JP2020052223A - スクリュー及び現像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる構成を提供する。【解決手段】第2スクリュー50は、回転軸50sの周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根50a、50b、50cを備える。複数の条数の羽根50a、50b、50cのうちの少なくとも1条の羽根50a、50bが、回転軸50sの回転軸線方向に亙って連続した形状である。一方、複数の条数の羽根50a、50b、50cのうち、羽根50a、50bと異なる少なくとも1条の羽根50cが、回転軸50sの回転軸線方向の少なくとも一部に羽根50cが不連続となる空隙部50gを有する形状である。そして、羽根50cの回転方向下流端部の回転軸線方向の厚みは、羽根50a、50bの回転軸線方向の厚みよりも小さい。【選択図】図5
Description
本発明は、複数の条数の羽根を備えたスクリュー、及び、このようなスクリューを備えた現像装置に関する。
電子写真方式などを用いた画像形成装置では、感光ドラムに形成された静電潜像を現像装置によりトナー像として現像する。このような現像装置として、トナーとキャリアを含む2成分現像剤を用いたものが、従来から使用されている。2成分現像剤を用いた現像装置の場合、現像容器内に収容された現像剤をスクリューにより攪拌しつつ搬送する。
このように現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューとして、回転軸の周囲に螺旋状に形成された2条の羽根を設け、2条の羽根のそれぞれに、回転軸の軸線方向で不連続となる不連続部を設けた構成が提案されている(特許文献1)。
特許文献1に記載のように、2条の羽根のそれぞれに不連続部を設けた場合、現像剤の攪拌性を向上させられるが、現像剤の搬送性を十分に確保できない可能性がある。具体的には、不連続部(空隙部)を備えた羽根の端部部分で攪拌された現像剤がスクリューの回転とともに跳ね上げられてしまい、搬送方向への現像剤の流れを阻害し、現像剤の搬送性が低下することがある。搬送性能が低下した場合、画像比率の多い画像が出力されたとき、現像剤の搬送が追い付かずに、画像の一部が抜ける画像不良(白抜け)が発生する虞がある。
本発明は、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる構成を提供することを目的とする。
本発明は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて現像を行う現像装置で現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューにおいて、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも1条の第1羽根が、前記回転軸の回転軸線方向に亙って連続した形状であり、前記複数の条数の羽根のうち、前記第1羽根と異なる少なくとも1条の第2羽根が、前記回転軸線方向の少なくとも一部に前記第2羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、前記第2羽根の回転方向下流端部の前記回転軸線方向の厚みは、前記第1羽根の前記回転軸線方向の厚みよりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面と所定の隙間を介して対向配置され、前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材と、前記現像剤担持体に現像剤を供給する第1室と、前記第1室と現像剤の循環経路を形成する第2室とを有する現像容器と、前記第1室で第1方向に現像剤を搬送する第1スクリューと、前記第2室で前記第1方向と反対方向である第2方向に現像剤を搬送する第2スクリューと、前記第2室の前記第2方向の所定位置に設けられ、トナー濃度を検出可能な濃度検出手段と、を備え、前記第2スクリューは、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも1条の第1羽根が、前記回転軸の回転軸線方向に亙って連続した形状であり、前記複数の条数の羽根のうち、前記第1羽根と異なる少なくとも1条の第2羽根が、前記回転軸線方向の少なくとも一部に前記第2羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、少なくとも前記第2方向に関して前記所定位置よりも上流の前記第2羽根は、回転方向下流端部の前記回転軸線方向の厚みが、前記第1羽根の前記回転軸線方向の厚みよりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像剤を供給する第1室と、前記第1室と現像剤の循環経路を形成する第2室とを有する現像容器と、前記第1室で第1方向に現像剤を搬送する第1スクリューと、前記第2室で前記第1方向と反対方向である第2方向に現像剤を搬送する第2スクリューと、前記第2室の前記第2方向の所定位置に設けられ、トナー濃度を検出可能な濃度検出手段と、を備え、前記第2スクリューは、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも1条の第1羽根が、前記回転軸の回転軸線方向に亙って連続した形状であり、前記複数の条数の羽根のうち、前記第1羽根と異なる少なくとも1条の第2羽根が、前記回転軸線方向の少なくとも一部に前記第2羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、少なくとも前記第2方向に関して前記所定位置よりも上流の前記第2羽根は、外周縁部の前記回転軸線方向の厚みが、前記第1羽根の外周縁部の前記回転軸線方向の厚みよりも小さいことを特徴とする。
本発明によれば、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる。
<第1の実施形態>
第1の実施形態について、図1ないし図13を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図1を用いて説明する。
第1の実施形態について、図1ないし図13を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図1を用いて説明する。
[画像形成装置]
画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色に対応して設けられ4つの画像形成部PY、PM、PC、PKを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。本実施形態では、画像形成部PY、PM、PC、PKを後述する中間転写ベルト10の回転方向に沿って配置したタンデム型としている。画像形成装置100は、画像形成装置本体に接続された原稿読み取り装置(図示せず)又は画像形成装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じてトナー像(画像)を記録材Pに形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。
画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色に対応して設けられ4つの画像形成部PY、PM、PC、PKを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。本実施形態では、画像形成部PY、PM、PC、PKを後述する中間転写ベルト10の回転方向に沿って配置したタンデム型としている。画像形成装置100は、画像形成装置本体に接続された原稿読み取り装置(図示せず)又は画像形成装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じてトナー像(画像)を記録材Pに形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。
このような画像形成プロセスの概略を説明すると、まず、各画像形成部PY、PM、PC、PKでは、それぞれ、感光ドラム1Y、1M、1C、1K上に各色のトナー像を形成する。このように形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト10上へ転写され、続いて中間転写ベルト10から記録材P上に転写される。トナー像が転写された記録材は、定着装置11に搬送されて、トナー像が記録材に定着される。以下、詳しく説明する。
なお、画像形成装置100が備える4つの画像形成部PY、PM、PC、PKは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。したがって、以下、代表して画像形成部PYについて説明し、他の画像形成部の構成は、画像形成部PYにおける構成に付した符号の添え字「Y」をそれぞれM、C、Kに置き換えて示し、説明を省略する。
画像形成部PYには、像担持体として円筒型の感光体、即ち、感光ドラム1Yが配設されている。感光ドラム1Yは、例えば、直径が30mm、長手方向(回転軸線方向)の長さが360mmであり、250mm/secのプロセススピード(周速度)で図中矢印方向に回転駆動される。感光ドラム1Yの周囲には帯電ローラ2Y(帯電装置)、現像装置4Y、一次転写ローラ5Y、クリーニング装置6Yが配置されている。感光ドラム1Yの図中下方には露光装置(レーザースキャナ)3Yが配置されている。
帯電ローラ2Yは、例えば、直径が14mm、長手方向の長さが320mmで、画像形成時に感光ドラム1Yに従動回転する。帯電ローラ2Yは、感光ドラム1Yに向かって加圧バネ(不図示)によって付勢されている。また、帯電ローラ2は、高圧電源から帯電バイアス(例えば、DC電圧:−900V、ACピーク間電圧:1500V)が印加される。これによって、感光ドラム1Yは、帯電ローラ2Yによりほぼ均一に帯電される。
また、感光ドラム1Y、1M、1C、1Kと対向して中間転写ベルト10が配置されている。中間転写ベルト10は、複数の張架ローラにより張架され、駆動ローラを兼ねる二次転写内ローラ12の駆動により図中矢印方向に周回移動する。二次転写内ローラ12と中間転写ベルト10を挟んで対向する位置には、二次転写部材としての二次転写外ローラ13が配置され、中間転写ベルト10上のトナー像を記録材Pに転写する二次転写部T2を構成している。二次転写部T2の記録材搬送方向下流には定着装置が配置される。
上述のように構成される画像形成装置100により画像を形成するプロセスについて説明する。まず、画像形成動作が開始すると、回転する感光ドラム1Yの表面が帯電ローラ2Yによって一様に帯電される。次いで、感光ドラム1Yは、露光装置3Yから発せられる画像信号に対応したレーザ光により露光される。これにより、感光ドラム1Y上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム1Y上の静電潜像は、現像装置4Y内に収容されたトナーによって顕像化され、可視像となる。
感光ドラム1Y上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト10を挟んで配置される一次転写ローラ5Yとの間で構成される一次転写部T1Yにて、中間転写ベルト10に一次転写される。一次転写後に感光ドラム1Y表面に残ったトナー(転写残トナー)は、クリーニング装置6Yによって除去される。
このような動作をマゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成部でも順次行い、中間転写ベルト10上で4色のトナー像を重ね合わせる。その後、トナー像の形成タイミングに合わせて記録材収納カセット(図示せず)に収容された記録材Pが二次転写部T2に搬送され、中間転写ベルト10上の4色のトナー像が、記録材P上に一括で二次転写される。二次転写部T2で転写しきれずに中間転写ベルト10に残留したトナーは、不図示の中間転写ベルトクリーナにより除去される。
次いで、記録材Pは定着装置11に搬送される。そして、この定着装置11によって、加熱、加圧されることで、記録材P上のトナーは溶融、混合されて、フルカラーの画像として記録材Pに定着される。その後、記録材Pは機外に排出される。これにより、一連の画像形成プロセスが終了する。なお、所望の画像形成部のみを用いて、所望の色の単色又は複数色の画像を形成することも可能である。
[現像装置]
次に、現像装置4Yについて、図2及び図3を用いて説明する。なお、現像装置4M、4C、4Kについても同様である。現像装置4Yは、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む2成分現像剤を収容する現像容器41を有する。現像容器41は、感光ドラム1Yに対向した現像領域の部分が開口しており、この開口部に一部露出するようにして、内部にマグネットロール44aが非回転に配置された現像剤担持体としての現像スリーブ44が回転可能に設置されている。
次に、現像装置4Yについて、図2及び図3を用いて説明する。なお、現像装置4M、4C、4Kについても同様である。現像装置4Yは、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む2成分現像剤を収容する現像容器41を有する。現像容器41は、感光ドラム1Yに対向した現像領域の部分が開口しており、この開口部に一部露出するようにして、内部にマグネットロール44aが非回転に配置された現像剤担持体としての現像スリーブ44が回転可能に設置されている。
本実施形態では、現像スリーブ44は非磁性材料で構成され、例えば、直径が20mm、長手方向の長さが334mmであり、250mm/secのプロセススピード(周速度)で、現像動作時に図2の矢印方向に回転する。磁界発生手段としてのマグネットロール44aは、周方向に沿って複数の磁極を有し、発生する磁界により現像スリーブ44の表面に現像剤を担持させる。現像スリーブ44の表面には、所定の隙間(例えば、300μm)を介して規制部材としての現像ブレード42が対向配置されている。
現像スリーブ44の表面に担持された現像剤は、現像ブレード42により層厚が規制され、現像スリーブ44の表面に現像剤の薄層が形成される。即ち、現像ブレード42は、現像スリーブ44に担持された現像剤の層厚を規制する。現像スリーブ44は、薄層に形成された現像剤を担持しつつ現像領域に搬送する。現像領域で、現像スリーブ44上の現像剤は穂立ちして磁気穂を形成する。本実施形態では、磁気穂を感光ドラム1Yに接触させて、現像剤のトナーを感光ドラム1Yに供給することで、感光ドラム1Y上の静電潜像をトナー像として現像する。この際、現像効率、即ち、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ44には電源から、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ44の回転にしたがって現像容器41内の次述する現像室47に回収される。
現像容器41の内部は、垂直方向に延在する隔壁43によって、第1室としての現像室47と第2室としての攪拌室48とに区画されている。隔壁43の長手方向(現像スリーブ44の回転軸線方向)の両端側には、それぞれ現像室47と攪拌室48とを連通する連通口43a、43bが形成されている。これにより、現像室47と攪拌室48とで現像剤の循環経路を形成している。
また、現像容器41内には、それぞれ現像剤を攪拌しつつ且つ搬送する第1搬送部としての第1スクリュー45、第2搬送部としての第2スクリュー50が配置されている。第1スクリュー45は、現像室47に配置され、現像室47内の現像剤を図3の矢印511方向(第1方向)に攪拌しつつ搬送し、且つ、現像スリーブ44に現像剤を供給する。第2スクリュー50は、攪拌室48に配置され、攪拌室48内の現像剤を図3の矢印510方向(第1方向と反対方向である第2方向)に攪拌しつつ搬送する。
現像装置4Yの上方には、図2に示すように、トナーのみ、もしくはトナーと磁性キャリアからなる補給現像剤201を収容した現像剤補給装置としてのホッパー200が配置されている。ホッパー200には、供給スクリュー202が設置されており、画像形成に用いられた分のトナーをホッパー200から補給口203(図3)を通じて現像容器41内に供給可能としている。現像剤の補給量は、制御手段としての制御部110が供給スクリュー202の回転回数を制御することによって調整される。
制御部110は、供給スクリュー202の制御の他、画像形成装置100全体の制御を行う。このような制御部110は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を有している。CPUは、ROMに格納された制御手順に対応するプログラムを読み出しながら各部の制御を行う。また、RAMには、作業用データや入力データが格納されており、CPUは、前述のプログラム等に基づいてRAMに収納されたデータを参照して制御を行う。
現像装置4Yは、現像容器41内のトナー濃度(キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合、T/D比)を検出可能な濃度検出手段としてのトナー濃度センサ49を有する。トナー濃度センサ49は、攪拌室48の第2方向の所定位置に設けられ、攪拌室48でトナー濃度を検出する。本実施形態では、トナー濃度センサ49として、インダクタンスセンサを用いており、攪拌室48内にインダクタンスセンサのセンサ面(検出面)を露出させている。インダクタンスセンサは、センサ面から所定の検出範囲の透磁率を検出する。現像剤のトナー濃度が変化すると、磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による透磁率も変化するため、その透磁率の変化をインダクタンスセンサにより検出することで、トナー濃度を検出できる。
制御部110は、トナー濃度センサ49によって現像容器41内のトナー濃度を検出した結果に基づいて、ホッパー200からの現像剤の補給量を決定する。なお、感光ドラム1Y又は中間転写ベルト10上に制御用のトナー像(パッチ画像)を形成し、パッチ画像の濃度を不図示のセンサにより検出し、その検出結果を上述の補給量に反映させる場合もある。このセンサは、例えば、発光部と受光部とを有し、発光部からパッチ画像に向けて照射された光の反射光を受光部により受光することで、パッチ画像の濃度を検出するものである。更に、制御部110は、ビデオカウント値も上述の補給量に反映させる場合もある。ビデオカウント値は、入力された画像データの1画素毎のレベル(例えば、0〜255レベル)を画像1面分積算した値である。
[現像剤の循環]
次に、現像容器41内の現像剤の循環について、図2及び図3を用いて説明する。第1スクリュー45及び第2スクリュー50は、現像スリーブ44の回転軸線方向に沿って略平行に配置されている。そして、第1スクリュー45と、第2スクリュー50とは、現像スリーブ44の回転軸線方向に沿って互いに逆方向に現像剤を搬送する。こうして、現像剤は、第1スクリュー45、第2スクリュー50によって、連通口43a、43bを介して現像容器41内を循環させられる。
次に、現像容器41内の現像剤の循環について、図2及び図3を用いて説明する。第1スクリュー45及び第2スクリュー50は、現像スリーブ44の回転軸線方向に沿って略平行に配置されている。そして、第1スクリュー45と、第2スクリュー50とは、現像スリーブ44の回転軸線方向に沿って互いに逆方向に現像剤を搬送する。こうして、現像剤は、第1スクリュー45、第2スクリュー50によって、連通口43a、43bを介して現像容器41内を循環させられる。
即ち、第1スクリュー45、第2スクリュー50の搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像スリーブ44上の現像剤は、現像室47に回収され、連通口43bを介して攪拌室48に搬送され、攪拌室48内を移動する。また、現像スリーブ44にコートされなかった現像室47内の現像剤も、現像室47内を移動し、連通口43bを介して攪拌室48内へ移動する。
ここで、攪拌室48の連通口43bよりも第2スクリュー50の現像剤搬送方向上流側には、ホッパー200から現像剤が補給される補給口203が設けられている。このため、攪拌室48では、現像室47から連通口43bを介して搬送された現像剤と、ホッパー200から補給口203を介して補給された補給現像剤201とが、第2スクリュー50によって攪拌しつつ搬送される。そして、第2スクリュー50により搬送された現像剤が、連通口43aを介して現像室47へ移動する。
[現像剤]
ここで、本実施形態で用いる2成分現像剤について説明する。現像剤はマイナス帯電極性の非磁性トナーと、プラス帯電極性の磁性キャリアを混合したものを用いる。非磁性トナーは、ポリエステル、スチレンアクリル等の樹脂に着色料、ワックス成分などを内包し、粉砕あるいは重合によって粉体としたものに、酸化チタン、シリカ等の微粉末を表面に添加したものである。磁性キャリアは、フェライト粒子や磁性粉を混錬した樹脂粒子からなるコアの表層に樹脂コートを施したものである。初期状態の現像剤中のトナーの濃度は、例えば、8%〜10%である。
ここで、本実施形態で用いる2成分現像剤について説明する。現像剤はマイナス帯電極性の非磁性トナーと、プラス帯電極性の磁性キャリアを混合したものを用いる。非磁性トナーは、ポリエステル、スチレンアクリル等の樹脂に着色料、ワックス成分などを内包し、粉砕あるいは重合によって粉体としたものに、酸化チタン、シリカ等の微粉末を表面に添加したものである。磁性キャリアは、フェライト粒子や磁性粉を混錬した樹脂粒子からなるコアの表層に樹脂コートを施したものである。初期状態の現像剤中のトナーの濃度は、例えば、8%〜10%である。
[現像剤の攪拌性と搬送性について]
次に、攪拌室内で現像剤を搬送する第2スクリューによる現像剤の攪拌性と搬送性について説明する。攪拌室には、上述のように補給現像剤が補給されるため、第2スクリューには、現像剤の攪拌性と搬送性を両立することが求められる。まず、攪拌性について説明する。
次に、攪拌室内で現像剤を搬送する第2スクリューによる現像剤の攪拌性と搬送性について説明する。攪拌室には、上述のように補給現像剤が補給されるため、第2スクリューには、現像剤の攪拌性と搬送性を両立することが求められる。まず、攪拌性について説明する。
感光ドラム上に形成された静電潜像をより忠実にトナーにより現像するためには、現像容器内のトナーの帯電量を安定させることが望まれる。一般的に、トナー及びキャリアを用いた2成分現像方式では、トナーとキャリアとを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電させる。このトナーの帯電量は、現像剤のトナー濃度(T/D比)に依存する傾向がある。即ち、現像剤のトナー濃度が高過ぎるとトナーの帯電量が低くなり、現像剤のトナー濃度が低すぎると、トナーが過剰に帯電してしまう。トナーの帯電量が大きいほど感光ドラム上の潜像に対して現像されるトナー量は少なくなるので、トナーの帯電量にムラがあると、感光ドラム上のトナー像に濃度ムラが生じてしまう。
また、トナーはキャリアとの摺擦により帯電するため、現像容器内で局所的に現像剤のトナー濃度が高いと、キャリアに対するトナーの被覆率が高くなり過ぎて、トナーの帯電量が不足してしまう。この結果、感光ドラム上の非画像部へのトナー飛翔(かぶり)や、現像容器外へのトナー飛散などが起こりうる。
ここで、補給現像剤はトナーが多く含まれるために補給現像剤が補給された直後の現像剤のトナー濃度は高いのに対し、現像スリーブでトナーが消費されるため、現像容器内に回収された現像剤のトナー濃度は低い。したがって、トナーの帯電量起因によるトナー飛散や濃度ムラなどを防止するために、トナー濃度が異なる現像剤を速やかに攪拌混合し、現像容器内の現像剤のトナー濃度を安定させることが望まれる。
次に、現像剤の搬送性(搬送性能)について説明する。出力画像濃度に比例したトナー消費量と同量のトナーを現像スリーブに供給するためには、スクリューにより現像剤の搬送速度を所定以上に保つことが望まれる。現像剤の搬送速度が遅いと、画像濃度の濃い画像が連続した場合に、補給された現像剤が現像スリーブまで到達する時間が遅くなる。すると、現像スリーブに汲みあげられる現像剤のトナー濃度が低下してしまい、画像濃度が徐々に濃くなってしまう。
以上のような背景により、スクリューによる現像剤の搬送速度を所定以上確保し、補給された現像剤を速やかに現像スリーブに到達させることが望まれる。このように、補給直後の現像剤を搬送する第2スクリューにおいては、現像剤の攪拌性の確保と搬送性の確保とを両立させることが望まれる。
[比較例1の第2スクリュー]
次に、現像容器内で現像剤を搬送する第2スクリューの比較例1として、図4に示すように、多条の第2スクリュー51を用いた場合について説明する。第2スクリュー51は、回転軸51sの周囲に螺旋状に形成された3条の羽根51a、51b、51cを設けたものである。そして、複数の条数のうちの少なくとも1条の羽根51cに、羽根51cが不連続となる空隙部51gを有する形状である。
次に、現像容器内で現像剤を搬送する第2スクリューの比較例1として、図4に示すように、多条の第2スクリュー51を用いた場合について説明する。第2スクリュー51は、回転軸51sの周囲に螺旋状に形成された3条の羽根51a、51b、51cを設けたものである。そして、複数の条数のうちの少なくとも1条の羽根51cに、羽根51cが不連続となる空隙部51gを有する形状である。
図4では、現像剤の流れを黒色の矢印で、回転軸51s(スクリュー軸)の回転方向と現像剤の搬送方向を白色の矢印で、それぞれ示している。第2スクリュー51の場合、上述のように空隙部51gを有することで、搬送されるトナーとキャリアを含む現像剤が、空隙部51gで分流され、羽根51bで搬送される現像剤と羽根51cで搬送される現像剤とに別れる。分流されることで現像剤が分散し、混ざるので、現像剤が補給された時などは、補給現像剤が現像容器内の現像剤中に広く分布し易くなる。そして、補給現像剤の分布が広がることで、補給現像剤と現像容器内の現像剤の攪拌性が向上する。
しかし、羽根51cの回転方向下流の端面51hが第2スクリュー51の回転に伴い回転すると、端面51hに接触した現像剤の一部が端面51h上に堆積して分流されずに跳ね上げられてしまう。そして、搬送方向とは違う方向に現像剤の流れを作り、現像剤の搬送性能を低下させる場合がある。よって、上述のような不連続となる空隙部を有する羽根を備えたスクリューにおいては、攪拌性能を確保しつつ、搬送性能を低下させない構成が求められる。
[本実施形態の第2スクリュー]
そこで、本実施形態では、第1スクリュー45及び第2スクリュー50を、複数の条数の羽根を有する多条スクリューとしている。また、攪拌室48で現像剤を搬送する第2スクリュー50は、複数の条数のうちの少なくとも1条の羽根に、羽根が不連続となる空隙部を有する形状としている。以下、第2スクリュー50について、図5ないし図7を用いて詳しく説明する。
そこで、本実施形態では、第1スクリュー45及び第2スクリュー50を、複数の条数の羽根を有する多条スクリューとしている。また、攪拌室48で現像剤を搬送する第2スクリュー50は、複数の条数のうちの少なくとも1条の羽根に、羽根が不連続となる空隙部を有する形状としている。以下、第2スクリュー50について、図5ないし図7を用いて詳しく説明する。
図5(a)は、第2スクリュー50の一部を、図3が示す現像装置の真上から見た図で、第2スクリュー50の回転方向及び現像剤の搬送方向を白色の矢印で示したものである。図5(a)に示すように、第2スクリュー50は、回転軸50sと、回転軸50sの周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根50a、50b、50cとを備える。第2スクリュー50の現像剤搬送方向(第2方向)の下流側には、第2スクリュー50の下流端部と連続するように、第2スクリュー50と反対方向に現像剤を搬送する返しスクリュー50dが設けられている(図3参照)。なお、第2スクリュー50の現像剤搬送方向上流側には、補給口203から補給された現像剤を攪拌室48内に搬送するスクリューが設けられている。
本実施形態では、第2スクリュー50は、3条の羽根50a、50b、50cを有する3条スクリューとしている。また、複数の条数の羽根50a、50b、50cのうちの少なくとも1条(本実施形態では2条)の第1羽根としての羽根50a、50bは、回転軸50sの回転軸線方向に亙って連続した形状である。
一方、第1羽根と異なる少なくとも1条(本実施形態では1条)の第2羽根としての羽根50cは、回転軸50sの回転軸線方向の少なくとも一部に羽根50cが不連続となる空隙部50gを有する形状である。即ち、羽根50cの一部を欠損させて、この部分を空隙部50gとしている。3条の羽根50a、50b、50cは、第2スクリュー50の現像剤搬送方向に関して、羽根50a、羽根50b、羽根50cの順番で、同じ外径及び同じピッチで形成されている。
なお、第1スクリュー45は、第2スクリュー50と同様の3条スクリューとしているが、何れの羽根にも空隙部を設けていない。第1スクリュー45の現像剤搬送方向(第1方向)の下流側には、第1スクリュー45の下流端部と連続するように、第1スクリュー45と反対方向に現像剤を搬送する返しスクリュー45aが設けられている(図3参照)。但し、第1スクリュー45も、第2スクリュー50と同様に少なくとも1条の羽根に空隙部を有する形状としても良い。また、第1スクリュー45は、第2スクリュー50と同じ3条の羽根50a、50b、50cを有するスクリューとすることが好ましい。即ち、第1スクリュー45は、第2スクリュー50と同様の外径及びピッチを有する同じ条数のスクリューとすることが好ましく、この場合に、第2スクリュー50と同様に空隙部を設けても良いし、空隙部を設けなくても良い。また、空隙部を設けた場合、空隙部を設けた羽根の下流端部の厚みを、後述する第2スクリュー50の羽根50cの下流端部と同様に小さくしても良い。即ち、第1スクリュー45と第2スクリュー50とを同様の構成としても良い。
第2羽根としての羽根(不連続羽根)50cは、空隙部50gが連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域に亙って周期的に形成されている。なお、空隙部50gは、少なくともトナー濃度センサ49が設けられた第2方向の所定位置よりも上流に形成していれば良い。但し、上述のように、空隙部50gが連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域に亙って周期的に形成されていることが好ましい。
本実施形態では、図6に示すように、羽根50cと空隙部50gは、第2スクリュー50の回転方向の位相に関して、羽根50cが120°の位相、空隙部50gが60°の位相で交互に存在するようにしている。図6は、羽根50cと空隙部50gのみに着目して、第2スクリュー50を回転軸方向から見た断面図である。図6に示すように、羽根50cの部分を1周分、回転軸線方向に投影した羽根50cと空隙部50gの面積の比は、2:1となる。
ここで、羽根50cを1周分、回転軸線方向に投影した場合の羽根50cの面積をS1、同じく空隙部50gの面積をS2とした場合に、S2/S1を1以上3以下とすることが好ましい。本実施形態では、上述のように、S2/S1は2である。
図5(b)は、図5(a)の羽根50cの周りの現像剤の流れを黒色の矢印で示した図である。回転方向の上流から現像剤が搬送されるとする。この場合、羽根50cに搬送される現像剤が、空隙部50gで、羽根50cで搬送される領域と、それより一つ上流の羽根50bで搬送される領域に分断される。一方、上流側の羽根50bに搬送される現像剤は、空隙部50gで、羽根50cで搬送される領域と、それより一つ下流の羽根50aで搬送される領域へと分断することで補給現像剤を分散させて現像剤中に補給している。
本実施形態においては、羽根50cの回転方向下流端部がエッジ状になっている。即ち、羽根50cの回転方向下流端部の回転軸線方向の厚みは、羽根50a、50bの回転軸線方向の厚みよりも小さい。羽根50cは、少なくとも第2方向に関してトナー濃度センサ49が設けられた所定位置よりも上流で下流端部の厚みを小さくすれば良い。但し、本実施形態では、上述したように、空隙部50gが連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域に亙って周期的に形成されている。このため、これに合わせて、羽根50cの下流端部の厚みも連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域において小さくしている。
また、羽根50cは、回転方向下流端部の回転軸線方向の厚みを、羽根50cの回転方向上流端部の回転軸線方向の厚みよりも小さくしている。特に本実施形態では、羽根50cは、少なくとも回転方向中間部から下流端部に亙って漸次厚さが小さくなるように形成されている。これにより、羽根50cの回転方向下流端部をエッジ状にしている。羽根50cの下流端部は、羽根50cが現像容器内の現像剤へ突入する部分となっている。
このように回転方向下流端部がエッジ状である羽根50cの構成について、図7を用いてより詳しく説明する。図7は、第2スクリュー50の羽根50cのみを示したもので、羽根50cの外周縁部を径方向から見た模式図である。また、図7の一点鎖線は、第2スクリュー50の回転軸線を示し、第2スクリュー50の回転方向及び現像剤搬送方向を白色の矢印で示している。また、図7に実線で示す羽根は、本実施形態の羽根50cを示し、点線で示す羽根は、図4に示した比較例1の羽根51cを示す。
比較例1の羽根51cでは、回転方向下流側の端面51hに現像剤が堆積されてしまった場合、スクリューの回転と共に現像剤が跳ね上げられてしまう。現像剤が跳ね上げられた場合、搬送方向に現像剤が搬送されにくくなるため、搬送性能が低下してしまう。
そこで、本実施形態では、第2スクリュー50の空隙部50gを有する羽根50cの回転方向下流側下流端部の厚みを小さくしている。図示の例では、羽根50cは、回転方向上流端部から下流端部に亙って漸次厚さが小さくなるように形成されている。羽根50cの下流側の端面50hに現像剤を堆積させにくくするためには、この端面50hの厚みをできるだけ小さくすることが好ましい。このため、羽根50cの回転方向下流端部(特に、端面50h)の回転軸線方向の厚みは、キャリアの体積平均粒径以下とすることが好ましい。キャリア粒径以下の厚みであれば、現像剤は羽根50cの下流側の端面50hに殆ど堆積しないため、現像剤の搬送の妨げとなる跳ね上げが発生することを抑制できる。
本実施形態では、キャリア粒径は体積平均粒径で規定される。本実施形態のキャリアは、例えば、表面酸化あるいは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属、及びそれらの合金、又は酸化物フェライトなどが好適に使用可能である。これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、体積平均粒径は30〜50μmほどである。
磁性キャリアの体積分布基準の平均粒径(50%粒径:D50)は、例えばマルチイメージアナライザー(ベックマン・コールター社製)を用いて、以下のように測定される。
粒度分布測定は、レーザ回折・散乱方式の粒度分布測定装置「マイクロトラックMT3300EX」(日機装社製)にて測定を行った。測定には、鑑識測定用の試料供給機「ワンショットドライ型サンプルコンディショナーTurbotrac」(日機装社製)を装着して行った。Turbotracの供給条件としては、真空源として集塵機を用い、風量約33リットル/sec、圧力17kPaとした。制御は、ソフトウェア上で自動的に行う。粒径は体積分布基準の累積値である50%粒径(D50)を求める。制御および解析は付属ソフト(バージョン10.3.3−202D)を用いて行う。測定条件は、以下の通りである。
SetZero時間:10秒
測定時間:10秒
測定回数:1回
粒子屈折率:1.81
粒子形状:非球形
測定上限:1208μm
測定下限:0.243μm
測定環境:常温常湿環境(23℃、50%RH)
SetZero時間:10秒
測定時間:10秒
測定回数:1回
粒子屈折率:1.81
粒子形状:非球形
測定上限:1208μm
測定下限:0.243μm
測定環境:常温常湿環境(23℃、50%RH)
なお、本実施形態では、羽根50cの回転方向下流端部の回転軸線方向の厚みは、現像スリーブ44の表面と現像ブレード42(図2参照)との間の所定の隙間以下としている。例えば、羽根50cの下流側の端面の厚みを300μm以下としている。これは、羽根50cの下流側端部で、現像剤の凝集塊を崩して、凝集塊の大きさを現像スリーブ44と現像ブレード42との間の所定の隙間以下とすることが好ましいためである。凝集塊を崩せない場合、現像スリーブ44と現像ブレード42との間に現像剤が詰まり、スジ状の画像不良が発生する虞がある。
このように構成される本実施形態の場合、空隙部50gを有する羽根50cの回転方向下流端部に接触した現像剤は、羽根50cの端面50hに堆積することなく分流され易い。このため、羽根50cによって現像剤の搬送を妨げる跳ね上げを抑えることができ、現像剤の搬送性能を向上させることができる。
また、羽根50cは、少なくとも第2方向に関してトナー濃度センサ49が設けられた所定位置よりも上流で、空隙部50gを有すると共に、下流端部の厚みを小さくしている。このため、現像剤が搬送速度の低下が抑制されつつ十分に攪拌された状態でトナー濃度センサ49に現像剤が到達するため、トナー濃度センサ49によるトナー濃度の検出精度を向上させることができる。本実施形態では、連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域に亙って周期的に空隙部50gが存在し、羽根50cの下流端部の厚みを小さくしている。このため、連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域において現像剤の搬送性及び攪拌性を確保できるため、トナー濃度センサ49によるトナー濃度の検出精度を、より向上させることができる。
また、羽根50cは、空隙部50gを有し、この空隙部50gにより現像剤を分散させ易くしているため、現像剤の攪拌性能も確保できる。即ち、本実施形態の第2スクリュー50は、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる。
また、本実施形態では、上述したように、羽根50cと空隙部50gの面積比(S2/S1)を2としている。このため、補給現像剤の分散性をより向上させることができる。この面積比と現像剤の分散性について説明する。
[現像剤の分散性の検証]
面積比については、上述のとおり空隙部50gで現像剤が分散される。以下の検証では、現像剤の入った現像容器内に補給現像剤を入れた際に空隙部50gで分散される様子を、トナー濃度センサ49にて検出される現像剤への補給現像剤の混ざり具合を確認することで評価した。また、本検証では、図2及び図3に示した現像容器41を使用することで、この確認を行った。
面積比については、上述のとおり空隙部50gで現像剤が分散される。以下の検証では、現像剤の入った現像容器内に補給現像剤を入れた際に空隙部50gで分散される様子を、トナー濃度センサ49にて検出される現像剤への補給現像剤の混ざり具合を確認することで評価した。また、本検証では、図2及び図3に示した現像容器41を使用することで、この確認を行った。
上述の補給現像剤の混ざり具合については、現像容器41内の現像剤のトナー濃度の変化を確認することで評価することが可能であり、本検証では、現像容器41に設けられたトナー濃度センサ49により、トナー濃度の変化の測定を行った。上述のように、トナー濃度センサ49として、磁気特性を検知するインダクタンスセンサを用い、センサ近傍のトナー濃度を検出した。
ここで、トナー濃度センサ49として使用したインダクタンスセンサについて、より詳しく説明する。インダクタンスセンサは、現像剤の透磁率に関する情報を検知する濃度センサである。上述したように、現像剤(2成分現像剤)は磁性キャリアと非磁性トナーを主成分としている。この現像剤のトナー濃度(キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合)が変化すると、磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による透磁率も変化する。その透磁率の変化を、インダクタンスセンサにより検出する。
インダクタンスセンサは、攪拌室48に透磁率のセンサ面(検出面)を突き出して、第2スクリュー50に対向させている。センサ面は、センサ面上の現像剤の攪拌搬送性を考慮して第2スクリュー50に近接して配置した。第2スクリュー50の外径面(スクリュー外径を直径とする円筒面)とセンサ面との間の距離をGとする。本発明者の検討では、センサの感度の関係から、距離Gは0.2〜2.5mm程度とすることが好ましいことがわかった。
しかし、センサ面を第2スクリュー50に近づけすぎると、第2スクリュー50の外径面がセンサ面に接触し、第2スクリュー50の回転によりセンサ面が削れてしまう虞がある。第2スクリュー50がセンサ面に接触すると、センサ面の変形、現像容器中へ削り粉の混入などが生じる。また、センサ面を第2スクリュー50に近づけすぎると、センサ面と第2スクリュー50との間の現像剤が押しつぶされて凝集塊を形成し、その凝集塊が画像劣化を引き起こす虞がある。このため、本実施形態では、距離Gを0.5mmに設定した。
インダクタンスセンサは、センサ面から所定の検出範囲の透磁率を検出するので、第2スクリュー50の動きに伴って、検出される透磁率も変化する。具体的には、スクリューの回転周期にそって、現像剤がインダクタンスセンサのセンサ面を通過していくので、インダクタンスセンサが検出する透磁率の信号波形は、第2スクリュー50の動きに応じた最大値と最小値を有する信号波形となる。
ここでは、インダクタンスセンサにより現像剤の透磁率の検出を10ms毎に行った。そして、その10ms毎の検出を、波形の最大値と最大値の間に相当するスクリュー1周分(第2スクリュー50の回転速度から1周に要する時間分)行い、これらの平均値を求める事によってインダクタンスセンサの検出値とした。インダクタンスセンサによって検出される電気信号は、図8に示すように、トナー濃度に応じてほぼ直線的に変化する。即ち、インダクタンスセンサから出力される電気信号は現像容器41内の2成分現像剤のトナー濃度に対応する。
次にインダクタンスセンサから出力される電気信号の処理を説明する。インダクタンスセンサからの電気信号は、制御部110(図2)内のCPUへ送られる。そして、CPUにて、規定のトナー濃度(RAMなどの記憶回路に記憶された初期設定値におけるトナー濃度)と現像容器41内の実際のトナー濃度(インダクタンスセンサによる検出値)とを比較し、その結果を記録する。インダクタンスセンサによりトナー濃度を検出するときには、上述のように、第2スクリュー50の動きに伴って、検出値が変化する。そこで、第2スクリュー50の動きによる検出値の変化は、スクリューの回転周期あたりの透磁率の平均値を検出値として算出し、上述の処理によりトナー濃度を計算した。
図9は、横軸をトナー濃度センサ49(インダクタンスセンサ)の検出時間としたときの、センサ近傍部のトナー濃度の時間推移を示した図である。縦軸は、センサ近傍のトナー濃度(即ち、トナー濃度センサ49の出力結果をトナー濃度に換算した値)であり、この値が大きいとトナー濃度が高いということを示している。
現像容器41に補給された補給現像剤が現像容器41内の循環経路で搬送され、トナー濃度センサ49近傍に到達すると、センサ近傍部では一時的にトナー濃度が高く検出される。その後、補給トナーがセンサ近傍部を通過するとセンサ近傍部のトナー濃度は元のトナー濃度に近い値に収束する。
補給現像剤が現像容器41内を循環され、トナー濃度センサ49の近傍を通過するたびに、このようなトナー濃度の急激な変化が繰り返される。即ち、図9に示すように、現像容器41内の現像剤の循環周期で、トナー濃度が急激に高くなること(ピーク)が繰り返される。しかしながら、現像剤の循環が進むと、補給現像剤が現像剤に攪拌されることで、トナー濃度センサ49で検出されるトナー濃度のピークの値が低くなる。そして、最終的には、トナー濃度が、補給された補給現像剤に対応する割合だけ、補給前の値より高い値に収束する。
ここで、図9に示したようなトナー濃度センサ49で検出されるトナー濃度のピーク値に着目する。補給現像剤がセンサ近傍を通過する1回目のトナー濃度のピーク値をP1(%)とする。また、センサ近傍を1回通過した補給トナーが循環経路を経て2回目にセンサ近傍を通過する際のトナー濃度のピーク値をP2(%)とする。このとき、P1に対してP2が低くなっていれば、それだけ補給トナーが現像剤内で分散されているということである。このため、このP1からP2への低下率(ピーク変化値Δ)で、現像装置における補給トナーの分散性能を表すことが可能である。
本検証における実験では、上述の3条の羽根を有する第2スクリュー50において、羽根50cの羽根50cがある分と空隙部50gの比率(羽根50cの部分を1周分、軸方向に投影した羽根50cと空隙部50gの面積の比)を変えたものを用意した。
実験条件は、以下の通りである。まず、図2及び図3に記載してあるような現像容器41に対して、初期現像剤としてトナー濃度が10%の現像剤を100g入れた。そして、補給現像剤として0.5gの補給トナーを補給口に入れた。このとき、既に現像容器41内に現像剤が入っている状態で第2スクリュー50を回転速度600rpmで回転させ、この状態で補給トナーを入れた。そして、図9で説明した様なピーク変化値Δ(%)を算出した。この結果を図10に示す。
実験の結果、羽根50cと空隙部50gの面積比率が1:1より2:1の方がピーク変化値Δ(%)が大きいため、より補給トナーの分散性能が高いことがわかる。よって、本実施形態においては、面積比率2:1を採用した。
[現像剤の搬送性及び攪拌性の検証]
次に、本実施形態の第2スクリュー50の現像剤の搬送性能と攪拌性能に対する効果について検証した結果について説明する。まず、搬送性能の検証結果について説明する。本実施形態では、スクリューによる現像剤の搬送性能を、単位時間当たりにおけるスクリューの搬送速度として定義し、以降この搬送速度を用いてスクリューの搬送性能を評価していく。この搬送速度は、図11に示す搬送速度測定装置60により実測を行うことが可能であり、その結果をもって使用する現像器におけるスクリューの必要な構成を規定することができる。
次に、本実施形態の第2スクリュー50の現像剤の搬送性能と攪拌性能に対する効果について検証した結果について説明する。まず、搬送性能の検証結果について説明する。本実施形態では、スクリューによる現像剤の搬送性能を、単位時間当たりにおけるスクリューの搬送速度として定義し、以降この搬送速度を用いてスクリューの搬送性能を評価していく。この搬送速度は、図11に示す搬送速度測定装置60により実測を行うことが可能であり、その結果をもって使用する現像器におけるスクリューの必要な構成を規定することができる。
搬送速度測定装置60は、現像剤搬送用の現像剤搬送容器61と、現像剤搬送容器61に現像剤を入れるための現像剤供給装置63と、現像剤搬送容器61の現像剤搬送方向下流の開口から現像剤が落ちてくるのを回収する測定用容器62とから構成されている。
現像剤搬送容器61には、各々の測定用スクリューを設置することで、各スクリューに対して搬送速度を測定することが可能である。現像剤搬送容器61に設置された測定用スクリューは、不図示の駆動モータから駆動を入力することでスクリューを所定の回転数で回転させることができる。現像剤搬送容器61内に現像剤がある状態で測定用スクリューを回転させることで、スクリューの搬送方向にならって現像剤が搬送される。搬送された現像剤は、現像剤搬送容器61の搬送方向下流底部にある開口より現像剤搬送容器61の外へ排出される。
排出された現像剤は、現像剤搬送容器61の開口下に配置してある測定用容器62に回収される。この測定用容器62には、重量測定用の測りが取り付けられており、測定用容器62に回収される現像剤の重量を測定することができる。
現像剤供給装置63は、現像剤搬送容器61の搬送方向上流の位置に配置してあり、現像剤搬送容器61内の測定用スクリューの最上流位置に現像剤を供給することができる。現像剤供給装置63には、現像剤供給装置63の現像剤排出口から現像剤を排出するためのスクリュー形状の排出搬送部材と、その排出搬送部材を回転させるための駆動モータが配置されている。そして、この駆動モータの回転数を変えることで、現像剤搬送容器61への現像剤供給量を変化させることができる。
このような搬送速度測定装置60において、測定用容器62に溜まった現像剤の重量が現像剤搬送容器61内を搬送された現像剤の搬送量ということになる。即ち、測定用スクリューが回転している状態において、測定用容器62の中へ回収された現像剤量がこのスクリューにおける搬送量に相当する。本実施形態では、スクリュー回転中の単位時間あたりに測定用容器に回収された現像剤の搬送量をスクリューの搬送速度と定義した。
この搬送速度測定装置60を用いて、搬送速度を測定した実験結果を図12(a)に示す。比較例1は、図4に示した第2スクリュー51を用いて行った結果であり、実施例1は、本実施形態の第2スクリュー50を用いて行った結果である。
実験の結果、比較例1の搬送速度が19.70g/sであったのに対し、実施例1の搬送速度は20.59g/sであった。このため、実施例1は、比較例1よりも搬送性能が上昇していることが分かった。即ち、羽根51cの下流端部の厚みを小さくしていない比較例1に対して、本実施形態のように、羽根50cの下流端部の厚みを小さくすることで現像剤の跳ね上げが抑制され、現像剤の搬送速度が上昇していることが確認できた。
次に、攪拌性能の検証結果について説明する。攪拌性能の検証については、現像装置4Yを単体で駆動できる装置に設置し、現像剤の攪拌状態を高速度カメラ(Vision Research Inc. phantom v10)によって観察する実験を行った。本実験では、色の異なる2種類の現像剤(イエローとシアン)を使用した。何れの現像剤も、T/D比は8%に調合した。
まず、イエローの現像剤70gを現像装置4Yに投入し、第1スクリュー45、第2スクリュー50及び現像スリーブ44を2分間駆動させる。すると、イエローの現像剤は、現像装置4Y内で剤面が均一に慣らされた状態になる。次に、シアンの現像剤70gをイエローの現像剤の上に均一に載せる。この状態で再度駆動を開始すると、イエローとシアン2色の現像剤が徐々に混ざり合い、やがて均一なグリーンになる様子が見られる。この色の変化を高速度カメラによって現像装置4Yの上方から観察し、輝度値の変化を撹拌状態の指標として数値化した。初期の輝度がL1、攪拌終了時(定常状態)の輝度がL2であったとき、攪拌状態(%)=(L―L1)/(L2−L1)として、数値化を行った。
上記の攪拌性能の測定は、本実施形態の第2スクリュー50を用いた実施例1と、図13に示すように、空隙部を有さない3条のスクリュー52を用いた比較例2とで行った。即ち、実施例1で用いた第2スクリュー50は、3条のスクリューの少なくとも1条の羽根50cに空隙部50gを設けたものである。そして、このスクリューに対する攪拌性能の比較例2として、空隙部の有り無し以外の実験結果が変化する要因を無くし、条件を揃えるため、実施例1と同じく3条の羽根を有するが、空隙部を有さない連続羽根のみを用いたスクリュー52を用いた。
ここで、図13を用いて、空隙部の無い連続羽根のみを用いたスクリュー52について説明する。スクリュー52は、回転軸52sと、回転軸52sの周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根52a、52b、52cとを備える。スクリュー52は、3条の羽根52a、52b、52cを有する3条スクリューとしている。また、複数の条数の羽根52a、52b、52cは、それぞれ回転軸52sの軸線方向に亙って連続した形状である。3条の羽根52a、52b、52cは、スクリュー52の現像剤搬送方向に関して、羽根52a、羽根52b、羽根52cの順番で、同じ外径及び同じピッチで形成されている。
図12(b)に、実験の結果を示す。空隙部のない連続羽根のみのスクリュー52を用いた比較例2の場合、攪拌終了(攪拌状態100%)まで1.5秒を要した。これに対して、第2スクリュー50を用いた実施例1の場合は、1.2秒で攪拌が終了した。このため、実施例1は、空隙部の無いスクリューを用いた比較例2と比べて、攪拌性能が向上していることが確認できた。
以上のように、本実施形態の場合、現像剤の攪拌性能を低下させること無く、搬送の妨げとなる現像剤の跳ね上げを抑制することができる。このため、搬送性を向上させることができ、現像スリーブ周辺へ現像剤を十分に搬送することができる。
<第2の実施形態>
第2の実施形態について、図14ないし図16を用いて説明する。本実施形態の第2スクリュー53は、上述の第1の実施形態の第2スクリュー50に対して、空隙部53gを有する羽根53cの外周縁部の厚みを小さくしている。その他の構成及び作用は、上述の第1の実施形態と同様である。このため、以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第2の実施形態について、図14ないし図16を用いて説明する。本実施形態の第2スクリュー53は、上述の第1の実施形態の第2スクリュー50に対して、空隙部53gを有する羽根53cの外周縁部の厚みを小さくしている。その他の構成及び作用は、上述の第1の実施形態と同様である。このため、以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
本実施形態の第2スクリュー53の概略は次の通りである。第2スクリュー50は、複数の条数の羽根を有する多条スクリューである。そして、複数の条数の羽根のうちの、少なくとも一部に羽根が不連続となる空隙部を有する構成である。また、少なくとも第2方向に関してトナー濃度センサ49(図3)が設けられた所定位置よりも上流において空隙部を有する羽根の回転方向下流端部の回転軸方向の厚みと、外周縁部の厚みを小さくして、この羽根の下流端部と外周縁部をエッジ状にしている。以下、図14及び図15を用いて詳しく説明する。
図14(a)は、第2スクリュー53の一部を、図3が示す現像装置の真上から見た図で、第2スクリュー53の回転方向及び現像剤の搬送方向を白色の矢印で示したものである。図14(a)に示すように、第2スクリュー53は、回転軸53sと、回転軸53sの周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根53a、53b、53cとを備える。
本実施形態では、第2スクリュー53は、3条の羽根53a、53b、53cを有する3条スクリューとしている。また、複数の条数の羽根53a、53b、53cのうちの少なくとも1条(本実施形態では2条)の第1羽根としての羽根53a、53bは、回転軸53sの回転軸線方向に亙って連続した形状である。
一方、第1羽根と異なる少なくとも1条(本実施形態では1条)の第2羽根としての羽根53cは、回転軸53sの回転軸線方向の少なくとも一部に羽根53cが不連続となる空隙部53gを有する形状である。即ち、羽根53cの一部を欠損させて、この部分を空隙部53gとしている。3条の羽根53a、53b、53cは、第2スクリュー53の現像剤搬送方向に関して、羽根53a、羽根53b、羽根53cの順番で、同じ外径及び同じピッチで形成されている。
また、羽根53cは、空隙部53gが連通口43a、43b(図3)の間の回転軸線方向の全域に亙って周期的に形成されている。なお、空隙部53gは、少なくともトナー濃度センサ49が設けられた第2方向の所定位置よりも上流に形成していれば良い。但し、上述のように、空隙部53gが連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域に亙って形成されていることが好ましい。
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、羽根53cと空隙部53gは、第2スクリュー53の回転方向の位相に関して、羽根53cが120°の位相、空隙部53gが60°の位相で交互に存在するようにしている。したがって、図6に示したように、羽根50cの部分を1周分、回転軸線方向に投影した羽根53cと空隙部53gの面積の比が2:1となる。
図14(b)は、図14(a)の羽根53cの周りの現像剤の流れを黒色の矢印で示した図である。図14(b)の左側から右側に現像剤が搬送されるとする。この場合、羽根53cに搬送される現像剤が、空隙部53gで、羽根53cで搬送される領域と、それより一つ上流の羽根53bで搬送される領域に分断される。一方、上流側の羽根53bに搬送される現像剤は、空隙部53gで、羽根53cで搬送される領域と、それより一つ下流の羽根53aで搬送される領域へと分断される。このように、現像剤の搬送経路が空隙部53gで分流されることで現像剤が補給された時などは、補給現像剤が現像容器内の現像剤中に広く分布し易くなる。
本実施形態においては、第1の実施形態の第2スクリュー50と同様に、羽根53cの回転方向下流端部がエッジ状になっている。即ち、羽根53cの回転方向下流端部の回転軸線方向の厚みを、羽根53a、53bの回転軸線方向の厚みよりも小さくしている。これに加えて本実施形態では、羽根53cの外周縁部の回転軸線方向の厚みを、羽根53a、53bの外周縁部の回転軸線方向の厚みよりも小さくしている。
羽根53cは、少なくとも第2方向に関してトナー濃度センサ49が設けられた所定位置よりも上流で下流端部及び外周縁部の厚みを小さくすれば良い。但し、本実施形態では、上述したように、空隙部53gが連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域に亙って形成されている。このため、これに合わせて、羽根53cの下流端部及び外周縁部の厚みも連通口43a、43bの間の回転軸線方向の全域において小さくしている。
また、羽根53cは、外周縁部の回転軸線方向の厚みを、羽根50cの内周縁部の回転軸線方向の厚みよりも小さくしている。特に本実施形態では、羽根50cは、少なくとも径方向中間部から外周縁部に亙って漸次厚さが小さくなるように形成されている。これにより、羽根53cの外周縁部をエッジ状にしている。
このように回転方向下流端部及び外周縁部がエッジ状である羽根53cの構成について、図14(a)、(b)及び図15を用いてより詳しく説明する。
図14(a)、(b)において、羽根53cは、内周縁部から外周縁部に亙って漸次厚さが小さくなるように形成されている。ここで、羽根53cの回転軸線方向に沿った断面において、外周縁部を頂点とする回転軸線方向両側面がなす角度をθ2とする。言い換えれば、羽根53cの頂点と厚みがなす角度をθ2とする。このとき、このθ2は、現像剤が羽根53cの側面を自重で滑り落ちるように、現像装置の交換時(即ち、寿命に到達した時)における現像剤の安息角以下とすることが好ましい。本実施形態では、θ2を60°以下としている。
本実施形態における安息角の定義および測定方法について説明する。現像剤の安息角とは、現像剤を平面上に落下させたときに、平面上にできる現像剤の山の稜線の傾斜角をいう。本実施形態では、パウダテスタPT−S(ホソカワミクロン社製)を使用し、安息角を測定した。目開き250μmのメッシュ上に現像剤150gを乗せ、振動を加えることで漏斗を介して、直径8cmの円形テーブルの上に現像剤を堆積させる。このとき、テーブルの端部から現像剤があふれる程度に堆積させる。そして、テーブル上に堆積した現像剤の稜線と円形テーブル面との間に形成された角度を測定することで安息角とする。
トナーの安息角は、画像形成を行い現像装置が使用されるにつれて変化する。即ち、現像装置に補給されて間もない現像剤の安息角は、最も低い(角度が小さい)。その後、現像装置が繰り返し画像形成動作を行ううちに、現像装置内において現像剤同士の擦れなどで、現像剤が劣化して流動性が低下すると、現像剤の安息角が大きくなる。
実際には、2成分現像剤中のトナーやキャリアの処方により変動するが、本実施形態では、未使用時(新品時)の現像剤の安息角は、20°程度であり、現像装置の寿命時(交換時)の現像剤の安息角は、60°程度である。したがって、本実施形態における現像剤の安息角の範囲は、60°以下であり、上述のθ2は、60°以下であることが望ましい。また、θ2は、好ましくは45°以下、より好ましくは30°以下とする。
図15は、第2スクリュー53の羽根53cのみを示したもので、羽根53cの外周縁部を径方向から見た模式図である。また、図15の一点鎖線は、第2スクリュー53の回転軸線を示し、第2スクリュー53の回転方向及び現像剤搬送方向を白色の矢印で示している。また、図15に実線で示す羽根は、本実施形態の羽根53cを示し、点線で示す羽根は、図4に示した比較例1の羽根51cを示す。
比較例1の羽根51cでは、回転方向下流側の端面51hに現像剤が堆積されてしまった場合、スクリューの回転とともに現像剤は跳ね上げられてしまう。現像剤が跳ね上げられた場合、搬送方向に現像剤が搬送されないため、搬送力が低下してしまう。
そこで、本実施形態では、第1の実施形態と同様に、羽根53cの回転方向下流側の端面53hの厚みを小さくして、上述のような現像剤の跳ね上げを防止している。本実施形態の場合も、第1の実施形態と同様に、羽根53cの回転方向下流端部(特に、端面53h)の回転軸線方向の厚みは、キャリアの体積平均粒径以下とすることが好ましい。但し、現像剤の凝集塊を崩すべく、本実施形態の場合も、羽根53cの回転方向下流端部の回転軸線方向の厚みは、現像スリーブ44の表面と現像ブレード42(図2参照)との間の所定の隙間以下としている。
また、比較例1の羽根53cでは、外周縁部の端面51iに現像剤が堆積されてしまった場合も、スクリューの回転とともに現像剤は跳ね上げられてしまい、搬送力が低下してしまう場合がある。そこで、本実施形態では、羽根53cの回転方向下流側の端面53hの厚みと同様に、羽根53cの外周縁部の端面53iの厚みを小さくして、上述のような現像剤の跳ね上げを防止している。
また、羽根53cの外周縁部(特に、端面53i)の回転軸線方向の厚みは、羽根53cの回転方向下流端部の回転軸線方向の厚みと同様に、キャリアの体積平均粒径以下とすることが好ましい。キャリア粒径以下の厚みであれば、現像剤は羽根53cの外周縁部の端面53iに殆ど堆積しないため、現像剤の搬送の妨げとなる跳ね上げが発生することを抑制できる。但し、現像剤の凝集塊を崩すべく、羽根53cの外周縁部の回転軸線方向の厚みも、現像スリーブ44の表面と現像ブレード42(図2参照)との間の所定の隙間以下としている。
このように構成される本実施形態の場合も、第1の実施形態と同様に、空隙部53gを有する羽根53cの回転方向下流端部に接触した現像剤は、羽根53cの端面53hに堆積することなく分流され易い。このため、羽根53cによって現像剤の搬送を妨げる跳ね上げを抑えることができ、現像剤の搬送性能を向上させることができる。
また、本実施形態の場合、羽根53cの外周縁部に現像剤が接触した場合も、円周面がエッジ状であるため、現像剤が羽根53cの端面53iに堆積することなく回転軸53sに滑り落ち易い。特に、羽根53cの両側面がなす角度θ2が安息角以下(本実施形態では60°以下)としているため、現像剤が羽根53cの側面から滑り落ち易い。このため、現像剤の搬送を妨げる跳ね上げが抑えられるため、現像剤の搬送性能を、より向上させることができる。
更に、本実施形態の場合も、羽根53cは、空隙部53gを有し、この空隙部53gにより現像剤を分散させ易くしているため、現像剤の攪拌性能も確保できる。即ち、本実施形態の第2スクリュー53は、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる。
その他の第2スクリュー53の構成は、第1の実施形態の第2スクリュー50と同じである。
その他の第2スクリュー53の構成は、第1の実施形態の第2スクリュー50と同じである。
[現像剤の搬送性及び攪拌性の検証]
次に、本実施形態の第2スクリュー53の現像剤の搬送性能と攪拌性能に対する効果について、第1の実施形態と同様に検証した結果について説明する。まず、搬送性能の検証結果について説明する。本実施形態の場合も、第1の実施形態と同様に、図11に示した搬送速度測定装置60を用いて実験を行った。
次に、本実施形態の第2スクリュー53の現像剤の搬送性能と攪拌性能に対する効果について、第1の実施形態と同様に検証した結果について説明する。まず、搬送性能の検証結果について説明する。本実施形態の場合も、第1の実施形態と同様に、図11に示した搬送速度測定装置60を用いて実験を行った。
この搬送速度測定装置60を用いて、搬送速度を測定した実験結果を図16(a)に示す。比較例1は、図4に示した第2スクリュー51を用いて行った結果であり、実施例2は、本実施形態の第2スクリュー53を用いて行った結果である。
実験の結果、比較例1の搬送速度が19.70g/sであったのに対し、実施例2の搬送速度は20.62g/sであった。このため、実施例2は、比較例1よりも搬送性能が上昇していることが分かった。即ち、羽根51cの下流端部及び外周縁部の厚みを小さくしていない比較例1に対して、本実施形態のように、羽根53cの下流端部及び外周縁部の厚みを小さくすることで現像剤の跳ね上げが抑制され、現像剤の搬送速度が上昇していることが確認できた。
次に、攪拌性能の検証結果について説明する。攪拌性能の検証についても、第1の実施形態と同様の方法で実験を行った。攪拌性能の測定は、本実施形態の第2スクリュー53を用いた実施例2と、図13に示した、空隙部を有さない3条のスクリュー52を用いた比較例2とで行った。
図16(b)に、実験の結果を示す。空隙部のない連続羽根のみのスクリュー52を用いた比較例2の場合、攪拌終了(攪拌状態100%)まで1.5秒を要した。これに対して、第2スクリュー53を用いた実施例2の場合は、1.2秒で攪拌が終了した。このため、実施例2は、空隙部の無いスクリューを用いた比較例2と比べて、攪拌性能が向上していることが確認できた。
以上のように、本実施形態の場合も、現像剤の攪拌性能を低下させること無く、搬送の妨げとなる現像剤の跳ね上げを抑制することができる。このため、搬送性を向上させることができ、現像スリーブ周辺へ現像剤を十分に搬送することができる。
<他の実施形態>
上述の各実施形態で説明した空隙部は、羽根を連続させないよう部分であれば良く、例えば、図5(a)で螺旋に沿う方向に隣り合う羽根50cと羽根50cとの間に、羽根50cよりも外径が小さい羽根が存在していても良い。即ち、軸線方向に連続した羽根の外周側の一部を、軸線方向の一部で切り欠いたような形状とし、この切り欠いた部分を空隙部としても良い。要は、羽根の軸線方向の一部で搬送方向と攪拌方向との分流が生じるような、羽根のない部分が空隙部に相当し、空隙部は、羽根がない場合の他、羽根の一部が残っているような場合も含む。
上述の各実施形態で説明した空隙部は、羽根を連続させないよう部分であれば良く、例えば、図5(a)で螺旋に沿う方向に隣り合う羽根50cと羽根50cとの間に、羽根50cよりも外径が小さい羽根が存在していても良い。即ち、軸線方向に連続した羽根の外周側の一部を、軸線方向の一部で切り欠いたような形状とし、この切り欠いた部分を空隙部としても良い。要は、羽根の軸線方向の一部で搬送方向と攪拌方向との分流が生じるような、羽根のない部分が空隙部に相当し、空隙部は、羽根がない場合の他、羽根の一部が残っているような場合も含む。
また、上述の各実施形態では、複数の条数の羽根を有するスクリューとして、2条スクリュー及び3条スクリューについて説明したが、本発明は、空隙部と羽根の体積との関係が上述のような関係であれば、4条以上の条数のスクリューにも適用可能である。
また、上述の第2の実施形態では、空隙部を有する羽根の下流端部及び外周縁部の厚みを小さくしているが、外周縁部のみ厚みを小さくしても良い。羽根の外周縁部のみ、第2の実施形態のように厚みを小さくしても、現像剤の跳ね上げを抑制できる効果を得られるため、図4に示した比較例1のように外周縁部の厚みを小さくしていない構成よりも、現像剤の搬送性能を向上させることができる。
上述の各実施形態では、画像形成装置がプリンタである構成について説明したが、本発明は、複写機、ファクシミリ、複合機などにも適用可能である。また、上述の各実施形態では、現像装置として、現像室から現像スリーブに現像剤を供給し、現像室で現像スリーブから現像剤を回収する構成について説明した。但し、本発明は、現像室(第1室)から現像剤を供給し、現像室と隔壁を挟んで配置される攪拌室(第2室)で現像剤を回収する構成にも適用可能である。更には、第1室と第2室とが水平方向に並んで配置される現像装置以外に、第1室と第2室とが上下方向、或いは、水平方向に対して傾斜するような位置関係に存在するような構成にも、本発明を適用可能である。
4Y、4M、4C、4K・・・現像装置/41・・・現像容器/42・・・現像ブレード(規制部材)/44・・・現像スリーブ(現像剤担持体)/45・・・第1スクリュー(第1搬送部)/47・・・現像室(第1室)/48・・・攪拌室(第2室)/49・・・トナー濃度センサ(濃度検出手段)/50、53・・・第2スクリュー(スクリュー、第2搬送部)/50a、50b、53a、53b・・・羽根(第1羽根)/50c、53c・・・羽根(第2羽根)/50g、53g・・・空隙部/50s、53s・・・回転軸/
Claims (15)
- トナーとキャリアを含む現像剤を用いて現像を行う現像装置で現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューにおいて、
回転軸と、
前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、
前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも1条の第1羽根が、前記回転軸の回転軸線方向に亙って連続した形状であり、
前記複数の条数の羽根のうち、前記第1羽根と異なる少なくとも1条の第2羽根が、前記回転軸線方向の少なくとも一部に前記第2羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、
前記第2羽根の回転方向下流端部の前記回転軸線方向の厚みは、前記第1羽根の前記回転軸線方向の厚みよりも小さい、
ことを特徴とするスクリュー。 - 前記第2羽根の回転方向下流端部の前記回転軸線方向の厚みは、前記第2羽根の回転方向上流端部の前記回転軸線方向の厚みよりも小さい、
ことを特徴とする、請求項1に記載のスクリュー。 - 前記第2羽根は、少なくとも回転方向中間部から下流端部に亙って漸次厚さが小さくなるように形成されている、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のスクリュー。 - 前記第2羽根の回転方向下流端部の前記回転軸線方向の厚みは、キャリアの体積平均粒径以下である、
ことを特徴とする、請求項1ないし3の何れか1項に記載のスクリュー。 - 前記第2羽根の外周縁部の前記回転軸線方向の厚みは、前記第1羽根の外周縁部の前記回転軸線方向の厚みよりも小さい、
ことを特徴とする、請求項1ないし4の何れか1項に記載のスクリュー。 - 前記第2羽根の外周縁部の前記回転軸線方向の厚みは、前記第2羽根の内周縁部の前記回転軸線方向の厚みよりも小さい、
ことを特徴とする、請求項5に記載のスクリュー。 - 前記第2羽根は、少なくとも径方向中間部から外周縁部に亙って漸次厚さが小さくなるように形成されている、
ことを特徴とする、請求項5又は6に記載のスクリュー。 - 前記第2羽根は、前記回転軸線方向に沿った断面において、外周縁部を頂点とする前記回転軸線方向両側面がなす角度が60°以下である、
ことを特徴とする、請求項7に記載のスクリュー。 - 前記第2羽根を1周分、前記回転軸線方向に投影した場合の前記第2羽根の面積をS1、同じく前記空隙部の面積をS2とした場合に、S2/S1が1以上3以下である、
ことを特徴とする、請求項1ないし8の何れか1項に記載のスクリュー。 - トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する第1室と、前記第1室と現像剤の循環経路を形成する第2室とを有する現像容器と、
前記第1室で第1方向に現像剤を搬送する第1搬送部と、
前記第2室で前記第1方向と反対方向である第2方向に現像剤を搬送する第2搬送部と、を備え、
前記第2搬送部が、請求項1ないし9の何れか1項に記載のスクリューである、
ことを特徴とする現像装置。 - トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面と所定の隙間を介して対向配置され、前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する第1室と、前記第1室と現像剤の循環経路を形成する第2室とを有する現像容器と、
前記第1室で第1方向に現像剤を搬送する第1スクリューと、
前記第2室で前記第1方向と反対方向である第2方向に現像剤を搬送する第2スクリューと、
前記第2室の前記第2方向の所定位置に設けられ、トナー濃度を検出可能な濃度検出手段と、を備え、
前記第2スクリューは、
回転軸と、
前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、
前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも1条の第1羽根が、前記回転軸の回転軸線方向に亙って連続した形状であり、
前記複数の条数の羽根のうち、前記第1羽根と異なる少なくとも1条の第2羽根が、前記回転軸線方向の少なくとも一部に前記第2羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、
少なくとも前記第2方向に関して前記所定位置よりも上流の前記第2羽根は、回転方向下流端部の前記回転軸線方向の厚みが、前記第1羽根の前記回転軸線方向の厚みよりも小さい、
ことを特徴とする現像装置。 - 前記第2羽根の回転方向下流端部の前記回転軸線方向の厚みは、所定の隙間以下である、
ことを特徴とする、請求項11に記載の現像装置。 - 少なくとも前記第2方向に関して前記所定位置よりも上流の前記第2羽根は、外周縁部の前記回転軸線方向の厚みが、前記第1羽根の外周縁部の前記回転軸線方向の厚みよりも小さい、
ことを特徴とする、請求項11又は12に記載の現像装置。 - トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する第1室と、前記第1室と現像剤の循環経路を形成する第2室とを有する現像容器と、
前記第1室で第1方向に現像剤を搬送する第1スクリューと、
前記第2室で前記第1方向と反対方向である第2方向に現像剤を搬送する第2スクリューと、
前記第2室の前記第2方向の所定位置に設けられ、トナー濃度を検出可能な濃度検出手段と、を備え、
前記第2スクリューは、
回転軸と、
前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、
前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも1条の第1羽根が、前記回転軸の回転軸線方向に亙って連続した形状であり、
前記複数の条数の羽根のうち、前記第1羽根と異なる少なくとも1条の第2羽根が、前記回転軸線方向の少なくとも一部に前記第2羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、
少なくとも前記第2方向に関して前記所定位置よりも上流の前記第2羽根は、外周縁部の前記回転軸線方向の厚みが、前記第1羽根の外周縁部の前記回転軸線方向の厚みよりも小さい、
ことを特徴とする現像装置。 - 前記第2羽根は、少なくとも径方向中間部から外周縁部に亙って漸次厚さが小さくなるように形成されており、前記回転軸線方向に沿った断面において、外周縁部を頂点とする前記回転軸線方向両側面がなす角度が、前記現像装置の交換時における現像剤の安息角以下である、
ことを特徴とする、請求項14に記載の現像装置。
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