現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置
【課題】少なくとも２つの現像剤担持体を有する２成分現像方式の現像装置において、低抵抗キャリアを使用した際に発生するキャリア付着を防止することが可能な現像装置を提供する。
【解決手段】像担持体２１上の静電潜像にトナーＴとキャリアＣとを含む２成分現像剤Ｇを供給して現像する複数の現像剤担持体２３ａ１，２３ａ２を備えた現像装置２３において、各現像剤担持体２３ａ１，２３ａ２は、回転可能な現像剤担持体外周部材と、現像剤担持体外周部材に内包される、現像剤を担持し搬送させる磁界発生手段とを有し、像担持体２１の回転方向最下流位置に配置された現像剤担持体２３ａ２の現像剤担持体外周部材の電気抵抗値を他の現像剤担持体２３ａ１の現像剤担持体外周部材の電気抵抗値に比して高くした。
【解決手段】像担持体２１上の静電潜像にトナーＴとキャリアＣとを含む２成分現像剤Ｇを供給して現像する複数の現像剤担持体２３ａ１，２３ａ２を備えた現像装置２３において、各現像剤担持体２３ａ１，２３ａ２は、回転可能な現像剤担持体外周部材と、現像剤担持体外周部材に内包される、現像剤を担持し搬送させる磁界発生手段とを有し、像担持体２１の回転方向最下流位置に配置された現像剤担持体２３ａ２の現像剤担持体外周部材の電気抵抗値を他の現像剤担持体２３ａ１の現像剤担持体外周部材の電気抵抗値に比して高くした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置において、現像剤担持体上に現像剤を担持し担持された現像剤を現像剤規制部材で規制した後に感光体等の像担持体に対向する現像領域に搬送する現像装置が知られている。ここで、現像剤として磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を用いる現像装置では、像担持体として内部に磁界発生手段を有する現像スリーブを用いている。この現像スリーブは、内部の磁界発生手段の磁力により現像装置内部に収容された現像剤を担持し、回転することにより担持された現像剤を感光体と対向する現像領域に搬送する。
【０００３】
近年の画像形成速度の高速化に伴い、感光体等の潜像担持体の表面移動速度は高速化される傾向にある。このような高速の画像形成装置では、現像剤担持体を比較的高速で回転させないと潜像に対するトナー供給量が不足して現像濃度不足が生じてしまう。しかし現像剤担持体を高速で回転させると、現像剤と像担持体との摩擦により像担持体や現像剤の劣化の進行が早まってしまう。そこでこのような問題を解決するため、従来高速の画像形成装置では複数の現像剤担持体を使用し、像担持体上の潜像を現像する多段現像装置が提案されている。このような多段現像装置では、現像を複数回繰り返すことでそれぞれの現像剤担持体を高速で回転させることなく十分な画像濃度を得ることができる。
【０００４】
また、キャリアの電気抵抗値を高くすると、画像部のエッジが強調された画像となる。エッジが強調されると文字画像においては鮮鋭さが増すというメリットがあるが、一般的に写真画像においては高画質を達成するために障害となる。そのためエッジ強調を低減し、高画質化達成のために抵抗の低いキャリアを使用する必要がある。また、現像スリーブの電気的導通を損なわずに現像スリーブ表面を高硬度化する目的で、電気比抵抗が１０−８Ω・ｃｍ以下の導電性層または半導電性の被覆層を形成する技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、低抵抗のキャリアを使用した場合には現像スリーブからの電荷注入が生じ、現像電界によりキャリアが感光体に付着する、いわゆるキャリア付着が発生し易くなるという問題がある。また「特許文献１」に開示された技術では、低抵抗キャリアを使用した際にキャリア付着の防止とエッジ強調の低減とを両立することができない。
【０００６】
本発明は上述の問題点を解決し、少なくとも２つの現像剤担持体を有する２成分現像方式の現像装置において、低抵抗キャリアを使用した際に発生するキャリア付着を防止することが可能な現像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、像担持体上の静電潜像にトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を供給して現像する複数の現像剤担持体を備えた現像装置において、
前記各現像剤担持体は、回転可能な現像剤担持体外周部材と、前記現像剤担持体外周部材に内包される、現像剤を担持し搬送させる磁界発生手段とを有し、前記像担持体の回転方向最下流位置に配置された前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材の電気抵抗値が他の前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材の電気抵抗値に比して高いことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、さらに前記最下流位置に配置された前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材が導電性の円筒部材とそれを被覆する被覆層とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の現像装置において、さらに前記被覆層が半導電性材料からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の現像装置において、さらに前記半導電性材料が窒化チタンであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジであって、請求項１ないし４の何れか１つに記載の現像装置と前記像担持体とを一体的に有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の現像装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、その回転方向最下流位置に配置された現像剤担持体の現像剤担持体外周部材の電気抵抗値を他の現像剤担持体の現像剤担持体外周部材よりも高くすることにより、エッジ強調の低減とキャリア付着の防止とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置のプロセスカートリッジを説明する概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に用いられるコート材料を示す表である。
【図９】本発明の一実施形態における実験条件及び実験結果を示す表である。
【図１０】本発明の他の実施形態に用いられるコート材料を示す表である。
【図１１】本発明の他の実施形態における実験結果を示す表である。
【図１２】本発明の他の実施形態における実験結果を示す表である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に用いられるコート材料を示す表である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態における実験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置を示している。同図において画像形成装置１の装置左側には、画像情報に基づいて帯電工程後の像担持体である感光体ドラム２１に静電潜像を書き込む書込部２Ａ〜２Ｄが設けられており、この書込部２Ａ〜２Ｄはポリゴンミラー３Ａ〜３Ｄ、光学素子４Ａ〜４Ｄを用いる光走査装置によって構成されている。なお、書込部として光走査装置に代えてＬＥＤアレイを用いることもできる。装置本体の下部に設けられた給紙部６１は、記録紙やＯＨＰシート等の記録媒体Ｐを格納し、画像形成時において記録媒体Ｐを転写ベルト３０に向けて給送する。
【００１６】
転写ベルト３０は、記録媒体Ｐをその表面に静電的に吸着させて搬送し、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に転写させるための無端ベルトであり、その外周面上に吸着ローラ６４及びベルトクリーナ６５を有している。転写ベルト３０を介して感光体ドラム２１に対向する転写ローラ２４は、芯金及びこれを被覆する導電性弾性層を有している。転写ローラ２４の導電性弾性層は、ポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料にカーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を中抵抗に調整した弾性体である。装置本体の上部に設けられた定着部６６は、加熱ローラ６８及び加圧ローラ６７を有し記録媒体Ｐ上のトナー像を熱と圧力とによって定着させる周知の構成である。
【００１７】
装置本体中、転写ベルト３０に沿った縦方向には４個のプロセスカートリッジ２０Ｙ（イエロ），２０Ｃ（シアン），２０Ｍ（マゼンタ），２０ＢＫ（ブラック）がそれぞれ配設されている。各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ上には、キャリア（磁性キャリア）と各色（イエロ、シアン、マゼンタ、ブラック）のトナー（トナー粒子）とを現像装置２３に供給する剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８ＢＫが配設されている。プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ及び剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８ＢＫは、転写ベルト３０の回転支軸を中心として転写ベルト３０を開放することにより装置本体に対して着脱することができる。
【００１８】
本実施形態における画像形成装置１は、複写機及びプリンタとして機能する複合型の画像形成装置である。複写機として機能する場合には、スキャナから読み込まれた画像情報に対してＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理が施されて書き込みデータに変換される。プリンタとして機能する場合には、コンピュータ等から送信されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書き込みデータに変換される。画像形成時には、書込部２Ａ〜２Ｄからプロセスカートリッジ２０ＢＫ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｙに対してブラック、マゼンタ、シアン、イエロの画像情報に応じた露光光がそれぞれ照射される。すなわち、各光源から発せられた露光光（レーザ光）がポリゴンミラー３Ａ〜３Ｄ、光学素子４Ａ〜４Ｄを等を通過して各感光体ドラム２１上に照射される。これにより、各プロセスカートリッジ２０ＢＫ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｙの感光体ドラム２１上に露光光に応じたトナー像が形成される。そして、このトナー像が記録媒体Ｐに転写されることとなる。
【００１９】
給紙部６１から給送された記録媒体Ｐは、レジストローラ６３の位置で一旦タイミングを合わせられ、転写ベルト３０へと給送される。記録媒体Ｐの給送位置に配設された吸着ローラ６４は、電圧の印加により搬送された記録媒体Ｐを転写ベルト３０に吸着させる。転写ベルト３０の矢印方向への移動に伴い移動する記録媒体Ｐは、各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫの位置を順次通過し、これにより記録媒体Ｐ上に各色のトナー像が重畳転写される。カラートナー像が転写された記録媒体Ｐは、転写ベルト３０から分離して定着部６６に送られ、記録媒体Ｐ上のカラートナー像は加熱ローラ６８及び加圧ローラ６７に挟持されつつ加熱されることで記録媒体Ｐ上に定着される。一方、記録媒体Ｐが分離した後の転写ベルト３０の表面は、その後にベルトクリーナ６５の位置に達してその表面に付着したトナー等の汚れがクリーニングされる。
【００２０】
次に、画像形成装置１におけるプロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ、及び剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８ＢＫについて説明する。なお、各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫはほぼ同一構造であり、各剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８ＢＫもほぼ同一構造であるため、図２において各プロセスカートリッジ及び各剤カートリッジは符号のアルファベット（Ｙ，Ｃ，Ｍ，ＢＫ）の図示を省略し、書込部も符号のアルファベット（Ａ〜Ｄ）の図示を省略する。
【００２１】
図２はプロセスカートリッジ２０及び剤カートリッジ２８の拡大図、図３はプロセスカートリッジ２０に設けられた現像装置２３の拡大図、図４は現像装置２３における循環経路を図３に示す矢印Ｘ方向から長手方向に見た断面図、図５は図４の現像装置２３における循環経路Ｙ１−Ｙ１断面を示す断面図、図６は図４の現像装置２３における循環経路Ｙ２−Ｙ２断面を示す断面図である。
【００２２】
図２に示すようにプロセスカートリッジ２０は、感光体ドラム２１、帯電部２２、現像装置２３、クリーニング部２５が一体化されたものであって、プレミックス現像方式（キャリアの補給・排出を適宜に行う現像方式）が採用されている。感光体ドラム２１は、負帯電の有機感光体であって図示しない回転駆動手段によって反時計回り方向に回転駆動される。帯電部２２は、芯金上にウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した弾性を有する帯電ローラである。帯電部２２の中抵抗層の材質としては、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材、これ等を発泡させたものを用いることも可能である。
【００２３】
クリーニング部２５は、感光体ドラム２１に摺接するクリーニングブラシ（またはクリーニングブレード）が設置されており、感光体ドラム２１上の未転写トナーを機械的に除去及び回収する。現像装置２３は、現像剤担持体である２個の現像ローラ２３ａ１，２３ａ２が感光体ドラム２１に対して近接するように配置されており、双方の対向部分には感光体ドラム２１と磁気ブラシとが接触する現像領域が形成される。現像装置２３内には、トナーＴとキャリアＣとからなる現像剤Ｇ（２成分現像剤）が収容されており、この現像剤Ｇによって感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像（トナー像を形成）する。なお、現像装置２３については後述する。
【００２４】
ここで、本実施形態に用いられる現像装置２３はプレミックス現像方式のものであり、現像装置２３内に適宜に新品のキャリアＣ（現像剤Ｇ）が剤カートリッジ２８から供給されると共に、劣化した現像剤Ｇが現像装置２３の外部に設置された剤貯留容器７０に向けて排出される。
【００２５】
図２を参照して剤カートリッジ２８は、その内部に現像装置２３内に供給するための現像剤Ｇを収容している。そして、剤カートリッジ２８は現像装置２３に新品のトナーＴを供給するトナーカートリッジとして機能すると共に、現像装置２３に新品のキャリアＣを供給する供給手段としても機能する。具体的に、現像装置２３に設置された磁気センサ２６（図４参照）によって検知されるトナー濃度（現像剤Ｇ中のトナーＴの割合）の情報に基づいて、シャッタ機構８０の開閉動作を行って剤カートリッジ２８から現像装置２３内に向けて現像剤Ｇを適宜供給する。なお、本実施形態では剤カートリッジ２８の現像剤ＧにおけるキャリアＣに対するトナーＴの混合率（トナー濃度）が比較的高く設定されている。供給管２９は、剤カートリッジ２８から供給される現像剤Ｇを現像装置２３内に確実に導くためのものである。すなわち、剤カートリッジ２８から排出された現像剤Ｇは、供給管２９を介して現像装置２３内に供給される。
【００２６】
次に、現像装置２３の構成及び動作について説明する。図３に示すように、現像装置２３は現像ローラ２３ａ１，２３ａ２、搬送スクリュ２３ｂ１〜２３ｂ３（オーガスクリュ）、現像剤規制部材としてのドクターブレード２３ｃ、キャリア捕集ローラ２３ｋ、スクレーパ２３ｍ、排出スクリュ２３ｎ、ケース部材である上ケース２３ｒ等によって構成されている。また現像装置２３内には、現像剤Ｇを搬送して循環経路を形成する３つの現像剤搬送部Ｂ１〜Ｂ３が形成されている。現像ローラ２３ａ１，２３ａ２は図示しない回転駆動手段によって図３の時計回り方向に回転駆動され、各現像ローラ２３ａ１，２３ａ２のスリーブ内には、スリーブの周面に現像剤Ｇの穂立ちが行われるように磁界を形成するマグネットが固定されており、このマグネットから発せられる法線方向磁力線に沿うように現像剤Ｇ中のキャリアＣがスリーブ上においてチェーン状に穂立ちする。このチェーン状に穂立ちしたキャリアＣに帯電したトナーＴが付着して磁気ブラシが形成される。磁気ブラシは、スリーブの回転によってスリーブと同方向（時計回り方向）に移送される。
【００２７】
詳しくは、現像ローラ２３ａ１，２３ａ２の周囲にはそれぞれスリーブ内のマグネットによって複数の磁極が形成されている。現像ローラ２３ａ１の周囲には、第１現像剤搬送部Ｂ１に収容された現像剤を汲み上げるための汲み上げ磁極、ドクターブレード２３ｃに対向する位置に形成されたドクタ対向磁極、感光体ドラム２１との対向領域に形成された主磁極、現像ローラ２３ａ２との対向位置まで現像剤を搬送するための搬送磁極等が形成されている。現像ローラ２３ａ２の周囲には、現像ローラ２３ａ１上の現像剤を受け取るための受け取り磁極、感光体ドラム２１との対向領域に形成された主磁極、キャリア捕集ローラ２３ｋとの対向位置に形成された捕集ローラ対向磁極、第２現像剤搬送部Ｂ２に向けて現像剤を離脱させるための剤離れ磁極等が形成されている。
【００２８】
ドクターブレード２３ｃは、現像領域の上流側に設置されていて現像ローラ２３ａ１上に担持された現像剤を適量に規制する。本形態のドクターブレード２３ｃは、ＳＵＳ３１６やＸＭ７等の非磁性金属材料で形成された厚さ２ｍｍ程度の板状部材である。なお、ドクターブレード２３ｃの対向面側にＳＵＳ４３０等の磁性金属材料で形成された厚さ０．３ｍｍ程度の薄板を設置してもよい。
【００２９】
３個の搬送スクリュ２３ｂ１〜２３ｂ３は軸部上に螺旋状のスクリュ部が形成されたものであり、現像装置２３内に収容された現像剤Ｇを長手方向（図２において紙面方向）に循環しつつ攪拌及び混合する。現像剤搬送部材としての第１搬送スクリュ２３ｂ１は、第１現像剤搬送部Ｂ１であって現像ローラ２３ａ１に対向する位置に配設されていて、現像剤Ｇを水平方向（図４に白矢印で示す）に搬送すると共に現像ローラ２３ａ１上に現像剤を供給する。換言すると第１搬送スクリュ２３ｂ１は、現像ローラ２３ａ１に対向すると共に現像ローラ２３ａ１に現像剤Ｇを長手方向（現像ローラ２３ａ１の軸方向）に搬送しながら供給する。
【００３０】
第２現像剤搬送部材としての第２搬送スクリュ２３ｂ２は、第２現像剤搬送部Ｂ２の、第１搬送スクリュ２３ｂ１の下方であって現像ローラ２３ａ２に対向する位置に配置されている。そして、現像ローラ２３ａ２から離脱した現像剤Ｇ（現像工程後に剤離れ極によって現像ローラ２３ａ２上から強制的に離脱された現像剤Ｇ）を水平方向に搬送する。換言すると第２搬送スクリュ２３ｂ２は、第１現像剤搬送部Ｂ１の下方であって現像ローラ２３ａ２に対向する位置に配設されると共に、現像ローラ２３ａ２から離脱した現像剤Ｇを長手方向に搬送する。第１搬送スクリュ２３ｂ１及び第２搬送スクリュ２３ｂ２は、現像ローラ２３ａ１，２３ａ２や感光体ドラム２１と同様に、回転軸がほぼ水平となるように配設されている。
【００３１】
第３現像剤搬送部材としての第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第２搬送スクリュ２３ｂ２による搬送経路の下流側と第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路の上流側とを直線的に結ぶように、図４に示すように水平方向に対して斜めとなるように第３現像剤搬送部Ｂ３に配設されている。そして、第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第２搬送スクリュ２３ｂ２によって搬送された現像剤Ｇを第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路の上流側に搬送すると共に、第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路の下流側から落下経路２３ｆを介して循環される現像剤Ｇを第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路の上流側に搬送する（図４に白矢印で示す右斜め上方への搬送）。換言すると第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第２現像剤搬送部Ｂ２によって搬送された現像剤Ｇを第１現像剤搬送部Ｂ１の上流側に搬送すると共に、第１現像剤搬送部Ｂ１の下流側に達した現像剤Ｇを第１現像剤搬送部Ｂ１の上流側に搬送する。なお、第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路（第１現像剤搬送部Ｂ１）と、第２搬送スクリュ２３ｂ２による搬送経路（第２現像剤搬送部Ｂ２）と、第３搬送スクリュ２３ｂ３による搬送経路（第３現像剤搬送部Ｂ３）とは、壁部によってそれぞれ隔絶されている。
【００３２】
図４に示すように、第２現像剤搬送部Ｂ２の下流側と第３現像剤搬送部Ｂ３の上流側とは第１中継部２３ｇを介して互いに連通し、また第３現像剤搬送部Ｂ３の下流側と第１現像剤搬送部Ｂ１の上流側とは第２中継部２３ｈを介して互いに連通しており、さらに第１現像剤搬送部Ｂ１の下流側と第３現像剤搬送部Ｂ３の上流側とは落下経路２３ｆを介して互いに連通している。このような構成により、３つの現像剤搬送部Ｂ１〜Ｂ３（搬送スクリュ２３ｂ１〜ｂ３）によって現像装置２３において現像剤Ｇを長手方向に循環させる循環経路が形成されることになる。ここで現像装置２３が稼働されると、装置内に収容された現像剤は図４中に示すように流動する。図４において、第１現像剤搬送部Ｂ１において下流側に落ちる現像剤の剤面が上流側の剤面に比して低いのは、搬送中の現像剤の一部が現像ローラ２３ａ１に供給されているためである。すなわち、現像ローラ２３ａ１に供給されなかった現像剤は、落下経路２３ｆを介して第３現像剤搬送部Ｂ３の上流側に移動することとなる。なお、第３現像剤搬送部Ｂ３には磁気センサ２６が配設されており、磁気センサ２６のトナー濃度検知結果に基づいて剤カートリッジ２８から現像装置２３に向けて所定のトナー濃度の現像剤Ｇが供給される。本実施形態では、現像装置２３内の現像剤Ｇのトナー濃度が４〜７重量％となるように制御されている。
【００３３】
図４及び図５に示すように、第１現像剤搬送部Ｂ１の壁部には、現像装置２３内に収容された現像剤Ｇの一部を外部（剤貯留容器７０）に排出するための排出口２３ｄが設けられている。排出口２３ｄは、剤カートリッジ２８から現像装置２３内に現像剤Ｇが供給されて装置内の現像剤量が増加してその位置に搬送される現像剤の剤面（上面）が所定の高さを超えたときに、その余剰分の現像剤Ｇを剤貯留容器７０に向けて排出するためのものである。すなわち余剰分の現像剤Ｇは、排出口２３ｄの下部の高さを超えて排出口２３ｄから排出されて排出経路７１を経由して剤貯留容器７０に向けて重力落下していく。このように、トナーＴの母体樹脂や外添剤によって汚染されて劣化したキャリアが自動的に現像部の外部に排出されるので、経時においても画像品質の劣化を抑制することができる。なお、図２及び図４では図示を省略しているが、排出経路７１中には排出口２３ｄから排出された現像剤を水平方向に搬送するための排出スクリュ２３ｎが設置されている（図３参照）。
【００３４】
また、現像装置２３における現像剤の循環経路において、上述した排出口２３ｄが配設された位置を通過せずに現像剤Ｇの一部を循環経路の上流側に戻すためのバイパス経路が形成されている。具体的には、図４及び図６に示すように、第１現像剤搬送部Ｂ１であって排出口２３ｄの上流側（排出口２３ｄに比較的近接した位置）に開口２３ｅが設けられている。そして、この開口２３ｅがバイパス経路の入口となって、バイパス経路の出口が第３搬送スクリュ２３ｂ３による搬送経路中（長手方向中央近傍）に配設されている。このように、現像装置２３における現像剤の循環経路にバイパス経路を設けることにより、現像装置内の現像剤に波上の偏り等が生じても排出口２３ｄから排出される現像剤量にばらつきが生じ、必要量を超えた現像剤が現像装置２３から排出される不具合を抑制することができる。
【００３５】
図７は、現像装置２３における現像剤の循環経路において現像剤に波状の偏りが生じた状態を示している。このように現像剤の循環経路では、高低差の大きな波状の偏りが生じる場合がある。このような波状の偏りは、現像装置２３の稼働開始直後に顕著に現れる。そして、このような波状の偏りが生じた場合には、従来は排出口２３ｄの下部よりも高い位置にある現像剤（図７において高さＨ２の現像剤）の全てが排出口２３ｄから排出されてしまっていた。このようにして排出されてしまう現像剤は本来的には排出を予定していないものであるため、このような現象が繰り返し生じると現像装置２３内の現像剤量が不足してしまい、現像剤の劣化状態が不安定になったりトナーの帯電量が低下したりして、出力画像上に画像濃度低下等の不具合現象が生じてしまうこととなる。
【００３６】
これに対して、本実施形態では排出口２３ｄの上流側にバイパス経路に通じる開口２３ｅを設けているため、排出口２３ｄの下部よりも高い位置にある現像剤の一部が排出口２３ｄから排出されることなく、開口２３ｅを通じて第３搬送スクリュ２３ｂ３における搬送経路に戻されることになる。これにより排出口２３ｄから過剰に現像剤が排出される不具合の発生を防止することができる。ここで、バイパス経路における開口２３ｅの下部の高さが排出口２３ｄの下部の高さよりも高さＨ１だけ高くなるように構成されている。これにより、排出口２３ｄの下部よりも高い位置にある現像剤のうち、高さ（Ｈ２−Ｈ１）分の現像剤は排出口２３ｄから排出されることはなく、開口２３ｅを通じて第３搬送スクリュ２３ｂ３における搬送経路に戻されることとなる。これにより、排出手段の本来の機能を維持しつつ、排出口２３ｄから過剰に現像剤が排出される不具合を確実に防止することができる。なお、排出口２３ｄと開口２３ｅとの長手方向の距離Ｗはできるだけ短い方が好ましい。
【００３７】
図３に示すように、本実施形態では現像ローラ２３ａ２の下方（回転方向下流側）であって感光体ドラム２１と対向する位置にキャリア捕集ローラ２３ｋが配設され、さらにキャリア捕集ローラ２３ｋと当接する位置にスクレーパ２３ｍが配設されている。キャリア捕集ローラ２３ｋはステンレス等からなる円筒体内に所定の磁界を形成するマグネットが固設されたものであって、現像装置２３内から移動（飛翔）して感光体ドラム２１に付着したキャリアを捕集するためのものである。キャリア捕集ローラ２３ｋは、図３において反時計回り方向に回転駆動され、キャリア捕集ローラ２３ｋによって捕集されて担持されたキャリアは、そのほとんどが現像ローラ２３ａ２との対向位置で現像ローラ２３ａ２上に移行し、現像ローラ２３ａ２の剤離れ磁極の位置で現像ローラ２３ａ２から離脱して第２現像剤搬送部Ｂ２内に回収される。一方、現像ローラ２３ａ２上に移行せずにキャリア捕集ローラ２３ｋ上に残留・担持されたキャリアは、スクレーパ２３ｍによって機械的に掻き取られて第２現像剤搬送部Ｂ２内に回収される。このように、キャリア捕集ローラ２３ｋを設置することで感光体ドラム２１上に付着したキャリアを現像装置２３内に回収できるため、異常画像（ホタル画像、白抜け画像）の発生が抑制されると共に、現像装置２３内のキャリアが不足するという不具合の発生が防止される。
【００３８】
なお本実施形態では、現像ローラ２３ａ１，２３ａ２の外径が３０ｍｍ、現像ローラ２３ａ１の外周面上の線速が７４８ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ２３ａ２の外周面上の線速が８９８ｍｍ／ｓｅｃ、プロセス線速（感光体ドラム２１の外周面上の線速、及び記録媒体Ｐの搬送速度）が４４０ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定されている。また本実施形態に用いられるキャリアＣは、粒径が５５μｍ、飽和磁化が９６ｅｍｕ／ｇ程度、また電気抵抗率が１×１０１０Ωｃｍ程度である。また本実施形態に用いられるトナーＴは、粒径が６．８μｍ程度のものである。
【００３９】
次に、本発明の特徴部である現像剤担持体である現像ローラの構成について説明する。本実施形態に用いられる現像ローラ２３ａ１，２３ａ２は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成してなるスリーブを用いている。また、現像ローラ２３ａ２は現像ローラ２３ａ１よりも電気抵抗値が高くなるように、その表面に現像剤担持体外周部材としての被覆が施されている。被覆される材料としては、アルマイト、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の金属系皮膜、またはアクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリウレタン等の樹脂に導電性を得るためにカーボンブラック等の導電性材料を含有させたもの等を用いてもよい。さらに、所望の特性を得るために複数の樹脂・金属材料を混ぜ合わせてもよい。コートの方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤや化学めっき等の手法が挙げられる。
【００４０】
本発明者等は、本発明の効果を確かめるため、上述した画像形成装置１を用いて以下に示す条件で実験を行った。図８は実験に用いたコート材料を、図９は実験条件及び結果を示している。このように、その回転方向最下流位置に配置された現像ローラ２３ａ２のみにコートを施し、現像剤担持体外周部材（スリーブ）の電気抵抗値を他の現像ローラ２３ａ１の現像剤担持体外周部材よりも高くすることにより、図９に示すようにエッジ強調の低減とキャリア付着の防止とを両立することができる。
【００４１】
図１０は、コート材料を変えた際の実験条件を、図１１及び図１２は実験結果をそれぞれ示している。図１１に示すキャリア付着個数は現像ポテンシャルを変化させた際にＡ３用紙１枚当たりのキャリア付着個数を調べたものであり、現像ローラ２３ａ２に高抵抗の材料をコートすることでキャリア付着が低減されていることを示している。また、図１２はコート材料を変えた際の画像濃度の比較結果を示している。実験は現像バイアスを５５０Ｖとして比較を行った。この結果から、現像ローラ２３ａ２の抵抗が高すぎると画像濃度が低下することが判明した。このことから、キャリア付着の防止と画像濃度低下の防止の両立のため、コート材料としては半導電性材料を用いることが望ましい。
【００４２】
さらに、本発明者等は現像スリーブ２３ａ２のコート材料を図１３に示す内容に変更して実験を行った。結果を図１４に示す。図１４に示すように、現像ローラ耐久枚数とは、現像ローラに削れやトナー固着が発生して出力画像に縦スジ等の異常が発生するまでの出力枚数としている。Ｎｏ．８に関しては、１０００ｋ枚を超えても出力画像に異常が見られなかった。このように、窒化チタンは高濃度かつ耐摩耗性に優れた材料であることから、現像ローラコート材料として適している。
【符号の説明】
【００４３】
１ 画像形成装置
２０ プロセスカートリッジ
２１ 像担持体（感光体ドラム）
２３ 現像装置
２３ａ１，２３ａ２ 現像剤担持体（現像ローラ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開昭５８−１３２７６８号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置において、現像剤担持体上に現像剤を担持し担持された現像剤を現像剤規制部材で規制した後に感光体等の像担持体に対向する現像領域に搬送する現像装置が知られている。ここで、現像剤として磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を用いる現像装置では、像担持体として内部に磁界発生手段を有する現像スリーブを用いている。この現像スリーブは、内部の磁界発生手段の磁力により現像装置内部に収容された現像剤を担持し、回転することにより担持された現像剤を感光体と対向する現像領域に搬送する。
【０００３】
近年の画像形成速度の高速化に伴い、感光体等の潜像担持体の表面移動速度は高速化される傾向にある。このような高速の画像形成装置では、現像剤担持体を比較的高速で回転させないと潜像に対するトナー供給量が不足して現像濃度不足が生じてしまう。しかし現像剤担持体を高速で回転させると、現像剤と像担持体との摩擦により像担持体や現像剤の劣化の進行が早まってしまう。そこでこのような問題を解決するため、従来高速の画像形成装置では複数の現像剤担持体を使用し、像担持体上の潜像を現像する多段現像装置が提案されている。このような多段現像装置では、現像を複数回繰り返すことでそれぞれの現像剤担持体を高速で回転させることなく十分な画像濃度を得ることができる。
【０００４】
また、キャリアの電気抵抗値を高くすると、画像部のエッジが強調された画像となる。エッジが強調されると文字画像においては鮮鋭さが増すというメリットがあるが、一般的に写真画像においては高画質を達成するために障害となる。そのためエッジ強調を低減し、高画質化達成のために抵抗の低いキャリアを使用する必要がある。また、現像スリーブの電気的導通を損なわずに現像スリーブ表面を高硬度化する目的で、電気比抵抗が１０−８Ω・ｃｍ以下の導電性層または半導電性の被覆層を形成する技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、低抵抗のキャリアを使用した場合には現像スリーブからの電荷注入が生じ、現像電界によりキャリアが感光体に付着する、いわゆるキャリア付着が発生し易くなるという問題がある。また「特許文献１」に開示された技術では、低抵抗キャリアを使用した際にキャリア付着の防止とエッジ強調の低減とを両立することができない。
【０００６】
本発明は上述の問題点を解決し、少なくとも２つの現像剤担持体を有する２成分現像方式の現像装置において、低抵抗キャリアを使用した際に発生するキャリア付着を防止することが可能な現像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、像担持体上の静電潜像にトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を供給して現像する複数の現像剤担持体を備えた現像装置において、
前記各現像剤担持体は、回転可能な現像剤担持体外周部材と、前記現像剤担持体外周部材に内包される、現像剤を担持し搬送させる磁界発生手段とを有し、前記像担持体の回転方向最下流位置に配置された前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材の電気抵抗値が他の前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材の電気抵抗値に比して高いことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、さらに前記最下流位置に配置された前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材が導電性の円筒部材とそれを被覆する被覆層とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の現像装置において、さらに前記被覆層が半導電性材料からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の現像装置において、さらに前記半導電性材料が窒化チタンであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジであって、請求項１ないし４の何れか１つに記載の現像装置と前記像担持体とを一体的に有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の現像装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、その回転方向最下流位置に配置された現像剤担持体の現像剤担持体外周部材の電気抵抗値を他の現像剤担持体の現像剤担持体外周部材よりも高くすることにより、エッジ強調の低減とキャリア付着の防止とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置のプロセスカートリッジを説明する概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられる現像装置を説明する概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に用いられるコート材料を示す表である。
【図９】本発明の一実施形態における実験条件及び実験結果を示す表である。
【図１０】本発明の他の実施形態に用いられるコート材料を示す表である。
【図１１】本発明の他の実施形態における実験結果を示す表である。
【図１２】本発明の他の実施形態における実験結果を示す表である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に用いられるコート材料を示す表である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態における実験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置を示している。同図において画像形成装置１の装置左側には、画像情報に基づいて帯電工程後の像担持体である感光体ドラム２１に静電潜像を書き込む書込部２Ａ〜２Ｄが設けられており、この書込部２Ａ〜２Ｄはポリゴンミラー３Ａ〜３Ｄ、光学素子４Ａ〜４Ｄを用いる光走査装置によって構成されている。なお、書込部として光走査装置に代えてＬＥＤアレイを用いることもできる。装置本体の下部に設けられた給紙部６１は、記録紙やＯＨＰシート等の記録媒体Ｐを格納し、画像形成時において記録媒体Ｐを転写ベルト３０に向けて給送する。
【００１６】
転写ベルト３０は、記録媒体Ｐをその表面に静電的に吸着させて搬送し、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に転写させるための無端ベルトであり、その外周面上に吸着ローラ６４及びベルトクリーナ６５を有している。転写ベルト３０を介して感光体ドラム２１に対向する転写ローラ２４は、芯金及びこれを被覆する導電性弾性層を有している。転写ローラ２４の導電性弾性層は、ポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料にカーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を中抵抗に調整した弾性体である。装置本体の上部に設けられた定着部６６は、加熱ローラ６８及び加圧ローラ６７を有し記録媒体Ｐ上のトナー像を熱と圧力とによって定着させる周知の構成である。
【００１７】
装置本体中、転写ベルト３０に沿った縦方向には４個のプロセスカートリッジ２０Ｙ（イエロ），２０Ｃ（シアン），２０Ｍ（マゼンタ），２０ＢＫ（ブラック）がそれぞれ配設されている。各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ上には、キャリア（磁性キャリア）と各色（イエロ、シアン、マゼンタ、ブラック）のトナー（トナー粒子）とを現像装置２３に供給する剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８ＢＫが配設されている。プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ及び剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８ＢＫは、転写ベルト３０の回転支軸を中心として転写ベルト３０を開放することにより装置本体に対して着脱することができる。
【００１８】
本実施形態における画像形成装置１は、複写機及びプリンタとして機能する複合型の画像形成装置である。複写機として機能する場合には、スキャナから読み込まれた画像情報に対してＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理が施されて書き込みデータに変換される。プリンタとして機能する場合には、コンピュータ等から送信されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書き込みデータに変換される。画像形成時には、書込部２Ａ〜２Ｄからプロセスカートリッジ２０ＢＫ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｙに対してブラック、マゼンタ、シアン、イエロの画像情報に応じた露光光がそれぞれ照射される。すなわち、各光源から発せられた露光光（レーザ光）がポリゴンミラー３Ａ〜３Ｄ、光学素子４Ａ〜４Ｄを等を通過して各感光体ドラム２１上に照射される。これにより、各プロセスカートリッジ２０ＢＫ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｙの感光体ドラム２１上に露光光に応じたトナー像が形成される。そして、このトナー像が記録媒体Ｐに転写されることとなる。
【００１９】
給紙部６１から給送された記録媒体Ｐは、レジストローラ６３の位置で一旦タイミングを合わせられ、転写ベルト３０へと給送される。記録媒体Ｐの給送位置に配設された吸着ローラ６４は、電圧の印加により搬送された記録媒体Ｐを転写ベルト３０に吸着させる。転写ベルト３０の矢印方向への移動に伴い移動する記録媒体Ｐは、各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫの位置を順次通過し、これにより記録媒体Ｐ上に各色のトナー像が重畳転写される。カラートナー像が転写された記録媒体Ｐは、転写ベルト３０から分離して定着部６６に送られ、記録媒体Ｐ上のカラートナー像は加熱ローラ６８及び加圧ローラ６７に挟持されつつ加熱されることで記録媒体Ｐ上に定着される。一方、記録媒体Ｐが分離した後の転写ベルト３０の表面は、その後にベルトクリーナ６５の位置に達してその表面に付着したトナー等の汚れがクリーニングされる。
【００２０】
次に、画像形成装置１におけるプロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ、及び剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８ＢＫについて説明する。なお、各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫはほぼ同一構造であり、各剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８ＢＫもほぼ同一構造であるため、図２において各プロセスカートリッジ及び各剤カートリッジは符号のアルファベット（Ｙ，Ｃ，Ｍ，ＢＫ）の図示を省略し、書込部も符号のアルファベット（Ａ〜Ｄ）の図示を省略する。
【００２１】
図２はプロセスカートリッジ２０及び剤カートリッジ２８の拡大図、図３はプロセスカートリッジ２０に設けられた現像装置２３の拡大図、図４は現像装置２３における循環経路を図３に示す矢印Ｘ方向から長手方向に見た断面図、図５は図４の現像装置２３における循環経路Ｙ１−Ｙ１断面を示す断面図、図６は図４の現像装置２３における循環経路Ｙ２−Ｙ２断面を示す断面図である。
【００２２】
図２に示すようにプロセスカートリッジ２０は、感光体ドラム２１、帯電部２２、現像装置２３、クリーニング部２５が一体化されたものであって、プレミックス現像方式（キャリアの補給・排出を適宜に行う現像方式）が採用されている。感光体ドラム２１は、負帯電の有機感光体であって図示しない回転駆動手段によって反時計回り方向に回転駆動される。帯電部２２は、芯金上にウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した弾性を有する帯電ローラである。帯電部２２の中抵抗層の材質としては、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材、これ等を発泡させたものを用いることも可能である。
【００２３】
クリーニング部２５は、感光体ドラム２１に摺接するクリーニングブラシ（またはクリーニングブレード）が設置されており、感光体ドラム２１上の未転写トナーを機械的に除去及び回収する。現像装置２３は、現像剤担持体である２個の現像ローラ２３ａ１，２３ａ２が感光体ドラム２１に対して近接するように配置されており、双方の対向部分には感光体ドラム２１と磁気ブラシとが接触する現像領域が形成される。現像装置２３内には、トナーＴとキャリアＣとからなる現像剤Ｇ（２成分現像剤）が収容されており、この現像剤Ｇによって感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像（トナー像を形成）する。なお、現像装置２３については後述する。
【００２４】
ここで、本実施形態に用いられる現像装置２３はプレミックス現像方式のものであり、現像装置２３内に適宜に新品のキャリアＣ（現像剤Ｇ）が剤カートリッジ２８から供給されると共に、劣化した現像剤Ｇが現像装置２３の外部に設置された剤貯留容器７０に向けて排出される。
【００２５】
図２を参照して剤カートリッジ２８は、その内部に現像装置２３内に供給するための現像剤Ｇを収容している。そして、剤カートリッジ２８は現像装置２３に新品のトナーＴを供給するトナーカートリッジとして機能すると共に、現像装置２３に新品のキャリアＣを供給する供給手段としても機能する。具体的に、現像装置２３に設置された磁気センサ２６（図４参照）によって検知されるトナー濃度（現像剤Ｇ中のトナーＴの割合）の情報に基づいて、シャッタ機構８０の開閉動作を行って剤カートリッジ２８から現像装置２３内に向けて現像剤Ｇを適宜供給する。なお、本実施形態では剤カートリッジ２８の現像剤ＧにおけるキャリアＣに対するトナーＴの混合率（トナー濃度）が比較的高く設定されている。供給管２９は、剤カートリッジ２８から供給される現像剤Ｇを現像装置２３内に確実に導くためのものである。すなわち、剤カートリッジ２８から排出された現像剤Ｇは、供給管２９を介して現像装置２３内に供給される。
【００２６】
次に、現像装置２３の構成及び動作について説明する。図３に示すように、現像装置２３は現像ローラ２３ａ１，２３ａ２、搬送スクリュ２３ｂ１〜２３ｂ３（オーガスクリュ）、現像剤規制部材としてのドクターブレード２３ｃ、キャリア捕集ローラ２３ｋ、スクレーパ２３ｍ、排出スクリュ２３ｎ、ケース部材である上ケース２３ｒ等によって構成されている。また現像装置２３内には、現像剤Ｇを搬送して循環経路を形成する３つの現像剤搬送部Ｂ１〜Ｂ３が形成されている。現像ローラ２３ａ１，２３ａ２は図示しない回転駆動手段によって図３の時計回り方向に回転駆動され、各現像ローラ２３ａ１，２３ａ２のスリーブ内には、スリーブの周面に現像剤Ｇの穂立ちが行われるように磁界を形成するマグネットが固定されており、このマグネットから発せられる法線方向磁力線に沿うように現像剤Ｇ中のキャリアＣがスリーブ上においてチェーン状に穂立ちする。このチェーン状に穂立ちしたキャリアＣに帯電したトナーＴが付着して磁気ブラシが形成される。磁気ブラシは、スリーブの回転によってスリーブと同方向（時計回り方向）に移送される。
【００２７】
詳しくは、現像ローラ２３ａ１，２３ａ２の周囲にはそれぞれスリーブ内のマグネットによって複数の磁極が形成されている。現像ローラ２３ａ１の周囲には、第１現像剤搬送部Ｂ１に収容された現像剤を汲み上げるための汲み上げ磁極、ドクターブレード２３ｃに対向する位置に形成されたドクタ対向磁極、感光体ドラム２１との対向領域に形成された主磁極、現像ローラ２３ａ２との対向位置まで現像剤を搬送するための搬送磁極等が形成されている。現像ローラ２３ａ２の周囲には、現像ローラ２３ａ１上の現像剤を受け取るための受け取り磁極、感光体ドラム２１との対向領域に形成された主磁極、キャリア捕集ローラ２３ｋとの対向位置に形成された捕集ローラ対向磁極、第２現像剤搬送部Ｂ２に向けて現像剤を離脱させるための剤離れ磁極等が形成されている。
【００２８】
ドクターブレード２３ｃは、現像領域の上流側に設置されていて現像ローラ２３ａ１上に担持された現像剤を適量に規制する。本形態のドクターブレード２３ｃは、ＳＵＳ３１６やＸＭ７等の非磁性金属材料で形成された厚さ２ｍｍ程度の板状部材である。なお、ドクターブレード２３ｃの対向面側にＳＵＳ４３０等の磁性金属材料で形成された厚さ０．３ｍｍ程度の薄板を設置してもよい。
【００２９】
３個の搬送スクリュ２３ｂ１〜２３ｂ３は軸部上に螺旋状のスクリュ部が形成されたものであり、現像装置２３内に収容された現像剤Ｇを長手方向（図２において紙面方向）に循環しつつ攪拌及び混合する。現像剤搬送部材としての第１搬送スクリュ２３ｂ１は、第１現像剤搬送部Ｂ１であって現像ローラ２３ａ１に対向する位置に配設されていて、現像剤Ｇを水平方向（図４に白矢印で示す）に搬送すると共に現像ローラ２３ａ１上に現像剤を供給する。換言すると第１搬送スクリュ２３ｂ１は、現像ローラ２３ａ１に対向すると共に現像ローラ２３ａ１に現像剤Ｇを長手方向（現像ローラ２３ａ１の軸方向）に搬送しながら供給する。
【００３０】
第２現像剤搬送部材としての第２搬送スクリュ２３ｂ２は、第２現像剤搬送部Ｂ２の、第１搬送スクリュ２３ｂ１の下方であって現像ローラ２３ａ２に対向する位置に配置されている。そして、現像ローラ２３ａ２から離脱した現像剤Ｇ（現像工程後に剤離れ極によって現像ローラ２３ａ２上から強制的に離脱された現像剤Ｇ）を水平方向に搬送する。換言すると第２搬送スクリュ２３ｂ２は、第１現像剤搬送部Ｂ１の下方であって現像ローラ２３ａ２に対向する位置に配設されると共に、現像ローラ２３ａ２から離脱した現像剤Ｇを長手方向に搬送する。第１搬送スクリュ２３ｂ１及び第２搬送スクリュ２３ｂ２は、現像ローラ２３ａ１，２３ａ２や感光体ドラム２１と同様に、回転軸がほぼ水平となるように配設されている。
【００３１】
第３現像剤搬送部材としての第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第２搬送スクリュ２３ｂ２による搬送経路の下流側と第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路の上流側とを直線的に結ぶように、図４に示すように水平方向に対して斜めとなるように第３現像剤搬送部Ｂ３に配設されている。そして、第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第２搬送スクリュ２３ｂ２によって搬送された現像剤Ｇを第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路の上流側に搬送すると共に、第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路の下流側から落下経路２３ｆを介して循環される現像剤Ｇを第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路の上流側に搬送する（図４に白矢印で示す右斜め上方への搬送）。換言すると第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第２現像剤搬送部Ｂ２によって搬送された現像剤Ｇを第１現像剤搬送部Ｂ１の上流側に搬送すると共に、第１現像剤搬送部Ｂ１の下流側に達した現像剤Ｇを第１現像剤搬送部Ｂ１の上流側に搬送する。なお、第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路（第１現像剤搬送部Ｂ１）と、第２搬送スクリュ２３ｂ２による搬送経路（第２現像剤搬送部Ｂ２）と、第３搬送スクリュ２３ｂ３による搬送経路（第３現像剤搬送部Ｂ３）とは、壁部によってそれぞれ隔絶されている。
【００３２】
図４に示すように、第２現像剤搬送部Ｂ２の下流側と第３現像剤搬送部Ｂ３の上流側とは第１中継部２３ｇを介して互いに連通し、また第３現像剤搬送部Ｂ３の下流側と第１現像剤搬送部Ｂ１の上流側とは第２中継部２３ｈを介して互いに連通しており、さらに第１現像剤搬送部Ｂ１の下流側と第３現像剤搬送部Ｂ３の上流側とは落下経路２３ｆを介して互いに連通している。このような構成により、３つの現像剤搬送部Ｂ１〜Ｂ３（搬送スクリュ２３ｂ１〜ｂ３）によって現像装置２３において現像剤Ｇを長手方向に循環させる循環経路が形成されることになる。ここで現像装置２３が稼働されると、装置内に収容された現像剤は図４中に示すように流動する。図４において、第１現像剤搬送部Ｂ１において下流側に落ちる現像剤の剤面が上流側の剤面に比して低いのは、搬送中の現像剤の一部が現像ローラ２３ａ１に供給されているためである。すなわち、現像ローラ２３ａ１に供給されなかった現像剤は、落下経路２３ｆを介して第３現像剤搬送部Ｂ３の上流側に移動することとなる。なお、第３現像剤搬送部Ｂ３には磁気センサ２６が配設されており、磁気センサ２６のトナー濃度検知結果に基づいて剤カートリッジ２８から現像装置２３に向けて所定のトナー濃度の現像剤Ｇが供給される。本実施形態では、現像装置２３内の現像剤Ｇのトナー濃度が４〜７重量％となるように制御されている。
【００３３】
図４及び図５に示すように、第１現像剤搬送部Ｂ１の壁部には、現像装置２３内に収容された現像剤Ｇの一部を外部（剤貯留容器７０）に排出するための排出口２３ｄが設けられている。排出口２３ｄは、剤カートリッジ２８から現像装置２３内に現像剤Ｇが供給されて装置内の現像剤量が増加してその位置に搬送される現像剤の剤面（上面）が所定の高さを超えたときに、その余剰分の現像剤Ｇを剤貯留容器７０に向けて排出するためのものである。すなわち余剰分の現像剤Ｇは、排出口２３ｄの下部の高さを超えて排出口２３ｄから排出されて排出経路７１を経由して剤貯留容器７０に向けて重力落下していく。このように、トナーＴの母体樹脂や外添剤によって汚染されて劣化したキャリアが自動的に現像部の外部に排出されるので、経時においても画像品質の劣化を抑制することができる。なお、図２及び図４では図示を省略しているが、排出経路７１中には排出口２３ｄから排出された現像剤を水平方向に搬送するための排出スクリュ２３ｎが設置されている（図３参照）。
【００３４】
また、現像装置２３における現像剤の循環経路において、上述した排出口２３ｄが配設された位置を通過せずに現像剤Ｇの一部を循環経路の上流側に戻すためのバイパス経路が形成されている。具体的には、図４及び図６に示すように、第１現像剤搬送部Ｂ１であって排出口２３ｄの上流側（排出口２３ｄに比較的近接した位置）に開口２３ｅが設けられている。そして、この開口２３ｅがバイパス経路の入口となって、バイパス経路の出口が第３搬送スクリュ２３ｂ３による搬送経路中（長手方向中央近傍）に配設されている。このように、現像装置２３における現像剤の循環経路にバイパス経路を設けることにより、現像装置内の現像剤に波上の偏り等が生じても排出口２３ｄから排出される現像剤量にばらつきが生じ、必要量を超えた現像剤が現像装置２３から排出される不具合を抑制することができる。
【００３５】
図７は、現像装置２３における現像剤の循環経路において現像剤に波状の偏りが生じた状態を示している。このように現像剤の循環経路では、高低差の大きな波状の偏りが生じる場合がある。このような波状の偏りは、現像装置２３の稼働開始直後に顕著に現れる。そして、このような波状の偏りが生じた場合には、従来は排出口２３ｄの下部よりも高い位置にある現像剤（図７において高さＨ２の現像剤）の全てが排出口２３ｄから排出されてしまっていた。このようにして排出されてしまう現像剤は本来的には排出を予定していないものであるため、このような現象が繰り返し生じると現像装置２３内の現像剤量が不足してしまい、現像剤の劣化状態が不安定になったりトナーの帯電量が低下したりして、出力画像上に画像濃度低下等の不具合現象が生じてしまうこととなる。
【００３６】
これに対して、本実施形態では排出口２３ｄの上流側にバイパス経路に通じる開口２３ｅを設けているため、排出口２３ｄの下部よりも高い位置にある現像剤の一部が排出口２３ｄから排出されることなく、開口２３ｅを通じて第３搬送スクリュ２３ｂ３における搬送経路に戻されることになる。これにより排出口２３ｄから過剰に現像剤が排出される不具合の発生を防止することができる。ここで、バイパス経路における開口２３ｅの下部の高さが排出口２３ｄの下部の高さよりも高さＨ１だけ高くなるように構成されている。これにより、排出口２３ｄの下部よりも高い位置にある現像剤のうち、高さ（Ｈ２−Ｈ１）分の現像剤は排出口２３ｄから排出されることはなく、開口２３ｅを通じて第３搬送スクリュ２３ｂ３における搬送経路に戻されることとなる。これにより、排出手段の本来の機能を維持しつつ、排出口２３ｄから過剰に現像剤が排出される不具合を確実に防止することができる。なお、排出口２３ｄと開口２３ｅとの長手方向の距離Ｗはできるだけ短い方が好ましい。
【００３７】
図３に示すように、本実施形態では現像ローラ２３ａ２の下方（回転方向下流側）であって感光体ドラム２１と対向する位置にキャリア捕集ローラ２３ｋが配設され、さらにキャリア捕集ローラ２３ｋと当接する位置にスクレーパ２３ｍが配設されている。キャリア捕集ローラ２３ｋはステンレス等からなる円筒体内に所定の磁界を形成するマグネットが固設されたものであって、現像装置２３内から移動（飛翔）して感光体ドラム２１に付着したキャリアを捕集するためのものである。キャリア捕集ローラ２３ｋは、図３において反時計回り方向に回転駆動され、キャリア捕集ローラ２３ｋによって捕集されて担持されたキャリアは、そのほとんどが現像ローラ２３ａ２との対向位置で現像ローラ２３ａ２上に移行し、現像ローラ２３ａ２の剤離れ磁極の位置で現像ローラ２３ａ２から離脱して第２現像剤搬送部Ｂ２内に回収される。一方、現像ローラ２３ａ２上に移行せずにキャリア捕集ローラ２３ｋ上に残留・担持されたキャリアは、スクレーパ２３ｍによって機械的に掻き取られて第２現像剤搬送部Ｂ２内に回収される。このように、キャリア捕集ローラ２３ｋを設置することで感光体ドラム２１上に付着したキャリアを現像装置２３内に回収できるため、異常画像（ホタル画像、白抜け画像）の発生が抑制されると共に、現像装置２３内のキャリアが不足するという不具合の発生が防止される。
【００３８】
なお本実施形態では、現像ローラ２３ａ１，２３ａ２の外径が３０ｍｍ、現像ローラ２３ａ１の外周面上の線速が７４８ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ２３ａ２の外周面上の線速が８９８ｍｍ／ｓｅｃ、プロセス線速（感光体ドラム２１の外周面上の線速、及び記録媒体Ｐの搬送速度）が４４０ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定されている。また本実施形態に用いられるキャリアＣは、粒径が５５μｍ、飽和磁化が９６ｅｍｕ／ｇ程度、また電気抵抗率が１×１０１０Ωｃｍ程度である。また本実施形態に用いられるトナーＴは、粒径が６．８μｍ程度のものである。
【００３９】
次に、本発明の特徴部である現像剤担持体である現像ローラの構成について説明する。本実施形態に用いられる現像ローラ２３ａ１，２３ａ２は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成してなるスリーブを用いている。また、現像ローラ２３ａ２は現像ローラ２３ａ１よりも電気抵抗値が高くなるように、その表面に現像剤担持体外周部材としての被覆が施されている。被覆される材料としては、アルマイト、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の金属系皮膜、またはアクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリウレタン等の樹脂に導電性を得るためにカーボンブラック等の導電性材料を含有させたもの等を用いてもよい。さらに、所望の特性を得るために複数の樹脂・金属材料を混ぜ合わせてもよい。コートの方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤや化学めっき等の手法が挙げられる。
【００４０】
本発明者等は、本発明の効果を確かめるため、上述した画像形成装置１を用いて以下に示す条件で実験を行った。図８は実験に用いたコート材料を、図９は実験条件及び結果を示している。このように、その回転方向最下流位置に配置された現像ローラ２３ａ２のみにコートを施し、現像剤担持体外周部材（スリーブ）の電気抵抗値を他の現像ローラ２３ａ１の現像剤担持体外周部材よりも高くすることにより、図９に示すようにエッジ強調の低減とキャリア付着の防止とを両立することができる。
【００４１】
図１０は、コート材料を変えた際の実験条件を、図１１及び図１２は実験結果をそれぞれ示している。図１１に示すキャリア付着個数は現像ポテンシャルを変化させた際にＡ３用紙１枚当たりのキャリア付着個数を調べたものであり、現像ローラ２３ａ２に高抵抗の材料をコートすることでキャリア付着が低減されていることを示している。また、図１２はコート材料を変えた際の画像濃度の比較結果を示している。実験は現像バイアスを５５０Ｖとして比較を行った。この結果から、現像ローラ２３ａ２の抵抗が高すぎると画像濃度が低下することが判明した。このことから、キャリア付着の防止と画像濃度低下の防止の両立のため、コート材料としては半導電性材料を用いることが望ましい。
【００４２】
さらに、本発明者等は現像スリーブ２３ａ２のコート材料を図１３に示す内容に変更して実験を行った。結果を図１４に示す。図１４に示すように、現像ローラ耐久枚数とは、現像ローラに削れやトナー固着が発生して出力画像に縦スジ等の異常が発生するまでの出力枚数としている。Ｎｏ．８に関しては、１０００ｋ枚を超えても出力画像に異常が見られなかった。このように、窒化チタンは高濃度かつ耐摩耗性に優れた材料であることから、現像ローラコート材料として適している。
【符号の説明】
【００４３】
１ 画像形成装置
２０ プロセスカートリッジ
２１ 像担持体（感光体ドラム）
２３ 現像装置
２３ａ１，２３ａ２ 現像剤担持体（現像ローラ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開昭５８−１３２７６８号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上の静電潜像にトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を供給して現像する複数の現像剤担持体を備えた現像装置において、
前記各現像剤担持体は、回転可能な現像剤担持体外周部材と、前記現像剤担持体外周部材に内包される、現像剤を担持し搬送させる磁界発生手段とを有し、前記像担持体の回転方向最下流位置に配置された前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材の電気抵抗値が他の前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材の電気抵抗値に比して高いことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記最下流位置に配置された前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材が導電性の円筒部材とそれを被覆する被覆層とを有することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２記載の現像装置において、
前記被覆層が半導電性材料からなることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３記載の現像装置において、
前記半導電性材料が窒化チタンであることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジであって、
請求項１ないし４の何れか１つに記載の現像装置と前記像担持体とを一体的に有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項６】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
像担持体上の静電潜像にトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を供給して現像する複数の現像剤担持体を備えた現像装置において、
前記各現像剤担持体は、回転可能な現像剤担持体外周部材と、前記現像剤担持体外周部材に内包される、現像剤を担持し搬送させる磁界発生手段とを有し、前記像担持体の回転方向最下流位置に配置された前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材の電気抵抗値が他の前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材の電気抵抗値に比して高いことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記最下流位置に配置された前記現像剤担持体の前記現像剤担持体外周部材が導電性の円筒部材とそれを被覆する被覆層とを有することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２記載の現像装置において、
前記被覆層が半導電性材料からなることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３記載の現像装置において、
前記半導電性材料が窒化チタンであることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジであって、
請求項１ないし４の何れか１つに記載の現像装置と前記像担持体とを一体的に有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項６】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−５７８２６（Ｐ２０１３−５７８２６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６４６７（Ｐ２０１１−１９６４６７）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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