JP2008116656A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤離脱位置での現像剤の連れ回りを効果的に抑制し、画質を安定に保つ現像装置を提供する。
【解決手段】磁性キャリアとトナーとを含む現像剤を搬送する現像スリーブ９の内部に、現像スリーブ９表面に現像剤を汲み上げるための磁界を形成するための磁極を含む複数の磁極を配したマグネットローラを持ち、現像スリーブ表面を搬送されてきた現像剤を離脱させる領域を持つ現像ローラ８と、現像ローラ８に現像剤を供給する現像剤撹拌領域を有する現像装置２において、上記現像ローラ８の周方向で現像剤を離脱させる位置から汲み上げ位置の間の現像スリーブの軸方向全域を対象として、現像スリーブ９表面に近接する端部ｆを有する現像剤誘導部材１６を設け、該現像剤誘導部材１６の現像スリーブ９から遠い側の端部ｇは現像剤の粉面よりも重力方向下側に位置することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、現像装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、現像後の現像剤回収機構に関する。

複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体である感光体に対して形成された静電潜像を現像装置により可視像処理し、可視像をシートなどに転写することにより記録出力を得ることができる。

感光体は単一色のみを対象として１個設ける構成だけでなく、複数の色毎の画像を形成するために複数設けた構成があり、後者の場合にはフルカラー画像を含む多色画像を形成する場合に用いられる。

ところで、現像に用いられる現像剤には磁性あるいは非磁性トナーのみの一成分系現像剤の他にトナーとキャリアとを混合した２成分系現像剤がある。
２成分系現像剤はトナーとこれを担持するキャリアとで構成され、攪拌混合時に生起される摩擦帯電作用によりトナーを帯電させて感光体上の静電潜像に対して静電吸着できる状態とされる。

２成分系現像剤を用いる現像装置としては、現像スリーブと、現像スリーブに内包される複数の磁極を配したマグネットローラからなる現像ローラを用いて磁気ブラシ現像を行うものが一般に知られて多用されている。
この種の現像ローラでは、通常、周方向に沿って、２成分現像剤を磁力で汲み上げるための磁界を形成する磁極、感光体と対向する現像領域において現像スリーブ上の現像剤を穂立ちさせる磁極、現像領域を通過した現像剤を現像スリーブから離脱させるための磁界を形成する磁極などを備えたマグネットローラが内包されており、現像スリーブ上に所定の磁界を形成している。

現像剤は、汲み上げ用磁極の磁界で現像スリーブ上に保持され、現像スリーブの回転に伴い、現像スリーブ表面の凹凸に担持されて現像領域へ搬送される。
現像領域へ搬送され、現像が行われた後のトナーが少なくなった現像剤は、現像剤離脱用磁極の磁界により、現像ローラから離脱させられる。
離脱用磁極は、例えば現像ローラ内に相互に隣接するように設けた同極の一組の磁極で構成された反発磁界より形成される。この反発磁界によって現像剤は現像スリーブから離脱し、現像装置のケース内に落下する。ケース内に落下した現像剤は、現像剤撹拌領域において現像に使用されていない現像剤と撹拌され、トナー濃度が均一になった後、再び現像スリーブ上に汲み上げられる。

このように、２成分現像剤を用いた現像装置では、現像スリーブ上に現像剤を汲み上げ、搬送、現像、離脱、撹拌、そして再度汲み上げ、という一連の処理がくり返し行われる。

ところで、現像に使用された現像剤は、ケース内へ確実に落下させることが重要となる。これは、現像に使用されてトナー濃度が低下した現像剤が入れ替わらず、現像スリーブ上のトナー濃度が低下し、画像が白抜けとなったり、画像濃度のムラが発生したりといった画質の劣化を招いてしまう原因となるからである。特に画像面積の多い画像を多数枚連続コピーする場合においては、画質の劣化は顕著となってしまう。

また、トナー濃度が低下した現像剤が入れ替わらないままで現像スリーブ上を搬送され続けると、一部の現像剤が極端に劣化してしまい、現像装置内の現像剤の帯電能力にムラができてしまい、画像濃度ムラやキャリア付着が発生してしまう可能性もある。

従来、現像語の現像剤の離脱を良好に行わせるための方法として、現像スリーブ上の現像剤に作用する各種力が所定の関係式を満足するように、現像ローラの磁気特性（磁極配置、磁界強度等）、現像スリーブの回転数、現像剤の透磁率、外径、重量等のパラメータを設定することが提案されている（例えば、特許文献１）。

一方、近年においては、画像形成装置が小型化傾向にあり、このため、装備される現像装置も小型化を要求され、これに伴い現像スリーブも小径化する傾向にある。このような小型化を実現するに際しては現像剤の移動スペースも小さくなることから十分な剤離脱用のスペースを確保することが困難となる場合がある。

離脱スペースの確保が十分でないと、現像剤離脱部分において現像ローラから一旦離れた現像剤が現像装置のケースや現像剤搬送部材と接触して、撹拌されずに再度汲み上げられやすくなる。しかも、現像スリーブの小径化や高速印刷に対応するため、現像スリーブの回転速度を上げなければならず、現像剤離脱用磁極により現像剤を離脱させようとする力よりも現像剤が回転方向に運ばれる力の方が大きくなってしまい、上記のような現像剤の連れ回りが起こってしまうという虞があった。

そこで、従来このような不具合を解消する目的で、現像スリーブの周面に弾性部材を当接することにより現像剤の強制剥離を行わせて現像剤の連れ回りを防止する方法（例えば、特許文献２）、あるいは、現像スリーブ上で現像剤を離脱させる位置から汲み上げ位置の間で現像スリーブ表面に近接して部材を設け、現像剤の連れ周りを防止する方法（例えば、特許文献３）が提案されている。

特開平５−２４９８２１号公報 特開２０００−３２１８７０号公報 特開２００３−３０７９２４号公報

しかしながら、特許分権１に開示されている方法では、パラメータを設定し、現像剤の連れ回りを防止できる構成とした場合であっても、現像剤撹拌・搬送部材により現像剤が弾かれる等の各種力が所定の関係式外の要因により周期的に連れ回りが起こってしまう虞がある。

また、特許文献２に開示されている方法では、当接部材による連れ回り防止を行うことが前提となっているため、当接部材がスリーブの現像剤を掻き落とすことにより磨耗してしまう。また、当接部材は常にスリーブと接触しているため、一方向から絶えず力を受けることにより部材が反ってしまい、期待する効果が長期に得られない場合があった。さらに、当接部材が絶えずスリーブを摺擦することにより、掻き落とす現像剤がスリーブ表面を擦ることにより、スリーブ表面が磨耗してしまう危険性もあった。スリーブ表面が磨耗すると、現像スリーブへの現像剤の汲み上げ量が低下し、結果として画質を低下させてしまうことになる。

特許文献３に開示されている方法では、現像スリーブに当接させないため、現像剤にも現像スリーブにも余計な力を与えずに現像剤の連れ周りを防止することが出来、有効な方法といえる。
しかし、近接部材と現像剤の粉面に隙間がある場合には、近接部材によって現像剤撹拌領域に落とされた現像剤が部材の下を通り、撹拌されずにすぐ汲みあがってしまう危険性があり、確実な方法とすることはできない。また、現像スリーブの回転速度を数段に変化させることが可能な現像装置においては、現像スリーブの回転速度によって、近接部材の最適な近接距離は異なるため、有効に現像剤の連れ周りを防止することは困難である。
例えば、近接距離が近すぎる場合にはスリーブの振れ等の問題で現像スリーブを部材が傷つけてしまう危険性があり、また、遠すぎる場合には連れ回りを有効に防止することが困難である。このような最適な近接距離は、現像スリーブの回転速度によって現像剤の受ける遠心力が異なり、剤離れ部での現像剤の挙動が異なるため、現像スリーブの回転速度によって、最適な近接距離は異なる。

現像装置においては、現像スリーブ表面の磨耗や現像剤劣化を起こさずに、長期にわたって現像剤離脱位置での現像剤の連れ回りによる画像の白抜けや濃度ムラを防止できることが望まれ、また、このことが現像装置が使われる現像スリーブ回転速度全てについて有効となることが望ましいといえる。

本発明の目的は、上記従来の現像装置における問題に鑑み、現像剤離脱位置での現像剤の連れ回りを効果的に抑制し、画質を安定に保つ現像装置及び画像形成装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は次の構成よりなる。

（１）磁性キャリアとトナーとを含む現像剤を搬送する現像スリーブの内部に、現像スリーブ表面に現像剤を汲み上げるための磁界を形成するための磁極を含む複数の磁極を配したマグネットローラを持ち、現像スリーブ表面を搬送されてきた現像剤を離脱させる領域を持つ現像ローラと、現像ローラに現像剤を供給する現像剤撹拌領域を有する現像装置において、
上記現像ローラの周方向で現像剤を離脱させる位置から汲み上げ位置の間の現像スリーブの軸方向全域を対象として、現像スリーブ表面に近接する端部を有する現像剤誘導部材を設け、該現像剤誘導部材の現像スリーブから遠い側の端部は現像剤の粉面よりも重力方向下側に位置することを特徴とする現像装置。

（２）上記現像剤誘導部材は、上記現像スリーブ表面に近接する端部から該現像スリーブから遠い側の端部までの延長方向が、上記現像ローラ周面上を移動する現像剤の移動方向を現像剤の攪拌領域に変更する向きに設定されていることを特徴とする（１）に記載の現像装置。

（３）上記現像剤誘導部材は、現像スリーブに対する対向間隔が、上記現像スリーブの回転速度に応じて変化可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。

（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、現像ローラの周方向で現像剤を離脱させる位置から汲み上げ位置の間の現像スリーブの軸方向全域を対象として現像スリーブに近接する端部を有する現像剤誘導部材を設けているので、現像スリーブ表面に接触する場合と違って現像スリーブへの磨耗や損傷を生じることなく現像剤の連れ回りを防止することができる。しかも、現像剤誘導部材は、現像剤の離脱領域から現像剤を攪拌領域の現像剤中に向けて誘導することができるので、現像剤の攪拌領域で弾かれた現像剤がすぐに汲み上げられて連れ回りと同じような状態となるのを確実に防止することができる。

特に請求項１および２記載の発明においては、現像剤誘導部材の現像スリーブから遠い側の端部は現像剤の粉面よりも重力方向下側に位置することにより、そして、請求項２記載の発明においては、現像ローラ周面上を移動する現像剤の移動方向を現像剤の攪拌領域に変更する向きを設定することにより、離脱した現像剤を確実に攪拌領域の現像剤中に誘導でき、しかも、攪拌により弾かれた現像剤が現像スリーブに向かうのを確実に阻止することができる。

請求項３記載の発明においては、現像スリーブ側とこれに近接する現像剤誘導部材との距離を変化させることができるので、現像スリーブの回転速度に応じて回転方向の力が異なることが原因して現像剤誘導部材との速度が速い場合のように、剤離れした場合でもさほど離れずに連れ動きやすくなるのを防止できる。

請求項４記載の発明においては、現像ローラから離脱した現像剤がすぐに汲み上げられるのを防止できるので、トナー濃度の低下した現像剤である離脱後の現像剤がそのまま汲み上げられて現像に供給されることが確実に防止されることになり、劣化現像剤による画像濃度の異常や画像の白抜けなどの異常画像の発生を未然に防止することができる。

以下、図に示す実施例により本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明実施例による画像形成装置を用いる現像装置の主要部の構成を示す模式図である。本実施例として挙げる画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置や印刷機などが含まれる。

図１において符号１は感光体であり、アルミ素管に感光性を有する有機感光体を塗布し、感光層を形成したドラムタイプのもの等からなり、図示しない帯電装置及び光書込み装置によって感光体１表面に静電潜像が形成される。

符号２は現像装置を示しており、感光体１上に形成された静電潜像をトナーによって現像し、可視像が形成される。

本実施例における画像形成装置には、帯電装置、光書き込み装置の他、図示しない転写装置、クリーニング装置、さらには転写後の画像を定着する定着装置等が含まれる。

トナーカートリッジ３は、本体装置に着脱自在に設けられて新規トナーを収容する部材であり、収容されているトナーが消費されて使い切った時に交換可能になっている。

図２は現像剤の搬送スクリュの軸に対して垂直な方向から見た現像装置の要部断面図である。
図２において符号４は、現像装置を構成するケーシングを示しており、この内部には、搬送オーガと呼ばれる螺旋状のフィンをもったスクリュ５、６が矢印Ｂ、Ｃ方向に回転可能に設けられ、この部分には現像剤が入っている。

現像装置には、トナーとキャリアを混合撹拌してキャリアに帯電トナーを担持させた２成分現像剤が用いられる。
キャリアは粒径２０〜２００μｍ程度の、従来公知の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂等の芯材にアミノ系樹脂、ポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シリコン樹脂等で表面を被覆したものが用いられる。
トナーは、結着樹脂、ワックス成分、着色剤、その他場合によっては荷電制御剤等をミキサー等を用いて混合し、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用い混練した後、冷却個化し、これをジェットミル等で粉砕し、その後分級し得られる粉砕トナーや、重合法を用いたトナー等従来公知のものが用いられ、粒径２〜１０μｍ程度である。

２本の搬送オーガ５，６が配置されている現像剤撹拌搬送領域において現像剤は、搬送オーガ５，６によって、仕切り板７の右側では現像剤が図中奥側から手前に搬送され、左側では現像剤が手前側から奥側に搬送されながら撹拌される。

ケーシング４の奥側と手前側には、中央の仕切り板７の無い部分が設けられており、現像剤は循環しながら混合撹拌される構成となっている。

現像ローラ８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た現像スリーブ９と複数の磁極が着磁されたマグネットローラからなり、現像スリーブの内側にマグネットローラが配接されている。
現像スリーブ表面は、サンドブラスト等のブラスト加工か、もしくは数十〜数百μｍの深さを有する複数の溝や凹凸を形成する処理が行ってある。現像ローラ周辺の拡大図が図３に示されている。
図３において現像スリーブ９は２本の搬送オーガと同様の図示していない回転駆動機構によって図中、反時計方向（矢印方向）へ回転している。

循環しながら混合撹拌されている現像剤は、現像ローラ８内のマグネットの磁力（本実施例では図３のＳａで示すＳ極）により磁気的に吸着されて汲み上げられ、現像スリーブ９の回転に伴い、現像スリーブ表面の凹凸により搬送される。

搬送された現像剤は、ドクタブレード１０で均一に均され、図３には図示していない感光体１との対向する領域である現像領域に運ばれ（本実施例では図３のＮｄで示すＮ極）、現像される。

ここで、感光体１に付着するのはトナーのみであり、現像されなかったトナーおよびトナーを静電的に担持し搬送してきた磁性キャリアは現像スリーブ９の回転に伴い、再び現像装置内の現像剤撹拌搬送領域へ運ばれ、現像ローラから離れるように形成されたマグネットローラの磁力（本実施例では図３中、ＳｅとＳａに示すＳ極とＳ極により形成された反発磁極）により、現像剤撹拌搬送領域へ放出される。本発明で設けた現像剤の連れ回りを防止する近接部材については後に詳述する。

本実施例に示した各部材のうちで、感光体の径は３０ｍｍ、感光体線速が１８５ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ径が１８ｍｍ、現像ローラ線速を２７８ｍｍ／ｓｅｃの条件が設定されている。したがって、感光体線速に対する現像ローラ線速の比は１．５であるが、線速比がこれより大きくなれば、より低いトナー濃度でも画像の欠落のない、なお且つ画像濃度の十分な画像を得ることが可能となる。

現像装置内を循環する現像剤中のトナー量を一定に保つ為に、現像に使用された量のトナーは、現像剤撹拌搬送領域の上流側に設けられたトナー補給口１１より補給される。
１２はトナー濃度センサであり、現像装置内部の現像剤の透磁率を測定することにより、キャリアに対するトナーの混合率を検知するセンサである。この検出出力の変動により、現像装置内部の現像剤中のトナー混合率を一定に保つように、トナーが補給される。ただし、２成分現像剤の透磁率は、環境の変化や現像剤の嵩密度変化などによって変動するため、トナー濃度センサの出力目標値は適宜補正される。具体的な補正方法としては、感光体１上に形成した基準トナー像の画像濃度を、画像濃度センサ１３を用いて測定し、その画像濃度センサ１３の出力結果に応じてトナー濃度センサ１２の出力目標値を補正する。

トナー補給は、トナー輸送用ポンプ１４により行い、トナー輸送用ポンプ１４は図示しないトナー輸送用モータの駆動により制御されている。補給トナーはトナー輸送用ポンプ１４の駆動に応じてトナーカートリッジ３からトナー輸送路１５を通り、トナー補給口１１へ補給される。また、トナーカートリッジ３内のトナーの凝集を防止するため、随時カートリッジ内にエアを供給するための図示しないエア供給路及びエアポンプが設けられている。

トナー輸送路１５は、内径φ３〜７程度で、フレキシブルでかつ耐トナー性に優れたゴム材料（例えば、ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等）やプラスチック材料（ポリエチレン、ナイロン等）のチューブを用いることにより、エア及びトナーの輸送路を自由に配回すことが可能となり、画像形成装置のレイアウトの自由度が大きくなるため非常に有効である。
同様に、エア供給路も内径φ２〜７程度でフレキシブルなゴム材料やプラスチック材料のチューブを用いることにより、画像形成装置内のレイアウトの自由度が大きくでき、有効である。

感光体１上に現像されたトナーは、図示しない転写装置、定着装置によって、搬送された用紙の上面に転写、定着され、用紙は図示しない排紙トレイ上にストックされる。また、画像転写後の感光体表面の残留トナーは、感光体１に配接された図示しないクリーニング装置で除去される。

図３は、本実施例の特徴部を示す図であり、本実施例では、現像スリーブに近接して現像剤が現像剤攪拌搬送領域へ運ばれずに汲み上げ部へ直接運ばれてしまうことを防止するセパレータ機能を有する現像剤誘導部材１６が設けられている。 つまり、現像剤誘導部材１６は、現像ローラの周方向で現像剤を離脱させる位置から汲み上げ位置の間の現像スリーブの軸方向全域を対象として、現像スリーブ表面に近接する端部を有し、現像スリーブから遠い側の端部は現像剤の粉面よりも重力方向下側に位置する構成とされている。

まず、図４に近接部材を設けない場合の現像剤の流れを示す。図４に示すように、現像剤は一旦現像スリーブから離脱しても、現像スリーブの回転速度が速い場合や、スクリュの羽根に弾かれる等して連れ回ってしまう。

一方、本実施例の場合には、図３に示すように、現像剤離脱位置から汲み上げ位置の間で現像スリーブの周方向全域で現像スリーブ表面に近接して部材１６を設け、部材の現像スリーブと近接しない側の端部（図３中、符号ｇで示す端部）は現像剤の粉面よりも下側とする。これにより、攪拌スクリュ等により現像剤が弾かれて近接部材の下側を通り抜け、現像剤撹拌搬送領域の現像剤と混合されることなく連れ回ってしまうことがなく、現像剤の連れ回りを確実に防止することができる。

本実施例における現像剤誘導部材１６は、上記各端部の位置を設定されると共に、現像スリーブ表面に近接する端部から該現像スリーブから遠い側の端部までの延長方向が、上記現像ローラ周面上を移動する現像剤の移動方向を現像剤の攪拌領域に変更する向きとなるように設定されている。これにより、現像スリーブから離脱した現像剤は、現像スリーブの回転力によって一部が連れ動こうとした場合でも、現像剤誘導部材１６における現像剤の攪拌領域に向けた延長方向に沿って方向転換されることになる。

本発明者は、上記構成による本実施例と本実施例に用いる現像剤誘導部材１６が存在していない場合とを画像濃度ムラの発生状況として実験したところ表１に示す結果を得た。

表１において、トナー濃度に対する画像濃度ムラの発生状況を○×で示す。表１に示すように、画像濃度ムラの余裕度は近接部材を設けることにより向上することがわかった。

スリーブと部材の近接距離は近いほど現像剤連れ回り防止効果が期待できるが、近いほど組みつけの精度が要求され、スリーブの振れ等に起因する部材とスリーブの接触の恐れも増えるため、現像スリーブの回転速度等と組みつけの精度に応じて設定することが望ましい。

また、現像スリーブの回転速度が変更できるような画像形成装置においては、部材１６と現像スリーブ９の近接距離も現像スリーブの回転速度に応じて変更できるような構成とすることが望ましい。現像スリーブの回転速度が速い方が、現像剤離脱位置において反発磁界により離脱させる力よりも現像スリーブの回転方向に運ばれる力が大きいため、連れ回りが起きやすい。そのため、近接距離は、現像スリーブの回転速度が速い場合の方が小さく、現像スリーブの回転速度が遅い場合には広く設定する。これにより、画像濃度ムラの度合いは現像スリーブの回転速度より変化せず、常に一定の画質を保つことが可能となる。

本発明実施例による現像装置が適用される画像形成装置の要部構成を示す断面図である。 本発明実施例による現像装置の要部断面図である。 本実施例による現像装置の特徴部を説明するための現像スリーブおよび搬送オーガの配置部を示す図である。 現像装置の従来例を示すための現像スリーブおよび搬送オーがの配置部を示す図である。

符号の説明

１ 感光体
２ 現像装置
５，６ 搬送オーが
７ 仕切り壁
８ 現像ローラ
９ 現像スリーブ
１６ 現像剤誘導部材

Claims (4)

1. 磁性キャリアとトナーとを含む現像剤を搬送する現像スリーブの内部に、現像スリーブ表面に現像剤を汲み上げるための磁界を形成するための磁極を含む複数の磁極を配したマグネットローラを持ち、現像スリーブ表面を搬送されてきた現像剤を離脱させる領域を持つ現像ローラと、現像ローラに現像剤を供給する現像剤撹拌領域を有する現像装置において、
   上記現像ローラの周方向で現像剤を離脱させる位置から汲み上げ位置の間の現像スリーブの軸方向全域を対象として、現像スリーブ表面に近接する端部を有する現像剤誘導部材を設け、該現像剤誘導部材の現像スリーブから遠い側の端部は現像剤の粉面よりも重力方向下側に位置することを特徴とする現像装置。
2. 上記現像剤誘導部材は、上記現像スリーブ表面に近接する端部から該現像スリーブから遠い側の端部までの延長方向が、上記現像ローラ周面上を移動する現像剤の移動方向を現像剤の攪拌領域に変更する向きに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 上記現像剤誘導部材は、現像スリーブに対する対向間隔が、上記現像スリーブの回転速度に応じて変化可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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