JP2016166991A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】補給されたトナーが現像装置内の現像剤に速やかに取り込まれて十分に混合、分散される現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】現像装置は、現像容器と、現像剤担持体と、攪拌搬送部材と、を備える。現像容器は、複数の現像剤搬送室を有し、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収納する。攪拌搬送部材は、各現像剤搬送路内に回転可能に配置され、現像剤を攪拌しながら主搬送方向に搬送する主搬送羽根と、主搬送羽根が外周面に形成された回転軸と、を有する。現像剤搬送室のいずれか1つは、現像容器内にトナーを補給するトナー補給口が設けられた補給口付搬送室である。補給口付搬送室に配置される攪拌搬送部材には、主搬送方向に対しトナー補給口の下流側直近に、主搬送羽根と逆位相の副搬送羽根が回転軸の周方向の1/2以下の領域に形成される。【選択図】図4

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置及びそれに用いる現像装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いる現像装置における現像剤の攪拌機構に関するものである。
従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、磁性トナーのみから成る一成分現像剤を使用する一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラー上に形成された磁性キャリア及びトナーから成る磁気ブラシにより像担持体(感光体)上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。
二成分現像方式の現像装置では、現像動作によって現像装置内のトナーが消費されていく一方、キャリアは消費されずに現像装置内に残存する。そこで、現像装置内にトナー濃度(またはトナー量)を検知するトナーセンサーを設け、現像により消費された分だけ新たなトナーが補給される。このとき、新たに補給されたトナーの帯電量が十分でない場合にトナー飛散やかぶり等の画像不良が発生することがある。そのため、二成分現像方式ではトナーとキャリアとを十分に攪拌混合してトナーを所定の帯電量まで帯電させる必要がある。
ここで、補給されるトナーは現像装置内の現像剤と比較して比重が軽い。そのため、図9に示すように、トナー補給口102から補給されたトナーTは攪拌スクリュー(攪拌搬送部材)103の上方を上滑りしながら搬送されてしまい、現像装置101内の現像剤Gと十分に攪拌混合されないという問題点があった。
そこで、現像装置内の現像剤を十分に攪拌混合する方法が種々提案されており、例えば特許文献1には、トナー補給側スクリューとスリーブ側スクリューの螺旋状羽根の形状(根元の厚さ、先端部厚さ、ピッチ)を最適化した現像装置が開示されている。また、特許文献2には、トナー補給口から所定距離だけ下流側に離れた位置以降のスクリューにフィン(パドル)を多く設けた現像装置が開示されている。
また、特許文献3には、搬送スクリューのトナー濃度センサーに対向する部分に、現像剤搬送用の螺旋状の第1部材に加えて板状の第2部材を設けた現像装置が開示されている。さらに、特許文献4には、現像剤を第1の方向に搬送する主搬送羽根と、第1の方向と逆方向の第2方向に搬送する主搬送羽根よりも小径の副搬送羽根とを備えた攪拌搬送部材が開示されている。
特開平11−338233号公報 特開2004−272017号公報 特開2006−251051号公報 特開2008−33109号公報
しかしながら、特許文献1の構成では、補給されたトナーが現像装置内の現像剤にどのように取り込まれるのかが言及されておらず、高印字率の画像パターンを連続して印字した場合等、トナーが短時間で多量に補給された場合にトナー補給口付近で効率よく分散されない可能性があった。また、特許文献2の構成においても、補給後のトナーが現像剤中に確実に取り込まれているかは定かではなく、トナーが短時間で多量に補給された場合に十分に混合されていない可能性があった。また、特許文献3の構成では、トナー濃度センサー上の現像剤の固着は解消されるものの、補給トナーの現像剤中への分散性については考慮されていなかった。
一方、特許文献4の構成では、副搬送羽根として主搬送羽根と逆方向(逆位相)の螺旋羽根を形成することで、現像剤を滞留させて現像剤の攪拌、分散性を向上させている。しかし、副搬送羽根は主搬送羽根の搬送力を妨げないように主搬送羽根よりも小径に形成されるため、現像剤に比べて比重の軽い補給トナーが現像剤中に十分に取り込まれ難く、補給直後のトナーが現像剤中に十分に分散されないことが考えられる。また、特許文献4の攪拌搬送部材は、軸方向全域に副搬送羽根が形成されるため、主搬送羽根による現像剤の搬送力(搬送速度)が低下するおそれもあった。
本発明は、上記問題点に鑑み、補給されたトナーが現像装置内の現像剤に速やかに取り込まれて十分に混合、分散される現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の第1の構成は、現像容器と、現像剤担持体と、攪拌搬送部材と、を備えた現像装置である。現像容器は、複数の現像剤搬送室を有し、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収納する。現像剤担持体は、現像容器に回転可能に支持され、表面に現像剤を担持する。攪拌搬送部材は、各現像剤搬送路内に回転可能に配置され、現像剤を攪拌しながら主搬送方向に搬送する主搬送羽根と、主搬送羽根が外周面に形成された回転軸と、を有する。現像剤搬送室のいずれか1つは、現像容器内にトナーを補給するトナー補給口が設けられた補給口付搬送室である。補給口付搬送室に配置される攪拌搬送部材には、主搬送方向に対しトナー補給口の下流側直近に、主搬送羽根と逆位相の副搬送羽根が回転軸の周方向の1/2以下の領域に形成される。
本発明の第1の構成によれば、トナー補給口の下流側直近に形成された副搬送羽根により、現像剤に主搬送方向と逆方向の搬送力が作用する。その結果、トナー補給口の下流側で現像剤の滞留が発生し、現像剤の上面に存在する補給トナーが現像剤内に取り込まれていく。従って、トナー補給口から短時間で多量のトナーが補給された場合であっても、補給口付搬送室内を搬送される現像剤に速やかに取り込まれ、現像剤担持体に担持されるまでに十分に分散されるため、トナーの帯電不良に起因する画像かぶりや濃度低下等の画像不具合を効果的に抑制することができる。
本発明の現像装置4を備えた画像形成装置100の概略断面図 本発明の第1実施形態に係る現像装置4の側面断面図 第1実施形態の現像装置4の平面図 第1実施形態の現像装置4のトナー補給口22d付近を回転軸23bと垂直な方向から見た側面断面図 第1実施形態の現像装置4において、トナー補給口22d付近において補給トナーTと現像剤Gとが攪拌される様子を回転軸23bと垂直な方向から見た側面断面図 副搬送羽根40を回転軸23b方向から見た図 本発明の第2実施形態に係る現像装置4のトナー補給口22d付近を回転軸23bと垂直な方向から見た側面断面図 第2実施形態の現像装置4において、トナー補給口22d付近において補給トナーTと現像剤Gとが攪拌される様子を回転軸23bと垂直な方向から見た側面断面図 従来の現像装置101のトナー補給口102付近を攪拌スクリュー103の回転軸と垂直な方向から見た側面断面図
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の現像装置4を備えた画像形成装置の概略断面図である。画像形成装置(例えばモノクロプリンター)100では、コピー動作を行う場合、装置本体内の画像形成部9において、不図示のパーソナルコンピューター(PC)から送信された原稿画像データに基づく静電潜像が形成され、現像装置4により静電潜像にトナーが付着されてトナー像が形成される。この現像装置4へのトナーの供給はトナーコンテナ5から行われる。そして、このような画像形成装置100では、感光体ドラム1を図1において時計回り方向に回転させながら、感光体ドラム1に対する画像形成プロセスが実行される。
画像形成部9には、感光体ドラム1の回転方向(時計回り方向)に沿って、帯電装置2、露光ユニット3、現像装置4、転写ローラー6、クリーニング装置7、及び除電装置(図示せず)が配設されている。感光体ドラム1は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、帯電装置2により表面を均一に帯電させるようになっている。そして、後述する露光ユニット3からのレーザービームを受けた表面に、帯電を減衰させた静電潜像を形成する。なお、上記の感光層は、特に限定するものではないが、例えば耐久性に優れるアモルファスシリコン(a−Si)等が好ましい。
帯電装置(帯電チャージャー)2は、感光体ドラム1の表面を均一に帯電させるものである。例えば帯電装置2は、細いワイヤー等を電極として高電圧を印加することにより放電するコロナ放電装置が用いられる。なお、コロナ放電装置に代えて、帯電ローラーに代表される帯電部材を感光体表面に接触させた状態で電圧を印加する接触式の帯電装置を用いても良い。露光ユニット3は、画像データに基づいて光ビーム(例えばレーザービーム)を感光体ドラム1に照射し、感光体ドラム1の表面に静電潜像を形成する。
現像装置4は、感光体ドラム1の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成させるものである。なお、本実施形態ではトナーと磁性キャリアとから構成される二成分現像剤(以下、単に現像剤ともいう)が現像装置4に収容されている。また、現像装置4の詳細については後述する。クリーニング装置7は、感光体ドラム1の長手方向(図1の紙面と垂直な方向)に線接触するクリーニングローラーやブレード材等を備えており、トナー像が用紙に移行(転写)された後に、感光体ドラム1の表面に残ったトナー(残留トナー)を除去する。
上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム1に向けて、用紙収容部10から用紙が用紙搬送路11及びレジストローラー対13を経由して所定のタイミングで画像形成部9に搬送される。転写ローラー6は、感光体ドラム1表面に形成されたトナー像を乱さずに、用紙搬送路11を搬送されてくる用紙に移行(転写)する。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、クリーニング装置7により感光体ドラム1表面の残留トナーが除去され、除電装置(図示せず)により残留電荷がキャンセルされる。
そして、トナー像が転写された用紙は感光体ドラム1から分離され、定着装置8に搬送されて加熱及び加圧されることで用紙にトナー像が定着される。定着装置8を通過した用紙は、排出ローラー対14を通過して用紙排出部15に排出される。
図2は、本発明の第1実施形態に係る現像装置4の側面断面図であり、図3は、第1実施形態の現像装置4の平面図である。なお、図3では便宜上、上面カバーを取り外して現像装置4の内部が見える状態を表現している。図2及び図3に示すように、現像装置4は、二成分現像剤を収容する現像容器22と、現像剤を攪拌および搬送する第1攪拌スクリュー23及び第2攪拌スクリュー24と、現像ローラー25と、規制ブレード29とを備えている。
現像容器22内は現像容器22と一体形成された仕切壁22aによって、第1搬送室22bと第2搬送室22cとに区画されている。仕切壁22aは、現像容器22の長手方向に延びて第1搬送室22bと第2搬送室22cを並列させるように仕切っている。なお、図3に示すように、現像容器22の長手方向の両端部においては仕切壁22aが存在せず、仕切壁22aの長手方向の右側端部は、現像容器22の側壁部とともに第1連通部22eを形成し、一方、仕切壁22aの長手方向の左側端部は、現像容器22の側壁部とともに第2連通部22fを形成している。第1及び第2連通部22e、22fは、第1搬送室22bと第2搬送室22cとの間において現像剤の受け渡しが可能なように開放されている。
第1搬送室22bには第1攪拌スクリュー23が、第2搬送室22cには第2攪拌スクリュー24が配設されている。第1及び第2攪拌スクリュー23、24は、軸方向に螺旋状に形成される螺旋羽根を備える。第1攪拌スクリュー23は、第1搬送室22b内の現像剤を攪拌しながら矢印P方向へと搬送して第2搬送室22cに搬送し、第2攪拌スクリュー24は、第2搬送室22cに搬送されてきた現像剤を攪拌しながら矢印Q方向へと搬送して現像ローラー25に供給する。即ち、現像容器22内には、第1搬送室22bと、第1連通部22eと、第2搬送室22c、及び第2連通部22fとで現像剤の循環経路が形成されている。また、第1攪拌スクリュー23および第2攪拌スクリュー24は、現像剤を攪拌混合してトナーとキャリアとを摩擦させることによって現像剤中のトナーを帯電させる。
現像ローラー25は、アルミニウム等の非磁性材料で円筒状に形成され、磁極部材26を内蔵している。また、現像ローラー25は、第2攪拌スクリュー24に隣接する位置で現像容器22内に回転可能に支持される。また、現像ローラー25は、現像容器22の開口から露出し、像担持体である感光体ドラム1に一定の間隔を有して対向している。そして、感光体ドラム1(図1参照)の回転に応じて回転することで、感光体ドラム1の感光層にトナーを供給する。
現像ローラー25の内部には複数の磁極を有する永久磁石から成る固定マグネット体26が固定されている。この固定マグネット体26の磁力により現像ローラー25の表面に現像剤を付着(担持)させて磁気ブラシを形成する。現像ローラー25は、第1攪拌スクリュー23、第2攪拌スクリュー24と平行な状態で、現像容器22に回転可能に軸支されている。第1攪拌スクリュー23、第2攪拌スクリュー24、及び現像ローラー25は、モーター(図示せず)により回転駆動される。また、現像ローラー25の両端部には現像容器22と現像ローラー25との隙間からの現像剤の漏出を防止するための磁気シール部材27が配設されている。
規制ブレード29は、その長手方向(図3の左右方向)が最大現像幅よりも大きく形成されており、現像ローラー25と所定の間隔を隔てて配置されることにより、感光体ドラム1に供給するトナー量を規制する。規制ブレード29の材質としては、磁性体或いは非磁性体のSUS(ステンレス)等が用いられる。なお、非磁性体の規制ブレード29に永久磁石を装着して磁性を付与しても良い。
第2攪拌スクリュー24に対向する第2搬送室22cの底面には、現像容器22内に貯留される現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサー(図示せず)が設けられている。このトナー濃度センサーの検知結果に応じて、トナーコンテナ5(図1参照)に貯留されたトナーが現像容器22の上部に設けられたトナー補給口22dを介して現像容器22内に供給される。
現像ローラー25の回転軸にはDSコロ31a、31bが回転可能に外挿されている。DSコロ31a、31bは、感光体ドラム1の外周面の両端部に当接することにより現像ローラー25と感光体ドラム1との距離を厳密に規制している。DSコロ31a、31bにはベアリングが内蔵されており、感光体ドラム1に従動して回転することでドラム表面の摩耗を防止できるようになっている。
第2攪拌スクリュー24から供給された現像剤は、現像ローラー25の表面に担持されて磁気ブラシを形成する。磁気ブラシは規制ブレード29により一定の層厚に規制され、さらに、現像ローラー25の回転によって現像ローラー25と感光体ドラム1との対向領域(現像領域)に向けて搬送される。現像ローラー25に所定のバイアス電圧が印加されることにより、現像ローラー25と感光体ドラム1との間に電位差が生じ、現像領域において、現像ローラー25上に形成された磁気ブラシ中のトナーが感光体ドラム1に供給され、感光体ドラム1上の静電潜像はトナー像に現像される。なお、現像容器22内のトナーが現像によって減少したときは、トナーコンテナ5(図1参照)内に貯留されたトナーがトナー補給口22dを介して第1搬送室22bの上流端(図3参照)に補給される。
次に、図4及び図5を用いて本実施形態の現像装置4における補給トナーの攪拌について詳細に説明する。図4は、第1実施形態の現像装置4のトナー補給口22d付近の部分断面図である。本実施形態の現像装置4では、図4に示すように、第1搬送室22b内に配設される第1攪拌スクリュー23は、第1搬送室22b内の現像剤を所定方向(図5の矢印P方向)に搬送する螺旋状の主搬送羽根23aと、外周面に主搬送羽根23aが形成された回転軸23bとを有する。また、主搬送方向(矢印P方向)に対してトナー補給口22dの下流側には、主搬送羽根23aと逆巻き(逆位相)の副搬送羽根40が形成されている。
図5は、第1実施形態の現像装置4において、トナー補給口22d付近において補給トナーと現像剤とが攪拌される状態を示す部分断面図である。図5に示すように、トナー補給口22dからトナーTが短時間で多量に補給されると、現像容器22内の現像剤Gに比べて比重の軽いトナーTは現像剤Gの上面に沿って(上滑りしながら)主搬送方向に搬送される。
そして、トナー補給口22dの下流側直近に形成された副搬送羽根40により、現像剤に主搬送方向と逆方向(図5の右から左方向、以下、逆搬送方向という)の搬送力が作用する。その結果、トナー補給口22dの下流側で現像剤の滞留が発生し、現像剤Gの上面に存在するトナーTが現像剤G内に取り込まれていく。
従って、高印字率の画像を連続して印字する際など、トナー補給口22dから短時間で多量のトナーTが補給された場合であっても、第1搬送室22b内を搬送される現像剤Gに速やかに取り込まれ、第2搬送室22cに搬送されて現像ローラー25に担持されるまでに十分に分散されるため、トナーの帯電不良に起因する画像かぶりや濃度低下等の画像不具合を効果的に抑制することができる。
また、回転軸23bに垂直なパドルを設けた場合や、主搬送羽根23aと逆位相の副搬送羽根40を回転軸23bの軸方向全域に設けた場合、主搬送羽根23aによる現像剤の主搬送方向への搬送力が大きく阻害されてしまうが、本実施形態のように主搬送羽根23aと逆位相の副搬送羽根40を、回転軸23bの一部のみに設けることで、主搬送羽根23aによる主搬送方向への搬送力を極力低下させずに補給トナーを現像剤中に分散させることができる。
ここで、回転軸23bの軸方向において副搬送羽根40を形成する範囲が広すぎると、逆搬送方向への搬送力が強くなり、主搬送羽根23aによる現像剤の搬送(主搬送)を阻害してしまう。そのため、副搬送羽根40は、回転軸23bの周方向の1/2以下の範囲に形成する必要がある。
一方、副搬送羽根40を形成する範囲が狭すぎると、逆搬送方向への搬送力が弱くなり、現像剤中への補給トナーの分散性が低下する。副搬送羽根40による補給トナーの混合効果と主搬送羽根23aによる現像剤の搬送効果とのバランスを考慮すると、図6に示すように、回転軸23bの周方向の1/3〜1/4の領域、即ち、回転軸23bの軸芯Oに対する中心角90°〜120°の範囲に形成することが好ましい。
また、副搬送羽根40を形成する位置がトナー補給口22dから下流側に遠ざかると、トナーTが現像剤Gの上面に沿って搬送される距離が長くなり、第2搬送室22cに搬送されて現像ローラー25に供給されるまでにトナーTが現像剤G内に十分に分散され難くなる。そのため、現像剤の主搬送方向(矢印P方向)に対し、トナー補給口22dの下流側直近に副搬送羽根40を形成する。具体的には、図4に示すように、トナー補給口22dに対向する位置から主搬送羽根23aの1ピッチ(1位相)分下流側に副搬送羽根40を形成することが好ましい。
また、副搬送羽根40の外径が主搬送羽根23aの外径よりも大きくなると、主搬送方向への搬送力が低下する。一方、副搬送羽根40の外径が小さすぎると、現像剤中への補給トナーの分散性が低下する。そのため、図4に示すように、副搬送羽根40の外径R1を主搬送羽根23aの外径R2の3/4〜1倍に設定することが好ましい。
図7は、本発明の第2実施形態に係る現像装置4のトナー補給口22d付近の部分断面図である。本実施形態では、副搬送羽根40の上流側に対向する主搬送羽根23aの外径R3を、副搬送羽根40の外径R1よりも小さくしている。現像装置4の他の部分の構成は、図2〜図4に示した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
図8は、第2実施形態の現像装置4において、トナー補給口22d付近において補給トナーと現像剤とが攪拌される状態を示す部分断面図である。図8に示すように、副搬送羽根40の上流側に対向する1巻き分の主搬送羽根23aの外径を副搬送羽根40に比べて小さくすることで、主搬送方向(矢印P方向)へ移動する現像剤に比べて逆搬送方向へ移動する現像剤の嵩が高くなる。
これにより、比重の軽いトナーTが現像剤Gの上面を上滑りしながら主搬送方向に搬送されたとしても、逆搬送方向に移動する嵩高い現像剤Gによって、例えば高い波が海面の漂流物をのみ込むようにトナーが取り込まれる。従って、第1実施形態に比べて、第1搬送室22b内を搬送される現像剤Gに補給トナーがより速やかに取り込まれ、第2搬送室22cに搬送されて現像ローラー25に担持されるまでに十分に分散されるため、トナーの帯電不良に起因する画像かぶりや濃度低下等の画像不具合を一層効果的に抑制することができる。
なお、本実施形態においても、回転軸23bの軸方向における副搬送羽根40の位置は、トナー補給口22dに対向する位置から主搬送羽根23aの1ピッチ(1位相)分下流側とすることが好ましい。また、副搬送羽根40を形成する範囲は回転軸23bの周方向の1/3〜1/4の領域とすることが好ましい。
その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本発明は図2に示したような現像装置に限定されるものではなく、磁気ローラー(現像剤担持体)及び現像ローラーを備え、磁気ローラー上にキャリアを残したまま現像ローラー上にトナーのみを転移させてトナー薄層を形成し、交流電界によって感光体上の静電潜像にトナーを付着させる方式の現像装置に用いられる攪拌搬送部材にも全く同様に適用できる。
本発明は、現像容器内にトナーを補給する現像装置に利用可能である。本発明の利用により、補給されたトナーが現像装置内の現像剤に速やかに取り込まれて混合、分散されるため、トナーの帯電不良に起因する画像かぶりや濃度低下等の画像不具合を効果的に抑制できる現像装置を提供することができる。
1 感光体ドラム
4 現像装置
9 画像形成部
22 現像容器
22a 仕切壁
22b 第1搬送室(補給口付搬送室)
22c 第2搬送室(現像剤搬送室)
22d トナー補給口
23 第1攪拌スクリュー(攪拌搬送部材)
23a 主搬送羽根
23b 回転軸
24 第2攪拌スクリュー(攪拌搬送部材)
25 現像ローラー(現像剤担持体)
27 固定マグネット体
29 規制ブレード
33a、33b 磁気シール部材
40 副搬送羽根
100 画像形成装置

Claims (6)

  1. 複数の現像剤搬送室を有し、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収納する現像容器と、
    該現像容器に回転可能に支持され、表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
    前記各現像剤搬送路内に回転可能に配置され、現像剤を攪拌しながら主搬送方向に搬送する主搬送羽根と、該主搬送羽根が外周面に形成された回転軸と、を有する攪拌搬送部材と、
    を備えた現像装置において、
    前記現像剤搬送室のいずれか1つは、前記現像容器内にトナーを補給するトナー補給口が設けられた補給口付搬送室であり、
    前記補給口付搬送室に配置される前記攪拌搬送部材には、主搬送方向に対し前記トナー補給口の下流側直近に、前記主搬送羽根と逆位相の副搬送羽根が前記回転軸の周方向の1/2以下の領域に形成されることを特徴とする現像装置。
  2. 前記副搬送羽根は、前記トナー補給口に対向する位置から主搬送方向に対し前記主搬送羽根の1ピッチ分下流側に形成されることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記副搬送羽根は、前記回転軸の周方向の1/3〜1/4の領域に形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像装置。
  4. 前記副搬送羽根の外径は、前記主搬送羽根の外径の3/4〜1倍であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の現像装置。
  5. 主搬送方向に対し前記副搬送羽根の上流側に対向する1巻き分の前記主搬送羽根の外径は、前記副搬送羽根の外径よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の現像装置。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
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