JP2000010386A

JP2000010386A - 現像装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2000010386A
Application number: JP10188286A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Shoji; 尚史庄司; Osamu Sato; 佐藤　　修; Yoshiko Ishii; 佳子石井; Hirokatsu Suzuki; 宏克鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的なストレスが少ない方法でトナーの帯
電量を適正化し、現像能力が高く、かぶりのない画像を
形成する現像装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】現像スリーブ２１による現像剤の搬送方
向に関してドクターブレード２３より下流側で現像領域
より上流側の現像スリーブ近傍に、現像スリーブに担持
された現像剤に接触しないような電極部材２６を設け、
該電極部材と現像スリーブとが対向する領域の少なくと
も一部において現像スリーブに垂直方向の磁束密度が水
平方向の磁束密度より大きくなるような磁界を形成する
ことで、電極部材と対向する現像スリーブ上に高くて粗
の状態の磁気ブラシが形成され、該磁気ブラシ近傍には
空間を有する。そして、電極部材と現像スリーブとの間
に周期的に変化する電界を形成し、該磁気ブラシに作用
させると、トナーはキャリアと分離・接触する運動をお
こなう。このとき、磁気ブラシ近傍には空間があるの
で、トナーは効率よく運動を繰り返し、次第に電荷量を
増加させ、適正な帯電量を得るようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、プリンター等の画像形成装置およびこれに用いら
れる現像装置に係り、詳しくは、トナーと磁性キャリア
からなる二成分現像剤をもちいた現像装置および該現像
装置を用いた画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】二成分現像装置を用いた画像形成装置
は、高速対応性に優れており、複写機、ファクシミリ、
プリンター等の多くの製品として実用化されている。二
成分現像装置では、内部に磁石を配置した非磁性の現像
スリーブからなる現像剤担持体の表面にトナーと磁性キ
ャリアからなる二成分現像剤を担持させ、現像剤規制部
材により担持した現像剤の量を規制した後、静電潜像が
形成された像担持体と対向する現像領域まで搬送する。
現像領域においては、現像スリーブにバイアスを印加
し、像担持体と現像スリーブとの間に電界を形成し、該
電界により現像スリーブ上のトナーを接触または非接触
で像担持体上に選択的に付着させて現像をおこなってい
る。また近年、現像スリーブに印加するバイアスを、周
期的に変化する波形を有するバイアス（以下、ＡＣバイ
アスという）とすることで、現像スリーブと像担持体と
の間に周期的な電界を形成して、現像能力と画像品質の
向上を達成した現像装置も数多く提案され、実用化され
ている。さらに、最近の研究により、ＡＣバイアスのピ
ーク間電圧を大きくすることでさらに現像能力と画像品
質が大きく向上することがわかってきた。

【０００３】また二成分現像剤としてのトナーとキャリ
アは、互いに接触することで摩擦帯電する。そこで、二
成分現像装置では、機械的攪拌手段により現像剤を攪拌
することで、トナーとキャリアとを接触させ、帯電させ
ている。ところが、このようにして帯電したトナーは、
図９に示すように、帯電量の分布をもつため、現像剤中
には帯電量の低いトナー（以下、弱帯電トナーという）
が含まれる。弱帯電トナーは、像担持体の非画像部にト
ナーが付着する現象（かぶり、あるいは地肌汚れと呼ば
れる）を発生させやすい。具体例として、帯電量測定装
置（例えば、商品名E-spartアナライザー）によりトナ
ーの帯電量分布を測定したとき、図９のＡのように帯電
量が０の付近にあまり分布を持たない現像剤に比べて、
Ｂのように０付近での分布が比較的多い現像剤ではかぶ
りが多く発生した。弱帯電トナーは、キャリアとの静電
的な付着力が小さいため、現像剤の中で浮遊しやすい。
また、弱帯電トナーは、静電潜像と現像バイアスとから
受ける束縛も小さいため、非画像部に付着する割合が多
くなると考えられる。このような弱帯電トナーによるか
ぶりの発生は、現像スリーブにＡＣバイアスを印加した
場合に発生しやすくなり、さらにはＡＣバイアスのピー
ク間電圧を大きくした場合に顕著に発生する。これは、
ＡＣバイアスは瞬間的に強い電界を形成するため、浮遊
トナーがより発生しやすいためと推定される。

【０００４】また、弱帯電トナーは、像担持体と現像ス
リーブとの間に形成された電界に対して反応しにくいの
で、弱帯電トナーを多く含む現像剤の現像能力は低下す
る。また、形成された画像の解像力も悪い。

【０００５】このような問題を解決するために、機械的
攪拌手段の形状、個数、動作条件等を変更し、攪拌能力
を向上させることで、トナーとキャリアとの接触の機会
を増加させる現像装置が知られている。しかしながら、
トナーの帯電を機械的攪拌手段のみにたよるので、攪拌
時に現像剤がうける衝撃が多くなり、キャリアのコート
層削れがおこってくる。また、攪拌による現像剤の局部
的な温度上昇により、キャリアへのトナー付着がおこり
やすい。このような現像剤へのストレスによるキャリア
の劣化がおこると、逆にトナーを帯電させる能力が低下
し、かぶりを発生させる原因となる。

【０００６】また、弱帯電トナーは、新しいトナーを現
像装置に補給したとき多く発生しやすい。これは、既存
のトナーとキャリアとが付着しており、新規に補給され
たトナーとキャリアとの接触機会が少ないためと考えら
れる。このため、特開平８―４４１７７号公報では、
「現像用開口及びトナー補給口が開設されたハウジング
を有し、該ハウジング内の現像用開口とトナー補給口と
の間に現像剤循環搬送経路を設け、ハウジングの現像用
開口に面して少なくとも直流現像バイアスが印加された
現像剤担持体を配設するとともに、現像剤循環搬送経路
中に現像剤攪拌手段を配設し、現像剤担持体に担持され
たトナーおよびキャリアからなる二成分現像剤にて潜像
担持体上の潜像を現像するようにして現像装置におい
て、上記現像剤担持体に近接して対向配置される補助電
極を設け、現像剤担持体および補助電極のいずれか一方
に交流バイアスを印加するとともに、補助電極には現像
剤担持体に印加される直流バイアスと同じか、あるい
は、補助電極側に向かってトナーが静電誘引される直流
バイアスを印加するようにしたことを特徴とする現像装
置」を提案している。この現像装置では、現像剤担持体
と補助電極の間に形成される振動電界の作用により、現
像剤担持体と補助電極の間を通過する現像剤に電気的振
動を与え、既存の現像剤のトナーとキャリアとを強制的
に一旦引き離し、補給された新たなトナーを攪拌混合
し、もって、補給されたトナーをキャリアとの間で摩擦
帯電させ、所定の帯電量に制御する。

【０００７】ところが、上記現像装置の現像剤担持体と
補助電極との間には現像剤が充填されているため、電気
的振動による、トナーとキャリアとを分離させる運動、
および、新たなトナーの現像剤への攪拌混合を充分にお
こなうことができない。このため、電気的振動によりす
べての弱帯電トナーを適正な帯電量にするという点では
不十分である。

【０００８】また、弱帯電トナーは、現像剤中のトナー
濃度が高く、トナーがキャリアに接触する機会が少ない
場合に多く発生しやすい。このため、現像装置へのトナ
ー補給量を制御し、現像剤のトナー濃度を規定範囲以下
とし、弱帯電トナーの発生を減少させる画像形成装置が
広く知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みなされたものであり、その目的とするところは、機
械的なストレスが少ない方法でトナーの帯電量を適正化
し、現像能力が高く、かぶりのない画像を形成する現像
装置および画像形成装置を提供することである。

【００１０】なお、特開平６―２６６２３４号公報で
は、振動電界下で、５〜１５ｍｍの小径の現像スリーブ
上に担持された二成分現像剤層からトナーを飛翔させて
像担持体上の静電潜像に付着させる現像装置において、
現像剤担持体に内包される磁石の現像領域に対する磁極
の位置および磁界の大きさを規定するとともに、現像領
域上流側の磁極の下流側に現像剤の層厚を規制する均し
規制部材を設け、該均し規制部材の先端に直流バイアス
が印加されるようにしたことを特徴とする現像装置が提
案されている。この現像装置では、現像スリーブ上の現
像剤を均し規制部材により現像スリーブ上に寝かしせた
状態に整えるとともに、均し規制部材の先端の電極と現
像スリーブとの間に交番電界を作用させ、トナークラウ
ドを発生させ易くし、現像能力を向上させるものであ
り、トナーの帯電量を適正にすることについては、なん
ら言及されていない。かえって、トナークラウドを発生
させることで、弱帯電トナーの飛散が起こりやすく、画
像上にもノイズとしてトナーが不規則に付着することが
多くなるという問題が発生する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、トナーと磁性キャリアからなる
二成分現像剤を担持し、静電潜像が形成された像担持体
と対向する現像領域に搬送する現像剤担持体と、該現像
剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制
部材とを備え、現像剤担持体にバイアスを印加して像担
持体に形成された静電潜像を現像する現像装置におい
て、現像剤の搬送方向に関して現像剤規制部材より下流
側で現像領域より上流側の現像剤担持体近傍に、現像剤
担持体に担持された現像剤に接触しないような電極を設
け、該電極と現像剤担持体とが対向する領域の少なくと
も一部において現像剤担持体に垂直方向の磁束密度が水
平方向の磁束密度より大きくなるような磁界を形成する
とともに、該電極と現像剤担持体との間に周期的に変化
する電界を形成するよう構成したことを特徴とするもの
である。

【００１２】請求項１の現像装置においては、電極と現
像剤担持体が対向する領域に形成される磁界により、現
像剤担持体表面にほぼ垂直方向に向き、ブラシ同士の間
隔を有した、いわゆる高く粗なった状態の磁気ブラシが
形成される。さらに、電極は該磁気ブラシと間隙を有し
て配置されている。このため、現像剤担持体上の磁気ブ
ラシ近傍には空間が形成される。ここで、磁気ブラシ中
のトナーは比較的広い帯電量布を持つものであり、弱帯
電トナーも含んでいる。このような磁気ブラシに、電極
と現像剤担持体との間に形成される周期的に変化する電
界（以下、振動電界という）が作用すると、磁気ブラシ
中の電荷を有するトナーはキャリアから離れ、再び接触
するという運動を繰り返しておこなう。磁気ブラシの周
辺にはトナーが自由に動くことのできる空間ができてい
るので、トナーの運動が効率的におこなえる。トナーは
キャリアと分離・接触を繰り返し、次第に電荷量を増加
させ、適正な帯電量を得るようになる。また磁気ブラシ
中の弱帯電トナーも僅かな電荷は有しているので、振動
電界によりキャリアから分離・接触するという運動を繰
り返しおこなうことができ、適正な帯電量を得るように
なる。適正な帯電量となったトナーは、現像領域におい
て、像担持体と現像剤担持体との間に形成された電界に
対して敏感に反応するので、現像能力が向上する。ま
た、弱帯電トナーがなくなるので、かぶりのない画像を
形成することができる。このように、本発明の現像装置
では、トナーの帯電を機械的攪拌のみに頼らず、振動電
界の作用により行っているので、機械的攪拌による現像
剤へのストレスを軽くすることができる。また、機械的
攪拌手段の構成を簡易にしたり、駆動による現像装置へ
のストレスを低減することができる。さらに、機械的攪
拌による帯電性均一化の限界をカバーできるというメリ
ットもある。

【００１３】また、請求項２の発明は、請求項１の現像
装置を用い、該現像装置にトナーを補給するトナー補給
部を備えた画像形成装置において、該現像装置の現像剤
のトナー濃度（現像剤中にトナーが占める質量比）を
ｎ、トナーの質量平均半径をｒ、トナーの真比重をρ、
キャリアの質量平均半径をＲ、キャリアの真比重をΡと
するとき、（ｒ／Ｒ）・（ρ／Ρ）・（１／ｎ−１）が
０．２５以上１．０以下の値となるようにトナー補給部
から現像装置へのトナー補給量を制御することを特徴と
するものである。

【００１４】請求項２の画像形成装置においては、請求
項１の現像装置を用いるので、前述のようにして、振動
電界によりトナーは効率よく運動し、適正な帯電量を得
ることが可能であり、現像能力が高く、かぶりのない画
像を形成する画像形成装置を提供することができる。こ
の画像形成装置では、トナー濃度が比較的高く、弱帯電
トナーを含んでいる場合でも、帯電量を適正化できる。
トナーはキャリアと接触することにより帯電するため、
トナー粒子の総表面積とキャリア粒子の総表面積の関係
がトナーの帯電量を制御すると考えられる。それらの比
はｈ＝（ｒ／Ｒ）・（ρ／Ρ）・（１／ｎ−１）という
式で代表される。発明者の実験では、式の値ｈが０．２
５〜１．０の範囲で、トナーの帯電量を所定範囲に制御
可能であることが明らかになった。そこで、現像装置へ
のトナー補給量を上記範囲とし、比較的トナー濃度が高
い現像剤を使用する。トナー濃度の高い現像剤を用いる
と、潜像担持体へのトナー供給量が増加し、現像能力を
向上させることができる。これを応用して現像スリーブ
の回転速度を従来より遅くする、または、静電潜像のダ
イナミックレンジを狭めること等ができ、ストレスの少
ない画像形成装置を構成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を画像形成装置であ
る電子写真方式のレーザープリンタ（以下、プリンタと
いう）に適用した一実施形態について説明する。図１は
本実施形態に係るプリンタのシステムブロック図であ
る。画像形成の流れを図１に基づき説明する。コンピュ
ータからの画像情報がインターフェースを介してプリン
ターに入力される。画像情報はビットマップイメージに
変換された後、ＬＤ駆動部に転送され、レーザー光Ｌを
画素単位で点滅させる。レーザー光Ｌはトナー像形成部
の像担持体に照射され、静電潜像が形成される。そして
後述するトナー像形成部にてトナー像が形成される。

【００１６】図２はプリンタのトナー像形成部の概略構
成図である。トナー像形成部は、潜像担持体としてのド
ラム状の有機感光体（ＯＰＣ）１の周りに、帯電装置と
しての帯電ローラ２と、レーザ光Ｌを照射する露光装置
３と、トナーを供給することによって感光体１上の静電
潜像をトナー像化する現像装置４と、感光体１表面上の
トナー像を転写紙Ｐ上に転写する転写装置としての転写
ローラ５と、感光体１表面から残留トナーを除去するク
リーニング装置６とが配設されている。また、転写紙Ｐ
を給紙するための給紙装置７と、転写紙Ｐ上に転写され
たトナー像を定着するための定着装置８とを備えてい
る。

【００１７】図３は、上記現像装置４の概略構成図であ
る。現像装置は、トナーと磁性キャリアとからなる二成
分現像剤を担持する現像剤担持体としての現像スリーブ
２１及び該現像スリーブ２１に内包される固定磁石２２
と、現像スリーブ２１上の現像剤量を規制する現像剤量
規制部材としてのドクターブレード２３と、現像剤を貯
留するための現像剤貯留部２４と、現像剤貯留部２４の
現像剤を互いに逆方向に攪拌しながら移動させる２本の
撹拌部材２５とを備えている。現像スリーブ２１は非磁
性の導電性部材で構成される円筒状の部材であり、電源
２７から現像バイアスが印加されるようになっている。
また、感光体１に対向している現像スリーブ２１の内部
には、対向する領域の少なくとも一部において現像スリ
ーブ２１に垂直方向の磁束密度が水平方向の磁束密度よ
り大きくなるような磁界を形成するための磁極が設けら
れている。

【００１８】つぎに、複写機の画像形成動作について説
明する。図２において、感光体１は矢印ａ方向に回転し
ながら帯電ローラ２からの電荷により一様に帯電した
後、露光装置３からのレーザ光Ｌを照射され、静電潜像
を形成する。この静電潜像は、現像装置４により現像さ
れ、顕像としてのトナー像が形成される。現像装置４に
より現像されたトナー像は、給紙装置７により感光体１
表面に搬送された転写紙Ｐに、転写ローラ５によって転
写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは、感光体１
から分離され、定着装置８で定着処理がなされた後に機
外に排紙される。一方、転写後の感光体１は、クリーニ
ング装置６よって未転写トナーが回収除去される。ここ
で、露光後の感光体１の表面電位は光照射部が−１００
ｖ、非露光部が−８００ｖ程度になっていて、光照射部
にトナーが付着するような現像（反転現像）が行なわれ
る。

【００１９】つぎに、現像装置４の現像動作について説
明する。図３において、現像スリーブ２１表面には、内
部の固定磁石２２が形成する磁界によって現像剤がブラ
シ状（以下、磁気ブラシという）に担持される。現像ス
リーブ２１上の磁気ブラシは、途中ドクターブレード２
３により量を規制されたのち、現像スリーブ２１の矢印
ｂ方向の回転により、感光体１と対向する現像領域まで
搬送される。

【００２０】そして、この現像装置４では、現像スリー
ブ２１の回転方向に対してドクターブレード２３の下流
側で、かつ、現像領域の上流側に電極部材２６が設けら
れている。電極部材２６は、金属などの導電性材料から
なり、現像スリーブ２１と同じ軸を有する円筒の一部と
なっていて、現像スリーブ２１に対して一定の面積で対
向している。電極部材２６は現像スリーブ２１とは一定
の距離を有し、また現像スリーブ２１上の磁気ブラシに
接触しないように間隙を有して配置されている。電極部
材２６に対向している現像スリーブ２１の内部には、対
向する領域の少なくとも一部において現像スリーブ２１
に垂直方向の磁束密度が水平方向の磁束密度より大きく
なるような磁界を形成するための磁極が設けられてい
る。また、電極部材２６と現像スリーブ２１との間に振
動電界を生じさせるために、電極部材２６に一定あるい
は周期的に変化する電圧を印加する電源２８が接続され
ている。

【００２１】電極部材２６に対向している領域の磁界に
より、現像スリーブ面にほぼ垂直方向に向き、ブラシ同
士の間隔を有する、いわゆる高く粗の状態の磁気ブラシ
が形成される。さらに、電極部材２６はこの磁気ブラシ
と間隙を有して配置されている。このため、磁気ブラシ
の周辺には空間が形成される。ここで、磁気ブラシ中の
トナーは帯電しているが、帯電量の分布が比較的広く、
弱帯電トナーも含んでいる。このような磁気ブラシに電
極部材２６と現像スリーブ２１との間に形成される振動
電界が作用すると、磁気ブラシは現像スリーブ面にほぼ
垂直な力を受け、磁気ブラシ中の帯電したトナーがキャ
リアより分離し、再びキャリアに接触するという運動を
繰り返しおこなう。ここで、磁気ブラシの周辺にはトナ
ーが自由に動くことのできる空間ができているので、振
動電界によるトナーの運動が効率的におこなえる。トナ
ーはキャリアと分離・接触を繰り返し、次第に電荷量が
増加させ、適正な帯電量を得るようになる。また、磁気
ブラシ中の弱帯電トナーも僅かな電荷は有しているの
で、振動電界によりキャリアから分離・接触するという
運動を繰り返しおこなうことができ、適正な帯電量を得
るようになる。

【００２２】このような過程で適正に帯電したトナーを
含む現像剤が現像領域に搬送されると、現像スリーブ２
１内部の垂直方向の磁束密度が水平方向の磁束密度より
大きくなるような磁界を形成する磁極により、磁気ブラ
シが対向する感光体１表面に接触するように形成され
る。そして、電源２７から現像スリーブ２１に印加され
た現像バイアスにより現像スリーブ２１と感光体１の静
電潜像との間で形成された電界によって、トナーが感光
体１上に移動する。ここで、適正に帯電したトナーは、
上記電界に対して敏感に反応するので、現像能力が高ま
る。さらに、弱帯電トナーがないので、非画像部への付
着が低減され、解像力も向上する。また、現像領域にお
いて形成される磁界により、感光体１へのキャリア付着
やキャリア飛散を防止する。現像によりトナーが消費さ
れると、それに相当する量のトナーが図示しないトナー
補給部から現像剤貯留部２４に補給される。補給された
トナーは撹拌部材２５により現像剤貯留部２４内の現像
剤と混合される。２本の撹拌部材によって攪拌搬送され
た現像剤は現像スリーブ２１近傍に達したとき、内部磁
石２２の作用で現像スリーブ２１に汲み上げられる。

【００２３】ここで、現像スリーブ２１内に設置される
固定磁石２２を各種試作し、電極部材２６と対向する現
像スリーブ２１面での磁束密度を測定するとともに、現
像スリーブ２１に印加する現像バイアスおよび電極部材
２６に印加するバイアスを変化させた条件で実験をおこ
ない、現像領域に搬送されたトナーの帯電量と画像品質
について検討した。

【００２４】現像剤は、最大磁化が６０emu/gで粒径５
０μｍのフェライト粒子を芯材とし、その表面をシリコ
ーン樹脂でコートしたキャリアと、質量平均粒径が７．
５μmでカーボンブラックで着色されている熱可塑性樹
脂を主成分とするトナーとを、トナー濃度５ｗｔ％（質
量比でキャリア：トナーが９５：５）で混合したものを
用いた。

【００２５】実験条件を表１、表２、表３、および表４
に示す。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【００２６】まず、表１の実験Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎ
ｏ．３について説明する。実験Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎ
ｏ．３では、電極部材２６の対向する領域における現像
スリーブ２１内の固定磁石２２は、現像スリーブ２１表
面に対して垂直に設けられており、垂直成分の磁束密度
が最大値を示す箇所では水平方向の磁束密度は０とな
る。この条件下では、電極部材２６と１．０ｍｍの間隙
を有して対向する現像スリーブ２１面に垂直に０．８ｍ
ｍ〜０．９ｍｍ程度の高さの磁気ブラシが間隔を有して
形成される。このように、電極部材２６との対向領域に
おいて、磁気ブラシは電極部材２６に非接触で、かつ、
高く粗の状態であり、磁気ブラシ周辺にはトナーが運動
できる空間を有している。

【００２７】そして、現像スリーブ２１にＡＣバイアス
を、電極部材２６にＤＣバイアスを印加することによ
り、両者の間で振動電界を形成する。磁気ブラシは振動
電界の作用を受け、トナーがキャリアから分離して振動
する。トナーはキャリアと分離・接触を繰り返し、次第
に電荷量を増加させ、適正な帯電量を得るようになる。
ほとんど帯電していない弱帯電トナーといわれるもので
も、僅かな電荷を有しているので、振動電界の作用を受
けて運動を始め、次第に適正な帯電量を得る。トナーの
運動は、磁気ブラシ周辺にトナーが運動するための充分
な空間が形成されているので、効率よくおこなわれる。

【００２８】また、このようなトナーの運動は、キャリ
アが振動電界によって動かないときに最も効果が生じ
る。キャリアが振動電界によって運動する条件では、ト
ナーとキャリアが分離せずに一体となって運動してしま
い、トナーの帯電量は増加しにくい。トナーとキャリア
が分離し、トナーのみが振動するには、振動電界の大き
さとともに周波数、および、時間変化の速さが所定値以
上であることが必要である。

【００２９】図４は現像スリーブ２１に印加する現像バ
イアスの波形を示したものである。横軸は時間、縦軸は
トナーが感光体１に向かう力を受ける方向を上側にとっ
た電圧値である。図４において、トナーが感光体１に向
かう最大の力を受けるときの電圧値をＶ1、トナーが現
像スリーブ２１に向かう最大の力を受けるときの電圧値
をＶ0とし、Ｖ1が持続する時間をｔ1、周期をｔ2とす
る。電圧値の積分平均Ｖaは通常のＤＣバイアスと同じ
く−５００〜−７００ｖ程度に設定される。ただし、Ｖ
a＝Ｖ0＋（Ｖ1−Ｖ0）ｔ1／ｔ2である。ここで、ｔ1／
ｔ2をデューティと呼ぶ。ＡＣバイアス周波数を５ｋＨ
ｚとすると、キャリアの振動はみられなかった。また、
図４で示す時間ｔ１が１００μｓｅｃ以下であることが
望ましい。実験Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３いずれの
バイアス条件においても、トナーの運動は効率よくおこ
なわれ、適正な帯電量を有するようになった。

【００３０】また、このようなトナーの運動をおこなう
とき、トナーはキャリアだけではなく、電極部材２６に
衝突する可能性がある。このため、電極部材２６の表面
にキャリア表面のコート材料と実質的に同等な材料で被
覆することで、接触帯電を行なうようにすることも有効
である。

【００３１】上記運動により適正な帯電量となったトナ
ーを含む現像剤は、現像スリーブ２１の矢印ｂ方向の回
転により現像領域に至る。適正に帯電したトナーは、静
電潜像と現像バイアスで形成される電界に対して敏感に
反応するので、現像能力が高まる。また、弱帯電トナー
がないので、非画像部への付着が低減され、解像力も向
上する。

【００３２】さらに、これらの条件ではＡＣバイアスの
波形が図４で示すような非対称矩形波であり、現像能力
や解像力がさらに向上する。これは、強い電界が短時間
ずつ繰り返しトナーに作用するため、トナーの動きが活
発になり、さらにトナーと逆極性に帯電しているキャリ
アを感光体１に移動させるような力がほとんど作用しな
いためと考えられる。

【００３３】次に、表２の実験Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎ
ｏ．６について説明する。実験Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎ
ｏ．６では、現像スリーブ２１内に設置される磁石は、
前述の実験Ｎｏ．１と同じものである。実験Ｎｏ．１と
同様、電極部材２６と対向する現像スリーブ２１上の磁
気ブラシの周辺にはトナーが運動できる空間が形成され
る。

【００３４】そして、現像スリーブ２１にＤＣバイアス
を、電極部材２６にＡＣバイアスを印加することによ
り、両者の間で振動電界を形成する。磁気ブラシに振動
電界が作用すると、トナーはキャリアと分離・接触を繰
り返し、次第に電荷量が増加させ、適正な帯電量を得る
ようになる。電極部材２６に印加するＡＣバイアスの
波形は図４で示すような非対称矩形波であれば、実験Ｎ
ｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６いずれの条件においても、
トナーの運動は効率よくおこなわれ、トナーは適正な帯
電量を有するようになった。そして、適当な帯電量を有
したトナーを含む現像剤は現像スリーブ２１の回転によ
り現像領域に至り、静電潜像に応じて感光体１上にトナ
ーを供給する。ここで、適当な帯電量を有したトナー
は、静電潜像と現像スリーブ２１に印加されたＤＣバイ
アスで形成される電界に対して敏感に反応するので、現
像能力が高まる。さらに、弱帯電トナーがないので、非
画像部への付着が低減され、解像力も向上する。

【００３５】次に、表３の実験Ｎｏ．７、Ｎｏ．８につ
いて説明する。実験Ｎｏ．７、Ｎｏ．８では、現像スリ
ーブ２１内に設置される磁石２２を交換し、磁束密度の
垂直成分を変えた。この条件下でも、電極部材２６と対
向する現像スリーブ２１上の磁気ブラシの周辺にはトナ
ーが運動できる空間が形成される。

【００３６】そして、現像スリーブ２１にＤＣバイアス
を、電極部材２６にＡＣバイアスを印加することによ
り、両者の間で振動電界を形成する。磁気ブラシに振動
電界が作用すると、トナーはキャリアと分離・接触を繰
り返し、次第に電荷量を増加し、適正な帯電量を得るよ
うになる。実験Ｎｏ．７、Ｎｏ．８いずれの条件におい
ても、トナーの運動は効率よくおこなわれ、トナーは適
正な帯電量を有するようになった。このため、現像領域
において現像能力が高まり、さらに、背景部への付着が
低減され、解像力も向上した。

【００３７】次に、表３の実験Ｎｏ．９について説明す
る。実験Ｎｏ．９では、磁束密度が最大となるときのベ
クトルの向きがスリーブ面と垂直にならないよう磁石を
傾けて設置したものである。この条件下でも、電極部材
２６と対向する現像スリーブ２１上の磁気ブラシの周辺
にはトナーが運動できる空間が形成され、上述の実験Ｎ
ｏ．７、Ｎｏ．８と同様の結果が得られた。

【００３８】次に、表４の実験Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１
１、Ｎｏ．１２について説明する。実験Ｎｏ．１０、Ｎ
ｏ．１１、Ｎｏ．１２の現像スリーブ２１内に設置され
る磁石は、前述の実験Ｎｏ．１、Ｎｏ．２と同じもので
ある。電極・現像スリーブ間距離と感光体・現像スリー
ブ間距離（現像ギャップ）を変えたものである。実験Ｎ
ｏ．１０、Ｎｏ．１１では、実験Ｎｏ．１に比べ、電極
・現像スリーブ間距離を狭くしたものである。また、ド
クターブレード２３と現像スリーブ２１の間隙を調整
し、電極部材２６と０．８ｍｍの間隙を有して対向する
現像スリーブ２１表面に垂直に０．８ｍｍ以下の高さの
磁気ブラシを形成する。電極部材２６との対向領域にお
いて、磁気ブラシは電極部材２６に非接触で、かつ、高
く粗の状態であり、磁気ブラシ周辺にはトナーが運動で
きる空間が形成される。

【００３９】そして、現像スリーブ２１にＡＣバイアス
を、電極部材２６にＤＣバイアスを印加して、磁気ブラ
シに振動電界を作用させたところ、上述の実験Ｎｏ．１
と同様の結果が得られた。比較例として、ドクターブレ
ード２３と現像スリーブ２１の間隙を調整し、現像スリ
ーブ２１面に電極部材２６と接触するような磁気ブラシ
を形成した。そして、同様のバイアスを印加して、磁気
ブラシに振動電界を作用させたところ、電極部材２６へ
のトナーの付着がおこった。さらに、長期間の動作によ
り、電極部材２６にトナーが固着し、現像スリーブ２１
により搬送される現像剤が不均一となり、むらのある画
像を形成した。

【００４０】また、実験Ｎｏ．１２では、実験Ｎｏ．２
に比べ、電極・現像スリーブ間距離を広くしたものであ
る。電極部材２６との対向領域において、磁気ブラシは
電極部材２６に非接触で、かつ、高く粗の状態であり、
磁気ブラシ周辺にはトナーが運動できる空間が形成され
る。そして、磁気ブラシに振動電界を作用させたとこ
ろ、上述の実験Ｎｏ．２と同様の結果が得られた。

【００４１】以上、上記実験例では、ＡＣバイアスの波
形として、図４にしめす非対称矩形波を使用した例のみ
を示したが、これに限らずデューティ５０%の矩形波や
正弦波などでも、帯電量の適正化が行われ、現像能力が
向上するとともに、背景部への付着が低減され、解像力
も向上した。

【００４２】また、上記実施形態では、現像領域で現像
スリーブ２１上の磁気ブラシが感光体１に接触しながら
トナーを供給する接触現像の例で説明したが、非接触現
像においても、同様の効果がみられる。

【００４３】次に、現像装置４の電極部材２６の形状の
変形例について図５に基づき説明する。この現像装置４
では、電極部材２６が現像スリーブ２１の回転による現
像剤の搬送方向の下流側で現像スリーブ２１との間隙が
広くなるよう配置される。電極部材２６は平面であって
も曲面であってもよい。この現像装置４では、現像スリ
ーブ２１の内部磁石２２により現像剤貯留部２４から汲
み上げられた現像剤は、ドクターブレード２３によって
量を規制された後、電極部材２６との対向部に至る。電
極部材２６に対向している現像スリーブ２１の内部に
は、現像スリーブ２１に垂直方向の磁束密度が水平方向
の磁束密度より大きくなるような磁界を形成するための
磁極が設けられている。この磁界により、スリーブ表面
に高く粗の状態の磁気ブラシが形成される。（以下、余白）

【００４４】この磁気ブラシ中のトナーは、現像スリー
ブ２１と電極部材２６との間に形成される振動電界の作
用を受け、キャリアからの分離・接触する運動を始め
る。このとき、電極部材２６が対向する領域の現像剤の
搬送方向上流側では電界が強く、下流になるにつれて電
界が弱くなる。また現像スリーブ２１と電極部材２６と
の間に形成される電界は湾曲する。図６は、トナー（負
帯電）が電極部材２６に向かう力をうけるときの電界を
示したものである。このような電界をうけたトナーの動
きについて、図７（ａ）、（ｂ）に基づき説明する。図
７（ａ）は正帯電したトナーｔが現像スリーブ２１に向
かう側の力を受けるときの電界Ｅを示したものである。
Ｅは現像スリーブ面に平行な成分Ｅ₁と垂直な成分Ｅ₂と
に分解される。Ｅの軌跡は下流側の凸なので、Ｅ₁は常
に下流側を向く。このため、電極部材２６の点Ａ近傍か
ら出発したトナーｔは現像スリーブ２１の点Ｂ近傍より
下流側に移動しようとする。また、図７（ｂ）にしめす
ように、正帯電したトナーｔが電極部材２６に向かう側
の力を受けるとき、電界Ｅ´は現像スリーブ面に平行な
成分Ｅ´₁と垂直な成分Ｅ´₂とに分解され、Ｅ´₁は常
に下流側を向く。このため、現像スリーブ２１近傍から
出発したトナーｔは電極部材２６近傍の下流側に移動し
ようとする。ここでは、都合上正帯電トナーで説明した
が、負帯電トナーでも、Ｅを逆向きに考えれば、同様の
結果となる。このように、湾曲した電界の中におかれた
トナーには下流側に移動させる力が作用する。トナーの
電荷量が小さい場合はその移動速度は小さいが、大きく
なると移動速度がおおきくなる。すなわち、現像スリー
ブ２１と電極部材２６とに挟まれた領域では、帯電量が
小さいトナーは通過に長い時間がかかってキャリアとの
接触回数が多くなり、帯電量が上昇しやすい。また、所
定の帯電量を有するトナーは短い時間で通過するので、
帯電量の上昇は小さい。この結果、弱帯電トナーが少な
くなるとともに、個々のトナーの帯電量が同程度にな
る。このため、静電潜像に対する応答性のばらつきが小
さくなって、シャープネスや解像力が高くなる。

【００４５】つぎに、本実施形態のプリンターの現像装
置４において消費されたトナーを補給するトナー補給に
ついて説明する。従来の現像装置では、現像装置４内に
大量にトナーを供給すると弱帯電トナーが増加し、かぶ
り等の画像品質の低下をひきおこす。このため、現像装
置の現像剤トナー濃度は一定の範囲になるよう、トナー
供給量を制御していた。しかしながら、本発明の現像装
置では、トナー濃度が比較的広い範囲でも、上述のよう
にトナーは適正な帯電量にすることが可能である。トナ
ーはキャリアと接触することにより帯電するため、トナ
ー粒子の総表面積とキャリア粒子の総表面積の関係がト
ナーの帯電量を制御すると考えられる。それらの比はｈ
＝（ｒ／Ｒ）・（ρ／Ρ）・（１／ｎ−１）という式で
代表される。ここでｎは現像装置における現像剤のトナ
ー濃度（現像剤中にトナーが占める質量比）、ｒはトナ
ーの質量平均半径、ρはトナーの真比重、Ｒはキャリア
の質量平均半径、Ρはキャリアの真比重である。発明者
の実験によれば、上記式の値ｈが０．２５〜１．０の範
囲で、トナーの帯電量を所定範囲に制御可能であること
が明らかになった。ｈの値が０．２５未満となった場合
は、トナーが過剰となって、キャリアとの接触帯電がで
きないトナーが急激に増える。このため、かぶりやトナ
ー飛散が多くなり、画像品質が著しく低下し、画像形成
装置の動作も困難になる。一方、ｈの値が１．０を超え
る場合は、トナーが不足し、キャリアとの接触により得
られるトナーの電荷量が多くなりすぎる。現像領域への
トナー供給量が小さいことも重なり、必要な現像量が得
られなくなる。このため、ベタ濃度が不十分でライン部
分や中間調部分も再現できない画像となる。

【００４６】トナー濃度制御は、現像装置内部の現像剤
のトナー濃度を検出し、該トナー濃度より算出したｈの
値に基づき、図示しないトナー補給部からトナー補給す
る。このトナー濃度制御の流れを、図７のフローチャー
トにしめす。トナー濃度検出方法は、従来公知である方
法、例えば、感光体１に画像を形成し、画像の反射濃度
を読み取る方法、または、現像剤中の透磁率を測定して
トナー濃度を推定する方法などを用いる。検出されたト
ナー濃度の値から上記の式のｈの値を算出し、所定の範
囲（０．２５以上１．０以下）になっているかを判断
し、過大の場合はトナー補給部からトナーを補給し、過
小の場合はトナー補給を停止し、必要に応じてトナーを
排出するモードになる。このモードではベタ画像などを
形成してトナーを消費させる。ベタ画像は転写材に転写
せずにそのままクリーニングしたり、転写して転写材を
そのまま排出してもよい。

【００４７】このように、本発明の現像装置４を用いた
プリンタでは、トナー供給量の許容値が大きく広がり、
高いトナー濃度の現像剤を用いて現像能力を向上させる
ことができる。これを応用して現像スリーブの回転速度
を従来より遅くすることができる。また、現像剤の帯電
を機械的攪拌手段のみに頼ることがないので、攪拌搬送
経路を短縮することもできる。このため、低ストレスの
現像装置を構成することが可能となる。さらに、現像能
力が向上することで、静電潜像のダイナミックレンジを
狭めることができ、低ストレスのプリンタを構成するこ
とができる。

【００４８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、機械的なスト
レスの少ない方法でトナーの帯電量を適正化し、現像能
力が高く、かぶりのない画像を形成する現像装置を提供
することができるという優れた効果がある。

【００４９】また、請求項２の発明によれば、機械的な
ストレスの少ない方法でトナーの帯電量を適正化し、現
像能力が高く、かぶりのない画像を形成する画像形成装
置を提供することができるという優れた効果がある。ま
た、トナー濃度の高い現像剤を使用することができるの
で、現像能力を向上させ、ストレスの少ない画像形成装
置を提供することができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るプリンタのシステムブロック
図。

【図２】本実施形態に係るプリンタのトナー像形成部の
概略構成図。

【図３】本実施形態に係るプリンタに用いる現像装置の
概略構成図。

【図４】現像装置の現像スリーブに印加するＡＣバイア
スの波形の説明図。

【図５】本実施形態に係るプリンタに用いる他の現像装
置の概略構成図。

【図６】現像スリーブと電極部材との間に形成される電
界の説明図。

【図７】（ａ）現像スリーブと電極部材との間のトナー
が現像スリーブ側に向かう力を受けるときの説明図。（ｂ）現像スリーブと電極部材との間のトナーが電極部
材側に向かう力を受けるときの説明図。

【図８】本実施形態に係るプリンタのトナー濃度制御に
関するフローチャート。

【図９】現像剤のトナーの帯電量分布の説明図。

【符号の説明】

１感光体２帯電ローラ３露光装置４現像装置５転写ローラ６クリーニング装置７定着装置２１現像スリーブ２２固定磁石２３ドクターブレード２４現像剤貯留部２５攪拌部材２６電極部材２７電源２８電源５０コンピュータ５１インターフェイス５２ＬＤ駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井佳子東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者鈴木宏克東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H031 AC08 AC20 AC30 AD01 BA05 BA09 BB01 BC07 CA07 CA10 CA13 CA15 DA05 2H073 AA03 BA02 BA03 BA06 BA13 BA15 BA45 CA03 2H077 AD06 AD13 AD18 AD36 AE06 DA10 DA42 DB02 EA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーと磁性キャリアからなる二成分現像
剤を担持し、静電潜像が形成された像担持体と対向する
現像領域に搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に
担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを備
え、現像剤担持体にバイアスを印加して像担持体に形成
された静電潜像を現像する現像装置において、現像剤の搬送方向に関して現像剤規制部材より下流側で
現像領域より上流側の現像剤担持体近傍に、現像剤担持
体に担持された現像剤に接触しないような電極を設け、
該電極と現像剤担持体とが対向する領域の少なくとも一
部において現像剤担持体に垂直方向の磁束密度が水平方
向の磁束密度より大きくなるような磁界を形成するとと
もに、該電極と現像剤担持体との間に周期的に変化する
電界を形成するよう構成したことを特徴とする現像装
置。
【請求項２】請求項１の現像装置を用い、該現像装置に
トナーを補給するトナー補給部を備えた画像形成装置に
おいて、該現像装置の現像剤のトナー濃度（現像剤中にトナーが
占める質量比）をｎ、トナーの質量平均半径をｒ、トナ
ーの真比重をρ、キャリアの質量平均半径をＲ、キャリ
アの真比重をΡとするとき、（ｒ／Ｒ）・（ρ／Ρ）・
（１／ｎ−１）が０．２５以上１．０以下の値となるよ
うにトナー補給部から現像装置へのトナー補給量を制御
することを特徴とする画像形成装置。