JP4031885B2 - 電子写真装置の現像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置に用いられる現像装置に関する、さらに詳細には、現像剤を現像装置の横方向に攪拌混合するセパレータを備え、かつ現像剤の流れを規制する電子写真装置の現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置では、現像装置に磁性又は非磁性のトナーによる一成分現像剤か顔料を含むトナーとトナーを表面に付着させて搬送する磁性キャリアとによる２成分現像剤が用いられている。
一般に、２成分現像剤を用いる現像装置は、内部に複数の磁極を有する磁石体からなる磁石ロールを備え回転可能に支持された円筒状の現像スリーブを有し、この現像スリーブ表面にトナーを付着させた磁性キャリアを保持し現像領域に搬送して対向する静電潜像担持体上の静電潜像をトナーにより現像して可視化像を形成するものである。現像を行うたびにトナーは次第に消費され現像装置内のトナー量は減少するため、適宜トナー収納装置からトナーが補給されて現像装置内のキャリアと混合・撹拌され、新たな現像に備えるようになっている。一般に平均粒径が数１０〜１００μｍの磁性キャリアと平均粒径が１０μｍ前後の非磁性トナーとからなる現像剤が用いられる。現像装置内には搬送パドルや撹拌ローラなどの回転部材、回転軸端部を軸支する軸受部材、現像剤を均一に混合及び搬送するための搬送パドルや撹拌ローラなどが収納されている。
【０００３】
この２成分現像装置では、現像スリーブの軸方向のトナー濃度（以下、「ＴＣ」と記す。）ムラはそのまま画像濃度ムラとなるため、ある一定のバラツキ内に収める必要がある。一般的に高速機においては、単位時間当たりの複写枚数（以下、「ｃｐｍ」と記す。）が早くなる分に応じて感光体線速及び現像スリーブ線速も早くする。したがって、感光体等の線速を上げる分だけ混合率も上がるはずだから、低速機で用いた現像装置をそのまま用いて駆動モーターの回転数を上げれば、横攪拌も問題ないように思える。しかし、実際には、ある線速以上の速度に上げると横攪拌不良が起こり、画像上にスリーブ軸方向の画像濃度ムラが発生する。このため現像装置の横攪拌能力を向上させる必要があるため、現像剤の横攪拌の能力向上させる様々な電子写真装置の２成分現像装置が提案されている。
【０００４】
例えば、 特開平０６−１１８７８７号公報では、攪拌スクリュー等の部材を用いることなく、上下方向に複数段の案内板を設けるセパレータによって現像剤の横攪拌機能を向上させる現像装置が提案されている。また、特開平０７−２６１５３３号公報では、感光体に付着しない現像剤をセパレータと攪拌部材との間に設ける拡散部材に攪拌部材上に拡散させる電子写真装置の現像装置が提案されている。さらに、特開平０７−１９９６１５号公報では、現像剤を現像剤担持体に供給する供給部材の外周速度を現像剤担持体の外周速度より大きくする現像装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように提案されている現像装置等では以下に示すような問題点がある。
特開平０６−１１８７８７号公報、特開平０７−２６１５３３号公報で提案されている現像装置では、現像剤の横攪拌機能を向上させているが、高速機においては相対的にセパレータ還流量が減少するため、セパレータ形状の工夫や攪拌機構の追加によって横攪拌を改善するのは限界がある。また、特開平０７−１９９６１５号公報では、攪拌部材（現像スリーブ、搬送パドル、攪拌羽根）各々の周速を規定することで、各攪拌部材の汲み上げピッチムラに起因するムラ画像は無くすことができるが、機械の高線速化にともなう横攪拌不良による濃度ムラ画像には効果がないという問題点がある。
【０００６】
これは、以下のような作用によるものである。搬送パドルは回転数がある一定速度（搬送パドルが現像剤をまき散らすほどの回転数）になると、先端の僅かな部分だけで現像剤を搬送するようになる。この状態からさらに回転数を上げると、搬送パドルの羽根に現像剤を十分保持する前に次の羽根が来てしまうようなスピードになるため、回転数が上がったほどには搬送量が増加しない。一方、層厚規制部材に規制されて現像スリーブに搬送される単位面積あたりの現像剤の量（以下、汲み上げ量）は、層厚規制部材に規制されているためほぼ一定である。したがって現像スリーブに搬送される単位時間あたりの汲み上げ量（以下、汲み上げ流量）は、現像スリーブの線速を大きくする分だけ正確に増加してしまう。搬送パドルから現像スリーブに搬送された現像剤のうち、層厚規制部材に規制された残りの部分（以下、そのスリーブ上の単位面積あたりに相当する現像剤の量を「還流量」と呼ぶ）は、上記のような理由から現像装置回転数がある一定速度以上になると汲み上げ量に対して相対的に減少してしまう。搬送パドルから搬送された現像剤を担持するために、現像スリーブの搬送パドルに対向する側に磁極（汲み上げ極）を設けることは一般的である。しかし、搬送パドルは数枚の羽根でできているため、搬送パドル外径の接線と汲み上げ極を結ぶ直線上に遮蔽物がないと、搬送パドルの剤搬送ピッチがそのまま現像スリーブへ搬送され、例えば黒ベタ画像にピッチ状の濃度ムラが発生する。そこで、この問題を防ぐためには、例えば、搬送パドル外径の接線と汲み上げ極を結ぶ直線上に遮蔽物を置いて、搬送パドルの剤搬送ムラを均す、現像剤を増やして剤搬送量そのものを増やしパッキング状態をつくることで剤搬送ムラを均すものである。
しかし、セパレータカット無しは搬送パドルの剤搬送量そのものを減らす方法なので、高速機では還流量が減り、混合率が低下してしまう。単に、現像装置内の現像剤の量を増やすことはコストアップに繋がるため好ましくない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速機特有の横攪拌不良の問題を解決する現像装置を提供することである。さらに、本発明は、高速機においても混合率を低下させず、同時に、搬送パドルのピッチムラを発生させない現像装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、攪拌部材（現像スリーブ、搬送パドル、攪拌羽根）各々の周速を規定することで、各攪拌部材の汲み上げピッチムラに起因するムラ画像は無くすことができる現像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記のような問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転自在に設けられた現像剤担持体と、現像剤を収納する現像タンク部と、現像タンク部に収納された現像剤を攪拌混合する回転自在に設けられた撹拌ローラと、撹拌ローラから搬送された現像剤を該現像剤担持体に搬送する回転自在に設けられた搬送パドルと、現像剤担持体上に搬送された現像剤を一定量に規制する層厚規制部材と、層厚規制部材に対向する面と上面とを有し、上面は層厚規制部材により規制された現像剤を現像剤担持体から離れた位置へ案内する機能を有するセパレータとを備え、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる現像装置において、搬送パドルの外径から汲み上げ極へ伸びる接線上に遮蔽物がなく、セパレータの現像剤還流位置を層厚規制部材の下端より高くし、セパレータの層厚規制部材対向位置と、層厚規制部材との間隔を上方にいくほど狭くする電子写真装置の現像装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成・動作を図に基づいて説明する。
図１は、請求項１の記載の係る発明の一実施形態である電子写真装置の現像装置の概略を示す構成図である。乾式２成分現像装置として多くの方式が提案されているが、本発明では図１に示すようなセパレータ１４を持たすようなタイプの現像装置１に関する。
現像装置１は、現像剤を収納する現像タンク部３とトナーを収納するホッパー部２により成る。ホッパー部２の現像タンク部３側に向いた出口にはトナー補給ローラ１９が具備され、画像濃度センサー（図示せず。）などの検知値に基づいて適量のトナーが現像タンク部３内の現像剤に補給され、適切なトナー濃度が保たれる。補給されたトナーは攪拌ローラ１２（本実施形態においては楕円板付きローラを用いる。）によって、現像剤と混合攪拌される。攪拌ローラ１２の搬送力によって現像剤は搬送パドル１１に搬送され、搬送パドル１１は羽根の先端に現像剤をひっかけるようにして現像剤をはね飛ばす。従って、現像剤は直線Ｌのように、搬送パドル１１から搬送パドル１１の外径の接線に沿って現像ローラ（上現像ローラ１７ａの汲み上げ極（Ｐ３極））に搬送される。上記Ｐ３極に保持された現像剤は現像スリーブ１８の回転に伴って搬送され、層厚規制部材１５によって一定量に規制される。規制された現像剤は感光体２０−現像スリーブ１８のニップ部分で帯電装置及び露光装置（図示せず）によって形成された潜像にトナーを付着させて現像する。現像後の現像剤は搬送パドル１１によって攪拌ローラ１２まで搬送され、再び補給トナーと混合攪拌される。層厚規制部材１５で削りとられた残りの現像剤はセパレータ１４側に還流し攪拌ローラ１部分に戻って、現像後の現像剤及び補給トナーと混合攪拌される。
【００１０】
図２は、請求項１の記載に係る発明の一実施形態である電子写真装置の現像装置の概略を示す平面図である。層厚規制部材１５によって削りとられた後の現像剤は、現像剤の還流方向に対して斜行して配設されたフィン１３によって斜めにずれて攪拌ローラ１部分に戻る。この、フィン１３によって現像剤が斜行した分だけ現像剤の軸方向の攪拌（以下、横攪拌）が行われる。したがってセパレータ還流量が汲み上げ量（層厚規制部材１５によって規制された量）より著しく少ないと横攪拌が不十分となってしまう。フィン１３によって現像剤が装置後方向にずらされるため、一部の現像剤は、セパレータ１４からスクリュウを通して装置前方向に搬送するようにしているため、現像タンク部３内の前方向、後方向の現像剤量のバランスが保たれる。フィン１３とスクリュー１６によって横攪拌をおこなう方式は比較的低トナー濃度でも横方向の濃度ムラが発生しない。さらに、低トナー濃度の現像剤を用いることにより、例えば、画像の地汚れの発生を防止でき、さらに、電子写真装置内のトナー飛散の発生も防ぐことができる。
【００１１】
図３（ａ）は、セパレータと汲み上げ極の間に遮蔽物を設けない電子写真装置の現像装置の概略を示す構成図である。現像装置は、以下のような条件で行った。高速機αは小径２段現像スリーブ１８で、現像スリーブ１８線速が上下とも９５０ｍｍ／ｓｅｃ（現像スリーブ１８径は２０ｍｍ）、搬送パドル１１の周速が１２００ｍｍ／ｓｅｃで回転している。また、現像スリーブ１８−感光体２０速度比は２、現像スリーブ１８−感光体２０間隔は上下とも０．７５ｍｍ、層厚規制部材１５−現像スリーブ１８間隔は０．６５ｍｍ、上ローラーのＰ３極の磁束は７０ｍＴ、キャリア平均粒径は７０μｍ、トナー平均粒径は９．５μｍとなっている。このとき、図３（ａ）に示すように、直線Ｌ（パドル外径の接線と上ローラー汲み上げ極とを結ぶ直線）上をセパレータ１４が遮っていないために（以下、「セパレータカット」と記す。）、セパレータ１４にあてて、現像剤を均してから上ローラーに搬送する場合に比べ、パドル搬送量が多く、高速の電子写真装置αでも０．２４あり、Ｂ／Ａも０．５４、混合率も１．７９あり、端部濃度ムラも発生しない。
【００１２】
図３（ｂ）は、セパレータと汲み上げ極の間に遮蔽物を設ける電子写真装置の現像装置の概略を示す構成図である。直線Ｌ（パドル外径の接線と上ローラー汲み上げ極とを結ぶ直線）上をセパレータ１４が遮っているために（以下、「セパレータカット無し」と記す。）現像装置１の条件は、線速が遅い電子写真装置βの場合は、搬送パドル１１の周速が、８２０ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブ１８の線速が６５０ｍｍ／ｓｅｃである。その他の条件は高速の電子写真装置αと同じである。
【００１３】
以下の表１に、高速の電子写真装置αと線速が遅い電子写真装置βとの搬送パドル１１の搬送パドル周速と現像スリーブ１８のスリーブ周速を示す。
【表１】

【００１４】
さらに、以下の表２に高速の電子写真装置αと線速が遅い電子写真装置βとの汲み上げ量、還流量、パドル搬送量の結果を示す。
【表２】

【００１５】
セパレータカット無しでもパドル搬送量（Ｃ）が０．２２ｇ／ｃｍ２あるため、汲み上げ量（Ａ）と還流量（Ｂ）の比Ｂ／Ａ＝０．４２あるため混合率１．３で、中速機ということもあり端部濃度ムラは問題がない。しかし高速電子写真装置αで、セパレータカット無しのままの場合、現像スリーブ１８線速が速くなったほどにはパドル搬送量が増えないため、現像スリーブ１８上で測定したパドル搬送量（Ｃ）は中速電子写真装置βより減ってしまう。その結果Ｂ／Ａも０．２５と減り、混合率も１．０９となって端部濃度ムラが発生する。この端部濃度ムラとは、一般的には、トナー補給幅が、画像幅より狭いために発生する現象で、特に黒ベタ画像を連続してとった場合に発生しやすい。実施例１では、図３（ａ）に示すように、直線Ｌ上をセパレータ１４が遮っていない（表２の「セパレータカット」）ことにより、図３（ｂ）のようにいったんセパレータ１４にあてて、現像剤を均してから上ローラーに搬送する場合に比べ、パドル搬送量（表２のＣ）が多く、高速電子写真装置αでも０．２４あり、Ｂ／Ａも０．５４、混合率も１．７９あり、端部濃度ムラも発生しない。
【００１６】
図４は、層厚規制部材とセパレータの関係を示す図であり、請求項１に記載の発明の一実施形態である電子写真装置の現像装置の概略を示す構成図である。図４（ａ）が、セパレータの剤還流位置が層厚規制部材下端より上方にある現像装置の構成を示す概略図であり、図４（ｂ）が、層厚規制部材下端がセパレータより上方にある現像装置の構成を示す概略図である。
図４（ａ）に示すように、層厚規制部材１５の下端よりセパレータ還流位置が高いと層厚規制部材１５近辺にかかる現像剤の圧が高くある程度圧縮されるため、搬送パドル１１等の搬送ムラが押し潰されて、ピッチムラが改善される。
【００１７】
図５は、セパレータ１４と層厚規制部材１５との対向位置とその間のギャップとの関係を示す図であり、請求項１に記載の発明の一実施形態である電子写真装置の現像装置の概略を示す構成図である。図５（ａ）が、セパレータ１４が上方に行くにしたがって、層厚規制部材との間の間隔が狭くなっている現像装置の構成を示す概略図であり、図５（ｂ）が、セパレータ１４が上方に行くにしたがって、層厚規制部材との間の間隔が広くなっている現像装置の構成を示す概略図である。図５（ａ）のように層厚規制部材１５とセパレータ１４の層厚規制部材１５対向位置の間隔（図５（ａ）中のＷ）が上方にいくほど狭く（以下、「クサビ型」と記す。）になっているため、搬送パドル１１から搬送された現像剤はさらに圧縮されるため、ピッチムラはまったく発生しない。
【００１８】
以下の表３に、高速の電子写真装置αと線速が遅い電子写真装置βとセパレータ１４と層厚規制部材１５の位置関係による画像上のピッチムラの発生状況を示す。
【表３】

ここで、「位置」とは、セパレータ１４還流位置が層厚規制部材１５下端より上方にあることをいい、「クサビ」とは、層厚規制部材１５とセパレータ１４との対向位置が上方に行くにしたがって狭くなることをいう。
【００１９】
高速の電子写真装置αは、セパレータ１４をカットすることにより層厚規制部材１５と搬送パドル１１の間に遮蔽物を設けないと、現像剤の横攪拌は改善されるが画像上にピッチムラが生じやすくなる。そこで、表３に示すように、セパレータ１４還流位置が層厚規制部材１５下端より上方に配置することにより画像上のピッチムラを実質上問題のない程度に抑えることができる。さらに、層厚規制部材１５とセパレータ１４との対向位置が上方に行くにしたがって狭くすることにより画像上のピッチムラのない高品位の画像を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明に係る電子写真装置の現像装置では、搬送パドルの外径から汲み上げ極へ伸びる接線上に遮蔽物がないために、現像剤の量である汲み上げ量Ａと層厚規制部材を通過できずに還流するセパレータ還流量Ｂとの比をＢ／Ａ≧０．５とでき、混合率も十分であり、横攪拌不良による濃度ムラも発生せず、しかも、セパレータの現像剤還流位置が層厚規制部材の下端より上方にあり、セパレータの層厚規制部材対向位置と、層厚規制部材との間隔が上方にいくほど狭いため、ピッチムラも発生しない現像装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１の記載の係る発明の一実施形態である電子写真装置の現像装置の概略を示す構成図である。
【図２】 請求項１の記載に係る発明の一実施形態である電子写真装置の現像装置の概略を示す平面図である。
【図３】 図３（ａ）は、セパレータと汲み上げ極の間に遮蔽物を設けない電子写真装置の現像装置の概略を示す構成図である。図３（ｂ）は、セパレータと汲み上げ極の間に遮蔽物を設ける電子写真装置の現像装置の概略を示す構成図である。
【図４】 図４（ａ）が、セパレータの剤還流位置が層厚規制部材下端より上方にある現像装置の構成を示す概略図であり、図４（ｂ）が、層厚規制部材下端がセパレータより上方にある現像装置の構成を示す概略図である。
【図５】 図５（ａ）が、セパレータが上方に行くにしたがって、層厚規制部材との間の間隔が狭くなっている現像装置の構成を示す概略図であり、図５（ｂ）が、セパレータが上方に行くにしたがって、層厚規制部材との間の間隔が広くなっている現像装置の構成を示す概略図である。

Claims (1)

1. 回転自在に設けられた現像剤担持体と、
   現像剤を収納する現像タンク部と、
   現像タンク部に収納された現像剤を攪拌混合する回転自在に設けられた撹拌ローラと、
   撹拌ローラから搬送された現像剤を該現像剤担持体に搬送する回転自在に設けられた搬送パドルと、
   現像剤担持体上に搬送された現像剤を一定量に規制する層厚規制部材と、
   層厚規制部材に対向する面と上面とを有し、上面は層厚規制部材により規制された現像剤を現像剤担持体から離れた位置へ案内する機能を有するセパレータとを備え、
   トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる現像装置において、
   搬送パドルの外径から汲み上げ極へ伸びる接線上に遮蔽物がなく、
   セパレータの現像剤還流位置を層厚規制部材の下端より高くし、
   セパレータの層厚規制部材対向位置と、層厚規制部材との間隔を上方にいくほど狭くする
   ことを特徴とする電子写真装置の現像装置。

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