JP2020187201A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体である現像剤規制部材を用いて現像スリーブと現像剤規制部材の間隙が現像スリーブ回転軸方向の中心で狭くなり、現像剤コート量が不均一になることを防止する。【解決手段】現像剤を収容する現像容器は現像スリーブ４４と、現像スリーブとの間隙により現像剤の層厚を規制する磁性体の層厚規制部材４２と、層厚規制部材の両端部を支持する支持部とを有し、現像容器の層厚規制部材を保持する層厚規制部材保持部は現像スリーブ回転軸方向の中心部ほど層厚規制部材への現像剤からの圧力が増加するように現像スリーブ回転軸方向で変化させたことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、磁力により現像剤を表面に担持して回転する現像剤担持体と両端部を支持された層厚規制部材との隙間により現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する現像装置に関する。

電子写真方式や静電記録方式等の作像原理やプロセス手段でシートにトナー像を形成し、そのシート上のトナー像を定着手段で定着させて画像形成物を出力する画像形成装置が知られる。画像形成装置には、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、あるいは、これらの複数の機能を備えた複合機等がある。

画像形成装置には表面に現像剤を磁力により担持して回転する現像剤担持体を用いて像担持体の静電像をトナー像に現像する現像装置を搭載したものが広く用いられている。現像装置では、現像剤担持体の回転軸線に沿って層厚規制部材を対向させて隙間を形成し、現像剤担持体の回転に伴って当該隙間に担持された現像剤を通過させることで、現像剤の層厚を規制している。

特許文献１の現像装置は、現像剤担持体と層厚規制部材である円柱棒の隙間を現像剤が通過する際に層厚規制部材の中央が現像剤圧によって現像剤担持体から遠ざかる方向に変形して中央と両端とで現像剤の層厚にばらつきが発生することを防止するために、現像剤担持体の回転軸線に沿った複数の位置で層厚規制部材を支持している。

特開平０４−３４６３８１号公報

層厚規制部材としてより安価な磁性体材料を用いた場合、特許文献１とは逆に現像剤担持体の磁力により層厚規制部材が現像剤担持体から遠ざかる方向に変形してしまう場合がある。この場合、特許文献１の構成では両端以外の層厚規制部材の支持部では変形を抑えることができない。

上記の課題を解決するために、本発明に係る現像装置の第１の構成は、
現像剤を収容する現像容器と磁力により現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体との間の隙間により前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する磁性体の層厚規制部材と、前記現像剤担持体の回転軸線に沿って前記層厚規制部材を前記現像剤担持体に対向させて前記隙間を形成するように、前記層厚規制部材の両端部を支持する支持部とを備え、前記現像容器は前記層厚規制部材を保持する層厚規制部材保持部を備え、前記保持部は前記現像剤担持体の回転軸方向の中央部ほど前記層厚規制部材への現像剤からの圧力が増加するように長手方向の形状を変化させたことを特徴とする
また、本発明に係る現像装置の第２の構成は、
前記第１の構成において、前記層厚規制部材保持部は前記現像剤と前記層厚規制部材との接触面積が前記現像剤担持体の回転軸方向の中央部にいくほど増加するように形状が変化すること特徴とする。
また、本発明に係る現像装置の第３の構成は、
前記第１又は第２の構成において、前記層厚規制部材保持部は前記現像剤担持体の回転軸方向の中央部にいくほど高さが低くなることを特徴とする。
また、本発明に係る現像装置の第４の構成は、
前記第１の構成において、前記層厚規制部材保持部は前記現像剤と前記層厚規制部材と間の体積が前記現像剤担持体の回転軸方向の中央部にいくほど増加するように変化すること特徴とする。
また、本発明に係る現像装置の第５の構成は、
前記第１乃至第４の何れかの構成において、前記層厚規制部材は断面が円形の棒材であることを特徴とする。

本発明に係る現像装置によれば、現像剤担持体の磁力によって層厚規制部材が変形することを想定して、層厚規制部材に磁力による変形を相殺するように現像剤による剤圧を与えることによって、現像剤規制時の現像剤担持体の回転軸線の中央で現像剤担持体と層厚規制部材との隙間が狭くなることを回避して、現像剤担持体の中央で現像された画像の濃度低下を抑制できる。

画像形成装置の概略図 画像形成装置の感光体ドラム周りの概略図 現像器の概略断面図 現像器の概略長手図 磁気力による層厚規制部材の撓み量を示す図 磁性体の層厚規制部材にかかる力を示す図 実施例１の規制部材保持部を示す図 実施例１の規制部材保持部の高さ分布を示す図 実施例２の規制部材保持部を示す図

本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

第１実施形態となる画像形成装置について詳しく説明する。

＜本発明を適用できる画像形成装置の概要＞
図１は画像形成装置の概略図である。

以下の説明において、画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成または作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。

各画像形成ステーションは、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫ、の各色のトナー像を形成する。各画像形成ステーション及びその周辺の装置の構成は同様であるため、適宜、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの添え字を省略する。

図１に示すように、本発明を適用できる画像形成装置の画像形成部は、４つの画像形成ステーションを有する。各画像ステーションは、それぞれ像担持体としての感光体ドラム１０１（１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ）を有する。

各画像形成ステーションの上方には、中間転写装置１２０が配置される。中間転写装置１２０は、中間転写ベルト１２１（中間転写体）が、ローラ１２２、ローラ１２３、ローラ１２４に張設されて矢印方向に走行するように、構成される。

画像形成にあたり、まず、感光体ドラム１０１の表面を、接触式帯電の帯電ローラ方式の一次帯電装置１０２（１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋ）によって帯電する。次に、感光体ドラム１０１表面を、不図示のレーザドライバによって露光装置により照射されるレーザ１０３（１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋ）によって露光する。これにより、感光体ドラム１０１上に静電潜像が形成される。

この静電潜像を現像器１０４（１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋ）によって現像する。これにより、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成する。

各画像形成ステーションで形成されたトナー像は、一次転写ローラ１０５（１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ、１０５Ｋ：一次転写部材）による転写バイアスによって、ポリイミド系樹脂からなる中間転写ベルト１２１上に転写され重ね合わせられる。

中間転写ベルト１２１上に形成された４色のトナー像は、ローラ１２４と対向して配置された二次転写ローラ１２５（二次転写部材）によって、記録材Ｐに転写される。記録材Ｐに転写されずに中間転写ベルト１２１に残った残トナーは、中間転写ベルトクリーナー１１４ｂによって除去される。

トナー像が転写された記録材Ｐは、加圧ローラ１３１、加熱ローラ１３２を備えた定着装置１３０によって、加圧／加熱され、定着画像を得る。また、一次転写後に感光体ドラム１０１上に残った一次転写残トナーは、クリーニングブレード接触式のクリーナー１０９（１０９Ｙ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｋ）により除去され、次の画像形成に備える。

＜画像形成装置の感光体ドラム周りの構成＞
図２は画像形成装置の感光体ドラム周りの概略図である。

図２を用いて、感光体ドラム１０１周りの構成を詳しく説明する。

図２示すように、画像形成ステーションは、感光体ドラム１０１の周りに、一次帯電装置１０２、レーザ１０３が照射されるスペース、現像器１０４、クリーナー１０９を有する。また、中間転写ベルト１２１を介して、一次転写ローラ１０５を有する。

＜現像器の構成＞
さらに、現像器１０４について詳しく説明する。図３は現像器の概略断面図である。

図３に示すように、現像器１０４は、現像容器４１（現像剤収容部）を備え、現像容器４１内に現像剤としてトナーとキャリアを含む二成分現像剤が収容される。現像容器４１内に、現像スリーブ４４（現像剤担持体）と、現像スリーブ４４上に担持された現像剤の穂を規制する現像剤規制部材４２とを有する。

現像容器４１の内部は、その略中央部が本稿紙面に垂直方向に延在する隔壁４１ｃによって現像室４１ａと撹拌室４１ｂに水平方向の左右に区画される。現像剤は現像室４１ａ及び撹拌室４１ｂに収容される。

現像室４１ａ及び撹拌室４１ｂには、現像剤撹拌・搬送手段としての搬送部材である第一撹拌スクリュー４１ｄ及び第二撹拌スクリュー４１ｅが、それぞれ配置される。第一撹拌スクリュー４１ｄ及び第二撹拌スクリュー４１ｅの回転による搬送によって、現像剤は、隔壁４１ｃの両端部に形成される連通部を通じて、現像室４１ａと撹拌室４１ｂとの間を循環する。現像剤が現像室４１ａと攪拌室４１ｂとを循環して攪拌される過程で、トナーとキャリアが摩擦してトナーがマイナス、キャリアがプラスに帯電する。

現像容器４１の感光体ドラム１０１に対向した現像領域Ａ（図３参照）に相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ４４が感光体ドラム方向に一部露出するように回転可能に配設される。

現像室４１ａ内の現像剤は、第一の攪拌搬送スクリュー４１ｄにより現像スリーブ４４に供給される。現像スリーブ４４に供給された現像剤は、マグネットロール４４ａの発生する磁界により現像スリーブ４４上に所定の量が担持され現像剤溜まりを形成する。現像スリーブ４４上の２成分現像剤は、現像スリーブ４４が回転することによって、現像剤溜まりを通過して現像剤規制部材４２によって層厚が規制されると共に、感光体ドラム１０１と対向する現像領域へと搬送される。現像剤規制部材４２と現像スリーブ４４の間隙を調整することによって現像スリーブ４４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。通常、現像剤規制部材４２と現像スリーブ４４の間隙は２００から１０００μｍに設定される。

本実施形態では、磁気穂を感光体ドラム１０１に接触させて、現像剤のトナーを感光体ドラム１０１に供給することで、感光体ドラム１０１上の静電像をトナー像として現像する。また、現像効率、即ち、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、通常、現像スリーブ４４には電圧印加手段としての現像バイアス電源から、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。感光体ドラム１０１にトナーを供給した後の現像スリーブ４４上の現像剤は、更に現像スリーブ４４が回転することによって現像４１ａに戻る。

＜現像器の現像剤の補給方法＞
次に、本実施形態における現像剤の補給方法について説明する。

現像器１０４の上部には、トナーとキャリアを混合した補給用二成分現像剤（通常はトナー／補給用現像剤＝１００％〜８０％）を収容するホッパー３１（トナー補給部）が配置される。ホッパー３１は、下部にスクリュー状の補給スクリュー３２（補給部材）を備え、補給スクリュー３２の一端が現像器１０４の後端部に設けられた現像剤補給口３０の位置まで延びている。

画像形成によって消費された分のトナーは、補給スクリュー３２の回転力と、現像剤に働く重力によって、ホッパー３１から現像剤補給口３０を通過して、現像容器４１内に補給される。

ホッパー３１から現像器１０４に補給される補給現像剤の量は、補給スクリュー３２の回転数によっておおよそ定められる。この回転数は画像データのビデオカウント値や、現像容器４１内に設置されたトナー濃度検知手段の検知結果等に基づいて、補給制御手段によって補給量を決定して補給スクリュー３２を回転させて補給する。

＜現像剤規制部材の変形＞
次に現像剤規制部材４２の撓み変形について図４を用いて説明する。

本実施例において現像剤規制部材４２は安価な材料である磁性体の円柱棒である。磁性体を用いることによって、非磁性体よりも現像剤を規制する能力が高くなり現像スリーブ４４と現像剤規制部材４２の間隙を大きく設定でき異物詰まりなどのリスクを下げることができる。

二成分磁気ブラシ現像方式では、層厚規制部材を配置して、現像スリーブに担持される現像剤の層厚を適切に保つことで、画像濃度を安定させ、キャリア付着やかぶり画像等の画像不良の発生を抑制している。このため、現像剤の層厚が長手方向において均一でない場合には、出力画像における濃度ムラ等の画像不良が問題となってくる。

現像剤規制部材４２は両端を支持部４５によって非回転に支持されており、支持部の位置を調整することよって現像スリーブ４４と現像剤規制部材４２の間隙を調整する。現像容器の４１の規制部材保持部４６は円柱棒で現像剤規制部材４２を保持することができるが、
支持部４５の調整位置によっては現像剤規制部材４２の規制部材保持部４６間には間隙ができる場所がある。

図３のように現像スリーブ４４にはマグネットローラ４４ａが内包されており、周面に合計５極の磁極を有している。これらの磁極によって現像剤の搬送や現像領域Ａにいける現像プロセスを実現している。

現像剤は第一撹拌スクリュー４１ｄの搬送及び跳ね上げにより、現像スリーブ４４の磁極Ｓ３（汲み上げ極）に現像剤１がトラップされる。次に現像スリーブ４４の回転に伴って磁極Ｓ３から、磁極Ｎ１（カット極）に搬送される。磁極Ｎ１を通過する現像スリーブ４４の周面には現像剤の磁気穂が形成されて起立し、磁極Ｎ１に略対向する現像剤規制部材４２によって、現像剤の磁気穂が適切な長さに規制される。

適切な層厚に規制された現像剤は、磁極Ｓ１（現像極）に搬送される。磁極Ｓ１を通過する現像スリーブ４４の周面には現像剤の磁気穂が形成されて起立し、磁気穂が感光ドラム１０１に接触して静電潜像を現像する。現像領域Ａを通過した現像剤１は磁極Ｎ２（取り込み極）に搬送されて現像容器４１内に取り込まれ、磁極Ｓ２（剥ぎ取り極）に搬送される。

磁極Ｓ２と磁極Ｓ３とが現像容器４１内において同極で隣り合って、現像剤に対するバリアを形成しているため、現像剤は磁極Ｓ２と磁極Ｓ３の間で磁気拘束力から解放されて、第一撹拌スクリュー４１ｄに落下して搬送される。

ここで、本構成のように磁性体である現像剤規制部材４２を両端でのみ保持する構成の場合、図４の矢印のように現像剤規制部材４２がマグネットローラ４４ａの磁力に引っ張られて中央部が撓んでしまう。現像スリーブ４４の中央部と現像剤規制部材４２との隙間が狭くなり、現像スリーブ４４の中央部の現像剤層厚が薄くなってしまう。

現像剤規制部材４２として平板状の部材を用いる場合、ビス締結等によって両端以外の複数ヶ所で現像剤規制部材４２を支持して位置調整することも可能だが、より安価な円柱部材を用いる場合は両端以外で支持することは難しい。

本実施例において現像スリーブ４４の直径を３０ｍｍ、長さを３２０ｍｍ、マグローラ４４ａの磁極Ｎ１磁束密度を６０ｍＴ、現像剤規制部材４２の直径を６ｍｍ、長さを３５０ｍｍ、両端での現像スリーブ４４と現像剤規制部材４２との隙間を３００μｍにした場合に、中央部では現像剤規制部材４２が湾曲して隙間が端部よりも５０μｍ小さくなった。

二点支持した円柱棒の応力に対する撓み量δは下記の式［１］より算出される。
Ｐ［Ｎ／ｍｍ］：円柱棒にかかる応力、
χ［ｍｍ］：円柱棒の長手位置、
Ｌ［ｍｍ］：円柱棒の長さ、
Ｅ［Ｎ／ｍｍ^２］：ヤング率、
Ｉ［ｍｍ^４］：弾性二次モーメント

中央部の撓み量が５０μｍの時、式［１］より現像スリーブ４４と現像剤規制部材４２の現像スリーブ回転軸方向の全域での隙間は図５のようになる。

現像剤規制部材４２の湾曲量を低減するために磁極Ｎ１磁束密度を小さくすると、コート性が不安定になることが考えられる。

＜実施例１の特徴形態＞
本実施例では現像容器４１の現像スリーブ４４と現像剤規制部材４２対向部近傍の規制部材保持部４６の形状により現像剤規制部材４２の湾曲を低減させる。本実施例における規制部材保持部４６について図６と図７を用いて説明する。

前述したように現像剤規制部材４２には現像スリーブ４４に近づく方向に磁気力Ｆ１が働く。さらに、現像容器４１内の現像剤が現像スリーブ４４と現像剤規制部材４２の間隙に向かって搬送されると狭い領域に現像剤が集中するために現像剤による押圧Ｆ２が働く。押圧Ｆ２は現像容器４１の規制部材保持部４６の形状や剛性によって変化する。現像剤による押圧Ｆ２は現像剤規制部材４２を現像スリーブ４４に遠ざかる方向に働くため、磁気力Ｆ１による変位を抑制できる。

本実施例では磁気力Ｆ１による現像剤規制部材４２の湾曲量が大きい中心部にいくほど現像剤による押圧Ｆ２を大きくして現像剤規制部材４２の湾曲量を低減して現像剤のコート量を均一にする。

本実施例では現像剤搬送方向の中央部では現像容器４１の現像剤規制部材４２と第一の攪拌搬送スクリュー４１ｄの間にある規制部材保持部４６の高さを低くして（図７（ａ））、端部では規制部材保持部４６の高さを低くする（図７（ｂ））。具体的には中央部の高さをＨ１＝１ｍｍ、端部の高さをＨ２＝４ｍｍにして、図８のように前述した図５の撓み量に沿うようになだらかに高さを変化させる。そのため中心部ほど現像剤規制部材４２と現像剤の接触面積を大きくすることによって、現像剤による押圧Ｆ２が小さくなる。

以上より磁性体の円柱棒である現像剤規制部材４２を用いた場合の現像スリーブ４４の磁気力による現像剤規制部材４２の湾曲を低減して現像剤のコート量を均一にすることができる。

図９を用いて実施例２における現像容器４１の規制部材保持部４６の形状について説明する。尚、本実施の形態における画像形成プロセスとしては、前述した実施例１とほぼ同一であるため、重複する説明は適宜省略する。

近年、画像形成装置の小型化、低コスト化が進められていて、現像容器の材質のコストダウン、肉厚の低下によって現像容器自体の剛性が低下している。そのため現像剤による押圧により現像容器４１の規制部材保持部４６が変形しながら、現像剤規制部材４２にも現像スリーブ４４に遠ざかる方向に力が働く。

本実施例では現像剤搬送方向の中心部では現像容器４１の現像剤規制部材４２と第一の攪拌搬送スクリュー４１ｄの間にある規制部材保持部４６の厚みを小さくして（図９（ａ））、端部では規制部材保持部４６の厚みを大きくする（図９（ｂ））。具体的には中央部の厚みをＤ１＝１．５ｍｍ、端部の厚みをＤ２＝４．５ｍｍにして、実施例１と同様に前述した図５の撓み量に沿うようになだらかに厚みを変化させる。そのため中心部ほど現像剤規制部材４２にかかる規制部材保持部４６の変形押圧が小さくなる。

以上説明したように、本発明によると、現像剤規制部材として磁性体の円柱棒を用いた構成において、現像剤の搬送方向の全域において現像スリーブと現像剤規制部材との間隙を一定に保ち、現像剤のコート量を均一にして安定した画像品質を保つことができる。

４１ 現像容器、４２ 現像剤規制部材、４４ 現像スリーブ（現像剤担持体）、
１０４ 現像器

Claims (5)

1. 現像剤を収容する現像容器と磁力により現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体との間の隙間により前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する磁性体の層厚規制部材と、前記現像剤担持体の回転軸線に沿って前記層厚規制部材を前記現像剤担持体に対向させて前記隙間を形成するように、前記層厚規制部材の両端部を支持する支持部とを備え、前記現像容器は前記層厚規制部材を保持する層厚規制部材保持部を備え、前記保持部は前記現像剤担持体の回転軸方向の中央部ほど前記層厚規制部材への現像剤からの圧力が増加するように前記現像剤担持体の回転軸方向の形状を変化させたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記層厚規制部材保持部は前記現像剤と前記層厚規制部材との接触面積が前記現像剤担持体の回転軸方向の中央部にいくほど増加するように形状が変化すること特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記層厚規制部材保持部は前記現像剤担持体の回転軸方向の中央部にいくほど高さが低くなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記層厚規制部材保持部は前記現像剤と前記層厚規制部材と間の体積が前記現像剤担持体の回転軸方向の中央部にいくほど増加するように変化すること特徴とする請求項１に記載の画形成装置。
5. 前記層厚規制部材は断面が円形の棒材であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の画像形成装置。