JP4614691B2 - 画像形成装置における現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に用いられる現像装置に係り、特に、少なくとも現像剤担持体側と現像剤供給側に撹拌手段を有して現像剤を撹拌しながら現像剤担持体に供給する画像形成装置における現像装置に関するものである。

画像形成装置においては、感光体（像担持体）上に形成された潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体に帯電した現像剤を供給するため、現像室内に、回転軸の周りにスパイラル状の羽根を配した現像剤担持体側撹拌搬送手段と、該現像剤担持体側撹拌搬送手段と両端を開放した隔壁で隔てられ、現像剤担持体側撹拌搬送手段に現像剤を撹拌しながら供給する現像剤供給側撹拌搬送手段とを設けた現像装置が知られている。

このような現像装置では、現像室内における隔壁の開放部分で、現像剤担持体側撹拌搬送手段と現像剤供給側撹拌搬送手段とで現像剤を受け渡しながら循環させている。この場合トナーとキャリアを有する２成分現像剤は比較的流動性が良いため現像剤が少なくなる端部付近に現像剤が流れ込むが、１成分現像剤等の流動性が悪い現像剤を使用した場合、現像剤供給側撹拌搬送手段から現像剤担持体側撹拌搬送手段に現像剤を受け渡したときに、端部付近に現像剤が流れ込まずにスパイラルによって現像剤が横（現像剤担持体側撹拌搬送手段における軸方向中央側）に搬送されてしまい、現像剤担持体端部に現像剤が供給されずに画像濃度が低くなるという問題があった。

これを回避する方法としては、現像剤担持体側撹拌搬送手段を現像剤担持体より長くする方法があるが、その分装置が大型化し、小型化が図れないという欠点がある。

こういったスパイラル状の羽根を有した撹拌搬送手段の搬送力を調節する先行技術としては、例えば特許文献１に、現像装置本体とこれに装着される現像剤カートリッジとで構成され、トナーカートリッジに専用駆動源を用いることなくトナーを現像装置本体に供給するため、トナーカートリッジから現像装置本体にトナーが供給されるトナー受け入れ領域下流側の、現像剤撹拌搬送手段におけるスパイラル状の羽根の搬送能力を局部的に低減させた現像装置が示されている。

さらに特許文献２には、現像剤と補給トナーを撹拌する撹拌スクリューを備えた２成分現像装置において、大径スクリューのみでは、樹脂系の軽量トナーがトナー表面層に滞留して撹拌されずに帯電不良を起こすため、撹拌スクリューを比較的大径の撹拌スクリューと小径の撹拌スクリューとを交互に設け、現像剤表面層に滞留して帯電されないトナーを小径スクリューで撹拌できるようにした現像装置が示されている。

そして特許文献３には、回転軸の周りに螺旋状羽根を有するスクリューを現像剤担持体側とトナー補給側の２本平行に配置し、トナーを撹拌しながら搬送するようにした現像装置において、現像剤担持体側スクリュースパイラル条数を補給側より多くし、スクリューピッチのムラが生じるのを防止した現像装置が提案されたが、この現像装置では現像剤担持体側スクリューの下流側でトナーがトナー補給側スクリューにうまく搬送されず、滞留して画像濃度が落ちるという現象が生じていたため、現像剤担持体側スクリューの下流側のトナー搬送速度を、スクリューの外径を徐々に小さくする、スクリューの羽根の数を異ならせるなどの方法で小さくするようにした現像装置が示されている。

特開２００１−２３５９３３号公報 特開２００２−３１９４０号公報 特開２００３−６６６９８号公報

しかしながら、特許文献１に示された現像装置は、トナーカートリッジ側に専用駆動源を用いることなくトナーを現像装置本体に供給するため、トナー受け入れ領域下流側の現像剤撹拌搬送手段の搬送能力を局部的に低減させて滞留を生じさせ、それによってトナー供給量を調節するようにしたもので本願とは目的が異なり、現像剤担持体端部で現像剤の供給不足を起こすという欠点を解消するような構造ではない。

さらに特許文献２に示された現像装置も、樹脂系の軽量トナーがトナー表面層に滞留して撹拌されずに帯電不良を起こすことを防止するため、撹拌スクリューを比較的大径の撹拌スクリューと小径の撹拌スクリューとを交互に設けたもので、現像剤担持体端部で現像剤の供給不足を起こすという欠点を解消するものではなく、特許文献３に示された現像装置は、前記した、現像剤供給側撹拌搬送手段から現像剤担持体側撹拌搬送手段に現像剤を受け渡す時とは逆に、現像剤担持体側スクリューの下流側で生じる滞留を防止するためのものである。

そのため本発明においては、現像剤担持体側と現像剤供給側に撹拌手段を有して現像剤を撹拌しながら現像剤担持体に供給するようにした現像装置において、現像装置を大きくすることなく現像剤担持体端部のトナー供給不足をなくすようにした現像装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明においては、
感光体上に形成された潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体に現像剤を供給し、回転軸の周りにスパイラル状の羽根を配した現像剤担持体側撹拌搬送手段と、該現像剤担持体側撹拌搬送手段と両端を開放した隔壁で隔てられ、前記現像剤担持体側撹拌搬送手段に現像剤を供給する、少なくとも１本以上の現像剤供給側撹拌搬送手段とを現像室内に有する画像形成装置における現像装置において、
前記現像剤担持体側撹拌搬送手段におけるスパイラル状の羽根は、前記現像剤供給側撹拌搬送手段から前記現像剤坦持体側撹拌搬送手段に現像剤を搬送可能な開放部において、現像剤搬送上流側端部から中央に向けて前記スパイラルの外径が徐々に大きくなるよう形成されていると共に、前記スパイラルのうち前記スパイラルの外径が徐々に大きくなるよう形成された部分を除く他の部分は一定の外径を有するように形成されていることを特徴とする。

そして、前記現像剤担持体側撹拌搬送手段におけるスパイラル状羽根の中央に向けて徐々に大きくなるよう形成されている領域の好適な実施例は、前記端部側が小さく、徐々に他の部分の外径になるよう形成したり、スパイラルピッチを、他の部分のピッチと同ピッチとすることである。

このように、現像剤担持体側撹拌搬送手段におけるスパイラル状の羽根を現像剤搬送上流側端部から中央に向け、外径が徐々に大きくなるよう形成することで、現像剤搬送上流側端部に現像剤供給側撹拌搬送手段から供給された現像剤は、供給された直後に横（現像剤担持体側撹拌搬送手段における軸方向中央側）に搬送されて供給不足を起こすことがなく、また、溜まった現像剤が現像剤担持体側撹拌搬送手段における端部側の外径の小さな部分で現像剤担持体側に押され、充分現像剤担持体に供給されるから、現像装置を大きくすることなく、現像剤担持体端部のトナー供給不足をなくした画像形成装置における現像装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の画像形成装置における現像装置の実施例を示した概略断面図、図２は本発明になる画像形成装置における現像装置本体の実施例の一部破断平面図、図３は現像剤担持体側撹拌搬送手段におけるスパイラル状の羽根の外径を変化させないストレートタイプとした従来の現像装置と、現像剤搬送上流側端部から中央に向けて外径を徐々に大きくなるよう形成し、外径の変化量やピッチを変化させたときの現像剤担持体端部現像剤量と現像剤片寄りの状況を実験したデータを示した表である。

図中１は現像装置、２は現像装置本体、３は現像剤を収納して現像装置本体２に着脱自在に構成された現像剤収納手段、４は現像剤担持体５側の攪拌搬送手段、５は内部に図示していない固定磁石を有して感光体に対面し、従来周知の方法で表面に現像剤層を担持して感光体表面に形成された潜像を現像する現像剤担持体、６は現像剤収納手段３から供給される現像剤を現像剤担持体側の攪拌搬送手段４に供給する現像剤供給側撹拌搬送手段、７は現像剤収納手段３のハウジング、８は現像剤収納手段３に収容された現像剤を現像剤収納手段３内の搬送手段９側に送る搬送手段で、この搬送手段８、９は、現像剤収納手段３を現像装置本体２に装着すると、現像装置本体２側に設けられた現像剤担持体５を駆動する駆動源１３と歯車１４などで結合されて駆動されるようになっている。

１０は現像剤担持体５上の現像剤層厚を規制して薄層化する磁性部材、１１は現像装置本体２の現像室、１２は現像室１１における現像剤の攪拌搬送手段４、６の搬送路を分離する直立壁（隔壁）で、この直立壁１２は現像室１１の軸方向長さより短く形成されて両端が空くように位置しており、撹拌搬送手段４、６で送られた現像剤は直立壁１２の両端に設けた間隙の間を通って循環する。１３は現像剤担持体５を駆動すると共に撹拌搬送手段４、６を駆動する駆動源、１４は駆動源１３からの駆動力を撹拌搬送手段４、６に伝える歯車、１５は攪拌搬送手段４、６の回転方向を示す矢印、１６、１７は攪拌搬送手段４、６のスパイラル（螺旋）状の羽根部材、１８は現像剤の搬送方向を示す矢印、１９は現像剤担持体側攪拌搬送手段４におけるスパイラル（螺旋）状羽根部材１６の、現像剤搬送上流側端部から中央に向けてスパイラルの略１周分にわたって外径を徐々に大きく形成した部分、２０は現像剤担持体８における軸、２１は現像剤担持体側撹拌搬送手段の軸、２２は現像剤供給側撹拌搬送手段の軸、２３は現像剤供給口である。なお、以下の説明では、磁性１成分現像剤を用いた場合を例に説明するが、本発明は非磁性１成分現像剤を用いた場合も適用できる。

本発明になる現像装置１の現像装置本体２には、図１、図２に示したように現像室１１には、図示していない感光体上に形成された潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体５に現像剤を撹拌しながら供給し、回転軸２１の周りにスパイラル状の羽根部材１６を有した現像剤担持体側撹拌搬送手段４と、この現像剤担持体側撹拌搬送手段４と両端を開放した直立壁（隔壁）１２で隔てられ、現像剤担持体側撹拌搬送手段４と同様回転軸２２の周りにスパイラル状の羽根部材１７を有して現像剤担持体側撹拌搬送手段４に現像剤を供給する現像剤供給側撹拌搬送手段６とを有し、現像剤担持体側撹拌搬送手段４におけるスパイラル状の羽根部材１６は、１９で示したように、現像剤搬送上流側端部から中央に向けてスパイラルの略１周分にわたって外径が徐々に大きくなるよう形成されている。

現像剤担持体５は、表面に現像スリーブが設けられて内側には永久磁石が配され、この端部２０には現像バイアスを印加すると共に永久磁石が規定角度になるように規制する部材を配してある。そして現像剤担持体側撹拌搬送手段４で供給された磁性現像剤を担持し、磁性部材１０によって現像剤担持体５上の現像剤層厚を規制して薄層化して図示しない感光体へ運ぶ量を規制し、現像動作を行った後、残った現像剤を現像室１１内に戻す。

そのため、現像剤を収納して現像装置本体２に着脱自在に構成された現像剤収納手段３内の搬送手段８、９で現像剤供給口２３に運ばれた現像剤は、矢印１５（図２）の方向に回転する現像剤供給側撹拌搬送手段６によって矢印１８の方向に撹拌されながら搬送され、直立壁（隔壁）１２における端部の開放された部分から現像剤担持体側撹拌搬送手段４に送られる。

この現像剤担持体側撹拌搬送手段４は、前記したように現像剤搬送上流側端部における外径が、中央に向けて１９で示したように、回転軸２１から徐々に大きくなって他の部分の外径と同じになるよう形成されているから、供給された現像剤はすぐに中央方向（横方向）に運ばれることがなく、滞留して、この現像剤担持体側撹拌搬送手段４の回転によって現像剤担持体５側に押されて充分現像剤担持体５に供給される。

また、現像剤担持体側撹拌搬送手段４のスパイラルは、現像剤を軸方向に運ぶと共に現像剤担持体５方向にも押し出して現像剤を現像剤担持体５に供給し、さらに、現像剤担持体５に補給され磁石部材１０によって規制された現像剤の余剰分は、現像剤担持体側撹拌搬送手段４におけるスパイラル上部に落下するが、その際も外径が除々に小さくなっている部分１９で現像剤担持体５の端部側に戻される。

従って、現像剤担持体５の端部に現像剤が供給されず、画像濃度が低くなるという問題を、現像剤担持体側撹拌搬送手段４の長さを現像剤担持体５より長くするなど、装置を大型化することなく解消することができる。

このように構成した本発明の現像装置１は、現像剤収納手段３が現像装置本体２に装着されると、図示していない歯車などによって搬送手段８、９が駆動され、現像剤収納手段内の現像剤は搬送手段９側に送られる。一方、現像装置本体２側では、駆動源１３からの駆動力が歯車１４などで撹拌搬送手段４、６に伝えられ、現像剤が現像室１１内で攪拌されながら搬送されて現像剤担持体５に送られる。そして現像剤担持体５で担持された現像剤により、図示していない感光体上の潜像が現像され、現像室１１の現像剤が減少すると、現像剤収納手段３内部で搬送手段９側に送られた現像剤が現像剤供給口２３から撹拌搬送手段６の上に落下して供給されてゆく。

そして供給された現像剤は、撹拌搬送手段６で撹拌されながら矢印１８の方向に搬送されてゆき、直立壁（隔壁）１２の開放された部分から現像剤担持体側撹拌搬送手段４に供給される。そしてこの現像剤担持体側撹拌搬送手段４で現像剤担持体８に現像剤が供給されながら矢印１８の方向に搬送されるが、前記したようにこの現像剤担持体側撹拌搬送手段４は、現像剤搬送上流側端部における外径が中央に向けて１９で示したように回転軸２１から徐々に大きくなっているから、供給された現像剤はすぐに中央方向（横方向）に運ばれることがなく、滞留して、この現像剤担持体側撹拌搬送手段４の回転によって現像剤担持体８側に押されて充分現像剤担持体８に供給される。従って、現像剤担持体８の端部に現像剤が供給されず、画像濃度が低くなるという問題はおこらない。

図３は、このように構成した現像装置１の現像剤担持体側撹拌搬送手段４におけるスパイラル状の羽根の外径を、現像剤搬送上流側端部から中央に向けて１９で示したように徐々に大きくしてある部分について、従来の現像装置のように変化させずにストレートとしたタイプのものと、図２に示したように現像剤搬送上流側端部から中央に向けて外径を徐々に大きくなるよう形成し、その外径の変化量やピッチをいろいろ変化させ、現像剤担持体８における端部現像剤量（ａ）と現像剤片寄り（ｂ）につき、１時間後（１Ｈ）、６時間後（６Ｈ）、２４時間後（２４Ｈ）の状況を調べたデータを示した表である。

この実験に用いた現像装置は、現像剤担持体側撹拌搬送手段４におけるスパイラル状の羽根の外径を１８ｍｍ、軸径を６ｍｍ、スパイラルのピッチ（１周分の長さ）を１０ｍｍとしたものを用い、図３中Ａは、スパイラル状の羽根の外径を従来の現像装置に用いられていたストレートタイプとした場合、Ｂは現像剤搬送上流側端部の外径を中央方向の外径に比べて５ｍｍ小さくし、スパイラル１周分で徐々に中央方向の外径と同じになるようにした場合、Ｃは現像剤搬送上流側端部の外径を中央方向の外径に比べて２ｍｍ小さくし、スパイラル１周分で徐々に中央方向の外径と同じになるようにした場合、Ｄはスパイラル状の羽根の外径を従来の現像装置に用いられていたストレートタイプとし、現像剤搬送上流側端部１０ｍｍの間のスパイラルピッチを他の部分の１／２（すなわち５ｍｍ）とした場合である。

また表の中の「良好」は、現像剤担持体５における端部現像剤量が充分あって画像濃度に影響が出ていない場合、及び現像剤の端部への大量な滞留（片寄り）が無い場合で、「少」は画像濃度が薄くなった場合、「片寄り」は現像剤担持体８における端部での大量な滞留（片寄り）が生じた場合である。

この図３の表からわかるとおり、スパイラル状の羽根の外径を従来の現像装置に用いられていたストレートタイプとしたＡの場合は、１時間後から画像濃度が薄くなってそれが続き、また、現像剤搬送上流側端部１０ｍｍの間のスパイラルピッチを他の部分の１／２（すなわち５ｍｍ）としたＤの場合、６時間後以後に現像剤が現像装置本体２のハウジングとの間でブリッジになり、片寄りがさらに悪化して、その部分の現像剤劣化による濃度低下と画像カブリが発生した。

これは、スパイラル状の羽根の外径を従来の現像装置に用いられていたストレートタイプとしたＡは、前記したように現像剤担持体８における端部の現像剤が少なくなったことを表し、また、現像剤搬送上流側端部１０ｍｍの間のスパイラルピッチを他の部分の１／２（すなわち５ｍｍ）としたＤの場合、全体的に搬送力が落ち、上流側に現像剤が残って片寄りが発生するものと考えられる。すなわち、現像剤担持体側撹拌搬送手段４による撹拌搬送のスピードが現像剤全体の動くスピードとはなり得ず、現像剤担持体８に現像剤が吸着したりすると、上に持ち上げられて下に落ちてきて、という動きがありながら横に動いていくわけであり、スパイラルのピッチが密になると、全体の現像剤の横への移動が悪くなる、もしくは供給の妨げになるわけである。

また、現像剤担持体側撹拌搬送手段４の端部側の搬送力は他の部分に比較して低減しているわけであるが、他の部分の搬送力は従来通りであることと、低減させた部分はスパイラルの１周分だけであること、また現像剤担持体８内部の磁石によって現像剤が持ち上げられて撹拌、搬送されることもあって、低減分の搬送力は自然循環でカバーされる。

それに対し、現像剤搬送上流側端部の外径を中央方向の外径に比べて５ｍｍ小さくし、スパイラル１周分で徐々に中央方向の外径と同じになるようにしたＢと、現像剤搬送上流側端部の外径を中央方向の外径に比べて２ｍｍ小さくし、スパイラル１周分で徐々に中央方向の外径と同じになるようにしたＣの場合は、２４時間稼動しても良好な結果が得られた。

このように、現像剤担持体側撹拌搬送手段４におけるスパイラル状の羽根１６を現像剤搬送上流側端部から中央に向け、外径が徐々に大きくなるよう形成することで、現像剤搬送上流側端部に現像剤供給側撹拌搬送手段６から供給された現像剤は、供給された直後に横（現像剤担持体側撹拌搬送手段４における軸方向中央側）に搬送されて供給不足を起こすことがなく、また、溜まった現像剤が現像剤担持体側撹拌搬送手段４における端部側の外径の小さな部分で現像剤担持体８側に押され、充分現像剤担持体に供給されるから、現像装置１を大きくすることなく、現像剤担持体８端部のトナー供給不足をなくした画像形成装置における現像装置を提供することができる。

なお、以上の説明では、スパイラル状の羽根部材における外径が徐々に大きくなるよう形成した部分１９を、現像剤搬送上流側端部から中央に向けて略１周分としたが、これは現像剤の流動性、スパイラル状羽根部材１６、１７のピッチや外径などによって最適な長さが変わってくるから、それに応じて変化させることが好ましい。

本発明によれば、回転軸の周りにスパイラル状の羽根を配した現像剤担持体側撹拌搬送手段と、該現像剤担持体側撹拌搬送手段と両端を開放した隔壁で隔てられ、現像剤担持体側撹拌搬送手段に現像剤を撹拌しながら供給する現像剤供給側撹拌搬送手段とを設けた現像装置で、現像剤担持体端部に現像剤が供給されずに画像濃度が低くなるという問題が解消され、常に適正濃度の画像が得られる画像形成装置を提供することができる。

本発明の画像形成装置における現像装置の実施例を示した概略断面図である。 本発明になる画像形成装置における現像装置本体の実施例の一部破断平面図である。 現像剤担持体側撹拌搬送手段におけるスパイラル状の羽根の外径を変化させないストレートタイプとした従来の現像装置と、現像剤搬送上流側端部から中央に向けて外径を徐々に大きくなるよう形成し、外径の変化量やピッチを変化させたときの現像剤担持体端部現像剤量と現像剤片寄りの状況を実験したデータを示した表である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像装置本体
３ 現像剤収納手段
４ 現像剤担持体側攪拌搬送手段
５ 現像剤担持体
６ 現像剤供給側撹拌搬送手段
７ ハウジング
８、９ 搬送手段
１０ 磁性部材
１１ 現像室
１２ 直立壁
１３ 駆動源
１４ 歯車
１５ 回転方向を示す矢印
１６、１７ スパイラル（螺旋）状羽根部材
１８ 現像剤の搬送方向を示す矢印
１９ スパイラル（螺旋）状羽根部材１５の外径を徐々に大きく形成した部分
２０ 現像剤担持体の軸
２１ 現像剤担持体側撹拌搬送手段の軸
２２ 現像剤供給側撹拌搬送手段の軸
２３ 現像剤供給口

Claims (3)

1. 感光体上に形成された潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体に現像剤を供給し、回転軸の周りにスパイラル状の羽根を配した現像剤担持体側撹拌搬送手段と、該現像剤担持体側撹拌搬送手段と両端を開放した隔壁で隔てられ、前記現像剤担持体側撹拌搬送手段に現像剤を供給する、少なくとも１本以上の現像剤供給側撹拌搬送手段とを現像室内に有する画像形成装置における現像装置において、
   前記現像剤担持体側撹拌搬送手段におけるスパイラル状の羽根は、前記現像剤供給側撹拌搬送手段から前記現像剤坦持体側撹拌搬送手段に現像剤を搬送可能な開放部において、現像剤搬送上流側端部から中央に向けて前記スパイラルの外径が徐々に大きくなるよう形成されていると共に、前記スパイラルのうち前記スパイラルの外径が徐々に大きくなるよう形成された部分を除く他の部分は一定の外径を有するように形成されていることを特徴とする画像形成装置における現像装置。
2. 前記現像剤担持体側撹拌搬送手段におけるスパイラル状羽根の中央に向けて徐々に大きくなるよう形成されている領域は、前記端部側が小さく、徐々に他の部分の外径になるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像装置。
3. 前記現像剤担持体側撹拌搬送手段におけるスパイラル状羽根の中央に向けて徐々に大きくなるよう形成されている領域のスパイラルピッチは、他の部分のピッチと同ピッチであることを特徴とする請求項１または２に記載した画像形成装置における現像装置。

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