JP5703642B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーを用いて画像を形成する電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置の現像装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置が備える現像装置として、像担持体である感光体への現像剤（トナー）の供給、現像剤の撹拌混合及び補給トナーの撹拌混合を単一の現像装置内で全て同時に行うものが一般的に知られている。このような現像装置では、互いに逆方向に現像剤を搬送する少なくとも２本の搬送スクリュを有し、一方の搬送スクリュにより現像剤が一方に搬送され、他方の搬送スクリュにより現像剤が他方に搬送されることにより、現像装置内部において現像剤が循環する構成となっている。

また、最近では現像部と現像剤撹拌部とを分離し、現像剤撹拌部において十分に現像剤を撹拌した後に現像部に送る現像装置が、例えば「特許文献１」あるいは「特許文献２」に開示されている。この現像装置では、現像剤撹拌部を現像部とは離れた位置に設けるため、現像部を最小限の容積として感光体周りに占める現像容器の容積を極力少なくすることができるという利点がある。また、離れた現像剤撹拌部からの現像剤の搬送は、自由な経路かつ簡素な構成で大量の現像剤を安定して搬送することが可能であることから、空気流と共に現像剤を搬送する空気搬送方式が有効である。

現像装置に用いる現像剤搬送手段として空気搬送方式を用いることは、柔軟なチューブとエアポンプとを用いる簡易な構成で離れた場所に自由な経路で搬送できる点において優れているが、搬送した現像剤を現像部等の一部に開口部（現像ローラ周りの開口部等）を有する容器に供給する場合に、搬送に使用される空気が容器内に吹き込まれると容器内部の空気圧が上昇し、容器内部の現像剤やトナーが開口部より吹き出して容器周りや形成する画像上に飛散する虞がある。このような現像剤の吹き出しは、機内汚染及び出力画像の品質低下といった不具合要因となる。

本発明は上述の問題点を解決し、空気搬送方式を採用しつつ現像部内部の空気圧上昇を防止して機内汚染及び画像品質の低下を防止することが可能な現像装置及びこれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、像担持体の近傍に配置された現像部と、前記現像部とは別の位置に配置された現像剤攪拌部とを有し、現像剤搬送経路内を空気搬送される現像剤を前記現像剤攪拌部から現像剤投入部を介して前記現像部へと送る現像装置において、現像剤を捕捉して空気を通過させ装置外部へと排出する空気排出部を有し、前記現像部は正転により現像剤を現像に供すべく搬送する現像剤搬送部とその現像剤搬送方向上流側に配置された余剰現像剤排出経路とを有し、前記空気排出部は前記余剰現像剤排出経路に配設され、前記余剰現像剤排出経路には排出される現像剤を一時的に停留させる現像剤溜まり部が前記空気排出部の現像剤搬送方向下流側に設けられ、前記現像剤溜まり部には停留された現像剤を正転により排出させる排出部材が配置され、前記排出部材を定期的に逆転させることにより前記現像剤溜まり部に停留された現像剤を前記空気排出部まで定期的に逆流させることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、さらに前記現像剤搬送部材を定期的に逆転させて前記余剰現像剤排出経路に現像剤を定期的に送ることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の現像装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。

本発明によれば、搬送される現像剤が接触可能な部位に現像剤を捕捉して空気を透過させる空気排出部を設けることにより、空気排出部の空気排出性能を長期にわたって維持させることができ効率よく空気を排出できるので、現像部内の空気圧の上昇を抑制して現像剤飛散による機内汚損及び出力画像の品質低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態を採用した画像形成装置の概略正面図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像装置の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像部を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像剤撹拌部を説明する概略図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる現像剤投入部及び現像剤供給部を説明する概略図である。 本発明の第２の実施形態に用いられる現像剤投入部及び現像剤供給部を説明する概略図である。 本発明の第２の実施形態における現像剤搬送部材の動作を説明する概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置を示している。同図において画像形成装置１はいわゆるタンデム型の画像形成装置であり、中間転写ベルト２の下方に沿ってイエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを有している。各作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは同様の構成であり、像担持体である感光体ドラム４、帯電部５、現像装置を構成する現像部６、１次転写部材７、クリーニング装置８等を有している。

この画像形成装置１では、作像動作が開始されると各作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの感光体ドラム４が帯電部５によって一様に帯電され、次に図示しない書き込みユニットによって形成する画像に対応した静電潜像が感光体ドラム４の表面に形成され、現像部６より静電潜像にトナーが供給されて各色のトナー像が各感光体ドラム４上に形成される。各感光体ドラム４上に形成された各色トナー像は各１次転写部材７によって中間転写ベルト２上に重畳転写され、これにより中間転写ベルト２上に４色のフルカラートナー像が形成される。このフルカラートナー像は給紙カセット９から給紙ローラ及びレジストローラ対等により供給される転写紙に２次転写部１０において一括転写され、トナー像が転写された転写紙は定着部１１を通過することにより熱及び圧力によってトナー像を定着された後、排紙部１２に排出される。トナー像転写後の各感光体ドラム４はクリーニング装置８によって表面の残留トナーを除去され、トナー転写後の中間転写ベルト２はベルトクリーニング装置１３によって残留トナーを除去される。

この画像形成装置１には現像装置に特徴があり、通常の現像装置では現像に用いられる現像剤は現像ユニット内部においてトナーとキャリアとを撹拌混合されるが、本発明の現像装置では各作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ内に設けられた現像部６とは離れた場所にそれぞれ現像剤撹拌部１４が配設されている。現像剤撹拌部１４は現像剤と補給トナーとの混合撹拌を確実に行い、トナーの分散及び帯電を安定して行う。この現像剤撹拌部１４の働きによりトナー濃度や帯電量が安定化され、良好な画像形成を安定して行うことができる。各作像ユニット３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの各現像部６において、現像動作後の現像剤はそれぞれ現像剤排出流路１５を通って現像部６から現像剤撹拌部１４へと送られる。現像剤撹拌部１４では新しいトナーの補給も行われ、現像剤撹拌部１４において十分に撹拌された現像剤は図示しないロータリフィーダによって定量ずつ排出される。排出された現像剤はエアポンプ１６より送られるエアの圧力によって搬送され、現像剤搬送経路１７を通って現像部６に戻される。現像剤撹拌部１４への新しいトナーの補給は、トナーホッパ（またはトナーカートリッジ）１８から少量ずつトナーを供給することにより行われる。図１において、符号１９はエアポンプ１６のエア吸引口を、符号２０は外部空気吸引路を、符号２１は除湿装置を、符号２２は空気取入口をそれぞれ示す。

図２は、本発明の第１の実施形態に用いられる現像装置２３を示している。この現像装置２３は、上述したように感光体ドラム４の近傍に対向配置された現像部６と、現像部６とは別の位置に配置された現像剤撹拌部１４とを備え、現像剤撹拌部１４から現像部６への現像剤の搬送が現像剤搬送経路１７及び現像剤投入部２４を介して行われる構成であり、現像剤としてトナーとキャリアとを混合した２成分現像剤が用いられる。

現像部６は、現像剤投入部２４が接続された現像剤供給部２５と現像剤排出部２６とを有しており現像剤撹拌部１４から空気搬送された現像剤は現像剤投入部２４から現像剤供給部２５を介して現像部６へと供給されて現像に供され、現像剤排出部２６と現像剤撹拌部１４とを接続する現像剤排出流路１５中を自重により落下して現像剤撹拌部１４内に戻されることにより、現像部６と現像剤撹拌部１４との間を循環するように構成されている。

現像部６は、図３に示すように現像ローラ２７及び現像剤搬送部材である２本の搬送スクリュ２８，２９をケーシング３０内に有している。現像ローラ２７は内部に磁石を有しており、現像剤を吸着搬送して感光体ドラム４の表面に形成された静電潜像に対してトナーを付着させる周知の構成である。搬送スクリュ２８は現像剤を図３において手前から奥に向かって搬送するように回転駆動され、搬送スクリュ２９は現像剤を図３において奥から手前に向かって搬送するように回転駆動される。ケーシング３０の内部は仕切板３１によって２分割されており、分割された空間内に各搬送スクリュ２８，２９がそれぞれ配設されている。

仕切板３１は、図３において奥側の端部が途切れており、搬送スクリュ２８から搬送スクリュ２９に向かって現像剤が移動可能に構成されている。搬送スクリュ２９の手前側には現像剤排出部２６が、搬送スクリュ２８の手前側には現像剤供給部２５がそれぞれ配置されている。現像ローラ２７の外周面近傍に位置するケーシング３０には、現像ローラ２７に付着する現像剤を一定量に規制するためのドクターブレード３２が配置されている。ケーシング３０は、感光体ドラム４と対向する部位において現像ローラ２７から現像剤を感光体ドラム４へと供給するための開口を有しており、現像ローラ２７との間には間隙を有している。このような構成であるため、現像剤搬送のために空気がケーシング３０内に吹き込まれて現像部６の内圧が上昇すると、間隙及び開口を介して現像剤がケーシング３０の外部に吹き出てしまうことが問題である。

図２、図４に示すように、現像剤撹拌部１４には逆円錐形状等の排出口３４に向かうほど径が細くなる形状を呈し内部に現像剤が貯容されるケーシング３５が設けられており、ケーシング３５の上部には現像剤補給口３３が、下部には排出口３４が設けられている。ケーシング３５の内部には、下方から上方へと現像剤を搬送するスクリュ３６と、２本の撹拌部材３７がそれぞれ回転自在に設けられている。スクリュ３６はケーシング３５の中心位置に配置され、各撹拌部材３７はスクリュ３６の外側にそれぞれ対称に配置されており、これらが回転することによりケーシング３５内の現像剤が混合される。

スクリュ３６と撹拌部材３７はモータ３８によって回転駆動される。スクリュ３６はモータ３８に直結されており、各撹拌部材３７はギヤ３９ａ〜３９ｄによって構成される減速ギヤ列を介して減速回転される。現像剤補給口３３から排出口３４までの現像剤の搬送は重力によるものであり、現像剤撹拌部１４には常に現像剤が存在して未混合の現像剤がそのまま排出されることがないように構成されている。スクリュ３６の回転によって下方から上方へと持ち上げられた現像剤はスクリュ３６の外側を回転する各撹拌部材３７の回転に伴って下方へと移動し、再びスクリュ３６の周囲に寄せ集められる。このようにケーシング３５内では絶えず現像剤が対流しており、この対流によってケーシング３５内の現像剤全体が均一に混合されるように構成されている。

また、本実施形態に使用される現像剤は２成分現像剤であり、トナーの帯電はキャリアとの摩擦によって付与されるため、帯電量を素早く得るためにはトナーとキャリアとの接触効率を向上させることが重要であるが、本願発明者等の検討によりケーシング３５内で現像剤が対流することにより接触効率が上昇し、かつ現像剤へのダメージも少ないことが判明した。また、ケーシング３５にはトナーの消費に伴いトナーホッパ１８より新しいトナーが補給される。トナーの補給は、モータ４０が駆動することによりトナー供給路４１の内部に配設された図示しない小型の搬送スクリュが回転することで、トナーホッパ１８内の新しいトナーがケーシング３５内に搬送されることにより行われる。この図示しない小型の搬送スクリュは、回転によってトナーホッパ１８内の新しいトナーを一定量搬送可能となるように構成されている。

現像剤撹拌部１４の下方には、図４に示すようにロータリフィーダ４２が配設されている。ロータリフィーダ４２はケーシング３５と連通するように配置されており、ケーシング３５内から一定量の現像剤を排出する機能を備えている。ロータリフィーダ４２は、ケーシング４３及びこの内部に回転自在に設けられた羽根車４４を有しており、羽根車４４が図２に示すモータ４５によって回転されることにより一定量ずつの現像剤を下方へと排出する。

羽根車４４の下方には合流部４６が設けられている。合流部４６には、エアポンプ１６の供給口と接続された空気通路４７、現像剤投入部２４に接続された現像剤搬送経路１７の一端となる入口部４８がそれぞれ接続されており、羽根車４４によって排出された一定量の現像剤をエアポンプ１６から供給された空気に乗せて現像剤投入部２４へと空気搬送するように構成されている。すなわち、ロータリフィーダ４２より一定量排出された現像剤は、エアポンプ１６より供給される空気圧により現像剤搬送経路１７の内部を空気によって搬送され、現像部６の現像剤投入部２４から現像剤供給部２５に戻される。

次に、本発明の特徴部について説明する。本実施形態で示す現像装置２３は、現像部６で現像に供された現像剤が現像剤排出部２６から現像剤排出流路１５を通って現像剤撹拌部１４に送られ、ここで新たなトナーが補給されると共に十分に撹拌混合され、現像剤搬送経路１７を介して適正に帯電された状態の現像剤を現像部６に戻して安定した現像動作を行うものであるが、現像剤の搬送に使用する空気がケーシング３０の内部に溜まることによりケーシング３０内の圧力が上昇すると上述した不具合が発生するため、ケーシング３０内の圧力上昇を抑えるべく空気を排出する経路に特徴部を有している。

図５に示すように、現像剤供給部２５の内部には搬送スクリュ２８の端部が配置されており、現像剤搬送経路１７から供給された現像剤を図５において右方へと搬送する。現像剤投入部２４は現像剤供給部２５の上方に配設されており、ほぼ同心円状に形成された２つの円筒状側壁４９，５０を有している。小径の円筒状側壁４９は上部に上部壁５１を有しており、その下部を現像剤供給部２５の上部に接続されている。円筒状側壁４９には現像剤搬送経路１７の出口部５２が連通しており、現像剤供給部２５の上部へと接続する現像剤輸送経路Ｅが形成されている。大径の円筒状側壁５０は現像剤輸送経路Ｅを覆うように設けられており、その上部には空気排出装置５３が配設されていて空気排出経路Ｆを形成している。円筒状側壁４９の出口部５２と接続された部位と対向する部位である円弧状面には現像剤を捕捉して空気を透過させる空気排出部としてのフィルタ５４が配設されており、現像剤輸送経路Ｅから空気排出経路Ｆへと抜ける空気の排出部が形成されている。このため現像剤投入部２４には、空気搬送によって搬送される現像剤と空気との混合気流が、矢印Ａで示すように図５において左方から現像剤輸送経路Ｅ内に送られる。

現像剤輸送経路Ｅ内に送られた混合気流のうち、現像剤は矢印Ｂで示すように対向するフィルタ５４の円弧状面に沿って旋回し、輸送方向を反転されて現像剤供給部２５に導かれる。一方、空気は矢印Ｃで示すようにフィルタ５４を透過して空気排出経路Ｆに導かれ、空気排出装置５３を経て大気中に排出される。

通常、長期の使用によりフィルタ５４にトナーが目詰まりしてしまい、１０００時間使用時には空気の透過率が３０％以下にまで低下してしまうが、本構成では現像剤が絶えずフィルタ５４の表面を通過することにより目詰まりトナーが除去されるため、フィルタ５４における空気排出性能の低下が抑制される。本構成において１０００時間使用時における効果を確認したところ、空気の透過性能として８０％以上の状態を維持していた。

上述したように、搬送される現像剤が接触可能な部位に現像剤を捕捉して空気を透過させるフィルタ５４を設けることにより、フィルタ５４の空気排出性能を長期にわたって維持させることができ効率よく空気を排出できるので、現像部６内の空気圧の上昇を抑制して現像剤飛散による機内汚損及び出力画像の品質低下を抑制することができる。

ここで、現像剤輸送経路Ｅと出口部５２との位置関係について説明する。通常、出口部５２の中心線を現像剤輸送経路Ｅの中心Ｏと一致させて両者を連通する構成を採用するが、この構成の場合、出口部５２から吹き出す混合気流が対向するフィルタ５４の表面に衝突する際の衝撃が大きく、現像剤にダメージを与える虞がある。そこで、図５（ａ）に示すように、現像剤輸送経路Ｅの軸線方向から見たときに出口部５２の中心線を中心Ｏよりオフセットして配置することが望ましい。これにより、空気と共に出口部５２から現像剤輸送経路Ｅへと送られる現像剤はフィルタ５４の表面に対して垂直に衝突することが少なくなり、現像剤に与えるダメージを低減することができ、良好な現像動作を行うことができる。

図６は、本発明の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態は第１の実施形態と比較すると、現像剤投入部２４及び現像剤供給部２５に代えて現像剤投入部５５及び現像剤供給部５６を用いる点において相違している。現像剤供給部５６の内部には搬送スクリュ２８の端部の端部が配置され、現像剤搬送経路１７から供給された現像剤を図６において右方へと搬送する。現像剤投入部５５は現像剤供給部５６の上方に配設されており、円筒状側壁５７を有している。円筒状側壁５７は上部が塞がれ下部に開口を有しており、下部を現像剤供給部５６の上部に接続されている。円筒状側壁５７には出口部５２が連通しており、現像剤投入部５５には空気搬送によって搬送される現像剤と空気との混合気流が、矢印Ａで示すように図６において左方から送られる。現像剤供給部５６の現像剤搬送方向上流側端部下方には、現像に供されない余剰の現像剤を現像部６から排出させる余剰現像剤排出経路５８が接続されている。

現像剤投入部５５に送られた混合気流のうち、現像剤は矢印Ｂで示すように対向する円筒状側壁５７の円弧状面に沿って旋回し、輸送方向を反転されて重力落下し、現像剤供給部５６に導かれて搬送スクリュ２８の回転により図６において右方へと搬送される。これにより現像剤供給部５６の現像剤搬送方向上流側には現像剤が少ない空間が生じる。一方、空気は矢印Ｃで示すように円筒状側壁５７の円弧状面に沿って旋回し、輸送方向を反転されて現像剤の表面に沿って移動し、上述の現像剤が少ない空間を経由して余剰現像剤排出経路５８の入口に導かれる。

余剰現像剤排出経路５８の側壁には、フィルタ５４を介して空気排出装置５３が配設されており、余剰現像剤排出経路５８の入口に導かれた空気は、フィルタ５４を介して空気排出装置５３により大気中に排出される。上述したように、通常では長期の使用によりフィルタ５４にトナーが目詰まりして空気の透過性能が低下してしまうが、本実施形態におけるフィルタ５４の空気透過性能の低下を１０００時間の試験で確認したところ、４０％の低下であった。

本実施形態において、図７に示すように定期的に搬送スクリュ２８を逆転させ、現像剤供給部５６内の現像剤を余剰現像剤排出経路５８に送り込む動作を行ってもよい。送り込まれた現像剤は余剰現像剤排出経路５８内を搬送され、その途中でフィルタ５４に接触することにより目詰まりトナーが除去される。これにより、さらに空気透過性能の低下を抑制することができる。

さらに本実施形態では、余剰現像剤排出経路５８中の空気排出装置５３及びフィルタ５４配設位置よりも現像剤搬送方向下流側に、現像剤を一時的に停留させる現像剤溜まり部Ｄを設けると共に、排出部材としての搬送コイル５９を配設している。搬送コイル５９は、所定量以上の現像剤が現像剤溜まり部Ｄに停留されることを防止するために定期的に回転し、現像剤溜まり部Ｄの現像剤を図示しない排気容器に排出する。この構成において、搬送コイル５９を定期的に逆転させて現像剤溜まり部Ｄに停留されている現像剤をフィルタ５４と接触する位置まで戻すことにより、移動する現像剤がフィルタ５４の表面から目詰まりトナーを除去するため、フィルタ５４の空気透過性能を長期にわたって維持することができる。１０００時間の使用による効果確認では透過性能が８５％であり、長期にわたって空気を排出でき、現像部６内の空気圧の上昇を抑制して現像剤飛散による機内汚損及び出力画像の品質低下を抑制することができる。なお、円筒状側壁５７と出口部５２との位置関係は、上述したように出口部５２の中心線を円筒状側壁５７の中心Ｏよりオフセットさせることが望ましい。

余剰現像剤排出経路５８より現像剤を排出すると、現像装置２３全体の現像剤量が低下してしまうが、これは例えば図示しない現像剤の補給装置を別途設け、定期的に現像装置２３内に現像剤を補給する構成、トナーホッパ１８に貯容されたトナー中に所定量のキャリアを混合させ、トナー補給動作によって少量ずつキャリアが補給される構成等によって回避される。

上記実施形態では画像形成装置としてカラープリンタを用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限定されず、複写機、プロッタ、ファクシミリ、これらの複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

１ 画像形成装置
４ 像担持体（感光体ドラム）
６ 現像部
１４ 現像剤撹拌部
１７ 現像剤搬送経路
２３ 現像装置
２４，５５ 現像剤投入部
２８ 現像剤搬送部材（搬送スクリュ）
５２ 出口部
５４ 空気排出部（フィルタ）
５８ 余剰現像剤排出経路
５９ 排出部材（搬送コイル）
Ｄ 現像剤溜まり部

特許第３３９１９２６号公報 特許第３３４９２８６号公報

Claims (3)

1. 像担持体の近傍に配置された現像部と、前記現像部とは別の位置に配置された現像剤攪拌部とを有し、現像剤搬送経路内を空気搬送される現像剤を前記現像剤攪拌部から現像剤投入部を介して前記現像部へと送る現像装置において、
   現像剤を捕捉して空気を通過させ装置外部へと排出する空気排出部を有し、前記現像部は正転により現像剤を現像に供すべく搬送する現像剤搬送部とその現像剤搬送方向上流側に配置された余剰現像剤排出経路とを有し、前記空気排出部は前記余剰現像剤排出経路に配設され、前記余剰現像剤排出経路には排出される現像剤を一時的に停留させる現像剤溜まり部が前記空気排出部の現像剤搬送方向下流側に設けられ、前記現像剤溜まり部には停留された現像剤を正転により排出させる排出部材が配置され、前記排出部材を定期的に逆転させることにより前記現像剤溜まり部に停留された現像剤を前記空気排出部まで定期的に逆流させることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記現像剤搬送部材を定期的に逆転させて前記余剰現像剤排出経路に現像剤を定期的に送ることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または２記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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