JP4977519B2 - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いる現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアと非磁性トナーとを有する２成分現像剤を用いて、現像ローラ上にトナーを保持させて静電潜像を現像するようにした現像装置及びそれを備えた画像形成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、感光体上のトナー像は用紙に転写され、用紙上のトナー像は定着装置によって定着される。このような画像形成装置に用いられる現像装置において、キャリアとトナーを有する２成分現像剤で形成した磁気ブラシを、内蔵した磁極により磁気ローラに保持し、この磁気ブラシで現像ローラ上にトナー薄層を形成し、現像ローラ上に保持されたトナーで感光体上に形成した静電潜像を非接触で現像するものがある。

ところで、上述のような現像装置では、感光体上の静電潜像を現像した際、現像ローラ上ではトナーが消費されて無くなった領域とトナーが消費されずに残った領域とが発生して、次回の現像の際に現像に差が生じて、形成される画像にトナーの濃淡があらわれ、前に形成された画像の履歴が現れてしまう（現像履歴現象）。そこで通常、現像後の現像ローラ上の残トナーは、一旦、磁気ブラシにより剥がされ、その後、再度現像ローラ上にトナー薄層が形成されるようにする。しかし、磁気ブラシの拘束力が弱ければ、現像ローラ上の残トナーは、磁気ブラシにより機械的に完全に引き剥がされないことになり、現像履歴現象が残る。

このような不具合を防止するため、特許文献１では、磁気ローラ内のローラ軸に磁極部材を支持し、現像ローラ内のローラ軸にも、ローラ軸の軸線と垂直な面において矩形形状である磁極部材を支持して、現像ローラと磁気ローラとの最近接位置において、それぞれの磁極部材を互いに極性が異なるように対向させている。このようにして、磁気ローラ上に形成した磁気ブラシの拘束力を強くして、現像ローラ上に残ったトナーを磁気ブラシにより剥ぎ取り、磁気ローラ側に回収するようにして、現像履歴現象を防止する現像装置が提案されている。

しかしながら上述した特許文献では、磁気ローラの回転方向上流側において現像剤が滞留しやすくなり、キャリアも併せて現像ローラに搬送されオーバーフローが生ずる。図６に基づいて具体的に述べる。

図６は、磁気ブラシの形成及び現像剤の搬送について説明する模式図である。図６に示すように、現像ローラ２０側の磁極部材ＭＳと磁気ローラ２１側の磁極部材ＭＮ１は、現像ローラ２０と磁気ローラ２１との最接近位置において、対向するように支持され、対向する位置において、磁極部材ＭＳはＳ極で、磁極部材ＭＮ１はＮ極で、両者の間で吸引する磁力線が発生する。また現像ローラ２０のスリーブ２０ｂと、磁気ローラ２１のスリーブ２１ｂは、周方向において同じ方向に回転駆動され、スリーブ２０ｂとスリーブ２１ｂは対向位置において、反対方向に回転駆動される。なお、図６の○がキャリアを示し、●はトナーを示す。

磁極部材ＭＳは、ローラ軸の軸線と垂直な面（以下、「断面」という）において矩形形状であり、磁極部材ＭＮ１は断面が扇形形状であるので、両磁極部材ＭＳ、ＭＮ１の磁力のピーク（破線で図示）を結ぶ位置を中心としてその両側に磁極部材ＭＳの端部ＥＳ及び磁極部材ＭＮ１の端部ＥＮの幅で磁力線が広がる。この磁力線に応じてキャリアにより形成される磁気ブラシは、現像ローラ２０側では磁極部材ＭＳの端部ＥＳに相当する広がりをもち、磁気ローラ２１側では磁極部材ＭＮ１の端部ＥＮに相当する広がりをもち、スリーブ２０ｂ及び２１ｂ間で、図６に示すように形成される。従って、磁気ブラシは、トナー供給領域Ａ３（二点鎖線で図示）において壁のような役割を果たし得るものとなり、スリーブ２１ｂ上を搬送されてきた現像剤は現像ローラ２０と磁気ローラ２１との間の最近接位置に引き込まれ難く、トナー供給領域Ａ３において現像剤が滞留しやすくなる。これにより、トナー供給領域Ａ３から、キャリアも併せて現像ローラ２０に搬送されオーバーフローが生ずる。一方、現像後のトナー回収領域Ａ４（二点鎖線で図示）をみると、磁力線は、端部ＥＳ及び端部ＥＮ間で広がりをもち、集中しておらず、形成される磁気ブラシの拘束力は強くなっていない。そうすると、強固に静電的に現像ローラ２０に付着したトナーは、完全に引き剥がされない場合がある。そして、そのままトナー供給領域Ａ３でトナーの供給を受けると、トナーの層厚が増し、またはトナー帯電量の差により、現像履歴現象が発生するおそれがある。
特開２００５−２７４９２４号公報（段落［００２１］、［００２２］、図１）

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、適切に磁気ブラシを形成することにより、現像剤の滞留及びオーバーフローを防止しつつ、現像ローラ上のトナーを確実に引き剥がし、現像履歴現象の生じない現像装置を提供することを目的とする。更に、この現像装置を用いることにより、形成される画像品質が良好かつ安定している画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、キャリア及びトナーを有する２成分現像剤が用いられ、像担持体に対向して配置され前記像担持体に前記トナーを供給する現像ローラと、前記２成分現像剤を保持して前記現像ローラに前記トナーを供給する磁気ローラとを備え、前記現像ローラ及び前記磁気ローラのスリーブは周方向において同一の方向に回転駆動され、磁極部材が前記現像ローラ及び前記磁気ローラの前記スリーブ内のローラ軸にそれぞれ設けられており、それぞれの前記磁極部材は一端が互いに極性が異なるように対向して配置され他端が前記ローラ軸に支持された現像装置において、前記現像ローラの前記磁極部材は、前記ローラ軸の軸線と垂直な面において前記一端部が前記他端部より短い形状であることを特徴としている。

この構成によると、ローラ軸の軸線と垂直な面において、現像ローラの磁極部材の一端部が短いので、磁気ローラの磁極部材と現像ローラの磁極部材との間に吸引される磁力線が現像ローラの磁極部材に集中して磁気ブラシの幅が小さくなり、また磁気ブラシの拘束力が強くなる。

また、本発明は、上記の構成の現像装置において、それぞれの前記磁極部材は、前記現像ローラと前記磁気ローラとの最接近位置において対向することを特徴としている。この構成によると、磁気ローラの磁極部材と現像ローラの磁極部材との間で吸引される磁力が強くなる。

本発明によると、現像ローラと磁気ローラのそれぞれの磁極部材は、一端が互いに極性が異なるように対向して配置され、他端がローラ軸に支持されていて、現像ローラの磁極部材の一端部が他端部より短い形状であるので、磁気ローラの磁極部材と現像ローラの磁極部材間で吸引される磁力線が現像ローラの磁極部材に集中して磁気ブラシの幅が小さくなり、磁気ローラのスリーブの回転方向上流側にトナーが滞留することがなくなりオーバーフローは生じない。また現像ローラの磁極部材の磁力線が集中して磁気ブラシの拘束力が強くなり、磁気ブラシが現像後に静電的に現像ローラに付着したトナーを確実に引き剥がすことができ、現像履歴現象の発生が防止される。

また、本発明によると、現像ローラと磁気ローラの互いに対向する磁極部材が最も接近する位置にあるので、磁気ローラの磁極部材と現像ローラの磁極部材間で吸引される磁力が強くなる。従って、磁気ブラシの拘束力が強くなり、磁気ブラシが現像後に静電的に現像ローラに付着したトナーを一層確実に引き剥がすことができ、現像履歴現象の発生が防止される。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。本発明の実施形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の画像形成装置１の全体構成を示す概略図である。回転自在である感光体１１ａ〜１１ｄは、感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や有機感光体（ＯＰＣ感光体）が用いられ、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）及びマゼンタ（Ｍ）の各色に対応し、各感光体１１ａ〜１１ｄの周囲に、現像装置２ａ〜２ｄ、光学露光器１２ａ〜１２ｄ、帯電器１３ａ〜１３ｄ及び除電器１４ａ〜１４ｄが配置される。現像装置２ａ〜２ｄは現像ローラと各色のトナーの収容容器とを有する。露光ユニット１２は、パーソナルコンピュータ等から画像入力部（図示せず）に入力された原稿画像データに基づいて、光学露光器１２ａ〜１２ｄから感光体１１ａ〜１１ｄ上にレーザビームを照射する。

中間転写ベルト１７がテンションローラ６、駆動ローラ２５及び従動ローラ２７に張架されており、中間転写ベルト１７に接触するように各感光体１１ａ〜１１ｄが中間転写ベルト１７の搬送方向（図１中矢印方向）に沿って上流側から隣り合うように対向して配列されている。各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄは、中間転写ベルト１７を挟んで各感光体１１ａ〜１１ｄと対向して中間転写ベルト１７に接触するよう配置されている。また、２次転写ローラ３４は、中間転写ベルト１７を挟んで駆動ローラ２５と対向して中間転写ベルト１７に接触するよう配置されている。また、クリーニングローラ３１は、中間転写ベルト１７を挟んで従動ローラ２７と対向して中間転写ベルト１７に接触するよう配置されている。

また、中間転写ベルト１７は、基材である弾性ベルトと、その表面に設けられたフッ素樹脂層と、弾性ベルトを挟んでフッ素樹脂層と反対側に設けられた補強用樹脂層とを有し、この補強用樹脂層により弾性ベルトの伸縮による転写ずれを有効に防止している。これに限らず中間転写ベルト１７は、樹脂フィルム単層構造であってもよい。また、１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄおよび２次転写ローラ３４は発泡ＥＰＤＭ等の導電性ゴムから形成されている。また、クリーニングローラ３１はローラの替わりにクリーニングブレードやクリーニングブラシ等を使用してもよい。

画像形成開始操作がされると、各感光体１１ａ〜１１ｄは図１中反時計周りに回転し、各帯電器１３ａ〜１３ｄが各感光体１１ａ〜１１ｄ表面を一様に帯電し、次いで各光学露光器１２ａ〜１２ｄが画像データに基づき各感光体１１ａ〜１１ｄ表面に光を照射し、各感光体１１ａ〜１１ｄ表面に静電潜像が形成される。次いで各現像装置２ａ〜２ｄが有する現像ローラに印加された現像バイアス電圧により、各感光体１１ａ〜１１ｄ表面に形成された静電潜像に各色トナーが付着し、トナー像が形成される。

各感光体１１ａ〜１１ｄ表面に形成された各色のトナー像は、１次転写バイアス電位（トナーの帯電極性と逆極性）を印加された１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄにより、図１中矢印方向に搬送されている中間転写ベルト１７に順次１次転写されて色重ねされ、中間転写ベルト１７上にフルカラーのトナー像が形成される。

用紙搬送部３３は、給紙カセット３２に積載された用紙Ｐを１枚ずつ繰り出し、搬送ローラ３３ａ、３３ｂ、レジストローラ３３ｃ、３３ｄが用紙Ｐを中間転写ベルト１７と２次転写ローラ３４の間に搬送する。そして、２次転写バイアス電位（トナーの帯電極性と逆極性）が印加された２次転写ローラ３４により、中間転写ベルト１７上に形成されたフルカラーのトナー像が用紙Ｐに２次転写される。

フルカラーのトナー像が転写された用紙Ｐは、定着器１８に搬送され、定着ローラにより加熱および加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、フルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｐは、その後排出ローラ１９ａ、１９ｂによって装置本体外に排出される。

各感光体１１ａ〜１１ｄから中間転写ベルト１７に１次転写されずに残ったトナーがクリーニング装置によって除去されると共に、除電器１４ａ〜１４ｄが感光体１１ａ〜１１ｄ表面に残った電荷を除電する。また、中間転写ベルト１７から用紙Ｐに２次転写されずに残ったトナーは、クリーニングバイアス電位（トナーの帯電極性と逆極性）が印加されたクリーニングローラ３１により除去され、次の画像形成に備えられる。

図２は、上述の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す側面断面図である。なお、以下の説明では、図１の感光体１１ａと相対する現像装置２ａの構成及び動作について説明するが、現像装置２ｂ〜２ｄの構成及び動作については同様であり説明を省略する。

図２に示すように、現像装置２ａは、主として現像ローラ２０、磁気ローラ２１、枠体２２、撹拌ローラ２３ａ、２３ｂ及び穂切りブレード２４等により構成されている。

感光体１１ａに対向し、一定の隙間を設けて現像ローラ２０が配される。そして図２における右斜め下方に現像ローラ２０に対向し、一定の隙間を設けて磁気ローラ２１が配され、撹拌ローラ２３ａ及び２３ｂが磁気ローラ２１の下方に設けられる。また、穂切りブレード２４は図２における磁気ローラ２１の左方に設けられる。そして、これらの現像ローラ２０、磁気ローラ２１、撹拌ローラ２３ａ、２３ｂ、及び穂切りブレード２４は、枠体２２に保持される。

磁気ローラ２１は、現像ローラ２０にトナーの供給を行うために、磁気ローラ２１の外周面上に、撹拌ローラ２３により撹拌された主として磁性体のキャリアとトナーからなる現像剤を保持する。具体的には、撹拌ローラ２３ａの上方の位置で磁気ローラ２１に現像剤が供給される。そして、磁気ローラ２１は、磁気ブラシを形成し、現像ローラ２０にトナーを供給し、現像ローラ２０でトナーの薄層が形成される。この点は、後に詳述する。

撹拌ローラ２３は、撹拌ローラ２３ａと２３ｂの２本で構成されており、現像剤を撹拌して現像剤中のトナーを所定のレベルに帯電させる。これによりトナーは、キャリアに保持される。また、穂きりブレード２４は、磁気ローラ２１上に形成される磁気ブラシの層規制を行うためのものであり、磁気ブラシを所定の高さに調節する。

次に図３に基づき、本発明の実施形態における現像ローラ２０及び磁気ローラ２１の具体的な構成について述べる。

図３は、本発明の実施形態に係る現像ローラ２０及び磁気ローラ２１の構成を示す分解斜視図である。図３（ａ）が現像ローラ２０を、図３（ｂ）が磁気ローラ２１を示す。尚、磁極部材Ｍの詳細な構成については後述するので、図４では磁極部材Ｍを簡略化して示す。

図３（ａ）に示すように、現像ローラ２０は、ローラ軸２０ａ、スリーブ２０ｂ、キャップ２０ｃと、軸線方向に長く形成された磁極部材Ｍとで構成されている。磁極部材Ｍは、接着等によりローラ軸２０ａに固着される。またローラ軸２０ａは、スリーブ２０ｂ内に挿通される。スリーブ２０ｂの両端に、それぞれ円形のキャップ２０ｃが嵌入され、ローラ軸２０ａは、そのキャップ２０ｃから突出する。そして、このように組み立てられた際、磁極部材Ｍとスリーブ２０ｂの間には所定の隙間が設けられる。

現像ローラ２０のローラ軸２０ａが枠体２２に支持された場合、ローラ軸２０ａは、支持手段（不図示）により回転不能に支持され、併せて、磁極部材Ｍは周方向の所定の角度で回転不能に支持される。一方、スリーブ２０ｂとキャップ２０ｃは、一体で回転可能となっており、図示しない駆動機構により回転駆動される。ローラ軸２０ａ、スリーブ２０ｂ及びキャップ２０ｃは、例えばアルミニウム製のものを本実施形態で用いることができる。

そして、これらの部材からなる現像ローラ２０は、感光体１１ａに対向するように配置され、現像ローラ２０と感光体１１ａの間に、所定のギャップが設けられる（図２参照）。

一方、図３（ｂ）に示すように、磁気ローラ２１は、ローラ軸２１ａ、スリーブ２１ｂ、キャップ２１ｃと、断面で扇形に形成された磁極部材Ｍとで構成されている。

ローラ軸２１ａは、スリーブ２１ｂ内に挿通されるとともに、そのローラ軸２１ａには磁極部材Ｍが接着等により固着される。またスリーブ２１ｂの両端に、それぞれ円形のキャップ２１ｃが嵌入され、ローラ軸２１ａはそのキャップ２１ｃから突出する。そして、このように組み立てられた際、磁極部材Ｍとスリーブ２１ｂの間には所定の隙間が設けられる。

磁気ローラ２１のローラ軸２１ａが枠体２２に支持された場合、ローラ軸２１ａは支持部材（不図示）により回転不能に支持され、磁極部材Ｍは周方向の所定の角度で回転不能に支持される。一方、スリーブ２１ｂとキャップ２１ｃは、一体で回転可能となっており、図示しない駆動機構により回転駆動される。ローラ軸２１ａ、スリーブ２１ｂ及びキャップ２１ｃは、例えばアルミニウム製のものを本実施形態で用いることができる。

これらの部材からなる磁気ローラ２１は、現像ローラ２０との間に一定の隙間が設けられつつ対向するように、かつ、撹拌ローラ２３ａの上部に配置される（図３参照）。尚、トナーを現像ローラ２０にもれなく供給し、かつ引き剥がすため、磁気ローラ２１のスリーブ２１ｂは、現像ローラ２０のスリーブ２０ｂよりも軸線方向に長く形成される場合がある。

次に、図４に基づき、本発明の実施形態における磁極部材Ｍの具体例について述べる。図４は、本発明の実施形態に係る磁極部材Ｍの配置及び形状を説明するための断面図である。尚、図４では、磁極部材ＭＳ及びＭＮ１の磁力の方向及びピークのラインを破線により示す。また、各ローラの回転方向を矢印にて示す。

現像ローラ２０内の磁極部材ＭＳと磁気ローラ２１の磁極部材ＭＮ１は、互いに対向するように配置されている。これらの磁極部材Ｍは、その対向する位置で極性が異なるように配置される。具体的には対向する位置において、磁極部材ＭＳはＳ極となるようにし、磁極部材ＭＮ１はＮ極となるようにして、磁極部材ＭＳと磁極部材ＭＮ１は支持される。尚、磁極部材ＭＳをＮ極とし、磁極部材ＭＮ１をＳ極として対向させることも可能である。

更に、図４を正面視時計回りの方向にみて、磁極部材ＭＮ１の隣に磁極部材ＭＳ１が、その隣に磁極部材ＭＮ２が、更にその隣に磁極部材ＭＳ２が設けられる。そして、一定の間隔を開けて磁極部材ＭＳ３が、その隣に磁極部材ＭＮ３、その隣に磁極部材ＭＳ４が設けられる。各磁極部材Ｍのスリーブ２１ｂ方向側における磁極は、磁極部材ＭＮ１、ＭＮ２、ＭＮ３がＮ極、磁極部材ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４がＳ極となっていて、磁極部材Ｍは、原則交互になるように支持される。

この様に現像ローラ２０と磁気ローラ２１の対向位置で、磁極部材ＭＳ及びＭＮ１は、異極が向かい合うようにすれば、Ｎ極から出る磁力線がＳ極に吸引され磁力が合成されるから、磁気ブラシが形成されやすくなる。

図４に示すように、現像ローラ２０内に１つ設けられる磁極部材ＭＳは、磁極部材ＭＮ１に対向する端部Ｅが短く、ローラ軸２０ａに固設する他端部が長い、断面で台形型の形状である。磁極部材ＭＳの断面の形状は、端部Ｅの幅が短ければ良く、他端部がローラ軸２０ａに沿うように円弧上でも良く、また端部Ｅと他端部を直線または曲線により繋いでも良い。つまり、磁極部材ＭＮ１から出る磁力線をその周りに拡散させることがなく磁極部材ＭＳの端部Ｅに集中させる形状であればよい。そして、磁極部材ＭＳは、磁極であればよいが、例えば複雑な形状にでも成形できるプラスチックマグネットを用いると、製造が容易になる。

一方、現像ローラ２０に対向する磁気ローラ２１の内部に設けられる磁極部材Ｍは、７つあり、断面が全て略扇型の形状である。尚、矩形の断面の磁極を用いることも可能である。そして、これらの磁極部材Ｍは、磁極であればよいが、例えば複雑な形状にでも成形できるプラスチックマグネットを用いると、製造が容易になる。

磁気ローラ２１の内部に設けられる磁極部材Ｍの配置については、現像ローラ２０と磁気ローラ２１との最接近位置において、磁極部材ＭＮ１が磁極部材ＭＳに対向するように設けられ、ローラ軸２０ａと２１ａの中心を結ぶ直線上に互いの磁力のピークがあるようにする。なお、磁極部材ＭＳは、ローラ軸２０ａと２１ａの中心を結ぶ直線上よりもスリーブ２０ｂの周方向の回転方向上流側に磁力のピークを傾けて配置することが可能である。また磁極部材ＭＮ１は、ローラ軸２０ａと２１ａの中心を結ぶ直線上よりも磁気ローラ２１のスリーブ２１ｂの回転方向下流側に磁力のピークを傾けて支持されるようにすることが可能である。

ここで、磁極部材ＭＳ及び磁極部材ＭＮ１の傾けるべき好適な角度は、形成される磁気ブラシや、磁極部材Ｍの形状、設けられる磁極部材Ｍの数、配置、種類、磁力等の要因を考慮しなければならないが、磁極部材ＭＳと磁極部材ＭＮ１が対向する関係である必要がある。例えば、磁極部材ＭＳにおける磁力のピークを傾けすぎると、磁極部材ＭＮ１との合成磁力が弱くなり、良好な磁気ブラシが形成されない。また、磁極部材ＭＮ１を傾けすぎれば、磁極部材ＭＮ１に隣接する磁極部材ＭＳ４が、磁極部材ＭＳと対向することになり、反発力が生じ、磁気ブラシの形成自体がなされなくなる。従って、磁極部材ＭＮ１からの磁力線が、磁極部材ＭＳに吸引されるよう対向し、かつ、磁気ブラシが形成される範囲内で傾けることが可能である。

ここで、本実施形態における各磁極部材Ｍのスリーブ２０ｂ及び２１ｂに対向する位置での表面磁束密度のピーク値は、磁極部材ＭＳが４０ｍＴ、磁極部材ＭＮ１が９０ｍＴ、磁極部材ＭＳ１が６０ｍＴ、磁極部材ＭＮ２が６０ｍＴ、磁極部材ＭＳ２が６０ｍＴ、磁極部材ＭＳ３が４０ｍＴ、磁極部材ＭＮ３が４０ｍＴ、及び磁極部材ＭＳ４が６０ｍＴとなっている。また、現像ローラ２０と磁気ローラ２１の対向位置における隙間部分（磁極部材ＭＳと磁極部材ＭＮ１）で合成される表面磁束密度は、１１０ｍＴ程度となっている。尚、各磁極部材Ｍにおける表面磁束密度は適宜設定可能である。

次に、現像ローラ２０にトナーのみの薄層を形成し、静電潜像を現像する方法の具体的な例を述べる。

まず、現像剤には、６．５μｍの粒径（体積平均粒子径）のトナーを用い、また５０μｍの粒径（重量平均粒子径）のキャリアを用い、現像剤中のトナー帯電量を１８μＣ／ｇにしている。感光体１１ａは、その表面の暗電位が３１０Ｖ及び明電位が２０Ｖであり、周速が１８０ｍｍ／ｓｅｃである。現像ローラ２０のスリーブ２０ｂの外径が２０ｍｍで、その厚さが０５．〜０．８ｍｍである。現像ローラ２０のローラ軸２０ａの外径が６ｍｍ、磁極部材ＭＳの断面において端部Ｅが４ｍｍであり、磁極部材ＭＳの断面が台形形状である。磁極部材ＭＳの端部Ｅとスリーブ２０ｂの隙間が０．５〜１ｍｍである。磁気ローラ２１のスリーブ２１ｂは現像ローラ２０のスリーブ２０ｂと３５０μｍ離間している。周速はスリーブ２０ｂが２７０ｍｍ／ｓｅｃ、スリーブ２１ｂが４０５ｍｍ／ｓｅｃである。

撹拌ローラ２３が現像剤を撹拌することで、トナーは帯電される。磁気ローラ２１は、このトナーを磁性体であるキャリアに保持させるとともに、このキャリアによる磁気ブラシを、磁極部材Ｍにより発生させる。尚、磁気ブラシは、穂きりブレード２４により高さが一定に規制される（図３参照）。

ここで、現像ローラ２０には電源（不図示）により１００Ｖの直流電圧がかけら、磁気ローラ２１には３００Ｖの直流電圧がかけられている。現像ローラ２０と磁気ローラ２１の電位差により、トナーのみの薄層が現像ローラ２０に形成される。

現像ローラ２０上に薄層として形成し保持されたトナーは、現像ローラ２０に更に交流電圧を印加することで感光体１１ａに飛翔される。尚、トナーの現像ローラ２０周辺への飛散を防ぐために、交流電圧は現像の直前に印加する。本実施形態では具体的には、現像ローラ２０にはピーク電圧が１．６ｋＶ、周波数が２．７ｋＨｚ、及びデューティ比が２７％である交流電圧を印加して、磁気ローラ２１には現像ローラ２０の交流電圧と同周期で逆位相のピーク電圧が３００Ｖ、周波数が２．７ｋＨｚ、及びデューティ比が７３％である交流電圧を印加している。

現像後の残トナーは、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、現像ローラ２０と磁気ローラ２１間に形成された磁気ブラシにより引き剥がされる。現像ローラ２０と磁気ローラ２１との周速差によるブラシ効果と磁気ブラシにより回収された現像剤を撹拌ローラ２３で攪拌することで、現像剤は入れ替えられる。

現像剤の入れ替えを促進するために、磁気ローラ２１のスリーブ２１ｂの回転速度を現像ローラ２０のスリーブ２０ｂの回転速度に対し、１．５倍に設定している。そして、現像ローラ２０上のトナーを回収すると共に適切なトナー濃度に設定された現像剤を現像ローラ２０に供給することで均一なトナー層を形成することが可能になる。また、均一な画像濃度を維持するためには、現像タイミング以外の時間において現像ローラ２０と磁気ローラ２１間の電位差をなくすことで、トナーに負担をかけず現像ローラ２０上のトナーを磁気ローラ２１に回収することも好ましい。

このようにして、現像ローラ２０の外周表面上にトナーのみの薄層を形成し、このトナーを感光体１１ａに飛翔させることで、感光体１１ａ上の静電潜像が現像される。この場合、磁気ブラシを直接感光体１１ａに当接させるものではないから、いわゆる磁気ブラシによるハケメが感光体１１ａに付くことがなく、形成される画像の品質が向上する。

次に、図５に基づいて磁気ブラシの形成及び現像剤の搬送について述べる。図５は、本発明の実施形態に係る磁気ブラシの形成及び現像剤の搬送を説明するための模式図である。図５の○がキャリアを示し、●はトナーを示し、破線は磁力のピークを示す。

現像ローラ２０側の磁極部材ＭＳと磁気ローラ２１側の磁極部材ＭＮ１は、上述のようにローラ軸２０ａと２０ｂの中心を結ぶ直線上で磁力のピークが対向するように支持される。図５において矢印で示すように、現像ローラ２０のスリーブ２０ｂと、磁気ローラ２１のスリーブ２１ｂは、周方向において同じ方向に回転駆動される。即ち、スリーブ２０ｂとスリーブ２１ｂは対向位置において、反対方向に回転駆動される。

磁極部材ＭＳの端部Ｅの幅が短いことにより、磁気ローラ２１の磁極部材ＭＮ１の磁力線は、現像ローラ２０の磁極部材ＭＳの磁力ピークを中心として、端部Ｅに集中して吸引される。この磁力線に応じてキャリアによる磁気ブラシは、磁気ローラ２１側では磁極部材ＭＮ１の端部に相当する広がりをもっているが、現像ローラ２０側では集中して、図５に示すように、スリーブ２０ｂ上の磁力のピークを頂点する三角形状に形成される。これにより、現像剤は、現像ローラ２０と磁気ローラ２１との間の最近接位置に引き込まれやすくなり、現像ローラ２０へのトナー供給領域Ａ１（二点鎖線で図示）にトナーが滞留することがなくなりオーバーフローは生じない。

一方、現像ローラ２０の回転方向上流から搬送される現像後のトナーを回収するトナー回収領域Ａ２（二点鎖線で図示）においては、磁極部材ＭＳの端部Ｅに吸引される磁力線が集中して、これにより、磁気ブラシの拘束力が強くなり、現像ローラ２０の回転方向上流から搬送される現像後のトナー回収領域Ａ２において、トナーを確実に引き剥がすことができる。従って、強固に静電的に現像ローラ２０に付着したトナーが引き剥がされるから、現像履歴現象の発生が防止される。

このように、図５の白抜矢印で示すようにトナーは、磁気ローラ２１のスリーブ２１ｂ表面、トナー供給領域Ａ１、現像ローラ２０のスリーブ２０ｂ表面と搬送され、キャリアが混入することがない。そして、現像後のスリーブ２０ｂ表面上の残トナーは、磁気ブラシによりトナー回収領域Ａ２において引き剥がされ、磁気ローラ２１のスリーブ２１ｂにより搬送されていく。

上記実施形態によれば、感光体１１ａに対向して配置され感光体１１ａにトナーを供給する現像ローラ２０と、２成分現像剤を保持して現像ローラ２０にトナーを供給する磁気ローラ２１とを備え、現像ローラ２０及び磁気ローラ２１のスリーブ２０ｂ及び２１ｂは周方向において同一の方向に回転駆動され、磁極部材ＭＳまたはＭＮ１が現像ローラ２０及び磁気ローラ２１のスリーブ２０ｂ及び２１ｂ内のローラ軸２０ａ及び２１ａにそれぞれ設けられており、それぞれの磁極部材ＭＳまたはＭＮ１は一端が互いに極性が異なるように対向して配置され他端が支持された現像装置において、現像ローラ２０の磁極部材ＭＳは、ローラ軸２０ａの軸線と垂直な面において一端部Ｅが他端部より短い形状であることにより、磁気ローラ２１の磁極部材ＭＮ１から現像ローラ２０の磁極部材ＭＳに吸引される磁力線が一端部Ｅに集中して磁気ブラシの幅が小さくなるために、磁気ローラ２１の回転方向上流側から搬送されてきた現像剤が現像ローラ２０と磁気ローラ２１の対向部分に導入されやすくなる。従って、現像ローラ２０にトナーを供給する領域において、トナーの滞留がなくなることで、現像ローラ２０にキャリアを含んだ現像剤が搬送されるオーバーフローがなくなる。また磁気ローラ２１の磁極部材ＭＮ１から現像ローラ２０の磁極部材ＭＳに吸引される磁力線が集中して磁気ブラシの拘束力が強くなるために、現像後のトナーを回収する領域において、磁気ブラシがトナーを確実に引き剥がすことができる。従って、強固に静電的に現像ローラ２０に付着したトナーが機械的に引き剥がされるから、現像履歴現象の発生が防止されて、形成される画像の品質が乱れない。

更に上記実施形態によれば、それぞれの磁極部材ＭＳまたはＭＮ１は、現像ローラ２０と磁気ローラ２１との最接近位置において対向することにより、磁極部材ＭＮ１から磁極部材ＭＳに吸引される磁力が強くなるために、磁気ブラシの拘束力が強くなり、現像後の静電的に現像ローラ２０に付着したトナーを一層確実に引き剥がすことができ、現像履歴現象の発生が防止される。

更に上記実施形態によれば、画像形成装置１において、上記の現像装置２を備えるようにすれば、現像履歴現象がなく、トナーのオーバーフローの発生もないから、形成される画像の品質が高くて安定した画像形成装置１を提供することができる。

なお、上記実施形態では、磁極部材ＭＳが現像ローラ２０のスリーブ２０ｂ内のローラ軸２０ａに設けられており、磁極部材ＭＳはローラ軸２０ａとともに周方向に回転不能に支持された構成を示したが、本発明はこれに限らず、磁極部材ＭＳをローラ軸２０ａの軸線を中心として回動可能に支持して、磁気ローラ２１の磁極部材ＭＮ１との吸引力によって、磁極部材ＭＳが回転して、常に磁極部材ＭＳ及びＭＮ１が対向する構成の現像装置に用いてもよい。

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における現像装置及びこれを用いた画像形成装置に利用することができ、特に磁性キャリアと非磁性トナーとを有する２成分現像剤を用いた現像装置及びこれを用いた画像形成装置に利用することができる。

は、本発明の実施形態である画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、本発明の実施形態である現像装置の構成を示す側面断面図である。 は、本発明の実施形態である現像装置の現像ローラ及び磁気ローラの構成を示す分解斜視図である。 は、本発明の実施形態である現像装置の磁極部材の配置と構成を示す断面図である。 は、本発明の実施形態である現像装置の磁気ブラシの形成及び現像剤の搬送を説明するための模式図である。 は、従来例における現像装置の磁気ブラシの形成及び現像剤の搬送を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ａ〜２ｄ 現像装置
１１ａ〜１１ｄ 感光体
２０ 現像ローラ
２０ａ、２１ａ ローラ軸
２０ｂ、２１ｂ スリーブ
２１ 磁気ローラ
２２ 枠体
２３ａ、２３ｂ 攪拌ローラ
２４ 穂きりブレード
Ｅ 磁極部材の端部
Ｍ、ＭＳ、ＭＮ 磁極部材
Ｐ 用紙

Claims (3)

1. キャリア及びトナーを有する２成分現像剤が用いられ、像担持体に対向して配置され前記像担持体に前記トナーを供給する現像ローラと、前記２成分現像剤を保持して前記現像ローラに前記トナーを供給する磁気ローラとを備え、前記現像ローラ及び前記磁気ローラのスリーブは周方向において同一の方向に回転駆動され、磁極部材が前記現像ローラ及び前記磁気ローラの前記スリーブ内のローラ軸にそれぞれ設けられており、前記現像ローラ及び前記磁気ローラのそれぞれの前記磁極部材は、各一端部が互いに極性が異なるように対向して配置され、各他端部が前記現像ローラ及び前記磁気ローラのそれぞれの前記ローラ軸に支持された現像装置において、
   前記現像ローラの前記磁極部材は、前記ローラ軸の軸線と垂直な面において前記一端部が前記他端部より短い台形形状であることを特徴とする現像装置。
2. それぞれの前記磁極部材は、前記現像ローラと前記磁気ローラの最接近位置において対向することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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