JP2511940B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一成分磁性トナーを用いる現像装置に関
し、特に電子写真法を利用した複写装置あるいは印字装
置などの現像装置に関するものである。

従来の技術 一般に像担持体上の静電潜像を現像する方法には、現
像剤がトナーとキャリアからなる二成分現像法とトナー
単体で構成される一成分現像法とがある。二成分現像法
では、可視像となるトナーはキャリアと異なる帯電極性
をもち、現像装置内でキャリアと攪乱されることにより
比較的安定した帯電が行われ、一定の負荷量をもつ。し
かしながらキャリアに寿命があるために、一定期間後に
現像剤を交換しなくてはならず、またトナーは現像毎に
消費されるがキャリアは殆ど消費されることがないため
に、常に安定した画像を得るためには新たに補給される
トナーとキャリアとの摩擦帯電を担う大型の攪乱装置を
現像装置内に設ける必要がある。

近年ではこの問題点を解決するために、数多くの現像
装置で一成分現像方法が用いられている。たとえば米国
特許第3909258号公報に見られるような低抵抗トナーを
用いて磁気ブラシを形成し、像担持体上の静電潜像に接
触させることにより静電潜像とは逆の負荷が誘起される
ことを利用して現像を行なういわゆるマグネダイナミッ
ク法や、あるいは英国特許第1396979号公報に見られる
ようなトナーを導電部材間の高電場下において物理的に
急速攪乱することによりトナーに注入帯電が行なわれる
ことを利用した現像法や、米国特許第4102305号公報に
記載されているような一定値以上の電界を印加すると抵
抗値が急激に低下する現像剤を用いて、静電潜像担持体
とトナー保持部材との間に交番電界を発生させ静電潜像
を顕像化する現像法や、米国特許第4259427号公報に見
られるようなトナー相互による摩擦でトナーを帯電させ
静電潜像を現像する方式や、米国特許第4292427号公報
に記載されているようにトナーを保持している部材やト
ナー層を規制する部材との摩擦でトナーを帯電させトナ
ー層を静電潜像に直接接触させずに非接触の状態で静電
潜像担持体とトナー保持部材の間に交番電界を印加して
トナーを選択的に飛行させるいわゆるジャンピング現像
法などが上げられる。

このように一成分現像剤を用いた現像装置におけるト
ナーの帯電は、トナーが現像剤保持部材や現像剤規制部
材などの導電部材との接触帯電やこれら部材からの電荷
注入、さらにはトナー粒子相互の摩擦帯電によるものが
大部分を占める。

発明が解決しようとする問題点 上述したトナーの帯電方法において低抵抗トナーを用
いた方式は像担持体に現像されて付着したトナーを転写
紙（普通紙）に転写することが通常の電界を利用した方
法では困難である。

トナー保持部材となる導電性部材やトナー規制部材と
の接触による帯電法では必然的に接触し得るトナーの量
が導電性部材によって制限されトナー層の厚さは薄層と
する必要がある。また、薄層で静電像に対して非接触現
像を行うために画像濃度を十分に得ることができない。

導電部材からの電荷注入による方法は、現像装置が複
雑化し一成分現像剤による現像装置の長所が損なわれ
る。さらに、非画像部へのトナー付着（いわゆるカブ
リ）を防止するためにトナー保持部材に一定のバイアス
を与えてこれを防止しているが、このバイアスによる電
界によってトナーが所望とは逆極性に帯電され非画像部
へのトナー付着を招く。

トナー粒子相互の摩擦による帯電方法では、同種の粒
子の帯電であるためにトナー同志の比較的激しい攪乱が
必要である。このトナー保持部材に内包される磁気ロー
ラを高速で回転させて攪乱を発生させている。この磁気
ローラを高速で回転させることは、トナーをトナー保持
部材から飛散させ現像装置あるいはその周辺を汚染させ
メンテナンス周期を短縮することにおいて不利益が多
い。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであってト
ナー保持部材上のトナー層が静電潜像に対して接触摺擦
し得るに十分な層厚を維持しながらトナー層厚ならびに
トナーの帯電電荷を長期間に亙って均質安定に得られる
現像装置を提案することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の現像装置は、磁
性トナーを接触、摺擦するためにその表面にトナーを保
持して回動する導電性トナー保持部材と、前記導電性ト
ナー保持部材の裏面側に配設された固定磁界発生手段
と、導電性トナー保持部材の表面に近接して配置された
前記磁性トナーを薄層化するための規制部材と、前記規
制部材の上流側で、かつ前記固定磁界発生手段の磁界が
及ぶ範囲の導電性トナー保持部材表面近傍に配設された
磁性トナーを伸長するための導電性回転円筒状磁性部材
とを具備し、前記導電性トナー保持部材と前記導電性回
転円筒状磁性部材との間に交番電界が形成されている構
成を備えたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、トナー保持部材に保
持されて規制部材に至る磁性トナーを、トナー保持部材
内部の固定磁界発生手段と導電性回転円筒状磁性部材に
よって形成される常時一定の固定高密度磁界中を通過さ
せることにより強制的に伸長し、同時に導電性回転円筒
状磁性部材と導電性トナー保持部材との間に交番電界を
形成することにより強制的に撹乱し、これにより、磁性
トナーが造粒ブロック化する事を防止し、かつまた撹乱
されたトナーのみ規制部材によって薄層化されるように
しているために、規制部材とトナー保持部材の規制間隙
にブロック状トナーが目詰まりすることが解消されると
ともに十分な摩擦帯電が行われるために、長期間に亙っ
て安定した電荷を保持した均質なトナー薄層が得られ
る。また像担持体の画像部／非画像部のSN比が最大であ
る像担持体の表面を、この磁性トナー薄層によって接触
摺擦することから、高解像、高濃度で地かぶりの少ない
高品質の画像を得ることが可能となる。

実施例 以下、本発明の具体的な一実施例について添付した図
面に基づいて詳述する。第２図は、本発明の現像装置が
適用される電子写真法を利用した印字装置の一例を示す
内部構造図である。図において、２は印字装置本体であ
って、その略中央部に像担持体、具体的には感光体ドラ
ム１が矢符方向へ回転駆動されるように設けられてい
る。ドラム１の周囲には、帯電用チャージャ3,本発明に
従う現像装置16,転写用チャージャ4,分離除電用チャー
ジャ5,クリーニング装置６が感光体ドラム１の矢符で示
されている回転方向に順次配設され、ドラム１の回転に
伴って動作し、ドラム１の回転と同期して搬送される転
写紙７上に、トナー像を転写させる作像部を構成してい
る。

この作像部は、感光体ドラム１をクリーニング装置６
によりクリーニングしたのち、帯電用チャージャ３によ
り帯電させる。ドラム１のこの帯電表面には、たとえば
半導体レーザダイオードと多面回転体およびレンズ光学
系からなる露光系８により露光され、静電潜像が形成さ
れる。つぎに、この静電潜像を本発明に従う現像装置16
によってトナー現像し、現像後のトナー像を、同期を取
って送られてくる転写紙７上へ転写用チャージャ４によ
って転写される。さらに、転写後の転写紙７は分離除電
用チャージャ５によってドラム１の表面から分離され
る。転写紙７が分離された転写後のドラム１の表面は、
クリーニング装置６により残留トナーをかき落とされた
後、最初の状態に戻る。

作像部の左側には、前記転写紙７を運ぶベルト帯電用
チャージャ10によって帯電され、転写紙７を静電的吸引
力によって吸着搬送する搬送ベルト9,および転写紙７上
の転写となー像を加熱融着させる加熱定着器11が配設さ
れて通常の電子写真印字装置を構成している。給紙部
は、給紙カセット12が印字装置本体２の一方の側面へ張
り出す状態で装着され、給紙ローラ13を駆動することに
よって給紙カセット12から転写紙７をタイミングローラ
14へ送りだし、ガイド板15によって案内されて、前記作
像部へ感光体ドラム１上のトナー像の移動と同期を取っ
て送り込む。

以上は、本発明に伴う現像装置が適用される印字装置
の一例を示したものである。

第１図は、本発明を前述の電子写真印字装置に適用し
た場合の現像装置を示す内部構造図である。第１図にお
いて、像担持体１の表面は、アクリル，スチロール，ポ
リエステル等の樹脂中に、フェライト等の磁性粉を主成
分として混合分散し粉砕した平均粒径が10μ程度の高抵
抗一成分磁性トナーの薄層24で摺擦される。この磁性ト
ナー層24は、回動自在に支持されて矢符方向に回転駆動
されている非磁性円筒状の導電性トナー保持部材25の周
面に保持されて像担持体１の表面に搬送される。導電性
トナー保持部材25の周面外近傍には磁性トナーを貯留し
トナー保持部材の周面に所定の量ずつトナーを補給する
ためのホッパ17が配設されている。ホッパ17の一端部に
はトナー補給口18が設けられ、他端部には導電性トナー
保持部材25の周表面に近接して磁性トナーを薄層化する
ための規制部材19が配設されている。規制部材19の規制
面と導電性トナー保持部材25の周表面との規制間隙は要
求されるトナー層24厚や規制部材19が磁性か非磁性かに
よって異なるが一般的には0.15〜0.5mmである。規制部
材19のトナーが搬送されて来る上流側には、規制部材19
と同じように導電性トナー保持部材25周表面に近接して
導電性回転円筒状磁性部材20が配設されている。回転円
筒状磁性部材20の導電性トナー保持部材25に対する近接
面と導電性トナー保持部材25の周表面との間隙は、先の
規制部材19における規制間隙より大きく取る必要があり
略0.5〜1.0mm程度がのぞましい。これらの数値は、たと
えば規制部材19に規制されて像担持体１側に搬送される
トナーの単位時間当たりの量を１とした場合、導電性回
転円筒状磁性部材20と導電性トナー保持部材25との間隙
を通過する量は望ましくは2.0以下、言い替えるならば
規制を受けて残余となるトナーが導電性回転円筒状磁性
部材20と導電性トナー保持部材25との間隙を通過する量
の50％以下に調整される必要がある。この量が多い場合
には規制部材19近傍上流側でトナーの造粒ブロック化現
象が生ずるようになるからである。導電性回転円筒状磁
性部材20の回転方向は導電性トナー保持部材25の周面移
動方向に対して導電性回転円筒状磁性部材20の周面移動
方向が相反するようにすることが導電性トナー保持部材
25によって搬送されてくるトナー層を強制的に攪乱する
ために望ましく、またその周速は導電性トナー保持部材
25の周速と同程度で差し支えない。導電性トナー保持部
材25の円筒周面内には、導電性トナー保持部材25の周表
面に保持されている磁性トナー層24をブラシ状に伸長さ
せるために多極永久磁石21が内包固定されている。その
磁極は、通常のこの種の現像装置と同じように、像担持
体１と相対してブラシ状トナー層24で像担持体１を摺擦
できる位置、規制部材19と相対してトナー層24をブラシ
状に穂立ちさせてトナー層24厚を規制できる位置に加え
て、本発明においては導電性回転円筒状磁性部材20と相
対して導電性回転円筒状磁性部材20に磁界の作用を及ぼ
し導電性回転円筒状磁性部材20との間で固定された強磁
場を形成しこの磁場中でトナー層24を起毛攪乱できる位
置に配置されている。磁性トナーは、通常磁場中では磁
力線にそって羽毛状を各粒子が連なり、その層密度が小
さくなるので、この状態で導電性トナー保持部材25に保
持され磁場中を通過搬送されることは、トナー粒子が動
きやすいために容易に攪乱されてブロック状トナーの解
し現象が生ずる。本発明においては、さらに加えて導電
性トナー保持部材25と導電性回転円筒状磁性部材の間に
交番電界が交流電源26より印加されており、上記機械的
撹乱、磁気的伸長作用に加えて電気的にトナーに振動を
加えて攪乱作用を高め強力に効果ならしめている。そし
て、上記した攪乱によるブロック状トナーの解し現象と
さらに前記した規制部材19側に送り出す量を規制して規
制部材19近傍でのトナーのブロック化を防止するもので
ある。本発明の現像装置には付加的に回転円筒状磁性部
材20の表面に摺擦して、遮蔽部材22が配設されている。
遮蔽部材22は、前記強磁場中で起毛攪乱された以外のト
ナーが規制部材19と導電性回転円筒状磁性部材20の間か
ら侵入することを避けるとともに導電性回転円筒状磁性
部材20の表面に付着したトナーを掻き落とす働きを行
う。本発明の現像装置には、さらに規制部材19近傍の上
流側で残余となったトナーを回転円筒状磁性部材20の上
流側に回送するための手段が付加されている。すなわ
ち、規制部材19の下部には、導電性トナー保持部材25の
回動によって搬送されてきたトナーが規制部材19により
規制されて余分となるので、余分となったトナーを羽根
車23によって回収し遮蔽部材22とホッパ18の底部の間を
通して導電性回転円筒状磁性部材20の上流側に回送でき
るように成したものである。

つぎに、上記実施例について具体的なデータを付け加
えてさらに説明する。像担持体１は、感光体としてセレ
ンドラムあるいは有機感光体ドラムや有機感光体ベルト
でもよく、ここでは直径が80mmの機能分離型有機感光体
ドラムを用いた。表面帯電電圧は−700Vであり、周速は
140mm/Secである。磁性トナーは、一例としてポリエス
テル樹脂66.5部，マグネタイト30部，電荷制御剤３部，
ステアリン酸0.5部の比率で周知の方法により混合分散
し粉砕したのちシリカの微粉を外添した平均粒径８μで
体積抵抗が10¹²Ω・cm以下であるものを利用した。な
お、トナーとしては上記組成に限定されるものではな
い。導電性トナー保持部材25としては、第１図に従う状
態において、直径30mmの非磁性ステンレス円筒材を用
い、これを内包されている多極永久磁石21には円筒表面
上から計測して1000ガウスの表面磁束密度のものを使用
した。規制部材19には厚さ3mmの非磁性ステンレス板、
導電性回転円筒状磁性部材20には直径12mmの磁性ステン
レス円筒材を各々用いた。規制間隙は、0.2mmであり、
導電性回転円筒状磁性部材と導電性トナー保持部材との
間隙は0.55mmに選択した。像担持体、すなわち有機感光
体ドラムと導電性トナー保持部材表面との間隙は、0.4m
mであり、この条件において感光体表面をトナー薄層は
磁界の作用によりブラシ状に起毛し摺擦できる状態にあ
る。導電性トナー保持部材25の周速は、感光体と同方向
に等速とし、さらに導電性回転円筒状磁性部材20の周速
はトナー保持部材と相反する方向に等速である。導電性
トナー保持部材25と導電性回転円筒状磁性部材20の間に
は交流電源より周波数1.5KHzの尖頭値で2400Vの電界が
印加された。周波数は0.5〜5KHz程度がトナー粒子を電
気的に振動させるのに適している。また、印加電圧は、
間隙0.1mm当り400〜700V程度が好ましい。印加電圧が間
隙0.1mm当り700Vを越えると絶縁破壊の問題を生じやす
く、逆に400V以下である場合はその効果が少ない。この
時現像位置に達したトナーの帯電電荷量を測定した結
果、−4.6〜−5.5μC/gであった。また、規制部材上流
側での残余のトナーは前記した比率で約20％であった。
この条件においてトナー保持部材に−600Vのバイアスを
与えて、第１図に示した露光系を利用し潜像を作成し、
反転現像して印字試験を行った。露光系の解像度は、20
ドット/mm、すなわち50μの最小線像で露光したが、得
られた印字品質においては、ほぼこれを再現する解像度
であった。さらにこの条件において磁性トナー2kgを消
費して連続印字試験を行ったが、当初の印字品質を維持
し解像度の高い地かぶりの少ない画像が得られた。

上記のような実験によって規制間隙を一定にして、導
電性トナー保持部材表面と導電性回転円筒状磁性部材の
間隙を調整し、トナーのブロック化による縞状地かぶり
およびトナー薄層の筋状化による白抜け、さらにはトナ
ーの帯電電荷量の変化を観察した結果、先に記した残余
のトナー比率が50％を越えるとブロック状トナーが生成
する状態となり帯電電荷量にも変動が見られる状況とな
る。

発明の効果 以上のように本発明は、一成分高抵抗磁性トナーを用
いる現像装置であって、上記トナーがトナー保持部材に
保持されてトナー層厚の規制部材に搬送されるまでの間
に磁気的に伸長され、機械的さらに電気的に撹乱される
とともに規制部材に対する搬送量を適正化することによ
って、トナーの造粒ブロック化現象を回避し帯電電荷量
を安定に維持しつつ画像に白抜け、縞状地かぶりのない
優れた印字品質を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の現像装置の一例を示す内部構造図、第
２図は現像装置が適用される電子写真法を利用した印字
装置の一例を示す内部構成図である。 １……像担持体、19……規制部材、20……導電性回転円
筒状磁性部材、21……多極永久磁石、25……導電性トナ
ー保持部材、26……交流電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 信太 三吉 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−18657（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体の表面に磁性トナーを接触、摺擦
   するために磁性トナーを薄層化して供給する現像装置で
   あって、 前記磁性トナーを摺擦するためにその表面にトナーを保
   持して回動する導電性トナー保持部材と、 前記導電性トナー保持部材の裏面側に配設された固定磁
   界発生手段と、 導電性トナー保持部材の表面に近接して配設された前記
   磁性トナーを薄層化するための規制部材と、 前記規制部材の上流側でかつ前記固定磁界発生手段の磁
   界が及ぶ範囲の導電性トナー保持部材表面近傍に配設さ
   れた磁性トナーを伸長するための導電性回転円筒状磁性
   部材とを具備し、 前記導電性トナー保持部材と前記導電性回転円筒状磁性
   部材との間に交番電界が形成されていることを特徴とす
   る現像装置。