(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に磁石が設けられ、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を担持搬送する供給部材と、
前記供給部材が搬送した二成分現像剤中のトナーが供給され、当該トナーを担持搬送する現像ローラと、
前記現像領域よりも前記現像ローラの搬送方向上流側で前記現像ローラに当接する回転可能な規制部材であって、前記現像ローラに転移した前記トナーの量を規制するとともに前記キャリアの進入を防ぐ規制部材と、
当該規制部材に当接するクリーニング部材とを備え、
前記現像ローラに担持されたトナーによって現像ローラと対向する静電潜像を担持する像担持体との間に形成される現像領域で現像される現像装置であって、
前記規制部材は、その表面に複数の着磁パターンを有し、当該着磁パターンの磁力によって前記現像ローラに付着したキャリアを回収するとともに、
前記現像ローラは、ゴム材料で構成されている
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記規制部材に掻き取られたキャリアが前記供給部材の磁石によって供給部材上に戻るように構成されている
ことを特徴とする請求項１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、複写機、プリンタ、ファクシミリ等に用いられる電子写真方式の画像形成装置に関する、さらに詳細には、現像装置内のトナー収容部からトナーを供給して現像ローラ上にトナー薄層を形成して、潜像の現像を行う画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
感光体上に形成された静電潜像を現像し、可視像を形成する画像形成装置において用いられる現像剤には、トナーとキャリアとから成る二成分現像剤とトナー単体から成る一成分現像剤とがある。この一成分現像剤には、一般に黒色マグネタイト粉である磁性体を現像剤であるトナー中に含むため、黒以外の色については鮮明な色の現像剤を得ることが困難である。現像装置の小型化、低コスト化および信頼性の点から一成分現像剤を用いた現像方式が有利であり、さらに、二成分現像剤はキャリアの劣化やトナーとキャリアとの混合比の変動が発生しやすく、また装置が大型化するという欠点があるが、キャリアは平均粒子径が２０〜１００μｍであり、総体的な表面積が非常に大きいために容易にトナーを摩擦帯電させることができるため、比較的安定した良好な記録画像が得られる。また、二成分現像剤のトナーは磁性体を含まないので重ね合わせ現像が可能であることから、感光体周縁部に複数個の現像装置を配置し、静電潜像に対して複数回の現像を行い、感光体上にトナー像を重ねて多色画像を形成するのに有利である。
しかし、キャリアに用いられる磁性材料としては鉄粉又はフェライトの酸化物であり、いずれも硬い物質であり、キャリアの表面が樹脂でコーティングされていても、感光体にキャリアを含む現像剤層が接触して現像を行う場合には、充填圧縮された現像剤による摩擦等の影響によって感光体や現像ローラの損傷が発生しやすい。そこで、二成分現像剤のキャリアとトナーの摩擦帯電を利用しながら、トナーのみを現像ローラに担持させる現像装置等が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平３−１００５７５号公報では、トナーとキャリアを含む２成分現像剤を選択させてトナー坦持体に供給し現像を行う画像形成装置で、現像剤を規制する規制部材を供給部材と対向した位置に配設し、さらに、規制部材がトナー坦持体に当接する弾性体からなる現像装置が提案されている。また、例えば、特開平７−８４４５０号公報では、トナーとキャリアを有する２成分現像剤を選択させてトナー坦持体に供給し現像を行う画像形成装置が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような現像装置等では以下に示すような問題点がある。特開平３−１００５７５号公報の現像装置では、トナー規制部材である弾性体を１箇所でトナー担持体に当接するためにトナー担持体にトナーが付着したり、小粒径化したキャリアを規制できずにトナー規制部材を通過してトナー担持体によって現像領域まで搬送されるという問題点がある。
また、特開平７−８４４５０号公報の画像形成装置では、ドナーロールに当接する薄層規制部材が無く容易にキャリアが付着する可能性があるし、またドナーロール上のトナー薄層はキャリアとトナー粒子の混合状態に依存するので、安定した均一薄層を得ることが難しいという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、トナーとキャリアを混合・攪拌して帯電させると共に磁気ブラシを形成してトナーのみを選択して現像ローラに坦持させて像坦持体上の静電潜像を現像する方式では、接触１成分現像の潜像への忠実な現像特性と２成分現像システムが持つ均一なトナー帯電と供給能力の維持を利用して常に安定した現像システムを構築しようとしたものである。
そこで、本発明の目的は、現像ローラと像坦持体がトナー層を介して接触する接触１成分現像ではトナーより粒径の大きなキャリアが現像領域で混在すると像坦持体に傷をつけるおそれがあり、画像品質を著しく低下させるためキャリアを現像領域に侵入させずに、現像ローラ上は極めて均一なトナー薄層を形成して、高品位の画像を得ることができる画像形成装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明は、内部に磁石が設けられ、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を担持搬送する供給部材と、前記供給部材が搬送した二成分現像剤中のトナーが供給され、当該トナーを担持搬送する現像ローラと、前記現像領域よりも前記現像ローラの搬送方向上流側で前記現像ローラに当接する回転可能な規制部材であって、前記現像ローラに転移した前記トナーの量を規制するとともに前記キャリアの進入を防ぐ規制部材と、当該規制部材に当接するクリーニング部材とを備え、前記現像ローラに担持されたトナーによって現像ローラと対向する静電潜像を担持する像担持体との間に形成される現像領域で現像される現像装置であって、前記規制部材は、その表面に複数の着磁パターンを有し、当該着磁パターンの磁力によって前記現像ローラに付着したキャリアを回収するとともに、前記現像ローラは、ゴム材料で構成されている現像装置である。本発明は、前記規制部材に掻き取られたキャリアが前記供給部材の磁石によって供給部材上に戻るように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
本発明は、内部に磁石を有する供給部材と、現像ローラに当接する回転可能な規制部材と、トナーのみを担持する現像ローラとを配設している現像装置である。図１は、請求項１ないし請求項５に記載の発明の一実施形態である現像装置を用いる画像形成装置の概略を示す構成図である。図１において、回転する像担持体２０（以下、「感光体」と記す。）と、感光体２０を帯電するための帯電装置２１と、レーザ光による露光を行うＬＤ駆動部１１と、感光体２０上の静電潜像を現像する現像装置３０と、感光体２０に現像されたトナー像を記録部材Ｐ上に転写する転写装置と、クリーニングブレード４１による感光体２０上の残留トナーをクリーニングするクリーニング装置４０等とによって画像形成装置２は構成されている。画像形成の動作について説明する。コンピュータ等からの画像データが制御部２に転送され、レーザ光の点灯を制御する。レーザ光は画像形成装置２の感光体２０に照射され、静電潜像が形成される。中央に、有機感光体２０（ＯＰＣ）を表面に塗布した感光体２０があり、矢印方向に回転する。感光体２０の移動方向に沿って、帯電装置２３があり、これによって感光体２０表面は均一に帯電され、ＬＤ駆動部１１によるＬＤ光書き込まれることによって感光体２０表面に静電潜像が形成される。現像装置３０に収納されているトナーＴによりこの静電潜像にそってトナーＴが現像される。現像装置３０では、像露光後の感光体２０の表面電位を所定の電位にして、現像ローラ３１に現像バイアスを印加してレーザ光照射部の画像部にトナーＴが付着するような現像（反転現像）が行われる。次に、転写装置２２による記録部材Ｐへの転写、クリーニング装置４０による感光体２０上のクリーニングと画像形成プロセスが進み、記録部材Ｐは感光体２０から分離された後、定着装置５０でトナー像の定着が行われる。これらの工程を繰り返すことで画像形成サイクルが繰り返される。
【０００８】
図２は、本発明の一実施形態である現像装置の概略を示す構成図である。現像装置３０は、感光体２０に対向して設けられる現像ローラ３１と、現像ローラ上のトナーＴ層を規制する規制部材と、トナーＴを現像ローラ３１に供給する供給部材３２と、トナーＴとキャリアＣを混合・攪拌する攪拌部材３３等とにより構成されている。現像装置３０は以下のように動作する。トナー収納容器９０に収容されているトナーＴをトナー補給ローラ３９が、図示しない制御部からの信号により回転してトナー収納容器９０から現像装置３０に補給する。補給されたトナーＴは、現像装置３０内のトナーＴとキャリアＣが混合した現像剤Ｄに補給される。補給されたトナーＴは攪拌部材３３により、現像剤Ｄ中に混合され、またキャリアＣとの摩擦帯電により電荷が付与される。トナーＴ（図２中の黒丸）は互いに逆極に帯電したキャリアＣ（図２中の白丸）と静電気力によって吸着し、供給部材３２の磁力とキャリアＣの磁力によって供給部材３２のスリーブ上の担持される。
【０００９】
供給部材３２上に坦持された現像剤Ｄは規制部材３５によって規制されトナーＴの一定量が印加バイアス電圧等により現像ローラ３１に転移し、残りは現像装置内に戻される。規制部材２と供給部材３２４の間の最近接部の間隔は１ｍｍ以下に設定する。とくに、５００μｍ以下が好ましい。また、規制部材３５に対向した磁石の磁極Ｎ１は規制部材３５よりも供給部材３２の回転方向上流側に角度θを傾斜して位置させる。この角度θは、５〜４５°が好ましい。これにより、現像剤Ｄの循環流を容易に形成することができる。なお、ここで磁石のＮ極、Ｓ極はそれぞれ同一であることは必要であるが、Ｎ極・Ｓ極は反対の極であっても良い。
供給部材３２は非磁性の回転可能なスリーブ状の形状を持ち、内部には複数の磁石を配設している。磁石は規制部材３５の箇所から供給部材３２の回転方向にＮ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２の４磁極を有する。磁石は固定されているために現像剤Ｄが所定の場所を通過するときに磁力を作用させられるようになっている。スリーブ表面はサンドブラスト処理を行い１０〜２０μｍＲｚの範囲に入るように粗らしている。トナーＴ６とキャリアＣ５の混合した現像剤Ｄは、磁石で形成される磁界によって供給部材３２上に坦持される。
【００１０】
規制部材３５は現像ローラ３１の供給部材３２との対向部に、供給部材３２上に形成された現像剤Ｄの磁気ブラシと接触すると共に現像ローラ３１にも接触している。規制部材３５、現像ローラ３１、供給部材３２それぞれの回転方法は図１の矢印に示した通りである。現像ローラ３１は感光体２０に当接して感光体２０上の潜像を現像するものである。規制部材３５の現像ローラ３１に対する当接圧は線圧で１〜１０ｇｆ／ｍｍの範囲で通常の薄層規制の圧力に対してかなり低めが最適である。
【００１１】
現像ローラ３１は供給部材３２の現像剤Ｄの磁気ブラシを形成した、磁石のＳ１側の領域に、供給部材３２上の現像剤Ｄの磁気ブラシと接触するようにして対向して、感光体２０に対向して配設されている。この現像ローラ３１上のトナーＴは、−１０〜−４０μＣ／ｇの範囲が最適である。現像ローラ３１上に転移したトナーＴは規制部材３５と当接して均一な薄層が形成される。この時トナーＴの帯電を更に均一にし、キャリアＣの進入を防ぐものである。
【００１２】
粒子を規制して薄層を形成する方式として剛体もしくは弾性体を、粒子を坦持した現像ローラ３１に当接させるものと、本発明の様に回転体を当接させるものがあるが、その相違点は当接力と薄層規制効果にあると考える。前者に関しては規制能力が高いカウンタ当接方式を想定するが、２種類ありエッジ当接と腹当て当接がある。前者では規制効率は極めて高いが均一な薄層を形成するという点では余裕度が少なく縦スジが発生し易い。後者では先端を当接させない腹当て当接なので当接に対する余裕度は向上するが当接面積が増えるために必然的に当接力を上げないと行けない。更に弾性体の先端と現像ローラ３によって形成される楔部分に滞留しやすくなるために不利である。それに対して本発明の回転体を当接させる方式では比較的低当接力でも表面の当接部位が変化する為に常に新しい面が当接するので規制効果を維持できる事と、表面の移動方向に粒子が戻される事により規制効率は極めて高いと考える。
【００１３】
なお、現像剤Ｄとしては、例えば、フェライト粒子を芯材とし、その表面をシリコーン樹脂等でコートしたキャリアＣと、カーボンブラックで着色されている熱可塑性樹脂を主成分とするトナーＴとを混合したものを用いる。なお、キャリアＣの種類は鉄粉、フェライト、マグネタイトなどの磁性体の芯材をアクリル系、シリコーン系、フッ素系樹脂でコートしたものや、アクリル系等の樹脂バインダー中にマグネタイト微粉などを分散させたものが通常用いられる。これら樹脂コート材や樹脂バインダによってキャリアＣの抵抗が適当な値に制御され、キャリアＣの耐久性が向上する。なお、粒径は２０〜５０μｍの範囲が良好である。トナーＴはアクリル系、ポリエステル系、エポキシ系の樹脂に、カーボンブラック、マグネタイトの黒色顔料や銅フタロシアニン、キナクリドン、カ−ミン等等の有機顔料等を含有させたものが用いることができる。また、トナーＴの特性を改良するために荷電制御材（ＣＣＡ）、ワックス等を含有させてもよい。さらに、トナーＴには流動性等を付与するために、シリカ、酸化チタン、アルミナ等の金属酸化物等を添加するものがある。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μｍの範囲である。トナーＴの体積平均粒径の範囲は３〜１２μｍが好適であるが、７μｍ以下であれば、１２００ｄｐｉ以上の高解像画像にも十分対応する事が可能である。なお、キャリアＣの脂コート及びトナーＴ等の材料は感光体２０の極性、感光体２０の線速度等の現像条件によって適宜選択することができる。
【００１４】
0004176266.tif 000002
上記条件で長期間の画像出しの結果、キャリアＣが現像ローラ上に侵入することがなく、現像ローラ３１上のトナーＴのみよって高品位の画像を得ることができた。
【００１５】
本発明は、規制部材３５が、自発磁化を発生する磁性材料で構成され、かつ
規制部材３５の磁化の強さが供給部材３２の磁化の強さより小さくする現像装置である。ここで規制部材３５の材料であるが、フェライト系、マルテンサイト系ステンレス鋼、軸受鋼等の鉄合金材料が好適である。さらに、規制部材３５表面に複数の着磁パターンを形成したものが有効である。これは現像ローラ３１上のトナーＴに混じったキャリアＣを規制部材３５側に完全に掻き取り、また着磁ピッチにより輸送して供給部材３２内の磁石の磁力圏内に到達させるためである。磁力は磁石の方が強力なので容易にキャリアＣは供給部材３２上に戻る。但し、規制部材３５による磁力の及ぶ範囲は現像剤層に影響を与えない用に制限する必要がある。供給部材３２の磁石の磁力の及ぼす範囲を制限するために規制部材３５の中心を通過する垂直線に対して現像ローラ３１側だけになるように磁石の配設位置を現像ローラ３１に対向する位置にしたものである。
【００１６】
さらに、現像ロ−ラ３１はゴム材料が良好で、硬度は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｋ６３０１）による測定でＪＩＳ−Ａ硬度１０〜７０ＨＳの範囲が良好でである。さらに、現像ローラ３１の直径は１０〜３０ｍｍで、表面を適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）１〜４μｍとしたものである。この値はトナーＴ６の体積平均粒径に対して１３〜８０％となり、現像ロ−ラ３１表面に埋没することなくトナーＴが搬送される。
ここでゴム材料として使用できるものとしてシリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を上げることが出来る。更に現像ロ−ラ３１表面に、経時品質を安定化させるためにコ−ト材料を被覆することが良好である。現像ローラ３１の機能はトナーＴを坦持するためだけのものであり、従来のようにトナーＴと現像ローラ３１との摩擦帯電によるトナーＴへの帯電電荷付与の必要が無いために、現像ローラ３１は表面性、硬度と寸法精度を満たせば良いので材料の選択幅は格段に増えることとなる。
材料してはシリコン系又は、テフロン系が特に良好である。前者はトナーＴの帯電が良好になり、後者は離型性が優れているからである。また導電性を得るために適宜カ−ボンブラック等の導電性材料を含有させる場合もある。コ−ト層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、その範囲を逸脱するとひび割れ等の不具合が発生しやすい。
【００１７】
また、本発明は、規制部材３５が、弾性部材により構成されている現像装置である。材料特性は上記現像ローラ３の材料構成と同一でも良く、特に硬度を下げることにより現像ローラ３１との当接が均一になり、より均一な薄層が形成可能となる。
【００１８】
（第２の実施形態）
本発明は、前記規制部材３５が、クリーニング部材３６が当接されている現像装置である。図２は、本発明の一実施形態である画像形成装置に用いられる現像装置の概略を示す構成図である。規制部材３５にクリーニング部材（以下、「規制部材用スクレーパ」と記す。）３６を配設し、当接させるものである。キャリアＣは容易に供給部材３２に戻るが長期間使用すると規制部材３５にトナーＴが付着しやすくなる。それを規制部材用スクレーパ３６の当接で取り除こうとするものである。材料は硬度が、ＪＩＳ−Ａ
５０〜７０ＨＳの範囲を有するポリウレタン、シリコンゴム、フッ素ゴム等が良好である。
【００１９】
（実施例２）
規制部材に、下記規制部材用スクレーパ３６を配設した以外は、実施例１と同じ条件で画像出しの実験を行った。
0004176266.tif 000003
上記条件で長期間の画像出しの結果、規制部材３５表面にトナーＴが付着することなく、キャリアＣが現像ローラ上に侵入することがなく現像剤Ｄを規制することができた。
【００２０】
（第３の実施形態）
請求項５に記載の発明は、現像ローラが、回転する方向に対して現像領域の下流で、トナーＴを現像ローラに供給する上流側で、電圧を印加するクリーニング部材が当接されている
図４は、請求項５に記載の発明の一実施形態である画像形成装置２に用いられる現像装置の概略を示す構成図である。
現像ローラ３に現像ローラ用クリーニング部材３７を配設し、当接させるものである。現像ローラ３１上の未現像のトナーＴは再度使用されるが、確実にクリーニングする事で残像等の異常画像が極めて発生しにくくなる。現像ローラ用クリーニング部材３７はローラ形状が良好でトナーＴ６を引きつけるようにトナーＴとは逆極性になるように電圧を印加する事で極めて効率よく未現像残トナーＴを掻き取ることができる。現像ローラ用クリーニング部材３７はＳＵＳ３０４等の金属、現像ローラ３１の材料のところで述べたゴム材料等も使用可能である。硬度はＪＩＳ−Ａ  １０〜１９９ＨＳの範囲であれば良い。当接圧は線圧で３〜１０ｇ／ｍｍ程度が良好である。本実施例に於ける直径は１０ｍｎまた掻き取られた残トナーＴは現像ローラ用クリーニング部材３７に当接させたスクレーパ（以下、「クリーニング部材用スクレーパ」と記す。）３８により掻き取られることで現像ローラ用クリーニング部材３７表面を常にトナーＴ６の付着しない状態に保つことが出来る。
【００２１】
（実施例３）
現像ローラに、下記現像ローラ用クリーニング部材３７を配設した以外は、実施例１と同じ条件で画像出しの実験を行った。
0004176266.tif 000004
上記条件で長期間の画像出しの結果、現像ローラ３１上の現像されなかったトナーＴはすべて掻き取ることができ、常に新たなトナーＴによって高品位の画像を安定して得ることができた。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置では、規制部材の当接面が移動しているのでトナー・キャリアの規制効果を高められる。本発明の現像装置では、供給部材の磁気特性が強くキャリアが供給部材へ戻るので現像ローラへのキャリアの付着が防止できる。本発明の現像装置では、規制部材表面の当接圧が均一に出来るので均一薄層が形成できる。本発明の現像装置では、規制部材表面が常に新しいので均一薄層が維持できる。本発明の現像装置では、未現像トナーを掻き取るので、常に新しいトナーが供給され高品位の画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１ないし請求項５に記載の発明の一実施形態である現像装置を用いる画像形成装置の概略を示す構成図である。
【図２】請求項１、請求項２及び請求項３に記載の発明の一実施形態である現像装置の概略を示す構成図である。
【図３】請求項４に記載の発明の一実施形態である現像装置の概略を示す構成図である。
【図４】請求項５に記載の発明の一実施形態である現像装置の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
１  書込装置
２  画像形成装置
３  コンピュータ等の外部機器
４  画像読取装置
１０  インターフェース部
１１  ＬＤ駆動部
１２  ポリゴンミラー
１３  レンズ
１４  ミラー
１５  画像識別部
２０  感光体
２１  帯電装置
２２  転写・分離装置
２４  搬送ローラ
２５  給紙ローラ
２６  給紙カセット
３０  現像装置
３１  現像ローラ
３２  トナー供給部材
３３  攪拌部材
３４  スプリング
３５  規制部材
３６  規制部材用スクレーパ
３７  現像ローラ用クリーニング部材
３８  クリーニング部材用スクレーパ
３９  トナー補給ローラ
４０  クリーニング装置
４１  クリーニングブレード
５０  定着装置
Ｄ  現像剤
Ｃ  キャリア
Ｔ  トナー
Ｎ  規制部材内部磁石Ｎ極
Ｎ１、Ｎ２  供給部材内部磁石Ｎ極
Ｓ１、Ｓ２  供給部材内部磁石Ｓ極
Ｐ  記録部材
Ｖ  電源
【図１】
0004176266.tif 000005
【図２】
0004176266.tif 000006
【図３】
0004176266.tif 000007
【図４】
0004176266.tif 000008