JP3216049B2 - 現像装置 - Google Patents

現像装置

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JP3216049B2
JP3216049B2 JP31761498A JP31761498A JP3216049B2 JP 3216049 B2 JP3216049 B2 JP 3216049B2 JP 31761498 A JP31761498 A JP 31761498A JP 31761498 A JP31761498 A JP 31761498A JP 3216049 B2 JP3216049 B2 JP 3216049B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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号公報は、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号公報は、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号公報は、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、表面が鋸刃状であって、前記供給ローラに接触
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平均セル径が前記トナー担持体の表
面粗さより大きく、かつ前記トナー供給ローラと前記ト
ナー担持体には周速差が設けられており、前記鋸刃が前
記トナー供給ローラの周面と当接して反り変位するよう
に構成することを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】(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。
【0021】図1は、本発明の一実施例構成図である。
【0022】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。
【0023】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。
【0024】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。
【0025】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。
【0026】次に、トナー供給ローラについて説明す
る。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】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。
【0030】次に、トナー担持体について説明する。
【0031】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。
【0032】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
3Ωcm〜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】トナー担持体6は、図7(b)のように、
トナー担持体表面のゴム目が、前述のトナー供給ローラ
との接触回転により反る方向に配設され、矢印A方向に
所定速度で回転している。
【0036】これが、トナー担持体表面のゴム目が倒れ
るような方向に配設すると、トナー担持体6のゴム目が
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】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
泡フォームからなるトナー供給ローラと、表面が鋸刃状
であって、前記供給ローラに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平
均セル径が前記トナー担持体の表面粗さより大きく、か
つ前記トナー供給ローラと前記トナー担持体には周速差
が設けられており、前記鋸刃が前記トナー供給ローラの
周面と当接して反り変位するように構成しているので、
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。よって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。
【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) (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、表面が鋸刃状であって、前記供給ローラに接触回転
    するトナー担持体を備える現像装置において、前記トナ
    ー供給ローラの平均セル径が前記トナー担持体の表面粗
    さより大きく、かつ前記トナー供給ローラと前記トナー
    担持体には周速差が設けられており、前記鋸刃が前記ト
    ナー供給ローラの周面と当接して反り変位するように構
    成することを特徴とする現像装置。
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JP2010191209A (ja) * 2009-02-18 2010-09-02 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
JP2011242812A (ja) * 2011-09-07 2011-12-01 Seiko Epson Corp 現像装置、画像形成装置、及び、画像形成システム

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