JP6932548B2 - 搬送スクリュー及び現像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の条数の羽根を備えた搬送スクリュー、及び、このような搬送スクリューを備えた現像装置に関する。
電子写真方式などを用いた画像形成装置では、感光ドラムに形成された静電潜像を現像装置によりトナー像として現像する。このような現像装置として、トナーとキャリアを含む2成分現像剤を用いたものが、従来から使用されている。2成分現像剤を用いた現像装置の場合、現像容器内に収容された現像剤を、スクリューにより攪拌しつつ搬送する。
このように現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューとして、回転軸の周囲に螺旋状に形成された2条の羽根を設け、2条の羽根のそれぞれに、回転軸の軸線方向で不連続となる不連続部を設けた構成が提案されている(特許文献1)。
特開2010−256429号公報
特許文献1に記載のように、2条の羽根のそれぞれに不連続部を設けた場合、現像剤の搬送性を十分に確保できない可能性がある。即ち、羽根に不連続部があると、現像剤の搬送に寄与する羽根の面積が減少するため、現像剤の搬送性が低下してしまう。特許文献1に記載の構成の場合、何れの羽根も現像剤の搬送性が同様に低下するため、スクリューとしての現像剤の搬送性を十分に確保できない可能性がある。
本発明は、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる構成を提供することを目的とする。
本発明の搬送スクリューは、現像剤を搬送する搬送スクリューであって、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を第一方向に搬送する1条の第一羽根と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第一方向に搬送する1条の第二羽根と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第一方向に搬送する1条の第三羽根と、を備え、前記第一羽根の1リードにおいて、前記第一羽根は、前記搬送スクリューの回転軸線方向に亘って連続して形成されており、前記第二羽根の1リードにおいて、前記第二羽根は、前記搬送スクリューの回転軸線方向に亘って連続して形成されており、前記第三羽根の1リードにおいて、前記第三羽根は、前記搬送スクリューの回転軸線方向に関して不連続に形成された第一羽根部分と第二羽根部分を有し、前記第三羽根の1リードにおいて、前記第三羽根は、前記搬送スクリューの回転軸線方向に関して前記第一羽根部分と前記第二羽根部分との間にギャップを有し、前記ギャップは、前記搬送スクリューの回転軸線方向に関して前記第一羽根が形成されている領域であって且つ前記第二羽根が形成されている領域内に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、像担持体に形成された静電像を現像するためにトナーとキャリアを含む現像剤を担持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第一室と、前記第一室と隔壁によって区画された第二室と、前記第一室から前記第二室に現像剤が連通することを許容する第一連通部と、前記第二室から前記第一室に現像剤が連通することを許容する第二連通部と、を含む現像容器と、前記第一室に配置され、前記第二連通部から前記第一連通部に向かう第一方向に現像剤を搬送する第一搬送スクリューと、前記第二室に配置され、前記第一連通部から前記第二連通部に向かう第二方向に現像剤を搬送する第二搬送スクリューと、を備え、前記第二搬送スクリューは、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第二方向に搬送する1条の第一羽根と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第二方向に搬送する1条の第二羽根と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第二方向に搬送する1条の第三羽根と、を有し、前記第一羽根の1リードにおいて、前記第一羽根は、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に亘って連続して形成されており、前記第二羽根の1リードにおいて、前記第二羽根は、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に亘って連続して形成されており、前記第三羽根の1リードにおいて、前記第三羽根は、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に関して不連続に形成された第一羽根部分と第二羽根部分を有し、前記第三羽根の1リードにおいて、前記第三羽根は、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に関して前記第一羽根部分と前記第二羽根部分との間にギャップを有し、前記ギャップは、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に関して前記第一羽根が形成されている領域であって且つ前記第二羽根が形成されている領域内に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる。
第1の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 第1の実施形態に係る現像装置の概略構成断面図。 第1の実施形態に係る現像装置を、一部を簡略化して上方から見た図。 トナー濃度(T/D比)とトナーの帯電量(Q/M)の関係を示す図。 1条スクリューの現像剤の搬送性を説明する模式図。 羽根のリード角を説明するための図。 リード角と搬送効率との関係を示す図。 第1の実施形態に係る第2スクリューの一部を示す図。 第1の実施形態に係る第2スクリューの第三羽根の位相を示す模式図。 羽根の角度を説明するための模式図。 第1の実施形態に係る第2スクリューの現像剤の動きを説明する模式図。 実施例と比較例におけるスクリューの回転時間と攪拌状態の関係を示す図。 第2の実施形態に係る現像装置を、一部を簡略化して上方から見た図。 他の実施形態の第1例に係る第2スクリューの第三羽根の位相を示す模式図。 他の実施形態の第2例に係る第2スクリューの第三羽根の位相を示す模式図。
<第1の実施形態>
第1の実施形態について、図1ないし図11を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図1を用いて説明する。
[画像形成装置]
画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色に対応して設けられ4つの画像形成部PY、PM、PC、PKを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。本実施形態では、画像形成部PY、PM、PC、PKを後述する中間転写ベルト10の回転方向に沿って配置したタンデム型としている。画像形成装置100は、画像形成装置本体に接続された原稿読み取り装置(図示せず)又は画像形成装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じてトナー像(画像)を記録材Pに形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。
このような画像形成プロセスの概略を説明すると、まず、各画像形成部PY、PM、PC、PKでは、それぞれ、感光ドラム1Y、1M、1C、1K上に各色のトナー像を形成する。このように形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト10上へ転写され、続いて中間転写ベルト10から記録材P上に転写される。トナー像が転写された記録材は、定着装置11に搬送されて、トナー像が記録材に定着される。以下、詳しく説明する。
なお、画像形成装置100が備える4つの画像形成部PY、PM、PC、PKは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。したがって、以下、代表して画像形成部PYについて説明し、他の画像形成部の構成は、画像形成部PYにおける構成に付した符号の添え字「Y」をそれぞれM、C、Kに置き換えて示し、説明を省略する。
画像形成部PYには、像担持体として円筒型の感光体、即ち、感光ドラム1Yが配設されている。感光ドラム1Yは、例えば、直径が30mm、長手方向(回転軸線方向)の長さが360mmであり、250mm/secのプロセススピード(周速度)で図中矢印方向に回転駆動される。感光ドラム1Yの周囲には帯電ローラ2Y(帯電装置)、現像装置4Y、一次転写ローラ5Y、クリーニング装置6Yが配置されている。感光ドラム1Yの図中下方には露光装置(レーザースキャナ)3Yが配置されている。
帯電ローラ2Yは、例えば、直径が14mm、長手方向の長さが320mmで、画像形成時に感光ドラム1Yに従動回転する。帯電ローラ2Yは、感光ドラム1Yに向かって加圧バネ(不図示)によって付勢されている。また、帯電ローラ2Yは、高圧電源から帯電バイアス(例えば、DC電圧:−900V、ACピーク間電圧:1500V)が印加される。これによって、感光ドラム1は、帯電ローラ2Yによりほぼ均一に帯電される。
また、感光ドラム1Y、1M、1C、1Kと対向して中間転写ベルト10が配置されている。中間転写ベルト10は、複数の張架ローラにより張架され、駆動ローラを兼ねる二次転写内ローラ12の駆動により図中矢印方向に周回移動する。二次転写内ローラ12と中間転写ベルト10を挟んで対向する位置には、二次転写部材としての二次転写外ローラ13が配置され、中間転写ベルト10上のトナー像を記録材Pに転写する二次転写部T2を構成している。二次転写部T2の記録材搬送方向下流には定着装置が配置される。
上述のように構成される画像形成装置100により画像を形成するプロセスについて説明する。まず、画像形成動作が開始すると、回転する感光ドラム1Yの表面が帯電ローラ2Yによって一様に帯電される。次いで、感光ドラム1Yは、露光装置3Yから発せられる画像信号に対応したレーザ光により露光される。これにより、感光ドラム1Y上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム1Y上の静電潜像は、現像装置4Y内に収容されたトナーによって顕像化され、可視像となる。
感光ドラム1Y上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト10を挟んで配置される一次転写ローラ5Yとの間で構成される一次転写部T1Yにて、中間転写ベルト10に一次転写される。一次転写後に感光ドラム1Y表面に残ったトナー(転写残トナー)は、クリーニング装置6Yによって除去される。
このような動作をマゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成部でも順次行い、中間転写ベルト10上で4色のトナー像を重ね合わせる。その後、トナー像の形成タイミングに合わせて記録材収納カセット(図示せず)に収容された記録材Pが二次転写部T2に搬送され、中間転写ベルト10上の4色のトナー像が、記録材P上に一括で二次転写される。二次転写部T2で転写しきれずに中間転写ベルト10に残留したトナーは、不図示の中間転写ベルトクリーナにより除去される。
次いで、記録材Pは定着装置11に搬送される。そして、この定着装置11によって、加熱、加圧されることで、記録材P上のトナーは溶融、混合されて、フルカラーの画像として記録材Pに定着される。その後、記録材Pは機外に排出される。これにより、一連の画像形成プロセスが終了する。なお、所望の画像形成部のみを用いて、所望の色の単色又は複数色の画像を形成することも可能である。
[現像装置]
次に、現像装置4Yについて、図2及び図3を用いて説明する。なお、現像装置4M、4C、4Kについても同様である。現像装置4Yは、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む2成分現像剤を収容する現像容器41を有する。現像容器41は、感光ドラム1Yに対向した現像領域の部分が開口しており、この開口部に一部露出するようにして、内部にマグネットロール44aが非回転に配置された現像剤担持体としての現像スリーブ44が回転可能に設置されている。
本実施形態では、現像スリーブ44は非磁性材料で構成され、例えば、直径が20mm、長手方向の長さが334mmであり、250mm/secのプロセススピード(周速度)で、現像動作時に図2の矢印方向に回転する。磁界発生手段としてのマグネットロール44aは、周方向に沿って複数の磁極を有し、発生する磁界により現像スリーブ44の表面に現像剤を担持させる。
現像スリーブ44の表面に担持された現像剤は、現像ブレード42により層厚が規制され、現像スリーブ44の表面に現像剤の薄層が形成される。現像スリーブ44は、薄層に形成された現像剤を担持しつつ現像領域に搬送する。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。本実施形態では、磁気穂を感光ドラム1Yに接触させて、現像剤のトナーを感光ドラム1Yに供給することで、感光ドラム1Y上の静電潜像をトナー像として現像する。この際、現像効率、即ち、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ44には電源から、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ44の回転にしたがって現像容器3内の次述する現像室47に回収される。
現像容器41の内部は、垂直方向に延在する隔壁43によって、第1室としての現像室47と第2室としての攪拌室48とに区画されている。隔壁43の長手方向(現像スリーブ44の回転軸線方向)の両端側には、それぞれ現像室47と攪拌室48とを連通する連通口43a、43bが形成されている。これにより、現像室47と攪拌室48とで現像剤の循環経路を形成している。
また、現像容器41内には、それぞれ現像剤を攪拌しつつ且つ搬送する第1搬送部材としての第1スクリュー45、第2搬送部材としての第2スクリュー46が配置されている。第1スクリュー45は、現像室47に配置され、現像室47内の現像剤を図3の矢印511方向に攪拌しつつ搬送し、且つ、現像スリーブ44に現像剤を供給する。第2スクリュー46は、攪拌室48に配置され、攪拌室48内の現像剤を図3の矢印510方向に攪拌しつつ搬送する。
現像装置4Yの上方には、図2に示すように、トナーのみ、もしくはトナーと磁性キャリアからなる補給現像剤201を収容した現像剤補給装置としてのホッパー200が配置されている。ホッパー200には、供給スクリュー202が設置されており、画像形成に用いられた分のトナーをホッパー200から補給口(現像剤補給部)203(図3)を通じて現像容器41内に供給可能としている。現像剤の補給量は、制御手段としての制御部110が供給スクリュー202の回転回数を制御することによって調整される。
制御部110は、供給スクリュー202の制御の他、画像形成装置100全体の制御を行う。このような制御部110は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を有している。CPUは、ROMに格納された制御手順に対応するプログラム読み出しながら各部の制御を行う。また、RAMには、作業用データや入力データが格納されており、CPUは、前述のプログラム等に基づいてRAMに収納されたデータを参照して制御を行う。
現像装置4Yは、現像容器41内のトナー濃度(キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合、T/D比)を検出可能な濃度検出手段としてのトナー濃度センサ(トナー濃度検知部)49を有する。トナー濃度センサ49は、攪拌室48に設けられ、攪拌室48でトナー濃度を検出する。本実施形態では、トナー濃度センサ49として、インダクタンスセンサを用いており、攪拌室48内にインダクタンスセンサのセンサ面(検出面)を露出させている。インダクタンスセンサは、センサ面から所定の検出範囲の透磁率を検出する。現像剤のトナー濃度が変化すると、磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による透磁率も変化するため、その透磁率の変化をインダクタンスセンサにより検出することで、トナー濃度を検出できる。
制御部110は、トナー濃度センサ49によって現像容器41内のトナー濃度を検出した結果に基づいて、ホッパー200からの現像剤の補給量を決定する。なお、感光ドラム1Y又は中間転写ベルト10上に制御用のトナー像(パッチ画像)を形成し、パッチ画像の濃度を不図示のセンサにより検出し、その検出結果を上述の補給量に反映させる場合もある。このセンサは、例えば、発光部と受光部とを有し、発光部からパッチ画像に向けて照射された光の反射光を受光部により受光することで、パッチ画像の濃度を検出するものである。更に、制御部110は、ビデオカウント値も上述の補給量に反映させる場合もある。ビデオカウント値は、入力された画像データの1画素毎のレベル(例えば、0〜255レベル)を画像1面分積算した値である。
[現像剤の循環]
次に、現像容器41内の現像剤の循環について説明する。第1スクリュー45及び第2スクリュー46は、現像スリーブ44の回転軸線方向に沿って略平行に配置されている。そして、第1スクリュー45と、第2スクリュー46とは、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。こうして、現像剤は、第1スクリュー45、第2スクリュー46によって、連通口43a、43bを介して現像容器41内を循環させられる。
即ち、第1スクリュー45、第2スクリュー46の搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像スリーブ44上の現像剤は、現像室47に回収され、連通口43bを介して攪拌室48に搬送され、攪拌室48内を移動する。また、現像スリーブ44にコートされなかった現像室47内の現像剤も、現像室47内を移動し、連通口43bを介して攪拌室48内へ移動する。
ここで、攪拌室48の連通口43bよりも第2スクリュー46の現像剤搬送方向上流側には、ホッパー200から現像剤が補給される補給口203が設けられている。このため、攪拌室48では、現像室47から連通口43bを介して搬送された現像剤と、ホッパー200から補給口203を介して補給された補給現像剤201とが、第2スクリュー46によって攪拌しつつ搬送される。そして、第2スクリュー46により搬送された現像剤が、連通口43aを介して現像室47へ移動する。
[現像剤]
ここで、本実施形態で用いる2成分現像剤について説明する。現像剤はマイナス帯電極性の非磁性トナーと、プラス帯電極性の磁性キャリアを混合したものを用いる。非磁性トナーは、ポリエステル、スチレンアクリル等の樹脂に着色料、ワックス成分などを内包し、粉砕あるいは重合によって粉体としたものに、酸化チタン、シリカ等の微粉末を表面に添加したものである。磁性キャリアは、フェライト粒子や磁性粉を混錬した樹脂粒子からなるコアの表層に樹脂コートを施したものである。初期状態の現像剤中のトナーの濃度は、例えば、8%〜10%である。
[現像剤の攪拌性と搬送性について]
次に、攪拌室内で現像剤を搬送する第2スクリューによる現像剤の攪拌性と搬送性について説明する。攪拌室には、上述のように補給現像剤が補給されるため、第2スクリューには、現像剤の攪拌性と搬送性を両立することが求められる。まず、攪拌性について説明する。
感光ドラム上に形成された静電潜像をより忠実にトナーにより現像するためには、現像容器内のトナーの帯電量を安定させることが望まれる。トナーの帯電量(Q/M)は、図4に示すように、現像剤のトナー濃度(T/D比)に依存する傾向がある。即ち、現像剤のトナー濃度が高過ぎるとトナーの帯電量が低くなり、現像剤のトナー濃度が低すぎると、トナーが過剰に帯電してしまう。トナーの帯電量が大きいほど感光ドラム上の潜像に対して現像されるトナー量は少なくなるので、トナーの帯電量にムラがあると、感光ドラム上のトナー像に濃度ムラが生じてしまう。
また、トナーはキャリアとの摺擦により帯電するため、現像容器内で局所的に現像剤のトナー濃度が高いと、キャリアに対するトナーの被覆率が高くなり過ぎて、トナーの帯電量が不足してしまう。この結果、感光ドラム上の非画像部へのトナー飛翔(かぶり)や、現像容器外へのトナー飛散などが起こりうる。
また、トナーの帯電量の上昇などにより、現像剤の嵩が高くなってくると、補給現像剤がスクリューの回転半径内に取り込まれづらくなる。このため補給現像剤が、現像容器内に既に存在している現像剤の上を滑りながら搬送されてしまい、補給現像剤が良好に攪拌されないまま現像室に達し、現像スリーブに汲みあげられてしまうことが起こりうる。
ここで、補給現像剤が補給された直後の現像剤のトナー濃度は高いのに対し、現像スリーブでトナーが消費され、現像容器内に回収された現像剤のトナー濃度は低い。したがって、このようにトナー濃度が異なる現像剤を速やかに攪拌混合し、現像容器内の現像剤のトナー濃度を安定させることが望まれる。
次に、現像剤の搬送性について説明する。出力画像濃度に比例したトナー消費量と同量のトナーを現像スリーブに供給するためには、スクリューにより現像剤の搬送速度を所定以上に保つことが望まれる。現像剤の搬送速度が遅いと、画像濃度の濃い画像が連続した場合に、補給された現像剤が現像スリーブまで到達する時間が遅くなる。すると、現像スリーブに汲みあげられる現像剤のトナー濃度が低下してしまい、画像濃度が徐々に濃くなってしまう。このため、スクリューによる現像剤の搬送速度を所定以上確保し、補給された現像剤を速やかに現像スリーブに到達させることが望まれる。このように、補給直後の現像剤を搬送する第2スクリューにおいては、現像剤の攪拌性の確保と搬送性の確保とを両立させることが望まれる。
[1条スクリュー]
次に、現像容器内で現像剤を搬送するスクリューとして、図5に示す1条の搬送スクリュー400を用いた場合の現像剤の搬送性について説明する。搬送スクリュー400は、回転軸401の周囲に螺旋状に形成された1条の羽根402を設けたものである。現像剤は、搬送スクリュー400が回転軸401を中心に回転するのに伴って搬送される。図5において、搬送スクリュー400上の破線は、現像剤の表面を表している。
搬送スクリュー400の羽根402と羽根402の間にある現像剤は、羽根402の回転によって押し出されるようにして搬送される。押し出されて搬送される現像剤は、搬送スクリュー400の1回転あたりに、スクリューピッチ(リード)と同じ距離だけ現像剤が搬送される。一方、現像剤の一部は、搬送方向上流の羽根402の方へ滑り落ちたり、現像容器の内壁との空隙にとどまったりして速度が遅くなる。
搬送スクリュー400による現像剤の搬送速度を高めるためには、搬送スクリュー400の現像剤の搬送効率を高めることが求められる。つまり、羽根402の上を滑り落ちたり空隙にとどまったりする現像剤をなるべく減らし、搬送スクリュー400の回転によってスクリューピッチ(リード)と同じ距離を進む現像剤を増やすことが望まれる。
図6に示すように、螺旋状の羽根402のリード角を、搬送スクリュー400の回転軸401と羽根402のなす角度としたとき、搬送スクリュー400の搬送効率はリード角θに依存し、その傾向は例えば図7に示すようになる。但し、この傾向は、搬送スクリューの軸径や、現像容器の内壁の断面積などによって変化する。
しかしながら、搬送スクリュー400による搬送効率を高めると、羽根402と羽根402の間の現像剤は大部分が良好に攪拌されないまま搬送されてしまう。ここで、羽根402と羽根402の間の現像剤中に補給されたトナーが多量に存在し、良好に混ざりきっていない場合を考えてみる。リード角が大きくて搬送効率が低い場合は、羽根402の上を滑り落ちる現像剤が長手方向に広がっていくため、補給トナーは良好に分散される。一方で、搬送効率の高くなるようなリード角の場合には、羽根402の上を滑り落ちる現像剤が少ないため、羽根402と羽根402の間のトナーが長手方向に分散されにくくなる。
また、例えば、搬送スクリューを、複数の条数の羽根を有する多条スクリューとした場合、現像剤の搬送性を確保し易いが、攪拌性が低下し、上述のように現像容器内でトナーの帯電量にムラが生じてしまう。
特に、現像装置を小型化して、現像容器内に収容する現像剤の量を少なくした場合、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立させることは難しい。例えば、現像装置を小型化した場合、搬送スクリューの径を小さくすることが考えられるが、この場合、羽根により現像剤を押す面積が小さくなるため、搬送スクリューの搬送性が低下し易い。このため、搬送スクリューを多条スクリューにして搬送性を高めることが考えられるが、この場合、現像剤の攪拌性が低下してしまう。
[本実施形態の第2スクリュー]
そこで、本実施形態では、第1スクリュー45及び第2スクリュー46を、複数の条数の羽根を有する多条スクリューとしている。また、攪拌室48で現像剤を搬送する第2スクリュー46は、複数の条数のうちの少なくとも1条の羽根に、羽根が不連続となる空隙部を形成している。以下、第2スクリュー46について、図8ないし図10を用いて詳しく説明する。
図8に示すように、第2スクリュー46は、回転軸460と、回転軸460の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根46a、46b、46cとを備える。本実施形態では、第2スクリュー46は、3条の羽根46a、46b、46cを有する3条スクリューとしている。また、複数の条数の羽根46a、46b、46cのうちの少なくとも1条(本実施形態では2条)の第一羽根、第二羽根としての羽根46a、46bは、回転軸460の軸線方向に亙って連続した形状である。
一方、第一羽根及び第二羽根と異なる少なくとも1条(本実施形態では1条)の第三羽根としての羽根46cは、1ピッチ(1リード)の間に羽根46cが不連続となる空隙部(ギャップ)46gを複数有する領域が、軸線方向の全域のうちの少なくとも1個所存在するように形成されている。即ち、羽根46cの一部を欠損させて、この部分を空隙部46gとしている。3条の羽根46a、46b、46cは、第2スクリュー46の現像剤搬送方向に関して、羽根46a、羽根46b、羽根46cの順番で、同じ外径及び同じピッチ(リード)で形成されている。
なお、第1スクリュー45は、第2スクリュー46と同様の3条スクリューとしているが、何れの羽根にも空隙部を設けていない。但し、第1スクリュー45も、第2スクリュー46と同様に少なくとも1条の羽根に空隙部を有する形状としても良い。また、第1スクリュー45は、第2スクリュー46と同じ3条の羽根46a、46b、46cを有するスクリューとすることが好ましい。即ち、第1スクリュー45は、第2スクリュー46と同様の外径及びピッチ(リード)を有する同じ条数のスクリューとすることが好ましく、この場合に、第2スクリュー46と同様に空隙部を設けても良いし、空隙部を設けなくても良い。
また、第2スクリュー46の羽根46cは、空隙部46gが軸線方向の全域に亙って周期的に形成されている。即ち、1ピッチ(1リード)の間に空隙部46gを複数有する領域が、第2スクリュー46の軸線方向の全域に亙って存在する。本実施形態では、羽根46cと空隙部46gは、第2スクリュー46の回転方向の位相に関して、90°毎に交互に存在するようにしている。
図9は、第2スクリュー46のうち羽根46cのみに着目して模式化して図示したものである。外枠の四角形は位相を表している。太い実線は羽根46cの部分を示し、太い点線は空隙部46gを示している。図示のように、羽根46cは、90°おきに、羽根46cのある部分と空隙部46gが現れるように形成されている。したがって、本実施形態では、1ピッチ(1リード)の間に空隙部46gを2個有する。また、羽根46cの部分を1周分、軸方向から見た場合に、羽根46cと空隙部46gとが交互に同じ位相分存在する。更に、羽根46cの部分を1周分、軸方向に投影した羽根46cと空隙部46gの面積の比が1:1となる。
ここで、図10に示すように、羽根46cの外径を直径とする円の外周の長さ(スクリュー外周長)を縦軸にとり、羽根46cの1ピッチ(1リード)を横軸にとった場合の、対角線と横軸がなす角度を羽根46cの角度θとする。この場合に、羽根46cの角度θは、80°以下とする。特に、羽根46cの角度θを39°以上80°以下とすることが好ましく、50°以上60°以下とすることがより好ましい。なお、羽根46a、46bの角度θも、羽根46cの角度θと同じとすることが好ましい。
また、第2スクリュー46の外径は、12mm以上20mm以下とすることが好ましく、より好ましくは14mm以上17mm以下とする。なお、羽根46a、46b、46cは、全て同じ外径なので、第2スクリュー46の外径は、例えば、羽根46cの外径である。例えば、第2スクリュー46の羽根46a、46b、46cのピッチ(リード)は、図7の傾向からリード角が45°になるように、30mmとした。
このように、本実施形態の場合、第2スクリュー46を3条スクリューとすると共に、3条のうちの2条の羽根46a、46bを軸線方向に亙って連続した形状としている。更に、1条の羽根46cを、1ピッチ(1リード)の間に空隙部46gを複数有する領域が、軸線方向の全域のうちの少なくとも1個所存在するように、本実施形態では、この領域が全域に亙って存在するように形成されている。
このため、2条の羽根46a、46bにより現像剤の搬送性を確保でき、残りの1条の羽根46cにより現像剤の攪拌性を確保できる。即ち、3条の羽根46a、46b、46cのうち、2条の羽根46a、46bが羽根46cよりも現像剤の搬送力が高く、羽根46cが羽根46a、46bよりも現像剤の攪拌力が高い。
この点について、図11を用いて説明する。図11に示すα−α´方向は、第2スクリュー46による現像剤の搬送方向(図3の矢印510方向)を示す。一方、β−β´方向(若しくはβ´−β方向)は、第2スクリュー46により現像剤が攪拌される方向を示す。図示の例では、β−β´方向(若しくはβ´−β方向)をα−α´方向と直交する方向としている。
まず、連続的に螺旋状に形成された羽根46a、46bにより、現像剤は矢印A、続いて矢印Bといったようにα−α´方向へと順次搬送される。現像剤が空隙部46gを有する螺旋状の羽根46cに達すると、空隙部46gの存在によって現像剤の流れは矢印C−α方向(搬送方向)と、矢印C−β方向(攪拌方向)に分流する。ここで、図11では、矢印A及び矢印Bが2本ずつあるのに対して矢印C−αと矢印C−βが1本ずつであるのは、現像剤の流れが分かれたことを模試的に示したものである。したがって、この矢印の数が、必ずしも現像剤が空隙部46gで1対1の割合で分かれることを意味するものではない。
一方、第2スクリューとして、何れの羽根にも空隙部がない3条の羽根を有する3条スクリューを使用した場合、全ての羽根で矢印A、Bのように現像剤が流れ、矢印C−βのような現像剤の流れ、即ち、攪拌方向の流れが生じにくい。
したがって、本実施形態のように、第2スクリュー46として、少なくとも1条の羽根46cに空隙部46gを有するものを使用することで、空隙部46gで図11に示したような搬送方向と攪拌方向への現像剤の分流を生じさせ易くできる。この結果、羽根56cの回転半径内部における現像剤を、回転半径外部の現像剤と良好に攪拌することが可能となり、補給現像剤の攪拌性を向上させることができる。
また、3条の羽根46a、46b、46cのうち、羽根46cによって現像剤の流れを分流させるため、現像剤の搬送速度は局所的に低下する。但し、残りの2条の羽根46a、46bによって現像剤の搬送力を確保できる。このため、スクリュー全体としての搬送速度は、空隙部がない同じ条数のスクリューと比べて殆ど低下しない。
このように本実施形態の第2スクリュー46は、羽根46a、46bを連続形状とすることで攪拌室48における搬送性能を確保し、羽根46cに空隙部46gを設けたことで搬送性能を補助しつつ、攪拌性能を向上させることが可能となっている。したがって、画像形成装置の高速化に対応し、且つ、少量の現像剤に補給現像剤を素早く攪拌させることができる。
上述の説明では、羽根46cは、他の羽根46a、46bと同一の30mmピッチ(リード)としたが、羽根46cは、羽根46bと羽根46aに挟まれる領域内であれば、羽根46a、46bと異なるピッチ(リード)であっても良い。
また、上述のような羽根46a、46b、46cを有する構成のスクリューは、攪拌室48に配置される第2スクリュー46以外に、現像室47に配置される第1スクリュー45に適用しても良い。更には、他の部分で現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューに適用することも可能である。
[実施例]
次に、上述の実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。上述の現像装置4Yを単体で駆動できる装置に設置し、現像剤の攪拌状態を高速度カメラ(Phantom v10(Vision Research Inc.製))によって観察する実験を行った。本実験には色の異なる2種類の現像剤(イエローとシアン)を使用した。いずれの現像剤も、T/D比は8%に調合した。まず、イエローの現像剤100gを現像容器41内に投入し、第1スクリュー45、第2スクリュー46及び現像スリーブ44を2分間駆動させる。すると、イエローの現像剤は現像容器41内で剤面が均一に慣らされた状態になる。
次に、シアンの現像剤100gをイエローの現像剤の上に均一に載せる。この状態で再度駆動を開始すると、イエローとシアン2色の現像剤が徐々に混ざり合い、やがて、均一なグリーンになる様子が見られる。この色の変化を高速度カメラによって上方から観察し、輝度値の変化を攪拌状態の指標として数値化した。初期の輝度がL1、攪拌終了時(定常状態)の輝度がL2であったとき、攪拌状態(%)=(L−L1)/(L2−L1)として、数値化を行った。
図12に、実験の結果を示す。実施例が上述の本実施形態の構成を使用したもの、比較例は、本実施形態のような空隙部がスクリューに形成されていない構成を使用したものである。空隙部が有無以外は、実施例と比較例とで同じ条件とした。比較例の場合、攪拌終了(攪拌状態100%)まで1.5秒を要した。これに対して、実施例の場合、1.2秒で攪拌が終了した。以上のように、本実施形態のように、多条スクリューの少なくとも1条に空隙部を周期的に設けることで、現像剤の攪拌性能を向上させられることがわかった。
<第2の実施形態>
第2の実施形態について、図13を用いて説明する。本実施形態の第2スクリュー46Aは、第1の実施形態と同様に、攪拌室48で現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューであり、回転軸460の周囲に螺旋状に形成された3条の羽根を有する。但し、本実施形態の場合、第1の実施形態と異なり、1条の羽根は、空隙部を第2スクリュー46Aの一部の領域に設けている。他の2条の羽根は、第1の実施形態の羽根46a、46bと同様に、軸線方向の全域に亙って連続した形状としている。その他の構成及び作用は、上述の第1の実施形態と同様である。以下、第1の実施形態の構成と同様の構成については、説明及び図示を省略又は簡略にし、以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第2スクリュー46Aの1条の羽根(第三羽根)は、空隙部が軸線方向に亙って複数形成された第1領域500と、羽根が軸線方向に亙って連続して形成された第2領域501とを有する。本実施形態では、1条の羽根の攪拌室48の搬送方向(矢印510方向)上流側半分を、第1の実施形態の羽根46cと同様の周期的な空隙部を有する第1領域500としている。一方、1条の羽根の下流側半分を羽根が軸線方向に亙って連続した、即ち、空隙部が存在しない第2領域501としている。
また、空隙部を有する第1領域500は、トナー濃度センサ49の第2スクリュー46Aによる現像剤搬送方向(矢印510方向)上流に存在する。これは、トナー濃度センサ49に現像剤が到達する前に、現像剤を十分に攪拌させるためである。即ち、攪拌が十分でない現像剤のトナー濃度をトナー濃度センサ49により検出した場合、現像容器内のトナー濃度の検出精度が低くなり、トナー濃度センサ49に基づく現像剤の補給などの制御を適切に行いにくくなる。したがって、トナー濃度センサ49に到達する前に現像剤を十分に攪拌できるように、空隙部をトナー濃度センサ49の上流側に存在させることが好ましい。
このような本実施形態の場合、羽根に空隙部を有する領域(第1領域500)を長手方向の一部に限定することによって、第2スクリュー46A全体での羽根の面積を、第1の実施形態よりも大きくできる。これにより、現像剤の搬送速度をより高く維持することができる。
なお、本実施形態では、第1領域500と第2領域501との軸線方向の長さの割合が1:1であるが、第1領域500と第2領域501との軸線方向の長さの割合はこれに限らない。但し、空隙部による現像剤の攪拌効果を良好に得るためには、1ピッチ(1リード)の間に羽根が不連続となる空隙部を複数有する第1領域が、軸線方向の全域のうちの少なくとも1個所存在するようにすることが好ましい。即ち、1ピッチ(1リード)の間に2以上の空隙部を有する第1領域を、1個所又は複数存在させることが好ましい。この第1領域が複数ある場合、第1領域が連続していても良いし、不連続に存在していても良い。例えば、1ピッチ(1リード)ごとに空隙部がある第1領域と無い第2領域とが交互に存在するようにしても良い。
また、第1領域が複数ピッチ(複数リード)に亙って連続している場合でも、このような領域は、上述のように、第2スクリュー46Aの上流側半部に存在させる以外に、例えば、下流側半部や中央部などの適宜の位置に存在させても良い。但し、少なくとも1個所の空隙部は、少なくともトナー濃度センサ49の第2スクリューの搬送方向上流に存在するようにすることが好ましい。
<他の実施形態>
上述の各実施形態では、図9に示したように、羽根46cの空隙部46gが90°おきに繰り返すように存在する構成について説明した。但し、羽根と空隙部の位相はこれ以外の位相でも良い。例えば、図14に示す第1例の第2スクリュー46Bのように、60°おきに羽根46Bcと空隙部46Bgを周期的に繰り返す構成にしても良い。
また、羽根と空隙部とが周期的に配置されていなくても良く、例えば、任意の位相毎に羽根と空隙部を組み合わせても良い。例えば、図15に示す第2例の第2スクリュー46Cのように、羽根46Ccと空隙部46Cgが異なる割合で現れても良い。図15では、羽根46Ccが60°、空隙部46Cgが30°の位相で現れる場合を示している。なお、図14及び図15は、図9と同様に、第2スクリュー46B、46Cのうち羽根46Bc、46Ccのみに着目して模式化して図示したものである。
また、上述の各実施形態では、複数の条数の羽根を有するスクリューとして、3条スクリューについて説明したが、本発明は、空隙部と羽根との関係が上述のような関係であれば、2条スクリュー、或いは、4条以上の条数のスクリューにも適用可能である。また、空隙部を設ける羽根は、1条以上であれば良く、例えば、3条スクリューの場合に、1条の羽根を軸線方向の全域で連続した形状とし、残りの2条の羽根が上述したような空隙部を有する羽根としても良い。
上述の各実施形態で説明した空隙部は、羽根を連続させないような部分であれば良く、例えば、図8で螺旋に沿う方向に隣り合う羽根46cと羽根46cとの間に、羽根46cよりも外径が小さい羽根が存在していても良い。即ち、軸線方向に連続した羽根の外周側の一部を、軸線方向の一部で切り欠いたような形状とし、この切り欠いた部分を空隙部としても良い。要は、羽根の軸線方向の一部で搬送方向と攪拌方向との分流が生じるような、羽根のない部分が空隙部に相当し、空隙部は、羽根が全くない場合の他、羽根の一部が残っているような場合も含む。
上述の各実施形態では、画像形成装置がプリンタである構成について説明したが、本発明は、複写機、ファクシミリ、複合機などにも適用可能である。また、上述の各実施形態では、現像装置として、現像室から現像スリーブに現像剤を供給し、現像室で現像スリーブから現像剤を回収する構成について説明した。但し、本発明は、現像室(第1室)から現像剤を供給し、現像室と隔壁を挟んで配置される攪拌室(第2室)で現像剤を回収する構成にも適用可能である。更には、第1室と第2室とが水平方向に並んで配置される現像装置以外に、第1室と第2室とが上下方向、或いは、水平方向に対して傾斜するような位置関係に存在するような構成にも、本発明を適用可能である。
4Y、4M、4C、4K・・・現像装置/41・・・現像容器/44・・・現像スリーブ(現像剤担持体)/45・・・第1スクリュー(第1搬送部材)/46、46A、46B、46C・・・第2スクリュー(スクリュー、第2搬送部材)/46a、46b・・・羽根(第一羽根及び第二羽根)/46c、46Bc、46Cc・・・羽根(第三羽根)/46g、46Bg、46Cg、・・・空隙部/47・・・現像室(第1室)/48・・・攪拌室(第2室)/49・・・トナー濃度センサ(濃度検出手段)/460・・・回転軸/500・・・第1領域/501・・・第2領域

Claims (16)

  1. 現像剤を搬送する搬送スクリューであって、
    回転軸と、
    前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を第一方向に搬送する1条の第一羽根と、
    前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第一方向に搬送する1条の第二羽根と、
    前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第一方向に搬送する1条の第三羽根と、
    を備え、
    前記第一羽根の1リードにおいて、前記第一羽根は、前記搬送スクリューの回転軸線方向に亘って連続して形成されており、
    前記第二羽根の1リードにおいて、前記第二羽根は、前記搬送スクリューの回転軸線方向に亘って連続して形成されており、
    前記第三羽根の1リードにおいて、前記第三羽根は、前記搬送スクリューの回転軸線方向に関して不連続に形成された第一羽根部分と第二羽根部分を有し、
    前記第三羽根の1リードにおいて、前記第三羽根は、前記搬送スクリューの回転軸線方向に関して前記第一羽根部分と前記第二羽根部分との間にギャップを有し、
    前記ギャップは、前記搬送スクリューの回転軸線方向に関して前記第一羽根が形成されている領域であって且つ前記第二羽根が形成されている領域内に配置されている
    ことを特徴とする搬送スクリュー。
  2. 前記第一羽根の外径と前記第二羽根の外径は、等しい
    ことを特徴とする請求項1に記載の搬送スクリュー。
  3. 前記第一羽根の外径と前記第二羽根の外径と前記第三羽根の外径は、等しい
    ことを特徴とする請求項1に記載の搬送スクリュー。
  4. 前記第一羽根の外径は、12mm以上20mm以下であり、
    前記第二羽根の外径は、12mm以上20mm以下であり、
    前記第三羽根の外径は、12mm以上20mm以下である、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の搬送スクリュー。
  5. 前記第一羽根の外径は、14mm以上17mm以下であり、
    前記第二羽根の外径は、14mm以上17mm以下であり、
    前記第三羽根の外径は、14mm以上17mm以下である、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の搬送スクリュー。
  6. 前記第一羽根のリードと前記第二羽根のリードは、等しい
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の搬送スクリュー。
  7. 前記第一羽根のリードと前記第二羽根のリードと前記第三羽根のリードは、等しい
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の搬送スクリュー。
  8. 像担持体に形成された静電像を現像するためにトナーとキャリアを含む現像剤を担持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第一室と、前記第一室と隔壁によって区画された第二室と、前記第一室から前記第二室に現像剤が連通することを許容する第一連通部と、
    前記第二室から前記第一室に現像剤が連通することを許容する第二連通部と、を含む現像容器と、
    前記第一室に配置され、前記第二連通部から前記第一連通部に向かう第一方向に現像剤を搬送する第一搬送スクリューと、
    前記第二室に配置され、前記第一連通部から前記第二連通部に向かう第二方向に現像剤を搬送する第二搬送スクリューと、
    を備え、
    前記第二搬送スクリューは、
    回転軸と、
    前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第二方向に搬送する1条の第一羽根と、
    前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第二方向に搬送する1条の第二羽根と、
    前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され且つ前記現像剤を前記第二方向に搬送する1条の第三羽根と、
    を有し、
    前記第一羽根の1リードにおいて、前記第一羽根は、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に亘って連続して形成されており、
    前記第二羽根の1リードにおいて、前記第二羽根は、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に亘って連続して形成されており、
    前記第三羽根の1リードにおいて、前記第三羽根は、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に関して不連続に形成された第一羽根部分と第二羽根部分を有し、
    前記第三羽根の1リードにおいて、前記第三羽根は、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に関して前記第一羽根部分と前記第二羽根部分との間にギャップを有し、
    前記ギャップは、前記第二搬送スクリューの回転軸線方向に関して前記第一羽根が形成されている領域であって且つ前記第二羽根が形成されている領域内に配置されている
    ことを特徴とする現像装置。
  9. 前記第一羽根の外径と前記第二羽根の外径は、等しい
    ことを特徴とする請求項8に記載の現像装置。
  10. 前記第一羽根の外径と前記第二羽根の外径と前記第三羽根の外径は、等しい
    ことを特徴とする請求項8に記載の現像装置。
  11. 前記第一羽根の外径は、12mm以上20mm以下であり、
    前記第二羽根の外径は、12mm以上20mm以下であり、
    前記第三羽根の外径は、12mm以上20mm以下である、
    ことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の現像装置。
  12. 前記第一羽根の外径は、14mm以上17mm以下であり、
    前記第二羽根の外径は、14mm以上17mm以下であり、
    前記第三羽根の外径は、14mm以上17mm以下である、
    ことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の現像装置。
  13. 前記第一羽根のリードと前記第二羽根のリードは、等しい
    ことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか1項に記載の現像装置。
  14. 前記第一羽根のリードと前記第二羽根のリードと前記第三羽根のリードは、等しい
    ことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか1項に記載の現像装置。
  15. 前記第二室に設けられ且つ前記現像容器内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知部を更に備え、
    前記第二方向に関して、前記第三羽根の前記第一羽根部分は、前記トナー濃度検知部よりも上流に設けられており、
    前記第二方向に関して、前記第三羽根の前記第二羽根部分は、前記トナー濃度検知部よりも上流に設けられている
    ことを特徴とする請求項8乃至14のいずれか1項に記載の現像装置。
  16. 前記第二室に設けられ且つ前記現像容器に現像剤を補給する現像剤補給部を更に備え、
    前記第二方向に関して、前記第三羽根の前記第一羽根部分は、前記現像剤補給部よりも下流に設けられており、
    前記第二方向に関して、前記第三羽根の前記第二羽根部分は、前記現像剤補給部よりも下流に設けられている
    ことを特徴とする請求項8乃至15のいずれか1項に記載の現像装置。
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