(57)【要約】【課題】  キャリアを収納した補給用キャリア容器から、キャリアを一定量ずつ長時間にわたって安定して補給できるキャリア補給装置、これを搭載した現像装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】  トナー２２とキャリア１１からなる２成分現像剤を用いる現像方式でかつキャリア１１を少量ずつ内部に補給し、余剰の２成分現像剤を少量ずつ外部に排出する構成の現像装置Ａにおけるキャリア補給装置において、このキャリア補給装置は現像部３７の上方に配置され、かつキャリア１１を定量ずつ自重により前記現像部３７へ補給するように構成される。【選択図】        図１
2006259184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いる現像方式でかつキャリアを少量ずつ内部に補給し、余剰の２成分現像剤を少量ずつ外部に排出する構成の現像装置におけるキャリア補給装置において、このキャリア補給装置は現像装置の上方に配置され、かつキャリアを定量ずつ自重により前記現像内へ補給するように構成されることを特徴とするキャリア補給装置。
【請求項２】
補給量を決定する窪みを外周面に有する回転軸と、この回転軸に密着嵌合する弾性体と、この弾性体を外側から覆う上下ケースにより構成される定量排出部を含んでいることを特徴とする請求項１記載のキャリア補給装置。
【請求項３】
前記弾性体はキャリアが通過するための上下方向の貫通穴と前記回転軸が嵌合する水平方向の貫通穴がほぼ直角に交差する形状の弾性体であることを特徴とする請求項２記載のキャリア補給装置。
【請求項４】
前記弾性体は、前記上下方向の貫通穴を有する部分のキャリア排出側部分の外周で、前記下ケースに対して圧入密着していることを特徴とする請求項２又は３記載のキャリア補給装置。
【請求項５】
前記弾性体は、前記水平方向の貫通穴を有する部分の外周において、前記上下ケースに対して間隙を有して嵌合していることを特徴とする請求項２又は３記載のキャリア補給装置。
【請求項６】
キャリアを取り込むために前記回転軸に設ける前記窪みは、入り口部面積が奥側面積に対して広いテーパ形状であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記載のキャリア補給装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載のキャリア補給装置を搭載したことを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項７記載の現像装置を備え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、２成分現像方式においてキャリアを定量ずつ現像装置に補給するためのキャリア補給装置、これを搭載した現像装置およびこの現像装置を備える複写機、プリンタ等の電子写真装置である画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真装置に用いられる２成分現像器では、一般的にトナーとキャリアを混合した現像剤を用いて、現像器によって感光体上に形成された静電潜像を現像することによってトナー像を形成している（例えば、特許文献１乃至４参照）。
トナーは画像形成とともに消費されるため、通常は容器にトナーを入れたトナーカートリッジとして本体に供給し、容器内のトナーが無くなったら新しいトナー容器と交換して新しいトナーを補充する。
一方、キャリアは消費されることはないが、画像形成の回数に伴ってその性能が劣化するため、或る程度の画像形成回数ごとに交換する必要がある。交換の一般的な方法としては、複写機においては専任のサービス担当者がキャリアの交換を実施する方法、キャリアを内蔵した現像器をユニットごと新しいユニットに交換する方法などが一般的である。
また、補給用トナーにキャリアを一定量混合しておき、トナーの補給と同時に自動的にキャリアを少量ずつ補給し、現像器内で余分になったキャリアを少量ずつ現像器外部に排出することによって、現像剤の劣化を防止する方法もある。また、キャリアをトナーと別に単独で補給量を制御しつつ現像器に補給する方式も提案されている。
現像器にキャリアを補給しながら使用し、現像剤の入れ替えを必要としない方式は多数提案されているが、キャリアは流動性が良いため一定量ずつ搬送する方式は構成が難しく、一般的にトナーの搬送に用いられるスクリュー搬送手段等で一定量ずつ正確に搬送することは困難である。
【特許文献１】特開平１０−０６３０７４号公報
【特許文献２】特開平０７−２３４５７５号公報
【特許文献３】特開平０７−１０４５６９号公報
【特許文献４】特開２００４−１６１３７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のキャリア交換方法では、サービス担当者による交換に頼らざるを得なかったり、ユニット交換においては交換部品が多くなり、その分費用が掛かったりする欠点があった。
また、トナー容器にキャリアも混合して補給する方式においては、キャリアの寿命は現像器の稼動回数に比例してキャリアの劣化が進行するのに対して、トナー消費量に応じたキャリア補給が行われることになるため、キャリアを効率良く（適正な量だけ）補給することが難しいという欠点があった。
これらの欠点を解消するためには、トナー容器のように容器に収納されたキャリアをユーザ交換用に準備し、キャリアの劣化に応じて、少量ずつ、補給できれば良い。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、キャリアを収納した補給用キャリア容器から、キャリアを一定量ずつ長時間にわたって安定して補給できるキャリア補給装置、これを搭載した現像装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いる現像方式でかつキャリアを少量ずつ内部に補給し、余剰の２成分現像剤を少量ずつ外部に排出する構成の現像装置におけるキャリア補給装置において、このキャリア補給装置は現像部の上方に配置され、かつキャリアを定量ずつ自重により前記現像部へ補給するように構成されるキャリア補給装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、補給量を決定する窪みを有する回転軸と、この回転軸に密着嵌合する弾性体と、この弾性体を外側から覆う上下ケースにより構成される定量排出部を含んでいる請求項１記載のキャリア補給装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記弾性体が、キャリアが通過するための上下方向の貫通穴と前記回転軸が嵌合する水平方向の貫通穴がほぼ直角に交差する形状のゴム状弾性体である請求項２記載のキャリア補給装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記弾性体が、前記上下方向の貫通穴を有する部分のキャリア排出側部分の外周で、前記下ケースに対して圧入密着している請求項２又は３記載のキャリア補給装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記弾性体が、前記水平方向の貫通穴を有する部分の外周において、前記上下ケースに対して間隙を有する嵌合である請求項２又は３記載のキャリア補給装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、キャリアを取り込むために前記回転軸に設ける前記窪みが、入り口部面積が奥側面積に対して広いテーパ形状である請求項２乃至５のいずれか一項記載のキャリア補給装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項記載のキャリア補給装置を搭載した現像装置を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７記載の現像装置を備える画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、キャリア補給装置を上部に配置し、定量ずつ排出されるキャリアを自重で現像装置の上部またはトナー搬送経路から補給することにより、偏りなく均一にキャリアを補給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はキャリア容器から現像装置へのキャリアの補給の第１の実施の形態を示す概略図である。図１において、感光体ドラム１上には、図示しない帯電器および光書き込み装置によって表面に静電潜像が形成される。
現像装置Ａは、ケーシング５、中央の仕切り６、ケーシング５内部に配置され、かつ矢印Ｃ、Ｄ方向に回転する搬送オーガと呼ばれる螺旋状のフィンを有するスクリュー３、４から構成される。スクリュー３、４の部分にはトナーとキャリアを混合した現像剤が入っている。
搬送オーガ３、４によって、例えば、搬送オーガ３では現像剤は図中手前から奥側に搬送され、搬送オーガ４では現像剤は奥側から手前に搬送される。奥側と手前側には中央の仕切り６の無い部分が設けられて、現像剤が循環しながら攪拌される構成となっている。
この循環する現像剤の一部が現像ローラ２によって磁力で吸い上げられ、かつ吸着され、ドクターブレード９で均一な厚さに均される。その後、現像剤の一部は感光体ドラム１に接することによって感光体ドラム１上の静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する。
ここで、感光体ドラム１に付着するのはトナーのみであり、現像装置Ａ内で循環する現像剤中のトナーの量を一定に保つために、図示しないトナー補給口より、少量ずつトナーを補給しながら現像が行われる。
キャリア補給部の構成は新しいキャリアを収容するキャリア容器１０を含んでおり、このキャリア容器１０内にはキャリア１１が収納されている。キャリア容器１０は樹脂等の材料で形成され、その下方端部には口金部１３が固着されている。
口金部１３にはシール材１４が設けられ、また、キャリア容器１０の下部は傾斜部１２が設けられて、内部のキャリアは自重により口金部１３近傍に流れ落ちる形状となっている。
現像装置Ａのケーシング５の搬送オーガ４側の上壁には、新しいキャリアを順次補給するキャリア補給口７が設けられ、かつ搬送オーガ４側の横壁には、キャリア排出口８が設けられている。
【０００７】
図２を参照して以下で詳述されるが、さらに、図１には、回転軸１６、弾性体１８、上ケース１９および下ケース２０により構成される定量排出部１５が示してある。
図２はキャリアの定量排出を行う定量排出部を示す分解斜視図である。キャリアの定量排出を行う定量排出部１５は、周面に窪み１７を設けた回転軸１６、弾性体１８、上ケース１９および下ケース２０により構成される。かかる構成はシンプルで、キャリアに適した定量補給、すなわち、定量性と、耐久性と、機密性を確保することができる。
キャリア容器１０は定量排出部１５の上ケース１９に対して着脱自在となっている。このキャリア容器１０は内部のキャリアを使いきったら新しいキャリア容器と交換して使用する。
定量排出部１５は、回転軸１６が回転する毎にキャリアを一定量ずつ排出する構成であり、キャリア容器１０側から落下してきて回転軸１６に設けた窪み１７に入り込んだキャリアを下方に自由落下により排出する。
キャリアの補給は、図示しない駆動源により、回転軸１６を１回転ずつ回転駆動することにより行われる。上述したキャリア排出口８は現像装置Ａのケーシング５の一部に設けられている。
キャリア補給口７より新しいキャリアを順次補給することによって現像装置Ａ内部の現像剤の総量が増加する。この総量を一定に保つために、余分なキャリアはキャリア排出口８より排出されて、現像装置Ａ内部の現像剤総量を一定に保つことができる。
上述のごとく、現像装置Ａは２成分現像剤を用いた現像方式であり、キャリアを少量ずつ現像装置Ａ内部に補給し、余剰の現像剤（キャリアとトナーの混合体）を少量ずつ現像装置Ａ外に排出する構成になっている。
キャリアを定量ずつ補給するキャリア補給装置は、現像装置Ａの上部またはトナー搬送経路の上部に配置され、自重により現像装置Ａ内部またはトナー搬送経路の上部に補給するように構成されるキャリア補給方式を採用している。
トナーの補給は画像形成に使用されたトナーの消費量に応じて行なわれ、かつその場合に現像装置Ａ内部のトナーとキャリアの混合比がほぼ一定となるように制御される。
一方、キャリアの補給は、画像形成枚数や現像の時間によってキャリアの劣化が進行するため、これら画像形成枚数または現像装置の稼動時間等に比例してキャリアが補給されるように制御するのが一般的である。
具体的には、画像形成枚数１０００枚に対して０．５グラム〜５グラムの範囲で一定量ずつ補給を行う。現像装置Ａ中の現像剤の排出は加えたキャリアに相当する分がオーバーフローにより排出される。
【０００８】
図３はキャリア容器から現像装置へのキャリアの補給の第２の実施の形態を示す概略図である。この第２の実施の形態では、トナー補給の経路の途中にキャリアを補給し、トナー２２とキャリア１１を同時に（合流させてから）現像装置Ａに補給している。現像装置Ａの構成およびキャリア容器１０、キャリア定量排出部１５のそれぞれの構成は図１の第１の実施の形態におけると同一であり、同一の参照番号で示して説明を省略する。
図３の構成ではトナー容器２１の内部のトナー２２を粉体ポンプ３０により吸引して現像装置Ａに補給している。トナー容器２１には口金部２３、シール材２４が設けられ、シール材２４に設けた挿通孔内にノズル２５を挿入して内部のトナーを排出する。
ノズル２５の内部は２重の管状になっており、エアーポンプ２６によって、２重管の外側の流路Ｅからトナー容器２１の内部に空気を送り込み、トナー２２に空気を加えて流動化した状態で２重管の内側の流路Ｆを通ってトナー２２を吸引する構造である。
図３において、現像装置Ａの上方に設けられる粉体ポンプ３０は、ゴム状弾性体からなりかつ内部に螺旋状の空洞を設けたステータ３１の内部で、金属からなる螺旋状のロータ３２をモータ３３によって回転させることによって吸引を行う構成になっている。この粉体ポンプ３０は一軸偏心スクリューポンプとも呼ばれる。
このような構成で、トナー２２は画像形成に使用する消費量に応じて少量ずつ粉体ポンプ３０により吸引されて、排出口３４からキャリア補給口７を通って現像装置Ａ内部に補給される。
一方、キャリア１１は、画像形成の枚数、または現像装置Ａの稼動時間などに応じて補給されるが、トナーの搬送路の途中に合流路２８を設け、ここに一定量ずつキャリア１１を定量排出部１５から落下させて補給している。合流路２８の両端部には、それぞれ第１の搬送チューブ２７および第２の搬送チューブ２９が接続されている。
このようにトナー２２とキャリア１１を混合して補給することにより、現像装置Ａへの補給口を共通にすることができる利点がある。また、トナー２２とキャリア１１を予め混合して補給することにより、トナー２２とキャリア１１が均一に分散できる利点もある。
一方、吸引ポンプ（粉体ポンプ）３０の負圧のかかる合流路２８中に定量排出部１５を接続するため、定量排出部１５は外気に対して密閉性が必要となる課題がある。これは定量排出部１５の密閉性が保たれていないと、トナー吸引時に負圧が発生しないため、トナーが送れなくなってしまうためである。
【０００９】
図４は図２の定量排出部の要部の詳細構成を示す断面図である。部品構成は回転軸１６、弾性体１８、上ケース１９および下ケース２０である。ここで、キャリアは直径３０μ〜６０μの磁性フェライト粒子にシリコン等のコーティングを施した粒子であり、トナーと比較して粒子径が大きく硬度も高い特徴を持っている。
このような粒子を搬送するためには適切な部品材料を選定することが耐久性を維持するために重要である。このため、回転軸１６は熱処理を施した鋼、または逆に柔軟だが磨耗粉を発生しにくい、ナイロンやポリアセタールなどのプラスチック材料が素材として良好である。磨耗粉を発生する材料や粒子が引っ掛かり易い軟鋼等は不適である。
また、回転軸１６の周面には上方から供給されるキャリアを一定量ずつ切り出して排出するための窪み１７が設けられる。この窪み１７は図４の破線で示すように、入り口側が広く、奥側が狭い、すなわち、入り口部面積が奥側面積に対して広いテーパ状の窪みであることが好ましい。
これは、窪み１７に入り込んだキャリアが弾性体１８との間を摺動するときに僅かに圧縮され、窪み１７から離れにくくなる現象を防止するためである。図のようなテーパ形状とすることで、回転時に窪み１７が上面方向にあるときに取り込んだキャリアが、窪み１７が下方を向いたときに、引っ掛かりなく確実に自重により安定して下方に自由落下することができる。
また、図４では窪み１７は１個設けてあるが補給したい定量に応じて放射状に複数個設けることも可能である。
一方、弾性体１８は一般的なゴム材料が使用され、例えば、クロロプレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等が使用される。ゴム硬度は３０°〜５０°（ＪＩＳＡ）の範囲が回転軸１６との密着性を維持するために良好である。弾性体１８は上下に伸びる縦貫通孔（貫通筒）と、貫通孔と直交する横貫通孔を備え、横貫通孔内に回転軸６が回転自在に挿通され、窪み１７は縦貫通孔内に位置している。
上ケース１９、下ケース２０はプラスチック材料であり、とくに制約は無い。実施の形態（図２）では上下のケース１９および２０をネジ等で締結する構成であるが、他の締決方法であっても、また、上下分割方式でなくても構成できれば可能である。
【００１０】
本実施の形態の上下分割方式は弾性体１８を接着する工程を不要にし、簡単に組み立てられる点で優れている。また、以下に述べる密閉性を維持するためにも優れた方法である。次に、弾性体１８と回転軸１６、および、弾性体１８とケース１９および２０の嵌め合いの適切な方法について説明する。
弾性体１８と回転軸１６は流動性の良いキャリアが隙間から流出することを防止するために弾性体１８が回転軸１６に密着している必要がある。これとともに図３に示す使い方で必要な密閉性を維持するためにも、経時的に密着が維持される必要がある。この解決は弾性体１８の回転軸１６と嵌め合う部分の内径を軸径よりも狭めることで可能である。
また、弾性体１８の回転軸１６と嵌め合う部分の外周部（図中Ｂ）の部分では、上下のケース１９および２０との間に隙間を設けることが好ましい。これは弾性体１８に回転軸１６が挿入されたときに、弾性体１８と上下のケース１９および２０が圧接し、必要以上に回転軸１６と弾性体１８が圧接されて回転トルクが増大したり、弾性体１８が急激に磨耗することを防止するためである。
また、弾性体１８の下方の排出用通路穴と下ケース２０と当接部（図中Ａ）の部分は密着した嵌め合いが必要である。これは排出側空間（図中Ｇ）の部分の密閉性を維持するためである。
このような構成として図中Ａ部およびＢ部を密着させることでＧ部の密閉性は回転軸１６の回転位置にかかわらず常に維持することが可能となり、図３に示すような構成での使用にさいして充分な性能を発揮することができる。
【００１１】
弾性体１８はキャリアが通過するための上下方向の貫通穴１８ａと回転軸１６が嵌合する水平方向の貫通穴１８ｂがほぼ直角に交差する形状のゴム状弾性体である。このような弾性体を用いることにより、硬いキャリアの排出においても、かじりがなく安定した排出が可能となる。
上下方向の貫通穴１８ａを有する部分のキャリア排出側部分の外周は、ケース１９に対して圧入密着している。これは現像装置側に設けた吸引ポンプでトナー輸送を行う場合等において、排出キャリアをトナー搬送路に排出する場合に、排出部とトナー搬送路との気密性を維持するためである。
このようにすると、回転軸１６と弾性体１８との間は圧接により気密性が保たれるため、上下方向の貫通穴１８ａを有する部分のキャリア排出側部分の外周は、ケース１９に対して圧入密着することで、排出部とトナー搬送路との気密性を維持することが可能となる。
弾性体１８の水平方向の貫通穴１８ｂを有する部分の外周は、ケース１９に対して間隙を有する嵌合である。これは、弾性体１８の回転軸１６との嵌合部において、弾性体１８および回転軸１６の磨耗を低減する。
かかる間隙を有する嵌合とすることにより、回転軸１６と弾性体１８とは弾性体１８のばね性のみによって密着するため、余分な磨耗を起さず、また回転軸１６が回転する際のトルクを安定に保つことができる。
圧入状態の場合は、回転軸１６と弾性体１８の圧接が強くなり過ぎて弾性体１８が急激に磨耗してしまうと同時に、回転軸１６の回転トルクも増大してしまう欠点がある。
【００１２】
図５はカラープリンタである画像形成装置に適用した本発明によるキャリア補給装置の第１の実施の形態を示す概略図である。図５には本発明によるキャリア補給装置の第１の実施の形態を搭載したカラープリンタである画像形成装置（装置本体）３５を示している。
この画像形成装置３５は光書き込み部３６から帯電部３８で帯電されている感光体ドラム１に静電潜像を書き込み、現像部３７で現像し、現像された画像を１次転写部４０で１次転写ベルト４１に転写する。
転写された画像は給紙カセットから搬送されてきた転写紙（図示せず）に２次転写部４３で転写される。画像が転写された転写紙は定着部４４で画像定着を行い、定着済みの転写紙は排紙部４５からスタック部４６へ排出される。図５において、符号３９は感光体ドラム１の転写残トナーを除去するクリーニング部を示している。
この画像形成装置３５において、本発明によるキャリア補給装置はキャリア容器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄがトナー容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄとともにそれぞれの現像部３７の上方に配置されている。
これらは、例えば、図２に示したような構成で現像部３７の上方においてトナー搬送路上で互いに接続され、現像部３７（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）へ適切な量のキャリアをトナー容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからのトナーとともに補給する。
図６はカラープリンタである画像形成装置に適用した本発明によるキャリア補給装置の第２の実施の形態を示す概略図である。図６には本発明によるキャリア補給装置の第２の実施の形態を搭載したカラープリンタである画像形成装置（装置本体）３５を示している。この画像形成装置（装置本体）３５自体の構成は図５における画像形成装置と同一であるので同一部材に同一符号を付して説明を省略する。
画像形成装置（装置本体）３５内に配置される図６の本発明によるキャリア補給装置の第２の実施の形態において、単一のキャリア容器１０は各色のトナー容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのすべてに共通である１つのみが配置される。このキャリア容器１０は、図１に示したような構成を有し、かつ現像部３７の上方に配置されている各色のトナー容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄとトナー搬送路上で適宜接続される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】キャリア容器から現像装置へのキャリアの補給の第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】キャリアの定量排出を行う定量排出部を示す分解斜視図。
【図３】キャリア容器から現像装置へのキャリアの補給の第２の実施の形態を示す概略図。
【図４】図２の定量排出部の要部の詳細構成を示す断面図。
【図５】カラープリンタである画像形成装置に適用した本発明によるキャリア補給装置の第１の実施の形態を示す概略図。
【図６】カラープリンタである画像形成装置に適用した本発明によるキャリア補給装置の第２の実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
【００１４】
Ａ  現像装置、１  感光体ドラム、２  現像ローラ、７  キャリア補給口、８  キャリア排出口、１０  キャリア容器、１０ａ  キャリア容器、１０ｂ  キャリア容器、１０ｃ  キャリア容器、１０ｄ  キャリア容器、１１  キャリア、１５  定量排出部、１６  回転軸、１７  窪み、１８  弾性体、１８ａ  上下方向の貫通穴、１８ｂ  水平方向の貫通穴、１９  上ケース、２０  下ケース、２１  トナー容器、２１ａ  トナー容器、２１ｂ  トナー容器、２１ｃ  トナー容器、２１ｄ  トナー容器、３５  画像形成装置（装置本体）
【図１】
2006259184.tif 000003
【図２】
2006259184.tif 000004
【図３】
2006259184.tif 000005
【図４】
2006259184.tif 000006
【図５】
2006259184.tif 000007
【図６】
2006259184.tif 000008