JP6701754B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

この発明は、現像装置及び画像形成装置に関する。
近年、現像装置は、画像形成装置の高生産性化に伴って現像ロールの回転速度が増加する傾向にある。現像装置としては、現像ロールの回転速度の増加に伴い装置筐体内の圧力が上昇するのを抑制するため、装置筐体内の空気を外部に排出するよう構成したものが特許文献1や2等に既に提案されている。
特許文献1は、現像剤収容部内の気体が通過可能な圧抜き開口部に設けられたフィルタ部材に、短い期間で目詰りが生じることを抑制するため、現像剤搬送部材が回転することによって跳ね上げられた現像剤がフィルタ部材に向かう移動経路を塞ぐ現像剤移動経路遮蔽部材を備えるように構成したものである。
特許文献2は、現像剤が跳ね上げられるような個所でもフィルタからの現像剤漏れを発生させることなく内圧上昇を抑えるため、像坦持体に供給する現像剤を坦持する現像剤担持体と、現像剤坦持体に現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、排気により内圧の上昇を抑える内圧上昇抑制手段と、を有する現像装置において、現像剤搬送手段が跳ね上げた現像剤の内圧上昇抑制手段方向への飛翔を規制する規制手段を備えるように構成したものである。
特開2014−178661号公報 特開2014−134671号公報
この発明の目的は、装置筐体の現像剤保持体の外周に沿って排気経路が設けられ、供給部材の回転方向下流側の端部と排気経路の入口を結ぶ接線を遮るよう配置され排気経路へ侵入する現像剤を遮蔽する遮蔽部材を備えない場合に比較して、現像剤保持体から剥離された現像剤が排気経路内へ浸入して排気経路が詰まるのを抑制することにある。
請求項1に記載された発明は、現像剤を収容する装置筐体と、
内部に磁界発生手段を有し前記現像剤を保持する現像剤保持体と、
前記現像剤を下方から前記現像剤保持体に向けて汲み上げるように回転して供給する供給部材と、
前記供給部材の回転方向に沿った前記現像剤の汲み上げ側の反対側に鉛直方向に沿った上端部にわたり位置する起立壁であって、前記供給部材よりも前記現像剤保持体から遠い側に配置される起立壁と、
前記装置筐体の前記現像剤保持体の外周に沿って設けられ前記装置筐体内の空気を排出する排気経路と、
前記起立壁から前記現像剤保持体側に突出して前記排気経路の入口と前記起立壁を遮るように配置され前記排気経路へ侵入する前記現像剤を遮蔽するとともに、突出した先端が前記現像剤保持体と鉛直方向において重なるように配置された遮蔽部材と、
を備えた現像装置である。
請求項2に記載された発明は、前記起立壁は、前記現像剤保持体から剥離された前記現像剤が飛ばされて衝突する位置に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の現像装置である。
請求項3に記載された発明は、前記遮蔽部材の先端は、前記現像剤保持体と前記供給部材とを結んだ接線より前記磁界発生手段から離間した位置に配置される請求項1又は2に記載の現像装置である。
請求項4に記載された発明は、前記遮蔽部材は、前記供給部材の回転方向に沿った前記現像剤の汲み上げ側の反対側に位置する前記装置筐体の内壁の上部に、当該内壁と一体的に設けられている請求項1乃至3のいずれかに記載の現像装置である。
請求項5に記載された発明は、前記現像剤保持体は、当該現像剤保持体から剥離された前記現像剤が前記供給部材の回転方向に沿った前記現像剤の汲み上げ側の反対側に位置する端部に到達する速度で回転する請求項1乃至4のいずれかに記載の現像装置である。
請求項6に記載された発明は、静電潜像を保持する像保持体と、
前記像保持体の静電潜像を現像する現像手段と、
を備え、
前記現像手段として請求項1乃至5のいずれかに記載の現像装置を用いた画像形成装置である。
請求項1に記載された発明によれば、装置筐体の現像剤保持体の外周に沿って排気経路が設けられ、供給部材の回転方向に沿った前記現像剤の汲み上げ側の反対側に位置する起立壁から突出して起立壁と排気経路の入口を遮るよう配置され、排気経路へ侵入する現像剤を遮蔽する遮蔽部材を備えない場合に比較して、現像剤保持体から剥離された現像剤が排気経路内へ浸入して排気経路が詰まるのを抑制することができる。
請求項2に記載された発明によれば、起立壁が、現像剤保持体から剥離された現像剤が飛ばされて衝突する位置に配置されていない場合に比較して、現像剤保持体と起立壁との距離を短く設定することができる。
請求項3に記載された発明によれば、前記遮蔽部材の先端が、前記現像剤保持体と前記供給部材とを結んだ接線より前記磁界発生手段から離間した位置に配置されていない場合に比較して、排気経路内へ現像剤が浸入して排気経路が詰まるのをより一層抑制することができる。
請求項4に記載された発明によれば、前記遮蔽部材が、前記供給部材の回転方向に沿った前記現像剤の汲み上げ側の反対側に位置する前記装置筐体の内壁の上部に、当該内壁と一体的に設けられていない場合に比較して、遮蔽部材の設置が容易となる。
請求項5に記載された発明によれば、前記現像剤保持体の回転速度を増加させて生産性を向上した場合であっても、排気経路内へ現像剤が浸入して排気経路が詰まるのを抑制することができる。
請求項6に記載された発明によれば、前記現像手段として請求項1乃至5のいずれかに記載の現像装置を用いない場合に比較して、排気経路内へ現像剤が浸入して排気経路が詰まるのを抑制することができ、現像手段から外部にトナーが流出するのを回避することができる。
この発明の実施の形態1に係る現像装置を適用した画像形成装置を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態1に係る画像形成装置の画像形成部を示す構成図である。 この発明の実施の形態1に係る画像形成装置のプロセスカートリッジを示す構成図である。 感光体ユニットを示す正面構成図である。 感光体ユニットを示す斜視構成図である。 回収装置を示す構成図である。 現像ユニットを示す正面構成図である。 現像ユニットを示す斜視構成図である。 現像ユニットを示す斜視構成図である。 現像ユニットを示す斜視構成図である。 この発明の実施の形態1に係る現像装置を示す断面構成図である。 この発明の実施の形態1に係る画像形成装置の要部を示す断面構成図である。 従来の現像装置の特性を示すグラフである。 従来の現像装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態1に係る現像装置の作用を示す説明図である。 実験例の結果を示すグラフである。
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[実施の形態1]
図1及び図2はこの発明の実施の形態1に係る現像装置を適用した画像形成装置を示すものである。図1はその画像形成装置の全体の概要を示し、図2はその画像形成装置における要部(作像装置など)を拡大して示している。
<画像形成装置の全体の構成>
実施の形態1に係る画像形成装置1は、例えばカラープリンタとして構成されたものである。この画像形成装置1は、現像剤4を構成するトナーで現像されるトナー像を形成する複数の作像装置10と、各作像装置10で形成されたトナー像をそれぞれ保持して最終的に記録媒体の一例としての記録用紙5に二次転写する二次転写位置まで搬送する中間転写装置20と、中間転写装置20の二次転写位置に供給すべき所要の記録用紙5を収容して搬送する給紙装置30と、中間転写装置20で二次転写された記録用紙5上のトナー像を定着させる定着装置40等を備えている。なお、図中の1aは画像形成装置1の装置本体を示し、この装置本体1aは支持構造部材や外装カバーなどで構成されている。また、図中の破線は、装置本体1a内において記録用紙5が搬送される主な搬送経路を示す。
作像装置10は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の4色のトナー像をそれぞれ専用に形成する4つの作像装置10Y,10M,10C,10Kで構成されている。これらの4つの作像装置10(Y,M,C,K)は、装置本体1aの内部空間において傾斜した状態で1列に並べた状態となるよう配置されている。4つの作像装置10(Y,M,C,K)は、イエロー(Y)の作像装置10Yが相対的に高く、ブラック(K)の作像装置10Kが相対的に低くなる位置に存在している。
4つの作像装置10は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の作像装置10(Y,M,C,K)から構成されている。各作像装置10(Y,M,C,K)は、図1や図2に示されるように、像保持体の一例としての回転する感光体ドラム11を備えており、この感光体ドラム11の周囲に、次のようなトナー像形成手段の一例としての各装置が主に配置されている。主な装置とは、感光体ドラム11の像形成が可能な周面(像保持面)を所要の電位に帯電させる帯電装置12と、感光体ドラム11の帯電された周面に画像の情報(信号)に基づく光を照射して電位差のある(各色用の)静電潜像を形成する静電潜像形成手段の一例としての露光装置13と、その静電潜像を対応する色(Y,M,C,K)の現像剤4のトナーで現像してトナー像にする現像手段の一例としての現像装置14(Y,M,C,K)と、その各トナー像を中間転写装置20に転写する一次転写手段の一例としての一次転写装置15(Y,M,C,K)と、一次転写後における感光体ドラム11の像保持面に残留して付着するトナー等の付着物を取り除いて清掃するドラム清掃装置16(Y,M,C,K)等である。尚、図1中、感光体ドラム11や帯電装置12等を示す符号は、イエロー(Y)の作像装置10Yにのみ付して他の作像装置10(M,C,K)においては省略している。
感光体ドラム11は、接地処理される円筒状又は円柱状の基材の周面に感光材料からなる光導電性層(感光層)を有する像保持面を形成したものである。この感光体ドラム11は、図示しない駆動装置から動力が伝達されて矢印Aで示す方向に回転するように支持されている。
帯電装置12は、感光体ドラム11に接触した状態で配置される接触型の帯電ロールで構成される。帯電装置12は、その表面を清掃する清掃ロール121を有している。帯電装置12には帯電用電圧が供給される。帯電用電圧としては、現像装置14が反転現像を行うものである場合、現像装置14から供給されるトナーの帯電極性と同じ極性の電圧又は電流が供給される。なお、帯電装置12としては、感光体ドラム11の表面に非接触状態で配置されるスコロトロン等の非接触型の帯電装置を用いてもよい。
露光装置13は、感光体ドラム11の軸方向に沿って配列された複数の発光素子としてのLED(Light Emitting Diode)により感光体ドラム11に画像情報に応じた光を照射して静電潜像を形成するLEDプリントヘッドからなる。なお、露光装置13としては、画像情報に応じて構成されるレーザー光を感光体ドラム11の軸方向に沿って偏向走査するものを用いても良い。
現像装置14(Y,M,C,K)はいずれも、図2に示されるように、開口部と現像剤4の収容室が形成された装置筐体140の内部に、現像剤4を保持して感光体ドラム11と向き合う現像領域まで搬送する現像剤保持体の一例としての現像ロール141と、現像剤4を撹拌しながら現像ロール141に供給するスクリューオーガー等の供給搬送部材142と、供給搬送部材142との間で現像剤4を撹拌しながら搬送するスクリューオーガー等の撹拌搬送部材143と、現像ロール141に保持される現像剤の量(層厚)を規制する層厚規制部材144などを配置して構成したものである。上記4色の各現像剤4(Y,M,C,K)としては、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が使用される。なお、現像装置14(Y,M,C,K)については、後に詳述する。
一次転写装置15(Y,M,C,K)は、感光体ドラム11の周囲に中間転写ベルト21を介して接触し回転するとともに一次転写用電圧が供給される一次転写ロールを備えた接触型の転写装置である。一次転写用電圧としては、トナーの帯電極性と逆の極性を示す直流の電圧が図示しない電源装置から供給される。
ドラム清掃装置16は、図2に示されるように、一部が開口する容器状の本体160と、一次転写後の感光体ドラム11の周面に所要の圧力で接触するように配置されて残留トナー等の付着物を取り除いて清掃する清掃板161と、清掃板161で取り除いたトナー等の付着物を回収して図示しない回収システムに送り出すよう搬送するスクリューオーガー等の送出部材162等で構成されている。清掃板161としては、ゴム等の材料からなる板状の部材(例えばブレード)が使用される。
中間転写装置20は、図1に示されるように、各作像装置10(Y,M,C,K)の上方の位置に存在するよう配置される。この中間転写装置20は、感光体ドラム11と一次転写装置15(一次転写ロール)の間となる一次転写位置を通過しながら矢印Bで示す方向に回転する中間転写ベルト21と、中間転写ベルト21をその内面から所望の状態に保持して回転自在に支持する複数のベルト支持ロール22〜25と、ベルト支持ロール22に支持されている中間転写ベルト21の外周面(像保持面)側に配置されて中間転写ベルト21上のトナー像を記録用紙5に二次転写させる二次転写手段の一例としての二次転写装置26と、二次転写装置26を通過した後に中間転写ベルト21の外周面に残留して付着するトナー、紙粉等の付着物を取り除いて清掃するベルト清掃装置27とで主に構成されている。中間転写装置20は、図示しない操作ハンドルを操作することにより、ベルト支持ロール24及び一次転写装置15に張架された中間転写ベルト21が感光体ドラム11(Y,M,C,K)から離間した退避位置へと移動自在に構成されている。
中間転写ベルト21としては、例えばポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂にカーボンブラック等の抵抗調整剤などを分散させた材料で製作される無端状のベルトが使用される。また、ベルト支持ロール22は二次転写の背面支持ロールとして構成され、ベルト支持ロール23は図示しない駆動装置によって回転駆動される駆動ロールとして構成され、ベルト支持ロール24は中間転写ベルト21の画像形成面を形成する面出しロールとして構成され、ベルト支持ロール25は中間転写ベルト21に張力を付与する張力付与ロールとして構成されている。
二次転写装置26は、図1に示されるように、中間転写装置20におけるベルト支持ロール22に支持されている中間転写ベルト21の外周面部分である二次転写位置において、中間転写ベルト21の周面に接触して回転するとともに二次転写用電圧が供給される二次転写ロールを備えた接触型の転写装置である。また、二次転写装置26又は中間転写装置20のベルト支持ロール22には、トナーの帯電極性と逆極性又は同極性を示す直流の電圧が二次転写用電圧として図示しない電源装置から供給される。
ベルト清掃装置27は、図1に示されるように、一部が開口する容器状の本体270と、二次転写後の中間転写ベルト21の周面に所要の圧力で接触するように配置されて残留トナー等の付着物を取り除いて清掃する清掃板271と、清掃板271で取り除いたトナー等の付着物を回収して図示しない回収システムに送り出すよう搬送するスクリューオーガー等の送出部材272等で構成されている。清掃板271としては、ゴム等の材料からなる板状の部材(例えばブレード)が使用される。
定着装置40は、記録用紙5の導入口及び排出口が形成された図示しない筐体の内部に、矢印で示す方向に回転するとともに表面温度が所定の温度に保持されるよう加熱手段によって加熱されるロール形態又はベルト形態の加熱用回転体41と、この加熱用回転体41の軸方向にほぼ沿う状態で所定の圧力で接触して従動回転するロール形態又はベルト形態の加圧用回転体42などを配置して構成されたものである。この定着装置40では、加熱用回転体41と加圧用回転体42が接触する接触部が所要の定着処理(加熱及び加圧)を行う定着処理部となる。
給紙装置30は、作像装置10(Y,M,C,K)の下方側の位置に存在するように配置される。この給紙装置30は、所望のサイズ、種類等の記録用紙5を積載した状態で収容する単数(又は複数)の用紙収容体31と、用紙収容体31から記録用紙5を1枚ずつ送り出す送出装置32とで主に構成される。用紙収容体31は、例えば、装置本体1aの正面(使用者が操作時に向き合う側面)側に引き出すことができるように取り付けられる。
記録用紙5としては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ等に使用される普通紙やトレーシングペーパー等の薄紙、あるいはOHPシート等が挙げられる。定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録用紙5の表面もできるだけ平滑であることが好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等の坪量が相対的に大きい所謂厚紙なども好適に使用することができる。
給紙装置30と二次転写装置26との間には、給紙装置30から送り出される記録用紙5を二次転写位置まで搬送する単数又は複数の用紙搬送ロール対33,34や図示しない搬送ガイドで構成される給紙搬送路35が設けられている。給紙搬送路35において二次転写位置の直前の位置に配置される用紙搬送ロール対34は、例えば記録用紙5の搬送時期を調整するロール(レジストロール)として構成されている。また、二次転写装置26と定着装置40との間には、二次転写装置26から送り出される二次転写後の記録用紙5を定着装置40まで搬送するための図示しない搬送ガイドで構成される用紙搬送路36が設けられている。さらに、画像形成装置本体1aに形成される用紙の排出口に近い部分には、定着装置40から出口ロール37により送り出される定着後の記録用紙5を画像形成装置本体1aの上部の用紙排出部38に排出するための用紙排出ロール対39を備えた排出搬送路43が設けられている。
定着装置40と用紙排出ロール対39との間には、用紙搬送路を切り替える切替ゲート44を備えている。用紙排出ロール対39は、その回転方向が正転方向(排出方向)と逆転方向に切り替え可能に構成されている。記録用紙5の両面に画像を形成する場合には、片面に画像が形成された記録用紙5の後端が切替ゲート44を通過した後、用紙排出ロール対39の回転方向を正転方向(排出方向)から逆転方向に切り替える。用紙排出ロール対39によって逆転方向に搬送される記録用紙5は、切替ゲート44によって搬送経路が切り替えられ、画像形成装置本体1aの側面に沿って略鉛直方向に沿うように形成された両面用搬送経路45へと搬送される。両面用搬送経路45は、表裏を反転させた状態で記録用紙5を用紙搬送ロール対34へと搬送する用紙搬送ロール対46,47と図示しない搬送ガイド等を備えている。なお、符号48は図示しない手差しトレイから給紙される記録用紙5を用紙搬送ロール対34へと搬送する用紙搬送ロール対を示している。
図1中、符号145(Y,M,C,K)は、紙面に直交する方向に沿って複数配列され、対応する現像装置14(Y,M,C,K)に供給する少なくともトナーを含む現像剤を収容したトナーカートリッジをそれぞれ示している。この実施の形態では、トナーカートリッジ145(Y,M,C,K)の内部にトナー及びキャリアからなる二成分現像剤が収容されている。ただし、トナーカートリッジ145(Y,M,C,K)の内部に収容される二成分現像剤のトナー濃度は、現像装置14に設定される二成分現像剤のトナー濃度より高く設定されている。
また、図1中符号200は、画像形成装置1の動作を統括的に制御する制御装置を示している。制御装置200は、図示しないCPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、あるいはこれらCPUやROM等を接続するバス、通信インターフェイスなどを備えている。
さらに、図1中符号70は、後述するように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の各作像装置10(Y,M,C,K)を構成するプロセスカートリッジ100を画像形成装置本体1aに着脱する際に案内する挿入ガイド部材を示している。
<画像形成装置の動作>
以下、画像形成装置1による基本的な画像形成動作について説明する。
ここでは、前記4つの作像装置10(Y,M,C,K)を使用して、4色(Y,M,C,K)のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像を形成するフルカラーモードにおける動作を説明する。
画像形成装置1は、図示しないユーザインターフェイスやプリンタドライバ等からフルカラーの画像形成動作(プリント)の要求の指令情報を受けると、4つの作像装置10(Y,M,C,K)、中間転写装置20、二次転写装置26、定着装置40等が始動する。
そして、各作像装置10(Y,M,C,K)においては、図1及び図2に示されるように、まず各感光体ドラム11が矢印Aで示す方向に回転し、各帯電装置12が各感光体ドラム11の表面を所要の極性(実施の形態1ではマイナス極性)及び電位にそれぞれ帯電させる。続いて、露光装置13が、帯電後の感光体ドラム11の表面に対し、画像形成装置1に入力される画像の情報を各色成分(Y,M,C,K)に変換して得られる画像の信号に基づいて発光される光を照射し、その表面に所要の電位差で構成される各色成分の静電潜像をそれぞれ形成する。
続いて、各作像装置10(Y,M,C,K)が、感光体ドラム11に形成された各色成分の静電潜像に対し、所要の極性(マイナス極性)に帯電された対応する色(Y,M,C,K)のトナーを現像ロール141からそれぞれ供給して静電的に付着させて現像を行う。この現像により、各感光体ドラム11に形成された各色成分の静電潜像は、その対応する色のトナーでそれぞれ現像された4色(Y,M,C,K)のトナー像として顕像化される。
続いて、各作像装置10(Y,M,C,K)の感光体ドラム11上に形成された各色のトナー像が一次転写位置まで搬送されると、一次転写装置15(Y,M,C,K)が、その各色のトナー像を中間転写装置20の矢印Bで示す方向に回転する中間転写ベルト21に対して順番に重ね合わされるような状態で一次転写させる。
また、一次転写が終了した各作像装置10(Y,M,C,K)では、ドラム清掃装置16が付着物を掻き取るように除去して感光体ドラム11の表面を清掃する。これにより、各作像装置10(Y,M,C,K)は、次の作像動作が可能な状態にされる。
続いて、中間転写装置20では、中間転写ベルト21の回転により一次転写されたトナー像を保持して二次転写位置まで搬送する。一方、給紙装置30では、作像動作に合わせて所要の記録用紙5を給紙搬送路35に送り出す。給紙搬送路35では、レジストロールとしての用紙搬送ロール対34が記録用紙5を転写時期に合わせて二次転写位置に送り出して供給する。
二次転写位置においては、二次転写装置26が、中間転写ベルト21上のトナー像を記録用紙5に一括して二次転写させる。また、二次転写が終了した中間転写装置20では、ベルト清掃装置27が、二次転写後の中間転写ベルト21の表面に残留したトナー等の付着物を取り除いて清掃する。
続いて、トナー像が二次転写された記録用紙5は、中間転写ベルト21から剥離された後に用紙搬送路36を介して定着装置40まで搬送される。定着装置40では、回転する加熱用回転体41と加圧用回転体42との間の接触部に二次転写後の記録用紙5を導入して通過させることにより、必要な定着処理(加熱及び加圧)をして未定着のトナー像を記録用紙5に定着させる。最後に、定着が終了した後の記録用紙5は、その片面への画像の形成を行うだけの画像形成動作のときは、用紙排出ロール対39により、例えば、装置本体1aの上部に設置された用紙排出部38に排出される。
以上の動作により、4色のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像が形成された記録用紙5が出力される。
<プロセスカートリッジの構成>
ところで、この実施の形態では、図3に示されるように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の各作像装置10(Y,M,C,K)を構成する主要部材が、プロセスカートリッジ100として画像形成装置本体1aに対し着脱自在に構成されている。プロセスカートリッジ100は、作像装置10を構成する部材の交換時期の相違等を考慮し、複数の着脱構造体(画像形成ユニット)の一例としての感光体ユニット50と、現像ユニット60と、図示しない露光ユニットとを備えている。感光体ユニット50、現像ユニット60及び露光ユニットは、画像形成装置本体1aに対して個別に着脱自在となっている。
感光体ユニット50は、図2、図4及び図5に示されるように、感光体ドラム11と、当該感光体ドラム11の斜め下方に配置される帯電装置12と、感光体ドラム11の側方に配置されるドラム清掃装置16とを一体的にユニット化して装着した感光体ユニット本体501を備えている。感光体ドラム11は、感光体ユニット本体501の装着方向に沿った手前側及び奥側の端部に配置された前後のフレーム部502,503に回転自在に支持されている。
感光体ユニット50の前フレーム部502には、ドラム清掃装置16により回収されて送出部材162によって送り出される回収物を排出する円筒形状の排出部504が前面側に突出した状態で設けられている。前フレーム部502の排出部504から排出される回収物は、図6に示されるように、画像形成装置本体1aの前面側に配置される回収装置70により回収される。また、前フレーム部502の上端部には、図4及び図5に示されるように、感光体ユニット50を画像形成装置本体1aに着脱する際に把持する取手部505が設けられている。
回収装置70は、図6に示されるように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の各感光体ユニット50(Y,M,C,K)及び各現像ユニット60(Y,M,C,K)から排出されるトナーや廃棄現像剤等を搬送する、内部に図示しないスクリューオーガー等の搬送部材を有する円筒形状の搬送装置71と、搬送装置71により搬送されるトナーや廃棄現像剤等を回収する回収容器72とを有している。なお、ベルト清掃装置27から排出されるトナー等は、重力で落下することにより回収容器72に直接回収される。
感光体ユニット50の感光体ドラム11の軸方向に沿った両端部には、図5に示されるように、後述するように、現像ユニット60側の突当部材152と接触することで、感光体ドラム11と現像ロール141との間隙(DRS:Drum to Roll Space)を所要の値に保持する軸受部材等からなる突当部材506が設けられている。
一方、現像ユニット60は、図7乃至図10に示されるように、現像装置14と、現像装置14の長手方向(装着方向)に沿った手前側の端部に装着されて当該現像装置14を回転自在に保持するホルダ部材601とを備える。現像ユニット60は、画像形成装置本体1aに設けられた図示しない位置決め部材が挿入されることで位置決めされる位置決め孔146(図10参照)を、現像装置筐体140の背面における感光体ユニット50側の下端部に有している。ホルダ部材601は、位置決め孔146に対応した現像装置筐体140の前面側の端部に、当該現像装置筐体140を回転自在に保持する回転軸603(図8参照)を有している。
ホルダ部材601には、現像装置14を感光体ドラム11に近接した動作位置と感光体ドラム11から離間した退避位置とに切り替える切替レバー603が回転自在に装着されている。ホルダ部材601の内側面には、図9に示されるように、切替レバー603とともに回転するカム部材604が設けられている。また、現像装置14の長手方向に沿った手前側の端部には、カム部材604により押されることで回転軸602を中心にして現像装置14を回転させる突当部605が設けられている。さらに、ホルダ部材601の内側面には、突当部605を裏面側から押動することにより、現像装置14を動作位置へと付勢する付勢手段の一方を構成するコイルスプリング606が配置されている。
現像ユニット60の長手方向に沿った奥側の端部には、図9に示されるように、現像ロール141に駆動力を伝達する第3の駆動力伝達部147と、現像装置14にトナーカートリッジ145からキャリアを含む二成分現像剤4を図示しないトナー供給装置により供給する供給口148を有する円筒形状の供給部149が設けられている。
現像ユニット60は、図3に示されるように、画像形成装置本体1aに装着された後に、切替レバー603が図中反時計回り方向に回転され、現像装置14の装置筐体140の長手方向の手前側の端部がコイルスプリング606により押動されるとともに、現像装置14の装置筐体140の長手方向の奥側の端部が図示しないコイルスプリングにより押動されて位置決め部材及び回転軸602を支点として回転し、現像装置14が動作位置に位置決めされる。現像装置14には、図8に示されるように、現像ロール141の軸方向に沿った両端部に軸受部材等から構成される突当部材152がそれぞれ設けられている。現像装置14の突当部材152は、感光体ドラム11の軸方向に沿った両端部に設けられた同じく軸受部材等から構成される突当部材506(図5参照)に当接することで、感光体ドラム11と現像ロール141との間隙(DRS)が所要の値に保持される。
<現像装置の構成>
図11はこの実施の形態1に係る現像装置を示す断面構成図である。
現像装置14は、装置筐体の一例としての装置ハウジング140を備えている。装置ハウジング140は、大別して、現像装置14の下部に配置される下部ハウジング140aと、現像装置14の上部に配置される上部ハウジング140bとを有している。下部ハウジング140aと上部ハウジング140bは、スペーサ部材153,154を介して気密状態で接合されており、装置ハウジング140の内部には、二成分現像剤4を収容する現像剤収容室155が形成されている。装置ハウジング140の感光体ドラム11と対向する領域には、開口部156が設けられている。また、装置ハウジング140の内部には、現像剤保持体の一例としての現像ロール141が開口部156に一部が露出するよう矢印方向に沿って回転可能に配置されている。現像ロール141は、内部に固定して配置され、所要の位置に所要極性の磁極が配置された磁界発生手段の一例としてのマグネットロール141aと、マグネットロール141aの外周に矢印方向に沿って所要の回転速度で回転可能に配置される現像スリーブ141bとを有している。現像スリーブ141bは、アルミニウムや非磁性ステンレス等からなる非磁性材料により円筒形状に形成されている。
この実施の形態では、現像スリーブ141bの回転方向が感光体ドラム11の回転方向と逆方向に設定されている。すなわち、感光体ドラム11の回転方向は、図11に示されるように、反時計回り方向に設定されているのに対して、現像スリーブ141bの回転方向は、時計回り方向に設定されている。その結果、現像スリーブ141bの外周面は、感光体ドラム11と対向する現像領域において、感光体ドラム11表面の移動方向と同方向に移動する。なお、現像スリーブ141bの回転方向は、感光体ドラム11の回転方向と同方向に設定しても良い。
現像スリーブ141bの回転速度は、感光体ドラム11の回転速度で決定される画像形成装置1の生産性に応じて決定される。画像形成装置1の生産性としての単位時間あたりにプリントされるA4サイズ(LEF)の記録用紙5の枚数が25ppm(枚数/min)、55ppm、70ppm、80ppmと増加するに伴って、現像スリーブ141bの回転速度は高速となる。
マグネットロール141aは、感光体ドラム11と対向する位置に配置された現像極S1と、現像極S1の現像スリーブ141bの回転方向に沿った下流側に配置され現像に使用された現像剤4を装置ハウジング140の内部へと搬送する第1の搬送極N1と、第1の搬送極N1の現像スリーブ141bの回転方向に沿った下流側に配置され、現像スリーブ141bの表面に沿って現像剤4を搬送する第2の搬送極S2と、第2の搬送極S2の現像スリーブ141bの回転方向に沿った下流側に配置され、反発磁界を形成することにより現像スリーブ141bの表面から現像剤4を剥離させる剥離極N2,N3とを有している。剥離極N3は、現像剤収容室155の内部から新たな現像剤4を現像スリーブ141bの表面に吸着させ、当該剥離極N3と対向する位置に配置された層厚規制部材144により、現像スリーブ141bの表面に保持される現像剤4の量(層厚)を規制する。剥離極N3で吸着された現像剤は、現像極S1へ搬送される。
装置ハウジング140の内部には、現像剤収容室155内の現像剤4を汲み上げて現像ロール141に供給するスクリューオーガー(サプライオーガー)等からなる供給搬送部材142が現像ロール141の斜め下方に配置されている。供給搬送部材142は、図示しない駆動装置により時計回り方向に回転駆動される。そのため、供給搬送部材142は、感光体ドラム11側に位置する端部142aが現像剤の汲み上げ側の端部となっている。また、装置ハウジング140の内部には、当該装置ハウジング140の内部に供給される現像剤4を撹拌しつつ搬送するスクリューオーガー(アドミックスオーガー)等からなる撹拌搬送部材143が供給搬送部材142の斜め下方に配置されている。撹拌搬送部材143も図示しない駆動装置によって時計回り方向に回転駆動される。
下部ハウジング140aには、供給搬送部材142及び撹拌搬送部材143を収容するため、断面略半円筒形状に形成された第1の収容部157及び第2の収容部158が設けられている。第1の収容部157及び第2の収容部158は、下部ハウジング140aに設けられた仕切り壁159によって仕切られている。また、上部ハウジング140bには、下部ハウジング140aの第2の収容部158と共に現像剤の搬送通路を形成する断面略半円筒形状に形成された第3の収容部160が設けられている。
また、仕切り壁159の長手方向に沿った両端部には、図12に示されるように、供給搬送部材142と撹拌搬送部材143との間で現像剤4を受け渡しする第1及び第2の通路部161,162がそれぞれ設けられている。また、撹拌搬送部材143の軸方向に沿った奥側の端部は、装置ハウジング140の背面側に突出するように延長されている。この撹拌搬送部材143の延長部分には、図9に示されるように、円筒形状の供給部149が設けられている。また、円筒形状の供給部149には、トナーカートリッジ145(Y,M,C,K)から対応する色の現像剤4が供給される供給口148が開口されている。
ところで、現像装置14は、当該現像装置14を経時的に使用する間に、二成分現像剤4を構成するキャリアにトナーやトナーの外添剤等が付着して現像剤4が劣化し、トナーとキャリアを撹拌しつつ搬送する際にトナーの帯電性能が低下する。トナーの帯電性能が低下すると、トナーの帯電不良に起因した濃度低下やかぶり等の画質低下が生じることが知られている。
そこで、この実施の形態に係る現像装置14は、トナーの帯電不良に起因した画質低下の発生を抑制するため、現像装置14の装置ハウジング140の内部にキャリアを含む現像剤4を供給しつつ、装置ハウジング140内に収容された現像剤4の一部である過剰な現像剤を外部に排出する所謂トリクル現像方式を採用している。
現像装置14の装置ハウジング140の内部には、図12に示されるように、撹拌搬送部材143の搬送方向に沿った下流側の端部に、現像剤4の一部を排出するための排出用の搬送羽根163が設けられている。排出用の搬送羽根163は、撹拌搬送部材143の搬送羽根と現像剤の搬送方向が逆方向に設定されている。この排出用の搬送羽根163は、通常、撹拌搬送部材143により搬送される現像剤4を搬送方向に沿った上流側へと押し返し、当該現像剤4を第1の通路部161を介して供給搬送部材142へと搬送する。
一方、現像装置14の装置ハウジング140の内部に収容された現像剤4が所定量を超えた場合には、余剰な現像剤4が排出用の搬送羽根163を乗り越えて撹拌搬送部材143の搬送方向に沿った下流側へと搬送されるように構成されている。撹拌搬送部材143には、排出用の搬送羽根163の下流側に現像剤4を撹拌搬送部材143の搬送方向に沿った下流側へと搬送する補助搬送羽根164が設けられている。補助搬送羽根164により搬送された現像剤4は、供給搬送部材142側へ受け渡される。供給搬送部材142には、当該供給搬送部材142の搬送方向と逆方向の上流側の端部に、余剰な現像剤4を排出する第2の排出用の搬送羽根165が設けられている。供給搬送部材142の搬送方向と逆方向に沿った端部には、第2の排出用の搬送羽根165により搬送された余剰な現像剤4を排出するトリクル排出口166が下向きに開口されている。
また近年、上記の如く構成される現像装置14は、画像形成装置1に求められる生産性の向上に応えるべく、現像ロール141等の回転速度が高速化する傾向にある。現像装置14において現像ロール141等の回転速度を高速化した場合には、現像ロール141の回転に伴って開口部156を介して装置ハウジング140の内部に導入される空気の量が増大し、装置ハウジング140の内部圧力が上昇する傾向にある。
図13は画像形成装置1の生産性の向上に伴って現像ロール141の回転速度を高速化した場合に、装置ハウジング140の内部圧力がどの程度上昇するか現像装置14を連続的に駆動して測定した結果を示すグラフである。なお、装置ハウジング140の内部圧力は、供給搬送部材142側の軸方向に沿った中央部において測定した。
図13から明らかなように、画像形成装置1の生産性が25ppm及び55ppmの場合には、現像装置14を連続して駆動しても装置ハウジング140の内部圧力の上昇は見られなかった。
これに対して、画像形成装置1の生産性を70ppm及び80ppmと向上させた場合には、現像ロール141の回転速度の高速化に伴って装置ハウジング140の内部圧力が上昇する傾向が見られた。特に、画像形成装置1の生産性を80ppmとした場合には、現像ロール141の回転速度の高速化に伴って装置ハウジング140の内部圧力が、180(sec)の連続駆動で約35(Pa)程度にまで急激に上昇することが判明した。
装置ハウジング140の内部圧力が上昇すると、現像ロール141の軸方向に沿った両端部やトリクル排出口166からトナーや現像剤の流出が引き起こされる虞れがある。
そこで、現像ロール141等の回転速度を高速化させることに伴うトナーや現像剤の流出を抑制するためには、図14に示されるように、装置ハウジング140に排気通路167を設け、排気通路167から内部の空気を排出することにより、装置ハウジング140の内部圧力が上昇するのを抑制することが考えられる。
しかしながら、現像装置14の装置ハウジング140に排気通路167を設けた場合には、現像ロール141等の回転速度の高速化に伴い、現像ロール141から剥離された現像剤4が遠心力によって当該現像ロール141の接線方向に搬送され、供給搬送部材142の回転方向に沿った下流側と仕切り壁との境界領域に衝突し、舞い上がった現像剤4が排気通路167の入口部167aへと到達する。すると、装置ハウジング140の内部で舞い上がった現像剤4が排気通路167の入口部167aから内部へと侵入し、排気通路167の内部を通過する際にマグネットロール141aの磁力によって捕獲され、排気通路167が経時的に現像剤4によって塞がれてしまい、装置ハウジング140の内部圧力が上昇するのを抑制することが困難となる虞れを有していた。
そこで、この実施の形態では、供給搬送部材の回転方向に沿った現像剤の汲み上げ側の反対側に位置する端部と排気経路の入口を結ぶ接線を遮るように配置され排気経路へ侵入する前記現像剤を遮蔽する遮蔽部材を備えるように構成されている。
現像装置14の装置ハウジング140には、図11に示されるように、現像ロール141の上部(天井部)に対応した位置に、装置ハウジング140の内部の空気を外部に排出する排気通路170が設けられている。排気通路170は、現像ロール141の外側に所要の間隙を介して配置された略円筒形状の内周壁171と、当該内周壁171の外側に所要の間隙を介して配置された外周壁172とによって構成されている。外周壁172は、上部ハウジング140bとは別部材により形成しても良く、又は上部ハウジング140bの一部から形成しても良い。排気通路170の入口部173は、内周壁171の端部171aを外周壁172側に向けて折曲することにより、排気通路170の間隙より狭く設定されている。また、排気通路170の出口部174は、感光体ドラム11側へ向けて開口されている。
現像装置14の装置ハウジング140は、供給搬送部材142の回転方向に沿った現像剤の汲み上げ側142aの反対側に位置する端部142bに、上部ハウジング140bの一部によって略鉛直方向の上方に向けて平板状に形成された起立壁175を有している。起立壁175の上端部には、現像ロール141側に向けて突出し、供給搬送部材142の回転方向に沿った現像剤の汲み上げ側142aの反対側に位置する端部142bと排気通路170の入口部173を結ぶ接線L1を遮るように配置された断面略三角形状の遮蔽部材176が一体的に設けられている。
遮蔽部材176の下端面176aは、上部ハウジング140bの起立壁175と略直交するように配置されている。また、遮蔽部材176の上端面176bは、下端面176aに対して鋭角θを成して内周壁171の端部171aと略平行に配置されている。また、遮蔽部材176の先端176cは、現像ロール141と供給搬送部材142とを結んだ接線L2よりマグネットロール141aから離間した位置に配置されている。
<現像装置の特徴部分の動作>
実施の形態1に係る現像装置14では、図2に示されるように、感光体ドラム11の表面に形成された静電潜像を現像する際に、現像ロール141が感光体ドラム11の回転速度(周速)であるプロセススピードに対応した速度で図示しない駆動装置により時計回り方向に沿って回転駆動される。また、現像装置14では、現像ロール141の回転速度に対応した速度で供給搬送部材142及び撹拌搬送部材143が図示しない駆動装置により回転駆動される。
ところで、現像装置14では、図15に示されるように、現像ロール141の回転速度が高速化するに伴って、現像スリーブ141bの表面からマグネットロール141aの剥離極N2が形成する反発磁界により剥離される現像剤4が、現像スリーブ141bの回転に伴う遠心力によって遠方へと飛ばされる。現像スリーブ141bの回転速度が画像形成装置1の生産性で25ppmに対応したものである場合、現像スリーブ141bから剥離された現像剤4は、供給搬送部材142の上部へと落下し、当該供給搬送部材142の回転に伴って現像剤4と撹拌され搬送される。
これに対して、現像スリーブ141bの回転速度が画像形成装置1の生産性で70ppmに対応した速度まで増加した場合、現像スリーブ141bから剥離された現像剤4は、現像スリーブ141bの回転に伴う遠心力によって、供給搬送部材142の現像剤の汲み上げ側142aと反対側142bの端部領域まで飛ばれる。そのため、現像スリーブ141bから剥離された現像剤4は、供給搬送部材142の現像剤の汲み上げ側142aと反対側142bの端部領域に位置する起立壁175と衝突して矢印V1で示すように上方へと舞い上がる。
ところで、供給搬送部材142の回転方向に沿った現像剤の汲み上げ側142aの反対側142bに位置する端部と排気通路170の入口部173を結ぶ接線L1を遮るように遮蔽部材176が配置されている。その結果、上方へと舞い上がった現像剤4は、遮蔽部材176の下端面176aに突き当たり矢印V2で示すように下方へと落下する。また、装置ハウジング140の内部の空気は、舞い上がった現像剤4と分離され、矢印A1で示すように排気通路170の入口部173へと向かい、矢印A2で示すように排気通路170の内部を通過して、排気通路170の出口部174から感光体ドラム11側へ向けて排出される。
そのため、この実施の形態では、現像スリーブ141bの回転速度を、現像スリーブ141bから剥離された現像剤4が、現像スリーブ141bの回転に伴う遠心力によって、供給搬送部材142の現像剤の汲み上げ側142aと反対側142bの端部領域まで到達する程度に高速化した場合であっても、供給搬送部材142の現像剤の汲み上げ側142aと反対側142bの端部領域で舞い上がった現像剤4が排気通路170の入口部173へ侵入するのを抑制することができる。よって、排気通路170の内部に侵入した現像剤4がマグネットロール141aの磁力によって捕捉され、排気通路170が現像剤4によって詰まることが回避乃至抑制される。
実験例
次に、本発明者らは、図11に示されるような現像装置14を試作し、現像装置14を連続して駆動した場合に、現像装置14の装置ハウジング140の内部圧力がどの程度上昇するか確認する実験を行った。なお、現像スリーブ141bの回転速度は、画像形成装置1の生産性が80ppmに対応した速度に設定した。また、比較例として、図14に示されるような現像装置14を試作し、現像装置14を連続して駆動した場合に、現像装置14の装置ハウジング140の内部圧力がどの程度上昇するか確認する実験を行った。
図16は上記実験例の結果を示すグラフである。
この図16に示すグラフから明らかなように、本実施の形態に係る現像装置14では、現像スリーブ141bの回転速度を画像形成装置1の生産性が80ppmに対応した速度にまで増加させた場合であっても、装置ハウジング140の内部圧力が約5(Pa)程度で略一定であり、排気通路170が現像剤4によって詰まることで生じる装置ハウジング140の内圧上昇を回避することができることが判る。
これに対して、図14に示す従来例の現像装置14では、現像スリーブ141bの回転速度を画像形成装置1の生産性が80ppmに対応した速度まで増加させると、装置ハウジング140の内部圧力が約30(Pa)程度まで上昇し、排気経路170に現像剤4の詰まりが生じることが判る。
なお、前記実施の形態では、現像装置として画像形成装置に着脱自在な現像ユニットを構成した場合について説明したが、現像装置は、画像形成装置に固定して配置されたものであっても勿論良い。
1…画像形成装置
1a…画像形成装置本体
11…感光体ドラム
14…現像装置
141…現像ロール
176…遮蔽部材

Claims (6)

  1. 現像剤を収容する装置筐体と、
    内部に磁界発生手段を有し前記現像剤を保持する現像剤保持体と、
    前記現像剤を下方から前記現像剤保持体に向けて汲み上げるように回転して供給する供給部材と、
    前記供給部材の回転方向に沿った前記現像剤の汲み上げ側の反対側に鉛直方向に沿った上端部にわたり位置する起立壁であって、前記供給部材よりも前記現像剤保持体から遠い側に配置される起立壁と、
    前記装置筐体の前記現像剤保持体の外周に沿って設けられ前記装置筐体内の空気を排出する排気経路と、
    前記起立壁から前記現像剤保持体側に突出して前記排気経路の入口と前記起立壁を遮るように配置され前記排気経路へ侵入する前記現像剤を遮蔽するとともに、突出した先端が前記現像剤保持体と鉛直方向において重なるように配置された遮蔽部材と、
    を備えた現像装置。
  2. 前記起立壁は、前記現像剤保持体から剥離された前記現像剤が飛ばされて衝突する位置に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記遮蔽部材の先端は、前記現像剤保持体と前記供給部材とを結んだ接線より前記磁界発生手段から離間した位置に配置される請求項1又は2に記載の現像装置。
  4. 前記遮蔽部材は、前記供給部材の回転方向に沿った前記現像剤の汲み上げ側の反対側に位置する前記装置筐体の内壁の上部に、当該内壁と一体的に設けられている請求項1乃至3のいずれかに記載の現像装置。
  5. 前記現像剤保持体は、当該現像剤保持体から剥離された前記現像剤が前記供給部材の回転方向に沿った前記現像剤の汲み上げ側の反対側に位置する端部に到達する速度で回転する請求項1乃至4のいずれかに記載の現像装置。
  6. 静電潜像を保持する像保持体と、
    前記像保持体の静電潜像を現像する現像手段と、
    を備え、
    前記現像手段として請求項1乃至5のいずれかに記載の現像装置を用いた画像形成装置。
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