JP3932172B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ又はこれらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、感光体ドラムと現像ロール、現像ロールと磁気ロールとの間の間隔を規制する規制手段を有した画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、磁性キャリアを用いて非磁性トナーを帯電させるニ成分現像剤を使用し、帯電したトナーのみを現像ロール上に保持し、トナーを飛翔させることにより静電潜像を現像する非接触現像方式の画像形成装置は、特開平6−67546号公報、特開平7−92804号公報等ですでに公知である。そして、これらの従来技術においては、感光体ドラム、現像ロール及び磁気ロールを有し、感光体ドラムと現像ロール間、また現像ロールと磁気ロール間のギャップが大きく画像に影響を与えることになるので、形成画像に適度な画像濃度を得るためには、両ギャップを常に安定した距離に保持させる構造が要求される。
【0003】
一方、現像ロールと同心的に該現像ロールより大径のスペースコロを配置して感光体ドラムと現像ロール間の間隔を規制する技術が、特開2000−275967公報で知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術は感光体ドラム、現像ロール及びスペースコロ支持体が同じ現像フレームに支持されているので、スペースコロが感光体ドラム表面に当接していても現像ロールやスペースコロを含むそれらの支持体の荷重が感光体ドラムにかかることはないが、感光体ドラムを画像形成装置本体に保持させ、現像ロール、スペースコロ、磁気ロール、トナー収納室等を含む現像装置を別体として該画像形成装置本体に着脱可能にして、トナー補給時に現像装置を引き出してトナー補給を行う機構の場合には、スペースコロを介して感光体ドラムに現像装置の負荷がかかり、感光体ドラムの耐久性が低下する恐れがある。
【0005】
また、感光体ドラムのみならず現像ロールと磁気ロール間にもギャップを適正に保持する必要がある。両者間の間隔が変動すると磁気ロールにおける磁気ブラシの層が変動し、現像ロール上のトナー層が変動して、良好な画像形成を行うことができないので、その間隔の変動量に応じて磁気ロールの回転速度を上げて現像ロールへのトナーの供給量を補償する必要があり、構成が複雑となる。
【0006】
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、簡単な構成で現像ロールと磁気ロールとの間隔を規制して良好な画像を形成することができる画像形成装置の提供を目的とする。
【0007】
また、本発明の他の目的は、感光体ドラムを画像形成装置本体に配置し、該装置本体に着脱可能なユニットに現像ロールを配置した場合においても、該ユニットの荷重が感光体ドラムにかかることがない画像形成装置を提供することである。
【0008】
そして、本発明の他の目的は、磁気ロール、現像ロールなどの回転部材の軸受部に低摩擦部材を配置して、摩耗によるガタを防止して両部材間の間隔を規制して良好な画像を形成することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的の達成を図るため、本発明は、所定間隔離間して並設された磁気ロールと現像ロールを有し、前記磁気ロールによって前記現像ロール表面に形成されるトナー薄層を用いて画像形成装置本体側に配置された感光体ドラム上の静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置において、
前記磁気ロール及び前記現像ロールの各々の回転軸を一体的に嵌合し、回転可能に保持する一対の保持用開口部を有した回転軸保持体を設け、
該回転軸保持体の磁気ロール側の保持用開口部内に前記磁気ロールを回転可能に固定保持した状態で、
前記現像ロール側の保持用開口部を前記磁気ロール側の保持用開口部の軸芯中心に磁気ロールの周方向に揺動可能に構成するとともに、
前記感光体ドラム表面と当接して前記現像ロール表面と前記感光体ドラム表面間の間隔を規制するリング状の間隔規制部材を、前記現像ロールの回転軸に同心状に嵌合させ、
前記間隔規制部材が、前記現像装置の枠体と回転軸保持体間に設けた付勢手段により前記保持用開口部の削欠空間を介して感光体ドラム軸芯を通る水平軸線下側のドラム周面に接触するように、前記回転軸保持体の回転軸心となる磁気ロール側の回転軸が前記現像ロールの回転軸より重力方向上側で且つ前記現像ロールの回転軸に対し感光体ドラム周面より離間した位置に位置させたことを特徴とする。
【0010】
本発明は、前記間隔規制部材が、前記現像装置の枠体と回転軸保持体間に設けた付勢手段により前記保持用開口部の削欠空間を介して感光体ドラム軸芯を通る水平軸線下側のドラム周面に接触するように、前記回転軸保持体の回転軸心となる磁気ロール側の回転軸が前記現像ロールの回転軸より重力方向上側で且つ前記現像ロールの回転軸に対し感光体ドラム周面より離間した位置に位置するように前記磁気ロール及び前記現像ロールを並設して回転可能に保持する保持用開口部を有した回転軸保持体を現像装置内に設けて、この回転軸保持体の前記現像ロール側の保持用開口部を前記磁気ロール側の保持用開口部の軸芯中心に揺動可能に構成したので、前記現像ロール側の保持用開口部と前記磁気ロール側の保持用開口部間のピッチの精度が高く、前記現像ロール側の保持用開口部側を前記磁気ロール側の保持用開口部中心に磁気ロールの周方向に揺動しても前記ピッチを維持して揺動可能であって、現像ロールと磁気ロール間を精度よく構成することができる。
【0011】
また、前記回転軸保持体の保持用開口部に嵌合する前記磁気ロールもしくは前記現像ロールの嵌合部分は、二硫化タングステンWS 2 、窒化ホウ素BNのいずれかの低摩擦部材で構成することも本発明の有効な手段である。
かかる技術手段によると、嵌合部分の摩耗が少なく耐久性を向上させることができる。
【0013】
かかる技術手段によると、前記感光体ドラム表面と当接して前記現像ロール表面と前記感光体ドラム表面間の間隔を規制するリング状の間隔規制部材を、前記感光体ドラム軸芯を通る水平軸線若しくはその下側のドラム周辺にある設計値で(コントロールされた状態で)接触するように構成したので、現像装置の重力による自然荷重が(コントロールされない状態で)感光体ドラムに向くことはなく、前記感光体ドラム表面に接触した際に、該間隔規制部材を前記感光体ドラムに向かって付勢されていても、現像ロール及び磁気ロールが支持されている部材の重力による荷重の影響が、前記間隔規制部材を介して感光体ドラム表面に及ぼすことはない。
【0014】
また、前記現像装置を画像形成装置本体に着脱可能に設けるとともに、前記現像装置の装着終了時に前記回転軸保持体が当接して位置決めをする位置決め部材を前記画像形成装置本体側に設けることも本発明の有効な手段である。
【0015】
すなわち、感光体ドラムから横に水平方向に離間した位置にある現像ロールを現像装置ごとに押圧して前記間隔規制部材を感光体ドラム表面に当接させた状態で保持する必要があるが、その押圧力は前記位置決め手段により吸収され、その位置でバネによる押圧力のみがギャッププーリを介して感光体ドラム表面にかかる。よって、感光体ドラムへの押圧力を軽減して耐久性を向上させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0017】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、図9を参照して、実施の形態における制御対象の画像形成装置の構成について説明する。同図において、画像形成装置20は、無端状ベルト54が、給紙カセット53からの記録紙を定着装置59に向かって搬送可能に配設されている。記録紙を搬送するベルト54の上側には、ブラック用現像装置50A、イエロー用現像装置50B、シアン用現像装置50C及びマゼンタ用現像装置50Dが配設されている。
【0018】
これらの現像装置50(A,B,C,D)にはそれぞれ磁気ロール1(A,B,C,D)、該磁気ロール1(A,B,C,D)に近接して現像ロール2(A,B,C,D)が配設され、該現像ロール2に対面して感光体ドラム3(A,B,C,D)が配設され、該感光体ドラム3の周囲には帯電器56(A,B,C,D)及び露光器57(A,B,C,D)が配置されている。
【0019】
そして、図示しない制御回路からプリント開始信号が来ると、現像装置内のキャリアとトナーが攪拌され、トナーが摩擦帯電されてキャリア表面に付着し、磁気ロール1(A,B,C,D)の表面にキャリアによる磁気ブラシが形成され、現像ロール2(A,B,C,D)上にトナーの薄層が形成される。
【0020】
給紙カセット53から記録紙が送りだされてベルト54に送られ、その記録紙が各色の感光体ドラム3(A,B,C,D)に達するタイミングに合うように、帯電器56(A,B,C,D)による感光体ドラム3の帯電、露光器57(A,B,C,D)からの画像信号による感光体ドラム3への露光と潜像の形成、現像ロール2上のトナーによる該潜像の現像が行われ記録紙が感光体ドラム3に達すると、転写装置58(A,B,C,D)による転写バイアスが印加され記録紙にトナー像が転写されて、定着装置59で定着され、排紙される。
【0021】
次に現像装置50を説明する。図9には4種類の現像装置が開示されているが、作用は同じであり、ブラック用トナーを用いる現像装置50Aを代表して説明する。図5は、現像装置50Aの斜視図、図6は一部断面図、図7は図6のA−A断面図である。
【0022】
図6において、断面コ字状に形成された枠体12内には、感光体ドラム3に所定距離離間して現像ロール2が配設され、該現像ロール2から所定距離離間して非磁性金属材料で円筒状に形成され、円筒内には複数の固定磁石が配設され、該固定磁石の周囲を回転可能に構成されたスリーブを有した磁気ロール1が配設されている。該スリーブの軸方向幅(磁気ブラシ形成領域)H3は現像ロール2の軸方向幅H1よりも長い寸法に形成されている。なお、26は攪拌ミキサ23の室とパドルミキサ22の室とを仕切る仕切板である。
【0023】
図1及び図5に示すように、枠体12の一端側にはモータ19が固定され、磁気ロール1は両端に磁気ロール軸13,13が設けられ、一方側の磁気ロール軸13には前記モータ19の回転軸が連結され、他方側の磁気ロール軸13は、開口部12aを介して枠体12より突出し、先端の小判形部分13bは伝達ギヤ27及び該ギヤ27より小径の伝達ギヤ31が、ギヤ27と同軸で固着されている。
伝達ギヤ31と噛合する駆動ギヤ28が現像ロール2の現像ロール軸14の先端14bに固着され、伝達ギヤ27と噛合する駆動ギヤ29はパドルミキサ22に固着され、駆動ギヤ29と噛合する駆動ギヤ30は攪拌ミキサ23に固着されている。
【0024】
図7において、感光体ドラム3と現像ロール2との間にはバイアスDC7aとAC7bが印加され、DC8は磁気ロール1に印加されるバイアス、9は磁気ブラシの厚さを制御する穂切りブレード、25はトナーセンサである。
【0025】
次に、図1及び図2を用いて現像ロール2の構成をさらに詳しく説明する。現像ロール2は導電体であるアルミで形成された円筒33と、該円筒33の一方の端部にはアルミ材で形成された現像ロール軸14の大径部14aが嵌合するとともに、合成樹脂等の絶縁部材で形成されたロール支持体(回転軸保持体)15Aに回転可能に支持されている。そして、該現像ロール軸14の先端14bは図示しない接点とリード線によってバイアス電源部7(図7)に接続している。
【0026】
ロール支持体15Aは、15A斜視図に見るように、開口部15Aa及び開口部15Acと二眼の開口部を有し、一方側の開口部15Aaには磁気ロール1の磁気ロール軸13が回転可能に嵌合され、ロール支持体15Aは磁気ロール軸13の軸心を中心として、回動可能に構成されている。ロール支持体15Aはこのように構成し、二眼の開口部15Aa及び開口部15Acを同一部品上に開設しているので、精度良く開口部を形成することができ、また、現像ロール2は磁気ロール軸13の軸心を中心として揺動可能であり、磁気ロール1の表面と現像ロール2の表面との間の間隔を精度よく維持することができる。
【0027】
尚、磁気ロール軸13は低摩擦部材で形成することが望ましい。低摩擦部材としては、二硫化タングステンWS2、窒化ホウ素BNなどがあり、これらを潤滑材で形成したり、また、これらを固体潤滑剤として下部材に蒸着、スパッタリングによって付着して用いることができる。
【0028】
他方側の開口部15Acは周囲を円形状の壁面15Adにより囲繞され、該壁面15Adを形成する壁15Agと一方側開口部15Aaを形成する壁15Afとの連結部には突起15Abが設けられ、該突起15Abにはコイルバネ17が配置され図2上時計方向にロール支持体15Aを付勢している。
【0029】
前記円形状の壁面15Adは、約60゜にわたって削欠空所15Aeが形成され、壁面15Ad内には感光体ドラム3(図2)の表面と現像ロール2の円筒33の表面との間の間隔を規制するギャッププーリ21が回転可能に現像ロール軸14の大径部14aに嵌合している。
【0030】
図2(a)に示すように、現像ケースの枠体12Aは磁気ロール軸13の太径部分13aを回転可能に嵌合保持(図1)するとともに、現像ロール軸14を磁気ロール軸13の軸心中心に矢印方向52に揺動可能にロール支持体15Aに保持している。そして、突起15Abに設けたコイルバネ17によって磁気ロール軸13の軸心を中心に時計方向に付勢されている。
【0031】
よって、図2(a)の状態から矢印51の方向に枠体12Aを移動すると、削欠空間15Aeに存在するギャッププーリ21の外周が感光体ドラム3の外周に当接し、コイルバネ17が圧縮され、図2(b)の位置に安定する。この位置においては、感光体ドラム3の外周と現像ロール2の外周間、また、現像ロール2の外周と磁気ロール1の外周間はそれぞれ所定距離に設定される。
【0032】
このように、ギャププーリ21は図2に示すように右横の若干下方より感光体ドラム3の表面に当接するので、枠体12A全体の重力荷重がギャッププーリ21を介して感光体ドラム3の表面にかからず、ギャッププーリ21や感光体ドラム3の耐久性能を向上することができる。
【0033】
次に、感光体ドラム3と現像装置50内の磁気ロール1と、現像ロール2との作用を説明する。
この画像形成装置20は、図6、図7及び図8に示すように、磁気ロール1と、現像ロール2と、感光体ドラム3とを備えている。
図8に示すように、この磁気ロール1は、トナー5を帯電させて保持するキャリア4による磁気ブラシ10を発生させる。また、現像ロール2の表面には、磁気ブラシ10から供給されたトナー5によりトナー薄層6が形成される。そして、感光体ドラム3は、トナー薄層6のトナーを静電潜像に応じて選択的に飛翔させて画像形成を行う。
【0034】
また、感光体ドラム3は、アモルファスシリコンの感光層を含む、厚さ10〜25μmの感光体を表面に有している。
この感光体は、基材の上に、阻止層、アモルファスシリコン(a−Si)の感光層及び表面保護層を順次に積層して構成する。
【0035】
なお、感光体の感光層の材料は、アモルファスシリコンであれば、特に制限されない。アモルファスシリコンとしては、例えばa−Si、a−SiC、a−SiO、a−SiON等の無機材料を挙げることができる。
【0036】
また、表面保護層の厚さtは0.3〜5μmである。また、表面保護層の材料としては、a−SiCのうち、Si(シリコン)とC(炭素)との比率が特定のものを使用することが望ましい。このようなa−SiCとしては、a−Si(1−X)CX(0.3≦X<1.0)が好ましく、さらに、a−Si(1−X)CX(0.5≦X≦0.95)がより好ましい。その理由は、このようなa−SiCは、1012−1013Ω・cmという特に高い抵抗値を有しており、優れた飽和帯電電位、耐摩耗性、耐環境性(耐湿性)が得られるためである。
【0037】
また、磁気ロール1の表面にトナー5とキャリア4からなる二成分現像剤を保持させ、図6に示すように、攪拌ミキサ23とパドルミキサ22によって現像剤を攪拌させながら、トナー5を適正なレベル5〜20μc/gに帯電させる。現像剤は穂切りブレード9を通過し一定の層厚で現像ロール2に接触する。
【0038】
現像ロール2上のトナー薄層6は10〜100μm、好ましくは35〜70μmの厚さに設定される。この厚さはトナーの平均粒径を7μmとした場合にトナーの5層〜10層程度に相当する値である。
【0039】
現像ロール2と感光体ドラム3との間のギャップは150〜400μm、好ましくは200〜300μmである。150μmより狭いとカブリの要因となり、400μmより広いとトナーを感光体ドラム3に飛翔させることが困難になり、十分な画像濃度を得ることができない。また、選択現像を発生させる要因になる。
【0040】
現像剤にはトナーの回収と供給の役割を有するために、106Ω・cm〜109Ω・cmの抵抗のキャリアを用い、現像ロール2と磁気ロール1間に形成されるキャリア4のニップで強固に静電的に付着したトナー5を磁気ブラシ10が現像ロール2の表面を摺擦することで引き剥がし、現像に必要なトナーを現像ロール2に供給する。
このときトナー5との接点を増やすためには、磁気ブラシ密度を高めるために、40μm以下の小径のキャリアを用い、磁気ブラシ10を多くしてキャリア4の表面積を多くして、多くのトナー5を現像ロール2側に送ることが好ましい。
【0041】
さらに、本実施の形態では、キャリア4は、磁性を備えたキャリア芯材と、このキャリア芯材の表面に重合形成された高分子量ポリエチレン樹脂を含む被覆層とから構成され、60〜100emu/gの飽和磁化を有する。さらに、ここでは、キャリアの被覆層は、少なくともその最外毅層として、疎水性シリカ、磁性粉及び/又は微粒子樹脂を含む層を有している。
【0042】
具体的には、キャリア芯材はその表面に微小な凹凸を有し、被覆層は、この凹凸にエチレン重合触媒を保持させた後、エチレンガスを導入して重合成長させた重量平均分子量が50,000以上の高分子量ポリエチレンにより構成して成る。
【0043】
このため、極めて高い強度、耐久性を実現することができる。そして、このキャリアを用いれば、キャリアを繰り返し使用しても、キャリアの表面劣化が少なく、現像ロール上に安定した帯電トナー薄層を形成することができる。その結果、感光体に正確に現像することが可能となる。さらに、キャリアの耐久性が高いので、現像機器の機械的寿命が尽きるまで、実質的にキャリアを交換する必要がなくなる。
【0044】
106Ω・cm未満の抵抗値では、回収を重視した低抵抗キャリアは現像ゴースト対策には有効であるが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生のない現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転した場合に現像ロール表面からトナーが飛散し帯電器や露光器57を汚染する不具合を発生させてしまう。
また、109Ω・cmを超える抵抗値では帯電性能を付与することは可能であるが、帯電が上昇しやすいという問題がある。キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ロール2上のトナーを回収しつつ、確実に帯電させたトナーを現像ロール2上に再度投入することが可能となる。
【0045】
本実施の形態におけるトナーの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計に対してトナー2〜40重量%、好ましくは3〜30重量%、より好ましくは4〜25重量%である。
トナーの混合割合が2重量%未満であると、トナー帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、40重量%を超えると十分な帯電量が得られなくなるために、トナーが現像器から飛散し、画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる。
【0046】
帯電されたトナーは磁気ロール1と現像ロール2間の電位差△で現像ロール2上に薄層で保持され、感光体ドラム3との間の直流、交流の重畳されたバイアスを印加させることで現像される。トナーの飛散を防ぐために、交流は現像の直前に印加する。
【0047】
現像残のトナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、磁気ロール1上の磁気ブラシが現像ロール2上のトナー層に接触し、各ロールの周速差によるブラシ効果と磁気ブラシの現像剤をミキサでの攪拌による現像剤の入れ替えによって、容易にトナーの回収と入れ替えを可能にする。
【0048】
現像ロール2上のトナーの入れ替えを促進するための方法として、磁気ロール1の回転速度を現像ロール2の速度に対して、1.8倍に設定し現像ロール2上のトナーを回収するとともに、適切なトナー濃度に設定された現像剤を現像ロール2に供給することで均一なトナー層を形成することが可能となる。
【0049】
また、均一な現像濃度を維持するためには、現像タイミング以外の時間において現像ロール2と磁気ロール1間の電位差△を同電位にすることが有効である。すなわち、トナーに負担をかけずに現像ロール2上のトナーを磁気ロール1に回収することが可能となる。
【0050】
感光体ドラム3の感光材料として、a−Si感光体を用いた場合、その表面の露光後の電位は10V以下の非常に低い電位となる特徴を有しているが、その膜厚を薄くすると飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧が低下する。
その一方、潜像形成したときの感光体ドラム3の表面の電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向にある。この特性は誘電率が約10程度と高いa−Si感光体では25μm以下、さらに好ましくは20μm以下の膜厚の場合に特に顕著である。
【0051】
図8において、感光体ドラム3と現像ロール2との間に0〜200Vのバイアス電圧Vdclを印加する第一直流用電源部7aと、交流用電源部7bとからなる電源部7が設けられている。さらに、交流用電源部7bは、感光体ドラム3(静電潜像担持体)に対して、ピーク電圧Vpp=500〜2000Vの交流電圧を周波数f=1〜3kHzで印加する。
【0052】
また、磁気ロール1に電圧Vdc2を印加する第二直流用電源8を設けている。そして、現像ロール2の電位と磁気ロール1の電位との電位差|Vdc2−Vdc1|=△が100〜350Vとなるように第一及び第二直流用電源部7a及び8の電圧を決める。ここでは、例えば、Vdc2=250V、現像バイアスVdc1は150V以下、さらに好ましくは100V以下に設定する。また、|Vdc2−Vdc1|=100〜250Vとするとよい。そして、AC成分としてVp−p500〜2000V、周波数を1〜3KHzに設定する。
【0053】
磁気ロール1上の磁気ブラシ10は穂切りブレード9によって層規制され、磁気ロール1と現像ロール2間の電位差|Vdc2−Vdc1|=△によって現像ロール2にトナーのみの薄層6が形成される。
【0054】
現像ロール2上のトナー薄層6は現像剤の抵抗や現像ロール2と磁気ロール1の回転速度差などによっても変化するが、上記の電位差△によっても制御することが可能である。
△を大きくすると、現像ロール2上のトナーの層が厚くなり、△を小さくすると薄層6になる。△の範囲は一般的に100V〜250V程度が適切である。
【0055】
ここで、実験結果から、バイアス電圧Vdc1及び電位差|Vdc2−Vdc1|と現像特性との関係について説明する。
バイアス電圧Vdc1が200Vよりも高いとゴーストが発生する。また、電位差|Vdc2−Vdc1|が100V未満になってもゴーストが発生する。
一方、電位差|Vdc2−Vdc1|が350Vよりも高くなると、カブリが発生する。
したがって、バイアス電圧Vdc1が0〜200V(但し、0Vを除く)、かつ、電位差|Vdc2−Vdc1|が100〜350Vの範囲内であれば、高品質の画質が得られることが分かる。
【0056】
画像形成装置に用いる感光体として、従来からOPC感光体が知られている。しかしながら、OPC感光体は感光層表面が軟らかく、クリーニングブレードの摺擦により、感光層が削れやすいという問題が見られる。そこで、OPC感光体と比較して表面が硬質であり、耐久性が機能保持性(メンテナンスフリー)に優れていることから、感光層の厚さが25μm以上のa−Si感光体が近年使用されている。しかしながら、a−Si感光体はグロー放電分解法などを用いて製膜するため、このように感光層が厚いと製造時間や製造コストがかかり、経済的に不利であるという問題が見受けられる。
【0057】
感光体として、正帯電の有機感光体(OPC)を用いた場合は、残留電位100V以下とするために、感光層の膜厚を25μm以上に設定し、電荷材料の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構造のOPCは感光層の中に電荷発生剤を添加することから感光層の膜減りによっても感度変化が少なく、有利である。
この場合でも現像バイアスVdc1は400V以下、さらに好ましくは300V以下に設定することがトナーに強い電界をかけることを防止する意味からも好ましい。
【0058】
このように現像バイアスを低く設定することは、薄膜のa−Si感光体の絶縁破壊を抑制するとともに、トナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発生を抑止するに有効である。また、現像ロール2上に10〜100μm、好ましくは35〜70μmのトナー層を形成し、現像ロール2と感光体ドラム3とのギャップを150〜400μm、好ましくは200〜300μmとし、この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体ドラム3上に飛翔させることで鮮明な画像を得ることができる。
【0059】
再び図8を参照すると、画像形成の際には、磁気ロール1に保持されたキャリア4及びトナー5からなる現像剤を攪拌しながら、トナー5を適正なレベルに帯電させると、現像剤は、磁気ブラシ10を形成する。そして、この磁気ブラシ10は、穂切りブレード9を通過することにより、一定の厚さで現像ロール2に接触する。ここでは、穂切りブレード9と磁気ロール1との間隙を0.3〜1.5mmとしている。
【0060】
また、磁気ロール1と現像ロール2との間隙も、同様に、0.3〜1.5mmとしている。
また、現像ロール2と感光体ドラム3との間隙を、150〜400μm、好ましくは、200〜300μmとしている。このような間隙や印加電圧条件で、トナー薄層6を形成すると、トナー薄層6の厚さが10〜70μm、好ましくは35〜70μmとなる。
【0061】
そして、現像ロール2のプロセス線速を72mm/sとし、磁気ロール1をその1.8倍の速度で回転させる。その結果、周速差によるブラシ効果によって、現像残トナーと供給トナーとを容易に入れ替えることができる。このため、残像の発生を抑制するとともに、鮮明な画像を形成することができる。
【0062】
そして、本実施の形態では、複数の画像を連続形成する際の、一つの画像を現像してから次の画像の現像を開始するまでの非画像形成期間、現像ロール2の表面電位と磁気ロール1の表面電位とを等しくした等電位状態を発生させる。そして、等電位状態下で、現像ロール2上のトナー薄層6の残存トナーを磁気ブラシで回収する。
【0063】
なお、非画像形成期間は、例えば、印刷される画像データに基づいて検出してもよいし、また、例えば、給紙装置において、記録紙の先端や後端により検出してもよい。
【0064】
本実施の形態では、非画像形成期間に相当する記録紙の間隔、すなわち、給紙される際の記録紙の後端から次の記録紙の先端までの間隔を51mmとした。一方、現像ロールの直径は16mmであるので、その全周長は、16π=50.27mmとなる。したがって、非画像形成期間の全期間を等電位状態とすれば、等電位状態を、現像ロール2が少なくともー回転する期間継続させることができる。
【0065】
また、図6に記載するように、磁気ブラシ形成領域H3が、現像ロール2上のトナーを回収する幅である為、現像ロール2の軸方向幅H1を磁気ブラシ形成領域H3より短くすることによって確実に未回収領域をなくすことができる。
そうすることにより、磁気ブラシ領域外の現像ロールスリーブに付着するトナーがなくなり、両端部のトナー飛散を無くすことが可能となる。
【0066】
また、画像形成時には、前記現像ロールと磁気ロール間に形成される電位差によって前記現像ロール上に形成され、非画像形成時には、前記現像ロール上に残存するトナーは、前記電位差が零の状態において前記現像ロールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ロールの周速度を現像ロールの周速度よりも速くすることによって、磁気ブラシが現像ロールに接触する機会を増加させることができるとともに、磁気ブラシによる剪断応力が高まって、現像ロール上の残存トナーに働くことにより、現像ロール上の残存トナーによる現像ロールへの圧接力を弱め、現像ロールと磁気ロール間に電位差を設定しなくても、等電位において、高磁性キャリアにより効果的に残存トナーを回収することができる。
【0067】
次に、図3を用いて磁気ロール1の軸受部分の他の実施の形態を説明する。図1にかかる第1実施の形態と本第2実施の形態との相違点は、第1実施の形態におけるロール支持体15Aは1部品で形成したのに対して、本第2実施の形態は、ロール支持体15Bとロール支持リング16と2部品で構成した点である。
尚、該ロール支持リング16は、上述したように低摩擦部材で形成することが望ましい。低摩擦部材としては、二硫化タングステンWS2、窒化ホウ素BNなどがあり、これらを潤滑材で形成したり、また、これらを固体潤滑剤として下部材に蒸着、スパッタリングによって付着して用いることができる。
【0068】
本第2実施の形態にかかる磁気ロール1の軸受部分は、低摩擦部材で形成されたロール支持リング16が磁気ロール軸13に回転可能に嵌合し、ロール支持リング16の外周をロール支持体15Bが揺動可能に嵌合しているので、回転する磁気ロール軸13はロール支持リング16に保持されているために耐久性が向上する。
【0069】
尚、現像ロール軸14の表面(大径部)14aとロール支持体15B、ギャッププーリ21との間に低摩擦部材で形成した軸受を介在させてもよいことは勿論のことである。
【0070】
次に、図4を用いて現像ケースの枠体位置規制手段を設けた他の実施の形態を説明する。図4(a)において、感光体ドラム3の右下方に本体受部18が設けられ、該本体受部18に対応して当接可能なロール支持体当部15Caがロール支持体15Cに設けられている。よって、現像ケースの枠体12Bを左行すると、ロール支持体当部15Caが本体受部18に当接するとともに、ギャッププーリ21が感光体ドラム3の表面と当接し、コイルバネ17は圧縮した状態で図4(b)の位置に保持される。
【0071】
したがって、枠体12Bを左行しようとする力は、この位置においては、本体受部18とギャッププーリ21を介して感光体ドラム3の表面にかかり、図2の実施の形態より感光体ドラム3にかかる力は小さくなり、また、枠体12B全体の重力荷重がギャッププーリ21を介して感光体ドラム3の表面にかからず、ギャッププーリ21や感光体ドラム3の耐久性能を向上することができる。
【0072】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、磁気ロール及び現像ロールを並んで回転可能に保持する保持用開口部を有した回転軸保持体の前記現像ロール側の保持用開口部を前記磁気ロール側の保持用開口部の軸芯中心に揺動可能に構成したので、前記現像ロール側の保持用開口部と前記磁気ロール側の保持用開口部間のピッチの精度が高く、前記現像ロール側の保持用開口部側を前記磁気ロール側の保持用開口部中心に揺動しても前記ピッチを維持して揺動可能であって、現像ロールと磁気ロール間を精度よく構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態にかかる現像ロールと磁気ロールの斜視図である。
【図2】 ロール支持体の動作説明図である。
【図3】 ロール支持体の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図4】 ロール支持体の他の実施の形態の動作説明図である。
【図5】 現像装置の斜視図である。
【図6】 本発明の実施の形態の感光体と現像装置との関係を説明する模式図である。
【図7】 図6のA−A平面断面図である。
【図8】 画像形成時と非画像形成時のトナーの流れを説明する説明図である。
【図9】 本発明の実施の形態の画像形成装置の構成を示す横式図である。
【符号の説明】
1 磁気ロール
2 現像ロール
3 感光体ドラム
4 キャリア
5 トナー
6 トナー薄層
9 穂切りブレード
10 磁気ブラシ
15 ロール支持体(回転軸保持体)
20 画像形成装置
50 現像装置
Claims (3)
- 所定間隔離間して並設された磁気ロールと現像ロールを有し、前記磁気ロールによって前記現像ロール表面に形成されるトナー薄層を用いて画像形成装置本体側に配置された感光体ドラム上の静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置において、
前記磁気ロール及び前記現像ロールの各々の回転軸を一体的に嵌合し、回転可能に保持する一対の保持用開口部を有した回転軸保持体を設け、
該回転軸保持体の磁気ロール側の保持用開口部内に前記磁気ロールを回転可能に固定保持した状態で、
前記現像ロール側の保持用開口部を前記磁気ロール側の保持用開口部の軸芯中心に磁気ロールの周方向に揺動可能に構成するとともに、
前記感光体ドラム表面と当接して前記現像ロール表面と前記感光体ドラム表面間の間隔を規制するリング状の間隔規制部材を、前記現像ロールの回転軸に同心状に嵌合させ、
前記間隔規制部材が、前記現像装置の枠体と回転軸保持体間に設けた付勢手段により前記保持用開口部の削欠空間を介して感光体ドラム軸芯を通る水平軸線下側のドラム周面に接触するように、前記回転軸保持体の回転軸心となる磁気ロール側の回転軸が前記現像ロールの回転軸より重力方向上側で且つ前記現像ロールの回転軸に対し感光体ドラム周面より離間した位置に位置させたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記回転軸保持体の保持用開口部に嵌合する前記磁気ロールもしくは前記現像ロールの嵌合部分は、二硫化タングステンWS2、窒化ホウ素BNのいずれかの低摩擦部材で構成したことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記現像装置を画像形成装置本体に着脱可能に設けるとともに、前記現像装置の装着終了時に前記回転軸保持体が当接して位置決めをする位置決め部材を前記画像形成装置本体側に設けたことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
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