JP4086736B2

JP4086736B2 - 現像装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4086736B2
Application number: JP2003307593A
Authority: JP
Inventors: 武志川村; 健中川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005077702A

Description

本発明は電子写真方式を利用した画像形成装置において、像担持体表面に形成した静電潜像を現像して可視化するために用いられる現像装置に係り、特に、像担持体と現像剤担持体との間に所定の間隔を設け、交流電界により非接触で現像を行う現像装置及び画像形成装置に関する。

従来、レーザビームプリンタや、複写機等の画像形成装置としては、図１９に示したような電子写真法を用いた画像形成装置が提案されている。これらの基本動作について以下に説明する。

画像形成工程において、像担持体としての通常ドラム状つまり回転体とされる電子写真感光体（以下「感光ドラム」と称す。）１１は、先ず、帯電工程にて一次帯電器１２にて一様に帯電される。次に、潜像形成工程である露光工程にて外部装置より入力された画像情報に対応して露光装置１３より感光ドラム１１表面に光照射を行い、潜像を形成する。次に、現像工程にて、この感光ドラム１１表面の静電潜像は、現像装置６０において、一次帯電器１２の印加電圧と同極性の摩擦帯電極性を有する現像剤（以下「トナー」と称す。）Ｔにより可視像即ち現像剤像（トナー像）とされる。このトナー像は、転写工程にて、転写帯電器１４にて転写材Ｑに転写される。転写材Ｑは感光ドラム１１より分離され、続いて、定着工程にて、定着装置１６に搬送されて、それによる定着後に永久像となる。又、転写帯電器１４で転写されずに残った感光ドラム１１表面の現像剤Ｔは、クリーニング装置１５にて除去され、感光ドラム１１は次の画像形成工程（画像形成プロセス）に供される。

上記の画像形成装置にて実施される画像形成工程において、主に現像工程を行う現像装置６０について説明する。

現像装置６０に収容され、現像剤として使用されるトナーＴは負帯電性であり且つイエロー・マゼンタ・シアン・ブラック各色いずれかの顔料を含有した負帯電性非磁性一成分トナーである。

このトナーＴは、現像装置本体カバーとしての現像容器６０ａに収容され、現像容器６０内に設置された攪拌部材６４、６５にて攪拌されて均一に維持される。攪拌部材６４については、各種形状に加工された板状もしくはスクリュー等から構成されるトナー第１撹拌部材６４及びトナー第２撹拌部材６５が感光ドラム１１軸方向に平行に設けられており、図中矢印の方向に回転してしており、トナー収納部（現像容器）６０ａ中のトナーＴを、現像剤担持体としての回転体である現像ローラ６１へ搬送している。撹拌部材は２本と限定されず、各種現像器構成にあわせて、現像容器６０ａ内部から現像ローラ６１近傍までトナーを搬送することが出来れば撹拌部材の個数は問わない。

現像容器６０ａは、現像ローラ６１と、２本の攪拌部材のうち現像ローラ６１側に設置された攪拌部材６４との間に、現像容器仕切り板６６を有し、つまり、現像容器６０ａは、現像ローラ６１にトナーＴを供給する現像部６０ｂと、トナーＴを収容して攪拌する攪拌部６０ｃとに仕切られている。そして、現像ローラ６１のある現像部において、常に一定量のトナーＴを現像ローラ６１近傍の現像剤供給剥ぎ取りローラ６２表面に供給すべく仕切り板６６の高さは適正化されている。

非磁性一成分現像法においては、磁力によるトナー供給が不可能となるため、上記のように、現像部６０ｂにおいては、現像ローラ６１にはウレタンスポンジ製の現像剤供給剥ぎ取りローラ６２が当接されている。現像剤供給剥ぎ取りローラ６２は、現像ローラ６１とのニップ部でカウンタ方向に回転することで、トナーＴを現像ローラ６１表面に供給すると同時に、感光ドラム１１対向位置を通過しても現像されなかった現像ローラ６１表面のトナーを剥ぎ取っている。

現像ローラ６１には、現像剤量規制部材として規制ブレード６３が当接されており、現像ローラ６１表面のトナーを規制して、トナー薄層を形成し、現像領域（ドラム対向位置）７０に搬送されるトナー量を規定している。現像領域７０に搬送されるトナー量は、現像ローラ６１表面に接触する規制ブレード６３の当接圧や当接長さ等により決定される。

規制ブレード６３は、厚さ数百μｍのリン青銅・ステンレス等の金属薄板表面に接着もしくは溶着されており、この金属薄板の弾性によって規制ブレード６３は均一に現像ローラ６１に当接されているチップブレードである。このとき金属薄板の材質、厚さ、侵入量、設定角によって規制ブレード６３の当接条件が決定される。

又、上記現像ローラ６１は、現像領域７０で、感光ドラム１１表面と所定の間隔（以下「ＳＤギャップ」と称す。）をおいて対向し、バイアスが印加されることで振動電界である交流電界を形成している。

上記の構成において所望の帯電量と所望の層厚で現像ローラ６１表面に付着して現像領域７０に搬送されてきてトナーＴは、上記交流電界によって、現像ローラ６１表面に付着したトナーＴが、現像ローラ６１と感光ドラム１１との間で往復運動を行い、感光ドラム１１表面に形成された静電潜像を可視化する。

しかしながら、このように、交流電界によって現像を行う現像装置６０において、「はき寄せ」と呼ばれる画像不良が発生する。

以下に図２０を用いて、「はき寄せ現象」について説明する。図２０は、感光ドラム１１と現像ローラ６１との対向部７０を回転方向に対して側面から観測したモデル図である。

はき寄せとは、現像領域７０において、現像ローラ６１回転方向上流部分である画像後端部Ｈにトナーが多く集まる現象である。

このようなトナー像が形成されると、画像に濃度が濃くなった部分が見られる画像欠陥を引き起こしてしまうのである。

図２０のように感光ドラム１１と現像ローラ６１の間に交流バイアス（ＡＣバイアス）を印加すると、樽型の電界Ｄが生じる。すると、現像ローラ６１表面に付着しているトナーＴ１は電界Ｄによって形成される電気力線Ｄに沿って、感光ドラム１１と現像ローラ６１の間を往復運動する。そして、感光ドラム１１と現像ローラ６１の最近接点Ｓよりも外側に向かって移動する。つまり、ＡＣバイアスを印加すると、現像領域７０内のトナーＴ１は常に現像領域７０外方向に移動する速度成分を持つようになる。こうした電気力線Ｄによる外側への押し出しと感光ドラム１１の回転方向に従って、特に現像領域７０より現像ローラ６１回転方向上流側Ｈに、トナーＴ１が溜まるのである。

ここで、感光ドラム１１と現像ローラ６１が図中矢印方向に回転し、潜像が作られている場合、つまり、実際の現像中の場合について説明する。図２０において、感光ドラム１１帯電電位Ｖｄが−１００Ｖの部分Ａが潜像部分であり、トナー像が形成される領域である。Ｖｄが‐５００Ｖの部分Ｂは、一次帯電器１２による感光ドラム１１の基準電位であり、トナー像が形成されない領域である。潜像部分Ａが現像領域７０内に達したとき、現像ローラ６１表面のトナーは潜像部分Ａに付着していくが、上記したように飛翔トナーＴ１には現像領域７０外方向に移動する速度成分があるため、潜像部分Ａの現像ローラ６１回転方向上流側へと移動する。

又、Ｖｄ＝−１００Ｖの部分ＡとＶｄ＝−５００Ｖの部分Ｂの境目においては、−５００Ｖから−１００Ｖに向かう電界が生じている。それにより、潜像部分Ａの現像ローラ６１回転方向上流側へと移動してきた負極性のトナーＴ１は、この境目で滞留してしまう。そのため、潜像部分Ａ及び中央部Ｓの現像ローラ６１回転方向上流のトナー量が多くなってしまい、この部分にはき寄せＨが形成される。

はき寄せＨによるトナーの滞留部つまり掃き寄せ画像を低減させる方法として、特許文献１にて現像領域７０に電極を有する板状部材を挿入し、はき寄せを低減するという提案がなされている。しかしながら、画像形成動作を繰り返し行い、現像装置６０の寿命近くの状態においては、画像の端部、つまり紙の両端からはき寄せ画像やトナー飛散が発生してしまう。
特開平８−２２１８５号公報

本発明の目的は、交流電界によって、現像剤担持体から像担持体に現像剤を移動させて現像動作を行う現像装置において、簡易な構成にて、長期にわたって、現像剤担持体と像担持体との対向部である現像領域にて発生する掃き寄せ、飛散トナーの付着を抑え、良好な画像を形成する現像装置及び画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る現像装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、第１の本発明は、現像剤を収容する現像容器と、前記現像剤を担持搬送する回転体である現像剤担持体と、を有し、静電潜像が形成され、該静電潜像を担持する回転体である像担持体に前記現像剤担持体を対向させ、該対向部に位置する現像領域にて、振動電界を形成し該振動電界により、前記現像剤担持体表面にて担持して前記現像領域に搬送された前記現像剤で、前記静電潜像を現像する現像装置において、
前記現像剤担持体の軸方向に平行な方向における前記像担持体の画像保証領域において、前記像担持体の回転方向上流から前記現像領域内に先端部が侵入した板状部材であり、前記現像剤担持体の軸方向に平行な方向の幅が、同方向における前記画像保証領域よりも広い飛翔現像剤制御部材を有し、前記飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部における前記飛翔現像剤制御部材の先端部は、前記画像保証領域における前記飛翔現像剤制御部材の先端部よりも、前記像担持体の回転方向下流に突出して設けられることを特徴とする現像装置を提供する。

第１の本発明の一実施態様によると、前記飛翔現像剤制御部材は、前記現像剤担持体の回転方向の上流側から、前記現像領域に一端辺を配置させて侵入しており、前記飛翔現像剤制御部材の侵入開始部が、前記現像剤担持体の逆回転方向の角度で、前記現像剤担持体と前記像担持体との回転中心を結ぶ位置を０°として、３０°の方向に前記現像剤担持体の半径を延長させた延長部と交差する位置より、前記飛翔現像剤制御部材に沿った方向で、前記現像領域に存在する前記飛翔現像剤制御部材の端辺からの距離が長い位置にある。

第１の本発明の他の実施態様によると、前記飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部は、前記現像領域の前記現像剤担持体回転方向の全領域と対向しているか、又は、前記飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部が前記現像剤担持体に向かって屈折した形状を有するか、又は、前記飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部が前記像担持体と前記現像剤担持体との間隔を一定に保つ部材に接触又は近接しているのが好ましい。

第２の本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を現像する第１の本発明の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明の現像装置及び画像形成装置は、静電潜像が形成され、静電潜像を担持する回転体である像担持体に現像剤担持体を対向させ、対向部に位置する現像領域にて、振動電界を形成し振動電界により、現像剤担持体表面にて担持して現像領域に搬送された現像剤で、静電潜像を現像する現像装置において、現像剤担持体の軸方向に平行な方向における像担持体の画像保証領域において、像担持体の回転方向上流から現像領域内に先端部が侵入した板状部材であり、現像剤担持体の軸方向に平行な方向の幅が、同方向における画像保証領域よりも広い飛翔現像剤制御部材を有し、飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部における飛翔現像剤制御部材の先端部は、画像保証領域における飛翔現像剤制御部材の先端部よりも、像担持体の回転方向下流に突出して設けられるので、現像装置寿命まで、現像領域にて生じる現像剤の掃き寄せ、端部からの現像剤飛散を防止し、安定した画像を出力する。

以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
本実施例における現像装置を図１に示す。図１に示す現像装置１００は、非磁性一成分非接触現像方式の現像器に本発明を適用したものである。以下現像装置１００について詳細に説明する。

本実施例の現像装置１００は、従来例にて説明した図１９に示した構成の画像形成装置の現像装置６０の位置に備えられ、従来例にて説明した画像形成工程の現像工程にて像担持体である感光ドラム１表面に形成された静電潜像を現像するものとする。図１において、現像装置１００は、像担持体としての回転体である感光ドラム１に周面を対向させて平行に設けられており、現像剤を収容する現像容器１００ａと、現像剤担持体としての回転体である現像ローラ２と、現像剤供給部材としての現像剤供給剥ぎ取りローラ３と、トナー規制部材４と、板状部材である飛翔現像剤制御部材（制御部材）５と、板状のトナー攪拌部材６と、を備え、現像容器１００ａには絶縁性の非磁性一成分現像剤であるトナーＴを収容している。

現像装置１００に対向する感光ドラム１としては、外径３０ｍｍのアルミニウム素管表面に、ＯＰＣ等の感光材料を塗工して構成されている部材を用いた。

そして、現像装置１００が有する各部材について説明する。

現像剤担持体としての現像ローラ２として、外径１６ｍｍのアルミニウム素管表面に、カーボン、グラファイトを分散したフェノール樹脂溶液をスプレー塗工した部材を用いた。現像ローラ２の軸方向両端部には、図３に示すように、コロ２１を設置し、感光ドラム１表面に突き当てることで、感光ドラム１と現像ローラ２とに一定のＳＤギャップを保つ。ここでは、ＳＤギャップを３００μｍと設定した。

現像剤供給剥ぎ取りローラ３としては、外径５ｍｍの金属芯金に厚さ４．５ｍｍのウレタンフォームを外周に形成した部材を用いた。

トナー規制部材４としては、厚さ０．１ｍｍのリン青銅板を用いた。

ここで、現像装置１００の動作について説明する。

トナーＴは負帯電性であり且つイエロー・マゼンタ・シアン・ブラック各色いずれかの顔料を含有した負帯電性非磁性一成分トナーである。

本実施例の現像装置１００においては、感光ドラム１軸方向に攪拌部材６を１本設けた。その攪拌部材である、トナー撹拌部材６が、図中矢印の方向に回転できるように配置し、トナー収納部中のトナーＴを現像ローラ２へ搬送している。本実施例でも、従来例と同様に、現像容器１００ａは、現像ローラ２が設置された現像部１００ｂと攪拌部材６が設置された１００ｃとに現像容器仕切り板７によって分割されており、常に一定量のトナーＴを現像ローラ２近傍の現像剤供給剥ぎ取りローラ３表面に供給すべく仕切り板７の高さは適正化されている。

現像剤供給剥ぎ取りローラ３は、現像ローラ２に当接されており、ニップ部でカウンタ方向に回転することでトナーＴを現像ローラ２表面に供給すると同時に、感光ドラム１対向位置を通過しても現像されなかった現像ローラ２表面のトナーを剥ぎ取っている。

現像ローラ２は、現像容器１００ａから感光ドラム１周面に向けて、その周面の一部を露出させているが、その露出部分にて現像ローラ２回転方向上流側の現像容器１００ａ開口部にて、現像ローラ２には、トナー量規制部材としての規制ブレード４が当接されており、現像ローラ２表面のトナーを規制してトナー薄層を形成し、現像領域７０に搬送されるトナー量を規定すると同時に、トナーを帯電させている。

上記の構成において所望の帯電量と所望の層厚で現像ローラ２表面に付着して、現像領域７０に搬送されてきたトナーＴは、現像ローラ２に印加される現像バイアスによって、現像ローラ２表面に付着したトナーＴが、現像ローラ２と感光ドラム１との間で往復運動を行うことで感光ドラム１表面に形成された静電潜像を可視化する。

ここで、本実施例における現像装置１００における各設定条件を説明する。

感光ドラム１は図中の矢印方向に回転し、現像ローラ２は図中の矢印方向に回転する。つまり本実施例では、感光ドラム１と現像ローラ２の回転方向は、対向部７０において同方向つまり順方向である。これは、画像形成条件によっては、カウンタ方向とすることも可能である。

そして、現像バイアスとして、交流振幅２ｋＶ、交流周波数３ｋＨｚの交流バイアスに−２６０Ｖの直流バイアスを重畳させた振動電圧を用いた。この振動電圧によって、現像ローラ２と感光ドラム１（感光ドラムの暗部電位及び明部電位）との間に交番電界（振動電界）が形成される。

又、現像ローラ２表層のトナーＴを均一な薄層にするため、現像ローラ２にはトナー規制部材４が現像ローラ２の回転方向に対してカウンタ方向に３０ｇ／ｃｍの線圧で現像ローラ２と当接している。

こうした現像装置１００において、本実施例の特徴としては、現像領域７０におけるトナー飛散、吐き出しを防止するために、現像領域７０に板状部材である飛翔現像剤制御部材（制御部材）５を侵入させて設けたことである。実施例１の制御部材５について、図を用いて説明する。図２は、本実施例１の現像装置１００における現像領域７０付近の拡大図であり、現像ローラ２及び感光ドラム１の回転方向の側面から見た図である。

飛翔現像剤制御部材５は、感光ドラム１と現像ローラ２との対向部である現像領域７０において、現像ローラ２の回転方向上流側から、制御部材５の一端辺５ａが現像領域７０に存在するように侵入させて配置する。

例えば、ここでは、制御部材５を、現像領域７０略中心Ｓに制御部材５の一端辺５ａが存在するように配置する。つまり、制御部材５は、現像領域７０即ち感光ドラム１と現像装置２の対向部に現像ローラ２回転方向上流側から、その最先端である一端辺５ａが現像領域７０内にあるように侵入させた板状部材である。言い換えると、制御部材５は、片端５ａを感光ドラム１と現像ローラ２との間に挟んで、現像ローラ２の回転方向上流側に突出した板状部材である。制御部材５の現像領域７０に存在している一端辺５ａと対称位置のもう片端辺５ｂは、本実施例では、図１のように現像装置１００の現像容器１００ａに固定されている。しかし、一端部５ａが現像領域７０にあれば、固定部となるもう片端５ｂは、画像形成装置の現像装置１００以外の部材に固定されていても良い。

図３は本実施例１の現像装置１００における感光ドラム１側から見た制御部材５の配置構成図である。現像ローラ２の軸方向両端には、ＳＤコロ２１が設けられ、ＳＤギャップ３００μｍの間隔を保っている。そして、現像ローラ２軸方向の制御部材５の存在領域（幅）は、現像ローラ２の軸方向に平行な方向において、画像が形成される画像保証領域よりも広く配置する。

そして、制御部材５の現像領域７０に存在する端辺５ａと、現像ローラ２及び感光ドラム１との距離は、特に限定されないが、感光ドラム１と現像ローラ２の中間付近もしくは、制御部材５の一端辺５ａの位置を保つために、感光ドラム１表面に押圧接触させることが好適である。

ここで、制御部材５が設置される現像領域７０を定義するとともにその測定方法を示す。

上記現像装置１００において、現像ローラ２表面に帯電されたトナーＴが付着している状態で、且つ感光ドラム１及び現像ローラ２を停止した状態で、現像ローラ２表面のトナーが充分飛翔可能なＡＣバイアスを印加する。そのとき、感光ドラム１表面近傍の現像ローラ２表面において、トナーＴが存在しないもしくは、周りよりもトナー層の少ない領域とその領域の両端でトナー層の厚い領域が発生する。

その様子をモデル化したものを図４に示す。図４において、感光ドラム１と現像ローラ２間にＡＣバイアスを印加すると、感光ドラム１と現像ローラ２との間には図示したように湾曲電界が形成される。その湾曲電界に沿って対向部７０中心Ｓ付近のトナーは図中矢印の方向つまり、対向部７０中心Ｓの外側に向かって移動する。又、対向部７０中心Ｓから遠ざかるほど、ＳＤギャップが離れる為、ＡＣバイアスの影響が小さくなり、トナーの動きも小さくなる。図中ａ及びｄの外側においては、現像ローラ上のトナーは、ＡＣバイアスの影響を受けない。その結果、ａ−ｂ間、及びｃ−ｄ間として示される、対向部７０中心Ｓに対して両対称に存在する部分がトナー層Ｔの厚い領域となり、この厚い領域ａ−ｂとｃ−ｄの間である現像領域７０中心部Ｓを含むｂ−ｃ間が、トナーＴの存在しない、もしくは、周りよりもトナー層Ｔの少ない領域となる。

図４において、これらトナー層の厚い領域と少ない領域を合わせたａ−ｄ間を現像領域７０とする。上記の制御部材５の先端５ａが存在する現像領域７０は、上記のａ−ｄ間の領域である。そして、現像領域７０の幅は、感光ドラム１及び現像ローラ２の径、ＳＤギャップ、温度、湿度、気圧等の環境、現像バイアス、現像バイアス印加時間、トナーＴの帯電量及び現像ローラ２表面トナー付着量によって変化する。

本実施例において、本発明者らの実験によれば、感光ドラム１の直径３０ｍｍ、現像ローラ２の直径を１６ｍｍ、ＳＤギャップを３００μｍ、現像ローラ２表面トナーＴの平均帯電量を４０μＣ／ｇ、現像ローラ２上表面単位面積当たりのトナー付着量を０．５ｍｇ／ｃｍ²として、１気圧、２０℃湿度６０％の環境下のもと感光ドラム１と現像ローラ２との間に、周波数２５００Ｈｚ、交流振幅２０００ＶのＡＣバイアスを１秒間印加した場合、現像領域７０は現像ローラ２の周方向に４ｍｍとなった。

このように、周方向に交差する方向つまり軸方向において、現像ローラ２の画像保証領域より広い領域にわたって、先端５ａが現像領域７０内に存在するように、制御部材５を設けることによって、トナーの掃き寄せ部分が、制御部材５に規制されて、感光ドラム１表面に付着せず、長期にわたって、良好な画像を形成することが可能となった。そして、更に、現像ローラ２回転方向で上流側に設けられることによって、この効果が確実となった。

実施例２
本実施例は、実施例１と同様の構成及び設定条件の現像装置１００において、飛翔現像剤制御部材５の現像ローラ２軸方向の幅のみを変更したものである。

図５は、本実施例における感光ドラム１側から見た制御部材５の配置構成図である。現像装置１００の構成及び動作について、実施例１と同様であるものについて、その説明を省略する。

本実施例においては、制御部材５の現像ローラ２軸方向の長さが、現像ローラ２表面軸方向におけるトナーコート層の幅よりも長く配置している。

画像形成の条件によっては、画像保証領域よりも広い面積において現像がなされることもある。又、現像領域７０よりも幅広く現像ローラ２にトナー層を設けることもある。こうした場合は、現像ローラ２のトナーコート層よりも幅広く制御部材５を設けると掃き寄せトナーの発生をより確実に防止できる。

ここで、以下に比較例１を用いて実施例１及び実施例２の効果を説明する。

比較例１
図１２は比較例１における感光ドラム１側から見た制御部材５の配置構成図である。本比較例は、実施例１と同様の構成及び設定条件の現像装置１００において、制御部材５の現像ローラ２軸方向の幅のみを変更したものである。現像装置１００の構成及び動作について、実施例１と同様であるものについて、その説明を省略する。

比較例１においては、図１２に示したように、制御部材５の感光ドラム１及び現像ローラ２軸方向の幅が画像保証領域よりも短い構成である。

表１に実施例１、実施例２についての画像不良における本比較例との比較を示す。

表１に示すように、本比較例のように感光ドラム１及び現像ローラ２軸方向の幅が、画像保証領域よりも飛翔現像剤制御部材５が狭い構成においては、画像端部のはき寄せ画像を防止することができず、現像ローラ２と感光ドラム１との対向部にて掃き寄せられたトナーが飛散して、現像ローラ２表面への飛散トナーのボタ落ちや現像装置１００の飛散トナー汚れも生じる。

よって、実施例１のように、画像保証領域よりも制御部材５を長くすることで、これらの、画像の端部まではき寄せ画像、トナーのボタ落ち、トナー汚れを防止し、現像装置１００の寿命近くまで問題ないレベルに維持することができる。

又、実施例２のように、現像ローラ２表面トナーコート層の長さよりも制御部材５の長さを長くすることで、確実に端部のはき寄せ画像やトナーのボタ落ち等を防止することが可能となる。

実施例３
本実施例は、実施例１と同様の構成及び設定条件の現像装置１００において、飛翔現像剤制御部材５の配置のみを変更したものである。

図６は、本実施例における現像ローラ２及び感光ドラム１回転方向に対して側面からみた現像領域７０付近の拡大図である。又、図７は、本実施例における感光ドラム１側から見た制御部材５の配置構成図である。現像装置１００の構成及び動作について、実施例１と同様であるものについて、その説明を省略する。

本実施例では、板状部材である制御部材５が現像領域７０に存在する端辺５ａを先端として、そこから現像ローラ２回転方向上流側に向かう長さをＬとして、その長さＬを、端部長さＬとして、下記のように定める。

ここでは、板状部材である制御部材５において、端辺５ａと対称の位置にある端辺５ｂの位置を、制御部材５を構成する板状部材が、制御部材５として存在する領域の端辺とする。例えば、本実施例では、制御部材５を構成する板状部材は、端辺５ａと対向する端辺部分が他の部材、ここでは現像容器１００ａに取り付けられており、その現像容器１００ａと制御部材５との間の部分は、制御部材５より幅が狭くなっている。この、狭くなった部分を現像容器１００ａの取り付け部分として、この現像容器１００ａ取り付け部分を無視して、制御部材５として存在している部分の端辺、つまり現像容器１００ａとの取り付け部分との境界を端辺５ｂとして考える。そして、端辺５ａと端辺５ｂとの間の距離、つまり、板状部材である制御部材５の端辺５ａと交差する方向の長さを端部長さＬとする。

そして、制御部材５を現像ローラ２回転方向上流側から侵入させた板状部材と考えると、侵入先端を端辺５ａとするので、端辺５ｂは侵入開始部ともいえる。そして、端部長さＬ方向は、制御部材５に沿った方向で、現像領域７０への侵入方向といえる。

この端部長さＬは、図６、図７に示したように、現像ローラ２周面において、制御部材５先端部分５ａと対向する部分から、現像ローラ２と感光ドラム１との回転軸を結ぶ中心線分Ｐ１を基準として現像ローラ２逆回転方向で３０°以上の領域にわたって、現像ローラ２表面トナーコート層を覆うような長さが必要である。

つまり、現像ローラ２の中心から、現像ローラ２周面において上記中心線分Ｐ１を０°とし、そこから現像ローラ２の逆回転方向で３０°の方向に、延長された現像ローラ２半径延長部をＰ２とするとき、その延長部Ｐ２と制御部材５が交差する位置５ｃより外側に、即ち、制御部材５に沿った方向で、現像ローラ２半径延長部Ｐ２と交差する位置５ｃより、制御部材端辺５ａからの距離である端部長さＬが長い位置に、侵入開始部５ｂが存在していることが必要である。

端部長さＬを上記のように定めることで、掃き寄せトナーが感光ドラム１に移動するのを、長期にわたって防止することが可能となる。

以下に比較例２を用いて本実施例の効果を説明する。

比較例２
図１３は、本比較例３における感光ドラム１側から見た制御部材５の端部配置図である。又、図１４は、本比較例における現像領域７０付近の拡大説明図である。

本比較例は、実施例１と同様の構成及び設定条件の現像装置１００において、飛翔現像剤制御部材５の配置のみを変更したものである。現像装置１００の構成及び動作について、実施例１と同様であるものについて、その説明を省略する。

本比較例の特徴として、図１３、１４に示したように、実施例３とは違って、端部長さＬが、制御部材５先端部分５ａと現像ローラ２及び感光ドラム１とが対向する部分から、現像ローラ２と感光ドラム１との回転軸を結ぶ中心線分Ｐ１を基準として現像ローラ２逆回転方向で３０°以上の領域にわたって、現像ローラ２表面トナーコート層を覆うような長さがないように配置した。

ここで、現像領域７０に部材５を挿入させた非接触現像方式の現像装置における懸念点について説明する。

図１５は現像領域７０上流側におけるトナーの動きを示したモデル図である。符号に関して実施例１と同様であり、その説明を省略する。

図中矢印の方向に順方向に回転駆動している感光ドラム１及び現像ローラ２の、両者の間に現像バイアスを印加している時、トナーは図中矢印方向、つまり大きく現像ローラ２及び感光ドラム１の表面に沿った方向にジグザグに揺れながら、現像ローラ２から感光ドラム１への方向に移動している。

即ち、ＳＤギャップ中央付近にあるトナーは樽型電界の影響を受け、現像領域７０中心Ｓから外側に向かって移動している。一方、感光ドラム１及び現像ローラ２の表面近傍にあるトナーは、感光ドラム１及び現像ローラ２の回転によって発生する気流の影響を受けてそれらの回転方向に移動している。

こうしたトナーＴの運動によって、現像領域７０上流側に存在するトナーは、図に示したように渦巻きながら動いている。ここで、制御部材５が存在する場合は、その場合のトナーＴの動きをモデル化した図１６に示すように、制御部材５が存在することにより、トナーＴが運動するスペースが狭くなるため、現像ローラ２と制御部材５との間で飛翔するトナーＴの動きがより激しくなる。

この現象によって、現像ローラ２回転方向の上流側及び、現像ローラ２端部の現像領域７０外においても、トナーＴが飛翔する。そして、この飛翔したトナーＴが制御部材５の感光ドラム１側の面に飛翔トナーが溜まる現象が発生する。この結果の様子をモデル図である図１７に示す。制御部材５の感光ドラム１側の面に、特に現像ローラ２軸方向に平行な方向で端部に飛散トナーＴが付着している。このようなトナーが画像形成動作を繰り返し行うことにより増加してくると、以下のような不具合を生じる。

１：画像端部におけるはき寄せ画像の発生
これは、飛翔現像剤制御部材５の感光ドラム１側面に溜まったトナーが、現像バイアスの振動電界によって感光ドラム１と制御部材５の間で往復運動を行い、はき寄せ画像を形成してしまう画像不良である。

２：はき寄せ画像のムラ
これは、制御部材５の感光ドラム１側面に溜まったトナーによって、制御部材５がクラウン形状等に変形し、長手方向の中央部と端部とで、はき寄せを防止する効果にムラが生じてしまう画像不良である。

３：トナーボタ落ちによる画像不良
これは、制御部材５の感光ドラム１側面に溜まったトナーが現像ローラ２表面にトナー塊として落ちてしまい、その部分だけ画像濃度が異常に高くなってしまう画像不良である。

４：現像装置のトナー汚れ
これは、制御部材５の感光ドラム１側面に溜まったトナーＴが制御部材５自身の振動によって飛散し、現像装置１００が飛散トナーによって汚れてしまう不具合である。特に、画像形成動作を繰り返し行った現像装置１００内のトナーは、外添剤が剥ぎ取られ帯電能力が低下してしまい、飛散し易い。

比較例２においては、制御部材５の端部長さＬが短かったために、現像ローラ２回転方向上流側より、飛翔トナーＴが制御部材５表面に溜まり、上記した問題が発生してしまう。

ここで、制御部材５が現像ローラコート層を覆う現像ローラ２の表面角度領域と、トナー飛散量との関係を、図１８に示す。トナー飛散量とは、現像領域７０の外側に飛散したトナーを捕集するシート部材を設け、シート部材に付着したトナーの重量を測定して求めたものである。

実施例１の現像装置１００を用いて、４０００枚通紙したときの制御部材５表面に付着するトナー量を測定した。この現像装置１００の制御部材端部長さＬは任意に変化させ、又、現像ローラ２の径を外径１６ｍｍと外径１２ｍｍを用いて比較した。

ここで、トナー飛散量が２０ｍｇ以下であれば、現像装置寿命末期まで、上記不具合を防止することができる。又、現像ローラ径１６ｍｍ、１２ｍｍともに制御部材５が現像ローラコート層を覆う現像ローラ２の表面角度領域が３０°以下ではトナー飛散量が２０ｍｇ以上であり、上記した問題が発生してしまった。３０°以上の場合は、トナー飛散量２０ｍｇ以下であり、現像装置寿命末期まで上記不具合を防止することができた。

つまり、実施例３のように、制御部材５が現像ローラコート層を覆う現像ローラ２の表面角度領域を、３０°以上つまり、制御部材５の他端辺である侵入開始部５ｂが、現像ローラ２の逆回転方向の角度で、現像ローラ２と感光ドラム１との回転中心を結ぶ位置を０°として、３０°の方向に現像ローラ２の半径を延長させた延長部Ｐ２と交差する位置より、制御部材５に沿った方向で、制御部材端辺５ａからの距離Ｌが長い位置にあることで、本発明の効果を得ることできる。

尚、制御部材５端部長さＬは長いほど先端位置精度を出すことが難しくなってくる為、５０ｍｍ以下が好ましい。

表２に画像不良における実施例３と本比較例との比較を示す。

表２に示すように、本比較例にて現像装置の寿命近くにて生じていた飛散トナーのボタ落ちやトナー汚れが、実施例３では、現像装置の寿命近くまで問題ないレベルに維持することができる。

実施例４
本実施例は、実施例１と同様の構成及び設定条件の現像装置１００において、飛翔現像剤制御部材５の配置のみを変更したものである。

図８は本実施例における感光ドラム１側から見た制御部材５の配置構成図である。現像装置１００の構成及び動作について、実施例１と同様であるものについて、その説明を省略する。

本実施例の特徴としては、図８に示したように、制御部材５の現像ローラ２軸方向に平行な方向で端部のみが、現像領域７０の現像ローラ２周面方向における領域Ｇを覆うように配置した。制御部材５の感光ドラム１及び現像ローラ２軸方向中央部は、現像領域の中央部から覆っている。

尚、ここで制御部材５の現像ローラ２軸方向端部とは、少なくとも現像ローラ２における画像保証領域より端部側のことをいう。

通常、飛散トナーは感光ドラム１及び現像ローラ２の回転によって発生する気流の方向に飛散するが、端部においては、ＳＤコロ等によって気流が乱れている。そのため、端部付近のトナーは様々な方向に飛散してしまう。また、端部付近より飛散したトナーは再度、現像ローラ２上や感光ドラム１上に回収されず、現像装置１００の外部へ飛散し易い。

そこで、本実施例のように、飛翔現像剤制御部材５の長手方向の端部が、飛散トナーを発生させる領域である現像領域７０を覆うように配置することで、現像ローラ２端部から飛散するトナーを低減することが可能となり、上記した不具合を低減することができる。

実施例５
本実施例は、実施例１と同様の構成及び設定条件の現像装置１００において、飛翔現像剤制御部材５の配置のみを変更したものである。

図９は本実施例における現像領域７０端部を拡大した拡大図である。現像装置１００の構成及び動作について、実施例１と同様であるものについて、その説明を省略する。

本実施例の特徴として、図９に示したように、飛翔現像剤制御部材５４の感光ドラム１及び現像ローラ２軸方向端部が現像ローラ２側に屈折している。

本実施例のような構成をとることで、現像ローラ２端部から現像装置１００の外部へ向かう空間をふさぐことで、現像装置１００外部へ向かう飛散トナーを外部に出すことがない。それによって、上記した画像不良を低減する。特に、飛散トナーによる現像装置の汚れを防止することが可能となる。

実施例６
本実施例は、実施例１と同様の構成及び設定条件の現像装置１００において、飛翔現像剤制御部材５の配置のみを変更したものである。

図１０は本実施例における現像領域７０端部を拡大した構成図である。現像装置１００の構成及び動作について、実施例１と同様であるものについて、その説明を省略する。

本実施例の特徴として図１０に示したように、飛翔現像剤制御部材５の端部は現像ローラ２の両端に設けられたＳＤコロ２１に接触又は近接して配置されている。

これによって、飛翔現像剤制御部材５の取付が安定し、トナーの掃き寄せ防止を長期にわたって行い、良好な画像形成が実現できる。

そして、飛散トナーを外部に出すことがない。それによって、上記した不具合を低減する。特に、飛散トナーによる現像装置の汚れを防止することが可能となる。

実施例７
本実施例は、実施例１と同様の構成及び設定条件の現像装置１００において、飛翔現像剤制御部材５の配置のみを変更したものである。

図１１は本実施例における感光ドラム１側から見た飛翔現像剤制御部材５の配置構成図である。現像装置１００の構成及び動作について、実施例１と同様であるものについて、その説明を省略する。

本実施例の特徴として、図１１に示したように、飛翔現像剤制御部材５の回転ドラム１及び現像ローラ２軸方向の幅が、現像ローラ２表面トナーコート層長さよりも広く配置し、且つ飛翔現像剤制御部材５が飛翔現像剤制御部材５先端位置から、中心線分Ｐから３０度以上の現像ローラ表面トナーコート層を覆うように配置した。つまり、実施例２と３とを合わせた構成である。

画像形成の条件によっては、画像保証領域よりも広い面積において現像がなされたり、現像領域よりも幅広く現像ローラにトナー層を設ける場合にも、長期にわたって、現像ローラのトナーコート層よりも幅広く飛翔現像剤制御部材５を設けると掃き寄せトナーの発生をより確実に防止できる。

ここで、実施例１〜実施例７の効果を比較例１、２とともにを以下の表３にまとめた。

表３から、実施例１又は２のように、現像領域に侵入する板状部材である飛翔現像剤制御部材を像担持体軸方向に画像形成領域又はトナーコート領域を覆うように設置することで、画像端部からのはき寄せ画像を防止することができる。そして、実施例３のように、この制御部材が更に、現像領域に交差する方向には、先端から、像担持体と現像剤担持体の中心を結ぶ直線から現像剤担持体回転方向３０°部分の現像剤担持体半径延長線に交差する位置まで長さを有する、つまり現像剤担持体周面において、制御部材先端部分と対向する部分からの長さが、現像剤担持体と像担持体との回転軸を結ぶ中心線分Ｐ１を基準として現像剤担持体逆回転方向で３０°以上の領域にわたって、現像剤担持体表面トナーコート層を覆うような長さを有することで、現像装置の寿命末期の状態においても画像の端部からのはき寄せ画像やはき寄せのムラ及びトナー飛散を低減することができる。又、実施例４のように飛翔現像剤制御部材の軸方向端部が現像領域を覆うようにすると、現像ローラ端部からのトナー飛散を低減することができる。実施例５のように、飛翔現像剤制御部材の軸方向端部が現像剤担持体に向かって屈折する形状であることにより効果的にはき寄せ画像とトナー飛散を防止することができる。実施例６のように、飛翔現像剤制御部材の端部が像担持体や現像剤担持体との間隔を一定に保っていることにより、現像ローラ回転方向の上流側より発生するトナー飛散を確実に防止することができる。そして、実施例７のように、実施例２と３を掛け合わせることで、表３に示すように、良好な画像形成を現像装置寿命まで、維持することが更に完璧にできた。

尚、本実施例において非磁性一成分非接触現像装置について説明したが、現像領域内に飛翔現像剤制御部材を有する非接触現像装置において、本発明を適用することで上記した効果を得ることができる。

以上に説明した画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本発明に係る現像装置の実施例１〜実施例７を示す断面図である。本発明の実施例１における現像領域周辺の部材構成を示す側面図である。本発明の実施例１における現像領域周辺の部材構成を示す正面図である。本発明に係る現像領域の定義を示す説明図である。本発明の実施例２における現像領域周辺の部材構成を示す正面図である。本発明の実施例３における現像領域周辺の部材構成を示す側面図である。本発明の実施例３における現像領域周辺の部材構成を示す正面図である。本発明の実施例４における現像領域周辺の部材構成を示す正面図である。本発明の実施例５における現像剤担持体端部構成を示す部分正面図である。本発明の実施例６における現像剤担持体端部構成を示す部分正面図である。本発明の実施例７における現像領域周辺の部材構成を示す正面図である。比較例１における現像領域周辺の部材構成を示す正面図である。比較例２における現像領域周辺の部材構成を示す側面図である。比較例２における現像領域周辺の部材構成を示す正面図である。現像領域における現像剤の挙動を示す説明図である。比較例１における現像領域における現像剤の挙動を示す説明図である。記録材に飛散トナーが付着した様子を示す説明図である。飛翔現像剤制御部材が覆う現像剤担持体の中心線分からの角度領域と端部トナー飛散量との関係を示すグラフである。本発明の現像装置が備えられる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。従来例に係る現像領域における掃き寄せトナーの様子を示す説明図である。

符号の説明

１感光ドラム（像担持体）
２現像ローラ（現像剤担持体）
５飛翔現像剤制御部材
７０現像領域
１００現像装置
２１コロ
Ｔトナー（現像剤）

Claims

現像剤を収容する現像容器と、前記現像剤を担持搬送する回転体である現像剤担持体と、を有し、静電潜像が形成され、該静電潜像を担持する回転体である像担持体に前記現像剤担持体を対向させ、該対向部に位置する現像領域にて、振動電界を形成し該振動電界により、前記現像剤担持体表面にて担持して前記現像領域に搬送された前記現像剤で、前記静電潜像を現像する現像装置において、
前記現像剤担持体の軸方向に平行な方向における前記像担持体の画像保証領域において、前記像担持体の回転方向上流から前記現像領域内に先端部が侵入した板状部材であり、前記現像剤担持体の軸方向に平行な方向の幅が、同方向における前記画像保証領域よりも広い飛翔現像剤制御部材を有し、前記飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部における前記飛翔現像剤制御部材の先端部は、前記画像保証領域における前記飛翔現像剤制御部材の先端部よりも、前記像担持体の回転方向下流に突出して設けられることを特徴とする現像装置。
前記飛翔現像剤制御部材は、前記現像剤担持体の回転方向の上流側から、前記現像領域に一端辺を配置させて侵入しており、前記飛翔現像剤制御部材の侵入開始部が、前記現像剤担持体の逆回転方向の角度で、前記現像剤担持体と前記像担持体との回転中心を結ぶ位置を０°として、３０°の方向に前記現像剤担持体の半径を延長させた延長部と交差する位置より、前記飛翔現像剤制御部材に沿った方向で、前記現像領域に存在する前記飛翔現像剤制御部材の端辺からの距離が長い位置にあることを特徴とする請求項１の現像装置。
前記飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部は、前記現像領域の前記現像剤担持体回転方向の全領域と対向していることを特徴とする請求項１又は２の現像装置。
前記飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部が前記現像剤担持体に向かって屈折した形状を有することを特徴とする請求項１又は２の現像装置。
前記飛翔現像剤制御部材の長手方向の端部が前記像担持体と前記現像剤担持体との間隔を一定に保つ部材に接触又は近接していることを特徴とする請求項１又は２の現像装置。
表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を現像する請求項１〜５のいずれかの項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。