JP4548003B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置等に関し、より詳しくは例えば電子写真方式を利用した画像形成装置において静電潜像を現像する現像装置等に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体（感光体ドラム）を一様に帯電し、この感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像を現像装置によって可視像（トナー像）とし、さらにこのトナー像を記録紙に転写し、これを定着して画像形成を行っている。

かかる画像形成装置に用いられる現像装置では、磁性トナーを使用する一成分現像方式や、トナーと磁性キャリアとが混合された二成分現像剤を使用する二成分現像方式が用いられているが、特にカラー画像形成装置においては、鮮明なカラー画像を形成するためには磁性体粒子を含まないカラートナーを使用する必要があることから、二成分現像方式が主流となっている。この二成分現像方式を用いた現像装置（二成分現像装置）では、トナーと磁性キャリアとを混合した現像剤を現像剤担持体によって感光体ドラムまで搬送し、感光体ドラムに現像剤を接触させることで、帯電したトナーを静電潜像に付着させて現像を行なう。

かかる二成分現像装置においては、高品質な画像を形成するために、トナーを充分に帯電させ、かつトナー濃度（トナー／磁性キャリア）を所定の範囲に維持しておく必要がある。そのために、二成分現像装置では、現像剤担持体が１回転する間に、静電潜像の現像に供した後の現像剤は現像剤担持体から離脱させ、その後直ちに新たな現像剤が供給されるように構成して、現像剤の入れ替えを行なっている。そして、現像剤担持体から離脱させた現像剤は、機械的な攪拌手段によってトナーと磁性キャリアとが新たに攪拌混合されて、トナー濃度の適正化や、トナーへの充分な摩擦帯電が行なわれ、その後、再度現像剤担持体への供給が行なわれる。このような現像剤の循環サイクルによって、静電潜像の現像は、常に所定のトナー濃度および帯電量をもった現像剤により行なわれるように構成されている。その際、現像剤の循環サイクルに伴って、現像剤担持体に対する現像剤の離脱・供給や、トナーと磁性キャリアとの攪拌混合が行なわれるので、現像装置の内部では、トナー粒子が内部空間に浮遊して、トナークラウドが発生している。

一方、二成分現像装置では、現像剤担持体が回転することにより、二成分現像装置の内部へ流れる空気流が発生し、二成分現像装置の内部は外気圧よりも高い気圧状態が形成されている。そのため、二成分現像装置の内部から例えば現像剤担持体の周囲等にある現像装置の僅かな隙間を通って空気が漏出している。その際に、二成分現像装置内部に発生したトナークラウドも、この漏出する空気とともに漏れ出て、画像形成装置の内部を汚染したり、記録紙に汚れを生じさせる場合がある。

そこで、現像装置内部からトナークラウドの漏出を防ぐための技術として、現像ロール上に形成された現像剤の穂の踊りを規制するために、現像ロールの外周面に近接して規制部材を配設する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。かかる技術では、現像ロールの回転により容器内部の圧力が高くなることによって現像部開口に生じる吹き出し流等を抑えて、容器内の遊離したトナーが外部へ飛散することを防いでいる。

また、トナークラウドの漏出を防ぐための他の技術として、現像スリーブ内に設けた磁気ロール外周部に、軸方向に延在するＮ、Ｓ極を周方向に順次着磁するとともに、隣接する磁極が同極の同極着磁部を少なくとも一箇所設け、この同極着磁部の少なくとも現像スリーブ回転方向上流側に位置する磁極を、現像領域から現像スリーブと現像剤攪拌ロールとの対向部に至る間で、現像装置のケーシングと対向して設けた構成とした技術が存在する（例えば、特許文献２参照）。かかる技術では、同極着磁部の現像スリーブ回転方向上流側に位置する磁極によって、現像スリーブとケーシングとの間には現像剤溜りが形成され、これによってケーシング内のトナーが外部に飛散するのが防止される。

特開昭６２−１０３６７７号公報(第２-３頁) 特開昭６２−０８３７７８号公報(第２-３頁)

しかしながら、トナークラウドの漏出抑制効果を得るために、特許文献１および特許文献２に記載された技術のように、現像剤担持体（現像ロール、現像スリーブ）とケーシング（容器）との間に現像剤溜りを形成して、現像容器内部と外部とを現像剤によって遮蔽する構成では、現像剤担持体における現像剤の入れ替えを行う領域が狭くなることから、現像剤の入れ替えが充分に行えず、画像に前回の画像形成時の履歴が残り易いという不都合があった。特に、現像剤を現像剤担持体から離脱させるために隣り合わせて配置した同じ極性の２つの磁極（同極反発極）のうちの一方をケーシングと対向して配置する構成では、現像剤の循環が起こりにくく、画像に前回の履歴が残る傾向が強くなる。

また、二成分現像装置の内部においては、現像剤担持体の回転により外気圧よりも高い気圧状態が形成されているため、上記した技術のように現像剤溜りを形成するだけでは、空気とともに漏出するトナークラウドを抑制することは難しい。さらには、磁極が配設されていない現像剤担持体の長手方向両端部の領域では、トナークラウドの漏出を抑制することはできない。そのために、トナークラウドが画像形成装置内部に漏出して、画像形成装置の内部の汚染や、記録紙への汚れが発生する場合があった。

そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、現像装置内部でのトナークラウドの発生量を減少させて、画像形成装置内部に漏出するトナークラウド量を低減することにある。
さらに他の目的は、画像形成に際し、画像履歴のない高品質の画像を長期に亘り維持することにある。

かかる目的のもと、本発明の現像装置は、現像剤を担持して回動する現像剤担持体と、現像剤担持体に内包され、現像剤担持体の回動方向上流側から順に隣り合って配置された、同極性の第１反発磁極と第２反発磁極とを有する現像マグネットと、現像マグネットの第１反発磁極によって現像剤担持体上に形成された現像剤の穂立ちに対し、現像剤担持体の回動方向上流側への倒れを規制する穂倒れ規制部材とを備えたことを特徴としている。

ここで、穂倒れ規制部材は、穂倒れ規制部材の現像剤担持体の回転方向下流側の側面が、現像剤担持体の法線方向と略同方向に向けて形成されたことを特徴とすることができる。
また、穂倒れ規制部材は、穂倒れ規制部材の現像剤担持体の回転方向下流側の側面が、現像マグネットの第１反発磁極における磁束密度の垂直成分ピーク位置よりも現像剤担持体の回動方向上流側に位置することを特徴とすることもできる。特に、穂倒れ規制部材の現像剤担持体の回転方向下流側の側面が、現像マグネットの第１反発磁極における磁束密度の垂直成分半値位置よりも現像剤担持体の回動方向下流側に位置する構成とすることもできる。また、穂倒れ規制部材の現像剤担持体の回転方向下流側の側面が、現像マグネットの第１反発磁極における磁束密度の垂直成分が水平成分よりも大きい領域に位置する構成とすることもできる。
さらに、穂倒れ規制部材は、現像剤担持体との間隙が０．５ｍｍ以上に設定されたことを特徴とすることができる。また、穂倒れ規制部材は、非磁性材料で形成されたことを特徴とすることもできる。

また、本発明を画像形成装置と捉え、本発明の画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体と、像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置とを有し、現像装置は、現像剤を担持して回動する現像剤担持体と、現像剤担持体に内包され、現像剤担持体の回動方向上流側から順に隣り合って配置された、同極性の第１反発磁極と第２反発磁極とを有する現像マグネットと、現像マグネットの第１反発磁極によって現像剤担持体上に形成された現像剤の穂立ちに対し、現像剤担持体の回動方向上流側への倒れを規制する穂倒れ規制部材とを備えたことを特徴としている。
ここで、現像装置は、現像剤担持体が像担持体との対向部で鉛直方向上方に回動することを特徴とすることができる。

本発明の効果として、現像装置から漏出するトナークラウド量を低減して、画像形成装置の内部の汚染や、記録紙への汚れを抑えることが可能となった。それと同時に、画像形成に際し、画像履歴のない高品質の画像を長期に亘り維持することが可能となった。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、像担持体ユニットの一例として電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋに静電潜像を書込む露光ユニット３Ｙ,３Ｍ,３Ｃ,３Ｋ、各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋに形成された各色静電潜像を現像する現像装置としての現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋ、各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写（一次転写）させる一次転写部１０、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を有している。

本実施の形態の画像形成装置において、各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋには、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１を帯電する帯電器の一例としての帯電ロール１２、感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するクリーニング部材の一例としてのドラムクリーナ１７が配設されている。これらの感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の順に、略直線状に配置されている。そして、各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０において中間転写ベルト１５に転写するように、感光体ドラム１１が中間転写ベルト１５を介して一次転写ロール１６に当接するように配置されている。
本実施の形態の各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、画像形成装置に対して着脱自在に構成され、それぞれの感光体ドラム１１の寿命に合わせて、容易に交換することが可能なように構成されている。

また、各露光ユニット３Ｙ,３Ｍ,３Ｃ,３Ｋには、ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）１３が配設されている。そして、各露光ユニット３Ｙ,３Ｍ,３Ｃ,３Ｋは、それぞれが各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋに対応して配置され、ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）１３から照射した光を感光体ドラム１１表面に結像させ、感光体ドラム１１表面上に静電潜像を形成する。
さらに、各現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋも、同様にそれぞれが各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋに対応して配置され、感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を、収容された各色トナーによって可視像化する。

中間転写体である中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は１０⁶〜１０¹⁴Ωｃｍとなるように形成されており、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図１に示すＢ方向に所定の速度で循環駆動（回動）されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ（図示せず）により駆動されて中間転写ベルト１５を回動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えるとともに中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４を有している。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される転写器の一例としての一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７〜１０^９Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性（マイナス極性とする。以下同様。）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。

二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される転写器の一例としての二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面がカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲとのブレンドゴムのチューブ、内部がＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が１０^７〜１０^１０Ω／□となるように形成され、硬度は例えば７０°（アスカーＣ）に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が当接配置されている。

一方、二次転写ロール２２は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７〜１０^９Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの感光体ユニット１Ｙの上流側には、各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ（ホームポジションセンサ）３８が配設されている。基準センサ３８は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各露光ユニット３Ｙ,３Ｍ,３Ｃ,３Ｋ、および各現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋは画像形成を開始するように構成されている。さらに、ブラックの感光体ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ３９が配設されている。

加えて、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｐを内部に配設されたファンで吸引しながら定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６を備えている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置（ＩＩＴ）や図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置（ＩＰＳ）により所定の画像処理が施された後、感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、露光ユニット３Ｙ,３Ｍ,３Ｃ,３Ｋおよび現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋによって作像作業が実行される。画像処理装置（ＩＰＳ）では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、露光ユニット３Ｙ,３Ｍ,３Ｃ,３Ｋに出力される。

感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電ロール１２によって表面が一様に帯電されている。そして、各露光ユニット３Ｙ,３Ｍ,３Ｃ,３Ｋでは、入力された色材階調データに応じて、ＬＰＨ１３から各々の感光体ドラム１１に対して露光光を出射する。すなわち、ＬＰＨ１３は、ＬＰＨ駆動部、発光ダイオードアレイ（ＬＥＤアレイ）、セルフォックレンズ（登録商標）アレイによって主要部が構成され、色材階調データに基づいて制御された信号をＬＰＨ駆動部からＬＥＤアレイに出力し、ＬＥＤアレイはＬＰＨ駆動部からの信号に基づいた光を照射して、セルフォックレンズ（登録商標）アレイによって感光体ドラム１１表面に結像している。
感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、このＬＰＨ１３によって表面が露光されることで静電潜像が形成される。その後、形成された静電潜像は、各々の現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色トナーにより現像され、トナー像が形成される。

感光体ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性（マイナス極性）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。

トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール（図示せず）が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。

二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性（マイナス極性）と同極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｐを吸引しながら定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。

次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋについて説明する。以下では、イエロー（Ｙ）トナーを現像する現像器ユニット４Ｙを例に説明するが、現像器ユニット４Ｍ,４Ｃ,４Ｋも同様に構成され、それぞれマゼンタ（Ｍ）トナー、シアン（Ｃ）トナー、ブラック（Ｋ）トナーにより現像し、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像を形成する。
図２は、現像器ユニット４Ｙの概略断面図である。図２に示すように、現像器ユニット４Ｙは、現像剤を収容する現像剤保持容器および現像器ユニット４Ｙの筺体としての支持容器４１、現像剤担持体としての現像スリーブ４２、現像剤を現像スリーブ４２に吸着させる現像マグネット４３、現像剤の層厚（塗布量）を規制するブレード４４、現像剤を攪拌しながら現像器ユニット４Ｙの長手方向に循環移動させる現像剤供給オーガー４５および現像剤攪拌オーガー４６、トナーを支持容器４１へ供給するトナー供給路４７を備えている。

支持容器４１は、感光体ドラム１１側に向けて開口を有し、内部にはトナーと磁性粒子であるキャリアとを混合させた現像剤を収容する現像剤収容部が設けられている。現像剤収容部は、現像器ユニット４Ｙの長手方向に設けられた収容部壁４１ａによって第１現像剤収容部４１ｂと第２現像剤収容部４１ｃとに分けられている。
そして、第１現像剤収容部４１ｂには現像剤供給オーガー４５が配置され、第２現像剤収容部４１ｃには現像剤攪拌オーガー４６が配置されている。収容部壁４１ａは現像器ユニット４Ｙの長手方向の両端部には設けられておらず、第１現像剤収容部４１ｂと第２現像剤収容部４１ｃとはこの両端部で連結されて、現像剤が互いに流通するように構成されている。

現像スリーブ４２は、アルミニウム、ＳＵＳ等の非磁性材料で構成され、図示しない駆動手段によって矢印Ｃ方向に回転する。現像スリーブ４２には、図示しない電源から直流電圧からなる現像バイアス、または交流電圧に直流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、感光体ドラム１１との間に現像電界を形成している。
また、現像スリーブ４２の内部には、現像マグネット４３が内包されている。現像マグネット４３には、感光体ドラム１１と略対向して設けられた現像極Ｎ１、ブレード４４と略対向して設けられ、現像剤の塗布量を規制するトリミング極Ｓ１、現像された現像剤を支持容器４１内に搬送する搬送極Ｓ２、現像スリーブ４２に担持された現像剤を離脱させるために反発磁界を形成するべく、現像スリーブ４２の回転方向上流側から順に隣り合って配置された同極性（同極反発極）の磁極Ｎ２（第１反発磁極）と磁極Ｎ３（第２反発磁極）とが円周方向に配置されている。
ブレード４４は、非磁性材料または磁性材料で構成され、現像マグネット４３のトリミング極Ｓ１とともに現像スリーブ４２に担持される現像剤の層厚を一定量に規制する。これにより、感光体ドラム１１へは現像スリーブ４２の軸方向に亘って所定量の現像剤が均一に供給され、現像電界の作用の下で感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を現像する。

かかる現像マグネット４３を内包した現像スリーブ４２では、同極反発極の下流側の第２反発磁極Ｎ３によって第１現像剤収容部４１ｂに保持されている現像剤を現像スリーブ４２に吸着させた後、現像スリーブ４２上の現像剤量（塗布量）をトリミング極Ｓ１とブレード４４とによって所定量に規制する。そして、現像スリーブ４２が回転することによって現像剤を感光体ドラム１１に搬送し、現像電界の下、現像極Ｎ１によって現像剤を穂立ちさせて感光体ドラム１１に接触させ、感光体ドラム１１上の静電潜像を現像する。現像を終えた現像剤は、搬送極Ｓ２によって支持容器４１内に搬送され、第１反発磁極Ｎ２および第２反発磁極Ｎ３の反発磁界によって現像スリーブ４２から離脱される。さらに現像スリーブ４２から離脱した現像剤は、第１現像剤収容部４１ｂに回収される。

一方、第１現像剤収容部４１ｂの現像剤供給オーガー４５および第２現像剤収容部４１ｃの現像剤攪拌オーガー４６はそれぞれ軸の周囲にスクリューが設けられている。そして現像剤供給オーガー４５と現像剤攪拌オーガー４６とは、図示しない駆動手段によって互いに反対方向に回転して、トナーとキャリアとを攪拌しながら互いに反対方向に搬送する。第１現像剤収容部４１ｂと第２現像剤収容部４１ｃとは現像器ユニット４Ｙの両端部で連結されているために現像剤が互いに流れ込み、現像剤供給オーガー４５と現像剤攪拌オーガー４６とによって第１現像剤収容部４１ｂと第２現像剤収容部４１ｃとの間を循環するように構成されている。したがって、現像スリーブ４２から離脱して第１現像剤収容部４１ｂに回収された現像剤は、現像剤供給オーガー４５と現像剤攪拌オーガー４６とによって、第２現像剤収容部４１ｃに搬送される。

また、支持容器４１には、第２現像剤収容部４１ｃの長手方向中央部の上部に、第２現像剤収容部４１ｃへトナーを供給するトナー供給路４７が形成されている。トナー供給路４７は現像器ユニット４Ｙの上部に配置されたトナー容器５Ｙと連結されている。そしてトナー容器５Ｙにはイエロー（Ｙ）トナーが貯蔵され、トナー容器５Ｙからトナー供給路４７を通ってトナーを落下させることで、現像器ユニット４Ｙの第２現像剤収容部４１ｃにトナーを供給している。なお、それぞれ現像器ユニット４Ｍ,４Ｃ,４Ｋには、マゼンタ（Ｍ）トナーが貯蔵されたトナー容器５Ｍ、シアン（Ｃ）トナーが貯蔵されたトナー容器５Ｃ、ブラック（Ｋ）トナーが貯蔵されたトナー容器５Ｋがトナー供給路４７を介して連結され、各色トナーを第２現像剤収容部４１ｃに供給している。

第２現像剤収容部４１ｃにおいて現像剤にトナー容器５Ｙから新たにトナーが供給される際には、図示しないトナー濃度検知センサによってトナー濃度が所定の範囲に制御されるようにトナー供給量が調整される。そして、新たにトナーが供給された現像剤は、現像剤攪拌オーガー４６によってトナーと磁性キャリアとが充分に攪拌混合され、現像剤供給オーガー４５と現像剤攪拌オーガー４６とによる第１現像剤収容部４１ｂと第２現像剤収容部４１ｃとの間の循環によって、第１現像剤収容部４１ｂに再び搬送される。そして、第１現像剤収容部４１ｂから、トナー濃度が所定の範囲に調整され、トナーに充分な帯電が付与された現像剤が現像スリーブ４２に供給される。このようにして、現像剤の循環が行なわれている。

ここで、本実施の形態の現像器ユニット４Ｙでは、現像スリーブ４２の上部であって、現像マグネット４３に配置された搬送極Ｓ２と同極反発極の上流側の第１反発磁極Ｎ２との間において、穂倒れ規制部材４８が支持容器４１内壁に固設されていることを特徴としている。
穂倒れ規制部材４８は、感光体ドラム１１上の静電潜像を現像した後の現像剤が搬送極Ｓ２によって第１現像剤収容部４１ｂに搬送され、第１反発磁極Ｎ２および第２反発磁極Ｎ３によって現像スリーブ４２から離脱させる際に、第１反発磁極Ｎ２によって穂立ちしている現像剤が搬送極Ｓ２側に倒れるのを防ぐ機能を有している。

以下に、穂倒れ規制部材４８の機能について詳細に説明する。まず、図３は穂倒れ規制部材４８を配設しない場合における搬送極Ｓ２から第１反発磁極Ｎ２、第２反発磁極Ｎ３に至る現像スリーブ４２上での現像剤の搬送状態を概略的に示した図である。図３に示したように、搬送極Ｓ２によって同極反発極の上流側の第１反発磁極Ｎ２まで搬送された現像剤は、第１反発磁極Ｎ２および第２反発磁極Ｎ３の相互間に形成された反発磁界によって現像スリーブ４２上での搬送が妨げられ、第１反発磁極Ｎ２の周辺部に現像剤溜まりを形成する。この現像剤溜まりには、搬送極Ｓ２によって現像剤が順次搬送されてくるため、第１反発磁極Ｎ２によって形成される穂立ちは、現像極Ｎ１や搬送極Ｓ２によって形成されるものに比べて数倍の大きさとなる。そして、この現像剤溜まりにおいて現像剤は徐々に下流側に押し出され、現像剤溜まりの下流側の現像剤は第１反発磁極Ｎ２および第２反発磁極Ｎ３の反発磁界によって第１現像剤収容部４１ｂへと順次剥離されていく。

他方、現像剤溜まりの上流側では、現像剤溜まりの現像スリーブ４２に沿った移動が現像スリーブ４２の移動に比べて遅いために、堆積している現像剤の一部が上流側（搬送極Ｓ２側）に向けて倒れ込み、新たに搬送されてくる現像剤と混ざり合っている。その際に、この現像剤同士が混ざり合う領域（現像剤混合領域）では、その現像剤混合領域を中心としてトナークラウドが大量に発生しているのが観察される。これは、搬送されてくる現像剤に現像剤溜まりの現像剤が倒れ込むことで、現像剤同士の衝突が起こり、それによって現像剤中のトナーが磁性キャリアから離脱してトナークラウドを発生させているものと考えられる。

その一方で、現像器ユニット４Ｙ内部における現像剤混合領域以外の領域を観察すると、現像剤混合領域に比べてトナークラウドの発生は極めて少量であることが認められる。すなわち、第１反発磁極Ｎ２上流側の現像剤混合領域が現像器ユニット４Ｙ内部においてトナークラウドの主たる発生源となっていることが、本発明者の観察により確認されている。
特に、本実施の形態の現像器ユニット４Ｙのように、搬送極Ｓ２から第１反発磁極Ｎ２、第２反発磁極Ｎ３に至る領域が現像スリーブ４２の鉛直方向上部に配置された構成では、現像剤溜まりの現像剤が上流側（搬送極Ｓ２側）に向けて倒れ込む方向と重力の方向とは一致するので、倒れ込む現像剤が新たに搬送されてくる現像剤と強く衝突し易く、トナークラウドの発生量が多くなる傾向が強い。

そして、現像器ユニット４Ｙにおいては、現像スリーブ４２の回転（矢印Ｃ）によって現像ニップ（現像スリーブ４２上の現像剤が感光体ドラム１１と接触する領域）から第１現像剤収容部４１ｂ内に現像剤を収容する際に、同時に第１現像剤収容部４１ｂには空気が流入する。それにより、支持容器４１内の空気圧が高まるために、現像器ユニット４Ｙの例えば現像スリーブ４２周り等の隙間から支持容器４１内の空気が漏出するという現象が発生する。その際に、空気とともにかかる現像剤混合領域において発生したトナークラウドも一緒に漏れ出て、それが用紙Ｐ上の画像を汚したり、機内汚染を引き起こす場合が生じる。

そこで、本実施の形態の現像器ユニット４Ｙでは、現像マグネット４３に配置された搬送極Ｓ２と同極反発極の上流側の第１反発磁極Ｎ２との間に、穂倒れ規制部材４８を配設している。図４は、穂倒れ規制部材４８を配設した場合における搬送極Ｓ２から第１反発磁極Ｎ２、第２反発磁極Ｎ３に至る現像スリーブ４２上での現像剤の搬送状態を概略的に示した図である。図４に示したように、穂倒れ規制部材４８は、第１反発磁極Ｎ２の上流側において堆積している現像剤が上流側（搬送極Ｓ２側）に倒れるのを抑え、新たに搬送されてくる現像剤と混ざり合うことを防いでいる。それによって、搬送されてくる現像剤と現像剤溜まりの現像剤との衝突が生じることを抑制することができ、トナークラウドの発生を極めて少量とすることが可能となる。

このように穂倒れ規制部材４８を配設することにより、現像器ユニット４Ｙ内部の主たるトナークラウドの発生源である現像剤混合領域において、トナークラウドの発生量を大幅に低減させることができるので、現像器ユニット４Ｙの隙間からのトナークラウドの漏出量も極めて少なく抑えることができ、用紙Ｐ上の画像の汚れの発生や、機内汚染の発生を許容レベルに低下させることが可能となる。
また、トナークラウドが現像器ユニット４Ｙの隙間から漏出することを抑えるために、穂倒れ規制部材４８に加えて、現像器ユニット４Ｙの支持容器４１に圧抜き孔を設け、この圧抜き孔からフィルタを介して支持容器４１内の空気を排出することにより支持容器４１内の空気圧を外気圧まで減圧する構成も同時に採用することもできるが、その場合においても、フィルタがトナーで目詰まりを生じることにより交換が必要となるまでの期間を長くすることができる。そのため、フィルタの交換作業の回数を減らすことができ、経済的にも安価なものとすることができる。

続いて、穂倒れ規制部材４８の構成および配置位置について述べる。穂倒れ規制部材４８は、第１反発磁極Ｎ２の上流側において堆積している現像剤が上流側（搬送極Ｓ２側）に倒れるのを抑える機能を果たすために、上流側に倒れようとする現像剤を支えるべく、現像スリーブ４２の法線方向に略一致する方向を向く、現像スリーブ４２の長手方向に沿った側面４８ａを有している。ただし、現像剤の倒れを抑えることができれば、側面４８ａの向きは現像スリーブ４２の法線方向に対して、上流側または下流側に傾斜角を持って配置することもできる。

また、穂倒れ規制部材４８の側面４８ａが配置される現像スリーブ４２の円周方向における位置は、現像剤の倒れを抑えるために、第１反発磁極Ｎ２によって形成される現像剤の穂立ちの中で、搬送極Ｓ２側に傾く方向を向く穂立ちが形成される領域、すなわち第１反発磁極Ｎ２から発生する磁力線が現像スリーブ４２の上流側に傾く領域が適している。より具体的には、穂倒れ規制部材４８の側面４８ａは、第１反発磁極Ｎ２の磁界の垂直成分がピークを示す位置（水平成分が０となる位置）よりも現像スリーブ４２の上流側の領域に配置するのが好適である。
図５は、現像マグネット４３が発生する現像スリーブ４２表面上での磁界（磁束密度）を示した図である。図５において、実線が磁束密度の垂直成分を表し、破線が水平成分を表している。穂倒れ規制部材４８の側面４８ａは、図５に示した第１反発磁極Ｎ２の磁束密度の垂直成分がピークを示す位置（水平成分が０となる位置）Ｐ１よりも上流側に配置される。

また、現像剤の穂立ちの方向は、垂直方向成分が第１反発磁極Ｎ２による磁束密度の垂直成分に比例し、水平方向成分が第１反発磁極Ｎ２による磁束密度の水平成分に比例して大きくなるので、穂倒れ規制部材４８の側面４８ａは、現像剤の穂立ちの水平方向（倒れ方向）成分が大きくなろうとするが未だ垂直方向が大きい領域に配置することが好ましい。したがって、側面４８ａの配置位置としては、第１反発磁極Ｎ２による磁束密度の垂直成分が未だ大きな領域、すなわち磁束密度の垂直成分のピークに対する半値以上の領域（半値幅領域）内に配置することが好ましい。図５においては半値幅の上流側位置をＰ２で示しているが、具体的には、側面４８ａは半値幅領域内となるＰ２の下流側であって、Ｐ１の上流側に配置するのが好ましい。
さらには、側面４８ａの配置位置は、現像剤の穂立ちの倒れが大きくなろうとするが未だ小さい領域として、現像剤の穂立ちの垂直方向成分が水平方向成分よりも大きな領域、すなわち第１反発磁極Ｎ２による磁束密度の垂直成分が水平成分よりも大きな領域であることがさらに好ましい。図５においては第１反発磁極Ｎ２による磁束密度の垂直成分と水平成分とが等しくなる位置をＰ３で示しているが、具体的には、側面４８ａは、磁束密度の垂直成分が水平成分よりも大きいＰ３の下流側であって、Ｐ１の上流側に配置するのがさらに好ましい。

このように穂倒れ規制部材４８を配置することにより、現像器ユニット４Ｙ内部のトナークラウドの発生源である現像剤混合領域において、トナークラウドの発生量を大幅に低減させることができる。それと同時に、第１反発磁極Ｎ２の下流側領域では、穂倒れ規制部材４８を配設していないので、現像剤溜まりにおいて徐々に下流側に押し出された現像剤に対し、第１反発磁極Ｎ２および第２反発磁極Ｎ３による反発磁界の作用を充分に及ぼすことが可能であり、搬送された現像剤は現像スリーブ４２から第１現像剤収容部４１ｂへと効果的に剥離させることができる。そのため、第１反発磁極Ｎ２および第２反発磁極Ｎ３が配置された領域において現像スリーブ４２に対する現像剤の剥離と吸引とが充分に行なわれ、現像剤の循環サイクルが形成されるので、現像に際し、画像に前回の画像形成時の履歴が残ることが抑制され、高品質な画像形成を長期に亘り維持することができる。

なお、穂倒れ規制部材４８を構成する材質としては、第１反発磁極Ｎ２や搬送極Ｓ２といった磁極との間で磁力線を集めて現像剤の滞留を生じさせないように、アクリル樹脂等の非磁性の材質で形成するのが好適である。
また、穂倒れ規制部材４８と現像スリーブ４２との間隙は、現像スリーブ４２上を搬送される現像剤が通過し難くなり、現像剤の詰まり（ジャミング）が生じないように、０．５ｍｍ以上、より好ましくは１．０ｍｍ以上に設定するのが好適である。

次に、現像器ユニット４Ｙ内部におけるトナークラウド濃度に関して、本実施の形態の穂倒れ規制部材４８を配設した現像器ユニット４Ｙと、穂倒れ規制部材４８を配設していない従来の現像器ユニットとを比較した実験を行なった。その結果を図６に示す。本実験では、穂倒れ規制部材４８として厚さ１ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ３００ｍｍのアクリル樹脂の直方体を用い、穂倒れ規制部材４８の側面４８ａの配置位置は、第１反発磁極Ｎ２による磁界の垂直成分と水平成分とが等しくなる位置Ｐ３（図５参照）に設定した。また、穂倒れ規制部材４８と現像スリーブ４２との間隙は１．０ｍｍとした。そして、トナークラウド濃度の測定は、現像器ユニット４Ｙの支持容器４１の上部壁を取り外し、ダストトラック エアロゾルモニター（ＭＯＤＥＬ ３４５１）（カノマックス（株）製）を用いて測定した。
図６に示したように、本実施の形態の現像器ユニット４Ｙでは、発生するトナークラウド濃度は、従来の現像器ユニットに比べて５０％程度減少し、現像器ユニット４Ｙ内のトナークラウド濃度を充分に抑えることが可能となることが確認できた。
さらには、本実施の形態の現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋを搭載した画像形成装置を用いて画像形成した際の画像の目視テストでは、従来の画像形成装置においては約８０ｋＰＶ（kilo Print Volume）において画像汚れが発生したが、本実施の形態の画像形成装置では、画像汚れの発生は認められなかった。

以上説明したように、本実施の形態の現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋでは、第１反発磁極Ｎ２によって穂立ちしている現像剤が搬送極Ｓ２側に倒れるのを防ぐ穂倒れ規制部材４８を配設したので、現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋ内でのトナークラウドの発生量を大幅に低減させることができる。そのため、現像器ユニット４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋの隙間からのトナークラウドの漏出量も極めて少なく抑えることができ、用紙Ｐ上の画像の汚れの発生や、機内汚染の発生を許容レベルに低下させることが可能となる。
また、第１反発磁極Ｎ２および第２反発磁極Ｎ３が配置された領域において現像スリーブ４２に対する現像剤の循環サイクルが妨げられることがないので、現像に際し、画像に前回の画像形成時の履歴が残ることが抑制され、画像形成に際し、高品質な画像を長期に亘り維持することができる。

本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置への適用がある。

本発明の画像形成装置を示した概略構成図である。 現像器ユニットの概略断面図である。 穂倒れ規制部材を配設しない場合における搬送極Ｓ２から第１反発磁極Ｎ２、第２反発磁極Ｎ３に至る現像スリーブ上での現像剤の搬送状態を概略的に示した図である。 穂倒れ規制部材を配設した場合における搬送極Ｓ２から第１反発磁極Ｎ２、第２反発磁極Ｎ３に至る現像スリーブ上での現像剤の搬送状態を概略的に示した図である。 現像マグネットが発生する現像スリーブ表面上での磁界（磁束密度）を示した図である。 現像器ユニット内部におけるトナークラウド濃度を比較した結果を示した図である。

符号の説明

１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ…感光体ユニット、３Ｙ,３Ｍ,３Ｃ,３Ｋ…露光ユニット、４Ｙ,４Ｍ,４Ｃ,４Ｋ…現像器ユニット、５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋ…トナー容器、１１…感光体ドラム、１２…帯電ロール、１３…ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）、１５…中間転写ベルト、１６…一次転写ロール、１７…ドラムクリーナ、２０…二次転写部、４１…支持容器、４２…現像スリーブ、４３…現像マグネット、４４…ブレード、４５…現像剤供給オーガー、４６…現像剤攪拌オーガー、４７…トナー供給路、４８…穂倒れ規制部材、４８ａ…側面

Claims (8)

1. 感光体に対向し、現像剤を担持して回動する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に内包され、当該現像剤担持体の回動方向上流側から順に隣り合って配置された、同極性の第１反発磁極と第２反発磁極とを有する現像マグネットと、
   前記現像剤担持体の回動方向下流側に面するとともに、対向する当該現像剤担持体の表面での法線と略同方向に向けて形成された側面を有し、当該側面により、前記現像マグネットの前記第１反発磁極によって当該現像剤担持体上に形成された前記感光体上を現像した後の現像剤の穂立ちに対し、当該現像剤担持体の回動方向上流側への倒れを規制する、前記現像剤担持体の鉛直方向上部に配置された穂倒れ規制部材と
   を備えたことを特徴とする現像装置。
2. 前記穂倒れ規制部材は、前記側面が、前記現像マグネットの前記第１反発磁極における磁束密度の垂直成分ピーク位置よりも当該現像剤担持体の回動方向上流側に位置することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記穂倒れ規制部材は、前記側面が、前記現像マグネットの前記第１反発磁極における磁束密度の垂直成分半値位置よりも前記現像剤担持体の回動方向下流側に位置することを特徴とする請求項２記載の現像装置。
4. 前記穂倒れ規制部材は、前記側面が、前記現像マグネットの前記第１反発磁極における磁束密度の垂直成分が水平成分よりも大きい領域に位置することを特徴とする請求項２記載の現像装置。
5. 前記穂倒れ規制部材は、前記現像剤担持体との間隙が０．５ｍｍ以上に設定されたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
6. 前記穂倒れ規制部材は、非磁性材料で形成されたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
7. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置とを有し、
   前記現像装置は、
   感光体に対向し、現像剤を担持して回動する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に内包され、当該現像剤担持体の回動方向上流側から順に隣り合って配置された、同極性の第１反発磁極と第２反発磁極とを有する現像マグネットと、
   前記現像剤担持体の回動方向下流側に面するとともに、対向する当該現像剤担持体の表面での法線と略同方向に向けて形成された側面を有し、当該側面により、前記現像マグネットの前記第１反発磁極によって当該現像剤担持体上に形成された前記感光体上を現像した後の現像剤の穂立ちに対し、当該現像剤担持体の回動方向上流側への倒れを規制する、前記現像剤担持体の鉛直方向上部に配置された穂倒れ規制部材と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 前記現像装置は、前記現像剤担持体が前記像担持体との対向部で鉛直方向上方に回動することを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。

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