JP2011164251A - 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】トナー濃度検知手段が適切なトナー濃度を検知することができる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】ドクターブレード２５を現像ローラ２２の下方に配置し、現像剤を一方向に循環させる現像装置２０であり、撹拌搬送室２７の現像剤搬送方向下流側に現像剤を現像搬送室２６に送り込む送り込み部３３が設けられ、第１搬送スクリュー２８が現像搬送室２６の送り込み部３３から受け渡し部３１まで延在するとともに、現像搬送室２６の送り込み部３３の壁面に現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ４０が設置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、トナーとキャリアからなる現像剤を用いる現像装置と、該現像装置を用いるプロセスカートリッジ及び複写機、プリンタ、ファクシミリ又はそれらの少なくとも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置に関するものである。

上記形式の画像形成装置において、近年、トナーとキャリアからなる２成分現像方式の現像装置を採用するのが主流となっている。この種の現像装置の多くは特許文献２の図１９等に記載されているように、水平に配置した２のスクリューを並べて構成している。この２本のスクリューのうち感光体ドラムに近い方に位置する第１のスクリューは、現像剤担持体（現像スリーブ）に現像剤を供給し、現像部を通過した後の現像剤を回収するために用いられる。又、第２の搬送スクリューは、現像スリーブから回収された現像剤と新しく補給された現像剤とを混合撹拌するために用いられる。

一方、近年、複写機、プリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、省スペースを達成するために装置本体の小型化の要求が大きくなっており、特に、フルカラー方式の画像形成装置においては、現像装置を複数用いるため、モノクロの装置に比べて大型化するが、それを少しでも小型化することが要望されている。

この要望に答えるため、特許文献１には現像剤を撹拌・搬送し、現像容器内を循環させる循環手段である２本の搬送スクリューが上下方向に配置した現像装置が提案されている。この現像装置は、現像剤を収容した現像容器を備え、現像容器の感光体ドラムと対面した開口部に現像剤担持体である現像スリーブを有している。そして、現像容器内の開口部との反対側には隔壁によって区画された現像搬送室と撹拌搬送室が上下に形成されており、これらの現像搬送室と撹拌搬送室内には、循環手段である第１及び第２の搬送スクリューがそれぞれ設置されている。第１の搬送スクリューは現像搬送室内の現像剤を搬送し、又、第２の搬送スクリューはトナー補給口から撹拌搬送室内に第２の搬送スクリューの上流側に供給されるトナーと撹拌搬送室内に既にある現像剤とを撹拌しながら搬送し、現像剤のトナー濃度を均一化する。

以上説明したような縦撹拌型の現像装置は、現像搬送室と撹拌搬送室とが鉛直方向において斜め上下方向に配置されているため、その水平方向の占有スペースが小さくて済み、例えば複数の現像装置を水平方向に並列搭載するタンデム方式等のカラー画像形成装置において装置の小型化に寄与する等の利点が得られる。

かかる縦撹拌型の現像装置における現像剤の流れについて説明すると、トナー消費に伴う補給トナーは撹拌搬送室の一部に設けられたトナー補給口から装置内に補給される。補給されたトナーは撹拌搬送室内に既存の現像剤とともに、第２の搬送スクリューによって撹拌・混合され、現像剤のトナー濃度が均一化される。トナー濃度が均一化された現像剤は、撹拌搬送室の現像剤搬送方向下流の送り込み部から現像搬送室に落下して移動し、第１の搬送スクリューによって搬送されつつ、内部に固定配置された磁気ロールの磁極により現像スリーブの全長に亘って汲み上げられる。汲み上げられた現像剤は現像剤規制部材によって付着量が規制され、最終的に現像スリーブに付着して現像領域に達しなかった現像剤は現像搬送室の現像剤搬送方向下流の受け渡し部から撹拌搬送室に戻される。また、現像スリーブに付着して現像領域に達しったが像担持体に移行せずに残留した現像剤は、剤離れ磁極によって現像スリーブから離れ上部の撹拌搬送室に戻される。

ところで、このように現像剤が循環される現像装置内には現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を設置する必要があり、このトナー濃度検知手段の検知精度が不適切であると、トナー濃度過多による地汚れやトナー飛散等の不具合を発生させるという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題を解消し、トナー濃度検知手段が適切なトナー濃度を検知することができる現像装置、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を目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、静電潜像を担持する像担持体と対向配置され、磁界発生手段を内包する現像剤担持体と、該現像剤担持体の下方に位置し、トナー及びキャリアからなる現像剤を当該現像剤担持体に供給しながらその回転軸線方向に沿って搬送する第１搬送部材を備えた現像搬送室と、前記現像剤担持体の下方に対向するように配設され、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、前記現像搬送室と隔壁で仕切られ、かつ該現像搬送室より上方に配置されているとともに、前記像担持体と対向位置を過ぎた位置で前記現像剤担持体上から離脱した現像剤を回収し、前記現像剤担持体の回転軸線方向に沿って前記第１搬送部材と逆方向に搬送する第２搬送部材を備えた撹拌搬送室とを有し、該撹拌搬送室の現像剤搬送方向下流側で前記現像剤担持体の外側に前記撹拌搬送室の現像剤を前記現像搬送室に送り込む送り込み部が設けられ、前記現像搬送室の現像剤搬送方向下流側で前記現像剤担持体の外側に前記現像搬送室の現像剤を前記撹拌搬送室に受け渡す受け渡し部が設けられている現像装置において、前記第１搬送部材が前記現像搬送室の前記送り込み部から前記受け渡し部まで延在するとともに、該現像搬送室の前記送り込み部の壁面に現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段が設置されていることを特徴とする現像装置を提案する。

なお、本発明は、前記第１搬送部材の回転方向が前記現像剤担持体の回転方向と同一であり、前記トナー濃度検知手段の設置位置が前記現像搬送室の壁面における重力方向最下位置よりも前記第１搬送部材の回転方向の下流側へずれた位置であると有利である。

さらに、本発明は、前記現像搬送室は前記撹拌搬送室の斜め下方に位置し、前記送り込み部の現像剤が通る送り込む口には上側傾斜壁面に前記第１搬送部材と前記第２搬送部材の軸線を結ぶ直線に達する高さの凸形状が形成されていると有利である。

また、上記課題を解決するため、本発明は、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、請求項１ないし３の何れか１つに記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されていることを特徴とするプロセスカートリッジを提案する。

さらにまた、上記課題を解決するため、本発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置を提案する。

本発明は、撹拌搬送室の送り込み部の反対端側には受け渡し部よりも現像剤搬送方向上流側にトナー補給部が設けられ、受け渡し部には現像搬送室と撹拌搬送室との間の下壁に凸形状が形成されており、トナー濃度検知手段が現像搬送室側の受け渡し部もしくはその近傍に設置されているので、補給トナーによる濃度変動がなく、かつ、検知領域の剤も安定しており、現像剤中のトナー濃度を適切にコントロールすることができ、良好な画像を安定して提供することができる。

本発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 作像部を示す構成図である。 現像装置を示す断面図である。 現像装置内の現像剤の流れを示す説明図である。 本発明の一実施形態を示す現像装置の送り込み部の断面説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、電子写真方式の画像形成装置の一例を示す垂直断面図であり、ここに示した画像形成装置は、装置本体１内に配置されたドラム状の感光体より成る第１ないし第４の像担持体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、同じく装置本体１内に配置された無端状の中間転写ベルト３として構成された中間転写体を有している。中間転写ベルト３は支持ローラ４，５，６，７に巻き掛けられて矢印Ａ方向に回転駆動される。

上記中間転写ベルト３は、各像担持体２Ｙないし２Ｋの上方に位置し、該中間転写ベルト３の下側の走行辺が各像担持体２Ｙないし２Ｋの周面に当接していて、各像担持体の表面にそれぞれ形成された互いに異なる色のトナー像が重ねて転写され得る転写材の一例を構成するものである。

第１ないし第４の各像担持体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト３に転写する構成は、そのトナー像の色が異なるだけで、実質的に全て同一であるため、第１の像担持体２Ｙにトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト３に転写する構成だけを説明する。なお、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの添え字はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色を示しており、これら添え字は必要に応じて割愛する。

図２は、添え字「Ｙ」を割愛して示しているが、イエローに対応した像担持体２と、その像担持体２の表面にトナー像を形成するための各作像装置を示す拡大図である。像担持体２は図２における時計方向に回転駆動され、このとき帯電電圧を印加された帯電ローラ８より成る帯電装置によって像担持体２が所定の極性に帯電される。帯電後の像担持体２には、図示していない光書き込み装置から出射する光変調されたレーザビームＬが照射され、これによって像担持体２上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、後に詳述する現像装置２０によってイエロートナー像として可視像化される。

中間転写ベルト３を挟んで、像担持体２と反対側に一次転写ローラ９が配置され、この一次転写ローラ９に転写電圧が印加されることにより、像担持体２上のトナー像が、矢印Ａ方向に回転する中間転写ベルト３上に一次転写される。トナー像転写後の像担持体２上に付着する転写残トナーはクリーニング装置１０によって除去される。また、像担持体２上に残留する電荷は図示していない除電装置に除去され次の作像に備える。

上述したところと全く同様にして、図１に示した第２ないし第４の像担持体２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上にシアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像がイエロートナー像の転写された中間転写ベルト３上に順次重ねて一次転写され、中間転写ベルト３上に合成トナー像が形成される。トナー像転写後の各像担持体２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上の転写残トナーがクリーニング装置１０により除去されることも第１の像担持体２Ｙの場合と変わりはない。

一方、図１に示すように、装置本体１内の下部には、例えば転写紙より成る記録媒体Ｐを収容した給紙カセット１１と、給紙ローラ１２を有する給紙装置１３が配置され、給紙ローラ１２の回転によって最上位の記録媒体Ｐが矢印Ｂ方向に送り出される。送り出された記録媒体は、レジストローラ対１３によって、所定のタイミングで支持ローラ６に巻き掛けられた中間転写ベルト３の部分と、これに対置された二次転写ローラ１４との間に給送される。このとき、２次転写ローラ１４には所定の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト３上の合成トナー像が記録媒体Ｐに二次転写される。

合成トナー像を二次転写された記録媒体Ｐはさらに上方に搬送されて定着装置１５を通り、このとき記録媒体Ｐ上のトナー像が熱と圧力の作用により定着される。定着装置１５を通過した記録媒体Ｐは、排紙ローラ対１６によって、装置本体１の上部の排紙部１７に排出される。また、トナー像転写後の中間転写ベルト３上に付着する転写残トナーはクリーニング装置１８によって除去される。なお、図２に示した作像装置はプロセスカートリッジとして構成され、機器に搭載することもできる。

現像装置２０は、図３に示すように、ポリエステル樹脂を主成分とするトナー（５．８μｍ）と磁性微粒子であるキャリア（３５μｍ）を７ｗｔ％に均一混合した現像剤が一定量（２２５ｇ）充填された現像ケース２１と、この現像ケース２１に回転自在に支持され、かつ該現像ケース２１に形成された開口を通して像担持体２に近接して対向配置された現像剤担持体としての現像ローラ２２とを有し、該現像ローラ２２は図２の反時計方向に回転する現像スリーブ２３と、該スリーブ内に固定されＰ１極〜Ｐ５極の５つの磁極が形成された磁気ロール２４とを備えている。なお、トナーは形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にある重合トナーを用いることが好ましい。

図３には、５つの磁極Ｐ１極〜Ｐ５極の磁力がピークになる位置を示している。現像ローラ２２の下部側には、現像ケース２１に支持された現像剤規制部材としてのドクターブレード２５が近接配置され、該ドクターブレード２５によって現像ローラ２２上の現像剤量が規制される。現像装置２０には、現像ローラ２２に対向して、その斜め下方の現像搬送室２６と、ほぼ水平で現像搬送室２６より上方の撹拌搬送室２７とが設けられている。現像搬送室２６内には現像剤搬送部材としての第１搬送スクリュ２８が、撹拌搬送室２７内には現像剤搬送部材としての第２搬送スクリュ２９がそれぞれ配置されている。第１及び第２搬送スクリュ２８，２９は、その軸線が現像ローラ２２の軸線と平行で、かつ、第１搬送スクリュ２８は軸線方向において現像ローラ２２の全長に亘って隣接しており、第１搬送スクリュ２８の軸線方向の長さは後述する送り込み部から受け渡し部まで達する長さに設定されている。同じく、軸線方向において現像ローラ２２の全長に亘って隣接する第２搬送スクリュ２９も第１搬送スクリュ２８と同じ長さでもよいが、本実施形態は第２搬送スクリュ２９の長さがトナー補給口３０を外側に備える分、第１搬送スクリュ２８より長く設定されている。そして、第１及び第２搬送スクリュ２８，２９は６００〜８００ｒｐｍで回転させることによって現像剤を撹拌しつつ搬送し、トナーとキャリアの均一混合と帯電付与を行っている。また、第１搬送スクリュ２８の回転方向は現像スリーブ２３の回転方向と同一で、図３における反時計方向であるのに対し、第２搬送スクリュ２９はその逆の時計方向に回転される。

図４は、本発明に係る現像装置内での現像剤の流れを示す展開説明図である。
図４において、現像装置２０内にはトナー濃度センサ４０（図５に示す）が設けられ、該センサがトナー濃度不足を検知すると、撹拌搬送室２７の現像剤搬送方向上流側（図の左端）に設けられたトナー補給部としてのトナー補給口３０からトナー消費量に応じたトナーが補給される。撹拌搬送室２７には、このトナー補給口３０に続いて現像搬送室２６と撹拌搬送室２７とが通ずる受け渡し部３１が設けられ、この受け渡し部３１において現像搬送室２６内でドクターブレード２５に掻き落とされた現像剤等が送り込まれる。そして、受け渡し部３１を過ぎた撹拌搬送室２７には現像ローラ２２に担持されて現像領域に達したが現像に供されなかった現像剤が現像ケース２１に形成された回収ガイド３２を介して戻され、この戻し現像剤は現像ローラ２２のほぼ全長に亘り、そしてこれらの現像剤が第２搬送スクリュ２９の回転によって図の右方へ搬送される。

第２搬送スクリュ２９によって撹拌されつつ搬送されることで、トナー濃度が均一となった撹拌搬送室２７の現像剤はその搬送方向下流側に設けられた送り込み部３３から現像搬送室２６に送り込まれる。この送り込み部３３では撹拌搬送室２７が現像搬送室２６より上方にあるので、現像剤送り込みは自重落下によって行われる。なお、受け渡し部３１及び送り込み部３３の位置は現像ローラ２２の左端と右端をそれぞれ越えた位置に設けられている。

このように現像装置２０は、第１搬送スクリュ２８にて撹拌搬送を行いつつ現像ローラ２２に現像剤供給を行い、第２搬送スクリュ２９によってすべて回収する方式を取っているため、図４に示すように、現像搬送室２６及び撹拌搬送室２７内の現像剤の堆積状態が斜めになる（供給スクリュ中の現像剤量が下流方向に従って減少する）。第１搬送スクリュ２８の径、ピッチと回転数から求まる現像剤搬送量能力をＷｍとし、現像ローラ２２上の現像剤搬送量をＷｓとすると、両者の関係がＷｍ＞Ｗｓとなる場合に現像剤が一様に現像ローラ２２上に搬送されるようになる。この条件が成立しないと第１搬送スクリュ２８の下流側において現像剤が不足してしまい現像ローラ２２への現像剤の供給が不可能となってしまう。

このようにして現像剤が搬送される現像装置２０は、現像剤中のトナー濃度を検知してトナー消費で濃度が低下したことを検知すると新しいトナーをトナー補給口３０から補給する。このために用いるトナー濃度センサ４０は、トナー濃度が均一で、かつ、現像剤が安定して検知領域に密集している箇所に設置するのが最適である。

そこで、本発明ではトナー濃度センサ４０を撹拌搬送室２７の現像剤を現像搬送室２６に送り込む送り込み部３３に設置している。この送り込み部３３は図４に示すように、撹拌搬送室２７の現像剤搬送方向最下流部に設けられているので、撹拌搬送室２７で搬送されてくる現像剤が十分に撹拌されるためトナー濃度が安定し、しかも搬送の切り替え位置なので現像剤が途切れるも殆ど生ずることがなく、トナー濃度センサ４０の設置箇所としての好条件を備えている。なお、ここで言う現像搬送室２６のトナー濃度センサ４０の設置箇所とする送り込み部は図４において現像搬送室２６の右端から現像ローラ２２の右端までの間こと言い、かかる位置ならば良好な検知精度が得られる。

そして、本実施形態では図５に示すように、トナー濃度センサ４０が現像搬送室２６の壁面における重力方向最下位置よりも第１搬送スクリュー２８の回転方向の下流側へずれた位置に設置されている。この設置位置は、第２搬送スクリュ２９と逆側の現像搬送室２６の壁面中、第１搬送スクリュー２８が図５に示す時計方向に回転したとき、現像剤が最も溜まり易い位置になっている。したがって、この位置は第２搬送スクリュ２９によって撹拌搬送されて濃度が均一になった現像剤の嵩変動がしにくい位置であり、ここに設置したトナー濃度センサ４０は好精度の検知結果が継続して得られる。よって、センサの検知誤差等による地汚れ、トナー飛散等の不具合の発生を防止することができる。

また、図５に示すように、送り込み部３３の送り込み開口３４は斜め下方に形成されており、このとき上部側壁面に第２搬送スクリュー２９と第１搬送スクリュー２８の軸中心を結ぶ直線に達する程度の凸形状３５を形成している。この凸形状３５は送り込み開口３４を狭くし過ぎて現像剤の受け渡しを阻害しない程度に開口を絞ることでトナー濃度検知センサ４０を設置している部分の現像剤を密な状態にできるため、現像剤の嵩変動によるトナー濃度誤検知を確実に抑制することができる。

上記したように、本発明は現像装置中のトナー濃度を適切に検知することで、トナー濃度過多での地汚れやトナー飛散等の発生が無ない、安定した画像形成装置を提供することができるものである。

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２ 像担持体
２０ 現像装置
２２ 現像ローラ（現像剤担持体）、
２５ ドクターブレード（現像剤規制部材）
２６ 現像搬送室
２７ 撹拌搬送室
２８ 第１搬送スクリュ（第１搬送部材）
２９ 第２搬送スクリュ（第２搬送部材）
３１ 受け渡し部、
３３ 送り込み部
３５ 凸形状
４０ トナー濃度センサ

特開平１１−１７４８１０号公報 特開２００８−２６４０８号公報

Claims (5)

1. 静電潜像を担持する像担持体と対向配置され、磁界発生手段を内包する現像剤担持体と、
   該現像剤担持体の下方に位置し、トナー及びキャリアからなる現像剤を当該現像剤担持体に供給しながらその回転軸線方向に沿って搬送する第１搬送部材を備えた現像搬送室と、
   前記現像剤担持体の下方に対向するように配設され、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、
   前記現像搬送室と隔壁で仕切られ、かつ該現像搬送室より上方に配置されているとともに、前記像担持体と対向位置を過ぎた位置で前記現像剤担持体上から離脱した現像剤を回収し、前記現像剤担持体の回転軸線方向に沿って前記第１搬送部材と逆方向に搬送する第２搬送部材を備えた撹拌搬送室とを有し、
   該撹拌搬送室の現像剤搬送方向下流側で前記現像剤担持体の外側に前記撹拌搬送室の現像剤を前記現像搬送室に送り込む送り込み部が設けられ、
   前記現像搬送室の現像剤搬送方向下流側で前記現像剤担持体の外側に前記現像搬送室の現像剤を前記撹拌搬送室に受け渡す受け渡し部が設けられている現像装置において、
   前記第１搬送部材が前記現像搬送室の前記送り込み部から前記受け渡し部まで延在するとともに、該現像搬送室の前記送り込み部の壁面に現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段が設置されていることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、前記第１搬送部材の回転方向が前記現像剤担持体の回転方向と同一であり、前記トナー濃度検知手段の設置位置が前記現像搬送室の壁面における重力方向最下位置よりも前記第１搬送部材の回転方向の下流側へずれた位置であることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または２に記載の現像装置において、前記現像搬送室は前記撹拌搬送室の斜め下方に位置し、前記送り込み部の現像剤が通る送り込む口には上側傾斜壁面に前記第１搬送部材と前記第２搬送部材の軸線を結ぶ直線に達する高さの凸形状が形成されていることを特徴とする現像装置。
4. 画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、
   請求項１ないし３の何れか１つに記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
5. 請求項１ないし３の何れか１つに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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