JPH06118799A

JPH06118799A - 現像装置

Info

Publication number: JPH06118799A
Application number: JP4271882A
Authority: JP
Inventors: Satoru Haneda; 哲羽根田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】制御電極を安定に保持し、微粒子のトナーを
用い、現像効率が高くムラのない現像を行うことの可能
な現像装置を提供する。【構成】現像領域Ａ上流部に制御電極851を有する板
状部材でかつ磁石体から成る電極部材85を設け、現像ロ
ーラ81には磁性材を用いて、磁気的作用により電極部材
85を現像ローラ81に安定当接させ、前記制御電極851と
現像ローラ81間に第１の振動電界を、感光体ベルト１と
前記現像ローラ81間に第２の振動電界を形成し、感光体
ベルト１と制御電極851との間にはトナーを感光体ベル
ト１へ移動させる電界を形成したことを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写装置等に
おいて、非磁性トナー粒子からなる１成分現像剤或いは
磁性キャリア粒子とトナー粒子とを混合した２成分現像
剤を用いて静電潜像あるいは磁気潜像を現像する現像装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真複写装置等に用いられる
現像装置の一つとして、非磁性トナーからなる１成分現
像剤を用いた現像装置がある。この現像装置は、表面を
粗面にして回転可能に支持された円筒状の現像ローラを
有し、この現像ローラ表面にトナーを保持し現像領域に
搬送して現像を行うもので、像形成体面と非接触で現像
する非接触現像にも用いられる。しかし、従来は一般に
平均粒径が10μｍ前後の非磁性トナー粒子からなる現像
剤が用いられており、トナーの粒子が粗いために、繊細
な線や点或いは濃淡差等を再現する高画質画像が得られ
にくいといった問題がある。そこで、この現像方法にお
いて高画質を得るために、従来、多くの努力が払われて
いるが、それでも未だ安定して十分に満足し得る画像が
得られないのが現状である。従って、高画質画像を得る
ためには、トナーをより微粒子にすることが必要である
と考えられる。しかし、トナーを平均粒径が20μｍ以
下、特に10μｍ以下の微粒子にすると、現像時のクー
ロン力に対して相対的にファンデルワールス力の影響が
現れて、像背景の地部分にもトナーが付着する所謂かぶ
りが生ずるようになり、現像剤搬送担体への直流バイア
ス電圧印加によってもかぶりを防ぐことが困難となる。
トナーの摩擦帯電制御が難しくなって凝集が起こり易
くなる。微粒子化には、上述のような副作用の方が目立
って、鮮明な画像が得られないという問題があるので、
そのためにトナーを微粒子化することは実際に用いるの
が困難であった。

【０００３】一方、２成分現像剤を用いる現像装置にあ
っては、トナーについては上述と同様の問題があり、キ
ャリアについてもキャリア粒子を微粒子化していくと、
キャリア粒子も像形成体の静電像部分に付着するよう
になる。この原因としては、磁気バイアスの力が低下し
て、キャリア粒子がトナー粒子と共に像形成体側に付着
したためと考えられる。なお、バイアス電圧が大きくな
ると、像背景の地部分にもキャリア粒子が付着するよう
になる。微粒子化には、上述のような副作用の方が目立
って、鮮明な画像が得られないという問題があるので、
そのためにトナー粒子及びキャリア粒子を微粒子化する
ことは実際に用いるのが困難であった。

【０００４】上記問題を解決する方法として、本出願人
が出願した、現像領域にトナー粒子の飛翔を制御する制
御電極を設け、交流電圧成分を有するバイアス電圧を印
加して生ずる振動電界下で現像を行う方法（特開昭59-2
23467号公報）や、特開平1-94368号公報に開示された、
現像領域の中央部と現像剤層の層厚を規制する規制部材
との間に均し部材を配設し、この均し部材にトナー粒子
の帯電極性とは逆の極性の直流電圧をバイアス電圧とし
て印加する方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記解決方法
の前者では、制御電極が使用するに従い汚れが発生した
り、制御電極が使用中振動する。また、制御電極を直線
に一定の間隙で保持することが困難であること等により
濃度ムラを発生し所期の効果を発揮できないという問題
点がある。

【０００６】また、後者の方法では、均し部材にトナー
粒子の帯電極性と逆の極性のバイアス電圧を印加するの
で均し部材にトナーが付着し、これが感光体に付着する
ことにより画像汚れとなったり、現像剤の振動条件が変
化して良好な現像が行われなくなるという問題点があ
る。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決し、制御電極
を狭い空間に安定して保持し、現像効率が高くムラのな
い現像を行うことの可能な現像装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、像形成体
と、規制された現像剤を搬送する現像ローラとが間隙を
有して対向し、非接触現像を行う現像装置において、現
像領域上流部に設けた制御電極を有する電極部材及び前
記現像ローラに磁性材を用い、磁気的作用により前記電
極部材を前記現像ローラに安定当接させることを特徴と
する現像装置によって達成される。

【０００９】また、前記現像ローラは内部に固定磁石体
を有することを特徴とする前記現像装置。或いは前記現
像ローラは磁性体から成り、前記電極部材は磁石体から
成ることを特徴とする前記現像装置は好ましい実施態様
である。

【００１０】

【実施例】図４は本発明の現像装置を好適な現像手段と
して備えたカラー画像形成装置の一例を示す断面構成図
である。

【００１１】図４において、１は光導電体を塗布あるい
は蒸着した可撓性のベルトからなるベルト状の像形成体
である感光体ベルトで、該感光体ベルト１は回動ローラ
２および３の間に架設されていて回動ローラ２の駆動に
より時計方向に搬送される。４は前記感光体ベルト１に
内接するよう装置本体に固定したガイド部材で、前記感
光体ベルト１はテンションローラ５の作用によって緊張
状態とされることによりその内周面を前記ガイド部材４
に摺擦させる。

【００１２】６は帯電手段たるスコロトロン帯電器、７
は像露光手段であるレーザビームを用いた光書込み装
置、８Ａないし８Ｄはそれぞれ特定色の現像剤を収容し
た複数の現像手段である本発明の現像装置であって、こ
れ等の像形成手段は感光体ベルト１の前記ガイド部材４
に接する部分に配設される。

【００１３】前記各現像装置８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは
詳細については後述するが、例えばイエロー，マゼン
タ，シアン，黒色の各現像剤をそれぞれ収容するもので
前記感光体ベルト１と所定の間隙を保つ各現像ローラ81
を備え、感光体ベルト１上の潜像を非接触の反転現像法
により顕像化する機能を有している。この非接触現像は
接触現像と異なり、感光体ベルト１上にトナー像を担持
したまま移動を妨げない長所を有する。

【００１４】12は転写器、13はクリーニング装置でこの
クリーニング装置13のブレード13ａとトナー搬送ローラ
13ｂは画像形成中には感光体ベルト１の表面より離間し
た位置に保たれ画像転写後のクリーニング時のみ図示の
ように感光体ベルト１の表面に圧接される。

【００１５】かかるカラー画像形成装置によるカラー画
像形成のプロセスは次のようにして行われる。

【００１６】先ず、本実施例による多色像の形成は図５
の像形成システムに従って遂行される。即ち、オリジナ
ル画像を撮像素子が走査するカラー画像像データ入力部
（イ）で画像データを得、この画像データを画像データ
処理部（ロ）で演算処理し、一旦画像メモリ（ハ）に格
納される。次いでこの画像データは記録時取り出されて
記録部（ニ）である例えば図４のカラー画像形成装置へ
入力される。即ち、前記カラー画像形成装置とは別体の
画像読取装置から出力される色信号である画像データが
前記光書込み装置７に入力されると、光書込み装置７に
おいては図示しない書込み光源である半導体レーザで発
生されたレーザビーム（書き込み光）は図示しないコリ
メータレンズ及びシリンドリカルレンズを通過し、駆動
モータ71により回転される回転多面鏡74により回転走査
され、ｆθレンズ75とシリンドリカルレンズ76を経てそ
の間２個のミラー77，78により光路を曲げられて、予め
帯電手段たるスコロトロンの帯電器６によって一様な電
荷を付与された感光体ベルト１の周面上に投射され主走
査がなされて輝線を形成する。

【００１７】一方、走査が開始されるとレーザビームが
図示しないインデックスセンサによって検知され、第１
の色信号により変調されたレーザビームが前記感光体ベ
ルト１の周面上を走査する。従ってレーザビームによる
主走査と感光体ベルト１の搬送による副走査により感光
体ベルト１の周面上に第１の色に対応する潜像が形成さ
れて行く。この潜像は現像手段の内イエロー（Ｙ）のト
ナー（顕像媒体）の装填された現像装置８Ａにより反転
現像されて、ベルト表面にトナー像が形成される。得ら
れたトナー像はベルト面に保持されたまま感光体ベルト
１の周面より引き離されている清掃手段であるクリーニ
ング装置13のブレード13ａの下を通過し、次の画像形成
サイクルに入る。

【００１８】即ち、前記感光体ベルト１は前記スコロト
ロン帯電器６により再び帯電され、次いで第２の色信号
が前記光書込み装置７に入力され、前述した第１の色信
号の場合と同様にしてベルト表面への書込みが行われ潜
像が形成される。潜像は第２の色としてマゼンタ（Ｍ）
のトナーを装填した現像装置８Ｂによって反転現像され
る。

【００１９】このマゼンタ（Ｍ）のトナー像はすでに形
成されている前述のイエロー（Ｙ）のトナー像の存在下
に形成される。

【００２０】８Ｃはシアン（Ｃ）のトナーを有する現像
装置で、第１，第２の色と同様にベルト表面にシアン
（Ｃ）のトナー像を形成する。

【００２１】さらに８Ｄは黒色のトナーを有する現像装
置であって、前記の色と同様の処理によりベルト表面に
黒色のトナー像を重ね合わせて形成する。これ等各現像
装置８Ａ，８Ｂ，８Ｃ及び８Ｄの各ローラには直流ある
いはさらに交流のバイアスが印加され、顕像手段である
１成分現像剤による非接触反転現像が行われ、基体が接
地された感光体ベルト１には非接触で現像が行われるよ
うになっている。

【００２２】かくして感光体ベルト１の周面上に形成さ
れたカラーのトナー画像は、転写部においてトナーと逆
極性の高電圧が印加されて、給紙カセット14より給紙ガ
イド15を経て送られてきた転写材に転写される。

【００２３】即ち、給紙カセット14に収容された転写材
は，給紙ローラ16の回転によって最上層の一枚が搬出さ
れてタイミングローラ17を介し感光体ベルト１上の像形
成とタイミングを合わせて転写器12へと供給される。

【００２４】画像の転写を受けた転写材は、前記回動ロ
ーラ２に沿って急に方向転換をする感光体ベルト１より
確実に分離して上方に向かい、定着ローラ18によって画
像を溶着したのち排紙ローラ19を経てトレイ20上に排出
される。

【００２５】一方、転写材への転写を終えた感光体ベル
ト１は、さらに搬送を続けてブレード13ａとトナー搬送
ローラ13ｂを圧接状態とした前記クリーニング装置13に
おいて残留したトナーの除去を行いその終了をまって再
び前記ブレード13ａを引き離し、それより少し後にトナ
ー搬送ローラ13ｂを引き離し新たな画像形成のプロセス
に入る。

【００２６】上記本発明の現像装置を用いるカラー画像
形成装置として、像形成体がベルト状のものについて述
べたが、ドラム状の像形成体を有する画像形成性装置に
ついても同様に用いることができる。

【００２７】前記現像装置８Ａ〜８Ｄは同一の構成から
なり、以下符号８をもって示すことにする。図１は本発
明の現像装置の一実施例を示す概略断面図である。図１
（ａ）は、本発明装置の一実施例の断面図で１成分現像
剤を用いる現像装置を示す。図において、81は炭素鋼等
の磁性材料からなり、表面をサンドブラスト処理でＪＩ
Ｓ10点平均粗さによる表示（JIS-B0610）で１〜２μｍ
の粗面加工を施し回転可能に支持された現像剤搬送担体
である現像ローラ、83は現像剤Ｄを撹拌して均一に帯電
させる撹拌器、84は現像剤Ｄを現像ローラ81に供給する
ファーブラシ、86は現像ローラ81上の現像剤Ｄの層の厚
みを規制するゴム板からなる規制ブレード、85は振動電
界を形成するために現像領域Ａの上流側に設けた板状部
材である電極部材、電極部材85は現像ローラ81上の現像
剤Ｄに接触するように設けたゴムなどの絶縁体よりなる
絶縁部材852の間に金属等の導電性材料からなる板状の
制御電極851を埋め込んで一体に設けたもので、電極部
材85の先端は現像ローラ81側をＶ字型に切り欠き、電極
部材85と現像ローラ81との間でトナークラウドを発生さ
せる空間を設けている。電極部材85は図２に示すように
制御電極851又は絶縁部材852のいずれかが磁石体から成
っていて、その先端部が磁性材から成る現像ローラ81に
吸着して現像剤Ｄを一定の力で押圧して現像剤Ｄの層厚
を規制する。層厚を規制された現像剤Ｄは現像ローラ81
の上記回転によって移動し、現像領域Ａに搬送される。
なお電極部材85は現像ローラ81上の現像剤Ｄ層の厚みを
規制する規制ブレード86を兼ねることもできる。この現
像ローラ81上に形成される現像剤Ｄの層は感光体ベルト
１の表面に接触せず間隙を保つように、現像ローラ81と
電極部材85の間隙及び現像ローラ81と感光体ベルト１の
間隙を調整される。87は現像領域Ａを通過した現像剤を
現像ローラ81上から除去するクリーニングブレード、88
は現像剤溜まり、89はケーシングである。

【００２８】図２（ａ）〜（ｃ）は電極部材85の構成を
示す断面図である。

【００２９】（ａ）は絶縁性及び弾性を有するゴム又は
合成樹脂から成る絶縁部材852と、例えばカーボン入り
ゴム磁石等から成る導電性磁石体の制御電極851aとから
構成した電極部材85を示し、（ｂ）は絶縁性のゴム磁石
から成る絶縁部材852bと、薄い金属板等の導電性薄板か
ら成る制御電極851bとから構成した電極部材85を示し、
（ｃ）はゴム又は合成樹脂から成る絶縁部材852と、薄
い金属板等の導電材から成る電極材851bとゴム磁石等の
磁石体851cとを重ね合わせて成る制御電極851とから構
成した電極部材85を示す。

【００３０】前記現像ローラ81には直流バイアス電源Ｅ
1と交流バイアス電源Ｅ2により保護抵抗Ｒ1を介して直
流に交流を重畳したバイアス電圧が印加される。また、
電極部材85の制御電極851には直流バイアス電源Ｅ3から
保護抵抗Ｒ2を介して直流のバイアス電圧が印加され
る。

【００３１】本発明では現像ローラ81上の現像剤Ｄ層に
当接する絶縁部材852と一体に設けた制御電極851と現像
ローラ81との間に第１の振動電界を発生させるように
し、しかも従来の装置で感光体ベルト１と現像ローラ81
との間に形成する振動電界（これを第２の振動電界とい
うことにする）に比べ第１の振動電界の強さが第２の振
動電界の強さより大なるようにすると共に、感光体ベル
ト１と制御電極851との間にはトナーを感光体ベルト１
へ移動させる電界を形成するとともに、電極部材85が磁
石体から構成した所に特徴がある。

【００３２】図１（ｂ）は図１（ａ）の現像領域Ａ近傍
を示す拡大断面図である。現像ローラ81には図１（ａ）
に示すように直流に交流が重畳したバイアス電圧が、ま
た、電極部材85の制御電極851には直流バイアス電圧が
印加されている。前記カラー画像形成装置において、感
光体ベルト１の感光体として負に帯電させるＯＰＣ感光
体を用い反転現像が行われ、感光体が例えば−800Ｖに
帯電されているとすると、制御電極851には感光体電位
より絶対値が大きい−(800〜1,000)Ｖ、現像ローラ81に
は−700Ｖの直流電圧成分と交流電圧成分のバイアス電
圧が印加される。交流電圧成分は周波数100Ｈz〜10ＫＨ
z、好ましくは１〜５ＫＨzでピーク値間電圧は200〜4,0
00Ｖである。

【００３３】これにより、電極部材85の制御電極851に
は現像ローラ81より絶対値の高い電圧が印加されている
ので、電極部材85にトナーが付着することもないし、ト
ナー像のトナー像の重ね合わせプロセスにおいても感光
体ベルト１上のトナー像が電極部材85に付着することも
ない。制御電極851が感光体ベルト１より現像ローラ81
に近接して設けてあることにより第１の振動電界の強さ
が第２の振動電界の強さより大となる。

【００３４】制御電極851と現像ローラ81との最近接間
隙ｄ₂は、感光体ベルト１と現像ローラ81との最近接間
隙ｄ₁に対し、ｄ₂＝（0.2〜0.6）ｄ₁が好ましい。な
お、ｄ₁は0.2〜1.0mmである。狭い現像領域に電極を設
置するために、現像ローラ81と感光体ベルト１の対向位
置と制御電極851となす角θ₃は上流側に５〜45°の角度
であることが望ましい。また、現像ローラ81の直径は10
〜30mmであることが好ましい。

【００３５】この第１の振動電界によってトナーの粒子
をその電気力線に直角の方向に振動させるのでトナーを
飛翔させ、雲霞状のトナークラウドを十分に発生させる
ことができる。このトナークラウドは第２の振動電界に
よって感光体ベルト１上の潜像に向う飛翔を助けられ均
一な現像が行われる。

【００３６】ここで第１と第２の振動電界は同位相であ
ることは重要である。同位相であるために、トナーの振
動がうねりなどを生じることなく現像が行われる。ま
た、位相の変化時の強い電場による絶縁破壊も起きな
い。

【００３７】以上の交流電圧成分は波形が正弦波に限ら
ず、矩形波や三角波等であってもよい。そして周波数も
関係するが、電圧値は高い程トナーを振動させるように
なるが、反面、かぶりや落雷現象のような絶縁破壊が発
生し易くなる。かぶりの発生は直流電圧成分で防止し、
絶縁破壊は現像ローラ81の表面を樹脂や酸化皮膜等によ
り絶縁ないしは半絶縁にコーティングすることなどによ
って防止することができる。

【００３８】本発明の図１に示す現像装置は、以上述べ
たように１成分現像剤の現像剤Ｄの層を像形成体である
感光体ベルト１に対して非接触に保ち、第１及び第２の
振動電界によってトナークラウドを発生させ、感光体ベ
ルト１への分離飛翔を向上させ、静電像への選択吸着性
を向上させて、従ってトナーに微粒子のものを用いるこ
とを可能にして、高画質画像の現像が行われるようにし
たものであるが、それには次のような非磁性トナーから
なる現像剤を用いることが好ましい。

【００３９】一般にトナーは、平均粒径が小さくなる
と、定性的に粒径の二乗に比例して帯電量が減少し、相
対的にファンデルワールス力のような付着力が大きくな
って、現像ローラ81に強く付着し、また、非画像部に飛
散し易くなり、かぶりが発生し易くなる。そして、従来
の現像剤層現像方法では、平均粒径が10μｍ以下になる
と、このような問題が顕著に現れるようになる。

【００４０】その点を本発明の現像装置では現像剤層に
よる現像を二重の振動電界下で行うことで解消するよう
にしている。即ち、トナーの粒子は、第１の振動電界に
おいて強く振動を与えられて現像ローラ81から離れてト
ナークラウドを形成し、このクラウド直ぐ近くの現像領
域Ａに運ばれて第１の振動電界より弱い第２の振動電界
下で静電潜像にトナー粒子が忠実に吸着されるようにな
る。また、帯電量の低いトナーが画像部や非画像部に移
行することが殆どなくなるし、トナーが感光体ベルト１
と摺擦することもないので摩擦帯電により感光体ベルト
１に付着することもなくなって、１μｍ程度のトナー粒
径のものまで用いられるようになる。

【００４１】トナーの平均粒径が大きくなると、既に触
れているように、画像の荒れが目立つようになる。通
常、10本／mm程度のピッチで並んだ細線の解像力がある
現像には、平均粒径20μｍ程度のトナーでも問題ない
が、しかし、平均粒径１〜５μｍの微粒子化したトナー
を用いると、解像力は格段に向上して、濃淡差も忠実に
再現した鮮明な高画質画像を与えるようになる。以上の
理由からトナーの粒径は平均粒径が10μｍ以下、好まし
くは１〜５μｍが適正条件である。また、トナーの粒子
が電界に追随するために、トナー粒子の帯電量は１〜３
μC/gより大きいこと（好ましくは３〜30μC/g）が望ま
しい。特に粒径の小さい場合は高い帯電量が必要であ
る。

【００４２】このようなトナーは、従来のトナーと同様
の方法で得られる。即ち、従来のトナーにおける球形や
不定形の非磁性のトナー粒子を平均粒径選別手段によっ
て選別したトナーを用いることができる。

【００４３】本発明の現像装置において、好ましいトナ
ーは、スチレン系樹脂，ビニル系樹脂，エチル系樹脂，
ロジン変性樹脂，アクリル系樹脂，ポリアミド樹脂，エ
ポキシ樹脂，ポリエステル樹脂等の樹脂やパルミチン
酸，ステアリン酸等の脂肪酸ワックス等の樹脂を用い、
それにカラー顔料等の着色成分や必要に応じて帯電制御
剤等を加えて、従来公知のトナー粒子製造方法と同様の
方法によって作ることができる平均粒径が20μｍ以下、
好ましくは10μｍ以下、特に好ましくは１〜７μｍの粒
子からなるものである。

【００４４】本発明の図１に示す現像装置には、以上述
べたような球状の非磁性トナー粒子からなる現像剤が好
ましく用いられるが、これにはまた、必要に応じて粒子
の流動滑りを良くするための流動化剤や像形成体面の清
浄化に役立つクリーニング剤等が混合される。流動化剤
としては、コロイダルシリカ、シリコンワニス、金属石
鹸あるいは非イオン表面活性剤等を用いることができ、
クリーニング剤としては、脂肪酸金属塩、有機基置換シ
リコンあるいはフッ素等表面活性剤等を用いることがで
きる。

【００４５】以上説明した図１の現像装置に用いるトナ
ーは、スチレン・アクリル樹脂（三洋化成製ハイマーｕ
ｐ110）100重量部、カラー顔料10重量部からなる重量平
均粒径が５μｍの粉砕造粒法によって得られた非磁性粒
子からなるものを用い、トナーの平均帯電量は−５μC
／ｇであった。

【００４６】かかる現像装置を装着した図４に示すカラ
ー画像形成装置で、感光体ベルト１の感光層はＯＰＣ感
光体、その周速は180mm／sec、感光体ベルト１に形成さ
れた静電潜像の最高電位−800Ｖ，現像ローラ81の外径3
0mm、その回転数150rpm、現像剤Ｄ層の厚さは0.４mm、
現像ローラ81と感光体ベルト１との間隙0.7mm、現像ロ
ーラ81に印加するバイアス電圧は直流電圧成分−700
Ｖ、交流電圧成分４ＫＨz、ピーク間電圧1,000Ｖとし、
制御電極851は感光体ベルト１から0.4mmに設置し−1,00
0Ｖの直流電圧を印加した。この実施例では現像ローラ8
1上の現像剤Ｄは感光体ベルト１の表面に接触しない。

【００４７】以上の条件で現像を行って、それを普通紙
の転写紙にコロナ放電して転写し、表面温度140℃のヒ
ートローラ定着装置に通して定着した結果、得られた転
写紙の記録画像はエッジ効果やかぶりのない、そして濃
度が高い極めて鮮明なものであり、引き続いて５万枚の
記録を行ったが最初から最後まで安定して変わらない記
録画像を得ることができた。

【００４８】以上の実施例においては特定の現像器を使
用中、他の使用しない現像器では、現像ローラ81の回動
状態を停止し、現像ローラ81に印加する交流バイアスを
停止した。すなわちフローティング状態あるいはトナー
と同極性あるいは異極性のバイアスを印加した。なお、
制御電極851へのバイアス電圧は画像形成中はトナーと
同極性の電圧をそのまま維持した。これにより、感光体
上のトナー像から電極部材85へのトナーの移動を防止し
た。

【００４９】以上の実施例において、現像ローラ81に印
加する交流電圧成分の周波数と電圧を変化させた結果を
図６に示した。図６において、横線で陰を付した範囲が
かぶりの発生し易い範囲、縦線で陰を付した範囲が絶縁
破壊の生じ易い範囲、斜線で陰を付した範囲が画質低下
を生じ易い範囲であり、陰を付していない範囲が安定し
て鮮明な画像の得られる好ましい範囲である。図から明
らかなように、かぶりの発生し易い範囲は、交流電圧成
分の変化によって変化する。なお、交流電圧成分の波形
は、正弦波に限らず、矩形波や三角波であってもよい。
また、図の散点状の陰を施した低周波領域は、周波数が
低いために現像ムラが生ずるようになる範囲である。こ
の好ましい範囲は前記した好ましいｄ₁，ｄ₂の条件下で
同様な結果が得られた。

【００５０】図３は本発明の現像装置の他の実施例を示
す断面図で、磁性キャリアを有する２成分現像剤Ｄを使
用する場合の現像装置を示している。

【００５１】図３において、図１と同一部分は同一符号
で表しその詳細な説明は省略する。、81ａはアルミニウ
ム等の非磁性材料からなる現像ローラ、82は現像ローラ
81の内部に設けられ表面に複数のＮ,Ｓ磁極を周方向に
有する磁石体で、この現像ローラ81と磁石体82とで現像
剤搬送担体を構成している。そして、現像ローラ81は磁
石体82に対して回転可能であり、図は現像ローラ81が矢
示左方向に回転するものであることを示している。ま
た、現像領域Ａに近接した磁石体82のＮ,Ｓ磁極は通常5
00〜1,500ガウスの磁束密度に磁化されており、その磁
力によって現像ローラ81の表面にトナー粒子とキャリア
粒子とからなる現像剤Ｄの層即ち、磁気ブラシを形成す
る。この磁気ブラシは現像ローラ81の回転によって現像
ローラ81の回転と同方向に移動し、現像領域Ａに搬送さ
れる。この現像ローラ81上に形成される磁気ブラシは現
像機の近傍に配置したＮ，Ｓ磁極によって寝た穂の状態
となり、感光体ベルト１の表面に接触せず間隙を保つよ
うに、現像ローラ81と規制ブレード86の間隙及び現像ロ
ーラ81と感光体ベルト１の間隙を調整される。

【００５２】ここでθ₁、θ₂は感光体ベルト１に最近接
した現像ローラ81位置から、現像ローラ81の移動方向の
上流側及び下流側に配置した磁極間角度である。またθ
₃は、電極部材85の制御電極851の先端とのなす角度であ
る。

【００５３】ここでθ₁，θ₂は各々５〜45゜とすること
が望ましい。この様にすることにより均一に穂立ちした
磁気ブラシを形成できる。

【００５４】また、電極部材85は上流側の磁極上から、
下流に向けて設定され、その好ましい角度θ₃はθ₂に対
し0.2θ₂から0.9θ₂である。電極部材85は図２に示すも
のが使用されるが、その着磁の方向は電極部材85の先端
部が現像ローラ81ａに向かって吸引されるように着磁さ
れる。

【００５５】本発明の図３に示す現像装置は、以上述べ
たように２成分現像剤の磁気ブラシを像形成体である感
光体ベルト１に対して非接触に保ち、第１及び第２の振
動電界によってトナークラウドを発生させ、感光体ベル
ト１への分離飛翔を向上させ、静電像への選択吸着性を
向上させて、キャリア粒子の感光体ベルト１への付着を
防止し、従ってトナー粒子やキャリア粒子に微粒子のも
のを用いることを可能にして、高画質画像の現像が行わ
れるようにしたものであるが、それには次のようなキャ
リア粒子及びトナー粒子からなる現像剤を用いることが
好ましい。

【００５６】一般に磁性キャリア粒子は平均粒径が大き
いと、現像ローラ81上に形成される磁気ブラシの穂の状
態が粗くなるために、電界により振動を与えながら静電
潜像を現像しても、トナー像にムラが現れ易く、穂にお
けるトナー濃度が低くなるので高濃度の現像が行われな
い等の問題点がある。この問題点を解消するには、磁性
キャリア粒子の平均粒径を小さくすればよく、実験の結
果重量平均粒径が50μｍ以下であると上記問題点は発生
しないことが判明した。しかし、磁性キャリアの粒径が
小さ過ぎると、トナー粒子と共に感光体ベルト１表面に
付着するようになったり、飛散し易くなる。これらの現
象はキャリアに作用する磁界の強さ、それによるキャリ
アの磁化の強さにも関係するが、一般的には、磁性キャ
リアの重量平均粒径が15μｍ以下になると次第に上記傾
向が出始め、５μｍ以下で顕著に現れるようになる。従
って、この現像装置では現像剤Ｄの磁性キャリアには、
重量平均粒径が好ましくは50μｍ以下であり、５μｍ以
上、好ましくは15μｍ以上であるものが好適に用いられ
る。なお、磁性キャリアが球形化されていると、トナー
粒子とキャリア粒子の撹拌性及び現像剤Ｄの搬送性を向
上させ、さらにトナーの荷電制御性を向上させて、トナ
ー粒子同志やトナー粒子とキャリア粒子の凝集を起こり
にくくするので好ましい。

【００５７】このような磁性キャリアは、磁性体として
従来の磁性キャリアにおけると同様の、鉄，クロム，ニ
ッケル，コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や
合金、例えば、四三酸化鉄，γ-酸化第二鉄，二酸化ク
ロム，酸化マンガン，フェライト，マンガン−銅系合
金、といった強磁性体の球形化された粒子、又はそれら
の磁性体粒子の表面をスチレン系樹脂，ビニル系樹脂，
エチレン系樹脂，ロジン変性樹脂，アクリル系樹脂，ポ
リアミド樹脂，エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂等の樹
脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂で球状に被覆するか、あ
るいは、磁性体微粒子を分散して含有した樹脂の球状粒
子を作るかして得られた粒子を、従来公知の平均粒径選
別手段で粒径選別することによって得られる。

【００５８】なお、キャリア粒子を前述のように樹脂等
によって球状に形成することは、先に述べた効果の他
に、現像剤搬送担体に形成される現像剤層が均一とな
り、また、現像剤搬送担体に高いバイアス電圧を印加す
ることが可能になるという効果も与える。即ち、キャリ
ア粒子が樹脂等によって球形化されていることは、(１)
一般にキャリア粒子は長軸方向に磁化吸着され易いが、
球形化によってその方向性がなくなり、従って、現像剤
層が均一に形成され、局所的に抵抗の低い領域や層厚の
ムラの発生を防止する。(２)キャリア粒子の高抵抗化と
共に、従来のキャリア粒子に見られるようなエッジ部が
なくなって、エッジ部への電界の集中が起こらなくな
り、その結果、現像剤搬送担体に高いバイアス電圧を印
加しても、電極部材85や感光体ベルト１面に放電して静
電潜像を乱したり、バイアス電圧がブレークダウンした
りすることが起こらない、という効果を与える。この高
いバイアス電圧を印加できるということは、本発明の振
動電界下での現像における先に述べたような効果を十分
に発揮させることができるということである。そして、
以上のような効果を奏するキャリア粒子の球形化には前
述のようなワックスも用いられるが、キャリアの耐久性
等からすると、前述のような樹脂を用いたものが好まし
く、さらに、キャリア粒子の抵抗率が10⁸Ωcm以上、特
に10¹³Ωcm以上の絶縁性を有する磁性粒子を形成したも
のが好ましい。この抵抗率は、粒子を0.5cm²の断面を有
する容器に入れてタッピングしたのち、詰められた粒子
上に１Ｋg／cm²の荷重を掛け、荷重と底面電極との間に
1,000Ｖ／cmの電界が生ずる電圧を印加したときの電流
値を読み取ることで得られる値であり、この抵抗率が低
いと、現像剤搬送担体にバイアス電圧を印加した場合
に、キャリア粒子に電荷が注入されて、感光体ベルト１
面にキャリア粒子が付着し易くなったり、あるいはバイ
アス電圧のブレークダウンが起こり易くなったりする。

【００５９】以上を総合して、磁性キャリア粒子は、少
なくとも長軸と短軸の比が３倍以下であるように球形化
されており、針状部やエッジ部等の突起がなく、抵抗率
が10⁸Ω以上好ましくは10¹³Ω以上であることが適正条
件である。そして、このような磁性キャリア粒子は、球
状の磁性体粒子を酸化皮膜形成等によって高抵抗化する
こと、磁性体微粒子分散系のキャリアでは、できるだけ
磁性体の微粒子を用いて、分散樹脂粒子形成後に球形化
処理を施すこと、あるいはスプレードライの方法によっ
て分散樹脂粒子を得ること等によって製造される。

【００６０】次に、トナー粒子について説明する。トナ
ー粒子は既に述べたように、平均粒径が小さくなると、
定性的に粒径の二乗に比例して帯電量が減少し、相対的
にファンデルワールス力のような付着力が大きくなっ
て、飛散し易くなり、かぶりが発生し易くなる一方、磁
気ブラシのキャリア粒子から離れにくくなったりする。
そして、従来の磁気ブラシ現像方法では、平均粒径が10
μｍ以下になると、このような問題が顕著に現れるよう
になる。その点を本発明の現像装置では磁気ブラシによ
る現像を二重の振動電界下で行うことで解消するように
している。即ち、磁気ブラシの穂に付着しているトナー
粒子は、第１の振動電界において強く振動を与えられて
穂から容易に離れてトナークラウドを形成し、このクラ
ウドの直ぐ近くの現像領域Ａに運ばれて第２の振動電界
下で静電潜像にトナー粒子が忠実に吸着されるようにな
る。また、帯電量の低いトナー粒子が画像部や非画像部
に移行することが殆どなくなるし、トナーが感光体ベル
ト１と摺擦することもないので摩擦帯電により感光体ベ
ルト１に付着することもなくなって、１μｍ程度のトナ
ー粒径のものまで用いられるようになる。振動電界がト
ナー粒子とキャリア粒子の結合を弱めることは、トナー
粒子に伴うキャリア粒子の感光体ベルト１への付着も減
少させるし、磁気ブラシの穂が感光体ベルト１面と非接
触に保たれていて、キャリア粒子に対して大きな帯電量
をもつトナー粒子が上述のように振動電界下で選択的に
静電潜像に移行することは、キャリア粒子の感光体ベル
ト１への付着を大幅に減少させる。

【００６１】トナーの平均粒径が大きくなると、既に触
れているように、画像の荒れが目立つようになる。従っ
て、トナーの粒径は平均粒径が10μｍ以下、好ましくは
１〜５μｍが適正条件である。また、トナー粒子が電界
に追随するために、トナー粒子の帯電量は１〜３μC/g
より大きいこと(好ましくは３〜30μC/g)が望ましい。
特に粒径の小さい場合は高い帯電量が必要である。

【００６２】このようなトナーは、従来のトナーと同様
の方法で得られる。即ち、従来のトナーにおける球形や
不定形の非磁性又は磁性のトナー粒子を平均粒径選別手
段によって選別したトナーを用いることができる。中で
も、トナー粒子が磁性体微粒子を含有した磁性粒子であ
ることは好ましく、特に磁性体微粒子の量が60wt％以
下、特に30wt％を超えないものが好ましい。トナー粒子
が磁性粒子を含有したものである場合は、トナー粒子が
現像剤搬送担体に含まれる磁力の影響を受けるようにな
るから、磁気ブラシの均一形成性が一層向上して、しか
も、かぶりの発生が防止され、さらにトナー粒子の飛散
も起こりにくくなる。しかし、含有する磁性体の量を多
くし過ぎると、キャリア粒子との間の磁気力が大きくな
り過ぎて、十分な現像濃度を得ることができなくなる
し、また、磁性体微粒子がトナー粒子の表面に現れるよ
うになって、摩擦帯電制御が難しくなったり、トナー粒
子が破損し易くなったりする。

【００６３】以上を纏めると、本発明の現像装置におい
て、好ましいトナー粒子は、キャリア粒子について述べ
たような樹脂及びさらには磁性体の微粒子を用い、それ
にカーボン等の着色成分や必要に応じて帯電制御剤等を
加えて、従来公知のトナー粒子製造方法と同様の方法に
よって作ることができる平均粒径が20μｍ以下、好まし
くは10μｍ以下特に好ましくは１〜５μｍの粒子からな
るものである。

【００６４】本発明の現像装置には、以上述べたような
球状のキャリア粒子とトナー粒子とが従来の２成分現像
剤におけると同様の割合で混合した現像剤が好ましく用
いられるが、これにはまた、必要に応じて粒子の流動滑
りを良くするための流動化剤や像担持体面の清浄化に役
立つクリーニング剤等が混合される。流動化剤として
は、コロイダルシリカ、シリコンワニス、金属石鹸ある
いは非イオン表面活性剤等を用いることができ、クリー
ニング剤としては、脂肪酸金属塩、有機基置換シリコン
あるいはフッ素等表面活性剤等を用いることができる。

【００６５】以上説明した図３に示す現像装置を装着し
た図４に示すカラー画像形成装置で、微粒フェライトを
樹脂中に50wt％分散した重量平均粒径が30μｍ、磁化の
強さが50emu／ｇ、抵抗率が10¹⁴Ωcm以上の熱による球
形化処理を行った磁性キャリアを用い、トナーにスチレ
ン・アクリル樹脂（三洋化成製ハイマーｕｐ110）100重
量部、カラー顔料10重量部からなる重量平均粒径が５μ
ｍの粉砕造粒法によって得られた非磁性粒子からなるも
のを用い、各現像剤溜まり88における各現像剤Ｄのトナ
ー粒子比率がキャリア粒子に対して10wt％になる条件で
現像を行った。各トナーの平均帯電量は−15μC／ｇで
あった。

【００６６】この場合の感光体ベルト１の感光層はＯＰ
Ｃ感光体、その周速は180mm／sec、感光体ベルト１に形
成された静電潜像の最高電位−800Ｖ，現像ローラ81の
外径30mm、その回転数150rpm、磁石体82の現像領域Ａに
対向するＮＳ磁極の磁束密度は1,200ガウス、θ₁＝20
゜、θ₂＝30゜現像剤Ｄ層の厚さは0.4mm、現像ローラ81
と感光体ベルト１との間隙0.7mm、現像ローラ81に印加
するバイアス電圧は直流電圧成分−700Ｖ、交流電圧成
分は周波数４ＫＨｚ、ピーク値間電圧1,000Ｖとした。
電極部材85の制御電極851は感光体から0.3mmに設置しト
ナーと同極性で感光体の帯電電位より高い−1,000Ｖの
直流電圧成分を印加した。なお、θ₃＝20゜である。こ
の実施例では現像ローラ81上の現像剤Ｄは感光体ベルト
１の表面に接触しない。

【００６７】以上の条件で現像を行って、重ね合わせた
カラートナー像を感光体ベルト１上に形成し、それを普
通紙の転写紙にコロナ放電して転写し、表面温度140℃
のヒートローラ定着装置に通して定着した結果、得られ
た転写紙の記録画像はエッジ効果やかぶりのない、そし
て濃度が高い極めて鮮明なものであり、引き続いて５万
枚の記録を行ったが最初から最後まで安定して変わらな
い記録画像を得ることができた。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の現像装置
は、電極部材が磁気力によって現像ローラに吸引されて
いるので、制御電極が現像ローラから浮き上がらず安定
に設置される。振動電界の下でも制御電極が振動しな
い。電極部材が変形しても磁力により安定に設置される
等の効果があり、平均粒径が10μｍ以下のトナーを用い
てもトナー飛散のない高画質の画像が得られる現像装置
を提供できた。また、像形成体上にトナー像を重ねて形
成した多色像を一括して転写材上に転写してカラー画像
を得る画像形成装置に用いても、トナー像間の混色が起
きない、現像効率が高くムラのない現像を行うことの可
能な優れた現像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の現像装置の電極部材の構成を示す断面
図である。

【図３】本発明の現像装置の他の実施例を示す断面図で
ある。

【図４】本発明の現像装置を備えたカラー画像形成装置
の一例を示す断面図である。

【図５】像形成システムを示すブロック図である。

【図６】実施例においてバイアス電圧の交流成分を変化
させた場合の現像状態を示すグラフである。

【符号の説明】

１感光体ベルト（像形成体）４ガイド部材６スコロトロン帯電器７光書込み装置８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ現像装置 12 転写器 13 クリーニング装置 81,81ａ現像ローラ 83 撹拌器 84 ファーブラシ 85 電極部材（板状部材） 86 規制ブレード（現像剤規制部材） 851 制御電極 852 絶縁部材Ｅ1，Ｅ3 直流バイアス電源Ｅ2 交流バイアス電源Ｒ1，Ｒ2 保護抵抗Ａ現像領域Ｄ現像剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像形成体と、規制された現像剤を搬送す
る現像ローラとが間隙を有して対向し、非接触現像を行
う現像装置において、現像領域上流部に設けた制御電極を有する電極部材及び
前記現像ローラに磁性材を用い、磁気的作用により前記
電極部材を前記現像ローラに安定当接させることを特徴
とする現像装置。
【請求項２】前記現像ローラは内部に固定磁石体を有
することを特徴とする請求項１の現像装置。
【請求項３】前記現像ローラは磁性体から成り、前記
電極部材は磁石体から成ることを特徴とする請求項１又
は２の現像装置。