JP2007322911A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型、低消費電力の軸流ファンでも、導電性粒子が十分に取り除かれた十分な流量の外気を取り込むことにより、リングマーク不良の発生を抑制しつつ空冷効果を十分に確保できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム１０と現像スリーブ３とを格納した画像形成装置の右側面に吸気ファン３７を配置して、筐体構造内へ外気を取り込む。吸気ファン３７は、３００μｍメッシュのフィルターを出口側に設けた軸流ファンの入口側にコイルを配置し、コイルに交流電圧を供給して軸流ファンに流れ込む気体に交流磁界を作用させる。導電性粒子は交流磁界との相互作用によって外気の主流から外側へ進路を曲げられるので、筐体構造内へ侵入しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電潜像が形成された像担持体に静電気的にトナーを付着させて現像を行う画像形成装置に関し、詳しくは、現像時の異常放電によって発生するリングマーク不良を減らす技術に関する。

感光体ドラム等の像担持体の表面に静電潜像を形成し、静電潜像に静電気的にトナーを付着させて現像を行う画像形成装置が種々の用途分野で広く利用されている。このような画像形成装置の現像部では、現像スリーブ等のトナー保持部材と像担持体との隙間に数１００〜数ｋＶの現像バイアス電圧を印加して、トナー保持部材から像担持体へトナーを移動させている。

特許文献１には、感光体ドラムと現像スリーブとの隙間に現像バイアス電圧が印加された際に、異常放電が発生すると、放電位置に対応して斑点状またはリング状の画像欠陥を生じることが報告されている。この画像欠陥は、放電位置の静電潜像が充電されてトナーを付着できなくなることに起因しており、リングマーク不良と呼ばれる。そして、リングマーク不良を抑制するために、放電を発生しないような最大電界を規定して現像バイアス電圧の設定を行っている。

特許文献２には、二成分現像剤を使用し、現像スリーブと像担持体との間隙を狭くし、高い交流電圧の現像バイアス電圧を用いた際に、リングマーク不良が発生し易くなることが報告されている。そして、リングマーク不良を引き起す放電は、現像スリーブと像担持体との間隙（０．４〜０．８ｍｍ）に導電性粒子（大きさ０．１〜０．４ｍｍ）が通過するときに多く発生する。このため、現像スリーブからこのような導電性粒子を除去するために、現像スリーブに摺擦するクリーニング部材を設けている。

特許文献３には、導電性の粉末を除去するためのパージ工程を非画像形成時に行うことが提案されている。パージ工程では、感光体ドラムと現像スリーブとの隙間に、現像時とは逆極性の高い直流電圧（パージ電圧）を印加して、導電性粒子をトナーから分離して感光体ドラム側へ選択的に付着させる。

特許文献４には、画像形成装置内の暖められた空気を装置外に排出する排気経路に永久磁石を配置して、二成分現像材中の磁性粒子を回収し、大気中への飛散を防止する技術が示される。また、ファンの回転羽根に永久磁石を貼り付けて、永久磁石と磁性粉末との衝突機会を増やすことにより、磁性粉末の回収効率を高めている。

特開平８−８２９８８号公報 特開平８−８７１７９号公報 特開平８−１３７２６０号公報 特開平６−２５０４５９号公報 実開平３−２８４４６号公報

特許文献１に示される現像バイアス電圧の調整だけではリングマーク不良の発生を効果的に防止できない。特許文献２、３に記載されるように、異常放電の多くは、導電性粒子が感光体ドラム表面と現像スリーブとの隙間を局所的に狭めることにより発生しているからである。そして、導電性粒子が存在しても異常放電が発生しないほどに現像バイアス電圧を低下させると、正常な現像を行えなくなるからである。

特許文献２に示されるクリーニング部材は、トナー容器中に存在している導電性粒子が現像スリーブに付着する割合をいくらかは減らすことができる。しかし、磁性粒子やトナー粒子と一体混然に存在する導電性粒子を除去することは難しい。クリーニング部材は、粒子のサイズ差だけに頼って、現像スリーブの表面に磁性粉末とトナーとを残しつつ導電性粒子だけを掻き取るからである。

特許文献３に示されるパージ工程は、感光体ドラム表面と現像スリーブとの隙間に、正常な現像制御とはかけ離れた電圧を印加するので、画像形成と並行して行うことができない。従って、画像形成中に、外気から埃として装置内に取り込まれ、装置内を舞って現像スリーブに付着する導電性の粉末を除去できない。幹線道路沿線、機械加工現場、溶接現場等では大気中に金属微粒子が多く含まれるが、このような設置環境でも画像形成装置が使用される場合がある。

特許文献４に示される排気経路は、画像形成装置から出て行く空気から鉄粉やフェライト粉を吸着除去して、環境への排出量を減らせる。しかし、外気から画像形成装置に入って来る空気に対しては何等の除去効果をも奏し得ない。従って、外気から埃として装置内に取り込まれ、装置内を舞って現像スリーブに付着する導電性の粉末を除去できない。

そこで、画像形成装置に外気を取り込む吸気経路に微粒子フィルターを配置して、装置内へ進入する導電性粒子を除去することが提案された。しかし、微粒子フィルターの圧損は、必要な外気の取り込み量を得るための軸流ファンの大型化、消費電力や騒音振動の増大を招いてしまう。

本発明は、小型、低消費電力の軸流ファンでも、導電性粒子が十分に取り除かれた十分な流量の外気を取り込むことにより、リングマーク不良の発生を抑制しつつ空冷効果を十分に確保できる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体との隙間に現像バイアス電圧を印加して前記静電潜像にトナーを付着させる現像手段と、前記像担持体および前記現像手段が格納される筐体空間に外気を取り込む外気取り込み手段とを備えたものである。前記外気取り込み手段は、取り込まれる外気の流れに磁界を作用して外気から導電性粒子を分離する磁気分離手段を有する。

本発明の画像形成装置では、外気取り込み手段を改良することにより、リングマーク不良の抑制と筐体空間の十分な冷却効果とを両立させた。外気の取り込みによって筐体空間に侵入する導電性粒子に着目してリングマーク不良を低減した。さらに、筐体空間に侵入する導電性粒子を減らす手法として、目の細かいフィルターよりも有効な「取り込まれる外気の流れに磁界を作用させる手法」を選択した。

導電性粒子を含む外気の流れに磁界を作用させることにより、現像手段と像担持体との隙間に侵入して放電を引き起す可能性のある導電性粒子を外気の流れから分離する。磁場を通過する際に、帯電した導電性粒子には、電磁誘導によって進行方向（電流方向）と直角な方向の誘導力が作用する。帯電していない場合でも、移動に伴って変化する磁場に誘導されて導電性粒子が形成する磁界と空間の磁場との相互作用によって、導電性粒子は、偏向される。偏向された導電性粒子は、外気の流れ方向の移動速度を失って重力落下したり、外気の流れる方向とは異なる方向へ移動したりして、いずれにせよ外気の本流から外れた位置へ案内される。つまり、取り込む外気から導電性粒子が分離される。

磁極への吸着作用によって、磁性粒子も捕捉されたり分離されたりする可能性はあるが、粒子の磁性の有無には関係無く、導電性の有無に応答した偏向によって、放電原因となる導電性粒子が外気から分離される。

従って、導電性粒子を完全除去できる目の細かいフィルターを配置しなくても、含まれる帯電粒子を少なくした外気を筐体空間に取り込むことができる。筐体空間に取り込まれる導電性粒子の個数を減らすことにより、取り込まれた導電性粒子が現像手段と像担持体との隙間に侵入する可能性が減り、放電を引き起してリングマーク不良を発生する可能性はさらに減る。

目の細かい圧損の大きなフィルターが不要なので、軸流ファンの負荷が小さくて済み、小型、低消費電力の軸流ファンでも、導電性の粉末が取り除かれた十分な流量の外気を取り込むことができる。

以下、本発明の実施形態である画像形成装置１００について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の画像形成装置は、以下に説明する実施形態の限定的な構成には限定されない。現像バイアス電圧を用いて像担持体表面の静電潜像にトナーを付着させる限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。

本実施形態では、独立した感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを備えた画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋをタンデム配列したカラー複写機の例を説明する。しかし、本発明の画像形成装置は、共通の感光体ドラムに複数の現像器を配置したカラー複写機や、１個の感光体ドラムに１個の現像器を配置したモノクロ複写機にも利用できる。

なお、特許文献１乃至４に示される画像形成装置の構成、現像装置の詳細構造、制御、信号処理等については、繰り返しの煩雑を回避すべく、図示を省略して詳細な説明も省略する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は現像装置の構成の説明図、図３はリングマーク不良の説明図である。図４は吸気ファンの構成の説明図、図５は磁力と鉄粉通過率との関係を示す線図、図６は交流周波数とアルミ粉通過率との関係を示す線図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の原色トナー像を形成する画像形成ステーションＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫをタンデム配置したカラー複写機である。画像形成装置１００は、レーザー走査露光方式により静電潜像を書き込まれる感光体ドラムを画像形成ステーションごとに備えて、それぞれ転写式電子写真プロセスを実行する。

画像形成装置１００は、その上部にディジタルカラー画像リーダー部（３９、４０）を有し、又、その下部にディジタルカラー画像プリンタ部６０を有する。画像形成装置１００の上面部には、原稿載置台３９が設けられ、この原稿載置台３９の下に露光光学系４０が配設されている。原稿載置台３９上に画像面下向きで原稿を載置セットして不図示の操作部に配置されたコピーボタンを押すと、露光光学系４０が原稿載置台３９上に載置セットされた原稿の下向き画像面を光電読み取り処理する。

画像形成装置は、４つの画像形成ステーションＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有し、それぞれ、像担持体としての感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）を備えている。画像形成ステーションＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、現像剤補給槽５（５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ）に充填されたトナーの色がそれぞれ異なるが、共通の部品を用いて共通に組み立ててある。

感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の周囲に、一次帯電装置１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）、露光装置１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）が配置される。感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の下方には、中間転写装置２０が配置されている。中間転写装置２０は、中間転写体としての中間転写ベルト２１が、ローラー２２、２３、２４に張設されて、矢印方向に走行するように構成されている。

一次帯電装置１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）は、コロナ帯電装置で構成され、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の表面を一様に帯電する。帯電した感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の表面は、露光装置１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）によって露光されて、画像濃度に応じた電位分布の静電潜像が形成される。感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）表面の静電潜像は、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）によって各原色のトナーを付着させることにより可視像に現像され、トナー像となる。

画像形成ステーションＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫでそれぞれ形成されたトナー像は、帯電ブレード１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）によって、中間転写ベルト２１上に順次転写して重ね合わせられる。一次転写を担う帯電ブレード１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）には、不図示の高圧電源から一次転写バイアス電圧が印加されている。

中間転写ベルト２１上に重ねて一次転写された４色のトナー像は、不図示の高圧電源から二次転写バイアス電圧を給電された二次転写ローラー２５によって、記録材Ｐに二次転写される。ローラー２４にバックアップされた中間転写ベルト２１と、ローラー２４と対向して配置された二次転写ローラーとが二次転写ニップを形成している。記録材Ｐは、カセット４１から給紙ローラ４２によって１枚ずつ取り出され、搬送機構４３によって二次転写ニップへ送り込まれる。

４色のトナー像を一括して二次転写された記録材Ｐは、搬送ガイド３３上を通過して定着装置３０に送り込まれる。定着装置３０は、ハロゲンヒータ３５を内包する定着ローラー３１と、定着ローラー３１に所定の圧で圧接しながら回転する加圧ローラー３２とが接触して定着ニップを形成する。定着ニップを通過する際に記録材Ｐに加熱と加圧とが作用して、トナー像が記録材Ｐの表面に融着固化し、これにより画像が記録材Ｐに定着される。そして、トナー像が定着された記録材Ｐは、搬送ガイド３４を経て、画像形成装置１００の本体外部の排紙トレイ３６上に排出される。

また、一次転写後に感光体ドラム１０上に残った転写残トナーは、クリーナー１４（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ）により除去されて、次の画像形成に備える。

また、画像形成装置１００の筐体空間内には、かなりの発熱を伴う定着装置３０や各種電源が配置されているので、筐体空間内に外気を循環させて熱が停滞しないようにしている。筐体空間内に熱が停滞して温度上昇すると感光体ドラム１０の暗減衰量が増してトナー像の濃度が変化する等の問題がある。具体的には、画像形成装置１００の装置側面には、外気を取り入れる吸気ファン３７が設けられ、背面には、筐体空間内の空気を外気に排気するための排気ファン３８が設けられている。

図２に示すように、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）は、現像スリーブ３を用いて感光体ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）表面の静電潜像を現像する。現像装置１は、現像剤補給槽５に連通した現像容器２を備え、現像容器２には、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤が収容されている。現像容器２は、感光ドラム１０に対向した現像領域が開口している。現像剤担持体としての現像スリーブ３は、現像容器２に回転可能に配置され、現像領域の開口を通じて表面の一部が露出している。

現像スリーブ３の内側には、外周に交互に磁極を配置したマグネット４が配置される。現像スリーブ３は、非磁性材料で構成され、現像動作時には、現像装置１に固定されたマグネット４の外側を矢印方向に回転してトナーを運搬する。回転する現像スリーブ３の表面は、マグネット４が発生する磁場によって、現像容器２内の２成分現像剤を層状に保持する。現像スリーブ３は、層状に保持した現像剤を感光体ドラム１０と対向する現像領域に担持搬送して、感光体ドラム１０表面の静電潜像を現像する。静電潜像を現像した残りの現像剤は、現像スリーブ３の回転に従って搬送されて現像容器２内に回収される。

現像スリーブ３には、不図示の現像バイアス電源から、直流電圧に矩形波の交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。交流成分を含む現像バイアス電圧によって、現像スリーブ３と感光体ドラム１０間に交番電界を形成し、トナーを磁性キャリアから電気的に剥離してトナーミストを形成することにより現像効率が向上する。

画像形成装置１００では、画像品質を向上させるために、現像間隙（感光体ドラム１０の表面と現像スリーブ３間の距離）を狭くして、かつこの現像間隙に高電界を印加している。従って、現像バイアス電圧を印加された現像スリーブ３と、静電潜像が形成された感光体ドラム１０との隙間に金属粉等が存在すると、電界集中を起こして放電が起こり易くなる。

そして、放電が起きると、現像バイアス電圧による放電スパークが像担持体の静電潜像を充電する等して静電潜像が乱れ、図３に示すように、記録材Ｐ上にリングマークＭ１、Ｍ２が発生する。図３の（ａ）は、背景部に生じるリング状のリングマークＭ１、図３の（ｂ）は、画像部に生じるスポット状のリングマークＭ２であって、リングマークＭ１、Ｍ２の発生は画質を著しく損ねてしまう。

リングマークＭ１、Ｍ２の発生原因の１つは、画像形成装置１００外から吸気ファン３７を介して筐体空間内に侵入したり、摺擦部、軸受け、金属ビス等で発生したりした金属粉である。この金属異物が画像形成装置１００の現像器１内に混入して現像間隙が狭められ、金属異物と感光体ドラム１０表面との間で放電してリングマークとなる。画像形成装置１００外から吸気ファン３７を介して筐体空間に進入した金属粉が画像形成装置１００の現像器１内に混入するとリングマークの原因となる。組立て時の金属ビス締め付けに起因して筐体空間内に存在する金属粉は、製造工程の改善などで除去できるが、外部から混入する金属粉を製造工程の改善で除去することは難しい。

以上のことを鑑みて、第１実施形態では、図４に示すような吸気ファン３７を用いることで、画像形成装置１００内に入ってくる金属粉を除去する。吸気ファン３７の構成について図４を用いて説明する。

吸気ファン３７は、直径６０ｍｍの軸流ファン５０にメッシュの大きさが３００μｍのフィルター５１を設けている。軸流ファン５０のファン軸の延長線上で気体が吸入される手前３０ｍｍの場所に、交流磁界を発生させるための縦１０ｍｍ、横６０ｍｍ、高さ３０ｍｍの交流磁界発生コイル５２を設けている。交流磁界発生コイル５２は、軸流ファン５０の回転している間だけ交流を出力する交流電源５３に接続されている。軸流ファン５０は、メッシュの大きさが５０μｍの隔壁フィルター部材５５を用いて吸気経路５４に取り付けられ、軸流ファン５０と吸気経路５４との間に金属粉の捕獲スペース５６を形成している。

ここで、コイル５２から発生させる交流磁場の効果および特性値について詳述する。コイル５２の目的は金属粉を捕集することである。金属粉は大きく分けて磁性体金属と非磁性体金属とに分けられる。

まずは、強磁性体金属の捕集について詳述する。図５は、コイル５２の発する磁力に対して強磁性体である粒径１００μｍの鉄粉がフィルター５１を通過する割合を示す。コイルが発する磁力が大きくなるに従って鉄粉がコイル５２に捕集される割合が大きくなり、約８×１０^−２テスラ（８００ガウス）で鉄粉がフィルター５１を通過する割合は約５％となる。この磁界の強さは画像形成装置に影響を与えるほどのものではなく、上記の条件下では、コイル５２で約８×１０^−２テスラ以上の磁界を発生させれば磁性体金属のほとんどを捕集できる。

次に、非磁性体金属の捕集について詳述する。第１実施形態では、非磁性体金属粉を捕集する方法として、交流磁場を利用する。金属粉に交流磁場を印加すると、金属粉内からはその磁場を打ち消すように誘導磁場が発生する。第１実施形態では、この現象を利用して非磁性金属粉に交流磁場を印加することで、非磁性金属粉は、図４の破線のようにコイル５２から遠ざかって捕獲スペース５６に捕捉される。すなわち、交流磁場を非磁性体金属粉に印加することで、軸流ファン５０の吸気流路から非磁性体金属粉を遠ざけて非磁性体金属粉を除去する。

次に、コイル５２が発する磁場の特性について詳述する。図６は、コイル５２が発する８×１０^−２テスラの磁場の周波数に対して、非磁性体金属である粒径１００μｍのアルミ粉がフィルター５１を通過する割合を示す。印加する磁場の周波数が高くなるに従い、コイルとアルミ粉との斥力が大きくなり、アルミ粉がフィルター５１を通過する割合は減少する。そして、約５０Ｈｚ以上では、ほとんどのアルミ粉が除去されている。ここで、周波数が高すぎると金属粉や周りの金属が加熱されてしまうので周波数の上限は１ｋＨｚと定めた。

上記の検討結果より、第１実施形態では、上記構成下でコイル５２から８×１０^−２テスラ、５０Ｈｚの交流磁場を発生させる。これにより、１００μｍの粒子を濾し取る圧損の大きなフィルターは不要となる。フィルター５１の吸気能力や軸流ファン５０の静音性を低下させることなく、画像形成装置１００内に金属粉が進入してくることを防ぐことができる。

以上と同様の効果が得られる構成としては、コイル５２が軸流ファン５０の枠内に収まっており、軸流ファン５０の面積に対するコイル５２の面積比が０．３以上の時とする。

＜第２実施形態＞
図７は第２実施形態における吸気ファンの構成の説明図である。第２実施形態の吸気ファン３７Ｂは、第１実施形態の吸気ファン３７を置き換えて図１の画像形成装置１００に搭載される。そして、非磁性体金属粉誘導板５８を付加した以外は第１実施形態と同様に構成され、取り付けられる。従って、図７中、図４と共通する構成の一部は図示を省略している。また、残りの共通する構成には図４と共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示すように、第１実施形態では、軸流ファン５０の口径が大きくなると、非磁性体金属粉を移動させるための距離が大きくなるため、さらに大きな交流磁場を印加しなくてはならない。しかし、極端に大きな交流磁場は、電力消費を高める上に、画像形成装置１００の電子部品に好ましいとは言えなく、周囲への漏れ磁界も大きくなる。

このようなことを鑑みて、第２実施形態では、図７に示すように、吸気ファン３７Ｂの軸流ファン５０の入り口と交流磁場を発生するコイル５２との間に、裁頭円錐型の非磁性体金属粉誘導板５８を設けた。 非磁性体金属粉誘導板５８は、コイル５２が発する磁場が最も強い磁極面を金属粉が通過するように上下に開口を形成し、側面側の磁場が弱い個所を金属粉が通過しないように塞いである。また、磁場の影響を受けないように非磁性体金属誘導板５８には、樹脂の板を用いた。

第１実施形態と同様に、非磁性体金属粉を捕集するために必要な磁場の強さと交流磁場の周波数とを調べてみたところ、第２実施形態の構成では、磁場の強さ５．５×１０^−２テスラ、交流磁場の周波数が３０Ｈｚとなった。すなわち、第１実施形態よりも低い磁場の強さおよび周波数で非磁性体金属粉を除去できる。

また、第２実施形態の構成では、軸流ファン５０の大きさが大きくなっても磁場の強さを大きくすることなく金属粉を除去できて効率的であることに加えて、省スペース化、省エネ化に有効である。

＜第３実施形態＞
図８は第３実施形態における吸気ファンの構成の説明図である。第３実施形態の吸気ファン３７Ｃは、第１実施形態の吸気ファン３７を置き換えて図１の画像形成装置１００に搭載される。そして、コイル５２の交流磁場を永久磁石５９の回転に置き換えた以外は第２実施形態と同様に構成され、取り付けられる。従って、図８中、図７と共通する構成には図７と共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

図８に示すように、第３実施形態では、第２実施形態の構成において、交流磁場を発生するコイル５２の代わりに、永久磁石５９を軸流ファン５０の軸に取り付けて回転させる。これにより、交流磁場を発生させて非磁性体金属粉を除去する。ここで、第３実施形態の永久磁石５９は、第２実施形態で規定した５．５×１０^−２テスラの磁場を発生するものを用い、軸流ファン５０の回転数を１８００ｒｐｍにすることで３０Ｈｚの交流磁場を発生させている。

第３実施形態の構成で第１実施形態と同様の実験方法を用いて鉄粉とアルミ粉の除去率を測定したところ、ほぼ１００％の捕集率（通過率０％）でこれらの金属粉を除去できた。

＜開発の背景＞
電子写真方式は、複写機やプリンタに用いられる最もよく知られた印刷方式のひとつである。近年、電子写真方式の画像形成装置は、ＰＯＤ（プリント・オン・デマンド）の注目により、高速の印刷能力、イメージ画像印刷等が望まれ、その結果、印刷画質も高品質で高精細なものが望まれている。

電子写真方式の画像形成装置が具備する現像装置では、一般に、磁性トナーを主成分とした一成分現像剤、もしくは非磁性トナーと磁性キャリアを主成分とした二成分現像剤が用いられている。特に、電子写真方式によりフルカラー画像やマルチカラー画像を形成する画像形成装置では、画像の色味などの観点から、ほとんどの現像装置が二成分現像剤を使用している。このような画像形成装置において、金属粉が現像器内に混入すると、リングマーク不良を引き起して異常画像が形成される可能性が高まる。

そこで、画像形成装置外から侵入してくる金属粉を除去するために、非常に目の細かいフィルターを画像形成装置に設けることが提案された。従来の画像形成装置に取り付けられている吸気フィルターでリングマークの原因となるような１００μｍ程度の金属粉を除去しようとすると、フィルターの目を極端に小さくしなくてはならない。

しかし、フィルターの目を極端に小さくすると吸気能力が低下してしまうために大型のファンの使用や、高回転でファンを回転させる必要があるために、省エネルギーや静音化の妨げとなる。また、目の細かいフィルターを使用すると、必要以上に小さな埃なども捕集してしまうため、フィルターが目詰まりし易くなるという欠点もある。

以上を鑑みると、フィルターの吸気能力や静音性を低下させることなく効率的に画像形成装置内に金属粉が進入してくることを防ぐ必要がある。そこで、第１〜第３実施形態では、像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、磁性トナーを主成分とした磁性一成分現像手段、非磁性トナーを主成分とした非磁性一成分現像手段もしくは非磁性トナーと磁性キャリアを主成分とした二成分現像手段と、形成された現像像を転写材上に転写する転写手段と、該転写画像を転写材上に定着する定着手段とを有する構成において、気体を吸気する吸気口近傍に金属分を捕集するための磁界発生手段を設けている。

そして、交流磁界発生手段は、吸気される気体が、吸気ファンに設けられているフィルターに流入する前に設けられている。特に第２実施形態と第３実施形態とでは、交流磁界発生手段と吸気口との間に、非磁性金属粉を誘導するための誘導板を備えている。

このようにして、フィルターの吸気能力や静音性性を低下させることなく、非磁性および磁性金属に関わらず金属粉が画像形成装置内に進入することを防ぐことが実現された。

＜発明との対応＞
第１実施形態の画像形成装置１００は、静電潜像が形成される感光体ドラム１０と、感光体ドラム１０との隙間に現像バイアス電圧を印加して前記静電潜像にトナーを付着させる現像スリーブ３と、感光体ドラム１０および現像スリーブ３が格納される筐体空間に外気を取り込む吸気ファン３７とを備える。吸気ファン３７は、取り込まれる外気の流れに磁界を作用して外気から導電性粒子を分離するコイル５２を有する。

画像形成装置１００では、吸気ファン３７を改良することにより、リングマーク不良の抑制と筐体空間の十分な冷却効果とを両立させた。外気の取り込みによって筐体空間に侵入する導電性粒子に着目してリングマーク不良を低減した。さらに、筐体空間に侵入する導電性粒子を減らす手法として、目の細かいフィルターよりも有効な「取り込まれる外気の流れに磁界を作用させる手法」を選択した。

導電性粒子を含む外気の流れに磁界を作用させることにより、現像スリーブ３と感光体ドラム１０との隙間に侵入して放電を引き起す可能性のある導電性粒子を外気の流れから分離する。磁場を通過する際に、帯電した導電性粒子には、電磁誘導によって進行方向（電流方向）と直角な方向の誘導力が作用する。帯電していない場合でも、移動に伴って変化する磁場に誘導されて導電性粒子が形成する磁界と空間の磁場との相互作用によって、導電性粒子は、偏向される。偏向された導電性粒子は、外気の流れ方向の移動速度を失って重力落下したり、外気の流れる方向とは異なる方向へ移動したりして、いずれにせよ外気の本流から外れた位置へ案内される。つまり、取り込む外気から導電性粒子が分離される。

磁極への吸着作用によって、磁性粒子も捕捉されたり分離されたりする可能性はあるが、粒子の磁性の有無には関係無く、導電性の有無に応答した偏向によって、放電原因となる導電性粒子が外気から分離される。

従って、導電性粒子を完全除去できる目の細かいフィルターを配置しなくても、含まれる帯電粒子を少なくした外気を筐体空間に取り込むことができる。筐体空間に取り込まれる導電性粒子の個数を減らすことにより、取り込まれた導電性粒子が現像手段と像担持体との隙間に侵入する可能性が減り、放電を引き起してリングマーク不良を発生する可能性はさらに減る。

目の細かい圧損の大きなフィルターが不要なので、軸流ファン５０の負荷が小さくて済み、小型、低消費電力の軸流ファン５０でも、導電性の粉末が取り除かれた十分な流量の外気を取り込むことができる。

画像形成装置１００における吸気ファン３７は、筐体空間に外気を連通させる吸気経路５４と、吸気経路５４の外気を筐体空間に向かって駆動する軸流ファン５０とを有する。コイル５２は、軸流ファン５０に流入する導電性粒子の軌跡を曲げて外気の流れから分離する。

画像形成装置１００における交流磁界発生手段は、磁界の向きと強度との少なくとも一方を変化させるコイル５２、交流電源５３を有する。交流磁界を作用させることで、直流磁界の場合よりも各段に大きな誘導磁界を導電性粒子が形成し、その分、外気の流れ方向からの偏向量は大きくなる。つまり、短い距離で効率高く導電性粒子が分離される。

画像形成装置１００におけるコイル５２は、軸流ファン５０の流入側に軸流ファン５０から距離を隔てて配置されている。

第２実施形態では、コイル５２と軸流ファン５０との間に、前記軌跡を曲げられた導電性粒子を軸流ファン５０の外側へ滑らかに誘導する非磁性体金属粉誘導板５８を備える。

第３実施形態では、非磁性体金属粉誘導板５８を設けたので、第１実施形態よりも一段と導電性粒子の捕捉効率が高まる。この結果、永久磁石５９が発生する交流磁界は、磁束密度が５．５×１０^−２テスラ以上、１．５テスラ未満であって、周波数が３０Ｈｚ以上１ｋＨｚ未満でもほぼ完全に１００μレベルの金属粉を除去できた。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 現像装置の構成の説明図である。 リングマーク不良の説明図である。 吸気ファンの構成の説明図である。 磁力と鉄粉通過率との関係を示す線図である。 交流周波数とアルミ粉通過率との関係を示す線図である。 第２実施形態における吸気ファンの構成の説明図である。 第３実施形態における吸気ファンの構成の説明図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像容器
３ 現像手段（現像スリーブ）
４ マグネット
５ 現像剤補給槽
１０ 像担持体（感光体ドラム）
１１ 一次帯電装置
１２ 露光装置
１４ クリーナー
２０ 中間転写装置
２１ 中間転写ベルト
２５ 二次転写ローラー
３７、３７Ｂ、３７Ｃ 外気取り込み手段（吸気ファン）
５０ 軸流ファン
５１ フィルター
５２、５３ 磁気分離手段、交流磁界発生手段（コイル、交流電源）
５４ 吸気経路
５５ 隔壁フィルター部材
５６ 捕獲スペース
５８ 非磁性体金属粉誘導板
５９ 磁気分離手段、交流磁界発生手段（永久磁石）
１００ 画像形成装置

Claims (7)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体との隙間に現像バイアス電圧を印加して前記静電潜像にトナーを付着させる現像手段と、
   前記像担持体および前記現像手段が格納される筐体空間に外気を取り込む外気取り込み手段と、を備えた画像形成装置において、
   前記外気取り込み手段は、取り込まれる外気の流れに磁界を作用して外気から導電性粒子を分離する磁気分離手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記外気取り込み手段は、前記筐体空間に外気を連通させる吸気経路と、前記吸気経路の外気を前記筐体空間に向かって駆動する軸流ファンと、を有し、
   前記磁気分離手段は、前記軸流ファンに流入する前記導電性粒子の軌跡を曲げて外気の流れから分離することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記磁気分離手段は、前記磁界の向きと強度との少なくとも一方を変化させる交流磁界発生手段を有することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記交流磁界発生手段は、前記軸流ファンの流入側に前記軸流ファンから距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記交流磁界発生手段と前記軸流ファンとの間に、前記軌跡を曲げられた前記導電性粒子を前記軸流ファンの外側へ滑らかに誘導する誘導板を備えたことを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載の画像形成装置。
6. 前記交流磁界発生手段は、前記軸流ファンの回転軸に連結された永久磁石部材であることを特徴とする請求項３乃至５いずれか１項記載の画像形成装置。
7. 前記交流磁界発生手段が発生する交流磁界は、磁束密度が５．５×１０^−２テスラ以上、１．５テスラ未満であって、周波数が３０Ｈｚ以上１ｋＨｚ未満であることを特徴とする請求項３乃至６いずれか１項記載の画像形成装置。
   

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