JP2004157259A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を供給することにより現像する現像装置であって、所定の間隔をおいて連続的に配列された複数の電極線41bからなる電極列を有し、該電極列に多相の交流電圧を印可して進行波電界を形成し、この進行波電界により現像剤を分散させて前記像担持体に供給する現像剤搬送手段を具備し、前記電極列を構成する各電極線(41b)には、現像剤を分散させて搬送するための電極だまりA,B,C,D,…が形成されている。
【選択図】図11
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、潜像担持体(像担持体)上に形成される静電潜像を現像剤などによって現像する現像装置及び画像形成装置に係り、例えば、進行波電界を用いて現像剤を潜像担持体に搬送する機構(電界カーテン)を利用した現像装置およびその現像装置を備えた画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に適用される現像装置としては、現在、像担持体に現像剤担持体を接触させずに現像を行う非接触方式の現像装置が注目されており、パウダーラウンド法・ジャンピング法や電界カーテン(進行波電界)を利用した方法が提案されている。
【0003】
電界カーテンを用いた現像装置としては、例えば、互いに位相が異なる複数種の交番電圧を発生する電源と、基材上に所定の間隔をあけて複数配列された電極に前記電源からの交番電圧を印加することにより形成される進行波電界によって現像剤を像担持体(感光体)に供給する現像剤搬送部材と、を備えたものが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
【0004】
また、現像剤担持搬送体によって搬送される現像剤を予備荷電する予備荷電手段と、現像剤担持搬送体上に電界カーテンを作用させる電界カーテン発生手段とを設けた装置も提案されている(例えば、特許文献3参照)。この場合、予備荷電手段としては、例えば発泡ウレタンからなる予備荷電ローラが用いられており、その予備荷電ローラが現像剤担持搬送体に接するように設けられ、かつ、この予備荷電ローラに先端が接するようにブレードが設けられている。その予備荷電ローラは、現像剤担持搬送体との間で現像剤を摩擦することにより現像剤の予備帯電を行うと共に、現像剤の層厚も規制するように構成されている。
【0005】
このような構成により、現像剤を均一に適正な荷電量に帯電させることができると共に、現像剤を像担持体に安定して搬送することができ、その結果、搬送時に現像剤が飛散したり、形成される画像にカブリが生じることを回避できるとされている。
【0006】
ところで、このような電界カーテンを用いた現像装置にあっては、その電界カーテンを構成する電極は直線状のものであり、現像剤の搬送方向に対して直角な一方向に限られていたため、一旦現像剤層に搬送ムラが生じた場合には、このムラが解消されないという難点があった。
【0007】
そこで、このような現像剤(トナー)の搬送ムラを解消するために、進行波電界を発生させる電極の一部を非直線にした電界カーテンも提案されている(例えば、特許文献4参照)。この場合、一部の波状電極により搬送方向が蛇行することで、搬送される現像剤層に撹乱作用が与えられるため、搬送ムラが解消されるとされている。
【0008】
【特許文献1】
特公平5−31146号公報(図1,図2)
【特許文献2】
特公平5−31147号公報(図1,図2,図3)
【特許文献3】
特開平3−21967号公報(第1図,第2図)
【特許文献4】
特開昭63−13074号公報(第1図、第2図、第3図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献4で提案されている電界カーテンは、現像剤を(上流側で)蛇行状態に搬送することで搬送ムラを解消するとされているが、そのような蛇行状態の搬送が終了した後は、これまでと同様に、直線状態に配列された電極によって搬送するように構成されている。電界カーテンによる現像剤の搬送では、一般に、上流側で搬送ムラが発生しやすいことが確認されていることから、このような構成が提案されたものと考えられる。
【0010】
しかし、近時は、画像形成装置において大量処理が要求されるようになり、それに伴い、現像剤の搬送速度を向上させなければならなくなった。従って、電界カーテン方式の現像剤搬送装置においては、電極に印加する多相交番電圧値や周波数、電界密度、電極間ピッチ、電極幅等々の設定値を限度まで変化させた対応が求められるが、このような厳しい設定条件下で、良好な画像を形成するためには、現像剤の搬送過程の全般にわたり搬送ムラを生じさせることなく、安定に現像剤を搬送しなければならない。
【0011】
しかるに、特許文献4では、図1ないし図3から判断すると、上流側に、現像剤に蛇行を発生させるための非直線状の電極を配設しているものの、その変形状態がきわめて緩慢であり、果たして充分な分散効果が発揮されるのか疑問である。また、その電極には、トナーを分散させるために効果的な電極だまりは形成されておらず、従って、上述のような厳しい設定条件下では、像担持体への現像剤の搬送過程全般において搬送ムラを充分に解消しえないことが懸念される。
【0012】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、厳しい条件下においても、現像剤をムラなく搬送することができる現像装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【0014】
(1)画像情報に基づいて形成された静電潜像に現像剤を供給することにより現像する現像装置であって、
所定の間隔をおいて連続的に配列された複数の電極線からなる電極列を有し、該電極列に多相の交流電圧を印可して進行波電界を形成し、この進行波電界により現像剤を分散させて前記静電潜像に供給する現像剤搬送手段を具備していることを特徴とする。
【0015】
所定間隔で配列された複数の電極列に多相の交流電圧を印可して形成した進行波電界を用いて現像剤を所定方向に搬送する時に、電極上に混入した異物により現像剤の搬送不良が発生した場合、若しくは、何らかの理由により現像剤の搬送不良が発生した場合には、その現像剤の搬送不良が発生した位置で現像剤の密度が不均一になり、その結果感光体上に濃度ムラとなって現れ、一旦このような搬送不良が発生すると、良好な画像が得られなくなることがある。
【0016】
この構成においては、上述のように、現像剤を分散させて搬送する電極構造としているため、現像剤が特定箇所に凝集することなく異なる方向に分散して搬送されるため、たとえ、搬送不良が発生するような何らかの原因が生じても、現像剤密度の不均一を発生させることなく、現像剤の搬送状態が全体として安定に維持され、良好な画像形成が可能となる。
【0017】
ちなみに、本発明は、所定の電荷を付与して帯電させた像担持体上に光情報を書き込んで静電潜像を形成するものだけでなく、イオンフロー方式のように誘電体上に直接静電電荷潜像を形成するものや、トナージェット方式のように複数の開口部を有する電極に任意の電圧を印加することにより空間に静電潜像を形成し、現像剤を記録媒体に飛翔させ直接画像形成を行うものにも適用可能である。
【0018】
(2)前記現像剤搬送手段は、前記現像剤を、少なくとも2以上の異なる方向に分散させて搬送するように構成されていることを特徴とする。
【0019】
この構成においては、前記現像剤を、少なくとも2以上の方向に分散して搬送するので、現像剤の搬送不良が発生しにくくなり安定した現像剤の搬送が可能となる。なお、現像剤を2以上の方向に分散して搬送するとはいえ、現像剤の搬送方向を総体的に平均化した場合に、本来の現像剤の搬送方向と一致して、搬送能力が低下することのないように、分散方向が設定されるのが好ましい。
【0020】
(3)画像情報に基づいて形成された静電潜像に現像剤を供給することにより現像する現像装置であって、
所定の間隔をおいて連続的に配列された複数の電極線からなる電極列を有し、該電極列に多相の交流電圧を印可して進行波電界を形成し、この進行波電界により現像剤を搬送方向に対して所定の角度だけ傾斜した方向のジグザグ状態に供給する現像剤搬送手段を具備していることを特徴とする。
【0021】
所定間隔で配列された複数の電極列に多相の交流電圧を印可して形成した進行波電界を用いて現像剤を所定方向に搬送する時に、電極上に混入した異物により現像剤の搬送不良が発生した場合、若しくは、何らかの理由により現像剤の搬送不良が発生した場合には、その現像剤の搬送不良が発生した位置で現像剤の密度が不均一になり、その結果濃度ムラとなって現れ、一旦このような搬送不良が発生すると、良好な画像が得られなくなることがある。
【0022】
この構成においては、上述のように、現像剤を搬送方向に対して所定の角度を持たせて(異なる方向に)ジグザグ状態に搬送するような電極構造としているため、何らかの理由で現像剤の搬送不良が発生しても現像剤が特定箇所に凝集することなく異なる方向に分散して搬送されるため、現像剤の搬送状態が全体として安定に維持され、現像剤密度の不均一を発生させることなく、良好な画像形成が可能となる。なお、現像剤は所定の角度でジグザグ状に搬送されるが、現像剤の搬送方向を総体的に平均化した場合に、本来の現像剤の搬送方向と一致して、搬送能力が低下することのないように、分散方向が設定されるのが好ましい。
【0023】
ちなみに、本発明は、所定の電荷を付与して帯電させた像担持体上に光情報を書き込んで静電潜像を形成するものだけでなく、イオンフロー方式のように誘電体上に直接静電電荷潜像を形成するものや、トナージェット方式のように複数の開口部を有する電極に任意の電圧を印加することにより空間に静電潜像を形成し、現像剤を記録媒体に飛翔させ直接画像形成を行うものにも適用可能である。
【0024】
(4)前記現像剤の搬送方向に対する所定の傾斜角度をθとすれば、そのθの値は0<θ≦30度に設定されることを特徴とする。
【0025】
現像剤の搬送方向に対して所定の傾斜角度を有するジグザグ状態に現像剤を搬送する場合、その傾斜角度が大きくなり過ぎると、搬送能力が低下してしまうため、その最大傾斜角度を、搬送能力を低下させない程度に抑える必要がある。
【0026】
この構成においては、上述のように、その傾斜角度を30度以下に抑えているため、現像剤搬送手段の搬送能力(搬送速度)を低下させることなく、何らかの理由で現像剤の搬送不良が発生しても現像剤が凝集することなく、現像剤の搬送状態が全体として安定に維持され、良好な画像形成が可能となる。
【0027】
(5)前記現像剤搬送手段は、搬送過程における現像剤の凝集を回避できる程度に折曲された非直線の電極を所定の間隔をおいて連続的に配列した電極パターンを有していることを特徴とする。
【0028】
この構成においては、電極パターンを、現像剤の凝集を回避できる程度に折曲された非直線の電極を所定の間隔をおいて連続的に配列したものに形成するため、複雑な制御を要することなく、現像剤の分散方向や搬送角度を容易に設定することが可能となり、制御に係るトラブルを発生させることなく、精度の高い安定した現像剤搬送が可能となる。
【0029】
その連続パターンは、例えば、三角形、円形(サイン波形も含む)、四角形、菱形、楕円形等々の形状を基本として、これらに適宜変形修正等を施して、通電可能な状態に連続的に接続するように形成すればよい。このような電極構造は、容易に製作が可能であり、部品コストの低減化が可能となる。なお、電極はFPC(flexible printed circuit)で構成されるので、電極形状はエッチング加工によりおこなうため、上記のような比較的簡易な形状であればエッチングのためのマスキングも精度よく作成することができる。
【0030】
(6)前記現像剤搬送手段は、電極間ピッチが異なるように形成された電極パターンを有していることを特徴とする。
【0031】
この構成においては、現像剤の搬送方向の電極間のピッチを異ならせることで、部分的に現像剤の搬送角度を変化させることが可能になるため、現像剤が特定箇所に凝集することなく適度に分散され、現像剤の搬送不良、搬送ムラの発生が抑制される。
【0032】
(7)前記電極の幅が周期的に変化する部分を有することを特徴とする。
【0033】
この構成においては、電極幅を周期的に変化させることで、トナーを分散搬送するための電極だまりを形成しているため、製作容易であり、安価に提供することができる。このような電極をFPC(flexible printed circuit)で形成する場合には、電極形状はエッチング加工によりおこなうため、上記のような比較的簡易な形状であればエッチングのためのマスキングも精度よく作成することができ、高品質なものを安価に提供することができる。
【0034】
(8)前記電極の幅が周期的に変化する部分は、円弧を基調とした曲線状に形成されていることを特徴とする。
【0035】
この構成においては、電極を周期的に変形させることで、容易に製作が可能であり、安価に提供することができる。このような電極をFPC(flexible printed circuit)で形成する場合には、電極形状はエッチング加工によりおこなうため、上記のような比較的簡易な形状であればエッチングのためのマスキングも精度よく作成することができ、高品質なものを安価に提供することができる。
【0036】
(9)前記(1)項ないし(8)項のいずれかに記載の前記現像剤搬送手段を、前記像担持体への現像剤の搬送過程の上流側に配設したことを特徴とする。
【0037】
進行波電界を用いた現像剤搬送装置では,一般に、現像剤搬送の上流側、つまり、現像剤搬送の開始時に現像剤の搬送不良、搬送ムラが発生しやすい。現像剤搬送開始時には現像剤を停止状態から安定移動状態に変化させるので,現像剤の浮遊距離、移動速度が安定せず搬送不良、搬送ムラが発生しやすくなる。
【0038】
この構成においては、上流側において,現像剤を分散させたり、搬送方向に角度を持たせること等により現像剤の浮遊、搬送速度を安定した状態した後で、通常の現像剤搬送に切換えることで、現像剤の高速搬送が安定的に可能となる。
【0039】
(10)像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を供給することにより現像するようにした画像形成装置において、前記(1)項ないし(9)項のいずれかに記載の前記現像装置を備えたことを特徴とする。
【0040】
この構成においては、前記(1)項ないし(9)項のいずれかに記載の作用効果がえられるため、良好な画像形成が可能となる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態に係る現像装置とその現像装置を備えた画像形成装置について詳細に説明する。
【0042】
図1は、画像形成装置Xの構成を示し、この画像形成装置Xの内部には、像担持体としての円筒状の感光体ドラム(像担持体)1が設けられており、この感光体ドラム1を中心として、その周囲に、帯電部材2、露光部材3、現像装置4、転写部材5、クリーニング部材6、及び除電部材7がこの順で配設されている。
【0043】
また、感光体ドラム1と転写部材5との間には、記録媒体としての用紙(PPC用紙等)Pが搬送される用紙搬送路が配設されている。用紙搬送路の搬送方向から見て感光体ドラム1の下流側には、上下一対の定着部材81,81を備えた定着装置8が配設されている。
【0044】
上述の感光体ドラム1を中心として画像形成が行われる電子写真プロセスでは、感光体ドラム1に原稿像、あるいはホストコンピュータ(図示せず)からのデータに対応した静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置4によって現像(可視化)され、用紙P上に転写されて画像形成が行われる。
【0045】
感光体ドラム1は、導電性基体11上に光導電層12が形成されており、帯電部材2から上記各部材3〜7の配置順に従って回転可能となっている。まず、感光体ドラム1の表面(光導電層12)は、帯電部材2によって所定の電位となるまで帯電される。所定電位まで帯電された感光体ドラム1の表面は、感光体ドラム1の回転によって露光部材3の位置まで到達する。
【0046】
この露光部材3は書き込み手段であり、画像情報に基づいて、例えばレーザ光などの光によって帯電している感光体ドラム1の表面上に画像を書き込む。これによって、感光体ドラム1上に静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体ドラム1の表面は、その感光体ドラム1の回転によって現像装置4の位置まで到達する。
【0047】
現像装置4では、現像剤搬送部材(現像剤搬送手段)41上を搬送される現像剤(トナー)Tによって、感光体ドラム1の表面の静電潜像を現像剤像として現像する。トナーTが担持された感光体ドラム1の表面は、この感光体ドラム1の回転によって転写部材5の位置まで到達する。
【0048】
転写部材5は、感光体ドラム1の表面上のトナーTを用紙P上に転写する。感光体ドラム1から用紙P上に転写されたトナー像は、定着装置8によって用紙P上に定着される。
【0049】
現像された画像が転写された後の感光体ドラム1の表面は、この感光体ドラム1の回転によってクリーニング部材6の位置まで到達する。クリーニング部材6は、感光体ドラム1の表面に残留しているトナーTや紙粉などを除去する。クリーニングされた感光体ドラム1の表面は、この感光体ドラム1の回転によって除電部材7の位置まで到達する。除電部材7は、感光体ドラム1の表面に残留している電位を除去する。このような一連の動作によって一回の画像形成が終了する。
【0050】
感光体ドラム1としては、例えばアルミニウムなどで製作された導電性基体(金属ドラム)11の外周面に、アモルファスシリコン(a−Si)、セレン(Se)や有機光半導体(OPC)などの光導電層12が薄膜状に形成されてなる構成が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【0051】
帯電部材2としては、例えばタングステンワイヤなどの導電線、金属性のシールド板、グリッド板からなるコロナ帯電器や帯電ローラ、帯電ブラシなど、露光部材3としては、例えば半導体レーザや発光ダイオードなど、転写部材5としては、例えばコロナ転写器、転写ローラ、転写ブラシなど、また、クリーニング部材6としては、例えばクリーニングブレードなど、また、除電部材7としては、除電ランプなどが挙げられるが、これらは、特に限定されるものではない。
【0052】
次に、現像装置4について説明する。現像装置4は、図2に示すように、ケーシング40、現像剤搬送部材41、ミキシングパドル42、支持部材43、現像剤供給部材44、現像剤回収部材45及び現像剤層厚規制部材46などによって構成されており、現像剤搬送部材41には、多相交流電源47及び現像バイアス直流電源48が接続されている。
【0053】
ケーシング40は、トナーTを内部に収容するものであり、また、必要に応じて現像装置4を構成する部材を支持するものである。また、ミキシングパドル42は、ケーシング40内に収容されているトナーTを混合するものである。
【0054】
現像剤搬送部材41は、感光体ドラム1の現像領域に対向して幅広の略平面を形成するようなベルト形状となっている。なお、本実施形態では、現像剤搬送部材41として略平面状のものを示しているが、現像剤搬送部材41の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、緩やかな曲面を形成するような形状であっても構わない。
【0055】
現像剤搬送部材41は、現像装置4における上下方向に対して若干傾斜して、感光体ドラム1の表面における現像領域の接線に対して略平行となるように配置されている。また、ベルト形状の現像剤搬送部材41が上記配置を保持できるように、トナーTを搬送する表面とは反対側の表面に、現像剤搬送部材41を保持する支持部材43が設けられている。
【0056】
現像剤搬送部材41の下方端部には、現像剤搬送部材41の表面上を搬送されるトナーTを供給する現像剤供給部材44が設けられている。現像剤搬送部材41の上方端部には、この現像剤搬送部材41の表面の現像剤Tをケーシング40内部に回収するための現像剤回収部材45が設けられている。なお、本実施形態では、現像剤回収部材45が現像剤搬送部材41の表面に回転可能に接触している形態としているが、これに限定されるものではなく、非接触の形態や、回動しない形態であってもよい。
【0057】
現像剤供給部材44は、ケーシング40内に収容されているトナーTを現像剤搬送部材41に供給するためのものであり、現像剤搬送部材41に後述する線圧力で当接した状態で設けられている。現像剤供給部材44と現像剤搬送部材41との圧接力はバネ等によって与えられる。現像剤供給部材44には、その表面上に形成するトナー層の層厚を規制するための現像剤層厚規制部材46が当接している。
【0058】
現像剤供給部材44の素材としては、特に限定されるものではないが、例えばシリコーン、ウレタン、EPDM(エチレン−プロピレン−メチレン共重合体)などのソリッドゴム、発泡ゴムなどが挙げられる。また、カーボンブラックやイオン導電剤を添加することによって導電性を付与してもよい(電圧印加も可能)。
【0059】
なお、現像剤供給部材44及び現像剤搬送部材41の弾性率を調整して両者の位置関係を制御するようにしてもよい。さらに、現像剤供給部材44に印加する電圧を適切な値に設定し、現像剤供給部材44に現像剤Tを帯電させる機能を付加するようにしてもよい。あるいは、現像剤供給部材44の前段に、例えば薄板状のブレード(材料としては、現像剤供給部材44と同じものが使用可能)を設けてトナーTを帯電させるようにしても構わない。
【0060】
現像剤回収部材45は、感光体ドラム1上の静電潜像の現像に寄与しない現像剤Tを回収してケーシング40内に戻すためのものであり、その材質としては、特に限定されないが、例えば現像剤供給部材44と同様のものを使用することができる。また、支持部材43は、ベルト形状の現像剤搬送部材41を感光体ドラム1の現像領域に対向した状態を保持するためのもので、その構成は特に限定されるものではない。その素材として、例えば、ABS(Acrylonitrile−Butadiene−Styrene :アクリロニトリルブタジエンスチレン)樹脂などを挙げることができる。
【0061】
現像剤搬送部材41は、電界カーテン作用により現像剤Tを搬送するものであり、図3に示すように、絶縁層からなる基材41a上に、電界カーテン作用を発生させる長尺状の進行波発生電極41bが、4本を1組として複数組が順次連続して配設されている。この現像剤搬送部材41の表面側は表面保護層41cによって覆われている。
【0062】
そして、これらの進行波発生電極41b,…に多相交流電源47から多相の交番電圧が印加されることにより、現像剤搬送部材41の表面に平行となる方向に電界カーテンが形成され、これによって現像領域まで電界カーテン作用によりトナーTを搬送するようになっている。また、進行波発生電極41b,…には現像バイアス直流電源48にてバイアス電圧が印加される。
【0063】
現像剤搬送部材41の具体例を挙げると、例えば、基材41a:ポリイミド(厚さ25μm)、進行波発生電極41b:銅(厚さ18μm)、表面保護層41c:ポリイミド(厚さ25μm)といった構成を挙げることができる。
【0064】
進行波発生電極41bは、約50dpi(dot per inch)〜300dpi、すなわち約500μm〜85μmのピッチの間隔を保って互いに平行に配置されており、幅40μm〜250μm程度の微小電極となっている。
【0065】
なお、本実施形態では、4本の進行波発生電極41bを1組とし、これら各組の進行波発生電極41bに対して、例えば図4に示すような電圧波形の4相の交番電圧を印加し、進行波発生電極41b,…上に進行波電界を形成しているが、これに限定されるものではなく、3本の進行波発生電極41bを1組として3相の交番電圧を印加しても構わない。
【0066】
上記電圧波形は正弦波や台形波などでもよく、電圧値の範囲としては100V〜3kV程度が好ましい。また、周波数の範囲としては100Hz〜5kHzが好ましい。ただし、これらの電圧値や周波数については、進行波発生電極41bの形状、トナーTの搬送速度、トナーTの使用材料などによって適正値を設定すればよく、特に限定されるものではない。
【0067】
図5に示す現像装置100は、図2に示した実施形態と同様な構成のケーシング40、現像剤搬送部材41、ミキシングパドル42、支持部材43、現像剤供給部材44、現像剤回収部材45、及び現像剤層厚規制部材46などを備えており、現像剤搬送部材41に多相交流電源47及び現像バイアス直流電源48が接続されている。
【0068】
この実施形態においては、現像剤搬送部材41の表面(感光体ドラム1との対向面)に、その表面を周方向に覆うように無端ベルト101が設けられている。この無端ベルト101は、ケーシング40内に設けられたベルト駆動部材102によって、トナーTの搬送方向に所定の周速度で移動(回動)される。
【0069】
このように、無端ベルト101が所定の周速度で移動することによって、現像剤搬送部材41の表面が常に刷新され、この表面上での帯電及びトナーTの固着が防止されるようになっている。
【0070】
無端ベルト101の駆動速度は、トナーTの搬送速度に対して、ほぼ静止しているとみなされるレベルに制御されることが好ましく、例えば、トナーTの搬送速度に対して10分の1ないしは100分の1程度に設定される。なお、無端ベルト101の速度は、例えば赤外線センサを2つ設け、各々でトナーTの到達した時間を検知する方法、あるいは高速ビデオカメラを用いて測定する方法を採用すればよい(例えばIS&Ts NIP 15:1999 International Conference on Digital Printing Technologies p.262−265 参照)。
【0071】
無端ベルト101には、現像剤搬送部材41の表面に対し密着した状態となるように一定の張力が付与されており、その表面上において進行波発生電極41bにより形成された進行波電界(電界カーテン)が均一に作用するようになっている。
【0072】
無端ベルト101の材料としては、ポリイミド、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリ4フッ化エチレン、ポリフッ化エチレンプロプレン、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などの有機絶縁材料や、シリコン、イソプレン、ブタジエンなどのゴム材料を挙げることができる。また、無端ベルト101の厚みは、現像剤搬送部材41の電極間ピッチλ(図3参照)にもよるが、5μm〜200μm、好ましくは10μm〜100μmがよい。
【0073】
ベルト駆動部材102としては、SUS(ステンレス)または鉄などの金属ローラ部材や、これを芯金にしてその表面にゴム、フィルムやスポンジなどの部材を被覆したものが用いられる。
【0074】
さらに、この実施形態においては、無端ベルト101の回動をスムーズにするために、ベルト駆動部材102と無端ベルト101を介して当接するように駆動補助部材103が設けられている。無端ベルト101は、ベルト駆動部材102と駆動補助部材103にて挟み込まれた状態となっており、ベルト駆動部材102との接触性が高く、高い駆動力を得る構造となっている。
【0075】
駆動補助部材103としては、ベルト駆動部材102と同様に、SUSまたは鉄などの金属ローラ部材や、これを芯金にしてその表面にゴム、フィルムやスポンジなどの部材を被服したものを挙げることができる。また、駆動補助部材103の形状は、ローラ状だけでなく、板状あるいは角状であってもよい。さらに、駆動補助部材103には、ベルト駆動部材102に対して加圧当接させるための加圧手段(図示せず)が設けられていてもよい。その加圧手段としては、例えば板ばねやコイルばねなど、押付け力を付与できるものを挙げることができる。
【0076】
駆動補助部材103の回動機構としては、無端ベルト101との接触による従動回転機構、ギヤまたはプーリーとベルトにてベルト駆動部材102の駆動源に連結する連結駆動機構などを挙げることができる。また、図示はしないが、駆動補助部材103には別の駆動源を設けてもよい。あるいは、駆動補助部材103を電気的に接地することにより、無端ベルト101の表面に帯電した電位を除電することができる。
【0077】
さらに、この実施形態においては、無端ベルト101上に付着した現像剤Tを除去するためのクリーニング部材として、ベルト駆動部材102に無端ベルト101を介して当接するクリーニングブレード104を設けている。クリーニングブレード104はケーシング40の一部に固定されている。クリーニングブレード104の材質としては、SUS、ニッケルコートを施した鉄、ウレタンまたはシリコンゴムなどが挙げられる。
【0078】
クリーニングブレード104は、無端ベルト101上に残留した現像剤Tを掻き取り、無端ベルト101表面をクリーニングするとともに、ケーシング40の現像剤蓄積部40aに現像剤Tを戻す。なお、図5の構造では、クリーニングブレード104と現像剤供給部材44との間に存在する無端ベルト101に、現像剤Tが付着しないように、無端ベルト101側と、現像剤蓄積部40a側とを隔てるための隔壁部材105が設けられており、無端ベルト101のクリーニングをより有効に行える構造となっている。
【0079】
次に、図6〜図13を参照しつつ、現像剤搬送部材41上に形成される電極パターンと、そのトナーの搬送方法について具体的に説明する。
【0080】
図13は、比較例として、直線状の電極線が等間隔に配列された従来の電極パターンを示す。図示のように、この直線状に配列された各進行波発生電極13b(以下、電極41bという)に多相の交番電圧を印加して電界カーテンを発生させることにより,トナーを進行波発生電極41bに直交する方向(例えば、図示下方へ)に搬送するものである。
【0081】
図6〜図12は本発明の電極パターンを示し、まず、これらの図に示す電極パターンの代表例として、図11により、トナーの分散搬送の基本的な原理について説明する。この場合、電極41bを構成する各電極線には所定間隔おきに電極幅を変化させて円形の電極だまりが形成されており、各電極線間では特定形状部分間の半ピッチだけ位相をずらせ、一列おきにその位相を一致させて電極パターンを形成している。なお、電極間ピッチは、例えば、508μm,電極幅は、127μm程度に設定される。
【0082】
このような電極パターンでは、各電極41bに多相の交番電圧を印加して電界カーテンを発生させた場合に、電極だまりとなる電極A点にトナーと異なる電位を印加することにより、トナーには反発力が生じトナーは電極A点から離反する力が作用する。そして,電極A点の下流側に有る電極B点、C点にはトナーと異極性の電位が印加されるので,トナーと電極B点、電極C点とは吸引する力が作用し、電極A点から離反力が生じたトナーは電極B点、C点に吸引されるので,電極Aのラインから電極BCのラインに移動することから、実質的にトナーが図示下方に向けて搬送されることとなる。
【0083】
より詳しくは、電極Aに注目すると、電極Aから離反したトナーは、次の電極B,Cに対して均等に(1/2ずつ)トナーが分散され、その電極B,Cから、さらに、次の電極D,E,Fに均等にトナーが分散され、その電極D,E,Fから、さらに、次の電極G,H,I,Jにトナーが均等に分散されるように搬送される。
【0084】
従って、全体として、トナーは各電極41b,41b間で順次左右均等に分散されつつ搬送方向(紙面下方)に向けて整然と搬送されるため、特定箇所にトナーが凝集して搬送ムラが発生するような従来の不具合は解消される。特に、上述のように、特定の電極だまりに注目すると、トナーは、上流側から下流側に向けて、末広がり状に分散されつつ搬送されるため、その搬送過程において全体が満遍なく分散されることとなり、搬送状態が安定化する。
【0085】
なお、図示は省略するが、電極A点から電極B点、電極C点の位置関係を同一位相に設定にすることにより,電極A点に存在したトナーを電極B点、電極C点に2分割して搬送することが可能となる。さらに電極B点、C点の大きさや形状を変化させることにより,電極B点、C点へのトナー搬送の割合を変化させることも可能となる。
【0086】
これに対して、比較例とした図13の場合には、各電極13bは、直線状に形成され(電極幅が一定)、かつ、各電極線が等間隔に配列されているため、電界カーテンが形成され場合に、トナーを分散させる要素が全く存在しない。そのため、何らかの原因で、特定箇所でトナーが凝集するような不具合が発生してもそれを解消することができない。
【0087】
次に、図12を参照してトナーのジグザグ搬送方法の原理について説明する。同図にて、この電極パターンにおける電極Z点に注目すると、下流側に移行するに伴い、各電極Z点が搬送方向に対して斜め方向に傾斜して配列されており、さらに、ある時点から傾斜方向が逆向きとなり、電極だまりがジグザグ状に配列された電極パターンとなっている。従って、トナーもこの電極だまりに沿ってジグザグ状(サイン波状)に方向を変化させつつ搬送されるため、特定箇所での凝集を回避することができる。
【0088】
このようなジグザグ搬送をおこなう場合、トナーの搬送方向に対する傾斜角度をθとすれば、そのθの値は0<θ≦30度に設定されることが好ましい。ジグザグ状態にトナーを搬送する場合、その傾斜角度が大きくなり過ぎると、搬送能力が低下してしまうため、その最大傾斜角度を、搬送能力を低下させない程度に抑える必要があるが、上述のように、その傾斜角度を30度以下に抑えれば、現像剤搬送部材41の搬送能力(搬送速度)を低下させることなくトナーを搬送することができ、何らかの理由でトナーの搬送不良が発生してもトナーが凝集することなく、トナーの搬送状態が全体として安定に維持され、良好な画像形成が可能となる。
【0089】
この図11,12に示すような、トナー搬送過程における凝集を回避するための基本的なトナーの搬送原理に基づき、トナーの搬送量、搬送速度、印刷速度、トナーの特性などの条件に応じて、最適な電極パターンを形成することができる。以下、その具体的な例について説明する。
【0090】
図6(a)〜(e)に示す電極パターンでは、直線状の電極線の幅を周期的に変化させており、その電極幅を変化させた部分は円形や楕円形、四角形、矩形などの特定の形状になっており、その特定形状部分が電極だまりとなる。このような電極41bに一定の多相交番電圧を印加した場合には、電極だまりで電界密度が高くなるため、その部分で、トナーが多く搬送されることとなる。
【0091】
図6(a)〜(e)に示す電極パターンでは、1本の電極線に形成する円形や四角形ないしは矩形状等の特定形状は、それぞれ同一形状をなしており、これを各電極線毎に半ピッチだけ位相をずらせて一列おきに位相を一致させている。従って、トナーの搬送過程においては、各電極線における電極だまり間で左右均等にトナーが分散されることとなり、全体として、トナーは、分散されつつ搬送方向に向けて整然と澱みなく搬送され、特定箇所へのトナーの凝集を回避することができる。また、図示は省略するが、電極だまりの形状をそれぞれ異なる形状に形成して、適宜に組み合わせることも可能であり,この組み合わせを変化させることにより、画像形成端部のトナーの飛散を防止することも可能となる。
【0092】
あるいは、各ライン毎に電極幅を異ならせたそれぞれ異なる円形や四角形状の電極だまり形成して、これらを適宜に組み合わせることも可能である。電極幅の大小によって電界の発生密度が異なり,特に四角形状のエッジ部では電界密度が高まることが知られていることから、図示は省略するが、これらの電界密度の作用を考慮して適宜に異なる電極41bを組み合わせた電極パターンを形成することにより、トナーの搬送量や搬送速度をきめ細かく制御することが可能となる。
【0093】
また、各電極線間のピッチ(電極間ピッチ)を大に設定するとトナーの搬送速度が大となるため、トナーの搬送速度を制御するためには、図示は省略するが、搬送方向に電極間ピッチを変化させてもよく、例えば、トナーの搬送性が問題となる上流側では、電極間ピッチを小としてやや低速で搬送し、搬送ムラの発生を防ぎ、下流側では、電極間ピッチを大に設定して搬送速度を大にするようにしてもよい。
【0094】
図7(a)(b)は、電極41bの形状を円弧を基調とした曲線状(サイン波形状も含)に変形させた例を示す。このように曲線状に変形させる場合には、その曲率や半径を変化させ、また、電極間ピッチ、曲線や円等の特定形状の位置を変化させることにより,トナーの搬送を制御することが可能となる。
【0095】
具体的には、例えば、図7(a)の場合、(a1)で示す一点鎖線の位置と、(a2)で示す二点鎖線の位置とでは、搬送方向の電極間ピッチは大きく異なる。従って、電極間ピッチの大きい(a1)におけるトナーの搬送速度は、電極間ピッチの小さい(a2)におけるトナーの搬送速度よりも速くなる。そのため、その速度差により搬送状態が波状に変化する。一方、下向きの円弧が搬送方向(図示下方)に向けて同位相で整然と配列されているため、搬送方向に向けて明確な方向性が形成されている。
【0096】
従って、トナーは、搬送過程において波状に疎密状態となり、特定箇所への凝集を回避しつつ、搬送方向に向けて澱みなく搬送される。なお、図7(b)の場合も同様である。また、図示は省略するが、その電極だまり相互間の位相をトナーの搬送方向に対してずらすことによっても、トナーの分散搬送制御が可能となる。
【0097】
図8(a)〜(c)は、電極41bを構成する電極線を三角形状に折曲させた例を示し、図8(a)では、各電極線の変形状態が同位相で形成されており、各三角形の下向きの頂点が、上向きの頂点と横方向に交互に配列されているため、各頂点間でトナーが分散されやすく、特定箇所に凝集しにくくなり、また、トナーの搬送方向(図示下向き)に向けて、各頂点が一致した状態で電極パターンが形成されているため、搬送方向に向けた明確な方向性が付与される。従って、トナーが分散されつつ総体的には、搬送方向に向けて整然と澱みなく搬送され、搬送ムラが解消される。
【0098】
図8(b)では、三角形に折曲された各電極線の位相が少しずつずらされた状態で電極パターンが形成され、各頂点が搬送方向に対して傾斜した方向に配列されている。この場合には、紙面の上方から下方に向かう搬送方向に対して各部における電極間ピッチが異なるため、搬送過程でトナーがやや複雑に分散される。具体的には、(b1)で示す一点鎖線の位置と、(b2)で示す二点鎖線の位置とでは、搬送方向の電極間ピッチは大きく異なる。
【0099】
従って、電極間ピッチの大きい(b1)におけるトナーの搬送速度は、(b2)におけるトナーの搬送速度よりも速くなるため、その速度差により分散・疎密状態が発生すると共に、その分散・疎密状態が、上向きの頂点と下向きの頂点との間でさらに助長されるため、全体として複雑な分散状態となり、特定箇所への凝集を回避することができる。
【0100】
図8(c)では、所定間隔おきに三角形に折曲された電極線の隣接間では半ピッチだけ位相をずらせて一列置きに位相を一致させ、総体的には、搬送方向に向けて整然とした方向性が形成されている。従って、下向きに形成される各頂点で左右均等にトナーが整然と分散されつつ澱みなく搬送方向に向けて搬送され、特定箇所への凝集を回避することができる。
【0101】
図9(a)〜(d)は、電極41bを構成する電極線を三角形と四角形ないしは台形等を組み合わせて折曲した電極パターンの例を示す。この場合も、図8(a)〜(c)と同様に、各電極線の折曲部間でトナーを左右に分散させることができ、全体して、トナーが、整然と分散されつつ澱みなく搬送方向に向けて搬送され、特定箇所への凝集を回避することができる。なお、この場合には、図8(a)〜(c)の場合よりも、電極線をより複雑に折曲しているため、電界密度をより均一に高めることが容易となる。
【0102】
なお、図9(d)に示す例では、各電極線に形成する折曲部分(電極だまりとなる角部)をやや斜めに形成すると共に、各電極線をトナーの搬送方向に少しずつ位相をずらせて配列している。この場合、例えば、一点鎖線(d)に注目すると、各電極線の電極間ピッチが搬送方向にそれぞれ異なるため、トナーの搬送速度が複雑に変化する。そのため、トナーの分散・疎密化がより一層促進され、より効果的にトナーの凝集を回避することができ、搬送ムラを解消することができる。
【0103】
このようなトナーの分散搬送を目的とした電極構造において、電極線上に電極幅を拡大した電極だまりを連続的に形成した電極パターンを形成する場合、前述したように、例えば、三角形、円形(サイン波形も含む)、四角形、菱形、楕円形等々の形状を基本として、これらに適宜変形修正等を施して、様々なパターンを形成することができるが、これらは、製作容易であることが望ましい。
【0104】
例えば、図10(a)〜(e)に示すような複雑に絡み合った電極パターンにおいても、FPCで形成することができ、その電極形状はエッチング加工により形成することができるため、マスキングも精度よく施すことができ、加工精度の高い高品質なものを安価に提供することができる。
【0105】
【発明の効果】
以上の説明から明らかならように、本発明は、以下の効果を奏する。
【0106】
(1)現像剤を分散させて搬送する電極構造としているので、現像剤が特定箇所に凝集することなく異なる方向に分散して搬送されるため、たとえ、搬送不良が発生するような何らかの原因が生じても、現像剤密度の不均一を発生させることなく、現像剤の搬送状態が全体として安定に維持され、良好な画像形成が可能となる。
【0107】
(2)現像剤を、少なくとも2以上の方向に分散して搬送するので、現像剤の搬送不良が発生しにくくなり安定した現像剤の搬送が可能となる。
【0108】
(3)現像剤を搬送方向に対して所定の角度を持たせて(異なる方向に)ジグザグ状態に搬送するような電極構造としているので、何らかの理由で現像剤の搬送不良が発生しても現像剤が特定箇所に凝集することなく異なる方向に分散して搬送されるため、現像剤の搬送状態が全体として安定に維持され、現像剤密度の不均一を発生させることなく、良好な画像形成が可能となる。
【0109】
(4)現像剤の搬送方向に対する所定の傾斜角度θの値を0<θ≦30度に設定しているので、現像剤搬送手段の搬送能力(搬送速度)を低下させることなく、何らかの理由で現像剤の搬送不良が発生しても現像剤が凝集することなく、現像剤の搬送状態が全体として安定に維持され、良好な画像形成が可能となる。
【0110】
(5)電極パターンを、搬送過程における現像剤の凝集を回避できる程度に折曲された非直線の電極を所定の間隔をおいて連続的に配列しているので、複雑な制御を要することなく、現像剤の分散方向や搬送角度を容易に設定することが可能となり、制御に係るトラブルを発生させることなく、精度の高い安定した現像剤搬送が可能となる。
【0111】
(6)現像剤搬送手段は、電極間ピッチが異なるように形成された電極パターンを有しているので、部分的に現像剤の搬送角度を変化させることが可能になるため、現像剤が特定箇所に凝集することなく適度に分散され、現像剤の搬送不良、搬送ムラの発生が抑制される。
【0112】
(7)電極の幅を周期的に変化させて形成するので、電極材料を節減することができるため、部品コストの上昇を防止することが可能となる。
【0113】
(8)電極の幅が周期的に変化する部分を、円弧を基調とした曲線状に形成するので、容易に形成することが可能となり,部品のコストアップを防止することが可能となる。
【0114】
(9)前記(1)項ないし(8)項のいずれかに記載の現像剤搬送手段を、像担持体への現像剤の搬送過程の上流側に設けるので、上流側にて、分散搬送や搬送方向に角度を持たせることにより現像剤の浮遊、搬送速度を安定させた状態として、通常の現像剤搬送に切換えることにより、安定した現像剤の高速搬送が可能となる。
【0115】
(10)画像形成装置において、前記(1)項ないし(9)項のいずれかに記載の効果を奏する現像装置を備えるので、ムラのない良好な画像形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図2】同現像装置の構成図である。
【図3】同現像剤搬送手段の構成図である。
【図4】同進行波電界周期の説明図である。
【図5】同別の現像装置の構成図である。
【図6】同電極パターンの一例を示す説明図である。
【図7】同電極パターンの別の例を示す説明図である。
【図8】同電極パターンのさらに別の例を示す説明図である。
【図9】同電極パターンの異なる例を示す説明図である。
【図10】同電極パターンのさらに異なる例を示す説明図である。
【図11】同電極パターンの代表例を示す説明図である。
【図12】同ジグザグ搬送の原理を説明するための電極パターンの説明図である。
【図13】従来の電極パターンの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1−画像形成装置
4−現像装置
41−現像剤搬送手段
41b−電極(電極線)
θ−傾斜角度
Claims (10)
- 画像情報に基づいて形成された静電潜像に現像剤を供給することにより現像する現像装置であって、
所定の間隔をおいて連続的に配列された複数の電極線からなる電極列を有し、該電極列に多相の交流電圧を印可して進行波電界を形成し、この進行波電界により現像剤を分散させて前記静電潜像に供給する現像剤搬送手段を具備していることを特徴とする現像装置。 - 前記現像剤搬送手段は、前記現像剤を、少なくとも2以上の異なる方向に分散させて搬送するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 画像情報に基づいて形成された静電潜像に現像剤を供給することにより現像する現像装置であって、
所定の間隔をおいて連続的に配列された複数の電極線からなる電極列を有し、該電極列に多相の交流電圧を印可して進行波電界を形成し、この進行波電界により現像剤を搬送方向に対して所定の角度だけ傾斜した方向のジグザグ状態に供給する現像剤搬送手段を具備していることを特徴とする現像装置。 - 前記現像剤の搬送方向に対する所定の傾斜角度をθとすれば、そのθの値は0<θ≦30度に設定されることを特徴とする請求項3に記載の現像装置。
- 前記現像剤搬送手段は、搬送過程における現像剤の凝集を回避できる程度に折曲された非直線の電極を所定の間隔をおいて連続的に配列した電極パターンを有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の現像装置。
- 前記現像剤搬送手段は、電極間ピッチが異なるように形成された電極パターンを有していることを特徴とする請求項5に記載に現像装置。
- 前記電極の幅が周期的に変化する部分を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の現像装置。
- 前記電極の幅が周期的に変化する部分は、円弧を基調とした曲線状に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の現像装置。
- 請求項1ないし8のいずれかに記載の前記現像剤搬送手段を、前記像担持体への現像剤の搬送過程の上流側に配設したことを特徴とする現像装置。
- 像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を供給することにより現像するようにした画像形成装置において、請求項1ないし9のいずれかに記載の前記現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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