JP3044958B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンタ等の
画像形成装置の現像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、非回転状態に固定された磁石体
と、該磁石体に回転駆動可能に外装したスリーブとから
なる現像ローラを感光体に対向配置するとともに、前記
磁石体の感光体対向部に単一の磁極を設け、この磁極に
よりスリーブ上に保持されているトナーと磁性キャリア
（以下、キャリアという。）よりなる二成分現像剤を感
光体に接触させた単極現像方式の現像装置が提案されて
いる。

【０００３】ところで、二成分現像剤を使用する場合、
トナーの粒径を小径にするとともに、キャリアの粒径も
小径にすることで、現像ローラ上のキャリアの穂をち密
でかつ柔らかくでき、結果感光体に現像剤を柔らかく接
触させることで、掃き目ムラや掻き取りのない高画質な
画像が得られることが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小径キ
ャリアは小さいがゆえにこれに作用する磁力が弱い。そ
のため、感光体との電気的吸引力に引かれてこの感光体
上へキャリアが転移して感光体上に形成された画像を悪
化させる現象、所謂キャリア付着が発生しやすいという
欠点があった。特に結着樹脂中に磁性微粉末を分散させ
た所謂バインダ型キャリアは、鉄粉キャリアやフェライ
トキャリアに比較して磁力が弱く、キャリア付着が発生
しやすい。一方、キャリア付着を防止する手段として、
キャリアを拘束するための磁石を有する現像ローラの磁
力を上げればよいが、磁力を上げることで、キャリアの
穂が硬くなって、感光体に強く接触し、掃き目ムラや掻
き取りが感光体上に発生しやすくなるという問題があっ
た。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、前記
問題点を解決するためになされたもので、固定磁石体に
スリーブを外装すると共に、このスリーブの外周面に微
小ギャップを隔てて規制部材を対向させ、前記スリーブ
の外周に保持されたトナーとキャリアからなる二成分現
像剤を前記規制部材で規制しつつ搬送し、スリーブと感
光体が対向する現像領域で前記現像剤を感光体に接触さ
せるようにした現像装置において、前記固定磁石体外周
部に、同一極性の２つの磁極を隣接した同極部を感光体
に対向して設け、前記２つの磁極の対向部にはそれぞれ
磁束密度のピークが形成され、かつこれら２つのピーク
間の磁束密度極小値と前記２つの磁束密度の平均値との
差が２００ガウス以上となるように前記同極部を設定
し、前記スリーブの外周にあって前記２つの磁極に対向
する位置にそれぞれ保持された現像剤を感光体に接触さ
せ、前記スリーブと感光体との間に周波数が１ＫＨｚ以
上８ＫＨｚ以下の交流または脈流を印加している。

【０００６】

【作用】前記構成によれば、隣接する２つの磁極からな
る同極部と感光体が対向する現像領域に、スリーブの回
転に従って運ばれてきた現像剤は、同極部によって形成
された磁界により上流側磁極対向部で溜まりを形成し、
ここで現像剤は攪乱され、キャリアに残留した逆電荷の
分散や除電が行なわれる。さらに、スリーブと感光体の
間に、交流または脈流を印加することで、現像剤は振動
し、キャリアに残留した逆電荷の分散や除電がより効果
的に行なわれる。したがって、小径トナーと小径キャリ
アからなる二成分現像剤を使用しても、感光体上にキャ
リア付着が発生することはない。

【０００７】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図１において、１は感光体、２は本発
明に係る現像装置である。前記感光体１は、外周面に有
機感光体層を有する円筒体で、図示しない光学系からイ
メージ光が露光されて静電潜像が形成されるようになっ
ており、図示しない駆動モータによって周速１８０ｍｍ
／ｓｅｃで矢印ａ方向に回転するようになっている。

【０００８】前記現像装置２は、下部ケーシング３と上
部ケーシング４とからなる空間内に、感光体１側から順
次後方に現像ローラ８、撹拌ローラ１２、供給ローラ１
７を収容している。

【０００９】前記現像ローラ８は、非回転状態に固定さ
れた磁石体７と、この磁石体７に回転駆動可能に外装さ
れたスリーブ６とからなる。前記スリーブ６は、非磁性
導電材、例えばアルミニウムを外径２４．５ｍｍの円筒
体に形成したもので、外周面にはサンドブラスト処理に
て微小凹凸が形成され、感光体１とＤｓ＝０．６ｍｍの
現像ギャップを隔てて対向し、矢印ｂ方向に回転数２２
６ｒｐｍで回転駆動可能としてある。また、スリーブ６
は直流電源６１と交流電源６２に接続され、直流と交流
を重畳した現像バイアスが印加されるようになってい
る。さらに、スリーブ６の上部には、上部ケーシング４
に設けた穂高規制板９がＤｂ＝０．５ｍｍの穂高規制ギ
ャップを隔てて対向させてあり、スリーブ６と下部ケー
シング３との間にはＤ＝１．０ｍｍのギャップが設けて
ある。さらにまた、上部ケーシング４の感光体対向部に
はポリエチレンフィルムからなる粉煙防止マイラ１０が
取り付けてあり、その自由端部が感光体１の外周面に接
触させてある。

【００１０】前記磁石体７は外周部に軸方向に延びる複
数の磁極Ｎ_１，Ｎ_２，Ｓ_１，Ｎ_３，Ｎ_４，Ｓ_２が設けて
ある。なお、“Ｎ”，“Ｓ”はそれぞれ磁極の極性を示
す。そして、前記磁極Ｎ_１，Ｎ_２はスリーブ６と感光体
１の対向領域１８（以下「現像領域１８」という。）に
隣接して対向させてあり、これら磁極Ｎ_１，Ｎ_２の対向
部に反発磁界Ｈ_０が形成されている（図２参照）。

【００１１】前記撹拌ローラ１２は、支軸１３と、この
支軸１３に嵌挿した複数の羽根部１４と、この羽根部１
４の周囲に設けた複数バケット１５とからなるバケット
ローラで、外径３６ｍｍを有し、現像剤撹拌搬送路１１
（以下「撹拌路１１」という。）に矢印ｃ方向に回転数
２４０ｒｐｍで回転駆動可能に設けてある。

【００１２】前記供給ローラ１７は現像剤供給搬送路１
６（以下「供給路１６」という。）に設けてあり、矢印
ｄ方向に回転数１９２ｒｐｍで回転駆動可能としてあ
る。なお、撹拌路１１と供給路１６の間には下部ケーシ
ング３を上方に延設して仕切壁５が形成されており、こ
の仕切壁５の両端に設けた通路（図示せず）を介して撹
拌路１１と供給路１６が連通されている。

【００１３】前記構成からなる現像装置２では、トナー
とキャリアとからなる二成分現像剤が撹拌路１１と供給
路１６に収容される。前記キャリアは、いわゆるバイン
ダ型キャリアが使用されている。前記トナーは絶縁性非
磁性トナーで、キャリアと摩擦接触することにより負極
性に帯電し、キャリアを正極性に帯電するものが使用さ
れている。なお、トナーはスチレンアクリル共重合体１
００重量部、負帯電用荷電制御剤４重量部および顔料５
重量部を溶融混合した後冷却し、粉砕、分級して平均粒
径１０μｍとしたものである。これらキャリアとトナー
は、キャリア９５重量部、トナー５重量部の割合で混合
されている。

【００１４】そして、供給路１６の現像剤は供給ローラ
１７の回転に基づいて混合撹拌されながら手前側から奥
側に搬送され、仕切壁５の奥側通路を介して撹拌路１１
に送り込まれる。一方、撹拌路１１の現像剤は撹拌ロー
ラ１２の回転に基づいて混合撹拌されながら奥側から手
前側に搬送され、仕切壁５の手前側通路を介して供給路
１６に送り戻される。すなわち、現像剤は撹拌路１１と
供給路１６を循環搬送されながら混合され、その混合過
程でトナーとキャリアが摩擦接触して所定の極性、電位
に帯電される。また、撹拌路１１の現像剤はバケット１
５に掬われ、磁極Ｎ_４の対向部で現像ローラ８に供給さ
れる。

【００１５】現像ローラ８に供給された現像剤は、磁石
体７の磁力によってスリーブ６の外周に保持され、スリ
ーブ６の回転と共に矢印ｂ方向に搬送され、穂高規制板
９で搬送量が規制される。穂高規制板９の先端を通過し
た現像剤は引き続きスリーブ６の回転により矢印ｂ方向
に搬送され、現像領域１８で矢印ａ方向から移動して来
る感光体１の外周面と順次に接触し、この感光体１の外
周に形成されている静電潜像にトナーを供給して可視像
化する。現像領域１８における現像剤の動きは後に詳述
する。現像領域１８を通過した現像剤は、スリーブ６の
回転と共に矢印ｂ方向に搬送され、磁極Ｎ_３とＮ_４との
間でこれらの磁極Ｎ_３，Ｎ_４で形成された反発磁界によ
りスリーブ６から剥離され、撹拌路１１を搬送されてい
る現像剤に混合される。

【００１６】現像領域１８における現像剤の動きについ
て説明する。図２に示すように、前記２つの同一極性の
磁極Ｎ₁，Ｎ₂からなる同極部には、磁極Ｎ₁，Ｎ₂に対応
して磁界Ｈ₁，Ｈ₂が形成され、前記磁界Ｈ₁とＨ₂の間に
は磁界Ｈ₁とＨ₂の反発磁界Ｈ₀が形成されている。その
ため、図３に示すように、現像領域１８に搬送されてき
た現像剤は、前記反発磁界Ｈ₀に規制されて磁極Ｎ₁の対
向部で現像剤溜まり１９を形成し、図３に示すように、
磁極Ｎ₁，Ｎ₂の対向部に保持されている現像剤がそれぞ
れ感光体２の外周面に接触している。そして、現像剤溜
まり１９において、現像剤は撹乱され、スリーブ回転方
向のみならずスリーブ軸方向にも移動する。

【００１７】また、スリーブ６には直流に交流を重畳し
た現像バイアスが印加されており、スリーブ６と感光体
２との電位差が交流の周波数に応じて変化している。し
たがって、現像領域１８に位置する現像剤には、スリー
ブ６から感光体２に向かう静電吸引力または逆方向の静
電吸引力が周期的に変化し、現像剤が振動する。そし
て、前記現像剤溜まり１９における撹乱作用と相まっ
て、現像剤はスリーブ６と感光体２との間を激しく移動
し、同一キャリアが感光体２と接触し続けることはな
い。そのため、感光体２との接触によりトナーを奪われ
たキャリアは、次の瞬間は感光体２から離間してスリー
ブ６側に移動しているので、トナーを失って電気的に非
平衡状態になった現像剤粒子特にキャリアが感光体２に
付着することはない。

【００１８】前記キャリアが感光体２に付着する現象に
ついて説明すると、混合された現像剤中のトナーとキャ
リアはそれぞれ逆極性に帯電し、例えば図４（ａ）に示
すように、正極性に帯電したキャリアの周囲に負極性に
帯電したトナーが付着し、このようにキャリアにトナー
が付着した現像剤粒子は電気的に平衡状態となってい
る。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、現像によ
ってキャリア周囲のトナーが奪われると、この奪われた
トナーの荷電量と等しい逆の電荷がキャリアに残り、現
像剤粒子は電気的に非平衡状態となる。そして、図５に
示すように、この電気的に非平衡状態の現像剤粒子が感
光体２の背景部に接すると、前記キャリアに残った逆電
荷と感光体２との電気的な吸引力に基づいてキャリアが
感光体２に付着する。

【００１９】これに対し、本発明に係る現像装置２で
は、前述のように、磁極Ｎ_１，Ｎ_２間に形成された反発
磁界Ｈ_０による撹乱作用と、スリーブ６に印加された交
流による振幅作用に基づいて、現像剤粒子は現像領域を
激しく移動しているので、現像によってトナーを奪われ
た非平衡状態の現像剤粒子が継続的に感光体２と接触す
ることはなく、現像後直ちにスリーブ６側に移動して他
の現像剤粒子中に混入され、キャリアの逆電荷も他の現
像剤粒子に分散供給されるか、またはスリーブ６と接触
して除電されるので、感光体２にキャリアが付着するこ
とはない。

【００２０】次に、現像領域１８における磁束密度分布
とキャリア付着との関係を調べるべく行った実験につい
て説明する。実験は、図６に示すように、磁極Ｎ_１，Ｎ
_２の磁束密度ＭＦ_１，ＭＦ_２をそれぞれ１０００Ｇ
（Ｇ：ガウス）に設定し、現像ローラ８の中心と感光体
２の中心を結ぶ線に対して磁極Ｎ_１とＮ_２を対称に振り
分け、これら磁極Ｎ_１とＮ_２の間隔を調整し、これら磁
極Ｎ_１とＮ_２の中間位置における磁束密度落込量ΔＢｒ
〔＝（ＭＦ_１＋ＭＦ_２）／２−ＭＦ〕（ＭＦ：磁極Ｎ_１
とＮ_２の中間位置における磁束密度）を５０Ｇから４０
０Ｇまで変化させてＡ４版サイズの画像を現像し、同一
サイズの用紙の画像背景部に付着したキャリアの個数を
測定した。なお、トナーは平均粒径１０μｍ、キャリア
はバインダ型キャリアで平均粒径４０μｍと５０μｍの
２種類のものを使用した。また、トナーとキャリアの混
合比率は、トナー；９５重量％、キャリア；５重量％と
した。

【００２１】実験の結果、図７に示すように、粒径４０
μｍのキャリアの方が粒径５０μｍのキャリアよりも付
着個数が多かった。また、磁束密度落込量ΔＢｒが大き
くなるほどキャリア付着個数が減少する傾向を示し、磁
束密度落込量ΔＢｒが５０Ｇから２００Ｇまでは磁束密
度落込量ΔＢｒを大きくするにつれてキャリア付着個数
が急激に減少し、磁束密度落込量ΔＢｒが２００Ｇ以上
になるとキャリア付着個数は５個以下で安定した。これ
は、磁束密度落込量ΔＢｒが２００Ｇ以下では反発磁界
Ｈ_０が弱く、現像剤の撹乱が不十分であるために、キャ
リアに残った逆電荷の分散や除電が効果的に行われない
ことによると考えられる。ちなみに、磁石体の感光体対
向部に単一の磁極を配置した単極型の現像装置（その他
の条件は同一）の場合、キャリア付着個数は平均粒径４
０μｍのキャリアでは３０〜３５個、平均粒径５０μｍ
のキャリアでは約２０個で、磁束密度落込量ΔＢｒを５
０Ｇとした場合の実験結果とほぼ同一の結果が得られ
た。

【００２２】次に、スリーブ６に印加する交流の周波数
とキャリア付着個数との関係を調べるべく行った実験に
ついて説明する。実験において、交流の実効値は４００
Ｖとし、周波数を１ＫＨｚから１０ＫＨｚまで段階的に
変化させた。なお、トナーとキャリアは前記実験と同一
のものを使用し、磁束密度落込量ΔＢｒは２００Ｇに設
定した。キャリア付着個数の測定方法も同一である。

【００２３】実験の結果、図８に示すように、交流の周
波数が１ＫＨｚから８ＫＨｚの範囲ではキャリア付着個
数はゼロであったが、周波数を１ＫＨｚ以下、８ＫＨｚ
以上にするとキャリア付着個数が急激に増加する傾向を
示した。これは、周波数が１ＫＨｚ以下の場合、交流の
周期が長過ぎて現像領域を通過する現像剤の振動回数が
少なく、キャリアに残った逆電荷の分散や減衰が効果的
に行われないことによるものと考えられる。一方、周波
数が８ＫＨｚ以上の場合、交流の周期が短か過ぎてキャ
リアが周波数の変化に応答できないために、キャリアの
振動が小さく又はキャリアが振動せず、前記逆電荷の分
散や減衰が効果的に行われないことによるものと考えら
れる。

【００２４】以上の実験から、キャリア付着を防止する
には、磁束密度落込量ΔＢｒを２００Ｇ以上に設定し、
スリーブと感光体との間に１ＫＨｚ〜８ＫＨｚの交流を
印加する必要があることが理解できる。なお、以上の説
明ではスリーブ６に交流を印加するものとしたが、感光
体に交流を印加しても同様の結果が得られる。また、ス
リーブと感光体との間に印加する電流と電圧は交流に限
らず脈流としても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
かかる現像装置では、固定磁石体外周部に、同一極性の
２つの磁極を隣接した同極部を感光体に対向して設け、
前記２つの磁極対向部にはそれぞれ磁束密度のピークが
形成され、かつこれら２つのピーク間の磁束密度極小値
と前記２つの磁束密度の平均値との差が２００Ｇ以上と
なるように前記同極部を設定し、前記スリーブの外周に
あって前記２つの磁極に対向する位置にそれぞれ保持さ
れた現像剤を感光体に接触させていることから、前記同
極部対向部上流側では、現像剤が溜まりを形成し、現像
剤は攪乱され、キャリアに残留した逆電荷の分散や除電
が行なわれ、感光体へのキャリア付着が防止される。さ
らに、スリーブと感光体の間に、周波数が１ＫＨｚ以上
８ＫＨｚ以下の交流または脈流を印加することで、キャ
リアに残留した逆電荷の分散や除電がより効果的に行な
われる。したがって、小径トナーと小径キャリアからな
る二成分現像剤を使用しても感光体上にキャリアが付着
することを完全に防止できる。また、キャリア付着を防
止するために現像ローラの磁力を上げる必要はないの
で、キャリアの穂は柔らかくなり、掃き目ムラや掻き取
りのない高品質な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 現像装置の断面図である。

【図２】 現像領域における磁界の分布状態を示す図で
ある。

【図３】 現像領域における現像剤の状態を示す図であ
る。

【図４】 キャリアとトナーの模式図である。

【図５】 キャリア付着の現象を説明する模式図であ
る。

【図６】 現像領域における磁束密度の分布を示す図で
ある。

【図７】 磁束密度落込量△Ｂｒとキャリア付着個数の
関係を示すグラフである。

【図８】 スリーブに印加する交流の周波数とキャリア
付着個数の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…感光体、２…現像装置、６…スリーブ、７…磁石
体、８…現像ローラ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−63381（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−140361（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−83564（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−44653（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/09 - 15/095

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定磁石体にスリーブを外装すると共
   に、このスリーブの外周面に微小ギャップを隔てて規制
   部材を対向させ、前記スリーブの外周に保持されたトナ
   ーとキャリアからなる二成分現像剤を前記規制部材で規
   制しつつ搬送し、スリーブと感光体が対向する現像領域
   で前記現像剤を感光体に接触させるようにした現像装置
   において、 前記固定磁石体外周部に、同一極性の２つの磁極を隣接
   した同極部を感光体に対向して設け、 前記２つの磁極の対向部にはそれぞれ磁束密度のピーク
   が形成され、かつこれら２つのピーク間の磁束密度極小
   値と前記２つの磁束密度の平均値との差が２００ガウス
   以上となるように前記同極部を設定し、 前記スリーブの外周にあって前記２つの磁極に対向する
   位置にそれぞれ保持された現像剤を感光体に接触させ、 前記スリーブと感光体との間に周波数が１ＫＨｚ以上８
   ＫＨｚ以下の交流または脈流を印加したことを特徴とす
   る現像装置。