JP2014098939A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】現像剤収納部から現像部に適切なトナー濃度と帯電量を持った現像剤を現像に必要な量だけ連続的に安定供給することができる現像装置を提供する。
【解決手段】現像部と、現像剤収納部40と、現像剤収納部の下方に設けられ現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダ50と、ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して現像部に移送する現像剤循環手段を備えた現像装置において、ロータリフィーダ50は、ステータ55と、ステータの上部側に設けられ現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔56と、ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔57と、ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータ51を備え、ロータリフィーダの流入孔と排出孔の少なくとも一方は、ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対してずらした位置に設ける構成とした。
【選択図】図3
【解決手段】現像部と、現像剤収納部40と、現像剤収納部の下方に設けられ現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダ50と、ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して現像部に移送する現像剤循環手段を備えた現像装置において、ロータリフィーダ50は、ステータ55と、ステータの上部側に設けられ現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔56と、ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔57と、ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータ51を備え、ロータリフィーダの流入孔と排出孔の少なくとも一方は、ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対してずらした位置に設ける構成とした。
【選択図】図3
Description
本発明は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いた現像装置と、その現像装置を備えた複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、感光体等の潜像担持体上に形成した静電潜像を現像するための現像装置を備えており、この現像装置は、例えばトナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いて、潜像担持体上の静電潜像を現像剤のトナーで現像して可視化する装置である。
このような二成分現像剤を用いた現像装置では、現像領域で現像処理を終了してトナーが消費された現像剤は回収され、トナーホッパーやトナーカトリッジ等から補給されるトナーと混合、撹拌され、再び現像に供される。また、このような構成の現像装置に用いられる現像剤は、安定したトナー画像を得るために、一定のトナー濃度と帯電量を維持する必要がある。トナー濃度は現像で消費したトナーと補給トナー量により調整され、帯電量はキャリアとトナーとの混合時の摩擦帯電により付与される。そして現像装置は、トナーとキャリアから成る二成分現像剤の撹拌を充分に行い、トナー濃度分布を均一化するとともに、トナーに帯電を付与し、トナー画像の安定化を行っている。
このような二成分現像剤を用いた現像装置では、現像領域で現像処理を終了してトナーが消費された現像剤は回収され、トナーホッパーやトナーカトリッジ等から補給されるトナーと混合、撹拌され、再び現像に供される。また、このような構成の現像装置に用いられる現像剤は、安定したトナー画像を得るために、一定のトナー濃度と帯電量を維持する必要がある。トナー濃度は現像で消費したトナーと補給トナー量により調整され、帯電量はキャリアとトナーとの混合時の摩擦帯電により付与される。そして現像装置は、トナーとキャリアから成る二成分現像剤の撹拌を充分に行い、トナー濃度分布を均一化するとともに、トナーに帯電を付与し、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本の現像剤混合攪拌部材(例えばスクリュ)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があった。
そこで、このような問題を解決するために、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後に、現像剤を現像部に供給する現像装置が提案されている(例えば、特許文献1(特許第3734096号公報)、特許文献2(特許第3349286号公報)及び特許文献3(特開平11−143196号公報))。
また、本発明者らは先に、上記と同様の構成で、より撹拌性能の優れた撹拌システムを用いた現像装置を提案している(特許文献4(特開2007−193301号公報)、特許文献5(特開2008−299217号公報)、特許文献6(特開2008−3561号公報))。
また、本発明者らは先に、上記と同様の構成で、より撹拌性能の優れた撹拌システムを用いた現像装置を提案している(特許文献4(特開2007−193301号公報)、特許文献5(特開2008−299217号公報)、特許文献6(特開2008−3561号公報))。
上述の特許文献1〜6に記載されているような、空気(エア)を利用して現像剤を循環させる現像装置においては以下のような課題がある。
現像剤を空気を利用して管内を連続的に搬送する場合、現像装置の主な構成は、現像部、現像剤収納部、現像剤供給部、現像剤循環手段(輸送管、空気供給源)である。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。また、この現像装置は、現像部に送られた現像剤が、現像部から現像剤収納部に回収され、再び搬送される(循環している)ため、現像剤収納部も大気圧である。
従って、現像剤を現像部へ搬送するためには、現像剤供給部と現像剤収納部をシールし、空気供給源の空気が現像剤収容部に洩れないようにする必要がある。空気が洩れると、現像剤を搬送するための圧力が低下して搬送量が十分確保できない。また、空気が現像剤収納部に逆流する(現像剤収容部に圧力がかかる)と、現像剤収容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、排出量の低下や、ばらつきが発生する。また、現像剤収納部が流入する空気によって内圧が上昇し、現像部から回収する現像剤の流入を妨げる恐れもある。
現像剤を空気を利用して管内を連続的に搬送する場合、現像装置の主な構成は、現像部、現像剤収納部、現像剤供給部、現像剤循環手段(輸送管、空気供給源)である。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。また、この現像装置は、現像部に送られた現像剤が、現像部から現像剤収納部に回収され、再び搬送される(循環している)ため、現像剤収納部も大気圧である。
従って、現像剤を現像部へ搬送するためには、現像剤供給部と現像剤収納部をシールし、空気供給源の空気が現像剤収容部に洩れないようにする必要がある。空気が洩れると、現像剤を搬送するための圧力が低下して搬送量が十分確保できない。また、空気が現像剤収納部に逆流する(現像剤収容部に圧力がかかる)と、現像剤収容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、排出量の低下や、ばらつきが発生する。また、現像剤収納部が流入する空気によって内圧が上昇し、現像部から回収する現像剤の流入を妨げる恐れもある。
現像剤供給部を構成する供給装置として一般的に用いられるものに、ロータリフィーダがある。ロータリフィーダは、回転する複数の羽根を持ったロータと、ロータを覆うステータからなり、定量性、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等)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。
そこで、この課題を解決する方法として本発明者らは、特許文献5において、ロータとステータの間の隙間(クリアランス)を適正化することで空気の逆流を防止する方法を提案している。しかし、この方法ではロータとステータの加工精度が要求され、コスト高となる。
また、本発明者らは先に、ロータリフィーダのシール性を向上させる手段として、故意に現像剤の一部を排出しないで、ロータとステータのクリアランス部に現像剤を滞留させる方法を提案している(特願2007−272944)。しかし、この方法では、現像剤の一部を排出しないため、ロータリフィーダの容積効率が低下するという課題(副作用)がある。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、空気供給源からの空気がロータリフィーダを介して現像剤収容部へ進入する進入量を大幅に低減すると共に、確実にロータリフィーダ内部の現像剤を排出でき(容積効率を向上)、現像剤収容部から現像部に適切なトナー濃度と帯電量を持った現像剤を現像に必要な量だけ連続的に安定供給することができる現像装置を提供することを目的とし、さらには、その現像装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第1の解決手段は、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔(開口部)と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔(開口部)と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔と排出孔の少なくとも一方は、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対してずらした位置に設けることを特徴とする(請求項1)。
本発明の第1の解決手段は、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔(開口部)と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔(開口部)と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔と排出孔の少なくとも一方は、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対してずらした位置に設けることを特徴とする(請求項1)。
本発明の第2の解決手段は、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔(開口部)と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔(開口部)と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの排出孔の中心点を、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にシフトさせた位置に設けることを特徴とする(請求項2)。
本発明の第3の解決手段は、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔(開口部)と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔(開口部)と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔の中心点を、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向下流側にシフトさせた位置に設けることを特徴とする。
本発明の第4の解決手段は、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔(開口部)と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔(開口部)と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔の中心点を、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向下流側にシフトさせた位置に設け、かつ排出孔の中心点を、前記ロータの鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にシフトさせた位置に設けることを特徴とする(請求項4)。
本発明の第5の解決手段は、第1〜4の解決手段のいずれか一つに記載の現像装置において、前記排出孔は、前記ロータの鉛直方向の頂上点を0度とし、該ロータの回転方向をプラスとすると、90〜180度の間にあることを特徴とする(請求項5)。
本発明の第6の解決手段は、第1〜5の解決手段のいずれか一つに記載の現像装置において、前記排出孔の幅W1(ステータ開口部の弦の長さ)は、以下の式を満たすことを特徴とする。
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
本発明の第7の解決手段は、第1〜6の解決手段のいずれか一つに記載の現像装置において、前記ロータの羽根の先端側の一部が、該ロータの回転方向に対して逆方向に傾斜を持つことを特徴とする(請求項7)。
本発明の第8の解決手段は、潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像して可視化する現像手段を備えた画像形成装置であって、前記現像手段として第1〜7の解決手段のいずれか一つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする(請求項8)。
第1、第2の解決手段の現像装置では、少なくともロータリフィーダの排出孔の中心点を、ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にずらした(シフトさせた)位置に設けるので、上部の現像剤収納部からステータの流入孔を通って流入し、ロータ内に充填された現像剤がステータ下部側の排出孔(開口部)から排出される際に、排出孔を通過するロータの羽根の角度が、ロータの頂上点(ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線の上側)を0度として、常に180度(垂直)以上にならないため、排出孔(開口部)の中心点が上記中心線の中心にあるより、現像剤の落下が早くなり、ロータ内に充填された現像剤の殆どを排出孔から排出することができる。
また、ロータの羽根が排出孔から流入孔に戻る区間では、ロータ内には現像剤がないため、空気がロータとステータのクリアランス部(ロータの羽根がステータと接触している個所)から逃げ易いが、排出孔の中心点がロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にあると、排出孔から流入孔に至る区間では、このクリアランス部の数が増えるため、空気が漏れにくくなり、現像剤循環手段の空気供給源からの空気を有効に利用できるようになる。
また、ロータの羽根が排出孔から流入孔に戻る区間では、ロータ内には現像剤がないため、空気がロータとステータのクリアランス部(ロータの羽根がステータと接触している個所)から逃げ易いが、排出孔の中心点がロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にあると、排出孔から流入孔に至る区間では、このクリアランス部の数が増えるため、空気が漏れにくくなり、現像剤循環手段の空気供給源からの空気を有効に利用できるようになる。
第1、第3の解決手段の現像装置では、少なくともロータリフィーダの流入孔の中心点を、ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向下流側にずらした(シフトさせた)位置に設けるので、現像剤収納部からロータリフィーダのロータ内への現像剤の流入がし易くなる。また、第2の解決手段と同様に、流入孔の中心点がロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向下流側にあると、排出孔から流入孔に至る区間では、クリアランス部(ロータの羽根がステータと接触している個所)の数が増えるため、空気が漏れにくくなり、現像剤循環手段の空気供給源からの空気を有効に利用できるようになる。
第1、第4の解決手段の現像装置では、ロータリフィーダの流入孔の中心点を、ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向下流側にシフトさせた位置に設け、かつ排出孔の中心点を、ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にシフトさせた位置に設けるので、第2、第3の解決手段の効果をさらに向上することができる。
第5の解決手段の現像装置では、第1〜第4の解決手段の何れかの効果に加え、排出孔は、ロータの鉛直方向の頂上点(ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線の上側)を0度とし、該ロータの回転方向をプラスとすると、90〜180度の間にあるので、ロータの羽根の回転により、現像剤が下向き〜水平方向の力を受けるため、現像剤が排出孔から排出される時間を短縮することができる。
第6の解決手段の現像装置では、第1〜第5の解決手段の何れかの効果に加え、排出孔の幅W1(ステータ開口部の弦の長さ)は、式:
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
を満たすことを特徴とするので、ロータ内に充填されている現像剤が、排出孔から全て落下し終えるまで開口しているため、現像剤を確実に排出することができる。
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
を満たすことを特徴とするので、ロータ内に充填されている現像剤が、排出孔から全て落下し終えるまで開口しているため、現像剤を確実に排出することができる。
第7の解決手段の現像装置では、第1〜第6の解決手段の何れかの効果に加え、ロータの羽根の先端側の一部が、該ロータの回転方向に対して逆方向に傾斜を持つことにより、積極的に、現像剤を排出孔に向かう方向(下向き)に、羽根の力を加えることができる
第8の解決手段の画像形成装置では、現像手段として第1〜7の解決手段のいずれか一つに記載の現像装置を備えたことにより、現像剤の循環、混合、攪拌、帯電の安定化が図れるため、画質や画像濃度の安定化を図ることができる。
以下、本発明を実施するための形態について、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
[現像装置の実施例]
図1は本発明の一実施例を示す現像装置の概略斜視図、図2は図1に示す現像装置の現像部(現像器)の概略断面図、図3は図1に示す現像装置の現像剤収容部、ロータリフィーダ、現像剤循環手段の概略を示す概略構成図である。
図1、図2に示すように、現像装置3の現像部10は、現像器を構成するケーシング15を有しており、ケーシング15の内部には螺旋状のフィンを有する2つの搬送スクリュ11,12と、現像ローラ13とが回転自在に設けられている。現像ローラ13は、回転する円筒状の現像スリーブと、その現像スリーブの内部に固定配置された複数の磁石(または複数の磁極が着磁されたマグネットローラ)で構成されている。
現像装置3のケーシング15の内部にはトナーとキャリアからなる2成分現像剤が収納されており、この現像剤は搬送スクリュ11の回転により図2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13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13の表面に吸い上げられて吸着する。現像ローラ13の表面に吸着した現像剤はドクタブレード14によってその層厚が均一となるようにならされた後、潜像担持体である感光体ドラム2に接することで感光体ドラム2上に形成された静電潜像を顕像化する。
図1は本発明の一実施例を示す現像装置の概略斜視図、図2は図1に示す現像装置の現像部(現像器)の概略断面図、図3は図1に示す現像装置の現像剤収容部、ロータリフィーダ、現像剤循環手段の概略を示す概略構成図である。
図1、図2に示すように、現像装置3の現像部10は、現像器を構成するケーシング15を有しており、ケーシング15の内部には螺旋状のフィンを有する2つの搬送スクリュ11,12と、現像ローラ13とが回転自在に設けられている。現像ローラ13は、回転する円筒状の現像スリーブと、その現像スリーブの内部に固定配置された複数の磁石(または複数の磁極が着磁されたマグネットローラ)で構成されている。
現像装置3のケーシング15の内部にはトナーとキャリアからなる2成分現像剤が収納されており、この現像剤は搬送スクリュ11の回転により図2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13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13の表面に吸い上げられて吸着する。現像ローラ13の表面に吸着した現像剤はドクタブレード14によってその層厚が均一となるようにならされた後、潜像担持体である感光体ドラム2に接することで感光体ドラム2上に形成された静電潜像を顕像化する。
現像後の現像剤は、搬送スクリュ12の端部に設けられた図示しない孔から循環路30を経由して現像剤収納部40の現像剤流入口43に搬送される。搬送スクリュ12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20からトナー補給が行われる。トナーカートリッジ20からのトナー補給は、モータ21によってトナー補給路22内に設けられた図示しない搬送部材(コイル、軸無しスクリュ等)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40の直前の位置で行われ、現像剤収納部40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。
図2、図3に示すように、現像剤収納部40内の現像剤は、現像剤収納部40の下部に配設された排出口と連通するロータリフィーダ50の流入孔(ステータ55の円筒状空間に連通する上部側の開口部)56を経由してロータリフィーダ50内に運ばれる。ロータリフィーダ50内に運ばれた現像剤は、ロータリフィーダ50を構成するステータ55内に設けられたロータ51がモータ53で回転されることにより下方へと運ばれ、ステータ55の排出孔(ステータ55の円筒状空間に連通する下部側の開口部)57から継手管路52に排出される。この継手管路52の一方側には、空気供給源であるエアポンプ60が空気供給路31を介して連結されており、継手管路52の他方側には、現像部10への循環路となる輸送管32が連結されている。すなわち現像剤循環手段としては、空気供給源にエアポンプ60が用いられており、エアポンプ60と継手管路52が空気供給路31で連結され、ロータリフィーダ50のステータ55の排出孔57から継手管路52に落下した現像剤が、エアポンプ60から供給された空気により循環路となる輸送管32内を現像部(現像器)10に移送され、再び現像部(現像器)10のケーシング15内に供給される。
次に現像剤収容部40とロータリフィーダ50についてより詳細に説明する。図3はロータリフィーダ50のロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断したときの現像剤収容部、ロータリフィーダ、現像剤循環手段の概略を示す断面図であり、図3に示すように、現像剤収容部40内には、攪拌スクリュ41と、撹拌羽根42がある。撹拌羽根42はモータ45により回転する板状の部材で、図のように、複数の格子状の空間が設けられている。そして攪拌羽根42の回転により、この格子状の空間の中を現像剤が通過することにより、現像剤が撹拌され、補給されたトナーが現像剤中に分散される。攪拌スクリュ41は現像剤を上方に動かす向きに回転し、攪拌羽根42と同じくモータ45が駆動源である。この攪拌スクリュ41によって、中心付近の現像剤が上方に持ち上げられ、攪拌羽根42の回転により、攪拌スクリュ41の下部に現像剤が入り込む。このように現像剤が、攪拌羽根42によりせん断されつつ、全体は対流運動を行うことにより、より素早くトナーが現像剤中に分散する仕組みである。このようにして現像剤収容部40で撹拌された現像剤は、ステータ55の流入孔56を通りロータリフィーダ50内に入る。
ロータリフィーダ50は、内部に円筒状の空間を有するステータ55と、該ステータの上部側に設けられた開口部であり現像剤収納部40からの現像剤が流入する流入孔56と、ステータ55の下部側に設けられた開口部であり現像剤が排出される排出孔57と、ステータ55の空間内に配置され図10に示すように軸部(回転軸)51aから放射状に延びる複数の羽根51bを有する回転自在に軸支されたロータ51を備えている。このロータリフィーダ50のロータ51は、図1に示すように、回転軸51aをステータ55の側壁に回転自在に軸支され、その回転軸の一方側がモータ53と連結されて、図3中ではモータ53によって回転軸を中心に時計回りに回転される。また、図3においては、ロータリフィーダ50の流入孔56と排出孔57の開口部の中心点は、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対してロータ51の回転方向上流側または下流側にずらした(シフトさせた)位置に設けられている。すなわち、図3の例では、ロータリフィーダ50の流入孔56の開口部の中心点は、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して該ロータ51の回転方向下流側にずらした(シフトさせた)位置に設け、かつ排出孔57の開口部の中心点は、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して該ロータ51の回転方向上流側にずらした(シフトさせた)位置に設けている。
次に本発明の特徴であるロータリフィーダ50についてより詳しく説明する。
図4は、比較のために例示す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ための概略断面図(ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断した断面図)である。図4に示すように、ステータ55の上部側に設けられた開口部(図中の上側の破線で囲んだ部分)である流入孔56と、ステータ55の下部側に設けられた開口部(図中の下側の破線で囲んだ部分)である排出孔57が共にロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線の中心部にある場合、現像剤の循環中は図4のように、流入孔56から排出孔57までは現像剤が充填されており、排出孔57の下流側から流入孔56までは現像剤は存在しない。しかし、この場合には、「発明の解決しようとする課題」で述べたとおり、ロータ51の羽根とステータ55の間には、わずかな隙間があるため、エアポンプ60からの空気(エア)の一部がこの隙間を通り現像剤収納部40に流れてしまう。このとき図中右側の現像剤が充填されている側は、隙間に現像剤が存在するため比較的シール性が高くなっているが、左側の方は、現像剤がないためエアが通過しやすくなる。
図4は、比較のために例示す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ための概略断面図(ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断した断面図)である。図4に示すように、ステータ55の上部側に設けられた開口部(図中の上側の破線で囲んだ部分)である流入孔56と、ステータ55の下部側に設けられた開口部(図中の下側の破線で囲んだ部分)である排出孔57が共にロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線の中心部にある場合、現像剤の循環中は図4のように、流入孔56から排出孔57までは現像剤が充填されており、排出孔57の下流側から流入孔56までは現像剤は存在しない。しかし、この場合には、「発明の解決しようとする課題」で述べたとおり、ロータ51の羽根とステータ55の間には、わずかな隙間があるため、エアポンプ60からの空気(エア)の一部がこの隙間を通り現像剤収納部40に流れてしまう。このとき図中右側の現像剤が充填されている側は、隙間に現像剤が存在するため比較的シール性が高くなっているが、左側の方は、現像剤がないためエアが通過しやすくなる。
このエアの漏れを防止するためには、ロータ51の羽根とステータ55の間の隙間(クリアランス)をできるだけ小さくすることが良いが、寸法精度を考慮すると限界がある。また、この方法では、ロータとステータの加工精度が要求され、コスト高となる。
また、別の方法としては、ロータ51の羽根の枚数を増やすことが考えられ、ロータ51の羽根の枚数を増やすことで、羽根とステータ55の近接部が増えるため、空気抵抗が増し、漏れを低減(シール性を高く)することができる。しかし、ロータ51の羽根の枚数を増やすと、羽根の厚みの分、ロータ51内の現像剤の充填量が減ってしまい、同じ量の現像剤を搬送するためには、ロータ51の外径を大きくする必要があり、ロータリフィーダ50が大型化するという問題がある。
また、別の方法としては、ロータ51の羽根の枚数を増やすことが考えられ、ロータ51の羽根の枚数を増やすことで、羽根とステータ55の近接部が増えるため、空気抵抗が増し、漏れを低減(シール性を高く)することができる。しかし、ロータ51の羽根の枚数を増やすと、羽根の厚みの分、ロータ51内の現像剤の充填量が減ってしまい、同じ量の現像剤を搬送するためには、ロータ51の外径を大きくする必要があり、ロータリフィーダ50が大型化するという問題がある。
また、「発明の解決しようとする課題」で述べたように、本発明者らは、ロータリフィーダ50のシール性を向上させる手段として、図5に示すように、故意に現像剤の一部を排出しないで、ロータ51とステータ55のクリアランス部に現像剤を滞留させる方法を提案している。しかし、この方法では、現像剤の一部を排出しないため、ロータリフィーダ50の容積効率が低下するという課題(副作用)がある。
そこで本発明では、ロータ51の羽根の枚数を増やすことなく、羽根を増やすのと同様な効果が得られるようにするため、ロータリフィーダ50の流入孔56と排出孔57の少なくとも一方は、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対してずらした位置に設けている。例えば図3の実施例では、ロータリフィーダ50の流入孔56の開口部の中心点は、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して該ロータ51の回転方向下流側にシフトさせた位置に設け、かつ排出孔57の開口部の中心点は、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して該ロータ51の回転方向上流側にシフトさせた位置に設けている。
図3の実施例では羽根の枚数は8枚であり、回転中、現像剤が充填されていない部位(図の左側)のロータ51とステータ55の近接部の数は、図4のような従来構成の場合は3もしくは4箇所となる。そこで本発明では、図3に示すように、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して排出孔57及び流入孔56の開口部の中心点を右側にシフトさせた。これによりエアが漏れ易い左側の近接部の数が4もしくは5カ所と増えることになり、ロータリフィーダ50の現像剤の排出側から流入側へのエアの漏れが低減される。このため、空気が現像剤収容部側へ漏れにくくなり、現像剤循環手段の空気供給源(エアポンプ)60からの空気を有効に利用できるようになる。
次にロータリフィーダ50の排出孔57をロータ51の回転方向上流側にずらす効果について、図6、図7を参照して詳しく説明する。
図6は従来のロータリフィーダ50の概略断面図(ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断した断面図)であり、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して、排出孔57の開口部(図中の下側の破線で囲んだ部分)の中心点が一致している場合の例である。すなわち、図6では、ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断したときに、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して、排出孔57の開口部の中心点(開口の両端部a2,b2間の中心点)が一致している。
これに対して、図7は本発明のロータリフィーダ50の概略断面図(ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断した断面図)であり、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して、排出孔57の開口部(図中の下側の破線で囲んだ部分)の中心点をロータ51の回転方向(図中矢印で示す時計回り方向)の上流側にシフトさせた位置に設けた例である。すなわち、図7では、ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断したときに、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して、排出孔57の開口部の中心点(開口の両端部a1,b1間の中心点)をロータ51の回転方向(図中矢印で示す時計回り方向)の上流側にずらした位置に設けている。
また、図7では、排出孔57の開口の両端部a1,b1はロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cより、ロータ51の回転方向上流側に収まっており、排出孔57は、ロータ51の鉛直方向の頂上点(ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線cの上側)を0度とし、該ロータ51の回転方向をプラスとすると、90〜180度の間にある。
なお、図6、図7の排出孔57の開口部の幅W2、W1は等しい。また、両図ともロータ51が時計回りに回転し、現像剤が搬送されているときの或る時点を示しており(現像剤は図示を省略)、ロータ51の一つの羽根511が排出孔57の開口部の始点側端部a1、a2に到達した時である。
図6は従来のロータリフィーダ50の概略断面図(ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断した断面図)であり、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して、排出孔57の開口部(図中の下側の破線で囲んだ部分)の中心点が一致している場合の例である。すなわち、図6では、ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断したときに、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して、排出孔57の開口部の中心点(開口の両端部a2,b2間の中心点)が一致している。
これに対して、図7は本発明のロータリフィーダ50の概略断面図(ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断した断面図)であり、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して、排出孔57の開口部(図中の下側の破線で囲んだ部分)の中心点をロータ51の回転方向(図中矢印で示す時計回り方向)の上流側にシフトさせた位置に設けた例である。すなわち、図7では、ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断したときに、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して、排出孔57の開口部の中心点(開口の両端部a1,b1間の中心点)をロータ51の回転方向(図中矢印で示す時計回り方向)の上流側にずらした位置に設けている。
また、図7では、排出孔57の開口の両端部a1,b1はロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cより、ロータ51の回転方向上流側に収まっており、排出孔57は、ロータ51の鉛直方向の頂上点(ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線cの上側)を0度とし、該ロータ51の回転方向をプラスとすると、90〜180度の間にある。
なお、図6、図7の排出孔57の開口部の幅W2、W1は等しい。また、両図ともロータ51が時計回りに回転し、現像剤が搬送されているときの或る時点を示しており(現像剤は図示を省略)、ロータ51の一つの羽根511が排出孔57の開口部の始点側端部a1、a2に到達した時である。
次にロータ51がさらに回転すると、羽根510と511の間に充填された現像剤が排出孔57の開口部に自由落下するが、このとき現像剤は羽根の回転力により、接線方向の力を受ける。ここで図6の場合は羽根511が鉛直方向の中心線cを通過した以降は、図5に示すように現像剤が水平〜上向きの力を受ける。一方、図7では、ロータ51の鉛直方向の中心線cの位置(180°)は排出孔57の開口部の終点側端部=b1の位置であるため、この位置での羽根は垂直下向きであり、現像剤が水平方向〜上向きの力を受けることがない。このため、図6、図7の排出孔57の開口部の幅W1、W2は等しいので、羽根511が開口部を通過する時間は図6、図7共に等しいが、図7の排出孔57の位置の方が、現像剤が排出孔57に落下し易くなり、現像剤の排出が効率よく行われる。
なお、図6で、羽根511が排出孔57の開口部の中心点に到達したときに、すべての現像剤が排出されていれば良いが、まだロータ内に現像剤が残っていると、現像剤は羽根511の回転による力を受け、落下が妨げられるため、羽根511が排出孔57の開口部の終点側端部b2に到達した時点で排出しきれない恐れがある(図5の状態)。このため図5に示すように現像剤が排出しきらず、排出孔57から流入孔56に至る区間で現像剤が残ってしまう。これに対して、図7に示すように、ロータ51の羽根511が90°〜180°の間の位置にある場合は、羽根511の力は、下向き〜水平方向であるため、自由落下を補助することになる。したがって、図7の構成では、図6の構成に対して、現像剤が速やかに排出され易い。すなわち排出孔57の開口幅が同じであれば、図7の排出孔57の位置の方が現像剤がすべて排出されるまでの時間が短いため、図7の構成では、図6の構成に比べ、確実に現像剤を排出することができる。また、排出される時間が短くて済むと、開口幅を狭くできるメリットがある。
さらに図9に示す構成例のように、ロータ51の羽根の先端側の一部が、該ロータの回転方向に対して逆方向に傾斜を持つ形状とするとよい。すなわち、図9に示すように、ロータ51の羽根の先端側の形状を、ロータ51の回転方向と逆方向に傾斜を持たせた形状にすると、図中に矢印で示すように、より下向きの方向に現像剤を押す力がかかるため、現像剤がさらに落ち易くなり、より確実に排出孔57から現像剤を排出することができる。
なお、図6の従来の構成例の場合でも、当然開口幅W2を広くすれば、現像剤を出し切ることはできるが、開口幅W2を大きくすると、前述したロータ51とステータ55の近接部の数が減ってしまい、シール効果が減少し、現像剤収容部へのエアの漏れ量も多くなる。
また、図7の本発明の構成例の場合、排出孔57の開口幅W1を狭くするとシールの効果はより高くなるが、狭すぎると現像剤が排出されない。
そこで、排出孔57の開口幅W1は、以下の式を満たす条件に設定すると良い。
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
そこで、排出孔57の開口幅W1は、以下の式を満たす条件に設定すると良い。
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
これは図8に示すロータリフィーダの概略断面図(ロータ51の回転軸に対して垂直な平面で切断した断面図)のように、ロータ51の直径を2R、ロータ51内の回転軸の軸径を2rとしたときに、ロータ51内の回転軸付近の現像剤が、自由落下によりロータ外に達する前に、羽根が排出孔57の開口部を通過しないように、開口幅W1を設定することである。開口幅W1をこの式以下にすると、現像剤が、排出しきれない恐れがある。但し、実際には、前述したようにロータ51の羽根の回転の力が加わるため、W1より、やや狭くても現像剤を排出することは可能である。
以上のように、ロータリフィーダ50の排出孔57の開口部の中心(両端部a1,b1間の中心点)位置や幅W1を設定することにより、ロータリフィーダ50のシール性が高まり、圧力が確実に現像剤に伝わり、現像剤を効率よく搬送することができる(エネルギー効率の向上)と共に、現像剤収納部40へのエア漏れ量が大幅に低減される。さらに、ロータリフィーダ50の容積効率が高まるため、現像剤の搬送効率(現像部への搬送量/ロータリフィーダの大きさ)も高まるという効果が得られる。
また、以上の説明では、ロータリフィーダ50の排出孔57の開口部の中心位置や幅について説明したが、ロータリフィーダ50の流入孔56の開口部を、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して該ロータ51の回転方向下流側にずらした(シフトさせた)位置に設けてもよい。すなわち、図3の例のように、ロータ51の回転軸に対して垂直な断面で切断したときに、ロータリフィーダ50の流入孔56の開口部の中心(開口部の両端部間の中心点)を、ロータ51の回転軸から引いた鉛直方向の中心線cに対して該ロータ51の回転方向下流側にずらした(シフトさせた)位置に設けることにより、ロータリフィーダ50のシール性がさらに高まり、圧力が確実に現像剤に伝わり、現像剤をより効率よく搬送することができると共に、現像剤収納部40へのエア漏れ量が大幅に低減される。
[画像形成装置の実施例]
次に以上に説明した本発明の現像装置を装備する画像形成装置の構成例を説明する。
図11は、本発明の一実施例示す画像形成装置の概略構成図である。
同図において画像形成装置100は、装置本体のほぼ中央部に中間転写ベルト4と4個の1次転写ローラ5Y,5M,5C,5Bkとを有する中間転写ユニット6を備えている。中間転写ベルト4の下面と対向する位置には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(Bk)の各色に対応した作像部1Y,1M,1C,1Bkが中間転写ベルト4の走行方向と平行して配置されている。各作像部1Y,1M,1C,1Bk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2Y,2M,2C,2Bkと、各感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bkの周囲に配設された図示しない帯電手段、図示しない露光部、現像装置3Y,3M,3C,3Bk、図示しないクリーニング手段等を有している。
なお、図11は画像形成装置本体の上部に原稿画像の読取部(スキャナ)80を設置したカラー複写機の構成例であるが、さらに通信機能を持たせて外部回線(電話回線、光回線)やローカルエリアネットワーク(LAN)等と接続すれば、複写機、プリンタ、ファクシミリの機能を有するデジタルカラー複合機の構成となる。
次に以上に説明した本発明の現像装置を装備する画像形成装置の構成例を説明する。
図11は、本発明の一実施例示す画像形成装置の概略構成図である。
同図において画像形成装置100は、装置本体のほぼ中央部に中間転写ベルト4と4個の1次転写ローラ5Y,5M,5C,5Bkとを有する中間転写ユニット6を備えている。中間転写ベルト4の下面と対向する位置には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(Bk)の各色に対応した作像部1Y,1M,1C,1Bkが中間転写ベルト4の走行方向と平行して配置されている。各作像部1Y,1M,1C,1Bk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2Y,2M,2C,2Bkと、各感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bkの周囲に配設された図示しない帯電手段、図示しない露光部、現像装置3Y,3M,3C,3Bk、図示しないクリーニング手段等を有している。
なお、図11は画像形成装置本体の上部に原稿画像の読取部(スキャナ)80を設置したカラー複写機の構成例であるが、さらに通信機能を持たせて外部回線(電話回線、光回線)やローカルエリアネットワーク(LAN)等と接続すれば、複写機、プリンタ、ファクシミリの機能を有するデジタルカラー複合機の構成となる。
図11において、各作像部1Y,1M,1C,1Bkの感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bk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等によって露光されることにより、装置本体の上部に設けられた画像読取部80において読み取られた原稿画像(あるいは外部回線やLAN等を介して入力された画像情報)に基づいた静電潜像がその表面上に形成される。各感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bk形成された静電潜像は各現像装置3Y,3M,3C,3Bk(図1の現像装置3のの現像部10)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、このトナー像は各感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bkの表面が中間転写ベルト4を介して各1次転写ローラ5Y,5M,5C,5Bkとの対向部に達した際に、各1次転写ローラ5Y,5M,5C,5Bkの作用によって中間転写ベルト4上に順次1次転写される。
各1次転写ローラ5Y,5M,5C,5Bkは、それぞれ中間転写ベルト4を各感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bk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5Y,5M,5C,5Bk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4が図11の矢印方向に走行して各1次転写ローラ5Y,5M,5C,5Bk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2Y,2M,2C,2Bk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、各感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bk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各感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bk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、各感光体ドラム2Y,2M,2C,2Bk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。
装置本体2の下部には給紙部70が配設されており、給紙部70には記録媒体で有る複数枚の転写紙Pが収納されている。この転写紙Pは、上記の作像プロセスの開始にタイミングを合せて、給紙ローラ71と図示しない分離部材(分離ローラ、分離パッド等)により1枚ずつ分離給送され、給送された転写紙Pはレジストローラ対72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。
また、上記の作像プロセスで各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト4は、2次転写ローラ73との対向位置である2次転写ニップに到達する。そして中間転写ベルト4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転写紙P上に転写される。
また、上記の作像プロセスで各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト4は、2次転写ローラ73との対向位置である2次転写ニップに到達する。そして中間転写ベルト4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転写紙P上に転写される。
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74へと搬送され、定着装置74の加熱ローラ及び加圧ローラによる熱と圧力とにより転写紙表面に転写されたカラー画像が定着される。定着を終えた転写紙Pは、排紙ローラ対75により装置本体上面に形成された排紙部76へと排出され積載される。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。
なお、以上の実施例では、画像形成装置としてカラー複写機(またはカラー複合機)を例に挙げて説明したが、前述の本発明の現像装置は、作像部が一つのみのモノクロ画像形成装置に適用することができることは言うまでもない。
本発明の画像形成装置では、現像手段として前述した構成の現像装置3を備えたことにより、現像剤の循環、混合、攪拌、帯電の安定化が図れるため、画質や画像濃度の安定化を図ることができる。
1Y,1M,1C,1Bk:作像部
2(2Y,2M,2C,2Bk):感光体ドラム(潜像担持体)
3(3Y,3M,3C,3Bk):現像装置
4:中間転写ベルト
5Y,5M,5C,5Bk:1次転写ローラ
6:中間転写ユニット
10:現像部(現像器)
11,12:搬送スクリュ11,12
13:現像ローラ
14:ドクタブレード
15:ケーシング
20:トナーカートリッジ
21:モータ
22:トナー補給路
30:循環路
31:空気供給路
32:輸送管(循環路)
40:現像剤収容部
41:攪拌スクリュ
42:撹拌羽根
43:現像剤流入口
45:モータ
50:ロータリフィーダ
51:ロータ
51a:回転軸
51b、510〜512:羽根
52:継手管路
53:モータ
55:ステータ
56:流入孔
57:排出孔
70:給紙部
71:給紙ローラ
72:レジストローラ対
73:2次転写ローラ
74:定着装置
75:排紙ローラ対
76:排紙部
80:画像読取部
100:画像形成装置
P:転写紙
2(2Y,2M,2C,2Bk):感光体ドラム(潜像担持体)
3(3Y,3M,3C,3Bk):現像装置
4:中間転写ベルト
5Y,5M,5C,5Bk:1次転写ローラ
6:中間転写ユニット
10:現像部(現像器)
11,12:搬送スクリュ11,12
13:現像ローラ
14:ドクタブレード
15:ケーシング
20:トナーカートリッジ
21:モータ
22:トナー補給路
30:循環路
31:空気供給路
32:輸送管(循環路)
40:現像剤収容部
41:攪拌スクリュ
42:撹拌羽根
43:現像剤流入口
45:モータ
50:ロータリフィーダ
51:ロータ
51a:回転軸
51b、510〜512:羽根
52:継手管路
53:モータ
55:ステータ
56:流入孔
57:排出孔
70:給紙部
71:給紙ローラ
72:レジストローラ対
73:2次転写ローラ
74:定着装置
75:排紙ローラ対
76:排紙部
80:画像読取部
100:画像形成装置
P:転写紙
上述の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第1の解決手段は、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔と排出孔の少なくとも一方は、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対してずらした位置に設け、前記排出孔の幅W1(ステータ開口部の弦の長さ)は、以下の式を満たすことを特徴とする(請求項1)。
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
本発明の第1の解決手段は、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔と排出孔の少なくとも一方は、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対してずらした位置に設け、前記排出孔の幅W1(ステータ開口部の弦の長さ)は、以下の式を満たすことを特徴とする(請求項1)。
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
本発明の第2の解決手段は、請求項1に記載の現像装置において、前記排出孔は、前記ロータの鉛直方向の頂上点を0度とし、該ロータの回転方向をプラスとすると、90〜180度の間にあることを特徴とする(請求項2)。
本発明の第3の解決手段は、請求項1または2に記載の現像装置において、前記ロータの羽根の先端側の一部が、該ロータの回転方向に対して逆方向に傾斜を持つことを特徴とする(請求項3)。
本発明の第4の解決手段は、潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像して可視化する現像手段を備えた画像形成装置であって、前記現像手段として請求項1〜3のいずれか一つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする(請求項4)。
第1の解決手段の現像装置では、少なくともロータリフィーダの排出孔の中心点を、ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にずらした(シフトさせた)位置に設けるので、上部の現像剤収納部からステータの流入孔を通って流入し、ロータ内に充填された現像剤がステータ下部側の排出孔(開口部)から排出される際に、排出孔を通過するロータの羽根の角度が、ロータの頂上点(ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線の上側)を0度として、常に180度(垂直)以上にならないため、排出孔(開口部)の中心点が上記中心線の中心にあるより、現像剤の落下が早くなり、ロータ内に充填された現像剤の殆どを排出孔から排出することができる。
また、排出孔の幅W1(ステータ開口部の弦の長さ)は、式:
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
を満たすことを特徴とするので、ロータ内に充填されている現像剤が、排出孔から全て落下し終えるまで開口しているため、現像剤を確実に排出することができる。
また、排出孔の幅W1(ステータ開口部の弦の長さ)は、式:
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2)
を満たすことを特徴とするので、ロータ内に充填されている現像剤が、排出孔から全て落下し終えるまで開口しているため、現像剤を確実に排出することができる。
第2の解決手段の現像装置では、第1の効果に加え、排出孔は、ロータの鉛直方向の頂上点(ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線の上側)を0度とし、該ロータの回転方向をプラスとすると、90〜180度の間にあるので、ロータの羽根の回転により、現像剤が下向き〜水平方向の力を受けるため、現像剤が排出孔から排出される時間を短縮することができる。
第3の解決手段の現像装置では、第1または第2の解決手段の何れかの効果に加え、ロータの羽根の先端側の一部が、該ロータの回転方向に対して逆方向に傾斜を持つことにより、積極的に、現像剤を排出孔に向かう方向(下向き)に、羽根の力を加えることができる。
第4の解決手段の画像形成装置では、現像手段として第1〜3の解決手段のいずれか一つに記載の現像装置を備えたことにより、現像剤の循環、混合、攪拌、帯電の安定化が図れるため、画質や画像濃度の安定化を図ることができる。
Claims (8)
- 潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、
前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔と排出孔の少なくとも一方は、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対してずらした位置に設けることを特徴とする現像装置。 - 潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、
前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの排出孔の中心点を、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にシフトさせた位置に設けることを特徴とする現像装置。 - 潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、
前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔の中心点を、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向下流側にシフトさせた位置に設けることを特徴とする現像装置。 - 潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像部と、前記現像部の外部に設けられ現像剤の一部を収容する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の下方に設けられ該現像剤収納部の現像剤を排出するロータリフィーダと、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を空気を利用して前記現像部に移送する現像剤循環手段とを備えた現像装置において、
前記ロータリフィーダは、内部に円筒状の空間を有するステータと、該ステータの上部側に設けられ前記現像剤収納部からの現像剤が流入する流入孔と、前記ステータの下部側に設けられ現像剤が排出される排出孔と、前記ステータの空間内に配置され軸部から放射状に延びる複数の羽根を有する回転自在に軸支されたロータを備え、前記ロータリフィーダの流入孔の中心点を、前記ロータの回転軸から引いた鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向下流側にシフトさせた位置に設け、かつ排出孔の中心点を、前記ロータの鉛直方向の中心線に対して該ロータの回転方向上流側にシフトさせた位置に設けることを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜4のいずれか一つに記載の現像装置において、
前記排出孔は、前記ロータの鉛直方向の頂上点を0度とし、該ロータの回転方向をプラスとすると、90〜180度の間にあることを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜5のいずれか一つに記載の現像装置において、
前記排出孔の幅W1(ステータ開口部の弦の長さ)は、以下の式を満たすことを特徴とする現像装置。
W1>V/t
V:ロータ先端の周速(m/s)
t:ロータの軸近傍の現像剤が、自由落下でロータ外に到達するまでの時間(s)
t=√(2(R・r)/g)
R:ロータの半径(m)
r:ロータの軸半径(m)
g:重力加速度(m/s^2) - 請求項1〜6のいずれか一つに記載の現像装置において、
前記ロータの羽根の先端側の一部が、該ロータの回転方向に対して逆方向に傾斜を持つことを特徴とする現像装置。 - 潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像して可視化する現像手段を備えた画像形成装置であって、
前記現像手段として請求項1〜7のいずれか一つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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-
2014
- 2014-03-06 JP JP2014043750A patent/JP2014098939A/ja active Pending
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