JP7739078B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体に形成された静電潜像を現像剤により現像する現像装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、感光ドラムなどの像担持体に形成された静電潜像を現像装置により現像することでトナー像を形成する。現像装置は、トナーを含む現像剤を収容する現像容器と、現像容器内に現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材とを有する。また、現像容器内に現像剤を攪拌搬送する搬送部材を設けている。

このような現像装置では、内部に収容した現像剤を攪拌搬送するため現像剤の温度が上昇する傾向がある。現像剤の温度が上昇すると、トナーの帯電性が劣化し、画像濃度が低下する画像不良が発生する虞がある。特に、トナーがその融点以上に昇温すると、トナーが溶融して現像剤担持体や規制部材に融着する。そして、現像剤担持体上の現像剤のコート量が不均一となって、濃度ムラや画像スジ等の画像不良が発生する虞がある。

このため、現像装置内に高熱伝導部材を設置し、この高熱伝導部材が現像容器内部の現像剤と、規制部材に接触することによって現像剤を冷却する構成が提案されている（特許文献１）。

特開２００５－２６６２４９号公報

ここで、規制部材は、現像剤担持体との隙間が現像剤担持体の長手方向において均一となるように配置されている。上述の特許文献１に記載の構成のように、高熱伝導部材を規制部材に接触させる構成において、高熱伝導部材と規制部材とが異なる材質である場合、材料の熱膨張の差により規制部材の位置が変動する虞がある。この場合、規制部材と現像剤担持体との隙間が長手方向で不均一となって画像不良が発生する虞がある。

本発明は、現像容器内の現像剤の温度上昇を抑制しつつ、規制部材と現像剤担持体との隙間が不均一となることを抑制できる構成を提供することを目的とする。

本発明の現像装置は、現像剤を収容する現像容器と、像担持体に形成された静電潜像を現像するために前記現像容器内の現像剤を担持搬送すべく回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に対して所定の隙間を介して対向し、前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材と、前記現像容器内の現像剤を冷却するために内部に気流が流れる冷却ダクトの一部を構成し、前記現像容器よりも熱伝導率が高い現像側ダクト部と、を備え、前記現像側ダクト部は、前記現像剤担持体の回転方向に関して前記規制部材の上流側で、且つ、前記規制部材に接触しない位置に位置し、前記現像剤担持体が回転して現像剤を担持して搬送している際に前記規制部材の上流に生じる現像剤溜りに接触する接触部を有し、前記接触部の材質は、前記規制部材の材質と異なることを特徴とする。

本発明によれば、現像容器内の現像剤の温度上昇を抑制しつつ、規制部材と現像剤担持体との隙間が不均一となることを抑制できる。

実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 実施形態に係る現像装置の概略構成断面図。 実施形態に係る現像装置への送風経路を示す模式図。 実施形態に係る現像装置及び冷却ダクトの斜視図。 実施形態に係る現像容器内の現像剤の様子を示す現像装置の概略構成断面図。

実施形態について、図１ないし図５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説明する。

［画像形成装置］
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成断面図である。図１に示す画像形成装置１００は、電子写真式のフルカラーレーザープリンタである。画像形成装置１００は、画像形成装置本体の内部に並設されている第１、第２、第３、第４の画像形成部ＰＹ，ＰＭ，ＰＣ，ＰＫによって異なる色の４色のトナー画像を帯電、露光、現像、転写の各プロセスを経てトナー画像を形成するようになっている。各画像形成部ＰＹ，ＰＭ，ＰＣ，ＰＫでは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像が形成される。各画像形成部ＰＹ，ＰＭ，ＰＣ，ＰＫの構成は、現像色が異なるだけで同様の構成を有する。以下では、各画像形成部の構成を示すＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの符号を省略して説明する。

画像形成装置１００における画像形成は以下のようにして行われる。即ち、像担持体としての感光ドラム１の表面が帯電装置２により均一に帯電される。この帯電された表面を露光装置３によって露光することで感光ドラム１上に静電潜像が形成される。このようにして得られた静電潜像に現像装置４からトナーを付着させることによりトナー像として現像される。

このトナー像は、一次転写ローラ６１によって中間転写ベルト６２上に転写される。そして、複数色のトナー像を中間転写ベルト６２上に重ねて転写した後に、不図示の給送カセットから搬送ローラを通じ、二次転写ローラ６３と二次転写外ローラ６４とが当接する二次転写部に搬送された記録媒体に４色のトナー像を転写する。記録媒体は、例えば、用紙やプラスチックシートなどのシート材である。

トナー像が転写された記録媒体は、定着装置７により加熱、加圧されて定着された後、画像形成装置１００外に排出される。転写後に感光ドラム１上に残った残トナーはクリーニング装置８により除去される。

［現像装置］
次に、本実施形態の現像装置４について図２を用いて説明する。現像装置４は、感光ドラム１に形成された静電潜像をトナーとキャリアを含む現像剤により現像する。本実施形態の現像剤は、非磁性トナーと磁性を有するキャリアを含む所謂二成分現像剤である。現像装置４は、筐体として内部に現像剤を収容する現像容器４１を備え、現像容器内に配置された第１スクリュー４６ａ、第２スクリュー４６ｂ、及び第３スクリュー４６ｃを回転支持している。搬送部材としての第１スクリュー４６ａ、第２スクリュー４６ｂ、及び第３スクリュー４６ｃは、現像容器４１内部の現像剤を攪拌、搬送する。

現像容器４１の感光ドラム１に対向する面には、現像剤担持体及び第１現像剤担持体としての第１現像スリーブ４４ｂ、第２現像剤担持体としての第２現像スリーブ４５ｂが回転可能に支持されている。第２現像スリーブ４５ｂは、第１現像スリーブ４４ｂの下方に位置し、第１現像スリーブ４４ｂと所定の隙間を介して並列に配置される。

第１現像スリーブ４４ｂ及び第２現像スリーブ４５ｂは、それぞれ円筒状に形成され、内部に磁界発生手段としてのマグネットロール４４ａ、４５ａが非回転に配置されている。第１現像スリーブ４４ｂ及び第２現像スリーブ４５ｂは、それぞれ図２に示す矢印の方向に回転駆動され、マグネットロール４４ａ、４５ａの磁気吸着力により現像剤を担持搬送する。また、第１現像スリーブ４４ｂの感光ドラム対向面上流側の位置には第１現像スリーブ４４ｂの表面に対して所定の隙間を介して、規制部材としての現像ブレード４２が対向するように固定されている。現像ブレード４２は、第１現像スリーブ４４ｂに担持された現像剤の層厚を規制する。

現像容器４１は、水平方向に延在する隔壁４８によって、第１室としての上側の現像室（現像剤搬送経路）４７ａと、現像室４７ａの下方に配置され、第２室としての攪拌室（現像剤搬送経路）４７ｂとに区画される。現像室４７ａは、第１現像スリーブ４４ｂに現像剤を供給する機能室である。攪拌室４７ｂは、第２現像スリーブ４５ｂから回収された回収現像剤と、現像室４７ａにおいて第１現像スリーブ４４ｂに供給されなかった余剰現像剤と、現像装置４の外部から補給された補給現像剤とを受け入れて攪拌する機能室である。

現像室４７ａと攪拌室４７ｂ内にはそれぞれ、第１スクリュー４６ａ、第２スクリュー４６ｂ及び第３スクリュー４６ｃが設けられている。第１スクリュー４６ａ、第２スクリュー４６ｂ及び第３スクリュー４６ｃは、何れも第１現像スリーブ４４ｂ及び第２現像スリーブ４５ｂの回転軸線方向（長手方向）と略平行に配置される回転軸上に螺旋状の羽根を設けたスクリュー部材である。

隔壁４８の長手方向両端部側には、現像室４７ａと攪拌室４７ｂの間で現像剤を相互に搬送する受け渡し部（現像剤搬送経路）である第１連通部と第２連通部が設けられている。第１スクリュー４６ａ及び第２スクリュー４６ｂは、互いに逆方向に現像剤を搬送する。そして、第１連通部において攪拌室４７ｂから現像室４７ａに現像剤が移動し、第２連通部において現像室４７ａから攪拌室４７ｂに現像剤が移動することで、現像剤の循環経路が形成されている。

第２スクリュー４６ｂ及び第１スクリュー４６ａによって搬送された現像剤は、第１現像スリーブ４４ｂの表面に沿って搬送され、現像ブレード４２によって所定の厚さに制限される。そして、感光ドラム１に対向する現像位置において、感光ドラム１表面に形成された静電潜像を現像する。第１現像スリーブ４４ｂに残った現像剤は第１現像スリーブ４４ｂで搬送された後、第２現像スリーブ４５ｂに受け渡され、第２現像スリーブ４５ｂ表面に沿って搬送された後、第２現像スリーブ４５ｂと回収ローラ４６ｄの間から現像容器４１内に回収される。現像容器４１内に回収された現像剤は第３スクリュー４６ｃと第２スクリュー４６ｂによって攪拌・搬送され、第１スクリュー４６ａに搬送される。

本実施形態に於いて現像容器４１内に収容される現像剤は、負帯電性の非磁性トナーと磁性キャリアとが混合される二成分現像剤である。非磁性トナーはポリエステル、スチレン等の樹脂に着色料、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である。平均粒径は５μmのものを用いた。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。

現像領域における、感光ドラム１へのトナーの現像過程について説明する。感光ドラム１は帯電装置２によって帯電電位Ｖｄ［Ｖ］に一様に帯電された後、画像部は露光装置３によって露光され露光電位Ｖｌ［Ｖ］になる。第１現像スリーブ４４ｂと第２現像スリーブ４５ｂには直流電圧、または直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧が印加される。第１現像スリーブ４４ｂと第２現像スリーブ４５ｂの直流成分の電圧をＶｄｃとしたとき、露光電位との差分の絶対値｜Ｖｄｃ－Ｖｌ｜をＶｃｏｎｔとよび、これがトナーを画像部へと運ぶ電界を作る。また、直流電圧Ｖｄｃと帯電電位Ｖｄとの差分の絶対値｜Ｖｄｃ－Ｖｄ｜はＶｂａｃｋとよばれ、トナーに対しては感光ドラム１から第１現像スリーブ４４ｂと第２現像スリーブ４５ｂに引き戻す電界を作る。これは、トナーが非画像部へと付着する所謂かぶり現象を抑制するために設けられている。

なお、本実施形態では、現像剤担持体は、第１現像スリーブ及び第２現像スリーブの２本とした場合について説明したが、これには限られず、現像剤担持体は１本もしくは３本以上であってもよい。

［現像装置の冷却構成］
次に、図２ないし図５を用いて、現像装置４の冷却構成について説明する。図３及び図４に示すように、画像形成装置１００には、画像形成装置１００外から画像形成装置１００内へ給気する給気ファン５７が設けられている。本実施形態では、給気ファン５７はシロッコファンを採用し、画像形成装置１００の背面に設置されている。給気ファン５７により外気が導入され、導入された空気が画像形成装置１００の全面の扉内に設けられた給気ダクト５８を通過し現像装置４上部の冷却ダクト５３に冷却風を送風する。

図２に示すように、冷却ダクト５３は、ダクト壁５２と、ヒートシンク５１と、複数のリブ５４とを有する。本体側ダクト部としてのダクト壁５２は、画像形成装置本体側に設けられている。ダクト壁５２は、ヒートシンク５１と同じ材質としても良いし、異なる材質としても良い。また、ダクト壁５２は、現像容器４１よりも熱伝導率が高い材質とすることが好ましい。本実施形態では、例えばアルミニウム合金などの金属製としているが、後述するヒートシンク５１と同様に、熱伝導率が高い樹脂としても良い。

一方、現像側ダクト部としてのヒートシンク５１は、現像容器側に設けられ、ダクト壁５２との間で気流が流れる気流空間５３ａを形成する。複数の放熱部としての複数のリブ５４は、ヒートシンク５１から気流空間内に向けて突出するように設けられている。複数のリブ５４は、冷却ダクト５３内を気流が流れる方向に沿って配置されている。本実施形態では、このようなダクト壁５２とヒートシンク５１との間で、内部を気流が通過可能な冷却ダクト５３を形成する。また、冷却ダクト内の気流空間５３ａには、気流の流れ方向Ｗに沿って複数のリブ５４が配置されている。

冷却ダクト５３について、より詳しく説明する。現像装置４上部には、現像容器４１よりも熱伝達率が高い材質のヒートシンク５１が配置されている。本実施形態では、ヒートシンク５１が、現像容器４１の上方を覆う上蓋としても機能し、現像室４７ａの上方に長手方向に沿って配置されている。例えば、現像容器４１は、ＰＣ＋ＡＢＳ（ポリカーボネート－アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン混合）樹脂製であり、ヒートシンク５１はアルミニウム合金である。なお、ヒートシンク５１は、アルミニウム合金以外にも、現像容器４１よりも熱伝導率が高ければ、銅などの他の金属でも良いし、高熱伝導の機能を付加した樹脂材料でも良い。

ヒートシンク５１は、現像容器４１内の現像剤と接触可能な接触面５５ａを有する接触壁部５５を有する。複数のリブ５４は、接触壁部５５の接触面５５ａと反対側の面である放熱面５５ｂから突出するように設けられている。本実施形態では、複数のリブ５４は、厚み１ｍｍ、間隔３ｍｍ、高さ８ｍｍで配置しており、表面積を稼ぎつつ冷却風のインピーダンスが大きくならないように構成している。

［現像ブレード］
次に、図５を用いて現像装置４の現像ブレード４２の構成について説明する。図５は現像装置４の現像ブレード４２付近を示している。また、図５に示すハッチング部分は、現像剤を示している。上述のように、現像装置４には、第１現像スリーブ４４ｂの表面に担持される現像剤の量（現像剤コート量とも呼ぶ）を規制する現像剤規制部材としての現像ブレード４２が、第１現像スリーブ４４ｂの表面に対して非接触に対向している。現像ブレード４２は、支持部材４３により支持されている。

このような現像ブレード４２は、第１現像スリーブ４４ｂの表面に担持される現像剤の量を規制する。現像ブレード４２と支持部材４３は同材質、もしくは使用環境下においてＳＢギャップ（現像ブレード４２と第１現像スリーブ４４ｂとの隙間）の変動に影響を及ぼさない程度に熱膨張率が近しい部材としている。また、現像剤の自己昇温による温度上昇やヒートシンク５１の冷却による温度低下などの温度変化の影響により、現像ブレード４２位置が変動し画像不良が発生することを抑制する。

［現像ブレード上流の現像剤の冷却］
上述したように、現像容器４１内の現像剤の温度が上昇した場合、トナーの帯電性が劣化し、画像濃度が低下する画像不良が発生する虞がある。特に、トナーがその融点以上に昇温すると、トナーが溶融して現像スリーブや現像ブレードに融着する。そして、現像スリーブ上の現像剤のコート量が不均一となって、濃度ムラや画像スジ等の画像不良が発生する虞がある。

ここで、現像ブレードに高熱伝導部材を接触させて現像ブレードにより現像剤を冷却することも考えられるが、現像ブレードと高熱伝導部材とが異なる材質である場合には、熱膨張の差により現像ブレードの位置が変動する虞がある。この結果、ＳＢギャップが長手方向で不均一となり、画像不良が発生する虞がある。

このため、本実施形態では、現像ブレード４２は、同じ材質或いは熱膨張率が近い部材である支持部材４３により支持されている。一方、ヒートシンク５１の一部を現像ブレード４２の上流の現像剤溜り部に侵入させて、現像剤の冷却を行うようにしている。即ち、ヒートシンク５１は、第１現像スリーブ４４ｂの回転方向に関して現像ブレード４２の上流側に位置し、第１現像スリーブ４４ｂが回転して現像剤を担持して搬送している際に現像ブレード４２の上流に生じる現像剤溜り４９に接触する接触部５６を有する。言い換えれば、接触部５６は、現像ブレード４２により循環を規制された現像剤溜り（滞留領域）４９に接している。

このようにヒートシンク５１の一部である接触部５６は、接触壁部５５から第１現像スリーブ４４ｂに向けて突出するように形成されている。そして、接触部５６を現像剤溜り４９に接触させることで、現像剤溜り４９に存在する速度の遅い現像剤を冷却することができ、現像ブレード４２と第１現像スリーブ４４ｂの隙間を現像剤が通過する前に現像剤の温度を十分に下げることができる。このため、隙間を通過する際に発生する摩擦熱により、現像剤が高温になることを効率よく防ぐことができる。

現像剤の発熱源は、現像剤自身が循環することにより生じる自己昇温と、現像ブレード４２と第１現像スリーブ４４ｂの隙間を現像剤が通過する際に剤同士が摩擦することによる摩擦熱である。上記構成により、循環する剤はヒートシンク５１の接触面５５ａで接触し冷却され、一方で、現像剤溜り４９がヒートシンク５１の一部である接触部５６により冷却される。これにより、現像ブレード４２と第１現像スリーブ４４ｂの隙間を現像剤が通過する前に現像剤の温度を十分に下げることができ、現像剤の温度が高温になることを防ぐことができる。これにより、装置の小型化を図ることができるとともに、現像剤の温度上昇に起因する画像不良を抑制できる。

接触部５６の位置は、第１現像スリーブ４４ｂ内に配置されたマグネットロール４４ａが有する磁極との関係で以下の位置とする。まず、マグネットロール４４ａは、現像ブレード４２と第１現像スリーブ４４ｂを介して対向する位置に配置された規制磁極と、規制磁極よりも第１現像スリーブ４４ｂの回転方向上流側に配置され、現像容器内の現像剤を第１現像スリーブ４４ｂの表面に汲み上げる汲み上げ極とを含む複数の磁極を有する非回転の磁界発生手段である。

接触部５６は、第１現像スリーブ４４ｂの回転方向に関して汲み上げ極から規制磁極までの範囲で、現像ブレード４２と第１現像スリーブ４４ｂとの間の隙間（所定の隙間）よりも大きい隙間を介して第１現像スリーブ４４ｂと対向する領域に位置する。このように配置することで、接触部５６を現像剤溜り４９に位置させることができる。また、接触部５６を現像ブレード４２よりも第１現像スリーブ４４ｂから離しているため、接触部５６により現像剤の搬送を阻害したり、接触部５６により第１現像スリーブ４４ｂの現像剤の層厚を規制したりすることはない。

本実施形態では、接触部５６を含むヒートシンク５１は、アルミニウム合金としているが、熱伝導率が高ければ、銅などの他の金属、或いは、樹脂であっても良い。一方、現像ブレード４２及び支持部材４３は、強度や剛性、加工精度が求められるためステンレス製とすることが好ましい。なお、現像ブレード４２及び支持部材４３は、異なる材質であっても、予想される使用環境の温度変化で熱による変形量が数十μｍ以下となる熱膨張率の範囲となる部材が好ましい。

なお、支持部材４３と接触部５６は、異なる材料であり、支持部材４３の方が接触部５６よりも剛性が高い。これは、接触部５６は冷却のために使用されるものであり、剛性は低い材料で良いが、支持部材４３は、現像ブレード４２の支持を成すために剛性が要求されるためである。

また、接触部５６の形状は、長手方向の長さが現像ブレード４２とほぼ同じである板状としている。但し、接触部５６の形状はこれに限らない。接触部５６は、現像剤との接触面積が広い形状が望ましいため、例えば表面に凹凸を形成しても良い。なお、凹凸を形成する場合には、現像剤の流れを阻害しない形状であることが望ましい。また、冷却効果を高めるという観点から、接触部５６を筒状の形状にし、内部に冷却風を通す形状としても良い。

なお、本実施形態では、図５に示すように、第１スクリュー４６ａの回転方向をヒートシンク５１側にトナーを掻き揚げる方向としている。こうすることで、より効率の良い現像剤の冷却を行うことができる。即ち、第１スクリュー４６ａの長手方向と直交する短手方向における現像剤量分布は、ヒートシンク５１側が多くなり、ヒートシンク５１と触れる現像剤の表面積が多くなるため、さらに冷却効率を上昇させることができる。

１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）・・・感光ドラム（像担持体）
４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ）・・・現像装置
４１・・・現像容器
４２・・・現像ブレード（規制部材）
４３・・・支持部材
４４ａ・・・マグネットロール（磁界発生手段）
４４ｂ・・・第１現像スリーブ（現像剤担持体、第１現像剤担持体）
４５ｂ・・・第２現像スリーブ（第２現像剤担持体）
４９・・・現像剤溜り
５１・・・ヒートシンク（現像側ダクト部）
５３・・・冷却ダクト
５３ａ・・・気流空間
５４・・・リブ（放熱部）
５５・・・接触壁部
５５ａ・・・接触面
５６・・・接触部

Claims (6)

1. 現像剤を収容する現像容器と、
   像担持体に形成された静電潜像を現像するために前記現像容器内の現像剤を担持搬送すべく回転する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体の表面に対して所定の隙間を介して対向し、前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材と、
   前記現像容器内の現像剤を冷却するために内部に気流が流れる冷却ダクトの一部を構成し、前記現像容器よりも熱伝導率が高い現像側ダクト部と、を備え、
   前記現像側ダクト部は、前記現像剤担持体の回転方向に関して前記規制部材の上流側で、且つ、前記規制部材に接触しない位置に位置し、前記現像剤担持体が回転して現像剤を担持して搬送している際に前記規制部材の上流に生じる現像剤溜りに接触する接触部を有し、
   前記接触部の材質は、前記規制部材の材質と異なる
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤担持体の内部に配置され、前記規制部材と前記現像剤担持体を介して対向する位置に配置された規制磁極と、前記規制磁極よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側に配置され、前記現像容器内の現像剤を前記現像剤担持体の表面に汲み上げる汲み上げ極とを含む複数の磁極を有する非回転の磁界発生手段を備え、
   前記接触部は、前記現像剤担持体の回転方向に関して前記汲み上げ極から前記規制磁極までの範囲で、前記所定の隙間よりも大きい隙間を介して前記現像剤担持体と対向する領域に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記規制部材を支持する支持部材を備え、
   前記支持部材は、前記接触部よりも剛性が高い
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記現像側ダクト部は、前記冷却ダクト内で気流が流れる気流空間に突出するように設けられた複数の放熱部を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の現像装置。
5. 前記現像側ダクト部は、現像容器内の現像剤と接触可能な接触面を有する接触壁部を有し、
   前記接触部は、前記接触壁部から前記現像剤担持体に向けて突出するように形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記現像装置は、前記現像剤担持体を第１現像剤担持体とした場合に、前記像担持体に形成された静電潜像を現像するために、前記第１現像剤担持体と所定の隙間を介して並列に配置されて現像剤を担持搬送する第２現像剤担持体を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の現像装置。