JP2007078940A - Developing roller, developing device, process cartridge and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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に係り、特に、マグネットローラと、該マグネットローラを内包していると共に前記マグネットローラの磁力により外表面にトナー及び磁性キャリアを含む現像剤を吸着する非磁性の円筒体とを備えた現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a developing roller, a developing device, a process cartridge, and an image forming apparatus. In particular, the developing includes a magnet roller, a magnet roller, and a toner and a magnetic carrier on the outer surface by the magnetic force of the magnet roller. The present invention relates to a developing roller, a developing device, a process cartridge, and an image forming apparatus having a non-magnetic cylindrical body that adsorbs an agent.
複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置には、種々の現像装置100(例えば、特許文献1及び2参照)が用いられる。この種の現像装置100は、図7に示すように、磁性キャリアとトナーとを含んだ現像剤を感光体ドラム102と対向する現像領域103に搬送し、感光体ドラム102上に形成された静電潜像を現像剤により現像してトナー像を形成する現像ローラ104を備えている。
Various image forming apparatuses such as copying machines, facsimile machines, and printers use various developing devices 100 (see, for example,
この現像ローラ104は、円筒状に形成された現像スリーブ105(円筒体)と、前記現像スリーブ105内に収容されかつ当該現像スリーブ105の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ラ106と、を備えている。マグネットローラ106は、円筒状に形成されている。マグネットローラ106は、棒状の磁石で構成された磁極を複数備えている。複数の磁極のうち前述した現像領域103に相対する磁極は、前述した現像スリーブ105の表面に現像剤を穂立ちの形成して現像剤のトナーを感光体ドラム102に受け渡す現像極となっている。
The developing
この現像ローラ104には、現像剤の穂立ちの際、現像剤の磁性キャリアがマグネットローラ106で生じる磁力線に沿うように現像スリーブ105上に穂立ち(立設)すると共に、この穂立ちした磁性キャリアに現像剤のトナーが吸着する。さらに、現像ローラ104は、現像スリーブ105とマグネットローラ106のうちの少なくとも一方が回転することで、現像スリーブ105の表面に穂立ちした現像剤を搬送する。
In the developing
一般に、前述した現像ローラ104は、現像剤の搬送を容易に行うために、現像スリーブ105を回転する。図7に示された現像ローラ104は、現像スリーブ105の端にフランジなどを取り付け、該フランジを軸受などで支持することで、該現像スリーブ105を回転自在としている。現像スリーブ105は、感光体ドラム102と、感光体ドラム102に搬送される現像剤101の量を規制する規制部材107との双方と近接している。
In general, the developing
さらに、前述した現像スリーブ105は、表面上で現像剤101がスリップすることを防止するため、外表面にサンドブラストが施されたり、溝が形成される。
Further, the developing
また、現像スリーブ105は、回転中心が軸芯からずれていると、回転に振れが生じて、規制部材107と感光体ドラム102とのギャップ(間隔)が変動することとなり、感光体ドラム102に供給される現像剤の量にムラが生じて、形成した画像に濃度のムラが生じてしまう。このため、前述した現像装置100は、高品質な画像を得るために、前述した現像スリーブ105の回転中心と軸芯とを極力一致させ、かつ前記軸芯を極力直線に保つとともに、断面形状を大きさ一定の真円に保って、該現像スリーブ105の回転に振れが生じることを防止している。
In addition, if the rotation center of the developing
上述した現像領域103では現像剤を構成するトナー及び磁性キャリアのうちトナーのみを感光体ドラム102に付着したいわけであるが、トナーだけでなく磁性キャリアも感光体ドラム102に付着してしまうことがある。磁性キャリアには現像ローラ104からの磁気力と感光体ドラム102からの電気力と現像ローラ104の回転による遠心力とがかかる。上記磁気力は磁性キャリアを現像ローラ104に引き付ける方向の力であるが、上記電気力及び遠心力は磁性キャリアを現像ローラ104から引き離す方向の力である。
In the
磁性キャリアは上記磁気力により現像ローラ104に留まるべきであるが、上記電気力及び遠心力の合力が磁気力よりも大きくなると磁性キャリアが現像ローラ104から引き離されて感光体ドラム102に付着する。これがキャリア付着と呼ばれる現象である。
The magnetic carrier should remain on the developing
磁性キャリアが感光体ドラム102に付着すると、磁性キャリアはトナーと共に転写体や紙に移り、転写装置や定着装置に悪影響を及ぼし、画像形成装置の信頼性を低下させるという問題が生じる。近年、画像形成装置の高画質化を目標に、現像プロセスでは磁性キャリアの小粒子化や低電位現象が検討されているが、何れもキャリア付着には不利である。
When the magnetic carrier adheres to the
この問題を解決するために現像ローラ104の現像極及び現像極の下流側隣の隣接異極の磁気特性を高めたものが提案されている(特許文献3)。しかしながら、現像極と隣接異極との磁束密度の関係を明確に開示したものはなく、一般に隣接異極の磁束密度は現像極の磁束密度に比べて小さくなっている。現像ローラ104の隣接異極が現像極に比べて低いと、現像ローラ104に対する法線方向の磁束密度分布と接線方向の磁束密度分布とを合成した合成磁束密度分布に落ち込みが生じてしまう。そしてこの落ち込みの部分で磁気力が低くなりキャリア付着の余裕度が低下するという問題があった。
本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであり、キャリア付着を確実に防ぐことができる現像ローラ、かかる現像ローラを有する現像装置、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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a developing roller capable of reliably preventing carrier adhesion, a developing device having the developing roller, a process cartridge, and an image forming apparatus. .
上述した課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、マグネットローラと、該マグネットローラを内包していると共に前記マグネットローラの磁力により外表面にトナー及び磁性キャリアを含む現像剤を吸着する非磁性の円筒体とを備えた現像ローラにおいて、前記マグネットローラの前記円筒体に吸着された前記現像剤のトナーを感光体に受け渡す現像極に対して、前記円筒体の回転方向下流側隣の隣接異極が、前記現像極の磁束密度に対して少なくとも90%以上の磁束密度を有するように設けられたことを特徴とする現像ローラに存する。
The invention according to
請求項2記載の発明は、前記マグネットローラが、前記現像極及び前記隣接異極に相当する部分に溝が設けられ少なくとも磁性粉と高分子材料とから成るマグネットにより形成されたローラ本体と、前記マグネットよりも高磁力を有し前記溝内に挿入された高磁力マグネットと、から構成されていることを特徴とする請求項1記載の現像ローラに存する。
According to a second aspect of the present invention, the magnet roller comprises a roller body formed of a magnet made of at least magnetic powder and a polymer material with grooves provided in portions corresponding to the developing pole and the adjacent different pole, 2. The developing roller according to
請求項3記載の発明は、前記マグネットを構成する磁性粉が配向されていることを特徴とする請求項2記載の現像ローラに存する。 According to a third aspect of the invention, there is provided the developing roller according to the second aspect, wherein the magnetic powder constituting the magnet is oriented.
請求項4記載の発明は、前記高分子材料がエチレンエチルアクリレート共重合体であることを特徴とする請求項2又は3記載の現像ローラに存する。 According to a fourth aspect of the invention, there is provided the developing roller according to the second or third aspect, wherein the polymer material is an ethylene ethyl acrylate copolymer.
請求項5記載の発明は、前記マグネットを構成する成型材料の磁性粉含有率が92重量%以上94重量%未満であることを特徴とする請求項4記載の現像ローラに存する。 A fifth aspect of the present invention resides in the developing roller according to the fourth aspect of the present invention, wherein the molding material constituting the magnet has a magnetic powder content of 92% by weight or more and less than 94% by weight.
請求項6記載の発明は、現像ローラを有する現像装置において、前記現像ローラとして請求項1〜5何れか1項記載の現像ローラを有することを特徴とする現像装置に存する。 A sixth aspect of the present invention resides in a developing apparatus having a developing roller, wherein the developing roller includes the developing roller according to any one of the first to fifth aspects.
請求項7記載の発明は、現像装置を有するプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置として請求項6記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジに存する。 A seventh aspect of the present invention resides in a process cartridge having a developing device, wherein the developing device includes the developing device according to the sixth aspect.
請求項8記載の発明は、プロセスカートリッジを有する画像形成装置において、前記プロセスカートリッジとして請求項7記載のプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置に存する。
The invention according to
請求項1記載の発明によれば、現像極に対して円筒体の回転方向下流側隣の隣接異極が現像極の磁束密度に対して少なくとも90%以上の磁束密度を有するように設けられる。隣接異極の磁束密度を現像極の磁束密度の少なくとも90%以上の磁束密度にすることにより、現像極と隣接異極との間の合成密度分布の落ち込みを少なくして、磁気力が低い部分をなくすことができるため、キャリア付着の余裕度が高い現像ローラを得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the adjacent different pole adjacent to the downstream side in the rotation direction of the cylindrical body with respect to the developing pole is provided so as to have a magnetic flux density of at least 90% or more with respect to the magnetic flux density of the developing pole. The magnetic flux density of the adjacent different pole is set to be at least 90% or more of the magnetic flux density of the developing pole, thereby reducing the drop in the composite density distribution between the developing pole and the adjacent different pole, and the portion having a low magnetic force Therefore, it is possible to obtain a developing roller having a high margin for carrier adhesion.
請求項2記載の発明によれば、複雑な形状のローラ本体を磁性粉と高分子材料とから成る成型性の高いマグネットで形成すると共に、現像極及び隣接異極を高磁力マグネットで構成することにより、成型性を確保しつつ現像極及び隣接異極の磁気力を高めてキャリア付着の余裕度を高めた現像ローラを得ることができる。
According to the invention described in
請求項3記載の発明によれば、マグネットを構成する磁性粉が配向されていることにより、多磁極にしても高い磁気力を持つ現像ローラを得ることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the magnetic powder constituting the magnet is oriented, a developing roller having a high magnetic force can be obtained even with multiple magnetic poles.
請求項4記載の発明によれば、高分子材料としてエチレンエチルアクリレート共重合体を用いることにより、融点付近でも十分な柔軟性を持ち、現像極及び隣接異極に相当する部分に溝が形成された複雑な形状を成型することができる現像ローラを得ることができる。
According to the invention of
請求項5記載の発明によれば、高分子材料としてエチレンエチルアクリレート共重合体を用いて磁性含有量を92重量%以上94重量%未満とすることで、高い磁力を得つつ、現像極及び隣接異極に相当する部分に溝が形成された複雑な形状を成型することができる現像ローラを得ることができる。
According to the invention described in
請求項6〜8記載の発明によれば、キャリア付着の余裕度が高い現像ローラを用いることで、高画質、高信頼性の現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を得ることができる。 According to the sixth to eighth aspects of the present invention, a developing device, a process cartridge, and an image forming apparatus with high image quality and high reliability can be obtained by using a developing roller having a high margin for carrier adhesion.
以下、本発明の一実施の形態を、図1ないし図4に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施の形態にかかる画像形成装置の要部を示す断面図である。図2は、図1に示された画像形成装置の本発明の一実施の形態にかかる現像装置の断面図である。図3は、図2中のA−B−C−D線に沿う断面図である。図4は、図2に示された現像装置の動作状況を示す説明図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the developing device according to the embodiment of the image forming apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line ABCD in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation state of the developing device shown in FIG.
画像形成装置1は、図1に示すように、装置本体2(図1に一部のみ示す)と、給紙ロ
ーラ3と、転写部材4と、定着装置5と、図示しないレーザ書き込み装置と、プロセスカートリッジ6とを少なくとも備えている。
As shown in FIG. 1, the
装置本体2は、例えば、箱状に形成され、フロア上などに設置される。装置本体2は、給紙ローラ3と、転写部材4と、定着装置5と、レーザ書き込み装置と、プロセスカートリッジ6とを収容している。給紙ローラ3は、転写材としての記録紙7を転写部材4と後述する感光体ドラム8との間に送り出す。
The apparatus
転写部材4は、無端状のベルトであり、後述の感光体ドラム8の接線方向に往動する。転写部材4は、給紙ローラ3から繰り出された記録紙7を感光体ドラム8の外周面に押し付けて、感光体ドラム8上のトナー像を記録紙7に転写する。転写部材4は、トナー像を転写した記録紙7を定着装置5に向けて送り出す。定着装置5は、転写部材4から送られた記録紙7を押圧加熱することで、感光体ドラム8から記録紙7上に転写されたトナー像を、該記録紙7に定着させる。レーザ書き込み装置は、後述の帯電ローラ9により一様に帯電された感光体ドラム8の外周面にレーザ光10を照射して、静電潜像を形成する。
The
プロセスカートリッジ6は、装置本体2に着脱自在である。プロセスカートリッジ6は、カートリッジケース11と、帯電装置としての帯電ローラ9と、感光体(像担持体ともいう)としての感光体ドラム8と、クリーニング装置としてのクリーニングブレード12と、現像装置13と、を備えている。このため、画像形成装置1は、帯電ローラ9と、感光体ドラム8と、クリーニングブレード12と、現像装置13と、を少なくとも備えている。
The
カートリッジケース11は、装置本体2に着脱自在で、かつ帯電ローラ9と、感光体ドラム8と、クリーニングブレード12と、現像装置13と、を収容している。帯電ローラ9は、感光体ドラム8の外周面を一様に帯電する。感光体ドラム8は、現像装置13の後述する現像ローラ15と間隔をあけて配されている。感光体ドラム8は、軸芯を中心として回転自在な円柱状又は円筒状に形成されている。感光体ドラム8は、レーザ書き込み装置により、外表面上に静電潜像が形成される。感光体ドラム8は、外周面上に形成されかつ担持する静電潜像にトナーが付着して現像し、こうして得られたトナー像を転写部材4との間に位置付けられた記録紙7に転写する。クリーニングブレード12は、記録紙7にトナー像を転写した後に、感光体ドラム8の外周面に残留した転写残トナーを除去する。
The
現像装置13は、図1ないし図3に示すように、現像剤供給部14と、ケース27と、現像剤担持体としての現像ローラ15と、規制部材としての規制ブレード16とを少なくとも備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the developing
現像剤供給部14は、収容槽17と、攪拌部材としての一対の攪拌スクリュー18と、を備えている。収容槽17は、感光体ドラム8と長さが略等しい箱状に形成されている。また、収容槽17内には、該収容槽17の長手方向に沿って延びた仕切壁19が設けられている。仕切壁19は、収容槽17内を第1空間20と、第2空間21とに区画している。また、第1空間20と第2空間21とは、両端部22,23,24,25が互いに連通している。
The
収容槽17は、第1空間20と第2空間21との双方に現像剤26(図4に示す)を収容する。現像剤26は、トナーと、磁性キャリア(磁性粉ともいう)とからなる。トナーは、第1空間20と、第2空間21とのうち現像ローラ15から離れた側の第1空間20の一端部23に、適宜供給される。トナーは、乳化重合法又は懸濁重合法により製造された球状の微粒子である。なお、トナーは、種々の染料又は顔料を混入・分散した合成樹脂で構成される塊を粉砕して得られても良い。トナーの平均粒径は、3μm以上でかつ7μ
m以下である。磁性キャリアは、第1空間20と第2空間21との双方に収容されている。磁性キャリアの粒径は、20μm以上でかつ50μm以下である。
The
m or less. The magnetic carrier is accommodated in both the
攪拌スクリュー18は、第1空間20と第2空間21それぞれに収容されている。攪拌スクリュー18の長手方向は、収容槽17、現像ローラ15及び感光体ドラム8の長手方向と平行である。攪拌スクリュー18は、軸芯周りに回転自在に設けられており、軸芯周りに回転することで、トナーと磁性キャリアとを攪拌するとともに、該軸芯に沿って現像剤26を搬送する。
The stirring
図示例では、第1空間20内の攪拌スクリュー18は、現像剤26を前述した一端部23から他端部25に向けて搬送する。第2空間21内の攪拌スクリュー18は、現像剤26を他端部24から一端部22に向けて搬送する。
In the illustrated example, the stirring
前述した構成によれば、現像剤供給部14は、第1空間20の一端部23に供給されたトナーを、磁性キャリアと攪拌しながら、他端部25に搬送し、この他端部25から第2空間21の他端部25に搬送する。そして、現像剤供給部14は、第2空間21内でトナーと磁性キャリアとを攪拌し、軸芯方向に搬送しながら、現像ローラ15の外表面に供給する。
According to the above-described configuration, the
ケース27は、箱状に形成され、前述した現像剤供給部14の収容槽17に取り付けられて、該収容槽17とともに、現像ローラ15などを覆う。また、ケース27の感光体ドラム8と相対する部分には、開口部27aが設けられている。
The
現像ローラ15は、円柱状に形成され、第2空間21と、感光体ドラム8との間でかつ前述した開口部27aの近傍に設けられている。現像ローラ15は、感光体ドラム8と収容槽17との双方と平行である。現像ローラ15は、感光体ドラム8と間隔をあけて配されている。現像ローラ15と感光体ドラム8との間の空間は、現像剤26のトナーを感光体ドラム8に付着させて、静電潜像を現像してトナー像を得る現像領域31をなしている。現像領域31では、現像ローラ15と感光体ドラム8とが相対する。
The developing
現像ローラ15は、図2〜図3に示すように、芯金29と、円筒状のマグネットローラ(磁石体ともいう)33と、非磁性の円筒体としての円筒状の現像スリーブ32とを備えている。芯金29は、長手方向が感光体ドラム8の長手方向と平行に配され、前述したケース27に回転することなく固定されている。
2 to 3, the developing
マグネットローラ33は、円筒状で後述する磁極取付溝35が形成されたローラ本体33aと、該ローラ本体33aに取り付けられたマグネットブロック33b、33cとを備えている。ローラ本体33aは、芯金29の外周に軸芯回りに回転することなく固定されている。ローラ本体33aには、2つの磁極取付溝35が設けられている。磁極取付溝35は、ローラ本体33aの外周面から凹でかつ該ローラ本体33a即ちマグネットローラ33の軸芯(長手)方向に沿って直線状に延びている。
The
マグネットブロック33b、33cは、長尺で棒状の磁石であり、前述した磁極取付溝35内に挿入されて、前記ローラ本体33aに取り付けられている。即ちマグネットブロック33b、33cは、マグネットローラ33即ち現像ローラ15の長手方向に沿って延びており、該マグネットローラ33の全長に亘って設けられている。前述した構成のマグネットローラ33は、現像スリーブ32内に収容されている(内包されている)。
The magnet blocks 33b and 33c are long and rod-like magnets, which are inserted into the magnetic
ローラ本体33a即ちマグネットローラ33は8つの磁極N1、S1、N2、S2、N3、S3、N4、S4が着磁されている。磁極N1は、現像剤汲み上げ磁極であり、前述した攪拌スクリュー18と相対している。磁極N1は、N極性を有しており、現像スリーブ32即ち現像ローラ15の外表面上に磁気力を生じて、収容槽17の第2空間21内の現像剤26を現像スリーブ32の外表面に吸引する。
The
磁極S3は、現像極であり、前述した感光体ドラム8と相対している。磁極S3は、S極性を有しており、現像スリーブ32即ち現像ローラ15の外表面上に磁気力を生じて、現像スリーブ32と感光体ドラム8との間に磁界を形成する。磁極S3は、該磁界によって磁気ブラシを形成することで、現像スリーブ32の外表面に吸引された現像剤26のトナーを感光体ドラム8に受け渡すようになっている。
The magnetic pole S3 is a developing pole and is opposed to the above-described
前述した磁極N1,S3間でかつ前記磁極S3より後述の矢印Gの上流側に設けられた複数の磁極S1,N2,S2,N3は、現像前の現像剤26を搬送する現像前搬送磁極である。これら磁極S1,N2,S2,N3は、現像剤汲み上げ磁極としての磁極N1側から順に、S極性、N極性、S極性、N極性を有しており、現像スリーブ32即ち現像ローラ15の外表面上に磁気力を生じて、現像前の現像剤26を感光体ドラム8に向けて搬送する。また、一つの磁極S2は、規制ブレード16と対向する位置に配されている。この一つの磁極S2は、規制ブレード16と協働して、現像スリーブ32の外周面上の現像剤26の厚さを所定の厚さに保つ。
A plurality of magnetic poles S1, N2, S2, and N3 provided between the magnetic poles N1 and S3 and upstream of the arrow G described later from the magnetic pole S3 are pre-development carrying magnetic poles that carry the
前述した磁極N1,S3間でかつ前記磁極S3より矢印Gの下流側に設けられた磁極N4は、現像済みの現像剤26(以下、符号26aで示す)を搬送する搬送磁極である。この磁極N4は、N極性を有しており、現像剤汲上げ磁極としての磁極N1との間に反発磁界を発生して、現像スリーブ32即ち現像ローラ15の外表面上に現像スリーブ32上から現像済みの現像剤26を収容槽17に向かって剥取る現像剤剥取り領域Rを形成する。即ち、磁極N4は、現像剤汲上げ磁極としての磁極N1に隣接して、該磁極N1と協働して、現像剤剥取り領域R(=磁極S4)を形成する。現像剤剥取り領域Rは、現像極としての磁極S3から現像剤汲上げ磁極としての磁極N1に至る間の現像スリーブ32の外表面上に設けられている。
The magnetic pole N4 provided between the magnetic poles N1 and S3 and downstream of the magnetic pole S3 in the direction of the arrow G is a transport magnetic pole for transporting the
現像剤剥取り領域Rは、例えば磁束密度が5mT(ミリテスラ)程度の弱い磁気力が発生した領域であり、現像スリーブ32の外表面に付着した現像済みの現像剤26aがその自重などにより現像スリーブ32の外表面から離脱する領域である。このように、本明細書では、弱い磁気力が発生して、現像済みの現像剤26aがその自重などにより現像スリーブ32の外表面から離脱する領域を、現像剤剥取り領域Rと呼ぶ。また、現像剤剥取り領域Rは、少なくとも一部の現像スリーブ32の外表面上の法線方向の磁気力が、現像済みの現像剤26aを現像スリーブ32の外表面から引き離す方向に選定されている。前述した磁極N4は、本明細書に記した現像極とは異極となりかつ下流側隣に設けられた隣接磁極をなしている。また、図4に示す破線は、これらの磁極N1,S1,N2,S2,N3,S3,N4,S4が作り出す法線方向の磁力分布を表している。
The developer stripping region R is a region where a weak magnetic force having a magnetic flux density of, for example, about 5 mT (millitesla) is generated, and the
現像スリーブ32は、非磁性体からなり、円筒状に形成されて、軸芯回りに回転自在に設けられている。現像スリーブ32は、マグネットローラ33を内包し(収容し)、その内周面が磁極N1,S1,N2,S2,N3,S3,N4,S4と順に相対するように図2中の時計回りの矢印Gに沿って回転される。現像スリーブ32は、アルミニウム、ステンレス鋼(SUS)などからなる。アルミニウムは、加工性、軽さの面で優れている。アルミニウムを用いる場合には、A6063、A5056及びA3003を用いるのが好ましい。SUSを用いる場合には、SUS303、SUS304及びSUS316を用いるのが好ましい。
The developing
また、現像スリーブ32の外表面には、該現像スリーブ32即ち現像ローラ15の軸芯に沿って延びた溝が複数形成されている。また、現像スリーブ32の外表面には、周知のブラスト処理が施されて、細かい凹凸が形成されても良い。
In addition, a plurality of grooves extending along the axis of the developing
規制ブレード16は、現像装置13の感光体ドラム8寄りの端部に設けられている。規制ブレード16は、現像スリーブ32の外表面と間隔をあけた状態で、前述したケース27に取り付けられている。規制ブレード16は、所望の厚さを越える現像スリーブ32の外周面上の現像剤26を収容槽17内にそぎ落として、現像領域31に搬送される現像スリーブ32の外周面上の現像剤26を所望の厚さにする。
The regulating
次に、上述したマグネットローラ33の詳細について説明する。本実施形態では上述したマグネットローラ33の現像極としての磁極S3に対して、磁極S3に対して異極となりかつ矢印Gの下流側隣に設けられた隣接異極としての磁極N4の磁束密度を少なくとも90%以上とした。具体的に述べると、磁極S3(現像極)の磁束密度を100mT(ミリテスラ)とすると、磁極N4としては少なくとも90mT以上の磁束密度を有するものを用いる。
Next, the details of the
このときの現像ローラ15の磁束密度分布を図5に示す。図中、点線L1は現像ローラ15に対する法線方向の磁束密度分布である。一点鎖線L2は現像ローラ15に対する接線方向の磁束密度分布である。二点鎖線L3は法線方向の磁束密度分布と接線方向の磁束密度分布とを合成した合成磁束密度分布である。同図に示すように、磁極S3(現像極)−磁極N4(隣接異極)間の接線方向の磁束密度分布のピークが磁極S3(現像極)の法線方向の磁束密度分布のピークと磁極N4(隣接異極)の法線方向の磁束密度分布のピークとの略中間、即ち磁極S3及び磁極N4の略中間に位置している。このため磁極S3(現像極)と磁極N4(隣接極)との間の法線方向の磁束密度分布と接線方向の磁束密度分布とを合成した合成密度分布の落ち込みを少なくなり、磁気力が低い部分をなくすことができる。そしてこのため、キャリア付着の余裕度が高い現像ローラ15を得ることができる。
FIG. 5 shows the magnetic flux density distribution of the developing
即ち、本実施形態のマグネットローラ33は従来から用いられてきた隣接異極の磁束密度よりも大きくすることで、従来よりも磁極S3(現像極)と極(隣接異極)との間の合成密度分布の落ち込みが少なくなり、磁気力が低い部分をなくすことができる。
That is, the
また、本発明の発明者らは、前述した本発明品において磁極S3(現像極)の磁束密度に対する磁極N4(隣接異極)の磁束密度の割合を変化させたときの磁性キャリアの感光体ドラム8への付着個数(個/75cm2)を実験して測定した。実験結果を図6に示す。図6(a)において、横軸は磁極S3(現像極)の磁束密度に対する磁極N4(隣接異極)の磁束密度の割合(%)であり、縦軸は磁性キャリアの感光体ドラム8への付着個数(個/75cm2)である。
Further, the inventors of the present invention provide a photosensitive drum of a magnetic carrier when the ratio of the magnetic flux density of the magnetic pole N4 (adjacent different pole) to the magnetic flux density of the magnetic pole S3 (developing pole) in the product of the present invention described above is changed. The number of adhered to 8 (pieces / 75 cm 2 ) was measured by experiment. The experimental results are shown in FIG. In FIG. 6A, the horizontal axis represents the ratio (%) of the magnetic flux density of the magnetic pole N4 (adjacent different pole) to the magnetic flux density of the magnetic pole S3 (development pole), and the vertical axis represents the magnetic carrier to the
同図に示すように、磁極S3(現像極)の磁束密度に対する磁極N4(隣接異極)の磁束密度の割合86%のときは付着個数(個/75cm2)61個となり、88%のときは付着個数(個/75cm2)51個、92%のときは付着個数(個/75cm2)47個、100%のときは付着個数(個/75cm2)48個、110%のときは付着個数(個/75cm2)47個、120%のときは付着個数(個/75cm2)46個となる。この実験結果によれば、磁極S3(現像極)の磁束密度に対する磁極N4(隣接異極)の磁束密度の割合を大きくすればするほど、感光ドラム8上の磁性キャリアの付着個数が減少することが分かる。また、磁極N4(隣接異極)の磁束密度を磁極S3(現像極)の磁束密度の少なくとも90%以上とすることで、磁性キャリアの感光体ドラム8への付着個数を50(個/75cm2)以下に減らすことができることが分かる。付着個数(個/75cm2)を50個以下に抑えることができれば、磁性キャリアが感光体ドラムに付着してもトナーと共に転写体や紙に移り、転写装置や定着装置に悪影響を及ぼすことはない。
As shown in the figure, when the ratio of the magnetic flux density of the magnetic pole N4 (adjacent different pole) to the magnetic flux density of the magnetic pole S3 (development pole) is 86%, the number of attachments (pieces / 75 cm 2 ) is 61, and when it is 88% Is the number of deposits (pieces / 75 cm 2 ) 51, 92% is the number of deposits (pieces / 75 cm 2 ) 47, 100% is the number of deposits (pieces / 75 cm 2 ) 48, 110% is the deposit When the number (pieces / 75 cm 2 ) is 47 pieces and 120%, the number of attached pieces (pieces / 75 cm 2 ) is 46 pieces. According to this experimental result, the larger the ratio of the magnetic flux density of the magnetic pole N4 (adjacent different pole) to the magnetic flux density of the magnetic pole S3 (developing pole), the smaller the number of magnetic carriers attached on the
また、マグネットローラ33は上述したように磁極S3(現像極)及び磁極N4(隣接異極)に相当する部分に磁極取付溝35が形成されたローラ本体33aと、この磁極取付溝35内に現像極及び隣接異極として挿入されたマグネットブロック33b、33cとから構成されている。
The
上述したローラ本体33aはバインダーとしての高分子材料に磁性粉を混在したペースト状の成型材料を用いて得られるマグネット(例えばプラスチックマグネットやゴムマグネット)から形成されている。また、マグネットブロック33b、33cとしては、ローラ本体33aよりも高磁力を有する高磁力マグネットから構成されている。この高磁力マグネットとしては、例えば、ローラ本体33aを構成するマグネットよりも磁性粉含有量の高いマグネットから構成して、ローラ本体33aよりも高磁力とすることが考えられる。
The
上記マグネットローラ33に用いられる磁石としては古くは焼結磁石が知られる。また現在では、任意の形状が比較的容易に得られることから高分子材料に磁性粉を混合した成型材料からなるマグネットが主流である。上述した高分子材料と磁性粉とから成るマグネットは成型材料の磁性粉含有量を多くすればより高い磁気特性が得られる。例えば、磁性粉含有量を1重量(以下wt)%増やすことで、2〜3mTピーク磁束密度が上昇する。しかし、磁性粉含有量を多くすると成型材料の粘度が高くなり成型性が悪くなり、磁性粉含有量をある量より多くしても磁気特性は向上しなくなる。これら制約から、焼結磁石などと比較して高分子材料及び磁性粉から成るマグネットでは高い磁気特性は得にくい。このことからも明らかなように一般的にマグネットは高い磁気力を有するものほど成型性が低下すると言える。
As a magnet used for the
また、本実施形態では、磁性粉と高分子材料とから成る上記マグネットでより高い磁気特性を得るために、異方性の磁性粉を用いて磁場中で成型し、磁性粉の磁化容易軸の向きを揃えている(配向させている)。配向させることにより、配向させないときと比較して約70%のピーク磁束密度の向上が見込まれる。このように磁場中で成型する方法としては、射出成型と押出し成型とが考えられる。 Further, in the present embodiment, in order to obtain higher magnetic characteristics with the magnet composed of magnetic powder and a polymer material, the magnetic powder is molded in a magnetic field using anisotropic magnetic powder, and the easy axis of magnetization of the magnetic powder is Orientation is aligned (orientated). By orienting, the peak magnetic flux density is expected to be improved by about 70% as compared with the case of not orienting. As methods for molding in a magnetic field, injection molding and extrusion molding are conceivable.
上述した射出成型を行う場合、溶融した材料を金型内に送り、磁場を印加して磁性粉を配向させ、磁性粉の配向が保持される程度の粘度となるまで金型内で保持した後に冷却するため、磁性分が配向されやすく、材料が持つ磁気特性を充分に活かすことができる。しかし、マグネットローラ33で用いるような長尺の場合はゲートからの距離により磁性粉の配向のされ方に違いが生じ易く、長手方向の磁気特性の偏差が大きくなりやすい。
When performing the above-described injection molding, the molten material is fed into the mold, the magnetic powder is oriented by applying a magnetic field, and after holding in the mold until the viscosity is such that the orientation of the magnetic powder is maintained. Because of cooling, the magnetic component is easily oriented, and the magnetic properties of the material can be fully utilized. However, in the case of a long length such as that used in the
一方、押出し成型を行う場合、成型材料は磁場を印加した領域ではある程度低い粘度でないと磁性粉は配向されず、また成型材料が押し出される方向と磁性粉が配向される方向が直交することから配向された磁性粉が乱されやすい。そのため、一般に射出成型よりも高い磁気特性が得にくい。しかし、マグネットローラ33のように長尺の場合でも長手方向の磁気特性の偏差は小さい。また、連続一体成型ができるため、工程の簡略化、加工時間の短縮化が可能である。金型構造が射出成型と比較して簡単かつ小型であり費用が易いなどの利点もあるため、本実施形態では押出し成型を採用している。
On the other hand, when extrusion molding is performed, the molding material is oriented so that the direction in which the molding material is extruded is perpendicular to the direction in which the magnetic powder is oriented unless the viscosity is somewhat low in the region where the magnetic field is applied. The magnetic powder is easily disturbed. For this reason, it is generally difficult to obtain higher magnetic characteristics than injection molding. However, even when the
一般にトナー及び磁性粉を含む現像剤26の現像ローラ15の各磁極には、40mT〜90mTのピーク磁束密度が要求される。また現像剤26のトナーと磁性キャリアの分散状態を良好に保つためにはマグネットローラ33の磁極数を例えば最低でも8極以上と多くする必要がある。このようにマグネットローラ33の磁極数を8極以上とし、各極とも40mT〜90mTといった磁気特性を達成するには、予め押出し成型時に8極以上に配向させないと達成困難である。配向させるには成型時の金型内で磁場を印加するが、8極以上に配向させるには8極以上の磁場を印加させなければならない。磁極の発生手段としては電磁石による方法と永久磁石による方法があるが、何れにしても8極以上の磁場を発生させるには配向度を上げることは難しく、高いピーク磁束密度を得られないという副作用が生じる。
Generally, each magnetic pole of the developing
磁極の中でも、現像極呼び隣接異極には高いピーク磁束密度が求められる。現像極のピーク磁束密度が低いと高い現像能力が得られない。また、現像極の下流側に隣接する極のピーク磁束密度が低いとキャリア付着の余裕度が低下する。本実施形態ではこれを防ぐために、現像極及び隣接異極に相当する部分にローラ33aを構成するマグネットよりも高磁力の高磁力マグネットからなるマグネットブロック33b、33cを挿入した。これにより、現像極及び隣接異極のピーク磁束密度を高くすることができた。
Among the magnetic poles, a high peak magnetic flux density is required for the developing pole and the adjacent different pole. When the peak magnetic flux density of the developing pole is low, high developing ability cannot be obtained. Further, when the peak magnetic flux density of the pole adjacent to the downstream side of the developing pole is low, the margin for carrier adhesion is lowered. In this embodiment, in order to prevent this, magnet blocks 33b and 33c made of a high magnetic force magnet having a higher magnetic force than that of the magnet constituting the
即ち、上記ローラ本体33は円筒状でかつ磁極取付溝35が設けられた形状が複雑であるが現像極及び隣接異極に比べて高い磁気特性が求められていない。本実施形態ではこのローラ本体33aについては磁性粉と高分子材料とから成る成型性は高いが磁気特性が低いマグネットで形成している。一方、磁極取付溝35内に挿入されるマグネットブロック33b、33cは棒状であり形状は単純であるが現像極及び隣接異極として働くため高い磁気特性が求められる。本実施形態ではこのマグネットブロック33b、33cについてはローラ本体33aを形成するマグネットよりも成型性は低いが高磁力の高磁力マグネットで形成している。このため、簡単に成型性を確保しつつ現像極及び隣接異極の磁気力を高めてキャリア付着の余裕度が高い現像ローラ15を得ることができる。さらにローラ本体33aとしてはマグネットを構成する磁性粉が配向していることにより、8極以上の多磁極にしても高い磁気力を持たせることができる。
That is, the
また、マグネットブロック33b、33cを配置するために、ローラ本体33aに磁極取付溝35を形成する必要がある。磁極取付溝35を配置する極が隣接しているため、磁極取付溝35間の壁の形成が難しい。磁極取付溝35間の壁を無くすと、磁極間で磁気力が落ち込み、キャリア付着の余裕度が低下する。ローラ本体33aの成型材料を構成する高分子材料としては、磁性粉含有量を高くしても融点付近で十分な柔軟性を有する必要があり、オレフィン系熱可塑性エラストマーが適している。オレフィン系熱可塑性エラストマーとしてはエチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンエチルアクリレート共重合体などが挙げられるが、中でもより柔軟なエチレンエチルアクリレート共重合体を用いることで、磁性粉含有量を92w%以上にしても成型性が充分に確保でき、磁極取付溝35間の壁の部分も配向させることにより、法線、接線方向の合成磁束密度に落ち込みをなくすことができる。
Further, in order to arrange the magnet blocks 33b and 33c, it is necessary to form the magnetic
しかしながら、高分子材料としてエチレンエチルアクリレート共重合体を用いても、磁性粉含有量が94wt%以上の領域になると成型性が確保できなくなる。このため、本実施形態ではローラ本体33aを形成するマグネットの磁性粉含有量としては92wt%〜94wt%未満として、高い磁力を得つつ、ローラ本体33aの成型を確保している。
However, even if an ethylene ethyl acrylate copolymer is used as the polymer material, moldability cannot be ensured when the magnetic powder content is in the region of 94 wt% or more. For this reason, in this embodiment, the magnetic powder content of the magnet forming the
次に、本発明の具体的な実施例を示す。ローラ本体33aの成型材料を構成する磁性粉は特に限定されるものではないが、本実施例では異方向性フェライトであるストロンチウムフェライトを用いた。フェライトは磁性粉の中でも最も一般的に用いられており、安価で入手が容易である。しかしながらこれに限らず磁気特性が高いNd−Fe−B系、Sm−Co系、Sm−Fe−N系などの希土類系の磁性粉を用いることもできる。
Next, specific examples of the present invention will be described. The magnetic powder constituting the molding material of the
成型材料中の磁性粉含有量は多い方が成型品磁気特性としては高いものが得られるが、柔軟性が損なわれ、成型性が確保できなくなる。一般的なプラスチックマグネットやゴムマグネットでは91wt%〜92wt%で成型性が得られなくなる。本発明のような高分子材料としてエチレンエチルアクリレート共重合体のうち、非晶質成分であるエチルアクリレート分は多い方がより柔軟な材料が得られる。本実施例では、エチレンエチルアクリレート共重体のうち、エチルアクリレート分が35wt%のものを用いた。これにより磁性粉含有量を92wt%以上にしても十分な柔軟性が確保できた。本実施例では磁性粉含有量を92.6wt%とした。 If the content of the magnetic powder in the molding material is larger, a molded product having higher magnetic properties can be obtained, but the flexibility is impaired and the moldability cannot be ensured. With general plastic magnets and rubber magnets, moldability cannot be obtained at 91 wt% to 92 wt%. As the polymer material as in the present invention, among the ethylene ethyl acrylate copolymer, a material having a higher ethyl acrylate content which is an amorphous component can provide a more flexible material. In this example, an ethylene ethyl acrylate copolymer having an ethyl acrylate content of 35 wt% was used. Thereby, even if the magnetic powder content was 92 wt% or more, sufficient flexibility could be secured. In this example, the magnetic powder content was 92.6 wt%.
また、ローラ本体33aを構成するマグネットを配向させるための磁界発生手段としては永久磁石を用い、金型内の各極に相当する部分に配置した。ローラ本体33aを配向させるには最低3Tの発生磁界が必要であり、また金型には150°C〜200°Cの熱がかかるため、200°C程度の熱による減磁がない必要がある。これらの要求を満たすには、Sm−Co磁石が適している。本実施例では最大エネルギー積BHmax24MGOe、残留磁束密度Br1.02Tの磁石を用いた。
Further, as a magnetic field generating means for orienting the magnets constituting the
永久磁石を配置した金型を用いて押出し成型を実施し、磁極取付溝35を形成したローラ本体33aを得る。成型温度は160°Cとした。また、ローラ本体33aの形状は、基準外径23mm、内孔基準径10mm、長さ314mmとした。配向されたローラ本体33aを脱磁し、ローラ本体33aの内孔に外径10mmの軸(SU303)を挿入する。着磁したマグネットブロック33b、33cを磁極取付溝35に挿入して接着固定した。マグネットブロック33b、33cとしてはローラ本体33aよりも高磁力のものであればよく特に限定されるものではない。
Extrusion molding is carried out using a mold in which permanent magnets are arranged to obtain a
接着はシアノアクリレート系の接着剤を用いた。ローラ本体33aにマグネットブロック33b、33cを接着固定したマグネットローラ33をヨーク着磁した。最後にマグネットローラ33の外周に非磁性円筒体としての現像スリーブ32(アルミニウムA6063、外径25mm)を被覆した。磁極S3(現像極)に挿入したマグネットブロック33bの形状は高さ3mm、幅3mmであり、磁極N4(隣接異極)に挿入したマグネットブロック33cの形状は高さ2.3mm、幅5mmであり、何れも材質がNd−Fe−B+PA6(6ナイロン)であり、最大エネルギ積BHmaxが10MGOeである。
For adhesion, a cyanoacrylate adhesive was used. A
本発明者らは構成が異なるマグネットローラ33を複数製造し、これらマグネットローラ33の磁気特性を測定した。結果を以下の表1に示す。
The inventors manufactured a plurality of
(実施例1)
実施例1では上述したように成型材料中の磁性粉を配向させてローラ本体33aを成型した。また、マグネットブロック33b、33cとしては上述したように材料:Nd−Fe−B+PA6(6ナイロン)、最大エネルギー積BHmax:10MGe、磁極S3(現像極)形状:高さ3mm、幅3mm、磁極N4(隣接異極)形状:高さ2.3mm、幅5mmとした。
Example 1
In Example 1, the roller
(比較例2)
比較例2では、ローラ本体33a中の磁性粉を配向させないで成型した。マグネットブロック33b、33cとしては実施例1と同じものを使用した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the magnetic powder in the
(比較例3)
比較例3ではマグネットブロック33b、33cを用いていない。ローラ本体33aは磁極取付溝35を形成せずに、磁性粉を配向させて成型した。
(Comparative Example 3)
In the comparative example 3, magnet blocks 33b and 33c are not used. The
表1によれば実施例1と比較例1とは磁極S3(現像極)及び磁極N4(隣接異極)の磁束密度を高くすることができる。これに対して、比較例2では磁極S3(現像極)及び磁極N4(隣接異極)の磁束密度を高くすることができない。 According to Table 1, in Example 1 and Comparative Example 1, the magnetic flux density of the magnetic pole S3 (developing pole) and the magnetic pole N4 (adjacent different pole) can be increased. In contrast, in Comparative Example 2, the magnetic flux density of the magnetic pole S3 (developing pole) and the magnetic pole N4 (adjacent different pole) cannot be increased.
これから明らかなように、隣接異極である磁極N4の磁束密度を現像極である磁極S3の磁束密度に対して少なくとも90%以上とするのに加えて、マグネットローラ33を磁極取付溝35が設けられ少なくとも磁性粉と高分子材料とから成るマグネットにより形成されたローラ本体33aと、このローラ本体33aを形成するマグネットよりも高磁力を有し磁極取付溝35内に挿入された高磁力マグネットとから構成することにより、成型性を確保しつつ現像極及び隣接異極の磁気力を高めてキャリア付着の余裕度を高めることができる。
As is apparent from the above, in addition to setting the magnetic flux density of the magnetic pole N4, which is the adjacent different pole, to at least 90% or more with respect to the magnetic flux density of the magnetic pole S3, which is the developing pole, the
また、実施例1と比較例2とは8極の着磁仕様を達成しているが、比較例1では8極の着磁仕様を満たしていない。これから明らかなように、ローラ本体33aの磁性粉を配向させることにより、ローラ本体33aを例えば8極以上の多磁極に形成することができ、現像剤26のトナーと磁性キャリアの分散状態を良好に保つことができる。
Further, Example 1 and Comparative Example 2 achieve the 8-pole magnetization specification, but Comparative Example 1 does not satisfy the 8-pole magnetization specification. As is clear from this, by orienting the magnetic powder of the roller
なお、上述した実施形態では、マグネットブロック33b、33cを用いて磁極S3(現像極)及び磁極N4(隣接異極)の磁気力を高めていたが、本発明はこれに限らず例えばマグネットブロック33b、33cを用いないマグネットローラ33の磁極S3(現像極)に対して磁極N4(隣接異極)の磁束密度を少なくとも90%以上とするようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the magnetic forces of the magnetic pole S3 (development pole) and the magnetic pole N4 (adjacent different pole) are increased by using the magnet blocks 33b and 33c. However, the present invention is not limited to this, for example, the
また、上述した実施形態では、ローラ本体33aを形成するマグネットの磁性粉を配向させていたが、本発明はこれに限らずローラ本体33aを多磁極とする必要がなければ配向させていないマグネットによりローラ本体33aを形成してもよい。
In the above-described embodiment, the magnetic powder of the magnet forming the
また、上述した実施形態では、ローラ本体33aを構成するマグネットの成型材料である高分子材料としてはエチレンエチルアクリレート共重合体を用いていたが、本発明はこれに限らず高分子材料としてはマグネットのバインダーとなるものであればなんでもよい。
In the above-described embodiment, the ethylene ethyl acrylate copolymer is used as the polymer material that is a molding material of the magnet constituting the
また、上述した実施形態では、ローラ本体33aを構成するマグネットの成型材料である高分子材料としてはエチレンエチルアクリレート共重合体を用いたとき磁性粉含有量を92wt%以上94%以上としていたが、本発明はこれに限らずローラ本体33aの磁気特性をそんなに高める必要がなければ磁性粉含有量を92wt未満としてもよい。
In the above-described embodiment, the magnetic powder content is 92 wt% or more and 94% or more when an ethylene ethyl acrylate copolymer is used as the polymer material that is a molding material of the magnet constituting the
また、上述した実施形態では、現像装置13は現像剤供給部14と、ケース27と、現像ローラ15と、規制ブレード16とを備えている。しかしながら、本発明では現像装置13は少なくとも現像ローラ15を備えていれば良く、必ずしも現像剤供給部14と、ケース27と、規制ブレード16とを備えていなくてもよい。
In the above-described embodiment, the developing
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 In addition, this invention is not limited to the said Example. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 画像形成装置
6 プロセスカートリッジ
8 感光体ドラム(感光体)
13 現像装置
26 現像剤
32 現像スリーブ(非磁性の円筒体)
33 マグネットローラ
S3 磁極(現像極)
N4 磁極(隣接異極)
DESCRIPTION OF
13 Developing
33 Magnet roller S3 Magnetic pole (development pole)
N4 magnetic pole (adjacent different pole)
Claims (8)
前記マグネットローラの前記円筒体に吸着された前記現像剤のトナーを感光体に受け渡す現像極に対して、前記円筒体の回転方向下流側隣の隣接異極が、前記現像極の磁束密度に対して少なくとも90%以上の磁束密度を有するように設けられたことを特徴とする現像ローラ。 In a developing roller comprising a magnet roller and a non-magnetic cylindrical body that encloses the magnet roller and adsorbs developer containing toner and magnetic carrier on the outer surface by the magnetic force of the magnet roller.
With respect to the developing pole that delivers the toner of the developer adsorbed on the cylindrical body of the magnet roller to the photosensitive body, the adjacent different polarity adjacent to the downstream side in the rotation direction of the cylindrical body is the magnetic flux density of the developing pole. A developing roller provided so as to have a magnetic flux density of at least 90% or more.
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