JP4807993B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の静電複写プロセスの画像形成装置に備え付けられている現像装置に関するものであり、さらに詳細には、一成分トナーを用いた現像装置に関するものである。さらに該現像装置と像担持体を一体に支持したプロセスカートリッジ、及び該現像装置及び／又はプロセスカートリッジを備えた画像形成装置に関するものである。

近年、オフィスにおけるＯＡ化、カラー化が一段と進み、従来の文字のみからなる原稿の複写だけではなく、パーソナルコンピュータで作成したグラフ等を含む原稿をプリンタにて出力し、プレゼンテーション用の資料等として多数枚複写する機会が増している。プリンタ出力画像は、ベタ画像、ライン画像、ハーフトーン画像が多く、それにともない画像品質に求められる市場の要求が変化しつつあり、また、高信頼性等の要求も更に高まっている。
電子写真、静電記録、静電印刷等の電子写真方式に使用される現像剤は、その現像工程において、例えば、静電潜像が形成されている像担持体（代表的には感光体）に一旦付着され、次に転写工程において感光体から転写紙等の転写媒体に転写された後、定着工程において紙面に定着される。その際、像担持体上に形成される静電潜像を現像するための現像剤としては、キャリアとトナーから成る二成分系現像剤及び、キャリアを必要としないでトナーのみからなる一成分系現像剤（磁性トナー、非磁性トナー）が知られている。二成分系現像剤は、トナー粒子がキャリア表面に付着することにより現像剤が劣化し、また、トナーのみが消費されるため現像剤中のトナー濃度が低下するので、キャリアとトナーとの混合比を一定割合に保持しなければならず、そのため現像装置が大型化するといった欠点がある。一方、一成分系現像剤は、装置の小型化が可能等の利点を有しており、あらゆる環境下（低温低湿、高温高湿）での使用が容易であるなどの理由から現像方式の主流になりつつある。

ところで、一成分系現像剤は、磁性トナーを用いる磁性一成分現像剤と、非磁性トナーを用いる非磁性一成分現像剤とに分類される。磁性一成分現像剤を用いる磁性一成分現像方式は、内部にマグネットなどの磁界発生手段を設けた現像スリーブを用いて、マグネタイトなどの磁性体を含有する磁性トナーを保持し、層厚規制部材により、薄層化し現像するもので、近年小型プリンタなどで多数実用化されている。これに対して、非磁性一成分剤を用いる非磁性一成分現像方式は、トナーが磁気力を持たないため、現像スリーブにトナー補給ローラなどを圧接して現像スリーブ上にトナーを供給し、静電気的に保持させ、層厚規制部材により、薄層化して現像するものであり、有色の磁性体を含有しないため
カラー化に対応できるという利点があり、また現像スリーブにマグネットを用いないため、装置のより軽量化、低コスト化が可能となり、近年小型フルカラープリンタ等で実用化されている。

しかしながら、一成分現像方式では、未だ改善すべき課題が多いのが現状である。二成分現像方式では、トナーの帯電、搬送手段としてキャリアを用い、トナーとキャリアは現像装置内部において十分撹拌、混合された後現像スリーブに搬送され現像に供されるため比較的長時間の使用においても安定した帯電、搬送を持続することが可能であり、また、高速の現像装置にも対応しやすい。これに比べ、一成分現像方式ではキャリアのような安定した帯電、搬送手段がないため、長時間使用や高速化による帯電、搬送不良が起こりやすい。
特に、非磁性一成分現像方式は現像スリーブ上へトナーを搬送した後、層厚規制部材にてトナーを薄層化させて現像するが、トナーと現像スリーブ又は層厚規制部材などの摩擦帯電部材との接触・摩擦帯電時間が非常に短いため、キャリアを用いた二成分現像方式より低帯電、逆帯電トナーが多くなりやすい。また、少なくとも１つのトナー搬送部材によってトナーを搬送し、かつ、搬送されたトナーによって像担持体に形成された静電潜像を現像する手段が採られているが、その際、トナー搬送部材表面のトナーの層厚は極力薄くしなければならない。このために、層厚規制部材による押圧力を受けるために、トナー表面に外添された外添剤のトナー内部への埋没が激しく、トナーの帯電性、流動性が大きく低下するという不具合がある。
特に、トナーの流動性の低下は、搬送能力に影響を及ぼす。単色多数枚連続出力では連続で攪拌され、流動性が上昇するため第二収納室から第一収納室への搬送能力は上昇する。しかしながら、複数色での連続出力又は単色少枚数出力では現像動作間隔に時間がかかるため、その間に流動性が低下し、第二収納室から第一収納室への搬送能力は低下し、高画像追従性に問題を生じる可能性もあった。

そこで、特許文献１には、非磁性一成分現像剤を内包し、現像剤供給部材が現像剤担持体に所定の当接圧で当接して回転し、前記現像剤供給部材の回転速度を少なくとも２種以上の回転速度で駆動可能させ、前記現像剤供給部材近傍の現像剤に振動を与える加振手段を有することについて、開示されている。これにより、トナー供給ローラ周囲に滞留したトナーの安定した流動性を維持し、トナー供給ローラの回転速度に関係なく現像スリーブに安定したトナー供給を可能にすることができる。

しかしながら、上記手段では、安定した流動性に対して効果はあるものの、速度が遅くなった場合には、流動性の低下の回避が十分ではなく、満足のいく流動性が得られないという問題点があった。また、２種以上の回転速度の設定は、トナーの種類だけでなく、使用機種や環境によっても影響を受けるため、適切な条件設定が難しいという問題点があった。

一方、特許文献２には、トナーを攪拌すると共に現像ローラに供給する攪拌手段が、トナー容器内に、前記現像ローラの回転軸と平行な回転軸と、この回転軸に一辺が固着され対向する他辺が自由端である三翼以上の弾性シート翼とを備える現像ユニットについて、開示されている。これによって、トナー容器内の攪拌手段の両端部でのトナー流動性を向上させて、現像ローラの中央部と両端部とが相互に充分に攪拌混合され、流動性が高められた良好なトナーを均一に供給できると共に、攪拌手段の回転時の負荷変動に起因する振動を減らして画像不良の発生を抑えた現像ユニットの提供できる。

しかしながら、上記手段では、現像ユニット作動時の流動性は改善できるものの、現像動作間隔による流動性の低下は改善できない問題点が、依然存在していた。

特開２００３−１５４００号公報 特開２００５−３１２９９号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、出力時に像担持体への接触動作の衝撃での第二収納室から第一収納室への現像剤搬送を補助的に入れ、搬送能力低下を補い、トナーの流動性の低下を防止し、高画質の現像装置、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である。また、出力画素によって接離動作回数を切り分けて確実に搬送量を補い、高画質の現像装置、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である。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、現像剤担持体と、現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体上の現像剤の厚みを規制する現像剤層規制部材と、現像剤供給部材に現像剤を供給する回動可能な第一搬送部材を有する第一収納室と、第一収納室へ供給するための現像剤を貯蔵する第二収納室を有する現像装置と、を備え、前記現像装置が作像時に像担持体に対して移動をし、前記現像装置に組み込まれた像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体が、像担持体に対して接触、又は微少な間隔をおいて停止することにより像担持体に現像剤を供給し、非作像時には前記像担持体から離間する動作を行う複数色からなる現像装置において、作像動作を行った前記現像装置が、複数色の作像動作終了時に前記像担持体への接離動作を少なくとも１回以上行ない、かつ、出力画像の画素により前記接離動作の回数を切り分けることを特徴とする現像装置である。ジョブ動作中に現像装置移動だけの接離動作で搬送能力を補助しているので、待ち時間を増やすこともなく、構成部品の短寿命防止及び低コスト化できる。
また、出力画像の画素により接離回数を切り替えているので、画像に影響を受けず、高搬送能力が得られる。
本発明は、前記現像装置が、回動可能な第二搬送部材を有する前記第二収納室に第二搬送部材位置検出部材を設け、複数色の作像終了時に開口部下方の所定の位置に第二搬送部材を停止させることを特徴とする現像装置である。作像終了時の第二搬送パドルの停止位置を固定していることで、搬送能力を補助しているので、待ち時間を増やすこともなく、構成部品の短寿命も防止できる。
本発明は、前記現像装置が、単色作像時に接離動作を行い、画像形成装置に設置されていることを特徴とする現像装置である。ジョブで変化する搬送能力に応じて接離回数又は第二搬送パドル停止位置固定の切り替えを行なっているので、どのジョブに対しても安定した高搬送能力を得られる。
本発明は、少なくとも像担持体と前記現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
本発明は、前記現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記プロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明は、上記解決するための手段によって、出力時に像担持体への接触動作の衝撃での第二収納室から第一収納室への現像剤搬送を補助的に入れ、搬送能力低下を補い、トナーの流動性の低下を防止し、高画質の現像装置、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ができる。また、出力画素によって接離動作回数を切り分けて確実に搬送量を補い、高画質の現像装置、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ができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は本発明に係わるカラーレーザープリンタの概略構成図である。
このカラーレーザープリンタは、感光体部、書込み部、現像部、中間転写部、給紙部、紙転写部、定着部から成る。感光体部には感光体ベルト１００があり、感光体ベルトの周りには帯電器１ｂ、現像装置１ｃ、感光体クリーニング装置１ｄが配置されている。この感光体ベルトの表面には有機感光層が形成されている。帯電器１ｂに高電圧を印加することにより感光体ベルト１００を一様に帯電させる。
カラー画像情報、たとえばコンピュータからのカラー画像信号を光信号に変換しレーザーにて、Ｂｌａｃｋ（以下Ｂｋと記す）、Ｃｙａｎ（以下、Ｃと記す）、Ｍａｇｅｎｔａ（以下、Ｍと記す）、Ｙｅｌｌｏｗ（以下、Ｙと記す）の画像信号に対応した光書込みを書き込みユニット（１ｅ）を介して行い、感光体ベルト上に静電潜像を形成する。
この静電潜像は感光体ベルトの静電潜像と逆の電荷にて帯電されたトナーを有するＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ毎に各現像カートリッジによって帯電トナーを静電吸着させることにより現像される。中間転写ベルト１ｆと感光体ベルトの接触部においては、中間転写ベルトにトナーと逆の電荷を印加することにより中間転写ベルト上に上記トナー像を転写する。この動作を４回行うことにより、中間転写ベルト上に４色重ね画像を形成し、これを搬送ローラ１ｇによって送られてきた転写紙に紙転写ローラ１ｈに、トナーと逆の電荷を印加することによって転写する。この転写紙は定着器１ｉに搬送され、トナー像を溶融定着する。
また、上記現像装置１ｃは、カラーレーザープリンタ本体の下側から順にマゼンタトナーを収容したＭ現像装置、イエロートナーを収容したＹ現像装置、シアントナーを収容したＣ現像装置、黒トナーを収容したＢｋ現像装置となっている。ここでは、さらに、各現像装置を図中左右方向に移動させ感光体ベルト１００に対し、接離動作を行なう接離機構を備える。

現像装置内のトナーは所定の極性に帯電され、現像スリーブには、現像バイアス電源によって現像バイアスが印加され、現像スリーブが感光体ベルト１００に対して所定電位にバイアスされている。また、接離機構は、モータから各現像装置に駆動を伝達するための図示しない電磁クラッチがオンになるとその駆動力で現像装置を感光体ベルト１００側に移動させるようになっている。現像時には、現像装置のうち選択されたいずれか一つが移動し、感光体ベルト１００に当接する。一方、電磁クラッチをオフにして駆動伝達を解除すると感光体ベルト１００に当接していた現像装置が感光体ベルト１００から離間する方向に移動する。
カラーレーザープリンタ本体の待機状態では、現像装置Ｂｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙも感光体ベルト１００と離間した位置にセットされており、画像形成動作が開始されると、カラー画像データに基づきレーザー光による光書き込み、静電潜像の形成が開始される（以下、Ｂｋ画像データによる静電潜像をＢｋ静電潜像という。Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様）。このＢｋ静電潜像の先端部から現像可能とすべくＢｋ現像位置に静電潜像先端部が到達する前に、Ｂｋ現像スリーブを回転開始して、Ｂｋ静電潜像をＢｋトナーで現像する。そして、以後、Ｂｋ静電潜像領域の現像動作が続行されるが、Ｂｋ静電潜像後端部がＢｋ現像位置を通過した時点で、Ｂｋ現像装置が感光体ベルト１００から離間し、次の色の現像に備えて該当する色の現像装置が感光体ベルト１００に当接する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像先端部が現像位置に到達する前に完了される。

また、上記中間転写ユニットは、中間転写ベルト、ベルトクリーニング装置、位置検出用センサなどで構成されている。中間転写ベルトは駆動ローラ、１次転写ローラ、２次転写対向ローラ、クリーニング対向ローラ及びテンションローラに張架されており、図示しない駆動モータによりに駆動制御される。中間転写ベルト端部の非画像形成領域には複数の位置検出用マークが設けられており、これらの位置検出用マークのうちのいずれか一つを位置出用センサで検出し、この検出タイミングで画像形成を開始する。また、ベルトクリーニング装置は、クリーニングブラシ、接離機構等で構成されており、１色目のＢｋ画像を中間転写ベルトに転写している間、及び、２、３、４色目の画像を中間転写ベルトに転写している間は接離機構によって中間転写ベルトからクリーニングブラシを離間させておく。
さらに、２次転写ユニットは、２次転写ローラ、２次転写ローラを中間転写ベルトに対して接離するためのクラッチ等を備えた接離機構等で構成されている。転写紙が転写位置に到達するタイミングに合致させて２次転写ローラが接離機構の回転軸を中心に揺動する。この２次転写ローラと２次転写対向ローラとにより転写紙と中間転写ベルトとを一定の圧力で接触させる。２次転写ローラは中間転写ユニットに設けられた図示しない位置決め部材により２次転写対向ローラとの平行度の位置精度が保たれている。また、２次転写ローラに設けた図示しない位置決めコロにより中間転写ベルトに対する２次転写ローラの接触圧を一定にしている。２次転写ローラを中間転写ベルトに接触させると同時に、２次転写ローラにはトナーと逆極性の転写バイアスが印加され、中間転写ベルト上の重ねトナー像を転写紙に一括転写する。

一方、画像形成動作が開始される時期に、転写紙は上記転写紙カセット又は手差しトレイのいずれかから給送され、レジストローラ対のニップで待機している。そして、２次転写ローラに中間転写ベルト上の４色重ねのトナー像先端がさしかかるときに、ちょうど転写紙の先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対が駆動され、転写紙とトナー像との位置合わせが行われる。そして、転写紙が中間転写ベルト上のトナー像と重ねられて２次転写位置を通過する。このとき２次転写ローラによる転写バイアスで転写紙が荷電され、トナー画像のほとんどが転写紙上に転写される。そして、中間転写ベルトから４色重ねトナー像を一括転写された転写紙は、定着ユニットに搬送され、所定温度に制御された定着ベルトと加圧ローラのニップ部でトナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出され、排紙トレイに裏向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。単色連続コピーでは、同一現像装置の感光体ベルト１００への接離動作の繰り返しとなる。

次に、本発明の実施例である現像装置概略図である図２を用いて、現像装置の作像メカニズムについて説明する。
この現像装置はトナーが第一搬送パドル２４１から第三搬送パドル２４３部に充填されており各搬送パドルが矢印の方向に回転することによりトナーを前方に送り出す。また各搬送パドルはポリプロピレンのような柔らかい材質のもので形成され、弾性を持っており、その弾性を利用して現像装置の内壁と密着させ確実にトナーを搬送する。その後、第一搬送パドル２４１にてトナーは発泡ポリウレタンで構成された供給ロール２２０に搬送され、続いて供給ロール２２０から現像ロール２１０に供給される。さらに、現像ロール２１０に供給されたトナーはドクターロール２３０にて、帯電、薄層化され、感光体上に形成された静電潜像を現像し可視化する。また、ドクターロール２３０及び現像ロール２１０は、環境変動により外径が変化するため、その変化を吸収するためにドクターロール２３０は現像ロール２１０に対して、スプリングにて押圧されている。また、ドクターロール２３０は、現像ロール２１０回転とは反対方向に回転し、トナー凝集体等が挟み込むのを防止している。ドクターロール（トナー規制部材）２３０上のトナーは、クリーニング部材２３２にて掻き落とされ、現像ケースの傾斜を伝って、第一搬送パドル２４１に戻される。
また、本現像装置１ｃは駆動を伝達するギヤの引き込みにより感光体ベルト１００に対して接触し、図示せぬ離間スプリングにより離間させることにより現像装置を感光体に対して選択的に接触させる。感光体ベルト１００への接触時は、感光体ベルト１００と現像ロール２１０とは所望の喰い込み量にて接触しているため、現像装置１ｃは現像位置決め部材に当接して位置決めを行なっている。現像位置決め部材は、剛体や硬度の高い材料など、形状変形の少ない部材を使用している。離間時は衝撃音を吸収するため弾性体で現像装置を受ける場合が多い。

図３には振動測定器にて現像装置の衝撃を測定したデータを示す。接触衝撃＞離間衝撃となり、衝撃で第二収納室２０２から第一収納室２０１へトナーが入る方向となる。

図４は、複数色出力及び単色少数枚出力及び単色多数枚出力での５％画像消費時の第一収納室２０１と第二収納室２０２のトナー量の推移を示す。前記記載のように、複数色出力及び単色少数枚出力と単色多数枚出力では現像装置の動作が異なり、単色多数枚出力では、第二収納室２０２のトナーは第二搬送パドル２４２及び第三搬送パドル２４３により攪拌され流動性が上がっている状態で現像装置に衝撃を受けるため、第二収納室２０２から第一収納室２０１への搬送能力は上がる。一方、複数色出力及び単色少数枚出力は、感光体ベルトと現像装置との離間時間が長いため、第二収納室２０２のトナーの流動性が低下した状態で衝撃を受け、第二、第三搬送パドルにより回転搬送するが、第一収納室２０１への搬送能力は低下する。

図５、６には本発明のフォロー図を示す。まず、単色か複数色出力かの判定を行ない、単色出力であれば出力枚数をカウントし、規定枚数Ｎ以上の出力であれば、通常のジョブエンド処理を行なう。複数色出力又は単色Ｎ数枚に満たない場合は、ジョブエンド時に感光体ベルト１００への接離動作が入りジョブエンドとなる。図６については、複数色出力で出力画素数を色毎にカウントしていき、画素数がＸ以上の場合、ａ回接離動作を行ない、Ｘ未満の場合、ｂ回接離動作を行なう。単色少数枚出力においても、画素数がＹ以上の場合、ｃ回接離動作を行ない、Ｙ未満の場合、ｄ回接離動作を行ない、搬送能力低下の補助を行なう。

図７には本発明の実施形態に係る現像装置の構成を示す概略図である。第二搬送パドル停止位置検出部２０３を設け、第二搬送パドル２４２を作像終了時に開口部の下方での停止を行なう。第二搬送パドル停止位置検出部２０３はフォトセンサーなどが使用される。下方での停止により図７のように第二搬送パドル２４２にてトナーを受け、開口部近傍にトナーを集めることができ、現像装置が感光体ベルトに接触する衝撃で第二収納室２０２から第一収納室２０１へ安定して高い搬送能力を得ることが可能である。
図５〜７までのトナー搬送方法は、現像装置の移動動作で行なわれ、現像ローラ、搬送パドルなどの構成部品を動作させないため、短寿命化させないでトナー搬送能力を向上可能である。

本発明に係わるカラーレーザープリンタの概略構成図である。 本発明の実施例である現像装置概略図を示す図である。 振動測定器にて現像装置の衝撃を測定したデータである。 複数色出力及び単色少数枚出力及び単色多数枚出力での５％画像消費時の第一収納室２０１と第二収納室２０２のトナー量の推移を示す図である。 本発明のフォロー図を示す図である。 本発明のフォロー図を示す図である。 本発明の実施形態に係る現像装置の構成を示す概略図である。

１ｂ 帯電器
１ｃ 現像装置
１ｄ 感光体クリーニング装置
１ｅ 書き込みユニット
１ｆ 中間転写ベルト
１ｇ 搬送ローラ
１ｈ 紙転写ローラ
１ｉ 定着器
１００ 感光体ベルト
２０１ 第一収納室
２０２ 第二収納室
２０３ 第二搬送パドル停止位置検出部
２１０ 現像ロール
２２０ 供給ロール
２３０ ドクターロール
２３２ クリーニング部材
２４１ 第一搬送パドル
２４２ 第二搬送パドル
２４３ 第三搬送パドル

Claims (6)

1. 現像剤担持体と、
   現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材と、
   現像剤担持体上の現像剤の厚みを規制する現像剤層規制部材と、
   現像剤供給部材に現像剤を供給する回動可能な第一搬送部材を有する第一収納室と、
   第一収納室へ供給するための現像剤を貯蔵する第二収納室を有する現像装置と、を備え、
   前記現像装置が作像時に像担持体に対して移動をし、前記現像装置に組み込まれた像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体が、像担持体に対して接触、又は微少な間隔をおいて停止することにより像担持体に現像剤を供給し、非作像時には前記像担持体から離間する動作を行う複数色からなる現像装置において、
   作像動作を行った前記現像装置が、複数色の作像動作終了時に前記像担持体への接離動作を少なくとも１回以上行ない、かつ、出力画像の画素により前記接離動作の回数を切り分ける
   ことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記現像装置が、回動可能な第二搬送部材を有する前記第二収納室に第二搬送部材位置検出部材を設け、複数色の作像終了時に開口部下方の所定の位置に第二搬送部材を停止させる
   ことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１記載の現像装置において、
   前記現像装置が、単色作像時に接離動作を行い、画像形成装置に設置されている
   ことを特徴とする現像装置。
4. 少なくとも像担持体と請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在である
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
5. 請求項１乃至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。
6. 請求項４に記載のプロセスカートリッジを備える
   ことを特徴とする画像形成装置。

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