JPH04287065A

JPH04287065A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH04287065A
Application number: JP3076797A
Authority: JP
Inventors: So Kai; 創甲斐; Seiji Oka; 誠二岡; Hidetoshi Yano; 英俊矢野; Shigeru Yoshiki; 茂吉木; Takeshi Deki; 出来　剛
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-03-15
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1992-10-12
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JP2957298B2; US5255059A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写機、ファ
クシミリ、プリンター等の静電記録装置に係り、詳しく
は、潜像担持体表面に現像剤やトナーを搬送する、現像
装置の現像剤搬送手段に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の現像装置においては、現像剤搬送
手段である現像ローラを回転させ、現像ローラ表面に担
持した現像剤もしくはトナーを潜像担持体である感光体
上の静電潜像まで搬送させていた。現像終了後、感光体
に転写しなかった現像剤もしくはトナーは現像ローラで
再び現像装置内に回収し、新たに現像剤もしくはトナー
が現像ローラに担持され、感光体に搬送させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成に
よれば現像ローラが回転することにより、現像ローラと
これを支持する現像装置側板間にトナーが進入し、トナ
ーが擦れてトナー固着等が起こり、画像に悪影響を及ぼ
していた。又、現像ローラを磁石ローラを内蔵した現像
スリーブで構成したものにおいては、該磁石ローラの磁
界を現像スリーブが横切ることによって渦電流が発生し
、これにより現像ローラのトルクの増大や現像ローラが
熱を帯びてトナーが現像装置内で溶けてしまうこともあ
った。そこで、本発明は超音波搬送部材を用いることに
よって現像ローラを回転させずに現像ローラ上で現像剤
もしくはトナーを搬送することで上記問題点を解決する
と共に現像装置の構成を簡単にすることを可能にするこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、潜像担持体上にトナーを供給して潜像
を現像する現像装置を備えた画像形成装置において、該
現像装置の現像剤搬送手段として超音波搬送手段を用い
ることを特徴とするものである。

【０００５】

【作用】本発明は、現像装置の現像剤搬送手段としての
超音波搬送手段で、潜像担持体上にトナーを供給し、且
つ、該超音波搬送手段に供給する電圧の周波数又は振幅
を変化させる制御手段で、該周波数又は該振幅を変化さ
せることによって該超音波搬送手段の、トナー搬送速度
又は該潜像担持体上に供給するトナー量を制御して画像
濃度を制御するものである。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る画像形成装置
の概略構成を示すものである。先ず、装置全体の概略に
ついて説明する。潜像担持体である感光体ドラム１（例
えば有機感光体；ＯＰＣ）は時計方向に回転駆動される
。コンタクトガラス２上に原稿を載置し、図示しないプ
リントスイッチを押すと、原稿照明光源３とミラー４よ
りなる走査光学系５と、ミラー６、７よりなる走査光学
系８とが移動し、原稿の読み取り走査が行なわれる。そして、レンズ９の後方に設けた画像読み取り素子１０
に、走査された画像が画像信号として読み込まれる。読
み込まれた画像信号はデジタル化されて画像処理される
。画像処理された信号に基づき図示しないレーザーダイ
オード（ＬＤ）を駆動し、該ＬＤからのレーザー光をポ
リゴンミラー１３で反射した後、ミラー１４を介して感
光体ドラム１上に照射する。これにより、レーザー光に
よる光書き込みが感光体ドラム１上に行なわれて、既に
帯電チャージャー１５により一様に帯電された感光体ド
ラム表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現
像装置１６によって可視像化され、この可視像は、給紙
部１７から送られた転写紙に転写チャージャー１８のコ
ロナ放電により転写される。この転写後、転写紙は分離
チャージャー１９により感光体ドラムの表面より分離さ
れる。この分離後、転写紙は搬送ベルト２１で搬送され
、定着ローラ対２２の接触部を通って、転写紙上の転写
像が定着された後に機外へ排出される。一方、転写後に
おいて感光体表面に残留しているトナーはクリーニング
装置２３により除去される。

【０００７】次に、現像装置１６について説明する。図
２はその概略構成を示すものである。　　現像装置１６
は現像ローラ１６１とトナーを薄層化する現像ブレード
１６２とトナーを撹拌するためのアジテータ１６３とか
らなる。トナーエンド検知はアジテータ１６３の回転ト
ルクによって検出し、トナーが現像装置１６内からなく
なりアジテータ１６３にかかるトルクが低減するとトナ
ーエンドとなる。現像ローラ１６１は現像ローラ軸１６
０上に超音波搬送部材を設けて構成されている。この超
音波搬送部材は、現像ローラ軸１６０上の複数の電極１
６４と、その外側の圧電部材１６５（例えば、圧電セラ
ミックス）、更にその外側の弾性部材１６６（例えば、
銅やその他の合金）からなっている。この複数の電極１
６４に複数の定在波を流すことによって圧電変換部材が
波打つ状態となる。この波打つ弾性部材表面をトナーが
搬送される。尚、この例では現像ローラ表面と感光体表
面とがトナー層の厚みよりも大きな間隔をおいて対向し
、非接触現像を行なうものであるが、現像ローラ表面上
のトナー層を感光体表面に接触させながら現像を行なう
接触現像にしても良い。トナーの搬送は、後述する動作
原理に基づいて生じる、現像ローラ１６１表面の反時計
方向に進行する波打ち現象により行なわれ、これにより
現像ローラ１６１の表面のトナーは反時計方向に進行す
る。

【０００８】以上の構成において、トナーホッパー内の
トナーはアジテータ１６３によって現像ローラ１６１に
搬送される。搬送されたトナーは現像ローラ１６１表面
上に達し、薄層化ブレード１６２によって所定極性に摩
擦帯電され現像ローラ１６１上で薄層化される。薄層化
されたトナーは超音波搬送されて感光体ドラム１との対
向部に至り、感光体ドラム１上の静電潜像に付着してト
ナー像化される。感光体表面に付着しなかったトナーは
再び現像装置内に戻り、回転弾性ローラ１６７で現像ロ
ーラ１６１表面から除去される。尚、該回転弾性ローラ
はアジテータ１６３で現像ローラ１６１表面に搬送され
てきたトナーを摩擦帯電して現像ローラ１６１に付着さ
せる機能も有している。

【０００９】次にトナー搬送の動作原理について説明す
る。本実施例では超音波振動を用いている。超音波とは
、人が聞くことが可能な周波数５０Ｈｚ〜２０ＫＨｚを
越える周波数の空気の弾性振動であり、広義には空気の
可聴音を除く気体、液体、固体の弾性振動全般を意味す
る。この場合は固体の弾性振動に相当する。一般的な動
作原理としては、厚さＴ、幅Ｗ、長さＬ、密度ρ、ヤン
グ率Ｙの矩形板は、両端（Ｘ＝０，Ｙ＝Ｌ）に於ける変
位が等しい場合、　　　　Ｔ《Ｌ　　　　　　，　　　　　　Ｗ《Ｌ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　…（１）として、厚さＴ方向の変位ξ１
は、　　　　ξ１＝ξ０Ｓｉｎ（ｎＸ）・Ｓｉｎ（ω０ｔ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）
である。　　　　ｎ４＝１２ω０２ρ／（ＹＴ２）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…（３）　　　　ｎＬ＝２πＳ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　Ｓ＝１，２，３　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（４）　　　　ｌ＝Ｌ／Ｓ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ω０＝（２π／ｌ）２×Ｔ（Ｙ／１２ρ）１／２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（５）
　　ｌは波長である。同様に、位置的に且つ時間的にπ
／２の位相を変えると、　　　　ξ２＝ξ０ｃｏｓ（ｎ
Ｘ）×ｃｏｓ（ω０ｔ）　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　…（６）　　この２つの振動が加え合わ
されると、撓み振動の進行波が得られる。　　　　ξ＝ξ１＋ξ２＝ξ０ｃｏｓ（ｎＸ−ω０ｔ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（７
）　　位相速度ｖは、　　　　ｖ＝ω０／ｎ＝（２π／ｌ）Ｔ（Ｙ／１２ρ）
１／２　　　　　　　　　　　　　　　　…（８）と求
まる。この振動は中性面に対するものであり、厚さＴの
表面においては（中性面からＴ／２離れた位置では）、　　　　ζ＝ξ０ｎ（Ｔ／２）×ｓｉｎ（ｎＸ−ω０ｔ
）＝πξ０（Ｔ／ｌ）×ｓｉｎ（ｎＸ−ω０ｔ）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（９）
で示される横方向（長さＬ方向）の変位が生じる。（７）式と（９）式は表面上の質点が、縦方向と横方向
の比を１：πＴ／ｌとする楕円運動をしていることを示
す。縦方向変位ξが最大の場合（ｎＸ＝ω０ｔ）、横方
向変位ζは最小である。横方向変位ζの速度Ｕも最大と
なり、次式となる。　　　　Ｕ＝ｄζ／ｄｔ＝−πω０ξ０（Ｔ／ｌ）×ｃ
ｏｓ（ｎＸ−ω０ｔ）　　　　Ｕｍａｘ＝−πω０ξ０
Ｔ／ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　…（１０）進行波であるから縦方
向変位ξの最大点は位相速度ｖで移行するが、その頂点
に接触する物体は上式の速度で一定方向に移動する。本
実施例における超音波搬送部材も上記の動作原理を用い
たものである。

【００１０】以上、本実施例によれば、超音波搬送の原
理を用いてトナーを現像ローラ１６１を廻す事なく搬送
し、これにより、現像ローラ１６１の回転によって擦れ
る部分がなくなり、このような部分に進入したトナーに
ストレスが掛かってトナー固着を起こすことが無くなる
。又、現像ローラ１６１が回転しないので渦電流の発生
によるトルクの増大や熱の発生が抑えられ、現像装置内
のトナーが溶解することがない。

【００１１】次に、図３を用いて本発明の第２実施例に
係る画像形成装置について説明する。　　この実施例に
係る画像形成装置は、２色の画像形成を可能にする為に
図３に示すように感光体ドラム表面に対向して、第１現
像装置１６ａと第２現像装置１６ｂの２つの現像装置を
備えている。第１現像装置１６ａは、カラー色である例
えば赤色の一成分非磁性トナーを用いるものであり、第
２現像装置１６ｂは黒色の一成分非磁性トナーを用いる
ものである。両現像装置は、使用するトナーの色が異な
る点を除き、同一の構成を備えている。そして、これら
の現像装置１６ａ，１６ｂは、上記実施例における現像
装置１６と異なり、現像ローラ１６１の現像ローラ軸１
６０上の超音波搬送部材が、２つに分割されて設けられ
ている。即ち、第１超音波搬送部材に相当する現像装置
内から現像ブレード１６２の先端部との接触部を通って
、現像装置外に至るトナー搬送経路を構成する部分が、
複数の電極１６４ａ、圧電部材１６５ａ、及び弾性部材
１６６ａで構成され、第２超音波搬送部材に相当する。その余りの部分が、複数の電極１６４ｂ、圧電部材１６
５ａ、及び弾性部材１６６ｂで構成されている。そして
、各電極の集まり１６４ａ，１６４ｂは、それぞれ独立
に駆動制御が可能なようにそれぞれ駆動回路に接続され
ている。以上の構成において、両現像装置１６ａ，１６
ｂは、周知の２色画像形成プロセスに基づいて、択一的
に作動状態（現像動作を行なっている状態）にされ、各
現像装置１６ａ，１６ｂは、作動中においては、第１超
音波搬送部材と第２超音波搬送部材の両者が駆動されて
、上記第１実施例と同様に、現像装置内のトナーを感光
体表面に搬送して現像を行ない、又、現像後の残留トナ
ーを現像装置内に回収する。そして、各現像装置１６ａ
，１６ｂともに、現像動作終了後に、感光体ドラム上で
のトナーの混色を防止するために、感光体ドラム表面と
対向している第２搬送部材上にトナーが存在しない状態
にする。この為に、第２超音波搬送部材のみを駆動して
該部材上のトナーを現像装置内に回収する。この間、第
１搬送部材を駆動しないのは、第１搬送部材の駆動によ
って、現像装置内のトナーが第２搬送部材上に搬送され
て、感光体ドラム表面と対向している第２搬送部材上に
トナーが存在しない状態にすることが出来ないからであ
る。

【００１２】本実施例によれば、従来この種の画像形成
装置において、感光体ドラム上でのトナーの混色を防止
するために、現像動作終了後の現像装置を感光体表面か
ら退避させる等の構成を採用していたのに比し、装置に
簡略化、小型化が図れる点で有利である。尚、上記実施
例は、感光体表面に対向して２つの現像装置を配置した
ものであるが、これに限られるものでは、３個以上の現
像装置を対向配置するものにも適用出来る。又、操作者
による単色画像の色の選択を可能にする為に、複数の現
像装置を備えた画像形成装置にも適用出来る。更に、一
つの現像装置しか備えていない画像形成装置であって、
現像装置を装置本体に体し脱着可能に構成しているもの
において、現像装置の本体からの取り出し操作時におけ
る装置内外に露出している現像ローラ部分上にトナーが
存在しないようにする為にも、本実施例の現像装置の構
成を用いることが出来る。

【００１３】次に、図４を用いて本発明の第３実施例に
係る画像形成装置について説明する。　　上記各実施例
に係る画像形成装置の現像装置においては、現像剤搬送
手段が、ローラ形状であることから、例えば直径４０ｍ
ｍの現像ローラの場合には、感光体ドラムの直径にもよ
るが、通常、現像が行なわれる現像ニップ巾が１０ｍｍ
前後で画像形成スピードを高速化する場合等に、現像能
力が不充分になる恐れがある。従来の現像ローラを回動
させて、トナーを搬送するものにおいては、現像ローラ
の回転スピードの向上を図っているが、これにも駆動ト
ルクの増大に対応する為の駆動機構の大型化等の別の課
題が残されている。そこで、本実施例では、簡略な構成
で、現像装置の現像能力を向上させるべく、図４に示す
ように、現像剤搬送手段として超音波搬送手段を用い、
且つ、該超音波搬送手段を、感光体ドラム表面との対向
領域で、該表面に沿うような表面形状に構成して、現像
ニップ巾をローラ形状の現像剤搬送手段に比して増大さ
せるものである。この例の現像装置１６も、上記各実施
例と同様にトナーホッパー内のアジテータ１６３、薄層
化ブレード１６２を備えている。現像剤搬送手段も、上
記各実施例と同様に超音波搬送手段を用いており、同様
に複数の電極１６４、圧電部材（圧電セラミック等から
なる）１６５、弾性部材（ゴム、発泡体等からなる）１
６６で構成されている。そして、本実施例では超音波搬
送手段の形状が上記各実施例と異なり超音波搬送手段の
感光体ドラム表面との対向部が感光体ドラム表面に沿う
ような形状に構成されて現像ニップを形成しており、該
ニップの各位置における感光体ドラム表面と超音波搬送
手段表面との間隔は、一定量Ｇになっている。トナー搬
送は、上記各実施例と同様に、複数の電極１６４に、位
相の異なる電流を印加して、所定の向きにトナーを搬送
する超音波搬送によって行なう。

【００１４】以上、本実施例二選れば、現像ニップ巾を
ローラ形状の現像剤搬送部材に比して、広く形成できる
ので、現像装置の現像能力を装置を複雑、大型にするこ
となく向上させることが出来る。

【００１５】次に、図５を用いて本発明の第４実施例に
ついて説明する。本実施例においては、磁性一成分トナ
ーを用いて現像を行なう。図５は本実施例の画像形成装
置における現像装置に概略構成図である。基本的な構成
は、上記第１実施例（図２参照）と同一であり、異なる
点は、現像ローラを構成する超音波搬送部材の弾性部材
１６６が多極着磁された磁性体からなることである。こ
れにより、この磁極による現像ローラ１６１上の磁場に
よって、ホッパー内の磁性トナーを現像ローラ１６１表
面に吸着することが出来る。そして、吸着されたトナー
を、上記各実施例と同様に超音波搬送によって感光体ド
ラム表面に搬送して現像を行ない、又、現像後の残留ト
ナーを現像装置内に回収する。この弾性部材を有機磁性
体で構成すれば、誘電率の設定や弾性部材１６６を磁性
を有しながら薄膜化することが容易である。例えば、有
機金属ポリマーのフェロセンポリマーや、高分子磁性体
である縮合多環多核芳香族（ＣＯＰＮＡ）型の強磁性体
樹脂等を用いることが出来る。又、この弾性部材を誘電
体材料で構成すれば、感光体上の静電潜像に体して対向
電極効果を持たせることにより、現像効率を向上させる
ことが出来る。

【００１６】

【発明の効果】以上のように請求項乃至８の発明によれ
ば、現像装置の現像剤搬送手段として超音波搬送手段を
用い、これにより、潜像担持体上にトナーを供給するの
で、現像剤搬送手段を回動させる必要が無く、現像装置
内でのトナー固着や駆動トルクの増大等の不具合を解消
することが出来る。又、従来の現像ローラの様に回動す
る部材を用いずにトナー搬送を行なうので、回動する部
材を用いるときのような、遠心力によるトナー搬送部材
からのトナー飛散、飛散したトナーが転写装置等を汚す
ことによる異常画像の発生、更には、現像バイアス用の
電源から回動する部材の軸受等を介して電圧を印加する
ことによる現像バイアス電圧の印加不良というような不
具合も発生しない。更に、請求項３の発明によれば、上
記超音波搬送手段が、上記現像装置内から上記潜像担持
体表面に向けてトナーを排出するトナー経路を構成する
第一超音波搬送部材と、上記現像装置内から排出された
トナーを上記現像装置内に回収するトナー経路を構成す
る第２超音波搬送部材と有し、現像動作中には、第一超
音波搬送部材と第二超音波搬送部材の両方を駆動して、
現像装置内から潜像担持体上へのトナーの供給及び現像
後の残留トナーの現像装置内への回収を行ない、一方、
超音波搬送手段の外部に露出している部分に存在するト
ナーを現像装置内に回収する必要がある場合には、第２
超音波搬送部材のみを駆動して、第２超音波搬送部材上
に存在するトナーを現像装置内に回収することが出来る
。従って、潜像担持体表面に互いに異なる色のトナーを
用いる複数の現像装置を配置し、何れかの現像装置を選
択的に作動させて多色の画像を形成する画像形成装置に
おける、作動現像装置の切換え動作時に、上記第２超音
波搬送部材のみの駆動を行なえば、現像剤搬送手段の潜
像担持体に対する移動機構を用いること無く潜像担持体
上でのトナーの混色を防止することが出来るので、機構
の簡略化や現像剤搬送手段の潜像担持体に対する位置精
度の向上が図れる。又、潜像担持体表面に単一の現像装
置を対向配置する画像形成装置における、装置本体から
の現像装置取り出し時に、該取り出し操作の前に上記第
２超音波搬送部材のみの駆動を行なえば、簡易な構成で
現像装置取り出し時のトナー飛散を防止することが出来
る。又、請求項４の発明によれば、上記超音波搬送手段
の潜像担持体表面に対向する領域面の少なくとも一部が
潜像担持体表面に沿った形状に構成し、これにより、現
像剤搬送手段を大型化することなく、比較的広い、潜像
担持体と現像剤搬送手段との対向領域を確保してトナー
を搬送出来るので、現像能力の向上や画像形成スピード
の高速化が図れる。更に、請求項６の発明によれば、磁
性トナーを用いて現像を行なう画像形成装置において、
上記超音波搬送手段を、電気入力を機械振動に変換する
部材上に多極着磁された可撓性部材を設けて構成し、且
つ、該可撓性部材を誘電体で構成したので、現像用バイ
アス電源からのリークを防止出来、又、現像電界を強調
して現像効率を向上させることが出来る。又、請求項７
の発明によれば、上記可撓性部材を有機磁性体で構成す
るので、上記可撓性部材の薄膜化が容易で、可撓性部材
の薄膜化による安定した磁性トナーの搬送を容易に実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置の概略構
成図。

【図２】図１の画像形成装置の現像装置の概略構成図。

【図３】本発明の第２実施例に係る画像形成装置の現像
装置の概略構成図。

【図４】本発明の第３実施例に係る画像形成装置の現像
装置の概略構成図。

【図５】本発明の第４実施例に係る画像形成装置の現像
装置の概略構成図。

【符号の説明】

１　　　　　　感光体ドラム　　　　　　　　　　　　
　　　　，　　１６　　　　現像装置１６０　　ローラ軸　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　，　　１６１　　現像ローラ１６２　　現像ブレード　　　　　　　　　　　　　　
　　，　　１６３　　アジテータ１６４　　電極　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　，　　１６５　　圧電部材１６６　　弾性部材　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　，　　１６７　　回転弾性ローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像担持体上にトナーを供給して潜像を現
像する現像装置を備えた画像形成装置において、該現像
装置の現像剤搬送手段として超音波搬送手段を用いるこ
とを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】上記超音波搬送手段がローラ形状に構成さ
れていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】上記超音波搬送手段が、上記現像装置内か
ら上記潜像担持体表面に向けてトナーを排出するトナー
経路を構成する第１超音波搬送部材と、上記現像装置内
から排出されたトナーを上記現像装置内に回収するトナ
ー経路を構成する第２超音波搬送部材と有することを特
徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項４】上記超音波搬送手段は、上記潜像担持体表
面に対向する領域面の少なくとも一部が上記潜像担持体
表面に沿った形状に構成されていることを特徴とする請
求項１の画像形成装置。
【請求項５】磁性トナーを用いて現像を行なう請求項１
の画像形成装置において、上記超音波搬送手段が、電気
入力を機械振動に変換する部材上に多極着磁された可撓
性部材を備えたことを特徴とする請求項１の画像形成装
置。
【請求項６】上記可撓性部材が誘電体で構成されている
ことを特徴とする請求項５の画像形成装置。
【請求項７】上記可撓性部材が有機磁性体で構成されて
いることを特徴とする請求項５の画像形成装置。