JPH01102588A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は担持体表面に形成された静電潜像を磁性キャリ
アとトナーを含む現像剤を用いて顕像化する現像装置に
関する。

〔従来の技術〕

電子写真装置あるいは静電印刷装置等の画像形成装置は
、光導電体層又は誘電体層を表面に形成した担持体の周
囲に少な（とも帯電装置、露光装置および現像装置を配
設し、更に転写工程を含む場合は現像画像を転写シート
上に転移させる転写装置と転写後の担持体表面に残留す
るトナーを除去するクリーニング装置とを配設し、そし
て最終画像を得る定着装置を備えている。

上記の現像装置としては、例えば、磁性キャリアとトナ
ーとを含む２成分系現像剤を使用し、内部に永久磁石部
材を有する非磁性スリーブ上に磁気ブラシを形成し、こ
の磁気ブラシで担持体表面を摺擦せしめることにより担
持体表面にトナー像を形成するように構成したものが用
いられている。

この現像装置によれば、磁性キャリアとトナーとを撹拌
混合することによりトナーを所定の極性に帯電せしめ、
キャリアに静電的に付着したトナーがクーロン力により
静電潜像に転移して現像が行なわれる。

従来から、上記磁性キャリアとしては、鉄粉キャリア（
特公昭４７−１９３９８号、同４Ｂ−８１３８号等）が
使用されており、寿命の向上および摩擦帯電特性の安定
化のために、通常は表面に酸化処理が施されている。し
かるにこの鉄粉キャリアには次のような問題がある。す
なわち長期間の使用に伴い、キャリア粒子表面にトナー
の被膜が形成されたり、キャリア粒子表面の酸化物が欠
落するため、キャリア粒子の抵抗が大幅に変化して摩擦
帯電特性が変るという問題がある。その結果画像濃度が
低下したり、カプリが増大するという不具合が生ずる。

そこで鉄粉キャリアの代りに、軟磁性を示す金属酸化物
粒子からなるフェライトキャリア（特公昭５６−５２０
３号、特開昭５８−２０２４５６号等）を用いることが
提案され、実用に供されている。フェライトキャリアは
鉄粉キャリアに比べて化学的に安定で、使用中の抵抗変
化が少なく、又見掛密度も低いので、軽くて搬送時のト
ルクが小さくて済む等の利点がある。また飽和磁化も鉄
粉キャリアより小さいので、流動性、撹拌性にすぐれて
おり、したがって軟い磁気ブラシが形成されることから
、中間調の再現性が良いという利点も有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記のフェライトキャリアは上述したような多（の利点
を有するが、鉄粉キャリアとは磁気的および電気的特性
が異なるので、鉄粉キャリアを用いる場合と同様の現像
条件および現像装置の構造では画質の低下、キャリアの
飛散、キャリア付着等の問題が生ずる。

これの対策として、現像磁極の強さを３００〜７００Ｇ
の範囲とする（特開昭５８−１７９８５３号）、現像ギ
ャップを０．６〜２Ｉｌ１１１の範囲とする（特開昭６
０−７６７５６号）、搬送磁極の磁束密度を現像磁極の
磁束密度の５０〜８５％とする（特開昭６１−３６７７
４号）、現像ギャップとドクターギャップの差を一定の
範囲とする（特開昭６１−１２８２６０号）、現像領域
において感光体ドラム及びスリーブの移動方向を同一方
向としかつ両者の周速の比を一定の範囲とする（特開昭
６１−１２８２６１号）こと等が提案されている。

しかしながら、従来は現像の良否に関係する総べての因
子について検討がなされているわけではなかった。すな
わち従来の現像装置によれば、フェライトキャリアを用
いることによる現像性の低下、画像の後端欠け、キャリ
アの飛散、キャリア付着等の問題を総べて解消すること
はできなかった。

したがって本発明の目的は、上述した従来装置の欠点を
解消した現像装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の現像装置は、飽和磁化が４５〜１００ｅＩｌｕ
／ｇ、保磁力が１〜３００ｅ、電気抵抗が１０６〜ｌＯ
″′Ω・ｃｍの範囲にありかつ平均粒度が５０〜２００
　ｐｍの範囲にあるフェライト系キャリアとトナーとを
含む現像剤を収容する現像槽と、静電潜像担持体と対向
しそれとの間に現像領域を形成しかつ現像槽内に回転自
在に設けられた非磁性スリーブと、スリーブ内に固設さ
れた複数個の磁極を有する永久磁石部材と、現像槽内に
回転自在に設けられた現像剤撹拌部材とを有する現像装
置であって、スリーブは担持体との対向部において０．
３〜１．０　ｍｍの間隙を形成すると共にこの対向部に
おいて担持体の表面移動速度の１．５〜３倍の速度で担
持体と同方向に移動し、前記磁極のうち担特休と対向す
る現像磁極はスリーブ上において７００〜１０００Ｇの
範囲の磁束密度を有すると共に、現像磁極の中心とこの
磁極より下流側に隣接し、この磁極とは極性の異なる搬
送磁極の中心とのなす角度をθ（度）、非磁性スリーブ
の外径をＤ　（ｍｍ）としたとき、下記式８００＜Ｄ・
θ＜　１８００を満足するような磁極配列がなされてお
り、現像剤撹拌部材は非磁性スリーブと同方向に回転し
、現像領弐の下流側における現像槽の開口内壁と現像剤
表面層間の間隙および／又は現像槽の開口先端と担持体
との間隙を１ｍｍ以下とした構成を有するものである。

〔実施例〕

以下本発明の詳細を図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る現像装置の断面図であ
る。第１図において、１は表面に静電潜像（図示せず）
を保持した感光体ドラムであり、矢印２方向に回転され
る。現像装Ｗ２は感光体ドラム１の周囲に設置される。

現像装置２は、フェライトキャリアとトナーとを含む現
像剤３を収容する現像槽４を有する。現像槽４の内部に
は、矢印Ｘ方向に回転する非磁性スリーブ５が設けられ
ている。非磁性スリーブ５は感光体ドラム１に対向配置
されており、それとの最近接位置およびその近労に現像
領域１２を形成する。非磁性スリーブ５の内部には、表
面に複数個の磁極を有する永久磁石部材６が固定配置さ
れている。これらの磁極の内Ｎ１極は、現像領域１２に
対向して設けられた現像磁極である。また現像槽４の内
部には、矢印ｙ方向に回転し、現像剤３を撹拌混合する
ための撹拌ローラ７が設けられている。この撹拌ローラ
は例えば回転軸の周囲に複数個の斜円板を取着した構造
を有し、現像剤の回転方向への搬送と共に、軸方向の混
合の機能を有する。現像槽４には、非磁性スリーブ上に
吸着された現像剤の厚みを規制するためのドクター部材
８が設けられている。更に現像槽３の上部には、補充用
トナー１１を収容するトナー槽９が設けられている。ト
ナー槽９は下部に開口を有し、この開口にはトナー補給
ロール１０が回転自在に設けられている。

このような構成により、非磁性スリーブ５を矢印Ｘ方向
に回転させるとスリーブ上に吸着された現像剤はそれと
同方向に搬送され、ドクタ一部材８によりその厚みを規
制されて現像領域１２で形成された磁気ブラシて感光体
ドラム１の表面を摺擦して静電画像が可視像化される。

現像領域１２を通過後の現像剤は、現像槽４内に回収さ
れ、撹拌ローラフにより、トナー補給ローラ１０により
供給されたトナー１１と共に撹拌された後、再び非磁性
スリーブ５上に吸着される。

本発明に使用されるフェライトキャリアは、具体的には
適当な金属酸化物と金属酸化物との完全混合物であり、
結晶学的にはスピネル、ペロプスカイト、大方晶、ガー
ネットあるいはオルソフェライト構造を有する軟質磁性
材料である。すなわちこのフェライトキャリアは、Ｎｉ
Ｉ　Ｚｎ、　Ｍｎ＋　ＭＬＣｕｔ　Ｌｉ＋　Ｂａ、　ｖ
、　Ｃｒ、　Ｃａ等の酸化物とＦｅ、０３との焼結体で
あり、例えばＮｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フ
ェライト、Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェ
ライト、Ｌｉ−Ｚｎ系フェライトなどがよく知られてい
る。

このようなフェライトキャリアは、組成や製造条件を変
えることにより広範囲の物性を有するものが得られるが
、本発明では画質を考慮して次のような物性を有するも
のを用いる。飽和磁化（０１）は、小さすぎるとキャリ
アがスリーブから難読して感光体表面に付着し易くなり
、一方大きすぎると搬送性が強すぎてトナーが変形し易
くなり、又磁気ブラシの穂が硬くなり、中間調の再現性
が悪くなるので、４５〜１００　ｅｍｎ／ｇの範囲がよ
い。

保磁力（＋Ｈｃ）は、小さすぎると搬送性が低下し、大
きすぎると永久磁石化され、種々の部材に付着してしま
うので、１〜３００ｅの範囲がよい。電気抵抗は、低す
ぎるとキャリア付着が生じ易くなり、高すぎると現像性
が低下し、又エッヂ効果が強すぎて均一なベタ黒画像が
得られな（なるので１０６〜１０Ｉ０Ω・国の範囲がよ
い。粒度分布は５０〜２００μｍの範囲がよい。すなわ
ち、粒径は小さい程比表面積が大となり、最大トナー濃
度を高くできかつ耐久性が向上し、又きめの細い画像が
得られるので、２００μｍ以下とする。ただし５０μ−
以下の粒子が多くなると、現像性は向上するが、キャリ
ア付着が生じ易（なるので、５０μ−以下の粒子は３０
重景％以下であることが望ましい。なお、上記の磁気特
性は、振動試料型磁力計（東英工業製ＶＳＭ−３型）に
より測定した値とし、電気抵抗は、特開昭６１−１９１
５２２号に記載の方法に従って測定した値とする。

本発明においては、上記のフェライトキャリアを用いて
良好な現像を行なうために、第１図に示す現像装置を次
のような条件を満たす構造とする。

現像に影響を与える因子としてまず挙げられるのは、現
像磁極（Ｎ、極）の磁束密度である。Ｎ。

極の磁束度密度が７００Ｇ（スリーブ上での値、以下も
同様）より小さいと、上述じたようにフェライトキャリ
アは鉄粉キャリアよりも磁化が弱く、スリーブ上に吸着
する力が弱くなり、キャリア付着とそれに伴う転写ぬけ
を生じる。Ｎｌ極の磁束密度が１０００Ｇより大きいと
、磁気ブラシの穂が硬くなり、画像にたてすしが発生す
ると共に、キャリアが疲労してその寿命が低下する。し
たがって現像磁極の磁束密度は７００〜１０００Ｇの範
囲がよい。

またＮ、極付近の磁束の流れを模式的に表わすと第２図
および第３図に示す状態となる。磁気ブラシは磁束線に
沿って形成される。現像領域１２において磁気ブラシは
ある幅（以下接触幅といい、図中Ｗで示す）をもって感
光体ドラム１と接触している。この接触幅の終端（現像
剤と感光体表面との接触が終了する点）Ｐにおける磁力
線の向きに注目すると、第３図に示すように磁力線の向
きが感光体ドラムの接線方向よりも感光体ドラム徊によ
り向いている場合には、現像を終えた現像剤による磁気
ブラシが再度感光体表面を摺擦するので、磁気ブラシの
クリーニング作用により画像の後端が欠ける（以下後端
欠けという）現象が生じやすくなり、この傾向は中間調
の画像において著しい。これに対して第２図に示すよう
に磁力線が感光体ドラムの接線方向、もしくはそれより
スリーブ側に向いているほど、上記のような不具合、す
なわち後端欠けを防止できる。このような磁力線の向き
を実現するためには、Ｎ、極の磁束密度が上記範囲を外
れない範囲でＮ１極の下流にあってそれと隣接するＳ１
掻をＮＩ極に近づけることによって得られることが実験
によって確認された。

後端欠けの生じない磁力線の向きは、感光体ドラムおよ
び永久磁石部材の外径によって異なるので、Ｎ１極とＳ
ｌ極間のピッチはこれらに応じて定める必要がある。ス
リーブ外径が２０〜６５ａｎのマグネットロールを用い
ての実験結果によると、上記最適な磁極配列、すなわち
Ｎ１とＳｌの角度θは、スリーブ外径をＤとしたとき ８００＜Ｄ・θ＜１８００の条件を満たすと、特に後端
欠けに大変効果あることがわかった。これはＮｅ５ｔ間
のスリーブ上周長（ピッチ）が７〜１６＋ｕ＋の範囲で
あることを示している。

次に、フェライトキャリアは球状に近い形状を有しかつ
電気抵抗が比較的高いので、磁気ブラシの抵抗が高くな
り現像電極効果は弱い。したがって現像ギャップ（ｇ、
）も鉄粉キャリアを用いる場合より狭（ないと現像性が
低下し、画像濃度が低下してしまう、また現像ギャップ
が狭すぎると、磁気ブラシの摺擦力が強すぎて感光体表
面を損傷する。したがって現像ギャップは０．３〜１．
０ｍｎ＋の範囲がよい。

また、スリーブの回転方向およびその周速も現像の良否
に大きく関係する。現像領域１２においてスリーブ５が
感光体ドラム１と同方向に回転させる方が、逆方向に回
転させるよりも、現像剤と感光体との接触が良くなり、
画像濃度が出やすく、かつ、中間調の再現性もよ（なる
。スリーブの周速（ｖｓ　）　　は感光体ドラムの周速
（Ｖ、）の１．５〜３．０倍になるようにスリーブの回
転数を定めるとよい＠　ｖｌ　／ｖｐが大き（なる程現
像領域への現像剤の供給能力が増大し、現像性は向上す
るので、Ｖ　＠　／　Ｖ　ｐは１．５以上とするが、ｖ
、／ｖ。

が大きすぎるとトナーの飛散やキャリアの飛散が増すの
で、Ｖ　＠　／　Ｖ　９は３．０以下とする。

更に、トナーの飛散に関しては、撹拌ローラの回転方向
と、現像領域の下流側の現像槽の開口部の構造も関係す
る。第１図に示すように撹拌ローラ７がスリーブ５と同
方向に回転すると、現像終了後の現像剤が現像槽４内に
引き込まれ易くなり、現像槽４の開口１４からのトナー
の吹き出しは少なくなる。また開口１４付近において、
現像槽４を構成するケースの内壁と現像剤層の表面との
間隙ｇ、の少な（とも一部分が狭い程、現像槽中からの
トナーの吹出しが抑制される。さらにケースの先端と感
光体ドラム１との間隙ｇ４が狭いと、空気抵抗が増大す
るので、トナーの下方への飛散を大幅に減少する。した
がってｇ、および／又はｇ４は１．０ＩＩＩＩｍ以下が
よく、好ましくは０．３〜０．８ｍｍの範囲がよい。

〔実験例〕

以下の実験例により本発明を具体的に説明する。

叉腋■上 第１図に示す現像装置を用いて、以下の条件で実験を行
なった。

感光体ドラム：外径８０ｍｍのＳｅドラム、表面電位＋
７２０　Ｖ　　周速１００ｍｍ／ｓｅｅスリーブ：外径
３４ｍｍの５ＵＳ３０４製スリ一ブ周速２００ｍｎ＋／
ｓｅｃ　（ｖ、　／ｖ、　２．０）永久磁石：外径３１
ｍ＋ｍのＢａミツエライト石Ｎ、極−８，極間角度４５
＠（Ｐ点 における磁力線のベクトルは第２図 に示す方向に近くなった。） ギャップ”　ｇｔ　　　０．６ｍｍ　　　ｇｔ　　　１
．０ｍｍｇ　３　０．７　ＩＩｍ　　　ｇ　ａ　　０．
８　ｍｍキャリア：　　Ｈａ−Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト
キャリア（日立金属製ＫＢＮ−１００） Ｏｓ　５８ｅｍｕ／ｇ　　＝Ｈｃ　２４０ｅ電気抵抗　
７Ｘ１０”Ω・ω 粒度分布　７４〜１４９μｍ トナー：平均粒径　１２μｍ トナー濃度：４重量％ 以上の条件の下でＮ１極の磁束密度を変えて画像を作成
し、評価した。その結果を第１表に示す。

第１表 （注）　■＝１．３以上、○：１．１以上、１．３未満
、６２１．１未満、１．０以上、Ｘ：ｌ、Ｑ未満第１表
から、Ｎ１極の磁束密度が７５０〜１０００Ｇでは良好
な現像が行なえるが、６００Ｇではキャリア付着が多く
なり、ｌ１００Ｇではたてすしが発生することがわかる
。

大腹健主 Ｎ＋極とＳ、極間の角度および磁力を第２．１表に示す
ように変えた以外は実験例１と同様の条件で実験を行な
った。その結果を第２．２表に示す。

第２．１表 ＊　２点における磁力線の向き 第２．２表 上記から、磁力線の向きがスリーブに近い程後端欠けが
生じにくいことがわかる。しかしながら搬送磁極が現像
磁極に近過ぎると磁路が短か（なるため、実質上のスリ
ーブ表面磁束密度が低下しキャリア付着が増大すること
がわかる。またＮ。

極と８１極間の角度θを変えて上記と同様の実験を行な
った結果、θが２４°以上でかつ５３″未満の場合に良
好な結果が得られることがわかった。

更にスリーブの外径Ｄ　（ｍｍ）を変えて上記と略同様
の実験を行なった結果、８００＜θ・Ｄ　＜　１８００
となるような磁極配列により良好な現像が行なえること
がわかった。

スｌｌ辻Ｉ Ｎ１極の磁束密度を８００Ｇとし、ｇｌを変えた以外は
実験例１と同様の条件（但しｇＩに応じてｇ２も若干変
化させた）で実験を行なった。その結果を第４表に示す
。

第３表 第３表から、ｇＩが１．　Ｏｎｕｎ以下の場合において
高い画像濃度が得られることがわかる。ただしｇＩが０
．２　ｓｕｍの場合は、連続１５．０００枚のコピーで
ドラム傷が生じた。

失壌桝土 Ｎ、極の磁束密度を８００Ｇとし、スリーブの回転方向
を逆にした以外は実験例１と同様の条件（但しドクタ一
部材の位置を変更）で実験を行なった。その結果、中間
調の再現性が低下することがわかった。

ス１ｕ汁ｌ ＮＩ掻の磁束密度を８００Ｇとし、スリーブの回転数を
変えた以外は実験例１と同様の条件で実験を行なった。

その結果を第３表に示す。

第４表 第４表から、Ｖ、　／ｖｐが１．０の時は画像濃度が不
足し、４．０の時はキャリア付着とトナーの飛散が多く
なることがわかる。

去慧Ｍ工 Ｎ＋極の磁束密度を８００Ｇとし、撹拌ローラの回転方
向を逆にした以外は実験例１と同様の条件で実験を行な
った。その結果、現像槽４の開口１４からのトナーの吹
き出しが多くなることがわかった。

裏鳳■工 ＮＩ極の磁束密度を８００Ｇとし、ｇ、およびｇ４を０
．８〜３．０−一の範囲で変えた以外は実験例１と同様
の条件で実験を行なった。その結果、ｇ３およびｇ４が
１．０ＩＩＩｌｌより大きくなると、トナー飛散が多く
なることがわかった。

〔発明の効果〕 以上の通り、本発明の現像装置は、現像磁極の強さや現
像ギャップのみならず、スリーブの移動方向およびその
移動速度、現像領域における磁力線の向きおよび現像領
域下流側の現像槽開口部の構造についても特定の範囲と
しているので、フェライトキャリアを使用した場合にお
ける良好な現像を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る現像装置の断面図、第
２図は第１図の要部拡大図、第３図は従来の現像装置の
要部を示す断面図である。 ｌ：感光体ドラム、２：現像装置、３：現像剤、４：現
像槽、５：非磁性スリーブ、６：永久磁石部材、７：撹
拌ローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）飽和磁化が４５〜１００ｅｍｕ／ｇ、保磁力が１
   〜３００ｅ、電気抵抗が１０＾６〜１０＾１＾０Ω・ｃ
   ｍの範囲にありかつ平均粒度が５０〜２００μｍの範囲
   にあるフェライトキャリアとトナーとを含む現像剤を収
   容する現像槽と、静電潜像担持体と対向しそれとの間に
   現像領域を形成しかつ前記現像槽内に回転自在に設けら
   れた非磁性スリーブと、前記非磁性スリーブ内に固設さ
   れた複数個の磁極を有する永久磁石部材と、前記現像槽
   内に回転自在に設けられた現像剤撹拌部材とを有する現
   像装置において、前記非磁性スリーブは前記担持体との
   対向部において０．３〜１．０ｍｍの間隙を形成すると
   共に前記担持体の表面移動速度の１．５〜３倍の表面移
   動速度で前記担持体と同方向に回転し、前記永久磁石部
   材の磁極のうち前記担持体と対向する現像磁極はスリー
   ブ上で７００〜１０００Ｇの範囲の磁束密度を有すると
   共に、前記現像磁極の中心とこの磁極より下流側に隣接
   し、この磁極とは極性の異なる搬送磁極の中心とのなす
   角度をθ（度）、および前記非磁性スリーブの外径をＤ
   （ｍｍ）としたとき、下記式８００＜Ｄ・θ＜１８００
   を満足するような磁極配列がなされており、前記現像剤
   撹拌部材は前記非磁性スリーブと同方向に回転し、そし
   て前記現像領域の下流側における前記現像槽の開口内壁
   と現像剤表層間との間隙および／又は前記現像槽の開口
   先端と前記担持体との間隙を１ｍｍ以下としたことを特
   徴とする現像装置。