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現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - 株式会社リコー
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発明の名称 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置
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2007−17609(P2007−17609A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−197636(P2005−197636)
出願日 平成17年7月6日(2005.7.6)
代理人 【識別番号】100090103
【弁理士】
【氏名又は名称】本多 章悟
発明者 高橋 朋子 / 堀家 正紀 / 宮口 耀一郎 / 近藤 信昭 / 山田 正明 / 中川 悦典
要約 課題
この発明は、現像効率が十分に高くなく、現像可能な領域でのトナー滞留、トナー搬送部材への付着等が発生するという課題を解決しようとするものである。

解決手段
この発明は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーをホッピングさせながら搬送するトナー搬送部材2を備え、このトナー搬送部材2でトナーをトナー搬送部材2と像担持体1との対向領域に搬送して像担持体1上の潜像を現像する現像装置において、前記対向領域においてトナーに、前記ホッピングを乱す方向の力を作用させるものである。
特許請求の範囲
【請求項1】
所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーをホッピングさせながら搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを前記トナー搬送部材と像担持体との対向領域に搬送して該像担持体上の潜像を現像する現像装置において、前記対向領域において前記トナーに、前記ホッピングを乱す方向の力を作用させることを特徴とする現像装置。
【請求項2】
所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーをホッピングさせながら搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを前記トナー搬送部材と像担持体との対向領域に搬送して該像担持体上の潜像を現像する現像装置において、前記対向領域において前記トナー搬送方向に対するカウンター方向に前記像担持体表面を移動させて現像を行う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、前記像担持体と前記トナー搬送部材とは、前記トナー搬送部材上をホッピングしてきたトナーのうち現像に使用されなかったものが、前記トナー搬送部材と前記像担持体とが対向する領域を通過可能なだけ十分な空隙幅をもって、対向していることを特徴とする現像装置。
【請求項4】
請求項2記載の現像装置において、前記像担持体と前記トナー搬送部材とは、前記トナーのホッピング高さ以上の空隙を持って対向していることを特徴とする現像装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1つに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項6】
少なくとも現像手段を有し、画像形成装置本体に着脱自在に取り付けられるプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段が請求項1〜4のいずれか1つに記載の現像装置の前記トナー搬送部材であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項7】
請求項6記載のプロセスカートリッジを有する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】
本発明は現像装置、プロセスカートリッジ及び、複写装置、プリンタ、ファクシミリ、複数の画像形成機能を有する複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、複数の画像形成機能を有する複合機等の画像形成装置としては、像担持体としての感光体を一様に帯電させて露光することにより静電潜像を形成し、この感光体上の静電潜像に対して着色体などの粉体(以下「トナー」又は「トナー粒子」という。)を付着させて現像してトナー像を形成し、この感光体上のトナー像を転写紙等の被記録媒体に転写する電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。
【0003】
このような画像形成装置においては、特許文献1に記載されているように、所定の間隔を有して配列されている複数の電極に対して多相電圧を印加して進行波電界を形成することによって現像剤を搬送する現像剤搬送手段を備え、静電潜像をその表面に担持する像担持体に対向する現像領域に上記現像搬送手段が配置されている現像装置において、上記現像搬送手段は前記複数の電極をエンドレスループ状に配列し、該複数の電極は、複数のユニットに分割して配列されるとともにユニットごとの電圧印加を制御する手段を設け、ユニット毎に個別に多相電圧を印加することが可能に構成されているものがある。
【0004】
また、本出願人は、特許文献2に記載されているように、静電気力による粉体の水平方向の移動(搬送)と垂直方向の移動(ホッピング)を含む現象であって、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象を利用した現像方式を用いる現像装置を提案している。この現像装置は、上記像担持体上に粉体を付着させて上記像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、上記像担持体に対向して配置され、粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、この搬送部材の電極には、粉体が上記像担持体上の潜像の画像部に対しては上記像担持体側に向かい、上記像担持体上の非画像部に対しては粉体が上記像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するn相の電位が印加されるようにしたものである。
【0005】
なお、画像形成装置としては、特許文献3、4に記載されているように、像担持体と現像ローラとの間にDC電圧とAC電圧の重畳電圧を印加して非接触で現像ローラから像担持体にトナーを転移させる所謂ジャンピング現像と称する現像を行うものや、特許文献5、6に記載されているように、静電搬送基板を用いて、トナーを像担持体に対向する位置まで搬送し、振動、浮遊、スモーク化させて、像担持体との間で生じる吸引力で搬送面からトナーを分離して像担持体表面に付着させるようにしたものもある。
【0006】
【特許文献1】特許第3530124号公報
【特許文献2】特開2004−198675
【特許文献3】特許第3376199号公報
【特許文献4】特開平9−329947号公報
【特許文献5】特開平5−31146号公報
【特許文献6】特開平5−31147号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、電子写真プロセスを用いる画像形成装置における現在及び将来の課題は、画質とコストと環境を如何にして満足するかということである。画質について言えば、カラー画像を形成する場合に、直径わずか約30μmの1200dpiの孤立1ドットをいかに現像するか、それも好ましくは、地汚れなしに現像するかということである。また、コストについて言えば、パーソナルのレーザプリンタを考えた場合、現像器や現像剤の単体コストのみならず、メンテナンス及び最終処分費用まで含めたトータルのコストを下げることが重要になる。さらに、環境について言えば、特に、微小粉末であるトナーが装置内や装置外に飛散することを防止することが重要になる。
【0008】
上述した本出願人の出願に係る特許文献2などで既に提案しているものは、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象(EH:Electrostatic transport&Hopping)を利用したET現像を行うものである。このET現像を用いることによって、低電圧駆動で高い現像効率が得られる現像装置を実現することができる。しかし、現像効率が十分に高くなく、現像可能な領域でのトナー滞留、トナー搬送部材への付着等が発生するという課題がある。
【0009】
本発明は、上記EH現像よりも現像効率を上げることが可能となり、現像可能な領域でのトナーの滞留、トナー搬送部材への付着等の発生を防止することができる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーをホッピングさせながら搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを前記トナー搬送部材と像担持体との対向領域に搬送して該像担持体上の潜像を現像する現像装置において、前記対向領域において前記トナーに、前記ホッピングを乱す方向の力を作用させるものである。
【0011】
請求項2に係る発明は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーをホッピングさせながら搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを前記トナー搬送部材と像担持体との対向領域に搬送して該像担持体上の潜像を現像する現像装置において、前記対向領域において前記トナー搬送方向に対するカウンター方向に前記像担持体表面を移動させて現像を行うものである。
【0012】
請求項3に係る発明は、請求項2記載の現像装置において、前記像担持体と前記トナー搬送部材とは、前記トナー搬送部材上をホッピングしてきたトナーのうち現像に使用されなかったものが、前記トナー搬送部材と前記像担持体とが対向する領域を通過可能なだけ十分な空隙幅をもって、対向しているものである。
【0013】
請求項4に係る発明は、請求項2記載の現像装置において、前記像担持体と前記トナー搬送部材とは、前記トナーのホッピング高さ以上の空隙を持って対向しているものである。
【0014】
請求項5に係る発明は、請求項1〜4のいずれか1つに記載の現像装置を有するものである。
【0015】
請求項6に係る発明は、少なくとも現像手段を有し、画像形成装置本体に着脱自在に取り付けられるプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段が請求項1〜4のいずれか1つに記載の現像装置の前記トナー搬送部材であるものである。
【0016】
請求項7に係る発明は、請求項6記載のプロセスカートリッジを有するものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、トナー搬送部材と像担持体との対向領域において、搬送電界にしたがってホッピングしているトナーを像担持体上の潜像が形成する潜像電界で引き寄せる際、ホッピングの移動方向にトナーが持っている運動エネルギーを減少させ、潜像電界でトナーを引き寄せやすくすることができ、搬送トナー中の現像に使用されるトナーの割合を増加させ、現像効率を上げることが可能となる。
【0018】
トナー搬送部材と像担持体との間の現像可能な領域で、ホッピングするトナーのもつ運動エネルギーを減少させて潜像電界でトナーを引き寄せやすくすることができ、現像効率を上げることが可能となる。
【0019】
現像領域に搬送されたトナーのうち、現像に使用されなかったトナーがトナー搬送部材と像担持体との間を通過可能となり、現像可能な領域でのトナーの滞留、トナー搬送部材への付着等の発生を防止することができる。
さらに、像担持体とトナー搬送部材との間でのトナーの滞留を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。先ず、本発明の第1実施形態である現像装置ついて図1を参照して説明する。なお、図1は第1実施形態の現像装置を模式的に示す図である。
第1実施形態の現像装置は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いる現像装置であり、静電潜像が形成される感光体からなる像担持体1と対向する領域に配置され、トナーを搬送するローラ状に形成されたトナー搬送部材2と、このトナー搬送部材2に対向し、トナー搬送部材2に対してトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体3と、この現像剤担持体3で供給するトナー及び磁性キャリアを収容する現像剤収容部4とを備えている。この場合、トナー搬送部材2は径方向の反対側となる2つの領域で像担持体1及び現像剤担持体3と対向する配置としている。
【0021】
なお、このトナー搬送部材2と像担持体1は、50〜1000μm、好ましくは150〜400μmの間隙をあけて非接触で対向している。また、トナー搬送部材2は、回転せず、搬送電界(移相電界)によりトナーを外周面に沿って矢示方向に搬送する。一方、現像剤担持体3は駆動部により回転駆動されて矢示方向に回転する。
【0022】
現像剤収容部4は2室に分けられており、その各室は現像装置内の両端部の図示しない現像剤通路によって連通している。この現像剤収容部4には二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送手段としての攪拌搬送スクリュー5A、5Bによって攪拌されながら搬送されて現像剤収容部4内を循環する。
【0023】
また、現像剤収容部4には、図示しないトナー収容部から現像剤を補給するためのトナー補給口6が設けられている。そして、現像剤収容部4には現像剤のトナー濃度として現像剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサが設置されており、このトナー濃度センサは現像剤のトナー濃度を検知する。図示しないトナー濃度制御部は、トナー濃度センサの出力値に基づいて現像剤のトナー濃度が一定になるようにトナー収容部から現像剤収容部4へのトナー補給を制御し、現像剤収容部4内の現像剤のトナー濃度が減少すると、トナー収容部からトナー補給口6を介して現像剤収容部4にトナーが補給される。
【0024】
現像剤担持体3は、現像剤収容部4の攪拌搬送スクリュー5Aと対向する領域に配置されている。現像剤担持体3の内部には、固定された磁石が配置されおり、現像剤収容部4内の現像剤は現像剤担持体3の回転と磁力によって現像剤担持体3の表面に汲み上げられる。
【0025】
また、現像剤の汲み上げ領域より現像剤担持体3の回転方向(矢示方向)下流側で現像剤担持体3とトナー搬送部材2との対向領域より上流側には、現像剤担持体3と対向する領域に現像剤層規制部材7が設けられ、この現像剤層規制部材7は汲み上げ領域で現像剤担持体3により汲み上げたれた現像剤を一定量の現像剤層厚に規制する。そして、現像剤層規制部材7を通った現像剤は、現像剤担持体3の回転に伴って、現像剤担持体3とトナー搬送部材2とが対向する領域まで搬送される。
【0026】
ここで、現像剤担持体3には、第1電圧印加手段11によって供給バイアスが印加される。また、トナー搬送部材2は、第2電圧印加手段12によって後述するように電極に電圧が印加される。
【0027】
これにより、現像剤担持体3とトナー搬送部材2が対向する領域においては、第1電圧印加手段11、第2電圧印加手段12によってトナー搬送部材2と現像剤担持体3との間に電界が生じる。現像剤中のトナーは、その電界による静電気力を受けてキャリアから解離し、トナー搬送部材2の表面に移動する。そして、トナー搬送部材2の表面に達したトナーは、第2電圧印加手段12からトナー搬送部材2に印加される電圧によって形成される搬送電界(移相電界)によって、トナー搬送部材2の表面上をホッピングしながら搬送される(移動する)。
【0028】
次いで、トナー搬送部材2と像担持体1とが対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材2と像担持体1上の画像部との間の現像電界によって像担持体1上に移動して像担持体1上の潜像を可視像化(現像)する。
【0029】
このように、磁性キャリアと非磁性のトナーから成る二成分現像剤を用いた現像装置では、トナーとキャリアとの接触摩擦によってトナーが帯電するため、トナーの帯電が安定する。また、現像においてトナーの供給量が多いため、高速現像に適している。したがって、二成分現像剤を用いることによって、帯電の安定したトナーを大量にトナー搬送部材2に供給することができる。
【0030】
次に、本発明の第2実施形態である現像装置について図2を参照して説明する。なお、図2は同現像装置を模式的に示す図である。
この現像装置は、上記第1実施形態において、非磁性トナーから成る一成分現像剤を用いる現像装置であり、静電潜像が形成される感光体からなる像担持体1と対向する領域に配置され、トナーを搬送するローラ状に形成されたトナー搬送部材2と、このトナー搬送部材2に対向し、トナー搬送部材2に対してトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体13と、この現像剤担持体13で供給するトナーを収容する現像剤収容部14とを備えている。この場合、トナー搬送部材2は径方向の反対側となる2つの領域で像担持体1及び現像剤担持体13と対向する配置としている。
【0031】
なお、このトナー搬送部材2と像担持体1は、50〜1000μm、好ましくは150〜400μmの間隙をあけて非接触で対向している。また、トナー搬送部材2は、回転せず、トナーを外周面に沿って矢示方向に搬送電界(移相電界)で搬送する。一方、現像剤担持体13は駆動部により回転駆動されて矢示方向に回転する。
【0032】
現像剤収容部14にはトナー補給ローラ15A、15Bが備えられ、トナーはトナー補給ローラ15Aと現像剤担持体13とによる摩擦帯電などによる帯電によって現像剤担持体13上に静電気力で汲み上げられる。そして、現像剤担持体13上のトナーは、現像剤層規制部材7によって規制されて薄層化され、現像剤担持体13の回転に伴って現像剤担持体13とトナー搬送部材2とが対向する領域に搬送される。
【0033】
ここでも、現像剤担持体13には、第1電圧印加手段11によって供給バイアスが印加される。また、トナー搬送部材2は、第2電圧印加手段12によって後述するように電極に電圧が印加される。なお、第2電圧印加手段12によって印加する電圧の詳細については後述する。
【0034】
これにより、現像剤担持体13とトナー搬送部材2が対向する領域においては、第1電圧印加手段11、第2電圧印加手段12によってトナー搬送部材2、現像剤担持体13に電圧が印加されることにより、トナー搬送部材2と現像剤担持体13との間に電界が生じる。トナーは、その電界による静電気力を受けて現像剤担持体13の表面から解離し、トナー搬送部材2の表面に移動する。そして、トナー搬送部材2の表面に達したトナーは、第2電圧印加手段12がトナー搬送部材2に印加する電圧によって形成される搬送電界(移相電界)によって、トナー搬送部材2の表面上をホッピングしながら搬送される。
【0035】
そして、トナー搬送部材2と像担持体1とが対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材2と像担持体1上の画像部との間の現像電界によって、像担持体1上に移動して像担持体1上の潜像を可視像化(現像)する。
【0036】
このように、現像剤として、トナーから成る一成分現像剤を用いることもできる。二成分現像剤の場合、現像剤担持体の回転や磁気穂がトナー搬送部材に衝突する衝撃によって、磁気穂を形成しているキャリアの一部が切れてトナー搬送部材に移動し、現像剤供給部でトナー搬送部材の表面に付着してしまうおそれがある。これに対し、一成分現像剤の場合、キャリアを用いていないので、トナー搬送部材の表面へのキャリアの付着という問題は起こらず、また、一成分現像剤の場合、現像剤収容部が簡単な構成となるため、現像装置を小型化、低コスト化することができる。
【0037】
図1、図2に示した現像装置では、トナーは、図中下から上へ、すなわち、像担持体1の回転方向に対するカウンター方向へ移動することにより、ホッピングを乱す方向の力の作用を受ける。このような構成をとることで、トナーが像担持体1の回転方向に対して順方向に移動する場合と比較し、現像の効率が向上する。ここでいう現像の効率とは、現像領域内を通過したトナーのうち、像担持体1上の潜像に付着するトナーの割合を示す。この現像の効率の向上は、現像可能領域において、像担持体1がトナー搬送方向に対するカウンター方向に回転することで、現像領域の入口(搬送方向上流)側に気流が発生し、ホッピングするトナーの運動エネルギーが減少し、トナーが現像電界に捕らえられ易くなるためであると考えられる。
【0038】
像担持体1とトナー搬送部材2との間の空隙幅は前述した値であるが、この空隙幅が前述した値より小さすぎるとホッピングトナーの搬送が像担持体1とトナー搬送部材2との間の空隙で阻害され、像担持体1とトナー搬送部材2が対向する領域のトナー搬送方向上流側にトナーの付着堆積が生じるため、現像に使用されなかったトナーが通りすぎるだけ十分な空隙が必要である。
【0039】
この必要空隙幅は、トナー搬送部材2上のトナーのホッピング高さより広いことが望ましい。像担持体1とトナー搬送部材2との間の空隙をホッピング高さより広い空隙に設定することで、像担持体1の地肌部への現像電界によらない付着を防止できる。トナーのホッピング高さは、トナー搬送部材2を構成する電極の幅、電極に印加する電圧値、等により決定する値である。
【0040】
ここで、トナー搬送部材2の詳細について図3を参照して詳細に説明する。なお、図3はトナー搬送部材2の一部を拡大して示す図である。
トナー搬送部材2は、支持基板101上に複数の電極102、102、102・・・を、複数(n)本を1セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、その上に静電搬送面103aを形成する絶縁性の静電搬送面形成部材となり、かつ、電極102の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層103を積層したものである。
【0041】
本実施形態1、2における支持基板101としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、SUSなどの導電性材料からなる基板にSiO等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【0042】
複数の電極102、102・・・は、支持基板101上に、Al、Ni−Cr等の導電性材料を0.1〜10μm厚、好ましくは0.5〜2.0μm厚で成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の電極102、102・・・のトナー搬送方向における幅(電極幅)aは、移動させるトナーの平均粒径の1倍以上20倍以下とし、かつ、電極102、102・・・のピッチ(各電極102、102・・・の間の部分の長さ)も移動させるトナーTの平均粒径の1倍以上20倍以下としている(図6参照)。
【0043】
表面保護層103としては、例えばSiO、TiO、TiO、SiON、BN、TiN、Taなどを厚さ0.5〜10μm、好ましくは厚さ0.5〜3μmで成膜して形成している。
【0044】
図3において、各電極102・・・から伸びる線は各電極102に電圧を印加するための導電線をあらわしており、各導電線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、各導電線の他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極102・・・に対しては、画像形成装置本体側の電源104からn相の異なる駆動電圧V11〜V13、V21〜V23が印加される。なお、本実施形態1、2では各電極102・・・に3相の駆動電圧が印加される場合(n=3)について説明するが、本発明はトナー粒子が搬送される限りにおいて、n>2を満たす任意の自然数nについて適用可能である。
【0045】
本実施形態1、2では、各電極102・・・は現像装置側の接点S11、S12、S13,S21、S22、S23のいずれかに接続されており、各接点S11、S12、S13,S21、S22、S23は、現像装置が画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形V11、V12、V13、V21、V22、V23を与える画像形成装置本体側電源104と接続される。
【0046】
トナー搬送部材2は、トナー粒子を像担持体1の近傍まで移送し、かつ、現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収するための搬送領域と、像担持体1の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。
【0047】
現像領域は、像担持体1に近接した領域のみに存在し、搬送領域はトナー搬送部材2の周上で、現像領域以外の全域に存在する。ここでは、トナーが移相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」という。本実施形態1、2の場合、トナー搬送部材2の周表面全体が静電搬送面である。
【0048】
搬送領域では電源104によって各電極102・・・に駆動波形V11、V12、V13が印加され、現像領域では電源104によって各電極102・・・に駆動波形V21、V22、V23が印加される。
【0049】
次に、トナー搬送部材2におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。トナー搬送部材2の複数の電極102・・・に対して電源104によってn相のパルス状電圧を印加することにより、複数の電極102・・・によって移相電界(進行波電界)が発生し、トナー搬送部材2上の帯電したトナーは移相電界(進行波電界)により反発力または吸引力を受けて移送方向に移動する。
【0050】
例えば、電源104は、トナー搬送部材2の複数の電極102・・・に対して図4に示すように、グランドG(0V)と正の電圧+(または負の電圧―)との間で変化するA相、B相、C相の3相のパルス状駆動波形(電圧)を、タイミングをずらして印加する。
【0051】
このとき、図5に示すように、トナー搬送部材2上に負帯電のトナーTがあり、トナー搬送部材2の連続した複数の電極102・・・にそれぞれ「G」、「G」、「+」、「G」、「G」が図5(a)に示すように印加されたとすると、負帯電トナーTは「+」の電極102上に移動する。次のタイミングで複数の電極102・・・にはそれぞれ「+」、「G」、「G」、「+」、「G」が図5(b)に示すように印加され、負帯電トナーTには、左側及び下側の「G」の電極102との間で反発力が作用し、右側の「+」の電極102との間で吸引力が作用するので、負帯電トナーTは右側の「+」の電極102側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極102には、図5(c)に示すように、それぞれ「G」、「+」、「G」、「G」、「+」が印加され、負帯電トナーTには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーTは更に右側の「+」の電極102側に移動する。
【0052】
これを図6を参照して具体的に説明すると、図6(a)に示すように、トナー搬送部材2の電極102・・・(A〜Fとする)がいずれも0V(G)で、トナー搬送部材2上に負帯電トナーTが載っている状態から、図6(b)に示すように電極A、Dに「+」が印加されると、負帯電トナーTは電極A及び電極Dに吸引されて電極A、D上に移る。次のタイミングで、図6(c)に示すように、電極A、Dがいずれも「0」になり、電極B、Eに「+」が印加されると、電極A、D上のトナーTは反発力を受けるとともに、電極B、Eの吸引力を受けることになって、負帯電トナーTは電極B及び電極Eに移送される。さらに、次のタイミングで、図6(d)に示すように、電極B、Eがいずれも「0」になり、電極C、Fに「+」が印加されると、電極B、E上のトナーTは反発力を受けるとともに、電極C、Fの吸引力を受けることになって、負帯電トナーTは電極C及び電極Fに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは図6において順次に右方向に移送されることになる。
【0053】
このように複数の電極102・・・に電圧の変化する多相の駆動波形(電圧)を印加することで、トナー搬送部材2上には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。
【0054】
次に、本発明の他の実施形態3である画像形成装置について図7を参照して説明する。この実施形態3の画像形成装置は、上記実施形態1または2の現像装置を採用し、プロセスカートリッジを備えた画像形成装置の一例である。
この画像形成装置は、像担持体1、帯電手段521、上記実施形態1または2の現像装置541、クリーニング手段508をそれぞれ備え、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色のトナー像の形成にそれぞれ用いられるプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y(以下、区別しないときには単に「プロセスカートリッジ501」という。なお、他も同じである。)と、露光装置としての光書込み装置502K、502M、502C、502Yと、転写材506を搬送する搬送ベルト503A及びプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yの像担持体1に搬送ベルト503Aを挟んで対向する転写手段としての転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byと、定着装置504と、転写材506を収容する給紙装置505とを備えている。
【0055】
プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yは、本実施形態3の本体に着脱自在に取り付けられている。このプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yは、それぞれ、少なくとも現像手段として各色の現像装置541内のトナー搬送部材2を有し、画像形成装置本体に着脱自在に取り付けられるプロセスカートリッジとしてもよい。
【0056】
ここで、光書込み装置502K、502M、502C、502Yは、画像情報に従ってプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の帯電後の像担持体1に潜像を書き込むためのものであり、ポリゴンミラーを用いた光走査装置やLEDアレイ等、種々のものを使用することができる。
【0057】
搬送ベルト503Aは、搬送ローラ511、従動ローラ512及びテンションローラ513,514に架け渡され、搬送ローラ511の回転により矢示方向に周回移動する。そして、搬送ローラ511と対向して転写材506を搬送ベルト503A上に吸着させるための吸着ローラ515が配置され、また、搬送ベルト503Aの出口側には搬送ベルト503Aに所定パターンのトナー像を形成したときにそのトナー像を検出する光学センサとしてのPセンサ516が配置されている。
【0058】
転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byは、少なくとも芯金と、該芯金を被覆する導電性弾性層とを有し、この導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン(EPDM)等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値(体積抵抗率)を106〜1010Ωcmの中抵抗に調整した弾性体ローラである。この転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byには電源から転写バイアスが印加される。
【0059】
定着装置504は、加熱ローラ504a及びこれに対向する加圧ローラ504bを備えている。
そして、この画像形成装置における通常の画像形成動作では、各プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の像担持体1は、それぞれ、駆動部により回転駆動されて帯電手段521により一様に帯電された後、光書込み装置502K、502M、502C、502Yにより各色の画像情報に応じて露光されることにより静電潜像が形成される。この各プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の像担持体1上の静電潜像は、各プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の現像装置541により現像されてブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色のトナー像が形成される。
【0060】
一方、給紙装置505から供給される記録用紙等の転写材506は、図示しない電源から吸着ローラ515に所定の電圧が印加されることで転写材搬送ベルト503Aに吸着される。この転写材506は、転写材搬送ベルト503Aに担持された状態で転写材搬送ベルト503Aとともに移動し、その移動中に転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byによりプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の像担持体1から順次に各色のトナー像が重ねて転写させられることにより、フルカラーのトナー像が形成される。
【0061】
この転写材506が搬送ベルト503Aを通過して定着装置504に到達すると、転写材506上のフルカラートナー像は、加熱ローラ504a及び加圧ローラ504bに挟まれつつ加熱及び加圧がなされることで転写材506に定着される。その後、フルカラー画像が形成された転写材506は装置本体510上部の排紙部507に排出される。また、各プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の像担持体1は、トナー像転写後にクリーニング手段508によりクリーニングされて次の画像形成に備える。
【0062】
また、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行うモードでは、各プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の像担持体1は、それぞれ、帯電手段521により一様に帯電された後、光書込み装置502K、502M、502C、502Yにより各色の所定パターンの画像情報に応じて露光されることにより静電潜像が形成される。この各プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の像担持体1上の静電潜像は、各プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の現像装置541により現像されてブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色の所定パターンのトナー像が形成される。
【0063】
この各プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内の像担持体1上の所定パターンのトナー像はPセンサ516によって検出され、その検出結果に基づいて制御部により書込みタイミングや現像バイアスの制御などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整される。転写材搬送ベルト503A上のトナーパターンは吸着ローラ515に印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byに印加された電圧によってプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y内のクリーニング手段508に回収される。
次に、本発明の実験例1について説明する。
この実験例1では、図7に示す画像形成装置を使用し、単色マゼンタのみで実験を行った。同一の作像条件で、プロセスカートリッジ501M内の像担持体である感光体1上に上述のように潜像を形成し、感光体1の回転方向とトナー搬送部材2のトナー搬送方向を同方向とする実験Aと、感光体1の回転方向とトナー搬送部材2のトナー搬送方向を逆方向とする実験Bを行い、感光体1上の現像トナー量を測定した。
【0064】
作像条件は、感光体1の初期帯電電位を−200V、感光体1のベタ画像を書き込んだ部分の露光部画像電位を−40Vとし、トナー搬送部材2には、搬送電圧として、中心値を−150Vとして±120V(−270V,−30V)の交番バイアスを、3相、4kHz、デューティ50%で印加した。感光体1とトナー搬送部材2との空隙幅(現像キャップ)は、0.8mmである。現像可能領域を感光体1上の潜像が通過する時間を約1秒として実験を行った。
【0065】
一方、トナー搬送部材2上のトナーの搬送量は、現像を行う以前に測定しておく。たとえば図1に示した装置で説明すると、トナー搬送部材2上に供給されるトナーの量は現像剤担持体3に印加される供給バイアス、現像剤担持体3の回転数、現像剤担持体3とトナー搬送部材2との空隙幅等のトナー供給条件によって決定するので、トナー搬送部材2を平板とし、同一のトナー供給条件としてトナー搬送量を測定しておく。トナー搬送量の測定は、トナー搬送部材2上にトナー搬送の障害となる部材を付着させ、その部材によってせき止められたトナー量を測定した。供給バイアス1秒印加時の、単位幅(1cm)あたりのトナー量をトナー搬送量とした。こうして測定されたトナー搬送量と、同一トナー供給条件で現像装置を使用して行った実験の感光体1上のトナー付着量を比較することで、現像領域を通過したトナーの中の現像に使用されたトナーの比率(現像率)が計算される。上記の条件で実験A、Bでの現像率は、それぞれ、58%、70%であり、実験Bの方が現像の効率が良いことがわかった。
【0066】
さらに感光体1上の潜像のベタ部の電位のみを変え、同一の条件で実験A、Bを行った結果を図8に示す。図8において、縦軸はトナー付着量、横軸はベタ部の電位である。白抜きのプロットが実験Bの逆方向現像、黒のプロットが実験Aの順方向現像である。感光体1の初期帯電電位が−200Vであるので、感光体1上の露光部電位−200Vでは露光を行っていない。感光体1上の露光部電位が低い場合、潜像の深さは浅く、少量のトナーの付着で飽和に達する。実験Aの順方向現像であっても、十分なトナー量がトナー搬送部材2で搬送されている条件では、感光体1のトナー付着量は、飽和し、−200Vの点をとおる直線上になる(−140Vまで)。
【0067】
潜像の深さがより深くなった−100Vでは、トナーの利用効率の高い実験Bの逆方向現像では、飽和に近いトナー付着量であるが、実験Aの順方向現像では、トナー付着量の増加が鈍り、搬送トナー量によってトナー付着量が決まる領域となっている。このように、実験Bの逆方向現像の方が、同じ搬送量のトナー中多くのトナーを現像に使用可能となることがわかった。
【0068】
次に本発明の実験例2について説明する。
この実験例2では、図7に示す画像形成装置を用い、現像ギャップを変化させる実験を行った。感光体1の初期帯電電位は−200V、感光体1の画像部電位は−40Vとした。トナー搬送部材2に形成してある電極102の幅は30μm、電極102の間隔は30μmである。搬送電圧は−150Vを中心に±120Vとした。
【0069】
現像ギャップを0.2mmから1.0mmまで変化させ、感光体1の回転方向とトナー搬送部材2のトナー搬送方向を同方向とする実験Aと、感光体1の回転方向とトナー搬送部材2のトナー搬送方向を逆方向とする実験Bを行ったところ、実験Aの順方向現像ではトナー搬送部材2へのトナーの付着が全条件で生じなかったが、実験Bの逆方向現像では、0.3mm以下の現像ギャップでトナー付着が生じてしまった。この状態を観察したところ、現像ギャップを通り抜けず、現像可能領域の上流でたまるトナーが発生していることがわかった。この現像ギャップの限界値は、搬送電圧の振幅を変化させることにより変化し、搬送電圧の振幅を大きくすると現像ギャップの限界はギャップが広い側にシフトし、搬送電圧の振幅を小さくするとトナー付着は生じなかった。搬送電圧の振幅によるトナーのホッピング高さの違いについては、観察、シミュレーションにより確認されており、トナーのホッピング高さより現像ギャップが大きいことがトナー搬送部材2へのトナーの付着を防ぐ点で有効であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【0070】
【図1】本発明の第1実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明の第2実施形態を示す断面図である。
【図3】上記実施形態1におけるトナー搬送部材の一部を拡大した断面図である。
【図4】上記実施形態1においてトナー搬送部材の電極に印加される多相のパルス状駆動波形を示す波形図である。
【図5】上記実施形態1のトナー搬送部材におけるトナーの静電搬送を説明するための図である。
【図6】上記実施形態1のトナー搬送部材におけるトナーの静電搬送を説明するための図である。
【図7】本発明の他の実施形態3を示す断面図である。
【図8】本発明の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【0071】
1 像担持体
2 トナー搬送部材
3 現像剤担持体
4、14 現像剤収容部
5A、5B、15A,15B 攪拌搬送スクリュー
6 トナー補給口
7 現像剤層規制部材
11 第1電圧印加手段
12 第2電圧印加手段
102 電極
104 電源




 

 


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