JP2001022178A - 電子写真現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で低い負荷トルクで現像ロールの
外周面に均一な帯電量のトナー層を迅速かつ容易に形成
することができる電子写真現像装置を提供することであ
る。 【解決手段】 磁石ロール３ｃの上方に間隙を隔てて穂
切りブレード７ｃが設けられる。磁石ロール３ｃに対し
て間隙を隔てて現像ロール２ｃが平行に配置される。現
像ロール２ｃに対して平行に感光体ドラム９ｃが配置さ
れる。磁石ロール３ｃには直流電源８１ｃにより直流電
圧が印加される。現像ロール２ｃには直流電源８２ｃお
よび交流電源８３ｃにより直流電圧に交流電圧が重畳さ
れた重畳電圧が印加される。現像ロール２ｃと磁石ロー
ル３ｃとの近接部には交番電界が発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真形成装置
に利用される電子写真現像装置に関し、特に非磁性のト
ナーとトナー搬送磁性粉末とを混合した２成分現像剤を
用いた電子写真現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真形成装置における現像装置に
は、トナーを単独で感光体の静電潜像に作用させる１成
分現像装置や、トナーとトナー搬送磁性粉末（以下、キ
ャリアと呼ぶ）とを混合攪拌し、帯電させたトナーをキ
ャリアに付着させた状態で所定の位置まで搬送した後、
トナーのみを感光体の静電潜像に作用させる２成分現像
装置がある。

【０００３】１成分現像装置としては、磁性トナーまた
は非磁性トナーを使用するものがある。特に、非磁性ト
ナーを使用する１成分現像装置は、キャリアを使用しな
いこと、およびトナーとキャリアとの混合比を制御する
手段を設ける必要がないことから、構成が簡単で小型軽
量化および低コスト化に有利であり、さらには、感光体
へのキャリアの付着がない等の利点があるために、単色
あるいはカラーの電子写真形成装置に多く用いられてい
る。

【０００４】また、２成分現像装置としては、トナーと
キャリアとが混合攪拌されて生成された２成分現像剤
を、複数の磁極を外周面に有する磁石ロールの外周面に
所定の厚さに成形しながら一旦付着させた後、トナーの
みを感光体ドラム表面の静電潜像が形成された部分に転
移付着させるといった比較的簡易な現像装置が提案され
ている（特開平１０−３３３３６３号または特開平１０
−３３３４１０号公報）。

【０００５】さらに、他には、感光体ドラムと磁石ロー
ルとの間に、磁石ロール上の２成分現像剤からトナーの
みを転移付着させるとともに感光体ドラム上の静電潜像
部にトナーを転移させる現像ロールを配置するといった
２成分現像装置が提案されている（特開平９−３２５６
１５号公報）。この２成分現像装置の磁石ロールは、表
面に付着した２成分現像剤を持ち上げる方向に回転し、
現像ロールは磁石ロールと同一方向に回転する。したが
って、磁石ロール表面に付着して磁石ロールの回転とと
もに持ち上げられた２成分現像剤は、磁石ロールと現像
ロールとの間に滞留し、この滞留している２成分現像剤
からトナーのみが現像ロール外周面に付着する。現像ロ
ール外周面に付着したトナーは、感光体ドラム表面の静
電潜像が形成された部分に移転付着することにより、ト
ナー像が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非磁性
トナーを使用する１成分現像装置では、トナーを弾性体
からなる現像ロールにこすりつけ、さらに板状のブレー
ドでトナーを薄層化するため、現像ロールを回転させる
負荷トルクが大きくなる。また、現像ロールおよびブレ
ードの磨耗を原因とする筋状の濃淡差が画像に現れ、高
画質を要求される装置では長い寿命設定が困難であっ
た。

【０００７】一方、２成分現像装置においては、トナー
とキャリアとを混合攪拌してトナーを帯電させるため、
トナーとキャリアとの混合比の変動および環境の変化に
より、トナーの帯電量の分布が変動しやすくなる。ま
た、このようにして生成されたトナーを用いて現像する
と、濃度安定性が低くなる。さらに、帯電不良のトナー
が静電潜像部以外の部分に付着する等の不具合が発生す
るため、トナーとキャリアとの混合比を検出するセンサ
および混合比を安定させる制御装置が必要となる。

【０００８】さらに、トナーを十分に帯電させるため
に、磁石ロールの外周面と磁石ロールを覆うように設け
られたスリーブと呼ばれる薄い透磁性のパイプの内周面
との間にトナーおよびキャリアを入れ、磁石ロールおよ
びスリーブを回転させることによりトナーおよびキャリ
アを変化する磁界の中で動揺させることによりトナーを
帯電させている。そのため、磁石ロールおよびスリーブ
からなる帯電装置は、複雑な構造となっている。

【０００９】また、上記の前者の２成分現像装置では、
磁石ロール上の２成分現像剤におけるトナーとキャリア
との飽和混合比が、磁石ロール上から感光体ドラム上へ
のトナーの転移等により変動することにより、トナーの
帯電量の分布が不均一になりやすく、画像品質が安定し
ない。

【００１０】さらに、上記の後者の２成分現像装置で
は、磁石ロールと現像ロールとの間に２成分現像剤が滞
留しており、磁石ロールと現像ロールとの間に２成分現
像剤が入り込んだ際に、磁石ロールおよび現像ロールの
負荷トルクが大きくなるという問題がある。

【００１１】本発明の目的は、簡易な構造で低い負荷ト
ルクで現像ロールの外周面に均一な帯電量のトナー層を
迅速かつ容易に形成することができる電子写真現像装置
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電子写真現
像装置は、非磁性のトナーおよびトナー搬送磁性粉末を
混合した現像剤を現像剤を外周面に吸着して磁気ブラシ
を形成する磁石ロールと、磁石ロールに近接して平行に
配置され、磁石ロールの外周面に形成される磁気ブラシ
の層厚を規制する規制部材と、磁石ロールに近接して平
行に配置され、規制部材により層厚を規制された磁気ブ
ラシに含まれるトナーを吸着して外周面にトナー層を形
成する現像ロールと、現像ロールに平行に配置され、静
電潜像が形成される感光体ドラムと、磁気ロールおよび
現像ロールのうちの一方に交流電圧を印加する電圧印加
手段とを備えたものである。

【００１３】本発明に係る電子写真現像装置において
は、非磁性のトナーおよびトナー搬送磁性粉末を混合し
た現像剤が磁石ロールの外周面に吸着されて磁気ブラシ
が形成され、磁石ロールの外周面に形成される磁気ブラ
シの層厚が規制部材により規制される。それにより、磁
石ロールの外周面に均一な層厚を有する磁気ブラシが形
成される。磁気ブラシに含まれるトナーおよびトナー搬
送磁性粉末は互いに逆極性に帯電する。そして、磁石ロ
ール上の磁気ブラシに含まれるトナーが現像ロールの外
周面に吸着され、現像ロールの外周面にトナー層が形成
される。

【００１４】この場合、磁気ロールおよび現像ロールの
うちの一方に交流電圧を印加し、この交流電圧により磁
気ロールと現像ロールとの間に交番電界を発生させるこ
とができる。したがって、この交番電界によりトナーが
振動して帯電量の良好なトナーが現像ロールの外周面に
接触する確率が高くなり、帯電量の良好なトナーを選択
的に磁石ロールから現像ロールへ容易かつ均一に移動さ
せることができる。それにより、現像ロールの外周面に
ほぼ均一な帯電量のトナー層を形成することができる。
さらに、現像ロール上に形成された均一なトナー層を感
光体ドラムに形成された静電潜像へ均一に移動させるこ
とができる。この結果、簡単な構造かつ低い負荷トルク
でトナーの帯電量の均一化を図ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】請求項１の発明に係る電子写真現
像装置は、非磁性のトナーおよびトナー搬送磁性粉末を
混合した現像剤を外周面に吸着して磁気ブラシを形成す
る磁石ロールと、磁石ロールに近接して平行に配置さ
れ、磁石ロールの外周面に形成される磁気ブラシの層厚
を規制する規制部材と、磁石ロールに近接して平行に配
置され、規制部材により層厚を規制された磁気ブラシに
含まれるトナーを吸着して外周面にトナー層を形成する
現像ロールと、現像ロールに平行に配置され、静電潜像
が形成される感光体ドラムと、磁石ロールおよび現像ロ
ールのうちの一方に交流電圧を印加する電圧印加手段と
を備えたものである。

【００１６】これにより、磁石ロールと現像ロールとの
間に交番電界を発生させてトナーを振動させながら、帯
電量が良好なトナーを選択的に磁石ロールから現像ロー
ルへ移動させることができるので、簡略な構造でかつ低
い負荷トルクで現像ロールの外周面にほぼ均一な帯電量
のトナー層を形成することができる。さらに、現像ロー
ル上に形成された均一なトナー層を感光体ドラムに形成
された静電潜像へ均一に移動させることができる。

【００１７】請求項２の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項１の発明に係る電子写真現像装置の構成にお
いて、電圧印加手段は、磁石ロールから現像ロールへト
ナーを移動させるように、磁石ロールおよび現像ロール
のうちの一方に直流電圧と交流電圧との重畳電圧を印加
し、他方に直流電圧を印加するものである。

【００１８】この場合、磁石ロールおよび現像ロールの
うちの一方に直流電圧と交流電圧との重畳電圧を印加
し、他方に直流電圧を供給して、磁石ロールから現像ロ
ールへトナーを移動させている。したがって、交流電圧
により磁石ロールと現像ロールとの間に交番電界を発生
させ、この交番電界によりトナーを振動させながら直流
電圧の差によりトナーを磁石ロールから現像ロールへ移
動させることができる。この場合、現像ロールが磁気ブ
ラシから離れる時点、すなわち振動運動が終了する時点
で所望量のトナーを現像ロールに付着させることができ
る。この結果、迅速かつ均一に現像ロール上にトナー層
を形成することができる。

【００１９】請求項３の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項２の発明に係る電子写真現像装置の構成にお
いて、電圧印加手段は、現像ロールから感光体ドラムへ
トナーを移動させるように、現像ロールに印加する直流
電圧を設定するものである。

【００２０】それにより、現像ロールに形成された均一
なトナー層を感光体ドラムの外周面に形成された静電潜
像に容易かつ均一に移動させることができる。

【００２１】請求項４の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項１〜請求項３のいずれかの発明に係る電子写
真現像装置の構成において、交流電圧の周波数が０．２
ｋＨｚ以上１．５ｋＨｚ以下であることを特徴とする。

【００２２】これにより、現像ロールに対するトナーの
振動運動をより効果的に行うことができ、さらに迅速か
つ均一に所望量のトナーを磁石ロールから現像ロールに
移動させることができる。

【００２３】請求項５の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項１〜請求項４のいずれかの発明に係る電子写
真現像装置の構成において、交流電圧の最高値と最低値
との差が０．５ｋＶ以上１．８ｋＶ以下であることを特
徴とする。

【００２４】これにより、現像ロールに対するトナーの
振動運動をより効果的に行うことができ、さらに迅速か
つ均一に所望量のトナーを磁石ロールから現像ロールに
移動させることができる。

【００２５】請求項６の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項１〜請求項５のいずれかの発明に係る電子写
真現像装置の構成において、磁石ロールと規制部材との
対向間隙が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、磁石ロール
の磁力が３００ガウス以上８００ガウス以下、かつ磁石
ロールの直径が１０ｍｍ以上２４ｍｍ以下の場合、現像
剤のトナー搬送磁性粉末量は５ｇ以上５０ｇ以下である
ことを特徴とする。

【００２６】それにより、磁石ロールに付着したトナー
を規制部材に搬送すると同時に規制部材でトナーの層厚
を均一に規制し、トナーおよびトナー搬送磁性粉末を混
合攪拌することができる。この場合、磁石ロールを低い
負荷トルクで駆動することができ、安定したトナー層を
形成することができる。

【００２７】請求項７の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項１〜請求項６のいずれかの発明に係る電子写
真現像装置の構成において、磁石ロールと現像ロールと
の間の近接部に現像剤が滞留しないように、磁石ロール
の外周面の速度、磁石ロールの外周面と規制部材との対
向間隙、現像ロールの外周面の速度、磁石ロールの外周
面と現像ロールの外周面との対向間隙が設定されたもの
である。

【００２８】これにより、磁石ロールと現像ロールとの
間の近接部に現像液が滞留することが防止される。その
結果、磁石ロールおよび現像ロールの回動負荷トルクを
低減することができる。

【００２９】請求項８の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項１〜請求項７のいずれかの発明に係る電子写
真現像装置の構成において、現像ロールと感光体ドラム
との対向間隙が０以上０．２８ｍｍ以下であることを特
徴とする。

【００３０】この場合、トナーの振動運動を大きくする
ことなく、現像ロールの外周面上の所望量のトナーを感
光体ドラムに付着させることができる。

【００３１】請求項９の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項１〜請求項８のいずれかの発明に係る電子写
真現像装置の構成において、現像ロールの外周面の表面
粗さが５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とす
る。

【００３２】この場合、トナーの振動運動を起こすため
に交番電界を容易に得ることができ、かつ粗れのない滑
らかな画像品質を得ることができる。

【００３３】請求項１０の発明に係る電子写真現像装置
は、請求項１〜請求項９のいずれかの発明に係る電子写
真現像装置の構成において、磁石ロールは、円筒状の着
磁体であることを特徴とする。これにより、簡素で安価
な構造が提供される。

【００３４】（実施の形態）図１は本発明の一実施の形
態における電子写真形成装置の構成図である。

【００３５】図１に示すように、電子写真形成装置は、
画像情報に対応したレーザ光２６ｃ，２６ｍ，２６ｙ，
２６ｋを出射するレーザユニット（ＬＳＵ）１２、複数
のプロセスカートリッジ１４ｃ，１４ｍ，１４ｙ，１４
ｋおよび中間転写ユニット２５を備える。レーザ光２６
ｃ，２６ｍ，２６ｙ，２６ｋは、プロセスカートリッジ
１４ｃ，１４ｍ，１４ｙ，１４ｋに含まれる感光体ドラ
ム９ｃ，９ｍ，９ｙ，９ｋにそれぞれ照射される。これ
により、感光体ドラム９ｃ，９ｍ，９ｙ，９ｋにそれぞ
れ静電潜像が形成される。

【００３６】プロセスカートリッジ１４ｃ，１４ｍ，１
４ｙ，１４ｋは、ユニット化された電子写真現像装置で
あり、電子写真形成装置に等間隔に設けられた所定の収
納部に着脱自在に配置されている。プロセスカートリッ
ジ１４ｃ，１４ｍ，１４ｙ，１４ｋには、シアン色のト
ナー６ｃ、マゼンタ色のトナー６ｍ、イエロー色のトナ
ー６ｙおよびブラック色のトナー６ｋがそれぞれ収納さ
れている。これらのプロセスカートリッジ１４ｃ，１４
ｍ，１４ｙ，１４ｋは、感光体ドラム９ｃ，９ｍ，９
ｙ，９ｋにそれぞれシアン色のトナー６ｃ、マゼンタ色
のトナー６ｍ、イエロー色のトナー６ｙおよびブラック
色のトナー６ｋによるトナー像を形成する。プロセスカ
ートリッジ１４ｃ，１４ｍ，１４ｙ，１４ｋの構成およ
び動作については後述する。

【００３７】中間転写ユニット２５は、導電性の樹脂等
からなる中間転写体ベルト１５、中間転写体ベルト１５
を支持する１対の支持搬送ローラ１５ａ，１５ｂ、中間
転写ローラ１６ｃ，１６ｍ，１６ｙ，１６ｋを備える。
中間転写ローラ１６ｃ，１６ｍ，１６ｙ，１６ｋは、中
間転写ベルト１５上の感光体ドラム９ｃ，９ｍ，９ｙ，
９ｋ上のトナー像を転写するため、中間転写体ベルト１
５を挟んで感光体ドラム９ｃ，９ｍ，９ｙ，９ｋに対向
する位置に配置されている。感光体ドラム９ｃ，９ｍ，
９ｙ，９ｋ上に形成されたトナー像が中間転写体ベルト
１５上に順次重ねて転写されることにより、４色のトナ
ーが重なり合うフルカラー画像（合成像）が形成され
る。

【００３８】電子写真形成装置の下方には、用紙１７を
収納する用紙カセット１８が設けられている。用紙１７
は給紙ローラ１９により１枚ずつ用紙搬送路へ給紙され
る。なお、用紙１７として、例えばＯＨＰフィルムなど
も使用できる。

【００３９】用紙搬送路には、レジストローラ２０およ
びレジストローラ２０に当接する従動ローラ２１が設け
られている。レジストローラ２０および従動ローラ２１
は、用紙１７と中間転写体ベルト１５上に形成された合
成像の位置とを一致させるために、一時的に用紙１７を
待機させるためのものである。

【００４０】さらに、用紙搬送路には、中間転写体ベル
ト１５上に形成された合成像を用紙１７に転写する転写
ローラ２２が設けられている。転写ローラ２２には、中
間転写体ベルト１５上に形成された合成像と異なる極性
の電圧が印加されている。また、転写ローラ２２は、中
間転写体ベルト１５上の合成像を用紙１７に転写すると
きにのみ、中間転写体ベルト１５と接触しながら回転
し、転写が終了すると中間転写体ベルト１５から離れ
る。

【００４１】本実施の形態では、転写ローラ２２は東洋
ポリマー株式会社製の商標ルビーセルというカーボンタ
イプの導電性発泡ポリウレタンにより形成される。

【００４２】支持搬送ローラ１５ｂに近接した位置に、
中間転写ベルト１５上に残留したトナーを掻き取るため
の中間転写体ベルトクリーニング装置２３が配設されて
いる。この中間転写体ベルトクリーニング装置２３は、
回動可能なファーブラシ２３ａおよびウレタンゴムから
なるブレード２３ｂを有する。

【００４３】さらに、用紙搬送路には、内部に熱源を有
するヒートローラ２４ａおよび加圧ローラ２４ｂからな
る定着器２４が配設されている。用紙１７上の合成像
は、定着器２４内を通過する際に、加熱および加圧され
ることにより用紙１７に定着される。

【００４４】次に、プロセスカートリッジ１４ｃ，１４
ｍ，１４ｙ，１４ｋの詳細な構成および動作について説
明する。これらのプロセスカートリッジ１４ｃ，１４
ｍ，１４ｙ，１４ｋは、収納されているトナー６ｃ，６
ｍ，６ｙ，６ｋの種別を除いて同様の構成を有する。し
たがって、以下、プロセスカートリッジ１４ｃについて
説明する。

【００４５】図２は図１の電子写真形成装置のプロセス
カートリッジ１４ｃの拡大断面図である。

【００４６】図２に示すように、プロセスカートリッジ
１４ｃは、現像器部１ｃ内に現像ロール２ｃ、外周面に
複数の磁極を有する磁石ロール３ｃおよびパドル４ｃを
有する。これらの現像ロール２０、磁石ロール３ｃおよ
びパドル４ｃは、互いに平行に配置されかつそれぞれ矢
印の方向に回転する。

【００４７】磁石ロール３ｃの上方には、磁石ロール３
ｃの外周面から間隙（隙間）Ｇｂを開けて穂切りブレー
ド７ｃが設けられている。また、磁石ロール３ｃの外周
面と現像ロール２ｃの外周面との間には、間隙Ｇｄｋが
設けられている。さらに、現像器部１ｃは、感光体ドラ
ム９ｃの外周面と現像ロール２ｃの外周面との間に間隙
Ｇｄを有し、かつ感光体ドラム９ｃに対し現像ロール２
ｃが平行になるように配置される。

【００４８】磁石ロール３ｃに直流電圧を印加するため
の直流電源８１ｃ、現像ロール２ｃに直流電圧を印加す
るための直流電源８２ｃ、および現像ロール２ｃに交流
電圧を印加するための交流電源８３ｃが設けられてい
る。これにより、現像ロール２ｃには、直流電圧に交流
電圧が重畳された重畳電圧が印加される。本実施の形態
では、磁石ロール３ｃに−５００Ｖの直流電圧が印加さ
れる。また、−２００Ｖの直流電圧に交流電圧が重畳さ
れた重畳電圧が現像ロール２ｃに印加される。このよう
に、現像ロール２ｃに交流成分を含む重畳電圧が印加さ
れることにより、現像ロール２ｃと磁石ロール３ｃとの
近接部には、交番電界が発生する。このとき、磁石ロー
ル３ｃおよび現像ロール２ｃに印加される直流電圧は、
磁石ロール３ｃ上のキャリア５ｃに付着したトナー６ｃ
が現像ロール２ｃに転移できる値に設定される。

【００４９】感光体ドラム９ｃの側方には、感光体ドラ
ム９ｃに残ったトナー６ｃを除去する感光体クリーニン
グ装置１３ｃと、並列したＬＥＤ（発光ダイオード）ラ
ンプを有し感光体ドラム９ｃを除電する除電器１０ｃ
と、コロナ放電により感光体ドラム９ｃを帯電させる帯
電器１１１ｃとが配置されている。

【００５０】帯電器１１１ｃは、タングステンワイヤ等
からなる帯電線１１ａ、金属板からなるシールド板１１
ｂおよびグリッド板１１ｃによって構成されている。帯
電線１１ａに高電圧が印加されることにより、帯電線１
１ａがコロナ放電を起こし、グリッド板１１ｃを介して
感光体ドラム９ｃが一様に帯電される。

【００５１】感光体ドラム９ｃの外周面には、有機光導
電体（ＯＰＣ）等の感光性受容層が薄膜状に塗布されて
いる。レーザユニット１２から照射されるレーザ光２６
ｃは、ホストコンピュータ（図示せず）により制御さ
れ、一様に帯電した感光体ドラム９ｃ上に所定の静電潜
像が形成される。

【００５２】磁石ロール３ｃ上の２成分現像剤における
キャリア５ｃとトナー６ｃとの飽和混合比は、トナー６
ｃが磁石ロール３ｃ上の２成分現像剤と接している表面
積およびキャリア５ｃの単位重量当たりの表面積によっ
て決定される。例えば、平均粒径１０μｍのトナー６ｃ
および平均粒径３０μｍのキャリア５ｃを使用し、トナ
ー溜り６１ｃのトナー６ｃが直径１８ｍｍの磁石ロール
３ｃ上の２成分現像剤と７０°の範囲で接している場
合、２成分現像剤の飽和混合比は、約２０〜６０重量％
となる。

【００５３】磁石ロール３ｃは、その外周面に現像剤を
吸着して磁気ブラシ１０を形成する。２成分現像剤は、
磁石ロール３ｃ上に付着することによって搬送され、間
隙Ｇｂが０．３〜０．４ｍｍの所定の寸法で設定された
穂切りブレード７ｃにより均一な厚さの層に穂切りされ
る。このとき、穂切りされた余剰の２成分現像剤は、図
２のプロセスカートリッジ内の２成分現像剤の流動状態
を示す拡大断面図として図３に示すように、穂切りブレ
ード７ｃの手前で、矢印Ｂに示すように粉流体として流
れる。それにより、穂切り後のキャリア５ｃの表面に付
着しているトナー６ｃが摩擦により攪拌帯電される。

【００５４】以下に示すように磁石ロール３ｃ上から現
像ロール２ｃ上へトナー６ｃが転移すると、磁石ロール
３ｃ上の２成分現像剤におけるトナー６ｃの重量比が低
下する。この場合、磁石ロール３ｃ上のキャリア５ｃに
は、トナー溜り６１ｃのトナー６ｃが飽和混合比に達す
るまで供給される。

【００５５】図２に示す磁石ロール３ｃと現像ロール２
ｃとの間の間隙Ｇｄｋは、０．３〜０．５ｍｍの所定の
寸法に設定されており、磁石ロール３ｃ上の２成分現像
剤に含まれるトナー６ｃは、現像ロール２ｃと磁石ロー
ル３ｃとの近接部に発生する交番電界により振動し、現
像ロール２ｃの外周面に接触する機会を多く持つため、
転移し易くなる。さらに、トナー６ｃの電位と現像ロー
ル２ｃに印加されている重畳電圧に含まれる直流成分と
の間の電位差がトナー６ｃの電位と磁石ロール３ｃに印
加されている直流電圧との間の電位差に比べて大きいた
め、磁石ロール３ｃ上のキャリア５ｃに付着したトナー
６ｃが、現像ロール２ｃの外周面に転移付着してトナー
層が形成される。本実施の形態における現像ロール２ｃ
上のトナー層は、０．６〜２．６ｍｇ／ｃｍ²であっ
た。

【００５６】現像ロール２ｃと感光体ドラム９ｃとの間
の間隙Ｇｄは、０〜０．２８ｍｍの寸法に設定されてい
る。現像ロール２ｃ上のトナー層は、感光体ドラム９ｃ
との近接部において振動することにより、感光体ドラム
９ｃ上に転移し易くなる。

【００５７】本実施の形態では、感光体ドラム９ｃ上の
電圧は、レーザ光２６ｃにより書き込まれた静電潜像部
で−５０Ｖ、非静電潜像部で−６００Ｖである。現像ロ
ール２ｃ上のトナー６ｃと静電潜像部との電位差および
現像ロール２ｃ上のトナー６ｃと非静電潜像部との電位
差により、現像ロール２ｃ上のトナー層は、感光体ドラ
ム９ｃ上の静電潜像が形成された部分に転移付着し、ト
ナー像を形成する。

【００５８】また、現像ロール２ｃの外周面と磁石ロー
ル３ｃの外周面との間に２成分現像剤が溜まらないよう
にするために、２成分現像剤の物性に起因する流動性、
磁石ロール３ｃの外周面の速度および間隙Ｇｂによって
決まる単位時間当たりの２成分現像剤の搬送量、現像ロ
ール２ｃの外周面の速度、および間隙Ｇｄｋを適切に設
定する必要がある。

【００５９】例えば、磁石ロール３ｃの外周面と現像ロ
ール２ｃの外周面との間での２成分現像剤の滞留を防止
する設定の一例として、磁石ロール３ｃの外周面の速度
を２００ｍｍ／ｓ、間隙Ｇｂを０．３ｍｍ、現像ロール
２ｃの外周面の速度を１００ｍｍ／ｓ、間隙Ｇｄｋを
０．２７ｍｍに設定する。このとき、間隙Ｇｄを０．１
２ｍｍ、感光体ドラム９ｃの外周面の速度を１００ｍｍ
／ｓに設定する。

【００６０】本実施の形態では、磁石ロール３ｃとし
て、日立金属株式会社製のフェライト磁性材を円筒状に
形成し着磁したものを使用した。また、キャリア５ｃと
して、平均粒径３０μｍのフェライト焼結キャリアを使
用し、トナー６ｃとして、ポリエステルを主成分にした
平均粒径８μｍのトナーを使用した。さらに、現像ロー
ル２ｃとして、ステンレスのシャフトを用い、そのシャ
フトの外周面をサンドブラスト処理により１０点平均粗
さで１０μｍの粗度に調整した。

【００６１】本実施の形態では、穂切りブレード７ｃが
規制部材に相当し、直流電源８１ｃ，８２ｃおよび交流
電源８３ｃが電圧印加手段に相当する。

【００６２】図４は図２のプロセスカートリッジ１４ｃ
に投入するキャリア５ｃの量の影響を説明するための図
である。

【００６３】図４において、横軸はキャリア５ｃの投入
量であり、縦軸は磁石ロール３ｃの負荷トルクである。
特性曲線はキャリア５ｃの投入量と磁石ロール３ｃの負
荷トルクとの関係を示す。試験は、磁石ロール３ｃの外
周面と穂切りブレード７ｃとの間の間隙Ｇｂが０．１ｍ
ｍ以上０．５ｍｍ以下、磁石ロール３ｃの磁力が３００
ガウス以上８００ガウス以下、磁石ロール３ｃの直径が
１０ｍｍ以上２４ｍｍ以下となる条件で行った。

【００６４】図４に示すように、キャリア５ｃの投入量
が５ｇ未満では画像品質が悪く、５ｇ以上では画像品質
が良くなる。また、キャリア５ｃの投入量が５０ｇを越
えると、磁石ロール３ｃの負荷トルクが過大となる。こ
の結果、キャリア５ｃの投入量は５〜５０ｇが適切な範
囲であることが判明した。また、キャリア５ｃの投入量
が５〜５０ｇにおけるトナー６ｃの平均帯電量は、１５
〜２０μＣ／ｇであった。

【００６５】図５は図２の磁石ロール３ｃと現像ロール
２ｃとの間の直流成分の電位差と現像ロール２ｃ上のト
ナー６ｃの付着量との関係を説明するための図である。

【００６６】図５において、横軸は磁石ロール３ｃと現
像ロール２ｃとの間の直流成分の電位差であり、縦軸は
現像ロール２ｃ上のトナー６ｃの付着量である。実線は
現像ロール２ｃと磁石ロール３ｃとの間に２成分現像剤
の溜まりが無い状態での直流成分の電位差とトナー付着
量との関係を示し、破線は現像ロール２ｃと磁石ロール
３ｃとの間に２成分現像剤の溜まりが生じた状態での直
流成分の電位差とトナー付着量との関係を示す。

【００６７】試験は、現像ロール２ｃに印加する電圧に
おける交流成分のＰ−Ｐ値（最高電圧−最低電圧）を１
５００Ｖに固定して行った。

【００６８】図５に示すように、現像ロール２ｃと磁石
ロール３ｃとの間に２成分現像剤の溜まりが生じる場合
には、直流成分の電位差を大きくすると、現像ロール２
ｃ上のトナー付着量が増加する。しかしながら、直流成
分の電位差がキャリア流出発生限界電圧Ｖ１に達する
と、磁石ロール３ｃ上のキャリア５ｃが離脱し始める。

【００６９】現像ロール２ｃと磁石ロール３ｃとの間に
２成分現像剤の溜まりが無い場合においても、直流成分
の電位差を大きくすると、現像ロール２ｃ上のトナー付
着量が増加する。しかしながら、直流成分の電位差がキ
ャリア流出発生限界電圧Ｖ２に達すると、磁石ロール３
ｃのキャリア５ｃが離脱し始める。

【００７０】現像ロール２ｃと磁石ロール３ｃとの間に
２成分現像剤の溜まりが無い場合のキャリア流出発生限
界電圧Ｖ２は、現像ロール２ｃと磁石ロール３ｃとの間
に２成分現像剤の溜まりが生じる場合のキャリア流出発
生限界電圧Ｖ１に比べて高くなる。そのため、２成分現
像剤の溜まりが無い場合のキャリア流出発生限界電圧Ｖ
２におけるトナー付着量Ａ２は、２成分現像剤の溜まり
が生じる場合のキャリア流出発生限界電圧Ｖ１における
トナー付着量Ａ１に比べて高くなる。

【００７１】現像ロール２ｃと磁石ロール３ｃとの間の
直流成分の電位差を大きくすると、現像ロール２ｃ上の
トナー付着量が増加するので、直流成分の電位差をキャ
リア流出発生限界電圧以下の所定の値に設定することに
より、現像ロール２ｃ上に所望量のトナーを付着させる
ことができる。また、図２のプロセスカートリッジ１４
ｃにおいては、現像ロール２ｃと磁石ロール３ｃとの間
に２成分現像剤の溜まりが生じないので、幅広いトナー
付着量の範囲から所望のトナー付着量を設定することが
できる。

【００７２】図６（ａ）は現像ロール２ｃの印加電圧に
おける交流成分の発振周波数と現像ロール２ｃ上におけ
るトナー６ｃの付着量との関係を説明するための図であ
る。

【００７３】図６（ａ）において、横軸は現像ロール２
ｃの印加電圧における交流成分の発振周波数であり、縦
軸は現像ロール２ｃ上におけるトナー６ｃの付着量であ
る。発振周波数が２００Ｈｚを越えると現像ロール２ｃ
上にトナー６ｃが付着し始め、発振周波数が高くなる程
トナー６ｃの付着量が増加している。これは、発振周波
数が高くなる程磁石ロール３ｃと現像ロール２ｃとの間
の交番電界の周波数が高くなり、トナー６ｃの振動が激
しくなることにより、多くのトナー６ｃが現像ロール２
ｃ表面に接触し、現像ロール２ｃ上に転移するトナー６
ｃの量が増加するためである。

【００７４】また、発振周波数が１５００Ｈｚを越える
と、交流電源８３ｃのコイルが大きくなり、コストが高
くなる。さらに、図６（ａ）に示す横軸の範囲を越えて
発振周波数を上げると、発振周波数がトナー６ｃの固有
振動数から外れてしまい、トナー６ｃが振動しなくな
り、現像ロール２ｃ上のトナー６ｃの付着量が低減す
る。

【００７５】これにより、現像ロール２ｃの印加電圧に
おける交流成分の発振周波数は、２００〜１５００Ｈｚ
が適切な範囲であることが判明した。この範囲内で所定
の発振周波数に設定することにより、所望量のトナー６
ｃを迅速に現像ロール２ｃ上に転移することが可能とな
る。

【００７６】図６（ｂ）は現像ロール２ｃの印加電圧に
おける交流成分のＰ−Ｐ値と現像ロール２ｃ上における
トナー６ｃの付着量との関係を説明するための図であ
る。

【００７７】図６（ｂ）において、横軸は現像ロール２
ｃの印加電圧の交流成分のＰ−Ｐ値であり、縦軸は現像
ロール２ｃ上におけるトナー６ｃの付着量である。Ｐ−
Ｐ値が５００Ｖを越えると、現像ロール２ｃ上にトナー
６ｃが付着し始め、Ｐ−Ｐ値が高くなる程トナー６ｃの
付着量が増加している。これは、Ｐ−Ｐ値が高くなる程
磁石ロール３ｃと現像ロール２ｃとの間の交番電界が強
くなり、トナー６ｃの振動が激しくなることにより、多
くのトナー６ｃが現像ロール２ｃ表面に接触し、現像ロ
ール２ｃ上に転移するトナー６ｃの量が増加するためで
ある。

【００７８】また、Ｐ−Ｐ値が１８００Ｖを越えると、
交流電源８３ｃのコストが高くなる。さらに、図６
（ｂ）に示す横軸の範囲を越えてＰ−Ｐ値を上げると、
磁石ロール３ｃ上のキャリア５ｃが離脱し始める。

【００７９】これにより、現像ロール２ｃの印加電圧に
おける交流成分のＰ−Ｐ値は、５００〜１８００Ｖが適
切な範囲であることが判明した。この範囲内で所定のＰ
−Ｐ値を設定することにより、所望量のトナー６ｃを迅
速に現像ロール２ｃ上に転移することが可能となる。

【００８０】図７は感光体ドラム９ｃと現像ロール２ｃ
との間の間隙Ｇｄと感光体ドラム９ｃ上におけるトナー
６ｃの付着量との関係を説明するための図である。

【００８１】図７において、横軸は感光体ドラム９ｃと
現像ロール２ｃとの間の間隙Ｇｄであり、縦軸は感光体
ドラム９ｃ上に付着したトナー６ｃの量である。間隙Ｇ
ｄが大きくなると、トナー付着量は低下する。間隙Ｇｄ
が０．２８ｍｍを越えると、トナー付着量は許容限界よ
りも少なくなってしまう。そのため、間隙Ｇｄは０〜
０．２８ｍｍに設定する。

【００８２】図８は磁石ロール３ｃ上のトナー６ｃの帯
電量の分布と現像ロール２ｃ上のトナー６ｃの帯電量の
分布との違いを説明するための図である。

【００８３】図８において、横軸は磁石ロール３ｃ上お
よび現像ロール２ｃ上のトナー６ｃの帯電量であり、縦
軸は帯電量の発生度数である。実線は現像ロール２ｃ上
のトナーの帯電量を示し、破線は磁石ロール３ｃ上のト
ナーの帯電量を示す。

【００８４】磁石ロール３ｃ上のトナー６ｃは、現像ロ
ール２ｃ上のトナー６ｃに比べて比較的に不均一に帯電
している。これは、磁石ロール３ｃ上のトナー６ｃは、
キャリア５ｃとともに混合攪拌されることにより帯電さ
れるため、比較的不均一になりやすいためと考えられ
る。

【００８５】しかしながら、磁石ロール３ｃと現像ロー
ル２ｃとの近接部に発生する交番電界により、磁石ロー
ル３ｃ上のトナー６ｃから帯電量の良好なトナー６ｃが
選択的に現像ロール２ｃ上に転移付着される。その結
果、現像ロール２ｃ上のトナー６ｃの帯電量を所定の範
囲に集中させることが可能となる。

【００８６】図５、図６（ａ）、図６（ｂ）および図８
に示す結果は、磁石ロール３ｃと現像ロール２ｃとの近
接部に発生する交番電界によるものであると考えられ
る。

【００８７】なお、現像ロール２ｃに直流電圧を印加
し、磁石ロール３ｃに直流成分および交流成分からなる
重畳電圧を印加してもよい。

【００８８】図２に示す本発明のプロセスカートリッジ
１４ｃの現像ロール２ｃの負荷トルク、従来の２成分現
像方式における現像器の現像ロールの負荷トルク、およ
び従来の非磁性１成分現像方式における現像器の現像ロ
ールの負荷トルクを（表１）に示す。なお、従来の非磁
性１成分現像方式における現像器は、ブレードで現像ロ
ール上のトナーを薄層化するタイプのものである。

【００８９】

【表１】

【００９０】（表１）の結果から、図２に示す本発明の
プロセスカートリッジ１４ｃの現像ロール２ｃの負荷ト
ルクは、従来の２成分現像方式の現像ロールの負荷トル
クの約１／３となり、従来の非磁性１成分現像方式の現
像ロールの負荷トルクの１／４となっている。このよう
に、図２に示す本発明のプロセスカートリッジ１４ｃの
現像ロール２ｃの負荷トルクは、従来の現像器の現像ロ
ールの負荷トルクに比べて大幅に低下している。これ
は、プロセスカートリッジ１４ｃでは、現像ロール２ｃ
と磁石ロール３ｃとの間での２成分現像剤の滞留が防止
されることにより負荷トルクが低くなったためであると
考えられる。

【００９１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、磁石ロ
ールと現像ロールとの間に交番電界を発生させてトナー
を振動させながら、帯電量が良好なトナーを選択的に磁
石ロールから現像ロールに移動させることができるの
で、簡単な構造でかつ低い負荷トルクで現像ロールの外
周面にほぼ均一な帯電量のトナー層を形成し、さらに均
一なトナー層を感光体ドラムに形成された静電潜像へ均
一に移動させることができる。その結果、静電潜像に良
好な画像を現像することが可能となる。また、構造が簡
単なため、製品コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における電子写真形成装
置の構成図

【図２】図１の電子写真形成装置のプロセスカートリッ
ジの拡大断面図

【図３】図２のプロセスカートリッジ内の２成分現像剤
の流動状態を示す拡大断面図

【図４】図２のプロセスカートリッジに投入するキャリ
アの量の影響を説明するための図

【図５】図２の磁石ロールと現像ロールとの間の直流成
分の電位差と現像ロール上のトナーの付着量との関係を
説明するための図

【図６】（ａ）現像ロールの印加電圧における交流成分
の発振周波数と現像ロール上におけるトナーの付着量と
の関係を説明するための図 （ｂ）現像ロールの印加電圧における交流成分のＰ−Ｐ
値と現像ロール上におけるトナーの付着量との関係を説
明するための図

【図７】感光体ドラムと現像ロールとの間の間隙と感光
体ドラム上におけるトナーの付着量との関係を説明する
ための図

【図８】磁石ロール上のトナーの帯電量の分布と現像ロ
ール上のトナーの帯電量との分布との違いを説明するた
めの図

【符号の説明】

２ｃ，２ｍ，２ｙ，２ｋ 現像ロール ３ｃ，３ｍ，３ｙ，３ｋ 磁石ロール ５ｃ キャリア ６ｃ，６ｍ，６ｙ，６ｋ トナー ７ｃ 穂切りブレード ９ｃ，９ｍ，９ｙ，９ｋ 感光体ドラム ８１ｃ，８２ｃ 直流電源 ８３ｃ 交流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H031 AC04 AC15 AC20 AC26 AC34 AD03 BA01 CA07 CA11 2H073 BA04 BA13 CA02 CA14 2H077 AC04 AC12 AC13 AD02 AD06 AD13 AD18 AD36 BA07 CA02 EA14 EA16 FA01 FA19 GA12

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非磁性のトナーおよびトナー搬送磁性粉末
   を混合した現像剤を外周面に吸着して磁気ブラシを形成
   する磁石ロールと、前記磁石ロールに近接して平行に配
   置され、前記磁石ロールの外周面に形成される磁気ブラ
   シの層厚を規制する規制部材と、前記磁石ロールに近接
   して平行に配置され、前記規制部材により層厚を規制さ
   れた磁気ブラシに含まれるトナーを吸着して外周面にト
   ナー層を形成する現像ロールと、前記現像ロールに平行
   に配置され、静電潜像が形成される感光体ドラムと、前
   記磁石ロールおよび前記現像ロールのうちの一方に交流
   電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とす
   る電子写真現像装置。
2. 【請求項２】前記電圧印加手段は、前記磁石ロールから
   前記現像ロールへトナーを移動させるように、前記磁石
   ロールおよび前記現像ロールのうちの一方に直流電圧と
   交流電圧との重畳電圧を印加し、他方に直流電圧を印加
   することを特徴とする請求項１記載の電子写真現像装
   置。
3. 【請求項３】前記電圧印加手段は、前記現像ロールから
   前記感光体ドラムへトナーを移動させるように、前記現
   像ロールに印加する直流電圧を設定することを特徴とす
   る請求項２記載の電子写真現像装置。
4. 【請求項４】前記交流電圧の周波数が０．２ｋＨｚ以上
   １．５ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の電子写真現像装置。
5. 【請求項５】前記交流電圧の最高値と最低値との差が
   ０．５ｋＶ以上１．８ｋＶ以下であることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真現像装置。
6. 【請求項６】前記磁石ロールと前記規制部材との対向間
   隙が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、前記磁石ロールの
   磁力が３００ガウス以上８００ガウス以下、かつ前記磁
   石ロールの直径が１０ｍｍ以上２４ｍｍ以下の場合、前
   記現像剤のトナー搬送磁性粉末量は５ｇ以上５０ｇ以下
   であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
   の電子写真現像装置。
7. 【請求項７】前記磁石ロールと前記現像ロールとの間の
   近接部に現像剤が滞留しないように、前記磁石ロールの
   外周面の速度、前記磁石ロールの外周面と前記規制部材
   との対向間隙、前記現像ロールの外周面の速度、前記磁
   石ロールの外周面と前記現像ロールの外周面との対向間
   隙が設定されたことを特徴とする請求項１記載の電子写
   真現像装置。
8. 【請求項８】前記現像ロールと前記感光体ドラムとの対
   向間隙が０以上０．２８ｍｍ以下であることを特徴とす
   る請求項１〜７のいずれかに記載の電子写真現像装置。
9. 【請求項９】前記現像ロールの外周面の表面粗さが５μ
   ｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜
   ８のいずれかに記載の電子写真現像装置。
10. 【請求項１０】前記磁石ロールは、円筒状の着磁体であ
    ることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電
    子写真現像装置。