JP2004117507A - 現像装置及びプロセスカートリッジ並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリューピッチムラの発生を効果的に防止すること可能にしたスクリュー形状を有する現像装置等を提供する。
【解決手段】現像スリーブにスクリューを回転させて現像剤を供給し、感光体ドラムに形成された潜像を現像剤によって現像する現像装置において、前記スクリューは回転軸１２の周りに螺旋状の羽根１５を有し、該羽根１５は回転軸１２の軸線と羽根面とのなす角度が６０°以下となるように構成されていることを特徴とする。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は像担持体上に形成された潜像を現像剤によって現像して可視像化する現像装置及びこれを有するプロセスカートリッジ並びに複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真の現像装置として、トナーへの帯電性が非常に良好な二成分現像装置が従来から広く使用されている。図７は一般的な二成分現像装置の構成を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面説明図である。
【０００３】
１０は現像剤容器であって、トナーとキャリアからなる現像剤１１を収納している。現像剤容器１０の感光体ドラム１に近接対向する部位には開口部が設けられ、該開口部に現像剤担持体である現像スリーブ２が設けられている。現像スリーブ２は中空の非磁性金属スリーブであって、中に磁界発生手段であるマグネットローラ３を内包している。
【０００４】
５及び６は現像剤搬送部材であって、円柱形状の中心軸の周りに羽根部材が一定のピッチで巻き付けられたスクリューである。第１スクリュー５と第２スクリュー６は略平行に配置され、第１スクリュー５と第２スクリュー６の間は現像剤が行き来しないように仕切るための内壁７が設けられている。
【０００５】
長手両端部には内壁がなく、現像剤がＡ第２スクリュー間を行き来できるようになっている。第１スクリュー５と第２スクリュー６はそれぞれ反対方向に現像剤を搬送するようになっているため、スクリューが回転すると、現像剤は図７（ｂ）の矢印のように途切れることなく内部を循環することになる。
【０００６】
第１スクリュー５によって供給された現像剤は、マグネットローラ３の磁力によって現像スリーブ２に供給され、回転と共に搬送される。４は現像剤規制部材であって、現像スリーブ２上の現像剤が適正量に規制されることによって、現像スリーブ２上には均一な現像剤のコートが形成される。現像スリーブ２に担持された現像剤の磁気ブラシは現像部で回転する感光体ドラム１に接触し、感光体ドラム１上の静電潜像が現像される。
【０００７】
図８は現像剤を搬送するスクリューを示すものであり、（ａ）はスクリューの外観図、（ｂ）はスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図、（ｃ）　は現像剤搬送状態の説明図である。１３が回転中心線、１４が回転軸、１５が螺旋状に巻き付けられた羽根である。搬送方向の羽根面（図中に斜線で示す）が回転中心線に対してなす角度をθと称することにする。角度θは垂直に近い方が現像剤の搬送力が大きくなるため、通常は成形型の抜き勾配等を考慮して７０〜８０度程度に設定することが多い。
【０００８】
通常構成のスクリューからさらに撹拌効果を向上させるため、例えば特許文献１に示すように、これまでにもいくつかの構成が提案されているが、撹拌性と搬送性を両立し全ての画像不良に対応できる構成を実現するのは困難であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２２１９３７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では以下に説明するような問題点が生じることがあった。
【００１１】
図８（ｃ）に示すように、スクリューが回転するのに伴って、現像剤１１は羽根１５によって進行方向に押される力を受けるため現像剤１１は羽根１５の搬送方向面側に片寄る。そして、羽根１５から離れるに従って量が減ってくるため、各々の羽根部分において、図８（ｃ）　に示したような状態で搬送されることになる。そのため、現像剤１１の長手方向の分布を見ると、羽根１５のピッチに従って多い部分と少ない部分が形成されてしまう。
【００１２】
すると、スクリューは回転することによって長手方向に現像剤１１を搬送するので、この現像剤の存在ムラが斜め方向の濃淡ムラとなって画像に出てしまう（この画像不良を、以後「スクリューピッチムラ」と称する）。
【００１３】
スクリューピッチムラは、現像スリーブ２と現像剤搬送スクリューが近接配置されている二成分現像装置では生じ易くなる。
【００１４】
そのため、現像スリーブ２とスクリューの配置関係、現像スリーブ内のマグネットの磁極関係、規制部分における現像剤の圧縮状態など、各々の構成を最適化してスクリューピッチムラを防止しているが、そもそもスクリューで搬送される現像剤がスクリュー羽根ピッチで分布が片寄っている以上、完全に防止することは困難であった。
【００１５】
さらに、二成分現像装置は現像剤のトナー濃度がトナー消費と補給のバランスによって変動するので、それに応じて現像剤の量が増減することがあり、現像装置内の現像剤の量が減ってしまうと、いかに構成が最適化されていても、スクリューピッチムラを完全に防止することは至難の業であった。
【００１６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スクリューピッチムラの発生を効果的に防止すること可能にしたスクリュー形状を有する現像装置及びこれを用いたプロセスカートリッジ並びに画像形成装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、現像剤担持体にスクリューを回転させて現像剤を供給し、像担持体に形成された潜像を現像剤によって現像する現像装置において、前記スクリューは回転軸の周りに螺旋状の羽根を有し、該羽根は前記回転軸の軸線と羽根面とのなす角度が６０°以下となるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
上記構成にあっては、スクリューによって現像剤が略水平に近い状態で搬送されるようになるため、現像剤担持体に供給される現像剤は、長手方向で多い部分と少ない部分が形成されることが無くなり、スクリューピッチムラを有効に防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
次に図面を参照して本発明の第１実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置について図及び図２を参照して説明する。尚、図１は画像形成装置の構成模式説明図であり、図２は現像剤を搬送するスクリューを示すものであり、（ａ）はスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図、（ｂ）は羽根角度を変化させて現像剤搬送実験をした結果を示す表、（ｃ）　はスクリューによって搬送される現像剤の状態説明図である。
【００２０】
｛画像形成装置の全体構成｝
まず、図１を参照して画像形成装置Ａの全体構成について概略説明する。図１において、１は潜像担持体である回転可能な感光体ドラムであり、その周囲には感光体ドラム１の回転方向へ向かって順に、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させる帯電装置２０、帯電した感光体ドラム１に選択的な露光をして潜像を形成するための露光装置２１、前記潜像を現像剤によって現像して可視像化するための現像装置Ｂ、可視像化されたトナー像を搬送手段によって搬送される転写材に転写するための転写装置２２、転写材へトナー転写した後に感光体ドラム１に残留した現像剤を除去するためのクリーニング装置２４が配置されている。
【００２１】
また、トナー像が転写された転写材は定着装置２３によって加熱定着された後、機外へと排出される。
【００２２】
｛現像装置｝
次に現像装置Ｂについて説明する。現像装置Ｂは現像剤を収納する現像剤容器１０を備え、トナー粒子と磁性キャリア粒子が混合された現像剤が収容されている。尚、現像剤容器１０の上方には現像装置Ｂにトナーを補給するトナー補給装置９が配置されている。そして、前記現像剤容器１０にはトナー粒子と磁性キャリア粒子が混合された現像剤が収容されている。
【００２３】
トナーとしては、バインダー樹脂に着色剤や帯電制御剤等を添加した公知のものが使用でき、本実施形態においては体積平均粒径が５〜１５μｍのものを使用している。一方、磁性キャリアとしてはフェライトキャリア、樹脂コーティングを施したもの等が好適に使用され、平均粒径１５〜７０μｍが好ましい。
【００２４】
現像装置Ｂの基本的な構成は、現像剤搬送部材であるスクリュー以外は前述した図７に示した構成であり、第２スクリュー６の上方にはトナー補給機構９が設けられ、消費されたトナーに見合った量のトナーが補給口８経て現像剤容器１０内に落下補給されるため、現像剤容器１０内の現像剤は常に一定のトナー濃度に保たれる。
【００２５】
（スクリュー形状）
次に、本実施形態の現像剤搬送部材であるスクリュー５，６の構成について図２を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態のスクリュー５，６は羽根１５を含めた外径が１４ｍｍ、回転軸１４の軸径は６ｍｍ、羽根の長手方向ピッチは１５ｍｍである。従来のスクリューは、前後対称の羽根を螺旋状に巻き付けただけの構成だったのに対し、本実施形態のスクリューの構成は現像剤搬送方向の羽根と中心線とのなす角度（角度θ）を従来より小さくし、面を寝かせて前後非対称にしたことを特徴としている。
【００２７】
ここで、スクリュー５，６の外径、ピッチなどの条件を固定したままで、角度θを何水準か振って現像剤の搬送状態及び画出しテストを行ってみたところ、図２（ｂ）に示すような結果になった。尚、図２（ｂ）の表において、○は全く画像に出ないレベル、○△は軽微で問題ないレベル、△はギリギリＯ．Ｋ．のレベル、△×は問題となるレベル、×は非常に悪いレベルである。
【００２８】
この結果より、角度θを小さくしたことによってスクリューピッチムラの改善効果が確認された。これは、図２（ｃ）に示すように、現像剤に対して回転軸１４と垂直方向に及ぼされる力が増加し、羽根１５によって進行方向に押される力と垂直方向に広がろうとする力が相互に作用することによって搬送される現像剤の搬送状態が水平に近くなったためと予想される。
【００２９】
この場合のスクリューピッチムラ改善効果に対する好適な角度θは、６０度以下となった。しかしながら、前記角度θがあまりにも小さくなっていくと、現像剤を搬送方向に搬送する力が小さくなりすぎて現像剤の搬送性が悪くなり、搬送不良による濃度薄などが起こりやすくなるため好ましくない。そのため、前記角度θは５０°≦θ≦６０°の範囲にするのが望ましい。
【００３０】
なお、本実施形態の検討ではスクリュー径とピッチを固定して行ったため上記の結果になったが、これらの形状が変われば好適な角度θの値が若干変動することは当然であるが、角度θを従来より小さく変更することによって、現像剤が搬送方向に押される力と垂直方向に広がろうとする力が相互に作用することによって現像剤の搬送状態が水平に近くなるという本来の作用効果が変化するものではない。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態のスクリューの形状によって搬送される現像剤の搬送状態を略水平に改善したことによって、現像スリーブ２への現像剤１１の供給ムラ、及びそれに伴う規制部分での圧縮ムラ、ひいてはスクリューが搬送する現像剤１１と現像スリーブ２から戻ってくる現像後の現像剤とのトナー濃度の差など、スクリューピッチ起因によるあらゆる画像ムラの発生要因を低減させることができるため、スクリューピッチムラ画像を改善させることができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
前述した第１実施形態は搬送方向の羽根面が単一平面で構成されていたのに対して、本実施形態では搬送羽根とは別に、異なる角度を有するもう一つの面を有するスクリューを有する現像装置について、図３乃至図５を参照して説明する。
【００３３】
尚、図３は第２実施形態に係る現像装置のスクリューを示すものであり、（ａ）はスクリューの外観図、（ｂ）はスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図、（ｃ）は羽根角度を変化させて現像剤搬送実験をした結果を示す表説明図である。また、図４（ａ）はスクリューによって搬送される現像剤の状態説明図、図４（ｂ）は角度θ１，θ２の表記方法を示す説明図である。
【００３４】
本実施形態に係るスクリュー５，６は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、スクリューの羽根を含めた外径は１４ｍｍ、回転軸１４の軸径は６ｍｍ、羽根の長手方向ピッチは１５ｍｍとした。そして、搬送方向の羽根面は異なる角度からなる二つの面３０ａ，３０ｂを有している。回転軸１４に遠い方の面３０ａの角度θ１は７５度とし、二つの面が交わる点Ｐの回転軸１４からの距離を一定にして、回転軸１４に近い方の面３０ｂの角度θ２を変化させて現像剤の搬送状態の確認及び画出しテストを行ったところ、その結果は図３（ｃ）　に示すようになった。尚、図３（ｃ）　の状態を示す、○、×等の状態は図２（ｂ）のときと同じである。
【００３５】
この結果からも明らかなように、角度１０°≦θ２≦４０°において良好な結果が得られた。
【００３６】
第１実施形態とは若干様子が異なり、本実施形態の構成は角度θ２が変わっても現像剤の搬送性が低下しない。これは、本構成では回転軸１４に遠い方の面３０ａが搬送面として常に作用するため、角度θ２を変更しても現像剤を進行方向に送る力が弱まらないためである。こうして、現像剤搬送性を全く落とすことなく、角度θ２によって現像剤を軸垂直方向に広げようとする力を自在に調整できることがわかった。このため、図４（ａ）に示したような理想的な現像剤の搬送状態を実現することができる。
【００３７】
さらに、これまで二つの面３０ａ，３０ｂが交わる点Ｐの回転軸１４からの距離は一定として説明を行ったが、この距離を変更することでも同様に現像剤の搬送方向の力と軸垂直方向の力を調整することができる。図４（ｂ）に示すごとく、角度θが最も大きい面において、羽根先端から回転軸１４までの垂直方向の距離をＨ１、前記点Ｐから回転軸１４までの距離をＨ２とした場合、好適な範囲は　Ｈ２＜Ｈ１×１／２である。
【００３８】
前記距離Ｈ２をこれ以上に設定すると搬送面の面積が大幅に減少してしまうため、現像剤の搬送性が低下してしまい、濃度薄などを起こしやすくなる。
【００３９】
また、実験して検討したところ、Ｈ１×１／３＜Ｈ２＜Ｈ１×１／２の範囲内における角度θ２の好適な範囲は３°〜５０°、さらには５°〜３０°程度に設定することが望ましいことがわかった。
【００４０】
前記角度θ２があまり小さいと（例えば３°より小さい）、現像剤を軸垂直方向に広げようとする力がほとんど働かなくなり効果が小さくなる。また、角度θが大きすぎると（例えば５０°より大きい）、作用するべき面の面積が小さくなって効果が小さくなる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態では搬送方向の面を二面としたため、回転軸１４に遠い方の面３０ａが搬送面として現像剤を常に搬送方向に押し進め、同時に回転軸１４に近い方の面３０ｂが現像剤を内側から軸方向外側に広げようと作用するため、搬送性を低下させることなく搬送される現像剤の搬送状態を水平にでき、スクリューピッチムラを非常に効果的に防止できる。
【００４２】
また、径やピッチ、現像剤の量などの構成が変わっても、回転軸１４に遠い方の面３０ａの角度θ１、二つの面が交わる点Ｐの回転軸１４からの距離Ｈ２、回転軸１４に近い方の面３０ｂの角度θ２を最適化することで、比較的容易に現像剤の搬送状態を理想状態すなわち略水平にでき、スクリューピッチムラを防止することができる。
【００４３】
尚、ここまで本実施形態では搬送面が２面からなる場合に関して説明したが、図５（ａ）に示すように、３つ以上の面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ、あるいは図５（ｂ）に示すように、曲面３２などにより構成されていてもかまわない。
【００４４】
この場合、回転軸１４に最も遠い面３１ｃが回転軸１４となす角度θを最も大きく、回転軸１４に近い面３１ａほど回転軸１４となす角度θを小さくすれば、二面構成の時と同様に、回転軸１４から遠い面を搬送面として働かせるのと同時に近い方の面によって内側から現像剤を外に広げられるので、好適な現像剤搬送状態を容易に作りやすくなる。
【００４５】
尚、本実施形態で記述した面や角度とは、あくまでも現像剤に力学的に作用する面やその角度を指すものであって、先端や角の丸め処理などを含まないことは当然である。
【００４６】
〔第３実施形態〕
第３実施形態として複数の現像装置を搭載したカラー画像形成装置に、第１実施形態として説明した現像装置Ｂを搭載した場合について説明する。
【００４７】
図６は４つの潜像担持体に現像された画像を一旦第２の画像担持体である中間転写ベルト４０に連続的に多重転写し、フルカラープリント画像を得る４連ドラム方式（インライン）プリンタの模式説明図である。
【００４８】
図６において無端状の中間転写ベルト４０が、駆動ローラ４１、テンションローラ４２及び二次転写対向ローラ４３に懸架され、図中矢印の方向に回転している。
【００４９】
イエロートナーを現像する感光体ドラム１はその回転過程で、帯電ローラ２０により所定の極性・電位に一様に帯電処理され、次いで不図示の画像露光手段（カラー原稿画像の色分解・結像露光光学系、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力するレーザスキャンによる走査露光系等）による画像露光を受けることにより目的のカラー画像のイエロー成分像に対応した静電潜像が形成される。
【００５０】
次いで、その静電潜像が現像装置Ｂ（イエロー現像装置）により現像され、中間転写ベルト４０上にバイアス転写される。
【００５１】
上記画像形成ユニットがイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢｋの順で４個設けられ、これらによって順次イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像が中間転写体４０上に重ねられ、フルカラー画像が形成される。
【００５２】
中間転写ベルト４０上で形成された４色フルカラー画像は、次いで二次転写ローラ４４により、転写材に一括転写され、不図示の定着装置によって溶融定着されカラープリント画像を得る。
【００５３】
中間転写ベルト４０上に残留する二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナ４５でブレードクリーニングされ、次作像工程に備える。
【００５４】
このようなカラー画像形成装置においては、スクリューピッチムラなどの固定ピッチのムラは色重ねがあるために増幅されてレベルが悪くなりがちである。しかし、現像装置Ｂとして前述した実施形態の構成のスクリュー構造を用いるようにすれば、スクリューピッチムラの防止に非常に有効で、大きな効果を発揮する。
【００５５】
〔他の実施形態〕
尚、前述した各実施形態における現像装置Ｂは画像形成装置に組み込まれている場合のみならず、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像ユニットとして構成されていてもよい。
【００５６】
更には、像担持体としての感光体ドラム１と現像装置Ｂ、あるいは感光体ドラム１と現像装置Ｂ、更には電子写真画像形成プロセスによって画像を形成するためのプロセス手段、例えば帯電装置２０、クリーニング装置２４等を組み込み、画像形成装置本体に着脱可能としたプロセスカートリッジにおいても現像装置を前述した各実施形態の構成にすることにより、スクリューピッチムラを防止することができるので好ましい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は前述のように構成したために、スクリューによって現像剤が略水平に近い状態で搬送されるようになるため、現像剤担持体に供給される現像剤は、長手方向で多い部分と少ない部分が形成されることが無くなり、スクリューピッチムラを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の構成模式説明図である。
【図２】現像剤を搬送するスクリューを示すものであり、（ａ）はスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図、（ｂ）は羽根角度を変化させて現像剤搬送実験をした結果を示す表、（ｃ）　はスクリューによって搬送される現像剤の状態説明図である。
【図３】第２実施形態に係る現像装置のスクリューを示すものであり、（ａ）はスクリューの外観図、（ｂ）はスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図、（ｃ）は羽根角度を変化させて現像剤搬送実験をした結果を示す表説明図である。
【図４】（ａ）はスクリューによって搬送される現像剤の状態説明図、（ｂ）は角度θ１，θ２の表記方法を示す説明図である。
【図５】（ａ）は回転軸の軸線と羽根面とのなす角度が異なる３つの羽根面を有するスクリューの断面説明図、（ｂ）は羽根面が曲面を有するスクリューの断面説明図である。
【図６】フルカラープリント画像を得る４連ドラム方式プリンタの模式説明図である。
【図７】一般的な二成分現像装置の構成を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面説明図である。
【図８】現像剤を搬送するスクリューを示すものであり、（ａ）はスクリューの外観図、（ｂ）はスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図、（ｃ）　は現像剤搬送状態の説明図である。
【符号の説明】
Ａ　　…画像形成装置
Ｂ　　…現像装置
１　　…感光体ドラム
２　　…現像スリーブ
３　　…マグネットローラ
４　　…現像剤規制部材
５　　…第１スクリュー
６　　…第２スクリュー
７　　…内壁
８　　…補給口
９　　…トナー補給装置
１０　　…現像剤容器
１１　　…現像剤
１３　　…回転中心線
１４　　…回転軸
１５　　…羽根
２０　　…帯電装置
２１　　…露光装置
２２　　…転写装置
２３　　…定着装置
２４　　…クリーニング装置
４０　　…中間転写ベルト
４１　　…駆動ローラ
４２　　…テンションローラ
４３　　…二次転写対向ローラ
４５　　…中間転写ベルトクリーナ

Claims (8)

1. 現像剤担持体にスクリューを回転させて現像剤を供給し、像担持体に形成された潜像を現像剤によって現像する現像装置において、
   前記スクリューは回転軸の周りに螺旋状の羽根を有し、該羽根は前記回転軸の軸線と羽根面とのなす角度が６０°以下となるように構成されていることを特徴とする現像装置。
2. 現像剤担持体にスクリューを回転させて現像剤を供給し、像担持体に形成された潜像を現像剤によって現像する現像装置において、
   前記スクリューは回転軸の周りに螺旋状の羽根を有し、該羽根は前記回転軸の軸線と羽根面とのなす角度が異なる２つ以上の面から構成されており、そのうちの少なくとも１つの面と軸線とがなす角度θが３°〜５０°の範囲であることを特徴とする現像装置。
3. 前記なす角度がもっとも大きい羽根面の羽根先端から前記回転軸の軸線と平行な回転軸周面までの距離をＨ１とし、
   前記なす角度がもっとも小さい羽根面が他の羽根面と接する点から前記回転軸の軸線と平行な回転軸周面までの距離をＨ２としたとき、
   Ｈ２＜Ｈ１×１／２
   の関係を有することを特徴とした請求項２記載の現像装置。
4. 前記なす角度は、前記回転軸に最も遠い羽根面がなす角度が最も大きく、前記回転軸に近い羽根面ほど角度が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の現像装置。
5. 前記羽根面は曲面で構成されていることを特徴とする請求項４記載の現像装置。
6. 前記現像装置は、トナーとキャリアから構成される二成分現像剤を用いて現像を行うものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 潜像を形成する像担持体と、プロセス手段として少なくとも現像手段を有し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
   前記現像手段として請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. 像担持体に潜像を形成し、該潜像を現像装置によって現像するとともに、転写材に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記現像装置として請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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