JP2005092061A - 現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】現像領域に搬送する現像剤の層厚を安定して維持可能な画像形成装置、及びこれに搭載される現像装置、プロセスカートリッジを提供すること。
【解決手段】表面に現像剤を担持する現像剤担持体４３と、現像剤担持体４３上の現像剤の厚さを規制する現像剤規制部材４５とを備えた現像装置において、現像剤担持体４３表面の移動方向における現像剤規制部材４５より直上流に現像剤担持体４３と間隙を持って対向する現像剤滞留規制部材５２ｂを設け、現像剤滞留規制部材５２ｂと、現像剤担持体４３とが同電位となるように構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置並びにこの画像形成装置に搭載される現像装置及びプロセスカートリッジに関する。

この種の現像装置としては、現像剤担持体たる現像スリーブに現像剤を担持し、この現像スリーブに対向する像担持体たる感光体に一定量に規制された現像剤を搬送するものが知られている。現像剤として磁性キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を用いた場合には、内部に磁界発生手段を有する現像スリーブを用い、現像装置内に収容された現像剤を現像スリーブ上に担持する。現像スリーブ上に担持された現像剤は、現像スリーブ表面とある距離（ドクタギャップ）を持って対向するように配置された現像剤規制部材との間隙を通過する。これにより、現像スリーブ上の現像剤が一定量になるように規制され（例えば、特許文献１）、感光体上に形成された潜像に現像剤を供給して顕像化される。

しかしながら、このような現像装置には図４に示すように現像スリーブ表面の移動方向における現像剤規制部材の直上流に、現像剤が滞留して現像剤不動層が形成されやすいという問題がある。現像剤不動層とは、現像スリーブの回転と伴に現像剤が搬送されずに、ある箇所に停滞してしまう層のことをいう。

特許文献２においては、現像剤不動層の形成を防止するために現像剤規制部材の直上流に現像スリーブと常に一定な間隔を持って定常的に回転する円柱形状のトナー搬送部材を設けることを提案している。

しかしながら、特許文献２においては、現像剤不動層の発生を防止可能としているが、トナー搬送部材を支持する軸受けや駆動手段が必要となり、構成の複雑化、コスト高は避けられない。しかも、トナー搬送部材は、現像剤担持体と向き合う位置で反対方向に駆動するので、現像剤に強いストレスを与えることになり、現像剤の早期劣化が懸念される。また、高速回転させた場合には、熱の発生により現像剤の溶解や固着等も懸念される。
特公平０６−０６４３９６号公報 特開平０５−３５０６７号公報

現像剤不動層が形成されると、現像スリーブの表面移動に伴って搬送される現像剤としての現像剤移動層が、現像剤不動層と摺擦されることになる。その結果、摩擦熱が発生し、現像剤不動層に現像剤が固着して層（以下、「現像剤固着層」という）を形成してしまう。現像剤不動層や現像剤固着層の形成に伴い、現像剤が搬送される現像剤移動可能スペースが低減し、現像剤規制部材へ送り込む現像剤の量が低下する。このため、現像領域に搬送される現像剤の層厚が変動し、異常画像が発生する。例えば、黒ベタ画像の場合には白帯状の濃度低下が発生するなどの画像不良が起こる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、以下のような画像形成装置、及びこの画像形成装置に搭載される現像装置、プロセスカートリッジを提供することである。すなわち、現像領域に搬送する現像剤の層厚を安定して維持可能な画像形成装置等である。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体上の現像剤の厚さを規制する現像剤規制部材とを備えた現像装置において、上記現像剤担持体表面の移動方向における上記現像剤規制部材より直上流に該現像剤担持体と間隙を持って対向する現像剤滞留規制部材を設け、該現像剤滞留規制部材と、該現像剤担持体とが同電位となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記現像剤規制部材も、上記現像剤滞留規制部材と同電位となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、表面に現像剤を担持する現像剤担持体と該現像剤担持体上の現像剤の厚さを規制する現像剤規制部材とを備えた現像装置と、該現像剤担持体に対して対向するよう設けられ表面に潜像を担持する像担持体とを有する画像形成装置において、上記現像装置として、請求項１又は２のものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、表面に現像剤を担持する現像剤担持体と該現像剤担持体上の現像剤の厚さを規制する現像剤規制部材とを備えた現像装置と、該現像剤担持体に対して対向するよう設けられ表面に潜像を担持する像担持体と、該像担持体を一様帯電せしめる帯電装置と、該現像装置によりトナー像を該像担持体から転写体に転写せしめた後の該像担持体に残留するトナーをクリーニングするクリーニング装置とを有する画像形成装置で用いられ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、かつ、上記像担持体と、上記現像装置とを少なくとも備えたプロセスカートリッジにおいて、上記現像装置として、請求項１又は２のものを用いることを特徴とするものである。

これらの発明によれば、現像領域に搬送する現像剤の層厚を安定して維持することができるという優れた効果がある。

このような効果が得られる理由を以下に説明する。
現像剤が滞留して現像剤不動層を形成しやすい位置に現像剤滞留規制部材を設けることにより、現像剤不動層の形成をごく微少領域に抑えることができる。この現像剤不動層が形成されるごく微少領域の位置は、現像剤規制部材と現像剤滞留規制部材とが接触する面の直下のコーナー部分である。本発明者が鋭意検討を重ねた結果、ごく微少領域に形成される現像剤不動層の表面には、上述した現像剤固着層が形成されないことが明らかとなった。現像剤固着層が形成されない理由を、本発明者は以下のように考えている。すなわち、上記ごく微少領域の現像剤不動層はコーナー部分に形成されているので、この不動層の表面と摺擦される現像剤移動層の移動速度は他の部分に比して小さい。このため、現像剤移動層との摺擦により発生する摩擦熱は他の部分に比して小さい。また、後述するように滞留規制部材を導電性の材料により構成しているので、この摩擦熱は滞留規制部材を介して発散される。よって、摩擦熱に起因する現像剤固着層が形成されないものと考えている。以上のように、現像剤不動層に現像剤固着層が形成されないので、現像剤不動層表面に形成される現像剤固着層に起因して現像剤規制部材へ送り込む現像剤の量が低下することはない。

また、現像剤担持体と、現像剤滞留規制部材に同電位のバイアスを印加するよう構成したので、これらの部材間には電位差がない。本件発明においてこのように構成した理由について、現像剤滞留規制部材に電圧を印加しない場合の不具合からまず説明する。
現像剤担持体には、現像バイアスとして直流電圧又は交流と直流を重畳した電圧を印加することが一般的である。従って、現像剤滞留規制部材に電圧を印加しない場合、現像剤滞留規制部材と現像剤担持体との間には電位差が生じる。
現像剤滞留規制部材を例えば金属で構成して接地した場合、反転現像では現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧（例えば、−５００［Ｖ］）分の電位差（この場合は、５００［Ｖ］）が生じる。その結果、現像剤滞留規制部材へ現像剤が付着する。そして、機械的なストレスや熱が加わることにより現像剤固着層が形成されることになる。同様の構成で、正規現像の場合には、現像バイアスに印加する電圧（例えば、−３００［Ｖ］）分の電位差（この場合は、３００［Ｖ］）で現像剤担持体へトナーが付着（吸着）する。そして、機械的ストレスや熱が加わることにより、現像剤固着層が形成されることになる。
一方、現像剤滞留規制部材と現像剤担持体を同電位とすれば、現像剤担持体や現像剤滞留規制部材に現像剤が付着（吸着）し、これに機械的なストレスや熱が加わることにより形成される現像剤固着層の発生を防止することができる。これらの部材に、現像剤固着層が発生しないので現像剤移動可能スペースが低減せず、現像剤規制部材へ送り込む現像剤の量が低下しない。
このように現像剤不動層、現像剤滞留規制部材、及び、現像剤担持体に現像剤固着層が形成されないので、現像領域に搬送する現像剤の層厚を安定して維持することができるのである。

なお、上記特許文献２においては、現像剤不動層の形成を防止するために現像剤規制部材の直上流に現像スリーブと間隙を持って対向するトナー供給量規制壁を設けることが開示されている。しかしながら、このトナー供給量規制壁では、搬送されたトナーがブレードの裏部に詰まって凝集してしまい、トナー層のコート不足による画像、白筋が発生するという弊害があったと記載されている。本発明者は、現像剤規制部材と現像剤滞留規制部材とが接触する面の直下のコーナー部分のごく微少領域以外に現像剤不動層を形成させず、かつ、現像剤固着層がこの現像剤不動層表面に形成されない間隔、及び構成を見出し、本件発明を完成するに到った。

以下、本発明を画像形成装置であるプリンタに適用した一の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るプリンタの要部概略構成図である。
像担持体である感光体ドラム１の周囲には、帯電ローラー等で感光体ドラム１の表面を帯電する帯電装置２、レーザー光線等で感光体ドラム１の一様帯電処理面に潜像を形成する露光装置３が配設されている。また、感光体ドラム１上において潜像に対し帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成させる現像装置４が配設されている。また、転写ベルトまたは転写ローラー、チャージャー等で感光体ドラム１上に形成されたトナー像を記録紙６に転写する転写装置５、転写後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置７が配設されている。さらに、感光体ドラム１上の残留電位を除去する除電装置８が順に配設されている。

上記構成のプリンタにおいて、帯電装置２の帯電ローラによって表面を一様に帯電された感光体ドラム１は、露光装置３によって静電潜像を形成され、現像装置４によってトナー像を形成する。
そして、上記トナー像は転写装置５によって感光体ドラム１表面から、不図示の給紙トレイから搬送された記録紙へ転写される。その後記録紙上のトナー像は不図示の定着装置によって記録紙に定着される。一方、転写されずに感光体ドラム上に残ったトナーはクリーニング装置７によって回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム１は除電ランプ８で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。

次に、上記現像装置４の構成を図２に基づき説明する。現像装置４は、現像容器４Ａとトナー補給部４Ｂとで構成されている。そのうち現像容器４Ａ内には現像剤担持体としての現像ローラ４１が、像担持体としての感光体ドラム１に近接して対向するように配置されており、両者の対向部分に現像領域Ｄが形成されるようになっている。

上記現像ローラ４１には、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を円筒状に形成してなる現像スリーブ４３が備えられている。この現像スリーブ４３は、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向すなわち図中反時計回り方向に回転する。現像スリーブ４３内には該現像スリーブ４３の表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体４４が固定状態で備えられている。このとき現像剤を構成するキャリアは、上記磁石ローラ体４４から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ４３上にチェーン状に穂立ちされる。そして、このチェーン状に穂立ちされたキャリアに対して帯電トナーが付着されて磁気ブラシが形成されるようになっている。形成された磁気ブラシは、現像スリーブ４３の回転移送にともなって現像スリーブ４３と同方向、すなわち反時計回り方向に移送されることとなる。現像剤の搬送方向すなわち反時計回り方向における前記現像領域Ｄの上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さすなわち現像剤の量を規制するドクタブレード４５が設置されている。本実施形態では、現像スリーブ４３とドクターブレード４５との間隙を０．５［ｍｍ］となるように設定した。

ドクタブレード４５に対して現像スリーブ４３の回転方向直上流には、構造支持体たるステー５２と一体的に構成された現像剤滞留規制部材５２ｂが現像スリーブ４３と対向するように設けられている。現像剤滞留規制部材は、現像剤の量を規制するほか、現像剤不動層の形成を最小限に抑える役割を担っている。また、現像剤担持体と現像剤滞留規制部材が対向する領域で現像剤が逆方向に滞留するのを防止するような間隙で対向するよう構成されている。現像剤滞留規制部材５２ｂを一体的に含むステー５２は、例えば、アルミ、鉄、ステンレス等の金属材料やカーボン粒子等を分散させた導電性樹脂材料により構成することができる。現像剤滞留規制部材５２ｂと現像スリーブ４３との間隙は、ドクタブレード４５との間隙以上に設定している。これは、後述する現像剤滞留規制部材の先端部５２ａで余剰な層厚を規制し、続いてドクターブレード４５によって最終的に層厚を規制するように構成するためである。

現像剤が滞留して現像剤不動層を形成しやすい位置に現像剤滞留規制部材５２ｂを設けることにより、現像剤不動層の形成をごく微少領域に抑えることができた。ここで、現像剤不動層が形成される位置は、ドクターブレード４５と現像剤滞留規制部材５２ｂとが接触する面の直下のコーナー部分である。本発明者が鋭意検討を重ねた結果、ごく微少領域に形成される現像剤不動層の表面には、現像剤固着層が形成されないことが明らかとなった。
従って、現像剤不動層に固着した現像剤固着層に起因してドクターブレード４５へ送り込む現像剤の量が低下することはない。

現像剤滞留規制部材５２ｂは、現像スリーブ４３に接続されている現像バイアス電源に接続している。これにより、現像剤滞留規制部材５２ｂは、現像スリーブ４３と同電位となり、これらの部材間の電位差はなくなる。そのため、現像スリーブ４３及び、現像剤滞留規制部材５２ｂに現像剤が付着（吸着）し、これに機械的なストレスや熱が加わることにより形成される現像剤固着層の発生を防止することができる。現像剤固着層が発生しないので現像剤移動可能スペースが低減せず、現像剤規制部材へ送り込む現像剤の量が低下しない。
本実施形態によれば、現像剤不動層や、現像剤滞留規制部材、現像剤担持体に現像剤固着層が形成されないので、現像領域に搬送する現像剤の層厚を安定して維持することができる。

現像スリーブ４３と現像剤滞留規制部材５２ｂとの間隙は、１．８［ｍｍ］以下であることが好ましい。間隙を１．８［ｍｍ］以下に設定すると、現像剤の滞留をより効果的に防止できるからである。さらに、現像スリーブを高速回転した場合においても効果的に現像剤の滞留を防止できるので間隙を１．４［ｍｍ］以下にすることがより好ましい。本実施形態では、現像剤滞留規制部材５２ｂの現像スリーブ４３と対向する現像スリーブ４３搬送方向の長さを、６．５［ｍｍ］に設定した。

また、本実施形態では、ドクタブレード４５も、現像スリーブ４３に接続される現像バイアス電源に接続している。その結果、現像剤滞留規制部材５２ｂに加えてドクターブレード４５も現像スリーブ４３と同電位となり、これらの部材間の電位差はなくなる。そのため、現像スリーブ４３、現像剤滞留規制部材５２ｂ、及びドクタブレード４５に現像剤が付着（吸着）し、これに機械的なストレスや熱が加わることにより形成される現像剤固着層の発生を防止することができる。現像剤固着層が発生しないので現像剤移動可能スペースが低減せず、現像領域に搬送する現像剤の層厚を安定して維持することができるのである。

上記現像ローラ４１の後方領域には、撹拌ローラ４６およびパドルホィール４７が設けられており、撹拌ローラ４６により撹拌混合されて現像剤がパドルホィール４７によって汲み上げられるようになっている。現像ローラ４１、パドルホイール４７、撹拌ローラ４６を包み込むように現像剤収納部材としての現像剤ケース５１が下側に配置されている。

また、上記トナー補給部４Ｂは、例えば感光体ドラム１に供給されるトナーの濃度が低下したことをトナー濃度センサ４８が検知すると、トナー補給ローラ４Ｂの回転によりトナーＴを撹拌ローラ４６に向け繰り出すようになっている。そして、前述したドクタブレード４５の近傍には、延長方向一端をドクタブレード４５の近傍に位置させ、延長方向他端を撹拌ローラ４６の上に位置させたセパレータ４９が配置されている。また、このセパレータ４９における延長方向他端には、回転可能な搬送スクリュー５０が配置されている。

上記構成の現像容器４Ａにおいては、パドルホィール４７の回転によって現像剤が汲み上げられ、現像ローラ４１に向け放出され、磁石ローラ体４４の磁力により現像ローラ４１の表面に担持される。そして、現像ローラ４１に担持された現像剤は、現像スリーブ４３の回転に伴って表面を移動し、現像剤滞留規制部材の先端部５２ａで余剰な層厚を規制され、続いてドクタブレード４５によって最終的に層厚を規制された上で、現像ローラ４１と感光体ドラム１とが対向する現像領域Ｄを通過する。その後、現像剤ケース５１との間隙を通過し、磁石ローラ体４４の磁力が作用しなくなる位置で現像ケース５１の底部に落下し、再度、パドルホィール４７により撹拌される。また、現像剤滞留規制部材５２ｂの先端部５２ａによって掻き取られた余剰の現像剤は、図２に示すように現像剤滞留規制部材５２ｂと一体的に構成されるステー５２の図中右側側面５２ｃに沿って流れ、セパレータ４９上に配置された複数の傾斜するフィン４９ａによって画像形成装置奥側に順次搬送される。セパレータ４９の最奥端には現像剤案内路が配置され、その延長方向他端に位置する搬送スクリュー５０に向け案内される。この搬送スクリュー５０により画像形成装置の手前側に搬送され、最手前端に配置された撹拌ローラ４６と対向する図示しないスリットを通して落下する。フィン４９ａとスクリュー５０による前後それぞれの現像剤の搬送により、画像形成装置前後方向においてトナー濃度が均一になるよう撹拌されると同時に、前後それぞれの現像剤の搬送量を等しく設定することにより現像剤の水準を一定に維持可能である。

（変形例）
図３は、本実施形態の変形例を示すプリンタの概略構成図である。このプリンタは、プリンタ本体にプロセスカートリッジ８０が装着された例である。この図において、プロセスカートリッジ８０は、感光体ドラム１、現像装置４、帯電装置２、除電装置８、クリーニング装置７を一体に支持したものである。そして、これら一体でプリンタ本体に対して着脱自在となっている。これにより、プリンタに対して一括して着脱自在となり、保守性、交換性を向上することができる。
なお、この変形例におけるプロセスカートリッジ８０は、感光体ドラム１、現像装置４、帯電装置２、除電装置８、クリーニング装置７を一体に支持しているが、これに限るものではない。少なくとも感光体ドラム１と現像装置４とが一体に支持されプリンタ本体に着脱自在となっているプロセスカートリッジであれば他の構成のものでも良い。

なお、上記実施形態に使用したプリンタは、本発明が適用できる装置の一例であり、この装置に限定されるものではない。また、現像剤規制部材の形状として、現像スリーブ４３と所定の間隙を持って対向する例について説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、現像スリーブ４３表面の移動方向における上流側に向かって現像スリーブ４３との間隙がスロープ上に又は段階を追って離間するように構成してもよい。また、その逆に、接近していくように構成してもよい。
また、現像剤滞留規制部材５２ｂをステー５２と一体的に構成した例について説明したが、これに限定されるものではない。

実施形態に係るプリンタの要部概略構成図。 本実施形態に係る現像装置の構成図。 変形例に係る現像装置の構成図。 従来の現像装置の構成を示す部分拡大図。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
７ クリーニング装置
８ 除電装置
４３ 現像スリーブ
４５ ドクタブレード
５２ｂ 現像剤滞留規制部材

Claims (4)

1. 表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
   該現像剤担持体上の現像剤の厚さを規制する現像剤規制部材とを備えた現像装置において、
   上記現像剤担持体表面の移動方向における上記現像剤規制部材より直上流に該現像剤担持体と間隙を持って対向する現像剤滞留規制部材を設け、該現像剤滞留規制部材と、該現像剤担持体とが同電位となるように構成したことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   上記現像剤規制部材も、上記現像剤担持体と同電位となるように構成したことを特徴とする現像装置。
3. 表面に現像剤を担持する現像剤担持体と該現像剤担持体上の現像剤の厚さを規制する現像剤規制部材とを備えた現像装置と、
   該現像剤担持体に対して対向するよう設けられ表面に潜像を担持する像担持体とを有する画像形成装置において、
   上記現像装置として、請求項１又は２のものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
4. 表面に現像剤を担持する現像剤担持体と該現像剤担持体上の現像剤の厚さを規制する現像剤規制部材とを備えた現像装置と、
   該現像剤担持体に対して対向するよう設けられ表面に潜像を担持する像担持体と、
   該像担持体を一様帯電せしめる帯電装置と、
   該現像装置によりトナー像を該像担持体から転写体に転写せしめた後の該像担持体に残留するトナーをクリーニングするクリーニング装置とを有する画像形成装置で用いられ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、かつ、上記像担持体と、上記現像装置とを少なくとも備えたプロセスカートリッジにおいて、
   上記現像装置として、請求項１又は２のものを用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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