(57)【要約】【課題】高速複写機に要求される基本性能である長寿命化、高画質・画像安定性、超高速化（コピースピードの更なるアップ）を高いレベルで達成すること。【解決手段】無端ベルト形状の現像剤担持体（現像ベルト）は２つ以上のローラに支持されて、該ベルト面の一部が像担持体に対向するように張られ、該ベルト面と像担持体は非接触である構成であり、該ベルトを支持するローラのうち、像担持体移動方向下流側にあるローラ（メインローラ）は、ローラ両端に配設した現像ギャップ規制コロを像担持体に突き当てることにより像担持体と現像剤担持体のギャップを常に一定に保つ方式とし、又、像担持体の上流側にあるローラ（サブローラ）を現像容器支持とする。【選択図】        図１
2005010556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体上に形成された潜像を現像剤によって可視像化する現像装置であって、現像剤を収容する現像容器と、該現像容器に設けられ、前記潜像担持体と対向配設されて現像剤を担持する無端ベルト形状の現像剤担持体（現像ベルト）を備える現像装置において、該現像ベルト形状の現像剤担持体は２つ以上のローラに支持されて、現像剤担持ベルト面の一部が像担持体に対向するように張られ、該現像ベルト面と像担持体は非接触である構成であり、像担持体に対向する現像ベルト面を支持するローラのうち、像担持体移動方向下流側にある回動可能なローラ（メインローラ）は、ローラ両端に配設した現像ギャップ規制コロを像担持体に突き当てることにより像担持体と現像剤担持体のギャップを常に一定に保つ方式（感光体突き当て方式）とし、又、像担持体の上流側にある回動可能なローラ（サブローラ）を現像容器支持とし、更に、メインローラとサブローラ間をはわせることにより形作られる、像担持体に対向するベルト平面は、メインローラと像担持体の最近接位置におけるメインローラ接線方向よりも像担持体側の領域に張ることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記メインローラ以外のローラ（サブローラ）に現像ベルトの撓みを防止するための、テンションローラとしての機能を付加することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記現像ベルト上の現像剤を搬送するための磁界発生手段をメインローラとサブローラの間、及び各ローラ内に設けることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項４】
前記メインローラとサブローラの直径をサブローラ径＜メインローラ径とすることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項５】
前記サブローラは中実（パイプのように中身が空洞ではない）であることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項６】
前記サブローラは強磁性体でメインローラ内の磁極の１つの近傍に配設されることを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式或いは静電記録方式にて像担持体表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤で可視像化する現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関し、特に、ベルト状の現像剤担持体を設けた現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機等の画像形成装置における画像形成部では、潜像担持体である電子写真感光体（感光体）を帯電装置により帯電し、露光光学系により原稿の画像を露光位置において露光して感光体の周面に静電潜像を形成し、この感光体の表面上に形成された静電潜像を現像装置で現像して現像剤（トナー）像を形成する。更に、このトナー像を転写装置の電圧印加によって転写紙に転写し、転写後の感光体をクリーニング装置でクリーニングした後、帯電前露光を行い残留電荷を除去し、再び上記の工程を繰り返して画像形成を行う。
【０００３】
従来の現像装置では、現像剤を担持搬送して感光体に供給するために、通常スリーブ（或いはローラ）形状とされる単一の現像剤担持体が感光体に対して一定の間隙を設けて配置されている。
【０００４】
ところが、従来の画像形成部において、スリーブ（或いはローラ）形状の現像剤担持体を有した現像装置では、感光体に対する現像領域（現像ニップ）が比較的狭ため、画像形成装置を高速化（コピースピードアップ）した場合、十分な現像剤の供給を行うことが困難になる。一般に、現像剤担持体の周速を感光体の周速の１５０％程度の速度で回転させて現像を行うが、高速化に対応するには、現像剤担持体の周速を感光体の周速の２００％以上にしなければならないことがある。もしも現像剤担持体の周速を上げなければ、現像剤の供給が不足しコピー濃度が低下してしまう。しかしながら、現像剤担持体の周速を増すと、現像剤担持体の端部の昇温による現像剤の融着や、現像剤担持体上の現像剤に働く遠心力によるトナー飛散等の問題が発生する虞がある。
【０００５】
そこで、このような画像形成装置を高速化（コピースピードアップ）した際におこる不具合を解消するためには、現像ニップを拡大し現像性を増大させることで、現像剤担持体の感光体に対する周速比を抑えることが必要となるが、このためには、現像剤担持体を通常のスリーブ（或いはローラ）形状のものから、現像ニップを稼げるようなベルト形状のものにすることが有効である。
【０００６】
このような現像剤担持体をベルト形状とした現像剤担持体の例として、特開平６−２２２６５７号公報に記載（図１）されているような、２つのローラにベルトを這わせ、このベルトを感光体に接触させる方式、または、特開平５−２３２８１８号公報に記載（図２）されているような支持ローラの一つを感光体に非接触に対向させる方式、さらには、特開平５−３０３２８４号公報の実施図の一つに記載（図３）されているような、現像剤担持体ベルトを感光体とは非接触に且つ現像ニップを拡大するようにベルト面の一部を感光体に対向するように配設する構成がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した種々の従来の現像装置では、ＰＯＤ対応の高速複写機に要求される基本性能である▲１▼長寿命化、▲２▼高画質・画像安定性、▲３▼超高速化（コピースピードの更なるアップ）、を達成するために必須となる構成である、（▲１▼）「ベルトと感光体が非接触であること」（▲２▼）「感光体ベルト間ギャップ（Ｇｂｄ）が安定して保たれること」（▲３▼）「現像ベルトが現像ニップを拡大できるようにベルト面の一部を感光体に対向するように配設すること」が同時に満たされず、様々な課題が残る。
【０００８】
この課題について具体的説明すると、特開平６−２２２６５７号公報に記載（図１）されているような、２つのローラにベルトを這わせ、このベルトを感光体に接触させる方式では、感光体にベルトを接触させるため、従来の現像スリーブを感光体に接触させる方式よりは、感光体に対する面積あたりの圧力を低減でき、感光体削れによる寿命を延命化できるが、しかし、長寿命化のためには、非接触の方がより好ましい。
【０００９】
さらに、特開平５−３０３２８４号公報の実施図の一つに記載（図２）されているような、現像剤担持体ベルトを感光体とは非接触に且つ現像ニップを拡大するようにベルト面の一部を感光体に対向するように配設する構成がある。しかしながら、現像剤担持体ベルトの感光体対向部にベルトを支持する部材が無いので、ベルトの振動等により感光体ベルト間ギャップ（Ｇｂｄ）が安定して保たれない虞がある。
【００１０】
また、特開平５−２３２８１８号公報に記載（図３）されているような支持ローラの一つを感光体に非接触に対向させる方式では、現像ベルトが現像ニップを拡大できるように配設されてないため、現像ニップ拡大によるトナー供給性能の増大が期待できない。
【００１１】
従って、本発明の目的は現像剤担持体にベルトを適用した系において（▲１▼）「ベルトと感光体が非接触」（▲２▼）「感光体ベルト間ギャップ（Ｇｂｄ）が安定して保たれる」（▲３▼）「現像ニップを拡大できるようにベルト面の一部を感光体に対向するように配設」構成を確立し、ＰＯＤ対応の高速複写機に要求される基本性能である▲１▼長寿命化、▲２▼高画質・画像安定性、▲３▼超高速化（コピースピードの更なるアップ）を達成することが可能な現像装置及び画像形成装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、第１の本発明は、潜像担持体上に形成された潜像を現像剤によって可視像化する現像装置であって、現像剤を収容する現像容器と、該現像容器に設けられ、前記潜像担持体と対向配設されて現像剤を担持する無端ベルト形状の現像剤担持体（現像ベルト）を備える現像装置において、該現像ベルト形状の現像剤担持体は２つ以上のローラに支持されて、現像剤担持ベルト面の一部が像担持体に対向するように張られ、該現像ベルト面と像担持体は非接触である構成であり、像担持体に対向する現像ベルト面を支持するローラのうち、像担持体移動方向下流側にある回動可能なローラ（メインローラ）は、ローラ両端に配設した現像ギャップ規制コロを像担持体に突き当てることにより像担持体と現像剤担持体のギャップを常に一定に保つ方式（感光体突き当て方式）とし、又、像担持体の上流側にある回動可能なローラ（サブローラ）を現像容器支持とし、更に、メインローラとサブローラ間をはわせることにより形作られる、像担持体に対向するベルト平面は、メインローラと像担持体の最近接位置におけるメインローラ接線方向よりも像担持体側の領域に張ることを特徴とする現像装置を提供する。
【００１３】
第１の本発明の一実施態様によると、前記メインローラ以外のローラ（サブローラ）はテンションローラとしての機能を付加され、更に、前記現像ベルト上の現像剤を搬送するための磁界発生手段をメインローラとサブローラの間に設ける。
【００１４】
第１の本発明の他の実施態様によると、前記メインローラとサブローラの直径は、サブローラ径＜メインローラ径とし、又、前記サブローラは中実（パイプのように中身が空洞ではない）であり、更に、前記サブローラは強磁性体でメインローラ内の磁極の１つの近傍に配設される。
【００１５】
第２の本発明は、表面に潜像が形成される潜像担持体と、該潜像担持体の前記潜像を現像剤にて可視像化する第１の本発明の現像装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。尚、この現像装置は、例えば以下に述べるような画像形成装置の中で使用されるが、画像形成装置の構成は必ずしもこの形態に限られるものではない。
【００１７】
（実施例１）
図４は、図５に示されるようなフルカラー画像形成装置における、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各ステーションを示したものである。Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各ステーションはほぼ同様の構成であり、フルカラー画像において、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の画像を形成する。以下の説明において、例えば現像装置１とあれば、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋ各ステーションにおける現像装置１Ｙ、現像装置１Ｍ、現像装置１Ｃ、現像装置１Ｋを共通して指すものとする。
【００１８】
まず、図５により、画像形成装置全体の動作を説明する。
【００１９】
像担持体である感光ドラム４は回動自在に設けられており、その感光ドラム４を一次帯電器２１で一様に帯電し、例えばレーザーのような発光素子２２によって情報信号に応じて変調された光で露光して静電潜像を形成する。その静電潜像は現像装置１により、後述のような過程でトナー像として可視像化される。次にその可視像を、転写帯電器２３によって、転写紙搬送シート２７によって搬送されてきた転写紙２４に転写し、さらに定着装置２５によって定着して永久画像を得る。また、感光ドラム４上の転写残トナーはクリーニング装置２６により除去する。また、画像形成で消費されたトナーはトナー補給槽６から補給される。
【００２０】
次に図４により、現像装置の動作を説明する。図４において、像担持体である感光ドラム４と対向して配置された現像装置１は、現像容器２、現像剤担持手段としての現像ベルト３、現像剤の穂高規制部材としてのブレード５を有している。現像容器２は、隔壁により２つの空間に仕切られており、ともに非磁性トナ−と磁性キャリアからなる２成分現像剤が収容されている。尚、現像剤としては２成分現像剤だけでなく１成分磁性現像剤を用いることも可能である。
【００２１】
現像装置１の現像容器２は、感光ドラム４に対向した現像領域が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像ベルト３が移動可能に配置されている。現像ベルト３は非磁性材料で構成され、現像動作時には図４の矢印方向に移動し、その現像ベルト３を支持ずる支持ローラ内部と支持ローラ間には磁界発生手段であるマグネット７が固定されている。マグネット７を内包する現像ベルト３はブレード５によって層厚規制された２成分現像剤の層を現像剤溜り部９から現像領域に担持搬送し、感光ドラム４と対向する現像領域で現像剤を感光ドラム４に供給して感光体に形成されている静電潜像を現像する。
【００２２】
ここで、マグネット７についてさらに述べておくと、マグネット７は９極から構成され、攪拌スクリュー８で攪拌された現像剤は、汲み上げのための搬送用磁極（汲み上げ極）Ｎ１の磁力で現像ベルト３上に拘束され、次に規制用磁極（Ｓ２）と穂高規制部材（ブレード）５の作用により、現像剤の層が形成され、磁気ブラシを形成しつつ搬送される。次いで搬送用磁極Ｎ３の磁力および現像ベルト３の回転によって現像領域に搬送される。現像領域で感光ドラム４上の静電潜像を現像した後の現像剤は、取り込み極Ｎ５の磁力および現像スリーブ３の回転によって現像領域から現像室１０へと搬送される。ここで、取り込み極Ｎ５と汲み上げ極Ｎ１は同極であり、この２つの磁極の間には磁力がほぼ０ガウスとなる領域（反発極）が設けられている。これによって静電潜像を現像した後の現像剤は、そのまま続いて汲み上げ極Ｎ１に拘束されてしまうことなく、現像室２内へと収容される。本実施例のように反発極が設けられた構成の場合、現像剤のつれまわりが反発極により低減されるため、トナーが現像スリーブ３の表面に付着し留まりにくくなり、スリーブへのトナー融着を低減する効果がある。
【００２３】
次に、本実施例の特徴的な部分について更に詳しく説明する。
【００２４】
本実施例では現像剤担持体として、一般的に用いられるスリーブ（或いはローラ）ではなく、ベルトを使用し、現像ニップが拡大されている。このベルト材質はポリイミド（ＰＩ）であり、膜厚は７５〜１００μｍで、２本のローラに支持されるように張られる。尚、現像ベルトの材質はこれに限定されるものではない。
【００２５】
又、現像ベルトは２つのローラに支持されて、平面の現像ベルト面を形成する。この平面である現像ベルト面の一部は像担持体に対向するように張られ、現像ベルト面と像担持体は非接触である構成をとる。この非接触構成をとることにより、接触系で発生する感光体や、現像剤担持体の磨耗を大幅に低減でき、感光体や現像剤担持体の寿命を延ばす効果と共に、それらへのトナー融着防止効果も得られる。
【００２６】
更に、感光ドラムに対向する平面的な現像ベルト面を支持するローラのうち、感光ドラム移動方向下流側にあるローラ（メインローラ）は、ローラ両端に配設した現像ギャップ規制コロを感光ドラムに突き当てる方式（ドラム突き当て方式）としている。この現像ギャップ規制コロの外径はメインローラ外径と現像ベルト厚の２倍を足した値よりも、数百μｍ大径になるように設定されており、これにより感光ドラムと現像ベルト面後端部分との間に微小ギャップが形成される。ここで、感光ドラムに微小な偏心がある場合においても、ドラム突き当て方式では、現像剤担持体後端部分は感光ドラムの偏心に追従するので感光ドラムと現像剤担持体後端のギャップは常に一定に保たれる。
【００２７】
なお、本実施例では感光ドラム回転方向最下流側のＧｓｂ（Ｇｓｂ末端）が４００μｍとなるよう設定した。
【００２８】
このようなメインローラと感光ドラムのギャップ精度を高める構成を採用した理由は、現像ニップの感光ドラム−ベルトギャップ（Ｇｓｂ）のうち感光ドラム回転方向最下流側のＧｓｂ（Ｇｓｂ末端）が振れると画像にその影響が残るという実験事実に基づいたものである。
【００２９】
図６と図７にＧｓｂの上端と下端のギャップを変化させた場合のハーフトーン画像濃度への影響のデータを示す。
【００３０】
図６はＧｓｄ末端を４００μｍと固定した上で、Ｇｓｄの上端を変化させたデータを示し、図７はＧｓｄ上端を４００μｍと固定した上で、Ｇｓｄの末端を変化させたデータを示すが、この結果から、Ｇｓｄ末端を変化させるとハーフトーン濃度への影響が大きいことが判る。
【００３１】
このことから、現像ベルト末端部（Ｇｓｄ）を常に一定に保てば全面ハーフトーン印刷等の紙面内画像均一性の良好な画像が得られることがわかる。
【００３２】
一方、Ｇｓｂ上端は多少の振れがあっても、画像に影響が出にくいことから、サブローラの感光ドラムに対する位置精度はメインローラの感光ドラムに対する位置精度より冗長度があることが判る。そこで、上流側にあるローラ（サブローラ）を現像容器支持とし、さらにベルトのテンションを保つためのテンションローラとしての機能もサブローラには付加されている。
【００３３】
ここで、サブローラもメインローラと同じく感光ドラム突き当て方式としても良いように考えられるが、この方式を採用した場合、感光ドラムが円柱形状である限り、２つの支持ローラ間に張られた現像ベルトの平面部が感光ドラムに接触あるいは感光ドラムに極端に近づくため、感光ドラムと現像ベルトの接触による上述した種々の問題や融着等が発生したり、Ｇｓｂが近すぎることによるかぶりが発生してしまう。
【００３４】
そこで、本実施例では、感光ドラムに対向するベルト面は、メインローラと感光ドラムの最近接位置におけるメインローラ接線方向１１にほぼ近い状態に設定している。
【００３５】
このような設定では、従来の単一の現像スリーブで考えると、現像スリーブ径が無限大になった場合（現像スリーブの曲率が０になった場合）に等しいかそれ以上の現像ニップを得られることと同義になる。
【００３６】
つまり、本実施例の構成をとれば、（▲１▼）「ベルトと感光体が非接触」（▲２▼）「感光ドラムベルト間ギャップの最下流側（Ｇｂｄ末端）が安定して保たれる」（▲３▼）「現像ニップを拡大できるように現像ベルト平面を感光ドラムに対向するように配設」という構成を確立しできる。
【００３７】
図８は本実施例のベルト現像系と、一般的な単一の現像スリーブ（φ２５）を用いた場合の感光ドラムスピード（コピースピード）に対するベタ画像濃度の最大値を比較したデータである。尚、現像ベルト或いは現像スリーブの周速度は６００ｍｍ／ｓｅｃ．で固定した。
【００３８】
このデータより、ベルト現像系はコピースピードの高速化に対応できる十分な現像性を備えていることがわる。つまり、これは、感光ドラムに対する周速比を低減させることが可能であることを意味し、従来からの課題である、現像剤担持体の端部の昇温による現像剤の融着や、現像剤担持体上の現像剤に働く遠心力によるトナー飛散等の問題を回避することが可能となった。
【００３９】
（実施例２）
本実施例は、実施例１において、現像ベルトの支持ローラであるサブローラの形状を変更し、少スペース化と低コスト化の達成が可能であることが特徴である。図９により本実施例の現像装置の動作について説明する。
【００４０】
実施例１において、サブローラはメインローラと同一の直径のものを使用していたが、本実施例ではサブローラの直径をメインローラよりも小型化（サブローラφ８、メインローラφ２５）し、実施例１の現像ベルト系における現像ニップ拡大という利点は生かしつつ、現像装置全体の小型化と低コスト化を図っている。ここで、サブローラは中実（パイプのように中身が空洞ではない）を使用し、ローラ長手方向の撓みに対する強度を増大させている。
【００４１】
ここで、サブローラを中実にすると実施例１では存在していた、ローラ内のマグネットを内蔵できなくなり、ベルト上の現像剤を担持する磁力が無くなる。その結果、現像剤の飛散という課題が生じる。
【００４２】
そこで、本実施例では更に、この中実の小径サブローラを強磁性体（主に鉄よりなるモルグロイ（ＫＮメッキ、透磁率１０．６）にし、これをメインローラの磁極の一つであるＮ２極の近傍に配設した。尚、サブローラはこの材質に限定されなくてもよい。この構成によりメインローラＮ２極の磁力により磁化されたサブローラは現像ベルト上のトナーを担持する能力を得る。
【００４３】
サブローラを近接させる極はその磁力を１２０ｍＴと通常の磁極の磁力より強くしてある。これにより、サブローラ上の現像ベルトの曲率が高い本実施例のような状態においても、現像ベルト上の現像剤を良好に保持することが可能となった。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、像担持体に画像情報信号に対応した静電潜像を形成する手段を備えた画像形成装置において、その現像装置の現像剤担持体にベルトを適用し更に、（▲１▼）「ベルトと感光体が非接触」（▲２▼）「感光ドラムベルト間ギャップの最下流側（Ｇｂｄ末端）が安定して保たれる」（▲３▼）「現像ニップを拡大できるように現像ベルト平面を感光ドラムに対向するように配設」という構成を確立し、ＰＯＤ対応の複写機に要求される基本性能である▲１▼長寿命化、▲２▼画像安定性を達成、▲３▼超高速化（コピースピードの更なるアップ）することが可能な現像装置及び画像形成装置を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の一例として挙げた、特開平６−２２２６５７号公報に記載の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】従来例の一例として挙げた、特開平５−２３２８１８号公報に記載の概略構成を示す模式的断面図である。
【図３】従来例の一例として挙げた、特開平５−３０３２８４号公報に記載の概略構成を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の実施例１に関する現像装置を説明する図である。
【図５】本発明の実施例に係わる現像装置を用いた画像形成装置を説明する図である。
【図６】Ｇｓｄの上端を変化させた場合のハーフトーン画像濃度への影響を示すデータである。
【図７】Ｇｓｄの末端を変化させた場合のハーフトーン画像濃度への影響を示すデータである。
【図８】本実施例のベルト現像系と、一般的な単一の現像スリーブ（φ２５）を用いた場合の感光ドラムスピード（コピースピード）に対するベタ画像濃度の最大値を比較したデータである。
【図９】本発明の実施例２に関する現像装置を説明する図である。
【符号の説明】
１現像装置
２現像容器
３現像ベルト
４感光ドラム
５  穂高規制部剤（ブレード）
６  補給槽
７  マグネット
８  攪拌スクリュー
９  現像剤溜まり部
１０  現像室
１１  メインローラと感光ドラムの最近接位置におけるメインローラ接線方向
２１  一次帯電器
２２  発光素子
２３  転写帯電器
２４  転写紙
２５  定着装置
２６  クリーニング装置
２７  転写紙搬送シート転写帯電器
【図１】
2005010556.tif 000003
【図２】
2005010556.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005010556.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005010556.tif 000009
【図８】
2005010556.tif 000010
【図９】
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