JP2016114702A - 現像器および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システム速度によらず、現像器内に古い現像剤が残量することを抑制可能な現像器を提供すること。【解決手段】現像器８は、二個の開口ＴＨ１，ＴＨ２を介して互いに連通する搬送路ＦＰ１，ＦＰ２と、開口ＴＨ２の近傍にて搬送路ＦＰ１と連通し、排出口８５が設けられた搬送路ＦＰ３と、搬送路ＦＰ１，ＦＰ２の現像剤を第一方向および第二方向に搬送する搬送部材８７，８１１と、搬送路ＦＰ１または搬送路ＦＰ２を搬送される現像剤を担持する現像ローラ８６と、を備え、搬送部材８７は、搬送路ＦＰ１の現像剤に第一方向への推進力を与えるスクリュー８９と、搬送路ＦＰ３の現像剤に第一方向と逆方向の力を与えるスクリュー８１０と、を含み、シャフト８８において、開口ＴＨ２の近傍に設けられたスクリューが無い第一区間Ｐ１の少なくとも一部の径は、他の区間の径よりも大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、所謂トリクル方式の現像器、および、それを備えた画像形成装置に関する。

従来、この種の現像器としては、例えば、下記の特許文献１に記載されたものがある。この現像器の内部には、スパイラルオーガが配設される。スパイラルオーガでは、回転軸に、順スパイラル羽根と、逆スパイラル羽根とが設けられると共に、両羽根の間には何れもが設けられない領域が形成される。したがって、この領域は回転軸のみの状態となり、ノズル近傍での順方向の搬送力を低下させることができる。これにより、現像器内の現像剤の量に応じて、適量の現像剤を排出することができることとなる。

特開２００５−３１６１６１号公報

上記の通り、従来の現像器では、スパイラルオーガの構成を改善することで、現像剤の排出量を規制している。しかし、画像形成装置が低システム速度で動作する際、高速で動作している時と比較して、古い現像剤が現像器内に多く残留してしまうという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、システム速度によらず、現像器内に古い現像剤が残量することを抑制可能な現像器および画像形成装置を提供することである。

本発明の一形態は、二個の開口を介して互いに連通する第一搬送路および第二搬送路と、前記二個の開口の一方の近傍にて前記第一搬送路と連通し、排出口が設けられた第三搬送路と、少なくとも前記第一搬送路の現像剤を第一方向に搬送する第一搬送部材と、前記第二搬送路の現像剤を前記第一方向と異なる第二方向に搬送する第二搬送部材と、前記第一搬送路または前記第二搬送路を搬送される現像剤を担持する現像剤担持体と、を備え、前記第一搬送部材は、第一シャフトに設けられ、前記第一搬送路の現像剤に前記第一方向への推進力を与える第一スクリューと、前記第一シャフトに設けられ、前記第三搬送路の現像剤に前記第一方向と逆方向の力を与える第二スクリューと、を含み、前記第一シャフトにおいて、前記一方の開口の近傍に設けられたスクリューが無い第一区間の少なくとも一部の径は、他の区間の径よりも大きい、現像器に向けられる。

また、本発明の他の形態は、上記現像器を備えた画像形成装置に向けられる。

上記各形態によれば、システム速度によらず、現像器内に古い現像剤が残留することを低減可能な現像器および画像形成装置を提供することができる。

画像形成装置の内部を前面側から視た時の図である。 図１の現像器の詳細な構成を示す図である。 図２の線Ｉ−Ｉ’に沿う断面を矢印IIの方向から視た時の断面図である。 図２の現像器および参考例に係る現像器のそれぞれを、低速、中速および高速で回転させた時に現像槽に残留した現像剤の量を示す図である。 図２の現像器と参考例の現像器とを高速回転させた際の現像剤の残留量を説明するための模式図である。 図２の現像器と参考例の現像器とを低速回転させた際の現像剤の残留量を説明するための模式図である。 第一変形例に係る現像器の構成を示す図である。 第二変形例に係る現像器の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、各実施形態に係る現像器および画像形成装置を詳説する。

《第一欄：定義》
いくつかの図には、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が示される。ｘ軸およびｚ軸は、画像形成装置１の左右方向および上下方向を示す。また、ｙ軸は、画像形成装置１の前後方向を示す。より具体的には、ｙ軸方向は、感光体ドラム５や現像ローラ８６が画像形成装置１の前面側から背面側に向かって延在する方向でもある。

また、本文中および各図には、参照符号の添え字としてアルファベット小文字ａ、ｂ、ｃ、ｄが付加されることがある。ａ，ｂ，ｃ，ｄは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）を表す。例えば、感光体ドラム５ａは、Ｙ色の感光体ドラムを意味する。また、添え字を付加可能であるにも関わらず、参照符号に添え字が付加されていないものは、四色あるいは各色を意味する。例えば、感光体ドラム５は、ＹＭＣＫ全色あるいは各色の感光体ドラムを意味する。

《第二欄：画像形成装置の全体構成・印刷動作》
図１において、画像形成装置１は、例えば、複写機、プリンタまたはファクシミリ、もしくは、これらの機能を備えた複合機であって、周知の電子写真方式およびタンデム方式により、各種画像（典型的にはフルカラー画像またはモノクロ画像）を用紙Ｍに印刷する。そのために、画像形成装置１は、各色の作像ユニット２と、中間転写ベルト３と、二次転写ローラ４と、を備える。

四色分の作像ユニット２は、例えば、ｘ軸方向に並置され、対応色の感光体ドラム５を含む。
各感光体ドラム５は、ｙ軸方向に延在する円柱形状を有し、例えば矢印αの方向に回転する。各感光体ドラム５の周囲には、回転方向αの上流側から下流側に向かって、少なくとも、帯電器６と、トリクル方式の現像器８と、一次転写ローラ９とが配置される。

各帯電器６は、回転する感光体ドラム５の周面を一様に帯電させる。
各感光体ドラム５の下方には露光装置７が設けられる。各露光装置７は、画像データに基づく光ビームＢを、感光体ドラム５の帯電域の直ぐ下流側の露光域に照射し、これにより、対応色の静電潜像を形成する。

各現像器８は、対応色の感光体ドラム５の露光域の直ぐ下流側の現像域に、対応色の二成分現像剤を供給して対応色のトナー像を形成する。二成分現像剤は、少なくとも、キャリアと、対応色のトナーとを含む。なお、以下では、二成分現像剤を単に現像剤と略記する。

中間転写ベルト３は、いわゆるエンドレスベルトであって、ｘ軸方向に配列された少なくとも二個のローラの外周面に掛け渡され、例えば矢印βで示す方向に回転する。中間転写ベルト３の外周面は、各感光体ドラム５の上端と当接する。

各一次転写ローラ９は、対応色の感光体ドラム５と中間転写ベルト３を挟んで対向すると共に中間転写ベルト３の内周面を上方から押圧して、感光体ドラム５と中間転写ベルト３との間に一次転写領域を形成する。感光体ドラム５に形成されたトナー像は、対応する一次転写領域にて、回転する中間転写ベルト３に転写される。

二次転写ローラ４は、中間転写ベルト３の右端近傍にて、中間転写ベルト３の外周面を押圧して、二次転写ローラ４と中間転写ベルト３の間の接触部分に二次転写領域を形成する。二次転写領域では、中間転写ベルト３に担持された画像が用紙Ｍに転写される。この用紙Ｍは、周知の定着器を通過した後、印刷物としてトレイに排出される。

以上のような印刷動作において、用紙Ｍの搬送速度（つまり、システム速度Ｖｓｙｓ）は、様々な条件により可変となっており、本実施形態では、例えば、１０８．３ｍｍ／ｓ、３２５ｍｍ／ｓおよび５０２ｍｍ／ｓのいずれかに、図示しないＣＰＵにより設定される。

また、中間転写ベルト３の上方には、四色分のカートリッジ１０が配置されている。各カートリッジ１０は、未使用の現像剤を収容し、対応する現像器８の残トナー量が減少すると、対応する現像器８に現像剤を補充する。

《第三欄：現像器の詳細な構成・動作》
次に、図２，図３を参照して、各現像器８の構成・動作について詳説する。
各現像器８は、現像槽８１と、第一隔壁８２と、第二隔壁８３と、を備える。
各現像槽８１は、対応色の感光体ドラム５に沿って配置される。より具体的には、現像槽８１において現像域Ｒ３との対向部分は開口しており、開口部分が現像域Ｒ３に近接するよう現像槽８１は配置される。現像槽８１の底から略上方に、ｙ軸方向に延びる第一隔壁８２が突出し、これによって、現像槽８１の内部が第一搬送路ＦＰ１および第二搬送路ＦＰ２に区画される。

第一搬送路ＦＰ１は、第二搬送路ＦＰ２よりも感光体ドラム５と近接し、感光体ドラム５に沿う。第二搬送路ＦＰ２は、第一搬送路ＦＰ１に沿っている。また、両搬送路ＦＰ１，ＦＰ２は、前後方向位置が相異なる少なくとも二個所（例えば、前方側および後端近傍）に設けられた開口ＴＨ１，ＴＨ２によって連通する。これにより、各現像槽８１の内部には、現像剤の循環路が構成される。

また、現像像８１において、第一搬送路ＦＰ１のｙ軸負方向側の端部には、ｙ軸負方向に延在する第三搬送路ＦＰ３が連通する。第三搬送路ＦＰ３は、第二隔壁８３により第二搬送路ＦＰ２と区画されている。
以上の搬送路ＦＰ１〜ＦＰ３に関し、ｚｘ平面に沿う断面の形状は、ｙ軸方向全域にわたって略円形である。各搬送路ＦＰ１〜ＦＰ３の内径Ｌは、例えば２５ｍｍである。
以上の現像槽８１の内部には対応色の現像剤が貯留される。

また、各現像器８において、第二搬送路ＦＰ２のｙ軸負方向側の端部であって、現像槽８１の上壁には補給口８４が形成され、第三搬送路ＦＰ３の前面側端部にて、現像槽８１の側面には排出口８５が形成される。排出口８５からは、劣化した現像剤が、現像プロセスの間中継続的に少しずつ排出される。現像剤の排出に伴い、対応色のカートリッジから、未使用の現像剤が補給口８４より現像槽８１に導入される。

各現像器８は、回転可能なスリーブ内に、固定的に配置された受け取り極Ｓ２や現像極Ｎ１等を有する現像ローラ８６であって、現像剤担持体の典型例である現像ローラ８６をさらに備える。現像ローラ８６は、対応色の感光体ドラム５と略平行に現像域Ｒ３に近接すると共に、第一搬送路ＦＰ１にも臨むように、現像槽８１の内部に矢印γの方向に回転可能に架け渡される。かかる現像ローラ８６は、受け取り極Ｓ２にて、後述の第一搬送部材８７から現像剤を受け取った後、外周面に担持する。現像ローラ８６は、矢印γの方向に回転することで、担持した現像剤を現像極Ｎ１まで搬送し、対応色の感光体ドラム５の現像域Ｒ３に供給する。

各現像器８は、現像ローラ８６のほぼ真下に第一搬送部材８７を、さらに備える。第一搬送部材８７は、対応色の現像ローラ８６と略平行に近接し、かつ、ｙ軸の負方向側からの平面視で反時計回り（つまり、矢印θ１の方向）に回転可能に、搬送路ＦＰ１，ＦＰ３に架け渡される。第一搬送部材８７は、θ１方向に回転することで、対応色の受け取り極Ｓ２に現像剤を供給しつつ、第一搬送路ＦＰ１内の現像剤を撹拌し、第一方向としてのｙ軸負方向に搬送する。現像剤は第一搬送路ＦＰ１の前端（ｙ軸の負方向側の端部）まで搬送されると、大部分の現像剤は、連通部分を介して第一搬送路ＦＰ１から第二搬送路ＦＰ２に送り込まれ、残りの現像剤は、第三搬送路ＦＰ３に送り込まれる。しかし、第三搬送路ＦＰ３における第一搬送部材８７の搬送力はさほど大きくなく、さらには、その最外周に沿って現像剤が通過可能に隙間となっている。第三搬送路ＦＰ３に送り込まれた現像剤の一部は、かかる隙間内を搬送されて、排出口８５から排出される。なお、各搬送路ＦＰ１〜ＦＰ３における現像剤の搬送方向は、図中、黒塗りの矢印で示されている。

次に、第一搬送部材８７の具体的な構成例について説明する。第一搬送部材８７は、例えば樹脂成型により作製され、少なくとも、第一シャフト８８と、第一スクリュー８９と、第二スクリュー８１０と、が備わる。
第一シャフト８８は、ｙ軸方向に延在する回転軸である。また、第一シャフト８３は、両搬送路ＦＰ１，ＦＰ３に架け渡され、両端部で軸支され、θ１方向（前述）に回転する。

第一スクリュー８９は、第一シャフト８８において第一搬送路ＦＰ１に相当する部分をθ１方向に旋回しながらｙ軸方向に進行する螺旋形状を有する。
それに対し、第二スクリュー８１０は、第一シャフト８８において第三搬送路ＦＰ３に相当する部分をθ１方向に旋回しながらｙ軸の負方向に進行する螺旋形状を有する。
上記第一シャフト８８において、両スクリュー８９，８１０の間の第一区間Ｐ１にはスクリューは形成されない。また、この第一区間Ｐ１は、ｘ軸方向からの平面視で開口ＴＨ２と重なっており、開口ＴＨ２の近傍に存在する。かかる第一区間Ｐ１の少なくとも一部の外径Ｄ１は、他の区間の外径Ｄ２と比較して大きい大径部となっている。外径Ｄ１は、例えば１６ｍｍであり、外径Ｄ２は、例えば８ｍｍである。

現像器８は、第二搬送部材８１１を、さらに備える。第二搬送部材８１１は、好ましくは、両隔壁８２，８３を挟んで、第一搬送部材８７と略平行に第二搬送路ＦＰ２に配置され、ｙ軸の負方向側から見て時計回り（つまり、矢印θ２の方向）に回転可能に第二搬送路ＦＰ２に架け渡される。第二搬送部材８１１は、θ２方向に回転することで、第二搬送路ＦＰ２内の現像剤を撹拌し、第一方向とは異なる第二方向としてのｙ軸方向に搬送して、連通部分を介して第二搬送路ＦＰ２から第一搬送路ＦＰ１に送り込む。

次に、第二搬送部材８１１の具体的な構成例について説明する。第二搬送部材８１１は、第二シャフト８１２と、第三スクリュー８１３とが備わる。
第二シャフト８１２は、ｙ軸方向に延在する回転軸である。また、第二シャフト８１２は、第二搬送路ＦＰ２に架け渡され、両端部にて軸支されて、θ２方向（前述）に回転する。
第三スクリュー８１３は、第二シャフト８１２の外周面上を方向θ２とは逆方向に旋回しながらｙ軸方向に進行する螺旋形状を有する。

《第四欄：実施形態の作用・効果》
「発明が解決しようとする課題」からも明らかなように、従来の現像器は、画像形成装置が低システム速度で印刷を行う際、高速で印刷を行う時と比較して、古い現像剤が内部に多く残留してしまうという問題点があった。上記問題点に対し、現像器８では、第一シャフト８８に大径部が設けられる。以下、上記特徴を有する現像器８の作用・効果を、説明の分かり易さの観点から、大径部の無い参考例と比較しつつ説明する。
まず、本件発明者は、下表１に記載の仕様を有する現像器８および参考例を準備した。

また、本件発明者は、上記仕様の現像器８および参考例に同量の現像剤を貯留させた状態で、低速、中速および高速のそれぞれの回転数で第一搬送部材８７を回転させて、現像槽８１に残留した現像剤の量を測定した。その結果を、図４に示す。なお、図４では、現像器８における現像剤の残留量を△でプロットし、参考例のものを●でプロットしている。また、横軸は、第一搬送部材８７の回転数をシステム速度Ｖｓｙｓに換算して示している。

図４に示すように、高速回転時には、現像器８であっても参考例であっても、現像剤の残留量は殆ど同じで約４９５ｇであった。また、中速回転時もほぼ同じで約５０５ｇであった。しかし、低速回転時には、現像器８における現像剤の残留量は約４９５ｇであったが、参考例における残留量は約５４０ｇであった。換言すると、低速回転時には、高速回転および中速回転時と比較して、残留量の差が１０％程度と大きいことが判明した。このように、現像器８によれば、画像形成装置１が低システム速度で印刷を行う際、中高速で印刷を行う時と比較して、古い現像剤が内部に残留せず、システム速度によらず、古い現像剤が内部に多く残留しないようにすることが可能となる。

本件発明者は、以上のような作用・効果が得られる理由を以下のように考察した。
まず、高速回転時（つまり、システム速度Ｖｓｙｓが高速の場合）に、現像器８と参考例とにおいて、現像剤の残留量に殆ど差が無い理由について説明する。図５上段に示すように、参考例の場合、第一シャフト８８の第一区間Ｐ１には、第一スクリュー８９も第二スクリュー８１０も設けられない。ここで、説明の便宜のため、第一搬送路ＦＰ１から排出口８５に向かう現像剤について、単位面積あたりの推進力をＦ１とする。それに対し、排出口８５から第一搬送路ＦＰ１に戻ろうとする現像剤について、単位面積あたりの力をＦ２とする。第一搬送路ＦＰ１および第三搬送路ＦＰ３において、推進力Ｆ１は第一区間Ｐ１にて大きく減衰するため、排出口８５から過度に現像剤が排出されることが抑制される。この時、Ｆ１，Ｆ２の関係は、Ｆ１＞Ｆ２となっている。この関係を理想状態とすると共に、Ｆ１，Ｆ２を、２ｘ，ｘと仮定する。

上記に対し、高速回転時、現像器８において推進力Ｆ１は、図５下段に示すように、第一区間Ｐ１に設けられた大径部において減衰するが、大径部を超えた分の残像剤には推進力Ｆ１は残っている。同様に、力Ｆ２も大径部によって減衰する。ここで、大径部による圧力損失は、推進力Ｆ１に対しｙとすると、力Ｆ２に対しては２ｙとなる。なぜなら、Ｆ１，Ｆ２のバランスは、大径部のｙ軸負方向側の端面をｙ軸負方向に越えた部分で考慮すべきだからである。よって、推進力Ｆ１は２ｘ−ｙで、力Ｆ２はｘ−２ｙとなるので、現像器８の部分Ｐ２におけるＦ１，Ｆ２の関係も、参考例と同様に、Ｆ１＞Ｆ２となる。

以上の通り、図４に示すように、高速回転時には、現像器８であっても参考例であっても、現像剤の残留量は殆ど同じとなる。中速回転時も、高速回転時と同様の理由で、現像器８であっても参考例であっても、現像剤の残留量は殆ど同じとなる。

次に、低速回転時（つまり、システム速度Ｖｓｙｓが低速の場合）に、現像器８と参考例とにおいて、現像剤の残留量に大きな差が生じる理由と共に、現像器８での現像剤の残留量がシステム速度Ｖｓｙｓによらず、古い現像剤が内部に多く残留しない理由について説明する。参考例において、図６上段に示すように、第一スクリュー８９による現像剤の搬送力は元々小さく、その結果、推進力Ｆ１は第一区間Ｐ１の部分でさほど減衰しないため、排出口８５からの現像剤の排出量は、高速回転時や中速回転時よりも少ない。この時、Ｆ１，Ｆ２の関係は、Ｆ１≒Ｆ２＝ｘとなる。したがって、参考例においては、低速回転時、現像剤の排出が進まず、図４に示すように、その残留量が多くなる。

上記に対し、低速回転時、大径部による圧力損失は、高速回転時や中速回転時と同様、推進力Ｆ１に対しｙとすると、力Ｆ２に対しては２ｙとなる。よって、推進力Ｆ１はｘ−ｙで、力Ｆ２はｘ−２ｙとなるので、大径部のｙ軸負方向側の端部におけるＦ１，Ｆ２の関係は、Ｆ１＞Ｆ２となる。したがって、現像器８では、低速回転時も高速回転時等と同様に、現像剤の排出が進み、その結果、図４に示すように、その残留量は参考例のそれよりも少なくなる。

以上の考察から理解できるように、現像器８によれば、システム速度Ｖｓｙｓによらず、古い現像剤が内部に多く残留しないようにすることができる。

《第五欄：付記》
なお、以上の実施形態では、Ｌ０＝２５ｍｍ、Ｄ１＝１６ｍｍおよびＤ２＝８ｍｍと例示した。しかし、各値については、上記に限定される事無く、好ましくは、Ｌ０／２≧Ｄ１＞Ｄ２を満たせばよい。

この構成により、低速回転時、大径部のｙ軸負方向側の端部におけるＦ１，Ｆ２の関係は、Ｆ１＞Ｆ２とできる。その結果、現像剤の排出が進むため、より良好に、現像器８によれば、システム速度Ｖｓｙｓによらず、古い現像剤が内部に多く残留しないようにすることができる。

逆に、Ｌ０／２≧Ｄ１＞Ｄ２を満たさない場合、Ｆ１，Ｆ２の関係は、Ｆ１≒Ｆ２に近づくため、低速回転時、現像剤の排出が良好に進まず、図４に示すように、その残留量が多くなる傾向が強くなる。

《第六欄：第一変形例》
また、図７に示すように、第一区間Ｐ１の少なくとも一部の第一方向（ｙ軸負方向）への長さＬ１は、開口ＴＨ２の第一方向長さＬ２以下であることが好ましく。また、第一区間Ｐ１における大径部以外の他の区間において、大径部を基準として第一方向の逆方向への長さＬ３と、第一方向への長さＬ４とは概ね等しいことが好ましい。

この構成により、大径部によって、第一搬送路ＦＰ１から開口ＴＨ２へ向かう現像剤の流れを遮らないようにできると共に、排出口８５からの排出量を適正にすることが可能になる。

《第七欄：第二変形例》
また、図８に示すように、現像ローラ８６は第二搬送路ＦＰ２に近接かつ沿うように設けられても構わない。

本発明に係る現像器は、システム速度によらず、現像器内に古い現像剤が残留することを低減可能であり、トリクル方式の現像器に好適である。また、本発明に係る画像形成装置は、現像器内に古い現像剤が残留することを低減可能であり、プリンタ等に好適である。

１ 画像形成装置
８ 現像器
ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３ 第一搬送路，第二搬送路，第三搬送路
８５ 排出口
８６ 現像ローラ（現像剤担持体）
８７，８１１ 第一搬送部材，第二搬送部材
８８ 第一シャフト
８９ 第一スクリュー
８１０ 第二スクリュー
Ｐ１ 第一区間

Claims (4)

1. 二個の開口を介して互いに連通する第一搬送路および第二搬送路と、
   前記二個の開口の一方の近傍にて前記第一搬送路と連通し、排出口が設けられた第三搬送路と、
   少なくとも前記第一搬送路の現像剤を第一方向に搬送する第一搬送部材と、
   前記第二搬送路の現像剤を前記第一方向と異なる第二方向に搬送する第二搬送部材と、
   前記第一搬送路または前記第二搬送路を搬送される現像剤を担持する現像剤担持体と、を備え、
   前記第一搬送部材は、
   第一シャフトに設けられ、前記第一搬送路の現像剤に前記第一方向への推進力を与える第一スクリューと、
   前記第一シャフトに設けられ、前記第三搬送路の現像剤に前記第一方向とは逆方向の力を与える第二スクリューと、を含み、
   前記第一シャフトにおいて、前記一方の開口の近傍に設けられたスクリューが無い第一区間の少なくとも一部の径は、他の区間の径よりも大きい、現像器。
2. 前記第一区間の少なくとも一部の径をＤ１、前記他の区間の径をＤ２、および、前記第一搬送路の内径をＬ０とした時、Ｌ０／２≧Ｄ１＞Ｄ２を満たす、請求項１に記載の現像器。
3. 前記第一区間の少なくとも一部の前記第一方向への長さＬ１は、前記二個の開口の一方の前記第一方向への長さＬ２以下であり、
   前記他の区間において、前記第一区間の少なくとも一部よりも前記第一方向側の区間の前記第一方向への長さＬ３と、前記第一区間の少なくとも一部よりも前記第一方向の逆側の区間の前記第一方向への長さＬ４とは概ね等しい、請求項１または２に記載の現像器。
4. 前記請求項１〜３のいずれかに記載の現像器を備えた画像形成装置。

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