JP2004184941A - 現像装置及びこの現像装置を備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化に有利で、ピッチムラの生じない現像装置と、この現像装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】二成分現像剤を使用する現像装置４であって、現像剤容器４ａと、現像剤の撹拌・搬送手段４ｄと、現像剤担持体４ｂと、該現像剤担持体の内部に固定配置された磁界発生手段４ｆと、現像剤担持体上の現像剤量を規制するための規制部材４ｅとを有する現像装置において、規制部材に上記現像剤担持体の搬送する現像剤の余剰分を滞留させるための現像剤保留部４ｇを形成したので、この現像剤保留部に現像剤を滞留させることができ、撹拌・搬送手段による現像剤の圧力変動を無くして、一定の量を感光体に供給できるようになり、黒ベタ画像からピッチムラを無くすことができた。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電子写真式画像形成装置において、磁性キャリア粒子とトナー粒子とを混合した二成分現像剤を用いて静電潜像又は磁気潜像を現像する現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真式画像形成装置においては、磁性キャリアと非磁性トナーとからなる二成分現像剤を用いた現像装置が用いられている。二成分現像剤の磁性キャリアの平均粒径は数十〜数百μｍで、非磁性トナーの平均粒径は１０μｍ程度である。この現像装置は、内部に複数の磁極を有する磁石体からなる磁界発生手段を備え、その外側に回転可能に支持された円筒状の現像スリーブを有している。この現像スリーブの表面にトナー粒子を付着させた磁性キャリアを保持し、静電潜像を担持した感光体に搬送して現像を行うものである。トナー粒子の摩擦帯電制御が比較的容易で、トナー粒子の凝集が起こりにくく、磁気ブラシの穂立ちがよくて、感光体面の摩擦性に優れ、クリーニングとの兼用においても十分なクリーニング効果が発揮され、さらに、感光体面と非接触で現像する非接触現像に適していることから、多く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の現像装置を用いた画像形成装置では、黒ベタ画像を出力したときに、ピッチムラと言われる濃度差が生じるという問題がある。これは、現像装置内にあって現像剤を撹拌したり搬送したりするスクリューやパドルの間隔に起因するものである。
【０００４】
この問題に対し、特許文献１（特開２０００−１９４１９４号）では、スクリュー乃至はパドルを備えた撹拌・搬送手段を、その軸線が現像剤担持体の軸線より下方になるように配置し、現像に供されずに再び現像容器内に搬送された現像剤を確実に現像剤担持体から剥ぎ取り、撹拌・搬送手段が、剥ぎ取られた現像剤と現像剤容器内の現像剤とを十分に撹拌してから、再度現像剤担持体に担持させるようにする構成を提案している。
【０００５】
しかし、この特許文献１記載の構成では、撹拌・搬送手段の軸線が、現像剤担持体の軸線より下方になるように配置するので、現像装置の上下方向の寸法が大きくなり、画像形成装置の小型化に不利になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題の解決を図ったもので、小型化に有利で、ピッチムラの生じない現像装置と、この現像装置を備えた画像形成装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９４１９４号 （段落００６６、段落０１１０、図２）
【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本発明の現像装置は、磁性キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を収容する現像剤容器と、該容器内の現像剤の撹拌・搬送手段と、該撹拌・搬送手段から供給された現像剤を担持して潜像を担持する感光体にトナーを供給する現像剤担持体と、該現像剤担持体上に現像剤を担持させるように現像剤担持体の内部に固定配置され、周方向に複数の磁極を有する磁界発生手段と、上記現像剤担持体上の現像剤量を規制するための規制部材とを有し、上記磁界発生手段は、上記規制部材近傍に配置される第１磁極と、該第１磁極の現像剤担持体回転方向上流側に隣接し第１磁極と同極性を持つ第２磁極とを有し、上記現像剤担持体の中心と、撹拌・搬送手段と現像剤担持体とが最接近する現像剤担持体上の点とを結ぶ第１の線と、上記第１磁極による現像剤担持体表面の法線方向における磁界の強さが最大になる点とを結ぶ第２の線とが成す角が３０゜以下の現像装置において、上記規制部材が上記現像剤担持体の搬送する現像剤の余剰分を滞留させるための現像剤保留部を有することを特徴としている。
【０００９】
上記現像剤保留部が、上記規制部材に形成された面である構成や、上記現像剤保留部の面が上に凸の曲面である構成や、上記現像剤保留部の面が斜面である構成とすることができる。
【００１０】
また、上記規制部材が上記現像担持体に最も接近する現像担持体表面上の点を求め、該点から引いた現像担持体の法線と、上記点と上記現像剤保留部の面の先端位置とを結ぶ線との成す角を３０゜以上７５゜以下とし、上記規制部材の先端から上記現像剤保留部の面の先端までの距離を２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。
【００１１】
本発明の画像形成装置は、上記のいずれかの現像装置を備えたことを特徴としている。
【００１２】
【作用】
現像容器内にある現像剤は、撹拌・搬送手段で常時撹拌されており、撹拌・搬送手段は、パドルやスクリューなどで現像剤担持体に現像剤を間欠的に投げるようにして供給する。従来はこの現像剤は規制部材に衝突し、その一部が規制部材と現像剤担持体との間の隙間を通過することで現像剤担持体上の現像剤の量が規制されていた。一方、隙間を通過できずに余った現像剤は、規制部材に跳ね返されていたので、規制部材の上流側には特に現像剤が滞留することもなかった。そのため、規制部材を通過する現像剤は、撹拌・搬送装置の圧力変動の影響を直接受けていた。従って、規制部材を通過する現像剤の量も一定にならずピッチムラの原因となっていた。
【００１３】
本発明では、規制部材に現像剤保留部を設けたので、現像剤は規制部材の上流側に滞留するようになり、ここに常時一定量のほぼ静止した現像剤が滞留するようになった。そして、この滞留領域が緩衝体となって、撹拌・搬送装置による圧力変動を吸収する。その結果、ほぼ一定の圧力になった現像剤が規制部材を通過するようになる。これによって、規制部材を通過する現像剤量が一定となり、黒ベタ画像からピッチムラを無くすことができた。
【００１４】
現像剤保留部が上に凸の曲面や、傾斜面であれば、現像剤を滞留させ易くなる。
現像剤保留部の大きさは、規制部材が現像担持体に最も接近する現像担持体表面上の点から引いた現像担持体の法線と、上記点と上記現像剤保留部の面の先端位置とを結ぶ線との成す角を３０゜以上７５゜以下とし、上記規制部材の先端から上記現像剤保留部の面の先端までの距離を２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が適当である。上記の角度が３０゜未満では、現像剤が跳ね返る力が大きく、滞留させる量が減少して圧力変動を抑制する効果が低下するからである。反対に、７５゜を越えると、滞留領域内に現像剤が進入しにくくなるからである。また、上記の距離が、２ｍｍ未満では滞留領域が小さすぎて、圧力変動を消去することができなくなる。また、１０ｍｍを越えると、撹拌・搬送手段との干渉の可能性が生じる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を、図面を用いて説明する。図１に本発明の実施の形態に係る電子写真式を適用した画像形成装置を示す。
【００１６】
感光体１はドラム状であり、感光体１の周囲には、帯電手段２、像露光手段３、現像装置４、転写手段５、分離手段６、分離爪７、及びクリーニング手段８が配置されている。
【００１７】
感光体１の表面は、帯電手段２のコロナ放電装置によって、マイナスの電圧で一様に帯電される。像露光手段３はレーザ、ＬＥＤ等のドット露光を行う光源であり、矢印で進む光ビームで感光体１を露光して静電潜像を形成する。現像装置４は、現像剤を収容する容器４ａ、現像剤を搬送する現像剤担持体としての現像スリーブ４ｂ、トナーを現像剤に混入させ撹拌及び搬送を行う撹拌・搬送スクリュー４ｃ及び現像剤を現像スリーブ４ｂに供給する水車状の撹拌・搬送手段４ｄを有する。現像装置４には、二成分現像剤が収容され、現像装置４は現像バイアス電圧を印加して二成分現像剤で反転現像を行う。現像スリーブ４ｂ上方には規制部材４ｅがあり、これによって現像スリーブ４ｂから感光体１に搬送される現像剤の量が一定に保たれる。
【００１８】
５はコロナ放電器からなる転写手段、６は交流コロナ放電器からなる分離手段である。７は分離爪で、分離手段６の分離作用を補助する。８はクリーニングブレード８ａで感光体１をクリーニングするクリーニング手段、９は転写材Ｐにトナーを定着させる定着手段である。
【００１９】
転写材Ｐがカセット給紙部２０又は手差し給紙部２１から給紙され、レジストローラ２２により感光体１と転写手段５との間に供給される。図示の画像形成装置は、片面モードと両面モードとを有し、片面モードにおいては、定着手段９を通過した転写材Ｐは、排紙皿２３に排紙される。両面モードにおいては、表面画像形成された転写材Ｐは、定着手段９を通過後に、裏面用紙給紙部２４に搬送され、裏面用紙給紙部２４で表裏反転されて、レジストローラ２２に給紙される。レジストローラ２２により搬送される転写材Ｐの裏面に転写手段５によりトナー像が形成され、定着手段９による定着処理後、排紙皿２３に排紙される。
【００２０】
画像形成においては、矢印に示すように回転する感光体１に対して、帯電手段２の帯電及び像露光手段３の露光により感光体１上に静電潜像が形成され、形成されたトナー像は、転写手段５により転写材Ｐに転写される。トナー像が転写された転写材Ｐは定着手段９を通過して定着処理される。
【００２１】
図２は図１の現像装置４の現像剤担持体としての現像スリーブ４ｂの周辺部を拡大した図である。現像スリーブ４ｂは、現像剤容器４ａの開口部からその一部を露出するように組み込まれ、露出した部分が感光体１に対面するような位置関係となっている。現像スリーブ４ｂの径は、２５φ〜５０φ程度であるが、この実施例では２５φのものを使用している。また、現像スリーブ４ｂとしてはアルミニウムなどの非磁性金属材料からなり、その内部には磁界発生手段４ｆが固定配置されている。
【００２２】
現像スリーブ４ｂの図２における右上には、規制部材４ｅが設けられている。この規制部材４ｅは、その先端面４ｅ’を現像スリーブ４ｂの表面に接近させ、規制部材４ｅと現像スリーブ４ｂとの間に隙間Ｓを形成し、矢印方向に回転している現像スリーブ４ｂ上にある現像剤がこの隙間Ｓを通過することで、現像剤層の厚さが一定となり、現像剤の量を一定にすることができる。この規制部材４ｅは従来は板状のものであったが、本発明では、現像剤担持体回転方向上流側に現像剤保留部４ｇを設けたことを特徴としている。この実施例では、現像剤保留部４ｇは、断面形状が円弧状の曲面となっている。
【００２３】
磁界発生手段４ｆは、感光体１と現像スリーブ４ｂとの対向部である現像領域に配設された磁極Ｎ１と、規制部材４ｅの先端面４ｅ’と対向する位置の近傍に配設された第１磁極としての磁極Ｓ３と、該第１磁極の現像剤担持体回転方向上流側に隣接し第１磁極と同極性を持つ第２磁極としてのＳ２と、現像剤を現像スリーブ４ｂ上に担持させながら搬送するための磁極Ｎ２，Ｓ１とを有する。
【００２４】
この実施例では、上記現像スリーブ４ｂの中心Ｏと、撹拌・搬送手段４ｄと現像スリーブ４ｂとが最接近する現像スリーブ４ｂ上の点Ｐとを結ぶ第１の線ｋと、上記磁極Ｓ３による現像スリーブ４ｂ表面の法線方向における磁界の強さが最大になる点とを結ぶ第２の線ｌとが成す角θが３０゜以下となっている。３０゜以下とすることで、現像装置４の上下方向の寸法を小さくすることができ、現像装置４を小型化して画像形成装置全体の小型化にも貢献できるという効果を有する。
【００２５】
磁極Ｓ３が規制部材４ｅの先端面４ｅ’に面していて、規制部材４ｅの本体部分が平板で、現像スリーブ４ｂの法線方向に配置されていれば、規制部材４ｅは上記第２の線ｌと重なることになる。
【００２６】
磁極Ｎ１は、現像スリーブ４ｂと感光体１との間の現像部の近傍に磁界を形成させ、該磁界によって磁気ブラシを形成するようになっている。上記現像部において、現像スリーブ４ｂの回転とともに、矢印の方向に運ばれてきた現像剤は、感光体１と接触し、感光体１上の静電潜像にトナーが移行して潜像が現像される。このとき、現像スリーブ４ｂと感光体１との回転の近接位置である現像部において、現像スリーブ４ｂと感光体１の移動方向は同一方向で、現像スリーブ４ｂの線速の方が、感光体１の線速より大きくなるように設定されている。
【００２７】
現像部を通過して現像スリーブ４ｂ上に残留している現像剤は、第２磁極としての磁極Ｓ２と第１磁極としての磁極Ｓ３とにより形成された反発磁界によって現像スリーブ４ｂから剥ぎ取られ、現像剤容器４ａ内に落下することになる。
【００２８】
図３によってこの現像剤保留部４ｇの作用を説明する。図３（ａ）は、従来の規制部材を用いた場合を示す図である。現像剤スリーブ４ｂと撹拌・搬送手段４ｄとは図の矢印に示す方向に回転している。
【００２９】
現像剤１０は、水車状の撹拌・搬送手段４ｄで常時撹拌されており、水車の各羽根で現像剤１０を現像スリーブ４ｂに投げるようにして供給する。そして現像剤１０は、矢印ａ，ｂに例示されるように広い方向から規制部材４ｅと現像スリーブ４ｂとの隙間Ｓに向かって行く。図３（ａ）に示す従来の規制部材１４ｅは、板状で現像剤保留部４ｇが無かったので、隙間Ｓを通過できなかった現像剤１０は、規制部材１４ｅに衝突して矢印ｃの方向に飛散し、規制部材１４ｅから離れた位置で下方に落下し、現像装置４内の他の現像剤１０と混合する。
【００３０】
すなわち、撹拌・搬送手段４ｄから矢印ａや矢印ｂ等に示される方向に進んだ現像剤１０は、一部が隙間Ｓを通過して感光体１へと向かうが、残った現像剤１０は、図３（ａ）に示す矢印ｃの方向に飛散していたので規制部材１４ｅの上流側には殆ど現像剤１０は滞留していなかった。そのため、規制部材１４ｅの上流側は、撹拌・搬送手段４ｄの回転によって羽根の１枚ごとにピークのある圧力変動を受けることになる。撹拌・搬送手段４ｄがスクリューの場合には、スクリューのピッチに応じた圧力の変動を受けることになる。
【００３１】
規制部材１４ｅの先端と現像スリーブ４ｂとの間の隙間Ｓが一定でも、通過する現像剤の量は、この圧力の変動に応じて増減することになる。そのために、黒ベタ画像出力時に、ピッチムラと言われる濃度差が生じたのである。
【００３２】
そこで、本発明の規制部材４ｅは、図２に示すように上流側に現像剤保留部４ｇを形成した。図３（ｂ）に示すように、撹拌・搬送手段４ｄから現像スリーブ４ｂに向かう現像剤１０は、矢印ａや矢印ｂに例示される方向に進む。そして供給される現像剤１０の方が、隙間Ｓを通過する現像剤１０より多いので、規制部材４ｅの上流側に残る。従来はこの残った現像剤１０は、上述したように規制部材１４ｅに弾かれて上流側には殆ど滞留しなかった。しかし、本発明では、規制部材４ｅに現像剤保留部４ｇを形成したので、図３（ａ）の矢印ｃ方向に飛散するのを防止して、ここに図３（ｂ）に示すような現像剤１０の滞留領域Ｒを形成する。この滞留領域Ｒには、常時現像剤１０が溜まっており、これが撹拌・搬送手段４ｄの羽根によって生じる圧力変動を吸収し、規制部材４ｅの先端面４ｅ’の現像スリーブ４ｂとの隙間Ｓには常時一定の圧力になった現像剤１０が供給される。したがって、隙間Ｓを通過する現像剤１０の量には変動が起こらず、黒ベタ画像を形成してもピッチムラは発生しなくなる。
【００３３】
図４は現像剤保留部の形状の例を示す図である。現像剤保留部は、規制部材４ｅに形成された面で構成されるが、この面は、図４（ａ）に示すような断面が円弧状の円筒面４ｇ（図２に示す例と同じ）としたり、図４（ｂ）に示すように平面の傾斜面４ｈとしたり、図４（ｃ）に示すようにＪ型の曲面４ｊとしたりすることができる。曲面にする場合は、一般に上方に凸の曲面が望ましい。
【００３４】
次に、この現像剤保留部４ｇ，４ｈ，４ｊの大きさについて説明する。まず、現像スリーブ４ｂの表面上で規制部材４ｅの先端面４ｅ’と最も接近するＡ点に法線ｎを引く。次に、Ａ点と現像剤保留部４ｇ，４ｈ，４ｊの面の先端Ｂ点とを結ぶ線ｍを引く。そして先端面４ｅ’からＢ点までの法線ｎ方向の長さをαとし、法線ｎと線ｍとが成す角をβとし、αとβで現像剤保留部４ｇ，４ｈ，４ｊの大きさを定義した。
【００３５】
次に、発明者は、次の条件で実験を行った。
〔共通条件〕
感光体１の線速：２３０ｍｍ／ｓｅｃ
現像スリーブ４ｂの線速／感光体１の線速：２．６
現像剤量：６００ｇ
現像スリーブ径：２５φ
〔実験例１〕
規制部材：α＝２．５ｍｍ β＝６８゜
〔実験例２〕
規制部材：α＝４．０ｍｍ β＝４８゜
〔実験例３〕
規制部材：α＝４．０ｍｍ β＝３０゜
〔比較例〕
現像剤保留部なし（従来のもの）
以上の条件で実験をした結果、現像剤保留部４ｇ，４ｈ，４ｊの無い〔比較例〕では、画像濃度が低下すると、明確なピッチムラが発生した。
【００３６】
〔実験例１〕と〔実験例３〕では、画像濃度を低下していくと、黒ベタ画像の端部にごく軽微なピッチムラが認められた。
実験例２では、画像濃度を低下していっても、ピッチムラは全く発生しなかった。
【００３７】
以上の実験結果と、使用した現像スリーブ径が２５φで、５０φ程度の大きさのものまであること、及び撹拌・搬送手段４ｄとの干渉の可能性等を考慮した結果、
２ｍｍ≦α≦１０ｍｍ
３０゜≦β≦７５゜
が望ましいと判断した。αが２ｍｍ未満では、現像剤１０を滞留させ、圧力変動を抑える効果を期待できず、αが１０ｍｍを越えると、撹拌・搬送手段４ｄと干渉する可能性が生じるからである。また、βが３０゜未満になると、図３（ａ）の矢印ｃに示す現像剤１０の飛散が大きくなり、現像剤１０を滞留させる効果が小さくなるからであり、７５゜を越えると滞留領域Ｒ内へ現像剤１０が進入しにくくなり、αの値によっては撹拌・搬送手段４ｄとの干渉の可能性が生じるからである。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、二成分現像剤を使用する現像装置であって、現像剤容器と、現像剤の撹拌・搬送手段と、現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に固定配置された磁界発生手段と、現像剤担持体上の現像剤量を規制するための規制部材とを有する現像装置において、規制部材に上記現像剤担持体の搬送する現像剤の余剰分を滞留させるための現像剤保留部を形成したので、この現像剤保留部に現像剤を滞留させることができ、撹拌・搬送手段による現像剤の圧力変動を無くして、一定の量の現像剤を供給できるようになり、黒ベタ画像からピッチムラを無くすことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】図１の現像装置における現像剤担持体の周辺部を拡大した図である。
【図３】現像剤保留部の作用を説明する図で、（ａ）は従来の規制部材を用いた場合、（ｂ）は本発明の規制部材を用いた場合である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は現像剤保留部の形状の例を示す図である。
【符号の説明】
４ 現像装置
４ａ 現像剤容器
４ｂ 現像スリーブ（現像剤担持体）
４ｄ 撹拌・搬送手段
４ｅ 規制部材
４ｆ 磁界発生手段
４ｇ，４ｈ，４ｊ 現像剤保留部
１０ 現像剤
ｋ 第１の線
ｌ 第２の線
Ｓ３ 第１磁極
Ｓ２ 第２磁極

Claims (6)

1. 磁性キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を収容する現像剤容器と、該容器内の現像剤の撹拌・搬送手段と、該撹拌・搬送手段から供給された現像剤を担持して潜像を担持する感光体にトナーを供給する現像剤担持体と、該現像剤担持体上に現像剤を担持させるように現像剤担持体の内部に固定配置され、周方向に複数の磁極を有する磁界発生手段と、上記現像剤担持体上の現像剤量を規制するための規制部材とを有し、上記磁界発生手段は、上記規制部材近傍に配置される第１磁極と、該第１磁極の現像剤担持体回転方向上流側に隣接し第１磁極と同極性を持つ第２磁極とを有し、上記現像剤担持体の中心と、撹拌・搬送手段と現像剤担持体とが最接近する現像剤担持体上の点とを結ぶ第１の線と、上記第１磁極による現像剤担持体表面の法線方向における磁界の強さが最大になる点とを結ぶ第２の線とが成す角が３０゜以下の現像装置において、
   上記規制部材が上記現像剤担持体の搬送する現像剤の余剰分を滞留させるための現像剤保留部を有することを特徴とする現像装置。
2. 上記現像剤保留部が、上記規制部材に形成された面であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 上記現像剤保留部の面が上に凸の曲面であることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
4. 上記現像剤保留部の面が斜面であることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
5. 上記規制部材が上記現像担持体に最も接近する現像担持体表面上の点を求め、該点から引いた現像担持体の法線と、上記点と上記現像剤保留部の面の先端位置とを結ぶ線との成す角を３０゜以上７５゜以下とし、上記規制部材の先端から上記現像剤保留部の面の先端までの距離を２ｍｍ以上１０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の現像装置。
6. 請求項１から５のいずれか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。

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