画像形成装置の現像装置

【目的】本発明は画像形成装置の現像装置に関するものであり、その目的とするところは、現像剤担持体付近に生じるキャリアステイック及びキャリア飛散による不具合を防ぐためのキャリア回収部材を現像剤担持体に近接して設置可能な現像装置を提供し、現像装置の小型化を図ることである。
【構成】現像剤担持体５から離脱したキャリアを回収する部材３０を現像用磁極に隣設される搬送用磁極に近接させて設けるとともに、前記キャリア回収部材３０内には、前記現像用磁極と同一極性を有する磁極を設けた。また、前記キャリア回収部材３０には前記現像剤担持体５に印加するバイアス電圧以上の電圧を印加した。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像形成装置の現像装置に関するものであり、特に現像剤担持体から離脱したキャリアを回収する手段を備えた画像形成装置の現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１４に本願発明者等が先に提案した（特願平３−２９７６３６号）画像形成装置の現像装置付近の構成を示す。
【０００３】ドラム状の感光体９は帯電器１０のコロナ放電により周囲が均一に帯電された後、半導体レーザーやＬＥＤ等の光源１１により原稿画像に対応した潜像が形成される。そして後で詳述する現像装置においてトナーとキャリアからなる現像剤６のうちのトナーのみが感光体９の周面に付着して潜像の顕像化（現像）がなされ、そのトナー像が所定のタイミングで搬送されてきた転写紙（図示せず）に転写され、定着された後に排紙トレイ（図示せず）に搬送される。
【０００４】現像剤容器１底部には撹拌補助部材２を付加した回転軸に螺旋状の翼を有する２本のスクリュー状の撹拌部材３、４が設けられており、現像剤を撹拌、混合しながら現像剤担持体５まで現像剤６を搬送する。
【０００５】現像装置の現像剤容器１内には、感光体９と所定の間隔をおいて対向する現像剤担持体５が配置されている。この現像剤担持体５は内側に現像用磁極Ｎ₁及び搬送用磁極Ｓ₁，Ｓ₃，Ｎ₂，Ｓ₂を有する固定状態のマグネットロール１８と、そのマグネットロール１８の外側に回転可能に設けた導電性のスリーブ１９とから構成されている。
【０００６】現像剤担持体５の斜め下方で且つ現像剤容器１の底部付近には、スクリュー状の第１撹拌部材３が現像剤担持体５と平行に配置されている。また現像剤容器１の底部付近で且つ第１撹拌部材３よりも若干斜め上方（β＝５〜２５度）には、第１撹拌部材３と平行に第２撹拌部材４が配置されている。このように第２撹拌部材４を第１撹拌部材３よりも上方に配置することにより現像剤６の滞留がより少なくなり、良好な流動性が得られる。
【０００７】撹拌部材３、４は図１５に示すように軸部２０と、その軸部２０に対して所定のピッチでスパイラル状に巻かれた翼２１と、軸部２０上に１ピッチおきに取り付けられた撹拌補助部材２とから構成されている。撹拌補助部材２は翼２１とほぼ同じ方向、すなわち翼２１によって現像剤６が送られる方向に沿うように軸部２０の軸心に対して傾斜するように取り付けられている。なお、図１に示すように第１撹拌部材３は反時計方向に、第２撹拌部材４は時計方向に、それぞれ同時に回転するようになっている。
【０００８】第１撹拌部材３と第２撹拌部材４の間の上方位置には仕切り板１７が配置され、その両端が現像剤容器１の側板（図示せず）に支持される。
【０００９】現像剤担持体５と第１撹拌部材３の間には、板状の邪魔部材７が配置されている。第１撹拌部材３の回転によって撹拌、混合された現像剤６は邪魔部材７に衝突して撹乱されたのち現像剤担持体５に供給されてスリーブ１９上に磁気的に付着され、規制部材８で現像剤担持体５上の現像剤層の厚さが規制される。規制部材８で規制されてあふれた現像剤６は、傾斜案内板１２を通り予備撹拌部材１３に運ばれる。なお、予備撹拌部材１３を必ずしも設ける必要性はなく、傾斜案内板１２をすべり落ちてくる現像剤６を直接第２撹拌部材４側へ戻すようにしてもよい。
【００１０】規制部材８の下を通過した現像剤６はスリーブ１９の回転により感光体９と対向し現像剤６のうちトナーのみが感光体９に付着し、現像を終えた現像剤６は邪魔部材７の先端で現像剤担持体５からかき落とされ、再び撹拌混合される。
【００１１】トナーホッパ１４は、現像剤容器１上に設けられており、現像剤中のトナー濃度が一定レベル以下になったときトナーフィードロール１５を回転駆動し、トナー１６を予備撹拌部材１３上に投入する。このとき供給されたトナー１６は、傾斜案内板１２上から運ばれてくる現像剤６と予備撹拌された後、第２撹拌部材４ならびに第１撹拌部材３により十分に撹拌、混合される。
【００１２】左右の撹拌部材３、４の間に設けられた仕切り板１７は、トナー１６の補給直後で混合、撹拌が十分行われない帯電の不十分なトナー、あるいは浮遊トナーが現像剤担持体５側に移送されるのを防いだり、現像剤６の淀みを防止したり、第１撹拌部材３側の現像剤６の層厚（レベル）を一定に維持するのに有効である。
【００１３】上述のように本願発明者等が先に提案した現像装置によれば、現像剤容器１内における現像剤６の撹拌および搬送を極めて効率よく安定に行えることが明らかとなった。しかしながら、感光体９に対向する現像剤担持体５部位において、現像の際、現像剤担持体５上に付着していなければならないキャリアが離脱するという問題が新たに生じた。
【００１４】以下、このキャリアの離脱現象について２成分現像剤を用いて反転現像する場合を例にとり説明する。
【００１５】図２のように表面電位Ｖ₀に帯電された感光体上を画像情報に基づいて露光すると、露光部分の残留電位はＶ_Rとなる。上述したように現像剤担持体５内部にはマグネットロール１８が設けられており、このマグネットロール１８によって現像剤担持体５表面には２成分現像剤の磁気ブラシが形成されているので、感光体９の回転に伴い前記露光部分が磁気ブラシ付近に達すると、現像剤担持体５に印加されたバイアス電圧Ｖ_BとＶ_Rとの電位差をもって、帯電電位と同極性に摩擦帯電したトナーがキャリアから離脱し、前記露光部分に付着される。この際、磁気ブラシを構成するキャリアは現像剤担持体５内のマグネットロール１８によって現像剤担持体５表面に保持されているが、この保持力よりも感光体９上の潜像および背景部（非潜像部）に吸引される力が強くなると、前記キャリアが現像剤担持体５から離脱し感光体９上に付着する現象が生じてしまう（この現象は一般的にキャリアスティックと呼ばれている）。なお、キャリアステイックは主に次のような場合に生じると考えられている。
【００１６】（１）背景部のキャリア付着トナーが本来付着しない背景部にキャリアが付着する現象である。図３（ａ）のようにトナー１００が負、キャリア１０１が正の極性に摩擦帯電し、両者の帯電が釣り合っていると仮定すると、現像剤としての帯電の総和は０であるため感光体に吸引される力は働かない。しかし、現像時に図３（ｂ）に示すように現像に用いられるトナー１０２がキャリア１０１から離脱し、本来極性が０であるものが正の極性に偏った場合、背景部に吸引されやすくなる。そして、キャリアは感光体の帯電電位とは逆極性に帯電しているため、｜Ｖ₀−Ｖ_B｜が大きくなるにしたがって感光体に吸引する力が強くなる。この力が現像剤担持体の磁気吸引力よりも強くなった場合、キャリア付着が生じると考えられている。
【００１７】感光体上の背景部に付着したキャリアは転写されなければ画質に支障を及ぼさないが、感光体上に付着したまま清掃系に移動した場合、クリーニングブラシやクリーニングブレードをいためたり、また用紙上に転写された場合も定着の際定着ロールをいためる等、消耗部品の交換を早める原因となり得る。
【００１８】（２）潜像部のキャリア付着通常は、トナーのみが付着し、キャリアはトナーと極性が異なるので吸引力は働かない。しかし、現像剤担持体にはキャリアの帯電極性とは逆のバイアス電圧が印加されるため、キャリアの電気抵抗が低くなると現像剤担持体を通してキャリアにバイアス電圧と同極の電荷が蓄積されることがある。
【００１９】このような場合、キャリアはトナーが現像されるのと同様に潜像部に付着する。キャリアが潜像部に付着したままトナー像が用紙に転写されると、キャリアが付着している部分が転写されないので、広面積像を現像した場合に白抜けが生じたり、線画や文字等を現像した場合には脱字となって識別不可能となる場合がある。近年レーザビームプリンタ等の画像形成装置は、金融関係の請求書、明細書あるいはバーコード等に利用される機会が増えておりキャリアステイックによる脱字は重要な問題点となる。
【００２０】（３）上記（１）、（２）の他に図４のように現像剤担持体１０３と感光体１０４間のキャリア１０５には、遠心力Ｆ₁と磁気吸引力Ｆ₂が働いている。Ｆ₁およびＦ₂は次の式
【００２１】
【数１】

【００２２】で表せる。キャリアは製造過程で図５のように粒径が異なるものや透磁率が異なるものが生じる。粒径の小さいキャリアや透磁率が低いキャリアは、式（１）よりＦ₁がＦ₂よりも強くなるため、現像剤担持体から飛散しやすい。このような飛散キャリアや重力により感光体上に付着したキャリアが画像形成装置内に落下して用紙搬送系の部位に入りこんだ場合、その箇所をいためてしまい、損傷した場合には用紙づまりの原因になる。また、飛散キャリアで装置内が汚染された場合、メンテナンス時に取り除くための作業が必要になる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、画像形成装置においてキャリアステイックおよびキャリア飛散による障害を防ぐことは、高画質、高信頼性を得るのに不可欠である。
【００２４】本発明の目的は、本願発明者等が先に提案した現像装置の構成を大幅に変更することなく、現像剤担持体から離脱したキャリアを回収する部材を構成するとともに、できる限り現像剤担持体とキャリア回収部材を近づけて配置させることができ、その結果現像装置の小型化が図れるようにすることである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、現像剤担持体から離脱したキャリアを回収する部材を現像用磁極に隣設される搬送用磁極に近接させて設けるとともに、前記キャリア回収部材内には、前記現像用磁極と同一極性を有する磁極を設けることにより達成される。さらに、前記キャリア回収部材には前記現像剤担持体に印加するバイアス電圧以上の電圧を印加することにより達成される。
【００２６】
【作用】本発明によれば、感光体表面に対向する磁極を有する１つの磁石を備えたキャリア回収部材を、前記磁極と逆の極性が及ぶ現像剤担持体付近に設けることによりキャリアの回収を円滑に行うことができたので、本願発明者等が先に提案した現像装置の現像剤担持体内に設けられたマグネットロールの磁極配置などを変更することなしにキャリア回収部材を構成することができるとともに、前記マグネットロールとキャリア回収部材の間で殆ど磁気干渉が生じないので、キャリア回収部材を現像剤担持体に近づけて配置することが可能となり、結果として現像装置を小型化することができる。
【００２７】また、キャリア回収部材に、現像剤担持体に印加するバイアス電圧以上の電圧を印加することにより、キャリアを吸引する力をさらに十分にし、確実にキャリアを吸引できるようになる。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、図１４の構成と同じ構成の部材には同一符号を付し、説明を省略する。
【００２９】図１は本発明となる現像装置付近の断面図である。現像剤担持体５斜め下方には、現像剤担持体５から離脱してしまったキャリアを回収するキャリア回収部材３０が設けられている。キャリア回収部材３０内には永久磁石３１が固定状態で設けられており、その外側をスリーブ３２が矢印ａ方向に回転し回収したキャリアを現像剤容器１側へ搬送する。搬送されたキャリアは、後述するキャリア回収部材３０と現像剤担持体５の磁極Ｓ₁の間に働く磁力により現像剤担持体５に吸引される。
【００３０】感光体９とキャリア回収部材３０間は一定の間隔をもって保持されており、永久磁石３１の磁力分布の中心線３３は、キャリア回収部材３０の中心と感光体９の中心を結ぶ線３４に対し、上方に位置している。中心線３３と線３４がなす角をθとすると、θは３〜１０度、好ましくは３〜５度であるが、これに限定されず、０度または下方に数度ずらした位置関係においても効果が得られる。
【００３１】図９はキャリア回収部材の構成と機能を示した断面図である。感光体９上に付着したキャリア３５は、キャリア回収部材３０の磁力によって吸引される。また現像剤担持体５上から離脱したキャリア３６も重力により落下する力が働くので、キャリア回収部材３０の近傍で磁力により吸引される。キャリア回収部材３０は、内部に鉄等の磁性体、あるいはアルミニウム、ステンレス等の非磁性体からなる保持部材３７にブロック状の磁石３１を接着している。スリーブ３２は、図示しない現像装置の駆動ギアを介して間欠的に矢印ａ方向に回転されるので、一定量回収されたキャリア３８は矢印ａ方向に搬送される。スリーブ３２の駆動方法は必ずしも間欠動作に限定されず、常時回転させてもよい。
【００３２】図１０はキャリア回収部材と現像剤担持体の磁力分布を示す図である。本発明では、キャリア回収部材３０の内部は永久磁石３１のみの１つの磁石で構成されている。この場合、キャリア回収部材３０周囲に永久磁石３１によって生じる磁力３９とほぼ同面積で、この磁極とは極性が異なる異極４０が生じる。この異極の磁力４０によって回収キャリアには矢印ａ方向の力が働き、移動することができる。４１は現像剤担持体５の磁力分布を示している。このようにキャリア回収部材３０の現像剤担持体５との近接位置には異極による分布が生じているので、現像剤担持体５の磁極の間で磁気干渉を起こすことなく、回収キャリアを搬送することができる。この際、スリーブ３２の表面に金属融着処理、サンドブラスト処理あるいは溝加工等を施しておけば、回収キャリアとスリーブ３２表面との摩擦が大きくなるので、搬送をより良好にできる。
【００３３】現像剤担持体５のキャリア回収部材３０との対向した面には、キャリア回収部材３０の永久磁石３１とは反対の磁極Ｓ₁が設けられているため、図１１のように搬送したキャリア４２を吸引するような磁力ｂが形成される。従って、搬送されたキャリア４２は、キャリア回収部材３０の永久磁石３１と現像剤担持体５の磁極Ｓ₁との間に生じる磁界によって現像剤担持体５に吸引されて、現像装置内に回収され再び使用される。
【００３４】感光体９上の付着キャリアおよび離脱したキャリアがバイアス電圧と反対極性である場合、キャリア回収部材３０にバイアス電圧を印加することによって静電気的にキャリアを吸引する力が強くなるので、より効果を上げることができる。このとき印加する電圧は、現像剤担持体に印加する電圧と同電位、もしくは、それ以上の電圧、または交流電圧を直流電圧に重畳させるとキャリアを吸引する力が強くなる。
【００３５】このキャリア回収部材３０は飛散トナーを吸引する機能も兼ねている。現像時のトナーの帯電量は、図１２のような分布がある。このうち帯電量の低いものや逆極性に帯電している低帯電量トナーが、キャリアとの静電的付着力よりも遠心力が強くなり飛散する。飛散トナーのうち、逆極性（＋）に帯電しているものは、キャリア回収部材３０に印加されているバイアス電圧（−）によって吸引される。この吸引されたトナーおよびキャリアはスクレーパ４３によって、かき落とされる。
【００３６】図１３はキャリア回収部材の他の実施例を示した図である。内部の永久磁石は棒状の保持部材４４に円柱状の磁石材料４５を接着し、着磁処理を施して磁極４６のみを形成する。
【００３７】なお、図６〜図８は本願発明者等によって本発明のキャリア回収部材を得るまでに実験されたキャリア回収部材の一例である。
【００３８】現像剤担持体５内に設けられたマグネットロールの磁極配置を変更することは考えないものとして、まず、図６に示すようにキャリア回収部材３０内に２つの磁石４７、４８を１８０度離して配置した。しかし、この場合には磁石４７と磁石４８の間に十分な磁力が働かず、キャリアを搬送することができなかった。逆に、十分な磁力を働かせるために図７に示すように磁石４８を磁石４７に近づけた場合、磁極Ｓ₁、磁極Ｎ₁及び磁石４７、４８が磁気干渉を起こし、磁石４８と磁極Ｎ₁間で働く磁力により現像剤の柱４９が生じてしまったり、図８のように磁石４８と磁極Ｓ₁間で反発力が働き、現像剤が現像装置の外部へ流出してしまい、良好なキャリア回収を実現することができなかった。
【００３９】
【発明の効果】本発明の画像形成装置の現像装置によれば、感光体表面に対向する磁極を有する１つの磁石を備えたキャリア回収部材を前記磁極と逆の極性が及ぶ現像剤担持体付近に設けたので、キャリアの回収を円滑に行うことができ、本願発明者等が先に提案した現像装置の現像剤担持体内に設けられたマグネットロールの磁極配置などを変更することなしにキャリア回収部材を構成することができた。
【００４０】さらに、マグネットロールとキャリア回収部材の間で殆ど磁気干渉が生じないので、キャリア回収部材を現像剤担持体に近づけて配置することが可能となり、結果として現像装置を小型化することができた。
【００４１】また、キャリア回収部材に現像剤担持体に印加するバイアス電圧以上の電圧を印加したので、キャリアを吸引する力がさらに十分となり、確実にキャリアを吸引できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す現像装置の断面図である。
【図２】感光体上の潜像部、非潜像部、バイアス電圧の関係を示した図である。
【図３】現像前、現像時のトナーとキャリアの摩擦帯電状態を示した図である。
【図４】現像剤担持体上のキャリアに働く力を示した図である。
【図５】キャリアの粒度分布を示した図である。
【図６】本発明のキャリア回収部材を得るまでに実験されたキャリア回収部材の一例を示す断面図である。
【図７】本発明のキャリア回収部材を得るまでに実験されたキャリア回収部材の一例を示す断面図である。
【図８】本発明のキャリア回収部材を得るまでに実験されたキャリア回収部材の一例を示す断面図である。
【図９】キャリア回収部材の構成と機能について示した図である。
【図１０】キャリア回収部材及び現像剤担持体の磁力分布を示す図である。
【図１１】キャリア回収部材と現像剤担持体との間に生じる磁力を示した図である。
【図１２】トナーの帯電量分布を示した図である。
【図１３】キャリア回収部材の他の実施例を示した図である。
【図１４】従来技術による現像装置の断面図である。
【図１５】撹拌部材の要部拡大図である。
【符号の説明】
１は現像剤容器、２は撹拌補助部材、３、４は撹拌部材、５は現像剤担持体、６は現像剤、７は邪魔部材、８は規制部材、９は感光体、１０は帯電器、１１は光源、１２は傾斜案内板、１４はトナーホッパ、１５はトナーフィードロール、１６はトナー、１７は仕切り板、１８はマグネットロール、１９、３２はスリーブ、３０はキャリア回収部材、３１は永久磁石、３７は保持部材、４３はスクレーパである。

【特許請求の範囲】
【請求項１】現像用磁極と、前記現像用磁極の後段側に配置された少なくとも１つの搬送用磁極を備え、かつ、前記現像用磁極に隣設される搬送用磁極の極性が前記現像用磁極の極性と異ならせて設けてある現像剤担持体を用い、前記現像剤担持体上にトナーとキャリアを主成分とする２成分現像剤の磁気ブラシを形成して感光体上に形成した静電潜像を現像する装置において、前記現像剤担持体から離脱したキャリアを回収する部材を前記現像用磁極に隣設される前記搬送用磁極に近接させて設けるとともに、前記キャリア回収部材内には、前記現像用磁極と同一極性を有する磁極を設けたことを特徴とする画像形成装置の現像装置。
【請求項２】前記現像剤担持体と前記キャリア回収部材にはバイアス電圧が印加されており、前記キャリア回収部材には現像剤担持体に印加するバイアス電圧と同じ、もしくはより大きな値を持つ同極性の電圧を印加したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置の現像装置。

【図２】