JP2007003725A - 現像装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化が容易であるとともに，環境が変化した場合でも転写条件とトナーの帯電特性とを容易にマッチさせることができる現像装置およびそれを用いた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】本発明の現像装置１４は，トナーを収容するホッパ３０と，トナー容器内のトナーを像担持体に付与する現像ローラとを有する現像装置１４であって，ホッパ３０内で回転する中空の攪拌部材３１を有し，攪拌部材３１には，中空部と部材外とを区画するとともに，空気および水蒸気を透過させトナーを通過させない通気フィルム４６が設けられており，攪拌部材３１の中空部は機外に連通しているものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は，電子写真方式の画像形成装置と画像形成装置に用いられる現像装置に関する。さらに詳細には，トナーを収容するトナー容器と，トナー容器内で回転する攪拌部材とを有する現像装置とそれを用いた画像形成装置に関するものである。

従来より，電子写真方式の画像形成装置では，トナーによって感光体等の静電潜像を現像することにより画像を形成している。ここで，トナーには種々のタイプがあり，また環境等によってもその帯電特性は変化する。例えば，吸湿性の大きい重合トナーでは，高温高湿環境では吸湿により帯電量が低くなり，低温低湿環境では放湿して帯電量が高くなる。トナーの帯電特性が変化すると，適切な画像形成のために転写電圧も変化させる必要が生じる。

そのため，例えば特許文献１に記載の画像形成装置では，作像モジュールが透湿度の低い作像ケース内に配置され，その作像ケース内部が調湿されている。これにより，水分等の作像に有害な要因物質が作像モジュール内の作像空間内に侵入することを防止するとされている。また，特許文献２に記載の画像形成装置では，現像器やトナーホッパに吸湿性と放湿性を有する吸放湿材を設けている。これにより，トナーの荷電特性の安定化を図り，画像の劣化を未然に防止できるとされている。

また，このように調湿することによりトナーの帯電特性を一定化しようとする代わりに，温度センサや湿度センサを備えて外気の環境を検出しているものもある。これにより，トナーの状態を予測して，適切な転写電圧が選択される。
特開２００４−１０９８１０号公報 特開２００４−１７０７２３号公報

しかしながら，前記した従来の画像形成装置とその現像装置では，以下のような問題点があった。例えば，特許文献１に記載の画像形成装置では，作像モジュール内に調湿のための装置を設ける必要があるため，コンパクト化が困難である。また，作像ケースや調湿装置等の分だけ製造コストが高くなる。さらに，このような作像ケースでは，製造時に当てキズ等による微少な隙間が発生した場合，長期にわたる使用期間のうちにそこから吸放湿が進行するおそれがある。また，特許文献２に記載の画像形成装置の現像装置では，吸放湿材を設ける空間が必要であり，コンパクト化が困難である。

一方，温度センサや湿度センサによって外気の環境を検出する画像形成装置では，使用による機内温度の上昇などにより，外気の環境と作像環境との間にずれが生じるおそれがある。また，センサの配置やその環境におかれていた時間等によってもずれが生じるおそれがある。特に，ホッパ内のトナーは環境の影響をゆっくり受けるため，外気の環境が変化してもホッパ内がその状態となるまでにある程度の時間がかかる。例えば，高温高湿環境において長く使用された後，乾燥した環境に移されてすぐに作像された場合，ホッパ内のトナーの帯電特性は高温高湿状態のままであるおそれがある。このような場合には，センサによる環境の検出によって選択された転写条件が，トナーの帯電特性とマッチしていないという問題点があった。

本発明は，前記した従来の現像装置およびそれを用いた画像形成装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，コンパクト化が容易であるとともに，環境が変化した場合でも転写条件とトナーの帯電特性とを容易にマッチさせることができる現像装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の現像装置は，トナーを収容するトナー容器と，トナー容器内のトナーを像担持体に付与する現像ローラとを有する現像装置であって，トナー容器内で回転する中空の攪拌部材を有し，攪拌部材には，中空部と部材外とを区画するとともに，空気および水蒸気を透過させトナーを通過させないフィルター部が設けられており，攪拌部材の中空部は機外に連通しているものである。

本発明の現像装置によれば，トナー容器に収容されているトナーは，現像ローラによって像担持体に付与される。また，中空の攪拌部材がトナー容器内で回転される。このとき，攪拌部材はフィルター部によって中空部と部材外とが区画されているので，攪拌部材の部材外にあるトナーは，フィルター部によって中空部と区画されている。また，攪拌部材の中空部は機外に連通されているので，トナーはフィルター部を介して機外と連通されている。ここで，フィルター部は空気および水蒸気を透過させトナーを通過させないものであるので，フィルター部を介して機外の空気および水蒸気はトナー容器内のトナーに導入される一方，トナーは機外へ出ることはない。従って，トナー容器に環境を制御する装置を設ける必要はなく，コンパクト化が容易である。そして，トナーに外気が導入されているので，環境が変化した場合でも転写条件とトナーの帯電特性とを容易にマッチさせることができる。

さらに本発明では，フィルター部は，攪拌部材における回転時に後面となる位置に配置されていることが望ましい。
このようなものであれば，攪拌部材の回転によってフィルター部が直接トナーに押し当てられることはない。

さらに本発明では，攪拌部材には，中空部と部材外とを区画するとともに，回転時に前面となる位置に配置された弾性部が設けられていることが望ましい。
このようなものであれば，攪拌部材の回転によって，弾性部にトナーが押し当てられる。弾性部がその弾力により中空部側へ撓むと，中空部内の空気が押し出される。さらなる回転により，トナーに押し当てられない位置に到達すると，弾性部は元に戻り，中空部内に空気が導入される。従って，弾性部の作用により中空部内の空気が積極的に入れ換えられる。

さらに本発明では，攪拌部材は，中空の回転軸部と，回転軸部に取り付けられた中空の翼部とを有し，回転軸部の中空部が機外に連通しており，回転軸部の中空部と翼部の中空部とが繋がっており，フィルター部は，翼部に配置されていることが望ましい。
このようなものであれば，回転軸部の回転により翼部が回転されるので，翼部によりトナーが攪拌される。また，翼部の中空部は回転軸部の中空部を介して機外に連通されているので，トナーの攪拌と同時にトナーに外気を導入することができる。

さらに本発明では，翼部には，中空部と部材外とを区画するとともに，回転時に前面となる位置に配置された弾性部が設けられていることが望ましい。
このようなものであれば，翼部の回転により中空部内の空気が積極的に入れ換えられる。

また本発明は，トナー像を担持する像担持体と，トナーを収容するトナー容器と，トナー容器内のトナーを像担持体に付与する現像ローラとを有する画像形成装置であって，トナー容器内で回転する中空の攪拌部材を有し，攪拌部材には，中空部と部材外とを区画するとともに，空気および水蒸気を透過させトナーを通過させないフィルター部が設けられており，攪拌部材の中空部は機外に連通している画像形成装置にも及ぶ。

本発明の現像装置およびそれを用いた画像形成装置によれば，コンパクト化が容易であるとともに，環境が変化した場合でも転写条件とトナーの帯電特性とを容易にマッチさせることができる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電子写真方式のプリンタに本発明を適用したものである。

本形態のプリンタ１は，その主要部分の概略構成を図１に示すように，感光体ドラム１１と，その周囲に設けられた帯電装置１２，露光装置１３，現像装置１４，転写装置１５，清掃装置１６を有している。本形態のプリンタ１によれば，感光体ドラム１１は帯電装置１２によって均一に帯電され，露光装置１３によって露光されて静電潜像が形成される。さらに，現像装置１４によって静電潜像がトナーで現像され，そのトナー像が転写装置１５によって記録紙等に転写される。さらにトナー像が転写された記録紙等は定着されて排紙される。さらに，転写後も感光体ドラム１１上に残留するトナーは，清掃装置１６によって回収される。現像装置１４以外のこれらの装置は，一般的なものであり，ここでは説明を省略する。

現像装置１４は，現像ローラ２１と供給ローラ２２とを有し，トナー貯蔵部２３内に貯蔵されているトナーを感光体ドラム１１に供給するものである。現像ローラ２１と供給ローラ２２とを除いた現像装置１４を図２に示す。図２は，図１を図中左方向から見た断面図である。トナー貯蔵部２３内には２本のスクリュー２４，２５が備えられており，図２中の一点鎖線矢印で示すように，トナー貯蔵部２３内のトナーが攪拌，搬送されている。

また，図１に示すように，現像装置１４の近傍には，ＬＥＤ２６と受光センサ２７を備えたトナー残量検知装置２８が設けられている。このトナー残量検知装置２８によれば，ＬＥＤ２６によって発光された光は，図１に実線矢印で示すように，２つのライトガイド２９，２９を介して受光センサ２７で受光できるようになっている。このとき，図２に示すように，２つのライトガイド２９，２９の間の光路がスクリュー２４とスクリュー２５との間のトナーの流路を横切るように設けられている。このため，トナー貯蔵部２３内にトナーが十分にある場合にはここで光が遮られ，受光センサ２７まで到達しない。すなわち，受光センサ２７がＬＥＤ２６からの光を検知すれば，トナー貯蔵部２３内のトナー残量が少ないと判断することができるので，トナーの補給信号が送出される。

さらに，図１に示すように，トナー貯蔵部２３の図中上方にはホッパ３０が接続されている。ホッパ３０内には新しいトナーが収容されている。ホッパ３０の内部には，図１と図２に示すように，攪拌部材３１，搬送スクリュー３２が備えられている。また，ホッパ３０の近傍には，搬送スクリュー３２を回転させる搬送モータ３３が設けられている。このプリンタ１では，トナーの補給信号を受信すると，搬送スクリュー３２が搬送モータ３３によって所定時間回転される。これによって，ホッパ３０内のトナーが所定量だけ補給口に搬送され，補給口からトナー貯蔵部２３内へ供給される。また，攪拌部材３１は，図１に示すように，常時一定方向へ回転されている。

攪拌部材３１は，図２と図３に示すように，中空の回転軸４１に中空の攪拌羽根４２が取り付けられたものである。攪拌羽根４２は，板状の外形を持つ部材であり，その１辺が回転軸４１に固定されている。ここでは，回転軸４１を挟んで２枚の攪拌羽根４２が両側に平行に配置され，それぞれが３つずつのブロックに分割されている。そして，回転軸４１には，それぞれのブロックに対応して，計６箇所の通気孔４３が形成されている。この通気孔４３を介して，回転軸４１の内部と攪拌羽根４２の各ブロックの内部とは連通されている。

さらに，回転軸４１の内部空間は，少なくとも片方の軸端部においてプリンタ１の外部へ開口され，外気が導入されている。ここでは，回転軸４１の図２中右端が外部に連通されていることを示している。従って，図２中の破線矢印で示すように，外気は，回転軸４１の中空部分から通気孔４３を介して攪拌羽根４２の各ブロックの中空部分へと連通される。なお，図３は，図２の回転軸４１に垂直な方向の，通気孔４３の部分における断面図である。

攪拌羽根４２は，図２と図３に示すように，各ブロックの片面には弾性部材４５を有し，その反対面には通気フィルム４６を有している。弾性部材４５は攪拌羽根４２の側面のほぼ全面を覆っているのに対し，通気フィルム４６は側面の中央部に設けられた開口部４７のみを覆って貼り付けられている。図２と図３に示すように，回転軸４１の両側の攪拌羽根４２について，弾性部材４５が貼られている面と通気フィルム４６が貼られている面とは，回転軸４１について点対称の配置となっている。また，ここではこの攪拌部材３１は，回転軸４１を中心に，図３中矢印で示している方向へ常時回転されている。これらのことから，全ての攪拌羽根４２には，回転方向について前方側の面に弾性部材４５が設けられ，後方側の面に通気フィルム４６が貼り付けられていることとなる。

次に，この通気フィルム４６について説明する。この通気フィルム４６は，微細孔を有するフィルムである。ここで，微細孔とは，孔径が例えば３μｍ以下のものが好ましい。水分子の径はおよそ０．４ｎｍであり，トナーの径は例えば６μｍ程度であるので，この程度の孔径にすると，空気や水蒸気は通過できるが，トナーは通過できないからである。。このような通気フィルム４６としては，例えば，微細孔径１μｍ程度のＡＤＶＡＮＴＥＣ社製の品番「Ａ１００Ａ０２５Ａ」（商品名：メンブランフィルター）やその相当品が利用できる。あるいは，上記のような微細孔が形成されたものであれば，ウレタンフォーム等の発泡材を利用しても良い。

この攪拌部材３１が回転軸４１を中心に回転された場合の動作について説明する。攪拌部材３１が回転されて，その攪拌羽根４５の一面がホッパ３０内に貯蔵されているトナーに接触すると，図３に示すように，弾性部材４５を有する面がトナーに押し付けられる。そのため，図４に示すように，弾性部材４５がトナーの圧力を受けて内側へ撓み，攪拌羽根４２内部の中空部分の容積が小さくなる。従って，攪拌羽根４２の内部にあった空気は，通気フィルム４６を介してホッパ３０内に押し出される。

さらに攪拌部材３１が回転されてトナーの領域をすぎると，弾性部材４５が弾性力により復元して攪拌羽根４２内部の中空部分の容積が大きくなる。しかし，この段階では通気フィルム４６の側はまだトナーに接しているため，開口部４７がトナーに塞がれて空気が入りにくい。そのため，回転軸４１の通気孔４３から空気が流れ込む。さらに，この回転軸４１の通気孔４３は，回転軸４１の端部を介して外気に連通されているので，このように攪拌部材３１を回転することにより外気がホッパ３０内に積極的に供給される。

次に，使用環境を変化させた場合の画像濃度の変化について説明する。一般に電子写真方式の画像形成装置では，高温高湿環境ではトナーの帯電量が低くなるため，低めの転写電圧で転写することが好ましい。一方，低温低湿環境ではトナーの帯電量が高くなるため，高めの転写電圧で転写することが好ましい。なお，本形態のプリンタ１は，環境センサを有して外部環境を検出し，その検出結果を基に転写電圧を自動的に調整している。

そこで，本形態のプリンタ１を高温高湿環境（温度３０℃，湿度８５％）に設置して４０００枚の印刷を行い，その後，低温低湿環境（温度１０度，湿度１５％）に移動させて続いて印刷を行った。その印刷の画像濃度は，図５に実線で示すように，大きな変化は見られなかった。一方，比較のために攪拌部材３１を有しない従来のプリンタで同様の実験を行ったところ，図５に破線で示すように，環境を移動させた後に大きく画像濃度が低下した。この結果から，本形態のプリンタ１では，環境の変化に素早く追随できていることが分かった。

以上詳細に説明したように本形態のプリンタ１によれば，攪拌部材３１が中空の回転軸４１と中空の攪拌羽根４２とを有しており，回転軸４１の中空部が外気と連通されているので，外気をホッパ内へと素早く導くことができる。さらに，攪拌羽根４２の一面に弾性部材４５がもうけられているので，積極的に外気を流入させることができる。さらに，他面には通気フィルム４６が貼り付けられているので，トナーの中空部への流出が防止されている。従って，新たな部材が不要でありコンパクト化が容易であるとともに，ホッパ内のトナーの状態を外気に積極的に合わせることにより環境が変化した場合でも転写条件とトナーの帯電特性とを容易にマッチさせることができるプリンタ１となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記の形態では攪拌羽根４２として，回転軸４１に平行に設けられ，６個のブロックに分割されているとしたが，この形状に限るものではない。回転軸４１に対して傾いて取り付けられたものであっても良いし，ブロックの数も６個に限らない。また，ブロックごとに分割された攪拌羽根であっても良い。さらに攪拌羽根の形状や，弾性部材、通気フィルム等の大きさや形状は変形可能である。
また例えば，上記の実施の形態では外気を取り入れるための部材として攪拌部材３１を利用しているが，別部材を利用することもできる。例えば，ホッパ内の搬送スクリュー，現像装置内の攪拌部材や搬送部材等を中空構造として，外気を取り入れるようにしてもよい。
また例えば，上記の実施の形態では，通気フィルム４６を貼り付けてトナーの出入りを防止しているが，水蒸気を通してトナーを通さないという条件を満たすものであれば，攪拌羽根等自体に微細孔を設けても良い。
また例えば，回転軸４１の外部との連通口，あるいは回転軸４１と攪拌羽根４２との境界等に，リード等を設けて逆流防止としてもよい。
また例えば，ホッパ３０の配置や攪拌部材３１以外の各部の構成はいずれも一例であり，モノクロプリンタやカラープリンタ，複写機等の各種の画像形成装置に適用可能である。

本形態に係るプリンタの主要部分の概略構成図である。 現像装置の概略構成を示す断面図である。 ホッパの攪拌羽根の概略構成を示す断面図である。 ホッパの攪拌羽根の動きを示す説明図である。 使用環境を変化させた場合の画像濃度の変化の例を示す説明図である。

符号の説明

１ プリンタ（画像形成装置）
１１ 感光体ドラム（像担持体）
１４ 現像装置
２１ 現像ローラ
３０ ホッパ（トナー容器）
３１ 攪拌部材
４１ 回転軸（回転軸部）
４２ 攪拌羽根（翼部）
４５ 弾性部材（弾性部）
４６ 通気フィルム（フィルター部）

Claims (6)

1. トナーを収容するトナー容器と，前記トナー容器内のトナーを像担持体に付与する現像ローラとを有する現像装置において，
   前記トナー容器内で回転する中空の攪拌部材を有し，
   前記攪拌部材には，中空部と部材外とを区画するとともに，空気および水蒸気を透過させトナーを通過させないフィルター部が設けられており，
   前記攪拌部材の中空部は機外に連通していることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において，前記フィルター部は，
   前記攪拌部材における回転時に後面となる位置に配置されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の現像装置において，前記攪拌部材には，
   中空部と部材外とを区画するとともに，回転時に前面となる位置に配置された弾性部が設けられていることを特徴とする現像装置。
4. 請求項２に記載の現像装置において，
   前記攪拌部材は，中空の回転軸部と，前記回転軸部に取り付けられた中空の翼部とを有し，
   前記回転軸部の中空部が機外に連通しており，
   前記回転軸部の中空部と前記翼部の中空部とが繋がっており，
   前記フィルター部は，前記翼部に配置されていることを特徴とする現像装置。
5. 請求項４に記載の現像装置において，前記翼部には，
   中空部と部材外とを区画するとともに，回転時に前面となる位置に配置された弾性部が設けられていることを特徴とする現像装置。
6. トナー像を担持する像担持体と，トナーを収容するトナー容器と，前記トナー容器内のトナーを像担持体に付与する現像ローラとを有する画像形成装置において，
   前記トナー容器内で回転する中空の攪拌部材を有し，
   前記攪拌部材には，中空部と部材外とを区画するとともに，空気および水蒸気を透過させトナーを通過させないフィルター部が設けられており，
   前記攪拌部材の中空部は機外に連通していることを特徴とする画像形成装置。

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