JP2006064798A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 潜像が形成される像担持体21と、キャリアCとトナーTとを有する現像剤Gを収容して像担持体21上に形成される潜像を現像するとともに像担持体21上に残留する未転写トナーを回収する現像部23と、現像部23にキャリアCを供給するキャリア供給部28と、現像部23に収容されたキャリアCを現像部23の外部に排出するキャリア排出手段23dと、像担持体21上に潤滑物質を供給する潤滑物質供給手段25〜27と、を備える。
【選択図】 図3
Description
詳しくは、現像剤担持体上に磁力によって穂立ちさせた磁性キャリア(以下、適宜に「磁気ブラシ」と呼ぶ。)を、像担持体に接触させることによって磁気ブラシ内のトナー粒子を像担持体に接触させる2成分現像方式において、トナーとともに少量のキャリアを補給して、過剰となったキャリアを現像部から排出する。この技術は、劣化した磁性キャリアによる画質劣化を軽減することで、作像部の高耐久化を図ったものである。
詳しくは、クリーナレス方式の作像部には、像担持体上の未転写トナー(転写工程で被転写材に転写されずに像担持体上に残留するトナーである。)をクリーニングブレード等で機械的に回収するクリーニング部が設けられていない。この技術は、クリーニングブレード等の当接による像担持体の磨耗を低減することで、作像部の高耐久化を図ったものである。
まず、クリーナレス方式を既設した画像形成装置にトリクル現像方式を併設する場合を考慮する。
トリクル現像方式では本質的に現像部の内部に劣化の程度が異なるキャリアが混在する。具体的には、トナーとともに現像部に供給されたばかりの新たなキャリアは、その表面に付着した異物が少なくて、トナーを摩擦帯電させる能力が高い。これに対して、現像部内で長時間撹拌されたキャリアは異物の付着が多くて、トナーを摩擦帯電させる能力が低い。したがって、磁気ブラシ中でキャリアの帯電量分布がブロード化してしまう。
さらに、付着した異物の量が異なると、キャリアの磁界への応答性やキャリア同士の流動性に差異が生じることになる。その結果、磁気ブラシとしてのしなやかさや強さに差異が生じてしまう。
上述したように未転写トナーの回収性を向上するために像担持体と磁気ブラシとの相対的移動速度を大きくした場合には、像担持体にキャリアが衝突するスピードが速くなる。これによって、磁気ブラシの先端にあるトナー粒子や像担持体上に付着した未転写トナーとキャリアとが衝突する際の衝撃が強くなって、キャリアへのトナー粒子母体樹脂や外添剤の付着が増加してしまう。また、コート膜を有するキャリアの場合、衝突時の衝撃でコート膜がはがれやすくなる。このようにしてキャリアの劣化が促進されると、磁気ブラシ内でのキャリア特性の差が広がって、均一な現像が達成できなくなってしまう。
図1〜図6にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、実施の形態1における画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
給紙部61は、記録紙、OHP等の被転写材Pを格納して、画像形成時には被転写材Pを転写ベルト30に向けて給送する。
転写ベルト30を介して感光体ドラム21に対向する転写ローラ24は、芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有する。転写ローラ24の導電性弾性層は、ポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン(EPDM)等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値(体積抵抗率)を106〜1010Ω・cmの中抵抗に調整した弾性体である。
転写ベルト30に沿って縦方向に配設された4つのプロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BKは、それぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像を形成するためのものである。
なお、剤カートリッジを装置本体1内に残したままプロセスカートリッジを取出した状態で、剤カートリッジから落下した現像剤(トナー及びキャリアである。)によって機内が汚染されないように、剤カートリッジの開口の鉛直方向に排出路70の受け部がレイアウトされている。
本実施の形態1の画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能する複合型の画像形成装置である。複写機として機能する場合には、スキャナから読み込まれた画像情報に対してA/D変換、MTF補正、階調処理等の種々の画像処理が施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する場合には、コンピュータ等から送信されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書込みデータに変換される。
図3及び図4に示すように、プロセスカートリッジ20は、像担持体としての感光体ドラム21、帯電部22、現像部23、潤滑物質供給手段25〜27が一体化されたものであって、トリクル現像方式とクリーナレス方式とが併用されている。
現像ローラ23aは、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成してなるスリーブ23a2(図5を参照できる。)が不図示の回転駆動機構によって時計方向に回転されるように構成されている。スリーブ23a2の外径は20mmで、表面の移動速度が250mm/秒に設定されている。また、感光体ドラム21と現像ローラ23aとの間隔(現像ギャップ)は、0.4mmに設定されている。
主磁極P1bの下流側に位置する補助磁極P1cのスリーブ表面上の法線方向磁束密度は92mTであって、スリーブ表面上から1mm離れた位置での法線方向磁束密度は51.7mTであって、磁束密度の変化量は40.3mTの磁力差となる。このときの法線方向磁束密度の減衰率は、43.8%となる。
このように法線方向磁束密度の減衰率を40%以上に設定することで、現像領域にある磁気ブラシを短く、密にすることができる。その結果、均一な現像が達成できるとともに、感光体ドラム21上に残留した未転写トナーを現像部23に回収する効率が向上する。さらに、感光体ドラム21上に凝集状態の潤滑物質が存在した場合にはこれを延伸して、感光体ドラム21表面に均一に塗布する効果が高くなる。
磁化量が200emu/cm3以下(好ましくは、140emu/cm3以下である。)の低磁化キャリアCであれば、隣り合う磁気ブラシの磁気的な相互作用が小さくなって、磁気ブラシの穂が緻密で短くなる。その結果、均一な現像が達成できるとともに、感光体ドラム21上に残留した未転写トナーの現像部23への回収性が向上する。さらに、感光体ドラム21上に凝集状態の潤滑物質が存在した場合にはこれを延伸して、感光体ドラム21表面に均一に塗布する効果が高くなる。
まず、キャリアの磁気特性を「振動磁場型磁気特性自動記録装置」(理研電子社製)にて、1キロエルステッドの外部磁場中に、円筒状の容器内にパッキングしたキャリアを置いて磁化の強さを測定する。そして、測定して得た磁化の強さにキャリアの真比重をかけて、磁化量を算出する。
このように、本実施の形態1の画像形成装置では、感光体ドラム21上に潤滑物質が塗布されているために、転写率が向上するとともに、未転写トナーの現像装置への回収率が向上する。
なお、ブラシローラ26の感光体ドラム21に対する当接状態(当接圧、当接角度等である。)は、感光体ドラム21や現像部23にどの程度の潤滑物質を混入させるかによって適正な状態に設定することができる。
剤カートリッジ28を下方からみた図6を参照して、剤カートリッジ28が装置本体1に装着されている状態では、カバー28bは装置本体1側に設けられた凸部によって押圧されて、スプリング28cの付勢力に抗するようにフレーム28e側に移動する(図6(B)の状態である。)。剤カートリッジ28が装置本体1から取出されている状態では、カバー28bはスプリング28cの付勢力によってフレーム28eから離れる側に移動する(図6(A)の状態である。)。
図6(B)に示すように、剤カートリッジ28が装置本体1に装着されている状態では、カバー28bの開口28b1が補給口28aの位置に移動して、補給口28aと開口28b1とが一致する。これによって、剤カートリッジ28内の現像剤Gは現像部23に供給されることになる。
図4を参照して、感光体ドラム21が反時計方向に回転駆動されると、まず、帯電部22の位置で感光体ドラム21の表面が約−400Vに帯電される。具体的には、電源部95から帯電部22の芯金に、−400Vの直流電圧と、周波数が1000Hzでピーク間電圧が1400Vの正弦波形の交流電圧と、が重畳された電圧が印加される。
詳しくは、現像ローラ23aの磁極による磁力で汲み上げられた現像剤Gは、ドクタブレード23cによって適量化された後に、感光体ドラム21との対向部である現像領域に搬送される。現像領域において上述の主磁極P1bによって穂立ちされたキャリアCが感光体ドラム21を摺擦する。このとき、キャリアCに混合されているトナーTは、キャリアCとの摩擦によって負帯電されている。これに対して、キャリアCは正帯電されている。電源部95から現像ローラ23aに対して、−300Vの直流バイアスと、周波数が1.3kHzでピークツーピーク電圧が1600Vの交流電圧と、が印加される。これによって、現像ローラ23aと感光体ドラム21との間に電界が形成されて、負帯電されたトナーTが電界によって感光体ドラム21上の画像部にのみ選択的に付着してトナー像を形成する。
その後、トナー像が転写された被転写材Pは、定着部66を通過して、排出ローラ69から装置外部に排出される。
クリーナレス方式においては、画像形成時にブラシローラ26が感光体ドラム21に当接していると、ブラシローラ26に未転写トナーが付着して固形潤滑物質の供給が阻害される。また、ブラシローラ26に付着した未転写トナーが感光体ドラム21上に移動すると、多量の潤滑物質で汚染された未転写トナーが、帯電部22や現像ローラ23aに接触したり、現像部23内のトナーTと接触したりして2次汚染が生じることになる。そこで、本実施の形態1では、カム27を用いて、画像形成時にはブラシローラ27を感光体ドラム21から離間させて、
非画像形成時には所定のタイミングでブラシローラ27を感光体ドラム21に当接するように制御している。
このように、本実施の形態1では、未転写トナーが存在しない非画像形成時に潤滑物質を感光体ドラム21上に供給しているので、転写工程時に感光体ドラム21に付着する未転写トナーは潤滑物質を介してドラム表面に付着することになる。そのため、未転写トナーの感光体ドラム21に対する付着力は確実に低減されて、転写率が向上するとともに、現像部23への未転写トナーの回収効率が向上する。
本実施の形態1の特徴的な構成は、経時の画像形成によってキャリアに潤滑物質を付着させるように感光体ドラム21表面に潤滑物質を供給することである。潤滑物質供給手段25〜27によって感光体ドラム21上に供給された潤滑物質は、クリーニングブレード等によって延伸されることがないために、一次粒子が凝集した状態のまま現像領域に到達する。そして、現像領域において穂立ちしたキャリアに潤滑物質が接触することで、一部の潤滑物質がキャリア表面に付着して、その他の潤滑物質がキャリアによる摺擦によって感光体ドラム21上に延伸される。ここで、「延伸」とは、凝集状態で存在する潤滑物質が機械的に引き伸ばされて、感光体ドラム21上に薄くコートされることを意味する。
第1に、磁気ブラシの穂を密に形成すると、磁気ブラシによる残留トナーの回収性を向上させることができるとともに、長手方向において潤滑物質の延伸効果を良好にすることができる。クリーナレス方式を用いたシステムにおいて、潤滑物質を感光体ドラム21上に供給するだけでは、潤滑物質は感光体ドラム21に対する未転写トナーの付着力低減という機能を充分に果たすことができない。これは、感光体ドラム21上に潤滑物質を供給しても、この潤滑物質を延伸しなければ感光体ドラム21表面に一様な潤滑物質の層を形成することができないためである。
なお、本実施の形態1では、キャリアを低磁化に形成するとともに、現像ローラ23aの法線方向での磁束密度の減衰率を40%以上に設定したが、いずれか一方のみを実施した場合であっても本実施の形態1と同様の効果を得ることができる。すなわち、キャリアを低磁化に形成することで、磁気ブラシの穂の密度を充分に高めることができる。また、現像ローラ23aの法線方向での磁束密度の減衰率を40%以上に設定することで、磁気ブラシの穂の密度を充分に高めることができる。
すなわち、クリーナレス方式においてこのような帯電方式を用いた場合には、帯電部22の位置を未転写トナーが通過する際に未転写トナーが放電を受けることになる。このときに、トナーを形成する高分子が低分子化されて、放電の衝撃で外添剤が遊離しやすくなる。この現象は、帯電部22に対して交流電圧を印加して双方向放電を発生させることで、帯電の均一性を向上させた場合に特に顕著となる。
図7にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図7は、実施の形態2における画像形成装置に設置されるプロセスカートリッジ及び剤カートリッジを示す構成図である。本実施の形態2は、潤滑物質供給手段として感光体ドラム21の感光層21a中に潤滑物質を含有する構成としている点が、潤滑物質供給手段として感光体ドラム21上に当接するブラシローラ25を用いて潤滑物質を塗布する構成とした前記実施の形態1とは相違する。
詳しくは、感光体ドラム21は、外径が30mmの負帯電の有機感光体であって、アルミニウムシリンダ基体の上に導電層、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層の各層を順次浸漬塗布して積層の感光層21aを形成したものである。
下引き層は、アルミニウムシリンダ基体に注入された正電荷が感光体ドラム表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果す。下引き層は、変性ナイロン及び共重合ナイロンを主体とする膜厚0.6μmの層である。
電荷輸送層は、ホール搬送性トリフェニルアミン化合物をポリカーボネート樹脂(オストワルド粘度法による分子量が2万のものである。)に8:10の質量比で溶解したものを主体として、さらにポリ4フッ化エチレン樹脂粒子(体積平均粒径が0.2μmのものである。)を総固形分に対して10質量%添加して均一に分散した膜厚25μmの層である。
なお、接触角は、純水を用いて「接触角計CA−X型」(協和界面科学社製)によって測定される。
図8にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図8は、実施の形態3における画像形成装置を示す構成図である。本実施の形態3は、潤滑物質供給手段25〜27を転写ベルト30の位置に設けている点が、潤滑物質供給手段25〜27を感光体ドラム21の位置に設けている前記実施の形態1とは相違する。
詳しくは、潤滑物質供給手段は、前記実施の形態1のものと同様に、固形潤滑物質25、潤滑物質25を転写ベルト30上に供給するためのブラシローラ26、ブラシローラ26を転写ベルト30上から接離するためのカム27、で構成される。潤滑物質供給手段25〜27は、転写ベルト30の走行方向からみて、ベルトクリーナ65の下流側であって、プロセスカートリッジ20BK、20M、20C、20Yの上流側に設けられている。これによって、潤滑物質供給手段25〜27から転写ベルト30を介して現像部23に、潤滑物質が供給されることになる。
本実施の形態3の構成は、プロセスカートリッジの構成をさらに簡略化したい場合や、特定のプロセスカートリッジ(潤滑物質供給手段に最も近いプロセスカートリッジとなる。)にのみ比較的多くの潤滑物質を供給する場合等に、特に有益である。
上記各実施の形態では、剤カートリッジ28に所定の混合率の現像剤G(キャリアC及びトナーT)を収容して、その現像剤Gを適宜に現像部23に供給している。すなわち、上記各実施の形態では、現像部23内のトナー消費を補完するためのトナー供給と、トリクル現像方式をおこなうためのキャリア供給と、を同じタイミングでおこなっていた。さらに換言すると、キャリア供給部にて、トナーをも同時に供給していた。
これに対して、現像部23内のトナー消費を補完するためのトナー供給と、トリクル現像方式をおこなうためのキャリア供給と、をそれぞれ別のタイミングでおこなうこともできる。
上記各実施の形態では、キャリアを現像部23の外部に排出するキャリア排出手段として、現像部23における収容部の所定高さの位置に排出口23dを設けた。
これに対して、キャリア排出手段として、現像部23内のキャリアを感光体ドラム21に積極的に付着させることもできる。
一方、転写ベルト30に付着したキャリアは、転写ベルト30に当接するベルトクリーナ65によって回収される。
20、20Y、20C、20M、20BK プロセスカートリッジ、
21 感光体ドラム(像担持体)、 21a 感光層、 22 帯電部、
23 現像部、 23a 現像ローラ(現像剤担持体)、 23d 排出口、
23a1 マグネット(磁界発生部材)、 23a2 スリーブ、
24 転写ローラ、
25 潤滑物質、 26 ブラシローラ(当接部材)、 27 カム、
28、28Y、28C、28M、28BK 剤カートリッジ(キャリア供給部)、
30 転写ベルト(転写部材、当接部材)、
65 ベルトクリーナ、 70 排出路。
Claims (16)
- 潜像が形成される像担持体と、
キャリアとトナーとを有する現像剤を収容して前記像担持体上に形成される潜像を現像するとともに、前記像担持体上に残留する未転写トナーを回収する現像部と、
前記現像部にキャリアを供給するキャリア供給部と、
前記現像部に収容されたキャリアを当該現像部の外部に排出するキャリア排出手段と、
前記像担持体上に潤滑物質を供給する潤滑物質供給手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記潤滑物質供給手段は、前記像担持体に当接する当接部材を介して潤滑物質を当該像担持体上に供給する手段であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記当接部材は、ブラシローラであることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体上に形成されたトナー像を被転写材に転写する転写部材を備え、
前記当接部材は、前記転写部材であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の画像形成装置。 - 前記当接部材は、前記像担持体に対して接離自在に構成され、前記像担持体上で画像形成をおこなうときには当該像担持体から離間して前記像担持体上で画像形成をおこなわないときには当該像担持体に当接するように制御されることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体は、潤滑物質を含有し、
前記潤滑物質供給手段は、前記像担持体自体であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記潤滑物質は、ステアリン酸亜鉛又はポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記キャリアは、1キロエルステッドの磁界中における磁化量が30〜200emu/cm3の範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記現像部は、内設する磁界発生部材により発生される磁界によって前記像担持体に対向する位置で現像剤を穂立ちさせる現像剤担持体を備え、
前記磁界発生部材は、発生される磁界の法線方向磁束密度の減衰率が40%以上になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記像担持体を帯電する帯電部と、前記像担持体上に形成されたトナー像を被転写材に転写する転写部材と、を備え、
前記キャリア排出手段は、前記帯電部によって前記像担持体上に形成される帯電電位を可変して前記現像部に収容されたキャリアを前記像担持体上に付着させて、その付着させたキャリアを前記転写部材によって形成される転写電界を可変して前記像担持体から離脱させる手段であることを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記現像部は、現像剤の収容部における所定高さの位置に外部に連通する排出口を備え、
前記キャリア排出手段は、前記所定高さを超えた現像剤を前記排出口から排出する手段であることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記キャリア供給部は、前記現像部にトナーをも供給することを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれかに記載の画像形成装置。
- 電圧の印加によって生じる放電を用いて前記像担持体を帯電する帯電部を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれかに記載の画像形成装置。
- 請求項1〜請求項13のいずれかに記載の画像形成装置に着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、
前記像担持体と前記現像部とが一体化されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 前記キャリア供給部と前記キャリア排出手段と前記潤滑物質供給手段とのうち少なくとも1つがさらに一体化されたことを特徴とする請求項14に記載のプロセスカートリッジ。
- 電圧の印加によって生じる放電を用いて前記像担持体を帯電する帯電部がさらに一体化されたことを特徴とする請求項14又は請求項15に記載のプロセスカートリッジ。
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