JP2016166987A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像不具合を生じたり装置構成が複雑化したりすることなく、回収された現像剤を補給することができる現像装置及びこの現像装置を提供する。【解決手段】現像装置１２は、トナーコンテナ１６から補給されたトナーが収容される供給室３４と、供給室３４内のトナーを撹拌する撹拌部材５１と、供給室３４から像担持体１０上に形成された静電潜像にトナーを供給するトナー担持体５４と、を備える。さらに、像担持体１０及びトナー担持体５４近傍に飛散したトナーを回収して貯留する貯留部３８と、貯留部３８内のトナーの量を検知する検知手段４２と、を有する。供給室３４にトナーを補給する必要がある状態において、貯留部３８内のトナーの量が所定量に達したことを検知手段４２が検知すると、回収されたトナーを貯留部３８から供給室３４へ補給する。【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体に現像剤を供給する現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、像担持体（感光体ドラム）の表面に形成された静電潜像を現像装置においてトナー像に現像し、現像されたトナー像を転写部において像担持体から用紙に転写している。現像装置や転写部の近傍に飛散した現像剤やトナー像転写後に像担持体上に残留した現像剤は、回収されて現像装置に補給され再利用される場合が多い。

回収された現像剤を現像装置に補給して再利用する技術は広く普及しているが、回収された現像剤は帯電量が低かったり、逆極性に帯電したり、また、粒径の小さいものが多かったりするので、再利用する際には帯電不良によるかぶり等の画像不具合が発生しやすくなる。また、回収された現像剤とトナーコンテナから供給される現像剤とが混在すると、帯電量の差による補給かぶりも発生する。このような画像不具合は、現像剤の経年劣化や環境変動による帯電量低下等によって加速される。

この問題に対して特許文献１には、回収された現像剤に外添剤を補給して現像剤を再生成する現像装置が開示されている。

特開２００１−１０９２４６号公報

しかしながら上記特許文献１に記載の現像装置では、外添剤を補給させる機構が必要であり、装置の構造や制御が複雑化し、コストが上昇する。

本発明は、画像不具合を生じたり装置構成が複雑化したりすることなく、回収された現像剤を補給することができる現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の現像装置は、トナーコンテナから補給されたトナーが収容される供給室と、該供給室内のトナーを撹拌する撹拌部材と、前記供給室から像担持体上に形成された静電潜像にトナーを供給するトナー担持体と、を備え、前記像担持体及び前記トナー担持体近傍に飛散したトナーを回収して貯留する貯留部と、該貯留部内のトナーの量を検知する検知手段と、を有し、前記供給室にトナーを補給する必要がある状態において、前記貯留部内のトナーの量が所定量に達したことを前記検知手段が検知すると、回収されたトナーを前記貯留部から前記供給室へ補給することを特徴とする。

このような構成を採用することにより、回収された現像剤のみを撹拌部に補給するので、現像剤容器から補給される現像剤と回収された現像剤とが供給室内でほとんど混在しない。したがって、現像剤の帯電量の差から生じる画像不具合を防止しつつ、現像装置内外の現像剤による汚染の抑制や現像剤の消費量の削減が可能となる。

本発明の現像装置において、前記撹拌部材は、異なる撹拌速度でトナーを撹拌可能に設けられており、前記貯留部に回収されたトナーを前記供給室へ補給する際には、前記撹拌部材の撹拌速度を、前記トナーコンテナからトナーを補給する際の撹拌速度よりも速くするように構成されていることを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、帯電量が不十分な回収された現像剤の帯電量を一様に上昇させることができるので、補給かぶり等の画像不具合を起こすことなく良好な画像形成を行うことができる。

本発明の現像装置において、前記貯留部は前記供給室の上方に設けられており、前記貯留部と前記供給室とを連通する搬送路と、該搬送路を開閉するシャッターと、を有し、前記貯留部内のトナーは、前記検知手段の検知結果に基づき前記シャッターが開かれることで自重によって前記搬送路を通って前記供給室へ補給されることを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、シャッターを開くだけで回収されたトナーを貯留部から供給室へ補給できる。

本発明の画像形成装置は、上記に記載の現像装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、現像剤容器から補給される現像剤と回収された現像剤との帯電量の差から生じる画像不具合を防止しつつ、現像装置内外の現像剤による汚染の抑制や現像剤の消費量の削減が可能となる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンターの内部構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置の内部構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置において、トナー補給手順を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る現像装置及び画像形成装置について説明する。

まず、図１を参照して、カラープリンター１（画像形成装置）の全体の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るカラープリンター１の内部構造を模式的に示す断面図である。以下の説明では、図１の紙面手前方向をカラープリンターの正面側（前側）とし、左右方向はカラープリンターを前側から見た方向を基準とする。

カラープリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えており、プリンター本体２の下部には用紙（図示せず）を収納した給紙カセット３から用紙を給紙する給紙部４が設けられ、プリンター本体２の上部には排紙トレイ５が設けられている。

プリンター本体２の内部には、上部に中間転写ユニット６が備えられており、下部にレーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器７が備えられている。中間転写ユニット６は、複数のローラー間に架設される中間転写ベルト８を有し、中間転写ベルト８の下部に沿って４個の画像形成部９がトナーの色ごとに配置されている。

各画像形成部９には、感光体ドラム１０が回転可能に設けられており、感光体ドラム１０の周囲には、帯電器１１と、現像装置１２と、一次転写部１３と、クリーニング装置１４と、除電器１５とが、一次転写のプロセス順に配置されている。各現像装置１２の上方には、各画像形成部９と対応する４個のトナーコンテナ１６が、トナーの色ごと（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に備えられている。各現像装置１２には、各色のトナーとキャリアとを混合した二成分現像剤が所定量充填されている。

プリンター本体２の内部において、中間転写ユニット６の右端には、中間転写ベルト８との間に二次転写部１７を形成する転写ローラー１８が備えられている。二次転写部１７の上方には、定着装置１９が備えられ、定着装置１９の上方には排紙部２０が備えられている。また、プリンター本体２の内部には、一方の側（図１において右側）に、給紙部４から二次転写部１７と定着装置１９を通って排紙部２０へ向かう用紙の搬送経路２１が設けられている。

次に、このような構成を備えたカラープリンター１の画像形成動作について説明する。帯電器１１によって感光体ドラム１０の表面が帯電された後、露光器７からのレーザー光（矢印Ｐ参照）により感光体ドラム１０に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は現像装置１２により対応する色のトナー像に現像され、トナー像は一次転写部１３において中間転写ベルト８の表面に一次転写される。以上の動作を各画像形成部９が順次繰り返すことによって、中間転写ベルト８上にフルカラーのトナー像が形成される。なお、感光体ドラム１０上に残留したトナーおよび電荷は、クリーニング装置１４および除電器１５によって除去される。

一方、給紙部４によって給紙カセット３または手差しトレイ（図示せず）から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて二次転写部１７へ搬送され、二次転写部１７において、中間転写ベルト８上のフルカラーのトナー像が用紙に二次転写される。トナー像を二次転写された用紙は、搬送経路２１を下流側へと搬送されて定着装置１９に進入し、定着装置１９において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部２０から排紙トレイ５に排出される。

次に、図２を参照して現像装置１２について説明する。図２は現像装置の内部構造を模式的に示す断面図である。

現像装置１２は、二成分現像剤が収容されるケーシング３１を備える。ケーシング３１は、前後方向に長い中空部を有し、右側面の上部には、感光体ドラム１０に対向する開口部３２が形成されている。

ケーシング３１の下部には前後方向に延びる下仕切壁３３が立設されており、下部を左側の供給室３４と右側の搬送室３５とに区画している。供給室３４には、トナーコンテナ１６に接続するトナー補給路（図示省略）が連通しており、トナーコンテナ１６からトナーが補給される。また、供給室３４にはトナー濃度センサー（図示省略）が備えられて、トナー濃度センサーで検知されたトナー濃度が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ１６から供給室３４にトナーが補給される。また、下仕切壁３３の前後の端部には、供給室３４と搬送室３５とを連通する連通口が形成されている。

ケーシング３１の左上隅において、供給室３４の上方には、前後方向に延びる上仕切壁３７によって、所定の容積を有するトナー貯留部３８が形成されている。トナー貯留部３８は、下方に向かって断面積が狭まるように形成されている。上仕切壁３７には前後方向に延びる開口３９が形成されており、トナー貯留部３８は、開口３９を介してケーシング３１の内部、特に、開口部３２を含むケーシング３１の内部の上部と連通している。また、トナー貯留部３８内にはトナーフィルタ４１を介して吸引ファン４２が備えられており、吸引ファン４２を作動させることで、トナー貯留部３８がケーシング３１の内部よりも負圧となる。なお、吸引ファン４２及びトナーフィルタ４１は、トナー貯留部３８において前後方向の中央付近に配置してもよく、特にトナーの飛散しやすい前後の端部にそれぞれ配置してもよい。

さらに、トナー貯留部３８にはトナーの量を検知するトナー量センサー４４（検知手段）が備えられている。トナー量センサー４４は、重量センサーやレベルセンサー、圧電センサー等を使用することができる。なお、トナー量センサー４４が重量センサーや圧電センサーの場合には、トナー量は重量を示し、レベルセンサーの場合は、トナー量は体積を示す。

また、トナー貯留部３８は、搬送路４６を介して供給室３４と連通している。搬送路４６は、トナー貯留部３８の底部と供給室３４の上部との間を上下方向に延びるように設けられている。また、搬送路４６には、トナー貯留部３８側の端部にシャッター４８が備えられており、シャッター４８が開くとトナー貯留部３８が搬送路４６を介して供給室３４と連通する。

ケーシング３１の内部には、供給室３４に配置される撹拌スクリュー５１と、搬送室３５に配置される搬送スクリュー５２と、搬送スクリュー５２の上方に配置される磁気ローラー５３と、磁気ローラー５３の右斜め上方において磁気ローラー５３に対向配置される現像ローラー５４（現像剤担持体）と、磁気ローラー５３と対向配置される穂切りブレード５５と、が設けられている。

撹拌スクリュー５１及び搬送スクリュー５２は、それぞれ支軸５１ａ、５２ａと、支軸５１ａ、５２ａの外周面に螺旋状に設けられたスクリュー羽根５２ｂ、５２ｂと、から構成されている。各支軸５１ａ、５２ａは、供給室３４及び搬送室３５に軸方向周りに回転可能に支持されている。これにより、トナーコンテナ１６（図１参照）から供給されるトナーがキャリアと混合して撹拌され、所定の帯電量に帯電する。撹拌スクリュー５１は、回転速度を可変に設けられており、トナーコンテナ１６から補給されたトナーを撹拌する際の回転速度よりも速い速度で回転できるようになっている。

磁気ローラー５３は、回転不能に支持される支軸５３ａと、支軸５３ａに固定された断面扇形状の磁極部材５３ｂと、支軸５３ａ及び磁極部材５３ｂを内包する非磁性の回転スリーブ５３ｃと、から構成されている。回転スリーブ５３ｃは、軸方向の両端部がケーシング３１に回転自在に軸支されており、図２の白抜き矢印に示されるように反時計方向に回転する。

また、磁気ローラー５３には、バイアス制御回路を介して現像バイアス電源（いずれも図示せず）に接続されており、現像バイアス電源から直流電圧及び交流電圧が印加される。

現像ローラー５４は、回転不能に支持される支軸５４ａと、磁気ローラー５３と対向する位置に設けられる現像磁極部材５４ｂと、非磁性の金属材料で円筒状に形成される現像スリーブ５４ｃと、から構成されている。現像スリーブ５４ｃは、支軸５４ａに回転自在に保持されており、図２の白抜き矢印で示されるように反時計方向に回転する。現像ローラー５４は、磁気ローラー５３と所定のギャップを有して対向配置されているとともに、ケーシング３１の開口部３２から露出して、感光体ドラム１０（図１参照）に対向している。

現像ローラー５４には、バイアス制御回路を介して現像バイアス電源（いずれも図示せず）が接続されており、現像バイアス電源から直流電圧及び交流電圧が印加される。

穂切りブレード５５は、現像ローラー５４と磁気ローラー５３との対向位置よりも磁気ローラー５３の回転方向上流側において、先端が左下方向に傾斜した状態でケーシング３１に取り付けられている。穂切りブレード５５の先端部は、磁気ローラー５３表面との間に僅かなギャップを介して磁気ローラー５３の軸方向に沿って配置されている。

上記構成を有する現像装置１２においては、撹拌スクリュー５１及び搬送スクリュー５２が回転すると、供給室３４及び搬送室３５内において現像剤が撹拌されながら軸方向に搬送され、下仕切壁３３の両端部に形成された連通路を介して供給室３４と搬送室３５との間を循環する。

撹拌されつつ循環して帯電された現像剤は、搬送スクリュー５２によって磁気ローラー５３に搬送され、磁気ローラー５３上に磁気ブラシを形成する。磁気ローラー５３上の磁気ブラシは、穂切りブレード５５によって層厚規制された後、磁気ローラー５３と現像ローラー５４との対向部分に搬送され、磁気ローラー５３に印加される電圧と現像ローラー５４に印加される電圧との電位差、および磁界によって現像ローラー５４上にトナー薄層を形成する。

現像ローラー５４上に形成されたトナー薄層は、現像ローラー５４が感光体ドラム１０との対向する位置まで回転すると、現像ローラー５４と感光体ドラム１０との間の電位差によってトナーが飛翔して感光体ドラム１０上の静電潜像に供給され、静電潜像がトナー像に現像される。

現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラー５４と磁気ローラー５３との対向部分に搬送され、磁気ローラー５３上の磁気ブラシによって回収される。磁気ブラシは磁極部材５３ｂの同極部分で磁気ローラー５３から引き剥がされた後、搬送室３５内に落下する。

供給室３４においては、トナー濃度センサーの検知結果に基づいてトナーコンテナ１６から所定量のトナーが補給され、搬送室３５と供給室３４との間を循環する間に再び適正なトナー濃度で均一に帯電される。

現像作業中、現像剤中の帯電量が低いトナーや粒径の小さいトナーは、静電潜像に供給されたり磁気ブラシに回収されたりせずに、ケーシング３１の内部において現像ローラー５４や感光体ドラム１０の周囲に飛散する。飛散したトナーは、吸引ファン４２によって負圧となっているトナー貯留部３８の方向へ引かれ（図２の二点鎖線参照）、上仕切壁２７の開口２９を通ってトナー貯留部３８に入り込み、トナー貯留部３８に回収される。回収されたトナーの量はトナー量センサー４４で検知される。

次に図３を参照して、回収されたトナーを供給室３４へ補給する手順について説明する。前述のように、供給室３４においてはトナー濃度センサーによってトナーの量が検知されている。Ｓ１において、トナー濃度センサーで検知されたトナーの濃度が規定の濃度（ｘ％）よりも低いことが検知されると、Ｓ２に進んで、トナー貯留部３８に備えられたトナー量センサー４４で検知される回収トナーの量が、所定の量（例えばｙｇ）よりも多いかどうかを判定する。

Ｓ２でトナー貯留部３８に回収されたトナーの量が所定の量（ｙｇ）よりも多いと判断されると、Ｓ３に進んで、回収されたトナーを供給室３４に供給する。つまり、トナーコンテナ１６からはトナーを補給せずに、回収されたトナーを補給する。具体的には、トナー貯留部３８のシャッター４８を開き、回収されたトナーをトナー貯留部３８から搬送路４６を通して供給室３４に自重で落下させる。

次に、Ｓ４に進んで、撹拌スクリュー５１の回転速度を、トナーコンテナ１６から補給されたトナーを撹拌する際の回転速度よりも速い速度に設定する。これにより、供給室３４内においてトナーの撹拌が活発になって摩擦帯電しやすくなり、トナー帯電量が上昇する。帯電量が上昇したトナーは、搬送室３５との間を循環しつつ磁気ローラー５３から現像ローラー５４に汲み上げられて感光体ドラム１０上の静電潜像を現像する。

一方、Ｓ２で、トナー貯留部３８に回収されたトナーの量が所定の量（ｙｇ）に達していないと判断されると、Ｓ５に進んでトナーコンテナ１６からトナーを補給する。

上記説明したように本発明の現像装置１２においては、帯電量が不十分な飛散トナーを回収して所定の量になるまで貯留し、トナーコンテナ１６から補給される新鮮なトナーとは別に供給室３４に補給するので、供給室３４内で帯電量の十分なトナーと帯電量の不十分なトナーとがほとんど混在しない。そして、帯電量が不十分な回収トナーが補給されると撹拌スクリュー５１の撹拌速度を上げて摩擦帯電を促進させるので、回収されたトナーの帯電量を一様に上昇させることができる。したがって、回収トナーを補給しても、帯電量の差から生じる補給かぶり等の画像不具合が発生しない。

このように回収トナーを再利用することで、現像装置１２内外のトナー汚染を抑制できると共にトナー消費量を削減できる。なお、本実施形態ではタッチダウン現像式の現像装置１２について説明したが、他に一成分現像剤を用いたジャンピング式や二成分現像剤を用いた磁気ブラシ式等の現像装置にも適用できる。なお、一成分現像剤を用いた場合は、供給室内のトナーの重量又は体積を検知してトナー補給タイミングを判断する。

本実施形態では、トナー貯留部３８を供給室３４の上方に設けて、回収したトナーをトナー貯留部３８から供給室３４へ自重で落下させるように構成したので、簡単な機構で回収したトナーを供給室３４へ補給することができる。あるいは、トナー貯留部３８の底部をシーソー運動するように設けて、所定の重量のトナーが底部に蓄積するとシーソー運動によって底部からトナーを落下させるように構成してもよい。なお、トナー貯留部３８を供給室３４の上方に設けることができない場合や、トナー貯留部３８と供給室３４との間の距離が長い場合には、搬送路４６内において強制的にトナーを搬送させるような搬送部材を備えるようにしてもよい。

なお、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る現像装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、この態様に限定されるものではない。さらに、上記した本発明の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、且つ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１ カラープリンター（画像形成装置）
１０ 感光体ドラム（像担持体）
１２ 現像装置
１６ トナーコンテナ
３４ 供給室
３８ トナー貯留部（貯留部）
４４ トナー量センサー（検知手段）
４６ 搬送路
４８ シャッター
５１ 撹拌スクリュー（撹拌部材）
５４ 現像ローラー（トナー担持体）

Claims (4)

1. トナーコンテナから補給されたトナーが収容される供給室と、該供給室内のトナーを撹拌する撹拌部材と、像担持体上に形成された静電潜像に前記供給室からトナーを供給するトナー担持体と、を備え、
   前記像担持体及び前記トナー担持体近傍に飛散したトナーを回収して貯留する貯留部と、
   該貯留部内のトナーの量を検知する検知手段と、を有し、
   前記供給室にトナーを補給する必要がある状態において、前記貯留部内のトナーの量が所定量に達したことを前記検知手段が検知すると、回収されたトナーを前記貯留部から前記供給室へ補給することを特徴とする現像装置。
2. 前記撹拌部材は、異なる撹拌速度でトナーを撹拌可能に設けられており、
   前記貯留部に回収されたトナーを前記供給室へ補給する際には、前記撹拌部材の撹拌速度を、前記トナーコンテナからトナーを補給する際の撹拌速度よりも速くするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記貯留部は前記供給室の上方に設けられており、
   前記貯留部と前記供給室とを連通する搬送路と、
   該搬送路を開閉するシャッターと、を有し、
   前記貯留部内のトナーは、前記検知手段の検知結果に基づき前記シャッターが開かれることで自重によって前記搬送路を通って前記供給室へ補給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images