JP2521677B2 - 静電潜像の現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、静電潜像の現像装置に係り、特に、乾式２
成分現像剤を１成分現像剤と同様に使用せしめるように
したハイブリッド型の静電潜像の現像装置に関する。

（従来技術） 一般に、乾式２成分現像剤を使用する現像装置では、
第４図に示すように、大型の現像タンク１内に撹拌ロー
ラ２、搬送スクリュー３、および攪拌セパレータ４等の
攪拌機構が設けられている。この攪拌ローラ２等の攪拌
機構によって、トナーホッパ５側から補給されたトナー
は、キャリアと十分に混合・攪拌された後、現像ローラ
６に供給され、現像ローラ６の表面に層状の磁気ブラシ
を形成する。この付着現像剤層の厚さはドクターブレー
ド７により規制される。

現像ローラ６は、スリーブ８の内部に複数の磁石９を
備えており、スリーブ８と磁石９とのすくなくとも一方
を一定方向に回転させることによって、スリーブ８の表
面に形成された磁気ブラシが一定方向へ移動される。そ
して、この磁気ブラシが感光体10に接触することによ
り、感光体10上に形成された静電潜像が現像され可視化
される。この現像後、磁気ブラシは、現像タンク１内に
掻き落とされ、上記攪拌機構により、再び混合・攪拌が
行なわれる。

このように２成分現像剤は、トナー濃度の均一性の確
保、あるいはトナー帯電を良好に行なうためなどの理由
から、十分は攪拌と混合とを必要とする。従って、上記
２成分現像剤を用いる従来の現像装置は、画像品質を安
定化させることができるという利点がある反面、上述の
ように現像剤の十分な攪拌を行なわねばならず、そのた
めの種々の攪拌機構が必要となり、また攪拌流路を形成
するための十分なスペースを要する。また、キャリアと
しては、良好な攪拌性を得るため、流動性の良いものが
求められる。特に、残留磁気のために、磁場を取り去っ
てもなお凝集性を示すようなキャリアは、上記攪拌機構
を前提とした現像装置には適用不能である。さらに、攪
拌を頻繁に行なうと、キャリアの疲労が早く進み、耐久
性に難点がある。

一方、このような２成分現像剤を用いる現像装置の欠
点を解消するために、現像剤の混合・攪拌を省略しうる
ようにした現像装置も従来から種々開発されている。こ
のような現像装置には、トナーを帯電ローラ表面に付着
させた上でこの帯電ローラを磁気ブラシに接触させるこ
とによりトナーの供給を行なうようにしたものや、磁気
ブラシを用いて現像ローラにトナーを供給し、トナーの
薄層を現像ローラ上に形成するようにしたものがある。

しかし、前者では、現像ローラ上のトナー濃度にむら
が生じ易いという欠点があり、後者では、現像剤の混合
・攪拌を依然として十分に行なわねばならないという問
題がある。

（目的） 本発明の目的は、装置全体の小型化および取扱性、耐
久性の向上を図り、しかも画像安定性を良好に維持する
ことができるように、２成分現像剤を１成分現像剤と同
様に扱うことのできる現像装置を提供することにある。

（構成） 本発明による現像装置は、トナー供給域と現像域とト
ナー回収域との間を順次搬送される磁気ブラシ上に付着
されたトナーによって、潜像担持体上に形成された静電
潜像を現像して可視化する静電潜像の現像装置におい
て、荷電されたトナーを上記トナー供給域にて、キャリ
アを含む磁気ブラシ側に移送させるバイアス電圧を印加
するためのトナー供給用電源回路を備えてなるトナー供
給手段と、上記トナー回収域にて磁気ブラシ上に残留し
たトナーを磁気ブラシから回収するバイアス電圧を印加
するためのトナー回収用電源回路を備えてなるトナー回
収手段と、このトナー回収手段によって回収されたトナ
ー量を検出するためのトナー回収量検出手段と、このト
ナー回収量検出手段の検出信号に基づいて適正なトナー
供給量を算出し、トナー供給用の電源回路から出力され
るバイアス電圧値を、トナー回収量に対応させて変動さ
せるトナー供給用バイアス制御装置とを具備している。

この現像装置では、トナー供給域において荷電された
トナーを所定のトナー供給バイアス電圧下で磁気ブラシ
に供給して現像を行ない、現像後、磁気ブラシ上の残留
トナーをトナー回収域において所定のトナー回収バイア
ス電圧下で回収し、トナー濃度を均一化した上で磁気ブ
ラシを再びトナー供給域に戻すようにしている。そし
て、上記トナー供給バイアス電圧は、トナー回収量に応
じて変動するように電圧制御されている。

以下、図示の実施例に基づいて、本発明の現像装置の
構成を説明する。

第１図に示すように、潜像担持体としての感光体ドラ
ム11の近傍には、アルミニウム等からなる非磁性の円筒
状スリーブ12が配置されている。この円筒状のスリーブ
12の内部には、複数の異なる磁極が交互に配置されてな
る磁石13が円筒状スリーブ12の内周面から一定の間隔を
隔てて設けられており、これらの磁石13の磁力によって
円筒状スリーブ12の表面上に磁気ブラシ14が形成される
ように構成されている。この磁気ブラシ14は、円筒状ス
リーブ12および磁石13のすくなくとも一方が回転するこ
とによって第１図において矢印Ｂ方向に移動される。

また、円筒状スリーブ12および感光体ドラム11には、
同極性の現像バイアス電圧が電源回路15により印加され
ている。そして、円筒状スリーブ12上の磁気ブラシ14
は、移動しながら静電潜像16が形成された感光体ドラム
11に接触して静電潜像16にトナーを与え、顕像17を形成
する。

なお、本実施例では、円筒状スリーブ12を、たとえば
外形25mmとし、磁石13として円筒状スリーブ12の表面磁
力が約800ガウスとなるものを採用することにより、磁
石ブラシ14の高さを0.3〜5mm（好ましくは0.7〜2mm）と
することができる。

一方、上記現像バイアス電圧は、地汚れ防止と画像濃
度調整のために印加されるものであり、たとえば、潜像
電位が−800Vで、正規現像の場合には０〜−500V程度印
加するのが好ましく、また、反転現像の場合には、負帯
電性トナーを用いるとともに、−200V〜−800V程度のバ
イス電圧を印加するのが適当である。ここで、最終的な
現像バイアス値は、原稿濃度あるいは使用者の要望に応
じて定められることになる。

円筒状スリーブ12の下方側部には、現像を終えたのち
の磁気ブラシ14から、残留トナーを回収するためのトナ
ー回収手段としてのトナー回収ローラ18が設置されてい
る。このトナー回収ローラ18は、磁気ブラシ14と接する
ように配置されるとともに、トナー回収用電源回路19に
よって所定のトナー回収用のバイアス電圧が印加されて
いる。このトナー回収用のバイアス電圧は、磁気ブラシ
14上に残留するトナーを回収するためのものであり、現
像ポテンシャルと同レベル、すなわちトナー回収ローラ
18を潜像担持体とした場合に全面現像しうるレベルに設
定される。たとえば、潜像電位が−800V、現像バイアス
電圧が−200Vのときには、トナー回収用のバイアス電圧
を−600V程度とすればよい。

ここで、トナーは、磁気ブラシ14に含まれる全てのト
ナーを回収する必要はなく、磁気ブラシ14の表面近傍の
トナーを選択的に回収することで足りる。つまり、この
トナー回収の目的は、現像によって生じた磁気ブラシ14
上のトナー濃度分布差を無くすことにある。従って、た
とえば、黒部、ハーフトーン部、地肌部でトナー消費に
差が出たものを均等となるようにトナーの回収を行なえ
ばよい。

一般的には、２成分現像剤のトナー付着量は、単位面
積当り0.8〜1.0mgであり、感光体ドラム11と磁気ブラシ
14とは、約1:3の相対速度が与えられた状態で潜像16へ
トナー供給がおこわれている。すなわち、磁気ブラシ14
は、単位面積当り、0.27〜0.33mgのトナー供給能力しか
持たないこととなる。従って、このトナー供給能力を越
えるようにトナーの回収を行なえば、磁気ブラシ14上の
トナー濃度分布は、均一化され、現像による影響が完全
に解消されることになる。

この点についてさらに詳述すると、嵩比重２、トナー
濃度３％のごく一般的な２成分現像剤の特性から、高さ
1mmの磁気ブラシの重量は、単位面積当り0.2gであり、
その中に含まれるトナーは6mgであるから、実際に現像
に寄与するトナーは、磁気ブラシ中の５％程度しかな
い。従って、この５％相当のトナーを回収すれば、磁気
ブラシ14上のトナーの濃度分布差をなくすことができ
る。本発明における磁気ブラシでは、約0.3mg/cm²のト
ナーが後述するトナー供給ローラによって磁気ブラシの
表面近傍に偏在させられているので、トナー消費の差の
解消は効果的に行なえる。

第１図において、トナー回収ローラ18は、矢印Ｃ方向
へ回転駆動されている。これは、トナー回収ローラ18に
よって一旦回収されたトナーが、磁気ブラシ14へ再付着
することを防ぐためである。トナー回収ローラ18には、
掻落ブレード21および受皿22が付設されており、掻落ブ
レード21により回収トナーが掻き落とされるとともに、
この掻き落とされたトナーが受皿22に一旦貯えられたの
ち、後述するトナーホッパ23へ戻されるようになってい
る。

また、円筒状スリーブ12の上方側部部分、すなわち磁
気ブラシ14の下流部分には、トナー供給手段としてのト
ナー供給ローラ24が磁気ブラシ14に接するように設置さ
れている。このトナー供給ローラ24は、その上半部分が
トナーホッパ23内に埋もれるように設けられるととも
に、図示を省略した回転駆動機構によって矢印Ｄ方向に
回転駆動されている。このトナー供給ローラ24の回転に
より、トナーホッパ23に貯えられたトナー25が磁気ブラ
シ14へ送られていくようになっている。また、トナー供
給ローラ24は、磁気ブラシ14の穂の高さを均一に規制す
る機能を備えており、画像濃度むらの解消に寄与する。

トナーホッパ23の開口部には、トナー層規制ブレード
26が取り付けられている。このトナー層規制ブレード26
は、トナー供給ローラ24に圧接するように設けられてお
り、これによってトナー供給ローラ24上にトナー25が均
一薄層状に被着されるとともに、トナー25の摩擦帯電が
行なわれるようになっている。ここで、磁気ブラシ14の
穂の高さを均一に規制する機能をより発揮させるため
に、スリーブ12の供給ローラ24と接触する位置と現像域
との間に、ブレードやローラ等の規制部材を、スリーブ
12に近接させて配設してもよい。

一方、上記トナー供給ローラ24には、電源回路27によ
り所定のトナー供給用バイアス電圧が印加されており、
このトナー供給用のバイアス電圧により、トナー25が磁
気ブラシ14へ良好に転移されることになる。上記トナー
供給用のバイアス電圧は、帯電トナーと同極性で、約０
〜600Vに設定される。このトナー供給用のバイアス電圧
を帯電トナーと逆の極性にすることにより、トナーをト
ナー供給ローラ24上に確実に保持することができる。こ
の場合、上記バイアス電圧は、現像バイアスより低い電
圧を印加するのがよい。ここで、スリーブ12、トナー回
収ローラ18、トナー供給ローラ24のそれぞれに印加する
電圧をそれぞれトナーと逆極性のVB,VR,VDとしたとき、 |VR|＞|VB|＞|VD| の関係に設定することがスリーブ12上のトナー収支上好
ましい。さらに、スリーブ12上のトナー濃度をより均一
に保つには、 |VB|−|VD|＞|VR|−|VB| の関係に設定するのが良い。

回収バイアス電圧を与える電源回路19には、回収電流
を４ビットに分割して信号化するエンコーダが備えられ
ており、回収バイアス電流の出力値を表す信号がトナー
供給用バイアス制御装置としての制御回路28に印加され
ている。制御回路28には、回収バイアス電流値に対応す
る適正なトナー供給用のバイアス電圧値を算出する演算
回路が備えられている。そして、制御装置28の出力信号
は、トナー供給用のバイアス電圧を与える電源回路27に
与えられており、これによって、トナー供給用のバイア
ス電圧値が定められている。たとえば次表のように、磁
気ブラシ14にトナーが無い状態に相当する回収バイアス
電流の出力信号の時には最大の供給バイアスを、また、
磁気ブラシ14にトナーが飽和した状態に相当する回収バ
イアス電流の出力信号の時には、最小の供給バイアス
を、電源回路27が発生するように制御されている。

すなわち、制御装置28は、トナー回収量を検出し、こ
のトナー回収量の検出信号に基づいて適正なトナー供給
量を算出し、トナー供給用の電源回路27から出力される
バイアス電圧値をトナー回収量に対応して変動させるよ
うに電圧制御を行なう。

ここで、上記トナー回収量を検出して検出信号を出力
するトナー回収量検出手段としては、たとえばトナー回
収ローラ18によって回収されたトナーを照射する光源
（LED）と、この光源の回収されたトナーを透過する透
過光を受光する受光素子（CDS）からなるセンサで構成
され、上記の透過光の光量がトナー回収ローラ18上に回
収されたトナー量（トナー濃度）の変化に応じて変化す
ることを利用してトナー回収量を検出するものである。

トナー回収ローラ18およびトナー供給ローラ24の材質
は、円筒状スリーブ12との間に電気的なバイアス効果が
得られるものであればよく、金属や導電性ゴム等を採用
することができる。また、これら両ローラ18,24は、磁
気ブラシ14の高さの50％〜100％を占める割合で接触す
るように配置される。しかし、ここでエアーギャップの
絶対値が、1mm以下であれば、100％を越えて設置するこ
ともできる。ただし、この場合には、電気的バイアス手
段の併用が必須となる。さらに、各ローラ18,24の外径
は、任意に選定しうるが、小型化の要請により、たとえ
ば円筒状スリーブ12の外径の80％以下、あるいは絶対値
として５〜60mm（好ましくは８〜40mm）とすることがよ
い。

ところで、磁気ブラシ14へのトナー供給量は、磁気ブ
ラシ14と供給ローラ24との相対速度によっても決定され
るので、トナー供給ローラ24の回転数を可変とすること
によってトナーの供給量を制御してもよい。すなわち、
既知のセンサー手段でトナー濃度を検出し、この検出さ
れたトナー濃度に応じて、トナー供給ローラ24の回転数
を制御することにより磁気ブラシ14へのトナー供給量を
一定に保つことができる。このトナー濃度検出の一例と
しては、トナー回収ローラ18上のトナー反射濃度を検出
して算出する手段がある。

なお、第１図において、トナー層規制ブレード26をト
ナー供給ローラ24に対して本実施例と反対側の面に圧接
するように設ける場合には、トナー供給ローラ24は、矢
印Ｄと反対の方向に回転される。

このようなハイブリッド型の現像装置においては、先
ず、トナーホッパ23内のトナー25が、トナー供給ローラ
24の回転によって該トナー供給ローラ24に保持される。
この保持されたトナーは、トナー層規制ブレード26によ
り、均一薄層化されながら摩擦帯電される。そして、所
定のトナー供給用バイアス電圧下で、トナーが磁気ブラ
シ14に均一薄層状に供給・移行される。次いで、トナー
を供給された磁気ブラシ14が感光体ドラム11側に移送さ
れ、感光体ドラム11上に形成された静電潜像16の現像が
行なわれる。この現像完了後、磁気ブラシ14には、画像
に対応したトナー濃度差（むら）が生じることになる
が、この磁気ブラシ14上の残留トナーは、トナー回収用
のバイアス電圧の作用でトナー回収用ローラ18側に移行
・回収される。これにより、電気ブラシ14のトナー濃度
差は解消され、均一濃度になる。すなわち、トナー回収
後の磁気ブラシ14は、キャリアのみの状態あるいは均一
トナー濃度分布の状態でトナー回収ローラ18から離れて
いき、再びトナー供給側へ進んでいく。

電源回路27により与えられるトナー供給用のバイアス
電圧値は、電源回路19により与えられる回収バイアス電
圧値に基づいて制御されている。すなわち、現像による
トナーの消費量に応じた分だけの新たな量のトナーが磁
気ブラシ14に供給されるようになっている。これによ
り、トナーの消費量と供給料とのバランスがとられ、ト
ナーの供給過多や供給不足をなくすことができる。

一方、第２図に示す実施例の現像装置においては、ト
ナー回収ローラ38およびトナー供給ローラ34に、トナー
剥離ブレード31およびトナー規制ブレード32がそれぞれ
圧接するように設けられている。

このような現像装置においては、トナー剥離ブレード
31によってトナー回収ローラ38から剥離されたトナー
が、トナータンク33に直ちに受けいれられる。このよ
り、トナーを効率よく再使用することができ便利であ
る。また上記現像装置のように、トナータンク33内にア
ジテータ35を設けておけば、大量のトナーを収容した場
合に生じるトナーブロッキングを防ぐことができ、画像
の安定性を高めることができる。このとき、トナー剥離
部材31によって、トナー回収ローラ38から剥離されたト
ナーを、アジテータ35のなるべく近傍に移送することに
より、回収トナーと新規トナーとの混合効率を高めるこ
とができる。

第３図に示す現像装置は、磁気ブラシ14に対して、そ
の上流側に２個のトナー回収ローラ48を設置するととも
に、下流側に２個のトナー供給ローラ44を設置した例を
示す。この現像装置のように、トナー回収ローラおよび
トナー供給ローラをそれぞれ複数個設けるようにすれ
ば、トナーの供給・回収を余裕をもって行なうことがで
き、磁気ブラシ14の回転速度を上げて高速複写や高速印
刷を行なうようにしても、トナー濃度の低下や画像劣化
のない安定した現像条件を維持することができる。

なお、上述した各実施例では、円筒状のスリーブを使
用した例を示したが、スリーブとしてはベルト状のスリ
ーブを採用することも可能である。

（効果） 以上述べたように、本発明によるハイブリッド型の現
像装置は、磁気ブラシへトナーを供給するトナー供給手
段におけるトナー供給用のバイアス電圧をトナーの回収
量に対応して変動させるように制御する制御装置を具備
しているので、磁気ブラシによりトナー供給を簡易な構
造で適正に過不足なく行なわせることができる。従っ
て、従来のように２成分現像剤の攪拌を行なう必要がな
く、２成分現像剤を用いる現像装置の各種攪拌機構およ
び攪拌スペースを省略することが可能となり、装置全体
を大幅に小型化することができ、１成分現像方式と同様
に、その取扱いを容易化することができる。さらに、攪
拌機構の省略によってキャリアの早期疲労を防ぐことが
でき、かつ、２成分現像方式の画像の安定性およびフレ
キシビリティーは、そのまま維持することができる。そ
して、カラー複写、印刷等のトナー消費が多い場合でも
トナーを攪拌することなく大量に供給することができ、
濃度変化および画像劣化の少ない安定した画像を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す現像装置の縦断面図、
第２図および第３図は本発明の他の実施例を示す現像装
置の縦断面図、第４図は従来の現像装置の縦断面図であ
る。 12……円筒状スリーブ、14……磁気ブラシ、15,19,27…
…電源回路、18,38,48……トナー回収ローラ、24,34,44
……トナー供給ローラ、25……トナー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−101168（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−151173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−121051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−113081（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー供給域と現像域とトナー回収域との
   間を順次搬送される磁気ブラシ上に付着されたトナーに
   よって、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像して
   可視化する静電潜像の現像装置において、 荷電されたトナーを上記トナー供給域にて、キャリアを
   含む磁気ブラシ側に移送させるバイアス電圧を印加する
   ためのトナー供給用電源回路を備えてなるトナー供給手
   段と、 上記トナー回収域にて磁気ブラシ上に残留したトナーを
   磁気ブラシから回収するバイアス電圧を印加するための
   トナー回収用電源回路を備えてなるトナー回収手段と、 このトナー回収手段によって回収されたトナー量を検出
   するためのトナー回収量検出手段と、 このトナー回収量検出手段の検出信号に基づいて適正な
   トナー供給量を算出し、トナー供給用の電源回路から出
   力されるバイアス電圧値を、トナー回収量に対応させて
   変動させるトナー供給用バイアス制御装置とを具備して
   なる静電潜像の現像装置。