JP5030262B2 - 現像装置及びこれを用いた画像記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像記録装置に係り、特に磁性現像剤を用いた高速画像記録装置用の現像装置に関する。

電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像記録装置では、感光体と呼ばれる像担持体を所定電位に帯電した後、画像情報に応じて露光を行い形成した静電潜像を、現像装置からトナーと呼ばれる像可視化剤を供給して可視像とし、この可視像を記録媒体上に転写定着することで印刷を行う。

この電子写真方式に適用される現像装置としては、トナーと、トナーを帯電、搬送するキャリアと呼ばれる磁性粉体とを所定の混合比率で混ぜ合せた２成分現像剤を用いた現像装置が知られている。

上記現像装置では、２成分現像剤を撹拌機構で攪拌し、該現像剤中のトナーとキャリアを摩擦させることにより、トナーを所定の量に帯電させるとともにキャリアにトナーを付着させ、複数個の磁石を内部に有しその外周に回動可能に配置されたスリーブローラを有する現像ローラに吸着させる。表面にトナーを付着させたキャリアは磁力により現像ローラに吸着されスリーブローラの回転によって保持搬送され、該現像ローラと、ドクタブレードと呼ばれる搬送量規制部材とで形成された間隙を通過することで、搬送量を所定量に規制される。

該ドクタブレードによって所定量に規制された現像剤は、スリーブローラの回転により前記感光体と対向する位置まで搬送され感光体と接触する。

この時、現像ローラには、バイアス電圧（以下、現像バイアスと記述）が印加されており、感光体上の静電潜像との相互作用により形成される電場により、帯電したトナーが画像部へ吸着し現像が行われる。

特に印刷速度が早い画像記録装置では、現像ローラが１本の現像装置では十分な印刷品質を得ることが難しいため、現像ローラを複数本用いられることが多い。

複数本の現像ローラを用いた現像装置としては、互いに逆方向に回転する１対の現像ローラを有する方式が知られている。

特公昭６２−４５５５２号公報では、パドルローラなどによって、下側現像ローラに搬送する現像剤量を調整し、下側の現像ローラの磁気力で現像剤を搬送し、両ローラの最小間隙より感光体側に設けられた偏向板によって両ローラへ現像剤を振り分け、振り分けた現像剤を磁気力によって各々の現像ローラで搬送する方式が開示されている。

特開平３−３１８７６号公報では、下側ローラに磁気力によって現像剤を吸着、搬送し、両ローラの最小間隙より手前に、駆動開始時など異常に搬送量の多い場合のみ機能する間隙の広いドクタブレードを設け、両ローラの現像剤振り分けを磁気力によって行う方式が開示されている。

特公昭５４−１０８６９号公報には、下に配置された現像ローラに磁気力で２成分現像剤を吸着させ、ドクタブレードで搬送量を規定量に調整された現像剤を、両現像ローラ間の最小間隙を通過させ、その後の空間に設けられた偏向板によって、下側の現像ローラで搬送されてきた現像剤の一部を上側のローラに振り分け、振り分けた現像剤を磁気力によって各々の現像ローラで搬送する方式が開示されている。

特許第３２２１１９５号公報には、下に配置された現像ローラに磁気力で２成分現像剤を吸着させ、両ローラの最小間隙を通過する前に設けられた１つのドクタブレードで両ローラへ搬送する現像剤量を調整し、振り分けた現像剤を磁気力によって各々の現像ローラで搬送する方式が開示されている。

このように、１対の逆方向に回転する現像ローラを有し、両ローラの間を通過させた現像剤で現像を行う方式はセンターフィード方式といわれ、同方向に回転する現像ローラを組み合わせた方式に比べて現像性能が高く、高速で高画質の印刷が行える方式として知られている。

しかし、センターフィード方式では、両ローラが近接配置された空隙に現像剤を通過させるため、現像剤の搬送量に変動があると、現像剤が間隙に詰まって現像ローラの回転不良や、現像剤の寿命低下などの問題が発生しやすい。

特に、特公昭６２−４５５５２号公報、特公昭５４−１０８６９号公報などのように、両ローラの間隙に現像剤が侵入する直前に現像剤量を規制する手段を有しない方式では、現像機の駆動開始時などに通常より多い現像剤が搬送された際に間隙部に多量の現像剤が進入して現像剤が詰まったり、現像部に搬送される搬送量が変動して画質が変動するなど、不具合が発生しやすい。

特開平３−３１８７６号公報では、下側現像ローラに余剰現像剤を規制するドクタブレードを設けているが、上側ローラからの現像剤の回り込みがあった際には対応できない。

これに対し、特許第３２２１１９５号公報に開示されたように、現像剤が両ローラの間隙に進入する直前にドクタブレードを設け、各々の現像ローラに搬送する現像剤量を適量に調整する方式は、搬送される現像剤量に変動があっても、ドクタブレードで両ローラの搬送量が一定に規制できるため、不具合が起こりにくい。また、ドクタブレードを通過しない余剰現像剤が、狭い領域に押し込まれることも無いため、現像剤が受ける負荷も少ない優れた方式である。

特公昭５４−１０８６９号公報 特公昭６２−４５５５２号公報 特開平３−３１８７６号公報 特許第３２２１１９５号公報

上記のセンターフィード方式で両ローラの最小間隙以前で両ローラの搬送量を規制する方式でも、非常に速い印刷速度で用いるために、現像ローラの回転速度を速くした際に、ドクタブレードで搬送量を規制され両ローラに磁気力で吸引されて感光体と接触する現像領域まで搬送されていく間に、現像剤の一部が、遠心力により現像ローラから離れ、感光体にほぼ垂直に衝突するようになる。

図１は、３本の現像ロール１、２および３が感光体１０１に対向して設置されたセンターフィード方式現像装置の概略構成を示したものである。

該３本の現像ロールのうち、現像ロール１は図１中の矢印Ａで示した感光体１０１の回転方向に対して、該感光体１０１の周速の１．１倍〜２．０倍の周速で同方向に回転し、現像ロール２及び３は、該感光体１０１の回転方向に対して、該感光体１０１の周速の１．１倍〜２．０倍の周速で逆方向に回転する。

現像ロール１および現像ロール２の間には、ドクタブレード５が配置されており、該ドクタブレード５は、一つのブレードの両端で、現像ロール１および現像ロール２の現像剤の搬送量を規制する構成（以後、両刃ドクタと称する。）となっている。

現像ローラ１、２および３は、内部に固定されたマグネットが設置され、外周部には回転可能なスリーブを備えている。

現像ロール３の近傍に搬送された現像剤１０は、前記マグネットの磁力によって現像ローラ３のスリーブ表面に引きつけられ、スリーブの回転に伴って現像ローラ２の磁極に搬送され、現像ローラ２のスリーブの回転によりドクタブレード５に対向した位置の磁極まで搬送される。

ここで現像剤１０は、ドクタブレード５の規制位置において所定量に規制された後、現像部に導かれる。

このときドクタブレード５での通過量規制によって余剰となった現像剤は、スリーブの回転に伴って現像ローラ１方向に搬送され、ドクタブレード５の規制位置において該現像ローラ２と同じように所定量に規制された後、現像ロール１の現像部へ導かれる。

現像ロール１、２の現像部で、該現像剤は穂立ちして、該現像ロール１では感光体表面の移動方向とは逆方向に、現像ロール２では感光体表面の移動方向と同方向に、現像剤１０が移動し感光体表面を摺擦する。その後、現像剤１０は現像ローラ３に受け渡され、感光体表面を摺擦して現像を行った後、現像ローラから離れクロスミキサ７によって軸方向に攪拌され搬送部材６近傍に流れていく。

図６は、前記現像装置の互いに逆回転する現像ローラ１、２とドクタブレード５の近傍を示す図である。

ドクタブレード５で搬送量を規制されたローラ１、２上の現像剤１０は、スリーブの回転及び下流側に配置された磁極による磁気力で感光体方向に搬送されて行くが、現像剤は磁力線に沿って整列しようとするため、磁極上部ではスリーブ上方に延びるように穂立ちして膨らみ、磁極間では磁極方向に穂がつながるような挙動を示しながら、搬送されていく。

この際、高速印刷を行うために現像ローラの回転速度を増加させて行くと、現像剤に働く遠心力が増加し、スリーブから離れ飛散することになる。

この時、現像剤中のトナーのみが飛散する場合は、いわゆるトナークラウドが両ローラに挟まれた空間で発生することになり、画質上の不具合である背景部への付着（かぶり）の原因となる。しかし、その一方で、この空隙でのトナークラウドは、現像性能を増加させる効果もあるため、トナークラウドが発生あるいは感光体に到達しないよう遮蔽してしまうと、現像性能を損なうことになってしまう。現像ローラの回転速度が速くなると、トナーだけではなくキャリアも飛散する。

キャリアは磁気力によりスリーブに引き付けられているため、遠心力が磁気力を上回るようになると飛散することになる。前記のように磁極位置でキャリアは穂立ちするため、穂の先端部のキャリアほど遠心力が大きくなり、かつ、磁気力が小さくなるため飛散しやすくなる。

下側の現像ローラで現像ローラ２本分の現像剤を運び、ローラの最近接部を通過した後に、現像剤を振り分ける方式の場合、振り分け前に搬送する現像剤量が多くなるため、キャリアが飛散し搬送がうまく行えなくという不具合が起きやすいが、本図のように最近接部より手前で、両ローラの搬送量を規制した後に最近接部を搬送する方式では飛散が発生しにくい。

しかし、検討の結果、前記方式においても、現像ローラ周速が１２００ｍｍ／ｓを超えるようになると搬送量を適正に調整した後であっても、搬送磁極（図ではＳ１極）で、穂立ちによってキャリア飛散が発生するようになることがわかった。

この飛散したキャリアは、図６（ｂ）に示すように、センターフィード現像の構成上、両ローラの間隙部で感光体にほぼ垂直に衝突することになる。

そのため、図７に示したように衝突した現像剤の衝突後の移動方向が不定となり、両ローラの各々の現像部に搬送される現像剤量が変動してしまう。

また、このように現像剤が感光体に衝突した際には、強い衝撃によりキャリアから大量のトナーが分離し、大きなカウンターチャージによってキャリアが感光体に付着して、感光体の回転によって現像部を通過しても現像ローラに回収されず、画質欠陥が多くなったり、衝突の際の多量のトナークラウドでカブリが急増することがわかった。

本発明の目的は、現像ローラを１２００ｍｍ／ｓを超える速度で回転させる非常に早い印刷速度でも、高い印刷濃度が得られ、印刷濃度のムラやキャリア飛びのない高画質の印刷を長期に渡って維持、かつ、キャリア付着などの不具合が発生しない、センターフィード現像装置及びこれを用いた画像記録装置を提供することにある。

本発明の目的は、マグネット外周に回動可能に配置されたスリーブローラを備えた現像ローラを少なくとも２本有し、現像ローラ上の２成分現像剤を静電像担持体に接触させて現像を行い、前記現像ローラのうち少なくとも一対は、静電像坦持体の移動方向に対し逆方向および同方向に回転する現像ローラを隣接して配置したものであり、前記逆方向に回転する一対のローラのうち静電像担持体に先に現像を行う現像ローラが静電像担持体に接触した現像剤を静電像担持体の移動方向と逆方向に搬送するものであって、前記一対の各々逆方向に回転する現像ローラに近接して搬送量規制部材を有し、各々のローラに搬送する現像剤量を現像剤が両ローラの最近接部を通過する以前に規制する現像装置において、前記両ローラの最近接部より静電像担持体に近い位置に、現像ローラから飛散したキャリアの飛翔方向を、静電像担持体への進入角度が、静電像担持体表面に対して垂直よりも浅くなるように偏向させる偏向手段を設けることで達成できる。

本発明によれば、搬送量の変動やキャリア付着などの不具合が発生することが無く、パウダークラウドを利用した高濃度の現像が非常に早い印刷度で実現でき、高品質の印刷を長期にわたって維持することが可能なセンターフィード現像装置及びこれを用いた画像記録装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態である現像装置の一部を拡大した概略図である。

本実施形態は、３本の現像ロール１、２および３が感光体１０１に対向して設置された現像装置１０４に関するものである。

該３本の現像ロール１〜３のうち、現像ロール１は図１中の矢印Ａで示した感光体１０１の回転方向に対して同方向に感光体１０１の周速の１．１倍〜２．０倍の周速で回転し、現像ロール２、３は感光体１０１の回転方向に対して逆方向に感光体１０１の周速の１．１倍〜２．０倍の周速で回転する。

本実施形態では３本の現像ロールを持つ現像装置により説明するが、これは例えば、現像ローラ１、２の２本の構成、または現像ロール１より感光体１０１の回転方向の上流側に複数本の現像ロールを有する構成、あるいは現像ロール３より感光体１０１の回転方向の下流側に複数本の現像ロールを有する構成であっても構わない。

現像ロール１と現像ロール２の間にドクタブレード５が配置され、該ドクタブレード５は、一つのブレードの両端で、現像ロール１、２の現像剤の搬送量を規制する構成（以後、両刃ドクタと称する。）となっている。

本実施形態では、キャリアの平均粒径は６５μｍ以下、飽和磁化は４５ｅｍｕ／ｇ以上のものを用いることができる。また、トナー１１は、該現像剤全重量の３〜１０％の重量比で混合されている。現像剤１０は、記録装置の印刷動作により現像剤１０中のトナー１１のみが消費されるため、現像装置１０４内にある現像剤中のトナーの重量比が減少する。このため図１に示した本実施形態の現像装置１０４では、トナー供給装置１０５から現像装置１０４の内部に供給されたトナー１１を現像剤１０と混合、撹拌するクロスミキサなどの混合攪拌部材７、現像剤を現像ローラに搬送するマグネットローラなどの搬送部材６、現像剤案内板８が設置されている。

現像剤１０中のトナー１１は搬送部材７、８で攪拌搬送されることによって、現像剤１０中のキャリア１２などと摩擦しあい、−１０〜−４０μｃ／ｇの間の所定の値に帯電する。このようにして所定のトナー重量比および所定の帯電量に調整された現像剤４は、現像ロール３の近傍に導かれる。

現像ローラ１〜３は、内部に固定されたマグネットが設置され、外周部に回転可能なスリーブを備えている。感光体１０１と対向する位置の磁極は、スリーブ表面での飽和磁束密度が０．１１Ｔ、その他の極は、０．０４〜０．０６Ｔ程度の磁力を有している。現像ロール３の近傍に搬送された現像剤１０は、前記マグネットの磁力により現像ローラ３のスリーブ表面に引きつけられ、スリーブの回転によってドクタブレード５に対向した位置の磁極まで搬送される。

ここで現像剤１０は、ドクタブレード５の規制位置において、現像ロール２の感光体１０１と接触する現像部で、現像部の容積に対し２０〜４０％の容積比を占めるような所定量に規制された後、現像部に導かれる。

ドクタブレード５での通過量規制で余剰となった現像剤は、スリーブの回転に伴って現像ローラ１方向に搬送され、ドクタブレード５の規制位置において該現像ローラ２と同じように所定量に規制された後、現像ロール１の現像部へ導かれる。

現像ロール１、２の現像部で現像剤１０は磁極により穂立ちし、現像ロール１では感光体表面の移動方向とは逆方向に、現像ロール２では感光体表面の移動方向と同方向に現像剤１０が移動し、光体表面を摺擦する。その後、現像剤１０は現像ローラ３に受け渡され、感光体表面を摺擦して現像を行った後、現像ローラ３から離れてクロスミキサ７によって軸方向に攪拌され、搬送部材６近傍に流れて行く。

現像ロール１〜３には現像バイアス電圧が印加され、本実施例では現像ローラ１〜３ともに−４００Vの電圧が印加される。

ドクタブレード５には感光体１０１に近接する側に飛散キャリア偏向部材が設けられており、図２はその飛散キャリア偏向部材を有するドクタブレードを示す。本実施例ではドクタブレード５の感光体１０１に近接する側に、ドクタブレード５の中心線に対して角度αの傾斜部（飛散キャリア偏向部）を設けている。

現像ローラの周速が１２００ｍｍ／ｓ以上になると、本偏向部材を設けない場合、磁極Ｓ１部で飛散したキャリアは慣性力と磁気力を受けながら感光体表面にほぼ垂直に衝突することになるが、本偏向部材を設けることにより、飛散したキャリアは、まず、偏向部材の傾斜部に浅い角度で衝突して進行方向を変更し、感光体に角度θで衝突することになる。

偏向部材の角度αは、偏向部の設置位置などによって適切な角度に設定されるが、偏向板を設けない場合の感光体へのキャリア衝突角度より、角度θが小さく衝突角度が浅くなるような角度に設定される。

また、偏向部は、スリーブローラ上の飛散せず磁極間を搬送させる現像剤には接触させないようになっており、搬送量規制部としては機能しない。

従って飛散したキャリアは、感光体にほぼ垂直に衝突する場合に比べ、偏向部での衝突で少ないトナークラウドを生じた後に、感光体に浅い角度でかつ現像部近傍に衝突することになる。これにより、感光体に強い力で衝突すると同時にトナーが剥離して大きなカウンターチャージが発生することで強い静電付着力が働くことがなく、付着したキャリアは現像部で容易に回収できる。

また、トナークラウドも現像部に近い領域で適度に発生させることが可能となり、カブリを増加させることなく、現像性能を向上させることもできる。

図３は、本発明の別の実施例に用いられる偏向部材を示したものである。同図（ａ）、（ｂ）はドクタブレード５に対し飛散キャリア偏向部材２０を独立に設けた例、同図（ｃ）はドクタブレード５とは別部材の飛散キャリア偏向部材２０を、ドクタブレード５に固定した例を示している。何れの飛散キャリア偏向部材２０も、ドクタブレード５の中心線に対して角度αで感光体１０１側に向けて末拡がり状になった偏向部を備える。飛散キャリア偏向部材２０は非磁性あるいは磁性のごく弱い材料で構成され、好ましくはアルミニウムやＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３等の金属、あるいはポリプロピレンやポリアミドなどの高分子材料で構成される。

図４は、本発明の現像装置を用いた画像記録装置の一実施例を示す概略構成図である。感光体１０１は帯電器１０２で帯電された後、露光装置１０３で画像情報がレーザ露光で書き込まれて静電潜像を形成する。現像装置１０４で前記静電潜像を現像した後、転写器１０７で用紙２００に画像が転写され、定着機１０８で画像が用紙２００に定着される。感光体１０１に残留したトナーは清掃機１０６で清掃される。

本発明の現像装置を用いることで、現像ローラの周速を１２００ｍｍ／ｓ以上で使用することが可能となり、記録速度１５００ｍｍ／ｓ以上の高速で記録を行っても印刷濃度が高く、キャリア付着などの不具合のない高品質の印刷を長期に渡って行うことができる。

磁性現像剤を用いる電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像記録装置以外にも、磁性を帯びた粉体を磁気的に搬送する装置にも本発明が適用できる。

本発明の実施形態に係る現像装置の概略構成図である。 その現像装置の一部を拡大した図である。 本発明の他の実施形態に係る飛散キャリア偏向部材を示した図である。 本発明の実施形態に係る現像装置を用いた画像記録装置の概略構成図である。 従来の現像装置の概略構成図である。 キャリアの飛散を説明するための図である。 飛散キャリアの飛翔状態を説明する図

符号の説明

１、２、３：現像ローラ、５：ドクタブレード、１０：現像剤、１１：トナー、６：搬送部材、７：混合攪拌部材、１０５：トナー貯留供給装置、１０１：感光体、１０４：現像装置

Claims (4)

1. マグネット外周に回動可能に配置されたスリーブローラを備えた現像ローラを少なくとも２本有し、現像ローラ上の２成分現像剤を静電像担持体に接触させて現像を行い、前記現像ローラのうち少なくとも一対は、静電像坦持体の移動方向に対し逆方向および同方向に回転する現像ローラを隣接して配置したものであり、前記逆方向に回転する一対のローラのうち静電像担持体に先に現像を行う現像ローラが静電像担持体に接触した現像剤を静電像担持体の移動方向と逆方向に搬送するものであって、前記一対の各々逆方向に回転する現像ローラに近接して搬送量規制部材を有し、各々のローラに搬送する現像剤量を現像剤が両ローラの最近接部を通過する以前に規制する現像装置において、
   前記両ローラの最近接部より静電像担持体に近い位置に、現像ローラから飛散したキャリアの飛翔方向を、静電像担持体への進入角度が、静電像担持体表面に対して垂直よりも浅くなるように偏向させる偏向手段を設けたことを特徴とする現像装置。
2. 前記偏向手段が搬送量規制部材と一体を成すよう構成されたものであることを特徴とする請求項第１項記載の現像装置。
3. 前記偏向手段が搬送量規制部材とは独立したものであり、かつ、静電像担持体への進入角度が浅くなるように偏向させる偏向手段が、搬送量規制部材の中心線に対し一定の角度をなすように配置されたものであることを特徴とする請求項第１項または第２項記載の現像装置。
4. 請求項第１項ないし第３項のいずれか１項記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像記録装置。

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