JPH10123841A

JPH10123841A - 現像装置

Info

Publication number: JPH10123841A
Application number: JP8283674A
Authority: JP
Inventors: Atsuto Makii; 厚人牧井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】スクレーパ等の部材をトナー担持体９に接触
させることなくトナー担持体９と現像剤担持体１５との
間でトナーの受け渡しを行う。【解決手段】外周部にトナーを保持し、感光体１に対
向して回動自在に支持されているトナー担持体９と、外
周部にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤３１を
保持し、トナー担持体９に所定の間隔を置いて対向しか
つ該トナー担持体９と同一方向に回動自在に支持されて
いる現像剤担持体１５とを有し、これらトナー担持体９
と現像剤担持体１５とが対向するトナー供給・回収領域
２３において現像剤担持体１５からトナー担持体９にト
ナーを供給する現像装置３であって、上記トナー供給・
回収領域２３における現像剤充填密度を、２９．５％以
上に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式の画像
形成装置において、感光体上の静電潜像をトナー像とし
て可視像化する現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平７−１２８９８３号公報には、感
光体に対向配置され、外周部にトナーを保持したトナー
担持体（トナーローラ）と、該トナー担持体と所定の間
隔を置いて対向配置され、外周部にトナーとキャリアと
からなる２成分現像剤を保持した現像剤担持体（現像剤
ローラ）とを有する現像装置が開示されている。この現
像装置では、トナー担持体と現像剤担持体との対向領域
で現像剤担持体からトナー担持体にトナーが供給され
る。また、トナー担持体上のトナーは該トナー担持体と
感光体との対向領域（現像領域）で、感光体上に形成さ
れている静電潜像の現像に利用される。

【０００３】この種の現像装置では、静電潜像を一定ト
ナー密度で可視像化するために、現像領域に進行するト
ナー担持体の表面には一定密度でトナーが保持されてい
なければならない。そのための方法として、図５に示す
ように、現像領域を通過したトナー担持体から一旦すべ
てのトナーを除去し、その後トナー担持体と現像剤担持
体との対向部（トナー供給領域）でトナー担持体にトナ
ーを再び担持させる方法（ａ）と、トナーが消費された
部分に対してトナー供給領域でトナーを補充する方法
（ｂ）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の方法
では、トナー担持体から除去したトナーをどのようにし
てキャリアと再び均一に混合するかが問題である。ま
た、トナー除去手段としてスクレーパを使用すれば、こ
のスクレーパとトナー担持体との接触部でトナーがそれ
ぞれに融着するという問題がある。他方、後者の方法で
は、図５（ｂ）に示すように、トナーが消費された部分
だけでなくトナーが残存する非消費部分にもトナーが供
給され、そのために前回のトナー消費パターンが現像さ
れた画像上に現れるという問題がある。また、消費され
ないトナーは、トナーローラ上に残り、感光体と複数回
摺擦され、その結果それぞれに融着することも発生す
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、基本
的に、前者の方法によりトナー担持体上のトナーを入れ
替えるようにしたもので、外周部にトナーを保持し、感
光体に対向して回動自在に支持されているトナー担持体
と、外周部にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤
を保持し、上記トナー担持体に所定の間隔を置いて対向
しかつ該トナー担持体と同一方向に回動自在に支持され
ている現像剤担持体とを有し、これらトナー担持体と現
像剤担持体との対向領域において現像剤担持体からトナ
ー担持体にトナーを供給する現像装置であって、以下の
数３で表される上記対向領域における現像剤充填密度
を、２９．５％以上に設定したものである。

【０００６】

【数３】Ｐ．Ｄ＝〔Ｍ／（Ｄｓ・ρ）〕・１００Ｐ．Ｄ：現像剤充填密度（％）Ｍ：現像剤担持体による単位面積当たりの現像剤搬送量
（ｍｇ／ｃｍ²）Ｄｓ：トナー担持体と現像剤担持体との間隔（ｃｍ） ρ：現像剤の単位体積重量（ｇ／ｃｍ³）

【０００７】なお、上記トナーが黒以外のカラートナー
の場合には、上記対向領域における現像剤充填密度は、
３３．８％以上に設定するのが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。図１において、
感光体１の外周面に形成される静電現像を可視像化する
ための現像装置３は現像容器５を備えている。現像容器
５は感光体１に対向する部分に開口部７を備えており、
その近傍にトナー担持体９が矢印１１方向に回動自在に
収容されている。このトナー担持体９は、図示するよう
なローラに限るものでなく、複数のローラに支持された
ベルト、金属ローラに外装した薄膜円筒スリーブとから
なるものであってもよい。また、ローラは、アルミニウ
ムやステンレス等からなる金属ローラに限らず、外周部
を弾性材料で被覆したローラも使用可能である。トナー
担持体９はまた電源１３に接続されており、例えば直流
（−３００ｖ）に交流（周波数８ＫＨｚ、Ｖｐ−ｐ：
２．６ＫＶ）を重畳したバイアスが印加されている。さ
らに、図示する実施形態ではトナー担持体９は感光体１
と非接触としてあるが、両者を接触させてもよいことは
勿論である。

【０００９】現像容器５は、トナー担持体９の後部に該
トナー担持体９と所定の間隔Ｄｓを置いて現像剤担持体
１５を収容している。この現像剤担持体１５は、非回転
状態に固定された磁石体１７と、この磁石体１７に外装
され、矢印１９方向（トナー担持体９と同一回転方向）
に回転駆動するローラ２１とで構成されている。ここ
で、磁石体１７はその外周部に複数の磁極（Ｎ₁、Ｓ₁、
Ｎ₂、Ｓ₂）を備えており、その一つ（Ｎ₁）がトナー担
持体９と現像剤担持体１５が対向するトナー供給・回収
領域２３に対向する部位に配置されている。また、ロー
ラ２１は電源２５が接続されており、例えば直流（−５
００ｖ）が印加され、このローラ２１とトナー担持体９
との間に電界が形成されるようになっている。

【００１０】現像剤担持体１５の後部には現像剤供給部
材２７が配置されており、これら現像剤担持体１５と現
像剤供給部材２７が対向する現像剤供給領域２９におい
て、トナーとキャリアとを所定の割合で混合すると共に
両者の摩擦接触によりそれぞれを所定の極性に帯電した
２成分現像剤３１が、現像剤担持体１５に供給されるよ
うになっている。なお、以下の説明において、トナーは
マイナス極性、キャリアはプラス極性に帯電するものと
する。

【００１１】以上の構成を有する現像装置３の基本現像
動作を説明する。まず、現像剤３１は現像剤供給部材２
７から現像剤担持体１５に供給される。供給された現像
剤３１は磁石体１７の磁力により現像剤担持体１５の外
周部に保持され、ローラ２１の回転と共に矢印１９方向
に搬送される。このとき、現像剤３１は磁石体１７によ
り形成されている磁力線に沿って磁気ブラシ３３（図２
参照）を構成している。

【００１２】次に、現像剤３１は、トナー供給・回収領
域２３に進入すると、ここでトナー担持体９と現像剤担
持体１５との間に形成されている電界の影響を受ける。
その結果、図２に示すように、現像剤担持体１５の回転
方向（矢印１９方向）に対して、トナー担持体９と現像
剤担持体１５の最接近位置よりも上流側のトナー供給領
域３５では、マイナス極性に帯電しているトナー３７が
現像剤担持体１５よりも高電位のトナー担持体９に吸引
されてこれに付着する。一方、キャリア３９は磁石体１
７の磁力により保持され、トナー担持体９に移動するこ
とはない。しかし、トナー３７を失ったキャリア３９に
はプラス電荷が残っている。

【００１３】このようにしてトナー担持体９に供給され
たトナー３７は、トナー担持体９の回転に従って矢印１
１方向に搬送され、現像領域４１で感光体１上に形成さ
れている静電潜像の現像に利用される。しかし、現像に
利用されることなく現像領域４１を通過したトナー３７
は再びトナー供給・回収領域２３に送られる。

【００１４】そして、トナー担持体９と現像剤担持体１
５との最接近位置下流側のトナー回収領域４３では、上
述のようにしてトナーを失ってプラスの電荷を有するキ
ャリア３９がトナー供給・回収領域２３に戻ってきたマ
イナス荷電トナーを掻き取り、電気的に吸着してこれを
回収する。

【００１５】現像剤担持体１５に回収されたトナー３７
は、現像剤担持体１５の回転と共に矢印１９方向に搬送
され、その搬送途中でキャリアと再び混合される。な
お、現像剤担持体１５の磁石体１７には、現像剤供給部
材２７との対向部に同一極性の磁極を隣接して配置した
同極部を設け、ここで現像剤担持体１５からすべての現
像剤を剥離し、その後現像剤担持体１５には均一にトナ
ーとキャリアを混合した現像剤を供給するようにしても
よい。また、現像剤担持体１５の現像剤搬送方向（矢印
１９方向）に関して現像剤供給領域２９からトナー供給
・回収領域２３までの間に、現像剤担持体１５に所定の
間隔を置いて対向する規制部材を設け、これにより現像
剤３１の混合やトナー３７とキャリア３９の摩擦帯電を
促進するようにしてもよい。

【００１６】このように、現像領域４１で現像に利用さ
れなかったトナー３７は、トナー供給・回収領域２３で
現像剤担持体１５に回収される。また、トナー３７が除
去されたトナー担持体９には再び現像剤担持体１５から
トナー３７が均一供給される。したがって、トナー供給
・回収領域２３を通過したトナー担持体９にはトナー消
費パターンが無く、このトナー消費パターンがその後に
現像されたトナー像に現れることはない。

【００１７】なお、現像剤担持体１５の移動速度はトナ
ー担持体９の移動速度と同等またはそれ以上とするのが
好ましく、特に前者を後者の約１．４倍とすれば、トナ
ーの供給と回収が効率良く行われる。

【００１８】トナー供給・回収領域２３における現像剤
充填密度Ｐ．Ｄ（Packing Density）と、現像剤担持体
１５からトナー担持体９へのトナー供給性との関係につ
いて説明する。なお、現像剤充填密度Ｐ．Ｄは以下の数
４により定義される。

【００１９】

【数４】Ｐ．Ｄ＝〔Ｍ／（Ｄｓ・ρ）〕・１００Ｐ．Ｄ：現像剤充填密度（％）Ｍ：現像剤担持体による単位面積当たりの現像剤搬送量
（ｍｇ／ｃｍ²）Ｄｓ：トナー担持体と現像剤担持体との間隔（ｃｍ） ρ：現像剤の単位体積重量（ｇ／ｃｍ³）

【００２０】上記トナー担持体と現像剤担持体との間隔
Ｄｓを０．０７ｃｍ、現像剤の単位体積重量を５ｇ／ｃ
ｍ³に設定すると共に、現像剤担持体による単位面積当
たりの現像剤搬送量を９５．６、７３．９、１１４．
１、１２０．４ｍｇ／ｃｍ²に設定することにより、４
種類の現像剤充填率Ｐ．Ｄを２７．３、２１．１、３
２．６、３４．４％について、トナー供給回数すなわち
トナー担持体上の任意の点がトナー供給・回収領域を通
過した回数と、トナー担持体上のトナー表面電位との関
係を求めた。なお、トナー表面電位はトナー担持体のト
ナー付着量と密接に関係しており、トナー付着量に応じ
てトナー表面電位は上昇する関係にある。その結果、図
３に示すように、トナー供給回数が１回の値を比較して
見ると、現像剤充填率が大きくなるに従ってトナー付着
量が多くなる傾向が見られた。また、現像剤充填率が２
７．３％の場合を除いて、約３回のトナー供給回数でト
ナー付着量が安定し、それ以上トナー供給回数を増やし
てもトナー付着量に変動は見られなかった。

【００２１】上記結果をもとに、トナー供給・回収領域
を１０回通過した時点でのトナー付着量（但し、現像剤
充填率２７．３％のものについては５回通過した時点で
のトナー付着量）に対する１回だけトナー供給・回収領
域を通過した時点でのトナー付着量の比率（以下「付着
量安定性（％）」といい、以下の数５に計算式を示
す。）を求めた。その結果、図４に示すように、現像剤
充填率に応じて付着量安定性が比例的に上昇することが
判明した。

【００２２】

【数５】付着量安定性（％）＝Ｓ（１）／Ｓ（１０）Ｓ（１）：トナー供給・回収領域を１回通過したトナー
担持体の表面に付着したトナー量Ｓ（１０）：トナー供給・回収領域を１０回通過したト
ナー担持体の表面に付着したトナー量

【００２３】以上のことから、トナー供給・回収領域に
おける現像剤充填率を上げることにより、現像剤担持体
からトナー担持体へのトナー供給効率が良くなることが
理解できる。

【００２４】次に、現像剤充填率の適正値について検討
する。いまトナーが黒トナーの場合、トナー像を照明し
その反射光量から得た濃度（反射濃度）は、あるトナー
付着量まではトナー付着量に応じてほぼ比例関係を示す
が、ある閾値を越えるとトナー付着量が増加しても変化
しない。このときのトナー付着量を一般に飽和付着量と
いうが、この飽和付着量を越えたトナー付着量は人間の
目には認識できない。また、トナー付着量が０．７ｍｇ
／ｃｍ²（上限値）を越えると、一般に画像上にかぶり
が現れて画質が低下する。他方、トナー付着量が０．４
ｍｇ／ｃｍ²（下限値）よりも低くなるにしたがって、
画像に画像低濃度部分（例えば掠れ模様）が現れる。そ
こで、これらトナー付着量上限値（０．７ｍｇ／ｃ
ｍ²）を数５の分母、トナー付着量下限値（０．４ｍｇ
／ｃｍ²）を数５の分子に代入すると、付着量安定性４
３％が得られる。次に、図４のグラフからこの値に対応
する現像剤充填密度を求めると２９．５％が得られる。
したがって、現像剤充填密度を２９．５％以上に設定す
れば、トナー担持体が一回だけしかトナー供給・回収領
域を通過することがなくても、必要最小限のトナーがト
ナー担持体に供給され、かすれの無い画像が得られる。

【００２５】一方、トナーが黒以外のカラートナーの場
合、飽和付着量は存在せず、トナー付着量の増加に応じ
て反射濃度は増加する傾向を示す。しかし、人間により
トナー付着量の差が画像濃度の違いとして認識できるの
は付着量安定性９０％が限度とされている。したがっ
て、図４を参照すると、カラートナーの場合には、現像
剤充填率を３３．８％以上に設定することが必要であ
る。

【００２６】なお、トナー担持体と現像剤担持体との間
隔Ｄｓを０．７ｍｍ、トナー担持体と現像剤担持体より
も＋２００Ｖ高電位に設定すると共に両者間に周波数：
８ＫＨｚ、Ｖｐ−ｐ：２．６ＫＶを印加し、トナー担持
体を１３０ｍｍ／ｓｅｃ、現像剤担持体を１８２ｍｍ／
ｓｅｃで回転し、トナー担持体上のトナー荷電量を５μ
Ｃ／ｇ、現像剤充填率を３４．４％に設定して、トナー
供給・回収領域におけるトナーの移動を観察した。その
結果、トナー担持体と現像剤担持体との間で良好に現像
剤の受け渡しが行われ、安定した濃度の画像が得られ
た。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る現像装置によれば、トナー担持体と現像剤の担持
体との対向領域において、現像領域を通過したトナー担
持体上のトナーが効率良く現像剤担持体に回収されると
共に、トナー担持体からトナーが除去された部分には現
像剤担持体よりトナーが供給される。したがって、スク
レーパ等の部材をトナー担持体に接触させることなくト
ナー担持体と現像剤担持体との間でトナーの受け渡しが
行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る現像装置の部分断面図である。

【図２】トナー供給・回収領域における、トナー担持
体と現像剤担持体とのトナーの受け渡しを説明する図で
ある。

【図３】トナー供給回数と、トナー担持体上のトナー
表面電位（トナー付着量）との関係を示すグラフであ
る。

【図４】現像剤充填密度と付着量安定性との関係を示
す図である。大断面図である。

【図５】トナー担持体へのトナーの供給方法を説明す
る図で、（ａ）はトナー担持体から一旦すべてのトナー
を除去した後に再びトナーを供給する方法、（ｂ）はト
ナー担持体上のトナー消費部分にトナーを補充する方法
を示す図である。

【符号の説明】

１…感光体、３…現像装置、９…トナー担持体、１５…
現像剤担持体、２３…トナー供給・回収領域、３１…２
成分現像剤。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周部にトナーを保持し、感光体に対向
して回動自在に支持されているトナー担持体と、外周部
にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤を保持し、
上記トナー担持体に所定の間隔を置いて対向しかつ該ト
ナー担持体と同一方向に回動自在に支持されている現像
剤担持体とを有し、これらトナー担持体と現像剤担持体
との対向領域において現像剤担持体からトナー担持体に
トナーを供給する現像装置であって、以下の数１で表さ
れる上記対向領域における現像剤充填密度を、２９．５
％以上に設定した現像装置。【数１】Ｐ．Ｄ＝〔Ｍ／（Ｄｓ・ρ）〕・１００Ｐ．Ｄ：現像剤充填密度（％）Ｍ：現像剤担持体による単位面積当たりの現像剤搬送量
（ｍｇ／ｃｍ²）Ｄｓ：トナー担持体と現像剤担持体との間隔（ｃｍ） ρ：現像剤の単位体積重量（ｇ／ｃｍ³）
【請求項２】外周部に黒色以外のカラートナーを保持
し、感光体に対向して回動自在に支持されているカラー
トナー担持体と、外周部にカラートナーとキャリアとか
らなる２成分現像剤を保持し、上記カラートナー担持体
に所定の間隔を置いて対向しかつ該カラートナー担持体
と同一方向に回動自在に支持されている現像剤担持体と
を有し、これらカラートナー担持体と現像剤担持体との
対向領域において現像剤担持体からカラートナー担持体
にカラートナーを供給する現像装置であって、以下の数
２で表される上記対向領域における現像剤充填密度を、
３３．８％以上に設定したことを特徴とする現像装置。【数２】Ｐ．Ｄ＝〔Ｍ／（Ｄｓ・ρ）〕・１００Ｐ．Ｄ：現像剤充填密度（％）Ｍ：現像剤担持体による単位面積当たりの現像剤搬送量
（ｍｇ／ｃｍ²）Ｄｓ：カラートナー担持体と現像剤担持体との間隔（ｃ
ｍ） ρ：現像剤の単位体積重量（ｇ／ｃｍ³）