JP6025383B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像剤の循環路にキャリアを含む補給用現像剤を補給して余剰の現像剤を排出口からオーバーフローさせる現像装置、詳しくは、現像剤の搬送スクリューにおける排出口に沿った領域の部分的な構造に関する。

現像装置が像担持体に形成したトナー像を、直接又は中間転写体を介して記録材に転写し、トナー像が転写された記録材を定着装置で加熱加圧して画像を記録材に定着させる画像形成装置が広く用いられている。

画像形成に伴って消費されるトナーのみを補給する現像装置では、現像装置内を循環して摩擦を受け続けるキャリアの帯電性能が次第に低下する。このため、キャリアを含む補給現像剤を現像剤の循環路に補給しつつ、キャリアの補給によって過剰になった現像剤を現像装置から排出する現像装置が実用化されている（特許文献１）。

特許文献２の現像装置は、現像剤の循環路に排出口を設け、搬送スクリューによって搬送される現像剤の一部を排出口からオーバーフローさせている。この場合、現像剤の劣化が進行した場合や高湿度環境の場合に、現像剤の流動性が低下すると、排出口からオーバーフローされる現像剤の量が不安定になる。そこで、特許文献２では、現像剤の搬送スクリューの排出口に沿った部分についてスクリュー羽根の除去又は小口径化を行っている。

特開昭５９−１００４７１号公報 特開２０００−１１２２３８号公報

現像剤の搬送スクリューの排出口に沿った部分についてスクリュー羽根の除去又は小口径化を行ったところ、現像剤の劣化が進行した場合や高湿度環境の場合に、現像剤の流動性が低下すると、現像装置内の現像剤が増え易くなることが判明した。攪拌を受けることなく排出口に沿って進行する現像剤が排出口へ崩れ落ちにくくなるため、現像剤の剤面が排出口よりも高いまま、排出口の前を素通りし易くなるからである。

本発明は、搬送スクリューの排出口に沿った部分における現像剤の排出性能を安定させて、現像剤の劣化が進行した場合や高湿度環境の場合でも、現像装置内の現像剤量の過剰が発生しにくい画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の現像装置は、回転する現像剤担持体と、トナーとキャリアを含む現像剤が前記現像剤担持体に沿って循環する循環路と、少なくともキャリアを前記循環路に補給する補給手段と、前記循環路の側壁に設けられ、循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される排出口と、前記循環路に配置され、中心軸の周囲にスクリュー羽根を設けた搬送部材とを備えるものである。そして、前記搬送部材の前記排出口に沿った領域は、前記スクリュー羽根を設けることなく、前記スクリュー羽根を設けた領域よりも前記中心軸の軸垂直方向の断面積が大きい。

本発明の現像装置では、搬送部材の排出口に沿った領域の回転軸が、その前後の領域よりも軸垂直方向の断面積が大きいので、当該領域を通過する際に現像剤の剤面が持ち上げられて、現像剤が排出口からオーバーフローし易くなっている。

したがって、搬送スクリューの排出口に沿った部分における現像剤の排出性能を安定させて、現像剤の劣化が進行した場合や高湿度環境の場合でも、現像装置内の現像剤量が過剰となりにくい。

画像形成装置の構成の説明図である。 現像装置の構成の説明図である。 現像装置における現像剤の循環路の説明図である。 比較例における現像スクリューの部分的な構成の説明図である。 比較例の現像装置の構成の説明図である。 実施例１における現像スクリューの部分的な構成の説明図である。 実施例１の現像装置の構成の説明図である。 実施例２における現像スクリューの部分的な構成の説明図である。 実施例２の現像装置の構成の説明図である。 実施例４の現像装置の構成の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、搬送部材の排出口に沿った領域でスクリュー部材の中心軸が太く形成されて現像剤の排出性が高められている限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、二成分現像剤を用いる現像装置であれば、現像室と攪拌室を縦方向に並べて配置する縦型の現像装置のみならず、現像室と攪拌室を水平に並べて配置する横型でも実施できる。現像剤担持体を１本用いる現像装置のみならず、２本、３本用いる現像装置でも実施できる。

画像形成装置は、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型／直接転写型、静電像の形成方法、帯電・露光方式、転写方式、定着装置の形式、モノクロ／フルカラーの区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１２１に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを配置したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成部ＳＹでは、感光ドラム１０１Ｙにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト１２１に一次転写される。画像形成部ＳＭでは、感光ドラム１０１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト１２１に一次転写される。画像形成部ＳＣ、ＳＫでは、それぞれ感光ドラム１０１Ｃ、１０１Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト１２１に一次転写される。中間転写ベルト１２１に担持された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ二次転写される。

記録材カセット１３５から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１３６で１枚ずつに分離して、レジストローラ１３７へ送り出される。レジストローラ１３７は、中間転写ベルト１２１のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送り出す。記録材Ｐが二次転写部Ｔ２を挟持搬送される過程で、二次転写ローラ１２５に電圧が印加されることにより、フルカラートナー像が中間転写ベルト１２１から記録材Ｐへ二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、中間転写ベルト１２１から曲率分離して定着装置１３０へ送り込まれ、加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外へ排出される。中間転写ベルト１２１の表面に残った転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１１４によって回収される。

画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、現像装置１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、画像形成部ＳＹについて説明し、画像形成部ＳＭ、ＳＣ、ＳＫについては、説明中の構成部材に付した符号の末尾のＹをＭ、Ｃ、Ｋに読み替えて説明されるものとする。

画像形成部ＳＹは、感光ドラム１０１Ｙの周囲に、コロナ帯電器１０２Ｙ、露光装置１０３Ｙ、現像装置１０４Ｙ、転写ブレード１０５Ｙ、ドラムクリーニング装置１０９Ｙを配置している。感光ドラム１０１Ｙは、帯電極性が負極性の感光層をアルミニウムシリンダの基体上に形成して構成され、矢印ａ方向に回転する。コロナ帯電器１０２Ｙは、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム１０１Ｙの表面を、負極性の暗部電位ＶＤに一様に帯電する。

露光装置１０３Ｙは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、感光ドラム１０１Ｙの表面に画像の静電像を書き込む。暗部電位ＶＤに帯電した感光ドラム１０１Ｙの表面電位が露光を受けて明部電位ＶＬに低下することで、負極性に帯電したトナーが付着可能となる。現像装置１０４Ｙは、後述するように、感光ドラム１０１Ｙに形成された静電像を現像してトナー像を形成する。

転写ブレード１０５Ｙは、中間転写ベルト１２１の内側面を押圧して、感光ドラム１０１Ｙと中間転写ベルト１２１の間に一次転写部を形成する。転写ブレード１０５Ｙに電圧を印加することにより、感光ドラム１０１Ｙに担持されたトナー像が中間転写ベルト１２１へ一次転写される。ドラムクリーニング装置１０９Ｙは、感光ドラム１０１Ｙにクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト１２１への一次転写を逃れて感光ドラム１０１Ｙに残った転写残トナーを回収する。

中間転写ベルト１２１は、テンションローラ１２３と駆動ローラ１２２と対向ローラ１２４に掛け渡して支持され、駆動ローラ１２２に駆動されて矢印Ｒ２方向に回転する。二次転写ローラ１２５は、対向ローラ１２４によって内側面を支持された中間転写ベルト１２１に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。

＜現像剤＞
現像装置１０４Ｙは、イエロートナー（非磁性）とキャリア（磁性）とを混合した現像剤（二成分現像剤）を用いて感光ドラム１０１Ｙの静電像をトナー像に可視化する。

トナーは、負帯電性ポリエステル系樹脂等の結着樹脂と、着色剤と、必要に応じてシリカ等の添加剤とを有し、定着後の分離性を良くするために、トナーにワックスを含有させる場合もある。近年のトナーは、定着性を良くするために、低融点もしくは低ガラス転移点Ｔｇ（例えばＴｇ≦７０℃）の結着樹脂が用いられる。トナーの平均体積粒径は４μｍ以上、１０μｍ以下が好ましく、ここでは、平均体積粒径が７μｍである。トナーの粒径は、小さすぎるとキャリアと摩擦し難くなるためトナー帯電量を制御しづらくなり、大きすぎると精細なトナー像を形成できなくなる。

キャリアは、表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどの磁性粒子が使用可能である。磁性粒子の製造法は特に制限されない。キャリアの平均体積粒径は２０〜６０μｍが好ましく、ここでは、平均体積粒径が４０μｍである。キャリアの粒径は、小さすぎると、現像時にキャリアが現像スリーブ６に付着する問題が起き、大きすぎると、現像時にキャリアがトナー像を乱す問題が起こる。

＜現像装置＞
図２は現像装置の構成の説明図である。図３は現像装置における現像剤の循環路の説明図である。

図２に示すように、現像装置１０４Ｙは、現像室４０１と攪拌室４０３とを高さ方向に並べて配置した縦攪拌型である。しかし、従来よく用いられる現像室４０１と攪拌室４０３が水平に配置された横攪拌型の現像装置においても、本発明は実施可能である。

現像容器２の内部は、高さ方向の中央部が隔壁３００によって、現像室４０１と攪拌室４０３とに区画されている。現像室４０１には、現像スクリュー３ａが配置され、攪拌室４０３には攪拌スクリュー３ｂが配置されている。

図３に示すように、上下に配置された現像室４０１と攪拌室４０３とは、隔壁３００の両端部の汲み落とし部４０２及び汲み上げ部４０４で連通している。汲み落とし部４０２は、現像室４０１から現像スリーブ６に供給されずに現像室４０１を通過した現像剤を攪拌室４０３に汲み落とす開口部である。汲み上げ部４０４は、攪拌室４０３で現像スリーブ６から回収した現像剤と現像室４０１から汲み落とされた現像剤を現像室４０１に汲み上げる開口部である。

現像スクリュー３ａは、現像室４０１の底部に現像スリーブ６に沿って配置され、回転することで現像室４０１内の現像剤を軸方向ｃに搬送しつつ、現像スリーブ６に現像剤を供給する。攪拌スクリュー３ｂは、攪拌室４０３内の底部に現像スリーブ６と平行に配置され、攪拌室４０３内の現像剤を現像スクリュー３ａとは反対の軸方向ｄに搬送する。

周方向に所定の間隔でスパイラル状にスクリュー羽根を取り付けた現像スクリュー３ａと攪拌スクリュー３ｂとに搬送されて、現像剤は、組み上げ部４０４、組み下げ部４０２を通じて、現像室４０１と攪拌室４０３との間で循環する。現像剤は、現像スクリュー３ａ及び攪拌スクリュー３ｂによって攪拌を受けつつ搬送されて現像容器２内を循環する。現像剤は、攪拌を受けることでトナーとキャリアを相互に摩擦させ、トナーがマイナス、キャリアがプラスにそれぞれ帯電する。

現像装置１０４Ｙにおける現像剤の循環路は、現像に寄与する第一の経路と現像に寄与しない第二の経路とを有する。第一の経路は、現像室４０１→現像スリーブ６→攪拌室４０３→組み上げ部４０４→現像室４０１を循環して現像に寄与する経路である。第二の経路は、現像室４０１→組み下げ部４０２→攪拌室４０３→組み上げ部４０４→現像室４０１を循環して現像に寄与しない現像容器２内で完結する経路である。

図２に示すように、現像装置１０４Ｙは、回転する現像スリーブ６に帯電した現像剤を担持して、マグネットローラ６ｍの磁力によって磁気ブラシを形成し、磁気ブラシの先端で感光ドラム１０１を摺擦する。現像スリーブ６の直径は２０ｍｍ、感光ドラム１０１の直径は８０ｍｍである。現像スリーブ６と感光ドラム１０１の対向間隔は、４００μｍに設定されており、現像領域Ａでは７００μｍの磁気ブラシが形成されて先端を感光ドラム１０１に接触させる。現像領域Ａにおいて、現像スリーブ６は、感光ドラム１０１の移動方向と順方向で移動し、現像スリーブ６の周速は、対感光ドラム比が２．０倍である。

現像容器２は、感光ドラム１０１に対向した現像領域Ａに相当する位置に開口部２ｈを有する。現像スリーブ６は、開口部２ｈを通じて感光ドラム１０１方向に一部露出するように、現像容器２に回転自在に配設されている。現像スリーブ６の対感光ドラム周速比は、通常１．０〜３．０倍の間で設定される。周速比は、大きくなればなるほど現像性が良くなるが、大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等が発生するので好ましくない。

現像スリーブ６は、非磁性体のアルミニウムで形成され、表面に適度な凹凸を作り、凹凸によって現像剤と現像スリーブ６表面との摩擦を意図的に作り出し、現像剤の搬送量を確保している。現像スリーブ６の表面が平滑な場合、現像剤と現像スリーブ６表面との摩擦が不足して現像剤の搬送性を十分に確保できないからである。

現像スリーブ６の表面は、ブラスト処理を用いて適度な凹凸を作成してある。ブラスト処理とは、所定の粒度分布を有する砥粉やガラスビーズ等の粒子を高圧で吹き付ける加工法である。現像スリーブ６のブラスト加工した中央領域をブラスト領域と呼び、ブラスト加工していない端部領域を非ブラスト領域と呼ぶ。現像スリーブ６の中央領域には、画像形成可能領域よりもやや広い範囲をブラスト加工してブラスト領域を形成している。現像スリーブ６の両端部の端部領域は、ブラスト加工していない非ブラスト領域であるため、現像剤搬送能力が低い。

マグネットローラ６ｍは、現像スリーブ６の内側に配置され、両端部を現像容器２に非回転に固定されている。マグネットローラ６ｍは、現像スリーブ６に内包されたローラ状の磁界発生手段である。マグネットローラ６ｍは、現像領域Ａに対向する位置に現像磁極Ｓ１を有する。Ｓ１極の磁界によって、現像領域Ａの現像剤が磁気ブラシを形成する。

マグネットローラ６ｍは、Ｓ１極の他にＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２極の合計５極を有している。Ｎ２極の磁界によって、現像スクリュー３ａが跳ね上げた現像剤が現像スリーブ６に拘束される。Ｎ２極とＳ２極の間の磁界、Ｓ２極とＮ１極との間の磁界、Ｎ１極とＳ１極との間の磁界、Ｓ１極とＮ３極との間の磁界によって現像スリーブ６に現像剤が担持される。Ｓ２極の磁界によって現像剤が穂立ちして、規制ブレード５によって現像剤の担持量が適量に規制される。Ｎ３極とＮ２極の間の反発磁界によって、磁気拘束力から解放される。

規制ブレード５は、現像スリーブ６の回転方向における現像領域Ａの上流において、先端部を現像スリーブ６の中心に向かせて所定の隙間で現像スリーブ６に対向させるように現像容器２に配設される。規制ブレード５は、現像スリーブ６長手方向軸線に沿って延在した板状の部材である。規制ブレード５の材質は、アルミニウムやステンレス等の非磁性材料、またはＳＰＣＣ等の磁性低炭素鋼材料、非磁性材料と磁性材料との張り合わせ材料等である。

規制ブレード５は、現像スリーブ６上の現像剤が現像容器２内から感光ドラム１０１側へ通過できる間隔を規定して、現像領域Ａで感光ドラム１０１の静電像に供給される現像剤を適量にする。現像スリーブ６の回転に伴って、現像スリーブ６上の現像剤は、規制ブレード５の先端部と現像スリーブ６の隙間を通過して現像領域Ａへ送られる。

規制ブレード５と現像スリーブ６の間隙を調整することによって、現像スリーブ６上に担持されて現像領域Ａへ搬送される現像剤量が調整される。規制ブレード５と現像スリーブ６の間隔を４００μｍに設定して、現像スリーブ６の現像剤の単位面積当たり質量を３０ｍｇ／ｃｍ^２に調整した。

規制ブレード５と現像スリーブ６の間隙が狭すぎると、間隙にトナーの凝集塊が詰まり易くなったり、所望のトナー量を確保できず画像濃度が低下したりして好ましくない。規制ブレード５と現像スリーブ６の間隙が広すぎると、現像スリーブ６の現像剤の単位面積当たり質量が増えて、現像領域Ａで現像剤が詰まったり、キャリア移転が増えたりして好ましくない。

現像スクリュー３ａの回転に伴って、現像剤が跳ね上がり、現像スリーブ６に供給される。現像剤のキャリアは、磁性体であるため、現像スリーブ６内のマグネットローラ６ｍが発生している磁力に拘束されて現像スリーブ６表面にコートされる。キャリアは、プラスに帯電しているため、マイナスに帯電したトナーにコートされている。現像スリーブ６の回転に伴って、現像スリーブ６上の現像剤は、規制ブレード５を通過して層厚を規制されてコート量を調整される。その後、現像スリーブ６上の現像剤は、感光ドラム１０１に対向する現像領域Ａへ搬送され、磁気ブラシを形成して感光ドラム１０１を摺擦して、帯電したトナーを静電気的な力によって感光ドラム１０１の静電像へ移転させる。

電源Ｄ６は、負極性の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃを重畳した振動電圧を現像スリーブ６に印加して、明部電位ＶＬと直流電圧Ｖｄｃの差電位である現像コントラストに相当する電気量のトナーを現像スリーブ６から感光ドラム１０１へ移転させる。現像領域Ａを通過した現像剤は、現像容器２内で現像スリーブ６から分離して、攪拌スクリュー３ｂに回収される。

電源Ｄ６は、−５００Ｖの直流電圧Ｖｄｃにピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧Ｖａｃを重畳した振動電圧を現像スリーブ６に印加する。しかし、直流電圧、交流電圧はこれに限られるものではない。

＜現像剤の補給と排出＞
図３に示すように、トナーはキャリアとの摩擦により帯電するため、現像剤中のトナーとキャリアの比率が変化すると、トナー帯電量Ｑ／Ｍが変化する。現像装置１０４Ｙ内のトナーとキャリアは逆極性に帯電し、帯電量の総和は零になるため、現像剤のトナー比率が高いほどトナー帯電量Ｑ／Ｍは小さくなる。画像形成によってトナーが消費されると、現像剤のトナー比率が下がってトナー帯電量Ｑ／Ｍは高くなる。トナー帯電量Ｑ／Ｍが高くなると、等しい静電像の電荷を埋め合わせて現像されるトナー量が少なくなって画像濃度が低下するので、消費されたトナーとほぼ同量のトナーが現像装置１０４Ｙに補給される。これにより、現像剤のトナー比率は、ある一定の範囲内で保たれ、トナー帯電量Ｑ／Ｍが略一定に制御される。

現像装置１０４Ｙ内で現像剤が攪拌・搬送される過程で、現像剤中のキャリアがトナー、他のキャリア、規制ブレード５等の摩擦を受けるため、画像形成の累積に伴って、現像剤中のキャリアの帯電性能は次第に低下する。摩擦によってキャリア表面の物質が剥がれたり、キャリア表面に異物が付着したりして、キャリアの表面性が変化し、キャリアの帯電性能が低下する。これをキャリア劣化と呼ぶ。キャリアの帯電性能が低下すると、トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下して、画像の白地部にもトナーが付着する白地かぶり等の問題が発生するため好ましくない。

このため、現像装置１０４Ｙでは、トナーにキャリアを一定比率で混合した補給用現像剤を画像形成に伴って補給する一方で、補給用現像剤の補給によって現像装置１０４Ｙ内で過剰になった現像剤を排出口４０からオーバーフローさせている。現像装置１０４Ｙは、現像装置１０４Ｙの長手方向において現像スリーブ６のブラスト領域外に排出口４０を設けている。

現像装置１０４Ｙは、画像形成に伴ってキャリアを補給し、補給されたキャリアと循環する現像剤を現像スクリュー３ａ及び攪拌スクリュー３ｂにより混合しつつ、現像容器２内の余剰な現像剤を排出口４０から現像装置１０４Ｙ外に排出する。現像容器２内のキャリアを少しずつ継続的に新品に入れ替えて、キャリア全体の平均的な帯電性能を維持する。

現像装置１０４Ｙの上部には、重量比９０％のトナーと重量比１０％のキャリアを混合した補給用現像剤を収容するホッパー１２が配置されている。図３では、ホッパー１２は、攪拌室４０３へ現像剤を補給する経路が分かるように誇張して図示している。ホッパー１２は、下部にスクリュー状の補給剤搬送部材１３を備え、補給剤搬送部材１３の一端が現像装置１０４Ｙの端部に設けられた補給口１１の位置まで延びている。画像形成によって消費された量のトナーを含む補給用現像剤が、ホッパー１２から補給スクリュー１４の回転によって切り出され、補給口１１を通過して現像容器２に補給される。補給用現像剤は、ホッパー１２から矢印ｇ方向へ搬送されて現像容器２に入る。補給された現像剤が攪拌される前に現像スリーブ６に供給されるのを防ぐため、補給口１１は、現像室４０１の末端よりも下流に設けられる。現像室４０１の下流領域の壁面に、現像剤を排出する排出口４０が設けられている。補給された現像剤が直ちに排出口４０から排出されることを防ぐために、排出口４０は、補給口１１よりも上流に設けられる。

図２に示すように、ホッパー１２から補給用現像剤が補給されて現像容器２内の現像剤が増加すると、増加量に応じた余剰の現像剤が排出口４０から溢れ出るように矢印ｉ方向に排出される。排出口４０からオーバーフローした現像剤は、排出室４０５へ落下し、排出室４０５の底面に配置された回収スクリュー３ｃによって、現像容器２の長手方向の一端部に配置された不図示の回収容器へ回収される。

＜比較例１＞
図４は比較例における現像スクリューの部分的な構成の説明図である。図５は比較例の現像装置の構成の説明図である。

図４に示すように、現像スクリュー３ａの全体にスクリュー羽根３ｐが連続的に形成されている場合、現像スクリュー３ａによって余剰ではない現像剤まで排出口４０へ跳ね上げられて排出されてしまう。図５に示すように、現像スクリュー３ａの回転に伴って、排出口４０よりも低い位置にある現像剤を、スクリュー羽根３ｐが跳ね上げて排出してしまう。排出口４０を通じて必要以上の現像剤が排出されると、現像容器２内の現像剤が少なくなって、最悪の場合、現像スリーブ６に現像剤が供給できなくなる。

そこで、比較例の現像装置１０４Ｈは、図４に示すように、排出口４０は搬送方向ｃに垂直な側壁の面に設けている。そして、現像スクリュー３ａの排出口４０に沿った排出口４０に対向する位置である領域ＳＱにおいて、現像スクリュー３ａのスクリュー羽根３ｐを省略して細い円筒軸２００としている。スクリュー羽根３ｐを省略することで、現像剤が排出口４０方向へ受ける力を小さくして、現像スクリュー３ａの回転に伴う跳ね上げによる現像剤の排出を低減させ、余剰な現像剤のみを排出させることができる。現像スクリュー３ａの回転によって現像剤が排出口４０へ跳ね上がることを抑止し、跳ね上げによる排出口４０を通じた現像剤排出を低減させている。現像スクリュー３ａによる現像剤の跳ね上げによって余剰ではない現像剤まで排出されないようにしている。

図４に示すように、比較例の現像装置１０４Ｈは、スクリュー羽根３ｐを省略しているため、排出口４０近傍の現像剤は、現像スクリュー３ａから力を受けない。排出口４０近傍の現像剤は、上流側から搬送されてきた現像剤によって循環方向に押されることによって剤面を上げながら搬送され、排出口４０の下端以上の高さにある現像剤が排出口４０からすり切られるようにして排出される。

比較例の現像装置１０４Ｈでは、排出口４０に沿った領域のスクリュー羽根３ｐを省略しているため、現像剤が排出口４０方向へ受ける力が小さくなり過ぎる傾向がある。現像スクリュー３ａの排出口４０に対向する位置のスクリュー羽根３ｐを省略すると、現像剤がスクリュー３ａから排出口４０方向へ受ける力が不足するため、現像剤が排出口４０の下端よりも高い位置にあっても、排出口４０を通過してしまう。この場合、現像剤が排出口４０の前を通過する傾向が増して、余剰な現像剤が排出されにくくなる。

余剰な現像剤が排出されないと、現像装置１０４Ｈのキャリアを入れ替える機能が弱まり、キャリアの帯電性能を維持する効果が低下する。また、排出口４０を通じて十分に現像剤が排出されない状況下で、ホッパー１２からキャリアが補給され続けると、現像容器２内の現像剤が増え過ぎて現像装置１０４Ｈの消費電力が増大する。現像剤の増加に伴って現像スクリュー３ａの負荷が大きくなり過ぎる。なお、現像スクリュー３ａの排出口４０に沿った領域のスクリュー羽根の外径をその他の部分と比べて小さくした場合も、比較例と同様の問題を発生することが確認されている。

そこで、以下の実施例では、現像スクリュー３ａの排出口４０に沿ったスクリュー羽根が省略された領域ＳＱの中心軸を、スクリュー羽根３ｐが設けられた前後の領域の中心軸３ｇよりも太くしている。

＜実施例１＞
図６は実施例１における現像スクリューの部分的な構成の説明図である。図７は実施例１の現像装置の構成の説明図である。実施例１における現像装置の構成のうち、比較例と同じ構成には図４、図５と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

図３に示すように、実施例１では、循環路の一例である現像室４０１は、トナーとキャリアを含む現像剤が回転する現像剤担持体の一例である現像スリーブ６に沿って循環する。補給手段の一例であるホッパー１２は、少なくともキャリアを循環路の一例である攪拌室４０３に補給する。排出口４０は、現像室４０１の側壁に設けられ、循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される。搬送部材の一例である現像スクリュー３ａは、現像室４０１に配置され、中心軸の周囲にスクリュー羽根３ｐを設けている。

図６に示すように、実施例１では、現像スクリュー３ａの排出口４０に沿った領域は、スクリュー羽根３ｐを設けることなく、スクリュー羽根３ｐを設けた領域よりも中心軸の軸垂直方向の断面積が大きい。スクリュー羽根３ｐを設けた領域の中心軸の外周面と排出口４０に沿った領域の中心軸の外周面とはテーパ面３ｑで接続される。現像スクリュー３ａの排出口４０に沿った領域は、中心軸の軸垂直方向の断面形状が、スクリュー羽根３ｐの口径よりも長径の小さな楕円形である。現像スクリュー３ａの排出口４０に沿った領域は、スクリュー羽根３ｐを設けることなく、中心軸の軸垂直方向の断面形状が、スクリュー羽根３ｐの口径よりも長径の小さな楕円形である。現像スクリュー３ａの排出口４０に沿った領域は、現像スクリュー３ａの軸線方向における排出口４０よりも広い範囲でその外側よりも中心軸の軸垂直方向の断面積が大きい。

実施例１では、排出口４０に沿った領域の現像スクリュー３ａは、スクリュー羽根３ｐが省略される代わりに、現像スクリュー３ａの中心軸の軸垂直断面積を、その前後のスクリュー羽根３ｐが設けられた領域よりも大きくしている。これにより、現像室４０１を搬送される現像剤の剤面は、現像室４０１の中心線に沿って高く盛り上がって、排出口４０へ向かって低くなる現像剤の傾斜面を形成する。したがって、現像剤は、傾斜面を流れて排出口４０へオーバーフローするため、流動性の変化に伴うオーバーフロー量のばらつきが小さくなる。

また、実施例１では、排出口４０に沿った領域の現像スクリュー３ａは、スクリュー羽根３ｐが省略された中心軸を扁平な楕円軸２０１に形成している。これにより、現像スクリュー３ａの回転に伴って現像剤の剤面が揺れ、排出口４０の下端よりも高い位置へ持ち上げられる現像剤が周期的に増える。このため、排出口４０へ向かって低くなる現像剤の傾斜面の傾きが周期的に急峻になって、現像剤が傾斜面を流れて排出口４０へさらに一段とオーバーフローし易くなっている。したがって、現像剤の流動性の変化に伴うオーバーフロー量のばらつきがさらに小さくなって、余剰な現像剤の排出が一段と促進される。

図７に示すように、実施例１では扁平部分を楕円形にした。楕円部分により、現像剤を跳ね上げて排出口４０から排出しないように、楕円の長径をスクリュー羽根３ｐの半分とし、楕円の短径を中心軸３ｇと等しくした。楕円軸２０１の長手方向の長さは排出口４０の範囲よりも広くした。

実施例１における排出口４０近傍の現像剤の動きを説明する。排出口４０近傍の断面図はスクリューの回転に伴って楕円の長径が水平と垂直とを繰り返す。図７に示すように、楕円軸２０１の長径が水平である場合の剤面と比べ、楕円軸２０１の長径が垂直である場合の剤面は高くなり、排出口４０下端よりも高い位置にある現像剤量が増加して排出量が増加する。

排出口４０近傍の現像剤は、上流側から搬送されてきた現像剤によって循環方向に押されることによって剤面を上げながら搬送され排出口４０にすり切られるようにして排出される。排出口４０からオーバーフローした現像剤は、排出室４０５へ落下し、排出室４０５の底面に配置された回収スクリュー３ｃによって、現像容器２の長手方向の一端部に配置された不図示の回収容器へ回収される。また、排出口４０近傍を通過する現像剤量が少ない時は、現像剤が楕円軸と接触しないため、現像剤を跳ね上げて排出口４０へ排出する問題は起きない。

実施例１の現像装置では、太く形成された中心軸線に沿った中央部で現像剤が攪拌を受けることなく高く盛り上がって、剤面が排出口へ向かって傾斜する。このため、現像剤が排出口の縁ぎりぎりの高さでも、傾斜面を崩れ落ちるように現像剤が排出口からオーバーフローする。このため、跳ね上げによる排出と余剰な現像剤が排出されない問題が同時に解決される。また、剤面を揺らし、排出口４０下端よりも高い位置を通過する現像剤を増やすことで、現像容器２内の現像剤量に対する排出量の感度が大きくなり、現像容器２内の現像剤量が安定する。

実施例１の現像装置は、比較例に比べて現像装置１０４Ｙ内の現像剤量の変動が半分程度になり、キャリアの入れ替えとキャリアの帯電能力の維持が正確に行えるようになった。また、余剰現像剤が排出されず、現像容器２内の現像剤が過剰になる問題がなくなった。

また、電子写真では、転写の工程でも静電気力を用いてトナーを制御するため、トナー帯電量Ｑ／Ｍを所望の値に保つことが重要となる。実施例１の構成によれば、現像装置１０４Ｙ内の現像剤量の変動を少なくすることでトナー帯電量Ｑ／Ｍの変動幅も小さくなる。このため、トナー帯電量Ｑ／Ｍを所望の値に保つことが容易になり、転写性能、画像濃度等も安定する。

＜実施例２＞
実施例１では排出口４０に沿った領域のスクリュー羽根３ｐが完全に省略されている。しかし、本発明は、排出口４０に沿った領域のスクリュー羽根３ｐを小口径化して不完全に省略した場合にも効果がある。排出口４０を現像剤の搬送方向に垂直な側面に設け、現像剤の排出口４０に対向する位置の現像スクリュー３ａのスクリュー羽根３ｐを前後の領域よりも小径化した現像装置において、余剰な現像剤の排出を促進し、キャリアの帯電能力を維持できる。現像スクリュー３ａの軸線方向における排出口４０と対向する領域を含む所定領域は、その外側よりもスクリュー羽根３ｐの口径が小さく、かつ、スクリュー羽根３ｐを設けた領域よりも中心軸の軸垂直方向の断面積が大きい。

＜実施例３＞
図８は実施例２における現像スクリューの部分的な構成の説明図である。図９は実施例２の現像装置の構成の説明図である。実施例３における現像装置の構成のうち、比較例と同じ構成には図４、図５と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

図８に示すように、実施例３の現像装置では、現像スクリュー３ａの排出口４０に沿った領域は、スクリュー羽根３ｐを設けることなく、スクリュー羽根３ｐを設けた領域よりも中心軸の軸垂直方向の断面積が大きい。

排出口４０近傍のスクリュー３ａにおける、スクリュー羽根３ｐを省略した中心軸を太くすることにより、排出口４０近傍の現像剤面を高くし、排出口４０下端よりも高い位置を通過する現像剤を増やすことで、余剰な現像剤の排出を促進する。

実施例３においては、円形断面の大口径軸２０２の直径をスクリュー羽根３ｐの口径の半分にした。また、大口径軸２０２の長手方向の長さは排出口４０の範囲よりも広くした。

図９に示すように、排出口４０近傍のスクリュー羽根３ｐの断面積は、スクリュー羽根３ｐが設けられた前後の領域の中心軸３ｇよりも大きいため、図４の比較例の剤面と比べ、大径化しただけ剤面は高くなる。このため、排出口４０下端よりも高い位置にある現像剤量が増加し、排出量が増加する。排出口４０近傍の現像剤は上流側から搬送されてきた現像剤によって循環方向に押されることによって剤面を上げながら搬送され排出口４０にすり切られるようにして排出される。排出口４０からオーバーフローした現像剤は、排出室４０５へ落下し、排出室４０５の底面に配置された回収スクリュー３ｃによって、現像容器２の長手方向の一端部に配置された不図示の回収容器へ回収される。

また、排出口４０近傍を通過する現像剤量が少ない時は、現像剤が大口径軸２０２と接触しないため、現像剤を跳ね上げて排出口４０から排出して必要な現像剤を満たさなくなる問題は起きない。したがって、実施例３の構成によって、跳ね上げによる排出と余剰な現像剤が排出されない問題が同時に解決される。

実施例３の現像装置１０４Ｙによれば、排出口４０近傍の現像剤が通過できる体積を減らすことで現像剤面を高くし、排出口４０下端よりも高い位置を通過する現像剤を増やすことができる。したがって、現像容器２内の現像剤量に対する排出量の感度が大きくなり、現像装置１０４Ｙ内の現像剤量が安定する。実施例３の現像装置１０４Ｙは、従来技術と比べて現像装置１０４Ｙ内の現像剤量の変動が半分程度になり、キャリアの入れ替えが正確に行えるようになった。また、余剰現像剤が排出されず、現像容器２内の現像剤が過剰になる問題がなくなった。

＜実施例４＞
図１０は実施例４の現像装置の構成の説明図である。図１０に示すように、実施例４では実施例３における排出口４０に沿った領域の軸垂直方向の断面積が大きい中心軸の中心が現像スクリュー３ａの中心から偏心している。これにより、実施例１と同様な現像スクリュー３ａの回転に伴って現像面を揺らす効果を実現している。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 感光ドラム
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ コロナ帯電器
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 現像装置
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 転写ローラ、６ 現像スリーブ
１１ 補給口、１２ ホッパー、１３ 補給剤搬送部材
２２ 現像容器、２３ 現像室、２４ 攪拌室、
２５ 第一搬送スクリュー、２６ 第二搬送スクリュー
２７ 隔壁、２８ 現像スリーブ、２８ｍ マグネットローラ
２９ 規制ブレード、３２ 供給スクリュー、４０ 現像剤排出口
５２ スクリュー軸 ５３、５４、５５ リブ
５６ 円盤部材
２０１ 楕円軸、２０２ 大口径軸
４０１ 現像室、４０３ 攪拌室

Claims (5)

1. 回転する現像剤担持体と、
   トナーとキャリアを含む現像剤が前記現像剤担持体に沿って循環する循環路と、
   少なくともキャリアを前記循環路に補給する補給手段と、
   前記循環路の側壁に設けられ、循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される排出口と、
   前記循環路に配置され、中心軸の周囲にスクリュー羽根を設けた搬送部材と、を備え、
   前記搬送部材の前記排出口に沿った領域は、前記スクリュー羽根を設けることなく、前記スクリュー羽根を設けた領域よりも前記中心軸の軸垂直方向の断面積が大きいことを特徴とする現像装置。
2. 前記搬送部材の前記排出口に沿った領域は、前記搬送部材の軸線方向における前記排出口よりも広い範囲でその外側よりも前記中心軸の軸垂直方向の断面積が大きいことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記搬送部材の前記排出口に沿った領域は、中心軸の軸垂直方向の断面形状が、前記スクリュー羽根の口径よりも長径の小さな楕円形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. 回転する現像剤担持体と、
   トナーとキャリアを含む現像剤が前記現像剤担持体に沿って循環する循環路と、
   少なくともキャリアを前記循環路に補給する補給手段と、
   前記循環路の側壁に設けられ、循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される排出口と、
   前記循環路に配置され、中心軸の周囲にスクリュー羽根を設けた搬送部材と、を備え、
   前記搬送部材の前記排出口に沿った領域は、前記搬送部材の軸線方向における前記排出口と対向する領域を含む所定領域でその外側よりも前記スクリュー羽根の口径が小さく、かつ、前記スクリュー羽根を設けた領域よりも前記中心軸の軸垂直方向の断面積が大きいことを特徴とする現像装置。
5. スクリュー羽根を設けた領域の中心軸の外周面と前記排出口に沿った領域の軸垂直方向の断面積が大きい中心軸の外周面とをテーパ面で接続していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。

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