JPS63269180A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 狡亙公国 本発明は、感光体等の潜像担持体上に形成された静電潜
像にトナーを付与してこれを頭像とする現像装置に関す
る。この種の現像装置は、複写機。

ファクシミリ、プリンタ等といった電子写真装置に用い
られる。

丈米ｉ監 上記現像装置には、いわゆる乾式２成分現像剤（主とし
てキャリアとトナーから成るもの）を用いるものと、い
わゆる１成分現像剤（主としてトナーのみから成るもの
）を用いるものとがある。

一般に、キャリア及びトナーから成る乾式２成分現像剤
を使用する現像装置では、第４図に示すように、大型の
現像タンク１内に撹拌ローラ２や搬送スクリュー３や撹
拌セパレータ４等の撹拌機構が設けられている。この撹
拌ローラ２等の撹拌機構によって、トナーホッパ５側か
ら補給されたトナーがキャリアと十分混合・撹拌された
後、現像剤担持体としての現像ローラ６に供給され、該
現像ローラ６の表面に層状の磁気ブラシを形成する。

この付着現像剤層の厚みはドクターブレード７により一
定厚に規制される。

上記現像ローラ６は、スリーブ８の内部に複数の磁石９
を備えており、スリーブ８と磁石９との少なくとも一方
を一定方向に回転させることによってスリーブ８の表面
に形成された磁気ブラシが一定方向へ移動される。そし
て、その磁気ブラシが潜像担持体としての感光体ドラム
１０に接触することにより該感光体ドラム１０上に形成
された静電潜像が現像され頭像化される。現像後、磁気
ブラシすなわちキャリア及びトナーは、現像タンク１内
に掻き落とされ、再び撹拌ローラ２等の撹拌機構により
混合・撹拌が行なわれる。

このように２成分現像剤は、十分な撹拌と混合とを必要
とするが、それは、トナー濃度の均一性を保ち、あるい
はトナー帯電を良好に行なうため等の理由からである。

しかして、上記２成分現像剤を用いる従来の現像装置に
よれば、画像品質を安定化させることができるという利
点はあるが、そのため、上述のように現像剤の十分な撹
拌を行なわねばならない、そして、十分な撹拌を行なう
には、種々の撹拌機構が必要となり、また、撹拌流路を
形成するために十分なスペースを要する。

さらに、キャリアとしては、良好な撹拌特性を得るため
、流動性の良いものが求められる。特に、残留磁気のた
めに、磁場を取り去ってもなお凝集性を示すようなキャ
リアは、上記撹拌機構を前提とした現像装置には適用不
能である。その上、撹拌を頻繁に行なうと、キャリアの
疲労が早く進み。

耐久性に難点がある。

一方、このような２成分現像剤を用いる現像装置の欠点
を解決するため、現像剤の混合・撹拌を省略しつるよう
にした現像装置も従来から種々開発されている。このよ
うな現像装置には、トナーを帯電ローラ表面に付着させ
た上でこの帯電ローラを磁気ブラシに接触させることに
よりトナーの供給を行うようにしたものや、磁気ブラシ
を用いて現像ローラにトナーを供給し、トナーの薄層を
現像ローラ上に形成するようにしたものがある。

しかし、前者では、現像ローラ上のトナー濃度にむらが
生じやすいという欠点があり、後者では、現像剤の混合
・撹拌を依然として十分に行なわねばならないという問
題がある。

月−」在 本発明は上記の点に鑑み、乾式２成分現像剤を用いて画
像の安定性を保持しつつ、従来の乾式２成分現像剤を用
いた現像装置では成し得なかった装置全体の小型化、取
扱性の向上及び耐久性の向上を達成することを目的とす
る。

豊−衣 上記目的を達成する本発明は、感光体等の潜像担持体上
の潜像にトナーを付与してこれを頭像とする現像装置で
あって、上記潜像にトナーを供給する磁気ブラシと、該
磁気ブラシにトナーを供給するトナー供給手段と、該ト
ナー供給手段に供給されるトナーを強制的に帯電させる
トナー帯電手段と、現像後に上記ブラシ上に残留するト
ナーを回収するトナー回収手段とを有する現像装置であ
る。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図に示すように、潜像担持体としての感光体ドラム
１１が、図示を省略した駆動機構により矢印Ａ方向すな
わち時計回りの方向へ回転駆動されている。この感光体
ドラム１１は、有機感光体（ｏ　ｐ　ｃ）からなり、該
感光体ドラム１１上に形成される静電潜像の極性が負（
−）になされるようになっている、したがって、後述す
る現像用のトナーは、これと逆極性の正（＋）に帯電さ
れるようになされている。

さらに、上記感光体ドラム１１の近傍（感光体ドラム１
１とのギャップ１Ｗｎ）には、アルミニウム等からなる
非磁性の円筒状スリーブ１２が配置されている。この円
筒状スリーブ１２の内部には、複数の異なる磁極が交互
に配置されてなる現像磁石ローラ１３が上記円筒状スリ
ーブ１２の内面側から一定間隔を隔てて設けられており
、該現像磁石ローラ１３の磁力によって円筒状スリーブ
１２の表面上に、磁性のキャリアとトナーとを含んでな
る磁気ブラシ１４が形成されるようになっている。この
磁気ブラシ１４は、円筒状スリーブ１２および現像磁石
ローラ１３の少なくとも一方が回転することによって矢
印Ｂ方向つまり時計回りの向きに移動される。

なお、磁気ブラシ１４を構成するキャリアとしては、平
均粒子径１００μｍの樹脂コートキャリアが４０ｇ用い
られている。

また、上記円筒状スリーブ１２および感光体ドラム１１
には、同極性の現像バイアス電圧が電源回路１５により
印加されている。そして１円筒状スリーブ１２上の磁気
ブラシ１４は、移動しながら静電潜像１６が形成された
感光体ドラム１１に接触して静電潜像１６にトナーを与
え、頭像１７を形成するようになされている。

なお、本実施例では、円筒状スリーブ１２は、外径２０
閣のものが用いられるとともに、現像磁石ローラ１３と
しては、円筒状スリーブ１２の表面磁力が約９００ガウ
スとなるものが採用されている。これにより、磁気ブラ
シ１４の高さとして０．３〜５閣好ましくは０．７〜２
■とすることができる。

また、上記現像バイアスは、地汚れ防止と画像濃度調整
のために印加されるものである０本実施例では、潜像電
位が一８０ｏｖ、地肌部電位が一５０Ｖに設定されると
ともに、現像バイアス電圧が一１５０Ｖに設定されてい
る。なお、最終的な現像バイアス値は、原稿濃度あるい
は使用者の所望に応じて定められることとなる。

さらに、現像を終えた後の磁気ブラシ１４から残留トナ
ーを回収するトナー回収ローラ１８が。

上記円筒状スリーブ１２の上方側部分にギャップ１■に
て設置されている。

このトナー回収ローラ１８には、電源回路１９によって
所定のトナー回収用のバイアス電圧が印加されている。

このトナー回収用のバイアス電圧は、磁気ブラシ１４上
に残留するトナーを回収するために、上記潜像と同極性
すなわち負（−）に設定されるものであり、現像ポテン
シャルと同じレベルすなわち、トナー回収ローラ１８を
潜像担持体とした場合に全面現像しうるレベルになせば
良い０本実施例では、トナー回収用のバイアス電圧が−
１００〜−４００ｖに設定されている。

この場合、トナーの回収は、磁気ブラシに含まれるトナ
ーすべてを回収する必要はなく、磁気ブラシ表面近傍の
トナーを選択的に回収することで足りる。つまり、その
最低条件は、現像によって生じた磁気ブラシ１４上のト
ナー濃度分布差をなくすことである。たとえば、黒部、
ハーフトーン部、地肌部でトナー消費に差が出たものを
均等になしてやればよい。

一般的には、２成分現像剤のトナー付着量は、単位面積
当り０．８〜１．０■であり、感光体ドラム１１と磁気
ブラシ１４とは、約１＝３の相対速度が与えられた状態
で潜像１６へトナー供給が行なわれている。すなわち、
磁気ブラシ１４は、単位面積当り、０．２７〜０．３３
＋１ｇのトナー供給能力しか持たないこととなる。した
がって、このトナー供給能力を越えるようにトナーの回
収を行なえば、磁気ブラシ１４上のトナー濃度分布は、
均一化され、現像による影響が完全にキャンセルされる
こととなる。

この点についてさらに詳細に説明すると、かさ比重２４
トナ一濃度３％のごく一般的な２成分現像剤の特性から
、高さ１■の磁気ブラシの重量は。

単位面積当り０．２ｇであり、その中に含まれるトナー
は、６■であるから、実際に現像に寄与するトナーは、
磁気ブラシ中の５％程度でしかない。

言い換えれば、この５％相当のトナーを回収すれば、良
いのである０本発明における磁気ブラシでは、約０．３
１１ｇ／ａＪのトナーが後述するトナー供給ローラによ
って磁気ブラシの表面近傍に偏在させられているので、
トナー消費の差の解消は効果的に行なえる。

また、トナー回収ローラ１８は、矢印Ｃ方向すなわち時
計回り方向へ回転駆動されている。これは、回収トナー
が磁気ブラシ１４へ再付着することを防ぐためである。

さらに、トナー回収ローラ１８には、掻落ブレード２１
が付設されており。

この掻落ブレード２１により回収されたトナーが掻き落
とされるとともに、その掻き落とされたトナーが、トナ
ーホッパ２３側へ戻されるようになっている。

さらにまた、円筒状スリーブ１２の下方側部分すなわち
磁気ブラシ１４の下流側部分には、トナー供給ローラ２
４が、円筒状スリーブ１２に対しギャップ１ｍにて磁気
ブラシ１４に接するように設置されている。

このトナー供給ローラ２４は、図示を省略した回転駆動
機構によって矢印り方向すなわち反時計回り方向に回転
駆動されている。これにより、トナーホッパ２３内に蓄
えられたトナー２５が磁気ブラシ１４側へ送られていく
ようになっている。

この場合、トナー供給ローラ２４は、磁気ブラシ１４の
穂の高さを均一に規制する機能を備えることとなり、画
像濃度むらの解消に寄与する。

又、上記トナー供給ローラ２４には、トナ一層規制ブレ
ード２６が圧接されている。このトナ一層規制ブレード
２６によって、トナー供給ローラ２４上にトナー２５が
均一薄層状に被着されるとともに、トナー２５の摩擦帯
電が行なわれるようになっている。

さらに、トナー２５を摩擦帯電する機能をより発揮させ
、かつ、トナー供給ローラ２４にトナーをむら無く付着
せしめるように、スポンジローラ等からなる帯電補助部
材２７が、トナー供給ローラ２４に接触・配置されてい
る。

さらにまた、上記トナー供給ローラ２４および帯電補助
部材２７には、電源回路２８による所定のトナー供給用
のバイアス電圧が印加されており、このトナー供給用の
バイアス電圧により、トナー２５が磁気ブラシ１４側へ
良好に転移されることとなる。上記トナー供給用のバイ
アス電圧は、後述するように、潜像と逆極性すなわち帯
電トナーと同極性で、＋５０〜＋４００Ｖに設定されて
いる。

トナ一層規制ブレード２６には、電源回路３０によるト
ナー電位制御用のバイアス電圧が印加されており、この
トナー電位制御用のバイアス電圧により、トナー２５が
所定の電位に維持されることとなる。上記トナー帯電用
のバイアス電圧は、後述するように、任意の極性および
電圧を選択することが出来る。

第２図には、トナ一層規制ブレード２６に印加されるバ
イアス電圧Ｖｉとトナー電位Ｖｔとの関係が表わされて
いる。本図では、トナー電位Ｖｔを縦軸に取るとともに
、ブレード印加電圧Ｖｉを横軸に取り、トナー（イ）　
（ロ）をパラメータにして関係線を表示している。

本図から判明するように、ブレード印加電圧Ｖｉの値を
大きくするにしたがって、トナー電位Ｖｔが大きくなり
、この傾向は正帯電性のトナー（イ）も負帯電性のトナ
ー（ロ）も変わりがない。

即ち、このことから摩擦帯電特性面から制限されていた
トナー材料の選択の巾が広がるという事が分かる。又、
１つのトナーの極性が任意に制御出来ることから電源回
路１５，１９．２８のそれぞれの極性及び印加電圧を選
定すれば反転現像が容易に行なえるという事も分かる。

そして一番の特徴は経時的に発生しやすい摩擦帯電特性
の劣化又は変化が、この発明によって保証されるという
点であり、従って常に安定した画像が得られるという効
果が得られる。

トナー電位制御用の手段としては１本実施例のように規
制ブレード２６へ電圧を印加する他に、ブレード２６と
現像用の円筒状スリーブ１２との間にコロナ放電による
トナー帯電を行なえる様な部材を設けても良い。

また、前記現像バイアス電圧を与える電源回路１５には
、出力電力を４ビツトに分割して信号化するエンコーダ
が備えられており、現像バイアス電圧の出力値を表わす
信号が図示を省略した制御回路に印加されている。この
制御回路には、現像バイアス電圧値に対応する適正なト
ナー供給用のバイアス電圧値を算出する演算回路が備え
られている。そして、上記制御装置の出力信号は、トナ
ー供給用のバイアス電圧を与える電源回路２８に与えら
れており、これによって、トナー供給用のバイアス電圧
値が定められている。たとえば、両バイアス電圧の差が
常に一定となるように制御されている。

上記トナー回収ローラ１８およびトナー供給ローラ２４
の材質は、円筒状スリーブ１２との間に電気的なバイア
ス効果が得られるものであればよく、金属や導電性ゴ等
を採用することができる。

また、両ローラ１８，２４は、磁気ブラシ１４の高さの
５０％〜１００％を占る割合で接触するように設置する
ことが可能である。しかし、エアーギャップの絶対値が
、１ｍｍ以下であれば、１００％を越えて設置すること
もできる。この場合には、電気的バイアス手段の併用が
必須となる。さらに、上記両ローラ１８，２４の外径は
、任意に選定しうるが、小型化の要請により、円筒状ス
リーブ１２の外径の８０％以下あるいは、絶対値として
５〜６０ｍｍ、好ましくは、８〜４０ｍとすることがよ
い、磁気ブラシ１４へのトナー供給量は、磁気ブラシ１
４と供給ローラ２４との相対速度によっても決定される
ので、供給量を、トナー供給ローラ２４の回転数を可変
とすることによって制御してもよい、すなわち、既知の
センサ一手段でトナー濃度を検出してトナー供給ローラ
２４の回転数を検出し、トナー供給ローラ２４の回転数
を制御することができる。トナー濃度検出の一例として
は、トナー回収ローラ１８上のトナーの反対濃度を検出
して算出する手段がある。

つぎに、トナーホッパ２３内には、トナーブロッキング
を防止するアジテータ２９が設けられている。このとき
、掻落ブレード２１によってトナー回収ローラ１８から
掻き落されたトナーを上記アジテータ２９のなるべく近
傍に供給するようにすれば１回収トナーと新規トナーと
の混合効率を高めることができる。

この形式の現像装置においては、まず、トナーホッパ２
３内のトナー２５が、トナー供給ローラ２４および帯電
補助部材２７の回転によってトナー供給ローラ２４に送
給・保持される。この保持されたトナーは、トナ一層規
制ブレード２６により、均一薄層化されながら摩擦帯電
される。

そして、所定のトナー供給用のバイアス電圧下で、トナ
ー２５が磁気ブラシ１４に均一薄層状に供給・移行され
る。

トナーが供給された磁気ブラシ１４は、感光体ドラム１
１側に移送され、感光体ドラム１１上に形成された静電
潜像１６の現像が行なわれることとなる。

現像完了後、磁気ブラシ１４には、画像に対応したトナ
ー濃度差（むら）が生じることになるが、この磁気ブラ
シ１４上の残留トナーは、トナー回収用のバイアス電圧
力によってトナー回収ローラ１８側に移行・回収される
。これにより、磁気ブラシ１４のトナー濃度差は解消さ
れ均一濃度にされる。すなわち、トナー回収後の磁気ブ
ラシ１４は、均一なトナー濃度分布の状態でトナー回収
ローラ１８から離れていき、再びトナー供給側へ進んで
いく。

また、電源回路２８により与えられるトナー供給用のバ
イアス電圧値は、電源回路１５により与えられる現像バ
イアス電圧値に基づいて制御されている。すなわち、現
像によるトナーの消費量に応じた分だけの新たな量のト
ナーが前記磁気ブラシ１４に供給されるようになってい
る。これにより、トナーの消費量と供給量のバランスが
とられ、トナーの供給過多や供給不足をなくすことがで
きる。

つぎに、上述した現像装置を採用した複写機の例を第３
図に基づいて機能的に説明する。

まず、光学系を説明すると、ハロゲンランプ３１から出
た光は、原稿３２に当って、第１ミラー３３、第２ミラ
ー３４、第３ミラー３５、レンズ３６、第４ミラー３７
および防塵ガラス３８を順に通って、感光体ドラム１１
上に結像される。防塵ガラス３８は、浮遊物が光学系に
入らないように設けられているものである。なお、本装
置には、最大２００％から最小５０％まで、１％ごとの
ズーム変倍機能が備えられている。また、光ファイバー
を用いて原稿３２の地肌濃度を検出し、それに基づいて
現像バイアスを補正することにより、きれいな地肌を有
する画像を得ることができるようにした自動濃度調整シ
ステムが設けられている。

感光体ドラム１１の回りには、帯電部４０．イレーサ４
１、現像袋［４２，除電部４３、転写分離部４４、クリ
ーニング部４５等が配列されている。

除電部４ｏにおいては、暗中でチャージワイヤに高圧電
圧が印加されてコロナ放電が行なわれ、マイナス電荷が
、感光体ドラム１１上に均一に帯電される。このときの
感光体ドラム１１の電位は、上述のように一８００ｖに
なされる。帯電チャージャ４０ａの前面からは、放電効
率を上げるように空気が送り込まれている。上記チャー
ジワイヤとしては、直径０．０８ｎｎのワイヤが用いら
れており、このワイヤの表面には、カーボンコーティン
グが施されている。又、チャージワイヤと感光体ドラム
１１との間には、電位を均一かつ一定に制御するための
グリッドが配置されている。また。

帯電チャージャ４０ａを抜き差しすることによってチャ
ージャの汚れを清掃するようにしたチャージクリーナが
付設されている。

イレーザ４１は、帯電された感光体ドラム１１に光を当
てて不要な電荷を消去し、クリーニングの容易化を図る
ものである。イレーザ４１は、長尺状のＬＥＤからなり
、サイトイレースおよび先端イレースを行なっている。

イレース基板には、２つのサーミスタが取り付けられて
おり、一方はハード、他方はソフトで使用され、バイア
ス補正が行なわれている。

現像装置４２は、第１図で説明したものが採用されてい
る。

除電部４３は、転写前除電４３ａおよび除電ランプ４３
ｂを有している。両者共に、メインモータ４６のスター
トと同時に点灯され、フィルタにより拡散されながら感
光体ドラム１１上の残留電荷を消去する光が照射される
ようになっている。

転写前除電４３ａとしては、冷却極管が用いられている
。

転写分離部４４は、レジストローラ４４ａから送り出さ
れたペーパーを感光体ドラム１１に密着させながら、転
写チャージャ４４ｂでトナーをペーパー側に転写させる
とともに、分離チャージャ４４ｃによって感光体ドラム
１１からペーパーを分離させるようにしたものである。

万一１分離が出来なかった場合には、分離爪４７により
強制的に分離させる１分離後のペーパーは、搬送ベルト
４４ｄにより定着部４８側へ搬送される。

クリーニング部４５は、感光体ドラム１１上の残留トナ
ーを掻き落すファーブラシ４５ａおよびクリーニングブ
レード４５ｂを備えている。クリーニングブレード４５
ｂは、左右の接触圧が均一化されるように、中央一点支
持にて構成されている。ファーブラシ４５ａは、感光体
ドラム１１と同一方向に回転されている。このファーブ
ラシ４５ａは、クリーニングブレード４５ｂでは除去さ
れにくい紙片等の異物を除去する機能を有している。フ
ァーブラシ４５ａおよびクリーニングブレード４５ｂに
より掻き落されたトナーは、トナー回収コイル４５ｃに
よって外部に排出されボトルに回収されるようになって
いる。

上記定着部４８は、搬送部から送られてきたペーパーに
一定の温度および圧力を加えて、トナーをペーパー上に
融着させるものである。サーミスタ４８ａによって温度
検知を行ないながら、ヒータ４８ｂ　（ｌｏＯＶ７５０
Ｗ）の温度制御が行なわれている。

なお、上述した装置では、磁気ブラシ担持体どして円筒
状スリーブが用いられているが、ベルト状の磁気ブラシ
担持体を採用することもできる。

尚、本実施例では、帯電されたトナーを一度磁気ブラシ
（あるいはファーブラシ）へ転移させ、この磁気ブラシ
で潜像を現像している。磁気ブラシとしてのキャリア（
あるいはファーブラシにおける。ファー）は、トナーあ
るいは感光体を摩擦帯電させる機能が無くても良いので
、強制帯電によって所定の極性に制御されたトナーが現
像中に電荷を失ったりあるいは反転したりすることの心
配はない。これに対し、従来の現像装置では、正又は負
に帯電させられたトナーを担持するローラを、そのまま
現像ローラとして用いている。特に、画質を良くするた
めに、静電潜像を担持する感光体に現像ローラを接触し
て現像する方式のものにおいては、感光層の材質、トナ
ーの材質及び現像ローラの材質によっては１ｇＡ像ロー
ラと感光体との間で摩擦帯電現象が生じる。この場合に
は、せっかく強制帯電させたトナーの電位が変動してし
まうので、所期の現像特性を得ることができない。

効果 本発明によれば、磁気ブラシに対してトナー供給手段及
びトナー回収手段を付設して、現像装置内でキャリアと
トナーとを撹拌することをなくしたので、２成分現像剤
を用いる現像装置の各種撹拌機構および撹拌スペースを
省略することが可能となり、装置全体を大幅に小型化す
ることができ。

１成分現像方式と同様な取り扱いの容易化を図ることが
できる。しかも、撹拌の省略によらてキャリアの早期疲
労を防ぐことができ、さらに、２成分現像方式の画像安
定性およびフレキシビリティ−は、そのまま維持するこ
とができる。

特に、本発明では、さらに、このような特性によって、
カラー複写、印刷等のトナー消費が多い場合でもトナー
を撹拌することなく大量に供給して、濃度変化及び画像
劣化の少ない安定した画像を得ることができる。

又、トナー供給手段に供給されるトナーを強制的に帯電
させるようにしたので、トナーの摩擦帯電特性によらず
、トナーに常に一定の帯電電位を与えることが出来、安
定した画像品質を得ることができる。更に、トナーの極
性を任意に得られるので正規像、反転像等を自由に選択
して簡単に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における現像装置の断面図、
第２図はバイアス値と画像濃度との関係を表わした線図
、第３図は本発明による現像装置を適用した複写機の縦
断面説明図、第４図は一般の現像装置の縦断面図である
。 １１・・・感光体ドラム １２・・・円筒状スリーブ １４・・・磁気ブラシ １６・・・静電潜像 １８・・・トナー回収ローラ ２４・・・トナー供給ローラ ２５・・・トナー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 潜像担持体上の潜像にトナーを付与してこの潜像を頭像
   とする現像装置において、 上記潜像にトナーを供給する磁気ブラシと、該磁気ブラ
   シに帯電したトナーを供給するトナー供給手段と、 該トナー供給手段に供給されるトナーを上記の帯電とは
   別に電気的に強制的に帯電させるトナー帯電手段と、 現像後に上記磁気ブラシ上に残留するトナーを回収する
   トナー回収手段とを有することを特徴とする現像装置。