JP2004219741A

JP2004219741A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004219741A
Application number: JP2003007299A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kadota; 修一門田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【目的】現像剤飛散による弊害を抑制し、良好な画像を出力することができる画像形成装置を提供すること。
【構成】静電潜像を担持して回転する感光ドラム（潜像担持体）と、該感光ドラム表面に対向する現像容器４０の開口部に回転自在に配設され、その内部に複数の磁極ＮＳを有するマグネット（磁界発生手段）４２を有し、磁性トナー（現像剤）４５を所定方向に担持搬送する現像スリーブ（現像剤担持体）４１と、該現像スリーブ４１上の現像剤層厚を規制する磁性ブレード（磁性体規制部材）４３と、前記現像スリーブ４１の軸方向に沿って前記開口部の両端部において、前記現像スリーブ４１の外周面に対して間隙Ｓ−Ｓｇａｐを介して前記現像容器４０にそれぞれ対面配設された端部シールと、を有する画像形成装置において、前記端部シールを現像容器４０の開口部両端に取り付けられた磁石シール４８で構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潜像担持部材上に形成された潜像を現像するための現像装置を有する複写装置、画像形成記録装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像形成装置には、電子写真プロセスを利用した複写機やレーザビームプリンタがあるが、該画像形成装置の構成及び動作を図７に基づいて簡単に説明する。
【０００３】
装置本体内部（以下、「機内」と称する）には、潜像担持部材としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」と称する）１が配置されている。本例では、感光ドラム１としてアモルファスシリコン感光体を使用しており、その断面構成を図８に示す。
【０００４】
図８において、１０１はＡｌ等の導電性支持体、１０４は導電性支持体、１０２は導電性支持体１０１からの電荷の注入を阻止するための電荷注入阻止層としての光導電層であり、この光導電層１０２は光導電性を示す少なくとも非晶質シリコン系材料で構成されている。又、１０３は光導電層１０２を保護するための表面保護層、１０５は導電性支持体１０１からの反射を防止するための長波長光吸収層である。
【０００５】
而して、感光ドラム１は、所定の周速度（プロセススピード）で図示矢印Ｒ１方向に回転駆動され、その表面に対して後述の各画像形成プロセスが繰り返し実行される。
【０００６】
そして、感光ドラム１は、矢印Ｒ１方向の回転過程においてコロナ放電器等の一次帯電器２により、所定の極性と表面電位に帯電処理され、次いで露光部３（カラー原稿画像の色分解に基づく結像露光光学系や画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力するレーザスキャナによる走査露光光学系）による画像露光Ｌを受け取ることにより目的の画像に対応した静電潜像が形成される。
【０００７】
ところで、画像形成装置は、感光ドラム１の回転方向（矢印Ｒ１方向）について固定的に配置された現像器４を有しているが、この現像器４の詳細を図３に基づいて説明する。
【０００８】
図９に示す現像器４において、４０は現像容器であり、この現像容器４０は、装置の長手方向（図７の紙面に直角方向）に延在する開口部を有し、その開口部に現像スリーブ４１が回転自在に設置されている。この現像スリーブ４１は、開口部の図９において左略半周面を現像容器４０内に突入し、右略半周面を現像容器４０外へ露出し、感光ドラム１と対向するようにして回転自在に横設されている。ここで、現像スリーブ４１は、例えばアルミニウムやＳＵＳ等の材料で構成されている。
【０００９】
又、現像スリーブ４１と感光ドラム１との間には突き当てコロ４６により僅かな微小間隙（Ｓ−Ｄｇａｐ）が設けられ、現像スリーブ４１は、感光ドラム１の回転方向Ｒ１に対して矢印Ｒ４ａ方向に回転駆動される。
【００１０】
そして、現像スリーブ４１内には、磁界発生手段としてのマグネット４２が設けられており、本実施の形態では、マグネット４２は永久磁石で構成されている。このマグネット４２は、現像スリーブ４１の回転に拘らず固定的な磁界を発生できるように現像スリーブ４１内に非回転状態で配置されている。
【００１１】
更に、現像容器４０内の現像スリーブ４１の近傍には、現像剤規制部材としての板状の磁性ブレード４３が設けられており、この磁性ブレード４３は、現像容器４０の開口部に固定端を支持され、対向する自由端を現像スリーブ４１に近接させている。そして、マグネット４２の磁極の１極（Ｎ極）が磁性ブレード４３に略対向するように配置されている。
【００１２】
而して、攪拌部材４４により現像スリーブ４１上に担持された磁性トナー４５は、その後の現像スリーブ４１の回転に伴い、磁性ブレード４３の現像スリーブ対向部に搬送される。そして、磁性トナー４５は、磁性ブレード４３と現像スリーブ４１の間隙に形成された磁気的な規制部（Ｓ−Ｂｇａｐ）により層厚を規制されて現像スリーブ４１上に薄層に形成された後、規制部（Ｓ−Ｂｇａｐ）を抜け出して感光ドラム１と微小間隙（Ｓ−Ｄｇａｐ）を開けて対向した現像領域へと搬送される。そして、現像領域において現像スリーブ４１と感光ドラム１との間に、現像バイアスとして直流に交流を重畳した交互電圧を印加することにより、現像スリーブ４１上の磁性トナー４５が感光ドラム１上の静電潜像に対向して転移・付着して静電潜像をトナー像として現像して可視化する。
【００１３】
次に、磁性トナー４５の軸方向へのシール構成を図１０に基づいて説明する。
【００１４】
磁性体端部シール４７は、現像スリーブ４１の外周に沿って断面略円弧状に成形された磁性体である。この磁性体端部シール４７は、現像スリーブ４１に内包されたマグネット４２の両端部容器側の外周面に対して非接触に配置され、間隙（Ｓ−Ｓｇａｐ）を隔てて現像容器４０に組み付けられている。
【００１５】
現像スリーブ４１と磁性体端部シール４７との間にはマグネット４２によって発生した磁界が発生し、近傍の磁性トナー４５の挙動はそれに支配されるため、現像スリーブ４１の端部から現像容器４０外への磁性トナー４５の飛散は抑制されている。同様に、磁性ブレード４３と磁性体端部シール４７との当接部もマグネット４２によって発生した磁界により磁力吸着されているため、接着剤等は一切使用していない。
【００１６】
続いて、現像器４による画像形成について説明する。
【００１７】
先ず、感光ドラム１の表面を一次帯電器２により表面電位Ｖｄ＝＋４００Ｖに一様に帯電する。次いで、波長６８０μｍの半導体レーザにより６００ｄｐｉでＰＷＭによる露光Ｌを行って感光ドラム１上に静電潜像を形成する。このときのレーザパワーは静電潜像がＶｌ＝＋５０Ｖになるように設定している。
【００１８】
続いて、Ｓ−Ｂｇａｐ：２５０μｍ、Ｓ−Ｄｇａｐ：２５０μｍとした現像器４により現像を行って静電潜像をトナー像として可視化する。
【００１９】
使用する現像剤はネガ帯電性の磁性トナーであり、現像バイアスＶｄｃは＋２００Ｖの直流電圧に２７００Ｈｚ、１５００Ｖｐｐ、５０％Ｄｕｔｙの交流電圧を重畳し、ジャンピング現像を実現している。これは、正規現像における現像コントラストＶｃｏｎｔ＝２００Ｖ、カブリ取りコントラストＶｂａｃｋ＝＋１５０Ｖに設定しているためである。
【００２０】
次いで、給紙カセット８から給紙ローラ９によって転写材（紙葉体）Ｐが１枚ずつ分離され、分離された転写材Ｐは、レジストローラ対１０と転写ガイド１１を経て、転写装置５（コロナ帯電器）で形成される転写部へと所定のタイミングで給送される。
【００２１】
ここで、転写装置５には、０Ｖ或は転写工程とは逆のトナーの帯電極性と同じバイアス（本例ではマイナス）がバイアス電源から印加される。更に、所定のタイミングで給送されてきた転写材Ｐ上には、トナー像を転写する際に、トナー帯電極性（本例ではマイナス）と逆極性（プラス）の転写バイアスがバイアス電源により転写装置５に印加されている。
【００２２】
以上の一連の画像形成プロセスを繰り返すことにより、トナー画像は、転写部に次々と送られてくる後続の転写材Ｐに転写されていく。
【００２３】
感光ドラム１上のトナー像が転写された転写材Ｐは、搬送ガイド１２を経て定着器６へ導入され、所定値に加熱温調された定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂによって加熱・加圧されることによりトナー像の定着処理を受け、最終的なカラー画像形成物として出力される。尚、トナー像転写後の感光ドラム１は、クリーニング装置７によって清掃される。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像形成装置においては、磁性端部シールによる現像スリーブ端部からのトナー飛散対策は十分ではないという問題があった。
【００２５】
磁性端部シール、現像容器及び現像スリーブのそれぞれの寸法誤差や組付誤差によってＳ−Ｓｇａｐが所定値より拡大すると、そこに掛かる磁性トナーへの磁力支配が弱まり、現像容器外へのトナー飛散は増大する。
【００２６】
又、トナーの耐久劣化に伴ってＳ−Ｓｇａｐ近傍のトナーが凝集し、磁力吸着されている磁性ブレードと磁性端部シールの当接部に間隙が生じてトナーが漏れてしまう。その理由としては、磁性端部シール周りに発生している磁界は元々マグネットによるもので、本来、現像スリーブ上のトナーを周方向に搬送させるための磁気特性となっているため、磁性端部シール周りの飛散防止に必要な磁力が不十分であることが挙げられる。
【００２７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、現像剤飛散による弊害を抑制し、良好な画像を出力することができる画像形成装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、静電潜像を担持して回転する潜像担持体と、
前記潜像担持体表面に対向する現像容器開口部に回転自在に配設され、その内部に複数の磁極を有する磁界発生手段を有し、現像剤を所定方向に担持搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上の現像剤層厚を規制する磁性体規制部材と、
前記現像剤担持体の軸方向に沿って前記開口部の両端部において、前記現像剤担持体の外周面に対して間隙を介して前記現像容器にそれぞれ対面配設された端部シールと、
前記端部シールを現像容器開口部両端に取り付けられた磁石シールと、
を有する画像形成装置において、
前記磁石シールをＮＳ極を多磁極に着磁させて構成し、現像剤担持体内部の磁界発生手段長さをＬｍ、磁性体規制部材長さをＬｂ、磁石シール幅をＷｓ、磁石シール間距離をＤｓとすると、これらの間に、
２×Ｗｓ＋Ｄｓ＝Ｌｂ＞Ｌｍ＞Ｄｓ
なる関係を成立せしめ、前記磁性体規制部材と前記磁石シールとの接合部を磁石シールによる磁力で吸着したことを特徴とする。
【００２９】
ここで、前記現像剤担持体で使用する現像剤は、磁性トナーのみから成ることが望ましい。
【００３０】
前記現像剤担持体を前記潜像担持部材に対して非接触に保持することが望ましい。
【００３１】
前記現像剤担持体部材上の現像剤層厚を前記現像剤担持部材と前記潜像担持体との間隙より小さく設定することが望ましい。
【００３２】
前記現像剤担持体と前記潜像担持体との間隙を、前記現像剤担持体に備えられた前記潜像担持部材への当接部材により規制することが望ましい。
【００３３】
前記現像剤担持部材に、直流電圧と交流電圧が重畳されたバイアスを印加することが好ましい。
【００３４】
前記磁石シールを希土類磁石によって構成することが望ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３６】
＜実施の形態１＞
図１は本実施の形態に係る画像形成装置の現像器の概略構成を示す図であり、本図においては図１０に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態は、端部シールに磁石シール４８を用いることを特徴としており、該磁石シール４８の形状及び取付位置は、従来の磁性体端部シール４７（図１０参照）と同様である。尚、磁石シール４８としては希土類磁石を用いる。
【００３８】
磁石シール４８を構成する磁石材料としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの磁性粉末を含有するナイロンバインダを備えた射出成形品が用いられている。
【００３９】
又、磁石シール４８は、図２に示すように、現像スリーブ４１に対向する側の円弧状内周面にＮ、Ｓ極を多磁極（６極）着磁して構成されており、その磁気特性として、現像スリーブ４１との間隙Ｓ−Ｓｇａｐ：４００±２００μｍの位置で磁束密度の法線方向ピーク値Ｂｒｓ：１００〜２２０×１０^−３Ｔ（テスラ）を示す。
【００４０】
そこで、磁石シール４８の内周面に働く周方向断面の磁界は図３に示すようになり、隣接する異極磁石との間に磁力線が発生しており、近傍の磁性トナー４５はこれに従属した挙動を示す。これにより、間隙Ｓ−Ｓｇａｐではその磁界によって磁性トナー４５によるシールドが形成されることによって、そこから現像容器４０外への磁性トナー４５のトナー飛散が抑制される。
【００４１】
現像スリーブ４１内のマグネット４２のシール位置での磁束密度の法線方向ピーク値：Ｂｒｍ：６０〜１００×１０^−３Ｔ（テスラ）であることから、従来に対して磁石シール４８の内周面近傍の磁性トナー４５への磁力支配が高まり、磁性トナー４５の飛散が大幅に低減していることが分かる。
【００４２】
又、磁石シール４８の内周面端部周りの磁界は、図３に示すように、外周面に周り込むように磁力線が発生するため、磁性ブレード４３と当接部におけるの磁気的吸着力が向上することによって、当接部からの磁性トナー４５の漏れが抑制される。
【００４３】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００４４】
本実施の形態では、前記実施の形態１に加え、磁石端部シールの軸方向取付位置の最適化を提案する。
【００４５】
前記実施の形態１で用いた磁石シール４８（幅：４ｍｍ）について、その内周面に働く軸方向断面の磁束密度布を図４に示す。
【００４６】
図４から明らかなように、磁石シール４８の内周面に働く軸方向断面の磁束密度布は、幅中央部をピークに両端方向に磁束密度が低下している。前述のように、磁石シール４８近傍の磁性トナー４５は磁石シール４８の磁界に従属した挙動を示すため、磁石シール４８の外側端部における磁性トナー４５の飛散が懸念される。
【００４７】
そこで、図５に示すように、磁石シール４８の幅方向中央部が、対向するスリーブ内マグネット４２の両端部になるように磁石シール４８を配置する。これにより、磁石シール４８の中央部から外側端部に掛けてマグネット４２端部に向けて磁力線が集中して強い磁界が発生することによって、磁石シール４８の幅方向外側端部近傍の磁性トナー４５は現像容器４０の内方向へ回収される挙動を示し、現像スリーブ４１上を回転搬送されたトナー層幅はマグネット幅にほぼ等しくなる。そのため、トナー層を規制する磁性ブレード４３の幅は磁力当接する磁石シール４８の外側端部までが必要長さとされる。
【００４８】
従って、図５から
スリーブ内マグネット長さをＬｍ、磁性ブレード長さをＬｂ、磁石シール幅をＷｓ、現像容器における互いの磁石シール間距離をＤｓとすると、

よって、
長手寸法を上記式に当て嵌るように設定することによって端部からの磁性トナー４５の飛散は更に低減される。
【００４９】
又、マグネット４２は現像スリーブ４１内でガタつきが大きいために実際には以下の状態に保たれている。
【００５０】
２×Ｗｓ＋Ｄｓ＝Ｌｂ＞Ｌｍ＞Ｄｓ … ▲３▼
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【００５１】
本実施の形態では、前記実施の形態１，２の構成に対して、従来構成とのトナー飛散の比較をすることによってその効果を確認し、現像容器、他の設計が容易であり、環境に優しい構成を提案する。
【００５２】
従来の磁性体端部シール構成と前記実施の形態２における式▲１▼〜▲３▼を満たす磁石シール構成において以下の耐久試験を行った。
【００５３】
・現像器のみの回転耐久を５００時間（現像器寿命相当）行う。
【００５４】
・間隙Ｓ−Ｓｇａｐを１００μｍから５０μｍ毎に変更する。
【００５５】
・各間隙Ｓ−Ｓｇａｐにおける端部からのトナー漏れ量を測定する。
【００５６】
以上の結果を図６に示す。
【００５７】
現像器としての許容できるトナー漏れ量を１０ｍｇとすると、間隙Ｓ−Ｓｇａｐの許容範囲は、従来の構成：１５０±５０μｍ、本実施の形態の構成：４００±３００μｍとなる。
【００５８】
実際の設計を考慮すると、従来構成で許容される間隙Ｓ−Ｓｇａｐは、非常に厳しい品質管理と高コストが必要になる。
【００５９】
これに対して、本実施の形態の構成では、設計公差を従来から更に広げることができ、単品及び組み付けに掛かるコストの低減が可能となる。又、磁石シール内周面のトナーを除去することによって磁石シールを半永久的に再利用することも可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、静電潜像を担持して回転する潜像担持体と、前記潜像担持体表面に対向する現像容器開口部に回転自在に配設され、その内部に複数の磁極を有する磁界発生手段を有し、現像剤を所定方向に担持搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体上の現像剤層厚を規制する磁性体規制部材と、前記現像剤担持体の軸方向に沿って前記開口部の両端部において、前記現像剤担持体の外周面に対して間隙を介して前記現像容器にそれぞれ対面配設された端部シールと、を有する画像形成装置において、前記端部シールを現像容器開口部両端に取り付けられた磁石シールと、を有する画像形成装置において、
前記磁石シールをＮＳ極を多磁極に着磁させて構成し、現像剤担持体内部の磁界発生手段長さをＬｍ、磁性体規制部材長さをＬｂ、磁石シール幅をＷｓ、磁石シール間距離をＤｓとすると、これらの間に、
２×Ｗｓ＋Ｄｓ＝Ｌｂ＞Ｌｍ＞Ｄｓ
なる関係を成立せしめ、前記磁性体規制部材と前記磁石シールとの接合部を磁石シールによる磁力で吸着したため、現像剤飛散による弊害を抑制し、良好な画像を出力することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における現像器の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における磁石シールに発生する磁力線を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１における磁性ブレードに働く磁力を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態２における磁石シール内周面の幅方向磁束密度分布図である。
【図５】本発明の実施の形態２における現像器の長手方向概略図である。
【図６】本発明の実施の形態３における回転耐久試験結果を示す図である。
【図７】従来の画像形成装置の断面図である。
【図８】従来構成におけるアモルファスシリコン感光体の概略断面図である。
【図９】従来の現像器の概略図である。
【図１０】従来の現像端部シール構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１感光ドラム（潜像担持体）
４０現像容器
４１現像スリーブ（現像剤担持体）
４２マグネット（磁界発生手段）
４３磁性ブレード（磁性体規制部材）
４５磁性トナー（現像剤）
４８磁石シール
Ｄｓ磁石シール間距離
Ｌｂ磁性体規制部材長さ
Ｌｍ磁界発生手段長さ
Ｗｓ磁石シール幅

Claims

静電潜像を担持して回転する潜像担持体と、
前記潜像担持体表面に対向する現像容器開口部に回転自在に配設され、その内部に複数の磁極を有する磁界発生手段を有し、現像剤を所定方向に担持搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上の現像剤層厚を規制する磁性体規制部材と、
前記現像剤担持体の軸方向に沿って前記開口部の両端部において、前記現像剤担持体の外周面に対して間隙を介して前記現像容器にそれぞれ対面配設された端部シールと、
前記端部シールを現像容器開口部両端に取り付けられた磁石シールと、
を有する画像形成装置において、
前記磁石シールをＮＳ極を多磁極に着磁させて構成し、現像剤担持体内部の磁界発生手段長さをＬｍ、磁性体規制部材長さをＬｂ、磁石シール幅をＷｓ、磁石シール間距離をＤｓとすると、これらの間に、
２×Ｗｓ＋Ｄｓ＝Ｌｂ＞Ｌｍ＞Ｄｓ
なる関係を成立せしめ、前記磁性体規制部材と前記磁石シールとの接合部を磁石シールによる磁力で吸着したことを特徴とする画像形成装置。