JP2011150001A - 現像システム及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアを利用して現像部と現像剤収容部とを循環させるシステムにおいて、現像部にエアが流入するのを防止できるとともに、現像剤収容部の配置自由度を向上させることができて補給トナー収容容器の交換に係る作業性の容易化にも寄与できる現像システムを提供する。
【解決手段】現像部５の上方に現像剤収容部４０が配置され、現像剤収容部４０のさらに上方にトナーを補給するためのトナー収納部２０が配置されている。現像剤収容部４０で混合・攪拌された現像剤は自由落下で現像部５に供給される。現像部５から排出された現像剤はロータリフィーダ５０を経てポンプ６０により供給されるエアで現像剤収容部４０に搬送され、現像剤収容部４０でトナー収納部２０からのトナーと混合・攪拌される。
【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体に形成された静電潜像を可視像化する現像システム、該現像システムを有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

現像装置は、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いて像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視化する装置である。
現像領域で現像処理を終了してトナーが消費された現像剤は回収され、補給されるトナーと混合、攪拌され、再び現像に供される。このような構成の現像装置に用いられる現像剤は、安定したトナー画像を得るために、一定のトナー濃度と帯電量を維持する必要がある。
トナー濃度は現像で消費したトナーと補給トナー量により調整され、帯電量はキャリアとトナーとの混合時の摩擦帯電により付与される。現像装置は、トナーとキャリアから成る二成分現像剤の攪拌を充分に行い、トナー濃度分布を均一化するとともに、トナーに帯電を付与し、トナー画像の安定化を行っている。

一般的な現像装置では、補給されたトナーが現像スリーブに汲みあがるまでのわずかな時間の間に２本のスクリュの回転による攪拌効果を利用してトナーの分散・帯電付与を行っているため、特にトナーの収支が多い場合、補給されたトナーが十分に分散せずに、現像スリーブに汲み上がり、地汚れ、トナー飛散といった品質課題が発生している。
これを解決するために、静電潜像を現像して可視化する現像部から離れた場所に別途撹拌機能を有する現像剤収容部（以下「攪拌部」ともいう）を設け、現像部と攪拌部とを循環手段によって接続し、撹拌部で現像剤の状態に応じた撹拌を行い、トナー濃度、帯電量を適切に調整した現像剤を現像部に供給する現像装置が提案されている（特許文献１、２、３など）。
また、本出願人は、特許文献４、５、６にて、より撹拌性能の優れた撹拌システムを用いた現像装置（現像システム）を提案した。

特許文献５に開示された現像装置では、現像装置から排出した現像剤を、下方に排出して撹拌し、エアを利用して現像装置に搬送している。このとき現像剤と共に、当然エアが現像装置内に入ることになるため、このエアが現像装置内の内圧を上昇させ、トナー飛散を招く恐れがあった。
またこの構成では、撹拌部から排出された現像剤を、重力でロータリフィーダに投入して定量排出し、エアで搬送を行っている。このため撹拌部と、ロータリフィーダ部（搬送装置）の位置関係は、上下方向で固定されている。すなわち、撹拌部（現像剤収容部）は現像装置の下方に配置せざるを得ない。
現像剤収容部が装置下方に配置されると、補給トナーを供給するための交換が必要なトナー収容容器も必然的に現像剤収容部の近傍に配置する構成となり、座ったりかがんだりして交換しなければならない。
重力、搬送コイル、エア等を利用して、トナー収納容器を交換操作が容易な装置上方に配置して、下方に配置されている撹拌部に搬送することも当然可能であるが、その分、搬送経路のスペースが増加するとともに、コスト上昇を避けられない。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、エアを利用して現像部と現像剤収容部とを循環させるシステムにおいて、現像部にエアが流入するのを防止できるとともに、現像剤収容部の配置自由度を向上させることができて補給トナー収容容器の交換に係る作業性の容易化にも寄与できる現像システムの提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、潜像担持体に形成されている静電潜像をトナーとキャリアとからなる現像剤により可視像処理する現像部と、該現像部の外部に設けられ前記現像部から排出された現像剤を収容する現像剤収容部とを有し、前記現像部と前記現像剤収容部とを現像剤が循環するように構成された現像システムにおいて、前記現像剤収容部は前記現像部の上方に設置され、前記現像部から排出された現像剤は、空気により前記現像剤収容部に搬送されて該現像剤収容部で補給トナーと混合・攪拌されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の現像システムにおいて、前記現像剤収容部と、前記現像部との間に現像剤の移動を遮断する弁を設けたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の現像システムにおいて、前記補給トナーは、前記現像剤収容部の手前で投入されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の現像システムにおいて、前記現像部は現像剤を攪拌・搬送する複数の回転搬送部材を備え、これらの回転搬送部材のうち現像剤を排出する側に位置する回転搬送部材の現像剤排出部近傍は、搬送方向の断面積が該回転搬送部材の上流側よりも小さいことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、画像形成装置において、請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の現像システムを有することを特徴とする。

本発明によれば、現像部への搬送エアの入り込みを防止でき、現像部内の圧力上昇によるトナー飛散を抑制することができる。
また、現像剤収容部の配置自由度を大きくできるため補給トナーのトナー収納部を装置上方に設置でき、補給トナー収容容器の交換に係る作業性の容易化を実現できるとともに、トナー収納部から現像剤収容部にトナーを補給するための構成の簡易化、低コスト化、低エネルギー化を実現できる。

現像システムが停止したときに、現像剤収容部内の現像剤は重力により、現像部の入り口付近、及び経路中に滞留するため、現像部をメンテナンス等で着脱する際に、現像剤が漏れる恐れがあるが、運転が停止したとき、弁を閉じることにより、現像剤が落下せず、現像部入り口及び経路中に滞留するのを防止できる。
現像剤がエアと共に搬送されている搬送経路中に、補給トナーを落下させるだけで、エアによって現像剤と共に現像剤収容部に搬送されるため、簡易な構成でトナー補給できると共に、現像剤収容部（撹拌部）に入る前に、予め現像剤と混合されるため、撹拌部におけるトナーの分散性を向上させることができる。
また、現像剤の搬送に利用するエアが、現像部に流れ込むのを防止することができ、現像剤収容部を上方に配置する利点を十分に活かすことができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。 現像システムの概要構成図である。 現像部の概要断面図である。 第２の実施形態における現像システムの要部を示す図で、（ａ）は現像剤の流れを遮断する弁を開いた状態の図、（ｂ）は弁を閉じた状態の図である。 第３の実施形態における現像システムの概要構成図である。 第４の実施形態における現像部の要部の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図３に基づいて第１の実施形態を説明する。まず、図１に基づいて本実施形態に係る現像システム（以下「現像装置」ともいう）を備えた画像形成装置の構成の概要を説明する。
中間転写ユニット１０における未定着像担持体としての中間転写ベルト８の下面に対向して、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋが並設されている。これらの作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋは、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外は同一構造である。
各作像部６は、潜像担持体としての感光体ドラム１と、感光体ドラム１の周囲に配設された図示しない帯電手段、現像装置５、図示しないクリーニング手段等で構成されている。

感光体ドラム１上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われ、感光体ドラム１上に所望のトナー像が形成される。
感光体ドラム１は、不図示の駆動部によって図中、時計回り方向に回転駆動され、帯電手段の位置で表面が一様に帯電される（帯電工程）。
その後、感光体ドラム１の表面は、不図示の露光部から発せられたレーザ光の照射位置に達して、この位置での露光走査によって静電潜像が形成される（露光工程）。
その後、感光体ドラム１の表面は、現像装置５との対向位置に達し、この位置で静電潜像が現像されて、所望のトナー像が形成される（現像工程）。
その後、感光体ドラム１の表面は、中間転写ベルト８及び１次転写バイアスローラ９との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（１次転写工程）。
その後、感光体１の表面は、クリーニング手段との対向位置に達し、この位置で感光体ドラム１上に残存した未転写トナーが回収される（クリーニング工程）。クリーニング後感光体ドラム１の表面は図示しない除電ローラにより電位を初期化される。こうして、感光体ドラム１上で行われる一連の作像プロセスが終了する。

上述した作像プロセスは、図１に示すように、４つの作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋで、それぞれ行われる。すなわち、作像部の下方に配設された不図示の露光部（光書き込み装置）から、画像情報に基づいたレーザ光が、各作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋの感光体ドラム上に向けて照射される。その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。

４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋは、それぞれ、中間転写ベルト８を感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋにはトナーの極性とは逆極性の転写バイアスが印加される。
中間転写ベルト８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト８は、２次転写手段としての２次転写ローラ１９との対向位置に達する。中間転写ベルト８上に形成されたカラートナー像は、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体としての転写紙Ｐ上に転写される。
こうして、中間転写ベルト８上で行われる、一連の転写プロセスが終了する。
装置本体１００の下部に配設された給紙部２６には転写紙Ｐが複数枚重ねて収納されており、給紙コロ２７により１枚ずつ分離されて給紙される。給紙された転写紙Ｐはレジストローラ対２８で一旦停止され、斜めずれを修正された後レジストローラ対２８により所定のタイミングで２次転写ニップに向けて搬送される。そして、上記のように、２次転写ニップにおいて転写紙Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

２次転写ニップの位置でカラー画像を転写された転写紙Ｐは、定着部２０へ搬送され、ここで、定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像を定着される。
定着を終えた転写紙Ｐは、排紙ローラ対２９により、装置本体上面に形成された排紙部３０へ出力画像として排出され、スタックされる。こうして、画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。
図１において、符号３２は読み取り部を示している。

次に、図２及び図３に基づいて現像システム５の構成を詳細に説明する。
図２は現像システムの全体構成を示す図、図３は現像装置の断面図である。なお、断面表示のハッチングは適宜省略している（他の実施形態おいて同じ）。
図２に示すように、現像システム２は、感光体ドラム１上の静電潜像を可視像化する現像部５と、現像部５の上方に配置された現像剤収容部４０と、現像剤収容部４０のさらに上方に配置されたトナー収納部２０と、現像部２の下方に配置されたロータリフィーダ５０と、ロータリフィーダ５０から排出された現像剤を現像剤収容部４０にエア搬送するエアポンプ６０と、トナー収納部２０から排出される補給トナーを現像剤収容部４０にエア搬送するエアポンプ６１等を備えている。
図２では現像部５の一部を示しており、図１では現像部５のみを表示している。

図３に示すように、現像部５は、現像器を構成するケーシング１０を有し、ケーシング１０の内部には螺旋状のフィンをもった回転搬送部材としての搬送スクリュ１3a、13ｂが回転可能に設けられている。ケーシング１０内にはトナーとキャリアを混合した現像剤が入っている。
搬送スクリュ１３ａは供給スクリュで、現像剤が図中手前から奥側に現像剤が搬送され、この一部が、現像ローラ１２に磁力で吸着され、ドクターブレード１５で均一な厚さに均されてから、感光体ドラム１に接することで感光体ドラム上の静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する構成である。
図２に示すように、現像後の現像剤は回収スクリュとしての搬送スクリュ１３ｂに送られ、その搬送方向下流側端部に形成された回収口１４から、経路30を通って排出される。

排出された現像剤は次に、ロータ流入口５６から、ロータリフィーダ５０に入る。ロータリフィーダ５０は、内部に回転するロータ５１を有しており、ロータ５１の回転により、現像剤が下方に排出される。ロータリフィーダ５０は、ロータ５１の回転数と排出量が比例関係にあり、現像剤を定量的に排出することが可能となっている。
図の例では、ロータ５１は時計回りに回転する。現像剤は排出孔５７から混合部５２に落下する。
落下した現像剤は、エアポンプ６０により供給されるのエアにより搬送経路３３を通り、現像剤流入口３５から現像剤収容部４０に搬送される。現像剤収容部４０では、トナー収納部２０から補給されたトナーと既存の現像剤が十分に撹拌、分散され、排出孔４４から落下し、搬送経路４６を搬送されて現像部５の搬送スクリュ１３aの端部に供給される。
このように現像剤は、現像部５と現像剤収容部４０を、ロータリフィーダ５０を介して循環している。

現像剤収容部４０内には、スクリュ４１と、撹拌羽根４２が設けられている。撹拌羽根４２はモータ４５により回転する板状（線状）の部材で、図示のように、複数の空間が設けられている。
撹拌羽根４２の回転により格子の中を現像剤が通過することにより、現像剤が撹拌され、補給されたトナーが分散される。スクリュ４１は現像剤を上方に動かす向きに回転し、撹拌羽根４２と同じくモータ４５が駆動源である。
スクリュ４１はモータ４５と直結されており、撹拌羽根４２は、減速ギヤ列４３を介して回転するようになっている。
スクリュ４１の回転によって、中心付近の現像剤が上方に持ち上げられ、撹拌羽根４２回転により、スクリュ下部に現像剤が入り込む。このように現像剤が、撹拌羽根４２によりせん断されつつ、全体は対流運動を行うことにより、より素早くトナーが分散する仕組みである。

次にトナー収納容器（トナー収納部）２０について説明する。トナー収納容器２０は、ユーザーの交換し易い場所に設置することが好ましく、装置本体の上方にある方がよい。このように上方配置とすれば、既述のように座ったり、かがんだりする必要がない。
特許文献５に記載の例の場合、現像剤収容部４０が現像部の下方にあるため、トナーを現像剤収容部に補給すべくトナー収納容器も現像部の下方に設置している。このため、トナー収納容器の交換作業は座ったり、かがんだりすることを強いられる。
本実施形態では現像剤収容部４０とトナー収納部２０は近傍に設置することができ、低コスト且つ簡易な方法でトナー補給を行うことができるとともにトナー収納部２０の交換作業を容易にできる。

トナー収納容器２０は図のように、下側に向って先細りのホッパ形状をしており、下方排出部には補給ローラ２１が設置されている。補給ローラ２１は樹脂などで形成された円筒形状で、一部にポケット２２を有している。ポケット２２にトナーが充填され回転することにより、トナー収容容器内のトナーを合流部２５に落下させる。
すなわち、補給トナーの量は、ポケット２２の容積と補給ローラ２１の回転数で決定される。合流部２５に落下したトナーはエアポンプ６１により供給されるエアにより、トナー搬送経路２６を通り、現像剤収容部４０に補給される。

図４に第２の実施形態を示す。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
本実施形態では、搬送経路４６中に、現像剤の流れを調節可能な弁４７が設置されていることを特徴とする。
図４（ａ）が通常、現像剤が搬送されている時の図である。弁４７は回転可能な板状の円盤で、図示しないモータ等により駆動される。図４（ｂ）は現像装置が停止したときに、弁４７を動作させ搬送経路４６を遮断したときの図である。
このように装置が停止したときに、搬送経路を遮断すると、弁４７の下方には、現像剤が滞留することがないため、現像ユニット（現像部５）を着脱するときに、現像剤が漏れることはない。また弁４７を任意の角度で固定することにより、現像剤収容部４０から現像ユニットに供給する現像剤量を調節することが可能となる。

図５に第３の実施形態を示す。
本実施形態では、トナー収納部２０から落下したトナーが、現像剤収容部４０とロータリフィーダ５０を結ぶ現像剤搬送経路に落下するようになっている。
供給ローラ２１の回転により落下したトナーは、搬送されている現像剤と共にエアによって、現像剤収容部４０に入る。このような構成にすることにより、トナー補給機構を簡易な構成にできるとともに、省スペース化、低コスト化を実現できる。すなわち、図２で示した構成に比べて、ポンプ６１及び合流部２５までの搬送経路が不要となる。
さらに、現像剤収容部４０にトナーを個別に供給する場合に比べて、事前に現像剤と混合されているため（プレ混合）、現像剤収容部４０でのトナー分散性が向上する。

図６に第４の実施形態を示す。
本実施形態ではロータリフィーダ５０を経由してポンプ６０で供給された搬送エアが現像部５内に流れ込むのを防止することを目的としている。
現像ユニット（現像部５）において、現像剤排出部としての回収口１４側に位置する回収スクリュとしての搬送スクリュ１３ｂにおける現像剤搬送方向下流側端部、すなわち、回収口１４の近傍のスクリュ径を小さくしている。これに対応して搬送スクリュ１３ｂを囲むケーシング１０の断面積も小さくなっている。
これによって、この部分では、搬送スクリュ１３ｂのスクリュ径が大きい上流の１６の部分より現像剤の充填率が高くなり、ケースが現像剤で埋まっている状態になる。
ロータリフィーダ５０側では、ロータ５１とケース５５の隙間から、エアが上方にわずかに流れようとするが、上記のように搬送スクリュ１３ｂの端部が現像剤でシールされているため、エアが現像部に流れ込むのが防止される。

以上のように、本実施形態に係る画像形成装置では、現像剤の搬送に利用しているエアが現像ユニット内に入り込むことがない。また、現像剤収容部を現像部の上方でかつトナー収納容器の近傍に設置することにより、トナー補給機構の簡素化が図れ、ユーザーの交換し易い場所にトナー収納容器を設置することが可能となる。

１ 潜像担持体としての感光体ドラム
５ 現像部
１３ａ、１３ｂ 回転搬送部材としての搬送スクリュ
１４ 現像剤排出部としての回収口
４０ 現像剤収容部
４７ 弁

特許第３７３４０９６号公報 特許第３３４９２８６号公報 特開平１１−１４３１９６号公報 特開２００７−１９３３０１号公報 特開２００８−２９９２１７号公報 特開２００８−３５６１号公報

Claims (5)

1. 潜像担持体に形成されている静電潜像をトナーとキャリアとからなる現像剤により可視像処理する現像部と、該現像部の外部に設けられ前記現像部から排出された現像剤を収容する現像剤収容部とを有し、前記現像部と前記現像剤収容部とを現像剤が循環するように構成された現像システムにおいて、
   前記現像剤収容部は前記現像部の上方に設置され、前記現像部から排出された現像剤は、空気により前記現像剤収容部に搬送されて該現像剤収容部で補給トナーと混合・攪拌されることを特徴とする現像システム。
2. 請求項１に記載の現像システムにおいて、
   前記現像剤収容部と、前記現像部との間に現像剤の移動を遮断する弁を設けたことを特徴とする現像システム。
3. 請求項１又は２に記載の現像システムにおいて、
   前記補給トナーは、前記現像剤収容部の手前で投入されることを特徴とする現像システム。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の現像システムにおいて、
   前記現像部は現像剤を攪拌・搬送する複数の回転搬送部材を備え、これらの回転搬送部材のうち現像剤を排出する側に位置する回転搬送部材の現像剤排出部近傍は、搬送方向の断面積が該回転搬送部材の上流側よりも小さいことを特徴とする現像システム。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の現像システムを有する画像形成装置。

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