JP2010122553A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ローラの全域に亘ってトナー付着やトナー飛散の発生を防ぐことができる現像装置を提供すること。
【解決手段】トナーとキャリアから成る二成分現像剤を担持するマグネットローラ２３と、固定磁極部材３２が内蔵されたスリーブ（回転体）３４の軸方向両端にフランジ３５を固定して成る現像ローラ２４を備え、前記マグネットローラ２３から移送されるトナーによって前記現像ローラ２４の表面にトナー薄層を形成し、該トナー薄層によって像担持体上の静電潜像を現像してトナー像として顕像化する現像装置において、前記現像ローラ２４のフランジ３５を磁性体で構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真プロセスによって像担持体上に形成された静電潜像を二成分現像剤を用いて現像するための現像装置とこれを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式によって用紙に画像を形成する複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、像担持体上に形成された静電潜像は現像装置によって現像されて現像像として顕像化され、この現像像が用紙上に転写される。そして、現像像が転写された用紙は、定着装置へと搬送され、該定着装置によって熱と圧力によって現像像の定着を受けた後に機外に排出され、これによって一連の画像形成動作が完了する。

ところで、現像剤として乾式トナーを用いる現像方式としては、一成分現像方式と二成分現像方式が知られている。一成分現像方式は、使用する現像剤にキャリアを含まないため、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を使用する二成分現像方式のようにキャリアとトナーによって形成される磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化が可能となる。

ところが、一成分現像方式においては、トナーの帯電量を安定して維持することが困難である。又、カラートナーである場合には、高い透過性が求められるために該カラートナーは非磁性トナーである必要がある。

そこで、フルカラー画像形成装置においては、現像剤としてトナーとこれを帯電及び搬送する媒体としてのキャリアから成る二成分現像剤を用いる二成分現像方式が採用されることが多い。

二成分現像方式を採用する現像装置には、二成分現像剤を担持するマグネットローラ上に形成された磁気ブラシによって現像ローラ上にトナー薄層を形成し、このトナー薄層によって像担持体上の静電潜像を現像してトナー像として顕像化するタッチダウン現像方式を採用するものがある。

ところで、斯かるタッチダウン現像方式に使用される現像ローラ１２４は、図５に示すように、マグネットや磁性体等の磁極部材１３２が取り付けられたシャフト１３３を円筒状のスリーブ１３４の内部に挿入し、スリーブ１３４の軸方向両端にフランジ１３５を圧入して構成されている。
特開２００５−０５５８４４号公報 特開２００５−２２１８００号公報

しかしながら、図５に示す従来の現像ローラ１２４においては、その軸方向両端部には磁極部材１３２が存在せず、フランジ１３５は非磁性体で構成されていたため、磁極部材（Ｓ極）１３２とマグネットローラ１２３の固定マグネット（Ｎ極）１２８との間に発生する磁力線が図６に示すように軸方向両端（図６には一方のみ図示）のフランジ１３５部分において現像ローラ１２４の磁極部材１３２へと向かうものとマグネットローラ１２３の図示するＮ極と隣接するＳ極に向かうもの（不図示）等に別れ、フランジ１３５の端部に向かう磁力線が少なくなる。このため、現像ローラ１２４とマネットローラ１２３間での磁場形成が軸方向両端において弱くなり、両ローラ１２，１２４間で形成される磁気ブラシの穂立ちの剛性が軸方向両端で弱くなる。この結果、現像ローラ１２４上のトナーの回収能力が軸方向両端において低下し、現像ローラ１２４上のトナーが回収されないまま回転を繰り返し、トナーがスリーブ１３４の表面に付着したり、スリーブ１３４表面へのトナーの堆積が増加し、現像ローラ１２４の回転時に遠心力によってトナーが飛散するという問題が発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、現像ローラの全域に亘ってトナー付着やトナー飛散の発生を防ぐことができる現像装置及びこれを画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を担持するマグネットローラと、固定磁極部材が内蔵された回転体の軸方向両端にフランジを固定して成る現像ローラを備え、前記マグネットローラから移送されるトナーによって前記現像ローラの表面にトナー薄層を形成し、該トナー薄層によって像担持体上の静電潜像を現像してトナー像として顕像化する現像装置において、前記現像ローラのフランジを磁性体で構成したことを特徴とする。

請求項２記載の画像形成装置は、請求項１記載の現像装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、現像ローラの軸方向両端に取り付けられたフランジを磁性体で構成したため、マグネットローラの固定マグネットからの磁力線が発散することなくフランジに向かって集中する。このため、現像ローラとマネットローラ間での磁場形成が軸方向全域に亘って強くなり、両ローラ間で形成される磁気ブラシの穂立ちの剛性も軸方向全域に亘って強くなる。この結果、現像ローラ上のトナーの回収能力が軸方向全域に亘って向上し、現像ローラ上のトナーが回収されないまま回転を繰り返すためにトナーがスリーブ表面に付着したり、スリーブ表面に堆積したトナーが飛散するという従来の問題が解消される。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのカラーレーザープリンタの断面図であり、図示のカラーレーザープリンタはタンデム型であって、その本体内の中央部には、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍ、シアン画像形成ユニット１Ｃ、イエロー画像形成ユニット１Ｙ及びブラック画像形成ユニット１Ｋが一定の間隔でタンデムに配置されている。

上記各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋは、像担持体である感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、現像装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、転写ローラ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ等を含んで構成されている。

上記現像装置３ａ〜３ｄは、マゼンタ（Ｍ）トナー、シアン（Ｃ）トナー、イエロー（Ｙ）トナー、ブラック（Ｋ）トナーをそれぞれ収容しており、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に形成された各静電潜像に各色のトナーを付着させて各静電潜像を各色のトナー像として可視像化するものであって、その詳細は後述する。

又、前記転写ローラ４ａ〜４ｄは、各一次転写部にて中間転写ベルト５を介して各感光ドラム２ａ〜２ｄに当接可能に配置されている。ここで、中間転写ベルト５は、二次転写対向ローラ６と駆動ローラ７及びテンションローラ８との間に張設されて各感光ドラム２ａ〜２ｄの下面側に走行可能に配置されており、前記二次転写対向ローラ６は、二次転写部において中間転写ベルト５を介して二次転写ローラ９に当接可能に配置されている。

又、装置本体１００内の底部には給紙カセット１０が着脱可能に設置されており、本体１００の上部には排紙トレイ１１が設けられている。ここで、給紙カセット１０には複数枚の不図示の用紙が積層収容されており、この給紙カセット１０からは用紙がピックアップローラ１２によって１枚ずつ取り出され、取り出された用紙は搬送ローラ１３によって搬送パスＬへと送り出される。又、搬送パスＬには、レジストローラ対１６、定着装置１７及び排紙ローラ１９が配置されている。尚、定着装置１７は、互いに当接して回転する加熱ローラ２０と加圧ローラ２１を備えている。

次に、以上の構成を有するカラーレーザープリンタによる画像形成動作について説明する。

画像形成開始信号が発せられると、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋにおいて各感光ドラム２ａ〜２ｄが図１の反時計方向に所定のプロセススピードで回転駆動され、これらの感光ドラム２ａ〜２ｄには、各色毎のカラー画像信号によって変調されたレーザー光が照射されて各色のカラー画像信号に対応した静電潜像がそれぞれ形成される。

そして、先ず、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍの感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像が現像装置３ａによって現像されてマゼンタトナー像として可視像化される。このマゼンタトナー像は、感光ドラム２ａと転写ローラ４ａとの間の一次転写部（転写ニップ部）において、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラ４ａの作用によって、図１の矢印方向に回転駆動されている中間転写ベルト５上に一次転写される。

上述のようにしてマゼンタトナー像が一次転写された中間転写ベルト５は、次のシアン画像形成ユニット１Ｃへと移動する。そして、シアン画像形成ユニット１Ｃにおいても、前記と同様にして、感光ドラム２ｂ上に形成されたシアントナー像が一次転写部において中間転写ベルト５上のマゼンタトナー像に重ねて転写される。

以下同様にして、中間転写ベルト５上に重畳転写されたマゼンタ及びシアントナー像の上に、イエロー及びブラック画像形成ユニット１Ｙ，１Ｋの各感光ドラム２ｃ，２ｄ上にそれぞれ形成されたイエロー及びブラックトナー像が各一次転写部において順次重ね合わせられ、中間転写ベルト５上にはフルカラーのトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト５上のフルカラートナー像の先端が二次転写対向ローラ６と二次転写ローラ９間の二次転写部（転写ニップ部）に達するタイミングに合わせて、給紙カセット１０から取り出されてレジストローラ対１６へと送られて一時待機していた用紙が二次転写部へと搬送される。そして、二次転写部に搬送された用紙に、トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラ９によってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト５から一括して二次転写される。

而して、フルカラーのトナー像が転写された用紙は、定着装置１７へと搬送され、フルカラーのトナー像が加熱及び加圧されて用紙の表面に熱定着され、トナー像が定着された用紙は搬送パスＬに沿って上方へと搬送され、排紙ローラ１９によって排紙トレイ１１上に排出されて一連の画像形成動作が完了する。

［現像装置］
次に、本発明に係る前記現像装置３ａ〜３ｄの詳細を図２〜図４に基づいて説明する。

図２は現像装置要部の断面図、図３は同現像装置の現像ローラとマグネットローラの正面図、図４は図３のＡ部拡大詳細図である。尚、４つの現像装置３ａ〜３ｄは二成分現像剤を用いたタッチダウン現像方式を採用するものであって、その構成は全て同じであるため、以下、マゼンタの現像装置３ａについてのみ説明する。

図２に示すように、現像装置３ａのハウジング２２内にはトナーとキャリアから成る二成分現像剤が収容されるとともに、二成分現像剤を磁気的に保持するマグネットローラ２３と、該マグネットローラ２３から移送されるトナーによってその表面にトナー薄層を担持する現像ローラ２４と、二成分現像剤を撹拌する撹拌部材２５，２６を収容して構成されている。又、ハウジング２２内上部のマグネットローラ２３の近傍には、該マグネットローラ２３表面に形成される磁気ブラシ（穂立ち）の高さを一定に保つための規制ブレード２７が固設されている。

上記マグネットローラ２３と現像ローラ２４及び撹拌部材２５，２６は、図２の紙面垂直方向に長く互いに平行に配されており、図３に示すように、マグネットローラ２３は、複数の磁極（Ｎ１，Ｎ２極とＳ１〜Ｓ３極）が周方向に配された固定マグネット（図２参照）２８が結着されたシャフト２９を円筒状のスリーブ３０の中心部に通し、スリーブ３０の軸方向両端にフランジ３１を圧入して構成されており、シャフト２９の軸方向両端部は各フランジ３１を貫通して該フランジ３１によって支持されている。

同様に、現像ローラ２４は、マグネットや磁性体等の磁極部材３２が結着されたシャフト３３を円筒状のスリーブ３４の中心部に通し、スリーブ３４の軸方向両端にフランジ３５を圧入して構成されており、シャフト３３の軸方向両端部は各フランジ３５を貫通して該フランジ３５によって支持されている。ここで、磁極部材３２の磁極はＳ４極（４０ｍＴ）であって、図２に示すように、このＳ４極はマグネットローラ２３に内蔵された前記固定マグネット２８のＮ１極（８０ｍＴ）に対向配置されている。尚、Ｎ１極の磁力としては７５〜１００ｍＴが好ましい。ＮＩ極の磁力が７５ｍＴ未満であると、フランジ３５を磁性体で構成しても、現像ローラ２４上の残留トナー層が掻き取られない場合がある。又、ＮＩ極の磁力が１００ｍＴを超えると、フランジ３５を磁性体で構成した場合、該フランジ３５に対応する現像ローラ２４上に現像剤が引き付けられて感光ドラム２ａ側まで搬送されてしまう場合がある。

而して、本実施の形態は、現像ローラ２４のスリーブ３４の軸方向両端部に圧入された前記フランジ３５を磁性体（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４０３等）で構成したことを特徴としている。尚、図示しないが、マグネットローラ２３と現像ローラ２４にはバイアス電源がそれぞれ電気的に接続されており、バイアス電源からは交流電圧と直流電圧を重畳したバイアス電圧がマグネットローラ２３と現像ローラ２４にそれぞれ印加される。

ここで、本実施の形態に係る現像装置３ａ〜３ｄの緒元について説明する。

感光ドラム径＝φ３０ｍｍ、現像ローラ径＝φ１６ｍｍ、磁気ローラ径＝φ２０ｍｍ、感光ドラム−現像ローラ間ギャップ＝０．２０ｍｍ、現像ローラ−磁気ローラ間ギャップ＝０．２５ｍｍ、感光ドラム暗電位＝３５０Ｖ、感光ドラム明電位＝２０Ｖ、現像ローラへの印加電圧Ｖpp＝２．７ｋＶ、周波数（Ｖｆ）＝２．７ｋＨｚ、Ｖdc＝１００Ｖ、Ｄｕｔｙ＝６０％、感光ドラム周速＝４５０ｍｍ／ｓｅｃ、磁気ローラ周速＝６７５ｍｍ／ｓｅｃである。

本実施の形態では、トナーには帯電量が１６μＣ／ｇ（ＱＭメータ（ＴＲＥＫ社製、ＭＯＤＥＬ ２１０ＨＳ）による）のものを用いた。トナーの帯電量としては１０〜２０μＣ／ｇ程度が望ましく、これよりも低い帯電量では磁気ブラシからトナーが舞って周辺を汚してしまい、又、これよりも高いと現像ローラ上のトナー薄層形成が弱くなる。

又、本実施の形態では、キャリアには、フェライトのコアを用いて表面に樹脂のコーティングを施した重量平均粒子径４５μｍ、飽和磁化５０ｅｍｕ／ｇ（ＴＯＥＩ社製「ＶＳＭ−Ｐ７」を用いて、磁場７９．６ｋＡ（１ｋＯｅ）にて測定）のものを用いた。

キャリアとしては、重量平均粒子径が３０〜６０μｍのものを用いるのが好ましい。重量平均粒子径がこれよりも小さいと現像剤の流動性が悪くなってトナーとの攪拌混合時に均一分散が困難になり、又、重量平均粒子径がこれ以上に大きいと現像ローラ上のトナー薄層が蜜に形成されず、画像ムラ等が発生する場合がある。

更に、キャリアの飽和磁化は３５〜９０ｅｍｕ／ｇが好ましい。飽和磁化が３５ｅｍｕ／ｇよりも低いとキャリア飛びが顕著に悪くなり、飽和磁化が９０ｅｍｕ／ｇよりも高いと磁気ブラシが疎になって均一なトナー薄層の形成ができなくなる。尚、キャリアには、フェライトコアに限らず、磁性粉を樹脂に分散して成る樹脂キャリアを用いても良い。

次に、現像装置３ａにおけるタッチダウン現像について説明する。尚、他の現像装置３ｂ〜３ｄにおける現像動作は現像装置３ａの現像動作と同様であるため、これについての説明は省略する。

現像装置３ａにおいては、ハウジング２２内に収容された二成分現像剤が撹拌部材２５，２６の回転によって撹拌されることによってトナーが正極性に摩擦帯電される。この二成分現像剤は、マグネットローラ２３が回転することによって、マグネットローラ２３に内包されている固定マグネット２８によって磁気的に拘束されているキャリアとその表面に帯電保持されているトナーによって磁マグネットローラ２３の表面に磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシは現像ローラ２４へと搬送される。

マグネットローラ２３上の磁気ブラシは、規制ブレード２７によって一定高さに層規制され、マグネットローラ２３と現像ローラ２４との電位差によってトナーのみが現像ローラ２４に飛翔して該現像ローラ２４上にトナー層を形成し、このトナー層が図１に示す感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像の現像に供される。

上述のようにして静電潜像の現像が行われた後、残留トナー層を有する現像ローラ２４は、その対向位置において現像剤層を有するマグネットローラ２３に最接近し、この対向位置においてマグネットローラ２３上の磁気ブラシによる機械的な力によって現像ローラ上２４の残留トナー層が掻き取られる。これと同時に、マグネットローラ２３と現像ローラ２４との間に形成される電位差（電界）に応じてマグネットローラ２３上の現像剤層からトナーが現像ローラ２４側に供給される。

而して、本実施の形態では、前述のように現像ローラ２４のスリーブ３４の軸方向両端に取り付けられたフランジ３５を磁性体で構成したため、図４に示すように、マグネットローラ２３の固定マグネット２８からの磁力線が発散することなくフランジ３５に向かって集中する。このため、現像ローラ２４とマネットローラ２３間での磁場形成が軸方向全域に亘って強くなり、両ローラ２３，２４間で形成される磁気ブラシの穂立ちの剛性も軸方向全域に亘って強くなる。

従って、本実施の形態によれば、現像ローラ２４上のトナーの回収能力が軸方向全域に亘って向上し、現像ローラ２４上のトナーが回収されないまま回転を繰り返すためにトナーがスリーブ３４表面に付着したり、スリーブ３４表面に堆積したトナーが飛散するという従来の問題が解消され、高質のフルカラー画像が安定的に得られる。

尚、以上は特にカラーレーザープリンタとこれに備えられた現像装置に本発明を適用した形態について説明したが、本発明は、プリンタ以外の複写機やファクシミリ或はこれらの複合機等の任意の画像形成装置とこれに備えられた現像装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

本発明に係る画像形成装置（カラーレーザープリンタ）の断面図である。 本発明に係る現像装置要部の断面図である。 本発明に係る現像装置の現像ローラとマグネットローラの正面図である。 図３のＡ部拡大詳細図である。 現像ローラの分解斜視図である。 従来の現像装置のマグネットローラと現像ローラ端部の部分正面図である。

符号の説明

１Ｍ マゼンタ画像形成ユニット
１Ｃ シアン画像形成ユニット
１Ｙ イエロー画像形成ユニット
１Ｋ ブラック画像形成ユニット
２ａ〜２ｄ 感光ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ａ〜４ｄ 転写ローラ
５ 中間転写ベルト
６ 二次転写対向ローラ
７ 駆動ローラ
８ テンションローラ
９ 二次転写ローラ
１０ 給紙カセット
１１ 排紙トレイ
１２ ピックアップローラ
１３ 搬送ローラ
１６ レジストローラ対
１７ 定着装置
１９ 排紙ローラ
２０ 加熱ローラ
２１ 加圧ローラ
２２ 現像装置のハウジング
２３ マグネットローラ
２４ 現像ローラ
２５，２６ 攪拌部材
２７ 規制ブレード
２８ 固定マグネット
２９ マグネットローラのシャフト
３０ マグネットローラのスリーブ
３１ マグネットローラのフランジ
３２ 磁極部材
３３ 現像ローラのシャフト
３４ 現像ローラのスリーブ
３５ 現像ローラのフランジ
１００ 装置本体
Ｌ 搬送パス

Claims (2)

1. トナーとキャリアから成る二成分現像剤を担持するマグネットローラと、固定磁極部材が内蔵された回転体の軸方向両端にフランジを固定して成る現像ローラを備え、前記マグネットローラから移送されるトナーによって前記現像ローラの表面にトナー薄層を形成し、該トナー薄層によって像担持体上の静電潜像を現像してトナー像として顕像化する現像装置において、
   前記現像ローラのフランジを磁性体で構成したことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１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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