JP2009069318A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、現像剤担持体における現像剤の流動の妨げにならずに、現像剤と受熱部との接触効率を高くでき、現像剤の冷却効率を向上できる現像装置、及び高画質な画像形成を可能となる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 本発明の現像装置は、筐体内に収納された現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部と、該攪拌搬送部によって搬送されてくる現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持された現像剤の層厚みを規制する規制部材と、現像剤と接触する受熱部とを有している。そして、本発明の現像装置における受熱部の表面にフィンを設けたことに特徴がある。よって、受熱部の周囲に現像剤を充填しなくても、現像剤と受熱部との接触面積を大きくできる。これにより、現像剤の流動の妨げにならずに現像剤と受熱部との接触効率が高い現像装置を提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は現像装置及び画像形成装置に関し、詳細には画像形成装置の現像装置に収納されている現像剤の温度を低下させる技術に関する。

現像方式には一般的に、トナーのみからなる一成分現像方式と、トナーとトナーより粒径の大きい磁性粒子をキャリアとして混合した二成分現像方式とがある。二成分現像方式は、トナーとキャリアを含む現像剤を収容するケーシング、内部に磁界発生手段（マグネット）を有する現像剤担持体（現像スリーブなど）、現像剤担持体に現像剤を移送供給する現像剤移送手段（供給スクリュなど）、現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する規制部材（ドクターブレードなど）、現像を良好に行うために現像剤を攪拌してトナーに帯電させる現像剤攪拌手段（攪拌スクリュなど）から構成される。現像剤供給手段と現像剤攪拌手段は共通の場合もある。

現像装置では、トナー補給部から補給されたトナーと現像装置内に収容されていた現像剤とが現像剤攪拌手段により攪拌混合され、トナーが帯電するとともに現像剤のトナー濃度が一様になる。次に、現像剤が現像剤移送手段により現像剤担持体に供給され、現像剤担持体表面に担持される。現像剤担持体上の現像剤は現像剤担持体と僅かなギャップを設けて配置される規制部材で掻き取られ、均一、かつ一様な現像剤層が現像剤担持体上に形成される。そして、静電潜像が記録された像担持体の表面に接触または近接して静電潜像部分にトナーが付着することで像担持体にトナー像が形成される。

このような工程中、現像剤が攪拌・移送される際に現像剤攪拌手段との現像剤との摩擦、現像剤移送手段と現像剤との摩擦、または現像剤どうしの摩擦、更には規制部材で均一な現像剤層を形成する過程においては規制部材と現像剤との摩擦、現像剤担持体と現像剤との摩擦、または現像剤どうしの摩擦により現像剤の温度が上昇してしまう。このように現像剤の温度が上昇すると、トナーの帯電量が低下して現像剤の現像能力が劣化する。また、温度上昇によりトナーが溶融すると、現像剤の流動性が低下したり、溶融したトナーが規制部材や現像剤担持体に固着することで地汚れやスジ等の現像ムラが生じるなど、現像性能が低下するという不具合がある。

そこで、発熱対策としては、現像装置のケーシングに冷却ファンを用いて送風し強制対流熱伝達により冷却する方法や、より効率的に冷却するために、現像装置内部に受熱部材を設ける方法がある。例えば特許文献１においては現像剤規制部材を冷却し、特許文献２〜４においては現像剤担持体の上流に現像剤担持体と対向するように受熱部材を配置している。これらの方法は、現像剤の直接冷却できる利点がある。
特開２００４−１０９８６８号公報 特開２００６−１３９０４５号公報 特開２００６−２５９２９７号公報 特開２００６−３０１３３０号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４では、冷却効率を上げるために現像剤と受熱部材との熱抵抗を小さくしようとすると受熱部材の周囲に現像剤を充填しなければならず、現像剤の流動の妨げとなり、結果として現像剤により大きな圧力がかかり発熱量を増大させてしまうという問題がある。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、現像剤担持体における現像剤の流動の妨げにならずに、現像剤と受熱部との接触効率を高くでき、現像剤の冷却効率を向上できる現像装置、及び高画質な画像形成を可能となる画像形成装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の現像装置は、筐体内に収納された現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部と、該攪拌搬送部によって搬送されてくる現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持された現像剤の層厚みを規制する規制部材と、現像剤と接触する受熱部とを有している。そして、本発明の現像装置における受熱部の表面にフィンを設けたことに特徴がある。よって、受熱部の周囲に現像剤を充填しなくても、現像剤と受熱部との接触面積を大きくできる。これにより、現像剤の流動の妨げにならずに現像剤と受熱部との接触効率が高い現像装置を提供できる。

また、フィンが現像剤の移送方向に沿った形状であることにより、現像剤の流動に対する抵抗が小さくできるから、現像剤の流動の妨げにならずに現像剤と受熱部との接触効率が高い現像装置を提供できる。

更に、受熱部を、現像剤担持体の現像装置の開口部以外の外周部と近接する位置に設けることにより、現像剤担持体周囲は現像剤の流動速度が大きく、またストレスを受けやすく発熱量が大きいから効率よく受熱することができる。よって、現像剤の流動速度の大きな箇所で現像剤と受熱部を接触させることができることにより現像剤と受熱部との接触効率が高い現像装置を提供できる。

また、受熱部を冷却する冷却手段を具備することにより、現像装置の冷却性能を向上できるとともに、現像装置の小型化が可能となる。

更に、現像剤に含有するトナーの帯電電位と同極性の電位を受熱部の表面に印加する電圧印加手段を具備することにより、受熱部をトナーと同極性に帯電させ受熱部表面へのトナーの付着を抑制できるので、現像剤と受熱部との接触効率が高い現像装置を提供できる。

また、別の発明としての画像形成装置は、像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、トナー像を媒体上に転写する転写手段とを有し、現像手段が上記現像装置であることに特徴がある。よって、高画質な画像形成を可能となる画像形成装置を提供できる。

本発明の現像装置において、受熱部の表面にフィンを設けたことで、受熱部の周囲に現像剤を充填しなくても、現像剤と受熱部との接触面積を大きくできる。これにより、現像剤の流動の妨げにならずに現像剤と受熱部との接触効率が高い現像装置を提供できる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。同図に示す本実施の形態の現像装置１０は、樹脂製の筐体１１内に、現像剤の攪拌混合及び搬送を行う攪拌搬送スクリュ１２，１３と、現像剤を表面に担持する現像ローラ１４と、現像ローラ１４上の現像剤の厚さを規制するドクターブレード１５とを備えている。そして、攪拌搬送スクリュ１２により現像剤は紙面上方向へ攪拌されながら移動し、一方攪拌搬送スクリュ１３により現像剤は攪拌搬送スクリュ１２による移動方向の逆方向に移動する。また、攪拌搬送スクリュ１２及び攪拌搬送スクリュ１３の両端部において攪拌部１６及び攪拌部１７は連結されており、現像剤は攪拌部１６と攪拌部１７を循環する。更に、攪拌部１７の片方の端部にトナー補給口（図示せず）があり、トナー濃度に基づいてトナー補給手段（図示せず）により補給され、攪拌搬送スクリュ１２及び攪拌搬送スクリュ１３で攪拌混合されることによって、トナー濃度が均一化されるとともにトナーが帯電する。また、攪拌部１７内の現像剤が現像ローラ１４の内部に設けられたマグネット１８により、現像ローラ１４の表面に付着し、現像ローラ１４の回転（矢印方向）によりドクターブレード１５で掻き取られることで現像ローラ１４上に現像剤の均一、かつ一様な層が形成される。更に、現像ローラ１４と対向するように配置され、静電潜像が記録された感光体ドラム１９の表面と現像ローラ１４が接触または近接して、静電潜像部分に現像剤中のトナーが付着することで感光体ドラム１９上にトナー像が形成される。また、攪拌部１６及び攪拌部１７の側壁に流路２０、流路２１が形成されたアルミニウム製の受熱部２２、受熱部２３が配置されている。流路２０、流路２１は管路を介して図示しないタンク、ラジエータ、ポンプと連結されており、冷却液（水、プロピレングリコール、防食剤からなる）が循環されている。受熱部２２と受熱部２３の攪拌部１６、攪拌部１７に面する表面には攪拌搬送スクリュ１２、攪拌搬送スクリュ１３に平行な方向（紙面と垂直）に溝２４，２５が形成されていて、溝２４，２５が現像剤の移動方向に沿うようになっている。冷却液がラジエータにより常に放熱しながら受熱部２２、受熱部２３内を流れることで現像剤を冷却することができる。

図２は本発明の第２の実施の形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の現像装置３０は、アルミニウム製の受熱部３１が現像ローラ１４の上部にドクターブレード１５と接するように配置されている。受熱部３１は流路３２が形成され、管路を介して図示しないタンク、ラジエータ、ポンプと連結されており、冷却液（水、プロピレングリコール、防食剤からなる）が循環されている。冷却液がラジエータにより常に放熱しながら受熱部３１内を流れることで現像剤を冷却することができる。

図３は第２の実施の形態における受熱部と現像ローラとの位置関係を示す斜視図である。同図からわかるように、受熱部３１の下面には、現像ローラ１４の軸と垂直になるように台形平面状の受熱フィン３３が現像ローラ１４の軸方向に複数形成されている。本実施の形態では平面状の受熱フィン３３としているが、平面内にスリットを設けることも有効である。ここで、フィンとは現像剤との受熱面積を拡大するような凹凸形状であり、羽根、溝、平板、ピンなど（あるいはその複合形状）が一つあるいは複数で構成されている。また、受熱部及びフィンは熱伝導性の良い材料が望ましく、銅やアルミニウムなどが用いられる。更に、受熱部とフィンは一体部材が望ましいが、ロウ付け等により接合してもよい。

図４は受熱フィンの一例を示す概略図である。同図は受熱部を下面（現像ローラの）方向から見た図であり、図中の矢印は現像剤の移送方向を示す。同図の（ａ）は受熱面に楕円形の受熱フィンを有する構成を示し、同図の（ｂ）は受熱面に波型の受熱フィンを有する構成である。受熱フィンの形状は現像剤との受熱面積を拡大し、かつ現像剤の移送方向に沿った形状であればよく、この限りではない。

図５は本発明の第３の実施の形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。同図において、図２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の現像装置４０は、現像ローラ１４の上部にドクターブレード１５と接するように配置された受熱部４１の表面にピンフィン４２を設けたものである。ピンフィン４２は現像ローラ１４の軸と垂直（紙面と平行）な線上に配置されていて、現像ローラ１４の軸方向（紙面に垂直な方向）に同様のピンフィン列が設けられている。受熱部４１は流路３２が形成され、管路を介して図示しないタンク、ラジエータ、ポンプと連結されており、冷却液（水、プロピレングリコール、防食剤からなる）が循環されている。受熱部４１の下面には、現像ローラ１４の軸と垂直になるように（紙面と平行に）台形平面状の受熱フィン（図示せず）が現像ローラ１４の軸方向に複数形成されている。冷却液がラジエータにより常に放熱しながら受熱部４１内を流れることで現像剤を冷却することができる。

図６は本発明の第４の実施の形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。同図において、図１及び図２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の現像装置５０は、アルミニウム製の受熱部５１が現像ローラ１４の上部にドクターブレード１５と接するように配置されたものである。受熱部５１の下面には、紙面と平行な台形平面状の受熱フィン３３が現像ローラ１４の軸方向に複数形成され、また、中空形状になっており、内部に放熱フィン（図示せず）が設けられている。冷却用ファン（図示せず）と気流ダクト５２により受熱部５１の内部に外気が送風されており、強制対流熱伝達により空冷している。現像ローラ１４には、現像ローラ１４上のトナーが感光体ドラム１９へ移動しやすいように、図示しない現像バイアス電源によりトナーと同極性の現像バイアス電圧が印加されている。現像バイアス電圧による電界と感光体の静電潜像部の画像電位との両者の合成電界によって現像ローラ１４上のトナーが感光体ドラム１９に移動する。また、受熱部５１にもバイアス電源５３により現像バイアス電圧と同等の電圧が印加されていることで、受熱部５１の表面にトナーが付着しにくくなっている。本実施の形態では受熱部付近のトナーの帯電量は概ね−２０μＣ／ｇ〜−６０μＣ／ｇであり、受熱部には−６００Ｖの電圧が印加されている。

図７は本発明の現像装置を搭載した画像形成装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す画像形成装置１００は、電子写真の４連タンデム方式の画像形成装置である。同図に示すように、画像形成部にはトナー像担持体として中間転写ベルト１０１が設けられ、中間転写ベルト１０１の搬送方向には、イエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各現像ユニット（現像ユニット１０２−Ｙ、現像ユニット１０２−Ｃ、現像ユニット１０２−Ｍ、現像ユニット１０２−Ｂｋ）１０２が配列されている。これら現像ユニットの上方には露光装置（図示せず）が配置されている。例えば複写機の場合スキャナで原稿の画像情報を読み込み、この画像情報に応じて露光装置が各色の感光体ドラム（感光体ドラム１０３−Ｙ、感光体ドラム１０３−Ｃ、感光体ドラム１０３−Ｍ、感光体ドラム１０３−Ｂｋ）１０３に光を照射して静電潜像を書き込む。各現像ユニットでは、現像ローラ上に均一な現像剤層が形成されており、各感光体ドラムの表面に接触又は近接して静電潜像部分にトナーが付着することでトナー像が形成される。感光体ドラム上のトナー像は一旦中間転写ベルトへ写し取られ、一方で、シートトレイに積載していたシートからただ一枚だけのシートが、二次転写部に搬送され、静電気によりトナー像をシートに転写する。この後、定着部においてシートが加熱・加圧され、シート上のトナーを定着させる。更に、シートの両面に記録する場合には、両面ユニットにおいてシートの表裏を反転し再び上流に搬送し、再度上記の工程を行う。本実施の形態において、現像ユニット１０２−Ｙ、現像ユニット１０２−Ｍ、現像ユニット１０２−Ｃ、現像ユニット１０２−Ｂｋは、第２の実施の形態と同様の構成となっており、受熱部１０４−Ｙ、受熱部１０４−Ｍ、受熱部１０４−Ｃ、受熱部１０４−Ｂｋが管路１０５を介してタンク付ラジエータ１０６、ポンプ１０７と直列に連結されていて、ファン１０８による液冷により冷却されている。

＜実施結果＞
画像形成装置（リコー製フルカラー複写機 imagio Neo C600）の現像装置を用い、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と、フィンを有さない受熱部にした場合の、現像剤の室温からの上昇温度をそれぞれ測定した。現像装置は、機外でフルカラー印刷時の回転数で駆動した。また、現像装置周囲を断熱し、更に機内での隣接箇所からの受熱を考慮してヒータにより外部から加熱した。その結果を下記の表１に示す。第１の実施の形態と第２の実施の形態は、フィンがない場合に対して、温度上昇が抑制され、全ての場合で温度が６０〜７０％に低下しており、現像剤の温度上昇を抑制する方法として非常に効果的であることがわかった。また、第１の実施の形態と第２の実施の形態は同様に温度上昇になっているが、受熱部は第２の実施の形態のほうが小さくなっており、現像装置の小型化を考えると有利であることがわかる。

なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。 第２の実施の形態における受熱部と現像ローラとの位置関係を示す斜視図である。 受熱フィンの一例を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。 本発明の現像装置を搭載した画像形成装置の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０，３０，４０，５０；現像装置、１１；筐体、
１２，１３：攪拌搬送スクリュ、
１４；現像ローラ、１５；ドクターブレード、
１６，１７；攪拌部、１８；マグネット、１９；感光体ドラム、
２０，２１，３２；流路、２２，２３，３１，４１，５１；受熱部、
２４，２５；溝、３３；受熱フィン、４２；ピンフィン、
５２；気流ダクト、１００；画像形成装置。

Claims (6)

1. 筐体内に収納された現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部と、該攪拌搬送部によって搬送されてくる前記現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持された前記現像剤の層厚みを規制する規制部材と、前記現像剤と接触する受熱部とを有する現像装置において、
   前記受熱部の表面にフィンを設けたことを特徴とする現像装置。
2. 前記フィンが前記現像剤の移送方向に沿った形状であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記受熱部を、前記現像剤担持体の前記現像装置の開口部以外の外周部と近接する位置に設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記受熱部を冷却する冷却手段を具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記現像剤に含有するトナーの帯電電位と同極性の電位を前記受熱部の表面に印加する電圧印加手段を具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、トナー像を媒体上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
   前記現像手段が請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

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