JP2002244440A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小径の磁気ロールを用いた小型磁性２成分現
像器で、キャリアが感光体ドラムに付着しにくくかつ、
流動性が比較的悪い現像剤を含めさまざまな現像剤を使
える画像形成装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 磁石ロール３と感光体ドラム５とのギャ
ップを０．２〜０．５ｍｍの範囲にし、磁石ロール３と
現像剤１の穂立ちを規制する穂切りブレード４のギャッ
プを０．１〜０．６ｍｍにし、穂切りブレード４の前後
に相反する極性の磁極を配置し、それぞれの磁力のピー
クが、磁石ロール３上の沿面距離で穂切りブレード４か
ら１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離にあり、上流側の磁力
を下流側の磁力より小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真装置など
の画像形成装置に係り、特に、平均粒径５０μｍ以下で
７９ｋＡ／ｍ（１キロエルステッド）の磁界中における
磁化量が０．０３８〜０．２５Ｗｂ／ｍ²（３０〜２０
０（ｅｍｕ／ｃｍ³））の磁性キャリアと非磁性トナー
を混合攪拌した現像剤を磁石ロールで搬送し、静電潜像
を現像する２成分現像装置を有する電子写真装置等の画
像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の各種の電子写真装置等の画像形成
装置には、磁性キャリアと非磁性トナーを混合攪拌した
現像剤を磁石ロールで搬送し、静電潜像を現像する２成
分現像装置が備えられている。

【０００３】このような電子写真装置装置においては、
近年カラー化がすすみ、現像装置においても複数配置す
る必要が生じ小型化が重要な課題となっている。また、
高画質化の要求から５０μｍ以下の平均粒径のキャリア
を用いることも提案されている。さらには、現像装置に
使用される磁石ロールの磁石は、生産性の理由から円筒
上の磁性体周辺に電磁コイルを複数配置して通電し同時
に複数極の磁極を形成するものが低コストで一般的なも
のとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直径が
１６ｍｍ未満の磁石ロールでは、磁極が近接して互いに
影響を及ぼすため、現像極の磁力が０．０７Ｔ（７００
Ｇ）程度の強度しか得られずキャリアに及ぼす磁気力が
小さくなり、キャリアが感光体ドラムに付着しやすいと
いう問題があった。

【０００５】この問題を解決するために、現像極のみを
強く着磁する方法が考えられる。しかしながら、この方
法では、磁石ロールの現像極磁石のみに希土類材料など
を用いた強磁性体を使うことで可能となるが、製造コス
トが上がる問題が生じた。また、この問題を解決するた
めに、現像部で磁石ロールを感光体ドラムに近づけると
現像部で現像剤が圧接させないために穂切りブレードと
磁気ロールの間隙を小さくして現像剤量を減らす必要が
生じるが、間隙が０．６ｍｍ以下になると、流動性が悪
い現像剤や、磁気特性が強い現像剤を使用すると間隙か
らのすり抜けが阻害され、現像剤が搬送されなくなると
いう問題が連鎖的に生じた。さらに平均粒径が５０μｍ
以下、特に３５〜２０μｍ以下のキャリアを使用した現
像剤は流動性が悪く（キャリアのＦ．Ｒ値で４０（ｓｅ
ｃ／５０ｇ）以上）、穂切りブレード部でのすり抜けを
困難にした。

【０００６】したがって、画像形成装置においては、直
径６ｍｍ以上で直径１６ｍｍ未満の磁石ロールを用い小
型であることと同時に、用途が複写機やプリンタなど様
様な画像特性が要求されるためさまざまな現像剤を使え
ることが要求されている。

【０００７】本発明は、この要求を満たすために、小径
の磁気ロールを用いた小型磁性２成分現像器で、キャリ
アが感光体ドラムに付着しにくくかつ、流動性が比較的
悪い現像剤を含めさまざまな現像剤を使える画像形成装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に磁石ロールの外径を６ｍｍ以上１６ｍｍ未満にし、さ
らに、キャリア付着を防ぐ為、磁石ロールと感光体ドラ
ムとのギャップを０．２〜０．５ｍｍの範囲に設置し、
さらに、現像部で現像剤の圧接を防ぐ為に磁石ロールと
現像剤の穂立ちを規制する現像剤穂切りブレードのギャ
ップを０．１〜０．６ｍｍに設定する。

【０００９】さらに、穂切りブレードのギャップが０．
１〜０．６ｍｍの現像器において、流動性の悪い現像剤
を用いて現像剤を通過させるために、現像剤の穂切りブ
レードの前後に相反する極性の磁極を配置し、それぞれ
の磁力のピークが、磁石ロール上の沿面距離で該穂切り
ブレードから１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離にし、上流
側の磁力が下流側の磁力より小さくした。

【００１０】さらに、現像剤穂切りブレードのすり抜け
が困難な現像剤に対しては、穂切りブレードの穂切り部
稜線の位置に穂切りブレードを挟んで配置された磁極に
より形成される磁界強度の最小部が略一致するようにし
た。

【００１１】さらに、穂切りブレードの前後に磁石ロー
ル円周方向の距離１５ｍｍ以内に存在する磁力におい
て、穂切り前の磁力の総和が穂切り後の総和より小さく
した。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、平均粒
径５０μｍ以下で７９ｋＡ／ｍ（１キロエルステッド）
の磁界中における磁化量が０．０３８〜０．２５Ｗｂ／
ｍ²（３０〜２００（ｅｍｕ／ｃｍ³））かつＦ．Ｒ値が
３０〜∞（ｓｅｃ／５０ｇ）の磁性キャリアと非磁性ト
ナーを混合攪拌した現像剤を磁石ロールで搬送し、静電
潜像を現像する２成分現像装置を有する画像形成装置に
おいて、磁石ロールの外径が６ｍｍ以上で１６ｍｍ未満
であり、磁石ロールと感光体ドラムとのギャップが０．
２〜０．５ｍｍの範囲にあり、磁石ロールと現像剤の穂
立ちを規制する現像剤穂切りブレードのギャップが０．
１〜０．６ｍｍであることを特徴とする画像形成装置で
あり、現像ロールの外径を１６ｍｍ以下にしたことによ
り小型の磁性２成分現像器が得られ、磁石ロール小径化
したことによる現像極の弱さを潜像担持体である感光体
ドラムに近接して現像することにより強い磁界のなかで
現像が行われ、キャリアが感光体ドラムに付着すること
を防止し、更に、穂切りブレードと磁石ロールスリーブ
との間隙を小さくすることにより、現像部での現像剤の
圧接を防止するという作用を有する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、現像剤穂切りブ
レードの前後に相反する極性の磁極が存在し、それぞれ
の磁力のピークが磁石ロール上の沿面距離で穂切りブレ
ードから１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離にあり、上流側
の磁力が下流側の磁力より小さいことを特徴とする請求
項１記載の画像形成装置であり、穂切りブレードと磁石
ロールの間隙を０．６ｍｍ以下にして、Ｆ．Ｒ値が３０
（ｓｅｃ／５０ｇ）を超えるような流動性が低い現像剤
や、磁化量が０．０３８Ｗｂ／ｍ²（３０（ｅｍｕ／ｃ
ｍ³））を超えるような磁化が強い現像剤を用いても、
磁石ロールと現像剤の穂立ちを規制する現像剤穂切りブ
レードの間隙から十分な量の現像剤が搬送されるという
作用を有する。

【００１４】請求項３に記載の発明は、穂切りブレード
の穂切り部稜線の位置に穂切りブレードを挟んで配置さ
れた磁極により形成される磁界強度の最小部が略一致す
るようにした磁石ロールを用いた現像装置を有すること
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置であり、穂切
りブレードと磁石ロールの間隙を０．６ｍｍ以下にし
て、流動性が低い現像剤や、磁化が強い現像剤を用いて
も、磁石ロールと現像剤の穂立ちを規制する現像剤穂切
りブレードの間隙から十分な量の現像剤が搬送されると
いう作用を有する。

【００１５】請求項４に記載の発明は、穂切りブレード
の前後に該磁石ロール円周方向の距離１５ｍｍ以内に存
在する磁力において、穂切り前の磁力の総和が穂切り後
の総和より小さいことを特徴とする請求項１または２記
載の画像形成装置であり、穂切りブレードと磁石ロール
の間隙を０．６ｍｍ以下にしたり、Ｆ．Ｒ値が３０（ｓ
ｅｃ／５０ｇ）を超えるような流動性が低い現像剤や、
磁化量が０．０３８Ｗｂ／ｍ²（３０（ｅｍｕ／ｃ
ｍ³））を超えるような磁化が強い現像剤を用いても、
磁石ロールと現像剤の穂立ちを規制する現像剤穂切りブ
レードの間隙から十分な量の現像剤が搬送されるという
作用を有する。

【００１６】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。

【００１７】（実施の形態１）以下、本発明の第１実施
の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の
第１実施の形態における画像形成装置の構成図であり、
図１を用いてカラー画像を得る過程について説明する。

【００１８】図１において、キャリアとトナーを混合し
た現像剤１は、矢印Ａ方向に回動する攪拌搬送スクリュ
ー２Ｆ，２Ｒによって攪拌され、固定された円筒状の磁
石３−１の外周に非磁性体で形成された回動するスリー
ブ３−２によってなる磁石ロール３の後方部に搬送され
る。現像剤１は、磁石ロール３の吸引極Ｓ２によって吸
い上げられ、磁石ロール３の外周に設けたスリーブ３−
２が矢印Ｂ方向に回動することによって穂切りブレード
４へと搬送される。なお、５は感光体ドラムである。

【００１９】搬送された現像剤１は必要量だけ穂切りブ
レード４からすり抜け、不用なものは穂切りブレード４
でたまり、矢印の動きをする。すり抜けた現像剤１は、
穂切りブレード４をすり抜ける際に受けた剪断力によっ
て強くトナーとキャリアが摩擦することで、トナーおよ
びキャリアの双方にそれぞれ相反する極性で帯電され、
磁石ロール３の外周に設けたスリーブ３−２によって現
像部に搬送され、一般的に知られている電子写真の原理
で現像される。本実施の形態では、スリーブ３−２に４
００Ｖの直流バイアス印加し、３ｋＨｚの周波数でピー
ク電圧をこの直流バイアスの略二倍の交流電界を重畳し
て、８０Ｖ程度の静電潜像にプラスに帯電させたトナー
を付着させている。

【００２０】現像部を通過した現像剤１は、さらに搬送
され、磁石ロール３のＳ１上へくると、吸引極Ｓ２とＳ
１が形成する反発磁界に沿って現像スリーブ３−２上か
ら離脱し、スクリュー側へ落下して、搬送されてきた現
像剤１と混合する。現像剤１は、図示しないトナー補給
機構によって、常時トナーの消費に応じた量のトナーが
補給されており、常に一定の範囲内でその混合比が保た
れている。以上のようにして本装置はトナー画像を得る
ことができる。

【００２１】ここで、現像ロールが直径１６ｍｍ未満に
なると本発明を適用する必要が生じる。

【００２２】図２は図１の磁石ロール円周上の磁界の強
さを表す図で、もみじ型グラフは、磁石ロール３円周上
の磁界の強さを表したものである。磁石ロール３は、前
記の吸い上げ、搬送、穂切りブレード４をすり抜け、摩
擦帯電、トナー像形成、タンク内の現像剤と現像に供し
た現像剤１の混ぜ合わせという動作を行うためと製造上
奇数極の着磁極が必要という理由から通常５つの着磁極
の構成をとる。

【００２３】磁石ロール３内にある円筒磁石は、円筒状
の磁性体量産する際、極角度に応じて巻き線コイルを円
筒状に形成した磁性体周辺に配して、通電着磁を行う
が、小さい径のものは、この着磁コイルが近接している
ため通電した際影響を及ぼし合い、通常のフェライト材
で形成した場合０．０７Ｔ程度の磁力しか着磁できな
い。さらに、相反する極の強さの総和が互いに略等しく
することで安定して着磁することできるため、現像極の
みを強くし、他の極を小さくするのが困難である、従っ
て、各極の磁極強さは、現像極の磁力を換えない限り、
小径にしても大径のものと大きく変わらない。

【００２４】ここで、磁石ロール３のスリーブ３−２外
周の大きさと極間角度１０度当りの距離を表にすると、
（表１）のごとくなる。

【００２５】

【表１】

【００２６】現像極磁力は、キャリアを潜像担持体から
うける電気的引力、粘着力に打ち勝つだけの磁力が必要
であり、かつこの関係は現像ロールの径に無関係に決ま
るため、弱くすることはできない。したがって、０．０
１〜０．０５Ｔ程度のピークを持つ磁極がＳ１、Ｓ２、
Ｎ２、Ｓ３に配置され０．０５〜０．０７Ｔ程度の現像
極Ｎ１が形成される。さらに現像極を大きくとるとその
他の磁極は応じて大きくなる。

【００２７】５０μｍ以下で磁化量が０．０７６Ｗｂ／
ｍ²（６０（ｅｍｕ／ｃｍ³））以下のキャリアを使用し
た現像材は感光体ドラム５表面で０．０５Ｔ程度の磁力
で引かねば、電気力と分子間力、粘着力等に負けキャリ
アが付着しやすくなる。現像部でのスリーブ３−２と感
光体ドラム５の空隙（以下現像ギャップという）を０．
６ｍｍ以下にするとスリーブ３−２表面磁力が０．０７
Ｔ以下でもキャリアが付着しないことがわかった。しか
し現像ギャップを０．６ｍｍ以下にすると、穂切りブレ
ード４とスリーブ３−２の空隙（以下ブレードギャッ
プ）を０．６ｍｍ以下にしなければ、現像部で現像剤の
圧接が起こり画像不良が発生することがわかった。

【００２８】ところが、ブレードギャップを０．６ｍｍ
以下にすると、以下の理由でブレードすり抜けが阻害さ
れると言う問題が起こった。

【００２９】スリーブ３−２上の現像剤穂立ちの形はブ
レードを挟む２つ磁極が狭い時にできる現像剤穂立ち状
態を示す説明図である図３およびブレードを挟む２つ磁
極が広い時にできる現像剤穂立ち状態を示す説明図であ
る図４に示すごとくなる。これに穂切りブレード４の穂
切り端面を加えて描いているが、穂立ちの角度と端面が
なす角度θが穂切りブレード４を挟んで対峙する極のス
リーブ３−２上の円周方向距離が図４に比べ図３に示す
ように近接するほど小さくなり、すり抜け抵抗が大きく
なる。ちなみにこの角度について、穂切りブレード４を
傾けることで解決しようとすると、現像剤がクサビ形状
の部分を通り抜けようとするためブレード間隙に現像剤
１が殺到し圧接がおこりやはり現像剤１がすり抜けなく
なる。従ってブレードは、スリーブ３−２に対し法線方
向に配置する必要がある。

【００３０】本発明の第１実施の形態における現像液穂
立ち状態を示す説明図である図５に示すように、上記の
製造条件で作成した磁界強さを穂切りブレード４に挟持
して配置した場合、スリーブ３−２上の極のピーク間距
離Ｌ１＋Ｌ２が１ｍｍ以下では上記の理由ですり抜け抵
抗が大きくなり搬送しなくなる。また、極のピーク間距
離Ｌ１＋Ｌ２を１０ｍｍ以上とると、Ｓ３からＮ２へ現
像剤１が移行する時にＳ３側の現像剤１が磁性体の塊と
して働き、穂切りブレード４を抜けた現像剤１がＳ３側
に吸引保持されることになり、Ｎ２に搬送しなくなる。
この現象は、図からも明らかなように磁石ロール３の径
が小さくなると起こりやすくなるが、特に外径が１６ｍ
ｍ未満では顕著でありブレード後の磁力をブレード前の
磁力より強くすることにより、ブレード前の現像剤塊か
らの引っ張り力に打ち勝ち円滑に次のＮ１極につながる
搬送状態をつくることができた。すなわち、ブレードの
前後の極間距離を１〜１０ｍｍの範囲に配置し、すり抜
け抵抗を低くし、ブレード後の磁力をブレード前の磁力
より大きくすることによりブレードより下流に現像剤を
引っ張り出すことができ、小径の磁石ロール３における
この現象を防ぐことができた。

【００３１】別の方法として現像極以外の極の着磁力を
弱めれば良いが、現像極を別体で着磁したものをロール
に埋め込む事や現像極のみに強磁性体を使用するなどの
必要が生じ、製造上コストが高くなってしまう。

【００３２】（実施の形態２）次に、本発明の第２実施
の形態について説明する。

【００３３】磁石ロール３が非常に小さい場合、特に外
径１２ｍｍ以下になると穂切りブレード４の先端の平面
距離も無視できなくなる。外径１２ｍｍ以下では穂切り
ブレード４の前後極のピーク間距離が小さくなるので、
高い磁力の中で穂切りを行うことになる。この場合、や
はりすり抜け抵抗が大きくなる。これを解決しようとし
て穂切りブレード４の穂切り部平面距離を小さくする
と、ブレード先端がナイフエッジ状になり製造時に打痕
ができやすく、均一な穂切りができないという問題が生
じた。しかしながら、本発明の第２実施の形態における
磁石ロール円周上の磁界の強さを表す図である図６およ
び本発明の第２実施の形態における現像液穂立ち状態を
示す説明図である図７に示すように、磁力の最小点付近
の現像剤１はＮ２，Ｓ３の２極が形成する磁力線の向き
に倒れこんでおり、かつ磁力がスリーブ上で最小となっ
ているため、吸引による見かけ密度が低い状態になって
いる。この点がブレード部に一致するように極配置と強
度を合わせるとすり抜け抵抗が小さくなりブレード先端
の平面距離が０．５ｍｍ以上あっても、安定して現像剤
が通過することができた。

【００３４】（実施の形態３）次に、本発明の第３実施
の形態について説明する。

【００３５】０．０３〜０．０５Ｔの磁力は０．０１３
〜０．３８Ｗｂ／ｍ²（１０〜３００（ｅｍｕ／ｃ
ｍ³））程度のキャリアがその磁界内に充填されて存在
する場合、現像剤１は１０〜１５ｍｍの沿面距離で影響
を及ぼす。

【００３６】ブレードの前後において、前の部分１５ｍ
ｍの沿面に存在する磁力総和と後の部分１５ｍｍの沿面
に存在する磁力総和とが現像剤１を引き合うことにな
り、本発明の第３実施の形態における磁石ロール円周上
の磁界の強さを表す図である図８および本発明の第３実
施の形態における現像液穂立ち状態を示す説明図である
図９に示すように、後の部分の総和が前のそれより大き
い時、現像剤１は、第２実施の形態に示した穂切りブレ
ード４の前後極の後極を前極より大きくするのと同じ効
果が得られ、円滑に搬送することができた。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明により、外径１６
ｍｍ未満の磁石ロールを使う現像器を構成でき装置が小
型できた。また、小径の磁石ロールにおいて、穂切りブ
レードより安定して現像剤がすり抜け十分現像しうる量
の現像剤を搬送し且つ、磁石ロールは従来の製造方法で
製造ができ安価で安定して量産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態における画像形成装置
の構成図

【図２】図１の磁石ロール円周上の磁界の強さを表す図

【図３】ブレードを挟む２つ磁極が狭い時にできる現像
剤穂立ち状態を示す説明図

【図４】ブレードを挟む２つ磁極が広い時にできる現像
剤穂立ち状態を示す説明図

【図５】本発明の第１実施の形態における現像液穂立ち
状態を示す説明図

【図６】本発明の第２実施の形態における磁石ロール円
周上の磁界の強さを表す図

【図７】本発明の第２実施の形態における現像液穂立ち
状態を示す説明図

【図８】本発明の第３実施の形態における磁石ロール円
周上の磁界の強さを表す図

【図９】本発明の第３実施の形態における現像液穂立ち
状態を示す説明図

【符号の説明】

１ 現像剤 ２Ｒ 攪拌搬送スクリュー（後） ２Ｆ 攪拌搬送スクリュー（前） ３ 磁石ロール ３−１ 磁石 ３−２ スリーブ ４ 穂切りブレード ５ 感光体ドラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H005 BA00 EA02 EA05 EA10 FA02 2H031 AB02 AC01 AC09 AC19 AC20 AC33 AC34 AD03 AD05 BA07 BA09 CA11 2H077 AB02 AB14 AB18 AC02 AD06 AD13 AD18 AD23 AD36 AE06 EA03 EA16 GA12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均粒径５０μｍ以下で７９ｋＡ／ｍの磁
   界中における磁化量が０．０３８〜０．２５Ｗｂ／ｍ²
   かつＦ．Ｒ値が３０〜∞（ｓｅｃ／５０ｇ）の磁性キャ
   リアと非磁性トナーを混合攪拌した現像剤を磁石ロール
   で搬送し、静電潜像を現像する２成分現像装置を有する
   画像形成装置において、前記磁石ロールの外径が６ｍｍ
   以上で１６ｍｍ未満であり、前記磁石ロールと感光体ド
   ラムとのギャップが０．２〜０．５ｍｍの範囲にあり、
   前記磁石ロールと現像剤の穂立ちを規制する現像剤穂切
   りブレードのギャップが０．１〜０．６ｍｍであること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】前記現像剤穂切りブレードの前後に相反す
   る極性の磁極が存在し、それぞれの磁力のピークが前記
   磁石ロール上の沿面距離で前記穂切りブレードから１ｍ
   ｍ以上１０ｍｍ以下の距離にあり、上流側の磁力が下流
   側の磁力より小さいことを特徴とする請求項１記載の画
   像形成装置。
3. 【請求項３】前記穂切りブレードの穂切り部稜線の位置
   に前記穂切りブレードを挟んで配置された磁極により形
   成される磁界強度の最小部が略一致するようにした磁石
   ロールを用いた現像装置を有することを特徴とする請求
   項１記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】前記穂切りブレードの前後に該磁石ロール
   円周方向の距離１５ｍｍ以内に存在する磁力において、
   穂切り前の磁力の総和が穂切り後の総和より小さいこと
   を特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。