JP5003780B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
このような現像装置においては、長期間の使用により、キャリア表面に付着する汚れ(スペント)が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が次第に劣化して、かぶりやトナー飛散などの問題が発生する。
これによれば、新規現像剤の追加により生じる現像剤の嵩変動を利用して、余剰となった劣化キャリアが少しずつ排出されて新規キャリアに置換されるので、かぶりやトナー飛散が生じにくくなる。
劣化キャリアの置換という目的以上に現像剤が過剰に排出されてしまうと、メンテナンスコストが不要に増加するだけで効率的ではないばかりか、現像剤の過剰排出は、現像装置内の現像剤量の一時的な減少ということにほかならず、現像剤量(現像剤の嵩)の不足を招来して、十分現像ローラへ現像剤を供給できず、画像むら等の弊害を生じるからである。
そのひとつとして、現像槽の一部、特に現像剤の想定嵩レベルを超えた高さの部分に現像剤排出用の開口部を設け、補給によって過剰となった現像剤の一部をオーバーフローさせて排出する構成が提案されている。
そこで、このような排出口高さによる現像剤のオーバーフローを利用した現像装置の不都合に対応するために、現像剤の嵩変化とともに現像剤の搬送圧力バランスを利用した構成が実用化されている。
具体的には、通常の搬送スクリューの端部であって、現像ローラに対向しない部分(以下では、「スクリュー暗部」ということもある。)のうち下流側の部分に、逆巻きのスクリューを構成すると共に、搬送路の当該逆巻きスクリューよりさらに外側の部分に排出口を設ける。排出口自体は通常の現像剤嵩面に対して十分下の位置にあって排出量制限の機能はなく、逆巻きスクリューによる逆向きの現像剤圧力に逆らって逆巻きスクリューを乗り越えた現像剤が排出口からそのまま排出されるという構成が一般的である。
すなわち、たとえば高速駆動時には、通常の搬送スクリューによる順方向の搬送力と逆巻きスクリューによる逆方向の搬送力の双方が増加するが、通常は、順方向の搬送力の方が大きく設定されているので、高速駆動により逆方向の搬送力の増加量よりも順方向の搬送力の方が大きく増加して、両者の搬送圧力の差がひらき、高圧となった現像剤が必要以上に逆巻きスクリューを乗り越えて排出され、その排出量が低速駆動時によりも多くなる可能性があるからである。
前記弁部材は、基端部側から先端側にいくに連れて、可撓性が大きくなる可撓性増大部
を備えているとしてもよい。
ここで、前記排出路には、前記第1搬送手段よりも搬送力が小さく、かつ、第1搬送手段による搬送方向と反対方向の搬送力を有する第3搬送手段が配設されることが望ましい。
また、本発明の他の局面として、上記現像装置を備えた画像形成装置としてもよい。
(1)プリンタの全体構成
図1は、本実施の形態に係るプリンタ100の全体の構成を示す概略図である。
画像形成部10は、感光体ドラム1、クリーニング部2、帯電ローラ3、露光走査部4、現像部5、転写ローラ6などを備える。
当該画像形成部10において、感光体ドラム1の周面は、まず、クリーニング部2により清掃されて残留トナーが除去された後、帯電ローラ3で一様に帯電される。そして、露光走査部4から射出されたレーザ光Lによる露光走査を受けて感光体ドラム1の周面に静電潜像が形成される。
一方、給紙部20から給紙されてきた記録シート(不図示)は、一点鎖線に沿って搬送され、タイミングローラ21によりタイミングを取って転写位置(感光体ドラム1と転写ローラ6が対向する位置)に送られ、上記感光体ドラム1に形成されたトナー像が、転写ローラ6により記録シート上に転写される。
なお、上記画像形成部10において、帯電ローラ3の代わりに回転型又は固定型のブラシ式帯電装置やワイヤ放電式帯電装置を用いてもよい。また、転写ローラ6の代わりに、ワイヤ放電式転写装置なども使用できる。クリーニング部2は、図1では板状のブレードとして図示されているが、代わりに回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置などを使用してもよい。
また、本実施の形態においては、制御部200は、ユーザにより選択された用紙の種類に応じて、システムスピードを変更して画像形成動作を制御できるようになっている。例えば、普通紙の場合には、高速駆動して画像形成するモード(高速モード)、厚紙やOHPシートの場合には、低速駆動で画像形成するモード(低速モード)を実行する。
(2)現像部5の構成
現像部5は、2成分現像剤を使用したトリクル方式のものであって、現像槽となる筺体51内に、攪拌スクリュー54、供給スクリュー55、現像ローラ57を紙面に垂直な方向にほぼ平行に配すると共に、筺体51の上方に現像剤補給タンク53、筺体の下方に排出トナー回収容器56を配してなる。
本実施の形態では、上記新規現像剤の供給制御は、第2搬送路541途中の底部に配された磁気センサ59(図2参照)によりトナー濃度を検出し、制御部200は、そのトナー濃度が所定の値以下となるときに供給ローラ531を駆動してあらかじめ決定された量の新規現像剤を供給するようにしている。
他方、第1搬送路551の下流側の端部に設けられた現像剤排出路513(図2参照)に設けられた現像剤排出口561を介して、少しずつ排出され排出トナー回収容器56に回収される。
現像ローラ57は、円筒状の部材であり、感光体ドラム1と平行で、かつ、感光体12の外周面と所定の現像ギャップを介して配される。この現像ローラ57は、筺体51に回転可能に軸支された円筒状の現像スリーブ571の内部に、筺体51に対し回転しないように固定された磁石体572を配設してなる、いわゆるマグネットローラである。
同図に示すように筺体51内には、現像ローラ57と平行に、供給スクリュー55と攪拌スクリュー54の2本のスクリューが配設されると共に、供給スクリュー55と攪拌スクリュー54の間には隔壁52が立設されて、これにより仕切られた空間が、第1搬送路551、第2搬送路541を構成する。第2搬送路541の底部には当該搬送路内の現像剤におけるトナー濃度を検出するための磁気センサ59が配されている。
隔壁52の、第1搬送路551、第2搬送路541の両暗部に位置する部分は、開口して、第1搬送路551と第2搬送路541のそれぞれを搬送されてきた現像剤を相手方の搬送路に受け渡すための第1受渡部521、第2受渡部522が形成される。
各供給スクリュー55、攪拌スクリュー54は、その搬送路内の現像剤が図の矢印の方向に搬送されるように不図示の駆動機構により回転駆動され、第1搬送路551の下流側暗部に到達した現像剤が第2受渡部522を介して第1搬送路541へ送り込まれ、第1搬送路541の下流側暗部に到達した現像剤が第1受渡部521を介して第2搬送路541に送り込まれる。その結果、現像剤が第1搬送路551と第2搬送路541からなる循環路を循環するように搬送され、現像剤が第1搬送路551を搬送される際に、当該第1搬送路551に面した現像ローラ57表面に現像剤が供給される。
供給スクリュー55は、第1搬送絡551から第2搬送路541に向かう第1受渡部521及び第2搬送路541の下流側暗部に対応する位置において、スパイラルスクリューの螺旋の向きが他の部分とは逆向きで、かつ、羽根のピッチが第1搬送路551内における供給スクリュー55のピッチよりも小さな逆巻きスクリュー部552を有する。
この現像剤排出路513、逆巻きスクリュー部552、排出スクリュー部553および現像剤回収口514(図1)によって、トリクル排出機構550が構成される。
供給スクリュー55によって搬送された現像剤は、通常の状態では逆巻きスクリュー部552によって堰き止められることにより、そのほとんどが第1受渡部521(図2)を介して第2搬送路541側に搬送される。
現像剤排出路513内に溢出した余剰の現像剤は、排出スクリュー部553により現像剤回収口514まで搬送され、排出現像剤回収タンク56(図1)に回収(廃棄)される。
分岐部Pにおいては、図4(a)に示すように、現像剤に次のP1〜P3の圧力が加えられている。
P1:供給スクリュー55により、第1搬送路551下流側に搬送しようとして生じる圧力
P2:逆巻きスクリュー部552による逆搬送力により、現像剤が押し戻される際に生じる圧力
P3:第1受渡部521の開口部において、現像剤の通過を妨げようとする抵抗力(以下では、「流路抵抗」という。)
前述の通り、現像剤の多くは、第1受渡部521を介して第2搬送路541側に搬送されるが(主循環経路)、一部の現像剤が逆巻きスクリュー部552の押し戻し圧力P2に逆らって逆巻きスクリュー部552を乗り越え、現像剤回収口514を通じて現像槽外へ排出される(排出経路)。
ここで、通常の非トリクル方式での現像剤循環の場合には、第1受渡部521の流路抵抗による圧力P3を極めて小さくなるよう設定されており、場合によっては逆に受渡し力を高めるためのパドル機構等を配置することもある。
しかし、トリクル方式での現像剤循環の場合には、第1受渡部521の流路抵抗による圧力P3が小さすぎると、圧力P1、P2の現像剤圧力バランスによる排出量制御が各種誤差要因に対して不安定になる傾向があるため(後述の実験結果参照)、第1受渡部521の開口面積を適当に決定することによりある程度の流路抵抗を持たせることが望ましい。
(3)弁機構
ここで、本発明の作用の主眼は、供給スクリュー55の搬送方向下流暗部で現像剤に働く圧力のうち、順方向スクリューによる下流方向への圧力P1と、下流暗部壁面あるいは逆巻きスクリューによる押し戻し力P2とが各種誤差要因により変動する場合に、第1受渡部521における流路抵抗P3を調整して、これら3つの圧力P1〜P3間のバランスを一定の関係に保つことにより、排出経路と主循環経路に流れる現像剤の流量バランスを一定に保ち、その結果、各種の誤差要因に対して現像槽内の現像剤の量を許容範囲内に保つことにある。
図5(a)は、本実施の形態に係る弁機構の構成を示すための、図2のY−Y線における矢視断面図である。本図では、要部のみを示しており、現像ローラ57などの図示は省略している。
図5(a)に示すように、第1受渡部521の開口上部の仕切り壁523には、弁部材524が付設されている。
この弁部材524は、可撓性を有する材料、例えば、発泡性の弾性材料などからなる。本実施の形態では、発泡ウレタンの表面を樹脂フィルム(本例ではPETフィルム)でカバーしたものが使用されており、図5(c)に示すように、その長さが、第1受渡部521の開口部の上縁の幅Wとほぼ同じになっている。
分岐点Pにおける現像剤圧力が高くなると、弁部材524は図5(a)の破線のように撓むので、第1受渡部521の開口面積が大きくなり、単時間当りの流量が大きくなるため、この部分での流路抵抗が減少し、分岐点Pにおける現像剤圧力の増加を緩和することができる。
(4)評価実験
上記2つの例について、駆動速度を低速と高速に切り換えて現像槽内に残存する現像材料の安定性について評価実験を行ったところ図6(a)(b)のように結果を得た。
・低速駆動時のシステムスピード:108mm/sec
・高速駆動時のシステムスピード:325mm/sec
・供給スクリュー55の高速駆動時の回転速度:500rpm
低速駆動時の回転速度:166rpm
・供給スクリュー55のピッチ:30mm
径:16mm
・逆巻きスクリュー部552のピッチ:5mm
巻数:2.5回
径:16mm
・第1受渡部521の開口高さH:15mm
・第1受渡部521の開口幅W:15mm
・弁部材524の高さh:5mm
・弁部材524の厚みd:1.5mm
・装置内温度:20℃、装置内湿度:50%
なお、本実験では、基本的に、普通紙を使用する高速駆動時において、現像槽内の現像剤安定量が、ほぼ設計通りの適量となるように、第1受渡部521の開口幅W、開口高Hさおよび弁部材524の高さh、およびその厚みdが実験により決定されて上記の値となっている。
図6(a)は、図5(a)に示す本実施の形態の構成における実験結果を示し、図6(b)は、図5(b)の従来構成の場合における実験結果をそれぞれ示すグラフである。
また、縦軸は、現像槽内の安定現像剤量を、第1搬送路551内に残存する現像剤の一番望ましい量を「1」とした場合における比で示している。したがって、この数値が「1」に近いほど画像むらが発生しにくいと評価されることになる。
これは低速駆動時での駆動回転数では、正方向スクリューによる下流方向への圧力P1と、逆巻きスクリューによる押し戻し力による現像剤圧力P2が小さく、現像剤は逆巻きスクリュー552を乗り越えて現像剤回収口514側へ向かう前に第1受渡部521の開口部から第2搬送路541側へ流れるのに対し、高速駆動時での駆動回転数では逆に分岐点Pにおける現像剤圧力が高くなるために逆巻きスクリュー552を乗り越えて現像剤回収口514側へ向かう現像剤量が相対的に多くなるからである。
一方、本実施の形態のように、第1受渡部521の開口部に弁部材524を付設すると、図6(a)に示すように図6(b)の従来構成の結果に比較して、高速駆動時と低速駆動時のおける安定現像剤量の差が小さくなっていることが分かる。
一方、低速回転時には現像剤圧力が低いため、弁部材524の変形は小さく、従来の図5(b)と同程度の開口面積となるので、この場合には安定現像剤量が、図6(b)の場合とほぼ同じになっている。
なお、本実施の形態では、現像装置の駆動速度の変更を、現像剤圧力の誤差を招来する要因(誤差要因)として、それに対する現像剤量の安定性を示したが、上述のように本実施の形態は、現像剤圧力を利用して排出と循環を制御しているトリクル機構において一時的な現像剤圧力変動を緩和することで現像剤量を安定させる働きをするものであり、駆動速度以外の誤差要因、具体的にはトナー濃度やキャリアの劣化状態、使用環境等による現像剤の燃や流動性の変化、さらに装置に対する振動や傾斜、あるいは現像剤搬送時の現像剤脈動等の影響による一時的・部分的な現像剤の圧力変動に対しても同様に現像剤量安定化の効果がある。
(5)変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に限定されないことは勿論である。
(5−1)図7(a)は、上記実施の形態における弁部材524の変形例として、基端部(仕切り部材523への固着部)から先端に行くほど幅が小さくなるテーパー部を有する形状を示すものである。
本変形例における弁部材524の高さと幅は、それぞれ、5mm、15mmであり、基端部の厚みは、0.5mmに設定されている。
図7(b)と図6(a)の実験結果を比較しても分かるように、本変形例に係る弁部材524を使用した場合には、図5(a)の実施の形態の場合よりも、高速駆動時と低速駆動時における安定現像剤量の変動量がさらに小さくなっており、それだけ現像槽内に存する現像剤量の安定性が増し、より画像むらが生じにくい構成となっている。
したがって、高速駆動時において、上記安定現像剤量が、ほぼ「1」となるように第1受渡部521の開口部の幅W、高さH、および弁部材524の材質、寸法を設定しておくことにより、圧力変動に対して現像剤量の安定性の高い、より望ましい現像装置を得ることができる。
すなわち、図7(a)のように基端部から先端に向けて厚みが徐々に小さくなるように形成されたテーパー状の弁部材524を使用すると、先端側が変形しやすので、分岐点Pにおける現像剤圧力が低い領域でも応答性がよく、反対に、現像剤圧力が高い領域では抵抗の変化は緩やかになり一定以上の高い圧力では実効的に飽和する。
また、本変形例に係る弁部材524は、上述のように樹脂フィルムを重ねて図7(a)のようなテーパー形状に示したものに限らず、例えば、三角断面の弾性部材を使用したり、場合によっては、材質(弾性)の異なる複数の弾性体を高さ方向に貼り合せて、先端に行くほど変形しやすい構成としてもよい。
(5−2)第1受渡部521における流路抵抗調整部材として可撓性の弁部材524を用いたが、図8のように仕切り部材523に軸支部523aを設け、これにシャッター部材525を揺動可能に軸支させ、引っ張りバネ526により第1搬送路551側に付勢するように構成してもよい。
この場合でもシャッター部材525の高さ、引っ張りバネ526のバネ係数を適正に決定することで上記実施の形態と同様な効果を得ることができる。
(5−3−1)
特に、分岐部Pにおける圧力変動に一番大きな影響を与えるのは駆動速度の切り換えなので、この点にのみ着目すれば、第1受渡部521の流路抵抗調整機構として次のような変形例を考えることができる。
同図に示すように、本変形例では、仕切り部材523に板状のシャッター部材527を、第1受渡部521に向けて進退自在に取り付け、これを適当なアクチュエータ、例えば、ソレノイド528により、矢印方向に進退移動させることにより、第1受渡部521における開口面積を変化させて流路抵抗を変えるようにしている。
図10は、この場合の制御部200の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、制御部200は、CPU201、通信I/F(インターフェース)部202、RAM203、ROM204などを有する。
RAM203は、揮発性メモリであって、CPU201におけるプログラム実行時のワークエリアとなる。
CPU201は、取得した画像データに基づき、ROM204から必要なプログラムを読み出してタイミングを計りながら上記画像データ形成部10、給紙部20、定着部30の動作を統一的に制御し、画像形成動作を円滑に実行させると共に、ソレノイド528を駆動してシャッター部材527を進退させ、第1受渡部521における流路抵抗を変化させる。
まず、設定されている画像形成のモードが高速モードかどうかについて判定する。本実施の形態では、例えば、普通紙にプリントするときは高速モード、厚紙やOHPシートにプリントするときは、低速モードとなるようにプログラムされており、給紙部20の給紙カセットごとに収納されている用紙の種類が登録され、ユーザが給紙口を選択する入力を受け付けて高速モードか低速モードかが制御部200で決定されるようになっている。もっとも、速度のモード自体の指定をユーザが直接入力できるようにしても構わない。
もし、高速モードに設定されていなければ(ステップS1:NO)、低速モードが実行されることになるので、ステップS3において、低速駆動に対応すべくシャッター部材527を第2の位置Q2まで進出するようにソレノイド528を制御する。
(5−3−2)
上記(5−3ー1)の変形例においては、駆動速度に基づいてソレノイド528の動作を制御して流路抵抗を変更したが、例えば、公知の圧力センサを分岐部P付近の適当な位置に配して、この圧力センサからの出力に基づき、シャッター部材527の進退移動を制御するようにしてもよい。
制御部の構成として、たとえば圧力センサの出力の一時的な変化量を検出し、当該変化量と、そのときの安定現像剤量が基準値に近くなるように予め実験により求められた第1受渡部521の開口面積との関係をテーブル化して、ROM内に格納しておき、CPUは、圧力センサの出力に基づき、上記テーブルを参照して、アクチュエータによりシャッター部材527を移動させて開口面積が最適になるよう制御すればよい。
(5−3−3)
その他、速度モードの切り換え以外の誤差要因による現像剤の圧力変動に対応して次のような変形例も実施可能である。
したがって、現像部の周囲の温度と湿度を測定する環境センサを設け、制御部200がこの環境センサの出力値に基づき、上記変形例で説明したような駆動機構により第1受渡部521の開口面積を制御するようにしてもよい。
この場合でも予め実験などにより、磁気センサの出力と、現像剤圧力の変化との関係を求めておき、その圧力変動を緩和するための第1受渡部521の開口面積の望ましい大きさを、テーブル化してROMに格納し、CPUが環境センサの出力に基づき、当該テーブルを参照してアクチュエータを駆動して第1受渡部521の開口面積を調整し、分岐部Pにおける圧力変動を抑制する。
(5−4)上記実施の形態においては、現像ローラ57に面した第1搬送路551の下流側にトリクル排出機構550を設けたが、場合によっては、第2搬送路541の下流側にトリクル排出機構550を設けて第2受渡部522における開口面積を制御して流路抵抗を調整するようにしても構わない。
(5−5)上記実施の形態では、逆巻きスクリュー部552を有するトリクル方式の現像装置の構成について述べたが、背景技術で説明したように逆巻きスクリュー部を有しておらず排出口の高さのみによってトナー排出量を制御する構成であっても、現像剤圧力の変化により排出量が変動したのであるから、これに本発明に係る第1受渡部521の開口部に流路抵抗調整機構(現像剤通過量変更手段)を具備させることにより、少なくとも従来よりは排出口前の圧力変動を抑制することが可能となり、現像槽内の現像剤量を安定させる効果が少なからず得られる。
(5−6)上記実施の形態では、モノクロプリンタについて説明したが、本発明はこれに限らず、トリクル方式の現像装置を備えている画像形成装置であれば、タンデム型のカラープリンタであってもよいし、複写機や、ファクシミリ装置、さらには、複写機やスキャナーやファックスといった複数の機能を有する複合機であってもよい。
2:クリーニング部
3:帯電ローラ
4:露光走査部
5:現像部
6:転写ローラ
10:画像形成部
20:給紙部
30:定着部
51:筺体
52:隔壁
53:現像剤補給タンク
54:攪拌スクリュー(第2搬送手段)
55:供給スクリュー(第1搬送手段)
56:排出現像剤回収タンク
57:現像ローラ
58:規制板
59:磁気センサ
511:現像剤供給路
513:現像剤排出路
514:現像剤回収口
521:第1受渡部
522:第2受渡部
524:弁部材
525、527:シャッター部材
526:引っ張りバネ
528:ソレノイド
531:供給ローラ
532:現像剤供給口
541:第2搬送路
551:第1搬送路
552:逆巻きスクリュー部(第3搬送手段)
553:排出スクリュー部
P:分岐部
Claims (7)
- 第1搬送路に配された第1搬送手段と、第1搬送路に連通する第2搬送路に配された第2搬送手段とを有し、第1と第2の搬送路とからなる循環路内でキャリアとトナーを含む現像剤を循環させつつ、第1もしくは第2の搬送路に沿って配された現像ローラに現像剤を供給すると共に、第1搬送路の現像剤搬送方向下流側で分岐された排出路を介して現像剤の一部を排出する現像装置であって、
前記第1搬送路の前記排出路との分岐部分における現像剤の圧力に応じて、第1搬送路の現像剤搬送方向下流側と第2搬送路の現像剤搬送方向上流側を連通する連通路の開口面積を変化させることにより、当該連通路を通過する単位時間当りの現像剤の量を変化させる現像剤通過量変更手段を
備え、
前記現像剤通過量変更手段は、前記連通路に、その連通路の開口の一部を塞ぐように立設された可撓性の弁部材であることを特徴とする現像装置。 - 前記弁部材は、基端部側から先端側にいくに連れて徐々に厚みが小さくなっていくテーパー部を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。 - 前記弁部材は、基端部側から先端側にいくに連れて、可撓性が大きくなる可撓性増大部
を備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。 - 前記弁部材は、発泡性の弾性部材もしくは樹脂フィルムで形成されてなる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の現像装置。 - 第1搬送路に配された第1搬送手段と、第1搬送路に連通する第2搬送路に配された第2搬送手段とを有し、第1と第2の搬送路とからなる循環路内でキャリアとトナーを含む現像剤を循環させつつ、第1もしくは第2の搬送路に沿って配された現像ローラに現像剤を供給すると共に、第1搬送路の現像剤搬送方向下流側で分岐された排出路を介して現像剤の一部を排出する現像装置であって、
前記第1搬送路の前記排出路との分岐部分における現像剤の圧力に応じて、第1搬送路の現像剤搬送方向下流側と第2搬送路の現像剤搬送方向上流側を連通する連通路を通過する単位時間当りの現像剤の量を変化させる現像剤通過量変更手段を
備え、
前記現像剤通過量変更手段は、
前記分岐部分における圧力変動を指標する情報を取得する取得手段と、
前記連通路における開口の一部を遮蔽する遮蔽部材と、
前記遮蔽部材を移動させて、前記連通部における開口面積を変化させる遮蔽部材移動手段と、
前記取得した指標に基づき、前記遮蔽部材移動手段により遮蔽部材を移動させて前記連通路における開口面積を変化させる制御手段と
を備えることを特徴とする現像装置。 - 前記排出路には、前記第1搬送手段よりも搬送力が小さく、かつ、第1搬送手段による搬送方向と反対方向の搬送力を有する第3搬送手段が配設される
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の現像装置。 - 請求項1から6のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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