JP6628128B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明を、画像形成装置である電子写真方式のプリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)100に適用した一実施形態(以下、本実施形態を「実施形態1」という。)について説明する。
図1は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。なお、Y、M、C、Kは、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の色用の部材であることを示すものである。
図2は、画像形成ユニットが備える現像装置及び感光体を示す拡大構成図である。図2に示すように、感光体11は、図2中の矢印A方向に回転しながら、その表面を帯電装置により帯電される。帯電された感光体11の表面には、露光装置より照射されたレーザ光により静電潜像を形成された潜像に現像装置14からトナーが供給され、トナー像が形成される。現像装置14は、図2中の矢印B方向に表面移動しながら感光体11の表面の潜像に現像剤収容容器に収容された現像剤を供給して現像する現像剤担持体としての現像ローラ14aを有している。
図4は、静止摩擦係数測定装置130の概略構成図である。現像ローラの表面摩擦係数はオイラーベルト法により最大静止摩擦係数μを求める。図4に示すように、ベルトとして中厚の上質紙を紙すみが長手方向になるようにし、さらにその紙の両端に糸をつけて測定紙片131を作成する。この測定紙片131を現像ローラ132の円周1/4に張架し、ベルトの一方に例えば0.98N(100g重)の重り133をつけ、ベルトの他方からデジタルプッシュプルゲージ134で測定紙片131を引っ張り、測定紙片131が動き出した時のゲージの値(荷重)を読む。この時の値をF(N)とすると、最大静止摩擦係数μは、μ=[1n(F/0.98)]/(π/2)で求められる。
(実施例1)
上記実施形態の一実施例(以下、本実施例を「実施例1」という。)について説明する。図6は、実施例1の現像剤規制部材と現像ローラとを、現像ローラの軸方向から見たときの拡大説明図である。図7は、従来例の現像剤規制部材と現像ローラとを、現像ローラの軸方向から見たときの拡大説明図である。図6及び図7中の実線はP4極の現像スリーブ表面(距離0[mm])での法線方向磁束密度の絶対値が最大となる地点をプロットしたものを示す。
図8は、実施例1におけるP4極の部分を拡大した模式図である。図8中の実線はP4極の現像スリーブ表面(距離0[mm])での法線方向磁束密度の絶対値が最大となる地点をプロットしたものを示す。本例では、P4極の法線方向磁束密度が最大値(−60[mT])となるピーク部は、現像ローラ14a上の地点の法線(図8中の一点鎖線)161上に位置し、P4極のピーク部近傍の磁束密度変化率を小さくする構成とした。ここで、磁束密度変化率は、ピーク部より±15[deg]の法線162、163の間の範囲(図8中の二点鎖線)で、1[deg]あたりに変化する法線方向磁束密度を示すもので、磁束密度変化率が小さいとは、ピーク部より±15[deg]の範囲での磁束密度の変化が1.5[mT/deg]以下であることを意味している。
汲み上げ量低下率[%]=(初期の汲み上げ量−経時劣化の汲み上げ量)/初期の汲み上げ量×100
これより、磁性部材の厚みは0.3[mm]以上であることが望ましいが、ドクタブレード周辺のレイアウトから厚くしすぎることは困難であることため、0.3[mm]以上0.6[mm]以下が汲み上げ量偏差を抑制と装置構成のバランスから好適である。
次に、上記実施形態の他の実施例(以下、本実施例を「実施例2」という。)について説明する。
図10は、実施例2の現像剤規制部材と現像ローラとを、現像ローラの軸方向から見たときの拡大説明図である。図10中の実線はP4極の現像スリーブ表面(距離0[mm])での法線方向磁束密度の絶対値が最大となる地点をプロットしたものを示す。
図10に示すように、実施例2の現像剤規制部材170は、非磁性部材171と磁性部材172とから構成される。実施例2において、ドクタギャップGdを決めている磁性部材172の端面172aの現像ローラ14aによる現像剤搬送方向(厚み方向)の中心が、図10に示すように、規制極による法線方向磁束密度が現像ローラ14a上で最大となる地点(当該地点の法線を示す仮想線(図10中の一点鎖線))よりも現像ローラ14aによる現像剤搬送方向下流側の地点(当該地点の法線を示す仮想線(図10中の二点鎖線))の法線方向の直上に位置するように、磁性部材172を配置している。なお、実施例2においても、磁性部材172は非磁性部材171の現像ローラ14aによる現像剤搬送方向上流側の側面に設けられ、かつ、磁性部材172の現像ローラ14a表面に対面する端面172aが非磁性部材171の先端部171aよりも現像ローラ側に突出している。また、磁性部材172の端面172aが規制極による法線方向磁束密度が現像ローラ14a上で最大となる地点の法線よりも現像ローラ14aによる現像剤搬送方向下流側に位置していればよいので、汲み上げ極と規制極との間に生じる汲み上げ用の磁界に影響しない範囲で磁性部材142の姿勢が現像ローラ14aによる現像剤搬送方向上流側あるいは下流側にある程度傾いてもよい。
以上により、実施例2によれば、現像剤を狙いの量に規制することができ、長手方向の汲み上げ量偏差、現像剤劣化による汲み上げ量偏差、現像剤中のトナー濃度違いによる偏差のいずれも抑制することができ、画像濃度ムラを防止することができる。
図11は、磁性部材の厚みを変えたときの接線方向磁気力と汲み上げ量低下率の関係を示すグラフである。
現像装置では、現像ローラに内設している磁極による磁界の作用によって、現像ローラ上の現像剤に対して働く現像ローラの外周面での接線方向磁気力が生じる。その接線方向磁気力の現像スリーブ上の現像剤に作用する向きが現像ローラによる現像剤搬送方向下流側へ向いていると、その作用の向きは現像スリーブの回転による現像剤搬送方向と同じであるので、現像剤の搬送は促進される。そのとき、接線方向磁気力の強さが大きいと、現像剤の搬送はより一層促進される。その接線方向磁気力の測定位置は、図12に示すように、現像ローラ14aの中心Oと磁性部材142の現像ローラ14aによる現像剤搬送方向上流側の端部142bとを結んだ仮想線(図12中二点鎖線)が現像ローラ14aの外周面に交差した位置14bである。その位置14bにおける接線方向磁気力は図12中の矢印Fsで示す。なお、接線方向磁気力は、実際の現像ローラの磁束密度から算出したり、シミュレーションツール(例えば(株)JSOL社製、電磁界解析ソフト「JMAG」)を用いて算出したりする。実施例1では、シミュレーションツールを用いて、図9の条件1〜5の磁性部材の厚みに対し接線方向磁気力を算出した。その算出結果を図11に示している。図11中、現像ローラによる現像剤搬送方向下流側をプラス、上流側をマイナスとしたとき、磁性部材が薄い条件1(0.1[mm])では、現像ローラによる現像剤搬送方向上流側に向く接線方向磁気力になる。これに対し、磁性部材を厚くした条件2〜5(0.3[mm]〜1.0[mm])では、現像ローラによる現像剤搬送方向下流側に向く接線方向磁気力になり、磁性部材の厚みが厚くなるほどその接線方向磁気力の強さが大きくなることがわかる。
現像剤の汲み上げ量は、上述した接線方向磁気力に加えて、現像スリーブの現像剤の運び易さや、現像剤自体のスリップのし難さ等の現像剤の特性も起因してくる。よって、接線方向磁気力と、現像スリーブの現像剤の運び易さや、現像剤自体のスリップのし難さ等の現像剤の特性を把握して、それらを最適化することで、現像剤の汲み上げ量の偏差を抑制することが可能となる。
現像スリーブの現像剤の運び易さ、つまり現像スリーブの摩擦力に相当する特性(以下、スリーブ搬送係数という。)を把握する。このスリーブ搬送係数の測定方法として、図4に示すオイラー法を用いることも可能であるが、以下の図13に示す模式図のような方法を取ることもできる。
現像スリーブ201と、その上に隙間(ドクタギャップ(Gd))を置いて現像剤規制部材202とを配置する。現像スリーブ201と現像剤規制部材202の間隔は、現像剤Tが介在できる間隔とする。例えば、実際のドクタギャップ(Gd)に相当する広さとすることも可能であるし、測定精度により、ドクタギャップより広い、または狭い間隔とすることも可能である。また、現像スリーブ201には実際の現像スリーブと同じ材質や同じ溝形状が施されており、現像剤規制部材202は実際の現像剤規制部材と同じ材質が使われている。そして、現像スリーブ201の下には磁極203(極性は問わず)を配置して現像剤Tを現像スリーブ201に保持できる構成としている。そして、現像スリーブ201及び磁極203を図13中の矢印方向へ動かすことでスリーブ搬送係数を取得することとなる。スリーブ搬送係数は、現像スリーブ201を引く力を用いて算出することができ、または現像スリーブ201を動かしたときの移動距離と搬送された現像剤Tの量から算出することも可能である。
図14に示すように、スリーブ搬送係数は大きいほど、汲み上げ量低下率は小さくなり、その結果画像濃度ムラを防止することが可能となる。ここで、接線方向磁気力が弱い場合では、スリーブ搬送係数の大きさによる汲み上げ量低下率の変化が大きい。一方、接線方向磁気力が強い場合では、スリーブ搬送係数の大きさによる汲み上げ量低下率の変化が小さい。また、接線方向磁気力を強くすることで、スリーブ搬送係数、つまり現像スリーブ形状の対する設計余裕度を向上させることが可能である。逆にスリーブ搬送係数を大きくすることで、接線方向磁気力に対する設計余裕度向上させることが可能となる。これら設計余裕度の向上は各部品の歩留まりを向上させるなどでコスト低減に繋がることにもなる。なお、スリーブ搬送係数を大きくする方法としては、現像スリーブの溝(凹み)の数を増やして溝の密度(現像スリーブの外周面の単位面積あたりの溝の数)を高くする方法を取ることで可能である。その他の方法としては、図15に示すように、現像スリーブ201の外周面201aに溝(凹み)201bを設け、その外周面201aと、外周面201aと溝201bとの境界点における接線(図15中点線)とがなす角度(α)を小さくするなどの方法がある。
汲み上げ量偏差に起因する現像剤の特性は、現像剤規制部材近傍の現像剤量に相当する嵩密度と、現像剤自体のスリップのし難さ(以下、剤搬送係数という。)とである。
次に、上記実施形態のさらに他の実施例(以下、本実施例を「実施例3」という。)について説明する。
図18は、実施例3の現像剤規制部材と現像ローラとを、現像ローラの軸方向から見たときの拡大説明図である。
図18に示すように、実施例3の現像剤規制部材180は、非磁性部材181と磁性部材182とから構成される。そして、現像ローラ14aによる現像剤搬送方向に対し直交する方向から見たとき、現像ローラ14aによる現像剤搬送方向の磁性部材182の断面形状は台形となっている。実施例3では、その台形の下底に対応する磁性部材142の端面142aの厚みを台形の上底に対応する磁性部材142の端面142aに対し反対側の面の厚みよりも厚くしている。なお、他の構成としては、磁性部材142の端面142aを有する先端部が現像ローラよる現像剤搬送方向上流側に折れ曲がっている構成がある。磁性部材142の端面142aの厚みを端面142aの反対側の面よりも厚くすることで、磁性部材142の端面142aと現像ローラ14aの外周面との間の規制ギャップの入口における接線方向磁気力の強さが高められる。その結果、現像剤が規制ギャップの入口に入り易くなる。
図19は、比較例1の現像剤規制部材と現像ローラとを、現像ローラの軸方向から見たときの拡大説明図である。
図19に示すように、比較例1の現像剤規制部材190は、非磁性部材191と磁性部材192とから構成される。比較例1において、ドクタギャップGdを決めている非磁性部材191の先端部191aの現像ローラ14aによる現像剤搬送方向(厚み方向)の中心が、図19に示すように、規制極のP4極による法線方向磁束密度が現像ローラ14a上で最大となる地点の法線方向の直上(当該地点の法線を示す仮想線(図19中の一点鎖線)上)に位置するように、非磁性部材191を配置している。磁性部材192は非磁性部材191の現像ローラ14aによる現像剤搬送方向上流側の側面に設けられ、かつ、非磁性部材191の現像ローラ14a表面に対面する先端部191aが磁性部材192の端面192aよりも現像ローラ側に突出している。
比較例2の現像剤規制部材は、図7に示すものである。比較例2において、磁性部材152の現像ローラ14a表面に対面する端面152aの現像ローラ14aによる現像剤搬送方向(厚み方向)の中心(当該中心を通る仮想線(図7中の二点鎖線))は、規制極のP4極による法線方向磁束密度が現像ローラ14a上で最大となる地点よりも現像ローラ14aによる現像剤搬送方向上流側に位置している。さらには、磁性部材152は非磁性部材151の現像ローラ14aによる現像剤搬送方向上流側の側面に設けられ、かつ、磁性部材152の現像ローラ14a表面に対面する端面152aが非磁性部材151の先端部151aよりも現像ローラ側に突出している。
ドクタギャップ(Gd):0.4[mm]、現像剤:初期状態(以下、初期剤という。)、現像剤中のトナー濃度:7[wt%]、汲み上げ量の測定:主極のP1極の現像スリーブ上の現像剤を平面視で1[mm]×2[mm]の範囲で吸引し重量を測定する。測定は、次の長手方向3ヵ所で実施した。確認実験結果を示す表2及び表3において、Fはドクタブレードの装置手前側端部、Cはドクタブレード長手方向の中央部、Rはドクタブレードの装置奥側端部の測定箇所を、それぞれ示している。
確認実験1として、初期剤と、RICOH PRO C751EXにおいて、画像面積率が5[%]で600K枚印刷したときの現像剤(以下、600K剤という。)を用いて汲み上げ量の測定を行い比較した。なお、汲み上げ量の判定基準は、初期剤が40±5[mg/cm2]、汲み上げ量の変化率が±20[%]以内とし、長手方向偏差が±2.0[mg/cm2]とした。
評価結果を以下の表2に示す。判定結果で、○は合格、×は不合格、をそれぞれ示す。実施例1、2、3、比較例1は、いずれの判定基準について合格となっている。
確認実験2として、現像剤中のトナー濃度が7[wt%]と5[wt%]で汲み上げ量の測定を行い比較した。なお、汲み上げ量の判定基準は、初期剤が40±5[mg/cm2]、汲み上げ量の変化率が±20[%]以内とし、長手方向偏差が±2.0[mg/cm2]とした。
評価結果を以下の表3に示す。判定結果で、○は合格、×は不合格、をそれぞれ示す。実施例1、2、3は、いずれの項目も合格であるが、比較例1、2は汲み上げ量変化率、長手方向偏差で不合格となっている。
確認実験3として、通紙実験を行い、白スジ、濃度ムラの異常画像確認を行った。評価機はRICOH PRO C751EX (現像器のみ実施例1、2、3、比較例1、2の形態改造)、紙種はNBSリコー製 タイプ6000<70[W]>(坪量70[gsm])A4を用いる。評価方法1として、画像面積率5[%]画像で100K枚印刷して白スジ評価する。評価方法2として、評価方法1実施後に全面ベタ画像(片面)を5枚印刷して白スジ評価、濃度ムラ評価する。
なお、判断基準は、出力画像を目視にて判断した。評価結果を示す以下の表4において、○は異常なし、×は異常あり、をそれぞれ示す。
比較例1では、評価方法1の通紙時にドクタブレードにトナーが固着したことによる白スジが発生した。比較例2では、濃度ムラの発生があった。
一方、以下の表4に示すように、実施例1、2、3のいずれも異常画像の発生はなかった。確認実験1〜3より本発明の効果を確認することができた。
次に、上記実施形態の一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。変形例1は実施例1、実施例2及び実施例3の構成に対して、冷却部材を放熱リブから液冷装置に変更した例である。冷却部材以外の構成については、実施例1、実施例2及び実施例3と同構成であるため説明は省略する。
図20に示すように、液冷装置300は、温度上昇箇所である現像装置14Y、M、C、Kの壁面に圧接し、冷却液が現像装置14Y、M、C、Kからの熱を受ける4つの受熱部301Y、M、C、Kと、冷却液を冷却する3つの冷却部302と、冷却液を内包する循環パイプ303と、冷却液を循環パイプ内で循環させるための搬送手段たる冷却ポンプ304と、余剰の冷却液を貯留するリザーブタンク305等とを備えている。各冷却部302は、放熱手段としてのラジエータ302a、冷却ファン302bなどを備えている。
次に、上記実施形態の他の変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
図22は、変形例2の現像剤規制部材の構成を説明する上面からみた模式図である。図22に示すように、変形例2において、ヒートシンク401に長手方向の中央部と両端部の3箇所でネジ止めされている現像剤規制部材402は、現像剤規制部材402の長手方向中央部の磁性部材が、図22に示すように、規制極による法線方向磁束密度が回転軸403aで軸回転する現像ローラ403上で最大となる地点よりも現像ローラ403の現像剤搬送方向(図22中の矢印A方向)下流側に位置するよう構成している。かかる構成によれば、現像ローラ403の長手方向の汲み上げ量偏差を抑制することができる。変形例2では、中央部の磁性部材の位置を0.3[mm]、規制極による法線方向磁束密度が現像ローラ403上で最大となる地点に対し現像剤搬送方向下流側に配置している。中央部の磁性部材を下流側に配置する方法は特に限定しないが、例えば本変形例のように現像剤規制部材402を固定する部分に樹脂からなるスペーサ404等を挟ませることでも可能である。
現像剤の磁性キャリアは、例えば酸化鉄を主成分としたフェライト、マグネタイト、または鉄粉を芯材とし、樹脂でコーティングした磁性体樹脂キャリアを用いることができる。このような磁性キャリアの被覆材料(コーティング材料)としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
なお、以上の条件は一例を示したものであり、本発明はこれらの条件に限定されない。
(態様A)
磁石14a−2等の磁界発生手段を中空体内に配置して移動し、該磁界発生手段の磁力により該中空体の外周面上に磁性キャリアとトナーとからなる二成分の現像剤を担持して搬送する現像ローラ14a等の現像剤担持体と、非磁性部材151と磁性部材152とからなり、かつ該現像剤担持体上の現像剤の量を規制する現像剤規制部材150とを備え、磁界発生手段は、現像剤規制部材により規制される現像剤担持体上の現像剤を穂立ちさせるための磁力を発生させる磁極を備え、磁性部材は非磁性部材に対し現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側に設置される現像装置14において、現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分を、磁極による法線方向磁束密度が磁性部材を配置していないときに現像剤担持体上で最大となる地点の法線方向の直上に、あるいは当該地点よりも現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側の地点の法線方向の直上に位置させる。
磁極と該磁極よりも現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側に配置された他の磁極(例えば汲み上げ極)との間の領域から磁性部材を遠ざければ遠ざけるほど、その領域の磁界に対し磁性部材による影響を軽減できる。本態様によれば、磁性部材における現像剤担持体の外周面に最も近い部分を、磁極による法線方向磁束密度が磁性部材を配置していないときに現像剤担持体上で最大となる地点(以下、ピーク点という。)の法線方向の直上に、あるいはその地点よりも現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側の地点の法線方向の直上に位置させる。これにより、磁性部材をピーク点よりも現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側に配置した従来の構成に比べて、磁極と他の磁極との間の領域から磁性部材を遠ざけることができる。その結果、当該従来の構成に比べて、磁極と他の磁極との間に存在する磁力線の減る量は少なくなり、現像剤を現像剤担持体上に拘束する磁力の減り幅を小さくでき、現像剤の搬送力の低下を抑えられる。そして、例えば現像剤の劣化が進んで現像剤の流動性が落ちても、現像剤の搬送力の低下は抑制されているので、現像剤担持体表面に近い現像剤下部と一緒に現像剤担持体表面に対し遠い現像剤上部も、現像剤担持体の回転移動に対して追従させることができる。これにより、現像剤担持体の回転移動に対して追従し難くなる部分が現像担持体による現像剤搬送方向に対し直交する方向(軸方向)で部分的に発生していた従来の構成に比べて、その追従し難くなる部分の発生が減る。よって、磁性部材と現像剤担持体との隙間を通過することで規制される現像剤量の軸方向のムラが抑制でき、画像濃度ムラを抑制できる。
(態様A)において、磁性部材の現像剤担持体による現像剤搬送方向に対し直交する方向の中央部が、磁極による法線方向磁束密度が磁性部材を配置していないときに現像剤担持体上で最大となる地点の法線方向の直上に、あるいは当該地点よりも現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側の地点の法線方向の直上に位置させる。
本態様によれば、現像剤の汲み上げ量が現像剤担持体の長手方向の中央部で多くなり、長手方向での汲み上げ量の偏差を有する場合がある。この場合、現像剤規制部材の非磁性部材のうち長手方向の中央部を現像剤担持体側に近づける構成をとって長手方向偏差を解消できる。しかし、この構成を採用した場合、非磁性部分の軸方向中央部のみを現像剤担持体に近づけるよう部品を加工することは困難である。本態様では、磁性部材の長手方向のうち中央部を両端部よりも現像担持体による現像剤搬送方向の下流側に配置させることで現像剤担持体の長手方向の汲み上げ量偏差を抑制して、異常画像の発生を効果的に抑制できる。
(態様A)又は(態様B)において、前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分が、前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記非磁性部材の部分よりも前記現像剤担持体側に突出し、前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分における前記現像剤搬送方向上流端と前記現像剤担持体の中心とを結んだ仮想線が前記現像剤担持体の外周面に交差した箇所について、前記磁極による磁界によって前記現像剤担持体上の現像剤に対し働く磁気力の接線方向成分の向きが前記現像剤搬送方向下流側に向いているよう、前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分を位置させる。
一般に、現像装置では、例えば経時により現像剤の劣化が進むと、現像剤に含まれる添加剤が磁性キャリアに付着して現像剤の流動性が落ちて搬送抵抗が高まる。現像剤担持体の外周面に最も近い現像剤規制部材の部分と現像剤担持体の外周面との隙間(以下、ドクタギャップという。)の入口において、現像剤の一部が現像剤担持体の回転に追従し難くなり、ドクタギャップ通過後の現像領域への現像剤搬送量が減少する。
本態様によれば、現像剤担持体の外周面に最も近い非磁性部材の部分(以下、非磁性部材の先端部という。)よりも現像剤担持体側に突出する現像剤担持体の外周面に最も近い磁性部材の部分(以下、磁性部材の先端部という。)は、現像剤担持体の外周面とで上記ドクタギャップを形成している。本態様では、そのドクタギャップについて、現像剤担持体内部の磁極による磁界によって現像剤担持体上の現像剤に対して働く磁気力の接線方向成分の向きが、現像剤搬送方向下流側に向いている。この結果、現像剤が上記ドクタギャップを進む方向に接線方向磁気力が働くことになり、上記ドクタギャップ内での現像剤の搬送が促進される。例えば経時により現像剤の劣化が進んで現像剤の流動性が落ちて現像剤に対し多少の搬送抵抗が発生しても、その劣化した現像剤を現像剤担持体の回転に追従させて上記ドクタギャップ内を効率よく搬送させることができる。よって、現像領域への現像剤搬送量の経時による低下を抑制することができる。
(態様A)〜(態様C)において、前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分における前記現像剤搬送方向の厚みが、0.3[mm]以上である。
本態様によれば、磁性部材は厚くなるほど、磁性部材と磁極との間に存在する磁力線は増える。その結果、磁性部材の現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側端部に対向する現像担持体外周面における接線方向成分の磁気力の強さを高められる。これにより、磁極と該磁極よりも上流側の他の磁極との間の磁界について、磁性部材による磁力の作用が働き難くなり、現像剤の汲み上げ量を安定させることができ、異常画像を防止できる。本発明の発明者らは鋭意研究した結果、現像剤の汲み上げ量変動率が10[%]以下であれば画像濃度ムラの発生を抑制できることを見出した。さらに、発明者らは、磁性部材の厚みを0.3[mm]以上にすると、現像剤の汲み上げ量変動率が10[%]以下に抑えることができることも見出した。よって、本態様では、磁性部材の厚みが0.3[mm]以上としたことで、現像剤の汲み上げ量を安定させ、画像濃度ムラの発生を抑制することができる。
(態様A)〜(態様D)において、前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分における前記現像剤搬送方向の厚みは、前記磁性部材の部分に対し反対側の端部における前記現像剤搬送方向の厚みよりも厚い。
本態様によれば、本発明者らが鋭意研究した結果、磁性部材の先端部における現像剤搬送方向の厚みが、磁性部材の先端部に対し反対側の端部における現像剤搬送方向の厚みよりも厚くなるほど、現像剤担持体上の現像剤に対し働く接線方向磁気力の向きが現像剤搬送方向下流側に向き、かつその接線方向磁気力の強さが大きくなることがわかった。本態様では、磁性部材の先端部における現像剤搬送方向の厚みを磁性部材の先端部に対し反対側の端部における現像剤搬送方向の厚みよりも厚くする。これにより、接線方向磁気力の向きが現像剤搬送方向下流側に向かわせ、かつ磁性部材の先端部と当該先端部に対し反対側の端部との厚さが互いに同じであるものに比べて接線方向磁気力の強さを大きくすることができる。よって、現像剤を現像剤担持体の回転に追従させて上記ドクタギャップ内を搬送させることができる。
(態様A)〜(態様E)において、磁極による法線方向磁束密度が磁性部材を配置していないときに現像剤担持体上で最大となる地点又はその地点近傍の地点に対し現像剤担持体の外周曲面角度が1[deg]あたりに変化する法線方向磁束密度を示す磁束密度変化率が比較的小さい。
本態様によれば、磁束密度変化率が比較的に小さい領域は、法線方向磁束密度が磁性部材を配置していないときに現像剤担持体上で最大となる地点又はその地点近傍の地点の磁束密度変化が穏やかな領域である。本態様では、その領域に現像剤規制部材の磁性部材を配置することで、現像剤規制部材の磁性部材の位置が現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側に多少ずれても磁性部材による磁力の作用は現像剤の汲み上げ量のバラツキに影響し難い。よって、現像剤の汲み上げ量を安定させることができる。
(態様F)において、磁極による法線方向磁束密度が磁性部材を配置していないときに現像剤担持体上で最大となる地点に対し現像剤担持体の外周面角度が±15[deg]の範囲に対応する現像剤担持体上の領域における磁束密度変化率が1.5[mT/deg]以下である領域に、磁性部材を配置する。
本態様によれば、磁束密度変化率が1.5[mT/deg]以下であると、磁束密度変化が穏やかである。そのような磁束変化率の領域に現像剤規制部材の磁性部材を配置することで、現像剤規制部材の磁性部材の位置が現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側に多少ずれても磁性部材による磁力の作用が現像剤の汲み上げ量に影響する度合いが小さい。よって、現像剤の汲み上げ量を安定させることができる。
(態様A)〜(態様G)において、現像剤担持体の表面に、現像剤担持体の基材よりも摩擦係数が小さい低摩擦層14a−3とを有する。
本態様によれば、非画像部の現像剤担持体にトナーが付着し、現像剤担持体に付着したトナーが電荷を持っているために、印刷時には現像剤担持体上のトナーの持つ電荷分だけ現像電位が嵩上げされ、トナー現像量が増加することで発生する濃度ムラ、いわゆるゴースト画像が形成される。本態様では、現像剤担持体の表面に基材よりも摩擦係数の低い低摩擦膜を形成することにより、現像剤担持体に付着するトナーを減らし、ゴースト画像が形成されることを抑制することができる。
(態様A)〜(態様H)において、磁界発生手段は、現像剤規制部材により規制された現像剤担持体上の現像剤を像担持体上に形成された静電潜像に供給させるための主極P1等の現像用磁極を備え、該現像用磁極は、前記磁極よりも現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側であって像担持体に対向する現像領域の対応するよう配置されており、現像用磁極による法線方向磁束密度の減衰率を、現像剤担持体上で最大となる現像用磁極による法線方向磁束密度と現像剤担持体の外周面から法線方向に向かって1[mm]離れた箇所で最大となる現像用磁極による法線方向磁束密度との差を現像剤担持体上で最大となる現像用磁極による法線方向磁束密度で割った値と規定し、現像用磁極による法線方向磁束密度の減衰率が40[%]以上である。
本態様によれば、現像剤担持体の対潜像担持体線速比を小さくすると、現像能力が低下し十分な画像濃度が得られなくなる不具合が生じ、現像剤担持体の小径化は内包する磁石の小型化で十分な磁力が得られないことから、穂の状態の現像剤の上層部の磁力が弱まり、感光体等の潜像担持体からの電気的な力で磁性キャリアが潜像担持体に付着する。本態様では、現像剤担持体の対潜像担持体線速比を必要以上に小さくせず、かつ現像剤担持体の径も必要以上に小さくせずに現像ニップを狭める方策として、現像用磁極の法線方向磁束密度の減衰率を40[%]以上とした。これにより、現像剤担持体の対潜像担持体線速比、及び現像剤担持体の径を変えずに、現像ニップ幅を狭められ、ベタ画像周辺の白抜け、特にベタ画像先端部の白抜けを改善できる。
(態様A)〜(態様I)において、中空体の外周面には、多数の平面視で円形又は楕円形状の凹みが規則的に又は不規則的に設けられている。
本態様によれば、高速で回転する現像剤担持体の表面で現像剤がスリップして停滞して現像剤の追従性が悪化することにより画像濃度が低下する。本態様では、中空体の外周面には、多数の平面視で円形又は楕円形状の凹みが規則的に又は不規則的に設けられていることで、現像剤が凹みに入り込んだり、現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側の凹みの端面や凹みと現像剤担持体表面との境界部で現像剤を係止したりして、移動する現像剤担持体に対する現像剤の追従性を向上させることができる。これにより、現像剤担持体の移動に伴う現像剤を現像剤担持体上に担持する経時変化による現像剤搬送量の低下の発生を長期にわたって防止することができる。
(態様J)において、現像剤担持体の外周面の単位面積あたりの凹みの数である凹み密度を高くする。
本態様によれば、現像剤の凹みに入り込む頻度が増える。これにより、現像剤担持体の回転移動に対して追従し易くさせることができる。
(態様J)又は(態様K)において、現像剤担持体の外周面と、当該外周面と凹みとの境界部の接線とがなす角度を小さくする。
本態様によれば、現像剤担持体の回転移動によって、現像剤が凹みの現像剤搬送方向上流側の壁面に押え付ける力が増す。これにより、現像剤は凹み内に保持し易くなり、現像剤担持体の回転移動に対する現像剤の追従性を向上させることができる。
感光体11等の像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電ユニット13等の帯電手段と、該像担持体の帯電された表面を露光して潜像を形成する露光ユニット15等の露光手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置14等の現像手段と、該像担持体の表面をクリーニングするドラムクリーニングユニット12等のクリーニング手段とを有するプリンタ100等の画像形成装置の本体に対して着脱可能であり、少なくとも該像担持体と該現像手段とが一体的に支持された画像形成ユニット10等のプロセスカートリッジにおいて、該現像手段が、(態様A)〜(態様L)の現像装置である。
本態様では、磁極と該磁極よりも上流側の他の磁極との間の領域から磁性部材を遠ざけられ、当該領域の磁界に対し磁性部材による磁力の影響を軽減できるので、磁性部材と現像剤担持体との隙間に搬送される現像剤の量を現像担持体による現像剤搬送方向に対し直交する方向で略均一にさせることができる。この結果、その現像剤が当該隙間を通過することで規制される現像剤の量が安定する。これにより、画像濃度ムラを抑制できる現像装置の画像形成装置本体に対する交換性を高めることができる。
像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、該像担持体の帯電された表面を露光して潜像を形成する露光手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置において、該現像手段が、(態様A)〜(態様L)の現像装置である。本態様によれば、現像剤の汲み上げ量のバラツキによって生じる画像濃度ムラの発生を抑制できる。
10 画像形成ユニット
11 感光体
12 ドラムクリーニングユニット
13 帯電ユニット
14 現像装置
14a 現像ローラ
14a−1 現像スリーブ
14a−2 磁石
14a−3 低摩擦膜
14b 供給スクリュ
14c ドクタブレード
14d 回収搬送路
14e 回収スクリュ
14f 供給搬送路
14g 撹拌搬送路
14h 撹拌軸部
14i 撹拌羽部
14j 撹拌スクリュ
14k 第一仕切り壁
14l 第二仕切り壁
14m ヒートシンク
14n 現像剤収容容器
14o 放熱リブ
15 露光ユニット
20 読取装置
30 転写ユニット
31 中間転写ベルト
40 2次転写装置
41 2次転写ローラ
42 転写対向ローラ
50 定着ユニット
60 搬送ベルト
70 給紙ユニット
80 両面ユニット
90 排紙ユニット
100 プリンタ
110 中間転写ベルトクリーニングユニット
120 断熱装置
130 静止摩擦係数測定装置
131 測定紙片
132 現像ローラ
133 重り
134 デジタルプッシュプルゲージ
140 現像剤規制部材
141 非磁性部材
141a 先端部
142 磁性部材
142a 端面
150 現像剤規制部材
151 非磁性部材
151a 先端部
152 磁性部材
152a 端面
161 法線
162 法線
163 法線
170 現像剤規制部材
171 非磁性部材
171a 先端部
172 磁性部材
172a 端面
180 現像剤規制部材
181 非磁性部材
181a 先端部
182 磁性部材
182a 規制面
190 現像剤規制部材
191 非磁性部材
191a 先端部
192 磁性部材
192a 端面
201 現像スリーブ
201a 外周面
201b 溝
202 現像剤規制部材
203 磁極
300 液冷装置
301 受熱部
302 冷却部
302a ラジエータ
302b 冷却ファン
303 循環パイプ
304 冷却ポンプ
305 リザーブタンク
306 熱伝導シート
307 ホルダー
308 ツメ
309 ツメ
310 接触面
401 ヒートシンク
402 現像剤規制部材
403 現像ローラ
403a 回転軸
404 スペーサ
Claims (14)
- 磁界発生手段を中空体内に配置して移動し、該磁界発生手段の磁力により該中空体の外周面上に磁性キャリアとトナーとからなる二成分の現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、非磁性部材と磁性部材とからなり、かつ該現像剤担持体上の現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを備え、前記磁界発生手段は、前記現像剤規制部材により規制される前記現像剤担持体上の現像剤を穂立ちさせるための磁力を発生させる磁極を備え、前記磁性部材は前記非磁性部材に対し現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側に設置させる現像装置において、
前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分が、前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記非磁性部材の部分よりも前記現像剤担持体側に突出し、
前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分における前記現像剤搬送方向の上流端と前記現像剤担持体の中心とを結んだ仮想線が前記現像剤担持体の外周面に交差した箇所について、前記磁極による磁界によって前記現像剤担持体上の現像剤に対し働く磁気力の接線方向成分の向きが前記現像剤搬送方向下流側に向いているよう、前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分を位置させることを特徴とする現像装置。 - 請求項1に記載の現像装置において、
前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分を、前記磁極による法線方向磁束密度が前記磁性部材を配置していないときに前記現像剤担持体上で最大となる地点の法線方向の直上に、あるいは当該地点よりも前記現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側の地点の法線方向の直上に位置させることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
前記磁性部材の現像剤担持体による現像剤搬送方向に対し直交する方向の中央部が、前記磁極による法線方向磁束密度が前記磁性部材を配置していないときに前記現像剤担持体上で最大となる地点の法線方向の直上に、あるいは当該地点よりも前記現像剤搬送方向下流側の地点の法線方向の直上に位置させることを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の現像装置において、
前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分における前記現像剤搬送方向の厚みが、0.3[mm]以上であることを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置において、
前記現像剤担持体の外周面に最も近い前記磁性部材の部分における前記現像剤搬送方向の厚みは、前記磁性部材の部分に対し反対側の端部における前記現像剤搬送方向の厚みよりも厚いことを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の現像装置において、
前記磁極による法線方向磁束密度が前記磁性部材を配置していないときに前記現像剤担持体上で最大となる地点又はその地点近傍の地点に対し前記現像剤担持体の外周曲面角度が1[deg]あたりに変化する法線方向磁束密度を示す磁束密度変化率が比較的小さい領域に、前記磁性部材を配置することを特徴とする現像装置。 - 請求項6記載の現像装置において、
前記磁極による法線方向磁束密度が前記磁性部材を配置していないときに前記現像剤担持体上で最大となる地点に対し前記現像剤担持体の外周面角度が±15[deg]の範囲に対応する前記現像剤担持体上の領域における前記磁束密度変化率が1.5[mT/deg]以下である領域に、前記磁性部材を配置することを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の現像装置において、
前記現像剤担持体の表面に、前記現像剤担持体の基材よりも摩擦係数が小さい低摩擦層を有することを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の現像装置において、
前記磁界発生手段は、前記現像剤規制部材により規制された前記現像剤担持体上の現像剤を像担持体上に形成された静電潜像に供給させるための現像用磁極を備え、該現像用磁極は、前記磁極よりも前記現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側であって前記像担持体に対向する現像領域の対応するよう配置されており、
前記現像用磁極による法線方向磁束密度の減衰率を、前記現像剤担持体上で最大となる前記現像用磁極による法線方向磁束密度と前記現像剤担持体の外周面から法線方向に向かって1[mm]離れた箇所で最大となる前記現像用磁極による法線方向磁束密度との差を前記現像剤担持体上で最大となる前記現像用磁極による法線方向磁束密度で割った値と規定し、前記現像用磁極による法線方向磁束密度の減衰率が40[%]以上であることを特徴とする現像装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の現像装置において、
前記中空体の外周面には、多数の平面視で円形又は楕円形状の凹みが規則的に又は不規則的に設けられていることを特徴とする現像装置。 - 請求項10記載の現像装置において、
前記現像剤担持体の外周面の単位面積あたりの前記凹みの数である凹み密度を高くすることを特徴とする現像装置。 - 請求項10又は11に記載の現像装置において、
前記現像剤担持体の外周面と、当該外周面と前記凹みとの境界部の接線とがなす角度を小さくすることを特徴とする現像装置。 - 像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、該像担持体の帯電された表面を露光して潜像を形成する露光手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置の本体に対して着脱可能であり、少なくとも該像担持体と該現像手段とが一体的に支持されたプロセスカートリッジにおいて、
該現像手段が、請求項1〜12のいずれかの現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、該像担持体の帯電された表面を露光して潜像を形成する露光手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置において、
該現像手段が、請求項1〜12のいずれかの現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
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