JP6046939B2 - 現像装置、現像装置を備えた画像形成装置及び二成分現像剤の不具合を検出する検出方法 - Google Patents

現像装置、現像装置を備えた画像形成装置及び二成分現像剤の不具合を検出する検出方法 Download PDF

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本発明は、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を貯留し、該二成分現像剤のトナーを感光体に供給する現像装置、該現像装置を備えた画像形成装置及び貯留されている二成分現像剤の不具合を検出する検出方法に関する。
一般に、画像形成装置に設けられた現像装置は、装置内部に現像剤を貯留し、該装置の現像ローラによって、トナー像の担持体となる感光体に貯留されている現像剤を供給するよう構成されている。特に、トナーとキャリアとを混合した二成分系の現像剤を用いる現像装置では、トナー補給部から補給されるトナーが、スクリューやパドルなどによってキャリアに混合されながら搬送され、現像ローラに供給される。そして、画像形成処理によって消費されたトナーは、トナー補給部から補給され、再びキャリアと混合、攪拌、搬送が繰り返される。また、このような従来の現像装置では、一般的に、透磁率センサなどを用いて貯留されているトナー濃度を検出し、該トナー濃度が所定の設定値よりも低いと判定した際、トナー補給部からトナーが補給される。
このような従来の現像装置に貯留される二成分現像剤は、該装置を長時間継続的に使用することにより、現像剤のトナーの劣化、現像剤貯留量の低下、もしくはトナーとキャリアの混合比バランスの低下等が生じる場合がある。つまり、装置導入直後又はメンテナンス直後の最適な状態と比べ、貯留されている現像剤の状態は徐々に悪化する。そして、このような現像剤の状態の悪化が許容範囲を超えてしまうと、感光体にトナーを供給する現像剤自身の能力が低下してしまう。
例えば現像剤のトナー劣化に係り、画像面積率の低い画像形成処理を継続して行った場合、トナーの消費量は低いため、現像剤のトナーの多くは消費されずに現像装置内に留まってしまう。そして、現像装置内に長期間留まったトナーは繰り返し攪拌されることから、トナーに分散されている帯電を促進する添加剤がトナー内に埋没又は遊離するトナー劣化が生じてしまう。このようなトナー劣化によって、感光体にトナーを供給する現像剤自身の能力が低下し、形成される画像の濃度が低下してしまう。
このような現像剤のトナー劣化に係り、特許文献1には、図8に示す、現像剤の嵩の変化によってトナーの劣化度合いを判定する現像装置100が記載されている。該現像装置100は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容するケースに収容された現像剤の嵩の変化を検知するセンサ101を有している。ここで、センサ101には、現像剤の嵩を検知するフィラー102が設けられている。
つまり、ケースに収容された現像剤のトナーが劣化すると、該現像剤の流動性は悪化する。そして、ケースに該現像剤が滞留する部分が現れて、該滞留する部分の現像剤の嵩が増える。センサ101は、フィラー102の移動によって現像剤の嵩が一定以上のレベルを超えたことを検知し、トナーの劣化度合いを判定する。
ここで、現像装置100は、現像剤のトナー濃度を検出する濃度検出手段(不図示)を有し、該濃度検出手段で検出されるトナー濃度に応じて、トナー補給装置103から供給されるトナーを取り入れることができるように構成されている。
特開2008−76428号公報
しかしながら、特許文献1の現像装置100では、トナー劣化以外に、現像剤の状態の悪化が生じている場合には、トナーの劣化度合いを正しく判定できない可能性があった。
例えば装置導入以降又はメンテナンス以降に、装置外に現像剤のキャリアが排出されると、現像剤のキャリア含有量は低下する。さらに、該現像装置100において、濃度検出手段で検出されたトナー濃度に応じてトナーを補給している。つまり、現像剤のキャリア含有量が低下すると、現像剤のトナー含有量も低下する。
このことから、特許文献1の現像装置100では、装置外に現像剤のキャリアが排出されると、貯留されている現像剤の嵩は全体的に低くなってしまう。つまり、トナー劣化が生じている場合であっても、現像剤の嵩が一定以上のレベルを超えないため、トナーの劣化度合いを正しく判定できない可能性があった。
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、現像装置内に貯留される二成分現像剤の状態の悪化による不具合を検出する現像装置、該現像装置を有する画像形成装置及び二成分現像剤の不具合を検出する検出方法を提供することにある。
本発明の現像装置は、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を貯留する現像槽と、該二成分現像剤のトナーを感光体に供給する現像ローラと、現像槽底部の前記現像ローラの下方への正射影範囲内に配設され、二成分現像剤の透磁率を検出する第1の透磁率センサと、現像槽底部の前記二成分現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材の下方への正射影範囲内に配設され、二成分現像剤の透磁率を検出する第2の透磁率センサと、第1及び第2の透磁率センサが検出する透磁率の差分に基づいて、二成分現像剤の不具合を検出する検出手段を有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、上述した現像装置を備えることを特徴とする。
また、本発明の二成分現像剤の不具合を検出する検出方法は、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を貯留し、該二成分現像剤のトナーを感光体に供給する現像ローラを有す
る現像装置における二成分現像剤の不具合を検出する検出方法であって、現像ローラの下方への正射影範囲内の第1地点における二成分現像剤の透磁率を検出する第1ステップと、二成分現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材の下方への正射影範囲内の第2地点における二成分現像剤の透磁率を検出する第2ステップと、第1ステップで検出する透磁率と、第2ステップで検出する透磁率との差分が、予め設定される基準値を超過するか否かの判定に基づいて、二成分現像剤の不具合を検出するステップと、を有することを特徴とする。
本発明によると、貯留されている現像剤の状態の悪化による不具合を検出ことができる。
本発明の一実施形態である画像形成装置1の全体構成を示す図である。 現像ユニット33の概観斜視図である。 図2に示すA方向から見たときの現像ユニット33内部の構成を示す断面図である。 図3に示す線B−Bを切断面線とする現像ユニット33の断面図である。 検出部91の処理手順を示すフローチャートである。 二成分現像剤の貯留量と透磁率センサ338及び339が検出する透磁率との関係を示す図である。 トナー補給制御部92の処理手順を示すフローチャートである。 従来の現像装置の全体構成を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の処理内容の説明においては、各々の処理を「ステップ」を「S」で表し説明する。
図1は、本発明の一実施形態である画像形成装置1の概略構成を示し、本図を用いて、画像形成装置1の構成について、以下に説明する。
画像形成装置1は、原稿から読み取った原画像をコピー用紙等のシート状記録媒体に複写するために、搬送機構10、露光ユニット20、可視像形成ユニット30、40、50、60、二次転写ユニット70、定着ユニット80及び制御ユニット90から構成されている。
搬送機構10は、給紙トレイ10aに保持されている用紙Pを一枚ずつピックアップし、可視像形成ユニット30、40、50、60及び二次転写ユニット70に用紙Pを搬送するための各種機構部材から構成されている。さらに、搬送機構10は、可視像形成ユニット30、40、50、60及び二次転写ユニット70の用紙搬送方向の下流側に配設されている定着ユニット80に用紙Pを搬送し、該定着ユニット80から搬出された用紙Pを排紙トレイ10bで保持するための各種機構部材から構成されている。
露光ユニット20は、原稿から読み取った原画像に応じた静電潜像を形成するために、該原画像に応じたレーザ光Rを可視像形成ユニット30、40、50及び60に向けて出射する。具体的には、該露光ユニット20は、レーザ光を出射するためのレーザ光源、レーザ光を等角速度偏向するポリゴンミラー及び等角速度で偏向されたレーザ光を補正するレンズ等の光学系部材(不図示)から構成されている。
4組の可視像形成ユニット30、40、50及び60は、露光ユニット20から出射されるレーザ光Rに基づいて、トナー像を中間転写ベルト75上に一次転写する。
具体的には、可視像形成ユニット30は、トナー像の担持体となる感光体31、該感光体31を所定の電位に帯電させるための帯電器32、感光体31表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を現像する現像ユニット33、該現像ユニット33にトナーを補給するトナー補給ユニット34及びトナー像を中間転写ベルト75に転写する一次転写部35から構成されている。
現像ユニット33は、黒色のトナー及びキャリアから成る二成分現像剤を貯留し、センサ周辺の透磁率を検出する2組の透磁率センサ338及び339を有している。そして、透磁率センサ338及び339は、検出した透磁率に応じた検出信号を制御ユニット90に出力する。ここで、透磁率センサ338及び339が検出する透磁率は、貯留されている二成分現像剤において、磁性体であるキャリアの体積比率を示す。つまり、透磁率センサ338及び339は、二成分現像剤中に含まれるトナー量の割合が少ないほど、もしくは二成分現像剤中に含まれるキャリア量の割合が多いほど、高い値を出力するセンサである。なお、透磁率センサ338及び339としては、例えばTS−K(商品名、TDK株式会社製)等を用いることができる。
トナー補給ユニット34は、現像ユニット33内のトナーと同色の黒色のトナーを収容し、該トナーを現像ユニット33に補給するための各種補給部材(不図示)を制御するための補給コントローラ340を有している。ここで、該補給コントローラ340は、制御ユニット90から出力される制御信号に基づいて各種補給部材を制御する。つまり、制御ユニット90から出力される制御信号に基づいて収容されているトナーを現像ユニット33に補給又は補給を停止する。
他の3組の可視像形成ユニット40、50及び60の構成は、可視像形成ユニット30と同様であり、可視像形成ユニット40、50及び60の各々の現像ユニットには、各々イエロー、マゼンタ、シアンのトナー及びキャリアが貯留されている。また、可視像形成ユニット40、50及び60の各々のトナー補給ユニットには、現像ユニット内のトナーと同色のトナーが収容されている。
定着ユニット80は、用紙Pに転写されたトナー像を定着させる。具体的には、定着ユニット80は、発熱体83が内蔵されている定着ローラ81と加圧ローラ82との間に用紙Pが挟持されて移動する際、熱と圧力によってトナー像を溶融し定着させる。
制御ユニット90は、可視像形成ユニット30、40、50及び60の現像ユニット内の二成分現像剤の不具合を検出するための検出部91と、可視像形成ユニット30、40、50及び60のトナー補給ユニットから現像ユニットにトナーを補給するためのトナー補給制御部92を有している。ここで、検出部91及びトナー補給制御部92による各々の処理は、画像形成装置1の主電源(不図示)が利用者によって投入された際に開始される。また制御ユニット90は、音声又は表示出力によって検出した不具合を利用者に通知するための通知手段(不図示)も有している。
図2は、現像ユニット33の概観斜視図である。また、図3は、図2に示すA方向から見たときの現像ユニット33内部の構成を示す断面図である。さらに、図4は、図3に示す線B−Bを切断面線とする現像ユニット33の断面図である。これら図面を用いて、現像ユニット33の構成について、以下に説明する。
図2に示すように、現像ユニット33は、現像槽330及び該現像槽330の鉛直方向上方に着脱自在に設けられている現像槽カバー331を有し、幅方向の一端には円柱形状の現像ローラ335がローラ面一部を露出するように配設している。ここで、現像槽カバー331には、トナー補給ユニット34からのトナーを補給するために補給口33Aを有している。
図3に示すように、現像ユニット33の内部空間を構成する現像槽330内には、現像ローラ335、現像槽330内の現像剤を攪拌し搬送する2組の攪拌搬送部材336、337、そして現像槽330内の現像剤の透磁率を検出する2組の透磁率センサ338、339を有している。
現像槽330は、トナー及びキャリアから成る二成分現像剤を貯留するための内部空間を構成するための部材であり、ドクターブレード3301及び隔壁3302を有している。
現像ローラ335は、感光体31と対向して配設されるマグネットローラであり、モータ等の不図示の駆動手段により回転することで、現像槽330内の現像剤を表面に担持し、担持した現像剤に含まれるトナーを感光体31へ供給する。ここで、現像ローラ335は、不図示の電源が接続され、現像バイアス電圧が印加される。そして、感光体31近傍における現像バイアス電圧による静電気力によって、現像ローラ335に担持された現像剤のトナーを感光体31へ供給する。
ドクターブレード3301は、現像ローラ335に担持される現像剤量を所定量に規制する板状部材であり、現像ローラ335の表面に近接する現像槽330の一端に、長手方向に沿って配設している。ここで、ドクターブレード3301の材料としては、ステンレス鋼、アルミニウム又は合成樹脂などを使用することができる。
隔壁3302は、現像槽330の幅方向略中央部において、現像槽330の長手方向に沿って延びる部材であり、現像槽330の底部と現像槽カバー331との間に配設している。つまり、隔壁3302は、攪拌搬送部材336による現像剤の搬送路Pと、攪拌搬送部材337による現像剤の搬送路Qとを隔てるために設けられる部材である。
透磁率センサ338は、現像ローラ335近傍の現像槽330の第1地点Xである鉛直方向底部に配設している。また、透磁率センサ339は、攪拌搬送部材337近傍の現像槽330の第2地点Yである鉛直方向底部に配設している。
つまり、透磁率センサ338は、現像ローラ335により汲み上げられる直前の現像剤の透磁率を検出する。また透磁率センサ339は、搬送路Qを搬送している現像剤の透磁率を検出する。
図4に示すように、隔壁3302は、現像槽330の内部空間を、搬送路P、搬送路Q、連通路R及び連通路Sに区分する。また、搬送路P側の鉛直方向上方には補給口33Aを配設している。
攪拌搬送部材336及び攪拌搬送部材337は、螺旋状の搬送羽根を有するオーガスキュリュー状の部材であり、攪拌搬送部材336は、モータ等の不図示の駆動手段により回転することで、搬送路Pの現像剤を連通路Rにまで攪拌させながら搬送する。また攪拌搬送部材337は、同じく不図示の駆動手段により回転することで、搬送路Qの現像剤を連通路Sにまで攪拌させながら搬送する。ここで、現像ローラ335、攪拌搬送部材336及び337は、連動して回転するよう構成されている。
したがって、現像ユニット33は、現像ローラ335、攪拌搬送部材336及び337を連動して回転駆動させることにより、搬送路P、連通路R、搬送路Q、連通路Sの順で、現像槽330内の現像剤を循環移動させる。また、現像ユニット33は、搬送路Qにて搬送されている間に現像槽330内の現像剤を現像ローラ335により汲み上げて、そして現像ローラ335表面に担持させる。
図5は、検出部91の処理手順を示すフローチャートであり、本図を用いて検出部91の処理手順を説明する。ここで、検出部91では、可視像形成ユニット30、40、50及び60の各々について、現像ユニット内の現像剤の不具合を検出するための処理を行っている。しかしながら、各々の処理は、各々の可視像形成ユニットが個別に構成する現像ユニットの透磁率センサを対象にして、検出信号を入力する点でのみ異なる。このことから、以下では、現像ユニット33内の現像剤の不具合を検出するための処理手順についてのみ説明する。
検出部91では、先ず、透磁率センサ338及び339によって各々が検出した透磁率に応じた検出信号V1及びV2を受信し(S100)、検出信号V1と検出信号V2の差分値Wを算出する(S110)。
S110に続いて、算出した差分値Wが、予め設定されている基準値P以上であるか否かを判定し(S120)、基準値P未満であれば、上述したS100の処理に移行する。つまり、透磁率センサ338及び339によって各々が検出した透磁率の差分値が、基準値Pを超過するまで、上述したS100からS120の確認処理を繰り返す。
一方、S120の判定において、算出した差分値Wが、予め設定されている基準値P以上であると判定した場合には、現像槽330内の現像剤に不具合が生じている可能性がある旨の警告音出力及び警告情報を表示し(S130)、処理を終了する。
このように、本発明の一実施形態である画像形成装置1では、透磁率センサ338及び339によって各々が検出した透磁率の差分が基準値P以上であると判定した際には、現像槽330内の現像剤に不具合が生じている可能性があると判定している。該処理について、以下に説明する。
図6は、現像槽330内の二成分現像剤の貯留量と、透磁率センサ338及び339が検出した出力値との関係を示す図である。ここで、各々の貯留量において、二成分現像剤のトナーとキャリアの混合比は同一である。また、透磁率センサ338及び339の出力値は、現像ローラ335、攪拌搬送部材336及び337を連動して回転駆動している際に検出されたものである。
図6に示すように、二成分現像剤のトナーとキャリアの混合比が同一であるにも拘わらず、二成分現像剤の貯留量が減少すると、検出される透磁率センサ338及び339の出力値も減少していることが分かる。さらに、透磁率センサ339が検出する出力値に対して、透磁率センサ338が検出する出力値の方がより顕著に減少していることが分かる。つまり、現像槽330内の二成分現像剤の貯留量が少なくなると、透磁率センサ338及び339によって各々が検出した透磁率の差分値は大きくなるという現象が生じている。
このような現象は、現像ローラ335によって一定量のキャリアが汲み上げられることが原因であると推測される。
すなわち、現像ローラ335から比較的離れた第2地点Yに配設されている透磁率センサ339周辺において、該透磁率センサ339のキャリア含有率は広範囲でほぼ同じである。つまり、現像ローラ335の方向に二成分現像剤が移動しても、センサ検出可能な範囲から移動するキャリア量とほぼ同量のキャリアが、センサ検出可能な範囲に移動する。このため、透磁率センサ339は、二成分現像剤のキャリア量の多少に関係なく、ほぼ安定した値の透磁率を検出する。
しかしながら、二成分現像剤のキャリア量が少なくなっている場合、透明率センサ338の検出可能な範囲に移動するキャリア量よりも多くの量のキャリアが、現像ローラ335によって汲み上げられる。このため、透明率センサ338は、二成分現像剤のキャリア量が少なくなっている場合、より低い値の透磁率を検出してしまう。
検出部91では、このような現象を利用して、現像槽330内の現像剤の不具合を検出している。つまり、検出部91は、透磁率センサ338及び339によって各々が検出する透磁率の差分によって、許容量を超えるキャリアが現像ローラ335によって汲み上げられる状態になっていないかを判定している。そして、このような状態になっていると判定した際には、現像剤のトナーの劣化、現像剤貯留量の低下、もしくはトナーとキャリアの混合比バランスの低下等を要因として、現像槽330内の二成分現像剤に何らかの不具合が生じている可能性があると判定している。
図7は、トナー補給制御部92の処理手順を示すフローチャートであり、本図を用いてトナー補給制御部92の処理手順を説明する。ここで、トナー補給制御部92では、可視像形成ユニット30、40、50及び60の各々について、トナー補給ユニットから現像ユニットにトナーを補給するための処理を行っている。しかしながら、各々の処理は、可視像形成ユニットが個別に構成する補給ユニットの補給コントローラ、もしくは現像ユニットの透磁率センサを対象にして、制御信号又は検出信号を入出力する点でのみ異なる。このことから、以下では、トナー補給ユニット34から現像ユニット33にトナーを補給するための処理手順についてのみ説明する。
トナー補給制御部92では、先ず、透磁率センサ339によって検出した透磁率に応じた検出信号V2を受信する(S200)。
S200に続いて、検出信号V2が、予め設定されている基準値Q未満であるか否かを判定し(S210)、基準値Q未満と判定した場合には、トナー補給を停止する制御信号を補給コントローラ340に出力する(S220)。つまり、トナー補給ユニット34のトナーを現像ユニット33に補給している場合には、該トナー補給を停止させる。
一方、S210の判定において、基準値Q未満でないと判定した場合には、トナーを補給する制御信号を補給コントローラ340に出力する(S230)。つまり、トナー補給が停止されている場合には、トナー補給ユニット34からトナーを補給するように制御する。
そして、S220又はS230の処理に続いて、上述したS200の処理に移行する。つまり、上述したS200からS230の処理を繰り返し実行する。
ここで、トナー補給を行うか否かは、透磁率センサ339が検出した出力値が基準値Q以上か否かによって判定している。これは、図6を用いて説明したように、現像ローラ335から比較的離れた第2地点Yに配設されている透磁率センサ339は、二成分現像剤の貯留量に比較的依存しないためである。つまり、基準値Qは、二成分現像剤に含まれるトナー量の過不足を判定するための閾値として設定される。
このように、本発明の一実施形態である画像形成装置1では、上述した検出部91の処理と併用して、二成分現像剤に含まれるトナー量の過不足を判定し、該判定に基づいて、トナー補給ユニット34のトナーを補給又は補給を停止している。つまり、トナー補給ユニット34に収容されているトナーがなくならない限り、現像槽330内には、トナーを十分に含んだ二成分現像剤が貯留されている。
このことから、上述した検出部91の処理において、現像槽330内の二成分現像剤のキャリアが現像ユニット33外に排出されてしまう等、現像剤貯留量の低下に係る不具合を検出することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

10 搬送機構
10a 給紙トレイ
10b 排紙トレイ
20 露光ユニット
30,40,50,60 可視像形成ユニット
31 感光体
32 帯電器
33 現像ユニット
33A 補給口
330 現像槽
331 現像槽カバー
3301 ドクターブレード
3302 隔壁
335 現像ローラ
336,337 攪拌搬送部材
338,339 透磁率センサ
34 トナー補給ユニット
340 補給コントローラ
35 一次転写部
70 二次転写ユニット
75 中間転写ベルト
80 定着ユニット
81 定着ローラ
82 加圧ローラ
83 発熱体
90 制御ユニット
91 検出部
92 トナー補給制御部

Claims (3)

  1. トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を貯留する現像槽と、
    該二成分現像剤のトナーを感光体に供給する現像ローラと、
    現像槽底部の前記現像ローラの下方への正射影範囲内に配設され、前記二成分現像剤の透磁率を検出する第1の透磁率センサと、
    現像槽底部の前記二成分現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材の下方への正射影範囲内に配設され、前記二成分現像剤の透磁率を検出する第2の透磁率センサと、
    前記第1及び第2の透磁率センサが検出する透磁率の差分に基づいて、前記二成分現像剤の不具合を検出する検出手段を有することを特徴とする現像装置。
  2. 請求項1に記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
  3. トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を貯留し、該二成分現像剤のトナーを感光体に供給する現像ローラを有する現像装置における二成分現像剤の不具合を検出する検出方法であって、
    前記現像ローラの下方への正射影範囲内の第1地点における前記二成分現像剤の透磁率を検出する第1ステップと、
    前記二成分現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材の下方への正射影範囲内の第2地点における前記二成分現像剤の透磁率を検出する第2ステップと、
    前記第1ステップで検出する透磁率と、前記第2ステップで検出する透磁率との差分が、予め設定される基準値を超過するか否かの判定に基づいて、前記二成分現像剤の不具合を検出するステップと、を有することを特徴とする検出方法。
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