JP4933288B2 - 現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents
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現像剤担持体としては、例えば、回転可能に配設され且つ二成分現像剤を担持搬送する円筒状の現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定配置され且つ周囲に複数の磁極を配列する磁石ロールとを備えている。
上記潜像担持体上の静電潜像を忠実に現像するために、潜像担持体と現像剤担持体との間の距離を狭める必要がある。潜像担持体と現像剤担持体との間の距離が小さくなると、それに伴い現像剤担持体上に形成される現像剤層も、より薄層に形成する必要がある。 このような薄層の厚みを調節するには、たとえば現像剤担持体上の現像剤層の厚みを規制する手法が挙げられる。このような手法として、現像剤担持体に対し現像剤規制部材を一定の間隙(以下、ドクタギャップという)を開けて非接触に配設する方式が広く採用されている。この方式において、現像剤規制部材を通過する現像剤量はドクタギャップを制御することで調節できるが、薄層に形成するためにはドクタギャップを非常に小さく設定する必要がある。
しかしながら、ドクタギャップを小さく設定すると、大きく設定する場合に比べてドクタギャップを通過する現像剤量の変動が大きくなり、現像剤担持体上に形成される現像剤層が不均一となるという問題点がある。また、現像剤がドクタギャップを通過する際に現像剤に大きなストレスがかかり、現像剤の寿命が短くなるという問題点もある。
このような課題を解決するため、従来の現像装置では、現像剤担持体の磁石ロールで同極性の磁極を隣接配置し、現像剤搬送方向上流側の磁極の最大磁力位置とこれら磁極間の最小磁力位置の間に現像剤規制部材を設けている。これにより、ドクタギャップでの現像剤のパッキング密度が低くなり、ドクタギャップを通過する現像剤量を少なくすることができる。さらに、ドクタギャップを通過する現像剤には、現像スリーブの回転力以外に、ドクタギャップを通過させようとする力がほとんど作用しない。そのため、ドクタギャップを小さく設定しても、ドクタギャップを通過する現像剤量の変動が小さく、現像ローラ上に薄い均一層を形成することが可能となる(例えば特許文献1、2参照)。
また、現像剤規制部材によって規制された現像剤の堆積量は、現像剤規制部材前に堆積してハイパッキング状態になり、トナーに継続的に剪断力や押圧力がかかる。トナーがハイパッキング状態になると、トナー表面の外添剤が離脱或いはトナー内部へ埋没しやすくなり、トナーの外添剤被覆率が減少する。トナーへの外添剤被覆率が減少するとキャリアとトナーの付着力が強くなりトナーが分離しづらくなるため現像性が低下してしまう。
本発明はこのような前記問題点に鑑み成されたものであって、現像剤規制部材によって規制された現像剤の堆積量が現像剤規制部材を通過する現像剤量の2倍以下となるように規制する。これにより、現像剤の総量のうち現像剤規制部材から力を受ける現像剤の相対量が低下し、現像剤の劣化の度合いが低減する。
換言すれば本発明は、現像剤担持体上の二成分現像剤の劣化を抑制し、現像剤層を安定して薄層に形成でき、長期にわたり安定した高画質画像を得ることのできる現像装置を提供し、この現像装置を用いる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する。
また、請求項2に記載の発明は、前記現像剤規制部材前に供給される現像剤は前記現像剤規制部材に到達するまでに少なくとも一部帯電させる請求項1記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、前記供給量調節手段は、前記開口部の開口面積を変化させて調節する請求項1又は2に記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段の中から選ばれる少なくとも1つと、現像手段とが一体になって画像形成装置本体に着脱可能に構成されたプロセスカートリッジであって、前記現像手段は、請求項1乃至3の何れか一項に記載の現像装置であるプロセスカートリッジを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか一項に記載の現像装置を備えるか、又は請求項4に記載のプロセスカートリッジを備える画像形成装置を特徴とする。
並びにこの現像装置を用いる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可能となる。
図1は、現像装置の要部構成を示す概略構成図である。
詳細は後述するが、静電像の像担持体1に、磁界発生手段を有する現像剤担持体で現像剤10を搬送する際、現像剤規制部材12の前後で剪断力や押圧力が過剰にかかるのを防止する。それにより、トナーがハイパッキング状態になってトナー表面の外添剤が離脱或いはトナー内部へ埋没しやすくなったり、トナーの外添剤被覆率が減少したり、また、トナーへの外添剤被覆率が減少するとキャリアとトナーの付着力が強くなって現像性が低下してしまうことを未然に防止することができるようになる。すなわち、現像剤規制部材によって規制された現像剤の堆積量が現像剤規制部材を通過する現像剤量の2倍以下となるように規制し、このようにすることにより、現像剤の総量のうち現像剤規制部材から力を受ける現像剤の相対量を低下させるため、現像剤の劣化の度合いを低減することが可能となるようにすることができる。
現像剤規制部材よりも現像剤担持体の現像剤搬送方向上流側で現像剤規制部材の対向部位にある磁界発生手段により保持される現像剤量は、現像剤担持体上で現像剤規制部材に対向する位置から、磁界発生手段の法線方向の磁力密度分布値が0となる位置までに担持されている現像剤量である。
また、たとえば外添剤を含むトナーの外添剤との撹拌効率を上げることによって、現像剤の流動性が上昇するようにできる。
現像剤規制部材は、現像剤担持体の現像剤搬送方向の上流側で現像剤担持体に対向する対向面に供給口を配置し、現像剤は供給口を通過して供給される。現像剤の通過量と同程度の現像剤が通過するように開口面積を調節することで、規制部材前の現像剤堆積量を通過量の2倍以下にすることができる。
また、このような開口部を設けることで、一旦剤が蓄えられるため、スクリューピッチムラのない供給が可能であるといった利点がある。また、ドクター前に堆積させた場合では、動かない剤の領域が形成されるが、このような構成であれば、長い時間ストレスにさらされた現像剤の発生を極力抑えることができる。
特に、現像剤の堆積量の増加(減少)を、圧力をモニターしたり光センサーにより透過量をモニターしたり、画像や剤の濃度などをモニターして、剤供給量を調節する方法がある。これらの中で、たとえば圧力を感知する方法を採用すると、安価で簡素な構成にすることが可能であるため、望ましい。しかし、実際の現像剤では、供給量と通過量の関係を維持することが必要となるため、さらに剤供給量を調節するフィードバックしたりフィードフォワードする機構を採用することとすればよい。
以下、現像装置を画像形成装置である電子写真複写機(以下、プリンタという)に適用した場合の実施形態1について説明する。
図1は、現像装置の構成を示す概略構成図である。図2は、プロセスカートリッジの構成を示す概略構成図である。
まず、この画像形成装置(たとえばプリンタ)は、像担持体であるドラム状感光体1の周囲に、感光体1を帯電する帯電手段である帯電装置2、感光体1に潜像を形成する潜像形成手段である露光装置、および、感光体1の潜像を現像する現像手段である現像装置3を有する。感光体1の周囲には、感光体1上のトナー像を転写材に転写する転写手段である転写装置、感光体1の残留電位を除去する除電装置、感光体1の転写残トナーを除去するクリーニング手段であるクリーニング装置を有する。なお本発明の画像形成装置は、以下に説明する現像装置を有するか、このような現像装置を有するプロセスカートリッジを備えている。
図1に示すように、感光体1の表面は、所定の周速度で図中矢印A方向に回転駆動されながら、帯電装置2により正又は負の所定電位に均一に帯電される。次に、スリット露光やレーザビーム走査露光等の露光装置により画像に応じた光が照射されて静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置3によって現像されて顕像化される。この現像装置3により感光体1上に形成されたトナー像は、給紙部から感光体1と転写装置との間に感光体1の回転と同期して搬送されてきた転写材に、転写装置により転写される。トナー像が転写された転写材は、感光体1の表面から分離されて定着装置に送られ、熱及び圧力の作用を受けて像定着され、複写物として装置外へプリントアウトされる。
像転写後の感光体1は、クリーニング装置によって転写残トナーが除去されて清浄面化され、除電装置により残留電位が消去された後、繰り返し画像形成に使用される。なお、プリンタの構成は、これに限定されるものではない。例えばドラム状感光体ではなく、ベルト状感光体であってもよい。また、トナー像の転写の際には、中間転写体を用いてもよい。
上記現像装置3は、図1に示すように、感光体1の側方に配設され、現像剤担持体としての現像スリーブ5が感光体1に向けて開口部が形成された攪拌収容部としての現像剤収容器6の開口部から一部を露出させて配置されている。
現像スリーブ5は、図示しない駆動手段で回転駆動され、その内部に、固定配置された磁界発生手段として、複数の固定磁石からなる磁石ロール7等を備えている。磁石ロール7は感光体1との対向領域である現像位置の箇所から現像スリーブ3の回転方向にS1、N2、S2、S3、N1の5磁極を有する。尚、図1の磁極配置は、構成例であり、磁極の個数や配置はこれに限定されない。これにより、現像スリーブ5は、トナー8及び磁性キャリア9とを含む二成分現像剤(以下「現像剤」という。)10を磁気ブラシとして表面に担持する。
現像スリーブ5上のトナー帯電量は−10〜−25[μC/g]の範囲が好適である。トナー8は、磁性体を含有させ、1成分磁性トナーとしても使用することも出来る。上記構成の現像装置3において、現像スリーブ5上の現像剤10は、現像スリーブ5の矢印B方向の回転に伴って搬送され、現像剤規制部材12により層厚が規制されて薄層化される。薄層化された現像剤10は、矢印A方向に回転している感光体1との対向位置である現像位置に搬送される。現像スリーブ5には、図示しない電源によって現像バイアスが印加されており、この現像位置では、現像剤10中のトナー8が感光体1表面に形成されている静電潜像に供給され、静電潜像を可視化し、現像が行われる。
本実施形態1に係る現像装置5は、現像剤規制部材12よりも現像剤搬送方向上流側であって、現像剤規制部材12の対向部位にある磁極N1により保持される現像剤量(以下、現像剤規制部材前の現像剤堆積量という)が、現像剤規制部材12を通過する現像剤量の2倍以下であることを特徴とする。なお、現像剤規制部材前の現像剤堆積量は、現像スリーブ5上において現像剤規制部材12に対向する位置から磁極N1の法線磁力密度分布値が0となる位置までの現像剤量である。この現像剤量は、一旦現像スリーブ5を回転させた後、現像剤規制部材12を保持した状態で現像スリーブ5を現像装置3外に取り出し、上記箇所の現像剤10を採取して量を測定すればよい。
図5に示すように、本実施形態1の画像形成装置では、剤規制部材12よりも上流側に現像剤の送付量(流量)を調節する調節手段を設けている。
たとえば図5において、攪拌部材11から現像ローラ5に現像剤10が供給される経路上に現像剤供給部13を設置する。現像剤供給部13は開口部13−1を有し、この開口部13−1を通り、現像ローラ5上に剤が供給される。このとき、開口部13−1の大きさを変えて、現像スリーブ上に保持される現像剤量を制約することができる。また本実施形態1では、現像剤に余分な応力の印加を防止するように、剤集積部13−2を設けることができる。このような剤集積部13−2および開口部13−1を通過する際に、トナーとキャリアとが効率よく接触して剤との摩擦による帯電等を増加させたり、撹拌効率を上げるように剤集積部13−2、開口部13−1の内面を粗面化して摩擦帯電を活発化させたり粗面化した内面との摩擦とでトナーの帯電効率を上げることにより、規制部材前での現像剤の帯電を効率よく発生させたり、あるいは撹拌部材による撹拌効果を剤集積部13−2の内面粗面化により上昇させることができる。なお開口部13−1および剤集積部13−2の少なくとも1つを有する現像剤供給部13は、非磁性部材によって形成されており、その粗面化は、公知の粗面化処理法、たとえばサンドブラスト処理、火炎法、プラズマ処理、電飾など物理的処理による方法などを用いて行うことができる。
本実施形態1では、現像剤供給機構13に一旦、現像剤が蓄積される。しかし、現像剤規制部材に堆積する場合よりも、低い磁場で保持されるため、受けるストレスは低下される。また、本構成では、堆積した現像剤は、一定時間内でスリーブ上に供給されるため、過剰なストレスが与えられることはない。
本実施例では、現像剤供給機構13の開口面積を変え、現像剤規制部材前の現像剤堆積量を図3に示すように変化させた実施例1、2、及び比較例1、2、3を用意した。ここでは、現像剤規制部材12を通過する現像剤量が0.5mg/cm2となるように、ドクタギャップを設定している。そして、現像スリーブ5の線速を200mm/secとして20分間、現像装置のみを駆動させたのち、現像剤収容器6内の現像剤を採取し、トナー8の外添加剤の埋没状態を電子顕微鏡で観察した。この結果を図3に示す。図3の結果から、現像剤規制部材前の現像剤堆積量を2倍以下にした実施例1、2では、トナーの外添加剤の埋没状態が改善されていることがわかる。
次に、上記現像装置3において剤供給部を変えた実施形態2について、図6を用いて説明する。
本実施形態2の現像装置等の発明では、現像スリーブ上側に剤規制部材12を配置し、この剤規制部材12の手前で、かつ、現像スリーブ上に剤供給部13を設けている。現像剤は、たとえば実施形態1で説明した供給口14を通過し、現像スリーブ上に供給される。図6に示す現像装置では、現像剤は汲み上げ極などの磁極を介してあるいは介さずに供給され、この現像剤は、現像スリーブ5内に配置された磁石による磁場により、保持され、スリーブの回転により潜像が担持された感光体1上に運ばれる。その途中で、剤規制部材12を通過する際にこの現像剤はトナーとキャリアとが程よく摩擦帯電された後に剤規制部材12により、剤の変動がならされて安定して一定層厚に現像剤が形成されて、現像領域に運ばれることとなる。
このような現像装置であれば、剤への低ストレスが可能であり、剤の劣化の少ない径時使用によって、高画質の形成可能な現像装置の提供が可能になる。
攪拌部15は、外部(たとえば有効な磁界範囲外)に設置してあり、十分にキャリアとトナーとの攪拌をした後に、供給量を調節する部材13に供給される。本実施形態2では、この供給量調節部材13が開口部14により、現像剤が例えば図6に示すように下方方向に供給されるように調節されている。
この調節機能は、磁場のかからない状態で剤が維持されるために、堆積していても強いストレスがかからないため現像剤の劣化は生じないようになっている。このような、開口部を通って、所定量の現像剤が現像担持体に供給される。
本実施形態での現像剤の劣化度合いは、実施形態1より、さらに向上する。なお図6に示す撹拌部15を、実施形態1に示す撹拌部材を用いて行い、撹拌部15から剤供給部13までの現像剤の搬送を極力低エネルギー化するように現像ローラ内の磁力を活用して剤供給部13に搬送するようにすることも本実施形態の態様に含まれる。
本実施形態では、実施形態2で説明した現像装置に、現像剤規制部材12などに圧力などを感知するセンサー16を設置し、そのセンサー16により感知した情報を使用して現像剤量の調節を行うことを特徴としている。
本実施形態での剤供給部13の詳細を図7に示す。この図7を用いて説明する。
本実施形態3では、圧力センサー16を剤規制部材12の裏側に設置している。規制部材12は、剛性が強くなくても良く、本実施形態の一例では、厚みが0.5mmのAl製を用いることとした。この規制部材12の両端は、図示していないが、現像装置に保持されている。
たとえば上記したように、センサーとして圧力センサー16を現像剤規制部材12のたとえば端部に設置して、フィードバック制御法により制御する場合について、図8に示すフローチャートを参照しながら、調節の例を説明する。
また、前記ステップS3又はステップS5からステップS1へ戻る前に、画像形成処理が継続しているか否かを判断し(ステップS6)、画像形成処理が終了していれば終了し、継続している場合にはステップS1に戻るようにすることもできる。また上記したステップS2の変わりに、前の値あるいは基準値との差分を取ってその差分がどの閾値にあるのかを判断し電動シャッタを調節してフィードバック制御する方式とすることもできる。
このようにして、剤規制部材前の堆積量に応じて、現像剤の供給量を調節することが可能になり、たとえば、径時的に現像剤の堆積量を制御することができ、現像剤の劣化を抑え、また、長期の使用においても安定した現像剤の供給量を維持し、高画質となる。
しかしながら本実施形態3では、センサーとして圧力センサー以外のセンサーを用いたものであってもよく、たとえば、光学式センサーを用いたり、音響センサーを用いたりすることもできる。
たとえば光学式センサーにおいて発光素子と受光素子とを有し、その反射光を感知したり、あるいは発信素子とマイクロホンにより反射音を感知し、前記したのと同様なフィードバック機構により制御して調節するようにすることもできる。さらにこれら光学式又は音響センサーを用い、現像剤規制部12後での変動を剤供給部の供給口14をフィードフォワード制御して剤供給部の供給口の電動シャッタを調節することもできる。なお本実施形態3の図7に示す例では電動シャッタは片方向により調節する例を示しているが、両方向から、調節する方式を採用することもできる。なお本発明では、現像剤担持体部材上に保持されている現像剤量が前記現像剤規制部材を通過した後の現像剤量の2倍以下であるように調節するようにしている。そして前記したフィードバック制御方式、フィードフォワード制御方式のいずれにおいてもこれを守るように制御している。またその際に現像剤量の調節量の下限値は極限的には0であることも含まれ、また0〜1倍(正確には0以上1倍未満)で有る場合も含まれるが、通常は、有る値(たとえば1+δ±a(δ、aは正の微小量、))を周期的に変化していることが多い傾向がある。
本発明では、上記したような実施形態1〜3に示す現像装置を、プロセスカートリッジとして形成し、このような現像装置を有するカートリッジによれば、上記現像装置5と感光体1と帯電装置2とをプリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成しており、長期使用においても保守性、交換性を向上することができる。また、本実施形態に係るプリンタによれば、長期使用においても現像剤10の劣化が低減され、安定した高画質画像を得ることができる。
Claims (5)
- 複数の磁界を発生する固定磁気発生手段と、
前記固定磁気発生手段を周回するスリーブからなる現像剤担持体と、
当該現像剤担持体上の現像剤層厚を規制する現像剤規制部材と、
前記現像剤担持体上に現像剤を供給する現像剤の供給量調節手段と、を備える現像装置であり、
前記供給量調節手段は、現像剤を供給する開口部を有し、かつ、前記現像剤規制部材の、前記現像剤担持体の周回方向上流側であって、前記現像剤担持体の上方に設けられ、前記開口部から下方向に供給される現像剤の量を前記開口部で調節することを特徴とする現像装置。 - 前記現像剤規制部材前に供給される現像剤は前記現像剤規制部材に到達するまでに少なくとも一部帯電させることを特徴とする請求項1記載の現像装置。
- 前記供給量調節手段は、前記開口部の開口面積を変化させて調節することを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
- 潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段の中から選ばれる少なくとも1つと、現像手段とが一体になって画像形成装置本体に着脱可能に構成されたプロセスカートリッジであって、前記現像手段は、請求項1乃至3の何れか一項に記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項1乃至3の何れか一項に記載の現像装置を備えるか、又は請求項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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