JP5414547B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体から現像剤担持体を退去させる方向に現像装置を移動させて筐体から取り出し可能な画像形成装置、詳しくは取り出される現像装置と筐体側に残る現像剤容器との間の現像剤漏れ防止構造に関する。

像担持体に形成した静電像を現像剤担持体に担持させた現像剤でトナー像に現像する現像装置を備えた画像形成装置が広く用いられている。現像装置は、像担持体と現像剤担持体とが所定の隙間（〜３００μｍ）を隔てて対向するように、画像形成装置の筐体に取り付けられている。

像担持体と現像装置とが画像形成装置の筐体に別々に取り付けられている場合、現像装置には、像担持体ものとは独立した案内機構が設けられる。従来の一般的な現像装置の取り出し構造は、現像装置を、像担持体の長手方向に移動させて、画像形成装置の正面側へ取り出す構造である。しかし、現像装置を像担持体から離間させる方向へ移動させて、画像形成装置の側面側へ取り出す構造も提案されている（特許文献１）。

特許文献１には、現像装置を水平方向に回転移動させて筐体から取り出し可能にした画像形成装置が示され、手動操作部材が現像装置の固定を解除することによって、現像装置が像担持体から離間する方向へ回転移動可能になる。

特許文献２、３には、現像装置に現像剤容器を隣接配置して、画像形成で消費した現像剤（磁性トナー）を補うように現像剤を現像装置へ補給する画像形成装置が示される。ここでは、現像装置に対する現像剤の補給口の内側で磁性回転体（マグネットローラ）が現像剤を磁気的に担持して回転することにより、現像剤容器内の現像剤が補給口を通じて現像装置へ落ち込む。

特開平１１−３２７２９６号公報 特開平１１−１７４８４３号公報 特開平１１−３０５５３４号公報

高速、大量出力の画像形成装置では、トナー消費量が多いため、現像装置に対して大きな現像剤容器が接続される。この場合、現像剤容器を接続したまま現像装置を画像形成装置の筐体から取り出すことが困難である。大量のトナーを収容した状態では、取り扱うことも、運搬することも、新品交換等することも困難である。

そこで、図３の（ｂ）に示すように、現像剤容器（１０１）を筐体（２０）に残したまま、現像装置（４）だけを像担持体（１）から離間させる方向へ水平にスライド移動させて、画像形成装置の側面側へ取り出す構造が提案された。しかし、この場合、現像装置（４）の引き出しに伴って、筐体（２０）内に残った現像剤容器（１０１）の補給口（１０３）の近傍から現像剤が漏れ落ちて、筐体（２０）内が汚れることが判明した。

本発明は、現像装置の引き出しに伴って、現像剤容器の補給口の近傍から現像剤が漏れ落ちにくい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、像担持体と、現像剤担持体に現像剤を担持させて前記像担持体にトナー像を現像する現像装置と、前記現像装置へ現像剤を補給するための補給口を有する現像剤容器と、前記補給口を開閉するシャッタ部材と、前記補給口の内側で現像剤を磁気的に担持して回転することにより、前記現像剤容器内の現像剤を前記補給口を通じて前記現像装置へ供給する磁性回転体とを備え、前記現像装置へ向かって開口した前記補給口の縁は、前記磁性回転体が磁気的に現像剤を担持可能な範囲の外側に位置しているものである。

本発明の画像形成装置では、磁性回転体の磁力に起因して現像剤容器の外側面に現像剤が付着しにくい。従って、現像装置の引き出しに伴って、振動等が作用しても、現像剤容器の補給口の近傍から現像剤が漏れ落ちにくい。

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。 現像装置の着脱のための機構の説明図である。 比較例における開口部内のトナーの状態の説明図である。 マグネットローラが現像剤を担持した状態の説明図である。 実施例１における開口部内のトナーの状態の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、像担持体から現像剤担持体を離間させる方向へ現像装置を取り出し可能である限りにおいて、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施できる。

従って、帯電方式、静電像形成方式の区別無く、また、中間転写方式、記録材搬送方式、転写ベルト方式、枚葉プリント方式の区別無く磁性トナーを用いる現像装置を搭載した画像形成装置で実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム１に形成したトナー像を転写ベルト１４に担持した記録材Ｐに転写するモノクロ高速プリンタである。筐体２０には、感光ドラム１及び現像装置４が着脱可能に取り付けられている。

像担持体の一例である感光ドラム１の周囲に、コロナ帯電器２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、ドラムクリーニング装置６が配置される。感光ドラム１は、アルミニウムシリンダの外周面に感光層が形成され、７００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

コロナ帯電器２は、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム１の表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置３は、入力画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１の表面に画像の静電像を書き込む。現像装置４は、感光ドラム１に形成された静電像を一成分現像剤を用いてトナー像に現像する。

転写ローラ５は、転写ベルト１４の内側面を押圧して、感光ドラム１と転写ベルト１４との間に転写部Ｔ１を形成する。記録材カセット１１ａに格納された記録材Ｐは、分離ローラ１２ａで１枚ずつに分離してレジストローラ１３へ送り出される。レジストローラ１３は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、感光ドラム１のトナー像にタイミングを合わせて転写部Ｔ１へ記録材Ｐを送り込む。

転写ローラ５へ正極性の直流電圧が印加されることにより、感光ドラム１に担持されたトナー像が、転写ベルト１４に担持されて転写部Ｔ１を通過する記録材へ転写される。ドラムクリーニング装置６は、感光ドラム１にクリーニングブレードを摺擦させて、記録材Ｐへの転写を逃れて感光ドラム１に残った転写残トナーを回収する。

トナー像を転写された記録材Ｐは、転写ベルト１４から曲率分離して定着装置７へ送り込まれ、定着装置７で加熱加圧を受けて表面にトナー像を熱定着された後に排出ローラ１５を通じて排出トレイ１６へ排出される。

＜現像装置＞
図２は現像装置の構成の説明図である。図３は現像装置の着脱のための機構の説明図である。図４は比較例における開口部内のトナーの状態の説明図である。図２に示すように、現像装置４は、現像剤担持体の一例である現像スリーブ４ａに現像剤を担持させて感光ドラム１にトナー像を現像する。現像装置４は、固定マグネット４ｂの周囲で回転する現像スリーブ４ａに、現像剤（磁性トナー）を薄層状態で担持させて感光ドラム１との対向部へ搬送する。

層厚規制ブレード４ｃは、現像スリーブ４ａに担持される現像剤の層厚を規制するとともに、現像剤を摺擦して帯電させる。電源Ｄ４は、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４ａに印加することにより、帯電して現像スリーブ４ａに担持された現像剤を感光ドラム１へ転移させて、静電像を反転現像してトナー像を形成する。

特許文献２、３に示されるように、現像装置４の直上にトナーを補給するための現像剤容器１０１が設けられている。現像剤容器１０１は、現像剤を貯留しており、マグネットローラ１０２を回転させることにより、画像形成で消費された量に見合っただけの現像剤を切り出して現像装置４へ補給する。

現像剤容器１０１の容器下部に設けられた開口部１０３の内側には、略最大通紙可能用紙幅の長さを持たせたマグネットローラ１０２を、現像スリーブ４ａと略平行に設けている。不図示のトナー供給部から補給されてきた現像剤は、現像剤容器１０１にバッファされ、マグネットローラ１０２を回転させることにより、現像装置４の現像スリーブ配置方向に均一にトナーを補給する。現像スリーブ配置方向に均一にトナーを補給することで、トナー補給に伴って、現像装置４内で、現像スリーブ配置方向のトナー剤面の傾きを生じにくくなり、画像の濃度を現像スリーブ配置方向で均一に保つのに有効である。

しかしながら、特許文献１、２に示される現像剤容器は、現像装置と一体に固定して設けられており、現像装置の着脱のためには、画像形成装置の筐体に大きな開口部が必要となる。大きな開口部を設けるためには、筐体の強度を上げる必要があり、画像形成装置の大型化、重量化につながる。また、現像装置を交換する際には、自動的に現像剤容器も交換されるため、ランニングコストが上がってしまうという問題がある。

そこで、図３の（ａ）に示すように、現像装置４と現像剤容器１０１とを別々のユニットとしておき、現像装置４の交換時には、寿命の長い現像剤容器１０１は筐体２０に装着した状態で残して、現像装置４のみを交換する方式が提案された。現像装置４を外した時には、現像剤容器１０１の下部の開口部１０３をシャッタ１０４で塞ぐという構成も追加されている。

すなわち、案内機構の一例であるレール２２は、感光ドラム１から現像スリーブ４ａを離間させる方向へ現像装置４を筐体２０から取り出し可能に案内する。現像剤容器１０１は、レール２２によって案内された現像装置４の移動に伴って現像装置４に対する接続と分離がなされる現像剤の補給口の一例である開口部１０３を有する。磁性回転体の一例であるマグネットローラ１０２は、開口部１０３の内側で現像剤を磁気的に担持して回転することにより、現像剤容器１０１内の現像剤を開口部１０３を通じて現像装置４へ供給する。

図３の（ｂ）に示すように、シャッタ部材の一例であるシャッタ１０４は、現像装置４へ向いた現像剤容器１０１の面に沿って移動して開口部１０３を開閉する。シャッタ１０４は、現像装置４の引き出しに伴って、現像装置４に取り付けた樹脂バネのシャッターアクチュエータ２４に押されて現像剤容器１０１の底面に沿って移動する。シャッタ１０４が開口部１０３を閉じてリミット位置で停止すると、シャッターアクチュエータ２４が変形してシャッタ１０４面を通過して現像装置４が筐体２０から取り出される。

現像装置４の取り付け時には、シャッタ１０４は、シャッターアクチュエータ２４に押されて現像剤容器１０１の底面に沿って移動してシャッタ１０４が開口部１０３から退去する。開口部１０３が開いてシャッタ１０４がリミット位置で停止すると、シャッターアクチュエータ２４が変形してシャッタ１０４面を通過して現像装置４が現像可能な位置へ位置決められる。

＜比較例＞
従来、現像スリーブ４ａの長手方向における現像剤の均一補給のための現像剤容器（バッファ装置）は、現像装置と一体で設けられてたため、ランニングコストの上昇と画像形成装置の大型化が生じていた。その解決策として、現像剤容器と現像装置とを別ユニット化して固定の現像剤容器下部に現像装置着脱時用のシャッタを設けるという構成が採用されている。しかし、このような構成ではシャッタから一部のトナーが漏れるという問題が出てきた。

図４に示すように、マグネットローラ１０２が磁力によって開口部１０３内で保持している現像剤１０８の現像剤容器１０１からはみ出した部分１１０にシャッタ１０４が干渉する。このため、現像剤が飛散して現像装置４の上面に落下したり、周囲に漏れ出したりすることが判明した。

以下の実施例では、このような現像剤の飛散を防止するために、シャッタ１０４の動作時に、マグネットローラ１０２が磁力によって保持している現像剤に干渉しない構成を採用している。これにより、現像装置４と現像剤容器１０１とを別々のユニットで構成した場合の現像剤の漏れを大きく減少させて、現像装置４の着脱が可能となった。

＜実施例１＞
図５はマグネットローラが現像剤を担持した状態の説明図である。図６は実施例１における開口部内のトナーの状態の説明図である。

図２に示すように、現像装置４の直上には現像装置４の現像スリーブ４ａの長手方向にトナーを均一に補給するための現像剤容器（バッファ装置）１０１が配置されている。現像剤容器１０１の下部に、現像剤を保持して回転するマグネットローラ１０２が配置され、マグネットローラ１０２の下に現像剤を現像装置４に受け渡すための開口部１０３が設けられている。現像剤容器１０１の開口部１０３の下には、開口部１０３を塞ぐためのシャッタ１０４が設けられており、現像装置４を取り出す際には、シャッタ１０４を閉じて開口部１０３からの現像剤の漏れ落ちを防ぐ構成となっている。

実施例１では、現像装置４へ向かって開口した開口部１０３の縁は、マグネットローラ１０２が磁気的に現像剤を担持可能な範囲の外側に位置している。現像装置４へ向いた現像剤容器１０１の面は、その全体が現像剤容器１０１を介してマグネットローラ１０２が磁気的に現像剤を担持可能な範囲の外側に位置している。このため、磁力が漏れて開口部１０３の縁の外側や、マグネットローラ１０２直下の最も接近した外壁面に現像剤が付着することが発生しにくくなっている。

また、マグネットローラ１０２は、現像装置４の移動方向における開口部１０３の中心よりも感光ドラム１側（像担持体側）へ偏らせて配置される。このため、マグネットローラ１０２の磁力が及んで現像剤がぶら下がる範囲が開口部１０３から遠ざかり、マグネットローラ１０２に吸着した現像剤が開口部１０３から外側へはみ出しにくくなっている。マグネットローラ１０２にぶら下がった現像剤の大部分が開口部１０３からずれた現像剤容器１０１の内壁面上に位置するため、振動が加わって落下した場合でも、開口部１０３から外へは漏れ出しにくくなっている。

また、現像剤が搬送される現像剤容器１０１の内壁面（底面）とマグネットローラ１０２との隙間は、入口側から開口部１０３へ向かって次第に拡大している。これにより、マグネットローラ１０２から落下した現像剤を現像剤容器１０１の内壁面上に蓄える余地を増して開口部１０３へ回りにくくしている。マグネットローラ１０２の周囲で現像剤が閉塞して回転抵抗が増加することも防止している。

図５の（ａ）に示すように、マグネットローラ１０２の周方向に複数の磁極が形成され、磁極上で磁力が大きく、磁極間で磁力が小さい磁力パターン１０９が形成されている。磁力パターン１０９に応じて、図４の（ｂ）に示すように、マグネットローラ１０２の周囲に現像剤が担持される。使用環境化の空気中において、現像剤をマグネットローラ１０２の表面に最大保持させた時に、マグネットローラ１０２の表面に形成されるトナー層１０８は、保持された現像剤の最大厚さｈ１と最小厚さｈ２とを生じる。

図５の（ｂ）に示すように、マグネットローラ１０２に空中で現像剤を最大に担持させて水平状態に保持した状態で状態で、最も薄い現像剤厚さをｈ２とし、最も厚い現像剤厚さをｈ１とする。また、図２に示すように、開口部１０３へ向かう現像剤容器１０１とマグネットローラ１０２の隙間における最短距離をＢ１とし、現像装置４へ向かって開口した開口部１０３の縁からマグネットローラ１０２までの最短距離をＡ１とする。そして、現像装置４へ向いた現像剤容器１０１の面からマグネットローラ１０２までの最短距離をＡ２とする。

このとき、実施例１では、以下の関係を成立させるように、マグネットローラ１０２の磁力パターン１０９と開口部１０３の形状がコントロールされている。このため、図６に示すように、マグネットローラ１０２に磁気的に吸着担持される現像剤がシャッタ１０４の経路にはみ出さないで済む。その結果、開口部１０３から現像剤容器１０１の底面にはみ出してシャッタ１０４に切り取られて落下する現像剤が図４の比較例に比較して少なくなる。
Ｂ１ ＜ ｈ２
ｈ１ ＜ Ａ１
ｈ１ ＜ Ａ２

＜画像形成動作時＞
図２に示すように、画像形成動作時には、回転する現像スリーブ４ａから回転する感光ドラム１へ現像剤が移転して現像が行われ、その後、回転する感光ドラム１から記録材へとトナー像が転写される。このとき、現像スリーブ４ａから感光ドラム１へ現像剤が出て行くことにより、現像装置４内の現像剤は消費されていく。ある程度まで消費が進むと、現像装置４内に設けられたセンサ１０５により現像剤の不足が検出される。すると、マグネットローラ１０２が回転して現像剤容器１０１から所定量の現像剤を切り出して、現像装置４へ補給する制御が実行される。

現像剤を現像剤容器１０１から現像装置４へと補給する際には、マグネットローラ１０２が回転し、現像剤容器１０１内のトナーを保持しながら回転する。マグネットローラ１０２に保持されて連れ回ってきたトナー層１０８は、マグネットローラコート制限領域１０６に導かれて開口部１０３へと出てくる。この時、マグネットローラ１０２は制限領域の幅Ｂ１より多くのトナー（最小厚さｈ２）を保持しようとするが、マグネットローラコート制限領域１０６において均一なコート量（層厚Ｂ１）に制限される。

このため、開口部１０３には、マグネットローラ１０２の長手方向においてマグネットローラ１０２の回転に対して均一な量の現像剤１１１が搬送されてくる。均一に搬送されてきた現像剤１１１は、マグネットローラ１０２の長手方向に均一な隙間（幅Ｂ２）を設けた掻き落とし部１０７において、掻き落とし部１０７の手前の領域に溜まりながら、マグネットローラ１０２から掻き落とされて現像装置４へと補給される。

上記のように均一に開口部１０３へと運ばれてきた現像剤１１１を長手方向に均一に設けられた掻き落とし部１０７で掻き落とす。このため、現像装置４には、現像スリーブ４ａの長手方向（マグネットローラ１０２長手方向）において距離Ｂ１から距離Ｂ２を差し引いた分の、均一な現像剤の補給が可能となる。

＜現像装置の着脱時＞
現像装置４のメンテナンス時には、現像剤の漏れを防止するために、シャッタ１０４を閉めて現像装置４の着脱を行う。その際、トナーの最大厚さｈ１がマグネットローラ１０２の表面から開口部１０３の縁（エッジ）までの距離Ａ１よりも小さく、また、トナーの最大厚さｈ１がシャッタ１０４の摺動面Ｄまでの距離Ａ２よりも小さい。

（１）ｈ１ ＜ Ａ１とすることで、開口部１０３のシャッタ摺動面Ｃでは、現像剤は、マグネットローラ１０２で保持されることがない。従って、シャッタ開閉時にトナーがシャッタ１０４と干渉することで、現像剤が現像剤容器１０１の外部に漏れ出すことを防止できる。これに対して、現像剤がシャッタ摺動面Ｃにてシャッタ１０４で切り落とす構成だと現像剤が現像剤容器１０１の外部に漏れ出してしまう。

（２）ｈ１ ＜ Ａ２とすることで、仮に現像剤容器１０１の外部に浮遊しているトナーがあっても、現像剤容器１０１内のマグネットローラ１０２によって引き付けられることがない。このため、シャッタ１０４がマグネットローラ１０２に保持されたトナー層１０８に干渉することなく移動することができて、現像剤の漏れ出し落下を大幅に減少できる。

実施例１によれば、現像スリーブの長手方向における現像剤の均一補給のための現像剤容器（バッファ装置）と現像装置とを別ユニット化することで、ランニングコストの削減と筐体の小型化を実現している。そして、別ユニット化したことで発生した問題点、すなわち現像装置の着脱時の現像剤容器内からのトナーの漏れ出しを大きく減少させている。

具体的には、上述したように、現像剤容器内の下部に配置されたマグネットローラのトナー保持面と、開口部の端部位置、シャッタの上下方向の位置をそれぞれ規定した。これにより、シャッタがマグネットローラに保持された現像剤に干渉しなくなり、現像剤容器内からあるいは外壁面からのトナーの落下を大きく減少させることができた。

実施例１によれば、ランニングコストの削減と筐体の小型化を実現すると同時に、現像装置の着脱時のトナーの飛散を大きく減少させた現像剤容器下部シャッタ構造を実現できる。

１ 感光ドラム（像担持体）、２ コロナ帯電器、３ 露光装置
４ 現像装置、４ａ 現像スリーブ（現像剤担持体）、４ｂ 固定マグネット
５ 転写ローラ、６ ドラムクリーニング装置、８ 現像剤補給装置
２０ 筐体、２１ 外カバー、２２ レール（案内機構）
２３ 押圧機構、２３Ａ 押圧バネ、２３Ｂ 固定フック
２４ アクチュエータ、２５ シャッタ、
１０１ 現像剤容器、１０２ マグネットローラ、１０３ 開口部
１０４ シャッタ、１０５ センサ、１０６ マグネットローラコート制限領域
１０７ 掻き落とし部、１０８ トナー層、１０９ 磁力パターン
１１０ シャッタに接触するトナー、１１１ 開口部に均一に搬送されたトナー

Claims (6)

1. 像担持体と、
   現像剤担持体に現像剤を担持させて前記像担持体にトナー像を現像する現像装置と、
   前記現像装置へ現像剤を補給するための補給口を有する現像剤容器と、
   前記補給口を開閉するシャッタ部材と、
   前記補給口の内側で現像剤を磁気的に担持して回転することにより、前記現像剤容器内の現像剤を前記補給口を通じて前記現像装置へ供給する磁性回転体と、を備え、
   前記現像装置へ向かって開口した前記補給口の縁は、前記磁性回転体が磁気的に現像剤を担持可能な範囲の外側に位置していることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体及び前記現像装置が取り付けられる筐体と、前記像担持体から前記現像剤担持体を離間させる方向へ前記現像装置を前記筐体から取り出し可能に案内する案内機構とを備え、
   前記補給口は、前記案内機構によって案内された前記現像装置の移動に伴って前記現像装置に対する接続と分離がなされることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記磁性回転体は、前記現像装置の移動方向における前記補給口の中心よりも前記像担持体側へ偏らせて配置され、現像剤が搬送される前記現像剤容器と前記磁性回転体との隙間は、前記補給口へ向かって次第に拡大していることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記シャッタ部材は、前記現像装置へ向いた前記現像剤容器の面に沿って移動して前記補給口を開閉し、
   前記現像装置へ向いた前記現像剤容器の面は、前記現像剤容器を介して前記磁性回転体が磁気的に現像剤を担持可能な範囲の外側であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記磁性回転体が空中で現像剤を最大に担持させた状態で最も薄い現像剤厚さをｈ２とし、最も厚い現像剤厚さをｈ１とし、前記補給口へ向かう前記現像剤容器と前記磁性回転体の隙間における最短距離をＢ１とし、前記現像装置へ向かって開口した前記補給口の縁から前記磁性回転体までの最短距離をＡ１とするとき、
   Ｂ１ ＜ ｈ２ 及び ｈ１ ＜ Ａ１ であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記現像装置へ向いた前記現像剤容器の面から前記磁性回転体までの最短距離をＡ２とするとき、
   ｈ１ ＜ Ａ２ であることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。

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