JP6024987B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、より詳細には、劣化した現像剤を少しずつ排出すると同時に新しい現像剤を補給するいわゆるトリクル方式の現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。

現在、電子写真方式を用いた画像形成装置では、キャリアとトナーとを有する２成分現像剤が多く用いられている。２成分現像剤を用いた現像では、トナーは現像により消費されていくが、キャリアは消費されずにハウジング内に残留する。このため、キャリアは、ハウジング内で繰り返し撹拌されて、表面の樹脂被覆層が剥がれたり、トナー樹脂や添加剤等が表面に付着し、キャリアの帯電付与能が徐々に低下していく。

そこで、このような不具合を抑制するため、キャリアを含む現像剤を少しずつハウジングから廃棄しながら、新しい現像剤をハウジングに補給するいわゆるトリクル方式が近年注目されつつあり、種々の提案もなされている。

しかし、このような従来のトリクル方式では、ハウジング内からの現像剤の排出制御は、ハウジング内の現像剤量に基づいて行われており、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。このため、ハウジングから排出される現像剤には、未だ使用に耐えうるキャリアも多く含まれており無駄が多かった。また、ハウジングへの現像剤の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といった課題もあった。

そこで、例えば、ハウジングから排出された現像剤から劣化現像剤を分離回収する一方、分離回収されなかった未劣化現像剤をハウジングに戻す技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。

特開2009-42546号公報 特開2010-72409号公報

ところで、トリクル方式の現像剤補給ボトルは、トナーのみが充填された補給ボトルに比べて、キャリアを含有している分だけ重くなる。通常、トリクル方式の現像剤補給ボトル内のキャリアの重量割合は１０％〜２０％であり、二酸化炭素の排出量もこの割合に対応して増えることになり、環境への負荷が大きくなる。このため、環境への負荷を低減するために、現像剤補給ボトル内のキャリアとして、現像器内のキャリアよりも嵩密度の小さいキャリアを用いることが検討されている。

ところが、嵩密度などの物性の異なるキャリアがハウジング内に混在すると、トナー濃度とトナー帯電量との関係が変化し、結果的にトナーかぶりや画像濃度ムラなどの画像ノイズが発生する場合がある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハウジング内に当初から収容されている劣化したキャリアを選択的にハウジングから排出し、新しい補給キャリアにすみやかに置き換えることにある。

また、本発明の他の目的は、ハウジング内での当初キャリアと補給キャリアとの比率を予測できるようにすることにある。

前記目的を達成する本発明に係る画像形成装置は、第１キャリアとトナーとを含む現像剤を収容すると共に循環搬送させるハウジングと、前記ハウジング内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段とを有する現像装置と、第１キャリアと物性の異なる第２キャリアとトナーとを含む補給用の現像剤を収容する補給容器とを備え、前記トナー濃度検知手段による検知値に基づいて、補給用の現像剤を前記補給容器から前記ハウジング内に補給するとともに、前記ハウジング内で過剰になった現像剤を前記ハウジングから排出する画像形成装置であって、第１キャリアと第２キャリアとの物性の違いによって、前記ハウジングから排出される現像剤中の第１キャリアと第２キャリアとを分別する分別手段をさらに備え、前記分別手段によって分別された第１キャリアは前記ハウジングから排出し、第２キャリアは循環搬送路に還送することを特徴とする。

ここで、第１キャリアと第２キャリアとは嵩密度が異なっていてもよい。

また、前記分別手段としては、現像剤を振動させる手段であってもよい。

本発明に係る画像形成装置によれば、ハウジング内に当初から収容されている劣化したキャリアが選択的にハウジングから排出され、新しい補給キャリアにすみやかに置き換えられる。これにより、当初キャリアと補給キャリアとのハウジング内での混在期間を短縮できる。また、ハウジング内での当初キャリアと補給キャリアとの比率を予測しやすくなる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図である。 作像ユニットの概説図である。 現像装置の垂直断面図である。 現像装置の水平断面図である。 分別部の概略断面図である。

以下、本発明に係る画像形成装置について図に基づいてさらに詳しく説明するが本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す所謂タンデム方式のカラープリンターの概説図を示す。この図に示すプリンターは、導電性を有する無端状の中間転写ベルト３０を有する。中間転写ベルト３０は、ローラ３１，３２，３３に張架されている。ローラ３１は不図示のモータに連結されており、モータの駆動によってローラ３１は反時計回りに回転し、これによって中間転写ベルト３０とこれに接するローラ３２，３３は従動回転する。ローラ３３は、不図示の付勢手段によって中間転写ベルト３０を外方へ付勢し中間転写ベルト３０に張力を与えている。ローラ３１に支持されているベルト部分の外側には、２次転写ローラ３４が圧接している。この２次転写ローラ３４と中間転写ベルト３０とのニップ部（２次転写領域）において中間転写ベルト３０上に形成されたトナー画像が、搬送されてきた用紙Ｐに転写される。

また、ローラ３２に支持されているベルト部分の外側には、中間転写ベルト３０の表面をクリーニングするベルトクリーニングブレード３５が設けられている。ベルトクリーニングブレード３５は、中間転写ベルト３０を介してローラ３２に圧接し、中間転写ベルト３０との当接部で未転写の残留トナーを除去・回収する。

中間転写ベルト３０の下側には、中間転写ベルト３０の回転方向上流側から順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ（以下、「作像ユニット１０」と総称することがある）が、装置本体１に対して着脱自在に配置されている。これらの作像ユニット１０では、各色の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー画像が作成される。

図２に、作像ユニット１０の概説図を示す。作像ユニット１０は、静電潜像担持体としての円筒状の感光体１１を有する。そして、感光体１１の周囲には、その回転方向（時計回り方向）に沿って順に、帯電装置１２、露光装置１３、現像装置２、１次転写ローラ１４、およびクリーニング装置１５が配置されている。１次転写ローラ１４は中間転写ベルト３０を挟んで感光体１１に圧接し、ニップ部（１次転写領域）を形成している。

図１に示すように、作像ユニット１０の下部には、給紙装置として給紙カセット４１が着脱可能に配置されている。給紙カセット４１内に積載収容された用紙Ｐは、給紙カセット４１の近傍に配置された給紙ローラの回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路Ｒに送り出される。給紙カセット４１から送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対４２に搬送され、ここで所定のタイミングで２次転写領域に送り出される。

画像形成装置は、１色のトナー（例えばブラック）を用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードと、４色のトナーを用いてカラー画像を形成するカラーモードとに切り替え可能となっている。

カラーモードにおける画像形成動作例について簡単に説明すると、まず、各作像ユニット１０において、所定の周速度で回転駆動される感光体１１の外周面が帯電装置１２により帯電される。次に、帯電された感光体１１の表面に、画像情報に応じた光が露光装置１３から投射されて静電潜像が形成される。続いて、この静電潜像は、現像装置２から供給される現像剤としてのトナーにより顕在化される。このようにして感光体１１の表面に形成された各色のトナー画像は、感光体１１の回転によって１次転写領域に達すると、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体１１から中間転写ベルト３０上へ転写（１次転写）されて重ねられる。

中間転写ベルト３０に転写されることなく感光体１１上に残った残留トナーは、クリーニング装置１５で掻き取られ、感光体１１の外周面から除去される。

重ね合わされた４色のトナー画像は、中間転写ベルト３０によって２次転写領域に搬送される。一方、そのタイミングに合わせて、レジストローラ対４２から２次転写領域に用紙Ｐが搬送される。そして、４色のトナー画像が、２次転写領域において中間転写ベルト３０から用紙Ｐに転写（２次転写）される。４色のトナー画像が転写された用紙Ｐは、定着ローラ対４３へ搬送される。定着ローラ対４３において用紙Ｐは、定着ローラと加圧ローラとのニップ部を通過する。この間に用紙Ｐは加熱・加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像は用紙Ｐに溶融定着する。トナー画像が定着した用紙Ｐは排出ローラ対によって排紙トレイに排出される。

一方、用紙Ｐに転写されることなく中間転写ベルト３０上に残った残留トナーは、クリーニングブレード３５で掻き取られ、中間転写ベルト３０の外周面から除去される。その後、各感光体１１及び中間転写ベルト３０の回転駆動が停止される。

図３及び図４に、現像装置２の垂直断面図及び水平断面図の概略図をそれぞれ示す。これらの図に示す現像装置２は、ハウジング２０、現像剤ホッパー５（図４に図示）と現像剤ボトルＢ（図４に図示）を備え、磁性粒子からなる第１キャリアとトナーとを有する二成分系現像剤Ｄ１を用いて感光体１１の静電潜像を現像するものである。このハウジング２０は、回転自在の現像ローラ２１と、現像部に搬送される現像剤量を規制する板状の規制部材２２と、現像ローラ２１に沿って形成された第１搬送路２３と、第１搬送路２３と仕切り板２７を隔てて平行に形成された第２搬送路２４と、第１搬送路２３及び第２搬送路２４に配置された第１搬送スクリュー２５及び第２搬送スクリュー２６を備える。仕切り板２７の長手方向両端部には第１連通口２７１及び第２連通口２７２（図４に図示）が形成され、第１搬送路２３と第２搬送路２４とは長手方向両端部において連通している。第２搬送路２４の現像剤搬送方向上流端には、現像剤ホッパー５から補給現像剤Ｄ２をハウジング２０に補給するための補給開口２７３が形成されている。また、第１搬送路２３の現像剤搬送方向下流端には、ハウジング２０内の現像剤Ｄ１を排出するための排出口２７４が形成されている。そして、第２搬送路２３の底面には、現像剤Ｄ１のトナー濃度を検知する透磁率センサー（トナー濃度検知手段）Ｓが設けられている。なお、補給現像剤Ｄ２は現像剤ボトルＢから現像剤ホッパー５に逐次補充され、現像剤ボトルＢが空になると、空になった現像剤ボトルＢは装置本体１から取り外され、新しい現像剤ボトルＢが装着される。

現像ローラ２１は、不図示の駆動機構によって図３において時計回りに回転する筒状体２１ａと、筒状体２１ａの内部に設けられた複数の磁極から構成される磁界発生手段２１ｂとを有する。磁界発生手段２１ｂを構成する各磁極はそれぞれ次のような働きをする。まず、磁極（汲み上げ極）Ｎ_１は、現像剤Ｄ１を筒状体２１ａに汲み上げる働きを奏する。磁極Ｓ_１は、規制部材２２と共に現像部に搬送する現像剤Ｄ１の量を制御する働きを奏する。そして、磁極Ｎ_２は、現像剤Ｄ１をブラシ状に穂立ちさせて感光体１１表面の静電潜像をトナーで現像する働きを奏する。磁極Ｓ_２は、現像剤Ｄ１を現像装置内に搬送する働きを奏する。磁極Ｎ_３は、ハウジング２０内に現像剤Ｄ１を搬送すると共に、隣り合う磁極Ｎ_１との間で発生する反発磁界によって現像剤Ｄ１を円筒体２１ａから剥離させて第１搬送スクリュー２５による撹拌部に戻す働きを奏する。

第１搬送スクリュー２５及び第２搬送スクリュー２６は、軸部材２５ａ，２６ａの外周に螺旋状の羽根２５ｂ，２６ｂが設けられ、第１搬送スクリュー２５の、第２連通口２７２よりも現像剤搬送方向やや下流側には、羽根の傾斜方向が逆方向の逆流発生部２８（図４に図示）が設けられている。そして、第１搬送スクリュー２５及び第２搬送スクリュー２６は、不図示の駆動機構によって互いに逆方向に回転する。

図４に示すように、ハウジング２０には現像剤ホッパー５が接続している。そして、現像剤ボトルＢから現像剤ホッパー５に、第２キャリアとトナーとを有する補給現像剤Ｄ２が供給される。補給現像剤Ｄ２における第２キャリアの割合は、例えば、１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲である。本実施形態では、第２キャリアは第１キャリアよりも嵩密度の小さいキャリアを用いる。これにより、補給現像剤Ｄ２の軽量化を図ることができる。第２キャリアの嵩密度としては第１キャリアの嵩密度の０．６倍〜０．９５倍が好ましい。現像剤ホッパー５は、補給現像剤Ｄ２を収納する収納部５１と、補給現像剤Ｄ２を補給する補給スクリュー５２とを有する。補給スクリュー５２は、モーターＭによって回転し、回転数は変動可能である。モーターＭの回転数を制御することによって、ハウジング２０への補給現像剤Ｄ２の補給量を調整できる。

ハウジング２０内のトナー濃度は、通常、数ｗｔ％（例えば７ｗｔ％）に維持される。現像によってトナーが消費されハウジング２０内のトナー濃度が低下すると、透磁率センサーＳの検知値が設定値より高くなって、現像剤ホッパー５から補給現像剤Ｄ２がハウジング２０に補給される。なお、トナー濃度が高く、透磁率センサＳの検知値が設定値よりも低いときは、現像剤Ｄ２の補給は行われない。

現像剤ホッパー５から補給される補給現像剤Ｄ２は、第２搬送路２４の現像剤搬送方向上流端に形成された補給開口２７３からハウジング２０内に受け入れられる。なお、補給開口２７３の形成位置は、第２搬送路２４上であれば特に限定はないが、現像ローラ２１に供給されるまでの間に十分な撹拌混合を行うためには、第２搬送路２４の現像剤搬送方向上流端に形成するのが好ましい。補給開口２７３からハウジング２０に補給された現像剤Ｄ２は、第２搬送スクリュー２６の回転によって図の左方向に現像剤Ｄ１と共に撹拌されながら搬送された後、第１連通口２７１を通って第１搬送路２３へ搬送される。第１搬送路２３では、第１搬送スクリュー２５の回転によって現像剤Ｄ１，Ｄ２は図の右方向に撹拌されながら搬送される。そして、逆流発生部２８において、現像剤Ｄ１，Ｄ２は図の右方向への搬送が妨げられるので、第２連通口２７２を通って再び第２搬送路２４へ搬送される。これにより、現像剤Ｄ１，Ｄ２は、第１搬送路２３と第２搬送路２４とで構成される循環搬送路内を循環し撹拌される。

トナーの補給と共に第２キャリアが補給されて、ハウジング２０内の現像剤量が増えてくると、逆流発生部２８における現像剤Ｄ１，Ｄ２の滞留量が多くなり、現像剤Ｄ１，Ｄ２の一部は逆流発生部２８を乗り越えるようになる。そして、逆流発生部２８を乗り越えた現像剤Ｄ１，Ｄ２は、図４の右方向に搬送されて分別部６に送られる。そして、分別部６において、分別手段としての振動素子６１によって現像剤中の第１キャリアと第２キャリアとが分別され、第１キャリアは排出口２７４からハウジング２０外へ排出される。一方、第２キャリアは還送口２７５から第２搬送路２４に送り返される。

図５に、分別部６の概略断面図を示す。第１搬送スクリュー２５の端部よりも搬送方向下流側に、振動素子６１が配置されている。そして、振動素子６１よりも搬送方向下流側には、仕切り板７３によって上下に仕切られた搬送路Ａと搬送路Ｂとが形成されている。搬送路Ａ及び搬送路Ｂにはそれぞれ搬送スクリュー７１及び搬送スクリュー７２が設けられている。本実施形態では、搬送路Ａは還送口２７５に繋がり、搬送路Ｂは排出口２７４に繋がっている。

第１搬送スクリュー２５によって搬送されてきた現像剤は振動素子６１上に一時的に堆積する。堆積している間、振動素子６１による振動によって嵩密度の高い第１キャリアは下方に移動し、嵩密度の低い第２キャリアは上方に移動して、第１キャリアと第２キャリアとは上下方向に分別される。これにより、第１キャリアの多くは搬送路Ｂに送られ、第２キャリアの多くは搬送路Ａに送られる。そして、第１キャリアは搬送路Ｂを通って排出口２７４から排出され、第２キャリアは搬送路Ａを通って還送口２７５から第２搬送路２４に送り返される。

このように、現像剤ホッパー５から補給現像剤Ｄ２をハウジング２０に補給しながら、使用によって劣化した第１キャリアを選択的にハウジング２０から排出することにより、ハウジング２０内のキャリアは第１キャリアから第２キャリアにすみやかに置き換えられる。また、ハウジング内での第１キャリアと第２キャリアとの比率を予測しやすくなる。これにより、現像剤の劣化に起因するカブリや文字散りなどの画像不良の発生が抑制される。

なお、搬送路Ａと搬送路Ｂの搬送先を切り替え可能とすれば、ハウジング２０内のキャリアを嵩密度の低いキャリアから嵩密度の高いキャリアに変えることも可能となる。

以上説明した実施形態では、嵩密度の異なるキャリアの分別手段として振動素子６１を用いていたが、異なる物性の種類によって分別手段の種類も適宜選択決定すればよい。例えば、抵抗が異なるキャリアの場合であれば、分別手段として電界発生手段を用いればよい。

本発明に係る画像形成装置によれば、ハウジング内に当初から収容されている劣化したキャリアが選択的にハウジングから排出され、新しい補給キャリアにすみやかに置き換えられる。これにより、当初キャリアと補給キャリアとのハウジング内での混在期間を短縮できる。また、ハウジング内での当初キャリアと補給キャリアとの比率を予測しやすくなり有用である。

２ 現像装置
５ 現像剤ホッパー（補給容器）
６ 分別部
Ｂ 現像剤ボトル（補給容器）
Ｓ 透磁率センサー（トナー濃度検知手段）
２０ ハウジング
６１ 振動素子（分別手段）
Ｄ１ 第１現像剤
Ｄ２ 第２現像剤

Claims (3)

1. 第１キャリアとトナーとを含む現像剤を収容すると共に循環搬送させるハウジングと、前記ハウジング内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段とを有する現像装置と、
   第１キャリアと物性の異なる第２キャリアとトナーとを含む補給用の現像剤を収容する補給容器とを備え、
   前記トナー濃度検知手段による検知値に基づいて、補給用の現像剤を前記補給容器から前記ハウジング内に補給するとともに、前記ハウジング内で過剰になった現像剤を前記ハウジングから排出する画像形成装置であって、
   第１キャリアと第２キャリアとの物性の違いによって、前記ハウジングから排出される現像剤中の第１キャリアと第２キャリアとを分別する分別手段をさらに備え、前記分別手段によって分別された第１キャリアを前記ハウジングから排出し、第２キャリアを循環搬送路に還送することを特徴とする画像形成装置。
2. 第１キャリアと第２キャリアとは嵩密度が異なっている請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記分別手段が、現像剤を振動させる手段である請求項１又は２記載の画像形成装置。