(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体のスリーブと当該スリーブ内に固定配置された複数の磁極を設けた磁石ローラとを備え、前記スリーブを回転させ、その外周面に磁性を有した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、潜像担持体とスリーブとが近接した現像領域において、電界を印加しながら対向する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺接して現像する画像形成装置であって、前記現像領域よりも現像剤坦持体における前記現像剤搬送方向の上流側であって、前記磁気ブラシに磁界を発生させる磁界発生手段の、前記現像領域と対向して配設された主磁極の現像剤担持体表面における法線方向の磁界の強さが０となる位置から前記現像領域までの所定範囲内に、磁気ブラシの穂高を整える円筒形状の第１現像剤規制部材が前記潜像担持体と摺接する現像剤と当接するように配設され、さらに現像剤坦持体の前記主磁極の一つ上流側の磁極の磁束密度が極大となる地点より現像剤搬送方向上流側に現像剤層厚を規制する第２現像剤規制部材を備え、この第２現像剤規制部材は前記現像剤担持体表面上の現像剤と当接するように配設され、前記円筒状の第１現像剤規制部材は現像剤搬送方向に対してカウンター方向に回転することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１現像剤規制部材が非磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１現像剤規制部材が導電体からなり、第１現像剤規制部材に電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記潜像担持体は、現像剤搬送方向と同方向に回転するものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１に記載の画像形成装置。
【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、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機・プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置としては、電子写真式又は静電記録式の装置が広く用いられている。このような装置は感光体ドラムや感光体ベルトなどからなる像担持体上に静電潜像を形成し、これに現像装置によってトナーを転移して可視像とした後、このトナー像を記録用紙等に転写するように構成されている。
【０００３】
前記像担持体上の静電潜像を可視化する現像装置には、トナー及び磁性キャリアからなる二成分現像剤を静電潜像担持体表面に接触させ、トナーの転移によって現像を行ういわゆる接触型二成分現像装置がある。この現像装置は、現像剤中におけるトナー濃度の制御が必要であること、現像剤の攪拌機構が必要となり装置が大型化するという課題を有するものの、画質特性および現像剤の搬送性等の点で優れており、現像装置の主流となっている。
【０００４】
図５は従来の画像形成装置の現像領域の断面図であり、潜像担持体１に磁気ブラシＢが摺接して現像する状況を表した図であるが、磁気ブラシＢの穂高や形状、密度が不均一であるため、現像される画像の濃度むらやガサツキの原因となっていた。図示しないドクタブレード（現像剤規制部材）の配置や形状等を調整することで、磁気ブラシＢの穂間距離のばらつきは改善されるが、ドクタブレード通過後、現像領域までにＰ６極があるため、図5に示す如く現像領域での磁気ブラシの穂高を揃えることはできていない。この原因としては、キャリアに粒径分布があること、透磁率に分布があること、キャリア上に付着しているトナーの数や付着状態が各キャリアで異なっている等が原因であると考えられる。
【０００５】
こうした画像形成装置において、得られる画像の濃度むらやガサツキのない画像を得る目的で、現像領域に存在する現像剤量を均一にするためにいろいろな対策が従来から行われている。
【０００６】
例えば、特開平5−２８９５２２では磁気ブラシの穂を密にするために、現像領域での現像剤の密度を高める目的で現像領域中に均一化部材を配設している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、現像領域での現像剤量の経時変動を抑えたり、現像領域での現像剤密度を高くするもので、十分な高画質は得られない。
【０００８】
そこで本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、高画質を達成するため磁気ブラシＢの穂高を揃えることで、濃度むらやガサツキ等の全くない画像形成装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、非磁性体のスリーブと当該スリーブ内に固定配置された複数の磁極を設けた磁石ローラとを備え、前記スリーブを回転させ、その外周面に磁性を有した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、潜像担持体とスリーブとが近接した現像領域において、電界を印加しながら対向する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺接して現像する画像形成装置であって、前記現像領域よりも現像剤坦持体における前記現像剤搬送方向の上流側であって、前記磁気ブラシに磁界を発生させる磁界発生手段の、前記現像領域と対向して配設された主磁極の現像剤担持体表面における法線方向の磁界の強さが０となる位置から前記現像領域までの所定範囲内に、磁気ブラシの穂高を整える円筒形状の第１現像剤規制部材が前記潜像担持体と摺接する現像剤と当接するように配設され、さらに現像剤坦持体の前記主磁極の一つ上流側の磁極の磁束密度が極大となる地点より現像剤搬送方向上流側に現像剤層厚を規制する第２現像剤規制部材を備え、この第２現像剤規制部材は前記現像剤担持体表面上の現像剤と当接するように配設され、前記円筒状の第１現像剤規制部材は現像剤搬送方向に対してカウンター方向に回転することを特徴とする。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、現像領域での磁気ブラシの穂高を揃えることが可能となり、よって濃度むらやガサツキ等の全くない高画質を得ることができ、現像剤坦持体の現像剤搬送量を一定に保つことができ、よって磁気ブラシの現像剤量や密度を常に一定にすることにより、さらに良好な画質を得ることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、第１現像剤規制部材が非磁性体であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、磁石ローラ体の磁石と規制部材との間に磁力線が形成されないため、現像剤の流出が阻害されなくなるという効果を奏する。
【００１５】
請求項３の発明は、前記第１現像剤規制部材が導電体からなり、第１現像剤規制部材に電圧が印加されることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、磁気ブラシ上のトナー分布を制御することが可能となり、よって良好で均一な画質となるよう調整することが容易となる。
【００１７】
請求項４の発明は、潜像担持体が、現像剤搬送方向と同方向に回転するものであることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら本実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、上記現像装置を含む感光体ユニット全体の一例を概略的に示す断面図である。図１において、静電潜像担持体である感光体ドラム１の周囲には、当該ドラム表面を帯電するための帯電装置２、一様帯電処理面に潜像を形成するためのレーザー光線でなる露光３、ドラム表面の潜像に帯電トナーを付着することでトナー像を形成する現像装置４、形成されたドラム上のトナー像を記録紙へ転写するための転写装置５、ドラム上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置７、ドラム上の残留電位を除去するための除電装置８が順に配設されている。
【００２１】
上記現像装置４の構成を図２に示す。図２において現像装置は、磁石ローラ体４４とその周囲で回転駆動する現像スリーブ４３とを備えた現像剤担持体４１（現像ローラ）を有している。また、現像剤担持体４１の感光体ドラム１とは反対側領域には、現像ケーシング４６内の現像剤を攪拌しながら現像剤担持体４１へ汲み上げるためのスクリュー４７が設置されている。スリーブ４３の周面には、現像剤層厚を規制する第２現像剤規制部材４５を備えており、これによってスリーブ上に適切で均一な厚さの現像剤層を形成する。この第２現像剤規制部材４５と現像スリーブ４３との間隔であるドクタギャップは０．４mmに設定されている。現像剤担持体４１は、感光体ドラム１に近接するように配置されていて、双方の対向部分に現像領域が形成されている。
【００２２】
この現像領域よりも現像剤搬送方向の上流側には、現像領域と対向して配設された磁極の現像剤担持体４１表面における法線方向の磁界の強さが０となる位置から現像領域までの所定範囲内に、磁気ブラシＢの穂高を整える板状の第１現像剤規制部材６が潜像担持体１と摺接する現像剤と当接するように配設されている。このようにして形成された現像剤層は磁石ローラ４４による磁界に従って現像領域に搬送され、図３の如くキャリアが穂状に連なったいわゆる磁気ブラシＢを形成するが、前記第１現像剤規制部材６にガイドされて、磁気ブラシの穂高の揃った穂が形成され、潜像担持体１との対向位置でこの潜像担持体１と接触してトナーを転移する。第１現像剤規制部材６は、例えばウレタンやシリコーンのようなゴム弾性体を用いることができる。また、第１現像剤規制部材６にアルミニウム、真鍮、ステンレス等の非磁性体を用いてもよい。
【００２３】
現像剤担持体４１としては、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブ４３が不図示の回転駆動機構によって図２において時計回り方向に回転されるようになっている。本例においては、潜像担持体である感光体ドラム１のドラム径が６０mmで、ドラム線速が２４０mm／秒に設定され、現像スリーブ４３のスリーブ径が２０mmで、スリーブ線速が６００mm／秒に設定されている。したがって、ドラム線速に対するスリーブ線速の比は２．５である。また感光体ドラム１と現像スリーブ４３との間隔である現像ギャップは０．４mmに設定されている。現像ギャップは、従来ではキャリア粒径が５０μmであれば０．６５mmから０．８mm程度、言い換えれば、現像剤粒径の１０倍前後に設定されていたが、本発明では現像剤粒径の３０倍程度に設定することすら可能である。これより広くすると望ましいとされる画像濃度がでにくくなる。スリーブ線速のドラム線速に対する比は最低１．１にまで下げてもなお必要な画像濃度を得ることができる。
【００２４】
前記現像スリーブ４３内には、当該現像スリーブ４３の周表面に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体４４が固定状態で備えられている。この磁石ローラ体４４から発せられる法線方向磁力線に沿うように、現像剤のキャリアが現像スリーブ４３上にチェーン状に穂立ちされ、このチェーン状に穂立ちされたキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシＢが構成される。当磁気ブラシＢは現像スリーブ４３の回転によって現像スリーブ４３と同方向（図２において時計回り方向）に移送される。上記磁石ローラ体４４は、複数の磁極（磁石）を備えている。具体的には、現像領域部分に現像剤を穂立ちさせる現像主磁石Ｐ１、現像スリーブ４３上に現像剤を汲み上げるための磁石Ｐ４、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁石Ｐ５、Ｐ６、現像後の領域で現像剤を搬送する磁石Ｐ２、Ｐ３を備えている。これら各磁石Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ２及びＰ３は、現像スリーブ４３の半径方向に向けて配置されている。本例では、磁石ローラ体４４を６極の磁石によって構成しているが、汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上させるためにＰ３極から第２現像剤規制部材４５の間に磁石（磁極）を更に増やして８極以上で構成しても良い。
【００２５】
特に図２に示されるように、現像主極を形成する主磁石Ｐ１は、横断面の小さな磁石から構成されているが、サマリウム合金磁石、特にサマリウムコバルト合金磁石などを用いることもできる。希土類金属合金磁石のうち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石では最大エネルギー積が３５８ｋＪ／m3であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石では最大エネルギー積が８０ｋＪ／m3前後である。このような磁石によって従来の磁石と異なり、相当に小サイズ化しても必要な現像ローラ表面磁力を確保できる。従来の通常フェライト磁石やフェライトボンド磁石などでは最大エネルギー積が３６ｋＪ／m3前後、２０ｋＪ／m3前後である。スリーブ径を大きくすることが許容される場合には、フェライト磁石やフェライトボンド磁石を用いて形状を大きくとり、あるいはスリーブ側に向いた磁石先端を細かく形成することで半値中央角を狭くすることが可能である。
【００２６】
本例では、現像スリーブ４３上に現像剤を汲み上げるための磁石Ｐ４と、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁石Ｐ６と、現像後の領域で現像剤を搬送する磁石Ｐ２、Ｐ３がＮ極をなし、現像主磁石Ｐ１と、汲み上げられた現像剤を搬送する磁石Ｐ５がＳ極をなしている。現像剤搬送磁極をなす下流側の磁石Ｐ２は主磁極磁力形成を補助する働きもあるので、小さすぎるとキャリア付着を起こす。
【００２７】
次に、キャリア（磁性粒子）４０３について説明する。磁気ブラシＢを構成するキャリア４０３としては、潜像坦持体１の表面へのダメージを軽減するために球形の粒子を用いるのが好ましく、キャリア４０３の平均粒経は１５０μｍ以下のものが好ましい。但し、キャリア４０３は平均粒経が大きすぎると最密状態に配置してあっても曲率半径が大きく、潜像坦持体１と接触していない面積が増え、トナー像の欠けや抜けが発生したり、逆に平均粒経があまり小さすぎると、交流電圧を印加する場合には、粒子が動きやすくなって粒子間の磁力を上回り、粒子が飛散してキャリア付着の原因となってしまうので、キャリア４０３の平均粒経は３０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。さらに、キャリア４０３の抵抗率としては、抵抗率が低すぎると現像バイアスの印加時にキャリア４０３に電荷が注入され、感光体１面へのキャリア付着を起こしたり、現像バイアス電圧により潜像坦持体１の絶縁破壊を起こしたりするため、キャリア４０３には、抵抗率が１０14Ωｍ以下、さらに好ましくは１０1Ωｍ以上１０8Ωｍ以下のものが望ましい。
【００２８】
磁気ブラシを現像剤坦持体上に形成するには、通常現像坦持体上に穂をくみ上げるための溝や凹凸を設ける。現像スリーブ４３表面に凹凸を形成する方法としては、切削加工、引き抜き工法、サンドブラスト処理等がある。
【００２９】
図３においては第１現像剤規制部材を板状のものとして構成したが、この第１現像剤規制部材を円筒状のものとした実施例を図４に示す。これにより、第１現像剤規制部材が板状である場合に比べ、穂高を揃える際現像剤規制部材に付着するキャリア上トナーをこの円筒状規制部材９の回転によりキャリアへ戻す効果がある。
【００３０】
また、第１現像剤規制部材６または９を導電材で構成し、この第１現像剤規制部材６または９に直流電圧を印加することも磁気ブラシ上のトナー分布を制御する効果がある。このときの電圧は現像スリーブに印加される電圧値−５５０Ｖに対して−４５０Ｖである。第１現像剤規制部材６または９に印加する直流電圧値としては、現像スリーブに印加する電圧値以上（絶対値では以下）が好ましい。現像スリーブ電圧より低いとキャリア上のトナーがスリーブ側へ移動してしまい画像の先端が白く抜けたり、さらに穂高を揃える以上のキャリアが付着してしまう。また、第１現像剤規制部材に印加する直流電圧値が現像スリーブ電圧より極端に高くなると、第１現像剤規制部材６または９に磁気ブラシＢ上のトナーが付着されてしまい現像剤中トナー濃度が低下し、ベタ濃度の低下等が起こる。
【００３１】
次に、上述した構成に基づき、本実施の形態の作用を説明する。
【００３２】
このような構成において、帯電装置２の帯電ローラによって表面を一様に帯電された潜像担持体１は、露光３によって静電潜像を形成され、現像装置４によってトナー像を形成される。当該トナー像は、転写ベルトなどからなる転写装置５によって、感光体ドラム１表面から、不図示の給紙トレイから搬送された記録紙へ転写される。この転写の際に感光体ドラムに静電的に付着した記録紙は、分離爪によって潜像担持体１から分離される。そして未定着の記録紙上のトナー像は不図示の定着器によって記録紙に定着される。一方、転写されずに潜像担持体である感光体ドラム１上に残留したトナーは、クリーニング装置７によって除去され回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム１は除電ランプ８で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【００３３】
一方、現像装置４ではスクリュー４７によってくみ上げられたトナーが、現像ローラ４１の現像スリーブ４３に、磁石ローラ体４４の吸引力によって付着され、現像スリーブ４３の回転に伴って搬送され、第２現像剤規制部材４５によってスリーブ４３上に適切で均一な厚さに付着させられて搬送された後、図３に示す板状の第１現像剤規制部材６によって磁気ブラシＢの穂高が揃った穂が形成されて現像面に達し、前記潜像担持体１の潜像部に付着して顕像化させる。上記に示す磁気ブラシＢによる画像はハーフトーン領域でのザラツキがなく、ベタ濃度も高く、ラインや文字の鮮鋭度も優れた高画質なものとなる。
【００３４】
次に、図４に第１現像剤規制部材を円筒状のものとした場合の現像領域の断面形状を示す。円筒状の第１現像剤規制部材９は現像剤搬送方向に対してカウンターに回転するため、効率的に穂高を揃える効果がある。このときの画像も、ハーフトーン領域でのザラツキがなく、ベタ濃度も高く、ラインや文字の鮮鋭度も優れた高画質なものとなる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、現像剤担持体表面における法線方向の磁界の強さが０となる位置から前記現像領域までの所定範囲内に第１現像剤規制部材で形成された磁気ブラシの穂高を整える第１現像剤規制部材が前記現像剤担持体表面上の現像剤と当接するように配設されていることで、現像領域での磁気ブラシの穂高を揃えることが可能となり、よって濃度むらやガサツキ等の全くない高画質を得ることができる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、前記第１現像剤規制部材より現像剤担持体の現像剤搬送方向上流側に、現像剤層厚を規制する手段である第２現像剤規制部材を現像剤担持体表面上の現像剤と当接するように配設されていることで、特に現像剤担持体と像担持体との距離（現像ギャップ）を狭くして行う場合においても、現像領域での磁気ブラシの穂高を揃えることが可能となり、さらに良好な画質を得ることが可能となる。
【００３７】
請求項３の発明によれば、磁石ローラ体の磁石と規制部材との間に磁力線が形成されないため、現像剤の流出が阻害されなくなるという効果を奏する。
【００３８】
請求項４の発明によれば、磁気ブラシ上のトナー分布を電気的に制御することが可能となり、よって良好で均一な画質となるよう調整することが容易となる。請求項５の発明によれば、より効率的に穂高を揃えることが可能となり、さらに円筒状規制部材に付着したトナーをこの円筒状規制部材の回転によりキャリアへ戻すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる画像形成装置を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明にかかる画像形成装置の現像装置部の断面図である。
【図３】  画像形成部に板状の現像剤規制部材を適用した場合の現像領域の断面図である。
【図４】本発明にかかる画像形成部に円筒状の現像剤規制部材を適用した場合の現像領域の断面図である。
【図５】従来の画像形成部の現像領域の断面図である。
【符号の説明】
１      潜像坦持体（回転ドラム）
６      第１現像剤規制部材（板状）
９      第１現像剤規制部材（円筒状）
Ｂ      磁気ブラシ
４３      スリーブ
４４      磁界発生手段（磁石ローラ）
４５       第２現像剤規制部材
４０３      現像剤（キャリア）
【図１】
0004082552.tif 000002
【図２】
0004082552.tif 000003
【図３】
0004082552.tif 000004
【図４】
0004082552.tif 000005
【図５】
0004082552.tif 000006