JP2009103751A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリフィーダへのエアの進入量を大幅に低減することにより現像部に適切なトナー濃度と帯電量とを有する現像剤を現像に必要なだけ連続的に安定供給することが可能な現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】潜像担持体上の潜像を現像する現像部と、現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収納する現像剤収納部と、現像剤収納部の現像剤を定量的に排出するロータリフィーダ２８とを有し、ロータリフィーダ２８から排出された現像剤を空気圧により現像部に搬送する現像装置において、ロータリフィーダ２８は現像剤が流入する流入孔４３と現像剤が排出される排出孔４２と流入孔４３と排出孔４２との間に配置された複数の羽根を有する回転自在なロータ２９とを有し、流入孔４３からロータ２９に進入した現像剤の全てを排出孔４２から排出せずにその一部を流入孔４３側に戻す構成とした。
【選択図】図６

Description

本発明は画像形成装置に関し、詳しくは感光体上に形成された静電潜像を顕像化する現像装置に関する。

従来、電子写真式複写装置等の画像形成装置には感光体ドラム上に形成された静電潜像を可視像化させる現像装置が設けられており、現像装置としてトナーとキャリアとを有する２成分現像剤を用いるものが知られている。この現像装置において、現像領域での現像処理の終了によりトナーが消費された現像剤は回収部材によって回収され、トナー補給装置より補給される新たなトナーと混合及び撹拌された後に再び現像に供される。ここで用いられる現像剤は、安定したトナー画像得るために一定のトナー濃度と帯電量とを維持する必要がある。トナー濃度は現像により消費されたトナー量と補給されるトナー量とにより調整され、帯電量はキャリアとトナーとの混合時における摩擦帯電によって付与される。現像装置は２成分現像剤の撹拌を十分に行い、トナー濃度分布を均一化すると共にトナーを帯電させ、トナー画像の安定化を行っている。

一般的な現像装置では、補給されたトナーが現像剤担持体である現像ローラに汲み上げられるまでの僅かな時間の間に、２本のスクリュの回転による撹拌効果を利用してトナーの分散及び帯電を行っているため、特にトナーの収支が多い場合には補給されたトナーが十分に分散することなく現像ローラに汲み上げられてしまい、地汚れやトナー飛散が発生してしまうという問題点があった。

そこで、現像部から離れた位置に別途撹拌部を設けると共に現像部と撹拌部とを現像剤循環手段によって接続し、撹拌部で現像剤の状態に応じた撹拌を行うことでトナー濃度及び帯電量を適切に調整した現像剤を現像部に供給する現像装置が、例えば「特許文献１」、「特許文献２」及び「特許文献３」に開示されている。

特許第３７３４０９６号公報 特許第３３４９２８６号公報 特開平１１−１４３１９６号公報

上述した各技術では、管内において空気を利用して現像剤を連続的に搬送しており、主な構成として現像剤収納部、現像剤供給部、輸送管、空気供給源を有している。この構成では空気の圧力（正圧）と流速とを利用して現像剤を搬送するため、空気搬送元と搬送先（大気圧）との間には差圧が発生する。従って、現像剤を現像部へ搬送するためには現像剤供給部をシールし、空気供給源の空気が現像剤収納部に漏れないように構成する必要がある。空気が漏れると、現像剤を搬送するための圧力が低下して搬送量が十分に確保できず、また空気が現像剤収納部に逆流する（現像剤貯容部に圧力がかかる）と現像剤収納部から現像剤供給部に入る現像剤が逆流する空気によって妨げられ、排出量の低下及びばらつきが発生する。

現像剤供給部としては一般的にロータリフィーダが知られている。ロータリフィーダは、回転する複数の羽根を有するロータと、ロータを覆うステータとを有し、定量性及び制御性に優れた機構であるが、シール性が不足すると上述した空気の逆流が発生する。シール性を確保する方法として、ロータの羽根を弾性体としてステータとの間で食い込みを持たせる方法があるが、経時の劣化（ロータ及びステータの削れ）が顕著となり実用的ではない。特に、現像剤を構成するキャリアは鉄やフェライトであるため、硬度が高いことからこの方法により耐久性を得ることは困難である。

本発明は上述の問題点を解決し、ロータリフィーダへのエアの進入量を大幅に低減することにより現像部に適切なトナー濃度と帯電量とを有する現像剤を現像に必要なだけ連続的に安定供給することが可能な現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、潜像担持体上の潜像を現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収納する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の現像剤を定量的に排出するロータリフィーダとを有し、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気圧により前記現像部に搬送する現像装置において、前記ロータリフィーダは現像剤が流入する流入孔と現像剤が排出される排出孔と前記流入孔と前記排出孔との間に配置された複数の羽根を有する回転自在なロータとを有し、前記流入孔から前記ロータに進入した現像剤の全てを前記排出孔から排出せずにその一部を前記流入孔側に戻すことを特徴とする。

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、さらに前記排出孔の面積は前記流入孔の面積よりも小さく形成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１または２記載の現像装置において、さらに前記排出孔の面積は前記ロータが有する複数の羽根のうちの相隣る２つの羽根の先端により形成される矩形の面積よりも小さく形成されてい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、さらに前記各羽根はその先端部に磁石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１ないし４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、ロータの左側部分に現像剤を残存させ、残存した現像剤がロータとステータとのクリアランス部分に入り込むことにより空気のシール効果が働き、現像剤を搬送するための空気がロータリフィーダ内へ流入することが防止されるので、空気圧の低下による現像剤搬送量の低下を防止できると共に無駄なエネルギの消費を低減することができ、さらに現像剤収納部の内圧の上昇を防止して現像剤収納部からの現像剤の排出量の低下及びばらつきを防止することができる。

図１は、本発明の一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２のほぼ中央部に中間転写ベルト３と４個の１次転写ローラ４とを有する中間転写ユニット５を有している。中間転写ベルト３の下面と対向する位置には、イエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応した作像部６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｂｋが中間転写ベルト３の走行方向と平行して配置されている。各作像部６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｂｋは作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外は同一構造であり、それぞれ潜像担持体としての感光体ドラム７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｂｋ、各感光体ドラム７の周囲に配設された図示しない帯電手段、現像装置８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｂｋ、図示しないクリーニング手段等を有している。

感光体ドラム７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｂｋは図示しない駆動部によって図において時計回り方向に回転駆動され、図示しない帯電手段により表面を一様に帯電された後に図示しない露光部から発せられたレーザ光によって露光されることにより、装置本体２の上部に設けられた画像読取部９において読み取られた原稿画像に基づいた静電潜像がその表面上に形成される。形成された静電潜像は現像装置８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｂｋにより現像されることにより所望のトナー像へと可視像化され、このトナー像は感光体ドラム７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｂｋの表面が中間転写ベルト３を介して各１次転写ローラ４との対向部に達した際に、各１次転写ローラ４の作用によって中間転写ベルト３上に１次転写される。

各１次転写ローラ４は、それぞれ中間転写ベルト３を感光体ドラム７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｂｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成しており、各１次転写ローラ４にはトナーとは逆極性の転写バイアスが印加される。中間転写ベルト３が図１の矢印方向に走行して各１次転写ローラ４の１次転写ニップを順次通過することにより、各感光体ドラム７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｂｋ上の各色のトナー像が中間転写ベルト３上に重ねて１次転写される。１次転写後、感光体ドラム７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｂｋの表面が図示しないクリーニング手段との対向位置に達すると、クリーニング手段の作用により感光体ドラム７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｂｋの表面上に残存した未転写トナーが回収される。クリーニング後、感光体ドラム７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｂｋの表面は図示しない除電装置により電位を初期化され、一連の作像プロセスが終了する。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト３は、２次転写ローラ１０との対向位置に到達する。中間転写ベルト３上に形成されたカラートナー像は、２次転写ニップ位置に搬送された記録媒体としての転写紙Ｐ上に転写され、一連の転写プロセスが終了する。装置本体２の下部に配設された給紙部１１には複数枚の転写紙Ｐが収納されており、この転写紙Ｐは給紙ローラ１２により１枚ずつ分離給送される。給送された転写紙Ｐはレジストローラ対１３で一時停止され、斜めずれを修正された後に所定のタイミングで２次転写ニップに向けて給送される。そして、２次転写ニップ位置において転写紙Ｐ上に所望のカラー画像が転写される。２次転写ニップ位置においてカラー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１４へと搬送され、加熱ローラ及び加圧ローラによる熱と圧力とにより表面に転写されたカラー画像を定着される。定着を終えた転写紙Ｐは、排紙ローラ対１５により装置本体上面に形成された排紙部１６へと排出積載される。このようにして画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、本発明の特徴部である現像装置について説明する。ここでは現像装置８Ｙについてのみ説明するが、他の現像装置８Ｍ，８Ｃ，８Ｂｋは用いられる現像剤の色が異なる点を除いて全て同一の構成である。本説明において現像装置８Ｙを構成する各部材の末尾にはイエロの頭文字であるＹの文字を付して説明し、他の現像装置８Ｍ，８Ｃ，８ＢｋはＹの文字に代えてＭ，Ｃ，Ｂｋの文字が付されることとなる。

図２に示すように現像装置８Ｙは現像器を構成するケーシング１７Ｙを有しており、図３に示すようにケーシング１７Ｙの内部には螺旋状のフィンを有する搬送スクリュ１８Ｙ，１９Ｙと現像ローラ２０Ｙとが回転自在に設けられている。ケーシング１７Ｙの内部にはイエロの現像剤が収納されており、この現像剤は搬送スクリュ１８Ｙの回転により図３の手前側から奥側に向けて搬送され、この一部が現像ローラ２０Ｙの内部に設けられた図示しない磁石によって現像ローラ２０Ｙの表面に吸い上げられて吸着する。現像ローラ２０Ｙの表面に吸着した現像剤はドクタブレード２１Ｙによってその層厚が均一となるようにならされた後、感光体ドラム７Ｙに接することで感光体ドラム７Ｙ上に形成された静電潜像を顕像化する。ケーシング１７Ｙ、各搬送スクリュ１８Ｙ，１９Ｙ、現像ローラ２０Ｙ、ドクタブレード２１Ｙによって現像部２２Ｙが構成される。

現像後の現像剤は、搬送スクリュ１９Ｙの端部に設けられた図示しない孔から循環路２３Ｙを経由して現像剤収納部２４Ｙに搬送される。搬送スクリュ１９Ｙの現像剤搬送方向最下流位置には図示しないトナー濃度検知手段が配設されており、このトナー濃度検知手段からの検知信号に基づいてトナーカートリッジ２５Ｙからトナー補給が行われる。トナーカートリッジ２５Ｙからのトナー補給は、モータ２６Ｙによってトナー補給路２７Ｙ内に設けられた図示しない軸なしスクリュを回転させることにより行われる。トナー補給は現像剤循環経路内において現像剤収納部２４Ｙの直前の位置で行われ、現像剤収納部２４Ｙでは現像後の現像剤と補給されたトナーとが混合され、適切なトナー濃度及び帯電量を有する現像剤が形成される。

現像剤収納部２４内の現像剤は、現像剤収納部２４の下部に配設された排出口を経由してロータリフィーダ２８Ｙ内に運ばれる。ロータリフィーダ２８Ｙ内に運ばれた現像剤は、ロータリフィーダ２８Ｙを構成するステータ４１Ｙ内に設けられたロータ２９Ｙ（共に図４参照）の回転により下方へと排出され、循環路３０Ｙを経由して再びケーシング１７Ｙに供給される。現像剤循環手段としてはエアポンプ３１Ｙが用いられており、現像剤は空気圧によって搬送される。

図４に示すように現像剤収納部２４Ｙは、現像剤が最初に流入する第１の空間３２Ｙ、スクリュ３５Ｙが配置された第２の空間３３Ｙ、スクリュ３６Ｙが配置された第３の空間３４Ｙの３つの空間に分割されている。回収された現像剤と新たに補給されたトナーとは第２の空間３３Ｙ内においてスクリュ３５Ｙの回転により上方へと持ち上げられ、このときに自重で落下しようとする現像剤とスクリュ３５Ｙによって持ち上げられる現像剤とが摺擦することにより、現像剤が分散されると共に帯電される。次に現像剤は開口部３７Ｙを経由して第３の空間３４Ｙ内へと進み、スクリュ３６Ｙの回転により下方へと搬送されてロータリフィーダ２８Ｙ内へと進入する。図中、符号３８Ｙは各スクリュ３５Ｙ，３６Ｙを駆動するモータであり、モータ３８Ｙからの回転駆動力は各ギヤ３９Ｙ，４０Ｙを介して各スクリュ３５Ｙ，３６Ｙに伝達される。

ロータリフィーダ２８Ｙは、図５に示すようにロータ２９Ｙの羽根の先端とステータ４１Ｙの内壁との間に０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のクリアランスを有している。「発明が解決しようとする課題」の欄でも説明したように、ロータ２９Ｙとステータ４１Ｙとの間に隙間があると、エアポンプ３１Ｙから送られる空気の一部がこの隙間を通ってロータリフィーダ２８Ｙ内に流入し、現像剤を搬送するための空気圧が減少してしまう。一方、両者のクリアランス部分には適度に現像剤が入り込むため、クリアランスの大きさを適正化することにより空気の流入を低減することは可能である。

ところが、クリアランスを微小化した場合でも図５に示すように現像剤が下方に排出された後のロータ２９Ｙ内はほぼ空の状態となっているため（図５の左半分）、クリアランス部分に入り込んでいる現像剤あるいはロータ２９Ｙの羽根の先端付近に存在する現像剤は極端に少なくなり、ロータリフィーダ２８Ｙ内への空気の流入を防止する効果は低減してしまう。

そこで本発明では、図６に示すようにロータ２９Ｙ内の現像剤が全て下方へと落下せず図の左半分に残るように構成することにより、クリアランス部分に現像剤を存在させて空気のシール効果が働くように構成している。現像剤がステータ４１Ｙ内の左半分の部分に残るようにするため、具体的にはステータ４１Ｙの下側に設けられた現像剤の排出孔４２Ｙの面積（孔の直径φＣ）をステータ４１Ｙの上側に設けられた流入孔４３Ｙの面積（孔の直径φＤ）よりも小さく構成している（図７（ｃ）参照）。

上述の構成により、ロータリフィーダ２８Ｙ内に流入する現像剤量よりもロータリフィーダ２８Ｙ内から排出される現像剤量が少ないため、図６に示すようにロータ２９Ｙの左側部分に現像剤が残存し、残存した現像剤がロータ２９Ｙとステータ４１Ｙとのクリアランス部分に入り込むことにより空気のシール効果が働き、現像剤を搬送するための空気がロータリフィーダ２８Ｙ内へ流入することが防止されるので、空気圧の低下による現像剤搬送量の低下を防止できると共に無駄なエネルギの消費を低減することができ、さらに現像剤収納部２４Ｙの内圧の上昇を防止して現像剤収納部２４Ｙからの現像剤の排出量の低下及びばらつきを防止することができる。

上述の構成において、図７に示すように、排出孔４２Ｙの面積、すなわちＣ×Ｃ×π／４の値をロータ２９Ｙの相隣る２つの羽根の先端により形成される矩形の面積Ａ×Ｂの値よりも小さくする構成としてもよい。この構成により、ロータ２９Ｙ内に充填された現像剤は排出孔４２Ｙと対応する位置に達しても全て落下せず、ロータ２９Ｙの左側部分に現像剤を残すことが可能となる。ロータ２９Ｙの左側部分に現像剤を残す方法として、ロータ２９Ｙの回転数を速めることにより、排出孔４２Ｙから全ての現像剤が落下する前に排出孔４２Ｙ上から現像剤を有するロータ２９Ｙを通過させる方法を採用してもよい。

上記実施形態において、図８に示すように、ロータ２９Ｙの各羽根の先端に磁石４４Ｙを配置する構成を採用してもよい。この構成により、ロータ２９Ｙ内に残存した現像剤が磁石４４Ｙの磁力によって引き寄せられ、現像剤が羽根の先端部分に滞留し、空気のシール効果を確実に作用させることが可能となる。

上述した各実施形態では、画像形成装置としてタンデム型の電子写真式カラー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はこれに限られず、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらを複合した複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

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を採用した現像装置の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像部の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像剤収納部及びロータリフィーダの概略図である。 従来のロータリフィーダ内での現像剤の挙動を説明する概略図である。 本発明の一実施形態におけるロータリフィーダ内での現像剤の挙動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ロータリフィーダの寸法を説明する概略図である。 本発明の他の実施形態におけるロータリフィーダ内での現像剤の挙動を説明する概略図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
７ 潜像担持体（感光体ドラム）
８ 現像装置
２２ 現像部
２４ 現像剤収納部
２８ ロータリフィーダ
２９ ロータ
４２ 排出孔
４３ 流入孔
４４ 磁石

Claims (5)

1. 潜像担持体上の潜像を現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収納する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の現像剤を定量的に排出するロータリフィーダとを有し、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気圧により前記現像部に搬送する現像装置において、
   前記ロータリフィーダは現像剤が流入する流入孔と現像剤が排出される排出孔と前記流入孔と前記排出孔との間に配置された複数の羽根を有する回転自在なロータとを有し、前記流入孔から前記ロータに進入した現像剤の全てを前記排出孔から排出せずにその一部を前記流入孔側に戻す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、
   前記排出孔の面積は前記流入孔の面積よりも小さく形成されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または２記載の現像装置において、
   前記排出孔の面積は前記ロータが有する複数の羽根のうちの相隣る２つの羽根の先端により形成される矩形の面積よりも小さく形成されてい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、
   前記各羽根はその先端部に磁石を有することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１ないし４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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