JP2007133190A - 画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】補給されるトナーの帯電量を十分なものとすることにより、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画像形成装置、及び前記画像形成装置に使用できるプロセスカートリッジを提供すること。
【解決手段】現像領域を通過した現像剤担持体上の現像剤に対しトナーを供給し、かつ弱帯電トナーに対して、選択的に帯電を付与する手段を有することにより、画像形成装置１、及び前記画像形成装置１に使用できるプロセスカートリッジ９を提供することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置に関し、さらに詳しくは、二成分系の画像形成装置に関するものである。また、前記画像形成装置に着脱自在なプロセスカートリッジに関するものである。

複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体である感光体上に形成された静電潜像を、現像剤により可視像処理することが行われる。現像剤には、トナーとキャリアとを混合した二成分系現像剤およびキャリアを含まない一成分系現像剤がある。二成分系現像剤を用いる現像装置の構成には、磁力により現像剤を穂立ちさせた磁気ブラシを用いる構成がある。この構成には、内部に複数の固定磁石を配置した回転可能な現像スリーブと、現像スリーブに対して摩擦帯電した現像剤を供給する攪拌混合および供給部材と、現像スリーブ上に担持されている磁気ブラシの層厚を規制する部材とが主要構成として備えられている。
そして、現像剤は攪拌混合されることにより摩擦帯電したトナーとキャリアとが互いに吸着した状態で現像スリーブに供給されると、現像スリーブ内の磁石により穂立ちして磁気ブラシを形成し、感光体上の静電潜像に接触した際にトナーが潜像側に静電吸着されるようになっている。

二成分系現像剤を使用する画像形成装置においては、現像剤は静電潜像の可視像処理に消費されると減少し、一様な現像剤濃度を維持することができなくなることを防止する必要がある。そのため、従来では、現像剤中にトナーを補給する構成が用いられており、その構成としては、次に挙げる構成が提案されている。
すなわち、現像装置に装備されているトナー補給手段において現像スリーブに対峙して抵抗値が１０^８乃至１０^１０Ω／ｃｍの短繊維あるいは多孔質弾性体を被覆した導電性ローラで構成された補給ローラを設け、短繊維あるいは多孔質弾性体の表面に補給用トナーを分散付着させたうえで、補給ローラと現像スリーブとの間に電界を形成して、トナーを現像スリーブ側に静電吸着させるようにした構成である。

しかしながら、上記に開示されている構成においては、バイアス効果によりトナーを磁気ブラシに吸着させるようになっているものの、バイアスを印加した場合にトナーが現像スリーブ側に付着することを利用していることから、この状態が継続されると現像スリーブ上に堆積したトナーが固着してしまい、いわゆる、トナーのフィルミング状態が発生し、結果として磁気ブラシの形成が困難となるという問題点がある。しかも、補給ローラを構成する短繊維あるいは多孔質弾性体が現像スリーブ上の磁気ブラシに接触することから、接触した際に現像スリーブ上の磁気ブラシを形成しているキャリアを擦り取ることになり、これによって現像スリーブ上の現像剤担持量が減少してしまい、現像に必要な現像剤供給量を確保できなくなるという問題点もある。さらに加えて、現像スリーブ上の現像剤、特にトナーは、現像後において静電潜像と接触することで供給時と逆帯電しているため、補給ローラと対峙した際には補給ローラからのバイアスによって吸着されやすくなり、現像スリーブ上での必要なトナー量が維持されなくなるという問題点もある。

また、二成分系現像剤を使用する画像形成装置においては、トナーの帯電量が不十分であると、トナーが不用意に飛散し、感光体の地肌汚れを招くことがある。そこで、キャリアとトナーとの攪拌混合による摩擦帯電を十分なものとするための構成として次の構成が提案されている。
現像スリーブの設置位置とは別に、現像スリーブの設置領域に延長されている第１，第２の攪拌ローラ間に連通する開口部にこれら攪拌ローラ間に現像剤を移送することができる磁石内蔵の搬送ローラを設け、搬送ローラに向けて供給される補給トナーおよび攪拌ローラの一方から移送されてきた現像剤を攪拌ローラ間で受け渡すようにした構成である（特許文献１）。
また、現像スリーブ上に形成される磁気ブラシは、含有するトナーの帯電量が静電潜像に対する付着、換言すれば、現像効率に影響する要因となる。そこで、特許文献１に開示されているように攪拌摩擦帯電を十分に行うことが要求される。

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、トナーの補給位置が現像スリーブの設置領域以外の位置（攪拌ローラの軸方向端部よりもさらに外側の位置）であるために装置の大型化は否めない。
さらに、この構成においては、トナーの補給位置が搬送ローラにより攪拌ローラから現像剤を汲み上げた位置であるために、磁気ブラシ中にはキャリアのみでなくキャリアに静電付着しているトナーも多量に含まれている。このため、磁気ブラシ中でのキャリアに対するトナーの混合比率が低い場合と違って補給されたトナーがキャリアと接触する機会が少なくなり、結果として、トナーの帯電が十分に行われないことになる。このような不十分な帯電状態が起こると、トナー飛散による感光体の地汚れの機会が増加するという不具合が発生する。

特開平１０−１４９０２７号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、補給されるトナーの帯電量を十分なものとすることにより、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画像形成装置、及び前記画像形成装置に使用できるプロセスカートリッジを提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、画像形成装置は、現像領域を通過した現像剤担持体上の現像剤に対しトナーを供給し、かつ弱帯電トナーに対して、選択的に帯電を付与する手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、選択的にトナーに帯電を付与する手段が交流電界中に現像剤を搬送する手段であることを特徴とする画像形成装置である。
これにより、現像領域を通過した後トナーを補給する。このようにしてトナーを補給した場合、トナーが消費されたキャリアに供給される他に、スリーブ上の付着したり、キャリアに充分付着していない状態でトナーが運ばれる。その後、交番電界中をトナーを供給した剤を通過させることで、トナーの帯電量が低く、キャリアとの静電的な結合力が弱いトナーは、電界に引きつけられて、離脱する。離脱したトナーは、交番電界中の周期と一致して、振動運動を起こしながら、キャリアとの接触を繰り返す。そして、十分な帯電量を持つと、電界に引き付けられる力より、キャリアとの静電的な吸着力が強くなり、振動運動を起こさなくなる。電界を作用させることで、帯電量のトナーをキャリアから分離し、交番電界をかけることで、キャリアとの摩擦帯電を起こすことで電荷を付与することができる。したがって、弱帯電トナーによる、トナー飛散や地汚れを無くすことができる。

本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、電荷を付与したトナーを供給することを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、トナー帯電手段が、コロナ放電を利用したものであることを特徴とする画像形成装置である。
補給するトナーに対して、帯電したトナーを供給することで、未帯電トナーが帯電するまでに必要なキャリアとの接触回数を低減することができるため、トナーの供給能力を向上させることができ、たとえば、現像剤の容量を少なくした場合でも、対応可能な画像形成装置を提供することができる。特に、コロナ放電を利用した帯電を用いれば、短い時間で帯電が可能であるため、供給時の帯電方法としては、好ましい。コロナ放電を利用した帯電は、電荷の維持が困難であるが、本発明では、交番電界中をトナーが進行し、キャリアの摩擦帯電が付与されるため、安定した帯電量のトナーを供給することができる。

本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、選択的に電荷を付与する過程で、トナーが複数の極をもつ磁場中を移動することを特徴とする画像形成装置である。電荷を付与する領域の磁極数を多くすることで、磁気ブラシの回転回数が多くなる。すなわち、スリーブ側にあったキャリアと感光側にあったキャリアの入替が生じる。このようなキャリアの入替を起こしながら、交番電界中を振動する未帯電トナーがキャリアに接触することで、キャリアに対して、均一的にトナーが接触するようになる。これにより、キャリアに対して、均一的にトナーを供給することができる。

本発明は、プロセスカートリッジは、像担持体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、かつ前記記載の画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカ−トリッジである。画像形成処理に用いられる装置を画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジに設けているので、保守点検作業を容易化できると共に、プロセスカートリッジ内でのトナーによる汚染を防止することが可能となる。

本発明は、上記解決するための手段によって、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画像形成装置、及び前記画像形成装置に使用できるプロセスカートリッジを提供することが可能となった。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の画像形成装置の構成を示す模式図である。図２は、現像装置を示す図である。図１において、画像形成装置１は、潜像担持体として感光体ドラム２を備え、感光体ドラム２の周囲には、図示矢印方向の回転過程において画像形成処理を実行するための帯電装置３、書き込み装置４、現像装置５、転写装置６およびクリーニング装置７がそれぞれ配置されている。感光体ドラム２の周囲に配置されている各装置のうちで、書き込み装置４および転写装置６を除く各装置の全てあるいはその一部が感光体ドラム２と共に纏めてプロセスカートリッジに設けられている。

図１において現像装置５は、感光体ドラム２に対向して磁気ブラシを形成可能な現像剤担持体としての現像スリーブ５Ａと、現像スリーブ５Ａに対してトナーとキャリアとを攪拌混合して構成される二成分系現像剤を供給する供給ローラ５Ｂと、トナー補給装置８とを備えている。なお、図１には示されていないが、図２に示すように、現像スリーブ５Ａには、表面に担持された二成分系現像剤の層厚を規定するためのドクター部材５Ｅが設けられている。

現像スリーブ５Ａは、直径が１８Φに設定され、表面がサンドブラスト処理により１０乃至２０μｍＲｚ（十点平均粗さ）の範囲に荒らした状態で仕上げられている。この様な表面処理に代えて、１乃至数ｍｍの深さを有する複数条の溝を形成することもある。
現像スリーブ５Ａの内部には、二成分系現像剤中のキャリアを穂立ちさせて形成される磁気ブラシを感光体ドラム２に接触させる現像主極５Ａ１と、磁気ブラシの搬送磁極５Ａ２、５Ａ３および互いに同極性からなる反撥磁極５Ａ４、５Ａ４’とが設けられており、反撥磁極５Ａ４、５Ａ４’は現像スリーブ５Ａ上に担持されて搬送された磁気ブラシを磁力線の反撥によって現像スリーブ５Ａ周面から供給ローラ５Ｂに向けて剥落させるための磁極として用いられる。

トナー補給装置８は、現像スリーブ５Ａの時計方向の回転方向において現像スリーブ５Ａ内の現像主極５Ａ１と感光体ドラム２とが対向する現像領域を通過した後の位置に対向して配置された補給タンク８Ａを備えている。
補給タンク８Ａの内部には、現像スリーブ５Ａが上記現像領域を通過した後の位置に対向する金属製のローラで構成された補給トナー供給部材８Ｂと、補給トナー供給部材８Ｂに対して攪拌により補給トナーを摩擦帯電させて補給トナー供給部材８Ｂに対して供給可能なローラで構成された攪拌部材８Ｃと補給トナー供給部材８Ｂに担持された補給トナーの層厚を規定するブレードで構成された規制部材８Ｄが設けられている。
補給トナー供給部材８Ｂは、現像スリーブ５Ａの内部に配置されている磁極のうちで、現像スリーブ５Ａが現像領域を通過した後の位置に配置されている搬送磁極５Ａ３に対向して配置されており、現像領域を通過した現像剤に対して補給トナーを供給することができるようになっている。
トナー振動電極１０は、図示されていない外部の交流電源と接続されている。トナーを供給された現像剤が通過する。

図３は、トナーを供給した現像剤を電界中に搬送することで電荷を付与する工程を模式的に表したものである。トナー振動電極１０には、スリーブに対して、数十Ｖ、周期は数百Ｈｚの交流電位を付与する。トナーの重力の影響は少ないため、弱帯電のトナーであっても、電界の影響を受け、トナー振動電極１０により形成される電界により、トナーは拘束されるようになる。
このとき、トナー同士および、キャリア、スリーブ、電極等の接触が想定されるが、電位および周波数を調整することで、キャリア近傍で、振動するようになる。このような条件で電位を与えると、未帯電トナーが効率的にキャリアと接触し、電荷を持つようになる。トナーの振動運動により、電界は増加するが、電界の影響よりも、キャリアとの付着力が強くなった時点で、トナーの振動運動が停まり、電荷の上昇は抑制される。このような過程をへることで、未帯電トナーの生成が抑制される。

図４は、本発明の実施例を示した模式図である。図４に示すコロナ帯電器は、トナー補給装置８’に用いられるトナーの補給部材として、図１に示した供給ローラ５Ｂに代えて現像スリーブ５Ａに供給するものである。
コロナ帯電器１２は、トナー供給口１３から、図示されないトナー供給機構に接続させ、エアーを利用して、トナーが供給される。
供給されたトナーは、コロナ帯電極１１から生成されたマイナスイオンの影響により、マイナスに帯電し、トナー供給電極１４を通って、現像剤に供給される。コロナ帯電極１１は、高圧電源に接続され、−数千Ｖの電界かけ、イオンを生成する。このとき、プラスイオンは、集塵用電極１５にプラスイオンが流れ、マイナスイオンが、集塵用電極１５を通過し、トナー供給口１３から供給されたトナーをマイナスに帯電する。
これにより、トナーの帯電不足を防止できることにより飛散トナーによる感光体ドラム２の地肌汚れや周辺部へのトナー汚染を防止することが可能となる。しかも、トナーの帯電に要する設備や時間の省力化が図れることになる。

図５は、本発明の実施例を説明するための模式図である。この構成例では、磁極間隔をキャリアと同一にすることで、スリーブ表層のみ、キャリア層１８が形成されている。この場合、キャリアは、現像スリーブ上を転がるように移動するため、スリーブ側と感光体側でのトナーの供給ムラが少なく、良好なトナー供給が行える。

本発明の画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレ−ザ−ビ−ム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナ−現像され、現像されたトナ−像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、複写物（コピ−）として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体の表面は、クリ−ニング手段によって転写残りトナ−の除去を受けて清浄面化され、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。

図６は、本発明のプロセスカートリッジを示す図である。図６に示される本実施例においては、上述の感光体、帯電装置手段、クリ−ニング手段及び現像手段、搬送基板等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ−等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。これによって帯電手段の整備の必要がなくなり安定した画像が形成できる。

本発明の画像形成装置の構成を示す模式図である。 現像装置を示す図である。 トナーを供給した現像剤を電界中に搬送することで電荷を付与する工程を模式的に表したものである。 本発明の実施例を示した模式図である。 本発明の実施例を説明するための模式図である。 本発明のプロセスカートリッジを示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 感光体ドラム
３ 帯電装置
４ 書き込み装置
５ 現像装置
５Ａ 現像スリーブ
５Ａ１ 現像主極
５Ａ２ 搬送磁極
５Ａ３ 搬送磁極
５Ａ４ 反撥磁極
５Ａ４’ 反撥磁極
５Ｂ 供給ローラ
５Ｅ ドクター部材
６ 転写装置
７ クリーニング装置
８ トナー補給装置
８’ トナー補給装置
８Ａ 補給タンク
８Ｂ 補給トナー供給部材
８Ｃ 攪拌部材
８Ｄ 規制部材
９ プロセスカートリッジ
１０ トナー振動電極
１１ コロナ帯電極
１２ コロナ帯電器
１３ トナー供給口
１４ トナー供給電極
１５ 集塵用電極
１６ 電極カバー
１７ トナー分離・帯電手段
１８ キャリア層

Claims (6)

1. 画像形成装置は、現像領域を通過した現像剤担持体上の現像剤に対しトナーを供給し、
   かつ弱帯電トナーに対して、選択的に帯電を付与する手段を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、選択的にトナーに帯電を付与する手段が交流電界中に現像剤を搬送する手段である
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、電荷を付与したトナーを供給する
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、トナー帯電手段が、コロナ放電を利用したものである
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、選択的に電荷を付与する過程で、トナーが複数の極をもつ磁場中を移動する
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. プロセスカートリッジは、像担持体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、
   かつ請求項１乃至５のいずれか一つに記載の画像形成装置本体に着脱自在である
   ことを特徴とするプロセスカ−トリッジ。

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