JP2003255700A - 現像器及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーが現像するプロセスを可視化解析して
トナー飛散の発生メカニズムを解明し、トナー飛散防止
対策を施した現像器と画像形成装置を提供する。 【解決手段】 現像ユニット１は、現像スリーブ５の近
傍に二つのトナー飛散防止用の遮蔽板１１、１２を備え
る。これら第１、第２遮蔽板１１、１２はいずれも２層
構造であり、現像ユニット１内部側が導電性部材１１
ａ、１２ａ、外側が絶縁性部材１１ｂ、１２ｂからな
る。第１、第２遮蔽板１１、１２は、現像ニップの上、
下流にそれぞれ１つずつ位置し、ニップ上流側の第１遮
蔽板１１にはトナーと同極性の電圧を印加し、ニップ下
流側の第２遮蔽板１２にはトナーと反対極性の電圧を印
加し、現像剤が露呈する部分をなるべく減少させつつ、
遊離トナーを周囲に飛散させないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やプリンタ
等の画像形成装置及びこれに用いる現像器に関し、詳細
には、画像形成プロセスで特に感光体にトナーを付着す
る現像工程で発生するトナー飛散を防止することを可能
とした現像器及び画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】複写機
やプリンタ等の画像形成装置において用いる現像器（現
像ユニット等と称するものも含む）では、キャリアとト
ナーが所定濃度で混合し、摩擦帯電によって静電荷を帯
びて帯電しており（この混合体を現像剤と称する）、像
担持体である感光体の静電潜像にトナーが電気的に付着
して現像が行われる。キャリアは、５〜６０ミクロンの
鉄粉表面を酸化物コートした構造を有し、トナーは樹脂
とカーボンその他添加物を混ぜた１０ミクロン程度の大
きさである。このような現像剤は、回転する筒状の現像
ローラ上にあり、現像ローラ内部に固定されて回転しな
い永久磁石による磁極で磁気ブラシを形成し、感光体と
接触してトナーを感光体に付着させる。その際に、キャ
リアと摩擦帯電しているトナーは静電力でキャリアから
離脱し、感光体に付着するが、感光体に付着せずに周囲
に飛散するものもあり、これがトナー飛散と称されて機
内外を汚染することになる。

【０００３】特開平８-２２２３０号公報では、コロナ
帯電と静電気力を利用して、トナー飛散を防止する装置
を提案している。現像工程後段側に、トナーと同極性に
帯電可能な絶縁体を設置し、トナーを電気的に反発させ
て飛散を防ぐ装置である。しかしながらこの構成では、
絶縁体の帯電用に別途コロナ帯電器が必要となったり、
絶縁体以外にも感光体や周囲部品を帯電させたりするな
ど不具合が多く、実用的ではない。

【０００４】また、特開平８-６３０８４号公報では、
飛散トナーを飛散位置に止めて機内汚染を防止するた
め、気流が抜けないように各所に仕切り用の板を設ける
構造を提案している。しかしながらこの構造では、飛散
トナーが回収されずに蓄積されることや、厳密な流れ防
止用の仕切板を設置できないため、飛散トナーによる汚
染を完全になくすことはできない。

【０００５】本発明は、上述した従来の諸問題点にかん
がみ、トナーが現像するプロセスを可視化解析すること
により、トナー飛散が発生するメカニズムを解明し、ト
ナー飛散原因に対策を施し、トナー飛散によって生じる
機内外の汚染を防止し、品質の安定した画像形成を可能
にする現像器と、これを備えた画像形成装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
現像器は、上記目的を達成するために、画像形成装置で
の現像プロセスに用いる現像器であって、現像磁気ブラ
シが像担持体表面と接触する部位である現像ニップの近
傍にトナー飛散防止用の遮蔽板を設けてなる現像器にお
いて、前記遮蔽板は、前記現像ユニット側の面が導電性
材料からなり、前記像担持体側となる反対側の面が絶縁
性材料からなる電気的な２重構造を有することを特徴と
する。

【０００７】同請求項２に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項１の現像器において、前記遮蔽板
を、前記像担持体の移動方向で前記現像ニップの上流側
及び下流側にそれぞれ設けてなることを特徴とする。

【０００８】同請求項３に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項２の現像器において、前記現像ニッ
プ上流側の前記遮蔽板の前記導電性部材にトナーの電気
的極性と同極性の電圧を印加する手段を有することを特
徴とする。

【０００９】同請求項４に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項２または３の現像器において、前記
現像ニップ下流側の前記遮蔽板の前記導電性部材にトナ
ーの電気的極性と反対極性の電圧を印加する手段を有す
ることを特徴とする。

【００１０】同請求項５に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項３または４の現像器において、前記
印加電圧が、ＤＣオフセット電圧にＡＣ電圧を重畳させ
たものであることを特徴とする。

【００１１】本発明に係る画像形成装置は、上記目的を
達成するために、請求項１ないし５の現像器を備えてな
ることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明に係る現像機とこれを
用いた画像形成装置の一実施形態の要部を示す断面図で
ある。図１において、１は現像ユニット、２は感光体で
あり、現像ユニット１の内部には、パドル３及びこれと
同軸の搬送スクリュウ４が設けてあり、現像剤を構成す
るキャリアとトナーを混ぜ合わせ、摩擦帯電させ、現像
スリーブ５まで搬送するようになっている。また現像ユ
ニット１には、トナー濃度センサ６と圧抜き穴７が設け
てある。圧抜き穴７は、ユニット内部の高まった圧力を
下げるためのものである。圧抜き穴７には、トナーが飛
散するのを防止するフィルタ９が取り付けてある。図中
８はドクタブレードで、現像スリーブ５で汲み上げる現
像剤量を制限するためのものである。

【００１３】さらに現像ユニット１には、現像スリーブ
５の近傍に二つのトナー飛散防止用の遮蔽板１１、１２
が設けてある。以下では、感光体２と現像スリーブの間
（現像ニップ）の上流側に位置する遮蔽板１１を第１遮
蔽板と、また現像ニップの下流側に位置する遮蔽板１２
を第２遮蔽板１２という。

【００１４】図２は、これら第１、第２遮蔽板１１、１
２の具体的構造を示す拡大断面図である。図示のように
第１、第２遮蔽板１１、１２はいずれも２層構造であ
り、現像ユニット１内部側が導電性部材１１ａ、１２
ａ、外側が絶縁性部材１１ｂ、１２ｂからなる。導電性
部材１１ａ、１２ａは、例えばアルミニウムや銅のよう
な導電性を有する金属製、絶縁性部材１１ｂ、１２ｂ
は、例えばプラスチック等の絶縁性部材で形成すればよ
い。

【００１５】このような現像ユニット１では、現像スリ
ーブ５上の現像剤は感光体２に近づくニップ前側では、
磁気ブラシが補助磁極によって垂直に穂立ちする過程で
あり、キャリアが次第に起き上がるところである。この
部分が、現像ユニット１のケースから露呈しているた
め、穂立ちに伴う遠心力によってキャリアばかりでなく
トナーもキャリアから遊離し、トナーの雲（これをトナ
ークラウドと称する）が形成され、その一部は現像され
るものの、飛散するトナーも生じる。また、現像後は、
現像に寄与しないトナーや磁気穂が立ち下がることによ
って、やはりトナークラウドが生じている。そのため、
この露呈している部分をなるべく遮蔽するために第１、
第２遮蔽板１１、１２を設けている。

【００１６】第１、第２遮蔽板１１、１２を、現像ニッ
プの上、下流にそれぞれ１つずつ設けているのは、現像
剤が露呈する部分をなるべく減少させ、遊離トナーを周
囲に飛散させないようにするためである。

【００１７】本実施形態では、第１、第２遮蔽板１１、
１２を単なる遮蔽効果を発揮するだけのものではなく、
上述のようにその構造を導電性部材１１ａ、１２ａと絶
縁性部材１１ｂ、１２ｂの二重構造にして、導電性部材
１１ａ、１２ａには電圧の印加を可能とし、絶縁性部材
１１ｂ、１２ｂにより感光体２上の潜像に影響を及ぼさ
ないようにしている。

【００１８】図３は、第１、第２遮蔽板１１、１２の導
電性部材１１ａ、１２ａに電圧を印加するバイアス回路
の構成を示す。両バイアス回路２１、２２は、ともにＤ
Ｃバイアス回路２５、ＡＣ回路２６、切り替え器２７か
らなる。そして基本的には、ニップ上流側の第１遮蔽板
１１には、トナー（例えば負極性であるものとして）と
同極性のマイナス電圧を印加し、ニップ下流側の第２遮
蔽板１２には、トナーと反対極性のプラス電圧を印加す
る。例えばＤＣバイアス回路２５によるオフセット電圧
は±２００ボルト（上述の極性による）、ＡＣ電圧は１
００ボルト、周波数２２ＫＨｚのものを用いるとよい。

【００１９】すなわち第１遮蔽板１１については、トナ
ーがキャリアと摩擦帯電することによって現像剤は電気
を帯びているが、トナーの電気的極性と同極性の電位を
第１遮蔽板１１に付与することで、キャリアから遊離も
しくは飛散したトナーをキャリア側に戻すための電気的
効果を作用させることによって、トナー飛散を防止して
いる。また第２遮蔽板１２については、感光体２にトナ
ー像を現像した後のニップ下流側で、トナーと反対極性
の電圧により飛散あるいは遊離したトナーを電気的に集
塵させることによって、周囲への汚染を防止している。

【００２０】ここで、第１、第２遮蔽板１１、１２に印
加する電圧は、たとえばオン時間０．６秒、オフ時間
０．４秒のような、いずれも矩形パルス状とするとよ
い。直流電圧を常時印加する場合よりも、パルス電圧に
することにより、電気的吸引力を時間的にオン、オフさ
せ、導電性部材１１ａ、１２ａのトナー飛散防止効果を
向上させることができる。なお、パルス電圧のデューテ
ィ比を０．５以上、好ましくは０．６とすることによ
り、トナー飛散の電気的防止効果を大幅に向上させ得
る。すなわち飛散トナーは、キャリアとの摩擦帯電によ
って帯電しているが、帯電量は種々異なり、ある種の分
布を有するとともに、場合によっては帯電極性が異なる
ものも存在する。帯電粒子を一定のＤＣ電圧で反発ある
いは吸引させ続けるよりは、ＡＣのような交番電界でト
ナーに力を作用させることによって遊離トナーを磁気ブ
ラシ側へ戻すことにより、遊離したトナーのほとんどを
極性に因らず周囲に飛散させないようにすることが可能
である。

【００２１】また図３の回路構成は、ＤＣバイアス回路
２５とＡＣ回路２６を切り替え器２７の動作により、コ
ピー機等の画像形成装置の稼動状態に合わせて自動的に
切り替え、ＡＣ回路２６が作動するようにしている。す
なわち、電源投入の初動時や画像形成動作終了時等のア
イドリング時などに、導電性部材１１ａ、１２ａに交流
電圧を印加することによって、導電性部材１１ａ、１２
ａのクリーニングを可能としている。すなわち、電源投
入の初動時やコピー終了時等には現像ユニットを空運転
させてトナーを補給し、濃度を調整したり、摩擦帯電に
よって帯電量を調整するためアイドリングを行う。この
とき、第２遮蔽板１２の導電性部材１２ａには、トナー
と同極性のＤＣのオフセット電圧とＡＣ電界を印加し
て、逆帯電トナーや弱帯電トナーを選択的に吸引させた
り、交番電界でトナーを振動させることによって、キャ
リアへ再付着させることができ、周囲への飛散を防止で
きる。

【００２２】ところで感光体２の回転に伴う気流が現像
ニップに向かって生じるが、第１遮蔽板１１がその気流
を遮蔽することと、遮蔽したことによってトナーが第１
遮蔽板の外へ飛散しないようにすることが重要である。
そのため、遮蔽板と感光体に間隔は重要である。そこで
本願発明者等は、第１遮蔽板１１の絶縁性部材１１ｂと
感光体２間の距離を種々に変えて（具体的には距離を８
ｍｍから１ｍｍずつ短くして）、周囲に飛散するトナー
を可視化解析し、可視化によって得られた画像から飛散
量を積分して求め、概略の飛散の多さを比較し、副作用
がなく効果的にトナー飛散を防止できるギャップを求め
た。その結果、第１遮蔽板１１と感光体２との間隔は５
ｍｍ以内であれば、感光体２の回転によって付随して生
じる流れが、第１遮蔽板１１でエアカーテンとなり、現
像ユニットの外へ飛散することはなく、著しい効果を上
げることができ、５ｍｍより隙間が大きな場合には、渦
流が発生し、トナーがユニット外へ飛散することが確認
された。

【００２３】また第２遮蔽板１２は、感光体２の回転に
伴う気流が現像ニップから外に向かって、いわば噴出す
ような流れとして生じるため、その気流を遮蔽すること
が重要である。そこで本願発明者等は、第２遮蔽板１２
の絶縁性部材１２ｂと感光体２間の距離を種々に変えて
（具体的には距離を５ｍｍから１ｍｍずつ短くして）、
周囲に飛散するトナーを可視化解析し、副作用がなく効
果的にトナー飛散を防止できる間隔を求めた。その結
果、第２遮蔽板１２と感光体２との間隔は３ｍｍ以内で
あれば、上流からの気流が現像ユニット内に流れる流路
であることがわかり、気流に乗ってトナーが飛散するこ
とはなく、３ｍｍより隙間が大きな場合には、圧力損失
も小さくなり、第２遮蔽板の外へ飛散することが確認さ
れた。

【００２４】さらに本願発明者等は、本発明に係る現像
器を現像ユニットとして画像形成装置に組みこみ、１０
００枚の連続コピーを行い、機内汚れを従来機と比較し
たところ、本発明の現像ユニットを搭載した複写機やレ
ーザープリンタ等の画像形成装置では、機内外とも粉塵
等の影響がなく、しかも安定した品質のコピーが得られ
た。

【００２５】

【発明の効果】請求項１に係る現像器は、以上説明して
きたように、現像磁気ブラシが像担持体表面と接触する
部位である現像ニップの近傍にトナー飛散防止用の遮蔽
板を設け、この遮蔽板が、現像ユニット側の面が導電性
材料、像担持体側となる反対側の面が絶縁性材料からな
る電気的な２重構造を有するので、シールのような部材
で隙間をカバーするよりも、導電性や絶縁性を付与する
ことによってトナー飛散を効果的に防止できるという効
果がある。

【００２６】請求項２に係る現像器は、以上説明してき
たように、遮蔽板を像担持体の移動方向で現像ニップの
上流側及び下流側にそれぞれ設けてなるので、請求項１
との共通の効果に加え、現像領域で発生する飛散トナー
をその周囲に逸散させることなく、効果的に飛散トナー
を補集できる。

【００２７】請求項３に係る現像器は、以上説明してき
たように、現像ニップ上流側の遮蔽板の導電性部材にト
ナーの電気的極性と同極性の電圧を印加する手段を有す
るので、請求項２との共通の効果に加え、トナーとの電
気的反発が生じて、キャリアから離脱したトナーが飛散
することがなく、さらに効果的に飛散トナーを補集でき
る。

【００２８】請求項４に係る現像器は、以上説明してき
たように、現像ニップ下流側の遮蔽板の導電性部材にト
ナーの電気的極性と反対極性の電圧を印加する手段を有
するので、請求項２または３との共通の効果に加え、電
気的な吸引力によりニップ下流側において離脱あるいは
浮遊したトナーを効果的に補集できる。

【００２９】請求項５に係る現像器は、以上説明してき
たように、印加電圧が、ＤＣオフセット電圧にＡＣ電圧
を重畳させたものとしたので、請求項３または４との共
通の効果に加え、トナー飛散を抑える効果をさらにいっ
そう向上させることができる。

【００３０】請求項６に係る画像形成装置は、以上説明
してきた本発明の現像機を用い、現像器を含め周囲ユニ
ットへのトナー飛散がなく、内蔵するユニットの汚染は
ほとんどなくすことができという大幅な飛散防止が達成
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る現像機とこれを用いた画像形成装
置の一実施形態の要部を示す断面図である。

【図２】第１、第２遮蔽板の拡大断面図である。

【図３】第１、第２遮蔽板１１、１２の導電性部材１１
ａ、１２ａに電圧を印加するバイアス回路の構成を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 現像ユニット ２ 感光体 ３ パドル ４ 搬送スクリュウ ５ 現像スリーブ ６ トナー濃度センサ ７ 圧抜き穴 ８ ドクタブレード ９ フィルタ １１、１２ 遮蔽板 １１ａ、１２ａ 導電性部材 １１ｂ、１２ｂ 絶縁性部材 ２１、２２ バイアス回路 ２５ ＤＣバイアス回路 ２６ ＡＣ回路 ２７ 切り替え器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像形成装置での現像プロセスに用いる
   現像器であって、現像磁気ブラシが像担持体表面と接触
   する部位である現像ニップの近傍にトナー飛散防止用の
   遮蔽板を設けてなる現像器において、前記遮蔽板は、前
   記現像ユニット側の面が導電性材料からなり、前記像担
   持体側となる反対側の面が絶縁性材料からなる電気的な
   ２重構造を有することを特徴とする現像器。
2. 【請求項２】 請求項１の現像器において、前記遮蔽板
   を、前記像担持体の移動方向で前記現像ニップの上流側
   及び下流側にそれぞれ設けてなることを特徴とする現像
   器。
3. 【請求項３】 請求項２の現像器において、前記現像ニ
   ップ上流側の前記遮蔽板の前記導電性部材にトナーの電
   気的極性と同極性の電圧を印加する手段を有することを
   特徴とする現像器。
4. 【請求項４】 請求項２または３の現像器において、前
   記現像ニップ下流側の前記遮蔽板の前記導電性部材にト
   ナーの電気的極性と反対極性の電圧を印加する手段を有
   することを特徴とする現像器。
5. 【請求項５】 請求項３または４の現像器において、前
   記印加電圧が、ＤＣオフセット電圧にＡＣ電圧を重畳さ
   せたものであることを特徴とする現像器。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５の現像器を備えてなる
   ことを特徴とする画像形成装置。