JP4531307B2 - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、FAXなどの画像形成装置に係り、詳しくは、潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置を有する画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラムや感光体ベルトからなる潜像担持体上に、画像情報に対応した静電潜像が形成され、現像装置によって現像動作が実行され、可視像が得られる。かかる電子写真方式においては、従来より、トナーのみからなる1成分現像剤を用いる1成分現像方式と、トナーと磁性粒子を含む2成分現像剤を用いた2成分現像方式とが知られている。このうち2成分現像方式は、転写性や温度・湿度に対する現像特性の安定性が良好な優れた現像方式である。この2成分現像方式では、潜像担持体に対向する現像領域において、現像剤担持体上にブラシチェーン状に穂立ちされて保持された2成分現像剤から潜像担持体上の静電潜像部分にトナーが供給される。
【0003】
図1は、上記2成分現像方式の現像装置の概略構成図である。
マグネットローラ5の表面部には、該ローラの回転中心軸方向に沿った方向に延在する磁極が径方向外側に向けて複数形成されるように、複数の磁石が設けられている。具体的には、現像領域Dに対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極P1(N極)が形成され、この現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極P1に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極P1a(S極),P1b(S極)を有している。また、上記現像剤収容部Sに磁界の磁力が及ぶように、プレドクタ7aに対向する位置から上記現像領域に至る間に磁極P4(N極)を有している。更に、上記マグネットローラ5の表面には、一般的な現像装置と同様に、現像スリーブ4上に現像剤を担持し続けながら搬送するための搬送磁極P2(N極),P3(S極)を有している。なお、図1中の現像スリーブ4の周囲に点線で示した曲線は、各磁極によって形成された、現像スリーブ4の軸方向中央部における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度分布を示している。
本構成を取った理由は、現像領域の幅(現像ニップ幅)を狭くしたり、現像領域における磁気ブラシの現像剤密度を高めたりして、「後端白抜け(後述)」などの画質劣化を防止するためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極P1に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極P1a(S極),P1b(S極)を有している。これらの補助磁極P1a、P1bの現像剤保持力が現像スリーブ回転時の遠心力に負けると、現像剤が飛散する。この理由について簡単に説明する。半値角度幅を狭くするために、例えば希土類金属合金磁石を使用している。この希土類金属合金磁石は従来のフェライト磁石に比べ、磁力が強いので磁石の断面積を小さくすることで半値角度幅を狭くすることが可能となっている。その反面、磁力の減衰率も大きくなる特徴があり、磁気ブラシの穂の先端部でキャリアの連鎖する力が、従来の磁石より小さくなり、穂の先端部のキャリアが飛びやすくなるため、現像剤が飛散するものと考えられる。
上記補助磁極P1aに対応する現像スリーブ表面から飛散した現像剤は、下流側に現像領域で正規現像に取り込まれるため特に問題はない。ところが、補助磁極P1bに対応する現像スリーブ表面から飛散した現像剤の一部は、現像装置の筐体内部に収容されず現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損してしまうおそれがある。
【0005】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤担持体から飛散した現像剤が現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損することを防止できる現像装置を有する画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置とを有し、該現像装置が、トナーと磁性粒子とを含む現像剤を収容する収容手段と、該収容手段内に支持され回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体と、該現像剤担持体を前記収容手段の外部に露出させる開口部と、潜像担持体に対向する現像領域で該現像剤担持体上に該現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、該磁界発生手段が、該現像領域に対して該現像剤担持体の内側に現像磁極と、該現像磁極に対して現像剤担持体回転方向の下流側に隣接する位置に該現像磁極と反対極性の磁極とを具備する画像形成装置において、上記反対極性の磁極と、上記現像剤担持体の回転軸とを結んだ直線は上記潜像担持体に向かって延び、上記現像剤担持体の回転方向下流側における上記開口部の縁部近傍に、上記潜像担持体側に上記現像磁極と反対の極性を向けた状態で磁石が設けられ、該磁石の上記現像磁極と反対の極性を有する磁極の中心線は上記潜像担持体に向かって延びると共に、該磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいことを特徴とするものである。ここで、上記「現像領域」とは、現像剤担持体上で穂立ちして形成されたブラシ状の現像剤が潜像担持体と接触し、現像剤中のトナーで潜像担持体の潜像を現像可能な領域である。この画像形成装置では、例えば上記現像磁極と反対極性の磁極の現像剤保持力が現像剤担持体回転時の遠心力に負けることによって該現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が上記磁石の磁気力の影響を受け、該磁石に引き付けられる。また、現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が上記磁石の磁気力の影響を受け、収容手段内に向かうことも可能となる。これらのことにより、現像剤担持体から飛散したトナーが、現像装置の開口部から外部に飛散することを防ぐことができる。
そして、上記磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいので、これらの磁力が同等もしくは上記磁石の磁力の方が強すぎる場合と異なり、現像剤担持体上の現像剤を磁界形成手段が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ上に穂立ちしてしまう恐れがない。よって、このような現像剤の穂立ちを生じさせることなく、飛散した現像剤のみを上記磁石に引きつけることが可能となる。
【0007】
また、請求項2の発明は、潜像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段は、請求項1に記載の現像装置であることを特徴とするものである。
このプロセスカートリッジでは、上記現像装置を備えることにより、現像剤の飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を形成することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電子写真式の画像形成装置であるレーザプリンタ(以下、「プリンタ」という。)の現像装置に適用した実施形態について説明する。
まず、図2を用いて本実施形態に係るプリンタの概略について説明する。潜像担持体としての感光体ドラム1は、図中矢印A方向に回転駆動されながら、感光体ドラム1に接触してその表面を帯電する帯電ローラ50により一様に帯電された後、光書き込みユニット51により画像情報に基づき走査露光されて表面に静電潜像が形成される。本実施形態では、上記帯電ローラ50及び光書き込みユニット51により潜像形成手段が構成されているが、他の種類の帯電装置や露光装置を用いて構成してもよい。感光体ドラム1上に形成された静電潜像は、後述する現像装置2により現像され、感光体ドラム1上にトナー像が形成される。感光体ドラム1上に形成されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ53を備えた転写ユニットにより給紙カセット54から給紙ローラ55、レジストローラ対56を経て搬送された転写材としての用紙52上に転写される。転写終了後の用紙52は、定着ユニット57によりトナー像が定着され機外に排出される。なお、転写されなかった感光体ドラム1上の残留トナーは、クリーニングユニット58により感光体ドラム1から除去される。また、感光体ドラム1上の残留電荷は除電ランプ59で除去される。
【0009】
次に、本実施形態に係る現像装置の全体構成について説明する。
図1は現像装置2の全体の概略構成図である。この現像装置2は感光体ドラム1の側方に配設され、磁性トナー3a及び磁性粒子(以下「磁性キャリア」という。)3bとを含む二成分現像剤(以下「現像剤」という。)3を表面に担持する現像剤担持体として非磁性の現像スリーブ4を備えている。この現像スリーブ4は、ケーシング2aの感光体ドラム1側に形成された開口部から一部露出するように取り付けられ、図示しない駆動装置により、感光体ドラム1と対向する現像領域Dにおいて現像剤を下方(図中矢印B方向)に移動させる向きに回転駆動可能になっている。また、現像スリーブ4の内部には、磁界発生手段としての固定磁石群からなるマグネットローラ5が固定配置されている。
【0010】
また、本現像装置は、現像スリーブ4上に担持され現像領域Dに向けて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ6、該ドクタ6に現像剤搬送方向上流側で現像スリーブ4の表面及びドクタ6との間に現像剤3を収容する現像剤収容部Sを形成するように設けられた現像剤収容ケース7、トナー収容部としてのトナーホッパ8なども備えている。トナーホッパ8は現像スリーブ4上の現像剤搬送方向における現像剤収容部Sの上流側に隣接して現像スリーブ表面と対向するトナー補給用開口(以下「トナー補給口」という。)8aを有している。また、トナーホッパ8の内部には、図中矢印Cで示す時計方向に回転しながら磁性トナー3aをトナー補給口8aに向けて撹拌しながら送り出すトナー撹拌部材としてのトナーアジテータ9が配設されている。
【0011】
上記現像剤収容ケース7の現像スリーブ4に近接する先端部(ひさし部)は、トナーホッパ8から磁性トナーが補給され現像剤収容部S内に向かって進行しようとする現像剤の量を規制する第2現像剤規制部材としてのプレドクタ7aとして用いられている。また、上記現像剤収容ケース7等で形成される現像剤収容部Sには、感光体ドラム1との対向する現像領域に供給されずにドクタ6で進行が阻止された現像剤が収容される。
【0012】
上記マグネットローラ5の表面部には、該ローラの回転中心軸方向に沿った方向に延在する磁極が径方向外側に向けて複数形成されるように、複数の磁石が設けられている。具体的には、現像領域Dに対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極P1(N極)が形成され、この現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極P1に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極P1a(S極),P1b(S極)を有している。また、上記現像剤収容部Sに磁界の磁力が及ぶように、プレドクタ7aに対向する位置から上記現像領域に至る間に磁極P4(N極)を有している。更に、上記マグネットローラ5の表面には、一般的な現像装置と同様に、現像スリーブ4上に現像剤を担持し続けながら搬送するための搬送磁極P2(N極),P3(S極)を有している。
なお、図1中の現像スリーブ4の周囲に点線で示した曲線は、各磁極によって形成された、現像スリーブ4の軸方向中央部における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度分布を示している。
【0013】
上記マグネットローラ5は、6極の磁極が形成されているが、上記補助磁極P1bから補助磁極P1aに至る間に磁極を更に増やし、8極や10極で構成されるマグネットローラとしてもよい。
【0014】
また、上記マグネットローラ5の現像磁極P1は、回転中心軸に垂直な横断面における面積(以下「横断面積」という。)が小さい磁石により構成されている。この横断面積が小さくなると一般に磁力は弱くなるが、現像スリーブ表面の磁力が小さくなりすぎると磁性キャリアを保持する力が充分ではなくなるために感光体ドラム1への磁性キャリア付着を生じることがある。そこで、この現像磁極P1用の磁石は磁力の強い希土類金属合金磁石により作製した。希土類金属合金磁石のうち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石では最大エネルギー積で358kJ/m3であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石では最大エネルギー積で80kJ/m3前後である。これにより、従来通常用いられていた、最大エネルギー積が36kJ/m3前後、20kJ/m3前後であるフェライト磁石、フェライトボンド磁石等と比べ強い磁力を確保することが可能となったため、横断面積の小さい磁石を用いても現像スリーブ表面の磁力を確保することが可能となった。磁力を確保するためには、この他にサマリュウムコバルト金属合金磁石等を用いることもできる。
【0015】
また、本実施形態の現像装置において、現像時、現像スリーブ4には、現像バイアス印加手段としての現像バイアス電源10により、現像バイアスVBとして直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加されている。地肌部電位(背景部電位)VD及び画像部電位VLはそれぞれ、上記振動バイアス電圧VBの最大値と最小値の間に位置している。この振動バイアス電圧の印加により、向きが交互に変化する交互電界が現像領域Dに形成される。この交互電界中で現像剤のトナー3aと磁性キャリア3bとが激しく振動し、磁性トナー3aが現像スリーブ4および磁性キャリア3bへの静電的拘束力及び磁気的拘束力に打ち勝って感光体ドラム1の表面に形成された静電潜像に選択的に付着する。
【0016】
上記振動バイアス電圧からなる現像バイアスVBの最大値と最小値の差(ピーク間電圧)は0.5〜5kVが好ましく、周波数は1〜10kHzが好ましい。振動バイアス電圧の波形としては、矩形波、サイン波、三角波等を使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、地肌部電位VDと画像部電位VLの間の値であるが、画像部電位VLよりも地肌部電位VDに近い値である方が、地肌部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
【0017】
また、上記振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を50%以下とすることが望ましい。ここで、「デューティ比」とは、振動バイアス電圧の1周期中でトナーが感光体ドラム1に向かおうとする時間の割合である。このデューティ比に設定することにより、トナーが感光体ドラム1に向かおうとするピーク値と現像バイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが静電潜像の電位分布に忠実に付着して、現像能力が向上し、さらにざらつき感や解像力を向上させることができる。また、トナー3aとは逆極性の電荷を有する磁性キャリア3bが感光体ドラム1に向かおうとするピーク値と現像バイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、磁性キャリア3aの運動が沈静化することができる。これにより、画像後端部のトナーの攪乱を防止し、後端白抜け、細線再現性、孤立ドット再現性が良好となる。さらに静電潜像の地肌部に磁性キャリアが付着する確率を大幅に低減する効果もある。
【0018】
上記後端白抜けとは、黒ベタ画像やハーフトーンのベタ画像の後端部が白く抜ける、画質劣化のことである。
この「後端白抜け」の現象は、次のようなメカニズムで起こると考えられる。図9は、2成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の一例を示している。図9において、小さな丸はトナー3a、大きな丸は磁性キャリア(磁性粒子)3bを示している。また、図示の都合上、現像領域内の1本の磁気ブラシだけを実線で示し、他の磁気ブラシは破線で示すと共にトナーを省略してある。さらに、感光体ドラム1上の非画像部Aは負極性に帯電しているものとする。
図9において、現像剤担持体としての現像スリーブ4上に担持された現像剤は、矢印D方向の現像スリーブ4の移動により、感光体ドラム1と対向する現像領域付近へと運ばれる。現像剤は、現像領域付近で現像磁極P1の磁力により磁性キャリア3bが穂立ちし、磁気ブラシMBを形成する。一方、感光体ドラム1はその表面に静電潜像を保持しつつ、矢印C方向に回転している。現像領域では、感光体ドラム1と現像スリーブ4との線速差(感光体線速<現像スリーブ線速)により、磁気ブラシMBが感光体ドラム1上の潜像を摺擦し、現像電界によって画像部Bにトナー3aが付着する。その結果、現像スリーブ移動方向における現像領域の下流側では、感光体ドラム1上の潜像の画像部Bにトナー像が形成される。なお、所定の画像濃度を確保するために、現像スリーブ線速は、感光体線速よりも大きくするのが一般的である。
【0019】
このような2成分現像方式の現像装置においては、図10に示すようなメカニズムで後端白抜けが生じると考えられる。図10(a)〜(c)はいずれも、図9の感光体ドラム1と現像スリーブ4の対向部付近を拡大した説明図であり、左側の感光体ドラム1に対し、右側の磁気ブラシMBの先端が近づいてくる磁気ブラシの動きを、図10(a)、(b)、(c)の時系列で表示している。図10において感光体ドラム1と現像スリーブ4の対向部は、ちょうど非画像部と黒ベタ画像との境界を現像している状態、すなわち「後端白抜け」が発生する状態にあり、感光体回転方向下流側には現像されたばかりのトナー像が形成されている。この状態の感光体ドラム1に向かって現像スリーブ4上の1つの磁気ブラシMBが近づいてくる。ここで、感光体ドラム1は実際には図中時計回りに回転しているが、上述のように現像スリーブ4が感光体ドラム1よりも早く移動しているため、磁気ブラシMBは感光体ドラム1を追い越していく。そのため、図10(a)〜(c)においては感光体ドラム1が静止しているものとしてモデルを簡略化している。
図10(a)において感光体ドラム1に近づいてくる磁気ブラシMBは、現像すべき画像部の後端位置Aに至るまでの間に非画像部に対向して移動する。この移動の際に、マイナス電荷同士の反発力Bにより、トナー3aは次第に感光体ドラム1から離れ現像スリーブ表面側に移動していく(以下、このトナー移動を「トナードリフト」という)。このトナードリフトの結果、図10(b)のように、磁気ブラシMBが画像部後端位置Aに到達する頃には、感光体ドラム1近くの磁気ブラシは正極性に帯電した磁性キャリア3bが剥き出しの状態になっている。このため、潜像の画像部後端位置Aに対向する磁性キャリア表面にはトナーは存在せず、画像部後端位置Aで磁気ブラシMBから感光体ドラム1へのトナー移動はない。さらに、図10(c)において磁気ブラシMBが画像部後端位置Aから画像部の若干内側に入った画像部後端部Cに到達すると、トナー3aと感光体ドラム1との付着力が弱い場合には一度感光体ドラム1に付着したトナー3aが静電気力により磁性キャリアに再付着することもある。この結果、画像部の非画像部に近接した画像部後端部では現像が行なわれないことがあり、これが「後端白抜け」の原因となると考えられる。
【0020】
以上の「後端白抜け」発生メカニズムの説明では、現像スリーブ4の回転中心軸に垂直な断面を図示して説明してきたが、現像スリーブの長手方向(回転中心軸方向)に沿って観察すると、各磁気ブラシの長さは一定ではなく、長手方向の位置でばらついている。図11は、この磁気ブラシの様子を模式的に示している。図11(a)は長手方向に広がる磁気ブラシMBの状態を示し、図11(b)は、図11(a)に示す磁気ブラシMBを長手方向に対して垂直な平面A−Aで切ったときの断面図を示している。他の図との関係が分かるようにため、図11(b)には模式的に感光体ドラム1との位置関係を示しておく。図11(a)及び図12(a)に示すように、磁気ブラシMBの高さは長手方向にばらつきが大きい。このため、感光体への接触位置が長手方向に沿って不揃いにばらつく。この結果、上記トナードリフトの度合も長手方向にばらつき、「後端白抜け」の起こる度合は長手方向に一定ではない。したがって、図12(b)に示すように長手方向にぎざぎざした形の「後端白抜け」が発生することになる。
【0021】
なお、同様なメカニズムにより、現像スリーブ4の回転中心軸方向に延在する横細線がそれに直交する縦細線に比べて細る「横線細り」現象や、孤立ドットの形成が不安定になる現象も発生し、2成分現像方式の高画質化の妨げとなっていた。
【0022】
次に、図1に基づいて、上記構成の現像装置の現像動作について説明する。
現像スリーブ4上の現像剤3は該スリーブ4の矢印B方向の回転に伴って搬送され、ドクタ6により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤3は、矢印A方向に回転している感光体ドラム1と対向する現像領域Dに搬送される。この現像領域Dで、感光体ドラム1上に形成されている静電潜像に磁性トナーが供給され、静電潜像の可視像化が行われる。現像領域Dを通過した現像スリーブ4上の現像剤は現像スリーブ回転に伴って更に搬送され、トナー補給口8aと対向する位置に到達する。このトナー補給口8aには、トナーホッパ8内の磁性トナー3aがアジテータ9で送り出され現像スリーブ4上の現像剤と接するように滞留している。トナー補給口8aで新しい磁性トナー3aを取り込んだ後、現像剤収容部Sに戻る。そして、新しい磁性トナー3aを含んだ現像剤3はドクタ6による規制部で内圧が増加する。この内圧の増加した現像剤中で磁性キャリアとの摩擦帯電によってトナー帯電が行われる。一方、上記現像領域に供給されずにドクタ6で進行が阻止された現像剤3の一部は、現像剤収容部S内で循環するように移動する。
【0023】
次に、図3(a)及び(b)を用いて、本現像装置における現像動作時の自己トナー濃度制御について説明する。なお、図3中の2点鎖線は、互いに異なる挙動を示す現像剤同士の界面を示している。
まず、現像装置に初期剤として所定のトナー濃度及び重量を有する現像剤をセットして、現像スリーブ4を回転駆動すると、現像剤3は搬送現像剤3−1及び収容現像剤3−2の2つの部分に分かれる。搬送現像剤3−1は現像スリーブ4の表面に磁力で担持され該表面に連れ回るように搬送される現像剤である。収容現像剤3−2は現像剤収容部S内に収容され上記搬送現像剤3−1の移動に伴って現像剤収容部S内で循環移動する現像剤である。
現像剤収容部S内では、図3(a)に示すように4つの現像剤流F1、F2が発生する。第1の現像剤流F1は、現像スリーブ4と剥離ローラ11との間を通過するように流れる搬送現像剤3−1の流れである。第2の現像剤流F2は、ドクタ6で現像剤がドクタ6の背面を上昇しドクタ6と剥離ローラ11の間の空間で発生する収容現像剤3cの循環流である。
【0024】
次に、上記現像剤収容部S内に上記現像剤流F1,F2が発生した状態で、トナーホッパー8に磁性トナー3aがセットされると、トナー補給口8aより現像スリーブ4に担持された搬送現像剤3−1に磁性トナー3aが供給される。磁性トナーが供給された現像スリーブ4上の現像剤は、磁性トナーと共に現像剤収容部Sへ搬送される。そして、搬送途中で、搬送現像剤3−1に供給された磁性トナーは現像スリーブ4の軸中心方向へ若干入り込む。磁性トナーが供給された搬送現像剤3−1は、プレドクタ7aによる規制位置を通過した後、その一部は収容現像剤3−2との間で混合される。この現像剤の混合により、両現像剤同士の入れ替え、現像剤内でのトナーの分散撹拌による均一化、磁性トナーと磁性キャリアとの摩擦帯電によるトナー帯電等が行われる。
【0025】
次に、上記磁性トナーの補給により現像剤3中のトナー濃度が次第に上昇していくと、搬送現像剤3−1の嵩が増大していくことにより、トナー補給口8aに対向する位置からドクタ6による規制位置に至る区間で現像スリーブ4上の搬送現像剤3−1の層厚が厚くなっていく。それとともに、現像スリーブ4上の搬送現像剤3−1内の磁性キャリアの比率が低下することにより、搬送現像剤3−1に対する磁力が弱くなっていくため、搬送現像剤3−1の移動速度が低下していき、上記区間での現像スリーブ4上の搬送現像剤3−1の層厚がますます厚くなっていく。この層厚が厚くなった搬送現像剤3−1は、上記ドクタ6から受ける搬送を阻止する向きの力(ブレーキ力)を強く受けるようになり、搬送現像剤3−1の移動速度はますます低下していく。
そして、トナー補給口8aに対向する位置で層厚が厚くなった搬送現像剤3−1の上層部は、上記プレドクタ7aで掻き取られ、図3(a)に示すようにプレドクタ7aの現像剤搬送方向上流側に滞留していく。以下、この滞留した現像剤を「滞留現像剤」3−3という。この滞留現像剤3−3は、それに接する搬送現像剤3−1の移動に伴って循環運動を行っている。トナー補給口8aに送り込まれた磁性トナー3aは、搬送現像剤3−1の露出している部分に引き付けられるとともに、搬送現像剤3−1と滞留現像剤3−3との合流点Pから引き込まれるようにして、現像剤中に取り込まれる。
【0026】
さらに現像剤3のトナー濃度が上昇していくと、図3(b)に示すようにトナー補給口8aにおける滞留現像剤3−3の量が増え、滞留現像剤3−3で磁性トナーに接している搬送現像剤3−1の露出面が塞がれ、両現像剤の合流点Pもトナー補給口8aの現像剤搬送方向上流端まで移動する。それとともに、上記トナー補給口8aの滞留現像剤3−3自体の循環移動速度も低下する。この時点で、現像剤への磁性トナーの取り込みがほぼ終了し、トナー濃度がそれ以上上昇しなくなる。
【0027】
上記磁性トナーが取り込まれプレドクタ7aと現像スリーブ4との間のギャップを通過した搬送現像剤3−1の一部(上層部)は、収容現像剤3−2と混合撹拌され、その一部は再び現像スリーブ4上に担持される。現像スリーブ4とドクタ6との間のギャップを通過した搬送現像剤3−1は、感光体ドラム1と対向する現像領域Dに搬送される。そして、現像領域Dでは、感光体ドラム1上に形成されている静電潜像に磁性トナーが供給され、静電潜像の現像に用いられる。
【0028】
上記感光体ドラム1の静電潜像の現像により現像スリーブ4上の磁性トナーが消費されると、この部分のトナー濃度が減少し、現像スリーブ4によって現像剤に作用する搬送力が増加するとともに、この部分の現像剤の嵩も減少する。そして、上記プレドクタ7aの先端部によって規制される搬送現像剤3−1の層厚が低下し、トナー補給口8a付近に溜まっていた滞留現像剤3−3の量が減少し、滞留現像剤3−3の循環移動速度も上昇してくる。そして、トナー補給口8aにおいて、現像スリーブ4により搬送される搬送現像剤3−1とトナーホッパ8内からの磁性トナー3aとが接触することとなり、再度磁性トナーが取り込まれて上述のように現像剤3のトナー濃度が増加する。
【0029】
以上のように、現像スリーブ4上のトナー濃度の変化に応じて、現像スリーブ4上の搬送現像剤3−1の上記プレドクタ7aによる規制状態が変化し、上記磁性トナーが消費された部分の現像剤のトナー濃度が所定の濃度範囲になるように自己制御される。これにより、現像スリーブ4上の搬送現像剤3−1のトナー濃度が常にほぼ一定濃度の範囲となるように保たれる。このため、トナー濃度センサやトナー補給部材などの複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。
【0030】
なお、現像スリーブ4上の搬送現像剤3−1の一部を剥離して現像剤収容部S内の収容現像剤3−2と混合するための剥離部材を、現像剤収容部S内で現像ローラ4の表面に対向するように設けてもよい。この剥離部材を設けた場合は、搬送現像剤3−1と収容現像剤3−2との入れ替えが促進されるので、現像剤3中の磁性キャリアの帯電能力低下による現像剤3の早期劣化を防止することができる。また、上記搬送現像剤3−1と収容現像剤3−2との混合により、現像剤のトナーが分散撹拌され現像剤搬送方向と直交する画像幅方向に関してトナー濃度が均一化されるので、現像濃度ムラのない良好な現像を行うことができる。
【0031】
次に、本実施形態で用いる現像剤について説明する。
本実施形態の現像装置で用いる現像剤のトナーとしては、トナー濃度変動が比較的大きい上記トナー自己濃度制御方式を採用したときの高トナー濃度側にふれたときのトナー飛散を抑制する観点から、次のような特性を有する磁性トナーが好ましい。
磁性トナーの重量平均粒径は4〜15μmの範囲が好適である。トナーの重量平均径の測定方法は、以下の手順にて行う。まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。次に、測定試料を更に2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、ホソカワミクロン株式会社製の分析装置(商品名:「E−SPART ANALYZER」)により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径を求めることができる。測定チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm 未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
【0032】
また、トナー全体に占める各成分の割合は、結着樹脂が75%〜93%、着色剤が3%〜10%、離型剤が3%〜8%、その他の成分が1%〜7%である。上記結着樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン−p−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトンなどがあげられる。
上記着色剤としては、従来より知られている無機又は有機の染料/顔料が使用可能であり、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、ナフトールイエロー、ハンザイエロー、ローダムンレーキ、アリザリンレーキ、ベンガラ、フタロシアニンブルー、インダスレンブルーが挙げられる。
【0033】
また、上記結着樹脂に含有させる磁性体の材料としては、マグネタイト、γ−酸化鉄、フェライト鉄、過剰型フェライトの如き酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルの如き磁性金属;酸化鉄又は磁性金属と、コバルト、スズ、チタン、銅、鉛、亜鉛、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、珪素の如き金属との複合金属酸化物合金又は、混合物が挙げられる。これら磁性体の粒子は、平均粒径が0.05〜1.0μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.1〜0.6μmの範囲内、さらに好ましくは、0.1〜0.4μmの範囲内であることが良い。これらの磁性体の粒子は、窒素吸着法によるBET比表面積が好ましくは1〜20m2/gの範囲内、特に2.5〜12m2/gの範囲内であることが良く、更にモース硬度が5〜7の範囲内であることが良い。
磁性体の粒子の形状としては、8面体、6面体、球形、針状、鱗片状があるが、8面体、6面体、球形の異方性の少ないものが好ましい。
上記磁性体を含有する磁性トナー粒子は、結着樹脂100質量部に対し10〜150質量部、好ましくは20〜120質量部の磁性体を含有させたものが好ましい。
【0034】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で添加剤を少量用いることができる。この添加剤としては、例えばテフロン(登録商標)の粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末;酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末の如き研磨剤;例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末の如き流動性付与剤又はケーキング防止剤;例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末の如き導電性付与剤;及び逆極性の有機微粒子又は無機微粒子が挙げられる。
また、定着性などを改善するために離型剤を添加することもできる。この離型剤としては、パラフィンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス及びその誘導体が挙げられる。誘導体は、酸化物、ビニル系モノマーとのブロック共重合体、ビニル系モノマーのグラフト変性物を含む。その他、アルコール、脂肪酸、酸アミド、エステル、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス、鉱物系ワックス、ペトロラクタムも利用できる。
【0035】
また、トナーの帯電制御剤としては、次のような材料を用いることができる。
トナーを負荷電性に制御する荷電制御剤としては、例えば有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸系金属錯体、芳香族ダイカルボン酸系金属錯体があげられる。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、その無水物、そのエステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類がある。
トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き四級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩の如きオニウム塩及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、燐タングステン酸、燐モリブデン酸、燐タングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物)、この微粒子状の荷電制御剤の個数平均粒径は好ましくは、4μm以下、より好ましくは、3μm以下が良い。これらの荷電制御剤をトナー粒子中に内添する場合には、トナー粒子は、結着樹脂100質量部に対して好ましくは、0.1〜20質量部、より好ましくは、0.2〜10質量部含有することが良い。
【0036】
本実施形態のトナーは、必要に応じて、一般に広く使用されているトナー用の添加剤、例えばコロイダルシリカのような流動化剤、酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、炭化ケイ素等の研磨剤、脂肪酸金属塩などの滑剤等を含有させてもよい。無機微粉体はトナーに対して0.1〜2質量%使用されるのが好ましい。0.1質量%未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、2質量%を超える場合は、細線間のトナー飛び散り,機内の汚染,感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【0037】
上記添加剤をトナーに混合する方法としては、従来公知の方法でよく、ヘンシェルミキサー、スピードニーダー等の装置により混合することができる。トナー混練・冷却後のトナー粉の製造方法としては、従来公知の方法でよく、例えば混練・冷却した後、これをジェットミルで粉砕し、分級して得られる。
【0038】
乾式の二成分現像剤として使用する場合、磁性キャリア並びにトナーの使用量としては、トナー粒子が磁性キャリア粒子の磁性キャリア表面に付着して、その表面積の30〜100%を占める程度に両粒子を混合するのが好ましい。
【0039】
本実施形態の現像剤を構成する磁性キャリアの核体粒子としては、従来より公知のものでよく例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属;マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物;前記強磁性体微粒子と樹脂との複合体等が挙げられる。
これらの磁性キャリアは、より耐久性を長くする目的で、表面を樹脂で被覆することが好ましい。
被覆層を形成する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、アクリル(例えばポリメチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビリケトン等のポリビニル及びポリビニリデン系樹脂;塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体;;オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂またはその変成品(例えばアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変成品);ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等の弗素樹脂;ポリアミド;ポリエステル;ポリウレタン;ポリカーボネート;尿素−ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂;エポキシ樹脂等が挙げられる。中でもトナースペントを防止する点で好ましいのはシリコーン樹脂またはその変成品、弗素樹脂、特にシリコーン樹脂またはその変成品である。
被覆層の形成法としては、従来と同様、磁性キャリア核体粒子の表面に被覆層形成液を噴霧法、浸漬法等の手段で塗布すればよい。ここで、被覆層の厚さは0.1〜20μmが好ましい。
【0040】
以上のトナー及び磁性キャリアを用いた二成分現像剤のより具体的な製造例は、次のとおりである。
〔現像剤の製造例1〕
上記組成の混合物を、溶融混練し、その後、粉砕、分級した。さらに、母体着色粒子100質量部に対して、疎水性シリカ0.3質量部を混合し、平均粒径9.0μmのトナーを得た。
【0041】
(磁性キャリア)
また、湿式法により作成したマグネタイト100質量部に対してポリビニルアルコール2質量部、水60質量部をボールミルに入れ12時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、球形粒子とした。この粒子を窒素雰囲気中で1000°Cの温度で3時間焼成後冷却し核体粒子を得た。
【0042】
シリコーン樹脂溶液 100質量部
トルエン 100質量部
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン 15質量部
カーボンブラック 20質量部
上記組成の混合物をホモミキサーで20分間分散し、被覆層形成液を調整した。この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて、上記核体粒子1000質量部の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被覆の磁性キャリアを得た。
上記磁性キャリア(90質量部)に対し、磁性トナーを10質量部の割合で混合し、二成分現像剤を作成した。
【0043】
ここで、前述したように、現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極P1に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極P1a(S極),P1b(S極)を有している。現像磁極P1に対して現像スリーブ回転方向の下流側の補助磁極P1bの現像剤保持力が現像スリーブ回転時の遠心力に負けると、現像剤が飛散し、この飛散した現像剤の一部は、現像装置の筐体内部に収容されず現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損してしまうおそれがある。
【0044】
そこで、本実施形態では、現像装置のケーシング2aの感光体ドラム1に対向する開口端部に磁界形成手段としての回収磁極80が取り付けられている。図4(a)は、回収磁極80を取り付けた概略構成図である。
図4(a)に示すように、現像領域に対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極P1に対して現像スリーブ4の回転方向の下流側に隣接する位置に現像磁極と反対極性の補助磁極P1bが配置されている。そして、補助磁極P1b近傍であって、現像装置のケーシング2aの感光体ドラム1に対向する開口端部に回収磁極80が取り付けられている。回収磁極80は、例えばフェライト磁石、フェライトボンド磁石等で構成されている。
【0045】
図5は回収磁極80がケーシング2aに取り付けられていないときの磁場をシミュレーションした結果を示す図である。矢印の向きが磁場を表し、長さが強さを表している。また、図6は回収磁極80がケーシング2aに取り付けられているときの磁場をシミュレーションした結果を示す図である。なお、図5及び6は、図4(a)の紙面奥側から手前側を表したものであって、ケーシング2aが鉛直下方向に位置する。また、図7(a)〜(c)は、補助磁極P1b近傍の磁力線の状態を示す図の一例であって、(a)は回収磁極を設けない従来の構成、(b)は回収磁極80を設けた本実施形態の構成、(c)は回収磁極の向きを(b)に対してN極S極逆に設けた比較例の構成を示す。
図6もしくは図7(b)において、回収磁極80近傍であって感光体ドラム1と回収磁極80とで挟まれたエリアのうち二点鎖線で囲った領域の磁界の強さが、図5もしくは図7(a)の場合に比べて弱い(矢印の長さが短い、即ち磁束密度が小さい)ことがわかる。そして、この領域に飛散してきた現像剤は、磁束密度がより大きく、しかも回収磁極80により近い他の領域に引き付けられ、そのまま回収磁極80の(ア)部(磁石の側面)に堆積し、現像装置外部へ飛散して落下することはなかった。
なお、図7(c)に示す比較例では、回収磁極80近傍における磁束密度が略均一なため、現像スリーブ4から飛散した現像剤を回収磁極80に引き付ける力が弱く、回収磁極80による現像剤回収の効果が十分ではなかった。
【0046】
本発明者が鋭意実験を行なった結果、現像スリーブ4の回転中心軸と補助磁極P1bを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、回収磁極80の磁極中心線を補助磁極と同極側に延長した線とのなす角度αが45°以上、90°以下となるように回収磁極80を配設することで、回収磁極80の(ア)部に良好に堆積することが判った(図4(a)参照)。ここで、上記磁極中心線とは、図4(b)に示すように、磁力波形分布上で最大磁束密度の1/2の値の角度の中心線80cをいう。
この構成の場合も上述したのと同様に、図6において、感光体ドラム1と回収磁極80とで挟まれたエリアのうち二点鎖線で囲った領域の磁界の強さが、回収磁極80近傍の他の領域に比べて弱いため、この領域に飛散してきた現像剤は、より磁束密度の大きい回収磁極80近傍の他の領域に引き付けられ、そのまま回収磁極80の(ア)部(磁石の側面)に堆積して回収される。なお、補助磁極P1bで形成される磁界の強さが70〜80mTに対し、回収磁極80で形成される磁界の強さを20〜50mTとすることで良好な結果が得られた。
なお、上記角度αが上記範囲以外では、現像スリーブ4から飛散した現像剤を回収磁極80に回収する効果が十分でなく、現像装置外部への飛散を十分に防ぐことができなかった。
【0047】
なお、上記実施形態のプリンタにおいて、感光体ドラム1、帯電ローラ50、及びクリーニング装置58の少なくとも一つと、現像装置2とを、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成し、画像形成プロセスユニット(以下「プロセスカートリッジ」という)としてもよい。図8は、プロセスカートリッジの一構成例であり、感光体ドラム1、帯電ローラ50、クリーニング装置58及び現像装置2をすべて、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成している。
【0048】
ここで、回収磁極80の効果の一例をあげると、回収磁極80がない状態で、プロセスカートリッジを単体で駆動回転できる実験機にて30分空回しを行ったところ、300mgの現像剤がプロセスカートリッジの下に落下した。これに対し、回収磁極80を取り付けるとプロセスカートリッジの下に落下する現像剤は、ほぼ0mg(測定不能)であった。
また、プロセスカートリッジの寿命である20000枚を超える30000枚(トナーエンド後にトナーを補給して延命)プリント後の回収磁極80の(ア)部の上に堆積した現像剤の量は、0.6〜1gであった(プロセスカートリッジ5台の結果)。プロセスカートリッジには、75gほどの現像剤がセットされており、回収磁極80の(ア)部上に堆積した現像剤は0.8〜1.3%であり、この程度では地汚れ等の異常画像の発生もなかった。またこのとき機内への現像剤の落下も見受けられなかった。
【0049】
以上、本実施形態では、潜像担持体としての感光体ドラム1と、感光体ドラム1に潜像を形成する潜像形成手段としての帯電ローラ50及び光書き込みユニット51と、感光体ドラム1上の潜像を現像してトナー像とする現像装置2とを有し、この現像装置2が、感光体ドラム1に対向する位置に開口部が形成されトナーと磁性粒子とを含む現像剤を収容する収容手段としてのトナーホッパ8と、このトナーホッパ8に支持され回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体としての現像スリーブ4と、この現像スリーブ4に対向する現像領域で現像スリーブ4上に該現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段としてのマグネットローラ5とを備え、マグネットローラ5が現像領域に対して現像スリーブ4の内側に現像磁極P1と、現像磁極P1に対して現像スリーブ4の回転方向下流側に隣接する位置に現像磁極P1と反対極性の補助磁極P1bとを具備し、上記現像領域で現像スリーブ4表面に担持したブラシ状の現像剤を、感光体ドラム1表面の移動方向と同方向で且つ感光体ドラム1表面よりも高速に移動させて接触させることにより、感光体ドラム1上の潜像を現像する画像形成装置において、上記補助磁極P1bの近傍の上記トナーホッパ8を形成するケーシング2aに、上記現像スリーブ4から飛散した現像剤が上記開口部から現像装置外部に飛散することを防ぐための磁界を形成する磁界形成手段を設けた。よって、例えば補助磁極P1bの現像剤保持力が現像スリーブ4回転時の遠心力に負けることによって現像スリーブ4から飛散した現像剤は、現像剤中の磁性粒子(キャリア)が磁界形成手段の磁気力の影響を受け、磁界形成手段に引き付けられて回収される。また、飛散した現像剤は、現像剤中の磁性粒子が磁界形成手段の磁気力の影響を受け、トナーホッパ8内に向かい回収されることも可能となる。これらのことにより、現像スリーブ4から飛散したトナーが、現像装置2の開口部から外部に飛散することを防ぐことができる。
また、上記磁界形成手段が上記収容手段としてのトナーホッパ8を形成するケーシング2aの開口部の端部付近に回収磁極80を有し、回収磁極80近傍の少なくとも一部の領域における磁束密度に比べ、該一部の領域よりも該回収磁極80に近い他の領域における磁束密度の方が大きくなるように、該回収磁極80を配設した。よって、現像スリーブ4から飛散した現像剤が、回収磁極80近傍の少なくとも一部の領域に飛散してくると、この領域よりも磁束密度が大きく、しかも回収磁極80により近い他の領域に引き付けられていき、そのまま回収磁極80に回収される。
また、上記磁界形成手段が上記収容手段としてのトナーホッパ8を形成するケーシング2aの開口部の端部付近に回収磁極80を有し、上記現像剤担持体としての現像スリーブ4の回転中心軸と上記補助磁極P1bとを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、上記回収磁極80の磁極中心線を補助磁極P1bと同極側に延長した線とのなす角度が45°以上、90°以下となるように回収磁極80を配設した。ここで、上記磁極中心とは、上述したように、図4(b)において、磁力波形分布上で最大磁束密度の1/2の値の角度の中心線80cをいう。実験によれば、現像スリーブ4の回転中心軸と補助磁極P1bとを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、回収磁極80の磁極中心線を補助磁極P1bと同極側に延長した線とのなす角度が45°以上、90°以下となるように回収磁極80を配設することで、現像スリーブ4から飛散した現像剤が、回収磁極80に引き付けられて良好に回収されることが判った。上記角度が上記範囲以外の角度では、現像スリーブ4から飛散した現像剤を回収磁極80に回収する効果が十分でなく、現像装置外部への飛散を十分に防ぐことはできなかった。
また、上記磁界形成手段の磁力が、上記補助磁極P1bの磁力よりも小さい。磁界形成手段と補助磁極P1bとの磁力が同等もしくは磁界形成手段の磁力の方が強すぎると現像スリーブ4上の現像剤を磁界形成手段が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ上に穂立ちしてしまう恐れがある。よって、上記磁界形成手段の磁力が、上記補助磁極P1bの磁力よりも小さければ、現像剤が穂立ちすることなく、飛散した現像剤のみを磁界形成手段に引きつけることが可能となる。
また、潜像担持体としての感光体ドラム1と、帯電手段としての帯電ローラ50、現像手段、クリーニング手段としてのクリーニング装置58より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段は、上記現像装置2である。このプロセスカートリッジでは、上記現像装置2を備えたプロセスカートリッジを画像形成装置本体に装着して用いることにより、現像剤の飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を形成することができる。
【0050】
なお、上記実施形態では、感光体上に形成したトナー像を転写紙に直接転写する場合について説明したが、本発明は、感光体上のトナー像を一旦中間転写体に転写し、その後、該中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
例えば、一つの感光体上に各色ごとのトナー像を順次形成し、該感光体上の各色トナー像を一次転写装置で中間転写体としての中間転写ベルトに重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト上の重ねトナー像を2次転写装置で転写紙に一括転写するカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
また例えば、中間転写体としての中間転写ベルトの直線状の移動経路部分に沿って感光体を含む画像形成ユニットを複数組並べて配置し、各画像形成ユニットの感光体上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体上のトナー像を一次転写装置で該中間転写ベルト上に重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト上の重ねトナー像を2次転写装置で転写紙に一括転写するタンデム型のカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
【0051】
さらに、上記実施形態では、プリンタ及びそれに用いる現像装置の場合について説明したが、本発明は、複写機やFAXなど他の画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
【0052】
【発明の効果】
現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が磁石の磁気力の影響を受け、磁石に引き付けられる。また、現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が磁石の磁気力の影響を受け、収容手段内に向かうことも可能となる。これらのことにより、現像剤担持体から飛散した現像剤が現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損することを防止できるという優れた効果がある。しかも、磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいので、これらの磁力が同等もしくは磁石の磁力の方が強すぎる場合と異なり、現像剤担持体上の現像剤を磁石が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ状に穂立ちしてしまう恐れがなく、飛散した現像剤のみを磁石に引きつけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る現像装置の概略構成図。
【図2】同現像装置を備えたプリンタの概略構成図。
【図3】(a)及び(b)は、同現像装置における自己トナー制御機構の説明図。
【図4】(a)は、現像装置のケーシングの開口端部に磁界形成手段を取り付けた概略構成図。
(b)は、回収磁極の磁極中心線の説明図。
【図5】磁界形成手段を取り付けないときの磁場をシミュレーションした結果を示す図。
【図6】磁界形成手段を取り付けたときの磁場をシミュレーションした結果を示す図。
【図7】(a)は、回収磁極を設けない従来の補助磁極P1b近傍の磁力線の状態図。
(b)は、回収磁極を設けた本実施形態の補助磁極P1b近傍の磁力線の状態図。
(c)は、回収磁極の向きを(b)に対してN極S極逆に設けた比較例の補助磁極P1b近傍の磁力線の状態図。
【図8】プロセスカートリッジの概略構成図。
【図9】2成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の説明図。
【図10】(a)〜(c)は、後端白抜けの発生メカニズムの説明図。
【図11】(a)は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
(b)は、同現像領域における現像スリーブ表面移動方向の磁気ブラシ分布の説明図。
【図12】(a)は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
(b)は、後端白抜けが発生したベタ画像の説明図。
【符号の説明】
1 感光体ドラム
2 現像装置
2a ケーシング
3 現像剤
3a 磁性トナー
3b 磁性キャリア
3−1 搬送現像剤
3−2 収容現像剤
3−3 滞留現像剤
4 現像スリーブ
5 マグネットローラ
6 ドクタ
7 現像剤収容ケース
7a プレドクタ
8 トナーホッパ
8a トナー補給口
9 トナーアジテータ
10 現像バイアス電源
50 帯電ローラ
51 光書き込みユニット
52 用紙
53 転写ローラ
80 回収磁極
80c 磁極中心線
S 現像剤収容部
D 現像領域
Claims (2)
- 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置とを有し、
該現像装置が、
トナーと磁性粒子とを含む現像剤を収容する収容手段と、
該収容手段内に支持され回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体と、
該現像剤担持体を前記収容手段の外部に露出させる開口部と、
潜像担持体に対向する現像領域で該現像剤担持体上に該現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、
該磁界発生手段が、該現像領域に対して該現像剤担持体の内側に現像磁極と、該現像磁極に対して現像剤担持体回転方向の下流側に隣接する位置に該現像磁極と反対極性の磁極とを具備する画像形成装置において、
上記反対極性の磁極と、上記現像剤担持体の回転軸とを結んだ直線は上記潜像担持体に向かって延び、
上記現像剤担持体の回転方向下流側における上記開口部の縁部近傍に、上記潜像担持体側に上記現像磁極と反対の極性を向けた状態で磁石が設けられ、
該磁石の上記現像磁極と反対の極性を有する磁極の中心線は上記潜像担持体に向かって延びると共に、該磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。 - 潜像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、
画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、
上記現像手段は、請求項1に記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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