JP2006259563A - 画像形成装置及び現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像装置において、環境の変化等による現像剤の物性の変化が生じても、現像剤の安定した排出を行い現像剤槽内の現像剤量の変動を小さくする。
【解決手段】 現像装置１３３のトナー及びキャリヤから成る現像剤を収納する現像剤槽３０３の壁部において、現像剤をオーバーフローするための現像剤排出口３１３がある。現像剤排出口３１３を形成する排出堰５０１の現像剤排出口３１３と垂直方向の断面の形状が、堰の上端部の幅が現像剤槽３１３の壁の厚さより薄く、かつ、現像剤槽３１３の壁部に対する堰の傾斜角度が現像剤の安息角より大きくする。
【選択図】 図６

Description

本発明は画像形成装置、プロセスカートリッジ及び現像装置に係り、特に現像剤容器にトナーとともにキャリヤを補給する一方で、オーバーフローにより現像剤を排出口から排出する方式の現像装置において、排出口を形成する排出壁の形状を改良した画像形成装置及び現像装置に関する。

トナー及びキャリヤから成る乾式の二成分現像剤において、トナーは画像形成により消費されていくが、キャリヤは現像装置に残る。残されたキャリヤは、画像形成の繰り返しによりキャリヤ表面の樹脂コート材料の剥がれや、キャリヤ表面へのトナー成分の付着が生じ、現像剤としての帯電性能等が低下し、画質の低下を招いていた。

そこで、画像形成により消費されるトナーの補給とは別に、キャリヤも補給する方式が提案されている。ここでトナーは画像形成により消費されていくが、キャリヤは現像装置の現像剤槽に残っていく。そのため、現像剤のトナー濃度を一定に保とうとすると、現像剤槽中の現像剤量は増えていく。このため過剰となった現像剤槽内の現像剤は、現像剤槽壁面に設けられた現像剤排出用の現像剤排出口からオーバーフローして排出されるものがあった。

このように現像剤の補給・排出が逐次繰り返されることにより、現像剤槽内の劣化した現像剤は、新たに供給される現像剤とに置き換わっていき、これにより現像剤の特性を良好に維持し、そして、現像剤量を一定に保っていた。

このような現像装置において、オーバーフローにより排出される現像剤の量は現像剤が排出される排出口の形状に影響され、その排出口の形状に特徴を持たせたものがあった。（特許文献１参照）
特開０７−１２１０１７号公報（第１項、図１）

オーバーフローにより排出される現像剤の排出量は排出口の形状にもよるが、排出口の断面形状も影響する。例えば現像剤は排出口より排出されるが、この時排出口を形成する排出堰の上端に現像剤が堆積される。このことにより、実質的な排出堰の高さが高くなり排出口の面積が減少する。よって現像剤の排出量が減り現像剤槽内の現像剤量が増加する。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、現像剤の安定した排出を行い現像剤槽内の現像剤量の変動を小さくする画像形成装置及び現像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による画像形成装置は、感光体と、前記感光体表面を帯電させる帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記感光体表面を露光することにより静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を現像する現像部材と、前記現像部材に供給されるトナー及びキャリヤから成る現像剤を収納する現像剤槽と、前記現像剤槽の壁部に設けられ前記現像剤を排出する排出部と、断面形状において先端部の幅が前記壁部の厚さより小さく、かつ、水平方向に対する傾斜角度が前記現像剤の安息角より大きい、少なくとも前記排出部の一部を形成する排出堰と、を有することを特徴としている。

さらに、本発明による現像装置は、静電潜像を現像剤像とするものであって、トナー及びキャリヤから成る現像剤を収納する現像剤槽と、前記現像剤槽の壁部に設けられ前記現像剤を排出する排出部と、断面形状において、先端部の幅が前記壁部の厚さより小さく、かつ、水平方向に対する傾斜角度が前記現像剤の安息角より大きい、少なくとも前記排出部の１部を形成する排出堰と、を有することを特徴としている。

本発明によれば排出口を形成する排出堰の形状に特徴をもたせることで、現像剤の安定した排出を行い、現像槽内の現像剤量の変動を小さくすることができる画像形成装置及び現像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲を限定するものではない。

本実施例に係る画像形成装置１０１の全体的な構成を図１に示す。１０１は画像形成装置であり、上面部に原稿載置用の透明の原稿台１０３が設けられている。この原稿台１０３の一側部に、インジケータ１０５が設けられている。このインジケータ１０５と原稿台１０３との段差部が、原稿セット用の基準位置となっている。

原稿台１０３の下面側にキャリッジ１０７が設けられ、このキャリッジ１０７に露光ランプ１０９が設けられている。このキャリッジ１０７及び露光ランプ１０９により、露光手段が形成されている。キャリッジ１０７は、原稿台１０３の下面に沿って移動することができる。キャリッジ１０７が原稿台１０３に沿って往復移動しながら、露光ランプ１０９が点灯することにより、原稿台１０３に載置される原稿が露光される。

この露光により、原稿からの反射光像が得られ、それが反射ミラー１１１、１１３、１１５及び変倍用レンズブロック１１７によってＣＣＤ１１９に投影される。ＣＣＤ１１９は、受光領域に多数の光電変換素子を有し、これら受光領域をライン走査し、かつ、そのライン走査を繰り返すことで、原稿の画像に対応する画像信号を出力する。

ＣＣＤ１１９から出力される画像信号は増幅され、かつ、デジタル信号に変換され、そのデジタル信号が適宜に画像処理されて露光装置であるレーザーユニット１２１に供給される。レーザーユニット１２１は入力信号に応じたレーザービームを発する。

原稿台１０３のインジケータ１０５と隣接する位置に、原稿読取用の窓１２３が設けられている。窓１２３は、インジケータ１０５の長手方向長さに対応する寸法形状を有している。原稿台１０３、インジケータ１０５、及び窓１２３の上に、原稿台１０３カバーを兼ねた自動原稿送り装置１２５が開閉自在に設けられている。自動原稿送り装置１２５は原稿載置用のトレイ１２７を有し、そのトレイ１２７にセットされる複数の原稿を１枚ずつ窓１２３に送り込んでその窓１２３上を通過した原稿をトレイ１２７に排出する。この自動原稿送り装置１２５が動作するとき、露光ランプ１０９が窓１２３と対応する位置で発光し、その光が窓１２３に照射される。窓１２３に照射される光は、窓１２３上を通過する原稿をその窓１２３を通して露光する。この露光により、原稿からの反射光像が得られ、それが反射ミラー１１１、１１３、１１５及び変倍用レンズブロック１１７によってＣＣＤ１１９に投影される。

一方、画像形成装置１０１の略中央部には感光体１２９が回転自在に設けられている。この感光体１２９の周囲に、帯電装置１３１、現像装置１３３、転写装置１３５、剥離装置１３７、クリーナー１３９、除電器１４１が順次に配設されている。転写装置１３５により用紙に転写された現像剤像は定着装置１４３により定着される。そして、上記レーザーユニット１２１から発せられるレーザービームＢが、帯電装置１３１と現像装置１３３との間の空間を通して感光体１２９の表面に照射される。

図２に示すように感光体１２９、帯電装置１３１、現像装置１３３、クリーナー１３９はユニット化され、プロセスカートリッジとして画像形成装置１０１に対し着脱可能に取り付けられている。

次にプロセスカートリッジ２０１中の現像装置１３３について説明する。図３は現像装置１３３の内部を側方から見た図、この図３のＡ―Ａ線に沿う断面を矢印方向に見たのが図４である。現像装置１３３は、図３に示すように二成分現像剤であるトナー及びキャリヤが収容された現像剤補給容器３０１を備えている。また、現像装置１３３は現像剤槽３０３を備え、この現像剤槽３０３内には現像部材として現像ローラ３１５が回転自在に設けられている。現像ローラ３１５は感光体１２９に対向配置され回転することによりトナーを感光体１２９に供給する。上記現像剤補給容器３０１が装着されることにより、現像剤槽３０３にトナー及びキャリヤが補給される。現像剤槽３０３は、仕切板３０５によって上部空間と下部空間とに分かれており、その上部空間に現像剤補給容器３０１からトナー及びキャリヤが補給される。上部空間と下部空間は両側部でそれぞれ連通している。この上部空間及び下部空間の相互間で現像剤を循環させる循環手段として、上部空間内に第１のミキサー３０７が設けられ、下部空間内に第２のミキサー３０９が設けられている。第１のミキサー３０７、第２のミキサー３０９が回転することにより、図４の矢印で示すように現像剤が攪拌搬送される。

また、下部空間内には第２のミキサー３０９により攪拌搬送される現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検知手段３１１が設けられている。このトナー濃度検知手段３１１によって検知されるトナー濃度が所定値以下になると、現像剤補給容器３０１から現像剤が補給される。

次に現像剤について説明する。本実施例の現像剤はトナー、磁性キャリヤからなる二成分現像剤を用いている。トナーは結着樹脂と着色剤とを主成分として構成されるものを用いた。結着樹脂としてはポリスチレン、スチレンアクリル共重合体、ポリエステル、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、パラフィンワックス等を使用することができる。着色剤としては顔料及び染料が使用され、カーボンブラック、アニリンブルー、ピグメントレッド、ピグメントイエロー等が使用される。また、帯電制御剤、クリーニング助剤、離型性促進剤、流動性促進剤等を必要に応じて含有させることができる。

キャリヤとしてはフェライトや酸化鉄等の磁性粒子を用いたり、これらを芯材として、樹脂を被覆したものが用いることができる。キャリヤに被覆する樹脂としてはフッ素系のもの、アクリル系、シリコーン樹脂等のものを用いることができ、これらの単独や複数の種類を組み合わせたものを使用することができる。また、樹脂に磁性粉を含有させたものなども用いることができる。

さらに、補給用の現像剤の説明をする。トナーとキャリヤを混合した二成分現像剤は混合装置により作成される。混合装置はヘンシェルミキサー等が用いられる。補給用現像剤は多くはトナーであり、これに少量のキャリヤを混ぜる。

上記のように供給される現像剤はトナーと、キャリヤが含まれている。ここでトナーは画像形成により消費されていくが、キャリヤは現像装置１３３の現像剤槽３０３に残っていく。そのため、現像剤槽３０３内の現像剤のトナー濃度を一定に保とうとすると、現像剤の補給により現像剤槽３０３中の現像剤量は増えていく。このため過剰となった現像剤槽３０３内の現像剤は、現像剤槽３０３壁面に設けられた現像剤排出用の現像剤排出口３１３からオーバーフローして排出される。オーバーフローにより排出された現像剤は受容部３１７に溜まり込む。このように現像剤の補給・排出が逐次繰り返されることにより、現像剤槽３０３内の劣化した現像剤は、新たに供給される現像剤とに置き換わっていき、これにより現像剤の特性を良好に維持し、そして、現像剤量を一定に保っていた。

しかし、オーバーフローにより排出される現像剤の排出量は、現像剤の物性によっても影響を受けやすい。

例えば高温多湿の環境下では、現像剤の物性が変化し現像剤槽３０３内の現像剤量が著しく増加した。高温多湿の環境下で現像剤槽３０３内の現像剤量が増加する原因を分析した。図５に示すように現像剤は現像剤排出口３１３より排出されるが、この時現像剤排出口３１３を形成する排出堰５０１の上端に現像剤が堆積される。高温多湿の環境で現像剤の流動性が低下すると、排出堰５０１上端に堆積される現像剤の高さが増す。ここで現像剤の流動性を表す指標として現像剤の安息角を測定したところ、特に高温多湿環境下では現像剤の安息角が大きくなり流動性の低下が測定された。安息角が大きくなることで、排出堰５０１上端に堆積される現像剤の高さが増す。このことにより、実質的な排出堰５０１の高さが高くなり現像剤量排出口の面積が減少する。よって現像剤の排出量が減り現像剤槽３０３内の現像剤量が増加した。つまり、現像剤排出口３１３の断面形状を考慮する必要がある。

ここで現像剤の安息角の測定方法について説明する。上述のように現像剤の流動性の指標として安息角を測定した。測定は図８のように現像剤をロート８０１から皿８０３の上に落下させる。現像剤はある傾斜角度θをもって皿８０３の上に山状に堆積されていく。現像剤が堆積されていき、傾斜角度θがある値に達すると山は崩れる。この崩れる臨界角度を安息角とした。安息角は実質的には初期現像剤で測定した。

次に本実施例の排出堰５０１について説明する。図６は現像剤排出口３１３に本実施例の排出堰５０１を用いた図である。図７は図６の現像剤排出口３１３部分を拡大した図である。本実施例の排出堰５０１は上端部に傾斜をもたせた形状となっている。この排出堰５０１の上端部の傾斜角度を現像剤の安息角より大きくする。

ここで排出堰５０１上端の傾斜部の傾斜角度とは、図７に示すように現像剤槽３０３の壁の外面３０３aまたは内面３０３ｂの傾斜開始部５０１aと排出堰５０１の先端部５０１ｂを結ぶ線と水平線との角度である。さらに、排出堰５０１先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さより小さくする。具体的には後で詳述するように１/３以下にするのがよい。

本実施例の排出堰５０１を用いた場合においての現像剤の排出性の評価を行った。評価方法は常温常湿環境下と高温多湿環境下でそれぞれ現像剤槽３０３に現像剤を１０分毎に２ｇずつ一定量供給していく。そして現像剤の供給と、オーバーフローによる現像剤の排出が安定した時の現像剤量を求める。ここで、常温常湿環境（例えば、温度２３℃、湿度５０％）下での現像剤量と高温多湿環境（例えば、温度３０℃、湿度８５％）下の現像剤量の差を現像剤増加量とする。そして、排出堰５０１の傾斜角度に対する現像剤増加量の関係と、現像剤槽３０３の壁の厚さに対する排出堰５０１先端部５０１ｂの幅と現像剤増加の関係を評価する。

図９は排出堰５０１の傾斜角度に対する現像剤増加量の関係を示す図である。この評価には現像剤の種類として、安息角を３２°とする現像剤A、安息角を４０°とする現像剤Bの２種類を用いた。また、排出堰５０１の形状は先端部分が三角形状のものを用いた。図９を用いて排出堰５０１の傾斜角度に対する現像剤増加量の関係について説明する。

まず前述のように高温多湿環境下では現像剤物性が変化することで、現像剤は排出されづらくなる。よって現像剤増加量は増えていくが、現像剤増加量が５０gを超えると、現像剤槽３０３内の現像剤を攪拌搬送するスクリューのトルクが大きくなってしまう。また、現像剤を排出する現像剤排出口３１３以外からも現像剤が漏れてしまう。そのため、現像剤増加量は５０ｇ以下が好ましい。これを踏まえて評価結果をみる。

現像剤Aに関してみてみると、排出堰５０１の傾斜角度が小さい場合現像剤増加量は５０ｇより多く、好ましくないが、排出堰５０１の傾斜角度が現像剤Aの安息角である３２°位になると現像剤増加量は５０ｇを下回り良好レベルとなった。次に現像剤Bについてみてみると、こちらも排出堰５０１の傾斜角度が現像剤Bの安息角より小さい場合に、現像剤増加量が５０ｇを上回り問題レベルにあったが、排出堰５０１の傾斜角度が４０°位になると現像剤増加量は５０ｇを下回り、良好レベルとなった。このことより、排出堰５０１の傾斜角度は現像剤の安息角より大きく取ることで、現像剤の排出量は良好となる。

次に現像剤槽３０３の壁の厚さに対する排出堰５０１先端部５０１ｂの幅と現像剤増加の関係について説明する。この評価では現像剤Bを用いた。図１０は現像剤槽３０３の壁の厚さに対する排出堰５０１先端部５０１ｂの幅と現像剤増加の関係を示した図である。

排出堰５０１の先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さの１／２とした場合、排出堰５０１の傾斜角度を現像剤の安息角より大きくしても現像剤増加量は５０ｇを上回り現像装置１３３の動作が問題なレベルとなった。排出堰５０１の先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さの２／５とした場合、現像剤増加量は排出堰５０１の傾斜角度が安息角よりかなり大きな角度になって良好レベルとなった。排出堰５０１の先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さの１／３とした場合、排出堰５０１の傾斜角度が現像剤の安息角付近で現像剤増加量が良好レベルとなった。排出堰５０１の先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さの１／３以下にすると、排出堰５０１の傾斜角度が現像剤の安息角より小さい角度で現像剤増加量が良好レベルとなった。

つまり、排出堰５０１の傾斜角度を現像剤の安息角より大きくとっても、排出堰５０１先端部５０１ｂの幅が現像剤槽３０３の壁の厚さより１／３以上である場合は、現像剤は排出されにくかった。以上の評価結果より、排出堰５０１の傾斜角度は現像剤の安息角より大きくし、排出堰５０１の先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さの１／３以下にすることで、常温常湿環境から高温多湿環境に移行するなどの環境の変化時にも現像剤の排出は良好に行われる。

環境の変化においても現像剤物性は変化するが、大量枚数画像出力による多少の現像剤物性の変化が起こる。そこで、大量枚数画像出力における現像剤排出量の評価を行った。この評価では、従来の排出堰の形状の場合（図５）と、排出堰５０１の傾斜角度を現像剤の安息角より大きくし、排出堰５０１の先端部５０１ｂの形状を三角形状とした場合で比べた。

図１１は評価結果である。図１１に示すように、排出堰５０１の形状を従来のものを用いた場合、大量枚数の画像出力がされることで、現像剤槽３０３内の現像剤は劣化していき排出されにくくなった。結果現像剤槽３０３内の現像剤量は増加していき、現像装置１３３の動作に支障をきたす問題レベルまで増加してしまった。排出堰５０１の傾斜角度を現像剤の安息角より大きくし、排出堰５０１の先端部５０１ｂの形状を三角形状とした場合では、大量枚数の画像出力により現像剤が劣化し排出されにくくなっても、現像剤は良好に排出された。

このことにより、本実施例の排出堰５０１のように排出堰５０１の傾斜角度を現像剤の安息角より大きくし、排出堰５０１の先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さの１／３とすることで、環境による現像剤物性の変化や、大量枚数画像出力による現像剤物性の変化にも対応し、現像剤の良好な排出実現された。

上述のように排出堰５０１の形状は、排出堰５０１の傾斜角度を現像剤の安息角より大きくし、排出堰５０１の先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さの１／３以下とするのが好ましく、実施例１では排出堰５０１の形状を三角形状とした。

しかし、前述の条件を満たせば、排出堰５０１の形状は三角形状に限らなくてもよい。例えば図１２のように排出堰５０１の先端部５０１ｂに面を持たせた形状であってもよい。また、図１３のように排出堰５０１の傾斜面は曲線でもよい。ただし、傾斜面を曲線とした場合は傾斜開始部と排出堰の先端部５０１ｂを結ぶ線より内側に食込んだ曲線がよい。

このことについて説明する。傾斜面の曲線が、図１４（ａ）に示すように、排出堰５０１の先端部５０１ｂから下方の排出堰５０１の傾斜開始部５０１ａを結ぶ線より外側に出ている場合は、排出堰５０１の形状を変えることの効果が低く、排出性能は良好ではない。図１４（ｂ）に示すように、水平線と傾斜開始部とのなす角αが、水平線と排出堰５０１の先端部５０１ｂから下方の排出堰５０１の傾斜開始部５０１ａを結ぶ線とのなす角より小さければ排出性は良好となる。

また、排出堰５０１の形状が三角形状の場合、排出堰５０１の両側に傾斜をもたせた形状以外にも、図１５に示すように排出堰５０１の片側に傾斜をもたせた形状でもよい。

排出堰５０１の形状は上記実施例に用いたものに限らず、排出堰５０１の傾斜角度を現像剤の安息角より大きくし、排出堰５０１の先端部５０１ｂの幅を現像剤槽３０３の壁の厚さの１／３以下を満たすものであればよい。

本発明の一実施の形態である画像形成装置本体を示す内部構成図 本発明の一実施の形態であるプロセスカートリッジの断面図 本発明の一実施の形態である現像装置の断面図 図３のＡ−Ａ線の総断面を矢印方向に見た図 従来の現像剤排出口の断面を示す図 本発明の一実施の形態である排出堰の断面を示す図 図６を拡大した図 現像剤の安息角を測定する方法を説明する図 排出堰の傾斜角度に対する現像剤増加量の関係を示す図 現像剤槽の壁の厚さに対する排出堰先端部の幅と現像剤増加との関係を示す図 大量枚数画像出力における現像剤排出量の評価結果を示す図 他の実施の形態である排出堰の断面を示す図 他の実施の形態として排出堰を曲線とした断面を示す図 排出堰を曲線としたものを説明する図 他の実施の形態である排出堰の断面を示す図

符号の説明

１０１ 画像形成装置
１０３ 原稿台
１０５ インジケータ
１０７ キャリッジ
１０９ 露光ランプ
１１１ 反射ミラー
１１３ 反射ミラー
１１５ 反射ミラー
１１７ 変倍用レンズブロック
１１９ ＣＣＤ
１２１ レーザーユニット
１２３ 窓
１２５ 自動原稿送り装置
１２７ トレイ
１２９ 感光体
１３１ 帯電装置
１３３ 現像装置
１３５ 転写装置
１３９ クリーナー
１４３ 定着装置
２０１ プロセスカートリッジ
３０１ 現像剤補給容器
３０３ 現像剤槽
３０３ａ 現像剤槽の壁の外面
３０３ｂ 現像剤槽の壁の内面
３０５ 仕切板
３０７ 第１のミキサー
３０９ 第２のミキサー
３１１ トナー濃度検知手段
３１３ 現像剤排出口
３１５ 現像ローラ
３１７ 受容部
５０１ 排出堰
５０１ａ 排出堰傾斜開始部
５０１ｂ 排出堰先端部
８０１ ロート
８０３ 皿

Claims (8)

1. 感光体と、
   前記感光体表面を帯電させる帯電装置と、
   前記帯電装置により帯電された前記感光体表面を露光することにより静電潜像を形成する露光装置と、
   前記静電潜像を現像する現像部材と、
   前記現像部材に供給されるトナー及びキャリヤから成る現像剤を収納する現像剤槽と、
   前記現像剤槽の壁部に設けられ前記現像剤を排出する排出部と、
   断面形状において先端部の幅が前記壁部の厚さより小さく、かつ、水平方向に対する傾斜角度が前記現像剤の安息角より大きい、少なくとも前記排出部の一部を形成する排出堰と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記先端部の幅が前記壁部の厚さの１／３以下であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記断面形状が三角形状となっていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記断面形状が内側に食込んだ曲線となっていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 静電潜像を現像剤像とするものであって、
   トナー及びキャリヤから成る現像剤を収納する現像剤槽と、
   前記現像剤槽の壁部に設けられ前記現像剤を排出する排出部と、
   断面形状において、先端部の幅が前記壁部の厚さより小さく、かつ、水平方向に対する傾斜角度が前記現像剤の安息角より大きい、少なくとも前記排出部の１部を形成する排出堰と、
   を有することを特徴とする現像装置。
6. 前記先端部の幅が前記壁部の厚さの１／３以下であることを特徴とする請求項５記載の現像装置。
7. 前記断面形状が三角形状となっていることを特徴とする請求項５記載の現像装置。
8. 前記断面形状が内側に食込んだ曲線となっていることを特徴とする請求項５記載の現像装置。

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