JP5327023B2 - 画像形成装置の二成分現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、二成分現像剤を用いてトリクル現像において劣化したキャリアを選択的に排出する画像形成装置の二成分現像装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置には、一成分現像剤（トナー）を用いる方式のものと、二成分現像剤を用いる方式のものとがある。一成分現像剤を用いる方式は、取り扱いと制御が比較的容易であるため、現像剤としては一成分トナーが主流を占めていた。

ところが近年のように、印刷（以下、印字ともいう）処理の高速化に対する要望が強まってくると、印刷処理の高速化には二成分現像剤を用いる方式の方がよく対応できるため、二成分現像剤を用いた現像装置（又は現像器）が種々提案されるようになった。

上記の二成分系現像剤はトナーとキャリアで構成される。キャリアは現像器内でトナーと混合撹拌されてトナーに所定の電荷を与える。電荷を与えられたトナーはキャリアの表面に一時的に付着してキャリアの表面を被覆する。

キャリアは電荷を帯びたトナーを感光体上に運び、感光体上の静電潜像にトナーを転移させて、静電潜像上にトナー像を現像させる。表面のトナーを放出したキャリアは現像ローラ上に残り、再び現像器内に戻って新たなトナーと再び混合撹拌され、トナーに電荷を与え、そのトナーを感光体上に運ぶ、というように繰り返し使用される。

上記のキャリアは、使用するほど摩擦熱によって表面にトナーが融着する。また、現像器内における攪拌によって、表面の樹脂被覆層の剥離や脱落が生じる。そのような現象に伴いキャリアの磁気吸着性能、帯電性能が劣化していく。キャリアが劣化すると初期段階の画像に比べて画像濃度不足や画像のカブリ等の画像の劣化を招くという問題が生じる。

これに対して近年、キャリアに関して現像装置の長寿命化が要求されている。このような要望に応えて上記のような問題を解決するために、通常、キャリアには、磁性コアの表面に、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、又はフッ素系樹脂等をコート材とした表面コート加工が施されることが多くなっている。

このような表面コート加工の改善策に加えて、表面の樹脂被覆層の剥離や脱落が生じて機能が低下した古いキャリアを新しいキャリアと入替えて、トナーの被着性を再生させ、現像装置の長寿命化を図る方法として、一般にトリクル現像といわれている現像方法がある。そして、そのようなトリクル現像を行う現像装置を設けた画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

特開２００１−１９４９０８号公報 特開２００６−３０８６８９号公報 特開２００７−３１６４９５号公報

一般に、トリクル現像方式は、印字により減少したトナーを補填するために、トナーとキャリアが混合され且つトナー濃度の高い現像剤を現像部に補給する。その際、現像部内の規定量を超過するように現像剤を補給して、その超過分に相等する現像部内に収容されていた現像剤を排出させる。

その結果、相対的に劣化した現像剤が減少するため、現像部内のトナー濃度が回復すると共に新しいキャリアが増加して、劣化キャリアの割合が低下する。これにより形成画像の品質を低下させずに高く維持することができる。

ところが、特許文献１〜３に示される従来技術は、いずれも現像剤の排出量の制御は、現像部内に収納されている現像剤の総量に基づいて行っており、古い現像剤すなわち劣化したキャリアを選択的に排出しているわけではない。

そのため、排出した現像剤には未だ使用に耐えうるキャリアが多量に含まれている。したがって無駄が多く、必然的に廃棄量が多くなる。また、補給頻度も多くなるため現像剤カートリッジの寿命低下や、ランニングコストの増加を招くという課題がある。

上記の課題を解決するために、本発明は、二成分現像剤を用いてトリクル現像において劣化したキャリアを選択的に排出する画像形成装置の二成分現像装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置の二成分現像装置は、二成分現像剤を用いてトリクル現像を行う画像形成装置の二成分現像装置において、外部を覆う筐体と内部に設けられた第１の隔壁と上記筐体の開口部に配設された現像ローラの周面とにより形成される第一室と、上記筐体と上記第一室とを隔てる上記第１の隔壁と上記現像ローラとを隔てる第２の隔壁とにより形成される第二室と、上記第一室に配設され、該第一室の一方の端部に形成された供給口において上記第二室から送り込まれる上記二成分現像剤を、他方の端部へ攪拌搬送しながら上記現像ローラの回転する周面に供給し、上記現像ローラに供給した残余の上記二成分現像剤を上記隔壁に形成された混入口から上記第二室に送り返す第１の攪拌搬送スクリューと、上記第二室に配設され、上記筐体に形成された補給口から補給される上記二成分現像剤と上記混入口から送り返されて混入される上記二成分現像剤とを攪拌搬送して該二成分現像剤の一定量を上記筐体の底面に形成された排出口から外部に排出すると共に残余の上記二成分現像剤を上記供給口から上記第一室に送り込む第２の攪拌搬送スクリューと、を有し、上記第２の攪拌搬送スクリューは、上記筐体に固定され表面を磁化物質で形成されたスクリュー軸と、該スクリュー軸の周囲を回転し非磁性体で構成されたフィンとから成る、ように構成される。

この二成分現像装置において、例えば、上記第二室を形成する上記筐体の底面は、上記第２の攪拌搬送スクリューの搬送方向に対し先上がりに傾斜している、ように構成され、また、例えば、上記第二室を形成する上記筐体の底面と上記第２の攪拌搬送スクリューのスクリュー軸とは、共に上記第２の攪拌搬送スクリューの搬送方向に対し先上がりに傾斜している、ように構成される。

本発明は、第２の攪拌搬送スクリューのスクリュー軸の表面を磁化物質で形成して磁力の強い新キャリアを選択的に保持し搬送して、利用可能なキャリアを過剰に排出するのを抑制するので、現像剤の廃棄量を低減させることができるという効果を奏する。

また、同様に利用可能なキャリアを過剰に排出するのを抑制するので、キャリアの使用時間が長くなり、現像剤を補給する頻度が減るので、相対的に現像剤カートリッジの寿命が長期化し、結果としてランニングコストが低減するという効果を奏する。

また、攪拌搬送室を形成する第二室の内部底面を搬送方向に対し先き上がりに傾斜させるので、攪拌効率が向上するとともに現像室を形成する第一室への現像剤の単位時間当たりの供給量が増加するという効果を奏する。

(a) は本発明の実施例１に係る二成分現像装置の側断面、(b) はそのＡ−Ａ´断面矢視図、(c) はＢ−Ｂ´断面矢視図である。 本発明の実施例１に係る二成分現像装置の第２の攪拌搬送スクリューの構成と機能について説明する図である。 本発明の実施例２に係る二成分現像装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施例３に係る二成分現像装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。尚、以下の実施例では、いずれもトナーとキャリアから成る二成分現像剤が使用されるが、以下の説明では二成分現像剤を単に現像剤という。

図１(a) は、実施例１に係る二成分現像装置の側断面であり、図１(b) はそのＡ−Ａ´断面矢視図、図１(c) はＢ−Ｂ´断面矢視図である。尚、この二成分現像装置が装着される画像形成装置本体は、通常に用いられる二成分現像の画像形成装置であるので図示は省略する。

図１(a),(b),(c) に示すように、本例の二成分現像装置１は、外部を覆う筐体２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）、内部に設けられた隔壁３（３ａ、３ｂ）、現像ローラ４、第１の攪拌搬送スクリュー５、及び第２の攪拌搬送スクリュー６を備えている。

第１の攪拌搬送スクリュー５は、筐体２の上部２ａ及び上背部２ｂと、隔壁３の上部３ａと、現像ローラ４の周面とにより形成された第一室７に配設されている。この第１の攪拌搬送スクリュー５は、スクリュー軸８と、このスクリュー軸８と一体に構成されて回転するフィン９から成る。

第２の攪拌搬送スクリュー６は、隔壁３の上部３ａ及び側部３ｂと、筐体２の下背部２ｃ及び下部２ｄとにより形成された第二室１１に配設されている。この第２の攪拌搬送スクリュー６は、筐体２に固定されたスクリュー軸１２と、このスクリュー軸１２の周囲に沿って回転するフィン１３から成る。

上記第１の攪拌搬送スクリュー５は、第一室７の一方の端部（図１(c) では右端）に形成された供給口１４において、図の上向き矢印ｃで示すように第二室１１から送り込まれる二成分現像剤１５を、矢印ｄで示す他方の端部（図１(c) では左端）方向へ攪拌搬送しながら現像ローラ４の回転する周面に供給する。

そして、第１の攪拌搬送スクリュー５は、現像ローラ４に供給した残余の二成分現像剤１５を隔壁３ａに形成された混入口１６から図の下向き矢印ｅで示すように第二室１１に送り返す。

他方、第２の攪拌搬送スクリュー６は、筐体２の下背部２ｃ及び下部２ｄに連続して側方に突設された延設部２ｅに形成されている補給口１７を通して図示を省略した現像剤ホッパーから矢印ｆで示すように補給される二成分現像剤１５と、混入口１６から送り返されて混入される二成分現像剤１５とを、混合攪拌しながら、矢印ｇで示すように供給口１４方向に搬送する。

そして、第２の攪拌搬送スクリュー６は、二成分現像剤１５の一定量を、筐体２の下部２ｄに形成された排出口１８から矢印ｈで示すように外部の不図示の排出タンクに排出すると共に、残余の二成分現像剤１５を供給口１４から第一室７に送り込む。

以上、第２の攪拌搬送スクリュー６、第１の攪拌搬送スクリュー５、及び現像ローラ４の動作と、二成分現像剤１５の補給、送り返し、混合攪拌、供給の動作の繰り返しによって、本例の二成分現像剤１５によるトリクル現像が行われる。

図２は、上述した実施例１に係る二成分現像装置１の第２の攪拌搬送スクリュー６の構成と機能について説明する図である。

尚、前述したように、第２の攪拌搬送スクリュー６のスクリュー軸１２は筐体２（図１参照）に固定され、フィン１３はスクリュー軸１２の周囲に沿って回転するように構成されている。

また、これも前述したように、二成分現像剤１５はトナーとキャリアから成るが、図２には説明を簡便するため、第２の攪拌搬送スクリュー６で搬送される二成分現像剤１５の中のキャリア１９（１９ａ、１９ｂ）のみを示している。

キャリア１９ａは補給されたばかりの二成分現像剤１５中の新キャリアであり帯電性能が高い。他方、キャリア１９ｂは、攪拌搬送されながら第一室７と第二室１１を何回も循環した劣化キャリアであり帯電性能は低い。

本例において、第２の攪拌搬送スクリュー６のスクリュー軸１２の表面は磁化物質で被覆されている。尚、スクリュー軸１２そのものを磁化物質で構成してもよい。また、フィン１３は非磁性体で構成されている。

本例では、これら磁化物質のスクリュー軸１２及び非磁性体のフィン１３から成る第２の攪拌搬送スクリュー６で二成分現像剤１５を攪拌搬送する。

これにより、新キャリア１９ａは、新しいものであるほど帯電性能が高いためトナーが厚く付着した状態で、且つスクリュー軸１２の磁気力に強く吸着されて、スクリュー軸１２に付着したままトナーと共にフィン１３によって矢印ｇ方向に搬送される。

一方、劣化キャリア１９ｂは、古いものほど帯電性能が低いため、スクリュー軸１２への吸着力は弱く、回転するフィン１３によってスクリュー軸１２から剥されたり、回転するフィン１３の遠心力によって飛ばされて、搬送中に第２の攪拌搬送スクリュー６から下方に離れ、僅かに付着するトナーと共に矢印ｇ方向に搬送される。

第二室１１の現像剤１５が図１(c) に示す排出口１８に達したときには、第２の攪拌搬送スクリュー６から下方に離れた劣化キャリア１９ｂが第二室１１の下部に集約された状態で搬送されてきて、排出口１８から僅かに付着したトナーと共に排出される。

このように、実施例１によれば、トリクル方式で少量ずつ排出されるキャリアを排出前に選別し、比較的古いキャリアとそれに吸着されているトナーのみ現像装置外に排出し、現像剤中にある比較的新しいキャリアとそれに吸着されているトナーを引き続き使用するようにできるので、廃棄物としての現像剤の低減と、現像剤カートリッジの長寿命化と、現像装置のランニングコストの低減が実現する。

図３は、本発明の実施例２に係る二成分現像装置の構成を示す断面図である。尚、図３には、図１(c) の構成と同一の構成部分には説明に必要な構成のみに図１(c) と同一の番号を付与し、その他は番号の付与を省略している。また、図１(c) に示した排出口１８等の図示は省略している。

図３に示すように、実施例２に係る二成分現像装置２０においては、第二室１１を形成する筐体２（下部２ｄ）の内部底面２１は、第２の攪拌搬送スクリュー６の搬送方向（矢印ｇ方向）に対し、先上がりに傾斜している。

この傾斜は、トナー又は二成分現像剤の流動性から決定される。例えば、先ずトナーの流動性を、スパチュラ角（スパチュラの上で堆積したトナーの傾斜角度）や安息角（トナーを所定の方法で落下させたときの傾斜角度）を測定して求める。これらの傾斜角度から計測された流動性から、現像装置（第二室１１の内部底面）の傾斜角度を決定する。

キャリアとトナーを混合させた二成分現像剤１５を使用した場合、スパチュラ角や安息角などの測定値よりも現像装置側の傾斜角度を大きくすることは、二成分現像剤が移動しにくくなるので避けなければならない。この角度の境界値は、例えば、実験によれば６０度以下である。

このように二成分現像剤の攪拌搬送室に、搬送方向へ先上がりの傾斜を持たせると、一部の二成分現像剤が搬送逆方向へ戻るような動きをして、撹拌の回数が上がるため、撹拌効率が上がる。このためトナーの帯電性が安定的に向上する。

また、供給口１４が形成されているトナー供給側の室の底面が、高く競り上がっている形状であるので、単位時間当たりの現像剤の供給量を増やすことができる。

図４は、本発明の実施例３に係る二成分現像装置の構成を示す断面図である。尚、図４には、図１(c) の構成と同一の構成部分には説明に必要な構成のみに図１(c) と同一の番号を付与し、その他は番号の付与を省略している。また、図１(c) に示した排出口１８等の図示は省略している。

図４に示すように、実施例３に係る二成分現像装置２２においては、第二室１１を形成する筐体２（下部２ｄ）の内部底面２３と、第２の攪拌搬送スクリュー６のスクリュー軸１２とは、共に第２の攪拌搬送スクリュー６の搬送方向（矢印ｇ）に対し先上がりに傾斜している。

このように構成しても、実施例２の場合と同様に、一部の二成分現像剤が搬送逆方向へ戻るような動きをして、撹拌の回数が上がるため、撹拌効率が上がる。このためトナーの帯電性が安定的に向上する。

また、供給口１４が形成されているトナー供給側の室の底面が、高く競り上がっている形状であるので、単位時間当たりの現像剤の供給量を増やすことができる。

本発明は、二成分現像剤を用いてトリクル現像において劣化したキャリアを選択的に排出する画像形成装置の二成分現像装置に利用することができる。

１ 二成分現像装置
２ 筐体
２ａ 上部
２ｂ 上背部
２ｃ 下背部
２ｄ 下部
２ｅ 延設部
３ 隔壁
３ａ 上部
３ｂ 側部
４ 現像ローラ
５ 第１の攪拌搬送スクリュー
６ 第２の攪拌搬送スクリュー
７ 第一室
８ スクリュー軸
９ フィン
１１ 第二室
１２ スクリュー軸
１３ フィン
１４ 供給口
１５ 二成分現像剤
１６ 混入口
１７ 補給口
１８ 排出口
１９（１９ａ、１９ｂ） キャリア
２０ 二成分現像装置
２１ 内部底面
２２ 二成分現像装置
２３ 内部底面

Claims (3)

1. 二成分現像剤を用いてトリクル現像を行う画像形成装置の二成分現像装置において、
   外部を覆う筐体と内部に設けられた第１の隔壁と前記筐体の開口部に配設された現像ローラの周面とにより形成される第一室と、
   前記筐体と前記第一室とを隔てる前記第１の隔壁と前記現像ローラとを隔てる第２の隔壁とにより形成される第二室と、
   前記第一室に配設され、該第一室の一方の端部に形成された供給口において前記第二室から送り込まれる前記二成分現像剤を、他方の端部へ攪拌搬送しながら前記現像ローラの回転する周面に供給し、前記現像ローラに供給した残余の前記二成分現像剤を前記隔壁に形成された混入口から前記第二室に送り返す第１の攪拌搬送スクリューと、
   前記第二室に配設され、前記筐体に形成された補給口から補給される前記二成分現像剤と前記混入口から送り込まれて混入される前記二成分現像剤とを攪拌搬送して該二成分現像剤の一定量を前記筐体の底面に形成された排出口から外部に排出すると共に残余の前記二成分現像剤を前記供給口から前記第一室に送り込む第２の攪拌搬送スクリューと、
   を有し、
   前記第２の攪拌搬送スクリューは、前記筐体に固定され表面を磁化物質で形成されたスクリュー軸と、該スクリュー軸の周囲を回転し非磁性体で構成されたフィンとから成る、
   ことを特徴とする二成分現像装置。
2. 前記第二室を形成する前記筐体の底面は、前記第２の攪拌搬送スクリューの搬送方向に対し先上がりに傾斜している、ことを特徴とする請求項１記載の二成分現像装置。
3. 前記第二室を形成する前記筐体の底面と前記第２の攪拌搬送スクリューのスクリュー軸とは、共に前記第２の攪拌搬送スクリューの搬送方向に対し先上がりに傾斜している、ことする請求項１記載の二成分現像装置。