JP3993849B2 - 画像形成装置の現像装置 - 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装置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）を用いてのジャンピング現像方式により現像する画像形成装置の現像装置に関する。

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、スリーブ上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ている（特許文献１参照）。
特開平８−１９０２７５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が加わるためであるが、このように磁性ブレードを配置して飛翔現像を行う場合には、しばしば、磁性トナーの層に厚みムラを生じ、この厚みムラに起因して、画像汚れが生じ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）を用いて飛翔現像を行うに際して、現像領域に供給されるトナー層の厚みムラを生じることなく、画像汚れの発生を確実に防止することが可能な画像形成装置の現像装置を提供することにある。

本発明によれば、円筒形状の非磁性スリーブと、該スリーブの内部に配置された複数の磁極を有するマグネットからなる現像ローラを回転可能に現像ハウジングに設け、前記スリーブの外周面と小間隔をおいて板状の磁性ブレードの先端を配置するとともに前記現像ローラを感光体ドラムに対面するように配置させて、該磁性ブレードによって、前記現像ローラに供給される磁性トナー層の厚みを調整し、該磁性トナーを前記感光体ドラムの表面の静電潜像に付着させるようにした画像形成装置の現像装置において、前記磁性ブレードは、前記現像ハウジングに設けられた取り付け具に取付けられ、前記現像ローラの回転軸の両端部は、前記現像ハウジングに設けられた軸受けに保持され、該軸受けには前記磁性ブレードの先端部と前記スリーブの外周面との間隔を設定する突起部を形成し、前記磁性ブレードの先端部を前記突起部に当接させるように配置したことを特徴とする画像形成装置の現像装置が提供される。

本発明においては、
１．前記板状の磁性ブレードは、厚みが１乃至３ｍｍの矩形状断面を有していること、
２．前記磁性ブレードと非磁性スリーブとの間隔ｚは、０．２乃至０．５ｍｍの範囲に設定されていること、
３．前記現像ローラの軸の両端部は、磁性ブレードと現像スリーブとの間隔ｚを調整するための突起部を備えた軸受に保持され、該磁性ブレードの両端部は、該突起部に当接していること、
が好ましい。

本発明によれば、磁性ブレードの位置を、スリーブの中心を通り且つ該ブレードの上流側面（スリーブの回転方向に対して上流側に位置する面）と平行に延びている基準線に対して、一定の間隔Ｓ（０．３ｍｍ以上）で下流側にずらすことにより、常にトナー層の厚みが均一に保持され、画像汚れの発生が有効に防止できる。即ち、従来の現像方法では、磁性ブレードは、上記基準線上に配置されていたのであるが、このような位置に磁性ブレードを配置した場合、実際の製造ラインで組み立てられた画像形成装置では、部材の精度のばらつきなどにより、ブレードが基準線よりも若干、スリーブ回転方向に対して上流側にずれて配置されることがある。このような状態で、現像ローラに衝撃が加わると、該ブレードを通過することにより圧縮されたトナーが、スリーブ回転によりブレードとスリーブとの間隔が狭くなる方向に進行するため、さらに圧縮されるようになり、スリーブ面に付着しやすくなってしまう。スリーブ面にトナー付着を生じると、トナーの薄層の厚みにばらつきを生じ、部分的に厚みの大きい部分が形成されてしまう。しかるに、飛翔現像では、スリーブ面上のトナーを飛翔させて感光体ドラム表面上の静電潜像部に付着させるため、厚みの大きい部分は感光体ドラム表面に直接接触してしまい、該ドラム表面の静電潜像部以外の不必要な部分にトナー付着が発生し、画像汚れの要因となってしまう。本発明においては、磁性ブレードの位置を上記基準線から下流側にずらすことにより、現像ローラに衝撃が加わったとしても、ブレードにより圧縮されたトナーは、ブレードとスリーブとの間隔が大きくなる方向に進行するため、さらなる圧縮によるスリーブ面へのトナー付着を回避でき、この結果、トナー層の厚みムラの発生が有効に防止され、画像汚れの発生を確実に防止することができるのである。

また、本発明においては、スリーブの外径をＡ（ｍｍ）と前記間隔Ｓ（ｍｍ）とが、下記式：
Ｓ／Ａ≦０．０５
の条件を満足するように設定することにより、ブレードによる厚み調整機能を損なわず、安定して且つ確実にトナー層の厚み調整を行うことができる。

前記板状の磁性ブレードは、厚みが１乃至３ｍｍの矩形状断面を有していることにより、安定してトナーの薄層形成を行うことができる。

さらに、前記磁性ブレードと非磁性スリーブとの間隔ｚを、０．２乃至０．５ｍｍの範囲に設定することにより、トナーの飛翔を安定して行うことができる。

さらには、現像ローラの軸の両端部を、磁性ブレードと現像スリーブとの間隔ｚを調整するための突起部を備えた軸受に保持せしめ、該磁性ブレードの両端部を該突起部に当接させることにより、磁性ブレードと非磁性スリーブとの間隔Ｌを、精度よく設定することができる。

本発明の画像形成装置の現像装置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搬送され、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、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が設けられている。即ち、磁性トナーは、現像ローラ１０上で、特にブレード２０との接触により所定極性に帯電され、且つ、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０．５ｍｍ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と、スリーブ１０ａの中心を通り且つ該上流側面２０ａと平行に延びている基準線Ｌとの間隔Ｓが０．３ｍｍ以上となるように、磁性ブレード２０を、該基準線Ｌに対して下流側となるように配置することが重要である。即ち、このような位置に磁性ブレード２０を配置した場合、磁性トナーの搬送方向（スリーブ１０ａの回転方向）に沿って、ブレード２０の先端面２０ｂとスリーブ１０ａとの間隔が漸次増大していく。この結果、現像ローラ１０に衝撃が加えられ、多少のブレや位置ずれを生じたとしても、該ブレード２０の先端部を通過する磁性トナーが徐々に圧縮されるという不都合を生じることがなく、磁性トナーのスリーブ１０ａ面への付着が有効に抑制され、トナー層の厚みムラの発生が防止され、画像汚れの発生を確実に防止することができることとなる。

即ち、上記の間隔Ｓが０．３ｍｍ未満の場合、例えば、ブレード２０の上流側面２０ａが基準線Ｌ上に位置するようなときには、現像ローラ１０に衝撃が加えられたときにブレード先端２０ｂが、スリーブ１０ａの回転方向に位置ずれしてしまうことがあり、この結果、磁性トナーの搬送方向に沿って、ブレード２０の先端面２０ｂとスリーブ１０ａとの間隔が漸次減少し、該ブレード２０の先端部を通過する磁性トナーが徐々に圧縮されてしまう。この結果、磁性トナーがスリーブ１０ａ面に付着してしまい、トナー層の部分的な厚みムラを生じ、厚みの大きい部分のトナーがドラム表面に接触し、付着してしまい、画像汚れが生じてしまう。本発明では、このような不都合を有効に回避することができるのである。

本発明においては、前記間隔Ｓ（ｍｍ）は、スリーブ１０ａの外径をＡ（ｍｍ）としたとき、下記式：
Ｓ／Ａ≦０．０５
の条件を満足するように設定されるべきである。即ち、スリーブ１０ａの曲率に応じて、間隔Ｓが所定の範囲以下に設定することにより、後述する実施例に示すように、ブレード２０による厚み調整機能を損なわず、安定して且つ確実にトナー層の厚み調整を行うことができる。例えば、Ｓ／Ａが０．５を超えると、ブレードのエッジ部のみでの厚み調整と変わらなくなってしまい、トナー層の薄層形成が不安定となってしまう。

また、磁性ブレード２０は、厚みｔが１乃至３ｍｍの矩形状断面を有していることが好ましい。これにより、ブレード２０の先端面２０ｂでの圧縮により、安定してトナーの薄層形成を行うことができるからである。厚みｔが薄いと、厚み調整機能が不安定となり、また、必要以上に厚くしても、格別の利点は無いからである。

本発明においては、一般に、トナーの飛翔を安定させるに十分な厚みの薄層を均一に形成させるために、磁性ブレード２０と非磁性スリーブ１０ａとの間隔ｚ（最小間隔を意味する）を、０．２乃至０．５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。このような間隔調整を精度よく行うためには、スリーブ１０ａの軸受を利用するのがよい。図４には、このようなブレード２０の取り付け方法を示した。

即ち、図４において、スリーブ１０ａ（現像ローラ１０）の軸１０ｂの両端部は、軸受２５によって現像ハウジング１３に回転可能に保持されるが、この軸受２５には、突起部２６が形成されており、ブレード２０の両端部分を、この突起部２６に当接することにより（図４（ａ）参照）、このブレード２０とスリーブ１０ａとの間隔ｚを、精度よく設定することができる。この場合、ブレード２０の上端部分は、図４（ｂ）に示したように、現像ハウジング１３に設けられた所定の取り付け具２８にビス止めされるが、ＳＵＳ板、鉄板等のスペーサ３０を挟んでビス止めすることにより、基準線Ｌからの間隔Ｓの調整を精度よく行うことができる。また、この突起部２６の上面２６ａを、図５の拡大図に示すように、スリーブ１０ａと同心円状に形成しておくことにより、前記基準線Ｌとの間隙Ｓの調整を行った場合にも、ブレード２０と非磁性スリーブ１０ａとの間隔ｚの変動を有効に回避することができる。

尚、本発明において、ブレード２０の先端位置は、通常、図２に示されている磁極Ｓ２との角度θが３乃至１０度の範囲となるように設定しておくことが好適である。

下記仕様の現像ローラを備え、表１に示すように、磁性ブレードの位置（基準線Ｌとの間隔Ｓ）が種々変更された現像装置を用い、所定の衝撃を加えた後に、デジタルプリンタに装着し、画像出力を行い、その性能評価を行い、結果を表１に示した。

（現像装置の仕様）
現像ローラ（３極構成）：
スリーブ外径；２０ｍｍ
Ｓ２極の磁力；８０ｍＴ
ブレードとＳ２極との角度；７度
ブレード；厚み２ｍｍのＳＵＳ４３０の板材
ブレードとスリーブとの間隔ｚ；０．３ｍｍ

（プリンタの仕様）
感光体ドラム：
アルミ素管径；３０ｍｍ
アモルファスシリコン感光層；初期厚み３０μｍ
ドラム幅；２４０ｍｍ
ドラム周速；３５０ｍｍ／ｓｅｃ
主帯電器：スコロトロン
主帯電電位：４００Ｖ
現像剤：
正帯電性磁性トナー
表面処理剤（疎水性シリカ）；トナー１００重量部当り１重量部
ドラム−現像ローラ間隔：０．３ｍｍ
現像バイアス
直流バイアス；３２０Ｖ
交流バイアス；ピーク間電圧１．７Ｖ，周波数２．５Ｈｚ
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；１８０℃
記録紙：Ａ４サイズ
印字率：６％
転写電流：−８μＡ
転写ローラ周速：感光体ドラム周速の１．０２倍

尚、画像出力による性能評価は、現像装置の駆動側（現像ローラやスパイラルの駆動ギヤが設けられている側）の片落ち、従動側（駆動側とは反対側）の片落ち及び全体について、それぞれ高さ１０ｃｍから自由落下させて衝撃を与え、その直後にプリンタに装着し、画像の不具合による評価を行った。評価基準は以下の通りである。
×：連続して２０枚以上の画像出力を行った場合、画像に横筋が連続して発生しているとき。
△：画像に横筋が発生するが、２０枚未満で消滅するとき。
○：画像に横筋等の不具合は全く発生しないとき。

また、上記のような衝撃を与えずに、そのまま現像装置をプリンタに装着し、グレー画像を出力し、その進行方向に対する横方向の濃度ムラや縦筋の発生を、予め作成された見本の画像と比較することにより、トナーの薄層ムラの評価を行った。その評価基準は、以下の通りである。
トナー薄層ムラの評価
×：濃度ムラや縦筋の発生が、見本の限度を超えて発生している。
△：濃度ムラや縦筋の発生が認められるが、見本の限度内である。
○：濃度ムラや縦筋の発生は、全く発生していない。

前記間隔Ｓと共に、現像ローラ（スリーブ）の外径Ａを種々変更して、上記と同様の実験を行い、横筋、薄層ムラについての評価を行った。その結果を表２に示す。

尚、横筋、薄層ムラについての評価基準は次の通りである。
○：横筋、薄層ムラ共に発生せず。
△：横筋或いは薄層ムラが見本の限度内で発生。
×：横筋或いは薄層ムラが見本の限度を超えて発生。

本発明の実施に用いる画像形成装置を示す概略構成図。 本発明で採用する現像装置を示す図。 図２の現像装置の要部を示す図。 図２の現像装置におけるブレードの取り付け方法を示す図。 スリーブ軸の軸受の形状の好適例を拡大して示す図。

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

Claims (3)

1. 円筒形状の非磁性スリーブと、該スリーブの内部に配置された複数の磁極を有するマグネットからなる現像ローラを回転可能に現像ハウジングに設け、
   前記スリーブの外周面と小間隔をおいて板状の磁性ブレードの先端を配置するとともに前記現像ローラを感光体ドラムに対面するように配置させて、
   該磁性ブレードによって、前記現像ローラに供給される磁性トナーの層の厚みを調整し、該磁性トナーを前記感光体ドラムの表面の静電潜像に付着させるようにした画像形成装置の現像装置において、
   前記磁性ブレードは、前記現像ハウジングに設けられた取り付け具に取付けられ、前記現像ローラの回転軸の両端部は、前記現像ハウジングに設けられた軸受けに保持され、該軸受けには前記磁性ブレードの先端部と前記スリーブの外周面との間隔を設定する突起部を形成し、前記磁性ブレードの先端部を前記突起部に当接させるように配置したことを特徴とする画像形成装置の現像装置。
2. 前記取り付け具と前記磁性ブレードとの間には、前記間隔を調整するスペーサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の現像装置。
3. 前記突起部の前記磁性ブレードの先端部と当接する当接面を前記スリーブの外周面と同心円状になるように形成したことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置の現像装置。

Images