以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る画像形成装置10について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、画像形成装置の一例として、タンデム方式のカラープリンタを例示する。画像形成装置は、例えば、複写機、ファクシミリ装置、及びこれらの複合機等であってもよい。
図1は、画像形成装置10の内部構造を示す断面図である。この画像形成装置10は、箱形の筐体構造を備える装置本体11を備える。この装置本体11内には、シートPを給紙する給紙部12、給紙部12から給紙されたシートPに転写するトナー像を形成する画像形成部13、前記トナー像が一次転写される中間転写ユニット14、二次転写ローラー145、画像形成部13にトナーを補給するトナー補給部15、及び、シートP上に形成された未定着トナー像をシートPに定着する処理を施す定着部16が内装されている。さらに、装置本体11の上部には、定着部16で定着処理の施されたシートPが排紙される排紙部17が備えられている。
装置本体11内には、さらに、画像形成部13より右側位置に、上下方向に延びるシート搬送路111が形成されている。シート搬送路111には、適所にシートを搬送する搬送ローラー対112が設けられている。また、シートのスキュー矯正を行うと共に、後述する二次転写のニップ部に所定のタイミングでシートを送り込むレジストローラー対113も、シート搬送路111における前記ニップ部の上流側に設けられている。シート搬送路111は、シートPを給紙部12から排紙部17まで、画像形成部13(二次転写ニップ部)及び定着部16を経由して搬送させる搬送路である。
給紙部12は、給紙トレイ121、ピックアップローラー122、及び給紙ローラー対123を備える。給紙トレイ121は、装置本体11の下方位置に挿脱可能に装着され、複数枚のシートPが積層されたシート束P1を貯留する。ピックアップローラー122は、給紙トレイ121に貯留されたシート束P1の最上面のシートPを1枚ずつ繰り出す。給紙ローラー対123は、ピックアップローラー122によって繰り出されたシートPをシート搬送路111に送り出す。
画像形成部13は、シートPに転写するトナー像を形成するものであって、異なる色のトナー像を形成する複数の画像形成ユニットを備える。この画像形成ユニットとして、本実施形態では、後述する中間転写ベルト141の回転方向上流側から下流側へ(図1に示す左側から右側へ)向けて順次配設された、マゼンタ(M)色の現像剤を用いるマゼンタ用ユニット13M、シアン(C)色の現像剤を用いるシアン用ユニット13C、イエロー(Y)色の現像剤を用いるイエロー用ユニット13Y、及びブラック(Bk)色の現像剤を用いるブラック用ユニット13Bkが備えられている。各ユニット13M、13C、13Y、13Bkは、それぞれ感光体ドラム20と、感光体ドラム20の周囲に配置された帯電装置21、現像装置23及びクリーニング装置25とを備える。また、各ユニット13M、13C、13Y、13Bk共通の露光装置22が、画像形成ユニットの下方に配置されている。
感光体ドラム20は、その軸回りに回転駆動され、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。この感光体ドラム20としては、一例としてOPC感光体ドラムが用いられている。各色の画像形成ユニットに対応して、感光体ドラム20がそれぞれ配置される。帯電装置21は、感光体ドラム20の表面を均一に帯電する。帯電装置21は、帯電ローラーと、前記帯電ローラーに付着したトナーを除去するための帯電クリーニングブラシとを備える。露光装置22は、光源やポリゴンミラー、反射ミラー、偏向ミラーなどの各種の光学系機器を有し、均一に帯電された感光体ドラム20の周面に、画像データに基づき変調された光を照射して、静電潜像を形成する。また、クリーニング装置25は、トナー像転写後の感光体ドラム20の周面を清掃する。
現像装置23は、感光体ドラム20上に形成された静電潜像を現像するために、感光体ドラム20の周面にトナーを供給する。現像装置23は、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤用のものである。なお、本実施形態では、トナーはプラスの極性に帯電する特性を備える。
中間転写ユニット14は、画像形成部13とトナー補給部15との間に設けられた空間に配置される。中間転写ユニット14は、中間転写ベルト141と、駆動ローラー142と、従動ローラー143と、一次転写ローラー24と、を備える。
中間転写ベルト141は、無端状のベルト状回転体であって、その周面側が各感光体ドラム20の周面にそれぞれ当接するように、駆動ローラー142及び従動ローラー143に架け渡されている。中間転写ベルト141は、一の方向に周回駆動され、感光体ドラム20から転写されたトナー像を表面に担持する。
駆動ローラー142は、中間転写ユニット14の右端側で中間転写ベルト141を張架し、中間転写ベルト141を周回駆動させる。駆動ローラー142は金属ローラーからなる。従動ローラー143は、中間転写ユニット14の左端側で中間転写ベルト141を張架する。従動ローラー143は、中間転写ベルト141に張力を付与する。
一次転写ローラー24は、中間転写ベルト141を挟んで感光体ドラム20と一次転写ニップ部を形成し、感光体ドラム20上のトナー像を中間転写ベルト141上に一次転写する。各色の感光体ドラム20に対向して、それぞれ、一次転写ローラー24が配置される。
二次転写ローラー145は、中間転写ベルト141を挟んで駆動ローラー142に対向して配置されている。二次転写ローラー145は、中間転写ベルト141の周面に圧接されて二次転写ニップ部を形成している。中間転写ベルト141上に一次転写されたトナー像は、給紙部12から供給されるシートPに、前記二次転写ニップ部において二次転写される。本実施形態の中間転写ユニット14および二次転写ローラー145は、本発明の転写部を構成する。転写部は、感光体ドラム20からシートPにトナー像を転写する。
トナー補給部15は、画像形成に用いられるトナーを貯留するものであり、本実施形態ではマゼンタ用トナーコンテナ15M、シアン用トナーコンテナ15C、イエロー用トナーコンテナ15Y及びブラック用トナーコンテナ15Bkを備える。これらトナーコンテナ15M、15C、15Y、15Bkは、MCYBk各色に対応する画像形成ユニット13M、13C、13Y、13Bkの現像装置23に、不図示のトナー搬送部を通して各色のトナーを補給する。
定着部16へ供給されたシートPは、定着ニップ部を通過することで加熱加圧される。これにより、前記二次転写ニップ部でシートPに転写されたトナー像は、シートPに定着される。
排紙部17は、装置本体11の頂部が凹没されることによって形成され、この凹部の底部に排紙されたシートPを受ける排紙トレイ171が形成されている。定着処理が施されたシートPは、定着部16の上部から延設されたシート搬送路111を経由して、排紙トレイ151へ向けて排紙される。
次に、図1に加え、図2および図3Aを参照して、本実施形態に係る現像装置23について、更に詳述する。図2は、本実施形態に係る現像装置23の内部構造を示す模式的な断面図である。図3Aは、本実施形態に係る現像装置23において、現像ローラー231および搬送ローラー232における現像剤の流れを説明するための模式的な断面図である。
図2を参照して、現像装置23は、ハウジング23Hと、現像ローラー231と、搬送ローラー232と、攪拌スクリュー233と、仕切り板234と、第1層厚規制部材235A(第1規制部材)と、第2層厚規制部材235B(第2規制部材)と、現像剤搬送路236と、を含む。ハウジング23Hは、現像装置23の各部材を支持する筐体部分である。
現像ローラー231は、表面に静電潜像が形成される感光体ドラム20に所定の現像位置NP(図2)で対向して配置され、感光体ドラム20にトナーを供給する。現像ローラー231は、第1磁石231Aと、第1スリーブ231Bと、を備える(図2)。なお、本実施形態では、現像位置NPは、感光体ドラム20と現像ローラー231との最近接位置を含む。第1磁石231Aは、周方向に沿って複数の磁極を含み、ハウジング23Hに固定された円柱状の磁石である。第1スリーブ231Bは、第1磁石231Aの周囲を第1回転方向(図2、図3Aの矢印D1方向)に回転され、周面にトナーおよび磁性キャリアを含む現像剤を担持する。本実施形態では、第1スリーブ231Bは、アルミ製の円管部材(基材)からなる。第1スリーブ231Bの表面には、公知の溝形状(ローレット溝)が施されている。現像ローラー231の第1スリーブ231Bは、ハウジング23Hに回転可能に支持されている。なお、他の実施形態において、第1スリーブ231Bの円管部材の周面には、サンドブラスト処理(ブラスト処理)が施されているとともに、更に、その周面上に施されたNiメッキ層を含むものでもよい。この場合には、第1スリーブ231BのNiメッキ層の表面は、所定の表面粗さを備えている。そして、第1スリーブ231Bの表面粗さRzjisは、4.0μmから14.0μmの範囲に設定されることが望ましい。
搬送ローラー232は、現像ローラー231に所定の第1対向位置TP(図2)で対向するように配置され、現像ローラー231に現像剤を供給する。なお、本実施形態では、第1対向位置TPは、搬送ローラー232と現像ローラー231との最近接位置を含む。搬送ローラー232は、第2磁石232Aと、第2スリーブ232Bと、を備える。第2磁石232Aは、周方向に沿って複数の磁極を含み、ハウジング23Hに固定されている。第2スリーブ232Bは、第2磁石232Aの周囲を第2回転方向(図3Aの矢印D2方向)および第2回転方向とは反対の第3回転方向(図3Aの矢印D3方向)に回転可能とされ、周面にトナーおよびキャリアを含む現像剤を担持する。第2スリーブ232Bの表面には、公知の溝形状(ローレット溝)が施されている。第2スリーブ232Bは、ハウジング23Hに回転可能に支持されている。
なお、現像ローラー231および搬送ローラー232には、不図示のバイアス印加部によって、直流バイアスに交流バイアスが重畳された現像バイアスが印加される。また、図3Aに示すように、現像ローラー231が回転する第1回転方向D1、および搬送ローラー232が回転する第2回転方向D2は、第1対向位置TPにおいて互いに対向するように設定されている(カウンタ方向)。
攪拌スクリュー233は、2成分現像剤を攪拌しながら循環搬送することで、トナーを帯電させる。攪拌スクリュー233は、第1スクリュー233A(現像剤供給部材)と、第2スクリュー233Bと、を備える。現像剤搬送路236は、現像剤を攪拌しながら搬送する搬送路である。現像剤搬送路236は、第1搬送路236Aと、第2搬送路236Bと、を備える。第1搬送路236Aおよび第2搬送路236Bは、現像ローラー231および搬送ローラー232の長手方向(軸方向)に沿って延びている。第1搬送路236Aと第2搬送路236Bとの間は、仕切り板234によって仕切られている。なお、仕切り板234の両端部は、第1搬送路236Aおよび第2搬送路236Bよりも短く設定され、第1搬送路236Aおよび第2搬送路236Bが互いに連通する不図示の連通路が形成されている。
第1スクリュー233Aは、第1搬送路236Aに回転可能に配置され、第2スクリュー233Bは、第2搬送路236Bに回転可能に配置されている。第1スクリュー233Aは、第1搬送路236Aにおいて搬送ローラー232に所定の第2対向位置SP(図2)で対向するように配置され、搬送ローラー232に現像剤を供給する。また、トナー補給部15から補給されたトナーは、第2搬送路236Bの軸方向の一端側からハウジング23H内に流入し、他の現像剤と攪拌される。
第1層厚規制部材235Aは、搬送ローラー232の周面に対向して配置された非磁性金属からなる板状部材である。特に、第1層厚規制部材235Aは、第2対向位置SPよりも第2回転方向下流側で、搬送ローラー232に対向して配置されている。第1層厚規制部材235Aは、搬送ローラー232の第2スリーブ232B上の現像剤の搬送量(層厚)を規制する。なお、他の実施形態において、第1層厚規制部材235Aの第2回転方向上流側の側面には、磁性部材が固定されてもよい。
同様に、第2層厚規制部材235Bは、搬送ローラー232の周面に対向して配置された非磁性金属からなる板状部材である。特に、第2層厚規制部材235Bは、第2対向位置SPよりも第2回転方向上流側(第3回転方向下流側)で、搬送ローラー232に対向して配置されている。第2層厚規制部材235Bもまた、搬送ローラー232の第2スリーブ232B上の現像剤の搬送量(層厚)を規制する。なお、他の実施形態において、第2層厚規制部材235Bの第3回転方向上流側の側面にも、磁性部材が固定されてもよい。また、本実施形態では、第2駆動部52によって第2スリーブ232Bが第2回転方向に回転された場合に第1層厚規制部材235Aによって規制された第2スリーブ232B上の現像剤の搬送量をA(g/m2)、第2駆動部52によって第2スリーブ232Bが第3回転方向に回転された場合に第2層厚規制部材235Bによって規制された第2スリーブ232B上の現像剤の搬送量をB(g/m2)とした場合、AとBとが略等しくなるように、第1層厚規制部材235Aおよび第2層厚規制部材235Bと第2スリーブ232Bとの間のギャップが調整されている。このため、第2スリーブ232Bがどちらの回転方向に回転された場合でも、感光体ドラム20上に同じ濃度の画像を形成することができる。
第1駆動部51は、不図示のモーターおよびギアからなり、現像ローラー231の第1スリーブ231Bおよび攪拌スクリュー233(第1スクリュー233A、第2スクリュー233B)をそれぞれ図2の矢印方向(第1スリーブ231Bは第1回転方向)に回転させる。第2駆動部52も同様に、不図示のモーターおよびギアからなる。第2駆動部52のモーターは正逆回転可能とされ、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bを前述の第2回転方向(図3Aの矢印D2)および第3回転方向(図3Aの矢印D3)に回転させる。制御部50は、第1駆動部51および第2駆動部52のオン、オフのタイミング、第2駆動部52の回転方向を制御する。
また、図2に示すように、現像ローラー231は、感光体ドラム20よりも下方に配置され、搬送ローラー232は、現像ローラー231よりも更に下方に配置されている。また、第1スクリュー233Aは、搬送ローラー232よりも下方に配置されている。
図2を参照して、トナーおよびキャリアからなり、現像剤搬送路236で循環搬送された現像剤は、第1スクリュー233Aから搬送ローラー232に供給される。その後、第1層厚規制部材235Aまたは第2層厚規制部材235Bによって現像剤の層厚が規制された後、当該現像剤は現像ローラー231に供給される。現像位置NP(図3)においてトナーの一部が感光体ドラム20に供給されると、現像ローラー231の第1スリーブ231Bから現像剤が剥離される(図2の矢印DF)。本実施形態では、第1スリーブ231Bから剥離された現像剤は、第2搬送路236Bに流入する。他の実施形態において、第1スリーブ231Bから剥離された現像剤は、第1搬送路236Aに流入してもよい。
図2および図3Aを参照して、本実施形態では、現像ローラー231の第1磁石231Aは、周方向に沿って5つの磁極を備えている。現像ローラー231と搬送ローラー232との第1対向位置TPに対向して、N1極(第1磁極)が配置されている。また、N1極の第1回転方向下流側には、S1極が配置されている。S1極は、搬送ローラー232から受け取った現像剤を感光体ドラム20側に搬送する搬送極として機能する。更に、S1極の第1回転方向下流側には、感光体ドラム20にトナーを供給する主極として機能するN2極が配置される。N2極は、現像位置NPの近傍に配置されている。
更に、第1磁石231Aは、現像位置NPよりも第1回転方向下流側、かつ、第1対向位置TPよりも第1回転方向上流側において、2つの磁極(S2、N3)を備えている。S2極は、N2極の第1回転方向下流側に配置される。N3極は、S2極の更に第1回転方向下流側に配置されている。この結果、第1磁石231Aは、現像位置NPよりも第1回転方向下流側において隣接する2つ(複数)の同極の磁極であるN3極、N1極を備える。そして、N3極およびN1極の間には反発磁界が形成される。このため、N3極およびN1極によって形成される磁界によって、現像ローラー231の第1スリーブ231Bから現像剤が剥離される(図2の矢印DF)。
表1には、本実施形態に係る第1磁石231Aとして、5つの磁極の角度および磁力(半径方向成分のピーク値)を例示したものが示されている。なお、表1に示される各磁極の角度は、図2の第1対向位置TPを始点(角度0°)として、換言すれば、現像ローラー231の軸心と搬送ローラー232の軸心とを結ぶ直線を始点として、第1回転方向に沿って示されている。
一方、図2および図3Aを参照して、搬送ローラー232の第2磁石232Aは、周方向に沿って3つの磁極を備えている。現像ローラー231と搬送ローラー232との第1対向位置TPを挟んで第1磁石231AのN1極に対向するように、S11極(第2磁極)が配置されている。また、S11極の第2回転方向(D2)下流側には、N11極が配置されている。また、N11極の第2回転方向下流側には、N12極が配置されている。前述の第1層厚規制部材235Aは、N12極に対向するように第2スリーブ232Bに対して所定の間隔をおいて配置され、第2層厚規制部材235Bは、N11極に対向するように第2スリーブ232Bに対して所定の間隔をおいて配置されている。この結果、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bが第2回転方向(図3Aの矢印D2)に回転されると、N12極が、第1スクリュー233Aから現像剤を汲み上げる汲上極として機能するとともに、第1層厚規制部材235Aとの間で現像剤の搬送量を規制する規制極としても機能する。一方、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bが第3回転方向(図3Aの矢印D3)に回転されると、N11極が、第1スクリュー233Aから現像剤を汲み上げる汲上極として機能するとともに、第2層厚規制部材235Bとの間で現像剤の搬送量を規制する規制極としても機能する。このように、本実施形態では、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤が受け渡される前に、現像剤の層厚を安定して規制することができる。
表2には、本実施形態に係る第2磁石232Aの一例として、3つの磁極の角度および磁力(半径方向成分のピーク値)が示されている。表2に示される各磁極の角度は、図2の第1対向位置TPを始点(角度0°)として、換言すれば、現像ローラー231の軸心と搬送ローラー232の軸心とを結ぶ直線を始点として、第2回転方向に沿って示されている。
図2を参照して、感光体ドラム20上の静電潜像をトナーで顕在化する現像動作時に、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bが常に第2回転方向(図3Aの矢印D2)に回転され続けると、第1層厚規制部材235Aの裏側(第1スクリュー233A側)に滞留する現像剤には強いストレスがかかり続ける。この結果、現像剤が徐々に劣化し、トナーの帯電性が低下する。帯電性が低下したトナーは、画像上でトナーかぶり(現像剤かぶり)を引き起こしてしまう。更に、現像剤の凝集物や繊維などの異物が第2スリーブ232Bと第1層厚規制部材235Aとの間に挟まってしまうと、第1層厚規制部材235Aを通過した現像剤に部分的に層厚の低い部分が発生する。この層厚の差は、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤が受け渡された後も残存し、画像上に筋画像となって現れる。
本実施形態では、このような問題を解決するために、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bが第2回転方向に加え、第3回転方向に回転可能とされている。更に、搬送ローラー232の第2スリーブ232B上の層厚を規制する部材として、第1層厚規制部材235Aに加え、第2層厚規制部材235Bが備えられている。このため、制御部50(図2)は、画像形成装置10において、印刷ジョブ毎に、第2スリーブ232Bの回転方向を順に切り替えることができる。第2スリーブ232Bが第2回転方向に回転されると、現像剤は、図2の第1ルートR1を通って、現像位置NPに至る。一方、第2スリーブ232Bが第3回転方向に回転されると、現像剤は、図2の第2ルートR2を通って、現像位置NPに至る。この結果、第1層厚規制部材235Aおよび第2層厚規制部材235Bの裏側で、同じ現像剤がストレスを受け続けることが抑止される。また、第2スリーブ232Bの逆回転時に、第1層厚規制部材235Aまたは第2層厚規制部材235Bに挟まった異物などを取り除くことができる。この際、搬送ローラー232の下方であって、第1層厚規制部材235Aおよび第2層厚規制部材235Bの下方には、第1スクリュー233Aが配置されている。このため、重力の作用によって異物などを現像剤搬送路236に回収することができる。なお、第2スリーブ232Bの回転方向の切り替えは、一の印刷ジョブ中に行われてもよい。また、画像上に筋画像が発生した場合に、画像形成装置10に備えられた不図示の操作部に設けられたモード切替ボタンが操作者によって押圧されることで、制御部50が第2スリーブ232Bの回転方向を逆転させてもよい。
なお、本実施形態では、第1磁石231AのN1極の最大磁力(垂直方向成分のピーク磁力)は、第2磁石232AのS11極の最大磁力よりも大きく設定されている。この結果、第2スリーブ232Bが第2回転方向および第3回転方向のいずれの方向に回転された場合であっても、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤を安定して受け渡すことができる。
また、本実施形態では、現像ローラー231の第1磁石231Aが、同極のN3極およびN1極を備え、第1スリーブ231B上の現像剤を第1対向位置TPよりも第1回転方向上流側において剥離させることができる(図2の矢印DF)。このため、現像位置NPを通過した現像剤が第1対向位置TPに進入することが抑止される。この結果、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bが第2回転方向および第3回転方向のいずれの方向に回転された場合でも、第1対向位置TPで現像剤が凝集、固着することが抑止される。
なお、前述のように、感光体ドラム20上の静電潜像を現像する現像動作に、現像ローラー231および搬送ローラー232には、直流バイアスに交流バイアスが重畳された現像バイアスが印加される。これによって、現像位置NP(現像ニップ)では交流バイアスによる振動電界が形成されるため、感光体ドラム20上の背景部に付着したかぶりトナーを回収することができる。しかしながら、このような振動電界は、トナーを現像ローラー231の第1スリーブ231B上にも引き付ける。この結果、第1スリーブ231Bの表面には、トナー層(トナー膜)が形成されやすくなる。
現像ローラー231の第1スリーブ231Bに形成されるトナー層の厚みは、画像部と背景部とで異なり、この厚みの差が履歴として残存する。このようなトナーの消費履歴によってハーフトーン画像上には、ゴースト画像が発生しやすい。このような履歴は、上記のトナー層におけるトナーの消費量の差に基づくものであり、次のハーフトーン画像では残存するトナーの電荷分だけ第1スリーブ231Bと感光体ドラム20との間の電位差が部分的にシフトすることに起因している。
一方、本実施形態では、第2スリーブ232Bの回転方向が第2回転方向と第3回転方向との間で切替可能とされている。特に、第2スリーブ232Bが第3回転方向に回転されると、第2スリーブ232B上の現像剤は、第1対向位置TPを通過する。この際、第1対向位置TPにおいて現像剤の密度が増大し、第1スリーブ231B上に付着したトナー層が研磨される。この結果、上記のようなゴースト画像の発生が抑止される。なお、本実施形態では、一例として、現像ローラー231と感光体ドラム20との間のギャップ(現像位置NP)が、0.25mmよりも大きく0.40mm以下に設定される。一方、現像ローラー231と搬送ローラー232との間のギャップ(第1対向位置TP)は、0.18mm以上0.25mm以下に設定される。換言すれば、現像ローラー231と搬送ローラー232との間のギャップは、現像ローラー231と感光体ドラム20との間のギャップよりも狭く設定される。そして、このように対向位置TPが狭く設定されることで、上記のようなトナー層の研磨効果が促進される。
次に、実施例に基づいて、本発明を更に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。後記の各実験では、以下の実験条件において実験を行った。
<実験条件>
・プリント速度:26枚/分
・感光体ドラム20:OPC感光体、直径φ24mm、表面電位Vo(白地部、背景部)=+450V、VL(画像部)=+100V、周速=164.92mm/sec
・第1層厚規制部材235Aおよび第2層厚規制部材235Bと第2スリーブ232Bとのギャップ:200〜600μm
・搬送ローラー232、現像ローラー231上の現像剤搬送量(層厚規制後):100〜300g/m2
・キャリア:体積平均粒径35μm、磁力80emu/g、フェライト樹脂コートキャリア
・トナー:体積平均粒径6.8μm、トナー濃度7%、正帯電性
現像ローラー231の条件は以下のとおりである。
・現像ローラー231:直径φ16mm
・現像ローラー231の感光体ドラム20に対する周速比:1.6(対向位置で同方向、トレール方向)、周速=263.89mm/sec
・現像ローラー231と感光体ドラム20とのギャップ:300μm
・現像バイアス:直流バイアス=350V、交流バイアス=Vpp1.2kV、周波数f4kHz、Duty50%、矩形波(なお、搬送ローラー232および層厚規制部材235も同電位である)。
・第1スリーブ231Bの表面条件:ローレットV溝(溝深さ80μm、溝幅0.2mm、溝本数120本)
また、実験に用いた現像ローラー231の磁極分布は、先の表1に示された条件である。なお、以下の現像ローラー231および搬送ローラー232の磁力測定は、日本電磁測器株式会社 GAUSS METER Model GX−100を用いて行った。
また、実験に用いた搬送ローラー232の条件は以下のとおりである。
・搬送ローラー232:直径φ12mm
・第2スリーブ232Bの表面条件:ローレットV溝(溝深さ80μm、溝幅0.2mm、溝本数120本)
・搬送ローラー232の現像ローラー231に対する周速比:1.0、周速=263.89mm/sec
・搬送ローラー232と現像ローラー231とのギャップ:250μm
また、実験に用いた搬送ローラー232の磁極分布は、先の表2に示されたものである。
上記の実験条件のもとで行った比較例1、比較例2および実施例の結果を表3に示す。
比較例1は、図2に示す第1ルートR1のみを使用し、第2スリーブ232Bを第2回転方向だけに回転させ、耐久印刷(印刷枚数1000枚、1印刷ジョブあたり10枚)を行った結果である。比較例1では、耐刷による現像剤の劣化が原因と推定されるトナーかぶりが発生した。また、劣化トナーによる現像ローラー231の表面へのトナー付着が多く確認された。
比較例2は、図2に示す第2ルートR2のみを使用し、第2スリーブ232Bを第3回転方向だけに回転させ、上記と同様の耐久印刷を行った結果である。ここでも、耐刷による現像剤の劣化が原因と推定されるトナーかぶりが発生した。なお、現像ローラー231の表面へのトナー付着は比較例1よりも少なかった。これは、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤が受け渡される過程で、現像剤が第2対向位置TPを通過する際に、現像ローラー231の第1スリーブ231Bに付着したトナー層が、現像剤によって研磨されるためである。
実施例は、図2に示す第1ルートR1および第2ルートR2が印刷ジョブ毎に交互に使用されながら、上記と同様の耐久印刷を行った結果である。ここでは、耐刷による現像剤の劣化が原因と推定されるトナーかぶり発生しなかった。また、現像ローラー231の表面へのトナー付着は、比較例2と同様に良好な結果となった。
なお、上記の実験において、トナー濃度5%以上12%以下の範囲で、上記と同様の評価を行ったところ、トナーかぶりおよびトナー付着の抑制効果に関して同様の結果が得られた。更に、現像ローラー231および搬送ローラー232の直径が12mm以上35mm以下の範囲、感光体ドラム20の周速が200mm/sec以上400mm/sec以下の範囲で同様の評価を行った場合も、トナーかぶりおよびトナー付着の抑制効果に関して同様の結果が得られた。
以上、本発明の一実施形態に係る現像装置23およびこれを備える画像形成装置10につき詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば以下のような変形実施形態を取ることができる。
(1)上記の実施形態では、第1磁石231AがN1極を備え、第2磁石232AがS11極を備える態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。第1磁石231Aおよび第2磁石232Aの磁極は、それぞれS極とN極との間で反転されたものでもよい。
(2)また、上記の実施形態および実施例では、現像ローラー231、搬送ローラー232、第1層厚規制部材235Aおよび第2層厚規制部材235Bが同電位に設定される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。現像ローラー231、搬送ローラー232には個別の現像バイアスが印加されてもよい。また、第1層厚規制部材235Aおよび第2層厚規制部材235Bは電位的にフローティング状態とされてもよい。
(3)また、上記の実施形態では、第1層厚規制部材235Aおよび第2層厚規制部材235Bが同じ現像剤の搬送量を規制する態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、第2駆動部52によって第2スリーブ232Bが第2回転方向に回転された場合に第1層厚規制部材235Aによって規制された第2スリーブ232B上の現像剤の搬送量をA(g/m2)、第2駆動部52によって第2スリーブ232Bが第3回転方向に回転された場合に第2層厚規制部材235Bによって規制された第2スリーブ232B上の現像剤の搬送量をB(g/m2)とした場合、A<Bの関係が満たされるように、第1層厚規制部材235Aおよび第2層厚規制部材235Bと第2スリーブ232Bとの間のギャップが調整されてもよい。この場合、搬送ローラー232の回転方向を切り替えることで、現像ローラー231に供給される現像剤量を調整することができる。この結果、印刷される画像に応じて、画像濃度を調整することができる。
この場合、制御部50(図2)は、第2スリーブ232Bの回転方向を、印刷ジョブ毎、印刷画像の印字率、所定の印字枚数、使用環境の変化、印字速度など様々な使用状況に応じて自動で切り替えてもよい。具体的には、制御部50は、印刷ジョブ終了時に毎回第2スリーブ232Bの回転方向を切り替えてもよい。また、制御部50は、印字率が予め設定された閾値よりも低い場合には、現像剤の搬送量が少ない第2回転方向を選択し、印字率が前記閾値よりも高い場合には、現像剤の搬送量が多い第3回転方向を選択してもよい。更に、制御部50は、トナーの帯電量が高くなり画像濃度が低くなりやすい低温低湿環境では現像剤の搬送量が多い第3回転方向を選択し、トナーの帯電量が低くなり画像濃度が高くなりやすい高温高湿環境では現像剤の搬送量が少ない第2回転方向を選択してもよい。更に、画像形成装置10が、複数の印字速度を持つ場合がある。一例として、画像形成装置10が、通常印字速度モードと、半速印字速度モードとをもつ場合があげられる。このうち、トナー像が形成されたシートPが定着部16のニップ部を通過する時間が長くなる半速モードでは、トナーの定着時間が長くなるため、画像濃度が高くなりやすい。このため、制御部50は、半速印字速度モード時には、現像剤の搬送量が少ない第2回転方向を選択してもよい。現像ローラー231上の現像剤量が低下されることで、感光体ドラム20の静電潜像に飛翔するトナーが減少し、トナー像の濃度が低下される。
また、前述のように、第2スリーブ232Bが第3回転方向に回転される場合には、第1対向位置TPに多くの現像剤を滞留させることができる。このため、現像ローラー231の第1スリーブ231Bの表面をクリーニングすることが可能となる。この際、制御部50は、不図示の現像バイアス印加部を制御して、トナーが現像ローラー231から搬送ローラー232側に移動するような電位差を現像ローラー231と搬送ローラー232との間に設けてもよい。この場合、現像ローラー231から引き剥がされたトナーを搬送ローラー232側に回収することが可能となる。
(4)また、上記の実施形態では、第1対向位置TPにおいて、一対の磁極(N1極、S11極)が対向する態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図3Bは、本発明の変形実施形態に係る現像装置23Mにおいて、現像ローラー231Mおよび搬送ローラー232Mにおける現像剤の流れを説明するための模式的な断面図である。本変形実施形態では、先の実施形態と比較して、第1対向位置TPの周辺に2対の磁極が配置される点で相違するため、当該相違点を中心に説明する。現像ローラー231Mの第1スリーブは、第1回転方向(図3Bの矢印D1)に回転される。また、搬送ローラー232Mの第2スリーブは、第2回転方向(図3Bの矢印D2)および第3回転方向(図3Bの矢印D3)に選択的に回転される。搬送ローラー232MのN12極には、第1層厚規制部材235AM(第1規制部材)が対向して配置され、搬送ローラー232MのN11極には、第2層厚規制部材235BM(第2規制部材)が対向して配置されている。
なお、現像ローラー231Mの第1磁石の磁極条件を表4に示し、搬送ローラー232Mの磁極条件を表5に示す。いずれの表においても、磁極の角度の規定は、前述の表1、表2と同様である。
本変形実施形態では、現像ローラー231Mの第1磁石は、第1対向位置(現像ローラー231Mと搬送ローラー232Mとが対向する位置、図2のTPと同様)の第1回転方向下流側に配置されたS1極(第3磁極)と、前記第1対向位置の第1回転方向上流側に配置され、S1極とは異極のN4極(第4磁極)と、を備える。一方、搬送ローラー232Mの第2磁石は、第1対向位置の第2回転方向上流側でS1極に対向して配置され、S1極とは異極のN13極(第5磁極)と、前記第1対向位置の第2回転方向下流側に配置され、かつ、N4極に対向して配置され、N1極とは異極のS11極(第6磁極)と、を備える。換言すれば、図3Bでは、現像ローラー231Mと搬送ローラー232Mとの対向位置の周辺には、対向する異極同士の磁極対が2つ配置されている。
搬送ローラー232Mの第2スリーブが第2回転方向(D2)に回転された場合、搬送ローラー232M上の現像剤は、N13極からS1極に引き寄せられ、現像ローラー231M側に受け渡される。一方、搬送ローラー232Mの第2スリーブが第3回転方向(D3)に回転された場合、搬送ローラー232M上の現像剤の一部は、S11極からN4極に引き寄せられ、現像ローラー231M側に受け渡される。また、搬送ローラー232M上の他の現像剤は、現像ローラー231Mと搬送ローラー232Mとの間を通過しながら、N13極からS1極側に受け渡される。この際、現像ローラー231Mと搬送ローラー232Mとの間を現像剤が通過することで、現像ローラー231M上に付着したトナー層が研磨される。
このような構成では、第1回転方向に沿って第1対向位置の周辺の現像ローラー231Mの磁極を見た場合、上流側から下流側に向かって磁極の磁力が順に大きく設定されることが望ましい。更に、第3回転方向に沿って第1対向位置の周辺の搬送ローラー232Mの磁極を見た場合、上流側から下流側に向かって磁極の磁力が順に磁力を大きく設定されることが望ましい。加えて、第1対向位置の周辺の磁極の磁力を比較すると、搬送ローラー232M側よりも現像ローラー231M側の磁力が大きく設定されることが望ましい。すなわち、図3BのS1極、N4極、N13極およびS11極の最大磁力をそれぞれ、M3、M4、M5およびM6(mT)とした場合、M6<M5<M3、かつ、M4<M3の関係が満たされていることが望ましい。この場合、搬送ローラー232Mが第2回転方向および第3回転方向のいずれの方向に回転された場合でも、搬送ローラー232Mから現像ローラー231Mに現像剤を安定して受け渡すことができる。
更に、図3BのS11極およびN4極の最大磁力について、M6<M4の関係が満たされていることが望ましい。この場合、現像ローラー231Mおよび搬送ローラー232Mの対向位置(第1対向位置)よりも上流側において、搬送ローラー232Mから現像ローラー231Mに現像剤を更に安定して受け渡すことができる。
更に、図4A乃至図4Eは、本発明の他の変形実施形態に係る現像装置23N、23P、23Q、23Rおよび23Xにおいて、現像ローラー231Mおよび搬送ローラー232Mにおける現像剤の流れを説明するための模式的な断面図である。なお、図4A乃至図4Eでは、先の実施形態に係る現像装置23の部材と同様の構成および機能を備える部材について、現像装置23の各部材の末部に、それぞれ、N、P、Q、RおよびXを付して示している。
図4Aの現像装置23Nでは、第1ルートR1に沿って搬送ローラー232Nから現像ローラー231Nに現像剤が受け渡される領域では、異極の磁極が配置されている(N13極、S1極)。一方、第2ルートR2に沿って搬送ローラー232Nから現像ローラー231Nに現像剤が受け渡される領域では、同極の磁極が配置されている(N11極、N4極)。このような構成においても、制御部50が現像剤の供給ルートを切り替えることで、第1層厚規制部材235ANおよび第2層厚規制部材235BNの裏側で現像剤が劣化することが抑止される。この結果、トナーかぶりや筋画像の発生が抑止される。また、このような構成では、第1対向位置の周辺において搬送ローラー232N側に同極の磁極が隣接して配置される。この結果、搬送ローラー232Nから現像剤がスムーズに分離され、現像ローラー231N側に移動される。なお、現像装置23Nの現像ローラー231Nおよび搬送ローラー232Nの各磁極角度および磁力の一例を、それぞれ、表6および表7に示す。
図4Bの現像装置23Pでは、第1ルートR1に沿って搬送ローラー232Pから現像ローラー231Pに現像剤が受け渡される領域では、同極の磁極が配置されている(S13極、S1極)。一方、第2ルートR2に沿って搬送ローラー232Pから現像ローラー231Pに現像剤が受け渡される領域では、異極の磁極が配置されている(S11極、N4極)。このような構成においても、制御部50が現像剤の供給ルートを切り替えることで、第1層厚規制部材235APおよび第2層厚規制部材235BPの裏側で現像剤が劣化することが抑止される。また、このような構成でも、第1対向位置の周辺において搬送ローラー232P側に同極の磁極が隣接して配置される。この結果、搬送ローラー232Pから現像剤がスムーズに分離され、現像ローラー231P側に移動される。この結果、トナーかぶりや筋画像の発生が抑止される。なお、現像装置23Pの現像ローラー231Pおよび搬送ローラー232Pの各磁極角度および磁力の一例を、それぞれ、表8および表9に示す。
また、図4Cの現像装置23Qでは、第1ルートR1に沿って搬送ローラー232Qから現像ローラー231Qに現像剤が受け渡される領域では、異極の磁極が配置されている(S13極、N1極)。一方、第2ルートR2に沿って搬送ローラー232Qから現像ローラー231Qに現像剤が受け渡される領域では、搬送ローラー232Q側にS11極が配置され、現像ローラー231Q側には磁極が配置されていない。この場合、S11極からN1極に延びる磁力線に沿って、現像剤が受け渡される。そして、このような構成においても、制御部50が現像剤の供給ルートを切り替えることで、第1層厚規制部材235AQおよび第2層厚規制部材235BQの裏側で現像剤が劣化することが抑止される。この結果、トナーかぶりや筋画像の発生が抑止される。また、このように、第1対向位置を挟むように3つの磁極が配置されることで、図3Aの2極配置、図3Bの4極配置の場合と比較して、各磁極の磁力の強さ設定の自由度が増大される。なお、現像装置23Qの現像ローラー231Qおよび搬送ローラー232Qの各磁極角度および磁力の一例を、それぞれ、表10および表11に示す。
また、図4Dの現像装置23Rでは、第1ルートR1に沿って搬送ローラー232Rから現像ローラー231Rに現像剤が受け渡される領域では、搬送ローラー232R側に磁極が配置されておらず、現像ローラー231R側にN1極が配置されている。また、第2ルートR2に沿って搬送ローラー232Rから現像ローラー231Rに現像剤が受け渡される領域では、搬送ローラー232R側にS11極が配置され、現像ローラー231R側に磁極が配置されていない。しかしながら、いずれの場合も、S11極からN1極に延びる磁力線に沿って、現像剤が受け渡される。そして、このような構成においても、制御部50が現像剤の供給ルートを切り替えることで、第1層厚規制部材235ARおよび第2層厚規制部材235BRの裏側で現像剤が劣化することが抑止される。この結果、トナーかぶりや筋画像の発生が抑止される。なお、現像装置23Rの現像ローラー231Rおよび搬送ローラー232Rの各磁極角度および磁力の一例を、それぞれ、表12および表13に示す。
また、図4Eの現像装置23Xでは、第1ルートR1に沿って搬送ローラー232Xから現像ローラー231Xに現像剤が受け渡される領域では、異極の磁極が配置されている(N12極、S1極)。一方、第2ルートR2に沿って搬送ローラー232Qから現像ローラー231Qに現像剤が受け渡される領域では、搬送ローラー232Q側に磁極が配置されておらず、現像ローラー231Q側にはN4極が配置されている。この場合、S11極からN4極に延びる磁力線に沿って、現像剤が受け渡される。そして、このような構成においても、制御部50が現像剤の供給ルートを切り替えることで、第1層厚規制部材235AXおよび第2層厚規制部材235BXの裏側で現像剤が劣化することが抑止される。この結果、トナーかぶりや筋画像の発生が抑止される。なお、現像装置23Xの現像ローラー231Xおよび搬送ローラー232Xの各磁極角度および磁力の一例を、それぞれ、表14および表15に示す。