JP2003233252A - トナー帯電機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トナーなどの被帯電部材に対する機械的または
熱的負荷による被帯電部材の劣化及び現像ローラへの融
着を防止するとともに、常に安定したトナー帯電を行え
るようにする。 【解決手段】現像ローラ２に対向して配置された透明素
管４３と、この透明素管４３と現像ローラ２との間に配
置され、光の照射を受けることによってラジカル化する
帯電物質を有する帯電部材４１と、帯電部材４１の帯電
物質に光を照射する光源４４を設け、帯電部材４１への
光照射によりラジカル化した帯電物質をトナーＴに接触
させることでトナーＴを帯電させる。さらに、帯電部材
４１を現像ローラ２に対して移動可能な構造とし、帯電
部材４１の新しい部分にてトナーＴの帯電を行うこと
で、帯電の安定化をはかる。

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、プリンタ
及びファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置に
用いられる現像装置のトナー帯電機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複写機、プリンタ及びファクシ
ミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、静
電潜像を担持搬送する感光体（潜像担持体）に対し、現
像剤であるトナーを現像ローラの回転により担持搬送し
て、感光体の表面上の静電潜像を現像（可視化）するよ
うになっている。

【０００３】１成分系の非磁性からなるトナーを用いた
現像装置の場合、トナーは供給ローラにより、現像ロー
ラ表面に周方向から順次供給され、その現像ローラの回
転により担持搬送される。現像ローラ上のトナーは、現
像ローラの回転方向において供給ローラよりも上流側に
設けられた層厚規制ブレードによって、層厚が規制され
ると同時に、層厚規制ブレードとの摩擦により電荷を帯
びる（摩擦帯電）。

【０００４】そして、現像ローラ上の帯電トナーは、現
像ローラの回転に伴って、層厚規制ブレードに対して回
転方向の下流側に位置する感光体との対向部まで担持搬
送され、その感光体の表面上の静電潜像に対して静電的
に供給され、トナー像として現像（可視化）される。

【０００５】なお、電子写真方式の画像形成装置に用い
られる現像装置には、トナーに磁性粉を含有した磁性１
成分トナーからなる現像剤を用いた現像装置や、トナー
にキャリアを混ぜた２成分系の現像剤を用いた現像装置
もある。

【０００６】また、他の現像装置として、トナーにフォ
トクロミック化合物を含有させ、現像槽内でトナーに光
を照射することによってトナーの帯電量を制御する構造
のものが知られている（例えば特開平７−２８１４７３
号公報参照)。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に１成分系の現像剤を用いた従来の現像装置の帯電機構
では、トナーを層厚規制ブレードなどの帯電手段との摩
擦により帯電させるような構造となっており、トナーは
帯電手段に対し大きな速度差を持った状態で接触して機
械的な摺擦を受ける。すなわち、帯電の際の摩擦は、ト
ナーと帯電手段が接触して大きな速度差が発生したとき
に起こるものであり、その摩擦が生じる際に、トナーと
帯電手段との速度差に比例して、機械的または熱的負荷
がトナーや帯電手段に加わることになる。

【０００８】従って、前記した従来の構成では、トナー
が帯電手段との機械的な摺擦により受ける機械的または
熱的負荷が大きいため、トナーが破壊劣化したり、摺擦
熱により軟化したトナーが帯電手段や現像ローラに融着
してトナーの帯電特性が劣化する。

【０００９】また、２成分系の現像剤を用いた従来の現
像装置においては、キャリアを帯電手段とし、トナーを
キャリアと攪拌させて摩擦帯電させている。帯電のメカ
ニズムは、１成分系の帯電のメカニズムと同じく、攪拌
のときにトナーとキャリアの接触面において大きな速度
差が発生するようになっており、機械的または熱的負荷
がトナーやキャリアに加わることになる。従って、２成
分系の現像剤を用いた場合でも、トナーとキャリアが破
壊したり、摺擦熱により軟化したトナーがキャリアに融
着してトナーの帯電特性が劣化する。

【００１０】このように、トナーと帯電手段が大きな速
度差を持った状態で接触して、機械的な摺擦によりトナ
ーの帯電量を制御しようとする摩擦帯電方式のトナー帯
電機構では、トナーや帯電手段に対して、機械的または
熱的負荷が大きいという問題がある。

【００１１】本発明はそのような問題点を解消するため
になされたもので、トナーに対する機械的または熱的負
荷によるトナーの劣化及び帯電手段へのトナーの融着を
防止することができ、しかも、常に安定したトナー帯電
を行うことが可能なトナー帯電機構の提供を目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のトナー帯電機構
は、潜像担持体にトナーを現像ローラにて搬送すること
により、その潜像担持体上の静電潜像を可視化する現像
装置に用いられるトナー帯電機構であって、現像ローラ
に対向して配置された透明素管と、この透明素管と現像
ローラとの間に配置され、光の照射を受けることによっ
てラジカル化してトナーを帯電させる帯電物質を有する
帯電部材と、透明素管内に配置され、帯電部材の帯電物
質に光を照射する光源と、帯電部材を現像ローラに対し
て移動させるための移動手段を備えていることによって
特徴づけられる。

【００１３】本発明のトナー帯電機構によれば、帯電部
材への光照射により帯電物質をラジカル活性状態にし、
その帯電物質にトナーに接触させ、トナーから電子を奪
うことによってトナーを帯電させるので、トナーを層厚
規制ブレードとの摩擦によって帯電させる必要がなく、
摩擦によりトナーに印加されるストレスを抑制すること
ができる。これにより、ストレスによるトナーの劣化を
防止することができるとともに、摩擦熱による帯電部材
へのトナーの融着を防止することができる。

【００１４】ここで、本発明に用いる帯電方式つまり帯
電部材に光を照射することによってトナーの帯電を誘起
する方式の場合、帯電部材の同じ部分を何度も帯電に使
用すると、帯電物質のラジカル活性状態が時間とともに
減衰して行くので、トナーに与える帯電量が減少して行
き、ある時点からトナーを所定の帯電量に帯電させるこ
とができなくなる。このような点を考慮して、本発明で
は、帯電部材を現像ローラに対して移動可能な構造とす
ることで、帯電部材の新しい部分（帯電物質）にてトナ
ーの帯電を行い、常に安定したトナー帯電が得られるよ
うにしている。

【００１５】本発明のトナー帯電機構において、光源か
らの光照射で誘起されるトナーの帯電量が所定量以下と
なったときに帯電部材を移動させるようにすればよい。
この場合、トナーの帯電量を現像ローラ上に配置したセ
ンサにて検知し、その検知帯電量が所定量以下となった
ときに帯電部材を移動させるという構成を採用してもよ
い。

【００１６】本発明のトナー帯電機構において、トナー
と帯電部材が接触する部分は、最もラジカル活性状態の
減衰状態が激しい。また、光が照射された部分もラジカ
ルが活性化されるため、徐々に減衰していく。これらの
ことを考慮すると、帯電部材の１回の移動の最小距離
を、現像ローラと帯電部材とが接触する部分の幅とし、
１回の移動の最大距離を、光源が帯電部材に光を照射す
る範囲とすることが好ましい。

【００１７】本発明のトナー帯電機構において、帯電部
材の帯電使用前の部分を現像装置の外部に配置し、帯電
使用後の部分を現像装置内部に配置するように構成して
もよい。このような構成を採用すれば、現像装置内部に
浮遊するトナーによる帯電部材の汚染を避けることがで
きる。

【００１８】本発明のトナー帯電機構において、帯電部
材を、光照射によりトナーの帯電を誘起する帯電物質と
これを移動するための基材で構成し、それらのうち、基
材を光源側に配置し、帯電物質を現像ローラ側に配置す
るという構成を採ることが好ましい。この場合、帯電部
材の背後（基材側）から照射する光を、帯電物質までな
るべく多く到達させてトナー帯電を効率良く行うことが
できるようにするために、基材の材料を、帯電物質をラ
ジカル化させる光の透過率が高い材料とすることが好ま
しい。

【００１９】本発明のトナー帯電機構において、トナー
帯電中に帯電部材の移動を同時に行うと、トナーが飛散
するおそれがある場合、帯電部材の移動工程は、現像装
置が非印字時で停止中に実施する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２１】図１は本発明の実施形態の構成を模式的に
示す断面図である。

【００２２】現像装置Ｘは、画像形成装置（図示せず）
の内部に設けられている。現像装置Ｘは、１成分系の非
磁性からなるトナーＴを帯電させ、その帯電させたトナ
ーＴを感光体ドラム（潜像担持体）Ｄに供給することに
より、感光体ドラムＤ表面の静電潜像に付着させ静電潜
像を現像するためのものである。

【００２３】現像装置Ｘは、トナーＴを収容する容器状
の現像槽１、現像ローラ２、供給ローラ３、トナー帯電
機構４及び帯電量検知センサ５を備えている。

【００２４】現像ローラ２は、現像槽１内のトナーＴを
感光体ドラムＤに担持搬送するためのものであり、感光
体ドラムＤと対向する位置に回転可能に配置されてい
る。現像ローラ２は、円筒状の導電性ゴム弾性材料で構
成されており、５０〜１５０ｍｍ／ｓｅｃで駆動回転し
ている。

【００２５】供給ローラ３は、現像槽１内のトナーＴを
現像ローラ２の外周面に供給するためのものであり、現
像ローラ２を挟んで感光体ドラムＤと対向する位置に配
置されている。供給ローラ３は、円筒状の発泡性ゴム弾
性材料で構成されており、現像ローラ２と等速度で駆動
回転している。

【００２６】トナー帯電機構４は、トナー帯電部材４１
と、繰出・巻取装置４２と、透明素管４３と、紫外線発
生器（光源）４４によって構成されている。

【００２７】トナー帯電部材４１は、図２に示すよう
に、紫外線透過性を有する巻取式の薄いフィルム４１ａ
上に、導電性ＩＴＯ（図示せず）及びフォトクロミック
層（帯電物質）４１ｃを成膜したもので、光照射を受け
るとラジカル活性状態になり、接触したトナーＴから電
子を奪いトナーＴをプラスに帯電させる。

【００２８】トナー帯電部材４１は、支持基材であるフ
ィルム４１ａが透明素管４３側に位置し、フォトクロミ
ック層４１ｃが現像ローラ２側に位置するように、現像
ローラ２と透明素管４３との間に配置される。なお、フ
ィルム４１ａの材料には、フォトクロミック層４１ｃを
ラジカル化（光誘起）させる光（紫外線）の透過率が高
い材料、例えば透明アクリル樹脂が用いられている。

【００２９】繰出・巻取装置４２は、帯電使用前のトナ
ー帯電部材４１が巻かれた繰出ロール４２ａと、帯電使
用後のトナー帯電部材４１を巻き取る巻取ロール４２ｂ
を備え、その巻取ロール４２ｂを駆動源（図示せず）に
て回転させることにより、トナー帯電部材４１を図中矢
印の方向（現像ローラ２のカウンタ方向）に移動させる
ことができる。

【００３０】透明素管４３は、紫外線透過性を有する透
明アクリル樹脂からなる円筒状のローラであり、現像ロ
ーラ２に対向した状態で固定配置されている。

【００３１】紫外線発光器４４は透明素管４３の内部に
設けられており、トナー帯電部材４１に対し紫外線を照
射してトナーＴの帯電を誘起する。

【００３２】なお、図１に示す画像形成装置は、レーザ
ビームスキャナユニット（図示せず）から発せられたレ
ーザビームＬによって感光体ドラムＤの外周面上に静電
潜像を結像する方式の装置で、感光体ドラムＤを帯電さ
せて感光体ドラムＤの外周面上に静電潜像を形成する帯
電ローラＥと、感光体ドラムＤの外周面上に現像された
トナー像を用紙Ｐに転写する転写用放電ローラＦと、転
写形成されたトナー像を用紙Ｐに定着させる上下一対の
定着ローラＧを備えている。

【００３３】次に、本実施形態における現像過程を説明
する。

【００３４】まず、供給ローラ３にてトナーＴを現像ロ
ーラ２の表面に周方向から順次供給して現像ローラ２の
表面上にトナーＴを保持し、この等速度回転運動してい
る現像ローラ２とトナー帯電部材４１（透明素管４３）
との間にトナーＴを搬送することにより、現像ローラ２
上のトナーＴの層厚を規制する。これと同時に、トナー
帯電機構４において紫外線発光器４４からの光をトナー
帯電部材４１に照射することにより、トナー帯電部材４
１からラジカル反応が誘起されてトナーＴが所望の電子
量に帯電する。

【００３５】この状態でトナーＴが、現像ローラ２の回
転方向下流側に位置する感光体ドラムＤとの対向部にま
で送られ、感光体ドラムＤの表面上の静電潜像に対して
静電的に供給されることにより、静電潜像がトナー像と
して現像（可視化）される。

【００３６】そして、感光体ドラムＤに付着したトナー
Ｔを転写用放電ローラＦにて用紙Ｐに転写し、次いで、
転写形成されたトナー像を用紙Ｐに定着ローラＧにて定
着させることにより印刷が終了する。

【００３７】以下、本発明の実施形態（トナー帯電機
構）を更に詳しく説明する。

【００３８】まず、図２に示すように、トナー帯電部材
４１は、紫外線発光器４４からの光（紫外線）が照射さ
れると、フォトクロミック層４１ｃがラジカル活性状態
になり、接触したトナーＴから電子を奪いトナーＴをプ
ラスに帯電させる。しかしながら、トナー帯電部材４１
の同じ部分を帯電に使用し続けると、次第に所定の帯電
量が得られなくなる（図４参照）。

【００３９】そこで、本実施形態では、現像ローラ２上
に帯電量検知センサ５を配置し、そのセンサ出力つまり
検知帯電量が所定量以下になったときに、繰出・巻取装
置４２を駆動して、トナー帯電部材４１を巻き取り、帯
電に使用する帯電部を移動させることにより、現像ロー
ラ２と透明素管４３との間に常に新しいフォトクロミッ
ク層４１ｃ（帯電物質）が配置されるようにする。この
ような繰出・巻取装置４２の駆動制御は、例えば現像装
置Ｘのコントローラ（図示せず）にて行う。

【００４０】なお、繰出・巻取装置４２を駆動してトナ
ー帯電部材４１を移動させるタイミングの判定基準とな
る所定の帯電量（帯電量検知センサ５の出力と比較する
閾値）は、例えば、正常な現像状態を得ることのできる
帯電量の下限値に基づいて決定すればよい。

【００４１】また、本実施形態では、現像装置Ｘ内で飛
散・浮遊するトナーＴによるトナー帯電部材４１への汚
染を避けるために、トナー帯電部材４１の帯電使用前の
新しい部分（繰出ロール４２ａ側）を現像装置Ｘ外部に
設置し、帯電使用後の部分（巻取ロール４２ｂへの巻取
部）を現像装置Ｘ内部に配置している。従って、トナー
帯電部材４１の移動方向は、現像ローラ２とカウンタ方
向になる。そのため、印字中にトナー帯電部材４１の巻
き取りを行うと、トナーＴが飛散するので、トナー帯電
部材４１の巻取工程（移動工程）は、現像装置Ｘが非印
字時の停止中に実施するようにする。

【００４２】さらに、本実施形態において、トナーＴと
トナー帯電部材４１が接触する部分は、最もラジカル活
性状態の減衰状態が激しい。また、光が照射された部分
もラジカルが活性化されるため、徐々に減衰していく。
これらのことを考慮すると、トナー帯電部材４１の１回
の移動の最小距離は、現像ローラ２とトナー帯電部材４
１とが接触する部分の幅とし、１回の移動の最大距離
は、紫外線発光器４４からの光がトナー帯電部材４１に
照射される範囲とすることが好ましい。

【００４３】次に、トナー帯電機構に用いる接触帯電方
法の一例を具体的に示す。

【００４４】紫外線の照射によりトナー帯電部材４１か
らトナーＴの帯電が誘起される接触帯電実験の一例を図
３に基づいて説明する。

【００４５】まず、トナー帯電部材４１の基材であるフ
ィルム４１ａの代わりに擬似的に平板を作製した。

【００４６】この平板は、厚さｋ１（＝１〜５ｍｍ）の
透明アクリル板６Ａの表面に、厚さｋ２（＝数１０ｎ
ｍ）のＩＴＯ６Ｂと、厚さｋ３（＝数１０μｍ）のフォ
トクロミック材料６Ｃ（＝Ｂ−ＣＩＭ）を順次塗布し、
この平板の上に、トナーＴの代わりに擬似的に厚さｋ４
（＝１０〜１００μｍ）のポリエステル樹脂ＰＥＳを載
置した。

【００４７】そして、以上の構成の平板（サンプル）に
対し、裏側（図３では、下側）から波長λ（＝３５０ｎ
ｍ）の紫外線を紫外線発光器４４によって照射した。こ
のときの照射エネルギは０．１〜１０ｍＷ／ｃｍ²とし
た。また、１回の照射時間は３０秒として、１０回の紫
外線照射を行った。

【００４８】その結果を図４に示す。図４のグラフにお
いて、実線及びプロットした点は同じサンプルを用いて
表面電荷密度を測定した結果を示しており、点線はサン
プルを測定ごとに交換した結果を示している。

【００４９】この図４のグラフから明らかなように、Ｐ
ＥＳ表面の電荷密度は１０^-9〜１０ ^-11（Ｃ／ｃｍ²）に
なり、トナーを帯電させられることがわかる。また、ト
ナー帯電部材を繰り返し用いることによって、表面電荷
密度が減少し、安定した帯電が得られなくなるが、トナ
ー帯電部材を交換することにより一定の帯電量（表面電
荷量）が得られることがわかる。このことは、トナー帯
電部材４１を巻取式にし、新しいトナー帯電部材４１を
使用して帯電を行う方式のトナー帯電機構４を用いるこ
とが、常に安定したトナー帯電を行う上で、有効な手段
であることを示している。さらに、ＰＥＳ表面を１０^-9
〜１０^-11（Ｃ／ｃｍ²）の電荷密度に帯電させることが
できたことは、トナーＴをトナー帯電部材４１に速度差
がない状態で帯電できることを示している。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のトナー帯
電機構によれば、帯電部材への光照射により帯電物質を
ラジカル活性状態にし、その帯電物質にトナーに接触さ
せ、トナーから電子を奪うことによってトナーを帯電さ
せるので、トナーを層厚規制ブレードなどの帯電手段と
の摩擦によって帯電させる必要がなく、摩擦によりトナ
ーに印加されるストレスを抑制することができる。これ
により、ストレスによるトナーの劣化を防止することが
できるとともに、摩擦熱による帯電部材へのトナーの融
着を防止することができる結果、現像装置の信頼性が向
上する。しかも、帯電部材を現像ローラに対して移動可
能な構造としているので、新しい帯電物質でトナーの帯
電を行うことができ、常に安定したトナー帯電を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成を模式的に示す図であ
る。

【図２】トナー帯電のメカニズムを模式的に示す図であ
る。

【図３】トナー帯電機構に用いる接触帯電方法の一例を
模式的に示す図である。

【図４】トナー帯電部材への紫外線照射の回数と表面帯
電量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｘ 現像装置 １ 現像槽 ２ 現像ローラ ３ 供給ローラ ４ トナー帯電機構 ４１ トナー帯電部材 ４１ａ フィルム（基材） ４１ｃ フォトクロミック層（帯電物質） ４２ 繰出・巻取装置（移動手段） ４２ａ 繰出ロール ４２ｂ 巻取ロール ４３ 透明素管 ４４ 紫外線発光器（光源） ５ 帯電量検知センサ Ｄ 感光体ドラム（潜像担持体） Ｅ 帯電ローラ Ｆ 転写用放電ローラ Ｇ 定着ローラ Ｐ 用紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸泉 潔 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H027 DA04 DA34 DD08 DE01 DE07 DE09 EC06 EC09 ED08 EE05 EF15 EG02 2H077 AD02 AD06 AE00 BA08 DA24 DA43 DA51 DA82 DB14 DB18

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潜像担持体にトナーを現像ローラにて搬
   送することにより、その潜像担持体上の静電潜像を可視
   化する現像装置に用いられるトナー帯電機構であって、
   前記現像ローラに対向して配置された透明素管と、この
   透明素管と現像ローラとの間に配置され、光の照射を受
   けることによってラジカル化してトナーを帯電させる帯
   電物質を有する帯電部材と、前記透明素管内に配置さ
   れ、前記帯電部材の帯電物質に光を照射する光源と、前
   記帯電部材を前記現像ローラに対して移動させるための
   移動手段を備えていることを特徴とするトナー帯電機
   構。
2. 【請求項２】 前記光源からの光照射で誘起されるトナ
   ーの帯電量が所定量以下となったときに前記帯電部材を
   移動させることを特徴とする請求項１または２記載のト
   ナー帯電機構。
3. 【請求項３】 前記トナーの帯電量を前記現像ローラ上
   に配置したセンサにて検知し、その検知帯電量が所定量
   以下となったときに前記帯電部材を移動させることを特
   徴とする請求項２記載のトナー帯電機構。
4. 【請求項４】 前記帯電部材の１回の移動の最小距離
   が、前記現像ローラと帯電部材とが接触する部分の幅で
   あり、１回の移動の最大距離が、前記光源が帯電部材に
   光を照射する範囲であることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載のトナー帯電機構。
5. 【請求項５】 前記移動手段は、前記帯電部材の帯電使
   用前の部分を前記現像装置の外部に配置し、帯電使用後
   の部分を現像装置の内部に配置するように構成されてい
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のト
   ナー帯電機構。
6. 【請求項６】 前記帯電部材は、前記帯電物質とこれを
   移動するための基材で構成されており、それらのうち、
   基材が前記光源側に配置され、帯電物質が前記現像ロー
   ラ側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の
   いずれかに記載のトナー帯電機構。
7. 【請求項７】 前記基材は、前記帯電物質をラジカル化
   させる光の透過率が高い材料で構成されていることを特
   徴とする請求項６記載のトナー帯電機構。
8. 【請求項８】 前記帯電部材の移動工程を、前記現像装
   置が非印字時で停止中に実施するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のトナ
   ー帯電機構。