JP3677443B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、静電式記録装置等の画像形成装置における二成分現像剤を使用する現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置では、感光体上に形成された静電潜像をトナー像として転写材上に顕像化するために、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を使用する現像装置が多く用いられている。現像装置内のトナーはキャリアとの摩擦によって帯電され、感光体の静電潜像の方へ移動して、トナー像が形成される。
【０００３】
二成分現像剤の磁気ブラシにより現像を行う現像装置は、図５に示すように、現像剤が収容された現像ケーシング２を備え、現像ケーシング２内に図７に示す現像剤搬送スクリュー４及び６が配設されている。
【０００４】
ここで、スクリュー４は、回転軸４ａに攪拌羽根４ｂ、４ｃが外嵌固定されている。攪拌羽根４ｂは軸４ａに対して傾斜した楕円形の羽根で、攪拌羽根４ｃは軸４に垂直に形成されている。楕円形の羽根４ｂは、軸方向の攪拌を行いつつ、垂直な羽根４ｃによって周方向の攪拌をも行っている。スクリュー６は、トナーを軸方向に搬送するものであり、６ａ，６ｂに示す構造のものが適宜、選択・使用される。
【０００５】
また、現像装置には、一部が現像ケーシング２の外部に露出して感光体ドラム４０に対向するように現像ローラ１０が配設され、現像ローラに対向して層厚規制部材が垂直（現像ローラの法線方向に沿った状態）に近接して配置されている。現像ローラ１０は、矢印ａ方向に回転する感光体ドラム４０上の静電潜像を現像するために、ケーシング２内の現像剤を担持し、矢印ｂ方向へ回転してケーシング２の外部に露出した現像領域（現像ローラ１０と感光体ドラム４０とが対向する領域）へと現像剤を搬送する。通常、図６に示すように、現像ローラ１０は、中空円筒状のスリーブ１０ｂと、スリーブ１０ｂに内包される磁化されたマグネットローラ１０ａとから構成される。マグネットローラ１０ａは、ケーシング２に回転自在に支持されたスリーブに対して非回転に支持されている。
【０００６】
マグネットローラ１０ａは、５極の固定磁石体３から構成されており、ケーシング２内の現像剤は、マグネットローラ１０ａのＮ２極でスリーブ１０ｂ上に汲み上げられ、スリーブ１０ｂの回転に伴い、スリーブ１０ｂ上をＳ２極，Ｎ１極，Ｓ１極と順次搬送される。その搬送途上で、現像剤は、層厚規制部材３０によって層厚を規制され、現像ローラ１０上に現像剤の薄層が形成される。
【０００７】
マグネットローラ１０ａの現像領域に位置されたＳ１極は現像主極であり、Ｓ１極によって穂立ちした現像剤が、感光体ドラム４０上に形成された静電潜像を現像する。現像に寄与しなかった現像剤は、その後Ｎ１極、Ｎ２極の反発磁界により現像ローラ１０上から除去され、ケーシング２内に落下して戻される。
【０００８】
二成分現像剤を用いる現像装置においても、さらに種々の構成が提案され、同時に近年のパーソナルコンピュータの急速な普及に伴って画像形成装置のパーソナル化、小型化が進行しており、パーソナル・ユーザを主対象とする画像形成装置では、画質面でソリッド部（黒べた部）の画像濃度が特に重視される。
【０００９】
このような要求に対応するために、「逆回転現像ローラ」を用いた現像装置を搭載する画像形成装置が登場している。この装置では、現像が終了した後のトナー像の先端部が薄くかすれる「先端かすれ現象」と称する欠点を有するにもかかわらず、画像濃度を重視して、ある程度割り切った使い方がされている。
【００１０】
また、「順回転現像ローラ」であれば、現像ローラの磁極が最低でも５極構成のものが必要となるのに対して、「逆回転現像ローラ」であれば、現像ローラの磁極が３極構成でもまかなえることができ、画像形成装置の製造コストを低減できるという理由からも「逆回転現像ローラ」が採用されている。
【００１１】
なお、本願では現像装置を説明して行くにあたり、便宜上、「順回転現像ローラ」および「逆回転現像ローラ」と言う表現を用いるが、「順回転現像ローラ」とは、感光体が時計方向に回転した場合に、反時計方向に回転する現像ローラを意味する。即ち、現像領域で見た場合に、両者の回転方向が同方向となるのが順回転現像ローラである。
【００１２】
これに対し、「逆回転現像ローラ」とは、感光体が時計方向に回転した場合に同じ時計方向に回転する現像ローラを意味する。即ち、現像領域で見た場合に両者の回転方向が逆方向となるのが逆回転現像ローラである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
「逆回転現像ローラ」を用いた現像装置でも、「順回転現像ローラ」を用いた現像装置と同様に現像剤は層厚規制部材によって層厚を規制されて、現像ローラ上に現像剤の薄層が形成される。
【００１４】
しかしながら、層厚規制部材によって規制された現像剤が、該層厚規制部材よりも現像ローラの回転方向上流側付近に大量に溜ると、現像ローラによって次々と搬送されてくる現像剤により大きな圧力がかかる。その結果、チャージアップや流動性低下等の現像剤の性能劣化が発生し、形成画像の濃度低下が生じたり、画像に極端なガサツキを生じてしまうとともに、画像カブリ等も発生する。
【００１５】
また、「逆回転現像ローラ」を用いた現像装置は、上述のように概して小型機やパーソナル機において多用されるため、配置上の制約からトナー濃度センサを現像ローラ近傍に配置せざるを得ない。このため、現像ローラの表面側に比べると、トナー濃度センサ周りで現像剤の流れが悪くなることで、正確なトナー濃度の検知ができなくなる。例えばこの現像装置で画像部（印字データ）が多く、画像濃度の高い画像を形成すると、濃度低下が大きくなり、安定して一定濃度の画像が得られないという問題を発生する。
【００１６】
そこで特開平５−８８５４０号公報では、層厚規制部材から現像剤搬送方向上流側に伸びる案内搬送面の配置位置を傾斜させる（層厚規制部材が鉛直方向に位置する場合、案内搬送面における層厚規制部材側の反対側を水平位置より現像ローラ側に近接させる）ことで、前述の問題点を解消している。また、特開平７−２０９９９５号公報では、層厚規制部材と現像ローラとの層厚規制点（現像ローラ上の現像剤が層厚規制される位置）における接線と、前述の層厚規制部材とがなす角度を６０度以上とすることで、前述の問題点を解消している。
【００１７】
しかし、上記特開平５−８８５４０号公報や特開平７−２０９９９５号公報は、「順回転現像ローラ」を用いた現像装置に関するものであり、この場合には層厚規制部材が現像ローラの上部近辺に位置するため、層厚規制された現像剤の落下現象を利用できるが、「逆回転現像ローラ」を用いることによって、層厚規制部材が現像スリーブ下部近辺に設置された現像装置では、現像剤の落下現象が利用できないので層厚規制部材と現像ローラとの配置関係をそのまま流用することができない。
【００１８】
そこで、本発明では、「逆回転現像ローラ」を用い、層厚規制部材が現像ローラ下方に設置された構成であって、一定濃度の画像を長期間にわたって安定して得ることができる現像装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが多くの実験を実施して鋭意検討した結果、「逆回転現像ローラ」を用いた現像装置において、現像ローラに対して層厚規制部材を所定の位置関係で配置すれば、上記目的を達成することが可能であることを見出して本発明を完成させるに至った。
【００２０】
すなわち、本発明にかかる現像装置は、回転自在な円筒状スリーブに内包された複数の固定磁石体が発生する磁力によって前記スリーブ表面上に現像剤を担持し搬送する現像ローラと、この現像ローラと所定間隔を保持して対向し、スリーブ表面上の現像剤の層厚を規制する層厚規制部材とを現像ケーシング内に備え、前記現像ローラが前記現像ケーシングの開口部において感光体ドラムと対向する位置に回転可能に支持され、現像ローラの回転方向が開口部において上向きで、感光体の回転方向と同じ方向に設定され、層厚規制部材は、現像ケーシングの開口部において現像ローラの下部に設けられ、その先端面が前記感光体に近づく方向に傾斜するように設置され、層厚規制部材における回転方向上流側の面（腹部）に沿う線と現像ローラ上の層厚規制点を通過する接線とが形成する交差角度θを１００〜１２０度に設定することを特徴とし、また、層厚規制点での現像ローラと層厚規制部材との対向間隔を、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下の範囲に設定することを特徴とするものである。
【００２１】
なお、層厚規制点とは、層厚規制部材によりスリーブ上の層厚が規制される起点であり、層厚規制部材の腹部に沿う線とは、層厚規制部材が撓むことを考慮して、特に層厚規制点近傍の腹部に沿う線を示すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、現像装置の断面図であり、画像形成装置の感光体ドラム４０の一側に、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を有する現像装置が位置決めされている状態を示している。
【００２３】
この現像装置は、「逆回転現像ローラ」を採用し、本体としての現像ケーシング２と、現像剤担持体としての現像ローラ１０と、周知のトナー補給手段７０と、層厚規制部材３０（ドクター）と、現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ６０等とから構成されている。現像ケーシング２は、その内部が現像槽５１とトナー補給槽５０とに区画され、この現像槽５１内にトナーとキャリアとを混合した二成分現像剤が収容されている。
【００２４】
トナー補給槽５０に収容されたトナーは、先端に攪拌シート５８が取付けられた攪拌部材５７によって攪拌され、トナー補給槽５０と現像槽５１との間に配設されたトナー補給ローラ５６によって現像槽５１に送られる。補給されたトナーは、攪拌ローラ５２によって、現像槽５１内の現像剤と攪拌され、現像ローラ１０に供給される。なお、攪拌部材５７、トナー補給ローラ５６、攪拌ローラ５２の回転方向は、図面に示す矢印方向の通りとなっている。
【００２５】
現像ローラ１０は、現像ケーシング２の開口部において、感光体ドラム４０と対向する位置に回転可能に支持されており、この現像ローラ１０は、スリーブとその内側にある磁界発生手段である固定磁石体とから構成されている（図５ 及び６参照）。固定磁石体は、例えば、現像作業において使用される現像極および現像剤を搬送する搬送極等の３つの磁石によって形成されている。
【００２６】
現像ローラ１０のスリーブは、アルミニウム合金やステンレス鋼等の非磁性材料から構成される中空の円筒状部材であり、図面上時計回りに所定の周速度で回転し、現像ローラ１０と感光体ドラム４０とが対向する現像領域Ａに新しい現像剤を供給する。
【００２７】
スリーブの表面では、現像剤が安定して均一に搬送されるように、平均粗さは２〜１５μｍの間に設定されている。現像ローラ１０表面の平均粗さが２μｍよりも小さく平滑な場合には、搬送が充分に行われず、１５μｍよりも粗すぎても現像斑が発生する。上記の表面粗さを得る方法は、特に限定されないが、一般的にサンドブラスト処理が用いられ、アルミ材の場合にはアルマイト処理が施される。
【００２８】
層厚規制部材３０は、アルミニウム合金、ステンレス鋼、黄銅あるいは燐青銅等の非磁性材料から構成される薄板状弾性部材であり現像領域Ａよりも、現像ローラ１０の回転方向上流側の位置（現像ローラ１０の下方側）に、現像ローラ１０と所定の隙問を有した状態で配設されている。そしてこの層厚規制部材３０により、現像ローラ１０外周面に固定磁石体の作用により吸着保持され、現像領域Ａへと搬送される現像剤の層厚が、均一な薄層に規制される。
【００２９】
この層厚規制部材３０の回転方向上流側にトナー濃度センサ６０が現像ローラ１０に対向して配置される。なお、トナー濃度センサ６０を装着するために形成された仕切壁６１によって、層厚規制部材３０まで搬送される現像剤の量を規制しており、層厚規制部材３０付近に大量に溜まることを防止している。
【００３０】
【実施例】
本実施例では、上記構成の現像装置を使用し、現像ローラ１０上のトナー層を層厚規制部材３０により規制することで起こり得る、様々な問題を解決するための層厚規制部材３０の配置態様について説明する。
【００３１】
［交差角度θについて］
まず、現像ローラ１０に対する層厚規制部材３０の配置角度と、層厚規制時の現像剤にかかる圧力との関係について検討した。
【００３２】
図２は、層厚規制部材３０と現像ローラ１０との配置関係を示す概略図である。図中、層厚規制部材３０の配置角度としては、層厚規制部材３０の先端と対向する現像ローラ上の層厚規制点Ｐを通る接線Ｘと、層厚規制部材３０の腹部に沿う線とがなす交差角度θを用いた。角度θは、上記規制点Ｐにおける接線Ｘと規制点Ｐを通る現像ローラ１０の法線Ｙを基準にして、接線Ｘの直線Ｙよりも現像ケーシング２の内側寄りを０度として、反時計回りの方向を正とする。
【００３３】
図２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ交差角度θを（ａ）：９０度、（ｂ）：鈍角、（c ）：鋭角、（ｄ）：０度（層厚規制部材３０の腹部が層厚規制点Ｐに接する場合）とした場合を示したものであるが、図２（d ）に関しては現像剤流路が極小であるため、有効な層厚規制が行われない。
【００３４】
そこで、図２（ｄ）を除いた図２（ａ）〜（ｃ）の各図においてどの構成が好ましいかを調べるため、交差角度θをパラメータとして、現像ローラ１０を所定時間空転させたときに、層厚規制部材３０に付着するトナー量を実験した。
【００３５】
その結果を表１、及び図３に示す。交差角度θが変化すると、現像剤流路Ｓの現像剤滞留量、現像剤圧力が変化し、層厚規制部材３０が押し付けられて、付着するトナー量が変化するので、この付着量を一定時間毎に重量測定（テスト中にトナー付着した層厚規制部材３０の重量から、テスト前の層厚規制部材の重量を減じて求める。）した結果である。なお、表１中の穂切り点とは、層厚規制点Ｐを意味するものである。
【００３６】
【表１】

【００３７】
前述の表１ 及び図３より、交差角度θが９０度以下（図２（ａ）や（ｃ））の場合には、層厚規制部材３０へのトナー付着が多く、よって好ましい交差角度θは鈍角（図２（ｂ））であることがわかる。上記交差角度θを鈍角とするには、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように配置すればよい。いずれも層厚規制部材３０の腹部の延長線が現像ローラ１０の回転中心よりも感光体側であるが、特に図１（ｃ）に示すように現像ローラ１０下方で対向している層厚規制部材３０の先端面が、現像ケーシング２ の外側を向くように層厚規制部材３０を傾斜させて設置する態様が好ましい。この場合、層厚規制部材３０、現像ローラ１０及び現像槽５１の底面とで囲まれる空間が最も大となり、現像剤の滞留が少なくなる。
【００３８】
前述の実験結果である表1 、図３について図２を交えて詳細に説明する。交差角度θが９０度の場合、層厚規制部材３０は、法線Ｙ上にあり、現像剤の圧力を層厚規制部材３０の腹部で受けるが、層厚規制部材３０の先端がわずかに撓むだけで現像剤の通過を規制してしまう。そのため、現像ローラ１０、層厚規制部材３０及び現像ケーシング２底面等で囲まれた現像剤流路Ｓに多量の現像剤が滞留し、現像領域Ａへ円滑に送出されない。
【００３９】
また、層厚規制点Ｐで急激に現像剤流路Ｓが狭められるので、長期間に渡る使用では現像剤が継続的にストレスを受け、現像剤の性能劣化が進行して、現像剤の寿命が短くなる。
【００４０】
次に交差角度θが９０度よりも小さい場合、即ち交差角度θが鋭角の場合には、一定時間経過後の層厚規制部材３０へのトナー付着量が多くなり、均一な層厚規制が行われない。すなわち、層厚規制部材３０は、現像剤の圧力によって現像ローラに近づく方向にたわんでしまい、現像剤流路Ｓを狭めてしまう。そのため、現像領域へ円滑な現像剤送出が行なわれず、現像剤の滞留量が増大する。また、現像剤への圧力によるストレスも増大して、現像剤の寿命が短くなる。
【００４１】
また、交差角度θが９０度を越えて鈍角の範囲になると、トナー付着量が減少する。なお、交差角度θが鈍角の範囲でも、１２０度を越えると、現像ローラ１０の規制点Ｐに対して層厚規制部材３０の先端エッジ部が現像ローラ１０に対向せず、層厚規制部材３０の腹部が対向することになり、有効に層厚規制が行なわれなくなる。したがって、交差角度θは、好ましくは９５〜１２５度、より好ましくは１００〜１２０度の範囲に設定するのがよい。
【００４２】
［層厚規制部材と現像ローラとの対向間隔について］
次に、層厚規制部材３０の交差角度θを１００度に固定し、層厚規制点Ｐにおける現像ローラ１０と層厚規制部材３０との対向間隔（以下、「対向間隔」と略する）と、現像剤搬送量の関係について検討し、最適な対向間隔を求める。
【００４３】
図４は、対向間隔と現像剤搬送量との関係を示すグラフである。グラフより現像ローラと層厚規制部材との対向間隔が０．５ｍｍ未満の場合は、現像剤搬送量が不足しており、これにより現像剤の滞留量が増え、現像剤ストレスも極めて増加する。
【００４４】
また、対向間隔が１ｍｍを越えるような場合は、対向間隔の微少な変化でも現像剤搬送量が急激に変化し、現像剤の搬送量が不安定となり、対向間隔の調整精度の点で実用性に欠ける。
【００４５】
よって、層厚層厚規制点Ｐでの現像ローラ１０と層厚規制部材３０との対向間隔は、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下の範囲に設定することにより、現像剤搬送量が安定し、現像剤ストレスも比較的抑制される。なお、この対向間隔は、交差角度θが９５〜１２５度においても適用できるものである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明においては、「逆回転現像ローラ」を用いた現像装置において、交差角度θを鈍角、より好ましくは１００〜１２０度に設定すれば、層厚規制部材による現像剤の圧縮、現像剤性能劣化やトナー融着が起こり難く、良好に層厚規制され、濃度が十分な画像を長期間にわたって安定して得ることができることを、多くの実験から明らかにした。
【００４７】
また、層厚規制点での現像ローラと層厚規制部材との間隔を、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下の範囲に設定することで、均一な層厚規制を行うことができ、搬送ムラによる画像ノイズのない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 現像装置の断面図
【図２】層厚規制部材と現像ローラとの配置関係を示す概略図
【図３】交差角度による層厚規制部材へのトナー付着量を示すグラフ
【図４】対向間隔による現像ローラの現像剤搬送量を示すグラフ
【図５】従来の現像装置の構成図
【図６】現像ローラの斜視図
【図７】現像剤搬送スクリューの斜視図
【符号の説明】
２ 現像ケーシング
１０ 現像ローラ
３０ 層厚規制部材
４０ 感光体
５０ トナー補給槽
５１ 現像槽
５２ 攪拌ローラ
５６ トナー補給ローラ
５７ 攪拌部材
５８ 搬送シート
６０ トナー濃度センサ
６１ 仕切壁

Claims (3)

1. 円筒状スリーブに内包された固定磁石体が発生する磁力によって前記スリーブ表面上に現像剤を担持し搬送する現像ローラと、この現像ローラと所定間隔を保持して対向し、前記スリーブ表面上の現像剤の層厚を規制する層厚規制部材とを現像ケーシング内に備え、前記現像ローラが前記現像ケーシングの開口部において感光体ドラムと対向する位置に回転可能に支持され、前記現像ローラの回転方向が開口部において上向きで、感光体の回転方向と同じ方向に設定されている現像装置において、前記層厚規制部材は、前記現像ケーシングの開口部において現像ローラの下部に設けられ、その先端面が前記感光体に近づく方向に傾斜するように設置され、前記層厚規制部材における回転方向上流側の面に沿う線と現像ローラ上の層厚規制点を通過する接線とがなす交差角度θが１００〜１２０度に設定されたことを特徴とする現像装置。
2. 前記現像ローラの磁極が３極構成とされたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記層厚規制点での現像ローラと層厚規制部材との対向間隔が、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下の範囲に設定された請求項１又は２記載の現像装置。

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