(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー粒子と該トナー粒子を担持する液体キャリアとから構成される液体現像剤の濃度を調整する液体現像剤の濃度調整装置において、
中空円筒部と該中空円筒部を閉鎖する前後端板とで構成し、上記液体現像剤を収容する回転可能な収容器を設け、該中空円筒部を、該中空円筒部面に対して垂直方向に所定の大きさの張力が作用した場合に該液体現像剤が通過可能な大きさに開口する複数の切開部を有する弾性材質で構成し、該収容器の回転により内部の該液体現像剤に遠心力を作用させるように構成したことを特徴とする液体現像剤の濃度調整装置。
【請求項２】
潜像担持体と、該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、トナー粒子該潜像が形成された潜像担持体に、トナー粒子と液体キャリアとから構成される液体現像剤を担持して搬送する液体現像剤担持体とを有する画像形成装置において、
請求項１に記載の液体現像剤の濃度調整装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に用いられる液体現像剤の濃度調整装置に係り、詳しくは新たな液体現像剤を補充することなく液体現像剤の濃度（固体成分濃度）を所定濃度になるように調整することを可能にする液体現像剤の濃度調整装置、及び、該濃度調整装置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、液体キャリア中に固体成分としてのトナー粒子が分散されてなる液体現像剤（以下、現像液という）を用いて潜像を現像し、記録材表面にトナー像を形成する画像形成装置が種々知られている。
【０００３】
図１は、高濃度の現像液を用いる画像形成装置の概略構成を示す正面図である。この高濃度の現像液は、トナー粒子密度が非常に高いため、たとえキャリア液の粘度が低くても現像液全体としては高粘度である（１００〜１００００ｍＰａ・ｓ）。一般に、高濃度の現像液を用いる画像形成装置においては、地汚れを防止するために潜像担持体としての感光体にプリウエット液を塗布してプリウエット膜を形成するプリウエット工程が設けられている。
【０００４】
図１において、現像液タンク２１内の高濃度の現像液２０は、現像液塗布ローラ列２２ａ、２２ｂ、２２ｃ表面を介して現像ベルト２表面に供給される。この過程で、現像液は薄い膜状になり、現像ベルト２上に一定の厚みを有した現像液膜が形成される。
一方、プリウエットローラ６により透明のプリウエット液が塗布され、帯電ローラ７からの電荷により一様に帯電された感光体１表面には静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像ベルト２上の膜状の現像液により現像される。そして、感光体１上の現像像は、該感光体１と対向する転写位置に搬送されてきた記録材としての転写紙８に転写される。この画像が転写された転写紙８は、感光体１と転写ローラ３との挟持部を通り抜けて定着装置（図示せず）で定着された後、機外に排紙される。
【０００５】
なお、転写紙８への画像転写が終了した感光体１は、その表面に残留しているトナー等がクリーニングブレード４で掻き取られ、除電ランプ５で残留電荷が除去されて初期化される。また、現像工程終了後の現像ベルト２は、その表面に残留している現像領域通過後の現像液が回収ブレード２３で掻き取られて初期化される。そして、この現像領域通過後の現像液は、ポンプ２４により現像液回収路２５を通過して現像タンク２１に回収され、再利用される。
【０００６】
しかし、上記現像領域通過後の現像液は、現像動作に伴ってトナーが消費されている。また、プリウエット液がキャリア液と同じ成分を有する場合は、現像工程での現像液とプリウエット液との接触時に両者がある程度混じり合うため、現像領域通過後の現像液にはプリウエット液が混入している。よって、現像領域通過後の現像液のトナー濃度は、現像工程で必要とされるトナー濃度（以下、所定濃度という）に比して低くなっている。したがって、この現像液を現像液タンク２１に回収してそのままの状態で再利用すると、記録材８に形成される画像の濃度が低下してしまう。
そこで、従来は、画像濃度の低下を防止するために、現像液タンク２１内の現像液２０のトナー濃度を検出する濃度センサ２６と、上記所定濃度より高濃度の現像液を貯留する高濃度現像液タンク２７とを設け、濃度センサ２６により現像液タンク２１内の現像液２０のトナー濃度の低下を検知し、高濃度現像液タンク２７から現像液タンク２１に適宜高濃度の現像液を補充して現像液のトナー濃度を一定に保っていた。
【０００７】
なお、現像液タンク２１上方には、高濃度現像液タンク２７と並列にキャリア液を貯留するキャリア液タンク２８が設けられている。例えば、現像液タンク２１内の現像液２０にごみなどが混入した場合は、この現像剤が廃棄された後に、高濃度現像液タンク２７からは高濃度の現像液、キャリア液現像液タンク２８からはキャリア液が所定濃度になるような配合比で現像タンク２１内に補充される。
【０００８】
図２は、低濃度の現像液（粘度はおよそ１００ｍＰａ・ｓ以下）を用いる画像形成装置の概略構成を示す正面図である。この画像形成装置においても、現像動作に伴いトナーが消費されてトナー濃度が低下した現像ローラ２上の現像領域通過後の現像液を、現像液タンク２１に回収して再利用する際に、上記高濃度の現像液を用いる画像形成装置の場合と同様に、濃度センサ２６により現像液タンク２１内の現像液２０のトナー濃度の低下を検知し、高濃度現像液タンク２７から現像液タンク２１に高濃度の現像液を補充して現像液２０のトナー濃度を維持していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記高濃度又は低濃度の現像液を用いる画像形成装置においては、現像液タンク２１内の現像液２０のトナー濃度の低下を補うべく高濃度の現像液を補充し続けるため、該現像液タンク２１内の現像液量が増加し続け、最終的には現像液溢れが発生するという問題点があった。
【００１０】
特に、上記低濃度の現像液を用いる現像装置において、スクイズローラ９で除去される感光体１表面の現像領域通過後の余剰なキャリア液（希薄な現像液）も現像液タンク２１に回収して再利用する場合は、現像液タンク２１に高濃度の現像液を多量に補充する必要があるため、短時間で現像液溢れが発生するおそれがあった。
【００１１】
ここで、上記高濃度現像液タンク２７内の高濃度の現像液のトナー濃度を、現像液特性が失われない範囲で高めることにより現像液タンク２１への補充量を抑えることが考えられる。しかし、これにより、現像液溢れが発生するまでの時間を稼ぐことはできるが、現像液タンク２１内の現像液量が増加し続けることを完全に回避することはできない。
【００１２】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、新たな液体現像剤を補充することなく、あるいは、従来よりも少ない量の液体現像剤の補充で、液体現像剤の濃度を所定濃度になるように調整することを可能にする液体現像剤の濃度調整装置、及び、該濃度調整装置を有する画像形成装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、トナー粒子と該トナー粒子を担持する液体キャリアとから構成される液体現像剤の濃度を調整する液体現像剤の濃度調整装置において、中空円筒部と該中空円筒部を閉鎖する前後端板とで構成し、上記液体現像剤を収容する回転可能な収容器を設け、該中空円筒部を、該中空円筒部面に対して垂直方向に所定の大きさの張力が作用した場合に該液体現像剤が通過可能な大きさに開口する複数の切開部を有する弾性材質で構成し、該収容器の回転により内部の該液体現像剤に遠心力を作用させるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、トナー粒子該潜像が形成された潜像担持体に、トナー粒子と液体キャリアとから構成される液体現像剤を担持して搬送する液体現像剤担持体とを有する画像形成装置において、請求項１に記載の液体現像剤の濃度調整装置を備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
上記液体現像剤の濃度調整装置においては、液体現像剤を回転可能な収容器内に収容し、該収容器の回転により内部の液体現像剤に遠心力を作用させることで、収容器の回転半径方向に、回転中心近傍で低く該回転中心から遠ざかるほど高くなるような液体現像剤の濃度分布を形成する。すなわち、トナー粒子と液体キャリアとでは互いに比重が異なり、一般にはトナー粒子の比重の方が大きいので、低濃度の液体現像剤と高濃度の液体現像剤とに分離する。したがって、例えば吸引手段などにより、収容器の回転中心近傍の液体現像剤を吸引することで低濃度の液体現像剤を抽出したり、該回転中心から離間した位置の液体現像剤を吸引することで高濃度の液体現像剤を抽出することが可能となる。
なお、抽出される低濃度又は高濃度の液体現像剤の濃度は、収容器の内径や回転速度などの条件によって変化する。したがって、上記条件の設定により、所望の濃度で高濃度又は低濃度の液体現像剤を抽出することが可能となる。
【００１５】
また、収容器を中空円筒部と該中空円筒部を閉鎖する前後端板とで構成しているため、該中空円筒部の中心軸を回転軸とした収容器の回転時に、該収容器にかかる負荷を最小限に抑えることができる。
収容器の中空円筒部に設けた該中空円筒部面に対して垂直方向に所定の大きさの張力が作用した場合に液体現像剤が通過可能な大きさに開口する複数の切開部からは、収容器の回転に伴って中空円筒部の内壁近傍に分離された高濃度の液体現像剤が飛散する。この飛散した液体現像剤を回収することで高濃度の液体現像剤の抽出が可能となる。
【００１６】
なお、これらの発明において上記切開部の収容器回転時における開口が大きすぎると、収容器の回転半径方向に対する液体現像剤の濃度分布が形成される間もなく中空円筒部の内壁近傍の液体現像剤が該切開部から飛散してしまい、高濃度の液体現像剤の抽出効果を十分に発揮できないおそれがある。また、所望の濃度を有する高濃度の液体現像剤を抽出するために必要とされる切開部の収容器回転時における開口の大きさは、収容器の内径や回転速度、中空円筒部の材質などの条件によって変化する。よって、上記条件の設定により、所望の濃度を有する液体現像剤の抽出が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
以下、本発明の液体現像剤の濃度調整装置を画像形成装置に適用した実施形態について説明する。
まず、液体現像剤を収容する回転可能な収容器を備え、該収容器の回転により内部の現像液に遠心力を作用させて、比較的高濃度の現像液あるいはトナーそのものと、比較的低濃度の現像液あるいは液体キャリアそのものとに分離する分離装置を有する濃度調整装置及び画像形成装置の実施形態について説明する。
図３は本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、基本的には前述した図１に示す装置と同様の構成を備えている。異なる点は、本実施形態に係る画像形成装置は、新たな現像液を補充することなく現像液のトナー濃度を所定濃度になるように調整できる上記分離装置を有する濃度調整装置３０を備えている点である。以下、この濃度調整装置３０について説明する。
【００１８】
図４（ａ）は上記濃度調整装置３０の斜視図、同図（ｂ）は同濃度調整装置３０の断面図である。この濃度調整装置３０は、スリーブ３２と該スリーブ３２を隙間なく閉鎖する前後端板３３、３４とから構成される現像液濃度調整タンク３１を備えている。
【００１９】
上記前端板３３の中心部には、該前端板３３を貫通して連結パイプ３５が設けられ、さらにこの連結パイプ３５の注入口３５ａには、現像液濃度調整タンク３１内に現像液を注入させる現像液注入路３７がベアリング３６を介して設けられている。
【００２０】
上記後端板３４の中心部には、該後端板を貫通して連結パイプ３９が設けられ、さらにこの連結パイプ３９の抽出口３９ａには、後述する濃度調整により現像液濃度調整タンク３１の回転中心近傍に分離された低濃度の現像液を抽出する第１の現像液抽出路４１がベアリング４０を介して設けられている。
また、上記連結パイプ３９に設けられたモータ３８は、現像液濃度調整タンク３１と前後端板３３、３４それぞれの連結パイプ３５、３９とを一体で高速回転（例えば、６０００ｒｐｍ）させる。なお、この回転をギアなどを介して行ってもよい。
【００２１】
図６（ａ）、（ｂ）は、上記現像液濃度調整タンク３１のスリーブ３２を示す展開図である。このスリーブ３２は、複数の微細な切開部３２ａを有する例えば硬質ゴムなどの弾性体で形成されている。上記切開部３２ａは、図６（ａ）に示すように、スリーブ３２に外力が作用していない場合には閉鎖され、該スリーブ３２に作用する張力が所定の大きさに達すると、同図（ｂ）に示すように、現像液が通過可能な開口部となる。よって、図７（ａ）に示す現像液濃度調整タンク３１の非回転時、及び、同図（ｂ）に示す現像液濃度調整タンク３１の回転時であってスリーブ３２への張力が所定の大きさに達していない場合においては、現像液濃度調整タンク３１内壁近傍の高濃度の現像液が該切開部から飛散することはない。一方、同図（ｃ）に示す現像液濃度調整タンク３１の回転時であってスリーブ３２への張力が所定の大きさに達している場合においては、現像液濃度調整タンク３１内壁近傍の高濃度の現像液が該切開部から飛散する。
【００２２】
図５は、上記現像液濃度調整タンク３１の高速回転時における回転半径に対する現像液のトナー濃度を示すグラフである。図中ｔ１、ｔ２はそれぞれ現像液濃度調整タンク３１の回転開始時ｔ０からの経過時間を示しており、ｔ１＜ｔ２の関係がある。このグラフより、現像液濃度調整タンク３１の回転開始時ｔ０においては、回転半径に対する現像液のトナー濃度は一定であるが、所定時間経過したｔ１、さらに所定時間経過したｔ２においては、遠心力の作用により回転中心近傍で低く現像液濃度調整タンク３１内壁近傍で高くなるようなトナー濃度分布が形成されることが分かる。これはトナー粒子と液体キャリアとの比重差に基づくものであり、例えば、実験に用いた高濃度の現像液の場合、液体キャリアの比重が約１．０であるのに対し、トナー粒子の比重は約１．３程度である。これにより、現像液に遠心力を作用させることで、該現像液を低濃度の現像液と高濃度の現像液とに分離できることが分かる。なお、現像液濃度調整タンク３１の回転開始から十分に時間が経過した時点において該回転を停止させても、内部の現像液はｔ２におけるトナー濃度分布を有したままの状態を保っている。
【００２３】
ここで、上記第１又は第２の現像液抽出路４１、４４から抽出される現像液のトナー濃度は、現像液濃度調整タンク３１の内径や回転速度、上記スリーブ３２の材質や切開部の開口具合などの条件に応じて変化する。よって、これらの条件の調整により、第１の現像液抽出路４１からキャリア液のみを抽出したり、第２の現像液抽出路４４から上記所定濃度の現像液を抽出したりすることが可能である。なお、本実施形態においては、上記条件を、第２の現像液抽出路４４から抽出される現像液のトナー濃度が所定濃度になるように調整している。
【００２４】
以上のことから、本実施形態においては、図３に示すように、上記現像領域通過後の現像液が現像液注入路３７から現像液濃度調整タンク３１に注入されるように構成するとともに、上記第２の現像液抽出路４４から抽出された所定濃度の現像液が現像液タンク２１に回収されるように構成している。
【００２５】
また、本実施形態においては、上記濃度センサ２６、上記高濃度現像液タンク２７及び現像液タンク２１に補充するキャリア液を貯留しているキャリア液タンク２８を、上記濃度調整装置３０による現像液のトナー濃度調整後の再調整手段として備えている。これにより、より厳密に現像液タンク２１内の現像液２０のトナー濃度を調整できるようにしている。なお、濃度センサ２６によって得られる濃度信号をモータ３８にフィードバックして、現像液濃度調整タンク３１の回転速度を制御するようにしてもよい。
【００２６】
また、本実施形態においては、上記第１の現像液抽出路４１から抽出された低濃度の現像液を、ポンプ４２により吸引して濾過フィルター４５を通過させた後に、そのキャリア成分のみがプリウエット液塗布部のプリウエット液収容器６ａ内に回収されるように構成している。これにより、現像領域通過後の現像液を廃棄することなく再利用し、画像形成装置内で現像液のリサイクルを完結させている。なお、上記濾過フィルター４５に代えて、電着によってキャリア液を抽出してもよい。
【００２７】
また、上記現像領域通過後の現像液を再利用するための構成は、図３に示すものに限られるものではなく、例えば上記第１の現像液抽出路４１から抽出された低濃度の現像液と上記第２の現像液抽出路４４から抽出された高濃度の現像液とを適量混合することで得られた所定濃度の現像液を、現像液タンク２１に回収するように構成してもよい。
【００２８】
以上のように、本実施形態においては、上記現像領域通過後の現像液のトナー濃度が、上記濃度調整装置３０において所定濃度になるように調整された後に現像液タンク２１に回収される。これにより、現像液タンク２１への現像液の補充量を大幅に削減することができる。したがって、現像液タンク２１から現像液が溢れるまでの時間を従来に比して大幅に稼ぐことができる。さらには、上記条件をより適正に設定することにより、現像液溢れを防止することも可能になる。
【００２９】
また、本実施形態においては、上記現像液濃度調整タンク３１が円筒形であるため、該円筒の中心軸を回転軸とした回転時に、該現像液濃度調整タンク３１にかかる負荷を最小限に抑えることができる。よって、この現像液濃度調整タンク３１は高速回転に対応可能であり、効率よく現像液に濃度分布をもたせることができる。
【００３０】
また、本実施形態においては、上記注入口３５ａを上記現像液濃度調整タンク３１の回転軸上に設けることで、現像液濃度調整タンク３１の回転時に該注入口３５ａの位置が変化しないようにしている。これにより、ベアリング３６を設けるという簡単な構成で、現像液濃度調整タンク３１の回転を妨げないように該現像液濃度調整タンク３１と上記現像液注入路３７とを連結させることができる。
また、上記抽出口３９ａを上記現像液濃度調整タンク３１の回転軸上に設けることで、現像液濃度調整タンク３１の回転時に該抽出口３９ａの位置が変化しないようにしている。これにより、ベアリング４０を設けるという簡単な構成で、現像液濃度調整タンク３１の回転を妨げないように該現像液濃度調整タンク３１と上記第１の現像液抽出路３９とを連結させることができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、上記現像液濃度調整タンク３１のスリーブ３２に切開部を設け、該現像液濃度調整タンク３１の回転を利用して高濃度の現像液を飛散させるという簡単な方法で、高濃度の現像液を抽出することができる。
【００３２】
【発明の効果】
これらの発明によれば、所望の濃度で高濃度又は低濃度の液体現像剤を抽出することが可能であるため、新たな液体現像剤を補充することなく、あるいは、従来よりも少ない量の液体現像剤の補充で、液体現像剤の濃度を所定濃度に調整することが可能になるという優れた効果がある。
【００３３】
また、現像領域通過後の液体現像剤を貯留部に回収して再利用する画像形成装置において、上記液体現像剤の濃度調整装置を該現像領域通過後の液体現像剤の濃度回復手段として用いることにより、上記貯留部から液体現像剤が溢れるまでの時間を従来に比して大幅に稼いだり、ひいては該貯留部からの液体現像剤溢れを防止したりすることが可能になる。特に、高濃度の液体現像剤を用いる画像形成装置においては、現像領域通過後の液体現像剤を廃棄することなく再利用することができるため、装置内で液体現像剤のリサイクルを完結させることが可能になる。
【００３４】
また、中空円筒部の中心軸を回転軸とした収容器の回転時に、該収容器にかかる負荷を最小限に抑えることができるため、高速回転に対応可能であり、効率よく液体現像剤に濃度分布をもたせることができるという優れた効果がある。
【００３５】
さらに、収容器の中空円筒部を上記複数の切開部を有する弾性材質で構成し、収容器の回転を利用して液体現像剤を飛散させるという簡単な方法で、高濃度の液体現像剤を抽出することが可能になるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】高濃度の現像液を用いる従来の画像形成装置の概略構成を示す正面図。
【図２】低濃度の現像液を用いる従来の画像形成装置の概略構成を示す正面図。
【図３】実施形態１に係る画像形成装置の概略構成を示す正面図。
【図４】（ａ）は、同画像形成装置の濃度調整装置の斜視図。
（ｂ）は、同濃度調整装置の断面図。
【図５】現像液濃度調整タンクの高速回転時における回転半径に対する現像液のトナー濃度を示
すグラフ。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、同現像液濃度調整タンクのスリーブの変形例を示す展開図。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、同スリーブによる現像液の抽出方法の説明図。
【符号の説明】
１      感光体
２      現像ベルト
３      転写ローラ
４      クリーニングブレード
５      除電ランプ
６      プリウエットローラ
７      帯電ローラ
８      転写紙
９      書き込み手段
２０    現像液
２１    現像液タンク
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ    現像液塗布ローラ
２３    回収ブレード
２４    ポンプ
２５    現像液回収路
２６    濃度センサ
２７    高濃度現像液タンク
２８    キャリア液タンク
３０    濃度調整装置
３１    現像液濃度調整タンク
３２    スリーブ
３３    前端板
３４    後端板
３５    連結パイプ
３５ａ  注入口
３６    ベアリング
３７    現像液注入路
３８    モータ
３９    連結パイプ
３９ａ  抽出口
４０    ベアリング
４１    第１の現像液抽出路
４２    ポンプ
４３    回収タンク
４４    第２の現像液抽出路
４５    濾過フィルター 
【図１】
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【図２】
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【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】
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