(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体にトナーを供給する現像ローラと、
前記現像ローラを回転自在に支持するとともに前記現像ローラの一部が前記像担持体側に露出するように前記現像ローラの軸に沿って開口する開口部を備え、内部にトナーを収容するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記現像ローラの表面のトナーと擦接するブレード部材と、
画像形成動作に伴って像担持体上にトナー画像を形成するときには、前記現像ローラ及び前記ブレード部材にそれぞれ異なった直流成分を含む交流電圧を印加し、画像形成動作とは無関係にトナーを強制的に消費するときには、前記現像ローラ及び前記ブレード部材に印加する電圧の直流成分の差を小さくする電圧制御部と、
を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記トナーの強制的な消費は前記現像ローラが１回転するために必要な時間よりも長い時間行われる、請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナーの強制的な消費が行われた後に前記現像ローラが１回転するために必要な時間よりも長い緩衝時間を設けた、請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記電圧制御部は、トナーを強制的に消費するときには、前記現像ローラの交流電圧に含まれる直流成分を前記ブレード部材の交流電圧に含まれる直流成分に近づくように変化させる、請求項１から３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記トナーの強制的な消費は、前記ハウジング内のトナー残量に基づいて行う、請求項１から４のいずれかに記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置、特に、トナーの強制消費が可能であって、画像形成部の像担持体にトナーを供給するための現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ等の画像形成装置は、画像形成部や定着部等を有している。この画像形成装置では、画像形成部で画像が形成され、定着部で画像が用紙に定着される。ここで、画像形成部は、表面に画像を形成する像担持体と、像担持体にトナーを供給する現像ローラを有する現像装置とを有している。用紙に画像形成する際には、現像装置内に収容されたトナーを現像ローラなどによって帯電し、この帯電されたトナーが像担持体に供給される。そして、像担持体に形成された画像が用紙に転写される。
【０００３】
ここで、一成分現像を行う装置では、１度の印刷で用紙に転写されるトナーの量が少ない（印字率が低い）印刷が繰り返されると、現像装置内のトナーの入れ替えが少ないためにトナーが帯電過多になる場合がある。このような場合にはトナーが劣化する可能性があり、画質が低下する可能性がある。そこで、トナーを強制的に使用することで、現像装置内のトナーを循環させて劣化を防ぐようにした画像形成装置が存在する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２０６７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の画像形成装置では、トナーを強制的に消費する際には、トナー消費効率を上げるために、現像ローラに直流成分を含む交流電圧を印加している。しかし、現像ローラに直流成分を含む交流電圧を印加した場合であっても、現像ローラに対するトナーの付着力が大きいために、トナー強制消費の際に充分に消費できず、トナーの帯電過多が充分に解消されない場合がある。
【０００５】
本発明の課題は、トナーを強制的に消費する際に効率よくトナーを消費することができるようにして、画質が低下するのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る一成分現像装置は、現像ローラと、ハウジングと、ブレード部材と、電圧制御部とを有する。現像ローラは、像担持体にトナーを供給する。ハウジングは、現像ローラを回転自在に支持するとともに現像ローラの一部が像担持体側に露出するように現像ローラの軸に沿って開口する開口部を備え、内部にトナーを収容する。ブレード部材は、トナー収容容器に設けられ、現像ローラの表面のトナーと擦接する。電圧制御部は、画像形成動作に伴って像担持体上にトナー画像を形成するときには、現像ローラ及びブレード部材にそれぞれ異なった直流成分を含む交流電圧を印加し、画像形成動作とは無関係にトナーを強制的に消費するときには、現像ローラ及びブレード部材に印加する電圧の直流成分の差を小さくする。
【０００７】
この一成分現像装置は、画像形成動作を行う際には、現像ローラの表面にトナーが付着し、この現像ローラの表面に付着されたトナーをブレード部材によって摩擦帯電する。そして帯電したトナーが現像ローラから像担持体へと供給されて、像担持体にトナー画像が形成される。このとき、ブレード部材と現像ローラとにはそれぞれ異なる直流成分を含む同じ大きさの交流電圧が印加されており、トナー強制消費時には、ブレード部材と現像ローラとに印加された交流電圧に含まれる直流成分の差を小さくする。
【０００８】
ここでは、トナー付着力は主に現像ローラとブレード部材との電位差によって決定され、トナー強制消費時には、現像ローラとブレード部材との電位差が小さくなるために現像ローラに付着したトナーの付着力が弱くなる。このために像担持体へとトナーを供給しやすくなる。
【０００９】
請求項２に係る一成分現像装置は、請求項１に記載の一成分現像装置であって、トナー強制消費は現像ローラが１回転するために必要な時間よりも長い時間行われる。
【００１０】
この一成分現像装置では、現像ローラが１回転するのに必要な時間以上の時間トナー強制消費を行う。ここで、トナー強制消費を行った際に帯電過多のトナーが消費されずに現像ローラに残留した場合には現像ローラに負担が生じる。このために現像ローラの製品寿命を縮める可能性がある。ここでは、トナー強制消費に必要な時間を現像ローラが一回転するために必要な時間以上の時間を確保しているために、現像ローラ上に帯電過多のトナーが残留する可能性が減少する。
【００１１】
請求項３に係る一成分現像装置は、請求項１または２に記載の一成分現像装置であって、トナーの強制的な消費が行われた後に現像ローラが１回転するために必要な時間よりも長い緩衝時間を設けている。
【００１２】
ここでは、トナー強制消費による影響を後の画像形成動作に与えにくくすることができる。
【００１３】
請求項４に係る一成分現像装置は、請求項１から３のいずれかに記載の一成分現像装置であって、電圧制御手段は、トナーを強制的に消費するときには、現像ローラの交流電圧に含まれる直流成分を前記ブレード部材の交流電圧に含まれる直流成分に近づくように変化させる。
【００１４】
ここでは、現像ローラから像担持体へ移動させる力が増すために、現像ローラに付着するトナーが像担持体側に移動しやすくなる。
【００１５】
請求項５に係る一成分現像装置は、請求項１から４のいずれかに記載の一成分現像装置であって、トナーの強制的な消費は、ハウジング内のトナー残量に基づいて行う。
【００１６】
ここでは、トナー残量に基づいて所定間隔ごとにトナー強制消費が行われる。このために、トナー収容容器内のトナーが帯電過多になりにくくなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、トナーを強制的に消費する際に効率よくトナーを消費することができるようにして、画質が低下するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に本発明の一実施形態によるカラー画像形成装置としてのカラープリンタ１を示す。なお、この図１は各構成要素の配置を示すための模式図であり、各部の詳細は省略して示している。
【００１９】
このカラープリンタ１は、図示しないコンピュータ等に接続されており、コンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいてカラー画像を用紙に印刷可能な装置である。また、このカラープリンタ１は、図１において右側がオペレータが操作する側であり、以下では、図１における装置の右側を手前側、左側を奥側とする。
【００２０】
カラープリンタ１は、トナー強制消費が可能であって、トナー画像を形成する画像形成部２と、電圧制御装置２１と、画像形成部２にトナーを供給するトナー補給部２３と、制御部２８と、画像形成部２で形成した画像を用紙に定着する定着部４と、用紙を収容する給紙部６と、用紙を給紙部６から画像形成部２や定着部４に搬送する用紙搬送部５とを有する。
【００２１】
画像形成部２は、回転現像装置１０と、回転現像装置１０の近傍に配置された感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１にレーザを照射するレーザユニット１２と、感光体ドラム１１に接触する中間転写ベルト１３と、２次転写ローラ１４とを有する。
【００２２】
回転現像装置１０は、回転枠１５と、４色のトナーに対応して設けられ回転枠１５に支持された４つの現像器１６とを有している。回転枠１５は、感光体ドラム１１の回転軸と平行な軸の回りに回転自在な円筒形状であり、図示しないモータやギヤを含む駆動機構によって回転させられるようになっている。また、回転枠１５は、回転軸の中心から放射状に延びる仕切枠によって円周方向に４等分された４つの区画を有しており、各区画にイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４つのトナー色に対応した現像器１６が配置されている。
【００２３】
現像器１６は、感光体ドラム１１にトナーを供給するための部分である。各現像器１６は、それぞれほぼ同様の構成であって、現像器の断面を示す図２及び制御ブロック図である図３に示すように、現像ローラ１７と、現像器ハウジングとしてのトナー収容容器１８と、トナー供給ローラ１９と、ブレード部材２０とを有している。
【００２４】
現像ローラ１７は、感光体ドラム１１にトナーを供給するための部材であって、金属製の円筒部分と円筒部分の周囲に設けられた弾性部分とを有する。現像ローラ１７は感光体ドラム１１と間隔をあけて配置されている。
【００２５】
トナー収容容器１８は、内部にトナーを収容するための部分であって、開口部１８ａと、内部に配置されたトナー撹拌部材３０とを有している。このトナー収容容器１８は、現像ローラ１７を回転自在に支持している。また、開口部１８ａは現像ローラ１７の一部が感光体ドラム１１側に露出するように現像ローラ１７の軸に沿って開口している。
【００２６】
トナー供給ローラ１９は、トナー収容容器１８の内部に現像ローラ１７と接触するように配置されており、表面がスポンジ素材で形成された円柱状の部材である。
【００２７】
ブレード部材２０は、現像ローラ１７の表面のトナーを摩擦するとともに現像ローラの表面のトナーの量を規制して薄い均一のトナー層を作成するための部材であって、トナー収容容器１８の開口部１８ａの上線（図２の上側）に固定され、開口部１８ａを覆うように現像ローラ１７の近傍まで進出している。また、ブレード部材２０は、弾性変形可能な金属によって形成された板部材にゴムをコーティングして形成されている。
【００２８】
感光体ドラム１１は、表面に静電潜像が形成されるものであり、装置のほぼ中央に回転自在に設けられ、その回転軸は装置の手前側から見て横方向に延びるように、すなわち図１の紙面に対して垂直に延びるように設けられている。また、感光体ドラム１１は、現像ローラ１７と間隔をあけて配置されている。さらに、感光体ドラム１１の側方には、感光体ドラム１１の表面に残留したトナーや付着物を清掃するためのドラムクリーニング装置が設けられている。
【００２９】
レーザユニット１２は、外部のコンピュータ等から送られてきた画像情報に基づいて、感光体ドラムを走査露光するものである。なお、レーザユニット１２の内部の構成は、従来の構成と同様であり、レーザ光源、ポリゴンミラー、ポリゴンミラー駆動用モータ等を有している。また、レーザユニット１２のレーザ光路の前方には、反射ミラーが設けられている。したがって、図１の一点鎖線で示すように、レーザユニットから発射されたレーザ光は、この反射ミラーによって屈曲し、回転現像装置１０の装置手前側上方を通過し、感光体ドラム１１の表面に照射されるようになっている。
【００３０】
中間転写ベルト１３は、感光体ドラム１１に形成された各色のトナー画像が順次転写されるものであって、駆動ローラとバネによって駆動ローラから離れる側に付勢された従動ローラとの間に掛け渡されている。また、転写ベルト１３の感光体ドラム１１と対向する部分は、１対の１次転写ローラ２６ａ，２６ｂによって感光体ドラム１１に当接するように構成されている。
【００３１】
２次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１３に転写された画像を、搬送されてきた用紙に転写するためのものであり、駆動ローラの下方に駆動ローラと対向するように配置されている。
【００３２】
電圧制御装置２１は、図２に示すように、現像ローラ１７とブレード部材２０とに接続されている。また、電圧制御装置２１は、画像形成動作時には、現像ローラ１７及びブレード部材２０にそれぞれ異なった直流成分を含む交流電圧を印加し、トナー強制消費時には、現像ローラ１７及びブレード部材２０の交流電圧に含まれる直流成分の差を小さくする。なお、現像ローラ１７は感光体ドラム１１よりも高い電圧が印加されており、ブレード部材２０は現像ローラ１７よりも高い電圧が印加されている。ブレード部材に現像ローラよりも高い電圧を印加しているのは、画像形成時の印字していない部分へのトナー付着を防止するためである。ここで、電圧制御装置２１は、トナー強制消費の際にはブレード部材２０の交流電圧に含まれる直流成分を下げる。なお、正帯電のトナーを使用しているためにブレード部材２０は現像ローラ１７よりも高い電圧が印加されているが、負帯電のトナーを使用するとブレード部材２０は現像ローラ１７よりも低い電圧が印加される。また、電圧制御装置２１によって現像ローラ１７及びブレード部材２０に印加される交流電圧は同じ位相である。
【００３３】
トナー補給部２３は、トナー収容容器１８に補給するトナーを内部に備えたトナーコンテナ２４と、トナー収容容器１８にトナーを補給するトナー補給装置２５とを有する。
【００３４】
トナーコンテナ２４は、内部にトナーを備えた箱状の部材であって、回転現像装置１０の手前側の上方に配置されている。
【００３５】
トナー補給装置２５は、トナーコンテナ２４のトナーをトナー収容容器１８に供給するためのものであって、トナーを供給するトナー補給パイプとトナーを搬送するトナー搬送部とを有する。
【００３６】
制御部２８は、図３に示すように、電圧制御装置２１と画像形成部２とに接続されている。また、制御部２８は、所定の枚数（例えば、４０枚）の平均印字率から、トナー強制消費を行うタイミングを制御して（タイミング制御手段２９）、トナー強制消費を行う。画像形成動作を行っていないときに現像ローラ１７から感光体ドラム１１にトナーが供給され、感光体ドラム１１に供給されたトナーがクリーニングされることによってトナーの強制消費が行われる（トナー強制消費手段３０）。
【００３７】
定着部４は、用紙上に転写されたトナーを溶融定着するためのものであり、回転現像装置１０の下方で、かつ装置奥側に配置されている。この定着部４は、ヒータを内蔵する加熱ローラと加熱ローラに圧接する加圧ローラとを有しており、両ローラ間に用紙を挟持して搬送する。
【００３８】
給紙部６は、カラープリンタ１の下側に配置されており、用紙が収容された給紙カセットと、用紙を用紙搬送部に供給するためのローラなどとを有している。
【００３９】
用紙搬送部５は、給紙カセットの用紙を画像形成部２や定着部４に搬送するための部分である。
【００４０】
[動作]
このカラープリンタ１で行われる動作について図７のフローチャートに記載する。このカラープリンタ１で印字する場合には、外部から接続されたコンピュータなどから画像データが送信されて、その画像データに基づいて画像形成部２が画像を形成する。このとき、用紙搬送部５によって給紙部６から用紙が搬送され、用紙に画像が形成される。画像が形成された用紙は、定着部４に搬送されて画像が用紙に定着される。画像形成動作の際には、電圧制御装置２１はブレード部材２０と現像ローラ１７とにそれぞれ異なった直流成分を含む交流電圧を印加し、現像ローラ１７に付着したトナーはブレード部材２０と現像ローラ１７とによって帯電させられる。帯電させられたトナーは感光体ドラム１１側に移動して、感光体ドラム１１上にトナー画像が形成される。このとき、画像形成動作によって形成された画像のドットがカウントされ（Ｓ１）、画像形成動作を行った画像のドットが累積ドットカウントに加算される（Ｓ２）。そして、累積ドットカウントから現像器のトナー残量が算出され、印刷回数とトナー残量とに基づいてトナー強制消費を行うかどうかが判断される（Ｓ３）。トナー強制消費を行う場合（Ｓ３のＹＥＳ）には、ブレード部材２０と現像ローラ１７との交流電圧に含まれる直流成分の差を少なくする（Ｓ４）。すなわち、ブレード部材の交流電圧に含まれる直流成分を下げるように電圧制御装置２１が制御される。その後、トナー強制消費が実行（Ｓ５）されて、累積ドットカウントがリセットされる（Ｓ６）。なお、トナー強制消費は現像ローラ１７が１回転する為に必要な時間よりも長い時間行われ、現像ローラ上に残留している帯電過多のトナーが排出される。さらに、トナー強制消費の後には緩衝時間が設けられている。この緩衝時間は、トナー強制消費後に画像形成時の電位条件で現像ローラを１回転以上させることにより、トナー強制消費による影響を後の画像形成動作に与えにくくすることができる。また、トナー強制消費を行わない場合（Ｓ３のＮＯ）には、次の画像形成命令がなされるまで待機する（Ｓ７）。
【００４１】
ここで、図５及び図６は現像ローラ１７に２００Ｖの電圧を印加し、感光体ドラム１１に３２０Ｖの電圧を印加して行った実験の結果を示している。
【００４２】
図５は印字率が低い場合にトナー強制消費を行った場合と行わない場合の印刷を繰り返したときの結果を示している。トナー強制消費なしで印字率が０．５％のＡ１や印字率が１％のＡ２は印字率が４％の場合に比べて画像濃度の減少率が大きい。ブレード部材２０に３００Ｖの電圧を印加してトナー強制消費を行った場合には印字率１％のＡ３や印字率３％のＡ４のようにＡ１やＡ２に比べて画像濃度の減少率が低下している。このように、トナー強制消費を行った方が印字枚数の対する画像濃度の減少率が低下し、画質の低下を防止できる。
【００４３】
また、図６は印字率を１％と３％にしてブレード部材２０に印加する電圧の高低を変化させた場合の結果を示す。この図６から、印字率が１％の場合を考えると、ブレード部材２０に印加する電圧が３００Ｖの場合を示すＡ６よりも、２５０Ｖの場合を示すＡ７の方が画像濃度の減少率が低く、２００Ｖの場合を示すＡ８の方がＡ７よりも減少率が低い。さらに、印字率を３％とした場合でもブレード部材２０に２００Ｖを印加したＡ１０の方が２５０Ｖの電圧を印加したＡ９よりも減少率が低い。ここでは、ブレード部材２０に印加する電圧を低い値に下げる方が現像器１６内のトナーを効率よく入れ替えができる（現像器１６内のトナーが感光体ドラム１１に移動しやすくなる）ために、画像濃度の減少率を低下させることができる。
【００４４】
ここでは、トナー強制消費の際にブレード部材２０と現像ローラ１７との交流電圧に印加させられた直流電圧の差を小さくすることで、トナーの現像ローラ１７への付着力が弱くなるために感光体ドラム１１にトナーが移動しやすくなる。このために、トナー強制消費の効率が上がる。
【００４５】
[他の実施形態]
上記実施形態では、トナー強制消費の際にはブレード部材２０の交流電圧に含まれる直流成分を下げることで、ブレード部材２０及び現像ローラ１７の交流電圧に含まれる直流成分の差を小さくしたが、現像ローラ１７の交流電圧に含まれる直流成分を上げても良い。この場合には、現像ローラ１７とブレード部材２０との交流電圧に含まれる直流成分の差を小さくすることで現像ローラ１７へのトナーの付着力を弱くすることができる。また、感光体ドラム１１と現像ローラ１７との交流電圧に含まれる直流成分の差が大きくなりトナーが現像ローラ１７から感光体ドラム１１へ移動しやすくなる。
【００４６】
また、上記実施形態のトナー強制消費及び画像形成動作とは異なって、図４に示されたカラープリンタ１のタイミングチャートの動作であっても良い。このタイミングチャートによってカラープリンタ１の動作を説明する。なお、このタイミングチャートの横軸は時間を表しており「１０００」で１秒を示しており、「０」はプリント要求があった時を示している。さらに、トナー強制消費をそれぞれの現像器１６が行う場合を示している。
【００４７】
プリント要求があった場合には、先ずポリゴンモータを作動させる。その約０．５秒後帯電ローラ２７に電圧が印加され、感光体ドラム１１が帯電ローラ２７によって帯電させられる。約１．７秒後に回転現像装置１０の回転枠１５を駆動させるラックが回転し一色目を印刷可能な位置に回転現像装置を配置する。約１．９秒でモータを逆回転させて、同時に現像ローラ１７及びブレード部材２０と１次転写ローラ２６ａ，２６ｂに電圧を印加する。画像形成動作が行われて、１色目の画像を中間転写ベルト１３に形成する。その後、約３．３秒でブレード部材２０に印加する交流電圧に含まれる直流成分を下げる。ここで、直流成分を下げて画像形成動作を行うことでトナーを強制消費する。約３．６秒で現像ローラ１７及びブレード部材２０への電圧の印加を停止し、回転現像装置１０の回転枠１５を駆動させるラックを駆動させて２色目の画像を形成可能な位置に回転現像装置１０を配置する。約３．８秒でラックを逆回転させて２色目の画像形成を開始する。このようにして４色の画像形成動作を行った（中間転写ベルト１３にフルカラー画像が形成された）後、約９．２秒に２次転写ローラ１４に電圧を印加して、用紙に画像を転写する。その後に、緩衝時間を経て１回の動作が終了する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】カラープリンタ１の全体外観図。
【図２】現像器１６の断面図。
【図３】制御ブロック図。
【図４】カラープリンタ１のトナー強制消費のタイミングチャート
【図５】トナー強制消費を行った場合とトナー強制消費を行わない場合の印字密度と画像濃度との関係を示す図。
【図６】ブレード部材に印加する電圧の高低による印字密度と画像濃度の関係を示す図。
【図７】電圧制御装置２１の動作フローチャート。
【符号の説明】
【００４９】
１  カラープリンタ
２  画像形成部
４  定着部
５  用紙搬送部
６  給紙部
１０  回転現像装置
１１  感光体ドラム
１２  レーザユニット
１３  中間転写ベルト
１４  ２次転写ローラ
１６  現像器
１７  現像ローラ
２０  ブレード部材
２１  電圧制御装置
２４  トナーコンテナ
２５  トナー補給装置
２８  制御部
【図１】
0004799149.tif 000002
【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】
0004799149.tif 000008