JP2002278268A - 画像形成装置及び現像剤冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像工程を高速化しても、トナー飛散や現像
ユニットの発熱などの問題を抑えることができる画像形
成装置を提供する。 【解決手段】 現像ローラ１１の表面のうち、現像部よ
りも上流側に位置するスリーブ１１ａ表面及び、これに
付着している現像剤層に沿って気流が流れるような気流
路１２を形成するとともに、吸引ファン１３及びトナー
フィルタ１４を設ける。この気流により、現像部近傍に
おいて飛散し易いトナーすなわちスリーブ１１ａ上のキ
ャリア粒子に対して付着力の弱いトナーが回収され、ト
ナーフィルタ１４にトラップされる。また、現像部近傍
で飛散してしまうトナー粒子の吸引を行なうことも可能
である。さらに、摩擦熱等により発熱したスリーブ、キ
ャリア粒子及びトナー粒子を積極的に空冷することもで
きるうえ、現像剤の摩擦熱が蓄積され易いドクターブレ
ード１５を冷却する効果も得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成装置及び
現像剤冷却装置に関し、より詳しくは、第１発明は乾式
トナーを用いた一成分及び二成分の電子写真プロセスに
関し，第２発明は乾式電子写真現像装置、特に二成分現
像方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、第１発明に係る従来技術について
説明する。画像形成装置の現像工程において、トナー担
持体上に付着したトナーは、静電潜像とトナー担持体と
の間に形成される電界の作用により顕像化される。な
お、本明細書において「トナー担持体」とは、一成分作
像プロセスの場合には現像ローラ、現像スリーブまたは
現像ベルトを意味し、二成分作像プロセスの場合には、
キャリア粒子を含めた現像ローラ、現像スリーブまたは
現像ベルトを指す。

【０００３】ところが、現像工程の高速化に伴い、現像
部近傍に存在する空間には、潜像担持体表面やトナー担
持体表面の高速移動により、大きな空気の流れが生じ
る。この空気流によって、トナー担持体表面に付着する
トナー粒子が飛散しやすくなる。飛散してしまったトナ
ーは、機外に出て雰囲気を粉塵汚染することになるた
め、このような飛散してしまったトナー粒子を排出する
手段として、現像部近傍の空間の空気をダクトで吸引す
る方法が採られている。

【０００４】また、現像工程の高速化に伴って、現像ユ
ニット内での摩擦熱などが蓄熱することによる現像ユニ
ット全体の発熱が生じ、トナー軟化による固着等の問題
を引き起こし易くなっている。発熱対策としては、現像
ユニットのケーシングに送風を行なって空冷する方法な
どが採られる場合がある。上記摩擦熱としては、二成分
現像プロセスの場合には、攪拌部やドクター部における
現像剤同士、あるいは現像剤と攪拌部やドクター部との
摩擦による摩擦熱があり、一成分現像プロセスの場合に
は、トナーを現像ローラ上に薄層形成する際のストレス
による摩擦熱が挙げられる。

【０００５】つぎに、第２発明に係る従来技術について
説明する。一般に、乾式電子写真装置の現像装置におい
ては、画像形成速度が高速になるに連れて、現像ローラ
に対しトナーを安定供給するために、現像剤の攪拌・搬
送を高速で行なう必要がある。特に、二成分現像装置で
は、現像剤中のトナー濃度を安定に保つ必要があるた
め、一成分現像装置に比べて現像剤の攪拌・搬送を高速
で行なっている。その結果、パドルやスクリュー等の現
像剤攪拌搬送手段が高速回転することによる現像剤の摩
擦発熱によって、現像部を含む作像装置全体の温度上昇
が大きくなり、動作上あるいは画像品質上の問題の原因
となる。

【０００６】摩擦熱で昇温した現像剤を冷却するため
に、現像ユニットのケーシングを空冷する技術が多数提
案されている。しかし、現像剤を効率良く冷却するに
は、その機能上から、現像剤との接触機会の多い現像剤
攪拌搬送手段を冷却することがより好ましい。そこで、
現像部の温度上昇抑制策として、回転体であるパドルや
スクリュー等の攪拌搬送手段の回転軸を中空とし、該回
転軸を空冷する構造が特開平１０−２３９９６５号公報
に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】問題点１：このよう
に、従来の画像形成装置は、現像工程の高速化に伴いト
ナー飛散と、発熱という二つの大きな問題を抱えている
が、これらを同時に解決する技術は未だ提案されていな
い。これが、第１発明が解決しようとする問題点であ
る。

【０００８】問題点２：また、上記特許公報の構造で
は、攪拌搬送手段の回転軸内に気流を発生させる必要が
あるが、圧力損失が大きいため、軸内に多量の冷却用空
気を送ることが困難で、冷却効率を十分に高めるのが難
しいという問題がある。これが、第２発明が解決しよう
とする問題点である。

【０００９】したがって第１発明の目的は、上記第１の
問題点を解決すること、すなわち現像工程を高速化して
も、トナー飛散や現像ユニットの発熱などの問題を抑え
ることができる画像形成装置を提供することである。ま
た、第２発明の目的は、摩擦熱で昇温した現像剤を冷却
するために、現像剤攪拌搬送手段を効率良く冷却するこ
とができる現像剤冷却装置と、これを備えた画像形成装
置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】トナー担持体からのトナ
ー飛散を抑えるための一つの方法として、トナー担持体
に対して比較的弱い力でしか付着していないトナーを、
現像部の上流側で予め適当な気流によって除去する方法
が有効である。さらに、どうしても現像部近傍で飛散す
るトナーに関しては、効率良く回収を行なうことのでき
る気流設計を行なう必要がある。

【００１１】また、発熱に関しては、現像装置のケーシ
ングの外側を冷却するよりも、トナー担持体あるいはト
ナーそのものを冷却する方法が有効である。

【００１２】そこで第１発明では、現像部近傍からのト
ナー飛散を無くし、かつ高効率の冷却効果が得られるよ
うに、現像部近傍の空間を気流の上流側とし、かつトナ
ー担持体の表層に沿った気流を形成する機構を提案す
る。特に、現像部において交互電界を使用する場合に
は、現像部及びその近傍において飛散しやすいトナーの
量が増加するため、本発明は非常に有効である。

【００１３】すなわち、請求項１に記載の発明は、現像
ユニットのケーシング内にトナー担持体を配置し、静電
潜像担持体上の静電潜像を、トナー担持体に付着したト
ナーにより顕像化する画像形成装置において、トナー担
持体外周面の一部を適宜間隙を介して覆うトナー担持体
被覆部材と、前記間隙内の空気を強制吸引する吸引機構
とを設けたことを特徴とする画像形成装置である。

【００１４】請求項１に記載の発明によれば、トナーが
付着したトナー担持体の表面近傍に気流を形成できるた
め、トナー担持体表面及びそこに存在するトナー粒子を
効率良く空冷することができる。また、トナー担持体上
に比較的弱い力で付着しているトナー粒子のみを、気流
により強制的に排除することができるために、現像部近
傍でのトナー飛散が生じにくくなる。

【００１５】請求項２に記載の発明は、トナー担持体が
ローラ状、スリーブ状またはベルト状のものであること
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置であり、請
求項３に記載の発明は、トナー担持体が、表面に磁性微
粉体を磁気力で付着させるものであることを特徴とする
請求項２に記載の画像形成装置である。請求項２に記載
の発明によれば、一成分現像プロセスにおいて請求項１
の作用効果が生じ、請求項３記載の発明によれば、二成
分現像プロセスにおいて請求項１の作用効果が得られ
る。

【００１６】請求項４に記載の発明は、ローラ状のトナ
ー担持体を回転自在に設け、トナー担持体被覆部材を、
トナー担持体の回転方向において現像領域の上流側に設
置したことを特徴とする請求項２または３に記載の画像
形成装置である。請求項４に記載の発明によれば、トナ
ー担持体に付着して現像部に搬送されるトナーのうち、
トナー担持体に対する付着力の比較的小さなトナーのみ
を予め排除しておくことが可能なため、現像部及びその
近傍におけるトナー飛散が生じ難くなる。同時に、トナ
ー担持体及びこれに付着しているトナーの空冷効果も得
られる。

【００１７】請求項５に記載の発明は、ローラ状のトナ
ー担持体を回転自在に設け、トナー担持体被覆部材を、
トナー担持体の回転方向において現像領域の下流側に設
置したことを特徴とする請求項２または３に記載の画像
形成装置である。請求項５に記載の発明によれば、主
に、現像工程終了直後に発生する飛散トナーを吸引する
ことができる。同時に、トナー担持体及びこれに付着し
ているトナーの空冷効果も得られる。

【００１８】請求項６に記載の発明は、ローラ状のトナ
ー担持体を回転自在に設け、トナー担持体被覆部材を、
トナー担持体の回転方向において現像領域の上流側およ
び下流側に設置したことを特徴とする請求項２または３
に記載の画像形成装置である。請求項６に記載の発明に
よれば、トナー担持体に付着して現像部に搬送されるト
ナーのうち、トナー担持体に対する付着力の比較的小さ
なトナーのみを予め排除しておくことが可能なため、現
像部及びその近傍におけるトナー飛散が生じ難くなる。
また、現像工程終了直後に発生する飛散トナーを吸引す
ることもできる。同時に、トナー担持体および、これに
付着しているトナーの空冷効果が得られる。

【００１９】請求項７に記載の発明は、吸引機構の空気
吸引側に、トナー粒子を捕捉するトラップ機構を設けた
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像
形成装置である。請求項８に記載の発明は、トナートラ
ップで捕捉されたトナー粒子を現像ユニットのケーシン
グ内に戻す回収機構を設けたこと特徴とする請求項７に
記載の画像形成装置である。請求項９に記載の発明は、
トラップ機構が通気性のフィルタであることを特徴とす
る請求項７または８に記載の画像形成装置である。

【００２０】請求項７に記載の発明によれば、気流に乗
ってきたトナーを回収することができるため、機外への
トナー放出を防ぐことができ、請求項８に記載の発明に
よれば、回収されたトナーを再利用することにより廃棄
トナーが発生しなくなり、請求項９に記載の発明によれ
ば、最も簡易的に確実なトナー回収ができる。

【００２１】請求項１０に記載の発明は、フィルタを振
動させる振動子を設けたことを特徴とする請求項９に記
載の画像形成装置である。請求項１１に記載の発明は、
吸引機構により生じる空気流の流路を、現像ユニットの
ケーシングの内面に沿って形成したことを特徴とする請
求項１〜１０のいずれかに記載の画像形成装置である。
請求項１０に記載の発明によれば、フィルタに一定量堆
積したトナーが、フィルタ振動により容易に剥離され
る。請求項１１に記載の発明によれば、トナー担持体や
これに付着しているトナーだけでなく、現像ユニット全
体を空冷することが可能である。

【００２２】請求項１２に記載の発明は、トナー担持体
被覆部材を吸引機構側に延設し、該延設部分を、トナー
担持体表面の付着トナー量を規制するトナー量規制部材
に適宜間隙を介して対向させたことを特徴とする請求項
１に記載の画像形成装置である。請求項１２に記載の発
明によれば、ストレスすなわち摩擦による発熱量が最も
大きいと考えられるトナー量規制部を直接空冷すること
ができるため、高効率の冷却効果が期待できる。なお、
上記「トナー量規制部」は、二成分現像プロセスにおい
ては現像スリーブ上への現像剤のドクター部であり、一
成分現像プロセスにおいては現像ローラ上へのトナーの
薄層塗布部である。

【００２３】請求項１３に記載の発明は、静電潜像担持
体上に形成された静電潜像を、トナー担持体に付着した
トナー及び、トナー担持体に印加した静電界と交互電界
により顕像化することを特徴とする請求項１〜１２のい
ずれかに記載の画像形成装置である。請求項１３に記載
の発明によれば、トナー担持体への交互電界印加により
高画質の画像を得ることができると同時に、それとトレ
ードオフで生じ易い飛散トナーを効率良く回収すること
ができる。さらに同時に、トナー担持体及びこれに付着
しているトナーを直接空冷することができるため、効率
の良い冷却効果も得られる。

【００２４】つぎに、第２発明の構成について説明す
る。請求項１４に記載の発明は、現像剤を攪拌及び搬送
するために軸中心回転を行なう現像剤攪拌搬送手段の回
転軸内にヒートパイプを挿入し、該ヒートパイプの少な
くとも一端を冷却すること特徴とする現像剤冷却装置で
ある。請求項１４の発明によれば、現像剤との接触面積
の大きい現像剤攪拌搬送手段そのものを高効率で冷却す
ることができるため、現像剤の発熱を非常に効率的に抑
制する効果が得られる。

【００２５】請求項１５に記載の発明は、ヒートパイプ
の冷却を空冷により行なうことを特徴とする請求項１４
に記載の現像剤冷却装置である。請求項１５の発明によ
れば、ヒートパイプの冷却を、最も簡易的な冷却方式で
ある空冷により行なうため、冷却機構の付設に伴う現像
装置の大型化や、複雑化を最低限に抑えることができ
る。

【００２６】請求項１６に記載の発明は、ヒートパイプ
の少なくとも一端に、空気との熱交換効率を高めるため
のフィンを付設したことを特徴とする請求項１５に記載
の現像剤冷却装置である。請求項１６の発明によれば、
フィンの付設により、空気とヒートパイプとの間での高
効率熱交換が可能となる。

【００２７】請求項１７に記載の発明は、フィンをヒー
トパイプに熱伝導グリースで密着させたことを特徴とす
る請求項１６に記載の現像剤冷却装置である。請求項１
７の発明によれば、該ヒートパイプと該フィンとの熱接
触が良いため、高効率の現像剤冷却効果が期待できる。

【００２８】請求項１８に記載の発明は、ヒートパイプ
のフィンに対し空気を供給する送風ファンを設置したこ
とを特徴とする請求項１６に記載の現像剤冷却装置であ
る。請求項１８の発明によれば、送風ファンの設置によ
り、空気とヒートパイプとの間での高効率熱交換が可能
となる。

【００２９】請求項１９に記載の発明は、現像剤攪拌搬
送手段が金属製であることを特徴とする請求項１４〜１
８のいずれかに記載の現像剤冷却装置である。請求項１
９の発明によれば、該現像剤攪拌搬送手段が金属製であ
るため、樹脂材等に比較して熱伝導率が非常に高いため
に、現像剤の熱をヒートパイプに高効率で伝達すること
が可能である。

【００３０】請求項２０に記載の発明は、現像剤攪拌搬
送手段がアルミニウム製であることと特徴とする請求項
１９に記載の現像剤冷却装置である。請求項２０の発明
によれば、現像剤攪拌搬送手段がアルミ製であるため高
熱伝導率で、しかもコストパフォーマンスに優れた現像
剤冷却手段を構成することが可能である。

【００３１】請求項２１に記載の発明は、アルミニウム
製の現像剤攪拌搬送手段の表層部にアルマイト処理が施
されていることを特徴とする請求項２０に記載の現像剤
冷却装置である。請求項２１の発明によれば、アルマイ
ト処理を施すことにより表層硬度が増すため、高速攪拌
搬送時においても摩耗のない、高耐久性の現像剤攪拌搬
送手段を構成することができる。

【００３２】請求項２２に記載の発明は、現像剤攪拌搬
送手段の回転軸内周面とヒートパイプ外周面とを、熱伝
導グリースで密着させたことを特徴とする請求項１４〜
２１のいずれかに記載の現像剤冷却装置である。請求項
２２の発明によれば、該現像剤攪拌搬送手段と該ヒート
パイプとの熱接触が良いため、高効率の現像剤冷却効果
が期待できる。

【００３３】請求項２３に記載の発明は、現像剤攪拌搬
送手段を中空のスクリュー軸と、該スクリュー軸の外周
に設けたスクリュー羽根とで構成し、前記スクリュー軸
内に凝縮性の作動流体を適当量封入ことにより、現像剤
攪拌搬送手段にヒートパイプの機能を持たせたことを特
徴とする請求項１４〜２２のいずれかに記載の現像剤冷
却装置である。請求項２３の発明によれば、該現像剤攪
拌搬送手段そのものがヒートパイプとして機能するた
め、現像剤の冷却効率が非常に高くなるだけでなく、部
品点数も少なくすることができる。

【００３４】請求項２４に記載の発明は、現像剤攪拌搬
送手段の中空スクリュー軸と、フィンを設けたヒートパ
イプとを一体成形したことを特徴とする請求項２３に記
載の現像剤冷却装置である。請求項２４の発明によれ
ば、現像剤攪拌搬送手段の回転軸とフィンが一体化した
構造となっているため、現像剤の冷却効率が非常に高い
だけでなく、部品点数も少なくすることができる。

【００３５】請求項２５に記載の発明は、請求項１４〜
２４のいずれかに記載の現像剤冷却装置を備えたことを
特徴とする画像形成装置である。請求項２５の発明によ
れば、現像剤との接触面積が大きい現像剤攪拌搬送手段
を高効率で冷却することができるため、現像剤の発熱を
非常に効率的に抑制する効果が得られる。

【００３６】請求項２６に記載の発明は、請求項１８に
記載の現像剤冷却装置を備えた画像形成装置あって、前
記送風ファンの空気取り入れを、画像形成装置本体の外
部より行なうことを特徴とする画像形成装置である。請
求項２６の発明によれば、請求項２５の発明と同様の効
果が得られる。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明に係る現像ユニットの特徴
を明らかにするために、まず従来の現像ユニットの構造
およびその問題点について説明する。図１３は、従来の
代表的な二成分現像プロセス用の現像ユニットの模式的
断面図である。現像ローラ１０１は、アルミ製のスリー
ブ１０１ａ及び内部に固定設置された多極の磁石より構
成される。また、トナー粒子及びキャリア粒子よりなる
二成分現像剤は、２本の現像剤攪拌スクリュー１０２，
１０３によって攪拌される。現像ローラ１０１の回転に
伴いスリーブ１０１ａ上に汲み上げられた現像剤はドク
ターブレード１０４によって擦り切られ、現像部に搬送
される。スリーブ１０１ａにはバイアス印加手段が接続
されており、スリーブ１０１ａと感光体１０５との間に
は静電界及び交互電界が形成され、現像が行われる。現
像工程の終了した現像剤はスリーブ１０１ａによって搬
送され、現像ユニット内に戻される。

【００３８】現像工程においては、スリーブ表面の移動
や感光体表面の移動に伴う気流が発生し、スリーブに対
して付着力の弱いトナー粒子は飛散する。飛散するトナ
ーの一部に関しては、図１３の下流側スリーブ被覆材１
０７とスリーブ１０１ａとの間隙内に形成される気流
（スリーブによる巻き込み気流）によって現像ユニット
内に回収することができるが、大部分は上流側開口部１
０８及び下流側開口部１０９から外部の雰囲気中に放出
されてしまう。図１３において符号１０６は上流側スリ
ーブ被覆材、１１０は現像ユニットケーシングである。

【００３９】第１の実施の形態 次に、本発明の現像ユニットの構造を図１に基づいて説
明する。現像ローラ１１の表面のうち、現像部よりも上
流側に位置する現像スリーブ表面（スリーブ１１ａ表
面）及び、そこに付着している現像剤層に沿って図１に
示す気流が流れるような気流路１２を形成するととも
に、吸引ファン１３及びトナーフィルタ１４を設置す
る。この気流により、現像部近傍において飛散し易いト
ナーすなわちスリーブ１１ａ上のキャリア粒子に対して
付着力の弱いトナーが回収され、トナーフィルタ１４に
トラップされる。また、現像部近傍で飛散してしまうト
ナー粒子の吸引を行なうことも可能である。さらに、摩
擦熱等により発熱したスリーブ、キャリア粒子及びトナ
ー粒子を積極的に空冷することも可能である。さらに、
現像剤の摩擦熱が蓄積され易いドクターブレード１５を
冷却する効果も得られる（請求項１，３，４，７，９，
１２，１３）。なお、図１において符号１６は感光体、
１７は現像剤攪拌スクリュー、１８はトナー担持体被覆
部材、１９は現像ユニットケーシングである。

【００４０】第２の実施の形態 次に、本発明の第２の実施の形態に係る現像ユニットの
構造を、図２に基づいて説明する。現像ローラ１１の表
面のうち、現像部よりも下流側に位置するスリーブ表面
及びそこに付着している現像剤層に沿って、図２に示す
気流が流れるような気流路１２を形成するとともに、吸
引ファン１３及びトナーフィルタ１４を設置する。この
気流により、現像部近傍で飛散してしまうトナー粒子の
吸引を行なうことができる。さらに、摩擦熱等により発
熱したスリーブ、キャリア粒子及びトナー粒子を積極的
に空冷することも可能である。さらに、蓄熱した現像剤
が多く存在する現像ユニットケーシング１９の下部を冷
却する効果が得られる（請求項１，３，５，７，９，１
１，１３）。

【００４１】第３の実施の形態 次に、本発明の第３の実施の形態に係る現像ユニットの
構造を、図３に基づいて説明する。この現像ユニット
は、図１と図２を組み合わせた構造となっており、上記
第１の実施の形態による効果と、第２の実施の形態によ
る効果を同時に得ることができるため、特に優れたトナ
ー飛散防止効果、飛散トナー回収効果並びに、現像ユニ
ット及び現像剤の冷却効果を得ることができる（請求項
１，３，６，７，９，１１，１２，１３）。

【００４２】第４の実施の形態 次に、本発明の第４の実施の形態に係る現像ユニットの
構造を、図４に基づいて説明する。この現像ユニット
は、図１の現像ユニットに対して、トナーフィルタ１４
に蓄積するトナーを現像ユニット内に戻すための経路を
確保した例である。トナーフィルタ１４には、これを振
動させる振動子１４ａが設置されており、一定量蓄積し
たトナーは重力により現像ユニット内の現像剤攪拌部に
落下する構造となっている。これにより、トナーフィル
タ１４の長期的使用が可能となり、また廃トナーを発生
させないで済む。トナーフィルタ１４からトナーを効率
良く落下させるには、吸引ファン１３を一時的に停止さ
せた時に振動子１４ａによる振動を与えると良い（請求
項１，３，４，７，８，９，１０，１２，１３）。

【００４３】第５の実施の形態 次に、本発明の第５の実施の形態に係る現像ユニットの
構造を、図５に基づいて説明する。この現像ユニット
は、図２（第２の実施の形態）の現像ユニットを更に改
変し、トナーフィルタ１４から現像ユニット内への、ト
ナー戻しを実現することができるようにしたものである
（請求項１，３，５，７，８，９，１０，１１，１
３）。

【００４４】第６の実施の形態 次に、本発明の第６の実施の形態に係る現像ユニットの
構造を、図６に基づいて説明する。この現像ユニット
は、図３（第３の実施の形態）の現像ユニットを更に改
変し、トナーフィルタ１４から現像ユニット内への、ト
ナー戻しを実現することができるようにしたものである
（請求項１，３，６〜１３）。

【００４５】第７の実施の形態 次に、本発明の第７の実施の形態に係る現像ユニットの
構造を、図７に基づいて説明する。この現像ユニットで
は、図１（第１の実施の形態）の現像ユニットを更に改
変し、トナーフィルタ１４に蓄積するトナーを現像ユニ
ット内に戻すための経路を確保した。トナーフィルタ１
４には、これを振動させる振動子１４ａが設置されてお
り、一定量蓄積したトナーは重力によりトナー搬送スク
リュー２１が設置されたトナー受け２２に落下する。ト
ナー受け２２に落下したトナーは、トナー搬送スクリュ
ー２１及びその下流側に設置される、図示されないトナ
ー搬送手段により現像ユニット内の現像剤攪拌部に戻す
機構となっている。

【００４６】この様な構成によれば、トナーフィルタ１
４を現像ユニットよりも重力加速度向きで上流側に設置
できない場合においても、トナーフィルタ１４からの回
収トナーを現像ユニット内に戻すことが可能となる。つ
まり、トナーフィルタ１４と現像ユニットとの重力加速
度方向の位置関係を任意とすることが可能である。ま
た、トナーフィルタ１４が、現像ユニット内の攪拌機構
によって巻き上がるトナーを直接的に拾ってしまうこと
がない（請求項１，３，４，７，８，９，１０，１２，
１３）。

【００４７】第８の実施の形態 次に、本発明の第８の実施の形態に係る現像ユニットの
構造を、図８に基づいて説明する。この現像ユニット
は、図２（第２の実施の形態）の現像ユニットを更に改
変し、トナーフィルタ１４から現像ユニット内への、ト
ナー戻しを実現できるようにしたものである（請求項
１，３，５，７，８，９，１０，１１，１３）。

【００４８】第９の実施の形態 次に、本発明の第９の実施の形態に係る現像ユニットの
構造を、図９に基づいて説明する。この現像ユニット
は、図３（第３の実施の形態）の現像ユニットを更に改
変し、トナーフィルタ１４から現像ユニット内への、ト
ナー戻しを実現するようにしたものである。（請求項
１，３，６〜１３）。

【００４９】第１０の実施の形態 次に、本発明の第１０の実施の形態に係る画像形成装置
の構造を、図１０に基づいて説明する。この画像形成装
置は、感光体ドラムを４本タンデムで配列し、上記第４
の実施の形態に係る現像ユニットを設置したものであ
る。各感光体１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ上に形成
された画像は中間転写ベルト３１上で順次重ねられて、
記録用紙３２に一括転写され、定着が行われる。

【００５０】現像工程において各現像ローラ１１Ａ，１
１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの現像スリーブには、現像バイア
スとして直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電
圧が印加される。背景部電位と画像部電位は、上記振動
バイアス電位の最大値と最小値の間に位置している。こ
れによって現像部に、向きが交互に変化する交互電界が
形成される。この交互電界中で現像剤のトナーとキャリ
アが激しく振動し、トナーが現像スリーブおよびキャリ
アへの静電的拘束力を振り切って感光体ドラムに飛翔
し、感光体ドラムの潜像に対応して付着する。

【００５１】振動バイアス電圧の最大値と最小値の差
（ピーク間電圧）は、０．５〜５ｋＶが好ましく、周波
数は１〜１０ｋＨｚが好ましい。振動バイアス電圧の波
形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。振動
バイアスの直流電圧成分は、上記したように背景部電位
と画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景
部電位に近い値である方が、背景部電位領域へのかぶり
トナーの付着を防止する上で好ましい。

【００５２】振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、
デューティ比を５０％以下とすることが望ましい。ここ
でデューティ比とは、振動バイアスの１周期中でトナー
が感光体に向かおうとする時間の割合である。こうする
ことにより、トナーが感光体に向かおうとするピーク値
とバイアスの時間平均値との差を大きくすることができ
るので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが潜像
面の電位分布に忠実に付着して、ざらつき感や解像力を
向上させることができる。また、トナーとは逆極性の電
荷を有するキャリアが感光体に向かおうとするピーク値
と、バイアスの時間平均値との差を小さくすることがで
きるので、キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部に
キャリアが付着する確率を大幅に低減することができ
る。

【００５３】現像部における交互電界の印加による副作
用として飛散トナーが生じ易くなる。これは、現像部に
存在するトナー粒子の全数のうち、キャリアに束縛され
ないで浮遊するトナー粒子数の割合が大きくなるためと
考えられる。この様な飛散トナーは、現像部上流側及び
下流側において、現像スリーブ表面に形成されている強
制気流によって回収される。

【００５４】第１１の実施の形態 つぎに、第２発明の実施の形態について説明する。図１
１は画像形成装置の要部断面図であって、本発明の現像
剤冷却装置を設けた現像ユニットの構造を示すものであ
る。図１２は現像剤冷却装置の全体構造を示す平面図で
あり、この現像剤冷却装置は二成分現像剤を使用する場
合のものである。

【００５５】現像ローラ５１はアルミ製のスリーブ５１
ａと、その内部に固定設置された多極の磁石とにより構
成される。また、トナー粒子及びキャリア粒子よりなる
二成分現像剤は２本の現像剤攪拌スクリュー５２，５３
によって攪拌される。現像ローラ５１の回転に伴い、ス
リーブ５１ａ上に汲み上げられた現像剤はドクターブレ
ード５４によって擦り切られ、現像部に搬送される。ス
リーブ５１ａにはバイアス印加手段が接続されており、
このスリーブと感光体５５との間には静電界及び交互電
界が形成され、現像が行われる。現像工程の終了した現
像剤はスリーブ５１ａによって搬送され、現像ユニット
内に戻される。また、図示されないトナー濃度検出手段
により、現像剤中のトナー濃度を監視し、現像工程で使
用された量のトナーが、図示されないトナー補給手段に
より補給されることでトナー濃度を一定に保っている。

【００５６】前記スクリュー５２，５３は耐久性に優
れ、かつ適当に熱伝導率の良いステンレス材により構成
される。具体的には外径がφ１０ｍｍ、内径がφ８．２
ｍｍのステンレスパイプを回転軸５２ａ，５３ａとし、
その周囲にスクリュー羽根５２ｂ，５３ｂとなる長尺ス
テンレス板材を巻き付け、回転軸（スクリュー軸）にス
クリュー羽根を溶接することで前記スクリューが構成さ
れる。またスクリュー５２，５３の背面側軸端（図１
２）には、アルミ製で円盤状のフィン６１が多数枚付設
されている。回転軸５２ａ，５３ａ内には外径φ８．０
ｍｍヒートパイプ６２，６３が挿入され（図１１）、ス
クリュー全体とフィン６１を熱的に連結している。さら
に、スクリュー軸とヒートパイプ、またはヒートパイプ
とフィンと、またはスクリュー軸とヒートパイプとフィ
ンとは、それぞれ熱伝導グリースを介して密着してい
る。図１１の構造では、フィンが現像ユニットケーシン
グ５６の外側から送り込まれる室温の空気により冷却さ
れるため、スクリューの発熱が抑えられ、結果として現
像剤の加熱昇温を抑制することが可能である。

【００５７】第１２の実施の形態 スクリュー全体をアルミ材で形成する。その他の構成は
図１１及び図１２と同じである。アルミ材はステンレス
材に比べると熱伝導率が一桁ほど高いために、本発明に
よる現像剤冷却の効果が非常に高い。

【００５８】具体的には、外径がφ１０ｍｍ、内径がφ
８．２ｍｍのアルミパイプを回転軸とし、その周囲にス
クリュー羽根となる長尺アルミ板材を巻き付け、パイプ
に羽根を溶接することでスクリューが構成される。別の
スクリュー製作方法として、鍛造成形を行なうこともで
きる。また、現像ユニットケーシング側のスクリュー軸
端にはアルミ製の円盤状フィンが多数枚付設される。ア
ルミパイプ（スクリュー軸）の中には、外径φ８．０ｍ
ｍヒートパイプが挿入され、スクリュー全体とフィンと
を熱的に連結している。スクリュー軸とヒートパイプ、
またはヒートパイプとフィンと、またはスクリュー軸と
ヒートパイプとフィンとは、それぞれ熱伝導グリースに
よって密着している。これにより第１１の実施の形態と
同じく、スクリューの発熱が抑えられるため、結果とし
て現像剤の加熱を抑制することが可能となる。

【００５９】第１３の実施の形態 上記第１２の実施の形態で説明したアルミ製スクリュー
の表面に陽極酸化処理を施した。処理層厚みは約１５μ
ｍであり、高速での長時間攪拌を行なった場合でも、現
像剤による摩耗は皆無である。よって、現像剤中へのア
ルミニウム成分の析出等が生じないため、安定した現像
剤特性を維持することが可能である。

【００６０】第１４の実施の形態 スクリューとヒートパイプを一体構成とした。具体的に
は、外径がφ１０ｍｍ、内径がφ８．２ｍｍのアルミパ
イプを回転軸とし、その周囲にスクリュー羽根となる長
尺アルミ板材を巻き付け、パイプに羽根を溶接すること
でスクリューが構成される。さらに円盤状の多数枚のフ
ィンも溶接する。そして、スクリュー軸の中空部を真空
にした状態で凝縮性の作動液（例えば水）を封入するこ
とにより、スクリュー自体にヒートパイプの機能を持た
せることが可能である。

【００６１】以上の実施の形態では、現像剤攪拌搬送手
段としてスクリュータイプのものを記載したが、本発明
はこれに限定されず、パドル状のものなど、他の全ての
回転攪拌手段あるいは回転搬送手段を設けることで、現
像剤冷却装置を構成することもできる。

【００６２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る第１発明によれば、従来の画像形成装置が抱えてい
る問題点である、現像工程の高速化に伴うトナー飛散と
発熱という二つの大きな問題を同時に解決することがで
きる。すなわち、現像工程を高速化しても、トナー飛散
や現像ユニットの発熱などの問題を的確に抑えることが
できる。

【００６３】また、本発明に係る第２発明によれば、摩
擦熱で昇温した現像剤を冷却するために、現像剤攪拌搬
送手段を効率良く冷却することができる現像剤冷却装置
と、これを備えた画像形成装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図６】本発明の第６の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図７】本発明の第７の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図８】本発明の第８の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図９】本発明の第９の実施の形態に係る現像ユニット
の構造を示す断面図である。

【図１０】本発明の第１０の実施の形態に係る画像形成
装置の要部構造を示す断面図である。

【図１１】本発明の第１１の実施の形態に係るもので、
現像剤冷却装置を設けた現像ユニットの構造を示す断面
図である。

【図１２】図１１の現像剤冷却装置の全体構造を示す平
面図である。

【図１３】従来の代表的な二成分現像プロセス用の現像
ユニットの模式図である。

【符号の説明】

１１ 現像ローラ １１Ａ〜１１Ｄ 現像ローラ １１ａ スリーブ １２ 気流路 １３ 吸引ファン １４ トナーフィルタ １４ａ 振動子 １５ ドクターブレード １６ 感光体 １６ａ〜１６ｄ 感光体 １７ 現像剤攪拌スクリュー １８ トナー担持体被覆部材 １９ 現像ユニットケーシング ２１ トナー搬送スクリュー ２２ トナー受け ３１ 中間転写ベルト ３２ 記録用紙 ５１ 現像ローラ ５１ａ スリーブ ５２，５３ 現像剤攪拌スクリュー ５２ａ，５３ａ 回転軸 ５２ｂ，５３ｂ スクリュー羽根 ５４ ドクターブレード ５５ 感光体 ５６ 現像ユニットケーシング ６１ フィン ６２，６３ ヒートパイプ

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像ユニットのケーシング内にトナー担
   持体を配置し、静電潜像担持体上の静電潜像を、トナー
   担持体に付着したトナーにより顕像化する画像形成装置
   において、トナー担持体外周面の一部を適宜間隙を介し
   て覆うトナー担持体被覆部材と、前記間隙内の空気を強
   制吸引する吸引機構とを設けたことを特徴とする画像形
   成装置。
2. 【請求項２】 トナー担持体がローラ状、スリーブ状ま
   たはベルト状のものであることを特徴とする請求項１に
   記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 トナー担持体が、表面に磁性微粉体を磁
   気力で付着させるものであることを特徴とする請求項２
   に記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 ローラ状のトナー担持体を回転自在に設
   け、トナー担持体被覆部材を、トナー担持体の回転方向
   において現像領域の上流側に設置したことを特徴とする
   請求項２または３に記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 ローラ状のトナー担持体を回転自在に設
   け、トナー担持体被覆部材を、トナー担持体の回転方向
   において現像領域の下流側に設置したことを特徴とする
   請求項２または３に記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 ローラ状のトナー担持体を回転自在に設
   け、トナー担持体被覆部材を、トナー担持体の回転方向
   において現像領域の上流側および下流側に設置したこと
   を特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 吸引機構の空気吸引側に、トナー粒子を
   捕捉するトラップ機構を設けたことを特徴とする請求項
   １〜６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 トナートラップで捕捉されたトナー粒子
   を現像ユニットのケーシング内に戻す回収機構を設けた
   こと特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 【請求項９】 トラップ機構が通気性のフィルタである
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の画像形成装
   置。
10. 【請求項１０】 フィルタを振動させる振動子を設けた
    ことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 【請求項１１】 吸引機構により生じる空気流の流路
    を、現像ユニットのケーシングの内面に沿って形成した
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の画
    像形成装置。
12. 【請求項１２】 トナー担持体被覆部材を吸引機構側に
    延設し、該延設部分を、トナー担持体表面の付着トナー
    量を規制するトナー量規制部材に適宜間隙を介して対向
    させたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装
    置。
13. 【請求項１３】 静電潜像担持体上に形成された静電潜
    像を、トナー担持体に付着したトナー及び、トナー担持
    体に印加した静電界と交互電界により顕像化することを
    特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の画像形成
    装置。
14. 【請求項１４】 現像剤を攪拌及び搬送するために軸中
    心回転を行なう現像剤攪拌搬送手段の回転軸内にヒート
    パイプを挿入し、該ヒートパイプの少なくとも一端を冷
    却すること特徴とする現像剤冷却装置。
15. 【請求項１５】 ヒートパイプの冷却を空冷により行な
    うことを特徴とする請求項１４に記載の現像剤冷却装
    置。
16. 【請求項１６】 ヒートパイプの少なくとも一端に、空
    気との熱交換効率を高めるためのフィンを付設したこと
    を特徴とする請求項１５に記載の現像剤冷却装置。
17. 【請求項１７】 フィンをヒートパイプに熱伝導グリー
    スで密着させたことを特徴とする請求項１６に記載の現
    像剤冷却装置。
18. 【請求項１８】 ヒートパイプのフィンに対し空気を供
    給する送風ファンを設置したことを特徴とする請求項１
    ６に記載の現像剤冷却装置。
19. 【請求項１９】 現像剤攪拌搬送手段が金属製であるこ
    とを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の現
    像剤冷却装置。
20. 【請求項２０】 現像剤攪拌搬送手段がアルミニウム製
    であることと特徴とする請求項１９に記載の現像剤冷却
    装置。
21. 【請求項２１】 アルミニウム製の現像剤攪拌搬送手段
    の表層部にアルマイト処理が施されていることを特徴と
    する請求項２０に記載の現像剤冷却装置。
22. 【請求項２２】 現像剤攪拌搬送手段の回転軸内周面と
    ヒートパイプ外周面とを、熱伝導グリースで密着させた
    ことを特徴とする請求項１４〜２１のいずれかに記載の
    現像剤冷却装置。
23. 【請求項２３】 現像剤攪拌搬送手段を中空のスクリュ
    ー軸と、該スクリュー軸の外周に設けたスクリュー羽根
    とで構成し、前記スクリュー軸内に凝縮性の作動流体を
    適当量封入ことにより、現像剤攪拌搬送手段にヒートパ
    イプの機能を持たせたことを特徴とする請求項１４〜２
    ２のいずれかに記載の現像剤冷却装置。
24. 【請求項２４】 現像剤攪拌搬送手段の中空スクリュー
    軸と、フィンを設けたヒートパイプとを一体成形したこ
    とを特徴とする請求項２３に記載の現像剤冷却装置。
25. 【請求項２５】 請求項１４〜２４のいずれかに記載の
    現像剤冷却装置を備えたことを特徴とする画像形成装
    置。
26. 【請求項２６】 請求項１８に記載の現像剤冷却装置を
    備えた画像形成装置あって、前記送風ファンの空気取り
    入れを、画像形成装置本体の外部より行なうことを特徴
    とする画像形成装置。