JP4897372B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
2成分現像剤を用いる画像形成装置では、トナー像形成時に、トナーのみが消費され、消費されたトナーの分だけ新しいトナーを補給し、現像装置に収容されている現像剤のトナー濃度を常に適正に保つようになっている。
ところがキャリアは消費されずに使用されて現像装置内のストレスを受け続けるので、長期の使用において、キャリアのコート層が削れたり、トナーや、トナー表面に添加している、流動性や帯電機能を補助するための添加剤がキャリアに付着する所謂スペントが発生し、キャリアの帯電能力が低下する。そしてこの低下量が所定の値を下回るとトナーの帯電不良に起因する画像濃度不良、地肌部の汚れ、トナー飛散等の重大な問題が発生する。
これはトナーの消費率が低い低画像面積の場合や、色の偏りがある画像において特に顕著となる。
ところで、現像剤は撹拌や搬送、層厚規制によってストレスを受けるが、特にドクターブレード(以下、単に「ドクタ」という)での層厚規制部位において、現像ローラから剥離された現像剤が楔となって滞留するので、この部分に滞留する現像剤及び通過する現像剤は非常に多大なストレスを受ける。
特許文献1には、現像剤を現像スリーブ上に汲み上げると略同時に現像剤の層厚を規制するため、ドクタ上流部に溜まる現像剤の量が少なくなり、現像剤に大きな圧力がかかることを防ぐので現像剤劣化を防止することができることが提案されている。
特許文献2には、ドクタの最も近くに配設される規制磁石の上流側を面取りし、上流側の磁場をカットすることで、ドクタ上流部の現像剤の流動を可能としたことが提案されている。
しかしながら、上記の何れにおいても、層厚を一定にするためにはドクタ上流に過剰な現像剤を搬送する必要があり、またドクタ部に磁場がある限りは現像剤の拘束力が働くため、前記過剰な現像剤を少量にしたとしても、いずれ蓄積してしまえば不動層となってしまう。不動層となってしまえばやはり現像剤に大きなストレスがかかってしまう。
しかしながら、流路を狭めることでさらに現像剤が動きにくくなることと、流路を狭めるところでドクタ部と同じような現像剤の不動層が生じ、現像剤に大きなストレスをかけることになるため、結果としてストレスを低減する効果は少ない。
例えば特許文献4に示すような現像剤収容ケース(プリセットケース)を設けた現像装置は、ユーザーが簡単に交換できる方式として実施されている。
しかしながら、近年、画像形成装置の小型化かつ長寿命化に伴い、現像装置は小型化しつつ現像剤容量を確保しなければならないという課題を抱えている。上記プリセットケースを用いた現像装置では尚更である。
請求項3記載の発明では、請求項1又は2記載の現像装置において、上記開口部が、剥ぎ取り可能なシール部材でシールされていることを特徴とする。
請求項4記載の発明では、画像形成装置において、請求項1〜3のいずれかに記載の現像装置を有していることを特徴とする。
また、使用条件(画像面積率)が異なった場合の現像剤劣化、これによる画質低下、トナー飛散等を、ダウンタイムなしに防止できる。
特に、画像面積が大きい時のトナーの添加剤がキャリアに付着することによるキャリアの帯電能力が低下、これによるトナー飛散、画像形成装置内汚染、画像上地肌汚れを防止することができる。
また特に、画像面積率が小さい場合のトナーの添加剤埋没、これによる転写率低下、トナー飛散、キャリア付着等の異常画像を防止することができる。
また、現像剤の長寿命化によるメンテナンス回数の低減、ダウンタイム低減による生産効率の向上、ランニングコストの低減、廃現像剤の低減が期待できる。
まず、図6に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタの構成の概要を説明する。レーザプリンタ30は像担持体としての感光体1を有している。感光体1の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ3、現像装置25、転写手段としての転写ローラ31、クリーニング装置4が配備されている。
レーザ光束LBにより光走査を行う光走査装置32が設けられ、帯電ローラ3と現像装置25との間で光書込による露光を行うようになっている。
図6において、符号33は定着装置を、34は給紙カセットを、35はレジストローラ対を、36は給紙コロを、37は搬送路を、38は排紙ローラ対を、39は排紙トレイを、Pはシート状記録媒体としての転写紙をそれぞれ示している。
この静電潜像は現像装置25により反転現像され、感光体1上にトナー画像が形成される。転写紙Pを収納した給紙カセット34は、画像形成装置30本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ36により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ対35に銜えられる。
レジストローラ対35は、感光体1上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。
トナー画像が転写された後の感光体1の表面は、クリーニング装置4によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
符号1は像担持体としての感光体を示し、帯電装置3及び図示しない光走査装置によって感光体1表面に静電潜像が形成される。現像装置2は、感光体1上に形成された静電潜像をトナーによって現像し、可視像を形成する。
符号12は現像装置を構成する現像ケースを示し、この内部に螺旋状のフィンを持った現像剤搬送部材としての搬送スクリュ9、10が矢印B、C方向に回転しており、この部分にはトナーとキャリアを混合した現像剤が入っている。
搬送スクリュ9、10によって、図中仕切り板13の右側では現像剤が図中奥側から手前に搬送され、左側では現像剤が手前側から奥側に搬送される。奥側と手前側には中央の仕切り板13の無い部分が設けられており、現像剤は循環しながら混合攪拌される構成となっている。
循環しながら混合攪拌されている現像剤は、現像ローラ11内のマグネットの磁力により磁気的に吸着され、現像スリーブ16の矢印方向への回転に伴い、現像スリーブ表面に設けられた図示しない凹凸により搬送される。搬送された現像剤は、現像剤搬送部材よりも上部に配置された現像剤規制部材としてのドクタブレード14で均一に層厚が規制され、感光体1上に現像される。
ここで、感光体1に付着するのはトナーのみであり、現像されなかったトナーおよびトナーを搬送してきたキャリアは現像スリーブ16の回転に伴い、再び現像装置内の攪拌搬送部へ運ばれ、放出される。現像装置内を循環する現像剤中のトナー量を一定に保つために、現像に使用された量のトナーが、トナー補給装置20より補給される。
この検出出力の変動により、現像装置内部の現像剤中のトナー濃度を一定に保つように、トナー補給ポンプ19を作動してトナーが補給される。ただし、2成分現像剤の透磁率は、環境変化や現像剤の嵩密度変化などによって変動するため、トナー濃度センサ出力目標値は適宜補正される。具体的には、感光体1上に形成した基準トナー像の画像濃度を、画像濃度センサ15を用いて測定し、その画像濃度センサ出力結果に応じてトナー濃度センサ出力目標値を補正する。
感光体1上に現像されたトナーは、図示しない転写装置によって、搬送された転写紙(記録紙)の上面に転写され、さらに図示しない定着装置によって熱や圧力等によって定着され、用紙は図示しない排紙トレイ上にストックされる。
また、画像転写後の感光体表面の残留トナーは、クリーニング装置4で除去される。
S1は現像領域で現像スリーブ表面に磁気ブラシを形成するための現像磁極である。これから図中反時計回りに、戻し搬送磁極N1、汲み上げ磁極N2、ドクタブレード14と対向するドクタ磁極S2、搬送磁極N3が順次配設されている。これら磁極は、それぞれ、専用の現像磁石、戻し搬送磁石、汲み上げ磁石、ドクタ磁石、搬送磁石を設けても良い。
現像スリーブ16表面(以下、スリーブ表面)上には、これら複数の磁極の発する磁力によって磁界が形成されている。スリーブ表面上では、法線方向の磁束よりも、接線方向の磁束に沿った形状で磁気ブラシが形成される。
規制後の磁気ブラシは、搬送磁極による磁界によってスリーブ表面に引き付けられながら連れ回った後、現像磁極S1による磁界に進入する。ここで感光体1上の静電潜像を現像した後、戻し搬送磁極N1に進入する。戻し搬送磁極N1と汲み上げ磁極N2との間には、反発磁界が形成されており、磁気ブラシは、この反発磁界の影響によってスリーブ表面から離脱して、現像ケースに戻される。
ドクタ極からの磁力線は、スリーブ表面の磁気ブラシ根元側の領域だけではなく、現像スリーブ16の表面から離れた磁気ブラシ先端側の領域にも及んでいる。このため、ドクタブレード14に突き当たった磁気ブラシ先端側は、磁力によっていつまでもそこに拘束され続けて、空間としての現像剤滞留部Aには循環対流すら行わずに停滞してしまう不動層が生じる。
そしてスリーブ表面付近のみ、現像スリーブ16に連れ回りながら上記間隙を容易にすり抜ける磁気ブラシ根元側による連れ回り層が形成される。
さらに前述の不動層と、現像スリーブ16とともに活発に動く連れ回り層との境界にて、両層が激しく摺擦して、大きな機械的なストレスを与えている。
これは、拘束力を弱めたとしても、過剰の現像剤をドクタブレード14によって所望の層厚にカットして規制する構成上、ドクタブレード14によって規制された余剰の現像剤は、ドクタブレード14のスリーブ回転方向上流側における現像スリーブ16、ドクタブレード14、現像ケース側壁21が形成する狭い空間である現像剤滞留部Aに次々と送り込まれるので、即時に行き場を失って動かなくなってしまうからである。
これら添加剤は機械的なストレスに弱く、現像装置内でトナーが攪拌されるのに伴って、トナーの内部に埋没したり、表面から離脱したりしてトナーを劣化させ易い。添加剤の埋没や離脱によって劣化してしまったトナーは摩擦帯電性が悪く、現像装置内で攪拌が開始されても帯電量がなかなか立ち上がらない。
そして、感光体1の非画像部に付着していわゆる地汚れを引き起こしたり、現像に寄与しないで現像ローラ11の表面上で長期間に渡って滞留、蓄積していくことによって画像濃度を著しく低下させたりする。
一方、2成分現像剤中の磁性キャリアも、機械的なストレスを受けるのに伴って徐々に表面コート層が削られていき、摩擦帯電性を悪化させることが知られている。
摩擦帯電性の悪くなった磁性キャリアは、トナーを良好に帯電させることができなくなる。
符号22は従来公知の未使用現像剤収容ケースとしてのプリセットケースを示し、現像ケース12と一体化されている。プリセットケース22は現像剤搬送部材よりも上部に配置されている。未使用状態の現像装置では、プリセットケース22内に新品の現像剤が収納されており、現像ケース12内には現像剤が収納されていない。
予め現像ケース12内に現像剤を入れておかないのは、現像装置出荷時の輸送や、ユーザーの操作によって、現像スリーブ16と現像ケース12の隙間から現像剤がこぼれたり、飛散するのを防止したり、湿気混入により現像剤が変質するのを防止するためである。
底面開口部23と側面開口部40には、出荷時にはそれぞれシール部材としての溶着フィルムであるシール1とシール2を貼り付けて開口部を塞いでいる。出荷時のプリセットケース22を上から見た断面図が図4であるが、シール2の先端部は掴み部としてケース端部外にはみ出している。現像装置25を最初に使用するときに、シール2の掴み部を掴んで図4のF方向に引き抜くことによって、図4(b)に示すように側面開口部40が開かれる。シール2はケースから完全に引き剥がすことができるようになっている。シール1についても同様である。
前述のように現像剤滞留部Aが限られた狭い空間であるために、現像剤の不動層が生じたが、側面開口部40を設けたことにより現像剤の移動できる範囲が格段に広がる。ドクタブレード14によってカットされた余剰現像剤Goは、現像ローラ11が現像剤を搬送する力(磁力とスリーブ表面の摩擦力)によって次々と押し出され、側面開口部40からプリセットケース22内へ飛び出して移動し、図中矢印のように循環流動しながら一部は再度現像ローラ11の磁界によりスリーブ表面上に担持されてドクタ部へと搬送される。
以上のように、図9で示した余剰現像剤不動層がほぼ流動層となる。これにより現像剤が受ける最大ストレスを大幅に低減し、現像剤劣化を抑制することが可能となった。
従来であれば、図9の現像剤滞留部Aに相当するドクタ上流部空間が非常に狭くなり、現像剤が流動できる空間がなくなるために現像剤が多大なストレスを受けるところであるが、側面開口部40を設けたことにより、プリセットケース22内の空間を現像剤の流動空間として最大限に利用することで、図2に示す構成とほぼ同様の効果を得ることができる。
現像装置25の横幅が図2のDから図5のEへと小さくなり、小型化が実現できた。
本実施形態では、未使用時にプリセットケース22の側面開口部40を塞ぐシール2の代わりに、シャッター部材としてのシャッター45を設けている。
現像装置25が画像形成装置本体にセットされると、シャッター45と画像形成装置本体に設けられたアーム46とが図のように係合する。
画像形成装置本体に設けられ、アーム46を上方に移動させる不図示のソレノイド等の移動手段により、シャッター45が上方に移動し側面開口部40を開口する。シャッター45の開閉動作は、図示しない制御手段による上記移動手段の制御によりなされる。制御手段はCPU、ROM、RAM、I/Oインターフェース等を有するマイクロコンピュータであり、I/Oインターフェースを介して画像情報を取得する。この制御手段は画像形成装置のメインコントローラが兼ねることができる。
現像剤の流動空間を確保する点で前記シール構成と同様の効果を有するが、シャッター45が、ソレノイド等により必要に応じて開閉を制御できる点で異なる。
ここで画像面積率によって異なった劣化メカニズが発生することを説明する。画像面積率が大きい場合、つまりトナーの収支速度が早い場合、トナーの添加剤(シリカ、酸化チタン等)がキャリアに多く付着することによって、キャリアの帯電能力が低下する。そして新しく補給されたトナーが十分に帯電されずに、その結果トナーの平均帯電量が低下し画像変動、劣化を及ぼす。
さらには弱帯電や逆帯電のトナー量の増加を招き、これらはキャリアから離脱し易く、現像スリーブの周辺の僅かな開口部等から現像装置外へトナーが流出する、いわゆるトナー飛散の原因になりやすい。このようなトナー飛散が発生すると、画像形成装置内がトナーで汚染され、程度が悪い場合には、感光体上に飛散トナーが付着し画像を汚すこともある。また、帯電量が低いトナーは画像の地肌部(白部)に付着する地肌汚れの問題も引き起こす。
また、補給トナーが現像剤と十分に混合攪拌されず、凝集体となってしまったまま現像されてしまうと、トナー画像に欠陥が生じてしまう不具合もあった。
添加剤は帯電量や流動性の調整に用いられているので、添加剤埋没により帯電量の変動、流動性の悪化が起こる。帯電量の変動は前述のような画質変動、また流動性の悪化は感光体から転写体(記録紙、中間転写ベルト等)への転写率の低下による画質の低下を招く。
さらには添加剤が埋没したトナーはキャリアとの付着力が増大し離れにくくなるので、新しく補給されたトナーがキャリア表面に接触されにくくなり、十分に帯電しないので、前述と同様のトナー飛散及びこれによる異常画像の問題を引き起こす。
キャリアのコート層削れが多くなるとキャリアの抵抗が低下し、現像電界中でキャリアが感光体に付着し易くなるので、画像上にキャリアが付着し異常画像となる問題を招く。
これにより画像面積が大きい場合に、キャリアへ多く付着した添加剤を剥ぎ取ることができ、キャリアの帯電能低下を防止することができる。
また、さらに、シャッター45の移動量(開口量)を可変できるようにすれば、画像面積の大きさに応じて、ストレスのかかり具合を最適化することができる。この場合、例えば上記移動手段をステッピングモータで構成し、予め求められた画像面積と開口量(ステップ数)との関係データテーブルに基づいて制御することができる。
これは、現像装置の小型化により、プリセットケース22の横幅も小さくなり、底面開口部23も小さくせざるを得ない場合があるが、この場合に現像剤が温湿度の影響等によって凝集し、落下しない問題があり、この問題を解決する手段としても有効であるためである。
図8は、プリセットケース22のみを下から見た斜視図である。図8(a)は図1で示した構成と同じである。図8(b)に示すように、図4で示したシール2の掴み部をシール1の掴み部と一体化する、またはシール1とシール2自体を一体化することは、底面開口部23と側面開口部40を同時に開口でき、操作の手間を省くことができるので有効である。
9、10 現像剤搬送部材としての搬送スクリュ
11 現像剤担持体としての現像ローラ
14 現像剤規制部材としてのドクタブレード
22 未使用現像剤収容ケースとしてのプリセットケース
23 開口部
25 現像装置
40 連通用開口部
45 シャッター部材としてのシャッター
A 現像剤滞留部
G 現像剤
Claims (4)
- 像担持体と対向して設けられた現像剤担持体と、装置内の現像剤を上記現像剤担持体へ搬送する現像剤搬送部材と、上記現像剤担持体に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、未使用の現像剤を収容する未使用現像剤収容ケースとを備え、上記現像剤規制部材と上記未使用現像剤収容ケースとの間には現像剤滞留部が存在し、上記未使用現像剤収容ケースは未使用現像剤を装置内に供給するための開口部を有している現像装置において、
上記未使用現像剤収容ケースは、上記現像剤滞留部に連通する連通用開口部を有しており、上記連通用開口部を開閉するシャッター部材が設けられ、原稿画像面積に応じて上記シャッター部材の作動を制御する制御手段を有していることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
上記制御手段は、原稿画像面積が所定値よりも大きいときに上記シャッター部材を閉じ、原稿画像面積が所定値以下のときに上記シャッター部材を開くように制御することを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2記載の現像装置において、
上記開口部が、剥ぎ取り可能なシール部材でシールされていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の現像装置を有していることを特徴とする画像形成装置。
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