JP2008304846A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤に与えるストレスを少なくしつつ均一に撹拌混合を行うことで現像剤に対して十分な帯電量を与えることができると共に、安定した量の現像剤を搬送することが可能な現像剤撹拌搬送手段を備えた現像装置を提供する。
【解決手段】現像剤担持体１５と、現像剤を撹拌しつつ現像剤担持体１５に向けて搬送する現像剤撹拌搬送手段とを有する現像装置６において、前記現像剤撹拌搬送手段として、現像剤を下方から上方へと搬送すべく水平軸に対して傾斜した回転自在な縦スクリュ部材１８を用いた。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真複写装置、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置の現像装置に関し、詳しくは現像剤を撹拌搬送する現像剤撹拌搬送手段の構成に関する。

従来、２成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式を採用した画像形成装置の現像装置として、像担持体に近接して配置された現像剤担持体の像担持体と対向する側に現像剤担持体と平行に配設されたスクリュ状の現像剤撹拌搬送手段を２つ設け、現像剤撹拌搬送手段上にトナーを補給して現像剤撹拌搬送手段の回転によりトナーとキャリアとを撹拌し、撹拌された現像剤を現像剤担持体に搬送する方式が一般的に採用されている。

しかし、スクリュ状の現像剤撹拌搬送手段では現像剤の搬送効率は高いものの撹拌効率が低いためにトナーを十分に帯電させることができず、トナーの帯電はドクタ部における現像剤同士の摺擦に頼っているのが現状であるが、この構成ではドクタ部における強いストレスによってキャリアのコート膜が削れたりトナーに添加剤が埋没したりすることが問題となっている。この問題は、補給されたトナーが現像剤担持体へと搬送される前に十分に撹拌されて帯電されることにより解決される。

そこで、撹拌効率を向上させるため、現像剤担持体の像担持体と対向する側に鉛直方向に配置されたスクリュ状の現像剤撹拌搬送手段を複数設け、上下方向に現像剤を搬送することにより現像剤の撹拌を十分に行うことが可能に構成された現像装置が例えば「特許文献１」に開示されている。また、現像剤補給部に設けられたスクリュ状の現像剤撹拌搬送手段を公転させることで現像剤を下から上に搬送して混合する現像装置が例えば「特許文献２」に開示されている。

特公平４−６２３８９号公報 特開平７−１３４４８１号公報

しかし「特許文献１」に開示された技術では、現像剤撹拌搬送手段を垂直に配置すると重力に逆らって現像剤の搬送を行うため、搬送効率が著しく低下してしまう。スクリュの回転数を増加させたり外径を太くしたりすることにより搬送量を増大することはできるが、回転数を増加させると現像剤に与えるストレスが大きくなって好ましくなく、またスクリュの外径を太くすると搬送効率は向上するものの撹拌効率が低下してしまう。搬送効率と撹拌効率の双方を確保するためには、現像剤担持体の長手方向に沿って現像剤を垂直に撹拌搬送するスクリュを１列に並べて多数配置する必要が生じ、装置の大型化を避けることができない。さらに環境変動や現像剤の劣化等によって流動性が変化した際に、搬送量が大きく変動して現像剤の供給が不安定になるという問題点がある。

「特許文献２」に開示された技術でも、スクリュを公転させるために非常に大きなスペースを必要とするため、装置の小型化を妨げて汎用的ではない。このように、現像剤撹拌搬送手段としてスクリュを用いた構成は簡易かつ安価ではあるが、搬送効率と撹拌効率との両立を図り装置の小型化を図る上では数々の問題点を有している。

本発明は上述の問題点を解決し、現像剤に与えるストレスを少なくしつつ均一に撹拌混合を行うことで現像剤に対して十分な帯電量を与えることができると共に、安定した量の現像剤を搬送することが可能な現像剤撹拌搬送手段を備えた現像装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、現像剤担持体と、現像剤を撹拌しつつ前記現像剤担持体に向けて搬送する現像剤撹拌搬送手段とを有する現像装置において、前記現像剤撹拌搬送手段は、現像剤を下方から上方へと搬送すべく水平軸に対して傾斜した回転自在な縦スクリュ部材を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、さらに前記現像剤撹拌搬送手段は、現像剤を前記現像剤担持体から前記縦スクリュ部材に向けて搬送する回転自在な第１横スクリュ部材と、現像剤を前記縦スクリュ部材から前記現像剤担持体に向けて搬送する回転自在な第２横スクリュ部材とを有し、前記縦スクリュ部材の回転軸と第１横スクリュ部材の回転軸とがほぼ同一平面上に位置すると共に現像剤の搬送方向に沿って前記各回転軸のなす角度が鋭角となるように前記縦スクリュ部材と第１横スクリュ部材とが配置されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の現像装置において、さらに前記角度が６０度以上であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の現像装置において、さらに前記現像剤担持体と前記現像剤撹拌搬送手段とを内包するケーシングを有し、該ケーシングは前記縦スクリュ部材を内包する円筒形状部を有することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の現像装置において、さらに前記縦スクリュ部材はその回転軸が前記円筒形状部の中心線よりも前記現像剤担持体から離れる方向にずれて配置されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の現像装置において、さらに前記縦スクリュ部材の回転数が可変であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の現像装置において、さらに前記縦スクリュ部材の回転数は現像剤の流動性に応じて変化させることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項６記載の現像装置において、さらに前記縦スクリュ部材の回転数は画像形成枚数に応じて変化させることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項６記載の現像装置において、さらにトナーを補給するトナー補給手段を有し、前記トナー補給手段によりトナーが補給された直後一時的に前記縦スクリュ部材の回転数を増加させることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９の何れか１つに記載の現像装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。

本発明によれば、縦スクリュ部材の回転軸が水平軸に対して傾斜しているのでトナーとキャリアとを十分に撹拌することができ、トナー濃度及び帯電量共に均一な現像剤を現像ローラに供給することができると共に、回転軸を垂直に配置した場合に比して現像剤の搬送量を十分に確保することができ、現像に必要な現像剤を確実に現像ローラに供給することにより良好な画像形成を行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施形態を採用した画像形成装置を示している。同図において画像形成装置１は、装置本体の内部に感光体ドラム２を有しており、その周囲には感光体ドラム２の表面を帯電させる帯電ローラ３、一様に帯電された感光体ドラム２の表面にレーザ光線で静電潜像を形成する露光装置４、感光体ドラム２の表面に帯電したトナーを供給して静電潜像をトナー像に現像する現像装置６、転写ベルト５ａを有し感光体ドラム２上に形成されたトナー像を記録紙９に転写させる転写装置５、トナー像転写後に感光体ドラム２上に残った残留トナーを除去するクリーニング装置７、感光体ドラム２上の残留電位を除去する除電装置８等が配設されている。

上述の構成において、帯電ローラ３によって表面を一様に帯電された感光体ドラム２は露光装置４によって静電潜像を形成され、現像装置６によって現像されてその表面にトナー像を形成される。このトナー像は、装置本体下部に設けられた給紙装置１０よりレジストローラ対１１を介して給送された記録紙９に転写装置５によって転写され、トナー像が転写された記録紙９は定着装置１２に送られてトナー像を定着された後、排紙ローラ対１３によって後工程に送られる。感光体ドラム２はクリーニング装置７によって残留トナーを除去された後、除電装置８によって除電されて次の画像形成プロセスに供される。転写装置５は、転写ベルト５ａ上に残留したトナーをベルトクリーニング装置５ｂによってクリーニングされる。

図２は、本発明の特徴部である現像装置６の概略図を示している。トナーとキャリアとを混合した２成分現像剤を内包する現像装置６は、ケーシング１４の内部に現像剤担持体としての現像ローラ１５、第１横スクリュ部材としての第１スクリュ１６、第２横スクリュ部材としての第２スクリュ１７、縦スクリュ部材としての第３スクリュ１８（図３参照）、トナー補給手段を構成するトナー補給口１９及びトナー補給路２０、ドクターブレード２１等を有している。図３に示すように、ケーシング１４内の現像剤は第１スクリュ１６の回転によって現像ローラ１５から第３スクリュ１８に向かって撹拌搬送され、第２スクリュ１７の回転によって第３スクリュ１８から現像ローラ１５に向かって撹拌搬送される。第２スクリュ１７によって撹拌搬送された現像剤は、その一部が磁力によって現像ローラ１５の周面に吸着され、ドクターブレード２１によってその厚みを均一化された後に感光体ドラム２に供給され、感光体ドラム２上に形成された静電潜像が顕像化される。現像後の現像剤は第１スクリュ１６上に集められた後に第３スクリュに向けて撹拌搬送される。

上記構成において、第３スクリュ１８はその回転軸が第１スクリュ１６の回転軸とほぼ同一平面上に位置するように配置されており、さらに第３スクリュ１８はその回転軸と第１スクリュ１６の回転軸とが現像剤の搬送方向に沿って鋭角となるように、すなわち第３スクリュ１８は鉛直線に対してその上部が第２スクリュ１７側に向けて傾いた態様で配置されている。また、第３スクリュ１８を内包する部位におけるケーシング１４は円筒状に形成されており、円筒形状部１４ａを構成している。トナー補給口１９よりも現像剤搬送方向上流側の位置には、現像装置６内におけるトナー濃度を検知する濃度センサ２２が配設されている。

上述の構成より、図示しないトナー容器内に収容されたトナーは、トナー補給手段を構成する図示しないポンプ等の作動によりトナー補給路２０内を通ってトナー補給口１９より現像装置６内部に少量ずつ補給される。トナーの補給量は濃度センサ２２による検知結果に基づいて決定される。第１スクリュ１６上に補給されたトナーは現像ローラ１５側から送られてくる現像剤と撹拌されながら第３スクリュ１８へと搬送され、第３スクリュ１８によって上方に撹拌搬送されて第２スクリュ１７の手前側上部に搬送される。

上述の構成により、第３スクリュ１８の回転軸が水平軸に対して傾斜しているのでトナーとキャリアとを十分に撹拌することができ、トナー濃度及び帯電量共に均一な現像剤を現像ローラに供給することができると共に、回転軸を垂直に配置した場合に比して現像剤の搬送量を十分に確保することができ、現像に必要な現像剤を確実に現像ローラに供給することにより良好な画像形成を行うことができる。

現像剤を水平方向に搬送する場合には現像剤の流動性が変化しても搬送量への影響はほとんどないが、現像剤を上下方向に搬送する場合には現像剤の流動性が変化すると搬送量が大きく変化する。従って、第１スクリュ１６及び第２スクリュ１７と第３スクリュ１８とをギアで接続すると、現像剤の流動性の変化により第３スクリュ１８の搬送量が第１スクリュ１６及び第２スクリュ１７の搬送量よりも少なくなり、現像剤の循環が正常に行われなくなることが懸念される。そこで本実施形態では、第３スクリュ１８を専用のモータ２３によって回転させ、第１スクリュ１６及び第２スクリュ１７とは独立して回転を制御する構成としている。この構成により、現像剤の流動性が変化した場合においても第３スクリュ１８の回転数を変化させることにより現像剤の搬送量を調整することができ、現像剤の流動性の変化に起因する現像剤の詰まりを防止することができる。

具体的には、第３スクリュ１８のトルクをモニタし、その出力が基準値よりも高くなった場合には第３スクリュ１８周辺の現像剤量が増加したと判断して回転数を増加させる。また画像形成動作を繰り返すと、キャリアのコート膜削れやキャリアに対するトナー及び添加剤のスペントによって現像剤が劣化して流動性が悪化するため、基準の画像形成枚数を予めメモリに記憶させ、図４に示すように画像形成枚数が基準値よりも増加するに従って第３スクリュ１８の回転数を増加させるように制御を行うと効果的である。さらにトナーの補給量が多い場合も一時的に現像剤の流動性が悪化するため、図５に示すようにトナー補給がなされた後にトナーがある程度分散するまでは第３スクリュ１８の回転数を増加して撹拌性及び搬送性を共に向上させることにより、トナー補給時における撹拌搬送動作を安定させることができる。

本実施形態で示すように、第１スクリュ１６の回転軸と第３スクリュ１８の回転軸とがほぼ同一平面上に位置している場合には、各スクリュの回転数及び／または外径が異なるために各スクリュの連結部分には現像剤が滞留し易い。しかし本実施形態では図６に示すように、第１スクリュ１６の回転軸と第３スクリュ１８の回転軸とのなす角度αを鋭角としており、第３スクリュ１８から落下した現像剤が第１スクリュ１６によって第３スクリュ１８へと搬送される現像剤の流れとぶつかることとなる。トナー補給は第１スクリュ１６の現像剤搬送方向下流側上方から行われる構造であり、第３スクリュ１８へは補給されたトナーが現像剤とほとんど混合されていない状態で搬送されるため、第３スクリュ１８の上部から落下した現像剤がぶつかることにより撹拌混合が促進される。角度αが鈍角の場合には、図６に示すように第３スクリュ１８から落下した現像剤が第１スクリュ１６によって第３スクリュ１８へと搬送される現像剤の流れとはぶつからず、現像剤の滞留が発生することとなる。さらに本実施形態では第３スクリュ１８の最下部よりもやや上方に第１スクリュ１６からの現像剤が搬送されるため、第３スクリュ１８の下部に現像剤が詰まることが防止され、第１スクリュ１６から第３スクリュ１８への現像剤の受け渡しがスムーズに行われる。

次に、本発明における現像剤の撹拌混合の原理について説明する。第３スクリュ１８における現像剤としては、図７に示すようにスクリュの回転に伴って上昇する現像剤Ｐと重力によって下降する現像剤Ｑとがあり、互いに逆方向に移動する現像剤の流れによって撹拌混合が促進される。さらに第３スクリュ１８と円筒形状部１４ａとの間に適度な隙間を設けることにより、スクリュから下方へと移動する現像剤の流れとして、スクリュ上を滑り落ちる現像剤Ｑの流れとスクリュ上から円筒形状部１４ａとの隙間に飛び出して落下する現像剤Ｒの流れとの２種類の流れを作り出せるので、さらに撹拌性を向上することができる。

上述した隙間が極端に小さい場合には、円筒形状部１４ａに沿って現像剤が滑り落ちるときに密度が高くなって現像剤がストレスを受け易く、隙間がなくなるとスクリュ上での現像剤の流れが制限されて撹拌性が低下する。逆に隙間を広げすぎると落下する現像剤の量が増加して搬送量が低下するため、隙間を適切に形成することが重要となる。本発明では第３スクリュ１８が角度αで傾いて配設されているため、円筒形状部１４ａの現像ローラ１５側の側面に沿って落下する現像剤の量が多い。従って、第３スクリュ１８の回転軸を円筒形状部１４ａの中心線よりも現像ローラ１５から離れる方向にずらし、図７に示すように隙間Ａよりも現像剤が多量に通過する隙間Ｂを大きく形成することにより、現像剤が受けるストレスを軽減することができ良好な画像形成を行うことが可能となる。

さらに現像剤が受けるストレスを軽減する方法として、第３スクリュ１８の両端に軸受２４（図３参照）を配置することが効果的である。第３スクリュ１８が片持ちで支持されているとスクリュの高速回転に伴い隙間を移動中の現像剤が円筒形状部１４ａに押しつぶされてしまうが、スクリュ両端を軸受２４によって支持することによりこれを防止することができる。

次に、第３スクリュ１８の傾き角度αについて説明する。角度αの変化に伴い、現像剤の撹拌強度及び搬送量が変化し、一般的に角度αが大きくなるほど重力に抗して現像剤を搬送する必要が生じるために搬送量が低下して撹拌性は逆に向上する。適度な帯電量を確保しつつ十分な量の現像剤を搬送するためには角度αの管理が重要である。

角度αが９０度の場合には、第３スクリュ１８の外周全面から現像剤が外側の隙間に落下するため、撹拌性は良好であるが搬送量は不足する。特に環境条件の変化あるいは画像形成の繰り返しにより現像剤の流動性が変化すると搬送量が大きく変化してしまう。角度αを４５度以上９０度未満とした場合には、現像剤はスクリュの外周面面から落下せず円筒形状部１４ａの内壁に沿って落下するため、現像剤が角度９０度の場合よりも落下しにくく搬送量が増加する。現像剤の搬送量は角度αを小さくするほど大きくすることができるが、角度αを６０度以下とした場合には現像剤の流動性が悪いと図７に符号Ｒで示す現像剤のように円筒形状部１４ａの内壁に沿って滑り落ちる現像剤が内壁に貼り付いて壁を形成してしまい、上方から下方への現像剤の移動が妨げられることによる結果、現像剤の流れが図７に符号Ｑで示すスクリュに沿って滑り落ちる現像剤の流れと図７に符号Ｐで示すスクリュ上を上昇する現像剤の流れの２種類となってしまい、現像剤の撹拌混合が行われにくくなってしまう。従って角度αとしては６０度以上９０度未満が好ましく、７０度以上８０度未満がより好ましい。

補給されたトナーの混合は、上方から下方に落下する現像剤と下方から上方に搬送される現像剤とが混合することにより促進される。角度αが４５度以下の場合にはスクリュ上の現像剤がほとんど落下せず、上昇する現像剤の割合が落下する現像剤に比して極端に多くなるため、現像剤が十分に撹拌されず不適である。

次に、本発明の実施形態の具体例を説明する。第３スクリュ１８として、スクリュ径２０ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ、リード角２０度、長さ９０ｍｍのものを用い、トナーとキャリアとを撹拌した際の帯電量と流量とを測定した。実際に現像剤の上下移動による撹拌が行われる長さは３５ｍｍである。円筒形状部１４ａと第３スクリュ１８の外径との隙間を１ｍｍ、第３スクリュ１８の回転数を７００ｒ．ｐ．ｍ．とした。稼働に先立ち、キャリア４８ｇとトナー２ｇとを現像装置６内に投入した。

上記条件の下、モータ２３を作動させて第３スクリュ１８を回転駆動することにより、トナーとキャリアとは撹拌混合されて第３スクリュ１８の上部から排出される。上述の構成において、第３スクリュ１８の傾き角度αを４５度から９０度まで変化させ、排出される現像剤のトナー濃度のばらつきと搬送量とをそれぞれ測定した。トナー濃度のばらつきは、撹拌後の現像剤から６箇所をサンプリングしてその混ざり具合の標準偏差で評価した。標準偏差が０．５未満の場合の評価を○、０．５以上０．８未満の評価を△、０．８以上を×とした。トナー濃度のばらつきの測定結果を図８に、搬送量の測定結果を図９にそれぞれ示す。

図８から明らかなように、角度αが６０度以上９０以下の範囲では撹拌後のトナー濃度のばらつきは標準偏差０．５以下であり、トナーとキャリアとがほぼ均一に混合され、その帯電量も良好であった。また図９から明らかなように、角度αが小さくなるほど搬送量が多くなる傾向が見られたが、角度αが９０度の場合には画像形成動作を繰り返して現像剤が劣化すると初期状態時に比して極端に低下するという結果が得られた。角度αが４５度以上６０以下の範囲では、トナーを大量に補給した際にトナーが現像装置６の底部に滞留し、混合に時間がかかってしまうという問題が発生した。角度αが４５度以下の場合には、ほとんど搬送のみの効果しか得られず、現像剤を均一に混合することはできなかった。上述の結果より、角度αを６０度以上９０度未満とすることにより、撹拌性と搬送性の両方を同時に向上することが可能であることが判明した。

上述した実施形態では、画像形成装置１として電子写真複写装置を用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置としてはこれに限られず、本発明をプリンタ、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に適用することももちろん可能である。

本発明の一実施形態を採用した画像形成装置の要部概略正面図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像装置の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる第１スクリュ及び第２スクリュ及び第３スクリュを説明する概略図である。 本発明の一実施形態における画像形成枚数と第３スクリュの回転数との関係を示す線図である。 本発明の一実施形態におけるトナー補給動作と第３スクリュの回転数との関係を示す線図である。 本発明の一実施形態に用いられる第１スクリュの回転軸と第３スクリュの回転軸とがなす角度と現像剤の流れとの関係を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる第３スクリュと円筒形状部との隙間と現像剤の流れとの関係を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における第３スクリュの傾き角度を変化させたときのトナー濃度のばらつきの測定結果を示す図表である。 本発明の一実施形態における第３スクリュの傾き角度を変化させたときの現像剤の搬送量の測定結果を示す線図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
６ 現像装置
１４ ケーシング
１４ａ 円筒形状部
１５ 現像剤担持体（現像ローラ）
１６ 第１横スクリュ部材（第１スクリュ）
１７ 第２横スクリュ部材（第２スクリュ）
１８ 縦スクリュ部材（第３スクリュ）
α 角度

Claims (10)

1. 現像剤担持体と、現像剤を撹拌しつつ前記現像剤担持体に向けて搬送する現像剤撹拌搬送手段とを有する現像装置において、
   前記現像剤撹拌搬送手段は、現像剤を下方から上方へと搬送すべく水平軸に対して傾斜した回転自在な縦スクリュ部材を有することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記現像剤撹拌搬送手段は、現像剤を前記現像剤担持体から前記縦スクリュ部材に向けて搬送する回転自在な第１横スクリュ部材と、現像剤を前記縦スクリュ部材から前記現像剤担持体に向けて搬送する回転自在な第２横スクリュ部材とを有し、前記縦スクリュ部材の回転軸と第１横スクリュ部材の回転軸とがほぼ同一平面上に位置すると共に現像剤の搬送方向に沿って前記各回転軸のなす角度が鋭角となるように前記縦スクリュ部材と第１横スクリュ部材とが配置されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項２記載の現像装置において、
   前記角度が６０度以上であることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１つに記載の現像装置において、
   前記現像剤担持体と前記現像剤撹拌搬送手段とを内包するケーシングを有し、該ケーシングは前記縦スクリュ部材を内包する円筒形状部を有することを特徴とする現像装置。
5. 請求項４記載の現像装置において、
   前記縦スクリュ部材はその回転軸が前記円筒形状部の中心線よりも前記現像剤担持体から離れる方向にずれて配置されていることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１ないし５の何れか１つに記載の現像装置において、
   前記縦スクリュ部材の回転数が可変であることを特徴とする現像装置。
7. 請求項６記載の現像装置において、
   前記縦スクリュ部材の回転数は現像剤の流動性に応じて変化させることを特徴とする現像装置。
8. 請求項６記載の現像装置において、
   前記縦スクリュ部材の回転数は画像形成枚数に応じて変化させることを特徴とする現像装置。
9. 請求項６記載の現像装置において、
   トナーを補給するトナー補給手段を有し、前記トナー補給手段によりトナーが補給された直後一時的に前記縦スクリュ部材の回転数を増加させることを特徴とする現像装置。
10. 請求項１ないし９の何れか１つに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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