JPH05150667A

JPH05150667A - 現像装置

Info

Publication number: JPH05150667A
Application number: JP4136694A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Goto; 隆治後藤; Koji Noguchi; 浩司野口
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】スリーブとトナー槽の間に上方から伸びる仕
切と下方からの仕切を設置すると共に、上方から伸びる
仕切を他方の仕切よりもスリーブに近づけて配置するこ
とにより、高品質の画像を得る。【構成】一方向極性に荷電能力を有する磁性トナーと
磁性キャリアとを混合した現像剤を保持する非磁性金属
スリーブ７を保持する現像槽５に隣接して磁性トナー２
を収容するトナー槽３を形成する。トナー槽３と現像槽
５との間に上方から伸びる仕切３ａと下方からの仕切３
ｂを設け、スリーブ７のみを回転させることにより現像
剤を現像領域に搬送し、そこで磁性トナーを静電潜像に
付着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、像担持体の表面に形成
された静電荷像を絶縁性を有する磁性トナーによって可
視像化する電子写真法における現像装置に関するもので
あり、特に磁性キャリアと磁性トナーとを混合してなる
現像剤をスリーブ回転によって現像領域まで搬送して現
像を行うように構成した現像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法は、感光体表面に静電荷像を
形成しこの静電荷像をトナーと呼ばれる着色粒子により
可視像化したトナー像を転写部材上に転写後熱的手段に
より定着しハードコピーを得るものに代表される。この
電子写真法における現像方式はこれまで種々提案されて
いるが、現像剤として非磁性トナーと磁性キャリアの混
合粉体である二成分現像剤を用いて磁気ブラシ法により
行う方式、あるいは磁性トナーのみを用いて行う方式が
主流となっている。従来これら粉体現像剤を用いる場
合、非磁性金属スリーブと、当該非磁性金属スリーブ内
に配置された磁石ロールとを相対的に回転させ、非磁性
金属スリーブ表面に吸着した現像剤を現像装置内部から
現像領域まで搬送し、再び現像装置内に回収する方式が
とられる。一般的にこれら現像剤の搬送速度は画質の向
上あるいは画像濃度を高くするため、比較的高速に設定
される。特に一成分方式ではこの傾向が強く、代表的な
公知例としては米国特許第4,121,931号明細書に記載さ
れる絶縁性磁性トナーを用いた現像方式が知られてい
る。

【０００３】しかしながら上記の方式においては現像剤
を高速で搬送させるため、トナーの現像装置外への飛散
や、一成分方式ではトナーへ加わる力が大きくなり、ト
ナーの凝集が発生しやすいというような問題、また二成
分方式ではキャリア表面にトナーを構成する樹脂成分の
付着を促進し、現像剤の寿命を短くするような問題があ
る。従って、信頼性を考慮すると現像剤の搬送速度は出
来るかぎり低く設定することが理想であるが、十分な画
像濃度すなわち十分な現像性を得るために、現像剤を比
較的高速で搬送することが必要となっている。

【０００４】また近年、特開昭59−40653号、同59−162
563号および特公平2−31383号公報に記載されるように
磁性キャリアと磁性トナーとの混合物を現像剤として使
用することも提案され、前述の二成分方式と一成分方式
の長所を共有するものとされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような磁性キャ
リアと磁性トナーとの混合物を現像剤として使用する方
式においては、高品質の画像が得られ易い点から現像剤
の磁気的搬送手段を構成する金属スリーブと磁石ロール
の両者が回転する方式が主流であった。またこの方式に
おいて使用する現像剤を構成する磁性キャリアとしては
比較的導電性の良好なものが使用されると共に、現像装
置の構造を複雑化しないようにするため、トナー濃度に
ついては特にそれを制御する手段を設けていない。この
ため現像領域におけるトナー濃度は６０重量％以上の高
濃度になることが多い。

【０００６】従って、電気抵抗の高いトナー成分が多く
なると共に、トナーの充分な摩擦帯電が阻害されるばか
りでなく現像剤全体としての電気抵抗が高くなり、効率
的な静電荷像の現像を行うために現像剤の搬送速度を大
きくする必要があった。この結果、現像剤の搬送手段で
ある金属スリーブおよび磁石ロールは高速で回転され、
このような現像装置においては、現像剤にも悪影響を及
ぼすのみならず駆動系における騒音が大となるため事務
環境を悪化させると共に、構造が複雑になる等の問題点
があった。従ってその対策として、現像装置を磁石ロー
ル固定、スリーブのみの回転という構造とすることが考
えられる。

【０００７】また前記のようにこの方式においては、通
常磁性トナーとして一方向極性に荷電能力を有するトナ
ーを使用するが、トナー中の磁性粉量が多くなると、ト
ナーの電荷保持能力が低下し、あるいはスリーブに吸着
される力が強くなって、充分な現像量を確保することが
困難となっていた。そのため最近は磁性粉含有量が１０
〜５０重量％（σｓで８〜４０emu／ｇ位）のような低
磁力トナーを使用することが多い。

【０００８】そこでスリーブのみを回転させ、かつ低磁
力トナーを使用することにより、良好な画像を形成する
ことができるわけであるが、このような条件の下では、
画質の点から金属スリーブ上の現像領域におけるトナー
濃度を１０〜５０重量％、好ましくは１５〜４０重量％
に制御する必要があることがわかった。しかしながら磁
性キャリアと磁性トナーとを混合してなる現像剤を使用
する方式の従来装置（例えば実開昭63−150963号公報参
照)においては、前記のようにトナー濃度制御手段を使
用していないため、キャリアが金属スリーブ近傍に保持
されず、トナー槽に分散してしまう現象が発生しトナー
濃度を適正に保持することが困難となっていた。特に磁
石ロールを固定し金属スリーブの回転のみで現像を行な
う場合現像剤が充分帯電されないため、良好な画像を安
定して得ることができにくいという問題点があった。

【０００９】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、トナー濃度を適正に制御し得ると共に、現像剤
の搬送速度が低速であるのに拘らず良好な画像を安定し
て形成し得る現像装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、非磁性金属材料により中空円筒
上に形成したスリーブと、このスリーブ内に同軸的に設
けられかつ外周に軸方向に延びる複数個の磁極を設けて
なる多極磁石部材と、前記スリーブを収容しかつ保持す
る現像槽に隣接するトナー槽とを備え、磁性キャリアと
磁性トナーとを混合してなる現像剤をスリーブ表面に付
着させ、金属スリーブのみを回転自在に形成し、ドクタ
ー部材により層厚を規制された現像剤を現像領域まで搬
送して現像を行うように構成した現像装置において、前
記金属スリーブ近傍領域すなわち現像槽とトナー槽領域
との間に上方より伸びる仕切と下方からの仕切を設置
し、前記上方より伸びる仕切を前記下方からの仕切より
前記金属スリーブ側に設置し、前記スリーブと上方より
伸びる仕切とで区切られる領域において、ドクターギャ
ップを通過できない現像剤が混合されるという技術的手
段を採用した。

【００１１】

【作用】上記の構成により、現像槽またはトナー槽のス
リーブ表面に臨む開口部の少なくともドクターギャップ
部は、キャリアリッチの現像剤の領域で覆われる。従っ
てトナー槽からスリーブ表面に向かってトナーが供給さ
れる場合、そのトナーは上記領域に送り込まれ、次いで
上記領域の中にあるトナーの一部がスリーブ表面の磁気
ブラシ中に取り込まれ、スリーブの回転により現像領域
に搬送される。一方、金属スリーブの回転により現像槽
内の現像剤は混合されるが、前記仕切の作用によりトナ
ー槽内への現像剤の戻りが防止出来る。従って現像槽内
におけるキャリア量が一定に維持されるため、トナー濃
度が安定して低目にコントロールされ得る。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す要部横断面図
である。図１において１は現像装置であり、磁性トナー
２を収容するトナー槽３と磁気的搬送手段４を保持する
現像槽５とを隣接させて形成する。３ａは上方から伸び
る仕切、３ｂは下方からの仕切であり、トナー槽３と現
像槽５との間に設け、上方から伸びる仕切３ａを下方か
らの仕切３ｂより磁気的搬送手段４側に設置する。トナ
ー槽３内には磁性トナー２の供給手段６を矢印Ａ方向に
回動自在に設ける。供給手段６は例えば小径の丸棒をＵ
字状に折り曲げて形成することができる。磁気的搬送手
段４は、アルミニウム合金若しくはステンレス鋼等の非
磁性金属材料により中空円筒状に形成したスリーブ７
と、スリーブ７内に同軸的に設けられかつ外周に軸方向
に延びる複数個の磁極を設けてなる永久磁石部材８とか
ら構成する。

【００１３】なお永久磁石部材８は複数個の磁極のうち
の例えば特定のＮ極を矢印Ｘ方向に回転する像担持体９
と対向させて（例えば７と９との間隙０．２〜０．６m
m）固定し、スリーブ７を回転自在に形成する。次に１
０はドクター部材であり、スリーブ７の上方に間隙（例
えば０．２〜０．６mm）を介して固定し、スリーブ７上
の現像剤１１の層厚を所定の値に規制可能に形成する。

【００１４】上記の構成により、例えば磁気的搬送手段
４に所定量の磁性キャリアを供給しながらスリーブ７を
矢印Ｂ方向に回転させ、スリーブ７の表面に層状に吸着
させる。スリーブ７上の磁性キャリアはドクター部材１
０によって層厚を規制される結果、ドクター部材１０の
スリーブ回転方向上流側に溜り１１ａが形成される。次
にトナー槽３内にトナーカートリッジ（図示せず）等を
介して磁性トナー２を供給し、供給手段６を作動させ、
仕切３ｂおよび３ａを超えて現像槽５に磁性トナー２を
供給する。供給された磁性トナー２はスリーブの回転に
より現像槽５内および溜り１１ａにおいて磁性キャリア
と混合されてスリーブ表面に形成される現像剤１１とな
る。

【００１５】この場合現像剤１１における磁性トナー２
の濃度は、当初に現像槽５内に供給される磁性キャリア
の量と現像槽５に供給される磁性トナー２の量によって
定まるから、磁性キャリアの量を選択することにより好
適トナー濃度１０〜５０重量％、好ましくは１５〜４０
重量％に制御することができる。

【００１６】上記のような所望のトナー濃度をスリーブ
７上に形成するために上方から伸びる仕切３ａと下方か
らの仕切３ｂは重要な働きをする。現像槽５内ではスリ
ーブ７の回転により磁性トナーとキャリアが混合される
が、その際図示矢印Ｃで示す如く上方から伸びる仕切３
ａに沿って一部が動き落下する。従って、上方から伸び
る仕切３ａを下方からの仕切３ｂよりスリーブ側に配置
することにより、キャリアを現像槽５内に保持できる。
また下方からの仕切３ｂはスリーブ７の回転による下方
からの流れにより現像槽５内の領域Ｒに存在する混合物
がトナー槽３に押し出されるのを防止するように充分高
い位置に配置する。

【００１７】このような構成により現像槽５内のキャリ
アは所望の量に保持される。一方、トナー槽３から現像
槽５に供給される磁性トナー２は必要以上供給されな
い。以上のような構成により現像槽５内のトナーとキャ
リアはほぼ一定の量を保つことが出来るため、スリーブ
７表面に形成される現像剤１１のトナー濃度は必要以上
に上昇せずほぼ一定の水準を維持出来る。またさらに加
えれば現像槽５内にあらかじめ供給されるキャリア量を
適当に選ぶことによりトナー濃度を所望の値に調整出来
る。

【００１８】ここで領域Ｒにおける各部（ｌ₁、ｌ₂、ｈ
₁、ｈ₂）の具体的寸法は、現像槽５の形状などに応じて
定めればよい。但し、これらの寸法は、仕切３ａ及び３
ｂが上述したような役割を果す範囲のものであることは
もちろんである。すなわち仕切３ａは現像剤を矢印Ｃ方
向に導き、一方仕切３ｂは磁性トナー２が磁気的搬送手
段４側に供給されかつスリーブ近傍のキャリアがトナー
槽３内に行かないような寸法・位置関係を維持する限
り、図示以外の寸法・位置関係であってもよい。例えば
このような条件を満足すれば、３ｂの上端面は３ａの下
端面よりも上方に伸びていても（ｈ₂＞ｈ₁）よい。

【００１９】本発明においては、上記の構造に加えて現
像剤を次のように構成することにより更に高品質の画像
が得られる。

【００２０】本発明において磁性キャリアは、鉄粉、酸
化鉄（例えばマグネタイト）、ソフトフェライト（例え
ばＮｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｇ−Ｚｎフェライト、Ｃｕ
−Ｚｎフェライト）、樹脂バインダー型などの公知のキ
ャリア材料で形成したものでよい。これらの材料からな
るキャリアの内では化学的に安定で使用中の抵抗変化が
少なくかつ見掛密度の小さいなどの利点を有するフェラ
イトキャリアが好適である。

【００２１】このような材料からなる磁性キャリアの物
性について検討すると、電気的特性や磁気的特性のみな
らず、粒径が画質を左右する大きな要因であることがわ
かった。本発明における磁性キャリアの粒径は、トナー
よりも大きいことは勿論であるが、２０〜１０５μｍの
範囲内にあること、具体的には２０μｍ未満の粒子およ
び１０５μｍを超える粒子が重量比率で５％未満である
ことが好ましい。これは、２０μｍ未満の粒子が５％以
上であると、キャリア付着が生じ易くなり、一方１０５
μｍを超える粒子が５％以上であると、感光体表面を損
傷し易くなるからである。より好ましい粒径は３７〜７
４μｍである。また本発明のキャリアの平均粒径は、５
０〜７０μｍとするのが望ましい。

【００２２】これ以外の物性の内では、飽和磁化（σ
ｓ）および抵抗が最も重要であり、本発明ではそれぞれ
次の範囲とするのが望ましい。飽和磁化は、小さすぎる
とキャリア付着が生じ易くなり、大きすぎると現像性が
低下するので３０〜８０emu／ｇの範囲が好ましく、よ
り好ましくは５５〜７５emu／ｇである。抵抗は、高す
ぎると電荷を蓄積し易く、現像性が低下してしまい、低
すぎると低電圧下でもブレークダウンするので、１０⁵
〜１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲の抵抗（測定電場は直流２００
Ｖ／ｃｍ）が好ましく、より好ましくは１０⁷〜１０⁹Ω
・ｃｍである。

【００２３】次に、磁性トナーは、定着用樹脂および磁
性粉とを必須として含有したトナー粒子からなるものを
用い得る。定着用樹脂は基本的には定着方式によって定
めればよく、例えば加熱定着方式の場合は、スチレン系
樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等、あるいはこ
れらの混合樹脂が好ましい。

【００２４】磁性粉は、マグネタイト、フェライトに代
表される鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性を示す金
属もしくは合金またはこれらの元素を含む化合物などを
用い得るが、色相や磁気特性の点からマグネタイトが好
適である。磁性粉の含有量は、それが多くなるとトナー
の電荷保持能力が低下するもしくはスリーブに吸着され
る力が強まって、一方向極性の荷電能力をもったトナー
とすることが困難になるので、５０重量％以下とするこ
とが好ましい。ただし磁性粉の含有量が少なすぎると、
トナーの飛散が生じ易くなるので１０％以上とすること
が好ましい。この場合のトナーの飽和磁化は、通常のマ
グネタイトを使用した場合で８〜４１emu／ｇ程度とな
る。

【００２５】また本発明では、上記の必須成分の他に、
トナーに一方向極性に電荷を強くもたせるためにニグロ
シン系染料や含金属アゾ系染料等の電荷制御剤を添加す
ることが望ましい。更に本発明は、流動性改質剤（シリ
カ、アルミナ等）や抵抗調整剤（カーボンブラック等）
を添加してもよい。

【００２６】本発明の磁性トナーは、上記の材料により
粉砕法、スプレードライ法あるいは重合法などの公知の
手法により調整することができる。本発明で使用する磁
性トナーの好ましい物性は次の通りである。粒度分布は
５〜２０μｍの範囲にあればよいが、好ましい範囲は６
〜１６μｍである。但し、粒径８μｍ以下の粒子が多く
なると地カブリが生じ易くなるので、８μｍ以下の粒子
は全体の２０重量％以下が良い。比抵抗は転写性の点か
ら１０¹⁴Ω・ｃｍ以上（測定電場はＤ．Ｃ４KV／ｃｍ）
あればよい。

【００２７】本発明における現像剤は、上記の磁性キャ
リアと上記の磁性トナーとを混合して調整されるが、現
像領域における現像剤中の磁性トナーの含有量（トナー
濃度）が重量で１０〜９０％の広い範囲で使用できる。
トナー濃度の好ましい範囲は上述したように１０〜５０
％である。また磁性キャリアの使用量は、キャリアの材
質、現像器の大きさによっても異なるが、フェライトキ
ャリアの場合は、スリーブの単位面積当りに換算し０．
０５〜１ｇ／ｃｍ²のキャリアを使用することが望まし
い。

【００２８】そして上述した以外で本発明を実施する上
で好ましい現像条件は次の通りである。感光体の表面電
位は感光体の種類によって定まるが、例えば有機光導電
体の場合は電圧の絶対値が４００〜７００Ｖの範囲が好
ましい。また有機光導電体上の静電荷像を反転現像する
場合には、スリーブに表面電位と同極性での０．６〜
０．９倍のバイアス電圧を印加することにより高濃度で
かつ地カブリの少ない画像が得られる。また現像ギャッ
プは０．２〜０．６ｍｍの範囲で設定すると磁気ブラシ
と感光体との接触状態が良好になる。ドクターギャップ
は現像ギャップと同程度ないし若干マイナス設定でよ
い。

【００２９】なお本発明でキャリア及びトナーの磁気特
性は、振動試料型磁力計（東英工業社製ＶＳＭ−３型）
にて最大１０ＫＯｅの磁場を印加して測定した値とす
る。

【００３０】（実験例）スチレン−ｎブチルメタクリレ
ート共重合体（Ｍｗ約２０万Ｍｎ約１万）５８重量
部、マグネタイト（戸田工業社製ＥＰＴ−５００）４０
重量部、および含Ｃｒアゾ染料（オリエント化学社製ボ
ントロンＥ８１）２重量部を乾式混合、溶融混連し、冷
却固化後粉砕し、次いで分級して平均粒径１０μｍの磁
性トナー（ブローオフ摩擦帯電量−１０μｃ／ｇ）を得
た。この磁性トナーを抵抗が１０⁸Ω・ｃｍで粒径が３
７〜１０５μｍのフェライトキャリア（日立金属製Ｋ
ＢＮ−１００）と混合して現像剤を調整した。

【００３１】上記現像剤を使用して次の条件で画像を作
成した。図１において、画像担体９として負極性のＯＰ
Ｃ感光体（外径４０ｍｍ）を使用し、これを５０ｍｍ／
secの周速で回転させた。スリーブ７として外径２０ｍ
ｍのＳＵＳ３０４円筒を使用してこれを１６５ｍｍ／se
cの周速で回転させ、その内部に非対称６極着磁した円
筒磁石（Ｎ₁極＝７５０Ｇ）を配置した。現像ギャップ
及びドクターギャップはそれぞれ０．３２ｍｍ及び０．
２７ｍｍに設定し、l₁＝１０ｍｍ、l₂＝１５ｍｍ、ｈ₁
＝５ｍｍ、ｈ₂＝４ｍｍとした。感光体の表面電位（帯
電部）は−５００Ｖ、残留電位（露光部）は−５０Ｖと
して、スリーブ８に−４００Ｖの直流バイアス電圧を印
加して反転現像を行なった。次に現像して得られたトナ
ー像を普通紙に転写し、次いで加熱ローラ定着（定着温
度１８０℃、定着圧力１ｋｇ／ｃｍ、ニップ幅４ｍｍ）
を行なった。

【００３２】上記において、現像槽内のキャリア量を変
えた場合の画像評価結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１の結果から、本発明の構造の場合、ト
ナー濃度が５０重量％を超えると（例１）、解像度が低
下し、トナー濃度が１０重量％であると（例６）、キャ
リア付着がやや生じ易くなり、トナー濃度が１５〜４０
重量％の範囲で（例２〜５）、極めて高品質の画像が得
られることがわかる。また図１において仕切がない場合
には、初期のトナー濃度を５０重量％に設定しても連続
コピーすると６０重量％以上になることもあったが、図
１の構造であると、トナー濃度は実質的に５０重量％を
超えないことが確認された。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、スリーブ回転のみによってかつ比較的低
速度で現像剤を搬送することができるため、装置の構造
が簡単であると共に、スリーブ上のトナー濃度が低い範
囲で制御され、トナーの摩擦帯電が充分に行なわれ現像
剤の電気抵抗が比較的小さくなるため、比較的低いスリ
ーブ回転数においても良好な画像が得られ、騒音も少な
い。さらに言えばスリーブ上の現像領域におけるトナー
濃度を低濃度かつ適正な濃度に制御することができるた
め、チリ、かぶりのない良好な画像を安定してかつ長期
間に亘って形成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部横断面図である。

【符号の説明】

７スリーブ８永久磁石部材１０ドクター部材１１ａ現像剤溜り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に磁性トナーと磁性キャリアの混合
物である現像剤を吸着する非磁性金属スリーブと、前記
非磁性金属スリーブ内に固設された多極磁石と、前記磁
性トナーを収容するトナー槽と、前記スリーブ上の現像
剤層の厚さを規制するドクター部材とを備え、前記スリ
ーブと前記トナー槽がほぼ隣接して設置され、前記非磁
性金属スリーブを回転せしめて前記磁性トナーを静電荷
像担持体表面に付着させる現像装置において、前記非磁
性金属スリーブと前記トナー槽との間に上方より伸びる
仕切と下方からの仕切を設置し、前記上方から伸びる仕
切が前記下方からの仕切よりも前記非磁性金属スリーブ
側に配置し、前記スリーブと上方から伸びる仕切とで区
切られる領域において、前記ドクター部材と前記スリー
ブとの間隙を通過できない現像剤が混合されることを特
徴とする現像装置。
【請求項２】スリーブ上に保持される現像剤中の磁性
トナーと磁性キャリアとの混合比率は、スリーブ近傍に
保持されるキャリア量によって実質的に決定されること
を特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】磁性トナーと磁性キャリアの混合比率
は、重量比で１０：９０〜５０：５０の範囲にあること
を特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項４】磁性トナーと磁性キャリアの混合比率
は、重量比で１５：８５〜４０：６０の範囲にあること
を特徴とする請求項２記載の現像装置。