JP6020901B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、より詳細には、劣化した現像剤を少しずつ排出すると同時に新しい現像剤を補給するいわゆるトリクル方式の現像装置を用いた画像形成装置に関するものである。

トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いた画像形成装置では、画像形成によってトナーが消費されるのに対し、キャリアは現像装置内に留まり続けるため、キャリアの経時劣化が生じる。そこで、キャリアを含む現像剤を少しずつ現像装置から廃棄しながら、新しい現像剤を現像装置に補給するいわゆるトリクル方式が近年注目されつつあり、種々の提案もなされている（特許文献１〜３を参照）。

一方、近年、需用者から画像形成費用の低減が強く要求されている。かかる要求に応える方策として、トリクル方式の画像形成装置では、現像装置に補給する現像剤中のキャリアの割合（トリクルレート）を低くすることが考えられる。しかし、トリクルレートを低くすると、例えば、印字率の低い画像形成を行った場合には、劣化した現像剤の排出がされにくくなる。この結果、カブリや文字散りなどの画像不良が発生する可能性がある。

上記の画像不良が発生したときは、現像装置ごと新しいものに取り替えるさらなる対応も考えられるが、劣化していない部材までも交換することになり無駄が多くなる。また、現像装置内の現像剤を新しい現像剤に交換するという対応も考えられるが、現像剤の交換作業は専らサービスマンが行う作業であるため交換までに時間がかかることがある。加えて、現像剤の交換作業は手間である。

特開2005-37470号公報 特開2008-249769号公報 特開2008-250290号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、トリクル方式の現像装置を備えた画像形成装置において、現像装置内の現像剤を必要な時に効率的に入れ替えることができるようにすることにある。

前記目的を達成する本発明に係る画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体と、トナーとキャリアとを含む現像剤で前記静電潜像を現像する現像装置と、補給用の現像剤を収納する現像剤収納部と、現像剤収納部から現像装置に現像剤を補給する、補給量可変の補給手段とを有する画像形成装置であって、前記現像装置は、現像剤を担持し、前記像担持体と対向する位置に現像剤を回転搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体に沿って形成された第１搬送路と、第１搬送路内に設けられ、現像剤を搬送する第１搬送部材と、第１搬送路の現像剤搬送方向上流側及び下流側に形成された第１連通口及び第２連通口で第１搬送路と連通する第２搬送路と、第２搬送路内に設けられ、第１搬送部材と逆方向に現像剤を搬送する第２搬送部材と、第２連通口よりも第２搬送部材の現像剤搬送方向上流側に設けられた現像剤が補給される補給開口と、第１搬送路に設けられた現像剤が排出される排出口とを備え、第１搬送路と第２搬送路とで構成される循環路内で現像剤を循環させながら前記現像剤担持体に現像剤を供給すると共に、現像剤の前記現像剤収納部からの補給と前記現像装置からの排出を行うものであり、所定の印字率よりも低い画像形成が所定枚数以上連続したとき又は使用者からの指示があったとき、前記補給手段による現像剤の単位時間当たりの補給量を、第２搬送部材の単位時間当たりの現像剤搬送量よりも多くすることを特徴とする。

ここで、前記排出口は、第２連通口よりも第１搬送部材の現像剤搬送方向下流側に形成されているのが好ましい。

前記補給手段による現像剤の単位時間当たりの補給量を、第２搬送部材の単位時間当たりの現像剤搬送量よりも多くする時期は、画像形成処理時以外が好ましい。

本発明の画像形成装置では、所定の印字率よりも低い画像形成が所定枚数以上連続したとき又は使用者からの指示があったとき、補給手段による現像剤の単位時間当たりの補給量を、第２搬送部材の単位時間当たりの現像剤搬送量よりも多くするので、現像装置内の現像剤を必要な時に効率的に入れ替えることができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図である。 作像ユニットの概説図である。 現像装置の垂直断面図である。 現像装置の水平断面図である。 補給現像剤が現像装置内を搬送される様子を示す図である。

以下、本発明に係る画像形成装置について図に基づいてさらに詳しく説明するが本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す所謂タンデム方式のカラープリンターの概説図を示す。この図に示すプリンターは、導電性を有する無端状の中間転写ベルト３０を有する。中間転写ベルト３０は、ローラ３１，３２，３３に張架されている。ローラ３１は不図示のモータに連結されており、モータの駆動によってローラ３１は反時計回りに回転し、これによって中間転写ベルト３０とこれに接するローラ３２，３３は従動回転する。ローラ３３は、不図示の付勢手段によって中間転写ベルト３０を外方へ付勢し中間転写ベルト３０に張力を与えている。ローラ３１に支持されているベルト部分の外側には、２次転写ローラ３４が圧接している。この２次転写ローラ３４と中間転写ベルト３０とのニップ部（２次転写領域）において中間転写ベルト３０上に形成されたトナー画像が、搬送されてきた用紙Ｐに転写される。

また、ローラ３２に支持されているベルト部分の外側には、中間転写ベルト３０の表面をクリーニングするベルトクリーニングブレード３５が設けられている。ベルトクリーニングブレード３５は、中間転写ベルト３０を介してローラ３２に圧接し、中間転写ベルト３０との当接部で未転写の残留トナーを除去・回収する。

中間転写ベルト３０の下側には、中間転写ベルト３０の回転方向上流側から順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ（以下、「作像ユニット１０」と総称することがある）が、装置本体１に対して着脱自在に配置されている。これらの作像ユニット１０では、各色の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー画像が作成される。

図２に、作像ユニット１０の概説図を示す。作像ユニット１０は、静電潜像担持体としての円筒状の感光体１１を有する。そして、感光体１１の周囲には、その回転方向（時計回り方向）に沿って順に、帯電装置１２、露光装置１３、現像装置２、１次転写ローラ１４、およびクリーニング装置１５が配置されている。１次転写ローラ１４は中間転写ベルト３０を挟んで感光体１１に圧接し、ニップ部（１次転写領域）を形成している。

図１に示すように、作像ユニット１０の下部には、給紙装置として給紙カセット４１が着脱可能に配置されている。給紙カセット４１内に積載収容された用紙Ｐは、給紙カセット４１の近傍に配置された給紙ローラの回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路Ｒに送り出される。給紙カセット４１から送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対４２に搬送され、ここで所定のタイミングで２次転写領域に送り出される。

画像形成装置は、１色のトナー（例えばブラック）を用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードと、４色のトナーを用いてカラー画像を形成するカラーモードとに切り替え可能となっている。

カラーモードにおける画像形成動作例について簡単に説明すると、まず、各作像ユニット１０において、所定の周速度で回転駆動される感光体１１の外周面が帯電装置１２により帯電される。次に、帯電された感光体１１の表面に、画像情報に応じた光が露光装置１３から投射されて静電潜像が形成される。続いて、この静電潜像は、現像装置２から供給される現像剤としてのトナーにより顕在化される。このようにして感光体１１の表面に形成された各色のトナー画像は、感光体１１の回転によって１次転写領域に達すると、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体１１から中間転写ベルト３０上へ転写（１次転写）されて重ねられる。

中間転写ベルト３０に転写されることなく感光体１１上に残った残留トナーは、クリーニング装置１５で掻き取られ、感光体１１の外周面から除去される。

重ね合わされた４色のトナー画像は、中間転写ベルト３０によって２次転写領域に搬送される。一方、そのタイミングに合わせて、レジストローラ対４２から２次転写領域に用紙Ｐが搬送される。そして、４色のトナー画像が、２次転写領域において中間転写ベルト３０から用紙Ｐに転写（２次転写）される。４色のトナー画像が転写された用紙Ｐは、定着ローラ対４３へ搬送される。定着ローラ対４３において用紙Ｐは、定着ローラと加圧ローラとのニップ部を通過する。この間に用紙Ｐは加熱・加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像は用紙Ｐに溶融定着する。トナー画像が定着した用紙Ｐは排出ローラ対によって排紙トレイに排出される。

一方、用紙Ｐに転写されることなく中間転写ベルト３０上に残った残留トナーは、クリーニングブレード３５で掻き取られ、中間転写ベルト３０の外周面から除去される。その後、各感光体１１及び中間転写ベルト３０の回転駆動が停止される。

図３及び図４に、現像装置２の垂直断面図及び水平断面図をそれぞれ示す。これらの図に示す現像装置２は、磁性粒子からなるキャリアとトナーとを有する二成分系現像剤Ｄを用いて感光体１１の静電潜像を現像するものである。この現像装置２は、回転自在の現像ローラ（現像剤担持体）２１と、現像部に搬送される現像剤量を規制する板状の規制部材２２と、現像ローラ２１に沿って形成された第１搬送路２３と、第１搬送路２２と仕切り板２７を隔てて平行に形成された第２搬送路２４と、第１搬送路２３及び第２搬送路２４に配置された第１搬送スクリュー（第１搬送部材）２５及び第２搬送スクリュー（第２搬送部材）２６を備える。仕切り板２７の長手方向両端部には第１連通口２７１及び第２連通口２７２（図４に図示）が形成され、第１搬送路２３と第２搬送路２４とは長手方向両端部において連通している。また、第２搬送路２４の現像剤搬送方向上流端には、現像剤ホッパー（現像剤収納部）５から補給される補給現像剤Ｄ１を受け入れるための補給開口２７３が形成されている。さらに。第１搬送路２３の現像剤搬送方向下流端には、現像装置２内の現像剤Ｄを排出するための排出口２７４が形成されている。

現像ローラ２１は、不図示の駆動機構によって図３において時計回りに回転する筒状体２１ａと、筒状体２１ａの内部に設けられた複数の磁極から構成される磁界発生手段２１ｂとを有する。磁界発生手段２１ｂを構成する各磁極はそれぞれ次のような働きをする。まず、磁極（汲み上げ極）Ｎ_１は、現像剤Ｄを筒状体２１ａに汲み上げる働きを奏する。磁極Ｓ_１は、規制部材２２と共に現像部に搬送する現像剤Ｄの量を制御する働きを奏する。そして、磁極Ｎ_２は、現像剤Ｄをブラシ状に穂立ちさせて感光体１１表面の静電潜像をトナーで現像する働きを奏する。磁極Ｓ_２は、現像剤Ｄを現像装置内に搬送する働きを奏する。磁極Ｎ_３は、現像装置２内に現像剤Ｄを搬送すると共に、隣り合う磁極Ｎ_１との間で発生する反発磁界によって現像剤Ｄを円筒体２１ａから剥離させて第１搬送スクリュー２５による撹拌部に戻す働きを奏する。

第１搬送スクリュー２５及び第２搬送スクリュー２６は、軸部材２５ａ，２６ａの外周に螺旋状の羽根２５ｂ，２６ｂが設けられ、第１搬送スクリュー２５の、第２連通口２７２よりも現像剤搬送方向やや下流側には、羽根の傾斜方向が逆方向の逆流発生部２８が設けられている。そして、第１搬送スクリュー２５及び第２搬送スクリュー２６は、不図示の駆動機構によって互いに逆方向に回転する。

図４に示すように、現像装置２には現像剤ホッパー５が接続しており、現像剤ホッパー５から現像装置２に補給現像剤Ｄ１が補給される。補給現像剤Ｄ１が補給される時期及び補給量については後述する。現像剤ホッパー５は、補給現像剤Ｄ１を収納する収納部５１と、補給現像剤Ｄ１を補給する補給スクリュー５２とを有する。補給スクリュー５２は、不図示のモータによって回転し、回転数は変動可能である。補給スクリュー５２の回転数を制御することによって、現像装置２への補給現像剤Ｄ１の補給量を調整できる。

現像剤ホッパー５から補給される補給現像剤Ｄ１は、第２搬送路２４の現像剤搬送方向上流端に形成された補給開口２７３から現像装置２内に受け入れられる。なお、補給開口２７３の形成位置は、現像ローラ２１に供給されるまでの間に十分な撹拌混合を行うために、第２搬送路２４の現像剤搬送方向上流端に形成する。補給開口２７３から現像装置２に補給された現像剤は、第２搬送スクリュー２６の回転によって図の左方向に撹拌されながら搬送された後、第１連通口２７１を通って第１搬送路２３へ搬送される。第１搬送路２３では、第１搬送スクリュー２５の回転によって現像剤Ｄは図の右方向に撹拌されながら搬送される。そして、逆流発生部２８において、現像剤Ｄは図の右方向への搬送が妨げられるので、第２連通口２７２を通って再び第２搬送路２４へ搬送される。これにより、現像剤Ｄは、第１搬送路２３と第２搬送路２４とで構成される循環路内を循環し撹拌される。

トナーの補給と共にキャリアが補給されて、現像装置２内の現像剤量が増えてくると、逆流発生部２８における現像剤Ｄの滞留量が多くなり、現像剤Ｄの一部は逆流発生部２８を乗り越えるようになる。そして、逆流発生部２８を乗り越えた現像剤は、図４の右方向に搬送されて、排出口２７４から現像装置２外へ排出される。このように、現像剤ホッパー５から補給現像剤Ｄ１を現像装置２に補給しながら、使用によって劣化した現像剤Ｄを現像装置２から排出することにより、現像剤Ｄの劣化に起因するカブリや文字散りなどの画像不良の発生が抑制される。

ところが、画像形成費用の低減等の観点から、現像剤ホッパー５から現像装置２に補給する補給現像剤Ｄ１のトリクルレートを低くすると、現像装置２から排出される現像剤量が少なくなって、現像装置２内の現像剤Ｄは循環し続ける。これにより、トナー成分がキャリア表面に付着したり、キャリアが摩耗によって劣化し、トナーへの帯電付与能が低下する。トナー帯電量が低下すると、カブリや文字散りなどの画像不良が生じる。

また、印字率の低い画像が連続して形成された場合も、トナー消費量が少ないので現像装置２への現像剤の補給量が少なくなり、現像装置２内の現像剤Ｄが循環し続けて、前述のキャリアの劣化に起因する画像不良が生じる。

そこで本発明の画像形成装置では、印字率の低い画像が連続して形成した場合及び使用者からの指示があった場合には、現像剤ホッパー５から補給する現像剤量を、第２搬送スクリュー２６の単位時間当たりの現像剤搬送量よりも多くして、現像装置２内に補給される新しい現像剤によって古い現像剤を効率的に現像装置２外に排出し、現像装置２内の現像剤を入れ替えるようにした。なお、印字率の低い画像が連続して形成した場合及び使用者からの指示があった場合であっても、画像形成処理が行われているときは、その画像形成処理の終了を待ち、現像剤の入れ替え動作を行うようにするのが好ましい。

図５に、補給現像剤Ｄ１が現像装置２内を搬送される様子を示す図を示す。現像剤ホッパー５から現像装置２への補給現像剤Ｄ１の単位時間当たりの補給量を、第２搬送スクリュー２６の単位時間当たりの現像剤搬送量よりも多くすると、第２搬送路２４の補給開口２７３付近の、第２搬送路２４の軸方向に垂直な断面全体が補給現像剤で満たされる。そして補給現像剤Ｄ１は第２搬送スクリュー２６によって図の左方向に搬送される（図５（ａ））。

第２搬送スクリュー２６によって補給現像剤Ｄ１がさらに搬送され、第２連通口２７２を通過すると、第２連通口２７２が補給現像剤Ｄ１で封鎖された状態となり、第１搬送路２３内の現像剤Ｄは、逆流発生部２８を越えて排出口２７４へ搬送されやすくなる（図５（ｂ））。そして、さらに、第２搬送スクリュー２６によって補給現像剤Ｄ１が搬送されると、第１搬送路２３内の現像剤Ｄは、補給現像剤Ｄ１によって押し出されるように逆流発生部２８を越えて排出口２７４から排出される（図５（ｃ））。

図１〜図５に示した現像装置及び画像形成装置を用いて、下記条件下で連続画像形成試験を行った。

現像ローラ
構造：サンドブラスト表面処理された回転自在のアルミニウム製で、外径１６ｍｍの現 像スリーブ内に、同極性である剥離極とキャッチ極とを含む５極のマグネットロ ーラを内蔵
回転数：５２０ｒｐｍ
現像スリーブ上の現像剤の搬送量：２３０ｇ／ｍ^２

第１搬送スクリュー
外径：１４ｍｍ
螺旋状の羽根：１条
ピッチ：２５ｍｍ
軸部材の径：６ｍｍ
パドル：なし
回転数：４８０ｒｐｍ

第２搬送スクリュー
外径：１４ｍｍ
螺旋状の羽根：１条
ピッチ：２５ｍｍ
軸部材の径：６ｍｍ
パドル：あり
回転数：４８０ｒｐｍ
現像剤搬送量：１１．８ｇ／ｓ

現像ホッパーの補給スクリュー
外径：１４ｍｍ，１６ｍｍ
螺旋状の羽根：１条
ピッチ：２５ｍｍ
軸部材の径：６ｍｍ
回転数：６００ｒｐｍ，４８０ｒｐｍ
現像剤搬送量：１４．８ｇ／ｓ，１８．５ｇ／ｓ

現像剤
二成分現像剤：２００ｇ，トナー濃度７％
キャリア：フェライトコアの表面をアクリルＭＥＣで被覆，平均粒径３３μｍ
トナー：スチレン−アクリル樹脂を原料として乳化重合法で作製，平均粒径６．５μｍ

連続画像形成試験条件
トリクルレート：５％
印字率：１％

実施例１
前記条件で１００ｋ枚の連続画像形成を行った後、現像剤ホッパーの補給スクリューとして外径１４ｍｍのものを用い，回転数６００ｒｐｍで現像剤搬送量１４．８ｇ／ｓとして現像装置に現像剤を補給した。現像剤の補給量は３５０ｇであった。
現像装置への現像剤の補給後、３分間現像装置を駆動させ続けた後、画像形成を行い画像評価を行った。結果を表１に示す。

実施例２
前記条件で１００ｋ枚の連続画像形成を行った後、現像剤ホッパーの補給スクリューとして外径１６ｍｍのものを用い，回転数４８０ｒｐｍで現像剤搬送量１８．５ｇ／ｓとして現像装置に現像剤を補給した。現像剤の補給量は３５０ｇであった。
現像装置への現像剤の補給後、３分間現像装置を駆動させ続けた後、画像形成を行い画像評価を行った。結果を表１に合わせて示す。

表１から明らかなように、実施例１，２の画像形成装置では、カブリ及び文字散りは発生しなかった。また、トナー帯電量は通常範囲であり、キャリア表面にトナー成分が付着するキャリアスペント、及びキャリア表面が摩耗により削れるキャリア減耗は、ほとんど見られなかった。

本発明の画像形成装置では、所定の印字率よりも低い画像形成が所定枚数以上連続したとき又は使用者からの指示があったとき、補給手段による現像剤の単位時間当たりの補給量を、第２搬送部材の単位時間当たりの現像剤搬送量よりも多くするので、現像装置内の現像剤を必要な時に効率的に入れ替えることができる。これにより、カブリや文字散りなどの画像不良が発生せず有用である。

２ 現像装置
５ 現像剤ホッパー（現像剤収納部）
Ｄ 現像剤
Ｄ１ 補給現像剤
１１ 感光体（像担持体）
２１ 現像ローラ（現像剤担持体）
２３ 第１搬送路
２４ 第２搬送路
２５ 第１搬送スクリュー（第１搬送部材）
２５ａ，２５ｂ 軸部材
２５ｂ，２６ｂ 羽根
２６ 第２搬送スクリュー（第２搬送部材）
２７ 仕切り板
５１ 収納部(現像剤収納部)
５２ 補給スクリュー（補給手段）
２７１ 第１連通口
２７２ 第２連通口
２７３ 補給開口
２７４ 排出口

Claims (3)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、トナーとキャリアとを含む現像剤で前記静電潜像を現像する現像装置と、補給用の現像剤を収納する現像剤収納部と、現像剤収納部から現像装置に現像剤を補給する、補給量可変の補給手段とを有する画像形成装置において、
   前記現像装置は、現像剤を担持し、前記像担持体と対向する位置に現像剤を回転搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体に沿って形成された第１搬送路と、第１搬送路内に設けられ、現像剤を搬送する第１搬送部材と、第１搬送路の現像剤搬送方向上流側及び下流側に形成された第１連通口及び第２連通口で第１搬送路と連通する第２搬送路と、第２搬送路内に設けられ、第１搬送部材と逆方向に現像剤を搬送する第２搬送部材と、第２連通口よりも第２搬送部材の現像剤搬送方向上流側に設けられた現像剤が補給される補給開口と、第１搬送路に設けられた現像剤が排出される排出口とを備え、
   第１搬送路と第２搬送路とで構成される循環路内で現像剤を循環させながら前記現像剤担持体に現像剤を供給すると共に、現像剤の前記現像剤収納部からの補給と前記現像装置からの排出を行い、
   所定の印字率よりも低い画像形成が所定枚数以上連続したとき又は使用者からの指示があったとき、前記補給手段による現像剤の単位時間当たりの補給量を、第２搬送部材の単位時間当たりの現像剤搬送量よりも多くすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記排出口が、第２連通口よりも第１搬送部材の現像剤搬送方向下流側に形成されている請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記補給手段による現像剤の単位時間当たりの補給量を、第２搬送部材の単位時間当たりの現像剤搬送量よりも多くする時期が、画像形成処理時以外である請求項１又は２記載の画像形成装置。