JP2004029569A

JP2004029569A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置

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Publication number: JP2004029569A
Application number: JP2002188474A
Authority: JP
Inventors: Hideki Fujita; 藤田　秀樹
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】大型化及びコストの上昇を招くことなく高い画質を長期間維持することが可能な現像装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体１上の静電像をトナーを含む現像剤により現像する現像装置４に、現像剤を担持する複数の現像剤担持体４１ａ，４１ｂを像担持体１の回転方向に沿って配置する。そして、複数の現像剤担持体４１ａ，４１ｂのうち下流にある現像剤担持体４１ｂから像担持体１へ単位時間内に移動する第１のトナーの質量が、上流にある現像剤担持体４１ａから像担持体１へ単位時間内に移動する第２のトナーの質量より少なくなるようにすることにより、トナー消費率を低減するようにする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関し、特に像担持体上の静電像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式を用いた複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、印刷装置等の画像形成装置においては、像担持体表面に対して一様に帯電を行った後、例えば半導体レーザーないしはＬＥＤにより画像露光を行い、像担持体上に静電潜像を形成すると共に、この静電潜像を現像装置により現像剤像として可視像化した後、この可視像を転写材に転写し、この後、定着装置により転写材に定着して出力する画像形成装置が知られている。
【０００３】
ところで、近年のコンピュータ化・ネットワーク化が急速に進行する状況下では、コンピュータの情報をネットワークを介して受信して出力するタイプの画像形成装置が急速に普及しつつあり、さらに画像形成装置に対する高速化、高画質化の要請も強くなってきている。
【０００４】
そして、このような高速度出力を行う画像形成装置に用いられる現像装置として、特開平０３−２０４０８４号公報に記載されているもののように、現像剤を担持する現像剤担持体を複数備えるようにしたものがある。
【０００５】
ここで、発明者は、現像装置の現像剤担持体を複数にすることによって、トナー消費量が低減し、図１２に示すように潜像担持体の回転軸方向に伸びる細線の尾引き現象が抑制されるという予想しなかった効果を見出した。なお、このように尾引き現象が抑制されると、高い画質を長期間維持することが可能となるばかりでなく、トナー消費率が低減し、これに伴い画像形成装置の保守・点検頻度も低減する。ただし、かかる効果を得るには、特定の条件が必要であることも見出し、発明者は、その条件の探索に勤しんできた。
【０００６】
なお、現像装置の現像剤担持体を複数にする場合の、各現像剤担持体の条件に関しても多くの提案がなされている。例えば、特公昭６２−２３１４号公報、特公昭６４−８３２８号公報及び特開平８−２８６５０３号公報には、潜像担持体の移動方向下流側に位置する現像剤担持体の移動速度を大きくする旨の提案がされている。また、特許２７９０８２３号公報及び特許２７９０８２７号公報には、現像領域幅を、潜像担持体の移動方向下流側に位置する現像剤担持体においてより大きくする旨の提案がされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの提案は、二成分現像剤を使用することを前提とするものであり、一成分磁性トナーの場合には、前述の「予想しなかった効果」は得られなかった。
【０００８】
そこで、尾引き現象を抑制するため、例えば特開２０００−１７２０４３号公報では、現像バイアスの交流振幅を、像担持体の移動方向下流側に位置する現像剤担持体においてより小さくする旨、及び現像バイアスの交流周波数を、像担持体の移動方向下流側に位置する現像剤担持体においてより高くする旨の提案がされている。
【０００９】
しかし、このように構成した場合、一成分磁性トナーを用いた場合でも、尾引き現象を抑制することができ、これに伴いトナー消費率を低減することができ、高い画質を長期間維持することができるが、現像剤担持体毎に独立した現像バイアス電源が必要となるので、現像装置が大型化する上、装置コストも上昇する。
【００１０】
そこで、本願発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、大型化及びコストの上昇を招くことなく高い画質を長期間維持することが可能な現像装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トナーを含む現像剤により像担持体上の静電像を現像する現像装置において、前記像担持体の回転方向に沿って配置され、現像剤を担持する複数の現像剤担持体を備え、前記複数の現像剤担持体のうち下流にある現像剤担持体から前記像担持体へ単位時間内に移動する第１のトナーの質量が、上流にある現像剤担持体から前記像担持体へ単位時間内に移動する第２のトナーの質量より少なくなるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明は、前記第１のトナーの質量が前記第２のトナーの質量より少なくなるよう前記複数の現像剤担持体に同一の現像バイアスを印加するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明は、前記複数の現像剤担持体に同一の現像バイアスを印加するよう一つの現像バイアス電源を用いたことを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明は、前記第１のトナーの質量が前記第２のトナーの質量より少なくなるよう前記現像バイアスを、前記第１のトナーの質量及び前記第２のトナーの質量とが同じになる現像バイアスよりも増加させることを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明は、前記第１のトナーの質量が前記第２のトナーの質量より少なくなるよう前記現像剤担持体と前記像担持体との間隔を、前記第１のトナーの質量及び前記第２のトナーの質量とが同じになる間隔よりも狭くすることを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明は、前記第１のトナーの質量が前記第２のトナーの質量より少なくなるよう前記現像剤担持体の移動速度を、前記第１のトナーの質量及び前記第２のトナーの質量とが同じになる移動速度より遅くすることを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明は、前記現像剤担持体の数は２つであることを特徴とするものである。
【００１８】
また本発明は、前記現像剤担持体の回転方向は同一であることを特徴とするものである。
【００１９】
また本発明は、前記隣接する現像剤担持体の最近接部の間隙は０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
また本発明は、前記像担持体の外周移動速度は、６００ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とするものである。
【００２１】
また本発明は、現像剤は、キャリア粒子を含まないものであることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態にかかる現像装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００２４】
同図において、１は像担持体である感光ドラムである。なお、この感光ドラム１としてはФ１０８（ｍｍ）の高耐久なａ−Ｓｉドラム感光体を用いている。なお、このデジタル複写機はプロセススピード（感光ドラム１の回転速度）が６６０ｍｍ／ｓ、連続画像出力速度１２５頁／ｍｉｎの白黒デジタル複写機である。
【００２５】
そして、画像形成の際には、まず感光ドラム１の表面は一次帯電器２により例えば＋４５０Ｖに一様帯電された後、画像露光１２がなされる。ここで、この画像露光１２は半導体レーザー３１を光源として画像信号により変調されたレーザービームであり、このレーザービームはモーターにより一定の回転数で回転する多面鏡３２により偏光され、結像レンズ３３を経て、折り返しミラー３４ａ，３４ｂで反射された後、感光ドラム１上をラスタ走査され、その露光部の表面電位を例えば＋５０Ｖに減衰させることにより、静電潜像を形成する。なお、この画像露光１２（レーザービーム）の波長は６８０ｎｍである。
【００２６】
この後、現像装置４により現像を行い、ポスト帯電器５により現像剤像を帯電させると共に感光ドラム１と現像剤との間の吸着力を弱め、転写、分離しやすいようにする。
【００２７】
次に、矢印方向に進む不図示の転写材に対し転写分離帯電器６により、現像装置２により現像されて感光ドラム１上に形成された現像剤像を転写し、この後、転写材を分離して定着器７に送り、定着器７にてトナー像を定着する。
【００２８】
ところで、現像装置４は、簡易な構成で、現像剤担持体である現像スリーブの寿命である２００万回の出力まで保守不要であり、また図１に示すように、１つの現像剤収容部材４０と、矢印Ａのように同方向に回転する２つの現像スリーブ４１ａ，４１ｂ、トナー濃度検知部材４５ａ〜４５ｄ等を有している。
【００２９】
そして、この現像装置４は、画像形成の反復により現像剤収容部材４０内のトナーが減少してくると、圧電素子４３からの信号に基づき不図示の制御部がトナー補給ローラ４８を回転させる信号を出すようになっている。これにより、トナー補給ローラ４８が回転し、この回転により中間トナー収容容器４０Ａからトナーが現像剤収容部材４０内に補給されるようになる。
【００３０】
ここで、２つの現像スリーブ４１ａ，４１ｂは、非磁性部材であるφ２０のＡ６０６３製円筒の上に、球状ガラス粒子でブラスト処理をした後、ＮｉＰメッキ次いでＣｒメッキを施したものであり、その表面粗さは４μｍＲｚである。なお、この表面粗さの測定には、接触式表面粗さ計（サーフコーダー（商標）ＳＥ−３３００（株）小坂研究所製）を用い、また測定条件はカットオフ値：０．８ｍｍ、測定長さ：２．５ｍｍ、送りスピード：０．１ｍｍ／ｓ、縦倍率５０００倍とした。
【００３１】
また、上流側の現像スリーブである第１現像スリーブ４１ａは内部に７つの、下流側の現像スリーブである第２現像スリーブ４１ｂは内部に４つの固定された永久磁石５０ａ，５０ｂをそれぞれ備えている。さらに、第１及び第２現像スリーブ４１ａ，４１ｂは、感光ドラム１の１．２倍の速度（７９２ｍｍ／ｓ）でＡ方向に回転するようになっている。
【００３２】
また、第１現像スリーブ４１ａ近傍のトナーは、磁性板状部材４２により、層厚Ｇ２を０．２４ｍｍに規制されており、第２現像スリーブ４１ｂ近傍のトナーは、第１現像スリーブ４１ａの永久磁石５０ａのＮ２極と、第２現像スリーブ４１ｂの永久磁石５０ｂのＳ１極の作用により、薄層化されるようになっている。
【００３３】
図３に示す、これら第１及び第２現像スリーブ４１ａ，４１ｂの間の間隙Ｇａｂは、０．４ｍｍである。なお、同図において、１０９は現像バイアス電源を示し、Ｇ１ａ、Ｇ１ｂは第１及び第２現像スリーブ４１ａ，４１ｂと、矢印Ｂ方向に回転している感光ドラム１との間隔を示している。なお、この間隙Ｇ１ａ，Ｇ１ｂは、第１及び第２現像スリーブ４１ａ，４１ｂと同心に配設された不図示のスペーサローラにより保持されている。
【００３４】
ところで、本実施の形態においては、この間隔Ｇ１ａ，Ｇ１ｂを０．２ｍｍとすると共に、この間隙Ｇ１ａ，Ｇ１ｂには現像バイアス電源１０９により＋３００ＶのＤＣバイアスと、振幅１２００Ｖ、周波数２．７ｋＨｚの矩形波をＡＣバイアスとして印加するようにしている。
【００３５】
一方、第１及び第２現像スリーブ４１ａ，４１ｂが担持するトナーは正帯電性を有し、その重量平均粒径は８．０μｍである。なお、このトナーの粒径分布は種々の方法により測定できるが、本実施の形態においては米国コールター社製のコールターカウンタＴＡ−ＩＩ（商標）型を用いると共に電解液として１％ＮａＣｌ水溶液中に界面活性剤を数滴加えたものに数ｍｇの試料を数分間だけ超音波分散させ、１００μｍのアパーチャーを通して２〜４０μｍの粒子の粒度分布を計数することにより測定した。
【００３６】
また、トナーの結着樹脂としては、一般的にはスチレン系のスチレンアクリル共重合体、スチレンブタジエン共重合体やフェノール樹脂、ポリエステル等が用いられるが、本実施の形態では、スチレンアクリル共重合体とスチレンブタジエン共重合体を８：２の割合で用いた。
【００３７】
電荷制御剤（通常はトナーに内添されているが外添も可能）にニグロシン、４級アンモニウム塩、トリフェニルメタン、イミダゾール等がポジトナー用に用いられるが、本実施の形態では、トリフェニルメタンを（樹脂成分１００に対して）２部内添した。
【００３８】
又、加熱定着用トナーの場合、所謂ワックスを内添分散させるが、このワックスとしては例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、パラフィン等が用いられる。トナーは磁性を有するため、これにマグネタイト、フェライト等の酸化鉄を分散させるが、その量は６０〜１００部程度が一般的である。
【００３９】
トナーに対する外添剤としては、主には流動性付与のためのシリカを０．１〜５重量部程度外添する。このシリカはトナー粒子と第１及び第２現像スリーブ４１ａ，４１ｂの間に介在して第１及び第２現像スリーブ４１ａ，４１ｂの摩耗を軽減するとともに、トナー同士の凝集を防いで第１及び第２現像スリーブ４１ａ，４１ｂに接しているトナーと接していないトナーの入れ替わりを促進する機能を果たす。
【００４０】
更に、トナーにはチタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ランタン、酸化ネオジム等を外添する場合もある。これらは感光ドラム１に対する研磨剤の役割を果たし、結果として感光ドラム１にフィルム状に付着するトナーを研磨除去する効果が得られる。
【００４１】
また第１現像スリーブ４１ａ上のトナーの常温常湿での平均帯電量は＋６〜＋１２μＣ／ｇ、塗布量は０．７〜０．９ｍｇ／ｃｍ^２であり、第２現像スリーブ４１ｂ上のトナーの常温常湿での平均帯電量は＋５〜＋１０μＣ／ｇ、塗布量は０．３〜０．５ｍｇ／ｃｍ^２である。
【００４２】
そして、このような構成の現像装置４におけるトナー消費率を、画像比率６％の原稿を複写して測定したところ、従来技術に係る１つの現像剤担持体を備えた現像装置においては５２ｍｇ／枚（Ａ４）であるところ、本実施の形態では、４１ｍｇ／枚（Ａ４）となった。
【００４３】
さらに、幅０．２ｍｍの主走査方向に伸びる長さ５ｍｍの線原稿（図９参照）を複写した画像の幅Ｗｌの、主走査方向におけるのばらつき（以下、画像幅のばらつきという）Ｄｗｌは、１０．８μｍであった。ここで、画像の幅Ｗｌの測定には、米国ＭａｃＢｅｔｈ社製のマイクロデンシトメータ２４０５（商標）を用いた。
【００４４】
次に、前述の線原稿を現像する際の潜像へのトナー移動量を測定したところ、第１現像スリーブ４１ａからのトナー移動量Ｗｄｅｖａの、第２現像スリーブ４１ｂからのトナー移動量Ｗｄｅｖｂに対する割合ηｗａｂは、２．８であった。ここで、図４は、割合ηｗａｂと、画像幅のばらつきＤｗｌとの関係を示すものであり、割合ηｗａｂが増加するほど、画像幅のばらつきＤｗｌが低下し、画質が良化することがわかる。
【００４５】
その理由は、次のとおりである。
【００４６】
まず、感光ドラム１の回転方向上流に位置する第１現像スリーブ４１ａの理想的な機能が、感光ドラム１に形成された静電潜像に対し大まかにトナーを供給することにあり、感光ドラム１の回転方向下流に位置する第２現像スリーブ４１ｂの理想的な機能が、静電潜像に対し過剰に付着したトナーを回収し付着すべき部分にトナーを付着することである。よって、割合ηｗａｂが増加するということは、高画質化に寄与する第２現像スリーブ４１ｂの理想的な機能がより大きく発揮されることを意味するのである。
【００４７】
なお、図５に示す表１及び図６に示す表２は、本実施の形態及び後述する第２〜第４の実施の形態に係る現像装置の性能等を示したものである。そして、表１及び表２から明らかなように、本実施の形態のように、第２現像スリーブ４１ｂから感光ドラム１へ単位時間内に移動するトナーの質量が、第１現像スリーブ４１ａから感光ドラム１へ単位時間内に移動するトナーの質量より少ない場合には、本実施の形態の比較例１に比べてトナー消費率、線画像の幅のばらつき、維持コスト、現像装置コスト等において優位性を発揮する。
【００４８】
なお表１及び表２において、比較例１とは、本実施の形態において、第１現像スリーブ４１ａには＋１００ＶのＤＣバイアスと振幅１２００Ｖ、周波数２．７ｋＨｚの矩形波をＡＣバイアスとして印加し、第２現像スリーブ４１ｂには＋４００ＶのＤＣバイアスと振幅１２００Ｖ、周波数３．３ｋＨｚの矩形波をＡＣバイアスとして印加するものであり、現像スリーブ毎に独立した現像バイアス電源を必要とするものである。
【００４９】
そして、このような現像バイアスの異なる比較例１においては、割合ηｗａｂが０．９５と小さく、この場合には、既述したように本実施の形態に比べてトナー消費率、線画像の幅のばらつき、維持コスト、現像装置コスト等が劣る。
【００５０】
また、比較例１１とは、現像剤担持体を１つのみ備えたものをいう。なお、この場合の現像剤担持体の外径は、３２．３ｍｍである。そして、このような比較例１１においては、本実施の形態に比べて現像装置コストは低減するが、トナー消費率、線画像の幅のばらつき、維持コスト等が劣る。
【００５１】
また、表２において、画像反射濃度は、米国ＭａｃＢｅｔｈ社製のＲＤ−９１４（商標）を用いて、直径５ｍｍの最大画像濃度の円形原稿の複写画像を測定した値である。かぶり（出力画像の一様性）は、東京電色社製のＴＣ−６ＤＳ（商標）を用いて測定した、キヤノン販売株式会社が販売するオフィスプランナーＳＫ（商標）紙を原稿とした複写画像上の反射率と、未使用紙の反射率の差である。
【００５２】
このように、第２現像スリーブ４１ｂから感光ドラム１へ単位時間内に移動する第１のトナーの質量が、第１現像スリーブ４１ａから感光ドラム１へ単位時間内に移動する第２のトナーの質量より少なくすることによりトナー消費率及び線画像の幅のばらつきを低減することができ、これにより高い画質の長期間の維持が可能となると共に画像形成装置の保守・点検頻度を低減することができる。さらに、コストの上昇及び装置の大型化を回避することができる。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５４】
図７は、本実施の形態に係る現像装置の概略構成を示す図である。なお、同図において、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示している。
【００５５】
同図において、４１Ａ，４１Ｂは現像装置４に設けられた第１及び第２現像スリーブであり、これら第１及び第２現像スリーブ４１Ａ，４１Ｂは互いに回転方向が異なる。すなわち、第１現像スリーブ４１Ａは矢印Ａの方向（反時計方向）に、第２現像スリーブ４１Ｂは矢印Ａ’の方向（時計方向）に回転する。
【００５６】
ここで、第１及び第２現像スリーブ４１Ａ，４１Ｂの回転方向が異なることにより、間隙Ｇａｂでの第１及び第２現像スリーブ４１Ａ，４１Ａの相対速度が０となり、この部分での圧縮・摺擦によるトナーの劣化が軽減される。
【００５７】
なお、第１及び第２現像スリーブ４１Ａ，４１Ｂ間の間隙Ｇａｂは０．８ｍｍであり、また第１現像スリーブ４１Ａは内部に５つの、第２現像スリーブ４１Ｂは内部に４つの磁極を有する固定された永久磁石を備えている。また、第２現像スリーブ４１Ｂには、磁性板状部材４２ｂがＧ２ｂ＝０．２４ｍｍなる間隙を保って対向している。
【００５８】
ここで、第１現像スリーブ４１Ａ上でのトナーの常温常湿での平均帯電量は＋８〜＋１０μＣ／ｇ、塗布量は０．９〜１．２ｍｇ／ｃｍ^２であり、第２現像スリーブ４１ｂ上でのトナーの常温常湿での平均帯電量は＋６〜＋８μＣ／ｇ、塗布量は０．４〜０．５ｍｇ／ｃｍ^２である。
【００５９】
そして、このような構成の現像装置におけるトナー消費率を、画像比率６％の原稿を複写して測定したところ、既述した図６に示す表２のように比較例１１に係る１つの現像剤担持体を備えた現像装置で５２ｍｇ／枚（Ａ４）であるところ、本実施の形態では、４２ｍｇ／枚（Ａ４）となった。さらに、幅０．２ｍｍの主走査方向に伸びる長さ５ｍｍの線原稿を複写した画像の幅Ｗｌの、主走査方向におけるのばらつきは、８．１μｍであった。
【００６０】
また、前述の線原稿を現像する際の潜像へのトナー移動量を測定したところ、第１現像スリーブ４１Ａからのトナー移動量Ｗｄｅｖａの、第２現像スリーブ４１Ｂからのトナー移動量Ｗｄｅｖｂに対する割合ηｗａｂは、既述した図５に示す表１のように、１．６であった。
【００６１】
そして、この場合には、本実施の形態の比較例２に比べてトナー消費率、線画像の幅のばらつき、維持コスト、現像装置コスト等において優位性を発揮する。ここで、比較例２とは、本実施の形態において、第１現像スリーブ４１Ａに＋３００ＶのＤＣバイアスと振幅１２００Ｖ、周波数２．７ｋＨｚの矩形波をＡＣバイアスとして印加し、第２現像スリーブ４１Ｂには＋２００ＶのＤＣバイアスと振幅１２００Ｖ、周波数２．７ｋＨｚの矩形波をＡＣバイアスとして印加するものであり、現像スリーブ毎に独立した現像バイアス電源を必要とするものである。
【００６２】
そして、このような現像バイアスの異なる比較例２においては、割合ηｗａｂが０．８４と小さく、この場合には、既述したように、本実施の形態に比べてトナー消費率、線画像の幅のばらつき、維持コスト、現像装置コスト等が劣る。
【００６３】
このように、第２現像スリーブ４１Ｂから感光ドラム１へ単位時間内に移動する第１のトナーの質量が、第１現像スリーブ４１Ａから感光ドラム１へ単位時間内に移動する第２のトナーの質量より少なくすることによりトナー消費率及び線画像の幅のばらつきを低減することができ、これにより高い画質の長期間の維持が可能となると共に画像形成装置の保守・点検頻度を低減することができる。さらに、コストの上昇及び装置の大型化を回避することができる。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００６５】
図８は、本実施の形態に係る現像装置の概略構成を示す図である。なお、同図において、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示している。
【００６６】
同図において、５１ａ，５１ｂ，５１ｃは現像装置４に設けられた第１〜第３現像スリーブであり、これら第１〜第３現像スリーブ５１ａ，５１ｂ，５１ｃは内部に５つの磁極を有する固定された永久磁石を備えている。
【００６７】
なお、本実施の形態において、最上部に位置する第１現像スリーブ５１ａは、非磁性部材であるφ１６のＳＵＳ３１６製円筒の上に、不定型アルミナ粒子でブラスト処理をしたもので、表面粗さは９μｍＲｚである。また、中央に位置する第２現像スリーブ５１ｂは、非磁性部材であるφ１６のＳＵＳ３１６製円筒の上に、不定型アルミナ粒子でブラスト処理をしたもので、表面粗さは７μｍＲｚである。さらに最下部に位置する第３現像スリーブ５１ｃは、非磁性部材であるφ１６のＳＵＳ３１６製円筒の上に、不定型アルミナ粒子でブラスト処理をしたもので、表面粗さは５μｍＲｚである。
【００６８】
なお、第１及び第２現像スリーブ５１ａ，５１ｂ間の間隙Ｇａｂ、及び第２及び第３現像スリーブ５１ｂ，５１ｃ間の間隙Ｇｂｃは、ともに０．７５ｍｍであり、また、この第１〜第３現像スリーブ５１ａ〜５１ｃは矢印Ａの方向に感光ドラム１の１．５倍の速度（７５０ｍｍ／ｓ）でそれぞれ回転する。
【００６９】
さらに、第１現像スリーブ５１ａ近傍のトナーは、磁性板状部材４２により層厚Ｇ３を７００μｍに規制した。また、第１及び第２現像スリーブ５１ａ，５１ｂには、ともに−４００ＶのＤＣバイアスと振幅１５００Ｖ、全体周波数１．５５ｋＨｚ、振動部周波数７ｋＨｚの休止部を有する矩形波をＡＣバイアスとして印加した。
【００７０】
一方、本実施の形態において、現像剤は非磁性のトナーと磁性のキャリアから構成される二成分型であり、現像容器４０の底部に配されたトナー濃度センサ４３ａによりトナー濃度を検知され、トナー濃度は８〜１０％に制御される。
【００７１】
ここで、キャリアの平均粒径は、２０〜６０μｍが好ましく、より好ましくは３０〜５６μｍである。なお、キャリアの平均粒径が２０μｍ以下の場合にはトナーの過剰帯電による画像濃度の低下や、感光ドラム１へのキャリア付着が増し、６０μｍ以上の場合には複写の細線再現性を悪化させることになる。
【００７２】
また、キャリアの磁気特性は、現像剤の現像特性そして搬送に大きく影響を及ぼすものであり、画像の均一性や階調性が重視される。ここで、飽和磁化が７５ｅｍｕ／ｇ（３０００Ｏｅの印加磁場に対し）以上の場合には、現像時に感光ドラム上の静電潜像に対向したキャリアとトナーにより構成されるブラシ状の穂立ちが、固く締まった状態となり、階調性や中間調の再現が悪くなる。
【００７３】
又、飽和磁化が５５ｅｍｕ／ｇ以下の場合には、トナー及びキャリアを現像スリーブ上に保持できにくくなり、カブリやトナー飛散が悪化するという欠点がある。更に、キャリアの残留磁化、保磁力が高すぎると、現像装置内の現像剤の搬送が悪くなり、画像のカスレやベタ画像での濃度不均一等が発生し易くなる。
【００７４】
そのため、残留磁化、保磁力をそれぞれ１０ｅｍｕ／ｇ以下、１０Ｏｅ以下（３０００Ｏｅの印加磁場に対し）、好ましくは５ｅｍｕ／ｇ以下、６．０Ｏｅ以下にすることが必要である。
【００７５】
なお、使用されるキャリアとしては、表面酸化又は未酸化の鉄、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属及びそれらの合金又は酸化物及びフェライト等であり、好ましくは、亜鉛、銅、ニッケル、コバルトの金属から選ばれたフェライトが使用できる。
【００７６】
又、上記キャリアの表面を樹脂等で被覆することも可能である。その方法としては、樹脂等の被覆材を溶剤中に溶解もしくは懸濁せしめて塗布しキャリアに付着せしめる方法、単に粉体で混合する方法等、従来公知の方法がいずれも適用できる。
【００７７】
キャリア表面への固着物質としては、ポリテトラフリオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ニグロシン、アミノアクリレート樹脂、塩基性染料及びそのレーキ、シリカ微粉末、アルミナ微粉末等を単独或いは複数で用いるのが適当である。
【００７８】
上記化合物の処理量は、キャリアが上記条件を満足するように適宜決定すればよいが、一般には総量で、キャリアに対して０．１〜３０重量％、好ましくは０．５〜２０重量％が望ましい。
【００７９】
本実施の形態において使用可能な、特に好ましい態様はＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅの３元系のフェライトであり、その表面をフッ素系樹脂とスチレン系樹脂のごとき樹脂の組み合わせ、例えばポリフッ化ビニリデンとスチレン−メチルメタアクリレート樹脂、ポリテトラフルオロエチレンとスチレン−メチルメタクリレート樹脂、フッ素系共重合体とスチレン系共重合体等を９０：１０〜２０：８０、好ましくは７０：３０〜３０：７０の比率の混合物としたもので、０．０１〜５重量％、好ましくは０．１〜１重量％コーティングしたコートフェライトキャリアであるものが挙げられる。
【００８０】
該フッ素系共重合体としてはフッ化ビニリレン−テトラフルオロエチレン共重合体（１０：９０〜９０：１０）が例示され、スチレン系共重合体としてはスチレン−アクリル酸２−エチルヘキシル（２０：８０〜８０：２０）、スチレン−アクリル酸２−エチルヘキシル−メタクリル酸（２０〜６０：５〜３０：１０〜５０）が例示される。
【００８１】
なお、本実施の形態において、第１現像スリーブ５１ａ上のトナーの常温常湿での平均帯電量は−２０〜−２５μＣ／ｇ、塗布量は４８〜５５ｍｇ／ｃｍ^２、第２現像スリーブ５１ｂ上のトナーの常温常湿での平均帯電量は−２５〜−３２μＣ／ｇ、塗布量は３８〜４５ｍｇ／ｃｍ^２、第３現像スリーブ５１ｃ上のトナーの常温常湿での平均帯電量は−３５〜−４５μＣ／ｇ、塗布量は３０〜３５ｍｇ／ｃｍ^２である。
【００８２】
そして、このような構成の現像装置におけるトナー消費率を、画像比率６％の原稿を複写して測定したところ、既述した図６に示す表２のように比較例１２に係る１つの現像剤担持体を備えた現像装置で８９ｍｇ／枚（Ａ４）であるところ、本実施の形態では、７０ｍｇ／枚（Ａ４）となった。さらに、幅０．２ｍｍの主走査方向に伸びる長さ５ｍｍの線原稿を複写した画像の幅Ｗｌの、主走査方向におけるのばらつきＤｗｌは、５．８μｍであった。
【００８３】
なお、比較例１２とは、本実施の形態において、現像スリーブを一つ備えたものをいい、この現像スリーブの外径は、２４．５ｍｍである。
【００８４】
前述の線原稿を現像する際の潜像へのトナー移動量を測定したところ、現像剤担持体４１ａからのトナー移動量Ｗｄｅｖａの現像剤担持体４１ｂからのトナー移動量Ｗｄｅｖｂに対する割合ηｗａｂは、既述した図５に示す表１のように、１．１、トナー移動量Ｗｄｅｖｂの現像剤担持体４１ｃからのトナー移動量Ｗｄｅｖｃに対する割合ηｗｂｃは、１．９であった。
【００８５】
そして、この場合には、本実施の形態の比較例３に比べてトナー消費率、線画像の幅のばらつき、維持コスト、現像装置コスト等において優位性を発揮する。ここで、比較例３とは、本実施の形態において、現像剤担持体４１ａに−１００ＶのＤＣバイアスと振幅１５００Ｖ、全体周波数１．５５ｋＨｚ、振動部周波数７ｋＨｚ、の休止部を有する矩形波をＡＣバイアスとして印加し、現像剤担持体４１ｂには−２００ＶのＤＣバイアスと振幅１５００Ｖ、全体周波数１．７７ｋＨｚ、振動部周波数８ｋＨｚ、の休止部を有する矩形波をＡＣバイアスとして印加し、現像剤担持体４１ｃには−４００ＶのＤＣバイアスと振幅１５００Ｖ、全体周波数２．２２ｋＨｚ、振動部周波数１０ｋＨｚの休止部を有する矩形波をＡＣバイアスとして印加し、現像剤担持体毎に独立した現像バイアス電源１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃを備えるものである。
【００８６】
なお、図５に示す表１及び図６に示す表２において記載されている第４の実施の形態は、画像形成装置としてプロセス速度３９３ｍｍ／ｓ、連続出力速度７２頁（Ａ４）／ｍｉｎの白黒デジタル複写機において、現像剤担持体の回転速度を５９０ｍｍ／ｓとしたものである。この場合、画像出力の生産性が低いという印象は拭い難いが、その分、画像形成装置への負担は少なく、耐久性は向上している。
【００８７】
以上、本発明についての４つの実施の形態を挙げたが、本発明の技術的範囲は、これらに限定されるものではない。
【００８８】
すなわち、現像スリーブの径・移動（回転）速度・表面処理・材質、隣接する現像スリーブ間の間隙、現像スリーブと感光ドラム１の間隙、感光ドラム１の形状・移動（回転）速度、トナー及びキャリアの処方・粒径・現像剤収容部材の形状、トナー攪拌搬送部材の位置・数・回転方向等は、画像形成装置の仕様（出力速度、ユーザの求める画質レベル等）により、最適なものを選択可能である。
【００８９】
なお、既述した図５及び図６の表１及び表２に記載している第５〜第７の実施の形態は、その例を示すものである。また、図９は第１現像スリーブに印加されるＤＣバイアスＶｄｃａと割合ηｗａｂとの関係を示しており、同図から明らかなように第１のトナーの質量及び第２のトナーの質量とが同じになる、即ち割合ηｗａｂが１．０となるＤＣ（現像）バイアスよりもＤＣバイアスＶｄｃａを増加させることにより、割合ηｗａｂを１．０以上とすることができる。
【００９０】
図１０は第１現像スリーブと感光ドラムとの間隔Ｇ１ａとの割合ηｗａｂとの関係を示しており、同図から明らかなように間隔Ｇ１ａを、第１のトナーの質量及び第２のトナーの質量とが同じになる、即ち割合ηｗａｂが１．０となる間隔よりも狭くすることにより、割合ηｗａｂを１．０以上とすることができる。
【００９１】
また、図１１は第１現像スリーブの周速Ｖｓｌｖａとの割合ηｗａｂとの関係を示しており、同図から明らかなように周速Ｖｓｌｖａを、第１のトナーの質量及び第２のトナーの質量とが同じになる、即ち割合ηｗａｂが１．０となる周速よりも早くすることにより、割合ηｗａｂを１．０以上とすることができる。さらに、図示はしないが、現像剤塗布量によっても割合ηｗａｂを１．０以上とすることができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のように、像担持体の回転方向に沿って配置された複数の現像剤担持体の現像剤担持体のうち下流にある現像剤担持体から像担持体へ単位時間内に移動する第１のトナーの質量が、上流にある現像剤担持体から像担持体へ単位時間内に移動する第２のトナーの質量より少なくなるようにしてトナー消費率を低減することにより、大型化及びコストの上昇を招くことなく高い画質を長期間維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る現像装置の構成を示す図。
【図２】上記現像装置を備えた画像形成装置の画像形成部の構成を示す図。
【図３】上記画像形成部の現像領域近傍の模式図。
【図４】割合ηｗａｂと画像幅のばらつきＤｗｌの関係を示す図。
【図５】本発明の第１〜第７の実施の形態と比較例との差を示す第１の図表。
【図６】本発明の第１〜第７の実施の形態と比較例との差を示す第２の図表。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る現像装置の構成を示す図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る現像装置の構成を示す図。
【図９】現像装置の現像スリーブに印加されるＤＣバイアスと割合ηｗａｂとの関係を示す図。
【図１０】現像スリーブと感光ドラムとの間隔と割合ηｗａｂとの関係を示す図。
【図１１】現像スリーブの周速と、割合ηｗａｂとの関係を示す図。
【図１２】尾引き現象を示す図。
【符号の説明】
１　　　感光ドラム
４　　　現像装置
４０　　現像剤収容部材（現像容器）
４１　　現像剤担持体
１０９　現像バイアス電源
４１ａ　第１現像スリーブ
４１ｂ　第２現像スリーブ
４１Ａ　第１現像スリーブ
４１Ｂ　第２現像スリーブ
５１ａ　第１現像スリーブ
５１ｂ　第２現像スリーブ
５１ｃ　第３現像スリーブ
Ｇ１ａ　第１現像スリーブと感光ドラムとの間隔
Ｇ１ｂ　第２現像スリーブと感光ドラムとの間隔
Ｇａｂ　第１及び第２現像スリーブの間の間隙

Claims

トナーを含む現像剤により像担持体上の静電像を現像する現像装置において、
前記像担持体の回転方向に沿って配置され、現像剤を担持する複数の現像剤担持体を備え、
前記複数の現像剤担持体のうち下流にある現像剤担持体から前記像担持体へ単位時間内に移動する第１のトナーの質量が、上流にある現像剤担持体から前記像担持体へ単位時間内に移動する第２のトナーの質量より少なくなるようにしたことを特徴とする現像装置。
前記第１のトナーの質量が前記第２のトナーの質量より少なくなるよう前記複数の現像剤担持体に同一の現像バイアスを印加するようにしたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記複数の現像剤担持体に同一の現像バイアスを印加するよう一つの現像バイアス電源を用いたことを特徴とする請求項２記載の現像装置。
前記第１のトナーの質量が前記第２のトナーの質量より少なくなるよう前記現像バイアスを、前記第１のトナーの質量及び前記第２のトナーの質量とが同じになる現像バイアスよりも増加させることを特徴とする請求項２又は３記載の現像装置。
前記第１のトナーの質量が前記第２のトナーの質量より少なくなるよう前記現像剤担持体と前記像担持体との間隔を、前記第１のトナーの質量及び前記第２のトナーの質量とが同じになる間隔よりも狭くすることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記第１のトナーの質量が前記第２のトナーの質量より少なくなるよう前記現像剤担持体の移動速度を、前記第１のトナーの質量及び前記第２のトナーの質量とが同じになる移動速度より遅くすることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記現像剤担持体の数は２つであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置。
前記現像剤担持体の回転方向は同一であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の現像装置。
前記隣接する現像剤担持体の最近接部の間隙は０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の現像装置。
前記像担持体の外周移動速度は、６００ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の現像装置。
現像剤は、キャリア粒子を含まないものであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の現像装置。
前記請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。