JP2005031299A - 現像ユニットおよびこのユニットを備えた非磁性一成分接触現像方式の画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トナー3を攪拌すると共に現像ローラ6に供給する攪拌手段2を備えるトナー容器部1と、前記トナー3を表面上で帯電し、薄層にして感光体8表面に搬送し、感光体8表面の静電潜像を可視像化する現像ローラ6とを備える現像ユニット10において、前記攪拌手段2が、トナー容器1内に、前記現像ローラ6の回転軸と平行な回転軸と、この回転軸に一辺が固着され対向する他辺が自由端である三翼以上の弾性シート翼とを備える現像ユニット10とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非磁性一成分トナーを収納するトナー容器内における改良された攪拌手段を備えた現像ユニットおよび非磁性一成分接触現像方式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、原稿の画像から読取った情報を、反射光で直接感光体ドラムに照射するか、またはレーザ光に変換して感光体ドラムに照射することにより静電潜像を形成し、その静電潜像にトナーを付着させて可視像化する電子写真プロセスを実施する機構を備えている。これらの機構のうち、前記感光体ドラムにトナーを付着させて可視像化するためのトナーを搬送する機構としては現像ユニットが配置される。この現像ユニットは、非磁性一成分接触方式の場合、前記感光体ドラムに対向して配置される現像ローラと、この現像ローラにトナーを供給するための供給ローラと、トナー容器部と、この容器に収容されているトナーが凝集しないように攪拌するための回転翼を備える攪拌手段とを備え、前記トナーを、供給ローラを介して現像ローラに向けて適量ずつ供給する機能を有している。
【0003】
前記静電潜像を可視像化するために用いられるトナーには、大きく分けると前述のような一成分トナーと、トナーとキャリアとを混合して用いる二成分トナーとに分けられる。二成分トナーを用いる現像方式では、二成分トナーを収容するトナー容器に備わるトナー攪拌手段は、トナーとキャリアとを摩擦帯電させることにより、現像に必要な電荷を帯びさせると共に相互に付着させる機能を有している。また、キャリアの比重が大きいため、一般的に二成分トナーの攪拌手段の回転翼は高負荷に対する耐久性を有する剛性材料で構成され、多数の翼が軸を中心に形成されていることが多く、また、駆動モータにも前述の高負荷に見合う高トルクモータを必要とする。
【0004】
一方、比重の大きいキャリアを含まない一成分トナーの攪拌手段は、比重の小さい樹脂を母体として帯電制御材、着色剤および外添剤などからなるトナー自体が小さくて軽い上、トナーが凝集しない程度に混合することが主要な目的であり、トナーの摩擦帯電を目的としていないので、トナーを攪拌するための翼として剛性を持たせる必要が無く、また、駆動するための駆動モータにも安価な低トルクモータを採用することができる。逆に、摩擦帯電が起きるほど強く攪拌すると、トナーから外添剤やその他の成分を剥ぎ取り、トナーを劣化させる怖れがあるので、通常、この攪拌翼はしなやかな弾性体からなる翼を1〜2枚程度備えたものとすることが多い。
【0005】
従来の現像ユニットにおけるトナー供給は、トナー容器中で図2の斜視図に示すようなトナー攪拌手段30により攪拌しながら行われる。この攪拌手段30は、四角柱状の回転軸30aの対向する2辺面に透明で弾性を有するシート片30bを並べて貼付した構成の弾性シート翼を有する。トナー攪拌手段の機能は前述のようにトナーが凝集してホッパー等のトナー容器部の壁や特にトナー残量検知部の凹部にトナーが付着したままで残らないように清掃したり、またトナーが容器部内部で凝集などによるブリッジ現象を生じないように充分に攪拌することであり、またさらには供給ローラに所要量のトナーを供給することである(特許文献1、特許文献2参照)。さらに、攪拌手段の受ける負荷変動を小さくして、画質への影響を少なくするような攪拌手段の形状を備える現像装置の発明も知られている(特許文献3)。またさらに、トナー容量を多くしても回転負荷変動を小さくできるトナー攪拌部材を有するトナーカートリッジの発明も公知である(特許文献4)。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−318517号公報
【特許文献2】
特開2001−318518号公報
【特許文献3】
実公平7−50759号公報
【特許文献4】
特開平2−110481号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の非磁性一成分接触方式の画像形成装置における現像ユニットにおいて、画像形成に使用されるトナーは画像中央部の消費量が画像周辺部の消費量より多いことが一般的であるので、前記攪拌手段の弾性シート翼を回転させると、回転軸方向中央部ではトナーを大量に供給するが、両端部ではトナーを供給する量が相対的に少ないという傾向が生じ易い。その場合、現像ユニットのトナー容器内から攪拌手段によりトナーを送り出す際に、両端部では送り出し量が少ないためにトナーが中央部に比べて相対的に溜まったまま、すなわち、両端部では中央部に比較して良好に流動しないという傾向が見られる。両端部ではトナーの流動性が悪くなる結果、感光体ドラムの両端部で現像されるトナー画像の画質にも悪影響が生じる惧れがある。
【0008】
さらに、従来の攪拌手段は回転軸を中心に放射状に取り付けられた一面または二面の弾性シート翼を有するものが通常である。トナー容器内で一面または二面の弾性シート翼によりトナーを攪拌する際、トナー容器内のトナー収容量の高さと弾性シート翼の角度位置によっては、弾性シート翼がすべてトナー溜りから上に出た状態になり、弾性シート翼に負荷がかからない状態(すなわち空転状態)になることがある。この場合は弾性シート翼の回転と共に回転軸に周期的に負荷変動が繰り返し加わることになる。その結果、現像ユニット自体の振動の発生原因になったり、さらに、この振動が回転軸に連結されているギヤを介して現像ローラに伝播することにより、ジッタ等の画像不良となる惧れがある。
【0009】
本発明は、以上説明した問題点に鑑みてなされたものであり、前記トナー容器内の弾性シート翼の両端部でのトナー流動性を向上させて、現像ローラの中央部と両端部とが相互に充分に攪拌混合され、流動性が高められた良好なトナーを均一に供給できると共に、攪拌手段の回転時の負荷変動に起因する振動を減らして画像不良の発生を抑えた現像ユニットおよびこのユニットを備えた非磁性一成分接触現像方式の画像形成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明によれば、収容されるトナーを攪拌すると共に現像ローラに供給する攪拌手段を備えるトナー容器部と、前記トナーを表面上で帯電し、薄層にして感光体表面に搬送し、感光体表面の静電潜像を可視像化する現像ローラとを備える現像ユニットにおいて、前記攪拌手段が、トナー容器内に、前記現像ローラの回転軸と平行な回転軸と、この回転軸に一辺が固着され対向する他辺が自由端であって、自由端側がトナー容器内面に接する長さを有し、前記回転軸に等角度間隔に設けられた三翼以上の弾性シート翼とを備える現像ユニットとすることにより、前記目的が達成される。
【0011】
請求項2記載の発明によれば、弾性シート翼の回転軸方向の両側端部に固定されている弾性シート部分の、固着辺から自由端辺の長さが、回転軸の中央部に固定されている弾性シート部分の長さより長い請求項1記載の現像ユニットとすることが好ましい。
【0012】
請求項3記載の発明によれば、弾性シート翼の面とトナー容器内面との成す角度が90度より小さくなるように、弾性シート翼の固着側の一辺が、回転軸に固着されている所定の傾斜角度付き面を有するリブの前記面に固着されている請求項1または2記載の現像ユニットとすることがより好ましい。
【0013】
請求項4記載の発明によれば、弾性シート翼が複数の弾性シート片を平面状に併置した構造を有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の現像ユニットとすることが望ましい。
【0014】
請求項5記載の発明によれば、弾性シート翼が設けられている等間隔角度をそれぞれ2分する角度の位置に一辺が固着され、対向する辺が自由端である補助シート翼を備える請求項1乃至4のいずれか一項に記載の現像ユニットとすることがより望ましい。
【0015】
請求項6記載の発明によれば、補助シート翼の自由端がトナー容器内面に接しない長さである請求項5記載の現像ユニットとすることが好適である。
【0016】
請求項7記載の発明によれば、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の現像ユニットを備える非磁性一成分接触現像方式の画像形成装置とすることにより、前記目的が達成される。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる現像ユニットおよび非磁性一成分接触現像方式の画像形成装置の一実施例について図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明にかかる現像ユニットと感光体ドラムユニットとを組み合わせた電子写真プロセスユニットの概略構成を示す。このプロセスユニットはファクシミリ装置やプリンター等の画像形成装置に組み込まれて使用されるものである。以下の実施例で説明する電子写真プロセスユニットが現像ユニット10と感光体ドラムユニット20との2つのユニットの組み合わせからなる理由は、各ユニットを個別に画像形成装置から着脱自在なユニットとすることにより、各ユニット毎のトラブルの解消、修理または交換を容易にするためである。前記現像ユニット10においては、トナーを収容するトナー容器1内に設けられている攪拌手段2を、時計回転方向(図の矢印方向)に回転させることにより、トナー3をトナー供給口4から供給ローラ5へ送り出すようにしている。供給ローラ5に送り出されたトナー3は、供給ローラ5に接触する現像ローラ6を介して感光体ドラム8の表面に搬送される。前記図1に示す電子写真写真プロセスユニットは概略の断面図であり、見やすくするために個々の各部材の大きさまたはそれらの相互の寸法比率等は適宜に変更されている。
【0018】
供給ローラ5に供給されたトナーは、互いに接する供給ローラ5と現像ローラ6が同一の矢印方向に軸回転することにより両ローラの間に生じる摩擦により帯電されて、現像ローラ6の表面に静電気的に付着する。現像ローラ6に付着したトナー3は、層厚規制部材7により所定の厚さの薄層とされ、現像ローラ6の回転と共に感光体ドラム8に対向する位置に運ばれる。ここで、トナーはトナーの帯電電位と感光体ドラム8に形成されている静電潜像の有する電位差にしたがって感光体に付着し、感光体表面上の静電潜像を可視像化する。
【0019】
現像ユニット10中の現像ローラ6に対して感光体ドラムユニット20中の感光体ドラム8が対向配置されると共に、感光体ドラム8の周辺には露光部材9と帯電部材11、メモリー除去部材12および転写ローラ13とが配置される。図1で示される感光体ドラムユニット20ではクリーニング装置を装備しないクリーナレス方式のユニットとして構成されている。この方式のユニットでは、感光体ドラム表面上に形成されたトナー画像を用紙14に転写した後、感光体ドラム8はバイアス印加されたメモリー除去部材12によって感光体ドラム8表面に残留するトナーを掻き乱した後、現像プロセスの際に現像ユニット10に戻されて現像ローラ6の回転と共に供給ローラ5に移動してトナー容器1に戻り、トナー容器1中のトナー3と混合されて再び使用される。なお、図1で示される前記転写ローラ13と用紙14と後述の定着装置15は、前記現像ユニットおよび感光体ドラムユニット内には含まれず、画像形成装置本体側に備えられる部材であってよい。
【0020】
現像ユニット10のトナー容器1内の攪拌手段2は、図3の斜視図に示すように、十字柱状回転軸2aの4ヶ所の凹部に等角度間隔となるように取り付けられた弾性シート翼2b、2c、2d、2eを4ヶ所を備え、さらに前記弾性シート翼2b、2c、2d、2eの相互の角度を2分する位置に補助シート翼2f、2g(不図示)、2h(不図示)、2iを備え、前記弾性シート翼と補助シート翼とを合せて8翼を備えた構成を有する。各補助シート翼は軸方向長さを軸方向の中央部のみの長さにされ、自由端側の先端はトナー容器内面に接触しないが、弾性シート翼2bはトナー容器内面に面接触可能な長さにされている。さらに好ましくは中央部2b1とその外側に接する側端部2b2のシート片を分離可能にすることも好ましく、またさらに側端部と中央部とで、トナー容器1内面に面接触する長さを異ならせることも好ましい。前述のように、弾性シート翼を側端部と中央部とで分離可能にし、容器内面に接する長さを異ならせることにより、回転と共に容器との接触から弾性シート翼の先端が離れるタイミングが異なるので、トナーの軸方向における攪拌混合を好ましく促進させる効果を有する。また、側端部のシート片を弾性力を中央部よりも高く(硬くする)ことにより、前記軸方向の攪拌混合作用を促進することも好ましい。さらに、補助シート翼の自由端側の先端はトナー容器内面に接しないような長さにされていると、よりいっそう軸方向におけるトナーの攪拌混合作用を促進することができる。また、前記弾性シート翼はトナー容器内面に接しているので、トナー容器内面に付着したトナーを擦り落とす作用も当然に有する。
【0021】
弾性シート翼2bの一面を構成する各シート片2b1、2b2はそれぞれ弾性を有するプラスチック製で弾性を有するシート状のもの、例えば、ポリエステルの0.1mm厚のシートなどからなり、前記十字柱状の回転軸2aの各凹部辺面に取り付けられたリブ(補強材)21b、23bを介して各弾性シート翼2b、2fの一端部を貼付し、他端は自由端部となるように形成されている。シート翼の材料はポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン等他の材料とすることもできる。前記リブ21bに前記弾性シート翼2bが貼付される面は貼付されたシート翼2bと容器内面との交差角が90度より小さくなるように傾斜角が付けられている。このようにシート翼2bと容器内面との交差角を90度より小さくし、さらに、接触する方向の長さを調節することにより、シート翼2bとトナー容器内面との接触による負荷の大きさを調節して、トナー残量の変動があっても、できるかぎり負荷変動を小さくする機能を有する。また、前記リブ21bは、攪拌手段2の回転負荷を小さくして、できるだけ低駆動トルクモータの使用を可能にするために枠状にして、トナーによる抵抗を小さくして負荷を少なくすることが好ましい。回転軸2aが図1の矢印方向に回転することにより、攪拌手段2がトナー容器1内のトナー3を攪拌するとともに、容器1のトナー供給口4から供給ローラ5にトナー3を供給する機能を持つ。
【0022】
またさらに、回転軸2aに三翼以上の弾性シート翼を等角度間隔となるように設置して容器内面に面接触する長さとすることにより、トナー容器中のトナーの貯留量にかかわらず、いずれか一翼はかならずトナー容器内面に接触しているので、当然、一翼または二翼の場合に有り得た空転状態を回避できるだけでなく、トナー量によって変化する弾性シート翼に及ぼす負荷変動の影響を小さくすることができる。
【0023】
特に、電子写真プロセスが前述のクリーナレス方式の場合は、トナー3は前述のように回収トナーを再使用することになる。また、一般的に、回転軸方向におけるトナー3の消費量の分布は中央部で多く周辺部では相対的に少ない。そのために中央部は新旧トナー3の循環性がよく、新しいトナーの比率が高いが、周辺部では循環性が悪くて回収トナーの比率が高くなる傾向が見られる。回収トナーは劣化トナーの含有比率も高くなっているので、前述したようにトナーを軸方向にも充分攪拌混合できる本発明にかかる攪拌手段が有効になる。
【0024】
前述の説明では、攪拌手段2の回転軸2aは、弾性シート翼を四翼(好ましくはさらに補助シート翼を四翼加えたもの)とするために十字柱形としたが、等角度間隔に弾性シート翼を3翼以上取りつけることができれば他の形状でもよい。例えば三叉柱状、三角柱、四角柱、五角柱、五星状、六角柱またはそれ以上の多柱状、多星状等でもよいし、また弾性シート翼を等角度間隔で確実に固定できれば、他の形状であってもかまわない。さらに、補助シート翼のない攪拌手段としてもよい。例えば、図4の斜視図に示すような弾性シート翼40cを三角柱状の回転軸に貼付した三翼で構成し、補助シート翼のない構成を備えた異なる攪拌手段とすることもできる。
【0025】
前記図3に示す本発明にかかる攪拌手段の場合で説明したように、回転軸2aを十字柱状にして十字面の各面に弾性シート翼を等角度間隔で貼付したので、トナー容器中のトナー貯留量のレベルが攪拌手段の回転軸より少ない場合でも、弾性シート翼の少なくとも一翼はトナー中に残るようになる。しかも、トナー容器内面に接触しているので、実質的な空転状態を避けることができ、弾性シート翼にかかる負荷をトナー残量の如何にかかわらず、ほぼ一定に保つことができる。低駆動トルクモータを用いても、従来のように2面以下の弾性シート翼の場合に回転中に発生するトナーの有無による負荷変動に起因する振動がほとんど無くなる。さらに弾性シート翼の側端部の長さを中央部より長くすることにより、トナー容器内での回転軸方向の周辺部と中央部間におけるトナーの相互攪拌性能を向上させ、容器側端部に溜まったままの状態となりやすいトナーを、容器中央部に向けて移動させる作用を充分に行うことができる。したがって、トナー供給口4から供給ローラ5に送り出す良質なトナーに、中央部と側端部とで、偏りが生じることがなく、供給ローラ5から均一に供給される良質なトナーを、現像ローラ6に均一に付着させ、感光体ドラム表面の静電潜像を可視像化することにより、ハーフトーン画像の場合でも弾性シート翼にかかる負荷変動による周期的な濃度ムラの発生を抑制し、良好なハーフトーン画像を得ることができる。
【0026】
前述したような攪拌手段のための構成を有する現像ユニットとしたことにより、例えば、多数枚の用紙を連続して作成する場合に、現像ユニット自体の振動や攪拌手段の振動を抑えることにより、トナー画像、特にハーフトーン画像への悪影響を減らすことができ、良好な画像が得られるとともに、用紙の両端部でのトナーの消費量が少なく、中間部でのトナー消費量が多い場合でも、トナー容器の両端部に滞留し易いトナーを中央部へ容易に移動させ、相互攪拌することができる。そして、現像ユニットのトナー容器内部での良質なトナー分布に偏りが生じることを解消し、トナー供給口4から均等に良質トナーを送り出すことが可能になる。
【0027】
前記感光体ドラムユニット20に組み合わせて配置する現像ユニット10においては、トナー容器部1に収容されているトナー3を、攪拌手段2により攪拌しながら供給ローラ5に向けて送り出し、前記供給ローラ5と擦られるようにするとともに図1の反時計方向に回転する現像ローラ6との間で、トナーに帯電付与しながら、現像ローラ6の表面に薄層として付着させる。前記現像ローラ6の表面に付着されたトナー3は、層厚規制ブレード7により一定の厚さを有する薄層として形成され、感光体ドラム8と接触する部分で、トナー3が感光体の静電潜像に付着され、良好なトナー画像として可視像化される。
【0028】
前記現像ユニット10と組み合わせて配置される感光体ドラムユニット20には、感光体ドラム8に形成したトナー画像を用紙に転写するための転写ローラ13を配置している。また、前記感光体ドラム8の周囲には、その感光体ドラム8の回転方向にしたがって、転写ローラ13とメモリー除去部材12と、スコロトロン帯電装置11および露光部材9が配置される。前記感光体ドラム8の表面にスコロトロン帯電装置11により一様な帯電を行い、露光部材9から画像情報を伴う光を照射して静電潜像を形成する。前記現像ローラ6の表面に付着されたトナー3は、層厚規制ブレード7により一定の厚さを有する薄層として形成され、感光体ドラム8と接触する部分で、トナーが感光体ドラム表面上の静電潜像に付着され、トナー画像として可視像化される。前記感光体ドラムに形成されたトナー画像は、用紙が感光体ドラム8と転写ローラ13の間を通る際に、前記転写部材に印加された所定の電圧により転写される。前記トナー画像を担持する用紙は、定着装置15に搬送され、熱ローラと加圧ローラの間を通って定着されて、図示しない排出ローラにより排出される。このような構成を採用することにより、本発明にかかる現像ユニットを備えた非磁性一成分接触現像方式の画像形成装置とすることができる。
【0029】
攪拌手段として、図3に示す八面の翼を有する現像ユニットを図1のプロセスユニットとして感光体ドラムユニットと組み合わせ、市販の非磁性一成分接触現像方式プリンタを改造して取付け3万枚の耐刷試験を行った。本発明にかかる現像ユニットを備えるプリンタでは3万枚印刷後でもハーフトーン画像においても濃度ムラは発生しなかったが、従来の2面の弾性シート翼を有する現像ユニットを備えた場合は、最初からハーフトーン画像において濃度ムラが見られた。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、収容されるトナーを攪拌すると共に現像ローラに供給する攪拌手段を備えるトナー容器部と、前記トナーを表面上で帯電し、薄層にして感光体表面に搬送し、感光体表面の静電潜像を可視像化する現像ローラとを備える現像ユニットにおいて、前記攪拌手段が、トナー容器内に、前記現像ローラの回転軸と平行な回転軸と、この回転軸に一辺が固着され対向する他辺が自由端であって、自由端側がトナー容器内面に接する長さを有し、前記回転軸に等角度間隔に設けられた三翼以上の弾性シート翼とを備える現像ユニットとしたので、トナー容器内の攪拌手段の両端部でのトナー流動性を向上させて、現像ローラの中央部と両端部とが相互に充分に攪拌混合され、流動性が高められた良好なトナーを均一に供給できると共に、攪拌手段の回転時の負荷変動に起因する振動を減らして画像不良の発生を抑えた現像ユニットおよびこのユニットを備えた非磁性一成分接触現像方式の画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる現像ユニットを備える電子写真プロセスユニットの概略構成図
【図2】従来の現像ユニットに用いられる攪拌手段の斜視図
【図3】本発明にかかる現像ユニットに用いられる攪拌手段の斜視図
【図4】本発明にかかる現像ユニットに用いられる異なる攪拌手段の斜視図
【符号の説明】
1 トナー容器
2 攪拌手段
2a 回転軸
2b〜2e 弾性シート翼
3 トナー
4 トナー供給口
5 供給ローラ
6 現像ローラ
7 層厚規制部材(層厚規制ブレード)
8 感光体ドラム
9 露光部材
10 現像ユニット
11 スコロトロン帯電装置
12 メモリー除去部材
13 転写ローラ
14 用紙
15 定着装置
21b リブ
22b 傾斜角度付き面
Claims (7)
- 収容されるトナーを攪拌すると共に現像ローラに供給する攪拌手段を備えるトナー容器部と、前記トナーを表面上で帯電し、薄層にして感光体表面に搬送し、感光体表面の静電潜像を可視像化する現像ローラとを備える現像ユニットにおいて、前記攪拌手段が、トナー容器内に、前記現像ローラの回転軸と平行な回転軸と、この回転軸に一辺が固着され対向する他辺が自由端であって、自由端側がトナー容器内面に接する長さを有し、前記回転軸に等角度間隔に設けられた三翼以上の弾性シート翼とを備えることを特徴とする現像ユニット。
- 弾性シート翼の回転軸方向の両側端部に固定されている弾性シート部分の、固着辺から自由端辺の長さが、回転軸の中央部に固定されている弾性シート部分の長さより長いことを特徴とする請求項1記載の現像ユニット。
- 弾性シート翼の面とトナー容器内面との成す角度が90度より小さくなるように、弾性シート翼の固着側の一辺が、回転軸に固着されている所定の傾斜角度付き面を有するリブの前記面に固着されていることを特徴とする請求項1または2記載の現像ユニット。
- 弾性シート翼が複数の弾性シート片を平面状に併置した構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の現像ユニット。
- 弾性シート翼が設けられている等間隔角度をそれぞれ2分する角度の位置に一辺が固着され、対向する辺が自由端である補助シート翼を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の現像ユニット。
- 補助シート翼の自由端がトナー容器内面に接しない長さであることを特徴とする請求項5記載の現像ユニット。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の現像ユニットを備えることを特徴とする非磁性一成分接触現像方式の画像形成装置。
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