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発明の名称 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11−174804
公開日 平成11年(1999)7月2日
出願番号 特願平9−337305
出願日 平成9年(1997)12月8日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】山下 亮一
発明者 土門 彰
要約 目的
現像容器内での現像剤の粗粉発生を抑制し、これに起因する画像低下の少ない画像形成装置を提供すること。

構成
少なくとも粉体状のトナー(現像剤)8と、トナー8を担持する現像スリーブ(現像剤担持体)6と、トナーを収容する現像容器13と、トナー8を前記現像スリーブ6へ搬送する振動部材(現像剤搬送手段)30を有する画像形成装置において、前記振動部材30を微小振動させる。本発明によれば、振動部材30を微小振動させるため、従来の回転式トナー搬送手段を用いた場合に比べてトナー8を摺擦する部分が少なくなり、トナー8の粗粉発生を抑制することができ、トナー8の粗粉に起因する画像不良の発生を防ぐことができる。
特許請求の範囲
【請求項1】 少なくとも粉体状の現像剤と、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤を収容する現像容器と、現像剤を前記現像剤担持体へ搬送する現像剤搬送手段を有する画像形成装置において、前記現像剤搬送手段を微小振動させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 前記現像容器内の現像剤量を検知する現像剤量検出手段を設け、該現像剤検出手段から発せられる検出信号値が所定の値になったときに前記現像剤搬送手段の振動振幅を増加させることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を採用するレーザービームプリンタや複写機等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザービームプリンタや複写機等の電子写真方式を採用した画像形成装置ではトナーと呼ばれる現像剤を使用しているが、トナーは現像容器内に収容され、トナー搬送手段によって現像剤担持体へ搬送され、現像剤担持体上に保持される。そして、トナーは現像剤層厚規制部材により所定の電荷を付与され、像担持体上の静電潜像形成部へ移動し、像担持体上の静電潜像を現像してこれをトナー像として可視化する。その後、このトナー像は転写手段により紙等の転写材へ転写され、定着装置によって転写材に定着される。
【0003】以上で一連の画像形成プロセスが終了し、ユーザーは所望の画像を得ることができる。
【0004】ところで、安定した画像品位を保持するためには、現像容器内のトナーの搬送を良好に行い、トナーを現像剤担持体に十分に供給することが非常に重要である。従来、トナー搬送手段としては、図8及び図9にように、両端を回転自在に支持され、現像スリーブ6に対して平行な部分を有する直径2mm程度の細い棒をトナー搬送手段12とし、これを回転させる回転式トナー搬送手段がある。回転式トナー搬送手段12は図8の矢印e方向に回転し、トナー8を現像スリーブ6へと搬送する。この種の回転式トナー搬送手段12は、簡便な構成であり、低コストで実現可能なために広く用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、トナーを使用した電子写真方式による画像形成装置は、転写材上のトナー像を加圧及び加熱することによってこれを転写材上に定着させている。
【0006】而して、定着を確実に行うには数100Wの大きな電力を必要とする。従って、より少ない電力で定着を行うため、新たな定着方式や低温定着が可能な低融点のトナーの開発が行われている。
【0007】しかし、画像形成装置の低消費電力化を可能にするため、より低い温度で定着可能なトナーを回転式トナー搬送手段を用いた画像形成装置で使用した場合、以下のような問題が発生していた。
【0008】即ち、低温定着が可能なトナーは概して柔らかいため、図8及び図9に示す回転式トナー搬送手段12の回転軸(図9のA部)等と摺擦すると凝集し、直径が20μm以上のトナー塊(所謂粗粉)が発生し易くなり、生成された粗粉が現像剤スリーブ6へ搬送され、現像スリーブ6と層厚規制部材5の間に挟まる。その結果、トナー8の現像スリーブ6へのコートが阻害され、画像上白すじとなって現れるという問題が発生していた。
【0009】又、回転式トナー搬送手段12によると、現像容器13内のトナー8の量が少なくなるとトナー8の搬送性が低下する。従って、トナー残量検出手段によってトナー無し警告が発せられた場合若しくは現像濃度が薄くなった場合にユーザーはプロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り出し、トナー8を現像スリーブ6の近傍に供給するためにプロセスカートリッジを振らなければならず、この作業はユーザーにとって煩わしい作業であった。
【0010】従って、本発明は、現像容器内での現像剤の粗粉発生を抑制し、これに起因する画像低下の少ない画像形成装置を提供することを目的とする。
【0011】又、本発明は、特に現像剤残量の少ない場合における現像剤の搬送性が回転式トナー搬送手段のそれに比して優れた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、少なくとも粉体状の現像剤と、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤を収容する現像容器と、現像剤を前記現像剤担持体へ搬送する現像剤搬送手段を有する画像形成装置において、前記現像剤搬送手段を微小振動させることを特徴とする。
【0013】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記現像容器内の現像剤量を検知する現像剤量検出手段を設け、該現像剤検出手段から発せられる検出信号値が所定の値になったときに前記現像剤搬送手段の振動振幅を増加させることを特徴とする。
【0014】従って、請求項1記載の発明によれば、現像剤搬送手段を微小振動させるため、従来の回転式トナー搬送手段を用いた場合に比べて現像剤を摺擦する部分が少なくなり、現像剤の粗粉発生を抑制することができ、現像剤の粗粉に起因する画像不良の発生を防ぐことができる。
【0015】又、請求項2記載の発明によれば、現像剤検出手段から発せられる検出信号値が所定の値になったときに現像剤搬送手段の振動振幅を増加させるようにしたため、現像剤の搬送力を高めることができ、プロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り外して振る回数を減らしてユーザーの負担を軽減することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0017】<実施の形態1>図1は本発明の実施の形態1に係る画像形成装置要部の断面図、図2は同画像形成装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。尚、本実施の形態では、少なくとも帯電部材と潜像担持体及び現像剤を含むプロセスカートリッジを使用する画像形成装置を例に挙げて説明を行うが、その他の形態の画像形成装置をも本発明の適用対象に含むことは勿論である。
【0018】先ず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成を図1に基づいて説明する。
【0019】本実施の形態に係る画像形成装置は、電子写真プロセス的に大別すると、帯電装置、潜像担持体、露光手段、現像装置、転写装置、クリーニング装置及び定着装置によって構成されている。
【0020】本実施の形態に係るプロセスカートリッジは、上記プロセス手段のうち帯電手段である帯電ローラ1、潜像担持体である感光ドラム2、現像装置17及びクリーニング装置19をコンパクトに一体化して構成されている。
【0021】上記感光ドラム2は、中空円筒状のアルミニウムを基体とし、その上に感光層を塗布した外径24mmの有機感光体である。この感光ドラム2は、画像形成装置本体側に設けられた不図示の駆動系により図示矢印a方向に周速36mm/secで回転する。
【0022】又、前記帯電ローラ1は、感光ドラム2に対して両端から加圧され、感光ドラム2に所定の当接幅で当接している。そして、感光ドラム2の図示矢印a方向の回転に従動して図示矢印c方向に回転し、不図示の帯電バイアス電源から所定のバイアスを印加される。尚、所望の帯電電位に帯電せしめられた感光ドラム2表面にレーザースキャナーユニット20から発せられたレーザー光10を照射することにより感光ドラム2に静電潜像が形成される。
【0023】前記現像装置17は、図示矢印方向bに回転する現像スリーブ6と、円筒状のマグネットローラ4と、現像剤規制部材である弾性ゴムブレード5と、該弾性ゴムブレード5を支持する金属部材7と、感光ドラム2上に形成された静電潜像を顕像化するための1成分磁性現像剤(以下、トナーと称する)8と、トナー8を収容する現像容器13とで構成されている。
【0024】尚、前記現像スリーブ6は外径16mmの中空円筒状に成形され、感光ドラム2と一定間隔を保って配置され、その周速は感光ドラム2と同じ36mm/secであり、これには現像バイアス電源24から所定のAC電圧とDC電圧が印加される。又、前記マグネットローラ4は、現像スリーブ6の内部に両端を固定され、回転運動を行わず静止しており、その内部には複数の磁極を有している。更に、前記弾性ゴムブレード5は、現像スリーブ6に当接して該現像スリーブ6上のトナー8のコート層厚さを規制するものである。
【0025】ところで、現像容器13の内壁には、トナー搬送手段である振動部材30が設けられており、この振動部材30は所定の電圧の印加を受けることによって所定の周波数で振動し、印加する電圧によって振動の振幅が変化するものである。尚、振動部材30の長手方向の幅は少なくとも有効現像幅以上とする。又、振動部材30はその最下部が少なくとも現像スリーブ6の回転軸中心よりも下方になるように設けられている。
【0026】次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作用、特に本発明の特徴である振動部材30の動作を図2に基づいて説明する。
【0027】振動部材30を動作させないで画像形成を行うと、現像スリーブ6近傍のトナー8のみが消費され、画像形成を重ねるに従って現像スリーブ6近傍にはトナー8が供給されないで空隙を生じる。その結果、現像容器13内に十分なトナー8が存在しながらも、早期に白抜け画像が発生してしまう。この現象は、特にトナー8が凝集し易い高温高湿環境下で顕著に発生する。
【0028】そこで、上記現象を回避するため、本実施の形態では振動部材30を以下のように動作させる。
【0029】即ち、画像形成装置にプリント信号が入力されると、画像形成装置の駆動モータが動作して感光ドラム2が回転し始め、帯電ローラ1により感光ドラム2の表面が帯電される。これよりやや遅れて給紙ローラQが動作し、カセットKから転写材Pをピックアップし、転写材Pの搬送を開始する。
【0030】そして、駆動モータの作動開始と同時にトナー搬送部材である振動部材30へ交流電圧を印加する。これにより発生する振動部材30の振動とトナー8の自重により、トナー8を現像スリーブ6への良好に搬送することができる。従って、現像スリーブ6近傍には十分なトナー8が存在することになる。
【0031】感光ドラム2への像露光は、転写材Pの搬送と同期して開始される。そして、静電潜像が形成された感光ドラム2上の部分が現像スリーブ6と対向する位置に達したときに現像スリーブ6に現像バイアスを印加し、感光ドラム2上への現像を開始し、現像バイアス印加開始と同時に振動部材30への交流電圧印加を停止する。これは、振動部材30の振動によって現像工程が不安定になるのを防止するためである。
【0032】而して、感光ドラム2上のトナー像の先端が転写部に達すると、転写ローラ16に転写バイアスを印加し、トナー像の転写材Pへの転写を開始する。その後、感光ドラム2上への現像が終了し、感光ドラム2上に形成されたトナー像が転写材Pへ転写され終わると、再び振動部材30への交流電圧印加を開始する。その後、転写材Pが定着装置25を通過して画像形成装置外に排出されると、駆動モータが停止し、振動部材30への交流電圧印加も停止する。これをもって本実施の形態における一連の画像形成過程が終了する。
【0033】以上、説明したように本実施の形態によれば、振動部材30の微小振動によつてトナー8の搬送を行うため、従来の回転式トナー搬送手段を用いた場合に比べてトナー8を摺擦する部分が少なくなり、トナー粗粉の発生が抑制される。
【0034】従って、トナー粗粉に起因する画像不良、例えば、粗粉が弾性ゴムブレード5と現像スリーブ6との間に詰まることによる画像白すじ等の発生に伴う画質低下を防ぐことができる。
【0035】又、振動部材30の最下部が現像スリーブ6付近にあるため、現像スリーブ6付近でのトナー8の凝集及び空隙の発生を防ぐことができ、早期の白抜けを防ぐことができる。
【0036】更に、回転式トナー搬送手段に比べて駆動トルクを大きく低減することが可能となるという効果も得られる。
【0037】尚、以上の効果は特に低融点のトナーを使用した画像形成において顕著に現れる。
【0038】<実施の形態2>次に、本発明の実施の形態2を図3及び図4に基づいて説明する。尚、図3は本実施の形態に係る画像形成装置要部の断面図、図4は同画像形成装置の動作タイミングを示すタイミングチャートであり、図3においては図1に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【0039】本実施の形態に係る画像形成装置の構成を図3に基づいて説明する。
【0040】本実施の形態は、トナー搬送部材である振動部材30を現像容器13の内部ではなく、現像容器13の外部に設けることを特徴とする。
【0041】トナー搬送手段である振動部材30は、プロセスカートリッジを画像形成装置本体に装着する際にプロセスカートリッジが現像容器13の下部に接触する部分に設けられている。本実施の形態においては、現像容器13の下部は転写材Pの搬送を補助する転写材搬送ガイド50に接触している。従って、本実施の形態においては、振動部材30を転写材搬送ガイド50のプロセスカートリッジと接触する側に設けている。そして、振動部材30は、その長手方向の幅が少なくとも有効現像幅より長く設定されている。
【0042】ここで、本実施の形態における振動部材30及び画像形成装置の動作を図4に基づいて説明する。
【0043】画像形成装置にプリント信号が入力されると、不図示の駆動モータが作動し、給紙ローラQによる転写材Pの搬送が開始される。これと同時に振動部材30に交流電圧を印加して振動部材30を振動させる。この振動部材30の振動が現像容器13の外壁介してトナー8へと伝達される。これにより現像容器13内において現像スリーブ6近傍へトナー8が供給される。
【0044】そして、振動部材30が振動を開始してからT秒後に転写材Pの先端が転写材搬送ガイド50に接触するが、その直前に振動部材30への交流電圧印加を停止する。これは、転写材搬送ガイド50が振動することによる転写材Pの搬送性低下を回避するためである。
【0045】その後、転写材Pが更に進行して転写材Pの後端が転写材搬送ガイド50を離れ、転写工程が終了した後、再び、振動部材30への交流電圧印加を開始し、振動部材30を振動させる。即ち、転写材搬送ガイド50に転写材Pが接触せず、且つ、転写工程が行われていない状態においては常に振動部材30を振動させるのである。これによって、トナー8を現像スリーブ6へ良好に供給しつつ、転写材Pの搬送性を低下させないで、転写工程を安定に行うことができる。
【0046】又、振動部材30を画像形成装置本体に配設するため、プロセスカートリッジの構成を簡略化することができ、プロセスカートリッジのコストダウンが可能になる。
【0047】更に、前記実施の形態1と同様に、現像容器13内で回転運動を行う部材が存在しないため、トナー粗粉の発生を回避でき、これに起因する画像不良を完全に回避することができる。
【0048】<実施の形態3>次に、本発明の実施の形態3を図5乃至図7に基づいて説明する。尚、図5は本実施の形態に係る画像形成装置の現像装置要部の断面図、図6は画像形成回数とトナー残量検知の尺度である静電容量値との関係を示す図、図7は本実施の形態に係る画像形成装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【0049】本実施の形態は、トナー残量検知と振動部材30の動作を関連付けていることを特徴としている。従って、以下はこの点についてのみ詳細に説明し、画像形成装置の構成については実施の形態1及び2と重複するので説明を省略する。
【0050】本実施の形態に係る現像装置の構成を図5に基づいて説明する。
【0051】直径2mmのSUS製の細棒(以下、アンテナと称する)40を現像スリーブ6に平行に約2mm隔てて配置する。そして、画像形成装置本体には、現像スリーブ6とアンテナ40に間の静電容量を測定するための静電容量検出回路41を設ける。尚、現像スリーブ6とアンテナ40に間の静電容量は現像スリーブ6とアンテナ40間に存在するトナー量に比例するため、トナー残量の目安となる。そして、この静電容量値は画像形成過程中において所定の周期でサンプリングされる。
【0052】而して、現像容器13内にトナー8が十分に存在する場合は、画像形成回数を重ねても現像スリーブ6とアンテナ40間に存在するトナー8の量が大きく変化しないため、静電容量値も殆ど変化しない(図6のA部)。
【0053】しかしながら、更に画像形成回数を重ね、現像容器13内のトナー8の量が少なくなると、現像スリーブ6とアンテナ40間のトナー8の量も減少し、静電容量値もこれに対応して減少する(図6のB部)。そして、遂には現像スリーブ6近傍のトナー8の量が不足し、画像白抜けが発生する(図6のC部)。この画像白抜けの発生を未然に防ぐため、静電容量が予め設定された所定の値E以下になると、画像形成過程終了後に、画像形成装置本体に設けられた操作パネルの表示灯によってユーザーにトナー無しの警告を行う。
【0054】すると、ユーザーは上記警告を受けて画像形成装置本体から現像装置を含むプロセスカートリッジを取り出し、トナー8を強制的に現像スリーブ6へ十分に供給するためにプロセスカートリッジを振らなければならず、この作業はユーザーにとって煩わしいものである。
【0055】そこで、本実施の形態においては、以下のような方法によってユーザーがプロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り出してこれを振る動作回数を極力軽減するようにした。
【0056】画像形成を繰り返していくと、現像容器13内のトナー8が減少し、更には、現像スリーブ6とアンテナ40間のトナー8の量も減少する。これにより静電容量が減少し、静電容量値が図6に示すEの値となったとき、振動部材30を含む画像形成装置は次のように動作する。
【0057】即ち、静電容量値が図6のEとなると、転写工程が完全に終了してから(即ち、後回転に入ってから)、振動部材30に印加する交流電圧の振幅を大きくする。すると、振動部材30の振幅が大きくなり、これによってトナー8の搬送力が増し、現像容器13上部等に残存しているトナー8が現像スリーブ6の近傍へ新たに搬送される。その結果、現像スリーブ6近傍に十分にトナー8が存在することになり、現像スリーブ6とアンテナ40間の静電容量が増大する。そして、静電容量値がEより大きい任意の値(図7のD)となったとき、画像形成装置の動作を停止する。そして、所定の後回転時間中に静電容量がDに達したときに画像形成装置の動作を停止する。尚、所定の後回転時間を経てから画像形成装置を停止するのは言うまでもない。但し、所定の後回転時間内に静電容量値がDに達しない場合は、前述したような方法にてユーザーにトナー無しの警告を行う。
【0058】以上、説明したように本実施の形態によれば、プロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り出すことなくトナー8を現像スリーブ6に供給することができるため、ユーザーの煩わしさ(具体的には、プロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り出して振り、又、装着するという動作の回数)を軽減することができる。
【0059】又、実施の形態1及び2と同様に、本発明に係るトナー搬送方式では、従来の回転トナー搬送手段を用いた場合に比べてトナーを摺擦する部分が少なくなるため、トナー粗粉の発生を抑制することができる。従って、トナー粗粉に起因する画像不良、例えば、粗粉がトナー層厚規制部に詰まることによって生じる白抜け画像の発生を防ぐことができる。
【0060】尚、本実施の形態においては、トナーの残量検知は現像スリーブ6と平行にSUS等の金属棒で構成されるアンテナ40を設け、現像スリーブ6とアンテナ40の間に存在するトナー8の量の変化による静電容量の変化を検知する方式を採用したが、これ以外のトナー残量検知方式、例えば光透過型の検知方法や磁気センサーを用いた方法等であっても本発明の効果が損なわれるものではない。
【0061】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項1記載の発明によれば、現像剤搬送手段を微小振動させるため、従来の回転式トナー搬送手段を用いた場合に比べて現像剤を摺擦する部分が少なくなり、現像剤の粗粉発生を抑制することができ、現像剤の粗粉に起因する画像不良の発生を防ぐことができるという効果が得られる。
【0062】又、請求項2記載の発明によれば、現像剤検出手段から発せられる検出信号値が所定の値になったときに現像剤搬送手段の振動振幅を増加させるようにしたため、現像剤の搬送力を高めることができ、プロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り外して振る回数を減らしてユーザーの負担を軽減することができるという効果が得られる。




 

 


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