JP2015114541A - 現像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 現像室が回収室の下方に設けられた機能分離方式の現像装置において、現像剤担持体から剥ぎ取られた現像剤が、回収室に回収されずに現像剤担持体を連れまってしまうことを抑制可能な現像装置を提供することにある。
【解決手段】 現像室と回収室を隔てる隔壁の頂点を通り、現像スリーブに接する接線S2の接点P2よりも、現像スリーブの法線方向における磁気力Frがゼロ、もしくはFrが極小となる剥ぎ取り位置Qが、現像スリーブの回転方向上流側に構成する。
【選択図】 図1
【解決手段】 現像室と回収室を隔てる隔壁の頂点を通り、現像スリーブに接する接線S2の接点P2よりも、現像スリーブの法線方向における磁気力Frがゼロ、もしくはFrが極小となる剥ぎ取り位置Qが、現像スリーブの回転方向上流側に構成する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成装置に用いられる現像装置に関し、特に、複写機、プリンタ、FAX、或いは、これら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。
従来、電子写真方式を用いた画像形成装置では、像担持体として一般的にドラム状とされている感光体の表面を帯電器により一様に帯電させ、帯電した感光体を露光装置によって画像情報に応じて露光し、感光体上に静電潜像を形成する。感光体に形成された静電潜像は、現像装置1を用いて現像剤中のトナーによってトナー像を顕像化している。
通常、二成分現像剤を用いる現像装置は、現像を行うにあたって現像容器内の非磁性トナーと磁性キャリアを混合撹拌する必要があり、現像剤を循環させる循環路が設けられている。例えば、二成分現像剤を用いる現像装置1は、図3のような構成がある。(例えば、特許文献1参照)この現像装置1は現像剤を収容した現像容器2を備え、現像容器2の感光ドラム10と対面した開口部に現像剤担持体である現像スリーブ8を有している。そして、現像容器2内の開口部との反対側には隔壁7によって区画された現像室4と回収室3が上下に形成され、現像室4と回収室3の間で循環路を形成している。この現像装置は、現像スリーブ8に現像剤に供給する現像室4と、現像スリーブ8から現像後の現像剤を回収する回収室3と、機能的に分離させる構成であり、所謂、機能分離方式の現像装置と呼ばれている。この現像装置の構成によれば、現像後の濃度低下した現像剤が直ちに現像スリーブに供給されることがないため、濃度ムラを抑制することができる。
機能分離方式の現像装置として、特許文献2のような構成も知られている。これは、特許文献1の現像室4を回収室3の配置関係が逆となっている構成であり、現像室4を回収室3の下方に配置させる構成である。この構成によれば、現像剤を現像室4から回収室に汲み上げるにあたって、現像スリーブの回転によっても汲み上げられる構成の為、汲み上げ側の現像剤の滞留を抑制できる構成となっている。
しかしながら、特許文献2の構成は、現像剤の汲み上げ側の滞留を抑制できるが、以下のような課題がある。
即ち、現像スリーブから現像剤を回収する回収室が、現像室の上方に配置されている為、現像スリーブから現像剤を剥ぎ取る位置は現像スリーブの上方側で行われる。しかしながら、現像スリーブから現像剤を剥ぎ取る位置によっては、現像スリーブの接線方向へ剥ぎ取られた現像剤の一部が回収室に回収されない虞があった。そして、回収されなかった現像剤が再び現像スリーブ上に供給され、現像スリーブに現像剤が連れ回り、濃度ムラが生じてしまう虞があった。
上記目的を達成するための代表的な構成は、
非磁性トナーと磁性キャリアからなる現像剤を担持し、像担持体と対向する現像領域に搬送して前記像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の内部に固定して設けられ、前記現像剤担持体の表面に現像剤を担持させるマグネットであって、前記マグネットは、前記現像剤担持体の周方向に関して、互いに隣り合うように配置され、同極性となる一対の磁極を含む複数の磁極を備えたマグネットと、
現像剤を収容する現像容器であって、前記現像容器は、前記現像剤担持体に現像剤の供給を行う現像室と、前記現像室よりも鉛直方向に関して上方に配置され、前記現像剤担持体から現像剤を回収する回収室と、前記現像室と前記回収室を隔てる隔壁と、を備え、前記現像室と前記回収室との間で現像剤を循環させる循環路を形成される現像容器と、
前記現像室に回転可能に配置された第一の搬送部材と、
前記回収室に回転可能に配置された第二の搬送部材と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体の回転軸線方向と直交する断面において、前記隔壁における前記現像剤担持体と対向する先端側の頂点を通り、前記現像剤担持体に接する接線のうち、前記現像剤担持体との接点が前記現像剤担持体の回転方向上流側となる接線をS2とし、前記接線S2と前記現像剤担持体との接点をP2としたとき、前記現像剤担持体の周面で前記一対の磁極間において、前記現像剤担持体の法線方向における磁気力Frがゼロ、もしくは前記Frが極小となる剥ぎ取り位置Qが、前記P2よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側となるように構成されていることを特徴とする。
非磁性トナーと磁性キャリアからなる現像剤を担持し、像担持体と対向する現像領域に搬送して前記像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の内部に固定して設けられ、前記現像剤担持体の表面に現像剤を担持させるマグネットであって、前記マグネットは、前記現像剤担持体の周方向に関して、互いに隣り合うように配置され、同極性となる一対の磁極を含む複数の磁極を備えたマグネットと、
現像剤を収容する現像容器であって、前記現像容器は、前記現像剤担持体に現像剤の供給を行う現像室と、前記現像室よりも鉛直方向に関して上方に配置され、前記現像剤担持体から現像剤を回収する回収室と、前記現像室と前記回収室を隔てる隔壁と、を備え、前記現像室と前記回収室との間で現像剤を循環させる循環路を形成される現像容器と、
前記現像室に回転可能に配置された第一の搬送部材と、
前記回収室に回転可能に配置された第二の搬送部材と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体の回転軸線方向と直交する断面において、前記隔壁における前記現像剤担持体と対向する先端側の頂点を通り、前記現像剤担持体に接する接線のうち、前記現像剤担持体との接点が前記現像剤担持体の回転方向上流側となる接線をS2とし、前記接線S2と前記現像剤担持体との接点をP2としたとき、前記現像剤担持体の周面で前記一対の磁極間において、前記現像剤担持体の法線方向における磁気力Frがゼロ、もしくは前記Frが極小となる剥ぎ取り位置Qが、前記P2よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側となるように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、現像室が回収室の下方に設けられた機能分離方式の現像装置において、現像剤担持体から剥ぎ取られた現像剤が、回収室に回収されずに現像剤担持体を連れまってしまうことを抑制可能な現像装置を提供することにある。
以下、本発明による現像装置及び画像形成装置の実施例を添付図面に従って説明する。なお、この現像装置は、例えば以下に述べるような画像形成装置の中で使用されるが、必ずしもこの形態に限られるものではない。
<画像形成装置>
図2は、本実施例のフルカラー画像形成装置のプロセス手段を示したものである。以下、画像形成装置本体の構成及び動作について説明していく。
図2は、本実施例のフルカラー画像形成装置のプロセス手段を示したものである。以下、画像形成装置本体の構成及び動作について説明していく。
画像形成装置には、図2のように、Y、M、C、Kの画像を形成するための画像形成部(ステーション)が配置されている。各ステーションは、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の画像を形成する。各ステーションはほぼ同様の構成となっているため、以下の説明において、例えば現像装置1とあれば、Y、M、C、K各ステーションにおける現像装置1Y、現像装置1M、現像装置1C、現像装置1Kを共通して指すものとする。
まず、図2により、画像形成装置全体の動作を説明する。像担持体である感光ドラム10は回動自在に設けられており、その感光ドラム10を一次帯電器21で一様に帯電し、例えばレーザのような発光素子22によって情報信号に応じて変調された光で露光して潜像を形成する。その潜像は現像装置1により、後述のような過程で現像像(トナー像)として可視像化される。そのトナー像を、第1転写帯電器23によって、転写材搬送シート24によって搬送されてきた記録材である転写紙27上に各ステーションごとに転写し、その後、定着装置25によって定着して永久画像を得る。又、感光ドラム10上の転写残トナーはクリーニング装置26により除去する。又、画像形成で消費された現像剤中のトナーはトナー補給槽20から補給される。又、ここでは、感光ドラム10M、10C、10Y、10Kから転写材搬送シート24に搬送された記録材である転写紙27に直接転写する方法を例に説明したが、これに限定されてない。転写紙搬送シート24の代わりに中間転写体を設け、中間転写体に各色のトナー像を一次転写した後、転写紙に各色の複合トナー像を一括して二次転写する構成の画像形成装置においても、本発明は適用できる。
<二成分現像剤の説明>
次に、本実施例にて用いられる二成分現像剤について説明する。
次に、本実施例にて用いられる二成分現像剤について説明する。
トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じて、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子である。そして、トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、本実施例では体積平均粒径は7.0μmのトナーを用いた。トナーの平均粒径は2μm以上10μm以下であればよく、好ましくは4μm以上8μm以下である。
又キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。本実施例では体積平均粒径が40μm、抵抗率が5×108Ωcm、磁化量が260emu/ccのキャリアを用いた。キャリアの平均粒径は20μm以上80μm以下であればよく、好ましくは30μm以上60μm以下である。また、磁化量は、100emu/cc以上400emu/cc以下であれば良く、好ましくは200emu/cc以上300emu/cc以下である。
本実施例では、上記のトナーとキャリアを重量比で8:92の割合で混合したものを現像剤として使用する。トナーのキャリアに対する混合比は重量比で4%以上14%以下であればよく、望ましくは6%以上10%以下である。
<測定方法>
尚、本実施例にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。
尚、本実施例にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。
測定装置としては、コールターカウンターTA−II型(コールター社製)、個数平均分布、体積平均分布を出力するためのインターフェース(日科機製)及びHP Compaq dc7100を使用した。電界水溶液として、一級塩化ナトリウムを用いて調製した1%NaCl水溶液を使用した。
測定方法は以下に示す通りである。即ち、上記の電界水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1ml加え、測定試料を0.5〜50mg加える。
試料を懸濁した電界水溶液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、上記のコールターカウンターTA−II型により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて2〜40μmの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。
また、本実施例にて用いられる磁性キャリアの抵抗率は、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。具体的には、測定電極面積4cm、電極間間隔0.4cmのサンドイッチタイプのセルを用いて、片方の電極に1kgの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧E(V/cm)を印加して測定した。また、磁性粒子の体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置HEROS(日本電子製)を用いて、体積基準で粒径0.5〜350μmの範囲を32対数分割して測定する。そして、それぞれのチャンネルにおける粒子数を測定する。その測定結果から体積50%のメジアン径をもって体積平均粒径とする。
また、本実施例にて用いられる磁性キャリアの磁気特性は、理研電子(株)製の振動磁場磁気特性自動記録装置BHV−30を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、795.7kA/m、79.58kA/mの外部磁場をそれぞれつくり、磁性キャリアの磁化の強さを求めた。磁性キャリアの測定用サンプルは、円筒状のプラスチック容器に充分密になるようにパッキングした状態で作成する。この状態で、磁化モーメントを測定し、更に上記で充填した試料の実際の重量を測定して磁化の強さ(emu/g)を求める。又、磁性キャリア粒子の真比重を、例えば乾式自動密度計アキュピック1330(島津製作所(株)社製)等により求め、上記のようにして得られた磁化の強さに真比重を掛けることで、単位体積あたりの磁化の強さを求めることができる。
<現像装置>
次に、現像装置1について詳しく説明する。本実施例の現像装置1は、図1に示すように、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容された現像容器2を有する。現像容器2には、開口部が設けられ、該開口部から現像剤担持体としての現像スリーブ8が一部露出するように回転自在に設けられている。また、現像スリーブ8の重力方向下方の位置には、現像スリーブ8表面に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材としての規制ブレード9が設けられている。
次に、現像装置1について詳しく説明する。本実施例の現像装置1は、図1に示すように、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容された現像容器2を有する。現像容器2には、開口部が設けられ、該開口部から現像剤担持体としての現像スリーブ8が一部露出するように回転自在に設けられている。また、現像スリーブ8の重力方向下方の位置には、現像スリーブ8表面に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材としての規制ブレード9が設けられている。
現像容器2は、紙面に垂直方向に延在する隔壁7によって現像室4と回収室3に上下に区画され、現像剤Tが現像室4及び回収室3に収容されている。現像室4及び回収室3はそれぞれの両端部で連絡しており、現像室4及び回収室3の間で現像剤を循環させる循環路を形成している。回収室3は現像室4の上方に配置されている。現像室4は、現像スリーブ8の周面に対向して設けられ、現像スリーブ8に現像剤を供給する。回収室3は、現像スリーブ8の周面に対向して設けられ、現像スリーブ8から現像剤を回収する。本実施例の現像装置は、現像スリーブ8に現像剤を供給する現像室と、現像スリーブ8から現像剤を回収する回収室が別々に分けられており、所謂、機能分離方式の現像装置の構成となっている。
現像室4及び回収室3には、現像剤Tを攪拌・搬送し、現像容器2内を循環させる搬送手段としての第1及び第2の搬送スクリュー5、6がそれぞれ配置されている。第1の搬送部材としての第1の搬送スクリュー6は、現像室4の底部に現像スリーブ8の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されており、回転して現像室4内の現像剤Tを軸線方向に沿って一方向に搬送する。又、第2の搬送部材としての第2の搬送スクリュー6は、回収室3内の底部に第1の搬送スクリュー6とほぼ平行に配置され、回収室3内の現像剤Tを第1の搬送スクリュー6と反対方向に搬送する。このようにして、第1及び第2の搬送スクリュー5、6の回転による搬送によって、現像装置1内の現像剤Tの分布は、図4の連通部71、72を通じて現像室4と回収室3との間で循環される。
現像スリーブ8は非磁性材料で構成され、その内部には磁界発生手段であるマグネットローラ8’が非回転状態で設置されている。このマグネットローラ8’は、現像スリーブの周方向に複数の磁極を備えている。具体的には、現像極N2と現像剤を搬送する磁極S1、N1、S2、N3を有している。このうち同極である第1磁極N3極と第2磁極N1極は、隣り合って現像容器2内部側に設置されており、一対の磁極を形成している。この一対の磁極間には、反発磁界が形成され、現像剤Tに対してはバリアが形成されており、回収室3にて現像剤Tを離すように構成されている。
ここで、現像スリーブ8の直径は20mm、感光体ドラム10の直径は30mm、又、この現像スリーブ8と感光体ドラム10との最近接領域を約300μmの距離としている。そして、現像領域に搬送した現像剤を感光体ドラム10と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。なお、この現像スリーブ8はアルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成され、その内部には磁界手段であるマグネットローラ8’が非回転状態で設置されている。
而して、現像スリーブ8は、現像時に図示矢印方向(反時計方向)に回転し、規制ブレード9による磁気ブラシの穂切りによって層厚が規制される。現像スリーブ8は、層厚規制された二成分現像剤を担持して、これを感光体ドラム10と対向した現像領域に搬送し、感光体ドラム10上に形成された静電潜像に現像剤を供給して潜像を現像する。この時、現像効率、つまり、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ8には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施形態では、−500Vの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Vppが800V、周波数fが12kHzの交流電圧とした。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。また、一般に、二成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生し易くなる。このため、現像スリーブ8に印加する直流電圧と感光体ドラム10の帯電電位(即ち白地部電位)との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止している。
現像領域に於いては、現像装置1の現像スリーブ8は、感光体ドラム10の移動方向と逆方向で移動し、周速比は、対感光体ドラム1.7倍で移動している。この周速比に関しては、0.5〜2.5倍の間で設定され、好ましくは、1.0〜2.0倍の間に設定されればよい。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。
また、規制部材である規制ブレード9は、現像スリーブ8の長手方向軸線に沿って延在した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性部材で構成され、感光体ドラム10よりも現像スリーブ回転方向上流側に配設されている。規制ブレード9は、その先端部が、現像スリーブ8に対して重力方向下方から対向するように配置されている。本実施例では、現像スリーブの周方向のうち、水平面となす角度が74°の位置に設置されている。
そして、この規制ブレード9の先端部と現像スリーブ8との間を現像剤のトナーとキャリアの両方が通過して現像領域へと送られる。尚、規制ブレード9の現像スリーブ8の表面との間隙(ギャップ)を調整することによって、現像スリーブ8上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。本実施形態においては、規制ブレード9によって、現像スリーブ8上の単位面積当りの現像剤コート量を30mg/cm2に規制している。なお、規制ブレード9と現像スリーブ8は、間隙を200〜1000μm、好ましくは300〜700μmに設定される。本実施形態では400μmに設定した。
<現像装置の循環構成>
図4は、本実施例の現像装置の横断面である。図4のように、現像室4には、第1の搬送スクリュー6が回転可能に配置されている。第1の搬送スクリュー6は、現像室4内の底部に現像スリーブ8の軸方向(現像幅方向)に沿ってほぼ平行に配置されている。本実施例では、第1の搬送スクリュー6は、非磁性体で構成される回転軸61の周りに非磁性材料で構成された攪拌翼をスパイラル状に設けたスクリュー構造としている。第1の搬送スクリュー6は、回転して現像室4内の現像剤Tを現像室4の底部にて現像スリーブ8の軸線方向に沿って搬送する。回収室3には、第2の搬送スクリュー5が回転可能に設けられている。第2の搬送スクリュー5も第1の搬送スクリュー6と同様に回転軸51の周りに攪拌翼を設けたスクリュー構造とされる。第2の搬送スクリュー5は、回収室3内の底部に第1の搬送スクリュー5とほぼ平行に配設され、回転軸を中心として回転することにより回収室3内の現像剤Tを第1の搬送スクリュー5と反対方向に搬送する。このような第1及び第2の搬送スクリュー5、6の回転によって、現像剤Tが現像室4と回収室3との間で循環する。本現像装置1では、現像室4と回収室3とが鉛直方向上下に配置されている。即ち、第1の搬送スクリュー5の回転中心51と、第2の搬送スクリュー6の回転中心61とは鉛直方向でそれぞれ異なる位置に設けられている。そして、第1の搬送スクリュー5の回転中心51の方が第2の搬送スクリュー6の回転中心61よりも高くなっている。
図4は、本実施例の現像装置の横断面である。図4のように、現像室4には、第1の搬送スクリュー6が回転可能に配置されている。第1の搬送スクリュー6は、現像室4内の底部に現像スリーブ8の軸方向(現像幅方向)に沿ってほぼ平行に配置されている。本実施例では、第1の搬送スクリュー6は、非磁性体で構成される回転軸61の周りに非磁性材料で構成された攪拌翼をスパイラル状に設けたスクリュー構造としている。第1の搬送スクリュー6は、回転して現像室4内の現像剤Tを現像室4の底部にて現像スリーブ8の軸線方向に沿って搬送する。回収室3には、第2の搬送スクリュー5が回転可能に設けられている。第2の搬送スクリュー5も第1の搬送スクリュー6と同様に回転軸51の周りに攪拌翼を設けたスクリュー構造とされる。第2の搬送スクリュー5は、回収室3内の底部に第1の搬送スクリュー5とほぼ平行に配設され、回転軸を中心として回転することにより回収室3内の現像剤Tを第1の搬送スクリュー5と反対方向に搬送する。このような第1及び第2の搬送スクリュー5、6の回転によって、現像剤Tが現像室4と回収室3との間で循環する。本現像装置1では、現像室4と回収室3とが鉛直方向上下に配置されている。即ち、第1の搬送スクリュー5の回転中心51と、第2の搬送スクリュー6の回転中心61とは鉛直方向でそれぞれ異なる位置に設けられている。そして、第1の搬送スクリュー5の回転中心51の方が第2の搬送スクリュー6の回転中心61よりも高くなっている。
現像室4から回収室3への現像剤は連結部72を通過し下から上へ、又、回収室3から現像室4への現像剤は上から下へ動く。特に、現像室4から回収室3へは、端部に溜まった現像剤の圧力により下から上へと押し上げられるようにして現像剤が受け渡される。図4にあるように、本実施例の現像装置は、回収室が現像室の下方に設けられる構成に比べて、汲み上げ側である連結部72部での現像剤量が少ない構成となっている。このため、汲み上げ側で現像剤が圧を受けても、現像容器2外にあふれてしまうことを抑制可能な構成となっている。
また、本実施例では、現像室4の現像剤は、現像スリーブの回転によって上方にある回収室3に汲み上げられる。このため、回収室3が現像室4の下方に設けられる構成に比べて、現像剤の汲み上げ性が有利な構成のため、現像容器内の現像剤の循環を安定できる構成となっている。
<剥ぎ取り位置の定義>
ここで、本発明の特徴的な部分に関わる、剥ぎ取り位置Qについて説明する。剥ぎ取り位置Qは、現像スリーブ8の反発極N3,N1間で現像スリーブ8の法線方向の磁気力Frが0となる位置である。
ここで、本発明の特徴的な部分に関わる、剥ぎ取り位置Qについて説明する。剥ぎ取り位置Qは、現像スリーブ8の反発極N3,N1間で現像スリーブ8の法線方向の磁気力Frが0となる位置である。
本実施例では、反発極N3,N1間で剥ぎ取り位置を最適化することで、現像スリーブ8上に現像剤が連れ回ってしまうことを抑制している。以下、更に詳しく説明する。
図5を用いて、剥ぎ取り位置Qについて説明する。
本実施例では、磁気力F のうち現像スリーブ8の中心(O 1)方向(法線方向)の成分を、マグネットロール8’による磁気力Frとする。これは、マグネットロール8’、現像スリーブ8上のトナーを担持した磁性キャリア(磁気ブラシ)を引き付ける力(磁気吸引力)を表している。
以下、磁気力Fの計算方法について説明する。
磁気力Fの算出は、測定によりBrをもとめ、計算により磁気力Fを導出する。磁束密度の測定はベル社製のガウスメータModle640を用いを用いて行った。同ガウスメータはガウスメータ本体に接続された棒状のアキシャルプローブを有する。現像スリーブを水平に固定し、内部のマグネットロールは回転自在に取付ける。この現像スリーブに対し若干の間隔を開けて水平姿勢のプローブを直角に配置し、現像スリーブの中心とプローブの中心が略同一水平面上に位置するようにして固定し、その状態で磁束密度を測定する。マグネットロールは現像スリーブと略同心の円筒体であり、現像スリーブとマグネットロールとの間の間隔はどこでも等しいと考えてよい。従ってマグネットロールを回転しながら、現像スリーブの表面位置及び表面位置における法線方向の磁束密度を測定することにより、現像スリーブの周方向について全ての位置で測定したものに代えることができる。得られた周方向の磁束密度データより各位置のピーク強度を求め、Brとした。測定したBrからBθは一意に決まる。
磁気力Fの算出は、測定によりBrをもとめ、計算により磁気力Fを導出する。磁束密度の測定はベル社製のガウスメータModle640を用いを用いて行った。同ガウスメータはガウスメータ本体に接続された棒状のアキシャルプローブを有する。現像スリーブを水平に固定し、内部のマグネットロールは回転自在に取付ける。この現像スリーブに対し若干の間隔を開けて水平姿勢のプローブを直角に配置し、現像スリーブの中心とプローブの中心が略同一水平面上に位置するようにして固定し、その状態で磁束密度を測定する。マグネットロールは現像スリーブと略同心の円筒体であり、現像スリーブとマグネットロールとの間の間隔はどこでも等しいと考えてよい。従ってマグネットロールを回転しながら、現像スリーブの表面位置及び表面位置における法線方向の磁束密度を測定することにより、現像スリーブの周方向について全ての位置で測定したものに代えることができる。得られた周方向の磁束密度データより各位置のピーク強度を求め、Brとした。測定したBrからBθは一意に決まる。
磁性キャリア1個に対して、現像スリーブ8周面に垂直に働く磁気力Fr(単位;Nニュートン)は以下で定義される。磁性キャリアの磁化をm(ベクトル、|m|の単位はA/m)、磁性キャリア1個の体積をV(m3)、マグネットロール8’による磁界の強さをB(B=(Br,Bθ))とする。また、現像スリーブ8の回転中心に向かう方向を正(プラス)方向とすると、Aを定数として、以下の数式で表される。
Fr=−A∇r(m・B)
=−Ad/dr(|m|VB・B)
=−|m|VAd/dr(B2)
=−|m|VAd/dr{(Br)2+(Bθ)2}
ここで、Aは定数、|m|は透磁率の関数であり、rを現像スリーブ8面に対して放射方向(法線方向)に設定したので、力の方向は、現像スリーブ8の中心に向かう方向の力である。
Fr=−A∇r(m・B)
=−Ad/dr(|m|VB・B)
=−|m|VAd/dr(B2)
=−|m|VAd/dr{(Br)2+(Bθ)2}
ここで、Aは定数、|m|は透磁率の関数であり、rを現像スリーブ8面に対して放射方向(法線方向)に設定したので、力の方向は、現像スリーブ8の中心に向かう方向の力である。
つまり、磁気力Frは、以下の数式で表される。
Fr=A・∇r{(Br1)2}
従って、現像スリーブ8面上で、現像スリーブ8の中心に働く力Frは、Brの絶対値の自乗とBθの絶対値の自乗の和の、現像スリーブ8面に垂直な方向に対する傾き(現像スリーブの中心に向かう方向を正(プラス)とする。)に比例する。
Fr=A・∇r{(Br1)2}
従って、現像スリーブ8面上で、現像スリーブ8の中心に働く力Frは、Brの絶対値の自乗とBθの絶対値の自乗の和の、現像スリーブ8面に垂直な方向に対する傾き(現像スリーブの中心に向かう方向を正(プラス)とする。)に比例する。
現像剤が磁極N3の磁場の強さのピーク値の位置を通過した後を、現像剤は現像スリーブ8から引き離されるように、Frの現像スリーブ8の中心方向成分が反転する(負になる)。
この磁気力の現像スリーブ8の中心方向成分Frが正から負になるポイントを剥ぎ取り位置Qとする。
尚、現像装置によって反発極間において、Frが実質的にはゼロなものの、負とならない構成の場合も考えられる。この場合は、反発極間でFrが極小位置となる位置を剥ぎ取り位置と定義する。
<剥ぎ取り位置の規定>
次に、本発明の特徴部分である、剥ぎ取り位置Qの位置について説明する。
次に、本発明の特徴部分である、剥ぎ取り位置Qの位置について説明する。
図1は、本実施例の現像装置であり、現像スリーブ8の回転軸線方向と直交する断面である。本実施例では、図1に示すように、現像スリーブ8と第一の搬送スクリュー5の共通内接線のうち、現像スリーブ8との接点が現像スリーブの回転方向上流側となる接線をS1とする。そして、上記接線S1と現像スリーブ8との接点P1に対して、剥ぎ取り位置Qが現像スリーブ8の回転方向上流側となっている。尚、本実施例では、共通内接線S1上において、少なくとも接点Pから第一の搬送スクリュー5の接点との間の領域には、現像容器の一部等が配置されていない。そのため、共通内接線S1上において、現像スリーブ8と第一の搬送スクリュー5が直接対向する構成となっている。
また、図1において、隔壁7の頂点を通り、現像スリーブ8と接する接線のうち、現像スリーブ8との接点が現像スリーブの回転方向上流側となる接線をS2とし、接線S2と現像スリーブ8との接点をP2とする。本実施例では、剥ぎ取り位置Qの位置は上記接点P2に対しても、現像スリーブ8の回転方向上流となるように配置される構成となっている。
次に、接点P1と剥ぎ取り位置Qとの位置関係で現像剤の挙動がどう変わるかについて図6を用いて説明する。
現像剤は剥ぎ取り位置を通過後、現像スリーブ接線方向に投げ出されるが、剥ぎ取り位置Qが接点P1の回転方向上流(点Q1)にあるとき、速度V1をVx1とVy1に分解するとVx1成分は大きくVy1成分が小さい。このため、水平方向に十分移動できるので、現像剤は図示されていない撹拌スクリュー5に到達しやすくすることができる。
一方、今剥ぎ取り位置Qが接点P1の回転方向下流(点Q2)にあるとき、現像剤は剥ぎ取り位置を通過後、現像スリーブ接線方向に投げ出される。速度V2をVx2とVy2に分解するとVy2成分は大きくVx1成分が小さいため、水平方向に十分移動する事が出来ない構成となる。よって現像剤は図示されていない撹拌スクリュー5に到達しにくくなる。
図7を用いて、より詳細に説明する。
本実施例のように、剥ぎ取り位置Qの位置が、接点P1の回転方向上流にあるとき、図7(a)に示すように、現像スリーブ8から剥ぎ取られた現像剤は、瀬線方向に投げ出されるため、第1の撹拌スクリュー5の回転領域に取り込まれる。
一方、剥ぎ取り位置Qが接点P1の回転方向下流にあるとき、図7(b)に示すように、現像スリーブから剥ぎ取られた現像剤の一部は、回収室3の外側に向かい易い構成となる。そのため、剥ぎ取られた現像剤が回収室にはいかず、現像室に落下し、この結果、剥ぎ取られた現像剤がよく撹拌されずに現像室に回収され、すぐに現像スリーブ8に供給されるため、TD比ムラが発生してしまう。
上述したように、本実施例の構成によれば、現像剤のつれまわりも発生せず、高画質な画像を得ることができた。
尚、本実施例では、より好ましい例として、剥ぎ取り位置Qを接点P1よりも上流に配置する例を説明したが、剥ぎ取り位置Qを少なくとも接点P2よりも上流側にすればよい。この構成であれば、現像スリーブから剥ぎ取られた現像剤が回収室3の内部に向かって移動しやすい構成とすることができる。但し、より好ましくは、本実施例のように剥ぎ取り位置Qを接点P1よりも上流側に配置されたほうが良い。この理由は、現像スリーブ8から剥ぎ取られた現像剤が回収室3の隔壁7の先端側に積層され、この積層された現像剤が仕切り壁のように働き、現像剤が回収室に回収されにくくなることを抑制できるためである。
本実施例は、回収室3を形成する隔壁7の頂点位置が実施例1と異なる。そして、本実施例では、剥ぎ取り位置Qと隔壁7の頂点との位置を規定したものである。以下、詳しく説明する。本実施例では、図11(a)のように、共通接線S1よりも隔壁の頂点が高い位置にある。そこで、本実施例では、図10及び図11(b)のように、剥ぎ取り位置Qの位置を、隔壁7の頂点を通るように引かれた現像スリーブ8の接線S2との接点P2よりも、現像スリーブ8の回転方向上流に配置している。
本実施例のように、隔壁の高さと剥ぎ取り位置の位置を配置すれば、剥ぎ取られた現像剤が回収室に取り込まれ、現像スリーブ上に現像剤が連れ周ることを抑制することができる。尚、本実施例では、隔壁7の高さは、現像スリーブ8の軸線方向に関して同じ高さとしているが、これに限定されない。現像スリーブ8の軸線方向に関して、障壁7の高さが異なっていてもよい。例えば、部分的に実施例1のように共通接線S1よりも低くなっていてもよい。
本実施例のように、隔壁の高さと剥ぎ取り位置の位置を配置すれば、剥ぎ取られた現像剤が回収室に取り込まれ、現像スリーブ上に現像剤が連れ周ることを抑制することができる。尚、本実施例では、隔壁7の高さは、現像スリーブ8の軸線方向に関して同じ高さとしているが、これに限定されない。現像スリーブ8の軸線方向に関して、障壁7の高さが異なっていてもよい。例えば、部分的に実施例1のように共通接線S1よりも低くなっていてもよい。
例えば、回収室3内の現像剤量は、搬送方向下流側で多くなる傾向にあるため、搬送方向下流側で現像剤が現像スリーブにから溢れやすい。そこで、剥ぎ取り位置QをP2よりも上流にした上で、隔壁7の高さを、回収室3の現像剤搬送方向下流側で高くなるように構成する一方、現像剤搬送方向上流側では低くして回収性を高める構成としても良い。
本実施例では、実施例1、2の構成に加え、現像装置内の循環経路を変更している点が実施例1、2と異なっている。即ち、本実施例では、図8に示すように、現像室4と回収室3とは別に、撹拌室32を設けている。こうすることで、回収室3内の現像剤が過剰となっても、攪拌室32に循環させることができ、現像剤があふれ出すのを回避することができる。
以下、図8に基づいて説明する。実施例1、2では、図4に示すように、現像室4と回収室3間の現像剤の受け渡しを隔壁7の両端の連通部71、72で行っていた。しかし、隔壁7の両端で行おうとすると、現像剤を上から下へと受け渡す連通部71側で、現像剤量が過多となり、この連通部71 の部分で連れまわるという弊害が生じやすい。そこで、上述したように、本実施例では図8に示すように、撹拌室32を設けている。
以下、図8に基づいて説明する。実施例1、2では、図4に示すように、現像室4と回収室3間の現像剤の受け渡しを隔壁7の両端の連通部71、72で行っていた。しかし、隔壁7の両端で行おうとすると、現像剤を上から下へと受け渡す連通部71側で、現像剤量が過多となり、この連通部71 の部分で連れまわるという弊害が生じやすい。そこで、上述したように、本実施例では図8に示すように、撹拌室32を設けている。
撹拌室32は、回収室3長手方向に亘って現像剤が受渡し可能な連通部73が設けられている。連通部73の底部の高さは、隔壁7の頂点よりも低い位置にあるため、現像剤が隔壁7から溢れる前に、撹拌室32側に受け渡されるようになっている。撹拌室32内の現像剤は、後述するように現像室4に搬送され、循環される。このため、回収室3の現像剤搬送方向最下流部分で現像剤が多くなることを抑制することができる。
ここで、図4及び図8を用いて現像剤の循環を示す。まず、図4に示すように回収室3から現像室4への現像剤の受け渡しは、隔壁7の片方の端部71において上から下へと重力方向にそって行う。その後、現像スリーブ8の回転により現像剤が現像スリーブ8上を穂立ち規制部材9により穂切りされ、感光体ドラム10と対向した現像部へと搬送される。そして、現像に供された後に回収室3に取り込まれることによって下側の現像室4から上側の回収室3に現像剤の受け渡しを行う。
このような現像剤の循環において現像剤量が多くなるのは回収室3の第2搬送スクリュー5の現像剤搬送方向最下流部分である。回収室3に現像剤がたまると、隔壁7と現像スリーブ8の隙間から現像剤があふれつれまわりが生じる。
ここで、図4及び図8を用いて現像剤の循環を示す。まず、図4に示すように回収室3から現像室4への現像剤の受け渡しは、隔壁7の片方の端部71において上から下へと重力方向にそって行う。その後、現像スリーブ8の回転により現像剤が現像スリーブ8上を穂立ち規制部材9により穂切りされ、感光体ドラム10と対向した現像部へと搬送される。そして、現像に供された後に回収室3に取り込まれることによって下側の現像室4から上側の回収室3に現像剤の受け渡しを行う。
このような現像剤の循環において現像剤量が多くなるのは回収室3の第2搬送スクリュー5の現像剤搬送方向最下流部分である。回収室3に現像剤がたまると、隔壁7と現像スリーブ8の隙間から現像剤があふれつれまわりが生じる。
その対策として、図8に示すように、第2の搬送スクリュー5の下方に、第3のスクリュー52を設ける。第2搬送スクリュー5と第3のスクリューとの間にはそれらと平行に連通部73を設ける。図8を用いて、回収室3と攪拌室32との関係を説明する。
回収室3の現像剤が多くなったときに隔壁7の上部に設けられた連通部73より、攪拌室32へと現像剤が搬送される。又、回収室4より連通部73を通して搬送されてきた現像剤は、第3のスクリュー52によって搬送される。第3のスクリュー52は、現像室4内の第一のスクリュー6と逆方向に現像剤を搬送する。第3のスクリュー52の現像剤搬送方向最下流の位置で、攪拌室32から現像室4へと送られ、現像に供されることになる。つまり、本実施例においては、回収室3内の現像剤が過剰となった場合は、過剰となった分を、攪拌室32を使用して循環させ、現像剤があふれ出すのを回避している。
回収室3の現像剤が多くなったときに隔壁7の上部に設けられた連通部73より、攪拌室32へと現像剤が搬送される。又、回収室4より連通部73を通して搬送されてきた現像剤は、第3のスクリュー52によって搬送される。第3のスクリュー52は、現像室4内の第一のスクリュー6と逆方向に現像剤を搬送する。第3のスクリュー52の現像剤搬送方向最下流の位置で、攪拌室32から現像室4へと送られ、現像に供されることになる。つまり、本実施例においては、回収室3内の現像剤が過剰となった場合は、過剰となった分を、攪拌室32を使用して循環させ、現像剤があふれ出すのを回避している。
また、本実施例の現像装置は、図9に示すように撹拌室32の天井高さが、隔壁7の頂点7’の位置よりも低い位置となっている。このため、撹拌室32から回収室3への現像剤の流れを抑制し、回収室3の剤が過多になることを防いでいる。こうすることにより、現像剤あふれを抑制し、現像後のT/Dの低い現像剤の連れ周りも回避でき、高画質画像が提供できる。
<その他>
本発明は、本発明の効果が得られる構成において、実施例1〜3を組み合わせて用いても良いことは言うまでもない。
本発明は、本発明の効果が得られる構成において、実施例1〜3を組み合わせて用いても良いことは言うまでもない。
また、本実施例では、現像スリーブ8上の現像剤を剥ぎ取るために互いに同極となる一対の磁極N3、磁極N1を隣接して設ける構成としていたが、これに限定されない。例えば、一対の磁極間で実質的に無磁力帯(磁気力がゼロとなる領域)が形成されるのであれば、上記一対の磁極の間に異極となる磁極を設けてもよい。尚、本発明では、この場合であっても、便宜的に一対の同極性の磁極が隣り合う構成であるとする。
8 現像スリーブ
7 隔壁
Q 剥ぎ取り位置
7 隔壁
Q 剥ぎ取り位置
Claims (7)
- 非磁性トナーと磁性キャリアからなる現像剤を担持し、像担持体と対向する現像領域に搬送して前記像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の内部に固定して設けられ、前記現像剤担持体の表面に現像剤を担持させるマグネットであって、前記マグネットは、前記現像剤担持体の周方向に関して、互いに隣り合うように配置され、同極性となる一対の磁極を含む複数の磁極を備えたマグネットと、
現像剤を収容する現像容器であって、前記現像容器は、前記現像剤担持体に現像剤の供給を行う現像室と、前記現像室よりも鉛直方向に関して上方に配置され、前記現像剤担持体から現像剤を回収する回収室と、前記現像室と前記回収室を隔てる隔壁と、を備え、前記現像室と前記回収室との間で現像剤を循環させる循環路を形成される現像容器と、
前記現像室に回転可能に配置された第一の搬送部材と、
前記回収室に回転可能に配置された第二の搬送部材と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体の回転軸線方向と直交する断面において、前記隔壁における前記現像剤担持体と対向する先端側の頂点を通り、前記現像剤担持体に接する接線のうち、前記現像剤担持体との接点が前記現像剤担持体の回転方向上流側となる接線をS2とし、前記接線S2と前記現像剤担持体との接点をP2としたとき、前記現像剤担持体の周面で前記一対の磁極間において、前記現像剤担持体の法線方向における磁気力Frがゼロ、もしくは前記Frが極小となる剥ぎ取り位置Qが、前記P2よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側となるように構成されていることを特徴とする現像装置。 - 前記現像剤担持体の回転軸線方向と直交する断面において、前記現像剤担持体と前記第二の搬送部材の共通内接線のうち、前記現像剤担持体との接点が前記現像剤担持体の回転方向上流側となる接線をS1とし、前記接線S1の前記現像剤担持体との接点P1としたとき、前記現像剤担持体の周方向で前記一対の磁極間において、前記現像剤担持体の法線方向における磁気力Frがゼロ、もしくは前記Frが極小となる剥ぎ取り位置Qが、前記P1よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側となるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記剥ぎ取り位置Qは、前記現像剤担持体の回転中心よりも鉛直方向に関して上方に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の現像装置。
- 前記第2の搬送部材は、前記現像剤担持体と対向する側の領域が、鉛直方向に関して上方から下方に移動するように回転するように設けられていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の現像装置。
- 前記第1の搬送部材は、前記現像剤担持体と対向する側の領域が、鉛直方向に関して下方から上方に移動するように回転するように設けられていることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の現像装置。
- 前記回収室よりも鉛直方向に関して下方で前記現像室よりも上方に設けられ、前記回収室から供給される現像剤を収容するとともに、前記現像室に搬送するための撹拌室と、
前記撹拌室に回転可能に設けられ、前記撹拌室の現像剤を前記第1の搬送部材の搬送方向と逆方向に搬送する第3の搬送部材と、を有することを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の現像装置。 - 前記一対の磁極は、前記一対の磁極間に実質的に無磁力帯が形成されるように、前記一対の磁力間に前記一対の磁極と異極となる磁極が配置される構成も含むことを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の現像装置。
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