JP4587763B2

JP4587763B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP4587763B2
Application number: JP2004288368A
Authority: JP
Inventors: 俊紀西村
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006106027A

Description

本発明は、複写機、プリンター、又はファクシミリ装置等の画像形成装置で用いられる現像装置に関し、特に、磁性キャリア及び非磁性トナーを有する二成分現像剤を用いる現像装置に関するものである。

一般に、画像形成装置においては、像担持体である感光体ドラム上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置によって現像されてトナー像となる。そして、感光体ドラム上のトナー像は、例えば、記録用紙に転写され、記録用紙上のトナー像は定着装置によって定着される。このような現像装置において、磁性キャリア及び非磁性トナーを有する二成分現像剤を用いて、感光体ドラム上の静電潜像を現像するものがあり、現像装置は感光体ドラムと対峙する現像ローラ（現像剤担持体）を備えて、磁気ローラによって現像ローラ上にトナー層を形成し、感光体ドラム上の静電潜像を現像する。

ところで、上述のような現像装置では、感光体ドラム上の静電潜像を現像した際、現像ローラ上ではトナー消費されて無くなった部分（消費領域）とトナーが消費されずに残った部分（非消費領域）とが発生して、次回の現像の際に現像に差が生じてしまうことになる。つまり、現像ローラ上のトナー付着状態とトナーの電位差とにバラツキが生じて連続的に現像を行うと前段階の現像履歴現象が発生してしまう（言い換えると、残像（ゴースト）等の画像乱れなどが生じてしまう）。

このような不具合を防止するため、磁気ローラを、現像剤層を搬送する非磁性回転スリーブと、回転スリーブ内に配置された磁極とで構成して、現像ローラと磁気ローラとの対向位置において、磁気ローラ内部の磁極は、磁極中央部における磁極の落ち込み量をその両側のピーク値が反発磁極とならないように設定したものがある（特許文献１）。

特開平６−１３０８１９号公報（第４頁〜第６頁、第４図）

従来の現像装置では、現像履歴現象を防止するため、磁気ローラ内部の磁極は、磁極中央部における磁極の落ち込み量をその両側のピーク値が反発磁極とならないように設定して、現像ローラ上のトナー層厚を一定に保とうとしているものの、トナー層厚が一定であっても、トナー帯電量が異なると、現像性に差異が生じてしまい、このため、現像履歴現象を防止することが難しいという課題がある。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、現像履歴現象を確実に防止することのできる現像装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、少なくとも磁性キャリア及びトナーを有する二成分現像剤が用いられ、静電潜像が担持される像担持体に対向して配置され前記トナーによって前記静電潜像を現像してトナー像とする現像ローラと、前記現像ローラと対向して配置され複数の磁気ローラ磁極を有し前記二成分現像剤を保持して前記トナーを前記現像ローラに供給する磁気ローラとを有する現像装置において、前記現像ローラは非磁性回転スリーブと、該非磁性回転スリーブに内包されて前記磁気ローラ磁極の一つと対向する対向面を備え該対向面に前記磁気ローラ磁極の一つと異磁極である現像ローラ磁極が着磁された現像ローラ磁極体とを備え、前記現像ローラ磁極体には、前記現像ローラ磁極によって形成される主磁力に対して前記対向面の前記非磁性回転スリーブの回転方向両端で生じる磁力を低減させる低減手段が形成されており、前記低減手段は対向面の両端側における前記対向面のエッジ部分を丸み帯びた滑らかな形状とすることによって形成されることを特徴とするものである。

以上のように、本発明の現像装置は、現像ローラの非磁性回転スリーブに、磁気ローラ磁極の一つと対向する対向面を備えて対向面に磁気ローラ磁極の一つと異磁極である現像ローラ磁極が着磁された現像ローラ磁極体を内包して、現像ローラ磁極体に、現像ローラ磁極によって形成される主磁力に対して対向面の非磁性回転スリーブの回転方向両端で生じる磁力を低減させるようにしたので、現像ローラと磁気ローラとの最接近位置とにおいて磁気ブラシの拘束力が強くなって、良好な磁気ブラシが形成される結果、現像ローラ上の残ったトナーを確実に磁気ローラ側に回収できることになって、現像履歴現象を確実に防止できるばかりでなく、磁性キャリアが現像ローラ側に流出するという事態を確実に防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の実施例１による現像装置が用いられる画像形成装置を概略的に示す図であり、図示の画像形成装置は所謂タンデム型カラー画像形成装置である。図示の画像形成装置１は、各色（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（ＢＫ））の画像形成ユニット２ａ〜２ｄを有しており、これら画像形成ユニット２ａ〜２ｄは搬送ベルト３に沿って配列されている。各画像形成ユニット２ａ〜２ｄは、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料を用いた感光体ドラム４を備え、感光体ドラム４の周囲には帯電器５、露光ユニット６、現像装置１０、及びクリーニングユニット７が配置されている。そして、搬送ベルト３を挟んで各感光体ドラム４に対向して転写器８が配置されている。

画像形成ユニット２ａにおいて、感光体ドラム４の表面を帯電器５で均一に帯電した後、画像データに応じて感光体ドラム４の表面を露光して、感光体ドラム４上に静電潜像を形成する。感光体ドラム４上の静電潜像は、現像装置１０によって現像されてトナー像（Ｙトナー像）となる。同様にして、画像形成ユニット２ｂ〜２ｄにおいても、それぞれ感光体ドラム４上にＭトナー像、Ｃトナー像、及びＢＫトナー像が形成される。

一方、給紙装置９ａから用紙搬送路９ｂを介して搬送ベルト３に記録用紙が供給され、記録用紙は搬送ベルト３を搬送されつつ、転写器８によって順次Ｙトナー像、Ｍトナー像、Ｃトナー像、及びＢＫトナー像が転写されて、記録用紙上にカラートナー像が形成される。そして、記録用紙は定着ユニット９ｃに送られて、ここで、カラートナー像が記録用紙上に定着された後、排紙経路９ｄを通って排紙トレイ９ｅに排紙される。

図２及び図３を参照して、図示の現像装置１０は、磁性キャリアとトナーとを有する二成分現像剤を用いて感光体ドラム４上に形成された静電潜像を現像する。現像装置１０は、現像容器１１を備えており、現像容器１１には二成分現像剤（以下単に現像剤と呼ぶ）が収納されている。現像容器１１は仕切壁１１ａによって第１及び第２の収納室１１ｂ及び１１ｃに区画され、第１及び第２の収納室１１ｂ及び１１ｃにはそれぞれ攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂが配設されている。

そして、攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂによって現像剤が攪拌されつつ、軸方向に搬送され、仕切壁１１ａに形成された現像剤通過路を介して第１及び第２の収納室１１ｂ及び１１ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器１１は左斜め下方に延在しており、現像容器１１内において、パドルミキサー１２ｂの左斜め下側には磁気ローラ１３が配置され、磁気ローラ１３と対面して磁気ローラ１３の左斜め下側には現像ローラ１４が配置されている。そして、現像ローラ１４は現像容器１１のドラム開口側に面している。図２に示すように、パドルミキサー１２ｂ、磁気ローラ１３、及び現像ローラ１４を配置することによって、パドルミキサー１２ｂから磁気ローラ１３に効率的に現像剤を供給することができる。

なお、現像容器１１には、攪拌ミキサー１２ａと対面してトナーセンサ１２ｃが配置されており、トナーセンサ１２ｃで検知されるトナー濃度に応じてトナーホッパーから現像容器１１内にトナーが補給される。

図４を参照して、磁気ローラ１３は、複数の磁極（磁気ローラ磁極）を有する固定マグネットローラ体１３ａを内包する非磁性の回転スリーブ１３ｂを有しており、図示の例では、固定マグネットローラ１３ａは３つのＮ極（Ｎ１極〜Ｎ３極）と２つのＳ極（Ｓ１極及びＳ２極）を有しており、回転スリーブ１３ｂの回転方向において、Ｎ１極とＮ２極との間にＳ１極が配置され、Ｎ３極とＮ１極との間にＳ２極が配置されている。そして、図示の例では、磁気ローラ極Ｎ１と磁気ローラ極Ｓ１との間隔は６０°、磁気ローラ極Ｓ１と磁気ローラ極Ｎ２との間隔は１００°、磁気ローラ極Ｎ２と磁気ローラ極Ｎ３との間隔は７０°、磁気ローラ極Ｎ３と磁気ローラ極Ｓ２との間隔は６０°、磁気ローラ極Ｓ２と磁気ローラ極Ｎ１との間隔は７０°に設定されており、磁気ローラ極Ｎ１が現像ローラ１４と最も接近した位置に形成されている。

現像ローラ１４は非磁性の回転スリーブ１４ａを有しており、この回転スリーブ１４ａ内には一つの現像ローラ磁極体（マグネット体）１４ｂが配置されている。図示の例においては、現像ローラ磁極体１４ｂは現像ローラ軸１４ｃに回転可能に支持され、この現像ローラ磁極体１４ｂには、固定マグネットローラ体１３ａのＮ１極と異磁極のＳ極が現像ローラ磁極として着磁されている。回転スリーブ１４ａは磁気ローラ１３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向しており、磁気ローラ磁極Ｎ１と現像ローラ磁極Ｓとの間の吸引力によって、現像ローラ磁極体１４ｂが現像ローラ軸１４ｃを中心軸として回転して、現像ローラ磁極Ｓが磁気ローラ磁極Ｎ１に最も接近する位置に位置付けられる。つまり、現像ローラ磁極Ｓは所定のギャップを挟んで対向位置において磁気ローラ磁極Ｎ１と対向している。なお、図示の例では、現像ローラ磁極体１４ｂは断面が扇形状であり、現像ローラ軸１４ｃの中心に対してその扇角は４０°〜６０°に設定されている。

再び図２を参照して、現像容器１１には、トナー層厚規制部材である穂切りブレード１５が回転スリーブ１３ｂの長手方向（図２において紙面の表側から裏側に延びる方向）に沿って取り付けられており、回転スリーブ１３ｂが図中実線矢印で示す方向に回転するとすると、穂切りブレード１５は、現像ローラ１４と磁気ローラ１３との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード１５の先端部と回転スリーブ１３ｂとの表面には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

図１に示す現像装置１０においては、磁気ローラ１３には直流電圧（ＤＣ）３１ａが印加され、現像ローラ１４には直流電圧（ＤＣ）３０ａに交流電圧（ＡＣ）３０ｂが重畳されて現像バイアスとして印加されている。前述のように、攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器１１内を循環してトナーを帯電させ、パドルミキサー１２ｂによって現像剤が磁気ローラ１３に搬送される。そして、磁気ローラ１３上に磁気ブラシ（図示せず）を形成し、磁気ローラ１３上の磁気ブラシは穂切りブレード１５によって層厚規制されて、磁気ローラ１３と現像ローラ１４との間の電位差（│ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ│：以下Δで表す）によって現像ローラ１４にトナー薄層を形成する。そして、現像ローラ１４上のトナー薄層によって感光体ドラム４上の静電潜像が現像される。

なお、穂切りブレード１５と磁気ローラ１３とのギャップは０．３ｍｍ〜１．５ｍｍであり、同様に、磁気ローラ１３と現像ローラ１４とのギャップは０．３ｍｍ〜１．５ｍｍである。そして、前述の電位差Δを大きくすると、現像ローラ１４上のトナー薄層は厚くなり、電位差Δを小さくすると、現像ローラ１４上のトナー薄層は薄くなる。一般に、電位差Δは１００Ｖ〜２５０Ｖ程度に設定される。また、現像ローラ１４上のトナーは現像バイアスによって感光体ドラム４側に飛翔して、感光体ドラム４上の静電潜像が現像される（トナーの飛散を防止するため、交流（ＡＣ）３０ｂは現像を行う直前に印加される）。

感光体ドラム４と現像ローラ１４とのギャップは１５０μｍ〜４００μｍ、好ましくは２００μｍ〜３００μｍとされる。このギャップが１５０μｍ未満であると、画像カブリの要因となり、ギャップが４００μｍよりも広いとトナーを感光体ドラム４に飛翔させることができなくなって、十分な画像濃度を得ることができないばかりか、所謂選択現像を発生させる要因ともなる。

上述のようにして現像が行われた後、残留トナー層を有する現像ローラ１４は前述の対向位置において現像剤層を有する磁気ローラ１３と最接近し、この対向位置では、磁気ブラシによる機械的な力によって、現像ローラ１４上のトナー層が掻き取られるとともに、磁気ローラ１３と現像ローラ１４との間に形成される電位差（つまり、電界）に応じて磁気ローラ１３上の現像剤層からトナーが現像ローラ１４側に供給されることになる。

前述のように、対向位置において回転スリーブ１３ｂ及び１４ａの回転方向は互いに反対方向であり、磁気ローラ磁極Ｎ１に対向して異磁極の現像ローラ磁極Ｓ極が存在するから、磁気ローラ磁極Ｎ１と現像ローラ磁極Ｓ極との間に磁界が形成され、これによって、磁気ブラシの拘束力が強くなって、つまり、磁気ブラシが良好に形成されることになって、現像ローラ１４上のトナーがキャリアによる磁気ブラシによって機械的に掻き取られて、磁気ローラ１３側に引き戻される。このようにして、磁気ブラシによるトナー掻き取り力を強くしたから、現像ローラ１４上に残ったトナーを確実に磁気ローラ側に回収することができる。

ところで、図４に示すように、現像ローラ磁極体１４ｂが断面扇形状である際には、現像ローラ磁極体１４ｂのエッジ部分（図４に符号Ｅで示す部分）において現像ローラ磁極Ｓによる磁力とは異なる磁力が発生してしまうことが分かった。つまり、断面形状が扇形状であると、円周面に生じる磁力と逆の磁力が斜面部分を含むエッジ部分に生じてしまう。図５を参照して、いま、現像ローラ磁極Ｓによって回転スリーブ１４ａの表面に生じる磁力を主磁力Ｍ１とすると、主磁力Ｍ１の両側には現像ローラ磁極Ｓと異なる極性の磁極（異磁極）による磁力（副磁力）Ｍ２及びＭ３が生じる。つまり、現像ローラ磁極体１４ｂにおいては、主磁力Ｍ１の両側にそれぞれ副磁力Ｍ２及びＭ３が位置付けられた形態の磁力波形が生じることになる。

図５に示すような磁力波形が生じると、磁気ローラ１３から現像ローラ１４にトナーを供給する際、磁性キャリアが磁気ローラ１３から現像ローラ１４に搬送されてしまい、この結果、現像の際磁性キャリアが感光体ドラム側に流出してしまうことがある。つまり、磁性キャリアの流出を防止するためには、図５に示す主磁力Ｍ１のみを生じさせるようにする必要がある。

そこで、図６に示すように、現像ローラ磁極体１４ｂのエッジ部分Ｅの面取りを行って（つまり、エッジ部分Ｅを滑らかにして）、現像ローラ磁極体１４ｂによる磁力分布を計測したところ、図６に示すような磁力分布が得られた。図６から容易に理解できるように、ここでは、主磁力Ｍ１のみが存在し、主磁力Ｍ１の両側には副磁力Ｍ２及びＭ３は存在しない。つまり、エッジ部分の面取りを行ってエッジ部分を滑らかにすると、その部分は円周面と同一の磁極となって、その分だけ逆磁極の発生する位置が軸側にずれて、円周面側から見た際にはあたかも逆磁極が相殺するように作用することになる。このため、図６に示す例においては、磁気ローラ１３から現像ローラ１４に磁性キャリアが搬送されることがなく、この結果、現像ローラ１４から感光体ドラムへの磁性キャリアの流出がない。つまり、図６に示す現像ローラ磁極体１４ｂを用いれば、磁性キャリアの流出を防止して、しかも現像履歴現象を防止することができることになる。

発明者の実験によれば、現像ローラ磁極体１４ｂのエッジ部分Ｅが鋭いと、この部分に異磁極が生じてこの異磁極に起因して副磁力が生じることが分かった。一方、エッジ部分Ｅを滑らかにすると、異磁極に起因する副磁力が少なくなることが分かった。そして、回転スリーブ１４ａの表面において、主磁力Ｍ１が２０ｍＴ〜８０ｍＴである際、副磁力Ｍ２及びＭ３の各々が５ｍＴ以下であれば、磁性キャリアの流出が防止できることが分かった。

同様にして、図７（ａ）に示すように、現像ローラ磁極体１４ｂの両側面を面取りして行うようにしてもよく、また、図７（ｂ）に示すように、現像ローラ磁極体１４ｂのエッジ部分Ｅを滑らかにして、磁気ローラ磁極Ｎ１との対向面幅を減少させて磁気ローラ磁極Ｎ１の幅以下にするようにしてもよい。さらには、図７（ｃ）に示すように、断面長方形状の現像ローラ磁極体１４ｂを用いれば、断面扇形の現像ローラ磁極体１４ｂのように、副磁極が生じることはほとんどない。いずれにしても、現像ローラ磁極体１４ｂには主磁力に対して副磁力を低減する手段が備えられていることになる。

この現像装置は、現像ローラの非磁性回転スリーブに、磁気ローラの一つと対向する対向面を備えて対向面に磁気ローラ磁極の一つと異磁極である現像ローラ磁極が着磁された現像ローラ磁極体を内包して、現像ローラ磁極体に、現像ローラ磁極によって形成される主磁力に対して対向面の非磁性回転スリーブの回転方向両端で生じる磁力を低減させるようにしたから、現像ローラと磁気ローラとの最接近位置とにおいて磁気ブラシの拘束力が強くなって、良好な磁気ブラシが形成される結果、現像ローラ上の残ったトナーを確実に磁気ローラ側に回収できることになって、現像履歴現象を確実に防止できるばかりでなく、磁性キャリアが現像ローラ側に流出するという事態を確実に防止することができる結果、複写機、プリンター、又はファクシミリ装置等の画像形成装置における現像装置に適用できる。

本発明の実施例１による現像装置が用いられる画像形成装置概略的に示す図である。本発明の実施例１による現像装置を示す図である。図２に示す現像装置における磁気ローラ及び現像ローラの配置関係を示す斜視図である。図２に示す現像装置における磁気ローラ及び現像ローラの構造の一例を示す図である。図４に示す現像ローラに内蔵された現像ローラ磁極体によって形成される主磁力及び副磁力の分布が概念的に示す図である。現像ローラ磁極体の対向面のエッジ部分を滑らかにした際の磁力分布を概念的に示す図である。現像ローラ磁極体の他の例を示すであり、（ａ）〜（ｃ）は現像ローラ磁極体の別の形状を示す図である。

符号の説明

１画像形成装置
２ａ〜２ｄ画像形成ユニット
３搬送ベルト
４感光体ドラム
５帯電器
６露光ユニット
７クリーニングユニット
８転写器
９ｃ定着ユニット
１０現像装置
１１現像容器
１２ａ攪拌ミキサー
１２ｂパドルミキサー
１３磁気ローラ
１３ｂ、１４ａ回転スリーブ
１３ａ固定マグネットローラ体
１４現像ローラ
１４ｂ現像ローラ磁極体
１４ｃ現像ローラ軸
１５穂切りブレード

Claims

少なくとも磁性キャリア及びトナーを有する二成分現像剤が用いられ、静電潜像が担持される像担持体に対向して配置され前記トナーによって前記静電潜像を現像してトナー像とする現像ローラと、前記現像ローラと対向して配置され複数の磁気ローラ磁極を有し前記二成分現像剤を保持して前記トナーを前記現像ローラに供給する磁気ローラとを有する現像装置において、
前記現像ローラは非磁性回転スリーブと、該非磁性回転スリーブに内包されて前記磁気ローラ磁極の一つと対向する対向面を備え該対向面に前記磁気ローラ磁極の一つと異磁極である現像ローラ磁極が着磁された現像ローラ磁極体とを備え、
前記現像ローラ磁極体には、前記現像ローラ磁極によって形成される主磁力に対して前記対向面の前記非磁性回転スリーブの回転方向両端で生じる磁力を低減させる低減手段が形成されており、
前記低減手段は対向面の両端側における前記対向面のエッジ部分を丸み帯びた滑らかな形状とすることによって形成されることを特徴とする現像装置。