JP5768582B2 - 現像装置とプロセスカートリッジユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機やそれら複数の機能を備えた複合機などの画像形成装置に用いられる現像装置とプロセスカートリッジユニット及びこれを備えた画像形成装置に関する。

電写写真方式の画像形成装置においては、感光体等の像担持体上に、光書込や静電記録等により画像情報に応じた静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置の現像剤で現像して可視像を形成した後、像担持体上の可視像を直接、もしくは中間転写体を介して、用紙等の記緑材に転写し、記緑材に転写された画像を定着手段で定着して画像を形成している。
このように像担持体上に形成された静電潜像を現像し、可視像を形成する画像形成装置において用いられる現像剤には、トナー単体から成る一成分現像剤がある。一成分現像剤には、磁性一成分現像剤と非磁性一成分現像剤とがある。これらを比較した場合、磁性一成分現像剤を用いる現像方式では、一般に黒色マグネタイト粉である磁性体をトナー中に含むため、カラーの鮮明な色の現像剤を得ることが難しい。このため、多色画像を形成する場合には、非磁性一成分現像剤である非磁性一成分トナー（以下、単に「トナー」と記す。）が用いられている。
しかし、電子写真方式の現像装置やプロセスカートリッジユニットおよび画像形成装置において、一成分現像方式を用いる場合、トナーや現像剤担持体等の部材が経時で劣化するため、記緑材の後端にいくにしたいベタ画像の濃度が薄くなる現象（以降、ベタ画像かすれと呼ぶ）が発生する。これはトナーの荷電性の低下により発生することがわかっており、トナーの荷電性を高めることが求められていた。
特許文献１では、トナーの荷電を高める目的で、規制部材が接触し現像剤担持体となる現像ローラに接触させた予備帯電・層形成ローラを有し、匡体内に現像ローラ、予備帯電・層形成ローラ、供給部材となる供給ローラとで囲まれる予備帯電トナー貯蔵室を設け、十分な帯電電荷を有するトナーを確実に現像ローラに供給するという構成が開示されている。

しかし、今までの一成分現像方式を用いた現像装置では、現像剤であるトナーが荷電されるのは、現像ローラと、この現像ローラに押し当てた規制部材との間を通過するときのみであるため、トナーが荷電される機会が少なく、特に長期間使用した後はトナーの荷電が不十分であることにより、白紙部でもトナーが消費される、いわゆる地汚れという現象が問題であった。すなわち、耐久末期で劣化したトナーに対して十分に荷電することが求められている。
特許文献１では、規制部材が予備帯電・層形成ローラに接触しているため、荷電したトナーが予備帯電・層形成ローラから現像ローラ上へ搬送される際に荷電が不均一になってしまうという問題がある。
本発明は、一成分現像剤の荷電性を長期間維持して地汚れの発生を防止できる現像装置、プロセスカートリッジユニットおよび画像形成装置を提供することを、その目的とする。

本発明に係る現像装置は、現像剤担持体と、現像剤担持体の表面上の一成分現像剤を規制して現像剤薄層を形成するブレード状の規制部材と、規制部材の現像剤担持体が接触する面とは他方の面に接触する補助荷電部材と、現像剤担持体に一成分現像剤を供給する供給部材を備え、現像剤担持体、補助荷電部材および供給部材が回転自在であり、供給部材の表面が、現像剤担持体の表面と補助荷電部材表面の双方に接触することを特徴としている。

本発明によれば、供給部材の表面が、現像剤担持体の表面と補助荷電部材表面の双方に接触するので、一成分現像剤が補助荷電部材と規制部材との接触部で摩擦されて荷電し、その一成分現像剤が補助荷電部材上で搬送され、補助荷電部材と供給部材との接触部でさらに荷電された上で供給部材に回収され、回収された一成分現像剤が供給部材上で搬送され、供給部材と現像剤担持体との接触部でさらに荷電された上で現像剤担持体に移行し、現像剤担持体に移行した一成分現像剤が現像剤担持体上で搬送され現像剤担持体と規制部材との接触部でさらに荷電される。このため、一成分現像剤は、補助荷電部材から現像剤担持体に搬送されるまでに４つの接触部で荷電されるので、長期間使用時でも一成分現像剤の荷電を維持でき、地汚れ発生を防止することができる。

本発明に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備えた画像形成装置の一形態を示す概略構成図。 本発明に係る現像装置の第１の実施形態の構成を示す拡大図。 本発明に係る現像装置の第２の実施形態の構成を示す拡大図。 本発明が適用された画像形成装置による地汚れの測定結果を示す図。

以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明に係る現像装置は、現像剤として一成分現像剤を用いるとともに、この一成分現像剤に対して現像装置内において４回の電荷付与を行うことで、長期間使用時でも一成分現像剤の荷電を維持できることが特徴になっている。

最初に現像装置が装備される画像形成装置の全体構成と動作を説明し、そのあとに現像装置の特徴部分について説明する。各実施形態において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すに留め、重複説明は省略する。

図１は本発明の実施形態に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備える画像形成装置の要部構成図である。この画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの一成分現像剤となるトナーを用いた電子写真方式のもので、フルカラー印刷が可能とされている。画像形成装置は、図示しない装置本体内に各色に対応したプロセスカートリッジユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備えている。

各プロセスカートリッジユニットは、像担持体となる感光体ドラム２、帯電部材３、現像装置４、およびクリーニング手段５を備え、これら構成が１つのユニットとして一体化され、図示しないストッパーを解除することにより装置本体から着脱して交換できる構成とされている。各プロセスカートリッジユニットは、その側面に、色情報や使用情報を記憶する図示しないＩＤチップを搭載している。

各色に対応する構成は、基本的には同一構成であるので、１つの色の構成に符号を代表して説明し、他の色の説明や符号は省略する。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応した部材には（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の符号をして区別する。

感光体ドラム２は、図１において時計回り方向に図示しない駆動源により回転駆動される。帯電部材３は、感光体ドラム２の表面に圧接されており、感光体ドラム２の回転により従動回転するように構成されている。

帯電部材３には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体ドラム２の表面を帯電する。本実施形態では、帯電部材３に感光体ドラム２に接触するローラ部材を用いた接触帯電方式を用いているが、コロナ帯電などの非接触帯電方式のものを用いても良い。

露光手段６は各感光体ドラムに対して各色の画像情報に基づいて露光光を照射し、各感光体ドラム２の表面に静電潜像を形成する。本実施形態では、露光手段６にレーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナ方式を用いているが、ＬＥＤアレイなどを用いる構成でも良い。

各現像手段４は一成分接触現像方式のものであり、各感光体ドラム２上の静電潜像をそれぞれの色のトナーで現像してトナー像として顕像化する。各現像手段４には図示しない高圧電源から所定の現像バイアスがそれぞれ供給される。各クリーニング手段５は各感光体ドラム２の表面の転写残トナーのクリーニングをする周知のものである。

各プロセスカートリッジユニット１は、複数のローラに巻き掛けられて図中反時計回り方向に回転移動する中間転写体となる無端状の中間転写ベルト７と対向し、この中間転写ベルト７の移動方向に並列に配置されていて、中間転写ベルト７上に各色のトナー像を１次転写して可視像を形成する。

ループ状に配置された中間転写ベルト７の内側には、各感光体ドラム２と対向するように一次転写手段となる一次転写ローラ８がそれぞれ配置されている。各感光体ドラムの表面のトナー像は、各一次転写ローラ８と一次転写ローラ８の間に図示しない高圧電源により一次転写バイアスが印加されることで、中間転写ベルト７の表面に転写される。中間転写ベルト７は、図示しない駆動モータによって図中の矢印方向に回転駆動されるように構成されていて、各色のトナー像をその表面に順次重ねて転写することでフルカラー画像を形成する。

このフルカラー画像は、中間転写ベルト７と対向配置された二次転写手段となる二次転写ローラ９と中間転写ベルト７の間に所定の電圧を印加することにより、給紙台２０から給紙された記録材となる用紙１０に転写され、定着装置１２へと搬送される。

定着装置１０は、定着ニップを形成する加熱ローラと加圧ローラを備え、トナー像が転写された用紙１０が定着ニップを通過する際に、熱と圧力を加えることで、トナー像を用紙１０上に定着する周知のものである。定着装置１０でトナー像が定着された用紙１０は、図示しない排紙トレイなどの排紙部へ排出される。二次転写ローラ９で転写されずに中間転写ベルト７の表面上に残留したトナーは、中間転写ベルト７の近傍に配置された転写ベルトクリーニング手段１１により回収される。

図１に示す画像形成装置は、４色のプロセスカートリッジユニット１を備えたフルカラーの画像形成装置としたが、本発明の適用はカラーの画像形成装置に限定されるものではなく、黒色のトナーを用いて画像形成を行う１台のプロセスカートリッジユニット１を備えたモノクロの画像形成装置であってもよい。
（第１の実施形態）
次に現像装置４の構成について詳細に説明する。現像装置４は、そのケーシング４０内に形成されたトナー貯蔵室４１にトナーＴを貯蔵している。トナー貯蔵室４１内には、トナー攪拌部材４２が回転可能に配置されていて、回転することでトナー貯蔵室４１内のトナーＴを攪拌する。

現像装置４は、トナー攪拌部材４２よりも下方に、現像剤担持体となる現像ローラ４３と、現像ローラ４３上のトナーＴを規制してトナー薄層を形成するブレード状の規制部材４４と、現像ローラ４３の表面が接触する規制部材４４の面４４ａとは他方の面４４ｂに接触するローラ状の補助荷電部材４５と、現像ローラ４３にトナーＴを供給するローラ状の供給部材４６を備えている。補助荷電部材４５と供給部材４６は、ケーシング４０内に配置され、現像ローラ４３はその表面の一部がケーシング４０の外部に露呈して感光体ドラム２の表面に接触するように配置されている。現像ローラ４３と補助荷電部材４５と供給部材４６は、図２において反時計回り方向に回転するように構成されている。

現像ローラ４３は、ケーシンク４０に一端が固定された規制部材４４の自由端となる先端４４ｃ側に配置されていて、規制部材４４の一方の面４４ａに、その表面が接触している。現像ローラ４３の軸中心よりも、その軸中心が上方に位置する補助電荷部材４５は、その表面が規制部材４４の他方の面４４ｂと接触している。現像ローラ４３の軸中心よりも、その軸中心が下方に位置する供給部材４６は、その表面が補助電荷部材４５の表面と現像ローラ４３の表面とにそれぞれ同時に接触している。

本形態において、補助電荷部材４５の表面と規制部材４４の他方の面４４ｂとの接触部は符号ａ１，補助電荷部材４５の表面と供給部材４６の表面との接触部は符号ａ２、供給部材４６の表面と現像ローラ４３の表面との接触部は符号ａ３，現像ローラ４３の表面と規制部材４４の面４４ａとの接触部は符号ａ４で示す。また、符号ａ５は、現像ローラ４３の表面と感光体ドラム２の表面との接触部となる現像領域を示す。

現像ローラ４３と補助荷電部材４５と供給部材４６は、軸中心を結ぶ線が三角形状になるように配置されている。現像ローラ４３と補助荷電部材４５と供給部材４６の３つのローラ状部材に囲まれた空間Ｓには、規制部材４４の先端４４ｃが位置している。このように先端４４ｃが空間Ｓに位置するために、本形態では規制部材４４の空間Ｓ側への突き出し量、現像ローラ４３、補助荷電部材４５、供給部材４６の直径と軸中心位置を規定している。このため、本形態では、規制部材４４の先端４４ｃが現像ローラ４３、補助荷電部材４５、供給部材４６の何れにも表面に接触することがなく、規制部材４４の先端４４ａと現像ローラ４３、補助荷電部材４５、供給部材４６の各表面との接触による、各表面の破壊や規制部材４４の先端４４ｃの破損を防止することができる。

現像装置４による現像ローラ４３の表面にトナー薄層が形成されるまでについて説明する。

補助荷電部材４５は、矢印で示す回転方向に回転すると、トナー攪拌部材４２によって攪拌されたトナーＴを回転方向に搬送する機能を備えている。補助荷電部材４５の回転方向は、補助荷電部材４５の表面と規制部材４４の表面との接触部ａ１において補助荷電部材４５の表面が規制部材の先端４４ｃ側に向かって移動する方向とされている。このため、補助荷電部材４５の回転により搬送されるトナーＴは、接触部ａ１へと搬送され、この接触部ａ１で摩擦されて荷電する。規制部材４４と補助荷電部材４５は図示しない電源により電圧が印加されている。本形態においてトナーＴはマイナス極性に荷電するトナーを用いている。規制部材４４と補助荷電部材４５への電圧は、マイナスに荷電したトナーＴが補助荷電部材４５の表面に移動する方向の電界となる電圧が印加される。このため、接触部ａ１で摩擦荷電されたトナーＴは、補助荷電部材４５の表面に保持されて回転方向に搬送される。

補助荷電部材４５の表面に保持されて搬送されたトナーＴは、補助荷電部材４５の表面と供給部材４６の表面との接触部ａ２に搬送され、この接触部ａ２で摩擦され、更に荷電される。接触部ａ２において、供給部材４６の表面の移動方向は、補助荷電部材４５の表面の移動方向とは逆方向になるように供給部材４６は回転されている。そうすることによって、補助荷電部材４５の表面上のトナーを供給部材４６が回収しやすくなる。供給部材４６には図示しない電源によって電圧を印加している。この電圧は、マイナス極性に荷電したトナーＴが補助荷電部材４５の表面から供給部材４６の表面に移動する方向の電界となるように印加している。そうすることで、荷電したトナーＴを補助荷電部材４５の表面から供給部材４６の表面に移動させる。このようにして荷電したトナーＴは供給部材４６の表面に保持されて回転方向に搬送される。

供給部材４６の表面に保持されて搬送されたトナーＴは、供給部材４６の表面と現像ローラ４３の表面との接触部ａ３に搬送され、接触部ａ３でトナーＴが摩擦され、更に荷電される。この接触部ａ３において、現像ローラ４３は、その表面が供給部材４６の表面の移動方向とは逆方向になるように回転されている。そうすることによって、供給部材４６の表面上のトナーＴを現像ローラ４３の表面が回収しやすくなる。また現像ローラ４３には図示しない電源によって電圧が印加されている。その電圧は、マイナス極性に荷電したトナーＴが供給部材４６の表面から現像ローラ４３の表面に移動する方向の電界となるように印加している。そうすることで、荷電したトナーＴを供給部材４６の表面から現像ローラ４３の表面に移動させる。このようにして荷電したトナーは現像ローラ４３の表面に保持されて回転方向に移動する。

現像ローラ４３の表面に保持された搬送されたトナーＴは、現像ローラ４３の表面と規制部材４４との接触部ａ４に搬送され、接触部ａ４で摩擦され、更に荷電される。規制部材４４と現像ローラ４３への電圧は、マイナス極性に荷電したトナーＴが現像ローラ４３の表面に移動する方向の電界となるように印加する。そうすることで、荷電したトナーＴが現像ローラ４３の表面上に保持されて回転方向に搬送される。そして、現像ローラ４３の表面と感光体ドラム２の表面との接触する現像領域ａ５へと搬送される。

本形態において、規制部材４４の一方の面４４ａには現像ローラ４３の表面が接触し、他方の面４４ｂには補助荷電部材４５の表面が接触する。つまり、補助荷電部材４５上のトナーＴを摩擦させる部材と、現像ローラ４３上のトナーＴを摩擦させる部材とが、本形態では１つの規制部材４４が兼ねることにより、省スペース化を図ることができる。

本形態において、ケーシング４０のトナー貯蔵室４１に位置するトナーＴは、接触部ａ１〜接触部ａ４を通過することで、４回の荷電する機会を経て現像ローラ４３の表面上の薄層されることになる。

この現像装置４は、規制部材４４に印加する電圧をＶｂｌ、補助荷電部材４５に印加する電圧をＶａ、供給部材４６に印加する電圧をＶｓ、現像ローラ４３に印加する電圧をＶｂとしたとき、Ｖｂｌ、Ｖａ、Ｖｓ、Ｖｂは、それぞれがトナーの荷電する極性と同じ極性であり、且つ｜Ｖｂｌ｜≧｜Ｖａ｜≧｜Ｖｓ｜≧｜Ｖｂ｜を満たすように構成されている。

このように電圧の関係を規定すると、帯電されたトナーＴは電圧差によってクーロン力を受ける。しかしながら、トナーの帯電電荷の極性と同じ極性の電圧にすることで、電圧の小さい方がトナーに対する反発力が小さくなり、結果的に、反発力の強い方から反発力の弱い方にトナーが移動して行く。このために、規制部材４４から補助荷電部材４５、補助荷電部材４５から供給部材４６、供給部材４６から現像ローラ４３へとトナーが移勤しやすくなる。
本形態において、規制部材４４はＳＵＳ３０４ＣＳＰやＳＵＳ３０１ＣＳＰまたはリン青銅等の薄くて撓む金属板で構成されている。供給部材４６は、芯金ローラ４６ａの周囲に発泡材料層４６ｂが被覆されて構成されている。補助荷電部材４５は発泡材料層４６ｂを有するので、補助荷電部材４５上のトナーＴを効率よく回収できる。発泡材料層４６ｂに用いる発泡材料は３乗〜１４乗Ωの電気抵抗値に設定されている。

現像ローラ４３と補助荷電部材４５は、芯金ローラ４３ａ、４５ａの外周にそれぞれ弾性ゴム層４３ｂ，４５ｂを被覆して構成したものである。各弾性ゴム層４３ｂ，４５ｂは体積抵抗３乗〜１２乗Ω・ｃｍの電気抵抗値に設定されている。
（第２の実施形態）
図３を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。本形態の特徴は、第１の実施形態に対して、現像ローラ４３と補助荷電部材４５の弾性ゴム層４３ｂ，４５ｂの厚さが異なっている。即ち現像ローラ４３の弾性ゴム層４３ｂが、補助荷電部材４５の弾性ゴム層４５ｂよりも肉厚が薄く形成されている。その分、芯金４３ｂの表面弾性への影響が強く、規制部材４４もその剛性差に倣って、現像ローラ４３側が凸に成るよう変形する。これにより、供給部材４６から供給されるトナーＴに対してラッパ状に開いた楔空間Ｓ１を形成でき、荷電性に加えてトナー量の規制にも良好に作用させることができる。

株式会社リコー製カラーレーザープリンタＩＰＳｉＯ ＳＰ Ｃ３１０を用い、ブラックトナーのプロセスカートリッジを改造して地汚れの評価を実施例１と比較例１から４として行った。

評価は、印字率１％のチャートを１枚間欠で印字するモードで通紙し、３００００枚印字後に感光体ドラム上の地汚れトナーを透明なテープで剥離し、紙に貼り付けて明度Ｌ＊値（地汚れ）を測定したものである。透明なテープは、キハラ製８９４１００を用い、明度測定装置はＸ−ｒｉｔｅ社製９３９を用いた。その結果を図４に示す。

図４において実施例１とは第１の実施形態の構成によるものである。比較例１〜４とは、第１の実施形態の構成に対して補助荷電部材４５、供給部材４６の回転方向が異なる場合や回転しない場合、補助荷電部材４５に対するバイアスの有無を変更して行ったものである。ここでは、明度Ｌが９０以上の場合は○、９０未満の場合は×として評価した。

評価結果を考察すると、比較例３のように補助電荷部材４５と供給部材４６の回転方向を第１の実施形態と逆方向にすると、実施例１と近い値を示すが、判定基準とした明度Ｌ＝９０までは届かない。地汚れ（明度Ｌ）はある値を過ぎると顕著に現れることから、比較例３の場合でも×の評価とした。

１ プロセスカートリッジ
４ 現像装置
４３ 現像剤担持体
４４ ブレード状の規制部材
４４ａ 現像剤担持体が接触する面
４４ｂ 他方の面
４４ｃ 規制部材の自由端
４５ 補助荷電部材
４６ 供給部材
ａ１ 補助荷電部材と規制部材との接触部
ａ２ 供給部材と補助荷電部材との接触部
ａ３ 現像剤担持体と供給部材との接触部
Ｔ 一成分現像剤
Ｖｂｌ 規制部材に印加する電圧
Ｖａ 補助荷電部材に印加する電圧
Ｖｓ 供給部材に印加する電圧
Ｖｂ 現像剤担持体に印加する電圧

特開平０８−０６２９６０号公報

Claims (7)

1. 現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面上の一成分現像剤を規制して現像剤薄層を形成するブレード状の規制部材と、前記規制部材の現像剤担持体が接触する面とは他方の面に接触する補助荷電部材と、前記現像剤担持体に前記一成分現像剤を供給する供給部材を備え、前記現像剤担持体、補助荷電部材および供給部材が回転自在な現像装置において、
   前記供給部材の表面が、前記現像剤担持体の表面と前記補助荷電部材表面の双方に接触するように構成したことを特徴とする現像装置。
2. 前記補助荷電部材の回転方向が、同補助荷電部材と前記規制部材との接触部において同補助荷電部材の表面が前記規制部材の自由端側に向かって移動する方向であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記供給部材の回転方向が、前記供給部材と前記補助荷電部材との接触部において同供給部材の表面が、前記補助荷電部材の表面の移動方向と逆方向に移動する方向であることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
4. 前記現像剤担持体の回転方向が、前記現像剤担持体と前記供給部材との接触部において、同現像剤担持体の表面が前記供給部材の表面の移動方向とは逆方向に移動する方向である請求項１，２または３記載の現像装置。
5. 前記規制部材に印加する電圧をＶｂｌ、前記補助荷電部材に印加する電圧をＶａ、前記供給部材に印加する電圧をＶｓ、前記現像剤担持体に印加する電圧をＶｂとしたとき、
   Ｖｂｌ、Ｖａ、Ｖｓ、Ｖｂは、それぞれが前記一成分現像剤の荷電する極性と同じ極性であり、且つ｜Ｖｂｌ｜≧｜Ｖａ｜≧｜Ｖｓ｜≧｜Ｖｂ｜を満たすことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の現像装置。
6. 請求項１ないし５の何れか１項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。
7. 請求項６に記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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