JP5020772B2 - 現像装置、画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents
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また、特許文献2記載の方式は、高安定かつ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になる。
また、特許文献4記載の方式などのように、トナー担持体の機械的な駆動を無くし、3相以上の交互電場によってトナーを静電的に搬送し現像する方法も有効と考えられる。しかしながら、この方法によれば、何かのきっかけで静電搬送できなくなったトナーを起点として、搬送基板上にトナーが堆積してしまい、結果として機能しなくなる問題を抱えてしまう。このような問題を解決すべく、例えば特許文献5記載の方式のように固定搬送基板とその表面を移動するトナー担持体の組合せのような構造も提案されているが、機構が非常に複雑になってしまう。
また、本発明は、上記新規な現像装置を備えたプロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供することも目的とする。
請求項1記載の発明は、像担持体上の静電潜像をトナーで現像して可視像化する現像装置において、内部に複数の電極を備えたトナー担持体であって、前記複数の電極間の電界が時間的に変化するように前記電極に電圧を供給する電圧供給手段を備えて、トナーを前記電極間の電界により前記トナー担持体表面から引き離し第1のクラウドを形成させる電界発生部材を有し、円筒ローラ状をなして回転される第1のトナー担持体と、第1のトナー担持体の前記電界発生部材面へトナーを供給するためのトナー供給手段と、第1のトナー担持体の前記電界発生部材面のトナー層を規制するトナー規制手段と、現像に使用するトナーを格納するためのトナー格納手段と、前記トナー格納手段のトナーを攪拌するトナー攪拌手段とを備え、第1のトナー担持体に近接して、第2のクラウドを形成させる電界発生部材を有し、円筒ローラ状をなして回転される第2のトナー担持体を、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像部に設けたことを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、上記手段・構成により、第1のトナー担持体には供給、規制、回収機能を持たせ、第2のトナー担持体には現像機能を持たせて機能分離をすることで、それぞれの機能に合わせたパラメータを設定することができ、もって第1および第2のトナー担持体上のトナー供給部や規制部での電極間の電界によるストレスを低減することができて高耐久化が可能である。
また、請求項7記載の発明によれば、請求項6記載の画像形成装置の効果に加え、像担持体上にトナー像を複数互いに重ね合わせて得られる画像をシート状記録媒体に転写させて形成することにより、安定した良好な多色ないしフルカラー画像を形成することができる。
像担持体11は、駆動ローラと従動ローラからなる複数のローラ11b,11c,11dに掛け渡されて、図示を省略した回転駆動機構によって図中矢印方向に回転されるようにして備えられている。また、この像担持体11には、現像に用いるトナーの色(例えばブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y))が異なる複数の現像装置としての現像カートリッジ13K,13M,13C,13Y、および後述する帯電装置12K,12M,12C,12Y、書込装置14K,14M,14C,14Yが各色ごとに対向して配置されており、像担持体11の移動にしたがって、帯電、露光(光書込)、現像の電子写真プロセスを行い、順次各色のトナー像を像担持体11上に重ねていくように構成されている(これを「1パスカラー」という)。
なお、図1の画像形成装置では、像担持体11表面の転写残トナー粒子を回収するためのクリーニング装置19を設けているが、このクリーニング装置19は設けなくてもよい。クリーニング装置19を設けない場合、転写残トナー粒子は像担持体11表面に残留したままとなるが、4つの帯電装置12によって帯電され、やがて転写材に転写されて像担持体11上から除去される。転写残トナー粒子が転写材に転写されると多少の画像の乱れが生じるが、わずかの乱れであれば視覚的に認識されない。
図3は、トナー担持体13aにおける電界発生部材の像担持体11側表面を拡大した部分断面を示している。トナー担持体13aの電界発生部材は、支持基材101上に複数の電極102−1a,102―1b,102−2a,102−2b・・・102−na,102−nbをトナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に、搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、また電極102の表面を覆う保護膜となる、無機または有機の絶縁性材料で形成した表面保護層103を積層したものである。
また、図5(b)は、トナー担持体13aを軸に平行な方向から見たものであり、同図において、a相の電極は左側の電極軸Aから、b相の電極は右側の電極軸Bから出ており、a相とb相で櫛歯状の電極構成になっている。トナー担持体13aの端部は、ベタ電極となっており、ここから電極ブラシなどを介して配線し、電圧供給手段(図3に示す電源100)からa相とb相の電圧を供給している。
本例のトナー粒子は、バインダー樹脂としてスチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものや、あるいはポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させたものを用い、これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することにより得られた、重量平均粒径約5μmの非磁性トナー粒子である。
まず、帯電装置12によって像担持体11表面が一様に帯電させられる。すでに像担持体11上にトナー像が形成されている場合でも、トナー像を含め像担持体11の表面が一様帯電させられる。次いで、図示しない書込装置(図1の14K,14M,14C,14Y)から画像情報に応じた光ビームLが照射される。光ビームLは帯電装置12と現像カートリッジ13の間を通過するため、すでに一様帯電させられた像担持体11に対して光ビームLが照射されることとなり、負帯電性の感光体である像担持体11の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。
図7に示す現像装置13は、図2に示した現像装置13と比較して、トナーの供給、規制、回収、現像機能を併せ持つトナー担持体13aに代えて、トナーの供給、規制、回収機能のみを持つ第1のトナー担持体13Aを用いる点、および現像機能のみを持つ第2のトナー担持体13Bを新設した点が主に相違する。
図7に示した現像装置13の第2のトナー担持体13Bは、上記現像機能のみを持つ以外は図2に示したトナー担持体13aおよび図3〜図6に示した電界発生部材の構成と同様の構成を有しており、上述の機能以外の構成は図2に示したトナー担持体13aと実質的に同一である。
また、第1のトナー担持体13Aのトナー搬送方向におけるトナー供給ローラ13hの下流側部分には、トナー薄層を形成するためにトナー層を規制するトナー規制部材13cが設置されている。このトナー規制部材13cは、ブレードやローラなどでトナーに当接させ、トナーを一定量に規制する。
第1のトナー担持体13Aと第2のトナー担持体13Bとは、非接触で50〜500μm程度の隙間を形成していて、第2のトナー担持体13Bに対する部材の当接は一切無い。
第2のトナー担持体13Bは、第1のトナー担持体13Aと同様に、電界を発生するための複数の電極(電界発生部材)を有している。第2のトナー担持体13Bは、後述の実施例で説明する以外は第1のトナー担持体13Aと同様の材質で形成されている。
第2のトナー担持体13Bで現像に寄与しなかったトナー粒子は、再び、第1のトナー担持体13Aと第2のトナー担持体13Bとの近接部に運ばれて第1のトナー担持体13Aの電界に捕まり、第1のトナー担持体13Aに戻り、供給部であるトナー供給ローラ13hまで運ばれる。
図7の第1のトナー担持体13Aと第2のトナー担持体13Bの電極構成は、共に2相であり、奇数番目の電極をa相、偶数番目の電極をb相とする。a相とb相の電圧は位相がπだけずれて印加されている。この位相差によって、a相とb相間には常にVppだけの電位差が生じている。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界の大きさに応じてトナーが電極間をホッピングする。
換言すれば、第1のトナー担持体13Aでの電界の大きさをEaとし、第2のトナー担持体13Bでの電界の大きさをEbとしたとき、Ea≦Ebの関係を満たすものである。
図8にa相とb相に印加する電圧を示す。本実施例で印加する電圧は矩形波であり、矩形波の場合、電圧の切り替わりが瞬時に起き、トナーのホッピングには適しているが、これに限らず、サイン波でも三角波でもよい。
本実施例では、第1のトナー担持体13Aでの周波数をfaとし、第2のトナー担持体13Bでの周波数をfbとしたとき、fa≦fbの関係を満たすことを特徴としている。
図9(a)、(b)に第1および第2のトナー担持体13A,13Bの軸に平行な方向から見た図を示す。図9(a)示すように、第1のトナー担持体13Aでのa相の電極102−1a,102−2a,・・・102−naは左側から、b相の電極102−1b,102−2b,・・・102−nbは右側から出ており、a相とb相で櫛歯状の電極構成になっている。第1のトナー担持体13Aの端部は、ベタ電極となっており、ここから配線し、電圧を供給している。
同様に、図9(b)に示すように、第2のトナー担持体13Bでのa相の電極102−1a,102−2a,・・・102−naは左側から、b相の電極102−1b,102−2b,・・・102−nbは右側から出ており、a相とb相で櫛歯状の電極構成になっている。第2のトナー担持体13Bの端部は、ベタ電極となっており、ここから配線し、電圧を供給している。
図7の現像装置13の第1のトナー担持体13Aと第2のトナー担持体13Bは、電界を発生するため複数の電極を有するローラ形状である。
本実施例では、第1のトナー担持体13Aのローラ外径をDaとし、第2のトナー担持体13Bのローラ外径をDbとしたとき、Da≧Dbの関係を満たすことを特徴としている。
本実施例の画像形成装置の基本的な構成、動作は、実施例1〜5で詳述した現像装置に係る構成、動作を除き、図1に示した画像形成装置10と同様であり、前述した通りである。本実施例の画像形成装置は、各色の現像装置(現像カートリッジ)13K,13M,13C,13Yとして、図7に示した構成の現像装置13を備えたものであり、この現像装置の具体的な構成は実施例1ないし実施例5で説明した通りである。
本実施例では、実施例1〜5で説明した構成の現像装置を備えたことにより、安定した良好な画像形成を行うことができる。また、図1に示すように、各色の現像装置(現像カートリッジ)13K,13M,13C,13Yに図7に示した構成の現像装置13を備えたことにより、安定した良好なフルカラー画像形成を行うことができる。
実施例7は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジとして、カートリッジ内に少なくとも実施例1〜5の何れか一つの現像装置13を備え、画像形成装置に対して着脱可能に配設したものである。
プロセスカートリッジ13K,13M,13C,13Yを、画像形成装置本体10aに対して着脱可能とする着脱手段は、例えば画像形成装置本体10a側に配設され凹部を備えたレール部材等の着脱案内部材と、プロセスカートリッジ13K,13M,13C,13Y側に配設され上記着脱案内部材の凹部と係合可能な凸部を備えた被着脱部材とから構成される周知の構成をなす。
すなわち、この構成では、図7に示す構成の現像カートリッジ13と感光体(図示せず)および帯電装置12(図7には図示せず、図2参照)を一体に構成してプロセスカートリッジとし、このプロセスカートリッジを中間転写ベルトに沿って4つ並設し、画像形成時には、書込装置14K、14M、14C、14Yから各プロセスカートリッジの感光体に対して、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの画像情報に応じた書込光をそれぞれ照射し、各プロセスカートリッジはこの書込光に応じた潜像を現像装置13のトナーで現像してトナー像を各感光体上に形成し、中間転写ベルトに重ね合わせて転写する。そして、中間転写ベルトに転写されたトナー像は転写ローラ16で転写材に転写し、定着装置17で転写材上のトナー像を定着する。
なお、本発明の実施形態および実施例では、静電搬送を行う電界発生部材をトナー担持体に適用したが、電界発生部材で静電搬送される物はトナーに限らず、粉体全般に適用ないし応用することができる。
10a 画像形成装置本体
11 像担持体
12(12K,12M,12C,12Y) 帯電装置
13(13K,13M,13C,13Y) 現像装置・現像カートリッジ(プロセスカートリッジ)
13A 第1のトナー担持体
13B 第2のトナー担持体
13c トナー規制部材(トナー規制手段)
13d パドル(トナー攪拌手段・トナー攪拌部材)
13e 現像ケーシング
13g トナー格納部(トナー格納手段)
13h トナー供給ローラ(トナー供給手段)
14(14K,14M,14C,14Y) 書込装置
15 給紙装置
16 転写ローラ
17 定着装置
18 排紙トレイ
Claims (9)
- 像担持体上の静電潜像をトナーで現像して可視像化する現像装置において、
内部に複数の電極を備えたトナー担持体であって、前記複数の電極間の電界が時間的に変化するように前記電極に電圧を供給する電圧供給手段を備えて、トナーを前記電極間の電界により前記トナー担持体表面から引き離し第1のクラウドを形成させる電界発生部材を有し、円筒ローラ状をなして回転される第1のトナー担持体と、
第1のトナー担持体の前記電界発生部材面へトナーを供給するためのトナー供給手段と、
第1のトナー担持体の前記電界発生部材面のトナー層を規制するトナー規制手段と、
現像に使用するトナーを格納するためのトナー格納手段と、
前記トナー格納手段のトナーを攪拌するトナー攪拌手段とを備え、
第1のトナー担持体に近接して、第2のクラウドを形成させる電界発生部材を有し、円筒ローラ状をなして回転される第2のトナー担持体を、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像部に設けた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、
第1のトナー担持体での電界の大きさをEaとし、第2のトナー担持体での電界の大きさをEbとしたとき、Ea≦Ebの関係を満たすことを特徴とする現像装置。 - 請求項1または2記載の現像装置において、
第1のトナー担持体での電界の周波数をfaとし、第2のトナー担持体での電界の周波数をfbとしたとき、fa≦fbの関係を満たすことを特徴とする現像装置。 - 請求項1ないし3の何れか一つに記載の現像装置において、
第1のトナー担持体での電極間隔をPaとし、第2のトナー担持体での電極間隔をPbとしたとき、Pa≧Pbの関係を満たすことを特徴とする現像装置。 - 請求項1ないし4の何れか一つに記載の現像装置において、
第1のトナー担持体の外径をDaとし、第2のトナー担持体の外径をDbとしたとき、Da≧Dbの関係を満たすことを特徴とする現像装置。 - 像担持体上の静電潜像をトナーで現像して可視像化した後、前記像担持体上のトナー像を最終的にシート状記録媒体に転写させて画像形成を行う画像形成装置において、
前記像担持体上の静電潜像を現像する手段として、請求項1ないし5の何れか一つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項6記載の画像形成装置において、
前記現像装置を複数備え、前記像担持体上で複数のトナー像を互いに重ね合わせて得られる画像をシート状記録媒体に転写させて多色ないしフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。 - 電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に着脱自在に配設されるプロセスカートリッジにおいて、
少なくとも請求項1ないし5の何れか一つに記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置において、
請求項8記載のプロセスカートリッジを単数または複数備え、単色、多色ないしフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
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