JP2638796B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は複写機等の画像形成装置に使用される現像装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来、電子写真複写プロセスを有する画像形成装置の
一態様として、感光体ドラムの周囲に複数の現像装置を
配設するとともに、それぞれに異なる色の現像剤を収容
し、原稿画像を異なる色で再現しうるようにした多色複
写機，プリンタが提案されている。

しかしながら、感光体ドラムの周囲には各種のチャー
ジャ，クリーニング装置，イレーサ等の機器が所狭しと
近接して配設されているため、一般に使用されている画
像形成装置では、感光体ドラムの周囲に配置できる現像
装置の数もせいぜい２〜３台に限られる。

それ故、多色化を図るべく、感光体ドラムとして大型
のものを使用するものとすれば、画像形成装置の大型化
を招来し、近年の傾向である小型、コンパクト化に逆行
することになる。

そこで、近年、多色化を図りつつ装置の小型化を可能
にしうる現像装置が、特開昭61−201271号公報に提案さ
れている。

この現像装置は、外周面に磁性キャリアを保持した現
像スリーブの側部に、円形の現像容器を回転可能に配設
し、該現像容器の内部を周方向に分割して複数のトナー
収容用現像剤室を形成して、各室にそれぞれ異なる色の
トナーを収容するとともに、各現像剤室の外側に形成し
た開口部に、それぞれトナー供給・回収ローラを回転駆
動可能に、かつ、現像スリーブに近接して対向しうるよ
うに設けたものである。

そして、このものでは、現像容器を回転して、指定さ
れた色のトナーを収容した現像剤室のトナー供給・回収
ローラを現像スリーブに対向せしめ、これにて現像スリ
ーブの表面に指定色のトナーを供給する一方、トナーを
他の色に切り替えるときは、まず、現像スリーブ上に保
持されているトナーを前記対向している現像剤室に回収
した後、現像剤容器を回転して別の現像剤容器から他の
色のトナーを現像スリーブに供給するようにしてある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記従来の現像装置において、トナー
色の切り替えに際して、従前のトナーの回収後新トナー
の供給時に、トナーが現像スリーブ上に効率的に、か
つ、早急に供給されないと、現像スリーブ上のトナー濃
度の立ち上がりが遅くなり、かえって装置の小型化，高
精度に反するという問題点を有している。

本発明は斯かる問題点に鑑みてなされたもので、トナ
ーの現像スリーブへの供給速度が速く、トナー濃度の立
ち上がりの良い現像装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するため、本発明は、感光体に対向
配置するとともに外周面に磁性キャリアを保持した単一
の現像スリーブと、該現像スリーブに近接して配置した
トナー供給・回収ローラを有するとともにそれぞれ異な
る色のトナーを収容した複数のトナー供給部とからな
り、トナー供給・回収ローラにトナーのみを保持し、現
像ローラとトナー供給・回収ローラに所定のバイアス電
圧を印加し、さらに現像スリーブ上の磁性キャリアをト
ナー供給・回収ローラに接触させて、現像スリーブに対
してトナーのみの供給及び回収を行なうとともに、いず
れかのトナー供給部を選択することによりトナー色の切
り替えを可能とした現像装置において、トナー色の切り
替えに際しての立上り時に、現像時の回収バイアス電圧
以下で、かつ、交流電圧を重畳したバイアス電圧をトナ
ー供給・回収ローラに印加する回収バイアス電圧回路を
設けたものである。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を添付図面に従って説明す
る。

第１図において、（１）は本発明にかかる現像装置で
ある。（２）は現像装置（１）のハウジングで、該ハウ
ジング（２）は箱型の枠体で、前部，後部にそれぞれ開
口部（３），（４）が形成されている。

（５）は現像スリーブで、該現像スリーブ（５）はハ
ウジング（２）の前部に、感光体ドラム（100）と所定
のギャップをもって対向配置され、矢印（ａ）方向に回
転駆動可能としてあり、現像バイアス（Vb）が印加され
ている。現像スリーブ（５）の内部には、軸方向に磁極
を延設した複数の磁石を周方向に配設した磁気ローラ
（６）が固定状態に収容されている。

また、開口部（３）を挟むハウジング（２）の上下に
は、現像スリーブ（５）に対向する穂高規制部材
（７）、トナーこぼれ防止板（９）が形成され、前記穂
高規制部材（７）の後方であって、現像スリーブ（５）
の上には、現像剤溜り部（８）が形成されている。

（10a），〜，（10d）はトナー供給カートリッジ（以
下、「カートリッジ」という。）で、これらはほぼ同一
構造としてあり、箱型のケーシング（11）の前部に形成
した開口部には、外周面に微小凹部を形成したトナー供
給・回収ローラ（以下、「供給ローラ」という。）（1
2）が矢印（ｂ）方向に回転可能に配設されており、該
供給ローラ（12）にはケーシング（11）に設けたブレー
ド（13）とトナー戻り防止フィルム（14）が圧接させて
ある。

ケーシング（11）の後部にはトナーホッパ（15）が形
成され、該トナーホッパ（15）には搬送羽根（16），
（17）が矢印（ｃ），（ｄ）方向にそれぞれ回転可能に
配置されている。

以上の構成からなるカートリッジ（10a），〜，（10
d）、ハウジング（２）の後部に、カートリッジ（10a）
を最上層に、カートリッジ（10d）を最下層に位置させ
て積層収容されており、ケーシング（11）の側壁とこれ
に対向するハウジング（２）の内面には、それぞれガイ
ド部材、ストッパ（図示せず）が形成され、各カートリ
ッジ（10a），〜，（10d）は独自に開口部（４）を介し
て出し入れでき、装着状態で、供給ローラ（12）と現像
スリーブ（５）との間に一定のギャップが確保されると
ともに、各供給ローラ（12）は磁気ローラ（６）の磁極
に対向するようにしてある。

また、供給ローラ（12），搬送羽根（16），（17）
は、カートリッジ（10a），〜，（10d）を所定の位置に
装着することにより、図示しない駆動源に駆動連結され
るようになっている。

さらに、カートリッジ（10a），〜，（10d）の供給ロ
ーラ（12）には、それぞれスイッチ（SW）を介して、直
流バイアス（Vss）に交流バイアス（Vrms）を重畳した
回収バイアス（Vs）が選択的に印加され、前記直流バイ
アス（Vss）は出力可変としてあり、その出力電圧は制
御装置（図示せず）にて現像装置（１）の動作状態によ
って下記する表のように変化されるようになっている。
なお、交流バイアス（Vrms）の周波数は100〜400ヘルツ
の範囲で適宜設定されている。

前記現像装置（１）に使用される現像剤は、トナーと
磁性キャリアとからなる２成分現像剤で、両者が摩擦接
触することにより、トナーはプラス極性、キャリアはマ
イナス極性に帯電するものが選択され、キャリアは現像
スリーブ（５）の外周面上に磁気的に保持され、トナー
はカートリッジ（10a），〜，（10d）の各ホッパ（15）
内にそれぞれ異なる色のものが収容されている。

かかる条件下で、複写機の操作パネルに設けたカラー
選択スイッチ（図示せず）にて最上層のカートリッジ
（10a）に収容されているトナーの色が選択された場合
の現像動作について、（ｉ）立上り時，（ii）現像時，
（iii）回収時，の３つに分けて順次説明する。

（ｉ）立上り時 まず、プリントスイッチがオンされると、制御装置か
らの信号により直流バイアス（Vss）が−200Vに設定さ
れるとともに、スイッチ（SW）を介してカートリッジ
（10a）の供給ローラ（12）には、直流（−200V）に交
流（700V）を重畳した回収バイアス（Vs）が印加され
る。同時に、現像スリーブ（５）には現像バイアス（Vb
＝−150V）が印加される。

次に、駆動源（図示せず）がオンされると、現像スリ
ーブ（５）、供給ローラ（12）、搬送羽根（16），（1
7）が、それぞれの矢印（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）方向に回転を開始する。

これにより、トナーカートリッジ（10a）のホッパ（1
5）内部では、搬送羽根（16），（17）の回転に基づい
てトナーの塊が粉砕されるとともに、トナーは次第に前
方へ搬送され、供給ローラ（12）の回転に基づいてその
表面微小凹部に取り込まれて充填される。

供給ローラ（12）の表面に保持されたトナーは、続く
ブレード（13）との対向部にて余分なものが掻き取られ
るとともに、ブレード（13）との対向部を通過する際
に、これとの接触によってプラス極性に予備帯電されて
トナーの荷電薄膜層が形成される。

この薄膜状態のトナーは、供給ローラ（12）の回転に
基づいて現像スリーブ（５）との対向部であるトナー供
給領域（Ya）に至ると、現像スリーブ（５）上に保持さ
れているキャリアの掻取作用に基づいて現像スリーブ
（５）の表面に供給される。

現像スリーブ（５）の表面に供給されたトナーは、現
像スリーブ（５）の回転に基づいて矢印（ａ）方向に搬
送され、トナーはキャリアに混合され、両者は摩擦接触
することによりトナーはプラス極性に、キャリアはマイ
ナス極性に帯電される。

そして、現像剤は、穂高規制部材（７）の前面の現像
剤溜り部（８）に至ると大部分のものが塞止められ、後
から送られてくる現像剤に押されて穂高規制部材（７）
に沿って反り上がり、さらに落下して再び現像スリーブ
（５）上に保持される。即ち、ここで、現像剤は時計回
り方向の渦を形成しながら良好に混合撹拌され、現像に
適する電位に向上した２成分現像剤が調整される。

このようにして十分混合されて調整された現像剤の一
部は、穂高規制部材（７）と現像スリーブ（５）との間
を通過して磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシは、続く
感光体ドラム（100）との対向部である現像領域（Ｘ）
を通過したのち供給ローラ（12）との対向部であるトナ
ー供給領域（Ya）に至ると、再び供給ローラ（12）上の
トナーを掻き取り、現像スリーブ（５）上のトナー濃度
は次第に上昇する。

なお、供給ローラ（12）には直流バイアス（Vss）の
みならず交流バイアス（Vrms）も印加されているため、
トナーは供給ローラ（12）と現像スリーブ（５）とのバ
イアス電圧差に基づいて供給ローラ（12）の表面に静電
的に保持されるも、交流バイアス（Vrms）の周期的変化
に従って振動し、前記保持力も周期的に強弱変化する。

したがって、供給ローラ（12）表面のトナーは、キャ
リアや磁気ブラシと頻繁に接触し、効率良く掻き取られ
て、現像スリーブ（５）上のトナー濃度は急速に上昇す
る。

ところで、前記トナーの供給動作とともに、トナー供
給領域（Ya）では現像スリーブ（５）から供給ローラ
（12）にトナーを回収する動作も同時に並行して行なわ
れる。しかし、現像バイアス（Vb）と回収バイアス（V
s）とのバイアス電圧差に基づき、現像スリーブ（５）
上のトナー濃度が一定値になるまでは供給されるトナー
量の方が回収量よりも多く、その間現像スリーブ（５）
上のトナー濃度は上昇する。

そして、一定時間経過後、トナーの供給量と回収量の
バランスが保たれて現像スリーブ（５）上のトナー濃度
が一定値になると、図示しない制御装置からの信号によ
り、直流バイアス（Vss）は−200Vから−300Vに切り替
えられる。

これにより、現像スリーブ（５）のプラス帯電トナー
は静電的に供給ローラ（12）に若干回収されて現像スリ
ーブ（５）上のトナー濃度が僅かながら低下するもの
の、両者のバイアス電圧差に基づいて現像スリーブ
（５）上のトナー濃度は適正状態に維持される。

（ii）現像時 このようにして現像スリーブ（５）上で一定濃度の現
像剤が調整されている状態において、帯電チャージャ
（図示せず）にて一様に帯電（−600V）されたのち、光
学系からの画像露光により形成された感光体ドラム（10
0）上の静電潜像が、矢印（ｅ）方向から現像領域
（Ｘ）に近接してくると、ここで前記静電潜像は、現像
スリーブ（５）上の磁気ブラシが摺擦されると、静電的
にトナーを吸着して可視像化される。

この可視像化されたトナー像は、続く転写工程（図示
せず）にて複写紙に転写される一方、前記現像領域
（Ｘ）にてトナーを消費した現像スリーブ（５）の表面
は引き続き矢印（ａ）方向に搬送されて、現像剤溜り部
（８）にて新らたにトナーが均一に補充され、前回の現
像で消費したトナーの消費パターンが消去される。

そして、トナー供給領域（Ya）では、現像で消費した
量に見合うだけのトナーが現像スリーブ（５）のキャリ
アの掻取作用によって当該現像スリーブ（５）表面に供
給され、現像スリーブ（５）表面上のトナー濃度は一定
状態に維持される。

（iii）回収時 現像動作が終了して、制御装置（図示せず）からの信
号により、回収バイアス（Vs）における直流バイアス
（Vss）が−300Vから−350Vに切り変わる。これによ
り、プラス極性に帯電している現像スリーブ（５）上の
トナーに対して、供給ローラ（12）に向かう電気的吸引
力の方がキャリアとの吸着力よりも大きく作用するよう
になり、トナー供給領域（Ya）におけるトナーの供給，
回収のバランスが崩れ、現像スリーブ（５）上のトナー
は供給ローラ（12）の表面に回収される。

なお、回収バイアス（Vs）には交流が重畳されている
ため、前記供給ローラ（12）の電気的吸引力は周期的な
強弱をもって現像スリーブ（５）上のトナーに作用し、
トナーとキャリアとの吸着力が著しく弱められ、トナー
は素早く供給ローラ（12）に回収される。

供給ローラ（12）に回収されたトナーは、供給ローラ
（12）の表面に静電的に保持されたまま矢印（ｂ）方向
に搬送され、トナー戻り防止フィルム（14）との間を通
過してホッパ（15）内に入り、ブレード（13）にて機械
的に掻き落とされてホッパ（15）内に回収される。

勿論、このとき供給ローラ（12）の表面微小凹部に充
填されたトナーは、ブレード（13）との間を通過してト
ナー供給領域（Ya）に運ばれるが、現像バイアス（Vb）
と回収バイアス（Vs）とのバイアス電圧差に基づき、現
像スリーブ（５）の表面へ新らたにトナーが供給される
ことはない。

この結果、現像スリーブ（５）の表面からトナーはす
べてカートリッジ（10a）のホッパ（15）内に回収さ
れ、現像スリーブ（５）上にはキャリアだけが存在した
状態になる。

次に、カラー選択スイッチ（図示せず）にて最下層の
カートリッジ（10d）に収容されているトナーの色が選
択されると、前記選択スイッチの信号を受けた制御装置
では、スイッチ（SW）を切り替えてカートリッジ（10
d）の供給ローラ（12）に回収バイアス（Vs）を接続す
る。

この状態でプリントスイッチ（図示せず）がオンされ
ると、カートリッジ（10d）からトナーが供給されて前
述と同様の現像動作が実行される。

なお、このとき現像スリーブ（５）上にはキャリアの
み存在し、前回の現像で使用されたトナーはすべてカー
トリッジ（10a）に回収されているため、現像スリーブ
（５）上で異なる色のトナーが混合され、さらにこれが
感光体ドラム（100）の静電潜像に供給されて複写画像
が混色するということはない。

カートリッジ（10a），〜，（10d）にトナーを補給す
るには、トナー補給すべきカートリッジをハウジング
（２）の後部開口部（４）から抜き出し、図示しない蓋
を開けて所定のトナーを補給した後、再び元の位置に装
着する。

このとき、ハウジング（２）とカートリッジケーシン
グ（11）にはそれぞれストッパが形成され、両者のスト
ッパが当接した位置で供給ローラ（12）と現像スリーブ
（５）との間には所定のギャップが確保されるため、カ
ートリッジを出し入れしても現像条件を一定の状態に維
持することができる。

ところで、トナーは色によって異なる帯電性を有す
る。

この点について、第４図に示すように、ブラック、セ
ピア、ブルーの３種類の色のトナーを、それぞれ混合比
7.5wt％の割合でキャリアと混合して撹拌した実験結果
より、ブラックのトナーがわずかな混合時間でその飽和
帯電量に近づき、ブルーのトナーはその飽和帯電量に近
づくまでに長い時間を要することが判明した。即ち、ブ
ラックのトナーが最も帯電性に優れ、ブルーのトナーが
最も帯電性に劣ることがわかる。なお、各トナーの材料
組成を以下の表に示す。

一方、前記現像装置（１）では、トナー供給領域から
現像剤溜り部（８）に至るまでの距離は、上流側カート
リッジの方が下流側のものよりも長くなっている。

したがって、現像スリーブ（５）の回転方向（矢印
（ａ）方向）に対して最も下流側に位置するカートリッ
ジ（10a）から上流側に向かって順番に帯電性の良いト
ナーが収容するようにすれば、帯電性の悪いトナーは、
現像スリーブ（５）に供給されてから現像剤溜り部
（８）に達するまでに、複数の磁極対向部を通過するこ
とにより、現像スリーブ（５）上でキャリアとできるだ
け長い時間、また頻繁に摩擦接触して帯電位の向上を図
ることができる。

そして、現像剤溜り部（８）での混合撹拌動作により
さらに現像に適する状態まで帯電される結果、帯電不良
のままで現像領域（Ｘ）に搬送されることがなく、帯電
不良に伴うトナー粉煙の発生、カブリ等の発生が防止さ
れる。

そこで、本発明にかかる現像装置（１）で前記３種類
のトナーを使用するものとすれば、現像スリーブ（５）
の回転方向下流側からブルー、セピア、ブラックの順番
で、それぞれカートリッジに収容する必要がある。

次に、本発明にかかる現像装置（１）のように、供給
ローラ（12）に直流（DC）と交流（AC）を重畳した回収
バイアス（Vs）を印加した場合、供給ローラ（12）に印
加される回収バイアス（Vs）を0Vとした場合、回収バイ
アス（Vs）として直流（DC）のみを印加した場合、以上
３つのケースについて、現像スリーブ（５）上に供給さ
れるトナーの供給特性を、現像スリーブ（５）上のトナ
ー濃度を経時的に測定することにより調べた結果を第２
図に示す。

その結果、回収バイアスVs＝0Vの場合、現像スリーブ
（５）上のトナー濃度は急激な上昇の一途を辿り制御不
能になり、直流（DC）だけを印加した場合、Vs＝0Vのケ
ース程極端ではないにしても、トナー濃度は徐々に増加
してトナー濃度を一定に維持することができないことが
わかる。これに対し、回収バイアス（Vs）として直流
（DC）に交流（AC）を重畳した場合、前記直流（DC）の
み印加した場合に比べて早期に濃度が上昇するうえ、あ
る一定のトナー濃度の所で安定し、そこでトナーの供給
量と回収量のバランスが保たれることがわかる。

また、回収バイアス（Vs）として、直流（DC）に交流
（AC）を重畳した場合と、直流（DC）だけ印加した場合
について、現像スリーブ（５）から供給ローラ（12）に
回収されるトナー回収特性を、回収ローラ（12）上でト
ナー濃度を測定することにより調べた結果を第３図に示
す。

その結果、回収バイアス（Vs）に交流を重畳すると、
単に直流だけを印加した場合よりも、急速に現像スリー
ブ（５）上のトナーは供給ローラ（12）に回収されるこ
とがわかる。

即ち、以上の実験結果より、本発明にかかる現像装置
（１）のように、供給ローラ（12）に印加される回収バ
イアス（Vs）として、直流（DC）に交流（AC）を重畳し
たものを印加するようにすれば、供給ローラ（12）上の
トナーは素早く現像スリーブ（５）に供給され、現像ス
リーブ（５）上のトナー濃度を早期に所定濃度まで立ち
上げることができるうえ、現像時のトナー濃度を安定的
に維持することができる。また、トナー回収時、現像ス
リーブ（５）上のトナーは回収ローラ（12）に素早く回
収される。

なお、前記実施例では、カートリッジ（10a），〜，
（10d）へのトナー補給は、各カートリッジ（10a），
〜，（10d）を取り出して行うものとしたが、カートリ
ッジ（10a），〜，（10d）にそれぞれトナー補給口を形
成し、該補給口を介してトナー補給ホッパなどから補給
するようにしてもよい。このようにすれば、トナーを補
給する度にカートリッジを抜き出す必要がなくトナー補
給動作を簡略化することができる。

また、前記実施例では、現像が終了する度に、現像ス
リーブ（５）上のトナーをホッパ（15）内に回収するも
のとしたが、これに限らず、カラー選択スイッチにてト
ナーの色が変更されたときだけトナーを回収するように
してもよい。ただし、前記実施例のように、現像ごとに
トナーを回収するようにすれば、現像装置（１）を長期
間使用しない場合でもトナーの性状を正常に維持するこ
とができるというメリットがある。

さらに、前記実施例では各カートリッジ（10a），
〜，（10d）にそれぞれ異なる色のトナーを収容するも
のとしたが、これに限らず、例えば、上段のカートリッ
ジ（10a），（10b）には使用頻度の高い黒トナーを収容
し、下部のカートリッジ（10c），（10d）には異なるカ
ラートナーをそれぞれ収容するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ト
ナー色の切り替えの際に、現像時よりも低い回収バイア
ス電圧を印加しているため、トナーの供給量が回収量よ
りも多くなる。また、この回収バイアス電圧に交流電圧
を重畳しているため、回収バイアス電圧の周期的変化に
より、トナー供給・回収ローラ上のトナーの静電保持力
が周期的に変動し、現像スリーブ上へのトナーの供給が
促進され、供給効率が高まる。

従って、トナー色の切り替え時における現像スリーブ
上へのトナーの供給が短時間に、かつ、効率良く行なわ
れ、トナー濃度の立ち上がりが速く、現像速度を速くす
ることができるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明にかかる現像装置の断面図、第２図はト
ナー供給特性を示す図、第３図はトナー回収特性を示す
図、第４図はトナーの帯電特性を示す図である。 １…現像装置、５…現像スリーブ、10a,〜,10d…トナー
供給カートリッジ、12…トナー供給・回収ローラ、Vs…
回収バイアス、Vss…直流バイアス、Vrms…交流バイア
ス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 衛藤 浩一 大阪市東区安土町２丁目30番地 大阪国 際ビル ミノルタカメラ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−3151（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−111664（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−45252（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光体に対向配置するとともに外周面に磁
   性キャリアを保持した単一の現像スリーブと、該現像ス
   リーブに近接して配置したトナー供給・回収ローラを有
   するとともにそれぞれ異なる色のトナーを収容した複数
   のトナー供給部とからなり、トナー供給・回収ローラに
   トナーのみを保持し、現像ローラとトナー供給・回収ロ
   ーラに所定のバイアス電圧を印加し、さらに現像スリー
   ブ上の磁性キャリアをトナー供給・回収ローラに接触さ
   せて、現像スリーブに対してトナーのみの供給及び回収
   を行なうとともに、いずれかのトナー供給部を選択する
   ことによりトナー色の切り替えを可能とした現像装置に
   おいて、トナー色の切り替えに際しての立上り時に、現
   像時の回収バイアス電圧以下で、かつ、交流電圧を重畳
   したバイアス電圧をトナー供給・回収ローラに印加する
   回収バイアス電圧回路を設けたことを特徴とする現像装
   置。