JPH10123843A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】二成分現像装置の小型化・低価格化を図り、使
用環境の変化及び長期使用により起こる画像劣化やトナ
ー飛散を解消する。 【解決手段】現像装置２は、内部に数局の磁極を有する
マグネットロール３と、その表面を覆うキャリアと、キ
ャリアへのトナー供給部５と、トナー供給部５の開口部
に設けた発泡性弾性ロール７と、マグネットロール３上
の現像剤層厚規制部材９及び予備帯電ローラ１０と予備
帯電ローラ１０に電圧を印加する可変電圧供給源１１か
らなる。現像装置２は、予備帯電ローラ１０に可変電圧
供給源１１より電圧を印加し、現像剤４に接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスを利用するレーザプリ
ンタ等の画像形成装置では、感光体等の像担持体に形成
された静電潜像を可視化する目的で、トナーとキャリア
を混合した二成分磁気ブラシを構成する現像装置や、非
磁性一成分トナーを用いてブレードにより帯電を付与す
る現像装置を有する。更に、黒単色印刷のみではなくカ
ラー化するために複数個の現像装置を備え、これらの現
像装置を必要に応じ選択して使用することによりカラー
印刷を可能にする。

【０００３】現像装置は、内部に多数の磁極を有するマ
グネットロールと前記マグネットロールに回転自在嵌合
されたスリーブロールからなる現像ロールを有し、スリ
ーブの回転により二成分磁性現像剤を搬送することによ
り現像する。このため、印刷に消費したトナーをトナー
供給部より補給するが、安定した印刷を行うためには二
成分現像剤中のトナー濃度を正確に制御し、かつ帯電を
安定させる撹拌手段が必要となる。このため、画像形成
装置の小型化や低価格化が困難となる。

【０００４】非磁性一成分トナーを用いた現像装置で
は、スリーブとブレードの摩擦によりトナーへ帯電を付
与する方式であるため、構成が簡素化でき画像形成装置
の小型化や低価格化には有効である。しかし、スリーブ
とブレードの摩擦によりトナーの癒着が起こり、安定し
た画質が得られる期間が短いという欠点を有する。

【０００５】一方、第７４回電子写真学会研究討論会の
予稿集(Ｐ.６１〜６４）及び特開平8−36303号，特開平
8−22177号，特開平7−234588号，特開平6−161252号公
報に記載された多数の磁極を有するマグネットロールを
直接回転させて現像剤を搬送する方式が知られている。
本例では、マグネットロールを覆うキャリアとトナーを
トナー供給部の開口部で接触されることによりトナー濃
度を決定する方式であり、トナー濃度が広い範囲で安定
した画像特性が得られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の内部に多数の磁
極を有するマグネットロールとマグネットロールに回転
自在嵌合されたスリーブロールからなる現像ロールを有
し、スリーブの回転により二成分磁性現像剤を搬送する
ことにより現像を行う現像装置は、現像ロールの製造が
複雑なこと及びトナー濃度検知手段が必要なことでコス
トが高価となる。また、二成分現像剤を循環して用いる
ことから、補給したトナーと現像剤を撹拌する撹拌機構
部が必要となり装置が大型化する。

【０００７】一方、多数の磁極を有するマグネットロー
ル表面に直接現像剤を付着させ、マグネットロールの回
転により搬送し現像を行う方式では、マグネットロール
を覆うキャリアとトナーを、トナー供給部の開口部で接
触させることによりトナー濃度を決定しているため、こ
の方式のようなコストアップや装置の大型化の解消には
有効となる。また、マグネットロールと現像剤の付着力
がより強固となるため、トナー濃度が広い範囲でも安定
した画像特性が得られる。しかし、帯電を決定する要因
が、マグネットロールを覆うキャリアとトナーを、トナ
ー供給部の開口部で接触させることだけであるため、使
用状況により帯電量が変化する課題が残る。

【０００８】図２は連続印刷時の現像特性を示す。ベタ
画像濃度は、印刷枚数に対し比較的安定傾向を示すが、
非画像部のかぶり濃度は印刷枚数に対し増加傾向を示
す。これは、前述したように帯電を決定する要因がマグ
ネットロールを覆うキャリアとトナーを、トナー供給部
の開口部で接触させることだけであるため帯電量が徐々
に低下するためである。

【０００９】また、使用環境による現像剤の特性を図３
に示す。図は、絶対湿度に対するトナー帯電量変化及び
トナー濃度変化を示す。トナー濃度は絶対湿度の低い領
域（低温低湿）から高い領域（高温高湿）まで比較的安
定している。一方、トナー帯電量は絶対湿度に応じて低
下傾向を示す。これは、画像特性の不安定を示し、かぶ
りやトナー飛散等の増加を示す。

【００１０】本発明の目的は、プリンタ装置の小型化・
低価格化を図り、高画質で且つ高信頼性の印刷が可能な
現像装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の現像装置は、多
数の磁極を有し回転するマグネットロールと、前記マグ
ネットロール表面を覆う量のキャリアと、前記キャリア
と接触することにより二成分現像剤を形成するトナーを
有するトナー供給手段と、前記マグネットロール上の前
記二成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材を有し、
前記マグネットロール上の前記二成分現像剤の帯電量
を、所定の値に制御する予備帯電手段を、少なくとも一
つ備えることを特徴とし、前記予備帯電手段には導電性
若しくは絶縁性のローラやブレード及び撹拌羽を用いる
ことを特徴とする。更には、前記予備帯電手段はその回
転方向及び回転速度を制御する速度制御手段を有するこ
とを特徴とし、前記予備帯電手段には印加電圧が制御可
能な電圧供給手段を有することを特徴とする。また、前
記速度制御手段及び電圧供給手段を周囲の温湿度により
制御することを特徴とする。

【００１２】本発明の現像装置によれば、多数の磁極を
有するマグネットロール表面に直接現像剤を付着させ、
マグネットロールの回転により搬送し現像を行いマグネ
ットロールを覆うキャリアとトナーを、トナー供給部の
開口部で接触させることによりトナー濃度を決定するた
め、コストの低減や装置の小型化に有効である。更に、
予備帯電手段によりトナー帯電量の安定化を図るため、
かぶりの増加が抑えられ長期使用や使用環境の変化に対
しても安定で且つ高画質な印刷が可能となる。更に、ト
ナー飛散やキャリア付着等の画像欠陥の解消も可能とな
る。また、本現像装置をカラー印刷に適用すれば、鮮明
で安定したカラー印刷が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１４】図１は、本発明の現像装置の一実施例を示
す断面図である。現像装置２は、像担持体１（例えば有
機光導電体ベルト）に対向して設置されている。前記現
像装置２の構成は、内部に数局の磁極を（本例では８
極）を有するマグネットロール３（例えば焼結フェライ
ト）と、マグネットロール３表面を覆うキャリア（トナ
ーと接触することにより二成分現像剤４となる。）と、
キャリアにトナーを供給するトナー供給部５と、トナー
供給部５の開口部に設けた例えば発泡性弾性ロール７
と、マグネットロール３上の現像剤の層厚を規制する現
像剤層厚規制部材９及び例えば金属ロールである予備帯
電ローラ１０と予備帯電ローラ１０に電圧を印加する可
変電圧供給源１１から構成される。尚、予備帯電ローラ
１０には、弾性体導電ローラや絶縁ローラを用いること
もできる。また、可変電圧供給源１１には直流電圧に交
流電圧を重畳しても良い。トナー供給部５の内部にはト
ナーの搬送・撹拌を行うトナー撹拌羽根６と発泡性弾性
ロール７上のトナー層の層厚を規制するトナー層厚規制
板８を設けた。尚、本例での現像剤には平均粒径が６５
μｍのキャリアと、平均粒径７μｍのトナーを用いた。
また、マグネットロール３の磁極による画像濃度むらを
抑えるため本例では、マグネットロール３と像担持体１
は接触させ、マグネットロール３の回転方向は、像担持
体１と逆の回転方向とするカウンタ方式を採用した。

【００１５】ここで、現像装置２の動作を簡単に説明す
る。マグネットロール３の表面には現像剤４が磁力によ
り強力に付着しており、マグネットロール３の回転によ
り搬送・現像が行われる。現像により消費したトナーは
トナー供給部５からトナー層厚規制板８により層厚を規
制されたのち、トナー供給部５の開口部に設けた発泡性
弾性ロール７の回転により、マグネットロール３の表面
に付着する現像剤４の接触し補給される。この接触によ
りトナー濃度は決定されるがトナー濃度１０〜６０％の
広い範囲で安定した画像特性が得られる。尚、本例では
トナー濃度が２０〜２５％になるよう設定した。トナー
の帯電量は、この補給時の接触によるものと現像剤層厚
規制部材９による撹拌効果によるところが大きい。しか
し、これだけでは前述したように帯電不足が生じる。そ
こで、本発明では予備帯電ローラ１０に可変電圧供給源
１１より電圧を印加し、現像剤４に接触させることによ
りトナー帯電量を安定させている。可変電圧供給源１１
の電圧は、現像剤４の帯電特性により異なり、数十ボル
トから数百ボルトに変える。勿論、その極性は現像剤に
より決まる。本例では使用環境に応じ、１００〜２００
Ｖの範囲で可変した。使用環境による帯電量変化を抑え
るには、周囲の温湿度を検知するセンサを印刷装置内及
び現像装置内に少なくとも一つ設置し、その検知信号に
より可変電圧供給源１１の電圧を制御することで対応で
きる。尚、高湿環境では電圧を高く、低湿環境では低く
設定する。以上の結果、本発明によれば使用環境の広い
範囲で且つ長期間帯電量が安定し、画像特性も安定する
ことを確認した。

【００１６】図４に、本発明の現像装置の第二実施例を
示す。現像装置２は、像担持体１に対向して設置されて
いる。現像装置２の構成は、内部に数局の磁極を有する
マグネットロール３と、マグネットロール３表面を覆う
キャリア（トナーと接触することにより二成分現像剤４
となる。）と、キャリアにトナーを供給するトナー供給
部５と、トナー供給部５の開口部に設けた発泡性弾性ロ
ール７と、マグネットロール３上の現像剤の層厚を規制
する現像剤層厚規制部材９及び例えば金属でできている
予備帯電撹拌羽１２から構成される。尚、予備帯電撹拌
羽１２には、絶縁性の撹拌羽を用いることもできる。ト
ナー供給部５の内部にはトナーの搬送・撹拌を行うトナ
ー撹拌羽根６と発泡性弾性ロール７上のトナー層の層厚
を規制するトナー層厚規制板８を設けた。本実施例で
は、予備帯電撹拌羽１２の回転によりマグネットロール
３上の現像剤４を撹拌することによりトナー帯電量を安
定させている。使用環境による帯電量変化を抑えるに
は、周囲の温湿度を検知するセンサを印刷装置内及び現
像装置内に少なくとも一つ設置し、その検知信号により
予備帯電撹拌羽１２の回転数を制御することにより対応
する。尚、予備帯電撹拌羽１２に電圧を印加することで
更なる帯電量の安定化が図られ、印加する電圧は直流で
も直流に交流を重畳したものでも良い効果が得られる。
以上の結果、本発明によれば使用環境の広い範囲で且つ
長期間帯電量が安定し、画像特性も安定することを確認
した。

【００１７】図５に、本発明の現像装置の第三実施例を
示す。現像装置２は、像担持体１に対向して設置されて
いる。現像装置２の構成は、内部に数局の磁極を有する
マグネットロール３と、マグネットロール３表面を覆う
キャリア（トナーと接触することにより二成分現像剤４
となる。）と、キャリアにトナーを供給するトナー供給
部５と、トナー供給部５の開口部に設けた発泡性弾性ロ
ール７と、マグネットロール３上の現像剤の層厚を規制
する現像剤層厚規制部材９及び回転軸に取付けられた例
えば金属でできている予備帯電ブレード１３から構成さ
れる。尚、予備帯電ブレード１３には、絶縁性弾性ブレ
ードや導電性弾性ブレードを用いることもできる。トナ
ー供給部５の内部にはトナーの搬送・撹拌を行うトナー
撹拌羽根６と発泡性弾性ロール７上のトナー層の層厚を
規制するトナー層厚規制板８を設けた。本実施例では、
予備帯電ブレード１３とマグネットロール３上の現像剤
４の接触によりトナー帯電量を安定させている。使用環
境による帯電量変化を抑えるには、周囲の温湿度を検知
するセンサを印刷装置内及び現像装置内に少なくとも一
つ設置し、その検知信号により予備帯電ブレード１３の
接触圧力を制御することにより対応する。接触圧力を制
御する手段としては、例えば予備帯電ブレード１３の取
付け治具である回転軸の回転角度を制御することで対応
した。尚、予備帯電ブレード１３に電圧を印加すること
で更なる帯電量の安定化が図られ、印加する電圧は直流
でも直流に交流を重畳したものでも良い効果が得られ
る。以上の結果、本発明によれば使用環境の広い範囲で
且つ長期間帯電量が安定し、画像特性も安定することを
確認した。

【００１８】図６に、本発明の現像装置の第四実施例を
示す。現像装置２は、像担持体１に対向して設置されて
いる。現像装置２の構成は、内部に数局の磁極を有する
マグネットロール３と、マグネットロール３表面を覆う
キャリア（トナーと接触することにより二成分現像剤４
となる。）と、キャリアにトナーを供給するトナー供給
部５と、トナー供給部５の開口部に設けた発泡性弾性ロ
ール７と、マグネットロール３上の現像剤の層厚を規制
する現像剤層厚規制部材９とマグネットロール３上の現
像剤４を剥離するスクレーパ１４及び予備帯電撹拌羽１
２から構成される。尚、予備帯電撹拌羽１２には、絶縁
性の撹拌羽を用いることもできる。トナー供給部５の内
部にはトナーの搬送・撹拌を行うトナー撹拌羽根６を設
けた。本実施例では、スクレーパ１４によりマグネット
ロール３上の現像剤４を一旦剥離し、トナー供給部５よ
り補給されたトナーと予備帯電撹拌羽１２により撹拌・
帯電を行うことによりトナー帯電量を安定させている。
使用環境による帯電量変化を抑えるには、周囲の温湿度
を検知するセンサを印刷装置内及び現像装置内に少なく
とも一つ設置し、その検知信号により予備帯電撹拌羽１
２の回転数を制御することにより対応する。尚、予備帯
電撹拌羽１２に電圧を印加することで更なる帯電量の安
定化が図られ、印加する電圧は直流でも直流に交流を重
畳したものでも良い効果が得られる。以上の結果、本発
明によれば使用環境の広い範囲で且つ長期間帯電量が安
定し、画像特性も安定することを確認した。

【００１９】図７は、本発明の現像装置をモノクロ印刷
へ適応した具体例の概略図である。ベルト状の像担持体
１（例えば裏面を絶縁処理したアルミベルトに有機光導
電体を積層した感光体ベルト）の周囲に、例えばコロナ
放電により帯電を行う帯電器１５，画像情報に応じレー
ザを照射するレーザ光学系１６、例えば導電ゴムローラ
を用いる転写ローラ１８，クリーナ２０，イレーザ２１
及び現像装置２と温湿度検出センサ２２を配置し、定着
機１９を設けた。

【００２０】簡単に印刷プロセスを説明する。像担持体
１表面を帯電器１５によりコロナ帯電し、レーザ光学系
１６により画像情報に応じた静電潜像を形成する。形成
した静電潜像を現像装置２により現像しトナー像として
可視化する。可視化したトナー像を搬送された用紙１７
に、電圧を印加した転写ローラ１８により静電的に転写
し、定着機１９により熱的に定着することで印刷が得ら
れる。像担持体１上に残留した不要なトナーはクリーナ
２０により回収され、像担持体１に残留する電荷はイレ
ーザ２１により消去され繰返し印刷が可能となる。

【００２１】本画像形成装置には、本発明の現像装置２
と温湿度検出センサ２２が設けられているため、現像剤
４の帯電量は広い使用環境でも安定している。これによ
り、画像形成装置の小型・低価格化が実現でき、且つ長
期に渡って安定した画像特性が得られることを確認し
た。また、広い使用環境でもかぶりのない鮮明な画質が
得られ、トナー飛散やキャリア付着等が起こらないこと
を確認した。

【００２２】図８は、本発明の現像装置をカラー印刷に
適応した一具体例の概略図である。カラー像を形成する
ベルト状の像担持体１（例えば裏面を絶縁処理したアル
ミベルトに有機光導電体を積層した感光体ベルト）の周
囲に、例えばコロナ放電により帯電を行う帯電器１５，
画像情報に応じレーザを照射するレーザ光学系１６、例
えばアルミドラム上にフッ素樹脂を巻きつけた転写ドラ
ム２３，クリーナ２０，イレーザ２１及び本発明の現像
装置２ａ〜２ｄと温湿度検出センサ２２を配置し、定着
機１９を設けた。転写ドラム２３周囲には、例えば導電
ゴムローラを用いる転写ローラ１８と、例えば導電ブラ
シと金属ロールから構成されるバイアスクリーナ２４を
配置した。現像装置２ａには例えばイエローの色を有す
るトナーとキャリアからなるイエローの現像剤が、２ｂ
にはマゼンタの色を有するトナーとキャリアからなるマ
ゼンタの現像剤、２ｃにはシアンの色を有するトナーと
キャリアからなるシアンの現像剤、２ｄにはブラックの
色を有するトナーとキャリアからなるブラックの現像剤
の現像剤が収容されており、画像情報に応じ一つの現像
装置２を選択する。カラー印刷は次のようなプロセスで
行われる。像担持体１は、帯電器１５により一様にコロ
ナ帯電され、レーザ光学系１６で点滅照射され静電潜像
を形成する。レーザ光学系１６は画像情報に応じ点滅制
御され、例えばイエロー画像情報に応じて点滅照射する
ことによりイエローの静電潜像が形成される。形成され
た静電潜像は、イエローの現像装置２ａで現像されイエ
ローのトナー像が形成される。イエローのトナー像は像
担持体１の回転により、転写ドラム２３の位置に運ばれ
静電的に転写される。この工程を順次マゼンタ，シア
ン，ブラックと繰返し、転写ドラム２３上でフルカラー
のトナー像を形成する。転写ドラム２３上で形成された
フルカラーのトナー像は、搬送された用紙１７に、例え
ば金属ロールと弾性層で構成された転写ローラ１８を裏
面より押し当てると同時に電圧を印加することにより静
電的に転写される。用紙１７に転写されたフルカラーの
トナー像は、定着機１９により例えば熱的に固着されカ
ラー印刷が完成する。像担持体１上に残留した不要なト
ナーはクリーナ２０により回収され、像担持体１に残留
する電荷はイレーザ２１により消去され、転写ドラム２
３上に残留したトナーはバイアスクリーナ２４を押し当
てることにより回収し繰返し印刷が可能となる。

【００２３】本カラー印刷装置でも、本発明の現像装置
２と温湿度検出センサ２２が設けられているため、現像
剤４の帯電量はどの色の現像剤でも広い使用環境でも安
定している。これにより、カラー画像形成装置の小型・
低価格化が実現でき、且つ長期に渡って安定したカラー
印刷ができることを確認した。また、広い使用環境でも
かぶりのない鮮明なカラー印刷が可能で、トナー飛散や
キャリア付着等が起こらないことを確認した。

【００２４】

【発明の効果】本発明の現像装置によれば多数の磁極を
有するマグネットロール表面に直接現像剤を付着させ、
マグネットロールの回転により搬送し現像を行いマグネ
ットロールを覆うキャリアとトナーを、トナー供給部の
開口部で接触させることによりトナー濃度を決定するた
め、コストの低減や装置の小型化に有効である。更に、
予備帯電手段によりトナー帯電量の安定化を図るため、
かぶりの増加が抑えられ長期使用や使用環境の変化に対
しても安定で且つ高画質な印刷が可能となる。更に、ト
ナー飛散やキャリア付着等の画像欠陥の解消も可能とな
る。また、本現像装置をカラー印刷に適用すれば、鮮明
で安定したカラー印刷が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す現像装置の断面図。

【図２】印刷枚数に対する画像濃度変化を示す特性図。

【図３】絶対湿度に対する帯電量及びトナー濃度の変化
を示す特性図。

【図４】本発明の第二実施例を示す現像装置の断面図。

【図５】本発明の第三実施例を示す現像装置の断面図。

【図６】本発明の第四実施例を示す現像装置の断面図。

【図７】本発明の現像装置をモノクロ印刷へ適応した一
実施例を示す説明図。

【図８】本発明の現像装置をカラー印刷へ適応した第二
実施例を示す説明図。

【符号の説明】

１…像担持体、２…現像装置、３…マグネットロール、
４…二成分現像剤、５…トナー供給部、６…トナー撹拌
羽根、７…発泡性弾性ロール、８…トナー層厚規制板、
９…現像剤層厚規制部材、１０…予備帯電ローラ、１１
…可変電圧供給源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 賢一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印字データに応じて静電潜像を形成する像
   担持体に対向して配置され、多数の磁極を有し回転する
   マグネットロールと、前記マグネットロールの表面を覆
   う量のキャリアと、前記キャリアと接触することにより
   二成分現像剤を形成するトナーを有するトナー供給手段
   と、前記マグネットロール上の前記二成分現像剤の層厚
   を規制する層厚規制部材を有する現像装置において、 前記マグネットロール上の前記二成分現像剤の帯電量
   を、所定の値に制御する予備帯電手段を、少なくとも一
   つ備えることを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記予備帯電手段には
   導電性若しくは絶縁性のローラやブレード及び撹拌羽を
   用いる現像装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記予備帯電手段はそ
   の回転方向及び回転速度を制御する速度制御手段を有
   し、接触圧力を変える手段を有する現像装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記予備帯電手段には
   印加電圧が制御可能な電圧供給手段を有する現像装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記速度制御手段や接
   触圧力を制御する手段及び電圧供給手段を周囲の温湿度
   により制御する現像装置。