JP2003302826A

JP2003302826A - 現像装置

Info

Publication number: JP2003302826A
Application number: JP2002110721A
Authority: JP
Inventors: Natsuki Kuribayashi; 夏城栗林; Teruaki Mitsuya; 輝章三矢; Tsuneaki Kawanishi; 恒明川西; Hisao Okada; 久雄岡田; Masayoshi Ishii; 政義石井; Keisuke Kubota; 啓介窪田; Hiroyoshi Matsumoto; 博好松本
Original assignee: Hitachi Printing Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】トナー現像を一定に保ち、濃度ムラのない均一
で高品質な画像を印刷できる現像機および電子写真装置
を提供すること。【解決手段】円筒状のスリーブとその内部の磁気ロール
からなる現像ロールを備えた現像装置を用いて磁性成分
を有する現像剤を感光体に接触させながらトナーを感光
体上に現像して画像を形成する電子写真装置であって、
前記現像ロールのスリーブにバイアス電圧を印加して現
像を行う現像装置において、前記スリーブから前記感光
体に流れる電流の大小に応じて印加電圧を可変にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタ、ファクシミ
リ、複写機等のトナー等の着色粒子を用いて画像を顕像
化させる電子写真方式の記録装置に係り、特に記録体の
表面にトナー画像を形成させる現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の現像方法と現像装置について説明
する。電子写真方式を用いた記録装置は、着色粒子を記
録体表面に画像として顕像化させる現像工程と顕像化さ
れた着色粒子画像を記録体に固着させる定着工程から成
る。着色粒子には電子写真専用のトナーと呼ばれる粉末
が用いられる。

【０００３】感光体はその表面の全面が一旦帯電され、
続いて光を照射することにより部分的な電荷放電が行わ
れる。ここに、感光体表面には帯電領域と露光領域によ
る電位コントラストが形成され、これを静電潜像と呼
ぶ。

【０００４】現像剤にはトナーと磁性粒子であるキャリ
アビーズの混合粉体からなる二成分系の場合とトナーの
みから成る一成分系の場合とがある。現像剤は現像装置
の中に封じ込められそこで攪拌される。その際、二成分
現像剤の場合、トナーはキャリアビーズとの摩擦により
帯電する。一成分現像剤の場合、部材などとの摩擦によ
りトナーの帯電が行なわれる。一成分現像剤には磁性ト
ナーを用いる方法と非磁性トナーを用いる方法がある
が、本明細書では非磁性トナーによる一成分現像につい
ては問題にしない。現像剤は感光体表面の静電潜像に対
向する現像位置まで現像ロールと呼ばれる磁石を用いた
回転ロールにより搬送される。この時、感光体と対向す
る位置に現像剤が磁力線に沿ってブラシ状に配列する
「磁気ブラシ」を形成する。このように、現像ロールに
よって現像剤を感光体の静電潜像まで運ぶ方法を用いた
現像方法を磁気ブラシ現像と呼ぶ。

【０００５】一方、静電潜像の顕像化の方式として、バ
イアス現像と呼ばれる方法がよく用いられる。バイアス
現像では、現像ロールにバイアス電圧を印加し、感光体
表面に形成された潜像電位と現像ロールとの間に発生す
る電界の作用により帯電されたトナー粒子を現像ロール
表面の現像剤から分離して感光体表面に移動させること
により現像が行われる。潜像電位（すなわち感光体の像
形成部分の電位）として、前述の帯電電位を用いてもよ
いし、放電電位を用いてもよい。一般に、潜像電位とし
て帯電電位を用いる方法を正規現像法、露光電位を用い
る方法を反転現像法と呼ぶ。帯電電位と放電電位のうち
潜像電位として用いられない側の電位を背景電位と呼
ぶ。現像ロールのバイアス電圧は帯電電位と放電電位の
中間に設定され、潜像電位との差を現像電位差と呼ぶ。
同様に、背景電位との差を背景電位差と呼ぶ。通常、背
景電位差より現像性能そのものを左右する現像電位差の
方を大きく設定する。現像電位差が大きければ形成され
る電界（現像電界と呼ぶ）が強くなるので現像性能（ト
ナー現像量）が高くなることは言うまでもなく、バイア
ス電圧によってトナー現像量が変わる。現像ロールと感
光体との現像ロールの回転速度を上げる方法、距離を狭
くする方法、現像剤の電気抵抗を低下させる方法によっ
てもこれと同様に現像電界を強める効果があり、トナー
現像量を高くすることができる。

【０００６】現像剤の搬送方法に磁気ブラシ現像を用
い、かつ静電潜像の顕像化にバイアス現像を用いる方法
は広く一般的に用いられる現像方法である。この現像方
式を本明細書では磁気ブラシバイアス現像と呼ぶ。現像
ロールと感光体の相対的な移動方向は同方向の場合と逆
方向の場合がある。また、１つの現像機で複数本の現像
ロールを用いることもある。複数の現像ロールが同一方
向に回転する現像装置もあるし、回転方向が異なる現像
装置もある。この場合、隣り合った現像ロールの回転方
向を各々現像ロールの対向位置から感光体に向かうよう
に２つの現像ロールの回転方向を異ならせ、現像ロール
の対抗位置から現像剤があたかも噴水のように感光体に
向かって分岐して搬送される現像機も知られている。こ
のような現像機は例えば特公昭５４−１０８６９号等に
見られる。本例ではこのような現像機を噴水型現像機と
呼ぶ。磁気ブラシバイアス現像では、現像ロールの回転
方向に向かって画像の端部が現像されにくくなるという
問題がある。これは、磁気ブラシが感光体表面を摺擦す
るという機械的要因と磁気ブラシが接する感光体の電位
が非画像部の背景電位から画像部の現像電位へと急に変
化するため、現像剤の電気的特性がこの変化に追従でき
ないために発生する。噴水型現像機を用いれば、２つの
現像ロールの回転方向が異なり、各々のロールが補完し
あうのでこの問題は発生しない。

【０００７】現像ロールは磁石から成る磁気ロールであ
るコア部とその外殻を成す金属製のスリーブから成る。
コアを固定してスリーブを回転させて現像剤を搬送させ
る方法とコア・スリーブともに回転させる方法とがあ
る。本明細書では前者の方法をスリーブ回転方式、後者
をコア回転方式と呼ぶ。コア回転方式はスリーブ回転方
式に比較して感光体との対向部の現像領域において現像
剤を撹乱する効果が高いので、トナー現像量を高くする
ことができる。そのため、スリーブの回転速度を低下さ
せても十分なトナー現像量が得られる。これにより現像
ロール自体の機械的な摺擦による感光体上のトナー像の
掻き取りを減らすことが出来るので画質を上げることが
できる。なお、コア回転現像機は例えば特開昭５８−１
４２３５８号等に見られる。

【０００８】スリーブ回転とコア回転のどちらの場合で
も、感光体とスリーブ間のギャップ部において磁気ブラ
シを形成し、この磁気ブラシで感光体表面を機械的に擦
ることによってブラシに付着しているトナーを感光体上
へ現像させる方式は同様である。

【０００９】感光体とスリーブ間のギャップを現像ギャ
ップと呼び、通常０．５ｍｍから１．５ｍｍ程度の範囲
にある。一方、磁気ブラシを形成するキャリア粒子の直
径は、通常３０から１００μｍ程度である。磁気ブラシ
の形成や感光体表面の摺擦はキャリア粒子の集合体とし
ての粉体が、磁力によって引き起こされる挙動であり、
微視的に見ると不連続かつ不均一であるが、粉体全体の
挙動としてとらえると、連続的に感光体表面を平均的に
摺擦しながらトナーを現像するとみなすこともできる。

【００１０】いずれにせよ、感光体表面にトナーを均一
に現像するためには、機械的作用の観点から考えれば、
次々に形成され感光体に接触する磁気ブラシの接触力や
接触部分の面積等が一定に保たれていることが望まし
い。例えば、１文字や１図形などの感光体上の１つの画
像を表現した静電潜像が現像ギャップを通過する間に、
磁気ブラシによる摺擦が一様でなければ同じ画像の中で
濃度ムラやザラツキ感の不均一性等が現れてしまう。ま
た、広範囲にわたる階調画像の表現などは実現できな
い。

【００１１】磁気ブラシの機械的作用が一定であれば一
定量のトナーの現像が行われる。もちろん、以上はトナ
ーの静電的作用や磁気ブラシ中のトナー含有量など現像
に関わる他の重要な条件は同一とした場合についてであ
る。

【００１２】以上に述べた磁気ブラシの一様な摺擦は現
像機開発において取り組まなければならない課題であ
る。そのために従来から、例えば現像ギャップを狭くし
てギャップ中の現像剤の充填率を高めて磁気ブラシ摺擦
のバラツキを低減したり、キャリア粒径を小さくするこ
とによるバラツキ低減などが経験的に行われてきた。

【００１３】しかし、これらの従来方法も現像ギャップ
が変動する場合には効果がなかった。感光ドラム、現像
ロールは多少なりとも偏心しており、この偏心量はドラ
ム径、ロール径が大きいほど著しい。感光ドラム直径が
１００ｍｍ、現像ロール直径が３０ｍｍの場合、偏心誤
差による現像ギャップの変動は０．１ｍｍにも達する。
平均現像ギャップが０．５ｍｍの場合、２０％のバラツ
キにより磁気ブラシの一様な摺擦は到底実現できなくな
る。その結果上記の濃度ムラ等、すなわち画質低下を引
き起こす。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べた従来の現
像機においては、現像ギャップの変動によるトナー現像
量の変化により引き起こされる濃度ムラを低減すること
が困難であった。本発明は現像ギャップの変動に対して
も、一様な現像を実現するための現像装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状のスリ
ーブとその内部の磁気ロールからなる現像ロールを備え
た現像装置を用いて磁性成分を有する現像剤を感光体に
接触させながらトナーを感光体上に現像して画像を形成
する電子写真装置であって、前記現像ロールのスリーブ
にバイアス電圧を印加して現像を行う現像装置におい
て、前記スリーブから前記感光体に流れる電流の大小に
応じて印加電圧を可変にしたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１、
図２、図３を用いて説明する。図１は本実施例を備えた
電子写真装置の断面側面図である。１は感光体ドラム、
２は帯電器、３はトナー、４は現像機、５は用紙、６は
転写機、７は定着機、８はクリーナ、９は露光装置であ
る。帯電器２により一様に帯電された感光体ドラム１表
面に、レーザドライバ等から成る露光制御手段により発
光を制御された半導体レーザおよび光学系から成る露光
装置９によって静電潜像が形成される。この後、現像機
４により静電潜像をトナー３で現像する。トナー３は、
転写機６によって用紙５に転写される。この後、転写さ
れたトナー画像は定着機７で加熱融解され用紙５に定着
する。また、転写されずに感光体ドラム１表面に残存し
たトナー３はクリーナ８により回収され、一連のプロセ
スを終了する。なお、本実施例の現像方式は二成分現像
剤による磁気ブラシバイアス現像が用いられている。ま
た、潜像電位には放電電位が用いられ、反転現像となっ
ている。

【００１７】図２は本発明の現像装置の詳細を示す断面
側面図である。４０は現像剤、４１は上現像ロール、４
２は下現像ロール、４３はドクターブレード、４４はキ
ャリアキャッチロール、４５はスクレーパ、４６はオー
ガスクリュー、４７は現像剤搬送ロール、４８はトナー
濃度センサ、４９はトナーホッパ、５０は現像機の筐体
である。

【００１８】トナーホッパ４９からトナー３が現像機４
内に供給される。トナー３は先ずオーガスクリュー４６
にてキャリアとトナーとから成る現像剤４０と混ざり、
攪拌されキャリアとの摩擦により適当な水準にまで帯電
される。帯電したトナー３は現像剤４０の一部となって
現像剤搬送ロール４７によってドクターブレード４３の
背面部分に到達する。その後ドクターブレード４３と上
下現像ロール４１、４２とが成す各々の隙間（ドクター
ギャップと呼ぶ）を介して、上現像ロール４１に沿って
搬送される流れと下現像ロール４２に沿って搬送される
流れに分流される。現像機４は噴水型現像機となってお
り、分流された現像剤４０は感光体との対向部において
感光体にトナー３を現像する。

【００１９】図３はスリーブと感光体との対向部の現像
領域、すなわち現像ギャップ部を中心に拡大した本発明
の現像装置の詳細を示す断面側面図である。５１はスリ
ーブ、５２は磁気ロール、５３はスリーブとドクタブレ
ードにバイアス電位を印加するためのバイアス電源であ
る。５４は感光体でドラム状の基板の上に塗布されてい
る。

【００２０】バイアスは通常数百ボルトが印加される。
スリーブと磁気ロールは絶縁されており電流は流れな
い。バイアス電源に流れる電流はスリーブ表面の現像剤
を通って感光体中へ流れ、アース電位に保たれた感光ド
ラムの基板へと流れる。現像機の筐体もアース電位に保
たれておりスリーブとの間が現像剤で満たされているが
スリーブと感光体との距離、すなわち現像ギャップに比
べて距離が遠く無視できる。また、スクレーパはスリー
ブに接触しているが、浮遊電位となっている。

【００２１】以上から、ほとんどの電流はスリーブから
現像剤を介して感光ドラム基板へと流れる。この電流の
大きさは現像ギャップ部における現像剤と感光体表面と
の接触面積や接触状態によって決まる。現像剤の抵抗は
空気の抵抗より小さいので、現像ギャップ部においてギ
ャップが狭く、現像剤充填率が高く、接触面積が広けれ
ばより多くの電流が流れる。これはトナーを現像しやす
い状態であり、逆にいえば、多くのバイアス電流が流れ
るときはトナーを現像しやすい状態になっており、バイ
アス電流の変化は感光ドラムや現像ロールの偏心により
ギャップが変動する結果である。

【００２２】バイアス電流はトナーが感光体表面に現像
ざれる際のトナー電荷の移動によっても流れる。感光体
上の静電潜像が変わればバイアス電流も変わる。しか
し、これが一定とみなせる場合、バイアス電流値の大小
によって現像ギャップ部における充填率、現像剤と感光
体の接触面積、ギャップの広狭、すなわちトナー現像の
起こり易さを予測することができる。

【００２３】現像剤の体積抵抗率は１．０Ｅ１１から
１．０Ｅ１３Ωｃｍ程度で、感光体の抵抗は無視できる
ほど小さいことから、バイアス電流の大きさは、ギャッ
プを０．５ｍｍ、接触面積を５×３００ｍｍ２、バイア
ス電圧を５００Ｖとすると、１．５から０．０１５μＡ
となり、白紙印刷の場合に実測で得られる値も同程度で
ある。そこで、感光体表面の潜像が一様とみなせる場
合、このバイアス電流値を電流計５５により観測しなが
ら制御回路５６によってバイアス電圧を変化させること
で、ギャップ変動に対してもトナー現像量を一定に制御
することができる。

【００２４】これまでに述べた方法は、感光体走行方向
に対しての現像ギャップの変動やバラツキによるトナー
現像量の変動を制御することができるが、感光体や現像
ロールの軸方向に対して現像ギャップのバラツキがある
場合でも、軸方向に一様な潜像電位が形成されているな
らば、走行方向、軸方向を平均化したバラツキに対する
トナー現像量の制御を行うことができる。（実施例１）具体的には、例えば一様なベタ黒画像を現
像する場合、トナー現像中のバイアス電流が一定値とな
るようにバイアス電圧を変えることで均一なトナー現像
が実現できる。部分的なベタ黒画像の場合でもその潜像
が現像ギャップ部を通過する開始と終了の時刻の情報を
与えることにより、通過中のバイアス電流を感知してト
ナー現像量を制御することができる。（実施例２）現像ギャップの変動がトナーの現像し易さ
に直接的な影響を与えること、またこのギャップ変動が
感光ドラムと現像ロールの偏心によるものであることは
これまでに述べてきた通りである。次の実施例はギャッ
プ変動を予め見込んでおいてトナー現像量を制御する方
法である。感光ドラムと現像ロールの周上の位置が現像
ギャップ部を通過する時刻を常に知ることでそのときの
ギャップ量を認識でき、それに応じた現像バイアス電圧
を印加することができる。例えば感光ドラムの（周長／
周速）が現像ロールの（周長／周速）の整数倍であると
き、感光ドラムの１回転における現像ギャップ変動は２
回転目以降の場合と同一である。このとき、感光ドラム
１回転にわたってトナー現像がない白紙印刷を行い、そ
の時のバイアス電流の変化を検出する。この変化は現像
ギャップ変動によるものであり、２回転目以降も同一の
電流変化になる。したがって感光ドラムの回転位置とそ
の時の現像ギャップ量を対応付けることができ、感光ド
ラム１回転にわたってバイアス電流が一定になるような
現像バイアス電圧の設定を知ることができる。これを印
刷ジョブ開始前、電源投入時、感光ドラムや現像ロール
の交換時などに行うことで予め現像ギャップ変動を知る
ことができ、それに応じた現像バイアス電圧を感光ドラ
ムの回転位置に追随して動的に設定し、現像ギャップ変
動によるトナー現像量の変化を制御することができる。（実施例３）上の実施例では白紙印刷の場合の現像バイ
アス電流を検出したが、ベタ黒印刷の場合に同様のこと
を行ってもよい。この際はトナーが現像されるため、ト
ナー電荷の感光体表面への移動による電流が支配的とな
り白紙印刷の場合より電流値は大きくなる。ベタ黒に限
らず一様な網点画像の場合も同様である。

【００２５】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、感光ドラム
や現像ロールの偏心等による現像ギャップ変動量を検出
し、適切な現像バイアス電位を印加することでトナー現
像を一定に保ち、ギャップ変動による濃度ムラや印刷の
不均一性を解決することができる。そのため、均一画像
の得られる高品質の現像機および電子写真装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を備えた電子写真装置の断面図。

【図２】本発明の現像装置の断面図。

【図３】本発明の現像装置の現像ロール部分の断面図。

【符号の説明】

１・感光体ドラム、２・帯電器、３・トナー、４・現像
機、５・用紙、６・転写機、７・定着機、８・クリー
ナ、９・露光装置、４０・現像剤、４１・上現像ロー
ル、４２・下現像ロール、４３・ドクターブレード、４
４・キャリアキャッチロール、４５・スクレーパ、４６
・オーガスクリュー、４７・現像剤搬送ロール、４８・
トナー濃度センサ、４９・トナーホッパ、５０・現像機
筐体、５１・スリーブ、５２・磁気ロール、５３・現像
バイアス電源、５４・感光体、５５・電流計、５６・制
御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川西恒明茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者岡田久雄茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者石井政義茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者窪田啓介茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者松本博好茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内Ｆターム(参考） 2H073 AA02 AA05 BA02 BA09 BA12 BA22 CA03 2H077 AB02 AB14 AC03 AD06 AD13 AD18 AD35 BA03 BA08 DA10 DA24 DA42 DA58 DB08 EA01 EA21 GA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のスリーブとその内部の磁気ロール
からなる現像ロールを備えた現像装置を用いて磁性成分
を有する現像剤を感光体に接触させながらトナーを感光
体上に現像して画像を形成する電子写真装置であって、
前記現像ロールのスリーブにバイアス電圧を印加して現
像を行う現像装置において、前記スリーブから前記感光
体に流れる電流の大小に応じて印加電圧を可変にするこ
とを特徴とする現像装置。
【請求項２】前記感光ドラムの（周長／周速）が前記現
像ロールの（周長／周速）の整数倍であり、前記現像ロ
ールのス前記リーブにバイアス電圧を印加する現像バイ
アス電源から前記感光体へ流れる電流を検出する手段
と、その電流値をもとに前記現像バイアス電圧を可変に
設定する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
現像装置。