JP2007304142A - 現像装置、及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非磁性体の現像剤規制部材を使用しても、現像ロール上に均一な現像剤の層厚を形成することができる現像装置、及びこれを備えた画像形成装置を得る。
【解決手段】下流側層厚規制範囲（範囲Ｂ）が現像ロール８６上の磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置するように現像剤規制ロール５０が配置されている。下流側層厚規制範囲（範囲Ｂ）の法線方向成分が大きくなることで、磁力線に沿って立つように現像剤Ｇが穂立ち（磁気ブラシ）する。下流側層厚規制範囲を通過するまで、磁束密度の法線方向成分が大きいので、現像剤Ｇが持上げられることで現像税規制ロール５０をくぐり抜けにくくするため、層厚が均一に絞られる。このため、現像剤Ｇの表面に発生する波打ちが抑制され、現像剤Ｇの層厚が均一となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、感光体上の静電潜像を現像剤で現像する現像装置と、この現像装置を備えた画像形成装置に関する。

現像装置には、感光体の現像領域へ搬送される現像剤の層厚を規制するために磁性を持つ丸棒が現像ロールに対して隙間を持って平行配置されたものがある。（特許文献１）
この現像装置では、磁力線を現像ロールから丸棒に向けて発生させていることで、丸棒との対向位置で磁力線が統制されており、この磁力線に沿って穂立ち（磁気ブラシ）している現像ロール上の現像剤は、丸棒との隙間を通過する際に穂立ちが分断されることで余分な量が擦り切られる。このため、現像剤担持体上の現像剤層厚の制御が容易である。
特開平０８−２１１７４５公報

しかしながら、この現像装置では、丸棒が磁性体で構成されているがゆえに、現像ロールの磁力で引きつけられて丸棒の中央部が撓む性質をもっており、現像剤の擦り切りに大きな影響を与える隙間の均一性を確保するのが困難であった。さらに、丸棒の近傍で現像剤の磁力拘束が発生するため、これを緩和させるために丸棒を回転駆動させたり、回転によって現像剤が現像装置外に出てしまうのを防止するブレードなどを配置させる必要があった。

そこで、丸棒を非磁性体とすれば量産性やコストの面で有利だが、現像剤担持体と丸棒との間で磁力線の制御ができなくなるため、現像剤は安定して現像剤担持体上に保持されない。

また、現像剤が現像剤担持体と丸棒で形成されるくさび状の隙間を通過する際に、隙間の入口から中央部にかけて圧縮され、出口に行くに従い解放する力が作用するため、現像剤の表面に波打ち（スリップ）が発生し現像剤の層厚が不均一となる。

本発明は、上記事実を考慮し、非磁性体の現像剤規制部材を使用しても、現像剤担持体上に均一な現像剤の層厚を形成することができる現像装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することが課題である。

本発明の請求項１に係る現像装置は、現像剤を担持して回転し感光体にトナー像を形成する現像ロールと、前記現像ロールと対向配置され、前記現像ロールとの間に隙間を形成して前記現像ロール上の現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と、を備えた現像装置において、前記現像剤規制部材は非磁性であって、前記隙間における前記現像ロールの回転方向下流側はくさび状を為し、前記現像剤規制部材の層厚規制範囲の下流側層厚規制範囲が、前記現像ロールの磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置するように前記現像剤規制部材が配置されたことを特徴とする。

上記構成によれば、現像剤規制部材の下流側層厚規制範囲は、磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置している。法線方向の成分が大きいことで、磁力線に沿って立つように現像剤が穂立ち（磁気ブラシ）する。

すなわち、現像剤が現像ロールと非磁性体である現像剤規制部材との隙間を通過する際に、規制範囲の中央部で圧縮され、下流に行くに従って徐々に解放する力が現像剤に作用するが、下流側境界を通過するまで磁束密度の法線方向成分が大きいので、現像剤を現像ロールの周方向に移動させようとする力よりも持上げようとする力の方が大きく、現像剤が現像ロール上を滑ることを抑えて所定位置に維持させようとする。

このため、現像剤の表面に発生する波打ちが抑制され、現像剤の層厚が均一となる。

本発明の請求項２に係る現像装置は、請求項１記載において、前記現像剤規制部材の下流側層厚規制範囲の下流側境界では、前記現像ロールの接線の現像剤搬送方向下流側を基準として、磁力線の角度が５１．７°以上であることを特徴とする。

上記構成によれば、下流側層厚規制範囲の下流側境界における磁力線の角度が５１．７°以上となっているため、下流側層厚規制範囲の現像剤の穂立ちがさらに安定する。

本発明の請求項３に係る現像装置は、請求項１又は２記載において、前記隙間における前記現像ロールの回転方向上流側はくさび状を為し、前記現像剤規制部材の層厚規制範囲における上流側層厚規制範囲が、前記現像ロールの磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置するように前記現像剤規制部材が配置されたことを特徴とする。

上記構成によれば、現像剤規制部材の上流側層厚規制範囲は、磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置している。法線方向の成分が大きいことで、現像ロールと現像剤規制部材の隙間を通る直前に、余分な現像剤が十分擦り切られると共に、くさび状の隙間に進入する現像剤の量を抑え、隙間の中央部における現像剤の圧縮を軽減させることで、当該隙間の中央部を越えた現像剤が圧縮からの開放で現像ロールの周方向に動こうとする力を低減させることができる。この結果、隙間を通過した現像剤の層厚が均一となる。

本発明の請求項４に係る現像装置は、請求項１乃至３何れか１項に記載において、前記現像剤規制部材が現像剤規制ロールで構成され、前記現像剤規制ロールの中心と前記現像ロールの中心を結ぶ線と、上流側で前記現像ロールの磁束密度の法線方向成分と接線方向成分が等しくなる点と前記現像ロールの中心を結ぶ線とのなす角が２０°以上となる位置に、前記現像剤規制ロールが配置されたことを特徴とする。

上記構成によれば、現像ロールの中心と現像剤規制ロールの中心を結ぶ線と、現像剤規制ロールの上流側で磁束密度の法線方向成分と接線方向成分が等しくなる点と現像ロールの中心を結ぶ線との成す角度が２０°以上となる位置に現像剤規制ロールが配置されている。このため、現像剤規制ロールの上流側で、現像剤の穂立ちの角度が安定するため、層厚規制範囲を通過した後の現像剤の層厚の変動が抑えられる。

これにより、製造バラツキで現像剤規制ロール等の位置ずれ等が発生しても、現像剤の層厚が均一となる。

本発明の請求項５に係る現像装置は、請求項１乃至４何れか１項記載において、下流側層厚規制範囲は、前記現像ロールの中心から現像剤規制ロールの中心を結ぶ線と、前記現像ロールの中心を通り前記現像剤規制ロールの下流側表面に接する接線との間であって、上流側層厚規制範囲は、前記現像ロールの中心から前記現像剤規制ロールの中心を結ぶ線と、前記現像ロールの中心を通り前記現像剤規制ロールの上流側表面に接する接線との間であることを特徴とする。

上記構成によれば、現像ロールの中心から現像剤規制ロールの中心を結ぶ線と、現像ロールの中心を通り現像剤規制ロールの下流側表面に接する接線との間の下流側層厚規制範囲と、現像ロールの中心から現像剤規制ロールの中心を結ぶ線と、現像ロールの中心を通り現像剤規制ロールの上流側表面に接する接線との間の上流側層厚規制範囲とで、現像剤規制ロールが現像剤の層厚を規制する。

本発明の請求項６に係る現像装置は、請求項１乃至５何れか１項に記載において、前記現像剤は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤であることを特徴とする。

上記構成によれば、現像剤が非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤である。出力画像の色味を高品質に保つために二成分現像剤を使用しても非磁性トナーが付着した磁性キャリアを磁力線に沿って立つように現像剤担持体上に穂立ち（磁気ブラシ）させることができる。

本発明の請求項７に係る現像装置は、請求項６記載において、前記非磁性トナーはケミカルトナーであることを特徴とする。

上記構成によれば、非磁性トナーがケミカルトナーであるため、非磁性トナーの形状のバラツキが抑制され、流動性が良い。このため、記録媒体への転写性能は向上するが、現像剤が現像ロールと現像剤規制部材との隙間を通過したときに、現像剤の表面に波打ちが発生し、現像剤の層厚が不均一になりやすくなる。しかし、現像ロール上の磁束密度に基づいて現像剤規制部材を配置することで、現像剤の層厚が均一となる。

本発明の請求項８に係る現像装置は、請求項７記載において、前記ケミカルトナーの形状係数が１４０以下であることを特徴とする。

上記構成によれば、ケミカルトナーの形状係数が１４０以下であるため、形状が球形状に近づき、流動性が向上する。このため、記録媒体への転写性能はさらに向上するが、現像剤の表面に波打ちが発生し、現像剤の層厚が不均一になりやすくなる。しかし、現像ロール上の磁束密度に基づいて現像剤規制部材を配置することで、現像剤の層厚が均一となる。

本発明の請求項９に係る現像装置は、請求項６乃至８何れか１項に記載において、前記磁性キャリアは樹脂キャリアであることを特徴とする。

上記構成によれば、磁性キャリアが樹脂キャリアであるため、磁化率が低い。このため、磁力線の作用を受け難くなり、現像剤の層厚が不均一となりやすくなるが、現像ロール上の磁束密度に基づいて現像剤規制部材を配置することで、現像剤の層厚が均一となる。

本発明の請求項１０に係る画像形成装置は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、画像形成装置には、請求項１乃至９何れか１項に記載された現像装置が備えられているため、現像剤量の過不足による現像不良を防止でき、画質を向上させることができる。

本発明によれば、非磁性体の現像剤規制部材を使用しても、現像ロール上に均一な現像剤の層厚を形成することができる。

本発明の現像装置６４が採用された画像形成装置１０の第１実施形態を図１〜図８に従って説明する。

図８に示されるように、画像形成装置１０には、４つの色（本実施形態では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のプロセスカートリッジ１４が上下方向に配列されている。

図７に示されるように、プロセスカートリッジ１４は、感光体１６を有する感光体カートリッジ６２と、現像装置６４（詳細は後述する）とで構成されている。

感光体カートリッジ６２は、感光体１６と、感光体１６の周囲に配設されたクリーニング装置２２、帯電ロール１８、イレーズランプ２４、及びクリーニング装置２２の横方向に配設されたサブトナー補給ユニット６６とで構成されている。

サブトナー補給ユニット６６には、感光体１６の軸方向に直交する方向に延びる一対の支持突起７８が設けられている。この支持突起７８を画像形成装置１０のカートリッジ受部（図示省略）に挿通させることで、画像形成装置１０にプロセスカートリッジ１４が装着されるようになっている。

また、図８に示されるように、画像形成装置１０の下部には、シート材Ｐが収納された給紙カセット２６が設けられている。給紙カセット２６の近傍には、シート材Ｐを所定のタイミングで送り出すピックアップロール２８が設けられている。このピックアップロール２８によって給紙カセット２６から送り出されたシート材Ｐは、搬送ロール３０及びレジストレーションロール３２を介して、用紙搬送経路３４へ送り出され、後述する搬送装置４８へ搬送される。

一方、図７に示すプロセスカートリッジ１４は、用紙搬送経路３４の上流側からイエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の順に配設されており、プロセスカートリッジ１４の側方には、プロセスカートリッジ１４に走査光を照射する露光装置３６が配設されている。

露光装置３６は、筐体３８内に半導体レーザ（図示省略）、ポリゴンミラー４０、結像レンズ４４、及びミラー４６が配設されており、半導体レーザからの光はポリゴンミラー４０で偏向走査され、結像レンズ４４とミラー４６を介して感光体１６に照射される。これにより、感光体１６に、画像情報に応じた静電潜像が形成されるようになっている。

また、感光体１６に対して用紙搬送経路３４を挟んで対向する位置には、搬送装置４８が配設されている。搬送装置４８は、画像形成装置１０の側壁１０Ａに沿って設けられた一対の張架ロール５１、５２と、この張架ロール５１、５２に巻き掛けられた搬送ベルト５３とで構成されている。張架ロール５２は、図示しないモータによって回転され、搬送ベルト５３が移動するようになっている。

張架ロール５１の近傍には、吸着ロール５５が配設されており、この吸着ロール５５に電圧が印加されることによって、搬送ベルト５３にシート材Ｐが静電的に吸着されるようになっている。

また、搬送ベルト５３の裏面の、各色の感光体１６に対向する位置には、それぞれ転写ロール５４が配設されている。この転写ロール５４によって、感光体１６上の後述するトナー画像が、搬送ベルト５３によって搬送されるシート材Ｐに転写され、定着装置５６で定着される。そして、トナー画像が定着されたシート材Ｐは、排出ロール５８によって排出トレイ６０へ排出される。

次に本実施形態における現像装置６４について図６に従って説明する。

図６に示されるように、現像装置６４は、感光体１６に対向し且つ感光体１６上の静電潜像を非磁性トナーＴ及び磁性キャリアからなる二成分現像剤Ｇで可視像化する現像ユニット６８と、この現像ユニット６８に対して非磁性トナーＴを補給するメイントナー補給ユニット７０で構成とされている。

現像ユニット６８は、ハウジング８０を有している。ハウジング８０は感光体１６の下方側に設けられており、感光体１６側に向かって開口する開口部８２が形成されている。また、このハウジング８０内には現像剤収容室８４が形成されており、この現像剤収容室８４内には、非磁性トナーＴ及び磁性キャリアからなる現像剤Ｇが収容可能とされている。

さらに、ハウジング８０内には、ハウジング８０の開口部８２から一部が露出するようにして現像ロール８６が設けられており、現像ロール８６はハウジング８０に回転可能に軸支されている。また、現像ロール８６の端部には、図示しないギアが固定されており、モータからの回転力がギアへ伝達されギアを介して現像ロール８６が回転するようになっている。

さらに、現像ロール８６は、回転可能とされた導電性を有する薄肉円筒状の非磁性のスリーブ８６Ａと、固定された円柱状のマグネットロール８６Ｂとを備えている。

また、非磁性のスリーブ８６Ａと対向して、現像ロール８６上の現像剤Ｇの層厚を規制する現像剤規制部材としての円柱状の現像剤規制ロール５０が、非磁性のスリーブ８６Ａと隙間Ｓをもって対向配置されている。なお、現像剤規制ロール５０については詳細を後述する。

これにより、現像ロール８６は、現像剤Ｇ中に含まれた磁性キャリアを磁力で吸着し、表面に現像剤Ｇの磁気ブラシを形成し、現像剤規制ロール５０によって現像剤Ｇの層厚が規制され、現像剤Ｇを感光体１６と対向する位置へ搬送する。そして、感光体１６上に形成された静電潜像が、現像ロール８６上の現像剤Ｇによってトナー画像として可視化される。

現像ロール８６の下方には、現像ロール８６の軸方向に沿って第１攪拌搬送オーガー８８及び第２攪拌搬送オーガー８９が配設されている。

図５に示されるように、第１攪拌搬送オーガー８８及び第２攪拌搬送オーガー８９は、それぞれ回転軸８８Ａ、８９Ａを備えており、ハウジング８０の周壁にそれぞれ回転可能に軸支されている。また、第１攪拌搬送オーガー８８及び第２攪拌搬送オーガー８９の回転軸８８Ａ、８９Ａには、所定のピッチで螺旋羽根８８Ｂ、８９Ｂが螺旋状に巻き付けられて形成されている。

さらに、回転軸８８Ａ、８９Ａの端部には、それぞれ図示しないギアが固定されており、図示しないモータからの回転力がギアへ伝達され、ギアを介して第１攪拌搬送オーガー８８及び第２攪拌搬送オーガー８９がそれぞれ回転すると、螺旋羽根８８Ｂ、８９Ｂによって、現像剤収容室８４内に収容された現像剤Ｇが攪拌されながら図５の矢印方向へ搬送されるようになっている。

第１攪拌搬送オーガー８８と第２攪拌搬送オーガー８９の間には仕切壁９０が形成されており、この仕切壁９０によって現像剤収容室８４内は、第１攪拌搬送オーガー８８が配設された領域（第１攪拌路）９２と、第２攪拌搬送オーガー８９が配設された領域（第２攪拌路）９３とに二分されている。

仕切壁９０の長手方向の両端部には、連通口９４、９５が形成されている。この連通口９４、９５によって第１攪拌路９２と第２攪拌路９３とが連通されており、現像剤収容室８４内の現像剤Ｇは、第１攪拌搬送オーガー８８及び第２攪拌搬送オーガー８９の回転によってそれぞれ第１攪拌路９２及び第２攪拌路９３内を攪拌されながら搬送されて、第１攪拌路９２と第２攪拌路９３との間を現像剤Ｇが循環するようになっている。

図６に示されるように、現像ユニット６８に隣接したメイントナー補給ユニット７０には、補給用トナーＴが収容されるトナー収容室１５０が設けられている。トナー収容室１５０には、現像ロール８６の軸方向に沿ってトナー攪拌搬送部材１５２が設けられている。

トナー攪拌搬送部材１５２は回転軸１５２Ａを備え、ハウジング８０の周壁に回転可能に軸支されている。この回転軸１５２Ａには、所定のピッチで羽根１５２Ｂが形成されている。

回転軸１５２Ａの端部には、図示しないギアが固定されており、図示しないモータからの回転力がギアへ伝達され、ギアを介してトナー攪拌搬送部材１５２が回転すると、羽根１５２Ｂによってトナー収容室１５０内の非磁性トナーＴが攪拌されながら図５の矢印方向へ搬送されるようになっている。

一方、トナー収容室１５０と現像剤収容室８４との間には、壁部１５４が設けられている。壁部１５４の下部からは、湾曲壁１５６がトナー収容室１５０側へ延び、また、仕切壁１５７が現像剤収容室８４側へ延びることで、ハウジング８０の底板の間に、トンネル状のディスペンス室１５８が設けられている。

図５に示されるように、湾曲壁１５６の長手方向の一方の端部近傍には、トナー収容室１５０とディスペンス室１５８とを連通するようにして開口部１６２が形成されている。これにより、トナー収容室１５０内に収容された非磁性トナーＴは、トナー攪拌搬送部材１５２によって攪拌されながらトナー収容室１５０内を搬送され、開口部１６２からディスペンス室１５８へ送り込まれるようになっている。

一方、仕切壁１５７の長手方向の他方の端部近傍には、ディスペンス室１５８と現像剤収容室８４とを連通するようにしてトナー供給口１６４が形成されている。これにより、ディスペンス室１５８内の非磁性トナーＴは、ディスペンスオーガー１６０によって攪拌されながらディスペンス室１５８内を搬送され、トナー供給口１６４から現像剤収容室８４へ送り込まれるようになっている。

図６に示されるように、トナー供給口１６４は、下端部が現像剤収容室８４に収容されている現像剤Ｇの表面位置よりも下方に位置するようにして形成されている。これにより、トナー供給口１６４の少なくとも一部が、現像剤収容室８４に収容された現像剤Ｇに埋もれた状態となっており、ディスペンス室１５８から現像剤収容室８４へ送り込まれた非磁性トナーＴが現像剤Ｇの中に潜り込み、現像剤収容室８４に収容された現像剤Ｇと混合しやすくなっている。このように、ディスペンスオーガー１６０、第１攪拌搬送オーガー８８及び第２攪拌搬送オーガー８９によって攪拌された現像剤Ｇが現像ロール８６の表面に磁力により吸着される構成となっている。

上記構成による画像形成装置１０では、次のようにして画像が形成される。

図８に示されるように、まず、電圧が印加された帯電ロール１８は、感光体１６の表面を予定の帯電部電位で一様にマイナス帯電する。

帯電された感光体１６上の画像部分が予定の露光部電位になるように露光装置３６で露光を行ない静電潜像が形成される。

すなわち、図示しない制御装置から供給される画像データに基づき、半導体レーザ（図示省略）をオン・オフして変調することによって画像に対応した潜像が感光体１６上に形成される。

さらに、図６に示されるように、現像装置６４の現像ロール８６の非磁性のスリーブ８６Ａには、ディスペンスオーガー１６０、第１攪拌搬送オーガー８８、及び第２攪拌搬送オーガー８９によって攪拌された現像剤Ｇがマグネットロール８６Ｂの磁力で吸着される。また、非磁性のスリーブ８６Ａに吸着された現像剤Ｇは、現像剤規制ロール５０と現像ロール８６との隙間Ｓを通ることで余剰分が擦り切られ、現像剤Ｇの層厚が均一となる。

また、現像ロール８６には各色毎に所定の現像バイアス電圧が電源装置（図示省略）から印加されており、感光体１６上の静電潜像は、現像ロール８６の位置を通過する時に、静電潜像に現像剤Ｇのトナーが電気力によって付着しトナー画像として可視化される。

そこで、図８に示されるように、給紙カセット２６に載置されたシート材Ｐがピックアップロール２８によって、用紙搬送経路３４に送りだされ、さらに、搬送ロール３０、及びレジストレーションロール３２によって所定のタイミングで搬送され、感光体１６と転写ロール５４との間を通り、トナー画像がシート材Ｐに転写される。この転写されたトナー画像は定着装置５６で定着され、トナー画像が定着されたシート材Ｐは、排出ロール５８によって排出トレイ６０へ排出される。

次に、現像ロール８６及び現像剤規制ロール５０について図１に従って説明する。

図１に示されるように、現像ロール８６のマグネットロール８６Ｂは、Ｎ極性のＮ１、Ｎ２及びＳ極性のＳ１、Ｓ２、Ｓ３の合計５つの磁極を有し、周方向Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２，Ｓ３，Ｎ２の順に所定の間隔で配置されている。感光体１６の現像領域に対向する位置には現像極Ｓ１が配置されており、この現像極Ｓ１の現像ロール８６の回転方向上流側には、非磁性のスリーブ８６Ａ表面の現像剤量を規制する現像剤規制極Ｎ２が現像剤規制ロール５０に対向して配置されている。また、現像極Ｓ１よりも下流側で現像剤規制極Ｎ２よりも上流側には、現像剤剥離極Ｓ２および現像剤汲み上げ極Ｓ３が配置されており、現像極Ｓ１と現像剤剥離極Ｓ２との間には搬送極Ｎ１が配置されている。

現像極Ｓ１は、現像ロール８６上の現像剤Ｇを感光体１６方向に移行させる方向の磁力線を発生させる。また、同極の現像剤剥離極Ｓ２と現像剤汲み上げ極Ｓ３とが隣接していることで、現像ロール８６上の現像剤Ｇを現像ロール８６から離間させる方向の磁力線を発生させる。さらに、現像剤汲み上げ極Ｓ３は、現像剤収容室８４（図６参照）内に収容された現像剤Ｇを現像ロール８６に吸着させる方向の磁力線を発生させる。また、現像剤規制極Ｎ２は、現像剤Ｇを現像剤規制ロール５０に向かわせる方向の磁力線を発生させる。

それぞれの磁極が発生する磁力線によって、非磁性のスリーブ８６Ａの表面には、所定の磁束が発生し、これの磁束密度を現像ロール８６の法線方向成分と接線方向成分に分解すると、図１に示すような磁束密度分布となる。

また、現像剤規制ロール５０に対向配置される円柱形状の現像剤規制ロール５０は、非磁性体とされ、非磁性のスリーブ８６Ａと隙間Ｓを設けて配置されている。Ｆ方向に回転する現像ロール８６上に吸着した現像剤Ｇが隙間Ｓを通過することで現像剤規制ロール５０が余分な現像剤Ｇを擦り切る。これにより、現像ロール８６上の現像剤Ｇの層厚が規制される構成となっている。

ここで、現像剤規制ロール５０が、現像ロール８６上の現像剤Ｇの層厚を規制する層厚規制範囲は、現像剤規制ロール５０の下流側の下流側層厚規制範囲と上流側の上流側層厚規制範囲から構成される。下流側層厚規制範囲は、現像ロール８６の中心から現像剤規制ロール５０の中心を結ぶ線と、現像ロール８６の中心を通り現像剤規制ロール５０の下流側表面に接する接線との間（図１に示す範囲Ｂ）であって、上流側層厚規制範囲は、現像ロール８６の中心から現像剤規制ロール５０の中心を結ぶ線と、現像ロール８６の中心を通り現像剤規制ロール５０の上流側表面に接する接線との間（図１に示す範囲Ａ）である。

本実施形態では、下流側層厚規制範囲（範囲Ｂ）が現像ロール８６上の磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置するように現像剤規制ロール５０が配置されている。下流側層厚規制範囲（範囲Ｂ）の法線方向成分が大きくなることで、磁力線に沿って立つように現像剤Ｇが穂立ち（磁気ブラシ）する。

すなわち、現像剤Ｇが現像ロール８６と現像剤規制ロール５０との隙間Ｓの入り口はくさびのような形状となっており、隙間Ｓを通過する際に、層厚規制範囲の中央部で圧縮され、下流に行くに従って徐々に解放する力が現像剤Ｇに作用する。しかし、下流側層厚規制範囲を通過するまで磁束密度の法線方向成分が大きいので、現像剤Ｇが持上げられることで現像剤規制ロール５０をくぐり抜けにくくなり、現像剤Ｇの層厚が均一に絞られる。

このため、現像剤Ｇの表面に発生する波打ちが抑制され、現像剤Ｇの層厚が均一となる。

また、現像剤Ｇの層厚が均一となることで現像剤Ｇの量の過不足による画像不良を防止することができため、現像プロセスのより正確な制御を容易にすることで、高い画像品質を持つ画像形成装置１０を提供することができる。

さらに、従来のように磁性を持つ丸棒を現像剤規制部材として使用した場合には、磁力による撓みを防止するための手段が必要であったが、非磁性の丸棒を特別な手段や機構を追加することなく現像剤規制ロール５０として採用することができることから、現像装置６４および画像形成装置１０をより安価に提供することができる。

さらに、図２に示されるように、下流側層厚規制範囲（範囲Ｂ）の下流側境界Ｈの磁力線の角度αが現像ロール８６の接線方向に対して５１．７°以上になるように、現像剤規制ロール５０が配置されている。これにより、下流側層厚規制範囲（範囲Ｂ）での現像剤Ｇの穂立ちがより現像ロール８６の法線方向に向くことで、現像剤Ｇの穂立ちがより安定する。シート材Ｐに画像を出力して現像剤量のムラの発生状況を目視にて確認した結果、図３に示されるように、５１．７°以上であればＯＫレベルであることが分かる。

従って、角度αが５１．７°以上になる位置に現像剤規制ロール５０を配置することで、ムラの無い高画質な画像を得ることができる。

また、図１に示されるように、上流側層厚規制範囲（範囲Ａ）が現像ロール８６上の磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置するように現像剤規制ロール５０が配置されている。

これにより、図２に示されるように、現像剤Ｇは、上流側層厚規制範囲（範囲Ａ）で磁力線に沿って穂立ち（磁気ブラシ）するため、隙間Ｓを通る直前に、余分な現像剤が確実に現像剤規制ロール５０によって擦り切られる。

さらに、図１に示されるように、現像ロール８６の中心と現像剤規制ロール５０の中心を結ぶ線と、現像剤規制ロール５０の上流側で磁束密度の法線方向成分と接線方向成分が等しくなる点Ｄと現像ロール８６の中心を結ぶ線との成す角度Θが２０°以上であるように現像剤規制ロール５０が配置されている。

これにより、現像剤規制ロール５０の上流側で、法線方向成分が接線方向成分より大きい範囲が充分確保される。

図４に示されるように、直径１６ｍｍの現像ロール８６と直径５ｍｍの現像剤規制ロール５０を使用して試験した結果、角度Θが２０°以上の場合には、角度Θのバラツキが隙間Ｓを通過した後の現像剤Ｇの層厚に与える影響がほとんどない。つまり、角度Θが２０°以上であれば、角度Θが製造工程上ばらついても隙間Ｓを通過した現像剤Ｇの層厚にはほとんど影響しない。

従って、角度Θが２０°以上になる位置に現像剤規制ロール５０を配置することで、製造バラツキにより現像剤規制ロール５０の位置ずれ等が発生しても、隙間Ｓを通過した現像剤Ｇの層厚の変動を抑えることができる。

このように、製造時におけるバラツキを許容できる幅をより広く確保できることで部材の歩留まりを向上させ単価を下げることができる。

また、二成分現像剤Ｇの非磁性トナーとして懸濁重合法、乳化重合会合法、又は溶解造粒法などにより作られる表面形状が滑らかで流動性が高い形状係数を１４０以下のケミカルトナーを使用して、シート材Ｐへの転写性能を向上させようとすると、非磁性トナーの形状が球形状に近づき、現像剤Ｇの流動性が良くなる。このため、現像剤Ｇが隙間Ｓを通過したときに、現像剤Ｇの表面に波打ちが発生しやすくなる。

しかし、前述したように現像ロール８６上の磁束密度に基づいて現像剤規制ロール５０が配置されているため、現像剤Ｇの層厚が均一となる。

なお、形状係数の算出方法については下記に示す。

形状係数＝（トナー最大径２／トナー投影面積）×（１００π／４）
さらに、二成分現像剤Ｇの磁性キャリアとして樹脂キャリアを使用してリサイクルを可能にすると、磁性キャリアの磁化率が低くなる。磁化率が低くなることで磁力線の作用を受け難くなり、現像剤の層厚が不均一となりやすくなる。

しかし、前述したように現像ロール８６上の磁束密度に基づいて現像剤規制ロール５０が配置されているため、現像剤Ｇの層厚が均一となる。

また、トナー濃度が高い場合には、現像剤Ｇの磁化率が低下することで現像ロール５０の現像剤保持能力が低下し、層形成時の現像剤Ｇの量が多いときには保持能力の弱い部分ができてしまうが、前述したように現像ロール８６上の磁束密度に基づいて現像剤規制ロール５０が配置されているため、現像剤Ｇの層厚が均一となる。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、現像剤規制ロール５０の形状を円柱形状にして現像剤Ｇの層厚を均一にしたが、層厚規制部材としての現像剤規制ロールを三角形状や六角形状等の他の形状にして現像剤Ｇの層厚を均一にしもよい。

また、上記実施形態では、二成分現像剤を使用して説明したが、磁性を持つトナー等を使用してもよい。

本発明の実施形態に係る現像ロールを示し、現像ロールの法線方向の磁束密度と接線方向の磁束密度を現像ロール上に示した側面図である。 本発明の実施形態に係る現像ロールと現像剤規制ロールを示し、現像ロール上の現像剤が隙間を通過する状態を示した側面図である。 本発明の実施形態に係る角度αと出力画像の現像剤の層厚のムラとの試験結果を示した図である。 本発明の実施形態に係る角度Θと隙間を通過した現像剤の層厚との関係を表した試験結果の図である。 本発明の実施形態に係る現像装置の内部を示した上方から見た断面図である。 本発明の実施形態に係る現像装置の内部を示した側方から見た断面図である。 本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの内部を示した側方から見た断面図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置を示した概略構成図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１６ 感光体
５０ 現像剤規制ロール
６４ 現像装置
８６ 現像ロール

Claims (10)

1. 現像剤を担持して回転し感光体にトナー像を形成する現像ロールと、前記現像ロールと対向配置され、前記現像ロールとの間に隙間を形成して前記現像ロール上の現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と、を備えた現像装置において、
   前記現像剤規制部材は非磁性であって、前記隙間における前記現像ロールの回転方向下流側はくさび状を為し、前記現像剤規制部材の層厚規制範囲の下流側層厚規制範囲が、前記現像ロールの磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置するように前記現像剤規制部材が配置されたことを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤規制部材の下流側層厚規制範囲の下流側境界では、前記現像ロールの接線の現像剤搬送方向下流側を基準として、磁力線の角度が５１．７°以上であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記隙間における前記現像ロールの回転方向上流側はくさび状を為し、前記現像剤規制部材の層厚規制範囲における上流側層厚規制範囲が、前記現像ロールの磁束密度の法線方向成分が接線方向成分より大きい領域に位置するように前記現像剤規制部材が配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
4. 前記現像剤規制部材が現像剤規制ロールで構成され、前記現像剤規制ロールの中心と前記現像ロールの中心を結ぶ線と、上流側で前記現像ロールの磁束密度の法線方向成分と接線方向成分が等しくなる点と前記現像ロールの中心を結ぶ線とのなす角が２０°以上となる位置に、前記現像剤規制ロールが配置されたことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の現像装置。
5. 下流側層厚規制範囲は、前記現像ロールの中心から現像剤規制ロールの中心を結ぶ線と、前記現像ロールの中心を通り前記現像剤規制ロールの下流側表面に接する接線との間であって、上流側層厚規制範囲は、前記現像ロールの中心から前記現像剤規制ロールの中心を結ぶ線と、前記現像ロールの中心を通り前記現像剤規制ロールの上流側表面に接する接線との間であることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載された現像装置。
6. 前記現像剤は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤であることを特徴とする請求項１乃至５何れか１項に記載された現像装置。
7. 前記非磁性トナーはケミカルトナーであることを特徴とする請求項６に記載された現像装置。
8. 前記ケミカルトナーの形状係数が１４０以下であることを特徴とする請求項７記載の現像装置。
9. 前記磁性キャリアは樹脂キャリアであることを特徴とする請求項６乃至８何れか１項に記載された現像装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の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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