JP2020003596A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像剤担持体の回転速度を大きくしても、排出用流路部に空気を向かいやすくする。【解決手段】 流入用流路部と排出用流路部を隔てる流路形成部材４８を有し、排出用流路部と流入用流路部とが互いに隣り合うように配置された構成において、前記流路形成部材４８に対向した位置にフィルタ９０を設ける。【選択図】 図９

Description

本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成装置に関し、特に、複写機、プリンタ、ＦＡＸ、或いは、これら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に関する。

レーザープリンタや複合機などと呼ばれる電子写真方式を用いた画像形成装置は、一般的に次のようなプロセスによって画像を形成している。

像担持体である感光ドラムの表面を帯電装置で一様に帯電させた後、入力された画像情報に応じてレーザーを用いた露光装置で露光する。露光した領域では表面電位が低下することで、感光ドラムの表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像装置によって現像されて、トナー像が形成される。現像後のトナー像は転写装置によって中間転写体を介し、記録材へ転写される。そして、記録材に転写されたトナー像は、定着装置によって熱及び圧力により記録材に溶融定着されて、最終的な出力物となる。転写後に感光ドラムと中間転写体はクリーニング装置によって残留したトナーが除去され、次回の画像形成プロセスに備える。

このような画像形成装置の現像装置のうち高速出力や高画質出力を行う機種では二成分現像方式を採用しているものがある。二成分現像装置では、トナーと磁性粒子であるキャリアを混合した現像剤を収容する現像装置内で攪拌搬送することでトナーは摩擦帯電する。そして、現像装置に設けられた現像剤担持体である現像スリーブが、トナーとキャリアを担持搬送して回転することで、感光ドラムに対向する現像部では静電潜像をトナーで現像する方式である。

近年、画像形成装置では出力画像の高速化が要求されることに伴い、現像スリーブを高速で回転させる構成となっている。その結果、現像スリーブが現像剤を表面に担持して回転する事で発生した気流が現像装置内の内圧を高め、現像装置内部から外部に向かう気流を引き起こし、トナーが外部に飛散しやすくなる懸念がある。

この対策として、特許文献１では、図１４のように内圧制御のために現像器内に空気を流入させる流入用流路部と、流入用流路部と隣り合い、現像器内の空気を排出する排出用流路部を有する構成が提案されている。そして、排出用流路部を長くすることで、排出用流路部の気圧と外部気圧との差を小さくすることができ、排出用流路部から空気が勢いよく排出されることを妨げる構成が提案されている。

特開２０１５−７２３３１号公報

しかしながら、さらなる高速化を図るために、現像スリーブを高速で回転させると、引用文献１の構成では、現像容器内の内圧がさらに高まる。その結果、現像装置内の内圧が高まり、排出用流路以外に、現像スリーブと排出量流路部の間からも空気が排出されることになる。そのため、この新たな空気流が生じやすくなるため、飛散量が増加する虞が生ずる。

そこで、本願発明は、現像剤担持体の回転速度を大きくしても、排出用流路部に空気を向かいやすくすることができる現像装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明は現像剤を担持搬送し、像担持体に形成された静電潜像を現像部で現像するための回転可能な現像剤担持体と、鉛直方向において前記現像剤担持体より下方に設けられ、前記現像剤担持体に担持される現像剤量を規制するための規制部材と、前記現像剤担持体と前記規制部材と現像剤とを収容する収容容器と、前記現像剤担持体の回転方向において前記現像部よりも下流側であって前記規制部材よりも上流側で、前記収容容器の内壁と前記現像剤担持体との間に配置され、前記収容容器の内壁と前記現像剤担持体とに対してそれぞれ間隙を有するように配置された内カバーと、を有し、前記内カバーと前記内カバーに対向する収容容器の内壁との間の空間に前記収容容器の内部から前記収容容器の外部に空気を排出する排出流路が形成される現像装置において、前記収容容器には前記内カバーと対向する領域に通気性を有するフィルタが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、現像剤担持体の回転速度を大きくしても、排出用流路部に空気を向かいやすくすることができる。

本発明に係わる代表的な実施形態を示した図である。 本発明を実施可能な画像形成装置の概略断面図である。 本発明を実施可能な画像形成部の概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の現像装置の上面断面図である。 本発明に係る画像形成装置の補給構成の断面図である。 一般的な画像形成装置の現像装置のエアフローの模式図である。 本発明に係る現像スリーブ周りの断面図である。 本発明に係る現像スリーブ周りのエアフローの模式図である。 実施例１に係る現像スリーブ周りの断面図である。 実施例１に係る実験結果のグラフである。 実施例２に係る現像スリーブ周りの断面図である。 実施例２に係る実験結果のグラフである。 フィルタを用いた現像装置の概略構成図である。 特許文献１に係る現像装置の概略構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［画像形成装置の全体構成及び動作］
先ず、本実施形態の画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。図２は電子写真方式の画像形成装置の全体概略図を示す。図３は画像形成部の概略構成図を示す。本実施形態の画像形成装置１００は、該画像形成装置１００本体に接続された原稿読み取り装置或いは該画像形成装置１００本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像情報に従って記録材１０に画像を形成する。例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色フルカラー画像を後述の電子写真方式の画像形成部を利用して記録シート、プラスチックシート、布等の記録材１０に形成する。

本実施形態の画像形成装置１００は、タンデム式の画像形成装置１００である。複数の画像形成部として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する第１、第２、第３、第４の画像形成部ＰＹ，ＰＭ，ＰＣ，ＰＫを有する。そして、転写装置５が備える中間転写体となる中間転写ベルト５１が図２の矢印方向に移動して各画像形成部ＰＹ〜ＰＫを通過する間に、中間転写ベルト５１上に各画像形成部ＰＹ〜ＰＫにおいて各色の画像が重ねられる。そして、この中間転写ベルト５１上で重ね合わされた多重トナー画像を記録材１０に転写することで記録画像が得られる。本実施例では、プロセススピードは４００ｍｍ／ｓである。

尚、以下の実施形態では、各画像形成部ＰＹ，ＰＭ，ＰＣ，ＰＫの構成は、現像色が異なる以外は実質的に同一とされる。以下、特に区別を要しない場合は、何れかの画像形成部ＰＹ〜ＰＫに属する要素であることを示すために符号に与えた添え字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは省略し、画像形成部Ｐのように総括的に説明する。

画像形成部Ｐは、画像情報に応じて静電潜像を担持する像担持体としての感光ドラム１を有する。感光ドラム１の外周には、帯電装置となる帯電ローラ２、レーザー露光光学系からなる露光装置３、現像装置４、転写装置５、クリーニング装置７が設けられている。８はトナーカートリッジである。転写装置５は、中間転写体としての中間転写ベルト５１を有する。中間転写ベルト５１は複数のローラに掛け回されて、図２の矢印方向に回転する。また、中間転写ベルト５１を介して各感光ドラム１に対向する位置には一次転写部材５２が配置されている。また、中間転写ベルト５１が掛け回されたローラのうち一つに対向する位置に二次転写部材５３が設けられている。

画像形成時には、先ず、帯電ローラ２によって、回転する感光ドラム１の表面を一様に帯電させる。次いで、露光装置３が帯電した感光ドラム１の表面を画像情報信号に応じて露光することによって、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。感光ドラム１に形成された静電潜像は、現像装置４を用いて現像剤のトナーによりトナー画像として顕像化される。本実施例では、現像剤は、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤である。

感光ドラム１上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト５１と感光ドラム１とが当接する一次転写ニップ部において、一次転写部材５２に印加される一次転写バイアス電圧の作用によって中間転写ベルト５１上に一次転写される。例えば、４色フルカラー画像の形成時には、画像形成部ＰＹから順次に、各感光ドラム１から中間転写ベルト５１上にトナー画像が転写され、該中間転写ベルト５１上に４色のトナー画像が重ね合わされた多重トナー画像が形成される。

一方、給送カセット９に収容されている記録材１０がピックアップローラ、搬送ローラ及びレジストローラ等によって搬送される。記録材は中間転写ベルト５１と二次転写部材５３とが当接する二次転写ニップ部に中間転写ベルト５１上のトナー画像と同期がとられて搬送される。そして、中間転写ベルト５１上の多重トナー画像は、二次転写ニップ部において、二次転写部材５３に印加される二次転写バイアス電圧の作用により、記録材１０上に転写される。

その後、中間転写ベルト５１から分離された記録材１０は定着装置６へと搬送される。記録材１０上に転写されたトナー画像は、定着装置６によって加熱、加圧されることによって記録材１０上に定着される。その後、記録材１０は機外へ排出される。

一次転写工程後に感光ドラム１上に残留したトナーは、クリーニング装置７によって回収される。これにより、感光ドラム１は、次の画像形成工程に備える。また、二次転写工程後に中間転写ベルト５１上に残留したトナーは、中間転写体クリーナ５４によって除去される。

尚、本実施形態の画像形成装置１００は、例えばブラック単色の画像など、所望の単色または４色のうちいくつかの色用の画像形成部を用いて、単色またはマルチカラーの画像を形成することも可能である。

［現像装置の基本構成］
次に、図３及び図４を参照して現像装置４の構成について更に説明する。現像装置４は、非磁性トナーと磁性キャリアとを備える二成分現像剤を収容する収容容器である現像容器４１を有する。現像容器４１には、現像剤担持体としての現像スリーブ４４、該現像スリーブ４４内に固定して配置されたマグネットとしての磁石からなるマグネットロール４４ａが設けられる。更に現像スリーブ４４の表面に現像剤の薄層を形成する（現像剤量を規制する）規制部材としての現像ブレード４２、現像容器４１内の現像剤を攪拌し且つ搬送するスクリュー部材４１ｄ、４１ｅが配置されている。本実施例では、鉛直方向において規制ブレード４２が現像スリーブ４４よりも下方にある構成となっている。

現像容器４１の内部は垂直方向に延在する隔壁４１ｃによって現像室４１ａと攪拌室４１ｂとに区画されている。そして、現像室４１ａにスクリュー部材４１ｄが配置され、攪拌室４１ｂにスクリュー部材４１ｅが配置されている。隔壁４１ｃの長手方向両端部（図４左側及び右側）には、現像室４１ａと攪拌室４１ｂとの間での現像剤の通過を許す受渡し部４１ｆ、４１ｇが設けられている。

本実施形態では、スクリュー部材４１ｆ、４１ｇは、それぞれ、磁性体の軸（回転軸）の周りに、搬送部としての螺旋状羽根を設けて形成されている。また、スクリュー部材４１ｅには、螺旋状羽根に加えて、軸からその半径方向に突出し、現像剤の搬送方向に所定の幅を有する攪拌リブ４１ｅ１が設けられている。攪拌リブ４１ｅ１は、軸の回転に伴って現像剤を攪拌する。

スクリュー部材４１ｄは現像室４１ａ内の現像剤を攪拌し且つ搬送する。また、スクリュー部材４１ｅは、自動トナー補給制御（以下、「ＡＴＲ ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅｒ Ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｅｒ」制御という）のもとでトナー濃度を均一化する。即ち、トナー補給部４９において供給されたトナーと、既に攪拌室４１ｂ内にあるトナーと磁性キャリアとからなる現像剤とを攪拌し且つ搬送してトナー濃度を均一化する。

スクリュー部材４１ｄ、４１ｅは、現像スリーブ４４の回転軸方向に沿って略平行に配置されている。そして、スクリュー部材４１ｄと、スクリュー部材４１ｅとは、現像スリーブ４４の回転軸方向に沿って互いに逆方向に現像剤を搬送する。こうして、現像剤はスクリュー部材４１ｄ、４１ｅによって受渡し部４１ｆ，４１ｇを介して現像容器４１内を循環する。つまり、スクリュー部材４１ｄ、４１ｅの搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度が低下した現像室４１ａ内の現像剤が、一方の受渡し部４１ｆ（図４の左側）を介して攪拌室４１ｂ内へ移動する。

また、攪拌室４１ｂの最上流部にはトナーを補給するためのトナー補給口４６が設けられており、図５に示す補給用トナーが収容される補給容器となる補給用現像剤収容器８へと連絡している。そして、上述のＡＴＲ制御によって画像形成時の画像比率、トナー濃度センサとしてのインダクタンスセンサ４５、パッチ画像濃度検知センサ（不図示）によるパッチ画像の濃度検知結果に応じて補給用現像剤収容器８の動作を制御しトナーを攪拌室４１ｂの最上流部に補給する。

そして、トナーが補給されて攪拌された攪拌室４１ｂ内の現像剤が他方の受渡し部４１ｇ（図４の右側）を介して現像室４１ａへ移動する。また、現像装置４の現像室４１ａは、感光ドラム１に対面した現像領域に相当する位置が開口しており、この現像容器４１の開口部に、一部露出するようにして現像スリーブ４４が回転可能に配置されている。本実施形態では、現像スリーブ４４は非磁性材料で構成され、現像動作時には図３の矢印方向に回転する。そして、現像スリーブ４４の内部には、磁界発生手段としての周方向に沿って複数の磁極を有するマグネットロール４４ａが固定されている。

現像室４１ａ内の現像剤は、スクリュー部材４１ｄにより現像スリーブ４４に供給され、該現像スリーブ４４に供給された現像剤は、マグネットロール４４ａが発生する吸着用磁極Ｓ１により現像スリーブ４４上に所定の量が担持され現像剤溜まりを形成する。現像スリーブ４４上の二成分現像剤は、現像スリーブ４４が回転することによって、現像剤溜まりを通過して現像ブレード４２によって層厚が規制されると共に、感光ドラム１と対向する現像領域へと搬送される。現像領域で、現像スリーブ４４上の現像剤は第一磁極である現像用磁極Ｓ２にて穂立ちして磁気穂を形成する。

その後、現像スリーブ４４上の現像剤は、第一磁極と隣り合い、第一磁極と異極の第二磁極である搬送用磁極Ｎ２により、現像スリーブ４４の表面に対する現像剤の吸着を維持し現像器内部へと現像剤を搬送する。そして、第三磁極である離間用磁極Ｓ３により現像剤が現像スリーブ表面から離間される。そして、離間用磁極Ｓ３は、第四磁極の吸着用磁極Ｓ１と同極となっている。現像スリーブ４４は、十分にトナーを供給するために感光ドラム１に対して周速差をつけており、６８０ｍｍ／ｓ（対ドラム周速１７０％）で回転している。

［補給装置の構成］
図５に補給構成断面を示す。本補給構成は、補給用現像剤収容器８の排出口８２から補給用搬送経路８３が延び、現像装置４の補給口４６に連結している構成を基とする。

まず、従来構成としてひとつの補給用搬送経路８３を用いた補給構成について説明する。上述の現像装置４において、補給口４６は攪拌室４１ｂ最上流且つ現像剤循環経路の外側に備えられている。該補給口４６の近傍の現像剤搬送部材には、現像剤循環経路の現像剤は殆ど存在しなく、補給用現像剤が通過するのみである。そして、補給口４６は補給用搬送経路８３である正方形断面の筒状部材下方端部と連結している。また、前記筒状部材はもう一方の端部である上方端部は補給用現像剤収容器８の排出口８２と連結している。

補給用現像剤収容器８は、円筒状の容器に内壁に螺旋状の溝を掘った構成となっており、補給用現像剤収容器８自体が回転することで長手方向へと搬送力を発生させて排出口８２へと補給用現像剤を搬送する。排出口８２まで搬送された補給用現像剤は、排出口８２を通って補給用搬送経路８３に排出される。そして、補給用搬送経路８３を通って現像装置４の補給口４６に到達する。

［トナー飛散の概要］
次に現像器上蓋４１ｋと現像スリーブ４４とで構成される現像容器４１内部と現像容器４１外部の連通口からのトナー飛散について図６を用いて説明する。ここでのトナー飛散とは現像剤の攪拌・搬送やトナー補給によって現像容器４内に生じる遊離トナーが連通口を通って現像容器外部に排出され、現像容器に回収しきれないもののことをさす。

まずトナー遊離について説明する。前記現像容器４１に収容されている二成分現像剤は攪拌室４１ｂ及び現像室４１ａにおいて摩擦帯電され、摩擦帯電によって生じる静電付着力及び表面性などによって生じる非静電付着力によってトナーはキャリアに付着している。このキャリアに付着しているトナーに対し衝撃やせん断力を加えられると、トナーがキャリアから引き剥がされ現像容器内で遊離する。この時の衝撃やせん断力として、現像スリーブ４４による現像剤搬送の際の現像剤挙動がある。現像剤は前記のとおり現像スリーブ４４の磁極上で磁力線に沿ったチェーン状の構造である磁気穂を形成する。磁極直前に磁気穂が前方に立ち上がり、磁極上を通過すると磁気穂は前傾し倒れる。このとき、磁気穂の回転方向は現像スリーブ４４の方向と同一方向である。この磁気穂が倒れるときの衝撃や遠心力によってトナーがキャリアから引き剥がされる事がトナー遊離の原因となっている。現像スリーブ４４での現像剤搬送の内、トナー遊離への寄与の大きいものは反発磁界を生成する離間用磁極Ｓ３によるものである。この離間用磁極Ｓ３では現像剤を現像スリーブ４４から剥離するため、磁極によって現像スリーブ４４と逆方向の磁気力を加え、現像剤の速度を落とし滞留させる。このとき前記の磁気穂の長さが長くなるため磁気穂が倒れるときの衝撃や遠心力が大きくなり、トナー遊離量が増加する傾向がある。なお磁気穂が倒れるときの衝撃は現像用磁極Ｓ２や搬送用磁極Ｎ２でも発生するため、離間用磁極Ｓ３よりは少ないものの現像用磁極Ｓ２や搬送用磁極Ｎ２でもトナー遊離は発生する。

また、前記補給によってトナー補給口４６からのトナーが補給される際に、十分に攪拌される前に舞い上がったトナーも現像容器内で遊離トナーの要因となっている。前述のとおりトナー補給口４６において供給されたトナーは、既に攪拌室４１ｂ内にある現像剤と攪拌且つ搬送される。この時、補給トナーと現像剤の混合領域では一時的にトナーの現像剤に対する混合比が高くなる。トナーの現像剤に対する混合比が高い場合、トナーの帯電量が低下し、前記トナー−キャリア間静電付着力が低下する。現像剤と混合しきれなかった補給トナーはそのまま、もしくはスクリュー部材４１ｄ、４１ｅによる現像剤の攪拌・搬送時の衝撃で遊離され、遊離トナーが現像容器４４内で舞いあがることが知られている。

次に図６を用いて現像装置４近傍の断面における気流について説明する。現像装置４近傍において気流を生成するのは現像スリーブ４４及び感光ドラム１である。ここではそれぞれ説明する。

現像スリーブ４４の回転及び磁極上の磁気穂挙動により、現像スリーブの回転と同方向に気流を生成する。この現像スリーブと同方向に気流は、現像容器４１内部と現像容器４１外部の連通口から現像容器４１内部に空気を取り込む。また、現像容器４１には前記トナー補給によっても空気が流入する。

現像装置４長手断面を略閉空間と考える。空気は流体であるため連続の方程式が適用できる。空気の流速をｖ、密度をρとすると、現像室内で空気の湧き出しがないため
∂ρ／∂ｔ＋∇ρｖ＝０ ・・・（１）
と記述できる。さらに定常状態を考えると現像容器４１内の各領域において密度ρはおおよそ一定となっている。そのため式（１）は下記のように記述できる。
ρ∇ｖ＝０ ・・・（２）
この式から空気の流量ρｖは保存される。現像装置４近傍の長手断面では流量ρｖの収支は０となり、前記の現像スリーブ４４と補給によって流入する空気流量と同一の量を現像装置４外に排出することになる。ここで現像器上蓋４１ｋと現像スリーブ４４とで構成される連通口を通して現像スリーブ４４の回転に伴い現像容器４内に流入する空気流量をＱａ（スリーブ流入）、排出経路は現像容器４１内部と現像容器４１外部の連通口から排出される空気流はこの連通口から取り込まれる流れに対向するように現像器上蓋４１ｋ側を排出される空気流量をＱｂ（スリーブ排出）、前記現像装置への補給に伴って流入する空気流量をＱｄ（補給流入）とすると次の関係が成り立つ。
Ｑａ（スリーブ流入）＋Ｑｄ（補給流入）＝Ｑｂ（スリーブ排出） ・・・（３）
現像スリーブによって取り込まれ現像スリーブに沿って流れる気流が排出されるためには現像装置内で折り返す必要がある。一般的には前記離間用磁極Ｓ３の現像剤滞留部で現像スリーブ４４から離脱しその後折り返す。この時前記現像容器４１内で発生した遊離トナーを含有して排出方向に向かう。

このＱｂ（スリーブ排出）に含有した遊離トナーが現像容器４１外へ排出される工程は主に二つである。第一として連通口より現像装置４外に排出されたＱｂ（スリーブ排出）が現像器上蓋４１ｋと感光ドラム１の間隙より直接より排出されるものである。第二としてはＱｂ（スリーブ排出）が感光ドラム１近傍で混合される、もしくは遊離トナーが慣性力で感光ドラム１が生成する気流ｇに移ることで、感光ドラム１が生成する気流に乗って排出されるものである。

飛散トナーは以上の二つの内少なくとも一つ以上の要因により現像容器４１外に排出されて現像装置１の周囲、現像容器４１外壁や感光ドラム１、露光装置３や転写装置５を汚染してしまうためである。この現象は、画像形成装置の高速化によりプロセススピードが上がり、それに伴って現像スリーブの周速が上がるほど現像スリーブの回転による流入気流が増加するため顕著になる。

次に本実施例１の現像装置４の詳細構成について図７を用いて説明する。

図中の角度θ１、θ２・・・は水平面を基準と見た時のなす角を示している。現像装置４は、現像領域下流で現像スリーブ４４を覆うように現像器上蓋４１ｋを有ししており、現像器上蓋４１ｋは、現像容器内壁４７、内カバーである流路形成部材４８で構成される。流路形成部材４８は、現像容器内壁４７と現像スリーブ４４との間に配置され、現像容器内壁４７と現像スリーブ４４とに対してそれぞれギャップ（間隙）を有するように配置されている。また、流路形成部材４８の長手方向の長さは、現像スリーブ４４が現像剤を担持する長さと同じ、或いは現像剤を担持する長さよりも長い構成である。この構成により、流路形成部材４８と現像容器内壁４７との間の空間に現像容器４１の内部から現像容器４１の外部に空気を排出する空気流が形成される。また、現像スリーブ４４の回転方向において流路形成部材４８の上流端部の位置は、現像スリーブ４４の回転方向における現像容器内壁４７の上流端部よりも下流側にある。また、現像スリーブ４４の回転方向において流路形成部材４８の下流端部の位置は、吸着用磁極Ｓ１よりも回転方向において上流側にある。排出流路θ１〜θ２の領域において現像スリーブ４４に沿うように流路形成部材４８と現像容器内壁４７との隙間をＬ１に設定し、流路Ｆ１を形成している。さらにその下流θ２〜θ４の領域では隙間を徐々に小さくして、θ３〜θ４の領域で流路形成部材４８と現像容器内壁４７との隙間をＬ２に設定している。また、流路形成部材４８と現像スリーブ４４の間に流路Ｆ２を形成している。この流路Ｆ１と流路Ｆ２は流路形成部材４８を間に挟むようにして互いに隣り合うように配置され、流路Ｆ１の排出口と流路Ｆ２の流入口も互いに隣り合うように配置されることになる。

図８に示すように、現像スリーブ４４近傍では現像スリーブ４４の回転に伴って巻き込まれるように気流ａが発生し現像容器４１内に空気が流入する。流入することで現像容器４１内の内圧が高まり、現像容器４１内から器外に向けて内圧を平衡状態に保つように気流ｂを生じる。

ここで、離間用磁極Ｓ３の穂立ちの移動に伴って気流ｃが発生し、気流ｃによって現像容器内部に取り込まれた空気は気流ｄによって逆流する。［トナー飛散の概要］の項で説明したように気流ｃには離間用磁極Ｓ３の穂立ちが寝始める時に発生する飛散トナーが含まれる。

そこで本実施例では、離間用磁極Ｓ３と、吸着用磁極Ｓ２とを含み、前記排出用流路部は、前記回転体４４の回転中心と前記離間用磁極Ｓ３とを結ぶ線分よりも前記回転体４４の回転方向における下流側ある。また、前記排出用流路部は、前記回転中心と前記吸着用磁極Ｓ２とを結ぶ線分よりも前記回転体４４の回転方向における上流側の位置から前記現像容器４１内の空気が流入するように配置する。このように流路形成部材４８が現像スリーブ４４を覆う範囲（θ１〜θ４）を離間用磁極Ｓ３の位置θ３を包含するように設けることで、排気経路として飛散トナー量の少ない気流ｅおよびｂを形成することが可能となる。

また、排出用流路Ｆ１における排出口近傍の流路形成部材４８と現像容器内壁４７との距離Ｌ１は入り口近傍の流路形成部材４８と現像容器内壁４７との距離Ｌ２よりも大きくしている。そして、排出用流路Ｆ１の幅は入り口から排出口まで一定である。このため、排出用流路部Ｆ１は矢印ｂおよびｅで示す方向である気流方向と直行する断面積が入り口においてよりも排出口において大きくなっている。これにより、排出口に近いほど圧力が低くなり、排出用流路部Ｆ１内における圧力勾配が形成され、最終的に排出用流路の外部の圧力に近づいていくことになる。当該実施系においては、距離Ｌ１を２．０ｍｍ〜３．５ｍｍ程度、距離Ｌ２を１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度、距離Ｌ３を１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとし、距離Ｌ４は２．０ｍｍ〜３．５ｍｍに設定している。また、排出口近傍における現像容器内壁４７の末端は、流路形成部材４８の末端よりもドラム側に突出しており、当該実施系においては１ｍｍとしている。この時、流路形成部材４８の厚みは２．０ｍｍである。

しかしながら、このような気流制御を実現した構成において従来の現像スリーブ周速では、安定してトナー飛散を抑制することが可能となったが、さらなる高速化によってトナー飛散が増加することがあった。そこで、本実施例ではそのような高速化に対応するため、図９に示す位置に現像容器４内に通気性を有するフィルタ９０を設置した。具体的には、流路形成部材４８が現像スリーブ４４を覆う範囲（θ１〜θ４）の現像容器内壁４７にフィルタ９０を設ける。即ち、フィルタ９０は、現像容器内壁４７が流路形成部材４８と対向する領域内の位置に現像容器内壁４７に配置される。これにより、フィルタ９０を介して排出経路Ｆ１に流入した飛散トナー量の少ない気流ｅを現像容器外へ排気するため、フィルタの目詰まりを抑制することが可能となる。本実施例では、気流ｅを現像容器外へ排気しやすくするため、排出経路Ｆ１内の気流において内外気圧差が相対的に大きくなる上流側にフィルタ９０を設けた。なお、使用するフィルタは、例えば、紙、布、不織布、起毛材やスポンジ材または多孔質からなる合成樹脂等にて構成され、物理ろ過、静電吸着法等で現像剤を捕集できるものである。またフィルタはトナーを通さないようにするためにトナー平均粒径よりも孔の口径が小さいものが望ましい。本実施例では、現像容器４４の長手方向における位置は、現像スリーブ４４が現像剤を担持する領域内であり、その長手方向のフィルタの大きさは２０ｍｍである。このように、フィルタは、現像スリーブ４４が現像剤を担持する領域内に配置されるが、現像剤を担持する領域全域にわたって配置する必要はない。また、本実施例での現像スリーブ４４の回転方向における位置は、回転方向において流路形成部材４８の中央から流路形成部材４８の下流端部の間に配置される。なお、本実施例では、一つのフィルタを設ける構成であるが、複数のフィルタを設ける構成であってもいい。

次に検証実験として、本実施例と従来例および比較例の飛散量の比較を行った。まず今回の検証実験で採用したトナー飛散量の計測方法の概略について述べる。現像装置４の長手両端を除く領域では、飛散トナーは現像容器内壁４７のドラム対向領域と感光ドラム１との間である流路を通過し気流ｈを経て外部へ飛散する。そこで現像スリーブ４４や感光ドラム１と垂直になるように流路の略中央に対してラインレーザーを照射する。ラインレーザーとは一定の線幅を持つライン状に照射され扇形の２次元平面の光路を形成するレーザーであり、通常ドットレーザーをシリンドリカルレンズやロッドレンズによって一定方向に散乱させることによって作成する。ラインレーザーの光路上を飛翔している飛散トナーは、レーザー光を散乱させる。そのためラインレーザーの照射方向と略垂直な方向からハイスピードカメラなどで観察することにより、レーザーを照射した範囲に存在する飛散トナーの個数や軌跡を計測することが可能である。前記計測には高出力のレーザー（クラス３Ｒ以上）を使用するため、厚生労働省の指針に基づく安全設備（警告表示、レーザー遮蔽設備、インターロックなど）のある環境で実験を行う必要がある。そこで前記のようにトナー飛散に寄与が大きい現像装置４と感光ドラム１及びそれらの位置関係・駆動・制御を切りだした実験装置を作成し、前記安全設備のもと実験を行っている。

ラインレーザーは光源として日本レーザー社製のＹＡＧレーザーを使用し、シリンドリカルレンズを用いた光学系を前記流路でライン幅が０．５ｍｍとなるように調整し照射した。観察はフォトロン社製ハイスピードカメラＳＡ−３を使用し、前記ラインレーザー上の飛散トナーが観察できるようにハイスピードカメラの撮影条件（フレームレートや露光時間）や光学系（レンズなど）を選定している。

以上の方法で得られた流路略中央を通過する飛散トナー数を、ライン幅と観察時間からＡ４用紙１枚当たりに相当する飛散するトナー数に換算した。今回の換算では画像領域端部の寄与や画像形成装置内部のエアフローによるトナー飛散への影響は考慮していないため実際の画像形成装置内における、現像装置４の流路からの飛散トナーの個数とは異なる場合がある。ただし、本発明の寄与を調査するには適当な条件であるためこの評価手法を用いる。

図１０にその結果を示す。上述した実施例１の構成に対し、従来例としては同様の排出経路を有するが、フィルタを設けていないもの、比較例としては図１３のようにフィルタを設けてはいるが、排出経路を有していないものを同様の手法で検証した。

まず従来速度におけるトナー飛散量は、排出経路を有している実施例１および従来例では飛散トナーが抑えられているのに対し、比較例ではトナー飛散量が多くなっている。さらに速度を約１．３３倍の６８０ｍｍ／ｓで動作させて得られたトナー飛散量は、従来例や比較例では増えてしまっているのに対し、実施例１の構成では、速度が上がっても飛散量が比較的抑えられている。これは、高速化によって、現像容器内に入ってくる流入気流が増えてもフィルタを介して空気が排出されるため、内圧の上昇を防いでトナー飛散を抑制することができたと考えられる。一方、従来例の構成では高速化に伴う流入気流の増加によって現像容器内の内圧が上昇し、流入経路Ｆ２における逆流気流ｄの割合が増えて現像容器の流入口から排出する空気が増え飛散トナーが増加してしまったと考えられる。また、比較例の構成では、高速化に伴う流入気流の増加による内圧上昇に対して、フィルタが設けられているものの、効果的な位置にフィルタが設けられていないため、実施例１ほどの効果が得られていない。

気流の収支を示すと以下のように考えられる。
Ｊａ：流入口気流の流量 Ｊｂ：排出口気流の流量 Ｊｄ：補給口気流の流量
Ｊｆ：フィルタを通過する気流の流量
［定常時］ Ｊａ＝Ｊｂ
［逆流発生時］ Ｊａ↑＝Ｊｂ＋Ｊｄ↑
［フィルタ配置時］ Ｊａ＝Ｊｂ＋Ｊｄ↓＋Ｊｆ↑

つまり、高速化によって流入気流が増加すると内圧が上昇し、流入経路における逆流気流Ｊｄが発生しやすくなる。そこで、フィルタを配置することでＪｆを増やし、Ｊｄを減少させることで飛散を抑制することが可能となる。

実施例１では排出経路に入った気流を現像容器内から現像容器外へ排出する位置にフィルタを設けることで内圧上昇が発生するような構成においても開口部からのトナー飛散を抑制することができた。実施例２では、このような高速化したもので耐久を行い、長期にわたってよりフィルタの機能が維持できる構成を提案する。

上記条件で現像器の寿命であるＡ４換算で６０００００枚イメージ相当の空回転で現像剤を定期的に交換しながら行った。実施例１では、高速化時でもそん色ないトナー飛散量に抑えられていたが、現像器寿命相当の空回転を行った後のトナー飛散量は増えてしまった。つまり、実施例１のフィルタ位置では耐久後に多少フィルタの目詰まりが発生してしまい、フィルタの圧力損失が上昇し内圧上昇抑制効果が低下してしまったということである。そこでフィルタへの現像剤や遊離トナーの侵入を防ぐため、実施例２ではフィルタの位置をさらに限定する。

図１１を用いて示す。実施例１で示した通り離間用磁極Ｓ３極部では現像剤を現像スリーブ４４から剥離している。この剥離した現像剤のうち気流ｅに乗ったごく一部は、流路形成部材４８の外側位置で磁極Ｓ３の磁力によりトラップされる。トラップされた現像剤のうち、特に一部トナーが遊離した後のキャリアは飛散トナーを静電的に吸着するため、排出気流の飛散トナー吸着層として機能する（図１１飛散キャリア吸着層）。つまり、流路形成部材４８が現像スリーブ４４を覆う範囲（θ１〜θ４）のうちＳ３極の排出気流下流方向の範囲（θ１〜θ３）にフィルタを設ける。この構成により、現像容器内の飛散トナーが排出経路に侵入しても、まず飛散トナー吸着層で吸着されるため、フィルタに着く飛散トナーの量が減少する。なお、θ３の位置はＳ３極の磁束密度のピーク位置とする。此れにより現像剤によるフィルタ目詰まり抑制が期待できる。本実施例ではＳ３極と流路形成部材４８の対抗する位置から排出気流ｅの下流方向にフィルタを配置した。本実施例２においても、実施例１同様距離Ｌ２を１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度、距離Ｌ４は２．０ｍｍ〜３．５ｍｍに設定している。流路形成部材４８の厚みは２．０ｍｍである。この構成において、マグネットロール４４ａのＳ３極の磁力が２０ｍＴ〜１５０ｍＴの範囲で目詰まり抑制効果を確認できた。２０ｍＴ以下では吸着層が形成されず、１５０ｍＴ以上では吸着層が大きくなりすぎて流路形成部材４８の外側の流量を減少させ、内圧上昇抑制効果そのものが低下してしまう。実施例２におけるＳ３極の磁力は３５ｍＴを用いた。

図１２にその結果を示す。これによれば実施例２では実施例１より耐久後においてもトナー飛散量が抑えられていることがわかる。つまり、現像容器内で巻き上げられた現像剤が排出経路に侵入しても飛散トナー吸着層で吸着されることで直接フィルタにいくことを防ぎ、フィルタの目詰まりを長期にわたって抑制することができたと考えられる。

なお、上記の実施例では、二成分現像剤を用いて説明したが、本発明は二成分現像剤に限定されるものではなく、一成分現像剤を用いる現像装置に対しても適用可能である。

１００ 画像形成装置
１ 像担持体（感光ドラム）
２ 帯電装置（帯電ローラ）
３ 露光装置
４ 現像装置
４１ 現像容器
４１ａ 第１の現像剤搬送経路（現像室）
４１ｂ 第２の現像剤搬送経路（攪拌室）
４１ｃ 隔壁
４１ｄ 第１の現像剤搬送部材（第１のスクリュー）
４１ｅ 第２の現像剤搬送部材（第２のスクリュー）
４１ｆ 受渡し部（第２から第１）
４１ｇ 受渡し部（第１から第２）
４１ｋ 現像器上蓋
４２ 現像剤層規制部材（現像ブレード）
４４ 現像剤担持体（現像スリーブ）
４４ａ マグネットロール
４５ 現像剤濃度センサ（インダクタンスセンサ）
４６ 補給口
４７ 現像容器内壁
４８ 流路形成部材
５１ 中間転写体（中間転写ベルト）
５２ 一次転写部材
５３ 二次転写部材
５４ 中間転写クリーナ
６ 定着装置
７ クリーニング装置
８ 補給用現像剤収容器（トナーボトル）
８２ 排出口
８３ 補給用搬送経路
９０ フィルタ
９ 給紙装置
１０ 記録材
Ｐ（ＰＹ，ＰＭ，ＰＣ，Ｐｋ） 画像形成ステーション

Claims (7)

1. 現像剤を担持搬送し、像担持体に形成された静電潜像を現像部で現像するための回転可能な現像剤担持体と、鉛直方向において前記現像剤担持体より下方に設けられ、前記現像剤担持体に担持される現像剤量を規制するための規制部材と、前記現像剤担持体と前記規制部材と現像剤とを収容する収容容器と、前記現像剤担持体の回転方向において前記現像部よりも下流側であって前記規制部材よりも上流側で、前記収容容器の内壁と前記現像剤担持体との間に配置され、前記収容容器の内壁と前記現像剤担持体とに対してそれぞれ間隙を有するように配置された内カバーと、を有し、前記内カバーと前記内カバーに対向する収容容器の内壁との間の空間に前記収容容器の内部から前記収容容器の外部に空気を排出する排出流路が形成される現像装置において、
   前記収容容器には前記内カバーと対向する領域に通気性を有するフィルタが設けられていることを特徴とする現像装置。
2. 前記フィルタは、前記前記現像剤担持体の回転方向において前記内カバーの中央よりも下流側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤担持体の回転方向において前記内カバーの下流端部と前記収容容器の内壁との間のギャップは、前記現像剤担持体の回転方向において前記内カバーの上流端部と前記収容容器の内壁との間のギャップよりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の現像装置。
4. 前記現像剤担持体の内部に複数の磁極を有するマグネットが配置され、前記マグネットは現像部に対向する第一磁極と、前記現像剤担持体の回転方向において前記第一磁極の下流側で前記第一磁極と隣り合う位置に設けられ、前記第一磁極と異極の第二磁極と、前記回転方向において前記第二磁極の下流側で前記第二磁極と隣り合う位置に設けられ、前記第二磁極と異極の第三磁極と、を有し、前記第二磁極と前記第三磁極は前記内カバーに対向することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記回転方向において前記第三磁極の下流側で前記第三磁極と隣り合う位置に設けられ、前記第三磁極と同極の第四磁極を有し、前記回転方向において前記内カバーの下流端部は前記第四磁極よりも上流側にあることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記現像剤担持体の回転方向において前記内カバーの上流端部は、前記回転方向における前記収容容器の内壁の上流端部よりも下流側にあることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記内カバーの長手方向における前記内カバーの長さは、前記現像剤担持体が現像剤を担持する領域と等しいまたは現像剤を担持する領域よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の現像装置。
   

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