JP2006047387A - カラー画像形成装置における現像ユニット交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー収容装置を含めた現像装置をユニット化して交換または着脱可能に構成したロータリー型現像装置において、交換または着脱の作業性を向上させると共に、特定の現像装置におけるトナー収容装置に多量のトナーが残ってしまうというような無駄を低減し、ランニングコストを低減させたカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法を提供する。
【解決手段】 現像ユニットの寿命を検出する手段と、形成画像のデータに基づいて前記各色の現像剤の使用量を算出する現像剤使用量算出手段とを備え、現像ユニット寿命検出手段が現像ユニットの寿命を検出した際、現像剤供給手段によって現像ユニットを構成する全ての現像装置の現像剤量が略同一となるよう現像剤を供給し、以後の画像形成毎に、現像剤使用量検出手段が検出した各現像装置の現像剤使用量を最大使用量の現像装置の使用量に合わせるよう現像剤を吐き出して消費させ、全ての色の現像装置における現像剤が終了したときに現像ユニットを交換するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などのカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法に係り、特に、複数の色のそれぞれに対応して設けられた現像装置を一体とした現像ユニットと、該現像ユニットを構成する現像装置に現像剤を供給する現像剤収納手段とが独立して存在するカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などのカラー画像形成装置では、複数の色のそれぞれに対応した現像装置が必要であり、各現像装置を別個に独立して感光体ドラムの周囲に設けると装置が大型化してしまうという欠点がある。そのため従来より、感光体ドラムに近接して対設した回転体に複数の現像装置を支持させ、各現像装置を感光体ドラムに対向する現像位置に順次回動搬送することにより、感光体ドラム上に形成された潜像を各色のトナーで現像するようにしたロータリー型現像装置が実用化されている。

そしてこのようなロータリー型現像装置において、トナーの補充や交換、ユニット等のメンテナンスや点検、更には寿命に達したユニットの交換等を容易にするため、例えば特許文献１に示されているように、複数の現像装置あるいは現像ユニットを配したロータリー型ユニットを、画像形成装置本体に対して着脱、あるいは交換可能としたものも提案されている。

しかしながらこの特許文献１に示されたロータリー型現像装置では、複数の同一形状の現像装置が回転体円周上に配設されて交換可能にされてはいるが、現像剤の補充、補給機構が個々の現像装置それぞれに対応して設けられていないため、現像装置のうちの一つでトナーが無くなると、例え他の現像装置のトナーが残っていてもロータリー型ユニットを交換する必要があり、無駄が多く、ランニングコストの上昇に繋がってしまう。そのため特許文献２には、トナーの補給機構を備え、使用頻度の高い特定の現像装置のみを単独で着脱可能に構成すると共に、この特定の現像装置以外の現像装置を一体化して、一緒に着脱、交換可能としたロータリー型現像装置が開示されている。

特開平４−２９１６６号公報 特開２００３−３０７９２６号公報

しかしながらこの特許文献２に示されたロータリー型現像装置も、各色に対応した現像装置のそれぞれにトナー収容装置が付随しており、ロータリー型現像装置交換の際、感光体ドラムを取り外し、さらにトナー収容装置を取り外すという新たな作業を必要とする。また、特定現像装置以外のトナー収容装置に残ったトナーに対する考慮がなされていないから、特定現像装置以外の現像装置における一つでトナーが無くなると、例え他の現像装置にトナーが残っていても一体化した現像ユニットを交換する必要がある。また、回転体には現像装置と一緒にトナー収容装置も支持されて一緒に回転するから、トナー収容装置内の現像剤量にバラツキが生じると、回転体のトルク変動を引き起こす可能性がある。

そのため本発明においては、トナー収容装置を含めた現像装置をユニット化して交換または着脱可能に構成したロータリー型現像装置において、交換または着脱の作業性を向上させると共に、特定の現像装置におけるトナー収容装置に多量のトナーが残ってしまうというような無駄を低減し、ランニングコストを低減させたカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明の画像形成装置における現像ユニット交換方法は、
感光体上に順次形成される複数の色の潜像を現像し、それぞれの色に対応して設けられた現像装置が一体化されて画像形成装置本体に着脱可能に構成された現像ユニットと、該現像ユニットを構成する複数の現像装置に、前記現像ユニット外部に設けられた現像剤収納手段から現像剤を個別に供給できるよう構成した現像剤供給手段とをそなえたカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法であって、
前記現像ユニットの寿命を検出する手段と、形成画像のデータに基づいて前記各色の現像剤の使用量を算出する現像剤使用量算出手段とを備え、前記現像ユニット寿命検出手段が現像ユニットの寿命を検出した際、前記現像剤供給手段によって前記現像ユニットを構成する全ての現像装置の現像剤量が略同一となるよう現像剤を供給し、以後の画像形成毎に、前記現像剤使用量検出手段が検出した各現像装置の現像剤使用量を最大使用量の現像装置の使用量に合わせるよう現像剤を吐き出して消費させ、全ての色の現像装置における現像剤が終了したときに前記現像ユニットを交換することを特徴とする。

このように、複数の色に対応した現像装置を一体化して画像形成装置本体に着脱可能とした現像ユニットの寿命が検出されたら、全ての現像装置の現像剤量が略同一となるよう現像剤を供給し、以後の画像形成毎に同量の現像剤が消費されるようにして、全ての色の現像装置における現像剤が終了したときに前記現像ユニットを交換することにより、特定の現像装置におけるトナー収容装置に多量のトナーが残ってしまうというような無駄が生ぜず、ランニングコストを低減させたカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法を提供することができる。

そして、前記現像ユニット寿命検出手段が現像ユニットの寿命を検出した後、前記現像剤使用量検出手段が検出した画像形成における各現像装置の現像剤使用量が予め定めた特定使用量に満たないとき、全ての現像装置における現像剤使用量を前記特定使用量になるまで消費させることにより、例えば形成される画像全面を黒ベタ（カラーの場合は用いられる色毎のベタ）としたときに使用する現像剤量に対し、実際の画像形成に使用した現像剤量の割合を印字率と定義すると、通常の画像ではこの印字率が５％程度となるが、この印字率が低い場合、現像剤担持体から感光体に搬送される現像剤が少なくなるため、現像装置中の現像剤粒子の入れ替わりが少なくなって現像剤が帯電過多となり、帯電制御用外添剤が剥がれたり逆に現像剤に埋め込まれ、帯電が安定しなくなって画像濃度低下やカブリなどの不具合が発生するが、前記特定使用量をこの不具合が発生する印字率とすることにより、現像剤が無くなるまで、こういった不具合を生ぜずに画像形成をおこなえるカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法を提供することができる。

また、前記現像ユニットが、現像剤担持体を有した現像部と現像剤収容手段とからなる現像装置を回転体に装着してなるロータリー型現像ユニットであること、前記現像装置における現像室と現像剤収容手段とは、現像室へ供給した現像剤が現像剤収容手段に戻らないようにしてあることが本発明を適用する好適な画像形成装置である。

以上記載のごとく本発明によれば、現像剤収容手段を含む複数の現像装置を一体化したロータリー型現像ユニットを交換可能にしたカラー画像形成装置において、全ての現像装置における現像剤収容手段の現像剤が消費された後で現像ユニットを交換するようにしたから、特定の現像装置に多量のトナーが残ってしまうというような無駄が生ぜず、ランニングコストを低減させることが可能なカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明を適用するカラー画像形成装置の構成概略を示した図、図２は本発明を適用するカラー画像形成装置のロータリー型現像ユニットを構成する現像装置の拡大概略図、図３は本発明のカラー画像形成装置におけるロータリー型現像ユニット交換方法の処理フロー図、図４は本発明のカラー画像形成装置におけるロータリー型現像ユニットを構成する現像装置の、交換時のトナー量変化を示すグラフである。

図１において１はレーザスキャニングユニットなどを用いた露光装置、２は例えばａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）で形成された感光体ドラムで、その周囲にこの感光体ドラム２を均一に帯電させるための帯電装置３と、現像部とトナー収容部とからなるイエロー４Ｙ、マゼンタ４Ｍ、シアン４Ｃ、ブラック４Ｋの現像装置を有するロータリー型現像ユニット４が配され、さらに現像が終わった後に感光体ドラム２上に残ったトナーをクリーニングするため、クリーニング用摺擦部材５、クリーニング装置６などが設けられている。そしてロータリー型現像ユニット４は、各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを一体として画像形成装置本体に着脱可能に構成され、かつ、画像形成装置本体に装着したとき、図示していないタイマーなどにより、その稼動時間を計測できるようになっている。

そして感光体ドラム２上に形成された各色のトナー像を重ねて転写するため、中間転写ベルト７１を有した中間転写ユニット７が感光体ドラム２に接しており、中間転写ベルト７１の内側には、１次転写バイアスを印加されて感光体ドラム２上のトナー画像を中間転写ベルト７１に転写させる１次転写ローラ７２、また、中間転写ベルト７１上のフルカラートナー画像を給紙カセット９から送られてくる記録媒体へ転写させる２次転写位置には２次転写ローラ１０が設けられている。そして記録媒体に転写されたフルカラートナー画像は定着装置８で定着され、記録媒体の排出部１１に排出される。また、中間転写ベルト７１上に残った残トナーは、クリーニング装置１２でクリーニングされ、ロータリー型現像ユニット４を構成する各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋのトナー収容部には、ロータリー型現像ユニット４の外部に設けられたトナー収納容器１３からトナーが供給できるようになっている。

また本発明を適用する画像形成装置は、図示していない制御装置が画像データを前記したイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）に分解すると共に、その分解したデータを元に印字率を算出し、それによって各色の使用されるトナー量を算出できるようになっている。これは、各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにおけるトナー収容部４２内のトナーの使用量を把握し、その使用量が一定値に達したら、現像ユニット４外に設けられたトナー収納容器１３から、トナーを個別に各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋに供給できるようにするためである。また、例えば形成される画像全面を黒ベタ（カラーの場合は用いられる色毎のベタ）としたときに使用するトナー量に対し、実際の画像形成に使用したトナー量の割合を印字率と定義すると、通常の画像ではこの印字率が５％程度となるが、この印字率が例えば２％以下と低い場合、現像ローラ４４から感光体ドラム２に搬送されるトナーが少なくなるため、現像装置中のトナー粒子の入れ替わりが少なくなってトナーが帯電過多となり、帯電制御用外添剤が剥がれたり逆にトナーに埋め込まれ、帯電が安定しなくなって画像濃度低下やカブリなどの不具合が発生するが、こういった不具合を防止するため、印字率が低い場合、感光体ドラム２を帯電させずに現像バイアスを印加し、所定量のトナーを感光体ドラム２に飛翔させて吐き出し、クリーニング装置６などでクリーニングすることで消費し、擬似的に５％程度の印字率を維持するようにするためでもある。

図２は、図１に示した現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋのうちの４Ｙを構成するトナー収容部４２と現像部４３の実施例であり、この現像装置４Ｙが現像位置にある状態を示している。図１に示したロータリー型現像ユニットは、感光体ドラム２の近傍に配置されて回転軸４１を中心に回転するよう構成され、現像部４３における４４は現像ローラで、発砲ポリウレタン等の弾性体からなる供給ローラ４５に圧接されて所定の周速比をもって、圧接部分においてカウンター方向に回転し、供給ローラ４５からトナーが搬送される。搬送されたトナーは、現像ローラ４４に接するように設けられたＳＵＳ材等からなるブレード４６により流量が規制され、トナー薄層が形成される。４７はシール部材で、トナー層の除電とトナーコボレ防止の為に、現像ローラ４４の回転方向の下流に現像ローラ４４と接触するように設けられている。現像ローラ４４上に形成されたトナー層は、所定の微小間隔をあけて位置する感光体２上の静電潜像を現像する。トナー収容部４２内には、攪拌部材４８が設けられてトナーが現像部４３に送られ、送られたトナーが逆流しないように逆流防止弁４９が設けられている。

図１に示した画像形成装置は待機状態においては、図１におけるロータリー型現像装置４の例えばイエロー４Ｙにおける現像部４３の現像ローラ４４が感光体ドラム２に対向した現像位置となるようにされている。そして、図示していない画像形成装置の制御装置に画像データが送られてくると、その画像データが制御装置によってブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の各色のデータに分解され、一方、感光体ドラム２が帯電装置３で帯電される。

そして、制御装置によってイエロー（Ｙ）のデータが露光装置１に与えられ、感光体ドラム２が露光されて潜像が形成される。この潜像は、感光体ドラム２と現像ローラ４４の間に印加される現像バイアスによって感光体ドラム２に飛翔する現像剤で現像され、トナー画像となり、さらにこのトナー画像は、１次転写バイアスを与えられた１次転写ローラ７２により、中間転写ベルト７１に転写される。トナー画像が中間転写ベルト７１に転写された後に残ったトナーは、クリーニング用摺擦部材５とクリーニング装置６でクリーニングされ、次の画像形成が行われる。なお、中間転写ベルト７１に接する２次転写ローラ１０とクリーニング装置１２は、全ての色のトナー画像が中間転写ベルト７１に重ね合わせて転写されるまで、この中間転写ベルト７１から離間させられている。

こうしてイエロー（Ｙ）のトナー画像の形成が済むとロータリー型現像装置４が図上反時計回りに回転し、次のマゼンタ（Ｍ）の現像部４３が感光体ドラム２に対向した現像位置とされ、先に分解されたマゼンタ（Ｍ）の画像データが露光装置１に与えられて露光が行われる。そして感光体ドラム２上に潜像が形成されて、それが現像部４３に備えられた現像ローラ４４が担持したトナーで現像されてトナー画像となり、中間転写ベルト７１上に転写されているイエロー（Ｙ）のトナー画像の上に重ね合わせて転写される。

そして同様の動作がシアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像データで繰り返され、全ての色のトナー画像が中間転写ベルト７１に転写されてフルカラートナー画像とされると、先に中間転写ベルト７１から離間させていた２次転写ローラ１０とクリーニング装置１２を中間転写ベルト７１に接触させ、記録媒体を２次転写ローラ１０の位置する２次転写位置に送り込むと共に、２次転写ローラ１０に２次転写バイアスを印加してフルカラートナー画像を記録媒体に転写する。

こうしてフルカラートナー画像が転写された記録媒体は、さらに定着装置８に送られて熱と圧力で定着され、排出部１１に排出される。そして中間転写ベルト７１上に残ったトナーは、クリーニング装置１２によってクリーニングされ、次の画像形成に備えられる。

以上が本発明を適用するカラー画像形成装置の概略であるが、以下、図３のフローチャートと図４のロータリー型現像ユニット４を交換するときのトナー収容部４２におけるトナー量の変化を示すグラフを用い、本発明を詳細に説明する。なお、図４において横軸は時間、縦軸はトナー収容手段４２の残トナー量であり、図中Ｔ_Ｌは、ロータリー型現像ユニット４の寿命となる稼動時間、Ｔ_Ｃはロータリー型現像ユニット４の交換時間であり、縦軸のＭ_ｌは正常な画像形成ができなくなるトナー量、Ｍ_Ｆはトナー収容装置４２の最大収容量（満杯）を示している。

本発明の画像形成装置におけるロータリー型現像ユニット４は、前記したように、各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを一体として画像形成装置本体に着脱可能に構成され、かつ、画像形成装置本体に装着したとき、図示していないタイマーなどにより、その稼動時間を計測できるようになっている。また、図示していない制御装置が画像データ元に各色の印字率を算出し、それによって各色の使用されるトナー量を算出できるようになっているが、本発明ではこれを用いてロータリー型現像ユニット４の寿命が来たとき、各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ内のトナーを同時に終了するように制御するものである。

画像形成装置が稼動している間は、前記したようにロータリー型現像ユニット４の稼動時間がタイマーなどによって計測されているから、まずステップＳ３１でこのロータリー型現像ユニット４の寿命時間が来ているかどうかが判断され、来ていない場合は、ステップＳ３２に行って画像形成量に応じたトナーがトナー収納容器１３から各色のトナー収容部４２に供給される。

そして図４における時間Ｔ_Ｌのように寿命時間が来ていると判断された場合、次のステップＳ３３に進んで全ての現像装置におけるトナー収容部４２が、満杯（各トナー収容部４２への通常の最大供給量）Ｍ_Ｆとなるようトナーを補給する。これは、各色のトナー収容部４２の残トナー量を揃えるためで、以後、トナーの補給はおこなわない。

その後画像形成がおこなわれると、ステップＳ３４で前記したように各色のデータから印字率が算出され、それによって各色で使用されるトナー量が算出される。また、各色の印字率は次のステップＳ３５で互いに比較されて最大の印字率αが選択され、さらに次のステップＳ３６でαが２％以上か否かが判断される。そしてαが２％以下の場合は、ステップＳ３８に進んで全ての現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの印字率が擬似的に２％となるようトナーの吐き出しがおこなわれる。これは前記したように印字率が低い状態が続くと、画像濃度低下やカブリなどの不具合が発生するためで、この吐き出しは前記したように感光体ドラム２を帯電させずに現像バイアスを印加し、所定量のトナーを感光体ドラム２に吐き出してクリーニング装置６などでクリーニングすることでおこなわれる。また、αが２％以上の場合は、ステップＳ３７に進んで全ての現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの印字率がこのαと等しくなるよう、印字率がα以外の現像装置のトナーが消費される。

そのため、トナー収容装置４２の残トナー量は図４に点線で示したように下降してゆくから、次のステップＳ３９で各トナー収容部４２のトナー残量を算出し、ステップＳ４０でこの残量が正常な画像形成をおこなうに足る量であるか、すなわち現像ユニット４を交換すべき残量かどうかが判断され、まだその量に達していない場合はステップＳ３４に戻って同じ事が繰り返され、その量に達している場合はステップＳ４１に行って、図４の時間Ｔ_Ｃで現像ユニット４の交換が促されて処理が終了する。

このように、複数の色に対応した現像装置を一体に画像形成装置本体に着脱可能とした現像ユニット４の寿命が検出されたら、全てのトナー収容装置４２のトナー量が略同一となるようトナーを供給し、以後の画像形成毎に同量のトナーが消費されるようにして、全ての色の現像装置におけるトナーが終了したときに前記現像ユニット４を交換することにより、特定の現像装置におけるトナー収容装置に多量のトナーが残ってしまうというような無駄が生ぜず、ランニングコストを低減させたカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法を提供することができる。

なお、ブラック４Ｋの現像装置は、他のカラー用の現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃに比べて使用頻度が高いので、ブラック４Ｋ現像装置のみ磁性１成分現像を使用し、他のカラー用現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃは非磁性１成分現像を使用すると、非磁性１成分現像装置は現像ローラ４４と規制板を接触させるために耐久性が低いから、ブラック４Ｋ用現像装置とカラー用現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃの寿命を合わせることが可能であり、現像装置そのものも同時に寿命が来た時点で同時に交換することが可能となる。

以上種々述べてきたように本発明によれば、作業性に優れた交換方法であるロータリー現像ユニット一体交換を、劣化トナーの過剰蓄積による画質低下を起こすことなく、更には特定の現像装置以外にトナーが残って無駄にするということもなく実現することが可能となる。

本発明によれば、カラー画像形成装置におけるロータリー型現像ユニットの交換または着脱の作業性を向上させると共に、特定の現像装置におけるトナー収容装置に多量のトナーが残ってしまうというような無駄を低減し、ランニングコストを低減させたカラー画像形成装置を提供できる。

本発明を適用するカラー画像形成装置の構成概略を示した図である。 本発明を適用するカラー画像形成装置のロータリー型現像ユニットを構成する現像装置の拡大概略図である。 本発明のカラー画像形成装置におけるロータリー型現像ユニット交換方法の処理フロー図である。 本発明のカラー画像形成装置におけるロータリー型現像ユニットを構成する現像装置の交換時のトナー量変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 露光装置
２ 感光体ドラム
３ 帯電装置
４ ロータリー型現像ユニット
４Ｙ イエロー現像装置
４Ｍ マゼンタ現像装置
４Ｃ シアン現像装置
４Ｋ ブラック現像装置
５ クリーニング用摺擦部材
６ クリーニング装置
７ 中間転写ユニット
７１ 中間転写ベルト
７２ １次転写ローラ
８ 定着装置
９ 給紙カセット
１０ ２次転写ローラ
１１ 記録媒体の排出部
１２ 中間転写ベルトのクリーニング装置
１３ トナー収納容器

Claims (4)

1. 感光体上に順次形成される複数の色の潜像を現像し、それぞれの色に対応して設けられた現像装置が一体化されて画像形成装置本体に着脱可能に構成された現像ユニットと、該現像ユニットを構成する複数の現像装置に、前記現像ユニット外部に設けられた現像剤収納手段から現像剤を個別に供給できるよう構成した現像剤供給手段とをそなえたカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法であって、
   前記現像ユニットの寿命を検出する手段と、形成画像のデータに基づいて前記各色の現像剤の使用量を算出する現像剤使用量算出手段とを備え、前記現像ユニット寿命検出手段が現像ユニットの寿命を検出した際、前記現像剤供給手段によって前記現像ユニットを構成する全ての現像装置の現像剤量が略同一となるよう現像剤を供給し、以後の画像形成毎に、前記現像剤使用量検出手段が検出した各現像装置の現像剤使用量を最大使用量の現像装置の使用量に合わせるよう現像剤を吐き出して消費させ、全ての色の現像装置における現像剤が終了したときに前記現像ユニットを交換することを特徴とするカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法。
2. 前記現像ユニット寿命検出手段が現像ユニットの寿命を検出した後、前記現像剤使用量検出手段が検出した画像形成における各現像装置の現像剤使用量が予め定めた特定使用量に満たないとき、全ての現像装置における現像剤使用量を前記特定使用量になるまで消費させることを特徴とする請求項１に記載したカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法。
3. 前記現像ユニットが、現像剤担持体を有した現像部と現像剤収容手段とからなる現像装置を回転体に装着してなるロータリー型現像ユニットであることを特徴とする請求項１または２に記載したカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法。
4. 前記現像装置における現像室と現像剤収容手段とは、現像室へ供給した現像剤が現像剤収容手段に戻らないようにしてあることを特徴とする請求項３に記載したカラー画像形成装置における現像ユニット交換方法。

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