JP4919441B2 - 現像剤搬送装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
このようなトリクル現像方式を用いた画像形成装置は、キャリアの経時劣化が生じるごとに現像部やキャリアを新品のものに交換する必要のある装置に比べて、経時においても出力画像の画質が安定化することになる。
さらに、コイルスクリュを用いてキャリアを搬送する場合、キャリアがコイルスクリュによって機械的ストレスを受けることによって、新品のキャリアでありながら上述の「膜削れ現象」が生じる可能性もあった。
また、このような問題は、キャリアを搬送する現像剤搬送装置に限定されず、トナーや2成分現像剤を搬送する現像剤搬送装置においても共通するものである。
すなわち、現像剤搬送装置における搬送管(搬送経路)は、搬送元と搬送先とを直線で結んだ方が、搬送距離が短くなって、経済的で搬送に使用する空気の量も低減できる。しかし、搬送先と搬送元とが水平方向及び垂直方向に離れている場合には、双方を直線で結ぶとその搬送管は傾斜経路を有することになる。
図1〜図10にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、2は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、20Y、20M、20C、20BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応したプロセスカートリッジ、21は各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKにそれぞれ収容された像担持体としての感光体ドラム、22は感光体ドラム21上を帯電する帯電部、23Y、23M、23C、23BKは感光体ドラム21上に形成される静電潜像を現像する現像部(現像装置)、24は感光体ドラム21上に形成されたトナー像を中間転写ベルト27に転写する転写バイアスローラ、25は感光体ドラム21上の未転写トナーを回収するクリーニング部を示す。
各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKにおける感光体ドラム21上では、それぞれ、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)の画像形成がおこなわれる。
まず、原稿Dは、原稿搬送部51の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部55のコンタクトガラス53上に載置される。そして、原稿読込部55で、コンタクトガラス53上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
書込み部2において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー3に入射して反射した後に、レンズ4、5を透過する。レンズ4、5を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム21表面は、それぞれ、中間転写ベルト27との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト27の内周面に当接するように転写バイアスローラ24が設置されている。そして、転写バイアスローラ24の位置で、中間転写ベルト27上に、感光体ドラム21上に形成された各色の画像が、順次重ねて転写される(第1転写工程である。)。
その後、感光体ドラム21表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム21における一連の作像プロセスが終了する。
その後、中間転写ベルト27表面は、中間転写ベルトクリーニング部29の位置に達する。そして、中間転写ベルト27上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部29に回収されて、中間転写ベルト27上の一連の転写プロセスが完了する。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部61から、給紙ローラ62により給送された転写紙Pが、搬送ガイド63を通過した後に、レジストローラ64に導かれる。レジストローラ64に達した記録媒体Pは、中間転写ベルト27上のトナー像とタイミングを合わせて、第2転写バイアスローラ28の位置に向けて搬送される。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、排紙ローラ69によって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
図2は作像部を示す概略断面図であり、図3はその現像部を示す長手方向(図2の紙面垂直方向である。)の断面図である。
なお、装置本体1に設置される4つの作像部は、作像プロセスに用いられるトナーTの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、プロセスカートリッジ及び現像部及びトナー補給部における符号のアルファベット(Y、M、C、BK)を省略して図示する。また、図2において、キャリア補給部47及びトナー補給部32は簡略化して図示している。
本実施の形態1におけるトナーT(現像剤G中のトナーとトナー補給部32内のトナーとである。)は、樹脂及び着色剤からなるトナー母体粒子や添加剤を含有する。
また、本実施の形態1におけるトナーTは、単量体を使用して乳化重合、懸濁重合等の重合反応によって合成する方法や、樹脂自体を熱等によって熔融し噴霧して微粒子化する方法や、水中等へ分散することによって所定の粒子サイズにして得られる母体粒子に添加剤をヘンシェルミキサー等で混合付着させる方法によって製造することができる。
キャリアCの核体粒子としては、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属やマグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の合金又はその化合物等が用いられる。
現像ローラ23aは、図2中の矢印方向に回転している。現像部23内の現像剤Gは、図3に示すように、間に仕切部材23eを介在するように配設された第1搬送スクリュ23b及び第2搬送スクリュ23cの矢印方向の回転によって、トナー補給部32からトナー補給口23fを介して補給されたトナーT(新品トナー)とともに撹拌混合されながら長手方向に循環する(図3中の破線矢印方向の循環である。)。第1搬送スクリュ23bは現像剤Gを図3中の左側に搬送して、第2搬送スクリュ23cは現像剤Gを図3中の右側(第1搬送スクリュ23bの搬送方向とは逆の方向である。)に搬送する。
現像部23に補給するトナー補給量の調整は、エアーポンプの駆動時間を制御することによっておこなわれる。
図2に示すように、本実施の形態1における画像形成装置には、現像部23内に収容された現像剤Gの一部を現像部23外に排出する排出手段23kと、現像部23内に新たにキャリアCを補給するキャリア補給部47と、が設けられている。
そして、キャリア補給部47から現像部23内に新品キャリアCが補給されて現像部23内の現像剤量が所定量を超えると、過剰になった現像剤Gが現像剤排出口23kから現像部23外に排出される。現像剤排出口23kから排出された現像剤Gは、現像剤回収経路43を経由して現像剤回収部44まで搬送される。
このように、新品キャリアCの補給にともない現像剤面が上昇して、現像剤排出口23kの高さを超えた現像剤Gが現像部23外に排出されるので、現像部23内の剤面(現像剤量)は常に一定に保たれることになる。
なお、本実施の形態1では、現像部23から現像剤を排出する排出手段としてオーバーフロー法を用いたが、現像剤排出口23kに開閉自在なシャッタを設けて、シャッタの開閉によって現像剤の排出をおこなうこともできる。
図4を参照して、キャリア搬送装置は、搬送管49、エアーポンプ90(ポンプ)、ノズル75、キャリアフィーダ70、合流部78、磁石80(磁界発生手段)、等で構成されている。
このようなフレキシブルな搬送管49を用いるとともに、キャリアのエアー搬送をおこなうことで、キャリア搬送経路のレイアウトの自由度が増して、画像形成装置が小型化される。本実施の形態1におけるキャリア搬送装置は、エアーポンプによって搬送管49内に圧力を発生させることによってキャリアを移送するものであるために、キャリアカートリッジ48を現像部23よりも低い位置に配設することもできる。
ノズル75の先端部には開口76が設けられていて、キャリアカートリッジ48内のキャリアCは開口76を介してノズル75内に自重落下する。そして、ノズル75内に落下したキャリアは、キャリアフィーダ70の回転部72に設けられた穴部71に保持される。回転部72は、不図示のモータによって矢印方向に回転駆動される。これによって、穴部71に保持されたキャリアが合流部78に自重落下する。このように、キャリアフィーダ70によって一定量のキャリアが搬送管49の先端位置(合流部78)に供給される。そして、キャリアは、合流部78に接続されたエアーポンプ90によって送入される空気とともに、搬送管49内で搬送されることになる。ここで、キャリアフィーダ70は、合流部78に接続されたエアーポンプ90から送入される空気がキャリアカートリッジ48内に流入しないようにする機能も果たす。
まず、制御部からの電気信号によってキャリアフィーダ70の回転部72が矢印方向に回転する。そして、回転部72の穴部71が下方に達したとき、穴部71に保持されたキャリアが合流部78に落下する。そして、合流部78に落下したキャリアは、エアーポンプ90によって供給された空気とともに搬送管49(水平経路49a→垂直経路49b→水平経路48a)を通過して、キャリア補給口23mから現像部23内に補給される。
なお、図10を参照して、上述したキャリアフィーダ70(キャリア補給部47)やエアーポンプ90の動作は、画像形成装置本体1に設置された制御部100(システム制御部)によって制御される。
図5を参照して、搬送管49が垂直経路49bの場合、キャリアCに作用する力(空気による抵抗と重力とである。)が同一線上(上下方向)にあるため、キャリアは搬送管の断面に対して均一に分散された状態になる。このように、垂直経路は、送入された空気が現像剤に均等に分散されて搬送されるものであって、略垂直な経路も含まれる。
ところが、搬送管49の経路が傾きαを持った場合(傾斜経路49cの場合である。)には、滞留したキャリアCが自重により下方に滑落して、その位置に堆積してしまい搬送管の閉塞が生じてしまう(図7を参照できる。)。
キャリア搬送装置(現像剤搬送装置)において、キャリアは少量ずつ搬送される。搬送管にキャリアが詰まる現象は、空気の送入を停止したときに起こる。水平経路49aや傾斜経路49cにおいては、空気が流れている際に経路中に密の部分と疎の部分とが形成される。空気が経路中に送入されているときには常にこのような密疎が形成されるために、キャリアが累積して溜まっていく。水平経路の場合には、このようにして堆積したキャリアが、空気の送入を停止することによりその場に留まってしまう。傾斜経路の場合には、堆積したキャリアが上流側にさらに流れ落ちて、空気の送入を停止することによりその場に留まってしまう。このような現象を経て、搬送管にキャリアが詰まってしまうことになる。
これに対して、垂直経路49bの場合には、キャリア(現像剤)が均一に流れることになる。垂直経路では、空気の送入制御によって経路中に補充したすべてのキャリアが流れきってしまうために、空気の送入を停止してもキャリアの詰まりが生じない。
図8(B)を参照して、搬送経路L3のように、搬送元Aと搬送先Bとを1つの直線で結んだ場合、搬送距離が最も短くなって、搬送管が低コスト化されるとともに、使用する空気量も低減される。しかし、上述したように傾斜経路による搬送管の閉塞が生じる可能性がある。搬送経路L4においても、傾斜経路を有するために、同様に搬送管の閉塞が生じる可能性がある。
なお、現像剤(キャリア)の安息角は、「パウダテスタ」(ホソカワミクロン社製)で測定することができる。詳しくは、注入法によって落下して形成された現像剤の山の傾斜と水平面とがなす角度が、現像剤の安息角となる。したがって、流動性の悪い現像剤は、安息角が大きくなることになる。
これによって、水平経路49aの底部に滞留するキャリアを減ずることができる。詳しくは、図9に示すように、水平方向に移動中のキャリアCには、移動方向(破線矢印方向である。)に作用する空気力Fと、重力方向に作用する重力N2と、磁石80による吸着力N1と、が作用する。したがって、吸着力N1によって重力方向の力N2が相殺されて、搬送管断面に均一に分散したキャリアの流れが形成される。
なお、磁石80は、傾斜経路49cの上方に設けることもできる。この場合にも、傾斜経路49cにおける搬送管断面に均一に分散したキャリアの流れが形成されることになる。また、磁界発生手段として、磁石80の代わりに、電磁石を用いることもできる。
図11にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図11は、実施の形態2における現像剤搬送装置でおこなわれる制御を示すフローチャートである。
キャリア搬送装置からキャリアを送出するときには、まず、キャリアを搬送する条件を満たしているかが判断される(ステップS1)。具体的には、現像部23におけるトナー消費量や、出力画像の枚数や、現像部23の駆動時間、等が所定値に達しているかが判別される。すなわち、現像部23内に収容された現像剤が劣化しているかが判断される。
その結果、キャリアを搬送する条件を満たしていないものと判断された場合には、キャリア送出の必要がないものとして、本処理のフローを繰り返す。
このとき、制御部100に設置されたタイマカウンタによるカウントがおこなわれる(ステップS4)。具体的に、タイマカウンタは、エアーポンプ90が駆動されてから新品キャリアが現像部23に到達するまでの時間をカウントする。なお、キャリアの到達時間は、予め実験等によって定められるものであるが、概ね空気の到達時間に対して70%程度になる。
これに対して、タイマカウンタがカウントアップしているものと判断された場合には、キャリアが現像部23に達しているものとして、エアーポンプ90の駆動を停止して搬送管49内への空気の送入を停止する(ステップS6)。
図12にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図12は、実施の形態3における現像剤搬送装置を示す概略図である。本実施の形態3の現像剤搬送装置は、水平経路49aのみで搬送管49を形成している点が、前記実施の形態1のものとは相違する。
図13にて、この発明の実施の形態4について詳細に説明する。
図13は、実施の形態4における現像剤搬送装置を示す概略図である。本実施の形態4の現像剤搬送装置は、安息角以下の角度で傾斜する傾斜経路49cのみで搬送管49を形成している点が、前記実施の形態1のものとは相違する。
図14にて、この発明の実施の形態5について詳細に説明する。
図14は、実施の形態5における現像剤搬送装置を示す概略図である。本実施の形態5の現像剤搬送装置は、垂直経路49bのみで搬送管49を形成している点が、前記実施の形態1のものとは相違する。
図15にて、この発明の実施の形態6について詳細に説明する。
図15は、実施の形態6における現像剤搬送装置を示す概略図であって、前記実施の形態1における図4に相当する図である。本実施の形態6の現像剤搬送装置は、水平経路49aと傾斜経路49cとの2つの経路のみで搬送管49を形成している点が、前記実施の形態1のものとは相違する。
また、搬送管49の上方には全域(搬送管の最上流位置から最下流位置にかけてである。)にわたって磁石80(磁界発生手段)が設置されている。これにより、水平経路49a及び傾斜経路49cにおける搬送管断面に均一に分散したキャリアの流れが形成されるために、キャリアの搬送性がさらに向上することになる。
20、20Y、20M、20C、20BK プロセスカートリッジ、
21 感光体ドラム(像担持体)、 22 帯電部、
23、23Y、23M、23C、23BK 現像部(現像装置)、
23f トナー補給口、
23k 現像剤排出口(排出手段)、 23m キャリア補給口、
32、32Y、32M、32C、32BK トナー補給部、
33 トナーカートリッジ、 34 トナー搬送経路、
43 現像剤回収経路、 44 現像剤回収部、
47、47Y、47M、47C、47BK キャリア補給部、
48 キャリアカートリッジ(現像剤容器)、
49 搬送管(キャリア搬送経路)、
49a 水平経路、 49b 垂直経路、 49c 傾斜経路、
70 キャリアフィーダ、 75 ノズル、 76 開口、
80 磁石(磁界発生手段)、 90 エアーポンプ(ポンプ)、
G 2成分現像剤、 C キャリア、 T トナー。
Claims (6)
- 現像剤を搬送する現像剤搬送装置であって、
ポンプによって送入又は送出される気体とともに前記現像剤が搬送される搬送管を備え、
前記搬送管は、水平経路と、垂直経路と、前記現像剤に対する安息角以下の角度で傾斜する傾斜経路と、のうち少なくとも1つの経路で形成され、
前記水平経路又は/及び前記傾斜経路は、その上方に磁界を発生させる磁界発生手段を備えたことを特徴とする現像剤搬送装置。 - 前記現像剤は、キャリア又は/及びトナーであることを特徴とする請求項1に記載の現像剤搬送装置。
- 前記搬送管は、トナーとキャリアとが収容されるとともに像担持体上に形成される潜像を現像する現像部に向けて前記現像剤を搬送することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像剤搬送装置。
- 前記現像部は、その内部に収容された前記トナー及び前記キャリアの一部を排出する排出手段を備えたことを特徴とする請求項3に記載の現像剤搬送装置。
- 前記搬送管は、前記現像剤が収容された現像剤容器から当該現像剤を搬送することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の現像剤搬送装置。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の現像剤搬送装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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