(57)【要約】【課題】現像剤中のキャリアだけを排出できる、二成分方式の現像装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置１は、画像を形成するための画像領域と画像を形成しない非画像領域とに渡って延伸する像担持体８と、トナーとキャリアを含む現像剤を収容するハウジング１６と、画像領域と非画像領域とに渡って延伸し、ハウジング１６の開口部に回転可能に支持され、磁力によってキャリアを担持することでキャリアの間にトナーを保持して回転し、像担持体８の画像領域および非画像領域にトナーを供給する現像ローラ１９と、像担持体８にトナーを供給した後、現像ローラ１９の非画像領域に担持されているキャリアを回収して排出するキャリア回収装置２２とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を形成するための画像領域と画像を形成しない非画像領域とに渡って延伸する像担持体と、
トナーとキャリアを含む現像剤を収容するハウジングと、
前記画像領域と前記非画像領域とに渡って延伸し、前記ハウジングの開口部に回転可能に支持され、磁力によって前記キャリアを担持することで前記キャリアの間にトナーを保持して回転し、前記像担持体の前記画像領域および前記非画像領域にトナーを供給する現像ローラと、
前記像担持体にトナーを供給した後、前記現像ローラの前記非画像領域に担持されているキャリアを回収して排出するキャリア回収装置とを有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記像担持体の少なくとも非画像領域に付着したトナーを回収するトナー回収装置と、
前記トナー回収装置が回収したトナーを前記ハウジングに環流させるトナー環流装置とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記現像ローラの磁力は、前記画像領域と前記非画像領域とで異なることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記像担持体は、素管の表面の前記画像領域のみをコーティングしてなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記ハウジングは、前記画像領域内で前記現像剤を循環させ、前記非画像領域に前記現像剤の一部を分流するように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の現像装置。
【請求項６】
前記ハウジングは、前記画像領域から前記非画像領域へ分流する前記現像剤の量を調節する分流量制御手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
【請求項７】
前記ハウジングは、前記画像領域から前記非画像領域へ分流する前記現像剤のトナー濃度を推定する濃度推定手段を備え、
前記分流量制御手段は、前記濃度推定手段が推定したトナー濃度に応じて、前記画像領域から前記非画像領域へ分流する前記現像剤の量を調節することを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いてトナー画像を現像する現像装置において、現像剤の一部を排出し、キャリアを含む現像剤を補給することで、キャリアの劣化度を低減するトリクル方式が知られている。一般に、トリクル方式の現像装置では、キャリアだけでなくトナーも同時に排出するので、トナーを無駄に廃棄することになる。
【０００３】
特許文献１には、現像に用いられていない現像ローラに、電圧が印加された電極ローラを対向させて、キャリアだけを吸引して回収する技術が開示されている。この技術は、電極ローラを現像ローラに対向させる必要があるため、複数の現像器を保持し、いずれか１つの現像器を選択して感光体に対向させ、他の現像器を休止させるタイプの現像装置にしか適用できない。
【０００４】
特許文献２には、現像器から排出された現像剤を、キャリアを吸着する磁力を有するスリーブに供給し、隣接して設けた回収ローラの静電気力によってスリーブ上からトナーのみを吸着して回収する装置が開示されている。このトナーを分離回収する機構は、現像器と同じ原理を利用しており、現像装置の大型化やコストアップを招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６３０９７号公報
【特許文献２】特開平２００８−２５７１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、現像剤中のキャリアだけを排出できる、二成分方式の現像装置および画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明による現像装置は、画像を形成するための画像領域と画像を形成しない非画像領域とに渡って延伸する像担持体と、トナーとキャリアを含む現像剤を収容するハウジングと、前記画像領域と前記非画像領域とに渡って延伸し、前記ハウジングの開口部に回転可能に支持され、磁力によって前記キャリアを担持することで前記キャリアの間にトナーを保持して回転し、前記像担持体の前記画像領域および前記非画像領域にトナーを供給する現像ローラと、前記像担持体にトナーを供給した後、前記現像ローラの前記非画像領域に担持されているキャリアを回収して排出するキャリア回収装置とを有するものとする。
【０００８】
この構成によれば、非画像領域において、現像ローラにキャリアを担持し、像担持体によってキャリアの間に含まれるトナーを吸引して除去することで、現像ローラ上にキャリアのみを残すことができる。このキャリアをキャリア回収装置によって回収することで、現像剤中のキャリアのみを排出することができる。これによって、ハウジング内のキャリアを少しずつ入れ替えてキャリアの品質を維持しながら、無駄にトナーを廃棄することがない。
【０００９】
また、本発明の現像装置は、前記像担持体の少なくとも非画像領域に付着したトナーを回収するトナー回収装置と、前記トナー回収装置が回収したトナーを前記ハウジングに環流させるトナー環流装置とをさらに有してもよい。
【００１０】
この構成によれば、非画像領域において現像剤から分離したトナーをハウジングに再供給するので、新しいトナーの補給量を低減して、ランニングコストを引き下げることができる。
【００１１】
また、本発明の現像装置において、前記現像ローラの磁力は、前記画像領域と前記非画像領域とで異なってもよい。
【００１２】
この構成によれば、画像領域と非画像領域とで、それぞれ、ハウジング中の現像剤の粉体面のレベルに合わせて現像ローラの磁力を最適化できるので、現像ローラに十分な量のキャリアを吸着させられる。
【００１３】
また、本発明の現像装置において、前記像担持体は、素管の表面の前記画像領域のみをコーティングしてなってもよい。
【００１４】
この構成によれば、像担持体のコーティングのない素管部分は、帯電器によって帯電されることがないので、常に現像ローラに対してバイアス電圧に等しい電位を有する。このため、現像ローラ上のトナーは無条件に像担持体に吸引される。
【００１５】
また、本発明の現像装置において、前記ハウジングは、前記画像領域内で前記現像剤を循環させ、前記非画像領域に前記現像剤の一部を分流するように構成されてもよい。
【００１６】
この構成によれば、非画像領域に分流される現像剤の量を少なくすることで、現像ローラに保持される現像剤を少なくし、像担持体が吸着しきれず、現像ローラ上に取り残されてキャリアと共に排出されるトナーの量を少なくできる。
【００１７】
また、本発明の現像装置において、前記ハウジングは、前記画像領域から前記非画像領域へ分流する前記現像剤の量を調節する分流量制御手段を備えてもよい。
【００１８】
この構成によれば、現像剤の分流量を調節することで、排出するキャリアの量を調節できる。
【００１９】
また、本発明の現像装置において、前記ハウジングは、前記画像領域から前記非画像領域へ分流する前記現像剤のトナー濃度を推定する濃度推定手段を備え、前記分流量制御手段は、前記濃度推定手段が推定したトナー濃度に応じて、前記画像領域から前記非画像領域へ分流する前記現像剤の量を調節してもよい。
【００２０】
この構成によれば、キャリアの排出量を調節することで、ハウジング内の現像剤のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００２１】
また、本発明による画像形成装置は、上記現像装置のいずれかを有するものとする。
【００２２】
この構成によれば、ハウジング内のキャリアを選択的に排出できるので、トナーの無駄がなく、キャリアの品質を維持することもできる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明によれば、非画像領域において、現像ローラにキャリアを担持し、像担持体によってキャリアの間に含まれるトナーを吸引して除去し、キャリア回収装置によってキャリアのみを回収して排出できる。これによって、ハウジング内のキャリアを少しずつ入れ替えてキャリアの品質を維持しながら、トナーを無駄にしない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態の画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１の現像装置の平面図である。
【図３】図２の現像装置の画像領域の断面図である。
【図４】図２の現像装置の非画像領域の断面図である。
【図５】図２の現像装置の非画像領域外側の断面図である。
【図６】図２の現像装置の分流量制御の流れ図である。
【図７】図２の現像装置のトナー濃度センサの出力特性を示すグラフである。
【図８】図２の現像装置の分流モータ速度の設定を示す表である。
【図９】本発明の第２実施形態の現像装置の断面図である。
【図１０】図９の現像装置の分流量制御の流れ図である。
【図１１】図９の現像装置の隔壁の高さの設定を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態の画像形成装置１の構成を示す。画像形成装置１は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像を形成する、本発明に係る４つの現像装置２を有する。画像形成装置１は、それぞれの現像装置２によって形成したトナー画像を１次転写ローラ３によって中間転写ベルト４に１次転写し、２次転写ローラ５によって中間転写ベルト４から記録紙にトナー画像を転写し、定着器６によって記録紙を加圧加熱することでトナー画像を記録紙に定着して排紙する。画像形成装置１の各構成要素の動作は、マイコンからなる制御装置７によって制御される。
【００２６】
図２乃至５に、現像装置２の詳細を示す。現像装置２は、図２に示すように、記録紙が通紙され、画像を形成するための画像領域と、画像領域に隣接し、画像を形成しない非画像領域とに渡って設けられている。図３は画像領域の断面を示し、図４は非画像領域の断面を示し、図５は非画像領域のさらに外側部分の断面を示す。
【００２７】
現像装置２は、像担持体８と、像担持体８の表面を帯電させる帯電ローラ９と、帯電した像担持体８を選択露光して静電潜像を形成する露光器１０と、静電潜像にトナーを供給して像担持体８の上にトナー画像を形成する現像器１１と、像担持体８を除電するイレースランプ１２と、像担持体８の画像領域に残留するトナーを掻き落として回収するクリーナ１３と、像担持体８の非画像領域に現像されたトナーを掻き落として回収するトナー回収装置１４と、トナー回収装置１４が回収したトナーを現像器１１に環流させる環流スクリュ（トナー環流装置）１５とを有する。
【００２８】
現像器１１は、現像剤を収容するハウジング１６と、ハウジング１６内の現像剤を撹拌しながら搬送し、図２に矢印で示すように、ハウジング１６の画像領域内で循環させる撹拌スクリュ１７および供給スクリュ１８と、ハウジング１６の開口部に回転可能に配設され、供給スクリュ１８に搬送されている現像剤のキャリアを磁力によって吸着して表面にキャリアチェインを形成し、キャリアチェインの間にトナーを担持して回転し、像担持体８との電位差によってトナーを像担持体８に供給する現像ローラ１９とを有する。
【００２９】
図３および４では、現像ローラ１９の内部に設けられた磁極が発生する磁界強度の分布を、花弁状に図示している。非画像領域の磁極と、画像領域の磁極とで異なる点は、供給ローラ１８によって供給される現像剤のキャリアを吸着するためのキャッチ極の磁界強度が、非画像領域において大きくなっていることである。
【００３０】
また、図４に示すように、現像装置２は、非画像領域において、現像ローラ１９からキャリアを剥離するための脱磁極に対向する位置に、現像ローラ１９に当接してキャリアを掻き落として回収するためのブレード２０と、ブレード２０によって回収されたキャリアを外部に排出する排出スクリュ２１とを有するキャリア回収装置２２を有する。排出スクリュ２１によってキャリア回収装置２２から排出されたキャリアは、図５に示すように、キャリア回収容器２３に回収される。
【００３１】
図３に示すように、画像領域に設けられたクリーナ１３は、像担持体８の表面に当接するブレード２４と、ブレード２４が掻き落としたトナーを不図示の廃トナー容器に排出するための排出スクリュ２５とを有する。クリーナ１３が回収する画像領域のトナーを外部に排出するのは、それらが、１次転写ローラ３によって転写できなかったものであり、劣化している可能性が高く、再利用せずに廃棄することが望ましいからである。
【００３２】
一方、図４に示すように、非画像領域の設けられたトナー回収装置１４も、像担持体８に当接するブレード２６と、ブレード２６が掻き落としたトナーを排出する排出スクリュ２７とを有する。しかしながら、トナー回収装置１４が回収したトナーは、環流スクリュ１５を介して現像器１１のハウジング１６内に環流される。これは、非画像領域において、像担持体８は１次転写ローラ３に対向せず、現像ローラ１９から供給された全てのトナーが像担持体８上に残留しており、これらのトナーは現像器１１において再利用することが望ましいからである。
【００３３】
本実施形態では、像担持体８の画像領域からトナーを回収するクリーナ１３と、非画像領域からトナーを回収するトナー回収装置１４とを別々に設けたが、１つの回収装置によって像担持体８に残留するトナーを回収し、回収したトナーを全て現像器１１に環流させてもよい。
【００３４】
像担持体８は、画像領域では、金属製の素管に樹脂をコーティングしたものであるが、非画像領域では、コーティングされておらず素管が露出するものである。像担持体８の素管には、現像ローラ１９との間にトナーを吸引するためのバイアス電圧が印加される。現像ローラ１９の樹脂コーティングは、帯電ローラ９によって表面が前記バイアス電圧と逆極性に帯電させられ、露光器１０によって除電された部分しかトナーを吸引しない。しかしながら、素管のみからなる像担持体８の非画像領域は、帯電ローラ９によって帯電されることがなく、常に、現像ローラ１９に対してバイアス電圧に等しい電位差を有する。このため、像担持体８の非画像領域は、画像領域に比べて現像ローラ１９からトナーを吸着する能力が高い。
【００３５】
このような構成により、現像ローラ１９の非画像領域に担持されているトナーを確実に像担持体８に吸着させることができ、キャリア回収装置２２が現像ローラ１９から掻き落とすキャリアに混入するトナーを低減することができる。
【００３６】
さらに、現像器１１の供給スクリュ１８は、非画像領域が独立してモータ２８によって回転駆動される回収供給部２９になっている。回収供給部２９の画像領域との境界部分は、画像領域における供給スクリュ１８と逆方向に現像剤を搬送するようにスクリュの向きが逆転している。回収供給部２９のスクリュの逆転部分は、ハウジング１６の画像領域と非画像領域との境界下部を仕切る隔壁と協動して、ハウジング１６内の画像領域を循環する現像剤から分流されて非画像領域に進入する現像剤の量を制限する役目を果たす。
【００３７】
このようにして、非画像領域に導入される現像剤の量が少量である結果、非画像領域に導入された現像剤は、基本的には全て、現像ローラ１９に担持される。したがって、非画像領域に進入した現像剤の中のトナーは、殆どが、像担持体８、トナー回収装置１４および環流スクリュ１５を介して現像器１１に、具体的には、撹拌スクリュ１７の非画像領域に再供給される。また、非画像領域に進入した現像剤の中のキャリアは、略全量が、現像ローラ１９からキャリア回収装置２２によって回収され、キャリア回収容器２３に排出される。
【００３８】
ハウジング１６は、仮に、現像剤が非画像領域の末端まで現像ローラ１９に担持されることなく移動してしまった場合には、その現像剤を撹拌スクリュ１７が収容された空間に移動させられるような開口が設けられている。
【００３９】
また、撹拌スクリュ１７の非画像領域には、不図示の補給ボトルから新しい現像剤が供給されるようになっている。このため、トナー回収装置１４で回収したトナーと、新しく補給さる現像剤とは、撹拌スクリュ１７によって画像領域に供給され、画像領域を横断する間に画像領域内を循環している現像剤と十分に混合されてから、供給スクリュ１８によって現像ローラ１９に供給される。
【００４０】
さらに現像器１１は、供給スクリュ１８の現像領域の末端において、つまり、非画像領域に分流される直前において現像剤中のトナーの比率を検出するトナー濃度センサ（トナー濃度推定手段）３０を有する。図６に、トナー濃度センサ３０の出力電圧と現像剤のトナー濃度との関係を示す。
【００４１】
制御装置７は、トナー濃度センサ３０の出力電圧に応じて、供給スクリュ１８の回収供給部２９を駆動するモータ２８の回転速度を調節することで、画像領域から非画像領域へ分流される現像剤の量を調節する。この現像剤の分流量の制御は、図７に示す手順で、例えば、ジョブ毎、一定印字枚数毎、所定時間毎、画像形成装置の起動時等、適当なタイミングで実施すればよい。
【００４２】
現像剤の分流量制御において、制御装置７は、先ず、トナー濃度センサ３０の出力電圧から、図６の関係に従って、トナー濃度を算出する。このとき、トナー濃度センサ３０によるだけでなく、形成した画像のドットをカウントして、予測されるトナーの消費量から画像領域の末端における現像剤のトナー濃度を推定する等してもよい。
【００４３】
画像領域の末端における現像剤のトナー濃度が算出されたなら、制御装置７は、例えば、図８に示す参照テーブルに従って、回収供給部２９を駆動するモータ２８の回転速度の速度補正量を決定する。そして、制御装置７は、モータ２８の回転速度を変更することで、現像剤の非画像領域への分流量を調節する（分流量制御手段）。
【００４４】
この例では、トナー濃度が６％超、７％以下を基準として、これよりトナー濃度が高い場合は、回収供給部２９の回転速度を基準速度よりも低くし、スクリュの逆転部分の作用を増大させて非画像領域への現像剤の分流量を低下させる。逆に、トナー濃度が基準濃度よりも低い場合は、回収供給部２９の回転速度を低くして現像剤の分流量を増加させる。
【００４５】
このように、現像剤のトナー濃度が高い場合は、非画像領域に分流される現像剤を少なくすることで、現像ローラ１９に担持される現像剤の量を少なくし、像担持体８がトナーを吸引し易くすることで、キャリア回収装置２２に回収して排出されるキャリア中に残留するトナーの量を極力少なくすることができる。
【００４６】
また、現像剤のトナー濃度は、画像形成にトナーを消費することによって低下するため、トナー濃度が低下した時には、ハウジング内の現像剤の総量が少なくなっているため、回収供給部２９の駆動速度に対する現像剤の分流量が低下していると考えられる。よって、モータ２８の速度調節によって、現像剤の総量変化による現像剤の分流量の増減も補償するようになっている。
【００４７】
さらに、図９に、本発明の第２実施形態の現像装置２の構成を示す。尚、本実施形態の説明では、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態の現像器１１は、供給スクリュ１８の画像領域と非画像領域とが分離されておらず一体に回転するが、ハウジング１６の供給スクリュ１８を収容する空間の画像領域と非画像領域とを区分する隔壁３１が、隔壁モータ３２によって高さ調節できるようになっている。
【００４８】
本実施形態では、制御装置７が、図１０に示す手順に従って、分流される直前の現像剤のトナー濃度に応じて隔壁３１の高さを調節することにより、画像領域から非画像領域に分流される現像剤の量を調節する（分流量制御手段）。この制御において、トナー濃度と隔壁３１の高さとは、例えば、図１１に示すテーブルに規定されてもよく、トナー濃度の関数として算出されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…画像形成装置
２…現像装置
８…像担持体
１１…現像器
１４…トナー回収装置
１５…環流スクリュ（トナー環流装置）
１６…ハウジング
１７…撹拌スクリュ
１８…供給スクリュ
１９…現像ローラ
２２…キャリア回収装置
２８…モータ
２９…回収供給部分流
３０…トナー濃度センサ（トナー濃度推定手段）
３１…隔壁
３２…隔壁モータ
【図１】
2010217396.tif 000003
【図２】
2010217396.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010217396.tif 000009
【図８】
2010217396.tif 000010
【図９】
2010217396.tif 000011
【図１０】
2010217396.tif 000012
【図１１】
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