JP2007086620A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像装置において、補給トナーと現像剤との混合、帯電を十分に行い画像の濃度むらや、画像上のかぶり、現像器内のトナー凝集等が発生しない現像装置を提供すること。
【解決手段】像担持体上に形成された静電潜像を現像する、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する、現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、前記現像室と前記攪拌室との間の現像剤の移動を規制する規制壁と、その内部に磁界発生手段を内蔵し前記現像室に設置され前記像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、該現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、前記現像剤を攪拌搬送するために、前記現像室内部に設置された第１攪拌搬送部材と、前記攪拌室に設けられた第２攪拌搬送部材と、を有する現像装置において、前記規制壁に沿って前記現像剤担持体の磁気を遮蔽する磁気遮蔽壁を設置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、印刷装置等に用いられる現像装置に関するものである。

従来、像担持体上に形成された静電潜像を顕画像化するに際して、非磁性トナーと磁性キャリアの二成分現像剤を用いた二成分現像方法が広く用いられている。この二成分現像方法は、攪拌室に設置された第２攪拌搬送部材によって攪拌された現像剤を、現像室に設置された、内部に磁界発生手段であるマグネットを有する現像剤担持体に担持せしめ、この現像剤を用いて像担持体との対向部にて静電潜像を可視化するものである（例えば、特許文献１参照）。

こうした二成分現像方法を採用した二成分現像装置は、別体に設けられたトナー補給容器からトナーのみを補給して使用することから、二成分現像剤のトナー濃度（即ち、キャリア粒子とトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合）は、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。

トナー濃度は現像に際して常に変化するが、現像剤のトナー粒子は攪拌室にて補給され、攪拌・搬送され、現像室にて消費される。そのため、画像の品位を一定に保持するためには、現像剤はトナー濃度を十分安定させた状態で現像室に供給されなければならない。即ち、消費、補給に伴うトナー濃度の変動は攪拌室にて十分攪拌することによって安定させなければならない。
特開２００４−２１９５７８号公報

前述のように、現像剤担持体は内部に磁界発生手段を有する。磁界発生手段から発生した磁界は、現像室に存在する現像剤は勿論のこと、攪拌室に存在する現像剤にも及ぶ。画像形成装置全体の小型化が進む今日において、現像剤担持体と攪拌室の距離は一層縮まることが予想される。すると、現像スリーブによる磁気力が攪拌室により多く及ぶようになり、攪拌室の現像剤中の磁性キャリア粒子が強く磁化する。磁化したキャリア粒子は互いに磁気力で引き合い現像剤の流動性が低下する現象が起きる。

一方、近年の高画質化の要請により、微小な画素でも忠実に再現することを可能とするために、現像剤のトナーとキャリアの双方をより少径化する必要性が高まっている。小径化した現像剤を使用した場合には、粉体としての流動性はさらに悪くなり、補給されたトナーが、現像剤中に取り込まれることなく搬送され、現像剤表面に乗った状態で既存の現像剤と攪拌・混合されないといった現象が起きる。

一般に、現像剤担持体は攪拌搬送部材より高い場所に位置する（特許文献１参照）。そのため、攪拌室の中で特に磁気力が多く及ぶのは攪拌室上部であり、攪拌室上部の規制壁側に不要な磁気チェーンが形成されることがある。その結果、補給トナーが磁気チェーンと共に滞留等を起こす。

以上のように、混合が不十分なためにトナー補給及び消費によるトナー濃度変動を攪拌室では抑えられなくなると、未帯電トナーの数が増加し、トナー粒子の単位質量当たり帯電量Ｑ／Ｍが不安定となる。Ｑ／Ｍの不安定はかぶり等各種画像不良の原因となる。又、未帯電トナーは現像装置の外側に飛散し、機内汚れを起こし、様々な不具合をも引き起こす。又、現像剤の流動性低下によって、攪拌による摩擦帯電性能の低下も起こり得る。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、画像の濃度むらや、画像上のかぶり等画像の品位を一定に保持することができ、飛散によるトナー凝集、機内汚れ等の発生を防ぐことができる現像装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、像担持体上に形成された静電潜像を現像する、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する、現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、前記現像室と前記攪拌室との間の現像剤の移動を規制する規制壁と、その内部に磁界発生手段を内蔵し前記現像室に設置され前記像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、該現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、前記現像剤を攪拌搬送するために、前記現像室内部に設置された第１攪拌搬送部材と、前記攪拌室に設けられた第２攪拌搬送部材と、を有する現像装置において、前記規制壁に沿って前記現像剤担持体の磁気を遮蔽する磁気遮蔽壁を設置することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記磁気遮蔽壁の比透磁率が１００〜１００００であり、その厚さが０．３ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、現像剤担持体が内蔵する磁界発生手段の磁極が隣接する同極性の極（反発極）を有する時、前記磁気遮蔽壁の最下端が前記第２攪拌搬送部材の回転中心軸を通る水平面より下まで延び、最上端が反発極のうち垂直方向により高い方の反発極を通る水平面より上まで延びることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記磁気遮蔽壁と前記層厚規制部材が磁気的に接合していることを特徴とする。

本発明によれば、攪拌室の磁気遮蔽壁を設置しない場合に比して、攪拌室における磁気の影響を低減することができる。

又、現像剤混合性能が向上し、トナー粒子の消費、補給によるトナー濃度を安定させることができる。その結果、画像の濃度むらや、画像上のかぶり等画像の品位を一定に保持することができ、飛散によるトナー凝集、機内汚れ等を発生しないという効果がある。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の現像装置を備えた画像形成装置の要部を示す構成図である。

図１において、符号１は像担持体としての感光ドラムであり、感光ドラム１は、アルミニウムやニッケル等の金属のシリンダから成る基体の外周面に、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光層を形成して構成されている。この感光ドラム１は、図の矢印方向に所定の周速度で回転駆動され、回転過程で、その表面が帯電装置である帯電ローラ２によって暗部電位（ＶＤ）−７００Ｖに一様帯電される。次に、感光ドラム１の表面に第１色目の画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービーム３による走査露光が施され、感光ドラム１の表面に第１色目の静電潜像が明部電位（ＶＬ）−１００Ｖで形成される。

このようにして形成された潜像は、現像装置４によって現像され、トナー像として可視化される。現像装置４は４色分、即ち第１色目のイエロートナーを内包した第１の現像装置４ａ、第２色目のマゼンタトナーを内包した第２の現像装置４ｂ、第３色目のシアントナーを内包した第３の現像装置４ｃ、第４色目のブラックトナーを内包した第４の現像装置４ｄが設置されている。上記の潜像は、第１の現像装置４ａにより現像され、第１色目としてイエロートナー像が形成される。現像方法としては、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いることが多い。

上記の第１色目のイエロートナー像は、第２の像担持体としての中間転写体５に図示しない高圧電源からトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することにより、感光ドラム１と接触する第１の転写部位６ａで、中間転写体５の表面に静電転写される（１次転写）。中間転写体５は、転写材の長さよりも若干長い周長を有し、感光ドラム１に所定の圧力を持って圧接され、感光ドラム１とほぼ等しい周速度で図の矢印方向に回転駆動されている。１次転写が終了した感光ドラム１の表面に残留した１次転写残りのトナーは、クリーニング装置７ａによって除去される。

この工程が更に３回繰り返され、感光ドラム１の表面に順次形成された第２色目、第３色目、第４色目の潜像を、第２の現像装置４ｂ、第３の現像装置４ｃ、第４の現像装置４ｄにより、それぞれマゼンタ、シアン、ブラックのトナーを用いて現像し、得られトナー像を中間転写体１０５上に転写することにより、中間転写体１０５上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を積層したカラー画像が形成される。

その後、中間転写体５上のカラー画像は、転写ローラ６ｂに図示しない高圧電源からトナーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加することにより、中間転写体５と接触した第２の転写部位６ｂで、そこに所定のタイミングで搬送されてくる転写材Ｐの表面に一括して転写される（２次転写）。転写ローラ８は、２次転写時に、それまでの離間状態から中間転写体５の表面に所定の押圧力で圧接して接触状態になる。転写ローラ８は、従動回転または駆動回転により回転する。

カラー画像を転写された転写材Ｐは、図示しない定着装置に送られ、そこでカラー画像が転写材Ｐに加熱定着されて永久画像とされた後、画像形成装置の機外に排出される。２次転写が終了した中間転写体５の表面に残留した２次転写残りのトナーは、中間転写体５に対して所定のタイミングで動作状態になったクリーニング装置７ｂにより、中間転写体５の表面から除去される。

本発明に係る現像装置４（現像装置４ａ〜４ｄ）の構成の詳細について、図２に基づき説明する。

現像装置４は、現像容器４８の感光ドラム１側の開口から一部露出するように、現像剤担持体としての現像スリーブ４３が設置されている。現像容器４８内の非磁性トナーと磁性キャリアから成る現像剤は、第１攪拌搬送部材、第２攪拌搬送部材としての現像スクリュー４６、攪拌スクリュー４７によって攪拌搬送される。この現像スクリュー４６、攪拌スクリュー４７が回転することにより現像剤が攪拌される。現像スリーブ４３上でトナー消費が終了し、トナー濃度が低下した現像剤は矢印ｄの方向に現像室を搬送され、やがて攪拌室に流入する。又、補給トナーは、図２のトナー補給口４９より、図３中ａ部に補給される。トナー濃度が低下した現像剤と補給トナーは攪拌、混合されながら矢印ｃの方向へ搬送されていく過程を経て、均一に分散する。

更に、この攪拌の際にトナーは磁性キャリアとの摩擦帯電により電荷が付与される。現像剤の流動性が高いほどトナーと磁性キャリアの接触回数は多くなり、又、トナーと磁性キャリアの接触回数が多いほど、トナーの単位質量当たり帯電量Ｑ／Ｍは速く安定する。

このようにトナーを分散させて所定の単位質量当たり帯電量Ｑ／Ｍまで帯電された現像剤の一部が現像スリーブ４３上に担持される。現像スリーブ４３上に担持された現像剤は、層厚規制部材としての磁性ブレード４５で層厚が規制され、一定量の現像剤が現像スリーブ４３に担持されて現像領域Ａ１に搬送され、残りは現像室４０に戻される。現像領域Ａ１に搬送された現像剤中のトナーは、現像スリーブ４３と感光ドラム１との間に形成される現像電界によって感光体ドラム表面に転移し、感光体ドラム１上の静電潜像が現像される。

現像スリーブ４３は、回転可能な非磁性の円筒であり、複数の磁極を有するマグネット４４を内蔵する。マグネット４４は固定配置され、現像剤が現像スリーブ４３上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。現像スリーブ４３の表面は、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲内に入るのが望ましい。現像スリーブ４３は、図示しない回転駆動装置により回転駆動され、現像領域Ａ１で現像電界を形成するための現像バイアス電圧ＶＢが印加される。

現像スリーブ４３に内蔵されたマグネット４４は、現像領域Ａ１から時計周りにＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｎ極（Ｎ３）、Ｓ極（Ｓ２）の５つの磁極を有する。マグネット４４の磁力により、現像スリーブ４３上に現像剤がブラシ状に担持される。又、Ｎ２，Ｎ３は同極性の磁極が隣り合う反発極であり、反発極の極間は低磁気力のため現像剤を担持することができない。現像によるトナー消費を終えた現像剤はここでスリーブを離れ、再び現像スクリューにより搬送され、攪拌室でトナー補給を受ける。二成分現像において現像剤循環を形成する上で、反発極は重要な意味を持つ。

次に、本発明の特徴部である磁気遮蔽壁４２の構成について説明する。

図２においては規制壁が全て磁性体で構成された場合を示している。磁性体はニッケル板で、その厚さが１ｍｍであり、その外側を厚さ０．５ｍｍの非磁性の樹脂にて覆う構成とする。マグネット４４のＳ１極から発生した磁束は磁気遮蔽壁４２に上方から浸入し、マグネット４４のＮ２極から発生した磁束は磁気遮蔽壁４２に下方から浸入することで両者が磁気的に閉回路を成す。結果、磁気遮蔽壁４２より右方には磁気力が殆ど存在しない、即ち磁気が遮蔽された状態となる。一般的に磁気回路は理想的には磁極と磁性体の隙間は小さい方が漏れ磁束が少なく良いとされる。

しかしながら、本発明においては、攪拌室付近での漏れ磁束を低減することが目的であるため、必ずしも全体の漏れ磁束を低減する必要はない。磁極と磁性体が近すぎると逆に磁気遮蔽壁を構成する磁性体の飽和磁気量に達してしまい、結果、磁束が磁気遮蔽壁を突き抜け、攪拌室に磁気力が及んでしまうこともあり得る。つまり、磁気遮蔽壁の設置は磁極の配置に十分留意して行う必要がある。

攪拌室の磁気力を低減することにより、キャリア粒子が互い及ぼし合う磁気力を低減することができ、現像剤の流動性は向上する。同時に、攪拌室上部の規制壁側に形成される不要な磁気チェーンの形成を防ぐことで補給トナーの停留がなくなり、十分な混合を実現することができる。そして、十分な混合を行うことにより、補給トナーと磁性キャリアの接触回数が増大し、混合不良による未帯電トナーの数が減少、トナー粒子の単位質量当たり帯電量Ｑ／Ｍの分布が安定する。

上記のような、攪拌室を消費済み現像剤と補給トナーとの混合・攪拌に特化した構成で検討を行った。流動性が特に低下する耐久後の現像剤に対してトナー補給を行っても画像の濃度むらは無く、画像かぶりの発生、飛散トナーによる機内汚れを抑えることができた。又、帯電量分析装置E-SPART ANALYZER （ホソカワミクロン株式会社製）による帯電量Ｑ／Ｍ分布の測定においても、未帯電トナーが減少した。異なる環境下における長期に渡る繰り返し使用によっても、トナー帯電量Ｑ／Ｍが安定に推移することが確認できた。
＜実施の形態２＞
図４において磁気遮蔽壁の構成は請求項３に準じるものである。壁の途中が途切れていたとしても、更にその上方若しくは下方が存在していれば、それを最上端、最下端とし、要件を満たす。規制壁の機能としては、前述の通り現像室と攪拌室との間で現像剤が移動するのを規制することであるが、一部の現像剤が移動するように設計する場合もある。磁気遮蔽壁の役割としては、磁気回路の形成による磁気遮蔽であることから、その他の部分を磁性体で覆うことにより、磁気遮蔽の効果は保持される。

又、本実施の形態は、現像剤担持体の上部に磁性ブレードを持つ構成であり、これは請求項４に準じる。Ｓ１極より発生した磁束を、磁性ブレードを通じてより多く磁気遮蔽壁に流入させ、そのため遮蔽の効果を高くすることができた。
＜実施の形態３＞
図５は磁気ブレードが現像剤担持体の反発極のより高い方の磁極に対向している場合である。このような場合にも請求項４に準じることによって、Ｓ１極より発生する磁束が磁性ブレードより多く流入し、高い磁気遮蔽の効果を実現することができる。

本発明に係る現像装置が設置された画像形成装置を示す概略図である。 本発明に係る現像装置の概略断面図である。 本発明に係る現像装置の概略図である。 本発明に係る現像装置の概略断面図である。 本発明に係る現像装置の概略断面図である。 本発明の磁気遮蔽壁を設置したときの磁力線分布である。

符号の説明

１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ レーザービーム
４ 現像装置
５ 中間転写体
８ 転写ローラ
４０ 現像室
４１ 攪拌室
４２ 磁気遮蔽壁
４３ 現像スリーブ
４４ マグネット
４５ 磁性ブレード
４６ 現像スクリュー
４７ 攪拌スクリュー
４８ 現像容器
４９ トナー補給口

Claims (4)

1. 像担持体上に形成された静電潜像を現像する、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する、現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、前記現像室と前記攪拌室との間の現像剤の移動を規制する規制壁と、その内部に磁界発生手段を内蔵し前記現像室に設置され前記像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、該現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、前記現像剤を攪拌搬送するために、前記現像室内部に設置された第１攪拌搬送部材と、前記攪拌室に設けられた第２攪拌搬送部材と、を有する現像装置において、
   前記規制壁に沿って前記現像剤担持体の磁気を遮蔽する磁気遮蔽壁を設置することを特徴とする現像装置。
2. 前記磁気遮蔽壁の比透磁率が１００〜１００００であり、その厚さが０．３ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 現像剤担持体が内蔵する磁界発生手段の磁極が隣接する同極性の極（反発極）を有する時、前記磁気遮蔽壁の最下端が前記第２攪拌搬送部材の回転中心軸を通る水平面より下まで延び、最上端が反発極のうち垂直方向により高い方の反発極を通る水平面より上まで延びることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
4. 前記磁気遮蔽壁と前記層厚規制部材が磁気的に接合していることを特徴とする請求項１記載の現像装置。

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