JP2005055674A - 現像マグネットローラ、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャリア付着余裕度を向上させることができると同時に後端白抜けを生じないように、現像ローラの現像極の磁気波形に特徴を有した現像装置を提供する。
【解決手段】 現像極の法線方向磁束密度が、ピーク磁束密度１２０ｍＴ以上、０ガウス幅７０°以上、半値幅４０°以下になるように構成する。現像極の半値中央角度が０ガウス幅中央角度よりも現像剤搬送方向において３°以上下流側にあれば、好適である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関するもので、特に２成分現像剤を使用する現像装置に関し、磁気ブラシが潜像担持体に接触することによって顕像化を行うものである。

画像形成装置には、信頼性の向上と高画質化が要求される。現像剤として、キャリアと称される磁性粒子とトナーを混合したものを用いる２成分現像装置は、画像形成装置における現像装置として広く用いられているが、信頼性の向上としてはキャリア付着余裕度の向上が、高画質化としては後端白抜けの改善が要求されるところである。

現像装置では、現像剤が現像ローラにより静電潜像担持体に搬送され、潜像担持体上の潜像を現像する。その際、キャリアには潜像担持体からの電気力と現像ローラからの磁気力がかかるが、電気力が大きいと、本来は現像ローラに留まるべきキャリアがトナーと共に潜像担持体に付着する。これが「キャリア付着」と呼ばれる現象である。付着したキャリアはトナーと共に紙に移り、定着されてしまうことになるが、このような事態は転写装置や定着装置に悪影響を及ぼし、画像形成装置の信頼性を低下させる要因である。キャリア付着を防止するためには、潜像担持体の帯電電位や現像ローラの電位を調整してキャリアにかかる電気力を小さくすることも考えられるが、地汚れ等、別の画像上の不具合が発生しやすくなる。

キャリア付着を防止する提案として、例えば特許文献１に記載された内容が知られている。これは、所謂現像領域における磁束密度分布曲線を、現像スリーブローラの周方向に沿った方向で先端側が幅狭になるよう形成するというものである。現像領域の磁束密度を局所的に大きくすることで、キャリアにかかる磁気的引力の作用方向が大きく変動し、潜像担持体の電気力に負けないだけでなく、キャリアに回転力が働き、潜像担持体とキャリアの引っ張りバランスが急激に崩れ、キャリア付着を防止できる。
特開平８−１５９８８号公報

一方、２成分現像装置における現像ローラは、現像剤を周方向に搬送すると共に、潜像担持体と近接する部分で現像剤の穂立ちを形成して、潜像担持体上の静電潜像を現像する役割を担っている。穂立ちは或る程度の幅を有し、その穂立ちによる潜像担持体への摺擦の間に現像されることになるが、穂立ちの幅が広いといったん潜像担持体へ移ったトナーを掻き取ってしまう現象が発生する。これが「後端白抜け」で、画質上の欠陥の要因となっている。穂立ちの幅が広い方が、この現象が顕著に現れる。

本出願人は、この後端白抜けの問題を、現像極での磁束密度を高くしつつ、半値幅（法線方向での磁力分布曲線における最高法線磁力（頂点）の半分に相当する値を指す部分での角度幅）を狭くすることで、解消させた（例えば、特許文献２や３）。けれども、このような構成は、現像極の法線方向磁束密度の減衰率が高い（例えば４０％以上）ために、現像極に対する現像スリーブ周方向前後の磁極の状態によっては磁気波形に大きな落ち込みが生じ、そのためにキャリア付着の発生が認められた。
特開２０００−３０５３６０号公報 特開２００１−２７８４９号公報

そこで本発明は、キャリア付着余裕度を向上させることができると同時に後端白抜けを生じないように、現像ローラの現像極の磁気波形に特徴を有した現像装置を提供することを課題とする。

２成分現像装置においてキャリア付着余裕度の向上と後端白抜けの改善を目的に、現像ローラの現像極の磁気波形を検討した。始めに、現像極のピーク磁束密度（法線方向での磁力分布曲線における最高法線磁力（高さ））を検討した。その結果、ピーク磁束密度は高い方がキャリア付着には有利であることが確認できた。ピーク磁束密度が高いと現像領域での磁気力が高くなり、キャリア付着が発生しにくくなると考えられる。

次に、現像極の０ガウス幅（法線方向での磁力分布曲線における法線磁力が零になる部分での角度幅）を検討した。その結果、０ガウス幅が大きい方がキャリア付着には有利であることが確認できた。０ガウス幅が小さいと穂立ちの形成が急激になり、キャリア付着は不利になると考えられる。しかし、０ガウス幅を大きくすると穂立ちの幅が大きくなり、後端白抜けが悪化する。後端白抜けは、潜像担持体からのトナーの掻き取りであり、穂立ちの幅を小さくすることで改善が期待できるものである。そのため、現像極の磁気波形として、０ガウス幅を大きくしたまま半値幅を狭くすることを検討した。その結果、半値幅を狭くすることでキャリア付着余裕度を維持しつつ後端白抜けを改善することが見出せた。半値幅を狭くすることで、穂立ちが強く潜像担持体に当たる幅を小さくでき、後端白抜けが改善したと考えられる。

現像極と該現像極から１つ下流側の極との間での半値角度（法線方向での磁力分布曲線における各最高法線磁力（頂点）の半分に相当する値を指す部分での角度で、上流極の下流側部分と下流極の上流側部分との間の角度）が大きくなると極間での磁気力の落ち込みが発生し易く、キャリア付着には不利となる。そこで、現像極の半値中央角度（半値幅の中心線を或る基準位置から測った角度）を０ガウス幅中央角度（０ガウス幅の中央線を或る基準位置から測った角度）よりも下流側にすることを更に検討した。その結果、半値中央角度を０ガウス幅中央角度よりも下流側にすることで、キャリア付着余裕度が更に向上することが確認された。

以上の結果、上記課題を解決するためには、本発明にしたがい、現像極の法線方向磁束密度が、ピーク磁束密度１２０ｍＴ以上、０ガウス幅７０°以上、半値幅４０°以下になるように構成すべきである。現像極の半値中央角度が０ガウス幅中央角度よりも現像剤搬送方向において３°以上下流側にあれば、好適である。

現像極に相当する部分にマグネットブロックを埋設するのが好都合である。そして、マグネットブロック埋設前のマグネットローラの０ガウス幅が７０°以上であり、且つマグネットブロックの中心線が現像極の０ガウス幅中央角度よりも３°以上現像剤搬送方向下流側に位置させるのが、好ましい。マグネットローラ自体の（ＢＨ）maxよりも埋設マグネットブロックの（ＢＨ）maxが大きくなっているべきである。

マグネットブロックが希土類磁石を含んでいるのがよい。埋設マグネットブロックがマグネットローラから突出していることも好ましい。特にマグネットブロックのマグネットローラからの突出量が少なくとも０．２ｍｍであるのがよい。マグネットローラのマグネットブロック埋設用溝部の頂点近傍が平坦であることによって、マグネットブロックが突出しやすい形態となり、好都合である。

請求項１に記載の発明によれば、現像極の法線方向磁束密度分布が、ピーク磁束密度で１２０ｍＴ以上、０ガウス幅で７０°以上、半値幅で４０°以下であるので、現像に必要な現像ローラ表面磁力を確保しつつ、０ガウス幅を広げることでキャリア付着余裕度を上げる一方で、半値幅を狭めることで後端白抜けを改善することができる。

請求項２に記載の発明によれば、現像極の半値中央角度を０ガウス幅中央角度よりも現像剤搬送方向下流側に３°以上ずらすように法線方向磁束密度分布を形成することで、極間での磁気力の落ち込みを防ぐことができ、キャリア付着余裕度を更に向上することができる。

請求項３に記載の発明によれば、現像極に相当する部分にマグネットブロックを埋設する構成を採用することで、容易に現像極の半値中央角度と０ガウス幅中央角度を調整することができ、極間での磁気力の落ち込みを回避可能である。

請求項４に記載の発明によれば、マグネットブロック埋設前後で０ガウス幅及び０ガウス幅中央角度が殆ど変化せず、所望の現像マグネットローラを得ることができる。マグネットローラ自体の（ＢＨ）maxよりも埋設マグネットブロックの（ＢＨ）maxが大きいことで、０ガウス幅を広げながら半値幅を狭めることが可能である。マグネットブロックが希土類磁石を含むことで現像に必要な現像ローラ表面磁極の確保が容易である。埋設マグネットブロックがマグネットローラから突出することで、マグネットブロック配置による半値幅の狭化が容易である。

本発明の詳細を、図に示された例に基づいて、説明する。
図１に、本発明に係る画像形成装置を概略的に示す。潜像担持体としての感光体ドラム１は、回転駆動されながら、帯電チャージャ５０により一様に表面を帯電された後、光書き込みユニット５１により画像情報に基づき走査露光されて表面に静電潜像が形成される。本実施形態では、上記帯電チャージャ５０及び光書き込みユニット５１により潜像形成手段が構成されているが、他の様式の帯電装置や露光装置を用いて構成してもよい。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、後述する現像装置２により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。このトナー像は、転写ユニットの転写ベルト５３上で、タンデムトレイ５４を備えた給紙ユニット５５から給紙ローラ５６、レジストローラ対５７を経て搬送された転写材としての用紙上に転写される。なお本実施形態では、少なくとも感光体ドラム１と現像装置２とでカートリッジユニットが構成され、更に帯電装置、クリーニングユニット、除電装置を備えてプロセスカートリッジが構成可能である。プロセスカートリッジと称する場合、現像装置と他のプロセス手段が一体となって着脱可能にされたものであり、上記カートリッジユニットだけでもプロセスカートリッジとなり得るし、現像装置と感光体と帯電装置、現像装置と感光体と帯電装置とクリーニング装置など、様々なバリエーションが存在し得る。

転写終了後の用紙は、定着ユニット５８によりトナー像を定着され、片面画像形成の場合には、そのまま機外に排出され、両面画像形成の場合には、反転路５９を介した後、両面部６０を通って再び感光体ドラム１、転写ユニットへ送られる。なお、転写されなかった感光体ドラム１上の残留トナーは、クリーニングユニット５２により感光体ドラム１から除去される。感光体ドラム１上の残留電荷は除電ランプで除去される。本例の画像形成装置では、補給用トナーボトル６１が給紙ユニット５５の横に配置され、現像装置２へは、例えばモーノポンプなどを用いてトナーホッパー６２を通してトナー供給されるようになっている。残留トナーなどはトナーボトル６１のそばに配された廃トナーボトル６２に溜められる。

次に、本実施形態に係る現像装置の全体構成について説明する。図２は現像装置２の全体の概略構成図である。この現像装置２は感光体ドラム１の側方に配設され、現像ケーシングの感光体ドラム１側に形成された開口部から一部を露出した２本の現像ローラ（第１現像ローラ３、第２現像ローラ４）が感光体ドラム１の周方向に、感光体ドラム１に一定のギャップをもって対向し並設されている。これら現像ローラの現像スリーブは、磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という）を表面に担持する現像剤担持体として、アルミニウムなど非磁性の円筒状部材からなっており、不図示の駆動装置により、感光体ドラム１と対向する現像領域において現像剤を下方に移動させる向きに回転駆動可能になっている。

現像装置２はまた、現像スリーブ上に担持され現像領域に向けて搬送される現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６、現像ケーシング内の現像剤を攪拌混合するパドルローラ５、攪拌ローラ７、補給された現像剤をローラ長手方向に分配するための搬送スクリュー８、現像ケーシング内のトナー濃度を測定してトナーホッパーからトナーを補給するためのＴセンサ９などを備えている。

また現像ローラ３、４の内部には、磁界発生手段としてのマグネットローラが固定配置されている。マグネットローラは、プラスチック樹脂粉末（高分子化合物）に磁性粉を分散混練した所謂プラスチックマグネット、あるいはゴムマグネットを押し出し成形又は射出成形することで成形する。磁性粉として異方性材料を用い、成形時に金型内にて磁場を印加することにより、異方化されて所望の磁気特性が得られる。ローラ長手方向には現像極に相当する部分に溝が切られ、この溝にマグネットブロックを埋設することになる。溝は金型で設けてもよいし、切削加工で設けてもよい。このような溝を構成する際、図３に示すように、頂部近傍を平坦にしてマグネットブロックの突出形態を容易化することが考えられる。こうして得られたマグネットローラをヨーク着磁する。マグネットローラは例えば６極の磁極を形成するが、必要に応じて、８極や１０極で構成されていてもよい。

マグネットブロックを配置した後の現像極の０ガウス幅は、配置する前の０ガウス幅に依存するので、マグネットローラ（プラスチックマグネット）の着磁では現像極の０ガウス幅を７０°以上にする。着磁したマグネットローラの溝にマグネットブロックを配置し接着固定する。マグネットブロックとしては、配置後の現像極半値幅を狭くするためにプラスチックマグネットより（BH）maxが高いのがよく、磁性粉としては希土類磁石が適している。中でも異方化することにより（BH）maxが１０ＭＧＯe以上得られるNd-Fe-B系磁石が適している。このようにして構成された現像極は、マグネットローラの０ガウス幅が広く、マグネットブロックの半値幅が狭いために、図４に示すような磁気波形を有することになる。

マグネットブロックを配置した後の現像極半値中央角度はマグネットブロックを配置した位置に依存する。そして、マグネットブロックをマグネットローラから突出させることにより、容易に半値幅を狭くすることができる。また、マグネットブロック配置後の現像極の半値中央角度を０ガウス幅中央角度よりも下流側にするには、マグネットブロックを配置する位置を下流側にする必要がある。このようにしてマグネットブロックを配置したマグネットローラの現像極は、０ガウス幅が７０°以上、半値中央角度が４０°以下、半値中央角度が０ガウス幅中央角度よりも下流側となる。その後、非磁性体のスリーブを被せ、現像ローラが得られる。

本発明に係る現像ローラを用いることにより、キャリア付着余裕度が向上し、後端白抜けが改善した現像装置を得ることができる。いずれか一方の現像ローラのみに本発明に係る現像ローラを用いる場合には特に下流側に用いることで、信頼性が高く、また高画質の多段現像装置が得られる。

本発明に係る現像ローラによる効果を確認するため、上記構成で現像ローラを一つのみに変更した画像形成装置において、ドラム線速５００ｍｍ／秒、現像ローラ駆動９００ｒｐｍ、現像ローラ／感光体ドラムの線速比１．９、帯電電位−９００Ｖ、現像バイアス−６５０Ｖのプロセス条件下に、画像品質を確認した。

現像装置における現像ローラは、マグネットローラ：ＰＡ６＋Ｓｒフェライト製の基準外径１８ｍｍ（(ＢＨ)max；２ＭＧＯe）で、芯金：外径６ｍｍ（ＳＵＭ２２＋無電解Ｎｉメッキ）、ＰＡ６＋Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ製マグネットブロック：断面３ｍｍ×３ｍｍ（(ＢＨ)max；９ＭＧＯe）、現像スリーブ：外径２０ｍｍ（Ａ６０６３）である。そして着磁されたプラスチックマグネットの現像極部分での磁力（ベース磁力）を４５〜５５ｍＴ、マグネットブロックの磁力を７０〜８０ｍＴとして総磁束密度、半値幅、０ガウス幅、０ガウス幅中央角度に対する半値中央角度の下流側への移動量を変えて、キャリア付着と後端白抜けについて評価した。

なお磁気特性の測定法については、現像スリーブに磁気プローブを突き立てて法線方向の磁束密度分布を測定した。

本発明に係る画像形成装置の概略断面図である。 図１の画像形成装置に装着される多段現像装置の概略断面図である。 マグネットローラの溝頂部近傍を平坦にする場合の構成を示す図である。 本発明に係るマグネットローラの現像極における磁気波形を説明する図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
３ 第１現像ローラ
４ 第２現像ローラ
５ パドルローラ
６ ドクタ
７ 攪拌ローラ
８ 搬送スクリュー
９ Ｔセンサ

Claims (14)

1. 像担持体に対向する現像領域で現像剤を穂立ちさせる磁界を形成する現像極を有した現像マグネットローラにおいて、
   現像極の法線方向磁束密度分布が、ピーク磁束密度で１２０ｍＴ以上、０ガウス幅で７０°以上、半値幅で４０°以下であることを特徴とする現像マグネットローラ。
2. 現像極の半値中央角度を０ガウス幅中央角度よりも現像剤搬送方向下流側に３°以上ずらすように法線方向磁束密度分布を形成することを特徴とする請求項１に記載の現像マグネットローラ。
3. 現像極に相当する部分にマグネットブロックを埋設することを特徴とする請求項１又は２に記載の現像マグネットローラ。
4. マグネットブロック埋設前のマグネットローラの０ガウス幅が７０°以上であり、且つマグネットブロックの中心線が現像極の０ガウス幅中央角度よりも３°以上現像剤搬送方向下流側に位置させることを特徴とする請求項３に記載の現像マグネットローラ。
5. マグネットローラ自体の（ＢＨ）maxよりも埋設マグネットブロックの（ＢＨ）maxが大きいことを特徴とする請求項３に記載の現像マグネットローラ。
6. マグネットブロックが希土類磁石を含むことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の現像マグネットローラ。
7. 埋設マグネットブロックがマグネットローラから突出していることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の現像マグネットローラ。
8. マグネットブロックのマグネットローラからの突出量が少なくとも０．２ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載の現像マグネットローラ。
9. マグネットローラのマグネットブロック埋設用溝部の頂点が平坦であることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の現像マグネットローラ。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載した現像マグネットローラを備えたことを特徴とする現像装置。
11. 請求項１〜９のいずれか一項に記載した現像マグネットローラを下流側現像ローラに用いたことを特徴とする多段現像装置。
12. 請求項１〜９のいずれか一項に記載した現像マグネットローラを備え、且つその現像極の半値中央角度が像担持体との最近接部に対して現像剤搬送方向上流側に位置することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の現像装置。
13. 請求項１〜９のいずれか一項に記載した現像マグネットローラを備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
14. 請求項１〜９のいずれか一項に記載した現像マグネットローラを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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