JPH0833690B2 - 静電潜像の現像方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、電子写真法、静電印刷法、静電記録法等
において、感光体に形成された静電潜像を粉体トナーと
キャリアとからなる二成分系現像剤で現像する静電潜像
の現像方式に関する。

〈従来の技術〉 従来、電子写真法を利用した複写機等において、感光
体に形成された静電荷像を、粉体トナーとキャリアとか
らなる現像剤により可視化する乾式現像法、中でも階調
再現性、画質等に優れる磁気ブラシ現像法が広く利用さ
れている。

この磁気ブラシ現像法は、帯電、露光により感光体に
形成された静電潜像を、現像器内に収容したトナーと磁
性キャリアとからなる現像剤で現像することにより行な
われる。より詳細には、上記感光体と対向しかつ所定間
隔離れて、現像剤を磁気ブラシとして担持する回転可能
な現像剤担持体が配設されており、現像剤を現像剤担持
体上に所定層厚に形成すると共に、現像剤担持体の回転
に伴い、前記現像剤を現像領域へ搬送し、感光体に形成
された静電潜像を現像している。なお、通常、現像剤の
トナー濃度を所定範囲に制御するため、トナー濃度を検
出する磁気センサが前記現像器内に取付られている。そ
して、上記現像領域での現像は、前記感光体と現像剤担
持体との距離が小さい程、文字等のキレや解像力、画像
の階調性がよく、鮮明な複写画像が得られることから、
前記現像剤担持体上に磁気ブラシとして形成された現像
剤をブレードにより所定長さに穂切りし、現像剤の層厚
を小さくしている。

一方、前記キャリアとしては、前記現像剤の層厚を薄
くするため、例えば、平均粒径30μｍ程度の小粒径キャ
リアを用いることが提案されている。しかしながら、上
記小粒径キャリアを用いると、現像剤の流動性が悪くな
り、補給用トナーとの混合性、トナーの摩擦帯電性が悪
く、前記磁気センサによりトナー濃度を正確に検出し、
トナー濃度をコントロールすることが困難となる。ま
た、感光体と現像剤担持体との距離を小さくするために
前記現像剤担持体とブレードとの間隙を小さくすると、
現像時にごみや紙粉等が混入したとき、現像剤担持体上
の現像剤に白スジが生じ、均一な複写画像が得られな
い。

そこで、磁性キャリアとしては、現像剤の流動性、ト
ナーの摩擦帯電性に優れ、トナー濃度の制御が容易な平
均粒径100μｍ程度のものが広く使用されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記従来の磁性キャリアを使用する
と、キャリアの粒径が大きいため、現像剤が通過する、
現像剤担持体とブレード間の間隙が上記キャリアの粒径
に支配され、前記ブレードにより磁気ブラシを穂切りし
ても、現像剤担持体上に磁気ブラシとして形成された現
像剤の層厚を所定値以下に薄くすることができない。ま
た、現像剤の層厚を所定値以下にすると、キャリアが上
記ブレード部に詰り、現像剤担持体に磁気ブラシが形成
されないすじ状の部分が生じ、画像が白抜けとなる。従
って、文字等のキレ、解像力や画像の階調性が劣り、鮮
明な複写画像が得難いという問題があった。

〈目的〉 この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、
キャリアとして大粒径キャリアを用いても感光体と現像
剤担持体との距離を小さくすることができ、文字等のキ
レ、解像力や画像の階調性に優れた鮮明な複写画像が得
ることのできる静電潜像の現像方式を提供することを目
的とする。

〈問題点を解決するための手段および作用〉 上記目的を達成するため、この発明の静電潜像の現像
方式は、トナーとキャリアとからなる現像剤を、現像剤
担持体上に所定の層厚で形成して現像領域へ搬送し、感
光体に形成された静電潜像を現像する現像方式におい
て、前記キャリアとして平均粒径の小さな小粒径キャリ
アと平均粒径の大きな大粒径キャリアとを用いると共
に、前記現像領域への現像剤の搬送に先立ち、前記現像
剤担持体上の現像剤のうち大粒径キャリアの通過をブレ
ードにより抑制し、現像剤を所定の層厚に調整すること
を特徴とするものである。

上記の構成の静電潜像の現像方式によれば、キャリア
として、平均粒径の小さな小粒径キャリアと平均粒径の
大きな大粒径キャリアとを用いるので、小粒径キャリア
を用いているにも拘らず、現像剤の流動性、トナーの摩
擦帯電性などが低下しない。また、前記現像領域へ現像
剤を搬送する前に、前記現像剤担持体上の現像剤のうち
大粒径キャリアの通過をブレードにより抑制するので、
ブレードにより前記大粒径キャリアが現像領域へ侵入す
るのを阻止できると共に、大粒径キャリアを搬送前の現
像剤に戻すことにより、現像剤の流動性を維持できる。
そして、上記のように、現像剤は小粒径キャリアと大粒
径キャリアとを含有しており、流動性がよいので、現像
剤担持体と前記ブレードとの間隙を小さくしても、現像
剤は、上記間隙をスムースに通過する。従って、現像剤
担持体と前記ブレードとの間隙を調整することにより、
現像剤担持体上に形成された現像剤を所定の層厚に調整
することができ、感光体と現像剤担持体間の距離を小さ
くすることができる。

〈実施例〉 以下に、添付図面に基づき、この発明を詳細に説明す
る。

第１図は、磁気ブラシ現像法による静電潜像の現像方
式の一実施例を示す概略図であり、トナーと磁性キャリ
アとからなる現像剤（１）は、現像器（２）内に収容さ
れており、この現像器（２）内には、上記現像剤（１）
を均一化するため、回転可能な攪拌部材（３）が配設さ
れている。また、上記現像器（２）内には、現像剤
（１）を磁気ブラシとして担持する現像剤担持体（４）
が回転可能に配されている。すなわち、上記現像剤担持
体（４）は、現像剤を担持する回転可能な非磁性の現像
スリーブ（５）と、この現像スリーブ（５）内に固定さ
れた複数の磁石からなる磁気ロール（６）とで構成され
ており、摩擦帯電によりトナーが付着した状態で前記磁
性キャリアを磁気的に吸着し、現像スリーブ（５）上に
穂立ちした磁気ブラシを形成している。なお、この例で
は、上記現像スリーブ（５）は反時計方向へ回転駆動さ
れている。また、上記現像剤担持体（４）は、現像スリ
ーブ（５）、磁気ロール（６）の少なくとも一方が回転
可能であればよい。そして、上記現像スリーブ（５）の
回転と共に前記現像剤（１）を、ドラム基体（７）と、
このドラム基体（７）に形成された感光層（８）とから
なり、時計方向へ回転駆動される感光体（９）の表面に
接触または近接させることにより、前記感光体（９）の
感光層（８）に形成された静電潜像を現像する現像領域
へ搬送している。

また、上記静電潜像を現像するにつれて現像剤（１）
のトナー濃度が低下するので、現像剤（１）のトナー濃
度を所定の範囲に制御し、均質な複写画像を長期に亘り
形成するため、前記現像器（２）内の所定箇所に設けら
れた部材（17）には、磁気センサ（10）が取付けられて
いる。この磁気センサ（10）は、単位体積当りの現像剤
（１）中に占める磁性キャリアの割合および単位時間当
りの現像剤（１）の通過量に比例して透磁率が変化する
ことを利用した、ピックアップコイルのインダクタンス
変化を直流電圧の変化として出力するものである。そし
て、上記磁気センサ（10）によるトナー濃度検出値が所
定値以下であるとき、上記磁気センサ（10）の検出信号
に基づいて、現像器（１）上部のホッパ（11）に収容さ
れた補給用トナー（12）を、上記ホッパ（11）下部の開
口部に回転可能に設けられた補給ローラ（13）により、
前記現像器（２）の現像剤（１）中に補給するようにし
ている。なお、上記磁気センサ（10）のセンサ部は現像
器（２）の現像剤（１）方向に向けて取付られている。

そして、現像剤（１）の流動性、補給用トナーとの混
合性およびトナーの摩擦帯電特性をよくすると共に、前
記磁気センサ（10）によるトナー濃度の検出およびトナ
ー濃度の制御を精度よく行なうため、前記磁性キャリア
として、平均粒径の小さな小粒径キャリアと、平均粒径
の大きな大粒径キャリアとの混合物を用いる。

上記小粒径キャリアと大粒径キャリアの平均粒径は、
大粒径キャリアの平均粒径が小粒径キャリアの平均粒径
よりも２〜５倍大きいものが好ましい。大粒径キャリア
の平均粒径が上記範囲を外れると、現像剤の流動性、摩
擦帯電性等が十分でなくなる。特に、上記小粒径キャリ
アは、平均粒径20〜40μｍを有し、大粒径キャリアは、
平均粒径40〜300μｍ、特に70〜200μｍを有するものが
好ましい。小粒径キャリアの平均粒径が、20μｍ未満で
あるとトナーとの摩擦帯電性が十分でないばかりか、現
像時に感光体側に転移し易くキャリアの消費量が多くな
り、平均粒径が40μｍを越えると文字のキレ等が悪くな
り画像品質が低下する。また、大粒径キャリアの平均粒
径が、40μｍ未満であると現像剤の流動性が低下し、ト
ナー濃度を精度よく制御することが困難となり、300μ
ｍを越えるとトナーとの摩擦帯電性が低下する。

なお、上記小粒径キャリアと大粒径キャリアは、粒度
分布的に互いに重複する部分を有していてもよく、粒度
分布的に互いに異なるピークを有していればよい。ま
た、上記小粒径キャリアと大粒径キャリアとの混合割合
は、所望する現像剤の流動性等に応じて適宜のものとす
ることができるが、現像剤の流動性等をよくするため、
小粒径キャリア：大粒径キャリア＝15〜85:85〜15（重
量部）、特に、30〜70:70〜30（重量部）が好ましい。
小粒径キャリアが15重量部未満であると、現像剤担持体
（４）上の現像剤の層厚を薄くすることができないばか
りか、感光層（８）と現像スリーブ（５）との距離を小
さくすることができず、高品質の画像を形成することが
困難となる。また、85重量部を越えると、現像剤の流動
性、トナーの摩擦帯電性およびトナー濃度を精度よく制
御することが困難となる。

また、上記現像剤（１）中の大粒径キャリアが現像領
域へ搬送されるのを阻止し、現像剤担持体（４）上に磁
気ブラシとして形成された状態で現像領域へ搬送される
現像剤の層厚を薄くし、小粒径キャリアとトナーとから
なる現像剤で、文字等のキレ、解像力や画像の階調性に
優れた鮮明な複写画像を形成するため、前記現像剤担持
体（４）の現像スリーブ（５）と所定間隙ｌ隔てて対向
してブレード（14）が配設されている。上記ブレード
（14）により、現像剤担持体（４）上に形成された磁気
ブラシを所定厚みに穂切りし、前記現像剤担持体（４）
の回転に伴ない搬送される現像剤（１）のうち前記大粒
径キャリアが上記現像スリーブ（５）とブレード（14）
との間隙ｌを通過するのを抑制している。従って、上記
現像スリーブ（５）とブレード（14）との間隙ｌを調整
することにより、現像スリーブ（５）上に磁気ブラシと
して形成された小粒径キャリアとトナーとからなる現像
剤（１）の層厚を薄くした状態で、現像剤を現像領域へ
搬送することができ、現像剤担持体（４）の現像スリー
ブ（５）と感光体（９）の感光層（８）との距離を小さ
くすることができる。上記現像スリーブ（５）とブレー
ド（14）との間隙ｌは、前記大粒径キャリアの粒径に応
じて適宜のものとすることができるが、上記大粒径キャ
リアの通過を確実に抑制するため、大粒径キャリアの平
均粒径の６倍以下とするのが好ましい。また、現像スリ
ーブ（５）と感光層（８）との距離を小さくし、高品質
の画像を得るため、上記間隙ｌは0.2〜0.8mmとするのが
好ましい。

なお、前記現像スリーブ（５）とブレード（14）との
間隙ｌを通過した現像剤中には、現像領域での現像に悪
影響を及ぼさない範囲で少量の大粒径キャリアが混入し
ていてもよい。

また、符号（16）は、前記ブレード（14）により通過
が抑制された大粒径キャリアを前記現像器（２）内に案
内する案内部材である。

上記のようにして、現像領域へ搬送される現像剤は、
小粒径キャリアとトナーからなるため、キャリアの粒径
が小さくなればなるほど、現像工程で、トナーと共に小
粒径キャリアが感光体（９）に移行し、消費される場合
がある。従って、現像剤の組成を一定に保つため、補給
用トナーとして、小粒径キャリアを０〜15重量％含有す
るトナーを用いるのが好ましい。

上記実施例の静電潜像の現像方式によれば、キャリア
として大粒径キャリアを用いても、前記ブレード（14）
により、大粒径キャリアが現像領域へ搬送されるのを抑
制することができると共に、現像スリーブ（５）上に形
成された小粒径キャリアとトナーとからなる現像剤の層
厚を調整することができるので、感光層（８）と現像ス
リーブ（５）との距離を小さくすることができる。ま
た、大粒径キャリアは、上記案内部材（16）により案内
されて現像器（２）内に戻るので、現像器（２）内の現
像剤（１）の流動特性、トナー帯電特性等が良好であ
り、現像剤（１）のトナー濃度を前記磁気センサ（10）
により精度よく検出でき、ホッパ（11）内の補給用トナ
ー（12）を補給ローラ（13）により補給することにより
トナー濃度を正確に制御することができる。従って、ト
ナー濃度が正確に管理されることと、感光層（８）と現
像剤担持体（４）との距離を小さくすることができるこ
ととが相まって、文字等のキレ、解像力や画像の階調性
に優れた鮮明な複写画像が形成される。

なお、前記感光体（９）は、図示したドラム状のもの
に限らず、無端ベルト状であってもよい。

上記粉体トナーは、平均粒径１〜30μｍ、好ましくは
５〜25μｍを有しており、熱定着性トナー、圧力定着性
トナーのいずれであってもよい。また、上記キャリアと
しては、ガラスビーズ等であってもよいが、酸化または
未酸化の鉄粉等の無被覆キャリア、または鉄、ニッケ
ル、コバルト、フェライト等の磁性体をアクリル系重合
体、フッ素系重合体、ポリエステル等の重合体で被覆し
た被覆キャリアが好ましい。また、上記現像剤は、通
常、トナー濃度２〜15重量％のものが用いられる。

また、この発明の静電潜像の現像方式は、上記磁気ブ
ラシ現像法に限らず、従来公知の現像方法、例えば、カ
スケード現像法等にも適用することができる。

〈実験例〉 以下に、実験例に基づき、この発明をより詳細に説明
する。

粉体トナーとして平均粒径10μｍの熱定着性トナーを
用い、キャリアとして平均粒径30μｍの小粒径磁性キャ
リア、平均粒径120μｍの大粒径磁性キャリアを用い
た。また、以下のキャリア組成からなるトナー濃度10重
量％の現像剤を作製した。

現像剤I :小粒径キャリア 現像剤II :大粒径キャリア 現像剤III:小粒径キャリア50重量部と大粒径キャリア
50重量部とからなるキャリア 現像スリーブ上の現像剤の層厚 そして、上記第１図に示される現像装置を用い、現像
スリーブとブレードとの間隙ｌを調整することにより、
現像スリーブ上に現像剤を均一な磁気ブラシとて形成す
る最小穂切寸法を調べたところ、最小穂切寸法は、第２
−１図に示すように、上記現像剤Ｉでは0.2mm、上記現
像剤IIでは0.8mmであった。また、上記現像剤Ｉ、II
は、それぞれ上記間隙ｌが0.4mm、1.1mmのとき現像剤の
層厚、すなわち、磁気ブラシの層厚と、穂切寸法、すな
わち現像スリーブとブレードとの間隙ｌとが等しくなっ
た。

これに対して、現像剤IIIでは、第２−２図に示すよ
うに、大粒径キャリアが多いにも拘らず、最小穂切寸法
は現像剤Ｉよりも若干大きい0.25mmであり、磁気ブラシ
の層厚と穂切寸法とは、上記現像剤Ｉと同じく間隙ｌが
0.4mmのとき等しくなった。また、上記間隙ｌを約0.7mm
に設定したとき、前記ブレードを通過した現像剤中に大
粒径キャリアが少量混入したことから、大粒径キャリア
の混入を防止するには、上記現像スリーブとブレードと
の間隙ｌを0.25〜0.7mmに設定すればよいことが判明し
た。

上記のように、大粒径キャリアを用いるにも拘らず、
小粒径キャリアと大粒径キャリアとを混合することによ
り、最小穂切寸法および磁気ブラシの層厚は、小粒径キ
ャリアの場合と略等しく、現像スリーブに形成された磁
気ブラシの層厚、ひいては現像スリーブと感光層との距
離を小さくすることができた。

なお、上記磁気ブラシの層厚は、現像スリーブ上に形
成された磁気ブラシのうち山部の層厚と谷部の層厚との
平均値を示す。

トナー濃度の制御 上記実施例の磁気センサを備えた現像装置を用いトナ
ー濃度とセンサ出力電圧との関係を調べたところ、第３
図に示す結果を得た。すなわち、トナー濃度とセンサ出
力電圧とは逆比例関係にある。なお、第３図において
は、キャリアのみからなる現像剤が示すセンサ出力電圧
を100として示している。

また、上記現像剤のトナー濃度を変化させると共に、
キャリアのみからなる現像剤のセンサ出力電圧を13Vに
設定して、センサ出力電圧の変化を調べたところ、第４
図に示す結果を得た。すなわち、小粒径キャリアを用い
た現像剤Ａでは、センサ出力電圧が小さく、トナー濃度
10重量％の上記現像剤Ｉで1V以下の値を示した。また、
大粒径キャリアを用いた現像剤Ｂでは、センサ出力電圧
が高く、トナー濃度10重量％の上記現像剤IIで５〜6Vを
示した。これに対して、小粒径キャリア50重量部と大粒
径キャリア50重量部とを用いた現像剤Ｃでは、小粒径キ
ャリアが多いにも拘らず、センサ出力電圧は、大粒径キ
ャリアを用いた上記現像剤Ｂのセンサ出力電圧に近く、
トナー濃度10重量％の上記現像剤IIIで約5Vを示した。

なお、上記現像剤の流動性を安息角により調べたとこ
ろ、上記現像剤Ｉは流動性が悪いのに対して、現像剤II
は流動性が良好であった。また、上記現像剤IIIは、上
記現像剤IIに近い流動性を示すことが判明した。

また、上記現像装置を用い、上記ブレードにより現像
剤の層厚を調整すると共に、補給用トナーを補給しなが
ら、現像したところ、現像剤Ｉを用いたものは、トナー
濃度を精度よく制御するのが困難であったのに対して、
現像剤IIおよびIIIを用いたものは、トナー濃度を精度
よく制御できることが判明した。なお、補給用トナーと
しては、前記現像剤のトナーを用いた。

画像特性 上記のように、現像スリーブとブレードとの設定間隙
ｌが、使用するキャリアの粒径により制限されることか
ら、各現像剤を用いて現像するに際し、現像スリーブと
ブレードとの間隙ｌを以下のように設定した。

現像剤I :l＝0.4mm 現像剤II :l＝1.1mm 現像剤III:l＝0.4mm そして上記現像装置を用いて現像したところ、現像剤
Ｉでは、当初文字部のキレ等が良好であったものの、ト
ナー補給時に補給用トナーと現像剤との混合性、現像剤
の流動性が悪く、繰返し現像すると画像に白スジやかぶ
りが生じたり、トナー濃度が大きく変化した。また、現
像剤IIでは、キャリアの粒径が大きく、現像スリーブと
感光層との距離を小さくすることができず、文字部のキ
レ、解像力および階調性に劣る画像しか得られなかっ
た。これに対して、現像剤IIIでは、トナー濃度を精度
よく制御することができると共に、現像スリーブと感光
層との距離を小さくすることができ、文字部のキレ、解
像力および階調性に優れた鮮明な画像が得られた。

〈発明の効果〉 以下のように、この発明の静電潜像の現像方式によれ
ば、平均粒径の小さな小粒径キャリアと平均粒径の大き
な大粒径キャリアとを用いるので、現像剤の流動性、補
給用トナーとの混合性、トナーの摩擦帯電性などが低下
しない。また、前記現像領域へ現像剤を搬送する前に、
ブレードにより前記大粒径キャリアが現像領域へ侵入す
るのを阻止できると共に、現像剤担持体上に形成された
小粒径キャリアとトナーとからなる現像剤を所定の層厚
に調整できるので、感光体と現像剤担持体間の距離を小
さくして現像することができる。従って、キャリアとし
て大粒径キャリアを用いても感光体と現像剤担持体との
距離を小さくすることができ、文字等のキレ、解像力や
画像の階調性に優れた鮮明な複写画像が得ることができ
るという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略図、第２−１図
〜第４図はそれぞれ実験結果を示す図である。 （１）……現像剤、（４）……現像剤担持体、（９）…
…感光体、（14）……ブレード。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナーとキャリアとからなる現像剤を、現
   像剤担持体上に所定の層厚で形成して現像領域へ搬送
   し、感光体に形成された静電潜像を現像する現像方式に
   おいて、前記キャリアとして平均粒径の小さな小粒径キ
   ャリアと平均粒径の大きな大粒径キャリアとを用いると
   共に、前記現像領域への現像剤の搬送に先立ち、前記現
   像剤担持体上の現像剤のうち大粒径キャリアの通過をブ
   レードにより抑制し、現像剤を所定の層厚に調整するこ
   とを特徴とする静電潜像の現像方式。
2. 【請求項２】現像剤担持体とブレードとの間隙が、大粒
   径キャリアの平均粒径の６倍以下である上記特許請求の
   範囲第１項記載の静電潜像の現像方式。
3. 【請求項３】現像剤担持体とブレードとの間隙が、0.2
   〜0.8mmである上記特許請求の範囲第１項記載の静電潜
   像の現像方式。
4. 【請求項４】小粒径キャリアが平均粒径20〜40μｍを有
   し、大粒径キャリアが平均粒径70〜300μｍを有するも
   のである上記特許請求の範囲第１項記載の静電潜像の現
   像方式。
5. 【請求項５】キャリアが磁性キャリアである上記特許請
   求の範囲第１項または第４項記載の静電潜像の現像方
   式。