JP2005250013A - 現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い磁気力を持つキャリア付着余裕度の高い現像ローラ及び該現像ローラを用いる現像装置並びに疎の現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】 非磁性体からなる現像スリーブ５と、該現像スリーブ５内に設けられたマグネットロール６と、該マグネットロール６に現像磁極Ｐ１を含む複数の磁極を有する現像ローラ２であって、マグネットロール６の現像磁極Ｐ１及びその現像剤搬送方向下流側に隣設する下流磁極Ｐ２の法線方向の磁束密度分布に関し、現像磁極Ｐ１のピーク磁束密度点から下流磁極Ｐ２のピーク磁束密度点の範囲における法線方向磁束密度の円周方向に対する変化率曲線に極小点が生じない磁気特性としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、現像ローラ、該現像ローラを用いる現像装置、該現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、或いはそれらの少なくも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置において、感光体ドラムや感光体ベルト等の潜像担持体上に形成された静電潜像を現像装置によって現像することにより可視像が得られる。かかる現像装置において、非磁性体のトナーと磁性体のキャリアを混合した現像剤を用いた所謂二成分現像方式もよく知られており、広く用いられている。

二成分現像方式では、現像ローラ外周面に現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、現像ローラと潜像担持体の間で現像可能電界が確保されている現像領域において、静電潜像が形成された潜像担持体と電気的バイアスが印加されたスリーブとの間の電界によって、前記磁気ブラシから対向する潜像担持体の潜像面へトナーを選択的に供給付着することにより、静電潜像が現像させる。

現像ローラは、一般に、非磁性体よりなる円筒状の現像スリーブを有し、このスリーブ表面に現像剤の穂立ちを生じさせるように磁界を形成するマグネットロールをスリーブ内部に備えている。穂立ちの際、キャリアがマグネットロールで生じる磁力線に沿うようにスリーブ上に穂立ちすると共に、この穂立ちに係るキャリアに対して帯電トナーが付着されている。マグネットロールは、複数の磁極が磁石等で形成されていて、特にスリーブ表面の現像領域部分では現像剤を立ち上げる現像磁極を備えている。現像スリーブとマグネットロールの少なくとも一方が動くことでスリーブ表面に穂立ちを起こした現像剤が移動するようになっており、現像領域に搬送された現像剤は現像主極から発せられる磁力線に沿って穂立ちを起こし、この現像剤のチェーン穂は撓むように潜像担持体表面に接触し、接触した現像剤のチェーン穂が潜像担持体との相対線速差に基づいて静電潜像と擦れ合いながらトナー供給を行う。

近年、電子写真方式の画像形成装置においては高画質化のニーズが高まり、その達成手段として現像剤に用いるキャリア・トナーの小径化や潜像担持体と現像ローラとのギャップを狭めるなどの手段が採用され、高画質化に効果があることは証明されている。しかし、その一方で副作用として潜像担持体へのキャリア付着の悪化がネックとなっている。このキャリア付着は、キャリアが現像ローラから受ける磁気力よりも潜像担持体との電界による電気力が大きい場合に発生し、キャリア付着防止には潜像担持体からの電気力を小さくするために潜像担持体の帯電電位や現像ローラの電位を調整する場合もあるが、この場合は逆に潜像担持体非画像領域へのトナー付着が起こりやすくなり画像上地汚れ等の不具合が発生しやすくなるため好ましくない。

また、キャリア付着は現像磁極Ｐ１とその下流磁極Ｐ２間の磁気力が低いと発生し易いことが判っているが、現像磁極Ｐ１とその下流磁極Ｐ２間磁気力は現像磁極、下流磁極の距離や半値幅等の磁束密度分布が寄与するため、現像装置構成とのマッチングを考慮すると磁気特性設計自由度が高いとは言えない。

本発明は、上記した従来の問題を解消し、高い磁気力を持つキャリア付着余裕度の高い現像ローラ及び該現像ローラを用いる現像装置並びに疎の現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、非磁性体からなる現像スリーブと、該現像スリーブ内に設けられたマグネットロールと、該マグネットロールに現像磁極を含む複数の磁極を有する現像ローラにおいて、前記マグネットロールの前記現像磁極及びその現像剤搬送方向下流側に隣設する下流磁極の法線方向の磁束密度分布に関し、前記現像磁極のピーク磁束密度点から前記下流磁極のピーク磁束密度点の範囲における法線方向磁束密度の円周方向に対する変化率曲線に極小点が生じないことを特徴としている。

なお、本発明の現像ローラは、トナーとして平均粒径１０μｍ以下の重合トナーを用いる前記現像磁極の法線方向の磁束密度減衰率が４０％以上であると、効果的である。

さらに、本発明の現像ローラは、前記現像磁極と前記下流磁極の少なくとも一方が希土類マグネットブロックで構成されると、効果的である。
さらにまた、本発明の現像ローラは、前記希土類マグネットブロックが磁気異方性を有すると、効果的である。

さらにまた、本発明の現像ローラは、前記下流磁極が磁気異方性を有した磁性粉と樹脂とを圧縮成型により製造して得られた前記希土類マグネットブロックで構成されていると、効果的である。

さらにまた、本発明の現像ローラは、前記下流磁極の前記希土類マグネットブロックの磁化方向が半径方向に対して現像磁極側に向いていると、効果的である。
さらにまた、本発明の現像ローラは、前記マグネットロールは高分子化合物としてエチレン・エチル重合体で構成されると、効果的である。

さらにまた、本発明の現像ローラは、前記エチレン・エチル重合体のエチル成分が２５％〜３５％であると、効果的である。
上記課題を解決するため、本発明の現像装置は、潜像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置において、請求項１ないし８の何れか一項に記載の現像ローラを備え、かつ、現像剤に５０μｍ以下のキャリアを用いることを特徴と潜像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置において、請求項１ないし１２の何れか一項に記載の現像ローラを備えていることを特徴としている。

なお、本発明の現像装置は、トナーとして平均粒径１０μｍ以下の重合トナーを用いると、効果的である。
また、上記課題を解決するため、本発明のプロセスカートリッジは、請求項９または１０に記載した現像装置を備えたことを特徴としている。

また、上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、請求項９または１０に記載した現像装置を備えたことを特徴としている。

請求項１の構成によれば、Ｐ１−Ｐ２間の法線方向磁束密度の円周方向変化率が極小値を持たないため、Ｐ１−Ｐ２間の磁気力落ち込みが小さく、キャリア付着に余裕度が高い現像ローラを提供できる。

請求項２の構成によれば、後端白抜けや細線カスレ等がない良好な画像を提供することができる。
請求項３の構成によれば、磁気特性の高い希土類元素を含むマグネットブロックをＰ１またはＰ２に使用するため、よりキャリア付着余裕度の高い現像ローラを提供することができる。

請求項４の構成によれば、より磁気特性の高いマグネットブロックを使用するため、請求項３に比べて高い磁気力を有しキャリア付着余裕度の高い現像ローラを提供することができる。

請求項５の構成によれば、磁束密度を高くすることができ、Ｐ１−Ｐ２間の磁気力落ち込みが小さいまま磁気力を高くできるため、キャリア付着余裕度が高い現像ローラを提供することができる。

請求項６の構成によれば、Ｐ１−Ｐ２間磁気力の落ち込みを小さくでき、キャリア付着余裕度が高い現像ローラを提供することができる。
請求項７の構成によれば、生産性に優れた押出し成型が可能なため、低コストの現像ローラを提供することができる。

請求項８の構成によれば、押出成型における配向性が高い材料を使用しているため、フェライトマグネットロールの磁気特性も高く、よりＰ１−Ｐ２間の磁束密度変化率を小さくでき、Ｐ１−Ｐ２間磁気力が高くキャリア付着余裕度の高い現像ローラを提供することができる。

請求項９の構成によれば、粒径５０μｍ以下のキャリアを用いるため、キャリア付着余裕度の高い良好な画像特性の現像装置を得ることができる。
請求項１０の構成によれば、平均粒径１０μｍ以下の重合トナーを用いるため、キャリア付着余裕度の高い良好な画像特性の現像装置を得ることができる。

請求項１１の構成によれば、交換が容易であり、常に高画質画像を提供できる。
請求項１２の構成によれば、常に高画質画像の画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る現像ローラを有する現像装置の概略構成を示す画像形成装置の説明図である。図１において、現像装置１には現像ローラ２が設けられており、現像ローラ２は現像ケーシング３に形成された開口４を介して潜像担持体である感光体ドラム１０と対向配置されている。現像ローラ２は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブ５と、該現像スリーブ５内に設けたマグネットロール６とで構成され、現像スリーブ５が図示していない駆動手段に図中時計回りに回転され、マグネットロール６は固定状態で備えられる。なお、感光体ドラム１０の周りには図示していないが、帯電、露光、転写、クリーニング、徐電等の画像形成ユニットが配置されている。

現像ローラ２の磁極配置は現像ローラ２と感光体ドラム１０の最近接位置の近傍において、通常、現像磁極（Ｐ１）は現像効率および画質を両立させるため感光体ドラム１０の最近接位置か数度上流に配置される場合が多い。また、現像磁極Ｐ１の下流側に位置する下流磁極Ｐ２は現像ケーシング３の開口４より下流側に配置することが好ましい。これは、下流磁極Ｐ２のピーク磁束密度位置がケースの開口４側に位置した場合、磁気ブラシの先端が開口端部でケースと接触し現像剤の飛散が発生しやすいためである。したがって、下流磁極Ｐ２の位置は現像ケーシング３の開口位置によって決定されるケースが多い。現像領域では、感光体ドラム１０との接触による機械的な力及び現像のための電気力（現像剤を感光体ドラム１０にひきつける力）によって現像剤には現像ローラ２から離脱する力が働く。このとき現像ローラ２による磁気力が，先述した離脱する力より小さいと感光体ドラム１０へのキャリア付着やケーシング外へのキャリア落ちが発生する。これらを防止するために一般的には現像磁極Ｐ１の磁束密度、下流磁極Ｐ２の磁束密度を高くする対策が行われるが、この場合でも現像磁極Ｐ１位置ならびに下流磁極Ｐ２の位置での磁気力は高くなるものの、磁極Ｐ１−Ｐ２間の磁気力は高くなりにくい。したがって、現像磁極Ｐ１が数度上流に配置されることもあり、現像磁極Ｐ１下流域でのキャリア付着/飛散が発生しやすい。

キャリア付着余裕度を増すには、下流磁極Ｐ２の磁気力を高めることであるが、本発明者の研究によれば、単に下流磁極Ｐ２の磁気力を高めるだけでは不十分であり、現像磁極Ｐ１から下流磁極Ｐ２間の全域において高い磁気力を保持させることが重要であることを見出した。

そこで、磁極Ｐ１−Ｐ２間の全域において高い磁気力を保持には、現像ローラ２の現像磁極Ｐ１のピーク磁束密度位置から下流磁極Ｐ２のピーク磁束密度位置にかけて、法線方向磁束密度の円周方向に対する変化率に極小値を持たないように構成することを見出した。すなわち、現像磁極Ｐ１のピーク磁束密度位置から下流磁極Ｐ２のピーク磁束密度位置にかけて、法線方向磁束密度の円周方向に対する変化率に極小値が生じ無い磁気特性の現像ローラ２を用いることを見出した。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、現像磁極Ｐ１から下流磁極Ｐ２間にかけて、法線方向磁束密度の円周方向に対する変化率に極小値を持たない本発明の現像ローラに基づく実施例Ａ，Ｂとその間に極小値を持つ従来の現像ローラに基づく比較例Ｃ，Ｄにおける、現像磁極Ｐ１から下流磁極Ｐ２の磁極角度（Ｄｅｇ）における法線方向磁束密度、法線方向磁束密度円周方向変化率、磁気力を示すグラフである。本発明の実施例Ａ，Ｂと従来の比較例Ｃ，Ｄは、ほぼ同様の極配置で、磁束密度も図２（ａ）に示すように、ほぼ同等である。しかし、図２（ｂ）に示すように、本発明の実施例Ａ，Ｂは磁極Ｐ１−Ｐ２間において法線方向磁束密度円周方向変化率の極小値をもたないが、従来の比較例Ｃ，Ｄは磁極Ｐ１−Ｐ２間において法線方向磁束密度円周方向変化率の極小値を有している。この結果、図２（ｃ）に示すように、従来の比較例Ｃ，Ｄでは磁極Ｐ１−Ｐ２間において磁気力に落ち込みが見られるが。本発明の実施例Ａ，Ｂでは磁極Ｐ１−Ｐ２間の全域において高い磁気力を保持しているため、キャリア付着を防止することができる。

かかる現像ローラ２は、ローラ径や磁極の磁気力等に基づいた磁気特性設計により得られるが、図３に示すように、通常、概ね半径方向を向いている磁化方向を下流磁極Ｐ２において現像磁極Ｐ１側、すなわち上流側に向けることで磁束密度分布を容易に得やすくなる。しかも、下流磁極Ｐ２を上流側に向けること、現像磁極Ｐ１と下流磁極Ｐ２間の磁気力をその磁極Ｐ１−Ｐ２間で極大にすることも可能である。

また、現像磁極Ｐ１の法線方向磁束密度の半径方向の減衰率が４０％以上とした場合、磁束密度はローラ表面から離れるに従って急激に低下するため、現像剤によって形成される磁気ブラシは短く密である。現像ローラ２は現像濃度を確保するために、通常感光体の周速よりも速い周速に設定する。この際、トナーと同電荷である地肌部を通過した磁気ブラシ先端のトナーには現像ローラ表面方向への電気力により移動する。このため、疎な磁気ブラシが再度感光体に現像されたトナー通過する際にブラシにトナーが移動しやすい。本発明の現像ローラ２を用いれば、緻密な磁気ブラシのためトナー移動が少なく、また移動しても疎な磁気ブラシとなりにくいため現像されたトナーが再度ブラシ側に移動することなく、潜像に忠実な現像が行われる。

高い磁束密度を得るためには、マグネットロール６に高い磁気特性を持った材料を用いることで達成できるが、これらの材料は一般的に高価なため、ローラ全体に用いるとローラコストが高くなってしまうという問題点がある。そこで、特に磁束密度を高めたい現像磁極Ｐ１の下流磁極Ｐ２を、希土類金属を含む材料を用いることにより、低コストで磁束密度の高い現像ローラを提供することができる。希土類磁石材料としては、一般的にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石粉やＳｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石粉を高分子化合物に混合・混錬したプラスチックマグネットを用いることが加工上・コスト上望ましい。この場合の磁気特性としては最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）で８ＭＧＯｅ以上であることが望ましく、材料としては磁気異方性を持った材料をマグネット成形時に磁界を印加させながら成形を行い、材料を異方化して用いることで高い磁気特性を得ることができる。

さらに、最大エネルギー積を高める手段としては磁性紛の比率を高めることが望ましいが、射出成形では流動性（メルトフローレートなど）が低下するため必要形状が得られなかったり、磁性紛の配向が低下することにより結果的に最大エネルギー積を高めることは困難である。この場合、混合した磁性紛とバインダーとに磁場を印加しながら圧縮する製造方法（以下、圧縮磁場成形という。）であれば、磁性紛混合比を高くすることができ、より最大エネルギー積の高いマグネットを製造することができる。勿論、現像磁極Ｐ１も希土類マグネットブロックで構成することが好ましい。

なお、図４では現像磁極Ｐ１と下流磁極Ｐ２において希土類マグネットブロックを圧縮成型品とした場合と射出成型品とした場合の磁気力の大きさに違いが生ずることを示している。上記した磁性紛には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石粉やＳｍ−Ｆｅ−Ｎが好ましいが、特に規定するものではない。バインダーにはエポキシなどの熱硬化性樹脂でも良いし、ポリオール、ポリエステル等の熱可塑性樹脂でも良い。また、磁性紛とバインダーに加え、粉体の流動性を高める添加剤を加えても良い。磁性紛の体積比率は５０％〜７５％程度が配向、密度とも高くすることができ最大エネルギー積の高いマグネットを得ることができる。

希土類磁石以外の材料としては磁性粉に高分子化合物を混合した、プラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることが多い。磁性粉としてはＳｒフェライトもしくはＢａフェライトを用い、高分子化合物としては６ＰＡもしくは１２ＰＡ等のＰＡ系材料、ＥＥＡ（エチレン・エチル共重合体）・ＥＶＡ（エチレン・ビニル共重合体）等のエチレン系化合物、ＣＰＥ(塩素化ポリエチレン)等の塩素系材料、ＮＢＲ等のゴム材料が使用できる。特にＥＡ成分２５％〜３５％であるエチレンエチルアクリレートでは、生産性に優れた押出し成型に適切であり、低コストの現像ローラを提供することができる。また、上記に示した現像ローラ２は粒径が５０μmm以下のキャリア、１０μm以下の重合トナーを用いた場合、より顕著なキャリア付着余裕度を高める効果が期待できる。すなわち、小粒径キャリア／重合トナーを用いることで感光体上の潜像を忠実に再現でき、高画質の画像を得られ、かつキャリア付着性能に優れた現像装置を得ることができるためである。また、本発明の現像ローラは画像形成装置にプロセスカートリッジ形態で使用すれば、交換が容易であり、常に高画質画像を提供することができる。

外径２５ｍｍの現像剤担持体が図１に示すような配置を持った現像装置において、図４の点線に示すようにＥＥＡとＳｒフェライトからなるマグネットロールの現像磁極Ｐ１に異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂと１２ナイロンからなる希土類マグネットを埋めこみ、図２の従来の比較例となる現像ローラを得た。この比較例に対し図４の実線に示すようにＥＥＡとＳｒフェライトからなるマグネットロールの現像磁極Ｐ１及び現像担持体回転方向に隣接する下流磁極Ｐ２に異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂと１２ナイロンからなる射出成形希土類マグネットを埋めこみ、ヨーク着磁を行った。実施例２〜４は、実施例１のＰ１，Ｐ２に圧縮磁場成形により得た希土類マグネットブロックを使用した。バインダーにはポリエステル、磁性紛には異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂを用いた。

比較例、実施例の磁束密度変化率は図２に示すとおりで、実施例１〜４では磁極Ｐ１−Ｐ２間の磁束密度変化率に極小値を持たず、比較例１は極小値をもつ。図２に示す磁気力を見ると、比較例では磁極Ｐ１−Ｐ２間の落ち込みが大きいのに対して実施例ではＰ１−Ｐ２間磁気力落ち込みが小さく、実施例２は実施例１に比べて全体的に磁気力も高い。これらの現像ローラを用い、平均粒径５５μｍと３５μｍのキャリアを用いて画像の確認を行った。評価は５段階評価とし、５が最も良好で、キャリア付着と画像のカスレ、画像の滑らかさである粒状度について評価を行った。その結果は表１に示す通りで比較例に対して画質とキャリア付着を改善する効果が得られた。

本発明に係る現像装置の主要部を示す概略構成図である。 （ａ）は本発明の実施例と従来の比較例の現像ローラにおける、現像磁極から下流磁極の磁極角度（Ｄｅｇ）における法線方向磁束密度を示すグラフ、（ｂ）は本発明の実施例と従来の比較例の現像ローラにおける、現像磁極から下流磁極の磁極角度（Ｄｅｇ）における法線方向磁束密度円周方向変化率を示すグラフ、（ｃ）は本発明の実施例と従来の比較例の現像ローラにおける、現像磁極から下流磁極の磁極角度（Ｄｅｇ）における磁気力を示すグラフである。 本発明に係る現像ローラのマグネットロールの一例を示す説明図である。 本発明に係る現像ローラのマグネットロールの一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像ローラ
５ 現像スリーブ
６ マグネットロール
Ｐ１ 現像磁極
Ｐ２ 下流磁極

Claims (12)

1. 非磁性体からなる現像スリーブと、該現像スリーブ内に設けられたマグネットロールと、該マグネットロールに現像磁極を含む複数の磁極を有する現像ローラにおいて、
   前記マグネットロールの前記現像磁極及びその現像剤搬送方向下流側に隣設する下流磁極の法線方向の磁束密度分布に関し、前記現像磁極のピーク磁束密度点から前記下流磁極のピーク磁束密度点の範囲における法線方向磁束密度の円周方向に対する変化率曲線に極小点が生じないことを特徴とする現像ローラ。
2. 請求項１に記載の現像ローラにおいて、前記現像磁極の法線方向の磁束密度減衰率が４０％以上であることを特徴とする現像ローラ。
3. 請求項１または２に記載の現像ローラにおいて、前記現像磁極と前記下流磁極の少なくとも一方が希土類マグネットブロックで構成されることを特徴とする現像ローラ。
4. 請求項３に記載の現像ローラにおいて、前記希土類マグネットブロックが磁気異方性を有することを特徴とする現像ローラ。
5. 請求項３に記載の現像ローラにおいて、前記下流磁極が磁気異方性を有した磁性粉と樹脂とを圧縮成型により製造して得られた前記希土類マグネットブロックで構成されていることを特徴とする現像ローラ。
6. 請求項５に記載の現像ローラにおいて、前記下流磁極の前記希土類マグネットブロックの磁化方向が半径方向に対して現像磁極側に向いていることを特徴とする現像ローラ。
7. 請求項１ないし５の何れかに記載の現像ローラにおいて、前記マグネットロールは高分子化合物としてエチレン・エチル重合体で構成されることを特徴とする現像ローラ。
8. 請求項７に記載の現像ローラにおいて、前記エチレン・エチル重合体のエチル成分が２５％〜３５％であることを特徴とする現像ローラ。
9. 潜像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置において、請求項１ないし８の何れか一項に記載の現像ローラを備え、かつ、現像剤に５０μｍ以下のキャリアを用いることを特徴とする現像装置。
10. 請求項９に記載の現像装置において、トナーとして平均粒径１０μｍ以下の重合トナーを用いることを特徴とする現像装置。
11. 請求項９または１０に記載した現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
12. 請求項９または１０に記載した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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