JP4832992B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真法を用いた画像形成装置において、磁性キャリアと非磁性トナーからなる乾式２成分現像剤を用いる現像装置及び画像形成装置に関するものである。

一般に、複写機などの各種画像形成装置に用いられる現像装置においては、感光体などからなる潜像担持体上に画像に対応する静電潜像が形成されるとともに、現像装置内に設けられている現像剤担持体上にキャリアとトナーとからなる２成分現像剤が穂立ちされて保持され、この現像剤担持体上の磁気ブラシ現像剤が現像剤担持体の搬送作用によって現像領域に搬入され、上記静電潜像に対しトナーが供給されることにより現像動作が実行され、可視像が得られるようになっている。
前記現像剤担持体は、通常円筒状に形成されてなる現像スリーブを備えるとともに、この現像スリーブ内に、前記現像スリーブの表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石体が、備えられている。このとき現像剤を構成するキャリアは、前記磁石体から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ上に穂立ちされるとともに、この穂立ちされたキャリアに対して、帯電トナーが付着されている状態になる。前記磁石体は、複数の磁極を備えるローラ状などで形成されており、前記現像スリーブおよび磁石体の少なくとも一方が移送されることによって、現像スリーブの表面上に磁気ブラシとして穂立ちされた現像剤が、移動されるようになっている。現像領域内に搬入された現像剤は、前記現像剤の磁気ブラシが撓むようにして潜像担持体の表面上に接触され、この接触現像剤の磁気ブラシが潜像担持体との相対線速度差に基づいて静電潜像と擦れ合いながら、トナーの供給が行なわれることとなっている。

ところが現像領域内において同一の現像剤磁気穂が潜像担持体側に長時間にわたって接触され擦り続けられると、キャリアの穂が静電潜像側に既に供給され付着されているトナーを掻き落すこととなり、ベタクロス白抜けなどと異常画像が発生し、特にハーフトーンの後端部分がかすれる傾向がある。これを解消するために、磁気ブラシ現像剤を穂立ちさせる磁石体の磁極幅を小さくすることなどによって、潜像担持体に対する磁気ブラシのニップ幅すなわち現像領域の幅を狭小化させることが、従来から考えられている。しかしながら、このような狭小ニップ構成を採用すると、いわゆるライン画像に対する現像能力を向上させることはできる反面、トナー供給能力が低下されてしまうことから、いわゆるベタ画像の画像濃度が低下されることがある。
このようなベタ画像における画像濃度の低下を防止するために、特許文献１記載のように、複数の現像剤担持体を多段にわたって設置するようにした現像装置が提案されている。多段現像装置においては、潜像担持体に接触する磁気ブラシが潜像担持体の搬送方向に複数並設されるように各磁気ブラシが形成されており、一つの静電潜像に対する現像動作が複数回施されることによって、ベタ画像に十分なトナーが供給されるようになっている。

特許第３５５２０１０号公報

しかしながら、従来の多段現像装置では、上流現像スリーブと下流現像スリーブの最近接部手前（感光体側）で現像剤の上下受け渡しを行っているため、いくつかの問題が生じる。
現像器内の現像スリーブは高速で回転しているため現像スリーブ上の現像剤自体も高い運動エネルギーを持つことになる。そのため、上流現像スリーブから下流現像スリーブに現像剤を受け渡す際に、現像剤が下流スリーブに受け渡された際の衝撃力がトナーとキャリア間の付着力よりも大きくなれば、トナーはキャリアから離れることになる。また、現像器内の現像スリーブは高速で回転しているため、気流が発生し、この気流に舞ったトナーが乗ると、トナーが現像容器外に飛び散ってしまい、いわゆるトナー飛散が生じる。
また、飛び散ったトナーが前記潜像担持体の非画像部に付着してしまうと、いわゆる感光体上地肌汚れを、またこの地肌汚れが転写部で紙に移動すると紙上地肌汚れを引き起こす。また、感光体上に付着したままであるとクリーニングで回収され、廃棄されるトナーが多くなり、トナーイールドが悪くなる。クリーニングをすり抜けると、帯電汚れ、感光体フィルミングを起こして、画像が悪くなるなどの問題が生じる。
また、従来の方式では、下流現像スリーブに搬送される現像剤にトナー濃度のムラが存在する場合があるため、画像が不安定になる問題があった。つまり、現像剤が上流現像スリーブの現像領域を通過する際に、感光体に潜像が存在する場合は、トナーは感光体側に移動し、前記感光体に潜像が存在しない場合は、トナーは現像スリーブ側に移動する。このため、上流の現像領域を通過した現像剤には周方向・接線方向にトナー濃度のムラを有する場合がある。従来の方式では、このトナー濃度のムラはそのまま下流現像スリーブに移行され、画像が不安定になるなどの問題が生じていた。

そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、現像剤受け渡し時に、キャリアから離脱したトナーが引き起こすトナー飛散や地汚れなどの問題を改善するとともに、安定した画像を提供する現像装置及び画像形成装置を提供することである。

前記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、潜像担持体に対向し、前記潜像担持体の回転方向に沿って並列され、内部に複数の磁極を有する複数の現像剤担持体を備えた現像装置において、前記潜像担持体の回転方向に対して上流側に配置された上流現像剤担持体の中心と下流側に配置された下流現像剤担持体の中心を結ぶ最近接部より、前記上流現像剤担持体の回転方向に対して下流部で、前記上流現像剤担持体から前記下流現像剤担持体に現像剤を受け渡し、前記最近接部より、前記上流現像剤担持体の回転方向に対する前記下流部で、前記上流現像剤担持体の磁極のうち前記下流部から最初の磁極と二番目の磁極と、前記下流現像剤担持体の受け渡し部での磁極が、同極性であることを特徴とする現像装置である。ここで、上流現像剤担持体と下流現像剤担持体とは、複数ある現像剤担持体のうち、直近の現像剤担持体同士であり、最近接部を有する現像剤担持体である。
本発明の現像装置は、さらに、前記現像剤担持体が、２個であることを特徴とする。
本発明の現像装置は、さらに、前記潜像担持体の回転方向に対して最上流側に配置された上流現像剤担持体のみに、現像剤を供給することを特徴とする。
本発明の現像装置は、さらに、現像剤の受け渡し部に現像剤の受け渡しを補助する部材を有することを特徴とする。
本発明は、前記現像装置を有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明は、前記解決するための手段によって、現像剤受け渡し時に、キャリアから離脱したトナーが引き起こすトナー飛散や地汚れなどの問題を改善するとともに、安定した画像を提供する現像装置及び画像形成装置を提供することが可能となった。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

第１図は本発明に係る現像装置の一例を示す断面図であり、先ずその全体構成から明らかにする。現像装置１は潜像担持体の一例であるドラム状の感光体２に対向配置され、前記感光体２は、第１図に矢印Ａで示したように図における時計方向に回転駆動される。現像装置１の現像容器３内には磁性キャリアと磁性又は非磁性のトナーを有する粉体状の２成分系現像剤４が収容されている。
現像容器内には、各々現像剤撹拌手段である第１乃至第３の撹拌スクリュ５、６、７が現像スリーブに対して平行に設けられている。第１及び第２の隔壁８、９により仕切られる第１乃至第３の搬送路１０、１１、１２が形成されている。
第１の隔壁８の一端部には、図示していない開口部が設けられ、第２の搬送路１１と第３の搬送路１２間を導通し、第２の隔壁９の両端部には、図示していない開口部が各々設けられ、第１の搬送路１０と第３の搬送路１２間を導通している。

第２搬送路１１では、撹拌スクリュ６で回収された現像剤は撹拌されながら第２搬送路１１から第３搬送路１２へと搬送され、第３搬送路１２では、撹拌スクリュ７により第３搬送路１２の端部まで現像剤は搬送され、前記開口部を通して、現像剤のオーバーフローにより第３搬送路１２から第１搬送路１０へと下から上に現像剤が持ち上げられ循環供給される。
第１搬送路１０では、撹拌スクリュ５により撹拌搬送されながら第１現像スリーブ１３へ供給され、第１の搬送路１０の第１現像スリーブ１３に付与されない余剰現像剤は第３搬送路１２に落下供給される。
この現像剤中のトナー濃度が低下すると、図示していないトナー容器からトナーが第３搬送路１２内の現像剤４中に補給され、第３撹拌スクリュ７によって撹拌される。
第１図に示した現像装置１は、潜像担持体の回転方向からみて、上流下流の位置関係をもって配置された第１現像スリーブ１３及び第２現像スリーブ１４と、各現像スリーブ内部に、その円周方向に沿ってそれぞれ固定配置された複数の磁石１３ａ，１４ａとを有している。

感光体２が矢印Ａ方向に回転駆動されるとき、その表面に静電潜像が形成され、本例では、静電潜像は現像装置１との対向部において、上流から下流へ移動する。
前述のように第１撹拌スクリュ５によって第１現像スリーブ１３に供給された現像剤は、前記現像スリーブ１３の回転と、これらに内設された磁石１３ａの磁力とによって、第１現像スリーブ１３に担持されつつ、矢印Ｂ１の方向に搬送される。すなわち、先ず第１現像スリーブ１３に供給担持された現像剤は、前記現像スリーブ１３に担持されつつ矢印Ｂ３で示すようにドクタブレード１５を通過し、このとき矢印Ｂ２で示すように余分な現像剤が掻き取られる。ドクタブレード１５を通過した適正量の現像剤は、矢印Ｂ３で示すように第１現像スリーブ１３と感光体２との間の上流の現像領域Ｄ１を通り、第１、第２現像スリーブ１３、１４が最も近接する部位Ｃ１を通過し、第１の現像スリーブ１３側での磁力の作用が弱まる位置に移動すると、矢印Ｂ４で示すように第２の現像スリーブ１４側の磁力により第２現像スリーブ１４表面に移行し、矢印Ｂ５で示すように第２現像スリーブ１４と感光体２との間の第２現像領域Ｄ２を通り、引き続き下側現像スリーブ１４から離れ、現像容器３の底部へ流れて第２撹拌スクリュ６によって再び撹拌される。
現像剤４が上述のように搬送され、かつ撹拌されることにより、そのトナーとキャリアが互いに逆極性に摩擦帯電され、かかる現像剤が上記の如く各現像領域Ｄ１、Ｄ２を通るとき、現像剤中のトナーが感光体２に形成された静電潜像に静電的に移行し、前記潜像が可視像化される。
上述のように、現像装置１は、第１現像スリーブ１３と第２現像スリーブ１４を同方向に回転駆動し、第１現像スリーブ１３に供給された２成分系現像剤を、前述の各磁石の磁力と各現像スリーブ１３、１４の回転とによって、第１現像スリーブ１３と潜像担持体２との間の現像領域Ｄ１を通過させた後、第２現像スリーブ１４に移行させて第２現像スリーブ１４と潜像担持体２との間の現像領域Ｄ２を通過させ、各現像領域Ｄ１、Ｄ２を通過する現像剤中のトナーによって、潜像担持体２に形成された静電潜像を可視像化するように構成されている。

第２図は第１図に示した現像スリーブ１３、１４とその内部の磁石１３ａ、１４ａの配置状態を示した説明図であるが、ここでは、第１現像スリーブ１３に内設された磁石１３ａの個々の磁石に対しＰ１からＰ５の符号を付し、また、下側現像スリーブ１３に内設された個々の磁石１３ａに対してはＱ１からＱ５までの符号をそれぞれ付してある。各スリーブ１３、１４に内設された磁石１３ａ、１４ａの磁極の配列はそれぞれ、Ｐ１（Ｎ極）、Ｐ２（Ｓ極）、Ｐ３（Ｎ極）、Ｐ４（Ｎ極）、Ｐ５（Ｓ極）、Ｑ１（Ｎ極）、Ｑ２（Ｓ極）、Ｑ３（Ｓ極）、Ｑ４（Ｎ極）、Ｑ５（Ｓ極）となっている。
現像剤の流れを詳細に記すと、Ｐ４から汲み上げられた現像剤は、ドクタブレード１５で剤の量を規制された後、Ｐ５→Ｐ１→Ｐ２へと搬送される。Ｐ２へと搬送された現像剤は、図３に示すように、第１現像スリーブ１３の回転及びＱ５からの磁気的反発力、Ｐ３からの磁気的吸引力によって、両現像スリーブの最近接領域Ｃ１を通過し、Ｐ３へと搬送される。Ｐ３に搬送された現像剤は、Ｐ４からは磁気的反発力を受けるため、Ｐ３で保持できなくなった現像剤はＱ４へと移行され、第２現像スリーブ１４の回転とＱ５からの磁気的吸引力により再度前記最近接領域Ｃ１を通過しＱ５→Ｑ１→Ｑ２へと搬送されていく。

このような構成にすることにより、現像剤は両現像スリーブ１３、１４の最近接領域Ｃ１を通過した後、領域Ｃ２にて現像剤を受け渡すことができる。従来の方式では領域Ｃ３にて現像剤の受け渡しを行っていたため、現像剤受け渡しの際に飛散したトナーが感光体２に付着したり、現像容器３外に飛び出ることがあったが、本方式では、現像剤受け渡しの際にトナーが飛散したとしても、飛散したトナーは現像ローラ間の最近接部Ｃ１でシールドされるため、撹拌ローラ側に閉じ込められ、現像容器３外に飛び出すことはない。また、感光体２や紙面にトナーが付着し、地肌汚れを引き起こすこともなく現像剤を搬送することができる。
本発明と従来の方式のトナー飛散量を測定したところ、従来の方式では現像剤が劣化するにしたがってトナー飛散量は増えていったが、現像剤が劣化した場合でもトナー飛散量が抑えられるという結果を得た。
また、第２現像ローラにおけるトナー濃度ムラを本発明と従来の方式で比較したところ、本発明の方がトナー濃度ムラは抑えられ、安定した画像が得られるという結果が得られた。
また、図４のように第１の現像スリーブ１３から第２の現像スリーブ１４へ現像剤を受け渡す領域Ｃ２近傍に現像剤の受け渡しを補助する部材１６を設けることで、よりトナー飛散を抑えつつ現像剤の受け渡しを行うことができた。

上記したように本発明では、現像剤の受け渡しを領域Ｃ２で行っているため、上流現像スリーブから下流現像スリーブに現像剤を受け渡す際にトナーがキャリアから離脱したとしても、感光体２に付着したり、現像容器３外に出る可能性を低減することができる。また、両現像スリーブ１３、１４間の最近接部Ｃ１にて現像剤が摺擦されるため、安定した下流の現像領域Ｄ２においても安定したトナー濃度が得られ、画像も安定する。
なお、上記実施例では、現像スリーブが２つの場合を示したが、３つ以上設けることもできる。

図５は、本発明の画像形成装置構成を示す図である。図中符号１００は画像形成装置本体、２００はそれを載せる給紙テーブル、３００は画像形成装置本体１００上に取り付けるスキャナ、４００はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）である。
画像形成装置本体１００には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０４を設ける。図５に示すとおり、図示例では３つの支持ローラ１１４、１１５、１１６に掛け回して図中時計回りに回転搬送可能とする。
この図示例では、３つのうち第２の支持ローラ１１５の左に、画像転写後に中間転写体１０４上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置１１７を設ける。
また、３つのうちの第１の支持ローラ１１４と第２の支持ローラ１１５間に張り渡した中間転写体１０４上には、その搬送方向に沿って、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４つの画像形成手段１８を横に並べて配置してタンデム画像形成装置２０を構成する。そして、画像形成手段１８は、図示していないが本発明の現像装置１を備えている。
さらに、タンデム画像形成装置２０の上には、図５に示すように、さらに露光装置２１を設ける。

一方、中間転写体１０４を挟んでタンデム画像形成装置２０と反対の側には、２次転写装置２２を備える。２次転写装置２２は、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡して構成し、中間転写体１０４を介して第３の支持ローラ１１６に押し当てて配置し、中間転写体１０４上の画像をシートに転写する。
２次転写装置２２の横には、シート上の転写画像を定着する定着装置２５を設ける。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成する。
上述した２次転写装置２２には、画像転写後のシートをこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備えてなる。もちろん、２次転写装置２２として、非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。
なお、図示例では、このような２次転写装置２２および定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成装置２０と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置２８を備える。

このカラー画像形成装置を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。
そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動して後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動し、第１走行体３３および第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読取る。

また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ１１４、１１５、１１６の１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写体１０４を回転搬送する。同時に、個々の画像形成手段１８でその感光体２を回転して各感光体２上にそれぞれ、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体１０４の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写体１０４上に合成カラー画像を形成する。
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つからシートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して画像形成装置本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。
または、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上のシートを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。
そして、中間転写体１０４上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写体１０４と２次転写装置２２との間にシートを送り込み、２次転写装置２２で転写してシート上にカラー画像を記録する。

画像転写後のシートは、２次転写装置２２で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録した後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。
一方、画像転写後の中間転写体１０４は、中間転写体クリーニング装置１１７で、画像転写後に中間転写体１０４上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置２０による再度の画像形成に備える。
さらに、前記画像形成装置に使用し、前記現像装置を有するプロセスカートリッジとすることもでき、これにより、交換作業等が容易になるメリットがある。

本発明による現像装置の全体構成を示す断面図である。 上流現像スリーブと下流現像スリーブとそれに内設された磁石との位置関係を説明する図である。 現像スリーブ近傍での剤の動きを説明した図である。 受け渡し補助部材と現像スリーブとの位置関係を説明した図である。 本発明の画像形成装置構成を示す図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 感光体（潜像担持体）
３ 現像容器
４ ２成分系現像剤
５ 撹拌スクリュ
６ 撹拌スクリュ
７ 撹拌スクリュ
８ 隔壁
９ 隔壁
１０ 第１搬送路
１１ 第２搬送路
１２ 第３搬送路
１３ 第１現像スリーブ（上流現像剤担持体）
１３ａ 磁石
１４ 第２現像スリーブ（下流現像剤担持体）
１４ａ 磁石
１５ ドクタブレード
１６ 補助する部材
１８ 画像形成手段
２０ タンデム画像形成装置
２１ 露光装置
２２ ２次転写装置
２３ ローラ
２４ ２次転写ベルト
２５ 定着装置
２６ 定着ベルト
２７ 加圧ローラ
２８ シート反転装置
３０ 原稿台
３２ コンタクトガラス
３３ 第１走行体
３４ 第２走行体
３５ 結像レンズ
３６ 読取りセンサ
４２ 給紙ローラ
４３ ペーパーバンク
４４ 給紙カセット
４５ 分離ローラ
４６ 給紙路
４７ 搬送ローラ
４８ 給紙路
４９ レジストローラ
５０ 給紙ローラ
５１ 手差しトレイ
５２ 分離ローラ
５３ 手差し給紙路
５５ 切換爪
５６ 排出ローラ
５７ 排紙トレイ
１００ 画像形成装置
１０４ 中間転写体
１１４ 支持ローラ
１１５ 支持ローラ
１１６ 支持ローラ
１１７ 中間転写体クリーニング装置
２００ 給紙テーブル
３００ スキャナ
４００ 原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）
Ｃ１ 最近接部位
Ｃ２ 現像剤を受け渡す領域
Ｃ３ 従来の現像剤を受け渡す領域
Ｄ１ 第１現像領域
Ｄ２ 第２現像領域
Ｐ１ （Ｎ極）
Ｐ２ （Ｓ極）
Ｐ３ （Ｎ極）
Ｐ４ （Ｎ極）
Ｐ５ （Ｓ極）
Ｑ１ （Ｎ極）
Ｑ２ （Ｓ極）
Ｑ３ （Ｓ極）
Ｑ４ （Ｎ極）
Ｑ５ （Ｓ極）

Claims (5)

1. 潜像担持体に対向し、
   前記潜像担持体の回転方向に沿って並列され、
   内部に複数の磁極を有する複数の現像剤担持体を備えた現像装置において、
   前記潜像担持体の回転方向に対して上流側に配置された上流現像剤担持体の中心と下流側に配置された下流現像剤担持体の中心を結ぶ最近接部より、前記上流現像剤担持体の回転方向に対して下流部で、
   前記上流現像剤担持体から前記下流現像剤担持体に現像剤を受け渡し、
   前記最近接部より、前記上流現像剤担持体の回転方向に対する前記下流部で、
   前記上流現像剤担持体の磁極のうち前記下流部から最初の磁極と二番目の磁極と、前記下流現像剤担持体の受け渡し部での磁極が、同極性である
   ことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記現像剤担持体が、２個である
   ことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   前記潜像担持体の回転方向に対して最上流側に配置された上流現像剤担持体のみに、現像剤を供給する
   ことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の現像装置において、
   現像剤の受け渡し部に現像剤の受け渡しを補助する部材を有する
   ことを特徴とする現像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の現像装置を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。

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