JP3916595B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスにより感光体上に形成された潜像を顕像化する現像装置に関するものであり、また、この現像装置を用いるプロセスカートリッジ、画像形成装置に関するものである。

非磁性トナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤を収容する現像装置において、画像を出力し続けると、現像剤中のトナーは現像領域で消費され、不足した分を補給口よりトナーが供給される。このとき、補給されたトナーと現像剤の混合が行われるわけであるが、従来のような、現像スリーブと平行で、現像剤容器内の現像剤と非磁性トナーを、攪拌・搬送し、現像スリーブへ現像剤を供給するための、回転自在な現像剤攪拌・搬送手段１（以下、第１スクリューという）と、この第１スクリューと平行で、第１と対向する方向に、現像剤を攪拌・搬送させ、現像剤を循環させる、回転自在な第２の現像剤攪拌・搬送手段（以下、第２スクリューという）を有する現像装置の場合、トナーは現像剤の上を搬送されるのみで、攪拌を十分に行うことは難しい。また、第２スクリューに攪拌手段を設けると、攪拌はされるものの搬送速度が遅くなる。

したがって、これらを改善するために、例えば、特許文献１では、現像装置の側面、若しくは下側に磁界を発生する磁界発生手段を設けると、供給されたトナーと磁界発生手段との距離によっては、攪拌のために磁力を強くする必要があり、回転トルクが大きくなる。さらに、補給されたトナーと現像剤の混合が不十分な場合、補給されたトナーがすべてキャリア表面と接触できず、トナー同士のみで摺擦を受けながら現像ドクタ部へ、更には現像領域へ搬送されるトナーも存在することになる。このような過程を繰り返して行くと、現像剤中のトナーには電荷が０付近のものや、プラスに帯電したものができ、十分な帯電性を確保することができず、画像上の白地かぶりや、トナーの機内飛散を引き起こすおそれがあるという問題点がある。

特開２０００−８９５５０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、非磁性トナーは磁性キャリアに比べ軽いため、トナーはキャリアの上を搬送されることから、回転トルクを上げることなく、現像剤容器内に補給されたトナーをほぐし、トナーと現像剤を十分混合させ、トナーがキャリアと低磁力で効率よく接触できる現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置を提供することである。
さらに、現像剤容器内に補給されたトナーをほぐし、トナーと現像剤を十分混合させ、トナーがキャリアと効率よく接触できる現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置を提供することである。
さらに、小型化でき、コストダウンすることができる現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置を提供することである。
さらに、磁界発生手段を取り外せ、現像剤容器内の現像剤を交換することができる現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置を提供することである。
さらに、本体側に磁界発生手段を設け、プロセスカートリッジから部品を外すことで、ランニングコストを下げることが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。
本発明の現像装置は、非磁性トナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤を収容する現像剤容器に設けられた補給口を経て現像剤容器内へ非磁性トナーが供給される現像装置であって、現像剤容器内には、現像スリーブと平行で、現像剤容器内の現像剤と非磁性トナーを、攪拌・搬送し、現像スリーブへ現像剤を供給するための、回転自在な第１の現像剤攪拌・搬送手段と、この第１の現像剤攪拌・搬送手段と平行で、第１の現像剤攪拌・搬送手段と対向する方向に、現像剤を攪拌・搬送させ、現像剤を循環させる、回転自在な第２の現像剤攪拌・搬送手段とを有する現像装置において、磁界を発生する磁界発生手段を、第２の現像剤攪拌・搬送手段の上で、補給口の現像剤搬送方向下流に配置されていて、かつ、現像装置の断面において進行方向に対し、第２の現像剤攪拌・搬送手段の回転方向が、左回転の場合は中心軸より左側に、右回転の場合は中心軸より右側に、配置されていることを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、さらに、前記第２の現像剤攪拌・搬送手段の上に着脱可能な状態で配置されているカバーを設け、前記磁界発生手段が、そのカバーの上に設けられていることを特徴とする。

本発明のプロセスカートリッジは、少なくとも、感光体と現像装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、前記画プロセスカートリッジは、請求項１又は２に記載の現像装置を有することを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、潜像を担持する感光体と、帯電部材を感光体表面に接触又は近接させて感光体を帯電する帯電装置と、感光体に潜像を形成する潜像形成装置と、感光体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、感光体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して感光体に形成されたトナー像を表面移動部材との間に挟持される記録部材上又は表面移動部材上に転写する転写装置と、感光体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と、記録部材上のトナー像を熱と圧力で定着する定着装置とを を備える画像形成装置において、前記画像形成装置は、請求項１又は２に記載の現像装置を有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、潜像を担持する感光体と、帯電部材を感光体表面に接触又は近接させて感光体を帯電する帯電装置と、感光体に潜像を形成する潜像形成装置と、感光体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、感光体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して感光体に形成されたトナー像を表面移動部材との間に挟持される記録部材上又は表面移動部材上に転写する転写装置と、感光体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と、記録部材上のトナー像を熱と圧力で定着する定着装置とをを備える画像形成装置において、前記画像形成装置は、請求項３に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。

本発明は、上記解決するための手段によって、現像装置に要する回転トルクを上げることなく、現像剤容器内に供給されたトナーをほぐし、現像剤容器内の現像剤と十分攪拌し、キャリアとトナーが低磁力で効率よく接触するようになることにより、画像の部分的転写抜け、画像上の白地かぶり、トナーの飛散を防止することができる現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置を提供する。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図１から図１０に基づき説明する。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、本発明の現像装置が用いられる画像形成装置の主要な構成を概略的に示した模式図である。図１に示すように、中間転写ベルトを用いた、並べて備える複数の感光体にそれぞれ個別に現像装置を備え、各感光体上にそれぞれ単色トナー画像を形成し、それらの単色トナー画像を順次転写してシートに合成カラー画像を記録する、いわゆるタンデム型のカラー複写機の作像部分である。この画像形成装置では、図１に示すように、外周面に静電潜像が形成されるドラム状の潜感光体である感光ドラム１ａ〜ｄと、感光ドラム１ａ〜ｄの外周面を規定電位に帯電するための帯電ローラ２ａ〜ｄと、規定電位に帯電させた上記外周面に露光により静電潜像を形成する発光素子３ａ〜ｄと、上記静電潜像をトナーの可視画像化する現像装置４ａ〜ｄと、上記外周面に形成された可視画像を一旦転写する中間転写ベルト５と、転写紙に中間転写ベルト５の可視画像を転写する紙転写ベルト７と、定着装置８とを備えている。ここでは、感光体１と、帯電手段として帯電装置、現像手段として現像装置、クリ−ニング手段としてクリーニング装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在にしたプロセスカ−トリッジで構成されている。

次に、図１に基づき画像形成装置全体の動作を説明する。画像形成装置にあっては、回転自在に設けられた潜感光体である感光ドラム１ａ〜ｄを帯電ローラ２ａ〜ｄが一様に帯電し、発光素子３ａ〜ｄによって露光し静電潜像を形成する。上記静電潜像は現像装置４ａ〜ｄにより非磁性トナーを付与されトナー像として可視画像化される。次に、上記可視画像は中間転写手段として中間転写ローラ１２ａ〜ｄによって、中間転写ベルト５に一旦転写され、レジストローラ対６を経て搬送された転写紙に、紙転写ベルト７によって中間転写ベルト５の可視画像が転写される。転写紙に転写された可視画像は、紙転写ベルト７により搬送され、定着装置８が可視画像に定着処理を施し永久画像を得る。
感光ドラム１上の転写残トナーはクリーニング装置９ａ〜ｄにより除去される。また、中間転写ベルト上の残トナーは中間転写クリーニングブレード１２によって除去される。

図２は、トナー補給装置によりトナーホッパー部に搬送されるトナーを模式的に示した図である。トナーボトルに充填されたニュートナーはトナー補給装置１０ａ〜ｄにより、図２に示すように機械本体の奥側のトナーホッパ部１１ａ〜ｄへ補給される。トナーホッパ部に貯められたトナーは、現像装置４ａ〜ｄ内にある図示しないトナー濃度検知手段により、現像装置４ａ〜ｄ内のトナー濃度が低いと判断された場合、適量のトナーがトナーホッパ部１１ａ〜ｄ内から現像装置４ａ〜ｄへ供給される。

図３は、現像装置の概略構成を示す模式的断面図である。
現像装置４は、図３に示すように、潜感光体である感光ドラム１と対向して配置されており、現像剤容器４−１と現像剤容器４−１内の現像剤を担持する現像スリーブ４−２と、現像スリーブ４−２上に担持された現像剤の穂高を規制するためのブレード４−３を有している。
現像剤容器４−１は垂直方向に仕切られた現像スリーブ４−２上と近い方に位置する現像室４−４と、現像スリーブ４−２上から遠い方に位置する攪拌室４−５に区画されている。現像室４−４と攪拌室４−５には、非磁性トナー（以下、トナーという）と磁性キャリア（以下、キャリアという）とを含有する現像剤（二成分現像剤）が収容されており、現像室４−４と攪拌室４−５の現像剤は循環している。
現像室４−４と攪拌室４−５には、それぞれ現像スリーブと平行で、現像剤容器４−１内の現像剤とトナーを、攪拌・搬送し、現像スリーブ４−２上へ現像剤を供給するための、回転自在な第１の現像剤攪拌・搬送手段 ４−６（以下、第１スクリュー４−６という）と、この第１スクリューと平行で、第１と対向する方向に、現像剤を攪拌・搬送させ、現像剤を循環させる、回転自在な第２の現像剤攪拌・搬送手段４−７（以下、第２スクリュー４−７という）が配置されている。
現像スリーブ４−２は、非磁性材料で構成され、内部には磁界を発生するマグネット４−８が固定配置されている。マグネット４−８を内蔵する現像スリーブ４−２は、規制ブレード４−３によって層厚規制された二成分現像剤の層を現像領域に担持搬送し、感光ドラム１と対向する現像領域でトナーを感光ドラム１に供給して感光ドラム１に形成されている静電潜像を現像するようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な部分について図４、図５及び図６に基づき説明する。図４は、現像装置の概略構成を示す模式的斜視図である。図５は、第２スクリューの回転方向が右回転の場合の状態を示す模式図である。図６は、第２スクリュー上に着脱可能な磁界発生手段を設けた場合の状態を示す模式図である。
本実施形態にかかる画像形成装置は、図３において攪拌室４−５の上側で、図４及び図５に示すように、トナー補給口４−９の第２スクリュー４−７現像剤搬送方向下流側において、現像装置の断面において進行方向に対し、第２スクリューの回転方向が、左回転の場合は中心軸より左側に、右回転の場合は中心軸より右側に、磁界発生手段４−１３を配置してある。このような構成にすることで、図４及び図６に示すように、現像剤が補給口４−９から現像剤搬送方向下流へ移動する間、磁界発生手段４−１３に現像剤が引き寄せられ現像剤の穂４−１０を形成する。
補給口４−９から供給された直後のトナーは、搬送される現像剤の上を搬送されるものが多いが、搬送される現像剤をとどまらせ穂を形成することで、図４及び図６に示すように、搬送されるトナー４−１１が、現像剤の穂４−１０に押し付けられ、トナーの固まりは崩れ、散らばらせられ、混合される。その工程とほぼ同時に磁界発生手段４−１３の磁気力により穂４−１０を形成していた現像剤もスクリューの羽根により、磁界発生手段４−１３から引き離され分散されたトナーとともに下流に搬送される。

図７は、従来の現像装置の搬送されるトナーの状態を模式的に示した図である。従来のようなスクリューのみを用いた攪拌では、現像剤を巨視的なスケールでしか動かすことができず、図７に示すように、数ミクロン程度のトナーが固まっている状態を速やかにほぐすことは困難である。トナーとキャリア表面の接触機械は少なく、トナー同士での摺擦が多くなり、トナーの持つ電荷が不均一で電荷分布が広がってしまう。そこで、補給口４−９より供給されたトナーは、現像装置の断面において進行方向に対し、左回転の場合は中心軸より左側に、右回転の場合は中心軸より右側に集中する。そのため、磁界発生手段４−１３をトナー密集地帯の真上に設け、効率よく攪拌できることで、トナーの固まりが少なくなり、トナーが現像剤中に均一に分散した状態となり、トナーがキャリア表面と接触する機会も増える。そして、トナーの持つ電荷の分布もシャープになる。これによって、画像上の部分的な転写抜けも生じないし、現像装置の小型化でき、コストダウンを図ることができる。

また、図８は、現像装置における第１スクリューと第２スクリューとの概略構成を模式的に示す平面図である。図９は、磁界発生手段４−１３を配置した概略図である。図８に示すように左回転する第２スクリューの上に着脱可能な状態で配置されている磁界発生手段４−１３を覆うカバー４−１２があり、薄い樹脂で、厚さ０.５ｍｍで構成され、その中に有する磁界発生手段４−１３は固定されていない。そのため、カバー４−１２と磁界発生手段４−１３を取り除けば、現像剤は現像剤容器４−１内に残り、簡単に現像剤交換ができる。

また、プロセスカートリッジに用いることができる。これによって、少ないキャリアで、かつ小さい力による混合・攪拌でトナーの帯電立ち上がりを早くすることができ、プロセスカートリッジを軽くすることができる。また、その分多くのトナーを収納することができ、プロセスカートリッジの交換までの時間を長くすることができる。静電潜像現像剤にかける負担が少なくすることができ、キャリア被覆層の摩耗を少なくしてキャリアを長寿命にしてプロセスカートリッジの寿命を長くすることができる。また、環境変動によってトナー帯電量の変動の少ない静電潜像現像剤によって、地肌汚れのない高品位の画像を得ることができる。また、トナーの機内への飛散を抑えることができる。また、このプロセスカートリッジを用いた装置では、プロセスカートリッジの寿命が長いので、画像形成装置のプロセスカートリッジ交換サイクルを伸ばして、交換の手間を軽減することができる。また、これらのプロセスカートリッジを複数個用いた装置では、上記利点がさらに強調され、操作性、メンテナンス性を大幅に向上させることができる。さらに、画像形成装置本体側に磁界発生手段４−１３を取り付けることで、プロセスカートリッジから部品を外せ、ランニングコストを下げることができる。

本発明の現像装置が用いられる画像形成装置の主要な構成を概略的に示した模式図である。 トナー補給装置によりトナーホッパー部に搬送されるトナーを模式的に示した図である。 現像装置の概略構成を示す模式的断面図である。 現像装置の概略構成を示す模式的斜視図である。 第２スクリューの回転方向が右回転の場合の状態を示す模式図である。 第２スクリュー上に着脱可能な磁界発生手段を設けた場合の状態を示す模式図である。 従来の現像装置の搬送されるトナーの状態を模式的に示した図である。 現像装置における第１スクリューと第２スクリューとの概略構成を模式的に示す平面図である。 磁界発生手段を配置した概略図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電装置
３ 発光素子
４ 現像装置
４−１ 現像剤容器
４−２ 現像スリーブ
４−３ 規制ブレード
４−４ 現像室
４−５ 攪拌室
４−６ 第１の現像剤攪拌・搬送手段（第１スクリュー）
４−７ 第２の現像剤攪拌・搬送手段（第２スクリュー）
４−８ マグネット
４−９ 補給口
４−１０ 現像剤の穂
４−１１ トナー
４−１２ カバー
４−１３
５ 中間転写ベルト
６ レジストローラ
７ 紙搬送ベルト
８ 定着装置
９ クリーニング装置
１０ トナー補給装置
１１ トナーホッパー部

Claims (5)

1. 非磁性トナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤を収容する現像剤容器に設けられた補給口を経て現像剤容器内へ非磁性トナーが供給される現像装置であって、
   現像剤容器内には、現像スリーブと平行で、現像剤容器内の現像剤と非磁性トナーを、攪拌・搬送し、現像スリーブへ現像剤を供給するための、回転自在な第１の現像剤攪拌・搬送手段と、
   この第１の現像剤攪拌・搬送手段と平行で、第１の現像剤攪拌・搬送手段と対向する方向に、現像剤を攪拌・搬送させ、現像剤を循環させる、回転自在な第２の現像剤攪拌・搬送手段とを有する現像装置において、
   磁界を発生する磁界発生手段を、第２の現像剤攪拌・搬送手段の上で、補給口の現像剤搬送方向下流に配置されていて、かつ、現像装置の断面において進行方向に対し、第２の現像剤攪拌・搬送手段の回転方向が、左回転の場合は中心軸より左側に、右回転の場合は中心軸より右側に、配置されている
   ことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記第２の現像剤攪拌・搬送手段の上に着脱可能な状態で配置されているカバーを設け、
   前記磁界発生手段が、そのカバーの上に設けられている
   ことを特徴とする現像装置。
3. 少なくとも、感光体と現像装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、
   前記画プロセスカートリッジは、請求項１又は２に記載の現像装置を有する
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
4. 潜像を担持する感光体と、帯電部材を感光体表面に接触又は近接させて感光体を帯電する帯電装置と、感光体に潜像を形成する潜像形成装置と、感光体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、感光体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して感光体に形成されたトナー像を表面移動部材との間に挟持される記録部材上又は表面移動部材上に転写する転写装置と、感光体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と、記録部材上のトナー像を熱と圧力で定着する定着装置とを を備える画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、請求項１又は２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。
5. 潜像を担持する感光体と、帯電部材を感光体表面に接触又は近接させて感光体を帯電する帯電装置と、感光体に潜像を形成する潜像形成装置と、感光体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、感光体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して感光体に形成されたトナー像を表面移動部材との間に挟持される記録部材上又は表面移動部材上に転写する転写装置と、感光体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と、記録部材上のトナー像を熱と圧力で定着する定着装置とを を備える画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、請求項３に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。
   

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