JP2009251317A - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現像剤規制部材23cは、第1現像剤担持体23a1とのギャップN2が長手方向中央部に比べて狭い狭小部23c1を長手方向端部に具備する。そして、現像剤規制部材23cの狭小部23c1の長手方向の範囲Xが、第2現像剤担持体23a2の受取り磁極H22の磁力が長手方向端部から長手方向中央部に向けて安定するまでの範囲W2を含むように形成される。
【選択図】図9
Description
このように複数の現像剤担持体を用いた現像方式は、「多段現像方式」と呼ばれ、特にプロセス線速が速い高速の画像形成装置に多く用いられている。
すなわち、第2現像剤担持体の受取り磁極は、その磁力が長手方向中央部では安定しているものの、長手方向両端部ではその磁力が不安定になっている。そして、このように受取り磁極の磁力が不安定な領域(幅方向端部)の近傍では、受取り磁極の磁力が安定している長手方向中央部に比べて、第2現像剤担持体上に受取られる単位面積当りの現像剤量(又は剤高さ)が極端に多くなる部位が生じてしまっていた。このように第2現像剤担持体上に担持される現像剤量が多い部位では、その現像剤が、像担持体との対向位置で大きな圧縮力を受けて、やがて第2現像剤担持体上に固着してしまうことになる。
このような現象は、特に、現像剤を長手方向に搬送しながら第1現像剤担持体に現像剤を供給する第1現像剤搬送部材と、第2現像剤担持体から離脱された現像剤を長手方向に搬送する第2現像剤搬送部材と、が設置された現像装置における、第1現像剤搬送部材の搬送方向上流側に対応する長手方向端部で顕著になっていた。これは、第1現像剤搬送部材によって第1現像剤担持体上に供給される現像剤量(単位面積当りの現像剤量)が、搬送方向下流側に比べて搬送方向上流側が多くなるためである。すなわち、第1現像剤搬送部材の搬送方向上流側に対応する第2現像剤担持体の長手方向端部では、第1現像剤担持体から第2現像剤担持体に受渡される現像剤量が全体的に多くなり、第2現像剤担持体上に担持される現像剤量が極端に多くなる部位が生じやすかった。
図1〜図11にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
書込み部2A〜2Dは、画像情報に基いて帯電工程後の感光体ドラム21(像担持体)に静電潜像を書き込むための装置である。書込み部2A〜2Dは、ポリゴンミラー3A〜3Dや光学素子4A〜4D等を用いた光走査装置である。なお、書込み部として、光走査装置の替わりにLEDアレイを用いることもできる。
給紙部61は、記録紙、OHP等の記録媒体Pを格納して、画像形成時には記録媒体Pを転写ベルト30に向けて給送する。
転写ベルト30を介して感光体ドラム21に対向する転写ローラ24は、芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有する。転写ローラ24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)を中抵抗に調整した弾性体である。
転写ベルト30に沿って縦方向に配設された4つのプロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BKは、それぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像を形成するためのものである。
プロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BK、及び、剤カートリッジ28Y、28C、28M、28BKは、転写ベルト30を回転支軸を中心に開放して装置本体1から着脱することができる。
なお、各プロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BKはほぼ同一構造であって、各剤カートリッジ28Y、28C、28M、28BKもほぼ同一構造であるために、図2にてプロセスカートリッジ及び剤カートリッジは符号のアルファベット(Y、C、M、BK)を除して図示する。また、書込み部は符号のアルファベット(A〜D)を除して図示する。
像担持体としての感光体ドラム21は、負帯電の有機感光体であって、不図示の回転駆動機構によって反時計方向に回転駆動される。
クリーニング部25は、感光体ドラム21に摺接するクリーニングブラシ(又は、クリーニングブレード)が設置されていて、感光体ドラム21上の未転写トナーを機械的に除去・回収する。
図2を参照して、剤カートリッジ28は、その内部に現像装置23内に供給するための現像剤G(トナーT及びキャリアC)を収容している。そして、剤カートリッジ28は、現像装置23に新品のトナーTを供給するトナーカートリッジとして機能するとともに、現像装置23に新品のキャリアCを供給する供給手段として機能する。具体的に、現像装置23に設置された磁気センサ26(図4を参照できる。)によって検知されるトナー濃度(現像剤G中のトナーの割合である。)の情報に基いて、シャッタ機構80の開閉動作をおこなって、剤カートリッジ28から現像装置23内に向けて現像剤Gを適宜に供給する。
なお、本実施の形態1では、剤カートリッジ28の現像剤Gにおける、キャリアCに対するトナーTの混合率(トナー濃度)が比較的高く設定されている。
供給管29は、剤カートリッジ28から供給される現像剤G(トナーT及びキャリアC)を現像装置23内に確実に導くためのものである。すなわち、剤カートリッジ28から排出された現像剤Gは、供給管29を介して、現像装置23内に供給される。
図2を参照して、感光体ドラム21が反時計方向に回転駆動されると、まず、帯電部22の位置で感光体ドラム21の表面が一様に帯電される。その後、帯電された感光体ドラム21表面は、露光光Lの照射位置に達して、書込み部2による露光工程がおこなわれる。すなわち、露光光Lの照射によって感光体ドラム21上を画像情報に応じて選択的に除電することで、照射されなかった非画像部の電位との差(電位コントラスト)を発生させて静電潜像を形成する。なお、この露光工程は、感光体ドラム21の感光層中で電荷発生物質が光を受けて電荷を発生して、このうち正孔が感光体ドラム21表面の帯電電荷と打ち消しあうものである。
詳しくは、上方の現像ローラ23a1の磁極による磁力で汲み上げられた現像剤Gは、現像剤規制部材としてのドクターブレード23cによって適量化された後に、感光体ドラム21との対向部である現像領域(2つの現像ローラ23a1、23a2と感光体ドラム21との対向領域である。)に搬送される。現像領域において穂立ちされたキャリアCが感光体ドラム21を摺擦する。このとき、キャリアCに混合されているトナーTは、キャリアCとの摩擦によって負帯電されている。これに対して、キャリアCは正帯電されている。不図示の電源部から現像ローラ23a1、23a2に対して、所定の現像バイアスが印加される。これによって、現像ローラ23a1、23a2と感光体ドラム21との間に電界が形成されて、負帯電されたトナーTが電界によって感光体ドラム21上の画像部にのみ選択的に付着してトナー像を形成する。
その後、トナー像が転写された記録媒体Pは、定着部66を通過して、排出ローラ69から装置外部に排出される。
その後、感光体ドラム21表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム21における一連の作像プロセスが終了する。
図3を参照して、現像装置23は、第1現像剤担持体としての第1現像ローラ23a1、第2現像剤担持体としての第2現像ローラ23a2、搬送スクリュ23b1〜23b3(オーガスクリュ)、現像剤規制部材としてのドクターブレード23c、キャリア捕集ローラ23k、スクレーパ23m、排出スクリュ23n、等で構成されている。また、現像装置23内には、現像剤Gを搬送して循環経路を形成する3つの現像剤搬送部B1〜B3が形成されている。
具体的に、第1現像ローラ23a1(第1現像剤担持体)の周囲には、感光体ドラム21との対向位置に形成された主磁極H11、ドクターブレード23cと主磁極H11との間に形成されたドクタ磁極H12、第1搬送スクリュ23b1との対向位置に形成された汲上げ磁極H13、第2現像ローラ23a2との対向位置に形成された受渡し磁極H15、受渡し磁極H15と汲上げ磁極H13との間に形成された搬送磁極H14、が配設されている。
第2現像ローラ23a2(第2現像剤担持体)の周囲には、感光体ドラム21との対向位置に形成された主磁極H21、第1現像ローラ23a1(受渡し磁極H15)との対向位置に形成された受取り磁極H22、キャリア捕集ローラ23kとの対向位置に形成された搬送磁極H24、第2現像剤搬送部B2との対向位置に形成された剤離れ磁極H23、が配設されている。
第1現像剤搬送部材としての第1搬送スクリュ23b1は、第1現像剤搬送部B1であって第1現像ローラ23a1に対向する位置に配設されていて、現像剤Gを水平方向に搬送する(図4の白矢印に示す左方向の搬送である。)とともに、第1現像ローラ23a1上に現像剤23aを供給する。
第1搬送スクリュ23b1及び第2搬送スクリュ23b2は、現像ローラ23a1、23a2や感光体ドラム21と同様に、回転軸がほぼ水平になるように配設されている。
図4を参照して、第2現像剤搬送部B2の下流側と、第3現像剤搬送部B3の上流側と、は第1中継部23gを介して連通している。また、第3現像剤搬送部B3の下流側と、第1現像剤搬送部B1の上流側と、は第2中継部23hを介して連通している。また、第1現像剤搬送部B1の下流側と、第3現像剤搬送部B3の上流側と、は落下経路23fを介して連通している。
なお、第3現像剤搬送部B3には磁気センサ26(トナー濃度センサ)が設置されている。そして、磁気センサ26によって検知されるトナー濃度の情報に基いて、剤カートリッジ28から現像装置23内に向けて所定のトナー濃度の現像剤Gが供給される。本実施の形態1では、現像装置23内の現像剤Gのトナー濃度が4〜7重量%になるように制御されている。
なお、図2、図4等では図示を省略しているが、排出経路71中には、排出口23dから排出された現像剤を水平方向に搬送するための排出スクリュ23nが設置されている(図3を参照できる。)。
これにより、排出口23dの下部よりも高い位置にある現像剤のうち、高さ(Z2−Z1)分の現像剤は排出口23dから排出されることなく、開口23eを通じて第3搬送スクリュ23b3における搬送経路に戻されることになる。これにより、排出手段の本来の機能を維持しつつ、排出口23dから過剰に現像剤が排出される不具合を確実に抑止することができる。ここで、排出口23dと開口23eとの長手方向の距離Rは、なるべく短い方が好ましい。
キャリア捕集ローラ23kは、ステンレス等からなる円筒体内に所定の磁界を形成するマグネットが固設されたものであって、現像装置23内から移動(飛翔)して感光体ドラム21に付着したキャリアを捕集するためのものである。キャリア捕集ローラ23kは、図3の反時計方向に回転駆動される。キャリア捕集ローラ23kによって捕集されて担持されたキャリアは、そのほとんどが第2現像ローラ23a2との対向位置で搬送磁極H24によって第2現像ローラ23a2上に移行して、第2現像ローラ23a2の剤離れ極H23の位置で第2現像ローラ23a2から離脱して第2現像剤搬送部B2内に回収される。一方、第2現像ローラ23a2上に移行せずにキャリア捕集ローラ23k上に残留・担持されたキャリアは、スクレーパ23mによって機械的に掻き取られて、第2現像剤搬送部B2内に回収される。このように、キャリア捕集ローラ23kを設置することで、感光体ドラム21上に付着したキャリアを現像装置23内に回収できるために、異常画像(ホタル画像、白抜け画像)の発生が抑止されるとともに、現像装置23内のキャリアが不足する不具合が抑止される。
また、本実施の形態1において用いられるキャリアCは、粒径が55μm、飽和磁化が96emu/g、程度のものである。さらに、本実施の形態1において用いられるトナーTは、粒径が6.8μm程度のものである。
図9は、ドクターブレード23cと、第1現像ローラ23a1と、第2現像ローラ23a2と、の長手方向の関係を示す概略図である。図10は、第1現像ローラ23a1及び第2現像ローラ23a2に担持される現像剤Gの状態を示す概略図である。
詳しくは、第2現像ローラ23a2の受取り磁極H22による磁力(法線方向磁束密度)は、長手方向にみたときに、長手方向両端部がだれたような分布になっている。すなわち、受取り磁極H22は、磁力が安定した長手方向中央部の安定領域W1と、磁力が不安定な長手方向両端部の不安定領域W2と、で構成されている。そして、ドクターブレード23cの狭小部23c1の長手方向の範囲Xが、受取り磁極H22の不安定領域W2を含み、不安定領域W2よりも長手方向中央部側に長くなるように形成されている。具体的に、本実施の形態では、狭小部23c1の長手方向の長さXが17.5mmに設定されている。また、狭小部23c1の範囲Xは、長手方向中央部に設けられた有効画像領域(通紙可能な最大の記録媒体Pに対して画像形成が可能な幅方向の範囲である。)の外側になるように形成されている。
本実施の形態1では、ドクターブレード23cの狭小部23c1を長手方向両端部にそれぞれ設けたが、上述した現象を考慮して、ドクターブレード23cの狭小部23c1を第1搬送スクリュ23b1の搬送方向上流側に対応する長手方向端部のみに設けることもできる。さらには、第1搬送スクリュ23b1の搬送方向上流側に対応する狭小部23c1のドクターギャップN2に対して、第1搬送スクリュ23b1の搬送方向下流側に対応する狭小部23c1のドクターギャップN2を大きく設定することもできる。
図11において、横軸は現像ギャップ(第2現像ローラ23a2と感光体ドラム21とのギャップである。)を示し、縦軸は第2現像ローラ23a2上に担持される単位面積当りの現像剤量(安定領域W1の現像剤量である。)を示す。また、図11において、実線S13は狭小部23a1の長さXを13mmに設定したとき(狭小部23a1の範囲Xが不安定領域W2より短いとき)の現像剤固着が生じない境界線であって、実線S15は狭小部23a1の長さXを15mmに設定したとき(狭小部23a1の範囲Xが不安定領域W2より長いとき)の現像剤固着が生じない境界線である。図11の実線S13又はS15の左上方の範囲(白矢印方向の範囲である。)が、それぞれ、第2現像ローラ23a2に現像剤固着(フィルミング)が生じない範囲である。
図11の結果から、ドクターブレード23cの狭小部23a1の範囲Xを最適化することで、第2現像ローラ23a2に現像剤の固着が生じてしまう不具合が確実に軽減されることがわかる。このことは、ドクターブレード23cの狭小部23a1の範囲Xを最適化することで、現像剤の固着を生じさせることなく、現像ギャップを狭小化して出力画像の高画質化を達成できることを意味するものである。
このように、狭小部23a1の長手方向の範囲Xが短すぎると、第1現像ローラ23a1の長手方向端部において、マグネット23a12の着磁範囲を超えて担持される現像剤の剤量を充分に少なくすることができずに、受取り磁極H22によって第2現像ローラ23a2の長手方向端部に担持される単位面積当りの現像剤の剤量(剤高さ)が多くなってしまう。本実施の形態1では、狭小部23a1の長手方向の範囲Xを最適化しているために、マグネット23a12の着磁範囲を超えて担持される現像剤の剤量が充分に少なくなり、受取り磁極H22によって第2現像ローラ23a2上に担持される現像剤の剤量(剤高さ)を長手方向にわたって均一化することができる。したがって、第2現像ローラ23a2に現像剤の固着が生じる不具合を抑止することができる。
図12にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図12は、実施の形態2における現像装置のドクターブレードを長手方向にみた概略図であって、前記実施の形態1における図9に相当する図である。本実施の形態2における現像装置は、現像剤規制部材としてのドクターブレード23cの形状が、前記実施の形態1のものとは相違する。
このような構成により、第1現像ローラ23a1の着磁範囲を超えて第1現像ローラ23a1の両端部に担持された現像剤が、受取り磁極H22の位置で第2現像ローラ23a2上に中央部方向に移動して担持されたときの現像剤の剤量(剤高さ)と、安定領域W1の現像剤量(剤高さ)と、の差がほとんどなくなる。すなわち、受取り磁極H22によって第2現像ローラ23a2上に担持される現像剤の剤量は、長手方向にわたってさらに均一化される。したがって、第2現像ローラ23a2上に現像剤が固着して、固着した現像剤によって感光体ドラム21を傷つける不具合が抑止される。
図13及び図14にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図13は、実施の形態3における現像装置の一部を示す断面図であって、前記実施の形態1における図8に相当する図である。図14は、ドクターブレードを長手方向にみた概略図であって、前記実施の形態1における図9に相当する図である。
本実施の形態3における現像装置は、現像剤規制部材としてのドクターブレード23cが非磁性部材23cAと磁性部材23cBとで構成されている点が、前記実施の形態1のものとは相違する。
特に、本実施の形態3のように、磁性板23cBに狭小部23cB1を設ける場合には、非磁性板23cAに狭小部を設ける場合(例えば、前記実施の形態1のような構成である。)に比べて、狭小部23cB1のドクターギャップN12を広くすることができる。これは、磁性板23cBは非磁性板23cAに比べて磁性により現像剤を引き付ける作用が生じるために、そのドクターギャップN11が非磁性板23cAのドクターギャップN10よりも大きくても、そのドクターギャップN11をすり抜ける現像剤の量が同等になるためである。したがって、磁性板23cBの狭小部23cB1のドクターギャップN12を比較的広めに設定しても、前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。そして、ドクターブレード23cの狭小部23cB1のドクターギャップN12を比較的広めに設定できることで、製造工程においてドクターギャップの調整作業が簡易化されるとともに、第1現像ローラ23a1にドクターブレード23cが当接する不具合を抑止することができる。
また、前記各実施の形態では、第3搬送スクリュ23b3を水平方向に対して斜めに配設したが、第3搬送スクリュ23b3を水平に配設することもできる。
さらに、前記各実施の形態では、排出口23dを第1現像剤搬送部B1の壁部に設けたが、排出口23dをその他の現像剤搬送部B2、B3の壁部に設けることもできる。
さらに、前記各実施の形態では、現像ローラ23a1、23a2が2つ設置された現像装置23に対して本発明を適用したが、現像ローラが3つ以上設置された多段現像方式の現像装置に対しても当然に本発明を適用することができる。その場合にも、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
20、20Y、20C、20M、20BK プロセスカートリッジ、
21 感光体ドラム(像担持体)、
23 現像装置(現像部)、
23a1 第1現像ローラ(第1現像剤担持体)、
23a2 第2現像ローラ(第2現像剤担持体)、
23b1 第1搬送スクリュ(第1現像剤搬送部材)、
23b2 第2搬送スクリュ(第2現像剤搬送部材)、
23b3 第3搬送スクリュ(第3現像剤搬送部材)、
23c ドクターブレード(現像剤規制部材)、
23cA 非磁性板(非磁性部材)、 23cB 磁性板(磁性部材)、
23c1、23cB1 狭小部、
23c2 テーパ部、
H22 受取り磁極、
G 現像剤(2成分現像剤)、 T トナー、 C キャリア。
Claims (7)
- 現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、
前記像担持体に対向するとともに、現像剤を担持する第1現像剤担持体と、
前記像担持体に対向するとともに、前記像担持体との対向位置を通過した前記第1現像剤担持体上の現像剤の一部又は全部を受取り磁極によって受取り担持する第2現像剤担持体と、
前記第1現像剤担持体に対向するとともに、前記第1現像剤担持体上に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、
を備え、
前記現像剤規制部材は、前記第1現像剤担持体とのギャップが長手方向中央部に比べて狭い狭小部を長手方向端部に具備し、
前記現像剤規制部材の前記狭小部の長手方向の範囲が、前記第2現像剤担持体の前記受取り磁極の磁力が長手方向端部から長手方向中央部に向けて安定するまでの範囲を含むように形成されたことを特徴とする現像装置。 - 前記現像剤規制部材は、非磁性材料で形成された非磁性部材と、磁性材料で形成された磁性部材と、からなることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記狭小部は、前記磁性部材に形成されたことを特徴とする請求項2に記載の現像装置。
- 前記現像剤規制部材は、前記狭小部から長手方向中央部に向けて前記第1現像剤担持体との前記ギャップが漸増するテーパ部を具備したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の現像装置。
- 前記第1現像剤担持体に対向するとともに、現像剤を長手方向に搬送しながら前記第1現像剤担持体に現像剤を供給する第1現像剤搬送部材と、
前記第1現像剤搬送部材の下方であって前記第2現像剤担持体に対向する位置に配設されるとともに当該第2現像剤担持体から離脱された現像剤を搬送する第2現像剤搬送部材と、
を備え、
前記現像剤規制部材の前記狭小部は、前記第1現像剤搬送部材の搬送方向上流側に対応した長手方向端部に設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の現像装置。 - 画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、
請求項1〜請求項5のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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