JP4450670B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの複合機等の画像形成装置及びこの画像形成装置に用いられる現像装置に関する。

従来、現像ハウジング内に、現像ローラと２本の搬送スクリューを平行に設けた現像装置において、これら２本の搬送スクリューの間に、トナー搬送方向の上流側及び下流側の両端の連通部を除いて仕切り板を設け、トナー（現像剤）の循環通路を設けたものが公知である。また、この従来例によれば、、搬送スクリューの材質として、例えば、ＡＢＳ、ＰＣ、ＰＳ、ＰＢＴ等の各種樹脂が紹介されており、かつ、キャリアとトナーからなる２成分系現像剤が使用されている（特許文献１参照）。

また、特許文献２には、スクリューパイプの内側の現像剤を流入側から流出側に搬送する送り羽根と、スクリューパイプの外側の現像剤を流出側から流入側に搬送する突条とを設けた撹拌スクリューを有し、スクリューパイプの内面の表面粗さを小さくして摩擦係数を小さくし、外側はブラスト処理等によって摩擦係数を大きくした技術が開示されている。

更に、特許文献３には、現像室には現像剤の循環経路が規定されていて、この循環経路を通して現像剤を撹拌搬送するための２つの螺旋羽根部材が配設されている。循環経路中の、トナーカートリッジからトナーが導入されるトナー受け入れ領域の下流側において、一方の螺旋羽根部材の外径を小さくして搬送能力を局部的に低減させた技術が開示されている。

特開平１０−１７１２５１号公報 特開平８−４４２０８号公報 特開２００１ー２３５９３３号公報

しかしながら、特許文献１において、例えばＡＢＳ、ＰＣ、ＰＳなどの各種樹脂のうちのいずれかの樹脂で２本の搬送スクリューを作成し、かつ１成分系の磁性トナーを用いた場合は２成分系の磁性トナーとの成分上の違いにより、搬送スクリューにトナーがこびりつき易い。特に、高濃度の原稿使用時で高速機（高画像形成速度）においては、図５に示すように、トナー補給口１２７の下流部Ａ（ハッチング部）など、特にトナー搬送圧が上昇しやすい箇所における搬送スクリューにトナーがこびりつき易い。また、図６に示すように、トナー搬送方向の特に下流側の連通部１２５において、２本の搬送スクリュー１２２、１２３の間でトナーを受け渡す部分Ｂ（ハッチング部）にトナーが滞留し、よどみが生じて搬送がスムーズにいかない。

一方、２本の搬送スクリュー１２２，１２３の両方にＰＢＴ等の低摩擦性の樹脂を用いた場合、特に低濃度原稿使用時で低速機（低画像形成速度）においては、トナーの搬送量が過剰となり、２本の搬送スクリュー１２２，１２３の間でトナーを受け渡す連通部１２４、１２５において、トナーが凝集し、よどみが生じて搬送がスムーズにいかなかった。

また、特許文献２に開示された技術によると、スクリューパイプの内面にフッ素樹脂やシリコン樹脂を塗布して表面粗さを小さくしているが、この場合、耐摩耗性に問題がある。

更に、特許文献３に開示された技術によると、特許文献１の場合と同様に、トナー受け入れ領域の下流側においてトナーのよどみが発生するおそれがある。

そこで、本発明は、現像室内で搬送されるトナーの滞留を解消してトナーの搬送効率を改善すると共に、原稿濃度及び画像形成速度に影響されないような画像形成装置及びこの画像形成装置に用いられる現像装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、（１）現像ローラを収容した現像ハウジングと、（２）この現像ハウジング内において前記現像ローラと略平行に設けられてトナーを搬送する第１の搬送スクリューと、（３）前記現像ローラと前記第１の搬送スクリューとの間に設けられてトナーを搬送する第２の搬送スクリューと、（４）前記第１の搬送スクリューと前記第２の搬送スクリューとの間で、トナー搬送方向の上流側及び下流側の両端の連通部を除いて立設された仕切板と、を有する現像装置である。そして、前記第１の搬送スクリューによるトナー搬送方向の中途部に対応する前記現像ハウジングに、トナー補給口を形成し、前記第１の搬送スクリューを、前記第２の搬送スクリューよりも低摩擦性かつトナー難付着性の材料で形成したものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の現像装置において、トナー搬送方向の下流側の前記連通部に対応する前記第１の搬送スクリューの一部を、前記第２の搬送スクリューよりも低摩擦性かつトナー難付着性の材料で形成したものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の現像装置において、前記低摩擦性かつトナー難付着性の材料は、ポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置と、この現像装置から供給されるトナーによって静電潜像が現像される感光体と、この感光体上のトナー像を転写材に転写する転写デバイスと、転写材に転写されたトナー像を転写材に定着させる定着デバイスと、を備えた画像形成装置に関するものである。

本発明によれば、現像ローラと第１の搬送スクリュー及び第２の搬送スクリューを備え、第１の搬送スクリューによるトナー搬送方向の中途部に対応する現像ハウジングに、トナー補給口を形成し、第１の搬送スクリューを、第２の搬送スクリューよりも低摩擦性かつトナー難付着性の材料で形成したことにより、搬送スクリューへのトナーの付着が防止され、原稿濃度、印字速度などに関わらずトナーの搬送特性を良好に維持することができる。また、第１の搬送スクリューのトナー搬送方向の下流側にのみ低摩擦性かつトナー難付着性の材料を用いた場合、トナー搬送方向の上流側からの搬送圧を抑制しつつ、新しいトナーが少しづつ供給されて、トナーの搬送特性を良好に維持することができる。

更に、新しいトナーが少しづつ現像ローラ側に供給されることで、トナーの帯電が安定するため、安定した画像を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。

(画像形成装置の概略構成)
図１は、画像形成装置１を模式的に示した概略構成図である。この画像形成装置１は、画像形成装置本体２内にプリント用紙、プラスチックフィルム等のシート材Ｐを給紙トレイ３から送り出すピックアップローラ４と、このピックアップローラ４から送り出されたシート材Ｐをシート搬送路Ｒに沿って搬送するシート搬送部５と、このシート搬送部５によって搬送されたシート材Ｐに画像を形成する画像形成部６と、この画像形成部６によってシート材に形成された画像を定着させる定着装置７と、この定着装置７で画像が定着されたシート材Ｐを排紙トレイ８へ排出するシート排出部９と、を備えて大略構成されている。
（画像形成部の構成）
次に、画像形成部６の構成について簡単に説明する。画像形成部６は、ドラム型の感光体ドラム１０と、その周囲に配置された帯電器１１と、感光体ドラム１０における帯電器１１よりも回転方向下流側の位置にレーザ照射を行う露光器１２Ａ及び反射ミラー１２Ｂ等からなるスキャナユニット１２と、現像装置１３と、転写部１４と、除電器１５と、感光体ドラム１０の表面からシート材Ｐを分離させるシート分離手段１８と、クリーニング装置１９と、を備えて大略構成されている。

上述した感光体ドラム１０は、図示しない駆動手段によって所定のプロセススピード（周速度）で矢印Ａ方向に回転駆動される。そして、感光体ドラム１０は、帯電器１１によって表面が均一に所定の極性・電位で帯電される。

帯電後の感光体ドラム１０は、スキャナユニット１２によって静電潜像が形成される。スキャナユニット１２の露光器１２Ａは、図示しない画像処理部から入力された画像情報に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御されるレーザ光を発生させ反射ミラー１２Ｂで反射させて、帯電後の感光体ドラム１０の表面に照射し、レーザ光照射部分の電荷を除去して画像情報に応じた静電潜像を形成する。そして、感光体ドラム１０の表面に形成された静電潜像は、現像装置１３によって、電荷を有するトナーが静電的に付着されてトナー像として現像される。このトナーとしては、一般に、合成樹脂製の粉体が使用される。なお、図示しないが、スキャナユニット１２は例えばポリゴンミラー等の各種の光学系を備えている。

こうして、感光体ドラム１０の表面に形成されたトナー像は、給紙トレイ３から供給されるシート材Ｐに転写される。給紙トレイ３内に収納されたシート材Ｐは、ピックアップローラ４や、図示しない搬送ローラや、レジストローラ対１７によって、感光体ドラム１０と転写部１４との間の転写ニップ部に供給される。この際、シート材Ｐは、レジストローラ対１７によって、感光体ドラム１０の表面に形成されているトナー像とタイミングを合わせるようにして転写ニップ部に供給される。この転写ニップ部に供給されたシート材Ｐは、転写ニップ部によって挟持搬送されながら、感光体ドラム１０の表面のトナー像が、転写部１４によって静電的に表面に転写される。

そして、トナー像が転写されたシート材Ｐは、感光体ドラム１０から分離して定着装置７に搬送される。なお、転写後のシート材Ｐが感光体ドラム１０から分離していない場合は、シート分離手段１８にて強制的に感光体ドラム１０から分離されて定着装置７へ搬送されるようになっている。また、トナー像転写後の感光体ドラム１０は、転写時にシート材Ｐに転写されないで表面に残ったトナー（残留トナー）がクリーニング装置１９によって除去され、次の画像形成に供される。

定着装置７は、図示しないヒータを内蔵する定着ローラ７Ａと、この定着ローラ７Ａに圧接される加圧ローラ７Ｂとを備え、これら定着ローラ７Ａと加圧ローラ７Ｂは、定着装置フレーム７Ｃに軸支されている。
（現像装置の構成）
図２は、第１の実施の形態の現像装置１３の平面図であり、図３は、現像装置１３の断面側面図である。この現像装置１３は、感光体ドラム１０にトナーを供給する現像ローラ２０が回動可能に収容されたハウジング２１と、このハウジング２１に着脱自在に取り付けられるトナーカートリッジ２８とを備えている。このハウジング２１の現像室２９内には、前記現像ローラ２０の他に、現像ローラ２０と略平行に設けられて、トナーを撹拌しながら現像ローラ２０側に向けてトナーを送り出す第１の搬送スクリュー２２、及び第２の搬送スクリュー２３が設けられている。第２の搬送スクリュー２３は、第１の搬送スクリュー２２と現像ローラ２０との間に設けられている。また、第１の搬送スクリュー２２によるトナー搬送方向の中途部に対応するハウジング２１には、トナーの補給口２７が形成されている。そして、第１の搬送スクリュー２２及び第２の搬送スクリュー２３等が収容された現像室２９には、トナーカートリッジ２８から、前記補給口２７を介してトナーが補給（自由落下）されるようになっている。

この補給口２７は、トナーカートリッジ２８に形成された開口部３０に対向するように形成されている。トナーカートリッジ２８は、その内部に図示しないシャッタが回動可能に収容されていて、このシャッタによって前記開口部３０が開閉されるようになっている。なお、トナーカートリッジ２８から補給口２７へのトナーの補給は、自由落下ではあるが、そのトナー落下量はセンサ等により検知されて調整されるようになっている。また、現像ローラ２０は、固定のマグネット（Ｎ１，Ｓ１、Ｓ２）と回転自在なスリーブ（図示せず）により構成されている。現像ローラ２０の外周には、磁性ブレード３１が近接して設けられている。

また、ハウジング２１の現像室２９内におけるトナー搬送方向の上流側（図２における第１の搬送スクリュー２２の左側）と下流側（図２における第１の搬送スクリュー２２の右側）の両端部には、連通部２４，２５が形成されている。トナーは、この連通部２４，２５により現像室２９内を連通可能とされている。更に、第１の搬送スクリュー２２と前記第２の搬送スクリュー２３との間には、前記連通部２４，２５を除く部分に、仕切板２６がハウジング２１から立設されている。

また、第１の搬送スクリュー２２及び第２の搬送スクリュー２３は、現像室２９内において前記連通部２４，２５を通じてトナーが循環できるように、第１及び第２の搬送スクリュー２２，２３の螺旋羽根２２ａ、２３ａの形状及び回転方向が規定されている。そして、本実施の形態では、第１の搬送スクリュー２２をポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）で形成し、第２の搬送スクリュー２３をＡＢＳ樹脂で形成したものである。このように、第１の搬送スクリュー２２のみをポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）で形成したのは、若しも第１と第２の搬送スクリュー２２、２３を、両方ともポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）のような低摩擦性の樹脂で形成したとすると、特に低濃度原稿使用時、かつ低速機（低画像形成速度）においてトナーの搬送量が過剰となるからである。また、このように、トナーの搬送量が過剰となる結果、連通部２４，２５のトナーを受け渡す部分にトナーが凝集し、トナーの輸送がうまくいかなくなるおそれがあるからである。

また、本実施の形態では、トナーとして１成分（トナー）現像剤を用い、トナーは体積平均粒径７．２μｍ（磁性粉含有量４１ｗｔ％）の大きさの正帯電型磁性トナーを用いた。このトナーは、主に樹脂と磁性体で構成されている。一般に、１成分現像剤のトナーは、粒径が小さい。これに対し、２成分（トナーとキャリア）現像剤は、このトナー以外にも粒径の大きいキャリアが混合されている。このような両現像剤の構成上の違いから、１成分現像剤は、２成分現像剤に比べて流動性が劣ると共に、搬送スクリュー等にこびり付き易い性質があると考えられる。従って、本実施の形態に係る現像装置１３は、１成分現像剤を使用する場合のみならず、１成分現像剤よりも流動性が良くて搬送スクリュー等にこびりつきにくい２成分現像剤を使用することができる。

図４は、第２の実施の形態の現像装置１３を示すもので、この実施の形態では、第１の搬送スクリュー２２の搬送方向の下流側の一部分（連通部２５に対応する部分）２２Ａのみを、ポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）で形成したものである。また、この第１の搬送スクリュー２２の一部分２２Ａを除く部分と、第２の搬送スクリュー２３の全てをＡＢＳ樹脂で形成した。これは、上述したように、第１の搬送スクリュー２２の搬送方向の下流側の、特にトナーの搬送圧が上昇し易い箇所の螺旋羽根２２ａにトナーがこびりつき易いので、これを防止するためである。こうして、第１の搬送スクリュー２２の搬送方向の上流側の部分には、ポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）等のような低摩擦性かつ難付着性の材質を用いていない。

なお、本実施の形態では、第１の搬送スクリュー２２の一部分２２Ａを連通部２５に対応して設けたが、必ずしも連通部２５に対応させる必要はなく、連通部２５の範囲内ならば良い。また、本実施の形態では、第１の搬送スクリュー２２をポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）で形成し、又は第１の搬送スクリュー２２の一部分２２Ａのみに、ポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）を用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば第１の搬送スクリュー２２の表面や、上記一部分２２Ａの表面を、ＰＢＴのような低摩擦性かつ難付着性の樹脂でコーティング等しても良い。

また、第１の実施の形態のように、第１の搬送スクリュー２２をＰＢＴで形成した場合（図２参照）は、第１の搬送スクリュー２２の搬送性が向上するので、第１の搬送スクリュー２２側と第２の搬送スクリュー２３側のトナー量のバランスは崩れるが、第１の搬送スクリュー２２から下流側の連通部２５を介して第２の搬送スクリュー２３の上流側へのトナーの受け渡しがうまくいくようになる。

また、第２の実施の形態のように、第１の搬送スクリュー２２の一部をＰＢＴで形成した場合（図４参照）は、第１の搬送スクリュー２２の上流側から下流側に向けての搬送圧が抑制されて、下流側の連通部２５でのトナーの受け渡し量のバランスが良くなる。

以上により、本実施の形態によれば、第１の搬送スクリュー２２の下流側から第２の搬送スクリュー２３の上流側へのトナーの受け渡しをうまく行うことで、補給された新しいトナーを少しづつながらも現像ローラ２０側に送って、安定した画像を得ることができる。

本実施の形態では、第１の搬送スクリュー２２をＰＢＴで形成し、第２の搬送スクリュー２３をＡＢＳで形成したが、その根拠を以下の実験から明らかにする。
（現像装置内を搬送されるトナー量）
表１は、第１及び第２の搬送スクリュー２２、２３の材質を変更し、材質の違いによる現像装置１３内のトナーのインストール量を比較した結果を示すものである。測定方法としては、第１及び第２の搬送スクリュー２２、２３の両方の材質を、ＡＢＳ樹脂、ＰＣ樹脂、又はＰＢＴ樹脂として、トナーのインストール量を測定した。なお、ここでの「インストール」とは、画像形成装置の新規納品時において装置を使用し始めるに当たり、トナーカートリッジ２８から現像室２９内への初期のトナー補給を行うことをいう。本実施例では、現像室２９内のトナーを空にした状態から、トナーカートリッジ２８内のトナーを補給していき、現像室２９内に安定したトナー量が入っていると判断したときのトナー量を重さ（ｇ）で比較したものである。

この測定結果によると、第１及び第２の搬送スクリュー２２、２３の材質として、ＰＢＴ樹脂を用いた場合のインストール量は、ＡＢＳ樹脂とＰＣ樹脂を用いた場合に比較して約２５ｇも増加している。すなわち、ＰＢＴ樹脂ではトナーの搬送性能が優れている。なお、表１における「Ｎ」は実験の回数を表しており、本実施例では２回行っている。そして、この表１を見ると、同じ材質を用いた場合でも、実験回数のたびに多少のバラツキが生じている。更に、各実験回数におけるＮｏ．１とＮｏ．２では、第１及び第２の搬送スクリュー２２、２３として同じＡＢＳ樹脂を用いているが、このように、同じ材質を用いた場合でも、ロット等の違いにより多少のバラツキが生じるのである。

（搬送スクリューの材質について）
表２は、第１及び第２の搬送スクリュー２２、２３に用いられる材質の違いによる摩擦係数を比較したものである。なお、本実施例では、第１及び第２の搬送スクリュー２２、２３に用いられる材料として、ＡＢＳ樹脂、ＰＣ樹脂、又はＰＢＴ樹脂を挙げたが、この他にも、例えばＰＯＭ，ＰＡ，ＰＰＳ（ポリフェニリンサルファイド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の各樹脂がある。また、この表２の値は、一般的な等級のものを用いた場合を示しており、例えば高摺動性の等級のものを用いた場合は数値が多少変化することになる。更に、ＡＢＳ樹脂の場合は、高摺動性の等級のものを採用することで、摩擦係数が０．３にまで低下することが知られている。

この表２によれば、ＰＢＴ樹脂はＡＢＳ樹脂に比べて表面が平滑で、かつ低い摩擦係数を示している。このため、ＰＢＴ樹脂を用いればトナーの付着もかなり軽減でき、搬送性も向上することになる。

（コーティングについて）
表３は、第１の搬送スクリュー２２の表面をフッ素樹脂でコーティングした場合に、用いた各種フッ素樹脂の摩擦係数を示している。フッ素樹脂は摩擦係数が小さく、非粘着性にも優れていることから、本実施例では、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＴＦＥ樹脂を用いたものである。

（使用できる摩擦係数の範囲）
本実施例によれば、表１及び表２の結果から、第１の搬送スクリュー２２に使用できる材質の摩擦係数として、μ≦０．３４であれば、トナーの搬送性も良く、搬送スクリューへのトナーの付着も低減できると考えられる。また、０．３５≦μ≦０．４９とすると、トナーの搬送性はＡＢＳ樹脂を用いた場合とあまり変わらないが、搬送スクリューの螺旋羽根へのトナーの付着が低減するので有効である。このように、螺旋羽根へのトナーの付着が低減すると、補給されたトナーが少しでも早く現像ローラ２０側に受け渡されることになる。また、第１の搬送スクリュー２２の下流側（図２及び図４の右端側）から、連通部２５を介して、第２の搬送スクリュー２３の上流側（図２及び図４の右端側）へのトナーの受け渡しをうまく行うことによって、補給された新しいトナーを少しづつながらも現像ローラ２０側に供給することで、安定した画像を得ることができる。
（画像濃度比較）
表４は、第１の搬送スクリュー２２を、図２（実施例１）と図４（実施例２）のようにＰＢＴ樹脂を用い、かつ第２の搬送スクリュー２３にＡＢＳ樹脂を用いた場合と、第１及び第２の搬送スクリュー２２，２３にＡＢＳ樹脂を用いた場合と、の耐刷枚数を比較したものである。本実施例では、毎分２０枚の装置を使用し、６％の文字原稿を使用して耐刷を行った。加速試験のため、高温／低湿環境（３２．５℃／２０％）において、１秒単発印字（常温での連続印字よりも画像濃度が低下し易い条件）を行った。画像濃度測定用サンプルは、センター部分に黒ベタ画像により測定した。画像濃度は反射濃度計ＴＣ−６ＤＳ（東京電色製）を使用した。

（現像装置の構成の具体例）
現像ローラの外径 ２０ｍｍ
スリーブ材質 アルミ
スリーブ表面粗さ Ｒｚ＝９．０±１．０μｍ
スリーブ内固定磁石 Ｓ２極 ７２２ガウス
Ｓ１極 ６８８ガウス
Ｎ１極 ８７１ガウス
スリーブ周速度 １４８．５ｍｍ／ｓｅｃ
感光体とスリーブ間距離 ０．３２±０．０１ｍｍ
感光体
正帯電型ＯＰＣドラム（外径３０ｍｍ） 膜厚３２μｍ
ドラム周速度 １１０ｍｍ／ｓｅｃ

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機、及びこれらの複合機としての画像形成装置の現像装置として広く適用することができる。

本発明の画像形成装置を模式的に示した概略構成図である。 現像装置の本実施の形態の平面図である。 現像装置の断面図である。 現像装置の他の実施の形態の平面図である。 従来の現像装置の平面図である。 従来の現像装置の平面図である。

符号の説明

１……画像形成装置、１３……現像装置、２０……現像ローラ、２１……ハウジング（現像ハウジング）、２２……第１の搬送スクリュー、２３……第２の搬送スクリュー、２４……連通部、２５……連通部、２６……仕切板、２７……補給口（トナー補給口）

Claims (4)

1. 現像ローラを収容した現像ハウジングと、
   該現像ハウジング内において前記現像ローラと略平行に設けられてトナーを搬送する第１の搬送スクリューと、
   前記現像ローラと前記第１の搬送スクリューとの間に設けられてトナーを搬送する第２の搬送スクリューと、
   前記第１の搬送スクリューと前記第２の搬送スクリューとの間で、トナー搬送方向の上流側及び下流側の両端の連通部を除いて立設された仕切板と、
   を有する現像装置において、
   前記第１の搬送スクリューによるトナー搬送方向の中途部に対応する前記現像ハウジングに、トナー補給口を形成し、
   前記第１の搬送スクリューを、前記第２の搬送スクリューよりも低摩擦性かつトナー難付着性の材料で形成したことを特徴とする現像装置。
2. トナー搬送方向の下流側の前記連通部に対応する前記第１の搬送スクリューの一部を、前記第２の搬送スクリューよりも低摩擦性かつトナー難付着性の材料で形成したことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記低摩擦性かつトナー難付着性の材料は、ポリブチルテレフタラート（ＰＢＴ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置と、この現像装置から供給されるトナーによって静電潜像が現像される感光体と、この感光体上のトナー像を転写材に転写する転写デバイスと、転写材に転写されたトナー像を転写材に定着させる定着デバイスと、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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