JP3752368B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、現像剤担持体の表面に担持されるトナー層厚を薄層に規制し、且つ、トナーに潜像を現像するための摩擦電荷を付与させる手段の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子写真式画像形成装置は次のようなプロセスで印字を行っている。即ち、帯電装置によって感光体の表面を均一に帯電し、光学系による画像情報に基づく静電潜像を該表面に形成する。次いで、前記静電潜像が現像装置の対向位置を通過する際にトナーの付着によって当該潜像を可視像化し、タイミングを合わせて搬送されてくる被記録材と重ね、転写器を用いて、トナー像を被記録材に転写する。転写されたトナー像は定着装置を通過することによって被記録材上に定着される。一方、転写処理後の感光体はクリーニング装置によって残留トナーを除去され、感光体上の残留電荷は除電装置によって除電される。
【０００３】
このような一連のプロセスを行う画像形成装置に用いる現像装置としては、内部に貯蔵されたトナーを、現像装置筐体内に回転可能に支持された磁石内蔵の現像剤担持体により、感光体の表面に供給して該表面に形成された潜像を可視像化するものが広く実用化されている。この種の現像装置においては、現像剤担持体の表面に担持されるトナー層を一定厚に規制し、且つ、トナーに潜像を現像するための摩擦電荷を付与させる手段として、該現像剤担持体の表面に規制部材を当接させる方法が広く用いられている。
【０００４】
一方、近年、省エネルギーの観点から、画像形成に用いる顕像体として、従来よりも低い温度で上記定着を行うための低融点トナー（シャープメルトトナー）が普及されるようになった。しかし、前記シャープメルトトナーは規制部材に付着し易いので、長期間の使用によって規制部材へのトナー融着を起こし易い。このため、現像剤担持体上に形成されるトナー薄層に厚みムラが生じ、被記録材上の形成画像に濃度ムラを引き起こすという不具合が生じる。上記トナー融着は、現像剤担持体と規制部材の当接圧を軽圧化することによって軽減できるが、該軽圧化を行うとトナーに適切な摩擦電荷量を付与することが困難となる。そこで、規制部材を、金属製の支持部材と、該支持部材に接着されたポリアミドエラストマーを有する電荷付与層とで構成することにより、上記軽圧化を行ってもトナーに適切な摩擦電荷量を付与することができる現像装置が提案されている（例えば特開平９−５０１８５号公報参照）。
【０００５】
また一方、近年、形成画像の高品質化に伴い、トナーの粒径を従来より微粒子化する必要性が高まっている。このような微粒子のトナーの薄層を現像剤担持体上に均一に形成させるためには、上記現像剤担持体と上記規制部材との当接面における当接圧力を、より均一なものにしなければならない。そこで、上記規制部材の上記当接面とは反対側の面にローラ状の補強部材を設け、この補強部材で、該規制部材を現像剤担持体としての現像ローラの方向に該規制部材を付勢するようにして、前記当接圧力を均一化する現像装置が提案されている（例えば８−１９４３７３号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平９−５０１８５号公報、及び、上記上記特開平８−１９４３７３号公報の現像装置においては、上記規制部材の上記現像ローラとの当接面が一定位置であるので、該当接面よりも現像ローラ回転方向下流側における規制部材表面の一定位置にトナーが堆積する。この堆積したトナーは、長期間放置すると前記規制部材表面から解離し難くなる融着を起こし、融着したトナーの上に新たなトナーが堆積する。このように、上記当接面が一定位置であることにより、上記規制部材表面の一定位置に堆積するトナーの層厚が増加し、該当接面におけるトナー層厚の均一化を阻害するという不具合を引き起こす。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、潜像担持体に対向した現像領域へ現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に当接することにより、該現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材とを有する現像装置を用いる画像形成装置において、該現像剤担持体上に均一で厚みムラのない現像剤薄層を長期間安定して形成することができる画像形成装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体に対向した現像領域へ現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に当接することにより、該現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材とを有する現像装置を用いる画像形成装置において、該規制部材を、該現像剤担持体を押圧する押圧部材と、該現像剤担持体と該押圧部材との間に挟まれた帯電補助部材とで構成し、該現像剤担持体と該帯電補助部材との当接面よりも該現像剤担持体の現像剤の搬送方向上流側で該帯電補助部材の一端部を支持する回動可能な回動部材を設けるとともに、該帯電補助部材のもう一端部は何も固定しない自由端とし、且つ、該回動部材の回動により、該帯電補助部材の一端部を該回動部材に巻き取ったり該回動部材から送り出したりすることで、該帯電補助部材を該現像剤担持体の現像剤の搬送方向に往復移動させるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１の発明においては、上記帯電補助部材が上記上流側もしくは上記下流側に移動することにより、該帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が、該帯電補助部材と上記現像剤担持体との当接面における現像剤薄層の均一化を阻害しない位置に移動する。
また、上記帯電補助部材が現像剤担持体の現像剤の搬送方向上流側に移動することにより、該帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が該帯電補助部材と上記現像剤担持体との当接面に移動する。前記当接面に移動した前記現像剤は、上記現像剤担持体に摩擦されることによって上記帯電補助部材の表面から剥離される。前記剥離の後、上記帯電補助部材が現像剤担持体の現像剤の搬送方向下流側に移動することにより、該帯電補助部材は再びもとの位置で上記現像剤担持体と当接する。このように、上記帯電補助部材が上記上流側と上記下流側とで往復移動することにより、該帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が除去される。
また、上記帯電補助部材が、厚みの大きいブロック状帯電補助部材よりも変形され易いシート状の構造であり、上記現像剤担持体との当接面における形状の変化が該ブロック状帯電補助部材よりも大きくなる。このため、前記ブロック状帯電補助部材を用いる場合よりも、上記現像剤担持体と上記帯電補助部材との当接面に生ずる隙間を小さくする。
また、シート状の上記帯電補助部材の一端部を支持する上記回動部材が回動することにより、該帯電補助部材の巻き取りおよび巻き送りを行う。前記巻き取りおよび巻き送りが行われると、前記帯電補助部材は上記上流側もしくは上記下流側に移動される。このように、上記回動部材の回動によって、上記帯電補助部材の上記移動がなされる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、現像装置内に補充する補充用現像剤を貯蔵する現像剤カートリッジを設け、上記帯電補助部材と該現像剤カートリッジを一体化させたことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明においては、上記現像剤カートリッジ内に貯蔵される補充用現像剤が無くなったときには、該現像剤カートリッジを新品と交換することにより現像剤の現像装置への補充が継続される。上記帯電補助部材は上記現像剤カートリッジと一体化になっており、前記交換の際、上記帯電補助部材も同時に新品と交換される。このため、現像剤カートリッジ交換時、つまり、一定量の現像剤を消費した時に、上記帯電補助部材と上記現像剤担持体との間に堆積した現像剤が除去される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を画像形成装置である電子写真複写機（以下、複写機という）に適用した一実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る複写機の概略構成図である。この複写機は、原稿読み取り用のスキャナー部２０と、このスキャナー部２０から出力されるデジタル信号を電気的に処理する画像処理部２１と、該画像処理部から出力されるデジタル信号に基づいて画像を転写紙上に形成するプリンタ部２２からなっている。
【００２１】
上記スキャナー部２０においては、原稿載置台上に置かれた原稿の画像は、図示を省略した照射ランプ、ミラー、レンズを介して画像読取装置（図示省略）によって読み取られ、そのデータが画像処理部２１に送られる。
上記画像処理部２１においては、このデータに必要な処理が施され、画像信号に変換され、プリンタ部２２へ送られる。
【００２２】
上記プリンタ部２２においては、図中矢印Ａ方向に回転駆動される像担持体としての感光体ドラム１は、帯電器２により表面が一様帯電される。そして、感光体ドラム１表面には、画像処理部２１からの画像信号に基づいて、半導体レーザ、ポリゴンミラー、反射ミラー等からなる露光装置３により、原稿の画像に対応した潜像が形成される。この感光体ドラム１上の潜像は、現像装置５０との対向部の現像領域Ｐで、現像装置５０の現像剤担持体としての現像ローラ５３から供給されるトナーで現像されて顕像となる。前記顕像は、給紙トレイ５からレジストローラ６でタイミングをとられてベルト状の搬送装置７上に載置されて感光体ドラム１との対向部に搬送されてきた例えば転写紙（図示せず）に、転写装置８により転写される。前記転写の際、図示を省略したカウンタ手段により複写回数がカウントされる。顕像が転写された転写紙は搬送装置７により搬送され、定着装置９を通る際に顕像が定着されて排紙トレイ１０に排出される。顕像転写後の感光体ドラム１上に残留した未転写トナーは、クリーニング装置１１によって感光体ドラム１上からクリーニングされ、クリーニング装置１１に回収される。そして、クリーニング後の感光体ドラム１表面は、除電ランプ（図示せず）によって残留電荷が除電される。
【００２３】
現像装置５０は、主にホッパ部５６と、その上方に設けられた現像剤補充容器としてのトナーカートリッジ６０とから構成されている。トナーカートリッジ６０とホッパ部５６との間には、トナーを補給するためのトナー補給口が設けられ、トナーカートリッジ６０内のトナーは、自重によりホッパ部５６内に落下する。ホッパ部５６内には、前述の現像ローラ５３の他に、トナーを撹拌する撹拌手段としてのアジテータ５５、現像ローラ５３に当接する供給ローラ５４が設けられている。上記アジテータ５５は、ホッパ部５６内でトナーを撹拌しながら供給ローラ５４上へ搬送する。
【００２４】
以上の構成の複写機において、本実施形態の感光体ドラム１及び現像ローラ５３の回線速度は、共に１００［ｍｍ／Ｓ］である。
【００２５】
次に、本実施形態の複写機において、請求項１乃至６の構成を適用した一実施例について詳述する。
図２は、本実施例の複写機に用いられる現像装置の概略構成図である。現像ローラ５３は、現像領域（図１中のＰ）で感光体ドラム１の表面と所定間隙（以下、現像ギャップＧという）をおいて対向し、バイアス電圧が印可されることにより交番電界が形成されている。供給ローラ５４の回転は現像ローラ５３に対してカウンタ方向の回転で、線速比＝０．９、喰い込み量＝１［ｍｍ］となっている。しかし、前記の数値はトナーの帯電特性、供給性に依存するので、更に広い範囲で最適条件を設定することが望ましい。また、供給ローラ５４の現像ローラ５３に対する喰い込み量は、両者を駆動するモータの特性にも依存するので、前記帯電特性、前記供給性、該モータ特性を総合的に考慮して設定されることが望ましい。なお、本発明に係る画像形成装置に使用する前記モータのトルクは、１〜１．５［ｋｇｆｃｍ］の範囲内であれば、問題なく作動されると考えられる。
【００２６】
供給ローラ５４は、発泡ウレタン製で、可撓性を有し、５０〜５００［μｍ］径の複数セル構造を有しており、アジテータ５５によって搬送されたトナーを担持しやすい構造となっている。硬度は、ＪＩＳ−Ａで２０〜３０［度］程度で、比較的柔らかく、現像ローラ５３との当接が均一になる。供給ローラ５４にはトナーの帯電を助長させるためのＡＣバイアスが印加されている。供給ローラ５４上のトナーは、供給ローラ５４の回転とはカウンタの方向に回転する現像ローラ５３との当接面（以下、当接面と称する）において、本実施例では負の帯電電荷を得て現像ローラ３上に担持される。
【００２７】
現像ローラ５３は、材質がアルミで、その表面に金属（若しくはガラス）の均一な粒子を高速で衝突させるブラスト処理を施すことにより、トナーの搬送性能が高められている。前記ブラスト処理によって、現像ローラ５３表面の粗さはＲＺで１〜４［μｍ］の範囲内となる。この表面の粗さは、トナー粒子に対して１３〜８０［％］となるので、トナー粒子は、現像ローラ５３の表面に埋没することなく搬送される。本発明に係る画像形成装置における現像ローラ表面の処理方法としては、上記ブラスト処理の他に、樹脂等による被覆加工を施す処理方法がある。前記処理方法では、現像ローラ表面の品質を長期間一定に維持することができ、樹脂材料にはトナー帯電が良好となるシリコン系のものや、トナーの離型性が良好となるテフロン系のものを用いる。また、特殊なコーティング手段によって、アルミの金属部分を一部露出させるように加工しても良好なトナー搬送性能が得られる。また、現像ローラの材料には、低硬度を有するゴム材料を用いても良い。この場合、硬度がＪＩＳ−Ａで１５〜４０［度］程度の比較的柔らかいものを用いると、現像ローラと供給ローラとの当接圧を、両ローラの軸線方向に沿って均一にすることができる。
【００２８】
供給ローラ５４によって現像ローラ５３上に担持されたトナーは、層の厚みが均一ではなく、また、現像に必要な量よりも過剰に付着している［１〜３ｍｇ／ｃｍ2。このため、現像ローラ５３と現像ローラ５３を押圧する押圧ブレード５２との間に帯電補助部材５９を挟み込み、帯電補助部材５９を現像ローラ５３に当接させることでトナーの薄層を形成させている。本実施例の複写機に用いる現像装置においては、帯電補助部材５９と押圧ブレード５２との間には接着層がなく、該接着層の厚みムラによって帯電補助部材５９と現像ローラ５３との当接圧力にバラツキが生じることがない。このため、現像ローラ５３上に形成されるトナーの薄層厚を均一にすることができる。
【００２９】
本実施例では、現像ローラ５３に対する押圧ブレード５２の配設方向はトレーリング方向となっているが、押圧ブレード５２の自由端が固定端よりも現像ローラ５３の回転上流側に位置するカウンタ方向であっても良い。押圧ブレード５２は、材質がＳＵＳ３０４、厚みが０．１［ｍｍ］のものを用いている。押圧ブレード５２の現像ローラ５３への押圧は、圧力が３０〜１５０［ｇ／ｃｍ］で、角度が現像ローラ５３と帯電補助部材５９との接線に対して３０〜４５°となるように配設されている。本発明に係る画像形成装置における押圧部材の材料としては、ステンレス等の金属を用い、厚さは０．１〜０．１５［ｍｍ］、固定用ホルダからの自由端長は１０〜１５［ｍｍ］の範囲内であることが望ましい。前記自由端長が、前記の上限値を越えると現像装置の大きさが増加するので、画像形成装置内に大きな配置スペースを確保する必要が生じ、また、前記の下限値を下回ると現像ローラの表面との摩擦の際に振動が生じ易くなるので、形成画像に濃度ムラが発生する。また、押圧部材の現像ローラへの押圧力は１０〜１５０［ｇ／ｃｍ］の範囲が望ましく、上限値を越えると現像ローラ上のトナー付着量が減少し、且つ、トナー帯電量が過剰になるので、結果的に形成画像の濃度が低くなる。逆に、前記の下限値を下回るとトナー薄層が均一に形成されずに、トナーの塊が上記当接面を通過してしまうので、形成画像の品質が著しく低下する。
【００３０】
帯電補助部材５９は、材質がシリコンで、厚さが０．２［ｍｍ］のものを用いており、シート状に構成されている。このように、帯電補助部材５９をシート状にすることにより、変化し易しい構造となっている。また、帯電補助部材５９の表面粗さはＲＺで１［μｍ］未満、電気抵抗は１０8［Ω・ｃｍ］に設定されている。本発明に係る画像形成装置の帯電補助部材には、材質は上記シリコンの他にウレタン、ＰＥＴ等の樹脂を用い、厚さが０．２［ｍｍ］程度、表面粗さがＲＺで１［μｍ］以下であることが望ましい。また、電気抵抗はカーボン等の分散により１０5〜１０10［Ω・ｃｍ］の範囲内で調整可能であるが、後述する理由により比較的高めに設定することが望ましい。
【００３１】
前述した押圧ブレード５２にはＤＣバイアスが印加され、帯電補助部材５９を介して、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間に現像ローラ５３の発生する現像電界とは逆極性の電界が形成される。前記ＤＣバイアスの値はＶBl＝ＶB-l−ＶBl＝５００［Ｖ］程度で、比較的高電圧である。このため、帯電補助部材５９の上記電気抵抗を比較的高めに設定することで、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間に電界を形成することが可能となる。このような印加条件により、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間で、且つ、両者の非当接面の近傍に存在するトナーは、両者の間で往復運動をしようとする。このため、現像ローラ５３上のトナーは、上記当接面を通過する前に、現像ローラ５３上を軸線方向に沿って隙間なく充填され、該通過後は、余分なトナーが剥ぎ取られ、層厚のばらつきが極めて少ない均一な薄層が形成できる。本実施例の複写機においては、形成されたトナー薄層は単位面積当たり０．５〜１［ｍｇ／ｃｍ2の均一な厚みとなり、トナー帯電量は、−５〜−２０［μＣ／ｇ］の範囲であった。
【００３２】
本実施例の複写機は、感光体ドラム１の直径＝１００［ｍｍ］、現像ローラの直径＝１６［ｍｍ］であり、この場合、現像領域Ｐの領域幅は約５〜１０［ｍｍ］となる。感光体ドラム１上の潜像は、前記領域幅の範囲内において、現像ローラ５３によって搬送されてくるトナーによって現像される。現像領域Ｐにおける、現像ギャップは２００［μｍ］である。また、現像ローラ５３へのＡＣバイアスのピーク・ツー・ピーク電圧（Ｖpp）は４００［Ｖ］、周波数は４［ｋＨｚ］に設定した短形波、Ｄｕｔｙは１５［％］である。
【００３３】
図３は本実施例の複写機に用いた現像装置５０内の押圧ブレード５２、現像ローラ５３及び帯電補助部材５９の詳細図である。帯電補助部材５９は、厚みが大きいブロック状帯電補助部材よりも変形し易いシート状の構造であり、現像ローラ５３との当接面における形状の変化が該ブロック状帯電補助部材よりも大きくなる。このため、前記ブロック状帯電補助部材を用いる場合よりも、現像ローラ５３と帯電補助部材との当接面に生ずる隙間を小さくする。また、帯電補助部材５９には、上記当接面において現像ローラ５３の回転方向へ移動させようとする力が加わる。このため、上記当接面より前記回転方向の上流側に位置する帯電補助部材５９の一端部を回動部材６１に支持し、張力を持たせることで前記移動が防止されている、。
【００３４】
図３に示すように、回動部材６１は、図示しない回転駆動系によって図面実線矢印方向及び図面点線矢印方向にそれぞれ最大で６０°回動する。この回動部材６１の回動により、帯電補助部材５９は上記上流側もしくは上記下流側に移動される。前記移動の距離は、回動部材６１の直径が１０［ｍｍ］であるので、最大で５．２［ｍｍ］程度である。また、回動部材６１の１動作当たりの回転角度は１２°もしくは２４°であり、回動部材６１が１動作すると帯電補助部材５９は１．０４［ｍｍ］もしくは２．０８［ｍｍ］移動される。
【００３５】
トナーが帯電補助部材５９に融着・堆積する部位は、上記当接面よりも現像ローラ５３の回転方向下流側０．２５〜０．７５［ｍｍ］の範囲内（以下、堆積範囲内と称する）であり、その長さは、上記当接面の現像ローラ５３の軸線方向全域に相当する距離と同程度である（以下、帯電補助部材５９において、工場出荷直後の該堆積範囲内に相当する面を１次融着面と称する）。回動部材６１を図面点線矢印方向に１２°回転させることにより、前記１次融着面に融着・堆積したトナーは現像ローラ５３の回転方向上流側に１．０４［ｍｍ］移動して現像ローラ５３と当接する。この当接により前記トナーと現像ローラ５３との間に摩擦力が生じ、該トナーが帯電補助部材５９から剥離される。また、前記剥離の後、回動部材６１を図面実線矢印方向に１２°回転させることにより、上記１次融着面は、現像ローラ５３の回転方向下流側に１．０４［ｍｍ］移動して再び上記堆積範囲内に位置する。
このように、本実施例の複写機によれば、上記範囲内に堆積したトナーが除去されるので、現像ローラ５３上に均一で厚みムラのないトナー薄層を長期間安定して形成することができる。
また、帯電補助部材５９は、厚みの大きいブロック状帯電補助部材を用いる場合よりも、現像ローラ５３と帯電補助部材との当接面に生ずる隙間を小さくするので、現像ローラ５３上に、より均一な厚みのトナー薄層を形成することができる。
なお、本実施例では、帯電補助部材５９は現像ローラ５３の回転方向の上流側と下流側とで往復移動されているが、該上流側もしくは該下流側のどちらか一方に移動するようにしても良い。この場合は、回動部材６１の回転角度を調整することによって、帯電補助部材５９上に堆積したトナーが、上記当接面におけるトナーの薄層化を阻害しない位置に移動させることによって、均一なトナー薄層の形成が実現される。
【００３６】
図４は本実施例の複写機における制御動作を示すフローチャートである。図に示すように、複写機の電源がＯＮされた後、複写機の電源ＯＦＦ命令の信号受信の有無が判断される（ステップ１００）。前記信号受信がなされた場合は、プリント枚数カウンタの値Ｐｔ、回動部材６１の回動回数カウンタの値Ｒ１及び上記当接面の更新動作カウンタの値Ｒ２をＥＰＰ ＲＯＭに書き込んだ後に電源をＯＦＦする（ステップ１０１及び１０２）。上記信号受信がなされない場合は、複写動作命令の信号受信の有無を判断し（ステップ１０３）、さらに、該複写動作命令の信号受信が無い場合は、再び上記ステップ１００以降の動作を行う。
【００３７】
上記ステップ１０３において、上記複写動作命令の信号受信がなされた場合は、複写動作を行い（ステップ１０４）、用紙１枚の複写を終了した時点でＰｔ＝Ｐｔ＋１とする（ステップ１０５及び１０６）。次に、Ｐｔ＝４００であるかを判断し（ステップ１０７）、Ｐｔ≠４００［枚］の場合は、全ての複写動作が終了されたかを判断する（ステップ１０８）。全ての複写動作が終了された場合はステップ１００以降の動作、全ての複写動作が終了されていない場合はステップ１０４以降の動作を、それぞれ行う。
このような制御動作において、本実施例の複写機ではＰｔ＝４００になるまで、つまり、用紙４００枚の複写が行われるまでは、通常の複写動作を行う。
【００３８】
複写した用紙の枚数が４００枚に達する、つまり、Ｐｔ＝４００になる、と回動部材６１を時計回り（正転）に対して−１２°回転させて（ステップ１０９）、帯電補助部材５９を現像ローラ５３の回転方向上流側に１．０４［ｍｍ］移動させる。この移動により、上記１次融着面に融着・堆積したトナーは現像ローラ５３と当接し、現像ローラ５３の回転（ステップ１１０）によって、該１次融着面から剥離される。前記剥離後、Ｒ１が９以上であるかを判断し（ステップ１１１）、Ｒ１が９以上でない場合は、回動部材６１を上記正転に対して１２°回転させる（ステップ１１２）。この回転により、上記１次融着面は再び上記範囲内に位置される。前記回転後は、Ｒ１＝Ｒ１＋１及びＰｔ＝０として（ステップ１１３から１１４）、ステップ１０８以降の動作を行う。
このような制御動作により、本実施例の複写機では、用紙を４００枚複写する毎に回動部材６１が回動され、帯電補助部材５９の現像ローラ５３との当接位置が、複写動作時の当接位置と上記１次融着面との間で往復される（以下、工場出荷直後の複写時の該当接位置を初期当接位置と称する）。この往復及び現像ローラ５３の回転により、上記１次融着面に融着・堆積したトナーが除去される。
【００３９】
帯電補助部材５９が上記往復を繰り返していると、上記１次融着面に融着したトナーは次第に剥離され難くなる。また、上記１次融着面と現像ローラ５３との当接時における上記堆積範囲内にトナーの融着・堆積が生じるようになる（以下、該当接時における帯電補助部材５９の上記堆積範囲内に相当する面を２次融着面と称する）。このため、ステップ１１１においてＲ１が９であるとき、つまり、回動部材の回動回数が１０回目であるときは、回動部材６１を時計回りに対して２４°回転させて（ステップ１１６）、帯電補助部材５９を上記下流側に２．０８［ｍｍ］移動させる。この移動により、複写動作時における帯電補助部材５９の現像ローラ５３との当接位置は、上記初期当接位置よりも現像ローラ５３の回転方向下流側に１．０４［ｍｍ］移動され、これまで現像ローラ５３と当接しなかった新しい位置とされる。回動部材６１が上記２４°回転された後は、 Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ０、Ｒ２＋１に変更されて（ステップ１１７及び１１８）ステップ１１４以降の動作を行う。従って、本実施例の複写機では、用紙４０００枚の複写が行われる毎に、複写時における帯電補助部材５９の現像ローラ５３との当接位置（以下、当接位置と称する）は上記下流側に１．０４［ｍｍ］移動される。
【００４０】
帯電補助部材５９の初期当接位置からの移動量が５．２［ｍｍ］を超えないように、上記ステップ１１６の動作を行う前に、Ｒ２＝４であるか否かの判断がなされる（ステップ１１５）。ステップ１１５において、Ｒ２＝４の場合は表示部に帯電補助部材５９の交換が必要である旨を表示（ステップ１１９）した後、ステップ１１２以降の動作を行う。従って、Ｒ２＝４となった、つまり、回動部材６１が図面実線矢印方向に６０°回転した、後は、複写時における上記当接位置は更新されない。
このような制御動作において、本実施例の複写機では、回動部材６１が上記回動を１０回行う毎に、上記２４°の回転がなされ、複写時における上記当接位置が変更される。このため、帯電補助部材５９上に形成されるトナー堆積層の位置が変更され、該堆積層からのトナーの除去を容易にする。
【００４１】
以上の制御動作を繰り返すことにより、回動部材６１は最大で図面矢印方向６０°の回転動作を行い、帯電補助部材５９の現像ローラ５３との当接位置は最大で、上記初期当接位置よりも現像ローラ５３回転方向の下流側の５．２［ｍｍ］下流側に移動する。従って、回動部材６１の交換サイクルは４９［動作］×４００［枚］＝１９６００［枚］、つまり、用紙１９６００枚の複写を行う毎であり、長期間安定した画像品質を得ることができる。
【００４２】
図５は本実施例の複写機に用いた現像装置内部の現像ローラ５３、帯電補助部材５９及び回動部材６１を上方から見た平面図である。なお、本図においては、見やすいように押圧部材５２を取り外してある。図に示すように、帯電補助部材７９及び回動部材１１は、図示を省略した駆動手段によって図の矢印方向に往復運動されている。前記駆動手段としては、例えば、前記両部材の片端にバネを固定し、他端には糸状の部材を固定して、該糸状の部材を回動部材で引っ張っては戻すことにより実現される。また、前記他端にラックやピニオンの歯先の当接・離間を繰り返すことによっても実現される。このような帯電補助部材５９の往復運動の距離は数［ｍｍ］程度で、周期は０．５［秒］すなわち２［Ｈｚ］程度に設定されている。前記往復運動により、現像ローラ５３と帯電補助部材５９との間に生ずるトナー塊は崩され、該間におけるトナーの流動性が高まる。このため、トナーの帯電補助部材５９への融着が軽減され、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間におけるトナーの堆積が起こり難くなる。
以上のように、本実施例の複写機によれば、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間におけるトナーの堆積が起こり難くなるので、現像ローラ５３上に形成されるトナー薄層厚の均一化を長期間安定して行うことができる。
【００４３】
次に上記実施形態の複写機において、請求項６の構成を適用した一実施例について説明する。
図６は本実施例に用いられる現像装置のトナーカートリッジ６０ａ及び帯電補助部材５９ａの詳細図である。図に示すように、帯電補助部材５９ａはトナーカートリッジ６０ａに固定されており、両者は一体に構成されている。このため、トナーカートリッジ６０ａの交換の際に、帯電補助部材５９ａも同時に交換されることになる。従って、一定量のトナーを消費した時点で、帯電補助部材５９ａと現像ローラ５３との間に堆積したトナーは除去される。なお、帯電補助部材５９ａの耐久性は、その材質及びトナーの特性に依存するが、トナーカートリッジ交換サイクルとしての２０００枚〜４０００枚の複写は十分にその品質を維持することが可能である。
【００４４】
トナーカートリッジ６０ａ交換の際には、帯電補助部材５９ａは、押圧部材５２によって現像ローラ５３へ押圧されているが、トナーカートリッジ６０ａを図６の矢印方向に引くことによって、十分弱い力で引き抜くことが可能である。また、新しい帯電補助部材５９ａを押圧部材５２と現像ローラ５３の間に挟み込む際には、まず、帯電補助部材５９ａの自由端を押圧部材５２と現像ローラ５３との間に差し込み、次に、現像ローラ５３を所定数回転させることにより、帯電補助部材５９ａは現像ローラ５３の回転方向に移動され、押圧部材５２と現像ローラ５３との間に挟み込まれる。
【００４５】
図７は本実施例の複写機における制御動作を示すフローチャートである。図に示すように、本実施例の複写機では、複写動作命令の信号受信を待機している時にカートリッジ交換作業の開始命令信号を受け付け、該開始命令信号を受信した際には、カートリッジ交換用の動作制御（ステップ２０６から２１０）が起動される。
【００４６】
以上の構成において、本実施例の複写機では、トナーカートリッジ６０ａ内に貯蔵される補充用トナーが無くなったときには、トナーカートリッジ６０ａを新品と交換することによりトナーの現像装置内への補充が継続される。帯電補助部材５９ａはトナーカートリッジ６０ａと一体化になっており、前記交換の際、帯電補助部材５９ａも同時に新品と交換される。従って、一定量のトナーを消費した時点で、帯電補助部材５９ａと現像ローラ５３との間に堆積したトナーが除去される。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、一定量のトナーを消費した時点で、帯電補助部材５９ａと現像ローラ５３との間に堆積したトナーが除去されるので、現像ローラ５３に形成されるトナー薄層の厚さを、長期間安定して均一化することができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、上記帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が、該帯電補助部材と上記現像剤担持体との当接面における現像剤薄層の均一化を阻害しない位置に移動するので、該現像剤担持体上に均一で厚みムラのない現像剤薄層を長期間安定して形成することができるという優れた効果がある。
また、上記帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が除去されるので、上記現像剤担持体上に均一で厚みムラのない現像剤薄層を長期間安定して形成することができるという優れた効果がある。
また、厚みの大きいブロック状帯電補助部材を用いる場合よりも、上記現像剤担持体と上記帯電補助部材との当接面に生ずる隙間を小さくするので、該現像剤担持体上に、より均一な厚みの現像剤薄層を形成させることができる。
また、上記回動部材の回動によって上記帯電補助部材の上記移動がなされるので、該移動の手段を容易にすることができるという優れた効果がある。
【００５３】
請求項２の発明によれば、一定量の現像剤を消費した時に、上記帯電補助部材と上記現像剤担持体との間に堆積した現像剤が除去されるので、上記現像剤担持体上に均一で厚みムラのない現像剤薄層を長期間安定して形成させることができるという優れた効果がある。
【００５４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る複写機の概略構成図。
【図２】同複写機に用いられる現像装置に請求項１乃至５の構成を適用した一実施例の概略構成図。
【図３】同現像装置内の詳細図。
【図４】同現像装置を用いる複写機における制御動作を示すフローチャート。
【図５】同現像装置内の現像ローラ５３、帯電補助部材５９及び回動部材６１を上方から見た平面図。
【図６】上記実施形態の複写機に用いられる現像装置に請求項６の構成を適用した一実施例における、トナーカートリッジ６０ａ及び帯電補助部材５９ａの詳細図。
【図７】前記実施例の現像装置を用いる複写機における制御動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 帯電器
３ 露光装置
５ 給紙トレイ
６ レジストローラ
７ 搬送装置
８ 転写装置
９ 定着装置
１０ 排紙トレイ
１１ クリーニング装置
２０ スキャナー部
２１ 画像処理部
２２ プリンタ部
５０ 現像装置
５２ 押圧ブレード
５３ 現像ローラ
５４ 供給ローラ
５５ アジテータ
５６ ホッパ部
５７ 現像バイアス電源
５８ 供給バイアス電源
５９ 帯電補助部材
６０ トナーカートリッジ
６１ 回動部材
６２ 薄層化バイアス電源
【産業上の利用分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、現像剤担持体の表面に担持されるトナー層厚を薄層に規制し、且つ、トナーに潜像を現像するための摩擦電荷を付与させる手段の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子写真式画像形成装置は次のようなプロセスで印字を行っている。即ち、帯電装置によって感光体の表面を均一に帯電し、光学系による画像情報に基づく静電潜像を該表面に形成する。次いで、前記静電潜像が現像装置の対向位置を通過する際にトナーの付着によって当該潜像を可視像化し、タイミングを合わせて搬送されてくる被記録材と重ね、転写器を用いて、トナー像を被記録材に転写する。転写されたトナー像は定着装置を通過することによって被記録材上に定着される。一方、転写処理後の感光体はクリーニング装置によって残留トナーを除去され、感光体上の残留電荷は除電装置によって除電される。
【０００３】
このような一連のプロセスを行う画像形成装置に用いる現像装置としては、内部に貯蔵されたトナーを、現像装置筐体内に回転可能に支持された磁石内蔵の現像剤担持体により、感光体の表面に供給して該表面に形成された潜像を可視像化するものが広く実用化されている。この種の現像装置においては、現像剤担持体の表面に担持されるトナー層を一定厚に規制し、且つ、トナーに潜像を現像するための摩擦電荷を付与させる手段として、該現像剤担持体の表面に規制部材を当接させる方法が広く用いられている。
【０００４】
一方、近年、省エネルギーの観点から、画像形成に用いる顕像体として、従来よりも低い温度で上記定着を行うための低融点トナー（シャープメルトトナー）が普及されるようになった。しかし、前記シャープメルトトナーは規制部材に付着し易いので、長期間の使用によって規制部材へのトナー融着を起こし易い。このため、現像剤担持体上に形成されるトナー薄層に厚みムラが生じ、被記録材上の形成画像に濃度ムラを引き起こすという不具合が生じる。上記トナー融着は、現像剤担持体と規制部材の当接圧を軽圧化することによって軽減できるが、該軽圧化を行うとトナーに適切な摩擦電荷量を付与することが困難となる。そこで、規制部材を、金属製の支持部材と、該支持部材に接着されたポリアミドエラストマーを有する電荷付与層とで構成することにより、上記軽圧化を行ってもトナーに適切な摩擦電荷量を付与することができる現像装置が提案されている（例えば特開平９−５０１８５号公報参照）。
【０００５】
また一方、近年、形成画像の高品質化に伴い、トナーの粒径を従来より微粒子化する必要性が高まっている。このような微粒子のトナーの薄層を現像剤担持体上に均一に形成させるためには、上記現像剤担持体と上記規制部材との当接面における当接圧力を、より均一なものにしなければならない。そこで、上記規制部材の上記当接面とは反対側の面にローラ状の補強部材を設け、この補強部材で、該規制部材を現像剤担持体としての現像ローラの方向に該規制部材を付勢するようにして、前記当接圧力を均一化する現像装置が提案されている（例えば８−１９４３７３号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平９−５０１８５号公報、及び、上記上記特開平８−１９４３７３号公報の現像装置においては、上記規制部材の上記現像ローラとの当接面が一定位置であるので、該当接面よりも現像ローラ回転方向下流側における規制部材表面の一定位置にトナーが堆積する。この堆積したトナーは、長期間放置すると前記規制部材表面から解離し難くなる融着を起こし、融着したトナーの上に新たなトナーが堆積する。このように、上記当接面が一定位置であることにより、上記規制部材表面の一定位置に堆積するトナーの層厚が増加し、該当接面におけるトナー層厚の均一化を阻害するという不具合を引き起こす。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、潜像担持体に対向した現像領域へ現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に当接することにより、該現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材とを有する現像装置を用いる画像形成装置において、該現像剤担持体上に均一で厚みムラのない現像剤薄層を長期間安定して形成することができる画像形成装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体に対向した現像領域へ現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に当接することにより、該現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材とを有する現像装置を用いる画像形成装置において、該規制部材を、該現像剤担持体を押圧する押圧部材と、該現像剤担持体と該押圧部材との間に挟まれた帯電補助部材とで構成し、該現像剤担持体と該帯電補助部材との当接面よりも該現像剤担持体の現像剤の搬送方向上流側で該帯電補助部材の一端部を支持する回動可能な回動部材を設けるとともに、該帯電補助部材のもう一端部は何も固定しない自由端とし、且つ、該回動部材の回動により、該帯電補助部材の一端部を該回動部材に巻き取ったり該回動部材から送り出したりすることで、該帯電補助部材を該現像剤担持体の現像剤の搬送方向に往復移動させるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１の発明においては、上記帯電補助部材が上記上流側もしくは上記下流側に移動することにより、該帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が、該帯電補助部材と上記現像剤担持体との当接面における現像剤薄層の均一化を阻害しない位置に移動する。
また、上記帯電補助部材が現像剤担持体の現像剤の搬送方向上流側に移動することにより、該帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が該帯電補助部材と上記現像剤担持体との当接面に移動する。前記当接面に移動した前記現像剤は、上記現像剤担持体に摩擦されることによって上記帯電補助部材の表面から剥離される。前記剥離の後、上記帯電補助部材が現像剤担持体の現像剤の搬送方向下流側に移動することにより、該帯電補助部材は再びもとの位置で上記現像剤担持体と当接する。このように、上記帯電補助部材が上記上流側と上記下流側とで往復移動することにより、該帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が除去される。
また、上記帯電補助部材が、厚みの大きいブロック状帯電補助部材よりも変形され易いシート状の構造であり、上記現像剤担持体との当接面における形状の変化が該ブロック状帯電補助部材よりも大きくなる。このため、前記ブロック状帯電補助部材を用いる場合よりも、上記現像剤担持体と上記帯電補助部材との当接面に生ずる隙間を小さくする。
また、シート状の上記帯電補助部材の一端部を支持する上記回動部材が回動することにより、該帯電補助部材の巻き取りおよび巻き送りを行う。前記巻き取りおよび巻き送りが行われると、前記帯電補助部材は上記上流側もしくは上記下流側に移動される。このように、上記回動部材の回動によって、上記帯電補助部材の上記移動がなされる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、現像装置内に補充する補充用現像剤を貯蔵する現像剤カートリッジを設け、上記帯電補助部材と該現像剤カートリッジを一体化させたことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明においては、上記現像剤カートリッジ内に貯蔵される補充用現像剤が無くなったときには、該現像剤カートリッジを新品と交換することにより現像剤の現像装置への補充が継続される。上記帯電補助部材は上記現像剤カートリッジと一体化になっており、前記交換の際、上記帯電補助部材も同時に新品と交換される。このため、現像剤カートリッジ交換時、つまり、一定量の現像剤を消費した時に、上記帯電補助部材と上記現像剤担持体との間に堆積した現像剤が除去される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を画像形成装置である電子写真複写機（以下、複写機という）に適用した一実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る複写機の概略構成図である。この複写機は、原稿読み取り用のスキャナー部２０と、このスキャナー部２０から出力されるデジタル信号を電気的に処理する画像処理部２１と、該画像処理部から出力されるデジタル信号に基づいて画像を転写紙上に形成するプリンタ部２２からなっている。
【００２１】
上記スキャナー部２０においては、原稿載置台上に置かれた原稿の画像は、図示を省略した照射ランプ、ミラー、レンズを介して画像読取装置（図示省略）によって読み取られ、そのデータが画像処理部２１に送られる。
上記画像処理部２１においては、このデータに必要な処理が施され、画像信号に変換され、プリンタ部２２へ送られる。
【００２２】
上記プリンタ部２２においては、図中矢印Ａ方向に回転駆動される像担持体としての感光体ドラム１は、帯電器２により表面が一様帯電される。そして、感光体ドラム１表面には、画像処理部２１からの画像信号に基づいて、半導体レーザ、ポリゴンミラー、反射ミラー等からなる露光装置３により、原稿の画像に対応した潜像が形成される。この感光体ドラム１上の潜像は、現像装置５０との対向部の現像領域Ｐで、現像装置５０の現像剤担持体としての現像ローラ５３から供給されるトナーで現像されて顕像となる。前記顕像は、給紙トレイ５からレジストローラ６でタイミングをとられてベルト状の搬送装置７上に載置されて感光体ドラム１との対向部に搬送されてきた例えば転写紙（図示せず）に、転写装置８により転写される。前記転写の際、図示を省略したカウンタ手段により複写回数がカウントされる。顕像が転写された転写紙は搬送装置７により搬送され、定着装置９を通る際に顕像が定着されて排紙トレイ１０に排出される。顕像転写後の感光体ドラム１上に残留した未転写トナーは、クリーニング装置１１によって感光体ドラム１上からクリーニングされ、クリーニング装置１１に回収される。そして、クリーニング後の感光体ドラム１表面は、除電ランプ（図示せず）によって残留電荷が除電される。
【００２３】
現像装置５０は、主にホッパ部５６と、その上方に設けられた現像剤補充容器としてのトナーカートリッジ６０とから構成されている。トナーカートリッジ６０とホッパ部５６との間には、トナーを補給するためのトナー補給口が設けられ、トナーカートリッジ６０内のトナーは、自重によりホッパ部５６内に落下する。ホッパ部５６内には、前述の現像ローラ５３の他に、トナーを撹拌する撹拌手段としてのアジテータ５５、現像ローラ５３に当接する供給ローラ５４が設けられている。上記アジテータ５５は、ホッパ部５６内でトナーを撹拌しながら供給ローラ５４上へ搬送する。
【００２４】
以上の構成の複写機において、本実施形態の感光体ドラム１及び現像ローラ５３の回線速度は、共に１００［ｍｍ／Ｓ］である。
【００２５】
次に、本実施形態の複写機において、請求項１乃至６の構成を適用した一実施例について詳述する。
図２は、本実施例の複写機に用いられる現像装置の概略構成図である。現像ローラ５３は、現像領域（図１中のＰ）で感光体ドラム１の表面と所定間隙（以下、現像ギャップＧという）をおいて対向し、バイアス電圧が印可されることにより交番電界が形成されている。供給ローラ５４の回転は現像ローラ５３に対してカウンタ方向の回転で、線速比＝０．９、喰い込み量＝１［ｍｍ］となっている。しかし、前記の数値はトナーの帯電特性、供給性に依存するので、更に広い範囲で最適条件を設定することが望ましい。また、供給ローラ５４の現像ローラ５３に対する喰い込み量は、両者を駆動するモータの特性にも依存するので、前記帯電特性、前記供給性、該モータ特性を総合的に考慮して設定されることが望ましい。なお、本発明に係る画像形成装置に使用する前記モータのトルクは、１〜１．５［ｋｇｆｃｍ］の範囲内であれば、問題なく作動されると考えられる。
【００２６】
供給ローラ５４は、発泡ウレタン製で、可撓性を有し、５０〜５００［μｍ］径の複数セル構造を有しており、アジテータ５５によって搬送されたトナーを担持しやすい構造となっている。硬度は、ＪＩＳ−Ａで２０〜３０［度］程度で、比較的柔らかく、現像ローラ５３との当接が均一になる。供給ローラ５４にはトナーの帯電を助長させるためのＡＣバイアスが印加されている。供給ローラ５４上のトナーは、供給ローラ５４の回転とはカウンタの方向に回転する現像ローラ５３との当接面（以下、当接面と称する）において、本実施例では負の帯電電荷を得て現像ローラ３上に担持される。
【００２７】
現像ローラ５３は、材質がアルミで、その表面に金属（若しくはガラス）の均一な粒子を高速で衝突させるブラスト処理を施すことにより、トナーの搬送性能が高められている。前記ブラスト処理によって、現像ローラ５３表面の粗さはＲＺで１〜４［μｍ］の範囲内となる。この表面の粗さは、トナー粒子に対して１３〜８０［％］となるので、トナー粒子は、現像ローラ５３の表面に埋没することなく搬送される。本発明に係る画像形成装置における現像ローラ表面の処理方法としては、上記ブラスト処理の他に、樹脂等による被覆加工を施す処理方法がある。前記処理方法では、現像ローラ表面の品質を長期間一定に維持することができ、樹脂材料にはトナー帯電が良好となるシリコン系のものや、トナーの離型性が良好となるテフロン系のものを用いる。また、特殊なコーティング手段によって、アルミの金属部分を一部露出させるように加工しても良好なトナー搬送性能が得られる。また、現像ローラの材料には、低硬度を有するゴム材料を用いても良い。この場合、硬度がＪＩＳ−Ａで１５〜４０［度］程度の比較的柔らかいものを用いると、現像ローラと供給ローラとの当接圧を、両ローラの軸線方向に沿って均一にすることができる。
【００２８】
供給ローラ５４によって現像ローラ５３上に担持されたトナーは、層の厚みが均一ではなく、また、現像に必要な量よりも過剰に付着している［１〜３ｍｇ／ｃｍ2。このため、現像ローラ５３と現像ローラ５３を押圧する押圧ブレード５２との間に帯電補助部材５９を挟み込み、帯電補助部材５９を現像ローラ５３に当接させることでトナーの薄層を形成させている。本実施例の複写機に用いる現像装置においては、帯電補助部材５９と押圧ブレード５２との間には接着層がなく、該接着層の厚みムラによって帯電補助部材５９と現像ローラ５３との当接圧力にバラツキが生じることがない。このため、現像ローラ５３上に形成されるトナーの薄層厚を均一にすることができる。
【００２９】
本実施例では、現像ローラ５３に対する押圧ブレード５２の配設方向はトレーリング方向となっているが、押圧ブレード５２の自由端が固定端よりも現像ローラ５３の回転上流側に位置するカウンタ方向であっても良い。押圧ブレード５２は、材質がＳＵＳ３０４、厚みが０．１［ｍｍ］のものを用いている。押圧ブレード５２の現像ローラ５３への押圧は、圧力が３０〜１５０［ｇ／ｃｍ］で、角度が現像ローラ５３と帯電補助部材５９との接線に対して３０〜４５°となるように配設されている。本発明に係る画像形成装置における押圧部材の材料としては、ステンレス等の金属を用い、厚さは０．１〜０．１５［ｍｍ］、固定用ホルダからの自由端長は１０〜１５［ｍｍ］の範囲内であることが望ましい。前記自由端長が、前記の上限値を越えると現像装置の大きさが増加するので、画像形成装置内に大きな配置スペースを確保する必要が生じ、また、前記の下限値を下回ると現像ローラの表面との摩擦の際に振動が生じ易くなるので、形成画像に濃度ムラが発生する。また、押圧部材の現像ローラへの押圧力は１０〜１５０［ｇ／ｃｍ］の範囲が望ましく、上限値を越えると現像ローラ上のトナー付着量が減少し、且つ、トナー帯電量が過剰になるので、結果的に形成画像の濃度が低くなる。逆に、前記の下限値を下回るとトナー薄層が均一に形成されずに、トナーの塊が上記当接面を通過してしまうので、形成画像の品質が著しく低下する。
【００３０】
帯電補助部材５９は、材質がシリコンで、厚さが０．２［ｍｍ］のものを用いており、シート状に構成されている。このように、帯電補助部材５９をシート状にすることにより、変化し易しい構造となっている。また、帯電補助部材５９の表面粗さはＲＺで１［μｍ］未満、電気抵抗は１０8［Ω・ｃｍ］に設定されている。本発明に係る画像形成装置の帯電補助部材には、材質は上記シリコンの他にウレタン、ＰＥＴ等の樹脂を用い、厚さが０．２［ｍｍ］程度、表面粗さがＲＺで１［μｍ］以下であることが望ましい。また、電気抵抗はカーボン等の分散により１０5〜１０10［Ω・ｃｍ］の範囲内で調整可能であるが、後述する理由により比較的高めに設定することが望ましい。
【００３１】
前述した押圧ブレード５２にはＤＣバイアスが印加され、帯電補助部材５９を介して、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間に現像ローラ５３の発生する現像電界とは逆極性の電界が形成される。前記ＤＣバイアスの値はＶBl＝ＶB-l−ＶBl＝５００［Ｖ］程度で、比較的高電圧である。このため、帯電補助部材５９の上記電気抵抗を比較的高めに設定することで、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間に電界を形成することが可能となる。このような印加条件により、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間で、且つ、両者の非当接面の近傍に存在するトナーは、両者の間で往復運動をしようとする。このため、現像ローラ５３上のトナーは、上記当接面を通過する前に、現像ローラ５３上を軸線方向に沿って隙間なく充填され、該通過後は、余分なトナーが剥ぎ取られ、層厚のばらつきが極めて少ない均一な薄層が形成できる。本実施例の複写機においては、形成されたトナー薄層は単位面積当たり０．５〜１［ｍｇ／ｃｍ2の均一な厚みとなり、トナー帯電量は、−５〜−２０［μＣ／ｇ］の範囲であった。
【００３２】
本実施例の複写機は、感光体ドラム１の直径＝１００［ｍｍ］、現像ローラの直径＝１６［ｍｍ］であり、この場合、現像領域Ｐの領域幅は約５〜１０［ｍｍ］となる。感光体ドラム１上の潜像は、前記領域幅の範囲内において、現像ローラ５３によって搬送されてくるトナーによって現像される。現像領域Ｐにおける、現像ギャップは２００［μｍ］である。また、現像ローラ５３へのＡＣバイアスのピーク・ツー・ピーク電圧（Ｖpp）は４００［Ｖ］、周波数は４［ｋＨｚ］に設定した短形波、Ｄｕｔｙは１５［％］である。
【００３３】
図３は本実施例の複写機に用いた現像装置５０内の押圧ブレード５２、現像ローラ５３及び帯電補助部材５９の詳細図である。帯電補助部材５９は、厚みが大きいブロック状帯電補助部材よりも変形し易いシート状の構造であり、現像ローラ５３との当接面における形状の変化が該ブロック状帯電補助部材よりも大きくなる。このため、前記ブロック状帯電補助部材を用いる場合よりも、現像ローラ５３と帯電補助部材との当接面に生ずる隙間を小さくする。また、帯電補助部材５９には、上記当接面において現像ローラ５３の回転方向へ移動させようとする力が加わる。このため、上記当接面より前記回転方向の上流側に位置する帯電補助部材５９の一端部を回動部材６１に支持し、張力を持たせることで前記移動が防止されている、。
【００３４】
図３に示すように、回動部材６１は、図示しない回転駆動系によって図面実線矢印方向及び図面点線矢印方向にそれぞれ最大で６０°回動する。この回動部材６１の回動により、帯電補助部材５９は上記上流側もしくは上記下流側に移動される。前記移動の距離は、回動部材６１の直径が１０［ｍｍ］であるので、最大で５．２［ｍｍ］程度である。また、回動部材６１の１動作当たりの回転角度は１２°もしくは２４°であり、回動部材６１が１動作すると帯電補助部材５９は１．０４［ｍｍ］もしくは２．０８［ｍｍ］移動される。
【００３５】
トナーが帯電補助部材５９に融着・堆積する部位は、上記当接面よりも現像ローラ５３の回転方向下流側０．２５〜０．７５［ｍｍ］の範囲内（以下、堆積範囲内と称する）であり、その長さは、上記当接面の現像ローラ５３の軸線方向全域に相当する距離と同程度である（以下、帯電補助部材５９において、工場出荷直後の該堆積範囲内に相当する面を１次融着面と称する）。回動部材６１を図面点線矢印方向に１２°回転させることにより、前記１次融着面に融着・堆積したトナーは現像ローラ５３の回転方向上流側に１．０４［ｍｍ］移動して現像ローラ５３と当接する。この当接により前記トナーと現像ローラ５３との間に摩擦力が生じ、該トナーが帯電補助部材５９から剥離される。また、前記剥離の後、回動部材６１を図面実線矢印方向に１２°回転させることにより、上記１次融着面は、現像ローラ５３の回転方向下流側に１．０４［ｍｍ］移動して再び上記堆積範囲内に位置する。
このように、本実施例の複写機によれば、上記範囲内に堆積したトナーが除去されるので、現像ローラ５３上に均一で厚みムラのないトナー薄層を長期間安定して形成することができる。
また、帯電補助部材５９は、厚みの大きいブロック状帯電補助部材を用いる場合よりも、現像ローラ５３と帯電補助部材との当接面に生ずる隙間を小さくするので、現像ローラ５３上に、より均一な厚みのトナー薄層を形成することができる。
なお、本実施例では、帯電補助部材５９は現像ローラ５３の回転方向の上流側と下流側とで往復移動されているが、該上流側もしくは該下流側のどちらか一方に移動するようにしても良い。この場合は、回動部材６１の回転角度を調整することによって、帯電補助部材５９上に堆積したトナーが、上記当接面におけるトナーの薄層化を阻害しない位置に移動させることによって、均一なトナー薄層の形成が実現される。
【００３６】
図４は本実施例の複写機における制御動作を示すフローチャートである。図に示すように、複写機の電源がＯＮされた後、複写機の電源ＯＦＦ命令の信号受信の有無が判断される（ステップ１００）。前記信号受信がなされた場合は、プリント枚数カウンタの値Ｐｔ、回動部材６１の回動回数カウンタの値Ｒ１及び上記当接面の更新動作カウンタの値Ｒ２をＥＰＰ ＲＯＭに書き込んだ後に電源をＯＦＦする（ステップ１０１及び１０２）。上記信号受信がなされない場合は、複写動作命令の信号受信の有無を判断し（ステップ１０３）、さらに、該複写動作命令の信号受信が無い場合は、再び上記ステップ１００以降の動作を行う。
【００３７】
上記ステップ１０３において、上記複写動作命令の信号受信がなされた場合は、複写動作を行い（ステップ１０４）、用紙１枚の複写を終了した時点でＰｔ＝Ｐｔ＋１とする（ステップ１０５及び１０６）。次に、Ｐｔ＝４００であるかを判断し（ステップ１０７）、Ｐｔ≠４００［枚］の場合は、全ての複写動作が終了されたかを判断する（ステップ１０８）。全ての複写動作が終了された場合はステップ１００以降の動作、全ての複写動作が終了されていない場合はステップ１０４以降の動作を、それぞれ行う。
このような制御動作において、本実施例の複写機ではＰｔ＝４００になるまで、つまり、用紙４００枚の複写が行われるまでは、通常の複写動作を行う。
【００３８】
複写した用紙の枚数が４００枚に達する、つまり、Ｐｔ＝４００になる、と回動部材６１を時計回り（正転）に対して−１２°回転させて（ステップ１０９）、帯電補助部材５９を現像ローラ５３の回転方向上流側に１．０４［ｍｍ］移動させる。この移動により、上記１次融着面に融着・堆積したトナーは現像ローラ５３と当接し、現像ローラ５３の回転（ステップ１１０）によって、該１次融着面から剥離される。前記剥離後、Ｒ１が９以上であるかを判断し（ステップ１１１）、Ｒ１が９以上でない場合は、回動部材６１を上記正転に対して１２°回転させる（ステップ１１２）。この回転により、上記１次融着面は再び上記範囲内に位置される。前記回転後は、Ｒ１＝Ｒ１＋１及びＰｔ＝０として（ステップ１１３から１１４）、ステップ１０８以降の動作を行う。
このような制御動作により、本実施例の複写機では、用紙を４００枚複写する毎に回動部材６１が回動され、帯電補助部材５９の現像ローラ５３との当接位置が、複写動作時の当接位置と上記１次融着面との間で往復される（以下、工場出荷直後の複写時の該当接位置を初期当接位置と称する）。この往復及び現像ローラ５３の回転により、上記１次融着面に融着・堆積したトナーが除去される。
【００３９】
帯電補助部材５９が上記往復を繰り返していると、上記１次融着面に融着したトナーは次第に剥離され難くなる。また、上記１次融着面と現像ローラ５３との当接時における上記堆積範囲内にトナーの融着・堆積が生じるようになる（以下、該当接時における帯電補助部材５９の上記堆積範囲内に相当する面を２次融着面と称する）。このため、ステップ１１１においてＲ１が９であるとき、つまり、回動部材の回動回数が１０回目であるときは、回動部材６１を時計回りに対して２４°回転させて（ステップ１１６）、帯電補助部材５９を上記下流側に２．０８［ｍｍ］移動させる。この移動により、複写動作時における帯電補助部材５９の現像ローラ５３との当接位置は、上記初期当接位置よりも現像ローラ５３の回転方向下流側に１．０４［ｍｍ］移動され、これまで現像ローラ５３と当接しなかった新しい位置とされる。回動部材６１が上記２４°回転された後は、 Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ０、Ｒ２＋１に変更されて（ステップ１１７及び１１８）ステップ１１４以降の動作を行う。従って、本実施例の複写機では、用紙４０００枚の複写が行われる毎に、複写時における帯電補助部材５９の現像ローラ５３との当接位置（以下、当接位置と称する）は上記下流側に１．０４［ｍｍ］移動される。
【００４０】
帯電補助部材５９の初期当接位置からの移動量が５．２［ｍｍ］を超えないように、上記ステップ１１６の動作を行う前に、Ｒ２＝４であるか否かの判断がなされる（ステップ１１５）。ステップ１１５において、Ｒ２＝４の場合は表示部に帯電補助部材５９の交換が必要である旨を表示（ステップ１１９）した後、ステップ１１２以降の動作を行う。従って、Ｒ２＝４となった、つまり、回動部材６１が図面実線矢印方向に６０°回転した、後は、複写時における上記当接位置は更新されない。
このような制御動作において、本実施例の複写機では、回動部材６１が上記回動を１０回行う毎に、上記２４°の回転がなされ、複写時における上記当接位置が変更される。このため、帯電補助部材５９上に形成されるトナー堆積層の位置が変更され、該堆積層からのトナーの除去を容易にする。
【００４１】
以上の制御動作を繰り返すことにより、回動部材６１は最大で図面矢印方向６０°の回転動作を行い、帯電補助部材５９の現像ローラ５３との当接位置は最大で、上記初期当接位置よりも現像ローラ５３回転方向の下流側の５．２［ｍｍ］下流側に移動する。従って、回動部材６１の交換サイクルは４９［動作］×４００［枚］＝１９６００［枚］、つまり、用紙１９６００枚の複写を行う毎であり、長期間安定した画像品質を得ることができる。
【００４２】
図５は本実施例の複写機に用いた現像装置内部の現像ローラ５３、帯電補助部材５９及び回動部材６１を上方から見た平面図である。なお、本図においては、見やすいように押圧部材５２を取り外してある。図に示すように、帯電補助部材７９及び回動部材１１は、図示を省略した駆動手段によって図の矢印方向に往復運動されている。前記駆動手段としては、例えば、前記両部材の片端にバネを固定し、他端には糸状の部材を固定して、該糸状の部材を回動部材で引っ張っては戻すことにより実現される。また、前記他端にラックやピニオンの歯先の当接・離間を繰り返すことによっても実現される。このような帯電補助部材５９の往復運動の距離は数［ｍｍ］程度で、周期は０．５［秒］すなわち２［Ｈｚ］程度に設定されている。前記往復運動により、現像ローラ５３と帯電補助部材５９との間に生ずるトナー塊は崩され、該間におけるトナーの流動性が高まる。このため、トナーの帯電補助部材５９への融着が軽減され、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間におけるトナーの堆積が起こり難くなる。
以上のように、本実施例の複写機によれば、帯電補助部材５９と現像ローラ５３との間におけるトナーの堆積が起こり難くなるので、現像ローラ５３上に形成されるトナー薄層厚の均一化を長期間安定して行うことができる。
【００４３】
次に上記実施形態の複写機において、請求項６の構成を適用した一実施例について説明する。
図６は本実施例に用いられる現像装置のトナーカートリッジ６０ａ及び帯電補助部材５９ａの詳細図である。図に示すように、帯電補助部材５９ａはトナーカートリッジ６０ａに固定されており、両者は一体に構成されている。このため、トナーカートリッジ６０ａの交換の際に、帯電補助部材５９ａも同時に交換されることになる。従って、一定量のトナーを消費した時点で、帯電補助部材５９ａと現像ローラ５３との間に堆積したトナーは除去される。なお、帯電補助部材５９ａの耐久性は、その材質及びトナーの特性に依存するが、トナーカートリッジ交換サイクルとしての２０００枚〜４０００枚の複写は十分にその品質を維持することが可能である。
【００４４】
トナーカートリッジ６０ａ交換の際には、帯電補助部材５９ａは、押圧部材５２によって現像ローラ５３へ押圧されているが、トナーカートリッジ６０ａを図６の矢印方向に引くことによって、十分弱い力で引き抜くことが可能である。また、新しい帯電補助部材５９ａを押圧部材５２と現像ローラ５３の間に挟み込む際には、まず、帯電補助部材５９ａの自由端を押圧部材５２と現像ローラ５３との間に差し込み、次に、現像ローラ５３を所定数回転させることにより、帯電補助部材５９ａは現像ローラ５３の回転方向に移動され、押圧部材５２と現像ローラ５３との間に挟み込まれる。
【００４５】
図７は本実施例の複写機における制御動作を示すフローチャートである。図に示すように、本実施例の複写機では、複写動作命令の信号受信を待機している時にカートリッジ交換作業の開始命令信号を受け付け、該開始命令信号を受信した際には、カートリッジ交換用の動作制御（ステップ２０６から２１０）が起動される。
【００４６】
以上の構成において、本実施例の複写機では、トナーカートリッジ６０ａ内に貯蔵される補充用トナーが無くなったときには、トナーカートリッジ６０ａを新品と交換することによりトナーの現像装置内への補充が継続される。帯電補助部材５９ａはトナーカートリッジ６０ａと一体化になっており、前記交換の際、帯電補助部材５９ａも同時に新品と交換される。従って、一定量のトナーを消費した時点で、帯電補助部材５９ａと現像ローラ５３との間に堆積したトナーが除去される。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、一定量のトナーを消費した時点で、帯電補助部材５９ａと現像ローラ５３との間に堆積したトナーが除去されるので、現像ローラ５３に形成されるトナー薄層の厚さを、長期間安定して均一化することができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、上記帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が、該帯電補助部材と上記現像剤担持体との当接面における現像剤薄層の均一化を阻害しない位置に移動するので、該現像剤担持体上に均一で厚みムラのない現像剤薄層を長期間安定して形成することができるという優れた効果がある。
また、上記帯電補助部材の表面に堆積した現像剤が除去されるので、上記現像剤担持体上に均一で厚みムラのない現像剤薄層を長期間安定して形成することができるという優れた効果がある。
また、厚みの大きいブロック状帯電補助部材を用いる場合よりも、上記現像剤担持体と上記帯電補助部材との当接面に生ずる隙間を小さくするので、該現像剤担持体上に、より均一な厚みの現像剤薄層を形成させることができる。
また、上記回動部材の回動によって上記帯電補助部材の上記移動がなされるので、該移動の手段を容易にすることができるという優れた効果がある。
【００５３】
請求項２の発明によれば、一定量の現像剤を消費した時に、上記帯電補助部材と上記現像剤担持体との間に堆積した現像剤が除去されるので、上記現像剤担持体上に均一で厚みムラのない現像剤薄層を長期間安定して形成させることができるという優れた効果がある。
【００５４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る複写機の概略構成図。
【図２】同複写機に用いられる現像装置に請求項１乃至５の構成を適用した一実施例の概略構成図。
【図３】同現像装置内の詳細図。
【図４】同現像装置を用いる複写機における制御動作を示すフローチャート。
【図５】同現像装置内の現像ローラ５３、帯電補助部材５９及び回動部材６１を上方から見た平面図。
【図６】上記実施形態の複写機に用いられる現像装置に請求項６の構成を適用した一実施例における、トナーカートリッジ６０ａ及び帯電補助部材５９ａの詳細図。
【図７】前記実施例の現像装置を用いる複写機における制御動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 帯電器
３ 露光装置
５ 給紙トレイ
６ レジストローラ
７ 搬送装置
８ 転写装置
９ 定着装置
１０ 排紙トレイ
１１ クリーニング装置
２０ スキャナー部
２１ 画像処理部
２２ プリンタ部
５０ 現像装置
５２ 押圧ブレード
５３ 現像ローラ
５４ 供給ローラ
５５ アジテータ
５６ ホッパ部
５７ 現像バイアス電源
５８ 供給バイアス電源
５９ 帯電補助部材
６０ トナーカートリッジ
６１ 回動部材
６２ 薄層化バイアス電源
Claims (2)
- 潜像担持体に対向した現像領域へ現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に当接することにより、該現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材とを有する現像装置を用いる画像形成装置において、
該規制部材を、該現像剤担持体を押圧する押圧部材と、該現像剤担持体と該押圧部材との間に挟まれるシート状の帯電補助部材とで構成し、該現像剤担持体と該帯電補助部材との当接面よりも該現像剤担持体の現像剤の搬送方向上流側で該帯電補助部材の一端部を支持する回動可能な回動部材を設けるとともに、該帯電補助部材のもう一端部は何も固定しない自由端とし、且つ、該回動部材の回動により、該帯電補助部材の一端部を該回動部材に巻き取ったり該回動部材から送り出したりすることで、該帯電補助部材を該現像剤担持体の現像剤の搬送方向に往復移動させるようにしたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１の画像形成装置において、
現像装置内に補充する補充用現像剤を貯蔵する現像剤カートリッジを設け、上記帯電補助部材と該現像剤カートリッジを一体化させたことを特徴とする画像形成装置。
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| JP27375497A JP3752368B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 画像形成装置 |
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-
1997
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