JP2006337817A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトで簡単な構成からなり、現像剤の攪拌／供給が安定化し現像むらを生じることのない現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を得る。
【解決手段】 外周面に現像剤を層状に担持して現像領域に搬送する現像ローラ５５と、該現像ローラ５５のほぼ下方に回転可能に配置され、現像剤を攪拌／搬送しつつ現像ローラ５５に現像剤を供給する供給スクリュー６１とを備えた現像装置。供給スクリュー６１は、その軸方向に現像剤を搬送するためのスクリュー形状の羽根部材６３と、現像ローラ５５に現像剤を供給するための板状のパドル部材６４とを有し、羽根部材６３の回転中心からの高さをＨｓ、パドル部材６４の回転中心からの高さをＨｐ、羽根部材６３が互いに隣接する間隔をＰｓ、羽根部材６３の厚さをＴ、パドル部材６４の軸方向長さをＷｐとするとき、０．６５≦Ｈｐ／Ｈｓ≦１、及び、０．２≦Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）≦０．８５を満たしている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、現像装置、特に、２成分現像剤を用いて電子写真感光体などに形成された静電潜像を現像するための現像装置、該現像装置を備えたプロセスカートリッジ、及び、該現像装置又は該プロセスカートリッジを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式による画像形成装置に搭載されている現像装置では、キャリアとトナーとの混合物からなる２成分現像剤が現像に使用された後、攪拌不良で再度現像領域に供給されると現像むら（画像むら）などの不具合を生じる。

このような不具合を解消するため、特許文献１に記載の現像装置では、現像領域を通過後の現像剤と新しい現像剤とを入れ替えるための入替り極と、現像剤をキャッチするためのキャッチ極との間にスクリューが納まるように配置している。

また、特許文献２に記載の現像装置では、現像ローラの直下にスクリューのパドルの外径よりも外側に現像ローラから剥離された現像後の現像剤が落下するように配置している。

しかしながら、従来の現像装置にあっては、現像ローラや該現像ローラに現像剤を供給するための供給部材の大きさや形状、位置関係などが限定されてしまい、現像装置自体が一定の大きさが必要となり、大型化してしまう。また、現像剤キャッチ極と現像ローラとの位置関係によっては、現像ローラへの現像剤の供給が不安定となり、現像むらが発生する。さらに、供給部材に設けた羽根部材とパドル部材との位置関係によっては現像剤の攪拌性能に大きな影響を及ぼし、やはり現像むらが発生しやすくなる。
特開平１０−３１３６２号公報 特開平１１−１４３２３１号公報

そこで、本発明の目的は、コンパクトで簡単な構成からなり、現像剤の攪拌／供給が安定化し、現像むらを生じることのない現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明に係る現像装置は、
外周面に現像剤を層状に担持して現像領域に搬送する現像ローラと、該現像ローラのほぼ下方に回転可能に配置され、現像剤を攪拌／搬送しつつ現像ローラに現像剤を供給する供給部材と、を備え、
前記供給部材は、その軸方向に現像剤を搬送するためのスクリュー形状の羽根部材と、前記現像ローラに現像剤を供給するための板状のパドル部材とを有し、
前記羽根部材の回転中心からの高さをＨｓ、前記パドル部材の回転中心からの高さをＨｐ、羽根部材が互いに隣接する間隔をＰｓ、羽根部材の厚さをＴ、パドル部材の軸方向長さをＷｐとするとき、以下の式を満たすこと、
０．６５≦Ｈｐ／Ｈｓ≦１
０．２≦Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）≦０．８５
を特徴とする。

本発明によれば、現像ローラのほぼ下方に現像剤供給部材を備えた現像装置において、前記二つの式を満たすことにより、コンパクトで簡単な構成とすることができ、供給部材による現像剤の攪拌、現像ローラに対する現像剤の供給が安定化し、現像むらを生じることなく、良質な画像を得ることができる。

本発明に係る現像装置においては、さらに、０．３５≦Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）≦０．７５の式を満たすことが好ましい。また、前記現像ローラの回転中心と前記供給部材の回転中心とを結んだ直線と、現像ローラの現像剤受取り極の法線方向の磁束密度立上り点と現像ローラの回転中心とを結んだ直線とからなる角度をθとすると、１０°≦θ≦２０°の式を満たすことが好ましい。さらに、現像ローラの直径をＬとすると、１２ｍｍ≦Ｌ≦１６ｍｍを満たすことが好ましい。

１０°≦θ≦２０°を満たすことで、現像ローラへの現像剤の供給をより安定化することができる。また、１２ｍｍ≦Ｌ≦１６ｍｍを満たすことにより、現像装置をコンパクト化しても確実に現像剤を現像ローラに供給することができる。

本発明に係るプロセスカートリッジは前記現像装置を備えたことを特徴とする。また、本発明に係る画像形成装置は前記現像装置又は前記プロセスカートリッジを備えたことを特徴とする。

以下、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示す画像形成装置は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色の画像を合成するように構成されている。画像データはＲＧＢ（赤、緑、青）の三原色に分解した電気信号として、外部のコンピュータなどから送信され、この画像データはさらにＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の各再現色に変換される。

プリンタ本体１には、感光体ドラム１１、帯電装置１２、レーザ走査光学ユニット１３、現像装置１４、残留トナーのクリーニング装置１５などを含むＹＭＣＫの画像を形成するプリントヘッド１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）が中間転写ベルト２０の直下に並置されている。各プリントヘッド１０においては、レーザ走査光学ユニット１３が前記ＹＭＣＫの画像データの転送を受け、感光体ドラム１１上に潜像を形成し、現像装置１４によってトナー画像を形成する。このような電子写真プロセスは周知であり、その説明は省略する。

中間転写ベルト２０は、駆動ローラ２１及びテンションを付与する従動ローラ２２に無端状に張り渡され、駆動ローラ２１から伝達される回転駆動力によって矢印Ａ方向に回転駆動される。中間転写ベルト２０の内面側には各感光体ドラム１１と対向する位置に１次転写ローラ２５が配置されている。

中間転写ベルト２０には駆動ローラ２１と対向する部分に２次転写ローラ２６が配置されている。また、中間転写ベルト２０には従動ローラ２２と対向する部分に残留トナーを払拭するためのクリーニングブレード２７が接触し、該ブレード２７で払拭されたトナーは廃棄ボトル２８に収容される。

プリンタ本体１の下段には積層されている用紙を１枚ずつ給紙する自動給紙部３０が設置されている。また、２次転写部の直上には、トナーを加熱定着するための定着ユニット３５が配置されている。

また、中間転写ベルト２０の上方には補給用のトナーを収容したカートリッジ１９が着脱自在に設置され、トナーが適宜タイミングで現像装置に補給される。

各感光体ドラム１１上に形成されたトナー画像は、矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト２０上に順次１次転写され、４色の画像が合成される。一方、用紙は１枚ずつ自動給紙部３０から上方に給紙され、２次転写部で中間転写ベルト２０から合成トナー画像が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット３５に搬送されてトナー画像の加熱定着を施され、排出ローラ３６からトレイ２上に排出される。

ところで、それぞれのプリントヘッド１０内において、感光体ドラム１１と帯電装置１２とクリーニング装置１５とが一体的にカートリッジ化されてプリンタ本体１に対して着脱自在である。また、現像装置１４もプリンタ本体１に対して着脱自在に設置されている。なお、プリンタ本体１に対して着脱自在に設置されるカートリッジにいずれの装置を組み込むかは任意である。例えば、感光体ドラム１１、帯電装置１２、現像装置１４、クリーニング装置１５を一体的にカートリッジ化してもよい。

（現像装置、図２〜図４参照）
前記プリントヘッド１０に内蔵されたそれぞれの現像装置１４は図２に示す構成からなる。即ち、現像槽５１内に、外周面に現像剤を担持して矢印Ｂ方向への回転に基づいて現像剤を現像領域Ｃに搬送する現像ローラ５５と、該現像ローラ５５の下方に回転可能に配置され、現像剤を攪拌／搬送しつつ現像ローラ５５に供給する供給スクリュー６１と、該供給スクリュー６１の斜め下方に回転可能に配置され、補給されたトナーと現像剤を攪拌／搬送する攪拌スクリュー６５とが設置されている。

現像槽５１は、現像ローラ５５と供給スクリュー６１とが配置された室５２と、攪拌スクリュー６５が配置された室５３とからなり、室５２，５３は隔壁５４によって分離され、かつ、図２の手前側と奥側とで連通している。現像剤はキャリアとトナーとの混合物からなり、新たなトナーは前記カートリッジ１９から攪拌スクリュー６５が配置された室５３に補給される。

補給されたトナーと室５３内の現像剤は攪拌スクリュー６５の回転によって攪拌かつ図２の紙面と垂直方向に（例えば、奥方に）に搬送され、室５２内へ移動して供給スクリュー６１によって、紙面と垂直方向に（例えば、前方に）搬送され、室５２，５３内を循環する。この循環途中において現像剤は供給スクリュー６１から現像ローラ５５に供給される。

現像ローラ５５は、図３に示すように、回転駆動される非磁性スリーブ内に複数の固定された磁石を内蔵している。供給スクリュー６１は、図４（Ｂ）に示すように、シャフト６２の軸方向に現像剤を搬送するためのスクリュー形状の羽根部材６３と、現像剤を現像ローラ５５に供給するための板状のパドル部材６４とを有している。

ここで、現像ローラ５５上での現像剤の動きを図３を参照して説明する。現像ローラ５５は矢印Ｂ方向に回転駆動され、現像剤は磁石によって磁気的に現像ローラ５５の外周面に保持され、矢印Ｂ方向に搬送される。

Ｓ２極は現像剤の受取り極であり、供給スクリュー６１から現像剤を現像ローラ５５の外周面に受け取る。Ｎ２極は規制極であり、現像ローラ５５上の現像剤搬送量を安定化するために平滑な形状とされている。Ｎ２極に対向して規制板７１と戻し板７２とが設置され、規制板７１は現像ローラ５５の外周面に磁気的に拘束された現像剤の層厚を規制するものであり、戻し板７２は現像剤の搬送量の安定化を図るために設置されている。

Ｓ１極は搬送極であり、現像剤をＮ２極から次のＮ１極へ搬送する。Ｎ１極は現像極であり、他の磁極よりも強い磁束密度を有している。このＮ１極が感光体ドラム１１と対向する部分を現像領域Ｃと称し、この領域Ｃで感光体ドラム１１上に形成された潜像に対してトナーが付着する。Ｓ３極は封止極であり、現像槽５１からの現像剤の漏出／飛散を防止し、現像剤を下方に搬送する。

Ｓ２極とＳ３極とは同極性であり、それらの磁極間は剥離極と称され、現像領域Ｃでトナーが消費された現像剤を現像ローラ５５から剥がす機能を有している。また、現像ローラ５５の外周面においてトナーが消費された現像剤と新しい現像剤とを入れ替える機能も有している。

一方、室５２において、現像剤は供給スクリュー６１の羽根部材６３によってその軸方向（図４（Ｂ）矢印Ｄ参照）に搬送されながら、パドル部材６４によって流れを妨げられることにより攪拌され、かつ、上方に持ち上げられて現像ローラ５５へと供給される。

以上の構成からなる現像装置１４において、図４（Ａ）に示すように、パドル部材６４のシャフト６２の中心からの高さＨｐが、羽根部材６３のシャフト６２の中心からの高さＨｓに比べて高すぎても低すぎても、現像むら（画像むら）が発生する。同様に、図４（Ｂ）に示すように、羽根部材６３の互いに隣接する間隔Ｐｓに対してパドル部材６４の軸方向長さＷｐが長すぎても短すぎても現像むら（画像むら）が発生する。以下、これらの関係について本発明者らの実験に基づいて説明する。ここで、画像ランクとは現像むらに起因する画像むらの発生程度のランク付けであり、画像ランク２以上を許容範囲とする。

図５は、供給スクリュー６１の羽根部材６３の高さＨｓに対するパドル部材６４の高さＨｐの比率Ｈｐ／Ｈｓに関する画像むらを示している。横軸にＨｐ／Ｈｓ、縦軸に目視による画像ランクを示す。実験は供給スクリュー６１の外径が１２ｍｍ（Ｈｓ：６ｍｍ）、１４ｍｍ（Ｈｓ：７ｍｍ）、１６ｍｍ（Ｈｓ：８ｍｍ）の３種類について行った。

Ｈｐ／Ｈｓが小さくなりすぎると現像剤の攪拌性能及び現像ローラ５５への現像剤の供給性能が低下する。一方、Ｈｐ／Ｈｓが１を越えるとパドル部材６４が現像槽５１と接触する可能性が高くなる。図５から明らかなように、画像むらの許容範囲である画像ランク２以上を確保できる０．６５≦Ｈｐ／Ｈｓ≦１が最適である。

図６は、供給スクリュー６１の羽根部材６３の互いに隣接する間隔Ｐｓから羽根部材６３の厚さＴを差し引いた間隔Ｐｓ−Ｔに対するパドル部材６４の長さＷｐの比率Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）に関する画像むらを示している。実験は間隔Ｐｓが２０ｍｍ，２５ｍｍ，３０ｍｍの３種類について行った。

Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）が小さくなりすぎると現像剤の攪拌性能及び現像ローラ５５への現像剤の供給性能が低下する。一方Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）が高くなりすぎると現像剤の搬送性能が低下したり、パドル部材６４の間隔Ｐｓのばらつきが大きくなる。画像むらの許容範囲である画像ランク２以上を確保できる範囲としては、間隔Ｐｓを３０ｍｍとした場合の下限から間隔Ｐｓを２０ｍｍとした上限までの０．２≦Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）≦０．８５が好ましい。より好ましくは、０．３５≦Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）≦０．７５が最適である。

また、図４（Ａ）に示すように、現像ローラ５５の回転中心と供給スクリュー６１の回転中心とを結んだ直線Ｐ１と、現像ローラ５５の受取り極Ｓ２の法線方向の磁束密度立上り点と現像ローラ５５の回転中心とを結んだ直線Ｐ２とからなる角度をθとする。図７は、この角度θに関する画像むらを示している。角度θが小さくなりすぎると現像ローラ５５上の使用済み（現像領域通過後）の現像剤の入れ替わり不良が発生し、画像むらが生じる。一方、角度θが大きくなりすぎると現像ローラ５５への現像剤の供給性能が低下し、やはり画像むらが生じる。画像むらの許容範囲である画像ランク２以上を確保できる１０°≦θ≦２０°が最適である。

図８は、現像ローラ５５の直径Ｌに関する画像むらを示している。直径Ｌが小さくなりすぎると現像ローラ５５上の使用済み（現像領域通過後）の現像剤の入れ替わり不良が発生し、画像むらが生じる。一方、直径Ｌが大きくなりすぎると現像ローラ５５への現像剤の供給性能が低下し、やはり画像むらが生じる。画像むらの許容範囲である画像ランク２以上を確保できる１２ｍｍ≦Ｌ≦１６ｍｍが最適である。

（他の実施例）
なお、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、画像形成装置としては、タンデム式以外のカラープリンタやモノクロプリンタ、複写機、ファクシミリなどであってもよい。また、現像ローラ、供給スクリュー、攪拌スクリューの細部の構成、形状などは任意である。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像装置を示す断面図である。 前記現像装置の要部を示す断面図である。 前記現像装置の各部材の配置関係を示し、（Ａ）は現像ローラと供給スクリューとの配置関係の説明図、（Ｂ）は供給スクリューの配置関係の説明図である。 Ｈｐ／Ｈｓに対する画像むらの関係を示すグラフである。 Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）に対する画像むらの関係を示すグラフである。 角度θに対する画像むらの関係を示すグラフである。 現像ローラの直径Ｌに対する画像むらの関係を示すグラフである。

符号の説明

１…プリンタ本体
１０…プリントヘッド
１１…感光体ドラム
１４…現像装置
５５…現像ローラ
６１…供給スクリュー
６２…シャフト
６３…羽根部材
６４…パドル部材

Claims (6)

1. 外周面に現像剤を層状に担持して現像領域に搬送する現像ローラと、
   前記現像ローラのほぼ下方に回転可能に配置され、現像剤を攪拌／搬送しつつ現像ローラに現像剤を供給する供給部材と、を備え、
   前記供給部材は、その軸方向に現像剤を搬送するためのスクリュー形状の羽根部材と、前記現像ローラに現像剤を供給するための板状のパドル部材とを有し、
   前記羽根部材の回転中心からの高さをＨｓ、前記パドル部材の回転中心からの高さをＨｐ、羽根部材が互いに隣接する間隔をＰｓ、羽根部材の厚さをＴ、パドル部材の軸方向長さをＷｐとするとき、以下の式を満たすこと、
   ０．６５≦Ｈｐ／Ｈｓ≦１
   ０．２≦Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）≦０．８５
   を特徴とする現像装置。
2. さらに、０．３５≦Ｗｐ／（Ｐｓ−Ｔ）≦０．７５の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像ローラの回転中心と前記供給部材の回転中心とを結んだ直線と、現像ローラの現像剤受取り極の法線方向の磁束密度立上り点と現像ローラの回転中心とを結んだ直線とからなる角度をθとすると、以下の式を満たすこと、
   １０°≦θ≦２０°
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記現像ローラの直径をＬとすると、以下の式を満たすこと、
   １２ｍｍ≦Ｌ≦１６ｍｍ
   を特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか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。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の現像装置又は請求項５に記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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