JP3017514B2 - 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、潜像担持体表面に沿って上下位置関係を以
って配置された上側現像スリーブ及び下側現像スリーブ
と、各現像スリーブの内部に、その円周方向に沿って固
定配置された磁石とを有し、前記上側現像スリーブと下
側現像スリーブを同方向に回転駆動し、下側現像スリー
ブに供給された２成分系現像剤を、前記各磁石の磁力と
各現像スリーブの回転とによって、下側現像スリーブか
ら上側現像スリーブに移行させ、上側現像スリーブと潜
像担持体との間の現像領域を通過させた後、再び下側現
像スリーブに移行させて下側現像スリーブと潜像担持体
との間の現像領域を通過させ、各現像領域を通過する現
像剤中のトナーによって、潜像担持体に形成された静電
潜像を可視像化する現像装置に関する。

（従来の技術） 電子複写機、プリンタ或いはファクシミリ等の画像形
成装置において、トナーとキャリアを有する粉体状の２
成分系現像剤を用いた上記形式の現像装置を採用するこ
とは従来より公知である。

１本だけの現像スリーブを用いる現像装置も周知であ
るが、この装置の場合には、現像領域へ所定量の現像剤
を搬送し、所定濃度の可視像が得られるように、現像ス
リーブの線速を潜像担持体の線速よりも例えば３倍ない
しはそれ以上の大きな値に設定する必要がある。ところ
がこのように線速比を設定すると、潜像担持体に形成さ
れた可視像の後端又は前端にベタクロス白抜けと称せら
れている画像の欠けた部分ができてしまう。

これに対し、冒頭に記載した現像装置のように、現像
スリーブを２本用いると、潜像担持体に対する各現像ス
リーブの線速を下げても、上側と下側の現像領域におい
て現像動作行なわれるので、所定濃度の可視像を得るこ
とが可能となり、これに伴ってベタクロス白抜け現像の
発生を抑えることが可能となる。

ところが、２本の現像スリーブを用いると、下側現像
スリーブに供給された現像剤の一部が、上側現像スリー
ブに移行せず、両現像スリーブ間のギャップを通って直
接下側現像スリーブと潜像担持体の間の現像領域へ搬送
されてしまう、所謂つれ回り現象が発生する。これによ
って、上下の現像スリーブの現像剤担持量に差ができ、
これが可視像の画質に微妙な影響を与え、狙った濃度の
可視像が得られなくなったり、潜像担持体に対する負荷
の変動が生じ、該担持体の速度にむらが発生して可視像
に縞状の画像濃度むらができる虞れがある。

そこで、下側現像スリーブに供給された現像剤を、つ
れ回り現象の発生を防止しつつ、安定状態で上側現像ス
リーブへ移行させ、再び上側現像スリーブから下側現像
スリーブへ移行させ、現像剤をスムースに還流させて高
品質な可視像を形成し得る現像装置として、次のものが
提案されている。

すなわち、上側現像スリーブと下側現像スリーブとの
最接近領域近傍の上側現像スリーブの内部に、該スリー
ブの円周方向に沿って配設された２個の磁石の、該現像
スリーブの内周面を向いた方の磁極が互いに異極性に設
定され、前記最接近領域近傍の下側現像スリーブの内部
に設けられた１個の磁石の、該スリーブの内周面を向い
た方の磁極が、上側現像スリーブ内の前記２個の磁石の
うちの潜像担持体に近い方の磁石の、上側現像スリーブ
内周面を向いた方の磁極に対して異極性となるように設
定され、前記３個の磁石が形成する磁界がループ状をな
している現像装置である。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来技術の如く、ループ状の磁界を形成すること
は、上側、下側の両現像スリーブ間を遮蔽する如きカー
テン状の磁界の形成を意味し、原理的にはつれ回り現象
を回避することが可能である。

しかし、この場合でも、各現像スリーブ間の磁石相互
間の強度に一定のバランスがとれていないとつれ回りを
生じることが判った。

例えば、上側現像スリーブ上に現像剤が一部つれ回る
と、この上側現像スリーブの現像剤が下側現像スリーブ
に受け渡されなくなり、下側現像スリーブへの充分な現
像剤の搬送がなされなくなる。すると、磁気ブラシの穂
の高さが低くなって当該現像装置の現像容器と下側現像
スリーブとの間の隙間が連通状態となり、いわば、現像
剤によるパッキン機能が低下し、現像剤を構成するトナ
ーが外部へ飛散するという問題を生じる。

これは、現像剤の撹拌ローラや撹拌羽根、スクリュー
等の回転及びトナー補給ローラからの新たな現像剤の補
給によりケーシング内圧が高められているので一層顕著
である。

従って、画像濃度への影響と、トナー飛散という２つ
の問題がある。

本発明は、現像スリーブ上での現像剤のつれ回りに伴
う新しいトナーの補給不足、さらに濃度不足による異常
画像の発生や、トナー飛散を解消し得る現像装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために本発明の現像装置において
は、潜像担持体表面に沿って上下位置関係を以って配置
された上側現像スリーブ及び下側現像スリーブを有し、
前記上側現像スリーブと下側現像スリーブとの最接近領
域近傍の上側現像スリーブの内部に、該上側現像スリー
ブの円周方向に沿って配置された２個の磁石と、前記最
接近距離近傍の下側現像スリーブの内部に設けられた１
個の磁石とで両現像スリーブ間を遮断する磁界を形成す
る現像装置であって、前記上側現像スリーブの内部に配
設された２個の磁石の中、前記潜像担持体に近い方の磁
石による前記上側現像スリーブ表面上の現像剤の渡しに
寄与する磁力をP₂，前記下側現像スリーブの内部に配設
された前記１個の磁石による前記下側現像スリーブの表
面上の現像剤の受け取りに寄与する磁力をP₄′としたと
き、 P₂≧300 P₄′≦500 P₂≦0.5×P₄′＋100 を満足するように各磁石の磁力（ガウス）を設定した。

（作用） 上側現像スリーブの磁石と、下側現像スリーブの磁石
との強弱関係が、現像剤のつれ回り及び異常画像を生じ
させないバランスのとれた状態となる。

（実施例） 先ず、本発明に係る現像装置の全体構成を説明する。

第２図において、現像装置１は潜像担持体の一例であ
るドラム状の感光体２に近接配置され、その現像容器３
内には磁性キャリアと磁性又は非磁性のトナーを有する
粉体状の２成分系現像剤４が収容されている。この現像
剤中のトナー濃度が低下すると、トナー補給ローラ207
が回転してトナー容器５内のトナー６が現像容器３内の
現像剤４中に補給され、撹拌ローラ7,107によって撹拌
される。

現像容器３には、上側現像スリーブ８及び下側現像ス
リーブ8aの２本の現像スリーブと、現像剤汲み上げ回転
体の一例であるパドルホイール９が配置されている。

各現像スリーブ8,8aは非磁性材質の円筒体よりなり、
感光体表面に沿って上下位置関係をもって配設されてい
て、上側現像スリーブ８が上位に、下側現像スリーブ8a
がその下位に配備されている。両現像スリーブ8,8aは、
図示していない駆動装置によって共に図における反時計
方向に回転駆動される。すなわち両スリーブ8,8aは同じ
方向に回転駆動されるのである。

各現像スリーブ8,8aの内部には、それぞれ符号10,10a
によって全体を示したように、複数の磁石が各スリーブ
8,8aの円周方向に沿って固定配置されている。

パドルホイール９は、図における反時計方向に回転駆
動され、これにより現像容器３内の現像剤４が撹拌され
つつ汲み上げられ、下側現像スリーブ8aの表面に供給さ
れる。

感光体２は、矢印Ａを付して示したように図における
時計方向に回転駆動され、このとき、その表面に静電潜
像が形成される。この潜像は現像装置１との隣接部にお
いて、上方から下方へ移動する。

前述のようにパドルホイール９によって下側現像スリ
ーブ8aに供給された現像剤は、各現像スリーブ8a,8の回
転と、これらに内接された磁石10a,10の磁力とによっ
て、現像スリーブに担持されつつ、破線矢印の方向に搬
送される。すなわち、先ず下側現像スリーブ8aに担持さ
れた現像剤は破線矢印B1で示すように下側現像スリーブ
8aから上側現像スリーブ８に移行し、該スリーブ８に担
持されつつ破線矢印B2で示すようにドクターブレード14
を通過し、このとき余分な現像剤が掻き取られる。ドク
ターブレード14を通過した適正量の現像剤は、矢印B3で
示すように上側現像スリーブ８と感光体２との間の上側
の現像領域D₁を通り、次いで再び下側現像スリーブ8aに
移行し、下側現像スリーブ8aと感光体２との間の下側現
像領域D₂を通り、引き続き下側現像スリーブ8aから離
れ、現像容器３の底部へ流れてパドルホイール９によっ
て撹拌される。

ドクターブレード14で掻き取られた現像剤はセパレー
タ13によって案内されながら下方に落下する。

現像剤４が上述のように搬送され、かつ撹拌されるこ
とにより、そのトナーとキャリアが互いに逆極性に摩擦
帯電され、かかる現像剤が上記の如き各現像領域D₁，D₂
を通るとき、現像剤中のトナーが感光体２に形成された
静電潜像に静電的に移行し、該潜像が可視像化される。

第３図は第２図に示した現像スリーブ8,8aとその内部
の磁石10,10aの配置状態を示した説明図である。ここで
は、上側現像スリーブ８に内設された磁石10の個々の磁
石に対しM₁〜M₅の符号を付し、また、下側現像スリーブ
8aに内設された磁石10の個々のものに対してはG₁〜G₄ま
での符号をそれぞれ付してある。以下に各磁石の磁極の
極性について説明するが、ここで説明する各磁極は、全
て各現像スリーブ8,8aの円周面を向いた方の磁極（外側
の磁極）を意味するものとする。

ここで上側現像スリーブ８と下側現像スリーブ8aとの
最接近領域近傍の各スリーブ8,8aに内設された磁石に注
目するとして、上側現像スリーブ８にはこのスリーブ8a
の円周方向に沿って配設された２個の磁石M₁，M₂があ
り、下側現像スリーブ8aには１個の磁石G₁が存在する。
その際、上側現像スリーブ８内の２個の磁石M₁，M₂の磁
極は互いに異極性に設定され、図の例では前者がＳ極、
後者がＮ極となっている。また下側現像スリーブ8a内の
磁石G₁の磁極は、上側現像スリーブ８内の２個の磁石
M₁，M₂のうちの感光体２に近い方の磁石M₁の磁極に対し
て異極性（図の例ではＮ極）となっている。従って磁石
G₁の磁極と磁石M₂の磁極は互いに同極である。

上述のように３個の磁石M₁，M₂，G₁の磁極がそれぞれ
設定されているため、これらにより形成される磁界は、
第２図に斜線を施した帯状の矢印で示したように、ルー
プ状をなした流れとなる。すなわち、磁石M₂と磁石G₁と
による磁界Ｘと、磁石M₁と磁石G₁とによる磁界Ｙが、上
下の現像スリーブ間に形成されることになり、一方の磁
界Ｙは、下側現像スリーブ8a上の現像剤を上側現像スリ
ーブ８に汲み上げる働きをなし、他方の磁界Ｘは上側現
像スリーブ８上の現像剤を下側現像スリーブ8aに汲み下
げる働きをなす。他の磁石M₃，M₄，M₅，G₂，G₃，G₄の各
磁極の極性は第３図に例示するように設定されている。

第３図から判るように、磁石M₂とG₁の磁極が互いに同
極（図の例ではＮ極）となっているので、これらの磁石
M₂，G₁によって形成される磁界Ｘは、感光体２の側から
離れた向きに大きく張り出し、遠回りをした磁界となっ
ている。このため、より効果的に現像剤が下側現像スリ
ーブ8aから上側現像スリーブ８へ汲み上げられる。仮り
に、磁石M₂とG₁の極性を異極に設定したとすると、これ
らの磁石により形成される磁界によって現像剤は一時こ
こで保持され、後から搬送されてくる現像剤によって上
方へ押し上げられ、磁石P₂へ引き寄せられる位置に来て
初めて上側現像スリーブ８に汲み上げられるので、汲み
上げ性が低下するだけでなく、両現像スリーブ8,8a間の
狭いギャップに現像剤が保持され、つれ回り現象が発生
し易くなる。

また現像剤が上側現像スリーブ８から下側現像スリー
ブ8aに移行するとき、その量が不均一となり、或る時点
では多量の現像剤が移行し、或る時点では少量の現像剤
が移行するような事態が発生すると、可視像に濃度むら
が生じる虞れがある。すなわち、上側の現像領域D₁を通
過する現像剤は、ドクターブレード14によって量を規制
されているので、その量は比較的均一となるが、下側現
像スリーブ8aにはこのような現像剤の量規制手段がない
ため、上側現像スリーブ８から下側現像スリーブ8aに移
行する現像剤量が不均一となると、これを補正すること
ができず、これがそのまま可視像の濃度むらとして現れ
てしまうのである。

ところが、第１図及び第２図に示した現像装置では、
磁石M₁とG₁が互いに異極性となっていて、これらの間に
両現像スリーブ8,8aの間を遮蔽する如きカーテン状の磁
界Ｙが形成されるので、上側現像スリーブ８の現像剤は
順次均一に下側現像スリーブ8aに送り出される。このよ
うにして、下側現像スリーブ8aに移行した現像剤量を均
一にでき、上述の不具合が発生することを阻止できる筈
である。

なお、下側現像スリーブ8a内の磁石G₁に対して、該ス
リーブ8aの回転方向上流側の約90°の位置に磁石G₂が配
置されているが、この磁石G₂はパドルホイール９によっ
て下側現像スリーブ8aに供給された現像剤を、両現像ス
リーブ間の現像剤汲み上げ領域まで順次送り出し、現像
剤を安定状態で搬送する働きをなすものである。この磁
石G₂がないと、下側現像スリーブ8aとパドルホイール９
の間に現像剤が溜り、パドルホイール９のトルクアップ
を招く。またこの磁石G₂の磁極は、その下流側の磁石G₁
の磁極と同極性となっているが、もしもこれらが異極性
であると、前述の磁界のループが崩れ、現像剤が磁石G₂
のところから、磁石G₁のところに搬送されてつれ回り現
象が発生し、現像剤が上側スリーブ８に汲み上げられな
くなる虞れがある。

基本的には、このような磁石の配置により現像剤の搬
送は円滑に行なわれ、つれ回りも解消し得る。

しかし、この場合でも磁石の強度関係を考慮する必要
がある。

特に、上側現像スリーブ８でのつれ回りを防ぐために
は、前記第２図に即して説明したループ状の磁界を適切
に作る必要があり、上側現像スリーブ８の現像剤渡しに
寄与する主として磁石M₁による磁力P₂と下側現像スリー
ブ8aの現像剤受け取りに寄与する主として磁石G₁による
磁力P₄′との関係が問題となる。

そこで、この関係を探るため以下の実験を行なった。

但し、上側現像スリーブ８と下側現像スリーブ8aの他
の磁極は、トナー容器５内全体での現像剤の搬送の円滑
を考慮して、各現像スリーブ上に、第４図に示すように
磁力のピークが現れるように設定した。第４図に示すP₂
（Ｓ）極，P₄′（Ｎ）極は磁石M₁，G₁によるものであ
る。

これらの他、磁石M₂，M₃，M₄，M₅により、P₃（Ｎ）
極、P₄（Ｓ）極、P₅（Ｎ）極、P₆（Ｓ）極、P₁（Ｎ）極
が表われる。

同様に、磁石G₂，G₃，G₄により、P₂′（Ｎ）極、P₃′
（Ｎ）極、P₁′（Ｓ）極が表われる。

これらの値を表−１に示す。

表−１の条件の下で、P₂（Ｓ）極とP₄′（Ｎ）極の各
磁力をいろいろ変えながら、上側現像スリーブ８の現像
剤つれ回り量とトナー飛散量との関係を調べた結果を第
５図に示す。

第５図において、横軸のつれ回り量は、現像剤の入っ
ていない現像装置の上側現像スリーブ８の上に1gの現像
剤を載せ、手でゆっくりと上側現像スリーブ８の１回転
分、現像装置を動かし、載せた元の位置に戻ってきたス
リーブ上の現像剤の量を百分率で表している。

また、縦軸のトナー飛散量は、２分間連続コピーをと
り、第２図に示す測定点15で測定したトナーの単位時間
当たりの微粉個数を表している。この時のトナー濃度は
5wt％であった。

第５図から判るように、つれ回り量とトナー飛散量と
の間には曲線16で示される一定の関係がある。

つれ回り量が少ない状態では、第６図に示すように各
磁極に対応して磁気ブラシp₁，p₂，p₃，p₄，p₅，p₆，
p₁′，p₂′，p₃′，p₄′が形成され、破線矢印で示す如
く順調にトナー搬送が行なわれる。そして、磁気ブラシ
p₄′も適度の高さを維持している。従って、現像容器３
の端部においても、第７図に示す如く現像剤は磁気ブラ
シp₄′と共に現像容器３に当接してその衝撃により容器
内に飛び出し、再び撹拌されるというサイクルを繰り返
すのでトナー飛散量も少ない。

ところが、つれ回り量が増すと、これに応じてトナー
飛散量も増す傾向にある。

それは前述したように、上側現像スリーブ８へのつれ
回り量が増すと、下側現像スリーブ8aへのトナー供給量
が減少し、第８図に示すように磁気ブラシp₁′の穂の高
さが低くなり、現像容器３の端部との間に空隙を生じ、
パッキン機能が働かなくなるためである。

ここで、トナー飛散量として許容できる限界値として
3000（ケ/2分）を選択した場合、上側現像スリーブのつ
れ回り量として許容できるつれ回り量は略24％である。

そこで、上記実験に基づき、つれ回り量と、上側現像
スリーブのP₂（Ｓ）極のピークガウスと、下側現像スリ
ーブのP₄′（Ｎ）極のピークガウスとの関係を調べた
ら、第１図のようになった。

第１図中、右上がりの直線17がつれ回り発生の限界を
示している。ここで、ｙを上側現像スリーブ８のP
₂（Ｓ）極のピークガウス、ｘを下側現像スリーブ8aのP
₄′（Ｎ）極のピークガウスとすれば、 ｙ≦ax＋ｂ ……（１） （a,bは定数） を満足するとき、上側現像スリーブ８でのつれ回り量は
零（０）である。

さらに、上側現像スリーブ８のP₂（Ｓ）極のピークガ
ウスを変化させて画像への影響を調べたところ、ある一
定値ｃ以下になると、異常画像（段むら）が発生するこ
とが判った。従って、異常画像を生じないための条件と
して、 ｙ≧ｃ ……（２） の関係がある。

次に、下側現像スリーブでつれ回りを生じると、新し
いトナーの補給不足による画像濃度不足を生じるし、下
側現像スリーブ上での保持量が多くなる。保持量が多く
なれば、感光体２上にP₁′（Ｓ）極によって現像剤が強
く当たりすぎで、後端部白抜け画像及び段むら、キャリ
ア落ち等の問題が発生する。

そこで、下側現像スリーブ8aのP₄′（Ｎ）極のピーク
ガウスを変化させて当該下側現像スリーブ上での現像剤
のつれ回りの発生限界を調べたところ、ある一定値ｄ以
上になるとつれ回りが発生することが判った。

従って、下側現像スリーブでのつれ回りを生じさせな
いための条件として、 ｘ≦ｄ ……（３） の関係がある。

つまり、これら（１），（２），（３）の３式の条件
を満足する領域内で上側現像スリーブのP₂（Ｓ）極と下
側現像スリーブのP₄′（Ｎ）のピークガウス量の条件を
満たすことができれば、従来生じていたトナー飛散とい
う問題を解決し、地汚れ画像及び機内のトナー汚れを解
消できるのである。

具体例を示すと次ぎの通りである。

ａ＝0.5.b＝100,c＝300,d＝500, P₁＝800ガウス，P₃＝500ガウス，P₄＝700ガウス P₅＝500ガウス，P₆＝500ガウス，P₁′＝650ガウス P₂′＝500ガウス，P₃′＝500ガウス。

以上の条件で、ｙ＝0.5x＋100,y≧300,x≦500を満足
できるｘ（P₄′（Ｎ）極ピークガウス）、ｙ（P₂（Ｓ）
極ピークガウス）の値では、トナー飛散、地汚れ画像
や、白抜け等異常画像が生じない。

（発明の効果） 本発明によれば、トナー飛散を生じることなく、か
つ、良好な画質の画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトナー飛散することなくかつ良好な画像を得る
ための現像スリーブ磁極の条件を説明した図、第２図は
本発明に係る現像装置の構成図、第３図は各現像スリー
ブ内の磁石の配置と現像剤の搬送経路とを説明した図、
第４図は各現像スリーブの磁極の位置とピークとを説明
した図、第５図はトナー飛散量とつれ回り量との関係と
説明した図、第６図は各現像スリーブ上に形成される磁
気ブラシを現像剤の搬送経路と共に説明した図、第７図
はトナー飛散を生じていないときの現像容器端部での説
明図、第８図はトナー飛散を生じているときの現像容器
端部での説明図である。 ８……上側現像スリーブ、8a……下側現像スリーブ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潜像担持体表面に沿って上下位置関係を以
   って配置された上側現像スリーブ及び下側現像スリーブ
   を有し、前記上側現像スリーブと下側現像スリーブとの
   最接近領域近傍の上側現像スリーブの内部に、該上側現
   像スリーブの円周方向に沿って配置された２個の磁石
   と、前記最接近距離近傍の下側現像スリーブの内部に設
   けられた１個の磁石とで両現像スリーブ間を遮断する磁
   界を形成する現像装置であって、 前記上側現像スリーブの内部に配設された２個の磁石の
   中、前記潜像担持体に近い方の磁石による前記上側現像
   スリーブ表面上の現像剤の渡しに寄与する磁力をP₂，前
   記下側現像スリーブの内部に配設された前記１個の磁石
   による前記下側現像スリーブの表面上の現像剤の受け取
   りに寄与する磁力をP₄′としたとき、 P₂≧300 P₄′≦500 P₂≦0.5×P₄′＋100 を満足するように各磁石の磁力（ガウス）を設定したこ
   とを特徴とする現像装置。