JP4482202B2

JP4482202B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4482202B2
Application number: JP2000211529A
Authority: JP
Inventors: 浩通三田村
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: US20020025198A1; US6512908B2; JP2002023497A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は現像装置、およびこの現像装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリ、プリンタ、あるいは複写機などの画像形成装置における感光体ドラムの外周面に形成された静電潜像を現像する現像装置として、現像スリーブとマグネットローラとを組合せて磁性トナーを用いて現像を行うものがある。
【０００３】
この現像装置は、図６および図７に示すように外周面に磁性トナーＴを担持し回転されて磁性トナーＴを搬送する現像スリーブ１と、円周方向に並べて配置された複数の磁極２ａを有し且つ現像スリーブ１の内側に配置され回転されて現像スリーブ１に担持された磁性トナーＴを感光体ドラム３の外周面における現像部位へ移動させるマグネットローラ２とを具備している。なお、図６は従来の現像装置における現像スリーブおよびマグネットローラと感光体ドラムを示す説明図、図７は現像スリーブと感光体ドラムとの間におけるトナーの移動を示す説明図である。
【０００４】
現像スリーブ１はその中心軸線Ｏ１が感光体ドラム３の中心軸線Ｏ３に対して同じ高さで且つ平行となるように配設されている。マグネットローラ２はその中心軸線Ｏ２が現像スリーブ１の中心軸線Ｏ１上に位置するように配設されている。これら現像スリーブ１、マグネットローラ２および感光体ドラム３は図示しない装置本体の内部に配設されている。すなわち、現像スリーブ１とマグネットローラ２が図示矢印方向へ回転すると、装置本体に溜められた磁性トナーＴは現像スリーブ１の外周面に乗って感光体ドラム３の外周面における現像部位（現像スリーブ１と感光体ドラム３の各中心軸線を結ぶ水平な線上）へ移動されて、感光体ドラム３の外周面に形成された静電潜像を現像する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この現像装置には次に述べる問題がある。
従来の現像装置では、現像スリーブ１とマグネットローラ２とが同一中心軸線上に配設され、言換えれば現像スリーブ１とマグネットローラ２とが同一中心軸線上で回転するようになっている。
【０００６】
ところで、感光体ドラム３における静電潜像を現像する部位では、静電潜像の電位と現像スリーブ１に印加する現像バイアスの電位との間における電位差により生ずる電界と、マグネットローラ２により発生する磁界があり、この領域では電界が磁性トナーに対して感光体ドラム３の静電潜像へ向けて飛翔させる力を作用させるとともに、磁界が磁性トナーに対してマグネットローラ２へ向けて拘束する力を作用させる。ここで、感光体ドラム３における現像部位では、回転するマグネットローラ２により磁界が交番することになり、磁性トナーＴは感光体ドラム３における静電潜像と現像スリーブ１との間の空間部を往復移動する。
【０００７】
一般的にマグネットローラ2の半径は感光体ドラム３の半径に比較して小さく、マグネットローラ2外周面の曲率が感光体ドラム３に比較して大きい。このため、現像スリーブ１の外周面が、感光体ドラム３における現像部位（現像スリーブ１と感光体ドラム３の各中心軸線を結ぶ水平な線上に位置する部位）を通過して現像部位に対して回転方向下流側に移動すると、曲率の大きいマグネットローラ2では感光体ドラム3の静電潜像に対する磁力が急激に減少する。これにより感光体ドラム3における静電潜像と現像スリーブ1との間における磁性トナーの往復移動が弱小となる。そうすると、図７に示すように感光体ドラム3と現像スリーブ１との間の空間部で往復移動していた磁性トナーＴが浮遊するようになり、この浮遊する磁性トナーＴが電界の力によりへ引かれて移動し感光体ドラム3の外周面に付着する。このため、現像部位を通過した感光体ドラム3の外周面に磁性トナーＴが付着して画像形成に悪影響を与えることがあり、特に感光体ドラム3の外周面の黒ベタ領域における未露光部に付着する事態、いわゆる尾引き現象が発生していた。
【０００８】
本発明は、感光体ドラムの現像部位に対して回転方向下流側でトナーが感光体ドラムの外周面に移動して付着する事態の発生を防止して良好な画像形成に寄与する現像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、この現像装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像形成装置は、感光体ドラムの外周面に形成された静電潜像をトナーを用いて現像する画像形成装置において、前記感光体ドラムと、前記感光体ドラムと対向する位置に設けられ、外周面に磁性トナーを担持し前記感光体ドラムの回転方向とは反対方向に回転されて前記磁性トナーを搬送する現像スリーブと、円周方向に並べて配置された複数の磁極を有し且つ前記現像スリーブの内側にこれと平行に配置され、前記感光体ドラムの回転方向とは反対方向に回転されて前記現像スリーブに担持された前記磁性トナーを感光体ドラムの外周面における現像部位へ移動させるマグネットローラと、を具備し、このマグネットローラの中心軸線が、前記現像スリーブの中心軸線を通る垂直線よりも前記感光体ドラムに近い位置で、前記現像スリーブの中心軸線と前記感光体ドラムの現像部位とを結ぶ線に対して前記現像スリーブの回転方向下流側に位置していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の構成によれば、感光体ドラムにおける現像部位に対して下流側における磁性トナーに対して、マグネットローラから現像スリーブへの大きな帰還力を作用させて、この磁性トナーが感光体ドラムへ移動して付着することを抑制できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について図１ないし図３を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の現像装置を搭載した例えばプリンタとして用いられる画像形成装置の概略的構成を示す断面図である。
【００１６】
図１において１１は画像形成装置本体で、この装置本体１１の上面部には記録紙排出部１２が設けられている。１３は記録紙を積層して収容する記録紙カセット、１４は記録紙カセット１３に収容された記録紙を繰出す繰出しローラ、１５は感光体ドラム、１６は感光体ドラム１５の外周面を帯電する帯電装置、１７は感光体ドラム１５の外周面を露光して静電潜像を形成する露光装置、１８は感光体ドラム１５の外周面の静電潜像が形成された部分にトナーを供給付着させて現像を行いトナー像を形成する現像装置、１９は感光体ドラム１５に形成されたトナー像を記録紙カセット１３から繰出されて搬送されてきた記録紙に転写する転写装置、２０は記録紙に転写されたトナー像を定着する定着装置である。定着装置２０を通過した記録紙は記録紙排出部１２において装置本体１１の外側へ排出される。
【００１７】
この現像装置は図１に示すように感光体ドラム１５と対応する長さを有する装置本体２１を備え、この装置本体２１は感光体ドラム１５に対向してこれと平行に並べて設けられている。装置本体２１は上面開放部に着脱可能に装着したトナーカートリッジ２２から内部へ磁性トナーＴを投入して溜めるようになっており、内部には溜めた磁性トナーＴを攪拌する攪拌器２３が設けてある。また、装置本体２１における水平に配設された感光体ドラム１５と対面する側部は長さ方向に沿い水平に開放部が形成され、この開放部には現像スリーブ２５とマグネットローラ２６とが組合せて感光体ドラム１５の軸方向に沿って設けてある。現像スリーブ２５は非磁性材料からなる円筒体で、感光体ドラム１５に比して小さい所定の半径と同じ長さを有している。マグネットローラ２６は現像スリーブ２５に対して小さい所定の半径を有するもので、その内部には図３に示すように異なる複数の磁極２７が円周方向に交互に並べて設けてある。すなわち、Ｎ極の磁極２７とＳ極の磁極２７が円周方向に並べて設けてある。
【００１８】
図中２４は現像スリーブ２５の上側に位置して現像装置１８に設けられたトナー層形成用のブレードである。
【００１９】
図２は現像装置における現像スリーブおよびマグネットローラと感光体ドラムを示す説明図、図３は現像スリーブと感光体ドラムとの間における磁性トナーを示す説明図である。
【００２０】
そして、装置本体２１の開放部において、現像スリーブ２５は、その中心軸線Ｏ１が感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３と同じ高さの水平位置であって中心軸線Ｏ３に対して平行となる位置に配置され、両方の端部が中心軸線Ｏ１上で図示しない軸受により回転自在に支持されている。すなわち、現像スリーブ２５は中心軸線Ｏ１を回転軸線として回転するように設けられている。
【００２１】
ここで、現像スリーブ２５の中心軸線０１と感光体ドラム１５の中心軸線０３とを結ぶ直線は水平な線となり、この水平な線において感光体ドラム１５の外周面と対向する現像スリーブ２５の外周面の箇所は、現像スリーブ２５から感光体ドラム１５へ磁性トナーＴを供給移動して感光体ドラム１５の外周面における静電潜像をトナー像にする現像部位である。
【００２２】
マグネットローラ２６は現像スリーブ２５の内部に配設される。すなわち、マグネットローラ２６は、その中心軸線Ｏ２が、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３とを結ぶ水平線（現像位置）より下側に位置し、さらに現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１を通る垂直線より感光体ドラム１５に近い位置に位置している。すなわち、マグネットローラ２６の中心軸線Ｏ２が、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側に位置している。マグネットローラ２６は両方の端部が中心軸線Ｏ２上で図示しない軸受により回転自在に支持されている。すなわち、マグネットローラ２６は中心軸線Ｏ２を中心軸線として回転するように設けられている。例えば、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の回転軸線Ｏ３とを結ぶ線と、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１とマグネットローラ２６の中心軸線Ｏ２とを結ぶ線とがなす角度θがＯ°＜θ≦６０°をなすようにマグネットローラ２６を偏心させる。
【００２３】
なお、現像スリーブ２５およびマグネットローラ２６は画像形成装置本体１１に設けた図示しない回転駆動装置により回転力を附与されて回転される。
【００２４】
このように構成された現像装置の作動について説明する。現像スリーブ２５とマグネットローラ２６は夫々図示矢印で示す同じ方向へ回転される。装置本体２１の内部に溜められた磁性トナーＴは現像スリーブ２５の回転により現像スリーブ２５の外周面に載って搬送され、ブレード２４により均一な層厚に規制された後に、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線０３とを結ぶ直線上で感光体ドラム１５における現像部位へ移動されて付着する。磁性トナーＴはブレード２３を通過することにより摩擦帯電される。マグネットローラ２６の回転に伴い、現像スリーブの中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線０３とを結ぶ直線上における現像部位でマグネットローラ２６のＮ極およびＳ極の各磁極２７と、磁力の弱い各磁極２７の間の部分が交互に通過する。
【００２５】
ここで、感光体ドラム１５の外周面における静電潜像の電位と、現像スリーブ２５に印加される現像バイアス電圧との電位差により生ずる電界から、摩擦帯電された磁性トナーＴが受ける力をＦ電界とし、マグネットローラ２６の磁極２７により着磁した磁性トナーＴが受け力をＦ磁界とする。これにより現像部位においてマグネットローラ２６の各磁極２７が通過すると、Ｆ電界＜Ｆ磁界となり、磁性トナーＴに対して現像スリーブ２５へ帰還させる帰還力が働く。現像部位においてマグネットローラ２６における各磁極２７の間の部分が通過すると、Ｆ電界＞Ｆ磁界となり、磁性トナーＴに対して感光体ドラム１５の静電潜像へ飛翔させる飛翔させる力が働く。これにより回転するマグネットローラ２６により磁界が交番することになり、磁性トナーＴは感光体ドラム１５における静電潜像と現像スリーブ２５との間の空間部を往復移動する。
【００２６】
ここで、マグネットローラ２６の半径は感光体ドラム１５の半径に比較して小さく、外周面の曲率が大きい。このため、現像スリーブ２５の外周面が、感光体ドラム１５における現像部位（現像スリーブ２５と感光体ドラム１５の各中心軸線Ｏ１、Ｏ３上に位置する部位）を通過して現像部位に対して回転方向下流側（転写装置１９側）に移動すると、曲率の大きいマグネットローラ２６では感光体ドラム１５の静電潜像に対する磁力が急激に減少する。これにより感光体ドラム１５と現像スリーブ２５との間における磁性トナーTの往復移動が弱小となる。
【００２７】
そこで、この実施の形態では、マグネットローラ２６を、その中心軸線Ｏ２が、現像スリーブ３５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３とを結ぶ水平線より下側に位置し、さらに現像スリーブ３５の中心軸線Ｏ１を通る垂直線より感光体ドラム１５に近い位置に位置するように設けている。すなわち、マグネットローラ２６は、その中心軸線Ｏ２が、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３（現像部位）とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側（転写装置１９側）に位置するように設けている。
【００２８】
このため、マグネットローラ２６の半径が一定であることを前提として、そのマグネットローラ２６を中心軸線Ｏ２が現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と同じ位置にして配設した場合に比較して、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３（現像部位）とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側において、マグネットローラ２６の外周面が現像スリーブ２５の内周壁に大変接近した状態となる。従って、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３（現像部位）とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側において、マグネットローラ２６の各磁極２７の磁界が磁性トナーＴに対して現像スリーブ２５へ帰還させるように作用する帰還力が、マグネットローラ２６の各磁極２７が現像部位を通過する時の帰還力に対して低下する度合いが大変小さく、マグネットローラ２６の各磁極２７が現像部位を通過する時と同様に大きな帰還力を維持することができる。これによりマグネットローラ２６が現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３（現像部位）とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側において、現像スリーブ２５と感光体ドラム１５との間の空間部に存在する磁性トナーＴに対して依然として強い帰還力を作用させ、マグネットローラ２６を中心軸線Ｏ２が現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と同じ位置にして配設した場合に比較して、この磁性トナーＴが感光体ドラム１５の電界により感光体ドラム１５の外周面に付着する現象を大幅に低減できる。
【００２９】
このようにこの実施の形態では、マグネットローラ２６の中心軸線Ｏ２が、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側に位置しているので、感光体ドラム１５と現像スリーブ１５との現像部位に対して下流側で発生する浮遊トナーに対して、マグネットローラ２６から現像スリーブ２５の大きな帰還力を作用させて、この磁性トナーＴが感光体ドラム１５へ移動して付着することを防止でき、良好な画像形成に寄与できる。
【００３０】
表１は、マグネットローラ２６を現像スリーブ２５に対して偏心して配設し、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の回転軸線Ｏ３とを結ぶ線と、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１とマグネットローラ２６の中心軸線Ｏ２とを結ぶ線とがなす角度θを種々変更させて、画像記録後の画像における尾引きの状態を評価した結果を示している。これによると現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の回転軸線Ｏ３とを結ぶ線と、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１とマグネットローラ２６の中心軸線Ｏ２とを結ぶ線とがなす角度θが０°＜θ≦６０°をなすようにマグネットローラ２６を偏心させた場合に良好な画像記録が行われたことが判った。好ましくは２０°＜θ≦６０°が良いことが判った。従って、この範囲でマグネットローラ２６を偏心させて設けることが良いことが判る。
【００３１】
【表１】

【００３２】
そして、この実施の形態の画像形成装置は、感光体ドラム１５における現像部位に対して下流側で発生する浮遊した磁性トナーが感光体ドラム１５の外周面に移動して付着する事態の発生を防止して良好な画像形成に寄与する優れた現像装置を備えた装置となる。
【００３３】
図４および図５は現像装置１８における他実施の形態を示すもので、図４は現像装置における現像スリーブおよびマグネットローラと感光体ドラムを示す説明図、図５は現像スリーブと感光体ドラムとの間における磁性トナーの移動状態を示す説明図である。図４および図５において図２および図３と同じ分部は同じ符号を付して示している。
【００３４】
なお、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１とマグネットローラ２６の中心軸線Ｏ２は同軸線上にある。
【００３５】
すなわち、この実施の形態では、マグネットローラ２６の半径をｒｍｍ、前記感光体ドラム１５の半径をＲｍｍ、マグネットローラ２６の磁極の磁力をＧｇａｕｓｓとした場合、これらをＧ・（ｒ／Ｒ）≧３５０の関係になるように設定したものである。すなわち、マグネットローラ２６の各磁極２７の磁界が磁性トナーＴに対して現像スリーブ２５へ帰還させる帰還力がマグネットローラ２６の各磁極２７が現像部位を通過する時と同様に大きな値に維持できるように、感光体ドラム１５の半径Ｒに近づけてマグネットローラ２６の半径Ｒを大きくしている。
【００３６】
このため、従来に比較して、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３（現像部位）とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側において、マグネットローラ２６の外周面が感光体ドラム１５の外周面に接近した状態となる。従って、現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３（現像部位）とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側（転写装置１９側）において、マグネットローラ２６の各磁極２７の磁界が磁性トナーＴに対して現像スリーブ２５へ帰還させるように作用する帰還力が、マグネットローラ２６の各磁極２７現像部位を通過する時の帰還力に対して低下する度合が大変小さくグネットローラ２６の各磁極２７が現像部位を通過する時と同様に大きな帰還力を維持することができる。これによりマグネットローラ２６が現像スリーブ２５の中心軸線Ｏ１と感光体ドラム１５の中心軸線Ｏ３（現像部位）とを結ぶ線に対して現像スリーブ２５の回転方向下流側において、現像スリーブ２５と感光体ドラム１５との間の空間部に存在する磁性トナーＴに対して依然として強い帰還力を作用させ、従来に比較して磁性トナーＴが感光体ドラム１５の電界により感光体ドラム１５の外周面に付着することを大幅に低減できる。
【００３７】
このようにこの実施の形態では、マグネットローラ２６の半径と感光体ドラム１５の半径とマグネットローラ２６の磁極の磁力とをある特定の関係に設定することにより、感光体ドラム１５と現像スリーブ１５との現像部位に対して下流側で発生する浮遊トナーに対して、マグネットローラ２６から現像スリーブ２５の大きな帰還力を作用させて、この磁性トナーＴが感光体ドラム１５へ移動して付着することを防止でき、良好な画像形成に寄与できる。
【００３８】
表２は、マグネットローラ２６の直径を種々変更させて、画像記録後の画像における尾引きの状態を評価した結果を示している。これによるとマグネットローラ２６の半径をｒｍｍ、前記感光体ドラム１５の半径をＲｍｍ、マグネットローラ２６の磁極の磁力をＧｇａｕｓｓとした場合、これらをＧ・（ｒ／Ｒ）≧３５０の関係になるように設定した場合に良好な画像記録が行われたことが判る。好ましくはＧ・（ｒ／Ｒ）≧４００が良い。
【００３９】
【表２】

【００４０】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。例えば前述した実施の形態に示した２個の形態を組合せても良い。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明の現像装置によれば、マグネットローラの中心軸線が、現像スリーブの中心軸線と感光体ドラムの現像部位とを結ぶ線に対して現像スリーブの回転方向下流側に位置しているので、感光体ドラムと現像スリーブとの現像部位に対して下流側で浮遊する磁性トナーに対して、マグネットローラから現像スリーブへの大きな帰還力を作用させて、この磁性トナーが感光体ドラムへ移動して付着することを防止でき良好な画像形成に寄与できる。
【００４２】
請求項２の発明の現像装置によれば、マグネットローラの半径と感光体ドラムの半径とマグネットローラの磁極の磁力とをある特定の関係に設定することにより、感光体ドラムと現像スリーブとの現像部位に対して下流側で浮遊する磁性トナーに対して、マグネットローラから現像スリーブへの大きな帰還力を作用させて、この磁性トナーが感光体ドラムへ移動して付着することを防止でき良好な画像形成に寄与できる。
【００４３】
請求項３の発明によれば、感光体ドラムと現像スリーブとの現像部位に対して下流側で発生する浮遊トナーが感光体ドラムの外周面に移動して付着する事態の発生を防止して良好な画像形成を得ることができる優れた現像装置を備えた画像形成装置を得ることができるとともに、浮遊したトナーによって画像形成装置内部が汚れることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における画像形成装置の概略的構成を示す断面図。
【図２】同実施の形態における現像装置の現像スリーブおよびマグネットローラと感光体ドラムを示す説明図。
【図３】同実施の形態における現像装置の現像スリーブと感光体ドラムとの間における磁性トナーの動きを示す説明図。
【図４】同実施の形態における現像装置の現像スリーブおよびマグネットローラと感光体ドラムを示す説明図。
【図５】同実施の形態における現像装置の現像スリーブと感光体ドラムとの間における磁性トナーの動きを示す説明図。
【図６】従来の形態における現像装置の現像スリーブおよびマグネットローラと感光体ドラムを示す説明図。
【図７】従来の形態における現像装置の現像スリーブと感光体ドラムとの間における磁性トナーの動きを示す正面図。
【符号の説明】
１１…画像形成装置本体、
１３…現像装置、
１５…感光体ドラム、
２１…現像装置本体、
２４…ブレード、
２５…現像スリーブ、
２６…マグネットローラ、
Ｔ…磁性トナー。

Claims

感光体ドラムの外周面に形成された静電潜像をトナーを用いて現像する画像形成装置において、
前記感光体ドラムと、
前記感光体ドラムと対向する位置に設けられ、外周面に磁性トナーを担持し前記感光体ドラムの回転方向とは反対方向に回転されて前記磁性トナーを搬送する現像スリーブと、
円周方向に並べて配置された複数の磁極を有し且つ前記現像スリーブの内側にこれと平行に配置され、前記感光体ドラムの回転方向とは反対方向に回転されて前記現像スリーブに担持された前記磁性トナーを感光体ドラムの外周面における現像部位へ移動させるマグネットローラと、
を具備し、
このマグネットローラの中心軸線が、前記現像スリーブの中心軸線を通る垂直線よりも前記感光体ドラムに近い位置で、前記現像スリーブの中心軸線と前記感光体ドラムの中心軸線とを結ぶ線に対して前記現像スリーブの回転方向下流側に位置していることを特徴とする画像形成装置。