JP5532403B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる現像装置、及び、その現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。

この種の画像形成装置に設けられた現像装置においては、現像装置内の現像剤搬送路で現像剤を攪拌搬送する現像剤攪拌搬送部材を駆動した際に、現像剤攪拌搬送部材と現像剤との摺擦による摩擦熱や、現像剤同士の摺擦による摩擦熱により装置内を温度上昇させる。現像装置内の温度が上昇すると、トナーが溶融して現像剤担持体や潜像担持体などに固着し、画像にスジ状の異常画像などが生じるおそれがある。特に、近年、定着エネルギーを小さくするために溶融温度の低いトナーを用いた場合は、トナーの固着による異常画像などが生じやすい。

特許文献１に記載の画像形成装置では、現像装置内に形成された現像剤搬送路の長手方向全域にわたって、内部に冷却液が流れる流路が形成された冷却装置を現像剤搬送路を形成する壁の外側から接触させて現像剤搬送路内の現像剤を冷却し、現像装置内の温度上昇を抑えている。

しかしながら、現像剤搬送路の長手方向全域にわたって現像装置の前記壁に冷却装置を接触させて設けると、画像形成装置内における現像装置周辺の空間で冷却装置が占めるスペースが多くなり画像形成装置の大型化につながってしまう。そのため、現像装置の前記壁に冷却装置を接触させる領域を狭めることで冷却装置の大きさを小さくすることができ、現像装置周辺の空間で冷却装置が占めるスペースが減り、画像形成装置の小型化を図ることができる。ところが、現像装置の前記壁に冷却装置を接触させる領域を狭めてしまうと、冷却装置による現像剤の冷却効率が低下してしまうといった問題が生じる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、画像形成装置の小型化を図りつつ、冷却装置による現像剤の冷却効率の低下を低減できる現像装置、及び、その現像装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、現像剤を表面上に担持して回転し、潜像担持体と対向する箇所で潜像担持体の表面の潜像に現像剤を供給して現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給する現像剤を収容する現像剤収容容器と、該現像剤収容容器内の現像剤を搬送する複数の現像剤搬送部材と、を備えた現像装置において、上記現像剤収容容器内の空間を仕切り、上記現像剤搬送部材が空間内に配置された複数の現像剤搬送路を形成する仕切り部材を有し、上記複数の現像剤搬送部材として、該仕切り部材を挟んで上下に配置された上方現像剤搬送部材と下方現像剤搬送部材とを備え、該現像剤収容容器内の空間には該仕切り部材によって該下方現像剤搬送部材が配置された下方現像剤搬送路と、該上方現像剤搬送部材が配置された上方現像剤搬送路とが形成され、該仕切り部材における該下方現像剤搬送路内の現像剤搬送方向下流側端部近傍となる位置に、該下方現像剤搬送路と該上方現像剤搬送路とを連通する開口部を設け、該下方現像剤搬送路における現像剤搬送方向下流側の現像剤収容容器外壁面に、冷却装置の受熱部を接触させる接触面を設けており、前記下方現像剤搬送部材は、前記下方現像剤搬送路内に現像剤搬送方向を回転軸とした回転体であり、前記回転体の回転軌道において該回転体が下から上へ回転移動する経路部分に対向する現像剤収容容器外壁面に前記接触面を設け、前記現像剤収容容器外壁面の位置は、前記受熱部によって冷却されている前記接触面に接する位置へ現像剤が集められる位置であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記下方現像剤搬送部材として搬送スクリュを用いることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の現像装置において、上記下方現像剤搬送部材の現像剤搬送方向下流側端部近傍にフィンを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体との対向部へ現像剤を搬送する現像剤担持体を有した現像手段と、該現像手段に受熱部を接触させて冷却する冷却手段と、を備えた画像形成装置において、前記現像手段として、請求項１、２または３の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記冷却手段は、上記受熱部の内部に冷却媒体を流して上記現像手段の熱を受熱し冷却するものであることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項４または５の画像形成装置において、上記受熱部を上記現像剤収容容器とは別体で設けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、冷却装置の受熱部を接触させる接触面を、下方現像剤搬送路における現像剤搬送方向下流側の現像剤収容容器外壁面に限ることで、下方現像剤搬送路の長手方向全域にわたって前記接触面を設ける場合よりも、現像装置周辺の空間で冷却手段の受熱部が占めるスペースが減らすことができ、画像形成装置本体の小型化を図ることが可能となる。
また、本発明の現像装置においては、仕切り部材における下方現像剤搬送路内の現像剤搬送方向下流側端部近傍となる位置に、下方現像剤搬送路と上方現像剤搬送路とを連通する開口部を設けている。下方現像剤搬送部材によって下方現像剤搬送路の現像剤搬送方向下流側端部近傍に到達した現像剤は、下方現像剤搬送路の現像剤搬送方向下流側端部近傍に滞留し後から来る現像剤に押し上げられて仕切り部材の開口部の高さまで到達すると開口部を通って上方現像剤搬送路に受け渡される。このため、仕切り部材に開口部が設けられた位置における下方現像剤搬送路内では現像装置が駆動している状態のときに開口部の高さまで現像剤が存在する。よって、下方現像剤搬送路における現像剤搬送方向下流側端部近傍の現像剤収容容器外壁面に冷却装置の受熱部を接触させる接触面を設けることで、現像剤が滞留し多くの現像剤が集められた箇所で冷却装置により現像剤を効率良く冷却することができる。

以上、本発明によれば、画像形成装置の小型化を図りつつ、冷却装置による現像剤の冷却効率の低下を低減できるという優れた効果がある。

本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図係。 液冷装置の概略構成図。 現像装置及び感光体の概略構成図。 現像装置の下段の現像剤の流れを斜視図。 現像装置の上段の現像剤の流れを斜視図。 現像剤の流れを説明する現像装置の斜視断面図。 現像装置内の現像剤の流れの模式図。 撹拌スクリュ上の現像剤の偏りを示した図。 撹拌スクリュから供給スクリュへと現像剤を縦に搬送する部分での現像剤の流れを示した図。 接触面の位置による冷却効果を示したグラフ。

以下、本発明を画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る画像形成装置の構成及び動作について説明する。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。図１の画像形成装置は、４つの画像形成ユニット１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋが並列に配置された画像形成部１を有している、各画像形成ユニット１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、潜像担持体たるドラム状の感光体１８Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、ドラムクリーニングユニット１２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、帯電ユニット１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、２成分現像方式の現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ等を図示しない枠体に収めている。これら画像形成ユニット１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、プリンタ本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。

画像形成部１の上方には、潜像形成手段としての露光ユニット９が設けられている。また、装置上部には、コンタクトガラス上に載置された原稿を走査して読み取る読取装置１０が設けられている。画像形成部１の下方には、中間転写体としての中間転写ベルト１５を備えた転写ユニット２が設けられている。中間転写ベルト１５は、複数の支持ローラに掛け渡されており、図中時計回り方向に回転移動する。転写ユニット２の下方には二次転写装置４が設けられている。二次転写装置４は、二次転写ローラ１７を備えており、二次転写ローラ１７は、中間転写ベルト１５における転写対向ローラ１６に対する掛け回し箇所にベルトおもて面から当接して二次転写ニップを形成している。二次転写ローラ１７には図示しない電源によって二次転写バイアスが印加されている。また、転写対向ローラ１６は、電気的に接地されている。これにより、二次転写ニップ内に二次転写電界が形成されている。二次転写装置４の図中左方には、用紙上に転写されたトナー像を定着するために、内部に発熱体を備えた加熱ローラを有する定着ユニット７が設けられている。また、二次転写装置４と定着ユニット７との間には、トナー像転写後の用紙を定着ユニット７へと搬送する搬送ベルト６が設けられている。また、装置下方には、図示しない給紙収容部から１枚ずつ分離して給送された用紙を二次転写装置４へ給紙する給紙ユニット３が設けられている。また、定着ユニット７を通過した用紙を機外または両面ユニット５へ搬送する排紙ユニット８が設けられている。

この画像形成装置でコピーをとるときは、読取装置１０により原稿を読み取る。この原稿読み取りに並行して、中間転写ベルト１５が図中時計回り方向に移動する。これと同時に、画像形成部１では、各帯電ユニット１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋによって表面が帯電せしめられた各感光体１８Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上に、読み取った原稿内容に基づきイエロー、マゼンタ、シアン、黒の色別情報を用いて露光ユニット９によりそれぞれ露光して潜像を形成する。次いで、各感光体１８Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上の潜像を現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにより現像し、単色のトナー像（顕像）を形成する。そして、各感光体１８Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト１５上に互いに重なり合うように順次転写して、中間転写ベルト１５上に合成トナー像を形成する。

トナー像転写後の各感光体１８Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、ドラムクリーニングユニット１２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋで、感光体１８Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上に残留する残留トナーを除去し、再度の画像形成に備える。

このようなトナー像形成に並行して、図示しない給紙収容部から１枚づつ用紙を繰り出し、レジストローラ１４に突き当てて止める。そして、中間転写ベルト１５上の合成トナー像の形成にタイミングを合わせてレジストローラ１４を回転し、中間転写ベルト１５と二次転写装置４との間に用紙を送り込み、二次転写装置４で転写して用紙上にトナー像を転写する。トナー像転写後の用紙は、搬送ベルト６で搬送して定着ユニット７へと送り込み、定着ユニット７で熱と圧力とを加えてトナー像を定着した後、排紙ユニット８へ送り込む。

排紙ユニット８では切換爪で切換えて、機外（装置左側）の図示しない排紙トレイまたは下方の両面ユニット５へ案内する。両面ユニット５では、用紙を反転して再び二次転写位置（二次転写装置４と中間転写ベルト１５とのニップ位置）へと導き、裏面にも画像を記録して後、排紙ユニット８で排紙トレイ上に排出する。なお、画像転写後の中間転写ベルト１５は、中間転写ベルトクリーニングユニット９０で、中間転写ベルト１５上に残留する残留トナーを除去し、再度の画像形成に備える。

ここで、画像形成装置では機械サイズを小型化する観点から機械内部の高密度化と共に定着ユニット７を転写ユニット２の下側にもぐりこませるような配置としている。図１の画像形成装置では、中間転写ベルト１５は、定着ユニット７の上面および右側面を覆うよう屈曲している。この構成により装置の高さ方向と幅方向をコンパクトにしている。

しかし、中間転写ベルト１５に対して定着ユニット７を近接させると、発熱体である定着ユニット７によって中間転写ベルト１５が熱的影響を受け変形し、色ずれ等の画像不具合が発生する恐れがある。これは、装置が高速化するにつれて装置内部の発熱量が増大することにより、顕著になってきている。また、両面印刷時は、定着ユニット７で加熱された用紙が両面ユニット５を通過し、再び二次転写位置にて中間転写ベルト１５に接触するため、用紙からの熱伝達により、さらに中間転写ベルト１５の温度が上昇して、より厳しい条件となる。また、中間転写ベルト１５に接触している感光体１８Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、さらには現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにも熱が伝わり、ベルト変形による画像不具合、及びトナーの固化等の不具合がより一層発生しやすくなる。

そこで、発熱源である定着ユニット７と、定着ユニット７と近接して配置される中間転写ベルト１５との間に断熱装置２０を設けている。断熱装置２０は、ダクトによる気流から成る場合も多いが、ここではヒートパイプを使った断熱装置について説明する。これは、主として受熱板２１と、ヒートパイプ２２と、放熱板２３と、ダクト２４及び図示しない排気ファンとで構成される。受熱部材である受熱板２１は熱を吸収しやすい材料で形成され、発熱源である定着ユニット７と、その熱の影響から保護したい保護対象部である転写ユニット２との間に配置されている。伝熱手段（熱輸送手段）としてのヒートパイプ２２は、受熱板２１の下面に装着され、その一端部（下端部）側が受熱部となっている。ヒートパイプ２２の他端側は放熱部であり、受熱部よりも高い位置で放熱板２３に装着されている。放熱部材である放熱板２３は、熱を放出しやすい材料で形成され、必要に応じてヒートシンクを設けても良い。ダクト２４は本例では画像形成装置本体の前面から背面に延設され、そのダクト内部に放熱板２３が位置するように設けられる。ダクト２４の装置前面側端部には空気流入口が設けられ、背面側端部には排気口が設けられ、その排気口部には図示しない排気ファンが設けられている。このように構成された断熱装置２０は、発熱部（本例では定着ユニット７）からの熱を受熱板２１で受け、その熱が伝熱手段であるヒートパイプ２２によって放熱部（放熱板２３）まで輸送される。そして、ダクト２４内にある放熱板２３から熱が放出され、放出された熱は図示しない排気ファンにより機外に排出される。なお、排気ファンを設けず、自然冷却とすることも可能である。このように、定着熱の影響を遮断し、保護対象である画像形成ユニット１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ及び転写ユニット２を効果的に保護することにより、中間転写ベルト１５の変形による色ズレ等の不具合や、トナー固化等による不具合の発生を未然に防止する。

また、現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにおいては、現像装置４０内の現像剤収容容器に収容された現像剤を攪拌搬送する現像剤攪拌搬送部材を駆動した際に、現像剤攪拌搬送部材と現像剤との摺擦による摩擦熱や、現像剤同士の摺擦による摩擦熱により現像装置４０内を温度上昇させる。また、現像剤を現像領域に搬送する前に現像剤担持体上に担持されている現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と現像剤との摺擦による摩擦熱や、現像剤規制部材による規制の際の現像剤同士の摺擦による摩擦熱により現像装置４０内を温度上昇させる。

現像装置４０内の温度が上昇すると、トナーの帯電量が低下してトナー付着量が増加し、所定の画像濃度が得られなくなる。また、温度上昇によりトナーが溶融して現像剤規制部材や現像剤担持体、感光体などに固着し、画像にスジ状の異常画像などが生じるおそれがある。近年、定着エネルギーを小さくするために溶融温度の低いトナーを用いた場合は、トナーの固着による異常画像などが生じやすい。また、印刷スピードの高速化により、現像装置４０が高温になりやすくなっている。

そのため、現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、高画像品質、高信頼達成のため非常に重要な冷却部位である。従来においては空冷ファンなどによって現像装置４０周辺に気流を発生させ温度上昇箇所である現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを空冷し、現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの温度が過度に上昇するのを抑制している。しかし、小型化の要請に伴い、現像装置４０の周辺に流路形成するためのダクトを小さくする必要がある。ダクトが小さくなると、現像装置４０の周囲に流れ込む気体の流量が減り、十分に現像装置４０を冷却することができない。

このため、本実施形態の画像形成装置においては、現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの冷却を液冷装置で行っている。

図２は、液冷装置３０の概略構成図である。
図に示すように、液冷装置３０は、温度上昇箇所である現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの壁面に圧接し、冷却液が現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋからの熱を受ける４つの受熱部３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、冷却液を冷却する３つの冷却部３５、冷却液を内包する循環パイプ３４、冷却液を循環パイプ内で循環させるための搬送手段たる冷却ポンプ３１、余剰の冷却液を貯留するリザーブタンク３３などを備えている。各冷却部３５は、放熱手段たるラジエータ３５ｂ、冷却ファン３５ａなどを備えている。

受熱部３２は、熱伝導性の高い部材で形成されたケース３２ａ内部に流路３２ｂが設けられている。通常、熱伝導率が４００［Ｗ／ｍＫ］程の銅、もしくは２００［Ｗ／ｍＫ］程のアルミニウムをベースにして受熱部３２のケース３２ａが構成されている。また、さらに熱伝導率の高い材質（例えば、銀や金）を用いても良い。

また、現像装置４０の側面などもアルミや銅などの熱伝導性の高い部材で構成しているため、現像装置４０の側面に受熱部３２を密着させようとすると、少なからず空気層ができてしまう。空気層ができてしまうと、熱交換の効率が落ちてしまう。そのため、本実施形態においては、受熱部３２の現像装置４０と対向する面（以下、圧接面という）に熱伝導シート１３０（図３参照）を貼り付けている。この熱伝導シート１３０は高熱伝導性であると同時に、現像装置４０と受熱部３２との面精度を潰してくれるような硬さ（変形しやすさ）が要求される。しかし、熱伝導シート１３０は高熱伝導であると硬く、低熱伝導だと軟らかいという性質を持っているため、高熱伝導性を得るためには、熱伝導シート１３０は、ある程度硬くなってしまう。そのため、本実施例では、受熱部３２を現像装置４０の側面に圧接するように、受熱部３２を大きな押圧力で押圧している。これにより、ある程度硬い熱伝導シートを用いても熱伝導シート１３０が変形して、現像装置４０と受熱部３２との面精度を潰してくれる。これにより、現像装置４０と受熱部３２との間に空気層ができるのを抑制し、現像装置４０の熱を受熱部に良好に伝導させることができる。また、熱伝導シート１３０は、現像装置４０側面に貼り付けてもよい。

先の図２に示すように、各冷却部３５では、循環パイプ３４からの冷却媒体を内包する収容部（熱伝導率が高いアルミ等で構成）を介して冷却液を伝熱・放熱する放熱手段であるラジエータ３５ｂを備え、放熱量に応じて冷却ファン３５ａによる強制空冷、または自然空冷がとられる。また、冷却部３５は、一つでもよいし、４つ以上であっても構わない。また、冷却部毎に冷却ファンを設けているが、一つの冷却ファンで各冷却部のラジエータに外気を供給するよう構成してもよい。冷却部３５を複数備えることで各冷却部の冷却効率が低くても、全ての現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの温度上昇を良好に抑制することができる。その結果、ひとつの冷却部で全ての現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの温度上昇を抑制するものに比べて、放熱面積が小さく冷却効率のあまり高くない小型のラジエータを用いることができ、冷却部を小型化することが可能となる。

冷却ポンプ３１は冷却液を受熱部３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと冷却部３５とで循環させる駆動源であり、冷却液は図２中矢印のように循環させる。また、リザーブタンク３３は冷却液保管用のタンクである。冷却液は、受熱部３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋで受けた熱をラジエータ３５ｂまで輸送する熱輸送媒体であり、水を主成分とし、凍結温度を下げるためにプロピレングリコールやエチレングリコールなどを添加したり、金属の構成部品の錆を防ぐために防錆剤（例えば、リン酸塩系物質：リン酸カリ塩、無機カリ塩等）を添加したりして使用する。冷却液が水の場合、定積熱容量が空気の３０００倍以上であり、少ない流量で大きな熱量を移送できるので、強制空冷に比べ効率のよい冷却が可能である。

図３は、４つ画像形成ユニット１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのうちの１つが備える現像装置４０及び感光体１８を示す拡大構成図である。４つの画像形成ユニット１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれ扱うトナーの色が異なる点以外はほぼ同様の構成になっているので、同図では「４」に付すＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋという添字を省略している。

図３に示すように感光体１８は図中矢印Ｇ方向に回転しながら、その表面を不図示の帯電装置により帯電される。帯電された感光体１８の表面は不図示の露光装置より照射されたレーザ光により静電潜像を形成された潜像に現像装置４０からトナーを供給され、トナー像を形成する。

現像装置４０は、図中矢印Ｉ方向に表面移動しながら感光体１８の表面の潜像に現像剤収容容器に収容された現像剤を供給し、現像する現像剤担持体としての現像ローラ４５を有している。現像ローラ４５は回転可能な現像スリーブを備え、その内部に複数の磁極からなる不図示の磁性体が配置されている。磁性体は現像ローラ４５の表面上で現像剤を保持するために必要である。

また、現像ローラ４５に現像剤を供給しながら現像ローラ４５の軸線方向に沿って図３の手前方向に現像剤を搬送する供給搬送部材としての供給スクリュ４８を有している。

現像ローラ４５の供給スクリュ４８との対向部から表面移動方向下流側には、現像ローラ４５に供給された現像剤を現像に適した厚さに規制する現像剤規制手段としてのドクタブレード４２を備えている。

現像ローラ４５の感光体１８との対向部である現像領域よりも表面移動方向下流側では、現像領域を通過し、現像ローラ４５の表面から離脱した現像済みの現像剤を回収する回収搬送路４７が現像ローラ４５と対向する。回収搬送路４７は、回収した回収現像剤を現像ローラ４５の軸線方向に沿って供給スクリュ４８と同方向に搬送する回収搬送部材として、軸線方向に平行に配置されたらせん状の回収スクリュ４６を備えている。

供給スクリュ４８を備えた供給搬送路４９は現像ローラ４５の横方向に、回収スクリュ４６を備えた回収搬送路４７は現像ローラ４５の下方に並設されている。

なお、現像ローラ４５からの現像剤の離脱は、先に述べた現像スリーブ内部にある磁性体を、離脱させたい箇所のみ磁極がない状態に設定することにより、現像剤の分離・離脱を可能としている。また、離脱させたい箇所に反発磁界が形成されるような磁極配置の磁性体を用いてもよい。

現像装置４０は、供給搬送路４９の下方で回収搬送路４７に並列して撹拌搬送路４４を設けている。撹拌搬送路４４は、現像ローラ４５の軸線方向に沿って現像剤を撹拌しながら供給スクリュ４８とは逆方向である図中奥側に搬送する撹拌搬送部材として、軸線方向に平行に配置された、撹拌軸部４３ａにらせん状の撹拌羽部４３ｂを固定したスクリュ形状の撹拌スクリュ４３を備えている。

供給搬送路４９と撹拌搬送路４４とは仕切り壁としての第一仕切り壁１３３によって仕切られている。第一仕切り壁１３３の供給搬送路４９と撹拌搬送路４４とを仕切る箇所は図中手前側と奥側との両端は開口部となっており、供給搬送路４９と撹拌搬送路４４とが連通している。

なお、供給搬送路４９と回収搬送路４７とも第一仕切り壁１３３によって仕切られているが、第一仕切り壁１３３の供給搬送路４９と回収搬送路４７とを仕切る箇所には開口部を設けていない。

また、撹拌搬送路４４と回収搬送路４７との２つの現像剤搬送路は仕切り部材としての第二仕切り壁１３４によって仕切られている。第二仕切り壁１３４は、図中手前側が開口部となっており、撹拌搬送路４４と回収搬送路４７とが連通している。

現像剤搬送部材である供給スクリュ４８、回収スクリュ４６及び撹拌スクリュ４３は樹脂もしくは金属のスクリュからなっており、各スクリュ径は全てφ２２［ｍｍ］でスクリュピッチは供給スクリュが５０［ｍｍ］の２条巻き、回収スクリュ４６及び撹拌スクリュ４３が２５［ｍｍ］の１条巻き、回転数は全て約６００［ｒｐｍ］に設定している。

また、本実施形態の現像装置４０では、撹拌搬送路４４の全長は４１０［ｍｍ］であり、供給搬送路４９の全長は３２０［ｍｍ］である。

現像ローラ４５上にステンレスからなるドクタブレード４２によって薄層化された現像剤を感光体１８との対抗部である現像領域まで搬送し現像を行う。

現像ローラ４５の表面はＶ溝あるいはサンドブラスト処理されておりφ２５［ｍｍ］のＡｌもしくはステンレス鋼（ＳＵＳ）素管からなり、ドクタブレード４２及び感光体１８とのギャップは０．３［ｍｍ］程度となっている。

現像後の現像剤は回収搬送路４７にて回収を行い、図３中の断面手前側に搬送され、非画像領域部に設けられた第二仕切り壁１３４の開口部で、撹拌搬送路４４へ現像剤が移送される。なお、撹拌搬送路４４における現像剤搬送方向上流側の第二仕切り壁１３４の開口部の付近で撹拌搬送路４４の上側に設けられた、図示しないトナー補給口から撹拌搬送路４４にトナーが補給される。

なお、現像装置４０の現像剤収容容器は、撹拌搬送路４４、回収搬送路４７、供給搬送路４９などを形成する壁部材で形成されるものである。

図４は現像装置４０の下段の現像剤の流れを斜視図で示したものである。矢印Ｉは現像ローラ４５で使用された現像剤が回収スクリュ４６、撹拌スクリュ４３によって搬送されて最後に上段へと押し上げられるまでの現像剤の流れを示している。一点鎖線ａの領域は現像剤を上に搬送する部分である。一点鎖線ｂは現像剤を水平に搬送する部分である。

図５は現像装置４０の上段の現像剤の流れを斜視図で示したものである。矢印ＩＩは撹拌スクリュ４３によって押し上げられた現像剤が供給スクリュ４８によって搬送されて現像ローラ４５に汲み上げられるまでの現像剤の流れを示している。

次に、３つの現像剤搬送路内での現像剤の循環について説明する。
図６は現像剤搬送路内の現像剤の流れを説明する現像装置４０の斜視断面図である。図中の各矢印は現像剤の移動方向を示している。また、図７は、現像装置４０内の現像剤の流れの模式図であり、図６と同様に図中の各矢印は現像剤の移動方向を示している。

撹拌搬送路４４から現像剤の供給を受けた供給搬送路４９では、現像ローラ４５に現像剤を供給しながら、供給スクリュ４８の現像剤搬送方向下流側に現像剤を搬送する。そして、現像ローラ４５に供給されずに供給搬送路４９の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された余剰現像剤は第一仕切り壁１３３の余剰開口部９２より撹拌搬送路４４に供給される（図７中矢印Ｅ）。

一方、現像ローラ４５に供給された現像剤は現像領域で現像に用いられた後、現像ローラ４５から分離・離脱して、回収搬送路４７に受け渡される。現像ローラ４５から回収搬送路４７に受け渡され、回収スクリュ４６によって回収搬送路４７の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された回収現像剤は第二仕切り壁１３４の回収開口部９３より撹拌搬送路４４に供給される（図７中矢印Ｆ）。

そして、撹拌搬送路４４は、供給された余剰現像剤と回収現像剤とを撹拌し、撹拌スクリュ４３の現像剤搬送方向下流側であり、供給スクリュ４８の現像剤搬送方向上流側に搬送し、第一仕切り壁１３３の供給開口部９１より供給搬送路４９に供給される（図７中矢印Ｄ）。

撹拌搬送路４４では撹拌スクリュ４３によって、回収現像剤、余剰現像剤及び移送部で必要に応じて補給されるトナーを、回収搬送路４７及び供給搬送路４９の現像剤と逆方向に撹拌搬送する。そして、現像剤搬送方向下流側で供給開口部９１によって連通している供給搬送路４９の現像剤搬送方向上流側に撹拌された現像剤を移送する。

図７に示す現像装置４０では、供給搬送路４９と回収搬送路４７とを備え、現像剤の供給と回収とを異なる現像剤搬送路で行うので、現像済みの現像剤が供給搬送路４９に混入することがない。このため、供給搬送路４９の現像剤搬送方向下流側ほど現像ローラ４５に供給される現像剤のトナー濃度が低下することを防止することができる。また、回収搬送路４７と撹拌搬送路４４とを備え、現像剤の回収と撹拌とを異なる現像剤搬送路で行うので、現像済みの現像剤が撹拌の途中に落ちることがない。これにより、十分に撹拌がなされた現像剤が供給搬送路４９に供給されるため、供給搬送路４９に供給されるの現像剤が撹拌不足となることを防止することができる。このように、供給搬送路４９内の現像剤のトナー濃度が低下することを防止し、供給搬送路４９内の現像剤が撹拌不足となることを防止することができるので現像時の画像濃度を一定にすることができる。

なお、図７に示すように、現像装置４０の下部から上部への現像剤の移動は矢印Ｄのみである。矢印Ｄで示す現像剤の移動は、撹拌スクリュ４３の回転で撹拌搬送路４４の下流側に現像剤を押し込むことによって、現像剤を盛り上がらせて供給搬送路４９に現像剤を供給するものである。

なお、撹拌搬送路４４の現像剤搬送路下流側端部近傍の、撹拌搬送路４４と供給搬送路４９とが連通している部分の撹拌スクリュ４３の軸にフィン部材を設けても良い。このフィン部材は撹拌スクリュ４３の軸方向に平行な辺と、撹拌スクリュ４３の軸方向に直交する辺とから構成される板状の部材である。このフィン部材で現像剤を掻き上げることにより、撹拌搬送路４４から供給搬送路４９へ、より効率的な現像剤の受渡しを行うことができる。

また、撹拌スクリュ４３は、図３中の手前側から見て時計回り方向に回転しており、現像剤は撹拌搬送路４４の壁面の形状に沿って撹拌スクリュ４３により現像剤が持ち上げられて供給搬送路４９に移送させている。これにより、現像剤を効率良く持ち上げることが可能となり現像剤にかかるストレスもより低減することができる。

また、図３に示すように、受熱部３２を現像装置４０側に押し付けて保持するホルダー３６は、ツメ２０３とツメ２０４とによって現像装置４０の左側面に取り付けられており、このホルダー３６によって受熱部３２は、現像装置４０の現像剤収容容器の外壁面に設けられた、受熱部３２を接触させる接触面１０６に接した状態で保持されている。この接触面１０６の現像剤収容容器の長手方向の位置は、図４に示した一点鎖線ａの領域であり、撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍である。

図８は、撹拌搬送路４４における現像剤搬送方向下流側端部近傍の現像剤１０８の偏りを示したものである。撹拌スクリュ４３は図中時計回りＲ方向に回転している。これによって現像剤１０８は受熱部３２によって冷却されている接触面１０６に接する位置へ集められる。このように、回転する撹拌スクリュ４３によって接触面１０６に接する位置に現像剤が集められることで、接触面１０６を介して現像剤が受熱部３２によって冷却され易くなり、現像剤の冷却効率を高めることができる。

また、図４などで説明したように撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍には、現像剤を供給搬送路４９に向かって上方向に搬送する箇所があり、現像剤が撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍で滞留し、回収搬送路４７や供給搬送路４９よりも多くの現像剤が集められている。このように、本実施形態の現像装置４０では、現像剤収容容器内の接触面１０６と対向する部分である撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍には、現像剤が集められ、接触しやすい条件が作られている。

図９は、撹拌スクリュ４３によって撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍に搬送された現像剤を、撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍から供給搬送路４９の現像剤搬送方向上流側端部近傍へと上方に搬送する部分での現像剤の流れを示している。図中矢印ＩＩＩは撹拌搬送路４４から供給搬送路４９へと現像剤が受け渡される流れを示している。この現像剤の受け渡し部では現像剤が上方向に搬送されるため、重力により供給搬送路４９側から撹拌搬送路４４に戻ってくる現像剤が一部ある。この流れが図中矢印ＩＶに示されている。このように前記受渡し部で現像剤がかき混ぜられることにより、現像剤は均等に冷却される。

図１０に、撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍であり現像剤が鉛直方向上向きに搬送される部分の現像剤収容容器の外壁面を受熱部３２と接触させる接触面１０６とした場合（図４の一点鎖線ａの領域）と、撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向上流側端部近傍であり現像剤が水平方向に搬送される部分の現像剤収容容器の外壁面を受熱部３２を接触させる接触面１０６とした場合（図４の一点鎖線ｂの領域）と、現像剤収容容器の外壁面に受熱部３２を接触させない場合と、における現像装置の時間経過と温度変化との関係をグラフで示す。なお、受熱部３２を接触させる接触面の面積、言い換えれば、受熱部３２によって冷却される冷却面積は同じである。図１０からわかるように、冷却面積が同じであれば、現像剤が鉛直方向上向きに搬送される撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍の現像剤収容容器の外壁面に接触面１０６を設けたほうが、現像剤が水平方向に搬送される撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向上流側端部近傍の現像剤収容容器の外壁面に接触面１０６を設ける場合よりも、効率の良い冷却を行うことができるのがわかる。

また、液冷装置３０の受熱部３２を接触させる接触面１０６を、撹拌搬送路４４における現像剤搬送方向下流側端部近傍の現像剤収容容器外壁面に限ることで、撹拌搬送路４４の長手方向全域にわたって接触面１０６を設け、その接触面１０６の全域に受熱部３２を設ける場合よりも、現像装置４０周辺の空間で液冷装置３０の受熱部３２が占めるスペースが減らすことができ、画像形成装置本体の小型化を図ることが可能となる。さらに、冷却液の流路を短くすることもでき、冷却ポンプ３１の小型化や省エネルギー化を図ることができる。

以上、本実施形態によれば、現像剤を表面上に担持して回転し、潜像担持体である感光体１８と対向する箇所で感光体１８の表面の潜像に現像剤を供給して現像する現像剤担持体である現像ローラ４５と、現像ローラ４５に供給する現像剤を収容する現像剤収容容器と、現像剤収容容器内の現像剤を搬送する複数の現像剤搬送部材と、を備えた現像装置４０において、現像剤収容容器内の空間を仕切り、現像剤搬送部材が空間内に配置された複数の現像剤搬送路を形成する仕切り部材である第一仕切り壁１３３を有し、複数の現像剤搬送部材として、第一仕切り壁１３３を挟んで上下に配置された上方現像剤搬送部材である供給スクリュ４８と下方現像剤搬送部材である撹拌スクリュ４３とを備え、現像剤収容容器内の空間には第一仕切り壁１３３によって撹拌スクリュ４３が配置された下方現像剤搬送路である撹拌搬送路４４と、供給スクリュ４８が配置された上方現像剤搬送路である供給搬送路４９とが形成され、第一仕切り壁１３３における撹拌搬送路４４内の現像剤搬送方向下流側端部近傍となる位置に、撹拌搬送路４４と供給搬送路４９とを連通する開口部である供給開口部９１を設け、撹拌搬送路４４における現像剤搬送方向下流側端部近傍の現像剤収容容器外壁面に、冷却装置である液冷装置３０の受熱部３２を接触させる接触面１０６を設けた。これにより、液冷装置３０の受熱部３２を接触させる接触面１０６を、撹拌搬送路４４における現像剤搬送方向下流側端部近傍の現像剤収容容器外壁面に限ることで、撹拌搬送路４４の長手方向全域にわたって接触面１０６を設ける場合よりも、現像装置４０周辺の空間で液冷装置３０の受熱部３２が占めるスペースが減らすことができ、画像形成装置本体の小型化を図ることが可能となる。また、本実施形態の現像装置４０においては、第一仕切り壁１３３における撹拌搬送路４４内の現像剤搬送方向下流側端部近傍となる位置に、撹拌搬送路４４と供給搬送路４９とを連通する供給開口部９１を設けている。撹拌スクリュ４３によって撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍に到達した現像剤は、撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍に滞留し後から来る現像剤に押し上げられて第一仕切り壁１３３の供給開口部９１の高さまで到達すると供給開口部９１を通って供給搬送路４９に受け渡される。このため、第一仕切り壁１３３に供給開口部９１が設けられた位置における撹拌搬送路４４内では現像装置４０が駆動している状態のときに供給開口部９１の高さまで現像剤が存在する。よって、撹拌搬送路４４における現像剤搬送方向下流側端部近傍の現像剤収容容器外壁面に液冷装置３０の受熱部３２を接触させる接触面１０６を設けることで、現像剤が滞留し多くの現像剤が集められた箇所で液冷装置３０の受熱部３２により現像剤を効率良く冷却することができる。したがって、本実施形態の現像装置４０を用いることにより、画像形成装置の小型化を図りつつ、液冷装置３０による現像剤の冷却効率の低下を低減できるという優れた効果がある。
また、本実施形態によれば、撹拌スクリュ４３の回転軌道において搬送スクリュ４３が下から上へ回転移動する経路部分に対向する現像剤収容容器外壁面に接触面１０６を設けたことで、撹拌搬送路４４の現像剤搬送方向下流側端部近傍にある現像剤を、受熱部３２によって冷却されている接触面１０６に接する位置に集めることができる。このように、回転する撹拌スクリュ４３によって接触面１０６に接する位置に現像剤が集められることで、接触面１０６を介して現像剤が受熱部３２によって冷却され易くなり、現像剤の冷却効率を高めることができる。また、現像剤の搬送手段によって現像剤を集めているため、新たな機構や部材が必要ない。
また、本実施形態によれば、撹拌スクリュ４３の現像剤搬送方向下流側端部近傍にフィン部材を設けることで、フィン部材で現像剤を掻き上げることにより、撹拌搬送路４４から供給搬送路４９へ、より効率的な現像剤の受渡しを行うことができる。また、フィン部材により現像剤を積極的に撹拌し、接触面１０６へ温度の高い現像剤を送り込むことができるので、現像剤を効率良く冷却することができる。
また、本実施形態によれば、感光体１８と、感光体１８との対向部へ現像剤を搬送する現像ローラ４５を有した現像装置と、現像装置に受熱部３２を接触させて冷却する液冷装置３０と、を備えた画像形成装置において、前記現像装置として、本発明の現像装置４０を用いることにより、画像形成装置の小型化を図りつつ、液冷装置３０による現像剤の冷却効率の低下を低減できる。
また、本実施形態によれば、液冷装置３０が受熱部３２の内部に冷却媒体である冷却液を流して現像装置４０の熱を受熱し冷却するものであることで、効率の良い現像剤の冷却を行なうことができる。
また、本実施形態によれば、受熱部３２を現像剤収容容器とは別体で設けたことで、容易に現像装置４０を画像形成装置本体から着脱することが可能となる。

１ 画像形成部
２ 転写ユニット
３ 給紙ユニット
４ 二次転写装置
５ 両面ユニット
６ 搬送ベルト
７ 定着ユニット
８ 排紙ユニット
９ 露光ユニット
１０ 読取装置
１１ 画像形成ユニット
１２ ドラムクリーニングユニット
１３ 帯電ユニット
１４ レジストローラ
１５ 中間転写ベルト
１６ 転写対向ローラ
１７ 二次転写ローラ
１８ 感光体
２０ 断熱装置
２１ 受熱板
２２ ヒートパイプ
２３ 放熱板
２４ ダクト
３０ 液冷装置
３１ 冷却ポンプ
３２ 受熱部
３２ａ ケース
３２ｂ 流路
３３ リザーブタンク
３４ 循環パイプ
３５ 冷却部
３５ａ 冷却ファン
３５ｂ ラジエータ
３６ ホルダー
４０ 現像装置
４２ ドクタブレード
４３ 搬送スクリュ
４３ 撹拌スクリュ
４３ａ 撹拌軸部
４３ｂ 撹拌羽部
４４ 撹拌搬送路
４５ 現像ローラ
４６ 回収スクリュ
４７ 回収搬送路
４８ 供給スクリュ
４９ 供給搬送路
９０ 中間転写ベルトクリーニングユニット
９１ 供給開口部
９２ 余剰開口部
９３ 回収開口部
１０６ 接触面
１０８ 現像剤
１３０ 熱伝導シート
１３３ 仕切り壁
１３４ 仕切り壁
２０３ ツメ
２０４ ツメ

特開２００７−２４９８５号公報

Claims (6)

1. 現像剤を表面上に担持して回転し、潜像担持体と対向する箇所で潜像担持体の表面の潜像に現像剤を供給して現像する現像剤担持体と、
   該現像剤担持体に供給する現像剤を収容する現像剤収容容器と、
   該現像剤収容容器内の現像剤を搬送する複数の現像剤搬送部材と、を備えた現像装置において、
   上記現像剤収容容器内の空間を仕切り、上記現像剤搬送部材が空間内に配置された複数の現像剤搬送路を形成する仕切り部材を有し、
   上記複数の現像剤搬送部材として、該仕切り部材を挟んで上下に配置された上方現像剤搬送部材と下方現像剤搬送部材とを備え、
   該現像剤収容容器内の空間には該仕切り部材によって該下方現像剤搬送部材が配置された下方現像剤搬送路と、該上方現像剤搬送部材が配置された上方現像剤搬送路とが形成され、該仕切り部材における該下方現像剤搬送路内の現像剤搬送方向下流側端部近傍となる位置に、該下方現像剤搬送路と該上方現像剤搬送路とを連通する開口部を設け、
   該下方現像剤搬送路における現像剤搬送方向下流側の現像剤収容容器外壁面に、冷却装置の受熱部を接触させる接触面を設けており、
   前記下方現像剤搬送部材は、前記下方現像剤搬送路内に現像剤搬送方向を回転軸とした回転体であり、
   前記回転体の回転軌道において該回転体が下から上へ回転移動する経路部分に対向する現像剤収容容器外壁面に前記接触面を設け、
   前記現像剤収容容器外壁面の位置は、前記受熱部によって冷却されている前記接触面に接する位置へ現像剤が集められる位置であることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   上記下方現像剤搬送部材として搬送スクリュを用いることを特徴とする現像装置。
3. 請求項２の現像装置において、
   上記下方現像剤搬送部材の現像剤搬送方向下流側端部近傍にフィンを設けたことを特徴とする現像装置。
4. 潜像担持体と、
   該潜像担持体との対向部へ現像剤を搬送する現像剤担持体を有した現像手段と、
   該現像手段に受熱部を接触させて冷却する冷却手段と、を備えた画像形成装置において、
   前記現像手段として、請求項１、２または３の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４の画像形成装置において、
   上記冷却手段は、上記受熱部の内部に冷却媒体を流して上記現像手段の熱を受熱し冷却するものであることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４または５の画像形成装置において、
   上記受熱部を上記現像剤収容容器とは別体で設けたことを特徴とする画像形成装置。

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