JP3453023B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、レーザプリンタ等の画像形成装置、特に２成分現
像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置に関するもの
であり、特に２成分現像剤とトナーをそれぞれ供給する
一体型カートリッジに劣化現像剤を回収するように構成
されたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高品質のコピー画像を得るのに適
するとして、帯電キャリア粒子と当該キャリア粒子に摩
擦帯電的に付着する帯電トナー粒子とからなる所謂２成
分現像剤が広く使用されている。このような２成分現像
剤を用いて現像を行うと、現像剤のうち、トナー分は現
像を繰り返す毎に消費され、キャリア分に対する比率が
低下し、その結果、形成画像の濃度が低下する。そのた
め消費量に相当する量のフレッシュトナーを現像装置の
現像剤に補給することが行われるが、キャリア粒子につ
いても種々の問題があり、例えば、繰り返し使用される
と、摩擦帯電特性を強化するためにキャリア粒子表面に
施された被覆物が剥がれたりして、キャリアとして劣化
する。

【０００３】そこで例えば特開昭６４−２９８８０号公
報では、２成分現像剤を用いる現像装置に着脱自在にさ
れ、開閉自在の開口部から現像装置に現像剤を供給する
供給カートリッジと、現像装置内の現像剤を供給カート
リッジに回収する回収手段と、を設けるなる現像剤交換
機能を備えた画像形成装置が提案されている。これは、
供給カートリッジから現像装置、回収手段を経て供給カ
ートリッジに戻る現像剤の循環経路を形成し、現像装置
への開口部を閉じることによって現像剤を回収するもの
である。そのために、この提案装置においては、循環経
路を形成するために現像装置の容量以上の現像剤が必要
となり、大型の供給カートリッジが不可欠となる。供給
カートリッジ内で現像剤を撹拌して摩擦帯電させるな
ど、機構的にも複雑になっている。更に現像剤の回収に
あたっては、開口部を閉鎖した状態にして、供給カート
リッジから現像装置に現像剤を供給しないまま、現像装
置内の現像剤を供給カートリッジに回収して、この状態
を継続することで現像剤の全てを供給カートリッジに回
収することとしているので、現像剤の寿命の度に現像装
置内の現像剤の全量交換を行うこととなり、現像剤の回
収の直前と回収後に新しい現像剤を供給した場合の画像
品質（印刷品質）に著しい変化をきたすという欠点があ
った。

【０００４】このような欠点を解消するために、特開平
４−２９２７１号公報では、現像器内における現像剤の
使用量が予め設定の値に達したならば、当該現像器内に
おける使用済み現像剤の一部を、予め設定の所定量排出
するし、その排出量とほぼ同量の新品現像剤を現像器に
供給することが開示されている。これは、現像剤の部分
交換を行うものであり、これによって現像器内の現像剤
は寿命に達することなく、安定した疲労程度を保つこと
ができるようになった。しかしながら、このような構成
においては、新品現像剤を収容した貯蔵容器と、回収し
た現像剤を収納する回収剤容器とを予め現像装置に設置
することが必要であって、これら容器のための大きなス
ペースを要するという問題があり、近年の画像形成装置
の小型化に制約を加えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、このよう
なスペース的な問題を解消し、併せて補給と回収のため
の機構が簡単でしかも確実な補給・回収を実現できる補
給装置として、環状部分を有した容器の中央空間に、当
該容器と同心状の円筒形容器を嵌め込み一体化し、各容
器の同じ側に同心状開口部を設けるとともに、各容器の
内壁に相互に逆向きに傾斜した凸状螺旋部を形成してな
る横置き補給カートリッジと、各容器に収容されそれぞ
れの開口部から排出されるトナー／現像剤のいずれをも
現像装置へガイド搬送する共通供給装置と、現像装置か
らオーバーフローする使用済み現像剤を上記２つの容器
の少なくともいずれか一方に回収する回収装置とを備え
る構成を先に提案した。これによって、大きなスペース
や特段のメンテナンスを要することなく、現像剤を自動
的に交換できることとなったが、現像剤の交換の際に多
少のトナー濃度の不均一を生じるおそれがあった。

【０００６】そこで本発明は、スペース的に有利で、容
易なメンテナンスにおいて現像剤を自動的に交換しなが
ら、その交換の際のトナー濃度の不均一性を解消して、
画像品質の劣化や作像部の汚れを発生させない画像形成
装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にしたがい、現像装置に対して装着時に現像
剤を供給し、画像形成をしながらトナーを供給し、トナ
ーを供給し終えた後に前記現像装置から現像剤の一部を
回収する機能を有し、供給すべき現像剤とトナー及び回
収すべき現像剤を一体型容器に収容可能な一体型カート
リッジから、現像剤が上記現像装置へ供給される際に、
像担持体、上記現像装置を構成する現像剤搬送部と現像
剤撹拌手段、並びに前記搬送手段を動作させる。

【０００８】画像形成装置の動作を制御する制御手段を
備え、上記一体型カートリッジが装着された後、上記制
御手段によって、一体型カートリッジから現像装置への
現像剤の供給、一体型カートリッジから現像装置へのト
ナーの補給、現像装置での現像剤の撹拌の順序で画像形
成装置が動作するように制御され、現像剤を撹拌する際
に、上記像担持体、上記現像装置を構成する現像剤搬送
部と現像剤撹拌手段、並びに前記搬送手段を動作させる
ようになっていれば、好ましい。上記制御手段によっ
て、プレ撹拌モードにおいて一体型カートリッジから現
像装置への現像剤の供給後に、像担持体、現像装置を構
成する現像剤搬送部と現像剤撹拌手段、並びに搬送手段
を動作させて現像剤を撹拌すれば、一層効果的である。

【０００９】

【００１０】

【実施例】本発明の詳細を、図に示された実施例に基づ
いて、説明する。本発明の画像形成装置の作像部の一例
を図１に示す。作像部の機構としてしては従来公知のも
のと基本的に同じである。像担持体５３はドラム状の感
光体であって、帯電ユニット５０によって表面を均一に
帯電され、レーザ露光５２により潜像を書き込まれ、現
像装置５４によって当該潜像を可視像化される。レジス
トローラ５５で像担持体５３に沿って移動する当該可視
像にタイミングを合わせた用紙は、ガイド板５６上を搬
送して、転写装置５７で像担持体５３上のトナー像を転
写され、除電ブラシ５８で除電され分離爪５９の作用を
受けながら像担持体５３より分離し、搬送ベルト６０に
よって定着装置６１へと送られる。用紙は、熱ローラ６
２と加圧ローラ６３とによって熱及び加圧作用を受け
て、トナー像を定着される。像担持体５３上の残留トナ
ーはクリーニングユニット６４によって除去回収され、
クエンチングランプ６５によって除電され、新たな潜像
形成が可能となる。

【００１１】このような基本構成を有する作像部におい
て、現像剤／トナー補給用一体型カートリッジ１０は供
給装置２０と排出装置２１とを介して現像装置５４に連
結している。

【００１２】ここで一体型カートリッジ１０の構成を図
２に示す。図２（ａ）に示されるように、当該カートリ
ッジ１０は、トナーとキャリアが現像装置内でそのまま
使用可能な割合で混合された現像剤を収容する環状シリ
ンダの形状をした第１容器１と、これと同心状で補給用
トナーを収容する第２容器２とが嵌め合わされてなるも
のである。分解図たる図２（ｂ）で理解できるように、
第２容器２は第１容器１の中央空間に差し込まれる突出
部１１を有している。この突出部１１の側面には、第１
容器１の内側凹み部１２に係合する隆起部１３が形成さ
れ、また開放端部全周にわたってシール部材３が貼付さ
れて、両容器が嵌め合わされた際の両容器間の密閉を確
実にしている。

【００１３】図２（ａ）に戻り、両容器は一体的カート
リッジとして回転され、相互に逆向きの回転の際に、そ
れぞれ収容した内容物（第１容器では現像剤、第２容器
ではトナー）を排出口側、図における左側へ搬送するよ
うに、容器内周壁に凸状螺旋部４、５がつけられてい
る。相互に逆の傾きを有した両凸状螺旋部４、５の螺旋
によって、カートリッジを一方向に回転すると、例えば
現像剤が排出口側へ搬送され、トナーは排出口から遠ざ
かる向きに搬送され、逆向きに回転すると、現像剤とト
ナーのそれぞれの搬送方向が逆転する。内容物を確実に
排出するために各容器の太径部から細径部に移行する領
域（容器くびれ部の段差領域）には、それぞれの螺旋部
による内容物の流れに合致した形状を有するすくい壁
６、７が設けられている。両容器の排出口には、摘み部
１４を備えた共通蓋１５が嵌められていて、現像ユニッ
トに装着される際には、自動チャックを用いて取り外さ
れる。

【００１４】再び図１に戻り、上記のような構成をした
カートリッジ１０の第１排出口２３から補給される現像
剤及び第２排出口２４から補給されるトナーは、いずれ
も補給ガイド２６によって、搬送パイプ２７内に排出さ
れ、当該搬送パイプ２７内に収容された搬送スクリュー
２８によって、現像装置５４の上蓋部に形成された受入
口３０を介して現像装置５４内に放出される。

【００１５】補給された現像剤又はトナーは、受入口３
０の直下に配置された第１撹拌スクリュー３１に達す
る。当該第１撹拌スクリュー３１は図面の手前側から奥
側へ向かって現像剤を撹拌搬送するものであり、これと
対の第２撹拌スクリュー３２は逆に図面の奥側から手前
側へ撹拌搬送するものである。これら撹拌スクリューの
作動の下に現像装置５４内の現像剤と均一に混合され
る。しかる後に現像剤は現像スリーブ３３側へ移動し、
像担持体５３上に潜像に対応するトナー像を形成する。

【００１６】現像装置５４の供給装置取付側に配置され
た排出装置２１は、上記のように補給された新規現像剤
によって現像装置５４内の現像剤上層面が上昇する際
に、この上昇分を排出するためのものであり、排出口３
５にこぼれた現像剤は、搬送パイプとこれに収容された
搬送スクリューとからなる排出装置２１によって回収剤
ガイド３６を介して一体型カートリッジ１０へと搬送さ
れる。この際、回収された現像剤（回収剤）が最終的に
カートリッジ内に収容されやすくなるように、排出口３
５からこぼれ出た回収剤は排出装置２１によって一旦持
ち上げられ、ホッパー状の回収剤ガイド３６内を自重に
よって滑り落ちながら、カートリッジ内へ流れ込むよう
になっている。回収剤ガイド３６は垂直回動軸３７を中
心に回転移動可能に支持されていて、蓋１５の着脱の際
には、蓋の移動範囲から退避するようになっている。

【００１７】現像剤、トナーの補給は以下のようにして
なされる。すなわち、一体型カートリッジ１０がセット
されると、先ず第１容器１に収容された現像剤を現像装
置に供給し、次いでトナーの消費量に応じて第２容器２
に収容されたトナーを供給する。第２容器に収容された
トナーがほぼ空になると、現像装置から現像剤が回収さ
れ、第１容器に充填される。

【００１８】図３に示されるように、自動チャック３９
で蓋の摘み部１４を把持し、矢示方向に蓋を取り外した
後、カートリッジを矢印４０方向に回転すると、第１容
器１から現像剤４１がすくい壁６を乗り越えて搬送パイ
プ２７に排出され、搬送スクリュー２８によって現像装
置へと送られる。この際、第２容器内のトナー４３は内
周壁の螺旋部の作用によって白抜き矢印４２の方向へ容
器内へと押し戻されながら撹拌されて、ブロッキング現
象が防止される。

【００１９】現像剤が排出された後、トナーを補給する
とともに現像装置のオーバーフロー剤を回収する際に
は、図４で示されるように、回収剤ガイド３６が第１容
器１の排出口にセットされ、カートリッジが矢印４４方
向に回転すると、第２容器２内のトナー４３は搬送パイ
プ２７へ排出され、搬送スクリュー２８で現像装置へと
送られ、一方、現像装置から溢れた回収剤４５は回収剤
ガイド３６を経て第１容器１に充填される。

【００２０】以上のような一連の動作により、トナー濃
度を一定範囲内に維持しながら、現像剤の交換が自動的
に行われ、カートリッジ内に劣化した現像剤が回収され
ることとなる。

【００２１】これらの動作は制御部が司っている。図５
は画像形成装置の制御系を表すブロック図である。制御
部１０１は一体型カートリッジ１０の装着の有無を検出
するカートリッジ検知センサ１０２の出力を受け、一体
型カートリッジ１０の回転などを行うカートリッジ駆動
系１０３、像担持体駆動系１０４、現像スリーブ駆動系
１０５、現像装置内の撹拌手段を駆動する撹拌駆動系１
０６、搬送パイプ２７及び排出装置２１内スクリューを
駆動する搬送スクリュー駆動系１０７を動作させる。ま
た、制御部１０１は一体型カートリッジ１０内のトナー
残量を検知するトナーエンドセンサ１０８からの信号を
入力し、トナーがなくなったときは現像剤回収モードを
実行させる。この回収モードについては後述する。

【００２２】図６は制御部１０１が行う基本的な制御内
容を示すフローチャートである。すなわち、制御部１０
１はカートリッジ検知センサ１０２からの信号を入力
し、一体型カートリッジ１０が装着されたと判断する
と、図５に示された各駆動系１０３〜１０７を動作させ
て、現像剤を現像装置に供給し、それを終えてから通常
の画像形成を行うモードに移行する。通常モードに移行
する前に、一体型カートリッジ１０内の新現像剤が供給
され終えてからも、十分に撹拌されるまでの間、各駆動
系１０３〜１０７を作動させていることが望ましい。通
常モードが行われた後、トナーエンドセンサ１０８から
の検知信号を入力し、トナーがなくなったと判定された
場合は現像剤回収モードが実行される。トナーがまだあ
る場合は、画像形成が終了するまで通常モードが実行さ
れる。

【００２３】図６のフローチャートにおいて、各駆動系
１０３〜１０７が作動することにより、上述したように
現像剤が搬送スクリューによって現像装置の搬送スクリ
ューに供給され、現像装置内部で十分に撹拌される。撹
拌途中で十分に帯電していないトナーが像担持体表面に
付着しても、像担持体が回転し、クリーニング装置６４
によって除去回収され、作像部の内部を汚すようなこと
は防止される。このようにして現像装置内の現像剤のト
ナー濃度が均一になり、トナーの帯電が十分に行われ
る。

【００２４】図７は画像形成モードの基本的な制御内容
を示すフローチャートである。ここでは作像部の各ユニ
ットがそれぞれの機能に従って作動し、定期的に現像装
置のトナー濃度センサの出力からトナー濃度不足を検出
する。トナー濃度不足と判定されると、カートリッジ駆
動系１０３、搬送スクリュー駆動系１０７が作動し、一
体型カートリッジ１０からトナーが所定量供給される。

【００２５】更に現像剤回収モードのフローチャートを
図８に示す。カートリッジ駆動系１０３、撹拌駆動系１
０６、搬送スクリュー駆動系１０７が作動し、現像装置
内部を循環する現像剤の一部が排出装置２１の搬送スク
リューによって一体型カートリッジ１０の内部に排出さ
れる。排出量は駆動時間によって決められる。

【００２６】以上のように、ここに示した実施例によれ
ば、一体型カートリッジ１０が装着されて、始めに現像
剤が供給され、十分に現像剤が撹拌され、その結果、現
像剤供給前の状態に拘束されずに現像剤のトナー濃度と
トナー帯電の変化を最小限にすることができ、それらの
均一性も保持されるので、画像濃度不良、地汚れ、その
他の画像品質の劣化を起こすことがない。また、撹拌中
に飛散するトナーは回転する像担持体に付着してクリー
ニングされるので、作像部を汚すことがなく、現像装置
本体及び各ユニットの寿命を延ばし、メンテナンス作業
を大幅に簡略化することができる。また、現像剤の回収
もソフトウェアで対応できるので、制御系が複雑になる
ことがない。

【００２７】

【００２８】

【００２９】制御部１０１は、あるいは図９に示された
制御を行うこともできる。一体型カートリッジ１０が装
着されると、始めにカートリッジ駆動系１０３と搬送ス
クリュー駆動系１０７が作動し、現像剤が現像装置へ供
給される。次に現像装置内部のトナー濃度が検出され、
トナー濃度不足の時はカートリッジ駆動系１０３と搬送
スクリュー駆動系１０７が作動して、フレッシュトナー
が現像装置に補給される。ここまでは必ずしも他の駆動
系が作動する必要はない。次に、各駆動系１０３〜１０
７が作動し、現像装置内部の現像剤と新たに供給された
現像剤、トナーが撹拌される。所定時間経過後、通常モ
ードになり、画像形成が可能な状態となる。以下は図６
と同じ手順となる。

【００３０】この制御形式によれば、現像剤、トナーの
供給後、像担持体、撹拌スクリュー、搬送スクリュー、
現像スリーブ、カートリッジをすべて回転させながら現
像剤を改めて撹拌しているため、滞留する現像剤がな
く、撹拌効率が向上し、トナー濃度の均一性に優れ、画
像品質を一定に保持することができるとともに、飛散ト
ナー等で作像部を汚すことがなくなる。その結果、画像
形成装置本体及び各ユニットの寿命を延ばし、メンテナ
ンス作業を大幅に簡略化することができる。

【００３１】上記過程において、現像剤の供給後、トナ
ー補給前に、いったん各駆動系１０３〜１０７を作動さ
せて現像剤の撹拌を行うようにしてもよい。この結果、
撹拌せずにトナー濃度検知をする場合に比べてより正確
にトナー濃度を検知して、不必要なトナー補給がなされ
たり、必要以上のトナーが供給されるのを防止する。

【００３２】更に制御部１０１は図１０に示された制御
を行ってもよい。一体型カートリッジ１０が装着される
と、撹拌駆動系１０６と搬送スクリュー駆動系１０７が
作動し、一体型カートリッジ１０内部の現像剤が現像装
置に供給される。現像剤は現像装置の中で撹拌スクリュ
ーの作用によって循環・撹拌される。この時、現像スリ
ーブ、像担持体等は停止していて、現像スリーブからト
ナーあるいは現像剤が飛散することはない。所定時間回
転した後、通常モードが実行可能な状態となる。以下は
図６と同じ手順となる。

【００３３】この制御形式によれば、現像剤供給時に現
像スリーブが壁となって現像剤あるいはトナーの外部飛
散を防止するため、作像部のトナー汚れによるトラブル
がなくなり、画像形成装置本体及び各ユニットの寿命を
延ばし、メンテナンス作業を大幅に簡略化することがで
きる。また必要最小限の駆動系しか作動していないた
め、消費エネルギーを低減することができる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１に記載の画像形成装置によれ
ば、大きなスペースや特段のメンテナンスを必要とする
ことなく現像剤を自動交換できるとともに、一体型カー
トリッジから現像剤が供給される時に、現像剤の搬送
系、像担持体、現像スリーブ、撹拌系が同時に駆動する
ので、現像剤が十分に撹拌され、現像剤供給前の状態に
かかわらず現像剤のトナー濃度とトナー帯電の変化を最
小限にすることができ、画像濃度不良、地汚れ、その他
の画像品質の劣化を起こすことがない。また撹拌中に飛
散するトナーは回転する像担持体に付着してクリーニン
グされるので、作像部を汚すことがなく、現像装置本体
及び各ユニットの寿命を延ばし、メンテナンス作業を大
幅に簡略化することができる。

【００３５】

【００３６】請求項２に記載の画像形成装置によれば、
現像剤及びトナーを供給した後、像担持体、搬送スクリ
ュー、撹拌スクリュー、現像スリーブ、カートリッジを
すべて回転させながら現像剤を改めて撹拌しており、滞
留する現像剤がなく、撹拌効率が向上し、トナー濃度の
均一性に優れ、画像品質を一定に保持することができる
とともに、飛散トナー等で作像部を汚すことがない。

【００３７】請求項３に記載の画像形成装置によれば、
現像剤供給後に十分な撹拌を行ってからトナー濃度を検
知するので、上記請求項２の効果を奏しながら、トナー
濃度がより正確に制御でき、不必要なトナー補給をした
り、必要以上のトナーを供給することを防止できる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の作像部の構成概略
図である。

【図２】一体型カートリッジの概略構成図で、（ａ）は
側面端面図、（ｂ）は組立分解図である。

【図３】第１容器に収容された現像剤を排出供給する様
子を示す説明図である。

【図４】第２容器に収容されたトナーを排出供給すると
ともに、回収剤を回収する様子を示す説明図である。

【図５】本発明に係る画像形成装置の制御系を表すブロ
ック図である。

【図６】制御部が行う基本的な制御内容を示すフローチ
ャートである。

【図７】画像形成モードの基本的な制御内容を示すフロ
ーチャートである。

【図８】現像剤回収モードのフローチャートである。

【図９】制御部が行うまた別の手順での制御内容を示す
フローチャートである。

【図１０】制御部が行う更に別の手順での制御内容を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 一体型カートリッジ ２０ 供給装置 ２１ 排出装置 ２３ 第１排出口 ２４ 第２排出口 ２７ 搬送パイプ ２８ 搬送スクリュー ３６ 回収剤ガイド ５４ 現像装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横川 信人 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 津田 清典 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 羽鳥 聡 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平６−308829（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−27809（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−118675（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 507 G03G 15/08 112 G03G 15/08 110

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体と、当該像担持体上の静電潜像
   を現像する現像装置と、当該現像装置に対して装着時に
   現像剤を供給し、画像形成をしながらトナーを供給し、
   トナーを供給し終えた後に前記現像装置から現像剤の一
   部を回収する機能を有し、供給すべき現像剤とトナー及
   び回収すべき現像剤を一体型容器に収容可能な一体型カ
   ートリッジを装着する装着部と、前記一体型カートリッ
   ジと現像装置の間で現像剤／トナーを搬送する搬送手段
   とを有する画像形成装置において、 前記一体型カートリッジから現像剤が現像装置へ供給さ
   れる際に、前記像担持体、前記現像装置を構成する現像
   剤搬送部と現像剤撹拌手段、並びに前記搬送手段を動作
   させることを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 画像形成装置の動作を制御する制御手段
   を備え、前記一体型カートリッジが装着された後、前記
   制御手段によって、一体型カートリッジから現像装置へ
   の現像剤の供給、一体型カートリッジから現像装置への
   トナーの補給、現像装置での現像剤の撹拌の順序で画像
   形成装置が動作するように制御され、現像剤を撹拌する
   際に、前記像担持体、前記現像装置を構成する現像剤搬
   送部と現像剤撹拌手段、並びに前記搬送手段を動作させ
   ることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段によって、プレ撹拌モード
   において一体型カートリッジから現像装置への現像剤の
   供給後に、像担持体、現像装置を構成する現像剤搬送部
   と現像剤撹拌手段、並びに搬送手段を動作させて現像剤
   を撹拌することを特徴とする請求項２に記載の画像形成
   装置。