JP4731735B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像露光により像担持体に形成された静電潜像（以下、単に潜像という）を現像剤により現像する現像部と、現像部に現像剤を補給する現像剤補給部を備えた画像形成装置に関し、特に現像部に補給すべき現像剤量を正確に現像剤補給部から補給するように構成された画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から種々の画像形成装置が知られており、中でも電子写真方式による画像形成装置が広く普及している。そのような画像形成装置には複写機、プリンタ（レーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタなど）、ファクシミリ装置などがある。これら画像形成装置は少なくとも露光により潜像を形成する像担持体と、像担持体に形成された潜像を現像剤で現像する現像手段を備えている。さらに画像形成装置には像担持体の現像画像を転写材に転写する転写手段、転写材上に転写された現像画像を定着する定着手段および転写材の搬送手段等が付加される。
【０００３】
画像形成装置としてモノクロ画像形成装置とカラー画像形成装置があり、後者のカラー画像形成装置は複数（通常マゼンダ用、シアン用、イエロー用およびブラック用の４つ）の画像形成部を有する。
【０００４】
図１０は一般的なカラー画像形成装置の全体構成図である。カラー画像形成装置は装置本体Ａに画像形成部としての４つのプロセスカートリッジ１が着脱自在に装着される。なおこれら４つのプロセスカートリッジ１はそれぞれイエロー、マゼンダ、シアンおよびブラック用である。各プロセスカートリッジ１には像担持体としての感光ドラム２が回転自在に装着され、その感光ドラムの外周に沿って１次帯電器３、現像部４等が配列され、さらに図示しないクリーニング部なども設けられる。感光ドラム２にはそれぞれ露光部７により各色の画像露光が照射される。各プロセスカートリッジ１の現像部３に現像剤を補給するために、それら上部における装置本体Ａには現像剤補給部６がそれぞれ着脱自在に装着される。
【０００５】
各感光ドラム２に接するようにして転写部５が設けられる。転写部５は１次転写部８と２次転写部９により構成され、１次転写部８は中間転写ベルト１０と、中間転写ベルト１０を駆動する駆動ローラ１１および中間ローラ１２と、各感光ドラム２に対向して中間転写ベルト１０の裏側に配置された１次転写ローラ１３を有する。また２次転写部９は２次転写ローラ１４と押えローラ１５を有している。
【０００６】
装置本体Ａには更に、転写材としての記録材Ｓを記録紙サイズ毎に収容する複数の給紙カセット１６と、その記録紙Ｓをレジストローラ対１７に搬送する給紙部１８が設けられ、給紙部１８にはピックアップローラ１９、給紙ローラ対２０〜２３が設けられ、さらに装置本体Ａに設けた差し込み口からの記録紙Ｓをレジストローラ対１７に給送する給送ローラ対２４が設けられる。装置本体Ａには更に２次転写部９から搬送された記録紙Ｓを定着するための定着部２５、および定着された記録紙Ｓを排出トレーに排出する排紙部２６が設けられる。
【０００７】
次に上記画像形成装置によりカラー画像を形成する工程を説明する。先ず矢印方向に定速回転する各感光ドラム２は１次帯電器３により一様に帯電され、次に各露光部部７の全部または一部により各色の画像露光がそれら表面に照射される。画像露光された各感光ドラム２には潜像が形成され、それらの潜像は次いで現像部４において現像材としてのカラートナーにより現像される。なお、これら現像画像はカラー現像画像であるが、モノクロ画像形成の場合はブラック用のプロセスカートリッジ１に装着された感光ドラム２のみにブラックの現像画像が形成される。
【０００８】
次に各感光ドラム２に形成された現像画像は、１次転写部８において1次転写される。すなわち現像画像は各１次転写ローラ１３に印加された１次転写バイアス電圧により矢印方向に定速走行する中間転写ベルト１０上に転写（多重転写）される。中間転写ベルト１０に転写された現像画像は、次いで２次転写部９において２次転写ローラ１４と押えローラ１５の間を通過する間に記録Ｓ上に転写される。なお記録紙Ｓはレジストローラ対１７部分に予め停止・待機しており、転写タイミングに合わせて２次転写部９に給送される。
【０００９】
２次転写部９で現像画像を転写した記録紙Ｓは、次に定着部２５に搬送され、そこで加熱加圧により現像剤が溶融して定着され、さらに排紙部２６から排紙トレーに排出される。
【００１０】
各プロセスカートリッジ１にそれぞれ設けられた現像部４は、現像剤を収容する現像剤容器と、収容された現像剤を攪拌して現像スリーブに供給する攪拌手段と、現像スリーブ上に供給された現像剤の層厚を規制する現像ブレードを有し、その現像スリーブの現像剤が微小間隙で対峙する感光ドラム２上に供給される。各現像剤容器内には画像形成に必要な現像剤が予め充填されており、現像によって内部の現像剤量（充填レベル）が低下すると、現像剤補給部７から現像部４に自動的に現像剤が補給されるようになっている。
【００１１】
図１１は図１０に示す現像剤補給部７部分の詳細断面図で、図１２はその右側面図である。現像剤補給部６は現像剤Ｔを収容するための容器を兼ねた細長い本体３０を有し、本体３０内のほぼ中心部には複数の攪拌羽根を有する攪拌手段３１が回転自在に支持され、本体３０の下部には補給スクリュー３２が回転自在に支持される。さらに本体３０の底部には現像剤排出口３３が設けられ、現像剤補給部６を装置本体Ａに装着したとき、その現像剤補給口３３が２点鎖線で示す現像部４の上部に開口する供給口に連通するようになっている。
【００１２】
補給スクリュー３２は図１１の左側と右側ではスクリューの旋回方向が逆になっており、補給スクリュー３２を時計回りに回転すると左右から前記現像剤補給口３３に現像剤Ｔが移動して排出する。そして補給スクリュー３３の１回転当たりの現像剤補給口から排出し現像部４内へ補給される現像剤量は常に一定である。
【００１３】
現像剤補給部７を装置本体Ａに装着したとき、攪拌手段３２の回転軸３４と補給スクリュー３２の回転軸３５の各端部は、装置本体Ａ側に設けられた駆動部４０における駆動軸４１，４２にそれぞれカップリングを介して着脱自在に連結される。連結に際しては、本体３０の端部から平行に突出した２本のガイド筒体にそれぞれ駆動部４０側から突出した２本のガイドピン４３，４４が挿入することにより正確な位置決めがなされる。
【００１４】
駆動部４０は駆動源としての駆動モータ４５と、その駆動モー４５タの出力軸に連結したギア機構４６を有している。ギア機構４６は図１２に示すように複数のギアからなり、駆動モータ４５の出力軸に同軸に結合した第１ギアＧ１と噛み合う第２ギアＧ２に回転数検出部４７の検出軸４８が連結されている。その第２ギアＧ２から第３ギアＧ３、第４ギアＧ４を経て前記駆動軸４２を結合した第５ギアＧ５が噛み合い、第５ギアＧ５から更に第６ギアＧ６、第７ギアＧ７を経て前記駆動軸４３を結合した第８ギアＧ８が噛み合っている。
【００１５】
回転数検出手段４７は発光素子と受光素子がスリット部を挟んで対向配置され、受光素子の出力信号は検出パルスとして制御出願５０に伝送される。すなわち、検出軸４８の先端部には９０度間隔で４枚のフラグ４９が設けられ、それら各フラグ４９は検出軸４８の回転により回転数検出手段４７のスリット部を遮蔽し、それによって前記発光素子からの光が遮断され、受光素子からパルス状のフラグ検出信号（検出パルス）が制御手段５０に伝送される。一方、現像部４の現像剤の充填量はレベル検出手段５１により検出され、その検出信号も同様に制御手段５０に伝送される。
【００１６】
次に上記制御手段５０により現像剤補給部６から現像部４への現像剤補給制御について説明する。現像部４内における現像剤の充填レベルは常にレベル検出手段５１で監視され、その検出信号は制御手段５０に伝送される。制御手段５０はその検出値と予め設定されたレベルを比較し、例えば検出値が設定値から所定量低下したとき、その低下分（不足分）に相当する現像剤を現像剤補給部６から現像部４に補給するように駆動モータ４５を駆動する。
【００１７】
ここで、補給スクリュー３２を回転させる駆動軸４２と前記回転数検出手段４７の検出軸４８との回転比率をＫとすると、前記低下分に相当する現像剤量が現像剤補給部６の補給スクリュー３２を５回転させて補給する量に相当する場合には、回転数検出手段４７により検出される回転数の積算値が５Ｋになるまで制御手段５０は駆動モータ４５を駆動制御する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし一般的なギア機構４６の設計ではギア比率（歯車比率）が整数倍に設定されているので、回転数検出手段４７の検出軸４８の回転数と補給スクリュー３２の回転数は正確には一致しない。そのため補給スクリュー３２の停止角度（位相）はその都度変動する傾向がある。そして補給スクリュー３２のスクリューと現像剤排出口３３との間に形成される開口量δ（図１１参照）は、補給スクリュー３２が停止したときのスクリューの回転位相により変化するので、現像部４に補給される現像剤量もそれに応じてバラツキを生じる。
【００１９】
そのため補給スクリュー３２の回転制御を１回転（１ピッチ送り：図１１におけるｐｔ）あるいは数回転ずつ行うようにして現像剤Ｔを微量ずつ補給させようとしても、補給スクリュー３２の１ピッチ分の送り量と回転数検出手段４７で検出される回転数の位相が一致しない。従って、駆動モータ４５の駆動・停止制御を反復すると、上記誤差分が積算されて補給量のズレも大きくなるという問題があった。
【００２０】
図１３に補給スクリュー３２の１回転（３６０度）の位相と回転数検出手段４７による回転数の検出パルス（フラグカウント）の関係を示す。この図から回転数検出手段４７による回転数の検出パルスと補給スクリュー３２の１回転の位相が一致しないことが分かる。特にカラー画像形成装置においては、各現像部４における現像剤の充填量のバラツキが大きくなると、感光ドラム２への現像剤供給量に変動は色合いのバラツキや画像濃度不安定等の画質劣化問題を起こす要因になる。そこで本発明は、従来の現像剤補給における上記問題の解決を課題とし、そのための新しい画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の画像形成装置は、画像露光により像担持体に形成された潜像を現像剤により現像する現像部と、現像剤を排出する現像剤排出口を有し、前記現像剤排出口から前記現像部に前記現像剤を補給する現像剤補給部と、前記現像剤補給部に回転可能に設けられ、回転することで現像剤排出口から前記現像剤を押し出す補給手段と、駆動源と、前記駆動源の出力軸と前記補給手段の回転軸とを連結する駆動継ぎ手機構を備え、前記補給手段を回転駆動する駆動手段と、前記駆動源の出力軸または前記駆動継ぎ手機構を形成する回転部材の軸を被検出部として、前記被検出部の回転数を検出するための回転数検出手段と、前記被検出部の回転数に基づいて前記駆動手段の駆動を制御し、前記現像剤補給部から前記現像部に補給する前記現像剤の補給量を制御する制御手段と、を有し、前記駆動継ぎ手機構は、前記被検出部の回転数を前記補給手段の回転数よりも大きくし、前記被検出部の回転数が前記補給手段の回転数の整数倍になるように構成したことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に図面により本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態を説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の現像部４と現像剤補給部６の主要部を拡大して示す断面図であり、図２は図１における駆動部４０の拡大断面図、図３は図２の右側面図、図４は図２におけるギア機構部分の断面図である。
【００２４】
なお本実施形態の画像形成装置の全体構成は図１０と同様であり、図１に示す現像部４および現像剤補給部６の本体３０部分は図１１と同様である。また図２〜図４に示す駆動部４０については、そのギア比率の設定を除いて基本的な構成は図１１及び図１２と同様である。従ってこれらの図において図１０〜図１２と同じ部分は同一符号が付されている。
【００２５】
図１において、現像剤補給部６の本体３０内には攪拌手段３１、補給手段としての補給スクリュー３２および現像剤排出口３３が設けられ、現像剤補給部６を装置本体Ａに装着した状態で、その現像剤補給口３３が２点鎖線で示すプロセスカートリッジ１における現像部４の上部に開口する供給口に連通する。補給スクリュー３２は図１１と同様左側と右側ではスクリューの旋回方向が逆になっており、補給スクリュー３２を時計回りに回転すると現像剤Ｔは矢印のように左右から前記現像剤補給口３３に移動し、その１回転当たりの現像剤補給口から現像部４内へ補給される現像剤量は常に一定である。
【００２６】
現像剤補給部７を装置本体Ａに装着したとき、攪拌手段３２の回転軸３４と補給スクリュー３２の回転軸３５の各端部は、装置本体Ａ側に設けられた駆動部４０における駆動軸４１，４２にそれぞれカップリングを介して連結される。なお連結に際してのガイド手段として本体３０の端部から平行に突出した２本のガイド筒体とそれに対向して駆動部４０側から突出した２本のガイドピン４３，４４が設けられて正確な位置決めがなされる。なおこれらガイドピン４３，４４は本体３０の軸方向片側の支持機構としても作用する。
【００２７】
駆動部４０は駆動源としての駆動モータ４５と、その駆動モータの出力軸に連結した駆動継ぎ手機構としてのギア機構４６を有している。ギア機構は図２〜図４に示すように複数のギアからなり、駆動モータ４５の出力軸に同軸に結合した第１ギアＧ１と噛み合う回転部材である第２ギアＧ２に回転数検出部４７の被検出部である検出軸４８が連結されている。その第２ギアＧ２から第３ギアＧ３、第４ギアＧ４を経て前記駆動軸４２を結合した第５ギアＧ５が噛み合い、第５ギアＧ５から更に第６ギアＧ６、第７ギアＧ７を経て前記駆動軸４３を結合した第８ギアＧ８が噛み合っている。
【００２８】
回転数検出手段４７には発光素子と受光素子がスリット部を挟んで対向配置され、受光素子の出力信号が制御出願５０に伝送される。検出軸４８の先端部には９０度間隔で４枚のフラグ４９が設けられ、それら各フラグ４９は検出軸４８の回転により回転数検出手段４７のスリット部を遮蔽し、それによって前記発光素子からの光が遮断され、受光素子からパルス状のフラグ検出信号が制御手段５０に伝送される。
【００２９】
一方、現像部４の現像剤の充填量はレベル検出手段５１により検出され、その検出信号は制御手段５０に伝送される。レベル検出手段５１としては例えば光学式、インダクタンス式、静電容量式などの検出装置を使用することができる。制御手段５０は例えばＣＰＵ（中央演算装置）、記憶部および入出力部などを備えたマイクロコンピュータ装置、およびその制御手段の制御信号を増幅して駆動モータ４５を駆動するサイリスタ駆動部等により構成される。
【００３０】
本実施形態では、回転数検出手段４７の検出軸４８が駆動モータ４５のギアＧ１と噛み合うギアＧ２に結合されている。そしてこの検出軸４８が１回転する毎に４つのフラグ４９が回転数検出手段４７における発光素子と受光素子の間を遮蔽し、それによって４／回転の検出パルスが制御手段５０に伝送される。一方、本発明は前記のように回転数検出手段４７における検出軸４８と補給スクリュー３２の回転数が整数比になるようにギア機構４６のギア比を設定することに特徴がある。
【００３１】
図８にギア機構４６を構成する各ギア、特に本発明に関係するＧ１〜Ｇ５、およびＧ８の設定関係を示す。図８から分かるように、本実施形態では検出軸４８を回転させるギアＧ２と補給スクリュー３２を回転させるギアＧ５の減速比は３．００に設定されており、両軸の回転数比は１／３となっている。したがって補給スクリュー３２の１回転につき、検出パルスは３×４＝１２だけ出力する。
【００３２】
次に上記画像形成装置の動作、特に現像部４の現像剤補給制御について説明する。例えば図１に示すレベル検出手段５１が現像部４の現像剤レベルの低下を検出すると、その検出信号は制御手段５０に伝送される。制御手段５０はそれを受け、例えば現像部４における現像剤レベルを設定された値に回復には、補給スクリュー３２の１回転分の現像剤を現像部４に補給すればよいと判断し、先ず駆動モータ４５を駆動して補給スクリュー３２による現像剤Ｔの補給を開始する。
【００３３】
駆動モータ４５の駆動により回転数検出手段４７の検出軸４８が回転し、その１回転ごとに４つのフラグ４９をカウントし、４つの検出パルスが制御手段５０にフィードバックされる。制御手段５０はその検出パルスが１２に達したとき、すなわち補給スクリュー３２が１回転したときに駆動モータ４５を停止する。これによって補給スクリュー３２は正確に１回転して停止するので、現像部４への現像剤の補給量も正確に制御される。
【００３４】
図５に補給スクリュー３２の１回転（３６０度）の位相と回転数検出手段４７による検出パルス（フラグカウント）の関係を示す。この図から回転数検出手段４７による回転数の検出値と補給スクリュー３２の１回転の位相が一致していることが分かる。特にカラー画像形成装置においては、各現像部４における現像剤の充填量のバラツキが押えられるので、感光ドラム２への現像剤供給量が安定し、色合いのバラツキや画像濃度不安定等の画質劣化問題を起こすことも効果的に回避できる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態における駆動部４０の断面図、図７は図６の右側面図である。これらの図は第１の実施形態である図２，３に準じて示されており、それらと同じ部分には同一符号が付されている。
【００３６】
この第２の実施形態が第１の実施形態と異なる部分は、出力軸が本体の両側から突出する構造の駆動モータ４５を使用し、その一方の出力軸に回転数検出手段４７の検出軸４８が同軸的に直結されている点であり、そのほかの部分は同一である。従って第２の実施形態における画像形成装置の全体構成、現像剤補給部６、制御系統などは第１の実施形態と同様なので、それらの重複する説明は省略する。
【００３７】
このように検出軸４８を駆動モータ４５の出力軸に同軸的に直結すると、回転数検出手段４７における検出軸４８と補給スクリュー３２の回転数の整数比を大きくできるので、補給スクリュー３２による現像剤補給制御をより高精度（または高分解能）で行うことができる。
【００３８】
図９は第２の実施形態におけるギア機構４６を構成する各ギア、特に本発明に関係するＧ１〜Ｇ５、およびＧ８の設定関係を示す。図９から分かるように、本実施形態では検出軸４８を回転させる駆動モータ４５の出力軸と補給スクリュー３２を回転させるギアＧ５の減速比は１８．００に設定されており、両軸の回転数費は１／１８となっている。したがって補給スクリュー３２の１回転につき、検出パルスは１８×４＝７２だけ出力する。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像形成装置は現像剤補給部の補給手段の回転数を制御するため、駆動手段の回転数検出手段を設け、その回転数を検出する検出軸が駆動手段を構成する駆動源の出力軸または駆動継ぎ手機構における軸に連結され、前記駆動継ぎ手機構は検出軸と補給手段の回転数が整数比になるよう構成したことを特徴とする。そのため回転数検出手段による回転数の検出値と補給手段の１回転の位相が一致し、それによって現像剤の補給バラツキを最小限に押えることが可能となる。
【００４０】
特にカラー画像形成装置においては、各現像部における現像剤の充填量のバラツキが押えられるので、感光ドラムへの現像剤供給量が安定し、色合いのバラツキや画像濃度不安定等の画質劣化問題を起こすことを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態における第１現像部４と現像剤補給部６の主要部を拡大して示す断面図である。
【図２】図１における駆動部４０の拡大断面図である。
【図３】図２の右側面図である。
【図４】図２におけるギア機構部分の断面図である
【図５】第１の実施形態において、補給スクリュー３２の１回転（３６０度）の位相と回転数検出手段４７による検出パルス（フラグカウント）の関係を示す図である。
【図６】第２の実施形態における駆動部４０の断面図である。
【図７】図６の右側面図である。
【図８】ギア機構４６を構成する各ギア、特に本発明に関係するＧ１〜Ｇ５、およびＧ８の設定関係を示す表である。
【図９】第２の実施形態におけるギア機構４６を構成する各ギア、特に本発明に関係するＧ１〜Ｇ５、およびＧ８の設定関係を示す表である。
【図１０】一般的なカラー画像形成装置の全体構成図である。
【図１１】図１０に示す現像剤補給部７部分の詳細断面図である。
【図１２】図１１の右側面図である。
【図１３】図１１における補給スクリュー３２の１回転（３６０度）の位相と回転数検出手段４７による検出パルス（フラグカウント）の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ プロセスカートリッジ
２ 感光ドラム
３ １次帯電器
４ 現像部
５ 転写部
６ 現像剤補給部
７ 露光部
８ １次転写部
９ ２次転写部
10 中間転写ベルト
11 駆動ローラ
12 中間ローラ
13 １次転写ローラ
14 ２次転写ローラ
15 押えローラ
16 給紙カセット
17 レジストローラ対
18 給紙部
19 ピックアップローラ
20〜24 給紙ローラ対
25 定着部
26 排紙部
30 本体
31 攪拌手段
32 補給スクリュー
33 現像剤排出口
34〜35 回転軸
40 駆動部
41〜42 駆動軸
43〜44 ガイドピン
45 駆動モータ
46 ギア機構
47 回転数検出部
48 検出軸
49 フラグ
50 制御手段
51 レベル検出手段

Claims (4)

1. 画像露光により像担持体に形成された潜像を現像剤により現像する現像部と、
   現像剤を排出する現像剤排出口を有し、前記現像剤排出口から前記現像部に前記現像剤を補給する現像剤補給部と、
   前記現像剤補給部に回転可能に設けられ、回転することで現像剤排出口から前記現像剤を押し出す補給手段と、
   駆動源と、前記駆動源の出力軸と前記補給手段の回転軸とを連結する駆動継ぎ手機構を備え、前記補給手段を回転駆動する駆動手段と、
   前記駆動源の出力軸または前記駆動継ぎ手機構を形成する回転部材の軸を被検出部として、前記被検出部の回転数を検出するための回転数検出手段と、
   前記被検出部の回転数に基づいて前記駆動手段の駆動を制御し、前記現像剤補給部から前記現像部に補給する前記現像剤の補給量を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記駆動継ぎ手機構は、前記被検出部の回転数を前記補給手段の回転数よりも大きくし、前記被検出部の回転数が前記補給手段の回転数の整数倍になるように構成したことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記補給手段は、補給スクリューで構成され、前記駆動継ぎ手機構は、ギア機構で構成され、該ギア機構は、前記被検出部の回転数が前記補給スクリューの回転数の整数倍になるようなギア比を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記補給手段は、回転数に比例した量の前記現像剤を前記現像剤排出口から押し出すことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記被検出部には複数のフラグが設けられ、前記回転数検出手段は、前記フラグを検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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