JP2938243B2

JP2938243B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2938243B2
Application number: JP3258621A
Authority: JP
Inventors: 聖司野内; 浩伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JPH0572905A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は現像位置の上流側及び下
流側に形成した現像剤溜まりにより像形成層を摺擦しな
がら帯電を行う画像形成装置に係り、特に露光とほぼ同
時に現像を行うために前記現像剤溜まりの摺擦を利用し
て現像位置の直前位置で像形成体の帯電を行う画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より透光性支持体上に透光性導電層
と光導電体層を積層してなる感光体ドラムの内周側に、
画像情報に対応した光出力を生成する露光手段を配し、
該露光手段の光出力を集束化して前記光導電体層に潜像
を結像すると同時若しくはその直後に前記感光体ドラム
と対面配置させた現像手段を介して前記潜像をトナー像
化した後、該トナー像を転写ローラその他の転写手段を
介して普通紙に転写可能に構成した画像形成装置は公知
である。（特開昭58ー153957号他）

【０００３】この種の画像形成装置においては、構成の
一層の簡単化とオゾン発生等の防止、更には地かぶりの
防止を図る為に、独立した帯電器を設けずに前記感光体
ドラムと対峙して配置された現像スリーブ上に導電性磁
性トナーを担持させるとともに、スリーブに内包した固
定磁極その他の磁気力を利用していわゆる磁気ブラシ状
のトナー摺擦域を現像位置直前位置に設け、該摺擦域に
より感光体ドラム表面を摺擦しながら現像スリーブ側に
印加した現像バイアスを利用して前記摺擦域を介して前
記ドラムの光導電層に電荷を注入して帯電を行なった
後、該帯電の直後に該ドラムに内包された露光ヘッドを
利用して潜像を結像すると共にトナーにより現像を行な
い、所定の画像形成を行なうように構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】さて前記構成の装置に
あっては前記トナー溜まりによるドラム摺擦域は、画像
電子学会第１６巻第５号の鉄谷氏の論文によれば記録速
度が2.5cm/sec の場合に10mm幅前後の接触域を必要とす
るが、前記スリーブに内包した固定磁石集成体の磁気力
により形成されるトナー穂の高さが微小であり、この為
前記接触域を確保するには感光体ドラムと現像スリーブ
を大径にするか、前記スリーブを平面状に形成して、現
像位置の上流側に形成される楔状空間を極めて狭小に設
定しなければ、感光体ドラムに円滑に帯電可能な現像剤
溜まりを形成する事が極めて困難であった。

【０００５】一方、小型化の要請を満足するには前記感
光体ドラムと現像スリーブの直径をより小径化する事が
有効であるが、この様に構成すると前記楔状空間の形成
角度が広がってしまい、前記接触域を確保し得る現像剤
溜まりを形成させることが出来ず、結果として前記構成
を取る装置にあっては、前記両部材の小径化ひいては装
置の小型化を達成するのに大きな制約を受ける。

【０００６】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、前
記感光体ドラムと現像スリーブの小径化ひいては装置の
小型化を達成した場合でも容易に感光体ドラムに円滑に
帯電可能な接触領域を確保し得る画像形成装置を提供す
ることを目的とする。又、本発明の他の目的は前記帯電
と共に、現像も確実に行なう事が出来、これにより高品
質のトナー像の形成が可能な画像形成装置を提供する事
である。

【０００７】

【課題を解決する為の技術手段】本発明はかかる技術的
課題を達成する為に、該像形成体と現像剤担持体間に現
像剤溜まりを形成するとともに、前記像形成体と前記現
像剤担持体とに挟まれる間隔部位の最近接位置から前記
像形成体の移動方向下流側に僅かにずらして前記像形成
体側に露光手段を配置し、前記現像剤溜まりにより前記
像形成体表面を摺擦させながら帯電を行った後、露光と
ほぼ同時に現像を行なう画像形成装置において、前記現
像剤担持体の内部に現像剤担持体用固定磁石を配置する
ことにより、前記露光手段の上流側及び下流側に、夫々
磁界を形成して、複数の前記現像剤溜まりを設け、該複
数の前記現像剤溜まり間においては、前記像形成体と前
記現像剤担持体とは互いに逆方向に移動し、前記現像剤
を用いて、前記像形成体の帯電及び現像を行う事を特徴
とする。

【０００８】そして、前記像形成体と前記現像剤担持体
とに挟まれる間隔部位の最近接位置から前記像形成体の
移動方向下流側に僅かにずらして前記像形成体側に露光
手段を配置し、前記現像剤担持体の内部に現像剤担持体
用固定磁石を配置することにより、前記露光手段の上流
側及び下流側に夫々磁界を形成して、複数の前記現像剤
溜まりを設ける事により幅広な摺擦域が形成し得る。

【０００９】そしてこの場合前記現像剤担持体として機
能する現像スリーブに内包する現像剤担持体用固定磁石
（磁石集成体）を配置することにより、すなわち、前記
磁石集成体の磁極位置を設定する事により複数の現像剤
溜まりを形成する事も可能であるが、狭幅位置に複数の
磁極位置を配する事は実際上困難である。そこで本発明
は、望ましくは、前記現像剤を磁性現像剤で形成すると
共に、前記像形成体の移動方向上流側の前記像形成体の
内部に像形成体用固定磁石を配し、前記現像剤担持体用
固定磁石及び前記像形成体用固定磁石の２つの磁極を利
用して前記複数の現像剤溜まりを形成する事によりより
幅広な摺擦域が形成し得る。つまり、前記現像剤溜まり
形成手段を分離し、一の現像剤溜まりは前記磁石集成体
により、又他の現像剤溜まりは前記像形成体（感光体ド
ラム）の内周面側に配した磁石体（前記像形成体用固定
磁石）と前記磁石集成体とを用いて、形成する事によ
り、狭幅位置に複数の現像剤溜まりを形成することが容
易になる。又前記２つの磁極は現像スリーブと感光体ド
ラム間の間隔部位に細線状の磁性材を配設してもよい。

【００１０】一方前記摺擦域を長くする事は帯電工程に
は好ましい事であるが、特に前記現像剤に導電性トナー
を用いた場合には露光後に再び現像剤により感光体が摺
擦される領域が長くなると再帯電の結果、感光体上のト
ナーが回収されることによる画像濃度の低下やトナーの
衝突による解像度の低下等が発生しやすい。この様な場
合は、本発明のように、前記摺擦域上における露光位置
を前記間隔部位の最近接位置から像形成体の移動方向下
流側に僅かにずらして形成する事により、帯電域を一層
長く取りつつ、露光後の摺擦域を短くする事により対処
する事が出来る。

【００１１】又前記現像剤に導電性トナーを用いずに、
絶縁性トナーを用いる事により、前記露光後の摺擦域が
長くなっても地かぶりが生じる事なく、却って現像を確
実に行なう事が出来、好ましい。

【００１２】しかしながら高抵抗若しくは絶縁性トナー
を用いると現像バイアスから電荷注入という帯電工程が
取れず、摩擦帯電のみになってしまい、円滑な帯電が困
難になってしまう。この場合は、請求項３に記載するよ
うに、前記現像剤に導電性キャリアとの組合せからなる
２成分現像剤を用いる事により円滑な帯電を容易に行な
う事が出来る。又好ましい実施例によれば前記導電性キ
ャリアを、図３に示すようにバインダ樹脂中に磁性体１
５を分散した熱溶融性の粒子１３の表面に導電性微粒子
１７を固着して形成し、そして該キャリアの直径をトナ
ー直径の１〜５倍に設定する事により該キャリアとトナ
ーのいずれもが前記磁界による溜まりを形成出来、好ま
しい。

【００１３】更に像形成体と現像剤担持体を逆方向に移
動可能に構成する事により両部材間の摺擦速度が大にな
り、帯電を行なう上で好ましい。い。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１
は本発明を示す基本構成図である。１は感光体ドラムで
あるが、本発明を模式的に理解させるために、平板状に
形成している。そして本実施例においてはドラム状の透
光性支持体１ａ上に透光性導電層１ｂと光導電体層１ｃ
を積層して形成するとともに、前記透光性導電層１ｂと
後記する現像スリーブ２０間に現像バイアスを印加させ
るとともに、不図示の駆動モ−タにより右回り方向（図
面では右方向）に回転可能に構成している。次に前記感
光体ドラムについて詳細に説明する。透光性支持体１ａ
は、ガラス、石英、サファイア等の透明な無機材料や、
弗素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチ
レン、ポリエチレンテレフタレート、ビニロン、エポキ
シ、マイラー等の透明な樹脂等があり、ドラム状に形成
する。透光性導電層１ｂは、ＩＴＯ（インジウム・スズ
・酸化物）、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅等の透
明導電性材料を用いたり、ＡＩ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属を
半透明になる程度に薄く形成してもよい。光導電体層１
ｃはａ−Ｓｉ：Ｈからなる光導電体を用い、そして現像
バイアスが正の場合には電子の移動度を高める為、ノン
ドープ又はＶａ族元素を含有させ、又現像バイアスが負
の場合には正孔の移動度を高めるため、IIIａ族元素を
含有させるのが好ましい。又必要に応じて暗導電率や光
導電率等の電気的特性、光学的バンドギャップ等につい
て所望の特性を得るために、Ｃ，Ｏ，Ｎ等の元素を含有
させても良い。又前記光導電体層１ｃは、背面側より光
キャリア発生の機能を高めた光励起層領域、キャリア輸
送の機能を持たせた層領域との２層により形成する事に
より光感度と耐電圧を高めることが出来る。

【００１５】一方前記ドラム１を挟んで現像スリーブ２
０と対面するドラム１背面側に露光ヘッド３が固定配置
されている。露光ヘッド３は、画像情報に対応した光出
力を生成するＬＥＤ若しくはＥＬヘッドアレイ３１と集
束性レンズ３２（商品名：セルフォックレンズ）で形成
し、該レンズ３２の結像位置を感光体ドラム１と現像ス
リーブ２０の軸心を結ぶ垂直線上ＨーＨ’より僅かにド
ラム１移動方向下流側（図１上右側）に偏向させて配置
し、そして前記ドラム１内の光導電体層１ｃに結像する
ように構成している。

【００１６】一方前記垂直線の僅かに上流側に位置する
ドラム背面側には、ドラム軸線方向に延設させた帯状磁
石体１０が形成されており、該磁石体１０の磁界により
露光位置のドラム移動方向上流側で、現像剤溜まりＡ２
が形成される。また、現像剤溜まりＡ１はドラムと現像
剤の移動方向を逆にすることにより容易に形成される
し、又固定磁石集成体２１の磁極位置によって形成して
もよい。

【００１７】又前記現像スリーブ２０に内包される固定
磁石集成体２１は磁極を８極とし、該磁極の内１のＳ極
２１ａの位置を前記垂直線より僅かに下流側に設定す
る。尚、前記下流側に配置された磁極をＳ極とした理由
は、隣接する磁極Ｎ極２１ｂを前記対面する帯状磁石体
１０の磁極Ｓと逆極性の磁極が来るように設定する必要
があるからである。又、現像スリーブ２０は感光体ドラ
ム１と同じ方向の右回り方向に回転可能に構成してい
る。これにより、現像剤は図１上右から左へ移動し、現
像剤とドラム１の移動方向を逆方向に設定している。

【００１８】次に現像剤の組成について説明する。図３
は本実施例の現像剤に用いるキャリアの実施例を示す模
式図であり、磁性体１５がバインダー樹脂中に均一に分
散されてなるキャリア母粒子１３の表面に導電性微粒子
１７が固定されてキャリア１１が構成されている。

【００１９】キャリア１１は、体積固有抵抗が１０⁴Ω
・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０
²〜１０⁴Ω・ｃｍである。キャリア１１の導電性は、主
として導電性微粒子１７によって付与される。なお、キ
ャリア１１の体積固有抵抗は、底部に電極を有する内径
２０ｍｍのテフロン製筒体にキャリア１１を１．５ｇ入
れ、外径２０ｍｍφの電極を挿入し、上部から１ｋｇの
荷重を掛けて測定した時の値である。

【００２０】キャリア１１の磁力は、ある程度以上に大
きいことが必要であり、好ましくは５ｋＯｅ（エールス
テッド）の磁場での最大磁化が５５ｅｍｕ／ｇ以上、よ
り好ましくは５５〜８０ｅｍｕ／ｇである。キャリア１
１の磁力が余り小さくなると、現像剤の搬送性が劣化
し、また、キャリア１１がトナーとともに現像される。
キャリア１１の平均粒度は、トナーの１〜５倍に設定す
るのがよく、例えばトナーが５〜１０μｍの平均粒径の
場合、１０〜５０μｍが好適であり、より好ましくは１
５〜２５μｍに設定するのがよい。キャリア１１が余り
大きくなると感光体を均一に帯電させる事が困難となる
のみならず、画像形成上支障が出、更にトナー濃度Ｔ／
Ｃを大きくすることができなくなる。一方、余り小さす
ぎると、現像スリーブ上の現像剤の搬送性が悪くなり、
また、一定の電位を付与するのが困難となる。

【００２１】また、磁性体としては、マグネタイト（Ｆ
ｅ₃Ｏ₄）、フェライト（Ｆｅ₂Ｏ₃）などが用いられ、特
にマグネタイトが好ましいが、これに限定されるもので
はない。導電性微粒子１７としては、カーボンブラッ
ク、酸化スズ、導電性酸化チタン（酸化チタンに導電性
材料をコーティングしたもの）、炭化ケイ素などが用い
られ、空気中の酸素による酸化によって導電性を失なわ
ないものが望ましい。キャリア母粒子１３に用いられる
バインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表さ
れるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹
脂、ポリオレフィン系樹脂等のトナーと同様に定着器に
より熱溶融されるものを用い、これらはトナーと同様に
黒色に着色した樹脂を用いるのがよい。

【００２２】キャリア母粒子１３の表面への導電性微粒
子１７の固着は、例えば、キャリア母粒子１３と導電性
微粒子１７とを均一混合し、キャリア母粒子１３の表面
に導電性微粒子１７を付着させた後、機械的・熱的な衝
撃力を与え導電性微粒子１７をキャリア母粒子１３中に
打ち込むようにして固定することにより行なわれる。導
電性微粒子１７は、キャリア母粒子１３中に完全に埋設
されるのではなく、その一部をキャリア母粒子１３から
突き出すようにして固定される。

【００２３】このようにキャリア１１の表面に導電性微
粒子１７を固定することにより、効率的にキャリア１１
に高い導電性を付与できる。また、キャリア母粒子１３
中には導電性微粒子１７を配合する必要がないので、そ
れだけ多くの磁性体１５をキャリア母粒子１３中に配合
でき、キャリア１１の磁力を大きくすることができる。

【００２４】上記のキャリアとトナーとを混合して、現
像剤とする。トナーとしては通常の平均粒径５〜２０μ
ｍの絶縁性トナーが用いられ、好ましくは体積固有抵抗
が１０¹⁴Ω・ｃｍ以上のものであり、より好ましくは１
０¹⁶Ω・ｃｍ以上である。この値は、キャリアの場合と
同様に測定される。トナーの組成は、バインダー樹脂、
着色剤、電荷制御剤、オフセット防止剤などを配合する
とともに、磁性体を添加して磁性トナーとする。

【００２５】かかる実施例によれば、前記感光体ドラム
１と現像スリーブ２０を互いに逆回転させながら、２成
分現像剤をスリーブ２０に内包した固定磁極集成体２１
の磁気力を利用してドラム１／スリーブ２０間の対峙位
置に搬送され、そして該対峙位置に運ばれてきた２成分
現像剤は先ず固定磁石集成体の磁極Ｓにより第１の現像
剤溜まりＡ１を、又垂直線を挟んでドラム移動方向上流
側には第２の現像剤溜まりＡ２が形成され、結果として
現像剤摺擦域Ｂ，Ｃを大幅に拡大する事が出来る。この
場合前記キャリア１１内にはトナーと同様に磁性粉が内
蔵されている為に該摺擦域に円滑に保持される。

【００２６】又、前記露光ヘッド３の露光位置は前記垂
直線より第１の現像剤溜まりＡ１側に設定されてあるた
めに、必然的に帯電摺擦域Ｂを長く取る事が出来る。そ
して該摺擦域Ｂでは現像スリーブ２０側に印加した前記
現像バイアスを利用して摺擦域Ｂに混合されている前記
キャリア１１を介して前記ドラム１の光導電体層１ｃに
電荷を注入して帯電を行なった後、該帯電の直後に該ド
ラム１に内包された露光ヘッド３を利用して露光像を結
像すると共に該露光部にトナーを付着させて現像を行な
う。

【００２７】又前記トナーは絶縁性トナーであるため
に、一旦トナーが感光体ドラムの露光された部分に付着
した後は導電性トナーのようなドラム側からの逆極性電
荷の注入の恐れがなく、この結果前記露光位置下流側の
現像域Ｃをある程度大きく取った場合にも現像の確実さ
を図る事が出来る。

【００２８】そして、キャリア母粒子１３の表面への導
電性微粒子１７が前記摺擦により剥離して抵抗値が上昇
しスリーブ２０に吸着される磁力を上回る現像力が生じ
ると、前記キャリア１１はトナーと共に感光体ドラム１
側に付着現像し、消費される。従って前記摺擦域Ｂ，Ｃ
には常に疲労のない新しいキャリアが補給されて好まし
い。

【００２９】次に前記基本構成図に基づいて構成された
本発明の実施例にかかる画像形成装置の構成を図２に示
す。感光体ドラム１と、該ドラム１内に内挿された露光
ヘッド３及び帯状磁石体１０は前記した通りの構成を示
す。２は現像器で、トナー収容部２２とキャリアとトナ
ーが収容された容器本体２３からなり、該容器本体２３
の感光体ドラム１と対面する側に、固定磁石集成体２１
を内包する現像スリーブ２０を配設するとともに、該ス
リーブ２０を感光体ドラム１と対峙する位置で反対方向
に移動する右回り方向に回転可能に構成している。

【００３０】トナー収容部２２と容器本体２３間は仕切
壁２４により分離され、該仕切壁２４中央に設けたスリ
ット開口に補給ローラ２５を配し、センサ２６よりの信
号に基づいて容器本体２３内のキャリア／トナー配合比
（トナー濃度）が低下する毎に前記補給ローラ２５が回
転し、常に適正濃度比に維持されるよう構成されてい
る。又容器本体２３内には磁石ロール等からなる一対の
ミキサ２７が配設され、容器本体２３内のキャリア／ト
ナー配合比を均一濃度に維持させる。

【００３１】又現像スリーブ２０下面側の容器２３入口
端にはドクターブレード２８が取付けられており、現像
位置に導く現像剤を薄膜に規制可能に構成されている。
又、図中４は転写ローラ、５はレジストローラ、６は紙
検知センサである。転写ローラ４は転写効率を上げるた
めに導電性ローラを用い、前記トナーの帯電電位と逆極
性の転写バイアスを印加させるとともに、前記感光体ド
ラム１周面に均一に圧接し、該ドラム１と同期して回転
可能に構成する。尚、前記転写ローラ４は、その材質に
ついては転写対象となるトナーが絶縁性トナーであるた
めに特に導電性とする必要はない。

【００３２】かかる実施例によれば本発明の画像形成動
作が円滑に達成し得ると共に、前記キャリアの消費によ
り現像容器側より常にキャリアが供給されるが、ある程
度のキャリア消費がなされた場合は、不図示の補給信号
に基づいて画像形成動作を中断して前記トナー容器２２
を取外して現像容器２３内にキャリアの補給を行なうよ
う構成するのがよい。

【００３３】

【効果】以上記載した如く本発明によれば、像形成体と
現像剤担持体の小径化ひいては装置の小型化を達成した
場合でも容易に像形成体に円滑に帯電可能な接触領域を
確保し得る。又、本発明によれば前記帯電と共に、現像
も確実に行なう事が出来、これにより高品質のトナー像
の形成が可能となる。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成図を示す。

【図２】本発明の実施例に係る画像形成装置の断面構
成を示す。

【図３】現像剤を構成する導電性キャリアの組成図。

【符号の説明】

１感光体ドラム２現像器３露光ヘッド１０帯状磁石体１１キャリア２１固定磁石集成体Ａ１、Ａ２現像剤溜まり

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０３Ｇ 15/00 １１５ (56)参考文献特開昭50−136037（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−101570（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−280772（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−142383（ＪＰ，Ａ) 特開平１−292365（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−102256（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−153957（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−231374（ＪＰ，Ａ) 特開平４−242264（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−80468（ＪＰ，Ｕ) 実公昭40−25503（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/08 - 15/095 G03G 15/05

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】像形成体と現像剤担持体間に現像剤溜ま
りを形成するとともに、前記像形成体と前記現像剤担持
体とに挟まれる間隔部位の最近接位置から前記像形成体
の移動方向下流側に僅かにずらして前記像形成体側に露
光手段を配置し、前記現像剤溜まりにより前記像形成体
表面を摺擦させながら帯電を行った後、露光とほぼ同時
に現像を行なう画像形成装置において、前記現像剤担持体の内部に現像剤担持体用固定磁石を配
置することにより、前記露光手段の上流側及び下流側
に、夫々磁界を形成して、複数の前記現像剤溜まりを設
け、該複数の前記現像剤溜まり間においては、前記像形成体
と前記現像剤担持体とは互いに逆方向に移動し、前記現
像剤を用いて、前記像形成体の帯電及び現像を行う事を
特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記現像剤を磁性現像剤とすると共に、
前記像形成体の移動方向上流側の前記像形成体の内部に
像形成体用固定磁石を配し、前記現像剤担持体用固定磁
石及び前記像形成体用固定磁石の２つの磁極を利用して
前記複数の現像剤溜まりを形成した事を特徴とする請求
項１記載の画像形成装置。
【請求項３】前記現像剤が、導電性キャリアと高抵抗
若しくは絶縁性トナーからなる２成分現像剤で構成する
とともに、前記導電性キャリアを、バインダ樹脂中に磁
性体を分散した熱溶融性の粒子の表面に多数の導電性微
粒子を固着して形成し、該キャリアの直径を前記トナー
直径より大に設定する事を特徴とする請求項１、または
２記載の画像形成装置。