| 【発明の名称】 |
画像形成装置およびプロセスカートリッジ |
| 【発明者】 |
【氏名】桝田 恒司
【氏名】鈴木 秀明
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| 【要約】 |
【課題】アモルファスシリコン系感光体を用い、かつクリーニングレスシステムを採用した画像形成装置において、現像剤の特性を安定化するとともに、現像剤の交換作業を不要とできる高耐久性の画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーおよびキャリアからなる補給現像剤を収容した補給現像剤容器５ａと、現像装置１の現像容器２から排出された現像剤を回収する回収現像剤容器５ｂとを現像剤カートリッジ５として一体的に装置本体に対して着脱可能に装着し、転写残トナーを含んだ劣化現像剤を、新しい現像剤と入れ替えていく。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 アモルファスシリコン系感光体と、前記アモルファスシリコン系感光体に形成された静電潜像を現像するための、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を収容する現像装置とを有する、クリーニングレスシステムを備えた画像形成装置において、前記現像装置に補給するためのトナーおよびキャリアを収容した第１の容器と、前記現像装置から排出された２成分現像剤を回収する第２の容器と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】 少なくとも前記アモルファスシリコン系感光体と、前記現像装置と、をプロセスカートリッジとして一体的に構成し、画像形成装置本体に対して着脱可能としたことを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】 前記プロセスカートリッジを複数有し、前記アモルファスシリコン系感光体にそれぞれ形成されたトナー像を転写材搬送手段に担持された転写材、または中間転写体に重ねて転写することにより複数色の画像を形成することを特徴とする請求項２の画像形成装置。
【請求項４】 前記トナーは重合トナーであることを特徴とする請求項１、２、または３の画像形成装置。
【請求項５】 前記第１の容器と前記第２の容器とは一体的に構成され、画像形成装置本体に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項６】 アモルファスシリコン系感光体と、前記アモルファスシリコン系感光体に形成された静電潜像を現像するための、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を収容する現像装置とを一体的に有し、画像形成装置本体に着脱可能なクリーニングレスシステムを備えたプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置に補給するためのトナーおよびキャリアを収容した容器と、前記現像装置から排出された２成分現像剤を収容する容器と、を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項７】 前記トナーは重合トナーであることを特徴とする請求項６のプロセスカートリッジ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機あるいはプリンタなどとされる電子写真方式の画像形成装置およびプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子写真方式の画像形成装置では、感光体として有機光導電体（以下、「ＯＰＣドラム」という）が一般的に用いられてきた。
【０００３】しかしながら、ＯＰＣドラムは一般的に機械的耐久性が低いという欠点があった。つまり、感光体に対して紙粉やトナー、感光体表面を清掃するためのクリーニングブレードなどが物理的に接触して摺擦することで、感光体表面に摩耗や引っかき傷が発生する。同時にクリーニングブレードも感光体との摩擦によって摩耗するため、長期の使用が困難であるという問題があった。従って、画像形成装置の長期使用に伴い、感光体やクリーニングブレードを交換する作業が必要であった。
【０００４】この問題に対する解決策として、アモルファスシリコン系ドラム（以下、「ａ−Ｓｉドラム」という）を感光体として用いることが提案されている。ａ−Ｓｉドラムは、ＯＰＣドラムと比較して非常に高硬度であり、機械的耐久性が高いので、上記のような問題が発生せず、感光体の交換が必要ない。
【０００５】さらに、感光体上の転写残トナーを現像装置で回収するいわゆるクリーニングレスシステムを採用することで、クリーニングブレードの交換も不必要とすることができる。
【０００６】これにより、高メンテナンス性、低ランニングコストの画像形成装置を提供できるようになった。
【０００７】一方、近年複写機／プリンタの市場が拡大しさまざまな機能が要求されている中で、特に高耐久性が重要視されてきている。そのため、画像形成装置の寿命を従来に比べ大きく伸ばし、さらにメンテナンス性を高め、ランニングコストも低下させる必要性がでてきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述したようなａ−Ｓｉドラムを用い、かつクリーニングレスシステムを採用した画像形成装置では、装置の寿命を従来に比べて大きく伸ばそうとすると、以下のような問題が生じた。
【０００９】すなわち、感光体上から現像装置で回収された転写残トナーの大部分は、現像剤中で攪拌され、再帯電し再び現像されていくが、一部の転写残トナーは長期の使用により現像装置中に蓄積される。この蓄積された転写残トナーは、トナー粒度が小さく、また外添剤のコート量が少ないので、現像剤自体の特性に悪影響を及ぼし、いわゆる現像剤の劣化が促進される。
【００１０】また、感光体の帯電器として接触方式の磁気ブラシ帯電器を用いた場合は、帯電器から感光体へ付着した帯電用キャリアが現像装置に入り込み、現像剤と混ざることにより一層劣化が促進される。
【００１１】従って、せっかく感光ドラムやクリーニングブレードの交換が必要ない構成としたにも関わらず、非常に面倒な現像剤の交換作業が比較的短期間で必要になってしまう。
【００１２】またこのことは、少なくとも感光体と現像装置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着脱可能に装着するプロセスカートリッジについても同じことがいえる。
【００１３】従って、本発明の主な目的は、アモルファスシリコン系感光体を用い、かつクリーニングレスシステムを採用した画像形成装置において、現像剤の特性を安定化するとともに、現像剤の交換作業を不要とできる高耐久性の画像形成装置を提供することである。
【００１４】本発明の他の目的は、アモルファスシリコン系感光体を用い、かつクリーニングレスシステムを採用したプロセスカートリッジにおいて、現像剤の特性を安定化するとともに、現像剤の交換作業を不要とできる高耐久性のプロセスカートリッジを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る画像形成装置およびプロセスカートリッジにて達成される。要約すれば、本発明は、アモルファスシリコン系感光体と、前記アモルファスシリコン系感光体に形成された静電潜像を現像するための、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を収容する現像装置とを有する、クリーニングレスシステムを備えた画像形成装置において、前記現像装置に補給するためのトナーおよびキャリアを収容した第１の容器と、前記現像装置から排出された２成分現像剤を回収する第２の容器と、を有することを特徴とする画像形成装置である。
【００１６】本発明による一実施態様によれば、少なくとも前記アモルファスシリコン系感光体と、前記現像装置と、をプロセスカートリッジとして一体的に構成し、画像形成装置本体に対して着脱可能とした。また、前記プロセスカートリッジを複数有し、前記アモルファスシリコン系感光体にそれぞれ形成されたトナー像を転写材搬送手段に担持された転写材、または中間転写体に重ねて転写することにより複数色の画像を形成する画像形成装置が提供される。
【００１７】本発明による他の態様によれば、アモルファスシリコン系感光体と、前記アモルファスシリコン系感光体に形成された静電潜像を現像するための、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を収容する現像装置とを一体的に有し、画像形成装置本体に着脱可能なクリーニングレスシステムを備えたプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置に補給するためのトナーおよびキャリアを収容した第１の容器と、前記現像装置から排出された２成分現像剤を回収する第２の容器と、を有することを特徴とするプロセスカートリッジが提供される。
【００１８】上記各発明において、前記トナーは重合トナーであることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置およびプロセスカートリッジを図面に則して更に詳しく説明する。
【００２０】実施例１本発明の第１実施例について図１および図２により説明する。
【００２１】まず本実施例の画像形成装置について図２により説明する。
【００２２】帯電器２１によって一様に帯電された感光ドラム２８の表面をレーザー２２からのレーザ光によって露光し、感光ドラム２８上に画像情報に応じた静電潜像を形成する。この静電潜像を現像装置１によって現像し、感光ドラム２８上にトナー像を形成する。
【００２３】本実施例では、帯電器として非接触のコロナ帯電器を用いているが、他に、帯電ローラや磁性粒子を用いた接触帯電方式でもよい。また感光ドラム２８は、水素化アモルファスシリコンを感光層として用いているａ−Ｓｉドラム（アモルファス系感光体）である。
【００２４】このトナー像を転写帯電器２３による転写バイアスによって、転写ベルト２４によって搬送されてきた記録紙２７に転写し、その後、記録紙２７を転写ベルト２４から剥離し、定着器２５によって加圧・加熱し、トナー像を定着し、永久画像を得る。
【００２５】なお、本実施例の画像形成装置はクリーニングレスシステムを採用しており、感光ドラム２８のクリーニング装置はなく、転写後に感光ドラム２８上に残った残トナーは、現像装置１による現像同時クリーニングによって感光ドラム２８から除去される。
【００２６】ここで、現像同時クリーニングとは、現像時にかぶり取りバイアス（現像時に印加する直流電圧と感光体表面の電位差Ｖｂａｃｋ）によって回収する方法である。
【００２７】周知のように、ａ−Ｓｉドラムはビッカーズ硬度が１５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2（＝１．５×１０2〜２．０×１０2ＭＰａ）と、機械的強度が極めて高い。さらに、クリーニングレスシステムとしたことで、長期の使用によるドラム表面の摩耗や傷などが発生しない。
【００２８】つぎに、図１によって、現像装置１について詳しく説明する。
【００２９】現像装置１には、非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤が収容されており、その混合比は重量比でおおよそ１：９程度である。この比はトナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成などで適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければならないものではない。非磁性トナーは負帯電のポリエステル樹脂であり、粉砕法によって作製され、平均粒径７．０μｍ、コロイダルシリカ微粉末が外添されている。
【００３０】現像装置１は感光ドラム２８に対向した現像領域が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像スリーブ３が回転可能に配置されている。現像スリーブ３は非磁性材料で構成され、磁界発生手段である固定のマグネット４を内包している。また、現像スリーブ３は、現像動作時に、図１の矢印方向に回転し、現像容器２内に収容された２成分現像剤を層状に保持搬送して、感光ドラム２８と対向する現像領域に供給し、感光ドラム２８に形成されている静電潜像を現像するとと同時に転写残トナーを感光ドラム２８上から除去する。
【００３１】静電潜像を現像した後、転写残トナーとして感光ドラム２８上から除去されたトナーは、現像スリーブ３の回転に従って搬送され、現像容器２内に回収される。また現像容器２には現像スリーブ３に近い側に第１現像剤循環スクリュー２ａが、現像スリーブ３から遠い側に第２現像剤循環スクリュー２ｂがそれぞれ配置され、これらの動作によって現像剤は現像容器２内を循環し、また混合攪拌される。現像剤中の転写残トナーは、このときの混合攪拌で再帯電し、再び現像領域へと搬送される。現像剤循環の方向は、本実施例では第１現像剤循環スクリュー２ａ側で図１の手前側から奥側に向かう方向、第２現像剤循環スクリュー２ｂ側では図１の奥側から手前側に向かう方向である。
【００３２】つぎに、本発明の特徴部分である現像剤の補給回収について詳しく説明する。
【００３３】本実施例では、補給用現像剤を収容した第１の容器である現像剤補給容器５ａと、劣化した現像剤を回収する第２の容器である回収現像剤容器５ｂとは、図３に示すように、簡易な構成とするために一体型の現像剤カートリッジ５として構成し、画像形成装置本体に対して容易に着脱可能とされている。現像剤カートリッジ５を画像形成装置本体に手前側から挿入すると、回収現像剤容器５ｂのシャッター機構６ｂ’がスライドして、現像剤回収口６ｂが開口し、さらに現像剤補給容器５ａの手前側に設けられた把手５ｃを図中右側、つまり矢印Ｒ方向にひねることで、回収現像剤容器５ｂが画像形成装置本体に固定されたまま現像剤補給容器５ａが回転し、現像剤補給口６ａが開口する。
【００３４】なお、現像剤カートリッジ５を画像形成装置本体から離脱する際には、把手５ｃを図中左側、つまり矢印Ｌ方向にひねることで両開口部６ａ、６ｂが閉じ、内包する粉体が外部にもれることはない。
【００３５】また、補給現像剤容器５ａ内には、補給される現像剤を攪拌するための攪拌部材７が内蔵されている。図３に現像剤カートリッジ５の内部が一部示されているが、攪拌部材７はこれに示したように樹脂フィルムなどをらせん状にしたものを剛体の軸で回転駆動するようにしたものであり、適宜回転することで現像剤補給容器５ａ内の現像剤を攪拌し、また現像剤の補給を補助する。
【００３６】画像形成によって消費された分のトナーは、攪拌部材７の回転力と重力によって、現像剤補給容器５ａから現像剤補給口６ａを通過して、現像容器２に付設された補給スクリュー８へと搬送され、補給スクリュー８の回転に従い現像容器２内に補給される。
【００３７】このようにして現像剤カートリッジ５から現像装置１に補給現像剤が補給される。
【００３８】この補給現像剤のトナーおよびキャリアの混合比は重量比で９：１程度であるが、特にこの数値に限定されるものではない。すなわち、補給現像剤は、現像装置１の現像容器２内における２成分現像剤の比に対してトナーの量が圧倒的に多く、体積比を考えればトナー中にキャリアが微量混合されているものと考えることもできる。つまり、画像形成によって消費されたトナーを補う際に、微量のキャリアを徐々に補給していくことになる。補給現像剤のキャリアの比が多くなれば、同じ量のトナー補給でキャリアの入れ替わり量が多くなり、現像装置１内の２成分現像剤はフレッシュな状態に近づくが、その分キャリアの消費量が多くなる。このためそれぞれの装置において適当な混合比を別途定めるのが好ましい。
【００３９】また、トナー（およびキャリア）の補給量は補給スクリュー８の回転数によっておおよそ定められるが、この回転数は図示しないトナー補給量制御手段によって定められる。トナー補給量制御の方法としては２成分現像剤のトナー濃度を光学的あるいは磁気的に検知するものや、感光ドラム２８上の基準潜像を現像してそのトナー像の濃度を検知する方法などさまざまな方法が知られているので、いずれかの方法を適宜選択することが可能である。
【００４０】画像形成によるトナー消費とトナー補給量制御手段による補給を繰り返すと、現像容器２内にはトナー補給時に共に補給されたキャリアが増加する。２成分現像剤のトナー濃度はトナー補給量制御手段によって略一定に保たれているので、現像容器２中の現像剤量が増加することになる。過剰になった２成分現像剤は、現像剤回収口６ｂの開口部を超えた分が回収現像剤容器５ｂへと落下し収容される。
【００４１】図３に示すように、現像剤回収口６ｂは現像容器２の軸方向奥側よりにあり、現像剤補給口６ａは現像剤補給口６ａよりもやや手前側に位置する。すなわち、現像剤回収口６ｂは現像容器２内の現像剤の循環方向に関し、現像剤補給口６ａの上流側に位置しており、現像剤補給口６ａから補給されたフレッシュなキャリアは現像容器２内に収容された２成分現像剤と、現像容器２内でほぼ１周分循環し混合攪拌されており、回収現像剤容器５ｂに回収現像剤は大半が現像装置１内で画像形成を繰り返した、転写残トナーを含む古い現像剤である。
【００４２】このようにして２成分現像剤の入れ替えが徐々に行われる。
【００４３】上記のように本実施例の画像形成装置は、ａ−Ｓｉドラムを用い、かつクリーニングレスシステムを備えていることにより、ドラム交換やクリーニングブレード交換をなくして高耐久性を実現し、また、転写残トナーを含む劣化した現像剤を、新しい現像剤と徐々に入れ替えていく機構を有することにより、現像剤全体としての特性を安定させ、現像剤の交換作業を不要とし、高メンテナンス性、および低ランニングコストを達成することができる。
【００４４】実施例２つぎに、本発明の第２実施例について図４により説明する。
【００４５】本実施例は、図４に示すように、第１実施例における現像装置１と、感光ドラム２８と、帯電器２１と、現像剤カートリッジ５とをプロセスカートリッジ９として一体的に構成し、不図示の装着手段を介して画像形成装置本体に対して容易に着脱可能としたものである。
【００４６】本実施例においては、プロセスカートリッジ９の現像装置１に対して、第１実施例にて説明した現像剤カートリッジ５によって２成分現像剤の入れ替えを行うものである。
【００４７】本実施例においても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４８】実施例３つぎに、本発明の第３実施例について説明する。
【００４９】本実施例では、第１および第２実施例における現像剤中の非磁性トナーを重合トナーとした。その他の構成は第１、第２実施例と同様である。
【００５０】トナーの生成方法としては、重合法のモノマーに着色剤および荷電制御剤を添加したモノマー組成物を、水系の媒体中で懸濁し、重合させることで、球形状のトナー粒子を得た。なお、生成法は上記手法に限るものではなく、乳化重合法などで生成してもよく、また他の添加物が入っていてもかまわない。
【００５１】周知のように、重合トナーは粉砕トナーに比べその形状が球形に近いので、高転写効率が達成可能なので転写残トナーを非常に少なくできる。そのため、現像剤中に蓄積される転写残トナー量も少なくなり、現像剤の劣化が軽減される。
【００５２】従って、補給される現像剤の比を小さくして、キャリアの消費量を少なくすることが可能となり、より低ランニングコストを実現できる。
【００５３】実施例４つぎに、本発明の第４実施例について図５により説明する。
【００５４】本実施例の画像形成装置は、図５に示すように、複数色のトナー像を形成するため、第２実施例にて説明した、異なる色のトナーが収容されたプロセスカートリッジ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋが中間転写体である中間転写ベルト１２４の水平部に沿って横方向に配置されている。
【００５５】現像剤の補給・回収を行う現像剤カートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋをそれぞれ備えており、各プロセスカートリッジ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋで形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像は、各プロセスカートリッジの転写帯電器２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋによって中間転写ベルト１２４上に順次重ねて転写され、その後、二次転写帯電器１２３によって転写紙２７上に一括して転写される。
【００５６】一般に本実施例のようなタンデム方式のフルカラー画像形成装置は、上流側のプロセスカートリッジから中間転写体に転写されたトナーが、下流側のプロセスカートリッジの感光ドラムへ再転写するという問題がある。そのため再転写した他色のトナーが転写残トナーとともに現像装置へ混入し、混色などが起こってしまい現像剤の劣化を促進してしまう。
【００５７】しかしながら、本実施例では、転写残トナーおよび混入トナーを含んだ現像剤を回収するので、上記の問題、つまり混色による現像剤の劣化を未然に防止することができる。
【００５８】なお、本実施例では、中間転写体を備えたタンデム方式のフルカラー画像形成装置について説明したが、上記各プロセスカートリッジ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋによって形成した各色のトナー像を搬送ベルトに担持した転写紙２７に順次重ねて転写するタンデム式のフルカラー画像形成装置においても本発明を適用することができ、それにより、混色による現像剤の劣化を未然に防止することができる。
【００５９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明の画像形成装置およびプロセスカートリッジによれば、現像装置に補給するためのトナーおよびキャリアを収容した第１の容器と、前記現像装置から排出された２成分現像剤を回収屡する第２の容器と、を有することにより、現像剤の特性を安定化するとともに、現像剤の交換作業を不要とすることができ、高メンテナンス性および低ランニングコストを達成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年４月１９日（２０００．４．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５６３８
【弁理士】
【氏名又は名称】倉橋 暎
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３０５８６１（Ｐ２００１−３０５８６１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１１７８８５（Ｐ２０００−１１７８８５） |
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