JP2528650B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は電子写真法あるいは静電記録法などによって
形成された潜像を現像する現像装置に関する。

背景技術 出願人は、現像剤の薄層を現像剤担持体上に形成し、
該薄層の現像剤を潜像に接近させ、この接近部分に交互
電界を印加して現像を行なう現像装置を提案した（特公
昭58−32375号、同58−32377号明細書）。

この装置は現像効率（現像部に存在するトナーのうち
現像に消費され得るトナーの割合）が高く、小型化など
の面で非常に有用であるが、この装置において使用され
る現像剤は一成分磁性トナーであるために、トナーは磁
性材を含有することが必須であり、このため現像像の定
着性が悪いこと、またカラー画像の再現製が悪いこと、
などの欠点を有する。

この欠点を補う装置として出願人は、非磁性トナーを
使用し、非磁性トナーのみの薄層を現像剤担持部材上に
形成する方法および装置を開発し、非磁性トナーのみの
薄層を潜像に対面させて交互電界を印加して現像を行な
う現像方法および装置を提案した（特開昭58−143360
号、同59−101680号明細書）。

これは、前記の磁性トナーを使用する現像装置の利点
を保ちつつ、トナーが磁性材料を含有することによる欠
点を解消したので有用であるが、現像像の濃度が比較的
低いことおよび後述の負性特性（画像濃度が潜像電位の
上昇とともに低下すること）を示す場合があるなどの現
像特性の欠点が見出された。

また、いわゆる２成分磁気ブラシ現像法として知られ
ているもの（例えば、特開昭53−93841号明細書）は、
非磁性現像剤を使用できるが、現像部における磁気ブラ
シ中の消費可能なトナーの割合が少ないので現像効率が
低い、ブラシによる摺擦の跡が掃目のように現像像に発
生するなどの欠点がある。

発明の目的 したがって、本発明は現像効率が高く、高画像濃度の
現像像を形成する現像装置を提供することを目的とす
る。

発明の概要 本発明によれば、トナー粒子と磁性粒子とを有する現
像剤を収容する現像剤容器と、現像部にトナー粒子及び
磁性粒子を担持して移動する現像剤担持体と、現像剤担
持体上の現像剤層厚を規制する規制部材と、現像剤容器
からの現像剤の漏れを防止するシール部材と、を有する
現像装置において、上記規制部材と協働して現像剤層厚
を規制する第１磁極と、この第１磁極より現像剤担持体
の移動方向上流側の最初の磁極であって、シール部材近
傍に設けられた第２磁極と、を有し、この第２磁極の極
座標による磁束密度分布は現像剤担持体の移動方向で磁
束密度がピークから上流側よりも下流側がゆるやかに低
下する形状であることを特徴とする現像装置が提供さ
れ、これによれば、現像剤の搬送性が良くなり、磁性粒
子とトナー粒子の安定した摩擦帯電によるトリボの安定
供給ができるので、この作用によって現像特性が改善さ
れる。

実施例 第１図は本発明の実施例による現像装置の断面図であ
る。

本図において、１は像されるべき静電潜像を担持する
静電潜像担持体であり、具体的には無端移動可能な感光
ドラムあるいはベルトもしくは誘電体ドラムあるいはベ
ルトなどである。この上に静電潜像を形成する方法は本
発明の要旨ではなく、公知の方法でよい。本実施例では
静電潜像担持体は電子写真法によって静電潜像が形成さ
れる感光ドラムであり、矢印ａの方向に回転可能であ
る。

本実施例の装置は現像剤容器21、現像剤保持部材であ
る現像スリーブ22（以下単にスリーブと呼ぶ）、磁界発
生手段である磁石23、スリーブ22上で現像部に搬送され
る現像剤の量を制御する規制ブレード24（以下単にブレ
ードと呼ぶ）、交互電界形成手段である電源34などを有
する。以下それぞれの構成を説明する。

容器21磁性粒子27とトナー粒子28とを混合物として有
する現像剤を収容する。トナー粒子は本実施例では、例
えばカーボン10部、ポリスチレン90部を主体として形成
された粒径７〜20μｍの非磁性トナー粒子である。トナ
ー粒子と磁性粒子とは本実施例では、スリーブ22近傍で
磁性粒子の濃度が高く、スリーブ22から離れたところで
は低いように収容されているが、均等な混合物として容
器21内に収容してもよい。容器21は第１図左下部に開口
を有する。

スリーブ22は、例えばアルミニウムなどの非磁性材料
製であり、容器21の上記開口部に設けられ、その表面の
一部を露出させ、他の面を容器21内に突入させている。
スリーブ22は図面に直角な軸の回りに回転可能に軸支さ
れ、矢印ｂで示す方向に回転駆動される。本実施例では
スリーブ22は円筒状のスリーブであるが、これは無端ベ
ルトでもよい。

スリーブ22は感光ドラム１に対して微小間隙をもって
対向して現像部を構成する。この現像部にはトナーおよ
び磁性粒子がスリーブ22によって搬送される。

磁石23はスリーブ22内部に静止的に固定され、スリー
ブ22の回転時も不動である。磁石23は後述のブレード24
と協働してスリーブ22上への現像剤塗布量を制御するＮ
磁極23a、現像磁極であるＳ磁極23b、現像部通過後の現
像剤を容器21内に搬送するＮ磁極23cおよびＳ磁極23dを
有する。第１図から明らかな様に、Ｓ磁極23dは、磁極2
3aよりもスリーブ22の移動方向上流側で磁極23aにつぐ
最初の磁極である。また同図から明らかな様に、磁極23
dの近傍には、容器からの現像剤の漏れを防止するシー
ル部材31が設けられている。Ｓ極とＮ極は逆でもよい。
この磁石は本実施例では永久磁石であるが、これに代え
て電磁石を使用してもよい。

第２図は、磁性粒子搬送磁極23dの極座標による磁束
密度分布を示す。この磁極は、磁束密度分布が磁性粒子
拘束磁極23a側で大きいような非対称な形を有すること
にあり、これによって、適切な現像剤の循環が得られ
る。つまり、搬送磁極23dの磁束密度分布を拘束磁極側
で大きくすることにより、極間角度θ_２を120°程度ま
で広げても現像剤の搬送性が落ちないため、磁性粒子27
とトナー粒子28の循環距離を長くすることができ、十分
な摩擦帯電によって、安定なトリボを附与することがで
きる。

ブレード24は本実施例では、少なくともその先端が例
えばアルミニウムなどの非磁性材料製であり、容器21の
開口の上部近傍でスリーブ22の長手方向に延在し、その
基部は容器21に固定され、先端側はスリーブ22の表面に
間隙をもって対向している。ブレード24の先端とスリー
ブ22の表面との間隙は50〜500μｍ、好ましくは100〜35
0μｍであり、本実施例では250μｍである。この間隙が
50μｍより小さいと、磁性粒子がこの間隙部に詰まり易
く、500μｍを越えると、磁性粒子およびトナーが多量
に間隙を通過し、スリーブ22上に適当な厚さの現像剤層
が形成できない。現像剤層の厚さは後述の現像部におけ
る感光ドラム１とスリーブ22との間隙より小さい（ただ
しこのとき現像剤の厚さとは磁力が働いていない状態で
のスリーブ22上での厚さである）。このような厚さの現
像剤層を作るためには、ブレード先端とスリーブ面との
間隙は、スリーブ面と感光ドラム面の間隙と同等または
小さいことが好ましいが、それ以上にしても可能であ
る。

ブレード24の上方には延長部が形成されているが、こ
れについては後述する。

電源34は感光ドラム１とスリーブ22との間に電圧を印
加して、それらの間の空隙に交互電界を形成させ、スリ
ーブ22上の現像剤からトナーを感光ドラム１に転移させ
る。電源34による電圧は正側と負側のピーク電圧が同じ
である対称型交互電圧でも、このような交互電圧に直流
電圧を重畳した形の非対称交互電圧でもよい。具体的な
電圧値としては、例えば暗部電位−600V、明部電位−20
0Vの静電潜像に対して、一例として、直流電圧−300Vを
重畳してピーク・ピーク電圧を300〜2000Vpp、周波数20
0〜3000Hz交互電圧をスリーブ22側に印加し、感光ドラ
ム１を接地電位に保持する。

容器21の下部は感光ドラム１の方向の延びて延長部を
構成し、現像剤（特にトナー粒子）が外部に漏れること
を防止している。また、このような漏出の防止をさらに
確実ならしめるために、前記延長部の上面に、漏出現像
剤を受取ってこれを拘束する部材29を設けている。さら
に、前記延長部の先端にはスリーブ22の長手方向に沿っ
て飛散防止部材30が図示のごとく固定されている。この
部材30にはトナー粒子と同極性の電圧を印加してもよ
い。これによって現像領域から飛散したトナーを電界に
よって感光ドラム３の方向へ押しつけ、トナーの飛散を
防止することができる。

スリーブ22の長手方向両端部には、現像剤阻止部材25
が設けられ、スリーブ22両端部での現像剤の塗布を阻止
している。

つぎに本実施例の現像装置の作動について説明する。
まず、容器21に磁性粒子27を投入する。投入された磁性
粒子は磁極23aおよび23dによってスリーブ22上に保持さ
れ、容器21内に面するスリーブ22の表面全体に渡って付
着し、磁性粒子層を構成する。この磁性粒子層の磁極23
aおよび磁極23dに近い部分では磁性粒子27は磁気ブラシ
を構成する。その後、トナー28を容器21内に投入し、前
記磁性粒子層の外側にトナー層を形成する。前記の最初
に投入する磁性粒子27は磁性粒子に対して、もともと２
〜70％（重量）トナーを含むことが好ましいが、磁性粒
子のみとしてもよい。磁性粒子27は一旦スリーブ22表面
上に磁性粒子層として吸着保持されれば、装置の振動や
かなり大きな傾きによっても実質的な流動あるいは傾斜
が発生せず、スリーブ22の表面を覆った状態が維持され
る。

つぎに、スリーブ22を矢印方向に回転すると、磁性粒
子は容器21の下部からスリーブ22の表面に沿った方向に
上昇し、ブレード24の近傍に至る。そこで、磁性粒子の
一部はトナーとともにブレード24の先端とスリーブ22の
表面との間隙を通過し、他部はブレードの延長部に衝突
した後、反転して磁性粒子の上昇経路の外側を重力によ
って下降して容器21の下部に至り、再びスリーブ22の近
傍を上昇して上記動作を繰返す。なお、容器21の下部か
らプレード24に向って上昇する磁性粒子27のなかにはブ
レード24の近傍に至る前に反転して落下するものもあ
る。これは特にスリーブ22の表面から遠い磁性粒子に顕
著に見られる。

ここで、磁石23の磁極の強さ、位置および磁束密度分
布と現像剤の循環作用の関係について説明する。現像容
器内の循環作用は、特に磁性粒子搬送磁極23dと磁性粒
子拘束磁極23aの影響を受ける。本件発明者は、特に、
磁極23dの磁束密度分布が循環作用に影響を与え、トナ
ー粒子28の取り込み、磁性粒子27とトナー粒子28の摩擦
帯電を制御していることを見出し、これにもとづいて第
２図に示すように、磁極23dの磁束密度分布を、磁極23a
側に大きくなるような（すなわち磁束密度がピークから
スリーブ移動方向上流側よりも下流側がゆるやかに低下
するような）非対称分布にすることにより、現像剤の循
環作用の効率を上げたものである。すなわち、現像剤の
搬送性が良くなり、磁性粒子27とトナー粒子28とが十分
に摩擦帯電されることによって、安定なトリボを附与で
きる。より詳細に説明すると、容器内で現像剤担持体は
十分な量の磁性粒子を担持して新規なトナー粒子との摩
擦を行なう必要がある。しかし、容器内への磁性粒子の
回収能力よりも回収した磁性粒子の搬送能力が高いと、
回収された磁性粒子は次々に搬送され粗の状態となって
しまい新規なトナー粒子に十分な摩擦帯電の機会を与え
られないことになる。このため回収側の磁束密度の変化
率に対し搬送側の磁束密度の変化率を小さくすること
で、回収スピードよりもその後の搬送スピードを遅くで
きるため現像剤担持体に十分な量の磁性粒子を担持させ
ることができる。また、非対称な分布にすることによ
り、極間での磁性粒子が受ける磁気的な圧力が弱めら
れ、現像剤の劣化を防ぐこともできる。これらのことか
ら、磁極23aと23dとの極間角度θ_２を広げることも可能
となり循環距離を長くするとができ、より安定したトリ
ボの附与が可能となった。また、容器21の下部からブレ
ード24に向って上昇する経路を変化させることにより磁
性粒子27とトナー粒子28の比率を変えることもできるよ
うになった。上記の様な非対称磁束密度分布は、各磁極
の着磁の際に磁極間の位置関係、強度、半値巾などを適
切に選択することによって、当業者が容易に形成でき
る。

磁性粒子の運動の説明に戻ると、ブレード24の近傍あ
るいはその手前で反転して落下する磁性粒子はその外側
のトナー層からトナー粒子を取込んで行く。

スリーブ22の回転とともにこのように循環することに
よって、トナー28は磁性粒子27およびスリーブ22表面と
の摩擦によって帯電する。

ブレード24の手前近傍では、スリーブ22の表面に近い
磁性粒子27は磁極23aによってスリーブ22表面に引付け
られ、スリーブ22の回転とともにブレード24の下方を抜
けて容器21外に出る。このさい磁性粒子27はその表面に
付着したトナーを一緒に運び出す。また帯電したトナー
粒子28の一部またはスリーブ22表面に鏡映力によって付
着したままスリーブ22上を容器外に出る。ブレード24は
スリーブ22上に塗布される現像剤量を規制する。

このようにしてスリーブ22の表面上に形成された現像
剤層（磁性粒子27とトナー粒子28との混合体）はスリー
ブ22の回転とともに感光ドラム１と体面する現像部に至
る。ここでは、感光ドラム１とスリーブ22との間に印加
される交互電界によってトナーがスリーブ22の表面およ
び磁性粒子の表面から潜像上に転移し、該潜像を現像す
る。現像部における磁性粒子の体積比率は1.5〜30％で
ある。この点については詳述する。

ひきづつくスリーブ22の回転によって、現像に消費さ
れなかったトナー粒子および磁性粒子は容器21内に回収
され、容器21内で前述の循環作用によって再びスリーブ
22上に塗布される工程を繰返す。この再度の循環時に磁
性粒子は容器21上部のトナー層からトナーを取込んで、
現像に消費された分のトナーの供給を受ける。

つぎに、第１図の現像装置を用いた具合例について述
べる。第１図において、スリーブ22として直径20mmのア
ルミスリーブの表面を、アランダム砥粒により不定型サ
ンドブラスト処理したものを用い、磁石23として４極着
磁でＮ極、Ｓ極が交互に第３図で示されるようなものを
用いた。磁石23による表面磁束密度の最大値は約1000ガ
ウスであった。

ブレード24としては1.2mm厚の非磁性ステンレスを用
い、上記角度θは15°とした。

磁性粒子としては、表面にシリコン樹脂コートした粒
径70〜50μ（250/300メッシュ）のフェライト（最大磁
化60emu/g）を用いた。

非磁性トナーとしては、スチレン／ブタジエン共重合
体系樹脂100部に銅フタロシアニン系顔料５部から成る
平均粒径10μのトナー粉体にコロイダルシリカ0.6％を
外添したブルートナーを用いたところ、スリーブ22表面
上にコーティング厚約20〜30μｍのトナー塗布層を得、
さらにその上層として100〜200μの磁性粒子層を得た。
各磁性粒子の表面上には上記トナーが付着している。

このときのスリーブ22上の磁性粒子と全トナーとの合
計重量は約2.43×10^-2g/cm²であった。

このときの磁性粒子付着トナーとスリーブ付着トナー
の重量比は約2:1であった。

磁性粒子は現像部およびその近傍でスリーブ22内の磁
極23bにより磁界によって穂立ちして、最大長約0.9mm程
の穂立ちブラシを形成していた。

帯電量をブローオフ法で測定したところスリーブ上及
び磁性粒子上のトナーのトリボ電荷量が＋10μC/gであ
った。

この現像装置をキャノン（株）製NP−115型複写機に
組み込み、感光ドラム３（有機感光材料製）とスリーブ
22の表面との間隔を350μｍとした。バイアス電源34と
して周波数1600Hz、ピーク対ピーク値1300Vの交流電圧
に−300Vの直流電圧を重畳させたものを用いて現像を行
なったところ、良好なレッド色の画像を得た。

また、ベタ黒画像について現像し、現像後のスリーブ
面を観察したところ、磁性粒子に付着したトナー及びス
リーブ上のトナーはほとんど消費され100％近い現像効
率で現像が行なわれていた。

現像特性についてもカブリが無く、かつ第３図にＸで
示した曲線の現像特性を得ることができた。

以上に説明したごとく、本実施例によれば、高画像濃
度、高現像効率で、かぶり、ゴースト像、掃目むら、負
性特性のない現像を行なうことができる。

スリーブ22の材料としてはアルミニウムのほか真ちゅ
うやステンレス鋼などの導電体、紙筒や合成樹脂の円筒
を使用可能である。また、これら円筒の表面を導電処理
するか、導電体で構成すると現像電極として機能させる
こともできる。さらに、芯ロールを用いてその周面に導
電性の弾性体、例えば導電性スポンジを巻装して構成し
てもよい。

現像部の磁極23bについては、実施例では現像部の中
央に磁極を配置したが、中央からずらした位置としても
よく、また磁極間に現像部を配置するようにしてもよ
い。

トナーには、流動性を高めるためにシリカ粒子や、例
えば転写方式画像形成方法に於いて潜像保持部材たる感
光ドラム３の表面の研磨のために研磨剤粒子等を外添し
てもよい。トナー中に少量の磁性粒子を加えたものを用
いてもよい。すなわち、磁性粒子に比べ著しく弱い磁性
であり、トリボ帯電可能であば磁性トナーも用いること
ができる。

ゴースト像現像を防止するために、容器21内へ戻り回
動したスリーブ22面から現像に供されずにスリーブ22上
に残った現像剤層を、一旦スクレーバ手段（不図示）で
かき落し、そのかき落しされたスリーブ面を磁性粒子層
に接触させて現像剤の再コーティングを行なわせるよう
にしてもよい。

磁性粒子とトナーとの濃度を検出して、この出力に応
じて自動的にトナーを補給する機構を設けてもよい。

本発明の現像装置は容器21、スリーブ22およびブレー
ド24などを一体化した使いすてタイプの現像器として
も、画像形成装置に固定された通常現像器としても使用
可能である。

発明の効果 以上説明のごとく、本発明によれば、高画像濃度で高
現像効率現像装置が提供され、しかもトナーの帯電が十
分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による現像装置の断面図であ
る。 第２図は、本発明による装置における磁束密度分布を極
座標で示した図である。 第３図は本発明の実施例によるマグネットローラの磁束
密度分布図である。 符号の説明 １……潜像担持体（感光ドラム） 21……現像剤容器（容器） 22……現像剤保持部材（スリーブ） 23……磁界発生手段（磁石） 24……現像剤規制部材 27……磁性粒子 28……トナー粒子（トナー） 34……非対称分布部（磁束密度分布） 代表図面 第１図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山路 雅章 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−187370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−49568（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−67045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−236570（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー粒子と磁性粒子とを有する現像剤を
   収容する現像剤容器と、現像部にトナー粒子及び磁性粒
   子を担持して移動する現像剤担持体と、現像剤担持体上
   の現像剤層厚を規制する規制部材と、現像剤容器からの
   現像剤の漏れを防止するシール部材と、を有する現像装
   置において、 上記規制部材と協働して現像剤層厚を規制する第１磁極
   と、この第１磁極より現像剤担持体の移動方向上流側の
   最初の磁極であって、シール部材近傍に設けられた第２
   磁極と、を有し、この第２磁極の極座標による磁束密度
   分布は現像剤担持体の移動方向で磁束密度がピークから
   上流側よりも下流側がゆるやかに低下する形状であるこ
   とを特徴とする現像装置。