JP6289136B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

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及びこれに用いられる現像装置現像装置に関するものである。

従来の現像装置において、現像スリーブは長手方向両端で回転可能に支持されている。このため、現像スリーブの撓んだ際に、現像スリーブの長手方向中央部のＳ−Ｄギャップ（現像スリーブと感光ドラムとの間の距離）が広くなってしまう。これにより、感光ドラムの長手方向両端部側の画像濃度が低下してしまうことがある。

そこで特許文献１では、現像スリーブの凹凸形状の凹部の深さを長手方向両端部ほど深くしている。これにより、長手方向両端部側のトナーの担持量を多くして、長手方向両端部側の画像濃度が低下を抑制している。

特開２０１０−１３９９２２

しかし、２成分現像方式の現像装置においては、感光ドラム内のマグネットロール（磁石部材）のカット極に近い位置に現像剤規制部材を備えている。現像剤規制部材は、平板形状のブレードであることが多い。また、現像剤規制部材は、省スペース化、少部品点数化のために強固に支持されず、撓みが発生しやすくなっている。このため、磁性素材を用いた簡易的な現像剤規制部材は、カット極に引き寄せられてしまう。

そして、現像剤規制部材は、支持部から遠いほど現像スリーブへ近づくため、Ｓ−Ｂギャップ（現像スリーブと現像剤規制部材との距離）が狭くなってしまう。このため、現像剤スリーブ（現像剤担持体）上の長手方向中央部におけるＭ／Ｓ（単位面積当たりの現像剤重量）が少なくなり、感光ドラムへと現像することができるトナー量が低下してしまう。

そこで本発明は、磁石部材に現像剤規制部材が引き寄せられ、現像スリーブと現像剤規制部材との距離が狭くなったとしても、出力画像の濃度ムラを抑制できる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る現像装置及び画像形成装置の代表的な構成は、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の内部に配置され、磁力によって前記２成分現像剤を前記現像剤担持体上に担持する磁石部材と、磁性材料で形成され、長手方向端部で固定されており、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と、を有する現像装置において、前記現像剤担持体は表面に溝が形成されており、前記溝は前記現像剤担持体の長手方向中央に向かって現像剤の搬送力が高くなる形状であり、前記溝の回転方向上流側の溝壁面の角度は、前記現像剤担持体の長手方向中央に向かって大きくなっていることを特徴とする。

本発明によれば、磁石部材に現像剤規制部材が引き寄せられ、現像スリーブと現像剤規制部材との距離が狭くなったとしても、出力画像の濃度ムラを抑制できる

画像形成装置の構成図である。 画像形成装置の画像形成部の構成図である。 第１参考例に係る現像装置の構成図である。 第１参考例に係る現像剤担持体と現像剤規制部材の斜視図である。 （ａ）現像剤規制部材の長手方向の位置を示す図である。（ｂ）は現像剤規制部材の撓み量の分布図である。 （ａ）溝の深さと現像剤担持体上のＭ／Ｓの関係を示す図である。（ｂ）Ｓ−Ｂギャップと現像剤担持体上のＭ／Ｓの関係を示す図である。 第１実施形態に係る現像剤担持体の構成図である。 第１実施形態に係る溝壁面角度に対する搬送した時のＭ／Ｓを示す図である。 第２参考例に係る現像剤担持体の構成図である。 第２参考例に係る溝の本数に対する搬送した時のＭ／Ｓを示す図である。 第３参考例に係る現像剤担持体の構成図である。 第３参考例に係る回転軸に対する溝の角度（破線）と溝壁面角度（実線）に対するＭ／Ｓの変化量を示す図である。

[第１参考例]
現像装置及び画像形成装置の第１参考例について、図を用いて説明する。図１は画像形成装置１００の構成図である。図２は画像形成装置１００の画像形成部の構成図である。

図１、図２に示すように、画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを有している。

各画像形成部ＰＹ〜ＰＫにおいて、帯電ローラ２によって帯電された感光ドラム（像担持体）１は、露光装置３により画像情報信号に応じて露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、現像装置４により各色のトナー像として現像される。各色のトナー像は、中間転写ベルト５１と感光ドラム１とが当接する１次転写部（一次転写ニップ）Ｔ１において、一次転写部材５２によって中間転写ベルト５１に重ねて一次転写される。一次転写後に感光ドラム１に残留した残留トナーは、クリーニング装置７によって回収される。

一方、カセット９に収容されているシートＳは、ピックアップローラ１０ａ、搬送ローラ１０ｂ、１０ｃ、レジストローラ１０ｄによって、中間転写ベルト５１と二次転写部材５３とが当接する二次転写部（ニップ部）Ｔ２に搬送される。シートＳは、二次転写部Ｔ２にて、トナー像を二次転写され、定着装置６にて加熱加圧されてトナー像を定着され、装置本体外へ排出される。二次転写後に中間転写ベルト５１に残留した残留トナーは、中間転写体クリーナ５４によって回収される。

（現像装置４）
図３は本参考例にかかる現像装置４の構成図である。図２、図３に示すように、現像装置４は、現像容器４１、現像スリーブ（現像剤担持体）４４を備えている。を有する。

現像容器４１は、非磁性トナーと磁性キャリアとを備える２成分現像剤を収容する。現像容器４１の内部は、隔壁４１ｃによって現像室４１ａと攪拌室４１ｂとに区画されている。現像容器４１内の現像剤は、搬送スクリュー４１ｄ、４１ｅにより、攪拌、搬送され、隔壁４１ｃの長手方向両端部（図３中左側及び右側）に設けられた受け渡し部４１ｆ、４１ｇを通して、現像室４１ａと攪拌室４１ｂを循環する。

現像スリーブ４４は、非磁性材料で構成されている。現像スリーブ４４の内部には、周方向に沿って複数の磁極を有するマグネットロール（磁石部材）４４ａが固定されている。現像室４１ａ内の現像剤は、マグネットロール４４ａの発生する磁界により現像スリーブ４４上（現像剤担持体上）に所定の量が担持される。そして、現像スリーブ４４が回転することによって、現像剤規制部材４２によって層厚を規制され、感光ドラム１と対向する現像領域へと搬送される。

現像領域で、現像スリーブ４４上の現像剤は穂立ちして磁気穂を形成し、トナーを感光ドラム１に供給し、感光ドラム１上の静電潜像をトナー像として現像する。現像領域を通過した後に現像スリーブ４４上に残った現像剤は、更に現像スリーブ４４が回転することによって現像室４１ａに戻る。

現像剤規制部材４２は、磁性材料で円筒状に形成されており、マグネットロール４４ａのカット極Ｎ１に対向した位置に配置されている。図４に示すように、現像剤規制部材４２は、現像スリーブ４４の画像形成領域外で、中空円筒状の現像剤規制部材担持部４２ａにより長手方向端部を担持されている。

現像剤規制部材４２は、カット極Ｎ１に引き付けられて現像スリーブ４４側に撓む。現像剤規制部材担持部４２ａによって固定された両端部から、固定されていない中央部に向かって、撓みが大きくなり、中央部ほどＳ−Ｂギャップ（現像スリーブ４４と現像剤規制部材４２との距離）が狭くなる。

図３、図４に示すように、現像スリーブ４４の表面には、画像形成領域に対応した幅において、凹状の溝４４ｂが形成されている。溝４４ｂにマグネットロール４４ａによって磁気穂を形成した現像剤が嵌まることで搬送力を得て、現像スリーブ４４の回転によって搬送される。

ここで、Ｓ−Ｂギャップが狭くなる中央部ほど現像スリーブ４４上のＭ／Ｓ（単位面積当たりの現像剤重量）が少なくなる。溝４４ｂの形状が長手方向に均一な場合、現像スリーブ４４上の長手方向のどの位置においても周方向の搬送力は均一である。そのため、感光ドラム１上へ現像するトナー量に偏りが生じ、濃度ムラが発生してしまう。

そこで、ここでは、両端部から中央部に向かって溝４４ｂの深さが深くなるようにした構成を用いる。これにより、現像スリーブ４４の中央部ほど表面の搬送性が高くなり、Ｓ−Ｂギャップが狭くなることによる中央部のＭ／Ｓの減少を相殺でき、現像スリーブ４４の長手方向において均一に現像剤を搬送することができる。

長手方向における溝４４ｂの深さは、現像剤規制部材４２の長手方向の撓み量分布に対応している事が好ましい。すなわち、現像剤規制部材４２の撓み量が大きくＳ−Ｂギャップが狭くなっているほど、溝４４ｂを深くする。現像剤規制部材４２の撓み量分布は、マグネットロール４４ａのカット極Ｎ１の磁力と現像剤規制部材４２の磁性、位置関係、剛性、及び現像剤規制部材担持部の担持長さ等によって決定される。そのため、溝４４ｂの深さ形状も上述の構成によって最適なプロファイルにする。

現像スリーブ４４の溝４４ｂは、エッチングによって形成される。まず、現像スリーブ４４端部の鏡面部分、及び浅い溝４４ｂを作成する部分（両端側）にレジストを付着させる。そして、エッチング液によってエッチングされることでレジストを付着させていない部分に凹状の溝が形成される。この動作を、レジストを剥がす位置を中央から端部側へ変更しながら複数回繰り返す。これにより、溝４４ｂは、長手方向において端部から中央へ徐々に深くなる。

図５（ａ）は現像剤規制部材４２の長手方向の位置を示す図である。図５（ｂ）は現像剤規制部材４２の撓み量の分布図である。図６（ａ）は溝４４ｂの深さと現像スリーブ４４上のＭ／Ｓの関係を示す図である。図６（ｂ）はＳ−Ｂギャップと現像スリーブ４４上のＭ／Ｓの関係を示す図である。図５、図６において、φ２０ｍｍの現像スリーブ４４、φ６ｍｍの円柱断面の現像剤規制部材４２を用いた。また、カット極Ｎ１の法線方向磁束密度６００Ｇとし、現像スリーブ４４の中心点と現像剤規制部材４２の中心点とを結ぶ直線上にカット極Ｎ１の法線方向磁束密度のピークがある構成とした。

図５（ｂ）に示すように、現像剤規制部材４２の中央部の撓み量は６０μｍである。画像形成幅端部のＳ−Ｂギャップを３２０μｍ且つＭ／Ｓ＝３０ｍｇ／ｃｍ^２とするとき、中央部のＳ−Ｂギャップは２６０μｍ且つＭ／Ｓ＝２３ｍｇ／ｃｍ^２である。図５（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）を用いることで、現像スリーブ４４上のＭ／Ｓを長手方向で均一にするための、現像剤規制部材４２の撓み量と溝４４ｂの深さとの関係がわかる。

現像スリーブ４４端部の溝４４ｂの深さを４０μｍ且つＭ／Ｓ＝３０ｍｇ／ｃｍ^２としたとき、Ｓ−Ｂギャップの最近接部（現像スリーブ４４の中央）付近の溝４４ｂの深さを１００μｍとした。これにより、中央部の溝４４ｂの深さを１００μｍにすることによって、４０μｍの深さに対して６ｍｇ／ｃｍ^２強Ｍ／Ｓが増加する。これによって、撓みによってＳ−Ｂギャップが狭くなっても、中央部のＭ／Ｓを端部と同等の２９ｍｇ／ｃｍ^２まで引き上げることができる。

現像スリーブ４４上のＭ／Ｓは、長手方向全体で２９〜３２ｍｇ／ｃｍ^２の範囲に収まり、略均一となる。このことから、現像剤規制部材４２の撓み量、Ｓ−Ｂギャップに応じて、現像スリーブ４４表面の溝４４ｂの深さを最適化することで、濃度ムラを改善することができた。つまり、マグネットロール４４ａに現像剤規制部材４２が引き寄せられ、Ｓ−Ｂギャップが狭くなったとしても、出力画像の濃度ムラを抑制できる。

溝４４ｂを設けた現像スリーブ４４は、ブラスト方式の現像スリーブと比較して耐久性が高い。このため、現像スリーブ４４と現像剤との摺擦等による搬送性能の低下を抑制でき、長期にわたって画像濃度ムラのない高品質、高画質の画像を提供できる。

[第１実施形態]
次に本発明に係る現像装置及び画像形成装置の第１実施形態について図を用いて説明する。上記第１参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図７は本実施形態の現像スリーブ４４の構成図である。

図７に示すように、本実施形態の現像スリーブ４４は、上記実施形態の現像スリーブ４４の溝４４ｂに変えて、溝４４ｃを設けたものである。溝４４ｃは、長手方向両端側ほど現像スリーブ４４の回転方向上流側の溝壁面４４ｃ１の溝底面４４ｃ２に対する溝壁面角度αが小さく、長手方向中央部ほど角度αが大きくなっている。

回転方向上流側の溝壁面４４ｃ１の角度αを小さくすることで、現像スリーブ４４の回転によって磁気穂に働く周方向の力（搬送力）を小さくすることができる。すなわち、溝４４ｃは、上記第１参考例の溝４４ｂのように深さを変えることに変えて、角度αを変えることで、現像剤の搬送量を長手方向で均一にすることができる。

図８は溝壁面４４ｃ１の角度αに対する搬送した時のＭ／Ｓを示す図である。１００ｍｍ〜２５０ｍｍまでの中央部の角度αは７０度とし、Ｍ／Ｓを３０ｍｇ／ｃｍ^２前後に合わせる。０ｍｍ〜４０ｍｍまでの端部側の角度αは４０度とし、４０ｍｍ〜１００ｍｍの角度αは６０度とし、２５０ｍｍ〜２８０ｍｍの角度αは６０度、２８０ｍｍ〜３１０ｍｍの端部側の角度は４０度とした。

このように、長手方向で現像スリーブ４４の搬送力に差を設けることで、現像スリーブ４４上のＭ／Ｓは、長手方向全体で２７．５〜３１．５ｍｇ／ｃｍ^２の範囲に収まり、略均一となった。このように、現像剤規制部材４２の撓み量、Ｓ−Ｂギャップに応じて、回転方向上流側の溝壁面４４ｃ１の角度αを最適化することで、濃度ムラを改善することができた。

溝４４ｃは、エッチングによって形成される。回転方向上流側のマスクを徐々に後退させて複数回エッチングを行うことで、溝壁面４４ｃ１を細かい階段状に形成することで角度αを付けている。

[第２参考例]
次に現像装置及び画像形成装置の第２参考例について図を用いて説明する。上記第１参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図９は本参考例の現像スリーブ４４の構成図である。

図９に示すように、本参考例の現像スリーブ４４は、上記第１参考例の溝４４ｂに変えて、溝４４ｄを設けたものである。溝４４ｄは、長手方向中央部ほど溝本数を多く配置している。つまり、長手方向中央部ほど、現像スリーブ４４の周方向の溝４４ｄの間隔が狭くなっている。

図１０は溝４４ｄの本数に対する搬送した時のＭ／Ｓを示す図である。本参考例では、中央から端部まで延びる溝４４ｄの長手方向の幅の長さを３段階に設定し、中央からの距離に応じて現像スリーブ４４の１周に対する溝４４ｄの本数が中央程多く、端部ほど少なくなるようにしている。よって、中央部の溝４４ｄの本数は端部に対して３倍になり、中央部において高い搬送力が得られる。

具体的には、長手方向における溝４４ｄの本数は、０ｍｍ〜３０ｍｍは３０本／周、３０ｍｍ〜８０ｍｍは６０本／周、８０ｍｍ〜２７０ｍｍの中央部は９０本／周、２７０ｍｍ〜２９０ｍｍは６０本／周、２９０ｍｍ〜３１０ｍｍは３０本／周とした。長手方向において左右対称になっていないのは、現像剤規制部材４２の撓み量、Ｓ−Ｂギャップに応じて溝４４ｄの本数を最適化しているためである。

これにより、現像スリーブ４４上のＭ／Ｓムラは、長手方向全体で２８〜３１．５ｍｇ／ｃｍ^２の範囲に収まり、略均一となった。このように、現像剤規制部材４２の撓み量、Ｓ−Ｂギャップに応じて、溝４４ｄの本数を最適化することで、濃度ムラを改善することができた。

[第３参考例]
次に現像装置及び画像形成装置の第３参考例について図を用いて説明する。上記第１参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図１１は本参考例の現像スリーブ４４の構成図である。

図１１に示すように、本参考例の現像スリーブ４４は、上記第１参考例の溝４４ｂに変えて、溝４４ｅを設けたものである。溝４４ｅは、長手方向中央部は現像スリーブ４４の回転軸（長手方向）に対して平行に形成されている。また、溝４４ｅは、端部に向かうにつれて現像剤搬送方向下流側（図１１の下方向）に向かって段階的に曲がるように（傾斜するように）形成されている。

このように、現像スリーブ４４の軸方向と溝４４ｅの角度を変えることで、上記第１実施形態と同様に、周方向における溝壁面４４ｅ１の角度が変わる。これにより、周方向の搬送力を変えることができ、現像剤の搬送量を長手方向で均一にすることができる。

本参考例では、φ２０ｍｍの現像スリーブ４４、φ６ｍｍの現像剤規制部材４２、カット極Ｎ１の法線方向磁束密度５５０Ｇする。そして、現像スリーブ４４の中心点と現像剤規制部材４２の中心点とを結ぶ直線上にカット極Ｎ１の法線方向磁束密度のピークがある構成とした。ここで、溝４４ｅは、深さ５０μｍ、溝壁面４４ｅ１の溝壁面角度αが４５°となるＶ字溝とする。

溝４４ｅと回転軸（長手方向）との角度は、０ｍｍ〜４０ｍｍまでの端部では６０度、４０〜１００ｍｍは３０度、１００〜２５０ｍｍまでの中央部は０度（回転軸と平行）、２５０〜２９０ｍｍは３０度、２９０ｍｍ〜３１０ｍｍは６０度とした。長手方向において左右対称になっていないのは、現像剤規制部材４２の撓み量、Ｓ−Ｂギャップに応じて溝４４ｅと回転軸（長手方向）との角度を最適化しているためである。

このとき、回転軸に対する溝４４ｅの角度（破線）と溝壁面４４ｅ１の角度α（実線）に対するＭ／Ｓの変化量のグラフを図１２に示す。これによって、回転軸に対する溝４４ｅの角度が０°の時のＭ／Ｓを２８ｍｇ／ｃｍ^２前後としたとき、上記の角度に設定することで、およそ均一なＭ／Ｓ分布を得ることができた。

このときの現像スリーブ４４上のＭ／Ｓムラは、長手で２８．０〜３０．５ｍｇ／ｃｍ^２となった。このことから、現像剤規制部材４２の撓み量、つまりＳ−Ｂギャップに応じて、現像スリーブ４４表面の溝深さを最適化することで、濃度ムラを改善することができた。

上述の参考例及び実施形態では、エッチングにて溝を形成したが、本参考例では、引き抜き又は押し出し成型で溝４４ｅを形成する。まず、Ｖ字溝を掘るための刃が周上に配置された引き抜き型に、φ２０ｍｍのアルミ製の円筒素管（現像スリーブ素管）を回転させながら侵入させる。そして、中央部近傍で回転のみを停止し、その後もう一方の端部に向かって侵入時と逆方向に回転させながら引き抜く。そして、搬送性の必要が無い該円筒素管の両端部の溝を削り取るため、研磨装置を用いて両端部１５ｍｍを８０〜１００μｍ程度研磨して鏡面処理を行う。

Ｎ１ …カット極
Ｓ …シート
１ …感光ドラム
４ …現像装置
４１ …現像容器
４２ …現像剤規制部材
４４ …現像スリーブ
４４ａ …マグネットロール
４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ …溝
４４ｃ１、４４ｅ１ …溝壁面
１００ …画像形成装置

Claims (2)

1. トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体の内部に配置され、磁力によって前記２成分現像剤を前記現像剤担持体上に担持する磁石部材と、
   磁性材料で形成され、長手方向端部で固定されており、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と、を有する現像装置において、
   前記現像剤担持体は表面に溝が形成されており、前記溝は前記現像剤担持体の長手方向中央に向かって現像剤の搬送力が高くなる形状であり、
   前記溝の回転方向上流側の溝壁面の角度は、前記現像剤担持体の長手方向中央に向かって大きくなっていることを特徴とする現像装置。
2. 静電潜像を担持する像担持体と、
   前記像担持体に担持された静電潜像をトナーを用いて現像する請求項１に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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