JP3096495B2

JP3096495B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3096495B2
Application number: JP03214567A
Authority: JP
Inventors: 知司石川; 誠二岡; 創甲斐; 吉木　　茂
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: JPH0535075A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、潜
像担持体表面に現像剤やトナーを搬送して現像する現像
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の画像形成装置の現像装置に
おいては、現像装置内で撹拌された現像剤もしくはトナ
ーを、現像剤担持体である現像ローラ表面に担持し、現
像ローラを回転させることによって静電潜像担持体であ
る感光体の表面に対向する位置まで搬送して、感光体上
の潜像を現像している。現像終了後、感光体に転写しな
かった現像剤もしくはトナーは現像ローラ回転により現
像装置内に回収し、新たに現像剤もしくはトナーを撹拌
・帯電して再び現像ローラに担持して搬送していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成に
よれば、現像ローラが回転することにより、現像ローラ
と現像側板間にトナーが侵入し、トナーが擦れてトナー
固着等の異常が起こり、画像に悪影響を及ぼしていた。
又、現像剤担持体表面が移動するように回転駆動するこ
とから、回転駆動機構が必要であり、そのスペース分確
保のための装置大型化、コスト上昇、消費電力増大、モ
ータのトルク増大等の不具合があり、且つ、現像剤担持
体の形状が通常上記現像ローラのように円筒形状に制約
されることが、装置内のレイアウト上の制約になってい
た。更に、現像ローラ上にトナーを供給した後、薄層化
ブレードでトナーを薄層化して、潜像担持体表面まで搬
送する場合には、薄層化ブレードと現像ローラとの接触
面が比較的狭くて圧力が高くなるので、薄層化ブレード
が摩耗して一定間隔で交換する必要があり、又、薄層化
ブレード上に摩擦熱によるトナー固着が起こっていスジ
状の汚れや画像抜け等の異常画像が発生したり、更に
は、薄層化ブレードの取付け精度を比較的高めないと、
薄層化出来ないトナーがあふれてトナー飛散を起こした
り画像の濃度むらが発生する等の不具合もあった。

【０００４】そこで、本発明は静電アクチュエータ部材
を用いることによって現像ローラを回転させることな
く、トナーを搬送することで上記問題点を解決すると共
に、現像装置の構成を簡単にすることを可能とすること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、潜像担持体上にトナーを供給して該潜像
担持体上の潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装
置において、該現像装置のトナー搬送手段として、電圧
が印加される複数の電極を有し、帯電したトナーの電荷
と該複数の電極の電荷との相互作用により、トナーに対
して静電的に駆動力を発生させ、表面上で微小な飛翔を
繰り返えさせながらトナーを搬送する静電アクチュエー
タ部材を用い、該静電アクチュエータ部材上で微小な飛
翔を繰返しながら搬送されるトナーが、内面に衝突して
摺擦される程度の所定間隙をおいて該静電アクチュエー
タ部材に対向する、該現像装置のケーシング壁の該内面
を、トナーとの摩擦でトナーを所定極性に摩擦帯電し得
る材料で形成したことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明は、現像装置のトナー搬送手段として静
電アクチュエータ部材を用い、静電アクチュエータの複
数の電極に電圧を印加することにより、帯電したトナー
の電荷と静電アクチュエータの複数の電極の電荷との相
互作用により静電的に駆動力を発生させ、これにより、
静電アクチュエータ部材上で微小な飛翔を繰り返えさせ
ながらトナーを搬送する。そして、このトナー搬送中
に、該静電アクチュエータ部材上で搬送されるトナーが
摺擦される程度の所定間隙をおいて該静電アクチュエー
タ部材に対向する、該現像装置のケーシング壁の該静電
アクチュエータ側の面で、該静電アクチュエータ部材上
のトナーを所定極性に摩擦帯電させるものである。

【０００７】

【実施例】本発明を実施例に基づいて説明する。まず、
実施例にかかる画像形成装置全体の概略構成を示す図１
に基づいて、全体の概略の構成及び動作を説明する。潜
像担持体の一構成例である感光体ドラム１（例えば有機
感光体；ＯＰＣ）は時計方向に回転駆動する。コンタク
トガラス２上に原稿を載置し、図示されていないプリン
トスイッチを押すと、原稿照明光源３とミラー４よりな
る走査光学系５とミラー６、７よりなる走査光学系８と
が移動し、原稿の読み取り走査が行われる。そして、走
査された画像がレンズ９の後方に設けた画像読み取り素
子１０に、画像信号として読み込まれる。読み込まれた
画像信号はデジタル化され画像処理される。そして、画
像処理された信号でレーザーダイオード（ＬＤ）を駆動
する。該ＬＤからのレーザー光はポリゴンミラー１３で
反射された後、ミラー１４を介して感光体ドラム１上に
照射される。これにより、レーザー光による光書き込み
が感光体ドラム１上に行われて、既に一様に帯電チャー
ジャー１５により帯電された感光体ドラム表面に静電潜
像が形成される。この静電潜像は、現像装置１６によっ
て可視像化され、この可視像は、給紙部１７から送られ
た転写紙に転写チャージャー１８のコロナ放電により転
写される。そして、可視像が転写された転写紙は分離チ
ャージャー１９により感光体ベルト１の表面より分離さ
れた後、搬送ベルト２１によって搬送され、定着ローラ
対２２の圧接部を通って、可視像が定着され、機外へと
排出される。一方、転写後において感光体表面に残留し
ているトナーはクリーニング装置２３により除去され
る。

【０００８】次に現像装置１６について説明する。図２
において、現像装置１６はトナー搬送手段である現像ロ
ーラ１６１と、該現像ローラ１６１の表面に当接回転し
てトナーを摩擦帯電させる帯電ローラ１６２と、トナー
ホッパ内のトナーを帯電ローラ１６２付近まで搬送する
ためのアジテータ１６３とを備えている。現像ローラ１
６１は回転不能に支持された基体ローラ１６１ａ上に、
絶縁体からなる固定子１６５とこれに埋め込まれた複数
の電極１６４とからなる静電アクチュエータ部材を有し
ている。この複数の電極（以下、駆動電極という）１６
４は、それぞれ基体ローラ１６１の軸方向に細長い帯状
をしており、隣合う電極同士が、互いに異なる第１〜第
３の電極端子１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃのいずれか
に接続されて、３つの駆動電極群を形成している。この
駆動電極１６４の現像ローラ１６１周方向におけるピッ
チは、例えば、１０乃至２０μｍ程度に設定して、直径
が１０μｍ程度のトナー粒子が１つの駆動電極１６４上
に一列に付着するようにしても良いし（図３参照）、こ
れよりも、同周方向の幅及びピッチを大きく設定して１
つの駆動電極上にトナー粒子が複数列になって付着する
ようにしても良い。そして、これらの電極端子１６４
ａ，１６４ｂ，１６４ｃに後述するように電圧を印加す
ることにより、トナーの電荷と固定子の電荷の相互作用
で駆動力を発生させてトナーを搬送する。

【０００９】トナーホッパー内には、上記帯電ローラ１
６２によって例えば正極性（＋）に摩擦帯電される黒ト
ナーが収容されている。このトナーとしては、所定極性
に摩擦帯電しえるように例えばトナー樹脂中に帯電制御
剤が添加され、且つ、摩擦帯電電荷を保持しえる程度の
抵抗を有する従来周知の一成分系トナーを用いることが
出来る。そして、トナーエンド検知はアジテータ１６３
の回転トルクを検出し、該回転トルクが所定以下に低下
したことによりトナーが現像装置１６内に無くなりトナ
ーエンドになったと見なすことにより行い、トナーエン
ドを検知したときは図示していない例えば操作部のトナ
ーエンド表示を点灯させてユーザーにトナーエンドを知
らせる。

【００１０】図３を用いて上記静電アクチュエータ部材
により、例えば、該静電アクチュエータ部材上を右方向
にトナーを搬送する動作原理について説明する。図３
（ａ）のように、いずれの電極端子１６４ａ，１６４
ｂ，１６４ｃにも電圧をかけていない状態では、駆動電
極１６４には電荷は存在しない。一方、トナーは帯電ロ
ーラ１６２によって摩擦帯電し、＋の帯電を起こしてい
るが、固定子側には電荷がないので駆動電極１６４によ
っては何ら支配されず、トナーの搬送は行われない状態
である。このとき、トナーは現像ローラ１６１周辺に浮
遊もしくは何らかの力によって固定子上に付着してい
る。この状態から、図３（ｂ）に示すように、第１電極
端子１６４ａに正電圧、第２電極端子１６４ｂに負電
圧、第３電極端子１６４ｃに０Ｖを印加する。すると、
トナーは、その帯電極性と逆の極性の電圧が印加されて
いる駆動電極に引きつけられる。つまり、−Ｖが印加さ
れている駆動電極１６４上の現像ローラ表面に＋トナー
が付着する。このとき、トナーと同極性である＋Ｖの電
圧が印加されている駆動電極１６４及び印加電圧をかけ
ない駆動電極１６４上にはトナーが引き付けられること
はない。次に、各印加電圧を図３（ｃ）のように、付着
しているトナーの下方にある第２駆動電極群にトナーと
同極性である＋Ｖを、該第２駆動電極のトナー搬送方向
（この例では右側）隣りである第３電極群にトナーと逆
極性である−Ｖを、そして、該第２駆動電極のトナー搬
送方向とは逆隣りである第１駆動電極群にトナーと同極
性である＋Ｖを印加するように切り替える。これによ
り、トナーの電荷とその直下の駆動電極の電荷とが同極
性となるために、反発力が発生してトナーに対し浮上力
が発生し、トナー搬送方向の第３の駆動電極群は０から
−Ｖと変化してトナーと同極性になっているので、該第
３駆動電極群の電荷はその左上のトナーを吸引し、又、
トナー搬送方向と逆の第１駆動電極群の電荷はトナーと
同極性になっているので、その右上のトナーを反発し
て、トナーには右方向の駆動力が発生する。浮上力によ
りトナーと現像ローラ表面との摩擦が減少し、電荷によ
る駆動力によりトナーは駆動電極１ピッチ程度移動す
る。次に、このトナーの反発と駆動を行うパターンの電
圧（図３（ｃ）、図３（ｄ））を、１つずらす為に、図
３（ｅ）及び（ｆ）のように各印加電圧を切り替える。
以降、同様にして、駆動電極を１つずつずらしながら印
加することにより、トナーを続けて動かす。ここで、以
上の図３（ｂ）から図３（ｆ）まで、及び、その後にお
ける、各駆動電極群への印加電圧の切り替えについて整
理すると、表１のようになる。同表中のステップに図
３（ｂ）が、ステップに図３（ｃ）及び（ｄ）が、ス
テップに図３（ｅ）及び（ｆ）が対応する。ステップ
は、第１〜第３駆動電極群のそれぞれに＋Ｖ、−Ｖ、
＋Ｖが印加され、トナーの反発と駆動を行うパターンの
電圧がステップからトナー搬送方向である右側に１つ
ずれたものである。以降、ステップ〜を繰り返すこ
とによって、トナーの反発と駆動を行うパターンの電圧
を、１つずつずらしていく。

【表１】なお、例えば図３（ｃ）（ステップ）で、第３の駆
動電極群への印加電圧を正にし、且つ、第１の駆動電極
群を負にすれば逆方向に駆動できる。

【００１１】以上の構成において、トナーホッパー内の
トナーはアジテータ１６３によって帯電ローラ１６２に
搬送され、帯電ローラ１６２で所定の極性の帯電された
後、現像ローラ１６１表面に搬送される。現像ローラ１
６１上のトナーは静電アクチュエータにより搬送され、
感光体ドラム１との対向部に至り、感光体ドラム１上の
静電潜像に付着してこれを顕像化する。感光体ドラム１
に付着しなかったトナーは再び現像装置内に戻り、帯電
ローラ１６２によって現像ローラ１６２上から除去され
る。

【００１２】ところで、上記帯電ローラ１６２は少なく
とも表面材質として、トナーを所定極性に帯電し得るよ
うに、図６で示すような摩擦帯電系列上で、トナーの例
えば帯電制御剤として用いられている材料よりも−側に
位置する材質を用いている。例えば、この例のように＋
に帯電させるトナーの帯電制御剤として、ステアリン酸
亜鉛を用いる場合には、帯電ローラの表面材質として例
えばテフロン系のものを用いる。このような帯電ローラ
１６２で上記搬送原理で静電アクチュエータ部材による
トナー搬送が可能な程度にトナーを摩擦帯電させれば、
感光体表面との対向部である現像領域までトナーを搬送
することが出来るが、帯電ローラ１６２のみでは良好な
現像を行なうのに充分なトナー帯電量を得ることが出来
ない恐れもある。即ち、感光体上の静電潜像の電位等に
よって形成される現像電界によって、現像ローラ１６１
表面上から感光体表面にトナーを移転させる静電気力は
トナーの帯電量に比例し、これが所望の現像特性を得る
のに不十分な場合には現像濃度の不足等が発生する。そ
こで、本実施例においては、現像領域の上流側の現像ロ
ーラ１６１を覆う現像装置のケーシング領域Ａを、上記
のトナー搬送原理によって現像ローラ１６１表面からの
微小な飛翔を繰返しながら搬送されているトナーが、そ
の内面に衝突し得る程度の所定間隙をおいて対向するよ
うに形成し、且つ、該ケーシング領域Ａの少なくとも内
面を、トナーを所定極性に摩擦帯電し得る材料で形成す
る。この所定間隙としては、０．３mm乃至２．０mmの範
囲内に設定することが好ましい。これは、図５に示すよ
うに、０．３mm未満では、現像ローラ１６１表面からト
ナーが浮上しにくく搬送不良が発生し、又、機械的な間
隙管理が困難になり、一方、２．０mmよりも大きいと、
トナーの単位質量当たりの摩擦帯電量（Ｑ／Ｍ）が現像
上不十分になる為である。そして、この所定間隙をおい
て現像ローラ１６１表面に対向している領域の範囲θは
大きいほどこのましく、図示の例では約１４０°に設定
している。

【００１３】以上、本実施例においては、上記静電アク
チュエータの原理を用いてトナーを現像ローラ１６１を
廻す事なく搬送するので、現像ローラ１６１を回転させ
る場合のような擦れる部分がなく、このような擦れる部
分でトナーにストレスが掛かってトナー固着をおこすよ
うなことも無い。また、現像ローラ１６１が回転しない
ので、渦電流の発生によるトルクの増大がなく、また熱
の発生が抑えられるので現像装置内のトナーが溶解する
こともない。

【００１４】又、上記実施例においては、現像ローラ１
６１の現像領域よりも上流側の表面を覆う現像ケーシン
グ領域Ａの内面をトナーを所定極性に摩擦帯電させる材
質で構成しているので、トナーを充分に摩擦帯電させて
現像濃度の低下等を防止することが出来る。更に、現像
装置のケーシング領域Ａの内面のみでトナーを充分に摩
擦帯電し得る場合には帯電ローラ１６１を省略して、コ
ストダウンや現像装置の小型化を図ることもできる。

【００１５】又、上記実施例においては、現像装置内に
例えば正極性に帯電される１種類のトナーを収容して現
像を行っているが、これに代え、互いに帯電極性が異な
る２種類のトナーを収容し、同様に静電アクチュエータ
部材を用いてこれらのトナーを搬送して現像を行うこと
も出来る。この場合には、２種類のトナーに対応する静
電潜像を形成したのち、同時に現像を行うことも可能で
ある。このとき極性の違うトナーは互いに同色でもかま
わないが、互いに異色であれば、同時に２色の現像を行
うことが可能となる。

【００１６】この場合には、帯電ローラの表面材質及び
ケーシング領域Ａの内面材質として、２種類のトナーを
互いに逆極性に摩擦帯電し得る材質を選定する。例え
ば、−に摩擦帯電させるトナーの帯電制御剤としてＳ_i
Ｏ₂を用い、＋に摩擦帯電させるトナーの帯電制御剤と
して酸化アルミニュウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を用いるときは、
図６に示すように、例えば、帯電系列上でこれらの帯電
制御剤の間に位置するテフロン樹脂等で、帯電ローラ１
６２の表面及びケーシング領域Ａの少なくとも内面を形
成する。

【００１７】ここで、このように互いに帯電極性が異な
る２種類のトナーを現像装置内に収容した場合の静電ア
クチュエータ部材によるトナーの搬送について説明す
る。図４は、該静電アクチュエータ部材上でトナーを、
例えば右方向に搬送する場合の動作原理を説明する為の
ものである。図４（ａ）のように、いずれの電極端子１
６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃにも電圧をかけていない状
態では、駆動電極１６４には電荷は存在しない。一方、
トナーは帯電ローラ１６２によって摩擦帯電し、＋もし
くは−の帯電を起こしているが、固定子側には電荷がな
いので駆動電極１６４によっては何ら支配されず、トナ
ーの搬送は行われない状態である。このとき、トナーは
現像ローラ１６１周辺に浮遊もしくは何らかの力によっ
て固定子上に付着している。この状態から、図４（ｂ）
に示すように、第１電極端子１６４ａに正電圧、第２電
極端子１６４ｂに負電圧、第３電極端子１６４ｃに０Ｖ
を印加する。すると、トナーは、その帯電極性と逆の極
性の電圧が印加されている駆動電極に引きつけられる。
つまり、駆動電極が＋Ｖであれば−トナーが、反対に駆
動電極が−Ｖであれば＋トナーがそれぞれの駆動電極上
の現像ローラ表面に付着する。このとき、印加電圧をか
けない駆動電極上にはトナーが引き付けられることはな
い。次に、各印加電圧を図４（ｃ）のように切り替える
（第１〜第３電極それぞれに−Ｖ、＋Ｖ、−Ｖ）と、ト
ナーの電荷とその直下の駆動電極の電荷とが同極性とな
るために、反発力が発生してトナーに対し浮上力が発生
する。また、第３の駆動電極群（０から−Ｖと変化させ
た）の電荷はその右上のトナーとは反発し、左上トナー
とは吸引するため、トナーの移動は右方向の駆動力が発
生する。浮上力によりトナーと現像ローラ表面との摩擦
が減少し、電荷による駆動力によりトナーは駆動電極１
ピッチ程度移動する。次に、このトナーの反発と駆動を
行うパターンの電圧（図４（ｃ）、図４（ｄ））を、１
つずらす為に、図４（ｅ）及び（ｆ）のように各印加電
圧を切り替える。以降、同様にして、駆動電極を１つず
つずらしながら印加することにより、トナーを続けて動
かす。ここで、以上の図４（ｂ）から図４（ｆ）まで、
及び、その後における、各駆動電極群への印加電圧の切
り替えについて整理すると、表２のようになる。同表中
のステップに図４（ｂ）が、ステップに図４（ｃ）
及び（ｄ）が、ステップに図４（ｅ）及び（ｆ）が対
応する。ステップは、第１〜第３駆動電極群のそれぞ
れに＋Ｖ、−Ｖ、−Ｖが印加され、トナーの反発と駆動
を行うパターンの電圧がステップからトナー搬送方向
である右側に１つずれたものである。以降、ステップ
〜を繰り返すことによって、トナーの反発と駆動を行
うパターンの電圧を、１つずつずらしていく。

【表２】なお、例えば図４（ｃ）（ステップ）で、第３の駆
動電極群への印加電圧を正にすれば逆方向に駆動でき
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、現像装置の現像剤搬送
手段として静電アクチュエータ部材を用い、これによ
り、現像剤担持体を回転させる事なく静電潜像担持体に
トナーを供給するので、現像装置内でのトナー固着はな
くなり、トルクの低減も図ることができ、又、従来の現
像剤担持体のように現像剤担持体と現像側板間にトナー
が侵入し、トナーが擦れてトナー固着等の異常が起こる
こともない。又、静電アクチュエータ部材上でのトナー
搬送中に、該静電アクチュエータ部材に対向する、該現
像装置のケーシング壁の該静電アクチュエータ側の面
で、該静電アクチュエータ部材上のトナーを所定極性に
摩擦帯電させるので、充分な現像濃度を得ることが出来
る。特に、現像装置内に互いに異なる帯電極性の２種類
のトナー収容して用いれば、１つの現像装置で２種類の
現像を行うことが可能となり現像装置の画像形成装置本
体に占める領域を小さくすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置の概略構
成図。

【図２】図１の画像形成装置の現像装置の構成概略図。

【図３】（ａ）乃至（ｆ）はトナー搬送動作原理の説明
図。

【図４】（ａ）乃至（ｆ）は他の実施例に係るトナー搬
送動作原理の説明図。

【図５】現像ローラとケーシングとの間隙と現像特性と
の関係を説明する為のグラフ。

【図６】摩擦帯電系列の説明図。

【符号の説明】

１感光体ドラム，１６現
像装置１６１現像ローラ，１６２帯
電ローラ１６３アジテーター，１６４駆
動電極１６５固定子，Ａケ
ーシング領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉木茂東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (56)参考文献特開昭59−181369（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−101877（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−143563（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像担持体上にトナーを供給して該潜像担
持体上の潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置
において、該現像装置のトナー搬送手段として、電圧が印加される
複数の電極を有し、帯電したトナーの電荷と該複数の電
極の電荷との相互作用により、トナーに対して静電的に
駆動力を発生させ、表面上で微小な飛翔を繰り返えさせ
ながらトナーを搬送する静電アクチュエータ部材を用
い、該静電アクチュエータ部材上で微小な飛翔を繰返しなが
ら搬送されるトナーが、内面に衝突して摺擦される程度
の所定間隙をおいて該静電アクチュエータ部材に対向す
る、該現像装置のケーシング壁の該内面を、トナーとの
摩擦でトナーを所定極性に摩擦帯電し得る材料で形成し
たことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】上記現像装置内に互いに帯電極性が異なる
２種類のトナーを混在させて収容し、上記ケーシング壁
の上記静電アクチュエータ側の面を、２種類のトナーを
互い異なる極性に摩擦帯電し得る材料で形成したことを
特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】上記静電アクチュエータ部材として、隣合
う３つの電極同士が順次互いに異なる第１乃至第３の電
極端子に接続されてなる第１乃至３の駆動電極群が搬送
方向に並べて配置された静電アクチュエータ部材を用
い、該第１乃至第３の電極端子に、一つはトナーと逆極性で
他の２つはトナーと同極性なるパターンの電圧を、該逆
極性になる電極が第１乃至第３の電極で１つずつずれる
ように切り替えながら印加することを特徴とする請求項
１又は２の画像形成装置。