JP3006727B2 - 現像方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電潜像が形成された
像担持体上に、現像ローラを接触させて、帯電された一
成分現像剤を供給する一成分現像方法に関する。

【０００２】電子写真装置や静電記録装置等の像形成装
置において、像担持体である感光ドラムや誘電体上の静
電潜像を可視像化するため現像装置が用いられている。
この現像装置は、従来キャリアとトナーからなる二成分
現像剤を用いたものが広く利用されてきたが、近年とり
扱いが簡便でしかも装置のコンパクト化が図れる一成分
現像剤を用いたものが利用されている。

【０００３】

【従来の技術】図４は従来の現像装置を搭載した電子写
真記録装置の部分断面／側面図である。１はドラム状の
像担持体であり、その外周に、コロナ放電器や回転ブラ
シなどの一様帯電器２、露光手段３、現像ローラ４、転
写ローラ５、クリーニング手段６の順に配設されてい
る。

【０００４】像担持体１は、表面に形成された潜像を現
像部に搬送した後、現像によるトナー像を記録用紙７へ
の転写位置に搬送するものである。この像担持体１に
は、潜像形成方法によって、光導電材料である感光体
（有機感光体、セレン系感光体、アモルファスシリコン
系感光体等）や絶縁体等を用いることができる。

【０００５】図示装置では、直径60mm、周速度70mm/sの
ＯＰＣ感光ドラムを用い、コロナ放電器２によって−65
0Vに帯電させた後、レーザ光学ユニットやＬＥＤ露光光
学系などの潜像書込み手段（露光手段）３で静電潜像を
形成し、次の現像ローラ４によってトナー像が形成され
る。

【０００６】現像容器12中には、現像ローラ４、層厚規
制ブレード９、現像剤補充ローラ10、パドルローラ14、
アジテータ15および現像剤16が内蔵されている。現像剤
16は平均粒径が約10μｍの一成分非磁性トナーであり、
アジテータ15が矢印Ａ方向に回転することによって、パ
ドルローラ14側に搬送される。

【０００７】パドルローラ14は、現像容器12の底部に形
成された第１の凹溝内に配置されており、矢印Ｂ方向に
回転することで、現像容器12内の最も低い位置に存在す
る一成分非磁性トナーが、現像ローラ４方向に汲み上げ
て供給される。

【０００８】現像ローラ４は、回転軸８を中心に矢印Ｃ
方向に回転することにより、表面に吸着した現像剤を感
光ドラム１との接触部に搬送し、感光ドラム１上の静電
潜像を可視像化するものである。

【０００９】この現像ローラ４は、例えば直径20mm、硬
度が８〜35°（アスカーＣ硬度：最適には10°）の連続
気孔多孔質体である高分子発泡ポリウレタンから成り、
中心軸８を介して現像バイアス電圧（−300V）が印加さ
れている。

【００１０】更に、この現像ローラ４は、図示しないス
プリング等の付勢手段により現像容器12全体がＯＰＣ感
光ドラム１方向（矢印Ｙ方向）に押圧されることによっ
て、線圧22〜50g/cm（最適には43g/cm）で押圧され、矢
印Ｄ方向に回転するＯＰＣ感光ドラム１に対して、ニッ
プ幅が１〜 3.5mmとなるように圧接される。

【００１１】アルミニウム製の層厚規制ブレード９は、
軸17回りに回動自在に支持されており、現像ローラ４に
対してスプリング18等の付勢手段により、線圧26g/mmで
押圧されており、現像ローラ４上のトナー層厚が一定値
に規制されると共に、摩擦帯電によりトナーが所望の極
性に帯電される。さらに、トナーを帯電させるべく、層
厚規制ブレード９には−300V〜−500V程度の電圧が印加
され、強制的な電荷注入も行なっている。

【００１２】現像剤補充ローラ10は、体積抵抗値 10⁶Ω
・ｍ、硬度10〜70°程度の高分子発泡ポリウレタンから
成り、現像容器12の第２の凹溝内に配置されている。こ
の現像剤補充ローラ10は、直径が11mm、周速が70mm/s、
ニップ厚が１mmとなるように設けられ、さらに現像ロー
ラ４に印加される現像バイアス電圧と等しいか又はそれ
より大きい供給バイアス電圧（−300V〜−500V）を印加
することにより、現像ローラ４に表面から機械的および
電気的に一成分非磁性トナーが補充され、現像ローラ４
上から機械的かつ電気的な履歴が消去される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような構造の装
置において、現像ローラ４が静止したまま、現像ローラ
４、現像剤補充ローラ10および層厚規制ブレード９にバ
イアス電圧を印加し続けると（通常の環境では５秒間程
度）、現像ローラ４に電流による熱が発生してピンホー
ルが空き、さらに続けるとトナーおよび現像ローラ４が
燃焼するという事が起こる。

【００１４】このため従来から、現像ローラ４を回転さ
せてからバイアス電圧を印加し、一か所に電圧／電流が
集中しないようにしている。図５は従来装置における印
刷動作のタイミングチャートである。印刷命令信号が発
生すると、まず感光ドラム１や現像機が始動して回転を
始め、現像ローラ４が回転している状態で、現像ローラ
４や現像剤補充ローラ10、層厚規制ブレード９にバイア
ス電圧が印加される。そして、トナーが充分帯電するま
で空転させ、アイドリングが完了してから、露光／現像
などの印刷動作が開始する。

【００１５】発明者らの実験によると、トナーの帯電量
の立ち上がり特性は図６に示すような結果となった。こ
の図において、横軸はアイドリング時間、縦軸はトナー
の帯電量である。この図から明らかなように、電荷注入
バイアス電圧すなわち現像ローラ４と層厚規制部材６ま
たは現像剤補充ローラ10との間の電位差を100V、200V、
400Vと大きくして行くと、最終帯電電荷量が増大すると
ともに、帯電の立ち上がりも次第に急峻になる。

【００１６】通常は、現像剤補充ローラ10あるいは層厚
規制ブレード９からの電荷注入帯電は、−100V程度の注
入バイアス電圧で行われる。このためトナーの帯電を必
要十分に安定させるには、環境変動を含めて10秒程度の
アイドリング時間が必要であった。10秒間アイドリング
させた場合、現像ローラ４は約30周程度回転することに
なる。

【００１７】また、印刷動作の後、長時間印刷動作が中
断したときは、トナーの帯電量が次第に減少するため、
印刷命令が発生するたびにアイドリングを行ない、トナ
ーの帯電が安定するまで印刷を待たなければならない。
ところで、現像ローラ４が回転し現像機が動作すること
によって、現像ローラ４の表面に次第にトナーがこびり
着いて膜状となる、いわゆるフィルミングが発生する
が、フィルミングが進行して現像剤を現像部に搬送する
機能が低下すると現像ローラは寿命となる。フィルミン
グの現象はアイドリングの間も進行し、現像機の寿命を
縮めるので、アイドリング時間は可能な限り短い方が良
い。

【００１８】また、現像ローラ４は前記の矢印Ｙ方向の
バネ力で感光ドラム１に押しつけられているため、現像
ローラ４によって感光ドラム１の表面が次第に摩耗し、
印字特性が低下するので、感光ドラム１の寿命を長くす
る上でも、アイドリング時間は短い方がよい。

【００１９】さらに、アイドリングが完了するまで印刷
は行われず、印刷命令が出てから実際に印刷が行われる
までの待ち時間が必要なため、処理能率が低下する。

【００２０】特に、アイドリングは印刷開始のたびに繰
り返し行なう必要があり、その頻度が極めて多いことも
あって、アイドリング時間を積算すると、現像ローラ４
のフィルミングや感光ドラム１の摩耗などのために、実
際に印字に寄与しない動作によって装置全体の寿命を縮
めるという問題があり、ランニング・コストを高める要
因となっている。またアイドリングによる無駄時間の影
響も甚大である。

【００２１】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、アイドリング時間を可能な限り短くできるよう
にすることにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明による現像
方法の基本原理を説明するタイムチャートである。請求
項１の発明は、図４に示すように、静電潜像が形成され
る像担持体１に一成分現像剤を接触して供給する現像ロ
ーラ４と、現像ローラ４に接してバイアス電圧を印加す
る導電性の層厚規制部材９と、バイアス電圧を印加し現
像ローラ４に現像剤を補充する導電性の現像剤補充ロー
ラ10とを有し、印刷開始に際し、像担持体１および現像
機が回転開始してから各部へのバイアス電圧を印加し、
アイドリングが終了してから印刷を開始する現像方法を
対象とする。

【００２３】そして、前記の現像ローラ４上の現像剤に
電荷注入を行なう手段にバイアス電圧を印加するタイミ
ングを、前記現像ローラ４に現像バイアス電圧を印加す
るタイミングよりも、所定の時間ｔだけ相対的に早くす
るものである。

【００２４】請求項２の発明は、前記の現像ローラ４上
の現像剤に電荷注入を行なう手段が、前記の層厚規制部
材９および現像剤補充ローラ10のうちの少なくとも片方
であり、層厚規制部材９および現像剤補充ローラ10の両
方に、現像ローラ４より先にバイアス電圧を印加するこ
ともできる。

【００２５】

【作用】請求項１、２に記載のように、印刷開始に際
し、像担持体１および現像機が回転開始した状態におい
て、現像ローラ４上の現像剤に電荷注入を行なう手段
（すなわち層厚規制部材９や現像剤補充ローラ) にバイ
アス電圧を印加するタイミングが、現像ローラ４に現像
バイアス電圧を印加するタイミングよりも所定の時間ｔ
だけ早いと、その間は現像ローラ４にはバイアス電圧が
印加されず、層厚規制部材９や現像剤補充ローラ10のみ
にバイアス電圧が印加される。

【００２６】しかも、その際の印加電圧は、印刷動作時
と同じ大きさでよいので、層厚規制部材９や現像剤補充
ローラ10と現像ローラ４との間の電位差は極めて大きく
なり、図６で説明したように短時間に充分な帯電が可能
となり、アイドリング時間を短くできる。

【００２７】

【実施例】次に本発明による現像方法が実際上どのよう
に具体化されるかを実施例で説明する。図２、図３は図
４に示す現像装置における、アイドリング時間中の電圧
印加のタイムチャートであり、図２は層厚規制部材９の
みに先にバイアス電圧を印加する例、図３は現像剤補充
ローラ10のみに先にバイアス電圧を印加する例である。

【００２８】この実施例においては、印刷動作時の印加
バイアス電圧は、層厚規制ブレード９が−400V、現像剤
補充ローラ10が−400V、現像ローラ４が−300Vである。
図２の実施例において、印字開始時において、層厚規制
ブレード９にバイアス電圧（−400V）を印加するタイミ
ングが、現像ローラ４に現像バイアス電圧（−300V）を
印加するタイミングより一定時間ｔだけ早くした。この
実施例では、層厚規制ブレード９のみにバイアス電圧を
印加する時間ｔは約 0.3秒であった。この間現像ローラ
４は約１回転する。

【００２９】このように層厚規制ブレード９のみにバイ
アス電圧が印加されている一定時間（この場合、約 0.3
秒）は、現像ローラ４にはバイアス電圧が印加されない
ので、層厚規制ブレード９と現像ローラ４との間には、
通常の電荷注入バイアス電圧（前記のように−100V）よ
りも大きな電圧（−400V）が印加されることになる。

【００３０】このバイアス電圧は、従来の層厚規制ブレ
ード９と現像ローラ４との間のバイアス電圧（−100V）
に比べると極めて大きいため、図６から明らかなように
短時間に強力に帯電される。すなわち、現像ローラ４上
のトナーの帯電は短時間に立ち上がり、所望のトナー帯
電量となり印字可能となる。

【００３１】実験結果によると、良好な印字が得られる
８μＣ/gの帯電量を得るには、−400Vの電荷注入帯電バ
イアスのとき、ほぼ１秒で所望の電荷量を得ることが出
来た。このためアイドリング時間を、実施例の装置の場
合には約２秒に短縮することができた。

【００３２】図３のように、現像剤補充ローラ10のみに
時間ｔだけ先にバイアス電圧（−400V）を印加した場合
は、停止している層厚規制ブレード９とは違い、現像剤
補充ローラ10からの電荷注入帯電だけでなく、現像剤補
充ローラ10が現像ローラ４とその接触部で反対方向に接
触回転することによる摩擦帯電の効果が極めて大きい。
このためトナーの帯電がより短い時間に一層安定とな
り、アイドリング時間をさらに短縮できる。

【００３３】図２は層厚規制ブレード９のみに、図３は
現像剤補充ローラ10のみに、先にバイアス電圧を印加す
る例であるが、層厚規制ブレード９と現像剤補充ローラ
10の両者に、現像ローラ４より先にバイアス電圧を印加
すると、より有効であり、アイドリング時間をさらに短
縮できる。

【００３４】また本発明によれば、アイドリング時間の
短縮に代えて、印加バイアス電圧の絶対値を小さくでき
るという効果も得られる。すなわち、層厚規制ブレード
９や現像剤補充ローラ10のみにバイアス電圧を印加すれ
ば、現像ローラ４にも同時にバイアス電圧を印加する場
合に比べて、印加電圧を低減しても充分な帯電ができ
る。その結果、現像ローラ４の焼損やトナーの融着等の
問題が軽減され、また安全性も向上する。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、現像ロー
ラ４に現像バイアス電圧を印加する前に、層厚規制ブレ
ード９や現像剤補充ローラ10等のみにバイアス電圧を印
加することで、短時間にトナーを充分に帯電できるた
め、アイドリング時間を大幅に短縮できる。

【００３６】その結果、印刷が行われないアイドリング
時間における現像ローラの回転数が少なくて済み、現像
ローラのフィルミングの進行を抑制でき、しかも現像ロ
ーラ４による感光ドラム１の表面の摩耗も抑制され、感
光ドラム１の寿命を延長できる。さらに、アイドリング
時間の短縮により、無駄な待ち時間も短縮され、処理効
率が向上する。

【００３７】アイドリング動作が、印刷命令の発生する
たびに頻繁に行われることを考慮すると、以上の効果
は、現像装置や感光ドラムなど印刷装置全体の寿命延長
の上で極めて有効であり、アイドリングによる無駄時間
の短縮の効果も甚大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による現像方法の基本原理を説明するタ
イムチャートである。

【図２】本発明現像方法の第一実施例を示すタイムチャ
ートである。

【図３】本発明現像方法の第二実施例を示すタイムチャ
ートである。

【図４】従来の現像装置を搭載した電子写真記録装置の
部分断面・側面図である。

【図５】従来の現像装置における印刷動作のタイムチャ
ートである。

【図６】アイドリング時間とトナーの帯電量との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１ 像担持体（感光ドラム） ２ 一様帯電器（コロナ放電器） ３ 露光手段 ４ 現像ローラ ５ 転写ローラ ６ クリーニング手段 ７ 記録用紙 ９ 層厚規制部材（層厚規制ブレード） 10 現像剤補充ローラ 12 現像容器 13 定着手段 14 パドルローラ 15 アジテータ 16 現像剤（トナー） 18 引張りコイルスプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 行生 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−232674（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−108575（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 G03G 21/00 370

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像が形成される像担持体(1) に一
   成分現像剤を接触して供給する現像ローラ(4) と、現像
   ローラ(4) に接してバイアス電圧を印加する導電性の層
   厚規制部材(9) と、バイアス電圧を印加し現像ローラ
   (4) に現像剤を補充する導電性の現像剤補充ローラ(10)
   とを有し、印刷開始に際し、像担持体(1) および現像機
   が回転開始してから各部へのバイアス電圧を印加し、ア
   イドリングが終了してから印刷を開始する現像方法にお
   いて、前記の現像ローラ(4) 上の現像剤に電荷注入を行
   なう手段にバイアス電圧を印加するタイミングを、前記
   現像ローラ(4) に現像バイアス電圧を印加するタイミン
   グよりも所定の時間(t) だけ相対的に早くすることを特
   徴とする現像方法。
2. 【請求項２】 前記の現像ローラ(4) 上の現像剤に電荷
   注入を行なう手段は、前記の層厚規制部材(9) および現
   像剤補充ローラ(10)のうちの少なくとも片方であること
   を特徴とする請求項１記載の現像方法。