(57)【要約】【課題】現像ギャップ偏差による現像能力偏差を防止する現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。【解決手段】非磁性トナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤を使用する現像装置１に設けられ、回転可能な非磁性の現像スリーブと前記現像スリーブ内部に複数のマグネット磁極とを配置する現像ローラ２において、前記複数のマグネット磁極の一つが、前記現像ローラ２の中央部と両端部で１０％以上磁束密度偏差を持つ現像ローラ２、現像装置１、プロセスカートリッジ及び画像形成装置である。【選択図】図３
2007322570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性トナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤を使用する現像装置に設けられ、
回転可能な非磁性の現像スリーブと前記現像スリーブ内部に複数のマグネット磁極とを配置する
現像ローラにおいて、
前記現像ローラは、
前記複数のマグネット磁極の一つが、前記現像ローラの中央部と両端部で１０％以上磁束密度偏差を持つ
ことを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
請求項１に記載の現像ローラにおいて、
前記現像ローラは、
前記現像ローラの中央部の磁束密度が、前記現像ローラの両端部よりも高い
ことを特徴とする現像ローラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の現像ローラにおいて、
前記現像ローラは、
中央部に軸受けを有する
ことを特徴とする現像ローラ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の現像ローラにおいて、
前記現像ローラは、
印可する電圧が直流のみで構成する
ことを特徴とする現像ローラ。
【請求項５】
現像装置は、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の現像ローラを有し、
前記磁束密度偏差を持つ磁極が、感光体と略対抗位置に配置される
ことを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の現像装置において、
前記現像装置は、
前記現像スリーブが、２点以上で支持される
ことを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の現像装置において、
前記現像装置は、
前記現像スリーブ表面と前記現像スリーブに対抗して設置されている感光体とのクリアランスが、０．２〜０．４ｍｍである
ことを特徴とする現像装置。
【請求項８】
画像形成装置に使用するプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、
請求項５乃至７のいずれか一つに記載の現像装置と前記感光体とを一体に支持し、
前記画像形成装置本体に着脱自在である
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項９】
請求項８に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、
帯電手段及び／又はクリーニング手段を有する
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
画像形成装置は、
請求項５乃至７のいずれか一つに記載の現像装置を少なくとも二つ以上有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
画像形成装置は、
請求項８又は９に記載のプロセスカートリッジを少なくとも二つ以上有する
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、現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の複写機、プリンタは高画質に対する要求が非常に高い。これらは近年のインターネット等のネットワーク環境整備の充実化やパソコン、デジタルカメラの普及がめざましく、従ってそれらから得られる画像と、デジタル複合機やプリンタから出力される画像を比較する機会が非常に増えているという背景がある。
これら要求に対し、特許文献１、特許文献２等で現像バイアスの直流等技術にて高画質化を行っているが、現像狭ギャップ（Ｇａｐ）化から現像剤汲上量の現像ローラ中央及び両端部の偏差がそのまま画像濃度偏差として出力されてしまうという問題点があった。
また、現像ギャップを従来の０．５から０．２乃至０．４とすると、現像剤汲上量も７０ｍｇから５０ｍｇへ下げ、現像ニップ部で剤が溜まったり溢れたり、或いは感光体や現像ローラに固着しないようにする必要があり、少ない汲上量だとその変動や現像ローラ中央部、両端部の汲上量偏差や現像ローラ中央部、両端部の現像ギャップ偏差が設定値に対して割合が大きくなってしまう為、画像濃度に対して非常に敏感になってしまっている。
現像ギャップ変動は従来から存在しているが、狭ギャップ現像になったことにより従来問題の無かった少しの偏差が画像濃度に対して非常に敏感になり、高画質化への問題点となっている。また、複数の色を重ねるカラー画像形成装置では各色の単色の画像濃度偏差が画像の両端や中央で異なると、画像等の出力時に本来の色味が表せなくなってしまい、上記の高画質化に対し大きなビハインドとなってしまう。
従来からある「現像ローラ中央部と両端部の現像ギャップ偏差」だが、メカニズム解析を行なったところ以下の要因が確認された。
現像ローラと感光体の間に現像剤が押し込められることにより、現像スリーブが全体的に感光体から遠ざかる方に押される。そして、現像スリーブの両端は支持されているため、両端は現像ギャップが変化することは少ないが、現像ローラ中央部は現像スリーブを支持しておらず、スリーブ表面とマグネットローラの距離（若干のクリアランス）があるため、現像スリーブが微少であるが感光体から遠ざかってしまう。このため現像ギャップが、ローラ中央部と両端部で異なって偏差を持ち、現像能力偏差となってしまう。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２３３２５５号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、現像ギャップ偏差による現像能力偏差を防止する現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、非磁性トナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤を使用する現像装置に設けられ、回転可能な非磁性の現像スリーブと前記現像スリーブ内部に複数のマグネット磁極とを配置する現像ローラにおいて、前記複数のマグネット磁極の一つが、前記現像ローラの中央部と両端部で１０％以上磁束密度偏差を持つことを特徴とする現像ローラである。
本発明は、前記現像ローラの中央部の磁束密度が、前記現像ローラの両端部よりも高いことを特徴とする。
本発明は、中央部に軸受けを有することを特徴とする。
本発明は、印可する電圧が直流のみで構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記記載の現像ローラを有し、前記磁束密度偏差を持つ磁極が、感光体と略対抗位置に配置されることを特徴とする現像装置である。
本発明は、前記現像スリーブが、２点以上で支持されることを特徴とする。
本発明は、前記現像スリーブ表面と前記現像スリーブに対抗して設置されている感光体とのクリアランスが、０．２〜０．４ｍｍであることを特徴とする。
さらに、本発明は、前記記載の現像装置と前記感光体とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
本発明は、帯電手段及び／又はクリーニング手段を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記記載の現像装置を少なくとも二つ以上有することを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記記載のプロセスカートリッジを少なくとも二つ以上有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記解決するための手段によって、現像ギャップ偏差による現像能力偏差を防止する現像ローラ、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】
【０００７】
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。
【０００８】
図１は、本実施形態に係る画像形成装置としての電子写真方式フルカラープリンタを示す図である。このプリンタの画像ユニット１０は、矢印方向に無端移動する像担持体としての中間転写ベルト１１を備え、中間転写ベルト１１の下部張架面には、トナー像形成手段である４個の画像形成ユニット１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋが配置されている。画像形成ユニットの番号に沿えたＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、扱うトナーの色と対応するもので、Ｙはイエロー、Ｃはシアン、Ｍはマゼンタ、Ｋはブラックを意味している。画像形成ユニットに備えられ、中間転写ベルト１１とともに回転する感光体４０に対しても同じようにＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋを沿えている。なお感光体４０Ｙ〜４０Ｋは等間隔に配置され、少なくとも画像形成時には中間転写ベルト１１との張架部の一部と接触するようになっている。
【０００９】
図２は、本発明の画像形成ユニットを示す図である。扱うトナーの色は異なるが、画像形成ユニット１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋの構成はそれぞれ同じであるので、その構成を画像形成ユニット１２として図２により説明する。図２において、プリンタの動作時に、不図示の駆動源により、矢印方向に回転するよう支持された円筒状の感光体４０が配設されている。そして、感光体４０の周囲には、静電写真プロセスに従い帯電装置４１、露光装置、現像装置１、クリーニング装置４２、光除電装置などの作像部材や電位センサ、画像センサが配されているが、それらの構成・作動は基本的に公知であるので、説明の簡略化のために、ここでは本発明と特に関わりのある部分について述べる。
【００１０】
一様に帯電された感光体４０の表面は、画像情報に基づいた露光により静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置１により現像され、感光体表面上にトナー像が形成される。トナー像は転写帯電器１３により中間転写ベルト１１（図１）に転写させられる。中間転写ベルト１１に転写されたイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色トナー像は重ね合わされ、給紙ユニット１４（図１）から給紙ローラ、レジストローラ対を経て搬送された用紙上に二次転写ローラ１５を用いて転写される。転写終了後の用紙は、定着ユニット１６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、公知のように、反転路（図示せず）を介した後、両面部（図示せず）を通って再び二次転写ユニットへ送られる。
なお本実施形態では、少なくとも感光体４０と現像装置１とでカートリッジユニットが構成され、更に帯電装置４１、クリーニング装置４２、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１と感光体４０と帯電装置４１、現像装置１と感光体４０と帯電装置４１とクリーニング装置４２など、様々なバリエーションが存在し得る。
プロセスカートリッジとすることにより、現像装置１と感光体４０等の位置決めができ、現像ギャップ８を決定する部材がプロセスカートリッジ内で完結することができ、現像高画質条件を満足する現像ギャップ８を高精度に設定できる。
【００１１】
次に作像部について図２を用いて説明する。図２の画像形成ユニット１２は、感光体４０と現像部１、帯電装置４１（本実施例では帯電ローラ）、クリーニング装置４２（本実施例ではクリーニングブレード）を一体としたプロセスカートリッジである。現像部１には感光体４０上に書込手段４３により光学的に形成された潜像に対しトナーの可視化像を形成する現像ローラ２があり、その現像ローラ２現像領域の上流側には現像ローラ２上の現像剤量をある一定量に規制する規制部材４（以降の現像ドクタ４とする）がある。現像装置１内の現像タンク部にはトナー粒子と磁性粒子（キャリア）を混合した２成分現像剤が納められており、その現像剤は２本の搬送スクリュである第１搬送スクリュ５ａと第２搬送スクリュ５ｂにより循環している。また、第２搬送スクリュ５ｂの下側にはトナー濃度センサ６が配置され、現像タンク内のトナー濃度を随時計測し、適正値に収まるよう制御している。また、現像ドクタ４右側には現像ニップ部からのトナー飛散を防止するための入口シール７が配置されている。
【００１２】
図３、図４は、現像ギャップ偏差に関係するメカニズムを示す図である。図３において、感光体４０に対し現像ローラ２が略左側に、現像ドクタ４は現像ローラの略下側に配置される。現像ローラ２はその外側に外部から駆動を受けることで回転する現像スリーブ２１が配置され、その内部に多数の磁極を配置する、回転しないマグネットローラ２２が配置される。マグネットローラ２２は周動性に優れておらず、現像スリーブ２１と接触させると摩擦熱が生じ、磁束密度が変化したり、磨耗するので、一般的にマグネットローラ２２と現像スリーブ２１には隙間を設けている。
【００１３】
マグネットローラ２２の磁束分布５０は図３のようになる。現像スリーブ２１と感光体４０の間に現像剤が挟まることにより生じる力６０は、現像ローラ２長手方向によって異なると共に現像スリーブ２１の支持が一般的に両端であることから、現像ローラ２長手方向で生じる現像スリーブ２１上の圧力６１は、両端部に対し中央部が大きくなる。そのため、中央部の現像ギャップ８は両端部に対し大きくなる。そして、現像ギャップ８は、大きくなればなるほど現像能力が低下する。その結果、中央部の現像能力が両端部に比べ低下して画像濃度偏差が生じる。
具体例として、現像剤が現像スリーブ２１に保持され、感光体４０と接触しているときの実現像ギャップ８は、両端部が０．３ｍｍの時、中央部では０．３３ｍｍとなり、現像能力が低下し、画像濃度が両端と中央部を比較して飽和画像濃度が２５％程度低くなってしまう。
【００１４】
現像能力は、現像剤の汲み上げ量と、現像ギャップ８、それと主極２４の磁束密度により決定される。一般的に汲み上げ量は、過多になるまで現像能力は向上し、同じ汲み上げ量の時には現像ギャップ８が狭くなると現像能力が向上、同じ汲み上げ量の時には主極２４の磁束密度が大きい程、現像能力が向上する。
図５は、現像スリーブ上の磁力分布を示した図である。本発明においては、現像ギャップ８と主極２４の磁束密度に着目し、現像ローラ２長手方向で生じる現像スリーブ２１上の圧力６１によって低下してしまった中央部の現像能力を、図５のようにマグネットローラ２２の主極２４に磁束密度偏差を持たせることで現像ギャップ８偏差による現像能力低下を押さえる。
図６は、磁束密度偏差の効果を示した図である。主極２４の磁束密度偏差の効果は、図６に示すように現像ギャップ８の偏差によるが、主極２４の偏差が１０％を超えると飽和画像濃度に著しい改善が見られた。
【００１５】
通常マグネットローラ２２と現像スリーブ２１は、両端保持による２点支持であるが、マグネットローラ２２と現像スリーブ２１の隙間による現像ギャップ８が偏差を持ってしまうことを押さえるために隙間の一部分を埋める形で軸受け２３を配置する。軸受けが磁性体で有ると現像ローラ２の一部分だけ磁束分布が変化してしまうので、現像剤の搬送が変化してしまう。よって軸受けの材料としては非磁性が望ましい。
【００１６】
図７は、軸受けを有する現像装置を示す図である。現像剤が挟まることにより生じる力６０により中央部が最も撓んだことによる現像ギャップ８偏差の対策として、図７のように現像ローラ２中央部に軸受け２３を配置することで、現像剤が挟まることにより生じる力６０によるスリーブの撓みが、緩和される。
今回使用した軸受け２３は、図７のような転がり軸受けを使用したが、すべり軸受けや、マグネットローラ２２よりも周動性が良いものをマグネットローラ２２と現像スリーブ２１の隙間に埋めることにより効果を得ることができる。
図８は、軸受けによる磁束密度偏差の効果を示した図である。主極２４の磁束密度偏差と軸受け２３を併用することによる効果は、図８に示すように現像ギャップの偏差が少ないことから、磁束密度偏差だけよりも飽和画像濃度偏差が少なく、より改善効果を得られた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置としての電子写真方式フルカラープリンタを示す図である。
【図２】本発明の画像形成ユニットを示す図である。
【図３】現像ギャップ偏差に関係するメカニズムを示す図である。
【図４】現像ギャップ偏差に関係するメカニズムを示す図である。
【図５】現像スリーブ上の磁力分布を示した図である。
【図６】磁束密度偏差の効果を示した図である。
【図７】軸受けを有する現像装置を示す図である。
【図８】軸受けによる磁束密度偏差の効果を示した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  現像装置
２  現像ローラ
４  規制部材（現像ドクタ）
５ａ  第１搬送スクリュ
５ｂ  第２搬送スクリュ
６  トナー濃度センサ
７  入口シール
８  現像ギャップ（Ｇａｐ）
１０  画像ユニット
１１  中間転写ベルト
１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋ  画像形成ユニット
１３  転写帯電器
１４  給紙ユニット
１５  二次転写ローラ
１６  定着ユニット
２１  現像スリーブ
２２  マグネットローラ
２３  軸受け
２４  主極
４０  感光体
４１  帯電装置（帯電ローラ）
４２  クリーニング装置（クリーニングブレード）
４３  書込手段
５０  磁束分布
６０  現像スリーブと感光体の間に現像剤が挟まることにより生じる力
６１  圧力
【図１】
2007322570.tif 000003
【図２】
2007322570.tif 000004
【図３】
2007322570.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007322570.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007322570.tif 000009
【図８】
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