JP2011099932A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤収用室内の現像剤の嵩が変動した場合でも、現像剤供給部での現像剤面の変動を抑制し、現像ローラへの現像剤供給量を安定させる現像装置を提供する。
【解決手段】現像剤収容室４０２、４０３と、該収容室に配置された撹拌スクリュ４０４、供給スクリュ４０５と、供給スクリュの回転方向の前方かつ供給スクリュの上部近傍に位置して、供給スクリュと外側のハウジング部４０６との間に形成された現像剤供給部４３０と、現像剤供給部４３０に対向して設けられ内部の固定磁石４１０により現像剤を吸着可能な現像ローラ４０８とを備え、現像剤供給部４３０から現像ローラ４０８に現像剤を供給する。ハウジング部４０６と供給スクリュ４０５との間に仕切部材４２０が設けられ、現像剤供給部４３０が仕切部材４２０とハウジング部４０６との間に形成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に使用される現像装置であって、特に２成分現像方式で現像を行う現像装置に関する。

画像形成装置の現像装置として一般に多く用いられている２成分現像方式では、トナーを収容する現像装置の本体の端部等にトナー補給部が設けられ、そのトナーを現像剤収容室の全体に送る為に、現像剤収容室内で現像剤を循環させる構成となっている。循環させる部材としては、スクリュを用いる方法が多い。

このような２成分現像方式の現像装置の一例を図５に示す。

図５において、４は現像装置であり、該現像装置４は隔壁４０１を挟んで現像装置４の幅方向（紙面左右方向）に並設された断面Ｕ字状の第１現像剤収容室４０２及び第２現像剤収容室４０３を有している。第１現像剤収容室４０２には、現像装置４の長さ方向（図５の紙面厚さ方向）を軸とする撹拌スクリュ４０４が配置され、該撹拌スクリュ４０４は図示しない駆動装置により矢印Ａで示す方向に回転駆動されるものとなされている。

他方の第２現像剤収容室４０３には、現像装置４の長さ方向（図５の紙面厚さ方向）を軸とする供給スクリュ４０５が配置され、該供給スクリュは図示しない駆動装置により矢印Ｂで示す方向に回転駆動されるものとなされている。

そして、図示しないトナー補給部から第１現像剤収容室４０２に補給された非磁性トナーは、該現像剤収容室４０２で磁性キャリアとともに撹拌されたのち、２成分現像剤として隔壁４０１の長さ方向の一端部に設けられた連通部（図示せず）を介して第２現像剤収容室４０３に搬送されるものとなされている。なお、図５に示す水平線Ｃは現像剤の剤面高さを示している。

前記第２現像剤収容室４０３の前記第１現像剤収容室４０２とは反対側の端部において、供給スクリュ４０５と該スクリュの外側に配置され現像剤収容室４０２、４０３を形成しているハウジング部４０６との間には、断面円弧状の現像剤搬送通路４０７が形成されると共に、現像剤搬送通路４０７の幅は、上方に到るに従って広くなっており、この部分が、供給スクリュ４０５の回転によって前記現像剤搬送通路４０７に添って搬送された現像剤を蓄えて現像ローラ４０８に供給する現像剤供給部４０９となされている。

前記第２現像剤収容室４０３の現像剤供給部４０９の上方には、前述した現像ローラ４０８がその半周面を現像装置４の第２現像剤収用室４０３に、他の半周面を現像装置４の外方に臨ませた状態で、現像ローラ４０８の軸方向を紙面厚さ方向の向きにして配置され、図示しない駆動装置により矢印Ｄ方向に回転駆動されるものとなされている。

現像ローラ４０８の内部の周面に近い位置には、磁界発生手段である複数の固定磁石４１０が内包されており、この磁石４１０により、前記現像剤供給部４０９に搬送された現像剤が、重力に逆らって現像ローラ４０８に汲み上げられ、現像ローラ４０８の周面に吸着されるものとなされている。

現像装置４の動作時には、前記現像剤供給部４０９から現像ローラ４０８に供給された現像剤は、現像ローラ４０８の回転方向の下流側に位置する規制部材（ドクターブレード）４１１によって、適正な量となるように層状に規制され、その後、現像ローラ４０８の回転に伴って現像装置４の外側に運ばれ、現像ローラ４０８に対向配置された像担持体（感光体）の潜像を現像する。

ところで、感光体上の潜像を安定して現像する為には、現像ローラ４０８表面の現像剤量が安定している必要がある。

しかしながら、現像剤収用室４０２、４０３の現像剤の嵩（体積）は、現像剤のトナー濃度変化や、耐久に伴うキャリアの減少（感光体への付着による消費）によって変化する為に、現像剤供給部４０９での現像剤面の高さＣも変化することとなり、その結果として、現像ローラ４０８ヘの現像剤供給量も変動する。この供給量変動が、スクリューピッチのムラとして画像に表れるという問題が生じる。

このような問題に対して、従来では、現像剤面の高さを確保するために現像剤を現像剤収用室４０２、４０３に予め多く入れておく方法が取られてきた。また近年では、スクリュ形状やハウジング形状を変更して空間体積を減少させて現像剤面を効率よく高める方法が提案されている（例えば特許文献１及び２）。

特開２００７−２９２９３１号公報 特開２００６−１７８４０５号公報

しかしながら、現像剤を必要以上に入れておくことは近年のコスト低減やスペース減少の流れから困難になってきている。また、空間体積を減少させる方法もある程度の効果は認められるが、減少させる空間体積も限られており、結局は現像剤面を一定以上高くする必要があるため、効果は限定される。また、前述の特許文献１では、効果を高めるために空間体積を減少させる際に、現像ローラとハウジングの間隔を狭めることで均す効果を加えているが、構成がかなり限定される。またドクターブレードで規制される現像剤の量が多くなり、ドクターブレードでストレスが発生するといった不具合も想定される。

本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであり、現像剤収用室内の現像剤の嵩が変動した場合でも、現像剤供給部での現像剤面の変動を抑制することによって、現像ローラへの現像剤供給量を安定させる現像装置の提供を目的としている。

上記課題は以下の手段によって解決される。
（１）現像剤を収容する現像剤収容室と、該現像剤収容室に配置された撹拌スクリュ及び供給スクリュと、前記供給スクリュの回転方向の前方かつ供給スクリュの上部近傍に位置して、供給スクリュと該供給スクリュの外側のハウジング部との間に形成された現像剤供給部と、前記現像剤供給部に対向して設けられ内部の固定磁石により現像剤を吸着可能な現像ローラとを備え、前記現像剤収容室に収容された現像剤を前記撹拌スクリュによって撹拌し、前記供給スクリュによって前記現像剤供給部へ搬送するとともに、現像剤供給部から前記現像ローラに現像剤を供給する２成分現像装置において、前記ハウジング部と供給スクリュとの間に仕切部材を設けることにより、前記現像剤供給部が前記仕切部材と前記ハウジング部との間に形成されていることを特徴とする現像装置。
（２）前記現像ローラの周面に近接して配置され、現像ローラに吸着された現像剤の量を規制するブレードを備え、単位時間に前記供給スクリュの回転によって前記現像剤供給部へ搬送される現像剤量が、前記現像ローラに吸着され単位時間に現像ローラと前記ブレードの間を通過する現像剤量よりも大きく設定されている前項１に記載の現像装置。
（３）前記現像剤供給部は、前記供給スクリュによって搬送される現像剤の入側の開口部の幅よりも、現像ローラへ供給される出側の開口部の幅が広く設定されている前項１または２に記載の現像装置。
（４）前記仕切部材の上端は供給スクリュが配置された現像剤収容室における現像剤の剤面より高く、かつ現像剤供給部の過剰な現像剤が前記仕切部材をオーバーフローして、前記供給スクリュ側に落下可能に構成されている前項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
（５）前記撹拌スクリュの搬送速度が前記供給スクリュの搬送速度よりも大きく設定されている前項１〜４のいずれかに記載の現像装置。

前項（１）に記載の発明によれば、前記ハウジング部と供給スクリュとの間に仕切部材を設けることにより、前記現像剤供給部を前記仕切部材と前記ハウジング部との間に形成したから、現像剤供給部に供給される現像剤の密度が高くなるとともに、現像剤収用室に収容された現像剤の剤面と現像剤供給部に送られた現像剤の剤面とが仕切部材で仕切られる結果、現像剤収用室の現像剤の嵩（体積）が変動した場合であっても、その影響が現像剤供給部の現像剤面に及ぶのを防止できる。つまり、供給スクリュの回転による現像剤の剤面変動の伝播を仕切部材で遮断し減衰させることができ、現像剤供給部での現像剤面の高さ変動を抑制でき、現像ローラへの安定した現像剤の供給を行うことができる。これにより、スクリュむら等に起因する画像欠陥を抑制して画質安定性の向上に繋げることができるとともに、現像ローラへの現像剤の供給量の設計狙い値を低く設定することが可能となり、現像ローラの周面に吸着された現像剤の量を規制するブレードに対するストレスを低減することも可能となる。

前項（２）に記載の発明によれば、単位時間に前記供給スクリュの回転によって前記現像剤供給部へ搬送される現像剤量が、前記現像ローラに吸着され単位時間に現像ローラと前記ブレードの間を通過する現像剤量よりも大きく設定されているから、現像に使用される現像剤よりも大きな量の現像剤を現像剤供給部へ搬送充填することができ、現像ローラーへの現像剤の安定した供給を実現することができる。

前項（３）に記載の発明によれば、現像剤供給部は、前記供給スクリュによって搬送される現像剤の入側の開口部の幅よりも、現像ローラへ供給される出側の開口部の幅が広く設定されているから、供給スクリュの回転によって供給スクリュ下部に存在する密度の高い現像剤が現像剤供給部へと搬送されてきたときに、現像剤供給部にスムーズに受け入れて順次幅広の上方部へと送ることができ、十分な量の現像剤を安定して蓄えることができる。

前項（４）に記載の発明によれば、仕切部材の上端は供給スクリュが配置された現像剤収容室における現像剤の剤面より高く、かつ現像剤供給部の過剰な現像剤が前記仕切部材をオーバーフローして、前記供給スクリュ側に落下可能に構成されているから、現像剤収容室の現像剤が、仕切部材を乗り越えて現像剤供給部に逆流するのを防止できると共に、現像剤供給部において常に安定した現像剤面の高さを確保することができる。

前項（５）に記載の発明によれば、撹拌スクリュの搬送速度が供給スクリュの搬送速度よりも大きく設定されているから、供給スクリュ側に現像剤を多く存在させることができ、現像ローラへの現像剤の安定供給に資することができる。

本発明の一実施形態に係る現像装置が用いられた画像形成装置の概略構成図である。 図１の画像形成装置に用いられた現像装置の断面図である。 現像材供給部の近傍の拡大図である。 実施例における試験結果を示すグラフである。 従来の現像装置の断面図である。

次に、この発明の一実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る現像装置が用いられた画像形成装置を示す構成図である。

図１において、１は感光体であり、この感光体１の周囲には、帯電器２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、剥離爪６、クリーナ７等が配設されている。

前記感光体１の表面の所定域は、帯電器２により一様に帯電され、その帯電域に対して露光装置３から原稿画像に応じた画像露光が施されることにより、該感光体１上に静電潜像が形成される。

この感光体１に形成された静電潜像は、現像装置４において、現像バイアスが印加された現像ローラ４０８で現像されることにより、可視トナー像とされる。現像装置４の詳細については後述する。

一方、記録紙等の記録媒体Ｓを収容したカセット１０から給紙ローラ１０１により記録媒体Ｓが１枚ずつ引き出され、タイミングローラ１１へ供給される。

前記タイミングローラ１１は、前記感光体１上のトナー像と同期をとって前記記録媒体Ｓを感光体１に圧接させるように、転写電圧が印加された転写ローラ５との間に送り込むようになっている。このように、感光体１と転写ローラ５との相互ニップ部に記録媒体Ｓが通されることにより、該記録媒体Ｓに感光体１の表面のトナー像が転写される。

なお、転写後、感光体１上に残留する転写残トナー等は、クリーナ７により除去清掃され、残留電荷はイレーサ８により消去されて、次の画像形成に備えられる。

そして、未定着トナー画像が付着された記録媒体Ｓが定着装置９に搬送されると、該定着装置９における加熱加圧下において、転写トナー像が記録媒体Ｓ上に定着される。

図２は、前記現像装置４の断面図であり、図５の従来例に相当する図である。なお、図２の現像装置の構成は、現像剤を現像ローラに供給する現像剤供給部４３０の構成が、図５の現像装置の現像剤供給部４０９の構成と相違し、かつ図５における第１及び第２現像剤収用室４０２、４０３の上方スペースが閉塞されている点以外の構成は同じであるので、同一の構成部分については図５と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５で説明したように、第１現像剤収用室４０２及び第２現像剤収容室４０３には、非磁性トナー及び磁性キャリアからなる２成分現像剤が収容されている。その混合比はこの実施形態では、重量比でおおよそ1：9程度に設定されているが、この混合比はトナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成等で適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければいけないものではない。

現像ローラ４０８の固定磁石４１０により、２成分現像剤が回転する現像ローラ４０８の周面に順次吸着されて、感光ドラム１と対向する現像領域に搬送され、該現像領域において感光ドラム１に供給され、感光ドラム１上の静電潜像はトナー像として現像される。

静電潜像を現像した後の現像ローラ４０８上の２成分現像剤は、現像ローラ４０８の回転に従ってさらに搬送され、現像剤収容室に回収される。

ちなみに本実施例では、撹拌スクリュ４０４及び供給スクリュ４０５のスクリュ外径φ１４ｍｍ、スクリュ軸径φ６ｍｍ、現像ローラ径φ１６ｍｍに設定されている。

この実施形態では、供給スクリュ４０５の外側のハウジング部４０６と前記供給スクリュ４０５との間に、仕切部材４２０が設けられており、この仕切部材４２０と前記ハウジング部４０６との間に現像剤供給部４３０が形成されている。

図２に現像剤供給部４３０の周辺の拡大図を示す。仕切部材４２０は供給スクリュ４０５とハウジング部４０６との間において、供給スクリュ４０５の軸方向（図２及び図３の紙面厚さ方向）に伸びた非磁性の板材からなる。ここでは仕切部材４２０として厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４材を用いているが、非磁性で強度を確保できる材質であれば、他の材料であっても良い。また、形状も本実施形態では板状であるが、強度アップのために曲げ板にしたり、供給スクリュ４０５の形状に沿わせてＲ（曲率）をつけたりしても良い。この仕切部材４２０は長さ方向の両端において、ハウジング部４０６にネジ止め固定されている。

この仕切部材４２０とハウジング部４０６との間に形成された前記現像剤供給部４３０は、仕切部材４２０の下端４２０ａとハウジング部４０６との間に形成された下側開口部４２１と、仕切部材４２０の上端４２０ｂとハウジング部４０６との間に形成された上側開口部４２２を備えている。

前記下側開口部４２１は、供給スクリュ４０５と該供給スクリュ４０５の外側に配置され第２現像剤収容室４０３を形成しているハウジング部４０６との間に形成された現像剤搬送通路４０７と連通しており、供給スクリュ４０５の回転によって前記現像剤搬送通路４０７に添って汲み上げられた現像剤を蓄えるものとなされている。この現像剤供給部４３０は、仕切部材４２０を隔てた現像剤収用室４０３内の現像剤面が変動しても、現像剤供給部４３０の現像剤面には変動が及ばないようにするためのバッファとしての役割を果たす。

また、現像剤供給部４３０の幅、換言すれば仕切部材４２０とハウジング部４０６との距離は、現像剤入り側の下側開口部４２１から現像ローラ４０８へ供給される出側の上側開口部４２２へと到るに従って、連続的に広くなるように設定されている。このような構成とすることで、供給スクリュ４０５の下部に存在する密度の高い現像剤が、供給スクリュ４０５の回転によって供給スクリュ４０５の径方向外側へ押し出され、かつ現像剤搬送通路４０７に添って接線方向に矢印Ｅで示すように現像剤供給部４３０へと搬送されてきたときに、現像剤供給部４３０にスムーズに受け入れて順次幅広の上方部へと送ることができ、十分な量の現像剤を現像剤供給部４３０に安定して蓄えることができる。

下側開口部４２１の幅Ｗが小さすぎると現像剤供給部４３０への現像剤の充填量の低下と供給スクリュ４０５のトルク上昇につながるため、本実施形態では、下側開口部４２１の幅Ｗとして３ｍｍ程度を確保しており、これにより、単位時間に前記供給スクリュ４０５の回転によって現像剤供給部４３０へ搬送される現像剤量が、現像ローラ４０８に吸着され単位時間に現像ローラ４０８と前記ドクターブレード４１１の間を通過する現像剤量（現像剤の使用量）よりも大きく設定され、多量の現像剤が現像ローラ４０８に吸着されることによるドクターブレード４１１への大きなストレスを防止しつつ、必要な現像剤量を確保している。

また、前記仕切部材４２０の上端は、供給スクリュ４０５が配置された第２現像剤収容室４０３における現像剤の剤面Ｃより高く設定されており、第２現像剤収容室４０３の現像剤が、仕切部材４２０を乗り越えて現像剤供給部４３０に逆流することがないようになっている。また、仕切部材４２０と現像ローラ４０８の間に一定の間隔を確保することで、現像剤供給部４３０に過剰な現像剤が充填された場合に、現像剤が前記仕切部材４２０をオーバーフローして第２現像剤収容室４０３に落下可能に構成され、これにより現像剤供給部４３０において常に安定した剤面高さを確保している。

前記仕切部材４２０と供給スクリュ４０５との間には、磨耗を避けるために非接触で一定以上のクリアランス（本実施例では１．５ｍｍ）が形成されている。また、仕切部材４２０によって現像剤供給部４３０と供給スクリュ４０５の間が遮断されているから、現像剤供給部４３０の近傍の供給スクリュ４０５の回転により第２現像剤収容部４０３の剤面高さが変動しても、この変動が現像剤供給部４３０の剤面に波及するのが防止される。

現像後の現像ローラ４０８の周面の現像剤は、同極磁界と重力により剥離され、直下の供給スクリュ４０５上（第２現像剤収用室４０３）に回収される。前述したように、供給スクリュ４０５の現像剤面は現像剤供給部４３０の剤面よりも低いため、現像剤供給部４３０に剥離した現像剤が逆流することはない。

なお、供給スクリュ４０５の現像剤面を現像剤供給部４３０の剤面よりも確実に低くするため、この実施形態では、第１現像剤収用室４０２に収容できる現像剤の量が少なくなるように設定されている。つまり、図５の従来例における第１現像剤収用室４０２の上部空間４４０及び第２現像剤収用室４０３の一部上部空間４４１が、本実施形態では閉塞されて、現像剤収用室４０２、４０３内の現像剤の収容量を強制的に減少させている。

また、この実施形態では、供給スクリュ４０５よりも撹拌スクリュ４０４の回転数を高く設定して循環バランスを崩すことで、供給スクリュ４０５側の第２現像剤収用室４０３に現像剤が多く存在するように設定され、これにより現像ローラ４０８への現像剤のさらなる安定供給を図っている。

ちなみに、本実施形態に係る現像装置４の効果を確認するために、図５の従来の現像装置と図２及び図３の本発明実施形態に係る現像装置とで、現像剤面の安定性評価試験を行った。試験では、それぞれ現像ローラ４０８を取り外した状態で現像剤を投入し、現像剤面の高さを測定した。現像剤量を変化させて、その際の現像剤面高さを測定した。測定には２次元レーザ変位センサ（キーエンス製ＬＪ−Ｇ０１５Ｋ）を使用した。結果を図４に示す。

従来構成では、現像剤面高さ（嵩）変化に伴い、現像剤面が大きく変動しているが、本発明の実施形態では、剤面高さゼロの少ない現像剤量であっても変動が抑制されていることが分かる。

４ 現像装置
４０２ 第１現像剤収容室
４０３ 第２現像剤収容室
４０４ 撹拌スクリュ
４０５ 供給スクリュ
４０６ ハウジング部
４０８ 現像ローラ
４１０ 固定磁石
４１１ 規制部材（ドクターブレード）
４２０ 仕切部材
４２１ 下側開口部
４２２ 上側開口部
４３０ 現像剤供給部

Claims (5)

1. 現像剤を収容する現像剤収容室と、該現像剤収容室に配置された撹拌スクリュ及び供給スクリュと、前記供給スクリュの回転方向の前方かつ供給スクリュの上部近傍に位置して、供給スクリュと該供給スクリュの外側のハウジング部との間に形成された現像剤供給部と、前記現像剤供給部に対向して設けられ内部の固定磁石により現像剤を吸着可能な現像ローラとを備え、前記現像剤収容室に収容された現像剤を前記撹拌スクリュによって撹拌し、前記供給スクリュによって前記現像剤供給部へ搬送するとともに、現像剤供給部から前記現像ローラに現像剤を供給する２成分現像装置において、
   前記ハウジング部と供給スクリュとの間に仕切部材を設けることにより、前記現像剤供給部が前記仕切部材と前記ハウジング部との間に形成されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像ローラの周面に近接して配置され、現像ローラに吸着された現像剤の量を規制するブレードを備え、
   単位時間に前記供給スクリュの回転によって前記現像剤供給部へ搬送される現像剤量が、前記現像ローラに吸着され単位時間に現像ローラと前記ブレードの間を通過する現像剤量よりも大きく設定されている請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤供給部は、前記供給スクリュによって搬送される現像剤の入側の開口部の幅よりも、現像ローラへ供給される出側の開口部の幅が広く設定されている請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記仕切部材の上端は供給スクリュが配置された現像剤収容室における現像剤の剤面より高く、かつ現像剤供給部の過剰な現像剤が前記仕切部材をオーバーフローして、前記供給スクリュ側に落下可能に構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記撹拌スクリュの搬送速度が前記供給スクリュの搬送速度よりも大きく設定されている請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置。

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