JPS59111663A - 静電潜像現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電荷保持部材上に形成した静電潜像に磁性
キャリアとトナーとからなる乾式磁性二成分現像剤を作
用させてトナー像を形成するための現像装置に関する。

第１図は、従来の磁性二成分現像剤を用いてトナー像を
形成する静電潜像現像装置の一構成例を示す概略図であ
る。

図において、１は電子写真感光体、静電記録用媒体等の
電荷保持部材で、その表面にｍ１電潜像が形成される。

２は固設されたマグネットローラーであり、３は非磁性
スリーブで、前記マグネットローラー２を取り囲むよう
に配設され、矢印方向に回転するように支持されている
。４はスクレーパーで、非磁性スリーブ３」二に保持さ
れている図示されていない現像剤を、スリーブ３から離
脱させ、且つその際のガイド板の役割も果たすものであ
る。５は撹拌羽根、６はドクターブレード、７はトナー
補給ローラー、８は現像器ハウジング、９はトナーホッ
パーをそれぞれ示している。

このような構成の現像装置は、従来の現像剤とは良く整
合し、商業的に多数実用化されているが、次のような問
題点がある。すなわち、従来の磁性二成分現像剤は耐久
性が劣り、寿命が長くないために頻繁な現像剤の交換を
必要とし、またトナーやキャリアの性能も良好でないた
めに正確なｉ・ナー混合比率を保ち、適度に撹拌混合し
ないと良好な現像が行われず、また、トナーの飛散を生
ずる等の問題点があるものであシ、これらの不具合が発
生しないように磁性二成分現像剤を用いる従来の現像装
置は、マグネットローラーや非磁性スリーブなどの直接
現像のために必要々部材の他に、現像剤の頻繁な交換を
避けるだめの、大型の現像剤収容室や、また現像剤をス
リーブから離脱させ、新たに補給されたトナーと均一に
混合撹拌する部１材等を必要としており、そのために装
置が大型複雑化する欠点があった。

ところが、最近のトナー並びにキャリアの技術改良によ
って、現像剤の耐久性は大幅に向上し、トナー混合比率
の変動に対する許容度も増加した。

しかしながら、現像装置は、この現像剤の改良に対応し
て設計されていない点が問題点として指摘されている。

現像剤の改良の中で、特に目立つ改良として評価されて
いるものとしては、キャリアへの樹脂コーティングや、
フェライトキャリアの実用化をあげることができる。前
者は、現像剤の環境変化特性を安定化し、トナーの帯電
を安定化させる効果や、現像剤の耐久性を向上させる効
果が顕著である。後者も、その作用原理は前者とは異な
るが、同様の効果を具えているものである。このような
現像剤の改良により、その寿命は、５００１〜］Ｋｙの
現像剤で、５万〜１０万枚のコピーが作成できるレベル
にまで達している。その結果、月間コピー量の少ない機
種に対しては、過剰な寿命性能となる場合もある。

これに対し、現像剤の装填量を減少させることによって
、適正な現像剤寿命を得ることも考えられるが、従来の
現像装置においては、スリーブから現像剤を一旦離脱さ
せて均一に混合撹拌する構成をとっているために、これ
らの機構が正常に作動するのに必要な現像剤量を下回っ
て、現像剤の装填量を減らすことができない。！、た、
各部の寸法を比例的に小さくして現像装置を小型化する
ことも考えられるが、マグネットローラーの形状は現像
性能に関連し、単純に小型化することができない事情が
ある。

本願発明は、上記従来の現像装置のかかる問題点を解消
すべくなされたもので、改良された現像剤の性能に整合
した、特に比較的、使用頻度の少ない記録装置に好適な
小型、軽量で簡易な構成の現像装置を提供することを目
的とするものである。

以下実施例に基づき本願発明の詳細な説明する。

第２図は、本願発明に係る現像装置の一実施例の概略図
である。第２図において、１は静電潜像が形成されるド
ラノ・状の電荷保持部拐、１０は回転可能に支持されて
いるマグネットローラー、１１は非磁性の導電性スリー
ブで、前記マグネットローラー】０を取り囲むように配
置されており、その表面は絶縁処理されていてもあるい
はされてい々くてもよい。１２はトナーホッパー１４の
下部開口部１４′に配置されたトナー供給ローラーであ
り、１３はブレードで、該トナー供給ローラー１２の回
転方向の下流側のトナーホッパー１４の側壁下端部から
、トナー供給ローラー１２へ向けて該ローラー１２へ接
するように配置されている。１５はシール板で、トナー
供給ローラー１２の回転方向の上流側のトナーホッパー
１４の側壁下端部から、トナー供給ローラー１２へ向け
てそれに接するように配置されている。そして、これら
のブレード１３とシール板１５とで、トナーホッパー１
４とトナー供給ローラー１２との間隙部を密封するよう
に構成されている。１６は非磁性スリーブに接続された
現像バイアス電源、１７はトナー供給ローラー１２に接
続されたバイアス切替スイッチ、１８はトナー供給ロー
ラー１２へのバイアス電源である。なお、１９．２０は
ダストカバーであり、ｄｌは非磁性スリーブ１］上に保
持されている磁性二成分現像剤２１の厚さを示しており
、２２はトナーである。

このように構成されている現像装置において、現像剤２
１はマグネットローラー１０の磁力によって非磁性スリ
ーブ１１上に、厚さｄ、となるように保持されている。

現像剤２１は、マグネットローラー１０を時計方向に回
転させることによって、非磁性スリーブ１１上を反時計
方向に移動するが、スリーブ】１上から離脱することな
く搬送される。したがって、非磁性スリーブ１１上に保
持された現像剤２１の量が、使用される現像剤の全量と
なる。現像剤２１の総量は、非磁性スリーブ１１の直径
と現像剤層の厚さｄｌで決定され、本願発明の現像装置
は、従来の現像装置のように、スリーブから一旦離脱し
て混合撹拌作用を受けるように構成されていないから、
必要とする現像剤量は著しく少くすることができる。現
像剤量が少くなれば、現像剤が繰り返し使用される頻度
が増大して劣化を早めるようになるが、改良された高耐
久性現像剤を用いれば、むしろ少い現像剤量で適正な現
像剤寿命を確保することができる。

厚さｄｌが極端に小さな値となると、現像剤の総量が急
激に減少するので、現像剤寿命を考慮してｄｌを選定す
る必要がある。ｄｌを１５順以」二の値とするときは、
現像剤を安定的に保持するために、キャリアの磁性及び
粒径の大きなものを選択する必要が生じてくる。樹脂中
に磁性粉を分散させて作成した磁性樹脂キャリア、ある
いは、トナー粒径に近い２０ミクロン以下の平均粒度分
布を有するキャリアは、マグネットローラー１０による
吸引力が作用しにくいために、スリーブ１１上にＩ　＋
ｒａｎ以」二の厚さで安定的に保持することが困難にな
る。したがって、ｄｌを１．５■以上の値とする場合に
は、強磁性キャリアであって、粒径が少くとも２０ミク
ロン以上のものを用いる必要がある。

トナーに関しては、格別の制約はなく、通常の非磁性ト
ナーを適用することができるが、米国特許第３３４５９
４１号明細書、特開昭５７−１３００５０号公報等に開
示されている磁性トナーと磁性キャリアとの組合わせた
現像剤を用いると、トナー飛散や背景部カブリの発生が
防止され、トナー混合比率の変動に対する許容度が広が
り、本願発明の現像装置に適用する場合、より好適であ
る。

本願発明に係る現像装置においては、トナーの補給はト
ナー供給ローラー１２によって行われ、現像剤２１中に
取り込まれたトナーは、別個の撹拌部材を備えていない
ので、非磁性スリーブ１１上を搬送される間に、撹拌作
用を受ける必要がある。スリーブ１１上で現像剤２１の
混合撹拌作用を生ぜしめるためには、スリーブ回転式の
現像剤搬送方式よりも、マグネットローラー回転式の搬
送方式が好ましい。なぜならば、同じ現像剤の搬送速度
を得るのに、スリーブ回転式では通過する磁極数が少な
いので、十分な撹拌が行われ々いためである。

これに対して、マグネットローラー回転方式においては
、現像剤の搬送は、現像剤が磁極部でチェーン状に連っ
て、これが多数回転動することによって行われ、十分々
撹拌が行われるので、本願発明に適用するのに好適であ
る。

しかしながら、この撹拌作用は、スリーブから現像剤を
一旦離脱させて混合撹拌させる従来の方式に比べては不
十分であるから、トナーの補給は少量ずつ均一に行ない
、且つ、予め帯電したトナーを補給するのがよい。トナ
ー供給ローラー１２ハ、この条件を満たすローラーであ
る。トナーホッパー１４内に収納されているトナー２２
は、均一な薄層としてトナー供給ローラー】２上に保持
されると同時に、現像に必要とする所定極性の帯電が行
われている必要がある。

このように帯電させたトナーを薄層として供給ローラー
上に保持させる手段は、米国特許第３３６３８０９号明
細書、特公昭５］　−３６０７０号公報（米国特許第３
７３１１４６号）等に開示されているものを適用するこ
とができる。

第２図におけるブレード１３は、上記明細書等に記載さ
れている手段に基き実施形態を若干変更した構成を示し
ている。第３図の拡大説明図に示すように、トナー供給
ローラー１２の表面は微小凹凸面１２′を有する構成が
必要である。トナーホッパー１４の開口部１４′からト
ナー供給ローラー１２の表面に延長して設けられたブレ
ード１３を、供給ローラー１２に圧接しながら、供給ロ
ーラー１２を矢印方向に回転させると、トナー２２は供
給ローラー】２の凹凸面１２′の抵抗によって搬送され
、ブレード１３の先端を通り越し、この過程でブレード
１３と摩擦して帯電し、あるいはトナー供給ローラー１
２の凹凸面１２′で回転運動する過程で摩擦帯電する。

トナー供給ローラー１２１−のトナ一層の厚さは、供給
ローラー１２の表面状態と拐質、及びブレード１３の材
質と先端形状、ならびにそれらの間の圧力によって支配
されるが、その厚さはトナー粒子が一層又は二層形成さ
れる程度に、上記要件を適宜選定する。このようにして
、トナー供給ロ供給ローラー］２上望のレベルの均一で
薄いトナ一層を形成し、且つトナーを帯電させることは
比較的容易に行なうことができる。

表面に微細な凹凸面１２′を形成したトナー供給ローラ
ー１２は、アルミニウム等の金属表面を粗面加工したも
の、あるいはゴムローラー等で構成することができ、耐
久性も高い。また、同様にプラスチックも適用可能な素
材である。これらのトナー供給ローラー構成素材は、後
述するように、バイアス電圧を印加したり、接地したり
する必要がある場合には、導電化処理が必要であるが、
この処理も容易に行うことができる。

トナー供給ローラー１２上にトナーの薄層を形成する手
段は、上記手段に限定されるものではなく、例えば、特
開昭５４−４３０３７号公報に示されている如き、磁力
を利用したブレードを、本願発明に適用することもでき
る。

第４図は、上記磁気ブレードを本願発明に適用した構成
例を示す図である。同図において、２３は磁気ブレード
、２３′、２３″は磁気ブレード２３を構成するマグネ
ットである。マグネット２３″はトナーポツパーの側壁
部の一部を構成している。磁気ブレード２３で発生ずる
強い磁界を横切って、トナー供給ローラー１２が回転す
るとき、大部分のトナー２２は、磁気ブ１／−ド２３に
よって遮られてし丑うが、１・す−供給ローラー１２の
表面に接した一層乃至は二層程度のトナーは、トナー供
給ローラー１２との摩擦による搬送力が、磁力に打勝っ
て磁気ブレード２３を通過し、均一な薄いトナ一層が形
成されるものである。

トナー供給ローラー１２上に形成された薄いトナ一層は
、非磁性スリーブ１１上に保持されている現像剤２１の
穂立と接して、現像剤２１中に取込まれるが、この際に
、取込まれなかったトナー２２は、トナー供給ローラー
１２の表面に圧接しているシール板】５を通過して、ト
ナーホッパー１４に環流される。

シール板１５ｉｄ、　Ｐ　Ｅ　Ｔ　（ポリエチレンテレ
フタレート）、超高分子量ポリエチレンなどのプラスチ
ック板、金属薄板、ゴム板等の滑シ件のよい弾性体で形
成され、トナーホッパー１４の開口部１４′からトナー
２２が脱落するのを防止する機能を有するものである。

また、シール板１５はトナーホッパー】４からトナー２
２が脱落する處のを防止すると同時に、トナー供給ロー
ラー１２上に形成されているトナー薄層が通過するのに
は何の障害も与えないように配設されている。

シール板１５の役割は、定常的な使用状態においては、
あまり重要ではないが、トナー２２をトナーホッパー１
４内に収納した壕ま現像装置を移送する場合、あるいは
、１・す−２２をホッパー１４に補給する際に、トナー
２２がホンパー１４から漏れ落ちるのを防止するために
、極めて有効な手段である。なお、シール板１５の先端
部を、少くとも該シール板１５とトナー供給ローラー１
２が接する位置よりも、先まで延在させることによって
、トナー供給ローラー１２に付着してくるトナーを掻き
落すことなく通過させることができる。

トナー供給ローラー］２から現像剤２】へのトナーの移
動は、トナー中に磁性粉を含有させである場合には、磁
力によって行うことができ、装置の構成は極めて簡略化
される。しかしながら、カラートナーを作成するため、
あるいは、過剰な磁性粉の含有によって現像性能が大き
く乱れるのを防止するために、トナー中の磁性粉量を最
小限におさえた場合には、トナーの移動は、主として、
非磁性スリーブ１１とトナー供給ローラー１２間に、バ
イアス電圧を印加することにより発生する静電吸引力に
」；って行なわれる。

第２図に示した実施例においては、電荷保持部材１を構
成する導電支持体１′は、接地電位に接続され、静電潜
像は正電荷で形成されているものとして、現像工程を説
明する。

非磁性の導電性スリーブ１】は、アルミニウム、ステン
レススチール等で形成されていて、現像に際し背景部カ
ブリの発生を防止し、また、所望の濃度の画像を得るた
めに、正のバイアス電圧が電源１６によって印加されて
いる。非磁性スリーブにバイアス電圧を印加しながら現
像を行なうことは、通常行われる手段であるが、このバ
イアス電圧は、一般的には背景部カブリを防止したり、
所望の画像濃度を決定できるように、任意の値に設定可
能に構成されている。

一方、トナー供給ローラー１２には、スリーブ１１゛に
印加した電圧よりも低い電圧が印加されるように構成さ
れている。すなわち、第２図において、切替スイッチ】
７によりトナー供給ローラー１２を接地電位に接続すれ
ば、スリーブ１】からみて、トナー供給ローラー１２は
低い電位に保たれる事になる。

もし、スリーブ１１を接地電位に保つときは、トナー供
給ローラー１２には負のバイアス電圧を印加する。なお
、スイッチ１７を切換えて、トナー供給ローラー１２に
正の高いバイアス電圧１８を接続すると、トナーの補給
は行われ々くなる。

正極性の潜像の現像を行う時は、現像剤を構成するトナ
ーは負に帯電させ、キャリアは正に帯電させたものを適
用するので、トナー供給ローラー１２上に保持されるト
ナーは、負極性に帯電されるように構成する。負極性ト
ナーは、現像剤中のキャリアとトナー供給ローラー１２
間に発生する、トナーをキャリア側に引寄せる電界の作
用で、現像剤の穂立部分において、トナー供給ローラー
１２から現像剤２１に取り込まれる。この際、帯電が不
十分なｌ・ナーには十分な吸引力が作用しないから、か
かるトナーはトナー供給ローラー１２から現像剤２１へ
の移動が生ぜず、正常帯電トナーのみが現像剤中に取り
適寸れる。トナー供給ローラー１２とスリーブ１１間の
電位差を調整する事によって、どのレベルまで帯電した
トナーを現像剤に吸収させるか適宜選定することができ
る。すなわち、トナー供給ローラー１２とスリーブ１１
間の電位差が大きければ、弱帯電のトナーも現像剤にと
り込まれるが、この間の電位差を小さくすると、強帯電
のトナーのみが優先的に現像剤に取り込まれるようにす
ることができる。

本願発明の現像装置のように、現像剤の撹拌がスリーブ
表面に於いてのみ行われる方式のものでは、一般に弱帯
電又は非帯電トナーが供給されると、十分に撹拌されな
い内に電荷保持部材と対向する現像部に達し、背量部カ
ブリの発生や、トナー飛散の発生の原因となるが、本願
発明に係る現像装置においては、トナー供給ローラーと
スリーブ間の電位差を調整することによって、弱帯電ト
ナーが現像剤中に取り込まれるのを防止することができ
るから、かかる背景部カブリ等の不具合が生ずることは
ない。

また、第１図に示したような従来の現像装置では、トナ
ーを未帯電のまま、オとめて現像剤中に補給するもので
あるから、未帯電のトナーや集塊状のトナーが存在し、
極端な場合には、キャリアが保持し得る最大量以上のト
ナーが供給される場合もありうるために、全てのトナー
がキャリアに吸着されている保証は全くない。これに対
し、本願発明の現像装置においては、現像剤へのトナー
の補給がトナー供給ローラーを介して行われ、トナーは
必ずキャリアに吸着されて現像剤に取り込まれるから、
現像剤中にキャリアに保持されていないトナーが、原理
的に存在しないか又は極めて少ない状況が作り出され、
この点からも、本願発明は背景部カプリの発生やトナー
飛散の発生を有効に防止するものであるということがで
きる。

本願発明の現像装置において、補給されたトナーは、現
像剤がスリーブ上を搬送される時に混合撹拌されること
と、現像剤が厚さｄｌの層をなしていて、１回の現像で
消費されるトナー」ｉ“に対してはるかに多量のトナー
が現像剤中に含まれている点において、米国特許第３１
５２０１２号明細書等において示されているインプレッ
ション現像装置とは異なった原理で作動するものであり
、且つ、かかる装置に比べ大きな利点を有しているもの
である。

また、本願現像装置において、補給されるトナーは毎回
の現像毎に消費されてしまうものでなく、かなり多数回
の現像によって消費されるものであるから、磁性キャリ
アとトナーからなる二成分現像剤の特徴をそのまま生か
すことができる。例えば、スリーブ１１に数拾〜数百グ
ラムの現像剤が保持され、仮シに現像剤のトナー混合比
を５〜１０％使用するとして計算すると、現像剤中に含
まれるトナー歇は、２〜］５１と概算され、このトナー
量は５％の黒面積を有する２１０　ｍｍ　Ｘ　３００　
ｍｍの大きさの画＠１００〜７５０枚を現像できる量に
相当する。

実際にスリーブ上の現像剤の総量が、数拾グラムという
ような少量の現像剤を適用する場合には、粒径の小さい
キャリアを用いた現像剤を適用する　　′から、トナー
混合比を数１０％まで高めることができ、現像剤中に含
まれるトナーの総量は、上記概算例の２〜３倍の値とす
ることができる。

また、本願現像装置において、トナー供給ローラー１２
から供給されたトナーは、十分に混合撹拌された後に潜
像の現像に使用されることが好ましく、そのだめには、
スリーブ１１のトナーが供給される位置と電荷保持部材
１と対向して現像を行なう位置の、マグネットローラー
１０の中心に対してなす角度θを大きくしておくことが
望ましい。この補給位置と現像位置のなす角度θは、混
合撹拌の観点からは９０°以上であることが望ましい。

また、トナー補給位置は、トナーの重力落下作用を利用
するものではないから任意の位置で行なうことができ、
極端な場合には、スリーブ１１の直下の位置から補給を
行なうことができ、その設計上の自由度が大きいことも
本願発明の利点の−っである。

上記実施例においては、マグネットローラー１０のみを
回転させる例を示したが、スリーブ１１をトナーの搬送
方向と逆方向に回転させて、同一の搬送距離を移動させ
る間に、現像剤の撹拌回数を増大させることもできる。

また、高性能の現像剤でキャリアのトナー保持力が勝れ
、トナー混合比の変動に対して現像性能の変化が少い現
像剤を適用した場合には、マグネットローラー１０を固
定し、スリーブ１１を回転させて現像剤を搬送するよう
に構成することができる。

以上実施例に基づき詳細に説明したように、本願発明に
係る静電潜像現像装置は、マグネットローラー又はスリ
ーブのいずれか一方、又は双方を回転させて、スリーブ
上に保持した現像剤を搬送しながら、現像剤の穂立を電
荷保持部材上の静電潜像に作用させてトナー像を形成さ
せると共に、非磁性スリーブに隣接して配置したトナー
供給ローラー上に保持された均一薄層状の帯電トナーを
、スリーブ上の現像剤の穂立によって現像剤中に取り込
ませ、スリーブ上で現像剤と混合撹拌するように構成し
たので、高性能の現像剤の能力を充分発揮しうるように
少量の現像剤で現像を行い、且つ比較的ゆるやかな加工
、組立精度が許容される小型軽量化した簡易な構成の現
像装置が得られる。

また、トナーホッパーとトナー供給ローラー間を密封構
造とすることができるので、現像装置の移動時、あるい
は１・す−ホッパーへのトナーの補給時におけるトナー
の漏れを有効に防止することができる。

更にまだ、磁性トナーを用いる場合には、バイアス電源
を用いることなく、極めて簡単な構成で、トナー供給ロ
ーラー上のトナーを現像剤中に移送させることができる
。また、トナー供給ローラと非磁性スリーブ間にバイア
ス電圧を印加することにより、正常に帯電したトナーの
みを現像剤中に移送させることができ、背景部カブリや
トナー飛散の発生を有効に防止できる々どの効果が得ら
れる０

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の磁性二成分現像剤を適用する現像装置
の一構成例の概略図、第２図は、本願発明に係る現像装
置の一実施例の概略図、第３図は、第２図に示した現像
装置のブレード部分の拡大説明図、第４図は、ブレード
の他の実施例の概略図である。 図において、１は電荷保持部材、１０はマグネットロー
ラー、】１は非磁性スリーブ、１２はトナー供給ローラ
ー、１３はブレード、１４はトナーホッパー、１５はシ
ール板、１６．１８はバイアス電源、２１は現像剤、２
２はトナー、２３は磁気ブレードを示す。 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社代理人弁理士
　　最　上　健　治　−１１゛］

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電荷保持部材上に形成した静電潜像に対してトナ
   ー及び磁性キャリアからなる磁性二成分現像剤を作用さ
   せてトナー像を形成するための現像装置において、固設
   又は回転可能に支持されたマグネットローラーと、該マ
   グネットローラーの外周面上に離間して設けられ、且つ
   電荷保持部材に一定間隔を保って対向する現像部を有す
   る非磁性スリーブと、該非磁性スリーブ上に離脱しない
   ように保持された現像剤と、前記非磁性スリーブ上に形
   成される現像剤の穂立部に接してトナーを供給する、前
   記非磁性スリーブに離間して配置された回転可能なトナ
   ー供給ローラーと、ｌ・ナーを収納したトナーホッパー
   の下部開口部に設置され、前記トナー供給ローラ・−の
   表面に、帯電させながらトナーの均一薄層を形成させる
   手段とを備え、前記マグネットローラーと前記非磁性ス
   リーブのいずれか一方、又は双方ならびに前記トナー供
   給ローラーを回転させることにより、該ローラー上のト
   ナーを前記非磁性スリーブ」二の現像剤の穂立によって
   現像剤中に移送し、該スリーブ上で現像剤と混合撹拌す
   るように構成したことを特徴とする静電潜像現像装置。
2. （２）前記トナーホッパーの下部開口部の一方の側壁端
   にはブレードが、他方の側壁端にはシール板がそれぞれ
   前記トナー供給ローラーへ接するように設けられ、前記
   トナーホッパーの下部開口部と前記トナー供給ローラー
   との間隙部は密封されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の静電潜像現像装置。
3. （３）前記トナーは磁性粉を含有した磁性トナーで形成
   され、前記トナー供給ローラーから磁気力によって前記
   非磁性スリーブ上の現像剤中に移送されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の静電潜像現像装置。
4. （４）前記トナー供給ローラーと前記非磁性スリーブ間
   にはバイアス電圧が印加され、該トナー供給ローラー上
   のトナーは静電吸引力によって現像剤中に移送されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静電潜像現
   像装置。