JP3944749B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像記録装置に関するものであり、特に磁性現像剤を用いる現像装置に関する。

電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像記録装置では、一方向に回転する感光体と呼ばれる像担持体上において、画像形成部を所定電位ＶＲ、非画像部を所定電位ＶＯにして形成した静電潜像に、現像装置からトナーと呼ばれる像可視化剤を供給して、前記潜像を可視像とし、この可視像を記録紙上に印刷する。従来、この電子写真方式に適用される現像装置としては、トナーとキャリアと呼ばれる磁性粉体とからなる二成分現像剤を用いた現像装置が多用されている。通常この種の現像装置では、上記二成分現像剤を現像剤収容部で攪拌することにより、該現像剤中のトナーとキャリアが摩擦しあい、それぞれが所定の量に帯電する。該所定の帯電量となった現像剤は、前記現像剤収容部から複数個の磁石を内部に保有する現像ロールと呼ばれる現像体に導かれる。ここで現像剤は現像ロールの回転によって保持搬送され、該現像ロールの一部に設けたドクタブレードと呼ばれる仕切板を通過する。この際、該ドクタブレードは、各現像ロール上での現像剤搬送性を高めるために、ドクタブレードに対して、各現像ロールの回転方向の上流側にある磁極の極性と、該回転方向の下流側にある磁極の極性とが、逆極性となるように配置される。次に、該ドクタブレードによって所定量に規制された現像剤は、現像ロールの回転により前記感光体と接触する位置に搬送される。この時、現像ロールには、感光体上の画像形成部にトナーのみを導くバイアス電位（以下、現像バイアスと記述）ＶＢが印加されており、感光体上の画像形成部に可視画像が形成される。

更に詳述すると前記現像方式には、前記現像ロール上の現像剤と感光体との接触部（以下、現像部と記述）において、前記感光体の回転方向と同一方向（以下、順回転と記述）に現像ロールが回転して現像剤を搬送接触する構成、前記感光体の回転方向と逆方向（以下、逆回転と記述）に現像ロールが回転して現像剤を搬送接触する構成、および順回転、逆回転の現像ロールを組み合わせた構成がある。またこれらの構成においては、感光体の回転速度に対する現像ロールの回転速度の比（以下、周速比と記述）が１を越えるように設定されるのが一般的である。上記、二成分現像剤を用いた現像装置のうち、感光体の回転方向の上流側に逆回転、下流側に順回転の現像ロールが隣接して設置され、且つ、逆回転現像ロールと順回転現像ロールの間にドクタブレードを配置した構成の現像装置においては、特公平２−８３０８号に記載のように、前記ドクタブレードの近傍まで一塊となって搬送した現像剤を、ドクタブレードの先端部で分流し、隣接する２つの現像ロールに分割した後、両者の現像ロールとドクタブレードで形成される間隙（以降、ドクタギャップと記述）を通過させるようになっている。この方式では、前記両現像ロールの中心軸に対し、現像剤が流れる方向の下流側に前記ドクタブレードの先端部を配置し、両現像ロールによって拘束される狭い空間へ現像剤を充填して、現像剤のかさ密度を高めることによって、前記２つの現像ロールへ現像剤を分流する。しかしこの場合、前記ドクタギャップを通過せずに余剰となった現像剤が、両現像ロールの狭い空間に滞留するため、現像剤自体に大きなストレスがかかって寿命が低下する問題があった。この問題を回避するため、特開平７−１６０１２３号記載の技術では、前記両現像ロールの中心軸に対し、現像剤が流れる方向の上流側に前記ドクタブレードを配置し、広い空間で両現像ロールへの現像剤の分流を行う方法が提案されている。

特公平２−８３０８号公報

特開平７−１６０１２３号公報

ドクタブレードで像可視化剤が層規制される際の負荷によって、ドクタブレードの中央部が各現像ロールの回転方向の下流側に撓み、ドクタギャップ狭くなり、ドクタブレードの奥行き方向の中央部にあたる画像の濃度が、ドクタブレードの両端部にあたる画像の濃度より薄い結果となっていることがわかった。

本発明の目的は、上記構成の現像装置において、現像ロールへの現像剤供給量を安定させ、高品質な画像が得られる画像記録装置を提供することにある。

上記の目的は、像担持体との対向部において像担持体の移動方向と逆方向へ移動し内部に複数の磁極を配置した第１現像ロールと、第１現像ロールに対し像担持体移動方向下流側に設けられ、像担持体との対向部において像担持体の移動方向と同方向へ移動し内部に複数の磁極を配置した第２現像ロールと、前記第１現像ロールと第２現像ロールの間に設けられ各現像ロールへの像可視化剤の供給量を規制する仕切り部材とを備えた画像記録装置において、前記仕切り部材は、前記第２現像ロールから第１現像ロールへの像可視化剤の受け渡しを案内する上流側面と、前記第１、第２現像ロールのそれぞれの極性反転位置上に配置された規制部と、前記第１現像ロールの中心軸と第２現像ロールの中心軸を結ぶ線分よりも前記第１、第２現像ロール移動方向下流側に突出する突出部とを有し、前記突出部は、前記仕切り部材の奥行き方向中央部の撓みを防ぐ形状を有し、前記突出部の先端部は、前記像担持体と前記突出部の先端部との間隔が、前記第１現像ロール、第２現像ロールと前記像担持体との間で形成される現像ギャップと等しくなる位置から、前記線分より前記第１現像ロール、第２現像ロールの半径の１／２となる位置の間にあることにより達成される。

本発明を用いれば、現像ロール間にドクタブレードを設置した構成の現像装置において、現像ロールへの現像剤供給量が安定し、高品質な画像が得られる画像記録装置を提供できる。

本発明における第一の実施形態を主に図１および図２を用いて説明する。但し、図１は本発明の第一の実施形態である現像装置の一部を拡大した概略図、図２は現像装置全体の概略図である。

本実施形態は２本の現像ロール１および２が感光体１０１と呼ばれる像担持体に対向して設置された現像装置１０４に関するものである。該２本の現像ロールのうち、現像ロール２は図２中の矢印Ａで示した感光体１０１の回転に対して順回転し、感光体１０１の回転方向の下流に配置される。また現像ロール１は、該感光体１０１の回転に対して逆回転し、感光体１０１の回転方向の上流に配置される。尚、本実施形態では２本の現像ロールを持つ現像装置により説明するが、これは例えば、現像ロール１より感光体１０１の回転方向の上流側に複数本の現像ロールを有する構成、或いは現像ロール２より感光体１０１の回転方向の下流側に複数本の現像ロールを有する構成であっても構わない。更に、本実施形態では、像担持体としてドラム状の感光体を用いているが、これは例えば、特定の軌道上を周回する感光体ベルトのような構成であっても良い。

また前記現像装置１０４においては、現像ロール１および現像ロール２の間にドクタブレード３と呼ばれる仕切り板が配置されている。該ドクタブレード３は、図１に示すように、現像ロール１上にある現像剤４ａおよび現像ロール２上にある現像剤４ｂの通過量を所定値に規制するため、規制位置Ｊ１、Ｊ２部分で、現像ロール１、２との間隙長がそれぞれＧ１、Ｇ２となるように設定されている。尚、以降では、この間隙をドクタギャップと記述し、該間隙長Ｇ１、Ｇ２で表記する。また本実施形態では、該ドクタブレード３は前記現像剤４ａおよび４ｂの通過量規制を一つのブレードで同時に行う一体成形された金属部材を採用している。

図１または図２に示した本実施形態においては、現像剤４と呼ばれる像可視化剤は、キャリアと呼ばれる磁性粉体とトナーと呼ばれる前記感光体１０１上に可視像を形成する粉体とで構成され、全重量の２〜４％の重量比でトナーが混合されている。本実施形態では、前記現像剤４は、図示しない印刷装置の印刷動作によって、現像剤４中のトナーのみが消費されるため、現像装置１０４内にある現像剤中のトナーの重量比が減少する。このため、図２に示した本実施形態の現像装置１０４では、トナー貯留供給装置９から現像装置１０４の内部に供給されたトナー５を現像剤４と混合攪拌する混合攪拌部材７および８が設置されている。該混合攪拌部材７および８は螺旋状のスクリューとなっており、図中の矢印ＣおよびＤの方向に回転することによって、混合攪拌部材７では図中の手前から奥側へ、混合攪拌部材８では奥側から手前へ現像剤４を攪拌搬送する。これによって奥側から手前における現像剤４のトナー重量比が均一となる。また現像剤４中のトナーはこの混合攪拌部材７および８で攪拌搬送されることによって、該現像剤４中のキャリアなどと摩擦しあい、所定の値に帯電する。このトナーの帯電量は本実施形態の場合、−１０〜−３０μｃ／ｇである。

このようにして所定のトナー重量比および所定の帯電量に調整された現像剤４は、更に搬送部材６が矢印Ｂの方向に回転することによって、搬送部材６の上側を図中、右から左に搬送され、現像ロール２の近傍に導かれる。

この時、現像ロール１および現像ロール２は、図１に示すように、Ｎ３極、Ｓ４極、Ｎ４極、Ｓ５極、Ｎ５極の順に着磁したマグネット２０ａおよび内部にＳ１極、Ｎ１極、Ｓ２極、Ｎ２極、Ｓ３極の順に着磁したマグネット２０ｂが固定して設置されており、現像ロール１および現像ロール２の外周部に回転可能なスリーブ２１ａおよびスリーブ２１ｂを具備している。このため現像ロール２の近傍にある現像剤４は、前記マグネット２０ｂの磁極Ｓ１によって、スリーブ２１ｂの表面に引きつけられ、スリーブ２１ｂの回転に伴って、磁極Ｓ１から磁極Ｎ１を経て、ドクタブレード３の近傍まで搬送される。

ここで現像剤４ｂは、ドクタブレード３の規制位置Ｊ２においてドクタギャップＧ２を通過することによって所定量に規制され、磁極Ｓ２を経て、磁極Ｎ２部に配置された現像ロール１の現像部へ導かれる。このときドクタブレード３での通過量規制によって余剰となった現像剤の一部或いは全部は、前記マグネット２０ａの磁極Ｎ３および磁極Ｓ４の磁力によってスリーブ２１ａの表面に引きつけられ、スリーブ２１ａの回転に伴ってドクタブレード３の規制位置Ｊ１においてドクタギャップＧ１を通過し、所定量に規制された後、磁極Ｓ４を経て磁極Ｎ４部に配置された現像ロール１の現像部へ導かれる。

前記現像ロール１および現像ロール２の現像部では、感光体１０１の表面のうち画像形成部と非画像形成部が、図示しない帯電、露光の工程により現像部に到達する以前に、所定の電位に調整され、現像ロール１、２に図示しない電源によって、現像ロール１、２上の現像剤からトナーのみを感光体１０１の画像形成部分に供給する現像バイアスが印加されている。これにより感光体１０１上の画像形成部にトナーによる可視画像が形成される。

その後、感光体１０１上の可視画像は図示しない転写工程により用紙に印刷された後、図示しない定着工程により用紙上に固着される。以上のような一連の印刷動作において、現像装置１０４が所定の現像性能を得るためには、現像ロール２で余剰となる現像剤を安定して現像ロール１に導くことが重要であり、この方法を、図３に示した現像ロールの磁極配置を説明する概念図、および、図４に示した現像ロールの磁極配置と、各現像ロール１、２においてドクタブレード３を通過した現像剤量との関係図を用いて説明する。

ここで図３における磁極構成のうち、ドクタブレード３に対して、各現像ロール１、２の回転方向の上流にあるＮ１、Ｎ３極、該回転方向の下流にあるＳ２、Ｓ４極、更にＮ３極とＳ４極およびＮ１極とＳ２極の磁極極性が入れ替わる部分（以降、極性反転位置と記述）Ｅ１、Ｅ２は、前記現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線の中点に垂直に立てた線（以降、対称線と記述）Ｈに対して線対称の位置関係を取る。本配置は、各磁極Ｎ３とＮ１、Ｓ４とＳ２、およびＥ１とＥ２の位置が、現像ロール１および現像ロール２の間で完全な線対称ではなく、各現像ロールの回転方向の前後に若干ずれた配置となっても構わない。

しかし、ドクタブレード３より現像ロール回転方向の下流にある極位置、即ち本実施形態では、Ｓ４およびＳ２極の位置付近において、現像ロール１および現像ロール２間の磁極の組合せがＮ極とＳ極で構成された場合、この部分で現像剤の授受が行われることから、現像ロール１、２に対する所定の適正現像剤量が得られなくなり、好ましくない。このため本実施形態のような現像ロール１、２の間にドクタブレード３を設置するような構成の場合、前述した対称線Ｈに対して線対称に近い構成をとる。このような磁極構成の場合、ドクタブレード３より上流にある磁極Ｎ３、Ｎ１間では、同一極性の磁力の影響で、現像ロール１、２間の現像剤授受が行われにくくなる。

この授受を安定化させるために本発明では、前記極性反転位置Ｅ１、Ｅ２を有効に利用する。以下にこの方法を詳述する。即ち、搬送部材６によって現像ロール２の近傍に運ばれた現像剤は、まず現像ロール２のＳ１極に導かれたのち、Ｎ１極へ搬送される。次に現像剤は現像ロール２の回転に伴い、Ｎ１極からＳ２極へ搬送されるのであるが、その途中にある極性反転位置Ｅ２と現像ロール２の中心軸を結ぶ線分上では、Ｎ１極とＳ２極の磁力が相殺される。このとき、現像ロール１の極性反転位置Ｅ１が前述した対称線Ｈに対して線対称の位置に有るため、現像ロール１、２の極性反転位置Ｅ１、Ｅ２とそれぞれの現像ロール中心軸を通過する線分は、前記対称線Ｈ上で交差する。以降、これを反転位置交差部Ｆと記述する。

図１１はドクタブレード３付近の現像剤の状態を示した説明図である。現像ロール１、２の磁力によって拘束される現像剤は、図のように反転位置交差部Ｆより上流側では、それぞれの現像ロール１、２の磁力の反発によって現像剤は接触しない。一方、反転位置交差部Ｆでは、２つの現像ロールにある磁力が相殺されるために、反発力が最も弱く、現像剤が互いに接触するようになる。このとき現像ロール２によって搬送されてきた現像剤は、その搬送に伴う力が図中を右下から左上に向かう力が作用しているため、容易に現像ロール２の磁力による拘束圏を離れ、現像ロール１の磁力による拘束圏に導かれる。従って反転位置交差部Ｆがドクタブレード３よりも上流側にある場合、容易に現像ロール２から現像ロール１への現像剤受け渡しが行える。これに対し、反転位置交差部Ｆがドクタブレード３よりも下流側にある場合、２つの現像ロールによって拘束される現像剤が接触できず、現像ロール２から現像ロール１への現像剤受け渡しが行えないため、現像ロール１の現像剤量が不足する。

図４は、各現像ロール１、２の極性反転位置Ｅ１、Ｅ２を、それぞれの現像ロール中心軸を中心に所定の角度ψだけ回転して設置した場合に、現像ロール１、２においてドクタブレード3を通過する現像剤の搬送量を実測した結果である。尚、角度ψは、反転位置交差部Fが、ドクタブレード３の上流側面上で交差するときの角度を０°とし、各現像ロールの回転方向を正とした。また現像ロール１、２のドクタギャップＧ１、Ｇ２は、同一の０．０６ｃｍとして測定した。その結果、設定角度ψが７．５°のとき、即ち、反転位置交差部Ｆがドクタブレード３より下流側にあるとき、現像ロール２では十分な現像剤の搬送量が得られているのに対し、現像ロール１では不足している。

これに対し、設定角度ψが０°近傍から負になる配置、即ち、反転位置交差部Ｆがドクタブレード３の上流側面より上流側にあるとき、現像ロール１、２共に十分な現像剤の搬送量が得られている。これらの結果から、現像ロール２から現像ロール１への現像剤受け渡しを安定化するため、前記反転位置交差部Ｆが、ドクタブレード３より上流側となるように設定した。

これに加え、ドクタブレード３を通過する現像剤の量は、ドクタブレード３における現像剤の規制位置Ｊ１、Ｊ２でも決まる。本実施形態の場合、現像ロール２でのドクタブレード３を通過する現像剤量は、前記反転位置交差部Ｆの位置によらず、前記規制位置Ｊ２のみで決まる。即ち現像ロール２では、図４の結果において、設定角度ψが約１０°より大きくなると、搬送量が減少する。また図示はしないが、設定角度ψが−１２．５°より小さい場合も同様に搬送量が減少する。

本実施形態に用いたドクタブレード３の場合、ψが−２．５°において前記規制位置Ｊ１、Ｊ２が、現像ロール１、２の極性反転位置Ｅとそれぞれの現像ロール中心軸を通過する線分上に位置しており、その位置より±１０°の範囲において、適正な搬送量を得ることができる。この値は、図３における現像ロール１、２の磁極配置がＮ１〜Ｓ２間、Ｎ３〜Ｓ４間で６０°、Ｅ２〜Ｓ２間、Ｅ１〜Ｓ４間で３０°となっていることから、極性反転位置Ｅ１、Ｅ２とＳ４、Ｓ２極間、或いは極性反転位置Ｅ１、Ｅ２とＮ３、Ｎ１極間における角度の１／３となっている。またこの場合、現像剤の規制位置Ｊ１、Ｊ２を極性反転位置Ｅ１、Ｅ２より下流とすることで、前記反転位置交差部Ｆをドクタブレード３より上流に位置させるための裕度が高まるが、本実施形態では、規制の際に現像剤にかかる負荷を低減するため、現像ロール上の磁力による拘束が最も弱くなる極性反転位置Ｅ１、Ｅ２上に現像剤の規制位置Ｊ１、Ｊ２を置いている。

この設定において、前述した反転位置交差部Ｆが、ドクタブレード３より上流側となるように設定するためには、ドクタブレード３の形状も重要となる。これを図５に示すドクタブレードの構成を示す概念図により説明する。図５に示すようにドクタブレード３では、規制位置Ｊ１、Ｊ２でドクタギャップＧ１、Ｇ２を形成するため、現像剤の規制位置Ｊ１、Ｊ２より上流側に図中斜線を施した台形状の側板部３１が一体となって設けられている。これは、側板部３１がない場合、機械強度の小さいくさび型のエッジ部でギャップを形成しなければならず、長期の使用に耐えないためである。但し、この側板部３１の厚さＴが厚い場合、前記反転位置交差部Ｆをドクタブレード３より上流側に位置させることが難しくなる。

今、現像ロール１、２の直径をＤ１（＝Ｄ２）（ｃｍ）、現像ロール１、２間の距離をＷ（ｃｍ）、ドクタギャップをＧ１（＝Ｇ２）（ｃｍ）、現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線分と、現像ロール１、２の中心軸とそれぞれの極性反転位置Ｅ１、Ｅ２を結ぶ線分との角度をθ１（＝θ２）（°）とすると、現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線分からドクタブレード３の上流側面までの距離ｈは、これらの幾何的な配置から、ｈ＝｛（Ｄ１＋Ｄ２）／２＋W｝ｓｉｎθ１sinθ２／ｓｉｎ（θ１＋θ２）より小さくなければならない。

この時、前記側板部３１の厚さの上限Ｔmaxは、Ｔmax＝ｈ−（Ｄ２／２＋Ｇ２）ｓｉｎθ２となる。また前記反転位置交差部Ｆと各現像ロール２との距離Ｌは、Ｌ＝ｈ／ｓｉｎθ２−Ｄ２／２となる。但し、θ１、θ２は０°以上９０°未満の値である。これは、θ１、θ２が０°より小さくなった場合、前記反転位置交差部Ｆが現像剤の規制位置Ｊ１、Ｊ２より各現像ロール１、２の回転方向の下流側に来てしまうためである。尚、 現像剤の規制位置Ｊ１、Ｊ２が極性反転位置Ｅ１、Ｅ２上にない場合においても、θ１、θ２が０°より小さいことは、ドクタブレード３より上流側に反転位置交差部Ｆを置くための設定裕度が少なくなる。更にこの場合、ドクタブレード３のドクタギャップＧ１、Ｇ２を通過せず余剰となった現像剤が、現像ロール１、２の何れかの磁力に拘束されて滞在するための空間が狭くなり、現像剤が圧縮された状態となる。このため現像剤へのストレスが増加し、現像剤寿命を引き下げる原因となるため、好ましくない。

また本実施形態では、前記ドクタギャップＧ１、Ｇ２へ現像剤を有効に導くための側板部３１が台形状となっているが、これは例えば円弧状であっても構わない。この場合、上記Ｔmaxは円弧の頂点部に相当する。図６にＤ＝３ｃｍ、Ｗ＝１ｃｍ、Ｇ＝０．１ｃｍとし、上記構成角度θをパラメータとしたときのＴmaxを（１）式より算出した結果を示す。この結果において、角度θが大きいほど、厚さの上限Ｔmaxは大きくとれることがわかる。しかし角度θが大きくなるにつれ、図６に併記した前記反転位置交差部Ｆと現像ロール２との距離Ｌも同時に大きくなる。このＬの値は、現像ロール２の極性反転位置Ｅ２において、現像ロール２から現像ロール１へ現像剤を受け渡すのに最小限必要な現像剤層高さと考えられる。即ち上記角度θが大きい場合、現像ロール２に搬送されてくるべき現像剤量も多くなければならない。この現像剤量は、現像ロール２と搬送部材６との関係により決まる。

今、極性反転位置Ｅ２上の現像剤の層高さは、現像剤の量に比例する。これは極性反転位置Ｅ２においては、磁力によって拘束されていないため、現像剤が自然に現像ロール２上に堆積している状態、即ち現像剤自体の充填密度により前記層の高さが決まることによる。本実施形態の場合、図７の現像剤搬送経路と現像ロールの関係を説明する模式図に示したように、搬送部材６として羽根高さＹを持つ羽根車を用いている。本構成の場合、この羽根によって搬送される現像剤は、前記極性反転位置Ｅ２上の現像剤と同様に自然に羽根上に堆積している状態であり、現像剤層の充填密度は前記極性反転位置Ｅ２上のものと等しい。従って、羽根高さＹと羽根の頂点から現像ロール２までの距離との和、即ち少なくとも現像剤搬送経路上の間隙長ｚが、前記反転位置交差部Ｆと現像ロール２との距離Ｌの値以上であることが必要である。但し現像ロール２によってドクタブレード３の近傍まで運ばれた現像剤のうち、余剰分が現像ロール１に供給されることから、前記間隙長ｚは、前記距離Ｌの値よりももっと大きな値が必要で、本実施形態で実測した結果、現像ロール１、２においてドクタブレード３を通過する現像剤量を十分な値とするためには、前記間隙長ｚを前記距離Ｌの１．５倍以上とする必要があった。

また図３に示した磁極Ｓ２および磁極Ｓ４では、ドクタギャップＧ１およびＧ２が０．０５ｃｍ程度の小さい値であっても、磁力に沿ってできる現像剤の穂の高さが０．２〜０．３ｃｍにまでなる。従って、現像ロール１、２の間隔Ｗを最小でも０．５ｃｍ以上としなければ、現像ロール１、２の穂が乱され、好ましくない。更に、現像ロールによって搬送すべき現像剤は、現像ロール表面での磁力が１０００ガウス程度の場合、現像剤の層厚が１．５ｃｍ以下、また搬送重量の増大による現像ロール回転負荷を低減するために、現像剤層厚１ｃｍ以下とすることが望ましい。

これらの場合、前記のように間隙長ｚ、即ち現像剤の層厚を前記距離Ｌの１．５倍以上とする必要があることから、現像ロール１、２の間隔Ｗは、前記（３）式から、現像剤の層厚が１．５ｃｍで２ｃｍ以下、現像剤層厚１ｃｍで１．３ｃｍ以下に設定する必要がある。また現像ロール１、２の間隔Ｗを１．３ｃｍ以下とした場合、現像ロール１、２においてドクタブレード３を通過する現像剤量を十分な値とするために、前記距離Ｌは０．６５ｃｍ以下でなければならない。この時、前記磁極Ｓ２および磁極Ｓ４でできる現像剤の穂高さの関係上、現像ロール１、２の間隔Ｗは０．５ｃｍ以上が必要である。

従って通常使用し得る現像ロールの直径Ｄ１、Ｄ２が２〜５ｃｍのものにおいて、前記現像ロール２の中心軸と極性反転位置Ｅ２を結ぶ線分との角度θ２は、式（３）より、Ｄ１＝Ｄ２=２ｃｍにおいて５０°未満、Ｄ１＝Ｄ２＝３ｃｍにおいて４５°未満、Ｄ１＝Ｄ２＝５ｃｍにおいて４０°未満でなければならず、Ｄ１、Ｄ２が２〜５ｃｍのものにおいて、少なくとも５０°未満、好適には４０°未満に設定する必要がある。

図１２は、各現像ロール１、２の極性反転位置Ｅ１、Ｅ２を、それぞれの現像ロール中心軸を中心に所定の角度ψ１、ψ２だけ回転して設置した場合に、現像ロール１、２において現像ロール１のドクタギャップＧ１を通過する現像剤の搬送量を実測した結果であり、各現像ロール１、２の設定角度の差ψ１−ψ２に対する搬送量を各ψ１の値において示している。尚、角度ψ１、ψ２は、反転位置交差部Ｆが、ドクタブレード3の上流側面上で交差するときの角度を０°とし、各現像ロールの回転方向を正とした。また現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線分からドクタブレード３の上流側面までの距離は０．９ｃｍ、現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線分と、現像ロール１、２の中心軸とそれぞれのドクタブレード３における現像剤の規制位置Ｊ１、Ｊ２を結ぶ線分との角度はそれぞれ２８°、現像ロール１、２の直径Ｄ１（＝Ｄ２）を３ｃｍ、現像ロール１、２間の距離を０．７ｃｍ、現像ロール１、２のドクタギャップＧ１、Ｇ２は、同一の０．０６５ｃｍであり、現像ロール２へ供給される現像剤の層厚１ｃｍの条件において測定した。

その結果、ψ１が２．５°ではψ１−ψ２が−２．５°以下、ψ１が５°ではψ１−ψ２が２．５°以下、ψ１が−２．５°ではψ１−ψ２が０°以下で現像ロール１のドクタギャップＧ１を通過する搬送量が良好な状態となった。これは図１３に示すドクタブレードの構成を示す概念図のように、現像ロール１、２の中心軸とそれぞれの極性反転位置Ｅ１、Ｅ２を結ぶ線分との角度θ１、θ２（°）が異なる場合、前記反転位置交差部Ｆが前記現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線の中点に垂直に立てた対称線Ｈ上にないことに起因する。即ち図１３に示した形態のようにθ１＜θ２となる場合、前記反転位置交差部Fは対称線Ｈより下側になり、前記反転位置交差部Ｆから現像ロール２までの距離Ｌが、θ１＝θ２のときより小さくなるためである。

本実施形態の場合も図５と同様に、現像ロール１、２の直径Ｄ１、Ｄ２（ｃｍ）、現像ロール１、２間の距離Ｗ（ｃｍ）、ドクタギャップＧ１、Ｇ２（ｃｍ）、現像ロール１、２のとすると、現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線分からドクタブレード３の上流側面までの距離ｈは図５中の（１）式、前記反転位置交差部Ｆから現像ロール２までの距離Ｌは図５中の（３）式となる。但し、θ１、θ２は０°以上９０°未満の値である。

図１４（ａ）は、図１２で示した評価条件からθ１＝２３°＋ψ１、θ２＝２３°＋ψ２としてθ１、θ２を求め、図５中の式（１）に代入して算出した前記距離ｈを、ψ１−ψ２に対して示している。また図１４（ｂ）は、図１２で示した評価条件からθ１＝２３°＋ψ１、θ２＝２３°＋ψ２としてθ１、θ２を求め、図５中の式（３）に代入して算出した前記距離Ｌを、ψ１−ψ２に対して示している。

図１４（ａ）において、前記図１２における現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線分からドクタブレード３の上流側面までの距離が０．９ｃｍであることから、計算された距離hが０．９ｃｍより大きくなければ、前記反転交差部Ｆがドクタブレード３の上流側面より上流側に位置できない。この条件を満足するためには、ψ１が２．５°のときψ１−ψ２が−１°以下、ψ１が０°のときψ１−ψ２が４°以下、ψ１が−２．５°のときψ１−ψ２が７°以下でなければならない。

更に図１４（ｂ）においては、前記のように現像ロール１、２の間隔Ｗを１．３ｃｍ以下とした場合（本実施形態ではＷ＝０．９ｃｍ）、距離Ｌが０．６５ｃｍ以下でなければドクタブレード３を通過する現像剤量を十分な値とできない。この条件は、ψ１が２．５°のときψ１−ψ２が３°以下、ψ１が０°のときψ１−ψ２が２．５°以下、ψ１が−２．５°のときψ１−ψ２が１°以下で満足する。これらの図１４（ａ）および図１４（ｂ）の結果を両方満足する条件は、ψ１が２．５°のときψ１−ψ２が−１°以下、ψ１が０°のときψ１−ψ２が２．５°以下、ψ１が−２．５°のときψ１−ψ２が１°以下となり、図１２における結果と一致する。

このように、角度θ１、θ２の設定が異なった場合でも、前記反転交差部Ｆがドクタブレード３の上流側面より上流側にあり、前記距離Ｌが現像ロール２に供給される現像剤量より小さくなるときに、ドクタブレード３を通過する現像剤量を十分な値とできる。

また図８は別の形態として実施した現像剤搬送経路と現像ロールの関係を説明する模式図である。本実施形態の場合、搬送部材として現像ロール１、２と同様な構成のマグネットロール１０を用いている。この場合、該マグネットロール１０と現像ロール２の間隙長ｚが、距離Ｌより大きい場合、現像ロール１、２においてドクタブレード３を通過する現像剤量が十分な値となったが、間隙長ｚが距離Ｌより小さくなった場合、前記現像ロール１の現像剤量が不足する結果となった。これは、前記間隙長ｚの間隙を現像剤が通過する際、自然に現像ロール上に堆積したときの現像剤充填密度以上には、該間隙を通過できないためである。従って、本実施形態の場合でも、通過経路の間隙長ｚを前記反転位置交差部Ｆと各現像ロール１、２との距離Ｌの値以上、好ましくは距離Ｌの値の１．５倍以上とする必要があった。

更に図９は、現像ロール２とマグネットロール１０の間隙長zに依存しない現像剤搬送経路と現像ロールの構成を示す実施形態の模式図である。本実施形態においては、マグネットロール１０上にある現像剤を堰き止める補助板１１が設置されている。この補助板１１による堰き止めの効果により、前記ｚが前記Ｌより小さい場合でも、現像ロール２への現像剤供給量は十分となり、現像ロール２の極性反転位置Ｅ２上の現像剤層高さを前記Lよりも大きくでき、現像ロール１、２においてドクタブレード３を通過する現像剤量を十分な値とすることができた。

図１０は、現像ロール２とマグネットロール１０の距離zに依存しない現像剤搬送経路と現像ロールの構成を示す別の実施形態の模式図である。本実施形態においては、マグネットロール１０の回転方向を図８および図９のものとは逆方向としている。本構成では、まずＳ６極に現像剤が補給され、これがマグネットロール１０の回転に伴って搬送されＮ６極で現像ロール２に受け渡される。このとき現像ロール２とマグネットロール１０の距離zは比較的小さく設定されているために、前記した自然に現像ロール上に堆積するときの現像剤充填密度以上には、現像剤は通過できない。これにより、この部分に現像剤が堰き止められることから、図９における補助板１１の効果と同様に、前記Ｓ６極に補給される現像剤量が少ない場合でも、現像ロール２への現像剤供給量が十分となり、現像ロール２の極性反転位置Ｅ２上の現像剤層高さを前記Ｌよりも大きくできるため、現像ロール１、２においてドクタブレード３を通過する現像剤量が十分な値となった。

また上記までの実施形態は、現像ロール１、２への現像剤供給において、現像ロール２を介した構成であるが、逆に現像ロール１を介した構成であっても同一の結果となる。更に上記までの実施形態では、ドクタブレード３の上流側側面が、前記対称線Ｈに対して９０°となる配置を取るが、この角度は前後しても構わない。但しこの場合でも、前記反転交差部Ｆがドクタブレード３の上流側面より上流側に配置し、前記距離Ｌを現像ロール２に供給される現像剤量より小さくする必要がある。以上のような構成に関しそれぞれ、前記感光体１０１に負帯電のＯＰＣを用い、感光体１０１の表面のうち画像形成部と非画像形成部の電位を−５０Ｖおよび−６００Ｖ、現像ロール１および２のバイアス電位を同一の−３００Ｖとして、印刷を行った。

またこのとき、感光体１０１の周速度を３０ｃｍ／ｓ、感光体周速度に対する現像ロール１および２の周速比をそれぞれ１．９、感光体１０１と現像ロール１および２の間隙長を同一の０．１ｃｍ、キャリアの真密度を５ｇ／ｃｍ³ 、現像剤中のトナー重量割合を２．５％とした。この際、ドクタブレード３の断面は図１５（ａ）に示す寸法で、奥行きが３０ｃｍであり、材質としてヤング率が７×１０¹⁰（Ｎ／ｍ² ）のアルミニウムを用いた。尚、以降に示される実施形態では、断りがない限り、現像ロール１、２の直径Ｄ１、Ｄ２をそれぞれ３ｃｍ、ロール間の距離Ｗを７ｃｍ、ドクタギャップＧ１、Ｇ２を０．１ｃｍ、前記磁極反転位置Ｅ１、Ｅ２の設定角度θ１、θ２は３８°に設定されている。

以上の構成で画像を印刷した結果、ドクタブレード３の奥行き方向の中央部にあたる画像の濃度が、該ドクタブレード３の両端部にあたる画像の濃度より薄い結果となった。これは現像剤が、ドクタブレード３で層規制される際の負荷によって、該ドクタブレード３の中央部が各現像ロール１、２の回転方向の下流側に撓み、ドクタギャップＧ１、Ｇ２が狭くなるために起こる。そこで、現像ロール１、２が回転する際のモータにかかる負荷からドクタブレード３にかかる負荷を求めたところ９８Ｎの分布荷重がかかっており、該ドクタブレード３の中央部で、約０．１ｃｍ程度の撓みが発生していることがわかった。

図１６は、このようなドクタブレード３の中央部の撓みδが発生した場合にドクタギャップＧ１の変動量ΔGを求めるための模式図である。この結果、前記変動量ΔＧは図中の式（５）によって表せ、上記図１５（ａ）におけるドクタブレード３では、ΔＧが０．０４ｃｍにもなることがわかった。また図１５（ａ）のような構成のドクタブレード３では、ヤング率１．９×１０¹¹ （Ｎ／ｍ^２）のＳＵＳを用いた場合でも、撓みδは０．０３ｃｍ、ドクタギャップＧ１の変動量ΔＧは０．０２ｃｍと大きい。

そこで、ドクタブレード３の形状を図１５（ｂ）のような幅ｙの突き出し部４０を持つ構成に変更し、ドクタブレード自体の長さｘが大きくなるようにした。尚、本実施形態では、現像ロール１、２間の距離Ｗが０．７ｃｍであり、各ロールにできる現像剤の層高さ０．２〜０．３ｃｍを考慮し、前記ドクタギャップＧ１、Ｇ２を０．２ｃｍとした。またドクタブレード３は、図１７に示す模式説明図のように、半径ｒの感光体ドラム１０１とドクタブレード３の突き出し部４０の先端部との間隙が、現像ロール１、２が感光体ドラム１０１との間で形成する現像ギャップＧdevと等しくなる位置に設定した。

この場合、ドクタブレード３の長さｘのうち、各現像ロール１、２の中心軸を結ぶ線分より下流側の長さＢは式（６）、該線分より上流側の長さｈは、磁極の反転位置交差部Ｆとの関係において図５中の式（１）により求められる。本構成のドクタブレード３においては、ドクタブレード３の長さｘは２．３ｃｍとなり、材質がアルミニウムの場合で撓みδ＝０．００４ｃｍ、ギャップ変化量ΔＧ＝０．００２ｃｍ、材質がＳＵＳの場合で撓みδ＝０．００２ｃｍ、ギャップ変化量ΔＧ＝０．００１ｃｍと全く画質への影響はない。しかし本構成では、長時間の印刷動作を行ううちに、図１７に示すように、現像剤と接触しないドクタブレード３の上面に、現像剤より離脱したトナー４１の堆積が見られた。この多量のトナー４１の堆積は、感光体ドラム１０１に落下し、印刷画像を汚染することから、好ましくない。

そこでこのトナー堆積を防ぐために、ドクタブレード３が現像ロール１、２上の現像剤と接触し、常に現像剤で堆積トナーが清掃されるように構成した。詳しくは、前記現像ロール１、２間の距離Ｗ＝０．７ｃｍ、各ロールにできる現像剤の層高さ０．２〜０．３ｃｍに対し、前記ドクタギャップＧ１、Ｇ２を０．３ｃｍとした。またドクタブレード３の突き出し部４０の先端部が、現像ロール１の半径の１／２となる位置にくるようにした。本構成により、ドクタブレードの材質がアルミニウムの場合で撓みδ＝０．００５ｃｍ、ギャップ変化量ΔＧ＝０．００３ｃｍ、材質がＳＵＳの場合で撓みδ＝０．００２ｃｍ、ギャップ変化量ΔＧ＝０．００１ｃｍと全く画質への影響がなく、ドクタブレード３の上面へのトナーの堆積がないドクタブレードを得ることができた。

また本構成のドクタブレードを現像ロール１、２の直径Ｄ１、Ｄ２が２ｃｍから５ｃｍ、ロール間の距離Ｗが０．５ｃｍから１．３ｃｍのものに適用した場合に、前記磁極の反転位置交差部Ｆとの関係において設定可能なドクタブレードの長さｘ、および前記磁極反転位置Ｅ１、Ｅ２の角度θ１、θ２を調べた。

その結果、現像ロール１、２の直径が５ｃｍの場合、ドクタブレードの材質がＳＵＳの場合でも、アルミニウムの場合でも、ドクタブレードの長さｘは１．５ｃｍから２．６ｃｍ、角度θ１、θ２は少なくとも４０°未満に設定する必要があった。また現像ロール１、２の直径が３ｃｍの場合、ドクタブレードの材質がＳＵＳでは、ドクタブレードの長さｘは０．９ｃｍから２．１ｃｍ、角度θ１、θ２は少なくとも４０°未満に、ドクタブレードの材質がアルミニウムでは、ドクタブレードの長さｘは１．６ｃｍから２．１ｃｍ、角度θ１、θ２は２０°から４０°の間に設定する必要があった。更に現像ロール１、２の直径が２ｃｍの場合、ドクタブレードの材質がＳＵＳでは、ドクタブレードの長さｘは１ｃｍから１．８ｃｍ、角度θ１、θ２は２０°から４０°の間に設定することができるが、ドクタブレードの材質がアルミニウムでは、設定すべきドクタブレードの長さｘおよび角度θ１、θ２はなかった。

これらの点より、現像ロール１、２を小径化し、現像装置の小型化を図る場合、ドクタブレードの長さｘは１ｃｍから２．１ｃｍ、角度θ１、θ２は２０°から４０°の間に設定し、ドクタブレードとしてヤング率が１０¹¹（Ｎ／ｍ^２）以上の材質であるＳＵＳを用いるのが好ましい。

以上を考慮し、図１から図１４を用いて説明した現像装置構成に適用し、前記感光体１０１に負帯電のＯＰＣを用い、感光体１０１の表面のうち画像形成部と非画像形成部の電位を−５０Ｖおよび−６００Ｖ、現像ロール１および２のバイアス電位を同一の−３００Ｖとして、印刷を行った。またこのとき、感光体１０１の周速度を３０ｃｍ／ｓ、感光体周速度に対する現像ロール１および２の周速比をそれぞれ１．９、感光体１０１と現像ロール１および２の間隙長を同一の０．１ｃｍ、キャリアの真密度を５ｇ／ｃｍ^３、現像剤中のトナー重量割合を２．５％とした条件において、ドクタブレードの奥行き方向の画質差およびトナー汚れの発生がなく、ベタ画像の反射濃度が１．３以上で均一性が高く、画像端部のかすれがない高品質な画像を得ることができた。

第一の実施形態である現像装置の一部を拡大した概略図。 第一の実施形態である現像装置全体の概略図。 現像ロールの磁極配置を説明する概念図。 現像ロールの磁極配置と現像ロール上に搬送される現像剤量の関係。 ドクタブレードの構成を示す概念図。 磁極位置とドクタブレード構成および磁極位置と必要現像剤量の関係。 現像剤搬送経路と現像ロールの関係を説明する模式図。 別の実施形態を説明する模式図。 補助板を設置した場合の実施形態を説明する模式図。 別の実施形態を説明する模式図。 ドクタブレード付近の現像剤の状態を示した説明図。 現像ロールの磁極配置と現像ロール上に搬送される現像剤量の関係。 ドクタブレードの構成を示す概念図。 現像ロールの磁極配置と反転位置交差部の位置関係の説明図。 ドクタブレードの構成図。 ドクタブレード撓みの説明図。 ドクタブレード配置の説明図。 ドクタブレード配置の説明図。

符号の説明

１、２：現像ロール、３：ドクタブレード、４ ：現像剤、５ ：トナー、６：搬送部材、７、８：混合攪拌部材、９：トナー貯留供給装置、１０：現像剤搬送部材、１１：補助板、２０：マグネット、２１：スリーブローラ、４０：突き出し部、１０１：感光体、１０４：現像装置。

Claims (11)

1. 像担持体との対向部において像担持体の移動方向と逆方向へ移動し内部に複数の磁極を配置した第１現像ロールと、第１現像ロールに対し像担持体移動方向下流側に設けられ、像担持体との対向部において像担持体の移動方向と同方向へ移動し内部に複数の磁極を配置した第２現像ロールと、前記第１現像ロールと第２現像ロールの間に設けられ各現像ロールへの像可視化剤の供給量を規制する仕切り部材とを備えた画像記録装置において、前記仕切り部材は、前記第２現像ロールから第１現像ロールへの像可視化剤の受け渡しを案内する上流側面と、前記第１、第２現像ロールのそれぞれの極性反転位置上に配置された規制部と、前記第１現像ロールの中心軸と第２現像ロールの中心軸を結ぶ線分よりも前記第１、第２現像ロール移動方向下流側に突出する突出部とを有し、前記突出部は、前記仕切り部材の奥行き方向中央部の撓みを防ぐ形状を有し、前記突出部の先端部は、前記像担持体と前記突出部の先端部との間隔が、前記第１現像ロール、第２現像ロールと前記像担持体との間で形成される現像ギャップと等しくなる位置から、前記線分より前記第１現像ロール、第２現像ロールの半径の１／２となる位置の間にあることを特徴とする画像記録装置。
2. 前記突出部は、前記仕切り部材のくさび型先端から突き出した形状により、前記仕切り部材の奥行き方向中央部の撓みを防ぐことを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
3. 前記線分上にある前記第１現像ロールと第２現像ロールの磁極が同極であることを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
4. 前記第１現像ロールの中心軸と第１現像ロールにおける前記極性反転位置とを結ぶ直線の延長線と、前記第２現像ロールの中心軸と第２現像ロールにおける前記極性反転位置とを結ぶ直線の延長線との交点（Ｆ）を、前記仕切り部材の上流側面よりも現像ロール移動方向上流側に設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつの請求項に記載の画像記録装置。
5. 前記第１現像ロールおよび第２現像ロールの直径を２ｃｍ〜５ｃｍに規定し、前記第１現像ロールおよび第２現像ロール間の距離（Ｗ）を０.５ｃｍ以上１．３ｃｍ以下に規定したことを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつの請求項に記載の画像記録装置。
6. 前記線分と前記前記第１現像ロールの中心軸と前記交点（Ｆ）を結ぶ直線とがなす角度をθ１、前記線分と前記２現像ロールの中心軸と前記交点（Ｆ）を結ぶ直線とがなす角度をθ２としたとき、角度θ１および角度θ２を４０°未満に規定したことを特徴とする請求項４記載の画像記録装置。
7. 前記仕切り部材の長さ（ｘ）を０．９ｃｍから２．６ｃｍの間に設定したことを特徴とする請求項４記載の画像記録装置。
8. 前記仕切り部材を、ヤング率１０^１１（Ｎ／ｍ^２）以上のＳＵＳで形成したことを特徴とする請求項４記載の画像記録装置。
9. 前記交点（Ｆ）から第２現像ロール外周面までの距離（Ｌ）を、第２現像ロールへ像可視化剤を回転搬送する部材から第２現像ロール外周面までの距離（Ｚ）よりも小さい値に規定したことを特徴とする請求項４記載の画像記録装置。
10. 第２現像ロールへ像可視化剤を回転搬送する部材の近傍に、像可視化剤を堰き止める補助部材を設けたことを特徴とする請求項４記載の画像記録装置。
11. 像可視化剤を堰き止めるように、像可視化剤を回転搬送する部材と前記第１または第２現像ロールとを配置したことを特徴とする請求項４記載の画像記録装置。

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