(57)【要約】【課題】  第１現像ローラの現像剤汲み上げ磁極の磁束密度と第２現像ローラの磁極の磁束密度の比を０．７以下に設定することによって、第２現像ローラ上の現像剤量、帯電量のムラをなくし、現像ムラのない画像を提供する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】  現像上流の第１現像ローラ１４から現像剤３を汲み上げ、前記第１現像ローラ１４から第２現像ローラ１５に現像剤３を受け渡す磁極Ｐ２が同極性である、２段現像方式を用いた現像装置において、前記第１現像ローラ１４の現像剤汲み上げ磁極Ｐ３と前記第２現像ローラ１５で最も前記第１現像ローラ１４に近接する磁極Ｐ３２において、前記第１現像ローラ１４の磁極Ｐ３の磁束密度と前記第２現像ローラ１５の磁極の磁束密度の比が０．７以下である。【選択図】        図１
2005091392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像位置の上流側に位置する第１現像ローラから現像剤を汲み上げ、下流側の第２現像ローラに現像剤を受け渡す構成を備え、各現像ローラの受け渡し極同士の磁極が同極性である２段現像方式を用いた現像装置において、前記第１現像ローラの現像剤汲み上げ磁極と前記第２現像ローラで最も前記第１現像ローラに近接する磁極において、前記第１現像ローラの磁極の磁束密度と前記第２現像ローラの磁極の磁束密度の比が０．７以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置を用いた画像形成装置において、
前記第２現像ローラの中心と感光体中心を結んだ線と、前記第２現像ローラの磁極の半値中央と前記第２現像ローラ中心を結ぶ線が成す角度αが、少なくとも８０度以上であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザープリンタ等の電子写真式画像形成装置における現像装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機、レーザープリンタ等の電子写真式画像形成装置の高速化に伴って、二成分現像装置として比較的現像能力が高いとされる多段現像方式が採用されてきた。多段現像方式は一つの感光体の移動方向に対して複数の現像ローラを連続配置した構成を備えている。
また、これらの画像形成装置の高画質化を達成するためにトナー粒子の小径化、微小化が進み、電子写真プロセスを用いたデジタル複写機では、書き込みレーザ技術の進歩によって、高密度のドットで高画質の画像を描画することが可能になってきている。
しかしながら、その性能を十分に発揮させるためには、作像プロセスにおける各機能、すなわち、現像、転写および定着のムラをさらに低減させることが要求されている。
多段現像方式において、第１現像ローラから現像剤を受け取る、第２現像ローラ上の現像剤の不均一性に起因した現像ムラは、従来の比較的画像品質の劣る複写機において、画像品質上の問題は生じなかったが、複写機の高画質化が進むに連れて、このような現像ムラが画像上で不具合として認識されるようになってきた。
１段現像方式については、現像領域に到達する現像剤がドクタ等の規制部材によって現像剤量、帯電量が比較的均一になるため現像ムラは発生しにくいが、多段現像方式では、現像剤を現像ローラ間で受け渡す作業が発生するため、第１現像ローラと第２現像ローラで現像剤の均一性は異なる。
第１および第２現像ローラ各々に現像剤汲み上げ極と現像剤規制部材を設ければ上記不具合は解決できるが、部品数の増大、構造の複雑化によって現像装置の小型化に対応するのが困難であり、第２現像ローラの規制部材を現像装置内部に設けた場合、規制部材の調整が困難であり、部品点数も増えてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
不具合の原因となっている第２現像ローラ上の現像剤量、帯電量のムラは、第１現像ローラから送られてきた現像剤だけではなく、第１現像ローラの現像剤汲み上げ極からも現像剤を受け取ってしまうことに起因する。
汲み上げ極から受け取ってしまった現像剤は、現像剤規制部材を通過していないため、第１現像ローラから受け取った現像剤と帯電量が異なる。したがって、両方の現像剤の被現像難易さが結果として画像のムラとして現れるものと考えられる。
この現象は、第１現像ローラの現像剤汲み上げ極の位置を第２現像ローラの受け渡し極から遠ざけた位置に設けることでも回避できると考えられるが、その場合、受け渡し極と汲み上がる前の現像剤の間をシールするものが無くなり、結果として、第２現像ローラ上に同様なムラが生じてしまう。
近年の複写機において、高画質化を実現する手段として小径トナーの採用が進んでいる。トナー粒子径を小径化、微細化した場合に、トナー飛散などの不具合を回避するためにはキャリアの小径化が有効である。
しかしながら、キャリアの小径化に伴い、感光体上にキャリアが付着し、そのキャリアが感光体のクリーニングブレードなどを傷つける。トナーリサイクルを採用しているシステムの場合、リサイクル経路にキャリアが詰まるなどの不具合が発生する恐れがある。
したがって、上記のように小径キャリアを採用する場合、キャリア付着の抑制が大きな課題となる。
本発明の目的は、上記欠点を解消するために、第１現像ローラの現像剤汲み上げ磁極の磁束密度と第２現像ローラの磁極の磁束密度の比を０．７以下に設定することによって、第２現像ローラ上の現像剤量、帯電量のムラをなくし、現像ムラのない画像を提供する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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、現像上流の第１現像ローラから現像剤を汲み上げ、前記第１現像ローラから第２現像ローラに現像剤を受け渡す磁極が同極性である、２段現像方式を用いた現像装置において、前記第１現像ローラの現像剤汲み上げ磁極と前記第２現像ローラで最も前記第１現像ローラに近接する磁極において、前記第１現像ローラの磁極の磁束密度と前記第２現像ローラの磁極の磁束密度の比が０．７以下である現像装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の現像装置を用いた画像形成装置において、前記第２現像ローラの中心と感光体中心を結んだ線と、前記第２現像ローラの磁極の半値中央と前記第２現像ローラ中心を結ぶ線が成す角度αが、少なくとも８０度以上である画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、現像上流の第１現像ローラから現像剤を汲み上げ、第２現像ローラに第１現像ローラから現像剤を受け渡す磁極が同極性である、２段現像方式を用いた現像装置において、第１現像ローラの現像剤汲み上げ磁極と第２現像ローラで最も第１現像ローラに近接する磁極において、第１現像ローラの磁極の磁束密度と第２現像ローラの磁極の磁束密度の比を０．７以下に設定することで、第２現像ローラ上の現像剤量、帯電量のムラをなくし、現像ムラのない画像を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態の現像装置を示す概略図である。現像装置１の現像剤タンク２内には現像剤３が入っていて、トナーホッパ４のトナー補給ローラ６からトナー５が補給される。
トナー補給量はトナー濃度センサ７の出力値などから、適正量が決定される。補給されたトナー５は楕円板８によって現像剤３と攪拌され、図中矢印Ａ方向に回転しているパドル１１によって第１現像ローラ１４に投げ飛ばされる。
第１現像ローラ１４のＰ３極が現像剤汲み上げ極であり、投げ飛ばされた現像剤３はこの磁極で保持される。本実施の形態では、汲み上げ極の磁束密度Ｂ３１は７０〜８０ｍＴ程度である。
現像スリーブ１４ａ、１５ａは固定磁極と回転するアルミスリーブからなり、図中矢印Ｂ方向に回転している。第１現像ローラ１４のＰ３極に保持された現像剤３は第１現像ローラ１４のＰ４極からＰ５極方向に搬送され、その間でドクターブレード１３によって層厚（穂の高さ）が規制される。
その後、第１現像ローラ１４のＰ１極（主極）で潜像を現像する。第１現像ローラ１４のＰ２極と第２現像ローラ１５のＰ３２極が受け渡し極で、その間で現像剤３が第１現像ローラ１４から第２現像ローラ１５へ受け渡しされる。
各受け渡し極は、異極性である現像装置が多いが、複写機が高速化・小型化するに伴い、異極であると現像剤３の受け渡し動作の追随が難しくなる。そこで本実施の形態においては、この受け渡し動作の余裕度を上げるために、第１、２現像ローラ１４、１５間の受け渡し極を同極性とし、第１現像ローラ１４から第２現像ローラ１５に現像剤３を飛ばしている。
【０００７】
第１現像ローラ１４から第２現像ローラ１５に現像剤３が飛ぶ間、現像剤３は若干攪乱されるため、現像能力の向上に繋がる。現像剤３は第２現像ローラ１５の現像ニップ部に搬送され、２度目の現像を行う。
現像の終了後に現像位置を通過した現像剤３はそのまま搬送され、第２現像ローラ１５のＰ２極を通過後解離し、パドル１１によって再び楕円板８の位置まで搬送され、新たに補給されたトナー５と攪拌される。本実施の形態では、現像スリーブ径がφ２０、感光体径がφ１００である。
ドクターブレード１３によって層厚が規制された後の現像剤３はセパレータ１２の斜め板の部分を自然落下し、一部はフィン１０によって若干斜行されてから楕円板８の位置に戻り、一部はスクリュ９によってフィン１０による斜行とは逆方向に搬送されてから楕円板８の位置に戻る。以上のようにして、現像装置における横方向の現像剤の攪拌が行われる。
図２は現像ローラ周辺を示す拡大図である。従来、第１ローラ１４の現像剤汲み上げ極Ｐ３の磁束密度Ｂ３１は第２現像ローラ１５の現像剤受け渡し極Ｐ３２の磁束密度Ｂ３２より大きければ問題なかった。
しかしながら、複写機の高画質化に伴い、若干の現像剤量のムラや、帯電量の違いによって、そのムラに起因する現像ムラが発生するようになる。とくにハーフトーン画像で顕著にムラが現れる。本実施の形態では、汲み上げ極の磁束密度Ｂ３１は７０〜８０ｍＴ程度である。
【０００８】
図３は磁束密度Ｂ３１とＢ３２を振って、現像ムラを確認した結果をグラフで示す図である。この現像ムラはＰ３２極の磁束密度Ｂ３２が必要以上に大きい場合、第１現像ローラ１４の現像剤汲み上げ極Ｐ１に捕集される現像剤を不規則に奪ってきてしまい、結果として第２現像ローラ１５上の現像剤量、帯電量にムラができてしまうためと考えられる。
現像ムラの評価は、ハーフトーン画像にて目視評価を行った。ランク５を最良、ランク１を最悪とし、ランク３．５が許容レベルである。これより、この現像ムラはＢ３１とＢ３２の磁束密度比Ｂ３２／Ｂ３１が０．７以下であれば、許容レベルを満足することが解る。
図４は受け渡し極の磁束密度Ｂ３２とキャリア付着の関係をグラフで示す図である。この磁束密度の関係を達成する手段として、構成上Ｐ３２極の磁束密度を減少させることが、汲み上げ極の磁束密度を変更するより容易である。しかし、このような構成にした場合、第１、２現像ローラ１４、１５間の現像剤移動のさい、感光体２０へのキャリア付着が発生し易くなった。
キャリア付着は、Ａ３紙全領域に適当な大きさの均一ドットを描画したときに感光体２０上に付着するキャリアによって発生する、画像上の白抜け個数をキャリア付着個数とした。
本実施の形態のキャリアの重量平均粒径は８０μｍである。これによると、磁束密度Ｂ３２が５０ｍＴ以下の領域で、キャリア付着個数が増加する。
画像ムラ改善とキャリア付着抑制の両立を達成するために、第１現像ローラ１４の汲み上げ極の磁束密度を増大させ、画像ムラが良い範囲内で第２現像ローラ１５の受け渡し極の磁束密度を増大させることも考えられる。
しかしながら、第１現像ローラ１４は５極という多極構成となっているため、或る１つの極のみ磁束密度を増大するために全体の着磁条件を変更すると、他極とのバランスが取れなくなり、現像マグローラとして成立しない場合がある。また、或る１つの極に狙いの磁束密度を持つマグネットを埋め込むことで実現できるが、大幅なコスト高となってしまう。
そこで、Ｐ３２極の位置を変更してキャリア付着の様子を確認した。磁束密度の条件は、Ｂ３２＝４７ｍＴ（Ｂ３２／Ｂ３１＝０．６３）、３５ｍＴ（Ｂ３２／Ｂ３１＝０．４５）、キャリアの重量平均粒径は８０μｍである。
【０００９】
図５は図２に示した極間の角度αを振ってキャリア付着を評価した結果をグラフで示す図である。感光体２０中心と第２現像ローラ１５の中心を結んだ線とＰ３２極の成す角度αが大きくなるほど、Ｐ３２極位置と第１現像ローラ１４の距離が小さくなる。
図５によれば、角度αが大きくなるにつれて、キャリア付着個数が減少することがわかる。また、８０度以上ではキャリア付着個数はほぼ変わらず、角度αの設定値によるキャリア付着改善効果は飽和していると考えられる。したがって、角度αが８０度以上であれば、キャリア付着の増加を防ぐことができることが分かる。
これは、第１、２現像ローラ１４、１５間の受け渡しが比較的狭い領域で行われることで、現像剤３の飛翔距離を少なくすることができるため、キャリア付着余裕度が向上するものと考えられる。
また、従来用いてきた、重量平均粒径８０μｍのキャリアでは、キャリア付着の不具合は発生するものの、十分に許容できるレベル（５０個以下／Ａ３）であった。
しかしながら、高画質化達成のために小径トナーを採用する場合、トナー飛散などの不具合を避けるため、重量平均粒径が６５μｍ、５５μｍの比較的小径なキャリアを用いる必要がある。
図６はキャリア粒径とキャリア付着の関係をグラフで示す図である。図６に見られるように、キャリア径が小さくなるにつれて、キャリア付着も増える。これは現像マグローラのキャリア保持力が、キャリアを貫く磁束に関係するため、キャリア粒径が小さいほど、キャリア保持力が小さくなることに起因する。
これらの比較的小径なキャリアでも、角度αを８０度以上に設定することで、磁束密度比Ｂ３２／Ｂ３１が０．７以下であっても、キャリア付着が許容レベルに収まる。
したがって、体積平均粒径が６５μｍ以下のキャリアを用いる場合、磁束密度比Ｂ３２／Ｂ３１を０．７以下、角度αを８０度以上とすることで、小径トナーを用いてもトナー飛散が少なく、キャリア付着による不具合を抑制し、現像ムラの少ない高画質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態の現像装置を示す概略図。
【図２】現像ローラ周辺を示す拡大図。
【図３】磁束密度Ｂ３１とＢ３２を振って、現像ムラを確認した結果をグラフで示す図。
【図４】受け渡し極の磁束密度Ｂ３２とキャリア付着の関係をグラフで示す図。
【図５】角度αを振ってキャリア付着を評価した結果をグラフで示す図。
【図６】キャリア粒径とキャリア付着の関係をグラフで示す図。
【符号の説明】
【００１１】
１  現像装置
１４  第１現像ローラ
１５  第２現像ローラ
２０  感光体
Ｐ２  現像剤を受け渡す磁極
Ｐ３  第１現像ローラの現像剤汲み上げ極
Ｐ３２  第２現像ローラの磁極
【図１】
2005091392.tif 000003
【図２】
2005091392.tif 000004
【図３】
2005091392.tif 000005
【図４】
2005091392.tif 000006
【図５】
2005091392.tif 000007
【図６】
2005091392.tif 000008