JP4598576B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、二成分現像剤を用いた現像装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式のプリンタ，複写機等の画像形成装置に適用される現像装置としては、トナ−とキャリアと呼ばれる磁性粉体とからなる二成分現像剤を用いた現像装置が多用されている。この二成分現像剤は現像剤収容部で攪拌することにより、現像剤中のトナ−とキャリアが摩擦しあい、それぞれが所定量に帯電することで用いられる。所定量に帯電された現像剤は、現像剤収容部から現像スリーブと該現像スリーブの内部に固設された複数の磁極から成る現像ロ−ルに導かれる。現像ロールの表面に供給された現像剤は磁気ブラシ状態で保持されると共に、現像ロールの回転によって搬送され、現像ロールの外周に近接配置されたドクターブレ−ドと呼ばれる規制部材を通過した後、像担持体である感光体との対向部である現像領域に搬送される。

二成分現像剤を用いる現像装置においては、様々な構成が提案されている。特にプロセス速度３００ｍｍ／ｓ以上の高速プロセスにおいては、静電潜像の現像能力が不足する為、現像能力を増加させる方法として、ハイブリッド方式の現像装置が良く用いられる。ハイブリッド現像方式の現像装置は回転方向が異なる複数の現像ロールを現像領域に対向させて設けた構成をしている。なお、以下、ハイブリッド方式の現像装置を説明するにあたり、便宜上、「順回転現像ロール」および「逆回転現像ロール」と言う表現を用いる。ここで、「順回転現像ロール」とは感光体が時計方向に回転するとした場合に反時計方向に回転する現像ローラを意味する。即ち、現像領域で見た場合に両者の移動方向が同方向となるのが順方向現像ロールである。これに対し、「逆回転現像ロール」とは、感光体が時計方向に回転するとした場合に同じ時計方向に回転する現像ロールを意味する。即ち、現像領域で見た場合に両者の移動方向が逆方向となるのが逆回転現像ロールである。

ここで、順回転現像ロールと逆回転現像ロールを組み合わせた構成の中で、感光体の回転方向の上流側に逆回転現像ロール、下流側に順回転現像ロールが隣接して設置され、且つ、逆回転現像ロールと順回転現像ロールの間に両刃のドクターブレードを配置した構成の現像装置は、特に噴水型現像機と呼ばれる。噴水型現像機は上記した様に、現像能力が高く、且つ、現像ロールの回転方向に起因して生じる画像の後端欠け、先端欠けが等が発生しにくく、また、ドクターブレードが両刃のもの一つで良いため、現像機本体をコンパクトに出来る利点がある。

ドクターブレ−ドは、現像ロールの表面上に保持された現像剤の磁気ブラシを穂切りし、現像領域に搬送される現像剤を適正量に維持する目的で設置されている。ドクターブレードにて所定量に規制された現像剤は、現像ロールの回転によって搬送され、現像領域に運ばれ、現像領域において現像ローラ上の現像剤を感光体に接触させながら静電潜像を現像する。この時、現像ローラには、静電潜像を構成する非画像部と画像形成部のうち、画像形成部にトナーのみを導入供給するバイアス電圧が印加されており、感光体の画像形成部にトナー像が形成される。

従来、噴水型現像機におけるドクターブレードは、現像ロールの磁極間位置に設定されるのが一般的であった。この理由は、現像ロール上での現像剤搬送性を高めるためと、磁力が小さい位置で穂切りすることにより、現像剤へのストレスが低減できると考えられていたためである。しかし、近年の高画質化のニーズに伴い、より高精細画像が得られやすい薄層均一現像が望まれ、現像剤の搬送規制量の低減と均一化が要求されている。その実現策としてドクターブレ−ドと現像ロール間のギャップ（以降、ドクターギャップと記す）の狭化および高精度化が進められた。

ここで、現像ロール上に形成される磁気ブラシは、磁力線に沿って形成されるため、磁極対向部では現像ロールの法線方向に起立した疎な状態で、磁極間では現像ロールの外周面に沿って寝ている密な状態にある。そのため磁極間で磁気ブラシの穂切りを行った場合は、高密度状態の現像剤を規制するためドクターギャップ変動の搬送現像量への影響が大きく、ドクターギャップの調整精度には高精度が求められる。

一方、ドクターブレードを磁極に対向させるように配置した場合には、磁気ブラシは現像ロールの法線方向に起立した疎な状態で穂切りされるため、ドクターギャップを比較的広く設定しても、搬送現像量を低減できる特徴がある。ドクターギャップを広く設定することで、ギャップ調整誤差の現像剤搬送量への影響を少なくでき、より安定に薄層均一現像が実現できる方法として提案されていた。（例えば、特許文献１、特許文献２）以降、このドクターブレードを磁極に対向させるように配置した現像方法を極上穂切現像と記す。

しかしながら、極上穂切現像は現像ロールの法線方向に起立した疎な状態で現像剤搬送量を規制するため、起立した状態の現像剤均一性を確保することが難しく、ドクターブレード部の磁極分布を幅広型にするなどの工夫が成されて来た。特に、高速印刷プロセス（例えば、プロセス速度３００ｍｍ／ｓ以上）では現像剤の高速搬送が必要となり、均一搬送との両立が困難となり、印刷濃度ムラなどの画質低下を招いていた。また、キャリアの小粒径化などで、流動性が低い現像剤を使用した際には、ドクターギャップでの現像剤の詰まり等を生じやすいという課題が生じることもある。

特開昭５３−７７５３０号

特開昭６３−２４２６８号

本発明の目的は、比較的広いドクターギャップでも現像剤の搬送量を少なく規制できる極上穂切現像を、印刷速度が速い印刷装置で多用される噴水型現像機に使用した場合でも、現像剤規制量の均一化が図り、現像剤搬送量の不均一に起因する印刷濃度ムラなどの画質低下を防止することである。

回転可能に支持された像担持体に現像剤を供給搬送する複数個の現像ロールを有し、前記複数個の現像ロールのうち少なくとも一対は、前記像担持体の回転方向と逆方向および同方向に回転する現像ロールを隣接し、前記一対の現像ロールの磁石を対向するように配置させ、該配置における磁石の組を対向磁極とし、前記一対の現像ロール間には現像剤の搬送量を規制する両刃部を有した規制部材を備え、前記両刃部を前記対向磁極に対向させるように配置した二成分現像剤方式の現像装置において、前記対向磁極の極性を異極性にして、前記規制部材は、磁性体で且つ前記両刃部を含む部位である第１の部位と、非磁性体で且つ前記第１の部位に比べて前記像担持体から遠くに位置する第２の部位と、非磁性体で且つ前記第１および第２の部位に比べて前記像担持体側に位置する第３の部位とからなる。

順回転現像ロールと逆回転現像ロールを備えた現像装置において、ドクターギャップ部での磁力を安定化させ、ドクターブレード部での現像剤の安定搬送を実現することができる。そのため高い印刷密度が要求されるフルカラー画像形成装置や印刷速度が速い画像形成装置でも、ドクターギャップ部の現像剤の搬送量バラツキによる画像濃度ムラなどの印刷不良を防止することが出来る。

本発明の実施例について説明する。隣接する順方向現像ロールと逆方向現像ロールのドクターブレード部の磁極極性を異極に配置することで、対向する磁極間で磁力の受け渡しが行われ、ドクターブレード部では安定磁場が形成される。その結果、ドクターギャップ部の現像剤状態（現像ロールの法線方向に起立した状態）が安定に保持され、その状態で穂切される事で現像剤の規制量も均一化される。逆に、この極上穂切現像でドクターブレード部で対向する２つの磁極を同極性とした場合では、対向する磁極が反発極でるため、ドクターブレード部の磁場は不安定となる。その結果、ドクターブレード間の磁力線は不安定と成り、ドクターギャップ部の現像剤状態は、順回転現像ロールや逆回転現像ロールの回転偏芯等で容易に変化し、現像剤の規制量も不均一となり、画像濃度ムラを生じる易くなる。

更に、ドクターブレードと現像ロール間の磁場をより安定化させるためには、隣接する２本の現像ロールと対向するドクターブレードの一部を磁性体とする事で成される。

これはドクターブレードの一部を磁性体とすることで、該磁性体と対向する現像ロールの磁極間に磁場が形成され、ドクターギャップ間に磁場の集中が成される為である。

以下、図面を用いて説明する。

本発明の一実施例を図１および図２を用いて説明する。図１は本発明の現像装置の模式図であり、図２は図１で用いた噴水型現像機のドクターブレードによる現像剤規制部付近の拡大図である。

図１において、現像装置１０２は、逆回転現像ロ−ル１と順回転現像ロール２が感光体１０１と呼ばれる像担持体に対向して設置された構成である。図中の矢印Aで示した感光体１０１の回転に対して、逆回転現像ロール１は矢印Ｅで示した方向に回転し、順回転現像ロール２は感光体１０１の回転に対して順方向に矢印Ｆで示した方向に回転する。なお本実施例では、像担持体としてドラム状の感光体を用いているが、これは例えば、特定の軌道上を周回する感光体ベルトのような構成であっても良い。

現像装置１０２においては、逆回転現像ロ−ル１と順回転現像ロール２の間にドクターブレ−ド３と呼ばれる規制部材が配置されている。現像剤４と呼ばれる像可視化剤は、プラス帯電性の磁性キャリアとマイナス帯電性の非磁性トナーと呼ばれる感光体１０１上に可視像を形成する粉体とで構成され、全重量の２〜１０％の重量比でトナーが混合されている。印刷動作によって、現像剤４中のトナーのみが消費されるため、現像装置１０２内にある現像剤中のトナー重量比が低減する。このため現像装置１０２では、トナー貯留供給装置９から現像装置１０２の内部に供給されたトナー５を現像剤４と混合攪拌する混合攪拌部材７，８が設置されている。混合攪拌部材７，８は螺旋状のスクリュー形態となっており、図中矢印のＣ，Ｄの方向に回転することによって現像剤４を攪拌混合する。混合攪拌部材７は感体１０１と逆方向、混合攪拌部材８は感光体１０１と同方向に回転する。また、現像剤４中のトナーは混合攪拌部材７，８で搬送攪拌されることによって、現像在中のキャリアと摩擦帯電し、所定の値に帯電する。本実施例では、このトナーの帯電量は―１０μＣ／ｇ〜―３０μＣ／ｇである。

このように、所定の帯電量に帯電したトナーを含有した現像剤４は、さらに搬送部材６が矢印Ｂの方向に回転することによって、搬送部材６の上側を図中、右から左に搬送され、順回転現像ローラ２の近傍に導かれる。搬送部材６の回転方向は、感光体１０１と逆方向である。この時、逆回転現像ロール１と順回転現像ロール２は図２に示すように内部にＮ極とＳ極を交互に着磁したマグネット２０、２１が固定して設置されており、逆回転現像ロール１と順回転現像ロール２の外周部には回転可能なスリーブ２２、２３を具備している。このため順回転現像ロール２の近傍にある現像剤４はマグネット２１の磁力によってスリーブ２３の回転に伴って、ドクターブレード３まで搬送される。

その後、現像剤４はドクターブレード３の先端部で分流し、隣接する逆回転現像ロール１と順回転現像ロール２に分割された後、両現像ロールとドクターブレード３とで形成されるドクターギャップを通過するが、このとき現像剤４はドクターブレード３での通過量規制によって所定量に規制され、それぞれの現像ロールの現像部に導かれる。ここで、ドクターブレ−ド３は両端が刃状の非磁性材料（SUS材）からなり、図２に示すように、逆回転現像ロ−ル１と順回転現像ロール２上にある現像剤４の通過量を所定値に規制するため、規制位置で、逆回転現像ロ−ル１との最小間隙長Ｇ１、順回転現像ロ−ル２との最小間隙長Ｇ２となるように設定されている。

画像形成装置の模式図を図８に示す。感光体１０１は、帯電器１０３によって表面が帯電され、帯電された感光体１０１の表面は、画像データに応じて露光装置１０４により静電潜像が形成される。現像部へ導かれた現像剤４は感光体１０１の表面を摺擦し、感光体１０１の表面上に形成された静電潜像に対応したトナー像を形成する。その後、感光体１０１上の可視トナー画像は転写器１０５により用紙１０６に転写された後、図示しない定着装置により用紙１０６上に固着される。感光体１０１上の電荷は、イレーズランプ１０７によって消去され、用紙１０６に転写されなかった残留トナーは清掃器１０８によって清掃されることになる。なお、帯電器１０３は、コロナ方式やローラ方式の帯電器を用いることができる。露光装置１０４は、光走査式やＬＥＤ方式の露光装置を用いることができる。転写器１０５は、コロナ方式やローラ方式の転写器を用いることができる。用紙１０６は、連続紙やカット紙を用いることができる。清掃器１０８は、ブラシやブレードを用いることができる。定着装置は加熱手段と加圧手段を備えており、加熱手段，加圧手段としてはローラ形式もしくはベルト形式のいずれを用いても良い。なお、図８に示した構成を複数色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）タンデムに並べて構成されたフルカラー画像形成装置にも、本発明を適用できる。

以上のような一連の印刷動作において、現像装置１０２が所定の現像性能を得るためには、ドクターブレ−ド３における現像剤４の通過量規制が安定して行われることが重要であり、この方法を、図２を用いて説明する。

本実施例では、現像剤４の規制部材であるドクターブレード３は、逆回転現像ロール１の磁極Ｎ２（ピーク磁力：約４００ガウス）に対向すると共に、順回転現像ロール２の磁極Ｓ１（ピーク磁力：約４００ガウス）とも対向するように設置されている。

以上のようなドクターブレ−ド３による現像剤規制位置を逆回転現像ロール１と順回転現像ロール２の磁極位置に設置し、且つ対向する現像ロールの磁極極性を異なる極性とした現像装置１０２を高速印刷装置（プロセス速度：５００ｍｍ／ｓｅｃ）に搭載し、高印刷密度の印刷パターンにて連続印刷実験を行い、現像特性について検討した結果を次に述べる。

印刷実験時の各設定条件は以下の通りである。
（設定条件）
感光体１０１： OPCドラム（外径：φ１００ｍｍ）、周速５００ｍｍ／ｓｅｃ
現像スリーブ２２，２３：外径φ４０ｍｍ、周速６００ｍｍ／ｓｅｃ
ドクターギャップＧ1：０．６ｍｍ
ドクターギャップＧ２：０．６ｍｍ
現像ギャップＧ３：０．５ｍｍ
現像ギャップＧ４：０．５ｍｍ
現像剤４：キャリア平均粒径：６０μｍ、トナー平均粒径：７μｍ、トナー混合比２．５wt%（黒トナー）
印刷パターン：１インチ角ベタパッチ（印刷密度：８０％）、５０％ハーフトーン（印刷密度：５０％）
上記印刷条件にて、３０００頁の連続印刷実験を行った際のベタ印刷（印刷密度１００％）と５０％ハーフトーン印刷の画像濃度の測定結果を図３に示す。画像濃度はベタ画像で平均Ｏ．Ｄ．１．２（濃度変動ΔＯ．Ｄ．は０．１以下）、５０％ハーフトーン画像で平均Ｏ．Ｄ．０．８（濃度変動ΔＯ．Ｄ．は０．０８以下）と良好であった。また、３０００頁の連続印刷においても現像剤４の目詰まりも無かった。

図４はドクターブレード３０の一部に鉄材の磁性体３１を設け、実施例１と同様に逆回転現像ロール１の磁極Ｎ２（ピーク磁力：約４００ガウス）に対向すると共に、順回転現像ロール２の磁極Ｓ１（ピーク磁力：約４００ガウス）とも対向するように設置した現像装置の模式図である。本実施例で用いたドクターブレード３０は母材は非磁性体であるＳＵＳを使用しているが、両端のドクターギャップに位置する部分には磁性体３１を埋め込んでいる。

この現像装置を実施例１と同様の高速印刷装置に搭載し、同様の印刷条件で連続印刷実験を行った際のベタ印刷（印刷密度１００％）と５０％ハーフトーン印刷の画像濃度の測定結果を図５に示す。画像濃度はベタ画像で平均Ｏ．Ｄ．１．２（濃度変動ΔＯ．Ｄ．は０．０８以下）、５０％ハーフトーン画像で平均Ｏ．Ｄ．０．８（濃度変動ΔＯ．Ｄ．は０．０６以下）と更に良好な結果が得られた。また、３０００頁の連続印刷においても現像剤４の目詰まりも無く、安定な現像剤搬送が得られている事を確認した。

図６はドクターブレード４０が中央に鉄の磁性体４１を設置し、その両側を非磁性体で挟み込む形状となっており、実施例１と同様に逆回転現像ロール１の磁極Ｎ２（ピーク磁力：約３００ガウス）に対向すると共に、順回転現像ロール２の磁極Ｓ１（ピーク磁力：約３００ガウス）とも対向するように設置した現像装置の模式図である。

本構成のドクターブレード４０は実施例２で使用したドクターブレード３０に比べより単純な構造であり、加工し易い構造となっている。

この現像装置を実施例１と同様の高速印刷装置に搭載し、同様の印刷条件で連続印刷実験を行った際のベタ印刷（印刷密度１００％）と５０％ハーフトーン印刷の画像濃度の測定結果を図７に示す。画像濃度はベタ画像で平均Ｏ．Ｄ．１．２（濃度変動ΔＯ．Ｄ．は０．０８以下）、５０％ハーフトーン画像で平均Ｏ．Ｄ．０．８（濃度変動ΔＯ．Ｄ．は０．０６以下）と良好な結果が得られた。また、３０００頁の連続印刷においても現像剤４の目詰まりも無く、安定な現像剤搬送が得られている事を確認した。

本実施例によれば、順回転現像ロールと逆回転現像ロールを用いた噴水型現像機に設置されたドクターブレードが隣接する現像ロールの磁極に対向すると共に、両現像ロールの対向磁極が異なる極性に設定することで、ドクターブレード部の対向する現像ロールの磁極間で磁力受渡しが行われる為、順回転現像ロールと逆回転現像ロールのドクターギャップ部での磁力が安定化し、ドクターブレード部での現像剤の安定搬送が実現できる。そのため高い印刷密度が要求されるフルカラー画像形成装置や印刷速度が速い画像形成装置でも、ドクターギャップ部の現像剤の搬送量バラツキによる画像濃度ムラなどの印刷不良を防止することが出来る。
一方、噴水型現像機に設置されたドクターブレードが隣接する現像ロールの磁極に対向すると共に、両現像ロールの対向磁極を同極性に設定した場合は、ドクターブレード部の対向する現像ロールの磁極間で磁力反発が生じるため、ドクターギャップ間の磁界は広がる様に分布する。そのためドクターギャップ部にかかる磁力は変動し易く、両現像ロールの回転偏芯や回転速度変動によりドクターギャップ部での現像剤の穂立ち状態が変化しやすくなる。その結果、現像剤のドクターギャップ部の搬送性を変動させ、その結果、画像濃淡ムラ等の印刷不良を発生しやすくなる。特に現像剤に小粒径キャリアを用いた場合には、その流動性は環境等の影響を大きく受ける為、時にはドクタブレード部における現像剤の詰まり不良を生じる場合がある。

また、ドクターブレードの一部に磁性体材料を設ける事で、該磁性体材料部での磁場の集中が起こり、ドクターギャップ部における更なる磁力の安定化が図れ、その結果、ドクターブレードと現像ロール間での現像剤規制量の更なる安定化を実現できる。

ドクターブレード全体を磁性体とした場合には、ドクターギャップ部以外の部分にも磁界が発生するため、ドクターギャップ部の磁力アップとは成るが、磁力の収束の効果は少なく、ドクターギャップ部での現像剤の安定搬送の効果は少ない。

本発明の一実施例である現像装置の模式図である。 ドクターブレ−ド付近の模式図である。 実施例１の現像条件で印刷した印刷画像の画像濃度測定結果を示したグラフである。 実施例２のドクターブレ−ド付近の模式図である。 実施例２の現像条件で印刷した印刷画像の画像濃度測定結果を示したグラフである。 実施例３のドクターブレ−ド付近の模式図である。 実施例３の現像条件で印刷した印刷画像の画像濃度測定結果を示したグラフである。 本発明の現像装置を適用する画像形成装置の模式図である。

符号の説明

１…逆回転現像ローラ、２…順回転現像ローラ、３…ドクターブレード、４…現像剤、６…搬送部材、７…混合攪拌部材、８…混合攪拌部材、３０…ドクターブレード、３１…磁性体、４０…ドクターブレード、４１…磁性体、１０１…感光体、１０２…現像装置。

Claims (5)

1. 回転可能に支持された像担持体に現像剤を供給搬送する複数個の現像ロールを有し、前記複数個の現像ロールのうち少なくとも一対は、前記像担持体の回転方向と逆方向および同方向に回転する現像ロールを隣接し、前記一対の現像ロールの磁石を対向するように配置させ、該配置における磁石の組を対向磁極とし、前記一対の現像ロール間には現像剤の搬送量を規制する両刃部を有した規制部材を備え、前記両刃部を前記対向磁極に対向させるように配置した二成分現像剤方式の現像装置において、
   前記対向磁極の極性を異極性にして、前記規制部材は、磁性体で且つ前記両刃部を含む部位である第１の部位と、非磁性体で且つ前記第１の部位に比べて前記像担持体から遠くに位置する第２の部位と、非磁性体で且つ前記第１および第２の部位に比べて前記像担持体側に位置する第３の部位とからなることを特徴とする現像装置。
2. 前記二成分現像剤は非磁性体のトナーと磁性体のキャリアとから構成され、混合されている前記トナーの重量比は、全重量の２〜１０％であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記二成分現像剤は非磁性体のトナーと磁性体のキャリアとから構成され、前記トナーの帯電量は−１０μＣ／ｇ〜−３０μＣ／ｇであることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の現像装置と、像担持体と、前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記像担持体の表面に画像データに応じて露光を行う露光手段と、トナー像を用紙に転写する転写手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載された画像形成装置において、プロセス速度が３００ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする画像形成装置。

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