JPH10240010A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤
を用いて像担持体上の静電潜像を可視化する現像装置に
おいて、現像剤収容部内における現像剤のトナー濃度を
均一化する能力が高く、画質の安定性にすぐれた現像装
置を提供する。 【解決手段】 現像剤収容室内に２本のスクリューオー
ガー７，８がほぼ水平で互いに平行に設置されている。
これらのスクリューオーガーは現像剤を攪拌しながらそ
れぞれの軸線方向であって互いに逆の方向に搬送する。
そして、これら２本のスクリューオーガー間の軸線方向
全域で双方の搬送する現像剤の流れが干渉し合い、攪拌
および混合が生じるようになっている。これにより、新
たに補給されたトナーを短い時間で現像剤収容室の全体
に拡散・混合し、トナー濃度を均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
プリンタ等の画像形成装置に用いられる現像装置に係
り、特にトナーとキャリアとを混合した二成分現像剤を
用いる現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法を用いる画像形成装置におい
ては、静電潜像担持体上に形成された静電潜像をトナー
の付着によって可視化し、この可視像を記録用紙上に転
写して画像の複写等を行うように構成されている。この
ような装置において潜像担持体上に形成された潜像を可
視化する現像装置としては、一成分現像剤を用いるもの
並びにトナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用い
るものがある。二成分現像剤を用いる現像装置として
は、周面が回転する現像剤担持体が静電潜像担持体に近
接して配置され、その内部に複数の磁極を有する固定磁
界発生手段を設けたものが一般に使用されている。この
ような現像装置では、現像剤担持体の表面に供給された
現像剤を前記固定磁界発生手段による磁力により保持し
て磁気ブラシを形成し、現像剤担持体の回転によりこの
磁気ブラシを、静電潜像担持体に摺擦または近接させ
る。現像剤担持体にはバイアス電圧が印加されているた
め、現像剤担持体と静電潜像との間に電界が生じ、この
作用により帯電したトナーが画像部へ付着して、静電潜
像担持体上の潜像が現像される。

【０００３】このような現像装置により一定の濃度の画
像を得るためには、現像剤担持体上の現像剤に含まれる
トナーの電荷量を一定にする必要がある。一般に現像ト
ナー量は、トナーの電荷量に応じて決定される。トナー
の帯電には、トナーとキャリアとの混合時の摩擦による
方法が一般に行われており、一定時間以上撹拌すること
でほぼ安定した帯電量を維持できる。しかし、キャリア
が帯電できるトナーの量には限度があるため、トナーの
量が増えればトナー帯電量は減少する。また、実際に現
像装置が稼働している間は、静電潜像の現像に消費され
た量に相当する無帯電トナーが常に補給されている状態
となるため、トナー濃度およびトナーの電荷量を一定の
状態に保つための手段が必要となる。

【０００４】磁気ブラシ現像におけるこれらの問題は、
キャリアとトナーとの混合撹拌を充分に行い、同時に摩
擦帯電によりトナーの帯電量を付与することで解決可能
であり、このための方法としては、現像剤に対する撹拌
力を強化する方法、現像剤収容室内に複数のパドルを配
設し、このパドルを回転させて現像剤の撹拌を行う方
法、トナー補給を現像剤担持体の長手方向にわたって行
う方法および予備撹拌室を設ける方法などがある。

【０００５】現像剤に対する撹拌力は、現像剤撹拌搬送
部材の回転数を高めることにより強化され、現像剤中の
トナー濃度の均一化およびトナーの帯電に効果がある。
しかし、現像剤撹拌搬送部材の回転数を高めると現像剤
に対して強い圧縮力や摩擦力が作用するため、現像剤の
劣化が促進されるという問題がある。複数のパドルを用
いる方法では、パドルの回転により補給された現像剤を
攪拌することができるが、このパドルは現像剤を長手方
向へ拡散させる能力が低いため、短い時間でトナー濃度
を均一化し、濃度ムラのない画像を形成することは難し
い。また、トナーの補給を現像剤担持体の長手方向にわ
たって行う方法やトナーの予備攪拌室を設ける方法で
は、装置が大型化するという欠点を有している。

【０００６】これらの問題を解決する技術として、特開
昭６２−１５３８８２号公報には、スクリューオーガー
によって二成分現像剤を撹拌搬送する方法が開示されて
いる。この現像装置は、現像剤収容室内に複数のスクリ
ューオーガーが配設されており、各スクリューオーガー
の間には、仕切り板が設けられている。現像剤は、スク
リューオーガーにより常に流動し、撹拌されながら現像
装置内の撹拌部を循環しているため、特定の位置にトナ
ーが偏ることはない。また、スクリューオーガーの配設
には、パドルのように大きな空間を必要としないので、
装置が大型化することもない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−１５３８８２号公報に記載の現像装置では、現像
剤はスクリューオーガーの回転に伴ってその軸線方向に
搬送されるが、軸線方向への拡散がされにくく、新たな
トナーが補給された後、しばらくの間循環移送が行われ
るまでは全体のトナー濃度が不均一となる。

【０００８】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、現像剤収
容部における現像剤のトナー濃度を均一化する能力が高
く、画質の安定性に優れた小型の現像装置を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の請求項１に記載の現像装置は、静電電位
の差による潜像が形成される像担持体と対向するように
配置され、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤
を周面に磁気的に吸着して周回搬送する現像剤担持体
と、 前記現像剤担持体の、前記像担持体と対向する位
置の後方を覆うとともに、前記二成分現像剤を貯留する
現像剤収容室を備えたハウジングとを有する現像装置に
おいて、 前記現像剤収容室内に、ほぼ水平で互いに平
行に設置された２本のスクリューオーガーを有し、 こ
れらのスクリューオーガーは、現像剤を攪拌しながら、
それぞれの軸線方向であって互いに反対の方向へ現像剤
を搬送するとともに、これら２本のスクリューオーガー
間の軸線方向全域で双方が搬送する現像剤を混合するよ
うに配置されているものとする。

【００１０】このような現像装置では、従来の技術にみ
られるような、隣接する２本のスクリューオーガー間の
隔壁は設けられておらず、２本のスクリューオーガーが
各搬送領域の間で現像剤を混合・攪拌するように配置さ
れている。そして、隣接するスクリューオーガーによっ
て現像剤は互いに反対の方向へ搬送されるとともに、ス
クリューオーガー間で双方の搬送する現像剤が干渉し合
い、スクリューオーガーのほぼ全長にわたって攪拌が行
われる。このため、補給されたトナーは速やかに混合・
攪拌され、トナー濃度が現像装置内の全体で均一化され
るとともに、適切な帯電量が付与される。

【００１１】請求項２に記載の現像装置は、 請求項１
に記載の現像装置において、 前記現像剤担持体上に担
持された二成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材が
設けられており、 前記現像剤担持体は、固定支持され
た磁界発生手段と、その外側で周回移動する現像剤搬送
部材とを備え、 その搬送部材の外周面上に二成分現像
剤を磁気的に吸着し、前記層厚規制部材が設けられた位
置まで保持する前記磁界発生手段の磁極は、 前記現像
剤搬送部材上に吸着される現像剤量Ｍｐ（ｍｇ／ｃｍ
² ）が、層厚規制部材で規制され、前記像担持体との対
向位置へ搬送される現像剤量Ｍos（ｍｇ／ｃｍ² ）の３
倍以下となるように設定されているものとする。

【００１２】この現像装置では、層厚規制部材の上流側
で磁界発生手段の磁極の磁力を調整することにより、現
像剤担持体表面の吸着される現像剤の量が制限される。
そして、現像剤担持体表面に吸着された現像剤は、層厚
規制部材の位置で一定の層厚に規制されるが、現像剤担
持体上の現像剤量は低減されているため、層厚規制部材
の上流側で現像剤の滞留する量が少なくなる。したがっ
て、層厚規制部材の上流側で現像剤に大きな圧力が作用
することがなく、現像剤の劣化を抑制することができ
る。

【００１３】請求項３に記載の現像装置は、 請求項１
に記載の現像装置において、 前記二成分現像装置の磁
性キャリアとして、導電性の芯材と導電剤を含む表層と
を有し、抵抗率が１０⁸ Ω・ｃｍ以下の磁性粒体を用い
るものとする。

【００１４】一般に、画像形成過程で現像剤担持体から
像担持体へのトナーの転移は、温度や湿度などの環境因
子の影響を受けやすい。すなわち、温度や湿度が変化す
ればトナーの帯電量が変動するため、現像剤中のトナー
濃度が一定に保たれていても、画像濃度の変化を避ける
ことは難しい。しかし、上記構成の現像装置では、磁性
キャリアとして低抵抗磁性粒体が用いられているので現
像剤担持体表面に形成された磁気ブラシの電位が現像剤
担持体とほぼ等しくなる。このため現像バイアス電圧に
よる電界は磁気ブラシの先端付近と像担持体との間に生
じ、磁気ブラシの先端付近に吸着されたトナーのみが像
担持体に転移する。そして、この電界の作用範囲内にあ
るトナーの転移が飽和状態となるように現像バイアス電
圧を設定することにより、温度や湿度などの環境の変化
に左右されず、安定した良好な画像を形成することがで
きる。また、このような現像を行うためには、常に一定
のトナー濃度と適切な帯電量とが保たれていることが要
求されるが、この現像装置では、現像剤収容室内に２本
のスクリューオーガーが配設され、これらのスクリュー
オーガーが軸線方向に互いに反対の方向へ現像剤を搬送
するとともに、これらの２本のスクリューオーガー間の
軸線方向全域で双方が搬送する現像剤を混合するように
構成されているので、トナーを攪拌しトナー濃度を均一
化する能力が高く、安定して良好な現像を行うことがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図に基
づいて説明する。 ［第１の実施の形態］図１は、請求項１に記載の発明の
一実施形態である現像装置を示す概略構成図である。こ
の現像装置１は、像担持体２と対向するように配設され
ており、像担持体２は、現像剤搬送部材４と０．５ｍｍ
の間隙を有し、周速度１５０ｍｍ／ｓｅｃで図中に矢印
で示す方向に回転している。また、この像担持体２上に
は、通常の電子写真プロセスにより、露光部電位−２０
０Ｖ、非露光部電位−６５０Ｖの潜像が形成されてい
る。この現像装置１は、二成分現像剤を収容するハウジ
ングを有し、このハウジングの像担持体２と対向する位
置に開口が設けられており、この開口部に像担持体と対
向するように現像剤担持体３が配設される。この現像剤
担持体３の上方には、現像剤担持体表面の現像剤層を一
定の層厚に規制する層厚規制部材６が配設されている。
また、このハウジング内には、２本のスクリューオーガ
ー７、８がほぼ水平に、互いに平行に配置されている。

【００１６】上記現像剤担持体３は、周回可能に支持さ
れた現像剤搬送部材４と、その内部にあって固定支持さ
れた磁石ロール５（磁界発生手段）とを有し、磁石ロー
ル５の磁力によって現像剤搬送部材の表面に二成分現像
剤を吸着し、現像剤搬送部材の周回によって像担持体と
の対向位置へ搬送するようになっている。現像剤搬送部
材４は、層厚規制部材６と０．７ｍｍの間隙を有し、周
速度３００ｍｍ／ｓｅｃで図１中に示す矢印の方向に回
転している。この現像剤搬送部材４は導電性の非磁性材
料、たとえばアルミニウムからなり、表面はブラスト処
理により、十点平均粗さＲｚで数ミクロンの微小凹凸が
形成されている。さらに、この現像剤搬送部材４には、
図示しない電源から、Ｖp-p ＝１．５ＫＶ、周波数ｆ＝
６ＫＨz の交流成分とＶdc＝−５００Ｖの直流成分とが
重畳された電圧が印加されている。

【００１７】磁石ロール５には、像担持体２と対向する
位置で現像剤の穂立ちを形成する現像磁極Ｓ１と、像担
持体２と現像剤担持体３とが対向する現像部を通過した
後の現像剤を現像剤搬送部材４の表面から剥離し、画像
履歴を解消するために隣接配置された二つの同極性の剥
離磁極Ｎ３およびＮ４と、撹拌部において混合・撹拌さ
れた現像剤を搬送部材４の表面に磁気的に吸引する吸着
磁極Ｓ３と、現像剤を所定の厚さに調節するために層厚
規制部材６の近傍で現像剤の穂立ちを形成する層形成磁
極Ｓ２と、搬送される現像剤を現像剤搬送部材４の表面
に維持するための搬送磁極Ｎ１およびＮ２とが着磁され
ている。なお、各磁極位置における現像剤搬送部材４の
表面上での磁束密度が、磁極Ｎ１は７００ガウス、磁極
Ｎ３は５００ガウス、磁極Ｎ４は６５０ガウス、磁極Ｓ
１は１０００ガウス、磁極Ｓ２、磁極Ｓ３および磁極Ｎ
２は９００ガウスとなるようにそれぞれ設定されてい
る。

【００１８】上記スクリューオーガー７、８は、径２０
ｍｍ、ピッチ６ｍｍのスクリュー構造を有し、現像剤を
撹拌し、搬送するために同方向に回転駆動される。そし
て、これらのスクリューは、互いに反対の方向の螺旋翼
を有しているため、それぞれのスクリューオーガーが搬
送する現像剤の方向は互いに反対の方向となる。

【００１９】次に、上記現像装置の動作について説明す
る。図２は、上記の現像装置のスクリューオーガーよる
現像剤の搬送方向を示す概略図であり、図中の矢印は現
像剤の流れの方向を示す。現像撹拌部へ補給されるトナ
ーはＡ点から供給され、スクリューオーガー７、８の回
転により、循環移送される。その際、一部の現像剤は前
方のスクリューオーガー７から磁気吸引力で現像剤担持
体３へ引きつけられる。これらのスクリューオーガー間
には、従来の装置と異なり、隣のスクリューオーガーの
搬送領域とを仕切る隔壁が設けられていない。そのため
現像剤はスクリューオーガー７、８の翼体に押されて、
スクリューオーガーの軸線方向に搬送されるが、この周
囲の現像剤はスクリューオーガーの外側へ拡がるように
押される。この力によりスクリューオーガーの軸線方向
のほぼ全域で、双方のスクリューオーガーによって搬送
される現像剤の流れが干渉し合い、攪拌・混合が行なわ
れる。このためトナーに十分な帯電量が付与されるとと
もに、現像剤は短い時間で全体が攪拌され、トナー濃度
がスクリューオーガーの軸線方向の全域で均一となる。
このようにして撹拌・搬送された現像剤は、図１に示す
現像剤担持体３の吸着磁極Ｓ３の磁界が及ぶ領域で現像
剤搬送部材４に吸着され、この現像剤搬送部材の周回に
よって、搬送磁極Ｎ２を経て層形成磁極Ｓ２へ搬送され
る。

【００２０】層形成磁極Ｓ２へ搬送された現像剤は、層
厚規制部材６により、一定の層厚に規制されるが、この
とき層厚規制部材６によって現像剤搬送部材４上から切
り取られた余剰現像剤は、撹拌・搬送領域に落下し、再
びスクリューオーガー７、８による撹拌・搬送を受け
る。一方、一定の層厚に規制された現像剤層は、搬送磁
極Ｎ１を経て現像磁極Ｓ１に至り、対向する像担持体２
上に形成された静電潜像へのトナーの転移が行われる。
現像に使用されなかったトナーおよびキャリアは、同極
性磁極が隣接配置された剥離磁極Ｎ４およびＮ３の領域
に搬送されて、現像剤搬送部材４から剥離され、再びス
クリューオーガー７、８による撹拌・搬送を受ける。

【００２１】上記現像装置における現像剤担持体３上の
単位面積当りの現像剤重量は実測されており、測定方法
および測定結果は次のとおりである。現像装置の駆動を
開始し、定常状態となった後停止する。現像装置から現
像剤担持体を静かに取りはずし、測定領域以外の現像剤
をスクレーパーで掻き落とした後、総重量を測定し、あ
らかじめ測定しておいた現像剤担持体の重量との差から
測定領域に担持されている現像剤の重量を算出する。次
に現像剤吸着磁極から層規制部材までの実質面積を計算
し、この値と先に測定した測定領域の現像剤重量とから
現像剤担持体上の単位面積当りの現像剤重量を算出す
る。上記現像装置を駆動させ、定常状態となった時の撹
拌部における現像剤重量は５５０ｇ、現像剤担持体上に
吸着されている現像剤は１００ｇであり、その時の現像
剤吸着磁極から層形成部材までに吸着されている現像剤
の単位面積当りの平均重量は、約４５０ｍｇ／ｃｍ²
で、層形成部材通過後に吸着されている現像剤は約８０
ｍｇ／ｃｍ² であった。

【００２２】［実験１］上記の現像装置の現像剤撹拌性
能を調べるために、以下の実験を実施した。下記に示す
富士ゼロックス（株）製Ａ−Ｃｏｌｏｒ６３５用トナー
とキャリアとを用いて、上記の現像装置のトナー補給点
（図２中に符合Ａで示す）から無帯電トナーを６ｇ投入
した後、経時的に画像を形成して画像形成幅の両端部お
よび中央の３か所で画像濃度を測定した。

【００２３】 ［キャリア］ 粒径：５０μｍ コア材：フェライト（Ｆ−３００，パウダーテック社製） １００重量部 コート材： スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比３０：７０） ０．５重量部 トルエン １４重量部 製造方法：フェライトを除く上記成分をサンドミルにて
１時間分散してコート層形成用溶液を作成する。次に、
このコート層形成用溶液とフェライトを真空脱気型ニー
ダーに入れて、温度６０℃で減圧しながら２０分攪拌し
てコート層を形成し、上記キャリアを得る。 ［トナー］ポリエステル（数平均分子量：４，３００、
重量平均分子量： ９，８００、Ｔｇ＝５８℃）９４ｗ
ｔ％、着色材６ｗｔ％を混練粉砕し、平均粒径を７μｍ
としたもの

【００２４】画像形成は、トナー投入後１５秒、３０
秒、４５秒、６０秒、９０秒および１２０秒経過時に行
っており、その結果を図３（ａ）に示す。この図に示さ
れるように、いずれの画像形成時においても上記の３か
所で画像濃度に差はみられず、均一な画像が得られた。

【００２５】また、上記の実験と同様に、トナー補給点
Ａから無帯電トナーを６ｇ投入した後、画像形成は行わ
ず像担持体との対向部におけるトナー濃度を画像形成幅
の両端部及び中央の３か所で経時的に測定した。測定は
トナー投入直後、５秒後、１０秒後、１５秒後、２０秒
後、３０秒後、４５秒後、６０秒後、９０秒後および１
２０秒後に実施した。その結果は、図３（ｂ）に示すと
おりであり、トナー濃度は、無帯電トナー投入後数秒以
内で大きなばらつきを示したが、１５秒後にはみられな
くなり、その後もほぼ安定したトナー濃度が維持され
た。以上のように、上記の現像装置では、トナー補給後
早期にトナー濃度が安定し、画像濃度ムラのない均一な
画像が形成されることがわかった。

【００２６】さらに、スクリューオーガーと現像剤撹拌
効果との関係を確認するために、上記現像装置のスクリ
ューオーガーの翼体の径と現像剤溜りの空隙面積（図４
（ａ）中に符号Ｂで示す範囲）との比を変え、これに伴
うトナー濃度安定時間の変動について実験を行なった。
その結果は図４（ｂ）に示すとおりであり、スクリュー
オーガーの軸線に垂直な断面におけるスクリューオーガ
ーの投影面積の現像剤溜りの面積に対する比が０．３か
ら０．８の範囲では、トナー投入後トナー濃度の安定化
に要する時間が短く、良好な現像剤撹拌効果が得られ
た。しかしながら、断面積の比が上限（面積比＝１）に
近づくにつれ、隣り合ったスクリューオーガー間で移動
する現像剤の量は極端に減少し、充分な現像剤撹拌効果
が得られない。また、面積比が０．２を下回ると、スク
リューオーガーの外周部分で現像剤に働く力が隣のスク
リューオーガーの影響領域まで及ばず、スクリューオー
ガー間を移動する現像剤の量が減少するため、充分な現
像剤撹拌効果が得られないばかりか、現像剤の循環もみ
られなくなった。また、この実験でスクリューオーガー
の回転数を上げたところ、トナー濃度安定時間は短縮さ
れたが、良好な現像剤撹拌効果が得られる面積比の範囲
は不変であった。

【００２７】次に、上記の現像装置の効果を従来の現像
装置と比較検討するために、図５に示す現像装置を用い
た実験を行った。この現像装置は従来から知られている
もので、図５に示すように２本のスクリューオーガーの
間に隔壁１０が設けられ、これによって各スクリューオ
ーガーの周囲に独立した搬送路が形成されている。そし
て、この隔壁１０の長手方向の端部には、３ｃｍの幅で
連通口が設けられており、現像剤はスクリューオーガー
１７、１８によって撹拌されながら、この連通口を通じ
て循環する構造となっている。この現像装置のその他の
構成は図１に示すものと同じである。この現像装置にお
ける現像剤の流れは、図６に示すように、２本のスクリ
ューオーガー１７、１８の長手方向に沿って互いに反対
の方向であり、これら２本の搬送路間での現像剤の移動
は、上記の連通口を通じてのみ行われる。

【００２８】この現像装置に無帯電トナーを６ｇ投入し
た後、１５秒、３０秒、４５秒、６０秒、９０秒および
１２０秒経過時に画像を形成して画像形成幅の両端部お
よび中央の３か所で画像濃度を測定した。その結果は図
７（ａ）に示すとおりであり、トナー投入後１５秒およ
び３０秒経過時には画像濃度のばらつきが発生した。ま
た、この現像装置に無帯電トナーを６ｇ投入し、像担持
体との対向部におけるトナー濃度を画像形成幅の両端部
および中央の３か所で、トナー投入直後、５秒後、１５
秒後、２０秒後、３０秒後、４５秒後、６０秒後、９０
秒後および１２０秒後に測定した結果、図７（ｂ）に示
すようにトナー投入後５秒から３０秒経過時までトナー
濃度のばらつきがみられた。これは、本願発明の実施形
態の現像装置と比較して、トナー濃度の安定化により長
い時間を要している。

【００２９】さらに、トナー濃度を高く設定した場合と
低く設定した場合とで撹拌によるトナー帯電量の付与状
況を比較した結果、図８に示すように、いずれの撹拌時
間においても、トナー濃度の低い場合の方がトナー濃度
の高い場合に比べてトナー帯電量は大きかった。

【００３０】これらの結果から、この現像装置による画
像濃度のばらつきの原因は、補給された無帯電トナーが
充分撹拌および拡散されないまま現像剤担持体上に搬送
されたためであることがわかった。したがって、実験１
に用いた本願発明の現像装置は、上記従来の現像装置に
比べて現像剤の撹拌効果が高く、充分なトナー帯電量の
付与が可能であることが確認された。

【００３１】［第２の実施の形態］図９は、請求項２に
記載の発明の一実施形態である現像装置を示す概略構成
図である。この現像装置では、磁石ロール２５に設けら
れた磁極のうち、現像剤吸着磁極Ｓ３から層形成磁極Ｓ
２までの磁極が、それぞれ図１に示す現像装置の相当す
るする磁極に比べて弱く着磁されており、現像剤搬送部
材２４の表面で磁束密度が４５０ガウスとなっている。
この現像装置の他の構成は図１に示す現像装置と同じで
ある。

【００３２】この現像装置における現像剤の流れは、図
９に示すように、現像剤担持体２３の吸着磁極Ｓ３によ
って現像剤溜りから吸着され、層形成磁極Ｓ２へと搬送
されるが、吸着磁極Ｓ３による現像剤の吸着力は、図１
に示す現像装置より小さくなっているため、現像剤担持
体に吸着される量は少ない。そして、磁気的な拘束力が
小さい現像剤は、図９中に矢印Ｃで示す流れで現像剤溜
りへ落下し、再び攪拌される。一方、吸着磁極Ｓ３によ
って現像剤担持体表面に吸着された現像剤は層形成部材
２６により規制されるが、吸着されている現像剤の量が
少ないので、図９中に矢印Ｄで示す流れに従って現像剤
溜りへ落下する余剰現像剤の量も少ない。したがって、
層規制部材の上流側で現像剤に過大な圧力が加わること
が少なく、現像剤の劣化が防止される。なお、この現像
装置の現像剤撹拌部においては、図１に示す現像装置と
同様に図２に示すような現像剤の流れが生じており、ス
クリューオーガー２７，２８の長手方向の全域で双方の
スクリューオーガー２７，２８が搬送する現像剤の攪拌
・混合が行なわれ、新たなトナーが補充されても短い時
間でトナー濃度が均一化される。

【００３３】この現像装置において、現像剤の流れが定
常状態となったところで、現像剤担持体上に吸着されて
いる現像剤と現像剤撹拌部に収容されている現像剤の重
量を測定したところ、それぞれ約３０ｇ、６２０ｇであ
った。そして、吸着磁極Ｓ上から層形成部材２６までの
単位面積当りに吸着されている平均現像剤重量は、約１
５０ｍｇ／ｃｍ² であり、層形成部材２６を通過した後
は８０ｍｇ／ｃｍ² であった。

【００３４】［実験２］この現像装置の撹拌性能を実験
１の現像装置と比較するため、撹拌部に収容されている
現像剤の量を実験１と同じ４５０ｇとし、無帯電トナー
６ｇを投入した後１５秒、３０秒、４５秒、６０秒、９
０秒および１２０秒通過時に画像を形成し、画像形成幅
の両端部および中央の３か所で画像濃度を測定する実験
を行なった。その結果は、図１０（ａ）に示すように、
いずれの測定時間においても画像濃度のばらつきはみら
れなかった。

【００３５】また、この現像装置に無帯電トナー６ｇを
投入し、投入直後、５秒後、１０秒後、１５秒後、２０
秒後、３０秒後、４５秒後、６０秒後、９０秒後および
１２０秒後に画像形成幅の両端部および中央の３か所で
トナー濃度を測定した。その結果は、図１０（ｂ）に示
すように、トナー投入後５秒経過時と１０秒経過時にト
ナー濃度の大きなばらつきがみられたが、１５秒後には
ほぼ均一となり、それ以降大きなばらつきはみられなか
った。以上のように、この現像装置では、現像剤の劣化
を低減するとともに、良好な現像剤の撹拌性および搬送
性により、トナー濃度を均一化し、トナーに充分な帯電
量を付与する性能を有することが確認された。

【００３６】次に、上記実験２で用いた現像装置の効果
を従来の現像装置と比較検討するために、図１１に示す
現像装置を用いて同様の実験を行った。この現像装置
は、２本のスクリューオーガー３７，３８間に隔壁３０
が設けられている他は、図９に示す現像装置と同じであ
る。この現像装置では、図９に示す現像装置と同様に現
像剤担持体３３に吸着される現像剤の量が制限されるた
め、層形成磁極Ｓ２へ搬送され層規制部材３６で規制さ
れる現像剤の量は少ない。また、現像剤撹拌部ではスク
リューオーガー３７、３８によって攪拌・搬送される
が、ここでスクリューオーガーによる現像剤の流れは、
図７に示すように、２本のスクリューオーガーの長手方
向に沿って互いに反対の方向に搬送され、隔壁で仕切ら
れた２本の搬送路間での現像剤の移動は、スクリューオ
ーガーの長手方向の両端部に設けられた連通口を通じて
のみ行われる。

【００３７】この現像装置に無帯電トナーを６ｇ投入し
た後、１５秒、３０秒、６０秒、９０秒および１２０秒
経過時に画像を形成して、画像形成幅の両端部および中
央の３か所で画像濃度を測定した。その結果は、図１２
（ａ）に示すようにトナー投入後１５秒経過時から４５
秒経過時まで画像濃度のばらつきが発生した。しかも、
このばらつきは、実験１で比較に用いた現像装置（図５
に示す現像剤）におけるばらつきに比べ、ばらつきの程
度が大きく、持続時間も長かった。

【００３８】また、この現像装置に無帯電トナー６ｇを
投入し、投入直後、５秒後、１０秒後、１５秒後、２０
秒後、３０秒後、４５秒後、６０秒後、９０秒後および
１２０秒後に画像形成幅の両端部および中央の３か所で
トナー濃度を測定した結果、図１２（ｂ）に示すよう
に、トナー投入後５秒から３０秒経過時まで大きなばら
つきがみられ、図９に示す現像装置（請求項２に記載の
発明の実施形態）におけるばらつきと比べてばらつきの
持続時間が長く、またばらつきの程度は、図９に示す現
像装置および図５に示す現像装置（実験１で用いた比較
例）と比べて大きかった。

【００３９】以上のように、この比較例の現像装置（図
１１に示す現像装置）での画像濃度およびトナー濃度の
ばらつきは、実験１の比較に用いた現像装置（図５に示
す現像装置）より大きかったが、その原因は、現像剤担
持体上の吸着部から層形成部までの間に現像剤を攪拌す
る機能があり、この区間に存在する現像剤量が少なけれ
ばこの攪拌力が低下し、現像剤の攪拌・混合が不十分と
なり易いためと考えられる。つまり、層形成部上流の現
像剤量が少なければ、現像剤に作用する圧縮力・摩擦力
は小さくなり、現像剤の劣化を防止することができる
が、その一方で、現像剤攪拌機能が減少し、トナー濃度
および画像濃度のばらつきが生じやすくなる。しかしな
がら、本願発明に係る現像装置では、現像剤の劣化防止
のために層形成部上流の現像剤量を少なくしても、スク
リューオーガーによる撹拌が効率よく行なわれるので、
低下した現像剤担持体上の攪拌機能を補うことができ、
均一な画像を提供しながら現像剤の劣化を防止すること
が可能である。

【００４０】［第３の実施の形態］ここで説明する現像
装置は、請求項３に記載の発明の一実施形態であり、現
像装置各部の構成は図９に示すものと同じであるが、現
像剤中のキャリアとして、低抵抗磁性化処理を施したも
のを用いている。このキャリアは、被覆層樹脂中に導電
性粉末を１０体積％分散させた被覆材料で低抵抗磁性コ
アを０．８μｍの膜厚に被覆したものである。低抵抗磁
性コアとしては平均粒径５０μｍのマグネタイト（ＭＸ
０３０Ａ、富士電気化学社製）を、被覆層樹脂としては
スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比２０：８
０）を、導電性粉末としてはカーボンブラック（ＶＸＣ
７２、キャボット社製）をそれぞれ用いている。

【００４１】このキャリアおよびマグネタイト単体の抵
抗は以下の方法で測定した。上記の現像装置をアルミニ
ウム板と０．５ｍｍの間隔を有するように対向配置し、
この間にキャリアまたはマグネタイト粒子が充填された
状態で現像装置とアルミニウム板との間に直流電圧を印
加して電流値を測定する。この電流値から電解Ｅと電流
密度Ｊとの間に一般に知られる関係、ｌｏｇＪ＝Ｅ^1/2
により抵抗値を求めた。この結果、１０⁴ Ｖ／ｃｍの電
界でのキャリアの抵抗は１０⁸ Ω・ｃｍであり、マグネ
タイト単体の抵抗は１０^-5Ω・ｃｍであった。また、導
電基板を上記の被覆材料で０．８μｍの厚さに被覆し、
この上に金属電極を蒸着し、電流−電圧特性から求めた
被覆層単体の抵抗は、１００Ｖ／ｃｍの電界下で１０⁵
Ω・ｃｍであった。

【００４２】上記のようなキャリアを用いた現像では、
現像バイアス電圧の上昇に対する現像トナー量の飽和特
性により、環境が変動しても安定して適切な濃度の画像
が得られる。これは次のように説明される。図１３に示
すように、現像コントラスト電圧Ｖs が上昇すると現像
トナー量は増加していくが、ある現像コントラスト電圧
Ｖsa以上で現像トナー量がほとんど増加しない飽和領域
に到達する。この飽和状態となる領域に現像コントラス
ト電圧Ｖs が入るように現像バイアス用の電位の直流成
分Ｖ bias および静電潜像の露光部の電位を設定するこ
とにより、温度・湿度等の環境が変化し、像担持体の電
位が変動しても、現像トナー量は飽和領域にあるので、
現像量の変化はない。また、トナーの帯電量が変動して
も、現像剤中のトナー濃度が一定であれば、図１３に示
す現像量曲線の飽和状態に至る傾きが変化するだけで、
現像トナー量に変化は生じない。このため、環境の変化
や像担持体の電位変動に対しても、現像濃度の変動のな
い安定した画像を得ることが可能となる。

【００４３】このような飽和現像特性を利用するために
は、磁性キャリアの抵抗率が低いことが必要となる。現
像剤担持体上には、図１４に示すようにトナーを付着し
た磁性キャリアが穂状に連なったいわゆる磁気ブラシが
形成されているが、磁性キャリアの抵抗率が低いと、磁
気ブラシ中が導電性に近く電界がゼロとなり、いわゆる
仮想現像電極の位置が像担持体に近接することになる。
したがって、トナーを転移させる電界は磁気ブラシの先
端付近と像担持体の表面との間に形成される。その結
果、電界のおよぶ領域内のトナー量が磁気ブラシの先端
付近すなわち像担持体の近傍に存在するものに限られ、
現像に寄与するトナー量が制限されるので、ある電位以
上では現像トナー量が飽和するようになる。そして、キ
ャリアに付着しているトナー量すなわちキャリアに対す
るトナーの濃度が常に一定に維持されると、環境の変動
等によってトナーの帯電量が変化しても、現像トナー量
はほぼ一定に保たれ、常に適切な濃度の現像が行なわれ
る。

【００４４】このように環境が変動する場合にも安定し
た現像を行なうためには、トナー濃度を一定に、かつ現
像装置内で均一に維持することが必要となるが、本実施
形態の現像装置では、スクリューオーガーによる攪拌効
率が高く、新たなトナーを補給した後も短い時間でトナ
ー濃度は均一となる。なお、このような現像トナー量の
飽和特性を利用するにはキャリアの抵抗値を約１０⁸ Ω
・ｃｍ以下とするのが望ましい。

【００４５】［実験３］上記の現像装置と現像剤とを用
い、無帯電トナーを６ｇ投入した後１５秒、３０秒、４
５秒、６０秒、９０秒および１２０秒経過後に画像を形
成し、画像形成幅の両端部および中央の３か所で画像濃
度を測定した。その結果は、図１５（ａ）に示すとおり
であり、画像濃度のばらつきは発生せず、トナー投入１
５秒後の早期から均一な画像が形成された。

【００４６】また、この現像装置と現像剤とを用い、無
帯電トナーを６ｇ投入した直後、５秒後、１０秒後、１
５秒後、２０秒後、３０秒後、４５秒後、６０秒後、９
０秒後および１２０秒後に画像形成幅の両端部および中
央の３か所でトナー濃度を測定した。その結果は、図１
５（ｂ）に示すように、トナー投入５秒後と１０秒後に
ばらつきがみられたが、１５秒経過後では大きなばらつ
きはみられなくなった。以上のように、この現像装置と
現像剤とを用いた場合にも、トナー補給後早期にトナー
濃度が安定化し、均一な濃度の画像が得られることが確
認された。

【００４７】さらに、上記現像装置と現像剤との組み合
わせによる効果を確認するために、実験２で用いた従来
の現像装置（図１１に示す現像装置）に、上記キャリア
を含む現像剤を収容して同様の実験を行った。この現像
装置に無帯電トナーを６ｇ補給した後に形成した画像の
濃度は図１６（ａ）に示すとおりであり、トナー補給後
１５秒経過時から６０秒経過時までの画像には濃度のば
らつきがみられ、ばらつきの程度は、上記図９に示す現
像装置に上記低抵抗キャリアを用いたものと比較して明
らかに大きく、また図１１に示す従来の現像装置に一般
の未処理の現像剤を投入した結果と比較してもさらに大
きくなっている。

【００４８】また、この現像装置に無帯電トナーを６ｇ
補給した直後、５秒後、１０秒後、１５秒後、２０秒
後、３０秒後、４５秒後、６０秒後、９０秒後および１
２０秒後に画像形成幅の両端部および中央の３か所でト
ナー濃度を測定した結果、図１６（ｂ）に示すように、
トナー補給５秒後から４５秒後まで、明らかなトナー濃
度のばらつきがみられた。このトナー濃度のばらつきの
程度は、上記図９に示す現像装置に上記低抵抗キャリア
を用いたものと比較して明らかに大きくなっている。ま
た、ばらつきの持続時間も長くなっており、これは、図
１１に示す従来の現像装置に低抵抗化処理のされていな
いキャリアを用いた場合と比較しても、さらにばらつき
の持続時間が長くなっている。

【００４９】このように、低抵抗処理のされていない現
像剤を用いた実験との比較の結果からわかるように、上
記の低抵抗磁性化処理を施した現像剤を用いる場合、ト
ナー濃度のばらつきに伴う画像濃度のばらつきが生じや
すいことが確認されたが、本願発明に係る現像装置によ
って画像形成を行ったところ、現像剤の撹拌が充分に行
われ、画像濃度のばらつきへの影響はみられなかった。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本願に係る現像装
置は、良好な現像剤撹拌性能を有することにより、トナ
ー濃度を均一化し、充分なトナー帯電量を付与すること
ができる。また、この現像装置は、現像剤の劣化防止の
ために現像剤担持体上の層形成部上流に吸着・搬送され
る現像剤の量を少なくした構成において、低下した現像
剤撹拌機能を補うことができる。さらに、低抵抗磁性化
処理を施した現像剤を用いて画像形成を行なう場合にお
いては、現像装置内における現像剤の高い撹拌性能が要
求され、トナー濃度が均一でないと顕著に画像濃度が不
均一となり、従来の現像装置ではこのような現像剤の使
用は困難であったが、本願発明に係る現像装置では、現
像剤の撹拌が充分に行われ、短い時間でトナー濃度が均
一化されるので、低抵抗磁性化処理されたキャリアを用
いて環境の変動に対しても安定して均一な濃度の画像を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の一実施形態である現像
装置を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す現像装置内の現像剤の流れを示す概
略図である。

【図３】図１に示す現像装置にトナーを補給した後の画
像濃度およびトナー濃度の推移を示す図である。

【図４】図１に示す現像装置におけるスクリューオーガ
ーの面積比とトナー濃度の安定化時間との関係を示す説
明図である。

【図５】図１の現像装置と効果を比較するために用いた
従来の現像装置を示す概略構成図である。

【図６】図５に示す現像装置内の現像剤の流れを示す概
略図である。

【図７】図５に示す現像装置にトナーを補給した後の画
像濃度およびトナー濃度の推移を示す図である。

【図８】現像装置内における現像剤の撹拌時間とトナー
の帯電量との関係を示す概略図である。

【図９】請求項２に記載の発明の一実施形態である現像
装置を示す概略構成図である。

【図１０】図９に示す現像装置にトナーを補給した後の
画像濃度およびトナー濃度の推移を示す図である。

【図１１】図９の現像装置と効果を比較するために用い
た現像装置を示す概略構成図である。

【図１２】図１１に示す現像装置にトナーを補給した後
の画像濃度およびトナー濃度の推移を示す図である。

【図１３】コントラスト電圧に対する現像トナー量の飽
和領域を説明する図である。

【図１４】像担持体と現像剤担持体との対抗位置におけ
る磁気ブラシの状態を示す概略図である。

【図１５】図９に示す現像装置に低抵抗磁性化処理され
たキャリアを用い、トナーを補給した後の画像濃度およ
びトナー濃度を測定した結果を示す図である。

【図１６】図１１に示す現像装置に低抵抗磁性化処理さ
れたキャリアを用い、トナーを補給した後の画像濃度お
よびトナー濃度を測定した結果を示す図である。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１ 現像装置 ２，１２，２２，３２ 静電潜像担持体 ３，１３，２３，３３ 現像剤担持体 ４，１４，２４，３４ 現像剤搬送部材 ５，１５，２５，３５ 磁石ロール（磁界
発生手段） ６，１６，２６，３６ 層厚規制部材 ７，８，１７，１８，２７，２８ スクリューオーガ
ー ９，１９，２９，３９ 層形成部 １０，３０ 仕切り部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電電位の差による潜像が形成される
   像担持体と対向するように配置され、トナーと磁性キャ
   リアとを含む二成分現像剤を周面に磁気的に吸着して周
   回搬送する現像剤担持体と、 前記現像剤担持体の、前記像担持体と対向する位置の後
   方を覆うとともに、前記二成分現像剤を貯留する現像剤
   収容室を備えたハウジングとを有する現像装置におい
   て、 前記現像剤収容室内に、ほぼ水平で互いに平行に設置さ
   れた２本のスクリューオーガーを有し、 これらのスクリューオーガーは、現像剤を攪拌しなが
   ら、それぞれの軸線方向であって互いに反対の方向へ現
   像剤を搬送するとともに、これら２本のスクリューオー
   ガー間の軸線方向全域で双方が搬送する現像剤を混合す
   るように配置されていることを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の現像装置において、 前記現像剤担持体上に担持された二成分現像剤の層厚を
   規制する層厚規制部材が設けられており、 前記現像剤担持体は、固定支持された磁界発生手段と、
   その外側で周回移動する現像剤搬送部材とを備え、 そ
   の搬送部材の外周面上に二成分現像剤を磁気的に吸着
   し、前記層厚規制部材が設けられた位置まで保持する前
   記磁界発生手段の磁極は、 前記現像剤搬送部材上に吸
   着される現像剤量Ｍｐ（ｍｇ／ｃｍ² ）が、層厚規制部
   材で規制され、前記像担持体との対向位置へ搬送される
   現像剤量Ｍos（ｍｇ／ｃｍ² ）の３倍以下となるように
   設定されていることを特徴とする現像装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の現像装置において、 前記二成分現像装置の磁性キャリアとして、導電性の芯
   材と導電剤を含む表層とを有し、抵抗率が１０⁸ Ω・ｃ
   ｍ以下の磁性粒体を用いることを特徴とする現像装置。