JP3010990B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機やプリンターや
ファクシミリ等に用いられる電子写真方式の現像装置に
関し、更に詳しくは、非磁性一成分のトナーにより画像
を形成するのに適した現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の非磁性一成分のトナーを用いた現
像装置は、特開昭６２−２５７１８５号公報に提案され
ているように、トナー担持体の表面上に、トナーを略均
一厚さに形成するために、トナー担持体に対して、発泡
フォームからなるトナー供給ローラが接触回転するよう
に配置されている。これは、トナー供給ローラとトナー
担持体との接触回転により、トナーを機械的搬送力と摩
擦帯電による静電気力により、トナー担持体表面に付着
させ均一搬送するものである。

【０００３】しかし従来のようなトナー供給ローラで、
全白印字のような印字密度の低い画像の直後に黒ベタ印
字のような印字密度の高い画像を印字すると、以下のよ
うな問題が発生する。

【０００４】第１に、黒ベタ画像の紙前半部濃度が、後
半部濃度に比べ極端に高いという問題が発生する。

【０００５】第２に、黒ベタ画像の後半部画像が、ムラ
になり、更に、背景部汚れ（以下カブリ）を生じるとい
う問題が発生した。

【０００６】まず、第１の問題に関しては、全白印字の
ように印字密度の低い印字を行った場合、トナー担持体
から像担持体へのトナー移動量が減少するため、トナー
担持体上の残留トナーが多くなる。この状態で、従来多
く使用されていたような発泡平均セル径の大きいトナー
供給ローラを使うと、残留トナーを掻き取る能力が低い
がために、除々にトナー担持体上の残留トナーが増加す
る。よって、次に黒ベタ印字などの印字密度の高い画像
を印字すると、トナー担持体１週から２周分が、後半部
と比べて画像濃度が高くなるのである。

【０００７】次に第２の問題に関しては、これも第１の
問題と同様に、文字印字のように印字密度の低い画像を
印字した場合には、トナー担持体から像担持体へのトナ
ー移動量が減少するため、トナー担持体上の残留トナー
が多くなる。

【０００８】このトナー担持体上の残留トナーが、次の
トナー供給ローラ当接部に行き、トナー供給ローラによ
り供給されてきた新トナーと混合される。この状態で
は、残留トナーは数回に渡りトナー規制手段、トナー供
給ローラと摩擦帯電しているので、トナー帯電量が新ト
ナーに比較して上昇し、新トナーの帯電量とにバラツキ
が生じることになる。よって、次に黒ベタ印字のような
印字密度の高い画像がきた場合、トナー帯電量の高い残
留トナーは像担持体へは移動できず、結果、画像にムラ
が発生するという問題や、帯電不良のトナーによりカブ
リが発生するという問題が生じる。

【０００９】これらの対策として、トナー担持体上の残
留トナーを除去するトナー除去手段を、トナー供給ロー
ラと像担持体の間にトナー担持体に接触するように設け
ることが、特開昭６１−４３７６７号公報に提案されて
いる。これは、トナー除去手段をトナー担持体に接触し
て、機械的にトナー担持体上の残留トナーを除去し、新
しいトナーをトナー供給ローラで供給し、トナー担持体
上のトナー量、帯電量を均一にするものである。

【００１０】しかし、この方法だと、トナー除去手段と
トナー供給部であるトナー供給ローラとの位置関係が制
約されることになり、トナー循環経路の複雑化、装置構
成の複雑化、及びコストアップにつながるという問題を
生じる。

【００１１】ここで、本発明と従来例の違いをより明確
にするために、以下の従来例についても言及する。

【００１２】特開平３−４１４８６は、トナー供給ロー
ラとして、発泡セル径をトナーの平均粒径の２倍以下に
したものである。このトナー供給ローラは、トナーが発
泡セル内に進入し、目詰まりが進行することで、ローラ
全体が弾性を失い、トナーの機械的搬送力が低下するこ
とを防止するという目的を有するものである。

【００１３】上記の従来例は、トナー供給ローラの発泡
セル径について記述されたものであるが、トナー担持体
上の残留トナーの掻き取り能力の問題については、全く
考慮されていない。

【００１４】特開昭６１−２８９７７は、トナー担持体
として、表面粗さを（Ｒａ）で０．１ないし０．５μｍ
にしたものである。このトナー担持体は、表面粗さを規
制することにより、トナーの長期的な機械的搬送力を安
定にすることを目的としている。

【００１５】特開昭５５−１４０８５８は、トナー担持
体として、表面の山の高さＨがトナー平均粒径の１／４
乃至３倍で、山と山の間隔Ｄが山の高さＨよりも大の凹
凸としたものである。このトナー担持体は表面の凹凸と
トナー規制手段により、トナーをほぐし、均一なトナー
層を形成することを目的としている。

【００１６】すなわち、上記の従来例は、トナー担持体
の表面粗さについて記述されたものであるが、前述のト
ナー供給ローラ同様に、トナー担持体上の残留トナーの
掻き取り能力の問題については考慮されておらず、更
に、トナー供給ローラの発泡セル径とトナー担持体の表
面粗さとの関係で、残留トナーの掻き取り能力を向上さ
せるということは、全く考慮されていない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは印字密度の大小に関わりなく、いつでも安定したト
ナー搬送と現像をし、更にカブリの少ない画像を印字で
きる現像装置を提供することにある。

【００１８】更に他の目的は、簡素な構成で低価格な現
像装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、発泡フォームからなるトナー供給ロ
ーラと接触回転するトナー担持体を備える現像装置にお
いて、前記トナー供給ローラの少なくとも画像領域幅の
平均セル径が５０μｍ乃至２００μｍであり、前記トナ
ー担持体の少なくとも画像領域幅の表面粗さＲｍａｘ
が、２μｍ乃至１５μｍであり、且つ、前記トナー担持
体の表面が鋸刃状であって、前記鋸刃が前記トナー供給
ローラとの接触回転によって反る方向となるように、前
記トナー坦持体と前記トナー供給ローラをカウンタ方向
に接触回転させるように配置したことを特徴とする。

【００２０】

【００２１】

【実施例】 （実施例１）そこで以下に本発明の詳細を図示した実施
例に基づいて説明する。

【００２２】図１は、本発明の一実施例構成図である。

【００２３】図中、１は像担持体であり、図示していな
い帯電器により、表面電位を所定電位に帯電させた後、
図示していない露光器により露光され静電潜像を形成し
ている。

【００２４】２は非磁性一成分トナーを使用した現像器
であり、前述の像担持体１上の静電潜像に、非磁性一成
分トナーを供給することで可視像化を行うために、以下
の構成を有するものである。

【００２５】図１において、３は本実施例で使用する非
磁性一成分トナー（以下トナー）を貯蔵するトナーホッ
パーである。トナーホッパー３内には、トナーホッパー
３から現像部へのトナー搬送機能を有するトナー供給手
段４が配設されている。

【００２６】５はトナー層厚を均一薄層化し、且つトナ
ーを均一帯電させるトナー規制手段である。これは、ト
ナー担持体６の回転方向に沿って、トナー供給ローラ７
の下流側に配設されている。このトナー規制手段５はス
テンレスなどの板材により先端部をＲ形状に形成してお
り、先端Ｒ部がトナー担持体６の表面に均一に当接され
ている。これにより、トナー層厚は均一に規制すること
ができる。

【００２７】次に、トナー供給ローラについて説明す
る。

【００２８】トナー供給ローラ７の材質として、トナー
との摩擦帯電極性を考慮した発泡フォームを選定するこ
とが望ましい。本実施例ではマイナス極性を持つポリエ
ステルトナーを使用し、周知の反転現像を行うので、こ
のトナーよりもプラスの摩擦帯電極性を持つフォーム材
が必要となる。詳しくはポリウレタンフォーム、ポリス
チレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリエステル
フォーム、エチレンプロピレンフォーム、ナイロンフォ
ームなどが使用できるが、本実施例ではポリウレタンフ
ォームを使用した。

【００２９】尚、トナー供給ローラ７の発泡セルは単泡
のものが好ましい。これは、特開昭６２−２５７１８５
号公報にも提案されているように、発泡セルが連泡だ
と、トナーがトナー供給ローラ７の発泡セル内部に進入
し、やがて、内部、表層部においてトナー凝集を起こ
し、トナー搬送性が低下し、更に装置全体のトルクアッ
プにつながる。その対策として、トナー供給ローラ７の
発泡セルを単泡とし、トナーが表層部から内部に進入す
ることを防止し、トナー同士の凝集を防ぐことで前述の
課題を防ぐことができる。

【００３０】硬度は１０゜〜４０゜（アスカーＣ硬度計
にて測定）のものが使用可能であるが、最適には残留ト
ナーの掻き取り効果の大きい３５゜〜４０゜のものがよ
り好ましい。また、抵抗値は１０³Ωｃｍ〜１０⁷Ωｃｍ
（体積抵抗値）のものを使用した。

【００３１】次に、トナー担持体について説明する。

【００３２】トナー担持体６はポリウレタンゴムに導電
剤としてカーボンを分散成形した基材で構成されてい
る。尚、本実施例では基材にポリウレタンゴムを使用し
たが、トナーを効率よく摩擦帯電させるためには、基材
としてトナーとの摩擦帯電極性を考慮したものが望まし
い。本実施例においては、前述のトナー供給ローラ７の
摩擦帯電極性と同様に、トナー担持体６の基材の摩擦帯
電極性はトナーよりもプラスであることが必要である。
よって、ポリウレタンゴムの他に天然ゴム、イソプレン
ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロ
ロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、
エピクロロヒドリンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ア
クリルゴムなどが使用できる。また、本実施例のトナー
担持体６は単層ゴムを使用したが、単層ゴムの上層部に
樹脂をコートしても使用できるのは周知の通りである。
この場合にも、トナーとの摩擦帯電極性を考慮する必要
がある。そのコート材料としては、ポリエチレン、ポリ
スチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステルなど
が使用できる。

【００３３】硬度は２０゜〜５０゜（アスカーＡ硬度計
にて測定）のものが使用可能である。また、抵抗値は１
０³Ωｃｍ〜１０⁸Ωｃｍ（体積抵抗値）のものを使用し
た。

【００３４】以上のようなトナー供給ローラ７とトナー
担持体６を次のように配設した。

【００３５】トナー坦持体６は図７（ｂ）のように、ト
ナー坦持体６の表面の鋸刃がトナー供給ローラ７との接
触回転によって反る方向となるように、トナー坦持体６
を矢印Ａ方向に、トナー供給ローラ７を矢印Ｆ方向に所
定速度で回転されるように配置されている。

【００３６】これとは反対に、トナー担持体６の表面の
鋸刃が倒れるような方向に配設すると、トナー担持体６
の鋸刃がトナー供給ローラ７のＦ部により倒され、トナ
ー供給ローラ７のＦ部が、トナー担持体６のＧ部と接触
しにくくなる。よって、掻き取り効果が低下し、残留ト
ナーはＧ部に残ってしまうのである。

【００３７】トナー供給ローラ７は、図１のように、ト
ナー担持体６との接触部Ｂでカウンター（図中Ｃ方向）
で回転するように、トナーホッパー３の出口付近に配設
され、トナーをトナー担持体６へ搬送するものである。

【００３８】これにより、トナー供給ローラ７の図中Ｄ
部でトナー搬送し、図中Ｅで残留トナーを掻き取ること
ができる。これが、Ｃ方向と逆方向になると、掻き取り
効果を出すには、前述以上のトナー供給ローラ７の圧接
力、回転数が必要になり、装置全体のトルクアップにつ
ながるため好ましくない。

【００３９】また、トナー担持体６とトナー供給ローラ
７の周速度の比を１：０．５〜０．９、好ましくは１：
０．８に設定した。これは、トナー供給ローラ７の周速
をこれより低下すると搬送性が悪化し、逆にこれ以上上
昇させても搬送性がそれほど向上せず、逆に装置のトル
クアップにつながるためである。更にまた、トナー担持
体６とトナー供給ローラ７の接触深さは３０μｍ以上と
し、好ましくは装置のトルク低減と組立性から１００μ
ｍとした。

【００４０】このような構成において、本実施例に使用
したトナー供給ローラ７の発泡平均セル径の大きさとし
ては、５０μｍ及至２００μｍのものを使用した。この
ように、トナー供給ローラ７の発泡平均セル径を５０μ
ｍ及至２００μｍとすることによって、トナーの現像性
を向上させ画像ムラ、カブリ量の少ない画像を印刷する
ことができる。

【００４１】図２は、全白印字直後の黒ベタ印字の濃度
を示す図である。図よりトナー供給ローラの発泡平均セ
ル径が大きい３００μｍのものは１００μｍ、５０μｍ
のものに比べて、画像前半部の画像濃度が高く、後半部
の画像濃度が低いことがわかる。これは、トナー供給ロ
ーラの発泡平均セル径がトナー粒径に対してあまりに大
きいため、トナー担持体６とトナー供給ローラ７との間
で、圧接状態が不十分な箇所が発生し、トナー担持体６
上の残留トナーを十分に掻き取ることができなくなるた
め、残留トナーが増加し、結果前半部の画像濃度が上昇
するのである。

【００４２】また、後半部の画像濃度が低い原因とし
て、これも前述同様にトナー供給ローラ７の掻き取り能
力が低いために、残留トナーが発生し、これがトナー担
持体６上に付着した状態で数回転する。よって、残留ト
ナーはトナー規制手段５などで数回摩擦帯電されるた
め、残留トナーの帯電量は過上昇し、次に像担持体１上
の静電潜像に印字しようとしても、トナー担持体６上か
ら移動できない。その結果、画像ムラとなり濃度低下を
生ずるものである。更に、トナー供給ローラ７の発泡平
均セル径が大きいために、新トナーの機械的搬送力が低
いことと、トナー担持体６との接触が不十分なため、摩
擦帯電による静電気力も低下し、トナー搬送力が低下し
ていることも原因である。

【００４３】しかし、これがトナー供給ローラ７の発泡
平均セル径を１００μｍ、５０μｍと小さくなると、残
留トナーの掻き取り能力が向上し、更に機械的搬送力、
静電気力による搬送力も向上するため、画像前半部の濃
度は低下し、後半部の濃度が上昇してくる。

【００４４】以下にトナー供給ローラ７の最適発泡平均
セル径を調査したので示す。

【００４５】図３は、全白印字直後の黒ベタ印字後半部
の、トナー供給ローラの発泡平均セル径と濃度の関係
で、図４は印字密度約５０％印字後の、トナー供給ロー
ラの発泡平均セル径とカブリ量の関係図である。まず、
図３において、トナー供給ローラ７の発泡平均セル径が
約２００μｍ以下になると黒ベタ濃度が向上し安定して
くることがわかる。

【００４６】また、トナー供給ローラ７の発泡セル径約
５０μｍより小さくなると、黒ベタ濃度が低下してくる
ことがわかる。これは、トナー供給ローラ７の表面粗さ
が小さくなることで、機械的トナー搬送力が小さくなる
ためと思われる。

【００４７】また、図４のカブリ量に関しても同様であ
り、発泡平均セル径が２５０μｍ以上になると、トナー
担持体６とトナー供給ローラ７との間で、圧接状態が不
十分な箇所が発生するために残留トナーが増加し、よっ
て、トナー帯電量が不均一になり、この不均一帯電トナ
ーにより、カブリが発生するものである。

【００４８】以上より、トナー供給ローラ７の発泡平均
セル径を５０μｍ及至２００μｍが好ましい事がわか
る。よって、本実施例では発泡平均セル径を５０μｍ及
至２００μｍのものを使用した。

【００４９】しかし、上記トナー供給ローラ７を使用し
ても、図２、図３、図４に示すように、黒ベタ濃度、カ
ブリ量とも満足いく値（許容限界値）に達していない。
これは、トナー担持体６上の残留トナーを完全に掻き取
りきれていないためと思われる。

【００５０】そこで、本発明では更にトナー担持体６を
以下のようにした。

【００５１】トナー担持体６の少なくとも画像領域の表
面粗さＲｍａｘが、２μｍ及至１５μｍになるようなポ
リウレタンゴムを用いた。

【００５２】このように、トナー担持体６の表面粗さＲ
ｍａｘを２μｍ及至１５μｍにすることにより、残留ト
ナーの掻き取り性能を向上させている。

【００５３】図５は全白印字直後の黒ベタ印字後半部
の、トナー担持体の表面粗さＲｍａｘと濃度の関係図
で、図６は印字密度約５０％印字後の、トナー担持体の
表面粗さＲｍａｘとカブリ量の関係図である。まず、図
５において、トナー担持体の表面粗さＲｍａｘが約１５
μｍより小さくなると、図７（ｂ）のようにトナー担持
体のＧ部にトナー搬送ローラのＦ部が確実に接触し、残
留トナーを掻き取ることができる。よって、黒ベタ濃度
が向上し許容限界濃度を超え安定してくることがわか
る。

【００５４】これに対して、トナー担持体６表面のＲｍ
ａｘが１５μｍより大きいと、図７（ａ）に示すよう
に、トナー供給ローラのＦ部がトナー担持体のＧ部に圧
接できない箇所が発生し、トナー担持体６上の残留トナ
ーを十分に掻き取ることができなくなるため、その結
果、濃度低下を生ずる。

【００５５】また、トナー担持体６のＲｍａｘが２μｍ
より小さくなると、黒ベタ濃度が低下してくることがわ
かる。これは、トナー担持体６の表面粗さＲｍａｘが小
さくなることで、機械的トナー搬送力が小さくなるため
と思われる。

【００５６】また、参考までに、トナー供給ローラ７の
発泡平均セル径を３００μｍで行った。これによると、
傾向は同様であるが、黒ベタ濃度の絶対値がかなり低下
していることがわかる。これは、トナー供給ローラ７の
発泡平均セル径が大きいと、図７（ｃ）のように、トナ
ー供給ローラのＦ部がトナー担持体６と接触する箇所が
減り掻き取り回数が減るためと、発泡セル径が大きいた
めにＦ部の弾性力が低下し掻き取り力が減るためであ
る。

【００５７】更にまた、トナー供給ローラ７の発泡セル
径を３０μｍで行ったデータをみると、やはり傾向は同
様であるが、黒ベタ濃度の絶対値がかなり低下している
ことがわかる。これは、トナー供給ローラ７の発泡セル
径がトナー粒径よりも極端に小さいため、トナーの機械
的搬送力が不足し、トナー担持体表面のＲｍａｘを変化
させても、黒ベタ濃度を確保するトナーが供給されない
ためである。

【００５８】また、図６のカブリ量に関しても同様であ
り、トナー担持体６表面のＲｍａｘがトナー供給ローラ
７の発泡平均セル径に対して１５μｍより大きくなる
と、図７（ａ）に示すように、トナー供給ローラ７のＦ
部がトナー担持体のＧ部に圧接できない箇所が発生し、
トナー担持体６上の残留トナーを十分に掻き取ることが
できなくなり、不均一帯電を起こし、カブリが発生する
ものである。

【００５９】尚、本実施例の構成において、トナー供給
ローラ７の機械的搬送力が効果的なトナー平均粒径を調
査したら、トナー平均粒径６μｍ及至１２μｍが好まし
かった。

【００６０】

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ト
ナー担持体に接触回転する発泡フォームからなるトナー
供給ローラの少なくとも画像領域幅の平均セル径が５０
μｍ乃至２００μｍで、且つ前記トナー担持体の少なく
とも画像領域幅の表面粗さＲｍａｘが、２μｍ乃至１５
μｍのトナー担持体で構成するようにしているので、全
白印字のような印字密度の低い印字をした直後に、黒ベ
タ印字のような印字密度の高い印字を行っても、トナー
搬送ローラとトナー担持体との間で、十分に掻き取り能
力を出すことができるので、印字密度の大小に関わりな
く、安定したトナー搬送、現像ができ、且つカブリのな
い良好な画像を簡単な構造で実現することができるとい
う効果を奏する。更に、前記トナー担持体の表面が鋸刃
状であって、前記鋸刃が前記トナー供給ローラとの接触
回転によって反る方向となるように、前記トナー坦持体
と前記トナー供給ローラをカウンタ方向に接触回転させ
るように配置したので、 トナー坦持体上に残留するト
ナーを掻き取らせやすくでき、画像濃度を安定させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置の構成図。

【図２】全白印字直後の黒ベタ印字の濃度を示す図。

【図３】全白印字直後の黒ベタ印字後半部の、トナー供
給ローラの発泡平均セル径と濃度の関係図。

【図４】印字密度約５０％印字後の、トナー供給ローラ
の発泡平均セル径とカブリ量の関係図。

【図５】本発明の全白印字直後の黒ベタ印字後半部の、
トナー担持体の表面粗さＲｍａｘと濃度の関係図。

【図６】本発明の印字密度約５０％印字後の、トナー担
持体の表面粗さＲｍａｘとカブリ量の関係図。

【図７】本発明のトナー担持体とトナー供給ローラの動
作拡大図。

【符号の説明】

１ 像担持体 ２ 現像器 ３ トナーホッパー ４ トナー供給手段 ５ トナー規制手段 ６ トナー担持体 ７ トナー搬送ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 英憲 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 毛利 周平 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−224524（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−181352（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−55873（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−242274（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発泡フォームからなるトナー供給ローラ
   と接触回転するトナー担持体を備える現像装置におい
   て、 前記トナー供給ローラの少なくとも画像領域幅の平均セ
   ル径が５０μｍ乃至２００μｍであり、前記トナー担持
   体の少なくとも画像領域幅の表面粗さＲｍａｘが、２μ
   ｍ乃至１５μｍであり、 且つ、前記トナー担持体の表面が鋸刃状であって、前記
   鋸刃が前記トナー供給ローラとの接触回転によって反る
   方向となるように、前記トナー坦持体と前記トナー供給
   ローラをカウンタ方向に接触回転させるように配置した
   ことを特徴とする現像装置。