JP2017191220A - 現像装置、およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

現像装置、およびこれを備えた画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】隣接する2つの同極磁極による現像剤の分離を安定して実現するとともに、当該2つの磁極の磁力に差をもたせることが可能な現像装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】現像装置23は、現像ローラー231と、層厚規制部材232と、第1スクリュー233Aと、を備える。現像ローラー231は、固定磁石231Aと、スリーブ231Bと、を備える。固定磁石231Aは、S1極とS2極とを備えている。S1極とS2極との極間では、磁力の水平方向成分が0よりも大きく設定されているとともに、水平方向成分の磁力の変化量が0.5mT以下のフラット領域が10度以上の範囲に亘って形成されている。反転磁界を備えない極間において、現像剤がスリーブ231Bから安定して分離される。【選択図】図2

Description

本発明は、現像装置、およびこれを備えた画像形成装置に関する。
従来、電子写真方式が採用されたプリンターや複写機等の画像形成装置は、静電潜像を担持する感光体ドラムと、感光体ドラムにトナーを供給し静電潜像をトナー像に顕在化する現像装置と、該感光体ドラムからトナー像をシートに転写する転写装置と、を備える。
現像装置は、感光体ドラムにトナーを供給する現像ローラーを備えている。現像ローラーは、複数の磁極を備え固定された磁石と、磁石の周囲を回転するスリーブと、を備えている。二成分現像方式では、トナーおよび磁性キャリアを含む現像剤が、現像ローラーのスリーブ上に担持される。このような現像ローラーでは、感光体ドラムへのトナーの供給後、現像ローラーから現像剤を分離させる必要がある。
従来、現像ローラーから現像剤を分離させる技術として、隣接する同極性の磁極によって形成される反発磁界を利用したものが知られている。また、特許文献1には、現像剤を隣接する磁極に飛翔させるために、同極の磁極が二対配置された技術が開示されている。
特開平05−2341号公報
特許文献1に記載された技術では、現像剤の移動を制御するために同極の磁極が二対必要となるため、現像装置の構成が複雑化するという問題があった。また、隣接する同極性の磁極によって形成される反発磁界を利用して現像剤を分離させる場合には、2つの磁極の磁力を略同じ大きさに設定する必要があった。この場合、これらの磁極が分離機能以外の機能を備えることが困難となり、現像ローラーの磁極設計が制限されるという問題があった。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、隣接する2つの同極磁極による現像剤の分離を安定して実現するとともに、当該2つの磁極の磁力に差をもたせることが可能な現像装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の一局面に係る現像装置は、トナーおよび磁性キャリアを含む現像剤が収容されるハウジングと、周方向に沿って複数の磁極を含み固定された固定磁石と、前記固定磁石の周囲を所定の回転方向に回転し周面に前記現像剤を担持するスリーブと、を備え、表面に静電潜像が形成される感光体ドラムに所定の現像位置で対向するように前記ハウジングに支持され、前記感光体ドラムに前記トナーを供給する現像ローラーと、前記ハウジングに回転可能に支持され、前記現像剤を攪拌するとともに前記現像ローラーに前記現像剤を供給する現像剤攪拌部材と、前記現像ローラーの前記スリーブに対向して配置され、前記現像剤攪拌部材によって前記現像ローラーに供給された前記現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、を備え、前記固定磁石は、前記現像位置よりも前記回転方向下流側に配置され、所定の極性からなる第1磁極と、前記第1磁極よりも前記回転方向下流側に配置され、前記第1磁極と同じ極性からなり、前記現像剤攪拌部材によって供給される前記現像剤を前記スリーブ側に受け取る磁界を形成する第2磁極と、を備え、前記第1磁極の磁力の垂直方向成分のピーク位置から前記第2磁極の磁力の垂直方向成分のピーク位置に至るまでの極間領域において、前記固定磁石の磁力の水平方向成分が反転せずに所定の極性で0(mT)よりも大きく設定されており、前記極間領域における前記水平方向成分の磁力において、絶対値が極小となる極小磁力を含む領域であって磁力の変化量が0.5(mT)以内のフラット領域が、前記スリーブの回転角度で10度以上の範囲に亘って形成されており、前記第1磁極の垂直方向成分のピーク磁力をA(mT)、前記第1磁極の垂直方向成分の半値幅をθ(度)、前記第2磁極の垂直方向成分のピーク磁力をB(mT)、前記第2磁極の垂直方向成分の半値幅をφ(度)とした場合、2≦(B×φ)/(A×θ)≦5の関係が満たされていることを特徴とする。
本構成によれば、第1磁極と第2磁極との極間領域において、固定磁石の磁力の水平方向成分が所定の極性で0(mT)よりも大きく設定されている。このため、第1磁極と第2磁極との間には反発磁界が形成されない。一方、第1磁極と第2磁極との極間領域には、磁力の変化量が0.5(mT)以内のフラット領域が形成されている。更に、2≦(B×φ)/(A×θ)≦5の関係が満たされていることで、フラット領域は第2磁極よりも第1磁極に近い位置に形成される。このフラット領域のため、第1磁極を通過した現像剤に対する磁気吸引力が急激に低下し、現像剤がスリーブから安定して分離される。この結果、隣接する2つの同極磁極による現像剤の分離を安定して実現するが可能となる。更に、第1磁極および第2磁極が、上記の関係を満たす限り、当該2つの磁極の磁力に差をもたせることが可能となる。このため、現像ローラーの磁極設計の自由度を増すことができる。
上記の構成において、前記フラット領域が、前記スリーブの回転角度で14度以上の範囲に亘って形成されていることが望ましい。
本構成によれば、第1磁極を通過した現像剤に対する磁気吸引力が、より急激に低下し、現像剤がスリーブから更に安定して分離される。
上記の構成において、前記第2磁極は、更に、前記現像ローラーに供給された前記現像剤の層厚を前記層厚規制部材との間で規制する磁界を形成することが望ましい。
本構成によれば、第2磁極が、汲み上げ極に加え規制極としての機能を備える。このため、第2磁極の磁力を第1磁極の磁力に対して異ならせる必要がある場合であっても、現像剤の分離を安定して実現するが可能となる。
上記の構成において、前記層厚規制部材は、前記現像ローラーの下方に配置され、前記第1磁極は、前記第2磁極の上方に配置されていることが望ましい。
本構成によれば、現像ローラーから現像剤を安定して分離することができるとともに、当該現像剤をハウジングの内部で重力の作用によって落下させることができる。
上記の構成において、前記第1磁極は、前記現像ローラーの軸心よりも上方に配置され、前記第2磁極は、前記現像ローラーの軸心よりも下方に配置されていることが望ましい。
本構成によれば、現像ローラーから現像剤を安定して分離することができるとともに、当該現像剤をハウジングの内部で重力の作用によって更に安定して落下させることができる。
上記の構成において、前記現像ローラーの前記スリーブの表面には、複数の溝が形成されていることが望ましい。
本構成によれば、極間領域において磁力の水平方向成分によって、現像剤の一部が溝に付着しやすい場合であっても、現像ローラーのスリーブから現像剤を安定して分離することができる。この結果、現像剤が溝に付着し続けることを抑止することができる。
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、上記の何れか1に記載の現像装置と、前記現像装置から前記トナーが供給され、前記周面にトナー像を担持する前記感光体ドラムと、前記感光体ドラムからシートに前記トナー像を転写する転写部と、を有することを特徴とする。
本構成によれば、現像ローラーのスリーブから現像剤を安定して分離することができる。この結果、現像剤の分離不良に起因する濃度むらや濃度低下が抑止される。
本発明によれば、隣接する2つの同極磁極による現像剤の分離を安定して実現するとともに、当該2つの磁極の磁力に差をもたせることが可能な現像装置、およびこれを備えた画像形成装置が提供される。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の内部構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る現像装置の内部構造を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る現像ローラーの固定磁石によって形成される磁界の様子を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る現像ローラーと比較される他の現像ローラーの固定磁石によって形成される磁界の様子を示す模式図である。 本発明の一実施例の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。 本発明の他の実施例の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。 本発明の他の実施例の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。 本発明の他の実施例の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。 本発明の実施例と比較される比較例の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。 本発明の実施例と比較される他の比較例の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。 本発明の実施例と比較される他の比較例の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。 現像ローラーの表面の溝部を示した模式的な断面図である。
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、OPC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2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。
現像装置23は、ハウジング23Hと、現像ローラー231と、層厚規制部材232と、攪拌スクリュー233と、現像剤搬送部234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。ハウジング23Hには、トナーおよび磁性キャリアを含む現像剤が収容される。
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に所定の現像位置で対向するようにハウジング23Hに支持され、感光体ドラム20にトナーを供給する。現像ローラー231は、固定磁石231Aと、スリーブ231Bと、を備える(図2)。なお、本実施形態では、現像位置は、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。固定磁石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。スリーブ231Bは、固定磁石231Aの周囲を所定の回転方向(図2の矢印参照)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、スリーブ231Bは、アルミ製の円管部材(基材)からなる。スリーブ231Bの円管部材の周面には、軸方向に延びる複数の溝(ローレット溝)が周方向全体に間隔をおいて形成されている。
なお、現像ローラー231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。また、現像ローラー231および感光体ドラム20は、現像位置において同じ方向に回転されている(ウィズ方向、トレール方向ともいう)。
層厚規制部材232は、現像ローラー231のスリーブ231Bに対向して配置された非磁性金属からなる板状部材である。なお、他の実施形態において、層厚規制部材232の上流側の側面には、磁性部材が固定されてもよい。層厚規制部材232は、攪拌スクリュー233の第1スクリュー233Aによって現像ローラー231に供給された現像剤の層厚を規制する。また、層厚規制部材232は、現像ローラー231の下方に配置されている。
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(現像剤攪拌部材)と、第2スクリュー233Bと、を備える。第1スクリュー233Aおよび第2スクリュー233Bは、ハウジング23Hに回転可能に支持されている。また、第1スクリュー233Aおよび第2スクリュー233Bは、シャフトの回りに螺旋羽根が備えられたスクリュー形状を備えている。
現像剤搬送部234は、ハウジング23H内に形成された現像剤の循環路である。現像剤搬送部234は、第1スクリュー233Aが配置される第1搬送部234Aと、第2スクリュー233Bが配置される第2搬送部234Bと、を備える(図2)。第1搬送部234Aと第2搬送部234Bとの間は、板状の仕切り部材によって仕切られている。なお、第1搬送部234Aおよび第2搬送部234Bの軸方向の両端部は互いに連通している。現像剤は、第1搬送部234Aと第2搬送部234Bとの間を循環搬送される。そして、第1スクリュー233Aは、現像ローラー231に現像剤を供給する。また、トナー補給部15から補給されたトナーは、第2搬送部234B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。
なお、図1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、第1スクリュー233A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(図2)。
また、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から現像ローラー231に供給される。その後、層厚規制部材232によって現像剤の層厚が規制された後、現像位置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から現像剤が分離される。その後、分離された現像剤は、再び第1スクリュー233Aの周辺の第1搬送部234Aに流入する。
図2を参照して、本実施形態では、現像ローラー231の固定磁石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と感光体ドラム20とが対向する現像位置の近傍には、N2極が配置されている。N2極は、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。更に、N2極に対してスリーブ231Bの回転方向下流側には、S3極が配置される。また、S3極の前記回転方向下流側には、N1極が配置される。更に、N1極の前記回転方向下流側には、S1極が配置される。更に、S1極の前記回転方向下流側には、所定の間隔をおいてS2極が配置されている。なお、S1極およびS2極について換言すれば、S1極は、前記現像位置よりも前記回転方向下流側に配置され、所定の極性からなる磁極であり、本発明の第1磁極を構成する。また、S2極は、S1極よりも前記回転方向下流側に配置され、S1極と同じ極性からなる磁極であり、本発明の第2磁極を構成する。S2極は、層厚規制部材232に対向して配置されている。そして、S2極は、第1スクリュー233Aによって供給される現像剤をスリーブ231B側に受け取る磁界を形成する汲み上げ極として機能する。更に、S2極は、現像ローラー231に供給された現像剤の層厚を層厚規制部材232との間で規制する磁界を形成する規制極としても機能する。また、S1極は、S2極の上方に配置されている。更に、S1極は、現像ローラー231の軸心よりも上方に配置され、S2極は、現像ローラー231の軸心よりも下方に配置されている。
図3Aは、本実施形態に係る現像ローラー231の固定磁石231Aによって形成される磁界の様子を示す模式図である。図3Bは、本実施形態に係る現像ローラー231と比較される他の現像ローラーの固定磁石によって形成される磁界の様子を示す模式図である。なお、図3Aおよび図3Bでは、円筒状のスリーブ231Bおよびスリーブ231BZの表面が模式的に直線で示されている。
従来、2成分現像方式において、現像ローラーから現像剤を分離する方法として、同極性の磁石によって発生する反発磁界を利用するものが知られている。図3Bは、このように反発磁界が形成された様子を示している。スリーブ231BZの表面では、回転方向(矢印DA)に沿ってN1極、S1極、S2極およびN2極が順に配置されている。なお、これらの磁石片の反対側には、それぞれS、N、NおよびS極が形成されている。図3Bの構成では、S1極とS2極との磁力線が反発しあう。このため、スリーブ231BZの接線方向に沿った、水平方向の磁界成分を測定すると、同極のS1極とS2極とのほぼ中央付近で、磁界の方向が逆転している。ただし、この様に同極磁極のほぼ中央付近で水平磁力の方向が変わるためには、2つの同極の磁力が略等しく設定されることが必要とされる。この結果、S1極、S2極が分離機能以外の機能を備えることが困難となり、現像ローラーの磁極設計が制限されてしまう。
上記のような問題を解決するために、本実施形態では、現像ローラー231の固定磁石231Aの磁極パターンに特徴を有する。特に、本実施形態では、前述のように、S2極が、現像剤をスリーブ231B側に受け取る磁界を形成する汲み上げ極として機能するとともに、現像剤の層厚を層厚規制部材232との間で規制する磁界を形成する規制極としても機能する。このため、S1極とS2極との磁力のバランスを変化させる必要が生じる。本実施形態は、分離極(分離極)の2つ磁極(S1極、S2極)の磁力バランスが崩れざるを得ない場合でも、現像剤を確実に現像ローラー231から分離するものである。
本発明の発明者は、同極磁極間(2つの磁極の垂直磁力成分のピーク間)の磁力の水平方向成分が一定幅以上フラット(平坦)である場合、現像ローラー231から現像剤の分離が安定して実現されることを知見した。また、このフラットになる領域がS2極よりもS1極側に近いほうが、現像剤の分離が安定することを知見した。
このような現像剤の分離作用は、磁石が磁性体(キャリア)を引き付ける力、すなわち磁気吸引力に基づいている。固定磁石231Aの磁極の磁力が強い場合、または、円周方向に沿った磁力の変化が急峻な場合に、上記の磁気吸引力が強くなる。したがって、S1極とS2極との中間付近において、磁力の垂直方向成分および水平方向成分が「0」である場合、磁気吸引力が発生しないため、S1極で分離した現像剤がS1極とS2極との中間付近で再度現像ローラー231に付着する事は少ない。しかし、この2つの分離極の磁力バランスが崩れている場合、S1極とS2極の極間で磁力の垂直方向成分や水平方向成分は「0」となりにくい。この結果、極間で磁気吸引力が発生し、現像剤が現像ローラー231に再付着しやすくなる。
なお、現像ローラー231からの現像剤の分離不良は、水平方向成分の磁気吸引力に大きく依存しやすい。なぜなら、現像剤は現像ローラー231のスリーブ231Bの回転によって、円周方向に沿って分離されやすいが、水平方向成分の磁気吸引力が存在していると、スリーブ231Bから飛翔した現像剤がこの吸引力に保持され、現像ローラー231に再付着しやすい。
図3Aを参照して、本実施形態に係る現像ローラー231の固定磁石231Aでは、N1極から発生した磁力線がS1極およびS2極に向かって延びている。このため、S1極とS2極との間では、図3Bのような反発磁界が発生していない。このような磁力線が形成された状態で、S1極とS2極との間に、磁力の水平方向成分がフラットな領域を形成することで、水平方向成分の磁気吸引力が急激に低下し、現像剤が分離されやすくなる。
図4は、本実施形態に係る現像ローラー231の固定磁石231Aの磁力分布の一例を示すグラフである。なお、図4を含む、以下の図の磁力分布のグラフでは、横軸に磁極位置(角度)が示され、縦軸に磁力(mT)が示されている。なお、横軸の磁極位置は、図2の0度、90度、180度および270度の角度スケールに基づくものであり、縦軸の磁力は、N極をプラス、S極をマイナスとして示されている。また、各グラフでは、固定磁石231Aの磁力の水平方向成分が実線で示され、垂直方向成分が破線で示されている。
前述のような作用に基づいて現像剤の分離性能を向上するために、本実施形態では、固定磁石231Aが、以下の3つの条件を満たしている。
第1条件として、S1極の磁力の垂直方向成分のピーク位置P1からS2極の磁力の垂直方向成分のピーク位置P2に至るまでの極間領域IE(図4)において、固定磁石231Aの磁力の水平方向成分が反転せずにS極の極性で0(mT)よりも大きく設定されている。なお、図4では、S極の極性がマイナスで示されているため、極間領域IEにおいて水平方向成分は0よりも小さく示されている。換言すれば、極間領域IE全体において、磁力の水平方向成分の絶対値が0よりも大きく設定されており、水平方向成分の分布と磁力=0(mT)の直線とが極間領域IEにおいて交差していない(水平方向成分が反転していない)ことが第1条件に相当する。
第2条件として、極間領域IEにおける水平方向成分の磁力において、絶対値が極小となる極小磁力LPを含む領域であって磁力の変化量が0.5(mT)以内のフラット領域Fが、スリーブ231Bの回転角度で10度以上の範囲に亘って形成されている。
第3条件として、S1極の垂直方向成分のピーク磁力をA(mT)、S1極の垂直方向成分の半値幅をθ(度)、S2極の垂直方向成分のピーク磁力をB(mT)、S2極の垂直方向成分の半値幅をφ(度)とした場合、
2≦(B×φ)/(A×θ)≦5 ・・・(式1)
の関係が満たされている。なお、半値幅θ、φとは、S1極およびS2極のそれぞれにおいて、ピーク磁力の半分の磁力を備える2点間の角度である。また、上記のA、B、θおよびφの値の詳細については、後記の表1に示されている。
上記の第1条件が満たされることで、S1極とS2極との間には反発磁界が形成されない。また、第2条件が満たされることで、現像剤を分離可能なフラット領域Fが形成される。更に、第3条件が満たされることで、フラット領域FはS2極よりもS1極に近い位置に形成される。このため、S1極を通過した現像剤に対する磁気吸引力が急激に低下し、現像剤がスリーブ231Bから安定して分離される。この結果、隣接する2つの同極磁極による現像剤の分離を安定して実現するが可能となる。更に、S1極およびS2極が、上記の条件を満たす限り、当該2つの磁極の磁力に差をもたせることが可能となる。特に、S2極が汲み上げ極および規制極の機能を兼ね備えるために、S1極に対してS2極の磁力を異ならせることが可能となる。このため、現像ローラー231の磁極設計の自由度を増すことができる。また、画像形成装置10によって印字される画像において、現像剤の分離不良に起因する濃度むらや濃度低下が抑止される。
なお、第2条件に関して、フラット領域Fは、スリーブ231Bの回転角度で14度以上の範囲に亘って形成されていることが更に望ましい。この場合、S1極を通過した現像剤に対する磁気吸引力が、より急激に低下し、現像剤がスリーブ231Bから更に安定して分離される。
更に、本実施形態では、図2に示すように、層厚規制部材232は、現像ローラー231の下方に配置され、S1極はS2極の上方に配置されている。このため、現像ローラー231から現像剤を安定して分離することができるとともに、S1極から分離した現像剤をハウジング23Hの内部で重力の作用によって落下させることができる。
また、S1極は、現像ローラー231の軸心よりも上方に配置され、S2極は、現像ローラー231の軸心よりも下方に配置されている。このため、S1極から分離した現像剤をハウジング23Hの内部で重力の作用によって更に安定して落下させることができる。
次に、実施例に基づいて、本発明を更に説明する。なお、各実験については、以下の実験条件において行った。
<実験条件>
・感光体ドラム20:OPC感光体、直径φ30mm、表面電位(白地部)Vo=450V、(画像部)VL=100V、周速=300mm/sec
・プリント速度:32枚/分
・現像ローラー231上の現像剤搬送量(層厚規制後):250g/m2
・キャリア:体積平均粒径35μm、磁力80emu/g、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%、プラス帯電特性
また、実験に用いた現像ローラー231の条件は以下のとおりである。
・現像ローラー231:直径φ16mm
・現像ローラー231の感光体ドラム20に対する周速比:1.8(トレール方向)
・現像ローラー231と感光体ドラム20とのギャップ:350μm
・現像バイアス:直流バイアス=350V、交流バイアス=Vpp1.2kV、周波数f3.7kHz、Duty50%、矩形波(なお、層厚規制部材232も現像ローラー231と同電位である)
・スリーブ231B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)
表1は、各実験に使用した現像ローラーの固定磁石の磁極条件を示したものである。本実験では、実験番号1〜18までの18本の現像ローラー231を使用した。なお、実験1、2、17および18は、比較例に相当し、実験3〜16は、本発明の実施例に相当する。なお、実験に用いた現像ローラーの磁力測定は、日本電磁測器株式会社 GAUSS METER Model GX−100を用いて行った。表1では、各現像ローラーにおいて、N1極、S1極、S2極およびN2極の垂直方向成分の磁力(ピーク磁力)が示されている(垂直磁力(mT))。この際、ピーク磁力は、N極の場合+(プラス)、S極の場合−(マイナス)で示されている。また、N1極、S1極、S2極およびN2極の垂直方向成分のピーク磁力の位置(角度)が示されている(垂直磁力(度))。更に、前述のS1極およびS2極の半値幅が、それぞれθ、φとして示されている。これらの値は、角度の幅に相当する。更に、表1には、S1極のピーク磁力の半分の値を示す2つの角度位置のうち、S2極に近い側の角度位置が、「S1半減」として示されている。また、表1に示される「面積比」とは、前述の式1に示される、(B×φ)/(A×θ)を各現像ローラー231において算出したものである。
なお、図4は、表1の実験3の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。図5は、表1の実験8の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。図6は、表1の実験14の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。図7は、表1の実験16の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。図8は、表1の実験2の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。図9は、表1の実験17の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。図10は、表1の実験18の現像ローラーの磁力分布を示すグラフである。
更に、表2には、実験1〜18の現像ローラー231のフラット領域F(図4参照)(表2の「水平磁力フラット部」)の条件が示されている。前述のように、フラット領域Fとは、極間領域IE(図4)における水平方向成分の磁力において、絶対値が極小となる極小磁力LPを含む領域であって磁力の変化量が0.5(mT)以内の領域である。このため、フラット領域Fの最大磁力と最小磁力との差は、0.5(mT)である。表2の「フラット中心部磁力」は、極小磁力LPよりも絶対値が0.25(mT)だけ大きな位置での水平方向成分の磁力の値に相当する。また、「極小部磁力」は、極小磁力LPにおける水平方向成分の磁力の値に相当する。これらの磁力の水平方向成分は、図2において時計回り(右回り)の場合を+(プラス)、反時計回り(左回り)の場合を−(マイナス)で示されている。また、「極小部位置」は、極小磁力LPの角度位置に相当する。「フラット部幅」は、フラット領域Fが周方向に沿って分布している幅(角度)に相当する。また、「フラット部中心磁力×幅」は、上記の「フラット中心部磁力」と「フラット部幅」とを乗算したものである。
更に、表2では、各実験における分離性能の評価結果が示されている。「画像ムラ」とは、画像形成装置10によって印字された画像上に攪拌スクリュー233の第1スクリュー233Aのスクリュー形状のピッチに応じた濃度ムラが発生する現象である。現像ローラー231からの現像剤の分離性(分離性)が悪い場合、現像位置を通過した現像剤が再びS2極に再付着する。このとき、第1スクリュー233Aから供給された現像剤と再付着した現像剤とではトナー濃度が異なるため、この第1スクリュー233Aのスクリュー形状に応じた濃度ムラが画像上に発生する。この現象は、第1スクリュー233Aの周辺の現像剤量が多いときに顕著に発生する。なお、表2に示される「画像ムラ」の評価は以下の基準によって示されている。
○:画像上、問題なし。
△:画像に第1スクリュー233Aのムラが僅かに発生しているが、実使用上問題にならない。
×:画像に第1スクリュー233Aのムラが発生している。
また、表2における「溝部への現像剤残留」とは、現像ローラー231のスリーブ231B上に形成された溝内に現像剤が残留する現象である。図11は、現像ローラー231の表面の溝部(231M)を示した模式図である。スリーブ231Bの回転(図11の矢印DA)に伴って、溝部231MがS1極(図2)からS2極を通過する際に、水平方向の磁界(図11の矢印DT)が強く形成されると、溝部231Mの壁面に現像剤が強く押し付けられる。この結果、現像ローラー231からの現像剤の分離が不充分となり、溝部231M内に現像剤が残留する。この場合、現像ローラー231の現像剤の搬送性能が低下することや現像ローラー231上のトナー濃度が低下することで、画像濃度低下に繋がりやすい。表2では、上記の画像ムラの評価を行った後の溝部231M内の現像剤の残留を評価している。溝部231M内に現像剤がほとんど残留していない場合を○とし、溝部231M内に多量の現像剤が残留している場合を×としている。
S1極とS2極との間の極間領域IE(図4)において、水平方向成分の磁界が反転しない、すなわち、水平方向成分が磁力=0の直線と交差しないためには、S1極とS2極の磁力に所定の差があればよい。そして、表1に示される「面積比」(=(B×φ)/(A×θ))が2以上であれば、水平方向成分の磁界が反転しないことが知見された。表1では、実験1〜17において、面積比が2以上とされている。なお、面積比が3以上であれば、更に望ましい。しかしながら、実験1および2では、画像ムラが発生する結果となった。これは、「フラット領域Fの幅(フラット部幅)」が10度に満たないため、現像剤が現像ローラー231から充分分離されていないためである。
また、実験18では、面積比が1のため、水平方向成分の磁界に反転が発生する結果となった。通常、現像ローラー231のスリーブ231B上の現像剤の磁気ブラシは、磁力線に沿って形成される。実験3〜17では、図3Aの矢印DSで示すように、斜め方向に向いた状態から現像剤がスリーブ231Bから分離する。一方、実験18のように磁界が反転していると、図3Bの矢印DSで示すように、磁気ブラシが弓なりになった状態で、接線方向に沿ってスリーブ231Bから分離する。すなわち、実験3〜17の方が、現像ローラー231の法線方向に沿って現像剤が飛翔しやすい。実験18では、現像剤の飛び出し方向が接線方向に沿っているため、分離した現像剤が第1スクリュー233A上で充分分散されない。この結果、第1スクリュー233Aの周辺で循環している現像剤量が少ない場合に、第1スクリュー233Aのピッチで発生する画像ムラが顕在化する。一方、実験3〜17では、現像ローラー231から現像剤が法線方向に沿って飛翔することで、第1スクリュー233Aの周方向において広い範囲で現像剤が分散される。この結果、分離された現像剤と現像剤搬送部234内を循環していた現像剤とが混合撹拌されやすい。したがって、上記のような画像ムラの発生が抑止される。
一方、実験17では、「面積比」(=(B×φ)/(A×θ))が5を超えている。この場合、S1極とS2極の磁力の差が大きいため、フラット領域IE(図4)がS1極よりもS2極に近い位置に形成される(図9参照)。このため、フラット領域Fで現像剤が分離されても、近傍下流側に存在するS2極の磁力に引き戻され、S2極に再付着する現象が発生する。この結果、表2に示すように画像ムラが発生する結果となっている。
以上のように、実験3〜16において、「画像ムラ」が実使用上問題とならない結果を得た。この実験3〜16の現像ローラー231では、前述の条件1〜3が満たされおり、現像ローラー231から安定して現像剤が分離されている。また、表1に示すように、S1極およびS2極の磁力は大きく異なることが可能となり、S2極を汲み上げ極および規制極として機能させることが可能となった。更に、実験3〜16で示される現像ローラー231の固定磁石231Aでは、極間領域IEに形成される垂直方向成分の極小値FRが、S1極よりもS2極側に位置する特徴を有することが知見された(図4〜図7参照)。この結果、分離された現像剤がS2極側に再付着することが、極小値FRによって好適に妨げられる。
なお、第2条件に関して、水平方向成分のフラット領域F(図4)は、スリーブ231Bの回転角度で14度以上の範囲に亘って形成されていることが更に望ましい。この場合、S1極を通過した現像剤に対する磁気吸引力がより急激に低下し、現像剤がスリーブ231Bから更に安定して分離される。この効果は、現像ローラー231の表面に、長手方向(軸方向)に沿って溝加工されている、ローレットローラーなどで特に効果を発揮する。表2に示されるように、水平方向成分のフラット領域Fが14度以上の範囲に及ぶ、実験8〜16では、溝部への現像剤残留が発生していない。これは、前述のように、溝部231M(図11)の法線方向に沿った壁部では、磁力の水平方向成分によって摩擦力が発生するため、この壁部から現像剤が分離されにくく、溝部231M内の現像剤が再び現像位置に搬送されてしまうためである。したがって、極間領域IEにおいて、磁力の水平方向成分によって現像剤の一部が溝部231Mに付着しやすい場合であっても、水平方向成分のフラット領域Fが14度以上の範囲に亘って形成されていることで、現像ローラー231のスリーブ231Bから現像剤を安定して分離することができる。この結果、現像剤が溝部231Mに付着し続けることを抑止することができる。
なお、本発明に係る先の第2条件では、水平方向成分のフラット領域Fが角度で規定されている。このため、現像ローラー231の直径が小さくなると、フラット領域Fの周方向に沿った距離は短くなり、現像剤の分離には一見不利になる。しかしながら、現像ローラー231の直径が小さくなる分、現像ローラー231の曲率が小さくなるため、現像剤の分離がしやすくなる。これらの効果は互いに相殺しあうため、現像ローラー231の直径が小さく設定された場合であっても、上記の条件1から3が満たされることで、現像剤の分離性が低下する事はない。また、現像ローラー231の直径が大きく設定されても、同じように分離性が変化する事はない。
また、本発明の発明者は、表2において画像ムラが△または○の評価となった実験3〜16までの現像ローラー231の磁力分布を鋭意分析した結果、先の条件1および2に加え、以下の条件が満たされる場合も、現像剤の分離が安定して実現されることを知見した。すなわち、S1極の磁力の垂直方向成分が同ピーク位置よりも搬送方向下流側で最大値に対して50%になる点Mと、極間領域IEでの磁力の水平方向成分の極小磁力LPから搬送方向上流側に0.5mT上昇する点Yとの角度差P(度)が、S1極とS2極との極間領域IEの幅Q(度)に対して15%以内に収まる場合(0<P/Q<0.15)、現像剤の分離が安定して実現される。
なお、上記の各実験に対して、層厚規制部材232と現像ローラー231とのギャップ(ブレードギャップ)を調整し、スリーブ231B上の現像剤搬送量を100g/m2以上400g/m2以下の範囲で同様の評価を行ったところ、画像ムラの抑止効果に関しては同様の結果が得られた。更に、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、画像ムラの抑止効果に関して同様の結果が得られた。更に、現像ローラー231の直径が12mm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、画像ムラの抑止効果に関して同様の結果が得られた。
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、固定磁石231Aのうち現像剤を分離させる磁界が、S1極とS2極との間に形成され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。隣接するN極同士の間に、上記のような磁界が形成されてもよい。
(2)上記の実施形態では、S1極およびS2極を備える現像ローラー231が感光体ドラム20にトナーを供給す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。現像ローラー231と感光体ドラム20との間に、他の現像ローラーが配置され、複数のローラー間で現像剤が受け渡されながら、感光体ドラム20にトナーが供給されてもよい。
(3)また、上記の実施形態では、S2極が、汲み上げ極と規制極の機能を兼ね備え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。S2極は汲み上げ極の機能を備え、更に、S2極よりも下流側(層厚規制部材232側)に配置された他の磁極が規制極の機能を備える態様でもよい。
10 画像形成装置
11 装置本体
13 画像形成部
14 中間転写ユニット(転写部)
145 二次転写ローラー(転写部)
20 感光体ドラム(像担持体)
23 現像装置
231 現像ローラー
231A 固定磁石
231B スリーブ
232 層厚規制部材
233 攪拌スクリュー
233A 第1スクリュー(現像剤攪拌部材)
233B 第2スクリュー
234 現像剤搬送部
234A 第1搬送部
234B 第2搬送部
23H ハウジング

Claims (7)

  1. トナーおよび磁性キャリアを含む現像剤が収容されるハウジングと、
    周方向に沿って複数の磁極を含み固定された固定磁石と、前記固定磁石の周囲を所定の回転方向に回転し周面に前記現像剤を担持するスリーブと、を備え、表面に静電潜像が形成される感光体ドラムに所定の現像位置で対向するように前記ハウジングに支持され、前記感光体ドラムに前記トナーを供給する現像ローラーと、
    前記ハウジングに回転可能に支持され、前記現像剤を攪拌するとともに前記現像ローラーに前記現像剤を供給する現像剤攪拌部材と、
    前記現像ローラーの前記スリーブに対向して配置され、前記現像剤攪拌部材によって前記現像ローラーに供給された前記現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、
    を備え、
    前記固定磁石は、
    前記現像位置よりも前記回転方向下流側に配置され、所定の極性からなる第1磁極と、
    前記第1磁極よりも前記回転方向下流側に配置され、前記第1磁極と同じ極性からなり、前記現像剤攪拌部材によって供給される前記現像剤を前記スリーブ側に受け取る磁界を形成する第2磁極と、
    を備え、
    前記第1磁極の磁力の垂直方向成分のピーク位置から前記第2磁極の磁力の垂直方向成分のピーク位置に至るまでの極間領域において、前記固定磁石の磁力の水平方向成分が反転せずに所定の極性で0(mT)よりも大きく設定されており、
    前記極間領域における前記水平方向成分の磁力において、絶対値が極小となる極小磁力を含む領域であって磁力の変化量が0.5(mT)以内のフラット領域が、前記スリーブの回転角度で10度以上の範囲に亘って形成されており、
    前記第1磁極の垂直方向成分のピーク磁力をA(mT)、前記第1磁極の垂直方向成分の半値幅をθ(度)、前記第2磁極の垂直方向成分のピーク磁力をB(mT)、前記第2磁極の垂直方向成分の半値幅をφ(度)とした場合、
    2≦(B×φ)/(A×θ)≦5
    の関係が満たされていることを特徴とする現像装置。
  2. 前記フラット領域が、前記スリーブの回転角度で14度以上の範囲に亘って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記第2磁極は、更に、前記現像ローラーに供給された前記現像剤の層厚を前記層厚規制部材との間で規制する磁界を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の現像装置。
  4. 前記層厚規制部材は、前記現像ローラーの下方に配置され、
    前記第1磁極は、前記第2磁極の上方に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の現像装置。
  5. 前記第1磁極は、前記現像ローラーの軸心よりも上方に配置され、
    前記第2磁極は、前記現像ローラーの軸心よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の現像装置。
  6. 前記現像ローラーの前記スリーブの表面には、複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の現像装置。
  7. 請求項1乃至6の何れか1項に記載の現像装置と、
    前記現像装置から前記トナーが供給され、前記周面にトナー像を担持する前記感光体ドラムと、
    前記感光体ドラムからシートに前記トナー像を転写する転写部と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
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