JPS6356993B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子写真式複写機、フアクシミリ、プ
リンターなどに使用される磁性トナー用現像装置
に関する。

磁性トナーは、従来の非磁性トナーとキヤリア
の混合粒体である二成分系現像剤と異なり、現像
剤は消耗するのみでキヤリアの交換が不要なので
補給のみですむこと、トナーとキヤリアを混合す
るための手段やトナー濃度を制御するための手段
を現像装置に設ける必要がないことなどの数多く
の利点を有するため、二成分系現像剤に代つて複
写機、フアクシミリ、プリンター等の各種電子写
真装置に採用されつつある。近年、特にPPC方
式と称する複写プロセスを用いる電子写真装置に
採用されつつある。

このPPC方式の複写プロセスは次の通りであ
る。

感光体ドラムの表面を一様帯電し、ついで露光
してその表面に静電潜像を形成した後、磁性トナ
ーで現像してトナー像を形成し、このトナー像を
コロナ転写器等の手段によつて普通紙等の転写部
材に転写し、そして圧力あるいは熱による定着を
行なつてハードコピーが得られる。転写後の感光
体ドラムはその表面に残留している未転写のトナ
ーがクリーニング装置により除去されて再使用さ
れる。

上記PPC方式に使用される磁性トナーは樹脂
と磁性粉を主成分とし、必要に応じ導電性粒子や
流動性改質剤等の添加物をトナー粒子の表面に保
持させたりあるいはトナー粒子の内部にもこれら
の添加物を含有させたもので、通常は、転写性を
考慮してD.C.4000V／cmの電界印加時における体
積固有抵抗を10⁸Ω・cm以上としたものが使用さ
れている。またフアクシミリでは、静電記録紙等
の絶縁体上に形成された静電潜像を10³Ω・cm程
度の体積固有抵抗を有する低抵抗磁性トナーで現
像し、そのまま定着してコピーを得る方法を採用
している例もある。

一般に、磁性トナーを使用する現像装置は第１
図に示すように、非磁性スリーブ２内に軸３に固
着されたマグネツトを備えたマグネツトロール１
がトナー補給槽５に組込まれた構造である。この
現像装置によれば、非磁性スリーブ２とマグネツ
ト４とを相対的に回転させることにより磁性トナ
ー６を排出口７から引出して非磁性スリーブ２上
を搬送させ、感光体８の表面に形成された静電潜
像（図示せず）に磁性トナー６を付着させて現像
が行なわれる。非磁性スリーブ２上を搬送される
磁性トナーの厚さは規制板９によつて調整され
る。

上記のPPC方式の各種電子写真装置、特にプ
リンターにおいて、複写の高速化が進められてお
りこれに伴つて高速現像に適した現像装置の開発
が必要となつている。すなわち第１図に示すよう
な従来の現像装置では単一マグネツトロールを使
用して現像を行なつているので、感光体の移動速
度が200mm／sec以上の高速現像においては感光体
に対するトナーの接触面積が少ないため現像効率
が低下してしまうという問題がある。そこで感光
体に対するトナーの接触面積を広げるために、複
数個のマグネツトロールを組込んだ現像装置が考
えられ、このようなマルチマグネツトロール方式
の現像装置としては二成分系現像剤を使用する場
合にはすでに実公昭53−53472号公報等に記載さ
れているようなものも提案されている。しかし二
成分系現像剤を使用するマルチマグネツトロール
方式の現像装置は、一磁極が感光体に対向するよ
うにマグネツトを固定して、固定したマグネツト
の外周を非磁性スリーブを回転させる構成であつ
て、隣接するマグネツトの磁極を相異なる極性と
して各マグネツトロール間の現像剤の受け渡しを
行なうようにしたものである。しかしこのスリー
ブ回転型のマルチマグネツトロール方式の現像装
置をそのまま磁性トナー用現像装置として使用す
ることはできない。これは、磁性トナー用現像装
置においては、寸法精度が厳しくまたトナー層が
薄いからである。従つて高速現像に使用される磁
性トナー用現像装置としては、交番磁界によるマ
グネツト回転型マグネツトロールを複数本備えた
ものが理想的であるが、マグネツト回転のみのマ
ルチマグネツトロール方式ではマグネツト同志の
磁気反発によりトルクが増大するという問題があ
る。

本発明の目的は、高速現像においても安定した
良好な現像が行えまたトルクを低減することので
きる磁性トナー用現像装置を提供することであ
る。

本発明の磁性トナー用現像装置は、非磁性スリ
ーブの内部に対称位置に軸方向にのびる複数個の
磁極を有するマグネツトを設けたマグネツトロー
ルを静電潜像を保持し所定方向に移動する担体表
面に対向して複数個設置して各マグネツトロール
を担体表面との間にそれぞれ現像領域を形成し、
各マグネツトロールの非磁性スリーブとマグネツ
トとを相対的に回転させて磁性トナーを各マグネ
ツトロールの非磁性スリーブ上を受けわたしなが
ら吸着搬送せしめ、この磁性トナーで担体表面を
軽く摺擦して静電潜像を現像する磁性トナー用現
像装置であつて、マグネツトのみが回転するマグ
ネツト回転型マグネツトロールとマグネツトと非
磁性スリーブとが共に同方向に回転する両方回転
型マグネツトロールとを交互に配置し、相隣るマ
グネツトを互いに磁気的に干渉する位置に設けか
つ相隣るマグネツトを互いに逆方向に回転させ、
各マグネツトロール上の磁性トナーを現像領域に
おいて担体表面と同方向に移動させ、両方回転型
マグネツトロール上の磁性トナーの移動速度をマ
グネツト回転型マグネツトロール上の磁性トナー
の移動速度と略同一もしくはそれより大とし、担
体表面の移動速度をＶ（mm／sec）、マグネツトの
回転数をＮ（r.p.m.）マグネツトの磁極数をＭ、
マグネツトロールの本数をＷとした場合にはｄ＝
Ｖ／Ｎ／60・Ｍ・Ｗの式で表わされるｄ（mm）の値が 0.2（mm）未満となるようにマグネツトの回転数を
設定したことを特徴とするものである。

以下本発明の詳細を図面により説明する。第２
図は本発明の磁性トナー用現像装置の一実施例を
示す断面図であり、第１図と同一部分は第１図に
おけると同一の参照符号にて示してある。第１の
マグネツトロール１ａは非磁性スリーブ２ａを固
定して内部のマグネツト４Ａを図示矢印方向に回
転させ現像領域におけるトナーの移動方向が感光
体と同方向になるように構成されている。また第
２のマグネツトロール１ｂは非磁性スリーブ２ｂ
とマグネツト４ｂとが共に図示矢印方向に回転し
現像部におけるトナーの移動方向が感光体と同方
向になるように構成されている。マグネツト４ａ
と4bは互いに磁気的に干渉する位置にあり両者
は互いに逆方向に回転しさらにマグネツトロール
１ａと１ｂにより搬送される磁性トナーの移動速
度は略同一になるようにしてある。このように複
数個のマグネツトロールを用いて現像を行なうこ
とにより感光体に対するトナーの接触面積が増大
すると共にマグネツトロールの配置およびトナー
の搬送方向を特定することによつてトルクを増大
することなく良好で安定した現像が可能となる。
また、本発明の利点はマグネツトロール間におい
て、磁性トナーが、マグネツトロールの交番磁界
の影響を受けて感光体へ向けて図中６′の如く飛
翔し、感光体に対するトナーの接触面積が増加し
て現像効率が高まることである。さらに、本発明
においては、各マグネツトロール上における磁性
トナーの供給搬送状態を安定化させるために、非
磁性スリーブとマグネツトとが共に同方向に回転
するマグネツトロールによる磁性トナーの移動速
度をマグネツトが単独回転するマグネツトロール
による移動速度より大となるごとく、非磁性スリ
ーブの回転数を増大させることが好ましい。

第３図は本発明の現像装置の他の実施例を示す
断面図であり、第２図と同一部分は第２図におけ
ると同一の参照符号にて示してある。第１のマグ
ネツトロール１ａおよび第３のマグネツトロール
１ｃは、それぞれ非磁性スリーブ２ａおよび２ｃ
を固定して内部のマグネツト４ａおよび４ｃを図
示矢印方向に回転させ現像領域におけるトナーの
移動方向を感光体と同方向になるように構成して
いる。また第２のマグネツトロール１ｂおよび第
４のマグネツトロール１ｄはそれぞれ非磁性スリ
ーブ２ｂおよび２ｄとマグネツト４ｂおよび４ｃ
とを共に図示矢印方向に回転し現像領域における
トナーの移動方向を感光体と同方向になるように
構成している。第３図の場合も隣接するマグネツ
トは互いに磁気的に干渉する位置にあり両者は互
に逆方向に回転しさらに各マグネツトロールによ
り搬送されるトナーの速度は略同一になるように
してある。

上記の第２図および第３図に示すようにトナー
を最終的に受けとるマグネツトロールはマグネツ
トとスリーブとを共に同方向に回転させる両方回
転型とすることにより、現像領域を通過後トナー
補給槽に向つて搬送される磁性トナーの搬送力が
強まり、磁性トナーが補給槽に引込まれ易くな
る。

上記の第２図および第３図におて、各マグネツ
トロールを総べて駆動しなくとも、例えば両方回
転型のマグネツトロールのみを駆動することによ
りそれに隣接するマグネツト回転型のマグネツト
ロールは外部に駆動軸を有しなくともマグネツト
ロール同志の磁気的結合により回転することがで
きる。

また第２図および第３図におけるトナーを最初
にトナー補給槽から引出すマグネツトロールを両
方回転型とし、未現像時にはスリーブの回転を止
めてもよいし、逆転してもよい。

本発明において、各マグネツトロールの磁力を
感光体の移動方向に対して順次大きくなるように
構成すると、マグネツトロール間における磁性ト
ナーの受けわたしより円滑に行なうことができ
る。さらに、現像槽内で上方向に搬送される磁性
トナーに無理な力が加わらず、トナーの劣化を防
止する効果もある。

上記の様な構成の現像装置を用いて良好な現像
を行なうためにはマグネツトの回転数の設定も重
要である。そこで本発明者等は、次り述べるよう
に感光体の移動速度、マグネツトロールの磁極
数、回転数等の関係を検討し、磁界の交番による
シマ状の現像ムラも実用上殆ど問題なく、トナー
飛散、カブリ等生じない現像条件を見出した。

まず、単一のマグネツトロールを使用し、表面
電位が800Vで外径が200mmのSe感光体の移動速度
を１〜100mm／sec、マグネツトロールの磁極数を
２〜40極の範囲まで変化させ、D.C.400V／cmに
おける体積固有抵抗が10¹²Ω・cmの磁性トナーを
用いて実験を行なつた。この結果は第４図に示
す。例えば外径６cmのマグネツト（通常等方性フ
エライト磁石が使用されている）に36極より多い
着磁をした場合、磁極間隔が狭すぎるので、外径
6.5cmの非磁性スリーブ上での磁力は350Gとな
り、磁気吸引力の劣化が大きくなる。この非画像
部にもトナーが付着したカブリの多い画像とな
り、またマグネツトを100r.p.m.という低速で回
転させた場合にも、外周に多量のトナー飛散を生
じた。また、同じマグネツトに10極より少ない着
磁をした場合、磁極間隔が広すぎるので、その回
転数が100r.p.m.では現像ムラがひどく画像劣化
を生じた。この現像ムラを現象させるべくマグネ
ツトの回転数を多くしすぎると渦電流損によるス
リーブの発熱が生じる。従つて磁極間隔が広に場
合は、マグネツトの回転数の選択範囲は狭い。マ
グネツトの外径が他の場合、例えば外径２cmのマ
グネツトでも、上記と同様の結果となつた。これ
らの結果からマグネツトの磁極間の間隔は５〜17
mmの範囲とする必要があることが判明し、これを
満たす永久磁石ロール（マグネツト）の外径と磁
極酔の関係は第４図に示した最適現像範囲内であ
ることがわかつた。

上記の第４図の最適現像範囲内にあるマグネツ
トを有するマグネツトロールによつて感光体上に
現像された磁性トナーを永久磁石により採取し
て、次の式で表わされる感光体が単位時間内に磁
極と対面するピツチ（以下単に磁極対面ピツチと
いう）ｄでプロツトすると第５図に示す如く、感
光体の移動速度Ｖ、マグネツトロールの磁極数Ｍ
等に関係なく１つの直線にのり、規格化が可能あ
ることがわかつた。

ｄ＝Ｖ／Ｎ／60・Ｍ（mm） (1) 但し、Ｖ：感光体の移動速度（mm／sec） Ｍ：マグネツトの回転数（r.p.m.） Ｍ：マグネツトの磁極数 このうち、実用良好な画像の得られる範囲はト
ナー付着量が１以上であり、上記ｄの値が0.2mm
より大きく、かつ2.5mmより小さい場合で、ｄが
0.2mm以下ではマグネツトの回転数が多すぎて過
電流による発熱とトナーの飛散が増大し、ｄが
2.5mm以上では現像ムラが多く良好な画質が得ら
れなかつた。従つてマグネツトの回転数はｄ値が
0.2mmより大きくかつ2.5mmより小さくなるような
範囲で選択すればよい。特に高い品質の画質を必
要とする場合はｄの値は0.2〜1.0mmの範囲が好ま
しい。

またマグネツトロールとしては、スリーブの外
径径が６cm以下で、４極以上の対称磁極を有しか
つスリーブ上の磁力が感光体がSe等の場合には
400〜700Gのものを用いれば良好な画像が得られ
た。これはスリーブの外径が６cmを超えると磁気
吸引力の劣化が大きくなり、磁極数が４極未満で
は現像ムラがひどくなり、そして磁力が400G未
満ではトナー飛散が生じ、750Gを超えると磁気
吸引力が強過ぎて通常の表面電位の状態で用いら
れるSe、マイラー（商品名）で被覆されたCdS、
OPCの感光体では画像濃度が低下するからであ
る。但し、磁性トナーの電気抵抗等により前記磁
力条件は変化することはいうまでもない。

次に、外径12mmの非磁性スリーブを有する外径
10mmで非磁性スリーブ上の磁力が600Gの４極の
マグネツトロールを用いて前記と同様の実験を行
なつたところ、現像ムラを解消するには4000rpm
以上の高速回転を必要としステンレス鋼製リーブ
の発熱が60℃に達し、磁性トナーがスリーブ上で
固まる現像を生じた。ところが、本発明の一例で
ある第３図に示すごとくの４本のマグネツトロー
ルを用いた場合、単一の場合の１／４の回転数、
すなわち1000rpmで十分良好な現像が行われた。
マグネツトロールの本数を２〜６本まで変えて必
要な回転数を求めると、前記単一回転のときの条
件である(1)式にかえて、現像に用いるマグネツト
ロールルの本数をＷとしたとき ｄ＝Ｖ／Ｎ／60・Ｍ・Ｗ (2) の値が0.2〜2.5（mm）の範囲であればよいことが
わかつた。

このように、本発明の現像装置では現像に用い
るマグネツトロールの数だけマグネツトの回転数
を低下させることが可能なため、外径10mm以下の
非常に小型のマグネツトロールを用いることが可
能となり、第４図中点線示した如く、外径５mm程
度のマグネツトも使用可能となる。

本発明においては、以下のような構造を採用す
ることにより、画質を更に向上することができ
る。

このような構造の一例としては、各マグネツト
ロールにより感光体上に現出する磁極対面ピツチ
が互いに重ならないようにマグネツトロールを配
置することである。こうすると、感光体上に現出
する磁極対面ピツチは密になり、現像ムラは目立
ちにくくなるので画質が向上する。

他の例としては、マグネツトロールの両側にそ
れと同心状にガイドローラを設け、このガイドロ
ーラを感光体の周面に当接することである。この
構造によれば、マグネツトロールが感光体ドラム
に追従回転するので、感光体ドラムが偏心してい
てもマグネツトロールと感光体ドラムとの間隔を
一定に保つことができる。

具体例 １ 感光体周速300mm／sec、外径210mmのセレンド
ラムを用い、外径31.4mmのステンレス鋼製スリー
ブと外径29.3mmで８極対称着磁のマグネツトを有
し、スリーブ上の磁力が650ガウスのマグネツト
ロールを２個用いた第２図に示す現像装置によ
り、D.C.4000V／cmにおける体積固有抵抗が10¹²
Ω・cmの磁性トナーを用いて現像し、ついで普通
紙にトナー像を転写しそして圧力定着を行なつて
コピー画像を得た。この時トナー規制量は0.3mm、
感光体とスリーブとの間隔は0.75mmそして用マグ
ネツトロールのスリーブ間の間隔は５mmとした。
従来のマグネツトのみの回転（回転数1400r.p.
m.）の場合のコピー濃度は0.6であり、またマグ
ネツトとスリーブをそれぞれ1400r.p.m.および
200r.p.m.で回転させた場合のコピー濃度は0.9で
あつた。これに対して、マグネツトロール１ｂに
おいてマグネツトおよびスリーブをそれぞれ
1400r.p.m.および200r.p.m.で回転させ、マグネツ
トロール１ａにおいてはマグネツトをマグネツト
ロール１ｂにより磁気的に駆動し1400r.p.m.で回
転させたところ、コピー濃度は1.7となり高品質
の画像が得られた。

具体例 ２ 感光体として周速600mm／sec、外径450mmのセ
レンドラムを用い、外径16mmのステンレス鋼製作
スリーブと外径12mmの４極大衆着磁のマグネツト
を有するマグネツトロールを４個使用する第３図
に示す現像装置により、D.C.4000V／cmにおける
体積固有抵抗が10¹⁵Ω・cmの磁性トナーを用いて
現像し、ついでトナー像を普通紙に転写しそして
熱ロール定着を行なつた。この時、各マグネツト
ロールのスリーブ上の磁力は上から順に400ガウ
ス、500ガウスそして600ガウスとし、トナー規制
量を0.25mm、感光体とスリーブとの間隔を0.5mm、
各スリーブ間の距離は約３mmとし、そして各マグ
ネツトロールのマグネツトの回転数を800r.p.m.
とし、第２と第４のスリーブの回転数を約150r.
p.m.としたところ、コピー濃度は1.4となり良好
な画像が得られた。これに対して、第１図の現像
装置を用いたマグネツトのみの回転の場合および
両方回転の場合のコピー濃度はそれぞれ0.5およ
び0.7にすぎず良好な画像は得られなかつた。

以上に記述如く、本発明の磁性トナー用現像装
置によれば、高速現像を行なうPPC方式および
CPC方式において安定した良好な現像を行なう
ことができ、最終的に得られるコピーも極めて高
品質のものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の現像装置の断面図、第２図およ
び第３図は本発明の現像装置の断面図、第４図は
磁極数とマグネツトロールの外径の関係を示す
図、第５図はｄとトナー付着量の関係を示す図で
ある。 １，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：マグネツトロー
ル、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：非磁性スリー
ブ、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ：マグネツト、
６：磁性トナー、８：感光体、９：ドクター板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非磁性スリーブの内部に軸方向にのびる複数
   個の磁極を有するマグネツトを設けたマグネツト
   ロールを静電潜像を保持し所定方向に移動する担
   体表面に対向して複数個配設して各マグネツトロ
   ールと担体表面との間にそれぞれ現像領域を形成
   し、前記各マグネツトロールの前記非磁性スリー
   ブと前記マグネツトとを相対的に回転させて磁性
   トナーを前記各マグネツトロールの前記非磁性ス
   リーブ上を受けわたしながら吸着搬送せしめ、こ
   の磁性トナーで前記担体表面を軽く摺擦して前記
   静電潜像を現像する磁性トナー用現像装置におい
   て、マグネツトのみが回転するマグネツト回転型
   マグネツトロールと、マグネツトと非磁性スリー
   ブが共に同方向に回転する両方回転型マグネツト
   ロールとを交互に配置し、相隣るマグネツトを互
   いに磁気的に干渉する位置に設けかつ相隣るマグ
   ネツトを互いに逆方向に回転させ、各マグネツト
   ロール上の磁性トナーを現像領域において前記担
   体表面と同方向に移動させ、前記両方回転型マグ
   ネツトロール上の磁性トナーの移動速度を前記マ
   グネツト回転型マグネツトロール上の磁性トナー
   の移動速度と略同一もしくはそれよりも大とし、
   前記担体表面の移動速度をＶ（mm／sec）、前記マ
   グネツトの回転数をＮ（r.p.m.）前記マグネツト
   の磁極数をＭ、マグネツトロールの本数をＷとし
   た場合にｄ＝Ｖ／Ｎ／60・Ｍ・Ｗの式で表わされる ｄ（mm）の値が0.2（mm）より大きくかつ2.5（mm）
   未満となるようにマグネツトの回転数を設定した
   ことを特徴とする磁性トナー用現像装置。 ２ 少なくとも１個のマグネツト回転型マグネツ
   トロールのマグネツトは相隣る両方回転型マグネ
   ツトロールのマグネツトの回転によりそれと逆方
   向に回転駆動される特許請求の範囲第１項に記載
   の磁性トナー用現像装置。 ３ 各マグネツトロールの磁力が磁性トナーの移
   動方向に対して順次大きくなるようにした特許請
   求の範囲第１項に記載の磁性トナー用現像装置。