JP2005114807A - 現像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】トナーを供給ローラから現像ローラへ安定供給でき、また現像ローラにより感光体上の潜像を確実に現像できる構造を備える、非接触タイプで、単一の交流重畳バイアスを使用する現像装置を提供すること。
【解決手段】バイアス電源27から供給ローラ13と現像ローラ15とに分岐する分岐点Eと現像ローラ15との間に付加抵抗35を設け、該付加抵抗が、供給ローラ13の表面における電圧と現像ローラ15の芯材における電圧との差の変化を示すグラフにおいて、該差の変化の1周期うちマイナス側において現像側電圧が印加される期間内の波形が、該期間の間にゼロになるような波形を有するようになる抵抗値を有する。
【選択図】図2
【解決手段】バイアス電源27から供給ローラ13と現像ローラ15とに分岐する分岐点Eと現像ローラ15との間に付加抵抗35を設け、該付加抵抗が、供給ローラ13の表面における電圧と現像ローラ15の芯材における電圧との差の変化を示すグラフにおいて、該差の変化の1周期うちマイナス側において現像側電圧が印加される期間内の波形が、該期間の間にゼロになるような波形を有するようになる抵抗値を有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、感光体に形成された潜像をトナーで現像するための現像装置に関するものである。
例えば、特許文献1(特開平5−158340号公報)には、接触一成分型で電子写真装置等に適用される現像装置が開示されている。この現像装置は、感光体と接触する状態で回転可能に配置された現像ローラと、現像ローラに接触する状態で現像ローラと同方向に回転可能に配置された供給ローラとを備えている。また現像装置は、現像ローラ及び供給ローラに所定のバイアス電圧を印加する抵抗及び直流電源から成るバイアス電源を備えている。バイアス電源における抵抗は、現像ローラ及び供給ローラへの電線が分岐する前に設けられている。
上記のように接触タイプで直流電源を使用する現像装置とは別に、現像ローラが感光体に非接触の状態で、直流に交流を重畳させた交流重畳バイアスを印加して、トナーのジャンピング現象を生じさせて現像を行うタイプの現像装置がある。このような非接触タイプの現像装置において、現像ローラと供給ローラとに別々の電源を設けることも可能であるが、製品コストを廉価に抑えるために、特許文献1の発明同様に現像ローラと供給ローラとに一つの電源から交流重畳バイアスを印加することが望まれる。
しかし特許文献1と同様な構成を採用すると、電源→感光体→現像ローラ→電源の第1回路と、電源→感光体→現像ローラ→供給ローラ→電源の第2回路とが形成されるが、第2回路では、供給ローラ実抵抗と、供給ローラと現像ローラとの間でのトナーを介した接触抵抗との和の分だけ、第1回路における抵抗値よりも大きくなる。そのため第2回路の現像ローラ→供給ローラ→電源間に流れる電流は第1回路の現像ローラ→電源間に流れる電流よりも小さくなり、その結果、負に帯電したトナーが供給ローラから現像ローラ側へ移行しにくくなるため、トナーの供給性が悪くなる。
本発明の目的は、トナーを供給ローラから現像ローラへ安定供給でき、また現像ローラにより感光体上の潜像を確実に現像できる構造を備える、非接触タイプで、単一の交流重畳バイアスを使用する現像装置を提供することにある。
上記課題を達成するため、本発明の第1の態様に係る現像装置は、供給ローラと、現像ローラと、前記現像ローラと非接触の感光体と、直流に交流を重畳させた単一のバイアス電源とを備え、前記単一のバイアス電源から前記供給ローラと現像ローラとに電圧を印加して、電圧差により負に帯電したトナーを供給ローラ、現像ローラ、感光体の順に移行させて感光体表面の潜像を現像する一成分非接触タイプの現像装置であって、前記バイアス電源から供給ローラと現像ローラとに分岐する分岐点と現像ローラとの間に付加抵抗を設け、該付加抵抗が、前記供給ローラの表面における電圧と現像ローラの芯材における電圧との差の変化を示すグラフにおいて、この差の変化の1周期うちマイナス側において現像側電圧が印加される期間内の波形が、該期間の間にゼロになるような波形を有するようになる抵抗値を有することを特徴とするものである。
本発明の第1の態様によれば、バイアス電源から供給ローラと現像ローラとに分岐する分岐点と現像ローラとの間に付加抵抗を設けることで、現像ローラから供給ローラを通って分岐点に流れる電流量が増加するため、供給ローラから現像ローラへのトナーの供給性が高くなり、トナーの安定供給が図られる。一方、付加抵抗が上記のような波形を有する抵抗値を有することにより、付加抵抗、供給ローラ及び現像ローラを含めた全体の抵抗値が大きくならず、従って現像ローラから感光体へのトナーの供給が安定して高い現像性が維持される。よってこのような現像装置をレーザープリンタに適用した場合には、高品質の記録が実現できる。
また、本発明の第2の態様に係る現像装置は、上記第1の態様において、前記供給ローラの抵抗値が前記現像ローラの抵抗値より大きいことを特徴とするものである。このような場合には、現像ローラから供給ローラを介して分岐点に流れる電流が小さくなりがちであるため、付加抵抗を設けることに意義がある。
また、本発明の第3の態様に係る現像装置は、上記第1または2の態様において、前記現像ローラから供給ローラを介して前記分岐点に流れる電流が、前記現像ローラから前記分岐点に流れる電流より大きいことを特徴とするものである。本態様によれば、供給ローラから現像ローラへのトナーの供給性が高くなる。
また、本発明の第4の態様に係る現像装置は、上記第1〜第3の態様において、前記単一のバイアス電源は定電圧電源であることを特徴とするものである。本態様によれば、供給ローラと現像ローラとの間の電位差が外部からの影響を受けずに安定する。
また、本発明の第5の態様に係る現像装置は、上記第1〜第4の態様において、前記供給ローラが電子伝導性であることを特徴とするものである。本態様によれば、供給ローラの抵抗が下がり、トナーの供給性を高めることができる。
また、本発明の第6の態様に係る現像装置は、供給ローラと、現像ローラと、前記現像ローラと非接触の感光体と、直流に交流を重畳させた単一のバイアス電源とを備え、前記単一のバイアス電源から前記供給ローラと現像ローラとに電圧を印加して、電圧差により負に帯電したトナーを供給ローラ、現像ローラ、感光体の順に移行させて感光体表面の潜像を現像する一成分非接触タイプの現像装置であって、前記バイアス電源から供給ローラと現像ローラとに分岐する分岐点と現像ローラとの間に付加抵抗を設けたことを特徴とするものである。
本態様によれば、バイアス電源から供給ローラと現像ローラとに分岐する分岐点と現像ローラとの間に付加抵抗を設けることで、現像ローラから供給ローラを通って分岐点に流れる電流量が増加するため、供給ローラから現像ローラへのトナーの供給性が高くなり、トナーの安定供給が図られる。
以下、本願発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る現像装置を適用したレーザープリンタのロータリー現像ユニットに組み込んで使用する現像カートリッジ1を示す。現像カートリッジ1は、上部ハウジング部材3と下部ハウジング部材5が一体的に組み合わされて、本体となるハウジング7が形成されている。ハウジング7内にはトナーを収容するためのトナー収容部9が形成されており、トナー収容部9には、トナー11を撹拌するための複数の撹拌片(図示せず)が形成されている。
またトナー収容部9には、表面がウレタンスポンジで形成された供給ローラ13(Sローラともいう)が回転可能な状態で配置されている。尚、供給ローラ13は、電子伝導性であることが好ましい。供給ローラ13の外側には現像ローラ15(Dローラとも云う)が供給ローラ13と接触した状態で配置されており、供給ローラ13がハウジング7内に収納されたトナー11をその表面に担持した状態で矢印の方向に回転するとき、現像ローラ15はその外周面に供給ローラ13からトナー11を受け取りながら、供給ローラ13と同じ速度で矢印の方向へ回転する。
現像ローラ15の周面には、規制ブレード16が一定圧で押圧されている。規制ブレード16は、トナー11がこれと摩擦することによって同じ極性に帯電するという機能を有すると共に、現像ローラ15の周面に付着したトナー11を、例えば厚みが最終的に20μm程度になるように平均的に馴らす機能を有する。
現像ローラ15の表面から僅かの間隙を介して感光体である感光体ドラム17が設けられている。感光体ドラム17は帯電器(図示せず)によって帯電されており、露光ユニットから感光体ドラム17の外周面に向けてレーザ光が走査露光されることで、感光体ドラム17上に静電潜像を形成することができる。供給ローラ13から現像ローラ15の表面に、バイアス電位差によりトナー11が移行して所定厚みのトナー層を形成し、このようにして現像ローラ15に担持されたトナー11は、現像位置19において、バイアス電位差により静電潜像が形成された感光体ドラム17の表面にジャンピングし、感光体ドラム17上の潜像を現像する。
図2は、本発明の現像装置の2つの実施形態を示す模式図である。図2(a)に示す実施形態では、供給ローラ13は、金属(例えばアルミニウム)製の芯材21の周囲に弾性層23が形成されており、現像ローラ15は、全体が金属(例えばアルミニウム)で構成されている。図2(a)中、各ローラに重ねて示す等価回路において、RSは弾性層23の抵抗を示し、RDSは供給ローラ13と現像ローラ15との間でのトナー11を介した接触抵抗を示す。尚、図2(a)において、供給ローラ13、現像ローラ15及び感光体ドラム17の最外周に描かれている点線の円の内側はトナー11が付着する領域を示す。
本発明の現像装置では、直流に交流を重畳させた単一の直交流重畳バイアス電源27から、供給ローラ13と現像ローラ15との両方にバイアスが印加されている。尚、直交流重畳バイアス電源27は、定電圧電源であることが好ましい。等価回路では、直交流重畳バイアス電源27から供給ローラ13と現像ローラ15とに分岐する点を分岐点Eとして示している。
現像ローラ15は感光体ドラム17から離れており、直流と交流の流れる方向が一致するときには、感光体ドラム17から現像ローラ15側へ電流が流れ、このとき現像ローラ15の表面に付着した負に帯電したトナー11が、バイアス電位差により感光体ドラム17へジャンピングして表面に付着する。重ねて示す等価回路では、現像ローラ15と感光体ドラム17とは非接触であり、現像ローラ15から感光体ドラム17へトナー11が飛翔することから、これをコンデンサ29として示している。一方、直流と交流の流れる方向が異なるときには、電流は現像ローラ15から感光体ドラム17側へ流れ、感光体ドラム17において現像に利用されなかった余分なトナーが現像ローラ15へ回収されるようになる。
一方、図2(b)に示す実施形態では、供給ローラ13は図2(a)の構造と同様であり、現像ローラ15は、金属(例えばアルミニウム)性の心材31の周囲にゴム層33が形成されている。図2(b)中、各ローラに重ねて示す等価回路において、RS、RDSは図2(a)と同様であり、更にRDは現像ローラ15のゴム層33での抵抗を示す。尚、等価回路では、電流の流れに沿ってゴム層33が現像ローラ15の直径方向両側に位置するため、2RDの抵抗があるものとして示してある。その他の構成については、図2(a)に示す構造と同様である。
本発明では、図2(a)、図2(b)のいずれの実施形態においても、分岐点Eと現像ローラ15との間に付加抵抗35が設けられている。このような付加抵抗35を設けることにより、等価回路中、現像ローラ15から分岐点Eへの電流の第1経路37と、現像ローラ15→供給ローラ13→分岐点Eの電流の第2経路39とから成る並列回路において、弾性層23の抵抗RS及び供給ローラ13と現像ローラ15との間でのトナー11を介した接触抵抗RDSの存在により、従来は第2経路39側へ流れにくかった電流が流れやすくなる。その結果、負に帯電したトナー11が、供給ローラ13から現像ローラ15へ供給されやすくなる。
以下、このような付加抵抗35の抵抗値の決め方について説明する。図2中、VEは分岐点Eでの電圧、VSは供給ローラ13の表面における電圧、VDは現像ローラ15の芯材31における電圧をそれぞれ示す。また図3(a)は、図2(b)の現像装置の供給ローラ13の弾性層23の抵抗RSと現像ローラ15のゴム層33の抵抗RDとを個別に測定する方法を示す。尚、図2(a)の現像装置の抵抗RSも同様な方法で測定できる。この方法では、測定値が安定するように直流100Vを1分間印加して測定した。図示しないが、表面にトナーを供給した実使用状態で各ローラの金属軸間にプローブを接触させて、図2(a)の実施形態におけるRSとRDSとの和、及び図2(b)の実施形態におけるRSとRDとRDSとの和を求めることができる。
図3(a)の方法で求めたRSとRDをそのまま上記のRSとRDSとの和またはRSとRDとRDSとの和において適用することはできない。しかし、現像装置のRD(これを第1RDとする)について上記測定値が分かっていれば、その現像装置で実際に印刷を実行してその画質を調べ、続いて第1RDを他の第2RDに変えて印刷を実行し、その画質を調べて比較しRDを大きくすべきか小さくすべきかを判断することで、最適なRDを求めることができる。図3(b)は、図3(a)の方法で求めたRSとRDの測定値を示す。尚、測定値範囲とは、サンプルのばらつきの範囲である。
図4は、現像性と供給性との相関図である。図2に関して、付加抵抗35を設けることにより電流の第2経路39への電流量が増加し、従って供給ローラ13から現像ローラ15への負に帯電したトナーの供給量が増加することは既述したとおりである。付加抵抗35の抵抗値が大きい程、現像ローラ15へのトナーの供給量は多くなるため、トナーの供給量は図4中実線で示すような右上がりのカーブを描くようになる。一方、付加抵抗35の抵抗値が大きくなると、図2の等価回路の全体の抵抗値が大きくなるため、感光体ドラム17から現像ローラ15への電流量が減り、現像ローラ15から感光体ドラム17へのトナー供給量が減少するため、図4中、2点鎖線で示すように現像性が低下してくる。
図5は、付加抵抗35の大小により現像バイアスがどのように変化するかを示す電圧変化の波形を示す図である。図5中、実線41は付加抵抗35を設けない場合を示す。この実線41から明らかなように、基準線43より上側に現れ、トナーを感光体ドラム17に戻す方向に作用する回収方向の電圧と、基準線43より下側に現れ、トナーを感光体ドラム17に送る方向に作用する現像方向の電圧の変化が、交互に矩形状の波形として現れていることがわかる。破線45、47、49は、この順で付加抵抗35を大きくした場合の波形であり、付加抵抗35が大きくなる程、波形の左肩部分がなまってくることを表している。
図6(a)は、図4において付加抵抗値が比較的高いC値(=10MΩ)であるときの分岐点Eでの電圧VE、供給ローラ13の表面における電圧VS及び現像ローラ15の芯材31における電圧VDの変化をグラフにしたものである。図6(a)中、実線51は分岐点Eでの電圧VEの変化を示し、破線53は供給ローラ13の表面における電圧VSの変化を示し、一点鎖線55は現像ローラ15の芯材31における電圧VDの変化を示す。尚、電圧0を示す線より下側の方にグラフが長く延びているのは、直交流重畳バイアス電源27を使用し、現像方向に直流分の電圧が常に加わっているからである。
また図6(b)は、図6(a)におけるVS−VDの変化を示すグラフである。VS−VDは、図2において供給ローラの表面での電圧と現像ローラの芯材の電圧との差を示すが、これは供給ローラ13と現像ローラ15とに掛かるバイアス差に相当するから、供給ローラ13から現像ローラ15へのトナーの供給性の変化を意味する。
図6(c)は、図2(a)に示す現像装置において、付加抵抗35の抵抗値を種々変えたときに、図6(a)、図6(b)と同様な波形から得られる平均電圧とVDの振幅高さの最大値を示している。例えば図6(a)、図6(b)は付加抵抗10MΩのときの波形であるが、このときの平均電圧値である−460の値は、図6(b)の符号Pで示す領域のVS−VDの平均によって求められる。また付加抵抗10MΩのときのVDの振幅高さの最大値は、図6(a)中、一点鎖線55の最も左側の上下のピークの差によって求められる。付加抵抗が10KΩ、100KΩ、1MΩのときの図6(a)、図6(b)に対応する波形は省略しているが、このときの平均電圧とVDの振幅高さの最大値も同様にして得られ、図6(c)に示す通りとなっている。図6(c)においてVS−VDの平均電圧値の絶対値が大きいほど、供給ローラ13と現像ローラ15との電圧差が大きいためトナーの供給性が高くなる。一方、図6(c)において平均電圧とVDの振幅高さの最大値が大きいほど、現像ローラ15から感光体ドラム17に飛ぶトナーが多くなり現像性が高くなる。
図7は、図6と同様な方法で、図4において付加抵抗値が比較的低いA値(=10KΩ)、付加抵抗値が中程度であるB値(=1MΩ)、付加抵抗値が比較的高いC値(=10MΩ)であるときの、それぞれ図6(b)に示すものと同様なVS−VDの変化を一つのグラフにまとめたものである。図7中、二点鎖線57は付加抵抗値が比較的低いA値(=10KΩ)におけるVS−VDの変化を示し、実線59は付加抵抗値が適度であるB値(=1MΩ)におけるVS−VDの変化を示し、破線61は付加抵抗値が比較的高いC値(=10MΩ)におけるVS−VDの変化を示す。
また図8(a)〜(d)は、図7の各グラフを分解して示すものであり、図8(a)は、付加抵抗値がゼロ、即ち供給ローラ13と現像ローラ15との間に電位差がない場合のVS−VDの変化を示し、図8(b)は、付加抵抗値が低いA値、即ち供給ローラ13と現像ローラ15との間の電位差が比較的小さい場合のVS−VDの変化を示し、図8(c)は、付加抵抗値が適度であるB値、即ち供給ローラ13と現像ローラ15との間の電位差が適度な場合のVS−VDの変化を示し、図8(d)は、付加抵抗値が比較的高いC値、即ち供給ローラ13と現像ローラ15との間の電位差が過剰な場合のVS−VDの変化を示す。
図7において、VS−VDがゼロの基準線63より下側に現れている波形は、現像時、即ちトナー11が現像ローラ15から感光体ドラム17へ飛翔する際の電位差の変化を示している。そしてトナー回収側の電位差を示す基準線63より上側に現れている曲線が基準線63を横切る点Xから、下側の曲線(現像側電位差)が基準線63を次に横切る点Yまでの単位区間(電位差変化の1周期の半周期に相当する)は、現像側電圧が印加される期間Rとなっている。
図6(c)において、付加抵抗1MΩ以下でのVDの振幅高さの最大値は現像を行うのに十分な値である。一方、付加抵抗100KΩ以上ではトナーの供給性が十分であるが、付加抵抗10KΩでは必ずしも十分な値ではない。しかし付加抵抗10KΩの場合であっても、付加抵抗を設けない場合に比べれば供給性が高くなることは明らかである。従って1MΩ以下の付加抵抗を設けたときには供給性と現像性の両方が良くなる。
この図6(c)のデータの結果を図7のグラフと比較すると、現像側電圧が印加される期間R内の波形が、該現像側電圧が印加される期間Rの間にゼロになるような波形を有するようになる抵抗値を有する付加抵抗35を、分岐点Eと現像ローラ15との間に設けた場合には、供給性と現像性の両方が良くなることがわかる。尚、本願発明では、付加抵抗35を設けることにより、供給ローラ13から現像ローラ15へのトナーの供給性は高まるから、現像性を重視せずトナーの供給性を高めることを目的とする場合には、必ずしも付加抵抗35の抵抗値を上記のように限定する必要はない。
以上は、図2(a)に示す実施形態の現像装置に関するものであるが、図2(b)に示す実施形態の現像装置に関しても、同様に、現像側電圧が印加される期間R内の波形が、該現像側電圧が印加される期間Rの間にゼロになるような波形を有するようになる抵抗値を有する付加抵抗35を、分岐点Eと現像ローラ15との間に設けることにより、同様に供給性と現像性の両方が良くなる。
本発明は、感光体に形成された潜像をトナーで現像するための現像装置に利用可能である。
1 現像カートリッジ、3 上部ハウジング部材、5 下部ハウジング部材、
7 ハウジング、9 トナー収容部、11 トナー、13 供給ローラ、
15 現像ローラ、16 規制ブレード、17 感光体ドラム、19 現像位置、
21 芯材、23 弾性層、27 直交流重畳バイアス電源、29 コンデンサ、
31 芯材、33 ゴム層、35 付加抵抗、37 電流の第1経路、
39 電流の第2経路、41 実線、43 基準線、45、47、49 破線、
51 実線、53 破線、55 一点鎖線、57 二点鎖線、59 実線、61 破線、63 基準線、E 分岐点、VE 分岐点での電圧、VS 供給ローラの表面における電圧、
VD 現像ローラの心材における電圧、R 現像側電圧が印加される期間
7 ハウジング、9 トナー収容部、11 トナー、13 供給ローラ、
15 現像ローラ、16 規制ブレード、17 感光体ドラム、19 現像位置、
21 芯材、23 弾性層、27 直交流重畳バイアス電源、29 コンデンサ、
31 芯材、33 ゴム層、35 付加抵抗、37 電流の第1経路、
39 電流の第2経路、41 実線、43 基準線、45、47、49 破線、
51 実線、53 破線、55 一点鎖線、57 二点鎖線、59 実線、61 破線、63 基準線、E 分岐点、VE 分岐点での電圧、VS 供給ローラの表面における電圧、
VD 現像ローラの心材における電圧、R 現像側電圧が印加される期間
Claims (6)
- 供給ローラと、現像ローラと、前記現像ローラと非接触の感光体と、直流に交流を重畳させた単一のバイアス電源とを備え、前記単一のバイアス電源から前記供給ローラと現像ローラとに電圧を印加して、電圧差により負に帯電したトナーを供給ローラ、現像ローラ、感光体の順に移行させて感光体表面の潜像を現像する一成分非接触タイプの現像装置であって、
前記バイアス電源から供給ローラと現像ローラとに分岐する分岐点と現像ローラとの間に付加抵抗を設け、該付加抵抗が、前記供給ローラの表面における電圧と現像ローラの芯材における電圧との差の変化を示すグラフにおいて、この差の変化の1周期うちマイナス側において現像側電圧が印加される期間内の波形が、該期間の間にゼロになるような波形を有するようになる抵抗値を有することを特徴とする現像装置。 - 請求項1において、前記供給ローラの抵抗値が前記現像ローラの抵抗値より大きいことを特徴とする現像装置。
- 請求項1または2において、前記現像ローラから供給ローラを介して前記分岐点に流れる電流が、前記現像ローラから前記分岐点に流れる電流より大きいことを特徴とする現像装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項において、前記単一のバイアス電源は定電圧電源であることを特徴とする現像装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項において、前記供給ローラが電子伝導性であることを特徴とする現像装置。
- 供給ローラと、現像ローラと、前記現像ローラと非接触の感光体と、直流に交流を重畳させた単一のバイアス電源とを備え、前記単一のバイアス電源から前記供給ローラと現像ローラとに電圧を印加して、電圧差により負に帯電したトナーを供給ローラ、現像ローラ、感光体の順に移行させて感光体表面の潜像を現像する一成分非接触タイプの現像装置であって、
前記バイアス電源から供給ローラと現像ローラとに分岐する分岐点と現像ローラとの間に付加抵抗を設けたことを特徴とする現像装置。
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Cited By (1)
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