JP2010026132A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一成分現像方式の構成を維持しつつ、二成分現像方式の帯電安定性が得られる小型で低コストな現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像容器２０内に供給されたトナーは、攪拌パドル２３によりキャリアと混合、攪拌され、二成分現像剤として供給ローラ２６を介して現像ローラ２５へ搬送され、さらに現像ローラ２５によって規制ニップ部３３へと搬送される。現像剤は規制ニップ部３３において重力と粒径差によってトナーＴとキャリアＣとに選別され、粒径が小さいトナーＴは規制ニップ部３３をすり抜けて現像ローラ２５表面に適量のトナー薄層を形成する。一方、トナーＴに比べて粒径及び重量が大きいキャリアＣは規制ニップ部３３をすり抜けることができず、曲げ加工部２７ａに沿って現像ローラ２５から離れて供給ローラ２６方向に戻される。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、又はファクシミリ装置等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置で用いられる現像装置に関し、特に、トナーとキャリアを含む二成分現像剤を用いた現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置において使用される現像装置は、現像剤にトナーとキャリアとを使用した二成分現像方式、キャリアを使用せずにトナーのみを使用した一成分現像方式のものが知られている。

一成分現像方式の現像装置においては、装置本体内に収容されたトナーを供給ローラにより現像ローラ表面に送り込み、この現像ローラに規制部材を圧接させてトナー量を規制すると共に摩擦帯電させ、現像ローラを回転させてトナーを像担持体と対面する現像領域に導いて像担持体上に形成された静電潜像を現像し、現像ローラ表面に残ったトナーはシール部材を通過して装置内に戻され、供給ローラによって現像ローラ表面から離脱させると共に新たなトナーを現像ローラに供給するようにしており、小型で低コストな現像装置を提供するには有利なシステムである。

このような一成分現像方式では、磁気ブラシによって静電潜像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、現像装置を長寿命化するためにトナーの追加補給が可能な構成とすると、現像装置内で起こるトナーの粒径選別やトナー劣化等の影響により、新たに補給されたトナーと現像装置内の残トナーとの間に特性差が生じる。この特性差によって、規制部材によりトナーを帯電させる際にトナーの帯電不良（帯電ムラ）が発生し易くなり、画像かぶりや濃度ムラ等の画質低下を引き起こすおそれがあった。

一方、長寿命化が可能な現像方式としては、安定した帯電量を長期間維持できトナーの長寿命化に適している二成分現像方式や、例えば特許文献１に開示されているような、いわゆるタッチダウン現像方式が提案されている。タッチダウン現像方式は、トナーの長寿命化を考慮してトナー帯電領域は前述したような二成分現像方式を採用し、その後の現像領域は高画質化を狙って感光体に対して非接触でトナーのみを飛翔させる一成分現像方式を採用しているため、一成分現像方式及び二成分現像方式それぞれの利点を活かすことができる。しかし、二成分現像方式やタッチダウン現像方式では、現像装置の小型化や低コスト化に限界があった。

一成分現像方式の構成を用いて二成分現像方式のようにトナーの帯電を安定化する方法として、例えば特許文献２には、現像カートリッジ内で現像剤とトナーの帯電を補助する帯電補助粒子とを混合し、現像カートリッジの開口部に配置されたメッシュを介して予め帯電されたトナーのみを現像スリーブへ供給するようにした現像装置が開示されている。
特開２００３−２１９６１号公報 特開平２−１７９６６２号公報

しかしながら、特許文献２の方法では、現像カートリッジ内に帯電補助粒子が入っているため、消耗品コストが上昇するとともに、トナーの消費に伴いトナーと帯電補助粒子との比率が変化し、トナーの帯電量が変化するという問題点があった。また、帯電補助粒子の粒径分布によってはメッシュが目詰まりを起こして現像スリーブへトナーを供給できなくなるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、一成分現像方式の構成を維持しつつ、二成分現像方式の帯電安定性が得られる小型で低コストな現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を貯留する筐体と、該筐体内のトナーを担持して回転することにより像担持体にトナーを供給するトナー担持体と、該トナー担持体に圧接される規制部材と、を備え、前記トナー担持体と前記規制部材とが接触する規制ニップ部において二成分現像剤中のトナーのみを選別して前記トナー担持体上に均一なトナー薄層を形成する現像装置である。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記規制部材の先端を前記トナー担持体の回転方向上流側に向けて圧接したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記規制部材の先端は前記トナー担持体と反対側に折り曲げ加工されていることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記トナーが非磁性トナーであり、前記キャリアが磁性キャリアであることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記規制部材の先端に、前記トナー担持体の周方向における前記規制ニップ部の中心よりも前記トナー担持体の回転方向上流側に磁石部材を付設したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記トナーが非磁性トナー、前記キャリアが非磁性キャリアであり、前記トナー担持体の周方向における前記規制ニップ部の幅Ｌ１と前記規制部材の先端から前記規制ニップ部の中心までの距離Ｌ２との関係が０．５Ｌ１＝Ｌ２、且つ前記トナーの平均円形度が０．９４以上、前記キャリアの平均円形度が０．９４未満であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記トナーの平均円形度が０．９６以上、前記キャリアの平均円形度が０．９０以下であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記筐体内の前記キャリアに対する前記トナーの比率を検知する検知手段を有し、該検知手段の検知結果に基づいてトナーを補給することにより前記キャリアに対する前記トナーの比率を一定に維持することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置が搭載された画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、規制ニップ部において二成分現像剤のトナーのみを選別してトナー担持体上に均一なトナー薄層を形成することで、一成分現像方式の簡易な構成を維持しつつ、二成分現像方式と同等の安定したトナー帯電性を得ることができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、規制部材の先端をトナー担持体の回転方向上流側に向けて圧接することにより、規制ニップ部へのキャリアの進入を抑制してトナーとキャリアの選別性能を向上させることができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の現像装置において、規制部材の先端をトナー担持体と反対側に折り曲げ加工することにより、規制ニップ部へ進入できなかったキャリアを曲げ加工部に沿ってトナー担持体から離れる方向に逃がすことができる。また、規制部材の圧接によるトナー担持体の傷付きも防止できる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の現像装置において、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を用いることにより、非磁性トナーと密度の大きい磁性キャリアとを規制ニップ部で容易に選別できる。また、トナー担持体の近傍に磁性部材を配置してトナー薄層中の磁性キャリアを除去することができ、磁力により攪拌性能或いはシール性能を向上させることができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の現像装置において、規制部材の先端に、トナー担持体の周方向における規制ニップ部の中心よりもトナー担持体の回転方向上流側に突出する磁石部材を付設することにより、磁石部材の磁力により磁性キャリアが支持されて規制ニップ部への進入が抑制されるため、規制ニップ部でのトナーとキャリアとの選別性能を一層向上させることができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の現像装置において、平均円形度が０．９４以上の非磁性トナーと平均円形度が０．９４未満の非磁性キャリアとを含む二成分現像剤を用い、トナー担持体の周方向における規制ニップ部の幅Ｌ１と規制部材の先端から規制ニップ部の中心までの距離Ｌ２との関係を０．５Ｌ１＝Ｌ２とすることにより、非磁性キャリアを用いる場合の規制ニップ部での選別性能を向上させることができる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第６の構成の現像装置において、トナーの平均円形度を０．９６以上、キャリアの平均円形度を０．９０以下とすることにより、非磁性キャリアを用いる場合の選別性能を長期間に亘って向上させることができる。

また、本発明の第８の構成によれば、上記第１乃至第７のいずれかの構成の現像装置において、筐体内のキャリアに対するトナーの比率を検知するとともに、検知結果に基づいてキャリアに対するトナーの比率が一定となるようにトナーを補給することにより、長期間に亘ってトナーを安定して帯電させることができ、画像かぶりや濃度ムラ等の画質低下を効果的に抑制することができる。

また、本発明の第９の構成によれば、上記第１乃至第８のいずれかの構成の現像装置を搭載することにより、トナーの帯電不良に起因する画像かぶり、濃度ムラ、トナー供給不良等の発生しない画像形成装置となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置を備えたロータリー現像式のカラー画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置（ここではカラープリンタ）１００では、コピー動作を行う場合、装置本体内において、図中の反時計回りに回転する感光体ドラム１が帯電ユニット２により一様に帯電される。そして、パーソナルコンピュータ等から画像入力部（図示せず）に入力された原稿画像データに基づいて露光ユニット３から感光体ドラム１上にレーザビームが照射され、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。

感光体ドラム１は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、帯電ユニット２により表面を帯電させるようになっている。そして、露光ユニット３からのレーザビームを受けた表面に帯電を減衰させた静電潜像を形成する。感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や有機感光体（ＯＰＣ感光体）が用いられる。感光層として正ＯＰＣを用いた場合、オゾン等の発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期間使用して膜厚が変化した場合においても感光特性に変化が少なく、画質も安定するため長寿命のシステムには好適に用いられる。

トナーを感光体ドラム１上に供給するロータリー式の現像ユニット４は、現像装置とトナー容器が一体化されたカートリッジ式のイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色の現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを備えており、現像装置４ａ〜４ｄを感光体ドラム１に対向する位置に順次回転移動させることにより、感光体ドラム１上の静電潜像にトナーが付着されて各色のトナー像が形成される。現像装置４ａ〜４ｄへのトナー供給は補給パイプ１９ａが連結されたトナーコンテナ１９から行われる。

トナー像が転写される中間転写ベルト５は、中間転写ローラ６ａ、６ｂ、ベルト駆動ローラ８及び従動ローラ９に掛け渡され、感光体ドラム１に当接しながら図示しない駆動手段により図中の時計回りに回転する。中間転写ベルト５には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、所定のタイミングにより感光体ドラム１上にイエローのトナー像の形成を行う。そして、負極性の転写バイアス（正帯電トナーを用いる場合）が印加された中間転写ローラ６ａ、６ｂにより感光体ドラム１上のイエローのトナー像が中間転写ベルト５上に転写される（一次転写）。その後、感光体ドラム１の表面に残留したトナーがクリーニングローラ７ａ及びクリーニングブレード７ｂにより除去され、現像ユニット４は所定量（ここでは９０°）回転して、上記と同様に今度はマゼンタのトナー像が感光体ドラム１上に形成され、中間転写ベルト５上に転写される。

以下、上述と同様の方法により、感光体ドラム１からシアン及びブラックのトナー像が中間転写ベルト５上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。中間転写ベルト５にはベルト駆動ローラ８と対向する位置に転写ローラ１３が圧接されており、転写ローラ１３の下流側には中間転写ベルト５表面の残留トナーを除去するベルトクリーニングブレード１４が配置されている。

上記のようにトナー像が形成された中間転写ベルト５に向けて、用紙Ｐが給紙機構１０から給紙ローラ１１及びレジストローラ対１２を経由して搬送され、中間転写ベルト５の表面に順次形成されたフルカラーのトナー像が負極性の転写バイアスが印加された転写ローラ１３により用紙Ｐに一度に転写される（二次転写）。そして、トナー像が転写された用紙Ｐは定着装置１５に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１５を通過した用紙Ｐは、用紙搬送路１６及び排出ローラ対１７を介して排出トレイ１８に排出される。

図２は、本発明の第１実施形態に係る現像装置の側面断面図であり、図３は、図２における現像ローラと規制部材のニップ部付近の拡大図である。なお、以下の説明では、図１の感光体ドラム１と相対する現像装置４ａの構成及び動作について説明するが、現像装置４ｂ〜４ｄの構成及び動作についても基本的には同様であるため説明を省略する。

現像装置４ａは、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を貯留する樹脂製の現像容器２０内に、二成分現像剤を混合、攪拌するための攪拌パドル２３、感光体ドラム（図１参照）と対面し、感光体ドラム１上に形成された静電潜像を現像するための現像ローラ２５、現像ローラ２５と同方向（カウンター方向）に回転して現像ローラ２５に現像剤を供給するとともに現像ローラ２５上の残トナーを掻き取るための供給ローラ２６、現像剤中のトナーのみを選別して現像ローラ２５上にトナー薄層を形成する金属製の規制部材２７、現像ローラ２５と現像容器２０との隙間からのトナー漏れを防止するシール部材３０等が設けられている。規制部材２７は、現像ローラ２５の回転方向（時計回り）に対し供給ローラ２６よりも下流側において現像ローラ２５に圧接されている。

攪拌パドル２３としては、例えば回転軸に厚さ４０μｍのＰＥＴフィルムなどの攪拌羽根を貼り付けたものが用いられる。なお、トナーとキャリアとの混合、攪拌効率をさらに高めるために、図２に示すような攪拌パドル２３に代えて、二成分現像式の現像装置で用いられるスクリューやフィンタイプの混合攪拌部材を用いても良い。

現像ローラ２５としては、例えばＪＩＳ−Ａ硬度４５度、抵抗値１Ｅ＋６Ω、表面粗さＲａ＝１．０μｍの弾性ローラを用い、供給ローラ２６としては抵抗値１Ｅ＋８Ωのウレタンスポンジローラを用いるとともに、現像ローラ２５と供給ローラ２６との周方向の接触幅（接触ニップ幅）が３ｍｍに設定されている。

規制部材２７としては、例えば厚さ０．０８ｍｍのＳＵＳ箔を用い、規制圧を４０Ｎ／ｍに設定されている。また、図３に示すように、規制部材２７は先端を現像ローラ２５の回転方向上流側に向けて所定の角度で圧接されており、その先端が現像ローラ２５と反対方向に略直角に折り曲げられて曲げ加工部２７ａが形成されている。シール部材３０としては、例えば導電性の高分子量ＰＥフィルムが均一に現像ローラ２５に接触するようにウレタンスポンジでバックアップしたものが用いられる。

現像容器２０内の現像剤は、通常図２に示す一点鎖線のレベルまで収容されている。この現像剤中のトナーとキャリアとの比率はトナー濃度センサ３１により検知される。例えば光透過性を有する非磁性キャリアを用いる場合、トナー濃度センサ３１として光学式センサを用いて現像剤の光透過度を測定することにより現像剤中のトナー濃度を検知する方法や、トナー濃度センサ３１として圧電センサを用いて現像剤総量を検知し、キャリア量が一定であるとして現像剤中のトナーの存在比率を算出する方法が挙げられる。また、磁性キャリアを用いる場合はトナー量の増加に伴う透磁率の変化を検知する透磁率センサが用いられる。

本発明の現像装置に用いられるトナーとしては、重合法、粉砕法等により製造された一般的なトナーを使用することができ、その平均粒径としては体積平均粒径で４〜９μｍが好ましい。キャリアとしては、鉄粉、フェライト等の一般的な二成分現像剤に用いられるバインダー型のキャリアを使用することができるが、磁性を持たせる必要がないため、樹脂ビーズやガラスビーズ等の非磁性キャリアも使用可能である。キャリアの平均粒径としては２０〜２００μｍ程度が好ましい。

本発明の現像装置による現像プロセスについて説明すると、トナー供給口２０ａから供給されたトナーは、攪拌パドル２３が図２において反時計回りに回転することにより現像容器２０内のキャリアと混合、攪拌された二成分現像剤として供給ローラ２６へ搬送される。供給ローラ２６へ搬送された現像剤は時計回りに回転する供給ローラ２６により現像ローラ２５へ搬送され、さらに時計回り（図３の矢印Ａ方向）に回転する現像ローラ２５によって現像ローラ２５と規制部材２７とのニップ部（規制ニップ部）３３へと搬送される。

そして、図３に示すように、規制ニップ部３３において現像剤は重力と粒径差によってトナーＴとキャリアＣとに選別され、粒径が小さいトナーＴは規制ニップ部３３をすり抜けて現像ローラ２５表面に適量のトナー薄層を形成する。一方、トナーＴに比べて粒径及び重量が大きいキャリアＣは規制ニップ部３３をすり抜けることができず、曲げ加工部２７ａに沿って現像ローラ２５から離れて供給ローラ２６方向に戻される。

現像ローラ２５表面に形成されたトナー薄層は、現像ローラ２５の回転によって感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送され、現像ローラ２５と感光体ドラム１との電位差によって感光体ドラム１側へ移動して静電潜像の現像が行われる。現像に用いられず現像ローラ２５上に残ったトナーはシール部材３０を通過して現像容器２０内に戻された後、供給ローラ２６により掻き取られ、現像容器２０内で再びキャリアと混合、攪拌される。

なお、攪拌パドル２３と供給ローラ２６との間で現像容器２０内を分離する仕切壁を設け、仕切壁に形成された開口を介して攪拌パドル２３が配置されたトナー撹拌部と現像ローラ２５及び供給ローラ２６が配置されたトナー供給部とを現像剤が移動する構成としても良い。この場合、トナー供給口２０ａから新たに供給された帯電不十分なトナーはトナー撹拌部でキャリアと混合、攪拌されることにより十分に帯電された後、トナー供給部に搬送されるため、トナーの帯電を常に安定させて現像ローラ２５上に均一なトナー薄層を形成することができる。

次に、図４を用いて現像ローラ２５と規制部材２７との接触状態について詳述する。規制ニップ部３３は、規制部材２７と現像ローラ２５とが実質的に当接している部分であり、現像ローラ２５の周方向における規制ニップ部３３の幅を規制ニップ幅Ｌ１とする。また、曲げ加工部２７ａから規制ニップ幅Ｌ１の中心までの距離を突き出し量Ｌ２とする。

本実施形態では、特に非磁性キャリアを用いる場合、図４（ａ）に示すように、０．５Ｌ１＝Ｌ２の関係が成り立つように、即ち、曲げ加工部２７ａが規制ニップ幅Ｌ１の中に入った状態（以下、エッジ当たりという）となるように現像ローラ２５と規制部材２７とを接触させている。後述するように、規制ニップ部３３での現像ローラ２５と規制部材２７との接触がエッジ当たりである場合、トナーと非磁性キャリアとの選別機能が極めて高くなることが確認されている。また、曲げ加工部２７ａは、規制部材２７の圧接による現像ローラ２５の傷付きを防止する役割も果たしている。

図４（ｂ）のように０．５Ｌ１＜Ｌ２である場合、現像ローラ２５の回転方向（図の矢印Ａ方向）における規制ニップ幅Ｌ１の上流端から曲げ加工部２７ａまでの間に、現像ローラ２５と規制部材２７とが実質的に接触しない楔形部分Ｘが生じ、この楔形部分Ｘに小径のキャリアが進入する場合がある。そして、進入したキャリアが現像ローラ２５の回転によって規制部材２７を押し上げるようにして規制ニップ部３３をすり抜け、現像領域に到達してしまうために選別機能が低下する。なお、規制ニップ幅Ｌ１は４ｍｍ以内とすることが好ましく、２ｍｍ以内がより好ましい。また、突き出し量Ｌ２は１ｍｍ以内に抑えるのが好ましい。

また、非磁性キャリアを用いる場合、トナーの円形度は０．９４以上でキャリアの円形度は０．９４未満とすることが好ましい。トナーの円形度が０．９４未満であると、規制ニップ部３３でキャリアから離れて均一なトナー薄層を形成し難くなり、キャリアの円形度が０．９４以上であると、キャリアが規制ニップ部３３をすり抜ける場合がある。トナーの円形度を０．９６以上、キャリアの円形度を０．９０以下とすれば、より長期間に亘って均一なトナー薄層の形成が可能となる。

一方、磁性キャリアは非磁性キャリアに比べて密度が大きく、規制ニップ部３３での選別が比較的容易である。そのため、現像ローラ２５に対する規制部材２７の接触条件も非磁性キャリアの場合ほど厳密でなくても良い。磁性キャリアを用いる場合は突き出し量Ｌ２を１ｍｍ以内に抑えるのが好ましい。

磁性キャリアを用いる場合、規制部材２７の表面や近傍にラバーマグネット等を取り付けることにより、規制ニップ部３３におけるキャリアとトナーとの選別機能を高めたり、規制ニップ部３３をすり抜けてトナー薄層中に混入したキャリアを除去したりすることもできる。また、攪拌パドル２３の攪拌羽根にラバーマグネット等を取り付けて攪拌効率を高めることもできる。また、非磁性トナーを用いて現像ローラ２５上にトナー薄層を形成する場合、現像ローラ２５周辺のトナーシールが困難な場合が多いが、シール部材３０の近傍にラバーマグネット等の磁性部材を配置して磁性シールとすることで、現像容器２０のシール性能を格段に高めてトナー漏れを効果的に防止できる。

さらに、供給ローラ２６の中央部（芯金）に磁力を持たせて磁性キャリアを保持し、キャリアチェーンを形成した現像剤を現像ローラ２５と接触させることにより、現像剤中のトナーを現像ローラ２５へ優先的に供給するとともに、現像に用いられずに現像容器２０内に戻された現像ローラ２５上のトナーを効率良く引き剥がすことができる。また、現像剤を磁力により保持するので、供給ローラ２６のスポンジの目を粗くしたり、スポンジローラに代えてブラシローラを用いたりすることができる。この構成によれば、供給ローラ２６内へのトナーの滞留も防止可能となる。

ところで、現像容器２０内のトナーが消費され、現像剤中のトナーとキャリアの比率が変化すると、トナーの帯電量も変化する。トナーの帯電量変化は画像品質と密接な関係があり、帯電量が低下した場合は画像かぶりが発生し易くなり、逆に帯電量が高くなった場合は濃度ムラが発生し易くなる。そこで、トナー濃度検知センサ３１により、現像容器２０内のトナーとキャリアの比率を検知し、二成分現像方式と同様に検知結果に基づいてトナーコンテナ１９（図１参照）からのトナー補給量を制御する。これにより、現像剤中のトナーとキャリアの比率を一定に維持可能となり、トナーを安定して帯電させることができる。

トナーとキャリアとの好ましい混合比率はトナー及びキャリアの種類によって変化するが、通常はトナーの比率が５〜２０％程度となるように制御される。また、トナー濃度検知センサ３１を用いずに現像容器２０内の現像剤総量に応じてトナーを補給するようにしても良い。

図５は、本発明の第２実施形態に係る現像装置の側面断面図であり、図６は、図５における現像ローラと規制部材のニップ部付近の拡大図である。本実施形態では、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を用いており、規制部材２７の先端には磁石部材３５が付設されている。現像装置内の各部材の構成や材質、トナー補給制御等については図２及び図３に示す第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

図６に示すように、磁石部材３５は規制部材２７の曲げ加工部２７ａの内側に長手方向（図の紙面方向）全域に亘って固定されており、現像ローラ２５の回転方向（矢印Ａ方向）に対して規制ニップ幅Ｌ１の中心よりも上流側に突出するように配置されている。これにより、現像ローラ２５の回転によって搬送されてきた現像剤中の磁性キャリアは曲げ加工部２７ａにおいて磁石部材３５の磁力により支持されるため、規制ニップ部３３への進入が妨げられる。従って、規制ニップ部３３におけるトナーとキャリアとの選別機能を一層高めることができる。

なお、図６では磁石部材３５を曲げ加工部２７ａの内側に固定しているが、曲げ加工部２７ａの外側に固定しても良い。この場合、磁石部材３５は規制ニップ部３３に食い込まない方が好ましい。また、本実施形態では、磁石部材３５の上流側面が曲げ加工部２７ａの役割を果たすため、規制部材２７に曲げ加工部２７ａを設けなくてもトナーとキャリアとの選別機能は低下しない。しかし、現像ローラ２５の傷付きを防止するためには曲げ加工部２７ａを設けることが好ましい。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態で示した各部材の形状や材質、寸法等は一例であり、現像装置の仕様に応じて適宜変更可能である。また、本発明は図１に示したロータリー式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ及びカラー複写機、ファクシミリ等の種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

本発明の現像装置を用いた場合のトナー及びキャリアの平均円形度及び規制部材の接触条件と現像ローラ上に形成されるトナー薄層との関係について調査した。試験方法としては、図２に示したような現像装置が搭載された試験機を用い、トナー及びキャリアの平均円形度、規制部材の接触条件を変化させて印字率５％のテスト画像を連続印刷した場合の所定枚数印刷後における現像ローラ上のトナー薄層の状態を目視により観察した。

＜トナーの製造方法＞
ポリエステルＡ（Ｌ体；数平均分子量：４，３００、重量平均分子量：９，８００、Ｔｇ＝５８℃、Ｔｍ＝１０２℃）６０重量部と、ポリエステルＢ（Ｈ体；数平均分子量：２，５００、重量平均分子量：２００，０００、Ｔｇ＝６０℃、Ｔｍ＝１３０℃）４０重量部、フィッシャートロプッシュワックス（日本精鑞社製）３重量部、カーボンブラック（Ｐｒ−９０、キャボット社製）５重量部をヘンシェルミキサーで混合した後、２軸押出機において１３０℃で溶融混練してトナー粒子用樹脂組成物を調整した。

得られたトナー粒子用樹脂組成物を粉砕装置（ＩＤＳ−２型、日本ニューマチック社製）にて粉砕し、気流式分級装置（アルピネ分級機、アルピネ社製）にて分級した。その後、球形化装置（Ｆ−４０、ホソカワミクロン社製）にて約７，０００ｒｐｍの条件で球形化を行い、体積平均粒径６．８μｍ、平均円形度０．９４５の正帯電性トナー粒子を得た。また、球形化装置の回転速度を可変することで平均円形度０．９２６の正帯電性トナー粒子を得た。

一方、球形化装置（Ｆ−４０、ホソカワミクロン社製）にて約８，０００ｒｐｍの条件で球形化を行い、更にハイブリタイザーシステム（ＮＨＳ−１、奈良機械製作所製）を用いて８，０００ｒｐｍでさらに球形化処理を行い、体積平均粒径６．８μｍ、平均円形度０．９６０の正帯電性トナー粒子を得た。

トナーの体積平均粒子径は粒度分布測定装置（マルチサイザーIII、ベックマン・コールター社製、アパチャー径１００μｍ）を用いて測定範囲２．０〜６０μｍで測定し、トナーの平均円形度はフロー式粒子像分析装置（ＦＰＩＡ−２１００、シスメックス株式会社製）により測定した。測定方法としては、トナー粒子投影像を得た後、トナー粒子Ａの粒子投影像における周囲長（Ｌａ）及び投影面積（Ｓ）を算出した。ここで、円形度は、面積（Ｓ）の円の円周長をＬｓとした場合に、Ｌｓ／Ｌａで表される値であり、その円形度を投影像中の全粒子に亘って平均化することにより、トナー粒子Ａの平均円形度を算出した。

＜非磁性キャリアの製造方法＞
スチレン−アクリル系共重合体１００重量部と、カーボン５重量部とをヘンシェルミキサーにて混合した。この混合物を２軸混練機（シリンダ温度１７０℃）にて溶融混練し、粉砕分級して、重量平均粒径５０μｍの非磁性キャリア粒子を製造した。

＜磁性キャリアの製造方法＞
メチルシリコーン樹脂（ＫＲ−２５１、信越シリコーン社製）１０質量部をトルエン５００質量部に希釈した樹脂液を用いて、浸漬法によりキャリア心材（球状フェライト粒子、重量平均粒子径５０μｍ）１，０００質量部を樹脂液で被覆した。次いで、樹脂液で被覆されたキャリア心材を加熱処理装置（サフュージョンシステム、日本ニューマチック社製）を用いて熱処理を行った。その際、熱処理温度および熱処理時間を調整し、キャリアの円形度を制御した。その後、キャリアを気流式分級にて分級し、重量平均粒径５０μｍの磁性キャリアを得た。

キャリアの平均円形度は（粒子の投影面積と同一の面積を有する円の周囲長）／（投影像の周囲長）で定義され、走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）（Ｓ−８００、日立製作所製）を用いて倍率１００〜３００倍に拡大したキャリア像を１００個無作為にサンプリングし、インターフェースを介した画像解析装置（ＬｕｚｅｘIII、ニコレ社製）によって解析することにより測定した。キャリアの重量平均粒子径も同装置で測定した。

上記の方法で製造されたトナーと非磁性キャリアまたは磁性キャリアとを、キャリアに対するトナーの混合比率（Ｔ／Ｃ）が８％となるように混合した二成分現像剤を使用した。また、規制ニップ幅Ｌ１は０．５ｍｍとし、突き出し量Ｌ２は０．２５ｍｍ（０．５Ｌ１＝Ｌ２の場合）及び０．５ｍｍ（０．５Ｌ１＜Ｌ２の場合）とした。試験結果を表１に示す。表１中、トナー薄層の乱れが全く発生しなかった場合を◎、殆ど発生しなかった場合を○、若干発生した場合を△、顕著に発生した場合を×とした。

表１から明らかなように、非磁性キャリアを用いた場合、トナーの平均円形度が０．９４以上、キャリアの平均円形度が０．９４未満であり、且つ規制ニップ幅Ｌ１の１／２が突き出し量Ｌ２と等しい本発明１〜３では、５０，０００枚印字後においても現像ローラ上に均一なトナー薄層を形成することができた。また、本発明１〜３の比較では、トナーの平均円形度が高く、キャリアの平均円形度が低い本発明１、２、３の順にトナー薄層の乱れが抑制された。

これに対し、トナーの平均円形度が０．９４未満である比較例１、キャリアの平均円形度が０．９４以上である比較例２では、印字開始時からトナー薄層に若干の乱れが発生し、１０，０００枚印字後にはトナー薄層の乱れが顕著となった。また、規制ニップ幅Ｌ１が突き出し量Ｌ２の２倍よりも小さい比較例３では、トナーの平均円形度が０．９４以上、キャリアの平均円形度が０．９４未満であるにも係わらず印字開始時からトナー薄層の顕著な乱れが発生した。

一方、磁性キャリアを用いた本発明４、５では、規制ニップ幅Ｌ１の１／２が突き出し量Ｌ２よりも小さいにも係わらず、５０，０００枚印字後においても現像ローラ上に均一なトナー薄層を形成することができた。また、本発明４と本発明５の比較では、トナーの平均円形度が高く、キャリアの平均円形度が低い本発明４の方が本発明５よりもトナー薄層の乱れが抑制された。これは、磁性キャリアは非磁性キャリアに比べて密度が大きく、規制ニップ部３３においてトナーと選別され易いためであると考えられる。

本発明の現像装置を用いた場合のトナー及びキャリアの混合比率と現像ローラ上に形成されるトナー薄層の帯電量との関係について調査した。試験方法としては、実施例１と同じ試験機を用い、二成分現像剤中のトナーと非磁性または磁性キャリアとの混合比率（Ｔ／Ｃ）を変化させて、装置の起動直後に現像ローラ上にトナー薄層を形成し、単位重量当たりのトナー帯電量（Ｑ／Ｍ）をＱＭメータ（トレック社製）で測定した。

トナーとしては、実施例１で用いた体積平均粒子径６．８μｍ、平均円形度０．９４５の正帯電性トナーを用い、キャリアとしては、実施例１で用いた重量平均粒子径５０μｍ、平均円形度０．９の非磁性キャリア及び磁性キャリアを用いた。また、規制ニップ幅Ｌ１は０．５ｍｍとし、突き出し量Ｌ２は０．２５ｍｍ（０．５Ｌ１＝Ｌ２）とした。非磁性キャリアを用いた場合の結果を図７に、磁性キャリアを用いた場合の結果を図８に示す。

図７及び図８から明らかなように、非磁性キャリア及び磁性キャリアを用いたいずれの場合においても、現像装置内のＴ／Ｃが大きくなるにつれてＱ／Ｍは小さくなった。ここで、Ｑ／Ｍは画像品質と密接な関係にあり、Ｑ／Ｍが２５μＣ／ｇを超えると濃度ムラが発生し、Ｑ／Ｍが１０μＣ／ｇを下回ると画像かぶりが発生することが知られている。従って、非磁性キャリアを用いる場合はＴ／Ｃを７〜１０％、磁性キャリアを用いる場合はＴ／Ｃを３〜９％に保持するようにトナー補給制御を行うことで、Ｑ／Ｍが１０〜２５μＣ／ｇの範囲に維持され、画像不良を抑制できることが確認された。

なお、上記実施例の試験条件は一例にすぎず、例えば乳化重合法や粉砕法で製造されたトナーや他の種類のキャリアであっても同様の結果が得られることがわかっている。

本発明は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる現像装置に利用可能であり、トナー担持体と規制部材とが接触する規制ニップ部において二成分現像剤中のトナーのみを選別してトナー担持体上に均一なトナー薄層を形成するものである。これにより、一成分現像方式の簡易な構成と、二成分現像方式と同等の安定したトナー帯電性とを兼ね備えた小型で低コストな現像装置を提供することができる。

また、規制部材の先端をトナー担持体の回転方向上流側に向けて圧接し、先端をトナー担持体と反対側に折り曲げ加工することで、規制ニップ部におけるトナーとキャリアの選別性能を向上させるとともにトナー担持体の傷付きも防止可能な現像装置となる。

また、非磁性トナーと密度の大きい磁性キャリアとを含む二成分現像剤を用いる場合、規制ニップ部でのトナーとキャリアの選別が容易となる。また、トナー担持体の近傍に磁性部材を配置してトナー薄層中の磁性キャリアを除去することができ、磁力により攪拌性能或いはシール性能を向上させることができる。さらに、規制ニップ部の中心よりもトナー担持体の回転方向上流側に突出する磁石部材を付設することにより、規制ニップ部でのトナーとキャリアとの選別性能が一層向上した現像装置となる。

また、非磁性トナーと非磁性キャリアとを含む二成分現像剤を用いる場合は磁性キャリアを用いる場合に比べてトナーとキャリアの選別が困難であるが、平均円形度が０．９４以上の非磁性トナーと平均円形度が０．９４未満の非磁性キャリアを用い、トナー担持体の周方向における規制ニップ部の幅Ｌ１と規制部材の先端から規制ニップ部の中心までの距離Ｌ２との関係を０．５Ｌ１＝Ｌ２とすることにより規制ニップ部における選別性能が向上するため、均一なトナー薄層を安定して形成可能な現像装置となる。特に、トナーの平均円形度を０．９６以上、キャリアの平均円形度を０．９０以下とすることにより、長期間に亘って均一なトナー薄層を形成可能となる。

また、筐体内のキャリアに対するトナーの比率が一定となるようにトナーを補給することにより、長期間に亘ってトナーを安定して帯電させることができ、画像かぶりや濃度ムラ等の画質低下を効果的に抑制できる現像装置となる。

また、本発明の現像装置を搭載することにより、画像かぶり、濃度ムラ、トナー供給不良等の画像不良の発生しない高画質な画像形成が可能な画像形成装置を簡易且つ低コストで提供することができる。

は、本発明の現像装置を備えたロータリー式のカラー画像形成装置の側面断面図である。 は、本発明の第１実施形態に係る現像装置の側面断面図である。 は、規制ニップ部においてトナーとキャリアが選別される様子を示す拡大模式図である。 は、規制ニップ部における規制部材と現像ローラとの接触状態を説明するための拡大図である。 は、本発明の第２実施形態に係る現像装置の側面断面図である。 は、図５における規制ニップ部付近の部分拡大図である。 は、トナー及び非磁性キャリアの混合比率と現像ローラ上のトナー帯電量との関係を示すグラフである。 は、トナー及び磁性キャリアの混合比率と現像ローラ上のトナー帯電量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 感光体ドラム（像担持体）
４ 現像ユニット
４ａ〜４ｄ 現像装置
２０ 現像容器（筐体）
２３ 攪拌パドル
２５ 現像ローラ（トナー担持体）
２６ 供給ローラ（現像剤供給部材）
２７ 規制部材
２７ａ 曲げ加工部
３０ シール部材
３１ トナー濃度センサ（検知手段）
３３ 規制ニップ部
３５ 磁石部材
１００ 画像形成装置

Claims (9)

1. トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を貯留する筐体と、
   該筐体内のトナーを担持して回転することにより像担持体にトナーを供給するトナー担持体と、
   該トナー担持体に圧接される規制部材と、を備え、
   前記トナー担持体と前記規制部材とが接触する規制ニップ部において二成分現像剤中のトナーのみを選別して前記トナー担持体上に均一なトナー薄層を形成する現像装置。
2. 前記規制部材の先端を前記トナー担持体の回転方向上流側に向けて圧接したことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記規制部材の先端は前記トナー担持体と反対側に折り曲げ加工されていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記トナーが非磁性トナーであり、前記キャリアが磁性キャリアであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記規制部材の先端に、前記トナー担持体の周方向における前記規制ニップ部の中心よりも前記トナー担持体の回転方向上流側に突出する磁石部材を付設したことを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記トナーが非磁性トナー、前記キャリアが非磁性キャリアであり、前記トナー担持体の周方向における前記規制ニップ部の幅Ｌ１と前記規制部材の先端から前記規制ニップ部の中心までの距離Ｌ２との関係が０．５Ｌ１＝Ｌ２、且つ前記トナーの平均円形度が０．９４以上、前記キャリアの平均円形度が０．９４未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記トナーの平均円形度が０．９６以上、前記キャリアの平均円形度が０．９０以下であることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
8. 前記筐体内の前記キャリアに対する前記トナーの比率を検知する検知手段を有し、該検知手段の検知結果に基づいてトナーを補給することにより前記キャリアに対する前記トナーの比率を一定に維持することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の現像装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の現像装置が搭載された画像形成装置。

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