JP2644225B2

JP2644225B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP2644225B2
Application number: JP62103323A
Authority: JP
Inventors: 繁和榎木; 則幸木村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1997-08-25
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: JPS63269180A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、感光体等の潜像担持体上に形成された静電
潜像にトナーを付与してこれを顕像とする現像装置に関
する。この種の現像装置は、複写機、ファクシミリ、プ
リンタ等といった電子写真装置に用いられる。

従来技術上記現像装置には、いわゆる乾式２成分現像剤（主と
してキャリアとトナーから成るもの）を用いるものと、
いわゆる１成分現像剤（主としてトナーのみから成るも
の）を用いるものとがある。一般に、キャリア及びトナ
ーから成る乾式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や搬送スクリュー３や撹拌セパレータ４等の撹拌機
構が設けられている。この撹拌ローラ２等の撹拌機構に
よって、トナーホッパ５側から補給されたトナーがキャ
リアと十分混合・撹拌された後、現像剤担持体としての
現像ローラ６に供給され、該現像ローラ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みはド
クターブレード７により一定厚に規制される。

上記現像ローラ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との少なくとも一
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、その磁気ブラシが潜像担持体としての感光体ドラ
ム10に接触することにより該感光体ドラム10上に形成さ
れた静電潜像が現像され顕像化される。現像後、磁気ブ
ラシすなわちキャリア及びトナーは、現像タンク１内に
掻き落とされ、再び撹拌ローラ２等の撹拌機構により混
合・撹拌が行なわれる。

このように２成分現像剤は、十分な撹拌と混合とを必
要とするが、それは、トナー濃度の均一性を保ち、ある
いはトナー帯電を良好に行なうため等の理由からであ
る。しかして、上記２成分現像剤を用いる従来の現像装
置によれば、画像品質を安定化させることができるとい
う利点はあるが、そのため、上述のように現像剤の十分
な撹拌を行なわねばならない。そして、十分な撹拌を行
なうには、種々の撹拌機構が必要となり、また、撹拌流
路を形成するために十分なスペースを要する。さらに、
キャリアとしては、良好な撹拌特性を得るため、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、
上記撹拌機構を前提とした現像装置には適用不能であ
る。その上、撹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
点を解決するため、現像剤の混合・撹拌を省略しうるよ
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
が生じやすいという欠点があり、後者では、現像剤の混
合・撹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。

目的本発明は上記の点に鑑み、乾式２成分現像剤を用いて
画像の安定性を保持しつつ、従来の乾式２成分現像剤を
用いた現像装置では成し得なかった装置全体の小型化、
取扱性の向上及び耐久性の向上を達成することを目的と
する。

構成上記目的を達成する本発明は、２成分現像剤を用いて
潜像担持体上の潜像を顕像とする現像装置において、上
記潜像にトナーを供給するキャリアから成る磁気ブラシ
と、トナーを担持でき、担持したトナーを上記磁気ブラ
シへ供給するトナー供給手段と、該トナー供給手段に担
持されたトナーを、電気的かつ強制的に帯電させるトナ
ー帯電手段と、現像後の上記磁気ブラシ上に残留するト
ナーのみを回収するトナー回収手段とを有する現像装置
である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
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が、図示を省略した駆動機構により矢印Ａ方向すな
わち時計回りの方向へ回転駆動されている。この感光体
ドラム11は、有機感光体（OPC）からなり、該感光体ド
ラム11上に形成される静電潜像の極性が負（−）になさ
れるようになっている。したがって、後述する現像用の
トナーは、これと逆極性の正（＋）に帯電されるように
なされている。

さらに、上記感光体ドラム11の近傍（感光体ドラム11
とのギャップ1mm）には、アルミニウム等からなる非磁
性の円筒状スレーブ12が配置されている。この円筒状ス
リーブ12の内部には、複数の異なる磁極が交互に配置さ
れてなる現像磁石ローラ13が上記円筒状スリーブ12の内
面側から一定間隔を隔てて設けられており、該現像磁石
ローラ13の磁力によって円筒状スリーブ12の表面上に、
磁性のキャリアとトナーとを含んでなる磁気ブラシ14が
形成されるようになっている。この磁気ブラシ14は、円
筒状スリーブ12および現像磁石ローラ13の少なくとも一
方が回転することによって矢印Ｂ方向つまり時計回りの
向きに移動される。

なお、磁気ブラシ14を構成するキャリアとしては、平
均粒子径100μｍの樹脂コートキャリアが40g用いられて
いる。

また、上記円筒状スリーブ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
成するようになされている。

なお、本実施例では、円筒状スリーブ12は、外径20mm
のものが用いられるとともに、現像磁石ローラ13として
は、円筒状スリーブ12の表面磁力が約900ガウスとなる
ものが採用されている。これにより、磁気ブラシ14の高
さとして0.3〜5mm好ましくは0.7〜2mmとすることができ
る。

また、上記現像バイアスは、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る。本実施例では、潜像
電位が−800V、地肌部電位が−50Vに設定されるととも
に、現像バイアス電圧が−150Vに設定されている。な
お、最終的な現像バイアス値は、原稿濃度あるいは使用
者の所望に応じて定められることとなる。

さらに、現像を終えた後の磁気ブラシ14から残留トナ
ーを回収するトナー回収ローラ18が、上記円筒状スリー
ブ12の上方側部分にギャップ1mmにて設置されている。

このトナー回収ローラ18には、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に、上記潜像と同極性すな
わち負（−）に設定されるものであり、現像ポテンシャ
ルと同じレベルすなわち、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なせば良い。
本実施例では、トナー回収用のバイアス電圧が−100〜
−400Vに設定されている。

この場合、トナーの回収は、磁気ブラシに含まれるト
ナーすべてを回収する必要はなく、磁気ブラシ表面近傍
のトナーを選択的に回収することで足りる。つまり、そ
の最低条件は、現像によって生じた磁気ブラシ14上のト
ナー濃度分布差をなくすことができる。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
のを均等になしてやればよい。

一般には、２成分現像液のトナー付着量は、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
ナー供給が行なわれている。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。したがって、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
完全にキャンセルされることとなる。

この点についてさらに詳細に説明すると、かさ比重
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0.2
g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
度でしかない。言い換えれば、この５％相当のトナーを
回収すれば、良いのである。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。

また、トナー回収ローラ18は、矢印Ｃ方向すなわち時
計回り方向へ回転駆動されている。これは、回収トナー
が磁気ブラシ14へ再付着することを防ぐためである。さ
らに、トナー回収ローラ18には、掻落ブレード21が付設
されており、この掻落ブレード21により回収されたトナ
ーが掻き落とされるとともに、その掻き落とされたトナ
ーが、トナーホッパ23側へ戻されるようになっている。

さらにまた、円筒状スリーブ12の下方側部分すなわち
磁気ブラシ14の下流側部分には、トナー供給ローラ24
が、円筒状スリーブ12に対しギャップ1mmにて磁気ブラ
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、図示を省略した回転駆動
機構によって矢印Ｄ方向すなわち反時計回り方向に回転
駆動されている。これにより、トナーホッパ23内に蓄え
られたトナー25が磁気ブラシ14側へ送られていくように
なっている。この場合、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ることと
なり、画像濃度むらの解消に寄与する。

又、上記トナー供給ローラ24には、トナー層規制ブレ
ード26が圧接されている。このトナー層規制ブレード26
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。

さらに、トナー25を摩擦帯電する機能をより発揮さ
せ、かつ、トナー供給ローラ24によりトナーをむら無く
付着せしめるように、スポンジローラ等からなる帯電補
助部材27が、トナー供給ローラ24に接触・配置されてい
る。

さらにまた、上記トナー供給ローラ24および帯電補助
部材27には、電源回路28による所定のトナー供給用のバ
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側へ良好に転
移されることとなる。上記トナー供給用のバイアス電圧
は、後述するように、潜像と逆極性すなわち帯電トナー
と同極性で、＋50〜＋400Vに設定されている。

トナー層規制ブレード26には、電源回路30によるトナ
ー電位制御用のバイアス電圧が印加されており、このト
ナー電位制御用のバイアス電圧により、トナー25が所定
の電位に維持されることとなる。上記トナー帯電用のバ
イアス電圧は、後述するように、任意の極性および電圧
を選択することが出来る。

第２図には、トナー層規制ブレード26に印加されるバ
イアス電圧Viとトナー電位Vtとの関係が表わされてい
る。本図では、トナー電位Vtを縦軸に取るとともに、ブ
レード印加電圧Viを横軸に取り、トナー（イ）（ロ）を
パラメータにして関係線を表示している。

本図から判明するように、ブレード印加電圧Viの値を
大きくするにしたがって、トナー電位Vtが大きくなり、
この傾向は正帯電性のトナー（イ）も負帯電性のトナー
（ロ）も変わりがない。即ち、このことから摩擦帯電特
性面から制限されていたトナー材料の選択の巾が広がる
という事が分かる。又、１つのトナーの極性が任意に制
御出来ることから電源回路15,19,28のそれぞれの極性及
び印加電圧を選定すれば反転現像が容易に行なえるとい
う事も分かる。そして一番の特徴は経時的に発生しやす
い摩擦帯電特性の劣化又は変化が、この発明によって保
証されるという点であり、従って常に安定した画像が得
られるという効果が得られる。

トナー電位制御用の手段としては、本実施例のように
規制ブレード26へ電圧を印加する他に、ブレード26と現
像用の円筒状スリーブ12との間にコロナ放電によるトナ
ー帯電を行なえる様な部材を設けても良い。

また、前記現像バイアス電圧を与える電源回路15に
は、出力電力を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、現像バイアス電圧の出力値を表わ
す信号が図示を省略した制御回路に印加されている。こ
の制御回路には、現像バイアス電圧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、上記制御装置の出力信号は、ト
ナー供給用のバイアス電圧を与える電源回路28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、両バイアス電圧の差が
常に一定となるように制御されている。

上記トナー回収ローラ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、金属や導電性ゴ等を採
用することができる。また、両ローラ18,24は、磁気ブ
ラシ14の高さの50％〜100％を占る割合で接触するよう
に設置することが可能である。しかし、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。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、上記両ローラ18,24の外径
は、任意に選定しうるが、小型化の要請により、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。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、供給量
を、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てトナー供給ローラ24の回転数を検
出し、トナー供給ローラ24の回転数を制御することがで
きる。トナー濃度検出の一例としては、トナー回収ロー
ラ18上のトナーの反対濃度を検出して算出する手段があ
る。

つぎに、トナーホッパ23内には、トナーブロッキング
を防止するアジテータ29が設けられている。このとき、
掻落ブレード21によってトナー回収ローラ18から掻き落
とされたトナーを上記アジテータ29のなるべく近傍に供
給するようにすれば、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。

この形式の現像装置においては、まず、トナーホッパ
23内のトナー25が、トナー供給ローラ24および帯電補助
部材27の回転によってトナー供給ローラ24に送給・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のバイアス電圧下で、ト
ナー25が磁気ブラシ14に均一薄層状に供給・移行され
る。

トナーが供給された磁気ブラシ14は、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ととなる。

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力
によってトナー回収ローラ18側に移行・回収される。こ
れにより、磁気ブラシ14のトナー濃度差は解消され均一
濃度にされる。すなわち、トナー回収後の磁気ブラシ14
は、均一な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。

また、電源回路28により与えられるトナー供給用のバ
イアス電源値は、電源回路15により与えられる現像バイ
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
ーが前記磁気ブラジ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量のバランスがとら
れ、トナーの供給過多や供給不足をなくすことができ
る。

つぎに、上述した現像装置を採用した複写機の例を第
３図に基づいて機能的に説明する。

まず、光学系を説明すると、ハロゲンランプ31から出
た光は、原稿32に当って、第１ミラー33、第２ミラー3
4、第３ミラー35、レンズ36、第４ミラー37および防塵
ガラス38を順に通って、感光体ドラム11上に結像され
る。防塵ガラス38は、浮遊物が光学系に入らないように
設けられているものである。なお、本装置には、最大20
0％から最小50％まで、１％ごとのズーム変倍機能が備
えられている。また、光ファイバーを用いて原稿32の地
肌濃度を検出し、それに基づいて現像バイアスを補正す
ることにより、きれいな地肌を有する画像を得ることが
できるようにした自動濃度調整システムが設けられてい
る。

感光体ドラム11の回りには、帯電部40、イレーサ41、
現像装置42、除電部43、転写分離部44、クリーニング部
45等が配列されている。

除電部40においては、暗中でチャージワイヤに高圧電
圧が印加されてコロナ放電が行なわれ、マイナス電荷
が、感光体ドラム11上に均一に帯電される。このときの
感光体ドラム11の電位は、上述のように−800Vになされ
る。帯電チャージャ40aの前面からは、放電効率を上げ
るように空気が送り込まれている。上記チャージワイヤ
としては、直径0.08mmのワイヤが用いられており、この
ワイヤの表面には、カーボンコーティングが施されてい
る。又、チャージワイヤと感光体ドラム11との間には、
電位を均一かつ一定に制御するためのグリッドが配置さ
れている。また、帯電チャージャ40aを抜き差しするこ
とによってチャージャの汚れを清掃するようにしたチャ
ージクリーナが付設されている。

イレーサ41は、帯電された感光体ドラム11に光を当て
て不要な電荷を消去し、クリーニングの容易化を図るも
のである。イレーサ41は、長尺状のLEDからなり、サイ
ドイレースおよび先端イレースを行なっている。イレー
ス基板には、２つのサーミスタが取り付けられており、
一方はハード、他方はソフトで使用され、バイアス補正
が行なわれている。

現像装置42は、第１図で説明したものが採用されてい
る。

除電部43は、転写前除電43aおよび除電ランプ43bを有
している。両者共に、メインモータ46のスタートと同時
に点灯され、フィルタにより拡散されながら感光体ドラ
ム11上の残留電荷を消去する光が照射されるようになっ
ている。転写前除電43aとしては、冷却極管が用いられ
ている。

転写分離部44は、レジストローラ44aから送り出され
たペーパーを感光体ドラム11に密着させながら、転写チ
ャージャ44bでトナーをペーパー側に転写させるととも
に、分離チャージャ44cによって感光体ドラム11からペ
ーパーを分離させるようにしたものである。万一、分離
が出来なかった場合には、分離爪47により強制的に分離
させる。分離後のペーパーは、搬送ベルト44dにより定
着部48側へ搬送される。

クリーニング部45は、感光体ドラム11上の残留トナー
を掻き落すファーブラシ45aおよびクリーニングブレー
ド45bを備えている。クリーニングブレード45bは、左右
の接触圧が均一化されるように、中央一点支持にて構成
されている。ファーブラシ45aは、感光体ドラム11と同
一方向に回転されている。このファーブラシ45aは、ク
リーニングブレード45bでは除去されにくい紙片等の異
物を除去する機能を有している。ファーブラシ45aおよ
びクリーニングブレード45bにより掻き落されたトナー
は、トナー回収コイル45cによって外部に排出されボト
ルに回収されるようになっている。

上記定着部48は、搬送部から送られてきたペーパーに
一定の温度および圧力を加えて、トナーをペーパー上に
融着させるものである。サーミスタ48aによって温度検
知を行ないながら、ヒータ48b（100V750W）の温度制御
が行なわれている。

なお、上述した装置では、磁気ブラシ担持体として円
筒状スリーブが用いられているが、ベルト状の磁気ブラ
シ担持体を採用することもできる。

尚、本実施例では、帯電されたトナーを一度磁気ブラ
シ（あるいはファージブラシ）へ転移させ、この磁気ブ
ラシで潜像を現像している。磁気ブラシとしてのキャリ
ア（あるいはファーブラシにおけるファー）は、トナー
あるいは感光体を摩擦帯電させる機能が無くても良いの
で、強制帯電によって所定の極性に制御されたトナーが
現像中に電荷を失ったりあるいは反転したりすることの
心配はない。これに対し、従来の現像装置では、正又は
負に帯電させられたトナーを担持するローラを、そのま
ま現像ローラとして用いている。特に、画質を良くする
ために、静電潜像を担持する感光体に現像ローラを接触
して現像する方式のものにおいては、感光層の材質、ト
ナーの材質及び現像ローラの材質によっては、現像ロー
ラと感光体との間で摩擦帯電現象が生じる。この場合に
は、せっかく強制帯電させたトナーの電位が変動してし
まうので、初期の現像特性を得ることができない。

効果本発明によれば、磁気ブラシに対してトナー供給手段
及びトナー回収手段を付設して、現像装置内でキャリア
とトナーとを撹拌することをなくしたので、２成分現像
剤を用いて現像装置の各種撹拌機構および撹拌スペース
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な取り扱いの容
易化を図ることができる。しかも、撹拌の省略によって
キャリアの早期疲労を防ぐことができ、さらに、２成分
現像方式の画像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。

特に、本発明では、さらに、このような特性によっ
て、カラー複写，印刷等のトナー消費が多い場合でもト
ナーを撹拌することなく大量に供給して、濃度変化及び
画像劣化の少ない安定した画像を得ることができる。

又、トナー供給手段に供給されるトナーを強制的に帯
電させるようにしたので、トナーの摩擦帯電特性によら
ず、トナーに常に一定の帯電電位を与えることが出来、
安定した画像品質を得ることができる。更に、トナーの
極性を任意に得られるので正規像、反転像等を自由に選
択して簡単に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における現像装置の断面図、
第２図はバイアス値と画像濃度との関係を表わした線
図、第３図は本発明による現像装置を適用した複写機の
縦断面説明図、第４図は一般の現像装置の縦断面図であ
る。 11……感光体ドラム 12……円筒状スリーブ 14……磁気ブラシ 16……静電潜像 18……トナー回収ローラ 24……トナー供給ローラ 25……トナー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２成分現像剤を用いて潜像担持体上の潜像
を顕像とする現像装置において、上記潜像にトナーを供給するキャリアから成る磁気ブラ
シと、トナーを担持でき、担持したトナーを上記磁気ブラシへ
供給するトナー供給手段と、該トナー供給手段に担持されたトナーを、電気的かつ強
制的に帯電させるトナー帯電手段と、現像後の上記磁気ブラシ上に残留するトナーのみを回収
するトナー回収手段とを有することを特徴とする現像装
置。