画像形成装置
【課題】装置が複雑とならずにシンプルな構成で部品交換、メンテナンスが不要な磁性キャリアのキャリア回収部を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】回収ローラに非接触で配置した磁性部材８２のスリーブ回転方向下流側のエッジを、剥離極Ｎ３によって形成される磁場中であってスリーブ４１Ａ表面における法線方向磁束密度のピーク位置よりもスリーブ回転方向の下流側領域に配置させる。
【解決手段】回収ローラに非接触で配置した磁性部材８２のスリーブ回転方向下流側のエッジを、剥離極Ｎ３によって形成される磁場中であってスリーブ４１Ａ表面における法線方向磁束密度のピーク位置よりもスリーブ回転方向の下流側領域に配置させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を用いた電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２成分現像剤を用いた電子写真プロセスでは、感光体等の像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像し、現像により形成されたトナー像を記録材に転写することにより画像が形成される。
【０００３】
二成分現像方式においては、磁性キャリアが像担持体に付着するという問題がある。像担持体に付着した磁性キャリアはクリーニング装置のクリーニング性能を低下させるなど、画質低下の原因となる。特に、キャリア付着が発生すると、トナー像を転写する転写部において、磁性キャリアが像担持体に押しつけられることにより、像担持体の表面に押しつけられた部分を中心とするクレータ状の盛り上がりを形成する。この盛り上がりがクリーニング装置を通過する際に、クリーニング装置を構成するクリーニングブレードを損傷し、クリーニング性能を損ねる。即ち、クリーニングブレードをトナーがすり抜けて筋状のトナーが像担持体上に残留し、次の画像形成サイクルにおいて形成される画像に筋状のムラを発生させる。
【０００４】
キャリア付着の問題に対する対策として、現像工程において、キャリアを像担持体に付着させない手段と、像担持体に付着したキャリアを回収する手段とがある。前者の手段は、画像形成速度が上がると適用が困難になる。このために、後者の手段が有力である。
【０００５】
磁性キャリアを回収する手段としては、特許文献１〜３に開示されている装置では、像担持体に対向して磁石を配置させ、その磁力により像担持体上に意図せずに付着した磁性キャリアを吸着し、回収している。特許文献１〜３では回転するローラ状の磁石を用い、像担持体に対向する面で磁性キャリアを吸着させている。そして吸着した磁性キャリアの回収は、当該ローラを回転させて対向面以外の位置で表面から磁性キャリアを剥離することにより行っている。
【０００６】
ローラに吸着した磁性キャリアの剥離は、特許文献１では磁石は円周方向に分割された複数の電磁石部により構成されている。そして感光体と対向しない少なくとも１個の電磁石部が動作しないようにし、それ以外の電磁石部が動作するように構成することにより、動作しない電磁石から磁性キャリアを剥離させている。特許文献２、３では、ローラ表面の磁性キャリアをスクレーパで掻き取ることにより、磁性キャリアを剥離させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−６６６７８号公報
【特許文献２】特開平６−１３０８２０号公報
【特許文献３】特開平１１−２３７７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、複数の電磁石を用いた構成であり、制御及び装置が複雑でコストが増大するという問題があり。特許文献２、３ではローラ表面にスクレーパを当接させるために、接触箇所での摩擦によりローラ表面に傷が発生する。また磁性キャリアに付着している絶縁性のトナーがローラ表面に固着した場合には、ローラ表面に絶縁性のトナー膜が形成されることになり、ローラと像担持体との間に電界を形成して磁性キャリアを回収する構成であれば、その電界がトナー膜により変化してしまう。これらの影響によりキャリア回収性能が低下するために、定期的な部品交換、メンテナンスが必要となる。
【０００９】
本願発明は、このような問題に鑑み、装置が複雑とならずにシンプルな構成で部品交換、メンテナンスが不要な磁性キャリアのキャリア回収部を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１１】
１．像担持体と、
トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤により前記像担持体の静電潜像を現像する現像装置と、
前記像担持体に形成されたトナー像を被転写材に転写する転写部と、
前記像担持体の回転方向で、前記現像装置よりも下流側であって前記転写部よりも上流側において該像担持体に非接触で対向して配置された回収ローラを備えたキャリア回収部と、
を有し、
前記キャリア回収部は、少なくとも一つのエッジを備えた磁性部材を備え、
前記回収ローラは回転可能なスリーブと、前記スリーブ内に配置され複数の磁極を有する固定磁極とを備え、前記複数の磁極には前記像担持体から磁性キャリアを回収する主極と回収した磁性キャリアを剥離する剥離極を含み、
前記磁性部材は前記スリーブに対して所定の間隙をとって配置されており、該磁性部材の前記スリーブ回転方向下流側のエッジは、前記剥離極によって形成される磁場中であって前記スリーブ表面における法線方向磁束密度のピーク位置から前記スリーブ回転方向の下流側領域に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
２．前記磁性部材が配置された状態で、
前記スリーブの回転方向で、前記剥離極から下流側に向かう磁力線と、上流側に向かう磁力線との境界が前記磁性部材を通ることを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１３】
３．前記エッジは前記回収ローラの回転軸方向に広がる二つの面が接する辺であり、前記二つの面のうち前記回収ローラに対向しない面は、前記エッジを上端として下方に向かう傾斜面であることを特徴とする前記１又は２に記載の画像形成装置。
【００１４】
４．前記磁性部材は板状の部材であり、前記エッジを上端として下方に広がる傾斜面を備えることを特徴とする前記１又は２に記載の画像形成装置。
【００１５】
５．前記磁性部材のエッジは、曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする前記１から４の何れか一項に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明によれば、磁性部材のスリーブ回転方向下流側のエッジを、前記剥離極によって形成される磁場中であって前記スリーブ表面における法線方向磁束密度のピーク位置から前記スリーブ回転方向の下流側領域に配置することにより、装置が複雑とならずにシンプルな構成で部品交換、メンテナンスが不要な磁性キャリアのキャリア回収部を備えた画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の要部の断面図である。
【図２】キャリア回収部８の周辺拡大図である。
【図３】回収ローラ８１表面における法線方向の磁束密度Ｂｒの分布を示す図である。
【図４】本実施形態における磁性部材８２と回収ローラ８１との位置関係を説明する図である。
【図５】本実施形態の配置位置条件を満たさない比較例における磁性部材８２と回収ローラ８１との位置関係を説明する図である。
【図６】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の分布を示す模式図である。
【図７】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図８】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図９】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１０】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１１】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１２】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１３】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１４】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１５】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の要部の断面図である。図２はキャリア回収部８の周辺拡大図である。画像形成装置１００は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、中間転写ベルト６と給紙装置２０及び定着装置３０等から構成されている。
【００２０】
画像形成装置１００の上部には、スキャナー１１０が設置されている。原稿台上に載置された原稿はスキャナー１１０の原稿画像走査露光装置の光学系により画像が走査露光され、ラインイメージセンサに読み込まれる。ラインイメージセンサにより光電変換されたアナログ信号は、制御手段において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、露光部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに入力される。
【００２１】
５０は制御部でありＣＰＵとメモリを備えており、メモリに記憶しているプログラムをＣＰＵが実行することにより各種制御を実行する。
【００２２】
イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙ、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍ、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃ、及びブラック（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、それぞれ像担持体としてのドラム状の感光体１の周囲に配置された帯電極２、露光部３、現像装置４、クリーニング部５及びキャリア回収部８を有する（Ｍ、Ｃ、Ｋについては参照符号を省略）。以下これらを総称する場合には単に画像形成部１０と称する。
【００２３】
現像装置４はそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の異なる色の小粒径のトナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を内包する。２成分現像剤として、フェライトをコアとしてその周りに絶縁性樹脂をコーティングした磁性キャリアと、ポリエステルを主材料として顔料あるいはカーボンブラック等の着色剤、荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等を加えたトナーとからなる。磁性キャリアは粒径１０〜５０μｍ、トナーは粒径４〜１０μｍ、トナーの帯電特性は負帯電特性であり平均電荷量としては−２０〜−６０μＣ／ｇである。２成分現像剤としてはこれらの磁性キャリアとトナーとを、トナー濃度４〜１０質量％になるよう混合したものを用いている。
【００２４】
感光体１に対向して配置されている現像装置４の現像ローラ４１は、外周面が回転可能な現像スリーブ４１Ａとその内面に固定磁極４１Ｂとから構成されている。固定磁極４１Ｂには、現像極Ｎ１とその他の磁極Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２、Ｎ４、Ｓ３が配置されている。現像スリーブ４１Ａの表面には、穂規制板４２により層厚を一定に規制した現像剤層が保持され、現像剤層は回転にともなって感光体１との対向面に搬送され（不図示の）電源により形成された感光体１との現像電界により、感光体１に形成された潜像が現像される。
【００２５】
６は、中間転写ベルトであり、複数のローラにより、回転可能に支持されている。中間転写ベルト６は、体積抵抗率１０６〜１０１２Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。
【００２６】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより感光体１上に形成された各色のトナー像は、回転する中間転写ベルト６上に一次転写ローラ７により逐次転写されて（一次転写）、重ね合わせトナー像（以下、カラー画像ともいう）が形成される。一方、転写後の感光体１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）はそれぞれのクリーニング部５によりにより残留トナーが除去される。
【００２７】
給紙装置２０の用紙収納部（トレイ）２１内に収容された用紙Ｐは、第１給紙部２２により給紙され、給紙ローラ２３、２４、２５Ａ、２５Ｂ、レジストローラ（第２給紙部）２６等を経て、二次転写ローラ９に搬送され、用紙Ｐ上にカラー画像が転写される（二次転写）。
【００２８】
なお、画像形成装置１００の下部に鉛直方向に縦列配置された３段の用紙収納部２１は、ほぼ同一の構成をなすから、同符号を付した。また、３段の給紙手段２２も、ほぼ同一の構成をなすから、同符号を付してある。用紙収納部２１、給紙手段２２を含めて給紙装置２０と称す。
【００２９】
カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置３０において用紙Ｐが挟持され、熱と圧力とを加えることにより用紙Ｐ上のカラートナー画像（あるいはトナー画像）が定着されて用紙Ｐ上に固定され、搬送ローラ対３７に挟持されて搬送され、排紙搬送路に設けられた排紙ローラ２７から排出され、機外の排紙トレイ４０上に載置される。
【００３０】
一方、二次転写ローラ９により用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した中間転写ベルト６は、クリーニング部６１により残留トナーが除去される。
【００３１】
用紙Ｐの両面に複写する場合には、用紙Ｐの第１面に形成した画像を定着処理した後、用紙Ｐを分岐板２９により排紙搬送路から分岐させ、両面搬送路２８に導入して表裏反転してから再び給紙ローラ２５Ｂから搬送する。用紙Ｐは画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋによって第２面に各色の画像が両面に形成され、定着装置３０により加熱定着処理され、排紙ローラ２７によって装置外に排出される。
【００３２】
本実施形態においては感光体１が「像担持体」として機能する。また感光体１に対しては一次転写ローラ７が「転写部」として機能し被転写材である中間転写ベルト６にトナー像を転写する。
【００３３】
図２に基づいてキャリア回収部８について説明する。キャリア回収部８は、回収ローラ８１、磁性部材８２、搬送スクリュウ８３を備えている。現像装置４で現像されたトナー像Ｔとともに意図せずに付着したキャリアｃａは、キャリア回収部８により回収される。回収ローラ８１は、感光体１に対して所定距離離間して配置されており、外周の回転可能なスリーブ８１Ａとその内部の固定磁極８１Ｂから構成される。スリーブ８１Ａの回転方向（以下、単に回転方向という）は図示時計方向である。
【００３４】
図２に示す実施形態においては、固定磁極４１Ｂには複数の磁極（Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３）が配置されている。同図に示す例では、感光体１に対向する磁極は主極Ｎ２であり、主極Ｎ２により感光体１から磁性キャリアを回収する。主極Ｎ２の回転方向の下流側には磁極Ｓ２を挟んで剥離極Ｎ３があり、剥離極Ｎ３の磁場中であって、回収ローラ８１に対向する位置に磁性部材８２が配置されている。主極Ｎ２で回収された磁性キャリアｃａは剥離極Ｎ３で剥離して、磁性部材８２と剥離極Ｎ３の間に形成される磁界中に滞留する。滞留した磁性キャリアｃａの一部は、下方に落下して、搬送スクリュウ８３により軸方向に搬送され、下流側の不図示の廃棄ボックスへと搬送される。
【００３５】
磁性部材８２は回収ローラ８１（スリーブ８１Ａ）に対して所定の間隙をとって非接触で配置している。非接触であっても磁性部材の配置をある条件化にすることにより、磁性部材８２と剥離極Ｎ３の間に滞留した磁性キャリアｃａが再び回収ローラ８１に付着して下流側に搬送させないようにすることができる。以下説明する。
【００３６】
図３は、回収ローラ８１表面における法線方向の磁束密度Ｂｒの分布を示す図である。横軸は角度（°）、縦軸は磁束密度Ｂｒ［ｍＴ］を示している。図３（ａ）は回収ローラ８１全周の磁束密度の分布を示しており、図３（ｂ）は剥離極Ｎ３の周辺を拡大して示している。図３（ｂ）においてｃは剥離極Ｎ３のピーク位置である。ピーク位置の定義としては、例えば磁束密度Ｂｒのピーク値の半値幅中心位置あるいは８０％値幅中心位置を用いることができる。ｂｄ１は回転方向上流側の境界位置であり、磁束密度Ｂｒがゼロとなる位置である。ｂｄ２は下流側での境界位置であり、本実施形態においてはピーク位置ｃから下流側にｘ１°離れた位置を境界位置ｂｄ２としている。なおｘ１はｘ０と同じであり、ｘ０は境界位置ｂｄ１とピーク位置ｃとの間の角度である。
【００３７】
本願においては「剥離極Ｎ３によって形成される磁場中」とは、スリーブ８１Ａの回転方向θにおいては、境界位置ｂｄ１と境界位置ｂｄ２との間の領域のことである。半径方向ｒにおいては概ねスリーブ８１Ａの表面からの距離は数ｍｍ以内である。
【００３８】
「磁束密度Ｂｒのピーク位置からスリーブ回転方向の下流側領域」とは、スリーブの回転方向θにおいて、ピーク位置ｃを含み、ピーク位置ｃよりも下流側で境界位置ｂｄ２よりも上流側の領域のことである（図３（ｂ）において斜線で示す領域）。
【００３９】
［磁性部材８２のエッジの配置位置］
図４は、本実施形態における磁性部材８２と回収ローラ８１との位置関係を説明する図である。同図に基づいて磁性部材８２の配置位置について説明する。磁性部材８２は少なくとも一つのエッジを備えている。ここでエッジとは、スリーブ８１Ａの回転軸に垂直な断面方向での裁断面における角のことである。なおエッジの曲率半径Ｒとしては０．５ｍｍ以下が好ましい（詳細は後述する）。
【００４０】
同図に示す例は、磁性部材８２は断面形状が矩形の四角柱状の部材である。剥離極Ｎ３の磁場中には、それぞれ二つのエッジが配置されている。以下においては、当該二つのエッジのうち下流側エッジには符号ｅｇを付し、それ以外のエッジにはｅ０を付す。
【００４１】
同図に示す例ではいずれも本願発明に係る配置位置の条件を満たしており、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）では、下流側のエッジｅｇが剥離極Ｎ３によって形成される磁場中であって（以下、条件１という）、磁束密度Ｂｒのピーク位置ｃからスリーブ回転方向の下流側領域（以下、条件２という）に配置されている。図４（ｄ）、図４（ｅ）、図４（ｆ）では、二つのエッジｅｇ、ｅ０がともに、剥離極Ｎ３によって形成される磁場中であって磁束密度Ｂｒのピーク位置ｃからスリーブ回転方向の下流側領域に配置されている。
【００４２】
図５は、比較例であり、本実施形態の配置位置の条件を満たさない例である。図５（ａ）、図５（ｂ）は、磁性部材８２のエッジが、条件１を満たさないので本願発明に係る条件を充足しない。図５（ｃ）は、上流側のエッジｅ０は条件１、条件２を満たしているが、下流側のエッジｅｇはが境界ｂｄ２よりも下流側に位置しており、条件１を満たさない。よって図５（ｃ）、図５（ｅ）は本願発明に係る条件を充足しない。図５（ｄ）は、二つのエッジがともに条件１は満たすが、条件２を満たさない、よって本願発明に係る条件を充足しない。図５（ｆ）は、断面が円の円柱状の磁性部材８２を用いた例である。同図に示す例ではエッジが存在しないので、条件１、条件２を満たさない。
【００４３】
図６は、剥離極Ｎ３周辺での磁力線の分布を示す模式図である。図６（ａ）に示す磁性部材８２を配置していない状態においては、剥離極Ｎ３からは、スリーブ回転方向の上流側方向に向かう磁力線と下流側方向に向かう磁力線が発生している。一方で、図６（ｂ）に示す磁性部材８２を配置した状態では、剥離極Ｎ３からの磁力線は磁性部材８２の中を通過してから上流側方向及び下流側方向に向かうことになるため、磁性部材８２のエッジｅｇ近傍では、下流側に向かう磁力線を無くすことができる（図６（ｂ））。
【００４４】
感光体１から主極Ｎ２で回収された磁性キャリアは、剥離極Ｎ３と磁性部材８２で形成される磁場に滞留する。滞留した磁性キャリアが増加するにつれ、当該磁場に滞留できない分は下流側に押し出される。図６（ｂ）の構成においては、磁性部材８２のエッジｅｇ周辺においては下流側に向かう磁力線はなく、下流側に向かう磁力は働かない。このことからエッジｅｇ周辺でスリーブ回転方向下流側に押し出された磁性キャリアは、スリーブ回転方向下流側ではなく、磁性部材８２の傾斜面Ｓ１に沿って移動する。
【００４５】
傾斜面Ｓ１はエッジｅｇに接する面であって、回収ローラ８１に対向していない面である。図６に示す矢印Ｚは鉛直方向を、矢印Ｘは水平方向を示している。図６（ｂ）に示す例において傾斜面Ｓ１は、エッジｅｇを上端として下方に向かう傾斜面である。このように下方に向かって傾斜しているので、押し出された磁性キャリアは重力により傾斜面Ｓ１に沿って下方に移動することになる。
【００４６】
なお、傾斜面Ｓ１はエッジｅｇを上端として下方に向かって傾斜することが好ましいが、かならずしもこれに限定されない。水平あるいは上方に向かって傾斜している場合であってもよく、その場合は磁場から溢れ滞留できない磁性キャリアは上流側から鉛直方向に落下することになる。
【００４７】
［磁力線の分布］
図７から図１５は、磁性部材８２を配置した状態での磁力線の分布を示す図である。同図は磁場解析ソフト（ANSYS ver11.0 SP1（CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD））により解析を行った結果である。表１に図７、図１０、図１３、図１５が本願実施形態に係る実施例であり、図８、図９、図１１、図１２、図１４が比較例である。表１に各図の条件を示す（なお表の図１４のエッジ位置の欄には、スリーブとの最近接点の位置情報を示している）。
【００４８】
【表１】
【００４９】
図７は、図５（ａ）に対応する配置位置での磁力線の分布を示す図である。図７は本願発明に係る条件１、条件２を充足し、更に「剥離極Ｎ３から下流側に向かう磁力線と、上流側に向かう磁力線との境界が磁性部材８２の内部を通る（以下、条件３という）」を満たしている。これにより磁性キャリアの剥離が可能となる。
【００５０】
図８は、条件１、条件２を満たさないので、磁性キャリアは下流側に搬送されてしまう。図９は、条件２、及び条件３を満たさない。図１０は条件１から３を満たすのでこれにより磁性キャリアの剥離が可能となる。図１１は条件１、条件２を満たさないので磁性キャリアは下流側に搬送されてしまう。図１２は図５（ｃ）に対応する配置位置での磁力線の分布を示す図である。図１３は条件１から３を満たしているので磁性キャリアの剥離が可能となる。図１４は図５（ｆ）に対応する配置位置での磁力線の分布を示す図である。エッジが存在しないために、条件１、２を満たさないので磁性キャリアは下流側に搬送されてしまう。
【００５１】
図１５は条件１、条件２を満たすために本願発明に係る条件を充足するが、剥離極Ｎ３から下流側に向かう磁力線が磁性部材８２の内部を通過しない、つまり下流側に向かう磁力線と上流側に向かう磁力線との境界が磁性部材８２の内部を通過しておらず、条件３を満たしていない。図１５に示す実施形態においては、初期的には磁性キャリアの剥離が可能であるが、現像剤の長期的な使用により現像剤が劣化したような場合では、磁性キャリアは下流側に搬送されてしまう虞がある。
【実施例】
【００５２】
実施形態にかかる実施例１、実施例２及び比較例として比較例１から４で実験を行った。比較例１はエッジがない磁性部材の例であり、比較例２はエッジの位置が条件を充足しない例であり、比較例３、４は磁性部材を使用しない例である。
【００５３】
［共通条件］
（回収ローラ８１）
外径：φ１８ｍｍ
回転速度（表面）：４５０ｍｍ／ｓｅｃ
表面：材質ＡＬ、表面荒さＲｚ １０μｍ
固定磁極８１Ｂ：５極（配置角度は図３と同じ）、
スリーブ８１Ａ表面での磁束密度Ｂｒ：１２０ｍＴ（主極Ｎ２）、５０ｍＴ（剥離極Ｎ３）
感光体１とスリーブ８１Ａとの距離：隙間０．３ｍｍ
（磁性部材８２）
材料：磁性ＳＵＳ
寸法（スリーブ８１Ａの回転軸方向）：長さ３３０ｍｍ
（磁性キャリア）
磁性キャリア：平均粒径３０μｍ、比透磁率３．５
初期キャリア量：０．３ｇ／ｃｍ（総量９．９ｇ）。
【００５４】
［実施例１の条件］
前述の図４（ｄ）に対応するものである。
（磁性部材８２）
形状：直方体形状
寸法（断面方向）：短辺２ｍｍ、長辺１０ｍｍ（断面方向）
エッジｅｇ曲率半径：０．１ｍｍ以下
（配置位置関係）
スリーブ８１Ａと磁性部材８２：隙間（最近接部）０．３ｍｍ。エッジｅｇは剥離極Ｎ３の中心位置よりも４°下流に位置。長辺を剥離極Ｎ３の中心位置におけるスリーブ８１Ａの接線方向と平行に配置。短辺傾斜角度（対水平方向）は１°。
【００５５】
［実施例２の条件］
前述の図４（ｂ）に対応するものである。
（磁性部材８２）
形状：直方体形状
寸法（断面方向）：短辺１ｍｍ、長辺１０ｍｍ
エッジｅｇ曲率半径：０．１ｍｍ以下
（配置位置関係）
スリーブ８１Ａと磁性部材８２：隙間（最近接部）０．４ｍｍ。エッジ部ｅｇは剥離極Ｎ３の中心位置よりも４°下流に位置。短辺と、剥離極Ｎ３の中心位置におけるスリーブ８１Ａの接線との角度は２５°。長辺傾斜角度（対水平方向）は６５°。
【００５６】
［比較例１の条件］
前述の図５（ｆ）に対応するものである。
（磁性部材８２）
形状：断面が円の円柱形状
寸法（断面方向）：φ６ｍｍ
（配置位置関係）
スリーブ８１Ａと磁性部材８２：隙間（最近接部）０．２ｍｍ。
【００５７】
［比較例２の条件］
前述の図５（ｂ）に対応するものである。
（磁性部材８２）
形状：直方体形状
寸法（断面方向）：短辺２ｍｍ、長辺５ｍｍ（断面方向）
エッジｅｇ曲率半径：０．１ｍｍ以下
（配置位置関係）
スリーブ８１Ａと磁性部材８２：隙間（最近接部）０．３ｍｍ。エッジ部ｅｇは剥離極Ｎ３の中心位置よりも１４°下流に位置。長辺を剥離極Ｎ３の中心位置におけるスリーブ８１Ａの接線方向と平行に配置。短辺傾斜角度（対水平方向）は１７°である。
【００５８】
［比較例３の条件］
「回収ローラ８１」、「磁性キャリア」の条件は、前述の比較例１等の共通条件と同一である。
【００５９】
磁性部材８２を使用せずに、回収ローラ８１からの磁性キャリアの剥離は、ＳＵＳ板の掻取スクレーパを剥離極Ｎ３位置においてカウンターで当接させて、当該掻取スクレーパにより磁性キャリアの回収を行った。
【００６０】
［比較例４の条件］
「回収ローラ８１」、「磁性キャリア」の条件は、前述の比較例１等の共通条件と同一である。磁性部材８２は使用しなかった。回収ローラからの磁性キャリアの剥離は、遠心力のみで行った。
【００６１】
［共通実験条件及び評価指標］
初期状態として上記初期キャリア量の磁性キャリアを回収ローラ上に塗布した。初期状態から５０００ページ（用紙Ａ４サイズ）の画像形成を行った後で、（１）回収ローラ８１の表面状態、（２）感光体１の表面状態、（３）画像形成した用紙上（５０００枚）の画像ノイズの有無について評価を行った。（２）についてはクレータ状の傷が発生した場合には「×」、未発生は「○」で評価した。（３）については画像ノイズのレベルにより「×（悪い）」、「△（軽微に発生）」、「○（未発生）」で評価した。結果は以下の表２に示すとおりである。
【００６２】
【表２】
【００６３】
実施例１、実施例２では、画像ノイズ等の画像劣化も見られず、回収ローラ８１、及び感光体１も初期状態と同じ状態を維持していた。比較例３では、スリーブ８１Ａの表面にトナーの固着が発生した。画像ノイズが発生したのは、当該トナーの表面が摩擦等により帯電し、当該帯電により変化した電界により、感光体１上に形成されたトナー画像が乱されたためと考えられる。比較例４では、主極Ｎ２で回収した磁性キャリアが剥離極Ｎ３で十分に剥離されずに再びスリーブ８１Ａの表面を周回し、主極Ｎ２に溜まった磁性キャリアがチェーン状となり（キャリアチェーン）感光体１上に形成されたトナー画像を乱したためである。
【００６４】
本願発明に係る実施例１、実施例２に示すキャリア回収部では、このような不具合は発生せずにシンプルな構成に係わらず磁性キャリアの回収を行えることがわかる。
【００６５】
［エッジｅｇの曲率半径Ｒ］
実施例２（図４（ｂ）参照）に対しエッジｅｇの曲率半径を変化させてテストした。曲率半径Ｒ以外の他の条件は実施例２と同じである。剥離極Ｎ３と磁性部材８２で形成される磁場（以下、滞留部という）に滞留する磁性キャリアの状態を観察した。スリーブ８１Ａに塗布する磁性キャリア量は、初期状態は０．３ｇ／ｃｍであり、その後追加した。
【００６６】
結果欄の、「○」は滞留部による磁性キャリアの滞留が可能であり、回転方向下流側への磁性キャリアのすり抜けは観察されなかった。「△」は初期キャリア量では滞留部に滞留するが、追加で磁性キャリアを塗布すると回転方向下流側へのすり抜けが観察された。「×」は滞留部で磁性キャリアを滞留させることができなった。
【００６７】
【表３】
【００６８】
表３に示すように、エッジｅｇの曲率半径は０．５ｍｍ以下が好ましいことがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 感光体
４ 現像装置
６ 中間転写ベルト
７ 一次転写ローラ
８ キャリア回収部
８１ 回収ローラ
８１Ａ スリーブ
８１Ｂ 固定磁極
Ｎ２ 主極
Ｎ３ 剥離極
８２ 磁性部材
８３ 搬送スクリュウ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を用いた電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２成分現像剤を用いた電子写真プロセスでは、感光体等の像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像し、現像により形成されたトナー像を記録材に転写することにより画像が形成される。
【０００３】
二成分現像方式においては、磁性キャリアが像担持体に付着するという問題がある。像担持体に付着した磁性キャリアはクリーニング装置のクリーニング性能を低下させるなど、画質低下の原因となる。特に、キャリア付着が発生すると、トナー像を転写する転写部において、磁性キャリアが像担持体に押しつけられることにより、像担持体の表面に押しつけられた部分を中心とするクレータ状の盛り上がりを形成する。この盛り上がりがクリーニング装置を通過する際に、クリーニング装置を構成するクリーニングブレードを損傷し、クリーニング性能を損ねる。即ち、クリーニングブレードをトナーがすり抜けて筋状のトナーが像担持体上に残留し、次の画像形成サイクルにおいて形成される画像に筋状のムラを発生させる。
【０００４】
キャリア付着の問題に対する対策として、現像工程において、キャリアを像担持体に付着させない手段と、像担持体に付着したキャリアを回収する手段とがある。前者の手段は、画像形成速度が上がると適用が困難になる。このために、後者の手段が有力である。
【０００５】
磁性キャリアを回収する手段としては、特許文献１〜３に開示されている装置では、像担持体に対向して磁石を配置させ、その磁力により像担持体上に意図せずに付着した磁性キャリアを吸着し、回収している。特許文献１〜３では回転するローラ状の磁石を用い、像担持体に対向する面で磁性キャリアを吸着させている。そして吸着した磁性キャリアの回収は、当該ローラを回転させて対向面以外の位置で表面から磁性キャリアを剥離することにより行っている。
【０００６】
ローラに吸着した磁性キャリアの剥離は、特許文献１では磁石は円周方向に分割された複数の電磁石部により構成されている。そして感光体と対向しない少なくとも１個の電磁石部が動作しないようにし、それ以外の電磁石部が動作するように構成することにより、動作しない電磁石から磁性キャリアを剥離させている。特許文献２、３では、ローラ表面の磁性キャリアをスクレーパで掻き取ることにより、磁性キャリアを剥離させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−６６６７８号公報
【特許文献２】特開平６−１３０８２０号公報
【特許文献３】特開平１１−２３７７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、複数の電磁石を用いた構成であり、制御及び装置が複雑でコストが増大するという問題があり。特許文献２、３ではローラ表面にスクレーパを当接させるために、接触箇所での摩擦によりローラ表面に傷が発生する。また磁性キャリアに付着している絶縁性のトナーがローラ表面に固着した場合には、ローラ表面に絶縁性のトナー膜が形成されることになり、ローラと像担持体との間に電界を形成して磁性キャリアを回収する構成であれば、その電界がトナー膜により変化してしまう。これらの影響によりキャリア回収性能が低下するために、定期的な部品交換、メンテナンスが必要となる。
【０００９】
本願発明は、このような問題に鑑み、装置が複雑とならずにシンプルな構成で部品交換、メンテナンスが不要な磁性キャリアのキャリア回収部を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１１】
１．像担持体と、
トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤により前記像担持体の静電潜像を現像する現像装置と、
前記像担持体に形成されたトナー像を被転写材に転写する転写部と、
前記像担持体の回転方向で、前記現像装置よりも下流側であって前記転写部よりも上流側において該像担持体に非接触で対向して配置された回収ローラを備えたキャリア回収部と、
を有し、
前記キャリア回収部は、少なくとも一つのエッジを備えた磁性部材を備え、
前記回収ローラは回転可能なスリーブと、前記スリーブ内に配置され複数の磁極を有する固定磁極とを備え、前記複数の磁極には前記像担持体から磁性キャリアを回収する主極と回収した磁性キャリアを剥離する剥離極を含み、
前記磁性部材は前記スリーブに対して所定の間隙をとって配置されており、該磁性部材の前記スリーブ回転方向下流側のエッジは、前記剥離極によって形成される磁場中であって前記スリーブ表面における法線方向磁束密度のピーク位置から前記スリーブ回転方向の下流側領域に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
２．前記磁性部材が配置された状態で、
前記スリーブの回転方向で、前記剥離極から下流側に向かう磁力線と、上流側に向かう磁力線との境界が前記磁性部材を通ることを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１３】
３．前記エッジは前記回収ローラの回転軸方向に広がる二つの面が接する辺であり、前記二つの面のうち前記回収ローラに対向しない面は、前記エッジを上端として下方に向かう傾斜面であることを特徴とする前記１又は２に記載の画像形成装置。
【００１４】
４．前記磁性部材は板状の部材であり、前記エッジを上端として下方に広がる傾斜面を備えることを特徴とする前記１又は２に記載の画像形成装置。
【００１５】
５．前記磁性部材のエッジは、曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする前記１から４の何れか一項に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明によれば、磁性部材のスリーブ回転方向下流側のエッジを、前記剥離極によって形成される磁場中であって前記スリーブ表面における法線方向磁束密度のピーク位置から前記スリーブ回転方向の下流側領域に配置することにより、装置が複雑とならずにシンプルな構成で部品交換、メンテナンスが不要な磁性キャリアのキャリア回収部を備えた画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の要部の断面図である。
【図２】キャリア回収部８の周辺拡大図である。
【図３】回収ローラ８１表面における法線方向の磁束密度Ｂｒの分布を示す図である。
【図４】本実施形態における磁性部材８２と回収ローラ８１との位置関係を説明する図である。
【図５】本実施形態の配置位置条件を満たさない比較例における磁性部材８２と回収ローラ８１との位置関係を説明する図である。
【図６】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の分布を示す模式図である。
【図７】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図８】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図９】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１０】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１１】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１２】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１３】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１４】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【図１５】剥離極Ｎ３周辺での磁力線の計算結果を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の要部の断面図である。図２はキャリア回収部８の周辺拡大図である。画像形成装置１００は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、中間転写ベルト６と給紙装置２０及び定着装置３０等から構成されている。
【００２０】
画像形成装置１００の上部には、スキャナー１１０が設置されている。原稿台上に載置された原稿はスキャナー１１０の原稿画像走査露光装置の光学系により画像が走査露光され、ラインイメージセンサに読み込まれる。ラインイメージセンサにより光電変換されたアナログ信号は、制御手段において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、露光部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに入力される。
【００２１】
５０は制御部でありＣＰＵとメモリを備えており、メモリに記憶しているプログラムをＣＰＵが実行することにより各種制御を実行する。
【００２２】
イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙ、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍ、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃ、及びブラック（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、それぞれ像担持体としてのドラム状の感光体１の周囲に配置された帯電極２、露光部３、現像装置４、クリーニング部５及びキャリア回収部８を有する（Ｍ、Ｃ、Ｋについては参照符号を省略）。以下これらを総称する場合には単に画像形成部１０と称する。
【００２３】
現像装置４はそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の異なる色の小粒径のトナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を内包する。２成分現像剤として、フェライトをコアとしてその周りに絶縁性樹脂をコーティングした磁性キャリアと、ポリエステルを主材料として顔料あるいはカーボンブラック等の着色剤、荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等を加えたトナーとからなる。磁性キャリアは粒径１０〜５０μｍ、トナーは粒径４〜１０μｍ、トナーの帯電特性は負帯電特性であり平均電荷量としては−２０〜−６０μＣ／ｇである。２成分現像剤としてはこれらの磁性キャリアとトナーとを、トナー濃度４〜１０質量％になるよう混合したものを用いている。
【００２４】
感光体１に対向して配置されている現像装置４の現像ローラ４１は、外周面が回転可能な現像スリーブ４１Ａとその内面に固定磁極４１Ｂとから構成されている。固定磁極４１Ｂには、現像極Ｎ１とその他の磁極Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２、Ｎ４、Ｓ３が配置されている。現像スリーブ４１Ａの表面には、穂規制板４２により層厚を一定に規制した現像剤層が保持され、現像剤層は回転にともなって感光体１との対向面に搬送され（不図示の）電源により形成された感光体１との現像電界により、感光体１に形成された潜像が現像される。
【００２５】
６は、中間転写ベルトであり、複数のローラにより、回転可能に支持されている。中間転写ベルト６は、体積抵抗率１０６〜１０１２Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。
【００２６】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより感光体１上に形成された各色のトナー像は、回転する中間転写ベルト６上に一次転写ローラ７により逐次転写されて（一次転写）、重ね合わせトナー像（以下、カラー画像ともいう）が形成される。一方、転写後の感光体１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）はそれぞれのクリーニング部５によりにより残留トナーが除去される。
【００２７】
給紙装置２０の用紙収納部（トレイ）２１内に収容された用紙Ｐは、第１給紙部２２により給紙され、給紙ローラ２３、２４、２５Ａ、２５Ｂ、レジストローラ（第２給紙部）２６等を経て、二次転写ローラ９に搬送され、用紙Ｐ上にカラー画像が転写される（二次転写）。
【００２８】
なお、画像形成装置１００の下部に鉛直方向に縦列配置された３段の用紙収納部２１は、ほぼ同一の構成をなすから、同符号を付した。また、３段の給紙手段２２も、ほぼ同一の構成をなすから、同符号を付してある。用紙収納部２１、給紙手段２２を含めて給紙装置２０と称す。
【００２９】
カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置３０において用紙Ｐが挟持され、熱と圧力とを加えることにより用紙Ｐ上のカラートナー画像（あるいはトナー画像）が定着されて用紙Ｐ上に固定され、搬送ローラ対３７に挟持されて搬送され、排紙搬送路に設けられた排紙ローラ２７から排出され、機外の排紙トレイ４０上に載置される。
【００３０】
一方、二次転写ローラ９により用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した中間転写ベルト６は、クリーニング部６１により残留トナーが除去される。
【００３１】
用紙Ｐの両面に複写する場合には、用紙Ｐの第１面に形成した画像を定着処理した後、用紙Ｐを分岐板２９により排紙搬送路から分岐させ、両面搬送路２８に導入して表裏反転してから再び給紙ローラ２５Ｂから搬送する。用紙Ｐは画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋによって第２面に各色の画像が両面に形成され、定着装置３０により加熱定着処理され、排紙ローラ２７によって装置外に排出される。
【００３２】
本実施形態においては感光体１が「像担持体」として機能する。また感光体１に対しては一次転写ローラ７が「転写部」として機能し被転写材である中間転写ベルト６にトナー像を転写する。
【００３３】
図２に基づいてキャリア回収部８について説明する。キャリア回収部８は、回収ローラ８１、磁性部材８２、搬送スクリュウ８３を備えている。現像装置４で現像されたトナー像Ｔとともに意図せずに付着したキャリアｃａは、キャリア回収部８により回収される。回収ローラ８１は、感光体１に対して所定距離離間して配置されており、外周の回転可能なスリーブ８１Ａとその内部の固定磁極８１Ｂから構成される。スリーブ８１Ａの回転方向（以下、単に回転方向という）は図示時計方向である。
【００３４】
図２に示す実施形態においては、固定磁極４１Ｂには複数の磁極（Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３）が配置されている。同図に示す例では、感光体１に対向する磁極は主極Ｎ２であり、主極Ｎ２により感光体１から磁性キャリアを回収する。主極Ｎ２の回転方向の下流側には磁極Ｓ２を挟んで剥離極Ｎ３があり、剥離極Ｎ３の磁場中であって、回収ローラ８１に対向する位置に磁性部材８２が配置されている。主極Ｎ２で回収された磁性キャリアｃａは剥離極Ｎ３で剥離して、磁性部材８２と剥離極Ｎ３の間に形成される磁界中に滞留する。滞留した磁性キャリアｃａの一部は、下方に落下して、搬送スクリュウ８３により軸方向に搬送され、下流側の不図示の廃棄ボックスへと搬送される。
【００３５】
磁性部材８２は回収ローラ８１（スリーブ８１Ａ）に対して所定の間隙をとって非接触で配置している。非接触であっても磁性部材の配置をある条件化にすることにより、磁性部材８２と剥離極Ｎ３の間に滞留した磁性キャリアｃａが再び回収ローラ８１に付着して下流側に搬送させないようにすることができる。以下説明する。
【００３６】
図３は、回収ローラ８１表面における法線方向の磁束密度Ｂｒの分布を示す図である。横軸は角度（°）、縦軸は磁束密度Ｂｒ［ｍＴ］を示している。図３（ａ）は回収ローラ８１全周の磁束密度の分布を示しており、図３（ｂ）は剥離極Ｎ３の周辺を拡大して示している。図３（ｂ）においてｃは剥離極Ｎ３のピーク位置である。ピーク位置の定義としては、例えば磁束密度Ｂｒのピーク値の半値幅中心位置あるいは８０％値幅中心位置を用いることができる。ｂｄ１は回転方向上流側の境界位置であり、磁束密度Ｂｒがゼロとなる位置である。ｂｄ２は下流側での境界位置であり、本実施形態においてはピーク位置ｃから下流側にｘ１°離れた位置を境界位置ｂｄ２としている。なおｘ１はｘ０と同じであり、ｘ０は境界位置ｂｄ１とピーク位置ｃとの間の角度である。
【００３７】
本願においては「剥離極Ｎ３によって形成される磁場中」とは、スリーブ８１Ａの回転方向θにおいては、境界位置ｂｄ１と境界位置ｂｄ２との間の領域のことである。半径方向ｒにおいては概ねスリーブ８１Ａの表面からの距離は数ｍｍ以内である。
【００３８】
「磁束密度Ｂｒのピーク位置からスリーブ回転方向の下流側領域」とは、スリーブの回転方向θにおいて、ピーク位置ｃを含み、ピーク位置ｃよりも下流側で境界位置ｂｄ２よりも上流側の領域のことである（図３（ｂ）において斜線で示す領域）。
【００３９】
［磁性部材８２のエッジの配置位置］
図４は、本実施形態における磁性部材８２と回収ローラ８１との位置関係を説明する図である。同図に基づいて磁性部材８２の配置位置について説明する。磁性部材８２は少なくとも一つのエッジを備えている。ここでエッジとは、スリーブ８１Ａの回転軸に垂直な断面方向での裁断面における角のことである。なおエッジの曲率半径Ｒとしては０．５ｍｍ以下が好ましい（詳細は後述する）。
【００４０】
同図に示す例は、磁性部材８２は断面形状が矩形の四角柱状の部材である。剥離極Ｎ３の磁場中には、それぞれ二つのエッジが配置されている。以下においては、当該二つのエッジのうち下流側エッジには符号ｅｇを付し、それ以外のエッジにはｅ０を付す。
【００４１】
同図に示す例ではいずれも本願発明に係る配置位置の条件を満たしており、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）では、下流側のエッジｅｇが剥離極Ｎ３によって形成される磁場中であって（以下、条件１という）、磁束密度Ｂｒのピーク位置ｃからスリーブ回転方向の下流側領域（以下、条件２という）に配置されている。図４（ｄ）、図４（ｅ）、図４（ｆ）では、二つのエッジｅｇ、ｅ０がともに、剥離極Ｎ３によって形成される磁場中であって磁束密度Ｂｒのピーク位置ｃからスリーブ回転方向の下流側領域に配置されている。
【００４２】
図５は、比較例であり、本実施形態の配置位置の条件を満たさない例である。図５（ａ）、図５（ｂ）は、磁性部材８２のエッジが、条件１を満たさないので本願発明に係る条件を充足しない。図５（ｃ）は、上流側のエッジｅ０は条件１、条件２を満たしているが、下流側のエッジｅｇはが境界ｂｄ２よりも下流側に位置しており、条件１を満たさない。よって図５（ｃ）、図５（ｅ）は本願発明に係る条件を充足しない。図５（ｄ）は、二つのエッジがともに条件１は満たすが、条件２を満たさない、よって本願発明に係る条件を充足しない。図５（ｆ）は、断面が円の円柱状の磁性部材８２を用いた例である。同図に示す例ではエッジが存在しないので、条件１、条件２を満たさない。
【００４３】
図６は、剥離極Ｎ３周辺での磁力線の分布を示す模式図である。図６（ａ）に示す磁性部材８２を配置していない状態においては、剥離極Ｎ３からは、スリーブ回転方向の上流側方向に向かう磁力線と下流側方向に向かう磁力線が発生している。一方で、図６（ｂ）に示す磁性部材８２を配置した状態では、剥離極Ｎ３からの磁力線は磁性部材８２の中を通過してから上流側方向及び下流側方向に向かうことになるため、磁性部材８２のエッジｅｇ近傍では、下流側に向かう磁力線を無くすことができる（図６（ｂ））。
【００４４】
感光体１から主極Ｎ２で回収された磁性キャリアは、剥離極Ｎ３と磁性部材８２で形成される磁場に滞留する。滞留した磁性キャリアが増加するにつれ、当該磁場に滞留できない分は下流側に押し出される。図６（ｂ）の構成においては、磁性部材８２のエッジｅｇ周辺においては下流側に向かう磁力線はなく、下流側に向かう磁力は働かない。このことからエッジｅｇ周辺でスリーブ回転方向下流側に押し出された磁性キャリアは、スリーブ回転方向下流側ではなく、磁性部材８２の傾斜面Ｓ１に沿って移動する。
【００４５】
傾斜面Ｓ１はエッジｅｇに接する面であって、回収ローラ８１に対向していない面である。図６に示す矢印Ｚは鉛直方向を、矢印Ｘは水平方向を示している。図６（ｂ）に示す例において傾斜面Ｓ１は、エッジｅｇを上端として下方に向かう傾斜面である。このように下方に向かって傾斜しているので、押し出された磁性キャリアは重力により傾斜面Ｓ１に沿って下方に移動することになる。
【００４６】
なお、傾斜面Ｓ１はエッジｅｇを上端として下方に向かって傾斜することが好ましいが、かならずしもこれに限定されない。水平あるいは上方に向かって傾斜している場合であってもよく、その場合は磁場から溢れ滞留できない磁性キャリアは上流側から鉛直方向に落下することになる。
【００４７】
［磁力線の分布］
図７から図１５は、磁性部材８２を配置した状態での磁力線の分布を示す図である。同図は磁場解析ソフト（ANSYS ver11.0 SP1（CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD））により解析を行った結果である。表１に図７、図１０、図１３、図１５が本願実施形態に係る実施例であり、図８、図９、図１１、図１２、図１４が比較例である。表１に各図の条件を示す（なお表の図１４のエッジ位置の欄には、スリーブとの最近接点の位置情報を示している）。
【００４８】
【表１】
【００４９】
図７は、図５（ａ）に対応する配置位置での磁力線の分布を示す図である。図７は本願発明に係る条件１、条件２を充足し、更に「剥離極Ｎ３から下流側に向かう磁力線と、上流側に向かう磁力線との境界が磁性部材８２の内部を通る（以下、条件３という）」を満たしている。これにより磁性キャリアの剥離が可能となる。
【００５０】
図８は、条件１、条件２を満たさないので、磁性キャリアは下流側に搬送されてしまう。図９は、条件２、及び条件３を満たさない。図１０は条件１から３を満たすのでこれにより磁性キャリアの剥離が可能となる。図１１は条件１、条件２を満たさないので磁性キャリアは下流側に搬送されてしまう。図１２は図５（ｃ）に対応する配置位置での磁力線の分布を示す図である。図１３は条件１から３を満たしているので磁性キャリアの剥離が可能となる。図１４は図５（ｆ）に対応する配置位置での磁力線の分布を示す図である。エッジが存在しないために、条件１、２を満たさないので磁性キャリアは下流側に搬送されてしまう。
【００５１】
図１５は条件１、条件２を満たすために本願発明に係る条件を充足するが、剥離極Ｎ３から下流側に向かう磁力線が磁性部材８２の内部を通過しない、つまり下流側に向かう磁力線と上流側に向かう磁力線との境界が磁性部材８２の内部を通過しておらず、条件３を満たしていない。図１５に示す実施形態においては、初期的には磁性キャリアの剥離が可能であるが、現像剤の長期的な使用により現像剤が劣化したような場合では、磁性キャリアは下流側に搬送されてしまう虞がある。
【実施例】
【００５２】
実施形態にかかる実施例１、実施例２及び比較例として比較例１から４で実験を行った。比較例１はエッジがない磁性部材の例であり、比較例２はエッジの位置が条件を充足しない例であり、比較例３、４は磁性部材を使用しない例である。
【００５３】
［共通条件］
（回収ローラ８１）
外径：φ１８ｍｍ
回転速度（表面）：４５０ｍｍ／ｓｅｃ
表面：材質ＡＬ、表面荒さＲｚ １０μｍ
固定磁極８１Ｂ：５極（配置角度は図３と同じ）、
スリーブ８１Ａ表面での磁束密度Ｂｒ：１２０ｍＴ（主極Ｎ２）、５０ｍＴ（剥離極Ｎ３）
感光体１とスリーブ８１Ａとの距離：隙間０．３ｍｍ
（磁性部材８２）
材料：磁性ＳＵＳ
寸法（スリーブ８１Ａの回転軸方向）：長さ３３０ｍｍ
（磁性キャリア）
磁性キャリア：平均粒径３０μｍ、比透磁率３．５
初期キャリア量：０．３ｇ／ｃｍ（総量９．９ｇ）。
【００５４】
［実施例１の条件］
前述の図４（ｄ）に対応するものである。
（磁性部材８２）
形状：直方体形状
寸法（断面方向）：短辺２ｍｍ、長辺１０ｍｍ（断面方向）
エッジｅｇ曲率半径：０．１ｍｍ以下
（配置位置関係）
スリーブ８１Ａと磁性部材８２：隙間（最近接部）０．３ｍｍ。エッジｅｇは剥離極Ｎ３の中心位置よりも４°下流に位置。長辺を剥離極Ｎ３の中心位置におけるスリーブ８１Ａの接線方向と平行に配置。短辺傾斜角度（対水平方向）は１°。
【００５５】
［実施例２の条件］
前述の図４（ｂ）に対応するものである。
（磁性部材８２）
形状：直方体形状
寸法（断面方向）：短辺１ｍｍ、長辺１０ｍｍ
エッジｅｇ曲率半径：０．１ｍｍ以下
（配置位置関係）
スリーブ８１Ａと磁性部材８２：隙間（最近接部）０．４ｍｍ。エッジ部ｅｇは剥離極Ｎ３の中心位置よりも４°下流に位置。短辺と、剥離極Ｎ３の中心位置におけるスリーブ８１Ａの接線との角度は２５°。長辺傾斜角度（対水平方向）は６５°。
【００５６】
［比較例１の条件］
前述の図５（ｆ）に対応するものである。
（磁性部材８２）
形状：断面が円の円柱形状
寸法（断面方向）：φ６ｍｍ
（配置位置関係）
スリーブ８１Ａと磁性部材８２：隙間（最近接部）０．２ｍｍ。
【００５７】
［比較例２の条件］
前述の図５（ｂ）に対応するものである。
（磁性部材８２）
形状：直方体形状
寸法（断面方向）：短辺２ｍｍ、長辺５ｍｍ（断面方向）
エッジｅｇ曲率半径：０．１ｍｍ以下
（配置位置関係）
スリーブ８１Ａと磁性部材８２：隙間（最近接部）０．３ｍｍ。エッジ部ｅｇは剥離極Ｎ３の中心位置よりも１４°下流に位置。長辺を剥離極Ｎ３の中心位置におけるスリーブ８１Ａの接線方向と平行に配置。短辺傾斜角度（対水平方向）は１７°である。
【００５８】
［比較例３の条件］
「回収ローラ８１」、「磁性キャリア」の条件は、前述の比較例１等の共通条件と同一である。
【００５９】
磁性部材８２を使用せずに、回収ローラ８１からの磁性キャリアの剥離は、ＳＵＳ板の掻取スクレーパを剥離極Ｎ３位置においてカウンターで当接させて、当該掻取スクレーパにより磁性キャリアの回収を行った。
【００６０】
［比較例４の条件］
「回収ローラ８１」、「磁性キャリア」の条件は、前述の比較例１等の共通条件と同一である。磁性部材８２は使用しなかった。回収ローラからの磁性キャリアの剥離は、遠心力のみで行った。
【００６１】
［共通実験条件及び評価指標］
初期状態として上記初期キャリア量の磁性キャリアを回収ローラ上に塗布した。初期状態から５０００ページ（用紙Ａ４サイズ）の画像形成を行った後で、（１）回収ローラ８１の表面状態、（２）感光体１の表面状態、（３）画像形成した用紙上（５０００枚）の画像ノイズの有無について評価を行った。（２）についてはクレータ状の傷が発生した場合には「×」、未発生は「○」で評価した。（３）については画像ノイズのレベルにより「×（悪い）」、「△（軽微に発生）」、「○（未発生）」で評価した。結果は以下の表２に示すとおりである。
【００６２】
【表２】
【００６３】
実施例１、実施例２では、画像ノイズ等の画像劣化も見られず、回収ローラ８１、及び感光体１も初期状態と同じ状態を維持していた。比較例３では、スリーブ８１Ａの表面にトナーの固着が発生した。画像ノイズが発生したのは、当該トナーの表面が摩擦等により帯電し、当該帯電により変化した電界により、感光体１上に形成されたトナー画像が乱されたためと考えられる。比較例４では、主極Ｎ２で回収した磁性キャリアが剥離極Ｎ３で十分に剥離されずに再びスリーブ８１Ａの表面を周回し、主極Ｎ２に溜まった磁性キャリアがチェーン状となり（キャリアチェーン）感光体１上に形成されたトナー画像を乱したためである。
【００６４】
本願発明に係る実施例１、実施例２に示すキャリア回収部では、このような不具合は発生せずにシンプルな構成に係わらず磁性キャリアの回収を行えることがわかる。
【００６５】
［エッジｅｇの曲率半径Ｒ］
実施例２（図４（ｂ）参照）に対しエッジｅｇの曲率半径を変化させてテストした。曲率半径Ｒ以外の他の条件は実施例２と同じである。剥離極Ｎ３と磁性部材８２で形成される磁場（以下、滞留部という）に滞留する磁性キャリアの状態を観察した。スリーブ８１Ａに塗布する磁性キャリア量は、初期状態は０．３ｇ／ｃｍであり、その後追加した。
【００６６】
結果欄の、「○」は滞留部による磁性キャリアの滞留が可能であり、回転方向下流側への磁性キャリアのすり抜けは観察されなかった。「△」は初期キャリア量では滞留部に滞留するが、追加で磁性キャリアを塗布すると回転方向下流側へのすり抜けが観察された。「×」は滞留部で磁性キャリアを滞留させることができなった。
【００６７】
【表３】
【００６８】
表３に示すように、エッジｅｇの曲率半径は０．５ｍｍ以下が好ましいことがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 感光体
４ 現像装置
６ 中間転写ベルト
７ 一次転写ローラ
８ キャリア回収部
８１ 回収ローラ
８１Ａ スリーブ
８１Ｂ 固定磁極
Ｎ２ 主極
Ｎ３ 剥離極
８２ 磁性部材
８３ 搬送スクリュウ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤により前記像担持体の静電潜像を現像する現像装置と、
前記像担持体に形成されたトナー像を被転写材に転写する転写部と、
前記像担持体の回転方向で、前記現像装置よりも下流側であって前記転写部よりも上流側において該像担持体に非接触で対向して配置された回収ローラを備えたキャリア回収部と、
を有し、
前記キャリア回収部は、少なくとも一つのエッジを備えた磁性部材を備え、
前記回収ローラは回転可能なスリーブと、前記スリーブ内に配置され複数の磁極を有する固定磁極とを備え、前記複数の磁極には前記像担持体から磁性キャリアを回収する主極と回収した磁性キャリアを剥離する剥離極を含み、
前記磁性部材は前記スリーブに対して所定の間隙をとって配置されており、該磁性部材の前記スリーブ回転方向下流側のエッジは、前記剥離極によって形成される磁場中であって前記スリーブ表面における法線方向磁束密度のピーク位置から前記スリーブ回転方向の下流側領域に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記磁性部材が配置された状態で、
前記スリーブの回転方向で、前記剥離極から下流側に向かう磁力線と、上流側に向かう磁力線との境界が前記磁性部材を通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】
前記エッジは前記回収ローラの回転軸方向に広がる二つの面が接する辺であり、前記二つの面のうち前記回収ローラに対向しない面は、前記エッジを上端として下方に向かう傾斜面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記磁性部材は板状の部材であり、前記エッジを上端として下方に広がる傾斜面を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記磁性部材のエッジは、曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
像担持体と、
トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤により前記像担持体の静電潜像を現像する現像装置と、
前記像担持体に形成されたトナー像を被転写材に転写する転写部と、
前記像担持体の回転方向で、前記現像装置よりも下流側であって前記転写部よりも上流側において該像担持体に非接触で対向して配置された回収ローラを備えたキャリア回収部と、
を有し、
前記キャリア回収部は、少なくとも一つのエッジを備えた磁性部材を備え、
前記回収ローラは回転可能なスリーブと、前記スリーブ内に配置され複数の磁極を有する固定磁極とを備え、前記複数の磁極には前記像担持体から磁性キャリアを回収する主極と回収した磁性キャリアを剥離する剥離極を含み、
前記磁性部材は前記スリーブに対して所定の間隙をとって配置されており、該磁性部材の前記スリーブ回転方向下流側のエッジは、前記剥離極によって形成される磁場中であって前記スリーブ表面における法線方向磁束密度のピーク位置から前記スリーブ回転方向の下流側領域に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記磁性部材が配置された状態で、
前記スリーブの回転方向で、前記剥離極から下流側に向かう磁力線と、上流側に向かう磁力線との境界が前記磁性部材を通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】
前記エッジは前記回収ローラの回転軸方向に広がる二つの面が接する辺であり、前記二つの面のうち前記回収ローラに対向しない面は、前記エッジを上端として下方に向かう傾斜面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記磁性部材は板状の部材であり、前記エッジを上端として下方に広がる傾斜面を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記磁性部材のエッジは、曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の画像形成装置。
【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１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１１−１４５４５１（Ｐ２０１１−１４５４５１Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５６８３（Ｐ２０１０−５６８３）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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