JP2000122403A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は多数枚の画像出力に伴う現像剤の現像
特性の劣化が多少、起こった場合でも、中間調やベタ部
でのすじ状の不良画像の発生がなく十分に画像特性を安
定させることができ、小型化しても十分な画像特性が得
られる現像装置を提供する。 【解決手段】本発明は、感光体ドラム２の表面の移動速
度をＶｐ、現像ローラ５の移動速度をＶｓ、溝部５ａ…
の幅寸法をＬとし、溝部５ａ…の像通過時間Ｔ１をＬ／
（Ｖｓ−Ｖｐ）、交番電界の１周期をＴ２としたとき、
２≦Ｔ１／Ｔ２≦２０の関係を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真などの静
電潜像を現像するために用いられる現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真の分野においては、トナーとキ
ャリアからなる現像剤を用いる二成分現像方式が広く採
用されている。この現像方式は、耐久性や画像特性など
の点で優れる。

【０００３】また、二成分現像方式は、非磁性トナーを
用いた一成分現像方式よりも、現像剤の摩擦帯電制御が
容易であり、現像剤層の形成が安定化する利点がある。
ところで、二成分現像剤のキャリア材としてはフェライ
トなどの磁性体を含む５０μｍ程度の粒径の微粒子が用
いられている。このキャリア材の表面には摩擦帯電を良
好に行なうため、或いは、耐擦性を向上させるため、ポ
リメタクリル樹脂などの樹脂コーティングが施されてい
る。

【０００４】トナー材としては、スチレンアクリル樹脂
などを基調とし帯電制御剤などを含む７〜８μｍ程度の
粒径の粒子が用いられている。二成分現像方式では、こ
れらの混合現像剤をマグネットローラと呼ばれる、内部
に永久磁石を内包する回転スリーブ上に供給する。回転
スリーブ上に供給された現像剤は、永久磁石の作用で、
磁気ブラシと呼ばれるキャリアの連鎖状のチェーンを形
成する。多数のトナー粒子は摩擦帯電により、このキャ
リア粒子群、つまり磁気ブラシに付着している。

【０００５】一方、マグネットローラと対向する位置に
は、潜像が形成される感光体などの像担持体が配置さ
れ、この像形成体表面に磁気ブラシから帯電トナー粒子
を付着させることにより潜像を可視化させる。

【０００６】この現像方式としては、磁気ブラシで直
接、像担持体表面を摺擦する接触方式と、現像剤層と像
担持体表面とを近接させて対置し、振動電界などを印加
することにより、トナーを像担持体表面に飛翔させるジ
ャンピング法と呼ばれる非接触方式がある。

【０００７】後者の非接触方式は、現像された画像面に
磁気ブラシによる掃け目が生じにくい反面、現像条件な
どに難しい面があり、前者の接触方式が広く利用されて
いる。

【０００８】しかし、装置の画像出力の初期段階では十
分な画像が得られるものの、多数枚画像を出力するに従
い、現像剤が劣化していく。また、前述した二成分現像
剤の多くは現像器内で規制部材により現像剤量が調節さ
れて現像ローラへ供給され、感光体に対向する現像部へ
運ばれる方式をとっているが、現像剤の劣化に伴い嵩密
度や流動性が変化し、現像ローラへ供給される現像剤量
が変化する。

【０００９】そこで、現像ローラの表面に溝を形成する
ことにより、現像剤が多少劣化しても、現像ローラへ現
像剤を安定して供給することができるようにしたものが
開発されてきた。

【００１０】また、最近では装置の小型化の要求によ
り、現像ローラ（マグネットローラ）や感光体ドラムの
小径化が図られている。現像ローラや感光体ドラムを小
径化した場合、磁気ブラシが感光体ドラムに接触する現
像ニップ部のドラムと現像ローラとの曲率が大きくなる
ため、実質的な感光体ドラムと現像ローラとのギャップ
が広くなり、現像部の電界が弱くなることがある。さら
に、現像剤により形成される磁気ブラシが感光体に接触
する現像ニップ部分が小さくなるため、交流電界などを
印加して効率の高い現像を行なう方法が用いられる。

【００１１】また、カラー画像出力装置の場合、現像器
が複数個必要になるが、装置全体のサイズを従来並みに
する場合、当然、内部の現像器や感光体ドラムなどの構
成についても小型化が一層必要となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溝を形
成した現像ローラを用いた場合、現像剤の供給は安定す
るものの、感光体ドラム上の画像に進行方向に対して直
交する方向にすじが現れるという問題が発生した。特
に、ハーフトーンの画像において目だち、また、画像出
力が高くなるほど、このような画像が多くなる傾向があ
った。

【００１３】これは現像剤の現像特性の劣化が主な原因
であることがわかったが、現像剤の改良のみでは十分に
現像特性を安定させることは困難であった。また、現像
ニップ部の曲率が大きく作用しているため、現像剤の劣
化に対しての許容性が少なかったためと考えられた。

【００１４】現像ローラ上への現像剤量を多くするとこ
のような不良画像が出にくくなるのであるが、現像器の
サイズの制約から現像ローラへの現像剤の供給量が限ら
れており、この点で画像を改善することが困難であっ
た。

【００１５】そこで、本発明は、多数枚の画像出力に伴
う現像剤の現像特性の劣化が多少、起こった場合でも、
中間調やベタ部でのすじ状の不良画像の発生がなく十分
に画像特性を安定させることができ、特に画像出力装置
の小型化に伴う、現像装置の小型化や現像ローラ、感光
体ドラムの小径化に有効であり、十分な画像特性が得ら
れる現像装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、請求項１記載のものは、静電潜像を担持し回
転する像担持体に対し所定間隔を存して設けられ、回転
することによりトナーとキャリアからなる二成分現像剤
を前記静電潜像に供給する現像剤供給手段と、この現像
剤供給手段の表面にその回転方向に対し直交する方向に
形成された溝部と、前記現像剤供給手段と前記像担持体
との間に交番電界を形成する電界形成手段とを具備し、
前記像担持体の表面の移動速度をＶｐ、前記現像剤供給
手段の移動速度をＶｓ、前記溝部の幅寸法をＬとし、溝
部の像通過時間Ｔ１をＬ／｜Ｖｓ−Ｖｐ｜、交番電界の
１周期をＴ２としたとき、２≦Ｔ１／Ｔ２≦２０の関係
を有する。

【００１７】請求項２記載のものは、静電潜像を担持し
回転する像担持体に対し所定間隔を存して設けられ、回
転することによりトナーとキャリアからなる二成分現像
剤を前記静電潜像に供給する現像剤供給手段と、この現
像剤供給手段の表面にその回転方向に対し直交する方向
に形成された溝部と、前記現像剤供給手段と前記像担持
体との間に交番電界を形成する電界形成手段とを具備
し、前記溝部の深さをｄ、前記像担持体と前記現像剤供
給手段との最も近接する間隙をｇとしたとき、ｇ／ｄ＝
２〜１０で、交番電界の強度をピーク間で２０００〜５
０００Ｖ／ｍｍとしてなる。

【００１８】請求項３記載のものは、静電潜像を担持し
回転する像担持体に対し所定間隔を存して設けられ、回
転することによりトナーとキャリアからなる二成分現像
剤を前記静電潜像に供給する現像剤供給手段と、この現
像剤供給手段の表面にその回転方向に対し直交する方向
に形成された溝部と、前記現像剤供給手段と前記像担持
体との間に交番電界を形成する電界形成手段とを具備
し、前記像担持体の表面の移動速度をＶｐ、前記現像供
給手段の移動速度をＶｓ、前記溝部の幅寸法をＬとし、
溝部の像通過時間Ｔ１をＬ／｜Ｖｓ−Ｖｐ｜、交番電界
の１周期をＴ２としたとき、２≦Ｔ１／Ｔ２≦２０の関
係を有し、前記溝部の深さをｄ、前記像担持体と前記現
像剤供給手段との最も近接する間隙をｇとしたとき、ｇ
／ｄ＝２〜１０で、交番電界の強度をピーク間で２００
０〜５０００Ｖ／ｍｍとした。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す一実施
の形態を参照して詳細に説明する。図１は像担持体とし
ての感光体ドラム２に対向して設けられる現像装置で、
図中１は現像容器である。現像容器１内には、トナー粒
子と磁性キャリアからなる二成分現像剤が収容されてい
る。トナー粒子は平均粒径７〜８μｍで公知の樹脂、例
えば、ポリメタクリル樹脂からなり、磁性キャリアは粒
径５０μｍの鉄やフェライトなど公知の磁性材料からな
る。

【００２０】また、現像容器１内には、トナーとキャリ
アを混合、摩擦帯電させるミキサ３、４が配設されてい
るとともに、トナーとキャリアからなる現像剤を感光体
ドラム２に供給するための現像剤供給手段としての現像
ローラ５が回転自在に設けられている。現像ローラ５に
は所定の電圧を印加する電圧印加手段８が接続されてい
る。現像ローラ５の上部側には現像ローラ５上の現像剤
層の層厚を一定に規制するためのドクターブレード６が
設けられている。

【００２１】感光体ドラム２上には図示しない露光手段
により静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置に
より現像される。現像時には、現像ローラ５に所定の電
圧が印加されて回転されるとともに、ミキサ３、４が回
転される。ミキサ３、４の回転により現像剤が撹拌搬送
されて現像ローラ５に送られ、この現像ローラ５の回転
により、感光体ドラム２上の静電潜像に現像剤が供給さ
れて現像される。

【００２２】図２は、現像ローラ５を示す斜視図であ
る。現像ローラ５の表面にはその軸方向に沿って溝部５
ａが形成され、この溝部５ａは現像ローラ５の周方向に
亘って多数本形成されている。現像ローラ５の溝部５ａ
は図３に示すように、断面Ｖ字状、或いは、図４に示す
ように、断面凹状に形成されている。

【００２３】このように溝部５ａが形成された現像ロー
ラ５を用いることで、多数枚画像の出力により現像剤が
多少劣化した場合でも、現像ローラ５への現像剤の供給
量の変化が少なく安定化する。

【００２４】しかし、約１万枚程度の画像出力で画像に
すじ状の濃度むらが目立ち、特に中間調画像で顕著に濃
度の差がでてきた。この不良画像が発生する要因を調べ
たところ、まず、実施した構成では現像ローラ５および
感光体ドラム２の外径が小さめであることが分かった。
即ち、感光体ドラム２の外径寸法が３０ｍｍ、現像ロー
ラ５の外径寸法が１８ｍｍであった。

【００２５】感光体ドラム２および、現像ローラ５の外
径の組み合わせを変えて多数枚画像出力してすじ状画像
の発生をみたところ、感光体ドラム２、現像ローラ５共
に外径を小さくする程、すじ画像の発生し易いことがわ
かった。１万枚の画像出力を行なった結果を表１に示
す。

【００２６】

【表１】

【００２７】ここで、すじ状画像が発生しない：○、わ
ずかに現れる：△、顕著に現れる：×とした。感光体ド
ラム２、現像ローラ５ともに外径を小さくするほど、曲
率が大きくなり現像部での現像に作用する電界が弱くな
るためと考えられる。

【００２８】また、すじ画像の発生要因として現像部へ
供給する現像剤の存在量が影響していることが分かっ
た。現像剤の存在量を変えて調べた結果を図５に示す。
ここで、すじ状画像は現像部へ供給する現像剤の存在量
が少ないほど現れ易くなっていて、８０ｍｇ／ｃｍ² よ
り少ないところから出はじめていることが分かった。し
かしながら、感光体ドラム２、現像ローラ５の外径を小
さくすることや、現像部への現像剤の供給量を適当な条
件に抑えることは、装置全体の小型化に追随するもので
あり、新たな解決手段を見出だす必要がある。

【００２９】種々の検討を行なったところ、すじ状画像
の発生は現像ローラ５上の溝部５ａの幅寸法と交流バイ
アスの周波数に影響を受けていることが分かった。現像
ローラ５の溝部５ａでは実質的な感光体ドラム２との間
隔が広くなるため、現像部に与える電界が部分的に弱く
なってきていると考えられる。現像ローラ５の速度を２
００ｍｍ／ｓ、感光体ドラム２の速度を１２０ｍｍ／ｍ
ｓとした。現像ローラ５の溝部５ａの幅寸法、交番電界
の周波数を変更させて、１万枚出力時のすじ状画像の状
態を調べた結果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】ここで、感光体ドラム２の表面の移動速度
をＶｐ、現像ローラ５の移動速度をＶｓ、現像ローラ５
の表面の溝部５ａ部分の幅寸法をＬ、溝通過時間 Ｔ１
＝Ｌ／（Ｖｓ−Ｖｐ）、ただし Ｖｓ／Ｖｐ＝１以上と
して交番電界の１周期Ｔ２、Ｔ１／Ｔ２の値を表２に示
した。

【００３２】これは現像ローラ５の溝部５ａが現像部中
心に対向した瞬間において、交流バイアスが適当数の周
期で振動することで、トナーの現像を促進する作用があ
る。交流バイアスの振動数が少ない場合は、溝部５ａで
有効に交番電界が働かず、トナー現像が不十分となり、
濃度の少ない部分がすじ状に画像へ現れてしまうと考え
られる。

【００３３】このＴ１／Ｔ２は現像ローラ５の溝部５ａ
で電界が振動する回数に相当し、この値が２から２０の
範囲で画像が良好となる。また、溝部５ａの幅寸法が大
きくなると、このＴ１／Ｔ２も大きくなるが、溝幅の増
加によって画像への影響が逆に現れやすくなり、値が大
きくても良好でない。

【００３４】特に、溝幅が大きくなり過ぎると、この部
分の実質的な現像電界が弱くなり、交流電界の振動する
回数を調節してもすじ状の不良画像が解消されなかっ
た。また、周波数を高くした場合は、画像細部が再現し
にくくなっていた。特に、本構成のような表面に溝を形
成している現像ローラにおいては起こり易い傾向があっ
た。しかしながら、現像ローラ表面の溝は必要量の現像
剤を感光体と対向する現像部に送り込む上で重要であ
る。従って、実施的にこれらの溝幅、交流電界の周波数
から決まるＴ１／Ｔ２の値は２０以下になることが良
い。

【００３５】従って、溝付き現像ローラ５を用いる場合
には、ローラ５表面の溝部５の幅寸法、現像ローラ５お
よび感光体ドラム２の周速度、交番電界の周波数を適正
化することで画像が良好となる。

【００３６】また、画像の多数枚出力をさらに進めてい
くと、ベタ画像部にすじ状の濃度の濃い部分が現れてい
た。濃度が１．８以上の画像で現れやすかった。枚数と
してはおよそ２万枚以上の画像出力で目立っていた。

【００３７】この画像に対する要因を分析したところ、
現像ローラ５上の溝部５ａの深さ寸法と現像ローラ５、
感光体ドラム２間の距離および交番電界の振幅電圧に影
響を受けていることが分かった。この現像ローラ５の溝
部５ａでは実質的な感光体ドラム２との間隔が広くなる
ため、現像部に与える電界が部分的に弱くなっていると
考えられた。

【００３８】現像ローラ５の溝部５ａの深さ、感光体ド
ラム２と現像ローラ５との最も近接する距離（現像ギャ
ップ）および現像部に与える電界が相互に関係し、条件
を適正にすることが必要である。表３にこれらのパラメ
ータと２万枚画像出力をした場合の濃度が１．８以上の
ベタ画像に現れるすじ状画像および画像濃度の結果を示
した。

【００３９】

【表３】

【００４０】ここで、すじ状画像が発生しない：○、わ
ずかに現れる：△、顕著に現れる：×とした。現像ロー
ラ５表面の溝部５ａの深さ寸法をｄ、：現像ギャップを
ｇとした場合、ｇ／ｄ＝２〜１０であり、かつ、交番電
界の強度をピーク間で２０００〜５０００Ｖ／ｍｍの範
囲とすることで良好となった。

【００４１】また、さらに画像出力を４万枚まで延ばす
と、現像剤の劣化の影響を受けて、中間調画像部にやや
すじ状の画像が現れ始めていた。これは、以上２つの手
段、即ち、感光体ドラム２の表面の移動速度をＶｐ、現
像ローラ５の移動速度をＶｓ、現像ローラ５の表面の溝
部５ａの幅寸法をＬ、て溝通過時間Ｔ１＝Ｌ／（Ｖｓ−
Ｖｐ）、ただし、Ｖｓ／Ｖｐ≧１、交番電界の１周期を
Ｔ２としたとき、２≦Ｔ１／Ｔ２≦２０の条件、並びに
現像ローラ５表面の溝深さ寸法をｄ、現像ギャップをＧ
とした場合、ｇ／ｄ＝２〜１０であり，かつ、交番電界
の強度をピーク間で２０００〜５０００Ｖ〜ｍｍの範囲
とすることの条件を組み合わせることが有効である。こ
の２つを組み合わせることでさらに画像上の不良がなく
なり、安定した画像を出力できる枚数を大幅に増やすこ
とが出来た。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多数枚の画像出力に伴う現像剤の現像特性の劣化が多
少、起こった場合でも、中間調やベタ部でのすじ状の不
良画像の発生が無く、十分に画像特性を安定させること
ができ、特に画像出力装置の小型化に伴う、現像装置の
小型化や現像ローラ、感光体ドラムの小径化に有効であ
り、十分な画像特性が得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である現像装置を示す側
断面図。

【図２】現像ローラを示す斜視図。

【図３】現像ローラ表面の溝部の形状を示す断面図。

【図４】現像ローラ表面の溝部の形状を示す断面図。

【図５】現像ローラ上の現像剤存在量とすじ状画像レベ
ルとの関係を示すグラフ図。

【符号の説明】

２…感光体ドラム（像担持体） ５…現像ローラ（現像剤供給手段） ５ａ…溝部 ８…電圧印加手段（電界形成手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H073 AA01 AA05 BA03 BA13 BA41 BA45 CA03 2H077 AA02 AA15 AB06 AB14 AB15 AB18 AB22 AC04 AC12 AD02 AD06 AD13 AD22 AD36 AE02 BA02 BA03 CA08 DB08 DB12 DB18 EA01 FA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電潜像を担持し回転する像担持体に対し
   所定間隔を存して設けられ、回転することによりトナー
   とキャリアからなる二成分現像剤を前記静電潜像に供給
   する現像剤供給手段と、 この現像剤供給手段の表面にその回転方向に対し直交す
   る方向に形成された溝部と、 前記現像剤供給手段と前記像担持体との間に交番電界を
   形成する電界形成手段と、 を具備し、 前記像担持体の表面の移動速度をＶｐ、前記現像剤供給
   手段の移動速度をＶｓ、前記溝部の幅寸法をＬとし、溝
   部の像通過時間Ｔ１をＬ／｜Ｖｓ−Ｖｐ｜、交番電界の
   １周期をＴ２としたとき、 ２≦Ｔ１／Ｔ２≦２０ の関係を有することを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】静電潜像を担持し回転する像担持体に対し
   所定間隔を存して設けられ、回転することによりトナー
   とキャリアからなる二成分現像剤を前記静電潜像に供給
   する現像剤供給手段と、 この現像剤供給手段の表面にその回転方向に対し直交す
   る方向に形成された溝部と、 前記現像剤供給手段と前記像担持体との間に交番電界を
   形成する電界形成手段と、 を具備し、 前記溝部の深さをｄ、前記像担持体と前記現像剤供給手
   段との最も近接する間隙をｇとしたとき、ｇ／ｄ＝２〜
   １０で、交番電界の強度をピーク間で２０００〜５００
   ０Ｖ／ｍｍとしたことを特徴とする現像装置。
3. 【請求項３】静電潜像を担持し回転する像担持体に対し
   所定間隔を存して設けられ、回転することによりトナー
   とキャリアからなる二成分現像剤を前記静電潜像に供給
   する現像剤供給手段と、 この現像剤供給手段の表面にその回転方向に対し直交す
   る方向に形成された溝部と、 前記現像剤供給手段と前記像担持体との間に交番電界を
   形成する電界形成手段と、 を具備し、 前記像担持体の表面の移動速度をＶｐ、前記現像供給手
   段の移動速度をＶｓ、前記溝部の幅寸法をＬとし、溝部
   の像通過時間Ｔ１をＬ／｜Ｖｓ−Ｖｐ｜、交番電界の１
   周期をＴ２としたとき、２≦Ｔ１／Ｔ２≦２０の関係を
   有し、前記溝部の深さをｄ、前記像担持体と前記現像剤
   供給手段との最も近接する間隙をｇとしたとき、ｇ／ｄ
   ＝２〜１０で、交番電界の強度をピーク間で２０００〜
   ５０００Ｖ／ｍｍとしたことを特徴とする現像装置。
4. 【請求項４】前記現像剤供給手段上の現像剤の存在量が
   １０〜８０ｍｇ／ｃｍ² であるとともに、前記現像剤供
   給手段の外径が２０ｍｍ以下で、かつ前記像担持体の外
   径が３５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至
   ３の何れか一項に記載の現像装置。