JP5445168B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
この技術は現像部が小型であるため、大型化することなく高画質を目的とした多ステーション化(多色化)にも対応することが可能である。
しかしながら、この技術は現像部を小型化ができるメリットがある一方で、現像部の表面積が小さくなり放熱効果が低減してしまう。
これらにより、連続プリント動作に伴って装置内温度が上昇し、現像装置内部のトナーの特性が変化し、現像剤の流動性低下やトナー凝集体の発生など問題が生じる。これらは適正な画像形成の妨げとなる。
特許文献1には、現像剤を冷却する目的で、空気により現像剤を搬送するとともに、装置内よりも低い温度の装置外部空気を用いることで、現像剤を冷却することが可能であることが開示されている。
搬送経路を長くすると空気輸送の場合、搬送効率の低下を招くため現実的ではなく、結局、現像剤を十分に冷却するという問題は解消できていなかった。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の画像形成装置において、装置内の温度を検知する温度検知手段を有し、前記冷媒供給手段の動作は、前記温度検知手段により検知される装置内温度に基づきON/OFFされることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の画像形成装置において、前記冷媒搬送経路は、前記現像剤収容部の外面を螺旋状に取り巻くように設けられていることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の画像形成装置において、前記受熱部材が、前記冷媒との接触面積を大きくするための形状を有していることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のうちのいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記冷媒は装置外部の空気であることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のうちのいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記現像剤収容部には、現像剤を混合・撹拌する撹拌手段が設けられていることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記現像剤収容部を現像色別に複数有し、これらの現像剤収容部は1つのケーシングで一体に連結されていることを特徴とする。
まず、図1乃至図4に基づいて第1の実施形態(参考例)を説明する。図1は本実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。
この画像形成装置80は、カラーの画像形成装置であり、中間転写ベルト85の下方にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色に対応する作像ユニット81Y、81M、81C、81Kが配置されている。各色作像ユニットの構成は同様であり、イエローの作像ユニット81Yを代表して説明すると、潜像担持体としての感光体1、帯電部82、現像部2、一次転写部84、クリーニング部83などで構成されている。
このようにして各作像ユニットで出来た各色のトナー像は一次転写部84によって中間転写ベルト85の表面に順に重ね合わせて転写される。これによって中間転写ベルト85上にはフルカラーのトナー像が形成される。このフルカラートナー像は給紙カセット87から供給される転写紙に二次転写部88によって転写され、次に定着部89を通過することで、熱によってトナーが解けて転写紙にカラー画像が定着される。符号90は作成された画像を排出する排紙部を示している。
図1において、符号91はエア吸引口を、92は外部空気吸引路を、93は除湿装置を、94は空気取入口をそれぞれ示している。
現像剤収容部40は現像剤の撹拌を確実に行い、従来と比較して、トナー濃度および帯電量の調整をより安定して行うことが可能である。これによって現像部を大型化することなく安定した画像形成を行うことが出来る。
以下、現像部と現像剤収容部とを含む現像機能に関与する全体を「現像システム」という。
現像部2の内部の構成を図3に示す。現像ローラ20はその内部に磁石を配置されており、現像剤を吸着搬送して感光体1表面の静電潜像にトナーを付着させる働きをする。
現像剤を攪拌・搬送する搬送スクリュ21は、現像剤を図中手前から奥に搬送するように駆動される。同じく現像剤を攪拌・搬送する搬送スクリュ22は現像剤が図中奥から手前に向かって搬送されるように回転駆動される。
搬送スクリュ22の手前側には、現像部2から回収される現像剤を排出流路4に排出する為の現像剤排出部(穴)が設けられている。符号25は現像ローラ20に付着する現像剤を一定量に均す為のドクターブレードを、23は現像部2をカバーするケーシングを示している。現像部2で現像に使用された現像剤は、図2に示すように、現像剤排出流路4中を自重により落下し、現像剤収容部40に送り込まれる。
図2において、符号6は現像剤収容部40で冷却した現像剤を現像部2に戻すための現像剤供給部としての現像剤投入部を、11は搬送スクリュ21の回転軸を、12は搬送スクリュ22の回転軸をそれぞれ示している。
現像剤収容部40の撹拌容器部は逆円錐型など下方に向かうほど径が細くなる形状を有しており、その上面には現像剤補給部としての現像剤補給口4が、下面には排出口7が設けられている。
現像剤収容部40の内部である現像剤撹拌部での補給口4から、排出口7までの搬送は重力を利用していて、現像剤の落下移動中に撹拌部材43により現像剤および補給トナーは混合・撹拌される。現像剤撹拌部にはバッファとして常に現像剤70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。
新トナーを補給するためのトナー供給路31内には螺旋形状のオーガ(図示せず)が設けられ、駆動源であるトナー供給モータ32にその一端が接続され(図2参照)、回転駆動される。
これにより、図2に示すように、トナーホッパ30内のトナーが搬送され現像剤溜まり中(現像剤収容部内)に補給され、補給されたトナーは現像剤ととともに撹拌モータ45によって駆動する撹拌部材43により、速やかに混合撹拌される。撹拌部材43と撹拌モータ45は攪拌手段を構成している。
スクリュ43bは攪拌モータ45と直結されており、撹拌部材43aは、減速ギヤ列73を介して回転する。
撹拌部材43aは複数の線状部材により線対称に構成され、回転駆動により現像剤に動きを与え、現像剤と補給トナーの混合・撹拌を行う。線状部材は現像剤の一部を押し動かし、残りの現像剤は線状部材間の空隙を通過させることで、現像剤の混合・撹拌が促進する。
また、空隙という逃げ場があるために線状部材から現像剤へ過剰なストレスがかかることがないため、撹拌部材43aを高速で回転させて、撹拌性を向上させることも可能である。
撹拌部材43は現像剤をせん断しながら回転しているために、トナーとキャリアの摩擦帯電を促し、均一なトナー帯電量を得ることもできる。
また、現像剤は撹拌部材43により、収容容器内で効率的に分散・混合されており、中心付近の現像剤が速やかに外側に運ばれるため、短時間で容器全体を均一に冷却することが可能となっている。
現像部2と現像剤収容部40は離れた位置に設けられているため、放出された熱が再び現像剤の温度上昇を引き起こす可能性もない。また、放出された熱はファンなどにより装置外部に速やかに排出することも可能である。
本実施形態では、収容容器の外周に冷媒を接触させながら案内する冷媒搬送経路37が設けられていることを特徴としている。ここでの冷媒は、外部空気を用いており、図2に示したように、冷媒供給手段としてのポンプ61により冷媒取り込み経路39を通じて、装置外部の空気を取込み、冷媒供給路35から現像剤収容部の外周へと供給される。
冷媒搬送経路37とポンプ61により本実施形態における冷却手段が構成されている。
現像剤収容部へ供給された冷媒(外部空気)は、図5に示す冷媒搬送経路37を移動する際に、収容容器を通じて現像剤の熱を吸収し、吸収した熱により温度上昇した冷媒は、冷媒回収路36から外へと排出される。この際、排出された冷媒である空気は、排気ダクトやファンになどにより、装置外部へと速やかに排出されるため、現像剤収容部近辺の温度を上昇させてしまうことはない。
本実施形態では、収容容器40aの外面に径方向に突出するように、複数の薄い板からなる受熱部材としてのリブが設けられている。冷媒搬送経路37へと運ばれた冷媒は、複数のリブにより、接触面積が増し、冷却効率を高めることが可能である。接触面積の増大化はリブに限らず他の形状の凸部形成や凹部形成でもよい。
また、通常の現像装置のケーシングに使用される樹脂は、熱伝導率が低い。熱伝導率が低いと、収容部内と冷媒循環経路と熱交換が速やかに行われないため、冷却に時間がかかってしまうとともに、冷媒に熱をあまり放熱することなく、排出してしまうため冷却効率が非常に悪い。
これにより、常に現像装置(現像部2)から回収された現像剤を速やかに冷却することが可能となり、十分に冷却した現像剤を現像部へと循環させるため、現像部の温度上昇も抑制することが可能となる。
受熱部材の材質としては、アルミニウムや銅などの熱伝導の高い材質を使用することが望まれるが、熱伝導率の高い材質であれば特に限定されることはない。
また、既に図4、図5で示した実施例においても現像剤収容部のケーシングに熱伝導率の高い受熱部材を用いることで、冷却効率を高めることが可能である。
本実施形態では、冷媒搬送経路37が螺旋状に現像剤収容部の外面を取り巻いた構造となっている。冷媒は冷媒供給路35から入り、一つの細い循環経路中を下から上へと螺旋を描くように上がっていき、冷媒回収路36から外へと通過していく。
経路中では上記した実施例と同様に現像剤の熱を吸収していき、現像剤を短時間に冷却することが可能である。また、1本の細い搬送経路であるために、冷媒が不均一に行き渡ることがないだけでなく、冷媒の速度を高めることもできるため、非常に冷却効率が高まる。不均一に冷媒が行き渡ると、現像剤から熱を十分に受け取らずに排出される冷媒も存在するため、冷却効率が落ちる。
冷媒の速度が速まると、温まった冷媒は速やかに排出されるとともに、低い温度の冷媒が供給される。
現像剤収容部の下方向から冷媒を流入させることで、供給初期の温度の冷媒で温度の下がった現像剤を最後まで冷却することが可能であるため、現像剤収容部から排出される現像剤の温度を供給初期の冷媒の温度付近まで十分に冷却することが可能である。
上記とは逆向きに冷媒を流すと、現像剤から熱を受け取り温度の上昇した冷媒により、下部の現像剤が温められてしまうことになる。
図8は、複数の現像剤収容部40(Y、M、C、Bk)が1つのケーシング48で一体に連結された構成を上から見た断面で示した図である。複数の現像剤収容部が一体もしくは熱移動可能に連結されていることで、収容容器間での熱の伝達が起こるため、各ステーションでの現像剤温度を均一にすることが可能である。ケーシング48は上記と同様の受熱部材で形成されている。
単色または限られた色のみで使用した際に、稼動していないステーションの温度上昇は起きないため、稼動して温度が上昇しているステーションの温度を稼動していない現像剤収容部で冷却することが可能となる。さらに、冷媒経路を単純化するとともに、ポンプを共通化してコストを抑制することも可能である。
また、冷媒搬送経路37等の冷却手段を設けず、装置筐体46と連結するだけでもある程度の冷却効果は得られるため、簡単な構成でコストを抑制することが可能である。
エアポンプ60からのエアを供給路33からバルブなどで分岐させ、冷媒供給路35と接続することで、現像剤搬送エアを冷却用として用いることも可能である。これにより冷却用のポンプ61を別途設ける必要がなく、構成を簡素化することも可能である。
連続プリント動作時など、温度上昇が大きいときのみポンプ61を駆動し、現像剤を冷却することで、無駄なエネルギー消費を抑制することも可能である。
本発明の構成では、従来構成の現像剤温度上昇(飽和時)に対して35%程度の上昇と非常に冷却効果に優れていることがわかる。また、プリント駆動時間が長時間になる条件下では、トナー凝集量が著しく増加するトナー限界温度を、従来構成では超えてしまうが、本発明(実施形態)においては長時間でもかなりの温度余裕度があり、トナー凝集体が発生することはない。
現像部と現像剤収容部との間の現像剤の循環は、搬送スクリュ21および22の回転により行われる。
図10(a)では、搬送スクリュ21によって、現像剤が右側から左側へ搬送され、この一部が、図10(b)中の点線で示された位置に設けられている現像ローラ20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(図示せず)で均一な厚さに均されてから、感光体1に接することで感光体上の静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する構成である。
搬送スクリュ21によりスクリュ端部まで運ばれた現像剤は、端部に設けられた搬送スクリュ22との連通口から、搬送スクリュ22へと受け渡される。連通口を通過した現像剤および現像後の現像剤はともに搬送スクリュ22により、図10(a)中左側から右側へと搬送される。右側には現像剤収容部40が設けられており、現像により消費された分のトナーが搬送スクリュ21の上流付近の上部に設けられたトナー補給口31から補給される。
現像剤収容部内では、複数の線状部材間の空隙を通過する現像剤と、線状部材により押し動かされる現像剤により位相差(速度差)が生じ、収容容器内で均一な混合撹拌が行われているため、現像剤の冷却も十分に均一に行われる。
混合・撹拌および冷却された現像剤は、搬送スクリュ21へ受け渡され、再び現像ローラ20へと供給される。現像剤収容部で冷却された現像剤が循環することで、現像部全体の温度上昇が抑制され、温度上昇によるトナーの特性変化が起こることはない。
2 現像部
6 現像剤供給部としての現像剤投入部
37 冷媒搬送経路
39 冷却手段としてのペルチェ素子
40 現像剤収容部
46 装置筐体
48 ケーシング
60 空気搬送手段としてのポンプ
61 冷媒供給手段としてのポンプ
70 現像剤
Claims (11)
- 潜像担持体に形成されている静電潜像をトナーとキャリアとからなる現像剤により可視像処理する現像部と、該現像部から排出された現像剤を再度前記現像部の現像剤供給部に向け移送する循環部とを備え、前記循環部には、前記現像部に至る前の位置に前記現像部から排出された現像剤を収容する現像剤収容部が設けられている現像装置において、
前記現像部から排出された現像剤は前記現像剤収容部の上方から収容され、且つ、前記現像剤収容部の下方の供給路から前記現像部へ搬送され、
前記現像剤収容部に、該現像剤収容部に収容された現像剤を冷却する冷却手段が設けられ、
前記冷却手段は、前記現像剤収容部の下方から冷媒が流入して上方へ抜けて行く構成を有していることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1に記載の画像形成装置において、
前記冷却手段は、装置外部から冷媒を流入させる冷媒供給手段と、冷媒を前記現像剤収容部の外面に接触させながら案内する冷媒搬送経路とを有していることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2に記載の画像形成装置において、
装置内の温度を検知する温度検知手段を有し、前記冷媒供給手段の動作は、前記温度検知手段により検知される装置内温度に基づきON/OFFされることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2又は3に記載の画像形成装置において、
前記冷媒搬送経路は、前記現像剤収容部の外面を螺旋状に取り巻くように設けられていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記現像剤収容部の少なくとも一部が受熱部材で形成されており、前記冷媒が前記受熱部材と接触することで該受熱部材を冷却することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5に記載の画像形成装置において、
前記受熱部材が、前記冷媒との接触面積を大きくするための形状を有していることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜6のうちのいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記冷媒は装置外部の空気であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項7に記載の画像形成装置において、
前記現像剤収容部で冷却された現像剤を前記現像部の前記現像剤供給部に空気により搬送する空気搬送手段を有し、該空気搬送手段による空気搬送経路を分岐して冷媒として用いることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜8のうちのいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記現像剤収容部には、現像剤を混合・撹拌する撹拌手段が設けられていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記現像剤収容部を現像色別に複数有し、これらの現像剤収容部は1つのケーシングで一体に連結されていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜10のうちのいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記現像剤収容部は装置筐体と熱移動可能に連結されていることを特徴とする画像形成装置。
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