JP5862041B2 - 現像剤収容装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像剤収容装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置として、複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ及びディジタル複合機等が知られている。電子写真方式の画像形成装置には、静電潜像の現像に用いるトナーを含む現像剤の収容装置（現像剤収容装置）が装備されている。

従来、攪拌部材を回転させて現像剤の攪拌及び現像部への供給を行う現像剤収容装置が、知られている。例えば特許文献１及び２に記載されている従来の現像剤収容装置では、容器の底面が凹状に湾曲しており、撹拌部材がその先端部を凹状湾曲底面に当接させながら回転する。

特開２００２−１８４６２号公報 特開２００４−１７０５５７号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２記載の現像剤収容装置においては、撹拌部材が、その先端部を容器の凹状湾曲底面に常に当接させながら回転する構成となっている。そのため、攪拌部材の回転中は常に現像剤粒子が凹状湾曲底面に擦り付けられ、その結果として現像剤粒子の変形或いは凝集が発生する虞がある。

本発明の目的は、内部に収容されている現像剤粒子の変形或いは凝集を抑制することができる現像剤収容装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。

本発明に係る現像剤収容装置は、
現像剤を収容する容器と、
前記容器内の現像剤の攪拌及び現像部への供給を行うよう回転する攪拌部材と、
前記容器内に配置され、前記攪拌部材を回転自在に支持する回転軸と、を有し、
前記容器の底面部は、前記回転軸に直交する方向における断面が凹状に湾曲し、第１の端部と、水平方向において前記第１の端部に対し前記現像部側に位置し、かつ、鉛直方向において前記第１の端部に対し低位置にある第２の端部との間に、現像剤を溜める現像剤溜部を形成するよう延伸している、湾曲面部を有し、
前記回転軸は、前記攪拌部材を前記湾曲面部の第１の区間に接触させず且つ前記湾曲面部の第２の区間に接触させる位置に配置され、
前記第２の区間は、前記現像剤溜部が形成される区間内の一部区間であり、
前記第１の区間は、前記一部区間を除く全区間である。

本発明に係る画像形成装置は、
上記の現像剤収容装置と、
静電潜像を担持する像担持体と、
前記現像剤収容装置から供給された現像剤に含まれているトナーを、前記像担持体に担持された静電潜像に付着させる現像部と、
を有する。

本発明によれば、現像剤収容装置の内部に収容されている現像剤粒子の変形或いは凝集を抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図 図１に示す画像形成装置内の現像剤収容装置の断面略図 図２に示す現像剤容器の湾曲面部と攪拌部材の回転軌道との関係を説明するための図 図３に示す湾曲面部上の現像剤溜部と攪拌部材の回転軌道との関係を説明するための図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。

図１に示す画像形成装置１は、現像剤収容装置Ａを含む画像形成部１０によりモノクロ画像を形成する電子写真方式の画像形成装置である。なお、画像形成装置１は、中間転写体に対向して複数の画像形成部１０が直列に配置される構成（タンデム型）によりフルカラー画像を形成する画像形成装置であっても良い。

画像形成装置１は、図１に示すように、画像形成部１０、給紙部２０、搬送部３０、４０、転写部５０、定着部６０及び排紙部７０を有する。

画像形成部１０は、現像剤収容装置Ａ、感光体ドラム１１、帯電装置１２、露光装置１３、現像ローラ１４、クリーニングブラシ１５及びクリーニングブレード１６を有する。

現像剤収容装置Ａは、現像ローラ１４に供給する現像剤を収容し、回転軸１１２、１１４に回転自在に支持された攪拌部材１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂにより現像剤の攪拌及び現像ローラ１４への供給を行う。現像剤収容装置Ａの具体的構成については後述する。

なお、現像剤収容装置Ａは、画像形成装置１本体に着脱自在なトナーカートリッジとして構成されていても良い。また、現像剤収容装置Ａは、他のトナー容器からトナーの供給を受け、そのトナーを現像ローラ１４に供給する中間トナーホッパとして構成されていても良い。

ここで、現像剤収容装置Ａに収容される現像剤は、トナーと磁性体とから成る二成分現像剤である。近年では、省エネルギー化の観点で、後述する定着工程における定着温度・定着圧力を低くすることが求められていることから、比較的低温度・低圧力の条件下での定着工程に対応可能な低温定着トナーを用いても良い。

像担持体としての感光体ドラム１１は、図示された矢印の方向に回転自在に支持されており、その表面に感光層が形成されている、金属製筒状体である。感光体ドラム１１は、画像形成プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程及びクリーニング工程を含む）中、所定の速度で回転するよう制御される。

帯電装置１２は、例えばスコロトロン型の帯電極で構成されており、コロナ放電により、感光体ドラム１１の表面を一様に帯電させる（帯電工程）。

露光装置１３は、例えば半導体レーザで構成されている。露光装置１３は、用紙Ｓ上に形成すべき画像を示すディジタル画像データに基づいてレーザ光を発光し、これを、一様に表面が帯電されている感光体ドラム１１に照射することにより、感光体ドラム１１上に静電潜像を形成する（露光工程）。

なお、ディジタル画像データは、原稿を光学的に読み取る原稿読取部（図示せず）から入力されるアナログ画像信号に対しアナログディジタル変換及び画像処理（色変換処理等）を施すことで得ることができる。或いは、ディジタル画像データは、ＬＡＮ（Local Area Network）及びＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワーク（図示せず）を介して外部の装置（例えばパーソナルコンピュータ）から受信しても良い。

現像部としての現像ローラ１４は、図示された矢印の方向に回転自在に支持されており、現像剤収容装置Ａから供給される現像剤に含まれるトナーを表面上に担持する筒状体である。現像ローラ１４は、感光体ドラム１１に担持されている静電潜像にトナーを付着させることにより、感光体ドラム１１上にトナー像を形成する（現像工程）。現像ローラ１４と現像剤収容装置Ａとの組合せは、現像装置を構成する。

クリーニングブラシ１５は、導電性材料から成るブラシが表面に形成されている、ローラで構成されている。クリーニングブレード１６は、ゴム等の弾性材料から成るブレードで構成されている。クリーニングブラシ１５及びクリーニングブレード１６は、定着工程後の感光体ドラム１１に残留しているトナーを除去する（クリーニング工程）。

転写部５０は、例えばコロトロン型の転写極で構成されており、コロナ放電により、感光体ドラム１１に担持されているトナー像を用紙（記録材）Ｓに転写する（転写工程）。これにより、用紙Ｓ上には未定着トナー像が形成される。

なお、用紙Ｓを介して感光体ドラム１１に圧接しつつ回転することにより用紙Ｓにトナー像を転写する転写ローラで、転写部５０を構成しても良い。

ここで、用紙Ｓは、予め給紙トレイ２１に収容されており、最上部から一枚ずつ給紙ローラ２２により搬送部３０に送り出される。搬送部３０はレジストローラ３１を備えており、これにより、用紙Ｓを転写部５０に搬送するタイミングの調整、及び転写部５０に搬送される用紙Ｓの傾きの調整が行われる。

未定着トナー像が形成された用紙Ｓは、搬送部４０により定着部６０に搬送される。

定着部６０は、ヒータ６１を有する加熱ローラ６２と加熱ローラ６２に圧接する加圧ローラ６３とを含むローラ対により用紙Ｓを挟持・搬送するニップ部を形成するよう構成されている。定着部６０は、このニップ部にて用紙Ｓ上のトナー像に熱及び圧力を加えることで、トナー像を用紙Ｓに定着させる（定着工程）。これにより、用紙Ｓ上には定着トナー像が形成される。

なお、ニップ部の構成は上記のようなローラ対から成る構成に限られるものではなく、ベルトニップ方式等、他の構成を採用可能である。

定着トナー像が形成された用紙Ｓは、排紙ローラ７１を含む排紙部７０により機外の排紙トレイ（図示せず）に送り出される。

以上、画像形成装置１の全体構成について説明した。

図２は、現像剤収容装置Ａの断面略図である。

現像剤収容装置Ａは、現像剤を収容する容器１２０を有する。容器１２０は、天面部１３０、側面部１４０、底面部１５０及び現像剤規制部材１６０から構成されている。底面部１５０と現像剤規制部材１６０との間には開口部が設けられており、この開口部を介して現像剤が現像ローラ１４に供給される。

底面部１５０は、現像ローラ１４に対し水平方向（Ｘ方向）の最も遠い位置にある上端部１５１ａから、現像ローラ１４に対しＸ方向の最も近い位置にある下端部１５１ｂへ、全体的に下降する傾斜を成している。より具体的には、底面部１５０は、現像ローラ１４側へ下降する階段状に連接された湾曲面部１５２、１５４と、現像ローラ１４側へさらに下降する平面状の傾斜面部１５６と、を有する。

現像ローラ１４側へ階段状に下降する底面部１５０の構成により、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂと底面部１５０との隙間に残留する現像剤の量を低減させることができる。

湾曲面部１５２は、上端部１５１ａから、さらに現像ローラ１４側に位置する中間部１５１ｃまで延在する。湾曲面部１５２の、回転軸１１２、１１４の延伸方向（Ｚ方向）に対し直交する方向における断面（Ｘ−Ｙ断面）は、凹状に湾曲しており、湾曲面部１５２上に現像剤を溜めることが可能となっている。

湾曲面部１５４は、中間部１５１ｃから、さらに現像ローラ１４側に位置する中間部１５１ｄまで延在する。また、湾曲面部１５４のＸ−Ｙ断面は、凹状に湾曲しており、湾曲面部１５４上に現像剤を溜めることが可能となっている。

傾斜面部１５６は、中間部１５１ｄから、さらに現像ローラ１４側に位置する下端部１５１ｂまで延在する。傾斜面部１５６のＸ−Ｙ断面は、現像ローラ１４側へ直線状に下降するよう傾斜しており、傾斜面部１５６上の現像剤を自重で現像ローラ１４側に移動させることが可能となっている。

回転軸１１２、１１４は、互いに平行に延伸する軸部材であり、図示されている矢印の方向に回転自在である。回転軸１１２は湾曲面部１５２の上方に、回転軸１１４は湾曲面部１５４の上方に、それぞれ配置されている。なお、回転軸１１２、１１４の延伸方向であるＺ方向は、現像ローラ１４及び感光体ドラム１１の各回転軸と平行である。また、回転軸１１２、１１４は、Ｘ方向において距離Ｄｓだけ離間し、且つＸ方向に対する俯角θで現像ローラ１４側へ下降する傾斜を成すような位置関係で、配置されている。一実施例としては、Ｄｓ＝３５［ｍｍ］、θ＝１５［°］である。

攪拌部材１１２ａ、１１２ｂは、例えばＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の弾性変形可能な材料から成るシート状の部材であり、回転軸１１２から放射状に外延するように回転軸１１２に取り付けられている。よって、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂは、回転軸１１２の回転に伴って回転する。これにより、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂは容器１２０内の現像剤を攪拌して現像剤中のトナーを摩擦帯電させると共に、湾曲面部１５２上に溜まっている現像剤を、現像ローラ１４側に位置する湾曲面部１５４へ搬送する。

攪拌部材１１４ａ、１１４ｂは、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂと同一の材料から成るシート状の部材であり、回転軸１１４から放射状に外延するように回転軸１１４に取り付けられている。よって、攪拌部材１１４ａ、１１４ｂは、回転軸１１４の回転に伴って回転し、これにより容器１２０内の現像剤を攪拌すると共に、湾曲面部１５４上に溜まっている現像剤を、現像ローラ１４側に位置する傾斜面部１５６へ搬送する。

ここで、湾曲面部１５２と攪拌部材１１２ａ、１１２ｂの回転軌道との関係について、図３を参照しながら説明する。なお、湾曲面部１５４と攪拌部材１１４ａ、１１４ｂの回転軌道との関係は、湾曲面部１５２と攪拌部材１１２ａ、１１２ｂの回転軌道との関係と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

湾曲面部１５２は、側面部１４０側の端部（第１の端部）である上端部１５１ａと湾曲面部１５４側の端部（第２の端部）である中間部１５１ｃとの間に、現像剤を溜めることが可能な凹部（現像剤溜部１５８）が形成されるように、湾曲している。この湾曲は、Ｘ−Ｙ断面において、所定の曲率（曲率半径Ｒａ）を有する曲率円Ｃａを成す。一実施例としては、Ｒａ＝２５［ｍｍ］である。

現像剤溜部１５８の最深部ＤＰ（図４参照）の位置は、湾曲面部１５２の最下部１５２ｄに対応する位置となる。また、湾曲面部１５２の一端部である中間部１５１ｃが湾曲面部１５２の他端部である上端部１５１ａよりも鉛直方向（Ｙ方向）において低位置にあるため、現像剤溜部１５８の縁部ＥＰ（図４参照）の位置は、中間部１５１ｃに対応する位置となる。また、中間部１５１ｃを上端部１５１ａよりも低位置に配置することで、現像剤溜部１５８の深さを浅くすることができるため、現像剤溜部１５８に溜まっている現像剤を掃き出しやすくすることができる。

なお、最深部ＤＰと縁部ＥＰとの距離の２倍が、現像剤溜部１５８の区間長Ｌ１となる。一実施例としては、Ｌ１＝２６［ｍｍ］である。

湾曲面部１５２の上方に配置されている回転軸１１２は、湾曲面部１５２の曲率円中心１５２ｃに対しＸ方向及びＹ方向の双方において変位して配置されている。

より具体的には、回転軸１１２の回転中心（攪拌部材１１２ａ、１１２ｂの回転軌道Ｃｂの中心）１１２ｃは、湾曲面部１５２の最下部１５２ｄの真上にある曲率円中心１５２ｃに対しＸ方向において現像ローラ１４側へ変位量Ｄｘだけ変位している。さらに、回転軸１１２の回転中心１１２ｃは、曲率円中心１５２ｃに対しＹ方向において下方に変位量Ｄｙだけ変位している。一実施例としては、θ＝１５［°］の場合、Ｄｘ＝１．８［ｍｍ］、Ｄｙ＝０．５［ｍｍ］である。

また、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂの回転半径方向長さは、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂの回転半径（回転軌道Ｃｂの半径）Ｒｂが曲率半径Ｒａよりも短くなる長さである。一実施例としては、Ｒａ＝２５［ｍｍ］の場合、Ｒｂ＝２４［ｍｍ］である。

上記構成の現像剤収容装置Ａにおいて、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂを回転させると、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂを、湾曲面部１５２の所定の区間にのみ接触させ、湾曲面部１５２のその他の区間に接触させないようにできる。より具体的には、現像剤溜部１５８の区間内の一部区間のみが接触区間（第２の区間）となり、湾曲面部１５２において接触区間以外の全区間が非接触区間（第１の区間）となる。

すなわち、本実施の形態では、現像剤溜部１５８の範囲内で、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂを湾曲面部１５２に接触させることができる。そのため、容器１２０の湾曲面部１５２に溜まっている現像剤を確実に現像ローラ１４側へ搬送することができる。また、現像剤溜部１５８の範囲外では、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂを湾曲面部１５２に接触させないようにできる。そのため、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂの回転の際に容器１２０内の現像剤が底面部１５０に擦り付けられることを、現像剤溜部１５８の範囲外では確実に回避することができる。このようにして、容器１２０内の現像剤が攪拌部材１１２ａ、１１２ｂと湾曲面部１５２との摺擦による衝撃を受ける領域を減らすことができるため、容器１２０内での現像剤粒子の変形及び凝集を抑制することができる。これは、従前のトナー粒子に比べて柔軟で変形しやすいトナー粒子から成る低温定着トナーが使用されている場合に、特に有利である。

また、本実施の形態では、回転軸１１２が、湾曲面部１５２のＸ−Ｙ断面の曲率円中心１５２ｃに対しＸ方向において現像ローラ１４側に変位して配置されている。そのため、現像ローラ１４から比較的離れている、容器１２０内の現像剤搬送方向上流側では、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂは湾曲面部１５２まで届かず、また、現像ローラ１４から比較的近い、容器１２０内の現像剤搬送方向下流側では、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂは湾曲面部１５２まで届く。すなわち、容器１２０内の現像剤搬送方向上流側が非接触区間となり、容器１２０内の現像剤搬送方向下流側が接触区間となる。よって、容器１２０内の現像剤搬送方向上流側での現像剤粒子の凝集を抑制することができる。

また、本実施の形態では、回転軸１１２が、湾曲面部１５２のＸ−Ｙ断面の曲率円中心１５２ｃに対しＹ方向において低位置に変位して配置されている。そのため、より確実に攪拌部材１１２ａ、１１２ｂを、現像剤溜部１５８の最深部ＤＰ（図４参照）まで、或いはその付近まで、届かせることができる。よって、現像剤溜部１５８の最深部ＤＰに溜まっている現像剤も滞留させずに掃き出すことができる。

さらに、本実施の形態では、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂの回転半径Ｒｂは、湾曲面部１５２のＸ−Ｙ断面の曲率半径Ｒａよりも短い。したがって、前述のように回転軸１１２をＸ方向の現像ローラ１４側且つＹ方向の下方へ変位させても、湾曲面部１５２に対する回転軌道Ｃｂの進入量の最大値λ（図４参照）の増大を抑制することができる。一実施例としては、θ＝１５［°］、Ｒａ＝２５［ｍｍ］、Ｒｂ＝２４［ｍｍ］、Ｄｘ＝１．８［ｍｍ］、Ｄｙ＝０．５［ｍｍ］の場合、λ＝０．３３［ｍｍ］である。なお、０＜λ≦１．０であることが好ましい。

この進入量が増大するほど、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂの弾性変形量が増大する。このとき、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂと底面部１５０との摺擦の強度が増大するため、現像剤は、より高い強度で底面部１５０に擦り付けられることとなる。これに対し、本実施の形態では、湾曲面部１５２に対する回転軌道Ｃｂの進入量の最大値λ（図４参照）の増大が抑制されるため、接触区間においても、現像剤粒子の変形及び凝集を減らすことができる。

ここで、上記の接触区間は、図４に示すように、接触開始部ＣＰから縁部ＥＰまでの区間（区間長Ｌ２）である。接触開始部ＣＰは、現像剤溜部１５８よりも縁部ＥＰ側に位置する。よって、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂは、最深部ＤＰの位置では湾曲面部１５２に接触せず、最深部ＤＰ上を通過した後の位置（接触開始部ＣＰ）にて湾曲面部１５２に接触する。すなわち、接触区間は、現像剤溜部１５８の最深部ＤＰを含まない。そのため、容器１２０内で最も現像剤粒子の変形・凝集が発生しやすい最深部ＤＰには、攪拌部材１１２ａ、１１２ｂを接触させないようにできる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、上記実施の形態において実施例として記載したサイズ及び角度等の各数値は、一定の範囲内で適宜選択可能である。よって、例えば、回転軸１１２、１１４の配置の俯角θは、上記の１５°でなくても良く、例えば３０°等の値に設定して良い。また、曲率半径Ｒａに対する回転半径Ｒｂの比率は、例えば０．８〜０．９８の範囲内の任意の値に設定して良い。また、接触区間の区間長Ｌ２は、例えばＲａ／５により算出される値に設定して良い。この場合、回転軸１１２、１１４について、Ｘ方向の変位量Ｄｘを０＜Ｄｘ≦３．０の範囲内で設定し、Ｙ方向の変位量Ｄｙを０＜Ｄｙ≦５．０の範囲内で設定すると、湾曲面部１５２に対する回転軌道Ｃｂの進入量の最大値λを０＜λ≦１．０とすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 画像形成装置
Ａ 現像剤収容装置
Ｓ 用紙
１０ 画像形成部
１１ 感光体ドラム
１４ 現像ローラ
１１２、１１４ 回転軸
１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂ 攪拌部材
１１２ｃ 回転中心
１２０ 容器
１４０ 側面部
１５０ 底面部
１５１ａ 上端部
１５１ｂ 下端部
１５１ｃ、１５１ｄ 中間部
１５２、１５４ 湾曲面部
１５２ｃ 曲率円中心
１５２ｄ 最下部
１５６ 傾斜面部
１５８ 現像剤溜部
Ｃａ 曲率円
Ｃｂ 回転軌道
ＣＰ 接触開始部
ＤＰ 最深部
ＥＰ 縁部

Claims (8)

1. 現像剤を収容する容器と、
   前記容器内の現像剤の攪拌及び現像部への供給を行うよう回転する攪拌部材と、
   前記容器内に配置され、前記攪拌部材を回転自在に支持する回転軸と、を有し、
   前記容器の底面部は、前記回転軸に直交する方向における断面が凹状に湾曲し、第１の端部と、水平方向において前記第１の端部に対し前記現像部側に位置し、かつ、鉛直方向において前記第１の端部に対し低位置にある第２の端部との間に、現像剤を溜める現像剤溜部を形成するよう延伸している、湾曲面部を有し、
   前記回転軸は、前記攪拌部材を前記湾曲面部の第１の区間に接触させず且つ前記湾曲面部の第２の区間に接触させる位置に配置され、
   前記第２の区間は、前記現像剤溜部が形成される区間内の一部区間であり、
   前記第１の区間は、前記一部区間を除く全区間である、
   現像剤収容装置。
2. 前記湾曲面部の前記断面は、所定の曲率で凹状に湾曲し、
   前記回転軸は、水平方向において前記断面の曲率円の中心に対し前記現像部側に配置されている、
   請求項１に記載の現像剤収容装置。
3. 前記回転軸は、鉛直方向において前記断面の曲率円の中心に対し低位置に配置されている、
   請求項２に記載の現像剤収容装置。
4. 前記攪拌部材の回転半径は、前記断面の曲率半径よりも短い、
   請求項３に記載の現像剤収容装置。
5. 前記第１の区間は、前記容器内での現像剤搬送方向の上流側であり、
   前記第２の区間は、前記容器内での現像剤搬送方向の下流側である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の現像剤収容装置。
6. 前記一部区間は、前記現像剤溜部の最深部を含まない、
   請求項１に記載の現像剤収容装置。
7. 複数の前記攪拌部材と、
   前記容器内に配置され、前記攪拌部材をそれぞれ回転自在に支持する複数の前記回転軸と、を有し、
   前記底面部は、前記現像部側に下降する階段状に連接された複数の前記湾曲面部を有し、
   前記回転軸は、前記湾曲面部にそれぞれ対応する位置で互いに平行に配置されている、
   請求項１に記載の現像剤収容装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の現像剤収容装置と、
   静電潜像を担持する像担持体と、
   前記現像剤収容装置から供給された現像剤に含まれているトナーを、前記像担持体に担持された静電潜像に付着させる現像部と、
   を有する画像形成装置。

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