JP3684023B2 - 現像剤供給タンク付き画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２成分現像剤を用いたプリンター、ファクシミリ、複写機等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に貯蔵現像剤の大容量化とトナー濃度の安定化を実現する現像剤供給タンクを備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置に広く採用されている乾式の現像装置では、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２成分現像剤が多く使用されている。このような２成分現像剤を用いる場合、当該現像剤のうち、現像を繰り返す毎に消費されるトナー分の補充の問題だけでなく、キャリア粒子についても考慮しなければならない。例えば、繰り返し使用されることで、摩擦帯電特性を強化すべくキャリア粒子表面に施されていた被覆物が剥がれ、キャリアとして劣化する問題がある。
【０００３】
そのため、このように劣化したキャリアを交換する必要が生じ、当初は画像形成装置を一旦停止し、現像剤の交換作業を手動で行っていた。これでは非常に煩わしいので、現像剤の交換を自動化することが過去に多く提案されたが、提案の初期では、寿命になった現像剤を回収し、代わりにフレッシュな現像剤を現像装置に供給することを基本にするものであって、現像剤の寿命の度に現像装置内の現像剤の全量を交換するために、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。また交換作業の度に機械の稼働を中断せざるをえない。そこで、それらの欠点を回避するために、寿命毎の全量交換でなく、一定間隔毎の部分交換を実現する提案にが行われるようになってきている。例えば特開平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した値に達したならば、当該現像器内における使用済み現像剤の一部を、予め設定した所定量だけ排出し、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような現像剤の部分交換の自動化によって、機械動作を停止することなく、キャリア劣化による画像品質の低下を免れるようにすることが可能になった。しかしながら、新品キャリアと入れ替えられる旧いキャリアは、寿命的にはかなり余裕を残しており、資源的にかなりの無駄を生じている。また装置全体のサイズの制約から現像剤量が比較的少なめになりがちで、現像装置内でキャリアが撹拌搬送作用を頻繁に受けることになって、その作用によってキャリアが痛めつけられ、また現像剤の絶対量が少ないために、トナー消費によって、現像剤中のトナー濃度の変動が大きくなりがちである。
【０００５】
これらの問題を回避するには、現像剤の絶対量を増やし、交換頻度を抑えるようにするのが良いが、当該現像剤を収容する現像装置を大きくすることは、画像形成装置全体が大型化するだけでなく、設計上の制約も甚だしいものとなる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、貯蔵現像剤の大容量化を果たし、現像剤にかかるストレスを抑え且つ現像剤中のトナー濃度の変動も抑えながら、設計上の制約も少なく、更に現像剤の交換も容易であるような画像形成装置の構成を提案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、本発明によれば、２成分現像剤により顕像化処理を行う現像装置を備えた画像形成装置にして、
− 現像装置とは独立した位置に現像剤供給タンクを配置し、
− 当該現像剤供給タンクと現像装置とを現像剤が循環可能なように少なくとも一部がフレキシブルな移送経路を介して連結し、回転することにより軸方向にトナーを移動させるローター及び当該ローターを包み込むように配置され当該ローターのための回転空間を有し当該ローターと接触係合するステータとを有するスクリューポンプ手段が現像剤供給タンクに付設され、
− 上記現像剤供給タンクは、回転することで現像剤を攪拌し且つ回転軸の方向に現像剤を移送する複数の撹拌移送手段を有し、
− 当該複数の攪拌移送手段のそれぞれは、移送してきた現像剤をその回転軸の下流端近傍で他の攪拌移送手段の回転軸の上流端近傍に受け渡すように、上記現像剤供給タンク内に配置され、
− 前記複数の攪拌移送手段の一つが上記スクリューポンプ手段に直結し、
− 当該攪拌移送手段の直上流に位置する別の攪拌移送手段が、スクリューポンプ手段直結の攪拌移送手段とは逆向きに現像剤を上記スクリューポンプ手段から遠ざかるように搬送する。
【０００８】
上記スクリューポンプ手段によって移動するトナーを拡散状態で流動させるための空気供給手段を更に具備していれば、好適である。現像剤供給タンクが画像形成装置本体から着脱自在になっていれば、好都合である。上記現像剤供給タンク内に複数配置された撹拌移送手段が、各々独立に駆動可能であれば、一層効果的である。複数個のトナー濃度検知手段が、上記現像剤供給タンクに分配されていれば、なおよい。補充トナー用タンクが上記現像剤供給タンクに付設されていてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。なお当然ながら、以下の例は、本発明を例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１０】
図１において、本発明に係る複写機１０２は、像担持体たる感光体１０３の周囲に、矢印で示す回転方向に沿って、帯電装置１０４、露光装置１０５（デジタル式の場合には画像信号に応じた光書き込み装置）、現像装置１０６、転写ベルト１０７、クリーニング装置１０８を配置している。露光装置１０５は、複写機１０２の上面に設置されている原稿載置台１０５Ａに載置された原稿を露光するための光源、反射鏡及び結像レンズを含む露光光学機構１０５Ｂを備え、原稿に応じた静電潜像を感光体１０３上に形成するようになっている。
【００１１】
感光体１０３上に形成された静電潜像は、現像装置１０６によって可視像処理され、給紙装置１０９から給送されてくる記録紙に転写ベルト１０７上で静電転写される。転写された記録紙は定着装置１１０によって定着されて排紙される。転写後に転写ベルト１０７に残留したトナー等を除去するクリーニング装置や感光体表面上の残留トナーを除去するクリーニング装置１０８が更に備えられている。また給紙装置１０９は異なるサイズの記録紙を収容可能な給紙カセットを複数個備えており、選択されたサイズの用紙が給紙されるようになっている。
【００１２】
上記現像装置１０６を断面的に詳細に示す図２において、感光体１０３に向けられたユニットの開口から一部が露出するように、現像剤担持体としてのマグネット内蔵現像ローラ２が配設されている。このマグネットは、現像ローラを時計と見做した場合に、図２においてほぼ７時方向の感光体１０３と対向する向きに現像主極Ｐ₁、ほぼ６時と４時の方向にそれぞれ現像剤搬送用磁極Ｐ₂，Ｐ₃、ほぼ２時及び１時の方向にそれぞれ第１搬送ローラ２１への現像剤受け渡し用の磁極Ｐ₄，Ｐ₅（磁極Ｐ₅は省略可）、ほぼ９時の方向の現像ドクタ８に対向する向きに現像剤規制のための磁極Ｐ₆がそれぞれ形成されている。各磁極の磁性は、例えばＰ₁がＮ、Ｐ₂がＳ、Ｐ₃がＮ、Ｐ₄がＳ、Ｐ₅がＮ、Ｐ₆がＳである。
【００１３】
そして現像ローラ２の上方であって、現像ローラ内マグネットの磁極がなく、磁力が他の方向よりも格段に小さい方向範囲において、軸受部材として上方が開口した樋状の剤受けケース２４が配設されている。この剤受けケース２４の幅方向の中心に位置する最下部は、現像ローラ２の１２時方向よりも１１時側にずれている。この剤受けケース２４には、後述する横撹拌手段としての横撹拌ユニットが設けられている。剤受けケース２４の右側には、ケース右側壁に沿って、第１〜第３搬送ローラ２１，２２，２３が配設され、これらローラによって、現像ローラ２から現像剤を除去し、且つ除去した現像剤を第２現像剤受けケース５０の上部開口の右端部まで汲み上げる汲み上げ搬送手段を構成する。
【００１４】
第１搬送ローラ２１は、図２での１〜２時の方向から現像ローラ２に対向し、この第１搬送ローラ２１に第２搬送ローラ２２が対向し、更に第２搬送ローラ２２に上方から第３搬送ローラ２３が対向する。これら第１〜第３搬送ローラ２１，２２，２３は、互いに同一の構造を有しており、上記第２剤受けケース５０とは反対側で現像剤を搬送するように、それぞれ内部に回転不能のマグネットを収容している。
【００１５】
剤受けケース２４の左側では、現像装置ユニットのケース２８内面との間に所定の間隔を有しており、この間隔部分をもって、剤受けケース２４の左側壁上端部を越えてオーバーフローした現像剤の現像ローラ２表面への現像剤搬送通路４０になっている。この通路の途中に位置するユニットケース２８の内面は傾斜面となっており、検知面２９ａがこの傾斜面のほぼ同一面になるようにトナー濃度センサ２９が設けられている。このトナー濃度センサ２９は、現像剤の透磁率変化に基づいてトナー濃度を検知するものである。トナー濃度センサ２９により検知されたトナー濃度値は基準値と比較され、検知濃度が所定値を下回った場合にはトナー不足状態と認識して、その不足分に応じた大きさのトナー補給信号が不図示のトナー補給回路に出力されるようになっている。
【００１６】
また現像装置ユニット内での現像剤の横撹拌搬送は、例えば図面の奥側から手前側へ現像剤を送る外側の撹拌板部２６ａ及び螺旋状スクリュー部２６ｂと、手前側から奥側へ現像剤を送る内側の搬送スクリュー２７とのバランスで成り立っている。この横撹拌ユニットはデュアルミキサーであり、外側スクリューパドル２５は中空円筒部２６と、当該中空円筒部２６の周面から放射状に延びる複数の軸線と平行な撹拌板部２６ａと中心軸方向に沿い奥側から手前側に向けて現像剤を搬送する螺旋状のスクリュー部２６ｂとを備え、この中空円筒部２６内に、中心軸方向に沿って手前側から奥側へ現像剤を搬送する上記内側スクリュー２７が収容されている。上記中空円筒部２６の手前側の側端部にはスクリュー２６ｂで搬送されてきた現像剤を中空内部に進入させる不図示の剤取り込み口が形成され、奥側端部には内側スクリュー２７で奥側端部まで搬送された現像剤を外部に排出させる不図示の剤排出口が形成されている。
【００１７】
以上のような構成において、現像ローラ２に担持されて感光体１０３の対向位置を通過した現像剤は、第１搬送ローラ２１によって現像ローラ２上からほぼ１００％除去され、しかる後に第２搬送ローラ２２に受け渡され、更に第３搬送ローラ２３に受け渡されて、遠心力などで第２剤受けケース５０の右側上端縁を越えて第２剤受けケース５０内に流下する。流下した現像剤はケース５０内に溜り、横搬送スクリュー５１によって装置手前側まで送られる。図３で認識可能なように、そのように搬送された現像剤は、第２剤受けケース５０の下面に明けられた孔より剤溜り５２に落下して溜められ、更に自身の自重と、横搬送スクリュー５４により第１粉体ポンプ５５に移送される。
【００１８】
この第１粉体ポンプ５５には従来公知の通称「モーノポンプ」と呼ばれるスクリューポンプが用いられる。当該粉体ポンプは、横搬送スクリュー５４と連結された螺旋棒状のローター５８と、当該ローター５８を包み込むように配置され当該ローターのための回転空間を有し当該ローターと部分的に接触係合するステータ５９と、このステータ５９を保持するホルダ６０と、歯車列を介して横搬送スクリュー５４とつながった駆動モータ５６等から構成される。ステータ５９はゴム等の弾性体からなる。
【００１９】
粉体ポンプのホルダ６０の内周壁面とステータ５９の外周面の間には１ｍｍ程度の隙間があり、この隙間は現像剤通路（吐出部）６１に連通しており、当該隙間を介して現像剤通路６１へ吹き込むように、エアー供給口６２が設けられている。図４に示されるように、エアーポンプ６３が作動するとチューブ６５、エアー供給口６２を介して循環現像剤に所定の送風量でエアーが吹き込まれ、これにより、粉体ポンプ５５の通路６１から出る現像剤は流動化が促進され、粉体ポンプ５５での現像剤移送が確実なものとなる。そして、粉体ポンプ５５を通過した現像剤は、耐トナー性に優れたフレキシブルパイプ６７を介して現像剤供給ユニット６６（図１）に移送される。
【００２０】
複写機から着脱自在な現像剤供給ユニット６６の概略構成を正面から透視的に示した図５及び横断面的に示した図６において、当該ユニットには現像剤収容器６８が内蔵され、この収容器６８の上部へ上記フレキシブルパイプ６７を介して循環現像剤が放出される。また収容器６８の最下部には、ほぼその全幅にわたって収容現像剤を第２粉体ポンプ７５に移動するための搬送スクリュー６９が配設されており、第２粉体ポンプ７５の作動によって、現像剤はフレキシブルパイプ７７を介して現像装置１０６へ向けて送り出される（図１参照）。搬送スクリュー６９は図５から認識できるように第２粉体ポンプ７５のロータに直結し、螺旋羽根をその軸に備えている。第２粉体ポンプ７５の構造は上記第１粉体ポンプ５５の構造と同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
収容器６８の内部で搬送スクリュー６９の上方には、少なくとも１個の、通常は複数個の撹拌移送手段７１，７２，７３（図示の例では３個）が上下方向に間隔を開けて配設されている。これら撹拌移動手段は、それぞれ別の駆動手段により駆動されるが、クラッチ付き歯車機構を介して単一の駆動手段により任意の撹拌移送手段を駆動するようにすることも可能である。最上段の撹拌移動手段７３は、フレキシブルパイプ６７を介して現像装置から移送される現像剤と収容器６８内の現像剤、更には付設のトナー収容器７４から必要に応じて補給されるバージントナーを撹拌して、現像剤のトナー濃度を均一化する。撹拌移送手段７１，７２，７３と搬送スクリュー６９は図５の矢印のように収容器６８の幅方向において互いに逆向きに収容現像剤を回転駆動される。これによって、現像剤の一方方向への片寄りを防ぐことができ、またトナー濃度むらを回避し、濃度の早めの均一化が実現する。
【００２２】
図６に示されるように、各撹拌移送手段７１，７２，７３の近傍にはそれぞれトナー濃度センサ８１，８２，８３が設置され、各撹拌移送手段７１，７２，７３付近のトナー濃度を検知し、所定濃度範囲におさまっていれば、その箇所の撹拌移送手段の駆動を停止し、現像剤へストレスをできるだけかけないようにする。収容器に分配されたトナー濃度センサは、適宜の数で配設され、撹拌移送手段の取付位置とは独立に設置位置を決めてもよい。現像剤の凝集を避けるために、必要に応じて適宜、撹拌移送手段７１，７２，７３が駆動するようになっていれば、なお好適である。これらセンサは、上記トナー濃度センサ２９と基本的に同じ構造を有している。
【００２３】
画像形成装置本体と現像剤供給装置とをストレスの少ない粉体ポンプとフレキシブルなパイプとで接続することで、各装置の設置の制約が少なくなり、設置場所の有効活用を図り、全体としての現像剤貯蔵量を増やしながら、全体装置の大型化を最小限に抑えることが可能となり、更に画像形成装置本体の外部に現像剤供給装置を設置することで、メンテナンスの際の作業性を向上することができる。なお、現像剤の貯蔵量を増やすメリットは、上記現像剤供給装置を備えない従来タイプのものでは、例えば、現像剤１００ｇに対してトナーが５ｇ存在するような状態で、画像形成によって１ｇのトナーが消費され、トナー濃度が５％から４％に変動していたのが、現像剤供給装置を備えることで現像剤量を５００ｇにでき、１ｇのトナーを消費しても、トナー濃度が５％から４．８％にしか変動せずにすむということである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る画像形成装置によれば、現像装置とは独立した位置に現像剤供給タンクを配置し、当該現像剤供給タンクと現像装置とを現像剤が循環可能なように少なくとも一部がフレキシブルな移送経路を介して連結し、所謂モーノポンプが現像剤供給タンクに付設されるので、貯蔵現像剤の大容量化を果たし、現像剤にかかるストレスを抑え且つ現像剤中のトナー濃度の変動も抑えながら、設計上の制約も少なく、更に現像剤の交換も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略的な概念図である。
【図２】図１の画像形成装置に装着された現像装置の拡大端面図である。
【図３】図２の現像装置の横搬送スクリューと粉体ポンプの接続関係を示す概略図である。
【図４】現像装置と粉体ポンプとエアーポンプの関係を示す概略斜視図である。
【図５】現像剤供給ユニットの概略構成の正面透視図である。
【図６】図５の現像剤供給ユニットを横断面図である。
【符号の説明】
６６ 現像剤供給ユニット
６７ 現像装置から現像剤供給ユニットへの現像剤移送用フレキシブルパイプ
７７ 現像剤供給ユニットから現像装置への現像剤移送用フレキシブルパイプ
１０３ 感光体
１０６ 現像装置

Claims (6)

1. ２成分現像剤により顕像化処理を行う現像装置を備えた画像形成装置にして、
   − 現像装置とは独立した位置に現像剤供給タンクを配置し、
   − 当該現像剤供給タンクと現像装置とを現像剤が循環可能なように少なくとも一部がフレキシブルな移送経路を介して連結し、回転することにより軸方向にトナーを移動させるローター及び当該ローターを包み込むように配置され当該ローターのための回転空間を有し当該ローターと接触係合するステータとを有するスクリューポンプ手段が、現像剤供給タンクに付設され、
   − 上記現像剤供給タンクは、回転することで現像剤を攪拌し且つ回転軸の方向に現像剤を移送する複数の撹拌移送手段を有し、
   − 当該複数の攪拌移送手段のそれぞれは、移送してきた現像剤をその回転軸の下流端近傍で他の攪拌移送手段の回転軸の上流端近傍に受け渡すように、上記現像剤供給タンク内に配置され、
   − 前記複数の攪拌移送手段の一つが上記スクリューポンプ手段に直結し、
   − 当該攪拌移送手段の直上流に位置する別の攪拌移送手段が、スクリューポンプ手段直結の攪拌移送手段とは逆向きに現像剤を上記スクリューポンプ手段から遠ざかるように搬送することを特徴とする画像形成装置。
2. 上記スクリューポンプ手段によって移動するトナーを拡散状態で流動させるための空気供給手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 上記現像剤供給タンクが画像形成装置本体から着脱自在であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 上記複数の撹拌移送手段が、各々独立に駆動可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 複数個のトナー濃度検知手段が、上記現像剤供給タンクに分配されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 補充トナー用タンクが上記現像剤供給タンクに付設されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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