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発明の名称 画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−125447(P2001−125447A)
公開日 平成13年5月11日(2001.5.11)
出願番号 特願平11−304535
出願日 平成11年10月26日(1999.10.26)
代理人 【識別番号】100067183
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 郁男
【テーマコード(参考)】
2H034
2H077
【Fターム(参考)】
2H034 AA03 BF00 CB01 CB02 
2H077 AA37 AC02 AC12 AC16 AD32 AE06 CA01 EA01
発明者 坂田 徳幸 / 渡木 龍司 / 堤 真洋 / 丹村 栄司 / 菊田 慎司 / 南條 譲
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 感光体ドラム表面に形成された静電像を、現像装置内に充填された磁性現像剤により現像してトナー像を形成し、該トナー像を所定の転写材上に転写させると共に、トナー像転写後の感光体ドラム表面に残存するトナーをクリーニング装置により回収し、回収されたトナーを前記現像装置内にリサイクルする画像形成装置において、クリーニング装置により回収されたトナーを現像装置内に搬送する経路の途中に該回収トナーの精製機構が設けられ、前記精製機構は、クリーニング装置から搬送されてきた回収トナーが導入される攪拌混合部と、攪拌混合部に導入された回収トナーを取り出すマグネットローラと、該マグネットローラに対面して設けられた正規の帯電トナー回収ローラ及び逆帯電トナー回収ローラとから成り、正規の帯電トナー回収ローラでは、正規の帯電トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加され、静電引力によりマグネットローラ上から正規の帯電トナーが回収され、逆帯電トナー回収ローラでは、正規の帯電トナーとは同極性のバイアス電圧が印加され、静電引力によりマグネットローラ上から逆帯電トナーが回収され、正規の帯電トナー回収ローラによって回収されたトナーを、現像装置内に供給することを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 前記精製機構中の攪拌混合部には、予め磁性現像剤が充填されている請求項1に記載の画像形成装置。
【請求項3】 前記磁性現像剤として、非磁性トナーと磁性キャリヤとの混合物から成る2成分系現像剤が使用される請求項2に記載の画像形成装置。
【請求項4】 前記攪拌混合部には、マグネットローラの軸方向に沿って延びている複数のスパイラルが互いに間隔を置いて設けられ、隣接するスパイラル同士は、互いに反対方向に現像剤乃至回収トナーを送る様に設定されている請求項1に記載の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置に関するものであり、特にリサイクルシステムが採用された画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複写機に代表される画像形成装置においては、感光体ドラム表面を一様に帯電し、画像露光により感光体ドラム表面に原稿像に対応する静電潜像を形成し、次いで該静電潜像を現像して感光体ドラム表面にトナー像を形成し、このトナー像を感光体ドラム表面から紙等の転写材上に転写し、転写されたトナー像を熱、圧力等により定着させることによって、画像の形成が行われる。
【0003】このような画像形成装置において、現像剤としては、磁性トナーから成る一成分系磁性現像剤や、トナーと磁性キャリヤとから成る二成分系磁性現像剤などが広く使用されており、このような磁性現像剤を用いて現像を行うための現像装置は、通常、磁性現像剤が充填された現像ハウジングから成っており、この現像ハウジング内には、感光体ドラム表面に対面するように、現像剤搬送スリーブが収容されている。即ち、現像剤搬送スリーブは、アルミ等の非磁性スリーブ内に複数の磁極を有するマグネットを備えた構造を有しており、スリーブ回転により、磁気ブラシの形で、現像域(該スリーブと感光体ドラム表面との間の領域)に現像剤を搬送し、現像を行うものである。
【0004】ところで、最近になって、省資源や環境性等の見地から、所定の転写材上にトナー像を転写した後に、クリーニングブレード等のクリーニング装置により感光体表面から取り除かれて回収されたトナーを、上記の現像装置内にリサイクルして再使用するシステムを採用している画像形成装置が広く普及している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したリサイクルシステムが採用された画像形成装置では、画像形成プロセス中をトナーが繰り返し循環していくにしたがい、ストレスを受けて凝集したり、帯電性能が低下したりして、トナー本来の性能が次第に失われ、例えばゼロ帯電トナーや逆帯電トナーの量が増していく。このような特性が低下したトナーにより、トナー飛散、画像濃度の低下、カブリ及び画像部のトナーちりなどの不都合が生じる様になる。また、画像形成プロセスを繰り返すにしたがい、転写材(紙)から発生する紙粉がクリーニング装置により回収され、現像剤中での紙粉の割合が増加し、この紙粉自体により、上述した不都合が生じたり、また逆帯電トナーの発生が促進されたりすることもある。
【0006】従って本発明の目的は、リサイクルシステムで画像形成を行う画像形成装置において、前述した逆帯電或いはゼロ帯電トナーなどの特性低下したトナーや紙粉などの現像装置内の混入が有効に防止され、トナー飛散、画像濃度の低下、カブリ、画像部のトナーちり等の問題が有効に解消され、長期間にわたって安定に良好な画像を形成し得る画像形成装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、感光体ドラム表面に形成された静電像を、現像装置内に充填された磁性現像剤により現像してトナー像を形成し、該トナー像を所定の転写材上に転写させると共に、トナー像転写後の感光体ドラム表面に残存するトナーをクリーニング装置により回収し、回収されたトナーを前記現像装置内にリサイクルする画像形成装置において、クリーニング装置により回収されたトナーを現像装置内に搬送する経路の途中に該回収トナーの精製機構が設けられ、前記精製機構は、クリーニング装置から搬送されてきた回収トナーが導入される攪拌混合部と、攪拌混合部に導入された回収トナーを取り出すマグネットローラと、該マグネットローラに対面して設けられた正規の帯電トナー回収ローラ及び逆帯電トナー回収ローラとから成り、正規の帯電トナー回収ローラでは、正規の帯電トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加され、静電引力によりマグネットローラ上から正規の帯電トナーが回収され、逆帯電トナー回収ローラでは、正規の帯電トナーとは同極性のバイアス電圧が印加され、静電引力によりマグネットローラ上から逆帯電トナーが回収され、正規の帯電トナー回収ローラによって回収されたトナーを、現像装置内に供給することを特徴とする画像形成装置が提供される。
【0008】本発明においては、クリーニングブレードなどから成るクリーニング装置により感光体ドラム表面から回収されたトナーを、現像装置内にリサイクルする搬送経路中に、トナー精製機構を設けたことが顕著な特徴である。このトナー精製機構は、上記の回収トナーが導入される攪拌混合部と、攪拌混合部中の回収トナーを取り出すマグネットローラと、マグネットスリーブに対面して設けられた正規の帯電トナー回収ローラ及び逆帯電トナー回収ローラとから構成されている。
【0009】即ち、攪拌混合部では、回収されたトナーが攪拌混合され、これにより凝集したトナーが破砕され、且つゼロ帯電トナーなどの帯電量の低下したトナーも十分に摩擦帯電される。また、攪拌混合部で十分に攪拌混合された回収トナーは、マグネットローラにより、取り出される。このマグネットローラは、現像装置内に設けられる現像剤搬送スリーブと同様の構造を有するものであり、アルミ等の非磁性スリーブ内に複数の磁極を有するマグネットが内蔵されており、マグネット固定−スリーブ回転或いはマグネット回転−スリーブ固定により、磁気ブラシの形で、回収トナーがマグネットローラ上に取り出される。正規の帯電トナー回収ローラでは、これに、該トナーの帯電極性とは逆極性のバイアス電圧が印加され、静電引力により、マグネットローラ上から正規の帯電トナーが回収され、現像装置内に搬送される。また逆帯電トナー回収ローラでは、トナーの正規の帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加され、静電引力により、マグネットローラ上から逆帯電トナーが回収され、回収された逆帯電トナーは廃棄される。このようにして、トナー精製機構を設けた本発明の画像形成装置では、回収されたトナーから、正規に帯電し且つ十分な帯電量を有するトナーのみが回収され、逆帯電トナーは排除され、且つゼロ帯電トナーなどの帯電特性が低下したトナーなども上記攪拌混合部で再度帯電されるため、このようなトナーが現像装置内に供給されるおそれもない。また、紙粉は、一般に負極性に帯電することが知られている。従って、現像剤中のトナーとして正帯電性のものを用いる場合には、上記の逆帯電トナー回収ローラによって、紙粉は排除される。一方、現像剤中のトナーとして負帯電性のものを用いる場合には、正規の帯電トナー回収ローラによって紙粉が回収され、現像装置内に供給されることになるが、この場合、紙粉は、正規のトナーと同極性に帯電されているため、画像に与える影響は極めて小さく、ほとんど問題とならない。
【0010】尚、攪拌混合部内には、予め磁性現像剤を充填しておくことが好ましく、これにより、少しずつ導入された回収トナーの攪拌混合を有効に連続して行うことができる。また、磁性現像剤としては、磁性トナーから成る一成分系現像剤や、非磁性トナーと磁性キャリヤとから成る二成分系現像剤の何れをも使用することができるが、二成分系現像剤を用いる場合には、特に攪拌混合部に二成分系現像剤を充填しておくことが必要である。この場合、回収トナーは非磁性であり、回収トナー単独では、マグネットローラにより取り出すことができなくなるためである。
【0011】本発明において、攪拌混合部に設けられる攪拌混合装置としては、スパイラルが好適であり、このようなスパイラルの複数本を、マグネットローラと同軸方向に沿って、互いに間隔を置いて配置し、且つ隣接するスパイラル同士は、回収トナー(現像剤)を互いに反対方向に搬送するように、その羽根或いは回転方向が設定されていることが好適である。これにより、回収トナーの混合攪拌を確実且つ有効に行い、十分に摩擦帯電することができる。
【0012】
【発明の実施の態様】本発明を以下、添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図1は、リサイクルシステムを採用した本発明の画像形成装置の全体配置の概要を示し、図2は、図1の画像形成装置に使用されるトナー精製機構を示す図である。
【0013】図1において、この画像形成装置においては、図の矢線方向に回転可能に設けられている感光体ドラム1の周囲に、主帯電装置2、露光機構3、現像装置4、転写装置5、除電装置6、クリーニング装置7が、感光体ドラム1の回転方向に沿って、この順に配置されており、感光体ドラム1と転写装置5との間に、紙やOHPフィルムなどの転写材10が通され、転写材10の排出経路上には、定着装置11が設けられている。
【0014】感光体ドラム1としては、アルミ等の導電性基体ローラ上に、セレン、非晶質シリコンなどの感光層を設けた無機感光体ドラムや、バインダー樹脂中に電荷発生剤や電荷輸送剤を分散させた有機感光層を設けた有機感光体ドラムなどが使用される。主帯電装置2としては、ローラ型の接触帯電装置もあるが、一般には、コロナ帯電器が使用され、この主帯電装置2により、感光体ドラム1の表面(感光層)が、感光層の種類に応じて所定極性に一様に帯電される。この時の感光体表面の主帯電電位は、通常、200〜1000V(絶対値)である。次いで画像露光機構3により、原稿の反射光或いはコンピュータなどからの電気信号により原稿に対応するレーザビームなどのドット光が感光体ドラム表面に照射され、光照射部分の電位が光減衰し、静電潜像が形成され、現像装置4により、この静電潜像が現像され、感光体ドラム1の表面にトナー像15が形成される。転写装置5は、一般に転写チャージャ5aと分離用チャージヤ5bとから構成されており、この転写装置5と感光体ドラム1との間に導入された転写材10の背面が、転写チャージャ5aにより、トナー像15と逆極性に帯電され、この電荷とトナー像15との静電引力によって、転写材10の上にトナー像15が転写され、転写トナー像16が形成される。また、トナー像16の形成と同時に、分離チャージャ5bにより交流帯電され、転写材10が感光体ドラム1の表面から速やかに分離するようになっている。尚、転写装置5としては、転写ローラを用いることも可能であり、この場合には、分離用チャージャ5aの如き、転写材分離装置は必要でない。
【0015】転写トナー像16を有する転写材10は、定着装置11に搬送され、熱、圧力等により、転写トナー像16が転写材10の表面に定着される。一方、トナー像15が転写材10上に転写された後、除電装置6による光照射により、感光体ドラム1の表面電荷が除去される。更に、クリーニングブレード等を備えたクリーニング装置7により、感光体ドラム1の表面に残存するトナーが掻き取られて回収され、次の画像形成プロセスが行われる。クリーニング装置7に回収されたトナーは、スパイラルなどの搬送装置を用いて、20で示す経路にしたがって現像装置4にリサイクルされて再使用に供される。
【0016】上述した画像形成装置において、現像装置4は、磁性現像剤が充填された現像ハウジング30から構成されており、感光体ドラム1に対面するように現像剤搬送スリーブ(現像スリーブ)31が収容されている(スリーブ31とドラム1の間隔は、一般に0.3〜1.0mm程度である)。この現像スリーブ31は、内部に複数の磁極を有するマグネットが固定されており、スリーブ回転により、現像剤を磁気ブラシの形で搬送するものである。即ち、図1に示されている様に、この現像スリーブ31は、感光体ドラム1は逆方向に回転し(ドラム1に対面する領域では、ドラム1と同方向、即ち、上方から下方に移動する)、穂切りブレード32により一定の穂長に調整された磁気ブラシ33を、感光体ドラム1に対面する領域(現像域)に搬送する。
【0017】現像剤としては、磁性キャリヤと絶縁性トナーとから成る二成分系現像剤や磁性トナーから成る一成分系現像剤の何れも使用することができる。また、現像ハウジング30内には、現像スリーブ31と間隔をおいて、複数のスパイラル乃至パドル35が設けられており、現像スリーブ31の軸方に沿って、現像剤の循環送り及び攪拌を行うようになっている。このような循環送り及び攪拌によって、均一に混合され且つ所定極性に摩擦帯電したトナーが磁気ブラシ33の形で搬送され、このトナーにより、感光体ドラム1の表面に形成された静電潜像が現像され、感光体ドラム1の表面にトナー像15が形成されるものである。トナー、即ちトナー像15の帯電極性は、所謂正規現像により画像形成が行われる場合には、感光体ドラム1表面の帯電極性と逆極性であり、反転現像により画像形成が行われる場合には、感光体ドラム1表面の帯電極性と同極性である。また、現像に際しては、一般に、感光体ドラム1と現像スリーブ31との間にバイアス電圧が印加される(通常、正規現像において絶対値で100〜300V程度、反転現像において絶対値で300〜700V程度)。
【0018】本発明の画像形成装置においては、前述した回収トナーの循環経路20の途中に、トナー精製機構50が設けられる。このトナー精製機構50の構造を、正帯電の非磁性トナーと磁性キャリヤとの混合物を現像剤として用いた場合を例にとって、図2に示した。
【0019】図2において、このトナー精製機構50は、大まかに言って、混合攪拌室51と、マグネットローラ52と、正規帯電(正帯電)トナー回収室53と、逆帯電(負帯電トナー)回収室54とから構成されている。
【0020】混合攪拌室51には、クリーニング装置7で回収されたトナーが、搬送スパイラルなどにより経路20を通って導入される。この混合攪拌装置51内には、正帯電トナーと磁性キャリヤとから成る磁性現像剤60が充填されていると共に、3本のスパイラル61a,61b,61cが同軸方向に間隔を置いてほぼ平行に配置されており、混合攪拌室51内に導入された回収トナーは、磁性現像剤60と混合攪拌される様になっている。
【0021】図2中、混合攪拌室51の平面構造を拡大して示す部分を参照して、上記のスパイラル61a,61b,61cの間には、それぞれガイド板62が配置されていると共に、隣接するスパイラル同士は、互いに反対方向に磁性現像剤60を攪拌送りするようになっている。即ち、スパイラル61aは、その両端方向に磁性現像剤60を攪拌送りするように設けられ、スパイラル61bは、その中心方向に磁性現像剤60を攪拌送りするように設けられ、スパイラル61cは、その両端方向に磁性現像剤60を攪拌送りするように設けられている。従って、混合攪拌室51内に導入された回収トナーは、スパイラル61aからスパイラル61bを介してスパイラル61cに、各スパイラルの両端或いは中心部を通って攪拌送りされる。このようにして、回収トナーは、磁性現像剤60と混合攪拌され、凝集トナーの解砕やゼロ帯電トナーなどの摩擦帯電が十分に行われる。
【0022】スパイラル61cの上部には、マグネットローラ52が配置されており、スパイラル61cの部分まで攪拌送りされてきた回収トナーは、磁気ブラシ63の形で、磁性現像剤60と共に、マグネットローラ52上に取り出される。
【0023】マグネットローラ52の両側には、それぞれ、正規帯電(正帯電)トナー回収室53と、逆帯電(負帯電)トナー回収室54とが配置されている。正規帯電トナー回収室53には、導電性のトナー回収ローラ65が、マグネットローラ52に対面するように設けられ、このローラ65には回収ブレード66が当接されている。一方、逆帯電回収室54には、導電性のトナー回収ローラ68が、マグネットローラ52に対面するように設けられ、このローラ68には回収ブレード69が当接されている。即ち、図2から明らかな通り、正規帯電トナー回収室53の回収ローラ65には、負極性のバイアス電圧が印加され、静電引力により、正規帯電トナー(正帯電トナー)がマグネットローラ52上から回収され、ブレード66によって捕集される。捕集された正帯電トナーは、搬送スパイラルなどにより経路20を通って、トナー補給用ホッパーやトナーカートリッジ(図示せず)を介して、或いは直接、現像装置4内に供給される。また、逆帯電回収室54の回収ローラ68には、正極性のバイアス電圧が印加され、静電引力により、逆帯電トナー(負帯電トナー)がマグネットローラ52上から回収され、ブレード69によって捕集され、廃棄される。尚、紙粉は、一般に負帯電されているため、この逆帯電トナー中には紙粉も含まれている。
【0024】このようにして、トナー精製機構50を設けることにより、クリーニング装置7により回収され、現像装置4内にリサイクルされるトナー中には、ゼロ帯電トナー等の特性が低下したトナーはほとんど含まれておらず、また、逆帯電トナーや紙粉も有効に除去される。尚、図2においては、正帯電トナーを現像剤として用いた場合を例にとって示したが、負帯電トナーを現像剤として用いた場合には、正規帯電トナー回収室53の回収ローラ65には、正極性のバイアス電圧を印加し、逆帯電回収室54の回収ローラ68には、負極性のバイアス電圧を印加すればよい。この場合、紙粉は、正規帯電トナー回収室53内に捕集されて現像装置4内に供給されるが、正規帯電トナー(負帯電トナー)と同極性に帯電され、正規帯電トナーと同様の挙動を示す。即ち、この紙粉は、正規帯電トナーと一緒に画像を形成し、定着によって転写紙上の転写トナー像中に埋め込まれてしまう。従って、外部からは、紙粉の存在はほとんど観察されず、負帯電トナーを現像剤として用いた場合には、紙粉が現像装置4内にリサイクルされてもほとんど問題とならない。
【0025】上述した本発明において、導電性のトナー回収ローラ65,68は、金属等の良導体や、金属粉末やカーボンブラックなどの導電性粉末を樹脂やゴム中に配合した導電性樹脂乃至導電性ゴムなどから構成される。また、これらのローラに印加されるバイアス電圧は、絶対値で100乃至1kV程度である。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、リサイクルトナーの循環経路中に、所定の構造のトナー精製機構を設けることにより、ゼロ帯電トナーなどの帯電特性が低下したトナーや逆帯電トナー、或いは紙粉の現像装置内への混入が有効に防止され、トナー飛散、画像濃度の低下、カブリ、画像部トナーちりなどが有効に防止され、長期間にわたって安定して良好な画像を形成することができる。




 

 


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