JP4610431B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

この発明は、像担持体に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置に関する。

現像装置は、感光体の表面に形成された静電潜像を、トナーによって可視像化する装置である。一般的な現像装置は、感光体の近くに配置されており、現像剤を収容する現像槽を有している。現像槽の内部には、現像槽内の現像剤を攪拌する攪拌部材、および現像槽内のトナーを感光体に供給する現像ローラが配置される。

また、現像槽は、補給路を介してトナーホッパ等のトナー収容槽に通じている。トナー収容槽は、現像槽に補給すべきトナーを収容する。画像形成処理によって現像槽内のトナーの量が減ると、トナー収容槽から現像槽へとトナーの補給がされる。現像槽に補給されたトナーは、攪拌ローラに攪拌されることによって帯電する。

ところが、従来、トナー収容槽から補給されたトナーの帯電電荷量が不足するという不具合が生じることがあった。この不具合の発生は、トナー収容槽から補給されたトナーが現像槽において十分に攪拌されることなく、感光体に供給されることが原因であることが多かった。

そこで、従来技術の中には、トナー収容槽から現像槽へトナーを補給する際のトナー補給経路に、軸部材の周面に放射状に植毛した複数のブラシを平行に配置することによって、補給されるトナーに電荷を付与する技術を採用するものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２１６３４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ブラシローラは、毛先の回転領域が互いに重なり合う部分よりも軸部材に近い部分に繊維毛同士および繊維毛と軸部材との間に空隙が形成され、この空隙にトナーが侵入することが避けられない。この空隙に侵入したトナーは、凝集または固着を生じ易い。また、繊維毛に固着したトナーは、ブラシローラの機能を阻害する。空隙で凝集したトナーは、ブラシローラの回転力によってこの空隙から凝集したまま現像槽に放出されるので、現像槽において分散性が悪く撹拌が不十分になる虞がある。このため、特許文献１に係る現像装置が高速印刷を行なう画像形成装置に装着された場合には、トナーの帯電電荷量不足を原因とする画像形成不良が発生する虞があると言える。

この発明の目的は、現像槽に補給されるトナーの凝集を簡易な構成で防止し、トナーの帯電電荷量不足の発生を防ぐ現像装置を提供することである。

（１） 本発明に係る現像装置は、電子写真方式の画像形成装置に搭載され、画像形成装置の感光体に形成される静電潜像を現像するものであり、現像槽、トナー収容槽、現像ローラ、攪拌ローラ、トナー案内ローラ、および加圧ローラを備える。現像槽は、現像剤を収容する。トナー収容槽は、現像剤の成分であるトナーが収容され、回転自在に設けられるトナー補給ローラを介して現像槽にトナーを補給する。現像ローラは、現像槽に回転自在に設けられて現像剤を担持する。攪拌ローラは、現像槽に回転自在に設けられて現像剤を攪拌するとともに現像ローラへ供給する。トナー案内ローラは、円筒状または円柱状に形成され、現像槽に回転自在に設けられてトナー収容槽から現像槽に補給されるトナーが落下する位置に配置される。加圧ローラは、トナー案内ローラの周面に圧接する周面を有する。
また、現像槽は、底壁と天板とが互いに接近することによって形成される凹状の補給トナー攪拌領域が、攪拌ローラに対して現像ローラ側と反対側に形成されている。
さらに、トナー案内ローラは、補給トナー攪拌領域に配置され、かつ、周面に落下したトナーを攪拌ローラから遠ざかる方向に導く方向に回転駆動され、加圧ローラはトナー案内ローラよりも攪拌ローラから離れた位置に配置される。

トナー収容槽から現像槽にトナーが補給されると、補給されたトナーはトナー案内ローラおよび加圧ローラの圧接部に導かれる。つまり、補給されたトナーは、現像ローラに導かれる前に必ずこの圧接部を通過する。この圧接部を通過する際に、凝集している粒状のトナーが粉末状に砕かれる。この結果、現像槽においてトナーの塊が存在しにくくなるため、現像槽における現像剤の攪拌性が向上し、例えば、画像かぶり等の画像形成不良の発生が抑えられる。
また、現像槽の奥まった箇所に形成される補給トナー攪拌領域にトナー案内ローラおよび加圧ローラが配置され、この補給トナー攪拌領域において、補給されたトナーが攪拌される。

（２） （１）に記載の現像装置であって、
トナー案内ローラまたは加圧ローラの少なくともいずれか一方は、その周面が弾性部材で構成されることを特徴とする。

この構成においては、トナー案内ローラおよび加圧ローラの圧接部において弾性部材で構成されたローラの周面が弾性変形する。この結果、トナー案内ローラおよび加圧ローラの圧接面積が増加するため、この圧接部を通過する補給トナーがより確実に粉末状に砕かれる。

（３） （１）または（２）に記載の現像装置であって、
トナー案内ローラまたは加圧ローラの少なくともいずれか一方に対して電圧を印加する電圧印加手段を含むことを特徴とする。

この構成においては、トナー案内ローラまたは加圧ローラの少なくともいずれか一方のローラ部材に印加された電圧によってトナーが帯電する。

（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の現像装置であって、
天板に基端が取り付けられるとともにトナー案内ローラの周面に自由端が接触するように、トナー案内ローラを挟んで奥側壁の反対側に配置され、トナー案内ローラに付着したトナーを掻き落とす板状部材を備えたこと特徴とする。

この構成においては、現像槽の内部の底壁、奥側壁、天板、および板状部材によって一対のローラ部材が囲まれる。

（１）現像槽に補給されるトナーの凝集を簡易な構成で防止し、トナーの帯電電荷量不足の発生を防ぐことができる。また、トナー案内ローラと現像槽の底壁および奥側壁が近接配置されることで、トナー案内ローラによってトナーの搬送が行い易くなる。

（２）トナーを挟み込む圧接部の面積を増加させることによって、現像剤を微細化し易くなる。

（３）トナー案内ローラまたは加圧ローラの少なくともいずれかに電圧印加部を接続することによって、補給されたトナーの帯電量不足を防止できる。

（４）板状部材によってトナー案内ローラの周囲が閉じられるため、一対のローラ部材によってトナーの粉砕および帯電が行ない易くなる。

図１に示すように、本実施形態に係る現像装置１は、感光体１００の周面に対向するように配置される。現像装置１は、現像剤を収容する現像槽１１、および現像槽１１にトナーを補給するトナーホッパ１４を備える。現像槽１１は、たとえば硬質の合成樹脂などからなる中空の容器状部材である。現像槽１１の中には、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤が収容される。現像槽１１とトナーホッパ１４との間には、トナーを通す開口１２が設けられる。この開口１２の上側を覆う位置には、トナー供給ローラ１３が配置される。トナー補給ローラ１３は、スポンジローラで構成されており、気泡部分にトナーを含ませた後に開口１２の縁で内部のトナーをしごき落すことによって、現像槽１１にトナーを補給する。なお、トナーホッパ１４の構成は、公知のトナーホッパの構成と同様であるため、その説明を省略する。

現像槽１１内には、現像ローラ５、層厚規制部材９、攪拌ローラ４、第１の滞留防止部材１０、トナー濃度センサ６、ガイド板部材７、第２の滞留防止部材８、案内ローラ３、および加圧ローラ２が配置される。

現像ローラ５は、感光体１００の周面に対向するように配置される。現像ローラ５は、感光体１００の回転軸に平行な回転軸に回転自在に設けられる。現像ローラ５は、極性が異なる磁石部材を略交互に周方向に配置して形成されたマグローラである。現像ローラ５は、その磁力によってトナーを担持するキャリアを吸着しつつ図中の反時計周りに回転することによって、トナーを感光体１００に供給する。

層厚規制部材９は、現像ローラ５の表面に形成される現像剤層の厚さを規制する。層厚規制部材９は、ステンレス鋼の薄板などで構成される薄板部材であり、現像槽１１の内壁に片持ち状に配置される。層厚規制部材９の自由端は、現像ローラ５の周面に対して所定の間隔を設けて配置される。

撹拌ローラ４は、現像ローラ５の回転軸に平行な回転軸に回転自在に設けられる。撹拌ローラ４は、現像槽１１内のトナーおよびキャリアを撹拌するとともに、攪拌されたトナーおよびキャリアを現像ローラ５へ供給する。

第１の滞留防止部材１０は、現像槽１１の上部において層厚規制部材９に隣接するように配置される。第１の滞留防止部材１０は、層厚規制部材９によって現像ローラ５の表面から除去された余剰のトナーおよびキャリアが現像槽１１の上部で滞留することを防止する。

トナー濃度センサ６は、撹拌ローラ４に近接するように、現像槽１１の底部に配置される。トナー濃度センサ６は、現像槽１１中のトナー濃度を検出する透磁率センサである。

ガイド板部材７は、感光体１００から離れる方向、つまり奥に向かう方向に傾斜しており、現像槽１１内におけるトナーおよびキァリアを現像槽１１の奥の方に導く。つまり、ガイド板部材７は、層厚規制部材９によって現像ローラ５の表面から除去された余剰のトナーおよびキァリアを、撹拌ローラ４へ向って円滑に流動させ、再び現像に使用するために設けられる。ガイド板部材７の第１の端部７Ａは、層厚規制部材９および第１の滞留防止部材１０に対向するように配置されている。ガイド板部材７の第２の端部７Ｂは、第１の端部７Ａよりも下方であって撹拌ローラ４の上側の周面に対向する位置に配置される。なお、第２の滞留防止部材８は、ガイド板部材７の底面側に取り付けられる。

案内ローラ３および加圧ローラ２は、開口１２の下方に位置する補給トナー攪拌領域に配置される。ここで、補給トナー攪拌領域とは、現像槽１１の奥に凹状に形成され、現像槽１１の天板と底板との間隔が他の箇所より狭くなるように形成された小空間である。補給トナー攪拌領域は、感光体１００の配置位置に向かう方向と上方にのみ開放しており、その他の方向は現像槽１の内壁によって囲まれている。

図２を用いて、案内ローラ３および加圧ローラ２について説明する。案内ローラ３は、トナーホッパ１４から開口１２を介して現像槽１１に補給されるトナーが落下する位置に配置される。案内ローラ３は、金属製の芯３０と、芯３０の外周に装着される円筒状のローラ部材３１とで構成される。ローラ部材３１は、気泡または空洞部が形成されていないゴムを用いるのが好ましい。このため、本実施形態では、芯３０とローラ部材３１の表面との間の全抵抗値が１ＭΩ〜１０ＭΩの導電性ウレタンゴムをローラ部材３１に用いている。これは、トナーは誘電体であるため、この全抵抗値が１ＭΩ未満であるとトナーの帯電が芯３０へ流出して案内ローラ３の表面への付着量が低下するからであり、この全抵抗値が１０ＭΩを超えるとトナーが案内ローラ３から離脱できなくなるからである。

このとき、開口１２の下側を覆うように案内ローラ３の周面が配置される。案内ローラ３の周面には加圧ローラ２の周面が圧接している。加圧ローラ２の芯およびローラ部材は、共に金属性素材を用いている。

案内ローラ３は、電圧印加部３０に接続される。加圧ローラ２は、電圧を印加する電圧印加部３１に接続される。案内ローラ３および加圧ローラ２は、共に図中における時計周りに回転駆動される。ただし、加圧ローラ２の回転方向に関しては、任意に設定することができ、本実施形態のように時計周りの回転に限定されない。

図３に示すように、現像装置１は、ＲＯＭ５１、トナー濃度センサ６、ドライバ５３，５４，５８、モータ５６，５７，５９、コネクタ５５、およびマイコン５０を備える。ＲＯＭ５１は、現像装置１の動作に必要なプログラムを格納する。トナー濃度センサ６は、現像槽１１内のトナー濃度を検出する透磁率センサである。ドライバ５３は、マイコン５０からの信号に基づいてモータ５６を駆動する。モータ５６は、トナー補給ローラ１３を回転させる駆動源である。ドライバ５４は、マイコン５０からの信号に基づいてモータ５７を駆動する。モータ５７は、現像ローラ５および攪拌部材４を回転させる駆動源である。ドライバ５８は、マイコン５０からの信号に基づいてモータ５９を駆動する。モータ５９は、案内ローラ３および加圧ローラ２を回転させる駆動源である。コネクタ５５は、電子写真方式の画像形成装置の制御部との接続に用いられるインタフェースである。マイコン５０は、コネクタ５５を介して入力される信号に応じて、ＲＯＭ５１に格納されたプログラムに基づいて各部の動作を制御する。

トナー濃度センサ６の検出値が予め定める基準値以下になると、マイコン５０の動作指令に従ってトナーホッパ１４が駆動し、トナーホッパ１４中のトナーがトナー補給ローラ１３を介して現像槽１１に補給される。その際、マイコン５０は、ドライバ５８を駆動することによって案内ローラ３および加圧ローラ２を回転させる。さらに、マイコン５０は、電圧印加部３０，３１から案内ローラ３および加圧ローラ２にそれぞれ電圧を印加させる。ここでは、案内ローラ３および加圧ローラ２にそれぞれ電圧を印加しているが、案内ローラ３または加圧ローラ２の少なくともいずれか一方に電圧を印加していれば、トナーの帯電性を良好にすることができる。

現像槽１１に補給されたトナーは、まず案内ローラ３の周面に接触する。案内ローラ３は、その一部または全部が、現像槽１１内に収容されるトナーおよびキャリアに浸漬される。このため、現像槽１１内に収容されたトナーおよびキャリアと、トナーホッパ１４から補給されたトナーとが十分に混合する。この結果、現像槽１１においてトナーとキャリアとが十分に混合された２成分の現像剤が形成される。

ここで、案内ローラ３の回転数をＶ１とし、トナーホッパ１４に設けられるトナー補給ローラ１３の回転数をＶ２とするとき、回転数Ｖ１と回転数Ｖ２との回転比（Ｖ１／Ｖ２）が１０以上かつ５０以下になるように、マイコン５０がドライバ５３，５８を制御する。

この回転比について説明する。トナー補給ローラ１３は、スポンジローラで構成され、ローラの気泡部分に侵入しているトナーを、回転して開口１２の縁でしごき落すことによって、トナーを開口１２から現像槽１１へ補給する。したがって、ホッパ補給口１１の縁との摩擦発熱による損傷を防止するために、トナー補給ローラ１３の回転数Ｖ２を大きくすることが困難である。一方、案内ローラ３は、ローラ部材３１が気泡等を含まない中実のゴム製ローラからなるので、その表面に保持することができるトナーの量が、トナー補給ローラ１３が１回転する間に補給することができる量に比べて少ない。また、案内ローラ３は、トナー補給ローラ１３とは異なり回転数の制約を受けることがない。このため、案内ローラ３の回転数Ｖ１を大きくすることができ、それによって、トナー補給ローラ１３から補給されるトナーを確実に攪拌ローラ４の方に搬送することができる。トナー補給ローラ１３から補給されるトナーを、案内ローラ３によって滞らせることなく搬送するためには、前記回転比（Ｖ１／Ｖ２）が１０倍以上であることが好ましい。このとき、回転比（Ｖ１／Ｖ２）の上限は、特に限定されるものではない。ただし、案内ローラ３を回転駆動させる駆動系の容量、また案内ローラ３によって搬送されるトナーの飛散抑制等の観点から、回転比（Ｖ１／Ｖ２）が５０を超えないことが好ましい。

現像装置１では、トナーホッパ１４から供給されるトナーが凝集状態であっても、案内ローラ３と加圧ローラ２との圧接部２０において、トナー４４が粉状に砕かれる。このため、現像槽１１におけるトナーおよびキャリアの撹拌性が向上する。

また、トナーホッパ１４から現像槽１１へ補給されるトナー４４が、圧接部２０において摩擦帯電されるだけでなく、加圧ローラ２と案内ローラ３と現像槽１１の内壁とで囲まれる空間に一旦貯留され、電圧印加部３０および電圧印加部３１から案内ローラ３と加圧ローラ２への電圧印加によって効率的に電荷が付与される。このため、補給されたトナーは、現像槽１１内での搬送および現像ローラ５から感光体１００へ移行する現像動作にとって十分な帯電状態となる。

このように、トナーおよびキャリアの撹拌され易くなり、かつ、好適に帯電されることによって、案内ローラ３から撹拌ローラ４、撹拌ローラ４から現像ローラ５、また現像ローラ５から感光体１００へとトナーが円滑に供給される。この結果、現像装置１によって現像した画像において、かぶり等の画像形成不良が発生しにくくなる。

以上に述べたように、本実施形態では、案内ローラ３をゴム製とし、加圧ローラ２を金属製としているが、これに限定されることない。例えば、案内ローラ３を金属製にし、加圧ローラ２が導電性を有するゴム製であっても良い。このような構成が採られる場合、案内ローラ３と加圧ローラ２との弾性的当接は、主に加圧ローラ２の弾性変形によって実現される。

続いて、図４および図５を用いて第２の実施形態に係る現像装置１′を説明する。第２の実施形態に係る現像装置１′の基本構成は、第１の実施形態に係る現像装置１の構成と同一である。

ただし、現像装置１′は、開口１２の近くに基端が取り付けられるとともに、案内ローラ３の周面に自由端が接触するように配置されたブロックプレート１５を備える点で、第１の実施形態と相違する。

ブロックプレート１５は、案内ローラ３の周面に付着したトナーを掻き落とす機能と、現像槽１１内のトナーおよびキャリアが補給トナー攪拌領域になだれ込むことを防止する機能を有する。ブロックプレート１５を設けることによって、案内ローラ３と加圧ローラ２の周囲を囲む壁が形成され、補給トナー攪拌領域がより閉じた空間になる。この結果、補給トナー攪拌領域に現像槽１１内のトナーおよびキャリアが侵入しなくなり、かつ、補給トナー攪拌領域から圧接部２０を経由せずに現像ローラ５の方に補給トナーが流れなくなる。よって、ブロックプレート１５を設けたことで、補給されるトナーの粉砕および帯電がより確実に行なわれる。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施形態に係る現像装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態に係る現像装置の要部の構成を示す図である。 現像装置の制御部の要部の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る現像装置の概略構成を示す図である。 第２の実施形態に係る現像装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１−現像装置
２−加圧ローラ
３−案内ローラ
４−攪拌ローラ
５−現像ローラ
１１−現像槽
１２−開口
１３−トナー補給ローラ

Claims (4)

1. 電子写真方式の画像形成装置に搭載され、前記画像形成装置の感光体に形成される静電潜像を現像する現像装置において、
   現像剤を収容する現像槽と、
   現像剤の成分であるトナーが収容され、回転自在に設けられるトナー補給ローラを介して前記現像槽にトナーを補給するトナー収容槽と、
   前記現像槽に回転自在に設けられて現像剤を担持する現像ローラと、
   前記現像槽に回転自在に設けられて現像剤を攪拌するとともに前記現像ローラへ供給する攪拌ローラと、
   円筒状または円柱状に形成され、前記現像槽に回転自在に設けられて前記トナー収容槽から前記現像槽に補給されるトナーが落下する位置に配置されるトナー案内ローラと、
   前記トナー案内ローラの周面に圧接する周面を有する加圧ローラと、
   を備え、かつ、
   前記現像槽は、底壁と天板とが互いに接近することによって形成される凹状の補給トナー攪拌領域が、前記攪拌ローラに対して前記現像ローラ側と反対側に形成されており、
   前記トナー案内ローラは、前記補給トナー攪拌領域に配置され、かつ、周面に落下したトナーを前記攪拌ローラから遠ざかる方向に導く方向に回転駆動され、前記加圧ローラは前記トナー案内ローラよりも前記攪拌ローラから離れた位置に配置されることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナー案内ローラまたは前記加圧ローラの少なくともいずれか一方は、その周面が弾性部材で構成されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記トナー案内ローラまたは前記加圧ローラの少なくともいずれか一方に対して電圧を印加する電圧印加手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記天板に基端が取り付けられるとともに前記トナー案内ローラの周面に自由端が接触するように、前記トナー案内ローラを挟んで前記奥側壁の反対側に配置され、前記トナー案内ローラに付着したトナーを掻き落とす板状部材を備えたこと特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置。

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