JP4638300B2

JP4638300B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4638300B2
Application number: JP2005243664A
Authority: JP
Inventors: 邦男重田
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: JP2007057865A; KR101225079B1; KR20070024336A

Description

本発明は、被記録画像に対応して像担持体に形成された静電潜像に、現像剤を供給してこれを顕像化する画像形成装置に関する。

従来、例えば複写機やプリンタ、ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置には、トナーと磁性体のキャリア（２成分現像剤）を混合した現像剤を撹拌しつつ搬送する現像剤撹拌手段と、内蔵した複数の磁石の磁力によって外周面に現像剤撹拌手段から供給された現像剤を担持しつつこれを搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体と互いの外周面の一部が所定の間隙をもって対向するように設けられ、現像剤担持体が担持した現像剤のうちトナーのみ（１成分現像剤）が供給されてこれを担持しつつ搬送するトナー担持体と、トナー担持体と互いの外周面の一部が所定の間隙をもって対向するように設けられ、被記録画像に対応した静電潜像が形成された外周面にトナー担持体からトナーが供給されて静電潜像を顕像化するための像担持体とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

この種の画像形成装置においては、現像剤担持体で担持したキャリアとこれに帯電付着したトナーの２成分現像剤から像担持体に形成された静電潜像にトナーを直接供給せずに、トナーのみを一旦トナー担持体に担持させてから像担持体の静電潜像に供給するものとされ、いわゆる２成分現像方式と１成分現像方式を併用するような画像形成装置とされている。

このように構成された画像形成装置においては、１成分現像方式の欠点、すなわちトナー担持体にトナーを供給する際に、例えばトナー供給ローラを摺接させたりする必要がなく、これに伴うトナー劣化やトナー担持体の摩耗を失くすことができる。また、２成分現像方式の欠点、すなわち像担持体にトナーを供給する際に、現像剤担持体の外周面にブラシ状に担持された現像剤が像担持体に接触してトナー像にムラが生じたり、トナーとともにキャリアが像担持体に供給されてしまうなどの不具合を解消することができる。このため、上記の画像形成装置では、静電潜像に確実にトナーのみを供給し高画質の形成画像を取得できるという１成分現像方式の利点と、キャリアとの摩擦によってトナーをきちんと帯電させることができ、当該トナーをキャリアに帯電付着させて搬送できるため高速対応可能であり、かつ耐久性に優れるという２成分現像方式の利点とを兼ね備えることが可能とされる。
特開２００２−１７４９５１号公報

しかしながら、上記の画像形成装置においては、２成分現像方式の利点である優れた耐久性を有する反面、部材点数が多くなるため高コスト化を招くといった問題があった。特に、静電潜像が形成される像担持体は、例えば１万プリント程度の画像形成を行なった段階で交換を要するものとされ、例えば像担持体を含めた被記録画像の現像を行なうための現像手段を一体とした場合には、寿命に達する耐久枚数が異なる各部材を一括して交換することとなりさらなるコスト高を招くという問題が生じる。

これに対し、像担持体と他の部材を別体で構成し、像担持体のみをカートリッジ化して耐久寿命に達した像担持体のみを交換するように構成した画像形成装置が存在する。しかしながら、このような構成とした場合においても、一般に、画像形成を行なうに従い像担持体とトナー担持体との間にトナーが堆積されることが多く、像担持体を取り外した際に、この堆積したトナーが画像形成装置の他の部分に飛散してしまい、トナーのぼた落ちなどによる画像汚れを発生させるという問題があった。また、交換を行なう操作者の手や衣服にトナーが飛散し汚れを生じさせる場合があった。

さらに、像担持体とトナー担持体の間隙精度は、形成画像の安定性を確保するために例えば１００〜２００μｍ程度の誤差範囲内に収めることが要求されており、例えば一般ユーザが像担持体のみを交換した場合には、カートリッジ化した像担持体を交換する度に形成画像の画質が変わってしまうという問題もあった。

本発明は、上記事情を鑑み、耐久寿命に達した像担持体の交換を行う場合においても、トナー飛散を防止しつつ高品質の画像形成を可能にした画像形成装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の画像形成装置は、トナーと該トナーが帯電付着したキャリアとからなる現像剤を撹拌しながら搬送する現像剤撹拌手段と、前記現像剤撹拌手段から供給された前記現像剤を磁気的に担持しながら搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体から供給された前記トナーを担持しながら搬送するトナー担持体と、被記録画像の静電潜像が形成され、前記トナー担持体から前記トナーが供給されて該静電潜像が顕像化される像担持体と、前記像担持体及び前記トナー担持体が一体に収容されるプロセスカートリッジと、前記現像剤担持体及び前記現像剤撹拌手段を画像形成装置本体内に収容する収容部と、前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、前記トナー担持体及び前記現像剤担持体を駆動する駆動手段と、前記バイアス電圧印加手段を制御して前記現像担持体及び前記トナー担持体のそれぞれの電位の相対的な大小を調節して前記駆動手段を制御する制御手段と、を備え、前記プロセスカートリッジは、前記画像形成装置本体と着脱可能で、かつ該画像形成装置本体に装着されたときに前記収容部に連結され、前記制御手段は、画像形成作動中に前記現像剤担持体から前記トナー担持体にトナーが移動するバイアス電圧を前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間に印加するように前記バイアス電圧印加手段を制御し、画像形成終了時に前記トナー担持体から前記現像剤担持体にトナーが回収されるバイアス電圧を前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間に印加するように前記バイアス電圧印加手段を制御し、この状態で前記トナー担持体が１回転以上回転した後に停止するように前記駆動手段を制御することを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置においては、像担持体とトナー担持体を一体に収容したプロセスカートリッジが、画像形成装置本体と着脱可能とされ、かつ画像形成装置本体に装着したときに、現像剤担持体と現像剤撹拌手段を収容する収容部に連結されることによって、像担持体が耐久寿命に達した際に、像担持体とトナー担持体を分離させずに一括して取り外して交換することが可能になる。

本発明に係る画像形成装置によれば、プロセスカートリッジとして一体とされた像担持体とトナー担持体を一括して交換することができ、このとき、形成画像の画質に直接影響する像担持体とトナー担持体の厳しい精度が要求される間隙が常に一定に維持されて、その間隙精度が形成画像の画質に与える影響が小さいトナー担持体と現像剤担持体の間隙部分で分離されることとなるため、プロセスカートリッジの交換に伴って形成画像が変化してしまうことを防止できる。また、プロセスカートリッジを交換する際に、像担持体とトナー担持体の間に堆積したトナーがプロセスカートリッジの取り外しに伴って飛散することを防止でき、トナーのぼた落ちによる画像汚れを防止できる。これにより、常に高品質の画像形成を行なうことが可能となる。

また、像担持体とトナー担持体をカートリッジ化し、像担持体の交換とともにトナー担持体をも交換する構成とした場合においても、トナー担持体はその構成が単純で比較的安価な部材であるため、従来の像担持体のみをプロセスカートリッジとした場合と比較してその製品コストの上昇は僅かであり、像担持体のみを交換して形成画像の品質劣化に伴う記録体やトナーなどの無駄や、画像形成装置のトナー飛散に伴う清掃に掛かるコストを考慮すると、逆にトータルコストの低減を図ることが可能とされる。

以下、図１乃至図５を参照し、本発明の一実施形態に係る画像形成装置及びこれに具備されるプロセスカートリッジについて説明する。本実施形態は、電子写真方式の例えば複写機やプリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものであり、非磁性のトナーと磁性体のキャリアとを混合した現像剤を用いて画像形成を行なう画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。

本実施形態の画像形成装置Ａは、図１に示すように、タンデム方式の画像形成装置Ａであり、被記録画像の画像信号に応じてマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの色毎に設けられ、各色のトナー像をそれぞれ形成する複数の現像手段１と、各現像手段１で形成したトナー像が順次転写される転写ベルト２ａを備えた中間転写体２と、例えばシートなどの記録体Ｓを収納したカセット３ａから記録体Ｓを取り出しつつこれを搬送する記録体搬送手段３と、中間転写体２から記録体Ｓに転写したトナー像を記録体Ｓに固定する定着手段４とが主な構成要素とされている。ここで、本実施形態では、上記の各構成要素を合わせて画像形成装置本体Ｂが構成されるものとしている。

色毎に設けられた複数の現像手段１は、図１から図３に示すように、それぞれ、略円筒状に形成され、軸線Ｏ１回りに回転可能に設けられた感光体ドラム（像担持体）１ａと、感光体ドラム１ａの外周面を一様に負電荷に帯電させる帯電器１ｂと、帯電器１ｂに対して感光体ドラム１ａの回転方向Ｔ１上流側に設けられ感光体ドラム１ａの外周面に付着したトナーを除去して清浄化するクリーニング装置１ｃと、外周面に担持した負電荷のトナーを後述する光走装置５で感光体ドラム１ａの外周面上に形成した静電潜像に供給し感光体ドラム１ａにトナー像を形成するトナー担持体１ｄと、固定の磁石体を内包しトナーと磁性体のキャリアを混合した現像剤を外周面に磁気的に担持しつつ搬送してトナー担持体１ｄにトナーを供給する現像剤担持体１ｅと、現像剤担持体１ｅが担持した現像剤の量を規制しつつこの現像剤を薄層形成する規制棒１ｆと、現像剤を撹拌しつつ搬送してこれを現像剤担持体１ｅに供給する一対の現像剤撹拌手段１ｇ、１ｈとから構成されている。また、一様に帯電した感光体ドラム１ａの外周面にレーザー光を照射しつつ走査し露光して、感光体ドラム１ａに被記録画像の画像信号に応じた静電潜像を形成する光走装置５が、現像手段１とは別に画像形成装置Ａに設けられている。

このように構成された現像手段１は、帯電器１ｂとクリーニング装置１ｃとトナー担持体１ｄとが感光体ドラム１ａの径方向外側に外周面に沿って配設されており、帯電器１ｂを基準として順に感光体ドラム１ａの回転方向Ｔ１下流側に配置されている。また、感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄは、互いの外周面が、例えば１００〜２００μｍの誤差範囲内の所定の間隙で対向するように近接配置されている。一方、これら感光体ドラム１ａと帯電器１ｂとクリーニング装置１ｃとトナー担持体１ｄは、第１筐体１ｐに納められつつ一体とされてプロセスカートリッジ６とされている。また、このプロセスカートリッジ６には、第１筐体１ｐに、感光体ドラム１ａのクリーニング装置１ｃとトナー担持体１ｄの間に位置する周方向の外周面がプロセスカートリッジ６の上方外側に露出しつつ臨むような第１開口部１ｉが設けられているとともに、トナー担持体１ｄの下方の外周面が下方外側に臨むように開口する第２開口部１ｊが設けられている。さらに、第１筐体１ｐの第２開口部１ｊを形成する部分には、下方外側に突出する係合部１ｋが設けられており、この係合部１ｋは、後述の第２筐体（収容部）１ｑの開口部１ｌを形成する部分と係合されて互いを一体的に保持するものとされている。ここで、第１筐体１ｐには、光走装置５から出射したレーザー光を感光体ドラム１に照射させるための図示せぬ開口部も設けられている。

他方、現像剤担持体１ｅと規制棒１ｆと一対の現像剤撹拌手段１ｇ、１ｈは、現像剤担持体１ｅの下方に一対の現像剤搬送手段１ｇ、１ｈを配しつつ第２筐体（収容部）１ｑに一体に納められている。そして、この収容部１ｑには、現像剤担持体１ｅの軸線Ｏ２回りに回転されて順次上方に位置される外周面が、上方外側を臨むように開口する開口部１ｌが設けられている。また、この収容部１ｑ内には、一対の現像剤搬送手段１ｇ、１ｈが配置された下方部分にトナーとキャリアを混合した現像剤が収容される。ちなみに、トナーは、現像手段１とは別に画像形成装置Ａ内に設けられた色毎のトナーをそれぞれ貯留するトナー貯留槽８ｍ、８ｙ、８ｃ、８ｂが、複数の現像手段１の複数の収容部１ｑにそれぞれ接続されて供給される。

このプロセスカートリッジ６と収容部１ｑとは、プロセスカートリッジ６の係合部１ｋが収容部１ｑの開口部１ｌに係合されて分離可能に一体とされ、すなわち、プロセスカートリッジ６のトナー担持体１ｄの下方に、収容部１ｑの現像剤担持体１ｅが配置されるように互いが連結される。また、このようにプロセスカートリッジ６と収容部１ｑが連結された状態で、トナー担持体１ｄと現像剤担持体１ｅの近接しつつ対向する互いの外周面が所定の間隙を保持するものとされている。

ちなみに、例えば収容部１ｑと、詳細は後述する中間転写体２とをそれぞれ昇降させるための図示せぬレバーなどの操作部が画像形成装置Ａに設けられ、上記のように構成された現像手段１は、この操作部を操作することで、プロセスカートリッジ６と収容部１ｑとを、図３に示すように分離することが可能とされている。また、分離したプロセスカートリッジ６は、例えば画像形成装置Ａに感光体ドラム１ａの軸線Ｏ１に沿って延設された図示せぬレール上を滑動可能とされて画像形成装置本体Ｂから引き出すことが可能とされる。

一方で、現像手段１には、図２に示すように、トナー担持体１ｄと現像剤担持体１ｅの間にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加手段１０が設けられている。このバイアス電圧印加手段１０は、トナー担持体１ｄに接続された第１電圧印加手段１０ａと、現像剤担持体１ｅに接続された第２電圧印加手段１０ｂとからなり、それぞれ変圧電源１０ｃを備えて構成されている。ここで、第１電圧印加手段１０ａの変圧電源１０ｃは、直流（ＤＣ）と交流（ＡＣ）の重畳電源とされ、例えば、トナー担持体１ｄの電位がＤＣ−３００Ｖ＋ＡＣ１０００Ｖ（ピーク間電圧）／３ｋＨｚとされる。また、第２電圧印加手段１０ｂの変圧電源１０ｃは、直流電源とされ、例えば、詳細は後述するトナーを現像剤担持体１ｅからトナー担持体１ｄに向けて飛翔させる際には、現像剤担持体１ｅの電位をＤＣ−６００Ｖとし、逆にトナーをトナー担持体１ｄから現像剤担持体１ｅに向けて飛翔させる際には、現像剤担持体１ｅの電位をＤＣ０Ｖとするものとされている。

さらに、トナー担持体１ｄ及び現像剤担持体１ｅには、図４に示すように、それぞれを軸線Ｏ２、Ｏ３回りに回転させるための例えばモータなどのトナー担持体駆動手段１ｍと現像剤担持体駆動手段１ｎとが設けられている。そして、現像手段１には、これらトナー担持体駆動手段１ｍや現像剤担持体駆動手段１ｎと、前述の第１、第２電圧印加手段１０ａ、１０ｂとを制御し、トナー担持体１ｄと現像剤担持体１ｅのそれぞれの電位の相対的な大小を可変とする制御手段１１が設けられている。この他に、現像手段１には、感光体ドラム１ａや一対の現像剤撹拌手段１ｇ、１ｈをそれぞれ軸線回りに回転させる図示せぬ他の駆動手段などが設けられているが、本実施形態ではこれらの説明を省略する。

上記のように構成されたそれぞれの現像手段１は、図１に示すように、詳細は後述する中間転写体２の転写ベルト２ａの外周側にそれぞれの第１開口部１ｉから上方外側を臨む感光体ドラム１ａの外周面を当接させつつ、転写ベルト２ａに沿って配置されている。また、このとき、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックのそれぞれのトナー像を形成するそれぞれの現像手段１が、この順に、転写ベルト２ａの移送方向（矢印方向）を基準に最上流側から配置されている。

中間転写体２は、その内周側に配置された駆動ローラ２ｂとテンションローラ２ｃと支持ローラ２ｄ、２ｅとにより循環移動される無端状の転写ベルト２ａと、転写ベルト２ａの内周側に設けられ、転写ベルト２ａの外周側に配置されたそれぞれの現像手段１の感光体ドラム１ａの外周面に転写ベルト２ａを押圧する複数の一次転写ローラ２ｆと、転写ベルト２ａの移送方向（矢印方向）の最下流側に設けられたブラックのトナー像を形成する現像手段１よりも前記移送方向下流側に配置された支持ローラ２ｅと対向し、この支持ローラ２ｅとともに転写ベルト２ａを挟むように設けられた二次転写ローラ２ｇと、前記移送方向の最上流側に設けられたマゼンタのトナー像を形成する現像手段１よりも前記移送方向上流側の転写ベルト２ａ外周側に設けられ、転写ベルト２ａに付着したトナーを除去するベルトクリーニング装置２ｈとから構成されている。

記録体搬送手段３は、同期して回転する複数の搬送ローラ３ｂを備えており、記録体Ｓをカセット３ａから取り出しつつこれを搬送し、前述の二次転写ローラ２ｇと転写ベルト２ａの間に供給するためのものである。また、二次転写ローラ２ｇによりトナー像を担持した記録体Ｓを、後述の記録体Ｓ搬送方向下流側に設けられた定着装置４に搬送し、これによりトナー像が溶融定着された記録体Ｓをさらに搬送して画像形成装置本体Ｂの外部に排出するためのものである。

定着装置４は、互いの外周面が押圧接触するように設けられた加熱ローラ４ａと加圧ローラ４ｂとを備えて構成されている。加熱ローラ４ａは、略円筒状に形成されつつ軸回転可能とされ、例えば金属製の芯材にシリコンゴム等の耐熱弾性層が巻き付けられて構成され、その内部に例えばハロゲンランプなどの熱源を備えるものとされている。一方、加圧ローラ４ｂは、軸回転可能な略円柱状に形成され、例えば金属製の芯材にシリコンゴム等の耐熱弾性層が巻き付けられて構成されている。このような定着装置４は、加熱ローラ４ａと加圧ローラ４ｂの間に給送された記録体Ｓに対して、これが担持するトナー像を加熱溶融させつつ加圧して、記録体Ｓにトナー像を溶融定着させることが可能とされている。

ついで、上記の構成からなる画像形成装置Ａの動作ついて説明する。ここでは、現像手段１の制御を行なう制御手段１１が現像手段１以外の制御をも行なうものとして説明を行なう。

まず、現像手段１のプロセスカートリッジ６と収容部１ｑは、係合部１ｋと開口部１ｌが係合されて互いが一体に保持されている。この状態の画像形成装置Ａが操作された時点で、取得された被記録画像の画像信号が制御手段１１に送られるとともに、この制御手段１１から現像手段１に動作指令が出される。指令を受けた現像手段１は、帯電器１ｂによって感光体ドラム１ａの外周面を一様に負電荷に帯電させるとともに、光走装置５がレーザー光を照射し被記録画像の画像信号に応じた静電潜像が形成される。また、画像形成装置Ａが操作された時点で、制御手段１１の指令を受けた現像剤撹拌手段１ｇ、１ｈや、現像剤担持体１ｅ、トナー担持体１ｄの各駆動手段１ｍ、１ｎが駆動し、収容部１ｑ内の現像剤の撹拌が行なわれるとともに現像剤が現像剤担持体１ｅの外周面に向けて供給される。そして、現像剤担持体１ｅが現像剤を回転しつつ磁気的に担持してトナー担持体１ｄと対向する収容部１ｑの開口部１ｌ側に搬送する。このとき、規制棒１ｆと現像剤担持体１ｅの外周面の間を担持された現像剤が通過することで、その量が規制され現像剤担持体１ｅ上の現像剤が薄層形成される。

このとき、図４に示すように、トナー担持体１ｄと現像剤担持体１ｅに設けられた第１、第２電圧印加手段１０ａ、１０ｂが制御手段１１に制御されて、現像剤担持体１ｅの外周面の電位Ｖｐが例えばＤＣ−６００Ｖとされ、トナー担持体１ｄの外周面の電位Ｖｔが、現像剤担持体１ｅの外周面の電位Ｖｐよりも大きな例えばＤＣ−３００Ｖ＋ＡＣ１０００Ｖ（ピーク間電圧）／３Ｈｚとされている。このため、現像剤担持体１ｅに担持されて開口部１ｌ側に搬送された現像剤は、正電荷のキャリアが現像剤担持体１ｅに保持されキャリアに付着した負電荷のトナーのみが軸回転するトナー担持体１ｄの外周面に飛翔して担持される。そして、トナー担持体１ｄに担持されたトナーが感光体ドラム１ａ側に搬送され、このトナーが、感光体ドラム１ａの外周面に形成した静電潜像に供給されてトナー像が形成される。ちなみに、このとき、感光体ドラム１ａの静電潜像が形成された部分の外周面の電位が、例えば０〜−５０Ｖとされ、静電潜像以外の外周面の電位が、例えば−５００Ｖとされている。

このようなトナー像が、色毎に設けられた各現像手段１の感光体ドラム１ａに形成されるとともに、中間転写体２の転写ベルト２ａが、制御手段１１から指令を受けた駆動ローラ２ｂの駆動に伴って前記移送方向に移送される。このとき、転写ベルト２ａが、はじめに、前記移送方向最上流側に設けられたマゼンタの現像手段１の感光体ドラム１ａに、これに対応した一次転写ローラ２ｆによって押圧され、このマゼンタのトナー像が転写ベルト２ａの外周面に転写され始める。そして、転写ベルト２ａが順次搬送されてゆくとともに、前記搬送方向上流側の現像手段１で転写されたトナー像に、各色のトナー像が重畳されてゆき、すなわち、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックのトナー像が順に重畳されてゆき、最終的に転写ベルト２ａの外周面に全色のトナー像が重畳したカラートナー像が形成される。そして、制御手段１１から動作指令を受けた記録体搬送手段３によって、記録体Ｓが二次転写ローラ２ｇと転写ベルト２ａの間に搬送され、記録体Ｓに転写ベルト２ａが担持したカラートナー像が転写される。この二次転写が施された記録体Ｓは、定着装置４に向けて搬送され、加熱ローラ４ａと加圧ローラ４ｂの間を熱と圧力を加えられながら通過し、担持したカラートナー像が溶融定着されることとなる。このように、被記録画像が形成された記録体Ｓは、さらに搬送されて画像形成装置本体Ｂの外部に排出される。

ここで、本実施形態においては、現像手段１で被記録画像のトナー像の画像形成を終えた段階で、この画像形成終了を検知した制御手段１１の指令に基づき現像剤担持体１ｅに接続された第２電圧印加手段１０ｂの供給電圧が変わり、現像剤担持体１ｅの外周面の電位Ｖｐが例えばＤＣ０Ｖとされてトナー担持体１ｄの電位Ｖｔよりも大きな電位とされる。これにより、現像動作時に現像剤担持体１ｅからトナー担持体１ｄに向けて（収容部１ｑからプロセスカートリッジ６に向けて）供給され、画像形成終了時にトナー担持体１ｄに担持された状態で残っているトナーが、逆にトナー担持体１ｄから現像剤担持体１ｅに向けて（プロセスカートリッジ６から収容部１ｑに向けて）返送されることとなる。ちなみに、この段階では、感光体ドラム１ａの外周面１ａの電位は、一様に例えば−５００Ｖとされている。

図５は、上記のように動作する現像手段１の動作状態を経時的にまとめて示したタイミングチャートである。この図において、駆動手段とは、トナー担持体駆動手段１ｍと現像剤担持体駆動手段１ｎを表し、これに対応した図５（ａ）においては、縦軸方向が両駆動手段１ｍ、１ｎが動作されていることを示している。また、画像形成と表記した図５（ｂ）は、感光体ドラム１ａにトナー像を形成するための現像手段１の動作状態を示したものであり、縦軸方向が動作していることを示している。さらに、図５（ｃ）は、第１電圧印加手段１０ａと第２電圧印加手段１０ｂによるトナー担持体１ｄの電位Ｖｔ（直流成分）に対する現像剤担持体１ｅの電位Ｖｐの差分（印加電圧Ｖｔ−Ｖｐ）を示したものである。ここで、横軸は経過時間を示しており、この図は、３つのトナー像を連続的に形成するように現像手段１が動作した状態を示している。

図５に示すように、本実施形態の画像形成装置Ａにおいては、制御手段１１によって現像手段１に動作指令が出された時刻ｔ１から駆動手段など現像手段１全体が動作を開始し、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に１つ目のトナー像の形成が行なわれる。そして、このときトナー担持体１ｄと現像剤担持体１ｅとの電位差は、Ｖｔ−Ｖｐ＞０とされて、負電荷に帯電したトナーが現像剤担持体１ｅからトナー担持体１ｄに飛翔してトナー担持体１ｄに供給されている。また、時刻ｔ３から２つ目のトナー像の形成が開始され、時刻ｔ４でこのトナー像の形成が完了する。そして、３つ目のトナー像の画像形成を時刻ｔ６で終えた後に、トナー担持体１ｄと現像剤担持体１ｅとの電位差が、Ｖｔ−Ｖｐ＜０となるように反転され、これにより、収容部１ｑからプロセスカートリッジ６に向けて供給されトナー担持体１ｄに担持されたトナーが、逆にプロセスカートリッジ６から収容部１ｑに向けて返送されて現像剤担持体１ｅに担持された状態とされる。この状態でトナー担持体１ｄを１回転以上した後、駆動手段１ｍ、１ｎの駆動が停止され、バイアス電圧印加手段１０による電圧供給が停止される。

一方、上記のように現像手段１が動作する画像形成装置Ａにおいて、現像手段１を構成する感光体ドラム１ａや現像担持体１ｅなどの各部材は、それぞれ寿命に達する耐久枚数が異なる。例えば直径３０ｍｍ以下の感光体ドラム１ａの場合は、記録体を１万プリント程度行なった段階で交換を要するものとされている。従来の画像形成装置には、この感光体ドラム１ａを他の現像手段１の構成部材に対して分離可能で、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としたものがある。しかしながら、この従来の画像形成装置では、画像形成に伴って感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄとの間に堆積したトナーが、プロセスカートリッジとした感光体ドラム１ａを画像形成装置本体から取り外す際に飛散して、操作者の手や衣服に付着したり、現像手段１周辺を汚染してしまうという問題があった。

また、感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄは、互いの外周面の間隙を例えば１００〜２００μｍの誤差範囲内で高精度に設置する必要があり、このような間隙精度を確保しつつ感光体ドラム１ａのみを交換することは、一般ユーザにとって非常に困難なことであり、プロセスカートリッジとした感光体ドラム１ａを交換する度に記録体Ｓに形成される画像品質が変わってしまうという問題が生じていた。

これに対して、本実施形態では、現像手段１の感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄがプロセスカートリッジ６として一体に収容され、このプロセスカートリッジ６が、収容部１ｑと一体とされつつ分離可能とされている。このように構成された現像手段１は、画像形成装置に設けられたレバー（操作部）が画像形成（トナー像形成）時の姿勢に位置されているときには、プロセスカートリッジ６と収容部１ｑとが一体に保持されてロック状態とされている。

このように収容部１ｑと一体とされて画像形成装置本体Ｂに装着されたプロセスカートリッジ６を画像形成装置本体Ｂから取り外して交換を行う際には、レバーを操作すると、図３に示すように、プロセスカートリッジ６に対し収容部１ｑが相対的に例えば１ｍｍ程度下降して、プロセスカートリッジ６の第１筐体１ｐの係合部１ｋと収容部１ｑの開口部１ｌとの係合状態が解除される。また、これと同時に、中間転写体２が相対的に上昇し、プロセスカートリッジ６の感光体ドラム１ａと転写ベルト２ａとの当接状態が解除される。これにより、現像手段１が、トナー担持体１ｄと現像剤担持体１ｅの間隙部分で分離されてプロセスカートリッジ６がフリーの状態とされる。さらに、このフリーとなったプロセスカートリッジ６は、例えばレバーを画像形成装置本体Ｂの外方に引っ張ることで、画像形成装置本体Ｂに設けられた図示せぬレールに沿って外部に引き出される。これにより、交換を要する感光体ドラム１ａを備えたプロセスカートリッジ６を新品の感光体ドラム１ａを備えたプロセスカートリッジ６と交換することが可能とされる。また、上記の操作を逆順に行なうことで新たなプロセスカートリッジ６を画像形成装置本体Ｂに装着し収容部１ｑと連結させることが可能とされる。

このように画像形成装置本体Ｂに装着された本実施形態のプロセスカートリッジ６は、感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄを一体に納めてカートリッジ化したものであり、高精度を要する感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄとの間隙を予め所定の精度をもって形成されている。このため、感光体ドラム１ａの交換毎に生じていた形成画像の品質変化は、必然的に生じないものとされて、プロセスカートリッジ６を交換した場合においても安定した画像形成が可能とされる。

これに加えて、図５を参照して前述した通り、プロセスカートリッジ６の交換を行なう前段で、バイアス電圧印加手段１０が制御手段１１で制御され、収容部１ｑからプロセスカートリッジ６に向けて供給されトナー担持体１ｄに担持されていたトナーが、画像形成動作の終了とともに、逆にプロセスカートリッジ６から収容部１ｑに向けて返送されて現像剤担持体１ｅに担持されている。このため、前述のプロセスカートリッジ６を収容部１ｑから分離する際、および画像形成装置本体Ｂから取り外す際には、プロセスカートリッジ６内のほとんどのトナーが収容部１ｑに回収された状態とされている。よって、プロセスカートリッジ６の下方に向けて開口する第２開口部１ｊからトナーが飛散することはない。さらに、プロセスカートリッジ６と収容部１ｑの分離に伴って衝撃などが負荷され、プロセスカートリッジ６内に残留した微量のトナーが第２開口部１ｊを介して下方に落ちるような場合においても、プロセスカートリッジ６が収容部１ｑの上方に配置されていることで、その直下に位置する収容部１ｑの開口部１ｌを介して収容部１ｑ内に落下することとなる。よって、トナー飛散を生じさせることなく確実にプロセスカートリッジ６の交換が行なわれる。

したがって、上記の構成からなる画像形成装置Ａ及びプロセスカートリッジ６においては、感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄがプロセスカートリッジ６として一体に収容されていることによって、感光体ドラム１ａを交換する際に、感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄの間隙を確実に高精度で維持して交換することが可能であり、これによって、常に高品質の画像形成を行なうことが可能となる。

また、収容部１ｑがプロセスカートリッジ６の下方に設けられて一体とされ、また、制御手段１１によって、トナー担持体１ｄと現像剤担持体１ｅのそれぞれの電位の大小を反転するバイアス電圧印加手段１０が設けられることで、プロセスカートリッジ６の交換によるトナー飛散を確実に防止でき、形成画像の汚れや操作者の手や衣服にトナーが付着することが防止される。

さらに、感光体ドラム１ａに加えてトナー担持体１ｄを一体に収容したプロセスカートリッジ６とした場合においても、トナー担持体１ｄが比較的単純な構成の部材で比較的安価なものであるため、そのコストを、トータル的に感光体ドラム１ａのみをプロセスカートリッジとしたものと同等あるいはこれよりも低減させることが可能になる。すなわち、本実施形態のプロセスカートリッジ６を用いることで、交換に伴う画像変化やトナー飛散が防止され、これにより、無駄な記録体Ｓを失くし、トナー飛散に伴う清掃作業を失くすことができる。特に高精度の設置が求められる感光体ドラム１ａの交換やトナー飛散のメンテナンスを、専門家（サービスマン）に依頼する必要がなく一般ユーザが十分に対応できるようになるため、これらに掛かるコストの低減を図ることが可能となり、トータル的なコストの低減を図ることが可能となる。

以上、本発明に係る画像形成装置及びプロセスカートリッジの実施の形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、収容部１ｑがプロセスカートリッジ６の下方に配置されているものとして説明を行なったが、その設置位置はプロセスカートリッジ６の下方に限定されなくてもよいものである。また、本実施形態では、現像手段１の画像形成終了時に、トナー担持体１ｄから現像剤担持体１ｅに向けてトナーが飛翔するような電圧を印加するものとしたが、このような電圧の印加は、画像形成終了時に限定する必要はなく、例えばプロセスカートリッジ６を収容部１ｑから分離する直前に行なわれてもよいものである。さらに、プロセスカートリッジ６には、感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄと帯電器１ｂとクリーニング装置１ｃが設けられているものとしたが、少なくとも感光体ドラム１ａとトナー担持体１ｄがカートリッジ化されていればよいものであり、帯電器１ｂやクリーニング装置１ｃは、プロセスカートリッジ６とは別に設けられていてもよいものである。

また、本実施形態の制御手段１１は、図４に示すように個々の現像手段１のみを制御するものに限定する必要はなく、複数の現像手段１をともに制御したり、画像形成装置Ａ全体を制御するものとされてもよいものである。

さらに、本実施形態では、プロセスカートリッジ６の第１筐体１ｐに係合部１ｋが設けられ、この係合部１ｋが収容部１ｑの開口部１ｌに係合されて、プロセスカートリッジ６（第１筐体１ｐ）と収容部（第２筐体）１ｑが連結されるものとしたが、例えば第２筐体１ｑに係合部を形成して互いが連結されてもよく、特に互いの連結方法やその手段は限定を必要とするものでない。

さらに、本実施形態では、中間転写体２の転写ベルト２ａに各色のトナー像を重畳してカラートナー像を形成し、このカラートナー像を記録体Ｓに担持させる構成の画像形成装置Ａであるものとして説明を行なっているが、本発明は、転写ベルト２ａに沿って設けられた各現像手段１の感光体ドラム１ａと転写ベルト２ａとの間に記録体Ｓが給送されて画像形成を行なう画像形成装置に適用されてもよいものである。また、本実施形態では、フルカラー画像を形成するために、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色を用いる画像形成装置Ａとして説明を行なっているが、マゼンタ、シアン、イエローの３色を用いてフルカラー画像を形成する画像形成装置やブラックのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置に適用されてもよいものである。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示した図である。図１の画像形成装置に具備される現像手段を示した図である。図２の現像手段のプロセスカートリッジと収容部を分離した状態を示す図である。図２に示した現像手段の制御系のブロック図である。図２に示した現像手段の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１現像手段
１ａ感光体ドラム（像担持体）
１ｂ帯電器
１ｃクリーニング装置
１ｄトナー担持体
１ｅ現像剤担持体
１ｇ現像剤撹拌手段
１ｈ現像剤撹拌手段
１ｋ係合部
１ｐ第１筐体
１ｑ収容部（第２筐体）
２中間転写体
２ａ転写ベルト
３記録体搬送手段
４定着装置
５光走装置
６プロセスカートリッジ
１０バイアス電圧印加手段
１１制御手段
Ａ画像形成装置
Ｂ画像形成装置本体

Claims

トナーと該トナーが帯電付着したキャリアとからなる現像剤を撹拌しながら搬送する現像剤撹拌手段と、
前記現像剤撹拌手段から供給された前記現像剤を磁気的に担持しながら搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体から供給された前記トナーを担持しながら搬送するトナー担持体と、
被記録画像の静電潜像が形成され、前記トナー担持体から前記トナーが供給されて該静電潜像が顕像化される像担持体と、
前記像担持体及び前記トナー担持体が一体に収容されるプロセスカートリッジと、
前記現像剤担持体及び前記現像剤撹拌手段を画像形成装置本体内に収容する収容部と、
前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
前記トナー担持体及び前記現像剤担持体を駆動する駆動手段と、
前記バイアス電圧印加手段を制御して前記現像担持体及び前記トナー担持体のそれぞれの電位の相対的な大小を調節して前記駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
前記プロセスカートリッジは、前記画像形成装置本体と着脱可能で、かつ該画像形成装置本体に装着されたときに前記収容部に連結され、
前記制御手段は、
画像形成作動中に前記現像剤担持体から前記トナー担持体にトナーが移動するバイアス電圧を前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間に印加するように前記バイアス電圧印加手段を制御し、
画像形成終了時に前記トナー担持体から前記現像剤担持体にトナーが回収されるバイアス電圧を前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間に印加するように前記バイアス電圧印加手段を制御し、この状態で前記トナー担持体が１回転以上回転した後に停止するように前記駆動手段を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記プロセスカートリッジを前記画像形成装置本体に装着したときに、前記現像剤担持体が前記トナー担持体の下方に配されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記プロセスカートリッジを前記画像形成装置本体に装着したときに、前記トナー担持体の下方に前記現像剤担持体を配し、該プロセスカートリッジと前記収容部とを連結するための係合部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。