JP2005106874A

JP2005106874A - 現像装置

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Publication number: JP2005106874A
Application number: JP2003336525A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nagashima; 高志永島; Hiroko Sugimoto; 博子杉本
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】現像装置において、周囲雰囲気が変化しても濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じることがないようにする。
【解決手段】現像装置１０は、非磁性回転スリーブ１４と回転スリーブ内に内包され複数の磁極を備える固定マグネットローラ１３とを有しており、静電潜像が形成された感光体ドラム１６と最も近接する現像位置よりも回転スリーブの回転方向上流側に回転スリーブと対向して、磁性ブレード１５が配置され、磁性ブレードによってトナー薄層の層厚が規制される。磁性ブレードの回転スリーブ回転方向上流側には磁性ブレードに近接して、電磁石１７が配置され、電磁石への通電量は湿度等の周囲雰囲気に応じてコントローラ１８によって制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンター、又はファクシミリ装置等の画像形成装置で用いられる現像装置に関するものである。

一般に、画像形成装置においては、像担持体である感光体ドラム上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置によって現像されてトナー像となる。そして、感光体ドラム上のトナー像は記録用紙に転写され、記録用紙上のトナー像は定着装置によって定着される。

例えば、現像装置では一成分磁性現像剤（トナー）を用いて感光体ドラム上の静電潜像を現像しており、現像装置は感光体ドラムと対峙する非磁性金属の円筒状の回転スリーブ（現像剤担持体）を備えており、回転スリーブ内は固定マグネットローラが回転スリーブと同心的に配設されている。固定マグネットローラにはその円周に沿って複数の磁極が所定の間隔で着磁されており、トナーを固定マグネットローラの吸引力によって回転スリーブ上に付着させて、トナーを回転スリーブによって現像位置に搬送して感光体ドラム上の静電潜像を現像する。

このような現像装置では、回転スリーブによって搬送されるトナーの厚さを所定の厚さに規制するため、層厚規制部材である磁性ブレード体が現像位置よりも回転スリーブの回転方向上流側に配置され、回転スリーブの周面と所定の隙間（ギャップ）をおいて対面している。

磁性ブレードでは回転スリーブ上のトナー層厚を規制するとともにトナーを摩擦によって帯電しているが、画像ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥を防止するためには、磁性ブレードによってトナー層厚を均一にするとともにトナー帯電を均一にする必要がある。つまり、磁性ブレードによって層厚規制された回転スリーブ上のトナー薄層が均一でなく、さらにはトナー帯電が不均一であると、感光体ドラム上の静電潜像を現像する際、濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じてしまい、単に磁性ブレードを用いただけでは、トナー層厚を均一に規制すること及びトナーを均一に帯電することが難しい。

上述のような不具合を防止するため、磁性ブレードの上部（磁性ブレードの回転スリーブに対面する側とは反対の側）に、補助マグネット（プラスチックマグネット又はフェライトマグネット）を配設して、例えば、補助マグネットの極性を、磁性ブレード側がＳ極として、補助マグネットの長手方向の長さは、マグネットローラの長手方向幅と同一に延在させたものがある（特許文献１参照）。

また、磁性ブレードに、固定マグネットローラの磁極と対向する磁極が同極である固定マグネットを装着して、磁性ブレードに集中する磁界と回転スリーブへのトナーの付着力とによってトナー層の厚さを規制して、回転スリーブ上に均一なトナー層を形成するとともに、磁性ブレードに装着された固定マグネットと固定マグネットローラの磁極との間で反発磁界を形成してトナーにシェアをかけて、トナーの摩擦帯電を促進するようにしている（特許文献２参照）。

同様にして、磁性ブレードと対向する固定マグネットローラの磁極と同極性の磁極を有する固定マグネットを磁性ブレードに装着するようにしたものが知られている（特許文献３参照）。

特開平５−２３２８２０号公報（段落（００１５）〜段落（００２６）、第１図〜第６図）特開平１０−３３３４３７号公報（段落（００１７）〜段落（００２１）、第１図〜第２図）特開２００２−３５７９５６公報（段落（００２２）〜段落（００２３）、第１図〜第２図）

ところで、トナーの抵抗値は周囲雰囲気（環境）によって微妙に変化する関係上、トナー抵抗値が変化すると、その帯電量も変化することになる。具体的には、トナー抵抗値が低下すると帯電量が低下し、トナー抵抗値が上昇すると帯電量が大きくなる。
そして、トナーの抵抗値が変化すると、トナー粒径が小さい程、トナーの電荷を保持する能力である静電容量が大きくなる。

前述のように、磁性ブレードに固定マグネットを装着すると、トナーの摩擦帯電が促進され、トナー帯電量が大きくなって安定するものの、固定マグネットの磁力は一定であるため、周囲雰囲気が変化すると、トナー抵抗値が変化するため、固定マグネットによる摩擦帯電ではトナー帯電量を安定化することが難しく、さらには、周囲雰囲気によってトナー薄層厚が変化してしまい、その結果、周囲雰囲気の変化に起因して濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じてしまうという課題がある。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、周囲雰囲気が変化しても濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じることのない現像装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、非磁性の回転スリーブと該回転スリーブ内に内包され複数の磁極を備える固定マグネットローラを有する現像剤担持体と、静電潜像が形成された像担持体に最も近接する現像位置よりも前記回転スリーブの回転方向上流側に前記回転スリーブと対向して配置され現像剤の層厚を規制する磁性の層厚規制部材とを有し、前記現像位置で前記現像剤担持体上の現像剤によって前記静電潜像を現像する現像装置において、前記層厚規制部材の前記回転スリーブ回転方向上流側に前記層厚規制部材に近接して配置された電磁石と、前記電磁石への通電量を制御する通電制御手段とを有することを特徴とする。

本発明では、例えば、前記層厚規制部材の先端部は前記固定マグネットローラの磁極の一つと対向し、前記通電制御手段は、画像形成の際前記層厚規制部材の先端部が対向磁極と逆極性となるように前記電磁石に電流を印加する。

また、本発明では、前記通電制御手段は周囲雰囲気に応じて前記電磁石の通電量を制御して、前記層厚規制部材に誘起される磁極の磁力を変化させる。例えば、前記周囲雰囲気として湿度を検出して検出湿度を得る湿度センサを備えて、前記通電制御手段は前記検出湿度に応じて前記電磁石の通電量を制御する。さらに、温度を検出して検出温度を得る温度センサとを備えるようにしてもよく、この際には、前記通電制御手段は前記検出湿度及び前記検出温度に応じて前記電磁石の通電量を制御して、前記層厚規制部材に誘起される磁極の磁力を変化させる。

なお、本発明では、前記通電制御手段は、非画像形成の際前記電磁石への通電をオフするか又は前記画像形成時に前記電磁石に流す電流と逆向きに前記電磁石へ電流を印加するようにしてもよい。

以上のように、本発明の現像装置は、層厚規制部材の回転スリーブ回転方向上流側に、層厚規制部材に近接して電磁石を配置して、電磁石への通電量を制御するようにしたから、層厚規制部材による層厚規制及び回転スリーブとトナーとの摺擦を調整することができ、その結果、濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じることがないという効果がある。

また、本発明では、周囲雰囲気に応じて電磁石の通電量を制御して、層厚規制部材に誘起される磁極の磁力を変化させるようにしたので、周囲雰囲気が変化しても濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じることがないという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明による現像装置の一実施例を示す図であり、図示の現像装置１０は画像形成装置（図示せず）で用いられる。画像形成装置は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料を用いた感光体ドラム（像担持体）を備えており、感光体ドラムの周囲には、帯電器、現像装置１０、転写器（転写ローラ）、及びクリーニングユニット等が配置され、感光体ドラムの表面を帯電器で均一に帯電した後、画像データに応じて感光体ドラム表面が露光されて、感光体ドラム上に静電潜像が形成される。

感光体ドラム上の静電潜像は現像装置１０によって現像されてトナー像となり、転写ローラと感光体ドラムとのニップ部に搬送された記録用紙上にトナー像が転写される。そして、記録用紙は定着装置に搬送されて、ここでトナー像が記録用紙上に定着された後、例えば、排紙トレイに排紙される。

現像装置１０は、現像容器１１を備えており、図示の例では、現像容器１１には一成分磁性トナーが収納されている。現像容器１１内には複数の攪拌機（ミキサー）１２が配設されており、現像容器１１のドラム開口側には、複数の磁極を有する固定マグネットローラ１３（図示の例では４極）を内包する非磁性の回転スリーブ１４が配置されている。現像容器１１には、磁性ブレード１５が取り付けられ、この磁性ブレード１５は回転スリーブ１４に垂下している。

つまり、回転スリーブ１４が図中実線矢印で示す方向に回転すると、磁性ブレード１５は、回転スリーブ１４が感光体ドラム１６に最も近接する位置（現像位置）から回転現像スリーブ１４の回転方向上流側に位置することになる。そして、磁性ブレード１５は、固定マグネットローラ１３の一磁極と対向し（以下この磁極を対向磁極（図示の例ではＳ極）という）、磁性ブレード１５の先端部と回転スリーブ１４との表面には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

図示のように、磁性ブレード１５に近接して、磁性ブレード１５よりも回転スリーブ１４の回転方向上流側には、磁性ブレード１５の幅方向に亘って板状の電磁石１７が配置されており、この電磁石１７には電流制御部（コントローラ）１８が接続され、コントローラ１８によって電源１９から電磁石１７に流す電流量（通電量）が制御される。さらに、コントローラ１８には湿度センサ２０が接続され、後述するようにして、湿度センサ２０で検出された雰囲気湿度に応じて、コントローラ１８は電磁石１７への通電量を制御することになる。

前述のように、現像装置１０において、感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を現像してトナー像（可視像）とする際には、磁性ブレード１５に集中する磁界と回転スリーブ１４へのトナー付着力（静電付着力）とによって、回転スリーブ１４上に形成されるトナー薄層の層厚が規制されることになる。さらに、トナーには回転スリーブ１４との摩擦（摺擦）によって帯電電荷が付与される。そして、感光体ドラム１６と回転スリーブ１４との間に交流バイアスによって交番電界が印加され、回転スリーブ１４から感光体ドラム１６側にトナーが飛翔し、静電潜像が現像される。

ここで、図２も参照すると、いま、対向磁極３１がＳ極であると、コントローラ１８（図２には示さず）が電磁石１７に通電すると、電磁石１７の回転スリーブ１４側端（以下電磁石先端と呼ぶ）がＳ極となる（つまり、電磁石先端がＳ極となるように電流の方向が規定される）。この結果、電磁石１７に近接する磁性ブレード１５の先端部にはＮ極が誘起され、対向磁極３１（Ｓ極）と磁性ブレード１５の先端（Ｎ極）との間に破線矢印で示すように磁路が形成される（この際、磁性ブレード１５の先端部と電磁石１７先端との間にも磁路が形成される）。

磁性ブレード１５の先端部における磁力は、電磁石１７で発生する磁界の強さに比例する。つまり、電磁石１７に流す電流が大きくなると、磁性ブレード１５の先端部における磁力が大きくなる。一方、電磁石１７先端と対向磁極３１との間には反発磁界が生じ、この反発磁界によって回転スリーブ１４上を搬送されるトナーＭはシェアされて帯電する。

回転スリーブ１４の回転につれて磁性ブレード近傍に搬送されたトナーＭは、磁性ブレード１５の先端部から対向磁極３１に向う磁路（磁界）によって、磁性ブレード１５の先端部から回転スリーブ１４の方向に向ってトナーチェーンを形成する。そして、トナーチェーンの先端が回転スリーブ１４との摩擦によってさらに帯電する。

また、磁性ブレード１５の先端部に吸着されたトナーＭは回転スリーブ１４の回転によっても回転スリーブ１４の回転方向に搬送されることはなく、この結果、磁性ブレード１５を通過したトナーＭはトナー薄層として回転スリーブ１４の回転によって現像位置に搬送される。磁性ブレード１５の先端部に吸着されるトナー量は、磁性ブレード１５の先端部における磁力によって決まるから（つまり、電磁石１７に流す電流によって決定されるから）、コントローラ１８によって電磁石１７に流す電流を変化させれば、トナー薄層の層厚が変化することになる。

いま、予め規定された層厚を有するトナー薄層を形成するための電流値（以下規定電流値と呼ぶ）よりも電流値を低くすると、磁性ブレード１５の先端部から回転スリーブ１４に向うトナーチェーンの結束力が弱くなって、磁性ブレード１５の先端部に吸着されるトナー量が少なくなり、トナー薄層の層厚が厚くなる。さらに、結束力が弱くなる結果、トナーチェーンが短くなって、回転スリーブ１４との摩擦（摺擦）が弱くなり、トナー帯電量が低くなる。

一方、規定電流値よりも電流を大きくすると、磁性ブレード１５の先端部から回転スリーブ１４に向うトナーチェーンの結束力が強くなって、磁性ブレード１５の先端部に吸着されるトナー量が多くなり、トナー薄層の層厚が薄くなる。さらに、結束力が強くなる結果、トナーチェーンが長くなって、回転スリーブ１４との摩擦（摺擦）が大きくなり、トナー帯電量が増加する。

このようにして、コントローラ１８によって電磁石１７に流す電流値を制御すれば、トナー帯電量及びトナー薄層の層厚を制御できることになり、例えば、周囲雰囲気の変化に応じて電磁石１７への通電量を変えてやれば、周囲雰囲気に起因するトナー帯電量及びトナー薄層厚の変動を吸収することができる。その結果、常に均一なトナー薄層及びトナー帯電とすることができ、濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じることがない。

ところで、前述したように、トナー抵抗値は周囲雰囲気によって変化し、特に、高湿環境下においては、水分の影響によって実質的にトナー抵抗値が低下し、トナー帯電量が低下する。一方、低湿環境下においては、実質的にトナー抵抗値が増大して摩擦によるトナー帯電量が増加する。

つまり、湿度等の周囲雰囲気が変化すると、磁性ブレード１５の先端部から回転スリーブ１４に向うトナーチェーンの状態が変化し、この結果、トナーチェーンの先端と回転スリーブ１４との摺擦状態が変化する。これによって、高湿環境下ではトナー帯電不足が生じ、低湿環境下ではトナー帯電過剰が生じる。

そこで、コントローラ１８は湿度センサ２０で計測された検知湿度（例えば、相対湿度）に応じて電磁石１７への通電量を制御する。コントローラ１８には、予め検知湿度と適正トナー層厚となる通電量との関係（検知湿度−適正トナー層厚通電量）が規定されたテーブル（第１のテーブル）が設定されており、この検知湿度−適正トナー層厚通電量は予め実験等によって求められる（なお、適正トナー層厚とは、濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じないトナー薄層の層厚を意味する）。

図３は第１のテーブルの一例を示す図であり、図３において、横軸は検出湿度、縦軸は通電量である。図３に示す例では、検出湿度が高くなるにつれて、段階的に通電量が増えている（なお、通電量は線形的に増加させるようにしてもよい）。

コントローラ１８では湿度センサ２０から検知湿度が入力されると、第１のテーブルを参照して、検知湿度に対応する通電量を求めて、この通電量に応じた電流を電源１９から電磁石１７に流す。この通電量は検知湿度に応じた適正トナー層厚とする通電量であるから、図２で説明したようにして、トナーチェーンが形成されて通電量に応じた層厚のトナー薄層が形成される。そして、適正トナー層厚の際には、トナー帯電量も適正な値（均一）となり、画像欠陥が生じることがない。

つまり、高湿状態では、電磁石１７に流す電流値を大きくして、磁性ブレード１５から回転スリーブ１４に向うトナーチェーンの結束力を大きくして、トナーチェーンと回転スリーブ１４との摺擦を強くしてトナー帯電量の不足を補うことになる。

一方、低湿状態では、電磁石１７に流す電流値を小さくして、トナーチェーンの結束力を弱くして、トナーチェーンと回転スリーブ１４との摺擦を弱くしてトナーの過剰帯電を抑制する。

いま、磁性ブレード１５と回転スリーブ１４とのギャップを０．３０ｍｍ、回転スリーブ１４の周速を４００ｍｍ／ｓｅｃ、磁性ブレード１４と対向する回転スリーブ表面における磁束密度を８０ｍＴとして、さらに、電磁石１７の芯材としてフェライトコアを用い、このフェライトコアに巻数２０ターンのコイルを巻いて、通常湿度（例えば、５０％）の際、電磁石１７によって発生させる磁束密度を６０ｍＴ、高湿（例えば、８０％）の際、電磁石１７によって発生させる磁束密度を８０ｍＴ、低湿（例えば、３０％）の際、電磁石１７によって発生させる磁束密度を４０ｍＴとして、現像を行ったところ、湿度にかかわらず、常に均一のトナー薄層が形成され、画像欠陥が生じることはなかった。

上述の例では、湿度センサ２０で検出した検出湿度に応じてコントローラ１８が電磁石１７の通電量を制御する例について説明したが、図１に破線で示すように、温度センサ２１を備えて、温度センサ２１によって検出された検出温度も考慮して、電磁石１７の通電量を制御するようにしてもよい。

この際には、コントローラ１８には、予め検知湿度及び検知温度と適正トナー層厚となる通電量との関係（検知温湿度−適正トナー層厚通電量）が規定されたテーブル（第２のテーブル）が設定されており、この検知温湿度−適正トナー層厚通電量は予め実験等によって求められる。

前述のように第２のテーブルには検知温度及び検知湿度と適正トナー層厚通電量との関係が規定されており、例えば、図４に示す第２のテーブルがコントローラ１８に設定されている。図４において、横方向（行方向）は湿度Ｈ（％）を示し、縦方向（列方向）は温度Ｔ（℃）を示している。そして、各湿度Ｈ_１〜Ｈ_Ｍ（Ｍは２以上の整数）及び各温度Ｔ_１〜Ｔ_Ｎ（Ｎは２以上の整数）に対応付けて適正トナー層厚通電量（通電量（Ａ））Ｅ_１１〜Ｅ_ＭＮが設定されている。例えば、温度Ｔ_１で湿度Ｈ_１の際には通電量はＥ_１１とされ、温度Ｔ_１で湿度Ｈ_２の際には通電量Ｅ_２１とされる。そして、温度Ｔ_Ｎで湿度Ｈ_Ｍの際には通電量Ｅ_ＭＮとされる。（つまり、湿度Ｈと温度Ｔとで通電量が規定されることになる）。コントローラ１８では湿度センサ２０及び温度センサ２１からそれぞれ検知湿度及び検知温度が入力されると、第２のテーブルを参照して、検知湿度及び検知温度に対応する通電量を検索通電量として求めて、この検索通電量に応じた電流を電源１９から電磁石１７に流す。この通電量は検知湿度及び検知温度に応じた適正トナー層厚とする通電量であるから、図２で説明したようにして、トナーチェーンが形成されて通電量に応じた層厚のトナー薄層が形成される。そして、適正トナー層厚の際には、トナー帯電量も適正な値（均一）となり、画像欠陥が生じることがない。

このようにして、検知湿度及び検知温度に応じて通電量を制御するようにすれば、より精度よくトナー薄層及びトナー帯電量を制御することができ、画像欠陥を効果的に防止することができる。

上述の説明は、現像装置で現像を行う際（つまり、画像形成時）の電磁石１７の通電量制御についてであるが、非画像形成時にはおいては、電磁石１７への通電をオフとするか又は画像形成時と逆向きに電磁石１７に電流を流すようにしてもよい。

磁性ブレード１５付近には、図２に示すように、トナーが滞留することになるが（特に未帯電トナーが滞留する）、このような滞留トナーは徐々に劣化して、画像形成に悪影響を及ぼす。このため、前述のように、非画像形成時に電磁石１７をオフとするとともに、回転スリーブ１４を回転させると、前述のトナーチェーンの結束力は極めて弱くなって、多量のトナーが回転スリーブ１４の下流側に搬送されることになる。そして回転スリーブ１４上のトナーを回収するようにすれば、滞留トナーが除去されて、画像形成時の滞留トナーによる悪影響を防止することができる。

また、画像形成時と逆向きに電磁石１７に電流を流せば、対向磁極３１と同極のＳ極が磁性ブレード１５の先端部に誘起される結果、対向磁極３１と磁性ブレード１５の先端部との間に反発磁界が形成される結果、さらに良好に滞留トナーを排出することができる。

層厚規制部材の回転スリーブ回転方向上流側に層厚規制部材に近接して電磁石を配置して、電磁石への通電量を制御するようにしたので、層厚規制部材による層厚規制及び回転スリーブとトナーとの摺擦を調整することができ、濃度ムラ及び画像かぶり等の画像欠陥が生じることがなく、複写機、プリンター、又はファクシミリ装置等の画像形成装置における現像装置に適用できる。

本発明による現像装置の実施例１を示す図である。図１に示す現像装置において磁性ブレード付近のトナー及びトナー層厚規制を示す図である。図１に示す現像装置に設定される通電量と湿度との関係であるテーブルの一例を示す図である。図１に示す現像装置に設定される通電量と湿度及び温度との関係であるテーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１０現像装置
１１現像容器
１２攪拌機（ミキサー）
１３固定マグネットローラ
１４回転スリーブ
１５磁性ブレード
１６感光体ドラム
１７電磁石
１８電流制御部（コントローラ）
１９電源
２０湿度センサ
２１温度センサ

Claims

非磁性の回転スリーブと該回転スリーブ内に内包され複数の磁極を備える固定マグネットローラを有する現像剤担持体と、静電潜像が形成された像担持体に最も近接する現像位置よりも前記回転スリーブの回転方向上流側に前記回転スリーブと対向して配置され現像剤の層厚を規制する磁性の層厚規制部材とを有し、前記現像位置で前記現像剤担持体上の現像剤によって前記静電潜像を現像する現像装置において、
前記層厚規制部材の前記回転スリーブ回転方向上流側に前記層厚規制部材に近接して配置された電磁石と、
前記電磁石への通電量を制御する通電制御手段とを有することを特徴とする現像装置。
前記層厚規制部材の先端部は前記固定マグネットローラの磁極の一つと対向し、
前記通電制御手段は、画像形成の際前記層厚規制部材の先端部が対向磁極と逆極性となるように前記電磁石に電流を印加するようにしたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記通電制御手段は周囲雰囲気に応じて前記電磁石の通電量を制御して、前記層厚規制部材に誘起される磁極の磁力を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
前記周囲雰囲気として湿度を検出して検出湿度を得る湿度センサを備え、
前記通電制御手段は前記検出湿度に応じて前記電磁石の通電量を制御して、前記層厚規制部材に誘起される磁極の磁力を変化させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の現像装置。
前記周囲雰囲気として湿度を検出して検出湿度を得る湿度センサと、温度を検出して検出温度を得る温度センサとを備え、
前記通電制御手段は前記検出湿度及び前記検出温度に応じて前記電磁石の通電量を制御して、前記層厚規制部材に誘起される磁極の磁力を変化させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の現像装置。
前記通電制御手段は、非画像形成の際前記電磁石への通電をオフするか又は前記画像形成時に前記電磁石に流す電流と逆向きに前記電磁石へ電流を印加するようにしたことを特徴とする請求項２記載の現像装置。