JP2005062322A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 補給トナーを充分に帯電させることができ、トナー濃度を正確に検出することができ、汲み上げ部からのトナーの逆流を防ぐことができる現像装置を提供する。
【解決手段】 下部室１８と上部室１７とに、両端の連通部１９、２０を除いて隔壁１６で区画されたハウジング１１と、下部室に収容される現像ローラ１２および第１スパイラル１３と、上部室に収容される第２スパイラル１４と、第１スパイラル１３の送り方向先端部に位置する連通部１９に設けられ、下部室内の現像剤を上部室に汲み上げるためのマグネットローラ１５とを有し、下部室１８のハウジング１１が、感光体の最大画像領域に対応する第１区域Ｒ１と、汲み上げ手段が設けられている連通部１９に対応する第２区域Ｒ２と、両者の間に介在される第３区域Ｒ３とを備えており、その第３区域Ｒ３の下部室１８のハウジング壁面にトナー濃度センサ２７が取りつけられている現像装置１０。
【選択図】 図１

Description

本発明は複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真装置などに使用される現像装置に関し、とくにトナーとキャリアからなる二成分系現像剤を用いて感光体上に形成された静電潜像の現像を行う現像装置に関する。

近年の二成分現像方式においては、省スペース化の要請から縦循環方式の現像装置が提案されている。この縦循環式の現像装置では、現像ローラ（現像スリーブ）を収容する現像ハウジングが上下に区画されており、下部室に現像ローラが配置されていると共に、上部室および下部室のそれぞれに現像ローラの軸方向に沿って、かつ、互いに反対方向に現像剤を搬送するスパイラルが設けられている。このものは、スパイラルでトナーと磁気キャリアを攪拌しながら、上部室と下部室との間で現像剤を循環送りする。そして下部室に配置されている現像ローラ上に現像剤を供給し、現像ローラ表面に形成される現像剤の磁気ブラシを感光体表面に摺接させることにより感光体の静電気による潜像を現像することができる。

このような縦循環方式の現像装置は、非常にコンパクトでありながら、現像剤の攪拌送りが充分に行われる。それによりトナーと磁気キャリアの均一混合およびトナーの摩擦帯電を充分に行うことができる。本出願人らは、特許文献１および特許文献２において、上記縦循環方式の現像装置に関し、トナー補給口を特定の位置に設け、トナー補給後、現像ローラに供給する現像剤のトナーの濃度を迅速に適切な濃度まで上昇させうる現像装置の改良を提案している。

特許文献１の現像装置では、トナー濃度センサが現像ローラの軸方向中央部と現像剤搬送の上流側端部との間の下部室壁面に取りつけられ、トナー補給口は上部室において、現像ローラの軸方向の中央に対向する位置付近に設けられている。このものはトナー補給口が中央付近にあるため、高濃度原稿を多量に連続コピーする場合、補給トナーが元の現像剤に充分に混合されず、また、充分に帯電されない状態で上部室から下部室内の搬送手段によって搬送され、帯電不良のトナーが現像ローラに移行して、画像不良、トナー飛散などの不具合を生ずる場合がある。また、トナー濃度センサが現像ローラの中央付近か上流側に設けられているため、トナー濃度が低下した現像剤が上部室に汲み上げられても、トナー濃度センサがその濃度を直ちに検出することができず、正確なトナー補給制御ができないという問題がある。

また特許文献２の現像装置では、トナー補給口が、下部室から上部室に現像剤を汲み上げる汲み上げ部に設けられているため、補給トナーが上部室を移動する距離が最大限確保され、充分に帯電することができるものの、補給されたトナーの一部が汲み上げ部を通じて下部室に逆流する場合がある。
特開２００１−１１７３４１号公報 特開２００１−１１７３６８号公報

上記先行技術の問題に鑑み、本発明の第１の課題は、縦循環の二成分系現像方式において、補給トナーを充分に帯電させることができ、良質な画質を維持し、トナー飛散などの問題を発生させない現像装置を提供することにある。さらに第２の課題は、縦循環の二成分現像方式において、トナー濃度を正確に検出することができ、それに基づいて適切なトナー補給制御を行うことができるようにすることである。さらに第３の課題は、縦循環の二成分現像方式において、汲み上げ部を通じての補給トナーの逆流を防止することである。

本発明の現像装置は、感光体表面に形成された静電潜像の現像を行うものであって、前記感光体側に開口部を有する下部室と、その下部室の上側に設けられる上部室とに区画された現像ハウジングと、前記開口部に配置された現像ローラと、その現像ローラと間隔をおいて下部室に配設され、現像ローラの軸方向に現像剤を搬送する第１の現像剤搬送手段と、前記上部室に配設され、第１の現像剤搬送手段とは逆方向に現像剤を搬送する第２の現像剤搬送手段と、現像ローラの軸方向における両端の連通部を除いて前記下部室と上部室を区画する隔壁手段と、前記第１の現像剤搬送手段による送り方向先端部に位置する連通部において下部室内の現像剤を上部室に汲み上げるための汲み上げ手段とを有しており、下部室のハウジングが、感光体の最大画像領域に対応する第１区域と、汲み上げ手段が設けられている連通部に対応する第２区域と、第１区域と第２区域の間に介在される第３区域とから構成され、前記第２区域と第３区域とは感光体の最大画像領域には対応しておらず、第３区域の下部室のハウジング壁面にトナー濃度センサが取りつけられていることを特徴としている。

ここで感光体の最大画像領域とは、現像ローラの画像を現像する領域のうち最大の範囲を意味する。すなわち現像ローラが対応できる画像が葉書からＡ３の大きさである場合、Ａ３の画像を現像する場合の現像領域を意味し、ここでは実質的にその領域の汲み上げ部側の限界を意味している。

このような現像装置においては、前記汲み上げ手段が設けられている部位の直下流側における上部室の壁面にトナー補給口が設けられているものが好ましい。

本発明の現像装置によれば、トナー濃度センサを下部室に設け、しかも現像ローラの最大画像領域と対応する第２区域を外しているので、現像によってトナーが消費された直後の現像剤を、すなわち循環する現像剤のうちもっとも濃度が低い状態の現像剤のトナー濃度を検出することができる。そして上部室の内、現像剤汲み上げ手段が設けられている連通部と対応する第１領域を外しているので、第１の現像剤搬送手段によって安定して搬送されている現像剤のトナー濃度を検出することができる。そのため、トナー濃度の低下を直ちにトナー補給制御に反映することができ、現像剤のトナー濃度を適切な範囲に維持することができる。

さらに前記汲み上げ部の直下流側における上部室の壁面にトナー供給口を設ける場合は、補給されたトナーが上部室を長い距離移動することができ、攪拌・帯電が充分である。しかも汲み上げ部がある連通部を外しているので、連通部から補給されたトナーが下部室に逆流することが防止される。それにより帯電が不充分なトナーで現像することが避けられ、画質の向上を図ることができ、トナーの飛散を防止することができる。

つぎに図面を参照しながら本発明の現像装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の現像装置の一実施形態を示す概略平面図、図２はその概略断面図、図３は図２のIII-III線断面図、図４は図２のIV-IV線断面図、図５ａおよび図５ｂはそれぞれその現像装置におけるトナーの移動状態および濃度の変化状態を示す説明図である。

図１に示す現像装置１０は、幅方向に長いハウジング１１と、そのハウジングの前側（図１の上側）の張り出し部１１ａに収容され、回転自在に支持されている現像ローラ１２と、ハウジング１１の後部に収容され、それぞれ回転自在に支持されている現像剤搬送用の第１スパイラル１３および第２スパイラル１４と、ハウジングの後ろ側の張り出し部１１ｂに収容され、回転自在に支持されている現像剤汲み上げ手段であるマグネットローラ１５とを備えている。なお図１では第１スパイラル１３と第２スパイラル１４とを並列的に図示しているが、実際は図２および図３に示すように第１スパイラル１３の上方に第２スパイラル１４が設けられている。

図２に詳細に示すように、ハウジング１１の後部は隔壁１６によって上部室１７と下部室１８とに区画されている。ただし隔壁１６の両端では、上部室と下部室とが連通部（図５の符号１９、２０参照）によって連通している。下部室１８の第１スパイラル１３および上部室１７の第２スパイラル１４は、それぞれ軸１３ａ、１４ａと螺旋状の羽根（フライト）１３ｂ、１４ｂとから構成され、粉体などを搬送するスクリューコンベアと実質的に同じものである。両者の回転方向（矢印Ｓ１、Ｓ２）は互いに逆方向であり、そのため第１スパイラル１３の搬送方向は図１の左向き（矢印Ｐ１）で、第２スパイラル１４の搬送方向はそれとは逆の右向き（矢印Ｐ２）となっている。各スパイラル１３、１４の軸はハウジング１１の側壁に回転自在に支持されている。

図３に示すように、ハウジング１１は断面略コ字状で前側に開口する壁で構成される下部室１８と、断面略Ｕ字状の壁で構成される上部室１７とが上下に結合した形態を有する。そして上部室１７の前面側の壁と下部室１８の上部の壁とが共通しており、その共通する部位が隔壁１６となっている。下部室１８の後部には第１スパイラル１３が収容されており、下部室１８の後部下側の内壁は、第１スパイラル１３の羽根１３ｂとわずかな隙間をあけて隣接する断面円弧状にされている。それにより第１スパイラル１３の回転で、現像剤Ｇの粉末を攪拌しながら軸方向に搬送することができる。現像ローラ１２と第１スパイラル１３の間にはいくらか隙間があいているが、両者の間には隔壁がない。そのため下部室１８の前後間で現像剤Ｇが自由に移動することができる。したがって第１スパイラル１３で攪拌される現像剤は、現像ローラ１２の内部に収容されているマグネットの作用で磁気ブラシの状態で現像ローラ１２の表面に付着する。

下部室１８の下内面は前側に向かって上昇する傾斜面となっており、下部室１８の下方に溜まっている粉体の現像剤Ｇが前面側の開口部からこぼれないようにしている。下部室１８の前側には、前述のように張り出し部１１ａが突出しており、その張り出し部に現像ローラ１２が収容されている。現像ローラ１２の軸心は第１スパイラル１３の軸心より上側に配置されている。

他方、第２スパイラル１４の軸は上部室１７の左右の側壁に回転自在に支持されている。そして上部室１７の下側の内壁は、第２スパイラル１４の羽根１４ｂとわずかな隙間をあけて隣接する断面半円状にされている。それにより第２スパイラル１４が回転すると、現像剤の粉末Ｇを攪拌しながら軸方向に搬送することができる。上部室１７の上端開口は蓋２１によって塞がれており、下部室１８の前側の開口の上部には穂切りブレード２２が設けられている。穂切りブレード２２の先端は現像ローラ１２の表面と微少な隙間を明けて隣接している。それにより矢印方向に回転する現像ローラ１２の表面に付着したトナーを、適量にすることができる。なお、図３の符号２３は感光体ドラムである。

図４は下部室１８の左端側の連通部１９を示している。この部位では下部室１８と上部室１７とは前述の後ろ側の張り出し部１１ｂを介して連通している。張り出し部１１ｂは断面半円状の壁から形成され、その内部は下部室１８の後方の上部に形成された連通口１９ａを介して下部室１８と連通している。また、上部室１３の後部側には連通口１９ｂが形成され、その連通口１９ｂを介して張り出し部１１ｂの内部と上部室１７とが連通している。それぞれの連通口１９ａ、１９ｂは通常は四角形であるが、とくにそれに限定されるものではない。そして張り出し部１１ｂの中心部に前記のマグネットローラ１５が収容されている。

マグネットローラ１５は従来公知のものであり、たとえばアルミニウムなどの非磁性のスリーブ内にマグネットを内蔵したものや、フェライトや磁性粉含有プラスチックをローラ状に成形し、これを複数極に着磁したものなどが用いられる。マグネットローラ１５の軸は張り出し部１１ｂの左右の側壁によって回転自在に支持されている。マグネットローラ１５の表面と張り出し部１１ｂの内面との間には比較的大きい隙間が形成されている。他方、マグネットローラ１５の表面は、上部室１７と下部室１８を区画する隔壁１６に形成した連通口１９ａの内縁と近接している。そのため、現像剤はマグネットローラ１５によって磁気ブラシの状態で上部室１７に汲み上げられ、隔壁１６の端縁によってマグネットローラ１５の表面から引き剥がされ、上部室１７に移動する。

またこの連通部１９では、第１スパイラル１３の軸１３ａに掻き上げ用の羽根２５が設けられている。この掻き上げ用の羽根２５は汲み上げ手段の一部を構成しており、図２に示すように、２枚の平板状の羽根が第１スパイラル１３の回転中心に対して第１スパイラル１３の羽根１３ｂとは逆向きにいくらか捻れた状態で設けられている。それにより掻き上げ用の羽根２５によって現像剤は搬送方向とは逆方向に戻されながら張り出し部１１ｂ内に掻き上げられる。なお図２の符号２６は第１スパイラル１３の軸と直角に設けられる円板状の部材であり、掻き上げ用の羽根２５と一緒に現像剤を掻き上げる働きがある。

前記ハウジング１１は、軸方向に関していえば、図１に示すように、感光体ドラム２３の最大画像領域に対応する第１区域Ｒ１と、マグネットローラ１５が設けられている連通部１９に対応する第２区域Ｒ２と、第１区域と第２区域の間に介在される第３区域Ｒ３とから構成されている。なお、前記第２区域Ｒ２と第３区域Ｒ３とは感光体ドラム２３の最大画像領域には対応していない。そしてこの現像装置１０では、図２および図３に示すように、前記第３区域Ｒ３における下部室１８のハウジング壁面にトナー濃度センサ２７が取りつけられていることを特徴としている。このトナー濃度センサ２７は、たとえば現像剤の透磁率から現像剤中のトナーの濃度を検知するものを採用することができる。このようなトナー濃度センサ２７は、ハウジング１１の壁面に埋め込むように設けるのが好ましいが、薄い場合は内面にネジあるいは接着によって取りつけてもよい。

さらに図２に示すように、汲み上げ部の直下流側における上部室１７の壁面にトナー補給口２８が設けられている。トナー補給口２８は通常は角形であり、図４に示すように、蓋２１に設けられる。ただし側壁に設けることもできる。形状も丸形にしたり、細長いスリットとすることもできる。

つぎに上記のように構成される現像装置１０の作用を図５ａおよび図５ｂを参照して説明する。この現像像１０の作用は、トナーの供給のタイミングないし制御およびトナーの供給位置の他は、従来公知の現像装置の場合と実質的に同じである。すなわち、上部室１７および下部室１８内には、トナーとキャリアからなる粉末状の現像剤が収容されている。それらの現像剤は図３の想像線Ｇで示すように、各室の下部に溜まった状態で収容されている。この状態で第１スパイラル１３および第２スパイラル１４が回転すると、上部室１７内の現像剤は、トナーとキャリアが攪拌されながら、第２スパイラル１４の羽根１４ｂに順に押されて矢印Ｐ２方向に移動する。そして右端の連通部２０に達すると、下部室１８内に落下する。そして下部室１８内では、第１スパイラル１３によってさらにトナーとキャリアが攪拌されながら、矢印Ｐ１方向に移動していく。なお、攪拌によってトナーとキャリアには摩擦静電気が生じ、互いに逆の極の電荷が与えられる。

そのとき、下部室１８内では第１スパイラル１３と現像ローラ１２の間に隔壁がないため、現像剤中のトナーが現像ローラ１２に磁力によって付着していく。そのため、下流にいくに従って、現像剤中のトナーの配合率、すなわちトナー濃度が減少していく。図５ｂには下部室１８内を移動する現像剤のトナー濃度が減少していく状態が模式的に示されている。さらに現像剤下流の汲み上げ部に達すると、前述の掻き上げ用の羽根２５およびマグネットローラ１５によって上部室１７内に送り込まれ、再び第２スパイラル１４によって矢印Ｐ２方向に移動する。このように現像剤は上部室１７と下部室１８の間で矢印Ｐ１、Ｐ２のように循環していく。

他方、感光体ドラム２３の表面がメインチャージャによって帯電され、さらにレーザあるいはＬＥＤアレイなどの光が当てられると、静電潜像が形成される。そして現像ローラ１２に印加されるバイアス電圧により、感光体ドラム２３と現像剤ローラ１２に相対電位差が生じ、それらが互いに逆方向に回転することに伴って、現像ローラ１２に付着されているトナーは感光体ドラム２３側に移動する。移動するトナーの量は、感光体ドラム２３上の潜像の濃度による。そして現像ローラ１２に付着しているトナーが減少し、前述のように下部室１８内の現像剤からトナーが現像ローラ１２に供給されていく。それにより、下流側にいくほど現像剤全体の残量が減少し、しかも前述のように、下流側に行くほどトナーの濃度が低くなる。

下部室１８内を搬送される現像剤のトナー濃度は、下部室１８の下流側の壁面に設けられているトナー濃度センサ２７によって常時検出されている。そしてトナー濃度が減少して所定の濃度を下回ると、各センサやモータなどの駆動部を制御するＣＰＵがトナーの補給を命令し、トナー補給口２８から新たなトナーが補給される。それによりトナー補給口２８のすぐ下流では、現像剤の全体の量が増加すると共に、トナー濃度が上昇する。なお、この時点では元のトナーとキャリアの混合体と新たなトナーとは充分に混合されていないが、第２スパイラル１４によって下流側に搬送されていく内に次第に攪拌され、混合されていく。

上記のように上部室１７および下部室１８内の現像剤は、循環していく途中でトナーを消耗し、トナー濃度を減少させると共に、トナー補給口から新たなトナーが補給されてトナー濃度を増加させる。そして上記の現像装置１０ではトナー濃度センサ２８がトナー濃度がもっとも低くなる下部室１８の第３区域Ｒ３に設けられているので、トナーの減少に敏感に反応し、直ちにトナー補給を行うことができる。たとえば濃い原稿の複写を行う場合は、下部室１８内のトナーが現像ローラ１２に一斉に移動するので、下部室１２内の現像剤のトナー濃度が低下し、とくに下流側では低濃度の状態がしばらく続く。その場合、トナー濃度センサ２８がトナー濃度が低いことを検知し続け、トナーをしばらく補給し続ける。それによりハウジング１１内のトナー濃度がかなり増加する。このようにこの現像装置１０では、トナー濃度がもっとも低くなる下部室の下流側でトナー濃度を検出するので、迅速にトナー濃度の低下を解消することができる。さらに汲み上げ部がある第２区域Ｒ２を避けているので、マグネットローラ１５の影響が少なく、また、汲み上げ時のトナーとキャリアの混合比率の乱れにも影響されない。

また、トナー補給口２８を上部室１７のうち、汲み上げ部の直下流に設けているので、トナー濃度がもっとも減少している現像剤にトナーを補給することができ、トナー濃度を復元することができる。さらに上部室１７の下流端近辺でトナーを補給するので、現像ローラ１２に補給する下部室１８に至る経路を長く取ることができる。そのため、補給後に充分に第２スパイラル１４で新たなトナーと元の現像剤とを攪拌混合することができる。それによりトナーとキャリアを充分均一に混合した状態で、かつ、摩擦による静電気を充分にトナーに加えた状態で下部室１８に供給することができる。しかもトナー補給口２８は汲み上げ部を避けているので、補給したトナーが下部室側に逆流するおそれが少ない。

前記実施形態ではトナー補給口２８を上部室１７の汲み上げ部の直下流に配置しているが、さらにいくらか下流側（図５の右側）に設けてもよい。その場合は攪拌・混合のための経路が短くなるが、汲み上げ部から下部室に逆流するおそれが一層少なくなる。また前記実施形態では現像剤搬送手段として攪拌手段を兼ねるスパイラルを採用しているが、他の装置、たとえば撹拌羽根またはコイルバネを採用することもできる。

本発明の現像装置の一実施形態を示す概略平面図である。 この現像装置の概略断面図である。 図２のIII-III線断面図である。 図２のIV-IV線断面図である。 図５ａおよび図５ｂは図１の現像装置におけるトナーの移動状態および濃度の変化状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ 現像装置
１１ａ 前側の張り出し部
１１ｂ 後ろ側の張り出し部
１１ ハウジング
１２ 現像ローラ
１３ 第１スパイラル
１３ａ 軸
１３ｂ 羽根
１４ 第２スパイラル
１４ａ 軸
１４ｂ 羽根
１５ マグネットローラ
１６ 隔壁
１７ 上部室
１８ 下部室
１９ 汲み上げ部がある連通部
１９ａ、１９ｂ 連通口
２０ 上から下へ落下させる連通部
２１ 蓋
２２ 穂切りブレード
２３ 感光体ドラム
２５ 掻き上げ用の羽根
２６ 円板状の部材
Ｒ１ 第１区域
Ｒ２ 第２区域
Ｒ３ 第３区域
２７ トナー濃度センサ
２８ トナー補給口
Ｐ１、Ｐ２ 現像剤の移動方向
Ｇ 現像剤

Claims (2)

1. 感光体表面に形成された静電潜像の現像を行う現像装置であって、
   前記感光体側に開口部を有する下部室と、その下部室の上側に設けられる上部室とに区画された現像ハウジングと、
   前記開口部に配置された現像ローラと、
   その現像ローラと間隔をおいて下部室に配設され、現像ローラの軸方向に現像剤を搬送する第１の現像剤搬送手段と、
   前記上部室に配設され、第１の現像剤搬送手段とは逆方向に現像剤を搬送する第２の現像剤搬送手段と、
   現像ローラの軸方向における両端の連通部を除いて前記下部室と上部室を区画する隔壁手段と、
   前記第１の現像剤搬送手段による送り方向先端部に位置する連通部において下部室内の現像剤を上部室に汲み上げるための汲み上げ手段とを備えており、
   下部室のハウジングが、感光体の最大画像領域に対応する第１区域と、汲み上げ手段が設けられている連通部に対応する第２区域と、第１区域と第２区域の間に介在される第３区域とから構成され、
   前記第２区域と第３区域とは感光体の最大画像領域には対応しておらず、
   第３区域の下部室のハウジング壁面にトナー濃度センサが取りつけられていることを特徴とする現像装置。
2. 前記汲み上げ手段が設けられている部位の直下流側における上部室の壁面にトナー補給口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。

Images