JP2007086397A - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 確実な現像を可能とする現像時における磁気ブラシの直立状態と、キャリアの飛散を効果的に防止する非現像時における磁気ブラシの横倒状態とを容易に実現すると共に、高密度画像を形成する際の十分なトナー転移量を確保することができる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を簡易な構成で安価に提供する。
【解決手段】 磁極ロール５２２は、現像時には、現像領域における磁気ブラシｍを起立させた状態に維持するように、現像スリーブ５２１の所定方向の回転に伴う二成分現像剤の移動による磁気吸引力によって第一の回転制限位置に保持されると共に、非現像時には、現像領域における磁気ブラシｍ１が、現像スリーブの周面と略平行な状態で感光体ドラム２の周面と接触するように、磁極ロール５２２と現像スリーブ５２１の外部との間で発生する磁気吸引力によって第二の回転制限位置に保持されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置に関し、特に、非現像時におけるキャリアの感光体ドラムへの付着防止を図った現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。

特開昭６１−２０１２７９号公報 特開平０４−３３８７８３号公報 特開２００４−１９１４３３号公報

一般に、電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、感光体ドラム等の静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて可視像化するものが知られている。この種の現像装置に用いられる現像方式としては、現像剤として着色剤粒子であるトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤として磁性体粒子であるキャリアと着色粒子であるトナーとを混合撹拌したものを用いる二成分現像方式とに大別される。

従来、二成分現像方式の現像装置としては、画質、コスト面や安定性など優れた点が多いことから、トナーを磁性キャリアに混合した現像剤を磁場によって搬送して現像する磁気ブラシ現像方法が広く用いられている。この磁気ブラシ現像方法では、トナーと磁性キャリアとの摩擦で発生した静電気力により、トナーが磁性キャリアの表面に担持されるが、このトナーは、感光体上の静電潜像に接近すると、感光体と現像装置内の現像ロールとの間に形成される電界によって静電潜像上へ飛翔し、静電潜像を可視像化する。

しかし、このような磁気ブラシ現像方法においては、感光体に対する帯電バイアスや、現像ロールに対する帯電バイアスのオンオフタイミングのズレによって、現像ロールと感光体間の電位差が大きくなることがあり、この際は感光体へのキャリア付着が発生するという問題が生じる。

このような感光体へのキャリア付着の発生を防止するために、非現像時に現像ロール上の現像剤層を感光体から離す先行技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここで、特許文献１では、現像時と非現像時とで現像ロールを構成する磁極ロールの設定角度を変更して、非現像時には、磁極ロールを回転駆動して、磁気ブラシを寝かせた状態にし、かつ、トリミング磁極の位置を変えて、現像剤の層厚を変化させ、現像時には磁気ブラシと感光体とを接触させると共に、非現像時には磁気ブラシと感光体とを非接触にして、現像動作のオン・オフを行う現像装置が開示されている。

また、特許文献２では、バネ機構を付加し、このバネ機構による弾性力と現像ロールの回転に伴う磁気吸引力とを用い、磁極ロールの設定角度を変更して、非現像時には、磁気ブラシを寝かせた状態にして感光体と磁気ブラシとを非接触にし、現像動作のオン・オフを行う現像装置が開示されている。

一方、感光体へのキャリア付着は磁気ブラシが感光体に接触して折れ曲がり、この折れ曲がり部分の磁気吸引力が低下することが原因のひとつであることが判明している。そこで、こうした現象を抑制するために、磁気ブラシが現像スリーブと略平行に連なった状態で現像する極間現像の提案もなされている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、上述の特許文献に開示された先行技術においては、以下のような問題を有していた。

例えば、特許文献１，２に開示された先行技術においては、いずれも磁極ロールの設定角度を変更するための駆動機構が必要となり、装置の大型化やコストアップといった問題を生じていた。

また、非現像時に、磁気ブラシを感光体と非接触状態に維持することによりキャリア付着を防止するため、感光体と現像ロールとの離隔距離を確保する必要があり、現像時における磁気ブラシと感光体との接触が不十分となり、例えば、高密度画像を現像する際に、必要十分なトナー転移量が得られず、高品質な画像形成ができないといった問題を生じていた。

さらに、特許文献３で開示された極間現像方式によれば、キャリア付着は抑制できるが従来の現像方式に比べて感光体と現像ロール間の間隙精度、現像ロール上の現像剤量精度を高めないと画像濃度ムラが発生するという問題が生じていた。

そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、確実な現像を可能とする現像時における磁気ブラシの直立状態と、キャリアの飛散を効果的に防止する非現像時における磁気ブラシの横倒状態とを容易に実現すると共に、高密度画像を形成する際の十分なトナー転移量を確保することができる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の現像装置は、現像ハウジング内にキャリア及びトナーからなる二成分現像剤を収容すると共に、静電潜像が形成された感光体ドラムと現像領域を介して対向配置され、現像時に所定の方向に回転する現像スリーブと、この現像スリーブの内部に配設された磁極ロールとを有する現像装置において、前記磁極ロールは、前記現像スリーブの前記所定の回転方向と同方向への回転を制限する第一の回転制限位置と、前記所定の回転方向と逆方向への回転を制限する第二の回転制限位置との間で回動可能に形成されており、前記磁極ロールは、現像時には、前記現像領域における磁気ブラシを起立させた状態に維持するように、前記現像スリーブの所定方向の回転に伴う二成分現像剤の移動による磁気吸引力によって前記第一の回転制限位置に保持されると共に、非現像時には、前記現像領域における磁気ブラシが、前記現像スリーブの周面と略平行な状態で前記感光体ドラムの周面と接触するように、前記磁極ロールと前記現像スリーブの外部との間で発生する磁気吸引力によって第二の回転制限位置に保持されることを特徴とするものである。

ここで、磁気ブラシを起立させた状態に維持するとは、磁気ブラシが現像スリーブの法線方向に沿って、対向する感光体ドラムに向かって略直立している状態をいうものとする。

また、磁気ブラシが、現像スリーブの周面と略平行な状態で感光体ドラムの周面と接触するとは、磁気ブラシが、現像スリーブの周面に沿って寝た状態（横倒状態）で、現像スリーブ側から見て、少なくともその最外部の磁気ブラシが、感光体ドラムの周面と接触する状態をいうものとする。

このように構成した本発明の現像装置は、磁極ロールが、現像スリーブの所定の回転方向と同方向への回転を制限する第一の回転制限位置と、所定の回転方向と逆方向への回転を制限する第二の回転制限位置との間で回動可能に形成されており、磁極ロールは、現像時には、現像領域における磁気ブラシを起立させた状態に維持するように、現像スリーブの所定方向の回転に伴う二成分現像剤の移動による磁気吸引力によって第一の回転制限位置に保持されると共に、非現像時には、現像領域における磁気ブラシが、現像スリーブの周面と略平行な状態で感光体ドラムの周面と接触するように、磁極ロールと現像スリーブの外部との間で発生する磁気吸引力によって第二の回転制限位置に保持されるので、確実な現像を可能とする現像時における磁気ブラシの直立状態と、キャリアの飛散を効果的に防止する非現像時における磁気ブラシの横倒状態とを、装置の大型化やコストアップを生じさせることなく、現像スリーブの回転運動と外部磁気吸引力とを有効に活用し、磁極ロールの所定の回転制限位置を切り替えて容易に実現すると共に、高密度画像を形成する際の十分なトナー転移量を確保することができる現像装置を簡易な構成で安価に提供することができる。

また、前記磁極ロールを、その軸方向端部にて回動可能に支持する規制部材を備え、該規制部材は、前記第一の回転制限位置に対応して、前記磁極ロールの回転軸と当接する第一の当接部と、前記第二の回転制限位置に対応して、前記磁極ロールの回転軸と当接する第二の当接部とを備えていてもよい。

このように構成した場合には、磁極ロールを、その軸方向端部にて回動可能に支持する規制部材を備え、該規制部材が、第一の回転制限位置に対応して、磁極ロールの回転軸と当接する第一の当接部と、第二の回転制限位置に対応して、磁極ロールの回転軸と当接する第二の当接部とを備えているので、磁極ロールの回動範囲を規制する規制部材を新たに付加することなく、磁極ロールの回転を規制する従来の固定部材を、簡単な加工により磁極ロールの回動範囲を規制する規制部材として流用することが可能となり、これにより、装置の小型化、コストダウンに一層寄与することができる。

さらに、前記現像剤担持体と所定の間隙を維持して対向する、磁性体、あるいは磁石を含んだ層厚規制部材を備え、前記磁極ロールは、非現像時に、少なくとも該磁極ロールと前記層厚規制部材との間で発生する磁気吸引力によって前記第二の回転制限位置に保持されてもよい。

このように構成した場合には、現像剤担持体と所定の間隙を維持して対向する、磁性体、あるいは磁石を含んだ層厚規制部材を備え、磁極ロールが、非現像時に、少なくとも該磁極ロールと層厚規制部材との間で発生する磁気吸引力によって第二の回転制限位置に保持されるので、磁極ロールを第二の回転制限位置に保持するための特別の駆動源を何ら設けることなく、より装置の小型化・コストダウンに寄与することができる。

さらに、前記現像スリーブに近接して、二成分現像剤が滞留している現像剤溜りを有し、前記磁極ロールは、非現像時に、少なくとも該磁極ロールと現像剤溜りとの間で発生する磁気吸引力によって前記第二の回転制限位置に保持されてもよい。

このように構成した場合には、現像スリーブに近接して、二成分現像剤が滞留している現像剤溜りを有し、磁極ロールが、非現像時に、少なくとも該磁極ロールと現像剤溜りとの間で発生する磁気吸引力によって第二の回転制限位置に保持されるので、特別の駆動源を何ら設けることなく、磁極ロールを第二の回転制限位置に保持することができるので、より装置の小型化・コストダウンに寄与することができる。

以上において、前記キャリアは、ＳＦ１１５未満の滑らか表面をもつ球形キャリアであってもよい。

この場合には、二成分現像剤の寿命を維持し、キャリア付着の抑制に一層効果的なキャリアを提供することができる。

さらに、本発明は上述の現像装置と、静電潜像担持体へ静電潜像を形成する潜像形成手段と、静電潜像を現像装置により可視像化したトナー像を記録媒体に転写する転写手段とを備える画像形成装置をも対象とする。

本発明によれば、確実な現像を可能とする現像時における磁気ブラシの直立状態と、キャリアの飛散を効果的に防止する非現像時における磁気ブラシの横倒状態とを、装置の大型化やコストアップを生じさせることなく、現像スリーブの回転運動と外部磁気吸引力とを有効に活用し、磁極ロールの所定の回転制限位置を切り替えて容易に実現すると共に、高密度画像を形成する際の十分なトナー転移量を確保することができる現像装置を簡易な構成で安価に実現することができる。

＜第一の実施形態＞

以下に、本発明に係る一実施の形態を図面を参照して説明する。

まず、本発明が適用可能な画像形成装置の一実施形態の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は本発明に係わるタンデム型カラー画像形成装置１００の概略構成図である。

この画像形成装置１００においては、画像読取装置１０２より読み取られたカラー原稿のカラー画像情報、図示しないパーソナルコンピュータや画像データ入力装置等から送られてくるカラー画像情報等が入力され、入力された画像情報に対して画像処理が行われるようになっている。

図１において、１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナー画像を形成する画像形成ユニットであり、複数の張架ロールにより張架された無端状の中間転写ベルト９の進行方向に沿って１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの順で直列に配設されている。また、中間転写ベルト９は、これらの画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋで順次形成された各色のトナー像が、互いに重ね合わされた状態で転写される中間転写体であり、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに対応する静電潜像担持体である感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋのそれぞれに対向して配設される一次転写ロール６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとの間に挿通され、矢印方向に循環移動可能に形成されている。そして、中間転写ベルト９上に多重に転写された各色のトナー像は、給紙カセット１７等から給紙された記録媒体としての記録用紙１８上に一括して転写された後、定着装置１５によって記録用紙１８上に定着され、カラー画像が形成された記録用紙１８が外部に排出されるようになっている。

ここで、画像読取装置１０２は、プラテンガラス上に載置された原稿を不図示の光源によって照明し、原稿からの反射光像を、走査光学系を介してＣＣＤセンサ等からなる画像読取素子によって所定の解像度で読み取るように構成されている。

また、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、同様に構成されており、大別して、矢印方向に沿って所定の回転速度で回転する感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと、当該感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面に各色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する露光装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上に形成された静電潜像を現像する現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋと、着脱自在に配設され現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに所定の色のトナーを供給するトナーカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、ドラムクリーニング装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ等とから構成されている。

さらに、本実施の形態において、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、矢印方向に回転する金属製ドラムの表面に有機系感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光体層が形成されており、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面と接触し、該感光体層を所定の電位に帯電するように構成されている。

このように構成した画像形成装置における画像形成工程について、イエロートナー画像を形成する画像形成ユニット１Ｙを代表例として説明する。

まず、感光体ドラム２Ｙは、帯電ロール３Ｙにより、その表面が一様に帯電される。次に、例えば、画像読取装置１０２によって読み取られた画像情報に基づき、露光装置４Ｙから出力されるレーザービームによりイエロー画像に対応する走査露光がなされ、感光体ドラム２Ｙの表面にはイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

このイエロー画像に対応する静電潜像は現像装置５Ｙによってイエロートナー像となり、一次転写手段の一部を構成する一次転写ロール６Ｙの圧接力及び静電吸引力によって中間転写ベルト９上に一次転写される。一次転写後の感光体ドラム２Ｙ上に残留したイエロートナーは、ドラムクリーニング装置７Ｙよって掻き取られる。その後、感光体ドラム２Ｙの表面は除電装置８Ｙによって除電された後、次の画像形成サイクルのために帯電ロール３Ｙにより再び帯電される。

多色のカラー画像形成を行う本画像形成装置１００では、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおいても行われ、中間転写ベルト９上にフルカラートナー像が重ね合わされた状態で形成される。この中間転写ベルト９としては、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものを用いることができる。

中間転写ベルト９上に一次転写されたフルカラートナー像は、所定のタイミングで二次転写位置へと搬送される記録用紙１８上に、中間転写ベルト９を支持するバックアップロール１３と、このバックアップロール１３に所定のタイミングで圧接する二次転写ロール１２との圧接力及び静電吸引力によって二次転写される。なお、記録用紙１８上に二次転写できなかった中間転写ベルト９上の残トナーは、そのまま中間転写ベルト９上に付着した状態でベルトクリーニング装置１４まで搬送され、このベルトクリーニング装置１４により中間転写ベルト９上から除去されて次の画像形成に備える。

一方、記録用紙１８は、画像形成装置１００内の下部に配置された記録用紙収容部としての給紙カセット１７から、所定のサイズのものが給紙ロール１７ａによって給紙される。給紙された記録用紙１８は、複数の搬送ロール１９及びレジストロール２０によって、所定のタイミングで中間転写ベルト９の二次転写位置まで搬送される。そして、記録用紙１８には、上述したように、二次転写手段としてのバックアップロール１３と二次転写ロール１２とによって、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が一括して転写される。

また、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が二次転写された記録用紙１８は、中間転写ベルト９から分離された後、二次転写手段の下流側に配設された定着装置１５へと搬送され、この定着装置１５によって熱及び圧力でトナー像が記録用紙１８上に定着されるようになっている。定着後の記録用紙１８は、排出ロール２３を介して排出トレイ２４上に排出される。

次に、本発明に係る現像装置の構成について、図２及び図３を参照してさらに説明する。ここで、図２は、現像時における磁極ロールの回転位置（第一の回転制限位置）を示す図であり、図３は、非現像時における磁極ロールの回転位置（第二の回転制限位置）を示す図である。なお、各現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ及びその構成部材は全て同様な構造であり、簡単のため、以下、各符号は総称表記（例えば、現像装置５）する。

図２（ａ）に示されるように、本発明に係る現像装置５は、感光体ドラム２に向かって開口する現像ハウジング５１を有し、この現像ハウジング５１の開口に面して現像剤担持体である現像ロール５２を配設し、現像ハウジング５１のうち、現像ロール５２に隣接した部位には二成分現像剤が収容される第一現像剤収容部５３ａと、この第一現像剤収容部５３ａと隔壁Ｗを介して隣接すると共に、その軸方向両端部において、第一現像剤収容部５３ａと連通している第二現像剤収容部５３ｂとを備えている。

第一現像剤収容部５３ａ及び第二現像剤収容部５３ｂのそれぞれは、二成分現像剤が収容されるスペースを有すると共に、第一現像剤収容部５３ａには、二成分現像剤を所定の軸方向（例えば、図中、奥側から手前側）に搬送するスパイラル状のオーガ５６ａが配設されている。一方、第二現像剤収容部５３ｂには、二成分現像剤を、第一現像剤収容部５３ａのオーガ５６ａとは反対方向（例えば、図中、手前側から奥側）に搬送するスパイラル状のオーガ５６ｂが配設されている。そして、第一現像剤収容部５３ａと第二現像剤収容部５３ｂとは、軸方向両端部において互いに連通しており、二成分現像剤が、これらの第一現像剤収容部５３ａ及び第二現像剤収容部５３ｂ間を軸方向に循環するようになっている。

なお、本実施の形態において、現像作用により現像剤収容部５３ａ，５３ｂ内のトナー濃度が所定の範囲よりも低下した場合には、例えば、第二現像剤収容部５３ｂの底部に設けられた不図示の濃度センサ及び不図示の現像剤補給手段により、第二現像剤収容部５３ｂ内に二成分現像剤が供給されるようになっている。また、本実施の形態において、二成分現像剤は、トナーと磁性キャリアからなる現像剤であり、トナーは、例えば非磁性トナーを用いるが、磁性トナーを用いても差し支えない。

さらに、本実施の形態において、現像ロール５２は、現像時に所定の方向（本例では、時計回り方向）に回転する現像スリーブ５２１と、この現像スリーブ５２１の内部に配設され、所定の範囲内で回動可能に形成された磁極ロール５２２とを備えている。

ここで、現像スリーブ５２１は、所定の方向に回転すると共に、現像ハウジング５１の開口部であって、感光体ドラム２と対向している現像領域において、感光体ドラム２と所定の離隔距離Ｄにて対向するように配置されている。

一方、本実施の形態における磁極ロール５２２は、複数の磁石部材を周方向に配置してロール状に形成したものであり、現像ロール５２の回転方向に沿って、現像磁極Ｓ１の下流側には、所定の角度間隔で搬送磁極Ｎ１及びピックオフ磁極Ｓ２が配設されている。また、現像磁極Ｓ１の上流側には、所定の角度間隔でトリミング磁極Ｎ２及びピックアップ磁極Ｓ３が配設されている。そして、このように内部に各磁極が配置された磁極ロール５２２により、現像ロール５２には、各磁極Ｓ１（本例では、例えば、１００ｍＴ），Ｎ１（６０ｍＴ），Ｓ２（６０ｍＴ），Ｓ３（６０ｍＴ），Ｎ２（８５ｍＴ）のそれぞれの磁力に対応して、所定の磁束密度分布が生じる。なお、磁極ロール５２２内の各々の磁極の配置や数は適宜選定して差し支えない。

さらに、本実施の形態における磁極ロール５２２は、その軸方向一端部の断面がＤ字状に形成された回動軸であるＤカット軸５２２Ｄを有し、このＤカット軸５２２Ｄに、装置筐体に固定された板状の規制部材５３０の開口部５３０ｄを挿通させることにより、その回動範囲が物理的に規制されるようになっている。

この規制部材５３０は、図２（ｂ）に拡大して示されるように、その先端に磁極ロール５２２のＤカット軸５２２Ｄが挿通される開口部５３０ｄを有し、この開口部５３０ｄには、現像ロール５２が所定の方向に回転する現像時において、磁極ロール５２２のＤカット軸５２２Ｄの当接面５２２ｓと当接する第一の当接部５３０ａと、現像ロール５２がその回転を停止する非現像時において、磁極ロール５２２のＤカット軸５２２Ｄの当接面５２２ｓと当接する第二の当接部５３０ｂとが形成されている。

このような規制部材５３０の開口部５３０ｄに、磁極ロール５２２の回転位置を物理的に規制する第一の当接部５３０ａと、第二の当接部５３０ｂとを形成することにより、従来の磁極ロール５２２を固定するために用いられていた固定部材を簡易な加工により流用することが可能となり、これにより、磁極ロール５２２の回動範囲を規制する規制部材を何ら新たに付加することなく装置の小型化・コストダウンに寄与することができる。

そして、規制部材５３０により、磁極ロール５２２は、そのＤカット軸５２２Ｄの当接面５２２ｓが規制部材５３０の第一の当接部５３０ａに当接する際に、現像領域の中央部（感光体ドラム２と現像ロール５２との間隙が最も狭くなる箇所）に現像磁極（本例では、Ｓ１）が配置されるような第一の回転制限位置（図２参照）と、Ｄカット軸５２２Ｄの当接面５２２ｓが規制部材５３０の第二の当接部５３０ｂに当接する際に、現像領域を挟むように現像磁極（本例では、Ｓ１）と、搬送磁極（本例では、Ｎ１）とが配置されるような第二の回転制限位置（図３参照）との間を回動可能なように形成されている。

また、本実施の形態では、現像ロール５２内のトリミング磁極Ｎ２の近傍には、現像ロール５２と対向するように層厚規制部材５４が配設されている。この層厚規制部材５４は、現像ロール５２と同程度の幅を有し、一端を現像ハウジング５１により支持され、先端部を所定の間隙で現像ロール５２に近接させている。

さらに、本実施の形態に係る層厚規制部材５４には、現像ロール５２の回転方向に沿って、現像状態（図２に示される第一の回転制限位置）におけるトリミング磁極Ｎ２の上流側（本例では、層厚規制部材５４の図中、右側面）に磁性部材５４ｍが貼り付けられている。なお、本実施の形態では、層厚規制部材５４に磁性部材５４ｍを貼り付けた構成を採用しているが、この層厚規制部材５４自体を、磁石又は磁性体により構成して、トリミング磁極Ｎ２の上流側に配置しても差し支えない。

このような層厚規制部材５４を、磁石や磁性体により構成することにより、磁束密度がこの層厚規制部材５４に集中して、層厚規制部材５４に向かう磁気吸引力と、現像スリーブ５２１の回転運動とが相俟って、層厚規制部材５４と現像スリーブ５２１とのギャップを通過する二成分現像剤の層厚を、このギャップの約半分程度に薄層化することが可能となる。これにより、感光体ドラム２と現像ロール５２との現像領域における対向距離をより近接させて、現像効率及び画像品質を向上させることができる。

次に、このように構成した本実施の形態に係る現像装置５の作動について、図２〜図５を参照してさらに説明する。

まず、現像ロール５２が所定の方向へ回転する現像時においては、図２に示されるように、第一現像剤収容部５３ａにおける二成分現像剤は、オーガ５６ａにより撹拌され、現像ロール５２内のピックアップ磁極（本例では、Ｓ３）によって捕獲される。この後、捕獲された二成分現像剤は、ピックアップ磁極Ｓ３の磁気吸引力と現像ロール５２表面との摩擦力により、現像ロール５２（現像スリーブ５２１）の回転方向に搬送される。この搬送された二成分現像剤は、層厚規制部材５４の近傍に到達すると、トリミング磁極Ｎ２により穂立ちを形成する。さらに、この二成分現像剤の穂立ちは、層厚規制部材５４にて規制されることにより、所定の層厚の現像剤層として現像ロール５２上に形成されて、現像領域に搬送される。さらに、現像領域に搬送された二成分現像剤の現像剤層は、現像磁極Ｓ１の磁気吸引力により、図４（ａ）に示されるように、現像ロール５２の法線方向に沿って、対向する感光体ドラム２に向かって略直立している状態、すなわち起立した状態で磁気ブラシｍを形成し、この磁気ブラシｍを形成する二成分現像剤におけるトナーは、感光体ドラム２と現像ロール５２との間に形成される現像電界によって、感光体ドラム２上の静電潜像を可視像化する。

このような現像動作の際、本実施の形態に係る現像装置５においては、上述のような現像スリーブ５２１の所定の方向への回転動作に伴って、現像剤収容部５３ａ中の二成分現像剤が現像スリーブ５２１の周面に吸着して移動する。すると、この二成分現像剤と磁極ロール５２２との間に発生する磁気吸引力により、二成分現像剤の移動に伴って磁極ロール５２２は現像スリーブ５２１の回転方向（本例では、時計回り方向）と同方向に回転される。そして、磁極ロール５２２のＤカット軸５２２Ｄの当接面５２２ｓが、前述した規制部材５３０の第一の当接部５３０ａと当接し、現像ロール５２が回転している現像期間中において、磁極ロール５２２は、その現像磁極Ｓ１が現像領域の中央部（現像点）に位置する第一の回転制限位置に保持される。

このように磁極ロール５２２が第一の回転制限位置に保持されている際に、磁気ブラシｍが現像領域において起立した状態で、感光体ドラム２と十分に接触するので、確実な現像が可能となる。

一方、現像ロール５２の回転が停止する非現像時においては、図３に示されるように、現像時における現像ロール５２の回転に伴う磁気吸引力が消滅し、磁極ロール５２２のトリミング磁極Ｎ２と、層厚規制部材５４の磁性部材５４ｍとの間に働く磁気吸引力が支配的となって、磁極ロール５２２は、現像ロール５２の所定の回転方向と逆方向（本例では、反時計回り方向）へ回転される。そして、磁極ロール５２２のＤカット軸５２２Ｄの当接面５２２ｓが、前述した規制部材５３０の第二の当接部５３０ｂと当接し、現像ロール５２の回転が停止している非現像期間中において、磁極ロール５２２は、その現像磁極Ｓ１と搬送磁極Ｎ１とが現像領域を挟むように位置する第二の回転制限位置に保持される。

このとき現像領域に生成される磁気ブラシｍは、図４（ｂ）に示されるように、現像スリーブ５２１の周面と略平行に寝た状態（横倒状態）で、現像スリーブ５２１から見て、少なくともその最外部の磁気ブラシｍ１が、感光体ドラム２の周面と接触している状態となっている。

ところで、一般に、高密度高画質画像を形成するためには、現像時において、磁気ブラシｍと感光体ドラム２との接触を十分に確保する必要がある。そこで、このような高密度画像の形成に必要な磁気ブラシの状態を鋭意検討したところ、起立した状態の磁気ブラシが感光体ドラム２と接触する際に、その長さの半分ぐらいに折れ曲がる（つぶされる）ような接触状態を確保する必要があることが判明した。

ここで、現像領域内での磁気ブラシｍが起立した状態（現像領域内での磁気ブラシｍが現像磁極Ｓ１の直上に形成される極上現像状態）及び磁気ブラシが寝た状態（現像領域内での磁気ブラシｍが、現像磁極Ｓ１と搬送磁極Ｎ１との間に形成される極間現像状態）における感光体ドラム２及び現像ロール５２の対向距離Ｄと、現像スリーブ５２１上に担持搬送される現像剤量（ＭＯＳ）との関係を図５に示す。なお、図５中のＬ１は、極上現像状態における対向距離Ｄと現像剤量との関係を線形近似した直線であり、Ｌ２は、極間現像状態における対向距離Ｄと現像剤量との関係を線形近似した直線である。

図５のＬ１及びＬ２から理解されるように、直線Ｌ２の傾き≒直線Ｌ１の傾き／２となっていることが分かる。すなわち、高密度高画質の画像形成に必要な所望の現像剤量（例えば、５００ｇ／ｍ²）を確保するための極間現像状態での対向距離（約３５０μｍ）と、極上現像状態での対向距離（約８００μｍ）とは、極間現像状態での対向距離≒極上現像状態での対向距離／２の関係となる。従って、感光体ドラム２と現像ロール５２との対向距離Ｄを、極間現像状態の対向距離、すなわち、現像領域における横倒状態の磁気ブラシの少なくとも最外部の磁気ブラシｍ１が、感光体ドラム２と接触するような対向距離Ｄに設定すれば、上述の高密度高画質の画像形成に必要な磁気ブラシｍと感光体ドラム２との十分な接触状態を確保できることが分かる。

そこで、本実施の形態に係る現像装置５においては、現像ロール５２と、感光体ドラム２との対向距離が、現像ロール５２の回転が停止している非現像状態において、図４（ｂ）に示されるように、現像領域における横倒状態の磁気ブラシの少なくとも最外部の磁気ブラシｍ１が、感光体ドラム２と接触するような対向距離Ｄに設定されている。

このような現像装置５を用いて、その性能を検証したところ、本発明に係る現像装置５は、非現像時において、現像領域における磁気ブラシを現像ロール５２の周面に沿った寝た状態に維持することにより、図４（ａ）に示される磁気ブラシが起立した状態に比し、非現像時における磁気ブラシｍの感光体ドラム２との接触による折れ曲がりが少なくなり、例えば、感光体ドラム２と現像ロール５２へのバイアス電圧の印加タイミングのズレによって感光体ドラム２上に異常電位が発生した場合でも、感光体ドラム２へのキャリア付着を抑制することが確認できた。さらに、感光体ドラム２へのキャリア付着を抑制することにより、感光体ドラム２やクリーニング装置７へのダメージを防止し、両者の寿命を延命化することができた。

また、現像ロール５２と感光体ドラム２との対向距離Ｄを、磁気ブラシｍ１が現像ロール５２の周面に沿って寝た状態で感光体ドラム２の周面に接触するような距離に設定（図４（ｂ）参照）することにより、現像時における磁気ブラシｍと感光体ドラム２との十分な接触を実現し、高密度高画質な画像を形成する際の十分なトナー転移量を確保できるこが確認できた。

なお、本実施の形態に係る現像装置５においては、上述のように感光体ドラム２と現像ロール５２との対向距離Ｄを、例えば、３５０μｍ程度の微小な間隙に設定しているため、層厚規制部材５４により形成される現像剤層も薄層化されている。

そして、このように現像剤層を薄層化する際には、現像剤に大きなストレスが加わり、現像剤の寿命を縮めてしまう傾向がある。

そこで、このような現像剤の短命化を防止するために、本発明に係る現像装置５に用いられる二成分現像剤中のキャリアとしては、その形状係数ＳＦが１０５〜１１５の重合製法により作成されたキャリアを用いることが好ましい。

ここで、キャリアの形状係数ＳＦとは、キャリアの球形の程度を表す指標であり、具体的には、以下の式（１）で示されるものである。なお、形状係数ＳＦは、１００に近ければ近いほど球形に近く、真球では形状係数ＳＦが１００となる。
ＳＦ＝（π／４）×（ＭＬ²／Ａ）×１００・・・（１）
ＭＬ：キャリアの投影像における径の最大長
Ａ：キャリアの投影像における投影面積

このような形状係数を有し、重合製法により作成されたキャリアを用いることにより、その滑らかな表面によりキャリア間の滑りが大きくなり、シェアストレスを小さくすることによるキャリア寿命の延命化が可能となる。さらに、このような球形キャリアを用いることにより、磁気ブラシが寝た状態になる非現像時に、キャリア間の滑りが大きく、より滑らかな磁気ブラシが形成されるため、感光体ドラム２との接触により磁気ブラシが折れ曲がる確率が減少し、感光体ドラム２へのキャリア付着をより効果的に防止することができる。

なお、本実施の形態に好適なキャリアは、重合製法だけでなく、例えば、多孔性キャリアコア表面又は細孔の少なくとも一部にポリマー又はポリマー混合物を含み、さらに、ポリマー又はポリマー混合物によりコーティングされたキャリアを用いてもよい。

以上のように、本発明に係る現像装置５によれば、特別の駆動源を何ら設けることなく、従来の現像ロール５２の回転運動や磁性部材の磁気吸引力を利用し、磁極ロール５２２を駆動して所定の回転制限位置に保持することにより、確実な現像を可能とする現像時における磁気ブラシの直立状態と、キャリアの飛散を効果的に防止する非現像時における磁気ブラシの横倒状態とを、容易に実現すると共に、高密度画像を形成する際の十分なトナー転移量を確保することができる。
また、磁極ロール５２２の回動範囲を規制する規制部材を新たに設けることなく、従来の磁極ロールの固定部材を簡易な加工により流用することが可能となり、これにより装置の小型化、コストダウンを容易に実現することができる。
＜第二の実施形態＞

次に、本発明に係る現像装置の第二の実施形態について、図６を参照して説明する。

なお、本実施の形態に係る現像装置５Ａは、先の実施の形態に係る現像装置５に比し、非現像時における磁極ロール５２２の回動手段を変更したものであり、先の実施の形態と同様な機能を有する部材には、同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態に係る現像装置５Ａが適用可能な画像形成装置も先の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

本実施の形態に係る現像装置５Ａは、図６に示されるように、層厚規制部材５４と第一現像剤収容部５３ａとの間に隔壁部Ｗ１を設け、これにより、層厚規制部材５４の上流側に形成される現像剤溜りＧの位置が、従来よりも層厚規制部材５４（トリミング磁極Ｎ２）から遠ざかるように形成したものである。ここで、図６は、非現像時における磁極ロール５２２の回転位置（第二の回転制限位置）を示す図である。また、現像ロール５２が所定の方向に回転する現像時における磁極ロール５２２は、先の実施の形態と同様に、現像スリーブ５２１の回転動作に伴って移動する二成分現像剤の磁気吸引力により駆動されるため、その説明は省略する。

このように構成した本実施の形態に係る現像装置５Ａにおいて、現像スリーブ５２１の回転が停止した非現像時には、図６に示されるように、現像スリーブ５２１の回転動作に伴って移動する二成分現像剤による磁気吸引力が消滅し、層厚規制部材５４と、隔壁部Ｗ１を介して、離れた位置に形成された現像剤溜りＧと、磁極ロール５２２内のトリミング磁極Ｎ２との間に生じる磁気吸引力により、磁極ロール５２２は、現像スリーブ５２１の所定の回転方向と逆方向に回転駆動され、先の実施の形態と同様な作用により、その現像磁極Ｓ１と搬送磁極Ｎ１とが現像領域を挟むように位置する第二の回転制限位置に保持される。

このように構成した本実施の形態に係る現像装置５Ａにおいても、先の実施の形態と同様に、特別の駆動源を何ら設けることなく、従来の現像ロール５２の回転運動や、現像剤溜りＧの磁気吸引力を利用して、磁極ロール５２２を駆動して所定の回転制限位置に保持することが可能となると共に、磁極ロール５２２の回動範囲を規制する規制部材を新たに設けることなく、従来の磁極ロールの固定部材を簡易な加工により流用することが可能となり、これにより装置の小型化、コストダウンを実現することができる。

また、本実施の形態においては、非現像時において、層厚規制部材５４による磁気吸引力を利用していないので、先の実施の形態のように、磁性部材５４ｍの位置をトリミング磁極Ｎ２より上流側にずらして回転力を得る必要がなく、現像時におけるトリミング磁極Ｎ２が層厚規制部材５４と正対するように、トリミング磁極Ｎ２を層厚規制部材５４の直上に配置することができ、これにより一層安定した現像剤層を形成して画像品質の向上に寄与することができる。

さらに、本実施の形態においては、現像剤溜りＧの位置を、従来よりもトリミング磁極Ｎ２（層厚規制部材５４）より遠ざけているので、磁極ロール５２２の回動ストロークを長くとることができ、これにより、磁極ロール５２２内の磁極の配置数や、配置構成の自由度が増大すると共に、任意の回転制限位置をより容易に実現することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、層厚規制部材５４で規制される現像剤層を薄層化するために、先の実施の形態と同様に、層厚規制部材５４を磁性体もしくは、磁性部材により構成してもよい。

このように構成した場合には、現像剤溜りＧの位置や体積を、現像剤溜りＧによる磁気吸引力が層厚規制部材５４による磁気吸引力よりも大きくなるように調整することにより、同様な効果を得ることができる。

また、本実施の形態における現像剤溜りＧは、トリミング磁極Ｎ２の上流側に形成されればよく、このような条件を満たすならば、例えば、隔壁部Ｗ１を省略し、現像剤溜りＧが層厚規制部材５４の上流側に隣接して形成されるようにしてもよい。

この場合は、先の実施の形態における磁性部材５４ｍと同様に、現像剤溜りＧが作用することとなり、先の実施の形態と同様な回転力を得ることができる。

さらに、本実施の形態に係る現像装置５Ａにおいては、層厚規制部材５４の上流側の現像剤溜りＧの位置を変更し、従来よりも上流側で堰き止めているため、現像剤に加わるストレスが増大するが、このようなストレスの増大に対しては、先の実施の形態と同様に、その形状係数ＳＦが１０５〜１１５の、例えば、重合製法により作成されたキャリアを用いることにより、キャリアに対するストレスを軽減して安定した薄層化を可能すると共に、現像剤収容スペースの変更の自由度を高めることができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明の第一の実施形態に係る現像装置の現像時における磁極ロールの回転位置（第一の回転制限位置）を示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る現像装置の非現像時における磁極ロールの回転位置（第二の回転制限位置）を示す図である。 現像ロール上の磁気ブラシの感光体ドラムとの接触状態を示す図であり、（ａ）は直立状態での接触を示す模式図であり、（ｂ）は横倒状態での接触を示す模式図である。 極間現像時と極上現像時の感光体ドラム及び現像ロール間の対向距離と、現像ロール上の現像剤量との関係を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係る現像装置の非現像時における磁極ロールの回転位置（第二の回転制限位置）を示す図である。

符号の説明

１Ｙ−１Ｋ：画像形成ユニット、２Ｙ−２Ｋ：感光体ドラム、３Ｙ−３Ｋ：帯電ロール、４Ｙ−４Ｋ：露光装置、５Ｙ−５Ｋ：現像装置、６Ｙ−６Ｋ：一次転写ロール、７Ｙ−７Ｋ：ドラムクリーニング装置、９：中間転写ベルト、１０Ｙ−１０Ｋ：トナーカートリッジ、１２：二次転写ロール、１４：ベルトクリーニング装置、１５：定着装置、１７：給紙カセット、１８：記録用紙、５１：現像ハウジング、５２：現像ロール、５３ａ，５３ｂ：現像剤収容部、５４：層厚規制部材、５４ｍ：磁性部材、５６ａ，５６ｂ：オーガ、１００：画像形成装置、５２１：現像スリーブ、５２２：磁極ロール、５２２Ｄ：Ｄカット軸、５２２ｓ：当接面、５３０：規制部材、５３０ａ：第一の当接部、５３０ｂ：第二の当接部、５３０ｄ：開口部、Ｄ：対向距離、ｍ，ｍ１：磁気ブラシ、Ｓ１：現像磁極、Ｎ１：搬送磁極、Ｎ２：トリミング磁極、Ｓ２：ピックオフ磁極、Ｓ３：ピックアップ磁極、Ｗ１：隔壁部

Claims (6)

1. 現像ハウジング内にキャリア及びトナーからなる二成分現像剤を収容すると共に、静電潜像が形成された感光体ドラムと現像領域を介して対向配置され、現像時に所定の方向に回転する現像スリーブと、この現像スリーブの内部に配設された磁極ロールとを有する現像装置において、
   前記磁極ロールは、前記現像スリーブの前記所定の回転方向と同方向への回転を制限する第一の回転制限位置と、前記所定の回転方向と逆方向への回転を制限する第二の回転制限位置との間で回動可能に形成されており、
   前記磁極ロールは、現像時には、前記現像領域における磁気ブラシを起立させた状態に維持するように、前記現像スリーブの所定方向の回転に伴う二成分現像剤の移動による磁気吸引力によって前記第一の回転制限位置に保持されると共に、非現像時には、前記現像領域における磁気ブラシが、前記現像スリーブの周面と略平行な状態で前記感光体ドラムの周面と接触するように、前記磁極ロールと前記現像スリーブの外部との間で発生する磁気吸引力によって第二の回転制限位置に保持されることを特徴とする現像装置。
2. 前記磁極ロールを、その軸方向端部にて回動可能に支持する規制部材を備え、該規制部材は、前記第一の回転制限位置に対応して、前記磁極ロールの回転軸と当接する第一の当接部と、前記第二の回転制限位置に対応して、前記磁極ロールの回転軸と当接する第二の当接部とを備えていることを特徴とする請求項１の記載の現像装置。
3. 前記現像剤担持体と所定の間隙を維持して対向する、磁性体、あるいは磁石を含んだ層厚規制部材を備え、前記磁極ロールは、非現像時に、少なくとも該磁極ロールと前記層厚規制部材との間で発生する磁気吸引力によって前記第二の回転制限位置に保持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記現像スリーブに近接して、二成分現像剤が滞留している現像剤溜りを有し、前記磁極ロールは、非現像時に、少なくとも該磁極ロールと現像剤溜りとの間で発生する磁気吸引力によって前記第二の回転制限位置に保持されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記キャリアは、ＳＦ１１５未満の滑らか表面をもつ球形キャリアであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置と、
   静電潜像担持体へ静電潜像を形成する潜像形成手段と、
   前記静電潜像を前記現像装置により可視像化したトナー像を記録媒体に転写する転写手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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