JP3955010B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真法による画像形成装置に適用される現像方法に関するものであり、より詳細には、感光体ドラム表面に形成された静電潜像を、磁性トナー（一成分磁性現像剤）を用いて現像する現像装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどの静電写真法による画像形成装置において、磁性トナーを用いた一成分現像方式は、トナーと磁性キャリアとを用いた二成分現像方式のようなキャリア劣化による寿命の限界が発生せず、高寿命に適切な方式であるという利点を有しており、広く使用されている。

このような一成分現像方式において、感光体ドラム表面の静電潜像部への磁性トナーの供給は、現像ローラを用いて行われる。この現像ローラは、一般に、内部に複数の磁極を有するマグネットが固定された円筒形状の非磁性スリーブからなっており、このスリーブを回転させることにより、スリーブ上に供給された磁性トナーを、感光体ドラムと対面する領域（現像領域）に搬送するような構造となっている。

ところで、均一に現像を行うためには、現像領域への磁性トナーの供給量は一定にすべきである。従って、上記現像ローラの非磁性スリーブと一定の微小間隔をおいて磁性ブレードが配置され、この磁性ブレードとスリーブとの間隙を通過させることにより、スリーブ状の磁性トナーの層厚を一定の範囲に調整して、磁性トナーを現像領域に搬送するようになっている。

上記のような磁性ブレードは、一般に、該ブレード先端とスリーブ中心とを結ぶ直線上にブレードが位置するように配置され、さらにトナー層のトナー密度を一定の範囲とするために、スリーブ回転方向に対して上流側に位置する磁性ブレードの側面にマグネットを設けることも提案されている（特許文献１参照）。
特開平１０−３３３４３７号公報

特許文献１に記載されているように磁性ブレードを配置するのは、ブレード先端部分を通過する際に、磁性トナーに均一な圧力を加え且つトナーに必要以上のストレスが負荷されるのを防止するためであり、マグネットを取り付けるのは、ブレード先端部に導入するトナー量を一定の範囲に調整するためであるが、このように磁性ブレードを配置して現像を行う場合には、現像を繰り返し行っていくうちに、黒点が画像中に発生したり、特にグレー画像については画像中に縦筋が発生するという問題があった。

従って、本発明の目的は、磁性トナー（一成分現像剤）を用いて現像を行うに際して、黒点の発生やグレー画像についての縦筋発生が有効に防止された現像装置を提供することにある。

本発明によれば、内部にマグネットが固定された円筒形状の非磁性スリーブからなる現像ローラを使用し、該スリーブと小間隔をおいて板状の磁性ブレードを配置し、該スリーブを回転させながら、該スリーブ上に磁性トナーを供給し、磁性ブレードによって所定の厚みに調整された磁性トナーの層を、感光体ドラムと対面する現像領域に搬送し、該磁性トナーによって感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、
前記磁性ブレードの前記スリーブの回転方向に対して上流側に位置する面にはマグネットが取り付けられ、且つ前記磁性ブレードの前記スリーブの回転方向に対して下流側に位置する面には、該磁性ブレードよりも強磁性のシートが設けられていることを特徴とする現像装置が提供される。

本発明においては、
１．前記強磁性シートの厚みは、前記磁性ブレードの厚みと同等或いはそれよりも薄いこと、
２．前記強磁性シートの下端は、前記磁性ブレードの下端と同じ位置、または下端より上方に位置していること、
が好ましい。

本発明によれば、磁性ブレードのスリーブ回転方向上流側の面にマグネットを設けると同時に、スリーブ回転方向下流側の面に、該磁性ブレードよりも強磁性のシートを設けることにより、黒点の発生やグレー画像についての縦筋発生を有効に防止することができる。

本発明者の研究によると、黒点の発生やグレー画像についての縦筋発生は、磁性ブレードの先端面（スリーブと対向する面）、特にスリーブ回転方向下流側エッジ部への磁界の集中によるトナー付着に起因するものであることが判った。即ち、現像ローラ（スリーブ）内部のマグネット等による磁力線が磁性ブレードの先端面に集中する結果、この先端面にトナーが付着し、画像形成時に発生する振動などによってスリーブ上の薄いトナー層上に落下し、落下したトナーが感光体ドラム表面上に飛翔することにより、画像中にランダムに黒点が発生するようになる。また、現像を繰り返し行っていくうちに、ブレード先端のエッジ部に上記のような付着トナーが成長し、これにより、スリーブ面上のトナー層が乱され、厚みムラを生じる。このようなトナー層のムラは、高濃度の画像形成では目立たないが、グレー画像のように、低濃度の画像では、縦筋となって現れるのである。

しかるに本発明によれば、ブレード先端面に上記のような傾斜面を設けることにより、先端エッジ部への磁界集中が緩和され、ブレード先端面でのトナー付着が有効に抑制されるとともに、トナー付着が発生しても付着トナーを落下させないため、黒点の発生やグレー画像中への縦筋の発生を確実に防止することができるのである。

本発明の現像方法を実行するための画像形成装置の概略構成を示す図１において、回転可能に設けられている感光体ドラム１の周囲には、主帯電装置２、現像装置３、転写ローラ４、クリーニング装置５が配設されており、帯電装置２と現像装置３間の上方には、図示されていないがＬＳＵ（レーザスキャンユニット）が配設されて、画像露光のためのレーザ光Ｌが照射されるようになっている。また、感光体ドラム１と転写ローラ４間に形成される転写ニップ部Ｎには、記録紙Ｐが通過するようになっており、その搬送方向下流側には定着装置７が設置されている。

感光体ドラム１は、例えばアルミ等の導電性素管上に、有機感光層やアモルファスシリコン感光層等の無機感光層を備えたものであり、このような感光体ドラム１を、所定のモータ駆動により矢印ａで示す方向に所定の周速で回転させながら、画像形成工程が実行される。

帯電装置２としては、コロトロン、スコロトロン等のコロナ帯電器や、帯電ローラが使用され、コロナ帯電や接触帯電によって、感光体ドラム１の表面が正極性または負極性に一様に主帯電される。この帯電電位は、用いる感光体ドラム１の特性に応じて設定される。

上記のような主帯電後、コンピュータから入力される画像情報或いはスキャナ等で読み取られた所定の原稿に係る画像情報に基づいて、レーザ光Ｌが感光体ドラム１表面に照射されることにより、画像情報に応じた静電潜像が形成される。即ち、光照射部の電位が低下し、静電潜像が形成されるわけである。

現像装置３は、感光体ドラム１と対面するように配置された現像ローラ１０を備えており、現像ローラ１０の表面に保持された磁性トナーを感光ドラム１表面の静電潜像に付着させてトナー像として現像（可視像化）するものである。この装置の構造については、後記で詳細に説明する。

尚、現像ローラ１０と感光体ドラム１との間には、現像バイアス電源１２から直流成分に交流成分を重畳した所定の現像バイアスが印加され、感光体ドラム１の帯電極性と同極性に帯電されたトナーが感光体ドラム１の静電潜像部（即ち、光照射により電位が低下した明電位部分）に付着するわけである。

用いる磁性トナーは、それ自体公知のものでよく、バインダー樹脂中に、カーボンブラックなどの着色剤や、正帯電制御剤、ワックスなどのオフセット防止剤や、マグネタイトなどの磁性剤等が配合されたものである。また、このようなトナーは、５乃至１０μｍ程度の粒径を有しており、通常、疎水性シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタンなどの粉末がトナー１００重量部当り０．１乃至３重量部の量で表面処理剤として外添され、流動性が高められている。

上記のようにして感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、転写ローラ４によって、記録紙Ｐ上に転写される。

この転写ローラ４は、導電性のものであり、感光体ドラム１表面に所定の押圧力で接触して配置されており、転写ニップ部Ｎを形成し、矢印ｂ方向（反時計方向）に回転する。この転写ニップ部Ｎを記録紙Ｐが通過する際に、転写バイアス電源６から転写ローラ４に転写バイアスを印加することにより、感光体ドラム１表面のトナー像が記録紙Ｐの表面に転写される。この転写バイアスは、トナー像の帯電極性と逆極性であり、通常、２００Ｖ乃至３ＫＶ程度であり、転写電流により制御される。尚、連続して画像形成を行う場合には、紙間では、転写バイアスは０Ｖ或いは逆バイアスに変更され、転写ローラ４表面へのトナー付着が防止される。尚、転写ローラ４を用いる代わりに、負コロナ帯電器及び交流コロナ帯電器を転写装置として用いることも可能であり、この場合には、負コロナ帯電器により記録紙Ｐの背面（感光体ドラム１とは反対側）が負極性に帯電され、静電引力により、記録紙Ｐの表面にトナー像が転写され、交流コロナ帯電器による除電によって、記録紙Ｐの感光体ドラム１への巻き付きが防止される。

トナー像が表面に転写された記録紙Ｐは、定着装置７に導入され、トナー像の記録紙Ｐへの定着が行われる。この定着装置７は、ヒータ内蔵の定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂを有しており、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ間の定着ニップに記録紙Ｐを通過させることにより、記録紙Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着するものである。

一方、トナー像転写後の感光体ドラム１表面に残存するトナーは、クリーニングブレード５ａにより除去、回収される。このクリーニングブレード５ａは、ポリウレタンゴムなどからなり、通常、６０度以上のゴム硬度（ＪＩＳ Ａ）を有し、感光体ドラム１表面に、１０乃至３０ｇ／ｃｍ程度の押圧力で圧接されている。

上述した現像装置３の構造を示す図２を参照して、この現像装置３においては、現像ハウジング１３内に、感光体ドラム１と対面する位置に設けられている現像ローラ１０と共に、トナー攪拌・搬送用のスパイラル１５，１６が、それぞれ現像ローラ１０と平行に且つサイドバイサイドに配置されており、スパイラル１５，１６との間の中央部分には、仕切壁１８が設けられており、仕切壁１８の両端部分では、スパイラル１５が収容されている空間とスパイラル１６が収容されている空間とが連通している。即ち、現像ハウジング１２内に収容された磁性トナーが攪拌下に搬送され、所定極性に摩擦帯電されて現像ローラ１０上に供給されるようになっている。

現像ローラ１０は、回転可能に設けられた円筒形状の非磁性スリーブ（例えばアルミ製）１０ａと、その内部に固定された複数の磁極（図２においては、Ｎ極、Ｓ１極及びＳ２極の３極構成となっている）を有するマグネットから構成されており、図中、矢印Ｘで示す方向へのスリーブ回転により、現像ローラ１０上（スリーブ１０ａ上）に供給された磁性トナー３０を現像領域（感光体ドラム１と対面する領域）に搬送するようになっている。また、通常、現像領域に、マグネットの磁極が位置するように配置されている（図２ではＮ極が位置している）。

また、上記スリーブ１０ａとは、微小間隔をおいて、ＳＵＳ等の磁性材料からなる磁性ブレード２０が設けられており、このブレード２０によって、現像領域に供給されるトナー層３２の厚みを一定の範囲に調整し、前述した現像バイアスの印加により、磁性トナーを感光体ドラム１表面に飛翔させ、現像が行われる。この場合、スリーブ１０ａと感光体ドラム１表面との間隔は、通常、０．２乃至０．４ｍｍ程度に設定される。

上記スリーブ１０ａと磁性ブレード２０との間隙部分を拡大して示す図３を参照して、本発明においては、スリーブ１０ａの回転方向に対して上流側に位置するブレード２０の面２０ａ上にマグネット４０を設け、ブレード２０のスリーブ１０ａの回転方向下流側面２０ｂには、ブレード２０よりも強磁性のシート４２を設ける。

即ち、磁性ブレード２０により、磁性ブレード２０とスリーブ１０ａとの間を通過するトナー粒子３０が磁力線に沿って伸張するため、過度のストレスをかけずに、トナー層３２の厚み調整を行うことができ、トナー層３２の厚みを薄く調整でき、該ブレード２０の上流側面２０ａにマグネット４０を設けることにより、ブレード２０の先端とスリーブ１０ａとの間に流入するトナー量を一定量に調整でき、トナー層３２の密度を均一にすることができる。しかるに、この場合には、現像を繰り返し行う内に、画像中に黒点の発生や、グレー画像においては縦筋が発生するという問題が発生する。例えば、図４は、図３の現像装置から強磁性のシート４２を取り外した比較例（従来公知の現像装置）を示すが、このような場合には、現像域に設けられている磁極Ｎからの磁力線が磁性ブレード２０の下端面、特にコーナー部（スリーブ１０ａの回転方向下流側）に集中し、この結果、このコーナー部にトナー粒子が付着してしまうこととなる（この付着トナー粒子は３５で示した）。この結果、この付着トナー粒子３５が、振動等により落下すると、画像中に黒点を発生させ、また、この状態で現像を繰り返し行っていくうちに、付着トナー粒子３５が徐々に成長し、トナー層３２の厚みムラを生じさせ、例えば濃度の薄いグレー画像を形成する場合には、この厚みムラが縦筋となって現れるのである。

しかるに本発明によれば、図３に示したように、磁性ブレード２０の面２０ｂ（スリーブ回転方向下流側の面）に該ブレード２０よりも強磁性のシート４２を設けることにより、スリーブ１０ａ内の上記磁極Ｎからの磁力線が分散され、ブレード２０の下端部への集中（特に下流側コーナー部への集中）が有効に抑制でき、この結果、磁性ブレード２０の下端へのトナー付着が防止されるとともに、仮にトナー付着が発生しても強磁性シート４２が付着トナーを落下させないため黒点の発生やグレー画像での縦筋の発生を有効に回避できるのである。

尚、本発明において、強磁性のシート４２は、磁性ブレード２０よりも磁性が強く、測定磁場Ｈｍ：８００Ａ／ｍ、雰囲気温度：２５℃で測定した飽和磁束密度（Ｂｓ）が磁性ブレード２０よりも高ければよい。例えば、磁性ブレード２０としてＳＵＳ４３０などのステンレススチール製のものが好適に使用され、強磁性シート４２として、日立金属株式会社の、ファインメット（ＦＴ−３Ｍ）の名称で市販されているＦｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系合金（Ｂｓ：１．２５テスラ［Ｔ］）、パーマロイ（ＹＳＰ−ＢＸ）の名称で市販されているＦｅ−Ｎｉ系合金（Ｂｓ：１．４０Ｔ）、タフパーム（ＹＥＰ−ＴＤ）の名称で市販されているＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ｂｓ：０．７３Ｔ）、パーメンダ（ＹＥＰ−２Ｖ）の名称で市販されているＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系合金（Ｂｓ：２．４５Ｔ）などからなるシートが好適に使用される。

本発明において、強磁性シート４２の厚みは、磁性ブレード２０の厚みと同等或いはそれよりも薄いことが好適である。即ち、磁性ブレード２０よりも厚くすると、磁性ブレード２０の下流側面２０ｂにトナーが回り込んでしまい、トナー層３２に厚みムラを生じ易くなってしまうおそれがある。ここで、磁性ブレードの厚みは１．５〜４ｍｍが好ましい。また、強磁性シート４２の下端４２ａは、磁性ブレードの下端と同じ位置、または下端から２ｍｍ以内の上方に位置していることが特に好ましい。この下端４２ａがあまり上方に位置していると、磁性ブレード２０のコーナー部への磁力線の集中を抑制することが困難となるおそれがあるためであり、磁性ブレードの下端より下方に位置していると下端４２ａに磁力線が集中し、磁性ブレード２０のコーナー部への磁力線の集中を抑制できないためである。

尚、本発明において、ブレード２０の下端とスリーブ１０ａとの間隔ｄは、通常、０．２乃至０．４ｍｍ程度とするのがよい。この間隔があまり大きいと、トナー層３２の厚みむらを生じ易くなり、また、あまり小さいと、スリーブ１０ａ面へのトナー付着を生じやすくなり、現像の繰り返しにより、トナー層３２の厚みムラが生じ、画像汚れ等を生じ易くなってしまう。

また、本発明では、上述した磁性ブレード２０の上流側面２０ａにマグネット２５を取り付けておくことが好ましい。このようなマグネット４０を設けることにより、ブレード２０の先端とスリーブ１０ａとの間に流入するトナー量を一定量に調整でき、トナー層３２の密度を均一にすることができる。一般に、このマグネット４０とスリーブ１０ａ面との間隔は、０．２乃至０．８ｍｍ程度の範囲とするのがよい。
さらに、ブレード２０の近傍に配置されるスリーブ１０ａ内磁極Ｓ２は、ブレード２０の下端のスリーブ回転方向上流側コーナー部に対して、通常、スリーブ回転方向上流側に６乃至１６度程度離れた位置に配置されることにより、好ましい磁界が両磁極間に発生して、トナーは所定レベルに帯電され、所定の穂長が形成される。

下記仕様の現像装置を備えたデジタルプリンタを用意した。

（現像装置の仕様）
現像ローラ（Ｎ，Ｓ１，Ｓ２極の３極構成）：
スリーブ（アルミ製）外径；２０ｍｍ
スリーブ表面粗さＲｚ：９．０±１．０μｍ
磁極位置：
Ｓ２極（７２２ガウス）；ブレード基準にスリーブ回転方向上流側に１１度
Ｎ極（６８８ガウス）；Ｓ２極基準にスリーブ回転方向下流側に１１６度
Ｓ１極（８７１ガウス）；Ｎ極基準にスリーブ回転方向下流側に１８８度
スリーブ周速：１４８．５ｍｍ／秒
ドラム・スリーブ間距離： ０．３２±０．０１ｍｍ
マグネット付磁性ブレード：
材質；ＳＵＳ４３０
ブレード位置；前記Ｓ２極からスリーブ回転方向下流側に１１度
厚み；２ｍｍ
マグネット；ブレードのスリーブ回転方向上流側面に配置
（４０ガウス、厚み；１．３ｍｍ、スリーブからの距離０．６ｍｍ）

（プリンタの仕様）
感光体ドラム：
正帯電型有機感光体（単層）
外径；３０ｍｍ
感光層厚み；３２μｍ
暗電位；４００Ｖ
明電位；８０Ｖ
ドラム周速；１１０ｍｍ／秒
主帯電器：スコロトロン
現像剤：
正帯電性磁性トナー
平均粒径（Ｄ５０）；７．２μｍ
磁性粉含量；４１重量％
現像バイアス
直流バイアス；２７５±５Ｖ
交流バイアス；ピーク間電圧１．８２±０．０５ｋＶ，周波数２．６ｋＨｚ
クリーニングブレード；
ポリウレタンゴム
硬度(JIS A)；６５度
定着装置：
定着温度；１４０℃
転写電流：−８μＡ
転写ローラ周速：感光体ドラム周速の１．０２倍

上記の現像装置を備えたプリンタを使用し、印字率５％でグレー画像をＡ４サイズの用紙に連続して出力し、１０枚目での黒点の発生の有無、及び２０枚出力したときの縦筋発生の有無を評価したところ、黒点の発生、縦筋の発生が認められた。また、黒点発生時（１枚目）において、磁性ブレードのコーナー部にトナー付着が認められた。さらに、１０００枚出力時には、トナー層の厚みムラが目視で観察された。

次いで、上記の現像装置において、磁性ブレードのスリーブ回転方向下流側面に、厚みが１８μｍの強磁性シート（日立金属製ファインメット）を、その下端が磁性ブレード下端よりも０．５ｍｍ上方となるように取り付け、上記と同じ実験を行った。その結果、黒点の発生は認められず、また２０００枚出力時において、縦筋の発生も認められず、このとき、トナー層の厚みムラも観察されなかった。

本発明の現像装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図。 本発明の現像装置の概略構造を示す図。 図２の現像装置の要部を示す図。 従来公知の現像装置の要部を示す図。

符号の説明

１：感光体ドラム
３：現像装置
１０：現像ローラ
１０ａ：非磁性スリーブ
２０：磁性ブレード
３０：トナー
３２：トナー層
３５：付着トナー粒子
４０：マグネット
４２：強磁性シート

Claims (3)

1. 内部にマグネットが固定された円筒形状の非磁性スリーブからなる現像ローラを使用し、該スリーブと小間隔をおいて板状の磁性ブレードを配置し、該スリーブを回転させながら、該スリーブ上に磁性トナーを供給し、磁性ブレードによって所定の厚みに調整された磁性トナーの層を、感光体ドラムと対面する現像領域に搬送し、該磁性トナーによって感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、
   前記磁性ブレードの前記スリーブの回転方向に対して上流側に位置する面にはマグネットが取り付けられ、且つ前記磁性ブレードの前記スリーブの回転方向に対して下流側に位置する面には、該磁性ブレードよりも強磁性のシートが設けられていることを特徴とする現像装置。
2. 前記強磁性シートの厚みは、前記磁性ブレードの厚みと同等或いはそれよりも薄い請求項１に記載の現像装置。
3. 前記強磁性シートの下端は、前記磁性ブレードの下端と同じ位置、または下端より上方に位置している請求項１または２に記載の現像装置。

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