JP2018106043A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

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清文 森本
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Abstract

【課題】現像装置から現像剤が過剰排出されるのを抑制しつつトナーの飛散を抑制する。
【解決手段】静電潜像が表面に形成される潜像担持体40と、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する現像ケース24と、現像剤が表面に担持されて潜像担持体40と対向する現像剤担持体21と、現像剤担持体21及び潜像担持体40と対向するロール状部材26と、を備える現像装置20である。現像剤担持体21とロール状部材26との間隔をA、潜像担持体40とロール状部材26との間隔をBとする。この場合、0.5mm≦A≦1.1mm、かつ、B/A≦0.9の関係を満たす。
【選択図】図2

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関する。
一般に、画像形成装置の現像装置では、トナーの飛散が問題となる。特許文献1には、トナー飛散防止技術として、現像ケースの開口縁部と感光体との間に気流発生ローラを配置し、この気流発生ローラを回転させることで、現像下流領域のトナーを現像ケースの内部空間へ吸い込む吸込気流を増加させることが記載されている。
特開2015−230344号公報
ところで、現像剤として、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を用いる現像装置では、現像剤の長寿命化のために、トリクル排出方式が採用されたものがある。トリクル排出方式は、トナーの補給時に新しいキャリアを混合して現像剤収容室内に補給し、古くなった現像剤を現像剤収容室の現像剤排出口から排出させる方式である。トリクル排出方式は、トリクル現像方式、ADR(Auto Developer Refill)等とも呼ばれる。
特許文献1に記載されたトナー飛散防止技術では、現像ケースの内部空間の内圧が上昇する。このため、トリクル排出方式を採用した現像装置において、特許文献1に記載されたトナー飛散防止技術を採用すると、現像剤排出口から現像剤が過剰排出するという問題が発生する。
そこで、本発明は、現像剤が過剰排出されるのを抑制しつつトナーの飛散を抑制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。
本発明の一側面に係る現像装置は、静電潜像が表面に形成される潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する現像ケースと、現像剤が表面に担持されて潜像担持体と対向する現像剤担持体と、現像剤担持体及び潜像担持体と対向するロール状部材と、を備える現像装置であって、現像剤担持体とロール状部材との間隔をA、潜像担持体とロール状部材との間隔をBとした場合に、0.5mm≦A≦1.1mm、かつ、0mm<B/A≦0.9の関係を満たす。
この現像装置では、現像剤担持体及び潜像担持体と対向するロール状部材を備えることで、現像剤担持体とロール状部材との間の隙間と、潜像担持体とロール状部材との間の隙間とに、トナーを現像ケース内に吸い込む吸込気流が発生する。そして、ロール状部材は、円形断面であるため、これらの隙間が小さくなる領域を少なくすることができる。これにより、これらの隙間における吸込気流の圧力損失を小さくすることができるため、トナーを効率的に現像ケース内に回収することができる。
また、0.5mm≦A≦1.1mmの関係を満たすことで、現像剤担持体とロール状部材との間に発生する吸込気流の圧力損失を小さくしつつ、効率的にトナーを現像ケース内に回収することができる。しかも、現像剤担持体とロール状部材との間では、吸込気流の風速が高くなるだけで、吸込気流の風量は変わらないため、現像装置から現像剤が過剰排出されるのを抑制することができる。
更に、0<B/A≦0.9の関係を満たすことで、潜像担持体とロール状部材との間に、トナーの飛散を抑制するのに十分な吸込気流を発生させることができる。これにより、潜像担持体とロール状部材との間からトナーが飛散するのを抑制することができる。
現像剤担持体は、担持している現像剤を、現像剤担持体と潜像担持体とが対向する領域である現像領域に搬送することで、潜像担持体の静電潜像を現像し、現像領域に搬送される現像剤担持体の現像剤の搬送量は、300g/m以上700g/m以下であってもよい。現像剤は、現像剤担持体に担持されて穂立ちすることにより、現像剤担持体とロール状部材との間に吸込気流を発生させる。そこで、この現像装置では、現像領域に搬送される現像剤担持体の現像剤の搬送量を300g/m以上とすることで、この吸込気流を十分に発生させて、トナーを現像装置内に吸い込ませることができる。一方、現像領域に搬送される現像剤担持体の現像剤の搬送量を700g/m以下とすることで、現像剤が現像剤担持体に担持されて穂立ちすることにより飛散するのを抑制することができる。
現像装置は、現像剤担持体に担持される現像剤の担持量を規制する担持量規制部を更に備えてもよい。この現像装置では、担持量規制部を備えることで、現像領域に搬送される現像剤担持体の現像剤の搬送量を適切に調節することができる。
潜像担持体とロール状部材との間隔Bは、0mm<B≦1.0mmであってもよい。この現像装置では、潜像担持体とロール状部材との間隔Bが0mm<B≦1.0mmであるため、潜像担持体とロール状部材との間に、トナーの飛散を抑制するのに十分な吸込気流を発生させることができる。これにより、潜像担持体とロール状部材との間からトナーが飛散するのを抑制することができる。
現像装置は、現像剤担持体と現像ケースとの間隔をCとした場合に、少なくともロール状部材の近傍において、C/A≧1.4の関係を満たしてもよい。この現像装置では、C/A≧1.4の関係を満たすことで、現像ケース内に吸い込まれた気流の圧力損失を小さくすることができるため、効率的にトナーを現像ケース内に吸い込ませることができる。
現像剤担持体は、現像剤担持体の表層を形成する現像スリーブと、現像スリーブの内部に配置されて、周方向に複数の磁極を有するマグネットと、を有し、マグネットは、周方向に隣り合う第一磁極及び第一磁極とは磁性が反対の第二磁極を有し、ロール状部材は、第一磁極と第二磁極との極間に位置してもよい。第一磁極と第二磁極との極間は、現像剤の穂立ちが畳まれる位置となる。そこで、この現像装置では、ロール状部材を第一磁極と第二磁極との極間に配置することで、現像剤担持体に担持されている現像剤がロール状部材に接触する機会を低減することができる。これにより、現像剤担持体に担持されている現像剤がロール状部材に接触することにより生じるトナーの飛散を抑制することができる。
ロール状部材は、第一磁極と第二磁極との極間において、現像剤担持体の法線方向の磁力成分の絶対値が最小値になる位置を基準として、現像剤担持体の周方向に±20°の範囲内に位置してもよい。この現像装置では、ロール状部材が、第一磁極と第二磁極との極間において、現像剤担持体の法線方向の磁力成分の絶対値が最小値になる位置を基準として現像剤担持体の周方向に±20°の範囲内に位置するため、現像剤の穂立ちと現像剤担持体との接触量を少なくすることができる。これにより、ロール状部材の配置自由度及び設置作業性を向上させつつ、トナーの飛散を抑制することができる。
ロール状部材は、非磁性体であってもよい。この現像装置では、ロール状部材が非磁性体であるため、現像剤担持体の磁力によりロール状部材が磁化してロール状部材に現像剤が付着するのを抑制することができる。これにより、例えば、ロール状部材に現像剤が付着することにより吸込気流が阻害されるのを防止することができ、また、ロール状部材に付着したトナーが潜像担持体に再付着するのを抑制することができる。
ロール状部材の表面の算術平均粗さRaは、10μm以下であってもよい。この現像装置では、ロール状部材の表面の算術平均粗さRaが10μm以下であるため、ロール状部材の表面の気流が乱れることにより吸込気流が阻害されるのを抑制することができる。
ロール状部材の端部が円筒状部材に嵌め込まれており、円筒状部材は、潜像担持体の表面に当接されていてもよい。この現像装置では、ロール状部材に取り付けられた円筒状部材が潜像担持体の表面に当接されているため、ロール状部材と潜像担持体との間隔を、円筒状部材の厚みで管理することができる。これにより、ロール状部材と潜像担持体との間隔を調整するための部品点数が増えるのを抑制しつつ、潜像担持体に対してロール状部材を高精度に位置決めすることができる。
現像装置は、ロール状部材にバイアス電圧を印可するバイアス印加部を更に備えてもよい。この現像装置では、ロール状部材にバイアス電圧を印可するため、飛散したトナーがロール状部材に付着するのを抑制することができる。これにより、例えば、ロール状部材に現像剤が付着することにより吸込気流が阻害されるのを防止することができ、また、ロール状部材に付着したトナーが潜像担持体に再付着するのを抑制することができる。
バイアス印加部は、現像剤担持体に印可されるバイアス電圧よりも絶対値の大きいバイアス電圧であって、潜像担持体の表面電位よりも絶対値の小さいバイアス電圧を、ロール状部材に印可してもよい。この現像装置では、現像剤担持体に印可されるバイアス電圧よりも絶対値の大きいバイアス電圧がロール状部材に印可されるため、飛散したトナー又はキャリアがロール状部材に付着するのを抑制することができる。これにより、例えば、ロール状部材にトナー又はキャリアが付着することにより吸込気流が阻害されるのを防止することができ、また、ロール状部材に付着したトナーが潜像担持体に再付着するのを抑制することができる。更に、潜像担持体の表面電位よりも絶対値の小さいバイアス電圧がロール状部材に印可されるため、潜像担持体に担持されている静電潜像が乱れるのを抑制することができる。
ロール状部材は、当該ロール状部材の中心軸線を中心として回転してもよい。この現像装置では、たとえロール状部材に現像剤が付着したとしても、ロール状部材が回転することで、ロール状部材の特定部分に現像剤が堆積するのを抑制することができる。なお、ロール状部材に付着した現像剤は、吸込気流により除去されるため、ロール状部材が回転することで、ロール状部材の全周面において付着した現像剤を吸込気流により除去することができる。
キャリアの平均粒径は、20μm以上40μm以下であってもよい。この現像装置では、キャリアの平均粒径が20μm以上40μm以下であるため、高画質化を可能としつつ、現像装置から現像剤が過剰排出されるのを抑制することができる。
本発明に係る画像形成装置は、上記の何れかの現像装置を備える。これにより、現像装置から現像剤が過剰排出されるのを抑制しつつトナーの飛散を抑制することができる。
本発明によれば、現像装置から現像剤が過剰排出されるのを抑制しつつトナーの飛散を抑制することができる。
実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 実施形態の現像装置の模式断面図である。 マグネットの磁極を説明するための図である。 潜像担持体と、現像剤担持体と、ロール状部材との位置関係を説明するための図である。 変形例の現像装置の模式断面図である。 図5に示す現像装置における潜像担持体とロール状部材との関係を説明するための図である。 比較例の現像装置の模式断面図である。 実施例及び比較例におけるトナー飛散量を示すグラフである。 実施例及び比較例における過剰排出量を示すグラフである。 間隔Aとトナー飛散量との関係を示すグラフである。 間隔B/間隔Aとトナー飛散量との関係を示すグラフである。 現像剤搬送量とトナー飛散量との関係を示すグラフである。 間隔Bとトナー飛散量との関係を示すグラフである。 間隔C/間隔Aとトナー飛散量との関係を示すグラフである。 極間中央位置に対するロール状部材のズレ角度とトナー飛散量との関係を示すグラフである。 非磁性部材及び磁性部材のロール状部材におけるトナー飛散量を示すグラフである。 算術平均粗さとトナー飛散量との関係を示すグラフである。 実施例及び比較例におけるキャリア粒径と過剰排出量との関係を示すグラフである。 変形例の現像装置の模式断面図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
まず、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を説明する。図1に示すように、画像形成装置1は、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの各色を用いてカラー画像を形成する装置である。画像形成装置1は、記録媒体である用紙Pを搬送する搬送装置10と、静電潜像を現像する現像装置20と、トナー像を用紙Pに二次転写する転写装置30と、表面(周面)に静電潜像が形成される潜像担持体40と、トナー像を用紙Pに定着させる定着装置50と、用紙Pを排出する排出装置60と、を備える。
搬送装置10は、画像が形成される記録媒体としての用紙Pを搬送経路R1上で搬送する。用紙Pは、カセットKに積層されて収容され、給紙ローラ11によりピックアップされて搬送される。搬送装置10は、用紙Pに転写されるトナー像が転写ニップ部R2に到達するタイミングで、搬送経路R1を介して転写ニップ部R2に用紙Pを到達させる。
現像装置20は、色ごとに4個設けられている。各現像装置20は、トナーを潜像担持体40に担持させる現像剤担持体21を備えている。現像装置20では、現像剤として、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を用いる。つまり、現像装置20では、トナーとキャリアを所望の混合比になるように調整し、さらに混合撹拌してトナーを均一に分散させ最適な帯電量を付与した現像剤が調整される。この現像剤を現像剤担持体21に担持させる。そして、現像剤担持体21の回転により現像剤が潜像担持体40と対向する領域まで搬送されると、現像剤担持体21に担持された現像剤のうちのトナーが潜像担持体40の周面上に形成された静電潜像に移動し、静電潜像が現像される。
転写装置30は、現像装置20で形成されたトナー像を用紙Pに二次転写する転写ニップ部R2に搬送する。転写装置30は、潜像担持体40からトナー像が一次転写される転写ベルト31と、転写ベルト31を懸架する懸架ローラ34,35,36,37と、潜像担持体40と共に転写ベルト31を挟持する一次転写ローラ32と、懸架ローラ37と共に転写ベルト31を挟持する二次転写ローラ33と、を備えている。
転写ベルト31は、懸架ローラ34,35,36,37により循環移動する無端状のベルトである。懸架ローラ34,35,36,37は、それぞれの中心軸線周りに回転可能なローラである。懸架ローラ37は、中心軸線周りに回転駆動する駆動ローラであり、懸架ローラ34,35,36は、懸架ローラ37の回転駆動により従動回転する従動ローラである。一次転写ローラ32は、転写ベルト31の内周側から潜像担持体40を押圧するように設けられる。二次転写ローラ33は、転写ベルト31を挟んで懸架ローラ37と平行に配置されて、転写ベルト31の外周側から懸架ローラ37を押圧するように設けられる。これにより、二次転写ローラ33は、転写ベルト31との間に転写ニップ部R2を形成する。
潜像担持体40は、静電潜像担持体、感光体ドラム等とも呼ばれる。潜像担持体40は、色ごとに4個設けられている。各潜像担持体40は、転写ベルト31の移動方向に沿って設けられている。潜像担持体40の周上には、現像装置20と、帯電ローラ41と、露光ユニット42と、クリーニングユニット43と、が設けられている。
帯電ローラ41は、潜像担持体40の表面を所定の電位に均一に帯電させる帯電手段である。帯電ローラ41は、潜像担持体40の回転に追従して動く。露光ユニット42は、帯電ローラ41によって帯電した潜像担持体40の表面を、用紙Pに形成する画像に応じて露光する。これにより、潜像担持体40の表面のうち露光ユニット42により露光された部分の電位が変化し、静電潜像が形成される。4個の現像装置20は、それぞれの現像装置20に対向して設けられたトナータンクNから供給されたトナーによって潜像担持体40に形成された静電潜像を現像し、トナー像を生成する。各トナータンクN内には、それぞれ、マゼンタ、イエロー、シアン及びブラックのトナーが充填されている。クリーニングユニット43は、潜像担持体40上に形成されたトナー像が転写ベルト31に一次転写された後に潜像担持体40上に残存するトナーを回収する。
定着装置50は、加熱及び加圧する定着ニップ部に用紙Pを通過させることで、転写ベルト31から用紙Pに二次転写されたトナー像を用紙Pに付着させ、定着させる。定着装置50は、用紙Pを加熱する加熱ローラ52と、加熱ローラ52を押圧して回転駆動する加圧ローラ54と、を備えている。加熱ローラ52及び加圧ローラ54は円筒状に形成されており、加熱ローラ52は内部にハロゲンランプ等の熱源を備えている。加熱ローラ52と加圧ローラ54との間には接触領域である定着ニップ部が設けられ、定着ニップ部に用紙Pを通過させることにより、トナー像を用紙Pに溶融定着させる。
排出装置60は、定着装置50によりトナー像が定着された用紙Pを装置外部へ排出するための排出ローラ62,64を備えている。
続いて、画像形成装置1による印刷工程について説明する。画像形成装置1に被記録画像の画像信号が入力されると、画像形成装置1の制御部は、給紙ローラ11を回転させて、カセットKに積層された用紙Pをピックアップして搬送する。そして、受信した画像信号に基づいて、帯電ローラ41により潜像担持体40の表面を所定の電位に均一に帯電させる(帯電工程)。その後、露光ユニット42により潜像担持体40の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する(露光工程)。
現像装置20では、静電潜像が現像されてトナー像が形成される(現像工程)。こうして形成されたトナー像は、潜像担持体40と転写ベルト31とが対向する領域において、潜像担持体40から転写ベルト31へ一次転写される(転写工程)。転写ベルト31には、4個の潜像担持体40上に形成されたトナー像が順次積層されて、1つの積層トナー像が形成される。そして、積層トナー像は、懸架ローラ37と二次転写ローラ33とが対向する転写ニップ部R2において、搬送装置10から搬送された用紙Pに二次転写される。
積層トナー像が二次転写された用紙Pは、定着装置50へ搬送される。そして、定着装置50は、用紙Pが定着ニップ部を通過する際に、用紙Pを加熱ローラ52と加圧ローラ54との間で加熱及び加圧することにより、積層トナー像を用紙Pへ溶融定着させる(定着工程)。その後、用紙Pは、排出ローラ62,64によって画像形成装置1の外部へ排出される。
続いて、本実施形態の特徴部分について説明する。
図2に示すように、現像装置20は、潜像担持体40と、現像剤担持体21と、第一攪拌搬送部材22と、第二攪拌搬送部材23と、現像ケース24と、担持量規制部材25と、ロール状部材26と、を備えている。現像剤担持体21、第一攪拌搬送部材22、第二攪拌搬送部材23、及び担持量規制部材25は、現像ケース24によって形成される現像剤収容室H内に設けられている。
第一攪拌搬送部材22及び第二攪拌搬送部材23は、現像剤収容室H内において、現像剤を構成する磁性体のキャリアと非磁性体のトナーとを攪拌して、キャリアとトナーとを摩擦帯電させる。第一攪拌搬送部材22及び第二攪拌搬送部材23は、現像剤収容室H内で現像剤を攪拌しながら搬送する。
現像剤担持体21は、潜像担持体40と対向する。つまり、現像剤担持体21の中心軸線21Aと潜像担持体40の中心軸線40Aとが平行となっており、現像剤担持体21と潜像担持体40との間隔が中心軸線21A方向(中心軸線40A方向)において同じとなっている。現像剤担持体21は、第一攪拌搬送部材22及び第二攪拌搬送部材23で攪拌された現像剤を表面に担持する。現像剤担持体21は、担持している現像剤を現像領域Sに搬送することで、潜像担持体40の静電潜像を現像する。現像領域Sとは、現像剤担持体21と潜像担持体40とが対向する領域であって、現像剤担持体21によって担持されたトナーが潜像担持体40に供給される領域である。すなわち、現像領域Sは、現像剤担持体21と潜像担持体40とが最も接近している領域である。
具体的に説明すると、現像剤担持体21は、現像剤担持体21の表層を形成する現像スリーブ21aと、現像スリーブ21aの内部に配置されたマグネット21bと、を備える。現像スリーブ21aは、非磁性の金属からなる筒状部材である。現像剤担持体21では、中心軸線21Aを中心として現像スリーブ21aのみが回転する。現像スリーブ21a内に配置されたマグネット21bは、現像ケース24に固定されている。現像剤は、マグネット21bの磁気力により、現像スリーブ21aの表面に担持される。そして、現像剤担持体21は、現像スリーブ21aが回転することで、現像剤を現像スリーブ21aの回転方向に搬送する。
図3に示すように、マグネット21bは、現像剤担持体21の周方向に複数の磁極を有する。マグネット21bは、少なくとも、現像剤担持体21の周方向に隣り合う第一磁極70A及び第二磁極70Bを有する。第一磁極70Aは、現像領域Sに位置する磁極である。第二磁極70Bは、第一磁極70Aに対する現像スリーブ21aの回転方向下流側に位置して、第一磁極70Aと隣り合う磁極である。第一磁極70A及び第二磁極70Bは、互いに逆の極性を示す磁極であることが好ましい。
現像スリーブ21a上では、マグネット21bの各磁極の磁気力によって現像剤の穂立ちが形成される。現像剤担持体21は、現像領域Sにおいて、第一磁極70Aにより形成された現像剤の穂立ちを、潜像担持体40の静電潜像に接触または近接させる。これにより、現像剤担持体21に担持された現像剤のうちのトナーが、潜像担持体40の周面上に形成された静電潜像に移動し、静電潜像が現像される。
図2に示すように、担持量規制部材25は、現像剤担持体21に担持される現像剤の担持量を規制する。担持量規制部材25は、現像領域Sを基準として、現像スリーブ21aの回転方向上流側に設けられている。担持量規制部材25は、現像剤担持体21の中心軸線21Aよりも下方側に位置している。担持量規制部材25は、現像スリーブ21aとの間に所定の隙間が形成されるように設けられている。このため、担持量規制部材25は、現像スリーブ21aが回転することで、現像スリーブ21aの周面上に担持された現像剤の層厚を均一な厚さの層に均す(層厚を規制する)。また、担持量規制部材25と現像スリーブ21aとの間の間隔を調整することで、現像領域Sに搬送される現像剤担持体21の現像剤の搬送量を調整することができる。
ここで、現像領域Sに搬送される現像剤担持体21の現像剤の搬送量(現像剤搬送量)は、300g/m以上が好ましく、350g/m以上が更に好ましく、400g/m以上が特に好ましい。一方、現像領域Sに搬送される現像剤担持体21の現像剤の搬送量は、700g/m以下が好ましく、650g/m以下が更に好ましく、600g/m以下が特に好ましい。つまり、現像領域Sに搬送される現像剤担持体21の現像剤の搬送量は、300g/m以上700g/m以下が好ましく、350g/m以上650g/m以下が更に好ましく、400g/m以上600g/m以下が特に好ましい。
現像ケース24は、現像剤担持体21、第一攪拌搬送部材22、第二攪拌搬送部材23、及び担持量規制部材25を収容する。現像ケース24は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤収容室Hを形成している。現像ケース24は、現像剤担持体21が潜像担持体40と対向する位置に開口部24bを有している。現像剤収容室H内のトナーは、開口部24bから潜像担持体40に供給される。
現像剤担持体21の上部は、現像ケース24のケース上壁24aによって覆われている。現像剤担持体21が回転すると、現像剤担持体21とケース上壁24aとの間から、現像スリーブ21a上に形成された現像剤の穂立ちの移動に伴って現像ケース24内に空気が取り込まれる。現像ケース24には、古くなった現像剤を現像剤収容室Hから排出させる現像剤排出口(不図示)が形成されている。
ロール状部材26は、細長い円柱状の部材であり、現像剤担持体21の中心軸線21Aと平行な方向に延びている。つまり、中心軸線21Aに対して垂直な断面におけるロール状部材26の形状が、円形となっている。この場合、ロール状部材26の円形断面としては、真円の円形であることが好ましい。
ロール状部材26は、現像剤担持体21及び潜像担持体40と対向する。つまり、ロール状部材26の中心軸線26Aと、現像剤担持体21の中心軸線21Aと、潜像担持体40の中心軸線40Aと、が互いに平行となっている。そして、中心軸線21A方向(中心軸線40A方向及び中心軸線40A方向)において、ロール状部材26と現像剤担持体21との間隔が同じとなっており、ロール状部材26と潜像担持体40との間隔が同じとなっている。そして、ロール状部材26と現像剤担持体21との間は、他の部材が配置されない隙間となっている。また、ロール状部材26と潜像担持体40との間は、他の部材が配置されない隙間となっている。
ロール状部材26は、潜像担持体40との間と、現像剤担持体21との間とに、空気が流れる流路を形成する。このため、飛散したトナーを現像ケース24内の現像剤収容室Hに吸い込む吸込気流は、現像剤担持体21とロール状部材26との間、及び潜像担持体40とロール状部材26の間を通る。
図3に示すように、現像剤担持体21の周方向におけるロール状部材26の位置は、特に限定されるものではないが、ロール状部材26は、第一磁極70Aと第二磁極70Bとの極間に位置することが好ましい。第一磁極70Aと第二磁極70Bとの極間とは、第一磁極70Aと第二磁極70Bとの間であって、現像剤担持体21の半径方向における磁気力が小さくなる位置をいう。第一磁極70Aと第二磁極70Bとの極間において、現像剤担持体21の法線方向の磁力成分の絶対値が最小値になる位置を、極間中央位置CPという。この場合、ロール状部材26は、極間中央位置CPを基準として、現像剤担持体21の周方向に±20°の範囲内に位置することが好ましく、現像剤担持体21の周方向に±15°の範囲に位置することが更に好ましく、現像剤担持体21の周方向に±10°の範囲に位置することが特に好ましい。現像剤担持体21の周方向に±20°の範囲とは、極間中央位置CPを基準として、現像スリーブ21aの回転方向上流側に20°となる角度位置から、現像スリーブ21aの回転方向下流側に20°となる角度位置までの角度範囲をいう。
ロール状部材26は、非磁性体からなることが好ましい。ロール状部材26を形成する非磁性材料としては、例えば、SUS304等を用いることができる。
ロール状部材26の表面の算術平均粗さRaは、10μm以下であることが好ましく、9μm以下であることが更に好ましく、8μm以下であることが特に好ましい。
図4に示すように、現像剤担持体21とロール状部材26との間隔を間隔Aとし、潜像担持体40とロール状部材26との間隔を間隔Bとし、現像剤担持体21と現像ケース24との間隔を間隔Cとする。間隔Cは、現像ケース24の現像剤担持体21と最も近い位置と現像剤担持体21との間の距離であり、具体的には、現像剤担持体21とケース上壁24aとの間隔となる。
現像剤担持体21と、潜像担持体40と、ロール状部材26とは、0.5mm≦A≦1.1mm、かつ、0<B/A≦0.9の関係を満たすように配置されている。この場合、現像剤担持体21と、ロール状部材26とは、0.6mm≦A≦1.0mmの関係を満たすことが好ましく、0.7mm≦A≦0.9mmの関係を満たすことが更に好ましい。また、現像剤担持体21と、潜像担持体40と、ロール状部材26とは、0<B/A≦0.8の関係を満たすことが好ましく、0<B/A≦0.7の関係を満たすことが更に好ましい。
現像剤担持体21と、潜像担持体40と、ロール状部材26とは、C/A≧1.4の関係を満たすように配置されていることが好ましく、C/A≧1.5の関係を満たすように配置されていることが更に好ましく、C/A≧1.6の関係を満たすように配置されていることが特に好ましい。C/A≧1.4の関係は、少なくともロール状部材26の近傍において満たせばよい。ロール状部材26の近傍とは、例えば、ロール状部材26の現像スリーブ21aの回転方向下流側に位置する磁極(第二磁極70B)の磁気力による現像剤の穂立ちが、現像ケース24(ケース上壁24a)に接触する範囲をいう。現像スリーブ21aが回転すると、現像剤担持体21の法線方向における第二磁極70Bの磁力成分が強まることで、現像剤が穂立ちし、その後、現像剤担持体21の法線方向における第二磁極70Bの磁力成分が弱まることで、現像剤の穂立ちが畳まれる。そして、現像剤担持体21の法線方向における第二磁極70Bの磁力成分が弱まって現像剤の穂立ちが畳まれると、現像剤の穂立ちは現像ケース24(ケース上壁24a)に接触しない。このため、少なくとも、現像剤担持体21の法線方向における第二磁極70Bの磁力成分が弱まる位置まで、C/A≧1.4の関係を満たせばよい。
潜像担持体40とロール状部材26との間隔Bは、1.0mm以下(B≦1.0mm)であることが好ましく、0.9mm以下であることが更に好ましく、0.7mm以下であることが特に好ましい。また、潜像担持体40とロール状部材26との間隔Bは、0よりも大きい方が好ましい(0mm<B)。
潜像担持体40に対するロール状部材26の位置決め構造としては、特に限定されるものではないが、例えば、図5及び図6に示す位置決め構造とすることができる。図5及び図6に示す位置決め構造では、ロール状部材26の両端部が円筒状部材27に嵌め込まれており、この円筒状部材27が、潜像担持体40の表面に当接されている。この場合、円筒状部材27の肉厚(厚さ)が、そのまま潜像担持体40とロール状部材26との間隔Bとなる。
このように、本実施形態では、現像剤担持体21及び潜像担持体40と対向するロール状部材26を備えることで、現像剤担持体21とロール状部材26との間の隙間と、潜像担持体40とロール状部材26との間の隙間とに、飛散トナーを現像ケース24内に吸い込む吸込気流が発生する。そして、ロール状部材26は、円形断面であるため、これらの隙間が小さくなる領域を少なくすることができる。これにより、これらの隙間における吸込気流の圧力損失を小さくすることができるため、飛散トナーを効率的に現像ケース24内に回収することができる。
ここで、ロール状部材を備えない比較例と本実施形態の実施例とを対比する。
[実施例]
本実施形態の実施例として、図2に示す現像装置20を用いた。実施例では、間隔Aを0.8mmとし、間隔Bを0.5mmとし、間隔B/間隔Aを0.625とし、間隔Cを2mmとし、間隔C/間隔Aを2.5とした。
[比較例]
図7に示すように、比較例の現像装置100は、本実施形態のロール状部材26を備えない。そして、比較例における現像剤担持体21と現像ケース104のケース上壁104aとの間隔Dを、本実施形態における現像剤担持体21とロール状部材26との間隔Aと同じとした。また、比較例における潜像担持体40と現像ケース104のケース上壁104aとの間隔Eを、本実施形態における潜像担持体40とロール状部材26との間隔Bと同じとした。ケース上壁104aは、現像剤担持体21の上部を覆う部分であるが、その壁面は、本実施形態のロール状部材26のように円形状に形成されていない。
[実験1]
実施例の現像装置20と比較例の現像装置100とにおいて、トナー飛散量と、現像剤排出口から排出される現像剤の過剰排出量と、を計測した。トナー飛散量の計測は、トナー回収ボックスを設置し、間隔Bで表わされる潜像担持体40とロール状部材26との間から飛散するトナーを回収し、回収したトナーの重量測定を行った。そして、1分当たりの重量計測結果を、トナー飛散量とした。過剰排出量の計測は、現像剤排出口から排出される現像剤を回収し、回収した現像剤の重量測定を行った。そして、1分当たりの重量測定結果を、過剰排出量とした。計測結果を図8及び図9に示す。
図8及び図9に示すように、実施例では、比較例に比べて、トナー飛散量及び過剰排出量が格段に少なかった。このような結果から、ロール状部材26を設けることで、つまり、現像剤担持体21とロール状部材26との間の隙間が狭くなる領域を少なくすることで、トナー飛散量及び過剰排出量を格段に抑制されることが分かった。
[実験2]
実施例の現像装置20において、現像剤担持体21とロール状部材26との間隔Aとトナー飛散量との関係を調べた。結果を図10に示す。
図10に示すように、間隔Aが0.5mm以上1.1mm以下の範囲では、トナー飛散量が少なかったが、間隔Aが0.5mm未満になると、また、1.1mmよりも大きくなると、トナー飛散量が増大した。これは、間隔Aが0.5mm未満である場合は、現像剤担持体21とロール状部材26との間の隙間における吸込気流の圧力損失が大きくなるため、効率的にトナーを現像ケース内に回収することができなかったものと考えられる。また、間隔Aが1.1mmよりも大きい場合は、現像剤担持体21とロール状部材26との間の隙間において吸込気流と逆向きの気流が発生することにより、トナー飛散量が増大したものと考えられる。
本実施形態では、0.5mm≦A≦1.1mmの関係を満たすことで、現像剤担持体21とロール状部材26との間に発生する吸込気流の圧力損失を小さくしつつ、効率的にトナーを現像ケース24内に回収することができる。しかも、現像剤担持体21とロール状部材26との間では、吸込気流の風速が高くなるだけで、吸込気流の風量は変わらないため、現像剤排出口から現像剤が過剰排出されるのを抑制することができる。
[実験3]
実施例の現像装置20において、間隔B/間隔Aとトナー飛散量との関係を調べた。結果を図11に示す。
図11に示すように、B/Aが0.9以下の範囲では、トナー飛散量が少なかったが、B/Aが0.9よりも大きくなると、トナー飛散量が増大した。これは、次の理由によるものと考えられる。つまり、現像剤担持体21とロール状部材26との間の隙間に発生する吸込気流により、潜像担持体40とロール状部材26との間の隙間に吸込気流が発生する。しかしながら、B/Aが0.9よりも大きくなると、現像剤担持体21とロール状部材26との間の隙間に発生する吸込気流により、潜像担持体40とロール状部材26との間の隙間に十分な吸込気流が発生しなかったためと考えられる。
本実施形態では、0<B/A≦0.9の関係を満たすことで、潜像担持体40とロール状部材26との間に、トナーの飛散を抑制するのに十分な吸込気流を発生させることができる。これにより、潜像担持体40とロール状部材26との間からトナーが飛散するのを抑制することができる。
[実験4]
実施例の現像装置20において、現像剤搬送量とトナー飛散量との関係を調べた。結果を図12に示す。
図12に示すように、現像剤搬送量が300g/m以上700g/m以下の範囲では、トナー飛散量が少なかったが、現像剤搬送量が300g/m未満になると、また、700g/mより大きくなると、トナー飛散量が増大した。これは、次の理由によるものと考えられる。つまり、現像剤は、現像剤担持体21に担持されて穂立ちすることにより、現像剤担持体21とロール状部材26との間に吸込気流を発生させる。このため、現像剤搬送量が300g/m未満になると、この吸込気流が十分に発生せず、トナーを現像ケース24内に吸い込ませることができなかったものと考えられる。また、現像剤搬送量が700g/mより大きくなると、現像剤の穂立ちが大きくなり過ぎることにより、又は、現像剤の穂立ちが潜像担持体40及びロール状部材26に衝突することにより、トナーの飛散が促進されたものと考えられる。
本実施形態では、現像領域Sに搬送される現像剤担持体21の現像剤の搬送量を300g/m以上とすることで、吸込気流を十分に発生させて、トナーを現像ケース24内に吸い込ませることができる。一方、現像領域Sに搬送される現像剤担持体21の現像剤の搬送量を700g/m以下とすることで、現像剤が現像剤担持体21に担持されて穂立ちすることにより飛散するのを抑制することができる。
[実験5]
実施例の現像装置20において、潜像担持体40とロール状部材26との間隔Bとトナー飛散量との関係を調べた。結果を図13に示す。
図13に示すように、間隔Bが1.00mm以下の場合は、トナー飛散量が少なかったが、間隔Bが1.00mmを超えると、トナー飛散量が増大した。これは、間隔Bが1.00mmを超えると、潜像担持体40とロール状部材26との間に、トナーの飛散を抑制するのに十分な吸込気流を発生させることができなかったためと考えられる。
本実施形態では、潜像担持体40とロール状部材26との間隔Bを0mm<B≦1.0mmとすることで、潜像担持体40とロール状部材26との間に、トナーの飛散を抑制するのに十分な吸込気流を発生させることができる。これにより、潜像担持体40とロール状部材26との間からトナーが飛散するのを抑制することができる。
[実験6]
実施例の現像装置20において、間隔C/間隔Aとトナー飛散量との関係を調べた。結果を図14に示す。
図14に示すように、間隔C/間隔Aが1.4以上の場合は、トナー飛散量が少なかったが、間隔C/間隔Aが1.4未満になると、トナー飛散量が増大した。これは、間隔C/間隔Aが1.4未満になると、現像ケース24内に吸い込まれた気流の圧力損失が大きくなり、トナーが現像ケース24内に吸い込まれ難くなったためと考えられる。
本実施形態では、C/A≧1.4の関係を満たすことで、現像ケース24内に吸い込まれた気流の圧力損失を小さくすることができるため、効率的にトナーを現像ケース24内に吸い込ませることができる。
[実験7]
実施例の現像装置20において、極間中央位置CP(第一磁極70Aと第二磁極70Bとの極間において、前記現像剤担持体の法線方向の磁力成分の絶対値が最小値になる位置)に対するロール状部材26のズレ角度とトナー飛散量との関係を調べた。結果を図15に示す。
図15に示すように、極間中央位置CPに対するロール状部材26のズレ角度が±20°以内の場合は、トナー飛散量が少なかったが、極間中央位置CPに対するロール状部材26のズレ角度が±20°よりも大きくなると、トナー飛散量が増大した。これは、次の理由によるものと考えられる。つまり、第一磁極70Aと第二磁極70Bとの極間は、現像剤の穂立ちが畳まれる位置となる。このため、極間中央位置CPに対するロール状部材26のズレ角度が±20°よりも大きくなると、現像剤の穂立ちが現像剤担持体21に接触しやすくなることで、トナーの飛散が促進されたためと考えられる。
本実施形態では、ロール状部材26を第一磁極70Aと第二磁極70Bとの極間に配置することで、現像剤担持体21に担持されている現像剤がロール状部材26に接触する機会を低減することができる。これにより、現像剤担持体21に担持されている現像剤がロール状部材26に接触することにより生じるトナーの飛散を抑制することができる。
更に、ロール状部材26を、極間の中央を基準として現像剤担持体21の周方向に±20°の範囲内に配置することで、現像剤の穂立ちと現像剤担持体21との接触量を少なくすることができる。これにより、ロール状部材26の配置自由度及び設置作業性を向上させつつ、トナーの飛散を抑制することができる。
[実験8]
実施例の現像装置20において、ロール状部材26を非磁性部材にした場合と、ロール状部材26を磁性部材とした場合とで、トナー飛散量を計測した。結果を図16に示す。
図16に示すように、ロール状部材26を非磁性部材にした場合は、トナー飛散量が少なかったが、ロール状部材26を磁性部材とした場合は、トナー飛散量が増大した。これは、ロール状部材26を磁性部材とした場合は、現像剤担持体21の磁力によりロール状部材26が磁化してロール状部材26に現像剤が付着することにより、吸込気流が阻害されたものと考えられる。
本実施形態では、ロール状部材26を非磁性体とすることで、現像剤担持体21の磁力によりロール状部材26が磁化してロール状部材に現像剤が付着するのを抑制することができる。これにより、例えば、ロール状部材26に現像剤が付着することにより吸込気流が阻害されるのを防止することができ、また、ロール状部材26に付着したトナーが潜像担持体40に再付着するのを抑制することができる。
[実験9]
実施例の現像装置20においてロール状部材26の表面の、算術平均粗さとトナー飛散量との関係を調べた。結果を図17に示す。
図17に示すように、ロール状部材26の表面の算術平均粗さRaが10μm以下の場合は、トナー飛散量が少なかったが、ロール状部材26の表面の算術平均粗さRaが10μmよりも大きくなると、トナー飛散量が増大した。これは、ロール状部材26の表面の算術平均粗さRaが10μmよりも大きくなると、ロール状部材26の表面の気流が乱れることにより吸込気流が阻害されたものと考えられる。
本実施形態では、ロール状部材26の表面の算術平均粗さRaを10μm以下とすることで、ロール状部材26の表面の気流が乱れることにより吸込気流が阻害されるのを抑制することができる。
[実験10]
実施例の現像装置20と比較例の現像装置100とにおいて、キャリアの平均粒径と現像剤排出口から排出される現像剤の過剰排出量との関係を調べた。結果を図18に示す。
図18に示すように、実施例では、比較例に比べて格段に過剰排出量が低減された。また、実施例では、計測した範囲ではキャリアの平均粒径によって大きく変わらなかった。しかしながら、比較例では、キャリアの平均粒径が小さくなるに従い過剰排出量が増大して行く傾向にあることから、実施例でも、キャリアの平均粒径を20μm未満にすると、過剰排出量が増大することが考えられる。但し、実施例は、比較例に比べて、キャリアの平均粒径に対する現像剤の過剰排出量の変動が小さい。このため、実施例は、キャリアの平均粒径が20μm未満であっても、比較例に比べて、現像剤の過剰排出量は大幅に抑制できると考えられる。
そこで、本実施形態では、キャリアの平均粒径を20μm以上40μm以下にすることで、高画質化を可能としつつ、現像ケース24から現像剤が過剰排出されるのを抑制することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。
例えば、図19に示す現像装置20Aのように、ロール状部材26にバイアス電圧を印可するバイアス印加部29を備えてもよい。バイアス印加部29は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成される制御装置の一機能として実現することができる。なお、通常は現像剤担持体21にバイアス電圧を印可することから、バイアス印加部29は、現像剤担持体21にバイアス電圧を印可するバイアス印加部の一機能としてもよい。
この場合、バイアス印加部29は、現像剤担持体21に印可されるバイアス電圧よりも絶対値の大きいバイアス電圧であって、潜像担持体40の表面電位よりも絶対値の小さいバイアス電圧を、ロール状部材26に印可することが好ましい。
このように、ロール状部材26にバイアス電圧を印可することで、飛散したトナーがロール状部材26に付着するのを抑制することができる。これにより、例えば、ロール状部材26に現像剤が付着することにより吸込気流が阻害されるのを防止することができ、また、ロール状部材26に付着したトナーが潜像担持体40に再付着するのを抑制することができる。
更に、現像剤担持体21に印可されるバイアス電圧よりも絶対値の大きいバイアス電圧をロール状部材26に印可することで、飛散したトナー又はキャリアがロール状部材26に付着するのを抑制することができる。これにより、例えば、ロール状部材26にトナー又はキャリアが付着することにより吸込気流が阻害されるのを防止することができ、また、ロール状部材26に付着したトナーが潜像担持体40に再付着するのを抑制することができる。更に、潜像担持体40の表面電位よりも絶対値の小さいバイアス電圧をロール状部材26に印可することで、潜像担持体40に担持されている静電潜像が乱れるのを抑制することができる。
また、ロール状部材26は、中心軸線26Aを中心として回転させてもよい。これにより、たとえロール状部材26に現像剤が付着したとしても、ロール状部材26が回転することで、ロール状部材26の特定部分に現像剤が堆積するのを抑制することができる。なお、ロール状部材26に付着した現像剤は、吸込気流により除去されるため、ロール状部材26が回転することで、ロール状部材26の全周面において付着した現像剤を吸込気流により除去することができる。
この場合、ロール状部材26の回転方向は、特に限定されず、現像スリーブ21aの回転方向と同じ方向であってもよく反対の方向であってもよい。また、ロール状部材26の回転速度は、特に限定されないが、ロール状部材26の連れ回り気流によりトナーが現像ケース24内に吸い込まれ過ぎない程度の回転速度であることが好ましい。
1…画像形成装置、10…搬送装置、11…給紙ローラ、20…現像装置、20A…現像装置、21…現像剤担持体、21A…中心軸線、21a…現像スリーブ、21b…マグネット、22…第一攪拌搬送部材、23…第二攪拌搬送部材、24…現像ケース、24a…ケース上壁、24b…開口部、25…担持量規制部材、26…ロール状部材、26A…中心軸線、27…円筒状部材、29…バイアス印加部、30…転写装置、31…転写ベルト、32…一次転写ローラ、33…二次転写ローラ、34,35,36,37…懸架ローラ、37…懸架ローラ、40…潜像担持体、40A…中心軸線、41…帯電ローラ、42…露光ユニット、43…クリーニングユニット、50…定着装置、52…加熱ローラ、54…加圧ローラ、60…排出装置、62,64…排出ローラ、70A…第一磁極、70B…第二磁極、100…現像装置、104…現像ケース、104a…ケース上壁、H…現像剤収容室、K…カセット、N…トナータンク、P…用紙、R1…搬送経路、R2…転写ニップ部、S…現像領域。

Claims (15)

  1. 静電潜像が表面に形成される潜像担持体と、
    トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する現像ケースと、
    前記現像剤が表面に担持されて前記潜像担持体と対向する現像剤担持体と、
    前記現像剤担持体及び前記潜像担持体と対向するロール状部材と、を備える現像装置であって、
    前記現像剤担持体と前記ロール状部材との間隔をA、前記潜像担持体と前記ロール状部材との間隔をBとした場合に、
    0.5mm≦A≦1.1mm、かつ、0<B/A≦0.9の関係を満たす、
    現像装置。
  2. 前記現像剤担持体は、担持している前記現像剤を、前記現像剤担持体と前記潜像担持体とが対向する領域である現像領域に搬送することで、前記潜像担持体の前記静電潜像を現像し、
    前記現像領域に搬送される前記現像剤担持体の前記現像剤の搬送量は、300g/m以上700g/m以下である、
    請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記現像装置は、前記現像剤担持体に担持される前記現像剤の担持量を規制する担持量規制部を更に備える、
    請求項1又は2に記載の現像装置。
  4. 前記潜像担持体と前記ロール状部材との間隔Bは、
    0mm<B≦1.0mmである、
    請求項1〜3の何れか一項に記載の現像装置。
  5. 前記現像装置は、前記現像剤担持体と前記現像ケースとの間隔をCとした場合に、
    少なくとも前記ロール状部材の近傍において、
    C/A≧1.4の関係を満たす、
    請求項1〜4の何れか一項に記載の現像装置。
  6. 前記現像剤担持体は、
    前記現像剤担持体の表層を形成する現像スリーブと、
    前記現像スリーブの内部に配置されて、周方向に複数の磁極を有するマグネットと、を有し、
    前記マグネットは、周方向に隣り合う第一磁極及び前記第一磁極とは極性が反対の第二磁極を有し、
    前記ロール状部材は、前記第一磁極と前記第二磁極との極間に位置する、
    請求項1〜5の何れか一項に記載の現像装置。
  7. 前記ロール状部材は、前記第一磁極と前記第二磁極との極間において、前記現像剤担持体の法線方向の磁力成分の絶対値が最小値になる位置を基準として、前記現像剤担持体の周方向に±20°の範囲内に位置する、
    請求項6に記載の現像装置。
  8. 前記ロール状部材は、非磁性体である、
    請求項1〜7の何れか一項に記載の現像装置。
  9. 前記ロール状部材の表面の算術平均粗さRaは、10μm以下である、
    請求項1〜8の何れか一項に記載の現像装置。
  10. 前記ロール状部材の端部が円筒状部材に嵌め込まれており、
    前記円筒状部材は、前記潜像担持体の表面に当接されている、
    請求項1〜9の何れか一項に記載の現像装置。
  11. 前記現像装置は、前記ロール状部材にバイアス電圧を印可するバイアス印加部を更に備える、
    請求項1〜10の何れか一項に記載の現像装置。
  12. 前記バイアス印加部は、前記現像剤担持体に印可されるバイアス電圧よりも絶対値の大きいバイアス電圧であって、前記潜像担持体の表面電位よりも絶対値の小さいバイアス電圧を、前記ロール状部材に印可する、
    請求項11に記載の現像装置。
  13. 前記ロール状部材は、当該ロール状部材の中心軸線を中心として回転する、
    請求項1〜12の何れか一項に記載の現像装置。
  14. 前記キャリアの平均粒径は、20μm以上40μm以下である、
    請求項1〜12の何れか一項に記載の現像装置。
  15. 請求項1〜14の何れか一項に記載の現像装置を備えた画像形成装置。
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