JP5060192B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真の現像装置、特に、補給されたトナーを収容するホッパー部と現像を行うバッファ部とを備えた現像装置およびそれを用いた画像形成装置に関する。

従来、１成分現像装置は低コストな現像装置を提供するには有利なシステムであったが、その耐久性においては、現像装置内で生じるトナー粒径選別などの影響による画質低下のため、長寿命の達成が非常に難しかった。このため、現像装置を現像部とトナー収容部の２室に分割し、トナー収容部から現像部にトナーを追加供給しながら、現像部のトナー粒径を一定に保ち、耐久時においても画質低下を防ぐ現像装置が提案された。このような現像装置としては、例えば特許文献１の現像装置が挙げられる。この現像装置は、図５に示すように、トナー収容部７２とトナー供給部７１を隔てる壁に開口を設け、その開口に逆流防止弁７８を設けることで、トナー供給部７１からトナー収容部７２へのトナーの逆流を防止し、トナー粒径選別による画質低下のない現像装置を達成していた。また、この現像装置においては、トナー供給部７１にトナーが充填されて滞留し、規制部材７５との間で荷電不良を引き起こしたり、現像装置のトルクが上昇して不具合を起こさないように、逆流防止弁７８の自由端のトナー供給部７１側に突起７８aを設けて、トナーがトナー供給部７１に過充填されるのを防止していた。なお、図５で、符号７３はトナー担持体、７４はトナー供給部材、７６はシール部材、７７はトナー送り部材である。

しかしながら、前記した従来技術のような構成では、逆流防止弁のためにトナーはトナー供給部７１内に滞留し、特に低濃度印字原稿にて長期印刷された場合、非常に狭いトナー供給部７１内でトナーが消費されないために規制部材による摩擦等により加速的に劣化が進む。その結果、濃度低下、画像カブリ、トナー飛散などの数々の画像不具合が生じた。また、トナー収容部７２とトナー供給部７１でのトナー劣化レベル差が大きくなりすぎることから、双方のトナー間で帯電不良を起こし、画像上カブリ（トナー補給カブリ）となって現れることがあった。特に、このような場合にトナー補給がなされると、画像不具合がより顕著になるという問題があった。
特開２００３−２５５６８７号公報

本発明の課題は、補給されたトナーを収容するトナー収容部と現像を行うトナー供給部を備えた現像装置において、低濃度印字で長期印刷された場合においてもトナー劣化による画質低下のない現像装置を提供することにある。

上記課題を解決するための現像装置および画像形成装置は、以下の構成を有する。

（１）回転体の周方向に沿って配設され、静電潜像担持体に対向する現像位置に前記回転体を選択的に回転移動させて前記静電潜像担持体上の潜像を現像する現像装置であって、トナーが補給され内部にトナー攪拌部材が設けられたトナー収容室と、供給ローラおよび現像ローラが設けられたトナー供給室の２室からなり、該２室は開口部を有する仕切り壁により仕切られ、前記開口部は前記供給ローラの軸心より上側に設けられ、前記仕切り壁のトナー供給室側で前記開口部の下側に庇状部材の一端を固定し、他端を自由端として可動するよう設け、前記庇状部材の自由端に重りを取付け、前記現像装置の回転に伴って自重で可動し、前記開口部を開閉し開状態において前記供給ローラ上面を庇状に覆うように構成したことを特徴とする現像装置。
（２）前記仕切り壁の前記トナー収容室側で前記開口部より下側から上方に向けて仕切り部材が立設され、前記仕切り部材と前記仕切り壁との間隙を通路とし、該通路の一端が前記トナー収容室と、他端が前記開口部を介して前記トナー供給室と、それぞれ連通していることを特徴とする（１）記載の現像装置。
（３）（１）又は（２）に記載の現像装置を各色ごとに複数備え、前記各現像装置を回転体の周方向に沿って配設し、前記現像装置を静電潜像担持体に対向する現像位置に前記回転体を選択的に回転移動させて現像色を切り替え、前記静電潜像担持体上の潜像を現像することを特徴とする画像形成装置。

本発明の現像装置によれば、トナー収容室とトナー供給室間を隔てる仕切り壁に開口部を設け、該開口部と供給ローラ間に自由端を有する庇状部材を設けたので、現像装置の回転に伴う庇状部材の可動により、前記開口部を開閉し開状態において前記供給ローラの上面を庇状に覆うので、トナー収容室とトナー供給室間でのトナーの循環を適正に確保するとともに、トナー収容室からトナー供給室に供給されるトナーは直接供給ローラ上には到達しないでトナー供給室のトナーと混合される。その結果、低濃度印字で長期印刷された場合においても、容量の小さいトナー供給室でのトナー劣化を抑制できると共に、トナー劣化レベルの異なるトナーが直接供給ローラ上に供給されるのを抑制でき、トナー劣化に伴う画像低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（現像装置）
本発明の現像装置は、図１に示すように、感光体１３に対向配置可能な現像ローラ３と供給ローラ４を設けたトナー供給室１（以下で、バッファ部という。）と、外部からトナーの補給が可能で、トナーを攪拌しバッファ部１にトナーを供給するためのトナー攪拌部材７を設けたトナー収容室２（以下で、ホッパー部という。）とが仕切り壁９を介して設けられている。前記仕切り壁９には、供給ローラ４の軸心より高い位置に開口部９ａが設けられている。また、庇状部材８が一端を前記仕切り壁９のバッファ部１側で前記開口部９ａの下側に固定し、他端を自由端として可動するよう設けられている。前記庇状部材８は自由端に重り８ａが取付けられ、前記現像装置３１が回転した際自重で可動して、前記開口部９ａを開閉し開状態において前記供給ローラ４上面を庇状に覆うように構成されている。ここで「庇状に覆う」とは、前記庇状部材８が前記供給ローラ４と接することなく、供給ローラ４の上面に対向して配設することを意味する。また、上記で下側とは、後述する図２において、前記仕切り壁９が接する回転枠１５の放射状に延びた仕切り枠側をいい、その反対方向を上側という。

ホッパー部２では、トナー攪拌部材７が図１に示す矢印方向に回転し、攪拌羽根７ａによりホッパー部２内のトナーが攪拌されると共に、開口部９ａ付近では攪拌羽根７ａによってトナーが跳ね上げられることにより、開口部９ａを介してバッファ部１にトナーが流入する。前記開口部９ａは、供給ローラ４の軸心より高い位置に設けられることでバッファ部１にトナーを適正に流入させることができる。前記開口部９ａを、供給ローラ４の軸心より低い位置に設けると、前記庇状部材８を前記仕切り壁９側により傾けて配設することになり、バッファ部１へのトナーの流入が困難となるので好ましくない。
また、バッファ部１へのトナーの流入は、現像装置３１の回転に伴い、重力によりトナーが開口部９ａに到達し該開口部９ａを介して行われる。

バッファ部１には、感光体１３上に形成された潜像を現像する現像ローラ３と、該現像ローラ３に当接してトナーを供給する供給ローラ４と、供給された現像ローラ３上のトナーの層厚を圧接して規制すると共に、トナーを帯電させる規制部材５と、現像後の現像ローラ３上のトナー層が現像装置３１に戻る部分をシールするシール部材６と、が設けられている。

上記構成とすることにより、図３に示すように、画像を形成するための現像位置に配置された現像装置３１（Ａ）では、ホッパー部２内のトナーをトナー攪拌部材７により攪拌すると共に、開口部９ａを介してバッファ部１にトナーを送り込むことができる。バッファ部１に送り込まれたトナーはバッファ部内トナーと庇状部材にさまたげられて、直接供給ローラ４上に載ることがなく、バッファ部１内のトナーと混合されるので、ホッパー部２からのフレッシュトナーとバッファ部１内の劣化したトナーといったトナー劣化レベルの異なるトナーが不均一に供給ローラ４に供給されることを防止できる。

現像装置３１が図３中の白抜き矢印方向に回転する際には、現像装置３１（Ｂ）の位置では、庇上部材８は自重で開口部９ａから離れて開口部９ａが開き、ホッパー部２からバッファ部１へトナーが移動する。一方、現像装置３１（Ｃ）、（Ｄ）の位置では庇状部材８が自重により開口部９ａ側に移動し、開口部９ａを塞ぎバッファ部１内のトナーがホッパー部２に戻るのを抑制する。このようにしてホッパー部２とバッファ部１間でトナーが適正に移動し、トナーの循環性が確保される。

上記のように、現像装置３１の回転動作時には、前記庇状部材８が開口部９ａを仕切る弁として機能し、現像時の現像位置では供給ローラ４にホッパー部２からのトナーが直接かからないよう庇の機能をする。これにより、低濃度印字で長期印刷された場合においても、容量の小さいバッファ部１でのトナー劣化を抑制できると共に、トナー劣化レベルの異なるトナーが直接供給ローラ上に供給されるのを抑制でき、トナー劣化に伴う画像低下を防止することができる。

前記庇状部材８は、弾性部材であれば特に限定されるものではなく、弾性部材として、例えばプラスチック、ゴムまたは金属等を挙げることができる。また、前記庇状部材８に付設する重り８ａは、図１に示すように、前記庇状部材８の自由端の前記開口部９ａ側表面に突出して形成するのがよい。これにより前記庇状部材８が開口部９ａを閉じたとき、開口部９ａを効果的に塞ぐことができる。前記重り８ａの材質としては前記庇状部材８と同じものを用いることができる。

（画像形成装置）
本発明の現像装置３１を用いた画像形成装置は、複数の前記現像装置３１をそれぞれ回転体の周方向に沿って配設し、選択的に前記現像装置３１を感光体に対向する現像位置に回転移動させて現像色を切り替え、前記感光体上の潜像を現像する、所謂ロータリー現像方式の画像形成装置である。このような画像形成装置としては、図２に示すように、感光体１３と、帯電部材１４と、ロータリー現像装置ユニット１６と、レーザスキャニングユニット１２と、トナーコンテナ４１と、中間転写ベルト１７等からなる中間転写ユニットと、定着ユニット１９とを備えたカラープリンタが挙げられる。
なお、図２は各構成要素の配置を示すための模式図であり、各部の詳細は省略して示している。また、図２において右側がユーザーが操作する側であり、以下では、図２における装置の右側を手前側、左側を奥側とする。

感光体１３は、表面に静電潜像が形成されるものであり、装置のほぼ中央に回転自在に設けられ、その回転軸は装置の手前側から見て横方向に延びるように、すなわち図２の紙面に対して垂直に延びるように設けられている。感光体１３の上部には、感光体１３の表面を一様に帯電するためのレーザスキャニングユニット１２が設けられている。また感光体１３の側方には、感光体１３の表面に残留したトナーや付着物を清掃するための清掃部材１１が設けられている。

ロータリー現像装置ユニット１６は、感光体１３に形成された静電潜像を各色のトナーによって現像するものであり、感光体１３に隣接して、中心が感光体１３の中心とほぼ同じ高さ位置になるように設けられている。このロータリー現像装置ユニット１６は、回転枠１５と、４色のトナーに対応して設けられ回転枠１５に支持された４つの前記現像装置３１とを有している。回転枠１５は、感光体１３の回転軸と平行な軸の回りに回転自在な円筒形状であり、モータやギアを含む図示しない駆動機構によって回転させられるようになっている。また、回転枠１５は、回転軸の中心から放射状に延びる仕切枠によって円周方向に４等分された４つの区画を有しており、各区画にイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４つのトナー色に対応した現像装置３１が配置されている。また、各現像装置３１のホッパー部２内にはトナー量を検出する図示しないトナー量検出手段が設けられている。前記トナー量検出手段の検出結果に基づいて現像装置３１へのトナー補給を行う。トナー量検出手段としては、光センサーや圧電センサー等を用いることができる。

レーザスキャニングユニット１２は、外部のコンピュータ等から送られてきた画像情報に基づいて、感光体１３を走査露光するものであり、感光体１３の上方で、かつロータリー現像装置ユニット１６の回転軸より装置奥側に配置されている。なお、レーザスキャニングユニット１２の内部の構成は、従来の構成と同様であり、レーザ光源、ポリゴンミラー、ポリゴンミラー駆動用モータ等を有している。また、レーザスキャニングユニット１２のレーザ光路の前方には、反射ミラー２１が設けられている。したがって、図２の一点鎖線で示すように、レーザスキャニングユニット１２から発射されたレーザ光は、この反射ミラー２１によって屈曲し、ロータリー現像装置ユニット１６の装置手前側上方を通過し、感光体１３の表面に照射されるようになっている。

トナーコンテナ４１は、ロータリー現像装置ユニット１６の各現像装置３１に対して供給するトナーを収容する部分であり、感光体１３の上方で、かつレーザスキャニングユニット１２と対向する側（装置手前側）に配置されている。このトナーコンテナ４１は、横方向（図２の紙面垂直方向）に並べて配置されたイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのそれぞれの各色のトナーを収容する４つの収容部を有している。

トナー補給パイプ４０は、トナーコンテナ４１に収容された各色のトナーを、対応する現像装置３１に供給するためのものであり、感光体１３の上方において、レーザスキャニングユニット１２とトナーコンテナ４１との間のスペースに配置されている。このトナー補給パイプ４０は、上下方向に移動可能であり、トナーコンテナ４１の各色のトナーを収容している部分と対応して連結し、各トナー補給パイプ４０を上下動させるための駆動機構により駆動される。

中間転写ユニットは、中間転写ベルト１７、１対の１次転写ローラ３７ａ，３７ｂ、駆動ローラ３５、従動ローラ３６、バネ３８から構成されている。中間転写ベルト１７は、感光体１３に形成された各色のトナー画像が順次転写されるものであり、感光体１３の下方に配置されている。この中間転写ベルト１７は、駆動ローラ３５とバネ３８によって駆動ローラ３５から離れる側に付勢された従動ローラ３６との間に掛け渡されている。また、中間転写ベルト１７の感光体１３と対向する部分は、１対の１次転写ローラ３７ａ，３７ｂによって感光体１３に当接するように構成されている。

２次転写ローラ１８は、中間転写ベルト１７に転写された画像を、搬送されてきた用紙に転写するためのものであり、駆動ローラ３５の下方に駆動ローラ３５と対向するように配置されている。そして、この２次転写ローラ１８には、図示しない電圧印加手段によって、用紙に対して、画像転写のためのバイアス電圧が印加されている。

定着ユニット１９は、用紙上に転写されたトナーを溶融定着するためのものであり、ロータリー現像装置ユニット３の下方で、かつ装置奥側に配置されている。この定着ユニット１９は、ヒータを内蔵する加熱ローラ１９ａと加熱ローラ１９ａに圧接する加圧ローラ１９ｂとを有しており、両ローラ間に用紙を挟持して搬送する。

なお、このカラープリンタでは、装置の上部表面に、画像が形成された用紙を載置するための排出部５０が形成されている。また、装置の底部には給紙カセット５２が配置され、トナーコンテナ４１の下方でかつ給紙カセット５２の上方には、装置の手前側の側壁を構成するように給紙トレイ６５が配置されている。この給紙トレイ６５は、下端を中心に回動自在（開閉自在）であり、上端を装置手前側に倒すことが可能である。このようにして給紙トレイ６５を開いた状態では、給紙トレイ６５上に用紙を載置し、この用紙を装置内部に給紙することが可能である。

次に画像形成動作について簡単に説明する。まず、カラープリンタに電源が投入されると、各種パラメータが初期化され、定着部の温度設定を行うなどの初期設定が実行される。そして、このプリンタに接続されたコンピュータ等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。なお、この画像形成動作中においては、トナー補給パイプ４０は上方の待避位置に移動させられている。

まず、帯電部材である帯電ローラ１４によって感光体１３が帯電される。その後、この感光体１３に対して、レーザスキャニングユニット１２により画像データに対応した走査露光が行われ、感光体１３には静電潜像が形成される。次に、ロータリー現像装置ユニット１６が回転されて、対応する色の現像装置３１が感光体１３に対向させられる。この状態で、感光体１３の静電潜像が対応する色のトナーによって現像される。現像された画像は、中間転写ベルト１７に転写される。以上の動作を各色毎に順次繰り返すことによって、中間転写ベルト１７上にはフルカラー画像が形成される。感光体１３に残留した残留トナー等は、清掃部材１１により清掃されて、図示しない廃トナーコンテナに廃棄される。

一方で、給紙カセット５２から１枚の用紙が前送りコロ等によって取り出され、この用紙は、中間転写ベルト１７上の画像形成にタイミングを合わせて搬送され、２次転写ローラ１８に案内される。２次転写ローラ１８は中間転写ベルト１７に当接し、２次転写ローラ１８に印加された転写バイアスにより、中間転写ベルト１７上に形成されたフルカラーの画像が用紙に転写される。この用紙は搬送路を介して定着ユニット１９に案内され、この定着ユニット１９による加熱・加圧によって画像が用紙に定着されて、排出部５０に排出される。

現像装置３１へのトナー補給は、現像装置３１が現像位置に配置された際、ホッパー部２内のトナー量を前記トナー量検出手段で検出し、前記現像装置３１を現像位置に配置している間に、トナー量検出手段の検出結果に基づいてトナー補給パイプ４０から現像装置３１へのトナー補給を行うことができる。

現像装置３１に対してトナーを補給する場合は、トナー補給パイプ４０を下方に移動させて供給位置に位置させる。すなわち、図示しないモータを駆動すると、ギアを介してトナー補給パイプ４０が下方に移動する。一方、トナーコンテナ４１からは、トナーが図示しない搬送パイプを介してトナー補給パイプ４０側に供給されている。そして、トナー補給パイプ４０の先端が現像装置３１の図示しない補給口に挿入され、トナー補給パイプ４０からトナーが現像装置３１のホッパー部２に供給される。トナー補給が終了すると、トナー補給パイプ４０は元の位置に戻るために上方に移動する。

本発明によれば、現像装置３１にトナー補給パイプ４０からトナーを補給する際、ホッパー部２に補給された新トナーとホッパー部２内に存在していた旧トナーとがトナー攪拌部材７により十分に混合され、ホッパー部２からバッファ部１にトナーが供給された際には、上記したように、一旦庇状部材８の上面で跳ね返って分散してバッファ部１内に流入するので、トナーの塊が直接供給ローラ４上に載ることがない。したがって、トナー補給時においても新旧トナーは十分混合され、トナー劣化に伴う画質低下を防止することができる。

（他の実施形態）
本実施形態は、図４に示すように、前記の一実施形態の現像装置３１とほぼ同様に構成されているため、前記一実施形態の現像装置と同じ構成の部分については説明を省略し、この実施形態における現像装置３１の特徴となる部分について説明する。本実施形態において、前記仕切り壁９のホッパー部２側で開口部９ａより下側の位置から上方に向けて仕切り部材１０を設けた。すなわち、仕切り部材１０は、該仕切り部材１０と前記仕切り壁９との間に通路１０ａが形成され、該通路１０ａの一端は前記ホッパー部２と、他端は前記開口部９ａを介して前記バッファ部１と、それぞれ連通するように設けられた。前記仕切り部材１０の高さは、少なくとも開口部９ａの上端より高いことが好ましい。これにより、ホッパー部２からのトナーが直接供給ローラ４に到達することをさらに防止することが可能となり、トナー補給カブリをより確実に防止することができる。また、バッファ部１からホッパー部２へのトナーの戻りを抑えることができるので、バッファ部１内の適正なトナー量を確保できる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

評価機として図２に示すようなロータリー現像方式の画像形成装置を用いて、トナー補給カブリを評価した。
（１）画像形成装置
感光体１３の周速：１５０ｍｍ／秒
現像：非磁性一成分現像
現像ローラ３：ＪＩＳ−Ａ硬度４５度、抵抗値１．０×１０⁶Ω、表面粗さＲａ１．０μｍのシリコンゴムとウレタンコートからなる弾性ローラ
供給ローラ４：抵抗値１．０×１０⁸Ωのウレタンスポンジローラ、現像ローラ３との接触ニップ３mm
規制部材５：０．０８mmＳＵＳ（ステンレス鋼）箔、規制圧２５Ｎ／ｍ
シール部材６：導電性のＰＥ（ポリエチレン）フィルムを用い、均一に現像ローラ３に接触するようにウレタンスポンジでバックアップした。
トナー攪拌部材７：回転軸に攪拌羽根７ａとして、自由長１２ｍｍ、厚さ４０μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを取り付けた。
庇状部材８：突出長８ｍｍ、厚さ５０μmのウレタンからなる平板、自由端の前記開口部９ａ側には重り８ａとして、幅２ｍｍ、厚さ２ｍｍの樹脂からなる平板を形成した。
仕切り壁９：厚さ１ｍｍのＳＵＳ製
開口部９ａ：幅６ｍｍ
仕切り部材１０：高さ７ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳからなる平板、仕切り壁９との距離（通路１０ａ幅）２〜３ｍｍ。
（２）絵出し条件
現像装置３１内のトナー収容量：４５±５ｇ
トナー補給量：トナー収容量の４．４％
現像バイアス電圧Ｖｄｃ：１００Ｖ
Ｄｕｔｙ比：４０％
交流電圧Ｖｐｐ：１．５ｋＶ

（評価）
上記画像形成装置の現像装置３１にトナーをセットし、上記絵出し条件にて５００枚印刷した。次いで、トナーを現像装置３１に補給し、上記絵出し条件にてサンプル画像を出力してトナー補給カブリを目視により確認したところ、トナー補給カブリは発生せず、良好な画像が得られた。

本発明の現像装置における一実施形態の一部拡大断面図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 図２の一部拡大概略図である。 本発明の現像装置における他の実施形態の一部拡大断面図である。 従来の現像装置の一部拡大断面図である。

符号の説明

１ バッファ部（トナー供給部）
２ ホッパー部（トナー収容部）
３ 現像ローラ
４ 供給ローラ
５ 規制部材
６ シール部材
７ トナー攪拌部材
７ａ攪拌羽根
８ 庇状部材
９ 仕切り壁
９ａ開口部
１０ 仕切り部材
１２ レーザースキャニングユニット
１３ 感光体
１４ 帯電部材
１６ ロータリー現像装置ユニット
１７ 中間転写ベルト
１９ 定着ユニット
３１ 現像装置
４０ トナー補給パイプ
４１ トナーコンテナ

Claims (3)

1. 回転体の周方向に沿って配設され、静電潜像担持体に対向する現像位置に前記回転体を選択的に回転移動させて前記静電潜像担持体上の潜像を現像する現像装置であって、
   トナーが補給され内部にトナー攪拌部材が設けられたトナー収容室と、供給ローラおよび現像ローラが設けられたトナー供給室の２室からなり、該２室は開口部を有する仕切り壁により仕切られ、前記開口部は前記供給ローラの軸心より上側に設けられ、前記仕切り壁のトナー供給室側で前記開口部の下側に庇状部材の一端を固定し、他端を自由端として可動するよう設け、
   前記庇状部材の自由端に重りを取付け、前記現像装置の回転に伴って自重で可動し、前記開口部を開閉し開状態において前記供給ローラ上面を庇状に覆うように構成したことを特徴とする現像装置。
2. 前記仕切り壁の前記トナー収容室側で前記開口部より下側から上方に向けて仕切り部材が立設され、前記仕切り部材と前記仕切り壁との間隙を通路とし、該通路の一端が前記トナー収容室と、他端が前記開口部を介して前記トナー供給室と、それぞれ連通していることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置を各色ごとに複数備え、前記各現像装置を回転体の周方向に沿って配設し、前記現像装置を静電潜像担持体に対向する現像位置に前記回転体を選択的に回転移動させて現像色を切り替え、前記静電潜像担持体上の潜像を現像することを特徴とする画像形成装置。

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