JP3149300B2 - 現像装置 - Google Patents

現像装置

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JP3149300B2
JP3149300B2 JP25728693A JP25728693A JP3149300B2 JP 3149300 B2 JP3149300 B2 JP 3149300B2 JP 25728693 A JP25728693 A JP 25728693A JP 25728693 A JP25728693 A JP 25728693A JP 3149300 B2 JP3149300 B2 JP 3149300B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トナーを用いて画像を
形成する現像装置に関し、さらに詳しくは、トナー担持
体上に均一なトナー薄層を形成して現像を行う現像装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の現像装置は、特開昭58−223
158に開示されるように、非磁性一成分現像剤を用
い、供給部材がトナー担持体に対して押し当て圧接さ
れ、現像剤が均一にトナー担持体に供給される現像装置
が知られている。また、特開昭60−233676に開
示されるように、トナー担持体と供給部材が圧接し、ト
ナー担持体と供給部材を同電位にバイアス電圧を印加し
て保持することによって、濃度むらの低減を図るもので
あった。さらに、特公平3−16025では、供給部材
とトナー担持体の接触深さについて規定し、高濃度、広
面積の黒ベタ画像を忠実に得ようとしていた。さらに、
USP4788570やUSP4873940に開示さ
れるように、供給部材とトナー担持体に電位差を設けて
画質の向上を図ったものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の特開昭
58−223158では、供給部材は電気的にフロート
の状態なので、供給部材の電位がトナーの帯電量、画像
デューティの異なる印字等で、大きく変動し、長期の印
字を繰り返すと、画像むらが生じ、画像濃度、かぶりに
関して画質劣化が起こってしまう。
【0004】さらに、前述の特開昭60−233676
では、供給部材の電位がトナー担持体と同電位に設定さ
れており、さらに特公平3−16025では、供給部材
とトナー担持体の接触深さを規定しているが、黒ベタ印
字(画像デューティ100%)の後すぐに画像デューテ
ィ数%の印字をしたとき、トナーの帯電量が充分上がら
ず、かぶりが多くなるという問題点があった。さらに、
印字枚数を重ねるに従ってトナーが劣化して帯電不良ト
ナーが多く発生した場合、またトナーに紙粉の混入によ
る画像の濃度低下、かぶりの増加等が起こり画像劣化が
進む。また、長期印字中に供給部材の摩耗等による供給
部材の電位がトナー担持体のそれと大きく異なり、トナ
ー担持体の現像バイアスが変動してしまい、顕著な濃度
むらが生じてしまう場合あった。さらに、供給部材とト
ナー担持体の接触深さは、供給部材の硬度、表面形状、
材質等が異なった場合、トルクが増加してしまう場合が
あった。さらに、USP4788570やUSP487
3940では、使用するトナー、所望の画像特性を得る
ためにあらかじめ電位差を厳密に設定する必要があり、
装置等が複雑になってしまう場合があった。
【0005】そこで本発明は、以上のような問題点を解
決するもので、その目的とするところは、画像のかぶり
を低減し、印字枚数を重ねるに従って生じる画像劣化を
抑えると共に電源装置が保護される現像装置を提供する
ことである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の現像装置は、静
電潜像担持体に対してトナーを供給して現像する現像装
置であって、所定方向に回転しながらトナーを搬送する
トナー担持体と、前記トナー担持体に接触しながら回転
することにより前記トナー担持体にトナーを供給する供
給部材と、前記トナー担持体上に薄層のトナー層を形成
する規制部材とを有する現像装置において、前記静電潜
像担持体と前記トナー担持体の間に現像バイアス印加手
段が接続され、かつ、前記トナー担持体と前記供給部材
との間に、帯電したトナーが接触することにより静電誘
導された逆極性のカウンターチャージを一方向に流すダ
イオードが接続されていることを特徴とするものであ
る。この場合、ダイオードの極性として、帯電したトナ
ーが接触することにより静電誘導された逆極性のカウン
ターチャージを供給部材からトナー担持体に流す極性と
しても、あるいは、トナー担持体から供給部材に流す極
性としても、何れも有用な効果を奏するものである。
【0007】
【0008】
【0009】
【実施例】図1は、本発明の具体的態様における現像装
置を用いた画像形成装置の断面概観図である。潜像担持
体1は、導電性の支持部2の上に有機または無機の光導
電性材料からなる感光層3を形成したものである。この
感光層3に対してコロナ帯電器や帯電ローラ等の帯電器
4(図1では帯電ローラ)を用いて帯電を行った後に、
レーザーやLED等の光源5から出た光を結像光学系6
を通して感光層3に画像に応じて選択的に光照射して、
電位コントラストを得て所望の静電潜像パターンを形成
する。一方、現像装置11は像形成体であるトナー7を
搬送し現像するものである。トナー7を搬送するトナー
担持体12は、電気的にバイアスできるように金属や導
電性樹脂で形成されるシャフト13の外周にウレタン、
EPDM、シリコン等の弾性層14を形成し、さらにそ
の外周に数〜数百μm程度の膜厚を有する可撓性層15
を形成したものである。トナー担持体12に対して、非
磁性または磁性の金属や樹脂で形成されるブレード状ま
たは円筒状等の規制部材16をバネやゴム等の弾性体を
用いた加圧手段17により押圧して、規制部材16の押
圧力によるトナー担持体12の変形部でトナー7を所定
の極性に帯電させると共にトナー層を薄層化し、トナー
担持体12上にトナー7を直接保持し、搬送するもので
ある。また、供給部材18は、トナー担持体12上のト
ナー層を剥離または均一化し、トナー7を供給するもの
であって、電気的にバイアスできるように金属や導電性
樹脂で形成されるシャフト19の外周に発泡セルを有す
る発泡部材20を形成したものである。供給部材18
は、トナー担持体12及び供給部材18の変形によりト
ナー担持体12に対して0.03〜1mmの接触深さを
持つように配置され、トナー担持体12と回転方向が同
一になるように回転する。この様な配置及び駆動を行う
ことによって、現像後に生じるトナー担持体12上の現
像に寄与しない残留トナー層の凹凸を機械的に除去し、
さらに、トナー貯蔵容器から送られてくるトナーを新た
にトナー担持体12に供給することができる。供給部材
18の導電シャフト19とトナー担持体12の導電シャ
フト13との間には、トナー消費量に応じて、供給部材
18の電位を変化させる手段の一例として、ダイオード
22が接続されている。トナー担持体12は潜像担持体
1に所定の圧力で接しており、この接触部分またはその
近傍で、潜像担持体1の電位コントラストに加えて、潜
像担持体1とトナー担持体12および供給部材18との
間に印加される現像バイアス印加手段8により電界が形
成され、その電界に応じて帯電したトナー7が潜像担持
体1へ移行し、静電潜像が顕像化される。さらに、コロ
ナ転写器や転写ローラ等の転写器9(図1では転写ロー
ラ)を用いて記録紙10上にトナーによる像を転写し、
熱や圧力を用いてトナーを記録紙10に定着する。
【0010】図1において、トナー7は磁性トナーでも
非磁性トナーでもよく、レジン系、ワックス系のいずれ
のトナーも使用可能であり、現像剤の構成は一成分に限
定されない。一成分系のトナーを用いる場合、平均粒径
は3〜20μmの範囲が好ましい。さらに、図中の矢印
は、各部材の回転方向を示すが、潜像担持体1とトナー
担持体12との周速比は1:1〜1:5が望ましく、さ
らに、トナー担持体12と供給部材18との周速比は
1:0.3〜1:1が望ましい。また、図1中では、潜
像担持体1とトナー担持体12は圧接現像を行っている
が、現像部位で充分な電界、もしくは、磁性トナーを用
いた場合、充分な磁界が形成されるならば、所定の間隙
を有していても構わない。トナー担持体12表層の可撓
性層15は、カーボン、有機または無機のイオン導電剤
を分散または溶融させたウレタン、エチレン、スチレン
などの導電性樹脂や天然ゴム、SBR、NBR、シリコ
ンゴム、ウレタンゴム等の導電性ゴム材料などを用い、
弾性層14の材質との組み合わせを適切に行うことによ
って、トナー担持体12の体積抵抗率が106Ωcm以
下になるように構成する。可撓性層15表面は、トナー
帯電による静電付着力に加えて機械的搬送力が得られる
ように適切な粗さを有する。望ましくは、表面の粗さR
maxがトナー7の平均体積粒径以下が望ましい。規制
部材16は、鉄鋼、ステンレス、黄銅、アルミ等の導電
性材料、シリコン、ウレタン等の樹脂、または前記樹脂
にカーボン等の導電性粉末を混ぜた導電性弾性材料で、
板厚0.05〜3mmの板バネ状に形成されていても良
い。供給部材18の発泡部材20は、発泡セル径が平均
で20〜200μmで導電化したポリウレタンフォーム
で肉厚3mmである。発泡部材は単泡でも連泡でもよ
い。
【0011】(実施例1)本発明の現像装置の構成、動
作について説明する。トナー担持体12の弾性層14に
JIS A硬度で45度の硬さのウレタンゴムを用い、
その外周に導電性の可撓層15として、コート層厚10
μmのカーボンを分散させたウレタンコート層を形成
し、外径は20mmとした。そして、トナー担持体12
の体積抵抗率が105Ωcmになるように構成する。供
給部材18の発泡部材20は、発泡セル径が平均で20
0μmで肉厚3mmの導電化した連泡のポリウレタンフ
ォームで形成され、供給部材18の体積抵抗率が106
Ωcmになるように構成する。外径は12.7mmであ
る。接触深さは、トナー担持体12と供給部材18の軸
間距離と各々のローラの半径の差で規定される、本実施
例では、接触深さ0.2mmになるように設定した。規
制部材16はステンレス製の肉厚0.1mmの板バネ材
の先端をL字形に折曲げて、トナー担持体12に圧接し
た。トナーは、非磁性一成分トナーで摩擦帯電によって
負に帯電するものを用いた。
【0012】ダイオード22は、高耐圧(100〜20
00V)で逆方向漏れ電流の小さいものを用い、本実施
例では、サンケン社製のSHV−02(耐圧2000
V)を用いた。逆方向漏れ電流は、1μA以下である。
ダイオード22の接続方法は、本実施例の負帯電性トナ
ーを用いた場合、図1に示すように、電流が供給部材1
8からトナー担持体12へ向かって流れるような向きで
接続し、さらに、現像バイアス印加手段8へ接続され、
潜像担持体1の導電性の支持部2に接続されている。ダ
イオード22は、供給部材18とトナー担持体12を電
気的に接続し、現像バイアス印加手段8による現像バイ
アスとほぼ等しい電位を供給部材18にも印加すると共
に、印字動作の中で以下に述べるような作用をする。
【0013】印字動作時において、トナー担持体12の
導電性シャフト13の電位と供給部材18の導電性シャ
フト19の電位をモニタした。図2に、現像器11の動
作の時間の経過による、黒ベタ(画像デューティ100
%)印字時のトナー担持体12の電位Vbと供給部材1
8の電位Vsの変化を示す図をあげる。tsにトナー担
持体12の駆動回転を含む画像形成プロセスが動作し始
め、tisに現像バイアス印加手段8により現像バイアス
が印加され印字が行われる。tieに現像バイアス印加が
止まり印字が終わる。teに装置の回転駆動が止まり、
画像形成プロセスが終わる。tisからtieの間は、Vs
の電位はVbと比較して、数Vベースラインが負電位側
にシフトし、そのベースラインを中心に振幅数Vで不定
に推移している。これは、トナー担持体12から潜像担
持体1へトナー7が消費され、次々と新しいトナーが接
触部位Aで接触摩擦帯電されながら供給部材18からト
ナー担持体12へ供給される。それと同時に、供給部材
18に発生した正のカウンターチャージがトナー担持体
12と供給部材18の電位差を埋めようとして、電流と
してダイオード22の順方向に次々とトナー担持体12
へ流れる。カウンターチャージとは、絶縁性の部材に帯
電した絶縁性粒子が接触したとき、電気的に中性だった
絶縁性部材に逆極性の電荷が静電誘導され、その逆極性
電荷をカウンターチャージという。本実施例では、カウ
ンターチャージは、正の電荷である。その結果、Vbと
Vsの電位差は埋められる方向に作用し、ほぼ同電位に
なる。図3に全面白印字(画像デューティ0%)時のV
bとVsの推移の図を示す。黒ベタ印字の時と比較し
て、Vsのベースラインがより負の電位に数十Vシフト
し、振幅は数Vで不定に推移している。Vsのベースラ
インの差異は、画像デューティの違いによる消費される
トナー7の量の差異によるもので、全面白印字のときは
トナー7の消費が無く、供給部位Aで供給部材18によ
るトナー担持体12へのトナーの供給量と剥離量が平衡
状態になっている。トナーが供給されるときは、黒ベタ
印字時と同様に、供給部材18に発生した正のカウンタ
ーチャージがトナー担持体12と供給部材18の電位差
を埋めようとして、電流としてダイオード22の順方向
に次々とトナー担持体12へ流れる。逆に剥離するとき
は、供給時と反対方向へ電流は流れるはずであるが、ダ
イオード22の逆方向にあたるので、電流は流れない。
その結果、トナー担持体12に正のカウンターチャージ
がたまり、トナー担持体12に対して供給部材18は負
の電位にクランプされ、VbとVsの電位差は大きくな
る。
【0014】ここで、画像デューティの違いによる印字
の効果を説明する。画像デューティが小さい白に近い印
字の場合、供給部材18とトナー担持体12の電位差が
大きくなり、供給部材18がトナー担持体12に比べて
負になっているので、負に摩擦帯電されたトナーはトナ
ー担持体12に供給される方向に作用し、トナーの搬送
性が上がり、印字中の黒は濃度低下を起こさず鮮明に印
字される。また、逆帯電性トナー・正に帯電した紙粉等
によるかぶりは抑えられる。画像デューティが大きい黒
ベタに近い印字の場合、濃度低下を防止することができ
る。それは、以下に説明する作用による。印字中にトナ
ーの供給量が少なくなり、トナー担持体12上のトナー
搬送量が少なくなったとき、トナーの帯電量が上がる。
その帯電量の高いトナーとそれに応じた帯電量を持つト
ナー担持体12上のカウンターチャージの間で強いクー
ロン力が生じて、現像バイアスを印加しているにも関わ
らず、現像部位でトナーがトナー担持体12から潜像担
持体1へ移行せず、現像が不充分で画像濃度低下が起こ
る。その結果、現像部位より下流のトナー担持体12上
に付着しているトナーが供給部位Aに戻り、トナー剥離
量が増える。トナーの剥離によって、先にも述べたよう
に供給部材18が負の電位にクランプされ、トナー担持
体12とに電位差が生じる。トナー担持体12に対して
供給部材18が負の電位である電位差によって、トナー
供給をより増進する方向に作用し、トナー担持体12上
のトナーの搬送性を上げ、画像濃度を上げることができ
る。
【0015】このことから、複雑な電源印加の装置構成
でなくてもダイオード22を接続することによって、画
像デューティに応じた電位差を発生し、画像濃度を確保
し、かぶりの低減を図ることができる。
【0016】また、図2、図3のts〜tisとtie〜t
eの現像バイアスが印加されていない現像器11の回転
駆動状態で、供給部材18は常に負の電位になっている
ので、供給部材18の発泡部材20のセルに付着してる
負帯電の印字を重ねるに従って機械的ストレスを受けた
トナーは剥離するように作用し、常にリフレッシュした
状態になっている。そのため、印字を重なるに従って生
じる画像劣化はほとんどなく、数千枚耐久印字しても初
期とほとんど変わらない画像が得られた。
【0017】また、ダイオード22は、電気的保護の作
用を持っており、耐久印字中に起こりうる現像バイアス
の変動による著しい濃度むらのある画像を未然に防ぐこ
とができる。その作用につて説明する。耐久印字中に供
給部材18の摩耗・破断等によって、供給部材18の抵
抗が下がり負帯電トナーが供給部材18に付着した場
合、多量の正のカウンターチャージが必要になり現像バ
イアス印加手段8から瞬間的に異常電流が流れる場合が
ある。その結果、現像バイアスが変動したり、現像バイ
アス印加手段8が破壊してしまう可能性がある。ダイオ
ード22は、現像バイアス印加手段8からの異常電流の
流出を防止する作用を有し、電源の保護をすると共に、
現像バイアスの変動をなくすことができる。
【0018】また、ダイオード22を逆方向にし、電流
がトナー担持体12から供給部材18に流れるように接
続してもよい。その時の作用を以下に述べる。画像デュ
ーティが大きい印字の時、新しいトナーが接触部位Aで
接触摩擦帯電されながら供給部材18からトナー担持体
12へ供給され、供給部材18に発生した正のカウンタ
ーチャージは、供給部材18からトナー担持体12へ電
流として流れようとする。しかし、ダイオード22が逆
方向に接続されているので、供給部材18に正のチャー
ジがたまり、供給部材18の電位Vsはトナー担持体の
電位Vbより正の電位差を持つようになる。画像デュー
ティが小さい印字のとき、接触部位Aでトナーの剥離量
が増え、供給量と平衡状態に近くなる。その結果、トナ
ー担持体12から供給部材18に移行したトナーに対応
して、正のカウンターチャージが、トナー担持体12か
ら供給部材18に移動して、供給時に供給部材18にた
まった正のカウンターチャージと合わせ、さらに供給部
材18の電位は正にシフトする。画像デューティの違い
により消費されるトナー量の差異によって、VsとVb
の電位差は変化する。このダイオード22の接続方向
は、トナーをトナー担持体12から供給部材18に引き
つける働きをする。よって、トナーの過剰搬送を抑える
と共にトナー担持体12上に残ったストレストナーを剥
離し、残像を除去することができる。
【0019】
【0020】以上述べた本実施例では、負帯電性トナー
を用いた例を説明したが、正帯電性トナーを用いたとき
は、ダイオード22の接続方向は逆向きとなり、ダイオ
ード22を入れたことによる上記作用の正負の極性をか
えれば同様に説明できる。
【0021】また、本実施例では、ダイオードを用いた
例を説明したが、ツェナーダイオード、トランジスタ、
さらにそれらの素子と抵抗を直列、並列に組み合わせて
もよい。
【0022】(比較例1)実施例1の構成で、ダイオー
ド22をはずした構成で印字を行った。印字の初期的な
画像品質は、かぶりの低減に効果があり、かぶりの紙面
上に占める面積率は、実施例1の印字と比較し、50〜
20%増加した。また、数千枚耐久印字後、ストレスを
受けた不良帯電トナーの増加、紙粉等の混入によって、
逆帯電性のトナー・紙粉に起因するかぶりが多く発生
し、本比較例の初期画像の紙面上に占めるかぶり面積率
はさらに100%増加した。画像濃度についても、Ma
cbeth社製RD918で測定したOD値で1.4と
低下した。
【0023】(実施例2)実施例1の構成で、供給部材
18の外径を12.4mmとし、供給部材18とトナー
担持体12の接触深さを0.03mmになるように構成
した。印字時の回転トルクは、実施例1と比較してほぼ
70%に軽減された。印字を行った結果、接触深さの相
違による画像品質は、実施例1と変わらなかった。数千
枚耐久印字は、回転トルクの低減によって、供給部材1
8の摩耗程度は少なく、特に黒ベタ印字時の後端部での
画像濃度は、OD値で1.45と低下は認められなかっ
た。接触深さ0.03mmは、供給部材18とトナー担
持体12が接触を保ち、均一に摺擦する下限の値で、充
分な画像濃度を得るためには、接触深さは、0.03m
m以上が望ましい。
【0024】(実施例3)実施例1の構成で、供給部材
18の外径を14mmとし、供給部材18とトナー担持
体12の接触深さを1mmになるように構成した。印字
時の回転トルクは、実施例1と比較してほぼ2倍になっ
た。印字を行った結果、接触深さの相違による画像品質
は、実施例1と変わらなかった。数千枚耐久印字は、回
転トルクの低減によって、供給部材18の摩耗程度は若
干見られるものの、特に黒ベタ印字時の後端部での画像
濃度は、OD値は、1.45で低下は認められなかっ
た。接触深さ1mmは、回転トルク増大による現像装置
11のたわみ等の影響を受ける上限で、ジッタ等の無い
良好な画像を得るためには、接触深さは、1mm以下が
望ましい。
【0025】これらの実施例により、複雑な電源構成を
設けること無しに、画像デューティの違いによるかぶり
・画像濃度低下の低減、ストレスを受けたトナーによる
画像劣化低減、さらに電源の保護を図ることができる。
【0026】以上、実施例を述べたが、本発明は以上の
実施例のみならず、広く電子写真等の現像装置に応用で
き、特にプリンターや複写機やファクシミリやディスプ
レーに応用すれば有効である。
【0027】
【発明の効果】本発明に関する現像装置においては、供
給部材とトナー担持体との間にダイオードを接続するこ
とによって、画像デューティの小さい印字のときは、画
像濃度を保持し、印字上のかぶり・紙粉が低減され、さ
らに、画像デューティの大きい印字のときは、画像濃度
低下が低減される。以上のような画像デューティの違い
による必要な印字特性が得られた。
【0028】また、印字を重なるに従って生じるストレ
ストナーの影響が低減され、初期印字画像を画像濃度低
下なしに長期にわたって維持することができた。
【0029】
【0030】さらに、耐久印字中、現像バイアスは安定
しており、電源を電気的に保護することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の現像装置を用いた画像形成装置の断面
概観図である。
【図2】図1の現像装置の動作の時間経過による、黒ベ
タ印字時のトナー担持体の電位Vbと供給部材の電位V
sの変化を示す図である。
【図3】図1の現像装置の白印字時のVbとVsの変化
を示す図である。
【符号の説明】
1 …潜像担持体 4 …帯電器 5 …光源 6 …結像光学系 7 …トナー 8 …現像バイアス印加手段 9 …転写器 10…記録紙 11…現像装置 12…トナー担持体 16…規制部材 18…供給部材 22…ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 功刀 正尚 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 市川 和弘 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 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 昭64−10282(JP,A) 特開 平1−222281(JP,A) 特開 平2−171786(JP,A) 特開 平4−51269(JP,A) 特開 平5−257377(JP,A) 特開 昭61−94074(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 静電潜像担持体に対してトナーを供給し
    て現像する現像装置であって、所定方向に回転しながら
    トナーを搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体に
    接触しながら回転することにより前記トナー担持体にト
    ナーを供給する供給部材と、前記トナー担持体上に薄層
    のトナー層を形成する規制部材とを有する現像装置にお
    いて、 前記静電潜像担持体と前記トナー担持体の間に現像バイ
    アス印加手段が接続され、かつ、前記トナー担持体と前
    記供給部材との間に、帯電したトナーが接触することに
    より静電誘導された逆極性のカウンターチャージを一方
    向に流すダイオードが接続されていることを特徴とする
    現像装置。
  2. 【請求項2】 前記ダイオードの極性として、帯電した
    トナーが接触することにより静電誘導された逆極性のカ
    ウンターチャージを前記供給部材から前記トナー担持体
    に流す極性としたことを特徴とする請求項1記載の現像
    装置。
  3. 【請求項3】 前記ダイオードの極性として、帯電した
    トナーが接触することにより静電誘導された逆極性のカ
    ウンターチャージを前記トナー担持体から前記供給部材
    に流す極性としたことを特徴とする請求項1記載の現像
    装置。
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