以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る画像形成装置10について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、画像形成装置の一例として、タンデム方式のカラープリンタを例示する。画像形成装置は、例えば、複写機、ファクシミリ装置、及びこれらの複合機等であってもよい。
図1は、画像形成装置10の内部構造を示す断面図である。この画像形成装置10は、箱形の筐体構造を備える装置本体11を備える。この装置本体11内には、シートPを給紙する給紙部12、給紙部12から給紙されたシートPに転写するトナー像を形成する画像形成部13、前記トナー像が一次転写される中間転写ユニット14、二次転写ローラー145、画像形成部13にトナーを補給するトナー補給部15、及び、シートP上に形成された未定着トナー像をシートPに定着する処理を施す定着部16が内装されている。さらに、装置本体11の上部には、定着部16で定着処理の施されたシートPが排紙される排紙部17が備えられている。
装置本体11内には、さらに、画像形成部13より右側位置に、上下方向に延びるシート搬送路111が形成されている。シート搬送路111には、適所にシートを搬送する搬送ローラー対112が設けられている。また、シートのスキュー矯正を行うと共に、後述する二次転写のニップ部に所定のタイミングでシートを送り込むレジストローラー対113も、シート搬送路111における前記ニップ部の上流側に設けられている。シート搬送路111は、シートPを給紙部12から排紙部17まで、画像形成部13(二次転写ニップ部)及び定着部16を経由して搬送させる搬送路である。
給紙部12は、給紙トレイ121、ピックアップローラー122、及び給紙ローラー対123を備える。給紙トレイ121は、装置本体11の下方位置に挿脱可能に装着され、複数枚のシートPが積層されたシート束P1を貯留する。ピックアップローラー122は、給紙トレイ121に貯留されたシート束P1の最上面のシートPを1枚ずつ繰り出す。給紙ローラー対123は、ピックアップローラー122によって繰り出されたシートPをシート搬送路111に送り出す。
画像形成部13は、シートPに転写するトナー像を形成するものであって、異なる色のトナー像を形成する複数の画像形成ユニットを備える。この画像形成ユニットとして、本実施形態では、後述する中間転写ベルト141の回転方向上流側から下流側へ(図1に示す左側から右側へ)向けて順次配設された、マゼンタ(M)色の現像剤を用いるマゼンタ用ユニット13M、シアン(C)色の現像剤を用いるシアン用ユニット13C、イエロー(Y)色の現像剤を用いるイエロー用ユニット13Y、及びブラック(Bk)色の現像剤を用いるブラック用ユニット13Bkが備えられている。各ユニット13M、13C、13Y、13Bkは、それぞれ感光体ドラム20と、感光体ドラム20の周囲に配置された帯電装置21、現像装置23及びクリーニング装置25とを備える。また、各ユニット13M、13C、13Y、13Bk共通の露光装置22が、画像形成ユニットの下方に配置されている。
感光体ドラム20は、その軸回りに回転駆動され、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。この感光体ドラム20としては、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を用いることができる。各色の画像形成ユニットに対応して、感光体ドラム20がそれぞれ配置される。帯電装置21は、感光体ドラム20の表面を均一に帯電する。帯電装置21は、帯電ローラーと、前記帯電ローラーに付着したトナーを除去するための帯電クリーニングブラシとを備える。露光装置22は、光源やポリゴンミラー、反射ミラー、偏向ミラーなどの各種の光学系機器を有し、均一に帯電された感光体ドラム20の周面に、画像データに基づき変調された光を照射して、静電潜像を形成する。また、クリーニング装置25は、トナー像転写後の感光体ドラム20の周面を清掃する。
現像装置23は、感光体ドラム20上に形成された静電潜像を現像するために、感光体ドラム20の周面にトナーを供給する。現像装置23は、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤用のものである。なお、本実施形態では、トナーはプラスの極性に帯電する特性を備える。
中間転写ユニット14は、画像形成部13とトナー補給部15との間に設けられた空間に配置される。中間転写ユニット14は、中間転写ベルト141と、駆動ローラー142と、従動ローラー143と、一次転写ローラー24と、を備える。
中間転写ベルト141は、無端状のベルト状回転体であって、その周面側が各感光体ドラム20の周面にそれぞれ当接するように、駆動ローラー142及び従動ローラー143に架け渡されている。中間転写ベルト141は、一の方向に周回駆動され、感光体ドラム20から転写されたトナー像を表面に担持する。
駆動ローラー142は、中間転写ユニット14の右端側で中間転写ベルト141を張架し、中間転写ベルト141を周回駆動させる。駆動ローラー142は金属ローラーからなる。従動ローラー143は、中間転写ユニット14の左端側で中間転写ベルト141を張架する。従動ローラー143は、中間転写ベルト141に張力を付与する。
一次転写ローラー24は、中間転写ベルト141を挟んで感光体ドラム20と一次転写ニップ部を形成し、感光体ドラム20上のトナー像を中間転写ベルト141上に一次転写する。各色の感光体ドラム20に対向して、それぞれ、一次転写ローラー24が配置される。
二次転写ローラー145は、中間転写ベルト141を挟んで駆動ローラー142に対向して配置されている。二次転写ローラー145は、中間転写ベルト141の周面に圧接されて二次転写ニップ部を形成している。中間転写ベルト141上に一次転写されたトナー像は、給紙部12から供給されるシートPに、前記二次転写ニップ部において二次転写される。本実施形態の中間転写ユニット14および二次転写ローラー145は、本発明の転写部を構成する。転写部は、感光体ドラム20からシートPにトナー像を転写する。
トナー補給部15は、画像形成に用いられるトナーを貯留するものであり、本実施形態ではマゼンタ用トナーコンテナ15M、シアン用トナーコンテナ15C、イエロー用トナーコンテナ15Y及びブラック用トナーコンテナ15Bkを備える。これらトナーコンテナ15M、15C、15Y、15Bkは、MCYBk各色に対応する画像形成ユニット13M、13C、13Y、13Bkの現像装置23に、不図示のトナー搬送部を通して各色のトナーを補給する。
定着部16へ供給されたシートPは、定着ニップ部を通過することで加熱加圧される。これにより、前記二次転写ニップ部でシートPに転写されたトナー像は、シートPに定着される。
排紙部17は、装置本体11の頂部が凹没されることによって形成され、この凹部の底部に排紙されたシートPを受ける排紙トレイ171が形成されている。定着処理が施されたシートPは、定着部16の上部から延設されたシート搬送路111を経由して、排紙トレイ151へ向けて排紙される。
次に、図1に加え、図2乃至図6を参照して、本実施形態に係る現像装置23について、更に詳述する。図2は、本実施形態に係る現像装置23の内部構造を示す模式的な断面図である。図2では、現像装置23の各回転部材の回転方向が矢印で示されている。図3は、本実施形態に係る現像ローラー231および搬送ローラー232の磁極配置を示す模式的な断面図である。図4は、現像ローラー231の磁極配置を示す模式的な断面図である。図5Aは、搬送ローラー232の磁極配置を示す模式的な断面図である。また、図5Bは、搬送ローラー232と層厚規制部材235との対向位置周辺を拡大した模式図である。図6は、本実施形態に係る現像装置23のハウジング23Hの構造を示す模式的な断面図である。
図1乃至図6を参照して、現像装置23は、ハウジング23Hと、現像ローラー231と、搬送ローラー232と、二本の攪拌スクリュー233(現像剤攪拌部)と、仕切り板234と、層厚規制部材235と、を含む。ハウジング23Hは、現像装置23の各部材を支持する筐体部分である。
現像ローラー231は、表面に静電潜像が形成される感光体ドラム20に所定の現像位置NP(図3)で対向して配置され、感光体ドラム20にトナーを供給する。現像ローラー231は、第1磁石231Aと、第1スリーブ231Bと、を備える(図3)。なお、本実施形態では、現像位置NPは、感光体ドラム20と現像ローラー231との最近接位置を含む。第1磁石231Aは、周方向に沿って複数の磁極を含み、ハウジング23Hに固定された円柱状の磁石である。第1スリーブ231Bは、第1磁石231Aの周囲を第1回転方向(図2、図3の矢印D1方向)に回転し、周面にトナーおよび磁性キャリアを含む現像剤を担持する。本実施形態では、第1スリーブ231Bは、アルミ製の円管部材(基材)からなる。第1スリーブ231Bの円管部材の周面には、サンドブラスト処理(ブラスト処理)が施されているとともに、更に、その周面上に施されたNiメッキ層を含む。第1スリーブ231BのNiメッキ層の表面は、所定の表面粗さを備えている。本実施形態では、第1スリーブ231Bの表面粗さRzjisは、4.0μmから14.0μmの範囲に設定されている。現像ローラー231の第1スリーブ231Bは、ハウジング23Hに回転可能に支持されている。なお、他の実施形態において、第1スリーブ231Bの周面には、公知の溝形状を備えるものでもよい。
搬送ローラー232は、現像ローラー231に所定の対向位置TP(図3)で対向するように配置され、現像ローラー231に現像剤を供給する。なお、本実施形態では、対向位置TPは、搬送ローラー232と現像ローラー231との最近接位置を含む。搬送ローラー232は、第2磁石232Aと、第2スリーブ232Bと、を備える。第2磁石232Aは、周方向に沿って複数の磁極を含み、ハウジング23Hに固定されている。第2スリーブ232Bは、第2磁石232Aの周囲を第2回転方向(図2、図3の矢印D2方向)に回転し、周面にトナーおよびキャリアを含む現像剤を担持する。搬送ローラー232の第2スリーブ232Bは、ハウジング23Hに回転可能に支持されている。搬送ローラー232の第2スリーブ232Bの周面には、公知の溝形状が形成されている。
なお、現像ローラー231および搬送ローラー232には、直流バイアスに交流バイアスが重畳された現像バイアスが印加される(図2)。なお、層厚規制部材235は、搬送ローラー232と同電位となるように不図示の導通路に接続されている。また、図3に示すように、現像ローラー231が回転する第1回転方向D1、および搬送ローラー232が回転する第2回転方向D2は、対向位置TPにおいて互いに対向するように設定されている(カウンタ方向)。
攪拌スクリュー233は、2成分現像剤を攪拌しながら循環搬送することで、トナーを帯電させる。攪拌スクリュー233は、第1スクリュー233Aと、第2スクリュー233Bと、を備える。なお、図2では図示していないが、ハウジング23Hは、第1スクリュー233Aが配置される不図示の第1攪拌部と、第2スクリュー233Bが配置される不図示の第2攪拌部と、を備える(図1の現像装置23参照)。現像剤は、第1スクリュー233Aと、第2スクリュー233Bとの間を循環搬送される。そして、第1スクリュー233Aは、搬送ローラー232に現像剤を供給する。仕切り板234は、ハウジング23Hに備えられた板状部材である。仕切り板234は、第1攪拌部と第2攪拌部とを第1スクリュー233Aおよび第2スクリュー233Bの軸方向に沿って仕切っている。また、トナー補給部15から補給されたトナーは、第2スクリュー233Bの軸方向の一端側からハウジング23H内に流入し、他の現像剤と攪拌される。
層厚規制部材235は、搬送ローラー232の軸心と直交する断面で見た場合、搬送ローラー232の周面に対向して配置された先端面を備え、所定の厚さを備えた板状部材である。本実施形態では、層厚規制部材235は磁性金属材料(磁性部材)から構成されている。なお、他の実施形態において、層厚規制部材235が非磁性材料から構成され、その上流側の側面に磁性部材が固定されてもよい。換言すれば、層厚規制部材235は搬送ローラー232に対向する先端部に磁性部材を備えるものであればよい。層厚規制部材235は、攪拌スクリュー233の第1スクリュー233Aから搬送ローラー232に供給された現像剤の層厚を規制する。
また、図2に示すように、現像ローラー231の軸心は、感光体ドラム20の軸心よりも下方に配置され、搬送ローラー232の軸心は、現像ローラー231の軸心よりも更に下方に配置されている。
更に、図2を参照して、トナーおよびキャリアからなり、攪拌スクリュー233で循環搬送された現像剤は、第1スクリュー233Aから搬送ローラー232に供給される。その後、層厚規制部材235によって現像剤の層厚が規制された後、当該現像剤は現像ローラー231に供給される。現像位置NP(図3)においてトナーの一部が感光体ドラム20に供給されると、現像ローラー231から搬送ローラー232に現像剤が回収される。その後、搬送ローラー232に回収された現像剤は、再び第1スクリュー233Aの周辺の第1攪拌部に流入する。
図3および図4を参照して、本実施形態では、現像ローラー231の第1磁石231Aは、周方向に沿って5つの磁極を備えている。現像ローラー231と搬送ローラー232との対向位置TPから第1回転方向(D1)下流側には、S11極(第1磁極)が配置される。また、S11極の第1回転方向下流側には、N11極が配置される。N11極は、搬送ローラー232から受け取った現像剤を感光体ドラム20側に搬送する搬送極として機能する。更に、N11極の第1回転方向下流側には、感光体ドラム20にトナーを供給する主極として機能するS12極が配置される。S12極は、現像位置NPの近傍に配置されている。
更に、第1磁石231Aは、現像位置NPよりも第1回転方向下流側、かつ、対向位置TPよりも第1回転方向上流側の第1領域において、2つの磁極(N12、S13)を備えている。N12極は、S12極の第1回転方向下流側に配置される。S13極(第4磁極)は、N12極に対して第1回転方向下流側に隣接し、かつ、対向位置TPの第1回転方向上流側に配置された磁極である。また、S13極は、前述のS11極に対して第1回転方向上流側で対向位置TPを挟んで隣接して配置されている。
表1には、本実施形態に係る第1磁石231Aとして、5つの磁極の角度および磁力(半径方向成分のピーク値)を例示したものが示されている。なお、表1に示される各磁極の角度は、図4の対向位置TPを始点(角度0°)として、第1回転方向に沿って示されている。図4では、対向位置TPと現像ローラー231の回転軸心とを結ぶ直線CL(現像ローラー231の回転軸心と搬送ローラー232の回転軸心とを結ぶ直線)が上記の始点として示されている。
一方、図3および図5Aを参照して、搬送ローラー232の第2磁石232Aは、周方向に沿って5つの磁極を備えている。現像ローラー231と搬送ローラー232との対向位置TPから第2回転方向(D2)下流側には、N1極(第5磁極)が配置される。また、N1極の第2回転方向下流側には、S1極が配置される。更に、S1極の第2回転方向下流側には、間隔をおいてS2極が配置される。S1極は、搬送ローラー232から現像剤を剥離する剥離極として機能する。S2極は、第1スクリュー233Aから現像剤を汲み上げる汲上極として機能する。S2極の第2回転方向下流側には、N2極(第3磁極)およびS3極(第2磁極)が配置されている。図5Aに示すように、S3極よりも第2回転方向上流側であって、N2極とS3極との間、特にN2極近傍において前述の層厚規制部材235が搬送ローラー232の第2スリーブ232Bに所定の間隔をおいて対向して配置されている。本実施形態では、層厚規制部材235に対向するN2極が規制極として機能する。このため、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤が受け渡される前に、現像剤の層厚を安定して規制することができる。なお、S3極は、対向位置TPの第2回転方向上流側に配置され、前述のN1極は、S3極に対して第2回転方向下流側に対向位置TPを挟んで隣接して配置されている。また、S3極は、第1磁石231AのS11極に対向して配置され、N1極は、第1磁石231AのS13極に対向して配置されている。
表2には、本実施形態に係る第2磁石232Aの一例として、5つの磁極の角度および磁力(半径方向成分のピーク値)が示されている。表2に示される各磁極の角度は、図5Aの対向位置TPを始点(角度0°)として、第2回転方向に沿って示されている。なお、図5Aでは、対向位置TPと搬送ローラー232の回転軸心とを結ぶ直線CL(現像ローラー231の回転軸心と搬送ローラー232の回転軸心とを結ぶ直線)が上記の始点として示されている。
更に、現像ローラー231の第1磁石231Aおよび搬送ローラー232の第2磁石232Aのうち対向位置TPの周囲に配置された4つの磁極の配置および機能について付言する。図7は、本実施形態に係る現像装置23の現像ローラー231および搬送ローラー232において、対向位置TPの周辺の様子を示す模式図である。第1磁石231AのS11極、S13極および第2磁石232AのS3極は、同極の磁極であり、第2磁石232AのN1極は、これらの磁極に対して異極の磁極である。そして、S13極およびN1極によって形成される磁界によって、現像位置NPを通過した現像剤が、現像ローラー231から搬送ローラー232に受け渡される。また、攪拌スクリュー233の第1スクリュー233Aから搬送ローラー232に供給された現像剤は、層厚規制部材235によって規制された後、S3極およびS11極によって形成される磁界によって、搬送ローラー232から現像ローラー231に受け渡される。
図6を参照して、ハウジング23Hは、現像ローラー231および搬送ローラー232に対向する複数の内壁部を備えている。詳しくは、ハウジング23Hは、第1内壁部23H1と、第2内壁部23H2と、第3内壁部23H3と、第4内壁部23H4と、を備える。第1内壁部23H1は、N12極およびS13極に対向し、かつ、現像位置NPからS13極に対向する位置まで現像ローラー231の第1スリーブ231Bの周面に沿うように延設されている。第2内壁部23H2は、第1内壁部23H1に接続されるとともに、N1極およびS1極に対向し、かつ、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bの周面に沿うように延設されている。同様に、第3内壁部23H3は、第1内壁部23H1とは反対側でN11極およびS11極に対向し、かつ、現像位置NPからS11極に対向する位置まで現像ローラー231の第1スリーブ231Bの周面に沿うように延設されている。第1内壁部23H1と第3内壁部23H3との間において、現像ローラー231の第1スリーブ231Bが部分的に露出され、感光体ドラム20に対向して配置されている。第4内壁部23H4は、第3内壁部23H3に接続されるとともに、S3極、N2極に対向し、かつ、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bの周面に沿うように延設されている。なお、前述の層厚規制部材235は、第4内壁部23H4と交差するようにハウジング23Hに固定され、搬送ローラー232の半径方向に沿って延びている。
また、図6に示すように、各内壁部と現像ローラー231の第1スリーブ231Bおよび搬送ローラー232の第2スリーブ232Bとの間には、略均等な隙間H(現像剤の搬送路)が形成されている。本実施形態では、当該隙間Hの高さは、現像ローラー231および搬送ローラー232の半径よりも小さく、0.5mmから2.0mmの範囲に設定されている。
近年、トナーおよびキャリアを含む現像剤が使用される、2成分現像方式では、画像品質の向上のため、平均体積粒径30〜45μm程度の小粒径キャリアが使用されることが多い。また、現像ローラー231上の現像剤搬送量も400g/m2以下の範囲に設定されることが主流となってきている。そして、この低搬送量を安定して実現させるためには、磁性の層厚規制部材235が使用されることが望ましい。
図11は、本実施形態と比較される他の現像装置23Zの現像ローラー231Zおよび搬送ローラー232Zの磁極配置を示す模式的な断面図である。現像装置23Zは、感光体ドラム20Zにトナーを供給する。現像ローラー231Zは、第1磁石231AZおよび第1スリーブ231BZを備える。また、搬送ローラー232Zは、第2磁石232AZおよび第2スリーブ232BZを備える。第1磁石231AZは、対向位置TPより第1回転方向下流側に向かって、順に、N11極、S11極、N12極、S12極、N13極、およびS13極を備える。また、第2磁石232AZは、対向位置TPより第2回転方向下流側に向かって、順に、N1極、S1極、S2極、N2極およびS3極を備える。N2極に対向して配置される層厚規制部材235Zは磁性材料からなる。この場合、層厚規制部材235Zの先端とN2極との間には、強い磁界が形成される。また、異極同士のS3極およびN11極によって形成される強い磁界によって、搬送ローラー232Zから現像ローラー231Zに現像剤が受け渡される。
このように、N2極から発生する磁力線の多くが層厚規制部材235Zに向かい、S3極から発生する磁力線は対向する現像ローラー231ZのN11極に向かうため、N2極とS3極とを結ぶ磁力線は非常に少なくなる。この結果、このN2極とS1極との間で現像剤が矢印のように飛翔しやすい。搬送ローラー232Z上で現像剤の飛翔が発生すると、その部分でトナー飛散が発生しやすくなり、画像形成装置10の機内が汚染されやすい
本実施形態では、2本の磁気ローラー(現像ローラー231、搬送ローラー232)を備えた現像装置23において、感光体ドラム20には1本の現像ローラー231が対向して配置されている。また、磁性材料を含む層厚規制部材235は搬送ローラー232に対向して配置されている。そして、上記のように、層規制後の現像剤からトナーが飛散することを抑止するために、現像装置23は、第1磁石231Aおよび第2磁石232Aの磁極配置に特徴を備えている。
すなわち、図6および図7を参照して、現像ローラー231および搬送ローラー232の現像剤の搬送経路の中で、搬送ローラー232のS3極から現像ローラー231のS11極に向かって、同極磁極による現像剤の受け渡しが行われる。ここで、図11において、S3極からN11極に向かっていた磁力線が、図6では、上流側のN2極へ向かうようになる(図3の破線で示す磁力線参照)。この結果、層厚規制部材235の直後での現像剤飛翔が抑制される。一方、図6では、S3極とS11極の反発磁界によって、現像剤の滞留部TDが形成される。そして、この滞留部TDで保持しきれなくなった現像剤が、順に、搬送ローラー232のS3極から現像ローラー231のS11極側に向かって飛翔する。この際、S3極とN11極との間において、現像ローラー231の第1スリーブ231Bと搬送ローラー232の第2スリーブ232Bとの直線距離が短いため、飛翔する現像剤に含まれるトナーが、画像形成装置10の機内を汚染する恐れは少ない。
なお、本来、同極の磁極間における現像剤の移動は容易ではない。本実施形態では、この現像剤の移動(受け渡し)が、対向位置TPを挟んで反対側に位置するS13極及びN1極によって促進される。図7を参照して、通常であれば、S3極の周辺の現像剤はN1極に向かって搬送されやすい。しかし、本実施形態では、このN1極に異極のS13極が対向して配置されることで、N1極から発生する磁力線の多くは、このS13極へ向かって形成される。この結果、N1極とS3極とを結ぶ磁力線は非常に少なくなる。したがって、S3極とS11極とによって形成される反発磁界が安定して形成される。この結果、搬送ローラー232上をS3極付近まで搬送された現像剤が、対向位置TPを通過してN1極側に移動することが抑止されるとともに、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤が安定して受け渡される。
なお、S13極の第1回転方向下流側には同極のS11極が配置されている。このため、S13極とS11極との間には、反発磁界による磁気シールドMS(図7)が形成されている。この結果、現像ニップNPを通過し現像ローラー231上を搬送された現像剤が、S11極側に回りこむことが抑止される。
このように、本実施形態では、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤が受け渡される領域に配置された2つの磁極(S3極、S11極)は同極の磁極であり、層厚規制部材235の周辺から対向位置TPにかけて配置された2つの磁極(N2極、S3極)は、互いに異極の磁極からなる。この結果、層厚規制部材235を通過し対向位置TPに向かって搬送される現像剤に含まれるトナーが、搬送ローラー232の第2スリーブ232B上から飛散することが抑止される。この結果、図11に示される場合のように、飛散したトナーが現像装置23の周囲へ飛散し、画像形成層10の内部が汚染することが抑止される。また、現像装置23のハウジング23H内に飛散したトナーが堆積し、そのトナーが現像位置NPに運ばれ、画像上にトナーの塊が色点として発生することも抑止される。
なお、S11極の半径方向成分のピーク磁力をM1(mT)、S3極の半径方向成分のピーク磁力をM2(mT)とした場合、以下の式1の関係が満たされることが望ましい。
1.5×M1>M2 ・・・ (式1)
この場合、N2極とS3極との間で現像剤の飛翔が特に抑止され、また、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤の受け渡しが安定して実現される。
なお、磁性材料を含む層厚規制部材235によって、搬送ローラー232上の現像剤の搬送量が安定して規制されるためには、層厚規制部材235の配置が好適に調整されることが望ましい。すなわち、図5Bを参照して、搬送ローラー232の軸心232Cと層厚規制部材235の先端面のうち第2回転方向上流側の端部235Cとを結ぶ第1直線L1が、搬送ローラー232の軸心232CとN2極の磁力の半径方向成分のピーク位置とを結ぶ第2直線L2よりも第2回転方向下流側に配置され、第1直線L1と第2直線L2とがなす角度θが2度以上15度以下の範囲となるように、層厚規制部材235が配置されることが望ましい。
また、本実施形態では、図6に示すように、現像ローラー231の軸心は感光体ドラム20の軸心よりも下方に配置され、搬送ローラー232の軸心は現像ローラー231の軸心よりも下方に配置されている。そして、S11極がS3極よりも上方に配置されている。換言すれば、S3極の磁力の半径方向成分のピーク位置に対向する第2スリーブ232Bの外周位置は、S11極の磁力の半径方向成分のピーク位置に対向する第1スリーブ231Bの外周位置よりも下方に配置されている。このため、滞留部TDから飛翔する現像剤は、S11極(S11極とN11極との間の磁力線)に向かって、上方に移動する。したがって、磁力に拘束されにくいトナーの凝集物や異物は、重力に作用によって、現像ローラー231に到達することなく落下する。このため、これらの凝集物や異物が画像上に現れることが抑止される。
また、本実施形態では、対向位置TPを挟んだ位置に、異なる方向に向かって現像ローラー231および搬送ローラー232間の現像剤の受け渡し領域が安定して形成される。特に、搬送ローラー232から現像ローラー231へは、同極同士の磁極によって現像剤が受け渡され、現像ローラー231から搬送ローラー232へは、異極同士の磁極によって現像剤が受け渡される。なお、本実施形態では、一例として、現像ローラー231と感光体ドラム20との間のギャップ(現像位置NP)が、0.25mmよりも大きく0.40mm以下に設定される。一方、現像ローラー231と搬送ローラー232との間のギャップ(対向位置TP)は、0.18mm以上0.25mm以下に設定される。換言すれば、現像ローラー231と搬送ローラー232との間のギャップは、現像ローラー231と感光体ドラム20との間のギャップよりも狭く設定される。そして、このように狭く設定された対向位置TPを挟むように、現像ローラー231と搬送ローラー232との間で現像剤の受け渡しが行われる。なお、前述のように、対向位置TPには、いずれの磁極のピーク位置も対向していない。このため、上記のように対向位置TPのギャップが狭く設定されても、対向位置TPに現像剤が介在し現像剤の固着が発生することが抑止される。また、周方向において対向位置TPを挟むように、受け渡しの現像剤の磁気ブラシが2つ形成されるため、対向位置TPでトナーが飛散した場合でも、当該トナーを封じ込めることができる。
また、図6を参照して、本実施形態では、第1内壁部23H1および第2内壁部23H2が、現像ローラー231および搬送ローラー232の周面に沿って形成されながら互いに接続されているため、現像ローラー231から搬送ローラー232に現像剤をスムーズに受け渡すことができる。同様に、搬送ローラー232から現像ローラー231への現像剤の受け渡し領域においても、第3内壁部23H3および第4内壁部23H4によって、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤をスムーズに受け渡すことができる。
次に、実施例に基づいて、本発明を更に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。後記の各実験では、以下の実験条件において実験を行った。
<実験条件>
・プリント速度:55枚/分
・感光体ドラム20:アモルファスシリコン感光体(a−Si)、直径φ30mm、表面電位Vo(白地部、背景部)=+270V、VL(画像部)=+20V、周速=300mm/sec
・層厚規制部材235と第2スリーブ232Bとのギャップ:200〜600μm
・搬送ローラー232、現像ローラー231上の現像剤搬送量(層厚規制後):100〜300g/m2
・キャリア:体積平均粒径35μm、磁力80emu/g、フェライト樹脂コートキャリア
・トナー:体積平均粒径6.8μm、トナー濃度7%、正帯電性
現像ローラー231の条件は以下のとおりである。
・現像ローラー231:直径φ20mm
・現像ローラー231の感光体ドラム20に対する周速比:1.8(対向位置で同方向、ウィズ方向)
・現像ローラー231と感光体ドラム20とのギャップ:300μm
・現像バイアス:直流バイアス=170V、交流バイアス=Vpp1.4kV、周波数f3.7kHz、Duty50%、矩形波(なお、搬送ローラー232および層厚規制部材235も同電位である)。
・第1スリーブ231Bの表面条件:サンドブラスト(Rzjis7μm)、Niメッキ処理。
また、実験に用いた現像ローラー231の磁極分布は、先の表1に示された条件である。なお、以下の現像ローラー231および搬送ローラー232の磁力測定は、日本電磁測器株式会社 GAUSS METER Model GX−100を用いて行った。
また、実験に用いた搬送ローラー232の条件は以下のとおりである。
・搬送ローラー232:直径φ20mm
・第2スリーブ232Bの表面条件:ローレットV溝(溝深さ80μm、溝幅0.2mm、溝本数120本)
・搬送ローラー232の現像ローラー231に対する周速比:1.05(対向位置で逆方向、カウンタ方向)
・搬送ローラー232と現像ローラー231とのギャップ:250μm
また、実験に用いた搬送ローラー232の磁極分布は、先の表2に示されたものである。
上記の実験条件において、第1磁石231Aおよび第1スリーブ231Bの磁極条件を変化させ、各画質の評価を行った結果を表3に示す。
なお、S11極、S3極およびN2極の角度は、各磁極の半径方向成分のピーク位置で表されている。この際、現像ローラー231の回転軸心と搬送ローラー232の回転軸心とを結ぶ直線CLを始点として、各磁極のピーク位置が示されている。S11極の角度は、直線CLから第1回転方向下流側に測定し、S3極およびN2極の角度は、直線CLから第2回転方向上流側に測定している。また、表3の各磁極の磁力は、各磁極の半径方向成分のピーク磁力で表されている。磁力比率とは、S3極のピーク磁力をS11極のピーク磁力で除した値である。
また、画質評価のうち、トナー飛散は、N2極からS3極までの領域でトナー飛散が発生しているか否かを評価しており、○はトナー飛散が発生せず、△は僅かにトナー飛散が発生している状態を示している。なお、トナー飛散の結果が△の場合でも、実使用上は問題ない。また、現像剤受け渡しとは、搬送ローラー232から現像ローラー231に現像剤の受け渡しがスムーズに行われているかが評価されている。表3では、○は現像剤の受け渡しが良好であり、△は僅かに現像剤の受け渡しが停滞している状態を示している。
表3に示すように、本発明に係る現像ローラー231および搬送ローラー232の磁極、特に、現像ローラー231側のS11極、搬送ローラー232側のS3極、N2極の極性の関係が満たされることで、トナー飛散が抑止される結果となった。なお、S11極の半径方向成分のピーク磁力をM1(mT)、S3極の半径方向成分のピーク磁力をM2(mT)とした場合、磁力比率(M2/M1、表3のS3/S11)が、1.5>M2/M1、換言すれば、1.5×M1>M2の関係を満たすことで、トナー飛散および現像剤の受け渡しにおいて、特に良好な結果を得ることができる。
なお、同極磁極(S3極、S11極)での現像剤の受け渡しは、搬送ローラー232の第2スリーブ232Bの溝形状(ローレット溝)に応じた現像剤の搬送むらを抑制する作用を備えている。特に、搬送ローラー232の周速度が遅く設定された場合、搬送ローラー232上の溝部分の凹凸に応じて、現像剤の搬送量に差異が生じる。しかしながら、滞留部TDにおける現像剤の滞留によって、この搬送量の変動を縮小することが可能となる。
なお、上記の実験において、第1スリーブ231Bの表面条件については、Rzjis4μm以上14μm以下の範囲で同様の評価を行った結果、上記と同様の結果が得られることがわかった。また、トナー濃度5%以上12%以下の範囲で、上記と同様の評価を行ったところ、トナー飛散および現像剤の受け渡しに関して同様の結果が得られた。更に、現像ローラー231および搬送ローラー232の直径が16mm以上35mm以下の範囲、感光体ドラム20の周速が200mm/sec以上400mm/sec以下の範囲で同様の評価を行った場合も、同様の結果が得られた。更に、表3において、N2極の角度を、75度から90度の範囲に変化させた場合も、上記と同様の結果を得た。
以上、本発明の一実施形態に係る現像装置23およびこれを備える画像形成装置10につき詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば以下のような変形実施形態を取ることができる。
(1)上記の実施形態では、第1磁石231Aおよび第2磁石232Aにおいて、層厚規制部材235による層規制から現像ローラー231への現像剤の受け渡しに関わる3つの磁極がN2極、S3極およびS11極の場合にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記の各磁極のS極およびN極が反転されたものでもよい。
(2)また、上記の実施形態では、図6および図7に示すように、S13極、S11極およびS3極が同極の磁極からなり、N1極がこれらの磁極とは異極の磁極からなる態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図8は、本発明の変形実施形態に係る現像装置23Mの現像ローラー231Mおよび搬送ローラー232Mの磁極配置を示す模式的な断面図である。本変形実施形態では、現像ローラー231Mは、第1磁石231AMと第1スリーブ231BMとを備える。また、搬送ローラー232Mは、第2磁石232AMと、第2スリーブ232BMとを備える。そして、第1磁石231AMのS11極、第2磁石232AMのS1極およびS4極は同極の磁極からなり、第1磁石231AMのN13極は、これらの磁極とは異極の磁極からなる。このような場合であっても、S4極およびS11極の反発磁界が安定して形成され、図8のN2極からS4極までの領域において、現像剤からトナーが飛散することが抑止される。また、S4極側からS11極側に現像剤が安定して受け渡される。
また、図9は、本発明の変形実施形態に係る現像装置23Nの現像ローラー231Nおよび搬送ローラー232Nの磁極配置を示す模式的な断面図である。本変形実施形態では、現像ローラー231Nは、第1磁石231ANと第1スリーブ231BNとを備える。また、搬送ローラー232Nは、第2磁石232ANと、第2スリーブ232BNとを備える。そして、第1磁石231ANのS13極およびS11極、第2磁石232AMのS1極およびS4極は同極の磁極からなる。このような場合であっても、図9のN2極からS4極までの領域において、現像剤からトナーが飛散することが抑止される。ただし、現像剤の受け渡しおよび第1磁石231Aおよび第2磁石232Aの各磁極の位置が安定するためには、図6または図8に示すように、対向位置TPの周辺の1つの磁極が異極とされることが望ましい。
(3)更に、図10は、本発明の変形実施形態に係る現像装置23のハウジング23Hの構造を示す模式的な断面図である。本変形実施形態では、S11極の下方に位置する領域に、回収部50が備えられている。このような構成によれば、滞留部TDから他の現像剤とともに上方に持ち上げられた後、重力によって落下した凝集物や異物を回収することが可能となる。