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発明の名称 二成分現像装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−22169(P2001−22169A)
公開日 平成13年1月26日(2001.1.26)
出願番号 特願平11−195442
出願日 平成11年7月9日(1999.7.9)
代理人
発明者 水石 治司 / 田中 勝 / 碓井 則之 / 善波 英樹 / 大堀 真由美 / 山口 俊隆 / 水沢 浩 / 巽 謙三 / 雨宮 賢
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 表面に静電潜像が形成される像担持体と近接対向する位置に配置され、回転可能に支持され、交番電界が印加され、表面にトナーとキャリアから成る二成分現像剤を担持する現像剤担持体と、二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、二成分現像剤を攪拌しながら前記現像剤担持体へ供給する現像剤攪拌部材とを備え、二成分現像剤によって前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する二成分現像装置において、前記現像剤担持体の表面上に汲み上げる現像剤の量が85mg/cm以上であることを特徴とする二成分現像装置。
【請求項2】 前記現像剤担持体は、内部に複数の磁極を有し、前記現像剤攪拌部材に対して40度〜70度斜め上方で、且つ該現像剤攪拌部材と2mm〜5mm離間して設けられ、前記複数の磁極の内、前記現像剤担持体の中心と前記現像剤攪拌部材の中心とを結ぶ線を挟んで配置される一対の磁極は、互いに極性の異なる磁極であり、前記一対の磁極の内、前記現像剤担持体の回転方向下流側の磁極は、法線方向に50mT以上、80mT以下の磁力を有することを特徴とする請求項1に記載の二成分現像装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式画像形成装置に用いられ、トナーとキャリアから成る二成分現像剤によって静電潜像の現像を行う二成分現像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】静電潜像を二成分現像剤で現像する二成分現像装置では、二成分現像剤によって高速且つ高画質の現像を行うために、例えば像担持体と現像剤担持体との間隙を狭め、二成分現像剤を現像剤担持体上に供給して薄層を形成し、高電界のACバイアスを印加して現像を行う傾向にある。
【0003】しかしながら、このような傾向に伴い、いわゆるリングマークと呼ばれる画質欠陥が発生し易くなる傾向がある。リングマークは、現像剤担持体上に二成分現像剤の薄層を形成するための間隙を、例えば導電性の粉末が通過するときに像担持体と粉末の先端との空隙で電離がおき、静電潜像が破壊され、リング状又は円板状の潜像欠陥が形成されることが一因であると考えられる。さらに、このリングマークは、AC電圧値が大きく、間隙が狭い場合に粉末が大きくなると発生頻度が増し、欠陥が大きくなる傾向がある。また、画像形成装置で発生した紙詰まりをジャム処理し、プロセスユニットを交換した直後にリングマークが発生することがあり、順調に進行する間に徐々に減少するが、その後再びリングマークが発生するといった状況があった。これは、クラムシェルの開閉時に本体に付着している金属異物が落下して感光体ドラムに転移し、感光体ドラムを介して現像装置又は現像間隙に至り、リングマークを発生させるものである。特に、カラー画像形成装置では、クリーニング手段の圧着解除を行いながら感光体ドラムが複数回周回するため、異物がクリーニングを通過する割合が高く、リングマークが発生しやすい。
【0004】この問題を解決する方法が、特公平8−87172号公報及び特公平7−97238号公報に示されている。特公平8−87172号公報に開示される方法は、磁界発生手段を設け、これによりリングマークの原因となる磁性異物を捕集し、画質欠陥の発生を低減するものである。また、特公平7−98238号公報に示される方法は、現像剤担持体上の磁性粒子の量を規定することにより、カブリのない均質な画質を得る技術である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の方法には次のような問題がある。リングマークに関して解析を行ったところ、リングマークは現像スリーブ上に形成されるトナーと磁性粒子で構成された穂の不均一に起因していることが明らかになった。さらに、リングマークは、導電性の粉末を現像剤担持体上に意図的につけても発生しないときがあり、また、導電性の粉末がないときでもリングマークの発生が確認された。このため、特公平8−87172号公報に示される方法では、リングマークの発生を防止することはできない。また、穂の不均一により現像スリーブ上に長めの穂と短めの穂が混在する場合に、感光体ドラムに接触しない短めの穂と感光体ドラムとの空隙で電離が起き、静電潜像が破壊されてリング状又は円板状(スポット状)の潜像欠陥が形成される。特公平7−97238号公報に示される方法では、現像スリーブ上の磁性粒子の存在量を規定しているが、この存在量では穂の不均一が発生してしまい、リングマークの発生を完全に防止することはできない。
【0006】本発明は、上記のような問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、二成分現像剤を使用し、画質欠陥が発生せず、高速且つ高画質の現像を行うことが可能な現像装置を提供することである。
【0007】
【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、請求項1に記載の発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と近接対向する位置に配置され、回転可能に支持され、交番電界が印加され、表面にトナーとキャリアから成る二成分現像剤を担持する現像剤担持体と、二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、二成分現像剤を攪拌しながら前記現像剤担持体へ供給する現像剤攪拌部材とを備え、二成分現像剤によって前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する二成分現像装置において、前記現像剤担持体の表面上に汲み上げる現像剤の量が85mg/cm以上である二成分現像装置を提供する。
【0008】前記請求項2に記載の発明は、前記現像剤担持体は、内部に複数の磁極を有し、前記現像剤攪拌部材に対して40度〜70度斜め上方で、且つ該現像剤攪拌部材と2mm〜5mm離間して設けられ、 前記複数の磁極の内、前記現像剤担持体の中心と前記現像剤攪拌部材の中心とを結ぶ線を挟んで配置される一対の磁極は、互いに極性の異なる磁極であり、 前記一対の磁極の内、前記現像剤担持体の回転方向下流側の磁極は、法線方向に50mT以上、80mT以下の磁力を有する請求項1に記載の二成分現像装置を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の二成分現像装置の一実施形態を図に基づいて説明する。図1は、この現像装置が用いられる感光体ユニット(PCU)を示す概略構成図である。この感光体ユニットでは、ドラム上の感光体1の周囲に感光体1の表面を一様に帯電する帯電ローラ2、一様に帯電された感光体1の表面に露光を行って潜像を形成する露光手段4、感光体1上に形成された潜像に帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成する現像部3、感光体シャッター5、トナー像が転写された記録紙を感光体1から分離する分離爪6、トナー転写後に感光体1上に残留するトナーを掻き取るクリーニングブレード7−1、掻き取られた残留トナーを排出する排出スクリュー7−2及びトナー転写後に感光体1上の潜像電化を光により除電する除電ランプ8が順次配設され、また、感光体シャッター5を介して図示しない転写分離部が配設されている。感光体シャッター5は、開閉可能な構成となっており、装置本体にセットされていない状態では、感光体を覆う。
【0010】上記現像部3は、現像剤担持部3−1と現像剤収容部3−2から構成され、未使用状態では現像剤担持部3−1と現像剤収容部3−2の間に設けられたシール部材3−2−1により隔離されている。現像剤担持部3−1は、現像剤担持体である現像ローラ3−1−1と、感光体1への現像剤の供給量を制御する現像ドクタ3−1−2から構成されている。現像ローラ3−1は、円柱状に形成され固定支持されたマグネットローラと、マグネットローラの周囲に形成され、回転可能に支持された現像スリーブから成る。現像剤収容部3−2は、現像剤を攪拌し、現像ローラ3−1−1に供給する第1攪拌部材3−2−2、第2攪拌部材3−2−4及び現像剤中のトナーとキャリアの混合比を磁気的に検知するトナー濃度センサー(透磁率センサー)3−2−3により構成され、二成分現像剤を収容する。
【0011】図2にこの感光体ユニットの感光体近傍の構成図を示す。上記転写分離部10は、転写ローラと除電針から構成されている。転写分離部10と現像部3との間には、感光体1上に作成した濃度パターンの画像濃度を検知し、現像部3へのトナー補給を制御するPセンサー9が配設されており、図1に示すトナー濃度センサー3−2−3の検知値と図2に示すPセンサー9の検知値に従ってトナーの補給制御が行われ、トナーホッパー部12を介してトナー補給部11から現像部3にトナーが補給される。
【0012】この感光体ユニットの動作について説明する。感光体1は、帯電ローラ2で一様に帯電された後、露光手段からの露光により表面に静電潜像が形成され、静電潜像が形成された領域が感光体1の回転に伴って現像部3の現像剤担持体3−2と対向する現像領域に移動する。現像部3では、現像剤収容部3−2に収容された現像剤を第1現像剤攪拌部材3−2−2及び第2現像剤攪拌部材3−2−4によって攪拌しながら現像ローラ3−1−1側へ供給する。現像ローラ3−1−1側へ供給された現像剤は、現像ローラ3−1−1上に汲み上げられて現像剤の穂が形成される。現像領域に移動した感光体1上の静電潜像は、現像剤の穂に接して現像され、トナー像が形成される。このトナー像は、転写分離部に搬送されてきた転写紙に転写される。トナー像が転写された後、感光体に静電的に付着した転写紙は、分離部からの放電又は分離爪6により感光体から分離され、定着器によりトナー像が転写紙に定着される。転写されずに感光体1上に残留したトナーは、クリーニングブレード7−1により掻き取られ、排出スクリュー7−2により現像部3又は廃トナーボトルに回収される。続いて感光体1は、除電ランプ8により初期化される。
【0013】図7は、感光体1と現像スリーブとの間の穂の状態をモデル化した図である。図7で、穂Aは長めの穂であるために現像スリーブ表面から感光体1表面までつながっているが、穂Bは短いので、感光体1表面と穂の先端との間に隙間が形成されている。このような隙間では電離が起き、潜像が破壊されてリングマークが発生する。図8にリングマークの発生と現像剤汲み上げ量の関係を示す。縦軸のOKはリングマークの発生が無いことを示し、NGはリングマークが発生したことを示し、さらに発生したリングマークの発生レベルについて、リングマークの個数及び大きさにより分類した。図7から、現像剤汲み上げ量が70mg/cm以上では画像形成にほとんど問題のないレベルであるが、リングマークの発生は見られることがある。現像剤汲み上げ量が85mg/cm以上であればリングマークの発生は見られない。したがって、これに余裕度を考慮して、現像剤汲み上げ量を90mg/cm以上とすることが好ましい。このように、現像剤汲み上げ量が多くなるとリングマークの発生は見られなくなるが、この理由は図7に示すような穂Bが形成されにくくなるためである。すなわち、現像剤汲み上げ量が少ないと、現像スリーブ上に長い穂と短い穂とが混在して不均一となっているが、現像剤汲み上げ量が多くなると、現像スリーブ上に十分な現像剤があるため、かなり均一な穂が形成される。長い穂は感光体1と現像スリーブの間隔よりも長く、穂の先端付近が感光体1に接触した後現像スリーブ側に折れ曲がるか、感光体1に沿って広がるため、短い穂の割合が少なければ、短い穂で電離がおきても感光体表面にはブロックが形成され、潜像の破壊は起こらない。
【0014】上記のような効果を得るための感光体ユニットにおける現像部3の構成について、さらに説明する。図3にこの現像部の概略構成図を、また、図4に現像ローラ周辺の磁力分布を示す。図4に示すように、この現像ローラ3−1−1は、第1攪拌部材3−2−2に対しθの角度をもってδの距離で配置されている。現像ローラ3−1−1の法線方向の磁力は、現像剤収容部内の現像剤を第1現像剤攪拌部材3−2−2から現像ローラ3−1−1上に汲み上げるP4極(S極)及びP5極(N極)、汲み上げられた現像剤を現像領域に搬送するP6極(S極)、搬送された現像剤を感光体1上に供給するためのP1極(N極)、現像に使用されず現像ローラ3−1−1上に残留した現像剤を現像剤収容部へ搬送するP2極(S極)及び及び現像ローラ3−1−1上に残留し、水平方向、法線方向共に10mT以下の磁力で、搬送されてきた現像剤を現像剤収容部上で放すP3極から構成される。
【0015】本実施形態の現像剤攪拌部材3−2−2、3−2−4と現像ローラ3−1−1の位置関係及び現像ローラ3−1−1上の磁力について説明する。本実施形態の各条件は、以下のとおりである。
感光体:OPCドラム、径30mm、回転速度:125mm/sec現像ローラ:径16mm、回転数380rpm現像剤攪拌部材:スクリュー、径19mm、回転数420rpm、スクリューピッチ12mm磁力分布:図5に示す上記のように、第1現像剤攪拌部材3−2−2の中心と現像ローラ3−1−1の中心を結ぶ線の両側に互いに極性の異なる磁極(P4極、P5極)を配置し、それらの磁極の現像ローラ3−1−1の回転上流側に、水平方向及び法線方向共に10mT以下の磁力となるような磁極P3極を設け、現像ローラ3−1−1と第1現像剤攪拌部材3−2−2の位置と画像濃度の関係について試験を実施した。この結果を、図6に示す。
【0016】図6に示すように、現像ローラ3−1−1を第1現像剤攪拌部材3−2−2に対し、角度θとして40度〜70度、距離δとして2mm〜5mmで配置することにより、現像後に現像ローラ3−1−1上に残留する現像剤を現像剤収容部上で放して再供給し、現像剤の循環効率を向上させることが確認された。現像ローラ3−1−1と第1現像剤攪拌部材3−2−2の距離が2mm未満では、第1現像剤攪拌部材3−2−2と現像ローラ3−1−1の距離が近すぎ、現像剤攪拌部材による現像剤の供給ムラによる画像欠陥が顕れ、5mmより離れると、現像ローラ3−1−1に十分な現像剤が供給されず、画像濃度の低下が発生した。また、現像ローラ3−1−1を第1現像剤攪拌部材3−2−2に対して40度より小さい角度で配置した場合は、現像ローラ3−1−1上の残留現像剤が現像剤収容部上で十分に離れないため画像濃度の低下が発生し、70度より大きい角度で配置した場合は、現像ローラに汲み上げられる現像剤の量が少なくなり、やはり画像濃度の低下が発生した。
【0017】上記の条件にさらに余裕度を加えた条件を求めるため、第1現像剤攪拌部材3−2−2に対向するP4極及びP5極の磁力に着目し、検討を行った。この結果、P4極の磁力を30mT〜60mTとすることにより余裕度が向上することがわかった。P4極の磁力がこの範囲よりも低く、現像剤収容部の壁との距離が上記の実施形態で2mmであるのに対し、3mm以上と広すぎる場合は、現像剤の汲み上げ量が不足し、反対に、P4極の磁力が上記の範囲よりも高いと、P3極領域の現像剤を吸着し、やはり画像濃度の低下もしくはピッチムラが発生しやすくなる。また、P5極については、磁力を50mT〜80mTとすることにより余裕度の向上を図ることができる。P5極の磁力がこの範囲よりも低いと、前述のとおり現像剤の汲み上げ量が不足し、反対に、P5極の磁力が80mT以上の場合は現像剤規制部材(現像ドクタ)とのストレスの増大によって帯電量が増加し、共に画像濃度の低下、あるいはピッチムラが発生しやすくなる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の二成分現像装置は次のような効果を有する。請求項1に記載の発明は、二成分現像剤を使用し、交番電界を印加して現像を行う場合に、現像剤担持体の表面上に汲み上げる現像剤の量を85mg/cm以上とすることにより、リングマークの発生を防止し、画質欠陥が発生せず、高速且つ高画質の現像を行うことが可能となる。請求項2に記載の発明は、内部に複数の磁極を有する現像剤担持体を、現像剤攪拌部材に対して40度〜70度斜め上方で、且つ現像剤攪拌部材と2mm〜5mm離間して配置し、現像剤担持体の中心と現像剤攪拌部材の中心とを結ぶ線を挟んで配置される一対の磁極を互いに極性の異なる磁極で構成し、一対の磁極の内、現像剤担持体の回転方向下流側の磁極の磁力を、法線方向に50mT以上、80mT以下とすることによりリングマークの発生を防止し、画質欠陥がなく高画質の現像を高速で行うことができる。




 

 


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