電潜像と現像スリーブとの間に、トナーをスリーブ側から潜像側に静電移動させる現像電界が形成される。また、感光体3Y上の非画像部と現像スリーブとの間に、トナーを非画像部側からスリーブ側に静電移動させる非現像電界が形成される。感光体3Y上の静電潜像は、前述の現像電界によってスリーブ上から静電移動してくるYトナーの付着によってYトナー像に現像される。
感光体3Y上に形成されたYトナー像は、後述する中間転写ベルトに中間転写される。感光体ユニット2Yのドラムクリーニング装置4Yは、中間転写工程を経た後の感光体3Y表面に残留したトナーを除去する。これによってクリーニング処理が施された感光体3Y表面は、図示しない除電装置によって除電される。この除電により、感光体3Yの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。先に示した図1において、他色用のプロセスユニット1C,1M,1Kにおいても、同様にして感光体3C,3M,3K上にC、M、Kトナー像が形成されて、中間転写ベルト上に中間転写される。
光書込ユニット20の下方には、第1給紙カセット31、第2給紙カセット32が鉛直方向に重なるように配設されている。これら給紙カセット内には、それぞれ、記録材としての記録紙Pが複数枚重ねられた記録紙束の状態で収容されており、一番上の記録紙Pには、第1給紙ローラ31a、第2給紙ローラ32aがそれぞれ当接している。第1給紙ローラ31aが図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動すると、第1給紙カセット31内の一番上の記録紙Pが、カセットの図中右側方において鉛直方向に延在するように配設された給紙路33に向けて排出される。また、第2給紙ローラ32aが図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動すると、第2給紙カセット32内の一番上の記録紙Pが、給紙路33に向けて排出される。給紙路33内には、複数の搬送ローラ対34が配設されており、給紙路33に送り込まれた記録紙Pは、これら搬送ローラ対34のローラ間に挟み込まれながら、給紙路33内を図中下側から上側に向けて搬送される。
給紙路33の末端には、レジストローラ対35が配設されている。レジストローラ対35は、記録紙Pを搬送ローラ対34から送られてくる記録紙Pをローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止させる。そして、記録紙Pを適切なタイミングで後述の二次転写ニップに向けて送り出す。
各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kの図中上方には、像担持体としての中間転写ベルト41を張架しながら矢印Aで示すように図中反時計回りに無端移動せしめる転写装置としての転写ユニット40が配設されている。転写ユニット40は、中間転写ベルト41の他、ベルトクリーニングユニット42、第1ブラケット43、第2ブラケット44などを備えている。また、4つの一次転写ローラ45Y,45C,45M,45K、二次転写バックアップローラ46、駆動ローラ47、補助ローラ48、テンションローラ49なども備えている。中間転写ベルト41は、これらのローラに張架されながら、駆動ローラ47の回転駆動によって図中反時計回りに無端移動する。なお、補助ローラ48の一部は図示を省略してある。
4つの一次転写ローラ45Y,45C,45M,45Kは、このように無端移動する中間転写ベルト41を感光体3Y,3C,3M,3K側に押し付けるようにして配置される。これにより、中間転写ベルト41と各感光体3Y,3C,3M,3Kとの間には、それぞれ一次転写ニップが形成される。そして、中間転写ベルト41の裏面(ベルト内周面)にトナーの正規帯電極性(マイナス極性)とは逆極性(プラス極性)の電荷を供給して中間転写ベルト41を帯電させることにより、感光体3Y,3C,3M,3K上のトナー像を中間転写ベルト41の表面に転写するための転写電界を一次転写ニップ内に形成する。中間転写ベルト41は、その無端移動に伴ってY、C、M、K用の一次転写ニップを順次通過していく過程で、その表面(おもて面)に感光体3Y,3C,3M,3K上のY、C、M、Kトナー像が重ね合わせて一次転写される。これにより、中間転写ベルト41上に4色重ね合わせトナー像(以下、「合成トナー像」という。)が形成される。
二次転写バックアップローラ46は、中間転写ベルト41の表面(外周面)に当接するように配置された二次転写ローラ50との間に中間転写ベルト41を挟み込んで二次転写ニップを形成している。先に説明したレジストローラ対35は、ローラ間に挟み込んだ記録紙Pを、中間転写ベルト41上の合成トナー像に同期させ得るタイミングで、二次転写ニップに向けて送り出す。
二次転写バックアップローラとの間に中間転写ベルト41を挟み込んでいる二次転写ローラ50は、中間転写ベルト41の表面にトナーとは逆極性の二次転写バイアスを印加する。中間転写ベルト41上の合成トナー像は、二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ50と二次転写バックアップローラ46との間に形成される二次転写電界や、ニップ圧の影響により、二次転写ニップ内で記録紙Pに一括して二次転写される。そして、記録紙Pの白色と相まって、フルカラートナー像となる。
二次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト41には、記録紙Pに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、ベルトクリーニングユニット42によってクリーニングされる。なお、ベルトクリーニングユニット42は、クリーニングブレード42aを中間転写ベルト41のおもて面に当接させており、これによってベルト上の転写残トナーを掻き取って除去するものである。
転写ユニット40の第1ブラケット43は、図示しないソレノイドの駆動のオンオフに伴って、図中最も左側に位置する補助ローラ48の回転軸線を中心にして所定の回転角度で揺動するようになっている。本プリンタは、モノクロ画像を形成する場合には、前述のソレノイドの駆動によって第1ブラケット43を図中反時計回りに少しだけ回転させる。この回転により、当該補助ローラ48の回転軸線を中心にしてY、C、M用の一次転写ローラ45Y,45C,45Mを図中反時計回りに公転させることで、中間転写ベルト41をY、C、M用の感光体3Y,3C,3Mから離間させる。そして、4つのプロセスユニット1Y,1C,1M,1Kのうち、K用のプロセスユニット1Kだけを駆動して、モノクロ画像を形成する。これにより、モノクロ画像形成時にY、C、M用のプロセスユニットを無駄に駆動させることによるそれらプロセスユニットの消耗を回避することができる。
二次転写ニップの図中上方には、定着ユニット60が配設されている。この定着ユニット60は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加圧加熱ローラ61と、定着ベルトユニット62とを備えている。定着ベルトユニット62は、定着部材としての定着ベルト64、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加熱ローラ63、テンションローラ65、駆動ローラ66、図示しない温度センサ等を有している。そして、無端状の定着ベルト64を加熱ローラ63、テンションローラ65及び駆動ローラ66によって張架しながら、図中反時計回り方向に無端移動せしめる。この無端移動の過程で、定着ベルト64は加熱ローラ63によって裏面側から加熱される。このようにして加熱される定着ベルト64の加熱ローラ63掛け回し箇所には、図中時計回り方向に回転駆動される加圧加熱ローラ61がおもて面側から当接している。これにより、加圧加熱ローラ61と定着ベルト64とが当接する定着ニップが形成されている。
定着ベルト64のループ外側には、図示しない温度センサが定着ベルト64のおもて面と所定の間隙を介して対向するように配設されており、定着ニップに進入する直前の定着ベルト64の表面温度を検知する。この検知結果は、図示しない定着電源回路に送られる。定着電源回路は、温度センサによる検知結果に基づいて、加熱ローラ63に内包される発熱源や、加圧加熱ローラ61に内包される発熱源に対する電源の供給をオンオフ制御する。これにより、定着ベルト64の表面温度が約140[°]に維持される。
二次転写ニップを通過した記録紙Pは、中間転写ベルト41から分離した後、定着ユニット60内に送られる。そして、定着ユニット60内の定着ニップに挟まれながら図中下側から上側に向けて搬送される過程で、定着ベルト64によって加熱されたり、押圧されたりして、フルカラートナー像が定着される。
このようにして定着処理が施された記録紙Pは、排紙ローラ対67のローラ間を経た後、機外へと排出される。プリンタ本体の筺体の上面には、スタック部68が形成されており、排紙ローラ対67によって機外に排出された記録紙Pは、このスタック部68に順次スタックされる。
転写ユニット40の上方には、Y、C、M、Kトナーを収容する4つのトナーカートリッジ100Y,100C,100M,100Kが配設されている。トナーカートリッジ100Y,100C,100M,100K内のY、C、M、Kトナーは、プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kの現像ユニット7Y,7C,7M,7Kに適宜供給される。これらトナーカートリッジ100Y,100C,100M,100Kは、プロセスユニット1Y,1C,1M,1Kとは独立してプリンタ本体に脱着可能である。
本実施形態では、感光体の表面移動速度(線速)が180[mm/sec]であり、現像剤のキャリアとして、質量平均粒径が35[μm]のフェライトキャリアを用い、現像剤のトナー濃度目標値が約7[wt%]であり、現像バイアスとして、DCバイアスを用いている。
次に、本発明の特徴部分である、現像ユニットの第2搬送スクリューの駆動制御について説明する。なお、この駆動制御の内容は、いずれの現像ユニットに対しても同様であるので、以下の説明では、色分け符号Y、C、M、Kを省略して説明する。
図4は、本実施形態のプリンタにおける主要部分についての制御ブロック図である。
本実施形態のプリンタには、コンピュータ構成の本体制御部200が備えられており、この本体制御部200が各部を制御する。本体制御部200は、各種演算や各部の駆動制御を実行するCPU(Central Processing Unit)201にバスライン202を介して、コンピュータプログラム等の固定的データを予め記憶するROM(Read Only Memory)203と各種データを書き換え自在に記憶するワークエリア等として機能するRAM(Randam Access Memory)204とが接続されて構成されている。ROM203には、テストパターンを発生させるために必要なテストパターンの形成位置や濃度情報、テストパターンの階調を形成するためのバイアス条件、テストパターンの付着量を推定するためのトナー付着量センサ(TM/Pセンサ)出力の付着量変換LUT(Look Up Table)が格納されている。本体制御部200には、プリントコントローラ210が接続されており、プリントコントローラ210では、パーソナルコンピュータ(PC)、ファクシミリ(FAX)、スキャナ等からの画像情報を本体制御部200に一元化した画像データとして送信する。また、各種センサ情報をデジタルデータに変換するA/D変換回路205、モータやクラッチ等の駆動系212を駆動する駆動装置211、画像形成に必要な電圧を発生する高圧発生装置213等も接続されている。
図5は、本実施形態における中間転写ベルト41上に形成したトナーパターンの付着量を検知するためのセンサ構成を示す説明図である。
本実施形態では、中間転写ベルト41上に形成したトナーパターン(以下「テストパターン」という。)の付着量を検知する検知手段として、一般に安価な光学センサからなるトナー付着量センサ(TM/Pセンサ)220を用いるが、他の手段であってもよい。本実施形態では、2つのトナー付着量センサ220が、中間転写ベルト41の表面移動方向Aに対して直交する方向における中間転写ベルト上の互いに異なる位置にそれぞれ対向するように配置されている。本実施形態のトナー付着量センサ220は、中間転写ベルト41の表面に向けて光L0を照射する発光部である1つの赤外光LED221と、中間転写ベルト41の表面で鏡面反射した光(正反射光)L1を受光できる位置に配置された受光部である正反射受光素子222と、正反射光を受光しない位置に配置され、中間転写ベルト41の表面で拡散反射した光(拡散反射光)L2を受光する受光部である拡散反射受光素子223とから構成されている。また、本実施形態では、光路の途中に集光レンズ221a,222a,223aを設けている。発光部としては、レーザー発光素子などの他の発光素子を用いてもよい。また、受光部としては、本実施形態ではフォトトランジスタを用いているが、フォトダイオードを増幅したものなどの他の受光素子を用いてもよい。また、本実施形態では、受光部として、拡散反射受光素子と正反射受光素子とを設けているが、いずれか一方を用いてもよい。
図6(a)及び図6(b)は、トナー付着量センサ220の配置例を示す説明図である。
図6(a)に示す配置例では、二次転写バックアップローラ46等の張架ローラに巻き付いたベルト部分に対して検知を行うことができるように、トナー付着量センサ220が配置されている。この配置例においては、中間転写ベルト41のバタツキの影響を受けにくいが、反射面となる中間転写ベルト表面が湾曲しているため、受光感度が低下しやすい。
一方、図6(b)に示す配置例では、二次転写バックアップローラ46等の張架ローラの近傍であってローラに巻き付いていない平らなベルト部分に対して検知を行うことができるように、トナー付着量センサ220が配置されている。この配置例においては、中間転写ベルト41のバタツキの影響を受けやすいが、反射面となる中間転写ベルト表面が平面であるため、受光感度の低下が起きにくい。これらの有利不利を考慮して、トナー付着量センサ220の配置は適宜決定される。
なお、本実施形態では、中間転写ベルト41上のテストパターンのトナー付着量を検知する場合について説明しているが、感光体上でトナー付着量を検知したり、記録紙P上でトナー付着量を検知したりしてもよい。図6(c)に、感光平板上でトナー付着量を検知する場合のセンサ配置例を示し、図6(d)に、感光体ドラム上でトナー付着量を検知する場合のセンサ配置例を示す。
本実施形態では、以上の構成において、次のような制御を行う。
図7は、現像ユニットの第2搬送スクリューの駆動制御の流れを示すフローチャートである。
プリントジョブ終了後や紙間(連続プリント中の画像と画像との間)などの所定のタイミングで、本体制御部200のCPU201は、ROM203から読み出した制御プログラムを実行し、まず、テストパターン発生装置230にテストパターンの生成開始を命令する。これを受けたテストパターン発生装置230は、画像形成ユニットにテストパターンの生成用の信号を出力する。これにより、光書込ユニット20からテストパターン用のレーザ光が照射されて、感光体表面移動方向に対して直交する方向における各感光体3Y,3C,3M,3K上の互いに異なる位置にテストパターン用の静電潜像が形成される。これが各現像ユニット7Y,7C,7M,7Kによって現像されることで、感光体上に3Y,3C,3M,3K上にテストパターンが形成される。そして、これらのテストパターンが中間転写ベルト41に転写されることで、色ごとに、中間転写ベルト表面移動方向に対して直交する方向における中間転写ベルト41上の互いに異なる位置にテストパターンが形成される(S1)。その後、テストパターンは、中間転写ベルト41の表面移動に伴い、2つのトナー付着量センサ220との対向領域にそれぞれ搬送され、各トナー付着量センサ220によって、各色のテストパターンのトナー付着量が検知される(S2)。
各トナー付着量センサ220で検知した各色のテストパターンについての検知結果は、A/D変換回路205を介してCPU201に送られる。これを受けたCPU201は、色ごとに、各トナー付着量センサ220の検知結果から得られるトナー付着量の差分(偏差)を算出する(S3)。そして、このように色ごとに算出したトナー付着量の偏差がRAM204に記憶されている予め設定しておいた偏差上限値(規定値)を越えているか否かを判断する(S4)。算出したトナー付着量の偏差が偏差上限値を越えていない場合、CPU201は、越えていないと判断された色の現像ユニットにおける第2搬送スクリュー8の回転速度を通常回転速度で駆動させるための命令を駆動装置211に出力する。この命令を受けた駆動装置211は、第2搬送スクリュー8を通常回転速度で駆動するように制御する(S5)。一方、算出したトナー付着量の偏差が偏差上限値を越えている場合には、CPU201は、越えていると判断された色の現像ユニットにおける第2搬送スクリュー8の回転速度を通常回転速度よりも高速な高速回転速度で駆動させるための命令を駆動装置211に出力する。この命令を受けた駆動装置211は、第2搬送スクリュー8を高速回転速度で駆動するように制御する(S6)。
図8(a)は、第2搬送スクリュー8が通常回転速度で駆動しているときの第1剤収容部14及び第2剤収容部9それぞれの現像剤量を図示した説明図である。
図8(b)は、第2搬送スクリュー8が高速回転速度で駆動しているときの第1剤収容部14及び第2剤収容部9それぞれの現像剤量を図示した説明図である。
第2搬送スクリュー8が通常回転速度で駆動しているときは、第1搬送スクリュー11及び第2搬送スクリュー8は同じ回転速度であり、第1搬送スクリュー11及び第2搬送スクリュー8の構成が同じであるため、その搬送能力は両者とも同じである。すなわち、第1搬送スクリュー11による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量と、第2搬送スクリュー8による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量とは、ほぼ同じ量である。よって、図8(a)に示すように、現像ユニット内において、第1剤収容部14及び第2剤収容部9にそれぞれ存在する現像剤の量はほぼ同量である。
本実施形態では、画像形成装置の小型化のために現像ユニットの小型化を図っているため、現像ユニット内の第1剤収容部14及び第2剤収容部9に収容可能な現像剤の量は、必要な現像剤量よりも僅かに多い程度である。そのため、図8(a)に示すように、第2剤収容部9には現像剤がほぼ満杯の状態に充填され、空きスペースBがほとんど無い。そのため、第2剤収容部9内では現像剤を攪拌しても現像剤が大きく移動できず、互いに離れた箇所の現像剤同士の交換が行われにくいため、第2搬送スクリュー8を駆動しても十分な攪拌効果を得ることができない。第2剤収容部9内で十分な攪拌効果が得られないと、攪拌が不十分な現像剤が第1剤収容部14に送られて現像に寄与するおそれがある。攪拌が不十分な現像剤は、トナー濃度偏差が存在し、画質低下を引き起こすことになる。
本実施形態では、上記S4においてトナー付着量の偏差が偏差上限値を越えていると判断した場合、所定の攪拌増加条件が満たされたと認識し、上述したように第2搬送スクリュー8を高速回転速度で駆動することとしている(S6)。これにより、第2搬送スクリュー8による単位時間当たりの現像剤搬送量が、第1搬送スクリュー11による単位時間当たりの現像剤搬送量と比較して相対的に多くなる。その結果、図8(b)に示すように、現像ユニット内において、第2剤収容部9に存在する現像剤の量よりも第1剤収容部14に存在する現像剤の量の方が多くなり、これにより第2剤収容部9内の空きスペースBが増える。このように空きスペースBが増えることで、第2剤収容部9内で現像剤が大きく移動できるようになり、互いに離れた箇所の現像剤同士の交換が促進され、第2搬送スクリュー8による十分な攪拌効果が得られる。しかも、第2搬送スクリュー8が高速で駆動しているので、これも相まって高い攪拌効果が得られる。
以上のように、十分な攪拌効果が得られることで、トナー濃度偏差が迅速に解消される。
以上、本実施形態に係る画像形成装置は、表面に潜像を担持して表面移動する潜像担持体としての感光体3Y,3C,3M,3Kと、感光体3Y,3C,3M,3Kと対向する現像領域で感光体上の潜像に対してトナーとキャリアとから構成される現像剤中のトナーを供給して潜像を現像する現像手段としての現像ユニット7Y,7C,7M,7Kとを備え、現像ユニット7Y,7C,7M,7Kは、現像剤を内部に収容する現像剤収容部と、現像剤収容部の内部に収容されている現像剤を表面に担持して現像領域を通過させ、現像領域を通過した現像剤を再び現像剤収容部の内部に戻す現像剤担持体としての現像スリーブ15とを有し、現像剤収容部の内部に、少なくとも、現像スリーブ15の表面に供給される現像剤が通過する第1搬送路としての第1剤収容部14と、第1剤収容部14と直接連通するか又は他の搬送路を介して連通していて現像剤が通過する第2搬送路としての第2剤収容部9とが形成されたものであり、現像ユニット7Y,7C,7M,7Kにより現像されて得られるトナー像を最終的に記録材としての記録紙P上に転移させて記録紙P上に画像を形成する画像形成装置としてのプリンタである。現像ユニット7Y,7C,7M,7Kは、第1剤収容部14及び第2剤収容部9を通じて現像剤を現像剤収容部の内部で攪拌しながら循環搬送する現像剤攪拌搬送手段を有しており、この現像剤攪拌搬送手段は、第1剤収容部14内の現像剤を攪拌しながら搬送する第1攪拌搬送部材としての第1搬送スクリュー11と、第2剤収容部9内の現像剤を攪拌しながら搬送する第2攪拌搬送部材としての第2搬送スクリュー8と、第1搬送スクリュー11及び第2搬送スクリュー8を独立して駆動し得る駆動機構としての駆動装置211とで構成されており、検知したトナー付着量の偏差が既定値を超えるという所定の攪拌増加条件が満たされたとき、第2搬送スクリュー8による単位時間当たりの現像剤の搬送量を、第1搬送スクリュー11による単位時間当たりの現像剤の搬送量と比較して相対的に多くなるように、駆動装置211の駆動制御を行う制御手段としての本体制御部200を備えている。これにより、第2剤収容部9内の現像剤量よりも第1剤収容部14内の現像剤量の方が多くなる。その結果、第2剤収容部9内の空きスペースが増えるため、第2剤収容部9内において高い攪拌効果を得られ、トナー濃度偏差を迅速に解消できる。
特に、本実施形態では、感光体3Y,3C,3M,3Kの表面移動方向に対して直交する方向における感光体上の互いに異なる位置に付着したトナーが感光体から他の像担持体である中間転写ベルト41に転移された後のトナー付着量を検知する検知手段としてのトナー付着量センサ220を有し、このトナー付着量センサ220が検知した当該互いに異なる位置のトナー付着量の差(偏差)が偏差上限値(規定値)を越えるという条件を所定の攪拌増加条件として用いている。トナー付着量センサ220の検知結果は、画像上に現れる濃度との高い相関関係があるため、画像上に濃度偏差が現れることを高精度に検知することができ、適切なタイミングでの駆動制御が可能となる。その結果、不必要なストレスを現像剤に与えることが少なくなり、その駆動制御による現像剤の寿命低下を抑制できる。
また、本実施形態では、検知手段として光学センサを用いるので、低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態において、第1搬送スクリュー11及び第2搬送スクリュー8は、現像剤搬送方向に沿って延びる回転軸と、その回転軸に固定された羽根部とを備え、その回転軸が回転することにより羽根部によって回転軸の軸方向に沿って現像剤を搬送するスクリュー部材であり、本体制御部200は、第2搬送スクリュー8の回転速度を変更することで上述した駆動制御を行う。このように回転速度の変更という簡単な制御を採用することで、低コスト化を図ることができる。
特に、本実施形態では、第1搬送スクリュー11の駆動を変更せずに第2搬送スクリュー8の駆動を変更して、上述した駆動制御を行うため、現像スリーブ15の表面に供給される現像剤を攪拌搬送する第1搬送スクリュー11の機能を損なうことがないので、本駆動制御による現像への影響を少なく抑えることができる。
なお、第2搬送スクリュー8の回転速度を上昇させるにも、第1剤収容部14及び第2剤収容部9の現像剤量のバランスによって許容できる限界値がある。この限界値は、現像ユニットの構成等によって決まる。
また、本実施形態では、所定の攪拌増加条件が1つである場合について説明したが、規定値を2つ以上設けて所定の攪拌増加条件を2つ以上とし、第2搬送スクリュー8の回転速度を段階的に変更するようにしてもよい。
また、本実施形態では、第2剤収容部9内に空きスペースを確保して第2剤収容部9内の攪拌効果を高める場合について説明したが、第1剤収容部14内に空きスペースを確保して第1剤収容部14内の攪拌効果を高めるようにしてもよい。ただし、この場合には、現像スリーブ15に汲み上げる現像剤の量を確保できなくなるおそれがあるため、現像動作を行っていない時期に処理することが望ましい。逆に、第2剤収容部9内に空きスペースを確保して第2剤収容部9内の攪拌効果を高める場合には、現像動作を行っている時期でも処理することが可能である点で有利である。
また、本実施形態では、第1搬送スクリュー11の回転速度を一定に維持したまま第2搬送スクリュー8の回転速度を変更する場合について説明したが、第2搬送スクリュー8の回転速度を一定に維持したまま第1搬送スクリュー11の回転速度を変更したり、第1搬送スクリュー11及び第2搬送スクリュー8の回転速度を変更したりしてもよい。すなわち、本実施形態のように第2剤収容部9内に空きスペースを確保する場合には、第2搬送スクリュー8の回転速度を一定に維持したまま第1搬送スクリュー11の回転速度を低下させたり、第1搬送スクリュー11の回転速度を低下させかつ第2搬送スクリュー8の回転速度を上昇させたりしてもよい。
実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。 同プリンタのプロセスユニットの一例を示す概略構成図である。 同プリンタの現像ユニットの内部を図2中上側から見たときの模式図である。 同プリンタにおける主要部分についての制御ブロック図である。 同プリンタにおける中間転写ベルト上に形成したトナーパターンの付着量を検知するためのセンサ構成を示す説明図である。 (a)及び(b)はトナー付着量センサの配置例をそれぞれ示す説明図であり、(c)は感光平板上でトナー付着量を検知する場合のセンサ配置例を示す説明図であり、(d)は感光体ドラム上でトナー付着量を検知する場合のセンサ配置例を示す説明図である。 同現像ユニットの第2搬送スクリューの駆動制御の流れを示すフローチャートである。 (a)は、第2搬送スクリューが通常回転速度で駆動しているときの第1剤収容部及び第2剤収容部それぞれの現像剤量を図示した説明図であり、(b)は、第2搬送スクリューが高速回転速度で駆動しているときの第1剤収容部及び第2剤収容部それぞれの現像剤量を図示した説明図である。
符号の説明
1Y,1C,1M,1K プロセスユニット
3Y,3C,3M,3K 感光体
7Y,7C,7M,7K 現像ユニット
8 第2搬送スクリュー
9 第2剤収容部
11 第1搬送スクリュー
12 現像ロール
14 第1剤収容部
15 現像スリーブ
17 仕切壁
20 光書込ユニット
41 中間転写ベルト
200 本体制御部
201 CPU
203 ROM
204 RAM
210 プリントコントローラ
211 駆動装置
220 トナー付着量センサ
230 テストパターン発生装置

Claims (6)

  1. 表面に潜像を担持して表面移動する潜像担持体と、
    該潜像担持体と対向する現像領域で該潜像担持体上の潜像に対してトナーとキャリアとから構成される二成分現像剤中のトナーを供給して該潜像を現像する現像手段とを備え、
    該現像手段は、二成分現像剤を内部に収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の内部に収容されている二成分現像剤を表面に担持して該現像領域を通過させ、現像領域を通過した二成分現像剤を再び該現像剤収容部の内部に戻す現像剤担持体とを有し、該現像剤収容部の内部に、少なくとも、該現像剤担持体の表面に供給される二成分現像剤が通過する第1搬送路と、該第1搬送路と直接連通するか又は他の搬送路を介して連通していて二成分現像剤が通過する第2搬送路とを含む循環搬送路が形成されたものであり、
    該現像手段により現像されて得られるトナー像を最終的に記録材上に転移させて該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
    上記現像手段は、二成分現像剤を攪拌しながら上記循環搬送路内を循環搬送させる現像剤攪拌搬送手段を有しており、
    該現像剤攪拌搬送手段は、該第1搬送路内の二成分現像剤を攪拌しながら搬送する第1攪拌搬送部材と、該第2搬送路内の二成分現像剤を攪拌しながら搬送する第2攪拌搬送部材と、該第1攪拌搬送部材及び該第2攪拌搬送部材を独立して駆動し得る駆動機構とで構成されており、
    所定の攪拌増加条件が満たされたとき、該第2攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量を、該第1攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量と比較して相対的に多くなるように、該駆動機構の駆動制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1の画像形成装置において、
    上記潜像担持体の表面移動方向に対して直交する方向における該潜像担持体上の互いに異なる位置に付着したトナーのトナー付着量、又は、該互いに異なる位置に付着したトナーが該潜像担持体から他の像担持体に転移され若しくは最終的に上記記録材上に転移された後のトナー付着量を検知する検知手段を有しており、
    上記所定の攪拌増加条件として、該検知手段が検知した該互いに異なる位置のトナー付着量の差が規定値を越えるという条件を用いたことを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項2の画像形成装置において、
    上記検知手段は、光学センサであることを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
    上記第1攪拌搬送部材及び上記第2攪拌搬送部材は、現像剤搬送方向に沿って延びる回転軸と該回転軸に固定された羽根部とを備え、該回転軸が回転することにより該羽根部によって該回転軸の軸方向に沿って現像剤を搬送するスクリュー部材であり、
    上記制御手段は、該第1攪拌搬送部材及び該第2攪拌搬送部材の少なくとも一方の回転速度を変更することで、上記駆動制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
    上記制御手段は、上記第1攪拌搬送部材の駆動を変更せずに上記第2攪拌搬送部材の駆動を変更して、上記駆動制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
  6. トナーとキャリアとから構成される二成分現像剤を内部に収容する現像剤収容部と、
    該現像剤収容部の内部に収容されている二成分現像剤を表面に担持して潜像担持体と対向する現像領域を通過させ、現像領域を通過した二成分現像剤を再び該現像剤収容部の内部に戻す現像剤担持体とを有し、
    該現像剤収容部の内部に、少なくとも、該現像剤担持体の表面に供給される二成分現像剤が通過する第1搬送路と、該第1搬送路と直接連通するか又は他の搬送路を介して連通していて二成分現像剤が通過する第2搬送路とを含む循環搬送路が形成されている現像装置において、
    二成分現像剤を攪拌しながら上記循環搬送路内を循環搬送させる現像剤攪拌搬送手段を有しており、
    該現像剤攪拌搬送手段は、該第1搬送路内の二成分現像剤を攪拌しながら搬送する第1攪拌搬送部材と、該第2搬送路内の二成分現像剤を攪拌しながら搬送する第2攪拌搬送部材と、該第1攪拌搬送部材及び該第2攪拌搬送部材を独立して駆動し得る駆動機構とで構成されており、
    該駆動機構は、所定の攪拌増加命令を受けたときに、該第2攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量を、該第1攪拌搬送部材による単位時間当たりの二成分現像剤の搬送量と比較して相対的に多くなるように駆動することを特徴とする現像装置。
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