JP4623173B2 - 現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用した複写機やプリンタなどの画像形成装置において、被帯電体（例えば、感光体）に対してトナー画像を形成し、そのトナー画像を被転写体（例えば、用紙）に転写したのと、トナー画像を担持する被転写体を定着装置を用いて定着されている。ここで、被帯電体にトナー画像を形成するため、現像剤を収容する現像装置を、被帯電体の現像領域に対応させて配置し、現像装置からトナーを飛翔させるか又は現像剤を摺擦し、被帯電体状の静電潜像上にトナーを付着させている。一方、現像剤は、例えば、磁性を有するトナー又は磁性を有しないトナーのみからなる１成分現像剤と、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤とがある。

２成分現像剤を用いる現像装置では、現像装置のハウジング内に現像剤撹拌搬送部材が設けられ、この撹拌装置の現像剤撹拌搬送部材は、例えば、ハウジング内の２成分現像剤と新たに供給されたトナーとを混合し、２成分現像剤のキャリアとトナーを帯電させている。

一方、現像装置のハウジング内では、軸受部の周囲に磁性部材を配置し、該磁性部材により現像剤中のキャリアを吸着させ、いわゆる磁気シールを形成している。また、特許文献１には、磁性部材と対向させて現像剤装置の現像剤撹拌搬送部材に磁気プレートを配置し、現像剤を磁気プレートと磁性部材と間に保持する方法が提案されている。

特許文献２には、トナー粒子に磁性体を含有させ、保持力Ｈｃ（ｋＡ／ｍ）と残留磁性σｒ（Ａｍ^２／ｋｇ）が、５≦Ｈｃ×σｒ≦８５を満たす磁性トナーを用い、トナーシール部材を備えることが提案されている。

特開平５−１３４５４０号公報 特開２００５−５５６０９号公報

本発明は、現像装置内の摺動部分の発熱に伴うトナーの凝集発生を抑制する現像装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち、本発明の現像装置は、以下の特徴を有する。

（１）現像剤を収容する現像剤収容部と、 前記現像剤収容部内の現像剤を撹拌しながら搬送する現像剤撹拌搬送部材と、前記現像剤収容部を仕切るフレームに設けられ前記現像剤撹拌搬送部材の回転軸を受ける軸受部と、前記フレーム内の前記回転軸の周囲に配置された磁性部材と、を有し、前記現像剤撹拌搬送部材の回転軸には、予め決められた距離をもって前記磁性部材に対向するように配置され、前記フレーム近傍の回転軸上に滞留して堆積する現像剤を移動させる撹拌部材が設けられ、前記撹拌部材は、ブラシ状部材である現像装置である。

（２）現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部内の現像剤を撹拌しながら搬送する現像剤撹拌搬送部材と、前記現像剤収容部を仕切るフレームに設けられ前記現像剤撹拌搬送部材の回転軸を受ける軸受部と、前記フレーム内の前記回転軸の周囲に配置された磁性部材と、前記磁性部材に対向するように前記現像剤撹拌搬送部材の回転軸のフレーム近傍に設けられ、前記磁性部材によって前記フレーム近傍に吸引された現像剤に接触し、前記回転軸の回転に伴って、前記フレーム近傍の回転軸上に滞留して堆積する現像剤を移動させる攪拌部材と、を備え、前記撹拌部材は、ブラシ状部材である現像装置である。

（３）前記撹拌部材は、前記磁性部材に対し反発磁性を有する部材により形成されている上記（１）または（２）に記載の現像装置である。

（４）上記（１）から上記（３）のいずれか１つに記載の現像装置を少なくとも備えるプロセスカートリッジである。

（５）像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像手段は、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の現像装置を備える画像形成装置である。

請求項１に記載の発明によれば、磁性部材に吸引された現像剤が回転軸上に滞留しトナーが凝集することが抑制される。

請求項２に記載の発明によれば、磁性部材に吸引された現像剤が回転軸上に滞留しトナーが凝集することが抑制される。

請求項１または請求項２に記載の発明によれば、撹拌部材がブラシ状部材の場合、他の形状の撹拌部材に比べ現像剤に対する機械的ストレスが小さく、例えば２成分現像剤において低融点トナーを用いた場合であっても低融点トナーへのストレスが軽減される。

請求項３に記載の発明によれば、反発磁性を有する撹拌部材を有しない場合に比べ、磁性部材と反発磁性を有する撹拌部材との間に、現像剤が保持され易くなる。

請求項４に記載の発明によれば、磁性部材に吸引された現像剤が回転軸上に滞留しトナーが凝集することが抑制された現像装置を備えたプロセスカートリッジが提供される。

請求項５に記載の発明によれば、磁性部材に吸引された現像剤が回転軸上に滞留しトナーが凝集することが抑制された現像剤装置を備えた画像形成装置が提供される。

本発明の実施の形態について以下説明する。なお、本発明の実施の形態を詳細に説明するにあたり、まず本実施の形態における現像装置の概要を説明し、その後、現像装置の現像剤撹拌搬送部材における磁気シール部分の撹拌構成を詳述する。なお、本実施の形態における現像剤撹拌搬送部材は、後述するパドル部材及び撹拌ロールを含む意味であり、以下、現像剤撹拌搬送部材として撹拌ロールを例に取り、また、現像剤としてトナーとキャリアとからなる２成分現像剤を例に取り、以下に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の現像装置２は、ハウジング３に設けた開口を介して現像ロール５を露出させる状態に構成しており、該現像ロール５は被帯電体である感光体１に対応させて配置され、両者の間に比較的狭い隙間が形成される。そして、感光体１に対して、現像ロール５の表面に形成されたトナーブラシを摺擦させ、感光体１の静電潜像に対してトナーを移転させることにより、トナー画像として可視像化させるようにする。また、現像装置２において、現像ロール５に近接する位置にパドル部材１０が配置され、現像剤が補給される位置には撹拌ロール２０が配置されている。パドル部材１０の表面には、多数の突条１３が送り方向に向けて突出させる状態で配置され、現像剤を現像ロール５に向けて送り出すようにする。また、撹拌ロール２０は回転軸２１には、後述するように多数の金属製（例えば、アルミ製等）の円板状部材２３（図２，４，６，８に図示）が、回転２１軸に対して所定の角度で傾斜させた状態で串刺し状に取り付けている。そして、前記撹拌ロールを回転させることにより、該円板状部材を用いて現像剤を撹拌する。

第１の実施の形態：
第１の実施形態の撹拌ロールについて図２及び図３を用いて説明する。撹拌ロール２０の回転軸２１を支持するために、ハウジングのフレーム４の軸受部には、ベアリング２２が設けられている。また、ベアリング２２に対応させ、フレーム４内の軸受部の周囲には、磁性部材２６が配置されている。磁性部材２６は、任意の磁石部材が用いられ、例えば円板状に構成した磁石をフレーム４に埋め込むことにより配置される。また、回転軸２１の軸受部側には、磁性部材２６対向して撹拌部材３０が設けられている。

さらに、本実施の形態における撹拌ロールの撹拌部材３０は、図３に示すように、軸受部側の回転軸２１には円板状部材３２が配置され、円板状部材３２には１つ以上の棒状部材３４が磁性部材２６に対し突出するように設けられている。これにより、回転軸２１上に堆積した現像剤４０が、連続的または逐次的に移動し、現像剤４０が回転軸２１上に滞留し堆積することを抑制する。また、棒状部材３４の先端と磁性部材２６とは、磁性部材２６により吸引された現像剤が保持可能なように、間隔ｄ分隔てて配置されている。

本実施の形態では、磁性部材２６により吸引され現像剤が、回転軸２１に設けられた撹拌部材３０によって、連続的または逐次的に移動する。これにより、磁性部材２６に吸引された現像剤が回転軸上に長時間滞留しトナーが凝集することが抑制される。例えば、現像装置の回転軸２１と軸受部との摺動部分が回転により発熱が生じても、現像剤が回転軸２１上で凝集することが抑制される。そして、現像剤が回転軸２１上での凝集が抑制されることにより、例えば、軸受け部のベアリングの摩耗が抑制され、また回転軸２１の駆動トルクの上昇が防止される。

撹拌部材３０の材質は、金属材料または樹脂材料であり、回転軸２１からの熱伝導性が低く、加工し易い点で、金属材料より樹脂材料が好ましい。樹脂材料としては、強度の点から、例えばＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）やガラス繊維が充填された樹脂が用いられる。また、撹拌部材３０に、磁性部材２６に対して反対磁性を付与するために、例えば、撹拌部材３０を形成する樹脂材料に磁性体が分散し充填される。ここで、磁性体としては、例えば、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトが用いられる。

第２の実施の形態：
第２の実施形態の撹拌ロールについて図４及び図５を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成には、同じ符号を付しその説明を省略する。

本実施の形態における回転軸２１の軸受部側には、回転軸２１上に撹拌部材５０が設けられ、これにより、回転軸２１上に堆積した現像剤４０が、連続的または逐次的に移動し、現像剤４０が回転軸２１上に滞留し凝集することが抑制される。本実施の形態の撹拌部材５０は、図５に示すように、１つ以上の板状部材５２からなり、板状部材５２は、現像剤の堆積阻止を考慮し、先端に行く程厚みが薄くなるブレード状であることが好ましい。また、板状部材５２と磁性部材２６とは、磁気部材２６により吸引された現像剤が保持可能なように、間隔ｄ分隔てて配置されている。また、撹拌部材５０の材質は、上述した撹拌部材３０と同一の材料であるため、ここでの説明は省略する。

第３の実施の形態：
第３の実施形態の撹拌ロールについて図６及び図７を用いて説明する。なお、第１，第２の実施の形態と同じ構成には、同じ符号を付しその説明を省略する。

本実施の形態における回転軸２１の軸受部側には、回転軸２１上に撹拌部材６０が設けられ、これにより、回転軸２１上に堆積した現像剤４０が、連続的に移動し、現像剤４０が回転軸２１上に滞留し凝集することが抑制される。本実施の形態の撹拌部材６０は、ブラシ状部材であり、図７に示すように、軸受部側の回転軸２１には円板状部材６２が配置され、円板状部材６２にはブラシ部材６４が磁性部材２６に対向するように配置されている。また、ブラシ部材６４と磁性部材２６とは、磁性部材２６により吸引された現像剤が保持可能なように、間隔ｄ分隔てて配置されている。本実施の形態におけるブラシ部材６４の材質は、上述した撹拌部材３０と同一の材料であるため、ここでの説明は省略するが、本実施の形態におけるブラシ部材６４の一本当たりの先端力は、φ１２mmのブラシで食い込み量が０．５mmの場合０．００１２ｇであり又、φ１０mmのブラシで食い込み量が０．５mmの場合、先端力は０．０００６ｇになるようなブラシを使用し、例えばＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）やガラス繊維が充填された樹脂が用いられる。

また、ブラシ部材６４は、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）やガラス繊維が充填された樹脂に、例えば、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトなどの磁性体が分散されたものでもよい。

第４の実施の形態：
第４の実施形態の撹拌ロールについて図８及び図９を用いて説明する。なお、第１，第２，第３の実施の形態と同じ構成には、同じ符号を付しその説明を省略する。

本実施の形態における回転軸２１の軸受部側には、回転軸２１上に撹拌部材７０が設けられ、これにより、回転軸２１上に堆積した現像剤４０が、連続的移動し、現像剤４０が回転軸２１上に滞留し堆積することを抑制している。本実施の形態の撹拌部材７０は、ブラシ状部材であり、第３の実施の形態に用いたブラシ部材に比べ、使用したブラシ状部材のブラシ部材の弾性率が大きく、柔らかい。本実施の形態における撹拌部材７０が、ブラシ部材であるため、他の形状の撹拌部材に比べ、現像剤に対する機械的ストレスが小さく、例えば２成分現像剤において低融点トナーを用いた場合であっても低融点トナーへのストレスが軽減される。

図８に示すように、軸受部側の回転軸２１には円板状部材７２が配置され、円板状部材７２にはブラシ部材７４が磁性部材２６に対向するように設けられている。また、ブラシ部材７４と磁性部材２６とは、ブラシ部材７４が第３の実施の形態に用いたブラシ部材に比べ柔らかいため、現像剤に対する機械的ストレスが小さく、その結果、磁性部材２６に近接または接触するように配置されている。本実施の形態におけるブラシ部材７４の材質は、上述した撹拌部材３０と同一の材料であるため、ここでの説明は省略するが、本実施の形態におけるブラシ部材７４の一本当たりの先端力は、φ１２mmのブラシで食い込み量が０．５mmの場合０．０００６ｇであり又、φ１０mmのブラシで食い込み量が０．５mmの場合、先端力は０．０００１ｇになるようなブラシを使用し、例えばＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）やガラス繊維が充填された樹脂が用いられる。

また、ブラシ部材７４は、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）やガラス繊維が充填された樹脂に、例えば、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトなどの磁性体が分散されたものでもよい。

図１０は、本実施の形態における画像形成装置の一例を示す全体構成図である。

次に、本実施の形態の画像形成装置の一例について説明する。

図１０は、本実施の形態の画像形成方法により画像を形成するための、画像形成装置の構成例を示す概略図である。図示した画像形成装置２００は、ハウジング４００内において４つの電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄが中間転写ベルト４０９に沿って相互に並列に配置されている。電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄは、例えば、電子写真感光体４０１ａがイエロー、電子写真感光体４０１ｂがマゼンタ、電子写真感光体４０１ｃがシアン、電子写真感光体４０１ｄがブラックの色からなる画像をそれぞれ形成することが可能である。

電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄのそれぞれは所定の方向（紙面上は反時計回り）に回転可能であり、その回転方向に沿って帯電ロール４０２ａ〜４０２ｄ、現像装置４０４ａ〜４０４ｄ、１次転写ロール４１０ａ〜４１０ｄ、クリーニングブレード４１５ａ〜４１５ｄが配置されている。現像装置４０４ａ〜４０４ｄのそれぞれにはトナーカートリッジ４０５ａ〜４０５ｄに収容されたブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの４色のトナーが供給可能であり、また、１次転写ロール４１０ａ〜４１０ｄはそれぞれ中間転写ベルト４０９を介して電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄに当接している。

さらに、ハウジング４００内の所定の位置には露光装置４０３が配置されており、露光装置４０３から出射された光ビームを帯電後の電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの表面に照射することが可能となっている。これにより、電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの回転工程において帯電、露光、現像、１次転写、クリーニングの各工程が順次行われ、各色のトナー像が中間転写ベルト４０９上に重ねて転写される。

ここで、帯電ロール４０２ａ〜４０２ｄは、電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの表面に導電性部材（帯電ロール）を接触させて感光体に電圧を均一に印加し、感光体表面を所定の電位に帯電させるものである（帯電工程）。なお本実施形態において示した帯電ロールの他、帯電ブラシ、帯電フィルム若しくは帯電チューブなどを用いて接触帯電方式による帯電を行ってもよい。また、コロトロン若しくはスコロトロンを用いた非接触方式による帯電を行ってもよい。

露光装置４０３としては、電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの表面に、半導体レーザー、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、液晶シャッター等の光源を所望の像様に露光できる光学系装置等を用いることができる。これらの中でも、非干渉光を露光可能な露光装置を用いると、電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの導電性基体と感光層との間での干渉縞を防止することができる。

現像装置４０４ａ〜４０４ｄには、上述の二成分静電荷像現像剤を接触又は非接触させて現像する一般的な現像装置を用いて行うことができる（現像工程）。そのような現像装置としては、二成分静電荷像現像用現像剤を用いる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜公知のものを選択することができる。一次転写工程では、１次転写ロール４１０ａ〜４１０ｄに、像担持体に担持されたトナーと逆極性の１次転写バイアスが印加されることで、像担持体から中間転写ベルト４０９へ各色のトナーが順次１次転写される。

クリーニングブレード４１５ａ〜４１５ｄは、転写工程後の電子写真感光体の表面に付着した残存トナーを除去するためのもので、これにより清浄面化された電子写真感光体は上記の画像形成プロセスに繰り返し供される。クリーニングブレードの材質としてはウレタンゴム、ネオプレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。

中間転写ベルト４０９は駆動ロール４０６、バックアップロール４０８及びテンションロール４０７により所定の張力をもって支持されており、これらのロールの回転によりたわみを生じることなく回転可能となっている。また、２次転写ロール４１３は、中間転写ベルト４０９を介してバックアップロール４０８と当接するように配置されている。

２次転写ロール４１３に、中間転写体上のトナーと逆極性の２次転写バイアスが印加されることで、中間転写ベルトから記録媒体へトナーが２次転写される。バックアップロール４０８と２次転写ロール４１３との間を通った中間転写ベルト４０９は、例えば駆動ロール４０６の近傍に配置されたクリーニングブレード４１６或いは、除電器（不図示）により清浄面化された後、次の画像形成プロセスに繰り返し供される。また、ハウジング４００内の所定の位置にはトレイ（被転写媒体トレイ）４１１が設けられており、トレイ４１１内の紙などの被転写媒体５００が移送ロール４１２により中間転写ベルト４０９と２次転写ロール４１３との間、さらには相互に当接する２個の定着ロール４１４の間に順次移送された後、ハウジング４００の外部に排紙される。

本実施の形態におけるプロセスカートリッジは、図１０に示すように、帯電ロール４０２ａ、電子写真感光体４０１ａ、クリーニングブレード４１５ａおよび現像装置４０４ａが、一体化されて、例えばブラック用のプロセスカートリッジが構成されている。同様に、帯電ロール４０２ｂ、電子写真感光体４０１ｂ、クリーニングブレード４１５ｂおよび現像装置４０４ｂが、一体化されてイエロー用のプロセスカートリッジが構成され、帯電ロール４０２ｃ、電子写真感光体４０１ｃ、クリーニングブレード４１５ｃおよび現像装置４０４ｃが、一体化されてマゼンタ用のプロセスカートリッジが構成され、帯電ロール４０２ｄ、電子写真感光体４０１ｄ、クリーニングブレード４１５ｄおよび現像装置４０４ｄが、一体化されてシアン用のプロセスカートリッジが構成される。

［付記］
本実施の形態の記現像剤は、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の現像装置。

本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置等への適用がある。

本発明の実施の形態における現像装置の一例の構成を示す断面図である。 本発明における第１の実施の形態の回転ロールの構成の一例を示す横断面図である。 第１の実施形態における撹拌部材の構造を説明する図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明における第２の実施の形態の回転ロールの構成の一例を示す横断面図である。 第２の実施形態における撹拌部材の構造を説明する図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明における第３の実施の形態の回転ロールの構成の一例を示す横断面図である。 第３の実施形態における撹拌部材の構造を説明する図６のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 本発明における第４の実施の形態の回転ロールの構成の一例を示す横断面図である。 第４の実施形態における撹拌部材の構造を説明する図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 本発明の画像形成方法に用いる画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。

符号の説明

２０ 撹拌ロール、２１ 回転軸、２２ ベアリング、２３，３２，６２，７２ 円板状部材、２６ 磁性部材、３０，５０，６０，７０ 撹拌部材、３４ 棒状部材、４０ 現像剤、５２ 板状部材、６４，７４ ブラシ部材。

Claims (5)

1. 現像剤を収容する現像剤収容部と、
   前記現像剤収容部内の現像剤を撹拌しながら搬送する現像剤撹拌搬送部材と、
   前記現像剤収容部を仕切るフレームに設けられ前記現像剤撹拌搬送部材の回転軸を受ける軸受部と、
   前記フレーム内の前記回転軸の周囲に配置された磁性部材と、を有し、
   前記現像剤撹拌搬送部材の回転軸には、予め決められた距離をもって前記磁性部材に対向するように配置され、前記フレーム近傍の回転軸上に滞留して堆積する現像剤を移動させる撹拌部材が設けられ、
   前記撹拌部材は、ブラシ状部材であることを特徴とする現像装置。
2. 現像剤を収容する現像剤収容部と、
   前記現像剤収容部内の現像剤を撹拌しながら搬送する現像剤撹拌搬送部材と、
   前記現像剤収容部を仕切るフレームに設けられ前記現像剤撹拌搬送部材の回転軸を受ける軸受部と、
   前記フレーム内の前記回転軸の周囲に配置された磁性部材と、
   前記磁性部材に対向するように前記現像剤撹拌搬送部材の回転軸のフレーム近傍に設けられ、前記磁性部材によって前記フレーム近傍に吸引された現像剤に接触し、前記回転軸の回転に伴って、前記フレーム近傍の回転軸上に滞留して堆積する現像剤を移動させる攪拌部材と、
   を備え、前記撹拌部材は、ブラシ状部材であることを特徴とする現像装置。
3. 前記撹拌部材は、前記磁性部材に対し反発磁性を有する部材により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の現像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の現像装置を少なくとも備えることを特徴とするプロセスカートリッジ。
5. 像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像手段は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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