JP2008191284A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ローラに付着したトナーを除去できる２成分方式の現像装置を提供する。
【解決手段】電荷を有するトナーと磁性体であるキャリアとを収容するハウジング２０と、ハウジング２０に設けた開口部２１から部分的に露出するように回転可能に設けられ、表面にキャリアを付着させるための磁界を形成する磁石２５〜２９を内包し、電位差によってトナーを像担持体７に移動させるためのバイアス電圧Ｖｄｃ（Ｖ）が印加される現像ローラ２２とを備える現像装置１０において、ハウジング２０の開口部２１の現像ローラ２２の回転方向下流側に、トナーと逆極性の電圧Ｖｐ（Ｖ）が印加される剥離電極３１を設け、現像ローラと剥離電極との距離をＤ（ｍｍ）としたときに、｜（Ｖｐ−Ｖｄｃ）／Ｄ｜≧８００の関係を満たすようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は現像装置に関する。

電荷を有するトナーと磁性体であるキャリアとを用いて現像を行う２成分方式の現像装置において、トナーは、現像ローラの表面に付着したキャリアのチェイン上に静電吸着して搬送される。このようにしてキャリアチェインに搬送されているトナーは、高電位に帯電した感光体を選択露光して形成した電位の低い静電潜像に対向すると、静電気力によって感光体の静電潜像に吸着される。一方、感光体の露光されていない高電位の部分に対向したトナーは、キャリアチェイン上に留まるが、その一部が静電気力により感光体に反発してキャリアチェインの中に押し込まれ、現像ローラの表面に固着してしまい、現像する画像に濃度差などの欠陥を発生させる場合があった。

特許文献１では、現像ローラから搬出されるトナーの厚みを規制する規制部材をアースすることで、現像ローラの表面に付着したトナーを静電気力により吸引して現像ローラから脱離させる発明が開示されている。しかしながら、規制部材をアースする方法では、現像ローラにトナーが付着している部分と、そうでない部分とで搬出されるトナーの量に違いが生じ、画像にムラが発生しやすいという問題がある。また、規制部材にトナーが付着すると、規制部材と現像ローラとの間の電界が弱くなり、トナーを十分に吸着できなくなるという問題もあった。
特許第３７７９６２８号公報 特許第３１７７０９０号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、現像ローラに付着したトナーを除去できる２成分方式の現像装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による現像装置は、電荷を有するトナーと磁性体であるキャリアとを収容するハウジングと、前記ハウジングに設けた開口部から部分的に露出するように回転可能に設けられ、表面に前記キャリアを付着させるための磁界を形成する磁石を内包し、電位差によって前記トナーを像担持体に移動させるためのバイアス電圧が印加される現像ローラと、前記ハウジングの開口部の前記現像ローラの回転方向下流側に配設され、前記トナーと逆極性の電圧が印加される剥離電極とを備えるものとする。

この構成によれば、現像ローラにキャリアチェインが付着してトナーを担持する前に、剥離電極によって、現像ローラに付着したトナーを除去するので、現像ローラに固着したトナーによって画像に欠陥を生じさせない。また、開口部の下流において現像ローラからトナーを剥離させるので、次に形成されたキャリアチェインに担持されるトナーの量に影響を与えることがない。

また、本発明の現像装置において、前記現像ローラに印加されるバイアス電圧をＶｄｃ（Ｖ）、前記剥離電極に印加される電圧をＶｐ（Ｖ）、前記現像ローラと前記剥離電極との距離をＤ（ｍｍ）とすると、｜（Ｖｐ−Ｖｄｃ）／Ｄ｜≧８００であるとよい。

この構成によれば、現像ローラに付着したトナーを剥離電極に吸着するのに十分な静電気力が得られる。

また、本発明の現像装置において、前記剥離電極に印加される電圧は、前記現像ローラに印加されるバイアス電圧との差が一定となるように制御されてもよい。

この構成によれば、現像ローラからトナーを剥離させる電界強度を一定に保ち、現像装置の動作を安定させることができる。

また、本発明の現像装置において、前記剥離電極は、前記磁石が形成する磁界が極大となる位置に対向して配設してもよい。

この構成によれば、現像ローラの表面に付着するキャリアの厚みが極大となる位置に対向して剥離電極を設けることになるので、キャリアが剥離電極に接触して、剥離電極に吸着されたトナーを掻き落とし、現像ローラからトナーを剥離させるための剥離電極が形成する電界がトナーの付着によって弱くなることを防止できる。

また、本発明の現像装置において、前記現像ローラと前記剥離電極との距離は、前記剥離電極に対向する位置において、前記現像ローラの磁力によって付着可能なキャリアの厚みより小さくてもよい。

この構成によれば、現像ローラの回転に伴ってキャリアチェインが剥離電極に当接するので、剥離電極に付着したトナーをキャリアチェインが掻き落として、現像ローラからトナーを剥離させるための電界強度を保つことができる。

また、本発明の現像装置において、前記剥離電極には、前記現像ローラが回転しているときにのみ、または、前記現像ローラに前記バイアス電圧が印加されているときにのみ、前記電圧が印加されてもよい。

この構成によれば、現像装置の動作時にのみ、剥離電極によるトナーの剥離を行うことで不要なエネルギーの消費や剥離電極の汚損を防止できる。

ハウジングの開口部の下流側に剥離電極を設けて現像ローラの表面に付着したトナーを静電気力によって吸引して剥離させるので、現像ローラ上でのキャリアチェインによるトナーの担持状態が適切に維持され、良好な現像を行うことができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の１つの実施形態の現像装置を包含する画像形成装置１を示す。画像形成装置１は、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーによって異なる現像色の画像を形成する４つのイメージングユニット２と、中間転写ベルト３と、各現像色のイメージングユニット２が形成したトナー画像を静電力で中間転写ベルト３にそれぞれ転写する１次転写ローラ４と、転写ベルト３に転写されたトナー画像を記録紙Ｓに静電力で２次転写する２次転写ローラ５と、記録紙Ｓを加熱してトナー画像を定着させる定着器６とを有している。

各現像色のイメージングユニット２は、それぞれ、回転するドラム状の感光体（像担持体）７と、感光体７を帯電させる帯電器８と、帯電した感光体７を露光して静電潜像を形成する露光器９と、静電潜像にトナーを付着させてトナー画像を形成する現像装置１０と、感光体８の表面のトナーを掻き落とすクリーナ１１とを有している。

転写ベルト３は、回転駆動される駆動ローラ１２と、回転自由な従動ローラ１３とに掛け渡されて、駆動ローラ１２によって矢印Ｘ方向に回動させられる。

記録紙Ｓは、給紙部１４に収容され、供給ローラ１５で１枚ずつ送り出され、搬送ローラ１６で２次転写ローラ５に供給され、定着器６を通って排紙部１７に排出される。

また、画像形成装置１は、上部に原稿の画像を読み取って電子データに変換するスキャナ１８を備えている。

図２に、本発明の現像装置１０の詳細を示す。現像装置１０は、ハウジング２０にマイナスの電荷を有するトナーと磁性体であるキャリアとを混合した現像剤Ｐを収容している。ハウジング２０には、感光体７に向かって開口する開口部２１が形成されている。さらに、ハウジング２０の内部には、開口部２１から部分的に露出する現像ローラ２２と、現像ローラ２２に隣接して現像ローラ２２に現像剤Ｐを供給する供給ローラ２３と、２本の撹拌スクリュ２４とが設けられている。現像ローラ２２は感光体７に対して、また、供給ローラ２３は現像ローラ２２に対して、それぞれ矢印で示すように、互いに対向する部分が逆向き（カウンタ方向）に回転するようになっている。

現像ローラ２２の内部には、現像ローラ２２の表面に現像剤Ｐを吸着する磁界を形成するために、５つの永久磁石２５，２６，２７，２８，２９が配設されている。永久磁石２５，２６，２７，２８，２９が形成する磁界は、現像ローラ２２の表面に現像剤Ｐのキャリアを吸着し、複数のキャリアが数珠繋ぎに連接されたキャリアチェインを多数形成する。キャリアチェインは、トナーを担持して、現像ローラ２２の回転によってトナーを開口部２１から搬出する。

さらに、現像装置１０は、現像ローラ２２の回転によって開口部２１から搬出される現像剤Ｐの量を一定にするために現像剤Ｐの厚み（量）を規制する規制部材３０と、開口部２１の下流側において現像ローラ２２に対向する剥離電極３１とを有している。剥離電極３１は、現像ローラ２２との距離（ギャップ）Ｄが１．０ｍｍになるようにハウジング２０に取り付けられている

現像ローラには、約−４００（Ｖ）（環境温度などの諸条件により変動する）のバイアス電圧（Ｖｄｃ）が印加され、剥離電極３１には、約５００（Ｖ）の剥離電圧（Ｖｐ）が印加されるようになっている。この剥離電圧Ｖｐは、バイアス電圧Ｖｄｃとの差（Ｖｐ−Ｖｄｃ）が常に９００（Ｖ）で一定になるように制御されている。

永久磁石２５，２６，２７，２８，２９は、それぞれ、現像ローラ２２の表面に、図３に示すように磁束密度が分布した磁界を形成する。永久磁石２５は、キャリアを現像ローラ２２の表面に吸着するために磁束密度の極大点（キャッチ極）を形成し、永久磁石２６は、規制部材３０によって余分な現像剤Ｐが掻き落とされる際に、必要な現像剤Ｐを保持するため磁束密度の極大点（規制極）を形成し、永久磁石２７は、現像剤Ｐが現像ローラ２２とともに回転する間の保持力を提供するための搬送極を形成し、永久磁石２８は、現像ローラ２２が感光体７に対向したときに、担持しているトナーが感光体７の静電潜像に静電気力によって吸着される際、キャリアがトナーに付随して吸着されないように保持する強い磁束（現像極）を形成し、永久磁石２９は、剥離電極３０に対向する位置で、キャリアチェインの長さ（キャリアの厚み）が極大となるような剥離極を形成する。永久磁石２９は、ハウジング２０や剥離電極３１がなければ、図３に示すように、剥離極において、高さ（厚み）約２ｍｍのキャリアチェインを形成可能な磁界を形成する。

画像形成装置１で画像を形成する場合、感光体７は、帯電器８によって表面が約−５００（Ｖ）に帯電されるが、露光器９によって露光された部分は電子を放出して約−５０（Ｖ）になる。永久磁石２５〜２９によって現像剤Ｐを担持する現像ローラ２２には、バイアス電圧Ｖｄｃ（−４００Ｖ）が印加されるので、現像ローラ２２と感光体７とが対向する位置において現像剤Ｐが感光体７に近接した際、マイナスの電荷を有するトナーは、現像ローラ２２よりも電位が高い、感光体７の露光された部分に吸着され、現像ローラ２２よりも電位が低い、感光体７の露光されていない部分からは現像ローラ２２に向かって反発力を受け、現像ローラ２２上に留まる。このようにして、現像装置１０は、感光体７の露光された部分（静電潜像）にのみ、現像剤Ｐの中のトナーを静電気力によって付着させてトナー画像を現像する。

このとき、感光体７の非露光部分に対向したトナーの一部が、感光体７の静電気力によってキャリアチェインの奥の現像ローラ２２の表面にまで押し込まれ、現像ローラ２２に固着して、キャリアが現像ローラ２２から脱落しても固着したトナーが現像ローラの表面に残留することがある。

しかしながら、本実施形態では、剥離電極３１にトナーの電荷とは逆極性のプラス電圧が印加されているために、これらの現像ローラ２２に固着したトナーも、現像ローラ２２の回転によって剥離電極３１に対向する位置に到達すると、静電気力によって剥離電極３１に吸着される。

このように、現像装置１０では、剥離電極３１によって形成した電界により、現像ローラ２２からトナーを強制的に脱離させるので、現像ローラ２２にトナーが貼り付いてしまい、それ以降の画像形成において画像の欠陥の原因となることがない。

また、図３に示したように、剥離極の電界は、高さ約２ｍｍのキャリアチェインを形成しようとするが、対向位置にある剥離電極３１は、現像ローラ２２から１．０ｍｍしか離れていない。よって、現像ローラ２２の表面に形成されるキャリアチェインは、剥離電極３１に当接し、剥離電極３１に吸着されたトナーをハウジング２０の内部に掻き落とすことになる。これによって、剥離電極３１上にトナーが堆積してトナーを吸着する効果が低下することを防止できる。

さらに、本実施形態の現像装置１０において、剥離電極３１の現像ローラ２からの距離と剥離電圧の電位とを変えて現像ローラ２２に付着したトナーを剥離することができるか否かを確認した結果を図４に示す。図において、「×」はまったく効果がなかったことを示し、「△」は僅かに効果が認められたことを示し、「○」は十分な効果が得られたことを示し、「◎」はほぼ完璧にトナーを剥離させることができたことを示している。

この結果から、剥離電極３１により現像ローラ２２の表面からトナーを剥離させる作用は、現像ローラ２２と剥離電極３１との間の電界強度、つまり、（Ｖｐ−Ｖｄｃ）／Ｄに依存していることが分かる。本実施形態では、（Ｖｐ−Ｖｄｃ）／Ｄ≧８００において、十分な効果が得られたが、プラス電荷のトナーを用いる場合、現像ローラ２２と剥離電極３１との間の電界の向きを逆にする必要があるので、（Ｖｐ−Ｖｄｃ）／Ｄ≦−８００とする必要がある。いずれにしても、剥離電圧Ｖｐをトナーの逆の極性とし、｜（Ｖｐ−Ｖｄｃ）／Ｄ｜≧８００の条件を満たせばよい。

また、剥離電極３１の作用は、現像装置１０が動作しているときにのみ要求されるので、現像ローラ２２が回転しているときにのみ、剥離電極３１に剥離電圧Ｖｐを印加するようにしてもよい。

また、現像ローラ２２にバイアス電圧Ｖｄｃが印加されていないときは、剥離電極３１に剥離電圧Ｖｐを印加しても十分な電界強度が得られないので、剥離電圧Ｖｐを印加しないようにしてもよい。これにより、現像ローラ２２にバイアス電圧Ｖｄｃが印加されていないときは、剥離電圧Ｖｐに剥離電極３１がトナーを静電気力で拘束していない状態にして、キャリアチェインによって剥離電極３１からトナーを確実に掻き落とすことが可能になる。

また、本実施形態では、剥離電極３１を剥離極、つまり、磁束密度の極大点から±５°の範囲で移動しても、剥離電極３１からトナーを掻き落とすことができた。

本発明の現像装置を有する画像形成装置の概略図。 本発明の現像装置の概略図。 図２の現像装置の現像ローラの磁束密度の分布とその磁束によって形成可能なキャリアチェインの高さとを示す図。 図２の現像装置における現像ローラと剥離電極との電位差および距離の違いによるトナー剥離効果の違いを示すグラフ。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ イメージングユニット
７ 感光体（像担持体）
１０ 現像装置
２０ ハウジング
２１ 開口部
２２ 現像ローラ
２３ 供給ローラ
２５，２６，２７，２８，２９ 永久磁石
３０ 規制部材
３１ 剥離電極
Ｖｄｃ バイアス電圧
Ｖｐ 剥離電圧
Ｄ 現像ローラと剥離電極間の距離

Claims (7)

1. 電荷を有するトナーと磁性体であるキャリアとを収容するハウジングと、
   前記ハウジングに設けた開口部から部分的に露出するように回転可能に設けられ、表面に前記キャリアを付着させるための磁界を形成する磁石を内包し、電位差によって前記トナーを像担持体に移動させるためのバイアス電圧が印加される現像ローラと、
   前記ハウジングの開口部の前記現像ローラの回転方向下流側に配設され、前記トナーと逆極性の電圧が印加される剥離電極とを備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像ローラに印加されるバイアス電圧をＶｄｃ（Ｖ）、前記剥離電極に印加される電圧をＶｐ（Ｖ）、前記現像ローラと前記剥離電極との距離をＤ（ｍｍ）とすると、
   ｜（Ｖｐ−Ｖｄｃ）／Ｄ｜≧８００であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記剥離電極に印加される電圧は、前記現像ローラに印加されるバイアス電圧との差が一定となるように制御され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. 前記剥離電極は、前記磁石が形成する磁界が極大となる位置に対向して配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記現像ローラと前記剥離電極との距離は、前記剥離電極に対向する位置において、前記現像ローラの磁力によって付着可能なキャリアの厚みより小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の現像装置。
6. 前記剥離電極には、前記現像ローラが回転しているときにのみ、前記電圧が印加されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記剥離電極には、前記現像ローラに前記バイアス電圧が印加されているときにのみ、前記電圧が印加されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の現像装置。

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