JPH083682B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は複写機などの画像形成装置に使用される現像
装置に関するものである。 （発明の背景） 従来、前記現象装置の一態様として、軸方向に磁極を
延設した複数の磁石を内蔵した現像スリーブと、これに
近接するトナー供給ローラとを備え、現像スリーブの周
面上で、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を調
整すると共に、該現像剤を前記磁気ローラの磁力にて磁
気刷子状態で保持しつつ静電潜像担体との対向部に搬送
して、静電潜像担体上の静電潜像に対応したトナー像を
形成するようにしたものが提案されている。 そして、この種の現像装置では、消費量に見合う量の
トナーの現像スリーブに供給し、現像剤中のトナー濃度
を一定に保持する必要上、現像スリーブ上の磁気刷子で
トナー供給ローラの周面上に保持されているトナーを掻
き取ることによって、現像で消費される量に見合う量の
トナーを現像スリーブに供給する一方、現像スリーブ、
トナー供給ローラにそれぞれ直流バイアス電圧を印加
し、両者の電位差に基づいて現像スリーブ上に供給され
るトナー量を規制するようにしたものが、特開昭59−11
1664号公報に提案されている。 しかしながら、このものでは、例えば、一枚当たり0.
2gのトナーを消費する黒ベタのソリッド画像を連続コピ
ーした場合、現像スリーブ上の現像剤濃度は、第２図に
おいて点線で示すように、複写開始時に8.0wt％であっ
たものが、100枚のコピー終了時には2.0wt％にまで低下
し、その後、白ベタコピーに切り替えても、現像剤濃度
の回復が著しく遅く、応答性に劣るという欠点を有して
いた。 そこで、本発明者らは、前記欠点を解消するために、
まず、その原因を究明すべく数々の実験を行い検討を重
ねた。 その結果、前記従来の現像装置のように、現像スリー
ブとトナー供給ローラに、それぞれ直流の電圧を印加し
た場合、トナー供給ローラの表面に付着しているトナー
の大部分は荷重されており、トナー供給ローラとの静電
引力が強く、スリーブ上磁気刷子で掻きとられにくくな
っている。そのため、スリーブ上に供給されるトナー
は、荷電量の小さいトナーのみとなり、その供給効率が
低下している。さらに、補給トナーのほとんどが荷重不
良トナーであるため、カブリが発生しやすくなってい
る。 そこで、前記トナー供給ローラに、直流電圧に加えて
交流電圧を重畳すれば、電圧の周期的な変化に従ってト
ナーが振動し、トナーとトナー供給ローラとの静電引力
が弱められることに着目し、下記するように、現像スリ
ーブ、トナー供給ローラに印加する電圧の組み合わせを
変えて３つのケースについて、トナー供給ローラから現
像スリーブへのトナー供給量と、現像スリーブからトナ
ー供給ローラへのトナー回収量を比較する実験を行っ
た。

【実験条件】

実験条件として、現像スリーブ、トナー供給ローラに
は、下記する表に示す電圧を印加した。 なお、表中、DCは直流、ACは交流を示し、特に、実験
例３のトナー供給ローラにのみ、直流−400Vに交流700V
が重畳されており、この交流の周波数は200Hzとしてい
る。

【測定方法】 以上の実験条件の下で、トナー供給量の測定は、非現
像状態、即ち、現像スリーブ上のトナーは消費されない
状態で、所定時間（１秒間）、現像スリーブ、トナー供
給ローラを駆動した後、現像スリーブ上に供給されたト
ナー量を、各トナー濃度について測定した。また、トナ
ー回収量は、これとは逆に、現像スリーブ上に保持され
ているトナーが、トナー供給ローラに回収された量を前
述と同様の方法で測定した。

【実験結果】

各実験例におけるトナーの供給量、回収量を第４図か
ら第６図に示す。なお、図中、実線がトナー供給量を示
し、点線がトナー回収量を示す。 その結果、実験例1,2の結果を示す第４図、第５図か
ら明らかなように、単に、トナー供給ローラに印加する
電圧を−400Vから−300Vに変えただけでは、トナーの供
給量は増加するものの回収量低下し、ただ供給量、回収
量を示す曲線がシフトするだけで、所定の消費量（0.2g
/s）に対するコントロール幅は約6wt％（＝8wt％−2wt
％）から約5wt％（＝13wt％−8wt％）の間で変化し、そ
の巾は大きく応答性の悪いことがうかがわれる。また、
第５図に示す実験例２の場合、トナーの供給量と回収量
とがバランスするトナー濃度（約13wt％）が、第１図に
示す実験例１の場合（約8wt％）に比べて大きくなるた
め、複写画像にカブリなどを生じてコピーの品質が低下
するという現象が見られた。 これに対し、トナー供給ローラに交流電圧を重畳した
実験例３の結果を示す第６図によれば、前記所定の消費
量（0.2g/s）に対するコントロール幅は約2wt％となる
とともに、供給量と回収量とがバランスする濃度は約8w
t％に維持できるため、カブリの無い良品質のコピーを
得ることができた。 即ち、上記実験結果より、トナー供給ローラに印加さ
れている直流電圧に交流電圧を重畳したバイアス電圧を
印加し、前記現像スリーブと前記トナー供給ローラとの
間に、直流成分と交流成分とが重畳された交番電界を形
成すると、連続的にトナー消費量の多い画像をコピーし
てもトナー濃度の低下は少ないうえ、その回復も速く、
しかも、カブリの無い良品質のコピーを得ることができ
ることを見出だした。 （問題点を解決するための手段） 本発明は前記知見に基づいてなされたもので、複数の
磁石を内蔵した現像スリーブと、トナー供給ローラとを
現像槽内に設け、前記現像スリーブ上に磁気吸着されて
いる磁性キャリアに対して前記トナー供給ローラにてト
ナーを供給することにより、現像スリーブの周囲上でキ
ャリアとトナーとの混合物からなる現像剤を調整し、こ
の現像剤を用いて静電潜像担体上の静電潜像を現像する
形態の現像装置において、前記トナー供給ローラに、直
流に交流を重畳したバイアス電圧を印加し、前記現像ス
リーブと前記トナー供給ローラとの間に、直流成分と交
流成分とが重畳された交番電界を形成するものである。 （作用） 以上の構成からなる現像装置では、現像スリーブとト
ナー供給ローラとの間に、直流成分と交流成分とが重畳
された交番電界が形成されているため、時間的に変化す
る電界に従ってトナー供給ローラの表面に保持されてい
る荷重トナーが、トナー供給ローラと現像スリーブとの
間で振動し、現像スリーブの磁気刷子と接触し、これに
掻き取られる確率が高くなる。 一方、前記磁気刷子のキャリアに静電吸着されている
トナーの静電引力が弱められることによって、該トナー
のトナー供給ローラへの回収効率が高くなる。 （実施例） 以下、本発明を一実施例である図面に従って説明す
る。 第１図は本発明にかかる現像装置（１）を備えた複写
機の現像部を示し、現像装置（１）は感光体ドラム（10
0）の側部に配置されており、感光体ドラム（100）の表
面を帯電、露光して形成されている複写画像の静電潜像
に対してトナーを供給し、これを可視像化するものであ
る。 前記現像装置（１）は、概略、ケーシング（３）とカ
バー（3a）とで構成される現像槽（２）内に、感光体ド
ラム（100）側から順次右方に向かって現像スリーブ
（４）、トナー供給ローラ（12）を配置し、トナー供給
ローラ（12）の後方にはトナー収容槽（22）が形成され
ている。 現像スリーブ（４）は、導電性非磁性材、例えばアル
ミニウムからなる円筒体で、表面にはブラスト処理にて
微小凹部が形成されており、矢印（ａ）方向に回転駆動
される感光体ドラム（100）と現像ギャップ（Ds）をも
って対向し、反時計回り方向［矢印（ｂ）方向］に回転
駆動可能としてある。 また、現像スリーブ（４）と接地間には直流の現像バ
イアス電源（５）（現像バイアス電圧:Vb）が接続して
あり、特に現像バイアス電源（５）のマイナス側が現像
スリーブ（４）に接続され、現像スリーブ（４）の表面
にはマイナス電荷が蓄えられている。 現像スリーブ（４）の内部に収容されている磁気ロー
ラ（６）は、軸方向に磁極を延設した複数の磁石を、前
記磁極が外周部でＳ極,N極交互に位置するように配置し
たもので、第１図に示す状態に固定されている。 現像スリーブ（４）の感光体ドラム（100）側上方に
は、カバー（3a）に取り付けた主現像剤撹拌板（７）が
穂高規制ギャップ（Db）をもって対向している。また、
現像スリーブ（４）の右斜め上方には、カバー（3a）の
支持部（８）に取り付けた補助現像剤撹拌板（９）が対
向しており、前記主現像剤撹拌板（７）と共に、現像ス
リーブ（４）の上方に空室（11）を形成している。 なお、前記補助現像剤撹拌板（９）には、現像スリー
ブ（４）の軸方向にスリット（10）が形成されている。 トナー供給ローラ（12）は、アルミニウムなどの導電
性非磁性材で形成され、表面には微小凹部が形成されて
おり、現像スリーブ（４）の背面側に供給ギャップ（Ds
s）をもって平行に配置され、矢印（ｃ）方向に回転駆
動可能としてある。 また、このトナー供給ローラ（12）は、交流電源（1
3）、直流電源（14）を介して接地されており、その結
果、トナー供給ローラ（12）には直流に、交流を重畳し
た脈流する回収バイアス電圧が印加されている。つま
り、前記現像スリーブ（４）と前記トナー供給ローラ
（12）との間に、直流成分と交流成分とが重畳された交
番電界が形成されている。 トナー供給ローラ（12）の背面側上方には、隔壁（1
5）が支軸（16）を中心に回動可能に取り付けてあり、
その上端部には現像槽（３）の上部後端部に一端を取り
付けた圧接スプリング（17）の他端が係止してあり、隔
壁（15）は常時矢印（ｅ）方向に付勢されている。そし
て、これによって、隔壁（15）の下部に取り付けたメタ
ルブレード（18）が軽圧接触している。 なお、メタルブレード（18）と前記補助現像剤撹拌板
（９）とはシート（19）で連結され、これらによって、
トナー供給ローラ（12）の上方に空室（20）が形成され
ている。 また、トナー供給ローラ（12）の下方には、ケーシン
グ（３）に取り付けたトナー戻り防止フィルム（21）
が、トナー供給ローラ（12）の回転方向に沿って圧接し
ている。 トナー収容槽（22）は、前記隔壁（15）、メタルブレ
ード（18）、トナー供給ローラ（12）、トナー戻り防止
フィルム（21）、で現像槽（３）の後部を仕切って形成
されており、このトナー収容槽（22）の内部には撹拌棒
（23）が、矢印（ｄ）方向に回転駆動可能に取り付けて
ある。 以上の構成からなる現像装置の動作について説明す
る。 まず、現像スリーブ（４）およびトナー供給ローラ
（12）上方の空室（11）にマイナス帯電性の磁性キャリ
アとプラス帯電性の絶縁性トナーとの混合物からなるス
タータを装填し、トナー収容槽（22）内に前記絶縁性ト
ナーを装填する。この際、空室（11）内には前記スター
タに替えて磁性キャリアのみを装填してもよい。そし
て、これによって現像装置（１）による静電潜像の現像
が可能となる。 この状態で図示しないプリントスイッチがオンされる
と、現像スリーブ（４），トナー供給ローラ（12），撹
拌棒（23）がそれぞれ矢印（ｂ），（ｃ），（ｄ）方向
に回転する。 以上のごとく現像装置（１）が動作することによっ
て、トナー収容槽（22）の底部において、トナーは撹拌
棒（23）の撹拌作用によりトナー供給ローラ（12）に向
けて流動し、トナー供給ローラ（12）の表面微小凹部に
取り込まれ、充填される。 トナー供給ローラ（12）に供給されたトナーは矢印
（ｃ）方向に搬送されてメタルブレード（18）によって
余分なトナーガ掻き取られるとともに、その接触により
予備帯電されて、現像スリーブ（４）との対向部［トナ
ー供給領域（Ｙ）］に至る。 トナー供給領域（Ｙ）において、現像スリーブ（４）
上に保持されている現像剤にトナーが供給される一方、
現像スリーブ（４）上の過剰トナーがトナー供給ローラ
（12）に回収される。なお、このトナーの供給、回収動
作は後に詳述する。 現像スリーブ（４）に供給されたトナーは、現像スリ
ーブ（４）の周面上に保持されているキャリアととも
に、その回転に基づいて矢印（ｂ）方向に搬送され、補
助現像剤撹拌板（９）によって現像剤の大部分が塞止め
られる。 そして、現像剤は後から搬送されてくる現像剤に押さ
れて、補助現像剤撹拌板（９）に沿って反り上がり、ス
リット（10）を通り、下流側の空室（11）に送り込まれ
る。残る現像剤は補助現像剤撹拌板（９）と現像スリー
ブ（４）とのギャップを通過して下流側の空室（11）に
至る。 空室（11）に達した現像剤は、主現像剤撹拌板（７）
によって塞止められ、これに沿って空室（11）内を反時
計回り方向に回転しつつ反り上がり、逆流落下し、前記
スリット（10）を通過してくる現像剤と合流して混合さ
れる。 このようにして、十分混合撹拌された現像剤の一部
が、主現像剤撹拌板（７）と現像スリーブ（４）との穂
高規制ギャップ（Db）を通過して磁気刷子を形成し、該
磁気刷子は現像領域（Ｘ）において感光体ドラム（10
0）の表面を摺擦し、その表面上の静電潜像を現像して
顕像化する。 現像領域（Ｘ）を通過した後、現像スリーブ（４）の
周面に残存する現像剤は、引き続き現像スリーブ（４）
の回転に基づいて矢印（ｂ）方向に搬送され、トナー供
給ローラ（12）との対向部であるトナー供給領域（Ｙ）
に至ると、現像スリーブ（４）とトナー供給ローラ（1
2）との間でトナーの供給，回収動作が行なわれる。 そして、現像スリーブ（４）に供給されたトナーは再
び空室（20），（11）に達すると、ここで十分混合撹拌
された現像剤が現像スリーブ（４）の表面に均一に補充
され、前回の現像で消費したトナーの消費パターンが消
去される。 一方、トナー供給ローラ（12）に回収されたトナーは
その微小凹部に入り、トナー戻り防止フィルム（21）と
の間を通り、トナー収容槽（２）に至ると、再び微小凹
部にトナーが補充される。 以下、前記トナー供給領域（Ｙ）におけるトナーの供
給，回収動作について説明する。 トナー供給領域（Ｙ）において、現像スリーブ（４）
上では、磁気ローラ（６）の磁極（Ｎ）から半径方向に
形成されている磁界に沿って、現像剤は数珠つなぎにな
って磁気刷子を形成している。他方、トナー供給ローラ
（12）の表面微小凹部にはトナーが充填されており、特
に、その中に含まれている荷電トナーはその静電気力に
よってトナー供給ローラとの静電引力が大きくなってい
る。しかし、前記現像スリーブ（４）とトナー供給ロー
ラ（12）との間には、直流成分と交流成分とが重畳され
た交番電解が形成されているため、前記荷電トナーは、
交流電圧（Vrms）の周期的変化に従ってトナー供給ロー
ラ（12）に表面上で、現像スリーブ（４）に向かって振
動している。 このため、トナーと磁気刷子とが頻繁に接触し、微小
凹部の表面部に位置するトナーは勿論のこと、微小凹部
の底部に位置するトナーでさえも磁気刷子と接触し、磁
気刷子によってトナーは効率良く掻き取られる。 一方、現像剤スリーブ（４）上で、キャリアと接触し
てプラス極性に帯電している過剰トナーは、現像スリー
ブ（４）とトナー供給ローラ（12）とに印加されている
バイアス電圧差に基づいて、トナー供給ローラ（12）に
電気的に吸引され、ここで作用する吸引力も前記交流電
源（13）の影響を受けて周期的に変化するため、過剰ト
ナーはキャリアとの静電引力が弱められて剥離しやすく
なり、過剰トナーはトナー供給ローラ（12）へ効率良く
回収される。 このように、現像スリーブ（４）とトナー供給ローラ
（12）との間では、トナーの供給量、回収量が飛躍的に
増大してトナーの変動幅が小さくなる結果、現像領域
（Ｘ）に搬送されるトナー量が安定して、濃度むらのな
い複写画像を得ることができる。 そして、トナー供給ローラ（12）に回収されたトナー
はその微小凹部に入り、トナー戻り防止フィルム（21）
との間を通り、トナー収容槽（２）に至ると、再び微小
凹部にトナーが充填される。 実験１ 次に、前記構成からなる現像装置（１）を下記する条
件に設定し、黒ベタコピー、白ベタコピーをそれぞれ連
続して100枚づつコピーしたときの現像スリーブ（12）
上の現像剤濃度を測定した。

【実験条件】

a.現像スリーブ（４） ・直径……24.5mm ・回転数……200rpm ・現像バイアス電圧（Vb）……DC−200V b.トナー供給ローラ（12） ・直径……20mm ・回転数……200rpm ・回収バイアス電圧（Vss）……DC−400V,AC 700V ・交流周波数……300Hz ・表面粗さ……40μｍ ・微小凹部表面積……80％ c.ギャップ ・現像ギャップ（Ds）……0.6mm ・穂高規制ギャップ（Db）……0.45mm ・供給ギャップ（Dss）……0.8mm d.メタルブレード（12a） ・厚さ……ｔ＝150μｍ ・圧接力……0.1g/mm

【実験結果】

以上の実験から得られた結果を第２図中実線で示す。 この図から明らかなように、黒ベタコピーを開始して
から徐々に現像スリーブ（12）上の現像剤濃度は低下す
るものの、その低下量は当初8.0wt％であったものが6.0
wt％に低下するだけで、その差は2.0wt％である。そし
て、白ベタコピーに切り替えると、比較的速やかに現像
剤濃度は初期状態（8.0wt％）に回復する。 前記実験結果を、第２図中点線で示す従来のものと比
較すれば、現像剤濃度の低下量がいかに少なく、しか
も、現像剤濃度の回復速度、回復性において格段と向上
していることがわかる。 実験２ 次に、交流電源（13）の周波数とトナー濃度コントロ
ール幅との相関関係を、交流電源（13）の電圧（Vrms）
を変化させて調査した実験結果を第３図に示す。 図から明らかなように、交流電源（13）の電圧（Vrm
s）が高いほど、トナーコントロール幅を小さくするこ
とができ、しかも、トナーコントロール幅の最小値が低
周波領域にある。しかし、20Hz以下の低周波帯では、ト
ナー濃度コントロール幅が急激に低下する。 したがって、交流電圧（Vrms）は、電圧値が300V以
上、周波数が2KHzから20Hzの周波数帯、即ち、図中点線
で囲った範囲にある場合、本発明を効果的実施しうるこ
とがわかる。 実験３ 次に、交流電源（13）の印加方法について実験した結
果を以下に示す。 実験は、第７図から第９図に示すように、交流電源
（13）を、現像スリーブ（４）とトナー供給ローラ（1
2）とに印加した場合、現像スリーブ（４）にだけ印加
した場合、さらに、本発明に従ってトナー供給ローラ
（12）だけに印加した場合、のケースについて行った。 この結果、第９図に示すケースについては良好なコピ
ーを得ることができたが、第７図，第８図に示すよう
に、現像スリーブ（４）に交流電源（13）を印加する
と、現像スリーブ（４）と感光体ドラム（100）との間
にも交流電源（13）が作用し、複写画像上にカブリ、周
波数に対応したピッチむら、トナーの飛び散り等の現像
が現われ、コピーの品質が低下した。 以上のことから、交流電源（13）の印加方法は、本発
明（第９図）に従うのが最も良いことが理解される。 なお、交流電源（13）は、いわゆる正弦波交流電源と
してもよいし、パルス波、三角波などの非正弦波交流電
源としてもよく、交番電界を形成するものであればよ
い。 （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明にかかる現像装
置は、現像スリーブと、トナー供給ローラとを備え、ト
ナー供給ローラにて現像スリーブ上にトナーを供給する
とともに、現像スリーブの周面上にてキャリアとトナー
とからなる現像剤を調整して磁気刷子を形成し、この磁
気刷子で静電潜像担体の表面に形成されている静電潜像
を可視化する形態に現像装置において、直流に交流を重
畳したバイアス電圧を前記トナー供給ローラに印加し、
現像スリーブとトナー供給ローラとの間に、直流成分と
交流成分とが重畳された交番電界を形成している。 したがって、前記交流電源による時間的電圧の変動に
つれてトナーに対する吸引力が変動する結果、トナーと
現像スリーブ上の磁気刷子との接触する確率が高まり、
現像スリーブへのトナーの供給効率が向上するると共
に、現像スリーブ上の過剰トナーとキャリアとの結合力
が弱められて、トナー供給ローラへのトナー回収効率が
向上する。 それ故、現像スリーブには、トナー消費量に見合うト
ナーを即座に供給することができ、トナー消費量の多い
黒ベタコピーを連続的に行っても、現像スリーブ上のト
ナー濃度低下量を最小限に抑制することができる。 また、黒ベタコピー終了後、トナー消費量の少ない通
常のコピーを行っても、トナー濃度の回復が速いため、
濃度むらカブリのない鮮明なコピーを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は現像装置の断面図、第２図は黒ベタ、白ベタコ
ピーを連続して行ったときの現像スリーブ上の現像剤濃
度変化を示す図、第３図は交流電源の電圧、周波数とト
ナー濃度コントロール幅との相関関係を示す図、第４図
から第６図はトナー濃度とトナー補給、回収量との関係
を示す図、第７図から第９図は交流電源の印加状態を比
較した図である。 １……現像装置、２……現像槽、３……ケーシング、 ４……現像スリーブ、５……現像バイアス電源、 ６……磁気ローラ、７……主現像剤撹拌板、 ８……副現像剤撹拌板、12……トナー供給ローラ、 13……交流電源、14……直流電源。

フロントページの続き (72)発明者 衛藤 浩一 大阪府大阪市東区安土町２丁目30番地 大 阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−140277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−2853（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の磁石を内蔵した現像スリーブと、ト
   ナー供給ローラとを現像槽内に設け、前記現像スリーブ
   上に磁気吸着されている磁性キャリアに対して前記トナ
   ー供給ローラにてトナーを供給することにより、現像ス
   リーブの周囲上でキャリアとトナーとの混合物からなる
   現像剤を調整し、この現像剤を用いて静電潜像担体上の
   静電潜像を現像する現像装置において、前記トナー供給
   ローラに、直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加
   し、前記現像スリーブと前記トナー供給ローラとの間
   に、直流成分と交流成分とが重畳された交番電界を形成
   したことを特徴とする現像装置。