(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
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がそれぞれ配設されており、さらに
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。
【0015】
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る。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、トナーコンテナ4a〜4dによりシアン、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(以下、単に現像剤ともいう)が所定量充填されており、現像装置3a〜3dによって感光体ドラム1a〜1d上に現像剤中のトナーが供給され、静電的に付着する。これにより、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。
【0016】
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。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はクリーニング装置7a〜7dにより除去される。
【0017】
トナー像が転写される転写紙Pは、カラープリンター100内の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およびレジストローラー対12bを介して転写紙Pが所定のタイミングで中間転写ベルト8に隣接して設けられた二次転写ローラー9と中間転写ベルト8のニップ部(二次転写ニップ部)へ搬送される。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。
【0018】
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、そのまま(或いは分岐部14によって反転搬送路18に振り分けられ、両面に画像が形成された後)排出ローラー対15によって排出トレイ17に排出される。
【0019】
図2は、本発明の一実施形態に係る現像装置3aの外観斜視図であり、
図3は、本実施形態の現像装置3aの概略側面断面図である。なお、
図3は現像装置3aを
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。また、以降の説明において、カラープリンター100本体の手前側をフロント側、カラープリンター100本体の奥側をリア側と称する。例えば、
図2においては現像装置3aの左端がフロント側、右端がリア側となる。
【0020】
図2及び
図3に示すように、現像装置3aは、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。
【0021】
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3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。
【0022】
現像容器20は
図3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3の右側)において感光体ドラム1a(
図1参照)に対向している。トナー供給ローラー30及び現像ローラー31は、それぞれ回転軸周りに関して
図3の反時計回り方向に回転する。
【0023】
攪拌搬送室21には、攪拌搬送スクリュー25aと対面して不図示のトナー濃度センサーが配置されており、トナー濃度センサー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。トナー濃度センサーとしては、例えば、現像容器20内におけるトナーと磁性キャリアからなる二成分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。
【0024】
トナー供給ローラー30は、
図3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る磁気ローラーである。
【0025】
現像ローラー31は、
図3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いる。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。
【0026】
また、現像容器20には穂切りブレード(規制ブレード)33がトナー供給ローラー30の長手方向(
図3の紙面と垂直な方向)に沿って取り付けられている。穂切りブレード33は、現像容器20に装着されたブレード支持ステー35にブレード固定ビス(図示せず)によって締結固定されており、トナー供給ローラー30の回転方向(
図3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。
【0027】
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)が印加されている。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、現像バイアス電源からバイアス制御回路(いずれも図示せず)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。
【0028】
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を循環することにより現像剤中のトナーを帯電させる。供給搬送室22内の現像剤は、供給搬送スクリュー25bによって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)を形成する。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の回転によってトナー供給ローラー30と現像ローラー31との対向領域に搬送される。そして、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上にトナー薄層が形成される。
【0029】
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。
【0030】
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現像ローラー31から感光体ドラム1aにトナーが飛翔し、感光体ドラム1a上の静電潜像が現像される。
【0031】
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。
【0032】
その後、トナー濃度センサー(不図示)の検知結果に基づいてトナー補給口(不図示)から現像容器20内に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搬送スクリュー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。
【0033】
現像容器20における
図3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の内側に突出して、断面略V字状のスリーブカバー37が設けられている。
図3に示すように、スリーブカバー37は現像容器20の長手方向(
図3の紙面と垂直な方向)に沿って配置されており、スリーブカバー37の上面37a(
図4参照)は現像容器20内において現像ローラー31に対向する内壁部を構成している。
【0034】
スリーブカバー37の上端にはシート状のシール部材39が設けられている。シール部材39は、先端部が感光体ドラム1a(
図1参照)の表面に接触するようにスリーブカバー37の長手方向(
図3の紙面と垂直な方向)に延在しており、現像容器20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。
【0035】
図4は、スリーブカバー37を現像容器20の内側(
図3の左側)から見た斜視図である。スリーブカバー37の上面37aには、長手方向に沿ってフィルム部材40が支持されている。フィルム部材40は、PETフィルム等の、樹脂製の可撓性材料から形成されており、
図4に示すように、スリーブカバー37の上面37aの略全域(現像ローラー31の長手方向全域に対向する部分)に配置されている。なお、フィルム部材40の材質として、フッ素樹脂製のフィルム等を用いるか、或いは、フィルム部材40にフッ素樹脂のコーティングを行うことにより、スリーブカバー37よりもトナーが付着し難いようにすると好ましい。また、フィルム部材40は、後述するように張力を付与した状態で往復移動させるため、ある程度の復元力(コシ)が必要となる。
【0036】
スリーブカバー37の上面37aの、フロント側(
図4の右側)及びリア側(
図4の左側)の端部には、フィルム部材40の端部が挿入されるガイド部37b、37cが形成されている。そして、フィルム部材40のリア側の端部は、ガイド部37cを通過してさらにリア側に延在し、先端部が現像装置3aのリア側に配置されたアイドルギア41(
図6参照)の近傍に位置している。
【0037】
フィルム部材40の上端部には、長手方向中央部と両端部近傍の計3箇所に矩形状の切り欠き部60が形成されている。また、スリーブカバー37の各切り欠き部60に対向する部分には係合凸部61が突設されている。切り欠き部60及び係合凸部61は、後述するフィルム部材40の往復移動によりフィルム部材40の上端部を揺動させる揺動機構を構成する。
【0038】
図5は、スリーブカバー37のフロント側端部付近(
図4の破線円S1内)の部分拡大図、
図6は、フィルム部材40のリア側端部付近(
図4の破線円S2内)の部分拡大図、
図7は、フィルム部材40のリア側端部付近を
図6の上方から見た平面図である。なお、
図5及び
図6は、スリーブカバー37及びフィルム部材40を現像装置3aの内側(
図3の左側)から見た状態を示している。
【0039】
図5に示すように、スリーブカバー37のフロント側においては、フィルム部材40の係止孔40aにコイルバネ43の一端が係止されており、コイルバネ43の他端はスリーブカバー37の係止部37dに係止されている。一方、
図6及び
図7に示すように、スリーブカバー37のリア側においては、リンク部材45のフック部45bが係合する矩形状の係合孔40bが形成されている。
【0040】
この構成により、フィルム部材40の一端(フロント側の端部)はコイルバネ43によってフロント側に付勢され、フィルム部材40の他端(リア側の端部)は係合孔40bとリンク部材45との係合によって移動が規制されるため、フィルム部材40には長手方向に所定の張力(テンション)が付与されている。
【0041】
リンク部材45は、円筒状の支持部45aと、支持部45aから延在するフック部45b、トリガー45cとを有している。支持部45aは、スリーブカバー37に形成されたボス部37eに回動可能に外挿され、リンク部材45は、支持部45aを支点としてスリーブカバー37に対し揺動可能に支持されている。フック部45bは、フィルム部材の係合孔40bに係合する。トリガー45cはアイドルギア41のフィルム部材40に対向する側面に一体形成された筒状部41aの外周面に対向している。リンク部材45には、フィルム部材40を介してコイルバネ43の付勢力が作用しており、フック部45bがフィルム部材40に近づく方向(
図7の反時計回り方向)に付勢されている。
【0042】
筒状部41aの外周面には、山形状の突起50が形成されている。突起50は、アイドルギア41の回転に伴う筒状部41aの回転によってトリガー45cに接触可能となっている。
【0043】
画像形成時にトナー供給ローラー30及び現像ローラー31を回転駆動させると、現像ローラー31の駆動入力ギア(図示せず)に駆動力を伝達するアイドルギア41も
図6の矢印A方向に回転する。このとき、アイドルギア41に一体形成された筒状部41aも矢印A方向に回転するため、筒状部41aに形成された突起50がリンク部材45のトリガー45cに間欠的に接触する。
【0044】
その結果、支持部45aを支点としてリンク部材45が揺動し、フィルム部材40の一端(リア側の端部)がフック部45bによって間欠的に引っ張られるため、フィルム部材40は、他端(フロント側の端部)に連結されたコイルバネ43を伸縮させながら長手方向に小刻みに往復移動(スライド)する。
【0045】
図8は、フィルム部材40の切り欠き部60周辺の拡大平面図であり、
図9は、
図8の状態におけるスリーブカバー37およびフィルム部材40をスリーブカバー37のフロント側(
図4の右方向)から見た側面断面図(
図8のXX′矢視断面図)である。
図8は突起50がリンク部材45のトリガー45c(
図7参照)に接触してフィルム部材40がリンク部材45(フック部45b)によって引っ張られ、スリーブカバー37の最もリア側(
図4の左側)に移動した状態を示している。このとき、フィルム部材40はコイルバネ43の引っ張り方向(
図8の右方向)に対して切り欠き部60の上流側端縁60aが係合凸部61と重ならない位置(以下、第1の位置という)に配置されている。また、
図9に示すように、フィルム部材40はスリーブカバー37の上面37aに沿って略平行に配置されている。
【0046】
図10は、
図8の状態からフィルム部材40がスリーブカバー37のフロント側に移動した状態での切り欠き部60周辺を上方から見た拡大図である。
図10に示すように、係合凸部61にはフィルム部材40が移動する方向に沿って傾斜する傾斜面61aが形成されている。
図8の状態からアイドルギア41が回転し、突起50とリンク部材45のトリガー45c(
図7参照)との接触状態が解除され、コイルバネ43の付勢力によってフィルム部材40がフロント側(
図10の矢印方向)に引っ張られると、切り欠き部60の上流側端縁60aが傾斜面61aの上り勾配に沿って係合凸部61に乗り上げていく。
【0047】
図11は、フィルム部材40がスリーブカバー37の最もフロント側まで移動した状態での切り欠き部60周辺の拡大平面図であり、
図12は、
図11の状態におけるスリーブカバー37およびフィルム部材40をスリーブカバー37のフロント側(
図4の右方向)から見た側面断面図(
図11のYY′矢視断面図)である。コイルバネ43の付勢力によってフィルム部材40が最もフロント側まで移動すると、
図11に示すように切り欠き部60の上流側端縁60aが係合凸部61に乗り上げた位置(以下、第2の位置という)まで移動する。このとき、
図12に示すようにフィルム部材40の上端部が係合凸部61に持ち上げられてスリーブカバー37の上面37aとの間に隙間が形成される。
【0048】
以上のようにして、フィルム部材40の長手方向への往復移動に伴い、フィルム部材40は
図9の状態と
図12の状態とを交互に繰り返す。即ち、フィルム部材40は下端部を支点として上端部がスリーブカバー37の上面37aに対して直交する方向(
図12の矢印方向)に揺動する。
【0049】
図13は、本実施形態の現像装置3aのスリーブカバー37付近の側面断面図である。上述したフィルム部材40の往復移動、およびフィルム部材40の上端部の揺動により、
図13に示すように、フィルム部材40に堆積したトナーは離れ、振るい落とされる。特に、フィルム部材40の上端部が揺動する際に、フィルム部材40に堆積したトナーがトナー供給ローラー30側に跳ね上げられる。フィルム部材40からトナー供給ローラー30側に跳ね上げられたトナーはフィルム部材40に沿って滑り落ち、スリーブカバー37とトナー供給ローラー30とで挟まれた領域Rに落下する。
【0050】
これにより、現像装置3a内のトナー供給ローラー30及び現像ローラー31が高速で回転し、現像容器20内のトナー浮遊量が大きい場合であっても、スリーブカバー37の上面37aにおけるトナーの堆積を抑制できる。その結果、スリーブカバー37の上面37aに堆積したトナーが凝集(ブロッキング)してトナー供給ローラー30または現像ローラー31に付着し、トナー落ちとなる画像不具合等を、トナー供給ローラー30及び現像ローラー31の線速に依存することなく効果的に抑制することができる。
【0051】
このとき、フィルム部材40は長手方向に沿って全体が往復移動するとともに、切り欠き部60と係合凸部61からなる揺動機構もフィルム部材40の長手方向の複数箇所(ここでは3箇所)に形成されているため、フィルム部材40の長手方向においてトナーを振い落とす効果にバラツキが生じず、フィルム部材40上に堆積したトナーを偏りなく振い落とすことができる。フィルム部材40上に堆積したトナーを円滑に落下させるためには、水平面に対するフィルム部材40の傾斜角θを55°以上とすることが好ましい。
【0052】
また、トナー供給ローラー30側に跳ね上げられたトナーの一部はトナー供給ローラー30の外周面に形成される磁気ブラシによって回収される。本実施形態では、現像装置3aの駆動時にフィルム部材40が往復移動し、さらにフィルム部材40の上端部が揺動するため、現像ローラー31から落下したトナーはフィルム部材40上に長期間堆積することなく速やかに振るい落とされる。ここで、現像ローラー31から落下した直後のトナーは帯電量が低下していないため、トナー供給ローラー30の磁気ブラシによって回収した後、再び現像ローラー31上に供給されても現像動作に悪影響を及ぼすおそれはない。
【0053】
また、フィルム部材40を往復移動させてトナーの堆積を防止するため、スリーブカバー37上のトナーを除去するブラシ部材等のトナー除去部材を別途設ける必要がなく、コンパクトで省スペースな構成となる。また、トナー除去部材に起因する異物が現像剤と共に現像容器20内を循環するおそれがないため、穂切りブレード33とトナー供給ローラー30との隙間に異物が挟まることによる白抜け画像等の画像不良を効果的に防止することができる。
【0054】
さらに、トナー供給ローラー30及び現像ローラー31の回転駆動に用いるアイドルギア41の回転を利用してフィルム部材40を往復移動させるため、フィルム部材40に振動を与えるための専用モーターやアクチュエーター等を別途設ける必要がなく、現像装置3aの内部構成も簡素化できる。
【0055】
ここで、領域Rに落下したトナーを供給搬送室22へ戻すために、非画像形成時にトナー供給ローラー30を画像形成時とは逆方向(
図13の時計回り方向)に回転させることが好ましい。領域Rに落下して穂切りブレード33の先端部付近に一時的に堆積したトナーは、トナー供給ローラー30を逆方向に回転させることにより、トナー供給ローラー30の表面に形成される磁気ブラシによって回収され、トナー供給ローラー30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との隙間を通過する。そして、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、供給搬送室22(
図3参照)へ強制的に戻される。
【0056】
トナー供給ローラー30を逆回転させるタイミングとしては、画像形成装置100の立ち上げ時(電源オン時)や省電力(スリープ)モードからの復帰時、或いは所定枚数の印字が終了した時等、フィルム部材40上へのトナーの堆積の程度に応じて適宜設定することができる。
【0057】
なお、トナー供給ローラー30を画像形成時とは逆方向に回転させた場合、アイドルギア41も画像形成時と逆方向(
図6の矢印A′方向)に回転する。この場合においても、筒状部41aに形成された突起50がリンク部材45のトリガー45cに間欠的に接触するため、画像形成時と同様にリンク部材45が揺動し、フィルム部材40を往復移動させることができる。
【0058】
また、アイドルギア41の筒状部41aに形成された突起50とリンク部材45のトリガー45cとの接触によりフィルム部材40を往復移動させる構成としたので、突起50の突出量、或いは突起50の数を変更することで、フィルム部材40の振幅や往復移動の周期等を適宜変更することができる。
【0059】
また、本実施形態では係合凸部61に傾斜面61aを形成し、切り欠き部60の上流側端縁60aが傾斜面61aに沿って係合凸部61に乗り上げる構成としたが、例えば
図14に示すように断面円弧状の係合凸部61を形成し、切り欠き部60の上流側端縁60aが係合凸部61の曲面に沿って乗り上げるようにしてもよい。
【0060】
また、切り欠き部60に代えて、
図15に示すような窓部63、或いは
図16に示すような突出片65を設け、フィルム部材40の長手方向への移動に伴い窓部63の上流側端縁63a、或いは突出片65が係合凸部61に乗り上げるようにしてもよい。
【0061】
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スリーブカバー37やフィルム部材40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、これらは現像装置3aの構成等に応じて適宜設定することができる。
【0062】
例えば、上記実施形態では、リンク部材45側に設けられたトリガー45cとアイドルギア41側に設けられた突起50とを用いてフィルム部材40を往復移動させる構成としたが、トナー供給ローラー30または現像ローラー31の駆動ギア列を構成する他のギアに突起50を設けてトリガー45cに間欠的に接触させることによりフィルム部材40を往復移動させることもできる。
【0063】
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17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各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各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。
【0064】
また、上記実施形態では、タンデム型のカラープリンター100を例に挙げて説明したが、本発明は、その他、例えばモノクロ及びカラー複写機、デジタル複合機、モノクロプリンターやファクシミリ等にも適用できることは言うまでもない。