JPH0833688B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子写真法や静電記録法等による記録装置
に使用される現像装置に関する。

従来の技術 電子写真法や静電記録法は、感光体あるいは記録体上
に静電潜像を形成し、この静電潜像に現像剤を近接させ
現像剤中のトナーを付着せしめ静電潜像を可視化し、こ
れを紙等に転写，定着して記録する。

この記録法の現在実用化されている現像剤および現像
方法としては、磁性トナーのみからなる現像剤を用いる
一成分現像法と、鉄粉，磁性体を分散した樹脂粒子，樹
脂被覆したフェライト焼結体粒子等の磁性キャリアと顔
料を分散した樹脂粒子からなるトナーとを混合した現像
剤を用いる二成分現像法とがある。一成分現像法は、ト
ナー濃度コントロールが不要で現像装置の構造が簡素化
できる等の利点があるが、トナーの帯電の安定化が複雑
である等の現像操作上の難点と画像品質上の欠点があ
り、また、カラー画像記録用トナーとしては、磁性材料
を分散した磁性トナーは色調や彩度の面から使用でき
ず、非磁性トナーが使用されているが、磁性一成分現像
法の技術が適用できないという問題がある。

一方、二成分現像法は、現像操作が容易で形成された
画像品質も比較的良好であり使用されるトナー材料への
制約も少ない等の利点があり広く実用化されている。し
かしながら、二成分現像法は、トナー濃度の画質への影
響が大きく、トナー濃度が低い場合は画像濃度の低下を
生じ、トナー濃度が高い場合は非画像部へのカブリを生
じやすく、また、現像剤磁気ブラシからのトナー飛散を
生み装置内を汚染する等の問題を発生する。このため、
二成分現像法ではトナー濃度コントロールが必要であり
このトナー濃度コントロールは、画像濃度あるいは現像
剤のインダクタンスの変化を検出し、この検出信号に基
づいて自動的にトナー補給する装置により行なわれてい
るが、装置が高価となるという欠点がある。

このため、二成分現像法のトナー濃度を簡易に調節す
る方法として、二成分系現像剤の磁気ブラシをメッシ
ュ，スクリーンと摺擦させ、メッシュスクリーンの開口
を通して磁気ブラシ側あるいは送側への顕電性トナーの
移動を行なわせることにより二成分系現像剤中のトナー
濃度を調節する方法（特開昭59−55463号公報）や磁気
ローラの磁界の及ぶ領域内に現像スリーブの軸方向に延
在し、現像領域上流側に設けられた空室と、トナー補給
槽とを導通するトナー供給用スリットと、トナー補給槽
内に収容されているトナーをトナー供給用スリットを通
過させて前記空室内に供給するトナー供給手段を備えた
現像装置による方法（特開昭61−53677号公報）等が提
案されている。

しかしながら、本発明者らが種々検討を行なった結
果、上記の２種の簡易にトナー濃度を調節する方法にお
いて、前者は、トナー消費量が少ない現像時には比較的
安定したトナー濃度が維持されるが、高黒化率の現像を
行ないトナー消費量が多い時は、磁気ブラシと顕電性ト
ナーとの摺擦機会が不充分となりトナーの供給が不足
し、低トナー濃度になるという問題が発生した。また、
トナー槽側のトナーの量やトナー材料の流動性がトナー
濃度に与える影響が大きく、現像装置構成上制御が困難
な点が多くあった。また、後者による方法では、非磁性
トナーを用いた場合、トナーが非磁性であるため磁気ロ
ーラの回転に基づくトナーの自転作用によるトナー供給
力がないので、他の供給用スリットへの圧力を付与する
手段が必要であるが、供給用スリット全域にわたって均
一に圧力を付与することが困難で、圧力が強い部分では
高トナー濃度，圧力が弱い部分では低トナー濃度とな
り、現像スリーブ軸方向でのトナー濃度のバラツキが大
きく安定した画像は得られないという問題点を有してい
た。

上記問題点を解決するために、本発明者らは、磁性キ
ャリアとトナーとからなる現像剤を支持搬送するため
の、内部に磁石ロールを有する現像スリーブと、前記現
像剤の穂高を規制するためのブレードと、前記磁石ロー
ルの磁界の及ぶ領域内で、前記現像剤内に埋没するよう
に設けた磁性キャリア粒子およびトナー粒子の粒径より
大である開口径の複数個の開口を有する網状部材を備え
た現像装置を提案した。

この現像装置は、現像装置の動作時に現像スリーブ，
ブレードおよび網状部材によって包含される部分の磁性
キャリアとトナーとからなる現像剤は、磁石ロールによ
る磁力と現像スリーブによる搬送力によって一定の圧力
と攪拌力とをうけ、摺擦攪拌されて十分に帯電した適正
なトナー濃度の現像剤を形成する。この時、磁性キャリ
アの量が大であれば圧力が大となり、余分な磁性キャリ
アは磁石ロールの磁力による吸引力にうち勝って網状部
材の開口を通過してトナー室側へ移動する。トナー室側
に移動した磁性キャリアはトナーと混合攪拌され網状部
材近傍で高トナー濃度の現像剤が形成される。

静電潜像の現像により現像スリーブ上のトナーが消費
されると、トナーの消費量に応じて、現像スリーブ，ブ
レードおよび網状部材によって包含される部分の現像剤
のうける圧力が低下し、網状部材近傍の高トナー濃度現
像剤中の磁性キャリアは、トナーを帯電吸着した状態で
現像スリーブ内部の磁石ロールの磁力による吸引力によ
って網状部材の開口を通過して現像スリーブ側へ供給さ
れる。このように、網状部材を磁石ロールの磁界の及び
領域内で現像剤内に埋没する位置に設け、現像スリーブ
上の現像剤のうける圧力を一定に保つことにより、磁性
キャリアの移動に共なってトナーの消費量に応じてトナ
ーが供給され適正トナー濃度が維持される。また、トナ
ーが非磁性トナーであっても、トナーは磁性キャリアに
帯電吸着した状態で磁性キャリアのうける磁力により磁
性キャリアと共に供給されるので特別な供給装置を必要
とせず、また、トナーの流動性等の材料特性の影響が少
ない。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の本発明者らが提案した現像装置
において、さらに種々検討を行なった結果、次のような
問題点か生じた。現像スリーブ上の現像剤は、ブレード
によって穂立を規制されて、連続的に現像スリーブ上へ
供給される。しかしながら、現像スリーブ上の現像剤は
層を形成しているので、現像スリーブ，ブレードおよび
網状部材によって包含される部分の現像剤と円滑な置換
が行なわれにくい。このため、黒化率に分布があり現像
に必要とされるトナー量がスリーブ軸方向にバラツキの
大きい静電潜像を連続的に現像すると、黒化率が高く多
量のトナー消費を必要とする部分では、現像スリーブ上
の現像剤のトナー濃度が徐徐に低下し、現像スリーブ上
の現像剤が現像スリーブ軸方向に、静電潜像の黒化率の
分布に対応するように、トナー濃度の分布を生じるよう
になる。したがって、黒化率に分布を有する静電潜像を
連続的に現像する場合には、安定した画像が得られにく
くなる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、黒化率に分布を有する静電潜像を連続的に現像す
る場合に静電潜像の黒化率の影響が少なく、また、トナ
ー材料の磁性の有無や流動性等の材料特性の影響が少な
く、特別な装置を必要とせずトナー濃度の調節を可能に
した現像装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の現像装置は、磁
性キャリアとトナーとからなる現像剤を支持搬送するた
めの、内部に独立して回転可能な磁石ロールを有する現
像スリーブと、前記現像剤の穂立を規制するためのブレ
ードと、前記磁石ロールの磁界の及ぶ領域内で、前記現
像剤内に埋没するように設けた、磁性キャリア粒子およ
びトナー粒子の粒径より大である開口径の複数個の開口
を有する網状部材とを備え、記録に必要でない動作時
に、前記磁石ロールと前記現像スリーブとがともに回転
している記録に必要な動作時と同じモードと、前記磁石
ロールが回転し現像スリーブが停止しているモードとで
動作することを特徴とするものである。

作用 本発明は上記した構成によって、記録に必要な動作時
は、現像スリーブ，磁石ロールが共に回転し、記録に必
要でない動作時には、現像スリーブ，磁石ロールがとも
に回転する時間と、現像スリーブが停止し磁石ロールが
回転する時間が生じる。現像スリーブが停止し磁石ロー
ルが回転すると、現像スリーブの搬送力がなくなるの
で、現像剤は、磁石ロールの回転による転動を行ないや
すくなる。このため、現像スリーブ上に形成される現像
剤の穂立は、現像スリーブ，磁石ロールが共に回転して
いる時に較べると、高くなり、多量の現像剤がブレード
より流出する。これにより、現像スリーブ，ブレードお
よび網状部材によって包含される部分の現像剤のうける
圧力が低下し、かつ、現像スリーブが停止しているの
で、磁石ロールの回転による現像剤の転動が行なわれや
すい。これにより現像スリーブ上に磁気ブラシの層を形
成した現像剤は、現像スリーブ，ブレードおよび網状部
材によって包含される部分で、同部分で混合攪拌されて
いた現像剤との再混合が行なわれやすくなり均一化す
る。このような状態を経た後、現像スリーブと磁石ロー
ルを共に回転させると、現像スリーブ上の現像剤の穂
立，現像スリーブ，ブレードおよび網状部材によって包
含される部分の現像剤のうける圧力は、元に復帰し、現
像スリーブ上には、上記の状態を経ない場合に較べて、
より均一化された現像剤が供給される。したがって、黒
化率に分布を有する静電潜像を連続的に現像する場合に
おいても静電潜像の黒化率の分布の影響を少なくするこ
とが可能となる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図および第２図は本発明の実施例における現像装
置の断面図を示すものであり、第１図は、現像スリーブ
と磁石ロールとがともに回転しているモードを示すもの
であり、第２図は、現像スリーブが停止し磁石ロールが
回転しているモードを示すものであく。第１図および第
２図において、１は現像装置筐体、２は現像スリーブ、
３は磁石ロール、４はブレード、５は複数個の開口を有
する網状部材、６はトナー室、７は保護カバー、８はト
ナー攪拌羽根、９は現像剤であり、現像剤９は、磁性キ
ャリア91とトナー92とからなる。10は現像剤室で、現像
スリーブ2,ブレード４および網状部材５とによって形成
される。11は静電潜像が形成される感光体ドラムで、導
電性保持体12の表面に光導電層13を形成してなる。

以上のように構成された現像装置について、構成およ
び動作の詳細について以下に説明する。

現像スリーブ２は、円筒状の導電性非磁性材からなり
その内部に、外周部にN,S極を交互に着磁した磁石ロー
ル３を有している。現像スリーブ２と磁石ロール３は、
それぞれ独立して回転することが可能である。感光体ド
ラム11に形成された静電潜像を現像する時は、第１図に
示すように、現像スリーブ２は矢印ａの方向に、磁石ロ
ール３は矢印ｂの方向にともに回転して現像剤９を矢印
ａの方向に搬送して磁気ブラシの層を形成し静電潜像を
摺擦して現像を行なう。ブレード４は、現像スリーブ２
の表面に対向し、現像剤搬送方向の現像領域の上流側に
設置されている。ブレード４は現像剤磁気ブラシの穂高
を規制するものでブレード４と現像スリーブ２との間隔
は精密に設定される。ブレード４として磁性材，非磁性
材のいずれも使用できる。網状部材５は、現像スリーブ
２の軸方向と平行に延在しており、磁石ロール３の磁界
の及ぶ領域内で現像剤９に埋没するよう設けている。網
状部材５としては、ステンレススチール，銅，黄銅等の
非磁性金属材料，鋼，ニッケル等の磁性金属材料，絹，
ナイロン，ポリエステル等の有機高分子材料からなる繊
維あるいは針金を織製したもの、成型，打ち抜き加工あ
るいはエッチング加工したもののいずれでも良く複数個
の開口を有するよう形成したものであれば良い。網状部
材５の開口の開口径は、現像剤すなわち磁性キャリア，
トナーおよびトナーを帯電吸着した磁性キャリアが通過
するに十分な寸法が必要である。一般に使用される２成
分現像剤は、粒径が３μｍから20μｍのトナーと粒径が
20μｍから150μｍの磁性キャリアとからなるものであ
り、従って、開口径150μｍ以上つまり100メッシュ以下
で、現像スリーブ上の現像剤の圧力を保持する機能から
9.2メッシュ以上（開口径2mm以下）であることが望まし
く開孔率30％から70％の網状部材が使用できる。トナー
攪拌羽根８は、トナー室６に存するトナー92を回転攪拌
してトナーの流動性を高め現像剤９近傍へトナーを送り
込む機能を有するものである。保護カバー７は、現像ス
リーブ上の現像剤磁気ブラシからのトナーの飛散の防止
と、現像剤中への異物の混入防止等の機能を有する。現
像装置筐体１は、有機高分子材料，金属材料他から成
り、上記の現像スリーブ2,磁石ロール3,ブレード4,網状
部材5,保護カバー７およびトナー攪拌羽根８を保持固定
するとともに、トナー室６を構成している。現像剤９
は、磁性キャリア91とトナー92との混合物であり、その
量は、網状部材が現像剤中に埋没するに十分な量が必要
であり、現像スリーブ２上に磁気ブラシの層を形成する
に必要な量と現像スリーブ2,ブレード4,網状部材５およ
び現像装置筐体１の一部で包含される現像剤室10の容積
を満たすに十分な量の和よりも大としている。

第１図に示すような現像スリーブ２と磁石ロール３と
がともに回転させるモードで現像装置を動作させること
によって、現像剤のトナー濃度を適正な範囲に保つこと
が可能であるが、そのレベルは必ずしも十分といえるも
のではない。そこで、記録に必要な静電潜像を現像する
動作時は第１図に示す現像スリーブ２と磁石ロール３と
がともに回転しているモードで現像装置を動作させ、本
来記録に必要でない時にも現像装置を動作させ、その動
作時に現像スリーブ２の回転を制御して、現像スリーブ
２と磁石ロール３とがともに回転している第１図に示す
モードと、現像スリーブ２が停止し磁石ロール３が回転
している第２図に示すモードとで動作させる。現像スリ
ーブ２の回転が停止すると、現像スリーブ２による現像
剤の搬送力がなくなり、現像剤は磁石ロール３の回転に
よる転動を行ないやすくなるため、ブレード４で規制さ
れる現像剤の穂立は高くなる。すなわち、ブレード４か
ら現像スリーブ２上に流出する現像剤量が増すので、こ
れに対応するように現像剤室10の現像剤量が減り、現像
剤室10の現像剤のうける圧力が下がる。このため、現像
剤室10の現像剤は磁石ロール３の回転による転動を行な
いやすく、現像スリーブ２上に磁気ブラシの層を形成し
ていた現像剤は、現像剤室10に到達した時に、現像剤室
10で攪拌されていた現像剤と再び混合攪拌され、均一化
される。このような状態を経た後、再び、現像スリーブ
と磁石ロールをともに回転しているモードに切り換える
と、現像スリーブ上の現像剤のトナー濃度は、現像スリ
ーブが停止し磁石ロールが回転しているモードを経ない
場合に較べて均一化されたものとなる。現像スリーブが
停止し磁石ロールが回転しているモードで現像装置を動
作させる時間は、長い方が効果が大であるが、長すぎる
と、原動スリーブ上に流出する現像剤の量が多くなり、
感光体ドラムと現像スリーブとの間で現像剤が圧縮され
るとともに、圧縮した現像剤が感光体ドラムを傷つける
等の弊害があるので、現像装置が組み込まれる装置との
組み合わせに応じて、適切に選ぶ必要がある。

次に、この現像装置を電子写真複写装置に組み込み実
験を行なった結果について具体的に説明する。

複写装置は、ドラム直径60mmのSe系の感光体ドラムを
用いたもので、ドラム周速105mm/scc、帯電電位＋750V
でA4サイズで15枚／分の複写スピードを有する。現像装
置の現像条件は、現像スリーブは直径24.5mmで回転数60
rpm、磁石ロールは８極で磁束密度800ガウス回転数400r
pm、感光体ドラムと現像スリーブとの間隔0.44mm、ブレ
ードは4mm厚の磁性ステンレススチールを使用し、ブレ
ードと現像スリーブとの間隔0.3mm、トナー攪拌羽根の
回転は現像スリーブの回転と連動しておりその回転数は
45rpmであった。

磁性キャリアは、スチレンアクリル樹脂中に75重量％
のマグネタイトを分散した磁性体分散型樹脂キャリアで
平均粒径60μm,粒径20μｍ以下および粒径100μｍ以上
が５％以下の粒度分布のものを使用した。また、トナー
は、非磁性の赤画像用マイナス帯電トナーでスチレンア
クリル樹脂中に５重量％の顔料他の無機材料成分を分散
したもので、平均粒径12μm,粒径５μｍ以下および20μ
ｍ以上が５％以下の粒度分布のものを使用した。初期投
入する現像剤は、磁性樹脂キャリア90wt％，トナー10wt
％の混合物60g（現像スリーブ上に磁気ブラシを形成す
るに必要な量と現像剤室を満たすに十分な量の和より
大）とし、トナー室に150gのトナーを投入した。

網状部材として、非磁性ステンレススチール製の32メ
ッシュ（開口寸法0.50mm）の金網を用いた。

複写装置は、連続複写時、１回の複写に要する時間は
４秒で、そのうちの２秒が、画像複写のため静電潜像の
現像に必要な時間で、残り２秒が画像複写に必要のない
時間であり、感光体ドラムの表面は除電されている。

このような条件下のもとに、連続複写を行ない、その
間現像スリーブ，磁石ロールともに所定の回転数で回転
させ、現像スリーブのみその駆動を制御して、画像複写
に必要のない時間のうちの0.5sec回転が停止するように
現像装置を動作させた。この点、黒化率０％,6％,15％,
20％の４種の原稿を現像スリーブ軸に垂直に並べて同時
に複写を行なった。各原稿相当部分の現像スリーブ上の
現像剤のトナー濃度を500枚複写ごとに測定し、3000枚
の複写を行なった。トナー濃度の測定は、現像スリーブ
上から現像剤を各0.1g程度採取し、燃焼前後の重量変化
を測定する方法を用いた。（実験１） 次に、画像複写に必要のない時間のうちの0.8sec現像
スリーブの回転を停止するように制御し、上記と同様の
実験を行なった。（実験２） また、比較のために、現像スリーブを途中で停止せ
ず、現像スリーブ，磁石ロールともに連続して回転させ
て，同様の実験を行なった。（実験３） 以上、３回の実験におけるトナー濃度のバラツキの第
１表に示す。

第１表の結果から明らかなように、実験1,実験２で
は、実験３に較べ、原稿の黒化率によるトナー濃度のバ
ラツキが少ない。すなわち、画像複写に必要のない時
間、現像スリーブと磁石ロールがともに回転しているモ
ードと現像スリーブが停止し磁石ロールが回転している
モードで現像装置を動作させることによって、黒化率に
分布をもった原稿を連続複写しても、原稿の黒化率の影
響を受けることが少ない。

なお、本発明は上記実施例の条件のみに限定されるも
のでなく、状況に応じて適宜決定されるものである。ま
た連続複写でなくても、本発明が効果を発することはい
うまでもない。

発明の効果 以上のように、本発明は、磁性キャリアとトナーとか
らなる現像剤を支持搬送するための、内部に独立して回
転可能な磁石ロールを有する現像スリーブと、前記現像
剤の穂立を規制するためのブレードと、前記磁石ロール
の磁界の及ぶ領域内で、前記現像剤内に埋没するように
設けた、磁性キャリア粒子およびトナー粒子の粒径より
大である開口径の複数個の開口を有する網状部材とを備
え、記録に必要でない動作時に、前記磁石ロールと前記
現像スリーブとがともに回転している記録に必要な動作
と同じモードと、前記磁石ロールが回転し前記現像スリ
ーブが停止しているモードとで動作する現像装置で、こ
れによれば、黒化率に分布を有する静電潜像を連続的に
現像する場合に静電潜像の黒化率の影響を受けることが
少なく、また、トナー材料の磁性の有無や流動性等の材
料特性の影響が少なく、特別な装置を必要とせず、現像
スリーブ上のトナー濃度を調節できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例における現像装置
であり、第１図は現像スリーブと磁石ロールがともに回
転しているモードにおける動作状態の断面図、第２図は
現像スリーブが停止し磁石ロールが回転しているモード
における動作状態の断面図である。 ２……現像スリーブ、３……磁石ロール、４……ブレー
ド、５……網状部材、９……現像剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性キャリアとトナーとからなる現像剤を
   支持搬送するための、内部に独立して回転可能な磁石ロ
   ールを有する現像スリーブと、前記現像剤の穂立を規制
   するためのブレードと、前記磁石ロールの磁界の及ぶ領
   域内で、前記現像剤内に埋没するように設けた、磁性キ
   ャリア粒子およびトナー粒子の粒径より大である開口径
   の複数個の開口を有する網状部材とを備え、記録に必要
   でない動作時に前記磁石ロールと前記現像スリーブとが
   ともに回転している記録に必要な動作時間と同じモード
   と、前記磁石ロールが回転し前記現像スリーブが停止し
   ているモードで動作することを特徴とする現像装置。