JP6525633B2 - 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

Description

本発明は、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。ここで、現像装置とは、少なくとも現像剤担持体を有するものをいう。プロセスカートリッジとは、少なくとも像担持体を有するものをいう。画像形成装置とは、記録材に画像を形成する装置をいう。

電子写真方式を採用するレーザビームプリンタや複写機などの画像形成装置は、帯電手段により一様に帯電させた感光体上に、画像情報に対応した光（レーザ光など）を照射することで静電潜像を形成する。その後、この静電潜像に現像装置から現像剤を供給し現像剤像として顕像化させる。

更に感光体から紙などの記録材へ現像剤像を転写することで、記録材上に画像（現像剤像）を形成している。

感光体から記録材へ現像剤像を転写する転写工程の後、記録材に転写されず感光体上に残留した現像剤は、クリーニング装置により感光体の表面から除去される。そして、除去された現像剤は、装置内に、廃トナーとして再度使用することなく溜める構成を採用している機種が一般的である。しかし、環境保全や資源の有効利用、装置の小型化等の点からこのような廃トナーはないことが望ましい。そこで、記録材に転写されず感光体上に残留した転写残現像剤を現像装置において回収・再利用するいわゆるクリーナレス方式が知られている。（特許文献１）。

一方、電子写真方式を採用する画像形成装置においては、感光体や現像剤は画像形成動作を経るたびに消耗していくものであり、寿命に達した場合ユーザーが交換する必要がある。このような消耗品の交換を容易に行うために、感光体やトナーなどの消耗品を一体のユニットにして画像形成装置の装置本体に組み込む構成が知られている。ユニット化することにより、ユーザーが取り扱い易くなる。

ユニットとして、像担持体である感光体と画像プロセスに作用するプロセス手段を一体化したプロセスカートリッジや現像剤担持体を有する現像カートリッジがなど様々な形態がある。また、現像剤を収容する現像剤容器を画像形成装置に着脱可能に構成される装置も知られている。

特許第４６３０７０７号公報

しかし、転写残現像剤を現像装置で回収する画像形成装置においては、感光体に残留した転写残現像剤は現像装置に回収されるが、現像剤以外の紙粉も同時に回収してしまう。

本発明者の検討では、こうした紙粉が、現像剤の残量が少なくなってくると現像剤とともに現像されやすくなり画像に影響を及ぼす恐れがあることが判った。

そこで、本発明は、記録材に転写されず像担持体上に残った現像剤を回収する現像装置であって、現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像部と、前記現像部に供給する現像剤を収容し、前記収容される現像剤を前記現像部に搬送すると共に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材を有する第１収容部と、前記記録材を搬送する給紙手段に対応する前記像担持体の長手方向位置に開口を有し、前記第１収容部の前記撹拌部材に前記開口を介して供給する現像剤を収容する第２収容部と、を有し、前記現像剤担持体の現像剤が担持される第１領域の長手方向の長さ（Ｚ）を１とした場合に、前記第１領域の中央から各端部側に０．２５の長さの関係にある第２領域があり、前記開口は、前記第２領域内のみに設けられ、かつ次の関係式を満たしていることを特徴とする現像装置。
（式）０．１２≦開口の前記長手方向の長さ／Ｚ≦０．３５

本発明によれば、回収した紙粉が拡散しやすくなるため、画像への影響を低減させることが可能になる。

実施例１の供給口、給紙手段、現像剤担持体のトナーコート幅（長さ）との関係を示したものである。 実施例１の現像装置を含む画像形成装置の断面図を示したものである。 実施例１の現像装置を示したものである。 比較例の現像装置の斜視図及び供給口、給紙手段、現像剤担持体のトナーコート幅（長さ）との関係を示したものである。 実施例１におけるトナー供給の様子を示した模式図である。 比較例におけるトナー供給の様子を示した模式図である。 供給口、給紙手段、現像剤担持体のトナーコート幅（長さ）との関係を示した変形例である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

本実施例は、静電潜像を現像剤で現像する現像部と、開口を有し現像部へ送り込む現像剤を収容する収容部とを有し、さらに収容部の一部がカートリッジとして分離・交換可能である構成について説明する。

また、本実施例では、現像部にて像担持体上の静電像を現像することにより現像剤像を形成するとともに、像担持体上に残留した現像剤の回収を行う構成について説明する。以下、これらの動作を現像同時回収という。

（画像形成装置の構成）
現像同時回収を行う画像形成装置の動作について図２を用いて説明する。

像担持体である感光ドラム１に、帯電手段である帯電ローラ２が当接し帯電バイアスが印加されることで感光ドラム１の表面を所定の暗部電位Ｖｄに帯電する。本実施例では、負帯電性の感光ドラム１を用い、ＤＣバイアスを印加した。

その後、露光手段であるレーザ発振器からの光で感光ドラム１上に静電像（または、静電潜像）を形成する。

現像装置３は、第１の収容部４に収容された現像剤であるトナーを、現像を行う現像部５に開口１４ｃ（図３）を介して送り込み、現像剤担持体６である現像スリーブ上に担持させる。そして、現像剤規制部材７である現像ブレードで所望の層厚、帯電量にコントロールする。現像剤担持体６には現像バイアスを印加し、感光ドラム１上に形成された静電潜像を現像する。さらに、第１の収容部４には、収容されたトナーを現像部５へ搬送するとともに、第１の収容部４内で十分にトナーを攪拌混合するために攪拌部材８が備わっている。本実施例では、短手一端を回転軸８ａに固定したシート状のシート部材８ｂでトナーを撹拌する構成である。現像剤担持体６は、アルミ素管の表面に弾性層を設けている。アルミ素管の内部には、マグネットローラ６ａを内包させる構成としている。本実施例では、弾性層が感光ドラム１に接触させる構成を採用している。

また、現像剤規制部材７には支持板金に固定されたウレタンゴムが現像剤担持体６に当接する構成を用いた。本実施例のトナーは負帯電性の１成分磁性現像剤を用いた。しかし、これに限定されず、構成によっては、２成分でもよく、正帯電性でもよい。

紙などに代表される転写材（または記録材）９は、給紙手段１０によりピックアップされ、転写手段たる転写ローラ１１と感光ドラム１との対抗領域に搬送される。

感光ドラム１上でトナーにより顕在化されたトナー像は、前記対向領域である転写部で、転写材９に転写される。トナー像が載った転写材９は定着手段１２を経て、転写材９に定着した画像となる。

一方、転写されなかったトナーは、クリーニング部材が無いため、転写残トナーとして感光ドラム１上に残留し、帯電ローラ２との対向部に到達する。帯電ローラ２では、感光ドラム１を帯電するために負の帯電バイアスが印加されているので、転写残トナーも負極性に帯電させることになる。ここで、帯電ローラに印加された帯電バイアスと感光ドラムの表面電位の関係は、電位の絶対値が帯電バイアスの方が大きい。このため、負極性に帯電したトナーは帯電ローラ２側に付着しにくいため、帯電ローラ２を通過する。通過した感光ドラム表面のトナーは、現像装置と対向する位置に移動し、現像装置３で回収される。

さらに、先に述べた第１の収容部４には、現像部５と接続される側と反対側に第２の収容部１３が供給口１４ａ、１４ｂを介して接続され、内部には攪拌部材１５が備わっている。第２の収容部内の撹拌部材は、回転軸１５ａとシート部材１５ｂから構成され、回転することによりトナーを撹拌している。第２の収容部１３は、トナーカートリッジとして第１の収容部４から、脱着及び交換可能としている。本実施例では、第１の収容部と第２の収容部とを全体として収容部という。

（トナーカートリッジ構成）
本実施例のトナーカートリッジ（第２の収容部）１３について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、現像剤担持体の軸線方向に沿って見た場合の断面図であり、図３（ｂ）は各部の構造を表した斜視図である。トナーカートリッジ１３に備わる攪拌部材１５（図３（ｂ）においては不図示とした）を駆動させてトナーを第１の収容部４に供給する。また、第１の収容部４とトナーカートリッジ１３とは長手方向中央部にのみ設けられる供給口１４ａ、ｂを介してトナーを供給している点で特徴がある。本実施例では、第１の収容部が有する供給口１４ａと、第２の収容部が有する供給口１４ｂが同じ形状である。ただし、これに限定されず、形状は、供給口１４ａと供給口１４ｂとで異なっていてもよい。この場合、供給口１４ａと供給口１４ｂとが重なる領域がトナーが通る開口になる。

本実施例では、供給口１４ａ、ｂの長手方向の幅をＷ１、高さ方向の幅をＨ１とする。

次に、比較例となる現像装置について図４を用いて説明する。現像剤担持体や容器の外側の形状、攪拌部材の配置は実施例１の現像装置と同じである。実施例１の構造と異なる点は、第１の収容部４とトナーカートリッジ（第２の収容部）１３との供給口１４がほぼ長手全域にわたって設けられている点である。この比較例の供給口１４の長手方向の幅をＷ０、高さ方向の幅は実施例１と同じＨ１とする。

なお、図２で示したように、本実施例と比較例ともに、画像形成装置本体内で、第１の収容部４に接続された場合、第２の収容部であるトナーカートリッジ１３は、第１の収容部４に対し斜め上方に配置される構造としている。つまり、第１の収容部４の底部が、第２の収容部の底部よりも下方に位置する。逆から見れば、第２の収容部の底部が上方に位置することになる。

また、現像剤担持体６においてトナーが担持（コート）される領域（以下、トナーコート領域という）の長手方向の幅（長さ）をＺとする。

（給紙手段）
図２中に示した画像形成装置の転写材の給紙手段１０としては、パッドタイプのものを用いた。この給紙手段１０は、転写材の長手方向に対し中央に配置される。図２では、転写材における搬送方向に対して直交する方向の中央位置である。給紙手段は、転写材の表面に接触して回転することで、転写材を１枚だけ分離してピックアップし搬送路に導く（搬送する）役割がある。

（供給口やトナーコート領域等の位置関係）
本実施例と比較例における、供給口と給紙手段とトナーコート領域の長手方向の長さとに対する位置関係を図１に示す。

本実施例では、記録材を搬送する給紙手段に対応する位置に供給口を配置している。その供給口は、現像剤担持体６のトナーコート領域の長手方向の幅Ｚが１に対し、供給口１４の長手方向の幅Ｗ１をＷ１＝０．２４×Ｚの関係式を満たすものとした。つまり、コート幅Ｚに対し、供給口１４の長手幅Ｗ１はコート幅の１／４よりも小さくなる。また、トナーコート領域の長手中央から各端部へ０．２５分の長さ（領域Ａと領域Ｂ）に対応する収容部の領域内（第２領域内）にのみ開口が設けられている。つまり、長手方向の中央に開口が配置されている。第２領域は収容部を構成する枠体と開口で構成されている。第２領域とトナーコート領域を通る直線に対して垂直な方向における第２領域の中央に開口が配置されている。また、端部からＺ×１／４までの長さのトナーコート領域（領域Ｃ又は領域Ｄ）に対応する収容部の領域には、開口が形成されていない。

図１に示すトナーコート領域の幅Ｚと直交する点線Ｍは、紙などの記録材が搬送される搬送方向と同じである。給紙手段１０である給紙パッドと接した紙面の接触部は、搬送され感光ドラムと接触する。この紙面の接触部と接触した感光ドラムのドラム接触部は、回転することにより現像装置と対向する位置にくる。そして、現像剤担持体のトナーコート領域と接触する。このドラム接触部と接触したトナーコート領域のコート接触部は、図１の給紙パッドに対応するトナーコート領域（領域Ｅ）になる。

一方で、比較例は、供給口１４の長手方向の幅Ｗ０をＷ０＝０．９×Ｚなる関係式を満たすものとしている。つまり、端部からＺ×１／４までの長さのトナーコート領域（領域Ｃ又は領域Ｄ）にまで開口が伸びている。つまり、開口の一部が領域Ｃや領域Ｄ内にある。

給紙手段１０である給紙パッドは、トナーコート領域の長手方向の中央に対応するように配置されている。本実施例では、給紙パッドの長手方向の幅ＸをＸ＝０．２×Ｚのものを使用した。本実施例の供給口１４の長手幅Ｗ１は給紙パッド１０の長手幅Ｘをカバーする構成となっている。つまり、Ｘ＜Ｗ１の関係になっている。しかし、この関係に限定されるものでなくＸ＝Ｗ１でもよい。

（実施例１と比較例の比較）
実施例１と比較例について、現像同時回収を行う画像形成装置で通紙テストを行った。

本発明者らの検討では、比較例の構成では、残トナー量が少なくなってくると、現像部に回収された紙粉が白地に黒ポチ、黒地に白ポチという形で現れてきやすくなり、残量が少ないほど、紙面上にポチが目立ってくることが判っている。これは消費によりトナーが減るのに対し、回収される紙粉は増加することで、現像部における紙粉の濃度が増大する。このため、紙面にトナーを現像する際に、現像剤担持体に紙粉もコートされやすくなり、その結果、画像に影響が現れやすくなる。

そこで、本実施例と比較例で、トナーカートリッジ交換直前の画像がどんなレベルになるかに着目して、以下のような手順でテストを行った。

まず、実施例１と比較例ともに、所定量充填したトナーカートリッジ１３が装着された状態から、画出しテストを実施し、現像部５及び第１の収容部４の総残トナー量がＭ１となった時に、トナーカートリッジ１３を交換するものとした。トナー残量がＭ１になったことを検知するには、既知の光学式残量検知方式を用いた。これに限らず静電容量方式等でもよい。

残量検知を行い、その残量がＭ１になった時点での画像を本実施例と比較例で比較することでテストを実施した。

なお、画像のレベルについては、紙粉によるポチが画像に現れていない場合を◎、紙粉によるポチがわずかに確認できるレベルを○と△、紙粉によるポチが目立つレベルを×と判定した。○と△では、○の方が△の場合よりもポチが少ないことを意味する。

結果を表１に示す。

同じトナー残量Ｍ１でも、紙粉によるポチのレベルに差があることが判った。

実施例１と比較例ともに端部に比べると中央で多くポチが観察されたが、比較例では実施例１に比べかなり多くのポチが観察された。

これについては、以下のようなメカニズムであると考えられる。

給紙パッドは、紙の表面を摺擦しながら１枚を分離し、搬送路へ紙を送り出すので、紙の表面を摺擦する部分で紙粉が発生しやすくなっている。そのため、給紙パッドの摺擦で発生した紙粉は、紙の搬送とともに搬送され転写手段１１に到達する。そこで、紙面上の紙粉は感光ドラム１に転移する。感光ドラム１に転移した紙粉は、感光ドラム上１に転写されずに残ったトナーとともに現像部５により回収される。このため、現像部５においては給紙パッドで紙の表面が摺擦された部分に対応した部分で紙粉が回収されると考えられる。すなわち、長手中央の領域で紙粉が多く回収されていると考えられる。

また、第１の収容部４に設けられている撹拌部材８は、トナーを収容部から現像部へ送り込んだり、現像部からのトナーを収容部に戻すように機能しているが、これに比べると、長手方向に拡散させる効果は小さい。そのため、長手中央で回収される紙粉が長手方向（搬送方向と直交方向）に拡散し難いため、比較例では中央でポチ画像が発生しやすくなっている。

ここで、実施例１のトナーカートリッジ１３は供給口１４を給紙パッド１０の位置に対応するように、長手方向中央を含む部分に設けている。よって、トナーカートリッジから供給されるトナーは、紙粉が多く回収される領域である現像部５の長手中央の領域に直接に供給されることになる。一方で、長手方向の両端側には、供給開口がないため、長手端部の領域にトナーが直接供給されない。

このため、図５に模式的に示すように、中央部に新しく供給されるトナーは第１の収容部４内の攪拌部材８の回転動作により、徐々に第１の収容部の中央から端部方向へ拡散し、長手方向に対して均一化する。つまり、現像部５の現像剤担持体の長手中央に多く回収される紙粉も、トナーと一緒に中央から端部方向へ拡散される動きを取りやすくなる。

このように、中央部分にトナーを供給することにより中央付近に溜まり易い紙粉を端部側に拡散させやすくなり、中央付近に紙粉が溜まりにくくなる。このため、トナー残量が少なくなってきても、紙粉の影響が画像に現れにくいようにできることを見出した。

これに対し、比較例のトナーカートリッジでは中央付近の紙粉が多く溜まりやすいところ以外にも供給口から新たにトナーが供給される。そのため、図６で示したように、実施例１のようにトナーが横方向へ拡散する動きが生じにくくなる。結果として紙粉も中央に残りやすくなり、ポチのレベルが実施例１と比べて悪くなっていると考えられる。

以上のメカニズムにより、比較例に比べ供給口を中央部分に設けることで、紙粉の画像への影響を低減できる。また、長手に分散させるような部材を設けない簡単な構成でも紙粉の影響を低減できる。

実施例１では、供給口の幅を０．２４×Ｚとしていたが、実施例２では、供給口の幅を振って、同じ検討を行った。

さらに、これとは別に高印字の全面黒画像を印字した際の画像状態を確認した結果を合わせて示す。

全面黒画像については、画像不良がないレベルを○、わずかに白く抜けている部分が見られる場合を△、かなり白抜けしている場合を×と判定した。

表２から、供給口の幅を現像剤担持体のトナーコート幅Ｚに対し部分的に設けることで、ポチのレベルを改善できるが、供給口の幅が広くなり過ぎても狭くなり過ぎても、同じ残量Ｍ１時点での画像レベルが悪化してくることがわかる。

一方、０．１２×Ｚ未満の供給幅では表２からもわかるように全面黒画像において白抜けが発生していることもわかる。画像の白抜けが発生したものは、いずれも端部で発生していたことから、トナーの供給量が不足気味になってしまったためであると考えられる。

よって、供給口の長さは、紙粉の影響を低減させる観点からは、次の関係式を満たすことが必要である。

（式１）０．１２≦開口の長手方向の長さ／Ｚ≦０．３５
全面黒画像の追従性も考慮するのであれば、次の関係式を満たす必要がある。

（式２）０．１５≦開口の長手方向の長さ／Ｚ≦０．３５
より紙粉の影響を少なくするためには、次の関係式を満たすことが好ましい。

（式３）０．１５≦開口の長手方向の長さ／Ｚ≦０．３０
紙粉の影響も全面黒画像の追従性もよりよくするためには、次の関係式を満たすことが好ましい。

（式４）０．１８≦開口の長手方向の長さ／Ｚ≦０．３０
式４の長さであれば、全面黒画像の追従に十分な開口の長手幅を確保しつつ、開口を中央部分に限定することでポチ画像の低減、画質の維持の両立を図れることができる。

以上から、本実施例の構成が比較例に比べて優れていることが示された。

本実施例では、供給口が１つの場合について説明しているが、複数の供給口であってもよい。この場合、開口の長手方向の長さ（幅）は、複数の供給口の長手方向の長さの和を考えればよい。

（変形例１）
実施例１は、収容部の一部がトナーカートリッジとして分離・交換できるタイプのものであったが、一体構成で分離不可能な構成でもよい。この場合、収容部内部に供給口を設けるタイプになる。つまり、実施例１の第１の収容部４と第２の収容部１３で１つの収容部を構成し、現像剤担持体の軸線と交差する方向において、収容部の中央部分に供給口である開口を有する構成である。この場合でも、着脱できない点を除けば実施例１と同じ構成となることから、同様の効果がある。

（変形例２）
実施例１では、供給口は１つであるが、供給口が複数ある構成でもよい。例えば、供給口を長手方向に３分割した変形例を実施例１と合わせて図７に示す。変形例では、収容部は３つの供給口を有することになる。

変形例と実施例１とも供給口の長手幅の総和は、現像剤担持体のトナーコート幅Ｚに対し、０．２４×Ｚで同じとした。

変形例も分割こそしているものの長手中央の給紙パッドに対応した領域近傍に供給口が存在する構成となっている。

ここでも同じようにテストを行ったところ、実施例１と同じように残量Ｍ１時点で同等のポチレベルとなり、実施例１と同じような効果が得られた。

この配置であれば、実施例１と同様にトナーを部分的に供給していることになるので、実施例１と同様の効果が発揮される。

もちろん、分割もここで説明した３分割に限るものでは無く、２分割や５分割などでも実現可能である。

また、供給口が中央ラインの点線Ｍ上になくてもよい。例えば、供給口が２分割されている場合は、中央ラインを挟むように配置しても同様の効果が得られる。

（その他）
これまでの実施例は、着脱可能なトナーカートリッジを有する現像装置や一体型の現像装置について説明してきた。本実施例では、現像装置も装置本体から着脱可能であるが、これに限定されず、装置本体に備え付けでもよい。

また、現像装置に限定されず、装置本体に着脱可能であるプロセスカートリッジにも適用可能である。プロセスカートリッジとは、少なくとも像担持体を有するものをいう。多くの場合、帯電手段、現像手段またはクリーニング手段と像担持体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものをいう。

ここで、装置本体とは、画像形成装置の構成から少なくとも現像装置を除いた装置構成部分のことである。なお、プロセスカートリッジが装置本体に着脱可能な構成としても良く、その場合は、画像形成装置の構成からプロセスカートリッジを除いた装置構成部分を装置本体とする。

３ 現像装置
４ 第１の収容部
５ 現像部
６ 現像剤担持体
１３ 第２の収容部（トナーカートリッジ）
１４ 供給口

Claims (8)

1. 記録材に転写されず像担持体上に残った現像剤を回収する現像装置であって、
   現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像部と、
   前記現像部に供給する現像剤を収容し、前記収容される現像剤を前記現像部に搬送すると共に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材を有する第１収容部と、
   前記記録材を搬送する給紙手段に対応する前記像担持体の長手方向位置に開口を有し、前記第１収容部の前記撹拌部材に前記開口を介して供給する現像剤を収容する第２収容部と、を有し、
   前記現像剤担持体の現像剤が担持される第１領域の長手方向の長さ（Ｚ）を１とした場合に、前記第１領域の中央から各端部側に０．２５の長さの関係にある第２領域があり、前記開口は、前記第２領域内のみに設けられ、かつ次の関係式を満たしていることを特徴とする現像装置。
   （式）０．１２≦開口の前記長手方向の長さ／Ｚ≦０．３５
2. 前記記録材を搬送する給紙手段の長手方向の長さは、前記開口の長手方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記開口は、次の関係式を満たしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
   （式）０．１８≦開口の長手方向の長さ／Ｚ≦０．３０
4. 前記第２収容部は、前記現像装置から着脱可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記第２収容部の底部は、前記第１収容部の底部よりも上方に位置することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記開口は、複数の開口で構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 静電像を担持する像担持体と、
   前記静電像を現像するための請求項１から６のいずれか１項に記載の現像装置とを有するプロセスカートリッジ。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の現像装置、請求項７のプロセスカートリッジのうちの少なくとも１つを有し、
   記録材に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。