JP2007033780A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像器内のトナー・キャリアの攪拌状態が常に良好に保たれ、良好な画像形成状態を保つことができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】複数のプロセススピードを有する画像形成装置において、補給するトナーを収容したトナーユニットと、収納されたトナーを現像器に供給するトナー補給手段と、トナー補給手段のスピードを変更するスピード変更手段と、トナーが補給される現像ユニットを有し、前記トナー補給手段はプロセススピードに応じて補給速度を変更する。ここで、前記スピード変更手段は、トナー補給手段を駆動する電圧を変更することにより行う。又、前記スピード変更手段は、トナー補給手段をＰＷＭ駆動することにより行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真技術を用いて画像を形成するデジタル複写機、ファクシミリ、レーザプリンタ、これらの機能を複合的に併せ持つデジタル複合機等におけるトナー補給に関する。

従来、上記プリンタや複写機等の画像形成装置は、画像を電気信号に変換し、その信号を基にレーザ等の書き込み手段により感光体上に潜像を形成する。形成された潜像は、現像器によって可視化され、可視化された像は、最終的に記録媒体に転写され、定着器にて定着される。

印刷品位を維持するためには、現像器内のトナー・キャリア比を一定にする必要があり、そのため現像器内に設置された濃度センサ若しくは現像器内の濃度を知り得る手段に基づきトナー補給が行われる。補給されたトナーは、現像器内で攪拌されることによりトナー・キャリアが一様に混ざり合い適正な電荷を帯びることが可能となる。

そこで、特許文献１では、トナー補給モータのＯＮ／ＯＦＦを画像形成条件に応じて切り替えることを提案している。
特開平８−２４８７６１号公報

上記案件では、ＯＮ／ＯＦＦの時間を切り替えて必要量のトナーを補給しているが、単位時間当たりの補給量が一定のため、プロセススピード等が変化した際に、現像器の回転速度によっては十分な攪拌が行わず濃度ムラやトナーの帯電不良等が懸念される。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、現像器内のトナー・キャリアの攪拌状態が常に良好に保たれ、良好な画像形成状態を保つことができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、複数のプロセススピードを有する画像形成装置において、補給するトナーを収容したトナーユニットと、収納されたトナーを現像器に供給するトナー補給手段と、トナー補給手段のスピードを変更するスピード変更手段と、トナーが補給される現像ユニットを有し、前記トナー補給手段はプロセススピードに応じて補給速度を変更することを特徴とする。

本発明によれば、プロセススピードに応じたトナー補給を行えるため、現像器内のトナー・キャリアの攪拌状態が常に良好に保たれ、良好な画像形成状態を保つことが可能となる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明を実施した画像形成装置の要部断面図である。本実施の形態に係る画像形成装置は電子写真方式とし、複数の画像形成部を並列に配し、且つ、中間転写方式を採用したカラー画像出力装置として説明していく。

カラー画像形成装置は、画像読取部１Ｒと画像出力部１Ｐから成る。画像読取部１Ｒは、原稿画像を光学的に読み取り、電気信号に変換して画像出力部１Ｐに送るが、詳細の説明については省略する。

画像出力部１Ｐは、大別して、画像形成部１０（４つのステーションａ，ｂ，ｃ，ｄが並設されており、その構成は同一である）、給紙ユニット２０、中間転写ユニット３０、定着ユニット４０、クリーニングユニット５０及び制御ユニット７０から構成される。

更に、個々のユニットについて詳しく説明する。

画像形成部１０は、次に述べるような構成になっている。像担持体としての感光ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄがその中心で軸支され、矢印方向に回転駆動される。感光ドラム１１ａ〜１１ｄの外周面に対向してその回転方向に一次帯電器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ、光学系１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ、折り返しミラー１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ、現像装置１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが配置されている。現像装置は、印刷スピードに応じて非図示の駆動モータにより駆動される。一次帯電器１２ａ〜１２ｄにおいて感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面に均一な帯電量の電荷を与える。

次いで光学系１３ａ〜１３ｄにより、記録画像信号に応じて変調した例えばレーザービーム等の光線を折り返しミラー１６ａ〜１６ｄを介して感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に露光させることによって、そこに静電潜像を形成する。更に、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックといった４色の現像剤（以下、これをトナーと呼ぶ）をそれぞれ収納した現像装置１４ａ〜１４ｄによって上記静電潜像を顕像化する。顕像化された可視画像を中間転写体に転写する画像転写領域Ｔａ，Ｔｂ，Ｙｃ，Ｔｄの下流側では、クリーニング装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄにより転写材に転写されずに感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に残されたトナーを掻き落としてドラム表面の清掃を行う。

以上に示したプロセスにより、各トナーによる画像形成が順次行われる。

給紙ユニット２０は、記録材Ｐを収納するためのカセット２１ａ，２１ｂ及び手差しトレイ２７、カセット内若しくは手差しトレイより記録材Ｐを１枚ずつ送り出すためのピックアップローラ２２ａ，２２ｂ及び２６、各ピックアップローラから送り出された記録材Ｐをレジストローラまで搬送するための給紙ローラ対２３及び給紙ガイド２４、そして、画像形成部の画像形成タイミングに合わせて記録材Ｐを二次転写領域Ｔｅへ送り出すためのレジストローラ２５ａ，２５ｂから成る。

中間転写ユニット３０について詳細に説明する。

中間転写ベルト３１は、中間転写ベルト３１に駆動を伝達する駆動ローラ３２、中間転写ベルト３１の回動に従動する従動ローラ３３、ベルトを挟んで二次転写領域Ｔｅに対向する二次転写対向ローラ３４に巻回させる。これらのうち駆動ローラ３２と従動ローラ３３の間に一次転写平面Ａが形成される。駆動ローラ３２は、金属ローラの表面に数ｍｍ厚のゴム（ウレタン又はクロロプレン）をコーティングしてベルトとのスリップを防いでいる。駆動ローラ３２は、パルスモータ（不図示）によって回転駆動される。

各感光ドラム１１ａ〜１１ｄと中間転写ベルト３１が対向する一次転写領域Ｔａ〜Ｔｄには、中間転写ベルト３１の裏に一次転写用帯電器３５ａ〜３５ｄが配置されている。二次転写対向ローラ３４に対向して二次転写ローラ３６が配置され、中間転写ベルト３１とのニップによって二次転写領域Ｔｅを形成する。二次転写ローラ３６は、中間転写体に対して適度な圧力で加圧されている。

又、中間転写ベルト上、二次転写領域Ｔｅの下流には中間転写ベルト３１の画像形成面をクリーニングするためのクリーニングユニット５０（ブレード５１及び廃トナーを収納する廃トナーボックス５２）が設けられている。

定着ユニット４０は、内部にハロゲンヒーター等の熱源を備えた定着ローラ４１ａとそのローラに加圧される４１ｂ（このローラにも熱源を備える場合もある）及び上記ローラ対のニップ部へ転写材Ｐを導くためのガイド４３、定着ユニットの熱を内部で閉じ込めるための定着断熱カバー４６，４７、又、上記ローラ対から排出されてきた転写材Ｐを更に装置外部に導き出すための内排紙ローラ４４、外排紙ローラ４５、転写材Ｐを積載する排紙トレー４８等から成る。

制御ユニット７０は、上記各ユニット内の機構を制御するためのＣＰＵ（不図示）やモータドライブ基板（不図示）等から成る。

次に、装置の動作に即して説明を加える。

画像形成動作開始信号が発せられると、先ずピックアップローラ２２ａにより、カセット２１ａから転写材Ｐが１枚ずつ送り出される。そして、給紙ローラ対２３によって転写材Ｐが給紙ガイド２４の間を案内されてレジストローラ２５ａ，２５ｂまで搬送される。そのとき、レジストローラは停止されており、紙先端はニップ部に突き当たる。その後、画像形成部が画像の形成を開始するタイミングに合わせてレジストローラは回転を始める。この回転時期は、転写材Ｐと画像形成部より中間転写ベルト上に一次転写されたトナー画像とが二次転写領域Ｔｅにおいて丁度一致するようにそのタイミングが設定されている。

一方、画像形成部では、画像形成動作開始信号が発せられると、前述したプロセスにより中間転写ベルト３１の回転方向において一番上流にある感光ドラム１１ｄ上に形成されたトナー画像が、高電圧が印加された一次転写用帯電器３５ｄによって一次転写領域Ｔｄにおいて中間転写ベルト３１に一次転写される。一次転写されたトナー像は、次の一次転写領域Ｔｃまで搬送される。そこでは各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われており、前画像の上にレジストを合わせて次のトナー像が転写されることになる。以下も同様の工程が繰り返され、結局、４色のトナー像が中間転写ベルト３１上において一次転写される。

その後、記録材Ｐが二次転写領域Ｔｅに進入して中間転写ベルト３１に接触すると、記録材Ｐの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ３６に、高電圧を印加させる。そして、前述したプロセスにより中間転写ベルト上に形成された４色のトナー画像が記録材Ｐの表面に転写される。その後、記録材Ｐは、搬送ガイド４３によって定着ローラニップ部まで正確に案内される。そして、ローラ対４１ａ，４１ｂの熱及びニップの圧力によってトナー画像が紙表面に定着される。その後、内外排紙ローラ４４，４５により搬送され、紙は機外に排出され、排紙トレイ４８に積載される。

次に、トナーカートリッジユニットの詳細を説明する。

図２は図１にて不図示のトナーカートリッジユニット１００及び現像装置１４の断面図であり、図３はトナーカートリッジユニット１００の断面図である。

図２に示すように、トナーカートリッジユニット１００は、現像装置１４の上方に位置している。トナーカートリッジユニット１００には、トナーを攪拌する攪拌羽１０１と現像器にトナーを補給するトナー補給スクリュー１０２があり、それらは不図示のトナー補給ユニットにより図３の１０３方向から駆動され、トナー補給スクリュー１０２が回転することにより１０４方向にトナーを排出する。

排出されたトナーは、図４の２０１部分に補給され、現像装置内の攪拌スクリュー２０２にてキャリアと攪拌されつつ矢印方向に搬送され、その過程でトナーは適切に帯電される。一様に攪拌されたトナー及びキャリアは、搬送スクリュー２０３により前記矢印方向とは逆方向に搬送され、現像シリンダ２０４に一様に付着され、感光ドラム１１上の前記静電潜像を顕像化する。現像後、現像シリンダ２０４上のトナー及びキャリアは、再度現像装置１４内に戻され、補給口２０１付近に位置する濃度センサ２０５にてトナー濃度を検知し、それに基づき補給量を非図示のＣＰＵにて算出し、算出された値を基に補給ユニットを駆動し、現像器にトナーを補給する。

次に、図１３に即して現像装置１４及びトナーユニット１００の動作について説明する。

印刷がスタート（４００）すると、先ずＣＰＵ３０３にて、印刷速度を判断する（４０１）。そして、現像装置１４の補給口２０１付近に位置する濃度センサ２０５は、濃度を検知する（４０２，４０３）。この際、現像装置１４内のスクリュー２０２，２０３は停止している。検知後、感光ドラム１１上の前記生前潜像を顕像化するために、現像器内のスクリューは、不図示のモータにより全速時では３００ｒｐｍ程度（４０４）、半速時では１５０ｒｐｍ程度（４０５）の回転速度で回転される。又、現像器のスピードに合わせて補給モータのスピードを設定する（４０６，４０７）。ステップ４０２、ステップ４０３で計測された濃度を基にステップ４０６、ステップ４０７で設定されたスピードでトナーの補給を行う（４０８，４０９）、補給及び作像が終了すると現像装置１４の駆動をス停止し（４１０，４１１）、印刷が終了であれば印刷を終了し（４１２）、終了でなければステップ４０１に戻り、終了するまで前記シーケンスを続ける。

本発明では、プロセススピードに応じてトナー補給速度を変化させることにより、現像器内のトナー・キャリアの攪拌状態を常に良好に保つことを目的としており、その詳細を説明する。

図５に補給ユニットの概要を示す。又、本実施の形態では、トナー補給に多用されているＤＣブラシモータを例に説明するが、ステッピングモータやＤＣブラシレスモータ等同等の役割を果たす駆動源でも同様の制御が可能となる。

ＣＰＵ３０３によりプロセススピードが確定すると、ＣＰＵから出力された電圧切替信号により電圧切替手段３０１において、プロセススピードに応じたＤＣブラシモータの電圧を出力するようにする。又、駆動ユニット３０２においてＣＰＵ３０３からのＯＮ／ＯＦＦ信号に従いモータ３０４を駆動・停止させる。ここで、図６に示すように、モータ３０４は、電圧の上昇に従い回転数は上昇するので、これによりトナー補給速度を調整可能となる。

次に、補給ユニットの駆動スピードを変えることによる効果を説明する。

図７に通常速度（例えば３０ｃｐｍ）におけるトナー補給シーケンスを示す。攪拌性を確保するために、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返している。尚、補給ができる期間は現像器内のスクリュー２０２，２０３が動いている時に限る。

図８に通常速度（例えば３０ｃｐｍ）における現像器内でのＴ／Ｄ比（トナー／キャリア比）を示すグラフとする。グラフ内の振幅が小さいほど良く混ざっている状態とし、Ｘ軸は或る時刻における図４のＡ点、Ｂ点、Ｃ点とする。Ａ点では、トナーが補給された直後なのでトナーの割合が多くＢ点、Ｃ点と移動するに従い、攪拌され均一な状態に近づく。

次に、半速時（例えば１５ｃｐｍ）に従来行われている補給ユニットの駆動スピードを変えない時の補給シーケンスを図９に示す。

単位時間当たりに補給されるトナー量は通常速度と同等、且つ、補給可能時間は半速なので倍となるため、均等に補給するためにトナー補給のＯＮ時間を半分にするような制御を行っている。図１０にＴ／Ｄ比を示すグラフを示す。これにより通常時と同等の攪拌効果を見込んでいるが、攪拌スクリュー２０２の単位進み量当たりのトナー補給量は通常時より多くなることや、攪拌スクリューのスピードが遅くなること等の要因より、攪拌性が通常時に対して悪化することが懸念される。

そこで、本発明のように半速時（例えば１５ｃｐｍ）には補給ユニットの駆動速度を例えば１／２にし、図１１に示すように、通常速度と同等の補給シーケンスで制御が可能となる。これにより現像器内のスクリュー２０２の単位進み量当たりに補給されるトナーの量が一定になる。これにより、現像器内のトナー・キャリアの状態が常に良好な状態に保たれる。尚、図１２に示すように、Ｔ／Ｄ比は図１０より良好な状態となっていることが分かる。

本実施の形態では、通常速度に対する半速を例に説明したが、複数のコピースピードを持つものや、同一の駆動ユニット及び制御装置を持った複数種類の装置においても、同様の効果が見込まれる。特に、Ｂｋ単色時と複数色による印刷時でコピー速度が変わる機種では、現像装置１４内のスクリューのスピードは大きく変動するため、大きな効果が期待できる。又、前述したように電圧のみならずＰＷＭにより回転数を制御したり、ステッピングモータ等の駆動ユニットにより、回転数を制御すれば、同様の効果が見込まれる。

本発明に係る画像形成装置の要部断面図である。 本発明に係る画像形成装置のトナーカートリッジユニット及び現像装置の断面図である。 本発明に係る画像形成装置のトナーカートリッジユニットの断面図である。 本発明に係る画像形成装置の現像装置内の構成を示す断面図である。 補給ユニットの概要を示すブロック図である。 モータの電圧と回転数との関係を示す図である。 通常速度（例えば３０ｃｐｍ）におけるトナー補給シーケンスを示す図である。 通常速度（例えば３０ｃｐｍ）における現像器内でのＴ／Ｄ比（トナー／キャリア比）を示す図である。 半速時（例えば１５０ｃｐｍ）におけるトナー補給シーケンスを示す図である。 Ｔ／Ｄ比を示す図である。 半速時（例えば１５ｃｐｍ）に補給ユニットの駆動速度を例えば１／２にして通常速度と同等の補給シーケンスで制御が可能となることを示す図である。 半速時（例えば１５ｃｐｍ）に補給ユニットの駆動速度を例えば１／２にした場合のＴ／Ｄ比を示す図である。 本発明に係る現像装置及びトナーユニットの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 画像形成部
１１ａ〜１１ｄ 感光ドラム
１２ａ〜１２ｄ 一次帯電器
１３ａ〜１３ｄ 光学系
１４ａ〜１４ｄ 現像装置
１５ａ〜１５ｄ クリーニング装置
１６ａ〜１６ｄ 折り返しミラー
２０ 給紙ユニット
３０ 中間転写ユニット
３１ 中間転写ベルト
４０ 定着ユニット
５０ クリーニングユニット
７０ 制御ユニット
１００ トナーカートリッジユニット
１０１ 撹拌羽
１０２ トナー補給スクリュー
２０１ 補給口
２０２，２０３ 搬送スクリュー
２０５ 濃度センサ
３０３ ＣＰＵ

Claims (4)

1. 複数のプロセススピードを有する画像形成装置において、
   補給するトナーを収容したトナーユニットと、収納されたトナーを現像器に供給するトナー補給手段と、トナー補給手段のスピードを変更するスピード変更手段と、トナーが補給される現像ユニットを有し、前記トナー補給手段はプロセススピードに応じて補給速度を変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記スピード変更手段は、トナー補給手段を駆動する電圧を変更することにより行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記スピード変更手段は、トナー補給手段をＰＷＭ駆動することにより行うことを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の画像形成装置。
4. 前記スピード変更手段は、トナー補給手段に供給するパルスを変更することにより行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。

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