JP2791107B2

JP2791107B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP2791107B2
Application number: JP1149892A
Authority: JP
Inventors: 正雄仲野; 博里村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-06-13
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH0313978A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子写真もしくは静電記録等の画像記録装
置におけるトナー粒子とキヤリア粒子を有する二成分現
像剤を用いる現像装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電子写真もしくは静電記録等の画像形成装置
に用いられる二成分現像剤はトナー粒子とキヤリア粒子
を主成分にしている。この現像剤のトナー粒子とキヤリ
ア粒子の混合比はトナー濃度と呼ばれ、画像品質の安定
化において極めて重要な要素である。現像剤のトナー粒
子は現像時に消費され、トナー濃度は変化する。トナー
濃度制御装置は適時トナー濃度を検出し、その変化に応
じてトナー補給を行い現像剤濃度を一定に制御し、画像
の品位を保っている。

第３図は従来例を示す図である。10は現像容器、11は
現像剤を現像部に担持搬送する現像剤担持体であるとこ
ろのスリーブ、12は４極構成のマグネツトローラー、13
は現像剤コート量規制板、14₁,14₂は現像剤攪拌搬送ス
クリユウ、15は補給トナー、20はトナー濃度検出部であ
る。

現像スリーブは30の回転方向に回転し、現像容器10よ
り現像剤16を汲み上げる。スリーブに担持された現像剤
は、検出部20を通り現像剤規制部13を通過してスリーブ
12が電子写真感光体等の像保持体に対向し、静電潜像を
現像する現像領域31に至る。現像にかかわった現像剤は
更に搬送され現像容器内に戻り、攪拌部32においてスク
リユウ14₁で新しい現像剤と混ぜられ、再びスリーブに
汲み上げられる。

この検出部20を通過した現像剤は、例えば光学的検知
方法（現像剤を光で照射し、その反射光の光量によりト
ナー濃度を検出する）でそのトナー濃度を測定され、現
像によりトナーが消費され規定値より濃度が低かった場
合は、ただちに公知の制御回路21によって補給ローラ９
を駆動して補給トナー15が現像剤攪拌部36に補給され現
像容器内の現像剤濃度を一定に保つ制御をしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来のこのような構成の現像装置では、次の
ような欠点が生じていた。

現像部31において現像された場合の現像剤は、トナー
粒子のみを消費されるために、そのトナー濃度は検知部
20で検知された時よりかなり低くなっている。この劣化
した現像剤は32の攪拌部に送られ、ここで多量の新しい
現像剤と混ぜられ再び搬送されていく。ところで、現像
領域31において現像が行われた場合と、現像が行われな
かった場合の検知部20におけるトナー濃度信号の差は、
現像容器全体の平均トナー濃度の差よりはるかに大き
く、現像が行われている場合には常に実際の必要量より
はるかに過剰な量のトナー補給をしてしまう。これは現
像スリーブと検知面にある現像剤よりはるかに高濃度の
現像剤が現像容器内にある状態で、この後現像が行われ
なかった場合に、高濃度の現像剤が現像スリーブ周辺に
流れ込み、現像スリーブ上で、現像が行われた場合と行
われなかった場合で、激しい現像剤濃度の差を生じてし
まう。これでは現像された際の画像濃度を一定に保つこ
とが出来ず、画質の不安定を生む結果となる。

更に、高画質化のために体積平均粒径10μｍ以下のト
ナー粒子を使用した場合は、キヤリアに対する付着力の
弱いトナーが多く存在する為トナー飛散が大きな問題と
なる。その対策として、制御目標、即ち基準トナー濃度
を４〜８％（キヤリアに対するトナーの重量比）と低く
し、また現像剤のなじみを良くするためにキヤリア粒径
を重量平均粒径30〜80μｍとすることが必要となる。こ
うした場合、現像剤の濃度差は、トナーの絶対量が少な
いために助長され、トナー濃度の誤検知がひどく頻繁に
起きてしまう。かくして必要量より多めのトナーを補給
してしまうことになって、益々トナー飛散が生じやすく
なる。また、トナーを小粒径化することで高画質を得る
現像装置では特に劣化現像剤がスリーブにつれて回り込
むことにより、画質の不安定をまねいてしまう。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する本発明は、内部に磁石を有し、ト
ナーと磁性キャリアを有する二成分現像剤を担持搬送し
て現像を行なう現像剤担持部材と、この現像剤担持部材
に対向して設けられトナー濃度を検知するトナー濃度検
出素子と、を有する現像装置において、前記磁石は現像
領域をすぎた現像剤を新しい現像剤と入れかえるために
下方に落下させる反撥磁界を形成する隣り合った同極性
の磁極を有し、トナー濃度検出素子は入れかえられた新
しい現像剤のトナー濃度を検出することを特徴とするも
のである。

上記現像剤担持部材が、現像領域を通過した現像剤を
直接検出素子に搬送しないための反発極を、検出素子の
現像剤搬送方向上流側に持つことを特徴とする現像装置
であり、現像領域においてトナー粒子のみを消費されて
劣化した現像剤を、反発極で攪拌部に落とし、現像スリ
ーブ及び検出素子周辺に常に新しい現像剤を供給し正確
なトナー濃度検知をすることにより、現像容器全体のト
ナー濃度を一定に保ち、トナー飛散を防止し、安定した
画像濃度を維持することが出来るものである。

〔実施例１〕以下における現像装置において、現像容器10、現像剤
濃度検出部20、スクリユウ14₁,14₂などの基本構成は同
じであり、現像剤の濃度の検出方法、現像剤濃度の制御
方法は従来例と同じ場合である。

第１図は本実施例を表す図である。スリーブ11はアル
ミ製での直径は32mm、第１図においてスリーブと検出部
20との距離は4mm、検出部20の現像剤移動方向の大きさ
は10mmでその中点とスリーブ11の中心をつなぐ線に対し
垂直になっている。また、13は現像剤コート量規制板で
スリーブ11との隙間は800μｍである。

スリーブの内部には磁界発生手段として、マグネツト
ローラー12がある。本実施例に用いられたマグネツトロ
ーラーは５極から構成されており、現像領域で現像剤磁
気ブラシを形成する現像極であるS1極は1000G、以降反
時計周りにN1極＝450G、S2極＝800G、N2極＝550G、N3極
＝700Gの磁力である。N2極,N3極は同極で、容器10内に
対向しており、反撥磁界を形成している。

現像剤16としては、ポリエステル系のネガトナー粒子
とフエライトキヤリア粒子を重量比5:95で混ぜ合わせ攪
拌したものを用いた。

トナー粒子としては、10μｍ以下の体積平均粒径を有
するものを使用した。体積平均粒径の測定は、コールタ
ーカウンターTA−IIを用い、個数平均分布、体積平均分
布を出力するインターフエイス（日科機製）及びCX−Ｉ
パーソナルコンピユータ（キヤノン製）を接続し電解液
は１級塩化ナトリウムを用いて１％NaCl水溶液を調整す
る。

測定方法としては前記電解水溶液100〜150ml中に分散
剤として界面活性材、好ましくはアルキルベンゼンスル
ホン酸塩を0.1〜5ml加え、更に測定資料を0.5〜50ml加
える。資料を懸濁した電解液は超音波分散機で約１〜３
分間分散処理を行い、前記コールターカウンターによ
り、100μｍのアパーチヤーを使用した２〜40μｍの粒
子の粒度分布を求める。これから求めた体積平均分布よ
り、体積平均粒径を得る。

キヤリア粒子としては、重量平均粒径が30〜80μｍ、
好ましくは40〜70μｍで、抵抗値が10⁷Ωcm以上、好ま
しくは10⁸Ωcm以上のフエライト粒子（最大磁化60emu/
g）へ樹脂コーテイングしたものを使用した。なお、磁
性粒子の抵抗値の測定には、測定電極面積4cm²、電極間
隔0.4cmのサンドイツチタイプのセルを用い、片方の電
極に1Kg重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（V/c
m）を印加して、回路に流れた電流から磁性粒子の抵抗
値を得るという方法をとっている。

現像剤汲み上げ部34から汲み上げられた現像剤は、現
像部までは従来例と同じ搬送をされたが、現像部を過ぎ
反発極に達すると速やかに現像剤回収部35からスクリユ
ウ下部に取り込まれた。その際にスリーブ上では常に新
しい現像剤を汲み上げ、劣化した現像剤がスリーブに担
持されたまま汲み上げ部34に搬送されてくることはなか
った。この劣化剤は搬送スクリユウ14₁によって搬送さ
れ、容器後ろ側の攪拌部36で補給トナーと混ぜられた。

即ち、現像領域31を通過して容器10内に戻って来た現
像剤は、N3極の若干下流側の位置で反撥磁界の作用でス
リーブ11からほとんど全て除去され、スクリユウ14₁に
落下する。この落下した現像剤はスクリユウ14₁によっ
て図面上奥に向って搬送され、その際濃度低下のない現
像剤と攪拌混合され、トナー濃度を十分回復した状態
で、スクリユウ14₁から、磁極N2の若干上流側に於いて
磁極N2の磁力によりスリーブ11に汲み上げられる。

スクリユウ14₁とスクリユウ14₁による現像剤搬送方向
とは逆方向、即ち図面上手前に搬送するスクリユウ14₂
との間には隔壁８があるが、図面上奥側にはスクリユウ
14₁からスクリユウ14₂側へ現像剤が移動する通路があ
り、この通路を通って室36に入った現像剤にはトナー15
がローラ９により補給され、スクリユウ14₂によって攪
拌されつつ手前に搬送される。そして図面上手前にはス
クリユウ14₂からスクリユウ14₁側へ現像剤が移動する通
路があり、かくして現像剤は循環運動する。

本実施例の現像装置を使用し、実際の画像を出力して
みたところ、画像濃度のことなるサンプルの現像を行っ
ても、常に画像濃度の再現性が確保され、安定した現像
を行うことが出来た。

上記実施例においては、磁界発生手段として５極を有
した現像スリーブについて記したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、反発磁界を用いた構成の現像ス
リーブすべてに適用できるものである。第３図に７極の
例をあげる。

本発明は特にカラートナーを使った現像装置について
有効であるのでその実施例を述べる。カラートナーとし
ては定着に於いてカラー発色を良好にする為のシヤープ
メルト性を考慮するとトナー結着樹脂としてポリエステ
ル樹脂を使用するのが特に好ましい。シヤープメルト性
ポリエステル樹脂はジオール化合物とジカルボン酸とか
ら合成される分子の主鎖にエステル結合を有する高分子
である。

ポリエステル系樹脂は負帯電能が強く帯電が過大にな
りやすいのでその制御のために、また高画質高精細カラ
ー現像のためのシヤープメルト性小粒径トナーを使用す
る場合ではトナー同士の付着力が強くなり、凝集体が生
じやすくなるので流動性を上げるために、低帯電性無機
酸化物微粒子（例えば、酸化アルミ、酸化チタン、酸化
スズ等）の添加（外添）が必要である。添加剤を添加さ
れた小粒径のシヤープメルト性小粒径トナーは結果とし
て流動性の良いよく飛散するトナーであるのでこれを現
像剤として扱うためには、トナー濃度を低く保つ必要が
ある。

本実施例では、体積平均粒径10μｍ以下のシヤープメ
ルト性ポリエステルトナー粒子と重量平均粒径30μｍ〜
80μｍのフエライト製磁性粒子（キヤリア）をキヤリア
重量に対するトナー重量が重量パーセントで４〜12％の
現像剤（上記外添剤添加）を使用したが、８％より大の
トナー濃度の現像剤はスリーブの回転力でトナーが遊離
飛散してしまった。また８％以下の現像剤では特に本発
明による効果が大きく、本発明を入れない例では動作直
後から正確なトナー濃度検知が行われなくなり、更に飛
散を助長してしまった。

第４図を参照すると、本発明の適用できる画像形成装
置の一実施例としてのフルカラー電子写真複写機の全体
的な概略構成が示されており、この第４図を参照する
と、複写機の概略中央部には、表面に電子写真感光層を
有した像担持体としての感光ドラム１が配設され、矢印
ｘ方向（反時計方向）に回転駆動される。

この感光ドラム１の略真上位置には一次帯電器Ａが配
設され、感光ドラム１の左側には回転式現像装置Ｂが配
設され、感光ドラム１の略真下位置には転写装置（転写
ドラム）５が配設され、そして感光ドラム１の右側には
クリーニング装置Ｃが配設されている。

また、電子写真複写機の上方部には、光学系Ｄが配設
され、この光学系Ｄは、ガラス板等の透明プラテン７上
の原稿Ｏの画像を、前記一次帯電器Ａと回転式現像装置
Ｂとの間に位置した露光部３にて感光ドラム１上に投影
（スリツト露光）するように構成される。このような光
学系Ｄは、任意の光学系を利用し得るが、本実施例で
は、第１走査ミラー111、この第１走査ミラー111に対し
て半分の速度で同方向に移動する第２及び第３走査ミラ
ーＥ及び113、結像レンズＦ、第４固定ミラー15を備え
ている。かかる光学系Ｄは、周知のスリツト露光方式の
光学系であるから、ここでは詳細な説明を省略する。

原稿照明光源Ｇは、第１走査ミラー111と共に運動す
るように構成し、また、色分解フイルタ17は、第４固定
ミラー15と露光部３との間に配置される。

第１・第２・第３走査ミラー111・Ｅ・113によって走
査された原稿Ｏの反射光像は、レンズＦを通過後、第４
固定ミラー15を経て色分解フイルタ17により色分解さ
れ、露光部３にて感光ドラム１上に結像される。

また、フルカラー電子写真複写機内の右側には、定着
装置Ｉ及び給紙装置Ｊが配置され、また、前記転写装置
５と前記定着装置Ｉ及び給紙装置Ｊとの間には、それぞ
れ、転写材搬送系25が配設されている。

上記構成にて、感光ドラム１は、色分解フイルタ17に
よって、色分解された色毎に帯電、露光、現像、転写及
びクリーニング工程等の一連の画像形成プロセスが、一
次帯電器Ａ、光学系Ｄ、回転式現像装置Ｂ、転写装置５
及びクリーニング装置Ｃによって施される。

ここで、上記した回転式現像装置Ｂは、回転支持体30
0と、この回転支持体300に略90゜の角度間隔で、それぞ
れ、着脱自在に保持させた前述現像器とを具備し（本実
施例の場合には、イエロー現像器ユニット101Y、マゼン
タ現像器ユニツト101M、シアン現像器ユニツト101C及び
ブラツク現像器ユニツト101Bkの４個の現像器ユニツト
が具備されている）、色分解されて感光ドラム１面に形
成された各色の潜像を、それぞれ対応する現像器ユニツ
トの現像剤によって顕像化する。すなわち、回転支持体
300の略90゜ずつの回転角制御により、所要の現像器ユ
ニットの現像ローラが感光ドラム１と対向する所定の現
像位置に位置移動して、この現像器ユニツトによる現像
が実行される。現像時、現像スリーブには交流、或いは
直流電圧を重畳した交流等、サイン波、矩形波等の振動
電圧が現像バイアス電圧として現像スリーブに印加さ
れ、感光ドラムにトナーを繰り返し付着、離脱させる工
程を経て潜像を現像している。なお、第４図は、感光ド
ラム１に対してブラツク現像器ユニツト101Bが感光ドラ
ム１に対向位置している状態を示しているものである。

このようにして現像された顕画像は、転写装置５に
て、給紙装置Ｊから供給される転写材Ｐに転写される。
すなわち、転写装置５は、典型的には、その周面に転写
材Ｐ、すなわち転写紙を把持するためのグリツパ5aを有
した転写ドラム5bを備えており、この転写装置５は、給
送装置Ｊの転写材カセツト31または32から転写材搬送系
35を経て給紙された転写材Ｐの先端をグリツパ5aで把持
し、感光ドラム１上の各色毎の顕画像を転写するべく回
転移送せしめる。なお、転写域には、転写帯電器5cが転
写ドラム５の内部に配置されている。

かくして、各色の顕画像、すなわち現像剤によるトナ
ー画像が順次転写された転写材Ｐは、グリツパ5aから解
放され、分離爪８にて転写ドラム5bから剥離される。次
いで、転写ドラム5bから剥離された転写材Ｐは、転写材
搬送系25によって加熱定着装置Ｉへと送られ、この定着
装置Ｊによって転写材Ｐ上のトナー画像は転写材Ｐ上に
加熱溶融定着され、その後、転写材Ｐは、トナーＫ上へ
と放出される。

〔効果〕

本発明によれば、現像剤のトナー濃度を目標値により
近いトナー濃度に維持できるので、安定した画像濃度を
維持でき、また小粒径トナーを使用した場合もトナー飛
散を防止できるようにトナー濃度維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における実施例１の現像装置を示す図で
ある。第２図は本発明における実施例２の現像装置を示す図で
ある。第３図は従来例における現像装置を示す図である。第４図は本発明が適用できるカラー複写機の説明図であ
る。 11はスリーブ、12はマグネツト、20はトナー濃度検知素
子である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に磁石を有し、トナーと磁性キャリア
を有する二成分現像剤を担持搬送して現像を行なう現像
剤担持部材と、この現像剤担持部材に対向して設けられ
トナー濃度を検知するトナー濃度検出素子と、を有する
現像装置において、前記磁石は現像領域をすぎた現像剤を新しい現像剤と入
れかえるために下方に落下させる反撥磁界を形成する隣
り合った同極性の磁極を有し、トナー濃度検出素子は入
れかえられた新しい現像剤のトナー濃度を検出すること
を特徴とする現像装置。
【請求項２】前記現像剤担持部材の下方に設けられ現像
剤担持部材から落下した現像剤を搬送するスクリューを
有することを特徴とする請求項（１）に記載の現像装
置。
【請求項３】トナー粒子の体積平均粒径は10μｍ以下で
ある請求項（１）又は（２）に記載の現像装置。