JPH0643743A

JPH0643743A - 現像装置

Info

Publication number: JPH0643743A
Application number: JP4197163A
Authority: JP
Inventors: Seiko Itagaki; 板垣　　整子; Makoto Takeda; 誠竹田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】キャリアが像形成体に付着してカブリ現象、
あるいはキャリアが付着した所を中心にして白抜け現象
等生じにくい、安定して高画質の画像が得られる現像装
置を提供する。【構成】二成分現像剤を用い、現像スリーブと像形成
体の間には交流と直流のバイアス電界を与え、潜像を極
間現像で非接触方式により現像し、直流のバイアス電圧
は-800Ｖ以上、現像スリーブと像形成体の表面線速度比
が２以上で、現像スリーブの表面線速度は100mm/s以上
とする構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写機やファ
クシミリ等記録装置に用いられる現像装置の改良に関
し、特に、トナーと磁性キャリアが混合した二成分現像
剤を用いた現像装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】トナーと磁性キャリアが混合した二成分
現像剤は、磁性キャリアを用いない磁性トナーから成る
一成分現像剤に比較すると、トナーの摩擦帯電制御が容
易、トナーの凝集が起こりにくい、したがって、バイア
ス電界等によるトナーの移行制御が効果的に行なわれ
る、トナーに磁性体を含有させないで済み、また、かぶ
り防止等のために磁性体を含有させたとしても少量で済
むから、カラートナーの場合に色の鮮明性が得られる、
現像剤層で像形成体面を摩擦する、所謂、磁気ブラシ現
像法による場合は、磁気ブラシの穂立ちがよくて摺擦性
に優れる、さらに、磁気ブラシが像形成体面のクリーニ
ングも行うものにあっては、十分なクリーニング効果を
発揮し易い等の特長を有することから、キャリアに対す
るトナーの量の管理を必要とするにも拘らず、多く用い
られている。

【０００３】この二成分現像剤を用いた現像法、いわゆ
る二成分現像法も現像性能向上のため改良が重ねられて
来ており、例えばUSP3,890,929号、特開昭55-18656号公
報等に開示されており、一成分現像剤の交流電界である
振動電界下での現像を二成分現像剤に適用した例とし
て、例えば特開昭57-139761号、同57-147652号、同57-1
47653号各公報には、像形成体（静電荷像支持体）と現
像スリーブとの間にトナーとキャリアとからなる二成分
現像剤を導入して振動電界下で接触又は非接触で現像す
る現像法が開示されている。これは一成分現像剤を用い
た振動電界下の現像に比し、トナー自体搬送力を得るた
めの磁性体を混入する必要がなく、カラー化に適してい
るとか、振動電界の変化による現像特性も一成分現像に
比し勝れ、大きく差異が認められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現像装置として、現像
スリーブが固定で、内部に設けられた周方向に複数の
Ｎ，Ｓ極を有する磁石体が回転するもの、現像スリーブ
と磁石体が共に回転するもの、および現像スリーブが回
転して、内部の磁極が固定のものが多く用いられてい
る。このうち、前二者のように、内部の磁石体が回転す
るものは、現像スリーブの表面に形成される現像剤層が
波状に起伏して移動するようになるから、現像剤層の層
厚に多少の不同があっても、その影響は波状の起伏の移
動によって問題とならないように打ち消されると言う特
長を有するが、磁石体を高速回転するために大きな回転
力を必要とし、振動が生じ易く、回転機構も複雑で強固
な大型化したものになると言う問題がある。その点、後
者のように、内部の磁極が固定のものは、磁石体が回転
するものにおける上述の問題はないが、現像剤層が移動
しても内部の磁極によって起る波状の起伏の位置は一定
しているから、現像剤層に層厚の不同があると、その影
響が現れ易いと言う問題があり、また、磁極が現像スリ
ーブの像形成体に最も近接した位置に設けられている
と、上述の影響は一層強調され易い。

【０００５】このことは磁器ブラシ接触現像ではあまり
問題にならないが、非接触現像にあっては非常に画像濃
度等の画質に影響してくる。

【０００６】それらの点をふまえ、特開昭60-14263号公
報には現像スリーブ内に固定磁極を設けており、又、こ
の固定磁極は現像域中で穂を形成しないことにより、現
像剤層の均一をねらっているが、この場合キャリアを束
縛する磁力が弱く現像剤として導電性キャリアとトナー
とを用いているので、ブレークダウンしたり、キャリア
が像形成体に付着し、カブリ現象あるいはキャリアが付
着した所を中心に白抜け現象（ホタル）を生じてしまう
ものであった。

【０００７】即ち、画質的にいま一つ実用化レベルに達
していない状態であるとともに、比較的近い構成であっ
てもカブリ現象あるいはキャリアが付着した所を中心に
白抜け現象等生じ易いものであった。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものである。すなわち、キャリアが像形成体に付
着してカブリ現像、あるいはキャリアが付着した所を中
心にして白抜け現象等生じない、安定して高画質の画像
が得られる現像装置を提供することを目的としたもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、トナーと磁
性キャリアが混合した二成分現像剤を用い、像形成体
に、該像形成体に最接近している位置を避けて固定して
磁極を配設した現像スリーブを対向して設け、前記像形
成体と前記スリーブの間には交流のバイアス電界及び直
流のバイアス電界を与え、前記像形成体の潜像を極間現
像で非接触方式により現像する現像装置において、前記
直流のバイアス電界の電圧は-800Ｖ以下であり、前記ス
リーブと前記像形成体の表面線速度比vr／vpが２以上で
あることを特徴とする現像装置によって達成される。

【００１０】しかし、vrをスリーブの、vpを像形成体の
表面線速度とする。

【００１１】そして、上記目的は、トナーと磁性キャリ
アが混合した二成分現像剤を用い、像形成体に、該像形
成体に最接近している位置を避けて固定して磁極を配設
した現像スリーブを対向して設け、前記像形成体と前記
スリーブの間には交流のバイアス電界及び直流のバイア
ス電界を与え、前記像形成体の潜像を極間現像で非接触
方式により現像する現像装置において、前記スリーブの
表面線速度は100mm/s以上であることを特徴とする現像
装置によって達成されるものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体的に図面を参照して説明
する。図１は、本発明の現像装置の一実施例の断面図で
ある。

【００１３】図１において、１は、表面に電子写真感光
体層の如き像形成層を有して矢印方向に回転し、静電潜
像等を形成されるドラム状の像形成体、２は、アルミニ
ウムやステンレス鋼のような非磁性導電性材料から成
り、矢印方向に回転する現像スリーブ、３は、現像スリ
ーブ２の内部に固定して周方向に複数のＮ，Ｓ磁極を配
設した磁石体であり、Ｎ，Ｓ磁極は磁極真上スリーブ上
で通常500〜1500ガウスの磁束密度に磁化されている。
４は、現像剤溜り、５は、現像剤溜り４のトナーと磁性
キャリアが混合した現像剤を撹拌して、トナーと磁性キ
ャリアの混合を均一にすると共に、トナーを摩擦帯電せ
しめる撹拌回転翼、６は、磁石体３のＮ，Ｓ磁極の磁力
によって現像剤溜り４の現像剤が現像スリーブ２の表面
に吸着され、現像剤スリーブ２の回転に伴って移動して
現像剤層を形成すると、その現像剤層の層厚を規制する
磁性体または非磁性体からなる層厚規制ブレード、７
は、現像スリーブ２が像形成体１に接近している現像域
を通過した現像剤層を現像スリーブ２の表面から除いて
現像剤溜り４に還元するクリーニングブレード、８ａ
は、安全抵抗９を介して現像スリーブ２に交流バイアス
電圧を印加して基体部を接地されている像形成体１との
間に振動電界を生ぜしめ、それによって現像域における
現像剤層からの像形成体へのトナーの移行制御を行う交
流バイアス電源、そして８ｂは、現像スリーブ２に前記
交流バイアス電圧に重畳して直流バイアス電圧を印加
し、前述のように基体部を接地されている像形成体１の
静電潜像へ現像スリーブ２のトナーを移行付着するため
の直流バイアス電源、10は、トナーホッパー11からトナ
ーを現像剤溜り４に補給するためのトナー補給ローラで
ある。

【００１４】そして、使用しているキャリアは平均粒径
40μｍの球形化処理がされており、表面に樹脂コーティ
ングが施されている。キャリアの抵抗は１cm²のセルに
0.5kg/cmの圧力でタッピングし、３KV/cmの電界中で３
×10¹²〜¹³Ωcm（20℃50％）であった。トナーは平均粒
径11μｍで比抵抗は10¹³〜¹⁴Ωcmであった。

【００１５】次に、本実施例により周知の極間現像につ
いて説明を加える。

【００１６】上記図１により説明した現像装置は磁石体
３が固定である従来の現像装置と、磁石体３における
Ｎ，Ｓ磁極の配設位置を別にすると、殆んど変りない。
そして、層厚規制ブレード６によって現像剤層の層厚を
一定にするように規制されていても、それだけでは層厚
に不同が生じ易い。そのため、従来の現像装置における
ように、磁極が現像スリーブ２の像形成体１に最も接近
した位置に設けられていると、そこで現像剤層の立ち上
りが生じて層厚の不同が強調され、したがって、かぶり
なく十分な画像濃度の得られる現像を安定して行うこと
が困難になる。また、現像剤層を像形成体１と非接触に
保つように、層厚を薄く形成しようとすると、層厚規制
ブレード６と現像スリーブ２の間隙を狭くすることが必
要となり、ごみやトナー等の凝集により規制部に目づま
りを生じ易い。

【００１７】このために本実施例の極間現像の現像装置
では、Ｎ，Ｓ磁極を現像スリーブ２が像形成体１に最接
近している位置を避けて配設したことにより図２に示す
ように現像領域に水平磁界を形成し、現像剤層の穂を立
てずに寝かすことになる。この時、極間角度は50°以上
90°以下が使用可能であるが、極の間から15°くらいま
での範囲を像形成体に対向させると良い結果が得られ
た。また、この範囲での水平磁力は200Ｇ以上である。
これによって、現像領域で均一な層厚の現像剤層が実
現され、層厚規制ブレード６と現像スリーブ２の間隙
を広げても現像領域で現像剤層の薄層が実現されて、層
厚不同の影響を受けない安定した現像を行うことができ
る。

【００１８】このように極間現像は中心線位置を避けて
設けたＮ，Ｓ磁極の位置における現像剤の穂立ちが像形
成体１の表面と接しないように、現像スリーブ２の径を
小さくするのが好ましく、その好ましい範囲は40〜10mm
φの範囲である。同様にドラム状の像形成体１の直径も
小さい方が好ましく、その好ましい範囲は300〜10mmφ
である。なお、像形成体１にベルト状のものを用いた場
合には、現像域にベルト駆動ローラを設けて上述のよう
な条件を満足させるようにすればよい。

【００１９】以上のように、本実施例の極間現像の現像
装置は、現像スリーブ２の内部に固定的に配設する磁極
を現像スリーブ２が像形成体１に最接近している位置を
避けた位置に配設するようにして、現像スリーブ２の回
転に従って移動する現像剤層が現像領域で水平磁界成分
の作用を受けて保持されるようになり、非接触現像法で
は、現像スリーブ２と像形成体１の間隙を振動電界によ
って十分にトナーの飛翔制御が行われるように狭くする
ことができ、したがって、かぶりなく画像濃度の高い現
像を容易に行うことができると言う効果が得られる。そ
のため、本実施例の極間現像の現像装置は、非接触現像
法に好適に用いられる。

【００２０】前述のように、キャリアが像形成体に付着
すると、カブリ現象あるいはキャリアが付着した所を中
心に白抜け現像（ホタル）を生じるが、本発明者等は各
種実験を行いその実験データより作られた図３に示すグ
ラフによりキャリアの像形成体への付着は、現像スリー
ブと像形成体の表面線速度比と、現像スリーブと像形成
体間の直流バイアス電圧に大きく関係していることを見
出した。

【００２１】図３は、現像スリーブの回転速度と、現像
スリーブと像形成体間の直流バイアス電圧がキャリア及
びトナーの像形成体への付着量にどう関係するかを表す
グラフである。

【００２２】そこで、先ず図３のグラフによりキャリア
及びトナーの像形成体への付着状態について説明する。

【００２３】図３のグラフにおいて、四角のポイントで
示す現像スリーブの回転速度Nrが160rpmの時は、現像ス
リーブの直流バイアス電圧ＶDCが-600Ｖの時に比べて-5
00Ｖの時は、キャリアの像形成体への付着量は約25より
約11に減少していることを示している。なお、トナー付
着量は約1.25mg/cm²から約1.15mg/cm²と減少するが大差
ないことを示している。

【００２４】三角のポイントで示す現像スリーブの回転
速度Nrが244rpmの時は、前記直流バイアス電圧ＶDCが-6
00Ｖに比べて-500Ｖ，-450Ｖの時は、前記キャリアの付
着量は約17より約10、そして約2.5に減少していること
を示している。なお、トナーの付着量は約1.57mg/cm²か
ら約1.5mg/cm²そして約1.33mg/cm²と減少するが大差な
いことを示している。

【００２５】丸のポイントで示す現像スリーブの回転速
度Nrが320rpmの時は、前記直流バイアス電圧ＶDCが-600
Ｖに比べて-500Ｖ，-450Ｖの時は、前記キャリアの付着
量は約13より約3.5、そして約３に減少していることを
示している。なお、トナーの付着量は約1.7mg/cm²から
約1.55mg/cm²そして約1.43mg/cm²と減少するが大差ない
ことを示している。

【００２６】即ち、図３のグラフは現像スリーブの回転
速度Nrが速い程、そして現像スリーブの直流バイアス電
圧ＶDCが高い程キャリアの像形成体への付着量が急激に
減少することを示している。なお、トナーの像形成体へ
の付着量は現像スリーブの回転速度が速い程多くなり、
直流バイアス電圧が高くなっても大きく変わらないこと
を示している。

【００２７】次に図４により上記現象を説明する。

【００２８】図４（ａ）は、キャリアの像形成体への付
着量が現像スリーブの回転速度が速い程少なくなる事を
示す説明図、（ｂ）は前記直流バイアス電圧が高い程前
記付着量が少なくなることを示す説明図である。

【００２９】図４（ａ）において、現像スリーブの現像
剤層のキャリアは現像領域において直流バイアス電圧に
よりキャリアに電荷注入が行われマイナスに帯電するこ
とになる。そして、キャリアの電荷注入によるマイナス
帯電は現像剤がすなわちキャリアが現像領域を通過する
時間が短い程小さくなる。従って、現像スリーブの回転
速度が速くてキャリアへの電荷注入時間が短い程キャリ
アのマイナス帯電量は少なく直流バイアス電圧によりプ
ラスの電圧が印加されている像形成体へのキャリア付着
量は少なくなることになる。

【００３０】トナーの場合は、現像領域へ入る前にキャ
リアとの摩擦帯電でマイナスに帯電しており、比抵抗が
高いため電荷注入の影響を受けにくく、現像スリーブの
回転速度が速くて次々に新しいマイナス帯電したトナー
が現像領域に入るために現像スリーブの回転速度が速い
程直流バイアス電圧によりプラスの電圧が印加されてい
る像形成体へのトナー付着量は多くなることになる。こ
れはトナーによる現像性を向上することになり好ましい
傾向である。

【００３１】次に、図４（ｂ）において、前述のように
現像スリーブの現像剤層のキャリアは現像領域において
直流バイアス電圧によりキャリアに電荷注入が行われマ
イナス帯電するが、この電荷注入によるキャリアのマイ
ナス帯電は、直流バイアス電圧のマイナス電圧が高い程
指数関数的に大きくなる。従って現像スリーブの直流バ
イアス電圧が低い程キャリアのマイナス帯電量は少なく
直流バイアス電圧によりプラスの電圧が印加されている
像形成体へのキャリア付着量は少なくなることになる。

【００３２】トナーの場合は、現像スリーブにより新し
いマイナスに帯電したトナーが現像領域に次々と運ばれ
て来るため、或る程度の直流バイアス電圧が印加されて
いればあとは直流バイアス電圧が多少低くなっても像形
成体へのトナー付着量は現像領域での電界が減少する分
低下するが、その割合は１次関数的であり、キャリアへ
の電荷注入の影響に比べればはるかに小さい。

【００３３】図５は極間現像と、現像スリーブ内の磁極
が像形成体に最接近している状態の極上現像の、キャリ
アの像形成体への付着量の関係を示すグラフである。

【００３４】図５のグラフにおいて、丸のポイントで示
す極上現像と三角のポイントで示す極間現像は明らかに
差があって、極間現像の方がキャリアは付着が少ないこ
とを示している。この効果は、キャリアの比抵抗が10¹⁴
Ωcm以下であり、かつトナーの比抵抗が10¹³Ωcm以上の
とき顕徴である。

【００３５】次に本実施例の現像装置の具体的現像条件
について説明する。

【００３６】まず現像スリーブのスリーブ径は18mmφ
である。そして表面線速度vrは100mm/s以上が好まし
く、230mm/sの場合が最も良い結果が得られた。

【００３７】次に像形成体の表面線速度vpは30〜300m
m/sが好ましく、74mm/sの場合が最も良い結果が得られ
た。

【００３８】そして現像スリーブの表面線速度vrと像
形成体の表面線速度vpの比は２以上であれば好ましく、
現像器の構成上３の場合が最も良い結果が得られた。

【００３９】現像スリーブと像形成体間の間隙は300
〜1000μｍが好ましく、570μｍの場合が最も良い結果
が得られた。

【００４０】現像スリーブと像形成体間の交流バイア
ス電圧Ｖp-pは１〜3.5KV、周波数ｆは１〜12KHzが好ま
しく、Ｖp-pが2.6KV、ｆが８KHzの場合が最も良い結果
が得られた。

【００４１】現像スリーブの直流バイアス電圧ＶDCは
-300〜-800Ｖが好ましく、-600Ｖの場合が最も良い結果
が得られた。

【００４２】ここで、前述の，，及びによって
更に本発明の説明を行う。

【００４３】によって現像スリーブのスリーブ径は18
mmφであり、現像スリーブの表面線速度vrは100mm/s以
上が好ましいが、あまり高いと機械的な負荷が高くなり
230mm/sが最適であることが示された。そして、によ
り像形成体の表面線速度vpは高い方が同じ線速比でもキ
ャリア付着が少なくなるので有利である。実験では30mm
/s以上であれば好ましいが、74mm/sが最適であることが
示された。そして、により現像スリーブの表面線速度
vrと像形成体の表面線速度のvpの比vr／vpは２〜５が好
ましく、本実施例の230／74＝3.11≒３が最適であるこ
とが示された。更に、によって現像スリーブの直流バ
イアス電圧ＶDCは-300〜-800Ｖが好ましく、-600Ｖが最
適であることが示された。

【００４４】このことは表面線速度比vr／vp＝３の値も
さることながら、現像スリーブの表面線速度vr230mm/
s、像形成体の表面線速度vp74mm/sという値の絶対値そ
のものもキャリアを像形成体に付着させにくくする条件
として重要な意味を持っているということである。従っ
て現像スリーブの表面線速度vrは100mm/s以上で、現像
スリーブと像形成体の表面線速度比vr／vpが２以上であ
り、そして前述の直流バイアス電圧ＶDCが-800Ｖ以上で
あればキャリアを像形成体に付着させにくくすることが
できる。そして更に加えて、前述のように本実施例の極
間現像を行なうことにより、このキャリアを像形成体に
付着させにくくする効果は増大することになる。なお、
現像スリーブの回転方向はいずれの方向でも同じ結果が
得られた。

【００４５】また、図６は現像器構成の他の実施例を示
す図である。

【００４６】現像スリーブ２の現像剤層の層厚規制は磁
性体で構成された磁性棒61で行われる。これにより現像
剤はキャリア一層分の厚みにしかならず本発明が更に効
果的に実施出来る。なお、51，52は撹拌ローラ、７はク
リーニングブレード、10はトナー補給ローラ、11はトナ
ーホッパ、８ａは交流バイアス電源、８ｂは直流バイア
ス電源で図１において説明したものと同じ機能を果す。

【００４７】

【発明の効果】本発明により、キャリアが像形成体に付
着してカブリ現象、あるいはキャリアが付着した所を中
心にして白抜け現象等生じにくい安定して高画質の画像
が得られる現像装置が提供されることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく現像装置の一実施例の断面図。

【図２】極間現像の状態を示す図。

【図３】直流バイアス電圧と現像スリーブ回転速度がキ
ャリア、トナーの像形成体への付着効果を示すグラフ。

【図４】現像スリーブの回転速度、直流バイアス電圧に
よるキャリア、トナーの像形成体への付着を説明する図
で（ａ）は現像スリーブの回転速度による付着の説明、
（ｂ）は直流バイアス電圧による付着の説明図。

【図５】極間現像と、極上現像のキャリアの像形成体へ
の付着効果を示すグラフ。

【図６】現像器構成の他の実施例を示す図。

【符号の説明】

１像形成体２現像スリーブ３磁石体８ａ交流バイアス電源８ｂ直流バイアス電源 Nr 現像スリーブの回転速度 vr 現像スリーブの表面線速度 vp 像形成体の表面線速度ＶDC 直流バイアス電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーと磁性キャリアが混合した二成分
現像剤を用い、像形成体に、該像形成体に最接近してい
る位置を避けて固定して磁極を配設した現像スリーブを
対向して設け、前記像形成体と前記スリーブの間には交
流のバイアス電界及び直流のバイアス電界を与え、前記
像形成体の潜像を極間現像で非接触方式により現像する
現像装置において、前記直流のバイアス電界の電圧は-8
00Ｖ以下であり、前記スリーブと前記像形成体の表面線
速度比vr／vpが２以上であることを特徴とする現像装
置。しかし、vrをスリーブの、vpを像形成体の表面線速
度とする。
【請求項２】トナーと磁性キャリアが混合した二成分
現像剤を用い、像形成体に、該像形成体に最接近してい
る位置を避けて固定して磁極を配設した現像スリーブを
対向して設け、前記像形成体と前記スリーブの間には交
流のバイアス電界及び直流のバイアス電界を与え、前記
像形成体の潜像を極間現像で非接触方式により現像する
現像装置において、前記スリーブの表面線速度は100mm/
s以上であることを特徴とする現像装置。