JP5988589B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置及びこれに用いられる現像装置に関するものである。
従来の現像装置として、フルカラー画像形成放置の小型化のため、水平方向に並列配置する縦撹拌型の現像装置が採用されている。この縦撹拌型の現像装置では、図8に示すように、現像室41aと撹拌室41bを上下に分け、現像スリーブ44へのトナーの供給は現像室41aから行い、トナーの回収は撹拌室41bで行う機能分離方式を採用している。これにより、トナー濃度ムラを抑制でき、トナー濃度ムラに起因する画像濃度ムラを抑制でき、長手方向での濃度差のない均一な画像を得ることができる。
機能分離方式を採用した縦撹拌型の現像装置4において、耐久劣化や帯電量調整のためのT/D制御などによって現像剤の流動性が変化すると、現像容器41内部の現像剤の循環が偏り汲み上げ部に現像剤が滞留しやすくなる課題がある。T/Dとは、現像剤に対するトナーの重量比をいう。
これは、下方の撹拌室41bから上方の現像室41aへの汲み上げが撹拌室41bの第2の搬送スクリュー41eによる押し込みによってなされるため、現像剤の流動性による搬送性の変化に対して感度が大きいためである。滞留が発生すると、撹拌室41b下流側において現像スリーブ44から現像終了後の現像剤が剥ぎ取られずに連れまわりが発生し、滞留レベルが悪化すると現像剤が現像装置4内から溢れてしまうこともある。
この現像剤溢れの対策として、現像スリーブ44に数十μmの深さの溝形状を形成し、現像剤の搬送性を強化する手法が多く採用されている。図9は従来の溝形状スリーブを有する現像装置の正面図である。図9に示すように、従来の現像スリーブ44は、一定間隔で現像スリーブ44の回転軸長手方向に凹状の溝が入った表面形状となっている。なお、現像剤溢れの対策として、現像スリーブ44の表面にガラスビーズを噴射して表面に粗さをつけるブラスト方式も採用されている。これらの構成では、現像スリーブ44の搬送力が強いため、現像スリーブ44の内部に配置したマグネットの同極が並んだ反発極間において、剥ぎ取り極における剤溜り量を減少させることができる。
また、縦撹拌型の現像装置において、現像剤量分布の安定化する方法として、撹拌スクリューと現像スリーブの間に戻しスクリューを配置した構成がある(特許文献1、2)。特許文献1では戻しスクリューを撹拌スクリューと逆方向へ回転させ、現像領域から撹拌室へ回収される現像剤を回収する際に上方汲み上げ部近傍で現像剤量が多くなって剥ぎ取った現像剤が再び現像スリーブへ付着することを抑制している。
特開平6−51634号公報 特開平11−84874号公報
しかしながら、現像スリーブに溝形状を形成した構成では、現像終了後に剥ぎ取るべき現像剤を剥ぎ取りきれず、連れまわりが発生するおそれがある。
また、特許文献1の構成では、戻しスクリューによって跳ね上げられた現像剤が撹拌スクリューに全て受け渡されずに現像スリーブ上へ戻ってしまうおそれがある。また、耐久によって現像剤の流動性が低下して現像剤の搬送性が低下した場合に、汲み上げ部の現像剤の汲み上げ力が低下、戻しスクリューの搬送性低下、及び現像スリーブから現像剤の回収性の低下が発生し、連れまわりが発生するおそれがある。
また、特許文献2の構成では、耐久劣化やT/D変動、温室度環境による流動性の変化に対応した現像剤量分布の変化に対して、充分とは言えない。
そこで本発明は、現像剤の流動性が低下しても、連れまわりや、剥ぎ取った現像剤が再び現像スリーブ上へ戻ることを抑制できる現像装置及び画像形成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及び画像形成装置の代表的な構成は、現像剤を担持して現像剤を現像領域に搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像室と、前記現像室と循環経路を形成し、前記現像剤担持体から現像剤を回収する撹拌室と、前記循環経路中の現像剤を循環搬送する搬送手段と、を有する現像装置において、前記現像剤担持体の表面は、現像剤担持体の回転軸線方向に関して、前記撹拌室の現像剤搬送方向とは逆方向に現像剤を搬送する力が働くように螺旋状の溝が形成されており、前記螺旋状の溝と前記現像剤担持体の回転軸とがなす角を、汲み上げ部から落下部に向けて小さくしたことを特徴とする。
本発明によれば、現像剤の流動性が低下しても、連れまわりや、剥ぎ取った現像剤が再び現像スリーブ上へ戻ることを抑制できる。
画像形成装置の構成図である。 現像装置の構成図である。 現像装置内の現像剤の循環経路を示す図である。 第1参考例に係る現像スリーブの構成図である。 第2参考例に係る溝形状の構成図である。 第2参考例に係る長手方向に対する溝の角度を変化させた構成の説明図である。 第2参考例に係る溝形状の構成図である。 従来の機能分離・縦撹拌型の現像装置の構成図である。 従来の現像スリーブの溝形状の構成図である。
[第1参考例]
現像装置及び画像形成装置の第1参考例について、図を用いて説明する。図1は画像形成装置100の構成図である。
図1に示すように、画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する画像形成部P(PY、PM、PC、PK)を有している。各画像形成部PY〜PKの構成は、現像色が異なる以外は実質的に同一となっている。
各画像形成部Pにおいて、帯電ローラ2によって帯電した感光体ドラム(像担持体)1は、露光装置3により画像情報信号に応じて露光され、静電電像が形成される。感光体ドラム1に形成された静電潜像は、現像装置4によりトナーを用いて各色のトナー像として現像される。感光体ドラム1上に形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト51と感光体ドラム1とが当接する1次転写部(1次転写ニップ部)にて、中間転写ベルト51上に重ねて1次転写される。
一方、カセット9に収容されたシートSは、ピックアップローラ10、搬送ローラ11によって搬送され、中間転写ベルト51と2次転写部材53とが当接する2次転写部(2次転写ニップ部)にて、トナー像を2次転写される。トナー像を2次転写されたシートSは、定着装置6によって加熱、加圧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。2次転写後に中間転写ベルト51に残留した転写残トナーは、中間転写体クリーナ7によって除去され、次の画像形成工程に備える。
尚、画像形成装置100は、例えばブラック単色の画像など、所望の単色または4色のうちいくつかの色用の画像形成部を用いて、単色またはマルチカラーの画像を形成することも可能である。
(現像装置4)
図2は現像装置4の構成図である。図3は搬送手段(第1の搬送スクリュー41d、第2の搬送スクリュー41e)による現像剤の循環経路を示す図である。
図2、図3に示すように、現像装置4は、現像容器41、搬送スクリュー41d、41e、現像ブレード(現像剤規制部材)42、現像スリーブ(現像剤担持体)44、マグネットロール(磁界発生手段)44aを有している。
現像容器41は、非磁性トナーと磁性キャリアとを備える2成分現像剤を収容する。現像容器41の内部は、長手方向水平に延在する隔壁41cによって現像剤搬送経路を兼ねる現像室41aと、同じく現像剤搬送経路を兼ねる撹拌室41bとに上下に区画されている。
現像容器41の長手方向の一端(図3の右側)には、撹拌室41bから現像室41aへ現像剤が汲み上げられる汲み上げ部41gが設けられている。現像容器41の長手方向の他端(図3の左側)には、現像室41aから撹拌室41bへ現像剤が落下する落下部41fが設けられている。
現像室内(41a内)には、第1の搬送スクリュー(第1の搬送手段)41dが配置されている。撹拌室内(41b内)には、第2の搬送スクリュー(第2の搬送手段)41eが配置されている。搬送スクリュー41d、41eは、鉛直方向において上下に平行に配置されている。搬送スクリュー41d、41eは、現像スリーブ44の回転軸線方向に沿って互いに逆方向に現像剤を搬送する。そして、落下部41f、汲み上げ部41gを介して現像容器41内の循環経路中の現像剤を循環搬送させる。また、第2の搬送スクリュー41eは、現像剤補給口49から供給されたトナーと、既に撹拌室41b内にある現像剤とを撹拌し且つ搬送してトナー濃度を均一化する。
現像スリーブ44は非磁性材料で構成され、現像動作時には図2に示す矢印方向に回転する。マグネットロール44aは、現像スリーブ44内に固定して配置された磁石からなり、5極(N1、S1、N2、S2、S3)の磁束密度のピークを有している。
現像装置4の現像室41aは、感光体ドラム1に対面した現像領域に相当する位置が開口しており、この現像容器41の開口部に、一部露出するようにして現像スリーブ44が回転可能に配置されている。
現像室41a内の現像剤は、第1の搬送スクリュー41dにより現像スリーブ44に供給される。現像スリーブ44に供給された現像剤は、マグネットロール44aの磁極N2により現像スリーブ44上に所定の量が担持され現像剤溜まりを形成する。現像スリーブ44上の2成分現像剤は、現像スリーブ44が回転することによって、現像剤溜まりを通過して現像ブレード42によって層厚が規制されると共に、磁極S1、N1によって感光体ドラム1と対向する現像領域へと搬送される。現像領域で、現像スリーブ44上の現像剤は穂立ちして磁気穂を形成する。
磁気穂を感光体ドラム1に接触させて、現像剤のトナーを感光体ドラム1に供給することで、感光体ドラム1上の静電潜像をトナー像として現像する。また、現像効率を向上させるために、現像スリーブ44には電圧印加手段としての現像バイアス電源から、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧を印加している。
感光体ドラム1にトナーを供給した後の現像スリーブ44上の現像剤は、更に現像スリーブ44が回転することによって現像室41aに戻る。そして、現像室41aと撹拌室41bとの間に配置された同極S2、S3の反発極によって、現像後のトナーが現像スリーブ44上から剥ぎ取られて撹拌室41bへと回収される。このとき、磁極S3の部分には剥ぎ取られた現像剤が滞留し、現像剤溜まりが形成される。
(従来の機能分離・縦撹拌型の現像装置の課題)
図3(b)に示すように、一般に機能分離・縦撹拌型の現像装置において、現像剤量の分布は、汲み上げ部41gで現像剤量が多くなり、汲み上げ部41gの反対側の落下部41fで現像剤量が少なくなる。そのため、現像剤の耐久劣化、T/D(現像剤に対するトナーの重量比)制御、ACR等によって、現像剤量や流動性の変化が発生することで汲み上げ部の現像剤量が多くなると、現像スリーブ44との間の現像剤量が過剰になる。ここで、ACR(Auto Carrier Refresh)とは、キャリアの補給、排出を行うことによって現像剤の寿命を改善するため制御をいう。
そして、反発極によって剥ぎ取られずに、再び現像工程に供される連れまわり現象が発生する。これにより、現像スリーブ44上の現像剤量変動やT/D変動による色味変動が発生してしまう。
(現像スリーブ44)
上述した連れまわり現象を解消するために、第1参考例では、現像スリーブ44の表面に螺旋状の溝44bを形成している。図4は第1参考例に係る現像スリーブ44の構成図である。図4に示すように、現像スリーブ44表面には、凹状の溝44bを有する。この溝44bは、螺旋状の溝形状となっており、現像スリーブ44の回転軸線に対して(長手方向に対して)45°の角度となっている。現像スリーブ44の長手方向における溝44bと溝44bの間隔は、750μmとなっている。
現像スリーブ44が回転することで、現像スリーブ44に対向した領域において、現像剤を現像室41aから撹拌室41bへ搬送する。また、現像室41aの第1の搬送スクリュー41dの現像剤搬送方向と同方向へ現像剤を搬送する。このとき、撹拌室41b側では、第2の搬送スクリュー41eの現像剤搬送方向と、現像スリーブ44の溝44bによる長手方向における現像剤搬送方向は、逆方向となる。すなわち、螺旋状の溝44bは、現像スリーブ44の表面に、現像スリーブ44の回転軸線方向に関して、撹拌室41bの現像剤搬送方向とは逆方向に現像剤を搬送する力が働くように形成されている。
図2に示すように、磁極N2では、現像ブレード42によって現像剤が堰き止められて周方向への搬送が少量に押さえられている。また、磁極S3では、S2−S3間の反発極によって現像剤の周方向への搬送が押さえられている。これにより、現像剤が一定時間一か所(N2、S3)に止まり、現像剤量が多くなる。そして、磁極N2、S3の現像スリーブ44表面の法線方向に対する磁気力の影響を受けて、現像スリーブ44内部方向の吸着力が大きくなる。これにより、現像剤の搬送力が溝形状の影響を受けやすくなる。
このため、現像スリーブ44上で現像剤を長手方向へ搬送する搬送力が、現像剤溜り部(磁極N2、S3)において強くなる。これにより、連れまわりが発生しやすい汲み上げ部近傍の現像剤を落下部41fへ搬送することができ、現像容器41内の現像剤量分布を適正に保つことができる。
なお、現像剤溜り部以外の位置では、現像剤が一定時間一か所に止まることがなく、現像剤は溝形状の山谷も含め現像スリーブ44表面全体に沿って搬送されるため、長手方向への搬送力は弱い傾向にある。
(検証)
従来の構成(図8、図9)と、第1参考例の構成(図2、図4)において、連れまわりのレベルを検証した。検証にあたって、現像剤は、初期現像剤と、5%Dutyの画像比率で10万枚の画像形成後の耐久現像剤の2種を用いた。検証方法としては、従来の画像形成装置と、第1参考例の画像形成装置を用い、ベタ画像に対して濃度60%のHalfTone画像(以下、HT画像という)を形成して、現像剤の補給が入ったときの画像に連れまわりによる濃度ムラが発生するか否かを検証した。
初期現像剤を用いた場合、従来の構成、第1参考例の構成とも、連れまわりは発生せず、濃度ムラに関して良好な結果となった。耐久現像剤を用いた場合、従来の構成では、汲み上げ側から30mmの範囲に連れまわりが発生し、濃度ムラが発生した。また、第1参考例の構成では、連れまわりは発生せず、濃度ムラは発生しなかった。
耐久現像剤を使用した場合、耐久によって現像剤の流動性が低下し、磁極S3における現像剤溜り量が多くなる。このため、第1参考例の構成では、現像スリーブ44の螺旋状の溝44bによって、第2の搬送スクリュー41eの搬送方向と逆方向の現像剤の搬送量が増加し、連れまわりの発生が抑制される。一方、従来の構成では、汲み上げ部の現像剤量が増加したことに加え、磁極S3の現像剤溜り量が増加すると、局所的に戻しスクリュー41hへ落下する現像剤が多くなってしまう。そのため、戻しスクリュー41hによる跳ね上げ量が多くなることで、連れまわりが発生した。
以上より、第1参考例の構成により、現像剤の流動性が低下しても、連れまわりや、剥ぎ取った現像剤が再び現像スリーブ上へ戻ることを抑制できる。これにより、連れまわりによる色味変動を低減でき、耐久初期から後期に渡って高画質高品質を維持できる。
なお、螺旋状の溝44bの角度は、45°に限定されるものではなく、連れまわりを抑制できるだけ、汲み上げ部近傍の現像剤を落下部41fへ搬送できればよい。第1参考例では、螺旋状の溝44bの角度は、20°以上70°以下の範囲において、従来の構成に対して連れまわり改善の効果がみられた。
なお、ここでは、縦撹拌型の現像装置について説明したが、本発明は、縦撹拌型の現像装置に限定されるものではなく、縦撹拌以外にも機能分離タイプの横撹拌型の現像装置にも適用できる。
[第2参考例]
次に現像装置及び画像形成装置の第2参考例について図を用いて説明する。上記第1参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
図5は第2参考例に係る溝44bの構成図である。図5に示すように、第2参考例の現像装置4及び画像形成装置100は、上記第1参考例の現像装置4及び画像形成装置100の現像スリーブ44の溝44bの形状を変更したものである。
第2参考例の溝44bは、上記第1参考例の溝44bと同様に、螺旋状に形成されており、凹形状はやや角度をもって谷底面ほど狭くなるような形状をしている。溝44bは、溝底面となる凹部44b1と、山肌部44b2を有している。山肌部44b2は、現像スリーブ44の表面から凹部44b1へ傾斜した側面である。
第2参考例の溝44bは、上記第1参考例の溝44bの現像剤搬送方向上流側(現像スリーブ44の回転方向上流側)の山肌部44b2を寝かせている。山肌部44b2は、回転方向上流側によって現像剤を押している。このため、山肌部44b2の角度が立つと現像剤の滑りが無くなり搬送力が上昇し、山肌部44b2の角度が寝ると現像剤が滑りやすく搬送力は低下する。
図6(a)〜(c)は、長手方向に対する溝44bの角度を変化させた構成の説明図であり、上段は現像スリーブ表面の概略図、中段は溝形状の拡大図、下段は回転方向上流側の山肌部44b2の角度を示す図となっている。
図6(a)〜(c)の上段、中段に示すように、長手方向に対する溝44bの角度を変化させることで、山肌部44b2の周方向の長さL1と長手方向の長さL2の比が変化する。これにより、搬送力(図6(a)〜(c)中の太い矢印)の方向を変化させ、周方向の搬送力F1と長手方向の搬送力F2を変化させることができる。
第2参考例では、現像スリーブ長手方向に対して溝44bの成す角度を45°〜70°の範囲とすることで、上記第1参考例に比べて、山肌部44b2の長手方向の長さL1を長くする。これにより、現像剤剤溜り部における長手方向の搬送力F1を大きくすることができる。
さらに、上述の搬送方向上流側の山肌部44b2の角度を寝かせる構成と組み合わせることで、図6(a)〜(c)の中段の破線で示すように、さらに山肌部44b2の周方向の搬送力F2を小さくし、長手方向の搬送力F1を大きくすることができる。
(検証)
従来の構成(図8、図9)と、上記第1参考例の構成(図2、図4)と、第2参考例の構成(図5)において、連れまわりのレベルを検証した。検証にあたって、現像剤は、5%Dutyの画像比率で10万枚の画像形成後、さらに1%Dutyの画像比率で1万枚の画像形成を行った耐久現像剤を用いた。
検証方法としては、従来、上記第1参考例第2参考例の画像形成装置を用いて、ベタ画像に対して濃度60%のHalfTone画像(以下、HT画像という)を形成する。そして、現像剤の補給が入ったときの画像に連れまわりによる濃度ムラが発生するか否かを検証した。
従来の構成では、汲み上げ側から50mmの範囲で連れまわりが発生し、上記第1参考例の構成では、汲み上げ側から20mmの範囲で連れまわりが発生し、両構成とも濃度ムラが発生した。これに対して、第2参考例の構成では、連れまわりは発生せず、濃度ムラは発生しなかった。
以上より、第2参考例の構成により、上記第1参考例に比べて、現像剤の流動性がさらに低下しても、連れまわりを抑制できる。これにより、連れまわりによる色味変動を低減でき、耐久初期から後期に渡って高画質高品質を維持できる。
なお、溝44bの現像スリーブ長手方向に対して成す角度が70°以上になると、スリーブ1周に対する螺旋溝の1ピッチ長が短くなるために、長手方向に搬送する速度が著しく遅くなる。このため、汲み上げ側から徐々に10mm程度の連れまわりが発生して濃度ムラとなった。
なお、周方向の搬送力の低下による現像スリーブ上のM/S(単位面積当たりの現像剤重量)の低下は、溝44bの深さを深くしたり、溝44bのピッチ間隔を狭くすることで改善することはできる。これにより、周方向の搬送力に対して長手方向の搬送力を大きくすることが可能となる。そして、現像剤溜り部における長手方向搬送力を大きくすることで、汲み上げ部における連れまわりを抑えることができる。
また、周方向の搬送力が低下して感光体ドラム1との対向部である現像領域の現像剤量が低下するおそれがあるが、現像ブレード42と現像スリーブ44と間のギャップ(S−Bギャップ)を最適化することで調整することができる。
[第実施形態]
次に本発明に係る現像装置及び画像形成装置の第実施形態について図を用いて説明する。上記第1参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
図7は本実施形態に係る溝44bの構成図である。図7に示すように、本実施形態の現像装置4及び画像形成装置100は、上記第1参考例の現像装置4及び画像形成装置100の現像スリーブ44の溝44bの形状を変更したものである。
現像スリーブ44の表面に螺旋形状の溝44bを形成することで、長手方向の搬送力が大きくなり、長手方向の搬送終端において、現像剤溜りが大きくなっている。そのため、現像剤の耐久劣化が進むと、現像剤が剥ぎ取りきれずに、若干連れまわってしまうおそれがある。
そこで本実施形態では、図7に示すように、螺旋状の溝44bの現像スリーブ長手方向に対してなす角度を、搬送方向下流側に向けて小さくしている。本実施形態では、溝44bの長手方向に対する角度は、現像スリーブ44の長手方向上流側から画像形成領域の長手方向中央までは45°で、長手方向中央から長手方向下流側に向けて小さくし、長手方向下流端で20°となっている。
溝44bの角度を小さくすると、現像スリーブ上のM/S(単位面積当たりの現像剤重量)が大きくなってしまう。そのため、溝44bの深さを角度に応じて浅くすることでM/Sを均一にした。具体的には、溝44bの角度が45°の部分では溝44bの深さを80μmとし、溝44bの角度が20°の部分では溝44bの深さを40μmとし、その間の部分は線形に浅くしている。
これにより、長手方向終端における周方向の搬送力(現像剤剥ぎ取り力)を大きくし、長手方向の搬送力を小さくし、現像スリーブ両端部(汲み上げ部側と汲み上げ部の反対側)における連れまわりを大きく低減することができる。このため、現像スリーブ両端部において、現像剤の流動性が低下しても、連れまわりを抑制でき、連れまわりによる色味変動を低減でき、耐久初期から後期に渡って高画質高品質を維持できる。
S …シート
1 …感光体ドラム(像担持体)
4 …現像装置
41 …現像容器
41a …現像室
41b …撹拌室
41c …隔壁
41d …第1の搬送スクリュー(第1の搬送手段)
41e …第2の搬送スクリュー(第2の搬送手段)
41f …落下部
41g …汲み上げ部
42 …現像ブレード
44 …現像スリーブ(現像剤担持体)
44a …マグネットロール
44b …溝
44b1 …凹部
44b2 …山肌部
51 …中間転写ベルト
100 …画像形成装置

Claims (4)

  1. 現像剤を担持して現像剤を現像領域に搬送する現像剤担持体と、
    前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像室と、
    前記現像室と循環経路を形成し、前記現像剤担持体から現像剤を回収する撹拌室と、
    前記循環経路中の現像剤を循環搬送する搬送手段と、を有する現像装置において、
    前記現像剤担持体の表面は、現像剤担持体の回転軸線方向に関して、前記撹拌室の現像剤搬送方向とは逆方向に現像剤を搬送する力が働くように螺旋状の溝が形成されており、前記螺旋状の溝と前記現像剤担持体の回転軸とがなす角を、汲み上げ部から落下部に向けて小さくしたことを特徴とする現像装置。
  2. 前記溝の凹形状は、谷底面ほど狭くなるように、搬送方向上流側の側面が傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記螺旋状の溝と前記現像剤担持体の回転軸とがなす角が20°〜70°であることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
  4. 表面に静電潜像を担持する像担持体と、
    前記像担持体に形成された静電潜像を現像剤を用いて現像する請求項1〜のいずれかに記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
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