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発明の名称 現像装置及び画像形成装置
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2007−11079(P2007−11079A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−193012(P2005−193012)
出願日 平成17年6月30日(2005.6.30)
代理人 【識別番号】100090103
【弁理士】
【氏名又は名称】本多 章悟
発明者 池口 弘
要約 課題
二成分系現像剤を用いる現像装置において、補給トナーの現像剤への分散性を改良して、補給トナーの未帯電に起因する異常画像を防止する。

解決手段
潜像担持体1上に形成された静電潜像を、二成分系現像剤4fからなる磁気ブラシを用いて可視像処理する現像装置において、現像剤4fを収納した現像容器4eと、該現像容器にトナーを供給するトナーホッパ12を有し、トナーホッパ12のトナー出口部分に、2軸以上のシャフト13a,13bで懸架され所定の凹部10aを形成された可撓性を有する無端状の補給ベルト10を設けると共に、トナーホッパ12のトナー出口付近にはトナー層を介して補給ベルト10に接触するようにトナー規制部材11を配置した。これにより補給ベルト10の凹部10aでトナーを搬送して広範囲に分散補給できるので、補給トナーが現像剤に均一に分散され易くなり、トナーの未帯電を防止できる。
特許請求の範囲
【請求項1】
潜像担持体上に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを混合した二成分系現像剤からなる磁気ブラシを用いて可視像処理する現像装置において、
前記二成分系現像剤を収納した現像容器と、該現像容器に前記トナーを供給するトナーホッパを有し、
前記トナーホッパのトナー出口部分に、2軸以上のシャフトで懸架され所定の凹部を形成された可撓性を有する無端状の補給ベルトを設けるとともに、
前記トナーホッパのトナー出口付近には、トナー層を介して前記補給ベルトに接触するようにトナー規制部材を配置したことを特徴とする現像装置。
【請求項2】
請求項1記載の現像装置において、
前記補給ベルトを駆動して前記トナーホッパ内のトナーを前記補給ベルトの凹部に充填し、前記トナー規制部材を通過させることにより所定の量のトナーを前記補給ベルトに保持させて搬送し、前記現像容器内の現像剤攪拌部上で前記補給ベルトの曲率を変え、重力によって凹部からトナーを落下させて現像剤攪拌部の現像剤にトナーを補給することを特徴とする現像装置。
【請求項3】
請求項2記載の現像装置において、
前記トナー規制部材を通過する領域よりも、前記現像剤攪拌部上で曲率の小さい領域を設け、その部分で前記補給ベルトがトナーを開放して前記現像剤攪拌部の現像剤にトナーを供給することを特徴とする現像装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか一つに記載の現像装置において、
現像領域に近い部分に直径50mm以下のシャフトを設け、トナーを搬送する補給ベルトを駆動させたことを特徴とする現像装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれか一つに記載の現像装置において、
前記補給ベルトの移動速度によって補給量を変化させることを特徴とする現像装置。
【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか一つに記載の現像装置において、
補給されるトナーは、現像剤攪拌領域の撹拌部材のある領域の全域に渡って補給可能であることを特徴とする現像装置。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれか一つに記載の現像装置において、
前記補給されるトナーは、平均円形度が95%以上に設定されていることを特徴とする現像装置。
【請求項8】
潜像担持体上に静電潜像を形成する手段と、前記潜像担持体上に形成された静電潜像を可視像処理する現像手段を備えた画像形成装置において、
前記現像手段として、請求項1乃至7のいずれか一つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項9】
請求項8記載の画像形成装置において、
潜像担持体と、その周囲に配設された帯電装置、現像装置、クリーニング装置のうちの少なくとも1つを共通のカートリッジ内に収納してプロセスカートリッジとし、該プロセスカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能に構成したことを特徴とする画像形成装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等において、トナーを用いて潜像担持体の表面に形成された静電潜像を顕像化するための現像装置に係り、特に現像剤に補給するトナーの搬送方法に特徴を有する現像装置及び、その現像装置を備えた複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、印刷機、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、潜像担持体(例えば感光体)の表面に形成された静電潜像を、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いて現像して顕像化する現像装置は、現像剤中のトナーとキャリアとの混合状態が画像に影響することから、現像剤の攪拌・混合に関する提案が種々なされている。
例えば、特許文献1(特開平10−63081号公報)には、現像剤に過大な力を作用させずに、補給トナーを現像剤中に即時に分散させて適切な帯電量を付与することを可能とし、かつ現像剤収容部における現像剤のトナー濃度を均一化する能力を高めることを目的とした現像装置が開示されている。この現像装置の一例を図7(a)に示す。同図において、符号101は潜像担持体である感光体ドラム、104は現像装置、110は現像ローラ、111は円筒スリーブ、112は磁石ロール、113は層厚規制部材、114,115は現像剤搬送部材、116.117は現像剤搬送路である。
【0003】
図7(a)に示すように、この現像装置104では、トナーとキャリアとを混合した二成分現像剤を収容する現像剤収容部に現像剤が循環移送される現像剤搬送路116,117を設け、現像剤搬送路内に送り螺旋状の翼体と翼体間に設けられたメッシュ状のスクリーン部材とを有する現像剤搬送部材114,115を設けている。
図7(b)は、この現像装置104に用いられる現像剤搬送部材114の一例を示した図であり、119は現像剤搬送部材の中心軸、120は送り螺旋状の翼体、122はメッシュ状のスクリーン部材である。この現像剤搬送部材114が現像剤搬送路116内で回転することによって現像剤が搬送されるとともに、メッシュ状のスクリーン部材122を複数回通過し、現像剤の攪拌が行なわれるとともにトナーとキャリアとの摩擦によって適切な帯電が行なわれるように構成されている。
【0004】
しかし、上記特許文献1に記載されている従来技術では、スクリーン部材122をパドル状に設けた場合、スクリーン部材122が鉛直方向下向きとなったときに現像剤に埋没するため現像剤から受ける反作用が大きくなり、スクリーン部材122の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まる恐れがある。また、スクリーン部材122が現像ローラ110と最近接対向位置となったきにも、この対向部におけるスクリーン部材と現像ローラとの剤移送方向が異なることや、現像ローラ上に磁力で担持される現像剤からの反作用力が加わることなどによって、スクリーン部材の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まる恐れがある。以上の理由により、トルク変動が大きく、駆動モータトルクに余裕が少ない状態が発生しやすくなる。そして駆動モータトルクに余裕が少なくなると、現像系の回転ムラが生じやすくなり、現像画像にピッチムラ、バンディング等の濃度ムラが発生し易い。従って、スクリーン部材の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まっても駆動モータトルクの余裕が少なくならないように、予め駆動モータトルクの余裕を大きくとる必要があった。一方、翼体の一部又は全体をスクリーン部材で構成することも提案されているが、この場合はスクリーン部材の開き目の部分に現像剤を押し出す能力がないため、現像剤を軸方向に攪拌する能力が低下するという副作用がある。
【0005】
上述したような従来技術の問題点に鑑みて、本出願人は先に、現像剤攪拌搬送部材に回転軸の周囲に形成された螺旋状羽根部材と、回転軸の軸方向に対して所定の角度をもって上記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材とを設けた現像装置を提案した(特許文献2(特開2004−191882号公報)、特許文献3(特開2004−205535号公報)、特許文献4(特開2004−258237号公報))。
この先願技術によれば、現像剤攪拌搬送部材が軸を中心に回転するのに伴い線状部材が現像剤中に入ったり出たりすることによって、トナーを現像剤攪拌搬送部材の回転軸方向への取り込みと軸から離れた方向へのはき出しとを行なう。これにより、トルクをあまり高めることなく、現像剤を効率よく、高速で剪断することが可能となり、補給トナーの現像剤への分散性・攪拌性を優れたものにすることができる。
【0006】
ところが、上記先願技術のうち特許文献2で提案した現像装置では、回転軸に対する所定の角度として0度を採用し、線状部材を回転軸に対して平行に設けている。回転軸に平行な線状部材は、その一本一本が現像剤攪拌搬送部材の回転によって一気に現像剤中へ埋没し、一気に現像剤から出てくる。線状部材が現像剤中に埋没する瞬間や現像剤中を移動する間は線状部材にかかるトルクが大きくなり、線状部材が現像剤中から出ている間は線状部材にかかるトルクが小さくなる。このように、線状部材の現像剤中への埋没状態差によって現像剤攪拌搬送部材にかかる駆動トルクが変動する。特に線状部材が太いと線状部材の剤中への埋没状態差による駆動トルク変動によってピッチムラやバンディング等が発生し、その結果、画像濃度ムラが生じる恐れがある。また、現像剤攪拌搬送部材が現像剤担持体に近接対向して設けられている場合には、線状部材の現像剤担持体に対する近接対向状態差による駆動トルク変動によっても画像濃度ムラが生じる恐れがある。
【0007】
そこで上記特許文献4に記載の技術では、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤収容部と、表面に静電潜像が形成される像担持体と対向するように配置され該現像剤の薄層を担持して該像担持体との近接位置に搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に対して平行に配置され該現像剤を攪拌して該現像剤担持体に搬送する現像剤攪拌搬送部材とを備え、該現像剤担持体と該像担持体との近接位置で該現像剤担持体上の該現像剤から該像担持体にトナーを転移させて該静電潜像を可視化する現像装置において、上記現像剤攪拌搬送部材が、回転軸と、該回転軸の周囲に形成された螺旋状羽根部材と、両端部又は該両端部近傍が該螺旋状羽根部材に固定され、少なくとも該回転軸に対して0度以外の角度をもつように設けられた単数又は複数の線状部材とからなることを特徴としている。上記「回転軸に対して0度以外の角度をもつように設ける」方法としては、回転軸芯から等距離の位置に螺旋状に設けたり、回転軸に対してねじれの位置に設けたり、その他種々の設け方がある。
【0008】
上述した先願技術は、攪拌機構の改良に関してのものである。一方、トナーを補給する部分については、以下のようになっている。
通常の2成分現像装置のトナー補給は、例えば特許文献5(特開平10−149027号公報)に開示された構成が代表的であり、トナーの補給位置が、螺旋状部材による現像剤の進行方向で考えたときに、現像スリーブから最も遠い位置に設けられている。このようにトナー補給位置が設けられるのは、補給されたトナーを充分現像剤と混ぜ、未帯電のトナーが現像スリーブに供給されるのを防止するためである。
しかし、補給量が多くなる時や、現像装置を小さくして現像剤量が少なくなってくると、攪拌の効率が下がってしまい、補給トナーが充分に混ざらないまま現像スリーブに供給され未帯電に起因する異常画像を防止できなくなってしまう。
【0009】
また、特許文献6(実公平5−46039号公報)には、トナーとキャリアの混合物からなる現像剤を保持する現像剤ケースに、補給用トナーを収納する筒状のトナーホッパを付設し、このトナーホッパの下部に、現像剤ケースの開口部を設け、この開口部に、常時はこの開口部を閉塞し、周面一部に計量凹部を有する計量軸を回転可能に設けるとともに、この計量凹部に、一部をこの計量凹部に固定し、一端部を計量軸より外方に突出する突出舌片とした弾性フィルムを沿わせて設け、この計量軸の回転により上記弾性フィルムの突出舌片を計量軸外に接触させた時に計量部のトナーを舌片の振動によって現像剤に落下させるようになっている。
このような構成は、計量軸外に接触したときにトナーのシール性が悪くなり、計量した量よりも多くのトナーが一度に補給されてしまうという欠点があり、また、舌片の耐久性にも問題がある。
【0010】
【特許文献1】特開平10−63081号公報
【特許文献2】特開2004−191882号公報
【特許文献3】特開2004−205535号公報
【特許文献4】特開2004−258237号公報
【特許文献5】特開平10−149027号公報(段落[0033]〜[0038])
【特許文献6】実公平5−46039号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
以上のような従来技術の問題を解決するため、本発明者らは先に、補給されるトナーの帯電量を十分なものとできることにより地汚れや不用意な飛散を防止することが可能な構成を備えた現像装置を提供することを課題として、「潜像担持体上に形成されている静電潜像を、二成分系現像剤からなる磁気ブラシを用いて可視像処理する現像装置において、現像剤担持体上の二成分系現像剤が潜像担持体に近接若しくは接触する現像領域を通過した後の位置で現像剤担持体に担持されている磁気ブラシに対してトナーを補給する構成を備えていることを特徴とする現像装置」を提案している(特願2003−421218)。この現像装置では、現像領域を通過した後の磁気ブラシに対してトナーを補給するので、トナーが消費された磁気ブラシ中のキャリアに対してキャリアに残留するトナーと逆極性帯電状態を利用することにより、補給されるトナーを吸着させることができるので、補給されたトナーは磁気ブラシ中で帯電することができる。この結果、現像剤担持体に供給される現像剤を対象として撹拌混合することで行われる摩擦帯電とは別にキャリアへの静電付着を利用することによる帯電を行わせることで帯電に要する設備や時間を大げさなものとしないで済ませることが可能となる。
【0012】
しかし、この先願技術では、現像装置のレイアウトの都合上で、トナーを磁気ブラシに供給することが困難な場合がある。例えば、ドクタブレードが現像剤担持体(現像スリーブ)の下側に設置され、ドクタブレード通過後の現像剤を、現像剤担持体でドクタブレードよりも上方の現像領域に搬送するような場合は、磁気ブラシにトナーを補給することができるが、ドクタブレードが現像剤担持体の上側に設置され、ドクタブレード通過後の現像剤を、現像剤担持体でドクタブレードよりも下方の現像領域に搬送するような場合は、現像領域通過後の現像剤担持体上の現像剤が離れる位置が現像剤の下になってしまい、剤離れ部が現像剤面より下になってしまうので、磁気ブラシに直接トナーを供給するのは難しい。従って、現像剤へのトナーの補給及び混合は、撹拌部側で行うほうが確実であり、撹拌部での補給トナーの現像剤への分散性を改良することが望ましい。
【0013】
本発明は、以上の従来技術や先願の不具合を解消するためになされたものであり、その目的は。補給トナーの現像剤への分散性を改良して、補給トナーの未帯電に起因する異常画像を防止することのできる構成の現像装置と、この現像装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
より詳しくは、本発明は、現像剤撹拌領域にトナーを補給する際に、トナーを薄く散布して補給することができ、トナー補給機構から余計なストレスを与えずにトナーを現像剤撹拌領域に補給することができる構成の現像装置を提供すること、また、補給ベルトからトナーを確実に開放することができ、トナーの必要量に応じてトナーの補給量を変えることができ、現像剤と補給トナーを効率良く分散撹拌させることができ、球形トナーを現像剤中に分散し易くすることができる構成の現像装置を提供することを目的としており、さらには、その現像装置を備え、高画質な画像形成を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前記目的を達成するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第1の手段は、潜像担持体上に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを混合した二成分系現像剤からなる磁気ブラシを用いて可視像処理する現像装置において、前記二成分系現像剤を収納した現像容器と、該現像容器に前記トナーを供給するトナーホッパを有し、前記トナーホッパのトナー出口部分に、2軸以上のシャフトで懸架され所定の凹部を形成された可撓性を有する無端状の補給ベルトを設けるとともに、前記トナーホッパのトナー出口付近には、トナー層を介して前記補給ベルトに接触するようにトナー規制部材を配置したことを特徴とする(請求項1)。
【0015】
本発明の第2の手段は、第1の手段の現像装置において、前記補給ベルトを駆動して前記トナーホッパ内のトナーを前記補給ベルトの凹部に充填し、前記トナー規制部材を通過させることにより所定の量のトナーを前記補給ベルトに保持させて搬送し、前記現像容器内の現像剤攪拌部上で前記補給ベルトの曲率を変え、重力によって凹部からトナーを落下させて現像剤攪拌部の現像剤にトナーを補給することを特徴とする(請求項2)。
また、本発明の第3の手段は、第1の手段の現像装置において、前記トナー規制部材を通過する領域よりも、前記現像剤攪拌部上で曲率の小さい領域を設け、その部分で前記補給ベルトがトナーを開放して前記現像剤攪拌部の現像剤にトナーを供給することを特徴とする(請求項3)。
【0016】
本発明の第4の手段は、第1乃至第3のいずれか一つの手段の現像装置において、現像領域に近い部分に直径50mm以下のシャフトを設け、トナーを搬送する補給ベルトを駆動させたことを特徴とする(請求項4)。
また、本発明の第5の手段は、第1乃至第4のいずれか一つの手段の現像装置において、前記補給ベルトの移動速度によって補給量を変化させることを特徴とする(請求項5)。
【0017】
本発明の第6の手段は、第1乃至第5のいずれか一つの手段の現像装置において、補給されるトナーは、現像剤攪拌領域の撹拌部材のある領域の全域に渡って補給可能であることを特徴とする(請求項6)。
また、本発明の第7の手段は、第1乃至第6のいずれか一つの手段の現像装置において、前記補給されるトナーは、平均円形度が95%以上に設定されていることを特徴とする(請求項7)。
【0018】
本発明の第8の手段は、潜像担持体上に静電潜像を形成する手段と、前記潜像担持体上に形成された静電潜像を可視像処理する現像手段を備えた画像形成装置において、前記現像手段として、第1乃至第7のいずれか一つの手段の現像装置を備えたことを特徴とする(請求項8)。
また、本発明の第9の手段は、第8の手段の画像形成装置において、潜像担持体と、その周囲に配設された帯電装置、現像装置、クリーニング装置のうちの少なくとも1つを共通のカートリッジ内に収納してプロセスカートリッジとし、該プロセスカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能に構成したことを特徴とする(請求項9)。
【発明の効果】
【0019】
本発明に係る現像装置では、二成分系現像剤を収納した現像容器と、該現像容器にトナーを供給するトナーホッパを有し、前記トナーホッパのトナー出口部分に、2軸以上のシャフトで懸架され所定の凹部を形成された可撓性を有する無端状の補給ベルトを設けるとともに、前記トナーホッパのトナー出口付近には、トナー層を介して前記補給ベルトに接触するようにトナー規制部材を配置したことを特徴とし、前記補給ベルトを駆動して前記トナーホッパ内のトナーを前記補給ベルトの凹部に充填し、前記トナー規制部材を通過させることにより所定の量のトナーを前記補給ベルトに保持させて搬送し、前記現像容器内の現像剤攪拌部上で前記補給ベルトの曲率を変え、重力によって凹部からトナーを落下させて現像剤攪拌部の現像剤にトナーを補給することにより、トナーを広範囲に分散補給することができるので、補給トナーが現像剤に均一に分散され易くなり、トナー補給の未帯電が防止できる。
また、補給ベルトの屈曲によってトナーが離れるので、トナーの離脱を確実に行なうことができ、また、トナーを引き剥がす部材が不要となり、トナーに余計なストレスをかけることがない。
【0020】
さらに本発明に係る現像装置では、現像領域に近い部分に直径50mm以下のシャフトを設け、トナーを搬送する補給ベルトを駆動させることにより、補給ベルトからのトナーの離脱を安定して行なうことができる。
また、補給ベルトの移動速度によって補給量を変化させることにより、ベルトの移動速度(回転数)で補給量を制御でき、トナー必要量に応じてトナーの補給量を変えることができる。
【0021】
さらに本発明に係る現像装置では、補給されるトナーは、現像剤攪拌領域の撹拌部材のある領域全域にわたって補給可能であることにより、補給トナーが現像剤担持体の撹拌部材のある領域全域にわたって供給可能であるので、局所的な補給と違って分布状態を長手方向で均一化することが容易となり、かつ、トナーと現像剤を攪拌する効率を高めることが可能となる。
また、補給されるトナーは、平均円形度が95%以上に設定されているので、平均円形度が95%以上の球形トナーを使用することにより、高画質でトナー飛散を低減することが可能な現像を行うことができる。
【0022】
本発明に係る画像形成装置では、上記の構成及び効果の現像装置を備えることにより、高画質でトナー飛散を低減することが可能な現像を行うことができ、トナー飛散による潜像担持体の地汚れや、周辺部への汚染を防止でき、画像汚れや裏汚れのない高画質な画像形成を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、本発明の構成、動作及び作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【0024】
まず、本発明を適用した画像形成装置の一実施例として、電子写真方式のプリンタ(以下、単に「プリンタ」という)の基本的な構成について説明する。
図1は本発明に係る画像形成装置の一実施例を示すプリンタの概略構成図である。このプリンタは、潜像担持体たるドラム状の感光体1の周囲に、帯電装置2、光書込装置3、現像装置4、転写装置5、ドラムクリーニング装置6、除電装置7を備えている。また、転写装置5の図中左側方には定着手段である定着装置8が配設されている。
【0025】
図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転駆動せしめられる感光体1は、アルミ等からなる素管の表面に有機感光層が形成されたものであり、回転に伴って帯電装置2により正又は負極性に一様帯電せしめられる。そして、図示しないパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいて光走査情報を構築する光書込装置3から発せられるレーザー光の走査によって露光部の電位が減衰せしめられる。これにより、露光部周囲の地肌部よりも電位の小さい静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体1の回転に伴って現像装置4との対向位置である現像位置(現像領域)を通過する際に、現像装置4の現像剤担持体4aに担持されるトナーと磁性キャリアとを含有する二成分系現像剤の磁気ブラシに摺擦せしめられる。そして、この現像剤に含まれる例えば負極性のトナーが静電的に付着せしめられてトナー画像に現像される。
【0026】
上記現像位置よりも感光体回転方向下流側には、感光体1と転写装置5とが対向する転写位置が形成されている。感光体1上で現像されたトナー画像は、感光体1の回転に伴ってこの転写位置に進入する際に、図示しない給紙手段によってタイミングを合わせて搬送されてくるシート状の転写紙Pに重ね合わされる。そして、感光体1の露光部と転写装置5との間に形成される転写電界の影響を受けて転写紙P上にトナー画像が静電転写される。この転写の際に感光体1に静電的に付着した転写紙Pは、紙の重さや剛性、あるいは紙を分離搬送するための部材(図示を省略)等の作用により感光体1から分離される。このようにしてトナー画像が静電転写せしめられた転写紙Pは、転写位置から定着装置8へと送られる。
【0027】
上記定着装置8は、内部に図示しない熱源を有する加熱ローラ8aと、これに押圧される加圧ローラ8bとの接触によって定着ニップを形成している。これらローラは、互いの接触部でそれぞれの表面を同方向に移動させるように回転駆動される。かかる構成の定着装置8に送られた転写紙Pは、定着ニップに挟み込まれてローラ表面移動方向に搬送される。この際、ニップ圧や加熱の影響によってトナー画像が定着せしめられる。定着後の転写紙Pは、図示しない排紙手段を経由して機外の排紙トレイ等へと排出される。
一方、上記転写位置を通過した感光体1の表面は、その回転に伴ってドラムクリーニング装置6との対向位置を通過する際に、転写残トナーがクリーニングされる。そして、除電装置7によって残留電荷が取り除かれた後、帯電装置2によって一様に帯電せしめられて初期状態に戻る。
【0028】
なお、図1では、帯電装置2として、帯電バイアスが印加される帯電ローラ等のバイアス部材を感光体1に接触させる方式のものを図示したが、帯電チャージャ等の非接触方式のものを用いても良い。また、レーザー光の照射によって静電潜像を形成する光書込装置3を設けた例を示したが、発光ダイオード(LED)アレイからのLED光によって光書込を行なうものを用いても良い。また、光書込ではなく、イオン噴射等によって静電潜像を形成するものでもよい。
【0029】
また、転写装置5としては、転写バイアスが印加される転写ローラを感光体1に接触させるローラ接触方式のものを図示したが、ベルトを接触させるベルト接触方式のものや、転写チャージャなどの非接触方式のものを用いても良い。また、ドラムクリーニング装置6として、クリーニングブレードによる掻き取り方式のものを示したが、クリーニングバイアスが印加されるブラシやローラを接触させる静電回収方式のものを用いてもよい。また、潜像担持体としてドラム状の感光体1を設けた例について説明したが、ベルト状の感光体などを用いても良い。また、感光体1とその周囲の機器とを個別に設けたプリンタの例について説明したが、感光体1とその周囲の機器とを1つのユニットとして共通のカートリッジ内に収めたプロセスカートリッジとしてもよい。例えば感光体1と、その周囲に配設された帯電装置2、現像装置4、ドラムクリーニング装置6、除電装置7のうちの少なくとも1つ(あるいは全部)を共通のカートリッジ内に収納してプロセスカートリッジとし、プリンタ本体に対して着脱可能に構成する。
【0030】
次に本実施例に係る現像装置の基本的な構成について説明する。図2は、本発明に係る現像装置4の構成例を示す概略断面図である。現像装置4は、現像容器を構成するケーシング4e内に現像部と現像剤攪拌部とを有している。現像部には、ケーシング4eの開口から周面の一部を露出させた現像剤担持体4aや、ドクタ4bなどが設けられている。現像剤担持体4aは円筒状の現像スリーブからなり、この現像スリーブは、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体からなり、その表面がサンドブラスト等によって十点平均粗さRzで10〜20[μm]程度まで粗面化せしめられている。このような粗面化により、現像剤との摩擦抵抗を高めて所定の剤汲み上げ能力を発揮する。また、サンドブラスト等による粗面化に代えて、表面に数十〜数百[mm]の深さの溝を複数設けたものを使用していもよい。
【0031】
図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる現像剤担持体(以下、現像スリーブという)4aの内部にはマグネットローラが現像スリーブ4aに連れ回らないように固定されている。このマグネットローラは、その周方向に分かれた複数の磁極4gを有している。これら磁極4gの影響により、現像スリーブ4aの周囲には、法線方向に延びる複数の磁界が形成される。なお、マグネットローラに代えて、複数の磁石を上記磁極の位置に配置してもよい。
【0032】
現像装置4の現像剤攪拌部(現像剤撹拌領域)には、現像剤攪拌搬送部材としての2つの搬送スクリュウ4c,4dや、図示しないトナー濃度センサ(以下、Tセンサという)などが設けられており、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤4fが収容されている。この現像剤4fは、磁性キャリアの表面に多数のトナーを付着させている。そして、現像剤4fは2つの搬送スクリュウ4c,4dによって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられる。図中左側の第1搬送スクリュウ4cに攪拌搬送される現像剤4fは、現像スリーブ4aの表面に対してその軸線方向に接触する。すると、現像スリーブ4aから延びる磁界の影響を受けてスリーブ表面に担持されて攪拌部内から汲み上げられる。そして、現像剤は現像スリーブ表面に連れ回って搬送される。
【0033】
上記ドクタブレード4bは、その先端と現像スリーブ4a表面との間に所定の間隙を保持するようにケーシング4eに固定されている。この間隙はドクタギャップと呼ばれ、本プリンタの現像装置4では、ドクタギャップは0.3〜0.7[mm]程度に設定されている。上記攪拌部から汲み上げられた現像剤4fは、スリーブ表面に連れ回ってこのドクタギャップを通過する際に、層厚が規制されて現像に好ましい量になる。具体的には、20〜100[mg/cm]程度の量になる。そして、スリーブ表面の回転に伴って感光体1との対向位置である現像位置まで搬送される。また、現像位置にある主磁極上の、現像スリーブ表面における現像領域の出口における好適な法線方向の磁束密度は60mT以上である。なお、図2の例では、マグネットローラの磁極数(または磁石数)は5個であるが、現像剤の汲み上げ性や、黒ベタ画像追従性を向上させるために、マグネットローラの磁極数(または磁石数)を更に増やした構成としてもよい。
【0034】
このマグネットローラから発せられる法線方向の磁力線に沿うように、現像剤4fのキャリアが現像スリーブ上にチェーン状に穂立ちを起こし、このチェーン状に穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシが構成される。この磁気ブラシは現像スリーブ4aの回転によって現像スリーブ4aと同方向(図で見て反時計回り方向)に移送されることとなる。現像時、現像スリーブ4aには、電源により現像バイアスとして直流電圧が印加され、電荷を持ったトナーが印加電圧に応じて現像スリーブ4a及びキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体1に飛翔し、感光体1の潜像に対応して付着する。現像によってトナーを消費した現像剤4fは、スリーブ表面に連れ回ってケーシング内に移動し、剤切り用の磁極の反発磁界の影響を受けてスリーブ表面から離脱して、攪拌部内に戻る。
【0035】
上記磁性キャリアの体積平均粒径はトナーの平均体積粒径より大きく、磁化が30乃至1000[emu/cm(1kOe磁場中)]にすると現像時に感光体1へのキャリア付着を抑制する効果と、該現像剤4fからなる磁気ブラシの穂先端が感光体1に接触する場合の過剰接触圧防止によりざらつき感のない高品質画像を得ることができる。
【0036】
本プリンタにおいて、上記現像位置における感光体1と現像スリーブ4aとの間隔である現像ギャップは、0.35[mm]に設定されている。現像ギャップは、現像剤4fの磁性キャリアの粒径が50[μm]であれば、10倍程度(0.55[mm])以下に設定するのが良い。現像ギャップをこれより広くすると、直流現像バイアス電圧の印加条件下では、望ましいとされる画像濃度が出にくくなる。
【0037】
上記の現像装置4では、現像バイアスとして直流電圧を印加したが、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加しても良い。この場合、交互電界中で現像剤4fのトナーとキャリアが振動し、トナーが現像スリーブ4aおよびキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体1に飛翔し、感光体1の静電潜像に対応して付着する。そして、この付着により、静電潜像がトナー画像に現像される。
【0038】
なお、以上の図2に示す構成の現像装置では、ドクタブレード4bを現像スリーブ4aの上側に設置し、ドクタブレード通過後の現像剤を、現像スリーブ4aでドクタブレード4bよりも下方の現像位置に搬送する構成であるが、これとは別の例として、図4に示すように、ドクタブレード4bを現像スリーブ4aの下側に設置し、ドクタブレード通過後の現像剤を、現像スリーブ4aでドクタブレード4bよりも上方の現像位置に搬送する構成としてもよく、この場合には前述の先願(特願2003−421218)と同様の効果を得ることができる。
【0039】
図2(または図4)に示す現像装置の現像剤攪拌部内においては、2つの搬送スクリュウ4c、4dの間には仕切り壁4hが設けられている。この仕切り壁4hによって攪拌部内が2つに仕切られている。2つの搬送スクリュウ4c,4dのうち、図中左側に配設されている第1搬送スクリュウ4cは、その回転駆動に伴って現像剤4fを例えば図中奥側から手前側へと搬送しながら現像スリーブ4aに供給する。そして、図中手前端まで搬送された現像剤4fは、仕切り壁4hに設けられた開口を通って図中右側の第2搬送スクリュウ4dに受け渡される。そして、今度は図中手前側から奥側へと搬送されながら、補給ベルト10から落下してくる補給トナー9を取り込んだ後、仕切り壁4hに設けられたもう一方の開口を通って図中左側の第1搬送スクリュウ4c上に戻される。このようにして、現像剤4fは攪拌部内を循環搬送せしめられる。
このように複数本の搬送スクリュウ4c,4dを使用する場合には、少なくとも一対の搬送スクリュウ4c,4dの現像剤搬送方向が逆方向になるように配置している。
【0040】
図3に現像装置4のトナー補給部を拡大したものを示す。トナー補給部は、トナー9を担持搬送する所定の凹部10aが形成された可撓性を有する無端状の補給ベルト10と、補給トナー量を規制するトナー規制部材11と、トナー9を収容したトナーホッパ12と、補給ベルト10を動かすための2軸の駆動シャフト13a,13bから成り、トナーホッパ12内にはトナーをほぐしておく図示しないアジテータが設置されている。
【0041】
補給ベルト10はポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネイト、ポリエステル等の樹脂、あるいはETFE、PVDF等のフッ素系樹脂、イソプレン、ネオプレン、シリコーンゴム等のゴム系の樹脂、もしくはニッケル、銅、亜鉛等の金属箔、もしくはそれらの複合材料からなり、ベルト表面にはトナーを保持するための凹部10aが設けられている。補給ベルト10の凹部10aにはトナー規制部材11により一定量のトナーが充填される。この補給ベルト10の凹部10aの深さは1[mm]以下が望ましく、凹部10aの深さかが大きくなるとトナー9を現像剤4fの上に分散して補給することが困難になる。
また、凹部10aの深さを1[mm]以下にすることによって、トナー9が現像剤4fに投入されるときに、広がって補給されるので、トナー9が現像剤4fと接触しやすくなり、補給トナーが速やかに現像剤中に分散される。
【0042】
補給ベルト10には、図5に示すように長方形の凹部10aが設けられている。この凹部10aは1[mm]から5[μm](トナー径相当)の深さを持たせるが、0.2[mm]から0.4[mm]が好適である。凹部10aが1[mm]より深くなると、単位面積当りに供給されるトナーが増加するためトナーの撹拌性が低下し、補給トナーが充分に混ざらないまま現像スリーブ4aに供給され、未帯電に起因する異常画像を防止できなくなってしまう。また、凹部10aが浅くなるとトナーが凹部10aに充填しにくくなり、さらにトナー径以下の凹部にするとトナーが規制部材11を通過できなくなってしまい、供給ができない。
【0043】
本実施例では、凹部10aの深さを0.25[mm]で製作したところ、単位面積当たりのトナー重量が約10[mg/cm]となった。
また、凹部10aが深くなると、トナー9が固まって現像剤4fに落下し、現像剤の上のトナーが1[mm]以上の高さになるとトナーの分散ができなくなる部分が発生し、現像領域に未帯電のトナーが供給されてしまい、地汚れなどの異常画像になってしまう。
なお、本実施例では補給ベルト10の凹部10aは長方形にしたが、凹部の平面形状は、長方形に限らず三角形の組み合わせにしたり、6角形にしたりすることも可能であり、凹部の平面的な形状に制限されるものではない。また、より小さな区画に分けて凹部を形成してもよく、この場合には、補給ベルト10の耐久性の面から有利になる。
また、本実施例では補給ベルト10を2本のシャフト13a,13bで懸架したが、トナーホッパ12および、現像剤撹拌部の形状によっては3本以上のシャフトにすることも可能である。
【0044】
トナー規制部材11は、鋼、リン青銅等のバネ材、ポリウレタン、ポリカーボネイト、ポリエステル等の樹脂、もしくはそれらの複合材料で形成し、ホッパ側のシャフト13a上で補給ベルト10に当接し、トナーを補給ベルト10の凹部10aに充填する。
トナー規制部材11を補給ベルト10に当接させる位置は、シャフト上でも別の場所でも良い。ただし、シャフト以外の場所では、補給ベルト10のトナー規制部材11の反対側にバックアップが必要になる。
【0045】
トナー規制部材11で、補給ベルト10の凹部10aに充填されたトナーは、補給側のシャフト13bの部分で現像剤上に分散して補給される。これは、凹部10aに拘束されていたトナーが、シャフト13bの部分で補給ベルト10の曲率が小さく変わったところで開放され、凹部10aから離脱するからである。
【0046】
より詳しく説明すると、補給ベルト10の凹部10aのトナー9は、互いに静電的付着力及び非静電的付着力(以下、付着力とする)で緩やかに集合体を形成している。トナー9にかかる付着力が重力より大きい場合は、トナーは拘束されたままで落下せず、現像容器(ケーシング)4e内にトナー補給することができない。しかし、トナーにかかる重力よりトナーの付着力が小さくなれば、補給ベルト10から開放され現像容器(ケーシング)4e内にトナーを補給することができる。
また、曲率が変わるときに、補給ベルト10の凹部10aの底面側よりは、補給ベルト10の表面側が伸び、その凹部10aのトナー間の距離が大きくなる。そのため、トナー同士の付着力、或いはトナーと凹部の壁面との付着力が小さくなる。これは曲率が小さくなるほど表面側と底面側の長さが大きく変化し、トナー間距離が変わってトナー間の付着力が小さくなり、開放しやすくなるからである。
【0047】
トナー開放領域のシャフト13bは、断面が円形の形状だけでなく表面に凹凸を設けたり、硬質ブラシ、多孔質のスポンジ状を使用したり、シャフト3bに布を巻きつけたりして、補給ベルト10の曲率を微小に変化させることにより同様の効果が得られる。
また、可撓性の補給ベルト10に振動を与えてトナー9を落下させることでも同様の効果が得られる。振動させる方法としては、シャフト13bに偏心したプーリを使用して振動を与える、シャフトに機械的に小さな衝撃を与える、超音波振動を加えるなどの方法がある。
【0048】
図6は、凹部10aの深さを0.25[mm]、開口長を10[mm]として製作した補給ベルト10と、体積平均粒径5[μm]の補給トナー9を使用したときの、ホッパ側のシャフト13aの径と付着力の関係を示したものである。このときはシャフト径を50[mm]以下にすることにより、重力が付着力を上回り、トナーが補給ベルト10の凹部10aからが開放され、トナー補給が可能になる。また、補給の安定性を考慮すると、シャフト径は30[mm]以下が好ましい。
本実施例では、補給ベルト10が水平の部分にトナー規制部材11を設けたが、トナー規制する部分よりも開放する部分の曲率を小さくすればよい。つまり、図6のように、トナー同士の付着力が重力を上回るようにトナー規制部材11を設け、重力が付着力を上回るように曲率を小さくして供給する様にすることができる。
【0049】
前述のようにトナー補給量は、補給ベルト10の凹部10aの深さ、面積によって一度に補給されるトナーが制限され、補給ベルト10の回転速度、或いは回転時間によって制御できる。
また、補給ベルト10を使用しているので、ベルトの幅を広げることによって第2スクリュ4d上の全域に渡って、つまり、現像剤攪拌領域の撹拌部材のある領域全域にわたって補給することができる。このときは、局所的な補給と違って分布状態を長手方向で均一化することが容易となり、かつ、トナー9と現像剤4fを攪拌する効率を高めることが可能となる。
【0050】
次に、本実施例に用いられる現像剤について説明する。
本実施例に用いられる現像剤4fのトナー9は、ポリエステル、ポリオール、ポリスチレン、アクリル等の樹脂に帯電制御剤及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常0.01〜0.1[μm]の範囲である。
色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。また、トナーとしては、ワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することもできる。
【0051】
上記トナーは、磁性体を含有させて磁性トナーとしても使用することもできる。具体的な磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金,及びその混合物等が挙げられる。
これらの磁性体は平均粒径が0.1〜2[μm]程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量は、結着樹脂100[質量部]に対して20〜200[質量部]、特に好ましくは結着樹脂100[質量部]に対して40〜150[質量部]である。
【0052】
上記添加剤としては従来公知のものが使用できるが、具体的には、Si,Ti,Al,Mg,Ca,Sr,Ba,In,Ga,Ni,Mn,W,Fe,Co,Zn,Cr,Mo,Cu,Ag,V,Zr等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にSi,Ti,Alの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが好適に用いられる。
また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子100[質量部]に対して0.5〜3[質量部]であることが好ましく、特に好ましくは、0.7〜1.5[質量部]である。
【0053】
添加剤の添加量が0.5[質量部]未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分となり、また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやすい。
一方、添加剤の添加量が3[質量部]よりも多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤による感光体1等へのフィルミングが生じやすくなり、クリーニングブレードや感光体ドラム等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。また、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、少なくとも2色以上のトナーを重ねる必要があり、付着量が増えるため、特にその傾向が顕著である。さらに、カラ―トナーとして用いる場合には、添加剤が多く含有されていると、透明シートに形成されたトナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られにくくなる。
【0054】
上記添加剤の含有量の測定には種々の方法があるが、蛍光X線分析法で求めるのが一般的である。すなわち、添加剤の含有量が既知のトナーについて、蛍光X線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有量を求めることができる。
さらに、本実施例に用いられる添加剤は、必要に応じ、疎水化、流動性向上、帯電性制御等の目的で、表面処理を施されていることが好ましい。
【0055】
ここで、表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物等が好ましく、例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等が挙げられる。
また、処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等があるが、本実施例においては、いずれの方法も好適に用いることができる。
【0056】
トナーの体積平均粒径は3〜12[μm]の範囲が好適である。本実施形態で用いたトナーの体積平均粒径は6[μm]であり、1200[dpi]以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。また、本実施例では、帯電極性が負極性のトナーを使用しているが、感光体1の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【0057】
球形トナーは、例えば搬送スクリュウ4c,4dを用いた攪拌では、トナー帯電が不安定になるが、本方式でトナー補給すると、補給トナーの帯電が安定する。さらに、円形度95%以上の球形トナーを使用することにより、表面積のばらつきを不定形と比較して少なくできるので、均一な現像が可能になり、画質が向上する。つまり、円形度が95%より低い場合には潜像担持体などの平滑性媒体への接触点が多くなり、接触する突起先端に電荷が集中することが多く、ファンデルワールス力や鏡像力が大きくなる。このため、不定形なトナー粒子となる円形度の低いトナー粒子が存在した場合には文字部や線画像部の抜けが生じるが、本発明では、このような円形度を規定することで不良画像の発生を防止することが可能となる。
【0058】
以上のように、本発明の現像装置では、補給トナー9と現像剤4fが充分に攪拌され、トナーの帯電不足による飛散が原因する感光体1の地肌汚れや周辺部へのトナー汚染を確実に防止することができる。また、必要量のトナーを必要なだけ補給することができ、ホッパ内のトナーも有効に使いきることができる。
また、本発明の画像形成装置(例えば図1に示すプリンタ)では、以上の構成及び効果を有する現像装置4を備えているので、高画質でトナー飛散を低減することが可能な現像を行うことができ、トナー飛散による感光体1の地汚れや、周辺部への汚染を防止でき、画像汚れや裏汚れのない高画質な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示すプリンタの概略構成図である。
【図2】本発明に係る現像装置の構成例を示す概略断面図である。
【図3】図2に示す現像装置のトナー補給部を拡大して示す概略要部断面図である。
【図4】本発明に係る現像装置の別の構成例を示す概略断面図である。
【図5】本発明に係る現像装置に用いられる補給ベルトの構成説明図である。
【図6】凹部の深さを0.25[mm]、開口長を10[mm]として製作した補給ベルトと、体積平均粒径5[μm]の補給トナーを使用したときの、ホッパ側のシャフトの径と付着力の関係を示したグラフである。
【図7】従来技術の一例を示す現像装置の構成説明図である。
【符号の説明】
【0060】
1:感光体(潜像担持体)
2:帯電装置
3:光書込装置
4:現像装置
4a:現像スリーブ(現像剤担持体)
4b:ドクタブレード
4c:第1搬送スクリュウ(現像剤攪拌搬送部材)
4d:第2搬送スクリュウ(現像剤攪拌搬送部材)
4e:ケーシング(現像容器)
4f:現像剤
4g:磁極(または磁石)
5:転写装置
6:ドラムクリーニング装置
7:除電装置
8:定着装置
9:トナー
10:補給ベルト
10a:凹部
11:トナー規制部材
12:トナーホッパ
13a,13b:シャフト




 

 


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