JP4735034B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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この種の二成分現像方式の現像装置としては、例えば、静電潜像を担持する潜像担持体に対向して現像用開口が開設された現像ハウジング内に、絶縁性樹脂を主体としたトナーと磁性を有するキャリアとからなる二成分現像剤(以下、単に現像剤という)を収容し、この現像ハウジングの現像用開口に面した箇所に現像剤担持体(例えば現像ロール)を配設すると共に、この現像ロールの背面側に現像ハウジング内部の現像剤を撹拌搬送しながら現像ロールへと搬送するオーガーを配設したものが一般的である。
特許文献1では、濃度センサの波形信号が現像ハウジング内のオーガーの回転に合った周期で変化することを利用し、この信号周期が所定時間以上になるとオーガーの回転が何らかの原因(現像剤搬送系に起因する)によって遅くなり、現像装置の故障発生と判断する方式が提示されている。
また、特許文献2では、濃度センサの出力波形の最大値と最小値に着目し、両者の差分が小さくなれば、オーガーの回転が遅くなり、何らかの故障が現像装置に発生したものと判断する方式が提示されている。
通常、二成分現像剤を用いた現像装置内では、トナーは現像動作によって消費されていく一方、キャリアは消費されずに装置内に残る。また、現像装置内でトナーと共に撹拌されるキャリアは、撹拌頻度が多くなるにつれて表面の樹脂コート層の剥がれやその表面へのトナーの粘着が生じて劣化し、その結果、現像剤の帯電性能が徐々に低下してしまう。そこで、現像ハウジング内にキャリアを含む新たな現像剤を補給すると共に、余剰となった現像剤を排出することで、現像剤の帯電性能の低下を抑制するようにした現像剤回収排出機構(所謂トリクル(trickle)方式)を備えた現像装置が知られている。
ところが、このような現像剤回収排出機構を備えた現像装置にあっては、現像装置本体の致命的な故障を防ぐために上述した故障検知方式を行っても、現像剤回収排出機構の異常検知に対応できる有効な手段とはなり難い。
また、像担持体1としては、トナーが担持されるものであれば電子写真方式、静電記録方式を含み、像担持体1としてはドラム状、ベルト状を問わない。
更に、現像剤担持体3としては、二成分現像剤(現像剤)を担持し得るものであればよく、例えば非磁性スリーブの内部に磁界発生手段を備えた態様が通常使用される。
現像剤循環搬送経路4は、現像ハウジング2内を現像剤が循環する経路であれば、水平方向、鉛直方向のいずれであっても差し支えない。また、この現像剤循環搬送経路4中の撹拌搬送部材5は現像剤を撹拌搬送し得るものであればよく、例えばオーガー等が使用される。更に、撹拌搬送部材5は現像剤の循環搬送が可能であれば、その数量は特に限定されないが、小型化等の観点からは通常2個が用いられる。
更に、本発明では、現像剤回収排出機構(所謂トリクル機構)7は、余剰の現像剤の排出が可能であれば、現像剤循環搬送経路4のいずれの場所に設けても差し支えないが、通常、撹拌搬送部材5の端部側に設けられる。
そして、現像剤回収排出機構7中での異常を早期に捉える観点から、濃度検出手段8は現像剤回収排出機構7の現像剤搬送方向上流側近傍に配設されることが好ましい。
また、本発明における現像剤補給機構6は、形成される画像の画像密度情報及び濃度検出手段8からの情報に基づいて現像剤補給量を決定することが好ましく、このように、現像剤補給機構6が、画像密度情報に基づく現像剤補給制御(ICDC:Image Coverage Dispense Control)を行うと共に、補助的に濃度検出手段8からの情報に基づいて制御されるようにすることで、一層適正量の現像剤を補給することが可能になる。尚、ICDCとしては、例えば1頁当たりの画像情報信号における印字画素数の累計値(ビデオカウント数)から1頁当たりのトナー消費量を把握するようにすればよい。
更に、現像剤補給機構6は、現像剤循環搬送経路4に現像剤を補給するディスペンサを備えるようにすれば、ディスペンサによる現像剤補給が一層安定し、装置内での現像剤量が安定した現像装置を実現することが可能になる。
更にまた、この現像剤補給機構6による現像剤補給量は、上述したディスペンサの駆動時間によって設定されるようにすれば、現像剤補給機構6による現像剤循環搬送経路4内への現像剤補給量を容易に把握することができる。このとき、現像剤補給量は、ディスペンサを使用した現像剤補給機構6においては所定の時間の累積時間等で行えばよい。
更に、異常判定手段9は、現像剤補給機構6が異常かどうかを判定し、異常の場合には、現像剤回収排出機構7の異常判定を行わないようにすることが好ましく、現像剤補給機構6の異常を優先させることで、現像剤回収排出機構7の異常の有無を正しく判定することができるようになる。
更にまた、異常判定手段9は、現像剤回収排出機構7を異常と判定した場合には装置を停止させることが好ましく、このように、現像剤回収排出機構7が異常と判定されて現像装置を停止させることで、現像装置本体の故障を防ぐことができるようになる。
また、本件は、上述した現像装置に限られるものではなく、これらの現像装置を使用した画像形成装置をも対象とする。
また、この現像装置を使用することで、性能が安定した画像形成装置を提供できる。
図2は、本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態を示す。同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、像担持体としての感光体ドラム20と、この感光体ドラム20に対向する位置に、感光体ドラム20を帯電するコロトロン等の帯電装置21、帯電された感光体ドラム20上にレーザースキャンやLEDアレイ等によって潜像を形成する露光装置22、感光体ドラム20上に形成された潜像を可視像化する現像装置30、現像されたトナー像を記録材としての用紙S上に転写する転写ロール等の転写装置23、感光体ドラム20上に残留したトナーを清掃するクリーニング装置24等を備えている。尚、用紙S上に転写されたトナー像は、図示外の定着装置にて定着される。
更に、現像スリーブ33aには、例えば交流が重畳された直流バイアスからなる現像バイアスを印加可能なバイアス電源(図示せず)が接続されるようになっている。
また、現像ロール33の現像部位の上流側で現像ロール33から離間した部位には、現像ロール33上の現像剤量を規制する層厚規制部材としてのトリマ37が配設される、一方、現像部位の下流側には、現像スリーブ33a回転時に現像ハウジング31内部から機外へ漏れるクラウドトナーの抑制並びに現像スリーブ33a周辺に浮遊するクラウドトナーの捕獲・回収を行うシールロール38が配設されている。
そして、現像剤搬送路42には、オーガー36の斜め下方に現像剤中の磁性キャリアの透磁率変化を測定して現像剤中のトナー濃度(TC:Toner Concentration)を検出するための濃度センサ(ATCセンサ:Auto Toner Concentration)44が配設されている。
また、オーガー36の上端とほぼ同じ高さには、現像剤搬送路42中の現像剤の一部を回収排出するための排出口45が設けられ、現像剤搬送路42中でオーバーフローした現像剤が流れるようになっている。更にこの排出口45の先には、内部にオーガー47を備えた現像剤排出経路46が接続され、排出口45からオーバーフローした現像剤は、この現像剤排出経路46に流れ込み、オーガー47によって搬送された後、更に複数の搬送部材(図示外)を経由して回収ボトル(図示外)に収容されるようになっている。
そして、本実施の形態では、オーガー35が現像ロール33に現像剤を供給するサプライオーガー、オーガー36が現像剤を主に混合・撹拌・帯電するアドミクスオーガーとして機能するようになっている。
また、サプライオーガー35側の現像剤搬送方向下流側端部(羽根35bの形成位置に相当する部位)には、この現像剤循環搬送経路34に新たな現像剤を供給する現像剤供給口43が設けられている。
そのため、この排出口45を通して余剰の現像剤が現像剤循環搬送経路34から排出された現像剤は、現像剤排出経路46をオーガー47の回転によって搬送され、更に、図の矢印B方向に向かって複数の搬送部材(オーガー等)によって搬送された後、回収ボトルに至るようになる。
本実施の形態では、このように現像剤循環搬送経路34から余剰の現像剤を回収排出する現像剤回収排出機構(以降トリクル機構と称す)を備えている。
同図において、リザーブタンク51内には、2本のスパイラル状のコイルオーガー52,53を夫々備える二つの現像剤流路54,55が構成され、現像剤はこれらの現像剤流路54,55間を矢印C方向に循環搬送されるようになっている。そして、現像剤流路54の上流側には、図示外の現像剤カートリッジからリザーブタンク51内へ現像剤が投入される現像剤受口56を設けると共に、この現像剤流路54の下流端でもう一つの現像剤流路55との境界には、リザーブタンク51から現像剤供給口43(図3参照)への現像剤を供給するための排出部57が設けられている。この排出部57には、スパイラル状の羽根を持ったオーガー58が設けられ、この排出部57へ供給された現像剤を現像装置30へと搬送するようになっている。尚、オーガー58によって搬送された現像剤は、排出部57の一端59から他の現像剤搬送経路60を経由して、現像装置30へ至るようになる。
更にまた、リザーブタンク51の現像剤受口56の近傍の外壁面には、リザーブタンク51内の現像剤の充填レベルを検知する空検知センサ(空検センサ)62が取り付けられ、例えば圧電素子による現像剤量の充填レベルが所定の量以上であるかどうかが確認されるようになっている。
尚、本実施の形態では、トリクル機構によって現像装置30内の現像剤中の劣化キャリアが排出されることから、ディスペンサ50に供給される現像剤にはトナー以外に若干のキャリアが含まれている。
更に、本実施の形態では、上述した駆動時間を所定の時間累積した値に、適宜ATCセンサ44によるトナー濃度情報からの修正を加え、最終的な駆動装置61の駆動制御を行うようになっている。
すなわち、本実施の形態では、画像密度情報に基づく現像剤補給制御(ICDC)とATCセンサ44によるトナー濃度情報による現像剤補給制御とを併せた現像剤補給制御を採っている。
一対のサプライオーガー35及びアドミクスオーガー36によって撹拌搬送された現像剤がサプライオーガー35によって現像ロール33側に搬送されると、磁石体33bの磁力により現像スリーブ33a上に現像剤層が形成される。そして、この現像剤層が現像スリーブ33aの回転に伴ってトリマ37を通過する際、現像スリーブ33a上の現像剤層は所定の厚さに規制され、所定の搬送量となって感光体ドラム20と対向する現像開口32に運ばれる。このとき、現像スリーブ33aには図示外のバイアス電源より所定の現像バイアスが印加されており、これにより、現像スリーブ33a上の現像剤層は感光体ドラム20と最近接する現像領域において感光体ドラム20上の静電潜像を現像して可視像化する。その後、現像開口32を通過し現像を終了した現像剤は、現像スリーブ33a上に担持されて搬送され、磁石体33bの磁極によって形成される反発磁界により現像スリーブ33aから剥がされ、再び現像剤循環搬送経路34に戻され、撹拌搬送されながら、次の現像を待つこととなる。
図3に示すように、現像剤供給口43から供給された現像剤は、サプライオーガー35の羽根35bによって現像剤搬送路41中に搬送され、サプライオーガー35の現像剤搬送方向(図中矢印A方向)と対向する形で、アドミクスオーガー36側の現像剤搬送路42に流れるようになる。
そして、アドミクスオーガー36の羽根36aの回転によって、現像剤は現像剤搬送路42中を搬送される。その後、アドミクスオーガー36の堰き止め部位(羽根36bで形成される部位)にて現像剤は進行を妨げられ、一部はサプライオーガー35側の現像剤搬送路41へ搬送される。このとき、堰き止め部位では、余剰現像剤を流す排出口45からオーバーフローした現像剤が流れ落ち、この流れ落ちた現像剤はオーガー47によって搬送され、図示外の回収ボトルへ回収される(所謂トリクル機構)。
そのため、現像剤循環搬送経路34中の現像剤は、一部が新たな現像剤と置換された後、サプライオーガー35側へ搬送され、引き続く現像に使用されるようになる。
先ず、印字される1頁当たりの画像情報信号から印字画素数の累計値(ビデオカウント数)に基づいて、所定の時間分の累積値が算出される(ステップS1)。次に、この算出された累積値に基づいて、必要なトナー量に相当する現像剤量を補給するように、ディスペンサ50(図4参照)の必要な駆動時間が算出される(ステップS2)。
ここで、ディスペンサ50の算出された駆動時間は、本来ディスペンサ50から所要の現像剤が補給されることが前提となることから、ディスペンサ50から十分な現像剤が補給可能かどうかの確認のため、ディスペンサ50内の空検センサ62によって状況確認がなされる(ステップS3)。このとき、ディスペンサ50駆動時間中に現像剤が排出されているにも拘わらず、空検センサ62が連続して現像剤有りと判断すると、ディスペンサ50故障として、現像装置30を停止させると共に例えばUI画面等に表示を行う(ステップS4)。
尚、図示外の現像剤カートリッジから現像剤補給が行われているにも拘わらず、空検センサ62が現像剤量不足を検出する場合には、現像剤カートリッジが空であるとの表示をUI画面等に表示する。
一方、目標値から外れた場合には、更にATCセンサ44からの出力を確認し、出力変化がどう推移するかを確認する(ステップS7)。このとき、出力が上昇傾向でなければ、出力値に基づいた補正を行って、以降のATCセンサ44での出力値が安定する方向にディスペンサ50の駆動時間を修正する(ステップS9)。
仮に、ステップS7での出力値が上昇傾向にある場合には、現像剤の回収系(トリクル機構)に異常が発生したとして、現像装置30を停止させると共に、例えばUI画面等に表示を行う(ステップS8)。
ATCセンサ出力値とTCとの関係は、通常、図7の実線のように表される。本実施の形態では、ATCセンサとして透磁率センサを使用しているため、TCの増加につれてATCセンサ出力値は徐々に減少してくる。これは、TCがアップすると磁性キャリアの割合が相対的に減少することから、ATCセンサ出力値が低下することになる。更に、このとき、現像剤量が一定量に推移する(トリクル機構を備えた方式)方式と、現像剤量が徐々に増加する(トリクル機構を搭載していない方式)方式とでは、図に示すようにこの傾きは異なる。尚、図中、実線がトリクル機構を備えた方式を示し、破線がトリクル機構を備えていない方式を示している。
すなわち、トリクル機構を備えて現像剤量が一定に推移する場合には、現像剤の嵩密度は変化しないことから、TCが高くなるとATCセンサ出力値が大きく低下する。一方、トリクル機構を備えずに現像剤量が増加する場合には、現像剤の嵩密度は高くなり、TCが増加しても磁性キャリアの相対的な増加量は小さく抑えられ、ATCセンサ出力値の減少は小さく抑えられるものと推定される。
以上のように、ATCセンサ出力値は磁性キャリア量に対して出力変化を生じるため、このような変化を踏まえた制御を行って故障判定する必要がある。
一方、ICDC並びにATCセンサ出力値による補正が十分満足できる条件にて稼働され、印字によるトナー消費が想定されたものであるときにトリクル排出が十分機能しない場合には、徐々にATCセンサ44部分の現像剤の嵩密度がアップするようになり、結果的にATCセンサ出力値が上昇する。そのため、見かけ上のTCは低下しているように判断される。そして、この見かけ上のTC低下は更にディスペンサ50による現像剤補給を促し、ATCセンサ出力値はその後も上昇するようになり、益々現像剤量が増え続けるという悪循環を生じる。
したがって、ATCセンサ出力値の変化を観測し、上昇傾向が継続したときにはトリクル機構の異常と判定し、現像装置30を停止させるようにすればよい。
また、本実施の形態では、ATCセンサ44を利用して故障判定を行うことから、特別なコンポーネントを追加することなく、トリクル機構の異常や故障を検知できるため、装置のコストダウン、簡素化に効果がある。更には、回収系の異常をATCセンサ44の出力で早めに検知できるため、検知が遅れて現像装置30やトリクル機構の駆動系の破損を未然に防ぐことができるようになる。更に、ATCセンサ44をトリクル機構の上流側近傍に配設したことにより、トリクル機構での異常が早期にATCセンサ44で検知されるようになる。
更にまた、図2に示すように、本実施の形態では、感光体ドラム20と現像ロール33とはその対向部位で互いに同じ方向に回転する方式(With方式)としたが、互いに反対に回転する方式(Against方式)としても差し支えない。
図9は、ATCセンサの出力波形の一例を示したもので、現像装置内にTC約9%の現像剤を約750g入れた時の波形となっている。このとき、ATC出力自体は、実測値に示すごとく、約1〜1.6Vの間で変化を繰り返している。ここで、1Vに低下する周期はATCセンサにオーガーの羽根が最接近したときに相当する。
そして、この実測値の波形の平均値(直流成分として示される)としては、約1.6Vが得られている。尚、本実施例では、ATCセンサを5V駆動したために、このような出力となったものであり、出力電圧そのものは駆動電圧等によって大きく変化することは云うまでもない。
結果は、図10のように、TCが上昇するにつれてATC出力が低下する傾向が得られた。
本実施例の結果から、実施の形態での制御フローが現像剤回収排出機構(トリクル機構)の故障に対し、有効であることが確認される。
Claims (9)
- 像担持体に対向して開口し且つトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容可能な現像ハウジングを有し、この現像ハウジングの開口に面して現像剤担持体を配設し、この背面には現像剤が循環搬送可能な現像剤循環搬送経路を設けると共に、この現像剤循環搬送経路には現像剤が撹拌搬送可能な撹拌搬送部材を配設した現像装置において、
新たな現像剤を現像剤循環搬送経路に補給する現像剤補給機構と、
現像剤循環搬送経路の一部に設けられ且つ現像剤循環搬送経路内の現像剤のうち余剰の現像剤を徐々に排出する現像剤回収排出機構と、
現像剤循環搬送経路内の現像剤のトナー濃度を透磁率の変化で検出する濃度検出手段と、
濃度検出手段からの情報及び現像剤補給機構によって補給される現像剤補給量の情報に基づいて前記現像剤回収排出機構の異常を判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
現像剤補給機構は、形成される画像の画像密度情報及び濃度検出手段からの情報に基づいて現像剤補給量を決定するものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
濃度検出手段は、現像剤回収排出機構の現像剤搬送方向上流側近傍に配設されることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
異常判定手段は、濃度検出手段の出力と、現像剤補給機構による現像剤補給量から算出されるトナー濃度変化とを比較することで現像剤回収排出機構の異常を判定するものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
現像剤補給機構は、現像剤循環搬送経路に現像剤を補給するディスペンサを備えるものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項5記載の現像装置において、
現像剤補給機構による現像剤補給量は、ディスペンサの駆動時間によって設定されるものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
異常判定手段は、現像剤補給機構が異常かどうかを判定し、異常の場合には、現像剤回収排出機構の異常判定を行わないようにすることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
異常判定手段は、現像剤回収排出機構を異常と判定した場合には装置を停止させることを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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