JP3090989B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、潜
像担持体表面に現像剤やトナーを搬送して現像する現像
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の画像形成装置の現像装置に
おいては、現像装置内で撹拌された現像剤もしくはトナ
ーを、現像剤担持体である現像ローラ表面に担持し、現
像ローラを回転させることによって静電潜像担持体であ
る感光体の表面に対向する位置まで搬送して、感光体上
の潜像を現像している。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回転により現
像装置内に回収し、新たに現像剤もしくはトナーを撹拌
・帯電して再び現像ローラに担持して搬送していた。

【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
と現像側板間にトナーが侵入し、トナーが擦れてトナー
固着等の異常が起こり、画像に悪影響を及ぼしていた。
また、現像ローラを磁石ローラを内包した現像スリーブ
で構成したものにおいては、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
り現像ローラ回転のトルク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。

【０００４】そこで、本出願人は、静電アクチュエータ
部材を用いることによって現像ローラを回転させること
なく、現像ローラ上の現像剤もしくはトナーを搬送する
画像形成装置について特許出願を行った（特願平３−１
９５９０１）。この先の出願に係る発明によれば、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
ことができる。しかし、この先の出願に係る発明の画像
形成装置においては、静電アクチュエータ部材表面上の
単位面積あたりの担持トナー量が、静電アクチュエータ
の複数の電極の配置によって左右される。このため、該
配置の設定によっては、静電アクチュエータ部材表面上
の単位面積あたりの担持トナー量が、不足して現像濃度
が不充分になる恐れがある。このような現像濃度の不足
を解消するためには、静電アクチュエータによるトナー
搬送速度を潜像担持体の移動速度よりも充分速くするこ
とも考えられるが、これによれば、静電潜像の端部近傍
の地肌部にトナーが集中して付着した異常画像を生じる
恐れがある。これは従来の現像装置において良く知られ
ているように、潜像担持体上の静電潜像に対する単位時
間あたりのトナー供給量を多くするために、現像ローラ
の回転速度を潜像担持体の表面移動速度よりも速くした
場合に生じるのと同様の現象である。

【０００５】本発明は、以上の問題点に鑑みなされたも
のであり、その目的とするところは、現像剤担持体を移
動させることなくトナーを搬送することができ、かつ、
現像領域におけるトナー搬送速度を潜像担持体表面の移
動速度と同程度に設定しても充分な画像濃度を得ること
ができる画像形成装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】潜像担持体上の潜像を現
像するためのトナーを備えた現像装置を有する画像形成
装置において、該潜像担持体との対向部である現像領域
にトナー搬送する該現像装置のトナー搬送手段として、
隣合う３つの電極同士が順次互いに異なる第１乃至第３
の電極端子に接続さて第１乃至３の駆動電極群を成す複
数の電極をトナーの粒経の３分の１のピッチで搬送方向
に並べて配置した静電アクチュエータ部材を用い、該第
１乃至第３の電極端子に、一つはトナーと逆極性で他の
２つはトナーと同極性なるパターンの電圧を、該逆極性
になる電極が第１乃至第３の電極で１つずつずれるよう
に切り替えながら印加することを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【作用】本発明は、現像装置のトナー搬送手段として静
電アクチュエータ部材を用い、静電アクチュエータの複
数の電極に所定のパターンで極性が変わる電圧を印加
し、これにより、帯電したトナーの電荷と静電アクチュ
エータの複数の電極の電荷との相互作用により静電的に
駆動力を発生させてトナーを搬送する。そして、この複
数の電極を、トナー搬送方向においてトナー粒径の３分
の１のピッチで配置し、これにより、静電アクチュエー
タ表面にほぼ隙間無くトナーを担持するようにしたもの
である。

【０００８】

【実施例】本発明を実施例に基づいて説明する。まず、
実施例にかかる画像形成装置全体の概略構成を示す図１
に基づいて、全体の概略の構成及び動作を説明する。潜
像担持体の一構成例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する。コンタク
トガラス２上に原稿を載置し、図示されていないプリン
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われる。そして、走
査された画像がレンズ９の後方に設けた画像読み取り素
子１０に、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画像処理される。そして、画
像処理された信号でレーザーダイオード（ＬＤ）を駆動
する。該ＬＤからのレーザー光はポリゴンミラー１３で
反射された後、ミラー１４を介して感光体ドラム１上に
照射される。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上に行われて、既に一様に帯電チャー
ジャー１５により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。そして、可視像が転写された転写紙は分離チ
ャージャー１９により感光体ベルト１の表面より分離さ
れた後、搬送ベルト２１によって搬送され、定着ローラ
対２２の圧接部を通って、可視像が定着され、機外へと
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。

【０００９】次に現像装置１６について説明する。図２
において、現像装置１６はトナー搬送手段である現像ロ
ーラ１６１と、該現像ローラ１６１の表面に当接回転し
てトナーを摩擦帯電させる帯電ローラ１６２と、トナー
ホッパ内のトナーを帯電ローラ１６２付近まで搬送する
ためのアジテータ１６３とを備えている。現像ローラ１
６１は回転不能に支持された基体ローラ１６１ａ上に、
絶縁体からなる固定子１６５とこれに埋め込まれた複数
の電極１６４とからなる静電アクチュエータ部材を有し
ている。この複数の電極（以下、駆動電極という）１６
４は、それぞれ基体ローラ１６１の軸方向に細長い帯状
をしており、隣合う電極同士が、互いに異なる第１〜第
３の電極端子１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃのいずれか
に接続されて、３つの駆動電極群を形成している。この
駆動電極１６４の現像ローラ１６１周方向におけるピッ
チは、例えば、１０乃至２０μｍ程度に設定して、直径
が１０μｍ程度のトナー粒子が１つの駆動電極１６４上
に一列に付着するようにしても良いし（図３参照）、こ
れよりも、同周方向の幅及びピッチを大きく設定して１
つの駆動電極上にトナー粒子が複数列になって付着する
ようにしても良い。そして、これらの電極端子１６４
ａ，１６４ｂ，１６４ｃに後述するように電圧を印加す
ることにより、トナーの電荷と駆動電極１６４の電荷の
相互作用で駆動力を発生させてトナーを搬送する。

【００１０】トナーホッパー内には、上記帯電ローラ１
６２によって例えば正極性（＋）に摩擦帯電される黒ト
ナーが収容されている。このトナーは後述するように所
定の抵抗を有することが必要である。そして、トナーエ
ンド検知はアジテータ１６３の回転トルクを検出し、該
回転トルクが所定以下に低下したことによりトナーが現
像装置１６内に無くなりトナーエンドになったと見なす
ことにより行い、トナーエンドを検知したときは図示し
ていない例えば操作部のトナーエンド表示を点灯させて
ユーザーにトナーエンドを知らせる。

【００１１】図３を用いて上記静電アクチュエータ部材
により、例えば、該静電アクチュエータ部材上を右方向
にトナーを搬送する動作原理について説明する。図３
（ａ）のように、いずれの電極端子１６４ａ，１６４
ｂ，１６４ｃにも電圧をかけていない状態では、駆動電
極１６４には電荷は存在しない。一方、トナーは帯電ロ
ーラ１６２によって摩擦帯電し、＋の帯電を起こしてい
るが、固定子側には電荷がないので駆動電極１６４によ
っては何ら支配されず、トナーの搬送は行われない状態
である。このとき、トナーは現像ローラ１６１周辺に浮
遊もしくは何らかの力によって固定子上に付着してい
る。この状態から、図３（ｂ）に示すように、第１電極
端子１６４ａに正電圧、第２電極端子１６４ｂに負電
圧、第３電極端子１６４ｃに０Ｖを印加する。すると、
トナーは、その帯電極性と逆の極性の電圧が印加されて
いる駆動電極に引きつけられる。つまり、−Ｖが印加さ
れている駆動電極１６４上の現像ローラ表面に＋トナー
が付着する。このとき、トナーと同極性である＋Ｖの電
圧が印加されている駆動電極１６４及び印加電圧をかけ
ない駆動電極１６４上にはトナーが引き付けられること
はない。次に、各印加電圧を図３（ｃ）のように、付着
しているトナーの下方にある第２駆動電極群にトナーと
同極性である＋Ｖを、該第２駆動電極のトナー搬送方向
（この例では右側）隣りである第３電極群にトナーと逆
極性である−Ｖを、そして、該第２駆動電極のトナー搬
送方向とは逆隣りである第１駆動電極群にトナーと同極
性である＋Ｖを印加するように切り替える。これによ
り、トナーの電荷とその直下の駆動電極の電荷とが同極
性となるために、反発力が発生してトナーに対し浮上力
が発生し、トナー搬送方向の第３の駆動電極群は０から
−Ｖと変化してトナーと同極性になっているので、該第
３駆動電極群の電荷はその左上のトナーを吸引し、又、
トナー搬送方向と逆の第１駆動電極群の電荷はトナーと
同極性になっているので、その右上のトナーを反発し
て、トナーには右方向の駆動力が発生する。浮上力によ
りトナーと現像ローラ表面との摩擦が減少し、電荷によ
る駆動力によりトナーは駆動電極１ピッチ程度移動す
る。次に、このトナーの反発と駆動を行うパターンの電
圧（図３（ｃ）、図３（ｄ））を、１つずらす為に、図
３（ｅ）及び（ｆ）のように各印加電圧を切り替える。
以降、同様にして、駆動電極を１つずつずらしながら印
加することにより、トナーを続けて動かす。ここで、以
上の図３（ｂ）から図３（ｆ）まで、及び、その後にお
ける、各駆動電極群への印加電圧の切り替えについて整
理すると、表１のようになる。同表中のステップに図
３（ｂ）が、ステップに図３（ｃ）及び（ｄ）が、ス
テップに図３（ｅ）及び（ｆ）が対応する。ステップ
は、第１〜第３駆動電極群のそれぞれに＋Ｖ、−Ｖ、
＋Ｖが印加され、トナーの反発と駆動を行うパターンの
電圧がステップからトナー搬送方向である右側に１つ
ずれたものである。以降、ステップ〜を繰り返すこ
とによって、トナーの反発と駆動を行うパターンの電圧
を、１つずつずらしていく。

【表１】 なお、例えば図３（ｃ）（ステップ）で、第３の駆動
電極群への印加電圧を正にし、且つ、第１の駆動電極群
を負にすれば逆方向に駆動できる。

【００１２】ここで、本実施例のトナーとしては、摩擦
帯電できるものであれば、高抵抗、中抵抗の何れのトナ
ーも使用できる。但し、中抵抗のトナーの場合には、駆
動電極上方の現像ローラ表面に付着した状態で、該駆動
電極への印加電圧の極性を切り替えるた瞬間に、切り替
え後の駆動電極の電荷によって瞬時にトナーの摩擦帯電
極性と逆極性の電荷がトナー下部に誘導されると、これ
が駆動電極の電荷で吸引されて充分な反発力を得られ無
くなる恐れがある。従って、駆動電極への印加電圧極性
の切り替え時に充分な反発力が得られる程度の抵抗を備
えたものを用いる。

【００１３】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によって帯電ローラ１６２に
搬送され、帯電ローラ１６２で所定の極性を帯電された
後、現像ローラ１６１表面に搬送される。現像ローラ１
６１上のトナーは静電アクチュエータにより搬送され、
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これを顕像化する。感光体ドラム１
に付着しなかったトナーは再び現像装置内に戻り、帯電
ローラ１６２によって現像ローラ１６２上から除去され
る。

【００１４】そして、本実施例においては、複数の駆動
電極１６４を３つの駆動電極群に分けて、トナーをこの
３つの駆動電極群のうちの１つの駆動電極群によって吸
引することによって現像ローラ１６１周面に担持してい
る。つまり、並んで配置されている３つの駆動電極に対
して１つのトナーが割り当てられることになる。従っ
て、感光体上の潜像に充分なトナーを供給してむらの無
い現像を行う為に、現像ローラ１６１の周面にほとんど
隙間が無いようにトナーを担持させるための必要充分条
件は、図４に示すように並んで配置されている３つの駆
動電極全体の駆動電極間距離を含めた所要幅が、トナー
１個の粒径にほぼ等しくなるようにすることである。こ
れよりも配置ピッチＰが大きくなるとトナー粒子間に隙
間が生じ、逆に、これよりも配置ピッチＰが小さいと、
トナーの一層に着目した場合に明らかなように、現像ロ
ーラ１６１周面に隙間無くトナーが付着することができ
ず、現像ローラ１６１表面から浮き上ってしまうトナー
が生じて、上記のトナー搬送原理に基づくスムーズなト
ナー搬送が出来なくなってしまう。そこで、本発明にお
いては、図４に示すように並んで配置されている３つの
駆動電極全体の駆動電極間距離を含めた所要幅が、トナ
ー１個の粒径にほぼ等しくなるように、駆動電極１６４
の配置ピッチＰをトナー粒径のほぼ３分の１に設定す
る。

【００１５】以上、本実施例においては、上記静電アク
チュエータの原理を用いてトナーを現像ローラ１６１を
廻す事なく搬送するので、現像ローラ１６１を回転させ
る場合のような擦れる部分がなく、このような擦れる部
分でトナーにストレスが掛かってトナー固着をおこすよ
うなことも無い。また、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がなく、また熱
の発生が抑えられるので現像装置内のトナーが溶解する
こともない。

【００１６】尚、上記実施例においては、トナーを摩擦
帯電させて使用したが、トナーを摩擦帯電させずにトナ
ー搬送を行うことも出来る。この場合には、図３（ｂ）
の状態で、トナー下部に駆動電極の印加電圧極性と逆極
性の電荷が誘導された後に、図３（ｃ）のように各印加
電極への電圧を切り替えてトナー下部の誘導電荷との間
に反発力を発生させて、上記実施例と同様にしてトナー
を移動させる。この場合にも、該駆動電極への印加電圧
の極性を切り替えるた瞬間に、切り替え後の駆動電極の
電荷によって瞬時にトナーの摩擦帯電極性と逆極性の電
荷がトナー下部に誘導されると、これが駆動電極の電荷
で吸引されて充分な反発力を得られ無くなる恐れがある
ので、駆動電極への印加電圧極性の切り替え時に充分な
反発力が得られる程度の抵抗を備えたものを用いる。

【００１７】

【発明の効果】以上本発明によれば、現像装置の現像剤
搬送手段として静電アクチュエータ部材を用い、これに
より、現像剤担持体を回転させる事なく静電潜像担持体
にトナーを供給するので、現像装置内でのトナー固着は
なくなり、トルクの低減も図ることができる。また、従
来の現像剤担持体のように回転する部材の軸受けを介し
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
良という不具合も発生しない。また、この複数の電極を
トナー搬送方向においてトナー粒径の３分の１のピッチ
で配置し、これにより、静電アクチュエータ表面にほぼ
隙間無くトナーを担持するようにしたので、現像領域に
おけるトナー搬送速度を潜像担持体表面の移動速度と同
程度に設定しても充分な量のトナーを静電潜像担持体に
供給して充分な画像濃度を得ることができる。

【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構成概略図。

【図３】（ａ）乃至（ｆ）はトナー搬送動作原理の説明
図。

【図４】同現像装置の静電アクチュエータの駆動電極配
置の説明図。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ， １６ 現
像装置 １６１ 現像ローラ ， １６２ 帯
電ローラ １６３ アジテーター ， １６４ 駆
動電極 １６５ 固定子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 知司 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平３−21967（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潜像担持体上の潜像を現像するためのトナ
   ーを備えた現像装置を有する画像形成装置において、該潜像担持体との対向部である現像領域に現像に使用す
   るトナーを搬送する該現像装置の トナー搬送手段とし
   て、隣合う３つの電極同士が順次互いに異なる第１乃至
   第３の電極端子に接続さて第１乃至３の駆動電極群を成
   す複数の電極をトナーの粒経の３分の１のピッチで搬送
   方向に並べて配置した静電アクチュエータ部材を用い、 該第１乃至第３の電極端子に、一つはトナーと逆極性で
   他の２つはトナーと同極性なるパターンの電圧を、該逆
   極性になる電極が第１乃至第３の電極で１つずつずれる
   ように切り替えながら印加する ことを特徴とする画像形
   成装置。