JP5364539B2 - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は現像剤としてトナーとキャリアにより構成される二成分現像剤が用いられる現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。

磁気ローラと称される回転スリーブと現像ローラと称される回転スリーブが対向する対向箇所に強固な磁気ブラシを形成するために、現像ローラ側に磁極体を配置した現像装置が知られている。このような現像装置において、上記磁極体の端部に集中する磁力の影響を低減するために、磁極体の端部に磁性体を配置した技術がある(例えば特許文献１参照)。

特開２００７−１３９９２０号公報(段落００３６、段落００３９〜段落００４４)

回転スリーブ(磁気ローラ、現像ローラ)は柱状の非回転部の周面に沿って回転可能に配置されている。回転スリーブと非回転部の周面の間にはギャップが設けられている。通常、回転スリーブは非回転部の周面と接触しないで回転する。回転スリーブが非回転部の周面と接触した状態で回転すれば、振動、騒音等が発生すると共に回転スリーブ及び非回転部の周面に摩耗が生じる。

本発明は、二つの回転スリーブが対向する対向箇所に強固な磁気ブラシを形成しつつ回転スリーブと非回転部の周面の接触を防止できる現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一の局面に係る現像装置は、二成分現像剤中のトナーを用いて静電潜像を現像する現像装置であって、二成分現像剤を担持しながら回転することにより二成分現像剤を搬送する第１の回転スリーブと、前記第１の回転スリーブと対向する対向箇所において前記第１の回転スリーブから二成分現像剤中のトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第２の回転スリーブと、前記対向箇所に向いている第１の磁極を含む複数の磁極が前記第１の回転スリーブの回転方向に沿って配置された第１の周面を有しており、前記複数の磁極の磁力を利用して前記第１の回転スリーブに二成分現像剤を担持させることができ、前記第１の回転スリーブが前記第１の周面に沿って回転可能に配置されている第１の非回転部と、前記対向箇所において、前記第１の磁極との間で反発磁界を形成する第２の磁極及び前記第１の磁極との間で互いに引きつけあう磁界を形成する第３の磁極が、前記第２の回転スリーブの回転方向に沿って配置された第２の周面を有しており、前記第２の回転スリーブが前記第２の周面に沿って回転可能に配置されている第２の非回転部と、を備え、前記第２の非回転部は、前記第１の磁極と同じ極性である前記第２の磁極を有する永久磁石部材と、前記第１の磁極と異なる極性である前記第３の磁極を有する軟磁性体部材と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、二つの回転スリーブの対向箇所において、(１)第１の磁極との間で反発磁界を形成する第２の磁極、(２)第１の磁極との間で互いに引きつけあう磁界を形成する第３の磁極が、第２の回転スリーブ側に配置されている。したがって、(２)の磁界によって第１の磁極と第３の磁極の間に強固な磁気ブラシを形成することができる。一方、
(２)の磁界によって第１の非回転部と第２の非回転部が互いに引きつけあう力が生じるが、(１)の反発磁界によって第１の非回転部と第２の非回転部が互いに反発しあう力が生じる。これにより、第１の回転スリーブと第１の周面が接触するのを防止することができ、かつ第２の回転スリーブと第２の周面が接触するのを防止することができる。また、この構成では、第２及び第３の磁極を有する強磁性体をそれぞれ永久磁石、軟磁性体と具体化している。

上記構成において、前記第１の磁極と前記第３の磁極の間に形成される互いに引きつけあう磁界の磁束密度は、前記第１の磁極と前記第２の磁極の間に形成される反発磁界の磁束密度よりも高い、ようにすることができる。

この構成によれば、第１の磁極と第３の磁極の間に形成される互いに引きつけあう磁界の磁束密度が高いので、第１の磁極と第３の磁極の間により強固な磁気ブラシを形成することができる。

上記構成において、前記第２の回転スリーブの回転方向において、前記軟磁性体部材の寸法は前記永久磁石部材の寸法よりも小さい、ようにすることができる。

この構成によれば、軟磁性体部材は第２の回転スリーブの回転方向においてその寸法(厚み)が小さいので、第３の磁極の磁力を大きくすることができる。よって、軟磁性体部材を小型化しつつ、第１の磁極と第３の磁極の間により強固な磁気ブラシを形成することができる。

上記目的を達成する本発明の他の局面に係る画像形成装置は、上記構成を有する現像装置を搭載している。

本発明によれば、二つの回転スリーブが対向する対向箇所に強固な磁気ブラシを形成しつつ回転スリーブと非回転部の周面の接触を防止できる。

本発明の一実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の内部構造の概略を示す図である。 上記画像形成装置に備えられた一組の感光ドラムと現像装置の断面を示す図である。 本実施形態においてシミュレーションにより形成された磁束線であり、磁極Ｎ１(第１の磁極)、磁極Ｎ３(第２の磁極)及び磁極Ｓ４(第３の磁極)により形成される磁束線を示す図である。 図３の磁束線の磁束密度の分布を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置１の内部構造の概略を示す図である。画像形成装置１はタンデム型のカラープリンタである。画像形成装置１は用紙貯留部１１０、画像形成部１３０及び定着部１６０を備える。

用紙貯留部１１０は画像形成装置１の最下部に配置されており、用紙Ｐの束を貯留することができる用紙トレイ１１１を備える。用紙トレイ１１１は画像形成装置１に差し込んで装着される。用紙Ｐを補給するときは画像形成装置１から用紙トレイ１１１を引き出す。用紙トレイ１１１に貯留された用紙Ｐの束において、最上位の用紙Ｐがピックアップローラ１１３の駆動により、用紙搬送路１１５へ向けて繰り出される。用紙Ｐは用紙搬送路１１５を通って、画像形成部１３０へ搬送される。

画像形成部１３０は搬送されてきた用紙Ｐにトナー画像を形成する。画像形成部１３０はトナー画像を転写ベルト１３１に転写する順番に従ってタンデムに配置された、マゼンタ用ユニット１３３Ｍ、シアン用ユニット１３３Ｃ、イエロー用ユニット１３３Ｙ、ブラック用ユニット１３３Ｋを備える。これらのユニットは同様の構成を有しており、マゼンタ用ユニット１３３Ｍを例にして説明する。

マゼンタ用ユニット１３３Ｍは感光ドラム１３５を備える。感光ドラム１３５の周りには帯電器１３７、露光装置１３９、現像装置１４１及びクリーナ１４３が配置されている。帯電器１３７は感光ドラム１３５の周面を一様に帯電させる。露光装置１３９はパソコン等から送信された画像データの中でマゼンタデータに対応する光を生成し、一様に帯電された感光ドラム１３５の周面に照射する。これにより、感光ドラム１３５の周面にはマゼンタデータに対応する静電潜像が形成される。この状態で感光ドラム１３５の周面に現像装置１４１からマゼンタトナーを供給することにより、周面にはマゼンタデータに対応するトナー画像が形成される。

転写ベルト１３１は感光ドラム１３５と１次転写ローラ１４５により挟まれた状態で時計周りに動くことができる。マゼンタデータに対応するトナー画像は感光ドラム１３５から転写ベルト１３１に転写される。感光ドラム１３５の周面に残っているマゼンタトナーはクリーナ１４３によって除去される。以上がマゼンタ用ユニット１３３Ｍの説明である。

転写ベルト１３１にはマゼンタデータに対応するトナー画像が転写され、このトナー画像に重ねてシアンデータに対応するトナー画像が転写され、同様に、イエローデータに対応するトナー画像、ブラックデータに対応するトナー画像が重ねて転写される。これにより転写ベルト１３１にカラーのトナー画像が形成される。このカラーのトナー画像は２次転写ローラ１４９によって、先ほど説明した用紙貯留部１１０から搬送されてきた用紙Ｐに転写される。

カラーのトナー画像が転写された用紙Ｐは定着部１６０に送られる。定着部１６０は加熱ローラ１６１と加圧ローラ１６３を備える。これらのローラによってカラーのトナー画像が転写された用紙Ｐが挟まれる。これにより、カラーのトナー画像に熱と圧力が加えられて、カラーのトナー画像を用紙Ｐに定着させる。用紙Ｐは排紙部１６９に排紙される。

図２は一組の感光ドラム１３５と現像装置１４１の断面を示す図である。現像装置１４１等を構成する要素は厚みを省略して表現しているので、ハッチングは付されていない。現像装置１４１の一つの特徴は、磁気ローラと称される第１の回転スリーブ１５と現像ローラと称される第２の回転スリーブ１７が対向する対向箇所３５において、磁極Ｎ１と磁極Ｎ３により反発磁界を形成し、かつ磁極Ｎ１と磁極Ｓ４によりこれらの磁極を互いに引きつけあう磁界を形成したことである。

現像装置１４１は攪拌スクリュー１１，１３、第１の回転スリーブ１５、第２の回転スリーブ１７及びこれらを収容する筐体１９を備える。

攪拌スクリュー１１，１３は筐体１９内の攪拌室２１に配置されている。攪拌室２１は仕切板２３により二つの攪拌空間２５，２７に分けられている。攪拌空間２５に攪拌スクリュー１１、攪拌空間２７に攪拌スクリュー１３が配置されている。攪拌空間２５，２７には二成分現像剤が収容されている。攪拌スクリュー１１，１３が回転することにより二成分現像剤が攪拌される。これによりトナーとキャリアが摩擦帯電し、トナーとキャリアが静電気的に結合した状態となる。この状態の二成分現像剤のうち、攪拌空間２７に収容されている二成分現像剤が磁力により第１の回転スリーブ１５に汲み上げられる。

第１の回転スリーブ１５は攪拌スクリュー１３と対向して筐体１９内に配置されている。第１の回転スリーブ１５は第１の非回転部２９に備えられる第１の周面３１とギャップを有した状態で、第１の非回転部２９に被さっている。第１の非回転部２９は厚肉円筒の形状を有しており、その円筒内にシャフト３３が回転可能に配置されている。シャフト３３に第１の回転スリーブ１５が固定されている。第１の回転スリーブ１５はシャフト３３が回転することにより第１の周面３１に沿って回転方向Ｒ１に回転する。

第１の周面３１には、磁極Ｎ１、磁極Ｓ１、磁極Ｓ２、磁極Ｎ２、磁極Ｓ３が、第１の回転スリーブ１５の回転方向Ｒ１に沿って配置されている。磁極Ｎ１〜Ｎ２は極性がＮ極であり、磁極Ｓ１〜Ｓ３は極性がＳ極である。磁極の数が５個の例で説明しているが、奇数であればよい。

磁極Ｓ２は攪拌スクリュー１３と対向して配置されている。上述したトナーとキャリアが静電気的に結合した状態の二成分現像剤は、磁極Ｓ２の磁力によって攪拌空間２７から汲み上げられて、回転方向Ｒ１に回転している第１の回転スリーブ１５に吸い付けられる。

磁極Ｓ２に対して回転方向Ｒ１の下流側に順に磁極Ｎ２、磁極Ｓ３、磁極Ｎ１、磁極Ｓ１が配置されている。これらの磁極の磁力によって、二成分現像剤を磁気ブラシの状態で第１の回転スリーブ１５に吸い付ける(担持する)ための磁界が形成される。第１の回転スリーブ１５が磁気ブラシ状態の二成分現像剤を担持しながら回転方向Ｒ１に回転することにより、二成分現像剤は磁極Ｎ２、磁極Ｓ３の上を通過して磁極Ｎ１の上に搬送される。この途中でブレード３７によって第１の回転スリーブ１５に担持されている二成分現像剤の厚みが規制される。

磁極Ｎ１(第１の磁極)は第１の回転スリーブ１５と第２の回転スリーブ１７が対向する対向箇所３５に向いて配置されている。磁極Ｎ１は対向箇所３５に磁界を形成する機能を有する。

対向箇所３５において、二成分現像剤中のトナーが回転方向Ｒ２に回転する第２の回転スリーブ１７に供給される。詳細には、キャリアが第１の回転スリーブ１５に吸い付けられた状態で電気力によりトナーだけが第２の回転スリーブ１７に引き寄せられて、第２の回転スリーブ１７に吸い付く。

第２の回転スリーブ１７に供給されなかったトナーを含む二成分現像剤は、第１の回転スリーブ１５に担持されて磁極Ｓ１上まで搬送される。磁極Ｓ１と磁極Ｓ２の磁極間上では磁界が形成されないので、二成分現像剤は第１の回転スリーブ１５から剥離して、攪拌室２１に導かれて再利用される。

第２の回転スリーブ１７について説明する。第２の回転スリーブ１７は筐体１９内に第１の回転スリーブ１５と対向して配置されている。第２の回転スリーブ１７は第１の回転スリーブ１５よりも上に位置している。

第２の回転スリーブ１７は第２の非回転部３９に備えられる第２の周面４１とギャップを有した状態で、第２の非回転部３９に被さっている。第２の非回転部３９は厚肉円筒の形状を有しており、その円筒内にシャフト４３が回転可能に配置されている。シャフト４３に第２の回転スリーブ１７が固定されている。第２の回転スリーブ１７はシャフト４３が回転することにより第２の周面４１に沿って回転方向Ｒ２に回転する。回転方向Ｒ２は第１の回転スリーブ１５の回転方向Ｒ１と同じ向きであり、本実施形態では時計周りである。

第２の非回転部３９は永久磁石部材４５と軟磁性体部材４７を備えている。永久磁石部材４５と軟磁性体部材４７は対向箇所３５において、第２の回転スリーブ１７の回転方向Ｒ２に隣り合わせに接触して配置されている。

対向箇所３５において第２の周面４１には、永久磁石部材４５の磁極Ｎ３(第２の磁極)と軟磁性体部材４７の磁極Ｓ４(第３の磁極)が、第２の回転スリーブ１７の回転方向Ｒ２に沿って配置されている。磁極Ｎ３(第２の磁極)は磁極Ｎ１(第１の磁極)と同じ極性であり、永久磁石部材４５のＮ極である。磁極Ｓ４(第３の磁極)は磁極Ｎ１(第１の磁極)と異なる極性であり、軟磁性体部材４７に形成されたＳ極である。磁極Ｓ４は永久磁石部材４５の磁力により形成されている。永久磁石部材４５の材料は硬磁性体である。軟磁性体部材４７の材料はステンレス、鉄等である。

本実施形態では磁極Ｎ３(第２の磁極)及び磁極Ｓ４(第３の磁極)を有する強磁性体をそれぞれ永久磁石、軟磁性体で具体化している。軟磁性体部材４７の磁極Ｓ４は永久磁石部材４５の磁力により形成しているが、別の永久磁石部材を設けて軟磁性体部材４７に磁極Ｓ４を形成してもよい。また、磁極Ｓ４(第３の磁極)を軟磁性体部材４７に形成しているが、軟磁性体部材４７の替わりに永久磁石部材４５とは別の永久磁石部材を設けて、この部材のＳ極を磁極Ｓ４(第３の磁極)にしてもよい。

軟磁性体部材４７は永久磁石部材４５に対して回転方向Ｒ２の下流側に配置しているが、上流側に配置することもできる。また、永久磁石部材４５と軟磁性体部材４７は回転方向Ｒ２に隣り合わせに接触して配置されているが、対向箇所３５の範囲内において両者を離して配置することもできる。

第２の回転スリーブ１７は筐体１９に設けられたトナー供給口４９に面している。現像装置１４１はトナー供給口４９が感光ドラム１３５と面した状態で画像形成装置１に取り付けられる。

対向箇所３５でトナーを吸い付けた第２の回転スリーブ１７は、トナーを担持しながら回転方向Ｒ２に回転することによりトナー供給口４９にトナーを搬送する。感光ドラム１３５は回転方向Ｒ１，Ｒ２と逆方向の回転方向Ｒ３に回転している。搬送されてきたトナーは感光ドラム１３５の周面に形成された静電潜像によって引き寄せられて感光ドラム１３５に移動する。これにより、感光ドラム１３５の周面の静電潜像が現像され、周面にトナー画像が形成される。感光ドラム１３５上にはこれと接触した転写ベルト１３１が配置されている。転写ベルト１３１は時計回りとなる方向Ｆに動いており、上記トナー画像は転写ベルト１３１に転写される。

本実施形態では第１の回転スリーブ１５と第２の回転スリーブ１７の対向箇所３５において、第２の回転スリーブ１７側に磁極Ｎ３(第２の磁極)及び磁極Ｓ４(第３の磁極)を配置している。磁極Ｎ３(第２の磁極)は磁極Ｎ１(第１の磁極)の間で反発磁界を形成している。これに対して、磁極Ｓ４(第３の磁極)は磁極Ｎ１(第１の磁極)との間で互いに引きつけあう磁界を形成している。これらの磁界が形成されていることを以下の条件でのシミュレーションにより確認した。

第１の回転スリーブ１５側の磁極Ｎ１：９０ｍＴ
第２の回転スリーブ１７側の磁極Ｎ３：４０ｍＴ
第１の回転スリーブ１５の径：２０ｍｍ
第２の回転スリーブ１７の径：１６ｍｍ
第１の回転スリーブ１５と第２の回転スリーブ１７のギャップ：０．３ｍｍ
第１の回転スリーブ１５、第２の回転スリーブ１７の回転方向：カウンター方向
ここで、ギャップとは対向箇所３５において、第１の回転スリーブ１５と第２の回転スリーブ１７の最短距離を意味する。カウンター方向とは対向箇所３５において、第１の回転スリーブ１５と第２の回転スリーブ１７が互いに逆方向に動いていることを意味する。

図３は本実施形態においてシミュレーションにより形成された磁束線であり、磁極Ｎ１(第１の磁極)、磁極Ｎ３(第２の磁極)及び磁極Ｓ４(第３の磁極)により形成される磁束線を示す図である。図４は図３の磁束線の磁束密度の分布を示す図である。

図３に示すように、磁極Ｎ１と磁極Ｎ３の間には反発磁界Ｍ１が形成されていた。これに対して、磁極Ｎ１と磁極Ｓ４の間には互いに引きつけあう磁界Ｍ２が形成されていた。

図４では、磁束密度が高い領域を領域ＲＨ、磁束密度が低い領域を領域ＲＬ、磁束密度が中位の領域を領域ＲＭで示している。反発磁界Ｍ１が生じている箇所には領域ＲＭ及び領域ＲＬがある。互いに引きあう磁界Ｍ２が形成されている箇所には領域ＲＨがある。

以上説明したように本実施形態によれば、第１の回転スリーブ１５と第２の回転スリーブ１７の対向箇所３５において、(１)磁極Ｎ１(第１の磁極)との間で反発磁界Ｍ１を形成する磁極Ｎ３(第２の磁極)、(２)磁極Ｎ１(第１の磁極)との間で互いに引きつけあう磁界Ｍ２を形成する磁極Ｓ４(第３の磁極)を、第２の回転スリーブ１７側に配置している。

(２)の互いに引きつけあう磁界Ｍ２によって、磁極Ｎ１(第１の磁極)と磁極Ｓ４(第３の磁極)の間に強固な磁気ブラシを形成することができる。

一方、(２)の互いに引きつけあう磁界Ｍ２によって、第１の非回転部２９と第２の非回転部３９を互いに引きつけあう力が生じる。これはシャフト３３，４３をそれぞれ対向箇所３５側に撓ませる力となる。この力が大きければ、第１の回転スリーブ１５と第１の周面３１が接触し、第２の回転スリーブ１７と第２の周面４１が接触してしまう。本実施形態では、(１)の反発磁界Ｍ１によって第１の非回転部２９と第２の非回転部３９が互いに反発しあう力が生じる。これはシャフト３３，４３をそれぞれ対向箇所３５側と反対側に撓ませる力となる。よって、第１の回転スリーブ１５と第１の周面３１が接触するのを防止することができ、かつ第２の回転スリーブ１７と第２の周面４１が接触するのを防止することができる。

また、図４に示すように、(２)の互いに引きつけあう磁界Ｍ２の磁束密度は、(１)の反発磁界Ｍ１の磁束密度よりも高い。このように、磁極Ｎ１(第１の磁極)と磁極Ｓ４(第３の磁極)の間に形成される互いに引きつけあう磁界の磁束密度が高いので、磁極Ｎ１(第１の磁極)と磁極Ｓ４(第３の磁極)の間により強固な磁気ブラシを形成することができる。

また、本実施形態によれば、第２の回転スリーブ１７の回転方向Ｒ２において、軟磁性体部材４７の寸法(厚み)は永久磁石部材４５の寸法(厚み)よりも小さくされている。軟磁性体部材４７は回転方向Ｒ２においてその寸法(厚み)が小さいので、磁極Ｓ４(第３の磁極)の磁力を大きくすることができる。よって、軟磁性体部材４７を小型化しつつ、磁極Ｎ１(第１の磁極)と磁極Ｓ４(第３の磁極)の間により強固な磁気ブラシを形成することができる。

なお、本実施形態では画像形成装置１としてプリンタを例に説明したが、コピー機、ファクシミリ機及びこれらの機能を有する複合機にも、本実施形態に係る現像装置１４１を適用することができる。

１ 画像形成装置
１１ 攪拌スクリュー
１３ 攪拌スクリュー
１５ 第１の回転スリーブ
１７ 第２の回転スリーブ
１９ 筐体
２１ 攪拌室
２３ 仕切板
２５ 攪拌空間
２７ 攪拌空間
２９ 第１の非回転部
３１ 第１の周面
３３ シャフト
３５ 第１の回転スリーブと第２の回転スリーブが対向する対向箇所
３７ ブレード
３９ 第２の非回転部
４１ 第２の周面
４３ シャフト
４５ 永久磁石部材
４７ 軟磁性体部材
４９ トナー供給口
１３１ 転写ベルト
１３５ 感光ドラム
１４１ 現像装置
Ｒ１ 第１の回転スリーブの回転方向
Ｒ２ 第２の回転スリーブの回転方向
Ｒ３ 感光ドラムの回転方向
Ｆ 転写ベルトの動く方向
Ｎ１ Ｎ極の磁極(第１の磁極)
Ｎ２ Ｎ極の磁極
Ｎ３ Ｎ極の磁極(第２の磁極)
Ｓ１ Ｓ極の磁極
Ｓ２ Ｓ極の磁極
Ｓ３ Ｓ極の磁極
Ｓ４ Ｓ極の磁極(第３の磁極)
Ｍ１ 反発磁界
Ｍ２ 互いに引きつけあう磁界
ＲＨ 磁束密度が高い領域
ＲＬ 磁束密度が低い領域
ＲＭ 磁束密度が中位の領域

Claims (4)

1. 二成分現像剤中のトナーを用いて静電潜像を現像する現像装置であって、
   二成分現像剤を担持しながら回転することにより二成分現像剤を搬送する第１の回転スリーブと、
   前記第１の回転スリーブと対向する対向箇所において前記第１の回転スリーブから二成分現像剤中のトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第２の回転スリーブと、
   前記対向箇所に向いている第１の磁極を含む複数の磁極が前記第１の回転スリーブの回転方向に沿って配置された第１の周面を有しており、前記複数の磁極の磁力を利用して前記第１の回転スリーブに二成分現像剤を担持させることができ、前記第１の回転スリーブが前記第１の周面に沿って回転可能に配置されている第１の非回転部と、
   前記対向箇所において、前記第１の磁極との間で反発磁界を形成する第２の磁極及び前記第１の磁極との間で互いに引きつけあう磁界を形成する第３の磁極が、前記第２の回転スリーブの回転方向に沿って配置された第２の周面を有しており、前記第２の回転スリーブが前記第２の周面に沿って回転可能に配置されている第２の非回転部と、を備え、
   前記第２の非回転部は、
   前記第１の磁極と同じ極性である前記第２の磁極を有する永久磁石部材と、
   前記第１の磁極と異なる極性である前記第３の磁極を有する軟磁性体部材と、を備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記第１の磁極と前記第３の磁極の間に形成される互いに引きつけあう磁界の磁束密度は、前記第１の磁極と前記第２の磁極の間に形成される反発磁界の磁束密度よりも高い、ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記第２の回転スリーブの回転方向において、前記軟磁性体部材の寸法は前記永久磁石部材の寸法よりも小さい、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置が搭載された画像形成装置。