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発明の名称 現像装置、現像カートリッジおよび画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−143216
公開日 平成11年(1999)5月28日
出願番号 特願平9−322207
出願日 平成9年(1997)11月7日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】倉橋 暎
発明者 津田 忠之 / 佐々木 新一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 現像剤を担持して像担持体と対向した現像領域に搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体上に担持した現像剤量を規制する、現像剤担持体に当接した現像剤規制部材とを有する現像装置において、前記現像剤担持体の回転方向に関して前記現像剤規制部材の当接部よりも下流側に、現像剤担持体の両端部に圧接して従動回転する導電部材を設置し、前記各導電部材に現像剤の帯電極性と同極性のバイアスを印加することにより、前記各導電部材の圧接部分を通過する現像剤に電荷を付与することを特徴とする現像装置。
【請求項2】 前記各導電部材は、現像剤担持体の現像剤担持領域とその外側の現像剤非担持領域の双方にまたがって、現像剤担持体に圧接する請求項1の現像装置。
【請求項3】 前記各導電部材は導電性金属のローラからなる請求項1または2の現像装置。
【請求項4】 前記現像剤が非磁性1成分現像剤である請求項1〜3のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項5】 画像形成装置本体に着脱自在な現像装置からなる現像カートリッジにおいて、前記現像装置が請求項1〜4のいずれかの現像装置からなることを特徴とする現像カートリッジ。
【請求項6】 現像装置を備えた画像形成装置において、前記現像装置が請求項1〜4のいずれかの現像装置からなることを特徴とする画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式等の画像形成装置において使用される現像装置、現像カートリッジ、およびその画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置においては、その像担持体上に形成した潜像を、現像装置により現像剤を用いて現像してトナー像として可視化することを行っている。
【0003】このような現像装置で、現像剤として非磁性トナー(非磁性1成分現像剤)を用いるものでは、現像スリーブに弾性ブレードを当接して、現像スリーブ上に担持したトナーをその当接部の間に通過させることにより、現像スリーブ上にトナー層を形成するとともに、当接部での摩擦によりトナーに十分な摩擦帯電電荷(トリボ)を付与させている。
【0004】この非磁性トナーは、現像スリーブの表面に磁界の作用によってトナーを磁気的に保持することができる磁性トナーと違って、このような磁気的な吸着力を用いることができないので、十分帯電されたもの以外は現像スリーブ上に保持されず、現像容器からのトナーの漏れや飛散を生じやすく、画像形成装置の内部をトナーで汚す不都合を招きやすい問題があった。
【0005】そこで、非磁性トナーの漏れを防止するため、たとえば現像容器の現像スリーブを配置した開口部下部のトナー回収部分に、現像スリーブに軽圧接触した可撓性のシール部材を設け、開口部下部からのトナーの漏れを防ぐことが行われる。さらに、現像スリーブの長手方向両端部の近傍に別途、シール部材を設け、弾性ブレードの長手方向両端部と現像容器、現像スリーブ間からのトナーの漏れを防止している。さらにまた、それらの部材間の間隙をなくすために、上記の端部シール部材によって弾性ブレードの長手方向両端部の現像スリーブへの当接部をその裏面から押さえている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、弾性ブレード端部の現像スリーブへの圧接を強くすると、弾性ブレードが変形し、一方、それを防ぐために圧接を弱くすると、弾性ブレード端部と端部シール部材との間に隙間ができやすくなる。
【0007】このように、端部シール部材の圧接状態によって、弾性ブレードが変形して現像スリーブ表面との当接が不十分となったり、端部シール部に隙間ができたりするので、従来は、トナーが十分に摩擦帯電されていないと、依然として現像スリーブ上に保持されずに、トナーの漏れや飛散を生じる問題があった。
【0008】従って、本発明の目的は、不十分な帯電の非磁性トナーに電気的に電荷を付与して、トナーの漏れや飛散を防止することを可能とした現像装置、この現像装置を備えた現像カートリッジおよび画像形成装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る現像装置、現像カートリッジおよび画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、現像剤を担持して像担持体と対向した現像領域に搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体上に担持した現像剤量を規制する、現像剤担持体に当接した現像剤規制部材とを有する現像装置において、前記現像剤担持体の回転方向に関して前記現像剤規制部材の当接部よりも下流側に、現像剤担持体の両端部に圧接して従動回転する導電部材を設置し、前記各導電部材に現像剤の帯電極性と同極性のバイアスを印加することにより、前記各導電部材の圧接部分を通過する現像剤に電荷を付与することを特徴とする現像装置である。
【0010】本発明によれば、前記各導電部材は、現像剤担持体の現像剤担持領域とその外側の現像剤非担持領域の双方にまたがって、現像剤担持体に圧接する。前記各導電部材は導電性金属のローラからなる。前記現像剤が非磁性1成分現像剤である。
【0011】また、本発明は、画像形成装置本体に着脱自在な現像装置からなる現像カートリッジにおいて、前記現像装置が上記の現像装置からなることを特徴とする現像カートリッジである。さらに、本発明は、現像装置を備えた画像形成装置において、前記現像装置が上記の現像装置からなることを特徴とする画像形成装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施例を図面に則して更に詳しく説明する。
【0013】図1は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す断面図である。図1において、画像形成装置は像担持体としての感光ドラム1を有し、この感光ドラム1は矢印A方向に回転し、その表面が帯電装置の帯電ローラ2により一様に帯電され留。ついで感光ドラム1の表面に露光手段3からのレーザ光3aが照射され、表面に静電潜像が形成される。
【0014】この静電潜像は、感光ドラム1に対して近接配置された現像装置4によって現像されて、トナー像として可視化される。本実施例では、この現像装置4は、画像形成装置本体に対し着脱自在に設置された現像カートリッジに構成されている。
【0015】感光ドラム1上に形成されたトナー像は、感光ドラム1に供給された記録媒体である紙13に転写ローラ9の作用により転写され、トナー像が転写された紙13は、定着装置12に運ばれて定着処理された後、画像形成装置本体外に排紙される。
【0016】感光ドラム1は、転写されずにその表面に残存した転写残りのトナーをクリーニングブレード10により掻き取られた後、再度画像形成に使用される。掻き取られたトナーは、クリーニングブレード10を取り付けたトナー回収容器11内に収容される。
【0017】現像装置4は、図2に示すように、非磁性1成分現像剤の非磁性トナー8を収容した現像容器14を備え、現像容器14の感光ドラム1と対面した開口部に、現像剤担持体としての現像スリーブ5が配置されている。現像容器14の開口部は、感光ドラム1の長手方向に沿って延在しており、現像スリーブ5はこの開口部において、図に示す右略半周を容器14内に突入し、左略半周を容器8外に露出して横設されている。現像スリーブ5の現像容器8外に露出した面は、現像装置4の左方に位置する感光ドラム1にわずかな微小間隙をあけて対向している。
【0018】上記の現像スリーブ5は矢印B方向に回転駆動され、その表面は、トナー8との摩擦性を高くし、かつトナー8の搬送性を高めるために、適度の凹凸を有している。本実施例では、現像スリーブ5に直径16mmのアルミニウム円筒を用い、その表面にガラスビーズ(#600)による定形ブラスト処理を施して、表面粗さRzを約3μmにして使用した。また現像スリーブ5の感光ドラム1との間隙は300μm、現像スリーブ5の周速は感光ドラム1の周速50mm/秒よりも若干早めた80mm/秒とした。
【0019】現像容器14の開口部には、現像スリーブ5の長手方向両端部の位置に端部シール部材19が設置され、現像スリーブ5の各端部をシールして、トナー8の漏れを止している。
【0020】現像スリーブ5の上方位置の容器14の部分には、板金15に支持された弾性ブレード7が設置され、現像スリーブ5に当接されている。この弾性ブレード7は、ウレタンゴム、シリコーンゴム等のゴム材料で形成したり、SUSまたはリン青銅等のバネ弾性を有する金属薄板を基体とし、現像スリーブ5との当接側にゴム材料を接着する等によって形成されている。弾性ブレード7の当接方向としては、先端側が当接部の現像スリーブ5の回転方向上流側に位置する、いわゆるカウンター方向が好ましい。
【0021】本実施例では、弾性ブレード7は厚さ1.0mmの板状のウレタンゴムからなり、これを支持板金に接着して支持させた。弾性ブレード7の現像スリーブ5への当接圧は、線圧で30g/cmに設定した。この線圧は、摩擦係数が既知の3枚の金属薄板を、現像スリーブ5と弾性ブレード7との当接部に挿入し、中央の金属薄板1枚をバネ計りで引き抜いたときに、バネ計りが示した荷重から求めた。
【0022】弾性ブレード7の当接部よりも現像スリーブ5の回転方向上流側には、弾性ローラ6が設置され、この弾性ローラ6は、現像スリーブ5に当接されるとともに回転可能に支持されている。弾性ローラ6は、発砲骨格状のスポンジ構造や、芯金上にレーヨン、ナイロン等の繊維を植毛したファーブラシ構造のものが、現像スリーブ5上の現像残りのトナーの剥ぎ取りおよび現像スリーブ5への新たなトナー8の供給の点から好ましい。
【0023】本実施例では、弾性ローラ7を芯金上にポリウレタンフォームを設けた構造とし、その直径を12mmとした。弾性ローラ6は、現像スリーブ5との当接部で現像スリーブ5と相対速度を持たせることが好ましく、また当接幅は1〜8mmが有効である。本実施例では、当接幅を3mm、弾性ローラ6の周速を現像動作時にD方向に50mm/秒(現像スリーブ5との相対速度130mm/秒)となるように設定して、図示しない駆動手段により回転駆動させた。
【0024】現像装置4を感光ドラム1方向から見た図を図3に示す。図3には、説明の都合上、現像スリーブ5を省略してある。
【0025】図3に示すように、弾性ブレード7の斜線で示した現像スリーブ5との当接部から弾性ブレード7の先端までの距離が、通常の現像領域から弾性ブレード7の両端部に向かうに従って連続的に短くなるように形成され、さらに弾性ブレード7の両端部の先端位置が、当接部に対応した位置内にあるように構成されている。
【0026】従来から知られているように、現像スリーブ5上に形成されるトナー層の厚さは、当接部の現像スリーブ5の回転方向上流側の点から先端までの距離に影響され、この距離が長いほど現像スリーブ5上のトナー層が厚く、短くなるとトナー層が薄くなる。本実施例では、上記のように、通常の現像領域におけるこの先端までの距離に比べ、弾性ローラ6の未当接部分に対応した現像スリーブ周面に当接する領域で、この先端までの距離を短くすることにより、前記の当接領域でのトナーへの規制力を高めている。
【0027】本実施例では、非磁性1成分現像剤の非磁性トナー8として、転写性に優れるともに潤滑性の高いトナー、すなわち球形であり、かつ表面が平滑であるトナーを用いている。具体的には、形状係数SF−1が100〜180であり、SF−2が100〜140であるトナーを用いている。トナーの潤滑性が高い点は、転写されずに感光ドラム1上に残存した場合に、その転写残りのトナーをブレード、ファーブラシ等のクリーニング手段によってクリーニングする際、高い潤滑性のために、感光ドラム1の摩耗が少ないなどの利点を有する。
【0028】上記の形状係数SF−1、SF−2は、日立製作所Fe−SEM(S−800)を用い、トナー粒子像を無作為に100個サンプリングし、その画像情報をインタフェースを介してニコレ社製画像解析装置(Luxex3)に導入して解析し、下記式より算出される値と定義している。
【0029】SF−1={(MXLNG)2 /AREA}×(π/4)×100SF−2={(PERI)2 /AREA}×(π/4)×100ただし、AREA:トナー投影面積、MXLNG:絶対最大長、PERI:周長【0030】このトナーの形状係数SF−1はトナーの球形度合いを示し、100から大きくなるにつれて球形から徐々に不定形となる。トナーの形状係数SF−2はトナーの凹凸度合いを示し、100から大きくなるにつれてトナーの表面の凹凸が顕著になる。
【0031】トナーの製造方法としては、上記の形状係数の範囲内になればいずれでもよく、いわゆる粉砕法の他に、特開昭36−10231号公報、特開昭59−53856号公報に述べられている懸濁重合方法を用いて直接トナーを生成する方法や、単量体には可溶で得られる重合体が不溶な水系有機溶剤を用いて直接トナーを生成する分散重合方法、または水溶性極性重合開始剤存在下で直接重合してトナーを生成する、ソープフリーに代表される乳化重合方法等を用いて製造することが可能である。
【0032】本実施例では、トナーの形状係数SF−1を100〜180に、SF−2を100〜140に容易にコントロールでき、比較的容易に粒度分布がシャープで粒径4〜8μmの微粒子トナーが得られる、常圧下または加圧下の懸濁重合方法を用い、モノマーとしてスチレンとn−ブチルアクリレート、荷電制御剤としてサリチル酸金属化合物、極性レジンとして飽和ポリエステル、さらに着色剤を加え、重量平均粒径7μmの着色懸濁粒子を製造した。そして、これに疎水性シリカを1.5wt%が移転することによって、前述したような転写性に優れるとともに、感光ドラム1のクリーニング時における摩耗の少ない負極性のトナー8を製造した。
【0033】以上のような本現像装置4において、現像動作時、現像容器14内の非磁性トナー8は、撹拌部材16の矢印C方向の回転にともない、弾性ローラ6方向に送られる。つぎにこのトナー8は、弾性ローラ6の矢印D方向の回転により、現像スリーブ5の近傍に運ばれ、現像スリーブ5と弾性ローラ6との当接部において、弾性ローラ6上のトナー8が現像スリーブ5と摺擦されることにより、摩擦帯電を受けて現像スリーブ5上に付着する。
【0034】その後、現像スリーブ5の矢印B方向の回転にともない、弾性ブレード7の圧接下に送られ、弾性ブレード7で規制されることにより、適正な摩擦帯電量(トリボ)を受けるとともに、現像スリーブ5上に薄層のトナー層に形成される。本発明では、良好なトナーコート量として0.6mg/cm2 が得られるように、弾性ブレード7の当接圧等を設定している。
【0035】しかしながら、前述したように、端部シール部材19の圧接状態によって、弾性ブレード7が変形して、現像スリーブ5表面との当接が不十分となったり、端部シール部に隙間ができたりするので、トナーが十分に摩擦帯電されていないと、現像スリーブ5上に保持されずに、トナーの漏れや飛散を生じる。
【0036】そこで、本発明では、図1に示すように、現像スリーブ5の回転方向に関して弾性ブレード7との当接部よりも下流側位置に、現像スリーブ5の両端部の表面に当接するトナー電荷付与ローラ102を設置した。
【0037】本実施例によれば、トナー電荷付与ローラ102は、現像スリーブ5と平行な中心軸101の両端部近くのそれぞれに一体的に設けられ、中心軸101の両端先端部101aをスライド軸受け103の凹溝に嵌合することによって、回転可能かつ凹溝に沿って現像スリーブ5の方向に移動自在に設置されている。各スライド軸受け103は、弾性ブレード7を支持した支持板金15を介して現像容器14に取り付けられている。
【0038】上記の電荷付与ローラ102は、現像スリーブ5の各端部において、現像スリーブ5の表面の斜線を施したトナーコート域105と、その外側の非トナーコート域の双方にまたがって、現像スリーブ5の表面に圧接されている。この電荷付与ローラ102の圧接は、支持板金15に取り付けた加圧バネ104による現像スリーブ5方向への付勢、並びに端部ローラ102自身および中心軸101の自重により実現されている。現像スリーブ5に圧接された電荷付与ローラ102は、現像スリーブ5の回転に従って、矢印E方向に従動回転する。
【0039】上記の電荷付与ローラ102および中心軸101は導電性金属からなり、また加圧バネ104も導電材料からなる。この加圧バネ104にはバイアス電源106が接続され、現像時、電源106から加圧バネ104および中心軸101を介して電荷付与ローラ102に、トナー8の帯電極性と同極性のバイアスが印加される。これにより、現像スリーブ5上に担持されて電荷付与ローラ102に搬送され、付与ローラ102に圧接されたトナー8に、帯電極性と同極性の電荷が付与される。
【0040】本実施例において、電荷付与ローラ102および中心軸101の体積抵抗を106 Ωcm以下とし、非磁性トナー8として負極性のトナーを使用した条件で、電荷付与ローラ102に−300V〜−600Vの直流電圧を印加したところ、現像スリーブ5の端部で電荷付与ローラ102で圧接されたトナーに帯電極性と同極性の電荷が付与され、トナーは現像スリーブ5の表面への吸着力を増して保持された状態で、現像容器14の開口部下部のシール部材17を通り過ぎ、現像容器14内に確実に回収されることが確認できた。また、電荷付与ローラ102および中心軸101の体積抵抗を106 Ωcm以下としたが、現像スリーブ5との間にトナーが介在するため、電気的なリークを生じることもなかった。
【0041】しかし、トナーの帯電量を上げるために印加電圧をさらに上げていくと、現像スリーブ5と電荷付与ローラ102間のリーク限界を超えてしまうので、電荷付与ローラ102および中心軸101の体積抵抗は、上記よりも高い方がよい。
【0042】本発明の他の実施例を図5に示す。本実施例では、現像スリーブ5の各端部に分割して電荷付与ローラ112を配置した。各電荷付与ローラ112は、リング状の中空弾性体112内に金属製の中心軸111を圧入し、中心軸111の両端部を、図4と同様なスライド軸受け113の凹溝に回転自在かつ移動自在に嵌合してなっている。中心軸111の両端部には、付与ローラ112を現像スリーブ5方向へ付勢するとともに、電気的導通状態にするための導電性の加圧バネ104が圧接されている。スライド軸受け113および加圧バネ104は、図4の支持板金15と同様な図示しない支持板金に取り付けられる。図5において、図4に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。
【0043】本実施例では、各電荷付与ローラ112として体積抵抗108 〜1010Ωcmの弾性ローラを使用した。本実施例において、各電荷付与ローラ112に−500V〜−800V、1mAの条件で電圧を印加したところ、現像スリーブ5の端部上のトナーに電荷を付与して、現像スリーブ5への十分な付着力を与えることができることを確認できた。
【0044】本発明のさらに他の実施例を図6に示す。本実施例では、現像スリーブ5の各端部に1対の取り付けフレーム124aを有する板バネ124を設置し、このフレーム124a間に電荷付与ローラ122の中心軸121を支持させて、付与ローラ124を現像スリーブ5の各端部の表面に当接させた。
【0045】本実施例によれば、板バネ124で電荷付与ローラ122の支持および加圧バネとしての役目を持たせたので、図5の実施例の場合よりも省スペースかつ簡略化される。
【0046】以上、本発明の実施例を説明したが、図4、5、6で説明した電荷付与ローラ102、112、122を現像装置4にセットした状態を想定した模擬試験を、電荷付与ローラの外径を6〜12mmとし、現像スリーブ5への適切な圧接状態、たとえば圧接力を50〜200grf、当接幅を6〜12mmとし、印加電圧−500V、設定電流値0.1mAの条件で行ったところ、現像スリーブ5の両端部に圧接された電荷付与ローラ現像スリーブに従動回転しながら、現像スリーブ両端部のトナーに電気的に電荷を付与して、現像スリーブへ付着力を与えることができ、トナーを現像スリーブ5から離れることなく、現像容器14の開口部下部からシール部材17を通過して、現像容器14内に回収することができるのを目視で確認することができた。また、この状態で電荷付与ローラへの印加電圧をOFFにすると、現像スリーブ5の両端部上のトナーは、現像スリーブ5から離散し、下部のシール部材17を通過することができず、トナー漏れおよび飛散することが確認された。
【0047】さらに、電荷付与部材の現像スリーブ5に対する従動回転が得られないとどうなるかについて確認した。すなわち、電荷付与ローラが回転しなくなるような抵抗を与えて、現像スリーブ5との間に周速差を与えると、図4の現像スリーブ5表面のトナーコート域105のトナーは、電荷付与ローラによって堰き止められた状態となり、現像スリーブ5から剥がされて、トナー漏れ、飛散を生じる。従って、電荷付与ローラは現像スリーブ5に対し従動回転することが必要である。
【0048】以上から、本発明によれば、現像スリーブの両端部に圧接して従動回転する電荷付与ローラにバイアスを印加することにより、現像スリーブ両端部のトナーに電荷を付与して、現像スリーブへの付着力を増し、トナーを漏れや飛散を生じることなく、現像容器14内に回収することができる。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、現像剤担持体の両端部上の帯電が不十分な非磁性トナーに電気的に電荷を付与するので、現像装置からのトナーの漏れや飛散を防止することができる。




 

 


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