はじめに、本発明の第1実施形態である現像装置200を備える画像形成装置100について説明する。図1は、画像形成装置100の構成を示す模式図である。画像形成装置100は、複写機能、プリンタ機能、およびファクシミリ機能を併せ持つ複合機であり、伝達される画像情報に応じて、記録媒体上にフルカラーまたはモノクロの画像を形成する。画像形成装置100は、コピアモード(複写モード)、プリンタモード、およびファクシミリモードという3種の印刷モードを有しており、図示しない操作部からの操作入力、パーソナルコンピュータ、携帯端末装置、情報記録媒体、メモリ装置を用いた外部機器などからの印刷ジョブの受信に応じて、図示しない制御ユニット部によって、印刷モードが選択される。
画像形成装置100は、トナー像形成部20と、転写部30と、定着部40と、記録媒体供給部50と、排出部60と、図示しない制御ユニット部とを含む。トナー像形成部20は、感光体ドラム21b,21c,21m,21yと、帯電部22b,22c,22m,22yと、露光ユニット23と、現像装置200b,200c,200m,200yと、クリーニングユニット25b,25c,25m,25yと、トナーカートリッジ300b,300c,300m,300yと、トナー供給パイプ250b,250c,250m,250yとを含む。転写部30は、中間転写ベルト31と、駆動ローラ32と、従動ローラ33と、中間転写ローラ34b,34c,34m,34yと、転写ベルトクリーニングユニット35と、転写ローラ36とを含む。
感光体ドラム21、帯電部22、現像装置200、クリーニングユニット25、トナーカートリッジ300、トナー供給パイプ250、および中間転写ローラ34は、カラー画像情報に含まれるブラック(b)、シアン(c)、マゼンタ(m)、およびイエロー(y)の各色の画像情報に対応するために、それぞれ4つずつ設けられる。本明細書中において、各色に応じて4つずつ設けられる各部材を区別する場合は、各部材を表す数字の末尾に各色を表すアルファベットを付して参照符号とし、各部材を総称する場合は、各部材を表す数字のみを参照符号とする。
感光体ドラム21は、図示しない駆動部によって軸線回りに回転可能に支持され、図示しない導電性基体と、該導電性基体の表面に形成される光導電層とを含む。導電性基体は種々の形状を採ることができ、たとえば、円筒状、円柱状、薄膜シート状などを挙げることができる。光導電層は、光を照射されることで導電性を示す材料によって形成される。感光体ドラム21としては、たとえば、アルミニウムで形成された円筒状部材(導電性基体)と、該円筒状部材の外周面上に形成される、アモルファスシリコン(a−Si)、セレン(Se)、または有機光半導体(OPC)からなる薄膜(光導電層)とを含むものを用いることができる。
帯電部22、現像装置200、およびクリーニングユニット25は、感光体ドラム21の回転方向周りに、この順序で配置される。帯電部22は、現像装置200およびクリーニングユニット25よりも鉛直方向下方に配置される。
帯電部22は、感光体ドラム21表面を所定の極性および電位に帯電させる装置である。帯電部22は、感光体ドラム21に臨む位置に、感光体ドラム21の長手方向に沿って設置される。接触帯電方式の場合、帯電部22は、感光体ドラム21表面に接するように設置される。非接触帯電方式の場合、帯電部22は、感光体ドラム21表面から離隔するように設置される。
帯電部22は、現像装置200、クリーニングユニット25などとともに、感光体ドラム21の周囲に設置される。帯電部22は、現像装置200、クリーニングユニット25などよりも、感光体ドラム21に近い位置に設置されることが好ましい。これによって、感光体ドラム21の帯電不良の発生を確実に防止することができる。
帯電部22としては、ブラシ型帯電装置、ローラ型帯電装置、コロナ放電装置、イオン発生装置などを使用できる。ブラシ型帯電装置およびローラ型帯電装置は、接触帯電方式の帯電装置である。ブラシ型帯電装置には、帯電ブラシを用いるもの、磁気ブラシを用いるものなどがある。コロナ放電装置およびイオン発生装置は、非接触帯電方式の帯電装置である。コロナ放電装置には、ワイヤ状の放電電極を用いるもの、鋸歯状の放電電極を用いるもの、針状の放電電極を用いるものなどがある。
露光ユニット23は、露光ユニット23から出射される光が、帯電部22と現像装置200との間を通過して感光体ドラム21の表面に照射されるように配置される。露光ユニット23は、帯電状態にある感光体ドラム21b,21c,21m,21y表面に、各色の画像情報に対応するレーザ光をそれぞれ照射することによって、感光体ドラム21b,21c,21m,21yそれぞれの表面に、各色の画像情報に対応する静電潜像を形成する。露光ユニット23には、たとえば、レーザ照射部および複数の反射ミラーを備えるレーザスキャニングユニット(LSU)を使用できる。露光ユニット23としては、LED(Light Emitting Diode)アレイ、液晶シャッタと光源とを適宜組み合わせたユニットなどを用いてもよい。
現像装置200は、感光体ドラム21上に形成された静電潜像をトナーによって現像することで、感光体ドラム21上にトナー像を形成する装置である。現像装置200の鉛直方向上部には、筒状部材であるトナー供給パイプ250が接続される。現像装置200の詳細については後述する。
トナーカートリッジ300は、現像装置200よりも鉛直方向上方に配され、未使用のトナーを貯蔵する。トナーカートリッジ300の鉛直方向下部にはトナー供給パイプ250が接続される。トナーカートリッジ300は、トナー供給パイプ250を介して、現像装置200へトナーを供給する。トナーカートリッジ300の詳細については後述する。
クリーニングユニット25は、感光体ドラム21から中間転写ベルト31にトナー像が転写された後に、感光体ドラム21の表面に残留するトナーを除去し、感光体ドラム21の表面を清浄化する部材である。クリーニングユニット25としては、たとえば、トナーを掻き取るための板状部材と、掻き取ったトナーを回収する容器状部材とが用いられる。
トナー像形成部20によれば、帯電部22によって均一な帯電状態にある感光体ドラム21の表面に、露光ユニット23から画像情報に応じたレーザ光が照射されて静電潜像が形成される。感光体ドラム21上の静電潜像に現像装置200からトナーが供給されることでトナー像が形成される。このトナー像は後述する中間転写ベルト31に転写される。トナー像が中間転写ベルト31に転写された後に、感光体ドラム21表面に残留するトナーは、クリーニングユニット25によって除去される。
中間転写ベルト31は、感光体ドラム21の鉛直方向上方に配置される無端ベルト状部材である。中間転写ベルト31は、駆動ローラ32と従動ローラ33とによって張架されてループ状の経路を形成し、矢符Bの方向に移動する。
駆動ローラ32は、図示しない駆動部によってその軸線回りに回転可能に設けられる。駆動ローラ32は、その回転によって、中間転写ベルト31を矢符B方向へ移動させる。従動ローラ33は、駆動ローラ32の回転に従動して回転可能に設けられ、中間転写ベルト31が弛まないように、中間転写ベルト31に一定の張力を発生させる。
中間転写ローラ34は、中間転写ベルト31を介して感光体ドラム21に圧接し、かつ図示しない駆動部によってその軸線回りに回転可能に設けられる。中間転写ローラ34としては、たとえば、直径8mm〜10mmの金属(たとえば、ステンレス)ローラの表面に、導電性の弾性部材が形成されたものを用いることができる。中間転写ローラ34は、転写バイアスを印加する図示しない電源が接続され、感光体ドラム21表面のトナー像を中間転写ベルト31に転写する機能を有する。
転写ローラ36は、中間転写ベルト31を介して駆動ローラ32に圧接し、図示しない駆動部によって軸線回りに回転可能に設けられる。転写ローラ36と駆動ローラ32との圧接部(転写ニップ部)において、中間転写ベルト31に担持されて搬送されるトナー像は、後述する記録媒体供給部50から送給される記録媒体に転写される。
転写ベルトクリーニングユニット35は、中間転写ベルト31を介して従動ローラ33に対向し、中間転写ベルト31のトナー像担持面に接触するように設けられる。転写ベルトクリーニングユニット35は、記録媒体へのトナー像の転写後に、中間転写ベルト31表面のトナーを除去し回収するために設けられる。記録媒体へのトナー像の転写後に中間転写ベルト31にトナーが付着したまま残っていると、中間転写ベルト31の移動によって、残留トナーが転写ローラ36に付着するおそれがある。転写ローラ36にトナーが付着すると、そのトナーは、次に転写する記録媒体の裏面を汚染してしまう。
転写部30によれば、中間転写ベルト31が感光体ドラム21に接しながら移動するとき、中間転写ローラ34に、感光体ドラム21表面のトナーの帯電極性とは逆極性の転写バイアスが印加され、感光体ドラム21の表面に形成されたトナー像は、中間転写ベルト31上へ転写される。感光体ドラム21y、感光体ドラム21m、感光体ドラム21c、感光体ドラム21bでそれぞれ形成される各色のトナー画像が、中間転写ベルト31上に、この順番で順次重ねて転写されることによって、フルカラートナー像が形成される。中間転写ベルト31に転写されたトナー像は、中間転写ベルト31の移動によって転写ニップ部に搬送され、転写ニップ部において、記録媒体に転写される。トナー像が転写された記録媒体は、後述する定着部40に搬送される。
記録媒体供給部50は、給紙ボックス51と、ピックアップローラ52a,52bと、搬送ローラ53a,53bと、レジストローラ54と、給紙トレイ55とを含む。給紙ボックス51は、画像形成装置100の鉛直方向下部に設けられ、画像形成装置100内部において記録媒体を貯留する容器状部材である。給紙トレイ55は、画像形成装置100外壁面に設けられ、画像形成装置100外部において記録媒体を貯留するトレイ状部材である。記録媒体としては、普通紙、カラーコピー用紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート、葉書などがある。
ピックアップローラ52aは、給紙ボックス51に貯留される記録媒体を1枚ずつ取り出し、用紙搬送路A1に送給する部材である。搬送ローラ53aは互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材であり、用紙搬送路A1において記録媒体をレジストローラ54に向けて搬送する。ピックアップローラ52bは、給紙トレイ55に貯留される記録媒体を1枚ずつ取り出し、用紙搬送路A2に送給する部材である。搬送ローラ53bは互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材であり、用紙搬送路A2において記録媒体をレジストローラ54に向けて搬送する。
レジストローラ54は、互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材であり、搬送ローラ53a,53bから送給される記録媒体を、中間転写ベルト31に担持されるトナー像が転写ニップ部に搬送されるのに同期して、転写ニップ部に送給する。
記録媒体供給部50によれば、中間転写ベルト31に担持されるトナー像が転写ニップ部に搬送されるのに同期して、給紙ボックス51または給紙トレイ55から記録媒体が転写ニップ部に送給され、該記録媒体にトナー像が転写される。
定着部40は、加熱ローラ41および加圧ローラ42を備える。加熱ローラ41は、所定の定着温度となるように制御される。加圧ローラ42は、加熱ローラ41に圧接するローラである。加熱ローラ41は、加圧ローラ42とともに記録媒体を加熱しながら挟持することにより、トナー像を構成するトナーを溶融させて記録媒体上に定着させる。トナー像が定着した記録媒体は、後述する排出部60に搬送される。
排出部60は、搬送ローラ61と、排出ローラ62と、排出トレイ63とを含む。搬送ローラ61は、定着部40よりも鉛直方向上方において、互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材である。搬送ローラ61は、画像が定着した記録媒体を排出ローラ62に向けて搬送する。
排出ローラ62は、互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材である。排出ローラ62は、片面印刷の場合、片面の印刷が完了した記録媒体を排出トレイ63に排出する。排出ローラ62は、両面印刷の場合、片面の印刷が完了した記録媒体を、用紙搬送路A3を介してレジストローラ54へ搬送し、両面の印刷が完了した記録媒体を排出トレイ63に排出する。排出トレイ63は、画像形成装置100の鉛直方向上面に設けられ、画像が定着した記録媒体を貯留する。
画像形成装置100は、図示しない制御ユニット部を含む。制御ユニット部は、たとえば、画像形成装置100の内部空間における鉛直方向上部に設けられ、記憶部と演算部と制御部とを含む。記憶部には、画像形成装置100の鉛直方向上面に配置される図示しない操作パネルを介した各種設定値、画像形成装置100内部の各所に配置される図示しないセンサなどからの検知結果、外部機器からの画像情報などが入力される。また、記憶部には、各種処理を実行するプログラムが書き込まれる。各種処理とは、たとえば、記録媒体判定処理、付着量制御処理、定着条件制御処理などである。
記憶部には、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ハードディスクドライブ(HDD)などが挙げられる。外部機器には、画像情報の形成または取得が可能であり、かつ画像形成装置100に電気的に接続可能な電気、電子機器を使用でき、たとえば、コンピュータ、デジタルカメラ、テレビジョン受像機器、ビデオレコーダ、DVD(Digital Versatile
Disc)レコーダ、HDDVD(High-Definition Digital Versatile Disc)レコーダ、
ブルーレイディスクレコーダ、ファクシミリ装置、携帯端末装置などが挙げられる。
演算部は、記憶部に書き込まれる各種データ(画像形成命令、検知結果、画像情報など)および各種処理のプログラムを取り出し、各種判定を行う。制御部は、演算部の判定結果に応じて画像形成装置100に設けられる各装置に制御信号を送付し、動作制御を行う。
制御部および演算部は中央処理装置(CPU、Central Processing Unit)を備えるマ
イクロコンピュータ、マイクロプロセッサなどによって実現される処理回路を含む。制御ユニット部は、この処理回路とともに主電源を含み、電源は制御ユニット部だけでなく、画像形成装置100に設けられる各装置にも電力を供給する。
図2は、トナーカートリッジ300の構成を示す模式図である。図3は、図2のC−Cを切断面線とするトナーカートリッジ300の断面図である。トナーカートリッジ300は、トナー供給パイプ250を介して、現像装置200へトナーを供給する装置である。トナーカートリッジ300は、トナー収容容器301と、トナー汲み上げ部材302と、トナー排出部材303と、トナー排出容器304とを含む。
トナー収容容器301は、略半円柱状の内部空間を有する容器状部材であり、その内部空間において、トナー汲み上げ部材302を回転自在に支持し、未使用のトナーを収容する。トナー排出容器304は、トナー収容容器301の長手方向に沿って設けられる略半円柱状の内部空間を有する容器状部材であり、その内部空間において、トナー排出部材303を回転自在に支持する。トナー収容容器301の内部空間とトナー排出容器304の内部空間とは、トナー収容容器301の長手方向に沿って形成される連通口305を介して連通する。トナー排出容器304は、その鉛直方向下部に、排出口306が形成される。トナー排出容器304には、排出口306において、トナー供給パイプ250が接続される。
トナー汲み上げ部材302は、回転軸302aと、基体302bと、摺動部302cとを含む。回転軸302aは、トナー収容容器301の長手方向に沿って延びる円柱状の部材である。基体302bは、トナー収容容器301の長手方向に沿って延びる板状の部材であり、その幅方向および厚さ方向の中央部において、回転軸302aに取り付けられる。摺動部302cは、基体302bの幅方向両端部に取り付けられる可撓性を有する部材であり、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET)から形成される。トナー汲み上げ部材302は、回転軸302aがその軸線回りに回転するのに伴って基体302bが回転運動し、これによって基体302bの幅方向両端部に設けられる摺動部302cがトナー収容容器301の内壁面を摺擦することで、該トナー収容容器301内のトナーを、トナー排出容器304へ汲み上げる。
トナー排出部材303は、トナー排出容器304内のトナーを排出口306に向けて搬送する部材である。トナー排出部材303は、トナー排出回転軸303aと、該トナー排出回転軸303aを取り巻いて設けられるトナー排出羽根303bとを含む、いわゆるオーガスクリューである。
トナーカートリッジ300によれば、トナー収容容器301内の未使用トナーが、トナー汲み上げ部材302によってトナー排出容器304に汲み上げられる。そして、トナー排出容器304に汲み上げられたトナーは、トナー排出部材303によって排出口306に搬送される。排出口306に搬送されたトナーは、該排出口306からトナー排出容器304外へ排出され、トナー供給パイプ250を介して、現像装置200に供給される。
図4は、現像装置200の構成を示す模式図である。図5は、図4のA−Aを切断面線とする現像装置200の断面図である。図6は、図4のB−Bを切断面線とする現像装置200の断面図である。現像装置200は、感光体ドラム21の表面にトナーを供給することで、該表面に形成された静電潜像を現像する装置である。現像装置200は、現像槽201と、第1現像剤搬送部材202と、第2現像剤搬送部材203と、現像ローラ204と、現像槽カバー205と、ドクターブレード206と、隔壁207と、トナー濃度検知センサ208とを含む。
現像槽201は、内部空間を有する長手形状の部材であり、その内部空間に現像剤を貯留する。本発明において用いられる現像剤としては、トナーのみからなる1成分現像剤であっても、トナーとキャリアとを含む2成分現像剤であってもよい。現像槽201には、その鉛直方向上部に現像槽カバー205が設けられ、内部空間において、第1現像剤搬送部材202、第2現像剤搬送部材203、現像ローラ204、ドクターブレード206、隔壁207、およびトナー濃度検知センサ208が設けられる。
現像ローラ204は、図示しない駆動部によって軸線回りに回転するマグネットローラであり、現像槽201内の現像剤を表面に担持して、担持した現像剤に含まれるトナーを感光体ドラム21近傍へ搬送する。現像ローラ204には、図示しない電源が接続され、現像バイアス電圧が印加される。現像ローラ204に担持されたトナーは、感光体ドラム21近傍において、現像バイアス電圧による静電気力によって、感光体ドラム21へ移動する。
ドクターブレード206は、現像ローラ204の軸線方向に延びる板状部材であり、その幅方向の一端が現像槽201に固定され、かつ他端が現像ローラ204の表面に対して間隙を有するように設けられる。ドクターブレード206は、現像ローラ204の表面に対して間隙を有して設けられることで、現像ローラ204に担持される現像剤の量を所定量に規制する。ドクターブレード206の材料としては、ステンレス鋼、アルミニウム、合成樹脂などを使用できる。
隔壁207は、現像槽201の略中央部において、該現像槽201の長手方向に沿って延びる長手形状の部材である。隔壁207は、現像槽201の鉛直方向下部と、現像槽カバー205との間に設けられ、長手方向両端部が現像槽201の内壁面から離間するように設けられる。隔壁207は、現像槽201の内部空間を、第1搬送路Pと、第2搬送路Qと、第1連通路Sと、第2連通路Rとに区分する。
第1搬送路Pは、隔壁207の長手方向に沿って延びる空間であって、現像ローラ204を収容する空間である。第2搬送路Qは、隔壁207を挟んで第1搬送路Pに対向する空間である。第1連通路Sは、隔壁207の長手方向一端部207aにおいて、第1搬送路Pと第2搬送路Qとを連通する空間である。第2連通路Rは、隔壁207の長手方向他端部207bにおいて、第1搬送路Pと第2搬送路Qとを連通する空間である。第1連通路Sおよび第2連通路Rの、隔壁207の長手方向に沿った長さは、たとえば25mm〜40mmである。
現像槽カバー205は、現像槽201の鉛直方向上側に、着脱自在に設けられる。現像槽カバー205には、供給口205aが形成される。供給口205aは、第2搬送路Qの鉛直方向上方において第2連通路Rに臨む位置に形成される。現像槽カバー205には、供給口205aにおいて、トナー供給パイプ250が接続される。トナーカートリッジ300に収容されているトナーは、トナー供給パイプ250および供給口205aを介して現像槽201内に供給される。
第1現像剤搬送部材202は、第1搬送路Pに設けられ、第1回転軸202aと第1搬送羽根202bと第1搬送ギア202cとを含む。第1回転軸202aは、隔壁207の長手方向に延びる円柱状部材である。第1回転軸202aは、第1搬送ギア202cを介して、モータなどの駆動部によって、軸線回りの回転方向G1に回転する。第1搬送羽根202bは、第1回転軸202aを取り巻いて設けられる。第1現像剤搬送部材202は、第1回転軸202aの回転に伴う第1搬送羽根202bの回転運動によって、現像槽201の第1搬送路Pに貯留される現像剤を、現像剤搬送方向Xに搬送する。現像剤搬送方向Xは、第1回転軸202aの軸線に沿って隔壁207の長手方向一端部207a側から長手方向他端部207b側へ向かう方向である。
第2現像剤搬送部材203は、第2搬送路Qに設けられ、第2回転軸203aと第2搬送羽根203bと第2搬送ギア203cとを含む。第2回転軸203aは、隔壁207の長手方向に延びる円柱状部材である。第2回転軸203aは、第2搬送ギア203cを介して、モータなどの駆動部によって、軸線回りの回転方向G2に回転する。第2搬送羽根203bは、第2回転軸203aを取り巻いて設けられる。第2現像剤搬送部材203は、第2回転軸203aの回転に伴う第2搬送羽根203bの回転運動によって、現像槽201の第2搬送路Qに貯留される現像剤を、現像剤搬送方向Yに搬送する。現像剤搬送方向Yは、第2回転軸203aの軸線に沿って隔壁207の長手方向他端部207b側から長手方向一端部207a側へ向かう方向である。
上述したように、現像槽カバー205の供給口205aは、第2搬送路Qの鉛直方向上方において第2連通路Rに臨む位置に形成される。したがって、トナーカートリッジ300内の未使用のトナーは、まず、第2搬送路Qにおける現像剤搬送方向Y上流側に供給され、その後、第2現像剤搬送部材203によって、現像剤搬送方向Y下流側に搬送されることになる。
本発明では、2つの現像剤搬送部材のうちの予め定める現像剤搬送部材は、搬送羽根よりも現像剤搬送方向下流側に、連通路に臨む2重螺旋羽根を、さらに有する。本実施形態では、第1現像剤搬送部材202も第2現像剤搬送部材203も、予め定める現像剤搬送部材としている。すなわち、第1現像剤搬送部材202は、第1搬送羽根202bよりも現像剤搬送方向X下流側に、2重螺旋羽根202dを有しており、第2現像剤搬送部材203は、第2搬送羽根203bよりも現像剤搬送方向Y下流側に、2重螺旋羽根203dを有している。
本実施形態では、第1現像剤搬送部材202と第2現像剤搬送部材203とは同一の形状に構成される。しかしながら、第1現像剤搬送部材202と第2現像剤搬送部材203とは同一の形状でなくてもよく、たとえば、各2重螺旋羽根の形状が互いに異なっていてもよいし、第1現像剤搬送部材202と第2現像剤搬送部材203とのいずれか一方にのみ2重螺旋羽根が設けられてもよい。第1現像剤搬送部材202および第2現像剤搬送部材203については、後に詳述する。
トナー濃度検知センサ208は、現像槽201の鉛直方向下部において、第1現像剤搬送部材202の鉛直方向下方に装着され、センサ面が第1搬送路Pに露出するように設けられる。トナー濃度検知センサ208は、図示しないトナー濃度制御部に電気的に接続される。
トナー濃度制御部は、トナー濃度検知センサ208が検知するトナー濃度検知結果に応じて、トナー排出部材303を回転させ、現像槽201内にトナーを供給する制御を行う。より具体的には、トナー濃度制御部は、トナー濃度検知センサ208によるトナー濃度検知結果が所定の設定値よりも低いか否か判断し、低いと判断した場合に、トナー排出部材303を回転させる駆動部に制御信号を送り、トナー排出部材303を所定の期間回転させる。
また、トナー濃度検知センサ208には、図示しない電源が接続される。電源は、トナー濃度検知センサ208を駆動させるための駆動電圧、およびトナー濃度検知結果をトナー濃度制御部に出力するための制御電圧を、トナー濃度検知センサ208に印加する。電源によるトナー濃度検知センサ208への電圧の印加は、図示しない制御部によって制御される。
トナー濃度検知センサ208としては、一般的なトナー濃度検知センサを使用でき、たとえば、透過光検知センサ、反射光検知センサ、透磁率検知センサなどを使用できる。これらのトナー濃度検知センサの中でも、透磁率検知センサを使用することが好ましい。透磁率検知センサとしては、たとえば、TS−L(商品名、TDK株式会社製)、TS−A(商品名、TDK株式会社製)、TS−K(商品名、TDK株式会社製)などが挙げられる。
このような現像装置200によれば、現像槽201内において、現像剤は、第2搬送路Q、第1連通路S、第1搬送路P、第2連通路R、という順序で循環搬送される。すなわち、本実施形態では、現像槽201の鉛直方向上方から見た場合における、該現像槽201に貯留される現像剤の流れの方向は、左回りである。このように循環搬送される現像剤のうちの一部は、第1搬送路Pにおいて、現像ローラ204の表面に担持され、担持された現像剤中のトナーは、感光体ドラム21へと移動して順次消費される。所定量のトナーが消費されたことをトナー濃度検知センサ208が検知すると、未使用のトナーがトナーカートリッジ300から第2搬送路Qへ供給される。供給されたトナーは、第2搬送路Qを循環搬送されながら、現像剤中に拡散する。
以下では、第1現像剤搬送部材202について詳細に説明する。なお、第2現像剤搬送部材203は第1現像剤搬送部材202と同じ形状であるので説明を省略する。第1現像剤搬送部材202は、上述したように、第1回転軸202aと、第1搬送羽根202bと、第1搬送ギア202cと、2重螺旋羽根202dとを含む。第1回転軸202a、第1搬送羽根202b、および第1搬送ギア202cは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂)などの材料から形成される。第1回転軸202aは円柱状部材であり、その外径は2mm〜10mmの範囲内で適宜設定できる。第1回転軸202aは、図示しない駆動部によって、200rpm〜500rpmで、回転方向G1に回転する。
第1搬送羽根202bは、第1回転軸202aが回転方向G1に回転するのに伴って該第1回転軸202aの軸線を中心として回転運動することで、第1搬送路P内の現像剤を現像剤搬送方向Xへ移動させる。本実施形態では、第1搬送羽根202bは、一続きの一般螺旋羽根である。本発明において、「一般螺旋羽根」とは、概略的にはいわゆるオーガスクリューの羽根部分であり、より詳細には一般螺旋羽根面を主面とする所定の厚さの部材である。一般螺旋羽根は、その内周部において第1回転軸202aを取り巻いて設けられる。ここで、一般螺旋羽根の内周部とは、上記一般螺旋羽根面のうち第1回転軸202aの軸線に最も近接する部分であり、一般螺旋羽根の外周部とは、上記一般螺旋羽根面において第1回転軸202aから最も離間した部分である。一般螺旋羽根面の形状は、その内周部および外周部が、互いに異なる仮想的な一般螺線となるような形状であり、詳細は後述する。
本発明において、「螺線」とは、仮想的な円柱の側面上の連続した空間曲線であって、該仮想的な円柱の周方向のうちの一方向に進みながら該仮想的な円柱の軸線方向のうちの一方向に進む空間曲線である。仮想的な円柱の軸線方向のうちの一方向に見た場合において、螺旋が、該仮想的な円柱の軸線方向のうちの一方向に進みながら、該仮想的な円柱の周方向のうちの右回りの方向に進むとき、右回りの螺旋であると称し、左回りの方向に進むとき、左回りの螺旋であると称する。また、螺線のうち、螺線上のすべての点においてリード角が一定となる螺線を特に、「一般螺線」と称する。ここで、螺線上のある点における該螺線の接線と、該螺線が取り巻く仮想的な円柱の軸線方向に対して垂直な面へ該接線を射影してできる直線と、がなす角が、その点における「リード角」である。リード角は、0°より大きく90°より小さい角度である。
上記仮想的な円柱の軸線方向における螺線の間隔を、「リード」と称する。1周期以上の一般螺旋では、リード角が一定なので、リードも一定である。以下では、一般螺旋羽根の主面である一般螺旋羽根面の外周部の一般螺旋のリードを、該一般螺旋羽根の外周部のリードと称する。
本発明において、「一般螺旋羽根面」とは、仮想円柱K1(以下では、半径をr1とする)の側面上の1つの一般螺線C1(以下では、リード角をθ1で一定とする)に沿って、仮想円柱K1の外部にある1つの線分L1を、仮想円柱K1の径方向における該線分L1の長さm1、および取付角度αを保ったまま、仮想円柱K1の軸線に平行な一方向D1に移動させたときの、該線分L1の軌跡がなす面である。ここで、「取付角度α」とは、仮想円柱K1の軸線と線分L1とを含む面において、該線分L1と、該線分L1と仮想円柱K1との接点から一方向D1に延びる半直線と、のなす角度であって、0°より大きく180°より小さい角度である。
以下に、一般螺旋羽根面の一例として、一般螺線の1周期の部分に沿って線分を移動させたときの一般螺旋羽根面(「1周期の一般螺旋羽根面」と表す。他の周期についても同様)を示す。図7は、1周期の一般螺旋羽根面について説明するための図である。図7(a)は、仮想円柱K1の側面と、仮想円柱K1の側面上の右回りの一般螺線C1と、一般螺線C1上を一方向D1に移動する線分L1の開始位置および終了位置と、を示している。図7(a)の紙面において最も下側に示す線分L1は移動の際の開始位置を示し、最も上側に示す線分L1は終了位置を示している。図7(a)に示すように、仮想円柱K1の径方向における線分L1の長さm1と、取付角度α(図7ではα=90°)とを一定に保ちながら、一般螺線C1に沿って一方向D1に、線分L1を移動させるとき、該線分L1の軌跡は図7(b)に示す一般螺旋羽根面n1となる。図7(b)において斜線部で示す面が、一般螺旋羽根面n1である。
図7(b)に示すように、一般螺旋羽根面n1の外周部は、仮想円柱K1と軸線が一致する仮想円柱K2の側面上を一方向D1に進む右回りの一般螺線となる。仮想円柱K2の半径R1は、仮想円柱K1の半径r1と、仮想円柱K1の径方向における線分L1の長さm1と、の和に等しい。
このような一般螺旋羽根面を主面とする部材が、一般螺旋羽根である。本実施形態のように第1搬送羽根202bとして用いる場合、上記一般螺旋羽根は、仮想円柱K1の直径2r1が第1回転軸202aの外径に等しくなるように構成される。そして、一般螺旋羽根は、一般螺旋羽根面n1が現像剤搬送方向Xにおいて第2連通路R側になるように設けられ、該一般螺旋羽根面n1によって現像剤を現像剤搬送方向Xに搬送するように設けられる。ここで、本実施形態では、第1回転軸202aの回転方向G1は、現像剤搬送方向Xに見たときに左回りである。よって、一般螺旋羽根面n1によって現像剤を現像剤搬送方向Xに搬送するために、一般螺旋羽根は、右回りの一般螺線に沿って線分を移動させたときに形成される一般螺旋羽根面を主面とする部材、すなわち、右回りの一般螺旋羽根である必要がある。
また、このとき、一般螺旋羽根の内周部と第1回転軸202aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち一般螺旋羽根の内径は2r1となり、一般螺旋羽根の外周部と第1回転軸202aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち一般螺旋羽根の外径は2r1+2m1となる。長さm1は、たとえば2mm〜20mmの範囲内で適宜設定できる。また、たとえば、取付角度αは90°でなくともよく、30°〜150°の範囲内で適宜設定できる。リード角θ1は、たとえば20°〜70°の範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態における一般螺旋羽根の外周部のリードm2は、たとえば20mm〜50mmの範囲内で適宜設定できる。
また本実施形態において、第1搬送羽根202bは、13周期の一般螺旋羽根面を有する一般螺旋羽根であり、該一般螺旋羽根の厚さは2mmで一様である。一般螺旋羽根の周期や厚さなども、現像剤の搬送速度や現像槽201の大きさなどに応じて適宜設定できる。たとえば、第1搬送羽根202bとして用いられる一般螺旋羽根の厚さは、1.5mm〜3mmの範囲内で適宜設定できる。
なお、本実施形態では、第1搬送羽根202bは、一続きの一般螺旋羽根であるけれども、他の実施形態としては、第1搬送羽根202bは、所定の間隔で離間した複数の一般螺旋羽根であってもよい。
次に、2重螺旋羽根202dについて説明する。図8は、2重螺旋羽根202dの構成を示す模式図である。2重螺旋羽根202dは、図8において斜線部で示される外螺旋羽根202eと、内螺旋羽根202fとを含む。図9は、内螺旋羽根202fと外螺旋羽根202eとを、それぞれ独立して示した図である。図9(a)では、内螺旋羽根202fを実線で示し、第1回転軸202aを2点鎖線で示している。図9(b)では、外螺旋羽根202eを実線で示し、第1回転軸202aを2点鎖線で示している。
図9(a)に示すように、内螺旋羽根202fは、第1回転軸202aを取り巻いて設けられる。内螺旋羽根202fは、第1回転軸202aの回転方向G1への回転に伴って、第1回転軸202aの軸線を中心として回転運動する。内螺旋羽根202fは、その回転運動によって、現像剤搬送方向Xと同一方向である方向H1に、第1回転軸202aに比較的近い位置にある現像剤を搬送する。すなわち、本実施形態における第1現像剤搬送部材202は、内螺旋羽根202fによって現像剤を搬送する方向H1が、現像剤搬送方向Xと同一の方向となるように構成される。
図9(b)に示すように、外螺旋羽根202eは、内螺旋羽根202fを取り巻いて設けられる。外螺旋羽根202eは、第1回転軸202aの回転方向G1への回転に伴って、第1回転軸202aの軸線を中心として回転運動する。外螺旋羽根202eは、その回転運動によって、現像剤搬送方向Xとは逆方向である方向H2に、第1回転軸202aから比較的遠い位置にある現像剤を搬送する。
上記のように2重螺旋羽根202dが回転運動するとき、第1回転軸202aの軸線方向において内螺旋羽根202fと外螺旋羽根202eとが共存する位置で、方向H1に向かう現像剤の流れと、方向H2に向かう現像剤の流れとが生じる。これによって、第1回転軸202aにおいて2重螺旋羽根202dが設けられる位置の周りに、同時に、方向が異なる2つの現像剤の流れが生じる。この方向が異なる2つの現像剤の流れは互いに反発するので、第1回転軸202aから比較的遠い位置にある現像剤は、該第1回転軸202aから離れる方向に付勢される。その結果、現像剤に過度な圧力を生じさせることなく現像剤を第2連通路Rへと導くことができ、現像剤に掛かる負荷を抑えながら現像剤を循環搬送することができる。特に、本実施形態では、第1現像剤搬送部材202が2重螺旋羽根202dを有するだけでなく、第2現像剤搬送部材203も2重螺旋羽根203dを有することにより、第2搬送路Qにおいて現像剤搬送方向Y下流側の現像剤は、少ない負荷で第1連通路Sへ導かれる。その結果、より円滑に、現像剤を循環搬送することができる。
また、本実施形態では、外螺旋羽根202eは、第1回転軸202aから比較的遠い位置において、現像剤を、現像剤搬送方向Xとは逆方向である方向H2に搬送する。そして、内螺旋羽根202fは、第1回転軸202aに比較的近い位置において、現像剤を、現像剤搬送方向Xと同一の方向である方向H1、すなわち、現像槽201の内壁に向かう方向に搬送する。このとき、内螺旋羽根202fによって搬送される現像剤は、自重によって、鉛直方向下方へ、すなわち、外螺旋羽根202eの方へ向かおうとする。その結果、現像槽201の内壁と内螺旋羽根202fとによって現像剤が圧縮されることが抑えられるので、現像剤に掛かる負荷を抑えることができる。
また、本実施形態では、現像槽201の鉛直方向上方から見た場合における、該現像槽201に貯留される現像剤の流れの方向は左回りであり、現像剤搬送方向Xに見たときにおける第1回転軸202aの回転方向G1も左回りである。すなわち、第1現像剤搬送部材202は、現像剤搬送方向Xに見たときの第1回転軸202aの回転方向G1と、現像槽201の鉛直方向上方から見たときの現像剤の流れの方向とが、一致するように構成されている。よって、第1現像剤搬送部材202の内螺旋羽根202fおよび外螺旋羽根202eは、第2連通路Rに臨む位置において、現像剤に対して、鉛直方向上方から下方へ通過することになる。したがって、上記の方向が異なる2つの現像剤の流れによる反発で第2連通路R側へ付勢される現像剤は、内螺旋羽根202fおよび外螺旋羽根202eとの摩擦により鉛直方向下方へも付勢される。その結果、第1現像剤搬送部材202の2重螺旋羽根202dによって第2連通路R側へ付勢された現像剤が、第1搬送路Pへ舞い戻ることが抑えられるので、より円滑に、現像剤を循環搬送することができる。
内螺旋羽根202fは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂などの材料から形成される。本実施形態では、内螺旋羽根202fは、一続きの錐状一般螺旋羽根である。錐状一般螺旋羽根は、その内周部において第1回転軸202aを取り巻いて設けられる。
本発明において、「錐状一般螺旋羽根」とは、概略的には、一般螺旋羽根を、内径を一定に保ちながら、外径を連続的に変化させた形状の部材である。より詳細には、錐状一般螺旋羽根面を主面とする所定の厚さの部材である。ここで、錐状一般螺旋羽根の内周部とは、上記錐状一般螺旋羽根面のうち第1回転軸202aの軸線に最も近接する部分であり、錐状一般螺旋羽根の外周部とは、上記錐状一般螺旋羽根面において第1回転軸202aから最も離間した部分である。
本発明において、「錐状一般螺旋羽根面」とは、仮想円柱K3(以下では、半径をr2とする)の側面上の1つの一般螺線C2(リード角をθ2とする)に沿って、仮想円柱K3の外部にある1つの線分L2を、取付角度βを保ったまま、仮想円柱K3の径方向における該線分L2の長さm3を連続的に大きくなるように変化させながら、仮想円柱K3の軸線に平行な一方向D2に移動させたときの、該線分L2の軌跡がなす面である。ここで、「取付角度β」とは、仮想円柱K3の軸線と線分L2とを含む面において、該線分L2と、該線分L2と仮想円柱K3との接点から一方向D2に延びる半直線と、のなす角度であって、0°より大きく180°より小さい角度である。
以下に、錐状一般螺旋羽根面の一例として、一般螺線の1周期の部分に沿って線分を移動させたときの錐状一般螺旋羽根面(「1周期の錐状一般螺旋羽根面」と表す。他の周期についても同様)を示す。図10は、1周期の錐状一般螺旋羽根面について説明するための図である。図10(a)は、仮想円柱K3の側面と、仮想円柱K3の側面上の右回りの一般螺線C2と、一般螺線C2上を一方向D2に移動する線分L2の開始位置および終了位置と、を示している。図10(a)の紙面において最も下側に示す線分L2は移動の際の開始位置を示し、最も上側に示す線分L2は終了位置を示している。図10(a)に示すように、取付角度β(図10ではβ=90°)を一定に保ちつつ、仮想円柱K3の径方向における線分L2の長さm3を連続的に大きくなるように変化させながら、一般螺線C2に沿って一方向D2に線分L2を移動させるとき、該線分L2の軌跡が錐状一般螺旋羽根面となる。
錐状一般螺旋羽根面の外周部は、仮想円柱K3と軸線が一致する仮想錐台の側面に内接する。ここで、本発明において「錐台」とは、面積の異なる2つの底面を有し、軸線が該2つの底面を通り、かつ、軸線方向のうちの一方向に向かうにつれて外径が連続的に大きくなる立体である。線分L2の長さm3の変化のさせ方によって、錐状一般螺旋羽根面が内接する仮想錐台の形状は異なる。
図10(b)は、仮想直円錐台K4に内接する錐状一般螺旋羽根面n2を示している。本発明において、「直円錐台」とは、直円錐を底面に平行な平面で二分して得たれる立体のうち、円錐ではない方の立体である。一般螺線C2に沿った単位移動距離当たりの線分L2の長さm3の変化率が一定のとき、線分L2の軌跡は、図10(b)において斜線部で示す錐状一般螺旋羽根面n2となり、その外周部は、仮想直円錐台K4の側面に内接する。
図10(c)は、仮想圧縮直円錐台K5に内接する錐状一般螺旋羽根面n3を示している。本発明において、「圧縮直円錐台」とは、直円錐台の側面を、軸線に近付く向きに湾曲させた形状の立体である。一方向D2に進むにつれて一般螺線C2に沿った単位移動距離当たりの線分L2の長さm3の変化率が次第に大きくなるとき、線分L2の軌跡は、図10(c)において斜線部で示す錐状一般螺旋羽根面n3となり、その外周部は、仮想圧縮直円錐台K5の側面に内接する。
図10(d)は、仮想膨張直円錐台K6に内接する錐状一般螺旋羽根面n4を示している。本発明において、「膨張直円錐台」とは、直円錐台の側面を、軸線から離れる向きに湾曲させた形状の立体である。一方向D2に進むにつれて一般螺線C2に沿った単位移動距離当たりの線分L2の長さm3の変化率が次第に小さくなるとき、線分L2の軌跡は、図10(d)において斜線部で示す錐状一般螺旋羽根面n4となり、その外周部は、仮想膨張直円錐台K6の側面に内接する。
このような錐状一般螺旋羽根面を主面とする部材が、錐状一般螺旋羽根である。本実施形態のように内螺旋羽根202fとして用いる場合、上記錐状一般螺旋羽根は、仮想円柱K3の直径2r2が第1回転軸202aの外径に等しくなるように構成される。そして、錐状一般螺旋羽根は、錐状一般螺旋羽根面n2,n3,n4が現像剤搬送方向Xにおいて第2連通路R側になるように設けられ、該錐状一般螺旋羽根面n2,n3,n4によって現像剤を現像剤搬送方向Xと同一の方向H1に搬送するように設けられる。本実施形態では、錐状一般螺旋羽根面n2,n3,n4によって現像剤を方向H1に搬送するために、錐状一般螺旋羽根は、右回りの一般螺線に沿って線分を移動させたときに形成される錐状一般螺旋羽根面を主面とする部材、すなわち、右回りの錐状一般螺旋羽根である必要がある。
また、このとき、錐状一般螺旋羽根の内周部と第1回転軸202aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち錐状一般螺旋羽根の内径は2r2で一様となり、錐状一般螺旋羽根の外周部と第1回転軸202aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち錐状一般螺旋羽根の外径は、方向H1に向かうにつれて、2m3の最大値+2r2から、2m3の最小値+2r2まで、連続的に変化する。長さm3の最小値は、たとえば0mm〜5mmの範囲内で適宜設定できる。長さm3の最大値は、たとえば8mm〜20mmの範囲内で適宜設定できる。なお、本実施形態では、錐状一般螺旋羽根の外径の最大値は、第1搬送羽根202bの外径に等しく、錐状一般螺旋羽根と第1搬送羽根202bとが滑らかに連なる。
本実施形態において、取付角度βは90°でなくともよく、30°〜150°の範囲内で適宜設定できる。リード角θ2は、たとえば20°〜70°の範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態における錐状一般螺旋羽根の外周部のリードm4は、たとえば20mm〜50mmの範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態において、第1回転軸202aの軸線方向における錐状一般螺旋羽根全体の長さm5は、たとえば、20mm〜40mmの範囲内で適宜設定できる。
また本実施形態において、内螺旋羽根202fは、2周期の錐状一般螺旋羽根面を有する錐状一般螺旋羽根であり、該錐状一般螺旋羽根の厚さは2mmで一様である。なお、このときの、第2連通路Rの隔壁207の長手方向に沿った長さは、30mmである。錐状一般螺旋羽根の周期や厚さなども、現像剤の搬送速度や、現像槽201の大きさ、第2連通路Rの大きさなどに応じて適宜設定できる。たとえば、内螺旋羽根202fとして用いられる錐状一般螺旋羽根の厚さは、1.5mm〜3mmの範囲内で適宜設定できる。
本実施形態では、外螺旋羽根202eは、一続きの環状一般螺旋羽根である。環状一般螺旋羽根は、その内周部において内螺旋羽根202fを取り巻いて設けられる。本発明において、「環状一般螺旋羽根」とは、概略的には、一般螺旋羽根を、外径を一定に保ちながら、内径を連続的に変化させた形状の部材である。より詳細には、環状一般螺旋羽根面を主面とする所定の厚さの部材である。ここで、環状一般螺旋羽根の内周部とは、上記環状一般螺旋羽根面のうち第1回転軸202aの軸線に最も近接する部分であり、環状一般螺旋羽根の外周部とは、上記環状一般螺旋羽根面において第1回転軸202aから最も離間した部分である。
本発明において、「環状一般螺旋羽根面」とは、仮想円柱K7(以下では、半径をr3とする)の側面上の1つの一般螺線C3(リード角をθ3とする)に沿って、仮想円柱K7の内部にある1つの線分L3を、取付角度δを保ったまま、仮想円柱K7の径方向における該線分L3の長さm6を連続的に小さくなるように変化させながら、仮想円柱K7の軸線に平行な一方向D3に移動させたときの、該線分L3の軌跡がなす面である。ここで、「取付角度δ」とは、仮想円柱K7の軸線と線分L3とを含む面において、該線分L3と、該線分L3と仮想円柱K7との接点から一方向D3に延びる半直線と、のなす角度であって、0°より大きく180°より小さい角度である。
以下に、環状一般螺旋羽根面の一例として、一般螺線の1周期の部分に沿って線分を移動させたときの環状一般螺旋羽根面(「1周期の環状一般螺旋羽根面」と表す。他の周期についても同様)を示す。図11は、1周期の環状一般螺旋羽根面について説明するための図である。図11(a)は、仮想円柱K7の側面と、仮想円柱K7の側面上の左回りの一般螺線C3と、一般螺線C3上を一方向D3に移動する線分L3の開始位置および終了位置と、を示している。図11(a)の紙面において最も下側に示す線分L3は移動の際の開始位置を示し、最も上側に示す線分L3は終了位置を示している。図11(a)に示すように、取付角度δ(図11ではδ=90°)を一定に保ちつつ、仮想円柱K7の径方向における線分L3の長さm6を連続的に小さくなるように変化させながら、一般螺線C3に沿って一方向D3に線分L3を移動させるとき、該線分L3の軌跡が環状一般螺旋羽根面となる。
環状一般螺旋羽根面の内周部は、仮想円柱K7と軸線が一致する仮想錐台の側面に外接する。線分L3の長さm6の変化のさせ方によって、環状一般螺旋羽根面が外接する仮想錐台の形状は異なる。
図11(b)は、仮想直円錐台K8に外接する環状一般螺旋羽根面n5を示している。一般螺線C3に沿った単位移動距離当たりの線分L3の長さm6の変化率が一定のとき、線分L3の軌跡は、図11(b)において斜線部で示す環状一般螺旋羽根面n5となり、その内周部は、仮想直円錐台K8の側面に外接する。
図11(c)は、仮想圧縮直円錐台K9に外接する環状一般螺旋羽根面n6を示している。一方向D3に進むにつれて一般螺線C3に沿った単位移動距離当たりの線分L3の長さm6の変化率が次第に大きくなるとき、線分L3の軌跡は、図11(c)において斜線部で示す環状一般螺旋羽根面n6となり、その内周部は、仮想圧縮直円錐台K9の側面に外接する。
図11(d)は、仮想膨張直円錐台K10に外接する環状一般螺旋羽根面n7を示している。一方向D3に進むにつれて一般螺線C3に沿った単位移動距離当たりの線分L3の長さm6の変化率が次第に小さくなるとき、線分L3の軌跡は、図11(d)において斜線部で示す環状一般螺旋羽根面n7となり、その内周部は、仮想膨張直円錐台K10の側面に外接する。
このような環状一般螺旋羽根面を主面とする部材が、環状一般螺旋羽根である。本実施形態のように外螺旋羽根202eとして用いる場合、上記環状一般螺旋羽根は、環状一般螺旋羽根面n5,n6,n7が現像剤搬送方向Xにおいて第1連通路S側になるように設けられ、該環状一般螺旋羽根面n5,n6,n7によって現像剤を現像剤搬送方向Xとは逆の方向H2に搬送するように設けられる。本実施形態では、環状一般螺旋羽根面n5,n6,n7によって現像剤を方向H2に搬送するために、環状一般螺旋羽根は、左回りの一般螺線に沿って線分を移動させたときに形成される環状一般螺旋羽根面を主面とする部材、すなわち、左回りの環状一般螺旋羽根である必要がある。また、環状一般螺旋羽根は、その内周部において外接する仮想錐台の側面よりも内側に、内螺旋羽根202fが存在するように設けられる。このとき、内螺旋羽根202fと環状一般螺旋羽根とを、一または複数の近接部分において、樹脂や金属などによって接続してもよい。
また、環状一般螺旋羽根を外螺旋羽根202eとして用いるとき、環状一般螺旋羽根の外周部と第1回転軸202aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち環状一般螺旋羽根の外径は2r3で一様となり、環状一般螺旋羽根の内周部と第1回転軸202aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち環状一般螺旋羽根の内径は、方向H2に向かうにつれて、2m6の最小値+2r3から、2m6の最大値+2r3まで、連続的に変化する。長さm6の最小値は、たとえば0mm〜5mmの範囲内で適宜設定できる。長さm6の最大値は、たとえば8mm〜20mmの範囲内で適宜設定できる。なお、本実施形態では、環状一般螺旋羽根の外径の最大値は、第1搬送羽根202bの外径に等しい。
本実施形態において、取付角度δは90°でなくともよく、30°〜150°の範囲内で適宜設定できる。リード角θ3は、たとえば20°〜70°の範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態における環状一般螺旋羽根の外周部のリードm7は、たとえば10mm〜25mmの範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態において、第1回転軸202aの軸線方向における環状一般螺旋羽根全体の長さm8は、たとえば、20mm〜40mmの範囲内で適宜設定できる。
また本実施形態において、外螺旋羽根202eは、1と4分の3周期の環状一般螺旋羽根面を有する環状一般螺旋羽根であり、該環状一般螺旋羽根の厚さは2mmで一様である。環状一般螺旋羽根の周期や厚さなども、現像剤の搬送速度や、現像槽201の大きさ、第2連通路Rの大きさなどに応じて適宜設定できる。たとえば、外螺旋羽根202eとして用いられる環状一般螺旋羽根の厚さは、1.5mm〜3mmの範囲内で適宜設定できる。
本実施形態では、上記のように、内螺旋羽根202fとして錐状一般螺旋羽根を用い、外螺旋羽根202eとして環状一般螺旋羽根を用いている。錐状一般螺旋羽根は、方向H1への現像剤の搬送量が、方向H1へ進むにつれて次第に小さくなる。環状一般螺旋羽根は、方向H2への現像剤の搬送量が、方向H2へ進むにつれて次第に小さくなる。このように、2重螺旋羽根202dにおいて、方向H1への現像剤の搬送量が大きいところでは方向H2への現像剤の搬送量が小さく、方向H2への現像剤の搬送量が大きいところでは方向H1への現像剤の搬送量が小さくなっている。その結果、2重螺旋羽根202dによって発生する方向が異なる2つの現像剤の流れによって、急激な反発が生じることが抑えられるので、反発による現像剤への負荷を抑えることができる。なお、錐状一般螺旋羽根が内接する仮想錐台および環状一般螺旋羽根が外接する仮想錐台が膨張直円錐台である場合、反発による現像剤への負荷をより抑えることができるので、より好ましい。
本実施形態のように内螺旋羽根202fとして錐状一般螺旋羽根を用い、外螺旋羽根202eとして環状一般螺旋羽根を用いる場合、錐状一般螺旋羽根が内接する仮想錐台と、環状一般螺旋羽根が外接する仮想錐台とが、一致するように構成されることが好ましい。外螺旋羽根202eが外接する仮想錐台を内螺旋羽根202fが内接する仮想錐台よりも大きくしたり、内螺旋羽根202fおよび外螺旋羽根202eの少なくとも一方を一般螺旋羽根にしたりしても、2重螺旋羽根202dによる現像剤への負荷の抑制は達成されるけれども、仮想錐台の一致する内螺旋羽根202fおよび外螺旋羽根202eを用いることで、第1回転軸202aの軸線方向に離れた位置から2重螺旋羽根202dを見たときに、内螺旋羽根202fと外螺旋羽根202eとの間に隙間が無くなるので、現像剤に掛かる負荷をより抑えることができる。
外螺旋羽根202eの外周部のリードm7は、内螺旋羽根202fの外周部のリードm4よりも小さいことが好ましい。外螺旋羽根202eによる現像剤の搬送方向である方向H2は、現像剤搬送方向Xとは逆の方向である。したがって、外螺旋羽根202eの外周部のリードm7を小さくすることで、現像剤をより円滑に循環搬送することができる。
外螺旋羽根202eは、内螺旋羽根202fと同様にポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂などの材料から形成されてもよいけれども、弾性スポンジから形成されることが好ましい。本発明において、「弾性スポンジ」とは、圧縮変形率が50%以上80%以下の材質である。ここで、圧縮変形率は、1辺1cmの立方体の試料に対して厚さ方向に毎秒0.1N/cm2の荷重を加えたときの該試料の厚さの最小値をF[cm]とするとき、下記式(1)で与えられる値である。
圧縮変形率[%]=(1−F)×100[%] …(1)
外螺旋羽根202eを、このような弾性スポンジから形成することで、2重螺旋羽根202dによって発生する方向が異なる2つの現像剤の流れの反発による現像剤への負荷を抑えることができる。
弾性スポンジの各開口部は、開口にトナーが入り込まない程度の大きさであることが好ましい。具体的には、開口面積で表わせば、たとえば、1μm2以上10μm2以下である。また、開口径で表わせば、たとえば、1μm以上3μm以下である。このような大きさの開口部が設けられることにより、トナーが開口に入り込むことを抑えながら、現像剤と弾性スポンジとの摩擦を大きくすることができる。これによって、現像剤は、外螺旋羽根202eとともに移動し易くなる。したがって、現像剤の流動性が低下していても、現像剤を移動させることができ、駆動トルクの増大を抑えることができる。
弾性スポンジとしては、ウレタンスポンジ、ゴムスポンジ、ポリエチレンスポンジなどを使用でき、この中でも耐摩耗性に優れるウレタンスポンジが好ましい。弾性スポンジとしてウレタンスポンジを用いることによって、現像装置200を長期間使用することができる。また、弾性スポンジとしては、連続気泡を有する連泡性スポンジが好ましい。連泡性スポンジは、単泡性スポンジと比較して圧縮または変形し易いので、現像剤の過度な圧縮を抑えることができる。連泡性スポンジは、たとえば、炭酸カルシウムの微粉末を練り込んだ材料を射出成形後、成形品を塩酸水中に浸漬して、粉末炭酸カルシウムを分解溶出する方法や、水溶性の塩を練り込み成形した後、水中で塩を溶出して連泡体にする方法、または樹脂に予め発泡剤を添加しておき、発泡成形後に物理的に気泡の壁を破る方法などにより得られる。
さらに、弾性スポンジとしては、カーボンブラックなどの導電剤を含む導電性スポンジが好ましい。導電性スポンジは、現像剤や現像槽201の内壁面と摩擦が生じても帯電し難いので、トナーを静電吸着することを抑えることができる。
次に、本発明の第2実施形態である現像装置400について説明する。図12は、現像装置400の構成を示す模式図である。図13は、図12のJ−Jを切断面線とする現像装置400の断面図である。図14は、図12のK−Kを切断面線とする現像装置400の断面図である。現像装置400は、現像装置200の代わりに画像形成装置100に備えられ、感光体ドラム21の表面にトナーを供給することで、該表面に形成された静電潜像を現像する装置である。現像装置400は、現像槽201と、第1現像剤搬送部材402と、第2現像剤搬送部材403と、現像ローラ204と、現像槽カバー205と、ドクターブレード206と、隔壁207と、トナー濃度検知センサ208とを含む。
現像装置400は、現像装置200において、第1現像剤搬送部材202の代わりに第1現像剤搬送部材402を設け、第2現像剤搬送部材203の代わりに第2現像剤搬送部材403を設けたものである。よって、第1実施形態と第2実施形態とで共通する部材である、現像槽201、現像ローラ204、現像槽カバー205、ドクターブレード206、隔壁207、およびトナー濃度検知センサ208については、その説明を省略する。なお、本発明の他の実施形態としては、現像装置200において、第1現像剤搬送部材202の代わりに第1現像剤搬送部材402を設け、第2現像剤搬送部材203はそのままとしたものであってもよい。
第1現像剤搬送部材402は、第1搬送路Pに設けられ、第1回転軸402aと第1搬送羽根402bと第1搬送ギア402cとを含む。第1回転軸402a、第1搬送羽根402b、および第1搬送ギア402cは、第1実施形態における第1回転軸202a、第1搬送羽根202b、および第1搬送ギア202cとそれぞれ同一の形状であるので、その説明を省略する。第2現像剤搬送部材403は、第2搬送路Qに設けられ、第2回転軸403aと第2搬送羽根403bと第2搬送ギア403cとを含む。第2回転軸403a、第2搬送羽根403b、および第2搬送ギア403cは、第1実施形態における第2回転軸203a、第2搬送羽根203b、および第2搬送ギア203cとそれぞれ同一の形状であるので、その説明を省略する。
本実施形態でも、第1実施形態と同様に、第1現像剤搬送部材402も第2現像剤搬送部材403も、予め定める現像剤搬送部材としている。すなわち、第1現像剤搬送部材402は、第1搬送羽根402bよりも現像剤搬送方向X下流側に、2重螺旋羽根402dを有しており、第2現像剤搬送部材403は、第2搬送羽根403bよりも現像剤搬送方向Y下流側に、2重螺旋羽根403dを有している。
以下では、第1現像剤搬送部材402の2重螺旋羽根402dについて説明する。なお、第2現像剤搬送部材403は第1現像剤搬送部材402と同じ形状であるので説明を省略する。図15は、2重螺旋羽根402dの構成を示す模式図である。2重螺旋羽根402dは、図15において斜線部で示される外螺旋羽根402eと、内螺旋羽根402fとを含む。図16は、内螺旋羽根402fと外螺旋羽根402eとを、それぞれ独立して示した図である。図16(a)では、内螺旋羽根402fを実線で示し、第1回転軸402aを2点鎖線で示している。図16(b)では、外螺旋羽根402eを実線で示し、第1回転軸402aを2点鎖線で示している。
図16(a)に示すように、内螺旋羽根402fは、第1回転軸402aを取り巻いて設けられる。内螺旋羽根402fは、第1回転軸402aの回転方向G1への回転に伴って、第1回転軸402aの軸線を中心として回転運動する。内螺旋羽根402fは、その回転運動によって、現像剤搬送方向Xとは逆方向である方向H3に、第1回転軸402aに比較的近い位置にある現像剤を搬送する。
図16(b)に示すように、外螺旋羽根402eは、内螺旋羽根402fを取り巻いて設けられる。外螺旋羽根402eは、第1回転軸402aの回転方向G1への回転に伴って、第1回転軸402aの軸線を中心として回転運動する。外螺旋羽根402eは、その回転運動によって、現像剤搬送方向Xと同一方向である方向H4に、第1回転軸402aから比較的遠い位置にある現像剤を搬送する。すなわち、本実施形態における第1現像剤搬送部材402は、外螺旋羽根402eによって現像剤を搬送する方向H4が、現像剤搬送方向Xと同一の方向となるように構成される。
上記のように2重螺旋羽根402dが回転運動するとき、第1回転軸402aの軸線方向において内螺旋羽根402fと外螺旋羽根402eとが共存する位置で、方向H3に向かう現像剤の流れと、方向H4に向かう現像剤の流れとが生じる。これによって、第1回転軸402aにおいて2重螺旋羽根402dが設けられる位置の周りに、同時に、方向が異なる2つの現像剤の流れが生じる。この方向が異なる2つの現像剤の流れは互いに反発するので、第1回転軸402aから比較的遠い位置にある現像剤は、該第1回転軸402aから離れる方向に付勢される。その結果、現像剤に過度な圧力を生じさせることなく現像剤を第2連通路Rへと導くことができ、現像剤に掛かる負荷を抑えながら現像剤を循環搬送することができる。本実施形態では、第1現像剤搬送部材402が2重螺旋羽根402dを有するだけでなく、第2現像剤搬送部材403も2重螺旋羽根403dを有することにより、第2搬送路Qにおいて現像剤搬送方向Y下流側の現像剤は、少ない負荷で第1連通路Sへ導かれる。その結果、より円滑に、現像剤を循環搬送することができる。
また、本実施形態では、現像槽201の鉛直方向上方から見た場合における、該現像槽201に貯留される現像剤の流れの方向は左回りであり、現像剤搬送方向Xに見たときにおける第1回転軸402aの回転方向G1も左回りである。すなわち、第1現像剤搬送部材402は、現像剤搬送方向Xに見たときの第1回転軸402aの回転方向G1と、現像槽201の鉛直方向上方から見たときの現像剤の流れの方向とが、一致するように構成されている。よって、第1現像剤搬送部材402の内螺旋羽根402fおよび外螺旋羽根402eは、第2連通路Rに臨む位置において、現像剤に対して、鉛直方向上方から下方へ通過することになる。したがって、上記の方向が異なる2つの現像剤の流れによる反発で第2連通路R側へ付勢される現像剤は、内螺旋羽根402fおよび外螺旋羽根402eとの摩擦により鉛直方向下方へも付勢される。その結果、第1現像剤搬送部材402の2重螺旋羽根402dによって第2連通路R側へ付勢された現像剤が、第1搬送路Pへ舞い戻ることが抑えられるので、より円滑に、現像剤を循環搬送することができる。
内螺旋羽根402fは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂などの材料から形成される。本実施形態では、内螺旋羽根402fは、一続きの錐状一般螺旋羽根である。錐状一般螺旋羽根は、その内周部において第1回転軸402aを取り巻いて設けられる。以下では、第1実施形態の説明で用いた図10を用いて、本実施形態における錐状一般螺旋羽根について説明する。
錐状一般螺旋羽根は、図10に示す仮想円柱K3の直径2r2が第1回転軸402aの外径に等しくなるように構成される。そして、錐状一般螺旋羽根は、図10に示す錐状一般螺旋羽根面n2,n3,n4が現像剤搬送方向Xにおいて第1連通路S側になるように設けられ、該錐状一般螺旋羽根面n2,n3,n4によって現像剤を現像剤搬送方向Xとは逆の方向H3に搬送するように設けられる。本実施形態では、錐状一般螺旋羽根面n2,n3,n4によって現像剤を方向H3に搬送するために、錐状一般螺旋羽根は、左回りの錐状一般螺旋羽根である必要がある。
また、このとき、錐状一般螺旋羽根の内周部と第1回転軸402aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち錐状一般螺旋羽根の内径は2r2で一様となり、錐状一般螺旋羽根の外周部と第1回転軸402aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち錐状一般螺旋羽根の外径は、方向H3に向かうにつれて、2m3の最大値+2r2から、2m3の最小値+2r2まで、連続的に変化する。長さm3の最小値は、たとえば0mm〜5mmの範囲内で適宜設定できる。長さm3の最大値は、たとえば8mm〜20mmの範囲内で適宜設定できる。なお、本実施形態では、錐状一般螺旋羽根の外径の最大値は、第1搬送羽根402bの外径に等しい。
本実施形態において、取付角度βは90°でなくともよく、30°〜150°の範囲内で適宜設定できる。リード角θ2は、たとえば40°〜70°の範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態における錐状一般螺旋羽根の外周部のリードm9は、たとえば20mm〜40mmの範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態において、第1回転軸402aの軸線方向における錐状一般螺旋羽根全体の長さm10は、たとえば、20mm〜40mmの範囲内で適宜設定できる。
また本実施形態において、内螺旋羽根402fは、1と2分の1周期の錐状一般螺旋羽根面を有する錐状一般螺旋羽根であり、該錐状一般螺旋羽根の厚さは2mmで一様である。錐状一般螺旋羽根の周期や厚さなども、現像剤の搬送速度や、現像槽201の大きさ、第2連通路Rの大きさなどに応じて適宜設定できる。たとえば、内螺旋羽根402fとして用いられる錐状一般螺旋羽根の厚さは、1.5mm〜3mmの範囲内で適宜設定できる。
本実施形態では、外螺旋羽根402eは、一続きの環状一般螺旋羽根である。環状一般螺旋羽根は、その内周部において内螺旋羽根402fを取り巻いて設けられる。以下では、第1実施形態の説明で用いた図11を用いて、本実施形態における環状一般螺旋羽根について説明する。
環状一般螺旋羽根は、図11に示す環状一般螺旋羽根面n5,n6,n7が現像剤搬送方向Xにおいて第2連通路R側になるように設けられ、該環状一般螺旋羽根面n5,n6,n7によって現像剤を現像剤搬送方向Xと同一の方向H4に搬送するように設けられる。本実施形態では、環状一般螺旋羽根面n5,n6,n7によって現像剤を方向H4に搬送するために、環状一般螺旋羽根は、右回りの環状一般螺旋羽根である必要がある。また、環状一般螺旋羽根は、その内周部において外接する仮想錐台の側面よりも内側に、内螺旋羽根402fが存在するように設けられる。このとき、内螺旋羽根402fと環状一般螺旋羽根とを、一または複数の近接部分において、樹脂や金属などによって接続してもよい。
また、環状一般螺旋羽根を外螺旋羽根402eとして用いるとき、環状一般螺旋羽根の外周部と第1回転軸402aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち環状一般螺旋羽根の外径は2r3で一様となり、環状一般螺旋羽根の内周部と第1回転軸402aの軸線との間の距離の2倍の値、すなわち環状一般螺旋羽根の内径は、方向H4に向かうにつれて、2m6の最小値+2r3から、2m6の最大値+2r3まで、連続的に変化する。長さm6の最小値は、たとえば0mm〜5mmの範囲内で適宜設定できる。長さm6の最大値は、たとえば8m〜20mmの範囲内で適宜設定できる。なお、本実施形態では、環状一般螺旋羽根の外径の最大値は、第1搬送羽根402bの外径に等しく、環状一般螺旋羽根と第1搬送羽根402bとが滑らかに連なる。
本実施形態において、取付角度δは90°でなくともよく、30°〜150°の範囲内で適宜設定できる。リード角θ3は、たとえば40°〜70°の範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態における環状一般螺旋羽根の外周部のリードm11は、たとえば20mm〜50mmの範囲内で適宜設定できる。また、本実施形態において、第1回転軸402aの軸線方向における環状一般螺旋羽根全体の長さm12は、たとえば、20mm〜40mmの範囲内で適宜設定できる。
また本実施形態において、外螺旋羽根402eは、2周期の環状一般螺旋羽根面を有する環状一般螺旋羽根であり、該環状一般螺旋羽根の厚さは2mmで一様である。環状一般螺旋羽根の周期や厚さなども、現像剤の搬送速度や、現像槽201の大きさ、第2連通路Rの大きさなどに応じて適宜設定できる。たとえば、外螺旋羽根402eとして用いられる環状一般螺旋羽根の厚さは、1.5mm〜3mmの範囲内で適宜設定できる。
本実施形態では、上記のように、内螺旋羽根402fとして錐状一般螺旋羽根を用い、外螺旋羽根402eとして環状一般螺旋羽根を用いている。錐状一般螺旋羽根は、方向H3への現像剤の搬送量が、方向H3へ進むにつれて次第に小さくなる。環状一般螺旋羽根は、方向H4への現像剤の搬送量が、方向H4へ進むにつれて次第に小さくなる。ここで、方向H4は、現像剤搬送方向Xと同一であり、現像槽201の内壁へ向かう方向である。上記のように、この方向H4への現像剤の搬送量は、該方向H4へ向かうにつれて、すなわち、現像槽の内壁へ向かうにつれて、小さくなる。その結果、現像槽201の内壁と外螺旋羽根402eとによって現像剤が圧縮されることが抑えられるので、現像剤に掛かる負荷を抑えることができる。
また、上記のように、2重螺旋羽根402dにおいて、方向H3への現像剤の搬送量が大きいところでは方向H4への現像剤の搬送量が小さく、方向H4への現像剤の搬送量が大きいところでは方向H3への現像剤の搬送量が小さくなっている。その結果、2重螺旋羽根402dによって発生する方向が異なる2つの現像剤の流れによって、急激な反発が生じることが抑えられるので、反発による現像剤への負荷を抑えることができる。なお、錐状一般螺旋羽根が内接する仮想錐台および環状一般螺旋羽根が外接する仮想錐台が膨張直円錐台である場合、反発による現像剤への負荷をより抑えることができるので、より好ましい。
本実施形態のように内螺旋羽根402fとして錐状一般螺旋羽根を用い、外螺旋羽根402eとして環状一般螺旋羽根を用いる場合、錐状一般螺旋羽根が内接する仮想錐台と、環状一般螺旋羽根が外接する仮想錐台とが、一致するように構成されることが好ましい。外螺旋羽根402eが外接する仮想錐台を内螺旋羽根402fが内接する仮想錐台よりも大きくしたり、内螺旋羽根402fおよび外螺旋羽根402eの少なくとも一方を一般螺旋羽根にしたりしても、2重螺旋羽根402dによる現像剤への負荷の抑制は達成されるけれども、仮想錐台の一致する内螺旋羽根402fおよび外螺旋羽根402eを用いることで、第1回転軸402aの軸線方向に離れた位置から2重螺旋羽根402dを見たときに、内螺旋羽根402fと外螺旋羽根402eとの間に隙間が無くなるので、現像剤に掛かる負荷をより抑えることができる。
内螺旋羽根402fの外周部のリードm9は、外螺旋羽根402eの外周部のリードm11よりも小さいことが好ましい。内螺旋羽根402fによる現像剤の搬送方向である方向H3は、現像剤搬送方向Xとは逆の方向である。したがって、内螺旋羽根402fの外周部のリードm9を小さくすることで、現像剤をより円滑に循環搬送することができる。
外螺旋羽根402eは、内螺旋羽根402fと同様にポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂などの材料から形成されてもよいけれども、第1実施形態における外螺旋羽根202eと同様に、弾性スポンジから形成されることが好ましい。
本発明に係る画像形成装置100には、上記の現像装置200および現像装置400のうち、適宜選択された現像装置が備えられている。これによって、現像剤への負荷が抑えられ、その結果、画像形成装置100は、画質の劣化を抑えることができる。