JP2011175057A

JP2011175057A - 現像装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2011175057A
Application number: JP2010038213A
Authority: JP
Inventors: Takuya Sasaki; 拓哉佐々木; Takayuki Takai; 隆幸高井; Takuya Okada; 拓也岡田; Hokuto Hatano; 北斗波多野
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】コストを抑えながら、穂詰まりと画像メモリとを共に解消することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラムにトナーを供給して、静電潜像を現像するトナー担持ローラと、磁石を内蔵し、トナーとキャリアとからなる現像剤を担持して、トナーのみをトナー担持体に供給する現像剤担持ローラと、を有する所謂ハイブリッド方式の現像装置において、トナー担持ローラと現像剤担持ローラとを互いにカウンタ回転させる。また、現像剤担持ローラには、トナー担持ローラとの対向位置において、前記磁石により、前記キャリアからなる磁気ブラシを形成させる。前記磁気ブラシを形成するための磁束密度は、現像剤担持ローラとトナー担持ローラとの最近接対向位置を挟んで２つのピークを有し、トナー担持体の回転方向上流側の方が下流側よりもピークにおける磁束密度が高くなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関し、特に、ハイブリッド現像装置を用いる場合に画質を向上させ、かつ穂詰まりを防止する技術に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、磁性体を含まないためフルカラー化に適する非磁性トナーには、フェライト粉や鉄粉等からなるキャリアとトナーとからなる２成分系と、トナーのみからなる１成分系と、がある。２成分系はキャリアを使用する為、帯電付与が容易な事から、高速タイプのマシンや比較的、処理スピードの速いシステムに使用される。

また、１成分系ではトナーを帯電させる際にトナーにストレスがかかって劣化し易いのに対して、２成分系ではトナー径よりもキャリア径の方が大きいのでトナーにストレスがかかり難く、帯電時のトナー劣化を回避することができるといった違いもある。
この２成分系現像剤を攪拌し、一旦マグロールに付着させた後、帯電したトナーのみをドナーロールに供給して、感光体上に形成された静電潜像を現像する方式は、１成分系と２成分系、双方の特徴を併せ持つことからハイブリッド現像方式と呼ばれている。

ハイブリッド現像方式は、感光体上のトナー像に磁気ブラシが接触することに起因する画像ノイズがない等の美点を有する一方、画像メモリが大きな課題となっている。画像メモリとは、以前に現像された画像によりドナーロール上のトナー薄層に搬送量差が生じて、次に現像された画像に以前現像された画像が現れる現象をいい、ドナーロールの回転周期で発生する。

この画像メモリに対して、例えば、ドナーロール上のトナー薄層に磁気ブラシを接触させ、機械的に掻き取って回収すれば、画像メモリの改善を見込むことができる。この場合において、マグロールとドナーロールとが近接対向部において互いに逆方向（カウンタ方向）に進むように回転させ（カウンタ回転）、現像剤搬送量を多くすれば、更に効果的である。

しかしながら、現像剤搬送量を増加させると、ドナーロールとマグロールの近接対向部に現像剤が詰まって通過できず、ドナーロール上のトナー薄層を乱す穂詰まりが発生し、画像乱れや現像剤のこぼれ、飛散等が引き起こされる。そのため、マグロールとは異極の対向磁極をドナーロール内に設け、磁気ブラシをマグロールの対向部からドナーロールの回転方向上流側へ向けることで穂詰まりを抑制する方法が提案されている（特許文献１を参照）。

特開２００８−００３２５６号公報

しかしながら、ドナーロール内に対向磁極を設けることはコスト上昇の要因となる。また、磁気ブラシをドナーロールの回転方向上流側へ向けるので、掻き取り力が弱まって画像メモリを十分に解消することができない。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、コストを抑えながら、穂詰まりと画像メモリとを共に解消することができる現像装置及び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、本発明に係る現像装置は、静電潜像を担持する像担持体にトナーを供給する１または複数のトナー担持回転体と、トナーとキャリアとを含む現像剤を担持すると共に、トナー担持回転体との対向位置に磁気ブラシを形成して、磁気ブラシからトナーをトナー担持回転体に供給する現像剤担持回転体と、を有する現像装置であって、トナー担持回転体と現像剤担持回転体とは、対向位置における回転方向がカウンタ方向であり、前記磁気ブラシを形成するための磁束密度は、現像剤担持回転体とトナー担持回転体との最近接対向位置を挟んで２つのピークを有し、トナー担持回転体の回転方向上流側の方が下流側よりもピークにおける磁束密度が高いことを特徴とする。

このようにすれば、磁気ブラシをマグロールとドナーロールの最近接箇所からずらすと共に、ドナーロールの回転方向下流側の磁気ブラシを小さくするので穂詰まりを防止することができる。また、マグロールとドナーロールをカウンタ回転させると共に、磁気ブラシを２つ設けるので画像メモリを解消することができる。さらに、ドナーロールを複数用いる場合には、感光体へのトナー供給量を増やすことができるので、現像速度を高速化することができる。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る現像装置を備えることを特徴とする。このようにすれば、上述のような効果を奏する画像形成装置を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。現像装置１００の構成を示す概略図である。対向領域における磁気ブラシの形状を示す概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る現像装置の構成を示す概略図である。本発明の第２の実施の形態に係るマグロール２０２が発生させる磁束密度分布を例示する図である。本発明の評価試験の条件と結果を示す表であって、（ａ）は試験の条件であるマグロールの供給主極における磁束密度を示し、（ｂ）は試験条件である現像装置の構成と現像剤の充填率との組み合わせ毎の試験結果を示す。画像メモリの有無を判定するための画像を例示する図であって、（ａ）は画像メモリがない場合を示し、（ｂ）は画像メモリがある場合を示す。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］第１の実施の形態
（１）画像形成装置の構成
先ず、本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。

図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。この画像形成装置は、記録シート上にモノクロのトナー画像を形成する。
図１に示されるように、画像形成装置１は、現像装置１００、感光体ドラム１０１、帯電装置１０２、露光装置１０３、転写ローラ１０４、剥離爪１０５、クリーナ１０６、イレーサ１０７、排紙トレイ１０８、記録シートカセット１０９、給紙ローラ１１０、タイミングローラ対１１１、排紙ローラ１１２及び定着装置１１３を備えている。

感光体ドラム１０１は矢印Ａにて示される方向に回転駆動される。感光体ドラム１０１の周囲には、感光体ドラム１０１の回転方向に沿って、帯電装置１０２、露光装置１０３、現像装置１００、転写ローラ１０４、剥離爪１０５、クリーナ１０６及びイレーサ１０７が、その順番で配設されている。帯電装置１０２は感光体ドラム１０１の外周面を一様に帯電させる。

露光装置１０３はレーザダイオードを備えており、不図示の制御部から該レーザダイオードの駆動信号を受けて、感光体ドラム１０１の外周面にレーザ光を照射する。感光体ドラム１０１の外周面は、露光によって導通し、帯電器１０２によって得た電荷を失う。これによって、静電潜像が形成される。なお、制御部は、例えば、外部機器から入力される画像データをレーザダイオードの駆動信号に変換しても良い。

現像装置１００は、ハイブリッド方式の現像装置であって、感光体ドラム１０１の外周面上にトナーを供給する。このトナーが静電潜像の帯電部分に吸着されることによって、静電潜像が現像され、トナー像として可視化される。なお、現像装置１００は、上方にトナーボトル１１４が装着されており、随時、トナーボトル１１４からトナーの供給を受ける。

感光体ドラム１０１の下方には、記録シートカセット１０９が設けられている。記録シートカセット１０９は、記録用紙、ＯＨＰシート等の記録シートＳを複数枚収容できる。給紙ローラ１１０は、画像形成に合わせて、記録シートカセット１０９内の記録シートＳを１枚ずつ繰り出す。記録シートカセット１０９から繰り出された記録シートＳは、タイミングローラ対１１１を経由しして感光体ドラム１０１に向って搬送される。

転写ローラ１０４は感光体ドラム１０１に圧接され、転写ニップが形成されている。転写ローラ１０４は転写ニップ部に転写電圧を印加することによって転写電界を発生させる。また、転写ローラ１０４は、回転ドラム１０１の回転に従って、矢印Ｂ方向に従動回転する。記録シートＳは、転写ニップ部を通過する際に、転写ローラ１０４が発生させる転写電界の作用により、感光体ドラム１０１上に形成されたトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された記録シートＳは、剥離爪１０５によって感光体ドラム１０１から剥離されて定着装置１１３へ搬送される。

記録シートＳは、定着装置１１３にて加熱及び加圧されることによって、トナー像を融着された後、排紙ローラ１１２によって排紙トレイ１０８上へ排出される。なお、トナー画像が転写された後の感光体ドラム１０１は、クリーナ１０６によって表面に残留するトナーが除去された後に、イレーサ１０７によって残留電荷が消去される。
（２）現像装置１００の構成
次に、現像装置１００の構成について説明する。

図２は、現像装置１００の構成を示す概略図である。図２に示されるように、現像装置１００は、ハイブリッド方式の現像装置であって、ドナーロール２０１、マグロール２０２、規制板２０３、攪拌スクリュー２０４、隔壁２０５、搬送スクリュー２０６及び補給ローラ２０７を備えている。なお、本実施の形態においては、感光体ドラム１０１の外径が６０ｍｍ、ドナーロール２０１の外径が２０ｍｍ、マグロール２０２の外径が２５ｍｍとなっている。

補給ローラ２０７は現像装置１００の上方に設けられ、現像装置１００の内部とトナーボトル１１４とを連通する開口内に配されている。補給ローラ２０７は、トナーボトル１１４が供給するトナーを搬送スクリュー２０６上に落下させる。
搬送スクリュー２０６と攪拌スクリュー２０４とは隔壁２０５によって隔てられており、互いに回転軸が並行になるように配設されている。攪拌スクリュー２０４と搬送スクリュー２０６とはそれぞれ矢印Ｅ、Ｆ方向に回転しながら現像剤（トナーとキャリア）を攪拌し、互いに反対方向に搬送する。

隔壁２０５の両端部には連絡通路が形成されており、両スクリューによって搬送される現像剤が循環するようになっている。この攪拌によって、トナーとキャリアとが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電する。これによって、キャリア表面にトナーが電気的に吸着される。
マグロール２０２は円筒形状のスリーブ２０２Ｓと該スリーブ２０２Ｓ内に配された磁石２０２Ｍとからなっている。帯電した現像剤は磁石２０２Ｍの磁力によってスリーブ２０２Ｓの外周面上に吸着され、磁力線に沿って磁気ブラシを形成する。スリーブ２０２Ｓは不図示の駆動源によって矢印Ｄ方向に回転駆動されており、この回転に従ってスリーブ２０２Ｓの外周面上の現像剤も矢印Ｄ方向に搬送される。

規制板２０３は、スリーブ２０２Ｓの外周面から所定の距離となるように配設されている。この距離を規制ギャップといい、規制ギャップの大きさによって、規制ギャップを通過する現像剤の量が決定される。規制ギャップを通過した現像剤はマグロール２０２とドナーロール２０１との対向領域（以下、単に「対向領域」という。）まで搬送される。
図３は、対向領域における磁気ブラシの形状を示す概略図である。図３に示されるように、ドナーロール２０１とマグロール２０２とは対向領域において互いに反対方向に進むように回転している。いわゆる、カウンタ回転である。また、ドナーロール２０１とマグロール２０２との間には電位差が設けられている。

詳しく述べると、現像剤中のトナーのみをドナーロール２０１へ供給するための交流電圧と、ドナーロール２０１とマグロール２０２との間の電位の高低を交流電圧によって変化させないための、すなわち、トナーを常にドナーロール２０１へ静電吸着させるための直流電圧とが印加されている。
また、対向領域にはドナーロール２０１の回転方向上流（以下、単に「上流」という。）から下流（以下、単に「下流」という。）に向かって、順に、磁気ブラシＢｒ１、Ｂｒ３、Ｂｒ２が形成される。磁気ブラシＢｒ１〜Ｂｒ３の各位置における磁束密度Ｂ１〜Ｂ３は、
Ｂ１＞Ｂ２＞Ｂ３
の関係にある。

このような磁束密度分布を実現するため、図３に示されるように、磁石２０２Ｍは磁気ブラシＢｒ３に対応する箇所において切り欠かれている。なお、磁石２０２Ｍを切り欠く以外に、磁石２０２Ｍの着磁の程度を調整することによっても上記のような磁束密度分布を得ることができる。
上記のような磁束密度の大きさに対応して、磁気ブラシの大きさもＢｒ１からＢｒ３の順に小さくなる。すなわち、上流側の磁気ブラシＢｒ１が最も大きく、次いで下流側の磁気ブラシＢｒ２が大きく、中間に位置する磁気ブラシＢｒ３が最も小さい。

従って、まず、上流から搬送されてきた残留トナーは磁気ブラシＢｒ１によって機械的に掻き取られ、スリーブ２０２Ｓの回転に従って回収される。また、磁気ブラシＢｒ３は小さいので、対向領域の中央における穂詰まりを回避することができる。更に、対向領域を通過した残留トナーは磁気ブラシＢｒ２によって掻き取られ、回収される。
したがって、本発明によれば、穂詰まりを発生させることなく、残留トナーを回収して高い画質を得ることができる。特に、本発明では、ドナーロール２０１とマグロール２０２とがカウンタ回転の関係にあり、磁気ブラシＢｒ１、Ｂｒ２による機械的な掻き取り力を高めることができるので、さらに画質を向上させることができる。

また、カウンタ回転の場合には、マグロール２０２の上流側に現像剤が滞留し易くなる。特に、磁気ブラシをドナーロール２０１に積極的に当てて、トナーを機械的に掻き取るような現像剤充填密度が高い場合には、かかる滞留の発生が顕著となり、ドナーロール２０１上のトナー搬送ムラ、すなわち穂詰まりや、滞留した現像剤のコボレ、飛散が発生する。

このような問題に対して、本発明のように、上流側磁気ブラシＢｒ１よりも下流側式ブラシＢｒ２を低くすれば、かかる滞留を軽減することができるので、画像メモリの解消と穂詰まりの抑止との両立を図ることができる。
また、キャリアとトナーが分離したリサイクルトナーは下流側で穂詰まりし易いところ、本実施の形態においては磁気ブラシＢｒ２を用いるので、かかる穂詰まりも解消することができる。

［２］第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る画像形成装置は、上記第１の実施の形態に係る画像形成装置と概ね同様の構成を備える一方、ドナーロールの構成において相違している。以下、相違点に着目して説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態において対応する部材がある場合には同じ符号を与えている。

図４は、本実施の形態に係る現像装置４００の構成を示す概略図である。図４に示されるように、現像装置４００もまた、ハイブリッド方式の現像装置であって、ドナーロール２０１ａ、２０１ｂ、マグロール２０２等を備えている。ドナーロール２０１ａ、２０１ｂはそれぞれ矢印Ｃａ、Ｃｂ方向に回転しており、何れもマグロール２０２に対してカウンタ回転する。感光体ドラム１０１の外径は６０ｍｍ、ドナーロール２０１ａ、２０１ｂの外径は何れも２０ｍｍ、マグロール２０２の外径は２５ｍｍである。

マグロール２０２は、上記第１の実施の形態に係るマグロール２０１と同様にスリーブと磁石とからなっている。図５はマグロール２０２が発生させる磁束密度分布を例示する図である。ドナーロール２０１ａに対向する磁極がＳ１、ドナーロール２０１ｂに対向する磁極がＮ１、また、攪拌スクリュー２０４に対向する磁極がＮ２である。磁極Ｓ１、Ｎ１は何れも対向するドナーロール２０１ａ、２０１ｂの上流方向で特に磁束密度が高くなっており、ドナーロール２０１ａ、２０１ｂのそれぞれに対して、上記第１の実施の形態における磁気ブラシＢｒ１〜Ｂｒ３に相当する磁気ブラシを発生させる。

これによって、上記第１の実施の形態と同様に、高画質の達成と穂詰まりの防止とを両立させることができる。また、ドナーロールを２つ用いて、感光体ドラムに対して十分な量のトナーを供給するので、静電潜像の現像処理を高速化することができる。
［３］試験
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の性能を確認するための試験を行ったので、その結果について説明する。

図６は、本試験の条件と結果を示す表であって、（ａ）は試験の条件であるマグロールの供給主極における磁束密度を示し、（ｂ）は試験条件である現像装置の構成と現像剤の充填率との組み合わせ毎の試験結果を示す。図６（ａ）に示されるように、本試験においては、６種類のマグロールを用いた。
なお、現像剤充填率は、メモリ評価でのトナー搬送量設定５ｇ／ｍ^２で穂詰まりによる薄層乱れが起こらない最大の現像剤充填率である。

また、穂詰まりは、ドナーロール上のトナー搬送量を印加バイアスによって調整し、２ｇ／ｍ^２〜８ｇ／ｍ^２の範囲で穂詰まりによるドナーロール上のトナー薄層の乱れを目視にて確認することによって評価し、均一薄層の場合を○、薄層乱れが起こる場合を×とした。
画像メモリは、ドナーロール上のトナー搬送量を５ｇ／ｍ^２にし、図７のようなベタパターン７０１に続いてハーフトーンパターン７００のあるＡ４ヨコ画像を出力し、ベタパターンの履歴（画像メモリ）７０３がハーフトーンパターン上に目視で確認できた場合を×とした。

図６（ａ）において、マグロール６０１、６０２は、それぞれ上記第１、２の実施の形態に係るマグロールと同じものである。マグロール６０３は従来のハイブリッド方式の現像装置が備えるマグロールである。マグロール６０４〜６０６は比較試験のために用いる構成であり、マグロール６０６は第２の実施の形態に対応してドナーロールを２本用いる構成である。

また、図６（ｂ）に示されるように、実施例１、２は、それぞれ上記第１の実施の形態において現像剤の充填率を２４％、２０％としたものであり、実施例３は上記２の実施の形態に対応する。実施例１〜３において穂詰まりと画像メモリとを目視により確認したところ、いずれも発生していなかった。
また、比較例１〜２は、それぞれ従来構成において現像剤の充填率を２４％、２０％としたものであって、充填率が２０％である比較例２において穂詰まりが確認されなかったものの、穂詰まりや画像メモリが認められ、実用に耐えないことが分かった。

比較例３〜５は、マグロールが供給主極における磁束密度が何れも単峰性、すなわちピーク位置が１つだけとなっている。これらの場合、現像剤の充填率を２０％とすれば、穂詰まりは無くなるものの、画像メモリが発生するので、やはり実用に耐えない。
以上のように、本願発明によれば、現像剤の充填率を高くしても、穂詰まりの防止と画像メモリの解消とを両立させることができることが確かめられた。また、ドナーロールを複数用いる場合には、少なくともマグロールの回転方向下流のドナーロールに対する供給主極に本発明を適応することで穂詰まり限界を上げ、かつ画像メモリの発生を抑制することができる。

［４］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）上記第１の実施の形態では、特に言及しなかったが、マグロール２０２はドナーロール２０１に対向する供給磁極以外にも磁極を有しており、その磁力によってキャリアを吸着する。その磁束密度は、例えば、従来技術に従えば良く、現像剤を搬送するに足る程度に吸着できれば良い。

（２）上記実施の形態において示した磁極の種類（Ｓ極、Ｎ極）はあくまでも例示であり、磁極の種類が異なっていても、本発明に係る磁束密度を有していれば、本発明の効果を得ることができる。
（３）上記実施の形態においては、ドナーロール２０１やマグロール２０２としてローラを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これらの一方または両方に無端状のベルトを用いてトナーや現像剤を搬送しても良い。

本発明に係る画像形成装置は、ハイブリッド現像装置を用いる場合に画質を向上させ、かつ穂詰まりを防止する技術として有用である。

１…………………………………画像形成装置
１００、４００…………………現像装置
１１４……………………………トナーボトル
２０１、２０１ａ、２０１ｂ…ドナーロール
２０２……………………………マグロール
２０２Ｓ…………………………スリーブ
２０２Ｍ…………………………磁石
Ｂｒ１〜Ｂｒ３…………………磁気ブラシ
７０１……………………………ベタパターン
７０２……………………………ハーフトーンパターン
７０３……………………………履歴画像
Ｎ１〜Ｎ３、Ｓ１〜Ｓ４………磁極

Claims

静電潜像を担持する像担持体にトナーを供給する１または複数のトナー担持回転体と、
トナーとキャリアとを含む現像剤を担持すると共に、トナー担持回転体との対向位置に磁気ブラシを形成して、磁気ブラシからトナーをトナー担持回転体に供給する現像剤担持回転体と、を有する現像装置であって、
トナー担持回転体と現像剤担持回転体とは、対向位置における回転方向がカウンタ方向であり、
前記磁気ブラシを形成するための磁束密度は、現像剤担持回転体とトナー担持回転体との最近接対向位置を挟んで２つのピークを有し、
トナー担持回転体の回転方向上流側の方が下流側よりもピークにおける磁束密度が高い
ことを特徴とする現像装置。
請求項１に記載の現像装置を備える
ことを特徴とする画像形成装置。