JP4810000B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子写真及び静電記録装置等の画像形成装置に用いられる現像装置、現像装置を適用した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。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置においては、像担持体としての感光体ドラムに静電潜像を形成し、これら静電潜像をトナーで現像することにより現像剤としてのトナー可視像を形成し、その可視像を転写材などのシート上に転写・定着して画像を得ている。
【0003】
このような画像形成装置の現像方法としては、一般に、トナーのみからなる一成分現像剤を用いた一成分現像法の方が、磁性粒子とトナーからなる現像剤を用いた二成分現像法に比べ、現像装置の構成が簡易であり、且つ、メンテナンスが容易である為、この現像法に基づく現像装置が多数提案されている。
【0004】
また、磁性トナーを用いない非磁性一成分現像法による現像法が提案されており、これら現像法は、近年のカラー画像の要求に対応したカラー画像を得ることが可能な為に、低コストで且つ小型の現像装置が開発され、製品化されている。
【0005】
しかしながら、上述した非磁性一成分現像法においては、現像剤の供給と回収を行う供給回収ローラ(以下、RSローラと称す)を現像剤担持体としての現像ローラに当接・回転・摺擦させて、RSローラの弾性変形による圧力及び回転によって摺擦力により現像ローラへのトナー供給及び回収を行っており、さらには、トナーへの電荷付与が、主にトナーがブレードを通過する際の接触摩擦により行われている。
【0006】
すなわち、非磁性一成分現像法においては、現像容器内のトナーが感光体上で現像の工程に供給されるまでの間にトナーにかかる機械的な負荷は極めて大きく、トナーに及ぼすダメージは他の現像法に比べ非常に大きいものとなっている。
【0007】
更に、RSローラの配置位置や回転の方向・速度によっては、現像ローラ上の現像に寄与しなかったトナーを完全に回収することができないことがあり、現像ローラ上に現像残トナーが残留する場合が生じる。
【0008】
これら現像ローラ上に残留した現像残トナーは、再度、規制ブレードを通過し現像領域に搬送されることになるが、このようなRSローラや規制ブレードによる摺擦が連続的に繰り返されると、トナーの帯電量や流動性を制御している外添剤等がその都度、RSローラと現像ローラとの摺擦により受ける機械的圧力や摺擦熱の蓄積によりトナー内部に埋め込まれてしまい、所望の帯電特性と流動性が得られない劣化トナーに変質させてしまう。
【0009】
これら劣化トナーは初期の特性を維持出来ないことから、画像形成プロセス中に多くの問題を引き起こすことになり、例えば、上記劣化トナーが現像に寄与した場合、適正な現像特性が得られないことによる現像不良が発生してしまうと、中抜け等の転写不良を引き起こす場合がある。
【0010】
更には劣化トナーを中心として凝集してしまい、現像ローラ上への新たなトナー供給が疎外されてトナー塗布量の低下が生じ、濃度不良等が発生することもある。
【0011】
さらに、これら凝集した劣化トナーが規制ブレードのニップ部や現像ローラ表面で固まって融着すると、部分的な供給阻害が生じてスジ等のコート不良を発生させるとともに、新しく現像ローラ上に供給されるトナーへの電荷付与を阻害する。その結果、未帯電トナーを現像部に搬送することになりカブリ・ムラ等の画像形成不良を生じさせる場合もある。
【0012】
また、上記現像方法では、トナーにかかる負荷が大きいだけでなく、現像装置自身にかかる負荷も大きい。例えば、RSローラに上述したようなスポンジ系ローラを用いた場合、現像ローラに対する摺擦が長時間に及ぶと、RSローラ自身の摩耗、損傷及びスポンジ部へのトナーの進入による目詰まりと硬度上昇等が発生し、トナー供給回収ローラとしての役割が不十分となり良好なトナー供給ができなくなることもある。
【0013】
このように非磁性トナーを用いた一成分現像は、簡易な構成でありながら良好なトナー像を形成することが可能である一方、トナー並びに現像装置に係る機械的負荷が大きく、従来の磁性一成分現像装置や2成分の現像装置に比べ長期的な耐久性安定性が著しく乏しい。
【0014】
よって、トナー消耗の際には現像装置を丸ごと交換するカートリッジタイプの現像装置で主に利用されており、複写機に見られるような構成部品をそのままにして現像剤のみを補給して行くタイプの現像装置にはあまり採用されていない。
【0015】
そこで上記諸問題を解決するため、以下に示すような現像装置が提案されている。
【0016】
その構成は、図10に示すよう、現像剤としてのトナーを収容する現像剤収納容器903と、トナーを担持し現像領域に搬送すべく現像剤収納容器の開口部に設置された現像剤担持体としての現像ローラ901と、現像ローラ901に対し接触あるいは非接触にて配置された現像剤供給手段と、現像ローラ901上に供給されたトナーの層厚を規制するための現像剤規制部材としての規制ブレード907と、現像ローラ901上に残留した現像残トナーを回収すべく現像ローラ901に対向して設置された現像剤回収手段とを有している。
【0017】
現像剤供給手段は、例えば、該現像ローラ901に対し非接触にて回転可能に配置された現像剤供給部材としての例えば導電性のブラシローラ904と、その一端が該ブラシローラ904に接触するよう配置された現像剤流路制御部材905から構成されている。あるいは、現像ローラ901に対して現像剤供給部材(例えば弾性スポンジローラ)を軽圧で回転可能に当接させて配置することもある。
【0018】
また、現像剤回収手段は、例えば現像ローラ901に対向して漸次離間するように配置されて現像ローラ901との間に楔状GAP(空間)を形成する現像剤回収部材としての平板回収部材917と平板回収部材917に接続された電源930により構成される。
【0019】
平板回収部材917にはAC(交流)電圧を重畳させたDC(直流)電圧を印加することにより、現像ローラ901上のトナーを現像ローラ901と平板回収部材917との間に形成された楔状GAP中を往復飛翔させ、徐々に電界強度の弱い開口側O側に吹き出させることにより、現像ローラ901から平板回収部材918に現像残トナーを回収させることが出来る。
【0020】
上記現像装置を用いた画像形成方法を簡単に説明する。図10の回転する像担持体としての感光体ドラム911は帯電器915により表面を一様に帯電された後、露光装置からの露光光914により所望の画像データに応じた静電潜像が生成される。
【0021】
さらに感光体ドラム911表面の静電潜像は上記現像装置との対向部において現像ローラ901に担持されたトナーによりトナー像として具現化されたのち、転写部において転写装置920によりトナー像が転写材であるシートP9に転写され、シートP9上のトナーは定着器(図中不図示)にて加熱・加圧定着され排出される。
【0022】
次に、上記画像形成工程における現像装置の説明を詳しくすると、容器903内のブラシローラ904等の現像剤供給手段としてのブラシローラ904に取り込まれるトナーは、図11に示すように現像ローラ901近傍で、現像剤流路制御部材905によりクラウド化されて静電凝集により現像ローラ901表面上に供給される(T900)。
【0023】
あるいは、現像剤供給手段としてのスポンジローラ表面の付着して現像ローラとの当接部分まで搬送され、スポンジローラの圧力により現像ローラ上に付着・供給される。
【0024】
現像ローラ901表面に供給されたトナーT900は、現像ローラ901の回転により現像剤規制部材である規制ブレード907との当接部に送られ、規制ブレードによりその層厚が規制される(T901)。この際トナーへの帯電付与は、主にブラシローラ904のブラシや現像ローラ901とトナーが接触する際の摩擦帯電、ならびにトナーが現像ローラ901上で規制ブレード907を通過する際のトナーと現像ローラ901表面、あるいは規制ブレード907表面との摺擦時の摩擦帯電により行われる。
【0025】
層厚が規制された帯電トナーT901は、現像ローラ901の回転により感光体ドラム911との対向位置(現像部あるいは現像領域という)に送られ、印加された現像バイアスにより感光体ドラム911の静電潜像に付着、可視像化させる(現像工程)。
【0026】
現像工程終了後、可視像化に寄与しなかった現像ローラ901上に残留した現像残トナーTdは、図10に示すように現像ローラ901に対向して設置された平板回収部材917との楔状GAPにおいて、現像ローラ901と平板回収部材917と間に働く交番電界により飛翔・往復運動し、開口側O側に噴出される。
【0027】
これは即ち、次に示すようなメカニズムによるものである。図12に示すような漸次離間させた電極となる現像ローラ901と平板回収部材917の間に発生する電気力線Iは、両電極が交差する点を中心とした同心円状に作用する。このため、電極間を飛翔している帯電粒子(帯電トナー粒子)Hは、この電気力線Iに沿って動こうとする。この時、帯電粒子Hには遠心力Frが働くので、電気力線Iの方向よりもわずかに開口側O側にずれた反対側の電極面に到達する。ここで電極間に交流電圧が印加されている場合、印加電圧の極性が変わって電極間に逆の電界が形成されると、同様に往復・飛翔し、遠心力Frの作用を受けて、さらに開口側O側に帯電粒子Hは移動する。
【0028】
これにより図13に示すように電極間の往復運動を行なう毎に、帯電粒子Hは電極近接側(N側)から電極離間側(開口側O側)に進んでしまう。このようにして帯電粒子Hは、図13中の矢印Mで示す現像ローラ901と平板回収部材917の開口側O側に押し出される状態で飛翔し、電極間隔が広がり、形成される電界強度が低下するまで継続する。電極間の開口側O側端部に到達し電界強度が低下すると、飛翔力を失い、落下するので、帯電粒子Hである現像残トナーは現像容器903内に回収されることになる。
【0029】
飛翔力を失って現像容器903内に落下したトナーは、再度、上記現像工程に再利用する構成をとっている。
【0030】
このように現像ローラ901へのトナー供給を非接触あるいは従来の装置よりも軽圧接触で行い、更には、現像残トナーを常時、現像ローラ901上から回収して現像容器903に戻すことにより、トナーに連続した機械的負荷を与えず、一度、負荷による影響を緩和させてから、再度、現像に利用する構成が可能となるので、トナーへの機械的衝撃や蓄熱が防止され、外添剤のめり込み等のトナー劣化を押さえることが可能となる。
【0031】
よって上記構成をとることにより、長期間にわたり安定したトナーへの帯電を行うことが出来る非磁性一成分現像装置を提供することが可能となっている。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】
上記現像装置におけるトナー供給方法は、トナーに付加を与えない低ストレスな供給方法であり、トナー寿命に対し高い耐久性を得ることが可能である。また、トナークラウドから帯電したトナーを選択的に現像ローラへと供給する横成となっている為、高品位な画質が形成することも可能となる。
【0033】
しかしながら、上記現像装置では、図14に示すように現像ローラ901と平板回収部材917と漸次離間するように対向させているために、現像ローラ901上の現像残トナーTdは平板回収部材917と現像ローラ901の形成する楔状GAPの最近接部分(N部位)を通過しなければならない。
【0034】
この時、図15に示すように平板回収部材917と現像ローラ901の形成する楔状GAPの最近接部分(N部位)には最も強い電界が形成されている。さらに、平板回収部材917端部から楔状GAPと反対の方向(Q側)への電気力線Irの曲率の大きな回り込みがあるので、現像ローラ901上の現像残トナーTdが楔状GAPの最近接部分(N部位)へ侵入することが出来ずに図中のN側へ押し戻され、楔状GAP内に入ることが出来ず、往復飛翔による回収が出来なくなってしまう。
【0035】
このような現象は、特に現像残トナーの電荷量が低い場合に発生しやすく、これが発生した場合、図16に示すように、楔状GAP部に侵入出来ずに押し戻された現像残トナーがそのまま装置内に飛散したり、あるいは現像ローラ901上の楔状GAPの手前部位にトナー溜りTsを形成してしまう。
【0036】
このようなトナー溜りTsを形成した場合、トナーの電荷の作用により現像ローラ901上の電位を見かけ上上げることになり、楔状GAP中の回収電界(交番電界)を小さくしてしまうために、楔状GAP中に侵入しても十分な飛翔を行なわれずに現像ローラ901上に付着した状態で平板回収部材917の対向領域を通過してしまう。
【0037】
このため、回収効率が低下して、現像ローラ901上に回収されないトナーが残ってしまうので、規制ブレードとの摺擦を繰り返してしまう現像残トナーが発生し、蓄積された負荷によってトナー劣化をおこしてしまい、画像不良を引き起こす、という現象が起きていた。
【0038】
これは即ち、従来の漸次離間するように現像ローラ901と対向させた平板状回収部材917においては、現像残トナーの電荷分布に応じた回収電界の付与が出来ないことが原因となっているものである。
【0039】
この為、特に、低い印字比率の画像出力を続けた場合、前述の原因による現像ローラ901上の現像残トナーが十分に回収出来なくなることにより、現像ローラ901上で多量のトナー劣化が生じ、トナー帯電不良や現像ローラ901上などへのトナー融着による濃度低下や画像スジの発生、あるいはカブリ等の画像不良が発生するという問題が発生してしまっていた。
【0040】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、画像出力条件による現像残トナーの回収不良を防止し、長期間安定した画像出力を可能とする現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
【0041】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の現像装置にあっては、像担持体に対向して配置された現像剤担持体であって、現像剤収納部から現像剤が供給され、供給された現像剤によって前記像担持体に現像剤像を形成するための現像剤担持体と、
該現像剤担持体との間で交番電界による回収電界を形成して、現像に寄与されずに残った現像剤を前記現像剤担持体上から前記現像剤収納部へ回収する金属平板状の回収部材と、を備え、
該回収部材は、前記現像剤担持体表面の移動方向に対して前記現像剤担持体に漸次接近するように且つ前記現像剤担持体に非接触に配置されることを特徴とする。
【0043】
前記回収部材は、少なくとも交流電圧を重畳された直流電圧が印加されることが好適である。
【0045】
前記回収部材の前記現像剤担持体に対向する面は、前記現像剤担持体から離れるにつれて下方向となるように傾斜していることが好適である。
【0046】
前記回収部材と前記現像剤担持体との間に形成される回収電位差は、交流電圧を重畳された直流電圧の値となることが好適である。
【0047】
前記現像剤担持体の表面の移動方向に対して現像部より上流側に前記現像剤担持体に対向して配置されて、該現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体の表面の移動方向に対して前記現像剤供給部材との対向位置よりも下流側かつ現像部より上流側に配置され、前記現像剤担持体上の現像剤の層の厚さを均一に規制するための現像剤規制部材と、を備えたことが好適である。
【0048】
本発明のプロセスカートリッジにあっては、
上記の現像装置を備えたことを特徴とする。
【0049】
本発明の画像形成装置にあっては、
上記の現像装置を備えたことを特徴とする。
【0050】
上記のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする。
【0051】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を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、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0052】
(第1の実施の形態)
図1〜図6を参照して、第1の実施の形態について説明する。本発明の特徴である、回収部材としての平板回収部材の開口方向を現像剤担持体としての現像ローラ進行方向の上流側に形成し、進行方向に対して漸次近接するようにして、現像ローラと平板回収部材の最近接部分を現像ローラの進行方向下流側に配置することにより、現像残トナーの電荷量に応じた適切な強度の電界を加えて、効率よく回収が出来ようにしている。
【0053】
図1は、本実施の形態に係る現像装置を用いた画像形成装置の断面図である。
図1において、像担持体としての感光体ドラム11の右隣に図中矢印の方向に回転する現像ローラ1が設けられている。現像ローラ1には、芯金上に弾性層を有している。
【0054】
尚、本実施の形態の説明は弾性現像ローラ1を像担持体である感光体ドラム11に接触させてトナー像を形成する接触現像方式にて現像を行っている。
【0055】
図2に弾性現像ローラ1の断面図を示す。弾性層1aの材料としては、シリコンゴム・NBRゴム・EPDMゴム・ウレタンゴム等の一般的なゴム材料が使用可能であるが、本実施の形態においては、金属製芯金1c上に弾性層としてシリコンゴム層を成形したものを使用した。また、上記弾性層1aの構成としては単層の構造のものでもかまわないが、本実施の形態では、トナーヘの電荷付与性を考慮して、弾性層1aの表面にナイロン等の樹脂にカーボン等を分散させた導電性樹脂膜1bを被覆した。
【0056】
尚、弾性層1aのゴム硬度は導電性膜1bを含め、JIS Aゴム硬度計により計測され、その硬度は20〜70度のものが適当とされる。ゴム硬度が70度を超えると感光体ドラム11との接触面積が小さくなって現像領域が狭くなるので、十分な量のトナーを現像することが困難となる。また、同様にゴム硬度が高いと、弾性現像ローラ1を感光体ドラム11に当接させる際に進入量の変動が発生し、現像ローラ1と感光体ドラム11との当接圧を大きく変化させることがあるので、構成上好ましくない。
【0057】
一方、ゴム硬度が低すぎる(20度以下)と、ゴムの圧縮永久歪みが大きくなるので、長期間の放置等によりゴム弾性が失われて変形するおそれがある。また、現像ローラ1の表面はトナーの搬送性を考慮して、その表面粗さであるRz値が3〜20μmであることが望ましく、使用するトナーの粒径・形状に合わせて設定される。
【0058】
尚、本実施の形態においては、弾性層の最表面に薄い導電性樹脂膜1bを設けているが、この膜は約10μmと非常に薄い為、弾性層1aで設定した表面粗さがそのまま表面に反映される。
【0059】
更に現像ローラ1の抵抗としては、トナーとの接触摩擦帯電時に発生するカウンターチャージが現像ローラ1表面に残留しないようその抵抗値はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、感光体ドラム11の表面にしばしばピンホールが存在するので、現像時、感光体ドラム11と現像ローラ1の当接ニップ部において電流リークを起こす場合もある。よって、弾性現像ローラ1の抵抗値は上記導電性樹脂膜1bを含めた状態で103〜109Ω・cm程度の体積抵抗となるよう設定するのが望ましい。
【0060】
無論、弾性現像ローラ1の層構成は上記記載に限るものでなく、例えば、複数弾性層の構成を持った積層型の弾性現像ローラ1等であってもよく、使用するトナーや画像形成の条件に応じて選択・決定すればよい。
【0061】
電源2は、所望の現像バイアスを現像ローラ1に印加するためのものであり、所望の現像方式に応じて適当な現像バイアスが印加される。本実施の形態では、接触現像方式を用いているので、感光体ドラム11との電流のリーク等を考慮し、DC(直流)電圧のみの現像バイアスVdcを印加した。
【0062】
現像装置は、現像容器3を備え、現像容器3内に容器内の非磁性トナーTを弾性現像ローラ1に供給するための現像剤供給手段としてのブラシローラであるトナー供給ブラシ4を有する。トナー供給ブラシ4は、現像ローラ1との距離約100μm〜1mmで、現像ローラ1の回転方向と同方向(最近接部において逆方向)に回転可能となるよう設置されている。
【0063】
ここで、トナー供給ブラシ4としては、図3に示すように、低抵抗の電気的特性をもつ導電性繊維4a(102〜108Ω・cm)と、高抵抗の絶縁性繊維4b(108〜1015Ω・cm)と、の2種類を混毛したブラシ部材4pを、SUS等の金属芯金4cに巻きつけたファーブラシを用いている。
【0064】
本実施の形態では、現像剤として負に帯電極性を持つトナーを用いるため、対する上記絶縁性繊維4bは正極性の帯電特性をもつものが望ましい。よって、本実施の形態では、ナイロン性の絶縁性繊維4bを(108〜1015Ω・cm)使用した。無論、絶縁性繊維4bはナイロンに限るものではなく、トナーの特性に応じて絶縁性繊維の選択を行えばよく、本実施の形態のような場合、レーヨン等の材質であってもよい。
【0065】
一方、導電性繊維4aは上記抵抗を満たすことが第一の条件であるが、導電性繊維4aの多くは絶縁性繊維4bにカーボン等の導電性樹脂を分散させ紡糸した場合が多く、その分散方法は繊維メーカーさまざまであり、糸表面全てに導電性樹脂4aが表出しているとは限らない。すなわち、分散系導電性繊維の表面には導電部以外に絶縁部が存在するため、トナーとそれらとの接触を考慮し、導電性繊維の基礎構成素材とし、トナーに対し正帯電特性をもつ材質を選ぶことが望まれる。本実施の形態では、ナイロン系の導電性繊維を使用した。
【0066】
また、本実施の形態に用いられる繊維には、トナーをクラウド化するための弾力が必要とされる為、導電性繊維4a・絶縁性繊維4bともにその繊度を1〜10デニール/フィラメント程度とし、それら混毛した状態で1〜20万本/インチ2(1インチ2=(2.54cm)2)の植密度をもち且つパイル長が1〜10mmになるよう設定した。
【0067】
現像剤流路制御部材(トナー流路制御部材)5は、図4に示すようにトナー供給ブラシ4からトナーをクラウド化するともに、現像ローラ1のA方向へトナーを叩き出す為のもので、トナー供給ブラシ4と接するように配置されている。本実施の形態では、該現像剤流路制御部材5にその厚さが100μm〜1mm程度の金属製薄板を用いており、具体的にはSUSもしくはリン青銅の薄板を用いている。尚、本実施の形態では図中に示すようにストレートの薄板を用いているが、その形状は上記に限るものではなく、トナーをクラウド化する方向によっては曲げ加工をほどこす場合もある。
【0068】
また、トナー供給ブラシ4との接触面に介在するトナーへの帯電付与を考慮し、現像剤流路制御部材5のトナー供給ブラシ4との接触面にトナーに対し電荷付与能が高い樹脂、例えば、ナイロンにカーボンを分散させその抵抗を〜105Ω・cm程度に調整したものを積層してもよい。このような構成をとることにより、トナーへの帯電付与が安定することになる。
【0069】
現像剤規制部材である規制ブレード7は、図4に示すように、弾性現像ローラ1に塗布されたトナーの層厚を均一に規制する為のものであり、本実施の形態では、0.1mm程度の厚みを持ったステンレス製の薄板の先端をその先端部から約2mmの位置で弾性現像ローラ1の反対方向に折り曲げたものであり、折り曲げ部が弾性現像ローラ1に食い込む状態で接触する。このときの接触圧は、線圧約5〜100g/cm程度に設定した。
【0070】
金属平板状回収部材(以下、平板回収部材)17は、現像に寄与しなかった現像ローラ1上の現像残トナーTdを静電的に現像ローラ1表面から飛翔させつつ回収する為のものであり、本発明の特徴であるように、平板回収部材17の離隔端と現像ローラ1との間で形成される開口方向を現像ローラ1進行方向の上流側に形成し、現像ローラ1と平板回収部材17の最近接部分を現像ローラ1の進行方向下流側に配置されている。
【0071】
平板回収部材17は、図5に示すように、長さ1=10mm、厚み1.2mmの金属板(SUS製)で構成され、最近接部分での現像ローラ1との空隙が200μm、現像ローラ1とのなす角を33°として固定している。また、現像ローラ1上の現像残トナーを飛翔・回収するために、該平板回収部材17は回収電源13に接続され、AC(交流)電圧を重畳したDC(直流)電圧からなる回収電圧Vcが印加されるようにしている。尚、本実施の形態では、AC電圧として2kVpp、5kHzの交流電圧を重畳し、DC電圧分としては現像バイアスと同じ電圧を印加した。
【0072】
撹拌部材10はトナー収納部のトナーをトナー供給ブラシ4に送る為のものであり、隔壁12の開口部12aよりトナーがトナー供給ブラシ4に供給される。尚、本実施の形態におけるトナーには、重量平均径5μm以上で、且つ、熱可塑性樹脂に着色剤(顔料)を混合分散し粉砕化した非磁性一成分トナーを用いており、該熱可塑性樹脂には負の荷電制御剤を含んだポリスチレン、ポリエステル系等の樹脂を使用した。無論、本発明における現像装置で使用可能なトナーは上記粉砕トナーのみではなく、重合トナー等も使用可能である。
【0073】
次に、画像形成動作時の現像装置内の動作について説明する。現像装置内のトナーは、撹拌部材10によりトナー供給ブラシ4に送られ、トナー供給ブラシ4の混合繊維と接触することにより負に帯電される。この際、トナーはトナー供給ブラシ4の繊維間、および、繊維表面に鏡映力等の付着力によって保持され、トナー供給ブラシ4の回転とともに現像剤流路制御部材5方向に搬送される。
【0074】
現像剤流路制御部材5との接触部まで搬送されたトナーは、現像剤流路制御部材5と接触することでより安定して電荷が付与されるとともに、現像剤流路制御部材5を通過した後、繊維の弾性力によりトナー供給ブラシ4の回転方向に弾き出され、クラウド状となって現像ローラ1の方向に飛翔する。
【0075】
更に、トナー供給ブラシ4と現像ローラ1の間には、電源2により現像ローラ1に印加された現像バイアスVdcと、電源6によりトナー供給ブラシ4に印加されたバイアスVfとにより電界が形成される為、クラウド化されたトナーのうち主に帯電したトナーが現像ローラ1側に引き寄せられ、現像ローラ1に担持搬送される。
【0076】
例えば、現像バイアスをVdc=−350Vと設定した場合、電源6により現像バイアスに対しΔV=−350V程度をさらに加えたDC電圧(−700V)をトナー供給ブラシ4に印加するよう設定すれば、負に帯電したトナーはDCの差分(−350V)による電界の作用によりトナー供給ブラシ4から現像ローラ1側へと飛翔していくような構成となる。無論、上記トナー供給ブラシ4への印加バイアスVf=−700Vは、使用するトナーの帯電特性並びにトナー供給ブラシ4と現像ローラ1との間隔に応じて設定変化させるものである。
【0077】
このように、帯電したトナーを一度クラウド化し、電界コートにより非接触にてトナーを現像ローラ1上に供給することにより、トナーへの機械的ストレスを著しく低減させることができ、また十分に帯電したトナーのみが現像ローラ1上に供給されるため、トナー層内での帯電量分布の偏りが少ないものとなる。
【0078】
現像ローラ1に担持、搬送されたトナーは規制ブレード7より薄層化されるとともに規制ブレード7並びに現像ローラ1間でさらなる摩擦帯電が行われ、均一な帯電量分布をもった薄層密なトナー層に形成される。
【0079】
弾性現像ローラ1上で層厚規制されたトナーは、感光体ドラム11との対向部において、現像バイアスVdcと、潜像電位(露光部VL、未露光部Vd)とにより形成される電界によりドラム上の潜像部に付着し、トナー像を形成する。
【0080】
尚、本実施の形態では、感光体ドラム11にOPC感光体を用い、イメージ露光により形成された静電潜像を、感光体ドラム11と現像ローラ1を接触・当接させつつ上記負極性非磁性1成分トナーで現像を行う接触方式の反転現像方法を用いている。
【0081】
また、上記現像工程において、現像に寄与せず現像ローラ1上に担持されたまま現像装置内に戻ってきた現像残トナーTdは、図5に示すように、現像ローラ1の回転につれて平板回収部材17との楔状GAPの開口側O(手前側)から近接側(奥側)Nへと進んで行く。この時、平板回収部材17に印加された回収バイアスにより形成された回収交番電界は、徐々に強度を増していく。この電界強度により現像残トナーTdに働く静電気力が、現像残トナーと現像ローラ1との鏡映力よりも強くなったところで、現像残トナーTdは現像ローラ1から平板回収部材17側に向かって飛翔を開始する。
【0082】
この時、図5に示した平板回収部材17と弾性現像ローラ1(Vdc)との間で形成される曲線を描いた電気力線に沿って現像残トナーTdが飛翔するので、遠心力Frが作用して現像ローラ1の進行方向とは反対の開口側O側に押し戻されながら飛翔する。尚、現像残トナーTdに働く静電気力、鏡映力と共に、作用する力の大きさ、及び飛翔する現像残トナーTdの速度は、トナーの持つ電荷量に影響される。
【0083】
さらに、平板回収部材17に印加された回収バイアスの極性が逆極性になると、逆向きの回収交番電界により、現像残トナーTdは平板回収部材17側から現像ローラ1側へと現像ローラ1の進行方向とは反対の開口側O側に押し戻されながら逆飛翔する。
【0084】
この往復運動が行なわれる時には、遠心力の作用により、トナーは電界強度の弱い側である開口側Oに押し戻される。電界強度が弱まると、トナーの飛翔速度は低下してしまうので、交番電界の極性が入れ替わる前に現像ローラ1、平板回収部材17のどちらにも到達出来ずに、楔状GAPの中央を開口側Oに向けて減衰振動状に往復運動しながら浮遊することになる。さらに、平板回収部材17に印加するDC電圧を現像バイアスと同電位に設定することにより、現像ローラ1、平板回収部材17のどちらか一方に片寄って付着することなく、両者の中央を浮遊するようになる。こうして、現像ローラ1上の現像残トナーTdはどこにも付着されることなく、楔状GAPから噴霧されるようにして開口側Oへ排出され、現像容器3中に回収される。
【0085】
ここで、本実施の形態に係る平板回収部材17と現像ローラ1との関係においては、平板回収部材17と現像ローラ1との間に構成された楔状GAPの奥(N側)に進むほど電界強度が強く働くようになるので、現像残トナーTdの持つ電荷量に応じた飛翔が行うことが可能となる。この為、電荷量が高すぎて現像ローラ1との鏡映力が強く、飛翔しにくい場合や、逆に、電荷量が低すぎて十分な静電気力が働かない場合にも、現像ローラ1の回転に応じて楔状GAPの奥へと進行していくことにより十分な強度の電界が作用するようになり、往復飛翔・回収が出来るようになる。
【0086】
さらに、図6に示すように、楔状GAPの先端部、即ち、現像ローラ1と平板回収部材17の最近接部(N部)では、最も強い電界が働くので、電気力線に沿って飛翔する時にも強い遠心力が作用し、帯電粒子である現像残トナーTdの現像ローラの回転に伴う進行ができなくなる。
【0087】
これにより、現像ローラ1上の現像残トナーTdは全て最近接部(N部)より先への進行を妨げられ、交番電界による往復飛翔を繰り返しながら開口側Oに戻される。この結果、現像残トナーTdは現像ローラ1上から除去され、現像残トナーTdが規制ブレード7との摺擦を繰り返すことによるトナー劣化を起こすことがなくなる。
【0088】
楔状GAP中から排出された回収トナーは、そのまま現像容器3に落下し、再度、現像工程に使用される。
【0089】
以上、説明したように、本実施の形態においては、現像ローラ1と平板回収部材17の最近接端を遠隔端よりも現像ローラ1の進行方向下流側に配置することにより、現像残トナーが進行するにつれて回収電界強度が強くなる様にすることが出来る。これにより、現像残トナーTdの電荷量に応じて適切な強度の電界が加えられる様になるので、効率よく飛翔させて回収が出来、従来見られた平板回収部材手前に現像残トナーが滞留することによる回収不良の発生とそれによる現像装置内のトナー劣化および、濃度低下やカブリ等の画像不良の発生という従来の問題が発生しなくなる。
【0090】
尚、本実施の形態においては、現像ローラ1と平板回収部材17の最近接端は非接触である。
【0091】
(第2の実施の形態)
図7〜図9には、第2の実施の形態が示されている。本実施の形態においては、平板回収部材の開口方向を現像ローラ進行方向の上流側に形成し、現像ローラと平板回収部材の最近接部分を現像ローラの進行方向下流側に配置した構成において、平板回収部材の現像ローラと対向する面を水平方向より下方に向けることにより、回収効率を向上させることを特徴とする。
【0092】
その他の構成および作用については第1の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については第1の実施の形態と100番台下二桁が同一の符号を付して、その説明は省略する。
【0093】
第1の実施の形態で説明したように、平板回収部材の開口側方向を現像ローラ進行方向の上流側に形成し、現像ローラと平板回収部材の最近接端を現像ローラの進行方向下流側に配置することにより、回収効率を向上させることが可能となる。
【0094】
しかしながら、本発明では現像ローラと平板回収部材との間に形成される楔状GAP中を往復飛翔することにより発生する遠心力を利用して現像残トナーTdを開口側へ噴霧し、現像残トナーTdを排出・回収するため、楔状GAP開口部位では作用する静電気力が小さくなり、他の外力、特に重力の影響を受けやすい。この為、楔状GAP開口部位において重力により現像残トナーTdが平板回収部材上に落下し堆積した場合、開口部位を塞ぐ、あるいは、楔状GAPの内側に崩れ落ちる等の回収性を低下させるおそれが生じる。
【0095】
そこで、第2の実施の形態では、平板回収部材117の現像ローラ101と対向する面を水平方向より下方に向けることにより、飛翔した現像残トナーTdの平板回収部材117への滞留を防ぎ、滞留を原因とする画像品位の低下の防止を図るものである。
【0096】
図7〜図9において、現像装置の構成については、以下に述べる点を除いて、第1の実施の形態と構成、材質は同一である。
【0097】
本実施の形態においては、図8に示すように、平板回収部材117の現像ローラ101と対向する面を平板回収部材117の遠隔端が水平方向より下方に、本実施の形態では30°傾けた様に配設し、平板回収部材117の遠隔端を近接端よりも下方に位置させた。
【0098】
また、平板回収部材117に回収バイアスとして印加したACを重畳したDC電圧により現像ローラ101上のトナーを、平板回収部材117と現像ローラ101間を往復飛翔させつつ楔状GAPより排出させて回収する。
【0099】
本実施の形態においては、図7に示すように、現像材供給部材である弾性供給ローラ104は外径4mmの金属製芯体に連泡性発泡体としてポリウレタンフォーム(商品名モルトフィルタ、密度0.030g/cm3)を肉厚3mmでローラ状に被覆し,さらにその外側に単泡性発泡体としてシリコーン発泡体(ゴム硬度 アスカーC 14°、密度0.31g/cm3)を肉厚2mmでローラ状に被覆した外径14mmのものを用いた。
【0100】
この弾性供給ローラ104を、摺擦によるトナーの劣化を低減させるために、現像ローラ101への侵入量を約0・1mmとなるように配設し、画像形成動作時にはカウンター方向に当接するように現像ローラ101の周速の60%の速度(相対速度で160%)で回転させた。
【0101】
現像容器103内のトナーは、撹絆部材110により弾性供給ローラ104に送られ、ローラ表面の凹部を中心に付着して弾性供給ローラ104の回転とともに現像ローラ101方向に搬送される。現像ローラ101との接触部まで搬送された弾性供給ローラ104上のトナーは、現像ローラ101と接触する時に弾性供給ローラ104の弾性による圧力を加えられ、現像ローラ101上に圧接・擬集されて付着する。
【0102】
現像ローラ101上に付着したトナーは、現像ローラ101の回転に伴って規制ブレード107部位に搬送され、所定の厚さにコートされるとともに、摩擦帯電により電荷を付与される。
【0103】
現像ローラ101上で層厚規制されたトナーは、感光体ドラム111との対向部において、現像バイアスVdcと、潜像電位(露光部VL、未露光部Vd)とにより形成される電界により感光体ドラム111上にトナー像を形成する。
【0104】
現像ローラ101上の現像残トナーTdは、現像ローラ101の回転に伴って現像ローラ101と平板回収部材117の形成する楔状GAP部位に侵入し、平板回収部材117に印加されたAC電圧により往復飛翔しつつ、楔状GAPの開口側O1側に浮遊しながら排出される。
【0105】
この時、本実施の形態においては、平板回収部材117表面が水平よりも下方に向いているので、図9に示すように排出される浮遊トナーの移動方向Jも水平より下方に向いている。
【0106】
排出された浮遊トナーは平板回収部材117の開口側(O1)部位に到達すると、平板回収部材117に印加された回収バイアスによる電界の影響が無くなるので、重力の影響により下方向に向けて落下するようになる。
【0107】
この時、平板回収部材117表面は水平よりも下方に向いて構成されているので、浮遊トナーは平板回収部材117表面上にから外れた位置に落下し、そのまま下方の現像容器103中に回収される。
【0108】
また、平板回収部材117表面は水平よりも下方に向いて構成されていることにより、浮遊トナーが平板回収部材117表面に落下し堆積した場合にも、堆積したトナーは重力によって開口側O1側、即ち、楔状GAP部の外に崩れ落ちるので、開口部位を塞ぐ、あるいは、楔状GAP部の内側に崩れ落ちて飛翔の妨げになることが無くなる。
【0109】
以上、説明したように、本発明においては、平板回収部材117上に回収トナーが堆積することを防止出来るので、現像ローラ101と平板回収部材117のなす楔状GAP内での電界強度を維持することが出来、これにより安定した現像残トナーの回収を行わせることが可能となる。
【0110】
尚、上記実施の形態では、現像装置は単体で画像形成装置に配置されたものを説明したが、これに限られず、感光体ドラム、帯電器及びクリーニング手段等と一体化されたプロセスカートリッジであっても良い。また、画像形成装置としてはこのプロセスカートリッジが着脱される構成であっても良い。
【0111】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、現像残現像剤を現像剤担持体よりその都度回収する回収手段を備えるので、現像剤担持体上に残った現像残現像剤の回収効率を向上させることが出来、従来の構成において生じていた、回収部材手前部での現像剤堆積による回収不良や、回収部材上への現像剤堆積に起因する回収不良を防止することが可能となり、現像剤劣化とそれに起因する現像剤担持体、現像剤規制部材等への現像剤融着を無くし、長期間安定して高品位な画像出力をすることが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略断面図である。
【図2】第1の実施の形態に係る現像ローラを示す断面図である。
【図3】第1の実施の形態に係るトナー供給ローラの断面図およびブラシの植毛状態を示す図である。
【図4】第1の実施の形態に係るトナー供給、回収法を示す説明図である。
【図5】第1の実施の形態に係る平板回収部材の配置状態を示す図である。
【図6】第1の実施の形態に係る回収部位(楔状GAP)近傍における電界を示す説明図である。
【図7】第2の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略断面図である。
【図8】第2の実施の形態に係る平板回収部材の配置状態を示す図である。
【図9】第2の実施の形態に係る回収部位(楔状GAP)近傍における電界を示す説明図である。
【図10】従来の画像形成装置を示す概略断面図である。
【図11】従来の現像ローラ周囲のトナーの付着状態を示す説明図である。
【図12】従来の現像装置における現像ローラと回収部材との電界を示す説明図である。
【図13】従来の現像装置におけるトナー回収法を示す説明図である。
【図14】従来の画像形成装置における回収部材の配置状態を示す図である。
【図15】従来の現像装置における回収部材による形成電界を示す説明図である。
【図16】従来の現像装置におけるトナー回収法における問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
1,101 現像ローラ
4 トナー供給ブラシ
7 規制ブレード
11 感光体ドラム
13 回収電源
14 露光光
15 帯電器
16 クリーニング手段
17,117 平板回収部材
20 転写装置
104 弾性供給ローラ
Claims (8)
- 像担持体に対向して配置された現像剤担持体であって、現像剤収納部から現像剤が供給され、供給された現像剤によって前記像担持体に現像剤像を形成するための現像剤担持体と、
該現像剤担持体との間で交番電界による回収電界を形成して、現像に寄与されずに残った現像剤を前記現像剤担持体上から前記現像剤収納部へ回収する金属平板状の回収部材と、を備え、
該回収部材は、前記現像剤担持体表面の移動方向に対して前記現像剤担持体に漸次接近するように且つ前記現像剤担持体に非接触に配置されることを特徴とする現像装置。 - 前記回収部材は、少なくとも交流電圧を重畳された直流電圧が印加されることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記回収部材の前記現像剤担持体に対向する面は、前記現像剤担持体から離れるにつれて下方向となるように傾斜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。
- 前記回収部材と前記現像剤担持体との間に形成される回収電位差は、交流電圧を重畳された直流電圧の値となることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の現像装置。
- 前記現像剤担持体の表面の移動方向に対して現像部より上流側に前記現像剤担持体に対向して配置されて、該現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体の表面の移動方向に対して前記現像剤供給部材との対向位置よりも下流側かつ現像部より上流側に配置され、前記現像剤担持体上の現像剤の層の厚さを均一に規制するための現像剤規制部材と、を備えたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の現像装置。
- 請求項1乃至5のいずれか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。
- 請求項1乃至5のいずれか1項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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