JP2005115115A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 像担持体上へのキャリア付着を抑制する現像装置を提供すること。
【解決手段】 像担持体の潜像画像を２成分現像剤で可視像化するために磁気ブラシを現像剤担持体上に形成し、前記像担持体との間に現像ニップ領域を有する現像装置であって、前記現像剤担持体が非磁性の現像スリーブと当該現像スリーブ内に固定配置された複数の磁極とからなる現像装置において、前記現像スリーブ上における法線方向の磁気吸引力Ｆｒは現像ニップ領域出口近傍で、Ｆｒ≧０．１３Ｎであることを特徴とする現像装置。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電子写真方式の複写装置或いはプリンタなどの画像形成装置において用いられる現像装置に関する。

近年、電子写真方式を用いた画像形成装置において、高画質画像や装置の小型化の要求が高まっており、これらの要求に対応するために現像装置においては、トナーの小粒径化、キャリアの小粒径化、或いは、現像スリーブの小径化が行われるようになってきた。

小粒径トナーとしては、小粒径化が容易で、粒度分布、形状が均一な重合トナーが用いられるようになってきた。

しかしながら、細線再現性やベタ黒画像のハキメを防止するためにキャリアを小粒径化するとキャリアと現像スリーブとの吸引力が低下し、現像時にキャリアが像担持体である感光体に付着してしまうキャリア付着という問題が発生する。

キャリアが感光体に付着すると、転写抜け、黒ポチ等の画像不良、感光体表面の傷による画像不良、耐久性等の低下を招いてしまう。

また、キャリア付着を防ぎ、かつ、現像スリーブを小径化するためには磁力の高い磁石を用いなければならず、コスト高になってしまう。

そこで、小粒径のキャリアを用いても、或いは、スリーブを小径化してもキャリア付着が発生しない技術が要求されるようになってきた。

この様な要求に対して、以下のような技術が提案されている。

即ち、現像ニップ出口の合成磁束密度を６５ｍＴ以上にすることによりキャリア付着を防止しようとするものである（例えば、特許文献１参照）。

また、主磁石の磁束密度の半値幅よりも現像ニップ下流側の補助磁石の磁束密度の半値幅を大きくすることによりキャリア付着を防止するものである（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２１９６９号公報 特開２００３−４３８２３号公報

しかしながら、キャリアを感光体に付着させないためにはキャリアをスリーブに吸引させる力（磁気吸引力）が必要である。この磁気吸引力の分布は、特許文献１の図２に示されるように必ずしも磁束密度の分布とは一致しない。このことは、磁束密度の値や分布を規定しても必ずしもキャリア付着が効果的に抑制されるとは限らないことを意味する。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成で、キャリア付着を抑制することが出来る現像装置を提供することにある。

本発明者らは、上述したキャリア付着は２成分現像剤（以下、現像剤という）が像担持体を摺擦する現像ニップ領域の出口近傍の磁気吸引力と相関があることに着目し、キャリア付着を防ぐには現像ニップ領域出口近傍の磁気吸引力を大きくする必要があるという知見を得て、本発明に至った。

即ち、本発明は、小粒径キャリアを用いても、現像ニップ領域出口近傍の磁気吸引力を規定することによりキャリア付着を防止できる現像装置を提供するものである。

具体的には現像スリーブの断面図である図１に示すように、本発明は、像担持体１に対向し、かつ、対向位置にて像担持体と同方向に回転する円筒状の非磁性の現像スリーブ２２と、当該現像スリーブ２２内に固定配置した複数の磁極からなる磁界発生手段２３とを有する現像装置２０であって、現像スリーブ２２上における法線方向の磁気吸引力Ｆｒが現像ニップ領域ＮＩＰの出口近傍Ｅにおいて、Ｆｒ≧０．１３Ｎであることを特徴とするものである。

なお、磁気吸引力Ｆｒはキャリアに対して現像スリーブ２２の中心方向に作用する力である。

図２は磁気吸引力Ｆｒを横軸、像担持体１の非画像部の帯電電位と現像スリーブ２２の現像バイアス電位との電位差を縦軸に取り、キャリア付着が発生し始める点（図の×印）をプロットしたものである。

例えば、磁気吸引力Ｆｒが０．１Ｎのときに、前記電位差が１００Ｖでキャリア付着が発生し始め、それ以上前記電位差が大きくなるとキャリア付着が多くなることを示している。

図の×印は像担持体１上の非画像部におけるキャリア個数を計測し、０．００１ｍ²の面積の中に２個カウントされた点を示している。なお、カウントされる個数が３個以上あると画像不良と見なされる。

キャリア付着は前記電位差が大きいほど発生し易くなるが、図２から判るように、磁気吸引力Ｆｒを大きくすることによりキャリア付着が始まる前記電位差を大きくすることが出来る。

前記電位差が大きいほどトナーが像担持体１に付着するいわゆるトナーかぶりを押さえることが出来るので、磁気吸引力Ｆｒを大きくすることにより、トナーかぶりとキャリア付着の両方を押さえることが出来ることを示している。

トナーかぶりを押さえるためには前記電位差が１００Ｖ〜１５０Ｖ必要であるが、図から判るように磁気吸引力Ｆｒは０．１３Ｎ以上あればよいことが判る。

なお、磁気吸引力Ｆｒは下記のように表されるが、本発明では、図３に示す磁気吸引力測定装置を用いて磁気吸引力Ｆｒを測定した。

│Ｆｒ│＝ｃ×｛Ｂｒ（∂Ｂｒ／∂ｒ）＋（Ｂθ／ｒ）（∂Ｂｒ／∂θ）｝
ｃ：キャリアの直径、透磁率に関係する係数
ｒ：現像スリーブの法線方向の位置
Ｂｒ：磁束密度の法線方向成分
Ｂθ：磁束密度の回転方向成分
∂ｒ：現像スリーブの法線方向変化率
∂θ：現像スリーブの回転方向変化率
ここで、図３の磁気吸引測定装置について説明する。

図１における磁界発生手段２３を被測定物である磁石ローラ３０として水平状態になるように駆動部３１と支持腕３２に取り付ける。電子天秤３３に、磁石ローラ３０の回転軸に平行であり、磁石ローラ３０の回転軸を通る垂線が中心となるように吸引部材４０を保持した保持部材３４を設定する。

磁性体である鉄の棒からなる吸収部材４０は、図４（ａ）に示すように保持部材３４に保持され、図４（ｂ）に示すように高さ１±０．０１ｍｍ、幅１±０．０１ｍｍ、長さ３５ｍｍ±０．５ｍｍであり、底部の両側部に２×２ｍｍの面取りを付けた比透磁率が５０００μｒの鉄材からなる棒である。磁石ローラ３０と吸引部材４０との間隔は、吸引ギャップ設定部３５により設定される。

駆動部３１で磁石ローラ３０を回転させ、電子天秤３３で磁石ローラ３０の各回転位置における磁気吸引力Ｆｒを測定する。

測定結果はコントローラ３６で演算されてレコーダ３７において記録される。

本発明における磁気吸引力Ｆｒは、吸引ギャップ設定部３５により現像スリーブ２２（図１参照）の外周面から０．１ｍｍ離れた位置に相当する位置に、吸引部材４０の図４における上面を設定したときの測定値である。

次に、本発明は、また、現像ニップ領域出口近傍Ｅにおける磁気吸引力Ｆｒを効率的に得るために、現像ニップ領域出口近傍Ｅにおいて磁気吸引力Ｆｒのプロフィルがピークを有するように構成したことを特徴とする。

具体的には、図１に示す磁界発生手段２３のうち、像担持体１と対向する位置にある主磁極Ｎ１と、現像スリーブ２２の回転方向に見て下流側に隣接する下流側磁極Ｓ２との位置関係を変えることにより、図５に示すように上記ピーク値が変化することに着目し、所望の磁気吸引力Ｆｒを得るよう構成した。

図５は、下流側磁極Ｓ２を主磁極Ｎ１に近づけていった場合の磁気吸引力Ｆｒのプロフィルの変化を示す説明図である。

実線は主磁極Ｎ１に対して下流側磁極Ｓ２が近い場合、点線は遠い場合の磁気吸引力Ｆｒのプロフィルである。

図から明らかなように、下流側磁極Ｓ２を主磁極Ｎ１に近づけると現像ニップ領域出口近傍Ｅにおいて磁気吸引力Ｆｒのプロフィルにピークが発生している。

この様に下流側磁極Ｓ２を主磁極Ｎ１に対して適切な位置に設定することにより現像ニップ領域出口近傍Ｅにおいて高い磁気吸引力Ｆｒを効率的に得られることが判った。

また、前記磁気吸引力Ｆｒのプロフィルは前記現像ニップ領域ＮＩＰの近傍で、前記現像スリーブ回転方向に見て前記ピークより上流側にピークを有し、上流側のピーク値をＸ、下流側（現像領域出口近傍Ｅ）のピーク値をＹとしたとき、Ｘ≧０．９Ｙの関係を持たせることを特徴とする。この様に規定することにより上流側にも十分な磁気吸引力を持たせることが出来、安定した現像を行うことが判った。

なお、当然であるが、現像領域出口近傍Ｅに複数のピークがある場合は、最も大きいピーク値をＹとする。同様に上流側についても最も大きいピーク値をＸとする。また、上述の現像ニップ領域ＮＩＰの近傍とは現像ニップ領域ＮＩＰを含むものとする。

更に、図１において、前記現像スリーブ２２上における前記主磁極Ｎ１の法線方向の磁束密度のピーク位置をＡ、前記下流側磁極Ｓ２の法線方向の磁束密度のピーク位置をＢ、前記現像スリーブの回転中心をＯとしたときに、∠ＡＯＢ＜８０°であることを特徴とする。この様に構成することにより
前記現像ニップ領域出口近傍Ｅに磁気吸引力Ｆｒのプロフィルがピークを有することが可能になる。

ここで、上述した知見は、現像スリーブ２２の直径が１０ｍｍ〜５０ｍｍ、重量平均粒径が１０μｍ〜８０μｍのフェライト粒子に樹脂コーティングしたキャリア、重量平均粒径が３μｍ〜１０μｍの非磁性の重合トナーを元に得た。

また、現像ニップ領域ＮＩＰは像担持体１と現像スリーブ２２とを所定の位置に配置し現像動作を行い、その途中で動作を停止し像担持体１を取り出し、当該像担持体１に付着したトナーの円周方向の幅を測定することにより求めた。

請求項１の発明によれば、現像ニップ領域出口近傍で、現像スリーブ上における法線方向の磁気吸引力Ｆｒを、Ｆｒ≧０．１３Ｎにすることにより、像担持体上へのキャリア付着を効果的に抑制できる。

請求項２の発明によれば、磁気吸引力Ｆｒのプロフィルが現像ニップ領域出口近傍でピークを有するように構成することにより、高い磁気吸引力を効率的に得ることが出来、キャリア付着を効果的に抑制できるとともに、主磁極、下流側磁極に低磁界の磁石を用いることが可能になり、現像スリーブの小径化や、コストダウンを図ることが出来る。

請求項３の発明によれば、磁気吸引力のプロフィルが現像ニップ領域及びその近傍において２つのピークを有し、これらのピーク値の関係を規定することにより現像動作を確実に行わせることが出来る。

請求項４の発明によれば、現像スリーブ上における主極の法線方向の磁束密度のピーク位置と、下流側磁極の法線方向の磁束密度のピーク位置とが現像スリーブの中心となす角度を規定することにより、現像ニップ領域出口近傍において、磁気吸引力のプロフィルがピークを有するように構成することが出来、キャリア付着を効果的に抑制できる。

請求項５の発明によれば、現像スリーブを小径化してキャリア付着のない現像装置が得られる。

請求項６の発明によれば、キャリアを小粒径化してキャリア付着のない現像装置が得られる。

請求項７の発明によれば、小粒径の重合トナーを用いてキャリア付着のない現像装置が得られる。

以下に本発明の現像装置の一例を図面を参照しながら説明する。

図６は本発明の実施の形態の一例である現像装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。

図の矢印の方向に回転する像担持体１に対して帯電装置２で帯電して一様な電位を形成し、露光装置３により像露光して、像担持体１上に潜像画像を形成する。

像担持体１は表面に負帯電系の有機感光体からなる表面層を有する光導電性ドラムである。

像担持体１上に形成された潜像画像は現像装置２０により形成された磁気ブラシにより現像され可視化像（トナー像）を形成する。

現像装置２０としては、非磁性トナーと磁性キャリアを含有する２成分現像剤を用い、接触現像を行う現像装置が用いられる。

現像装置２０の現像スリーブ２２には，ＤＣバイアス、又は、ＤＣ＋ＡＣバイアスが印加される。

像担持体１上に形成されたトナー像は転写装置６により記録材Ｐに転写される。

トナー像が転写された記録材Ｐは分離装置７で像担持体１から分離され、定着装置９に搬送され、当該定着装置９によりトナー像が定着される。

記録材Ｐは、給紙装置（不図示）から１枚ずつ供給され、レジストローラ１０により像担持体１と転写装置６間に搬送された後、搬送ベルト１１、定着装置９、及び、排紙ローラ１２で搬送され機外に排出される。

記録材Ｐが分離された後の像担持体１の表面は、クリーニング装置８によって残留トナーが除去される。

次に、現像装置２０の構成について図７を用いて説明する。

図７は現像装置２０の要部断面図である。

現像剤を担持、搬送する現像剤担持体２１は非磁性の円筒体からなる現像スリーブ２２と、当該現像スリーブ２２内に固定配置された複数の磁極からなる磁界発生手段２３とで形成されている。

磁界発生手段２３の各磁極は、主磁極であるＮ１、及び、Ｎ１から図の時計方向に見てＳ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２（下流側磁極）の順に配設されている。

トナー補給口２４から補給されたトナーは撹拌部材２５により現像剤と撹拌される。キャリアとトナーが均一に混合された現像剤は搬送部材２６により現像スリーブ２２に供給され、現像スリーブ２２上に担持される。現像スリーブ２２上に担持された現像剤は棒状の規制部材２７により現像剤量が一定量になるように規制され、磁界発生手段２３の磁界の作用により現像スリーブ２２上に担持されながら搬送される。

像担持体１は矢印で示す時計方向、現像スリーブ２２は矢印で示す反時計方向に回転し、現像スリーブ２２と像担持体１との間には、主として主磁極Ｎ１の作用により磁気ブラシＢＳが形成され、当該磁気ブラシＢＳの穂が像担持体１に接触して現像を行い像担持体上１の潜像画像を可視化する。

現像スリーブ２２と像担持体１との間には、磁気ブラシＢＳの穂が像担持体１に接触している領域、即ち、現像ニップ領域ＮＩＰが形成される。

現像後の現像剤は下流側磁極Ｓ２、磁極Ｎ３により搬送され、磁極Ｎ３と磁極Ｎ２との反発磁界により現像スリーブ２２上から離脱し、搬送部材２６により搬送されて撹拌部２８に環流される。

次に、本実施の形態の現像装置２０の主たる作動条件について説明する。

（１）現像スリーブ２２上における法線方向の磁気吸引力Ｆｒが現像ニップ領域出口近傍Ｅ（図１参照）で、０．１３Ｎ以上である。

磁気吸引力Ｆｒは図３に示す磁気吸引力測定装置で測定される値である。

即ち、磁気吸引力Ｆｒは現像スリーブ２２の表面から０．１ｍｍ離れた位置に高さ１ｍｍ×幅１ｍｍ×長さ３５ｍｍの直方体からなる比透磁率５０００μｒの鉄材を対向させたときに前記鉄材が吸引される力である。

磁気吸引力Ｆｒが０．１３Ｎ未満の場合、像担持体１の非画像部の表面電位と現像バイアス電位との電位差が１５ＯＶ以上になるとキャリア付着が発生してしまう。

（２）磁気吸引力Ｆｒのプロフィルが現像ニップ領域出口近傍Ｅにピークを有する。

上記ピークが形成されないと、現像ニップ領域出口近傍Ｅで高い磁気吸引力Ｆｒを得るのが困難になる。

（３）磁気吸引力Ｆｒが現像ニップ領域ＮＩＰの近傍で現像スリーブ２２の回転方向に見て現像ニップ領域出口近傍Ｅのピークより上流側にもピークを有し、上流側のピーク値をＸ、下流側（現像領域出口近傍）のピーク値をＹとしたときに、０．９Ｙ≦Ｘの条件を満たすようにする。

（４）現像スリーブ２２上における主磁極Ｎ１の法線方向の磁束密度のピーク位置Ａ、下流側磁極Ｓ２の法線方向の磁束密度のピーク位置Ｂ、現像スリーブ２２の回転中心Ｏとの間でなす角度∠ＡＯＢは８０°より小さく、３０°より大きくなるように設定する。

なお、∠ＡＯＢは６０°以下であることが好ましい。

∠ＡＯＢが８０°以上では現像ニップ領域出口近傍Ｅで磁気吸引力Ｆｒのプロフィルにピークが形成されないため、所望の磁気吸引力が得にくい。

∠ＡＯＢが３０°以下では、現像スリーブ上２２上の現像剤の搬送が正常に行われないことがある。

（５）現像スリーブ２２は外径が１０ｍｍ〜５０ｍｍである非磁性の円筒部材を用いる。

外径が１０ｍｍより小さいと、現像ニップ領域が狭くなり濃度の確保が困難になる場合があり、５０ｍｍを越えると装置が大型化してしまう。

（６）現像剤のキャリアは重量平均粒径が１０μｍ〜８０μｍのフェライト粒子にシリコーン樹脂を被覆したものを用いる。

キャリアの重量平均粒径の測定は、湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「へロス（ＨＥＬＯＳ）」（シンパテック（ＳＹＭＰＡＴＥＣ）社製）により測定したものである。

フェライト粒子としては、４５ｅｍｕ／ｇ〜７０ｅｍｕ／ｇの飽和磁化を有するものが好ましい。

キャリア粒径が１０μｍより小さいと、キャリア粒子１個１個の磁化が弱くなりキャリア付着が発生しやすくなり、８０μｍを越えるとガサツキ、ハキメと称されるベタ画像部の画質低下が発生しやすくなる。

（７）現像剤のトナーは重量平均粒径が３μｍ〜１０μｍの重合法で製造された粒子を用いる。

重合トナーはトナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状とがバインダー樹脂の原料モノマー又はプレポリマーの重合及びその後の化学的処理により形成されて得られるトナーを意味する。

より具体的には、懸濁重合又は乳化重合等の重合反応と必要によりその後行われる粒子同士の融着工程を経て得られる。重合トナーは、原料モノマー又はプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させトナーを製造することから、小粒径で、トナーの粒度分布及び形状の均一な球形トナーが得られる。

トナーの重量平均粒径は、湿式分散機を備えた「コールターカウンターＴＡ−１１」又は「コールターマルチサイダー」（何れもコールター社製）により測定したものである。

トナー粒径が３μｍよりも小さいと、かぶりやトナー飛散が発生しやすくなり、１０μｍよりも大きいと、解像力が低下し低濃度部の表現性が低下することがある。

キャリア付着の有無を調べるため次の条件で画像形成実験を行った。

・像担持体：負帯電性ＯＰＣ感光体
・現像スリーブ外径：２５ｍｍ
・現像スリーブ回転数：３９０ｒｐｍ
・現像スリーブ／像担持体周速比＝２．２４
・像担持体帯電電位：−７００Ｖ
・現像バイアス電位：−５５０Ｖ
・キャリア：重量平均粒径８０μｍ
・トナー：重量平均粒径６．５μｍ
更に、上記条件に加え、図８に示すように、主磁極Ｎ１に対する下流側磁極Ｓ２の角度を変化させた。

図８（ａ）は法線方向の磁束密度、（ｂ）は磁気吸引力Ｆｒの変化を示している。

（イ）は主磁極Ｎ１と下流側磁極Ｓ２とのなす角度∠ＡＯＢが７５°、（ロ）は１００°における、法線方向の磁束密度、磁気吸引力のプロフィルである。

図から明らかなように、現像ニップ領域出口近傍Ｅにおいて磁気吸引力Ｆｒは、（イ）０．１３Ｎ、（ロ）０．１０Ｎである。

これらの条件の下に、キャリア付着の比較を行った結果、現像ニップ領域出口近傍Ｅの磁気吸引力Ｆｒが０．１０Ｎではキャリア付着が発生したが、０．１３Ｎではキャリア付着の発生がなかった。

なお、キャリア付着は像担持体上で、３個／０．００１ｍ²以上発生した場合を発生あり、２個／０．００１ｍ²以下を発生無しとした。

現像スリーブの断面図。 磁気吸引力Ｆｒと、像担持体１の非画像部の帯電電位と現像スリーブ２２の現像バイアス電位との電位差と、キャリア付着との関係図。 磁気吸引測定装置の概略正面図。 磁気吸引部材としての磁性体棒の説明図。 下流側磁極Ｓ２の位置を変化させたときの磁気吸引力Ｆｒのプロフィルの変化を示す説明図。 画像形成装置の全体図。 現像装置の要部断面図。 法線方向の磁束密度、磁気吸引力の変化を示す説明図。

符号の説明

１ 像担持体
２ 帯電装置
３ 露光装置
６ 転写装置
７ 分離装置
８ クリーニング装置
９ 定着装置
１０ レジストローラ
１１ 搬送ベルト
１２ 排紙ローラ
２０ 現像装置
２１ 現像剤担持体
２２ 現像スリーブ
２３ 磁界発生手段
２４ トナー補給口
２５ 撹拌部材
２６ 搬送部材
２７ 規制部材
２８ 撹拌部
ＢＳ 磁気ブラシ
Ｅ 現像ニップ領域出口近傍
ＮＩＰ 現像ニップ領域

Claims (7)

1. 像担持体の潜像画像を２成分現像剤で可視像化するために磁気ブラシを現像剤担持体上に形成し、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に現像ニップ領域を有する現像装置であって、前記現像剤担持体が非磁性の現像スリーブと当該現像スリーブ内に固定配置された複数の磁極とからなる現像装置において、前記現像スリーブ上における法線方向の磁気吸引力Ｆｒが現像ニップ領域出口近傍で、Ｆｒ≧０．１３Ｎであることを特徴とする現像装置。
   但し、前記磁気吸引力Ｆｒは前記現像スリーブ表面から０．１ｍｍ離れた位置に高さ１ｍｍ×幅１ｍｍ×長さ３５ｍｍの直方体からなる比透磁率５０００μｒの鉄材を対向させたときに前記鉄材が吸引される力である。
2. 前記磁気吸引力Ｆｒのプロフィルは前記現像ニップ領域出口近傍にピークを有することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記磁気吸引力Ｆｒは前記現像ニップ領域近傍で前記現像スリーブの回転方向に見て前記ピークより上流側にピークを有し、上流側のピーク値をＸ、下流側のピーク値をＹとしたときに、０．９Ｙ≦Ｘであることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記複数の磁極は、少なくとも前記像担持体と対向位置にある主磁極と、下流側に隣接する下流側磁極とを有し、前記現像スリーブ上における前記主磁極の法線方向の磁束密度のピーク位置をＡ、前記下流側磁極の法線方向の磁束密度のピーク位置をＢ、前記現像スリーブの回転中心をＯとしたときに、∠ＡＯＢ＜８０°であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記現像スリーブの直径が１０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記現像剤のキャリアの重量平均粒径が１０μｍ〜８０μｍであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 前記現像剤のトナーの重量平均粒径が３μｍ〜１０μｍの重合トナーであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の現像装置。

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