(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤担持体の表面にトナーとキャリアとを含む現像剤を保持させ、この現像剤を現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域に搬送させると共に、この現像剤担持体と像担持体との間に交流電界を作用させて現像を行なう現像装置において、上記の現像剤におけるトナー濃度を３０〜９０重量％、現像剤の嵩密度を０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ3 、現像領域に搬送される現像剤の量を０．５〜２ｍｇ／ｃｍ2 、現像領域において現像剤担持体と像担持体とが対向する間隔を０．１〜０．３ｍｍの範囲にしたことを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンター等の画像形成装置において、像担持体に形成された静電潜像を現像するのに使用する現像装置に係り、特に、現像剤担持体の表面にトナーとキャリアとを含む現像剤を保持させ、この現像剤を現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域に搬送させると共に、この現像剤担持体と像担持体との間に交流電界を作用させて現像を行なうようにした現像装置において、濃度ムラがなく、キメの良い良好な画像が得られるようにする点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンター等の画像形成装置において、像担持体に形成された静電潜像を現像するのに様々な現像装置が使用されていた。
【０００３】
ここで、このような現像装置の１つとして、トナーとキャリアとを含む現像剤を使用し、図１に示すように、像担持体１と対向するようにして、内周側にマグネットローラ１１ａが設けられた円筒状の現像剤担持体１１を装置本体１０に配し、この現像剤担持体１１の表面に装置本体１０内に収容された現像剤２をバケットローラ等の現像剤供給部材１２によって供給し、この現像剤２をマグネットローラ１１ａの磁気力によって現像剤担持体１１の表面に保持させ、この状態で現像剤担持体１１の回転により現像剤２を磁気ブラシの状態にして搬送し、現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する現像領域に搬送される現像剤２の量を規制部材１３によって規制した後、この現像剤２を現像領域に導き、この現像剤２中におけるトナーを像担持体１に供給して、像担持体１に形成された静電潜像を現像するようにしたものが存在した。
【０００４】
そして、従来においては、上記のようにして現像を行なうにあたり、一般に磁気ブラシの状態で現像領域に導かれた現像剤２を像担持体１に接触させて現像を行なうようにしていたが、この場合、この磁気ブラシによって先に像担持体１に供給されたトナーが掻き取られて、形成された画像に筋状のノイズが生じたり、画像が乱れたりするという問題があった。
【０００５】
このため、近年においては、磁気ブラシの状態で現像領域に導かれた現像剤２を像担持体１と非接触或は軽く接触する程度にすると共に、図１に示すように、現像剤担持体１１に対して直流電源１４と交流電源１５とから直流電圧と交流電圧とを重畳させて印加し、現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する現像領域に直流電界に交流電界が重畳された電界を作用させ、現像剤２中におけるトナーを交流電界によって現像剤担持体１１と像担持体１との間で振動させて現像を行なうようにしたものが開発された。
【０００６】
ここで、上記のように現像剤担持体と像担持体との間に交流電界を作用させて現像を行なう場合、従来において一般に使用されている現像剤を使用すると、現像剤中のキャリアが現像剤担持体の表面において凝集し、現像剤担持体の表面における現像剤の磁気ブラシが粗くなり、特に、現像領域に搬送させる現像剤の量を少なくした場合には、形成される画像に濃度ムラが生じたり、形成される画像のキメが悪くなったりするという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、現像剤担持体の表面にトナーとキャリアとを含む現像剤を保持させ、この現像剤を現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域に導き、この現像剤担持体と像担持体との間に交流電界を作用させて現像を行なうようにした現像装置における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【０００８】
すなわち、この発明における現像装置においては、上記のように現像剤担持体と像担持体との間に交流電界を作用させて現像を行なうにあたり、現像領域に搬送される現像剤の磁気ブラシが現像剤担持体の表面において均一かつ緻密に形成され、形成される画像に濃度ムラが生じるということがなく、キメの良い良好な画像が得られるようにすることを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明における現像装置においては、上記のような課題を解決するため、現像剤担持体の表面にトナーとキャリアとを含む現像剤を保持させ、この現像剤を現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域に搬送させると共に、この現像剤担持体と像担持体との間に交流電界を作用させて現像を行なう現像装置において、上記の現像剤におけるトナー濃度を３０〜９０重量％、現像剤の嵩密度を０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ3 、現像領域に搬送される現像剤の量を０．５〜２ｍｇ／ｃｍ2 、現像領域において現像剤担持体と像担持体とが対向する間隔を０．１〜０．３ｍｍの範囲にしたのである。
【００１０】
ここで、この発明における現像装置のように、現像剤におけるトナー濃度を３０〜９０重量％と高くする一方、現像剤担持体によって現像領域に搬送される現像剤の量を０．５〜２ｍｇ／ｃｍ２  になるように少なくすると、この現像剤担持体の表面にトナー層が形成され、その上に磁気ブラシが形成されるようになり、磁気ブラシ中におけるトナーの他に、現像剤担持体上におけるトナーが現像に使用され、像担持体にトナーを供給した場合において、キャリアに生じるカウンターチャージが減少し、このカウンターチャージによって像担持体に供給されたトナーが現像剤担持体に戻されるということが少なくなり、形成された画像に筋状のノイズが生じるのが抑制される。
【００１１】
また、上記のように現像剤におけるトナーの濃度を高くすると、キャリア間に多くのトナーが介在するようになり、現像剤中におけるキャリアの凝集が抑制され、現像領域に搬送される現像剤の量を少なくした場合であっても、現像剤担持体の表面に現像剤の磁気ブラシが均一かつ緻密に形成されるようになる。
【００１２】
そして、このように現像剤担持体の表面に均一かつ緻密に形成された現像剤の磁気ブラシからトナーが像担持体に供給されて、濃度ムラが少なく、キメの良好な画像が得られるようになる。
【００１３】
また、この発明における現像装置においては、現像領域において現像剤担持体と像担持体とが対向する間隔を０．１〜０．３ｍｍの範囲になるようにしているため、上記のように現像剤担持体によって０．５〜２ｍｇ／ｃｍ２  の範囲になるようにして現像領域に搬送されてきた現像剤が像担持体との間で詰まったりするということがなく、また現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域において浮遊するトナーも少なくなり、このように浮遊しているトナーが像担持体に供給されて、形成される画像にカブリが生じることも抑制される。
【００１４】
また、この発明における現像装置に使用する上記の現像剤の嵩密度が小さすぎると、現像剤担持体によって現像領域に搬送される現像剤の搬送量にムラが生じて、形成される画像に濃度ムラが発生しやすくなる一方、この現像剤の嵩密度が大きすぎると、現像剤中のキャリアが凝集して、現像剤担持体の表面に形成される現像剤の磁気ブラシが粗くなり、形成される画像に濃度ムラが生じやすくなるため、上記のように嵩密度が０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ3 の現像剤を用いるようにし、より好ましくは０．４〜０．６ｇ／ｃｍ3 の範囲になった現像剤を用いるようにする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態に係る現像装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００１６】
ここで、この実施形態における現像装置においても、前記の図１に示した現像装置と同様に、トナーとキャリアとを含む現像剤２を使用し、像担持体１と対向するようにしてスリーブ状になった現像剤担持体１１を設けると共に、この現像剤担持体１１の内周側にその周方向に沿って複数の固定磁極Ｎ，Ｓ，…が設けられたマグネット部材１１ａを設けている。
【００１７】
そして、装置本体１０内に収容された上記の現像剤２をバケットローラ等の現像剤供給部材１１ａによって現像剤担持体１１の表面に供給し、上記のマグネット部材１１ａにおける固定磁極Ｎ，Ｓ，…の磁気力によって現像剤２を現像剤担持体１１の表面に保持させ、この現像剤担持体１１を回転させて現像剤２を像担持体１と対向する現像領域に搬送させるようにしている。
【００１８】
また、このように現像剤担持体１１によって現像剤２を像担持体１と対向する現像領域に搬送する途中において、この現像剤担持体１１と所要間隔を介して対向するように設けた規制部材２０によって像担持体１と対向する現像領域に搬送される現像剤２の量を規制し、その後、この現像剤２を現像領域に導くようにしている。
【００１９】
そして、上記の現像剤担持体１１に対して直流電源１４と交流電源１５とから直流電圧と交流電圧とを重畳させて印加し、現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する現像領域に直流電界に交流電界が重畳された電界を作用させ、現像剤２中におけるトナーを現像剤担持体１１と像担持体１との間で振動させて、像担持体１に形成された静電潜像を現像するようにしている。
【００２０】
ここで、この実施形態における現像装置においては、現像剤２としてトナー濃度が３０〜９０重量％の範囲になったものを使用し、現像領域において現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する間隔Ｄｓが０．１〜０．３ｍｍの範囲になるようにすると共に、上記の現像剤担持体１１によって現像領域に搬送される現像剤２の量を０．５〜２ｍｇ／ｃｍ２  の範囲にして現像を行なうようにしている。
【００２１】
このようにして現像を行なうと、現像剤２の磁気ブラシが現像剤担持体１１の表面において均一かつ緻密な状態になって現像領域に導かれ、このように均一かつ緻密になった現像剤２の磁気ブラシからトナーが像担持体１に供給され、形成される画像に濃度ムラが生じたりするということがなく、キメの良い良好な画像が得られるようになる。
【００２２】
次に、上記の現像装置に使用する現像剤２のトナー濃度や、現像剤担持体１１によって現像領域に搬送させる現像剤２の量等を変更させた実験を行ない、この発明の条件を満たす現像装置においては、十分な画像濃度を有すると共に、濃度ムラのない良好な画像が得られることを明らかにする。
【００２３】
（実験例１）
この実験例においては、上記の現像装置を市販の複写機に搭載し、現像領域において現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する間隔Ｄｓを０．２ｍｍ、装置のシステム速度を１６５ｍｍ／ｓ、像担持体１の回転速度ｖ１  に対する現像剤担持体１１の回転速度ｖ２  の比θ（＝ｖ２  ／ｖ１  ）を１．８にし、像担持体１を初期表面電位Ｖ０  が−４５０Ｖになるように帯電させ、このように帯電された像担持体１を露光して静電潜像を形成する一方、現像剤担持体１１に対して上記の直流電源１４から−３５０Ｖの直流電圧を印加させると共に、上記の交流電源１５からピークピーク値Ｖｐｐが１．２ｋＶ、周波数が３ｋＨｚの交流電圧を印加させて現像を行なうようにした。
【００２４】
そして、この実験例１においては、上記のようにして現像を行なうにあたり、平均粒径が３５μｍのバインダー型キャリアと、平均粒径が８μｍのトナーとを含む現像剤２を用い、下記の表１に示すように、この現像剤２におけるトナー濃度を２５〜９５重量％の範囲で変更させると共に、上記の現像剤担持体１１によって現像領域に搬送される上記の各現像剤２の量をそれぞれ０．２５〜２．２５ｍｇ／ｃｍ２  の範囲で変更させるようにした。
【００２５】
そして、上記のように現像剤２におけるトナー濃度及び現像剤担持体１１によって現像領域に搬送される現像剤２の量を変更させて現像を行ない、形成された各画像について、それぞれ５つの部分において画像濃度を測定し、最高の画像濃度（ｍａｘＩＤ）を求めると共に、この最高の画像濃度と最低の画像濃度との差（ΔＩＤ）を求め、その結果を下記の表１に合わせて示した。なお、最高の画像濃度（ｍａｘＩＤ）が１．３以下の場合には、十分な画像濃度が得られないために、最高の画像濃度と最低の画像濃度との濃度差（ΔＩＤ）を求めなかった。
【００２６】
【表１】
0003571189.tif 000002
【００２７】
この結果、トナー濃度が２５重量％と低い現像剤２を使用した場合、現像領域に搬送される現像剤２の量が少ないと、十分な画像濃度を有する画像が得られなくなる一方、現像領域に搬送される現像剤２の量を多くすると、現像剤担持体１１に形成される現像剤２の磁気ブラシが凝集して、形成される画像に濃度ムラが生じ、またトナー濃度が９５重量％と高い現像剤２を使用した場合、現像剤担持体１１によって現像領域に搬送される現像剤２にムラが生じ、これにより形成される画像に濃度ムラが生じた。
【００２８】
これに対して、この発明における現像装置のように、トナー濃度が３０〜９０重量％の範囲になった現像剤２を使用すると共に、現像剤担持体１１によって現像領域に搬送される現像剤２の量を０．５〜２．０ｍｇ／ｃｍ２  の範囲にして現像を行なった場合には、十分な画像濃度を有すると共に、濃度ムラの少ない良好な画像が得られるようになった。
【００２９】
（実験例２）
この実験例においては、上記の実験例１においてトナー濃度が３０重量％になった現像剤２を使用し、下記の表２に示すように、上記の現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する間隔Ｄｓを０．０５〜０．４０ｍｍの範囲で変更させると共に、現像剤担持体１１によって現像領域に搬送される現像剤２の量を０．２５〜２．２５ｍｇ／ｃｍ２  の範囲で変更させて、上記の実験例１の場合と同様にして現像を行ない、潜像が形成されていない非画像部分における画像濃度を測定して、その結果を表２に合わせて示した。なお、紙自体の画像濃度は０．０８であり、また現像剤２が現像剤担持体１１と像担持体１との間に詰まってしまった場合には、詰まりとして同表に示した。
【００３０】
【表２】
0003571189.tif 000003
【００３１】
この結果、現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する間隔Ｄｓが０．０５ｍｍの場合、現像領域に搬送される現像剤２の量が０．５０ｍｇ／ｃｍ２  以上になると、現像剤２が現像剤担持体１１と像担持体１との間に詰まる一方、この間隔Ｄｓを０．３５ｍｍや０．４０ｍｍのように大きくした場合には、現像領域において現像剤２中のトナーが浮遊し、このトナーが像担持体１の非画像部分にも付着して、形成された画像にカブリが発生しやすくなっていた。
【００３２】
これに対して、この発明における現像装置のように、現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する間隔Ｄｓを０．１〜０．３０ｍｍの範囲にすると共に、現像剤担持体１１によって現像領域に搬送される現像剤２の量を０．５〜２．０ｍｇ／ｃｍ２  の範囲にして現像を行なった場合には、現像剤２が現像剤担持体１１と像担持体１との間に詰まるということがなく、また現像領域において現像剤２中のトナーが浮遊するのも抑制され、カブリのない良好な画像が得られるようになった。
【００３３】
（実験例３）
この実験例においては、上記の実験例１の場合と、現像剤２に使用するキャリアを変更させ、平均粒径が１５μｍになったキャリアを用い、下記の表３に示すように、この現像剤２におけるトナー濃度を２５〜９５重量％の範囲で変更させる一方、上記の現像剤担持体１１によって現像領域に搬送される各現像剤２の量を１．０ｍｇ／ｃｍ２  、現像剤担持体１１と像担持体１とが対向する間隔Ｄｓを０．２０ｍｍにして、上記の実験例１の場合と同様にして現像を行なうようにした。
【００３４】
そして、形成された各画像について、上記の実験例１の場合と同様にして、最高の画像濃度（ｍａｘＩＤ）及び最高の画像濃度と最低の画像濃度との濃度差（ΔＩＤ）を求めると共に、現像剤２におけるトナー濃度を２５〜９５重量％の範囲で変更させた場合における各現像剤２の嵩密度を測定し、平均粒径が３５μｍになったキャリアを用いた上記の実験例１の場合における結果と合わせて表３に示した。
【００３５】
【表３】
0003571189.tif 000004
【００３６】
この結果、平均粒径が１５μｍのキャリアを用いた場合においても、平均粒径が３５μｍのキャリアを用いた上記の実験例１の場合とほぼ同様の結果が得られたが、平均粒径が１５μｍのキャリアを用いた現像剤２におけるトナー濃度が９０％の場合、その嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ３  より低くなって、平均粒径が３５μｍのキャリアを用いた上記の実験例１の場合より濃度差ΔＩＤが０．１２と高くなり、形成される画像に濃度ムラが生じやすくなっていた。
【００３７】
これに対して、平均粒径が３５μｍのキャリアを使用した上記の実験例１の場合においては、トナー濃度が３０〜９０重量％の範囲において、現像剤２の嵩密度が０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ３  の範囲になっており、濃度差ΔＩＤが低く、形成された画像に濃度ムラが発生しにくくなっていた。
【００３８】
なお、上記の実施形態における現像装置においては、現像剤２を像担持体１と対向する現像領域に搬送させるにあたり、内周側にマグネット部材１１ａを設けた円筒状の現像剤担持体１１だけを回転させて、現像剤２を像担持体１と対向する現像領域に搬送させるようにしたが、現像剤２を像担持体１と対向する現像領域に搬送させる方法は、特に上記のような実施形態のものに限定されるものではない。
【００３９】
例えば、図２に示すように、円筒状になった現像剤担持体１１の内周側に複数の磁極Ｎ，Ｓ，…が設けられたマグネット部材１１ａを設け、このマグネット部材１１ａを上記の現像剤担持体１１と逆方向に回転させて、現像剤担持体１１に保持された現像剤２を搬送させると共に、この現像剤担持体１１の表面に接触するようにローラー状になった規制部材１３を設け、この規制部材１３によって現像領域に搬送される現像剤２の量を規制させるようにすることも可能である。
【００４０】
なお、このようにマグネット部材１１ａを現像剤担持体１１と逆方向に回転させて、現像剤２を像担持体１と対向する現像領域に搬送させて現像を行なうようにした場合、この現像剤２中におけるキャリアが像担持体１に付着しても、このキャリアが像担持体１上で回転して像担持体１に対する付着力が低下し、像担持体１に付着したキャリアが現像剤担持体１１に回収されやすくなり、像担持体１に対するキャリアの付着が減少されるようになる。
【００４１】
また、図３に示すように、複数の磁極Ｎ，Ｓ，…が設けられたローラ状の現像剤担持体１１を用い、この現像剤担持体１１を回転させて現像剤２を搬送させるようにすると共に、このように搬送される現像剤２の量を規制部材１３により規制するにあたり、規制部材１３を現像剤担持体１１に接触させると共に、この規制部材１３に電源１６からトナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加させるようにすることも可能である。
【００４２】
そして、このように電源１６から規制部材１３にトナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加させると、現像剤２中におけるトナーの帯電が効率良く行なわれると共に、キャリアの荷電が減少し、現像剤２を像担持体１と対向する現像領域に搬送させて現像を行なう場合に、飛散するトナーの量が減少すると共に、像担持体１に対するキャリアの付着も抑制されるようになる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における現像装置においては、トナーとキャリアとを含む現像剤を現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域に搬送させると共に、この現像剤担持体と像担持体との間に交流電界を作用させて現像を行なうにあたり、上記の現像剤におけるトナー濃度を３０〜９０重量％、現像剤の嵩密度を０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ3 、現像領域に搬送される現像剤の量を０．５〜２ｍｇ／ｃｍ2 、現像領域において現像剤担持体と像担持体とが対向する間隔を０．１〜０．３ｍｍの範囲にしたため、像担持体へのトナーの供給によってキャリアに生じるカウンターチャージが減少すると共に、現像剤中におけるキャリアが凝集するのが抑制され、現像領域に搬送される現像剤の量を少なくした場合であっても、像担持体の表面に現像剤の磁気ブラシが均一かつ緻密に形成されるようになる。
【００４４】
この結果、この発明の現像装置を用いて現像を行なうようにした場合、形成される画像に筋状のノイズが生じたり、濃度ムラが発生したりするのが抑制され、キメの良い良好な画像が得られるようになった。
【００４５】
また、この発明における現像装置においては、現像領域において現像剤担持体と像担持体とが対向する間隔が０．１〜０．３ｍｍの範囲になるようにしているため、現像剤担持体によって現像領域に搬送されてきた現像剤が像担持体との間で詰まるということがなく、また現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域において浮遊するトナーの量も少なくなり、浮遊しているトナーが像担持体に供給されて、形成される画像にカブリが生じるということもなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る現像装置の概略説明図である。
【図２】この発明の実施形態に係る現像装置の変更例を示した部分説明図である。
【図３】この発明の実施形態に係る現像装置の他の変更例を示した部分説明図である。
【符号の説明】
１  像担持体
２  現像剤
１１  現像剤担持体
１５  交流電源
Ｄｓ  現像領域において現像剤担持体と像担持体とが対向する間隔
【図１】
0003571189.tif 000005
【図２】
0003571189.tif 000006
【図３】
0003571189.tif 000007