JP5482543B2 - ２成分現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、２成分現像装置、特に、キャリアとトナーとの混合物からなる現像剤にて感光体上に形成された静電潜像を現像する２成分現像装置に関する。

一般に、電子写真法による画像形成装置にあっては、キャリアとトナーとの混合物からなる現像剤を用いた２成分現像方式が多く用いられている。特に、オフィスに設置される複写機やプリンタでは、省スペース、低コストが求められることから、現像装置として、少ない部品点数と少ない駆動エネルギーで必要な機能を達成することが求められている。

従来、一般的に使用されている２成分現像装置は図４に示すように、内蔵磁石１１１（磁極Ｓ１，Ｎ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｎ２を有している）の磁力によって現像ローラ１１０の外周面に吸引保持された現像剤を、現像ローラ１１０の一方向（矢印ａ参照）への回転に伴って感光体１５０と対向する現像領域１０２に搬送する。そして、現像領域１０２へ一定量の現像剤を搬送するために、現像領域１０２の上流側に現像ローラ１１０の外周面と所定の隙間を有する規制部材１３０（現像剤の穂高規制部材）を配置している。

一方、現像剤（キャリアとトナー）は攪拌スクリュー１２１で摩擦攪拌されつつ供給スクリュー１２５にて現像ローラ１１０の外周面に供給される。ここでの現像剤供給量は、現像剤の嵩や供給スクリュー１２５の回転などに応じて変動する。この現像剤供給量の変動に拘わらず、現像領域１０２に均一な量の現像剤を搬送するためには、規制部材１３０の上流側に、現像領域１０２への搬送量よりも多くの現像剤を搬送し、規制部材１３０にて一定以上の圧力で現像剤を規制（穂高規制）することが必要となる。

しかし、規制部材１３０によって現像剤に高い圧力を作用させることは、規制部材１３０の上流側で磁極Ｎ２の磁力で拘束されて蓄積された現像剤へ過度のストレスをかけることになり、長期にわたる稼働でキャリアの劣化を招くことになる。また、現像ローラ１１０の駆動エネルギーも大きくなる。

供給スクリュー１２５による現像ローラ１１０への現像剤供給量を減らせば、規制部材１３０の上流側に蓄積される現像剤の量を少なくしてストレスを低下させ、現像ローラ１１０の駆動エネルギーを小さくすることが可能である。しかし、現像剤の蓄積量は規制部材１３０付近の形状や磁石１１１の磁力によって決まるため、規制部材１３０で現像領域１０２への搬送量を規制する以上、（供給量＞規制部通過量）となり、結果的に蓄積量を減らすことはできない。即ち、現像剤に作用するストレスや現像ローラ１１０の駆動エネルギーを低減することはできない。

図４に示すように、穂高規制部材１３０の上流側に蓄積規制部材１３１を配置し、上流側の蓄積空間を狭くすることで、ストレスを受ける現像剤量を減少させることは可能である。しかし、現像剤の単位量当たりのストレスは高くなってしまうので、キャリアの劣化は防止できない。

特許文献１には、穂高規制部材の上流側にスリップ規制部材を穂高規制部材とは離間させて配置することで、蓄積される現像剤へ作用する圧力を開放することが記載されており、これにて現像剤へのストレスを抑制することが可能である。しかし、スリップ規制部材の上流側にて現像ローラの外周面に供給された現像剤を規制することになるので、この規制部分で現像剤が蓄積し、やはりストレスが発生することになり、現像ローラの駆動エネルギーの低減にもつながらない。

さらに、考慮しなければならない点は、穂高規制部材１３０の上流側での蓄積量や現像ローラ１１０の駆動エネルギーを少なくするために、現像ローラ１１０への現像剤供給量を穂高規制部材１３０で規制された後の現像剤搬送量に近付けると、現像剤供給量の変動に伴って現像領域１０２での現像剤不足が発生し、画像に現像ムラを生じることである。つまり、供給スクリュー１２５の回転周期に伴って現像ローラ１１０の外周面に螺旋状に現像剤の濃淡が発生する。

特開２００８−１５１９７号公報

そこで、本発明の目的は、現像剤に対するストレス及び現像ローラの駆動エネルギーを低減し、かつ、現像領域での現像剤のムラを抑制できる２成分現像装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明の一形態である２成分現像装置は、
キャリアとトナーとの混合物からなる現像剤にて感光体上に形成された静電潜像を現像する２成分現像装置において、
複数の磁極を有する磁石を内蔵し外周面が一方向に回転駆動され、前記外周面に磁気的に保持した現像剤を感光体と対向する現像領域へ搬送する現像ローラと、
現像剤を前記現像ローラに供給する供給部材と、
前記複数の磁極のうちの一つの磁極に対向した位置に、前記外周面と所定の間隔を隔てて配置され、前記現像ローラにて現像領域へ搬送される現像剤の量を規制する規制部材と、
前記規制部材に接続されたガイド部材であって、前記規制部材の現像剤搬送方向上流側に前記現像ローラの外周面と前記間隔よりも広い一定の隙間を有して前記規制部材による規制端面に対して圧力を高めた現像剤を供給する現像剤搬送経路を構成するように配置され、前記現像剤搬送経路内の現像剤に作用する圧力を逃がす圧力拡散経路を設けたガイド部材と、
を備え、
前記圧力拡散経路は前記現像剤搬送経路から分岐する経路であって、前記現像剤搬送経路中の前記規制端面から離れた位置に設けられた入口側開口部を有し、
前記入口側開口部の上流側端面から前記規制端面に至る現像剤搬送経路と圧力拡散経路とが現像剤蓄積部として機能し、
前記現像剤蓄積部は、前記規制部材を通過後の現像剤搬送速度（ｇ／ｓｅｃ）と前記供給部材による前記現像ローラへの現像剤供給周期（ｓｅｃ）との積で表わされる現像剤量（ｇ）以上の現像剤を収容可能であること、
を特徴とする。

前記２成分現像装置において、現像ローラにて現像領域へ搬送される現像剤の量を規制する規制部材の現像剤搬送方向上流側に蓄積された現像剤に作用する圧力は圧力拡散経路から逃がされる。それゆえ、蓄積された現像剤に作用するストレスが減少し、キャリアの劣化が抑制される。また、規制部材の上流側での現像剤の蓄積量は、現像ローラの内蔵磁石の磁力ではなくガイド部材によって制限され、従来よりも蓄積量を減少させることができ、前記ストレスの減少と相俟って現像ローラの駆動エネルギーが減少する。また、前記現像剤蓄積部は、規制部材を通過後の現像剤搬送速度（ｇ／ｓｅｃ）と供給部材による現像ローラへの現像剤供給周期（ｓｅｃ）との積で表わされる現像剤量（ｇ）以上の現像剤を収容可能であるため、現像剤供給量の変動が生じても現像剤蓄積部には該変動を吸収できるだけの現像剤量が確保され、現像ローラ上での現像剤のムラ、ひいては、現像領域での現像剤のムラが抑制される。

本発明によれば、現像剤に対するストレス及び現像ローラの駆動エネルギーを低減し、かつ、現像領域での現像剤のムラを抑制できる。

一実施例である２成分現像装置を示す概略断面図である。 前記２成分現像装置の要部を示す説明図である。 前記２成分現像装置の要部を示す説明図である。 従来の２成分現像装置を示す概略断面図である。

以下、本発明に係る２成分現像装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

図１に示すように、２成分現像装置１は、キャリアとトナーとの混合物からなる現像剤にて感光体５０と対向する現像領域２において感光体５０上に形成された静電潜像を現像するもので、概略、現像ローラ１０と、攪拌スクリュー２１と、供給スクリュー２５と、現像剤（穂高）規制部材３０と、現像剤を供給部Ａから規制部Ｂへとガイドするガイド部材３１とで構成されている。２成分現像方式としての現像剤の基本的な動きは従来周知である。

現像ローラ１０は現像槽４０の開口部４１に矢印ａ方向に所定の速度で回転駆動可能に配置され、磁石１１を内蔵している。磁石１１は位置固定されており、磁極Ｓ１，Ｎ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｎ２を有し、図１において磁極は相対的な磁束密度を示している。本実施例で用いられる現像剤は、重合法によって作られた平均粒径６μｍの負帯電トナーと平均粒径３３μｍの磁性キャリアが用いられる。

攪拌スクリュー２１を設けた攪拌搬送通路４５と供給スクリュー２５を設けた供給通路４６とは図１の手前側と奥側とで連通している。現像処理での消費量に見合った新規なトナーが図示しないトナー補給ボトルから攪拌搬送通路４５に供給される。キャリアとトナーはスクリュー２１によって通路４５を例えば図１の手前側に攪拌／搬送され、手前側で供給通路４６に回り込み、スクリュー２５によって該通路４６を図１の奥側に攪拌／搬送される。トナーはキャリアとの摩擦によって負極性に帯電される。この搬送途中で現像剤は磁極Ｓ３による磁界で現像ローラ１０の外周面に吸着保持され、矢印ａ方向に搬送される。

現像剤規制部材３０は、現像領域２の現像剤搬送方向（矢印ａ方向）上流側に、現像ローラ１０の外周面と所定の隙間を保持して配置され、現像ローラ１０にて現像領域２へ搬送される現像剤の量（穂高）を規制する。ガイド部材３１は、規制部材３０の現像剤搬送方向上流側に現像ローラ１０の外周面と一定の隙間を有して現像剤搬送経路３２を構成するように配置され、現像剤に作用する圧力を逃がす圧力拡散経路３５が形成されている。圧力拡散経路３５は現像ローラ１０の軸方向と平行にスリット状に延在し、入口側開口部３６と出口側開口部３７を有している。さらに、出口側開口部３７はガイド部材３１の背面側と現像槽４０の内壁とで形成される現像剤回収経路４２と連通している。

規制部材３０及び圧力拡散経路３５は、現像ローラ１０の軸（図示しないが、磁石１１と同軸上に位置する）よりも上方であって、現像ローラ１０の回転方向（矢印ａ参照）において現像ローラ１０の頂上よりも現像剤搬送方向上流側に配置されている。また、圧力拡散経路３５は現像ローラ１０の法線方向に沿って形成されている。

前述のごとく、磁極Ｓ３の磁力にて現像ローラ１０の外周面に吸着保持された現像剤は、ガイド部材３１の上流側端面３１ａで規制されたうえで、前記現像剤搬送経路３２を矢印ａ方向に搬送され、磁極Ｎ２の磁力で拘束されつつ規制部材３０の先端にて通過量（穂高）を規制されて現像領域２へ搬送される。規制部材３０は、磁性材料からなり、磁極Ｎ２と規制部材３０の先端との間で現像剤の穂立ちを有効に形成し、安定した穂高（層厚）規制が行われる。現像領域２において、トナーは磁極Ｎ１の磁力と、現像ローラ１０に印加されるバイアス電圧によって感光体５０上の静電潜像に付着する。その後、現像剤は磁極Ｓ２の磁力によって供給通路４６に戻される。

現像剤搬送経路３２の高さより現像ローラ１０の外周面側に突出した規制部材３０によって、現像領域２へ搬送される現像剤の搬送量が規制されることにより、現像剤搬送経路３２を搬送されてきた現像剤の一部は規制部材３０の上流側で滞留／蓄積される。蓄積した現像剤は、さらに、圧力拡散経路３５に充填され、出口側開口部３７から回収経路４２にこぼれ落ちて供給通路４６に戻される。

以上の現像剤の搬送形態において、図２に示すように、圧力拡散経路３５の上流側端面から規制部材３０による規制端面に至る現像剤搬送経路３２ａと圧力拡散経路３５とが、クロスのハッチングを付して示す現像剤蓄積部３３として機能する。現像剤蓄積部３３は現像ローラ１０とガイド部材３１とによって規制される一定の容積（以下に具体的に説明する）を有している。そして、規制部材３０の現像剤搬送方向上流側に蓄積された現像剤に作用する圧力は圧力拡散経路３５の出口側開口部３７から逃がされる。それゆえ、蓄積された現像剤に作用するストレスが減少し、キャリアの劣化が抑制される。また、規制部材３０の上流側での現像剤の蓄積量は、現像ローラ１０の内蔵磁石１１の磁力ではなくガイド部材３１の内周面によって制限され、従来よりも蓄積量を減少させることができ、前記ストレスの減少と相俟って現像ローラ１０の駆動エネルギーが減少する。

また、現像剤蓄積部３３は、規制部材３０を通過後の現像剤搬送速度（ｇ／ｓｅｃ）と供給スクリュー２５による現像ローラ１０への現像剤供給周期（ｓｅｃ）との積で表わされる現像剤量（ｇ）以上の現像剤を収容可能とされている。従って、現像剤供給量の変動が生じても、具体的には、供給通路４６に存在する現像剤の量が少なくなっても、現像剤蓄積部３３には該変動を吸収できるだけの現像剤量が確保されることになり、現像ローラ１０上での現像剤のムラ、ひいては、現像領域２での現像剤のムラが抑制される。仮に、供給スクリュー２５から現像ローラ１０の外周面に供給される現像剤の量が少なくなっても、不足分は現像剤蓄積部３３から供給される。一方、現像剤が現像剤蓄積部３３に過剰に溜まった場合には、前述のように過剰現像剤は出口側開口部３７から供給通路４６に戻される。

そして、本実施例では、圧力拡散経路３５の入口側開口部３６を下部に、出口側開口部３７を上部に配置している。それゆえ、現像剤蓄積部３３における現像剤の保持と、現像剤蓄積部３３から現像ローラ１０への現像剤の供給に重力を効果的に利用することができる。なお、圧力拡散経路３５の位置は、現像ローラ１０の下方であっても磁力によりある程度の効果を有するが、現像ローラ１０の上方に配置することが好ましい。

ところで、現像剤蓄積部３３の容積は、図３に示す以下の面で囲まれる空間（ｍｍ³）で規定される。
現像剤搬送経路３２ａの圧力拡散経路３５の上流側端面Ｃ、
現像剤搬送経路３２ａの規制部材３０による規制端面Ｄ、
圧力拡散経路３５の上流側端面Ｃから規制端面Ｄに至る現像ローラ１０の外周面Ｅ、
圧力拡散経路３５の現像剤搬送方向上流側保持面Ｆ、
圧力拡散経路３５の現像剤搬送方向下流側保持面Ｇ、
圧力拡散経路３５の現像剤搬送方向下流側端面から規制部材３０による規制端面Ｄに至る面Ｈ、
圧力拡散経路３５の出口側開口部３７であって現像剤の安息角θで形成される面Ｉ

具体的には、現像ローラ１０の外周面とガイド部材３１の内周面との間隔（前記規制端面Ｄ）を１．５ｍｍ、入口側開口部３６から規制部材３０までの距離（前記面Ｈ）を２．０ｍｍ、入口側開口部３６の端面幅（前記端面Ｃ）を２．５ｍｍ、出口側開口部３７の高さ（前記保持面Ｆ）を５．０ｍｍ、現像剤の安息角θは３０°である。

また、現像剤蓄積部３３に収容される現像剤量（ｇ）は前記容積に現像剤の嵩密度（ｇ／ｍｍ³）で規定される。

前記実施例の効果を確認するため、図１及び図４に示す２成分現像装置をそれぞれ使用して、現像ローラ１０上の現像剤ムラと現像装置の駆動トルクを測定した。それぞれの現像装置は、現像剤搬送速度を１９ｇ／ｓｅｃ、現像領域２，１０２へ搬送する現像剤面密度を２００ｇ・ｍ²、感光体５０，１５０上の画像形成幅を３１１ｍｍ、感光体５０，１５０の駆動速度を１６５ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ１０，１１０と感光体５０，１５０の速度比１・８５、現像剤嵩密度を１．６×１０^-3ｇ・ｍｍ³、供給スクリュー２５，１２５による現像剤の供給周期を０．１７５ｓｅｃに設定した。

この場合、規制部材３０を通過後の現像剤搬送速度（ｇ／ｓｅｃ）と供給スクリュー２５による現像ローラ１０への現像剤供給周期（ｓｅｃ）との積で表わされる現像剤量（ｇ）、換言すれば、現像剤蓄積部３３に求められる理論上の現像剤量は約３．３３ｇとなる。

測定は、前記現像剤蓄積部３３に蓄積可能な現像剤量を３．９９ｇ、３．８８ｇ、３．２３ｇ、３．０３ｇとした本実施例である現像装置においては、以下の表１に示すように、蓄積可能な現像剤量が最低限必要とされる現像剤量３．３３ｇよりも大きい場合に、現像ローラ１０上に現像剤のムラが発生することはなく、現像装置の駆動トルクも小さかった。一方、蓄積可能な現像剤量が３．３３ｇよりも小さいと、駆動トルクは小さくて済むが、現像ローラ１０上での現像剤のムラが見られた。

図４に示した従来例である現像装置においては、現像ローラ１１０上での現像剤のムラは見られなかったが、駆動トルクが大きかった。

（他の実施例）
なお、本発明に係る２成分現像装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、現像装置におけるトナーの補給から現像ローラへの現像剤の攪拌／供給通路の構成、現像ローラに内蔵した磁石の配置などは任意である。

以上のように、本発明は、２成分現像装置に有用であり、特に、現像剤に対するストレス及び現像ローラの駆動エネルギーを低減でき、かつ、現像領域での現像剤のムラを抑制できる点で優れている。

１…２成分現像装置
２…現像領域
１０…現像ローラ
１１…磁石
２５…供給スクリュー
３０…規制部材
３１…ガイド部材
３２ａ…現像剤搬送経路
３３…現像剤蓄積部
３５…圧力拡散経路
３６…入口側開口部
３７…出口側開口部
４２…回収経路
５０…感光体

Claims (6)

1. キャリアとトナーとの混合物からなる現像剤にて感光体上に形成された静電潜像を現像する２成分現像装置において、
   複数の磁極を有する磁石を内蔵し外周面が一方向に回転駆動され、前記外周面に磁気的に保持した現像剤を感光体と対向する現像領域へ搬送する現像ローラと、
   現像剤を前記現像ローラに供給する供給部材と、
   前記複数の磁極のうちの一つの磁極に対向した位置に、前記外周面と所定の間隔を隔てて配置され、前記現像ローラにて現像領域へ搬送される現像剤の量を規制する規制部材と、
   前記規制部材に接続されたガイド部材であって、前記規制部材の現像剤搬送方向上流側に前記現像ローラの外周面と前記間隔よりも広い一定の隙間を有して前記規制部材による規制端面に対して圧力を高めた現像剤を供給する現像剤搬送経路を構成するように配置され、前記現像剤搬送経路内の現像剤に作用する圧力を逃がす圧力拡散経路を設けたガイド部材と、
   を備え、
   前記圧力拡散経路は前記現像剤搬送経路から分岐する経路であって、前記現像剤搬送経路中の前記規制端面から離れた位置に設けられた入口側開口部を有し、
   前記入口側開口部の上流側端面から前記規制端面に至る現像剤搬送経路と圧力拡散経路とが現像剤蓄積部として機能し、
   前記現像剤蓄積部は、前記規制部材を通過後の現像剤搬送速度（ｇ／ｓｅｃ）と前記供給部材による前記現像ローラへの現像剤供給周期（ｓｅｃ）との積で表わされる現像剤量（ｇ）以上の現像剤を収容可能であること、
   を特徴とする２成分現像装置。
2. 前記現像剤蓄積部の容積は、以下の面で囲まれる空間（ｍｍ³）で規定され、
   前記現像剤搬送経路の圧力拡散経路上流側端面、
   前記現像剤搬送経路の規制部材による規制端面、
   前記圧力拡散経路上流側端面に対向する位置から前記規制端面に至る現像ローラの外周面、
   前記圧力拡散経路の現像剤搬送方向上流側保持面、
   前記圧力拡散経路の現像剤搬送方向下流側保持面、
   前記圧力拡散経路の現像剤搬送方向下流側端面から規制部材による規制端面に至る面、
   前記圧力拡散経路の前記入口側開口部とは反対側に位置する出口側の開口面であって現像剤の安息角で形成される面
   前記現像剤蓄積部に収容される現像剤量（ｇ）は前記容積に現像剤の嵩密度（ｇ／ｍｍ³）で規定されること、
   を特徴とする請求項１に記載の２成分現像装置。
3. 前記圧力拡散経路は、前記現像ローラの軸方向と平行にスリット状に延在していること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の２成分現像装置。
4. 前記規制部材及び前記圧力拡散経路は、前記現像ローラの軸よりも上方であって前記現像ローラの回転方向において現像ローラの頂上よりも現像剤搬送方向上流側に配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の２成分現像装置。
5. 前記圧力拡散経路は、前記現像ローラの法線方向に沿って形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の２成分現像装置。
6. 前記圧力拡散経路から漏れた現像剤を前記供給部材へ戻す回収経路を備えたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の２成分現像装置。

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