JP2008216565A - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現像ローラ22a2は、キャリア捕集ローラ23kに対向する側に磁極S12が形成される。現像ローラ23a2の回転中心とキャリア捕集ローラ23kの回転中心とを結ぶ仮想線F1が、現像ローラ23a2上において磁極S12の法線方向磁束密度が最小となる現像ローラ23a2の回転方向上流側の位置R1と、磁極S12の法線方向磁束密度が最大となる位置R2と、の間を通るように形成される。
【選択図】図8
Description
キャリア捕集ローラは、現像領域に対して現像ローラの回転方向下流側であって、像担持体に対向する位置に配設されている。キャリア捕集ローラは、所定方向に回転するスリーブや、スリーブ内に固設されたマグネット等で構成される。キャリア捕集ローラ(スリーブ)の周面には、像担持体上に付着したキャリアを捕集するような磁界が形成されている。キャリア捕集ローラによって捕集され担持されたキャリアは、キャリア捕集ローラに当接するスクレーパによって機械的に掻き取られた後に現像装置内に回収される。
このような現像装置は、現像装置内に収容された現像剤中のキャリアが像担持体に付着して異常画像(白抜け画像、ホタル画像)が生じるのを抑止するものとして知られている。
特に、現像ローラの回転数が速い高速機(プロセス線速が速い画像形成装置である。)では、現像ローラに担持されたキャリアが飛翔しやすくなって、像担持体上に付着するキャリアの量も多くなるために、上述した問題は無視できないものになっていた。
すなわち、現像ローラに対するキャリア捕集ローラの位置を最適化することで、キャリア捕集ローラに捕集・担持されたキャリアを、現像ローラの磁極(キャリア捕集ローラに対向する磁極である。)によって現像ローラ上にスムーズに移行させることができる。
図1〜図9にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、実施の形態1における画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
書込み部2A〜2Dは、画像情報に基いて帯電工程後の感光体ドラム21(像担持体)に静電潜像を書き込むための装置である。書込み部2A〜2Dは、ポリゴンミラー3A〜3Dや光学素子4A〜4D等を用いた光走査装置である。なお、書込み部として、光走査装置の替わりにLEDアレイを用いることもできる。
給紙部61は、記録紙、OHP等の被転写材Pを格納して、画像形成時には被転写材Pを転写ベルト30に向けて給送する。
転写ベルト30を介して感光体ドラム21に対向する転写ローラ24は、芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有する。転写ローラ24の導電性弾性層は、ポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン(EPDM)等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値(体積抵抗率)を中抵抗に調整した弾性体である。
転写ベルト30に沿って縦方向に配設された4つのプロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BKは、それぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像を形成するためのものである。
プロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BK、及び、剤カートリッジ28Y、28C、28M、28BKは、転写ベルト30を回転支軸を中心に開放して装置本体1から着脱することができる。
なお、各プロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BKはほぼ同一構造であって、各剤カートリッジ28Y、28C、28M、28BKもほぼ同一構造であるために、図2にてプロセスカートリッジ及び剤カートリッジは符号のアルファベット(Y、C、M、BK)を除して図示する。また、書込み部は符号のアルファベット(A〜D)を除して図示する。
像担持体としての感光体ドラム21は、負帯電の有機感光体であって、不図示の回転駆動機構によって反時計方向に回転駆動される。
クリーニング部25は、感光体ドラム21に摺接するクリーニングブラシ(又は、クリーニングブレード)が設置されていて、感光体ドラム21上の未転写トナーを機械的に除去・回収する。
図2を参照して、剤カートリッジ28は、その内部に現像装置23内に供給するための現像剤G(トナーT及びキャリアC)を収容している。そして、剤カートリッジ28は、現像装置23に新品のトナーTを供給するトナーカートリッジとして機能するとともに、現像装置23に新品のキャリアCを供給する供給手段として機能する。具体的に、現像装置23に設置された磁気センサ26(図4を参照できる。)によって検知されるトナー濃度(現像剤G中のトナーの割合である。)の情報に基いて、シャッタ機構80の開閉動作をおこなって、供給手段としての剤カートリッジ28から現像装置23内に向けて現像剤Gを適宜に供給する。
なお、本実施の形態1では、剤カートリッジ28の現像剤Gにおける、キャリアCに対するトナーTの混合率(トナー濃度)が比較的高く設定されている。
図2を参照して、感光体ドラム21が反時計方向に回転駆動されると、まず、帯電部22の位置で感光体ドラム21の表面が一様に帯電される。その後、帯電された感光体ドラム21表面は、露光光Lの照射位置に達して、書込み部2による露光工程がおこなわれる。すなわち、露光光Lの照射によって感光体ドラム21上を画像情報に応じて選択的に除電することで、照射されなかった非画像部の電位との差(電位コントラスト)を発生させて静電潜像を形成する。なお、この露光工程は、感光体ドラム21の感光層中で電荷発生物質が光を受けて電荷を発生して、このうち正孔が感光体ドラム21表面の帯電電荷と打ち消しあうものである。
詳しくは、上方の現像ローラ23a1の磁極による磁力で汲み上げられた現像剤Gは、ドクターブレード23cによって適量化された後に、感光体ドラム21との対向部である現像領域(2つの現像ローラ23a1、23a2と感光体ドラム21との対向領域である。)に搬送される。現像領域において穂立ちされたキャリアCが感光体ドラム21を摺擦する。このとき、キャリアCに混合されているトナーTは、キャリアCとの摩擦によって負帯電されている。これに対して、キャリアCは正帯電されている。不図示の電源部から現像ローラ23a1、23a2に対して、所定の現像バイアスが印加される。これによって、現像ローラ23a1、23a2と感光体ドラム21との間に電界が形成されて、負帯電されたトナーTが電界によって感光体ドラム21上の画像部にのみ選択的に付着してトナー像を形成する。
その後、トナー像が転写された被転写材Pは、定着部66を通過して、排出ローラ69から装置外部に排出される。
その後、感光体ドラム21表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム21における一連の作像プロセスが終了する。
図3を参照して、現像装置23は、現像剤担持体としての現像ローラ23a1、23a2、搬送部材としての搬送スクリュ23b1〜23b3(オーガスクリュ)、ドクターブレード23c、キャリア捕集ローラ23k、スクレーパ23m、排出スクリュ23n、等で構成されている。また、現像装置23内には、現像剤Gを搬送して循環経路を形成する3つの現像剤搬送部B1〜B3が形成されている。
ドクターブレード23cは、現像領域の上流側に設置されていて、第1の現像ローラ23a1上の現像剤を適量に規制する。
第1搬送スクリュ23b1(第1搬送部材)は、第1現像剤搬送部B1であって現像ローラ23a1に対向する位置に配設されていて、現像剤Gを水平方向に搬送する(図4の白矢印に示す左方向の搬送である。)とともに、現像ローラ23a1上に現像剤23aを供給する。換言すると、第1現像剤搬送部B1は、現像ローラ23a1に対向するとともに、現像ローラ23a1に現像剤Gを長手方向(現像ローラ23a1の回転軸方向である。)に搬送しながら供給する。
第1搬送スクリュ23b1及び第2搬送スクリュ23b2は、現像ローラ23a1、23a2や感光体ドラム21と同様に、回転軸がほぼ水平になるように配設されている。
図4を参照して、第2現像剤搬送部B2の下流側と、第3現像剤搬送部B3の上流側と、は第1中継部23gを介して連通している。また、第3現像剤搬送部B3の下流側と、第1現像剤搬送部B1の上流側と、は第2中継部23hを介して連通している。また、第1現像剤搬送部B1の下流側と、第3現像剤搬送部B3の上流側と、は落下経路23fを介して連通している。
なお、第3現像剤搬送部B3にはトナー濃度センサとしての磁気センサ26が設置されている。そして、磁気センサ26によって検知されるトナー濃度の情報に基いて、供給手段としての剤カートリッジ28から現像装置23内に向けて所定のトナー濃度の現像剤Gが供給される。本実施の形態1では、現像装置23内の現像剤Gのトナー濃度が4〜7重量%になるように制御されている。
なお、図2、図4等では図示を省略しているが、排出経路71中には、排出口23dから排出された現像剤を水平方向に搬送するための排出スクリュ23nが設置されている(図3を参照できる。)。
これにより、排出口23dの下部よりも高い位置にある現像剤のうち、高さ(H2−H1)分の現像剤は排出口23dから排出されることなく、開口23eを通じて第3搬送スクリュ23b3における搬送経路に戻されることになる。これにより、排出手段の本来の機能を維持しつつ、排出口23dから過剰に現像剤が排出される不具合を確実に抑止することができる。ここで、排出口23dと開口23eとの長手方向の距離Wは、なるべく短い方が好ましい。
キャリア捕集ローラ23kは、ステンレス等からなる円筒体内に所定の磁界を形成するマグネットが固設されたものであって、現像装置23内から移動(飛翔)して感光体ドラム21に付着したキャリアを捕集するためのものである。キャリア捕集ローラ23kは、図3の反時計方向に回転駆動される。キャリア捕集ローラ23kによって捕集されて担持されたキャリアは、そのほとんどが第2の現像ローラ23a2との対向位置で現像ローラ23a2上に移行して、現像ローラ23a2の剤離れ極の位置で現像ローラ23a2から離脱して第2現像剤搬送部B2内に回収される。一方、現像ローラ23a2上に移行せずにキャリア捕集ローラ23k上に残留・担持されたキャリアは、スクレーパ23mによって機械的に掻き取られて、第2現像剤搬送部B2内に回収される。このように、キャリア捕集ローラ23kを設置することで、感光体ドラム21上に付着したキャリアを現像装置23内に回収できるために、異常画像(ホタル画像、白抜け画像)の発生が抑止されるとともに、現像装置23内のキャリアが不足する不具合が抑止される。
また、本実施の形態1において用いられるキャリアCは、粒径が55μm、飽和磁化が96emu/g、程度のものである。さらに、本実施の形態1において用いられるトナーTは、粒径が6.8μm程度のものである。
図8は、現像ローラ23a2及びキャリア捕集ローラ23kの近傍を示す拡大図であって、現像ローラ23a2及びキャリア捕集ローラ23kの磁力分布(法線方向磁束密度)や配置を示す図である。
このような構成により、キャリア捕集ローラ23kに捕集・担持されたキャリアは、現像ローラ23a2(最近接点)に近づくのにともない、現像ローラ23a2の磁極S12から受ける磁力(現像ローラ23a2に引き付けられる力である。)が徐々に強くなっていき、現像ローラ23a2上にスムーズに移動することになる。すなわち、感光体ドラム21上から捕集されたキャリア捕集ローラ23k上のキャリアは、そのほとんどが、スクレーパ23mの位置に達する前に、現像ローラ23a2によって除去される。したがって、高速機等であってキャリア捕集ローラ23kに捕集・担持されるキャリアの量が多くなっても、スクレーパ23mによるキャリアの掻き取り不良が確実に抑止されるとともに、スクレーパ23mやキャリア捕集ローラ23mの磨耗が確実に低減される。さらには、キャリア捕集ローラ23kによるキャリア捕集不良による異常画像の発生も抑止することができる。
実験は、キャリア捕集ローラ23kの磁力分布が若干異なる3つの現像装置No.1〜No.3(主極N21の磁束密度775、790、777ガウス、着磁幅19.3、19.4、19.6度、極位置90.1、91.6、91.2度:第2の磁極S21の磁束密度78、80、74ガウス)について、それぞれ、現像ローラ23a2に対するキャリア捕集ローラ23kの相対的な位置(角度θ)を変位させたときの、キャリア移行性を目視評価したものである。図9中の、「○」はキャリア移行性が良好であって現像ローラ23a2との対向位置を通過したキャリア捕集ローラ23k上に残留キャリアがない状態であり、「△」はキャリア移行性が許容レベル範囲内であって現像ローラ23a2との対向位置を通過したキャリア捕集ローラ23k上に残留キャリアが僅かにある状態であり、「×」はキャリア移行性が良好ではなく現像ローラ23a2との対向位置を通過したキャリア捕集ローラ23k上に残留キャリアがある状態である。
図9の結果から、角度θを1.97度以上に設定することで、現像ローラ23aとキャリア捕集ローラ23kとの間のキャリア移行性が向上することがわかる。
また別の実験として、磁極S11の極配置を固定して、磁極N11の法線方向磁束密度のピーク点を図8における上下方向に振ったところ、キャリア移行性に変化は見られなかった。
また、現像ローラ23a2上の磁気ブラシが、キャリア捕集ローラ23kに接触しているときも、接触していないときも、キャリア移行性は図9に示す結果と同様の傾向を示した。
第2の磁極S21は、第1の磁極N21の下流側に形成された剤離れ極であって、捕集後のキャリアをキャリア捕集ローラ23kから離脱させて現像ローラ23a2上に移行させるためのものである。この第2の磁極S21の法線方向磁束密度は、150ガウス以下になるように形成することが好ましい。これにより、キャリア捕集ローラ23k上のキャリアが、第2の磁極S21による磁力に影響されることなく、現像ローラ23a上にスムーズに移動することになる。
なお、本実施の形態1において、第1の磁極N21の法線方向磁束密度の最大値は780ガウス、着磁幅は18度、程度に設定されている。第2の磁極S21の法線方向磁束密度の最大値は78〜94ガウスに設定されている。
また、本実施の形態1では、第3搬送スクリュ23b3を水平方向に対して斜めに配設したが、第3搬送スクリュ23b3を水平に配設することもできる。
さらに、本実施の形態1では、現像ローラ23a1、23a2が2つ設置された現像装置23に対して本発明を適用したが、現像ローラが1つ又は3つ以上設置された現像装置に対しても当然に本発明を適用することができる。その場合にも、本実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
図10及び図11にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図10は、実施の形態2における現像装置の現像ローラ及びキャリア捕集ローラの近傍を示す拡大図である。本実施の形態2における現像装置は、現像ローラとキャリア捕集ローラとのギャップNが最適化されている。
これにより、現像ローラ23a2に担持された現像剤(磁気ブラシ)が、キャリア捕集ローラ23kに担持されたキャリアを掻き取るように吸着するために、現像ローラ23aとキャリア捕集ローラ23kとの間のキャリア移行性がさらに向上する。
これにより、第2現像剤搬送部B2内に浮遊するトナーが、装置の隙間(例えば、現像ローラ23a2の長手方向両端部の隙間である。)から噴き出す不具合が抑止される。詳しくは、第2現像剤搬送部B2では、現像ローラ23a2の回転にならってポンプ作用により吸い込み気流が生じて、内圧が外圧に比べて著しく高くなって、現像装置23(第2現像剤搬送部B2)の隙間からのトナー飛散が生じてしまう。これに対して、ギャップ/穂立ち高さ(N/M)を55%以上に設定することで、現像装置23(第2現像剤搬送部B2)の隙間からのトナー飛散を抑止することができる。
図11を参照して、第2現像剤搬送部B2の内外圧差(内圧−外圧)が4paを超えたとき、現像装置23(第2現像剤搬送部B2)の隙間からのトナー飛散が生じてしまった。さらに、第2現像剤搬送部B2の内外圧差(内圧−外圧)が1.5paよりも小さくなったとき、第2現像剤搬送部B2への吸い込み気流が消失して現像ローラ23a2とキャリア捕集ローラ23kとの隙間からのトナー飛散(長手方向全域にわたるトナー飛散である。)が生じてしまった。
以上の結果から、ギャップ/穂立ち高さ(N/M)を55%以上に設定することで、現像装置23(第2現像剤搬送部B2)の隙間からのトナー飛散が抑止されることがわかる。さらに、ギャップ/穂立ち高さ(N/M)を100%以下に設定することで、現像ローラ23a2とキャリア捕集ローラ23kとの隙間からのトナー飛散が抑止されることがわかる。すなわち、現像ローラ23aとキャリア捕集ローラ23kとの間のキャリア移行性を確保しつつ、現像装置23からのトナー飛散を確実に抑止するためには、ギャップ/穂立ち高さ(N/M)を55〜100%の範囲内(図11中の斜線で示した範囲である。)に設定することが望ましい。
なお、上述したトナー飛散は、マゼンタトナー、シアントナー、イエロートナーのように、カーボンブラックを含有しないトナーを用いた場合に、トナー帯電能力が低下するために、特に発生しやすい。したがって、上述したギャップ/穂立ち高さ(N/M)の設定は、カラートナーを用いた現像装置に対して特に有用である。
図12にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図12は、実施の形態3における現像装置に設置される揺動部材を示す概略図である。本実施の形態3における現像装置は、キャリア捕集ローラの回転駆動が間欠的におこなわれる点が、前記実施の形態1のものと相違する。
さらに、本実施の形態3における現像装置23は、図12に示すように、現像装置23に揺動部材75を設置して、キャリア捕集ローラ23kの回転駆動を間欠的におこなっている。
このような構成により、回転部材としての第2搬送スクリュ23b2の回転力によって揺動部材75が揺動して、ワンウェイクラッチ75bに連結されたキャリア捕集ローラ23kが間欠的に一方向に回転することになる。詳しくは、第2搬送スクリュ23b2が回転すると、カム76の偏心運動にともないカム76が係合部75aを相対的にスライドして、キャリア捕集ローラ23k(ワンウェイクラッチ75b)を中心にして揺動部材75が図中の両矢印方向に揺動する。このときワンウェイクラッチ75bは、キャリア捕集ローラ23kに対して一方向にしか回転力を伝達しないために、キャリア捕集ローラ23kは所定方向(反時計方向である。)に間欠的に回転する。
したがって、現像装置23が高速化された場合であっても、キャリア捕集ローラ23kを比較的低速化できるために、キャリア捕集ローラ23kやスクレーパ23mの磨耗を低減して長寿命化を達成することができる。
20、20Y、20C、20M、20BK プロセスカートリッジ、
21 感光体ドラム(像担持体)、
23 現像装置(現像部)、
23a1、23a2 現像ローラ(現像剤担持体)、
23b1 第1搬送スクリュ、
23b2 第2搬送スクリュ、
23b3 第3搬送スクリュ、
23c ドクターブレード、
23k キャリア捕集ローラ、
23m スクレーパ、
75 揺動部材、 75a 係合部、 75b ワンウェイクラッチ、
76 カム、
S12 磁極(搬送極)、
F1 仮想線、 F2 第2の仮想線、
G 現像剤(2成分現像剤)、 T トナー、 C キャリア。
Claims (9)
- キャリアとトナーとを有する現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、
前記像担持体に対向するとともに、現像剤を磁力によって担持する現像ローラと、
前記現像ローラに対向するとともに、前記像担持体上に付着したキャリアを磁力によって捕集するキャリア捕集ローラと、
を備え、
前記現像ローラは、前記キャリア捕集ローラに対向する側に磁極が形成され、
前記現像ローラの回転中心と前記キャリア捕集ローラの回転中心とを結ぶ仮想線が、前記現像ローラ上において前記磁極の法線方向磁束密度が最小となる前記現像ローラの回転方向上流側の位置と前記磁極の法線方向磁束密度が最大となる位置との間を通るように形成されたことを特徴とする現像装置。 - 前記仮想線と、前記磁極の法線方向磁束密度が最大となる位置と前記現像ローラの回転中心とを結ぶ第2の仮想線と、がなす角が1.97度以上になるように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記現像ローラ及び前記キャリア捕集ローラは、前記磁極によって前記現像ローラ上に担持される現像剤が前記キャリア捕集ローラに接触するように配設されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像装置。
- 前記現像ローラと前記キャリア捕集ローラとのギャップが、前記キャリア捕集ローラが設置されていないと仮定したときに前記磁極によって前記現像ローラ上に担持される現像剤の高さの55%以上になるように形成されたことを特徴とする請求項3に記載の現像装置。
- 前記キャリア捕集ローラは、前記現像ローラに対向する磁極の法線方向磁束密度が150ガウス以下になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の現像装置。
- 前記トナーは、カーボンブラックを含有しないことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の現像装置。
- 装置に設置された回転部材の回転力によって揺動するとともに、前記キャリア捕集ローラに連結されたワンウェイクラッチを具備する揺動部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の現像装置。
- 画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、
請求項1〜請求項7のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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