JP4954821B2 - 現像装置・画像形成装置 - Google Patents
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Description
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、補給されるトナーと混合、攪拌され、再び現像に供される。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。現像装置では、トナーとキャリアから成る二成分現像剤の攪拌を充分に行い、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。
これを解決するために、現像部から離れた場所に別途撹拌部を設け、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い、トナー濃度、帯電量を適切に調整した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、2、3参照)。
撹拌部で調整(適正化)された現像剤はロータリフィーダで排出量を規制しながら、空気圧で現像部へ搬送(移送)するようになっている。
現像剤を、空気を利用して管内を連続的に搬送する場合、主な構成は現像剤貯蔵部(攪拌部)51、現像剤供給部(攪拌部51の下端部)、輸送管56等、空気供給源54である(図2参照)。
現像剤を空気の圧力(正圧)と流速を利用して搬送するため、空気搬送元と、搬送先(大気圧)には差圧が発生する。本発明の現像装置は、送られた現像剤が現像部50から、現像剤貯蔵部51に回収され、再び搬送される(循環している)ため、現像剤貯蔵部51も大気圧である。
従って、現像剤を現像部50へ搬送するためには、現像剤供給部をシールし、空気供給源の空気が貯蔵部へ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、搬送量が十分に確保できない。また、空気が貯蔵部に逆流する(貯蔵部に圧力がかかる)と、貯蔵部から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、ばらつきが発生する。
シール性を確保する方法として、ロータの羽を弾性体とし、ステータに食い込みを持たせる方法があるが、径時の劣化(ロータ、ステータの削れ)が顕著になり、実用的ではない。
特に現像剤のキャリアは、鉄やフェライトであるため、硬度が高く、この方法では耐久性を得ることは困難である。
請求項3記載の発明では、請求項2記載の現像装置において、前記空気流入規制部材が、空気の供給方向に間隔をおいて複数設けられていることを特徴とする。
請求項4記載の発明では、請求項1記載の現像装置において、前記空気流入規制部材が、空気の流入を規制する位置と、前記ロータリフィーダによる現像剤の排出を許容する位置とに変位可能であり、空気が供給されるとき、前記空気流入規制部材は空気の流入を規制する位置に設定されることを特徴とする。
請求項6記載の発明では、請求項4記載の現像装置において、前記空気流入規制部材が自重により現像剤の排出を許容する位置を保つように設けられ、空気が供給されるとき空気圧により空気の流入を規制する位置に変位することを特徴とする。
請求項7記載の発明では、請求項4記載の現像装置において、前記空気流入規制部材を空気の流入を規制する位置と排出を許容する位置とに選択的に設定する駆動原を有していることを特徴とする。
請求項9記載の発明では、請求項4〜8のいずれか1つに記載の現像装置において、空気供給経路にバルブを設け、該バルブの切り替えにより空気を間欠供給することを特徴とする。
請求項10記載の発明では、画像形成装置において、請求項1〜9のいずれか1つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする。
第1の実施形態を図1乃至図6を参照して説明する。まず、図1に基づいて本実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の構成の概要を説明する。
中間転写ユニット10における未定着像担持体としての中間転写ベルト8の下面に対向して、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部6Y、6M、6C、6Bkが並設されている。これらの作像部6Y、6M、6C、6Bk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る。
各作像部6は、潜像担持体としての感光体ドラム1と、感光体ドラム1の周囲に配設された図示しない帯電手段、現像装置5、図示しないクリーニング手段等で構成されている。
感光体ドラム1は、不図示の駆動部によって図中、時計回り方向に回転駆動され、帯電手段の位置で表面が一様に帯電される(帯電工程)。
その後、感光体ドラム1の表面は、不図示の露光部から発せられたレーザ光の照射位置に達して、この位置での露光走査によって静電潜像が形成される(露光工程)。
その後、感光体ドラム1の表面は、現像装置5との対向位置に達し、この位置で静電潜像が現像されて、所望のトナー像が形成される(現像工程)。
その後、感光体ドラム1の表面は、中間転写ベルト8及び1次転写バイアスローラ9との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1上のトナー像が中間転写ベルト8上に転写される(1次転写工程)。
その後、感光体1の表面は、クリーニング手段との対向位置に達し、この位置で感光体ドラム1上に残存した未転写トナーが回収される(クリーニング工程)。クリーニング後感光体ドラム1の表面は図示しない除電ローラにより電位を初期化される。こうして、感光体ドラム1上で行われる一連の作像プロセスが終了する。
中間転写ベルト8は、矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Bkの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム1Y、1M、1C、1Bk上の各色のトナー像が、中間転写ベルト8上に重ねて1次転写される。
こうして、中間転写ベルト8上で行われる、一連の転写プロセスが終了する。
装置本体100の下部に配設された給紙部26には転写紙Pが複数枚重ねて収納されており、給紙コロ27により1枚ずつ分離されて給紙される。給紙された転写紙Pはレジストローラ対28で一旦停止され、斜めずれを修正された後レジストローラ対28により所定のタイミングで2次転写ニップに向けて搬送される。そして、上記のように、2次転写ニップにおいて転写紙P上に、所望のカラー画像が転写される。
定着を終えた転写紙Pは、排紙ローラ対29により、装置本体上面に形成された排紙部30へ出力画像として排出され、スタックされる。こうして、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。
図1において、符号32は読み取り部を示している。
図2に示すように、現像装置5は、感光体ドラム1上の静電潜像を現像する現像部50と、現像部50から離れた位置で現像剤(以下、単に「剤」ともいう)の状態に応じた撹拌を行う撹拌部51と、撹拌部51にトナーを補給するためのトナーカートリッジ52と、撹拌部51の下方に設けられたロータリフィーダ53と、現像剤を空気圧で搬送する現像剤循環駆動源としてのエアポンプ54等を有している。図1では現像部50のみ示している。
現像部50と撹拌部51との間は循環路55で接続され、ロータリフィーダ53と現像部50との間は循環路56で接続されている。トナーカートリッジ52と撹拌部51はトナー補給路57で接続され、エアポンプ54とロータリフィーダ53は管路58で接続されている。
図2において、符号59はトナー補給駆動源としてのモータを、60は攪拌駆動源としてのモータを、61はロータリフィーダ53の駆動源としてのモータをそれぞれ示している。
搬送スクリュ63によって、現像剤が図中手前から奥側に搬送され、この一部が、現像ローラ65によって磁力で吸い上げられて吸着され、ドクターブレード66で均一な厚さに均されてから、感光体ドラム1に接することで感光体ドラム1上の静電潜像をトナーで現像してトナー像が形成される。
トナー補給はモータ59によってトナー補給路57内の図示しないスクリュを回転させることで行われる。トナー補給は循環経路内で撹拌部51の入り口直前の部位で行われる。
撹拌部51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と帯電量を持つ現像剤となる。この現像剤は、図3に示すように、撹拌部51の下部に形成された排出口70を通り、ロータリフィーダ53に入る。
ロータリフィーダ53内のロータ75の回転により、現像剤は下方に定量的に排出され、循環路56を通り、受取口68を介して再び現像部50に供給される。
攪拌部本体51a内の中心には下から上に剤を搬送するスクリュ71が、その外側には回転可能な2本の攪拌部材72が設けられており、これらの撹拌部材の回転動作によって現像剤が攪拌・混合される。
外側の撹拌部材72とスクリュ71はモータ60によって回転する。スクリュ71はモータ60と直結されており、外側の撹拌部材72は、減速ギヤ列73a〜73dを介して回転する。撹拌部材72は、図3(a)に示すように、減速ギヤ列に直結された支持部74に対して斜めに固定されている。
撹拌部51での補給口69から、排出口70までの搬送は重力を利用している。撹拌部51にはバッファとして常に現像剤が存在するため、未混合の現像剤がそのまま排出されることはない。
ロータリフィーダ53は、モータ61によって回転され、放射状に延びる複数の羽根75aを有するロータ75と、ロータ75を覆うステータ76を有している。ロータリフィーダ53と、循環路56及び管路58は継手管路77で接続されている。
スクリュ71の回転によって矢印Aの向きに下から上に持ち上げられた剤は、外側を回転する撹拌部材72の回転に伴い矢印Bの向きに移動し、再びスクリュ71の周囲に寄せ集められる。
このように撹拌部51では絶えず現像剤が対流している。この対流により、容器内(攪拌部本体51a内)全体が均一に混合される仕組みである。トナーの帯電はトナーとキャリアの摩擦によって付与されるため、帯電量をすばやく得るためにはトナーとキャリアの接触確率を上げることが重要である。
本発明者らの検討によって、撹拌部51内で現像剤が対流することにより接触確率が上がり、かつ、現像剤へのダメージも少ないことが分かった。
ロータリフィーダ53のロータ75とステータ76は、図5に示すように、ロータ75の羽根75aの先端とステータ76の内面との間にクリアランスを持って設けられている。
上述のように、ロータ75とステータ76との間に隙間があると、エアポンプ54から発生したエアの一部が、この隙間を通り、撹拌部51に流れ込み、現像剤を現像部50に送るためのエアが減少する(圧力が低下する)。
当然、隙間が大きいほどエアが通り易い。ところが、現像剤を搬送しているときは、この隙間に現像剤が入り込み、シールの効果が発生し、上記空気の洩れが減少する。但し、隙間が大きすぎるとシールの効果が無くなり、エアの洩れを防ぐことができない。
すなわち、ロータリフィーダ53から排出された、現像剤を効率よく搬送するためにはエアポンプ54のエアを可能な限り、撹拌部51に流入させ無いほうが良い。
エアポンプ54から送られてくるエアが混合部としての継手管路77内に到達すると、循環路56に現像剤と共に現像部50に移送されるエアと、上部のロータリフィーダ53側に逆流しようとするエアがあるが、空気流入規制部材80がエアの流れを規制するため、ロータリフィーダ53側に逆流するエアが低減される。
空気流入規制部材80は、その上端部がエアポンプ54側に寄るように傾斜し、水平線とのなす角θが鋭角になるように設置されているため、ロータリフィーダ53側へ向かう空気流を規制する効果が高い。ロータリフィーダ53から排出される現像剤は、空気流入規制部材80と継手管路77内面との間、及び空気流入規制部材80間を通って落下する。
空気流入規制部材80は1枚でも良いが、複数枚設けた方が空気流入規制機能は高い。
上記実施形態では、空気流入規制部材80を混合部に固定配置する構成としたが、この場合、以下の懸念がある。
空気流入規制部材80間を現像剤が通過可能であるものの、空気流入規制部材80はロータリフィーダ53から排出される現像剤の流れを妨げる存在となるため、ロータリフィーダ53からの排出量が低下する虞がある。
すなわち、ロータリフィーダ53内の現像剤がすべて落下せず、合流部に溜まり再び上方に戻る懸念がある。
また、現像剤の経路が狭くなると、現像剤が架橋して詰まりを起こす可能性がある。
本実施形態ではこのような懸念を解消することを目的としている。
空気流入規制部材81は、空気供給がなされないときは図しない弾性部材(例えばバネ)により図に示す現像剤の排出を許容する位置を保つようになっている。
エアポンプ54により空気供給がなされると、図7(b)に示すように、空気流入規制部材81は空気圧で回転変位し、ロータリフィーダ53側への空気の流入を規制する位置に自動的に設定される。したがって、空気が供給されている間はロータリフィーダ53側への空気流路は空気流入規制部材81により塞がれ、空気漏れはほとんど生じない。
エアポンプ54を間欠的に動作させる制御により、現像剤を効率的に現像部50へ搬送することができる。
本実施形態では、空気流入規制部材81を弾性力で「現像剤の排出を許容する位置」に保つ構成としたが、磁力で保つようにしてもよく、下半部又は下端部を重くして自重で保つようにしてもよい。
このような懸念を無くすには、空気流入規制部材31の外側両端部が継手管路77の内面に接触する直前に当接する部材(例えば突起や棒状部材)を設けて継手管路77の内面との間に隙間ができるようにすればよい(以下の他の実施形態において同じ)。
隙間があっても現像剤が上部(ロータリフィーダ側)に溜まっているため、この隙間によってロータリフィーダ53側へ空気が入り込むことはほとんどない。
本実施形態における空気流入規制部材82は、図8(a)に示すように、単板形状を有し、その上端部がステータ76の内面に回動自在に軸支されている。空気流入規制部材82の下端部は、継手管路77の空気通路を塞ぐように垂れ下がり、現像剤の排出を許容する位置を自重で保つようになっている。
エアポンプ54により空気供給がなされると、図8(b)に示すように、空気流入規制部材82は上端を支点として空気圧で回転変位し、ロータリフィーダ53側への空気の流入を規制する位置に自動的に設定される。
したがって、空気が供給されている間はロータリフィーダ53側への空気流路は空気流入規制部材82により塞がれ、空気漏れはほとんど生じない。空気供給が停止すると、自重で元の位置(現像剤の排出を許容する位置)に復帰する。
本実施形態においても、エアポンプ54を間欠的に動作させる制御により、現像剤を効率的に現像部50へ搬送することができる。
本実施形態における空気流入規制部材83は、図9に示すように、単板形状を有し、その上端部がステータ76の内面に回転自在に支持された回動軸84に固定されている。
図10に示すように、回動軸84はモータ85により駆動されるようになっている。図9は空気流入規制部材83が現像剤の排出を許容する位置に設定されている状態を示している。
空気が供給されるときは空気流入規制部材83は、図11に示すように、図示しない制御手段によるモータ85の制御により空気の流入を規制する位置に自動的に設定される。
図9に示すように、エアポンプ54と混合部の間にはバルブ86が配置されており、バルブ86は電気信号により内部のエア経路が、混合部と図中のN方向に切り替え可能となっている。
バルブ86を用いることで、電気信号等により容易に空気供給をON/OFFすることができる。特に、空気供給源にモータを利用したエアポンプを使用した場合、モータのON/OFF制御では慣性によりモータは直ちに回転/停止できないため、空気供給のレスポンスが悪いが、バルブ86による開閉方式とすれば、良好な応答性を得ることができる。
このようにエアを利用すると、エアが混合部に流入し現像剤を移送するときは、空気流入規制部材83がロータリフィーダ53と混合部を遮断するため、エアがロータリフィーダ53側に流入するのを大幅に低減することが可能である。
上述のように、空気流入規制部材83は混合部(継手管路77)の内面とステータ76の内面に対し完全に接触する必要はない。0.1mm以下程度のクリアランスがあってもよい。このクリアランス部にはロータリフィーダ53から排出された現像剤が埋まっているため、この程度の隙間であればほとんどエアが流れ込むことがないからである。
また、このエアにより撹拌部51から落下する現像剤が妨げられるため、ロータリフィーダ53に入り込む現像剤量が低下し、さらに流量が低下する。
本実施形態ではこのような流量低下は起きないため、同条件(ロータリフィーダの大きさ、回転数、エアの量)では流量は連続供給より多くなる。
図12に連続供給と間欠供給の現像剤移送実験の結果を示す。間欠供給は0.5sec間隔でエアと空気流入規制部材83をON/OFFした時の供給量の結果である。
ロータリフィーダ53はエア間欠動作に合わせて、間欠にすることもできるが、この実験では連続で回転している。
以上のように、空気がロータリフィーダ53側に流入するのを低減させることにより、エアを最大限、現像剤の搬送に利用することができるため、高効率かつ確実に現像剤を安定移送することができる。
5 現像装置
50 現像部
51 撹拌部
53 ロータリフィーダ
75 ロータ
76 ステータ
80、81、82、83 空気流入規制部材
85 駆動源としてのモータ
Claims (10)
- 潜像担持体上の潜像を現像する現像部と、該現像部の外部に設けられ、現像剤の一部を収容して現像剤を撹拌する撹拌部と、該撹拌部の現像剤を定量的に排出するロータリフィーダとを備え、前記ロータリフィーダから排出された現像剤を、空気圧を利用して前記現像部に搬送する現像装置において、
前記ロータリフィーダの排出側と現像剤移送経路との間に、前記ロータリフィーダ側への空気の流入を規制する空気流入規制部材を設けたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
前記空気流入規制部材は板状の形状を有し、空気の供給方向に対して鋭角をなすように傾斜して設置されていることを特徴とする現像装置。 - 請求項2記載の現像装置において、
前記空気流入規制部材が、空気の供給方向に間隔をおいて複数設けられていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
前記空気流入規制部材が、空気の流入を規制する位置と、前記ロータリフィーダによる現像剤の排出を許容する位置とに変位可能であり、空気が供給されるとき、前記空気流入規制部材は空気の流入を規制する位置に設定されることを特徴とする現像装置。 - 請求項4記載の現像装置において、
前記空気流入規制部材が現像剤の排出を許容する位置を保つように設けられ、空気が供給されるとき空気圧により空気の流入を規制する位置に変位することを特徴とする現像装置。 - 請求項4記載の現像装置において、
前記空気流入規制部材が自重により現像剤の排出を許容する位置を保つように設けられ、空気が供給されるとき空気圧により空気の流入を規制する位置に変位することを特徴とする現像装置。 - 請求項4記載の現像装置において、
前記空気流入規制部材を空気の流入を規制する位置と排出を許容する位置とに選択的に設定する駆動原を有していることを特徴とする現像装置。 - 請求項4〜7のいずれか1つに記載の現像装置において、
前記空気流入規制部材は、空気の流入を規制する位置にあるとき、変位する端部は周囲に接触しないことを特徴とする現像装置。 - 請求項4〜8のいずれか1つに記載の現像装置において、
空気供給経路にバルブを設け、該バルブの切り替えにより空気を間欠供給することを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜9のいずれか1つに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
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