JP4666753B2 - 現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真方式を採用した複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関し、特に現像手段に現像剤を供給する現像剤収納容器の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電子写真画像形成プロセスを用いた電子写真画像形成装置においては、電子写真感光体ドラム及び電子写真感光体ドラムに作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを画像形成装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。このプロセスカートリッジ方式に依れば、装置のメンテナンスをサービスマンによらずに使用者自身が行うことができるので、格段に操作性を向上させることができた。そこでこのプロセスカートリッジ方式は、電子写真画像形成装置において広く用いられている。
【0003】
プロセスカートリッジは少なくとも現像手段と感光体ドラムとを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に対し着脱可能としたものであり、更に現像剤収納容器、帯電手段、クリーニング手段等を一体的に構成したものもある。
【0004】
図16は従来例に係る画像形成装置を説明する図である。図においてプロセスカートリッジ100には、像担持体である感光体ドラム101、現像装置103、クリーニング装置105、帯電部材106、及び現像剤収納容器であるトナー容器109が一体に構成されている。また画像形成装置は露光装置102、転写装置104、定着装置107、給送装置108を有している。
【0005】
帯電部材106によって所定の電位に帯電された感光体ドラム101の表面に対して、露光装置102は画像情報に応じたレーザ光LをON/OFFさせて照射し、電荷を除電することで静電潜像を感光体ドラム101上に形成する。
【0006】
トナー容器109内には攪拌部材110が設けられており、現像剤(以下トナーという)の凝集を防止すると共に現像装置103へとトナーを搬送する。現像装置103は現像スリーブ111によって感光体ドラム101上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する。形成されたトナー像は給送装置108によって給送された転写材の表面に転写され、定着装置107によって加熱加圧されることによって永久定着され、装置外部に排出される。一方、転写後に感光体ドラム101上に残留したトナーや紙粉などは、クリーニング装置105によって除去される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年の画像形成装置の高速化に伴い、プロセスカートリッジ100の高速化対応、高耐久化が要求されているため、一つのプロセスカートリッジ100に充填するトナー量が多くなり、トナー容器109自体も大きくなってきている。しかしトナー充填量が多くなることによって、従来の容器構成ではトナーの立ち上がり(現像に必要な所定の帯電量となること)が遅くなり、すなわち適正な現像量に達するまでに時間がかかるという問題が生じる。
【0008】
上記課題を解決するための本発明における代表的な手段は、画像形成装置に用いられる現像剤収納容器において、感光体に形成された静電潜像を現像するための現像スリーブで用いられる現像剤を収納する複数の現像剤収納部と、前記複数の現像剤収納部にそれぞれ設けられた、現像剤を前記現像スリーブに向かう方向へ搬送する回転可能な複数の攪拌部材と、を有し、前記複数の攪拌部材のうち前記現像スリーブに最も近い攪拌部材は、回転可能且つ回転軸線に垂直な断面形状が円形の攪拌軸部材と、前記攪拌軸部材に設けられたシートとを備えており、他の攪拌部材よりも回転速度が大きく、現像剤の未使用時において現像剤に埋没した状態で回転することで前記シートが前記攪拌軸部材に巻き付くように撓むことを特徴とする。
【0009】
図18に、例として3万枚の記録を保証するために1500gのトナーを充填した場合の画像形成枚数と現像されるトナー量(単位面積あたりの現像量:M/S)との関係を示す。図に示すように、従来のトナー容器109の構成で1500gのトナーを充填すると、適正現像量に達するまでには15,000枚の画像形成を必要とした。このとき前記プロセスカートリッジ100内でのトナーは、図17に示した如くトナー容器109内を大きく循環することとなる。
【0010】
そこで本発明は、大容量の現像剤を充填し、かつ使用初期から所定の現像量が得られる現像剤収納容器、及びこれを有する現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置の代表的な構成は、現像手段に現像剤を供給する現像剤収納容器であって、複数の現像剤収納部と、前記複数の現像剤収納部を連結する開口と、複数の攪拌部材とを有し、前記開口は現像剤未使用時において現像剤に埋没する高さに設定し、前記複数の現像剤収納部には夫々少なくとも一つの前記攪拌部材を配置したことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
[第一実施形態]
本発明に係る現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。図1は画像形成装置の全体構成図、図2はプロセスカートリッジの構成図、図3は攪拌部材の斜視図、図4及び図5は攪拌部材の動作説明図、図6は具体例に用いた現像装置の断面図、図7は各攪拌部材の回転数ごとのトナー供給量を説明する図、図8は具体例に用いた現像装置の断面図、図9は攪拌部材の回転半径と厚さによるトナーの搬送性を説明する図、図10は攪拌部材の厚さと回転数による攪拌部材の変形量を説明する図、図11は仕切部材の有無による現像量の比較を説明する図である。
【0013】
まず、図1を用いて画像形成装置全体について説明する。図においてプロセスカートリッジ1には、像担持体である感光体ドラム2、帯電部材3、現像装置4、クリーニング装置5、及び現像剤収納容器であるトナー容器6が一体に構成されている。また画像形成装置は露光装置7、給送装置8、転写装置11、定着装置12等を有している。
【0014】
画像形成に際しては、まず感光体ドラム2を帯電部材3によって所定の電位に一様帯電し、その表面に対して露光装置7が画像情報に応じたレーザ光Lを照射することにより電荷を除電して、静電潜像を形成する。静電潜像は現像装置4によって現像することにより顕像化され、感光体ドラム2上にトナー像が形成される。
【0015】
装置下部には給送装置8が配置されており、これに収納された転写材が給送ローラ9によって一枚ずつ分離給送され、レジストローラ対10によって斜行を矯正されると共にトナー像と同期して搬送される。そして感光体ドラム2上のトナー像は転写装置11によって転写材に転写され、定着装置12によって熱と圧力を印加されることにより永久定着された後に、排出ローラ対13によって機外の排出トレイ14に排出、積載されて画像形成が終了する。転写後に感光体ドラム2上に残留したトナーや紙粉などはクリーニング装置5によって除去され、感光体ドラム2は次の画像形成の供される。
【0016】
図2に示すように、プロセスカートリッジ1は感光体ドラム2、帯電部材3、現像装置4、クリーニング装置5、及びトナー容器6を一体に構成したものである。現像装置4は感光体ドラム2に近接配置された現像スリーブ15を有し、この現像スリーブ15にドクターブレード16を当接させている。現像スリーブ15はアルミニウム芯金にカーボンコートを付したものを使用している。この現像スリーブ15内に図示しないマグネットを設けることにより、マグネタイトを含有する黒トナーを現像スリーブ15上に引きつけ、ドクターブレードによって現像スリーブ上にトナーを均一に塗布する。
【0017】
トナー容器6は下に三つこぶの円形底を形成し、各こぶの中に3つの攪拌部材17a、17b、17cを有している。各攪拌部材17は仕切部材18a、18bによってそれぞれ現像剤収納部である攪拌領域を形成する。仕切部材18とトナー容器との間に形成される開口19a、19bの幅は、本実施形態においては15mmとしている。これは少なくともトナー未使用時において開口19a、19bがトナーに埋没する高さであり、このように設定することによりトナーの循環を小さくすることができる。一方、開口19を小さくしすぎるとトナーの搬送性に障害を来すため、上記設定は循環性と搬送性を考慮したものである。本実施形態に係るトナー容器6は1500gのトナーを充填し、4%の印字率で3万枚の画像形成を可能とする大容量のものである。
【0018】
図2及び図3に示すように、各攪拌部材17は攪拌軸にシート材を設けた構成であって、本実施形態において攪拌部材17aは厚さ50μm(ヤング率:3GPa)のPPS(ポリフェニレンサルファイド)シートを採用し、回転半径20mmで10rpmの速度で回転する。また攪拌部材17b、17cは厚さ100μm(ヤング率:3GPa)のPPSシートを採用し、回転半径30mmで2rpmの速度で回転する。また、PPSシートの容器に対する進入量は3mmとした。
【0019】
図4に示すように、トナーが1500g充填された状態(トナー未使用時)の各攪拌部材17a〜17cは、トナーの負荷によって弾性変形し、トナーは各攪拌領域内を循環する。このように仕切部材18a、18bを設けて小さな攪拌領域を形成することにより、各攪拌領域間で相互に移動するトナーの量が大幅に減少する。また、現像スリーブ15に最も近い攪拌領域においては大きなトナーの移動がないため、トナーと現像スリーブ15との接触回数が増加し、トナーの帯電状態を早期に適正な状態に近づけることができる。
【0020】
また、トナーが消費され残り少なくなってきた場合、図5に示すように、攪拌部材17b、17cは順次トナーを現像スリーブ15の方へ搬送する。本実施形態においては、トナーが十分に充填された状態での変形においてもクリープ現象を起こさない材質としてPPSシートを採用したため、トナーが減った状態においてはトナー容器6の底まで十分に届き、かつ最後まで十分なトナー搬送性を確保することができる。
【0021】
このように、現像装置4に最も近い攪拌部材17aのシートの厚さを薄くすることにより、トナーが十分にある状態では攪拌部材17aが回転により弾性変形し、攪拌作用が減少すると共に、攪拌部材17aの周辺に小さなトナー循環を形成する。そして回転数を速くしたことにより、トナーが減った状態ではトナーの供給が十分に行うことができる。さらに攪拌部材17aの回転半径を小さくしたことにより、攪拌部材17aの形成する攪拌領域を小さくすることができ、トナーの立ち上がりを早くすることが可能となった。
【0022】
また攪拌部材17b、17cの回転数を現像装置4に最も近い攪拌部材17aの回転数よりも遅くすることにより、攪拌能力を下げることができる。またシートの厚さを厚くしたことにより、トナーが減った状態でも確実な搬送能力を確保することができる。
【0023】
(具体例)
まず、攪拌部材17の回転数とトナーの搬送性の関係について調べた。図6に示すトナー容器6の構成は、比較のために全ての攪拌部材17a〜17cに100μmの厚みのPPSシートを用い、回転半径を30mmとし、容器に対して3mmの進入量を持たせている。画像としてはもっともトナー消費の多い全面黒とし、毎分50枚の速度で連続画像形成した場合、図7に示す結果が得られた。図において現像量に対する供給量は、○:適正、△:やや不足、×:不足として判定した。
【0024】
これより現像スリーブ15に最も近い攪拌部材17aが最後まで十分なトナーを供給するためには最低5rpmの回転数が必要であり、攪拌部材17b、17cは1rpmから30rpmの間において特に不都合は生じなかった。これはトナー容器6内でのトナーの減り方が、攪拌部材17cから順に前へ送るためであり、攪拌部材17b、17cは確実に容器内のトナーを現像スリーブ15側へ送ることが可能であればよいことになる。
【0025】
次に、攪拌部材17の回転半径とシートの厚さによるトナーの搬送性について調べた。図6に示す如く攪拌部材17aの回転半径を30mmとしたトナー容器6と、図8に示す如く攪拌部材17aの回転半径を20mmとしたトナー容器6を用いて比較した結果、図9に示す結果が得られた。図に示すように、回転半径30mmで50μmの厚みのPPSシートではシートの弾性力が弱くトナーの搬送性が得られなかったが、回転半径20mmとすることで50μmの厚みのPPSシートでも十分な搬送性を得ることができた。
【0026】
次に、攪拌部材17のシートの厚さと回転数による攪拌部材17の変形量を図10にモデル化して示す。図に示すように厚さが薄いほど、また回転数が多いほどシートは撓んで軸に巻き付くように回転するため、トナーを攪拌する能力が低下することがわかる。
【0027】
そこでシートの厚さ50μm、回転半径30mm、回転数10rpmの構成でトナーを1000g充填し、仕切部材18a、18bがある場合(●:X)とない場合(○:Y)で現像量を比較したところ、図11に示す結果が得られた。図に示すように、トナー容器6に大容量のトナーを充填した場合であっても、現像スリーブ15付近のトナーをできるだけ動かない構成とすることにより、500g程度のトナーを充填した場合と同様に十分な現像性が得られることが確認できた。また、図8に示したトナー容器6の構成にあっては1000gのトナーを充填して実験を行ったため、仕切部材なしでも1万枚で適正現像量に達し、トナー充填量と現像剤の立ち上がりの関係を確認することができた。
【0028】
上記説明した如く、トナー容器6(現像剤収納容器)を複数の攪拌領域(現像剤収納部)に分割することにより、あたかも現像装置4にトナー量の少ないトナー容器6が接続されているようなトナー循環とすることができる。また、攪拌部材17をシート材で構成することにより、トナー量が多い場合には攪拌作用を小さくすることができ、現像装置4付近のトナーが早く立ち上がるため、プロセスカートリッジ1の使用初期から所定の現像量を得ることができる。また、上記構成を実現する際にトナー容器6が横長の構成となるため、トナーの重量負荷が減少し、高温高湿環境下においてトナーの流動性が低下した場合であってもトナーの攪拌能力及び搬送能力が低下することなく、良好な現像性を維持することが可能となる。
【0029】
[第二実施形態]次に、本発明に係る現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置の第二実施形態について、図を用いて説明する。図12は本実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図であって、上記第一実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【0030】
上記第一実施形態においては攪拌部材17a〜17cを順に10rpm、2rpm、2rpmとして構成したが、本実施形態においては全て5rpmとしたものである。一方、第一実施形態において攪拌部材17a〜17cのヤング率は全て3GPaであったが、本実施形態においては攪拌部材17aを1GPa、攪拌部材17b、17cを3GPaとしている。
【0031】
このように構成することにより、同じ回転数においても現像スリーブ15に最も近い攪拌部材17aは他の攪拌部材17b、17cよりも撓み量が大きくなり、現像スリーブ15近傍のトナーの循環が小さくなる。したがって現像スリーブ15近傍の攪拌能力が低下し、トナーの循環が小さくなるため、現像スリーブ15近傍のトナーの立ち上がりが早くなり、プロセスカートリッジ1の使用初期においても良好な現像性を実現することができる。また、攪拌部材17a〜17cの回転数を同じ値としたことにより、減速の必要がなく、攪拌駆動を簡単に構成することが可能となる。
【0032】
[第三実施形態]次に、本発明に係る現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置の第三実施形態について、図を用いて説明する。図13は本実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図であって、上記第一実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【0033】
本実施形態に係るプロセスカートリッジ1は1000gのトナーを充填し、4%の印字率で2万枚の画像形成を可能にするものである。本実施形態において攪拌部材17a〜17cは全て同じ厚さ、同じ回転半径とし、攪拌部材17aは回転数を10rpm、攪拌部材17b、17cは2rpmとしている。
【0034】
このように構成することにより、おなじ攪拌部材17を用いた場合であっても、攪拌部材17aの回転数が速いことから撓み量が大きくなり、現像スリーブ15近傍のトナーの循環が小さくなる。したがって現像スリーブ15近傍の攪拌能力が低下し、トナーの循環が小さくなるため、現像スリーブ15近傍のトナーの立ち上がりが早くなり、プロセスカートリッジ1の使用初期においても良好な現像性を実現することができる。また攪拌部材17a〜17cを構成する部材を共通とすることにより、生産コストの低減を図ることができる。
【0035】
[第四実施形態]次に、本発明に係る現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置の第四実施形態について、図を用いて説明する。図14は本実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図であって、上記第一実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【0036】
上記第一実施形態においては仕切部材18a、18bによって攪拌領域を形成して示したが、本実施形態のいてはシリンダー形状の容器を連結した構成とすることにより、各攪拌部材17a〜17cに対応した攪拌領域を形成している。本実施形態においても各攪拌領域は15mmの開口を形成して連結され、各攪拌部材の構成、回転数は第一実施形態と同様とする。ここでシリンダーの内径、攪拌部材の構成、回転数などは、トナーの充填量や画像形成速度によって任意に設定することができる。
【0037】
[第五実施形態]次に、本発明に係る現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置の第五実施形態について、図を用いて説明する。図15は本実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図であって、上記第一実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【0038】
上記第一実施形態においては仕切部材18a、18bに開口19を設けて示したが、本実施形態においては開口19に弁機構20を設けている。この弁機構20は厚さ50μmのPBT(ポリブチレンテレフタレート)シートで構成され、トナーの移動に方向性を持たせる働きをする。すなわち攪拌部材17aの攪拌領域において消費したトナーを攪拌部材17bの領域から補充し、攪拌部材17bへの逆流を防止する。このため、現像スリーブ15へのフレッシュトナーの供給が更に低下するため、現像スリーブ15及び攪拌部材17a近傍のトナーの立ち上がりを更に向上させることができる。
【0039】
【発明の効果】
上記説明した如く、本発明に係る現像剤収納容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置においては、現像剤収納容器を複数の現像剤収納部に分割し、その夫々に攪拌部材を配置し、現像剤が十分に入っている場合には攪拌部材の攪拌能力が低く、現像剤が減った状態では搬送力が確保できるよう構成したことにより、現像剤収納容器内のトナーの循環を制限することができ、現像性の立ち上がりを向上させることができる。また複数の現像剤収納部を有することにより、トナーの重量負荷を軽減することができ、高温高湿環境下においてもトナーの流動性低下を抑制することができ、使用環境を問わずに良好な画像形成を行うことができる。
【0040】
また現像手段側の攪拌部材を構成するシートの厚さを薄くし、あるいはヤング率を小さくし、あるいは回転数を多くすることにより、現像手段近傍のトナーの循環を小さくすることができ、現像性の向上を図ることができる。
【0041】
また、攪拌部材を現像剤収納容器に対して所定量進入させた設定とすることにより、トナーを最後まで確実に使い切ることができ、大容量のプロセスカートリッジにおいてもトナーを無駄なく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像形成装置の全体構成図である。
【図2】プロセスカートリッジの構成図である。
【図3】攪拌部材の斜視図である。
【図4】攪拌部材の動作説明図である。
【図5】攪拌部材の動作説明図である。
【図6】具体例に用いた現像装置の断面図である。
【図7】各攪拌部材の回転数ごとのトナー供給量を説明する図である。
【図8】具体例に用いた現像装置の断面図である。
【図9】攪拌部材の回転半径と厚さによるトナーの搬送性を説明する図である。
【図10】攪拌部材の厚さと回転数による攪拌部材の変形量を説明する図である。
【図11】仕切部材の有無による現像量の比較を説明する図である。
【図12】第二実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図である。
【図13】第三実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図である。
【図14】第四実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図である。
【図15】第五実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図である。
【図16】従来例に係る画像形成装置を説明する図である。
【図17】従来例に係るプロセスカートリッジの構成を示す図である。
【図18】従来例に係る画像形成枚数と現像量の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 …プロセスカートリッジ
2 …感光体ドラム
3 …帯電部材
4 …現像装置
5 …クリーニング装置
6 …トナー容器
7 …露光装置
8 …給送装置
9 …給送ローラ
10 …レジストローラ対
11 …転写装置
12 …定着装置
13 …排出ローラ対
14 …排出トレイ
15 …現像スリーブ
16 …ドクターブレード
17 …攪拌部材
18 …仕切部材
19 …開口
20 …弁機構

Claims (8)

  1. 画像形成装置に用いられる現像剤収納容器において、
    感光体に形成された静電潜像を現像するための現像スリーブで用いられる現像剤を収納する複数の現像剤収納部と、
    前記複数の現像剤収納部にそれぞれ設けられた、現像剤を前記現像スリーブに向かう方向へ搬送する回転可能な複数の攪拌部材と、
    を有し、
    前記複数の攪拌部材のうち前記現像スリーブに最も近い攪拌部材は、回転可能且つ回転軸線に垂直な断面形状が円形の攪拌軸部材と、前記攪拌軸部材に設けられたシートとを備えており、他の攪拌部材よりも回転速度が大きく、現像剤の未使用時において現像剤に埋没した状態で回転することで前記シートが前記攪拌軸部材に巻き付くように撓むことを特徴とする現像剤収納容器
  2. 前記複数の現像剤収納部の間に、前記複数の現像剤収納部を仕切る仕切部材と、現像剤が通過する開口部とを有し、該開口部は現像剤の未使用時において現像剤に埋没する高さに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の現像剤収納容器。
  3. 前記複数の攪拌部材のうち前記現像スリーブに最も近い攪拌部材以外の攪拌部材は、回転可能な攪拌軸部材と、前記攪拌軸部材に設けられた可撓性のシートとをそれぞれ備えており、前記現像スリーブに最も近い攪拌部材のシートのヤング率が、他の攪拌部材のシートのヤング率よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の現像剤収納容器。
  4. 前記複数の攪拌部材のうち前記現像スリーブに最も近い攪拌部材以外の攪拌部材は、回転可能な攪拌軸部材と、前記攪拌軸部材に設けられた可撓性のシートとをそれぞれ備えており、前記現像スリーブに最も近い攪拌部材を構成するシートの厚さは、他の攪拌部材のシートの厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1または2記載の現像剤収納容器。
  5. 前記複数の攪拌部材のうち、前記現像スリーブに最も近い攪拌部材の回転半径が、他の攪拌部材の回転半径よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の現像剤収納容器。
  6. 感光体に形成された静電潜像を現像するための現像スリーブと、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の現像剤収納容器と、を有することを特徴とする、画像形成装置に用いられる現像装置。
  7. 感光体と、前記感光体に形成された静電潜像を現像するための現像スリーブと、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の現像剤収納容器と、を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
  8. 転写材に画像を形成する画像形成装置であって、
    感光体と、
    前記感光体に形成された静電潜像を現像するための現像スリーブと、
    請求項1乃至5のいずれか1項に記載の現像剤収納容器と、
    前記転写材を搬送する搬送手段と、
    前記感光体上に形成された現像像を転写材に転写する転写手段と、
    前記転写材に現像像を定着させる定着手段と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
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