JP4753020B2

JP4753020B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP4753020B2
Application number: JP2005308190A
Authority: JP
Inventors: 聡一山崎; 健井熊
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-10-24
Also published as: JP2007114651A

Description

本発明は、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させて顕像化する電子写真、静電複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。

従来、現像装置として、像担持体である感光体と現像ローラとの間に所定の現像ギャップを設けるとともに、現像ローラ上のトナーを感光体にジャンピングさせて感光体上に静電潜像を現像する非接触ジャンピング現像方式が知られている。この非接触ジャンピング現像方式の現像装置は、像担持体である感光体と現像ローラとの間に所定の現像ギャップを設けるとともに、現像ローラ上のトナーを感光体にジャンピングさせて感光体上に静電潜像を現像する方式である。この非接触ジャンピング現像方式では、感光体と現像ローラとの間の現像ギャップを高精度に維持することが良好な現像を行う上で重要である。

感光体と現像ローラとの間の現像ギャップを高精度に維持する従来技術として、特開平５−２７５７１号公報には、現像ギャップ調整材としてシート状部材を用い、このシート状部材を現像ローラの両端部外周面と感光体の両端部外周面との間に介在させることで、現像ローラと感光体との間に適正な現像ギャップを容易に確保する技術が開示されている。
特開平５−２７５７１号公報

しかしながら、従来のものは、現像ギャップ調整材が感光体及び現像ローラとは別の場所に設けているので、感光体、現像ローラ及び現像ギャップ調整材の組付けが面倒であるばかりでなく、組付け状態によっては高精度に現像ギャップを設定するのが困難となる。しかも、現像ギャップ調整材が固定されているのに対して、感光体と現像ローラは回転するため、現像ギャップ調整材と感光体との間、及び現像ギャップ調整材と現像ローラとの間が擦られて、感光体及び現像ローラに摩耗が発生し、高精度な現像ギャップの維持が困難となる。

本発明は、前記従来技術の持つ課題を解決する、簡単な構成で現像ギャップを高精度に維持でき、さらに、画質向上のために不可欠な現像ローラへのトナー供給不良と帯電不良及び現像履歴の発生を解決する現像装置を提供することを目的とする。

本第１発明は、前記課題を解決するために、現像装置において、像担持体と、両端周面部にスペーサを巻き付け配置し、トナー搬送面が前記像担持体に所定の現像ギャップを置いて対向するように設けられる現像ローラと、現像ローラにトナーを供給する供給ローラと、現像ローラと当接する規制ブレードを備え、現像ローラの一方の端部から交流バイアスを印加し、現像ローラの他方の端部で現像ローラ、供給ローラ及び規制ブレードとを電気的に接続し、電気的に接続した回路の供給ローラ側に現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置し、規制ブレード側に現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置することを特徴とする。

本第２発明は、現像装置において、像担持体と、両端周面部にスペーサを巻き付け配置し、トナー搬送面が前記像担持体に所定の現像ギャップを置いて対向するように設けられる現像ローラと、現像ローラにトナーを供給する供給ローラと、現像ローラと当接する規制ブレードと、現像ローラの上部に当接する飛散防止シール材とを備え、現像ローラの一方の端部から交流バイアスを印加し、現像ローラの他方の端部で現像ローラ、供給ローラ、規制ブレード及び飛散防止シール材とを電気的に接続し、電気的に接続した回路の供給ローラ側に現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置し、規制ブレード側に現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置し、飛散防止シール材側に飛散防止シール材側に整流する方向にダイオードを配置することを特徴とする。

本第３発明は、本第１または第２発明の現像装置において、前記ダイオードとして、逆回復時間がμｓｅｃ以下のものを用いることを特徴とする。

現像ローラに直接スペーサを取り付けることにより、現像ギャップを高精度に維持することができる。
現像ローラの一方の端部側に現像バイアス電源を接続するので、クリアでなまりのない交流バイスを印加できる。
現像ローラの他方側で現像ローラ、供給ローラ、規制ブレードとを電気的に接続形成した電気回路に、供給ローラ側、規制ブレード側から現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置することにより、トナーの供給性と帯電性を向上することができる。
白ベタ時でも黒ベタ時でも同じように供給バイアスが印加されるため、白ベタ時にトナーの過供給と過耐電を防止できる。
飛散防止シール材側に飛散防止シール材側に整流する方向にダイオードを配置することにより、トナーの帯電性を低下させ、トナーの剥離性を向上することができ、トナーのリセット性を向上させ、現像履歴の発生を防止できる。
ダイオードとして、逆回復時間がμｓｅｃ以下のものを用いる構成により、交流バイアスの矩形波のなまりを防止し、供給バイアス、帯電バイアスの電位・電流の低下することなく、安定したトナー供給、トナー帯電が可能となる。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の現像装置を備える画像形成装置を構成する主要構成要素を示した図である。

本実施の形態に係る画像形成装置１は、図１に示すように、潜像を担持するための像担持体の一例としての感光体ドラム５の回転方向７に沿って、帯電ユニット９、ロータリー現像ユニット１１、露光ユニット１５、一次転写ユニット１９、中間転写ベルト２１を有し、さらに、二次転写ユニット２３、定着ユニット２７、排紙トレイ部２９を有している。

感光体ドラム５は、円筒状の導電性基材とその外周面に形成された感光層を有し、中心軸を中心に回転可能であり、本実施の形態においては、図１中の矢印で示すように時計回りに回転する。

帯電ユニット９は、感光体ドラム５を帯電するための装置であり、露光ユニット１５は、レーザを照射することによって帯電された感光体ドラム５上に潜像を形成する装置である。この露光ユニット１５は、半導体レーザ、ポリゴンミラー、Ｆ−θレンズ等を有しており、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等の不図示のホストコンピュータから入力された画像信号に基づいて、変調されたレーザを帯電された感光体ドラム５上に照射する。

ロータリー現像ユニット１１は、感光体ドラム５上に形成された潜像を、ブラック現像装置１２Ｋに収容されたブラック（Ｋ）トナー、マゼンタ現像装置１２Ｍに収容されたマゼンタ（Ｍ）トナー、シアン現像装置１２Ｃに収容されたシアン（Ｃ）トナー及びイエロー現像装置１２Ｙに収容されたイエロー（Ｙ）トナーを用いて現像するための装置である。

ロータリー現像ユニット１１は、本実施の形態においては、回転することにより、前記４つの現像装置１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙの位置を動かすことを可能としている。すなわち、このロータリー現像ユニット１１は、前記４つの現像装置１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙを回転軸３１を中心として、それらの相対位置を維持したまま回転可能となっている。

そして、１ページ分の画像形成が終了する毎に選択的に感光体ドラム５に対向し、それぞれの現像装置１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙに収容されたトナーＴにて、感光体ドラム５上に形成された潜像を順次現像する。なお、前述した４つの現像装置１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙの各々は、ロータリー現像ユニット１１の前記保持部に対して着脱可能となっている。また、各現像装置の詳細については後述する。

一次転写ユニット１９は、感光体ドラム５に形成された単色トナー像を中間転写ベルト２１に転写するための装置であり、４色のトナーが順次重ねて転写されると、中間転写ベルト２１にフルカラートナー像が形成される。この中間転写ベルト２１は、エンドレスのベルトであり、感光体ドラム５とほぼ同じ周速度にて回転駆動される。二次転写ユニット２３は、中間転写ベルト２１上に形成された単色トナー像やフルカラートナー像を紙、フィルム、布等の記録媒体に転写するための装置である。

定着ユニット２７は、記録媒体上に転写された単色トナー像やフルカラートナー像を紙等の記録媒体に融着させて永久像とするための装置である。

次に、図２、図３、図４を用いて、本発明の現像装置の構成を説明する。図２は、本発明の現像装置の概念図であり、図３は、本発明の現像装置の主要構成要素を示した断面図であり、図４は、本発明の現像装置の主要構成要素を示した要部断面図である。

ロータリー現像ユニット１１には、ブラック（Ｋ）トナーを収容したブラック現像装置１２Ｋ、マゼンタ（Ｍ）トナーを収容したマゼンタ現像装置１２Ｍ、シアン（Ｃ）トナーを収容したシアン現像装置１２Ｃ、及び、イエロー（Ｙ）トナーを収容したイエロー現像装置１２Ｙが設けられているが、各現像装置の構成は同様であるので、以下、イエロー現像装置１２Ｙについて説明する。

イエロー現像装置１２Ｙは、現像ローラ５５、飛散防止シール部材１１７、上部ハウジング部材４１と下部ハウジング部材４２により構成されトナーを収容するハウジング４３、供給ローラ５３、規制ブレード９１等を有している。

現像ローラ５５は、トナーを担持して感光体ドラム５と対向する現像位置に搬送する。現像ローラ５５は、図２に示すとおり、その長手方向両端部で支持されており、中心軸を中心として回転可能である。図４に示すように、現像ローラ５５は、感光体ドラム５の回転方向と逆の方向に回転する。その中心軸は、感光体ドラム５の中心軸よりも下方にある。また、図２、図４に示すように、現像ローラ５５のトナー非搬送面の両端部には、スペーサ１００が巻き付け固定され、現像ローラ５５と感光体ドラム５との間には現像ギャップｇが存在する。すなわち、イエロー現像装置１２Ｙは、感光体ドラム５上に形成された潜像を非接触状態で現像する。なお、感光体ドラム５上に形成された潜像を現像する際には、現像ローラ５５と感光体ドラム５との間に交番電界が形成される。

現像ローラ５５の両端部のトナー非搬送面の周面には、スペーサ１００が巻かれて固定される。このスペーサ１００が、感光体ドラム５の像非担持面２に圧接されることで、現像ローラ５５のトナー搬送面と感光体ドラム５の像担持面との間に現像ギャップが形成される。そして、この現像ギャップは、スペーサ１００の厚みを適宜選択することで所望の大きさに設定できる。これにより、現像装置１２Ｙは、非磁性一成分現像剤であるトナーを用いた非接触ジャンピング現像を行う。

飛散防止シール部材１１７は、イエロー現像装置１２Ｙ内のトナーが器外に漏れることを防止するとともに、現像位置を通過した現像ローラ５５上のトナーを、掻き落とすことなく現像器内に回収する。この飛散防止シール部材１１７は、ポリエチレンフィルム等からなるシールである。飛散防止シール部材１１７は、バックアップスポンジ１１９の弾性力によって、現像ローラ５５に押しつけられている。飛散防止シール部材１１７が現像ローラ５５に当接する当接位置は、現像ローラ５５の中心軸よりも上方である。

供給ローラ５３は、ハウジング４３内に配置され、ハウジング４３内に収容されたトナーを現像ローラ５５に供給する。供給ローラ５３は、ポリウレタンフォーム等からなり、弾性変形された状態で現像ローラ５５に当接している。供給ローラ５３は、中心軸を中心として回転可能であり、その中心軸は、現像ローラ５５の回転中心軸よりも下方にある。また、供給ローラ５３は、現像ローラ５５の回転方向と逆方向に回転する。

規制ブレード９１は、感光体ドラム５５と対向する現像領域に搬送される途中において現像ローラ５５に圧接し、現像ローラ５５に担持されたトナーの層厚を規制し、また、現像ローラ５５に担持されたトナーを摩擦帯電し電荷を付与する。

このように構成されたイエロー現像装置１２Ｙにおいて、供給ローラ５３がトナー収容部に収容されているトナーを現像ローラ５５に供給する。現像ローラ５５に供給されたトナーは、現像ローラ５５の回転に伴って、規制ブレード９１の当接位置に至り、該当接位置を通過する際に、層厚が規制されるとともに、電荷が付与される。層厚が規制された現像ローラ５５上のトナーは、現像ローラ５５のさらなる回転によって、感光体ドラム５に対向する現像位置に至り、該現像位置にて交番電界下で感光体ドラム５上に形成された潜像の現像に供される。現像ローラ５５のさらなる回転によって現像位置を通過した現像ローラ５５上のトナーは、飛散防止シール部材１１７を通過して、飛散防止シール部材１１７によって掻き落とされることなく現像装置内に回収される。さらに、未だ現像ローラ５５に残存しているトナーは、前記供給ローラ５３によって剥ぎ取られる。

（実施例１）
図５、図６は、本発明の現像装置の第１実施例を示すものである。現像カートリッジに平均体積粒径４μｍのトナーを１５０ｇ入れた。現像ローラ５５は、鉄にニッケルメッキをした金属ローラを用い、その両端部周面に厚み６０μｍの粘着テープからなるスペーサ１００を巻き付け配置し、現像ギャップを６０μｍとした。現像ローラ５５の一方の端部に現像バイアス電源から、−３００Ｖの直流電圧に８００Ｖの交流電圧を周波数３０００Ｈｚで重畳させ印加した。現像ローラ５５の他方の端部で、現像ローラ５５，供給ローラ５３及び規制ブレード９１とを電気的に接続し電気回路を形成する。

電気回路の供給ローラ５３側と規制ブレード９１側にそれぞれ現像ローラ側に整流する方向にダイオード１０１、１０２を配置した。ダイオード１０１、１０２として、東芝製高速整流ダイオード０５ＮＨ４６（ピーク繰り返し逆電圧Ｖｒｍ＝１０００Ｖ、逆回復時間Ｔｒｒ＝２００ｎｓｅｃ）を用いた。ＪＩＳＫ６９１１に基づく体積抵抗として、供給ローラ５３は、１０^-6Ωｃｍ、規制ブレード９１は、１０^-8Ωｃｍのものを用いた。感光体ドラム５の周速とスペーサ１００の周速を２１２ｍｍ／ｓｅｃの等速で現像した。その結果、全面ベタ画像として均一画像が得られ、かつ画像濃度もＯＤ値で１．４と十分な画像濃度が得られた。ダイオード１０１、１０２としては、逆回復時間Ｔｒｒがμｓｅｃ以下のものが好ましい。ダイオードの逆回復時間が大きいと、交流バイアスの矩形波がなまってしまい、供給バイアスや規制ブレードの帯電バイアスの電位・電流が低下するからである。

ここで、画像デューティの違いによる印字の効果を説明する。画像デューティが小さい白に近い印字の場合、供給ローラ５３と現像ローラ５５の電位差が大きくなり、供給ローラ５３が現像ローラ５５に比べて負になっているので、負に摩擦帯電されたトナーは現像ローラ５５に供給される方向に作用し、トナーの搬送性が上がり、印字中の黒は濃度低下を起こさず鮮明に印字される。また、逆帯電性トナー・正に帯電した紙粉等によるかぶりは抑えられる。

画像デューティが大きい黒ベタに近い印字の場合、濃度低下を防止することができる。それは、以下に説明する作用による。印字中にトナーの供給量が少なくなり、現像ローラ５５上のトナー搬送量が少なくなったとき、トナーの帯電量が上がる。その帯電量の高いトナーとそれに応じた帯電量を持つ現像ローラ５５上のカウンターチャージの間で強いクーロン力が生じて、現像バイアスを印加しているにも関わらず、現像部位でトナーが現像ローラ５５から感光体ドラム５へ移行せず、現像が不充分で画像濃度低下が起こる。その結果、現像部位より下流の現像ローラ５５上に付着しているトナーが供給部位に戻り、トナー剥離量が増える。トナーの剥離によって、先にも述べたように供給ローラ５３が負の電位にクランプされ、現像ローラ５５と電位差が生じる。現像ローラ５５に対して供給ローラ５３が負の電位である電位差によって、トナー供給をより増進する方向に作用し、現像ローラ５５上のトナーの搬送性を上げ、画像濃度を上げることができる。また、このことから、複雑な電源印加の装置構成でなくてもダイオード１０１、１０２を、供給ローラ５３側、規制部材９１側に現像ローラ５５側に整流する方向に配置することによって、画像デューティに応じた電位差を発生し、画像濃度を確保し、かぶりの低減を図ることができる。

（実施例２）
図７、図８は、本発明の第２実施例を示すものである。現像カートリッジに平均体積粒径４μｍのトナーを１５０ｇ入れた。現像ローラ５５は、鉄にニッケルメッキをした金属ローラを用い、その両端周面部に厚み６０μｍの粘着テープからなるスペーサ１００を巻き付け配置し、現像ギャップを６０μｍとした。現像ローラ５５の一方の端部に現像バイアス電源から、−３００Ｖの直流電圧に８００Ｖの交流電圧を周波数３０００Ｈｚで重畳させ印加した。現像ローラ５５の他方の端部で、現像ローラ５５，供給ローラ５３、規制ブレード９１及び飛散防止シール材１１７とを電気的に接続し電気回路を形成する。

電気回路の供給ローラ５３側と規制ブレード９１側にそれぞれ現像ローラ５５側に整流する方向にダイオード１０１、１０２を配置し、飛散防止シール材１１７側に飛散防止シール材側に整流する方向にダイオード１０３を配置した。ダイオード１０１、１０２、１０３として、東芝製高速整流ダイオード０５ＮＨ４６（ピーク繰り返し逆電圧Ｖｒｍ＝１０００Ｖ、逆回復時間Ｔｒｒ＝２００ｎｓｅｃ）を用いた。ＪＩＳＫ６９１１に基づく体積抵抗として、供給ローラ５３は、１０^-6Ωｃｍ、規制ブレード９１は、１０^-8Ωｃｍ、飛散防止シール材１１７は、１０^-6Ωｃｍのものを用いた。感光体ドラム５の周速とスペーサ１００の周速を２１２ｍｍ／ｓｅｃの等速で現像した。全面ベタ画像を何枚連続印字しても均一な画像が得られ、かつ画像濃度もＯＤ値で１．４と十分な画像濃度が得られた。図９に示される現像履歴パターンを印字しても、現像履歴は発生しなかった。

第２実施例では、飛散防止シール材１１７側の電気回路に飛散防止シール材１１７側に整流するダイオード１０３を配置することにより、現像後のトナーが飛散防止シール材１１７に接触し、除電されて現像ローラ５５から剥離し、トナーのリセット性が向上する。

（比較例１）
実施例１の電気回路からダイオード１０１、１０２を配置しない電気回路とし、現像ローラ５５と供給ローラ５３と規制ブレード９１を等電位とし、実施例１と同じ現像条件で現像したところ、全面ベタ画像を印字すると、トナー供給不良による画像ムラが発生した。図９に示す現像履歴パターンを印字すると、図１０に示されるような画像履歴が発生した。

（比較例２）
実施例１の電気回路のダイオード１０１、１０２を、東芝製高速整流ダイオードＴＦＲＩＮ（ピーク繰り返し逆電圧Ｖｒｍ＝１０００Ｖ、逆回復時間Ｔｒｒ＝１０μｓｅｃ）に変更し、実施例１と同じ現像条件で現像したところ、全面ベタ画像を連続印字すると、トナー供給不良による画像ムラがひどく発生した。図９に示す現像履歴パターンを印字すると、図１０に示されるような画像履歴が発生した。

本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。

符号の説明

１：画像形成装置、５：感光体ドラム、９：帯電ユニット、１１：ロータリー現像装置、１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙ：ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー現像装置、
１５：露光ユニット、１９：一次転写ユニット、２１：中間転写ベルト、２３：二次転写ユニット、２７：定着ユニット、２９：排紙トレイ部、４３：ハウジング、５３：供給ローラ、５５：現像ローラ、９１：規制ブレード、１００：スペーサ、１０１：供給ローラ側ダイオード、１０２：規制ブレード側ダイオード、１０３：飛散防止シール材側ダイオード、１１７：飛散防止シール材

Claims

像担持体と、両端周面部にスペーサを巻き付け配置し、トナー搬送面が前記像担持体に所定の現像ギャップを置いて対向するように設けられる現像ローラと、現像ローラにトナーを供給する供給ローラと、現像ローラと当接する規制ブレードを備え、現像ローラの一方の端部から交流バイアスを印加し、現像ローラの他方の端部で現像ローラ、供給ローラ及び規制ブレードとを電気的に接続し、電気的に接続した回路の供給ローラ側に現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置し、規制ブレード側に現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置することを特徴とする現像装置。
像担持体と、両端周面部にスペーサを巻き付け配置し、トナー搬送面が前記像担持体に所定の現像ギャップを置いて対向するように設けられる現像ローラと、現像ローラにトナーを供給する供給ローラと、現像ローラと当接する規制ブレードと、現像ローラの上部に当接する飛散防止シール材とを備え、現像ローラの一方の端部から交流バイアスを印加し、現像ローラの他方の端部で現像ローラ、供給ローラ、規制ブレード及び飛散防止シール材とを電気的に接続し、電気的に接続した回路の供給ローラ側に現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置し、規制ブレード側に現像ローラ側に整流する方向にダイオードを配置し、飛散防止シール材側に飛散防止シール材側に整流する方向にダイオードを配置することを特徴とする現像装置。
前記ダイオードとして、逆回復時間がμｓｅｃ以下のものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。