JPH06194961A

JPH06194961A - 現像装置

Info

Publication number: JPH06194961A
Application number: JP35697592A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yamaji; 雅章山路
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で画像のカブリやガサツキを防い
で、細線の再現性が良く、鮮明で高画質な画像を安定し
て得ることができる現像装置を提供することである。【構成】現像スリーブ内磁石ローラの現像主極の両側
で、最大磁束密度の１／２以下の磁束密度の位置Ｐ４、
Ｐ５に変曲点を現像スリーブが有するようにした。【効果】現像スリーブ上の現像剤の磁気ブラシの穂立
ちした領域を幅狭く緻密にすることができ、目的を達成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式或いは静
電記録方式により像担持体上に形成された静電潜像を現
像するための現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写装置、静電記録装置、磁気
記録装置等の画像形成装置に使用する現像装置として、
磁気ブラシ現像方法を使用する現像装置が広く用いられ
ている。

【０００３】この磁気ブラシ現像方法の１つとして、現
像容器に回転自在に設置した現像剤担持体としての非磁
性円筒体からなる現像スリーブと、この現像スリーブ内
に非回転に設置された複数の磁極を有する磁石ローラと
を具備し、現像スリーブ上に現像剤を担持して回転する
ことにより現像剤を搬送して、像担持体と略対向した現
像位置に配置された磁石ローラの現像磁極により現像ス
リーブ上の現像剤に磁気ブラシを形成させ、該磁気ブラ
シを像担持体に摺擦させて像担持体上の静電潜像を現像
する、所謂磁気ブラシ摺擦現像法が広く知られている。

【０００４】又画質の向上を目的として、現像スリーブ
に交番磁界を印加することにより、画像の掃き寄せを防
止し、中間調画像の再現性を向上させることが知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の現像方法は、
現像領域へ現像に寄与する現像剤を十分に供給すること
ができるので、高画像濃度を得ることができるが、現像
位置において磁気ブラシの穂が疎であるために、特にハ
ーフトーンにおいてガサツキのある貧弱な画像となる場
合があった。

【０００６】又近年、高画質画像の要望が高まってお
り、様々な原稿画像、特にフルカラー画像に対して大き
な要求がなされている。従ってベタ黒部の画像濃度を十
分に高く維持しながらハイライト部の再現性を良好に
し、ハーフトーン部においても緻密な画像を得ることが
必要とされている。

【０００７】このことから、例えば二成分現像剤のトナ
ー及び磁性キャリアを小粒径化すると、画質は良好にな
る。しかしながら、像担持体へのキャリア付着を生じ易
くなり、これが原因で著しい場合には画像の欠損を招く
ことがあった。又磁性キャリアの飽和磁化率を小さくす
ることにより磁気ブラシの穂を緻密にすることも試みら
れているが、この場合にもキャリア付着の問題を生じ
る。

【０００８】以上のように、二成分磁気ブラシ現像法を
単に適用しただけでは、現像位置において磁気ブラシの
穂が疎であるために、画像のガサツキ（特にハーフトー
ン部におけるガサツキ）を生じたり、細線がカスレたり
する場合があった。

【０００９】そこで、本発明者がその対策を講ずるべく
調べたところによれば、現像スリーブ上の磁束密度分布
の半値幅を小さくすると、磁気ブラシの穂が緻密になる
傾向があり、その半値幅は磁極間隔が狭まいほど小さく
できるが、磁極間隔を狭くするとカブリを生じ易くなっ
た。又磁極構成上、磁極間隔を狭くできない場合があ
り、半値幅を小さくするにも限界があった。

【００１０】本発明の目的は、簡単な構成で画像のカブ
リやガサツキを防いで、細線の再現性が良く、鮮明で高
画質な画像を安定して得ることができる現像装置を提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
現像装置にて達成される。要約すれば本発明は、複数の
磁極を有する磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に
磁性粒子と非磁性トナーとを有する二成分現像剤を担持
して、像担持体と対向した現像領域へ搬送し、前記現像
領域で前記現像剤の磁気ブラシを形成して前記像担持体
上の潜像を現像する現像装置において、前記現像剤担持
体は、前記磁界発生手段の磁極のうちの現像主極の両側
で、最大磁束密度の１／２以下の磁束密度の位置に変曲
点を有することを特徴とする現像装置である。好ましく
は、前記二成分現像剤は、磁性粒子の重量平均粒径が２
５〜８０μｍで、前記非磁性トナーの体積平均粒径が１
０μｍ以下であり、又前記現像剤担持体に現像時、交番
電界が印加される。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の現像装置の一実施例を示す
断面図である。本現像装置を設置した画像形成装置は、
その像担持体としての感光ドラム３の周囲に、周知の電
子写真プロセス手段として、図示しない帯電手段、画像
露光手段、転写手段、クリーニング手段及び除電手段等
が配置されている。上記画像露光手段はレーザビームを
用いて、画像の濃度信号をＰＭＷ変調して感光ドラム３
に露光するようになっている。

【００１３】本実施例の現像装置は、非磁性トナーと磁
性キャリアを含む二成分現像剤を収容した現像容器２０
の開口部内に、現像剤担持体としてアルミニウム、ステ
ンレス鋼等の非磁性円筒体からなる現像スリーブ２１を
有しており、現像スリーブ２１は、矢印方向に回転して
容器２０内の現像剤を担持し、感光ドラム３と対向した
現像領域へと搬送する。現像容器２０の現像スリーブ２
１が設置された開口部には、現像スリーブ２１の上方に
これと小間隔を開けて規制ブレード２５が設置され、現
像スリーブ２１上に担持して搬送される現像剤の層厚を
規制するようになっている。

【００１４】現像スリーブ２１によって現像領域に搬送
された現像剤は、矢印方向に回転する感光ドラム３に供
給され、これにより感光ドラム３上に形成された潜像が
現像され、トナー像として可視化される。現像の際には
現像スリーブ２１に、電源２２により交流電圧に直流電
圧を重畳した振動バイアスが現像バイアスとして印加さ
れる。振動バイアス電圧の波形としては、矩形波、サイ
ン波等が使用される。

【００１５】現像スリーブ２１内には、ローラ状の磁石
（磁石ローラ）２３が非回転に設置されており、本実施
例では、この磁石ローラ２３の表面に、３つのＮ極の磁
極Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３及び２つのＳ極の磁極Ｓ１、Ｓ２が
設けられている。

【００１６】このうちＳ１極は現像磁極であり、相隣り
合った同極性のＮ２極とＮ３極は、現像スリーブ２１に
対し現像剤の剥ぎ取り、汲み上げを行ない又現像スリー
ブ２１上の現像剤を搬送する作用を持つ磁極である。Ｓ
２極は規制ブレード２５と協同して現像スリーブ２１上
の現像剤層厚を規制する作用を持つ規制極である。Ｎ１
極は、現像剤の搬送作用を持つ搬送磁極である。

【００１７】現像領域を通過した現像スリーブ２１上の
現像剤は、上記の同極性の磁極Ｎ２極とＮ３極とによっ
てその間に形成された反撥磁界により、現像スリーブ２
１上から一旦剥ぎ取られて離脱される。現像スリーブ２
４から離脱した現像剤は、現像容器２０内の撹拌スクリ
ュー２４により容器２０内の現像剤と撹拌、混合され、
その混合された現像磁がＮ２極による吸着で再度、現像
スリーブ２１上に汲み上げて担持される。現像スリーブ
２１上に担持された現像剤は、Ｓ２極、Ｎ１極を経て現
像領域に搬送される。

【００１８】図１に一点鎖線で示した線分ＬＬは、現像
スリーブ２１の回転中心ＯＡと感光ドラム３の回転中心
ＯＢを結んだ直線で、現像スリーブ２１と感光ドラム３
の対向中心を示すものである。この線分ＬＬの部分で現
像スリーブ２１と感光ドラム３とは最近接位置となって
おり、現像領域（現像位置）の中央位置でもある。

【００１９】又角度θは、現像スリーブ２１の回転中心
に対する現像主極Ｓ１と上記の線分ＬＬとが為す角度で
あり、現像主極Ｓ１は、現像スリーブ２１の回転方向に
角度θ、即ち現像位置の中央よりも現像スリーブ２１の
回転方向上流側に位置している。

【００２０】磁石ローラ２３の現像主極Ｓ１について詳
しく説明する。

【００２１】現像主極Ｓ１による現像スリーブ２１上の
磁束密度が大きいほど、磁性キャリアを現像スリーブ２
１上に引き付ける力が大きく、従ってキャリア付着を防
止する効果がある。そのためには現像主極Ｓ１の現像ス
リーブ２１上での磁束密度は８００ガウス以上あること
が好ましい。又現像スリーブ２１上での磁束密度分布の
半値幅を小さくすると、磁気ブラシの穂が密になる傾向
があり、ガサツキがなく、細線の再現性が良く、鮮明で
高画質な画像を得ることができる。磁束密度分布の半値
幅を小さくする１つの手段としては磁極間隔を狭くする
方法があるが、この場合、磁束密度が小さくなってキャ
リア付着が生じることがあった。又磁極構成上、磁極間
隔を狭くできない場合があり、半値幅を小さくするのに
も限界があった。

【００２２】そこで、磁極間隔を変えることなく磁束密
度分布の半値幅を効果的に小さくするにはどうすればよ
いかを、図２〜図３を用いて説明する。

【００２３】図２は、現像スリーブ２１上の垂直方向の
磁束密度と現像スリーブ２１の回転中心に対する位置
（角度）との関係を示したものである。図２の実線は本
実施例の場合を示し、点線は比較例の場合をそれぞれ示
している。又Ｐ１は現像主極Ｓ１の位置を、Ｐ２、Ｐ３
はゼロガウスの位置を、更にＰ４、Ｐ５は変曲点の位置
をそれぞれ示す。又Ｈ１、Ｈ２は本実施例、比較例での
磁束密度分布の半値幅をそれぞれ示す。

【００２４】図２に示されるように、比較例の場合に
は、現像主極Ｓ１の両側に変曲点がないのに対し、本実
施例では変曲点Ｐ４、Ｐ５があるため、磁束密度の半値
幅を比較例のＨ２に比べて格段に狭いＨ１に小さくする
ことができる。

【００２５】図３は、現像主極Ｓ１による現像スリーブ
２１上の現像剤の穂の形成状態を示す図で、図３（Ａ）
は本実施例の場合を示し、図３（Ｂ）は比較例の場合を
示す。図３に示されるように、比較例の場合は現像剤
（キャリア）の穂が疎であるが、本実施例では現像剤の
穂が緻密に形成されている。このように、現像主極Ｓ１
の両側に変曲点を設けることにより、現像スリーブ２１
上の現像剤の穂を緻密にすることができる。

【００２６】現像領域について説明する。図４におい
て、現像スリーブ２１及び感光ドラム３において、これ
らの回転中心ＯＡ、ＯＢを結んだ線分ＬＬが交わる交点
をＡ0、Ｂ0 とする。その交点Ａ0 、Ｂ0 を結んだ線分
Ａ0 Ｂ0 は、現像スリーブ２１と感光ドラム３との最近
接位置であり、現像領域の略中央位置である。即ち現像
スリーブ２１上の現像領域の略中央位置がＡ0 であり、
感光ドラム３の現像領域の略中央位置がＢ0 である。現
像スリーブ２１上のトナーが付着される感光ドラム３の
上流側の限界位置をＢ１、下流側の限界位置をＢ２とす
ると、円孤Ｂ１〜Ｂ２が感光ドラム３上での現像領域の
幅（現像幅）Ｌである。

【００２７】この現像幅Ｌを求めるために、実際の画像
形成に使用される現像バイアスと同じ周波数、同じピー
ク・ツゥ・ピーク電圧を有する振動バイアス電圧を現像
スリーブ２１に印加して現像を行なった。

【００２８】但し、測定時の振動バイアス電圧の直流電
圧成分Ｖｄｃは、それと測定時の感光ドラム３の表面電
位Ｖｓとの差、即ち現像コントラスト電位Ｖｃ（＝Ｖｓ
−Ｖｄｃ）が、実際の画像形成時の感光ドラム３上の画
像部電位（反転現像のときは明部電位）ＶL と振動バイ
アス直流電圧成分Ｖｄｃａとの差（ＶL −Ｖｄｃ）に一
致するように設定する。つまり、Ｖｃ＝Ｖｓ−Ｖｄｃ＝
ＶL −ＶｄｃａとなるようにＶｄｃを設定する。感光ド
ラム３上の表面電位が異なっていても、現像コントラス
ト電位Ｖｃが同一ならば、感光ドラムに付着するトナー
量や現像領域は実質的に同じになることは経験的に知ら
れている事実である。

【００２９】上記の振動バイアス電圧をその４〜６周期
分含む時間Ｔｐだけ、現像スリーブに印加し、これによ
り感光ドラム上に形成されたトナーの帯状ベタ黒画像
を、画像形成装置の転写装置により転写紙上に転写す
る。そしてその転写紙上の帯状ベタ黒画像の幅（これを
Ｌ１とする）をノギスにより測定する（感光ドラム上の
画像の幅は、それを転写した転写紙上の画像の幅Ｌ１と
略同一であると見なすことができ、幅Ｌ１と等しいとし
ても問題はない）。

【００３０】感光ドラムの現像幅Ｌの算出方法を説明す
ると、振動バイアス電圧の印加時間Ｔｐの間に感光ドラ
ムが現像領域を移動するので、その移動分だけ帯状ベタ
黒画像の幅Ｌ１は現像幅Ｌよりも長くなるので、下式に
より現像幅Ｌを求める。

【００３１】Ｌ＝Ｌ１−Ｔｐ×ＶｐＬ：現像幅（ｍｍ）Ｌ１：画像幅（ｍｍ）Ｔｐ：振動バイアス印加時間（秒）Ｖｐ：感光ドラム周速（ｍｍ／秒）

【００３２】以上の測定を５〜６回行ない、各測定で得
られた現像幅Ｌを算術平均して、これを感光ドラムの現
像幅Ｌとすればよい。

【００３３】更に現像スリーブ３上の現像領域の限界点
Ａ１とＡ２とし、その間の円孤（Ａ１〜Ａ２）である現
像スリーブ３上の現像領域の幅Ｌ′を、上記の実測した
感光ドラムの現像幅Ｌと等しいと仮定し、又現像幅Ｌの
中央位置、現像領域の幅Ｌ′の中央位置をそれぞれ前記
の交点Ｂ0 、交点Ａ0 であると仮定すると、現像幅Ｌの
限界点Ｂ１、Ｂ２及び現像領域の幅Ｌ′の限界点Ａ１、
Ａ２が計算で求められる。

【００３４】このようにして求めた現像スリーブ３上の
現像領域の限界点Ａ１及びＡ２と、現像スリーブ３の回
転中心ＯＡとを結んだそれぞれの線分と、前記の回転中
心ＯＡ、ＯＢ間の線分ＬＬとのなす角をそれぞれＫ１及
びＫ２とすれば、現像領域は、この限界点Ａ１、Ａ２、
Ｂ１、Ｂ２で囲んだ範囲であり、現像スリーブ３上に限
れば、その点Ａ１から点Ａ２までの範囲ということにな
る。

【００３５】次に、本実施例で用いる二成分現像剤につ
いて説明する。トナーは樹脂に着色剤を含有した負帯電
性の絶縁性非磁性トナーで、体積平均粒径は８μｍのも
のを使用した。磁性キャリアはフェライト粒子に極く薄
い樹脂コーティングしてなっており、重量平均粒径は４
５μｍのものを使用した。このキャリアの粒子の飽和磁
化は約６０ｅｍｕ／ｇ、透磁率は約５．０であった。現
像は、負帯電性のトナーを用いたので、反転現像を行な
った。

【００３６】上記のような絶縁性非磁性トナーは、高解
像性の現像画像を得ることができる点で、体積平均粒径
が４μｍ以上、１０μｍ以下のものを使用することが好
ましい。このような磁性トナーと良好に混合して摩擦帯
電でき、又キャリア付着を防止できる点で、磁性キャリ
アは重量平均粒径が２５〜８０μｍ、より好ましくは３
０〜７０μｍのものがよい。又磁性キャリアは、磁性
体、例えばフェライトに薄い樹脂コーティングを施した
キャリア粒子がよい。磁性キャリアの飽和磁化率は３０
〜８０ｅｍｕ／ｇが好ましい。

【００３７】本発明において、非磁性トナーの体積平均
粒径の測定は、１００μｍのアパチャーを用い、コール
タカウンターＴＡ−IIを使用して行なった。即ち、測定
装置としてコールタカウンターＴＡ−II（コールター社
製）を用い、個数平均分布、体積平均分布を出力するイ
ンタフェース（日科機製）及びＣＸ−ｉパーソナルコン
ピュータ（キヤノン製）を接続し、電解液は試薬１級の
塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製し
た。

【００３８】測定方法は、次の通りである。上記のＮａ
Ｃｌ水溶液からなる電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散
剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスル
ホン酸塩を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料０．５〜
５０ｍｇを加える。そして試料を懸濁した電解液は、超
音波分散器で約１〜３分間分散処理し、上記のコールタ
カウンターＴＡ−IIにより、１００μｍのアパチャーを
用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平
均分布を求める。このようにして求めた体積平均分布か
ら体積平均粒径が得られる。

【００３９】磁性キャリアの重量平均粒径は、以下のよ
うにして測定した。先ず、次の手順でキャリアの粒度分
布を測定する。

【００４０】（１）試料約１００ｇを０．１ｇの桁まで
計り取る。（２）篩は１００メッシュから４００メッシ
ュの標準篩を用い、上から１００、１４５、２００、２
５０、３５０、４００の大きい順に積み重ね、底には受
皿を置き、試料を１番上の篩いに入れて蓋をする。但
し、篩の枠の寸法は篩面から上の内径が２００ｍｍ、上
面から篩面までの深さが４５ｍｍであること。（３）上
記の積み重ねた篩を振動機によって水平旋回数毎分２８
５±６回、振動回数毎分１５０±１０回で１５分間振る
う。（４）振るった後に各篩及び受皿内の鉄粉を０．１
ｇの桁まで計り取る。（５）重量百分率で少数第２位ま
で算出し、ＪＩＳ−Ｚ８４０１によって少数第１位まで
丸める。但し、各部のキャリア粒子の重量の総和は、初
め計り取った試料の重量の９９％以下であってはならな
い。

【００４１】重量平均粒径は、上記の粒度分布測定値よ
り下記式に従って求める。

【００４２】平均粒径（μｍ）＝｛（１００メッシュ篩の残量）×１４０＋（１４５メッシュ篩の残量）×１２２＋（２００メッシュ篩の残量）×９０＋（２５０メッシュ篩の残量）×６８＋（３５０メッシュ篩の残量）×５２＋（４００メッシュ篩の残量）×３８＋全篩通過量×１７｝×１／１００

【００４３】キャリアの５００メッシュ以下の量は、５
０ｇ入り試料量を５００メッシュ標準篩に載せてから吸
引して重量減少から算出する。

【００４４】磁性キャリアの抵抗値は、測定電極面積が
４ｃｍ² 、電極間距離が０．４ｃｍのサンドイッチタイ
プの測定セルを使用して、片方の電極への１ｋｇ重量の
加圧下に磁性キャリア粒子を挟み、両電極間に電圧を印
加して、そのとき測定回路に流れた電流値から求めた。

【００４５】磁性キャリアの飽和磁化率及び透磁率の測
定は、振動試料型磁力計（東英工業社製ＶＳＭ−Ｐ−
１）により行なった。最大１００００エルステッドの磁
場中に置かれた磁性キャリア粒子の磁化を測定して、そ
のとき記録紙に描かれたヒステリシス曲線に基づき飽和
磁化率及び透磁率求めた。

【００４６】次に、本発明の具体例について説明する。

【００４７】実施例１〜３及び比較例１〜２次のように画像形成を行なった。感光ドラムの暗部電位
（背景部電位）を−７００Ｖ、明部電位（画像部電位）
を−２００Ｖとして潜像を形成した。現像スリーブに印
加する振動バイアス電圧は、周波数が２ｋＨｚ、ピーク
間電圧Ｖｐ−ｐが２ｋＶの交流電圧に−５５０Ｖの直流
電圧を重畳したものである。感光ドラムの周速は１６０
ｍｍ／秒、現像スリーブの周速は２８０ｍｍ／秒とし
た。感光ドラムと現像スリーブの最近接距離は０．５ｍ
ｍとした。現像スリーブと規制ブレードの間隔は０．８
ｍｍとした。感光ドラムの外径は８０ｍｍ、現像スリー
ブの外径は２０ｍｍであった。このとき現像幅Ｌは約４
ｍｍであった。従って現像スリーブ上の現像領域の幅を
角度で表すと約１１°となる。

【００４８】現像スリーブ２１内磁石ローラ２３として
表１に示す磁石ローラＡ、Ｂ及びＣを使用して、図１の
現像装置により現像を行なって画像形成をした。

【００４９】

【表１】

【００５０】実施例１〜３、比較例１〜２の磁極位置、
変曲点Ｐ４、Ｐ５の位置及び得られた画像の画質の評価
について調べた結果を表２に示す。表２において、”
○”は画質が良好であることを、”×”は画質が不良で
あることを示す。又位置間の間隔は、現像スリーブと感
光ドラムの最近接位置からの対象とする位置までの間隔
を現像スリーブ中心から見た角度で表示したものであ
る。又”上”とは現像スリーブの回転方向に関し最近接
位置の上流側に位置することを、”下”とは同じく下流
側に位置することを意味する。

【００５１】

【表２】

【００５２】表２に示されるように、実施例１〜３で
は、ハーフトーン部（中間調部）にガサツキは殆ど生じ
ておらず、細線及びハイライト部（低濃度部）の再現性
が良好であり、キャリア付着がなく、濃度も十分に高い
画像が得られた。尚、カブリやトナー飛散も生じなかっ
た。これに対し、比較例１〜２では、十分に高い画像濃
度が得られたものの、ハーフトーン部にややガサツキが
生じ、細線及びハイライト部の再現性に劣っていた。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の現像装置
では、現像剤担持体内の磁界発生手段の現像主極の両側
で、最大磁束密度の１／２以下の磁束密度の位置に変曲
点を現像剤担持体が有するようにしたので、現像剤の磁
気ブラシの穂立ちしたを領域を幅狭く緻密にすることが
でき、このため画像のカブリやガサツキを防いで、細線
の再現性が良く、鮮明で高画質な画像を安定して得るこ
とができ、又そのための構成も簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】図１の現像装置の磁石ローラの現像主極近辺の
現像スリーブ上の磁束密度分布を示す説明図である。

【図３】図２のときの現像スリーブ上での現像剤の穂の
形成状態を比較例と共に示す説明図である。

【図４】図１の現像装置の現像領域を求めるための説明
図である。

【符号の説明】

３感光ドラム２１現像スリーブ２３磁石ローラ２５規制部材Ｓ１現像主極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の磁極を有する磁界発生手段を内蔵
した現像剤担持体上に磁性粒子と非磁性トナーとを有す
る二成分現像剤を担持して、像担持体と対向した現像領
域へ搬送し、前記現像領域で前記現像剤の磁気ブラシを
形成して前記像担持体上の潜像を現像する現像装置にお
いて、前記現像剤担持体は、前記磁界発生手段の磁極の
うちの現像主極の両側で、最大磁束密度の１／２以下の
磁束密度の位置に変曲点を有することを特徴とする現像
装置。
【請求項２】前記二成分現像剤は、磁性粒子の重量平
均粒径が２５〜８０μｍで、前記非磁性トナーの体積平
均粒径が１０μｍ以下である請求項１の現像装置。
【請求項３】前記現像剤担持体に現像時、交番電界が
印加される請求項１又は２の現像装置。