JP4026977B2 - 一成分現像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真記録方式を用いた複写機、プリンター及びファクシミリ等に用いる現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保全の立場から、現像剤のリサイクル化を計り、廃棄トナーを減少させることが可能な現像装置の開発が望まれている。一成分現像剤の長寿命化を計るためには、リサイクルトナーの劣化を防止し、利用効率を改善することが重要である。
トナーの劣化は、次のような原因で発生する。例えば、トナー粒子の搬送性や帯電性の制御を良好にし、高画質の画像形成を行うには、トナー粒子の適度な流動性を保つ必要があり、この流動性を得るために、無機微粒子や有機微粒子を現像剤に添加する方法が知られている。しかし、これらの微粒子はいずれもトナー粒子に比して小径の堅い粒子であるため、現像行程を繰り返す間にトナー粒子の表面に埋没し、これにより、トナーの流動性や帯電制御に関する微粒子の効果が失われる。
また、現像時にトナーの攪拌に伴って発生する熱は、現像の繰り返しにより経時的に蓄積され、この熱により、記録媒体へのトナー像の定着を行うために外添されているバインダ樹脂が溶融すると、トナー粒子の凝集が発生し、画質劣化を招くことになる。
さらに、通常の一成分現像で使用される現像剤は、ある程度の粒度分布を有するトナー粒子から成るが、このような現像剤によって現像を行う場合、小粒径のトナー粒子から先に現像に使用される傾向があり、このため、現像を繰り返すことによって現像剤中に消費されない大粒径のトナー粒子が残留し、現像剤に占める大粒径のトナー粒子の割合が増加する。そして、このように粒度分布が大粒径トナーに偏った現像剤によって現像が行われ、その結果、現像能力の低下が引き起こされる。
【０００３】
以上のような原因によって引き起こされるトナーの劣化は、いずれも現像装置内に収容される現像剤の量が増加すると促進される。すなわち、現像剤の量の増加によって各トナー粒子に加わる圧力は増大し、トナー粒子の流動性改善のために外添された微粒子は、トナー粒子に大きい圧力で押圧され、トナー粒子表面に埋没しやすくなる。また、トナーの攪拌時に大きい摩擦力が作用し、摩擦熱の発生も大きくなるため、バインダ樹脂の溶融が促進される。さらに、多量の現像剤を現像装置内に収容し、小粒径のトナーを補給することなく長期に渡り、現像が反復されるため、大粒径のトナー粒子の割合が増加した現像剤による不良な画像形成が継続されるという不具合が生じる。したがって、このようなトナーの劣化を防止するためには、現像装置内に収容される現像剤の量を良好な現像が行われる範囲で最小量とすることが望ましい。
【０００４】
一方、磁性トナー又は非磁性トナー単体から成る一成分現像剤を用いる一成分現像装置は、一般に対向配置された像担持体の表面とトナー担持体の表面とが接触状態を保つように保持され、このトナー担持体は、トナーを収容するトナー貯蔵部と共にハウジング内に収容され、一体構造をなしている。この場合、像担持体とトナー担持体とは、例えばバネにより加圧され、接触状態が維持されている。このような構成において現像が行われると、トナーは消費され、トナー貯蔵部内の現像剤の総重量が減少し、これにより像担持体とトナー担持体との圧接力が減弱して濃度不足やトナー落ちなどの異常画像の発生を招く。特に近年、一成分現像装置において、高画質化と共に高速化及び長寿命化の要求が高まりつつあり、この要求を実現するためには、現像装置内に充分な量のトナーを保つ必要があり、必然的に像担持体とトナー担持体との接触圧の変化量も大きくなる。
【０００５】
そこで、このような現像装置において、高画質の画像形成を長期に渡り高速で行うためには、現像剤の消費に伴う現像装置内の現像剤重量の変化を最小とすることが重要であり、このための手段として、現像剤担持体と現像剤貯蔵部とを別設とし、現像剤貯蔵部内の現像剤重量の変化の影響が像担持体と現像剤担持体との接触状態に及ばないようにする方法が示されている。
例えば、特開平７−２１９３２号公報に開示される方法は、現像手段とトナー貯留手段とを独立して設け、両者をトナー供給管によって連結し、トナー貯留手段に補給されたトナーをトナー供給手段により攪拌・搬送した後、トナー移送手段内で空気と混合して現像手段内に移送する現像装置を提供するものである。
また、特開平４−７８８７６号公報には、現像手段の上部にトナー貯蔵手段を独立して設け、このトナー貯蔵手段から、パイプ内部にスクリューを有するトナー搬送手段を通じてトナーを現像手段に供給する構成を有する現像装置が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トナーを空気と混合して供給する方法では、現像剤を空気中に分散させて流動的に現像手段内へ送り込むため、現像手段の内圧が上昇し、現像剤担持体の近傍から現像剤が飛散し、画像汚染を引き起こすという問題が生じる。特に、一成分現像方法では、トナーのみが現像装置内に存在し、現像装置内の内圧上昇に対して、トナー飛散の可能性が高い。これに対し、特開平７−２１９３２号公報に示される方法では、現像手段内に空気の減圧手段として排気口を設けることにより、トナーの飛散を防止しようとするものであるが、このような排気口を設けても、強制吸引を行わない限り現像装置の内圧上昇を完全に抑制することは難しい。
また、特開平４−７８８７６号公報に記載される方法では、トナー搬送用パイプ内のトナーをスクリューによって搬送する際、トナーがパイプ内壁に押圧され、凝集を生じやすく、また、この時トナー粒子には過大な圧力が作用するため、トナーの劣化を生じやすい。さらに、この方法でも、トナーが現像部内に搬入される時にはトナーの飛散が発生する。
【０００７】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一成分現像剤を用いる現像方法において、トナーの劣化を防止すると共に、トナー補給時のトナーの飛散を回避する。また、トナーの補給を制御することにより、画像劣化の発生しない良好な画像形成を長期に渡り、安定して維持することが可能な現像装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナー担持体と、該トナー担持体上にトナーから成る一成分現像剤を供給するトナー供給部材とを備え、像担持体上の静電潜像を顕像化して現像を行う現像装置において、
前記トナー担持体及び前記トナー供給部材を有する現像部と、該トナー担持体に供給するトナーを貯蔵するトナー貯蔵部とが独立して配設され、
前記現像部に該現像部内のトナー量を検知するトナー量検知手段が備えられていて、前記トナー貯蔵部が、トナーを空気中に分散させて前記現像部内に供給する手段を有し、前記現像部のトナー貯蔵部に接続するトナー取り入れ口と、前記トナー供給部材との間に溝を有し、該溝によって前記現像部の内部にトナー搬入路が形成されており、前記トナー量検知手段は前記溝の底部よりも上部の位置に設けられており、前記トナー貯蔵部内のトナーは、前記現像部に備えられた前記トナー量検知手段による検知結果に基づき、トナー量が許容トナー量の下限値未満であると判断された時にのみ、前記現像部内に補給される現像装置を提供する。このような現像装置では、現像部とトナー貯蔵部とが別設され、トナー量検知手段による検知結果に基づいて、トナー貯蔵部から現像部内に必要な量のトナーが随時補給されるため、トナー消費に伴う現像部内のトナー量の変動幅を小さくすることが可能となり、これにより、トナー担持体上に安定した量の現像剤を供給すると共に、トナーの攪拌・搬送時にトナー粒子に働く圧力や摩擦力を減少させてトナーの劣化を抑制し、経時による画像品質の変化を抑制することができる。さらに、現像部内のトナー量の変動幅が小さいため、トナー担持体と像担持体とがバネにより当接される現像装置においてこれらの当接状態を維持し、良好な画像形成を行うことが可能である。また、上記の現像装置においては、トナー貯蔵部が現像部から独立して設けられているため、トナー貯蔵部へのトナー補充並びにその他のメンテナンス時の操作性を考慮した任意の場所への設置が可能であり、自由なレイアウトを行いながら、メンテナンスの作業効率を改善することができる。さらに、
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の現像装置において、 前記現像部と前記トナー貯蔵部とが駆動手段によって独立して駆動される現像装置を提供する。
このような現像装置では、請求項１に記載の発明と同様にトナー消費による現像部内のトナー量の変動幅を減少させ、トナーの劣化を抑制して安定した良好な画像形成を実現すると共に、別設されたトナー貯蔵部と現像部とを独立して駆動する機構を有するため、従来の現像装置で現像装置内にトナーを補給する際発生していたトナーの飛散や現像装置外へのトナーの漏れを防止し、画像の劣化を抑制することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項６に記載の発明の一実施形態である現像装置を示す概略構成図である。
この現像装置は、トナーから成る一成分現像剤によって現像を行うものであり、像担持体１上に形成された静電潜像の可視像化を行う現像部９と、現像に使用される一成分現像剤を貯蔵するトナー貯蔵部６とがそれぞれユニット化されてハウジング内に収容され、独立して配設されている。
現像部９のハウジングの像担持体１と対向する位置には開口が設けられており、この開口部にトナー担持体２が配置され、バネによって像担持体１の周面と可動的に当接されている。そして、トナー担持体２の後方には、トナー補給部材３がトナー担持体２と平行に当接され、回転可能に支持されており、このトナー補給部材３の回転によってトナー溜まり内のトナーが汲み上げられ、トナー担持体２上に搬送される。
また、この現像部のハウジングは、トナー溜まりの上部にトナー取り入れ口の開口を有しており、トナー貯蔵部６内の補給用トナーは、この開口を通じて現像部９内に補給される。さらに、現像部９のハウジング内の所定の位置には、トナー溜まり内のトナーの量を検知するトナー検知手段５が設置されている。このトナー検知手段としては、光の透過によるもの、圧電素子によるもの等周知の技術の中から、適宜選択して用いることができる。
【００１４】
上記トナー担持体２は、像担持体１との当接部における周面の移動方向が像担持体１の周面の移動方向と同方向となるように支持されており、このトナー担持体２の当接部の上流側には、トナー担持体２の表面に形成されるトナー層の層厚を規制するトナー層規制ブレード４がトナー担持体２の表面と所定の間隔を保持するように近接配置されている。
【００１５】
上記トナー貯蔵部６は、図２に示すようにトナー貯留手段７、トナー供給手段８及びトナー移送手段１０から構成される。
トナー貯留手段７は、上部と下部とにそれぞれ開口７ａ、７ｂを有し、漏斗状に形成されている。開口７ａの上部には、開閉自在の蓋１７が設けられており、この開口７ａを通じて装置外部からトナー貯留手段７内へトナーの供給が行われる。
トナー供給手段８は、トナー貯留手段７に連結され、トナー貯留手段７の側方及び下部に配置されている。トナー供給手段８の上部には、モーター２０が設けられ、スリーブ２３を介してスクリュー２１に取り付けられている。スクリュー２１は、このモーター２１によって回転し、トナー貯留手段７から供給されるトナーを下方へと搬送する。
【００１６】
トナー供給手段８はさらに、下端でトナー移送手段１０に連結される。トナー移送手段１０は、空気供給手段であるファン２８及びスクリューポンプを有するポンプユニットから成り、ポンプユニットは、スクリュー状のローター２４、ステイター２５、ポンプホルダー２６、２７及びトナー供給管等から構成される。
ファン２８は、モーター２０の上部に載置されてモーター２０に接続され、上部に空気取り入れ口２８ａを、側部に空気吐出口２８ｂ、２８ｃを有し、モーター２０により回転されて空気取り入れ口２８ａから取り入れられた空気を空気吐出口２８ｂ、２８ｃから吐出する。
ローター２４は、スリーブ２３を介してモーター２０に接続されており、回転駆動されて現像部９内にトナーを供給する。
【００１７】
次に、上記の現像装置による現像動作について説明する。
現像可動状態において現像部９では、トナー搬送部材３によってトナーが攪拌され、一連の現像動作が行われるが、この時トナー取り入れ口側の所定の高さに設置されたトナー量検知手段５によって、トナー溜まりのトナー量が検知され、一定量以上のトナーが確認された場合は、通常の現像動作によりトナー溜まりのトナーがトナー担持体２上に供給され、トナー担持体２の回転に伴って搬送され、トナー層規制ブレード４がトナー担持体２の表面と所定の間隔で近接される位置を通過する際、一定の層厚に規制された後、さらに像担持体１と対向する現像領域に搬送され、像担持体１上に形成された静電潜像へのトナーの転移が行われる。
【００１８】
トナー量検知手段５によって検知されたトナー溜まりのトナー量が所定量を下回る場合は、トナー貯蔵部６から現像部９内にトナーの補給が行われる。開口７ａからトナー貯留手段７に供給されたトナーは、開口７ｂからトナー供給手段８内へと落下し、スリーブ２３を介してモーター２０に接続されているスクリュー２１により、攪拌されながら下方のトナー移送手段１０内へと搬送される。
トナー移送手段１０内では、ローター２４がスクリュー２１と連結されており、スクリュー２１を介してモーター２０により回転駆動され、トナーをさらに下方のトナー通路へ搬送する。
【００１９】
一方、モーター２０の上部に載置されたファン２８の駆動によって空気取り入れ口２８ａから流入した外気は、空気吐出口２８ｂ、２８ｃから吐出され、図示しない移送管を通じて移送され、トナー供給手段８からトナー移送手段１１への移行部及びトナー移送手段１０内のトナー通路３０への移行部にそれぞれ開口する空気供給口２９、３１から再びトナー貯蔵部６内に送入され、トナーと混合された後、トナー供給管３２を通じて現像部９内に供給される。この時供給されるトナーは、現像部９のトナー取り入れ口から直接トナー溜まりへと落下し、トナー搬送部材３によって、現像部９内にすでに収容されているトナーと混合された後、トナー担持体２上に搬送され、通常の現像行程による現像に供される。
【００２０】
したがって、本実施形態の現像装置では、現像部９内のトナー量の検知結果に基づき、トナー量減少時には別設のトナー貯蔵部６から適宜トナーの供給が行われるため、現像部９内のトナー量の変動が抑制され、これにより、像担持体とトナー担持体とがバネにより当接される現像装置においても、当接状態が維持され、安定した良好な画像形成が行われる。
【００２１】
なお、上記の現像装置では、トナー貯蔵部６のトナー移送手段１０としてスクリューポンプを用い、トナーを空気中に分散させて現像部９内へ供給したが、本発明の像担持体はこれに限定されるものではなく、トナーを空気中に分散させず、スクリューやスパイラル等を駆動させることにより現像部内へ供給することも可能である。
さらに、上記と同様の構成において、現像部の駆動系とトナー貯蔵部の駆動系とをそれぞれ独立に駆動させる構成とすることも可能である。このような現像装置では、現像中にトナー検知手段に基づいたトナーの供給が適宜行われ、現像部の動作休止時にトナー貯蔵部内のトナーを現像部に供給することにより、トナーの飛散を防止することができる。特に、上述のように、トナーを空気中に分散させて現像部内へのトナーの搬入行程を行うことでトナーの飛散を回避し、画質欠陥のない画像を形成することが可能となる。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に、請求項４又は請求項６に記載の発明の一実施形態である現像装置について説明する。図３は、この現像装置を示す概略構成図である。
この現像装置は、図１に示す現像装置と同様に、トナー担持体４２及びトナー搬送部材４３を含む現像部４９がユニット化され、ハウジング内に収容され、トナー担持体４２と像担持体４１とが対向するように配設されている。トナー貯蔵部４６は、トナー貯留手段４７、トナー供給手段４８及びトナー移送手段５０がユニット化され、現像部４９から独立して設けられており、トナー供給手段４８の先端が現像部４９のトナー取り入れ口に嵌合されるようになっている。
上記現像部４９のハウジングのトナー取り入れ口とトナー搬送部材４３との間には溝が設けられており、この溝によって現像部４９内部のトナー溜まりが不完全に分断され、トナー搬入路が形成されている。また、現像部４９のトナー取り入れ口側には、上記の溝の底部よりも上部の位置に現像部４９内のトナー量を検知するトナー量検知手段４５が設置されている。
【００２３】
このような構成では、トナー搬入路の上部でトナー量が検知されるため、トナー搬入路内の所定の位置まで常にトナーが充満しており、このため、トナー搬入路に新たに供給されたトナーが、トナー搬送部材４３側に直接流入することがない。したがって、トナー担持体近傍からのトナー飛散を回避することができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
さらに、請求項５又は請求項６に記載の発明の一実施形態である現像装置について説明する。図４は、この現像装置を示す概略構成図である。
この現像装置は、図３に示す現像装置と同様に現像部６９とトナーを空気中に分散させて現像部６９内に供給するシステムを有するトナー貯蔵部６６とがそれぞれユニット化され、別設されており、トナー貯蔵部６６のトナー移送手段７０の下端が現像部６９のトナー取り入れ口に嵌合されて接続される。
【００２５】
トナー溜まりの上部には、中間トナー貯留槽７２がトナー取り入れ口を囲むように設けられているため、中間トナー貯留槽７２内の空間Ａとトナー溜まり内の空間Ｂとが隔てられている。中間トナー貯留槽７２の側面の所定の位置には、トナー量検知手段６５が設けられており、これにより、中間トナー貯留槽7２内のトナー量が検知され、トナー量が所定の量よりも減少した場合には、トナーを分散させた空気が、別設のトナー貯蔵部６６からトナー取り入れ口を通じて中間トナー貯留槽７２内に搬入される。また、中間トナー貯留槽７２の下部の現像部６９側面にも、トナー量検知手段６５が配設されており、現像部６９のトナー溜まりのトナー量を検知し、トナー量が所定量を下回った場合には、中間トナー貯留槽７２からトナー溜まりに所定の量のトナーが落下し、補充が行われる。この時、中間トナー貯留槽７２内のトナー粒子は下方に貯留するため、空気と分離されたトナーがトナー溜まりへ落下する。したがって、現像装置内圧の上昇によるトナーの飛散を防止することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置は、一成分現像において現像部とトナー貯蔵部とが別設され、トナー量検知手段による検知結果に基づいて、トナー貯蔵部から現像部内に必要な量のトナーが随時補給されるため、トナー消費に伴う現像部内のトナー量の変動幅を小さくすることが可能となり、これにより、トナー担持体上に安定した量の現像剤を供給すると共に、トナー担持体と像担持体とがバネにより当接される現像装置においてこれらの当接状態を維持し、良好な画像形成を行うことができる。また、現像部内に収容されるトナーの量は、少ない量で維持されるため、トナーの攪拌・搬送時にトナー粒子に働く圧力や摩擦力を減少させてトナーの劣化を防止し、画像品質の経時的変化を抑制することができる。
【００２７】
また、別設された現像部とトナー貯蔵部とを独立して駆動する機構を備えることにより、トナー貯蔵部から現像部内へのトナーの搬入を現像動作の休止時に行うことにより、トナーの飛散を防止することが可能となる。
【００２８】
さらに、上記の現像装置のトナー貯蔵部内のトナーを空気中に分散させた後、現像部へ搬入する機構を備えることにより、トナーの移送中にトナー粒子にかかる圧力に起因するトナーの劣化を回避することが可能となり、トナーの劣化をより効果的に防止すると共に、トナーの飛散を抑制し、良好な画像形成を長期に渡り維持することができる。
【００２９】
また、現像部とトナー貯蔵部とを別設とし、トナー貯蔵部内のトナーを空気中に分散させて現像部内に搬入する方法を用いる現像装置において、現像部のトナー取り入れ口とトナー搬送部材との間に溝を設けてこの溝によりトナー溜まりの空間にトナー搬入路を形成することにより、新たに搬入されるトナーがトナー搬送部材上の空間に直接投入されない構成とし、これにより、トナーの飛散を防止し、画像劣化の発生を回避することができる。
【００３０】
さらにまた、現像部とトナー貯蔵部とを別設とし、トナー貯蔵部内のトナーを空気中に分散させて現像部内に搬入する方法を用いる現像装置において、現像部のトナー取り入れ口の部位に中間トナー貯留槽を設け、新たに投入されるトナーをトナー溜まりのトナーと隔てることにより、空気中に分散されたトナーを空気と分離した後、随時トナー溜まりに補給することが可能となり、これにより、現像部内圧の上昇によるトナー飛散を回避することができる。
【００３１】
また、上記のトナー量検知手段による検知結果に基づいて、現像部内のトナー残量が不十分と判断された場合にのみ、トナー貯蔵部から現像部内へトナーを補給するように制御することにより、現像部内のトナー量の変動幅を小さくし、補給トナーの攪拌効率を高めてトナーの凝集を防止し、これにより、画質欠陥のない良好な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１、請求項２、請求項３又は請求項６に記載の現像装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の現像装置におけるトナー貯蔵部を示す概略側断面図である。
【図３】請求項４又は請求項６に記載の現像装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図４】請求項５又は請求項６に記載の現像装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１、４１、６１ 像担持体
２、４２、６２ トナー担持体
３、４３、６３ トナー搬送部材
４、４４、６４ トナー層規制ブレード
５、４５、６５ トナー量検知手段
６、４６、６６ トナー貯蔵部
７、４７、６７ トナー貯留手段
８、４８、６８ トナー供給手段
９、４９、６９ 現像部
１０、５０、７０ トナー移送手段
１７ 蓋
２０ モーター
２１ スクリュー
２３ スリーブ
２４ ローター
２５ ステイター
２６ 上ポンプホルダー
２７ 下ポンプホルダー
２８ ファン
２８ａ 空気取り入れ口
２８ｂ、２８ｃ 空気吐出口
２９、３１ 空気供給口
３０ トナー通路
３２ トナー供給管
７２ トナー中間貯留槽

Claims (2)

1. トナー担持体と、
   該トナー担持体上にトナーから成る一成分現像剤を供給するトナー供給部材とを備え、像担持体上の静電潜像を顕像化して現像を行う現像装置において、
   前記トナー担持体及び前記トナー供給部材を有する現像部と、
   該トナー担持体に供給するトナーを貯蔵するトナー貯蔵部とが独立して配設され、
   前記現像部に該現像部内のトナー量を検知するトナー量検知手段が備えられていて、
   前記トナー貯蔵部が、トナーを空気中に分散させて前記現像部内に供給する手段を有し、
   前記現像部のトナー貯蔵部に接続するトナー取り入れ口と、前記トナー供給部材との間に溝を有し、該溝によって前記現像部の内部にトナー搬入路が形成されており、
   前記トナー量検知手段は前記溝の底部よりも上部の位置に設けられており、
   前記トナー貯蔵部内のトナーは、前記現像部に備えられた前記トナー量検知手段による検知結果に基づき、トナー量が許容トナー量の下限値未満であると判断された時にのみ、前記現像部内に補給される
   ことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記現像部と前記トナー貯蔵部とが駆動手段によって独立して駆動される
   ことを特徴とする現像装置。

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