JP5971953B2

JP5971953B2 - 現像装置

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Publication number: JP5971953B2
Application number: JP2012002137A
Authority: JP
Inventors: 貴則飯田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: US20130177338A1; JP2013142747A; US9026008B2

Description

本発明は、像担持体上に形成された静電潜像をトナーを用いて現像する現像装置に関するものである。

従来の現像装置として、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、画像形成装置の水平方向の省スペース化のため、現像容器１２００を隔壁１２０９によって隔て、現像室１２０６と撹拌室１２０７を、垂直方向上下に配置したものがある。区画された現像室１２０６と撹拌室１２０７は、その両端部において現像剤ｔが行き来できるように連通している。

撹拌室１２０７の現像剤搬送方向上流側には、補給口１２０８が設けられている。補給口１２０８から補給されたトナーは、撹拌室１２０７内の第２の搬送スクリュー１２０５によって、撹拌室１２０７内の現像剤ｔのキャリアと撹拌されながら、搬送される。

そして、第２の搬送スクリュー１２０５の搬送方向下流側の連通部Ｓ１にて、撹拌室１２０７から現像室１２０６へ現像剤ｔが汲み上げられる。現像室１２０６へ汲み上げられた現像剤ｔは、現像室１２０６内の第１の搬送スクリュー１２０４によって、第１の搬送スクリュー１２０４の搬送方向下流側の連通部Ｓ２へ搬送され、撹拌室１２０７へ落下する。以上の動作を繰り返すことで、現像剤ｔの循環が行われている。

ここで、補給されたトナーは、十分にキャリアと混合撹拌される必要がある。さもないと、トナーの帯電量が不十分となり、結果として、撹拌が不十分なために起こるスラスト方向の画像ムラや濃度差が生じたり、電界により制御しきれないトナーが白地部へとかぶってしまったりする。

そこで、トナーを十分にキャリアと混合撹拌するために、撹拌距離をできるだけ長くとることが好ましい。また、現像室側に補給した場合、現像室は現像スリーブと対向しており、それ故、補給トナーがそのまま飛散してしまう恐れがあるため、撹拌室側に補給することが好ましい。この２点を満たす最適な位置として、補給口１２０８は、撹拌室１２０７の現像剤搬送方向上流側に配置されている。

一方、現像室１２０６を鉛直方向下側、撹拌室１２０７を鉛直方向上方に配置した現像装置が提案されている（特許文献１）。この構成では、画像形成装置の水平方向の省スペース化に加えて、現像剤を現像スリーブへ安定して供給できる。これは、現像剤の循環が重力の影響を受けるため、鉛直方向上方の撹拌室に比べて、鉛直方向下側の現像室により多くの現像剤が存在することになり、現像室から現像スリーブへの現像剤の供給が滞りにくくなるためである。

特開２００８−０９０１７１号公報

しかしながら、特許文献１の構成において、図６に示すように、トナーの補給口１２０８を、撹拌室１２０７の現像剤搬送方向上流側に配置した場合、補給トナーと現像剤の混合撹拌が不十分となるおそれがある。

つまり、図６に示す構成において、現像室１２０６から撹拌室１２０７へ現像剤ｔが汲み上げられる連通部Ｓ１において、現像剤ｔが高い圧力を受ける。そして、この現像剤ｔに高い圧力が加わる連通部Ｓ１において、補給トナーと現像剤の混合撹拌は最も効率よく行われる。

しかし、トナーの補給口１２０８から補給されたトナーは、連通部Ｓ１を通過することなく、現像スリーブへと供給されてしまうため、撹拌が不十分となり、帯電不良や撹拌不良による画像ムラや濃度ムラが生じてしまうおそれがある。

補給トナーと現像剤の撹拌を十分に行うために、撹拌距離を長くすることや、スクリューの改良によって撹拌能力を上げることが考えられる。しかし、前者は装置が大型化してしまい、後者は撹拌能力を上げるかわりに搬送能力が犠牲となってしまう。

そこで本発明は、現像室を鉛直方向下側、撹拌室を鉛直方向上方に配置した現像装置において、装置の大型化や搬送能力の低下を抑制しつつ、補給トナーと現像剤の混合撹拌を十分に行うことができる現像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る現像装置の代表的な構成は、現像剤担持体に現像剤を供給する現像室と、前記現像室より鉛直方向上方に配置され現像剤を撹拌する撹拌室と、前記現像室内に配置され、現像剤を搬送する第１の現像剤搬送スクリューと、前記撹拌室内に配置され、現像剤を搬送する第２の現像剤搬送スクリューと、前記現像室及び前記撹拌室の長手方向の一端に形成された、前記現像室から前記撹拌室へ現像剤を汲み上げる汲み上げ部と、前記現像室及び前記撹拌室の長手方向の他端に形成された、前記撹拌室から前記現像室へ現像剤が落下する落下部と、前記現像室へ補給トナーを補給する補給口と、前記補給口から補給されるトナーを前記現像室へ搬送する第３の現像剤搬送スクリューと、を有し、前記補給口は、前記現像室の前記第１の現像剤搬送スクリューの現像剤搬送方向下流側であって、前記汲み上げ部よりも前記現像室の長手方向外側に形成され、前記第３の現像剤搬送スクリューは、前記第１および第２の現像剤搬送スクリューよりもスクリュー径が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、現像室を鉛直方向下側、撹拌室を鉛直方向上方に配置した現像装置において、装置の大型化や搬送能力の低下を抑制しつつ、補給トナーと現像剤の混合撹拌を十分に行うことができる。このため、撹拌が不十分なために起こるスラスト方向の画像ムラや濃度差、電界により制御しきれないトナーが白地部へとかぶってしまう等の画像不良を抑制できる。

第１実施形態に係る画像形成装置の構成図である。（ａ）第１実施形態に係る現像装置の構成図である。（ｂ）第１実施形態に係る現像装置の長手断面図である。（ａ）は第１実施形態の現像装置における現像剤の循環と補給トナーの搬送経路を表現したダイアグラムである。（ｂ）は従来の現像装置における現像剤の循環と補給トナーの搬送経路を表現したダイアグラムである。実験結果を表した図である。（ａ）従来の現像装置の構成図である。（ｂ）従来の現像装置の長手断面図である。従来の現像装置において、トナーの補給口を撹拌室の現像剤搬送方向上流側に配置した現像装置の長手断面図である。

[第１実施形態]
本発明に係る現像装置の第１実施形態について、図を用いて説明する。図１は本施形態に係る画像形成装置の構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１０００において、帯電ローラ１０１によって一様に帯電した感光ドラム（像担持体）１００は、画像情報にあわせたレーザＬを露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、現像装置１０２により磁性キャリアと非磁性トナーとを含む二成分現像剤を用いてトナー像として現像され、転写ローラ１０３によりシート１１０に転写される。

トナー像を転写されたシート１１０は、定着装置１０５により加圧、加熱されて、トナー像を定着され、画像形成装置本体外へ排出される。トナー像が転写された後、感光ドラム１００の表面に付着している転写残トナーは、クリーナ１０４によって除去され、次の画像形成に供される。

（現像装置）
図２（ａ）は本実施形態に係る現像装置の構成図である。図２（ｂ）は本実施形態に係る現像装置の長手断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、現像装置１０２は、画像形成装置１０００の水平方向の省スペース化のため、現像容器２００を隔壁２０９によって隔て、撹拌室２０７を現像室２０６より垂直方向上方に配置した。区画された現像室２０６と撹拌室２０７は、その両端部において現像剤ｔが行き来できるように連通している。

現像容器２００の感光ドラム１００に対向した位置には、現像スリーブ（現像剤担持体）２０１が回転自在に設けられている。現像スリーブ２０１の内側には、マグネットロール（磁界発生手段）２０２が設置されており、現像スリーブ２０１の表面はマグロール２０２の外周に沿って回転するようになっている。

現像室２０６内の現像剤は、第１の搬送スクリュー（第１の現像剤搬送部材）２０４の回転により、現像室内を搬送されつつ、現像剤ｔの一部がマグロール２０２の磁力によって現像室２０６から現像スリーブ２０１に供給される。現像スリーブ２０１に供給された現像剤は、現像スリーブ２０１の回転により、現像スリーブ２０１の表面周上を搬送され、規制ブレード（現像剤規制手段）２０３によって、現像剤の層厚を規制される。層厚を規制され現像剤ｔは、現像部において磁力によって穂立ちし、感光ドラム１００の表面に接触する。

そして、現像スリーブ２０１に印加される現像バイアスによりトナーのみが感光ドラム１００の表面に形成された静電潜像に転移し、感光ドラム１００表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する。静電潜像を現像した残りの現像剤ｔは、現像スリーブ２０１の回転に伴い現像部を通過し、現像容器２００内に戻され、磁気的な斥力を受けて現像スリーブ２０１表面から剥離されて現像室２０６へ戻される。

（補給口２０８）
このような現像過程において消費されたトナーを補填するために、補給口２０８から補給トナーが補給される。補給トナーは、補給口２０８に連結されたホッパー（不図示）に充填されている。トナー補給は、ホッパー内部に設けられたスクリュー（不図示）を回転させることによってホッパー内の補給トナーを補給口２０８まで移送することによって行われる。

補給口２０８は、現像室２０６の現像剤搬送方向下流側に設けられている。補給口２０８から補給された補給トナーは、補給トナーを搬送する第３の搬送スクリュー（第３の現像剤搬送部材）２１１によって現像室２０６へ補給される。補給されたトナーは、現像室２０６内の第１の搬送スクリュー２０４によって、現像室２０６内の現像剤ｔのキャリアと撹拌されながら搬送される。そして、第１の搬送スクリュー２０４の搬送方向下流側の連通部（汲み上げ部）Ｓ１にて、現像室２０６から撹拌室２０７へ汲み上げられる。

撹拌室２０７へ汲み上げられた現像剤ｔは、撹拌室内の第２の搬送スクリュー（第２の現像剤搬送部材）２０５によって、第２の搬送スクリュー２０５の搬送方向下流側の連通部（落下部）Ｓ２へ搬送され、現像室２０６へ落下する。以上の動作を繰り返すことで、現像剤ｔの循環が行われている。連通部Ｓ１は、現像室及び前記撹拌室の長手方向の一端に形成され、連通部Ｓ２、現像室及び前記撹拌室の長手方向の他端に形成されている。

ここで、補給口２０８を現像室２０６の現像剤搬送方向下流側に設けたことにより、補給されたトナーは、現像容器２００内の現像剤ｔと十分に混合撹拌される。このメカニズムについて、本実施形態と従来例を対比しながら説明する。

図５（ａ）従来の現像装置の構成図である。図５（ｂ）従来の現像装置の長手断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、従来の現像装置１１０２は、現像室１２０６を撹拌室１２０７の鉛直方向上方に配置してあり、補給口１２０８を撹拌室１２０７の現像剤搬送方向上流側に設けられている。

図３（ａ）は本実施形態の現像装置における現像剤の循環と補給トナーの搬送経路を表現したダイアグラムである。図３（ｂ）は従来の現像装置における現像剤の循環と補給トナーの搬送経路を表現したダイアグラムである。図３（ａ）、図３（ｂ）において、実線の矢印は、現像剤が搬送される方向を示し、点線矢印は補給トナーの搬送される方向を示している。

図３（ａ）に示すように、本実施形態の現像装置１０２では、現像剤は、撹拌室２０７の上流４０１から撹拌室２０７の下流４０２へと搬送される。そして、撹拌室２０７の下流４０２から現像室２０６の上流４０３へ落下する。

落下した現像剤は、現像室２０６の上流４０３から現像室２０６の下流４０４へ搬送された後、第１の搬送スクリュー２０４の搬送力による圧力を受けて撹拌室２０７の上流４０１へと押し上げられる。その際、現像室２０６の上流４０３〜下流４０４の区間において、現像剤は、供給開始地点４０ａにて現像スリーブ２０１への供給が開始され、供給終了地点４０ｂにて現像スリーブ２０１への供給を終了する。

本実施形態において、補給口２０８から現像容器２００へトナー補給を行う補給位置４０５は、現像室２０６の下流４０４となっている。ここで、比較のため、撹拌室２０７の上流４０１に仮想の補給位置４０５’を加えた。

図３（ｂ）に示すように、従来の現像装置１１０２では、撹拌室１２０７の上流に位置する補給位置５０５から補給された補給トナーは、撹拌室１２０７の上流５０１、撹拌室１２０７の下流５０２、現像室１２０６の上流５０３へ搬送される。そして、現像剤に高い圧力が加わり、補給トナーと現像剤の混合撹拌は最も効率よく行われる連通部Ｓ１（撹拌室１２０７の下流５０２〜現像室１２０６の上流５０３）を通過する。そして、現像スリーブ２０１への供給開始地点５０ａ、供給終了地点５０ｂ、現像室１２０６の下流４０２を経て、上流４０３に戻る。

つまり、補給位置５０５を撹拌室１２０７の上流５０１側に配置することで、補給されたトナーが５０ａ地点へと到達するまでの間に、高い圧力を受ける個所を通過する。よって、補給トナーが現像剤と十分に混合撹拌された状態で現像スリーブ２０１へと到達し、良好な画像を得ることができる。

一方、図３（ａ）に示す本実施形態の構成では、仮に、補給口２０８の位置として最適と思われる撹拌室２０７の上流（仮想の補給位置４０５’）に補給口２０８を設けた場合、補給されたトナーは連通部Ｓ１を通過しない。このため、補給されたトナーは、高い圧力を受けて、十分に混合撹拌されることなく、供給開始地点４０ａまで到達してしまい、結果として不良画像になってしまう恐れがある。すなわち、撹拌距離は長くても、高い圧力を受けないまま現像位置に補給トナーが達してしまうと、撹拌が不十分となってしまう。

ここに対して、本実施形態の補給口２０８の補給位置４０５は、現像室２０６の下流４０４に配置されている。このため、補給されたトナーが供給開始地点４０ａに到達するまでの間に、連通部Ｓ１を通過して高い圧力を受けて重力に逆らって撹拌室２０７の上流４０１へと搬送される。そのため、補給トナーが現像剤と十分に混合撹拌された状態で、供給開始地点４０ａへと到達し、良好な画像を得ることが可能となる。すなわち、仮想の補給位置４０５’や、従来のケースに比べて、撹拌距離は短くなるが、高い圧力を受けることで十分に混合撹拌される。

また、従来例では、補給されたトナーが供給終了地点５０ｂにおいて現像スリーブ２０１へ直接飛散してしまう懸念があったため、現像室側に補給口２０８を設けることは困難であった。しかし、本実施形態においては、補給口２０８は、汲み上げ部（連通部Ｓ１）よりも現像室２０６の長手方向外側に形成されている。このため、補給したトナーが現像スリーブ２０１へ直接飛散することはない。

これは、図３（ａ）において、補給トナーが現像剤と合流する下流４０４と供給終了地点４０ｂは非常に距離が近いものの、下流４０４は最も現像剤の圧力が高く、かつ、現像剤の量が多い。このため、補給トナーが直接、供給終了地点４０ｂに到達することが非常に困難なためである。

上述したごとく、現像室２０６を鉛直方向下側、撹拌室２０７を鉛直方向上方に配した現像装置１０２において、現像室２０６の現像剤搬送方向下流側に補給口２０８を設けた。これにより、画像形成装置１０００の大型化や現像剤の搬送能力の低下を抑制しつつ、補給トナーと現像剤の混合撹拌を十分に行うことができる。このため、撹拌が不十分なために起こるスラスト方向の画像ムラや濃度差、電界により制御しきれないトナーが白地部へとかぶってしまう等の画像不良を抑制できる。

なお、第３の搬送スクリュー２１１の現像剤の搬送力は、現像室２０６の下流部の最も圧力の高い場所へ補給トナーを確実に搬送できる力である必要がある。このため、第３の搬送スクリュー２１１は、スクリューの径を大きくすることで搬送能力を高めている。

例えば、第３の搬送スクリュー２１１は、スクリュー２０４、２０５と同じでもよいが、好ましくは、スクリュー２０４、２０５のスクリューピッチより狭くすることで、補給トナーを現像容器２００内へ確実に補給できる。なお、スクリュー２０４、２０５は、いずれも４２０［ｒｐｍ］の速度で回転する。また、フィンは３ｃｍの周期でスクリュー軸を中心に螺旋構造をなし、その外周半径は１．０ｃｍである。

なお、本実施形態における補給トナーのかわりに、トナーとキャリアの混合された現像剤を補給してもよい。

（実験）
本実施形態の効果を評価する実験を行った。実験は、まず、補給口２０８（補給位置４０５）から、トナーを１ｇ補給し、現像装置１０２を駆動させた。同様にして、撹拌室２０７の上流（仮想の補給位置４０５’）から、トナーを１ｇ補給し、現像装置１０２を駆動させた。

そして、補給したトナーが現像スリーブ２０１上に到達したところで駆動を停止させ、その時点の現像スリーブ２０１上の現像剤を０．２ｇ、現像室２０６の上流側から採取して、帯電量［μＣ／ｍｇ］を測定した。また、比較のために、トナー補給前の現像剤の帯電量も測定した。帯電量の測定には、Ｅ−ＳＰＡＲＴＡＮＡＬＹＺＥＲ（ホソカワミクロン社製）を用いた。ここで、補給されたトナーが現像スリーブ２０１上に到達するまでの時間は、事前に計測しておいた。

図４は実験結果を表した図である。図４に示すように、撹拌室２０７の上流（仮想の補給位置４０５’）から補給した場合は、現像剤の補給前に比べて帯電量が０近傍のトナーが増大した。これらの帯電量の少ないトナーは、飛散しやすく、不良画像の元となりやすい。一方、補給口２０８（補給位置４０５）から補給した場合は、現像剤の補給前に比べてもほとんど帯電量の分布図が変わらず、混合撹拌が十分に行われたことがわかる。

Ｌ …レーザ
Ｓ１、Ｓ２ …連通部（汲み上げ部、落下部）
ｔ …現像剤
１００ …感光ドラム
１０２ …現像装置
２００ …現像容器
２０１ …現像スリーブ
２０２ …マグネットロール
２０３ …規制ブレード
２０４ …第１の搬送スクリュー（第１の現像剤搬送部材）
２０５ …第２の搬送スクリュー（第２の現像剤搬送部材）
２０６ …現像室
２０７ …撹拌室
２０８ …補給口
２０９ …隔壁
２１１ …第３の搬送スクリュー（第３の現像剤搬送部材）
１０００ …画像形成装置

Claims

現像剤担持体に現像剤を供給する現像室と、
前記現像室より鉛直方向上方に配置され現像剤を撹拌する撹拌室と、
前記現像室内に配置され、現像剤を搬送する第１の現像剤搬送スクリューと、
前記撹拌室内に配置され、現像剤を搬送する第２の現像剤搬送スクリューと、
前記現像室及び前記撹拌室の長手方向の一端に形成された、前記現像室から前記撹拌室へ現像剤を汲み上げる汲み上げ部と、
前記現像室及び前記撹拌室の長手方向の他端に形成された、前記撹拌室から前記現像室へ現像剤が落下する落下部と、
前記現像室へ補給トナーを補給する補給口と、
前記補給口から補給されるトナーを前記現像室へ搬送する第３の現像剤搬送スクリューと、
を有し、
前記補給口は、前記現像室の前記第１の現像剤搬送スクリューの現像剤搬送方向下流側であって、前記汲み上げ部よりも前記現像室の長手方向外側に形成され、前記第３の現像剤搬送スクリューは、前記第１および第２の現像剤搬送スクリューよりもスクリュー径が大きいことを特徴とする現像装置。