JP4580575B2 - 現像ローラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、当該画像形成装置に装着される現像装置の現像ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真その他の、粉体トナーを用いた画像形成方法において、二成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像は周知であり、画像形成装置において広く利用されている。
【０００３】
この磁気ブラシ現像では、現像ローラ外周面に現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、現像領域（現像ローラと像担持体の間で現像可能電界が確保されている領域）において、静電潜像が形成された像担持体と電気的バイアスが印加されたスリーブとの間の電界によって、前記磁気ブラシから対向する像担持体の潜像面へトナーを選択的に供給付着することにより、現像が行われる。
【０００４】
現像ローラは、通常、円筒状のスリーブ（現像スリーブ）として構成され、このスリーブ表面に現像剤の穂立ちを生じさせるように磁界を形成する磁石体（磁石ローラ）をスリーブ内部に備えている。穂立ちの際、キャリアが磁石ローラで生じる磁力線に沿うようにスリーブ上に穂立ちすると共に、この穂立ちに係るキャリアに対して帯電トナーが付着されている。前記磁石ローラは、複数の磁極を有し、夫々の磁極を形成する磁石が棒状などに構成されていて、特にスリーブ表面の現像領域部分では現像剤を立ち上げる現像主磁極を備えている。前記スリーブと磁石ローラの少なくとも一方が動くことでスリーブ表面に穂立ちを起こした現像剤が移動するようになっており、現像領域に搬送された現像剤は前記現像主磁極から発せられる磁力線に沿って穂立ちを起こし、この現像剤のチェーン穂は撓むように像担持体表面に接触し、接触した現像剤のチェーン穂が像担持体との相対線速差に基づいて静電潜像と擦れ合いながら、トナー供給を行う。
【０００５】
従来の磁気ブラシ現像装置においては、画像濃度を高くするための現像条件とコントラスト画像を良好に得るための現像条件とが両立せず、高濃度部と低濃度部との双方を同時に改善することが困難である。即ち、画像濃度を高くするための現像条件としては、(ｉ)像担持体と現像スリーブとの間隔である現像ギャップを狭くすること、あるいは(ii)現像領域幅を広くすることなどが挙げられる。一方、低コントラスト画像を良好に得るための現像条件としては、(ｉ')現像ギャップを広くすること、あるいは(ii')現像領域幅を狭くすることなどがある。つまり、双方の現像条件は相対するものであって両立せず、全濃度域にわたって双方の条件を満たして良質な画像を得ることは一般に困難とされている。
【０００６】
例えば、低コントラスト画像を重視する場合には、ベタラインのクロス部や黒ベタ、ハーフトーンベタ画像の後端部に白抜けを生じる所謂「後端白抜け」と称される異常画像が発生しやすい。また同じ幅で形成した格子画像の横線が縦線よりも細くなったり、１ドットなどの小さい点画像が現像されないなどの現象も発生している。
【０００７】
このような従来からの課題であった画像濃度を高くするための現像条件と低コントラスト画像を良好に得るための現像条件とを高い時点で満足させ、全濃度域にわたって良質な画像を得るための現像方法及び現像装置等を本願出願人は先に提案している（特願２０００−２９６３７）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の本願出願人が先に提案した現像装置においては、現像ローラの主極部は極間角度が従来の現像ローラに比べて狭いため、マグネット材料に高い磁気特性が必要である。また、主極部の精度が従来の現像ローラに比べて高い精度（従来の±２度に対して±１度）が要求される。
【０００９】
これらの要求項目を達成するためには、従来用いられていた材料やローラ構成及び製造方法では実施困難である。特に、マグネット材料については従来一般的に用いられているフェライト系マグネットでは充分な磁気特性が得られず、達成困難であり、希土類マグネットを用いる必要が生じる。また、希土類マグネットはコストが高いため、現実的なローラのマグネット構成としては、高い磁気特性が必要となる現像極のみ希土類マグネットを用い、その他の極はフェライト系マグネットを使用する方法が望ましい。
【００１０】
ここで、従来の現像ローラの製造方法について説明する。
製造方法Ａ：主極及び補助極に希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いる。これらの主極部の希土類マグネットブロックは非磁性体からなる高精度に加工されたホルダに接合しており、ホルダを介して射出または押出成形されたプラスチックマグネットに接合されている。
【００１１】
製造方法Ｂ：金属または樹脂からなる部品に焼結マグネットを貼り付け、主極及び補助極については希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを貼り付ける。メリットとして磁極の位置精度が良い反面、デメリットとしてマグネットを貼り付ける部品のコストが高くまた工数が多くなる。
【００１２】
製造方法Ｃ：芯金にフェライトマグネット及び希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを貼り付ける方法であり、製造方法Ａと比べて芯金のコストが安いメリットがあるが、磁極位置精度は高くないこと、また、製造方法Ａと同様工数が多くなるデメリットを持つ。
【００１３】
製造方法Ｄ：主極及び補助極には希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いる。これらの主極部の希土類マグネットブロックを射出または押出成形されたプラスチックマグネットに接合している。射出成形と押出成形があるが、特徴としては円周方向で一体形状をしている。射出成形のメリットとしては高磁力が得やすく磁極位置等比較的安定した特性が得られるが、設備が煩雑となり加工タクトもかかる。また、押出成形のメリットとしては加工タクトが短い反面デメリットとして成形品特性の制御が困難である事が挙げられる。
【００１４】
上記した主極部の要求特性については、従来用いられていた材料やローラ構成及び製造方法では達成困難であり、マグネット材料に希土類マグネットを使用することも多い。基本的には希土類マグネットの使用を含め、要求仕様が高くなればなるほど材料費も高い傾向にある。従って、現像ローラでは如何に特性の低い材料を用いて要求されている磁気特性を達成できるかどうかがポイントとなっている。
【００１５】
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、効率良く高い磁束密度を得る構成の現像ローラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は、高分子化合物に磁性紛を分散し円筒形状に形成されたマグネットロールの現像極に相当する部分に、少なくとも1極以上の前記マグネットロールよりも高磁力のマグネットが配設されている現像ローラにおいて、前記マグネットロールが磁性体からなる芯金を備え、該芯金と前記マグネットとが磁性体からなるスペーサを介して接触していることを特徴としている。
【００１７】
なお、本発明において、前記スペーサが前記芯金と一体に成形されていると、効果的である。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明は、高分子化合物に磁性紛を分散し円筒形状に形成されたマグネットロールの現像極に相当する部分に、相反する２極以上の前記マグネットロールよりも高磁力のマグネットが配設されている現像ローラにおいて、前記現像極に相当する２極以上のマグネットが磁性体からなる部材を介して互いに結合されて前記マグネットロールに配設されていることを特徴としている。
【００１９】
なお、本発明において、前記現像極に相当する２極以上のマグネットはローラの中心に向かう部分において磁性体からなる部材を介して互いに結合されていると、効果的である。
【００２０】
さらに、本発明において、前記磁性体からなる部材が、透磁率２μＨ以上の材質からなると、効果的である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面にしたがって説明する。
先ず、本発明に係る現像装置が装着された画像形成装置の作像部を、図１に基づいて説明する。
【００２２】
図１において、静電潜像担持体である感光体ドラム１の周囲には、当該ドラム表面を帯電するための帯電装置２、一様帯電処理面に潜像を形成するためのレーザー光線でなる露光３、ドラム表面の潜像に帯電トナーを付着することでトナー像を形成する現像装置４、形成されたドラム上のトナー像を記録紙へ転写するための転写装置５、ドラム上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置７、ドラム上の残留電位を除去するための除電ランプ８が順に配設されている。
【００２３】
このような構成において、帯電装置２の帯電ローラによって表面を一様に帯電された感光体１は、露光３によって静電潜像を形成され、現像装置４によってトナー像を形成される。当該トナー像は、転写ベルトなどでなる転写装置５によって、感光体ドラム１表面から、不図示の給紙トレイから搬送された記録紙へ転写される。この転写の際に感光体ドラムに静電的に付着した記録紙は、分離爪によって感光体ドラム１から分離される。そして未定着の記録紙上のトナー像は定着器９によって記録紙に定着される。一方、転写されずに感光体ドラム上に残留したトナーは、クリーニング装置７によって除去され回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム１は除電ランプ８で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。なお、符号６は、図示しない給紙トレイからの記録紙を、感光体１上のトナー像にタイミングを合わせて送出するためのレジストローラである。
【００２４】
現像装置４内には、現像ローラである現像ローラ４１が感光体ドラム１に近接するように配置されていて、双方の対向部分には、感光体ドラムと磁気ブラシが接触する現像領域が形成されている。現像ローラ４１は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブが不図示の回転駆動機構によって図中時計回りに回転されるようになっている。なお、符号４２は現像剤チェーン穂の穂高さ、即ち、現像スリーブ上の現像剤量を規制するドクタブレード、符号４３は入口シール部材、符号４４は現像装置ケーシング内の現像剤を攪拌しながら現像ローラ４１へ汲み上げるためのスクリューである。
【００２５】
現像ローラ４１は、現像スリーブ４５内にその周表面に現剤の穂立ちを生じるうに磁界を形成する磁石体（以下、マグネットロール４６という。）が固定状態で備えられる。マグネットロール４６は、現像領域部分に現像剤の穂立ちを生じさせる主磁極と、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送するための搬送極と、現像後の領域で現像剤を搬送する搬送極とを有する。本実施形態では、主磁極が１つのマグネット４８により形成しているが、マグネット４８は複数（２極もしくは３極）のマグネットブロックにより現像極を形成してもよい。そして、主磁極を１つのマグネット４８により形成した場合、主磁極の半値幅は２５°以下とし、現像磁極の法線方向磁束密度の減衰率を４０％以下としている。なお、半値幅とは現像主磁極の法線方向の磁力分布曲線の最高法線磁力（頂点）の半分の値を指す部分の角度幅のことであり、例えばＮ極によって作成されている磁石の最高法線磁力が１２０ｍＴであれば６０ｍＴの値を指す部分の角度幅のことである。また、現像磁極の法線方向磁束密度の減衰率とは法線方向磁束密度ｘに対して現像ローラ表面から１ｍｍ離れた部分での法線方向磁束密度ｙがどの程度減衰したかを表す数値（ｘ−ｙ）÷ｘ×１００％であり、例えば現像ローラ表面の法線方向磁束密度が１００ｍＴ、現像ローラ表面から１ｍｍ離れた部分での法線方向磁束密度が８０ｍＴのとき減衰率は２０％となる。
【００２６】
図２は、本発明の一実施形態を示す現像ローラの説明図であり、本実施形態では主磁極が１極のマグネット４８に構成したものである。
図２において、マグネット４８以外を形成するマグネットロール４６には磁性体からなる芯金４７が挿入されている。主磁極を形成するマグネット４８は、磁性体からなるスペーサ５０を介してマグネットロール４６に固定されている。そして、マグネット４８は磁性体からなるスペーサ５０を介して上記芯金４７に接触されている。なお、本例ではスペーサ５０と芯金４７は接着剤等により接合されている。
【００２７】
上記マグネットロール４６は、主磁極以外の磁気特性を形成する部分であり、射出成形及び押出成形にて製造したものを用いている。その原料としては、ＳｒもしくはＢａからなる磁性粉に高分子化合物を混合した、プラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることが多い。また、高分子化合物としては６ＰＡもしくは１２ＰＡ等のＰＡ系材料、ＥＥＡ（エチレン・エチル共重合体）・ＥＶＡ（エチレン・ビニル共重合体）等のエチレン系化合物、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）等の塩素系材料、ＮＢＲ等のゴム材料が使用できる。
【００２８】
また、主磁極であるマグネット４８は、ブロック状であって幅が狭く、且つ高い磁気特性を得るために、Ｂｒ＞０．５Ｔの材料を用いることが望ましく、多くはＮｅ系（Ｎｅ‐Ｆｅ−Ｂ等）またはＳｍ系（Ｓｍ‐Ｃｏ、Ｓｍ‐Ｆｅ‐Ｎ等）の希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を上記と同様の高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることができる。
【００２９】
上記構成された現像ローラは、磁性体であるスペーサ５０及び磁性体の芯金４７の透磁率がマグネットロール４６に比べて低いため、図３に示す従来のものと比べてマグネット内部および外部の磁束が密になり、図２の点線で示すように高い磁束密度が得られる。また、従来の現像ローラは図３のＢで示すがマグネットローラ４６の内部で隣接する極に磁束が短絡していたが、本発明では図２のＡで示すように、マグネット４８の下に磁性体スペーサ５０及び磁性体芯金４７を配置しているため、円周に対して法線方向に深い位置まで矢印で示すように磁束が流れることにより、シャープな半値幅の狭い磁束密度分布が得られる。ここで、本発明の磁性体プレートは透磁率がマグネットロールより高い材質のものであれば特に規制はない。
【００３０】
さらに、本実施形態の実施例について記載する。
実施例１
マグネットローラ４６：ＥＥＡ＋Ｓｒフェライト９１％
マグネット４８：Ｎｅ‐Ｆｅ‐Ｂ系マグネット［残留磁束密度：０．６６Ｔ
透磁率：１．２７］厚さ：２，３，４ｍｍ
磁性体スペーサ５０：Ｓ４５Ｃ［透磁率：１．８７］厚さ：２，３，４ｍｍ
ローラ寸法：スリーブ径φ２０ｍｍ
である。
【００３１】
なお、マグネット４８と磁性体スペーサ５０との組み合わせは、マグネット４８が２ｍｍのとき磁性体スペーサ５０は４ｍｍ、３ｍｍのとき３ｍｍ、４ｍｍのとき２ｍｍにした。
【００３２】
そして、実施例の現像ローラと、主磁極の厚さを２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの従来の現像ローラとスリーブ表面上の磁束密度を調べその結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

表１から明らかなように、主磁極であるマグネット４８が何れの厚さにおいても、本発明の現像ローラの方が従来のものより磁束密度が大きいことが判った。
【００３４】
上記実施形態では、磁性体スペーサ５０及び磁性体芯金４７を別部材で構成しているが、磁性体スペーサ５０及び磁性体芯金４７は予め一体に形成したものであってもよい。このように構成よれば、上記実施形態と比べて接着材層による磁束のロス（接着材の透磁率は磁性体に比べて小さい）がなく、より効率よく高い磁気特性を得ることができる。
【００３５】
また、上記実施形態は主磁極が１極のタイプ現像ローラであるが、本発明は主磁極の数は２以上のものにも当然適用することができるものであり、主磁極の数が限定されるものではない。
【００３６】
つぎに、本発明の他の実施形態について図４に基づき説明する。
図４において、本例では主磁極のマグネット４８ａ，４８ｂ，４８ｃが３極で構成され、隣り合う主磁極４８は４８ａがＮ極、４８ｂがＳ極、４８ｃがＮ極のように、相反する極となっている。これら主磁極のマグネット４８ａ，４８ｂ，４８ｃは１つの磁性体からなるホルダ５１に埋め込まれている。なお、マグネット４８及びマグネットロール４６の材質は上記実施形のものと同様であり、説明の重複を避けるため、ここでは記載しない。
【００３７】
このように構成された現像ローラ４１は、主磁極のマグネット４８ａ，４８ｂ，４８ｃが磁性体からなるホルダ５１によって結合されているので、図５に示す矢印のように磁束の流れが生じ、これにより目的の磁束密度分布が得られる。従来の場合、ホルダ５１が非磁性材料であるので透磁率が低いため、内部（マグネットローラ側）での磁束線が疎になる。これに比べて本実施形態では、ホルダ５１に透磁率の高い磁性体を用いるため、非磁性体の場合より内部の磁束線が密になる。よって、外部に発生する磁束線も密になりスリーブ上で高い磁束密度を効率良く得ることができる。
【００３８】
上記実施形態では、主磁極のマグネット４８ａ，４８ｂ，４８ｃが磁性体からなるホルダ５１によって結合しているが、主磁極のマグネット４８ａ，４８ｂ，４８ｃは図５に示すように、底面、すなわち、各マグネット４８ａ，４８ｂ，４８ｃのローラ中心に向かう面に透磁率が高い磁性体からなる板状の部材５２によって結合させている。
【００３９】
このように構成よれば、透磁率が高い磁性体の部材５２が各マグネット４８ａ，４８ｂ，４８ｃの底面にあることで、図４の上記実施形態に比べて希土類マグネット４８間での磁束線の漏れが少なくなる。したがって、ローラに対する法線方向であるマグネットの上面から底面までの磁束が密になるため、より高い磁束密度をスリーブ上で得ることができる。
【００４０】
なお、図５に示す磁性体部材５２として透磁率が２Ｔ以上の材質を用いる効果的である。かかる磁性体部材５２の例としては、パーメンダーなどがある。透磁率が２Ｔ以上の高い材質を磁性体部材５２として使用することで、さらに希土類マグネット４８間の漏れ磁束が低減されるため、希土類マグネット４８中をローラの法線方向に流れる磁束がさらに密になりスリーブ上で高い磁束密度を得ることができる。
【００４１】
また、上述の希土類マグネットブロック４８がフェライトブロック等であって効果は同様であり、マグネット４８の材質を何ら限定されるものではない。
【００４２】
さらに、図４に示す実施形態の実施例について記載する。
実施例２
マグネットローラ４６：ＥＥＡ＋Ｓｒフェライト９１％
マグネット４８：Ｎｅ‐Ｆｅ‐Ｂ系マグネット［残留磁束密度：０．６６Ｔ
透磁率：１．２７μＨ］厚さ：２，３，４ｍｍ
ホルダ５０：Ｓ４５Ｃ
ローラ寸法：スリーブ径φ２０ｍｍ
である。
【００４３】
なお、図５の実施例では磁性体部材がＳ４５Ｃとパーメンダーとした。そして、各現像ローラの磁束密度を調べたところ、従来のものは１１４、実施例２は１１９、図５の実施例で磁性体部材がＳ４５Ｃは１４０、図５の実施例で磁性体部材がパーメンダーは１５０であった。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透磁率の高い磁性体でマグネットブロックと芯金を結合することによりマグネットロールおよび外部の磁束が密になり高い磁束密度が得られる。
【００４５】
さらに、透磁率の高い磁性体と芯金を一体にすること、接着材層による磁束のロス（接着材の透磁率は磁性体に比べて小さい）がなく、より効率よく高い磁気特性を得ることができる
【００４６】
さらに、透磁率の高い磁性体で相反するマグネットを磁性体で結合することにより、非磁性体の場合より内部の磁束が密になるため外部に発生する磁束線も密になり高い磁束密度を効率良く得ることができる。
【００４７】
さらに、透磁率が高い磁性体部材がマグネットの底面にあることで、希土類マグネット間での磁束線の漏れが少なくなるため、ローラに対する法線方向であるマグネットの上面から底面までの磁束が密になりより高い磁束密度をスリーブ上で得ることができる。
【００４８】
さらにまた、透磁率が２Ｔ以上の高い材質の磁性体を使用することで、スリーブ上でより高い磁束密度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像装置が装着された画像形成装置の作像部付近を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す現像ローラの説明図である。
【図３】従来の現像ローラの説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す現像ローラの説明図である。
【図５】図４の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
４１ 現像ローラ
４５ 現像スリーブ
４６ マグネットロール
４８ マグネット
５０ スペーサ
５１ ホルダ
５２ 磁性体部材

Claims (5)

1. 高分子化合物に磁性紛を分散し円筒形状に形成されたマグネットロールの現像極に相当する部分に、少なくとも1極以上の前記マグネットロールよりも高磁力のマグネットが配設されている現像ローラにおいて、
   前記マグネットロールが磁性体からなる芯金を備え、該芯金と前記マグネットとが磁性体からなるスペーサを介して接触していることを特徴とする現像ローラ。
2. 請求項１に記載の現像ローラにおいて、前記スペーサが前記芯金と一体に成形されていることを特徴とする現像ローラ。
3. 高分子化合物に磁性紛を分散し円筒形状に形成されたマグネットロールの現像極に相当する部分に、相反する２極以上の前記マグネットロールよりも高磁力のマグネットが配設されている現像ローラにおいて、
   前記現像極に相当する２極以上のマグネットが磁性体からなる部材を介して互いに結合されて前記マグネットロールに配設されていること特徴とする現像ローラ。
4. 請求項３に記載の現像ローラにおいて、前記現像極に相当する２極以上のマグネットはローラの中心に向かう部分において磁性体からなる部材を介して互いに結合されていることを特徴とする現像ローラ。
5. 請求項３または４の現像ローラにおいて、前記磁性体からなる部材が、透磁率２μＨ以上の材質からなることを特徴とする現像ローラ。

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