【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【特許文献１】特許第０３１７７８５３号公報
【特許文献２】特許第０２８３６５３７号公報
【特許文献３】特開２００２−９１１５９公報
【０００３】
【従来の技術】
複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置として、電子写真プロセスを用いて、像担持体に静電潜像を形成し、この静電潜像に現像装置を用いて粉体である現像剤（以下「トナー」という。）を付着させて現像してトナー像として可視像化し、このトナー像を転写体（被記録媒体あるいは中間転写部材）に転写するものがある。
【０００４】
このような画像形成装置において、潜像を現像する現像装置（方式）としては、マグネットブラシを用いた二成分方式の現像装置や、一成分現像剤をブレ−ド等により現像ロ−ラ等の現像剤担持体に押圧して薄層を形成し、像担持体である感光体と接触させて現像を行う方式が知られている。
【０００５】
しかしながら、現像ロ−ラを用いてトナ−を潜像担持体に与える現像装置を備えた画像形成装置、或いは、現像ロ−ラにトナ−を担持させて、現像ロ−ラから電界制御で記録媒体などにトナ−を飛翔させる飛翔型画像形成装置にあっては、現像ロ−ラを用いるために現像装置の構成が大型化し、画像形成装置全体の小型化、低コスト化を図ることができないという課題がある。
【０００６】
また、現像ロ−ラを回転させる現像装置にあっては、現像ロ−ラと側板との間にトナ−が侵入して、トナ−が擦れてトナ−固着等が発生し、画像に悪影響を及ぼしたりする。
【０００７】
一方、像担持体に現像剤担持体を接触させずに現像を行う非接触方式の現像装置として、パウダークラウド法、ジャンピング法や静電搬送を利用したものが知られている。
【０００８】
例えば、静電搬送を用いた現像装置としては、
【特許文献１】に記載されているように、現像ロ−ラ表面において静電力を用いてトナ−を搬送し、潜像担持体との間で生じる吸引力で現像ロ−ラ表面からトナ−を分離して潜像担持体表面に付着させるようにしたものである。
【０００９】
しかしながら、この
【特許文献１】に記載の現像装置にあっては、現状では現像や画像形成に用いるトナ−には粒径及び帯電量に分布が存在し、均一な搬送、現像が得ることができず、トナ−飛散等によりトナ−が像担持体に付着して画像劣化の要因となるという問題があった。
【００１０】
そこで、
【特許文献２】に記載されているように、トナーを静電力で搬送する搬送基板を用いて、トナ−を潜像担持体に対向する位置まで搬送し、潜像担持体との間で生じる吸引力で搬送基板からトナ−を分離して潜像担持体表面に付着させるようにし、現像に寄与しなかった現像剤を現像装置本体に回収手段（静電搬送）によって回収することができるようにしたが知られている。
【００１１】
さらに、
【特許文献３】に記載されているように、同様に現像に寄与しなかったトナ−を現像装置から離散しないようトナーガターと逆搬送部材を用いた回収手段で回収するようにしたものもある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の静電搬送を用いる現像装置にあっては、面状の回収手段を構成要素とする逆搬送路（静電力系、加振系）及びその駆動制御を必要とするため、ある程度の長さの部材を必要とし、コンパクトな現像装置を得ることができないという課題が生じている。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、構成が簡単で低コストでコンバクト化を図れる現像装置、この現像装置を含む画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る現像装置は、現像剤供給手段は搬送終端部が前記像担持体に非接触で臨み、現像剤を静電力で搬送する静電搬送基板であり、この静電搬送基板の搬送面と反対の面側に現像剤を回収する回収手段を配置した構成とした。
【００１５】
ここで、独立した２枚の静電搬送基板を間隔を置いて各搬送面を反対側を向けて配置し、少なくとも２枚の前記静電搬送基板の搬送終端部側で開口が形成されている構成とすることができる。あるいは、静電搬送基板は少なくとも２つの方向から現像剤を搬送するための少なくとも２つの搬送面を有する構成とすることができ、この場合、静電搬送基板は搬送終端部側が湾曲されて配置されている構成とし、また、静電搬送基板には搬送終端部側に現像剤を回収する開口が形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、回収手段は前記静電搬送基板の搬送面と反対の面又は反対の面に対して間隙を設けて配置されていることが好ましい。回収手段には現像剤と同極性のバイアス電圧が印加されることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る画像形成装置は、像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を供給して静電潜像を現像する現像装置として本発明に係る現像装置を備えたものである。
【００１８】
本発明に係るプロセスカートリッジは、像担持体、帯電手段、転写手段、クリーニング手段の少なくともいずれかと本発明に係る現像装置とを一体化し、画像形成装置本体に着脱自在としたものである。
【００１９】
本発明に係る画像形成装置は、複数の本発明に係るプロセスカートリッジを備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る現像装置を含む本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の現像装置部分の概略構成図、図２は同現像装置の現像剤供給手段の要部拡大説明図である。
【００２１】
この画像形成装置は、像担持体である感光体ドラム１に現像剤（トナー）を供給する現像装置２を備えている。感光体ドラム１は例えば矢印方向に回転し、周知のように、帯電装置によって帯電が行われ、書き込み装置によって画像に応じた静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置２でトナー付着によって可視像化されて、トナー像を記録媒体に転写した後クリ−ニング装置によってクリーニングされる。
【００２２】
この現像装置２は、現像容器４内に収容された非磁性現像剤（トナー）Ｔを攪拌・搬送するアジテータ５と、攪拌・搬送されたトナーＴを帯電させる帯電ローラ６及びこの帯電ローラ６の周面に接触させて配置したドクターブレード７と、帯電したトナーＴを収容するトナーボックス部８と、トナーボックス部８の帯電したトナーＴを像担持体１に供給する現像剤供給手段９とを備えている。
【００２３】
この現像剤供給手段９は、トナーＴを静電力で搬送する２枚の静電搬送基板１１、１１を間隔を置いて、略平行に、各搬送面１２を反対側を向けて（搬送面１２と反対側の面が対向するように）、搬送終端部側（像担持体１側の先端部）を像担持体１に対向させて非接触で臨ませている。そして、これらの２枚の静電搬送基板１１、１１の搬送面１２と反対側の面であって、２枚の静電搬送基板１１、１１で形成される開口１３に臨む側の面に、現像に供されなかったトナーＴを回収する平板状の回収電極１４、１４を設けている。
【００２４】
また、２枚の静電搬送基板１１、１１で形成される開口１３付近には回収電極１４、１４で回収されたトナーＴを転移させるトナー回収ローラ１５を配置し、このトナー回収ローラ１５の周面にはトナーＴを掻き落とすブレード１６を当接させて配置している。これらの回収電極１４、トナー回収ローラ１５及びブレード１６によって回収手段を構成している。
【００２５】
さらに、２枚の静電搬送基板１１、１１の外側（搬送面１２に対向する側）にはトナーガター１７、１７をそれぞれ配置している。
【００２６】
ここで、静電搬送基板１１は、例えば図３及び図４に示すように、支持部材である支持基板２１に、移相電界（進行波電界）を発生させるための複数本の駆動電極２２を搬送方向と交差する方向に３本の駆動電極２２を１セットとして所要の間隔で配置し、この支持基板２１上の駆動電極２２表面及び駆動電極２２間を被覆する絶縁膜２３を形成し、さらに絶縁膜２３表面に接触抵抗の小さい表面層２４をコーティングして現像剤搬送面１２としたものである。
【００２７】
ここで、支持基板２１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００２８】
電極２２は、例えば支持基板２１上にＡｌ、Ａｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ）、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を所要の厚さ、例えば０．１〜０．２μｍの厚さで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。ここで、三相以上の駆動波形を与える場合、電極のライン／スペースＬ／Ｓは、電極幅Ｌが５〜１００μｍ、好ましくは１０〜３０μｍであり、その電極間隔ＳＲは５〜１００μｍ、好ましくは１０〜４０μｍの範囲である。また、電極厚さｔは０．１〜１０μｍ、好ましくは０．３〜２μｍの範囲である。さらに、トナー粒径との関係では、幅Ｌは移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、間隔Ｒも移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下とすることが好ましい。これによって、低電圧でトナーの搬送及びホッピングを効率的に行うことができる。
【００２９】
絶縁層２３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．１〜５０μｍ、好ましくは１μｍ以下の厚さで成膜して形成している。
【００３０】
このように構成した搬送基板１１の駆動電極２２に対して、図５に示すように、駆動回路３１からｎ相（ここでは３相とする。）の駆動波形Ｐｖを印加することにより、複数の駆動電極２２によって移相電界（進行波電界）が発生し、搬送基板１１上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて進行方向にホッピングと搬送を含んで移動する。
【００３１】
例えば、搬送基板１１の複数の電極２２に対して駆動回路３１から図６に示すようにグランドＧと正の電圧＋との間で変化するパルス状駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃをタイミングをずらして印加する。このとき、搬送基板１１上に負帯電トナーＴがあり、搬送基板１１の連続した複数（５本）の電極２２に「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極２２上に位置する。
【００３２】
次のタイミングで複数の電極２２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加されるので、負帯電トナーＴには隣り合う「Ｇ」の電極２２との間で反発力が、他方の隣り合う「＋」の電極２２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極２２側に移動する。パルス状駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃが印加されることで、トナーは順次「＋」の電極２２側に移動して搬送される。
【００３３】
ここで、駆動波形の駆動電圧２０〜１０００Ｖ、好ましくは４０〜１２０Ｖの範囲であり、駆動周波数は０．５〜１００ＫＨｚ、好ましくは１０〜３０ＫＨｚの範囲である。帯電トナーは正負極性のどちらかで５〜６０μＣ／ｇ、好ましくは１０〜３０μＣ／ｇの範囲内である。
【００３４】
このように複数の電極２２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、搬送基板１１上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電トナーＴは搬送及びホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に移動する。
【００３５】
次に、回収手段の構成について説明すると、ここでは、前述したように、回収手段を回収電極１４、トナー回収ローラ１５及びブレード１６で構成している。回収電極１４は静電搬送基板１１の支持基板２１の裏面（搬送面１２と反対の面）に導電性材料をパターニングして、あるいは導電性テープを別途貼りつけて構成したものである。この回収電極１４に帯電トナ−Ｔと同極性のバイアス電圧を印加することで、離散する未使用トナ−を電界にて吸引することができる。
【００３６】
また、この回収電極１４だけでは長期使用によって回収電極１４にトナーが堆積して電界制御ができなくなって離散トナーの回収ができなくなるおそれがあるので、これを防止するため、回収電極１４で回収されたトナーを再転写するための導電性部材からなり図２で矢示方向に回転可能に配置したトナー回収ローラ１５を設け、更にこのトナー回収ローラ１５に転移したトナーを物理的に掻き落としてトナーボックス部８に戻すためのブレード１６を設けている。
【００３７】
なお、回収手段としてはこれらの回収電極１４及びトナー回収ローラ１５の両者を設ける必要はなく、いずれか一方でも良く、また、静電搬送基板１１の裏面に間隙を設けてワイヤ電極、メッシュ電極などを配置する構成、あるいは、これらを組み合わせた構成とすることもできる。また、回収電極１４、トナー回収ローラ１５、その他の部材の表面には、トナ−との接触抵抗の小さい表面材料をコ−トすることが好ましい。
【００３８】
そこで、このように構成した現像装置２の作用について説明する。
帯電ローラ６とブレード７で負帯電されたトナーＴはトナーボックス部８に供給され、このトナーボックス部８の帯電トナーＴは静電搬送基板１１、１１によって前述したように移相電界により像担持体１に向けて搬送され、最終的に静電搬送基板１１、１１の搬送終端部から像担持体１に向かって飛翔（噴出）され、像担持体１１の静電潜像に応じて像担持体１１に付着して潜像が現像される。
【００３９】
このように、静電搬送基板１１を用い、搬送路１２に沿って静電力で搬送して、潜像担持体にトナ−を供給付着させる現像装置２を備えることによって、非接触で直接トナ−を潜像担持体表面に付着させるることができ、装置が簡単になって低コスト化を図れる。さらに、現像ロ−ラなどの現像剤担持体を回転させることなく潜像担持体にトナ−を搬送するので現像装置内でのトナ−固着がなくなり、また、トナ−が静電力により担持されるため現像部周りの部からのトナ−飛散の低減を図ることができ、画像品質の向上が図れる。
【００４０】
ここで、静電搬送基板１１、１１から飛翔したトナーＴは、像担持体１上の潜像領域に付着するが、すべてのトナーＴが現像に使用されるものではなく、現像に寄与されないトナーも生じる。
【００４１】
この現像に供されなかったトナーＴは、静電搬送基板１１、１１の裏面に設けた平板回収電極１４、１４にバイアス電圧が印加されているので、回収電極１４、１４に付着して回収される。さらに、回収電極１４、１４の近傍に設けた導電体からなるトナー回収ロ−ラ１５に回収電極１４から転移し、トナー回収ローラ１５に当接しているブレー１６によって物理的に掻き落とされて、トナーボックス部８に戻され、再利用に供される。これにより、コストの低減を図ることができる。また、ブレード１６にてトナーを掻き落とすため、トナー回収ロ−ラ１５は常に表面が現れているため確実にトナーを付着させることができる。
【００４２】
次に、本発明に係る現像装置の第２実施形態について図７を参照して説明する。なお、同図は図２と同様な現像装置の現像剤供給手段の要部拡大説明図である。
この実施形態では、現像装置２トナーガター１７、１７の先端部に電極１８、１８を設け、静電搬送基板１１、１１の裏面に設けた回収電極１４、１４と同期して、トナーと順／逆のバイアス電圧を交互に印加するようにしたものである。
【００４３】
これにより、トナーと逆方向のバイアス電圧印加で離散したトナーを回収すると共に、順方向のバイアス電圧で吸着力をなくして、回収したトナーを再度静電搬送基板１１、１１による開口１３側に戻して回収、再利用することができる。
【００４４】
次に、本発明に係る現像装置の第３実施形態について図８ないし図１０を参照して説明する。なお、図８は同現像装置の要部拡大説明図、図９は同現像装置の静電搬送基板の断面説明図、図１０は同搬送基板の平面説明図である。
【００４５】
この現像装置における静電搬送基板４１は、１枚のポリイミドフィルなどのフレキシブル基板で形成した支持基板５１上に、中央部に向かって２つの方向からトナーを搬送するために、複数の駆動電極２２からなる駆動電極列５２Ａ、５２Ｂを設け、２つの搬送面１２Ａ、１２Ｂを形成している。これらの２つの搬送面１２Ａ，１２Ｂの搬送終端部間のギャップ（間隔）は、トナ−の粒径、帯電量、駆動電圧、駆動周波数を考慮して決定する。
【００４６】
そして、支持基板５１には２つの搬送面１２Ａ、１２Ｂの搬送終端部にはトナーを回収するための開口（貫通穴）５３を形成している。さらに、この支持基板５１の裏面側には支持基板５１の形状維持のための保持基板５５を設けている。この保持基板５５は変形可能な部材で構成した場合には、支持基板５１の開口５３に対応する開口５６を形成した１枚の基板とすることができる。また、保持基板５５は変形不可能な部材で構成した場合には、支持基板５１の開口５３に対応して離間した２枚の基板とすれば良い。
【００４７】
この静電搬送基板４１は図８に示すように搬送面１２Ａ、１２Ｂの搬送終端部側すなわち開口５３側を湾曲させて像担持体１に非接触で臨ませて配置している。この場合、各搬送面１２Ａ、１２Ｂの搬送終端部側は湾曲しているので、搬送されるトナーは２つの方向から像担持体１に向かう方向に搬送されることになる。なお、前記第１、第２実施形態でも静電搬送基板１１、１１を斜めに配置すれば同様に２つの方向から搬送されることになる。
【００４８】
また、ここでは、保持基板５５を導電性部材で形成することで回収電極としているので、別途回収電極を設けていないが、前記各実施形態と同様に別途回収電極を設けても良い。また、前記各実施形態と同様に、保持基板５５に回収されたトナーを転移させるためのトナー回収ローラ１５及び掻き落とし用のブレード１６を設けている。
【００４９】
このように構成すれば、１枚の支持基板に２つの搬送面を形成することができるので、単位時間当たりのトナー搬送量を増加することができる静電搬送基板の製作行程の短縮化を図れ、また所要の形状を比較的簡単に得ることができる。
【００５０】
なお、静電搬送基板４１を図１９に示す状態で使用することもでき、この場合には左右から開口５３側に向かってトナーを搬送することになる。
【００５１】
次に、本発明に係る画像形成装置の他の例について図１１及び図１２を参照して簡単に説明する。なお、図１１は画像形成装置の概略構成図、図１２は同画像形成装置を構成するプロセスカートリッジの概略構成図である。
【００５２】
この画像形成装置は、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の４色でフルカラー画像を形成するレーザプリンタの一例であり、各色用の画像信号に応じたレーザビームを出射する４つの光書き込み装置１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｙ、１０２Ｂｋと、作像用の４つのプロセスカートリッジ１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｙ、１０１Ｂｋと、画像が転写される記録用紙を収納する給紙カセット１０３と、給紙カセット１０３から記録用紙を給紙する給紙ローラ１０４と、記録用紙を所定のタイミングで搬送するレジストローラ１０５と、記録用紙を各プロセスカートリッジの転写部に搬送する転写ベルト１０６と、記録用紙に転写された画像を定着する定着ベルト１０７と加圧ローラ１０８からなる定着装置１０９と、定着後の記録用紙を排紙トレイ１１１に排紙する排紙ローラ１１０等を備えた構成となっている。
【００５３】
４つのプロセスカートリッジ１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｙ、１０１Ｂｋは図１２に示すプロセスカートリッジ１１０で構成され、この各プロセスカートリッジ１１０は、ケース内に像担持体であるドラム状の感光体１２１と、帯電ローラ１２３と、本発明に係る現像装置１２３と、クリーニング手段（ブレード）１２４等を一体に備え、装置本体１００に着脱自在に装着できるようにしたものである。
【００５４】
現像装置１２３内には、アジテータ１２５、帯電ローラ１２６、ブレード１２７、前述した各実施形態で説明したような静電搬送基板、回収手段を含む現像剤供給手段１２９が設けられており、各色のトナーが収納されている。また、プロセスカートリッジ１０１の背面側には、光書き込み装置からのレーザビームＬが入射される窓口となるスリット１３０が設けられている。
【００５５】
各光書き込み装置１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｙ、１０２Ｂｋは、半導体レーザ、コリメートレンズ、ポリゴンミラー等の光偏向器、走査結像用光学系等から構成され、装置外部のパーソナルコンピュータ等のホスト（画像処理装置）から入力される各色用の画像データに応じて変調されたレーザビームを出射し、各プロセスカートリッジ１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｙ、１０１Ｂｋの感光体１２１上を走査し、静電荷像（静電潜像）を書き込む。
【００５６】
そして、画像形成が開始されると、各プロセスカートリッジ１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｙ、１０１Ｂｋの感光体１２１が帯電ローラ１２２で均一に帯電され、各光書き込み装置１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｙ、１０２Ｂｋから画像データに応じたレーザビームが照射されて各感光体１２１上に各色の静電潜像が形成される。感光体１２１上に形成された静電潜像は、現像装置１２３の現像剤供給手段１２９から各色のトナーにより現像され顕像化される。
【００５７】
各１０１Ｂｋ、１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍの各色の画像形成に同期して、供給カセット１０３内の記録用紙が供給ローラ１０４で給紙され、レジストローラ１０５により所定のタイミングで転写ベルト１０６に向けて搬送される。そして、記録用紙は転写ベルト１０６に担持されて４つのプロセスカートリッジ１０Ｂｋ、１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍの感光体に向けて順次搬送され、各感光体上のＢｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍの各色のトナー像が順次重ね合わせて転写される。４色のトナー像が転写された記録用紙は、定着装置１０９に搬送され、４色のトナー像からなるカラー画像が定着されて排紙トレイ１１１に排紙される。
【００５８】
なお、各色のトナー像と中間転写部材に転写してカラー画像を形成し、このカラー画像を被記録媒体に転写する方式の画像形成装置にも同様に適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る現像装置によれば、静電力による現像剤供給手段を備え、飛散現像剤を回収する回収手段を有する構成としたので、現像剤を確実に電界で搬送することができ、また、比較的簡単な構成で現像剤回収機構を得ることができるようになり、画像品質の向上が図られ、現像装置及びこれを含む画像形成装置、プロセスカートリッジのメンテナンスの向上、小型化、低コスト化を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像装置を備えた本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を説明する構成図
【図２】同現像装置の現像剤供給手段の要部拡大説明図
【図３】同現像剤供給手段の静電搬送基板の模式的断面説明図
【図４】同静電搬送基板の平面説明図
【図５】同現像剤供給手段の駆動系の説明に供する説明図
【図６】駆動波形の一例を説明する説明図
【図７】本発明に係る現像装置を備えた本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を説明する現像剤供給手段の要部拡大説明図
【図８】本発明に係る現像装置を備えた本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を説明する現像剤供給手段の要部拡大説明図
【図９】同現像剤供給手段の静電搬送基板の模式的断面説明図
【図１０】同静電搬送基板の平面説明図
【図１１】本発明に係るプロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の説明に供する概略構成図
【図１２】同プロセスカートリッジの模式的説明図
【符号の説明】
１…像担持体、２…現像装置、９…現像剤供給手段、１１…静電搬送基板、１２…搬送面、１４…回収電極、１５…トナー回収ローラ、２１…支持基板、２２…駆動電極。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a developing device, an image forming apparatus, and a process cartridge.
[0002]
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 03177785 [Patent Document 2] Japanese Patent No. 023836537 [Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-91159 [0003]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, an electrostatic latent image is formed on an image carrier using an electrophotographic process, and a developer (powder) is formed on the electrostatic latent image by using a developing device. There is a type in which a toner image is visualized as a toner image by attaching and developing the toner image, and the toner image is transferred to a transfer member (a recording medium or an intermediate transfer member).
[0004]
In such an image forming apparatus, as a developing device (system) for developing a latent image, a two-component developing device using a magnet brush or a developing roller using a one-component developer with a blade or the like is used. There is known a method in which a thin layer is formed by pressing against a developer carrying member, and is developed by being brought into contact with a photosensitive member serving as an image carrying member.
[0005]
However, an image forming apparatus provided with a developing device for applying toner to a latent image carrier using a developing roller, or a toner is carried on a developing roller, and recording is performed by electric field control from the developing roller. In the case of a flying image forming apparatus that causes toner to fly on a medium or the like, the configuration of the developing apparatus is increased due to the use of a developing roller, and the size and cost of the entire image forming apparatus cannot be reduced. There is a problem that.
[0006]
Further, in a developing device that rotates the developing roller, toner enters between the developing roller and the side plate, and the toner rubs and toner adheres to the developing device. Or affect.
[0007]
On the other hand, as a non-contact type developing device that performs development without bringing a developer carrier into contact with an image carrier, a device utilizing a powder cloud method, a jumping method, or electrostatic transport is known.
[0008]
For example, as a developing device using electrostatic transport,
As described in Patent Document 1, toner is transported on the surface of a developing roller by using electrostatic force, and the toner is transferred from the surface of the developing roller by a suction force generated between the toner and a latent image carrier. Is separated and adhered to the surface of the latent image carrier.
[0009]
However, in the developing device described in Patent Document 1, toner used for development and image formation has distributions in particle size and charge amount at present, and uniform conveyance and development may be obtained. However, there has been a problem that the toner adheres to the image carrier due to scattering of the toner and causes deterioration of the image.
[0010]
Therefore,
As described in Patent Document 2, toner is transported to a position facing the latent image carrier by using a transport substrate that transports toner by electrostatic force, and is generated between the latent image carrier and the toner. The toner is separated from the transfer substrate by the suction force and adhered to the surface of the latent image carrier, so that the developer not contributing to the development can be collected by the collection unit (electrostatic transfer) to the developing device main body. It is known.
[0011]
further,
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163, there is also a method in which toner which has not contributed to development is similarly collected by a collecting means using a toner gutter and a reverse conveying member so as not to be separated from the developing device.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional developing device using electrostatic transport requires a reverse transport path (electrostatic force system, vibrating system) having a planar recovery unit as a component and its drive control. There is a problem that a member having a certain length is required and a compact developing device cannot be obtained.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a developing device having a simple structure, capable of achieving compactness at low cost, an image forming apparatus including the developing device, and a process cartridge.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the developing device according to the present invention, the developer supply unit is an electrostatic transport substrate that transports the developer by electrostatic force, with a transport end portion facing the image carrier in a non-contact manner, A collecting means for collecting the developer is arranged on the surface of the electrostatic transfer substrate opposite to the transfer surface.
[0015]
Here, two independent electrostatic transfer substrates are arranged at an interval with each transfer surface facing the opposite side, and an opening is formed at the transfer end portion side of at least two of the electrostatic transfer substrates. It can be configured. Alternatively, the electrostatic transfer substrate can be configured to have at least two transfer surfaces for transferring the developer from at least two directions, and in this case, the electrostatic transfer substrate is arranged with the transfer end portion side curved. In addition, it is preferable that an opening for collecting the developer is formed in the electrostatic transfer substrate at the transfer end portion side.
[0016]
Further, it is preferable that the collecting means is disposed with a gap provided on a surface opposite to or opposite to the transfer surface of the electrostatic transfer substrate. It is preferable that a bias voltage having the same polarity as that of the developer is applied to the collection unit.
[0017]
An image forming apparatus according to the present invention includes the developing device according to the present invention as a developing device that supplies a developer to an electrostatic latent image formed on an image carrier to develop the electrostatic latent image. .
[0018]
In the process cartridge according to the present invention, at least one of the image carrier, the charging unit, the transfer unit, and the cleaning unit is integrated with the developing device according to the present invention, and is detachable from the image forming apparatus main body.
[0019]
An image forming apparatus according to the present invention includes a plurality of process cartridges according to the present invention.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of an image forming apparatus according to the present invention including a developing device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a developing device portion of the image forming apparatus, and FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a main part of a developer supply unit of the developing device.
[0021]
The image forming apparatus includes a developing device 2 that supplies a developer (toner) to a photosensitive drum 1 serving as an image carrier. The photoreceptor drum 1 rotates, for example, in the direction of the arrow, and is charged by a charging device, and a writing device forms an electrostatic latent image corresponding to the image. The toner image is visualized by toner adhesion, and the toner image is transferred to a recording medium and then cleaned by a cleaning device.
[0022]
The developing device 2 includes an agitator 5 for stirring and transporting the nonmagnetic developer (toner) T accommodated in the developing container 4, a charging roller 6 for charging the stirred and transported toner T, and a charging roller 6. A doctor blade 7 arranged in contact with the peripheral surface, a toner box unit 8 for storing the charged toner T, and a developer supply unit 9 for supplying the charged toner T in the toner box unit 8 to the image carrier 1. Have.
[0023]
The developer supply means 9 is provided with two electrostatic transfer substrates 11, 11 for transferring the toner T by electrostatic force, spaced apart from each other, with the respective transfer surfaces 12 facing in opposite directions (the transfer surfaces 12, 11). In such a manner that the surface on the side opposite to the opposite side is opposed), the transport end portion side (the tip portion on the image carrier 1 side) faces the image carrier 1 in a non-contact manner. Then, on the surface opposite to the transfer surface 12 of these two electrostatic transfer substrates 11, 11 and on the surface facing the opening 13 formed by the two electrostatic transfer substrates 11, 11, Plate-shaped collecting electrodes 14 for collecting the toner T not subjected to the development are provided.
[0024]
A toner collecting roller 15 for transferring the toner T collected by the collecting electrodes 14 and 14 is disposed near an opening 13 formed by the two electrostatic transfer substrates 11 and 11. A blade 16 for scraping off the toner T is arranged in contact with the surface. The collection electrode 14, the toner collection roller 15, and the blade 16 constitute a collection unit.
[0025]
Further, toner gutters 17, 17 are arranged outside the two electrostatic transfer substrates 11, 11 (on the side facing the transfer surface 12).
[0026]
Here, for example, as shown in FIGS. 3 and 4, the electrostatic transfer substrate 11 includes a plurality of drive electrodes 22 for generating a phase-shift electric field (traveling wave electric field) on a support substrate 21 as a support member. A set of three drive electrodes 22 is disposed at a required interval in a direction intersecting the transport direction, and an insulating film 23 covering the surface of the drive electrodes 22 on the support substrate 21 and between the drive electrodes 22 is formed. The surface of the insulating film 23 is coated with a surface layer 24 having a small contact resistance to form the developer transport surface 12.
[0027]
Here, as the support substrate 21, a substrate made of an insulating material such as a glass substrate, a resin substrate, or a ceramics substrate, or a substrate made of a conductive material such as SUS, on which an insulating film such as SiO 2 is formed, A substrate made of a flexible deformable material such as a polyimide film can be used.
[0028]
The electrode 22 is made of, for example, a conductive material such as Al, an Al alloy (Al-Cu, Al-Si), or Ni-Cr on the support substrate 21 at a required thickness, for example, 0.1 to 0.2 μm. A film is formed, and this is patterned into a required electrode shape using a photolithography technique or the like. Here, when a drive waveform of three or more phases is given, the line / space L / S of the electrode has an electrode width L of 5 to 100 μm, preferably 10 to 30 μm, and an electrode interval SR of 5 to 100 μm, preferably The range is 10 to 40 μm. The electrode thickness t is in the range of 0.1 to 10 μm, preferably 0.3 to 2 μm. Further, in relation to the toner particle size, the width L is set to 1 to 20 times the average particle size of the toner to be moved, and the interval R is set to 1 to 20 times the average particle size of the toner to be moved. Is preferred. This makes it possible to efficiently carry and hop toner at a low voltage.
[0029]
The insulating layer 23 is formed by, for example, forming a film of SiO 2 , TiO 2 , TiO 4 , SiON, BN, TiN, Ta 2 O 5 or the like to a thickness of 0.1 to 50 μm, preferably 1 μm or less. ing.
[0030]
As shown in FIG. 5, a plurality of driving waveforms Pv of n phases (here, three phases) are applied from the driving circuit 31 to the driving electrodes 22 of the transport substrate 11 configured as described above. A phase-shift electric field (traveling wave electric field) is generated by the drive electrode 22, and the charged toner on the transport substrate 11 receives repulsive force and / or attractive force and moves in the traveling direction including hopping and transport.
[0031]
For example, as shown in FIG. 6, the drive circuit 31 shifts the timing of the pulse-shaped drive waveforms Va, Vb, and Vc that change between the ground G and the positive voltage + with respect to the plurality of electrodes 22 of the transfer substrate 11. Apply. At this time, the negatively charged toner T is present on the transport substrate 11, and “G”, “G”, “+”, “G”, and “G” appear on a plurality of (five) continuous electrodes 22 of the transport substrate 11. Assuming that the voltage is applied, the negatively charged toner T is located on the “+” electrode 22.
[0032]
Since “+”, “G”, “G”, “+”, and “G” are applied to the plurality of electrodes 22 at the next timing, the “G” electrode 22 adjacent to the negatively charged toner T is applied. The negatively charged toner T moves toward the “+” electrode 22 because a repulsive force acts between the “+” electrode 22 and a suction force acts between the other adjacent “+” electrode 22. The application of the pulse-shaped drive waveforms Va, Vb, and Vc causes the toner to sequentially move to the “+” electrode 22 side and be conveyed.
[0033]
Here, the driving waveform has a driving voltage of 20 to 1000 V, preferably 40 to 120 V, and a driving frequency of 0.5 to 100 KHz, preferably 10 to 30 KHz. The charged toner has a positive or negative polarity and is in the range of 5 to 60 μC / g, preferably 10 to 30 μC / g.
[0034]
By applying a biphasic drive waveform having a changing voltage to the plurality of electrodes 22 in this manner, a traveling wave electric field is generated on the carrier substrate 11, and the negatively charged toner T is conveyed in the traveling direction of the traveling wave electric field. And move while performing hopping. Incidentally, in the case of the positively charged toner, the same movement is performed by reversing the drive waveform change pattern.
[0035]
Next, the configuration of the collecting means will be described. Here, the collecting means is composed of the collecting electrode 14, the toner collecting roller 15, and the blade 16, as described above. The collection electrode 14 is formed by patterning a conductive material on the back surface (the surface opposite to the transfer surface 12) of the support substrate 21 of the electrostatic transfer substrate 11 or separately attaching a conductive tape. By applying a bias voltage having the same polarity as the charged toner T to the collection electrode 14, discrete unused toner can be attracted by an electric field.
[0036]
Further, with the use of the collecting electrode 14 alone, toner may accumulate on the collecting electrode 14 due to long-term use, and electric field control may not be performed. As a result, it may not be possible to collect the discrete toner. A toner collecting roller 15 made of a conductive member for re-transferring the transferred toner is disposed rotatably in the direction indicated by the arrow in FIG. 2, and the toner transferred to the toner collecting roller 15 is physically scraped off. A blade 16 for returning to the box portion 8 is provided.
[0037]
It is not necessary to provide both of the collecting electrode 14 and the toner collecting roller 15 as a collecting means, and either one of them may be provided, and a gap may be provided on the back surface of the electrostatic transfer substrate 11 so that a wire electrode, a mesh electrode, etc. , Or a configuration in which these are combined. Further, it is preferable to coat a surface material having low contact resistance with toner on the surfaces of the collecting electrode 14, the toner collecting roller 15, and other members.
[0038]
Therefore, the operation of the developing device 2 configured as described above will be described.
The toner T negatively charged by the charging roller 6 and the blade 7 is supplied to the toner box unit 8, and the charged toner T in the toner box unit 8 carries an image by the electrostatic transfer substrates 11, 11 as described above by the phase shift electric field. The image carrier 11 is conveyed toward the image carrier 1, and finally flies (spouts) toward the image carrier 1 from the conveyance end portion of the electrostatic carrier substrates 11, 11, and carries the image in accordance with the electrostatic latent image on the image carrier 11. The latent image is developed on the body 11.
[0039]
As described above, by using the electrostatic transfer substrate 11 and by providing the developing device 2 that transfers the toner along the transfer path 12 with the electrostatic force to supply and adhere the toner to the latent image carrier, the toner is directly contacted without contact. Can be attached to the surface of the latent image carrier, and the apparatus can be simplified and cost can be reduced. Further, the toner is transported to the latent image carrier without rotating the developer carrier such as a developing roller, so that the toner is not fixed in the developing device, and the toner is carried by electrostatic force. Therefore, scattering of toner from a portion around the developing portion can be reduced, and image quality can be improved.
[0040]
Here, the toner T flying from the electrostatic transport substrates 11, 11 adheres to the latent image area on the image carrier 1, but not all the toner T is used for development, and the toner T does not contribute to development. Also occurs.
[0041]
Since the bias voltage is applied to the flat plate collecting electrodes 14 provided on the back surface of the electrostatic transfer substrates 11, the toner T not subjected to the development adheres to the collecting electrodes 14 and is collected. You. Further, the toner is transferred from the collecting electrode 14 to a toner collecting roller 15 made of a conductive material provided in the vicinity of the collecting electrodes 14 and 14, and is physically scraped off by a brake 16 contacting the toner collecting roller 15. The toner is returned to the toner box 8 and is reused. Thereby, cost can be reduced. In addition, since the toner is scraped off by the blade 16, the surface of the toner collecting roller 15 is always visible, so that the toner can be surely adhered.
[0042]
Next, a second embodiment of the developing device according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 is an enlarged explanatory view of the main part of the developer supply means of the developing device similar to FIG.
In this embodiment, electrodes 18, 18 are provided at the tips of the toner gutters 17, 17 of the developing device 2, and are synchronized with the collection electrodes 14, 14 provided on the back surface of the electrostatic transfer substrates 11, and are forward / reverse with the toner. Are applied alternately.
[0043]
As a result, the toner separated by the application of the bias voltage in the reverse direction to the toner is collected, and the suction force is eliminated by the forward bias voltage, and the collected toner is returned to the opening 13 side by the electrostatic transfer substrates 11 and 11 again. Can be collected and reused.
[0044]
Next, a third embodiment of the developing device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is an enlarged explanatory view of a main part of the developing device, FIG. 9 is a sectional explanatory view of the electrostatic transport substrate of the developing device, and FIG. 10 is a plan explanatory view of the transport substrate.
[0045]
The electrostatic transport substrate 41 in this developing device includes a plurality of drive electrodes 22 for transporting toner from two directions toward the center on a support substrate 51 formed of one flexible substrate such as a polyimide fill. Are provided, and two transport surfaces 12A and 12B are formed. The gap (interval) between the transfer end portions of these two transfer surfaces 12A and 12B is determined in consideration of the toner particle size, the charge amount, the drive voltage, and the drive frequency.
[0046]
An opening (through-hole) 53 for collecting toner is formed in the support substrate 51 at the transport end of the two transport surfaces 12A and 12B. Further, a holding substrate 55 for maintaining the shape of the supporting substrate 51 is provided on the back side of the supporting substrate 51. When the holding substrate 55 is formed of a deformable member, it can be a single substrate having an opening 56 corresponding to the opening 53 of the support substrate 51. When the holding substrate 55 is made of a non-deformable member, it may be two substrates separated from each other corresponding to the opening 53 of the supporting substrate 51.
[0047]
As shown in FIG. 8, the electrostatic transfer board 41 is arranged so that the transfer end portions of the transfer surfaces 12A and 12B, that is, the opening 53 side are curved and face the image carrier 1 in a non-contact manner. In this case, since the transport end portions of the transport surfaces 12A and 12B are curved, the transported toner is transported in two directions toward the image carrier 1. In the first and second embodiments, if the electrostatic transfer substrates 11 and 11 are arranged obliquely, the transfer is similarly performed from two directions.
[0048]
Here, since the recovery electrode is formed by forming the holding substrate 55 with a conductive member, a separate recovery electrode is not provided. However, a separate recovery electrode may be provided similarly to the above-described embodiments. Further, similarly to the above embodiments, a toner collecting roller 15 for transferring the toner collected on the holding substrate 55 and a blade 16 for scraping are provided.
[0049]
With this configuration, since two transport surfaces can be formed on one support substrate, the manufacturing process of the electrostatic transport substrate capable of increasing the toner transport amount per unit time can be shortened. The required shape can be obtained relatively easily.
[0050]
The electrostatic transport substrate 41 can be used in the state shown in FIG. 19, and in this case, the toner is transported from the left and right toward the opening 53.
[0051]
Next, another example of the image forming apparatus according to the present invention will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 11 is a schematic configuration diagram of the image forming apparatus, and FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a process cartridge constituting the image forming apparatus.
[0052]
This image forming apparatus is an example of a laser printer that forms a full-color image in four colors of magenta (M), cyan (C), yellow (Y), and black (Bk), and a laser corresponding to an image signal for each color. Four optical writing devices 102M, 102C, 102Y, and 102Bk for emitting beams, four process cartridges 101M, 101C, 101Y, and 101Bk for image formation, and a paper feed cassette 103 for storing recording paper onto which an image is transferred. A paper feed roller 104 that feeds recording paper from a paper feed cassette 103; a registration roller 105 that transports the recording paper at a predetermined timing; a transfer belt 106 that transports the recording paper to a transfer unit of each process cartridge; A fixing device 109 including a fixing belt 107 for fixing an image transferred to a sheet and a pressure roller 108 , Has a configuration including a discharge roller 110 or the like for discharging the discharge tray 111 recording paper after fixing.
[0053]
Each of the four process cartridges 101M, 101C, 101Y, and 101Bk is composed of a process cartridge 110 shown in FIG. 12, and each of the process cartridges 110 includes a drum-shaped photosensitive member 121 serving as an image carrier in a case, a charging roller 123, The developing device 123 according to the present invention, the cleaning means (blade) 124 and the like are integrally provided so that the developing device 123 can be detachably attached to the apparatus main body 100.
[0054]
In the developing device 123, an agitator 125, a charging roller 126, a blade 127, an electrostatic transport substrate as described in each of the above-described embodiments, and a developer supply unit 129 including a collection unit are provided. Is stored. On the back side of the process cartridge 101, a slit 130 serving as a window into which the laser beam L from the optical writing device is incident is provided.
[0055]
Each of the optical writing devices 102M, 102C, 102Y, and 102Bk includes a semiconductor laser, a collimator lens, an optical deflector such as a polygon mirror, a scanning image forming optical system, and the like, and a host (image processing device) such as a personal computer outside the device. ), A laser beam modulated in accordance with the image data for each color input from each of the process cartridges 101M, 101C, 101Y, and 101Bk is scanned, and an electrostatic image (electrostatic latent image) is formed. Write.
[0056]
Then, when the image formation is started, the photosensitive members 121 of each of the process cartridges 101M, 101C, 101Y, and 101Bk are uniformly charged by the charging roller 122, and according to the image data from each of the optical writing devices 102M, 102C, 102Y, and 102Bk. The laser beam is irradiated to form an electrostatic latent image of each color on each photoconductor 121. The electrostatic latent image formed on the photoconductor 121 is developed by a toner of each color from a developer supply unit 129 of the developing device 123 to be visualized.
[0057]
The recording paper in the supply cassette 103 is fed by the supply roller 104 in synchronization with the image formation of each color of 101Bk, 101Y, 101C, and 101M, and is conveyed toward the transfer belt 106 at a predetermined timing by the registration roller 105. You. Then, the recording paper is carried on the transfer belt 106 and sequentially conveyed toward the photoconductors of the four process cartridges 10Bk, 101Y, 101C, and 101M, and the toner images of each color of Bk, Y, C, and M on the photoconductors. Are sequentially superimposed and transferred. The recording paper onto which the four color toner images have been transferred is conveyed to the fixing device 109, where the color image composed of the four color toner images is fixed, and is discharged onto the paper discharge tray 111.
[0058]
The present invention can be similarly applied to an image forming apparatus of a type in which a color image is formed by transferring a toner image of each color and an intermediate transfer member to transfer the color image to a recording medium.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the developing device of the present invention, the developer is supplied by the electrostatic force, and the collecting unit for collecting the scattered developer is used. Therefore, the developer is reliably transported by the electric field. In addition, the developer collecting mechanism can be obtained with a relatively simple configuration, and the image quality is improved, the developing device and the image forming apparatus including the same, the maintenance of the process cartridge is improved, It is possible to reduce the size and cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of an image forming apparatus according to the present invention including a developing device according to the present invention. FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a main part of a developer supply unit of the developing device. 3 is a schematic cross-sectional explanatory view of the electrostatic transfer substrate of the developer supply unit. FIG. 4 is a plan view of the electrostatic transfer substrate. FIG. 5 is an explanatory diagram for describing a drive system of the developer supply unit. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a driving waveform. FIG. 7 is an enlarged explanatory view of a main part of a developer supply unit illustrating a second embodiment of the image forming apparatus according to the present invention including the developing device according to the present invention. FIG. 8 is an enlarged view of a main part of a developer supply unit for explaining a third embodiment of the image forming apparatus according to the present invention including the developing device according to the present invention. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a transfer substrate. FIG. 10 is a plan view of the same electrostatic transfer substrate. Schematic diagram for explaining the image forming apparatus according to the present invention with a scan cartridge schematic illustration of Figure 12 the process cartridge EXPLANATION OF REFERENCE NUMERALS
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image carrier, 2 ... Developing device, 9 ... Developer supply means, 11 ... Electrostatic transport substrate, 12 ... Transport surface, 14 ... Recovery electrode, 15 ... Toner recovery roller, 21 ... Support substrate, 22 ... Drive electrode .