JP6319242B2 - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、像担持体に現像剤を供給する現像装置およびそれを備えた電子写真方式の画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置は、原稿画像から読み取られた画像情報、或いはコンピューター等の外部機器から伝送等された画像情報に基づく光を像担持体(感光体ドラム)の周面に照射して静電潜像を形成し、この静電潜像に現像装置からトナーを供給してトナー像を形成させた後、当該トナー像を用紙に転写する。転写処理後の用紙は、トナー像の定着処理が施されたのち外部へ排出される。
ところで、近年、画像形成装置において、カラー印刷化や高速処理化の進行に伴い装置構成が複雑になると共に、高速処理化に対応するべく現像装置内でのトナー攪拌部材の高速回転が余儀なくされる。特に、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用い、現像剤を担持する磁気ローラー(トナー供給ローラー)と、トナーのみを担持する現像ローラーとを用いる現像方式では、現像ローラーと磁気ローラーとの対向部分においては、磁気ローラー上に形成された磁気ブラシによって、トナーのみが現像ローラーに担持され、更に現像ローラーから現像に使用されなかったトナーが引き剥がされる。そのため、現像ローラーと磁気ローラーとの対向部分の近傍においてトナーの飛散が発生し易くなり、現像装置内で浮遊するトナーが穂切りブレード(規制ブレード)周辺で堆積し、堆積したトナーが凝集して現像ローラーに付着すると、トナー落ちとなって画像不具合が発生するおそれがある。
そこで、例えば特許文献1には、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用い、現像剤を担持する磁気ローラーと、トナーのみを担持する現像ローラーとを用いる現像装置において、現像ローラー又は磁気ローラーと対向するトナー受け支持部材と、トナー受け支持部材の長手方向に沿って配置され現像ローラーから落下するトナーを受けるトナー受け部材と、トナー受け部材を振動させる振動発生手段と、を設けた現像装置が開示されている。
また、特許文献2には、トナー受け支持部材の長手方向両端部に、トナー受け部材と所定の間隔を隔ててシート状の振動調整部材を配置した現像装置が開示されている。この現像装置では、トナー受け部材が振動したとき振動調整部材に接触することにより、トナー受け部材の自由端が弧を描くように撓みながら波打つように振動してトナー受け部材の自由端側に堆積したトナーを支点側に移動させる。
特開2012−208469号公報 特開2014−6411号公報
しかしながら、特許文献1、2のようにトナー受け部材を振動させて堆積したトナーを振るい落とす構成としても、トナー受け部材に堆積したトナーを完全に回収することは困難であり、長期間に亘ってトナー落ちを防止するためには堆積したトナーの回収性能をさらに向上させる必要があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、トナー受け部材に堆積したトナーの回収性能を簡易な構成で向上させることができる現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の第1の構成は、現像ローラーと、トナー供給ローラーと、規制ブレードと、ケーシングと、トナー受け支持部材と、トナー受け部材と、振動発生手段と、を備えた現像装置である。現像ローラーは、静電潜像が形成される像担持体と対向して配置され、像担持体との対向領域において像担持体にトナーを供給する。トナー供給ローラーは、現像ローラーと対向して配置され、現像ローラーとの対向領域において現像ローラーにトナーを供給する。規制ブレードは、トナー供給ローラーに所定の間隔を隔てて対向配置される。ケーシングは、現像ローラー、トナー供給ローラー、及び規制ブレードを収容する。トナー受け支持部材は、ケーシング内に配置され、規制ブレードと像担持体との間において現像ローラー又はトナー供給ローラーと対向する。トナー受け部材は導電性であり、トナー受け支持部材の長手方向に沿って配置され現像ローラーから落下するトナーを受ける。振動発生手段は、トナー受け部材を振動させる。振動発生手段によりトナー受け部材を振動させる際、トナー受け部材にトナー受け部材の固有振動数のn倍(n:自然数)の周波数の交流バイアスを印加し、n=1のときはトナー受け部材の振動波形と同位相の交流バイアスを印加する。
本発明の第1の構成によれば、トナー受け部材を振動させる際にトナー受け部材にトナー受け部材の固有振動数のn倍(n:自然数)の周波数の交流バイアスを印加し、n=1のときはトナー受け部材の振動波形と同位相の交流バイアスを印加することで、トナー受け部材が交流バイアスにより共振してトナー受け部材の振幅が大きくなるため、トナー受け面に堆積したトナーを効率良く振るい落とすことができる。
本発明の現像装置3a〜3dを備えたカラープリンター100の概略構成図 本発明の一実施形態に係る現像装置3aの側面断面図 カラープリンター100の制御経路を示すブロック図 本実施形態の現像装置3aに用いられるトナー受け支持部材35を現像容器20の内側から見た斜視図 トナー受け支持部材35を構成する支持部材本体36の斜視図 トナー受け支持部材35を構成するトナー受け部材37を裏面側から見た斜視図 トナー受け部材37に装着される振動発生装置40の内部構造を示す斜視図 振動モーター43の正面図 振動モーター43を加振ウェイト50側から見た側面図 本実施形態の現像装置3aのトナー受け支持部材35周辺の側面断面図であって、振動モーター43付近の断面を示す図 図10におけるトナー受け支持部材35の部分拡大図 本実施形態に係る現像装置3aのトナー受け支持部材35周辺の側面断面図であって、接点バネ48付近の断面を示す図 トナー受け部材37に印加する交流電圧の波形P1とトナー受け部材37の振動波形P2の一例を示すグラフ トナー受け部材37の固有振動数と等しい周波数の交流電圧をトナー受け部材37に印加する場合の、交流電圧の波形P1とトナー受け部材37の振動波形P2を示すグラフ トナー供給ローラー30と現像ローラー31の配置を逆にした本発明の現像装置3aを示す側面断面図
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の現像装置3a〜3dが搭載された画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラープリンターについて示している。カラープリンター100本体内には4つの画像形成部Pa、Pb、Pc及びPdが、搬送方向上流側(図1では右側)から順に配設されている。これらの画像形成部Pa〜Pdは、異なる4色(シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック)の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。
これらの画像形成部Pa〜Pdには、各色の可視像(トナー像)を担持する感光体ドラム1a、1b、1c及び1dが配設されており、さらに駆動手段(図示せず)により図1において時計回り方向に回転する中間転写ベルト8が各画像形成部Pa〜Pdに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム1a〜1d上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム1a〜1dに当接しながら移動する中間転写ベルト8上に順次一次転写されて重畳される。その後、中間転写ベルト8上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー9の作用によって記録媒体の一例としての転写紙P上に二次転写される。さらに、トナー像が二次転写された転写紙Pは、定着部13においてトナー像が定着された後、カラープリンター100本体より排出される。感光体ドラム1a〜1dを図1において反時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム1a〜1dに対する画像形成プロセスが実行される。
トナー像が二次転写される転写紙Pは、カラープリンター100の本体下部に配置された用紙カセット16内に収容されており、給紙ローラー12a及びレジストローラー対12bを介して二次転写ローラー9と後述する中間転写ベルト8の駆動ローラー11とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト8には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない(シームレス)ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー9の下流側には中間転写ベルト8表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー19が配置されている。
次に、画像形成部Pa〜Pdについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム1a〜1dの周囲及び下方には、感光体ドラム1a〜1dを帯電させる帯電器2a、2b、2c及び2dと、各感光体ドラム1a〜1dに画像情報を露光する露光装置5と、感光体ドラム1a〜1d上にトナー像を形成する現像装置3a、3b、3c及び3dと、感光体ドラム1a〜1d上に残留した現像剤(トナー)等を除去するクリーニング部7a、7b、7c及び7dが設けられている。
パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電器2a〜2dによって感光体ドラム1a〜1dの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置5によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム1a〜1d上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置3a〜3dには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置3a〜3d内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ4a〜4dから各現像装置3a〜3dにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置3a〜3dにより感光体ドラム1a〜1d上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置5からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
そして、一次転写ローラー6a〜6dにより一次転写ローラー6a〜6dと感光体ドラム1a〜1dとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム1a〜1d上のシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナー像が中間転写ベルト8上に一次転写される。これらの4色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム1a〜1dの表面に残留したトナー等がクリーニング部7a〜7dにより除去される。
中間転写ベルト8は、上流側の従動ローラー10と、下流側の駆動ローラー11とに掛け渡されており、駆動モーター(図示せず)による駆動ローラー11の回転に伴い中間転写ベルト8が時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Pがレジストローラー対12bから所定のタイミングで駆動ローラー11とこれに隣接して設けられた二次転写ローラー9とのニップ部(二次転写ニップ部)へ搬送され、中間転写ベルト8上のフルカラー画像が転写紙P上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Pは定着部13へと搬送される。
定着部13に搬送された転写紙Pは、定着ローラー対13aにより加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Pの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Pは、複数方向に分岐した分岐部14によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Pの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対15によって排出トレイ17に排出される。
一方、転写紙Pの両面に画像を形成する場合は、定着部13を通過した転写紙Pは一旦排出ローラー対15方向に搬送される。そして、転写紙Pの後端が分岐部14を通過した後に排出ローラー対15を逆回転させるとともに分岐部14の搬送方向を切り換える。これにより、転写紙Pは後端から用紙搬送路18に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ニップ部に再搬送される。そして、中間転写ベルト8上に形成された次のトナー像が、二次転写ローラー9によって転写紙Pの画像が形成されていない面に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Pは、定着部13に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ17に排出される。
図2は、本発明の一実施形態に係る現像装置3aの側面断面図である。なお、図2は図1の背面側から見た状態を示しており、現像装置3a内の各部材の配置は図1と左右が逆になっている。また、以下の説明では図1の画像形成部Paに配置される現像装置3aを例示するが、画像形成部Pb〜Pdに配置される現像装置3b〜3dの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。
図2に示すように、現像装置3aは、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤(以下、単に現像剤と呼ぶ)が収納される現像容器(ケーシング)20を備えており、現像容器20は仕切壁20aによって攪拌搬送室21、供給搬送室22に区画されている。攪拌搬送室21及び供給搬送室22には、トナーコンテナ4a(図1参照)から供給されるトナー(正帯電トナー)をキャリアと混合して攪拌し、帯電させるための攪拌搬送スクリュー25a及び供給搬送スクリュー25bがそれぞれ回転可能に配設されている。
そして、攪拌搬送スクリュー25a及び供給搬送スクリュー25bによって現像剤が攪拌されつつ軸方向(図2の紙面と垂直な方向)に搬送され、仕切壁20aの両端部に形成された不図示の現像剤通過路を介して攪拌搬送室21、供給搬送室22間を循環する。即ち、攪拌搬送室21、供給搬送室22、現像剤通過路によって現像容器20内に現像剤の循環経路が形成されている。
現像容器20は図2の右斜め上方に延在しており、現像容器20内において供給搬送スクリュー25bの上方にはトナー供給ローラー30(現像剤担持体)が配置され、トナー供給ローラー30の右斜め上方には現像ローラー31が対向配置されている。そして、現像ローラー31は現像容器20の開口側(図2の右側)において感光体ドラム1a(図1参照)に対向しており、それぞれの回転軸周りに関してトナー供給ローラー30、現像ローラー31は図2において反時計回り方向に回転する。
攪拌搬送室21には、攪拌搬送スクリュー25aと対面してトナー濃度検知センサー27が配置されている。トナー濃度検知センサー27は、現像剤中のキャリアに対するトナーの割合(T/C)を検知するものであり、トナー濃度検知センサー27の検知結果に基づいてトナーコンテナ4aから不図示のトナー補給口を介して攪拌搬送室21にトナーが補給されるようになっている。トナー濃度検知センサー27としては、例えば、現像容器20内における現像剤の透磁率を検出する透磁率センサーが用いられる。
トナー供給ローラー30は、図2において反時計回り方向に回転する非磁性の回転スリーブと、回転スリーブに内包される複数の磁極を有する固定マグネット体で構成されている。
現像ローラー31は、図2において反時計回り方向に回転する円筒状の現像スリーブと、現像スリーブ内に固定された現像ローラー側磁極で構成されており、トナー供給ローラー30と現像ローラー31とはその対面位置(対向位置)において所定のギャップをもって対向している。現像ローラー側磁極は、固定マグネット体の対向する磁極(主極)と異極性である。
また、現像容器20には穂切りブレード33がトナー供給ローラー30の長手方向(図2の紙面とは垂直方向)に沿って取り付けられており、穂切りブレード33は、トナー供給ローラー30の回転方向(図2の反時計回り方向)において、現像ローラー31とトナー供給ローラー30との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード33の先端部とトナー供給ローラー30表面との間には僅かな隙間(ギャップ)が形成されている。
現像ローラー31には、直流電圧(以下、Vslv(DC)という)及び交流電圧(以下、Vslv(AC)という)が印加され、トナー供給ローラー30には、直流電圧(以下、Vmag(DC)という)及び交流電圧(以下、Vmag(AC)という)が印加されている。これらの直流電圧及び交流電圧は、第1現像バイアス電源53aからバイアス制御回路55(いずれも図3参照)を経由して現像ローラー31及びトナー供給ローラー30に印加される。
前述のように、攪拌搬送スクリュー25a及び供給搬送スクリュー25bによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器20内の攪拌搬送室21及び供給搬送室22を循環してトナーを帯電させ、供給搬送スクリュー25bによって現像剤がトナー供給ローラー30に搬送される。そして、トナー供給ローラー30上に磁気ブラシ(図示せず)を形成し、トナー供給ローラー30上の磁気ブラシは穂切りブレード33によって層厚規制された後、トナー供給ローラー30と現像ローラー31との対向部分に搬送され、トナー供給ローラー30に印加されるVmag(DC)と現像ローラー31に印加されるVslv(DC)との電位差ΔV、及び磁界によって現像ローラー31上にトナー薄層を形成する。
現像ローラー31上のトナー層厚は現像剤の抵抗やトナー供給ローラー30と現像ローラー31との回転速度差等によっても変化するが、ΔVによって制御することができる。ΔVを大きくすると現像ローラー31上のトナー層は厚くなり、ΔVを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔVの範囲は一般的に100V〜350V程度が適切である。
トナー供給ローラー30上の磁気ブラシとの接触によって現像ローラー31上に形成されたトナー薄層は、現像ローラー31の回転によって感光体ドラム1aと現像ローラー31との対向部分(対向領域)に搬送される。現像ローラー31にはVslv(DC)及びVslv(AC)が印加されているため、感光体ドラム1aとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム1a上の静電潜像が現像される。
現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラー31とトナー供給ローラー30との対向部分に搬送され、トナー供給ローラー30上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネット体の同極部分でトナー供給ローラー30から引き剥がされた後、供給搬送室22内に落下する。
その後、トナー濃度検知センサー27の検知結果に基づいてトナー補給口(不図示)から所定量のトナーが補給され、供給搬送室22及び攪拌搬送室21を循環する間に再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤となる。この現像剤が再び供給攪拌スクリュー25bによりトナー供給ローラー30上に供給されて磁気ブラシを形成し、穂切りブレード33へ搬送される。
現像容器20における図2の右側壁において現像ローラー31の近傍には、現像容器20の内側に突出する断面三角形状のトナー受け支持部材35が設けられている。図2に示すように、トナー受け支持部材35は現像容器20の長手方向(図2の紙面と垂直な方向)に沿って配置されており、トナー受け支持部材35の上面はトナー供給ローラー30及び現像ローラー31に対向するとともに、現像ローラー31からトナー供給ローラー30方向に向かって下方に傾斜する壁部を構成している。トナー受け支持部材35の上面には長手方向に沿って、現像ローラー31から引き剥がされて落下するトナーを受けるトナー受け部材37が取り付けられている。トナー受け部材37は金属製であり、第2現像バイアス電源53bからバイアス制御回路55(いずれも図3参照)を経由して直流電圧及び交流電圧が印加される。
図3は、本発明のカラープリンター100に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、カラープリンター100を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、カラープリンター100全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。
バイアス制御回路55は、帯電バイアス電源52、第1現像バイアス電源53a、第2現像バイアス電源53b、及び転写バイアス電源54と接続され、制御部90からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路55からの制御信号によって、帯電バイアス電源52は帯電装置2a〜2d内の帯電ローラーに、第1現像バイアス電源53aは現像装置3a〜3d内のトナー供給ローラー30及び現像ローラー31に、第2現像バイアス電源53bは現像装置3a〜3d内のトナー受け部材37に、転写バイアス電源54は一次転写ローラー6a〜6d及び二次転写ローラー9に、それぞれ所定の電圧を印加する。
画像入力部60は、カラープリンター100にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部60より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部94に送出される。
操作部70には、液晶表示部71、各種の状態を示すLED72が設けられており、カラープリンター100の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。カラープリンター100の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。
その他、操作部70には、画像形成を開始するようにユーザーが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ/クリアボタン、カラープリンター100の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。
機内温度センサー80は、カラープリンター100内部の温度、特に感光体ドラム1a〜1dの表面若しくは周辺の温度を検知するものであり、画像形成部Pa〜Pdの近傍に配置される。
制御部90は、中央演算処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)91、読み出し専用の記憶部であるROM(Read Only Memory)92、読み書き可能な記憶部であるRAM(Random Access Memory)93、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部94、カウンター95、カラープリンター100内の各装置に制御信号を送信したり操作部50からの入力信号を受信したりする複数(ここでは2つ)のI/F(インターフェイス)96を少なくとも備えている。また、制御部90は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。
ROM92には、カラープリンター100の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンター100の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。RAM93には、カラープリンター100の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンター100の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、RAM93(或いはROM92)には、後述するように現像装置3a〜3d内のトナー濃度とトナー受け部材37に印加する交流電圧の周波数とを関連づけるテーブルも記憶される。一時記憶部94は、パソコン等から送信される画像データを受信する画像入力部(図示せず)より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター95は、印字枚数を累積してカウントする。
また、制御部90は、カラープリンター100における各部分、装置に対し、CPU91からI/F96を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がI/F96を通じてCPU91に送信される。制御部90が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Pa〜Pd、露光装置5、中間転写ベルト8、二次転写ローラー9、定着部13、バイアス制御回路55、画像入力部60、操作部70等が挙げられる。
図4は、本実施形態の現像装置3a〜3dに用いられるトナー受け支持部材35を現像容器20の内側(図2の左側)から見た斜視図、図5は、トナー受け支持部材35を構成する支持部材本体36の斜視図、図6は、トナー受け支持部材35を構成するトナー受け部材37をトナー受け支持部材35の内側から見た斜視図である。なお、図5では支持部材本体36をトナー受け部材37の装着方向から見た状態を示している。
トナー受け支持部材35は、樹脂製の支持部材本体36と、支持部材本体36に揺動可能に支持される板金製のトナー受け部材37と、トナー受け部材37の長手方向の略中央部に付設される振動発生装置40とを有する。支持部材本体36には、トナー受け部材37を装着したとき振動発生装置40が収納される収納部36aが形成されている。
また、支持部材本体36の上端にはフィルム状のシール部材44が設けられている。シール部材44は、先端部が感光体ドラム1aの表面に接触するように支持部材本体36の長手方向(図4の左右方向)に延在しており、現像容器20(図2参照)内のトナーが外部に漏出しないように遮蔽する機能を有している。
トナー受け部材37は、長手方向に沿って屈曲部37aが形成された屈曲形状であり、屈曲部37aを挟んで現像ローラー31(図2参照)に対向するトナー受け面37bと、トナー供給ローラー30に対向する略垂直なトナー落下面37cとに区画される。トナー受け部材37の長手方向の一端側には、トナー受け部材37と第2現像バイアス電源53b(図3参照)とを電気的に接続する接点バネ48が係合する係合部38が形成されている。トナー受け部材37の長手方向略中央部には、振動発生装置40を保持する一対の保持爪39aを有する保持部39が形成されている。振動発生装置40には、振動モーター43(図7参照)の駆動を制御するための回路や電子部品(図示せず)が実装された基板45がビス46によって固定されている。
トナー受け部材37の表面(現像ローラー31又はトナー供給ローラー30との対向面)にはシート部材41a、41bが貼り付けられている。シート部材41a、41bは、トナー受け部材37へのトナー付着を抑制するために、トナー受け部材37よりもトナーが付着し難い材質で形成されている。シート部材41a、41bの材質としては、例えばフッ素樹脂製シート等が挙げられる。
図7は、振動発生装置40の斜視図である。なお、図7では振動発生装置40の内部が見えるように、モーター取付ホルダー42から基板45(図6参照)を取り外した状態を示している。振動発生装置40は、モーター取付ホルダー42と振動モーター43とを含み、モーター取付ホルダー42には振動モーター43を保持するモーター保持部42a、ビス46が締結されるビス穴42bが形成されている。振動モーター43の出力軸43aには加振用ウェイト50が固定されている。振動発生装置40をトナー受け部材37に取り付けたとき、振動モーター43の出力軸43aがトナー受け部材37の長手方向に沿うように固定されている。また、モーター取付ホルダー42には振動モーター43に電力を供給するためのリード線(図示せず)が接続されている。
図8は、振動モーター43の正面図であり、図9は、振動モーター43を加振用ウェイト50側から見た側面図である。加振用ウェイト50は、振動モーター43の出力軸43a方向(図8の右方向)から見ると、図9に示すように円板の一部に切り欠き50aが形成されたカム形状をなしており、出力軸43aに対し非対称な形状となっている。出力軸43aが所定以上の速度で回転するとき、切り欠き部50aに作用する遠心力は他の部分に比べて小さいため、加振用ウェイト50には不均一な遠心力が加わる。この遠心力が出力軸43aに伝達されることにより、振動モーター43が振動する。なお、加振用ウェイト50の形状はカム形状に限定されず、出力軸43aに対し重心がずれるような任意の形状とすることができる。
図10は、本実施形態の現像装置3aに用いられるトナー受け支持部材35の振動モーター43付近の断面(図4のXX′矢視断面)構造を示す側面断面図、図11は、図10におけるトナー受け支持部材35の部分拡大図、図12は、トナー受け支持部材35の接点バネ48付近の断面(図4のYY′矢視断面)構造を示す側面断面図である。
図10及び図11に示すように、トナー受け部材37はトナー供給ローラー30側の端縁37dのみが支持部材本体36に当接しており、反対側(感光体ドラム1a側)の端縁37eは自由端となっている。そして、トナー受け面37bの幅方向(図10の左右方向)の略中央部は振動発生装置40を介して支持部材本体36に支持されている。これにより、トナー受け部材37は端縁37dを支点として揺動可能に構成されている。また、振動モーター43は、出力軸43aがトナー受け部材37の長手方向と略平行になるように配置されている。
トナー受け部材37は現像ローラー31に対向するトナー受け面37bがトナー供給ローラー30側から感光体ドラム1a側に向かって上り勾配となるように傾斜し、トナー供給ローラー30に対向するトナー落下面37cが略垂直になるように配置されている。
シート部材41aは穂切りブレード33側の支持部材本体36とトナー受け部材37との境界を含むトナー受け部材37表面(トナー落下面37c)を覆うように貼り付けられている。また、シート部材41bはシール部材44側の支持部材本体36とトナー受け部材37との境界、係合部38、及び保持部39(図5参照)を含むトナー受け面37bの全域を覆うように貼り付けられている。シート部材41a、41bは、トナー受け面37b、トナー落下面37cへのトナーの付着を抑制するとともに、トナー受け支持部材35とトナー受け部材37との境界からのトナーの漏出、トナー受け支持部材35の内部へのトナーの進入や、トナーの進入に起因する振動モーター43の動作不良を防止する。
図12に示すように、接点バネ48の一端は下方に延長され、先端に接点48aが形成されている。接点48aは導電板51に接触し、導電板51は第2現像バイアス電源53bと電気的に接続されている。即ち、トナー受け部材37は接点バネ48を介して第2現像バイアス電源53bと電気的に接続されている。なお、図12ではバイアス制御回路55は記載を省略している。
非画像形成時に出力軸43aを高速回転(例えば10,000rpm程度)させることにより、加振用ウェイト50も出力軸43aと共に高速回転する。このとき、加振用ウェイト50には不均一な遠心力が加わるため、出力軸43aを介して振動モーター43及びモーター取付ホルダー42を含む振動発生装置40が振動する。そして、振動発生装置40が取り付けられたトナー受け部材37も振動する。具体的には、トナー受け部材37のトナー受け面37bは端縁37dを支点として端縁37eに向かうにつれて振幅が大きくなるように振動する。
本実施形態では、振動モーター43の出力軸43aを、出力軸43aのトナー受け部材37に対向する側の外周面が、トナー受け部材37の自由端(端縁37e)から支点(端縁37d)に向かって移動する方向(図11の反時計回り方向)に回転させている。出力軸43aをこの方向に回転させることで、トナー受け部材37はトナー受け面37bに堆積したトナーを端縁37e側から端縁37d側に移動させるように振動する。
一方、出力軸43aを逆方向(図11の時計回り方向)に回転させた場合は、トナー受け部材37の振動によってトナーを端縁37d側から端縁37e側にせり上がるように移動させてしまうため、トナー受け面37bに堆積したトナーが滑り落ちない。従って、本実施形態のように振動モーター43の出力軸43aを回転させることで、トナー受け面37bに堆積したトナーを下り勾配に沿って領域Rへ効果的に落下させることができる。
トナー受け面37bの振動により、図11に示すように、トナー受け面37bに堆積したトナーTはトナー受け面37bの傾斜に沿って下方(図11の白矢印方向)に滑り落ち、略垂直なトナー落下面37cとトナー供給ローラー30とで挟まれた領域Rに自由落下する。
さらに、振動発生装置40によってトナー受け部材37振動させる際に、第2現像バイアス電源53bからバイアス制御回路55を介してトナー受け部材37に交流電圧を印加する。このとき、トナー受け部材37に印加する交流電圧の周波数を、トナー受け部材37の固有振動数のn倍(n:自然数)とする。これにより、トナー受け部材37の振動が交流電圧により共振してトナー受け部材37の振幅が大きくなるため、トナー受け面37bに堆積したトナーを効率良く振るい落とすことができる。
本実施形態では、現像ローラー31に印加するVslv(DC)=100V、トナー供給ローラー30に印加するVmag(DC)=0V、振動モーター43の振動周波数をトナー受け部材37の固有振動数と同一の100Hzとし、トナー受け部材37にVpp=100V、周波数500Hz(トナー受け部材37の固有振動数の5倍)の交流電圧を印加した。トナー受け部材37に印加する交流電圧の波形P1とトナー受け部材37の振動波形P2を図13に示す。
そして、振動モーター43を0.6秒駆動し、0.2秒停止させる動作を1サイクルとして、4サイクル繰り返した。その結果、トナー受け面37bに堆積したトナーが効率良く振るい落とされ、トナー供給ローラー31の磁気ブラシによって完全に回収することができた。
なお、n=1の場合、即ち、交流電圧の周波数がトナー受け部材37の固有振動数と等しいときは、交流電圧の波形とトナー受け部材37の振動波形とが逆位相になると交流電圧の波形がトナー受け部材37の振動を打ち消す方向に作用してしまう。従って、トナー受け部材37の固有振動数と等しい周波数の交流電圧を印加する場合は、図14に示すように、交流電圧の波形P1とトナー受け部材37の振動波形P2とが同位相になるように印加する必要がある。
ところで、現像装置3a〜3dの現像性を調整するために、トナー濃度(T/C)を変化させることがある。そして、トナー濃度(T/C)が所定値より高い場合は、現像容器20内の浮遊トナーが多くなるためトナー受け部材37に堆積するトナーも多くなる。そのため、トナー受け部材37を振動させてトナー受け面37bに堆積したトナーを一度に落下させると、トナー供給ローラー30で回収する際に再びトナー飛散が発生する場合がある。
そこで、トナー濃度検知センサー27により検知されたトナー濃度が所定値よりも高い場合は、最初はトナー受け部材37の固有振動数のn倍とならないような(非n倍の)周波数の交流電圧を印加した状態でトナー受け部材37を振動させ、トナー受け面37bに堆積したトナーを少し落下させてから、トナー受け部材37の固有振動数のn倍になるような周波数の交流電圧に変更することが好ましい。
例えば、T/C=11%(通常時は8%)の時は、最初はトナー受け部材37にVpp=100V、550Hz(トナー受け部材37の固有振動数の5.5倍)の交流電圧を印加し、振動モーター43の振動周波数をトナー受け部材37の固有振動数と同一の100Hzで振動させる。そして、振動モーター43を0.6秒駆動し、0.2秒停止させる動作を1サイクルとして、2サイクル繰り返す。その後、残りの2サイクルを、振動板にVpp=100V、500Hz(トナー受け部材37の固有振動数の5倍)の交流電圧を印加し、振動モーター43の振動周波数をトナー受け部材37の固有振動数と同一の100Hzで振動させる。
これにより、トナー受け面37bに堆積したトナーが一度に落下せず、トナー供給ローラー30で回収する際のトナー飛散を効果的に抑制することができる。なお、トナー濃度が高い場合に限らず、機内温湿度センサー80により検知された温度及び湿度が所定値以上(高温高湿条件)の場合も浮遊トナーが多くなるため、上記の手順でトナーを振るい落とすことが効果的である。
また、トナー受け部材37には、交流電圧に重畳してトナーと同極性(ここでは正極性)の直流電圧を印加することが好ましい。これにより、トナーがトナー受け部材37に静電気的に付着しないため、トナー受け部材37に堆積したトナーを容易に振るい落とすことができる。また、トナー受け部材37の電位がトナー供給ローラー30よりも高くなるため、トナー受け部材37に堆積したトナーのトナー供給ローラー30への移動が促進される。更に、トナー供給ローラー30とトナー受け部材37との間のリークを防止することも可能となる。
また、トナー受け面37bから領域Rに落下して堆積したトナーの一部は、トナー供給ローラー30上の磁気ブラシに付着する。そこで、非画像形成時に現像ローラー31およびトナー供給ローラー30を画像形成時と同方向(図10の反時計回り方向)に回転(順回転)させる。トナー供給ローラー30を順回転させることにより、トナー供給ローラー30の磁気ブラシに付着したトナーは磁気ブラシと共にトナー供給ローラー30に連れ回りし、固定マグネット体の同極部分でトナー供給ローラー30から引き剥がされた後、供給搬送室22内に落下する。
また本実施形態では、トナー受け部材37を振動させる際にトナー供給ローラー30にはVmag(DC)を印加せず、現像ローラー31にトナーと同極性のVslv(DC)(ここでは100V)を印加している。これにより、現像ローラー31からトナー供給ローラー30にトナーが移動する方向の電位差が発生するため、トナー受け部材37から振るい落とされてトナー供給ローラー30に付着したトナーが現像ローラー31に移動する現象を効果的に抑制することができる。
なお、現像ローラー31にVslv(DC)を印加しなかった場合、トナー供給ローラー30と現像ローラー31とが同電位(0V)となるため、トナー供給ローラー30の磁気ブラシに付着したトナーの一部が現像ローラー31上に移動する可能性がある。しかし、現像ローラー31にはVslv(DC)が印加されていないため、現像ローラー31と感光体ドラム1aとの間の電位差は0となる。従って、現像ローラー31の回転により、トナーが現像ローラー31の表面に付着した状態で感光体ドラム1aとの対向部分を通過しても、感光体ドラム1a側にトナーが移動するおそれはない。
ところで、領域Rに落下したトナーを供給搬送室22へ戻すために、非画像形成時に現像ローラー31およびトナー供給ローラー30を画像形成時とは逆方向(図11の時計回り方向)に回転(逆回転)させることもできる。トナー供給ローラー30を逆回転させることにより、領域Rに落下して穂切りブレード33の先端に堆積したトナーはトナー供給ローラー30の磁気ブラシによって掻き取られ、トナー供給ローラー30の表面に連れ回りしてトナー供給ローラー30と穂切りブレード33との隙間を通過し、固定マグネット体の同極部分でトナー供給ローラー30から引き剥がされた後、供給搬送室22へ強制的に戻される。
現像ローラー31およびトナー供給ローラー30を逆回転させる場合、トナー供給ローラー30に形成される磁気ブラシの穂が長くなるように穂切りブレード33と対向する固定マグネット体の磁極(規制極)の磁力や配置を調整することで、穂切りブレード33の先端に堆積したトナーの掻き取り効果が高くなる。また、前述したように、現像ローラー31およびトナー供給ローラー30を逆回転させると現像容器20内の現像剤がトナー補給口から溢出したり、現像容器20内で現像剤の偏りが発生してトナー濃度検知センサー27のノイズが発生したりするおそれがある。そのため、現像ローラー31およびトナー供給ローラー30を逆回転させた後は、現像ローラー31およびトナー供給ローラー30を一定時間順回転させることが好ましい。
トナー受け部材37を振動させるタイミングとしては、印字動作の終了毎に行っても良いし、印字枚数が所定枚数に到達した時点や現像装置3a内の温度が所定以上になった時点等、所定のタイミングで行うようにしても良い。また、トナー受け部材37を振動させるタイミングと現像ローラー31およびトナー供給ローラー30を順回転(または逆回転)させるタイミングは同じでも異なっていても良い。また、所定の印字枚数に到達する毎にトナー受け部材37を振動させることにより、印字枚数に応じてトナー受け部材37の振動が自動的に実行される。従って、ユーザー自身がトナー受け部材37の振動を手動で設定する必要がなくなり、設定ミスや設定忘れ、或いは不必要な振動の実行を回避することができる。
その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態に示したトナー受け支持部材35やトナー受け部材37の形状や構成は一例であって上記実施形態に特に限定されるものではなく、これらは装置構成等に応じて適宜設定することができる。
また、上記実施形態では、本発明を、二成分現像剤を用い、トナー供給ローラー30上に磁気ブラシを形成し、トナー供給ローラー30から現像ローラー31にトナーのみを移動させ、現像ローラー31から感光体ドラム1a〜1dにトナーを供給する現像装置3a〜3dに適用したが、その他、図15に示すように、現像ローラー31とトナー供給ローラー30の配置を上記実施形態とは逆にして、現像ローラー31(本構成においては上記実施形態のトナー供給ローラー30と同様の構成の磁気ローラーとなる)表面に保持された二成分現像剤から成る磁気ブラシによって感光体ドラム1a〜1dにトナーを供給し、トナー供給ローラー30(本構成においては上記実施形態の現像ローラー31と同様の構成となる)の表面に保持されているトナーを現像ローラー31に供給するとともに、トナー供給ローラー30を用いて現像ローラー31表面の余剰トナーを回収する現像装置にも適用することができる。この構成においても、現像ローラー31から落下したトナーがトナー供給ローラー30に対向する規制ブレード33周辺へ堆積することを効果的に抑制できる。
本発明は、像担持体と現像ローラーとの対向領域と規制ブレードとの間において現像ローラーと対向するトナー受け部材を有する現像装置に利用可能である。本発明の利用により、トナー受け部材に堆積したトナーの回収性能を簡易な構成で向上できる現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することができる。
Pa〜Pd 画像形成部
1a〜1d 感光体ドラム(像担持体)
3a〜3d 現像装置
4a〜4d トナーコンテナ
20 現像容器(ケーシング)
20a 仕切壁
27 トナー濃度検知センサー
30 トナー供給ローラー
31 現像ローラー
33 穂切りブレード(規制ブレード)
35 トナー受け支持部材
35a 先端部
36 支持部材本体
37 トナー受け部材
37a 屈曲部
37b トナー受け面
37c トナー落下面
40 振動発生装置(振動発生手段)
41a、41b シート部材
42 モーター取付ホルダー
43 振動モーター
43a 出力軸
48 接点バネ
48a 接点
50 加振用ウェイト
53a 第1現像バイアス電源
53b 第2現像バイアス電源
80 機内温湿度センサー(温湿度検知装置)
100 カラープリンター(画像形成装置)

Claims (11)

  1. 静電潜像が形成される像担持体と対向して配置され、前記像担持体との対向領域において前記像担持体にトナーを供給する現像ローラーと、
    前記現像ローラーと対向して配置され、前記現像ローラーとの対向領域において前記現像ローラーにトナーを供給するトナー供給ローラーと、
    該トナー供給ローラーに所定の間隔を隔てて対向配置される規制ブレードと、
    前記現像ローラー、前記トナー供給ローラー、及び前記規制ブレードを収容するケーシングと、
    該ケーシング内に配置され、前記規制ブレードと前記像担持体との間において前記現像ローラー又は前記トナー供給ローラーと対向するトナー受け支持部材と、
    該トナー受け支持部材の長手方向に沿って配置され前記現像ローラーから落下するトナーを受ける導電性のトナー受け部材と、
    該トナー受け部材を振動させる振動発生手段と、
    を備えた現像装置において、
    前記振動発生手段により前記トナー受け部材を振動させる際、前記トナー受け部材に前記トナー受け部材の固有振動数のn倍(n:自然数)の周波数の交流バイアスを印加し、n=1のときは前記トナー受け部材の振動波形と同位相の交流バイアスを印加することを特徴とする現像装置。
  2. 非画像形成時に前記振動発生手段により前記トナー受け部材を振動させるとともに、前記トナー受け部材に前記交流バイアスに重畳して直流バイアスを印加し、前記トナー受け部材の電位を前記トナー供給ローラーの電位よりもトナーと同極性側に高くすることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記ケーシング内にはトナーとキャリアとを含む二成分現像剤が貯留され、現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知センサーを備えており、
    前記トナー濃度検知センサーにより検知されたトナー濃度が所定値を超える場合は、前記トナー受け部材に前記トナー受け部材の固有振動数の非n倍の周波数の交流バイアスを印加して前記トナー受け部材を振動させた後に、前記トナー受け部材の固有振動数のn倍の周波数の交流バイアスを印加して前記トナー受け部材を振動させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像装置。
  4. 非画像形成時に前記振動発生手段により前記トナー受け部材を振動させるとともに、前記現像ローラーおよびトナー供給ローラーを画像形成時と同方向に回転させることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の現像装置。
  5. 前記振動発生手段は、前記トナー受け部材の裏面に固定される振動モーターと、該振動モーターの出力軸に対し重心がずれるように固定される加振用ウェイトと、を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の現像装置。
  6. 前記振動モーターは、前記トナー受け部材の裏面に出力軸が前記トナー受け部材の長手方向と略平行となるように固定され、
    前記振動モーターの出力軸の前記トナー受け部材に対向する側の外周面が、前記トナー受け部材の自由端側から支点側に向かって移動する方向に前記出力軸を回転させることを特徴とする請求項5に記載の現像装置。
  7. 前記トナー受け部材は、前記現像ローラー又は前記トナー供給ローラー側に対向する面に、前記トナー受け部材よりもトナー付着力の弱いシート部材が貼り付けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の現像装置。
  8. 前記トナー供給ローラーは、内部に設けられた複数の磁極によってトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持する磁気ローラーであることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の現像装置。
  9. 前記現像ローラーは、内部に設けられた複数の磁極によってトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持する磁気ローラーであることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の現像装置。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
  11. 画像形成装置内部の温度及び湿度を検知する温湿度検知装置を備え、
    前記温湿度検知装置により検知された温度及び湿度が所定値以上である場合は、前記トナー受け部材に前記トナー受け部材の固有振動数の非n倍の周波数の交流バイアスを印加して前記トナー受け部材を振動させた後に、前記トナー受け部材の固有振動数のn倍の周波数の交流バイアスを印加して前記トナー受け部材を振動させることを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
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