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JP4336353B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

現像装置及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関するものである。
従来、電子写真方式を利用したプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、複合機等の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、除電等のプロセスが感光体ドラムの周囲で行われ、感光体ドラム上に形成されたトナー像が用紙に転写され、定着させられるようになっている。
ところで、前記プリンタにおいては、現像装置として一成分現像装置が使用されることが多く、この種の現像装置においては、トナーをスポンジゴム製のトナー供給ローラによって現像ローラに供給し、該現像ローラによって感光体ドラム上の静電潜像を現像してトナー像を形成するようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
特公平7−46246号公報
しかしながら、前記従来の現像装置において、トナー供給ローラには現像ローラにトナーを供給するための電圧が付与されるので、現像ローラからトナーを掻き取ることができない。したがって、前回の現像のプロセスにおいて現像ローラに付着していたトナーがそのまま次の現像のプロセスで使用されるので、残像が発生することがある。
本発明は、前記従来の現像装置の問題点を解決して、残像が発生するのを防止することができる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
そのために、本発明の現像装置においては、静電潜像を担持する像担持体と、現像剤を担持し、前記像担持体に当接又は近接させて配設され、現像を行う現像剤担持体と、該現像剤担持体と当接させて走行させられる現像剤供給ベルトとを有する。
そして、該現像剤供給ベルトは、前記現像剤担持体に当接する当接部、該当接部の走行方向における上流側の端部に形成され、現像剤供給ベルトから現像剤担持体に現像剤を供給するための第1の電圧が発生させられる第1の点、及び前記当接部の走行方向における下流側の端部に形成され、現像剤担持体から現像剤供給ベルトに現像剤を回収するための第2の電圧が発生させられる第2の点を備える。
また、前記当接部において、前記現像剤担持体と現像剤供給ベルトとが逆方向に移動させられる。
そして、前記現像剤供給ベルトの体積抵抗率が、前記現像剤担持体の弾性層の体積抵抗率以下の値にされるとともに、106 〔Ωcm〕以上、かつ、108 〔Ωcm〕以下の範囲にされ、前記現像剤担持体の弾性層の体積抵抗率が、108 〔Ωcm〕以上、かつ、1010〔Ωcm〕以下の範囲にされる。
本発明によれば、現像装置においては、静電潜像を担持する像担持体と、現像剤を担持し、前記像担持体に当接又は近接させて配設され、現像を行う現像剤担持体と、該現像剤担持体と当接させて走行させられる現像剤供給ベルトとを有する。
そして、該現像剤供給ベルトは、前記現像剤担持体に当接する当接部、該当接部の走行方向における上流側の端部に形成され、現像剤供給ベルトから現像剤担持体に現像剤を供給するための第1の電圧が発生させられる第1の点、及び前記当接部の走行方向における下流側の端部に形成され、現像剤担持体から現像剤供給ベルトに現像剤を回収するための第2の電圧が発生させられる第2の点を備える。
また、前記当接部において、前記現像剤担持体と現像剤供給ベルトとが逆方向に移動させられる。
そして、前記現像剤供給ベルトの体積抵抗率が、前記現像剤担持体の弾性層の体積抵抗率以下の値にされるとともに、106 〔Ωcm〕以上、かつ、108 〔Ωcm〕以下の範囲にされ、前記現像剤担持体の弾性層の体積抵抗率が、108 〔Ωcm〕以上、かつ、1010〔Ωcm〕以下の範囲にされる。
この場合、現像剤供給ベルト上の第1、第2の点に第1、第2の電圧が発生させられ、前記第1、第2の点において、前記現像剤担持体と現像剤供給ベルトとが当接させられるので、現像剤を現像剤担持体に供給するための電界、及び現像剤を現像剤担持体から回収するための電界が形成される。したがって、現像のプロセスが行われた後に、現像剤担持体に残留した現像剤を除去することができる。その結果、現像剤担持体に残留した現像剤が次の現像のプロセスで使用されることがなくなるので、残像が発生するのを防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態における現像装置の概念図、図2は本発明の第1の実施の形態におけるプリンタの概念図、図3は本発明の第1の実施の形態における現像のプロセスを説明する第1の図、図4は本発明の第1の実施の形態における現像のプロセスを説明する第2の図である。
図に示されるように、像担持体としての感光体ドラム11は、有機光半導体から成る感光体を表層として備え、帯電装置としての帯電ローラ12は、前記感光体ドラム11の感光体に電荷を与え、感光体ドラム11の表面を均一に、かつ、一様に、約−600〔V〕に帯電させる。なお、感光体の膜減り量を抑えるために、帯電ローラ12は感光体ドラム11と連れ回り、また、負の極性の直流の電圧が付与される。そして、光書込装置としての、かつ、露光装置としてのLEDヘッド13は、LEDを光源とし、感光体ドラム11の表面に静電潜像を形成する。なお、前記LEDヘッド13に代えて、レーザを使用することができる。
また、現像装置21は、現像剤担持体としての現像ローラ14、該現像ローラ14に現像剤としてのトナー18を供給する現像剤供給ベルトとしてのトナー供給ベルト16、前記現像ローラ14にトナー18の薄層を形成する現像ブレード20、及び未使用のトナー18を収容するトナーホッパ17を備える。
前記現像ローラ14は、感光体ドラム11と当接又は近接させられ、感光体ドラム11の矢印a方向の回転に伴い、逆方向である矢印b方向に回転させられ、感光体ドラム11上の静電潜像を現像し、現像剤像としてのトナー像を形成する。前記感光体ドラム11上に形成されたトナー像は転写装置としての転写ローラ15によって記録媒体としての用紙29に転写され、該用紙29は図示されない定着装置としての定着器に送られ、該定着器によって、トナー像が用紙29に定着させられる。また、転写後に感光体ドラム11上に残留したトナー18はブレード方式のクリーニング装置としてのクリーニングブレード19によって除去される。
前記現像ローラ14は、金属製のシャフトの周囲に弾性層を形成することによって形成される。該弾性層は、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の弾性体によって形成され、約108 〔Ωcm〕以上、かつ、1010〔Ωcm〕以下の範囲の体積抵抗率を有する。なお、表層にコート層を形成してもよい。また、前記現像ローラ14の径(直径)は、例えば、20〔mm〕にされる。
前記現像ブレード20は弾性を有する金属薄板から成り、現像ブレード20の先端は、折り曲げられ、現像ローラ14の表層と所定の圧力で当接する。また、トナー供給ベルト16は、半導電性のウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ウレタンゴム、CRゴム、シリコーンゴム等から成り、106 〔Ωcm〕以上、かつ、108 〔Ωcm〕以下の範囲の体積抵抗率を有する。そして、表面粗さRzは、5〔μm〕以上、かつ、15〔μm〕以下の範囲になるように形成される。
また、トナー供給ベルト16は、いずれも金属等の導電性の高い材料から成る駆動軸16aと従動軸16bとの間に張設され、駆動軸16aに回転が伝達されるのに伴って走行させられる。前記従動軸16bは、トナー供給ベルト16の走行に伴って従動して回転させられる。そのために、前記従動軸16bは、付勢部材としてのコイルばね22によって駆動軸16aと反対方向に付勢され、トナー供給ベルト16には一定のテンションである張力が発生させられる。
該トナー供給ベルト16は、駆動軸16aと従動軸16bとの中間の部分で現像ローラ14の一部を包囲するように現像ローラ14と当接させられる。なお、現像ローラ14を包囲する部分の長さを表す巻付き量は、従来のスポンジ材から成るトナー供給ローラと現像ローラ14とのニップ幅より大きくされる。例えば、直径が20〔mm〕の現像ローラ14の場合、従来のトナー供給ローラのニップ幅が2〔mm〕程度であるのに対して、トナー供給ベルト16上の二つの所定の点間、本実施の形態においては、点p1から点p2までの巻付き量(ニップ幅)Lを10〔mm〕程度と大きくする。前記駆動軸16aを回転させることによってトナー供給ベルト16は、現像ローラ14の回転方向と同じ方向(矢印c方向)にほぼ同じ周速度で走行させられ、現像ローラ14とトナー供給ベルト16とは、当接部において互いに逆方向に移動させられる。
前記トナー18としては、一成分のものが使用され、ポリエステル、ポリスチレン等の樹脂成分、着色剤、離型剤、帯電制御剤等を含むトナー本体、及び該トナー本体の表層に加えられたシリカ等の外添剤から成り、粉砕法又は重合法の製造方法によって形成される。そして、トナー18は、3〔μm〕以上、かつ、10〔μm〕以下の範囲の体積平均粒径を有し、0.90以上、かつ、0.98以下の範囲の平均球形度を有する。
なお、トナー18の平均球形度は、測定されたトナー粒子(トナー検出粒子数、3500個)の球形度の総和を測定されたトナー粒子の数(トナー検出粒子数、3500個)で除算することによって算出される。平均球形度の測定は、フロー式粒子像分析装置(東亜医用電子社製 FPIA−2000)を使用して行う。そして、前記球形度は、トナー18の凹凸の度合いを示す指標であり、
球形度=(粒子投影面積の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
で表すことができる。前記トナー18が完全な球形である場合球形度1.00になり、表面形状が複雑になるほど小さな値になる。この場合、粒子投影面積とは2値化されたトナー粒子像の面積であり、粒子投影像の周囲長とはトナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さである。
さらに、トナー18は、帯電制御剤、外添剤等によって、ブローオフ法で測定した場合の帯電量〔μQ/g〕が−60〔μQ/g〕以上、かつ、−20〔μQ/g〕以下の範囲になるように調整される。高圧電源81から現像ローラ14に電圧VDが、高圧電源82から現像ブレード20に電圧VLが、高圧電源83から駆動軸16aに電圧VSが、高圧電源84から従動軸16bに電圧VRが印加される。
次に、前記構成のプリンタの動作について説明する。
まず、画像の形成が開始されると、図示されない駆動部としての駆動モータが駆動され、感光体ドラム11、現像ローラ14及び駆動軸16aは、それぞれ矢印a方向、矢印b方向及び矢印d方向に回転させられる。また、トナー供給ベルト16は、トナーホッパ17から落下し、供給された近傍のトナー18を付着させて走行させられる。このときのトナー18のトナー供給ベルト16への付着力は、ワンデルワールス力、及びトナー供給ベルト16の表層粗さによる微小なクーロン力によって形成される。前記トナー供給ベルト16に付着したトナー18は、点p1で現像ローラ14に接する。
ところで、前記駆動軸16aには電圧VSが、従動軸16bには電圧VRが印加されるので、点p1、p2において発生する電圧をそれぞれVp1、Vp2とし、点p1から駆動軸16aまでの距離をdaとし、点p1から従動軸16bまでの距離をdbとし、点p2から駆動軸16aまでの距離をdeとし、点p2から従動軸16bまでの距離をdfとしたとき、
Vp1={db/(da+db)}・(VS−VR)
Vp2={df/(de+df)}・(VS−VR)
になる。
すなわち、前記点p1、p2には、電圧VSと電圧VRとの電位差を、距離da、dbで抵抗分割した電圧Vp1、Vp2が発生する。そして、前記点p1は駆動軸16aに近いので電圧VSに近い電圧Vp1が発生する。なお、前記電圧Vp1、Vp2によって第1、第2の電圧が構成される。また、前記高圧電源83、84によって電圧発生部及び電位差形成部が構成される。
例えば、電圧VSが−500〔V〕に、電圧VRが0〔V〕に、電圧VDが−250〔V〕に設定され、距離daは2〔mm〕に、距離dbは18〔mm〕に設定された場合、点p1には−450〔V〕の電圧が発生する。したがって、現像ローラ14の電圧VDが−250〔V〕であるのに対して、点p1には−450〔V〕の電圧が発生するので、負の極性に帯電させられたトナー18を現像ローラ14に移動させるのに必要な電界を形成することができる。
そして、前記現像ローラ14に移動したトナー18は、現像ローラ14の回転に伴って、現像ブレード20を通過するときに均一な薄層を形成する。前記現像ブレード20には、トナー18の帯電量、層厚を制御するために電圧VLが印加される。前記現像ブレード20を通過したトナー18は、感光体ドラム11に接触して感光体ドラム11上の静電潜像を現像する。
ところで、現像ローラ14には現像に使用されなかったトナー18が残るが、該トナー18は、現像ローラ14の回転に伴って、点p2に到達する。
そして、距離deは18〔mm〕に、距離dfは2〔mm〕に設定された場合、点p2には−50〔V〕の電圧が発生する。したがって、現像ローラ14の電圧VDが−250〔V〕であるのに対して、点p2には−50〔V〕の電圧が発生するので、負の極性に帯電させられたトナー18をトナー供給ベルト16に移動させるのに必要な電界を形成することができる。
そして、トナー供給ベルト16に移動したトナー18は、トナー供給ベルト16によって搬送され、トナーホッパ17から落下させられ、供給されたトナー18と共に、点p1に到達する。
したがって、画像が形成されている間、前述されたように、点p1でトナー供給ベルト16から現像ローラ14にトナー18が供給され、点p2で現像ローラ14からトナー供給ベルト16にトナー18が回収され、供給と回収とが繰り返される。
このように、トナー供給ベルト16と現像ローラ14との当接が開始する点p1と、トナー供給ベルト16と現像ローラ14との当接が終了する点p2とで、異なる電圧を発生させ、トナー18を現像ローラ14に供給するための電界、及びトナー18を現像ローラ14から回収する電界を形成するようになっているので、現像のプロセスが行われた後に、現像ローラ14に残留したトナー18を除去することができる。したがって、現像ローラ14に残留したトナー18が次の現像のプロセスで使用されることがなくなるので、残像が発生するのを防止することができる。
また、前記トナー供給ベルト16によって回収されたトナー18は、トナー供給ベルト16を走行させることによって点p1に送られるので、回収されたトナー18が溜まることはない。
従来のトナー供給ローラはスポンジ材によって形成されるので、比較的短時間の使用で表面の形状が劣化し、現像ローラ14へのトナー18の供給量にばらつきが生じ、画像の形成時の濃度が変化してしまう。
これに対して、トナー供給ベルト16においては、コイルばね22による付勢力の大きさを調整することによって、トナー供給ベルト16が現像ローラ14に当接する力、すなわち、当接力を調整し、小さくすることができる。したがって、トナー供給ベルト16の寿命を長くすることができる。また、トナー供給ベルト16によってトナー18を擦る力を小さくすることができるので、トナー18の品質が低下するの防止し、安定させて画像を形成することができる。なお、前記当接力は、トナー供給ベルト16を安定させて現像ローラ14に当接させることができるように、5〔g/cm〕以上、かつ、20〔g/cm〕以下の範囲にするのが好ましい。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、前記第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
図5は本発明の第2の実施の形態におけるプリンタの要部を示す概念図、図6は本発明の第2の実施の形態における現像のプロセスを説明する図である。
この場合、現像装置24には回転体としてのトナー搬送ローラ23が配設される。該トナー搬送ローラ23は、金属等から成る導電性を有するの軸の周囲に、半導電性を有する(106 〔Ωcm〕以上、かつ、108 〔Ωcm〕以下の範囲の体積抵抗率を有する。)ウレタン、シリコーン等のゴム材、又は半導電性を有する(106 〔Ωcm〕以上、かつ、108 〔Ωcm〕以下の範囲の体積抵抗率を有する。)ウレタン、シリコーン等の発泡ゴム材を被覆することによって形成される。
前記トナー搬送ローラ23は、現像剤担持体としての現像ローラ14と反対側において、現像ローラ14と対向させて配設され、現像剤供給ベルトとしてのトナー供給ベルト16は、駆動軸16aと従動軸16bとの中間の部分でトナー搬送ローラ23と当接させられる。また、前記トナー搬送ローラ23は、図示されない前記駆動モータによって、トナー供給ベルト16の走行方向と同じ方向(矢印e方向)に回転させられ、トナー搬送ローラ23とトナー供給ベルト16とは、当接部を表す点p3で互いに逆方向に移動させられる。この場合、トナー搬送ローラ23とトナー供給ベルト16との間に巻付き量(ニップ幅)がほぼ形成されないようにトナー搬送ローラ23の位置が設定される。
そして、前記トナー搬送ローラ23には電圧VPが印加される。なお、像担持体としての感光体ドラム11、現像ローラ14及び駆動軸16aを回転させるための駆動モータとトナー搬送ローラ23を回転させるための駆動モータとは、兼用されるようになっているが、別々に配設することができる。
ところで、前記駆動軸16aには電圧VSが、従動軸16bには電圧VRが印加され、駆動軸16aと従動軸16bとの間に電位差が形成されるので、点p3において発生する電圧をVp3とし、点p3から駆動軸16aまでの距離をdgとし、点p3から従動軸16bまでの距離をdhとしたとき、
Vp3={dh/(dg+dh)}・(VS−VR)
になる。
すなわち、前記点p3には、電圧VSと電圧VRとの電位差を、距離dg、dhで抵抗分割した電圧Vp3が発生する。そして、前記点p3は駆動軸16aに近いので電圧VSに近い電圧Vp3が発生する。該電圧Vp3は電圧VPとほぼ等しくなるように設定される。
例えば、電圧VSが−500〔V〕に、電圧VRが0〔V〕に、電圧VPが−250〔V〕に設定され、距離dg、dhが10〔mm〕に設定された場合、点p3には−250〔V〕の電圧が発生する。
次に、前記構成のプリンタの動作について説明する。
まず、画像形成動作が開始されると、前記駆動モータが駆動され、感光体ドラム11、現像ローラ14、駆動軸16a及びトナー搬送ローラ23は、それぞれ矢印a方向、矢印b方向、矢印d方向及び矢印e方向に回転させられる。また、トナー供給ベルト16は、トナーホッパ17から落下し、供給された近傍のトナー18を、付着させて走行させられ、トナー搬送ローラ23は、近傍のトナー18を付着させて回転させられる。
前記トナー搬送ローラ23に付着したトナー18は、点p3でトナー搬送ベルト16に接触する。このとき、前記点p3に発生する電圧Vp3と前記トナー搬送ローラ23に印加される電圧VPとはほぼ等しく設定されているので、トナー18はトナー搬送ローラ23からトナー供給ベルト16に移動して同程度の厚さに分割される。
以降の動作においては、前記第1の実施の形態において説明したように、像担持体としての感光体ドラム11上の静電潜像画像が現像され、現像に使用されず、現像ローラ14に残留したトナー18はトナー供給ベルト16によって回収され、トナー供給ベルト16の走行に伴って搬送され、点p3に到達する。該点p3において、点p3に発生する電圧Vp3と前記トナー搬送ローラ23に印加される電圧VPとはほぼ等しく設定されているので、電界は形成されていない。したがって、トナー供給ベルト16上のトナー18は、トナー搬送ローラ23によって掻き取られ、トナー搬送ローラ23上に移動する。
このように、本実施の形態においては、トナー搬送ローラ23がトナー18をトナー供給ベルト16に供給するので、トナー供給ベルト16上に安定してトナー18の層を形成することができ、現像ローラ14にトナー18を安定させて供給することができる。
また、現像に使用されなかったトナー18は、トナー供給ベルト16によって回収された後、トナー搬送ローラ23によって掻き取られてトナー搬送ローラ23上に移動するので、トナー像を消すことができる。したがって、前記第1の実施の形態より、残像が発生するのを一層防止することができる。
各実施の形態においては、プリンタについて説明しているが、本発明を複写機、ファクシミリ装置、複合機等に適用することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明の第1の実施の形態における現像装置の概念図である。 本発明の第1の実施の形態におけるプリンタの概念図である。 本発明の第1の実施の形態における現像のプロセスを説明する第1の図である。 本発明の第1の実施の形態における現像のプロセスを説明する第2の図である。 本発明の第2の実施の形態におけるプリンタの要部を示す概念図である。 本発明の第2の実施の形態における現像のプロセスを説明する図である。
符号の説明
11 感光体ドラム
14 現像ローラ
16 トナー供給ベルト
16a 駆動軸
16b 従動軸
18 トナー
21 現像装置
22 コイルばね
23 トナー搬送ローラ
83、84 高圧電源
p1、p2 点

Claims (7)

  1. (a)静電潜像を担持する像担持体と、
    (b)現像剤を担持し、前記像担持体に当接又は近接させて配設され、現像を行う現像剤担持体と、
    (c)該現像剤担持体と当接させて走行させられる現像剤供給ベルトとを有するとともに、
    (d)該現像剤供給ベルトは、前記現像剤担持体に当接する当接部、該当接部の走行方向における上流側の端部に形成され、現像剤供給ベルトから現像剤担持体に現像剤を供給するための第1の電圧が発生させられる第1の点、及び前記当接部の走行方向における下流側の端部に形成され、現像剤担持体から現像剤供給ベルトに現像剤を回収するための第2の電圧が発生させられる第2の点を備え、
    (e)前記当接部において、前記現像剤担持体と現像剤供給ベルトとが逆方向に移動させられ (f)前記現像剤供給ベルトの体積抵抗率が、前記現像剤担持体の弾性層の体積抵抗率以下の値にされるとともに、10 6 〔Ωcm〕以上、かつ、10 8 〔Ωcm〕以下の範囲にされ、前記現像剤担持体の弾性層の体積抵抗率が、10 8 〔Ωcm〕以上、かつ、10 10 〔Ωcm〕以下の範囲にされることを特徴とする現像装置。
  2. (a)前記現像剤供給ベルトを走行させるために回転させられる駆動軸と、
    (b)前記現像剤供給ベルトの走行に伴って回転させられる従動軸とを有するとともに、
    (c)前記第1、第2の電圧は、前記駆動軸及び従動軸に異なる電圧を印加することによって発生させられる請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記第1の電圧の絶対値は第2の電圧の絶対値より大きくされる請求項1又は2に記載の現像装置。
  4. 前記第1、第2の電圧は同じ極性を有する請求項1又は2に記載の現像装置。
  5. 前記現像剤供給ベルトは半導電性を有する材料から成る請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置。
  6. 前記現像剤供給ベルトに当接させて回転させられる回転体を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の現像装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の現像装置を有する画像形成装置。
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