(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成した静電潜像を現像手段により２成分現像剤を用いて現像して可視画像とし、前記可視画像を被転写材に転写し、前記転写後に前記像担持体上に残留した現像剤をクリーニング手段により回収し、前記回収した現像剤を回収現像剤搬出手段により前記像担持体周辺の画像形成部の外に搬出する画像形成装置において、
前記現像手段は、２成分現像剤を収容した現像容器内に、現像剤担持体と近い側の第１の搬送スクリューと遠い側の第２の搬送スクリューとが隔壁を介して、かつ互いに現像剤の攪拌搬送方向が逆方向の態様で配設されることで前記現像容器内の現像剤が循環搬送され、前記第２の搬送スクリューの現像剤搬送方向下流側に、これよりも現像剤搬送の底面が高い第３の搬送スクリューを有する現像剤排出路が設けられ、前記現像剤排出路により前記現像容器内の余分な現像剤が前記回収現像剤搬出手段に排出されるよう構成され、
前記第２の搬送スクリューよりも前記現像剤搬送方向下流側で、かつ前記現像剤排出路よりも現像剤搬送方向上流側に、返しスクリューが設けられることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第２の搬送スクリューと前記現像剤排出路の間に現像剤の搬送を磁気的に規制する磁気手段を設けた請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記像担持体を複数有し、各像担持体に対し設置された現像手段の現像容器内の余分な現像剤が、前記現像剤排出路により前記回収現像剤搬出手段に排出される請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像手段に補給現像剤が補給される請求項１乃至３のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記第３の搬送スクリューは、前記磁気手段よりも前記現像剤搬送方向下流側に設けられた請求項２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式等を利用した複写機やプリンタなどの画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成装置、その中でも特に有彩色の画像形成を行う画像形成装置において、非磁性トナーと磁性キャリアを混合して現像剤として使用する２成分現像方式が広く利用されている。
【０００３】
この２成分現像方式は、現在提案されている他の現像方式に比較して、画像の安定性、装置の耐久性などの長所を備えている一方、長期使用による現像剤の劣化、特にキャリアの劣化が不可避であったため、画像形成装置の長期使用にともない現像剤交換という作業を行う必要がある。
【０００４】
この問題に対する解決策が従来いくつか提案されている。たとえば特公平２−２１５９１号は、キャリアとトナーを攪拌する攪拌手段と、同攪拌手段で攪拌された現像剤を感光体へ供給する現像ローラとを備えた電子写真複写機用現像装置において、攪拌手段の上方にキャリア補給装置とトナー補給装置とを分離しまたは一体化して設け、現像装置ハウジングの側壁に現像剤溢出部を設けて、新しい現像剤を補給装置により少しずつ補給するとともに、余分な現像剤を溢出部より排出するようにする技術を開示している。
【０００５】
同号公報によれば、現像装置ハウジング内の現像剤の特性を一定に維持させることができ、その結果、複写物の画質も一定に保持させることができ、また現像装置ハウジング内の古くなった現像剤が現像剤溢出部より順次自動的に排出されるため、従来のもののように、現像装置を複写機より外し、同装置のハウジング内の古い現像剤を取り出し、新しい現像剤を再充填した後、再び現像装置を取り付けるといった面倒な現像剤交換作業が不要となり、しかも現像剤飛散が防止されて衛生的であるとしている。
【０００６】
つまり、劣化した現像剤（キャリア）を新しいものと徐々に入れ替えていくことにより、見かけ上のキャリアの劣化進行が止まり、現像剤全体としては特性が安定する。これによって現像剤交換という作業を不要にし、メンテナンス性を向上させているのである。
【０００７】
またこの方式を、回転現像装置と組み合わせた構成のものが特開平９−２１８５７５号で提案されており、回転現像装置に現像剤補給手段を設けて、各現像器に必要な現像剤を補給し、また現像器内の過剰な現像剤を、回転体の回転による重力の作用方向の変化を利用して排出するようにしている。同号公報によれば、回転体特有の動きを利用することによって、簡単な構造で過剰な現像剤を排出することができる等としている。
【０００８】
その他、回転現像装置によらない方式も、たとえば特開昭１０−６３０７４号に示すように各種提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年フルカラー複写機やプリンタの市場が拡大し、様々な機能が要求されている中で、たとえば高い生産性を提供するために感光ドラムを複数配置し、多重転写を行うタンデム方式の画像形成装置が多く製品化されており、今後も市場の主流の一つになっていくとものと考えられている。
【００１０】
しかし、タンデム方式の画像形成装置では、各色の現像装置が各感光ドラムに対して固定設置されているので、前記の特開平９−２１８５７５号で提案されたような簡単な構造を利用することができない。このためタンデム方式において、現像剤を徐々に入れ替えていく方式を採用するには、前記の特開平１０−６３０７４に示されるような複雑な構造をとらなければならなかった。このことは、単色の画像を形成する画像形成装置においても同様である。
【００１１】
つまり、従来の技術では、単色画像形成装置、高生産性を生み出すタンデム方式や、その他種々の特長を生かすために回転現像装置を採用しない様々な方式のフルカラー画像形成装置において、現像剤を徐々に自動交換してメンテナンス性を上げようとすれば、逆に構造の複雑化を生じ、装置本体コストの上昇につながる問題があった。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、単色の画像形成装置や、タンデム方式を初めとする様々な方式でフルカラー画像形成をする画像形成装置について、簡単な構成で現像剤を徐々に自動交換してメンテナンス性を上げることができ、低価格でメンテナンス性が高い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】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体上に形成した静電潜像を現像手段により２成分現像剤を用いて現像して可視画像とし、前記可視画像を被転写材に転写し、前記転写後に前記像担持体上に残留した現像剤をクリーニング手段により回収し、前記回収した現像剤を回収現像剤搬出手段により前記像担持体周辺の画像形成部の外に搬出する画像形成装置において、
前記現像手段は、２成分現像剤を収容した現像容器内に、現像剤担持体と近い側の第１の搬送スクリューと遠い側の第２の搬送スクリューとが隔壁を介して、かつ互いに現像剤の攪拌搬送方向が逆方向の態様で配設されることで前記現像容器内の現像剤が循環搬送され、前記第２の搬送スクリューの現像剤搬送方向下流側に、これよりも現像剤搬送の底面が高い第３の搬送スクリューを有する現像剤排出路が設けられ、前記現像剤排出路により前記現像容器内の余分な現像剤が前記回収現像剤搬出手段に排出されるよう構成され、
前記第２の搬送スクリューよりも前記現像剤搬送方向下流側で、かつ前記現像剤排出路よりも現像剤搬送方向上流側に、返しスクリューが設けられることを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
本発明によれば、前記第２の搬送スクリューと前記現像剤排出路の間に現像剤の搬送を磁気的に規制する磁気手段を設けてもよい。さらに、前記像担持体を複数有し、各像担持体に対し設置された現像手段の現像容器内の余分な現像剤が、前記現像剤排出路により前記回収現像剤搬出手段に排出される。前記現像手段に補給現像剤が補給される。また、前記第３の搬送スクリューは、前記磁気手段よりも前記現像剤搬送方向下流側に設けられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に則してさらに詳しく説明する。
【００１６】
実施例１
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略断面図、図２は、図１の画像形成装置に設置された現像器を示す概略断面図である。
【００１７】
まず、図１により画像形成装置全体の動作について説明する。
【００１８】
図１において、まず、感光ドラム２８の表面が帯電器２１により一様帯電され、ついで露光装置２２からレーザー光を照射して露光することにより、感光ドラム２８の表面上に静電潜像が形成され、この潜像を現像器１によって現像することにより、感光ドラム１上にトナー画像が形成される。
【００１９】
このトナー像は転写ベルト２４によって搬送される記録紙２７に、転写帯電器２３に印加した転写バイアスにより転写され、トナー像が転写された記録紙２７は転写ベルト２４から分離して定着器２５に送り、そこで加圧および加熱によりトナー像が定着され、永久画像に形成される。
【００２０】
転写後に感光ドラム２８上に残留したトナーは、クリーナ２６により除去され、つぎの画像形成に備える。クリーナ２６は内部に搬送スクリュー２９を有し、搬送スクリュー２９はクリーナ２６により除去されたトナーを、感光ドラム１およびその周辺の画像形成部の外の装置本体内の図示しない一所の貯蔵部に搬送する。貯蔵部に搬送されたトナーは、適当なタイミングでサービスマン等により回収される。
【００２１】
つぎに図２により現像器１について詳しく説明する。
【００２２】
現像器１は、非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を収容しており、そのトナーとキャリアの混合比は重量比で１：９程度である。この比は、トナーの帯電量、キャリアの粒径、画像形成装置の構成などで適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値したがわなければらないものではない。
【００２３】
現像器１は、現像容器２の感光ドラム２８に対向した現像領域の部分が開口しており、この開口部に一部露出するようにして、内部にマグネット４が非回転に配置された現像スリーブ３が回転可能に設置されている。現像スリーブ３は非磁性材料で形成され、現像動作時には図１の矢印方向に回転し、現像容器２内の２成分現像剤を層状に保持して現像領域に搬送し、現像領域で感光ドラム２８に現像剤を供給して、感光ドラム２８上に形成されている静電潜像を現像する。潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ３の回転にしたがって現像容器２内に回収される。
【００２４】
現像容器２内には、第１現像剤攪拌搬送スクリュー１１（現像スリーブ３に近い側）と、第２現像剤攪拌搬送スクリュー１２（現像スリーブ３から遠い側）が設置され、これらスクリュー１１、１２により現像剤が攪拌混合され、また容器２内を搬送、循環される。現像剤の搬送方向は、第１スクリュー１１側で図２の手前側から奥側へ向かう方向、第２スクリュー１２側で図２の奥側から手前側へ向かう方向である。
【００２５】
現像剤攪拌搬送スクリュー１１と１２との間には隔壁９が設けられており、現像剤の循環がスクリュー１１、１２間でスムーズに行なわれるように、隔壁９の奥側と手前側に現像剤受け渡し用の開口部が設けられている。図２は、画像形成装置本体の奥側から現像器１を見た断面を示しており、図２の手前側が装置本体の奥側に相当する。
【００２６】
つぎに、本実施例の特徴的部分である現像剤の補給回収について詳しく説明する。図３は、画像形成装置の現像器およびその周辺部分を上方から見た図、図４は、後方から見た図である。
【００２７】
図３および図４に示すように、現像器１の奥側には現像剤回収部５が設けられており、この現像剤回収部５と現像容器２との間には排出用の搬送スクリュー１４が設けられ、スクリュー１４により現像容器２内の余分な現像剤を現像剤回収部５に排出可能になっている。この排出用の搬送スクリュー１４は、第２現像剤攪拌搬送スクリュー１２に続く返しスクリュー１３に続けて設けられており、スクリュー１２および１３と軸を共通にし、これらよりも小径に形成されている。したがって排出用スクリュー１４の現像剤搬送の底面は、現像剤攪拌搬送スクリュー１２および返しスクリュー１３の現像剤搬送の底面よりも高くなっている。
【００２８】
現像容器２内の現像剤７の層の大凡の様子は、図３および図４に模式的に示した通りである。現像剤７の層の面の高さは、搬送スクリュー１２の軸中心近傍であるのが、現像剤の攪拌や搬送の面で最適であり、その最適高さになるように、スクリューピッチや現像剤の量が調整されている。
【００２９】
また返しスクリュー１３の作用により、第２攪拌搬送スクリュー１２端部の現像剤は、隔壁９の奥側の開口部を通過して、第１攪拌搬送スクリュー１１へと搬送される。そのために返しスクリュー１３のさらに容器端部側の現像剤層の面は、スクリュー１３の軸中心よりかなり低くなる。
【００３０】
現像剤回収部５に現像容器２内の余分な現像剤を搬送するスクリュー１４の底面は、上記したように、スクリュー１２および１３の底面より高くなっているので、通常の適量の現像剤が現像容器２中にある状態では、現像剤層の面はスクリュー１４の底面を越えることがない。またスクリュー１４は返しスクリュー１３から距離をおいて設けてあるので、現像剤が返しスクリュー１３の回転により仮に跳ね上がった場合でも、現像剤が適量の場合は回収部に搬送されることはない。
【００３１】
後で説明するように、本発明では、補給現像剤として、トナー中に一定の割合（重量比にして１０％程度）でキャリアを含んだ現像剤を使用しているので、トナー濃度を一定に保ちながら補給を行うと、現像容器２内の現像剤の量は画像形成にともなって増加する。現像剤の量が増加した場合に、返しスクリュー１３のさらに容器端部側の現像剤層の面が上昇する。現像剤層の面がスクリュー１４の底面を越えるまで現像剤の量が増加すると、現像剤がスクリュー１４を通過して現像剤回収部５に搬送される。回収部５に搬送された現像剤は、図３および図４に示すように、回収部５の底面よりスクリュー１５を備えた回収現像剤搬出手段１６に供給される。
【００３２】
回収現像剤搬出手段１６は、感光ドラム２８のクリーナ２６内に設置された搬送スクリュー２９により排出される現像剤も、クリーナ２６に対する回収部３０で同様に回収する。以上のように回収部５で回収された現像剤は、クリーナ２６により除去された現像剤と一緒に、回収現像剤搬出手段１６の搬送スクリュー１５により、感光ドラム２８およびその周辺の画像形成手段を含む画像形成部から搬出され、装置本体内の図示しない貯蔵部に搬送される。
【００３３】
画像形成によって消費された分のトナーは、前述したようにキャリアを一定の割合で含んだ補給現像剤として、図示しない補給スクリューの回転にしたがい、現像容器２の手前側の部分８の上方より補給される。この現像器１への補給現像剤の補給は、補給現像剤ホッパー（図示せず）から行なわれる。補給現像剤のトナーおよびキャリアの混合比は、重量比で９：１程度であるが、特にこの数値に限定されるものではない。
【００３４】
補給現像剤は、現像容器２内の２成分現像剤に比べてトナー量が圧倒的に多く、体積比を考えれば、トナー中にキャリアが微量混合されているものと考えることができ、画像形成によって消費されたトナーを補う際に、微量のキャリアを徐々に補給していくことになる。補給される現像剤のキャリアの比が多くなれば、同じ量のトナーの補給でキャリアの入れ替わり量が多くなり、現像容器２内の現像剤はフレッシュな状態に近づくが、その分キャリアの消費量が多くなる。このため、それぞれの装置において適当な混合比を別途定めるのが好ましい。
【００３５】
またトナー（およびキャリア）の補給量は、補給スクリューの回転数によっておおよそ定められるが、この回転数は図示しないトナー補給量制御手段によって定められる。トナーの補給量制御の方法としては、２成分現像剤のトナー濃度を光学的にあるいは磁気的に検知するものや、感光ドラム２８上に基準画像の潜像を形成し、現像して、その基準画像のトナー濃度を検知する方法など様々な方法が知られているので、いずれかの方法を適宜選択すればよい。
【００３６】
以上のようにして、現像器１内の２成分現像剤の入れ替えが徐々に行われる。
【００３７】
以上説明したように、本実施例によれば、感光体に対し固定設置された現像器内に、隔壁を介して設置した現像剤の攪拌搬送方向が互いに逆方向の第１、第２の搬送スクリューのうちの、現像剤担持体から遠い側の第２の搬送スクリューの現像剤搬送方向下流側に、第２の搬送スクリューよりも底面が高い現像剤排出路を設け、更に、第２の搬送スクリューよりも現像剤搬送方向下流側で、かつ現像剤排出路よりも現像剤搬送方向上流側に、返しスクリューを設けたので、補給現像剤の補給が行なわれる現像器内の余分な現像剤を排出路により徐々に排出して、現像器内の現像剤を自動交換することができ、その現像剤回収の機構も簡単である。したがって、低価格でメンテナンス性の高い画像形成装置を実現することができる。
【００３８】
実施例２
図５は、本発明の画像形成装置の他の実施例を示す概略断面図である。
【００３９】
図５に示すように、画像形成装置は、中間転写ベルト３４に沿って横方向に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像形成ステーションが配置されており、各ステーションの感光ドラム２８Ｙ、２８Ｍ、２８Ｃ、２８Ｋに対し、帯電器２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋによる帯電、露光装置２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋによる露光、現像器１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋによる現像で、感光ドラム上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像は、各ステーションの転写帯電器２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋにより中間転写ベルト３４上に順次重ねて転写され、その後、二次転写帯電器２３によって転写紙２７上に一括して転写される。
【００４０】
トナー像を転写後の感光ドラム２８Ｙ、２８Ｍ、２８Ｃ、２８Ｋの表面に残留した転写残りトナーは、クリーナ２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋによりクリーニングされる。またトナー像を転写後の中間転写ベルト３４に残留した転写残りトナーは、図示しないベルトクリーナによってクリーニングされる。
【００４１】
本実施例のような中間転写方式は、転写紙２７の搬送機構が単純化されるため、紙詰まりなどのトラブルが起こりにくく、また普通紙、ＯＨＰフィルムなど様々な転写媒体（マテリアル）に容易に対応できることなどの特徴がある。
【００４２】
本実施例では、４つの現像器１Ｙ〜１Ｋを実施例１の現像器１と同様に構成しており、その各現像器１Ｙ〜１Ｋの現像容器内の余分な現像剤を、各現像器の第２現像剤攪拌搬送スクリューおよび返しスクリューよりも底面が高い現像剤排出路により、各現像器の奥側に設けられた回収部に排出する。そして１つの回収現像剤搬出手段１６により、現像器１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋからの現像剤を、クリーナ２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋからの現像剤と一緒に回収して、画像形成部外に搬送できるようにしてある。
【００４３】
したがって、本実施例によれば、低価格かつメンテナンス性が高い画像形成装置を実現できるのみならず、タンデム方式のフルカラー画像形成装置の特徴である高生産性や、中間転写方式の特徴である転写媒体搬送安定性、転写媒体に対する広い対応性を生かし、かつクリーナの搬送手段を効率的に利用することにより、画像形成装置全体を小型化することができる。
【００４４】
実施例３
本実施例では、画像形成装置の後方から現像器部分を見た図６に示すように、現像器１の現像容器２奥側の、現像剤排出用の搬送スクリュー１４が設けられた排出路の現像剤回収部５への出口に、これを囲むリング状のマグネット１７を設置して、現像容器２内から排出される現像剤の流れを磁気的にシールして規制するようにした。
【００４５】
このようにすれば、現像容器２内の現像剤層の面が上昇したとき、必要がない現像剤のみを現像容器２外に排出でき、容器２内の現像剤量の安定化をさらに図ることができる。
【００４６】
この場合、第２現像剤攪拌搬送スクリュー１２の軸が磁性材料製であれば、排出される現像剤の流れを規制する効果が増すが、スクリュー１２の軸を磁性とするか、非磁性とするかの選択は、現像容器２内の現像剤の循環により決定すればよい。
【００４７】
また本実施例でも、返しスクリュー１３を設けているが、磁性シール（マグネット１７）を設けた場合には、返しスクリュー１３をなくしてもよく、良好な結果が得られた。
【００４８】
以上、本発明の実施例を３つ説明したが、本発明は、実施例に示されたもの限定されるものではなく、本発明の技術的思想にしたがい種々の変形、態様を採ることが可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、像担持体上の静電潜像を２成分現像剤により現像する現像手段に対し、その現像容器内の現像剤担持体から遠い側の第２の搬送スクリューの現像剤搬送方向下流側に、これよりも現像剤搬送の底面が高い第３の搬送スクリューを有する現像剤排出路を設け、更に、第２の搬送スクリューよりも現像剤搬送方向下流側で、かつ現像剤排出路よりも現像剤搬送方向上流側に、返しスクリューを設けたので、現像手段に補給現像剤の補給等により余分な現像剤が生じたときに、その現像手段の余分な現像剤を現像剤排出路により容易に排出し、クリーニング手段により回収した現像剤を画像形成部外に搬出する回収現像剤搬出手段を利用して、現像手段の余分な現像剤を画像形成部外に搬出することができる。したがって、単色の画像形成装置や、タンデム方式を初めとする様々な方式でフルカラー画像形成をする画像形成装置について、簡単な構成で現像剤を徐々に自動交換してメンテナンス性を上げることができ、低価格かつメンテナンス性が高いものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略断面図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された現像器を示す概略概略図である。
【図３】図１の画像形成装置の現像器およびその周辺部分を上方から見た図である。
【図４】図１の画像形成装置の現像器部分を後方から見た図である。
【図５】本発明の画像形成装置の他の実施例を示す概略断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例における現像器部分を後方から見た図である。
【符号の説明】
１    現像器
２    現像容器
３    現像スリーブ
５    現像剤回収部
１２  第１現像剤攪拌搬送スクリュー
１３  第２現像剤攪拌搬送スクリュー
１４  現像剤排出用の搬送スクリュー
１６  回収現像剤搬出手段
１７  マグネット
３０  回収部
【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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