JP2009169440A

JP2009169440A - 現像剤補給方法及び装置並びに該装置を用いる画像形成装置

Info

Publication number: JP2009169440A
Application number: JP2009111944A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Muramatsu; 智村松; Nobuo Iwata; 信夫岩田; Nobutaka Takeuchi; 信貴竹内; Junichi Matsumoto; 純一松本; Takayuki Koike; 孝幸小池; Eriko Takuma; 絵理子宅間
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2009-05-01
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: JP4586097B2

Abstract

【課題】一軸偏心スクリューポンプを用いることで設計自由度が高く、しかもキャリアの独立補給制御が可能な現像剤補給方法及び装置並びに該装置を用いる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体１に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置４にトナーとキャリアからなる現像剤を補給す際、トナー収納容器２０に収納されたトナーを一軸偏心スクリューポンプ４０により現像装置４へ補給するとともに、その搬送するトナーにキャリア収納容器７０に収納されたキャリアを混合して補給する。
【選択図】図２

Description

本発明は、２成分現像装置を用いる画像形成装置に関するものである。

プリンタ、複写機、ファクシミリ、これらの少なくとも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置において、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いて静電潜像を現像する現像装置が多々用いられている。この種の画像形成装置は、トナーが画像形成とともに消費されるため、通常は容器に入れたトナーを順次供給し、容器内のトナーが無くなったら新しいトナー容器と交換してトナーを補充している。

一方、キャリアは消費されることはないが、画像形成の回数に伴ってその性能が劣化するため、ある程度の画像形成回数ごとに交換する必要がある。交換の一般的な方法としては、複写機においては専用のサービス担当者がキャリアの交換を実施する方法、プリンタではキャリアを内蔵した現像器をユニットごと新しいユニットに交換する方法などが一般的である。しかし、キャリアが劣化するまで使用し続けると、当初と劣化時とでの画像品質が明らかに違ってしまい画質の悪い記録物も多く提供してしまう。

そこで、最近では補給するトナーに予めキャリアを混合し、トナーとキャリアを順次現像装置に補給し、そして余剰現像剤を回収することで、安定した画像を継続して得られるようにした方法が提案され、そして実施されている。しかし、キャリアはベタ画像のようなトナーの消費が多い記録の占める割合が多い場合と、線画像のようなトナー消費が少ない記録を主に取っている場合とではその劣化の度合が異なる。さらに、キャリアの劣化は温度、湿度等の環境の違いによっても一定でない。このため、常に一定のプレミックスの現像剤を補給する方法では予想以上にキャリアが劣化してもキャリアの独立補給制御ができないため、現像装置内のトナー濃度の調整が行い難い。さらに、機器の使用初期やキャリア劣化が予想以上に遅い場合では劣化していない現像剤であってもトナー補給に伴って回収してしまうため資源の無駄使いとなる問題があった。

そこで、特許文献１に見られるように、補給用のキャリアを格納した容器を設けて少量ずつキャリアを現像器に補給したり、また特許文献２に見られるように、補給用トナーにキャリアを合流させてトナーの補給と同時にキャリアを補給したりする方法も提案されている。このように、キャリアをトナー別に収納すれば、トナー濃度調整等を行うことができる。

しかしながら、既に提案されている殆どのキャリア補給装置の搬送方法はスクリューを用いていたので、その搬送経路がほぼ直線で上方には持ち上げられない等の制約があり、このためキャリア補給装置のキャリア収納部は現像装置の近くに設けざるを得なかった。そのためにトナーやキャリアの収納容量が大きくすることができない、ユーザーが交換しやすい位置にトナーやキャリアの補給装置が配置できない、機械本体を小型化できない、等の問題があった。

ところで、スクリューポンプを用いてトナーや現像剤を搬送することも既に提案されている。そこで、スクリューポンプを用いてキャリアを搬送するようにすれば、上記した不具合を改善でき設計自由度が増し、コンパクト化や操作性の向上を図れる。しかし、本発明者が種々の実験を行った結果、スクリューポンプとしての一軸偏心スクリューポンプは、キャリアの質量が大きいため搬送量が不安定になってその制御が難しく、また弾性体であるステータの磨耗が促進されてポンプの寿命が短くなってしまうと言う問題があり、キャリア搬送に適していないことが見出した。

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、一軸偏心スクリューポンプを用いることで設計自由度が高く、しかもキャリアの独立補給制御が可能な現像剤補給方法及び装置並びに該装置を用いる画像形成装置を提供することを課題としている。

上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給方法において、トナー収納部に収納されたトナーを一軸偏心スクリューポンプにより前記現像装置へ補給するとともに、その搬送するトナーにキャリア収納部に収納されたキャリアを混合することを特徴としている。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給方法において、トナー収納部に収納されたトナーを一軸偏心スクリューポンプにより前記現像装置へ補給するとともに、前記トナー収納部から前記現像装置へ搬送中のトナーに対してキャリアを混合することを特徴としている。

さらにまた、上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給方法において、トナー収納部に収納されたトナーにエアを供給して流動化させ、一軸偏心スクリューポンプにより前記現像装置へ補給するとともに、前記トナー収納部に供給するエアにキャリアを混合することを特徴としている。

なお、本発明の現像剤補給方法によれば、トナーとキャリアの和に対するキャリアの重量比率が５０％を越えないように、キャリアの混合量が制御されると、効果的である。
さらに、本発明の現像剤補給方法によれば、前記キャリア混合位置から前記現像装置手前までのトナー補給径路に設けたキャリア濃度検知手段により検知したキャリア濃度からキャリア混合量を制御すると、効果的である。

さらにまた、本発明の現像剤補給方法によれば、前記トナー収納部内のトナー残量を検知し、その検知結果に基づいてトナーとキャリアの和に対するキャリアの重量比率が５０％を越えないように、エアに混合するキャリア量を制御すると、効果的である。

上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給装置において、前記現像装置に補給するトナーが収納されたトナー収納部と、該トナー収納部と別体でありキャリアが収納されたキャリア収納部と、前記トナー収納部のトナーに現像装置へ搬送する搬送力を付与する一軸偏心スクリューポンプと、前記トナー収納部から前記現像装置に通ずるトナー補給管路と、該トナー補給管路の途中に設けられたキャリア混合部とを有することを特徴としている。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給装置において、前記現像装置に補給するトナーが収納されたトナー収納部と、該トナー収納部と別体でありキャリアが収納されたキャリア収納部と、前記トナー収納部のトナーに現像装置へ搬送する搬送力を付与する一軸偏心スクリューポンプと、前記トナー収納部へエアを供給するエアポンプとを有し、該エアポンプの吸気部に前記キャリア収納部の排出部が接続されていることを特徴としている。

さらにまた、上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体に静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置を備えた画像形成装置において、前記現像装置に請求項７または８に記載の現像剤補給装置を用いて現像剤を補給することを特徴としている。

本発明の構成によれば、経時にて特別なメンテナンスを必要とせず安定した画像品質を得ることができる。キャリアの消費量を最低限に抑えることができる。レイアウト自由度が高く、かつ簡素で多くのスペースを必要とせず、低コスト化や本体の小型化が実現できる。特にカラー画像形成装置において有効となる。移送路中の現像剤を最も流動性の良い範囲に制御することで、現像剤移送の安定性向上が実現できる。近年小粒径化によって凝集性、流動性が増して搬送性が悪くなったトナーに対して特に有効である。補給装置の耐久寿命を向上することができる。搬送手段によるキャリアの損傷を防止することができる。

本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。本発明の一実施形態を示すトナー及びキャリア補給装置の断面説明図である。混合するキャリアの重量比率によるスクリューポンプの回転数と現像剤補給量との関係を示すグラスである。図３におけるスクリューポンプの１回転当たりのデータを示す表である。本発明のさらに別の実施形態を示すトナー及びキャリア補給装置の断面説明図である。本発明のカラー画像形成装置の主要部を示す概略図である。本発明のカラー画像形成装置用のトナー及びキャリア補給装置を示す斜視図である。図７のカラー画像形成装置用のキャリア補給装置を示す断面説明図である。本発明のさらに別の実施形態を示すトナー及びキャリア補給装置の断面説明図である。図９のキャリア補給装置をカラー画像形成装置に採用したときのトナーとキャリアの補給装置を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置としてのレーザプリンタの概略を示す説明図であって、該プリンタは像担持体としてドラム状の感光体１を有し、感光体１は図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ２によって表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込み装置３から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって感光体１上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置４によってトナー像として可視像化される。

一方、装置本体下部側に設けられた給紙装置５から、例えば転写紙より成る記録材Ｐが給送され、その記録材Ｐがレジストローラ６を介して感光体１と転写ローラ７の間に送り込まれる。この転写ローラ７に対し、感光体１上のトナーと逆極性の電圧が印加され、これによって感光体１上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。記録材Ｐに転写されず、感光体１上に残された転写残トナーは、クリーニング装置８によって除去され、さらに除電装置９によって感光体１上に残された残留電荷が除去される。

このようにしてトナー像が形成された記録材Ｐは、搬送ベルト１０を介して定着装置１１を送られ、このときその記録材Ｐ上に定着され、定着を終えた記録材Ｐは排紙トレイ１２上に排出される。

かかるレーザプリンタは、２成分現像装置４を用いており、現像装置４内のトナーが消費されると、その分のトナーを補給するトナー補給装置を具備している。
トナー補給装置は、図２に示すように、トナー収納部としてのトナー収納容器２０を有し、該トナー収納容器２０はトナーが収納されるトナー収納袋２１と、このトナー収納袋２１の周囲を包む保護ケース２２と、トナー収納袋２１の底部に固定される口金部材２３とを有している。トナー収納袋２１は、ポリエチレン、ナイロン等の樹脂製または紙製の厚みが５０〜２５０μｍ程度の単層または複層にしたシート材折り込む、または４枚のシート溶着または接着することによって、エア流入出のない密閉された袋状に形成したものであり、袋上部には容器の内圧が過度に上昇することを防止するためのフィルタ２４が設けられている。上記保護ケース２２は、剛性を有する紙、段ボールやプラスチック等の材料からからなり、一部が口金部材２３と係合する構造を持っている。

口金部材２３には、トナー排出口２５が形成され、このトナー排出口２５の下部部分には後述するノズルが抜き差しされる切り込み（図示せず）が形成されたシール部材２６が取り付けられている。この構成により、口金部材２３に形成されたトナー排出口２５は通常シール部材２６によって閉じられている。この口金部材２３は、ポリエチレン、ナイロン等の樹脂から作られ、このときトナー収納袋２１と口金部材２３を同一材料で作ると、リサイクルの観点で望ましく、トナー収納袋２１の口金部材２３への溶着も容易になる。

このように構成したトナー収納容器２０は、トナー収納袋２１の横断面がほぼ矩形に形成され、その途中から底部の口金部材２３に向かって絞り込まれた形状に形成されている。このような絞り込み形状にすることにより、収納したトナーが口金部材２３へ移動し易くなり、残トナーの減少に効果がある。なお、トナー収納袋２１の絞り込みを開始する位置は口金部材２３に向かってある程度の傾斜角を付けられる位置であればどこでも良い。

トナー収納容器２０は、画像形成装置本体内の適当な箇所に設けられたセット部に着脱可能に装着されるが、このセット部にはトナー収納容器２０を受けて保持する樹脂製のホルダ５０が設けられている。ホルダ５０の底部には、トナー収納容器２０内に抜き差しされる上下方向に延びるノズル５１が立設されている。ノズル５１は、その先端にシール部材２６への挿入をスムーズに行えるように尖頭部５２が形成され、また内部はトナー通路５３、外側にエア通路５４が形成された２重管に形成されている。トナー通路５３はその下端にトナー搬送路としての後述する一軸偏心スクリューポンプ４０に接続されるトナー搬送管１５が接続されている。また、エア通路５４は側方に曲げられて後述するエア供給手段からのエア供給チューブ６２が接続されている。

現像装置４の上部には一軸偏心スクリューポンプ（以下、スクリューポンプという。）が配置されている。スクリューポンプ４０は、ホルダ４３に支持されたゴム等の弾性部材から作られたダブルピッチの螺旋溝を形成した雌ねじ形のステータ４２と、該ステータ４２内に回動自在に嵌挿され、金属や樹脂等から作られた雄ねじ形のロータ４１とを有している。このロータ４１は、駆動軸４５にスプリングピン等によって連結されており、駆動軸４５が回転されることによって回転駆動されるが、その運動が偏心運動であることから、本ポンプは一軸偏心スクリューポンプとも称される。このスクリューポンプ４０は、ロータ４１とステータ４２の間に仕切られた幾つかの空間を持ち、この空間がロータ４１の回転によってそのままの形状で回転移動する。したがって、ロータ４１の回転量によって搬送量が高精度に制御可能なポンプである。

このスクリューポンプ４０が作動すると、ホルダ４３に形成された吸引口４４に吸引力を発生し、粉体トナーを収容するトナー収納袋２１内からノズル５１、トナー搬送管１５を介してスクリューポンプ４０までをつなぐトナー通路は密閉であるため、スクリューポンプ４０の作動で発生した吸引力は、トナー搬送管１５、ノズル５１を介してトナー収納袋２１内のノズル付近のトナーに伝達され、トナーの搬送が可能となる。

ノズル５１とスクリューポンプ４０の吸引口４４を接続するトナー搬送管１５は、内径が３ｍｍ〜７ｍｍ程度で、フレキシブルでかつ耐トナー性に優れたゴム材料、例えば、ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等やプラスチック材料、例えば、ポリエチレン、ナイロン等を用いることにより、トナー補給経路を自由に配回すことが可能となり、画像形成装置のレイアウトの自由度が大きくなるため非常に有効である。

さらには、かかるトナー補給装置はスクリューポンプの吸引力によりトナーを搬送するためにトナー収納容器２０の位置が現像装置４に対して低い位置にある場合でもトナーを支障なく搬送することができる。したがって、トナー収納容器２０の配置に制限を受けないので、トナー収納容器２０は最もトナー交換操作がし易い位置に配置することも可能となる。

本トナー補給装置は、流動性の悪いトナーをスムーズに搬送するため、トナーをエアによって流動化させている。エアはエアポンプ６０を作動することにより発生し、そのエアを電磁弁６１、エア供給チューブ６２、ノズル５１を介してトナー収納袋２１内のトナーの中へ供給する。エアの供給は、スクリューポンプ４０がノズル付近のトナーを吸引した後、トナー収納袋２１内で架橋現象（なくなったトナーの部分に空洞ができる）が生じ、トナー補給量が不安定になったりトナー収納容器内のトナー残量が極端に多くなったりすることを防止する用もなしている。したがって、トナー収納袋２１の内部へエアを供給することは、トナーを攪拌・流動化し、上記したトナーの架橋現象を防止し、さらに架橋したトナーを供給したエアにより崩している。その結果、トナー補給量の安定化、トナー収納容器２０内のトナー残量の低減化を図るために行っている。なお、トナー収納袋２１の上部には通気性フィルタ２４を設けており、これによってエアポンプ６０から供給されたエアによりトナー収納袋２１内の圧が上昇することを防止する役目をする。

ところで、２成分現像装置４ではトナーとキャリアからなる現像剤で現像を行うが、トナーは現像に伴って消費されるため、上記したトナー補給装置によって補給する。一方、キャリアは消費されないため、補給する必要はないが経時使用により劣化して画像品質の低下を招く。そこで、予めキャリアを混合したトナーを補給することが行われているが、キャリアの独立制御補給ができないため、先に述べたように種々の問題がある。

キャリアを独立制御して補給するには、キャリア収納部からキャリアを現像装置４へ搬送しなければならないが、キャリアを従来のようにスクリューで搬送する場合、キャリア収納部を現像装置の近くにする等の設置位置に大幅な制限を受ける。

キャリアは粒径２０〜２００μｍ程度の、従来公知の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂等の芯材にアミノ系樹脂、ポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シリコン樹脂等で表面を被覆したものが用いられる。トナーは、結着樹脂、ワックス成分、着色剤、その他場合によっては荷電制御剤等を、ミキサー等を用いて混合し、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用い混練した後、冷却個化し、これをジェットミル等で粉砕し、その後分級し得られる粉砕トナーや、重合法を用いたトナー等従来公知のものが用いられ、粒径４〜１０μｍ程度である。

スクリューポンプ圧力による搬送は、軽いものを選択的に搬送してしまうために比重が大きいものや、軽くても空気を含みにくいものは移動しにくい（空気のみが移動してしまう。）。さらにはポンプの回転量（空間移動量）に比例して搬送圧力が発生するために、特に現像装置へのトナー補給のような非常に微量な搬送では回転量が少ないために発生圧力が小さく、前記傾向が顕著となる。キャリアは上述のように比重が重く流動性が良いために重力を利用した落下搬送に適しているが、比重が重いためにスクリューポンプ等の圧力搬送は非常に困難である。一方、トナーは比重が軽いが、流動性の良いものから悪いものまで多くの種類が使用され、流動性の良いトナーは空気を含みやすく圧力搬送が容易である。ところが流動性が悪いトナーは空気を含みにくく、圧力搬送した場合に搬送量が不安定になったり、搬送経路内で詰まったりする等の問題が生じて使用が困難であった。

そこで、比重が軽く空気を含みやすいトナーの中にキャリアを混合させることによりキャリアの圧力搬送が可能となり、さらに搬送手段や経路も単純化できる。しかも、流動性の悪いトナーでもキャリアを混合することによって流動性が増加して安定した圧力搬送が可能となることが本発明者の研究により判明した。よって、スクリューポンプでキャリアを搬送する場合、単独でなくトナーに混合して搬送するように構成している。

次に、図２によりキャリア補給について説明する。
図中符号７０は、キャリア収納部としてのキャリア収納容器であり、本実施形態のキャリア収納容器７０は上記したトナー収納容器２０と同一材質、同一構造のものを用いている。すなわち、キャリア収納容器７０はキャリア袋７１、保護ケース７２、及び口金部材７３を有し、口金部材７３には、キャリア排出口７５が形成され、キャリア排出口７５の下部部分には後述するキャリア用のノズルが抜き差しされる切り込み（図示せず）が形成されたシール部材７６が取り付けられている。但し、キャリアはトナーと異なって流動性がよく、このためキャリア袋３２にエアを供給する必要がないので、内圧上昇防止用のフィルタ２４は省かれている。

このように構成したキャリア収納容器７０は、上記したトナー補給経路である搬送チューブ１５の上方に設定したセット部に着脱可能に装着される。このセット部にはキャリア収納容器７０を受けて保持する樹脂製のホルダ８０が設けられている。ホルダ８０の底部には、キャリア収納容器７０内に抜き差しされる上下方向に延びるノズル８１が立設されており、ノズル８１の先端にはシール部材７６への挿入をスムーズに行えるように尖頭部８２が形成されている。ノズル８１には、トナー補給経路に合流部材８４を介して合流するキャリア通路８３が形成され、このキャリア通路８３の途中にはキャリア収納容器７０側へのトナー侵入を防ぎ、かつ、定量ずつのキャリア補給を行う補給部材としての補給ローラ９０が設けられている。補給ローラ９０は、キャリア通路８３を完全に塞ぐ大きさの径を有し、図示していない駆動手段で回転駆動され、その周面には定量のキャリアを受け容れる計量凹部９１が形成されている。なお、補給ローラ９０が設けられるキャリア通路８３の部分にはそのローラが嵌め込まれる膨らみを形成されている。なお、計量凹部９１は角度９０°毎に４個形成しているが、その数は任意に設定することができる。また、合流部材８４は逆Ｔの状の管部材であるが、本例ではノズル８１と一体に形成されている。

このように構成されたプリンタは、トナー補給指令が発せられると、エアポンプ６０が作動しトナー収納容器２０内のトナーにエアを供給することによってトナーが流動化される。これと同時、もしくは多少前後してスクリューポンプ４０が回転駆動されることにより、トナーがポンプの吸引圧力によって現像装置４ヘ補給される。

このとき、キャリアの補給指令も発せられていると、トナーが搬送中に補給ローラ９０が回転することにより、搬送されるトナーにキャリアが混合され、スクリューポンプ４０の圧力によって現像装置４に補給される。したがって、質量の重いキャリアでもトナーともに補給することによって安定して補給することができる。なお、キャリアの補給量は補給ローラ９０の回転数によって制御できるので、補給ローラ９０をその回転を制御できるステッピングモータで駆動すると好都合である。

このようにして、トナー搬送時にキャリアを補給することで質量の大きいキャリアでもスクリューポンプ４０によって支障なく搬送することができ、しかもその搬送系をトナーと共有するので、コストアップがなくコンパクトである。さらに、トナー収納容器２０とキャリア収納容器７０のセット部は現像装置４の位置に制限を受けない任意の位置に設定することができる。さらにまた、新しいキャリアを加えることで、徐々に劣化してゆくキャリアの帯電性能を補い、現像器内の総キャリアのトータル帯電性能を限界値以上に維持するものである。これによって、従来のように定期的なキャリアの交換（入れ替え）を行わなくとも、安定した画像形成を継続することができる構成である。なお、現像剤が補給される現像装置４では余剰現像剤がオーバーフロー等によって排出され、現像剤の少量ずつの入れ替えが行われる。例えば、図１の現像装置４では側部排出部１３を設け、現像剤の補給で所定高さレベルを越えたとき、その余剰分が側部排出部１３を介して排出される。

本発明者は、トナー搬送管１５内でのトナーとキャリアの比率の違いで現像剤の搬送性に違いが生ずるかについて調べた。その実験データ図３及び図４に示す。
図３は、キャリア重量比率が２０％、５０％、９０％における縦軸に累積現像剤搬送量（ｇ）、横軸にスクリューポンプ４０の累積回転数（ｒｅｖ）を取ったグラフで、図４はこのときのスクリューポンプ１回転当たりの現像剤搬送量のばらつきを表し、データを３０回計測したときの標準偏差を平均値で割ったものである。

図３において、現像剤中キャリアの重量比率が２０％、５０％、９０％のときの、初期のスクリューポンプ累積回転数に対する現像剤搬送量の累積がそれぞれ２０Ｂ、５０Ｄ、９０Ｆであった。また、現像剤中キャリアの重量比率が２０％、５０％、９０％のときの経時のスクリューポンプ累積回転数に対する現像剤搬送量の累積がそれぞれ２０Ｃ、５０Ｅ、９０Ｇであった。ここで初期はスクリューポンプの吸引圧力が２２ＫＰａ（差圧）の現像剤補給装置、経時とはスクリューポンプを初期から４６０００回転し、現像剤を１０Ｋｇ搬送した直後で、スクリューポンプの吸引圧力が５ＫＰａ（差圧）の現像剤補給装置である。また、図４の変動係数とはスクリューポンプ１回転当たりの現像剤搬送量のばらつきを表し、データを３０回計測した時の、標準偏差を平均値で割ったものである。

実験の結果から、現像剤中のキャリアの重量比率が５０％（５０Ｄ、５０Ｅ）のとき、現像剤搬送量、キャリア搬送量、トナー搬送量何れも最も多く、かつ初期と経時の差がほとんどなく変動係数も小さいので最も良いことが分かる。現像剤中のキャリアの重量比率が２０％（２０Ｂ、２０Ｃ）のときも初期と経時の差や変動係数は少ないが、キャリア重量比率５０％のときよりも搬送量はやや少ない。現像剤中のキャリアの重量比率が９０％（９０Ｆ、９０Ｇ）のとき、最も現像剤搬送量が少なく、初期と経時の平均値の差や、変動係数が大きい。特にキャリアの濃度が５０％の場合よりも多いにもかかわらずキャリアの搬送量が極端に減少している。つまり現像剤中のキャリアの重量比率は５０％が最も搬送効率も安定性も良く、２０％でも安定性に問題はないので使用可能だが、９０％は搬送効率、安定性ともに非常に悪いため使用不可であることが分かる。このようにキャリアの重量比率が多すぎると搬送効率や安定性が非常に悪くなるために、キャリアの混合比率は５０％以下の範囲で使用する、さらに好ましくは２０〜５０％の範囲に制御することが重要である。

さらに、現像剤搬送量が増えるためスクリューポンプの回転量が少なくできることや、スクリューポンプで搬送するという意味での現像剤の流動性が向上することにより、スクリューポンプの耐久寿命が向上することも大きな効果である。また現像剤の流動性が向上することはキャリアへのダメージを低減する効果もある。

このようなキャリアの重量比率の適正制御は、スクリューポンプ４０の作動時間や後述するトナー搬送管１５内のキャリア濃度検知に応じて、補給ローラ９０の回転量制御が行われることによって実現可能である。さらに、キャリアの混合比率を２０〜５０％の範囲に制御すると、流動性の悪いトナーを使用してもキャリアの適量混合によって流動性が増し、安定したスクリューポンプ４０の圧力搬送が可能であることを見出した。

図５は本発明のまたさらに別の実施形態を示す断面説明図であり、基本的な構成自体は図２の実施形態のものと類似している。違いはトナー収納容器１２０にエアを供給していない、かつ、トナー収納容器１２０に図２に示すフィルタ２４が設けられていないため、トナー収納容器１２０からトナーの搬送経路を介して吸引型のスクリューポンプ４０までがほぼ完全密閉である点である。このため、スクリューポンプ４０によりトナーが吸引排出されるとともに、排出されたトナーの容積分、トナー収納容器１２０が減容して（つぶれて）いく自動減容方式である。

トナー収納容器１２０の構成は、トナーを収納する袋状の柔軟なトナー収納部材１２１とその最下部に接続された口金部材１２２とにより構成される。口金部材１２２には、吸引用のノズル１５１が挿入される。１２３はノズル１５１が挿入されないときにトナー流出を止めるシャッタである。また、１２４はノズル又はシャッタ１２３の両側に配置され気密性を保つためのシール材である。ノズル１５１にはトナー搬送管１５を介して図２と同様の吸引型のスクリューポンプ４０が接続される。

ノズル１５１から現像装置４に至る部分は本体装置に固定され、トナー収納容器１２０は内部のトナーが消費されてなくなる毎に、新しい容器と交換されその都度ノズル１５１の着脱が行われるため、着脱時の汚れやエアの漏れを防ぐためには口金部材１２２とノズル１５１の間の密閉性が非常に重要である。

トナー収納部材１２１は、トナー収納容器２０を構成するトナー収納袋２１と同様のものである。
シャッタ１２３の開閉は、トナー収納容器１２０がホルダ１５０にセットされた後、図の右方向にノズル１５１が移動し、シャッタ１２３がノズル１５１により口金内部から外側（右方向）に押し出される。また、トナー収納容器１２０をホルダ１５０から取り出す際には、ノズル１５１が左方向に移動し、スプリング１５４とシャッタ押し戻しスプリング１２５によりシャッタ１２３が左方向に付勢されることにより、シャッタ１２３は図のようにほぼ口金部材１２２内に（未使用のトナー容器と同様の位置に）収まり、シャッタ１２３と口金部材１２２に設けられた２つのシール材１２４の密着により、トナー収納容器１２０内に残った少量のトナーが外へ漏れることを防止できる。ここで、ノズル１５１の左右方向への移動手段は図示していないが、レバー（手動）やモータ、ソレノイド等の従来公知の移動手段を用いればよい。またシール１２５はシャッタ１２３に軽く圧接するゴム材等で形成される。口金部材１２２は樹脂等のハード部材でトナー排出口１２６が備えられており、トナー収納部材１２１と粘着または接着されている。

また、キャリア収納部はそのキャリア収納容器１７０及びそのノズル１８１がトナー収納容器１２０及びノズル１５１と同一の構成になっている。そして、キャリア補給指令が発せられると、補給ローラ９０が回転し、その回転量に応じた量のキャリアが搬送チューブ１５に落下し、スクリューポンプ４０の吸引力によって現像装置４へ補給される。

以上のシャッタ開閉方式は、トナーの流路の妨げにならないこと、また、口金部材１２２の外にシャッタを退避させるためにシャッタの退避スペースを口金部材１２２に設ける必要がなく口金部材１２２を極めてコンパクトにできること、さらに、トナーの流路（圧力）に直交して配置してあるために（気圧等の関係で）容器内圧力が上昇した時にシャッタ１２３が押し出されることがなく安心であること等が挙げられる。

本実施形態では、スクリューポンプ４０の吸引口４４に吸引する現像剤のキャリア濃度を検知するキャリア濃度センサ４７を設けており、キャリア濃度センサ４７としてはトナー濃度センサと同じものを用いることができる。センサの方式としては、従来公知の透磁率検知センサや、光学式センサがある。透磁率検知センサは、コイルとコンデンサからなる共振回路と発振器を用い、磁性体であるキャリアの量が所定範囲にあるときに共振するように発信周波数を設定ことでキャリアの嵩密度を求めるものである。光学式センサは、キャリアとトナーの光反射率の違いを利用して、現像剤に発光したときの反射光を検知することによりキャリアの含有率を求める。

キャリア濃度センサ４７によるキャリア濃度検知結果を用いて、トナー搬送管１５内のトナーに含まれるキャリアの重量比率を正確に適正な範囲に管理することができる。つまり、キャリア濃度検知結果からキャリアの重量比率が５０％を越えた場合はキャリアの補給ローラ９０の駆動を禁止し、再びキャリア濃度検知結果がキャリアの重量比率４０％以下程度に低下した場合にキャリア補給ローラ９０の駆動禁止を解除する等の制御を行う。

キャリア濃度センサ４７を用いない場合、スクリューポンプ４０の駆動時間及びキャリア補給ローラ９０によりトナー搬送量及びキャリア補給量を見込んで、これよりキャリアの重量比率の見込み値を求めるが、環境温度や湿度の変動、トナーやキャリアの製造ばらつき、スクリューポンプ４０や補給ローラ９０の劣化等の諸条件によりキャリア重量比率の見込み値が実際の値と異なる場合がある。つまり適正範囲外のキャリア重量比率で現像剤を搬送して搬送量のばらつきが大きくなったり、搬送チューブ内での詰まりを発生する場合がある。

キャリア濃度センサ４７を設けることによって以上の問題が解消され、トナー及びキャリアの搬送安定性がより向上される。なお、キャリア濃度センサ４７は図２や後述する図７の現像剤補給装置に用いることが可能であることは言うまでもない。

図６は、画像形成装置の一例であるカラープリンタを示す概略図である。図１に示した作像手段２０１は、ドラム状の感光体として構成された第１ないし第４の像担持体２０３Ｙ，２０３Ｍ，２０３Ｃ，２０３ＢＫを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第１ないし第４の像担持体２０３Ｙ〜２０３ＢＫに対向して転写ベルト２０４が配置され、この転写ベルト２０４は、駆動ローラ２０５と従動ローラ２０６に巻き掛けられて矢印Ａ方向に走行駆動される。

第１ないし第４の各像担持体上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、第１の像担持体２０３Ｙにトナー像を形成する構成だけを説明する。この像担持体２０３Ｙは図６における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ２０７によって像担持体表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット２０８から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって像担持体２０３Ｙ上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置２０９によってイエロートナー像として可視像化される。

一方、図示していない給紙部から、例えば転写紙より成る記録媒体Ｐが給送され、その記録媒体Ｐが、像担持体２０３Ｙと転写ベルト２０４の間に送り込まれ、転写ベルト２０４に担持されて搬送される。転写ベルト２０４を挟んで、像担持体２０３Ｙにほぼ対向する位置には転写ローラ２１０が配置され、その転写ローラ２１０に対し、像担持体２０３Ｙ上のトナーと逆極性の電圧が印加され、これによって像担持体２０３Ｙ上のイエロートナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。記録媒体Ｐに転写されず、像担持体２０３Ｙ上に残された転写残トナーは、クリーニング装置２０２によって除去される。

全く同様にして、第２乃至第４の像担持体２０３Ｍ，２０３Ｃ，２０３ＢＫ上にマゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、イエロートナー像の転写された記録媒体Ｐ上に順次重ね合されて転写される。

上述のようにして４色のトナー像が形成された記録媒体Ｐは、図示していない定着装置を通過し、このときそのトナー像が記録媒体Ｐ上に定着されて、図示していない排紙トレイ上に排出される。

カラー画像形成装置の場合、４色（イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック）のトナー収納容器２２０Ｙ、２２０Ｍ、２２０Ｃ、２２０ＢＫが用いられる。４色（イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック）のトナー収納容器２２０Ｙ、２２０Ｍ、２２０Ｃ、２２０ＢＫは、ホルダ１５０に収納されて、前述の図２もしくは図５で示したトナー搬送手段によって各々のトナー収納容器２２０Ｙ、２２０Ｍ、２２０Ｃ、２２０ＢＫ内のトナーがそれぞれの現像装置２０９に搬送される。なお、図中符号２１５Ｙ、２１５Ｍ、２１５Ｃ、２１５ＢＫは各色のトナー搬送管である。

一方、キャリア収納容器２７０はホルダ２８０にセットされて、トナー収納容器２２０Ｙ、２２０Ｍ、２２０Ｃ、２２０ＢＫと並んで１列に配置される。後述する補給ローラによって補給されるキャリアは合流部材２８４Ｙ、２８４Ｍ、２８４Ｃ、２８４ＢＫの位置でトナー搬送管２１５Ｙ、２１５Ｍ、２１５Ｃ、２１５ＢＫに補給しやすいように、４色のトナーを搬送するトナー搬送管２１５Ｙ、２１５Ｍ、２１５Ｃ、２１５ＢＫは図示するように全てがほぼキャリア容器１７０の真下を通るように配回されている。

図８は、図７のキャリア補給装置を示す断面説明図であり、キャリア収納容器２７０がホルダ２８０にセットされると、ノズル２８１がキャリア収納容器２７０の口金部材２７３に挿入される。キャリアは流動性が良いために、キャリア収納容器２７０内のキャリアは重力によってノズル２８１内を通ってキャリア貯留部２８３内に落下し、該貯留部は図に示すようにキャリアがほぼ満杯に貯留される。キャリア貯留部２８３の下には４色のトナーに対応した補給ローラ２９０Ｙ、２９０Ｍ、２９０Ｃ、２９０ＢＫが配置され、それぞれが独立に回転駆動が制御されるようになっている。ここで、例えばマゼンダ色現像用の補給ローラ２９０Ｍが駆動されたとすると、補給ローラ２９０Ｍに設けられた溝２９１Ｍ内のキャリアが通路２９２Ｍへと運ばれ、落下して合流部材２８４Ｍに補給される。合流部材２８４Ｍは貯留部２８３及び図７のトナー搬送管２１５Ｍとを接続するための部材である。補給されたキャリアは、トナー搬送管２１５Ｍ内のマゼンタトナーと合流して現像装置２０９まで搬送される、つまり現像装置２０９内へ補給される。

本発明では、キャリア補給装置のレイアウト自由度が高く、簡素な構成で、画像形成装置本体をさほど大型化及びコストアップすることなく、経時でも特別なメンテナンスを必要とせず安定した画像品質を得ることが可能となる。これは、多色の現像装置及びトナー補給装置を用いるカラー画像形成装置において特に有効となる。さらには、トナーにキャリアを合流させることによって流動性を向上させ、スクリューポンプを用いたトナー搬送方式の搬送の安定性をも向上することができる。これは、最近小粒径化によって凝集性、流動性が増して搬送性が悪くなったトナーに対して特に有効である。

上記した本発明の実施形態はキャリアを重力によってトナー補給径路に合流させ、現像装置に補給するものであったが、これから説明する図９及び図１０に示す各実施形態はエアポンプが供給するエアにキャリアを含ませてトナー補給に便乗して現像装置に補給するものである。

図９に示す実施形態は、トナー収納容器２０とキャリア収納容器７０の並び方が変わったが実質上図２と同様の装置であり、トナー補給装置に吸引型のスクリューポンプ４０を用いている。よって、図２と同一部材には同一符号を付すとともに重複を避けるためその詳しい説明は省略する。本実施形態では、エアをトナー収納容器２０に供給しているエアポンプ３６０の形態が図２のものと異なる。

本例のエアポンプ３６０はダイアフラム型のエアポンプであり、ダイアフラム３６１はゴムまたは柔軟なプラスチック等で形成された器状の部材で図中の下部はエアを遮断した状態で仕切り板３６２に密着し、上部をモータ３６３の回転軸に取り付けた偏芯軸３６４によって上下方向に駆動される。この動作によってダイアフラム内部にはエアが吸い込まれたり吐き出したりする。仕切り板３６２には二ヶ所の穴部があり一方は吸入穴３６５、もう一方は排出穴３６６であり、それぞれには可撓性の弁部材、吸入弁３６７、排出弁３６８が設けられている。このような構成によってモータ３６３に通電して回転することにより吸入口３６９よりエアを吸入し、排出口３７０からエアを吐き出すように作用する。

エアポンプ３６０の吸入口３６９には、キャリア収納容器７０に挿入されるノズル８１とチューブ３７１により接続されており、ノズル８１には定量のキャリアを送り出す補給ローラ９０と、フィルタ３７２で覆われたエアを吸入する開口とが設けられている。

トナー収納容器２０内のトナーは、エアポンプ３６０からエアが供給されると流動化され、この流動化されたトナーはスクリューポンプ４０の吸引圧力によって、トナー搬送チューブ１５内を通って現像装置４まで搬送される。

キャリアは、トナーに比べて非常に流動性が良いために、キャリア収納容器７０内のキャリアは重力によってノズル８１内の通路８３に落下する。通路８３内のキャリアは、補給ローラ９０に設けられた計量凹部９１に入り込み、補給ローラ９０の回転駆動によりその回転量に応じた量がその下流側に送り込まれる。

このキャリアは、エアポンプ３６０の動作により通路８３からチューブ３７１、エアポンプ３６０内、チューブ６２，電磁弁６１、ノズル５１を介してトナー収納容器２０内のトナーに供給される。トナー収納容器２０内のトナーと混合されたキャリアは吸引型スクリューポンプ４０の作動によってトナーとともにノズル５１内、トナー搬送管１５内を吸引搬送され、さらにスクリューポンプ４０内を通って現像装置４へと補給される。

キャリアの補給動作は、エアポンプ３６０の作動の直前または同時に行われる。このとき電磁弁６１の開動作がエアポンプ３６０の作動と同時に行われ、トナー収納容器２０内のトナーへのエア及びキャリア供給が行われる。

また、図９において符号３８０はトナー残量検知センサであり、本例では光学式のセンサを用いている。トナー残量検知センサ３８０はトナー収納容器２０の紙面に向かい奥側に設けられた発光素子と、紙面に向かい手前側に設けられた受光素子からなるが、発光素子による光がトナー収納容器２０を通って受光素子に受光されたときの受光量の大小によってトナー収納容器２０内でノズル上部近傍のトナーの有り無しを検知することができる。本例のトナー残量検知センサ３８０を用いない場合でも、スクリューポンプ４０の駆動回転量や原稿の画素数等でトナー残量を予測することも可能であるが、上述のように諸条件によりトナー移送量が変動した場合に実際の値と異なる場合があり、前記トナー残量検知センサ３８０を用いることでより正確にトナー残量を検知できる。

図９の現像剤補給装置は、上述の通りキャリアをトナー収納容器２０内のトナーに混合させるために、トナー収納容器２０内のトナー残量によってキャリアの重量比率が異なってくる。例えば、トナー残量が少なくなるに従いトナーに対するキャリアの重量比率が多くなってくる場合があるため、キャリアの補給量が制限されやすくなる等である。よって、上述のトナー残量検知センサ３８０の検知結果を利用して、トナー残量が多い時はキャリアの補給量を多めにし、トナー残量が少ない時はキャリアの補給量を少なめにする、またはキャリアの補給を禁止することが可能であり、これによってよりトナー搬送管１５内のトナー量とキャリア量の比率が適正範囲に制御しやすくなり、現像剤移送量の更なる安定化が図れる。

図１０は、エアによるキャリア補給のさらに別の実施形態を示す斜視図で、本実施形態はカラー用であり、４色（イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック）のトナー収納容器４２０Ｙ、４２０Ｍ、４２０Ｃ、４２０ＢＫがホルダ４５０に収納されて、トナー搬送手段は図９の同様のものを用いている。不図示の各色毎に設けられたスクリューポンプによってそれぞれのトナー収納容器４２０Ｙ、４２０Ｍ、４２０Ｃ、４２０ＢＫ内のトナーを搬送するためのトナー搬送管がそれぞれ符号１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５ＢＫである。

キャリア容器４７０は、ホルダ４８０にセットされて、図示するようにトナー収納容器４２０Ｙ、４２０Ｍ、４２０Ｃ、４２０ＢＫと並んで１列に配置される。キャリア容器４７０内のキャリアは、図８の同様に分配補給ローラによって送り出され、各色毎に設けられた４つのエアポンプ４６０Ｙ、１６０Ｍ、１６０Ｃ、１６０ＢＫのチューブ４６２Ｙ、４６２Ｍ、４６２Ｃ、４６２ＢＫを介してトナー収納容器４２０Ｙ、４２０Ｍ、４２０Ｃ、４２０ＢＫへそれぞれに供給することができる。

４２０９現像装置
２０，１２０,２２０,４２０トナー収納容器
４０一軸偏心スクリューポンプ
５１，１５１ノズル（トナー用）
６０，３６０エアポンプ
７０，１７０,２７０，４７０キャリア収納容器
８１，１８１ノズル（キャリア用）

特開平１１−２１２３４６号公報特開２００１−２０９２４４号公報

Claims

像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給方法において、
トナー収納部に収納されたトナーを一軸偏心スクリューポンプにより前記現像装置へ補給するとともに、その搬送するトナーにキャリア収納部に収納されたキャリアを混合することを特徴とする現像剤補給方法。
像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給方法において、
トナー収納部に収納されたトナーを一軸偏心スクリューポンプにより前記現像装置へ補給するとともに、前記トナー収納部から前記現像装置へ搬送中のトナーに対してキャリアを混合することを特徴とする現像剤補給方法。
像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給方法において、
トナー収納部に収納されたトナーにエアを供給して流動化させ、一軸偏心スクリューポンプにより前記現像装置へ補給するとともに、前記トナー収納部に供給するエアにキャリアを混合することを特徴とする現像剤補給方法。
請求項１ないし３の何れか一項に記載の現像剤補給方法において、トナーとキャリアの和に対するキャリアの重量比率が５０％を越えないように、キャリアの混合量が制御されることを特徴とする現像剤補給方法。
請求項４に記載の現像剤補給方法において、前記キャリア混合位置から前記現像装置手前までのトナー補給径路に設けたキャリア濃度検知手段により検知したキャリア濃度からキャリア混合量を制御することを特徴とする現像剤補給方法。
請求項３に記載の現像剤補給方法において、前記トナー収納部内のトナー残量を検知し、その検知結果に基づいてトナーとキャリアの和に対するキャリアの重量比率が５０％を越えないように、エアに混合するキャリア量を制御することを特徴とする現像剤補給方法。
像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給装置において、
前記現像装置に補給するトナーが収納されたトナー収納部と、該トナー収納部と別体でありキャリアが収納されたキャリア収納部と、前記トナー収納部のトナーに現像装置へ搬送する搬送力を付与する一軸偏心スクリューポンプと、前記トナー収納部から前記現像装置に通ずるトナー補給管路と、該トナー補給管路の途中に設けられたキャリア混合部とを有することを特徴とする現像剤補給装置。
像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置にトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給装置において、
前記現像装置に補給するトナーが収納されたトナー収納部と、該トナー収納部と別体でありキャリアが収納されたキャリア収納部と、前記トナー収納部のトナーに現像装置へ搬送する搬送力を付与する一軸偏心スクリューポンプと、前記トナー収納部へエアを供給するエアポンプとを有し、該エアポンプの吸気部に前記キャリア収納部の排出部が接続されていることを特徴とする現像剤補給装置。
像担持体に静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーとキャリアからなる２成分現像剤により現像する現像装置を備えた画像形成装置において、
前記現像装置に請求項７または８に記載の現像剤補給装置を用いて現像剤を補給することを特徴とする画像形成装置。