JP2001343832A - 現像ロールとそれを用いた現像装置および電子写真装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像ロール上の現像剤搬送量を少なくする場
合に、現像ロール長さ方向に現像剤の搬送量が一様でな
くなるという課題を解決し、現像ギャップを狭くするこ
とを可能とする。 【解決手段】 現像ロール表面に現像ロール長さ方向の
溝を、溝深さ／溝幅を１以上、溝幅／溝ピッチを２以
上、溝深さをキャリア粒径の３倍以上の条件で形成し、
現像剤の搬送量を規制するドクターブレードの位置に現
像ロール内部の磁極を設け、更にドクターブレードの位
置の現像ロール表面上での磁力を０.０６Ｔ以下にす
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、トナーと磁性粒子
であるキャリアとを混合した２成分現像剤を用いた電子
写真装置及び現像装置、それに用いる現像ロールに関わ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置では、感光体を帯電し、画
像データに応じた露光を行って、感光体上に画像パター
ンに対応した電荷分布を形成し、現像装置を用いて電荷
分布に応じてトナーを現像することによって初めて画像
が目に見えるトナー像として現れる。その後、そのトナ
ー像を紙へ転写し、熱定着によって紙上に固定し、画像
として完成する。

【０００３】この現像においては、粒径１０マイクロメ
ートル前後の樹脂粉体の着色粒子であるトナーと、フェ
ライトやマグネタイト、鉄粉などの粒径が５０から１５
０マイクロメートルの磁性粒子であるキャリアを混合し
た２成分現像剤を用いる現像方式がある。

【０００４】また、現像装置では、内部に磁石を備え、
外部円筒が回転する現像ロールによって現像剤を感光体
と現像ロールの間隙である現像部に搬送している。この
とき、現像剤の搬送量を現像ロール長さ方向に一様にす
るための規制部材を現像機内に備えている。その規制部
材をドクターブレードと呼び、そのドクターブレードと
現像ロールとの間隙間隔をドクターギャップと呼ぶ。ま
た、感光体と現像ロールの間隙間隔を現像ギャップと呼
ぶ。

【０００５】ところで、電子写真方式で形成する画像に
は、文字、線画、網点、ベタなどがある。これらの画像
全てについて、認識できる濃さの画像となるように適切
な量のトナーを現像装置によって現像することが要求さ
れる。

【０００６】しかし、実際の現像ではベタ画像の内部に
はトナーの現像量が少なく、ベタ画像の周辺部や、線
画、網点などの白地との境界に近い部分での現像量が多
くなるという特性がある。これは現像電界が周辺効果に
よって、白地との境界部で強くなるためである。ここ
で、現像電界とは、感光体表面の電荷分布や現像ロール
に印加される現像バイアス電圧、感光体の膜厚と誘電
率、現像ギャップと現像剤の誘電率などによって決まる
感光体表面に垂直な方向の電界であり、この電界によっ
て帯電したトナー粒子が感光体へ引き付けられたり、反
発されたりして現像がなされる。

【０００７】この周辺効果が原因となって、ベタ画像が
適正な濃さとなるようなトナーの現像量が得られる現像
条件、例えば、現像バイアス電圧、トナー濃度、周速比
を設定した場合、線画や網点では過剰な付着量となり、
転写時の飛び散りが多くなり、また定着時のトナーの溶
融による拡がって画像のつぶれが発生する。

【０００８】このため、画像の周辺や線画がぼやけた
り、網点で構成された写真画像などがつぶれによって不
鮮明になったり、極端な場合は画像の暗部が完全なベタ
で無いにもかかわらず、ベタ画像になってしまったりす
る。

【０００９】以上の問題は、現像電界の周辺効果による
ものであるから、その周辺効果が無くなるように現像条
件を設定すれば回避することが原理的に可能である。

【００１０】その回避手段の１つが、特開昭５６―１６
１５６５号に記載されている、現像ギャップを狭くする
という手段である。

【００１１】この従来例は、２色画像を形成する際に、
画像の周辺が別の色で縁取られる問題を回避する発明に
関するものであるが、その問題の原因は、本願で問題と
している現像電界の周辺効果と同じである。

【００１２】この周辺効果を、現像ギャップを狭くする
ことによって低減できる理由は、実際の電極である現像
ロールが感光体に近づくことによって、感光体と現像ロ
ール間の電界がその間隙である現像ギャップと、現像バ
イアス電圧と感光体電位との現像電位差で決まるように
なるからである。この現象を図示したものが図３であ
る。これは、感光体上の電荷分布を同じにして、現像ギ
ャップを変化させた場合の感光体表面の電界強度分布を
計算した結果からは、図３（ｂ）に示すように、ベタ内
部の電界強度が現像ギャップを狭くすることによって増
大し、ベタ周辺や線画の電界強度に近づくためであるこ
とが分かった。また、実際に現像ギャップを狭くする
と、ベタ内部のトナー現像量が増加し、画像濃度が濃く
なってくることからも確認できた。

【００１３】ところで、前記従来例は、現像ロール表面
に凹凸を設けることによって現像剤の搬送量を確保し
て、かつ、表面の凸の部分で現像ギャップが狭くなるこ
とで周辺効果を抑制するものである。

【００１４】一方、現像ギャップを狭くする場合に留意
しなければならない問題として、現像ギャップを狭くす
ると、感光体と現像ロール間での現像剤の体積密度が高
くなり、現像剤への圧力や感光体を擦る力が増加する。
この力が過剰になると、現像剤が固まりだしたり、感光
体を傷つけたりする。実際、トナーは樹脂であり過剰な
力で押付けると固まるので、現像剤としてはトナーが接
着剤のような役割でキャリアを含めた現像剤の固まりを
生じさせ、これを現像剤ロックと呼ぶ。更に、この固ま
りが原因となって、感光体を傷つけることがあった。

【００１５】そのため、現像ギャップを狭くする場合
は、ドクターギャップも同時に狭くして、感光体と現像
ロール間で現像剤の体積密度が高くなり過ぎないように
する。現実的には、トナーとキャリア含めた体積割合
が、感光体と現像ロール間の空間の体積の５０％以下に
する必要がある。

【００１６】ところが、従来例の現像ロールを用いた場
合や、それ以外の従来の現像ロールにおいても、ドクタ
ーギャップの方がより現像ギャップ狭く設定する必要が
あり、本願で問題にしている周辺効果によるベタ画像周
辺部、線画、網点の過剰現像を低減するために、現像ギ
ャップを更に詰めようとした場合、ドクターギャップは
更に狭くする必要が生じた。

【００１７】しかし、ドクターギャップを狭くすると、
現像ロール長さ方向でドクターブレードから通過して出
てくる現像剤量が不均一になってくることが判明した。
これは、ドクターブレードのたわみや現像ロールの表面
形状の変動に起因するものであり、それらの変動がドク
ターギャップを狭くすることによって相対的に大きくな
るため現れてくるものと考えられる。したがって、この
従来例やその他の従来の技術で、現像ギャップよりドク
ターギャップを狭くする必要がある方法では、もはや本
願で解決しようとしている問題は解決が困難である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上記したように、現像ロール上の現像剤搬
送量を少なくする場合に、現像ロール長さ方向に現像剤
の搬送量が一様でなくなるという課題であり、これを解
決することによって、狭い現像ギャップを実現して、周
辺効果によるベタ画像部周辺、線画、網点などの画像部
へのトナー付着量が過剰になることを低減し、つぶれの
無い鮮明な画像を得ることができる電子写真装置を提供
することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には、現像ロール表面に現像ロール長さ方向の溝を形成
し、現像剤の搬送量を規制するドクターブレードの位置
に現像ロール内部の磁極を設け、更にドクターブレード
の位置の現像ロール表面上での磁力を０.０６Ｔ以下に
することである。さらに、溝深さ／溝幅を１以上、溝幅
／溝ピッチを２以上、溝深さをキャリア粒径の３倍以上
とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて説明す
る。

【００２１】先ず、電子写真装置の画像形成過程を図２
を用いて説明する。

【００２２】図２で、時計方向に回転する感光体１は帯
電器２によってその表面が一様に帯電され、露光器３は
画像データに応じて光が明滅し、感光体１上では光が照
射された部分が導電化して表面の電荷が消失する。

【００２３】現像機４は図１に示すような内部構成とな
っており、トナーとキャリアが混合した２成分現像剤が
はいっており、撹拌機４４の回転によってトナーはキャ
リアとの摩擦して電荷を帯びている。現像ロール４１は
内部に回転しない磁石ロールを有しており、磁力によっ
て現像剤を表面のスリーブに吸着し、スリーブの回転と
ともに搬送される。搬送された現像剤はドクターブレー
ド４３を通過する際に、ドクターブレード４３と現像ロ
ール４１との間隙であるドクターギャップＧｄｏｃによ
ってその通過量が現像ロール４１の長さ方向に搬送量が
一様になるように規制される。ドクターブレード４３を
通過した現像剤は、感光体１と現像ロール４１との間隙
部である現像領域に運ばれ、ここでは図示していない
が、現像ロール４１に印加されたバイアス電圧と感光体
表面電位、感光体１と現像ロール４１との間隙である現
像ギャップＧｄｅｖで決まる電界の強さに応じた量のト
ナーが感光体１の表面に現像される。現像によって感光
体１上には、トナー像が形成され、転写器５によって用
紙７に転写される。用紙７に転写されたトナー像は、図
示していないが、定着機での加熱によって融解されて、
用紙７上に固定される。その後、感光体１上に残留した
トナーを清掃機６で除去し、以後同様に画像形成が行な
われる。

【００２４】感光体の表面電位は、例えば図３（ａ）に
示すようになっており、電位が低い部分にトナーが現像
される方式を反転現像、電位が高い部分にトナーが現像
される方式を正規現像と呼んでいる。ここでは、反転現
像の場合を説明する。図３（ｂ）は現像電界の計算結果
を示した。計算は、感光体表面電位分布、感光体膜厚、
誘電率、現像剤空間の誘電率、現像ギャップなどを考慮
して行なった。計算方法自体は既に確立されているもの
である。現像電界とは、感光体表面でその垂直方向の電
位の距離変化率である。この現像電界が大きい程トナー
を感光体に引き付ける力が強くなる。図３（ｂ）では下
向きで縦軸の０より下方向がトナーが現像される電界を
示している。また、図３（ａ）は、ベタ画像のように広
い面積の画像の電位分布を示している。それらの画像の
現像電界は図３（ｂ）のように、ベタ画像の周辺部の現
像電界は強く、電界強度が図中で下方向に大きくなって
いるが、ベタ画像の内部は弱くなっている。このベタ画
像の周辺部の現像電界が強くなることを周辺効果と呼ん
でいる。この周辺効果は線画においても顕著であり、図
３には示していないが、０.１ｍｍから１ｍｍ程度の幅
の線画においては図３の周辺部と同等以上の強さの現像
電界となる計算結果が得られている。この周辺効果があ
るため、ベタ画像内部の画像濃度が適正、例えば光学濃
度１.４になるように現像バイアスや周速比、トナー濃
度などの条件によって現像されるトナー量を調整してし
まうと、ベタ画像周辺部や、線画には過剰なトナーが現
像されることになり、前述したように画像のつぶれなど
が生じてしまう。この現像バイアスや周速比、トナー濃
度などの条件は線画や網点の現像トナー量も増加させる
作用があるためである。

【００２５】ところで、図３（ｂ）は現像ギャップを狭
くした場合も示している。現像ギャップを1.2mmから0.9
mm、0.5mmと狭くしていくと、ベタ画像の内部の電界強
度が増大し、周辺部の電界強度はあまり変化しないとい
う結果が得られた。実際においても現像ギャップを狭く
することによって、線画よりもベタ画像のトナー現像量
の増加は顕著であるという結果が得られた。したがっ
て、現像ギャップを狭くすることによって、線画のトナ
ー現像量を余り増加させることなく、ベタ画像の付着量
をより多く増加させ、ベタ画像と線画のトナー現像量の
差を小さくすることが可能となる。

【００２６】この現像ギャップを狭くすることによって
ベタ画像のトナー現像量を増加させることによって、現
像バイアスや周速比、トナー濃度によって現像トナー量
を増加させる割合が減り、結果的に従来と同じベタ画像
濃度を得られるべた画像部の現像トナー量を得た場合、
線画や網点の現像トナー量を減少させることが可能とな
り、つぶれなどの画像を不鮮明にする過剰現像を回避す
ることが可能となる。

【００２７】この現像ギャップを狭くするためには、前
述したように従来の方法では、ドクターギャップも狭く
する必要があり、これは現像ロール長さ方向の現像剤搬
送量に不均一性を生じさせることを述べた。本発明で
は、ドクターギャップを狭くすることなく、現像剤の通
過量を少なくして、現像ギャップを狭くすることを可能
にしている。その原理を図４と図５を用いて説明する。
図４は現像ロール４１表面に角溝を設けた場合の磁気ブ
ラシの形態を示した図である。磁気ブラシ８は現像ロー
ル４１表面の溝部分に選択的に形成されることを確認し
た。

【００２８】このように磁気ブラシが形成される原理を
図５で説明する。図５はドクターブレード部分の拡大図
である。説明上、現像ロールなどは円筒形状であるが平
板として表している。現像ロール４１の内部には、磁石
ロール４２があり、そこには磁極４５が形成されてい
る。なお、この磁極は磁石を張り合わせて形成される場
合や、磁石ロール４２を磁性体としてそれを着磁して形
成する場合があるが、ここでは磁極を分りやすく説明す
るために磁石で形成しているような図を示した。

【００２９】この磁極４５からは磁束８１が出ている。
現像ロール４１は図の右から左へ移動するので、ドクタ
ーブレード４３の手前で現像剤がせき止められて圧力が
あがり、現像剤の一部は溝８０の内部に入り込む。現像
剤中のキャリアは磁性体であるので磁束を通し易い性質
がある。一方、現像ロール４１の材質はアルミや非磁性
のステンレスが用いられる。すると、磁極４５からは溝
８０に入り込んだキャリアに磁束８１が集中するように
なる。これが更に次のキャリアを吸引する原因となっ
て、ドクターブレード４３を通過後の現像剤は、溝の部
分に磁気ブラシが形成されるようになる。さらにドクタ
ブレード４３を通過する際に、溝８０以外の部分では磁
束密度が低くなっておりキャリアを吸引する磁力が弱い
のでキャリアは滑ってしまい、溝８０部分に形成された
磁気ブラシのみが選択的にドクターブレード４３を通過
するという特性が現れてくる。したがって、ドクターギ
ャップＧｄｏｃを広く設定しても、ドクターブレード４
３を通過する現像剤は、従来の方法に比べて、理想的に
は溝幅Ｗ／溝ピッチＰの割合に減らすことが可能とな
る。

【００３０】以上のような作用によって、ドクターギャ
ップを広く設定しても、ドクターブレードを通過する現
像剤量を少なくすることができ、現像ギャップを狭くし
ても現像部において現像剤密度が過剰に高くなることが
無く、現像剤ロックを生じさせない。また、従来の調整
方法で現像ロール長さ方向に現像剤搬送量の不均一性を
生じさせない最小のドクターギャップに設定した場合、
現像ギャップを従来方法以上に狭く設定することが可能
となる。

【００３１】図６は、現像ギャップとベタ画像部へのト
ナー現像量との関係を調べた結果である。トナー現像量
ｍｔは単位面積当りに現像されるトナーの重量である。

【００３２】図６で、９で示す曲線は従来の方法での実
験結果であり、現像ロール長さ方向に現像剤の搬送量の
不均一性を生じさせないドクターギャップは0.5mmが限
界であり、現像ギャップは0.8mmであった。一方、１０
で示す曲線は、本発明を適用した実験結果であり、溝幅
を0.5mm、溝深さを0.5mm、溝ピッチを1.7mmとした場
合、現像剤のドクターブレードからの通過量は理想的に
は溝幅Ｗ／溝ピッチＰの割合で現象するので１／３に減
少するはずであるが、実際には従来の１／２にすること
ができた。したがって、現像ギャップは従来の１／２の
0.4mmに狭くすることが可能となった。

【００３３】図６から、同じ現像ギャップでは、現像剤
の搬送量が少なくなるため、現像されるトナー量は減少
する。しかし、広い面積の画像の場合、近似的には、感
光体の表面電位と現像バイアス電圧を現像ギャップで割
った値になるので、現像ギャップは狭くなるほど現像電
界が強くなり、現像トナー量が急に増加する特性があ
る。したがって、搬送量が減少しているにも関わらず、
現像ギャップをさらに狭くできるという効果によってベ
タ画像の現像トナー量を従来以上に増加させることが可
能となった。結果として、線画との現像トナー量の比率
は、現像ギャップが1.2mmの時に線画がベタ画像の約３
倍の付着量の差であったが、現像ギャップを0.4mmでは
約1.5倍までの差に圧縮できた。

【００３４】以上のような作用によって、狭い現像ギャ
ップを実現して、周辺効果によるベタ画像部周辺、線
画、網点などの画像部へのトナー付着量が過剰になるこ
とを低減し、つぶれの無い鮮明な画像を得ることができ
るようになった。

【００３５】次に本発明の効果を更に確実に発揮させる
ための条件について説明する。

【００３６】先ず、溝の形状を図７を用いて説明する。
図７の（ａ）は、図４、図５と同じ角溝であるが、角溝
は深さが浅くても溝内部に入れることができる現像剤量
を最も多くすることができるので、磁極からの磁束を最
も集中させやすい形状である。溝の深さと幅は、この磁
束の集中度合で決める必要があるが、溝部分に選択的に
磁気ブラシが形成されるようにするためには、この角溝
の形状において、溝深さは0.2mm以上、望ましくは0.3mm
以上が良かった。これは、磁束の集中を引き起こすきっ
かけとなる溝内に入るキャリアの量を確保するために必
要な深さである。キャリアとしては平均粒径100マイク
ロメートルのマグネタイトキャリアを用いたが、最低２
個分の深さがないとキャリアが溝に確実に入り込まない
ため、0.2mm以上の深さが必要であることがわかった。

【００３７】また、溝幅に対しては溝深さは深い程磁束
の集中を引き起こしやすいが、現像ロールの円筒の厚み
が通常１から２mmであることを考慮すると、むやみに深
くはできない。ただし、溝幅に対して同じかそれ以上の
深さが磁束の集中には有利であることが判明した。した
がって、溝深さ／溝幅の比は１以上が望ましい。

【００３８】溝ピッチに関しては、ドクターブレードを
通過する現像剤の減少割合からも決める必要があるが、
ドクターブレードから通過した現像剤が、溝部分にのみ
磁気ブラシを形成するためには、溝間に溝幅と同じだけ
の間隔を開ける必要があることが判った。現像ロール状
の溝部分から立ち上がった磁気ブラシは溝幅より若干広
がる傾向が見られるため、溝の間隔が狭いと隣接する溝
間の磁気ブラシがつながる現象が生じる。この現象が生
じるとドクターブレードを通過する現像剤量を減少させ
ることはできなくなるからである。したがって、溝ピッ
チ／溝幅の比は２以上が望ましい。

【００３９】以上のように、溝の幅、深さ、ピッチを決
める必要があるが、更に溝の形状との関係を調べた結
果、溝に入るキャリアの量とその分布の周期が、図７
（ａ）の角溝と等価であれば良いことが判った。これ
は、図７（ｂ）のようなＶ字形の溝や、図７（ｃ）のＵ
字形の形状であっても、その溝に入るキャリアの量と分
布の中心が図７（ａ）の角溝と同じになれば良いという
ことである。このことは、溝部分にのみ磁気ブラシが形
成される原因は、磁極からの磁束を集中させるキャリア
の量と幅方向の分布の集中度合いに関係しているための
考えられる。

【００４０】次に、ドクターブレードと現像ロール４１
内部の磁極との関係を説明する。図８はドクタブレード
４３と磁極４５の位置関係を示し、図９は磁極中心から
の角度と現像ロール表面に垂直な磁束密度分布を示して
いる。ドクタブレード４３からの現像剤の通過量を溝幅
／溝ピッチの割合で減少させるためには、ドクターブレ
ードの位置を磁極の中心から、磁束密度が磁極中心の７
０％以上となる範囲で設定すべきことが判明した。この
範囲の外側では、現像ロール表面に垂直な磁束密度は低
いが、現像ロール表面に平行な方向の磁束密度が高くな
って、図５に示した磁気ブラシが斜めになってドクター
ブレードを通過するため、現像剤の通過量を減少させら
れないためであることが判明した。

【００４１】また、磁極の磁束密度についても、磁束密
度が高いと、溝部分へ磁束が集中しきれず、溝以外の部
分での磁束が残り、やはりドクターブレードからの通過
量を減らせないことが判明した。磁極の磁束密度として
は、０．０６Ｔ以下、望ましくは０．０４Ｔ以下が好ま
しいことが判った。

【００４２】以上のような条件として、溝の幅0.5mm、
深さ0.5mm、ピッチ1.7mm、ドクターブレード位置が磁極
中心、磁極中心の磁束密度０．０４Ｔ、ドクターギャッ
プ0.5mmの設定によって、ドクターブレードからの現像
剤通過量を従来の限界値のさらに１／２にすることが可
能となった。

【００４３】

【発明の効果】現像ロール長さ方向に現像剤の搬送量を
一様にしつつ、現像ギャップを狭くすることを可能とし
て、現像ロール長さ方向の濃度変動を生じさせず、かつ
周辺効果によるベタ画像部周辺、線画、網点などの画像
部へのトナー付着量が過剰になることを低減し、つぶれ
の無い鮮明な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の現像装置の模式図である。

【図２】 電子写真装置の構成を示す模式図である。

【図３】 表面電位分布と現像電界分布の図である。

【図４】 磁気ブラシの状態を示す模式図である。

【図５】 本発明の原理を説明する図である。

【図６】 トナー付着量の現像ギャップ特性を示すグラ
フである。

【図７】 溝の形状の模式図である。

【図８】 ドクターブレードと磁極の位置関係を示す模
式図である。

【図９】 現像ロール表面に垂直な磁束密度分布のグラ
フである。

【符号の説明】

１…感光体、２…帯電器、３…露光器、４…現像機、５
…転写器、６…清掃機、７…用紙、８…磁気ブラシ、９
…従来現像機の現像ギャップ特性、１０…本発明による
現像ギャップ特性、４１…現像ロール、４２…内部磁石
ロール、４３…ドクターブレード、４４…撹拌機、４５
…磁極、４６…磁束密度分布。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーとキャリアの混合物である２成分
   現像剤を用いて画像を形成する現像装置に設けられる内
   部に磁極を有する現像ロールにおいて、 現像ロール表面に現像ロール長さ方向の溝を形成し、現
   像装置に備え付けられ現像ロールで搬送する現像剤の量
   を規制するドクターブレードと対応する位置の現像ロー
   ル内部に磁極を設け、更に磁極の現像ロール表面上での
   磁力を０.０６Ｔ以下としたことを特徴とする現像ロー
   ル。
2. 【請求項２】 現像ロール表面の溝を、溝深さ／溝幅の
   比を１以上、溝ピッチ／溝幅を２以上、溝深さをキャリ
   ア粒径の３倍以上としたことを特徴とする請求項１記載
   の現像ロール。
3. 【請求項３】 請求項１乃至２記載の現像ロールを用い
   たことを特徴とする現像装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の現像装置を用いたことを
   特徴とする電子写真装置。