(57)【要約】【課題】装置を大型化・複雑化することなく、カバレッジが低い場合でも、現像剤の劣化促進度を低く抑えることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置の使用の初期に装着される初期現像剤カートリッジ１７Ｋａと、それ以降に使用される通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂとの少なくとも２種類の現像剤カートリッジ１７Ｋａ，１７Ｋｂを設け、初期現像剤カートリッジ１７Ｋａ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比と、通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比が異なるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアとトナーからなる現像剤を収容し、画像形成装置本体に着脱可能な現像剤カートリッジと、
前記現像剤カートリッジから現像槽内に補給される現像剤を攪拌しながら搬送する搬送スクリュと、前記搬送スクリュで搬送される現像剤を受け入れて静電潜像担持体に供給して前記静電潜像担持体上の静電潜像を現像する現像ローラと、前記現像槽内の余剰現像剤を排出する現像剤排出機構とを有する現像装置と、
を備えた画像形成装置において、
前記現像剤カートリッジは、画像形成装置の使用の初期に装着される初期現像剤カートリッジと、それ以降に使用される通常現像剤カートリッジとの少なくとも２種類を設け、
初期現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比と、通常現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比が異なることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
初期現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比は、通常現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記初期現像剤カートリッジと前記通常現像剤カートリッジを区別する手段を設けた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。
【請求項４】
前記初期現像剤カートリッジと前記通常現像剤カートリッジを検出する手段を設けたことを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーやモノクロの複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置、特にトナーとキャリアからなる二成分現像剤を収容した現像剤カートリッジを装着して使用する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置には、画像情報に基づいて像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって可視像化する現像装置が設けられている。現像装置には、一般的にトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式が用いられている。現像剤中のトナーは、可視像として像担持体に移動し、像担持体から記録媒体に転写され、定着されて記録媒体とともに外部に排出されることにより、常に消費される。そして、消費されたトナーを補給し続けることで、長時間現像を行うことができる。しかし、キャリアは、時間とともに劣化するので、画質が悪化し、現像装置の寿命が低下するという問題がある。
【０００３】
そこで、近年、トナーだけでなくキャリアも適時補給して、余剰なキャリアを排出することで、キャリアの劣化を抑えるトリクル方式が採用されてきている。トリクル方式では、ある混合比で混合されたトナーとキャリアからなる現像剤を収容した現像剤カートリッジから、現像装置の現像槽内にトナーとキャリアを同時に補給する一方、現像剤排出機構により現像槽内の古いトナーとキャリアを排出することで、現像槽内の現像剤を入れ替えて現像剤の劣化を抑えることができる。
【０００４】
しかし、トリクル方式は以下の欠点を有する。トナー消費量が多ければ、補給されるトナーが多くなり、補給されるキャリアも多くなる。また、トナー消費量が少なければ、補給されるトナーが少なくなり、補給されるキャリアも少なくなる。このため、原稿のカバレッジ比（画像の濃淡又は白黒比を示す）が少ない場合、トナーの消費が少ないので、なかなかキャリアが補給されず、現像剤の劣化が促進する。
【０００５】
図７は、補給される現像剤中のトナーに対するキャリア比が異なる場合の現像剤の劣化促進度合いを現像剤平均年齢で示したものである。トリクル方式でない場合（トリクル無）の耐久枚数３００Ｋのときの現像剤平均年齢を３００Ｋとすると、トリクル方式の場合は、耐久枚数が３００Ｋまでは現像剤の劣化度合いが大きいが、３００Ｋを超えると、現像剤平均年齢は高くならず、サチュレート（飽和）状態に達し、現像剤の劣化が抑えられていることを示している。また、トリクル方式でも、補給キャリア比が標準のキャリア比によりも多い場合は、現像剤の劣化度合いが少なく、逆に補給キャリア比が標準のキャリア比によりも少ない場合は、現像剤の劣化度合いが大きくなることを示している。これは、補給されるキャリアが多ければ、現像槽内の古い現像剤と入れ替わる率が高くなり、逆に補給されるキャリアが少なければ、現像槽内の古い現像剤と入れ替わる率が低くなるからである。
【０００６】
図８は、補給キャリア比が同一で、画像のカバレッジ比が異なる場合の現像剤の劣化促進度合いを現像剤平均年齢で示したものである。トリクル方式では、カバレッジ比が標準のカバレッジ比よりも高い場合は、現像材の劣化度合いが少なく、逆にカバレッジ比が標準のカバレッジ比よりも低い場合は、現像材の劣化度合いが多くなることを示している。これは、カバレッジ比が高ければ、消費されるトナー量が多く、補給されるキャリア量も多くなり、現像槽内の古い現像剤と入れ替わる率が高くなり、逆にカバレッジ比が低ければ、消費されるトナー量が少なく、補給されるキャリア量も少なくなり、現像槽内の古い現像剤と入れ替わる率が低くなるからである。
【０００７】
このように、トリクル方式では、現像剤のキャリア比が少ない場合、また原稿のカバレッジ比が低い場合は、現像剤の劣化度合いが大きいという問題があった。
【０００８】
このような問題に対して、特許文献１では、トナーとキャリアを分離して格納し、現像装置の回転機構の回転時間の積算値に比例してキャリアを補給することが提案されている。特許文献２では、トナーとキャリアを個別に収納する収納部を設けて、キャリアを現像装置の動作頻度に応じて供給することが提案され、引用文献３では、トナーとは別にキャリアを補給する手段を設け、画像面積率、トナー消費量、現像部稼働時間の少なくとも２つの検出結果に基づいてキャリアの補給量を可変することが提案されている。
【０００９】
しかしながら、これらの特許文献１−３では、トナーとは別にキャリアの収容部を設けなければならないため、キャリアの補給機構、供給経路、制御機構が必要であり、装置の大型化、複雑化、コストの増大を招来し、ユーザにはトナーとキャリアの収容部の選別を強い、取り扱いが煩雑となる。また、トナー消費量が少なくても、キャリアが定量で補給され、キャリアの消費量が増大するという問題がある。
【特許文献１】特開平６−２７８０９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３８９３号公報
【特許文献３】特開２００７−４７７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、装置を大型化・複雑化することなく、カバレッジが低い場合でも、現像剤の劣化促進度を低く抑えることができる画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、第１の手段は、
キャリアとトナーからなる現像剤を収容し、画像形成装置本体に着脱可能な現像剤カートリッジと、
前記現像剤カートリッジから現像槽内に補給される現像剤を攪拌しながら搬送する搬送スクリュと、前記搬送スクリュで搬送される現像剤を受け入れて静電潜像担持体に供給して前記静電潜像担持体上の静電潜像を現像する現像ローラと、前記現像槽内の余剰現像剤を排出する現像剤排出機構とを有する現像装置と、
を備えた画像形成装置において、
前記現像剤カートリッジは、画像形成装置の使用の初期に装着される初期現像剤カートリッジと、それ以降に使用される通常現像剤カートリッジとの少なくとも２種類を設け、
初期現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比と、通常現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比が異なるようにした。
【００１２】
第２の手段は、第１の手段において、初期現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比は、通常現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比よりも高くしたものである。
【００１３】
第３の手段は、第１又は第２の手段において、前記初期現像剤カートリッジと前記通常現像剤カートリッジを区別する手段を設けた。
【００１４】
第４の手段は、第１から第３の手段において、前記初期現像剤カートリッジと前記通常現像剤カートリッジを検出する手段を設けた。
【００１５】
（作用）
初期に原稿のカバレッジ比が低い場合は、現像剤の劣化度合いが急激に進行するが、初期現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比が通常現像剤カートリッジ高いので、多量のキャリアが補給され、キャリアの入れ替わる率が高くなることから、現像剤の劣化度合いが飽和するポイントが低くなり、現像剤の急激な劣化度合いの進行を抑制することができる。
なお、カバレッジ比が高い場合は、本来現像剤の劣化度合いが低いので、現像剤のトナーとキャリアの混合比が高くても支障はない。
【発明の効果】
【００１６】
第１の手段による発明によれば、トナーとキャリアの混合比が異なる以外は同一の現像剤カートリッジを使用することで、従来のようにキャリアのみを収容する容器や補給機構、制御システムが不要となる。
また、ユーザはトナーとキャリアを区別して保管する必要がないため、現像剤カートリッジの管理や交換作業が容易である。
【００１７】
第２手段による発明によれば、初期現像剤カートリッジ内の現像剤は、その現像剤が無くなるまでの間だけ、トナーとキャリアの混合比が高いので、初期における現像剤の劣化度合いを低く抑えることができる。
また、初期に原稿のカバレッジ比が低くても、初期現像剤カートリッジ内の現像剤のトナーとキャリアの混合比が通常現像剤カートリッジよりも高いので、現像剤の急激な劣化度合いの進行を抑制することができる。その結果、現像剤の劣化度合いが進行することによる地肌のかぶりの悪化や、キャリアの感光体への付着等がなく、高画質な画像を提供することができる。
【００１８】
第３及び第４の手段によれば、初期現像剤カートリッジと通常現像剤カートリッジの装着を間違えることがなく、確実に装着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００２０】
図１は、本発明の画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のそれぞれの色のトナー像を形成する画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが中間転写ベルト２に沿って配置されている。
【００２１】
各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、中間転写ベルト２に近接して配置された感光体ドラムからなる像担持体３と、像担持体３の表面を一様に帯電し電位を形成する帯電装置４と、画像信号に基づいて像担持体４の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置５と、像担持体上３の静電潜像にトナーを付着させて顕像化して各色のトナー像を形成する現像装置６と、像担持体３上の残留したトナーを除去するクリーニング装置７及び除電装置８とからなっている。
【００２２】
中間転写ベルト２は、駆動ローラ９と従動ローラ１０に架設されて矢印方向に走行可能である。中間転写ベルト２の内側には、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの像担持体３と中間転写ベルト２を介して対向し、像担持体３上のトナー像を中間転写ベルト２に転写させてカラートナー像を形成する１次転写ローラ１１が配設されている。中間転写ベルト２上のカラートナー像を給紙部１２からタイミングローラ１３を経て給紙される用紙に転写する２次転写ローラ１４が、中間転写ベルト２の駆動ローラ９と中間転写ベルト２を介して対向するように配設されている。２次転写ローラ１４よりも用紙搬送方向の下流側には、２次転写ローラ１４により転写されたカラートナー像を定着する定着装置１５が配設されている。また、中間転写ベルト２上に残留したトナーを除去するベルトクリーニング装置１６が、中間転写ベルト２の従動ローラ１０と中間転写ベルト２を介して対向するように配設されている。
【００２３】
中間転写ベルト２の上方には、各色の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの現像装置６に図示しない補給路を介して現像剤を補給するＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのそれぞれの色の現像剤カートリッジ１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋが配設されている。現像剤は、トナーとキャリアからなる所定の混合比の二成分現像剤が収容されている。
【００２４】
以上の構成からなるトリクル方式を採用する画像形成装置の画像形成時の動作は、従来の装置と同一であるので説明を省略し、以下、ブラックの画像形成ユニット１Ｋの現像装置６及び現像剤カートリッジ１７Ｋの構造とその動作を説明する。なお、本発明は、ブラックの画像形成ユニット１Ｋに限らず、カラーの画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃにも適用可能である。
【００２５】
図２は、ブラックの画像形成ユニット１Ｋの拡大断面図である。このブラックの画像形成ユニット１Ｋの現像装置６は、トリクル方式の構造を有し、第１搬送スクリュ１８と、第２搬送スクリュ１９と、現像ローラ２０とからなっている。第１搬送スクリュ１８と第２搬送スクリュ１９は、所定のピッチのスパイラル形状を有し、図３に示すように、隔壁２１を隔てて平行に配設された第１搬送路２２と第２搬送路２３にそれぞれ回転駆動可能に配置されている。第１搬送スクリュ１８は、第１搬送路２２の図において右側端部に形成された補給口２４から補給される現像剤を右から左に向かって搬送し、隔壁２１の左端に形成された連通口２５から第２搬送路２３に引き渡す。第２搬送スクリュ１９は、第１搬送路２２から第１連通口２５を介して受け入れた現像剤を右から左に向かって搬送し、隔壁２１の右端に形成された第２連通口２６から第１搬送路２２に引き渡す。これにより、現像剤は第１搬送路２２と第２搬送路２３を循環する。第２搬送路２３を搬送中の現像剤は、現像ローラ２０に供給され、現像に供される。
【００２６】
第２搬送スクリュ１９の搬送方向下流側の図３において右端部には、現像剤排出機構２７が設けられている。現像剤排出機構２７は、第２搬送スクリュ１９と同一軸上に形成された排出スクリュ２８と、搬出スクリュ２９とからなっている。排出スクリュ２８は、第２搬送スクリュ１９のスパイラル形状とは逆巻で第２搬送スクリュ１９のピッチより小さいピッチのスパイラル形状を有する。搬出スクリュ２９は、第２搬送スクリュ１９のスパイラル形状とは同じ巻で第２搬送スクリュ１９のピッチより小さいピッチのスパイラル形状を有する。搬出スクリュ２９は、第２搬送路２３の下流側端部に形成された排出口３０に配置されている。現像剤排出機構２７では、第２搬送スクリュ１９で搬送されてきた現像剤の大部分は、排出スクリュ２８により搬送方向とは逆向きの力を受けて第２連通口２５を介して第１搬送路２２に戻り、循環するが、排出スクリュ２８により搬送方向とは逆向きの力を受けない残りの現像剤は排出スクリュ２８を乗り越えて、搬出スクリュ２９により排出口３０に搬送されて排出される。
【００２７】
ブラックの現像剤カートリッジ１７Ｋは、図４に示すように、初期に使用する現像剤カートリッジ（以下、初期錠剤カートリッジ１７Ｋａという。）と、それ以降に使用する現像剤カートリッジ（以下、通常錠剤カートリッジ１７Ｋｂという）の２種類がある、初期錠剤カートリッジ１７Ｋａは、内部に、通常錠剤カートリッジ１７Ｋｂの現像剤よりもトナーとキャリアの混合比が高い現像剤が収容されている。例えば、通常錠剤カートリッジ１７Ｋｂ内のトナーとキャリアの混合比が８５：１５であるのに対し、初期錠剤カートリッジ１７Ｋａ内のトナーとキャリアの混合比は７０：３０であることが好ましい。このように、２倍以上の差があるのが好ましいが、この混合比に限定されるものではない。
【００２８】
初期現像剤カートリッジ１７Ｋａは、ユーザが外観的に区別できるように、例えば「初期用」又は「新品用」等の表示が明記されているが、これらの表示に限定されるものではない。
【００２９】
また、初期現像剤カートリッジ１７Ｋａと通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂが画像形成装置本体に装着されたことを検出できるように、通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂの一部に凹部３１が形成されている。一方、画像形成装置本体には、凹部３１の無い初期現像剤カートリッジ１７Ｋａと、凹部３１のある通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂを検出するカートリッジ検出センサ３２が配設されている。凹部３１のような外形で区別する代わりに、初期現像剤カートリッジ１７Ｋａ又は通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂであることを示す情報を記憶したメモリチップ等の記憶媒体を内蔵し、画像形成装置本体にこれを電気的又は磁気的に読み取る読取り装置を設けてもよい。
【００３０】
なお、初期現在剤カートリッジ１７Ｋａは、新品の現像装置６に付属する形で配布されるため、別に初期現像剤カートリッジ１７Ｋａを用意する必要がない。新品の現像装置６を使用するときは、必ず初期現像剤カートリッジ１７Ｋａが使用されることになる。
【００３１】
図５は、初期現像剤カートリッジ１７Ｋａと通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂを自動的に選択するためのフローを示す。
まず、ステップＳ１０１で現像剤カートリッジ１７Ｋａ，１７Ｋｂが装着されているか否かを判断する。装着されていなければ、ステップＳ１０２で画像形成装置本体のパネルに警告の表示を行い、画像形成動作を禁止する。装着されていれば、ステップＳ１０３で現像装置が新品であるか否かを現像装置６に内蔵された記憶媒体等に記憶された情報を読み取ることで判断する。
【００３２】
ステップＳ１０３で現像装置６が新品であれば、ステップＳ１０４で画像形成装置本体のパネルに現像装置６が新品である旨の表示を行い、ステップ１０５で初期現像剤カートリッジ１７Ｋａを装着することを促す。ステップＳ１０６で現像剤カートリッジ１７Ｋが装着されたことを検出すると、ステップＳ１０７で装着されたものが初期現像剤カートリッジ１７Ｋａであるか否かを判断する。初期現像剤カートリッジ１７Ｋａであれば、ステップＳ１０８で通常の画像形成動作へ移行する。初期現像剤カートリッジ１７Ｋａでなければ、ステップ１０５に戻って初期現像剤カートリッジ１７Ｋａを装着することを促す。
【００３３】
通常動作中、初期現像剤カートリッジ１７Ｋａ内の現像剤の残量が検知され、残量が少なくなると、ステップＳ１０９で画像形成装置のパネル上に初期現像剤カートリッジ１７Ｋａの残量が少なくなったこと、次の通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂを用意することを表示する。初期現像剤カートリッジ１７Ｋａ内の現像剤が全て消費されると、ステップＳ１１０で画像形成装置のパネルに通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂを装着することを表示するとともに、画像形成動作を停止し、ステップＳ１１１に移行する。
【００３４】
一方、ステップＳ１０３で現像装置６が新品でなければ、ステップ１１１で通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂを装着することを促す。ステップＳ１１２でカートリッジ１７Ｋが装着されたことを検出すると、ステップＳ１１３で装着されたカートリッジが通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂであるか否かを判断する。通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂであれば、ステップＳ１１４で通常の画像形成動作へ移行する。通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂでなければ、ステップ１１１に戻って、通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂを装着することを促す。
【００３５】
図６は、本発明の効果を従来と比べて示す。トナーとキャリアの混合比（補給キャリア比）が一定の従来のトリクル方式では、図６中破線で示すように、耐久が進むにつれて、現像剤平均年齢が高くなり、ある耐久枚数でサチュレートに達する。一方、本発明の場合、初期に補給キャリア比の高い初期現像剤カートリッジ１７Ｋａを使用するので、図１１中実線で示すように、初期の現像剤劣化度合いの進行が遅れ、その後、通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂを使用しても、最終的に劣化度合いがサチュレートするポイントは、従来に暮れ部手低きなることが判る。
【００３６】
なお、前記実施形態では、初期通常現像剤カートリッジ１７Ｋａと通常現像剤カートリッジ１７Ｋｂとの２種類を用いたが、トナーとキャリアの混合比の異なる初期、中期、及びそれ以降の３種類又はそれ以上の現像剤カートリッジを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】図１の画像形成装置のブラックの画像形成ユニットの拡大断面図。
【図３】図２のＩ−Ｉ線断面図。
【図４】初期現像剤カートリッジと通常現像剤カートリッジの斜視図。
【図５】現像剤カートリッジの自動選択動作を示すフローチャート。
【図６】本発明と従来のトナーとキャリアの混合比と現像剤平均年齢の変化を示すグラフ。
【図７】トナーとキャリアの混合比が異なる場合の現像剤劣化促進度合いを現像剤平均年齢で示すグラフ。
【図８】画像のカバレッジ比が異なる場合の現像剤劣化促進度合いを現像剤平均年齢で示すグラフ。
【符号の説明】
【００３８】
１  画像形成ユニット
６  現像装置
１７  現像剤カートリッジ
１７Ｋａ  初期現像剤カートリッジ
１７Ｋｂ  通常現像剤カートリッジ
１８  第１搬送スクリュ
１９  第２搬送スクリュ
２０  現像ローラ
２７  現像剤排出機構
３１  凹部
３７  カートリッジ検出センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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