JP6145654B2 - 現像器および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、所謂トリクル方式を採用した現像器、および、それを用いた画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置には、キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を感光体ドラムに供給し、感光体ドラムの周面上に形成された静電潜像を現像する、トリクル方式の現像器が備わる場合がある。トリクル方式の現像器は、現像容器内の現像剤を少量かつ一定量ずつ常時排出すると共に、現像容器内のトナー残量に応じて、少量のキャリアを混入したトナーを含む現像剤を現像容器内に補給する。

トリクル方式の現像器に関しては、例えば特許文献１に記載のものがある。この現像器では、現像容器内の空間は、現像剤を循環させる第一現像剤溜まりおよび第二現像剤溜まりに仕切壁で区画される。第一現像剤溜まりおよび第二現像剤溜まりには、現像剤を搬送するために、回転翼を有する第一搬送部材および第二搬送部材が横架される。また、第一搬送部材は、現像ロールに沿いつつ対向するよう配置される。第二現像剤溜まりの上壁には現像剤の排出口が形成される。第二現像剤溜まりにおいて排出口よりも下流側の一部区間にて、第二搬送部材の回転翼による現像剤の搬送力が低くなっている。それゆえ、この一部区間にて現像剤が滞留し、現像剤上面の高さが他の区間よりも高くなる。

特開２０００−６６５００号公報

上記特許文献１では、搬送力の低減のために、第二搬送部材の回転翼の外径が一部区間にて下流方向に向けて徐々に小さくなっている。したがって、画像形成装置が水平では無い場所に設置される等して、現像器に傾きが生じた場合、第二搬送部材と現像容器との間の空間から、一部区間に滞留した現像剤が流出する可能性がある。この場合、第一現像剤溜まりおよび第二現像剤溜まりを搬送される現像剤の量が時間により変動してしまい、その結果、排出口からの現像剤の排出量が変動しやすくなり、画像品質が低下するという問題点があった。

また、近年の画像形成装置には、単位時間当たりの印刷枚数を多くすること（つまり高速化）、または、様々な速度で印刷することが要求されることもある。しかし、この要求を満たすべく、現像剤の搬送速度をより高速にしたり、搬送速度を可変にしたりした場合にも、排出口から現像剤の排出量が変動しやすくなる。

それゆえに、本発明の目的は、排出口からの現像剤の排出量の変動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、現像器であって、現像剤担持体と、第一搬送路内の現像剤を第一方向に搬送しつつ、前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一搬送部材と、前記第一搬送路と循環経路を構成する第二搬送路内の現像剤を、第二方向に搬送する第二搬送部材であって、第二シャフトの周りに螺旋状の第二スクリューを有する第二搬送部材と、を備え、前記第二搬送路には、現像剤の補充口が設けられ、前記第二搬送路の上方には、現像剤の排出口が設けられ、前記第二スクリューは、上方からの平面視で、前記排出口における前記第二方向側の端部から前記第二方向へ所定距離までの部分を含む第二区間内では、前記第二区間の上流よりも低速で搬送可能に構成され、かつ、前記第二区間内では略同一の外径を有する。

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である。

上記各形態によれば、第二搬送路上での現像剤の搬送速度については、第二区間の方が第二区間上流よりも低速になっている。また、第二区間では第二スクリューの外径は略同一にされる。この構成により、第二搬送路において排出口より第二方向側を現像剤で充満させることが可能となるので、たとえ、現像器が傾いたり、搬送速度が高速になったり変動したりしたとしても、第二スクリューと第二搬送路の上面との間の空間から現像剤が第二搬送経路の下流側に不所望に流出することを抑制することができ、第二搬送部材による現像剤の搬送量を概ね一定に律することができる。これによって、排出口からの現像剤の排出量の変動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ができる。

画像形成装置の大略的な構成を示す図である。 図１の現像器（現像剤無し）のｚｘ平面に沿う断面を示す第一の模式図である。 図１の現像器（現像剤有り）のｚｘ平面に沿う断面を示す第二の模式図である。 図１の現像器のｘｙ平面に沿う断面を示す模式図である。 図１の現像器のｙｚ平面に沿う断面を示す模式図である。 第二区間における第二スクリューの断面積と第二搬送路の断面積との関係を示す模式図である。 図２等の第二搬送路における現像剤の状態を示す模式図である。 第一変形例に係る現像器の構成を示す模式図である。 第二変形例に係る現像器の構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、各実施形態に係るトナー用搬送部材、定着器および画像形成装置を詳説する。

《第一欄：定義》
いくつかの図面において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、互いに直交し、画像形成装置１の左右方向、前後方向および上下方向を示す。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、全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（例えばフルカラー画像）を用紙に印刷する。そのために、画像形成装置１は、まず、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。

各色の作像ユニット２は、例えば、ｚ軸と略平行に並置され、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、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、対応色の感光体ドラム５の帯電域の直ぐ下流側の露光域に照射し、これにより静電潜像を形成する。

各現像器８は、所謂トリクル方式の現像器であって、対応色の感光体ドラム５において露光域の直ぐ下流側の現像域Ｒ３（図２Ａ等を参照）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。ここで、二成分現像剤は、キャリアとトナーとを含む。以下、本実施形態では、二成分現像剤を現像剤と略記する。

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、上下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の左端と当接する。

一次転写ローラ９は、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の内周面を左方から押圧して、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Ｒ１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Ｒ１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の上端近傍にて、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Ｒ２を形成する。二次転写領域Ｒ２では、中間転写ベルト３に担持された画像が用紙に転写される。この用紙は、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。

また、画像形成装置１の内部には、各色用の現像剤を収容したカートリッジ（図示せず）が配置されている。カートリッジは、対応する現像器８の残トナー量が基準値以下になると、対応する現像器８に現像剤を補充する。また、カートリッジは画像形成装置１に対し着脱自在に構成されており、カートリッジ自体が空（もしくはニアエンプティ状態）になると、新品に交換される。

《第三欄：現像器の詳細な構成・動作》
次に、図２Ａ〜図５を参照して、現像器８の構成・動作について詳説する。なお、図２Ａでは、分かり易さのため現像剤の図示が省略され、図２Ｂでは、現像剤はドットにて表される。

現像器８は、現像容器８１と、隔壁８２とを備える。現像容器８１は、対応色の現像剤を貯留する。現像容器８１は、対応色の感光体ドラム５に沿ってｙ軸方向に延在し、少なくとも、現像域Ｒ３との対向部分にて開口する。

隔壁８２は、現像容器８１の底部からは上方（ｚ軸方向）に突出していると共に、ｙ軸方向に延在する。これにより、現像容器８１内は、感光体ドラム５寄りの第一搬送路ＦＰ１と、そうでは無い第二搬送路ＦＰ２とに区画される。また、両搬送路ＦＰ１，ＦＰ２は、ｙ軸方向位置が異なる二個所（例えば、両端部）にて連通する。これにより、現像容器８１内には、現像剤の循環経路が構成される。

現像器８はさらに、補充口８３を備える。補充口８３は、第二搬送路ＦＰ２の上方にて開口し、現像容器８１の上壁８４に形成された貫通孔である。本説明では、補充口８３は、上壁８４のｙ軸方向中心辺りに設けられる。現像容器８１内のトナー濃度が低くなると、対応色のカートリッジから、補充の現像剤が送り出される。かかる現像剤は、補充口８３より現像容器８１に導入される。なお、トナー濃度の検出には、透磁率検知方式等の周知の濃度センサが使用される。

現像器８はさらに、上壁８４から上方に突出する筒状のバッファ部８５を備える。バッファ部８５は、好ましくは、補充口８３よりもｙ軸負方向側（つまり、現像剤の搬送方向の上流側）に設けられる。より具体的には、バッファ部８５の上端面（つまり、第二搬送路ＦＰ２の上端よりも高い位置）には排出口８６が、そのバッファ部８５の下端面には開口８７が形成される。ｚ軸正方向側からの平面視（以下、上面視という）で、排出口８６および開口８７は互いに重なり合うことが好ましい。また、排出口８６および開口８７の外縁同士は、少なくとも一つの側面８８により接続される。これによって、排出口８６が第二搬送路ＦＰ２と連通する。かかる側面８８内の空間には、第二搬送路ＦＰ２内の一部の現像剤が貯留され、排出口８６からは、側面８８内の一部の現像剤が余剰現像剤としてオーバーフローする。余剰現像剤は、排出口８６から斜面に沿ってバッファ部８５から流れ出て、現像器８外に排出される。

現像器８は、現像剤担持体の典型例としての現像ローラ８９を備える。現像ローラ８９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および現像極等を有する。また、現像ローラ８９は、対応色の感光体ドラム５と略平行で、対応色の現像域Ｒ３に近接するよう、現像容器８１内に矢印γの方向に回転可能に架け渡される。かかる現像ローラ８９は、後述の第一搬送部材８１０から現像剤を受け取り極にて受け取り外周面に担持する。その後、現像ローラ８９は、外周面に現像剤を担持しつつ回転して現像極まで搬送した後、感光体ドラム５の現像域Ｒ３に供給する。

現像器８はさらに、第一搬送部材８１０を備える。第一搬送部材８１０は、現像ローラ８９の右隣に略平行に近接し、かつ、矢印θ１の方向に回転可能に、第一搬送路ＦＰ１内に架け渡されて軸支される。第一搬送部材８１０は、回転することで、第一搬送路ＦＰ１内の現像剤を撹拌し、第一方向（ｙ軸方向とは逆方向）に搬送しつつ、現像ローラ８９の受け取り極に供給する。現像剤は、第一搬送路ＦＰ１の第一方向端部（ｙ軸の逆方向側端部）まで搬送されると、連通部分を経由して第二搬送路ＦＰ２に送り込まれる。なお、各搬送路ＦＰ１，ＦＰ２での現像剤の搬送方向は、図中、ハッチングを付した矢印で示される。

次に、第一搬送部材８１０の構成例について説明する。第一搬送部材８１０は、例えば樹脂製で、射出成形等により成形される。第一搬送部材８１０には、少なくとも、第一シャフト８１１と、第一スクリュー８１２と、が備わる。第一シャフト８１１は、第一方向に延在する回転軸であって、ｙ軸負方向側からの平面視で時計回りの方向θ１に回転する。第一スクリュー８１２は、第一シャフト８１１の外周面上をθ１方向に旋回しながら、ｙ軸の正方向側端部から負方向側端部に至るまで第一方向に進行する螺旋形状を有する羽根部材である。

現像器８はさらに、第二搬送部材８１３を備える。第二搬送部材８１３は、隔壁８２を挟んで第一搬送部材８１０と略平行に、かつ、矢印θ２の方向に回転可能に、第二搬送路ＦＰ２内に架け渡されて軸支される。第二搬送部材８１３は、回転することで、第二搬送路ＦＰ２内の現像剤を撹拌しつつ第二方向に搬送して、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。本説明では、第二方向は、第一方向と逆方向となっている。

第二搬送部材８１３は、第一搬送部材８１０と同様の構成を有する。即ち、第二搬送部材８１３には、少なくとも、第二シャフト８１４と、第二スクリュー８１５とが備わる。第二シャフト８１４は、第二方向に延在する回転軸であって、ｙ軸方向全体にわたって略同一の太さを有する。また、第二シャフト８１４は、ｙ軸負方向側からの平面視で反時計回りの方向θ２に回転する。第二スクリュー８１５は、第二シャフト８１４の外周面上をθ２方向に旋回しながら、ｙ軸の負方向側端部から正方向側端部に至るまで第二方向に進行する螺旋形状を有する羽根部材である。

ここで、第二区間Ｉ２を下記の通り定義する。即ち、第二区間Ｉ２は、上面視で、第二スクリュー８１５において排出口８６に内包される任意位置から排出口８６の第二方向側の端部までの部分Ｉ２１と、第二方向側端部から第二方向に所定距離までの部分Ｉ２２を含む。ここで、第二方向長さに関し、部分Ｉ２２はＬ２２を、排出口８６はＬ８６を有するとすると、Ｌ２２はＬ８６の半分程度に設計される。また、第二搬送路ＦＰ２は、少なくとも、第二区間Ｉ２においては、いずれのｙ軸方向位置でｚｘ平面と略平行に切断したとしても、概ね同じ形状（好ましくは円形）となるよう設計される。

また、本説明では、第二スクリュー８１５において第二区間Ｉ２を除く部分を第一区間Ｉ１と定義する。
ここで、第一区間Ｉ１，第二区間Ｉ２におけるスクリューピッチを第一ピッチＰ１，第二ピッチＰ２とすると、Ｐ１はＰ２よりも大きく設計される。第一区間Ｉ１，第二区間Ｉ２での現像剤の搬送速度を第一速度ｖ１，第二速度ｖ２とすると、ｖ２はｖ１よりも低速となるよう、両ピッチＰ１，Ｐ２等は定められる。より好ましくは、第一速度ｖ１に対する第二速度ｖ２の比であるｖ２／ｖ１が０．３以上０．５以下とされる。

また、本説明では、第二スクリュー８１５の外径寸法は、少なくとも第二区間Ｉ２において略一定とされる。これにより、第二区間Ｉ２にある複数の第二スクリュー８１５の山と、上壁８４との距離ｄが略一定となる。ここで、距離ｄは極力小さくなるよう設計されることが好ましい。つまり、図５に示すように、第二方向（つまり、ｙ軸方向）からの平面視で、第二区間Ｉ２での第二搬送路ＦＰ２の面積をＳ１とし、第二区間Ｉ２内の第二スクリュー８１５の外縁内の面積をＳ２とすると、面積Ｓ２に対する面積Ｓ１−Ｓ２の比である（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ２が１未満となるように設計されることが好ましい。しかし、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ２は０．２以上０．４以下となるよう、第二スクリュー８１５と第二搬送路ＦＰ２とは設計されれば良い。

《第四欄：現像器の作用・効果》
上記構成を有する現像器８では、印刷動作時、両搬送部材８１０，８１３が方向θ１，θ２に回転し、これによって、現像剤は、両搬送路ＦＰ１，ＦＰ２等で構成される循環経路を循環する。その過程において、第二搬送路ＦＰ２への流入した現像剤は、相対的に高速な第一速度ｖ１で搬送された後、第二搬送部材８１３の第二区間Ｉ２に到達する。第二区間Ｉ２では、現像剤は、第二区間Ｉ２の上流側と比較して低速の第二速度ｖ２で搬送されるため、図６に示すように、一部の現像剤が盛り上がってバッファ部８５内に滞留する。この間も、現像剤は、第二区間Ｉ２に次々に流れ込んでくるため、やがて、バッファ部８５内の現像剤の一部は、排出口８６からオーバーフローし、現像器８の外部に排出される。なお、印刷動作中、もし現像容器８１内の現像剤の量が少なくなると、上述のようにして補充される。

また、第二区間Ｉ２は、上面視で、排出口８６の第二方向側端部よりも長さＬ２２の分だけ第二方向に及ぶ部分Ｉ２２を含む。この部分Ｉ２２でも、スクリューピッチは、相対的に小さく、第二ピッチＰ２である。したがって、現像剤は、部分Ｉ２２でも低速の第二速度ｖ２で搬送される。具体的には、上記の通り、ｖ２／ｖ１を０．３以上０．５以下にし、長さＬ２２を長さＬ８６の半分程度としている。第二スクリュー８１５の山と上壁８４との距離ｄを極力小さくしている。以上の構成により、バッファ部８５内に現像剤の貯留しつつ、第二搬送路ＦＰ２の部分Ｉ２２に現像剤を充満させることができるため、たとえ、現像器８の傾きがあったり、現像剤の搬送速度が高速化・可変化したりしたとしても、バッファ部８５内に滞留する現像剤が部分Ｉ２２に不所望に流入することを防止できる。したがって、第二搬送路ＦＰ２において第二区間Ｉ２よりも下流側で、現像剤の搬送量を時間によらず概ね均等とすることができ、これによって、循環経路を搬送される現像剤の量の変動を抑制することができる。その結果、当然に、排出口８６からの現像剤の排出量の変動も抑制され、これによって、画像品質の低下を抑制することが可能となる。

《第五欄：付記１》
なお、上記では、第二区間Ｉ２は、好ましい例として、部分Ｉ２１，Ｉ２２を含んでいた。しかし、これに限らず、第二区間Ｉ２は、排出口８６の第二方向側端部から第二方向に所定距離までの部分Ｉ２２を含むだけでも構わない。

また、上記では、現像剤を滞留させるための好ましい例として、バッファ部８５は上壁８４から突出し、排出口８６は上壁８４よりも高い位置にあった。しかし、これに限らず、バッファ部８５の排出口８６は、単に、上壁８４に形成された貫通孔であっても構わない。即ち、排出口８６と開口８７との間の距離は、上壁８４の厚さと実質的に一致していても構わない。

《第六欄：第一変形例》
また、上記では、第一区間Ｉ１，第二区間Ｉ２におけるスクリューピッチを第一ピッチＰ１，第二ピッチＰ２とすることで、現像剤の搬送速度を変えていた。しかし、これに限らず、図７に示すように、第二スクリュー８１５の外径およびピッチの双方を第一区間Ｉ１，第二区間Ｉ２で同じにして、第二区間Ｉ２における第二シャフト８１４の太さを第一区間Ｉ１のそれよりも太くすることで、現像剤の搬送速度を調整しても構わない。

《第七欄：第二変形例》
現像剤の搬送速度の調整に関しては、他にも、図８に示すようにすることもできる。即ち、第一区間Ｉ１，第二区間Ｉ２におけるスクリューピッチは、上記の通り、第一ピッチＰ１，第二ピッチＰ２とする。第二シャフト８１４の太さは、第一区間Ｉ１，第二区間Ｉ２で同じとする。それに対して、第二スクリュー８１５の外径および第二搬送路ＦＰ２の径に関しては、第二区間Ｉ２の方が第一区間Ｉ１より小さくても構わない。なお、図８の構成でも、図５に示す面積Ｓ１，Ｓ２の関係を満たすことが好ましい。

本発明に係る現像器は、現像剤の排出量の変動を抑制でき、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、現像剤の排出量の変動を抑制でき、プリンタ等に好適である。

１ 画像形成装置
８ 現像器
８９ 現像ローラ（現像剤担持体）
ＦＰ１ 第一搬送路
８１０ 第一搬送部材
ＦＰ２ 第二搬送路
８１３ 第二搬送部材
８１４ 第二シャフト
８１５ 第二スクリュー
８３ 補充口
８６ 排出口

Claims (9)

1. 現像剤担持体と、
   第一搬送路内の現像剤を第一方向に搬送しつつ、前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一搬送部材と、
   前記第一搬送路と循環経路を構成する第二搬送路内の現像剤を、第二方向に搬送する第二搬送部材であって、第二シャフトの周りに螺旋状の第二スクリューを有する第二搬送部材と、を備え、
   前記第二搬送路には、現像剤の補充口が設けられ、
   前記第二搬送路の上方には、現像剤の排出口が設けられ、
   前記第二スクリューは、上方からの平面視で、前記排出口における前記第二方向側の端部から前記第二方向へ所定距離までの部分を含む第二区間内では、前記第二区間の上流よりも低速で搬送可能に構成され、かつ、前記第二区間内では略同一の外径を有する、現像器。
2. 前記排出口は、前記第二搬送路よりも高い位置にあり、前記第二搬送路と連通する、請求項１に記載の現像器。
3. 前記第二区間での第二搬送路および前記第二スクリューを、前記第二方向から平面視した時の面積をＳ１，Ｓ２とした時、Ｓ１，Ｓ２は、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ２＜１を満たす、請求項１または２に記載の現像器。
4. （Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ２が０．２以上０．４以下である、請求項３に記載の現像器。
5. 前記第二スクリューにおいて、前記第二区間はさらに、上方からの平面視で、前記排出口に内包される任意位置から前記排出口の前記第二方向側端部までの部分を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の現像器。
6. 前記第二区間内での前記第二スクリューのピッチは、前記第二区間の上流側での前記第二スクリューのピッチよりも小さい、請求項１〜５のいずれかに記載の現像器。
7. 前記第二区間内での前記第二シャフトの太さを、前記第二区間の上流側での前記第二シャフトの太さよりも大きく、かつ、
   前記第二スクリューの外径は、前記第二区間内と、前記第二区間の上流側とにおいて略同一である、請求項１〜５のいずれかに記載の現像器。
8. 前記第二搬送路の前記第二区間を前記第二方向から平面視した時の面積は、前記第二区間の上流側を前記第二方向から平面視した時の面積よりも小さく、
   前記第二区間での前記第二スクリューの外径は、前記第二区間よりも上流側での前記第二スクリューの外径よりも小さく、かつ、
   前記第二搬送路の内面と前記第二スクリューの外縁との間隔は、前記第二区間内と、前記第二区間の上流側とで略同一である、請求項１〜５のいずれかに記載の現像器。
9. 請求項１〜８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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