JP2011059209A - 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】第1搬送部材13b1による第1搬送経路と、第2搬送部材13b2による第2搬送経路と、を仕切る仕切り部材13dを設置する。そして、剤離れ磁極H5を形成する2つの磁極H4、H6のうち上流側の磁極H4に対向する対向部材13kを設ける。
【選択図】図5
Description
そして、このような不具合が生じると、現像ローラ上に担持されて現像工程に供する現像剤中に現像工程後のもの(トナーが消費された状態の現像剤である。)が含まれてしまって、像担持体上に形成するトナー像に濃度偏差が生じてしまっていた。
しかし、このような場合に、剤離れ磁極を形成する2つの磁極のうち上流側の磁極の磁力によって、剤離れ磁極の位置で現像ローラ上から離脱した現像剤が再び現像ローラ上に担持(再担持)されてしまう不具合が生じる可能性があった。そして、このような不具合が生じると、現像剤が再担持された位置での現像ローラの負荷が大きくなって、現像ローラの回転トルクが上昇してしまうことになる。
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図1において、1は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、3は原稿を原稿読込部に搬送する原稿搬送部、4は原稿の画像情報を読み込む原稿読込部、5は出力画像が積載される排紙トレイ、7は転写紙等の記録媒体Pが収容される給紙部、9は記録媒体Pの搬送タイミングを調整するレジストローラ、11Y、11M、11C、11BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナー像が形成される像担持体としての感光体ドラム、13は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成される静電潜像を現像する現像装置、14は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成されたトナー像を記録媒体P上に重ねて転写する転写バイアスローラ(1次転写バイアスローラ)、を示す。
また、17は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、18は中間転写ベルト17上のカラートナー像を記録媒体P上に転写するための2次転写バイアスローラ、20は記録媒体P上の未定着画像を定着する定着装置、28は各色(イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック)のトナー(トナー粒子)を現像装置13に供給する各色のトナー容器、を示す。
まず、原稿は、原稿搬送部3の搬送ローラによって、原稿台から搬送されて、原稿読込部4のコンタクトガラス上に載置される。そして、原稿読込部4で、コンタクトガラス上に載置された原稿の画像情報が光学的に読み取られる。
書込み部において、4つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、中間転写ベルト17との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、中間転写ベルト17の内周面に当接するように転写バイアスローラ14が設置されている。そして、転写バイアスローラ14の位置で、中間転写ベルト17上に、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される(1次転写工程である。)。
その後、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKにおける一連の作像プロセスが終了する。
その後、中間転写ベルト17表面は、中間転写ベルトクリーニング部(不図示である。)の位置に達する。そして、中間転写ベルト17上に付着した未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部に回収されて、中間転写ベルト17における一連の転写プロセスが終了する。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部7から、給紙ローラ8により給送された記録媒体Pが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ9に導かれる。レジストローラ9に達した記録媒体Pは、タイミングを合わせて、2次転写ニップに向けて搬送される。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、排紙ローラによって装置本体1外に出力画像として排出されて、排紙トレイ5上にスタックされて、一連の画像形成プロセスが完了する。
図2は、作像部を示す構成図である。図3(A)は現像装置13の上部(第2搬送部材としての第2搬送スクリュ13b2の位置である。)を長手方向にみた概略断面図(水平方向の断面図)であって、図3(B)は現像装置13の下部(第1搬送部材としての第1搬送スクリュ13b1の位置である。)を長手方向にみた概略断面図である。図4は、現像装置13の循環経路を長手方向にみた概略断面図(垂直方向の断面図)である。また、図5は、現像装置を示す断面図(現像ローラ13aの回転中心軸に直交する断面図である。)であって、現像ローラ13a上に形成される磁極H1〜H6の法線方向成分の磁力分布をも示している。さらに、図6は、仕切り部材13d及び対向部材13kの近傍に形成される磁場を示す模式図である。また、図7(A)は対向部材13kを設置した場合の剤離れ磁極H5の近傍の現像剤の流れを示す模式図であって、図7(B)は対向部材13kを設置しない場合の剤離れ磁極H5の近傍の現像剤の流れを示す模式図である。
なお、各作像部はほぼ同一構造であるために、図2〜図7にて作像部及び現像装置は符号のアルファベット(Y、C、M、BK)を除して図示する。
像担持体としての感光体ドラム11は、外径が30mm程度の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15は、感光体ドラム11に摺接するクリーニングブレードが設置されていて、感光体ドラム11上の未転写トナーを機械的に除去・回収する。
なお、トナーTの供給は、トナー濃度の情報に限定されず、感光体ベルトや中間転写ベルト等に形成されたトナー像の反射率等から検知される画像濃度の情報に基づいて実施されてもよい。また、これらの異なる情報を組み合わせて、トナーTの供給の実施を判断してもよい。
図2〜図6を参照して、現像装置13は、現像剤担持体としての現像ローラ13a、搬送部材としての搬送スクリュ13b1、13b2(オーガスクリュ)、現像剤規制部材としてのドクターブレード13c、仕切り部材13d、対向部材13k、等で構成されている。
現像剤担持体としての現像ローラ13aは、外径が18mm程度の小径の現像ローラであって、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成してなるスリーブ13a2が不図示の回転駆動機構によって反時計方向に150〜600rpm程度で回転されるように構成されている。図3、図5を参照して、現像ローラ13aのスリーブ13a2内には、スリーブ13a2の周面に複数の磁極H1〜H6を形成するマグネット13a1が固設されている。現像ローラ13a上に担持された現像剤Gは、現像ローラ13aの矢印方向の回転にともなって搬送されて、ドクターブレード13cの位置に達する。そして、現像ローラ13a上の現像剤Gは、この位置で適量に規制された後に、感光体ドラム11との対向位置(現像領域である。)まで搬送される。そして、現像領域に形成された電界(現像電界)によって、感光体ドラム11上に形成された潜像にトナーが吸着される。
まず、第6磁極H6(汲上げ磁極)が磁性体としてのキャリアに作用して、第1搬送経路に収容された現像剤Gが現像ローラ13a上に汲上げられる。現像ローラ13a上に担持された現像剤Gは、その一部がドクターブレード13cの位置で掻き取られて、第1搬送経路に戻される。一方、第6磁極H6による磁力が作用するドクターブレード13cの位置で、ドクターブレード13cと現像ローラ13aとのドクターギャップを通過して現像ローラ13a上に担持された現像剤Gは、第1磁極H1(主磁極)の位置で穂立ちして現像領域において磁気ブラシとなって感光体ドラム11に摺接する。こうして、現像ローラ13aに担持された現像剤G中のトナーTが感光体ドラム11上の潜像に付着する。その後、第1磁極H1の位置を通過した現像剤Gは、第2磁極H2、第3磁極H3、第3磁極H4によって第5磁極H5(剤離れ磁極)の位置まで搬送される。そして、剤離れ磁極H5の位置で、反発磁界(図6において、現像ローラ13aから離れる方向に作用する磁界である。)がキャリアに作用して、現像ローラ13a上に担持されていた現像工程後の現像剤Gが現像ローラ13aから脱離される。脱離後の現像剤Gは、第2搬送経路内に落下して第2搬送スクリュ13b2によって第2搬送経路の下流に向けて搬送される。
このような構成により、記録媒体Pの搬送経路の短縮化と、画像形成装置本体1の水平方向の小型化と、を目的として、中間転写ベルト17の下方に感光体ドラム11を配設した場合であっても、現像ギャップにおいて感光体ドラム11に対して現像ローラ13aの回転方向を順方向とすることができるために、ドクターブレード13cを現像ローラ13aの上方に配設して感光体ドラム11に対する現像ローラ13aの回転方向が逆方向になる場合に比べて、現像ギャップにおける現像時間を充分に確保することができて現像能力を高めることができる。
第1搬送部材としての第1搬送スクリュ13b1は、現像ローラ13aに対向する位置に配設されていて、現像剤Gを長手方向(回転軸方向)に水平に搬送する(図3(B)の破線矢印に示す左方向の搬送である。)とともに、汲上げ磁極H6(第6磁極)の位置で現像ローラ13a上に現像剤Gを供給(図3(B)の白矢印方向の供給である。)する。第1搬送スクリュ13b1は、図2の反時計方向に回転する。
そして、第2搬送スクリュ13b2は、第1搬送スクリュ13b1による搬送経路の下流側から第1中継部13fを介して循環される現像剤Gを第1搬送部材13b1による搬送経路の上流側に第2中継部13gを介して搬送する(図3の一点鎖線矢印に示す搬送である。)。
2つの搬送スクリュ13b1、13b2は、現像ローラ13aや感光体ドラム11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。また、2つの搬送スクリュ13b1、13b2は、いずれも、軸径が6〜10mm程度の軸部に外径が20mm程度のスクリュ部(スクリュピッチ:40mm程度、条数:1条又は2条)が螺旋状に巻装されたものである。また、2つの搬送スクリュ13b1、13b2の回転数は、600〜900rpm程度に設定されている。
図3及び図4を参照して、第2搬送スクリュ13b2による搬送経路(第2搬送経路)の下流側と、第1搬送スクリュ13b1による搬送経路(第1搬送経路)の上流側と、は第2中継部13gを介して連通している。第2搬送スクリュ13b2による第2搬送経路の下流側に達した現像剤Gが、第2中継部13gにて自重落下して、第1搬送経路の上流側に達することになる。
また、図3及び図4を参照して、第1搬送スクリュ13b1による搬送経路の下流側と、第2搬送スクリュ13b2による搬送経路の上流側と、は第1中継部13fを介して連通している。そして、第1搬送スクリュ13b1による第1搬送経路にて現像ローラ13a上に供給されなかった現像剤Gが、第1中継部13fの近傍に留まって盛り上がって、第1中継部13fを介して第2搬送スクリュ13b2による第2搬送経路の上流側に搬送(供給)されることになる。
なお、第1中継部13fにおける現像剤の搬送性(第1搬送経路から第2搬送経路への重力方向に逆らった現像剤の受け渡しである。)を向上させるために、第1搬送スクリュ13b1の下流側の位置(第1中継部13fに対応する位置である。)に、パドル形状部や、スクリュの巻き方向が逆方向に形成されたスクリュ部、を設けることもできる。
また、図3、図4を参照して、トナー補給口13eは、第2搬送スクリュ13b2による搬送経路の上流側の上方であって、現像領域から離れた位置(現像ローラ13aの長手方向の範囲の外側である。)に配設されている。このようにトナー補給口13eを第1中継部13fの近傍に設置することで、第2搬送経路において、現像ローラ13aから離脱した現像剤が比重の小さい補給トナーの上方から降りかかり、第2搬送経路の下流側に向けて比較的長い時間をかけて現像剤に対して補給トナーの分散・混合を充分におこなうことができる。
なお、本実施の形態では、トナー補給口13eを第2搬送スクリュ13a2による搬送経路中に配設したが、トナー補給口13eの位置はこれに限定されることなく、例えば、第1搬送経路の上流側の上方に配置することもできる。
本実施の形態において用いられるトナーT(現像剤G中のトナー、トナー容器28中のトナーである。)は、重合トナーであって、結着樹脂として、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレン又はスチレン置換体を含む単重合体又は共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、又は、それらを複合したもの、等を用いることができる。また、これらの重合トナーの製造方法(重合方法)としては、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等を用いることができる。
また、トナーTの外添剤としては、無機微粒子(例えば、シリカ1.0重量%、酸化チタン0.5重量%のものである。)を用いることが好ましい。さらに、離型剤として、酸化ライスワックス、低分子量ポリプロピレンワックス、カルナウバワックス、等を用いることができる。また、必要に応じて、帯電制御剤を含有させることもできる。
また、本実施の形態において用いられるトナーTは、体積平均粒径が5.8μmのものであり、粒径が5μm以下のものが60〜80個数%になるように形成されている。
なお、本実施の形態では重合トナーを用いたが、粉砕トナーを用いることもできる。
詳しくは、キャリアCは、芯材となるフェライト粒子に、膜厚が0.5μmのメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコートして、上述した粒径になるように形成したものである。また、キャリアCとしては、マグネタイトを芯材としたコーティングキャリアを用いることもできる。
このような小粒径のキャリアCを用いることで、出力画像のベタ均一性やハーフトーン画質を向上させることができる。
図5、図6等を参照して、本実施の形態における現像装置13には、現像ローラ13aに対向する位置に、第1搬送経路と第2搬送経路とを仕切る仕切り部材13d(分離板)が設けられている。換言すると、現像ローラ13aに対向する位置であって、第1搬送経路と第2搬送経路との間に、現像ローラ13aから離脱された現像剤Gが現像ローラ13aに再び担持されるのを低減するための仕切り部材13dが設けられている。
詳しくは、仕切り部材13dは、第1搬送経路と第2搬送経路とを隔絶する壁部として機能していて、現像ローラ13aに向けて突出するように形成されている。また、仕切り部材13dは、現像ケース(図2においてハッチングで示すケース部材である。)と一体的に形成されている。仕切り部材13dは、現像ローラ13aに対向する対向面と現像ローラ13aとのギャップが2mm以下(好ましくは、0.1〜0.5mmである。)になるように形成されている。本実施の形態では、仕切り部材13dと現像ローラ13aとのギャップが0.3mmに設定されている。
図6を参照して、第2搬送経路と第1搬送経路との境界領域には、第6磁極H6の影響により第2搬送経路の内部から現像ローラ13a(第1搬送経路の側である。)に向かう磁界が形成される。この磁界を遮る位置に仕切り部材13dを設けることで、第2搬送経路内に回収された直後の現像剤が現像ローラ13aに再担持されてしまう不具合を防止することができる。また、この仕切り部材13dは、現像ローラ13aに対して非接触で対向するように配設されているために、現像ローラ13aの表面を傷つける不具合を低減することができる。
なお、仕切り部材13dは、非磁性材料で形成されているために、磁性体であるキャリアが仕切り部材13dに磁気的に吸着して第2搬送経路内の現像剤の流動を阻害したり第1搬送経路への現像剤の移動を促進したりする不具合が低減される。
このように構成することにより、現像ローラ13aに担持された現像工程後の現像剤Gには、剤離れ磁極H5の位置で、現像ローラ13aから現像剤Gを積極的に離脱させる方向に働く磁気力(図6中の一点鎖線で示す外向きの磁気力である。)に加えて、現像ローラ13aの回転による遠心力や、下流側の現像剤によって押される圧力や、重力等の合力が作用することになる。これにより、現像ローラ13aに担持された現像工程後の現像剤Gが、仕切り部材13dの位置で、現像ローラ13aからの離脱不良が生じることなく効率的に現像ローラ13aから離脱して、離脱した現像剤Gが第2搬送経路にスムーズに回収されることになる。したがって、第2搬送経路において現像ローラ13a上から離脱された現像工程後の現像剤Gが、その直後に現像ローラ13aに再担持されにくくなり、出力画像上に画像濃度ムラ(濃度偏差)が生じる不具合が確実に軽減される。
剤離れ磁極H5(第5磁極)の位置は、第4磁極H4と第6磁極H6との位置(半値中央角度)と大きさ(ピーク磁力)とを調整することで可変することができる。ただし、剤離れ磁極H5の位置での現像剤の連れ回り(離脱不良)を確実に防止するためには、第4磁極H4と第6磁極H6とのピーク磁力を上述した大きさ程度に充分に大きく設定することが好ましい。
詳しくは、対向部材13kは、現像ローラ13aにおける第4磁極H4の位置と、第2搬送経路と、を隔絶する壁部として機能している。また、対向部材13kは、現像ケース(図2においてハッチングで示すケース部材である。)と一体的に形成されている。
図6を参照して、剤離れ磁極H5(図6において、現像ローラ13aから離れる方向に作用する反発磁界である。)の上流側には、第4磁極H4(剤離れプレ磁極)の影響により、現像ローラ13aの上流側に向かう磁界が形成される。この磁界を遮る位置に対向部材13kを設けることで、剤離れ磁極H5の位置で現像ローラ13a上から離脱した現像剤が再び現像ローラ13a上に担持(再担持)されてしまう不具合を防止することができる。
これに対して、本実施の形態では、図7(A)に示すように、第4磁極H4(剤離れプレ磁極)に対向する位置に対向部材13kを設置しているために、第4磁極H4の影響により現像ローラ13aの上流側に向かう磁界が遮られて、剤離れ磁極H5の位置で現像ローラ13a上から離脱した現像剤が、現像ローラ13aの上流側に移動して現像ローラ13a上に再担持される不具合が軽減される。すなわち、剤離れ磁極H5の位置で現像ローラ13a上から離脱した現像剤は、図7(A)の白矢印方向にスムーズに移動することになる。
なお、対向部材13kは、非磁性材料で形成されているために、磁性体であるキャリアが対向部材13kに磁気的に吸着して現像ローラ13a上の現像剤の流動を阻害したり第2搬送経路への現像剤の移動を阻害したりする不具合が低減される。
本願発明者が実験をおこなったところ、本実施の形態における現像装置13(図7(A)のものである。)は、対向部材13kを設置しない現像装置(図7(B)のものである。)に比べて、現像ローラ13aの回転トルクを約15%低下できることを確認した。
このように構成することにより、対向部材13kの位置で現像ローラ13a上に担持された現像剤に滞留が生じることなく、現像ローラ13a上に担持された現像剤が剤離れ磁極H5の位置に向けてスムーズに搬送されることになる。
このような構成により、対向部材13kの位置において現像ローラ13a上に担持される現像剤の高さ(穂高)を、剤量規制後に現像ローラ13a上に担持される現像剤(ドクターブレード13cの位置を通過した現像剤である。)の高さ(穂高)と同等にすることができるために、対向部材13kによって現像ローラ13a上に担持された現像剤にストレスを与える不具合を軽減することができる。
このような構成により、第4磁極H4の影響により現像ローラ13aの上流側に向かう磁界を確実に遮断することができるとともに、その磁界によって現像ローラ13aから離脱した現像剤が対向部材13kの裏側(対向面13k1の反対側の面である。)に回り込む不具合を抑止することができる。
このような構成により、第4磁極H4の影響により現像ローラ13aの上流側に向かう磁界を確実に遮断することができる。
これにより、第1搬送スクリュ13b1を現像ローラ13aの汲上げ磁極H6に近づけることができて、第1搬送スクリュ13b1による現像ローラ13aへの現像剤Gの供給性を高めることができる。
それらの場合にも、剤離れ磁極の位置と第2搬送経路の位置とを最適化することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
11、11Y、11C、11M、11BK 感光体ドラム(像担持体)、
13 現像装置(現像部)、
13a 現像ローラ(現像剤担持体)、
13b1 第1搬送スクリュ(第1搬送部材)、
13b2 第2搬送スクリュ(第2搬送部材)、
13c ドクターブレード(現像剤規制部材)、
13d 仕切り部材、
13e トナー補給口、
13f 第1中継部、 13g 第2中継部、
13k 対向部材、
13k1 対向面、
H1 第1磁極(主磁極)、
H2 第2磁極(搬送磁極)、 H3 第3磁極(搬送磁極)、
H4 第4磁極(剤離れプレ磁極)、
H5 第5磁極(剤離れ磁極)、
H6 第6磁極(汲上げ磁極)、
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、周囲に複数の磁極が形成された現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の下方に対向するように配設されるとともに、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、
装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環経路を形成する複数の搬送部材と、
を備え、
前記複数の搬送部材は、
前記現像剤担持体に対向するとともに、現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第1搬送部材と、
前記第1搬送部材の上方に配設されて前記現像剤担持体に対向するとともに、前記現像剤担持体から離脱された現像剤を長手方向に搬送する第2搬送部材と、
を具備し、
前記現像剤担持体に対向する位置に、前記第1搬送部材による第1搬送経路と前記第2搬送部材による第2搬送経路とを仕切る仕切り部材をさらに備え、
前記現像剤担持体は、前記複数の磁極のうち前記現像剤担持体に担持された現像剤を離脱するための剤離れ磁極が同極となる2つの磁極に挟まれて形成され、
前記仕切り部材が前記現像剤担持体に対向する位置に対して前記現像剤担持体の回転方向上流側の位置に、前記2つの磁極のうち前記現像剤担持体の回転方向上流側に形成された磁極に対向する対向部材を設けたことを特徴とする現像装置。 - 前記対向部材は、前記現像剤担持体の回転中心軸に直交する断面でみたときに、前記現像剤担持体に対向する対向面が、当該対向部材に対する前記現像剤担持体上の最近接点を通る仮想接線に対して平行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。
- 前記対向部材は、前記対向面と前記現像剤担持体の前記最近接点とのギャップが、前記現像剤規制部材と前記現像剤担持体とのギャップと同等になるように形成されたことを特徴とする請求項2に記載の現像装置。
- 前記対向部材は、前記現像剤担持体の回転方向下流側に位置する先端部が、前記第2搬送経路の内部に向けて延設されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の現像装置。
- 前記対向部材は、前記現像剤担持体の回転中心軸に直交する断面でみたときに、前記現像剤担持体の回転方向下流側に位置する先端部が、前記現像剤担持体の回転中心軸を通る仮想水平線よりも下方に延設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。
- 前記対向部材は、現像ケースと一体的に形成された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。
- 前記キャリアは、その重量平均粒径が20〜60μm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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