JP3283143B2

JP3283143B2 - 現像装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP3283143B2
Application number: JP23960494A
Authority: JP
Inventors: 勝弘青木; 博之松代; 則幸木村; 祐一上野; 宇貢藤城; 和政平井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 2002-05-20
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: JPH0876592A

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、ファクシミ
リ、プリンター等の画像形成装置に用いられる現像装置
に係り、詳しくは潜像を形成した感光体の表面に、現像
ローラ上に担持した一成分系トナーを供給して感光体上
の潜像を現像する現像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、潜像を形成した感光体の表面に、
現像ローラ上に担持したトナーを供給して感光体の潜像
を現像する方式では、ベタ画像において現像ローラの一
周に相当する表面のうち、現像によってトナーを消費し
た部分と、消費しなかった部分とでは、２回転以降に新
たに現像ローラ上にトナーを供給して形成されたトナー
層の電荷量に差異が生じる。このため、次に感光体に形
成される現像像に、前回形成した現像像の履歴が影響し
て次の現像像の一部に濃度低下を生じることがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現像ローラ上にトナー
薄層を形成したとき、現像ローラ上にはトナーが持って
いた電荷とほぼ同じ量のトナー帯電に対する対向電荷
（以下、カウンターチャージという）が発生する。そし
てこのカウンターチャージは現像後、現像ローラ上に残
留する。特に、現像ローラの表面材料の体積固有抵抗率
が１０¹²Ω・cm以上である場合に顕著である。このカウ
ンターチャージは現像ローラ表面電位を測定することで
その情報を得ることができ、トナーとは逆極性の電位を
有している。上記現像像の不具合は一般的に残像といわ
れており、この原因としては、現像されずに現像ローラ
上に残留したトナー層と、供給部材によって新たに現像
ローラ上に供給されたトナー層との間で、トナー帯電量
及びトナー付着量に差異が生じ、かつ現像されたか否か
によって現像ローラ上に存在するカウンターチャージが
異なり、このカウンターチャージによる影響で、現像ロ
ーラ表面の電位が不均一になることが考えられる。

【０００４】例えば、現像ローラがある一定時間（約３
０秒以上）回転して現像ローラ上のトナー薄層が飽和状
態になったときに現像がスタートすると仮定すると、画
像の種類によって現像ローラの表面には、トナーが消費
された部分とそうでない部分とが現れる。トナーが消費
されなかった部分については、感光体に対する対向前後
で変化はなく、トナー帯電量、付着量及び現像ローラ表
面電位はほぼ飽和状態のままである。一方、トナーが消
費された部分については、現像ローラ上に上記カウンタ
ーチャージが残る。そしてこの状態で新しいトナーが現
像ローラと供給部材との摩擦帯電によって現像ローラ上
に供給される。このとき、現像ローラ上に消費されずに
残ったトナーが、供給ローラとの摩擦でチャージアップ
して新しく供給されたトナーと反発しあうので、飽和状
態におけるトナー付着状態よりもトナー付着量が少なく
なる。そして、摩擦帯電により発生したカウンターチャ
ージによって現像ローラ上にトナーを付着させる力が強
くなることから、結果的に現像ローラ表面電位、トナー
帯電量及び付着量が消費されていない部分と異なる状態
になり、現像ローラが現像を繰り返すごとに現像開始電
圧が高くなっていく。このため、得られる画像は本来得
られるべき濃度よりも薄くなり、残像現象が現像ローラ
の回転周期で現れるという不具合を生じていた。このよ
うなトナー帯電による不具合を解決するものとしては、
バイアスを印加した回転可能なローラを、現像直後の現
像ローラ表面に当接させて残留トナーを回収するととも
に、現像ローラ表面を除電するものがあった（特開平１
ー１２４８８０号公報参照）。また、回収用ローラを現
像ローラに対して非接触に配設して交流電圧を印加し、
残留トナーを回収するものもあった（特開昭６３ー１０
６７６８号公報参照）。

【０００５】ところが特開平１−１２４８８０では、残
留トナーが一旦すべて掻き取られるので、再び現像ロー
ラ上に供給すべきトナー量を十分多くすることが必要に
なり、現像プロセス速度を増していくときに不利になる
という問題点があった。また、特開昭６３−１０６７６
８では、現像ローラ上のトナー層と回収用ローラとが非
接触であるので、残留トナー回収に必要な電界を得るた
めにかなり高圧の電源が必要になり、そのためにコスト
の上昇を余儀なくされるという問題点があった。

【０００６】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、現像後の現像ローラ
上の残留トナーをすべて掻き取ることなく残留トナーの
帯電特性を制御して、残留トナーと新たに現像ローラ上
に供給されて現像に供されるトナーとの帯電量の差をな
くすことにより、感光体に形成される現像像に生じる残
像を低減し、かつ、複雑もしくは高価な装置を必要とせ
ずにコストを低く抑えた現像装置を提供することであ
る。また、このような現像装置を用いた画像形成装置を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の現像装置は、潜像を形成した感光体の表
面に、現像ローラ上に担持した一成分系トナーを供給し
て感光体の潜像を現像する現像装置において、導電性繊
維をメッシュ状に形成し、かつ電圧を印加した導電性メ
ッシュ部材を、現像直後の現像ローラのトナー層表面に
当接させ、該メッシュ部材を上記現像ローラに対して揺
動可能にしたことを特徴とするものである。請求項２の
画像形成装置は、感光体に潜像を形成し該潜像を現像装
置によって現像して画像を形成する画像形成装置におい
て、該現像装置として請求項１の現像装置を用いたこと
を特徴とするものである。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【作用】本発明においては、導電性メッシュ部材を現像
直後の現像ローラ上のトナー層のみに当接させて電圧を
印加し、該部材と現像ローラとの間に電界を形成させ
る。これにより、現像ローラ表面のトナー層に残留した
トナー電荷は、この電界によりトナー層の厚さ方向に移
動する。そして、このトナー層のうちの充分な電荷を持
ったトナーから現像ローラ表面側の新しいトナーに電荷
を与え、現像ローラ表面のトナー電荷を均一にする。ま
た、現像によって現像ローラ上のトナーを消費した部分
と消費しなかった部分とのトナー薄層特性（トナー帯電
量、付着量）の履歴による影響が少なくなり、現像開始
電圧の差が小さくなる。また、該部材はトナー層のみに
当接させているため、現像ローラ表面とは非接触であ
り、かつ現像ローラ上のトナーをすべて掻き取ることな
く帯電量を制御しているので、トナーをすべて掻き取る
場合に比べて、次の現像動作のための現像ローラ上への
トナー供給効率が向上する。更に、該部材を、現像ロー
ラ表面に対して揺動させることによって現像ローラ上に
付着しているトナーをならし、トナー付着量を均一にす
る。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【実施例】以下、本発明を画像形成装置である電子写真
複写機（以下、複写機という）の現像装置に適用した一
実施例について説明する。図１（ａ）は一成分現像装置
の構成例の概略構成図である。感光体１と等速もしくは
高速で、感光体１の回転方向とは逆方向に接触回転して
いる現像ローラ２に、供給ローラ３によって供給された
トナーは、摩擦帯電によって現像ローラ２上に付着す
る。付着したトナーは、規制ブレード４によって再帯電
するとともに均一な薄層を形成し、潜像を形成した感光
体１と接触する領域まで現像ローラ２によって運ばれ
る。現像ローラ２はおり、トナーは現像ローラ２から静
電的に感光体１に移動して静電潜像上に付着し、感光体
１上の潜像を現像する。感光体１を通過した後は、現像
ローラ２表面のトナー電荷を導電性部材によって制御し
て、次の現像に備える。

【００２０】なお、本構成例では負帯電のトナーを用
い、現像ローラ２は正帯電するものを使用する。トナー
はポリエステル系基体に対して帯電制御剤を混合したも
のを用いる。この帯電制御剤としてはサリチル酸誘導体
Ｚｎ塩、アンモニウム塩等が望ましく、これに外添剤と
してシリカ（ＳｉＯ2）を添加している。また、現像ロ
ーラ２の材質は負帯電トナーに対して逆極性に帯電する
ものとして、シリコンゴム、ブタジエンゴム、ＥＰＤ
Ｍ、シリコン樹脂などを用いることが好ましい。また、
規制ブレード４の材料としては、トナー帯電を促進し、
経時において摩耗しにくい金属、樹脂などが望ましい。

【００２１】上記現像装置において、現像後の現像ロー
ラ２表面には、現像によって現像ローラ２上のトナーを
消費した部分と消費しなかった部分とのトナー薄層の量
が異なり、消費した部分については付着していたトナー
が持っていた電荷とほぼ同じ量のトナー電荷が存在し、
不均一な帯電状態になっている。そこで、現像後の現像
ローラ２上に新たにトナーが供給される前に、導電性の
ブラシ５を現像ローラ２のトナー層表面に接触させ、ブ
ラシ５に電源６によって電圧を印加する。このとき、例
えば、トナー粒径が約１０μｍとし充填率が約３０％、
現像ローラ２上のトナー付着量が約１．０mg／cm²と仮
定するとトナー層の厚さが約３３μｍとなる。ブラシ先
端は現像ローラ２表面に当接せず、図１（ｂ）に示すよ
うなロッド７によってあらかじめブラシ５を現像ローラ
２表面に対して傾け、トナー層への食い込み量を正確に
設定することによって現像ローラ２表面にブラシ５が直
接接触しないように配設する。ゆえに、ブラシ５と現像
ローラ２表面との間にトナー層を介して、両者の電位差
により電界を形成する。これにより、ブラシ５と現像ロ
ーラ２との間に電界が形成されて現像ローラ２上のトナ
ー電荷が移動するとともに、ブラシ５がトナー層に進入
するとき、ブラシ５のコシが弱いために現像ローラ２の
回転に応じて当接位置が変化するので、トナー層への接
触確率が増加してトナー帯電量が均一化される。

【００２２】電界を形成するとトナー層の帯電量が均一
化される理由としては、現像直後のトナー層は特に現像
ローラ中心部から表面方向への帯電量分布が不均一で、
最上層部と最下層部が感光体１との接触及び現像ローラ
２表面との接触で比較的帯電量が高く、その他は比較的
低いと考えられている。このとき、ベタ画像のように多
量のトナーが現像によって消費されても、現像ローラ２
上のトナーがすべて消費されるわけではなく、現像ロー
ラ２上にはある程度のトナー層が残っている。よって、
この層に若干の電流（数百μＡ程度）を流せるだけの電
流容量を持つ電源６によりブラシ５に電圧を印加して、
現像ローラ２とブラシ５との間に電界を形成させると、
現像ローラ２上のトナー層に残ったトナーそれぞれが電
荷を有しているので、この電荷が電界によりトナー層の
厚さ方向の深いところの充分な電荷を持ったトナーか
ら、現像ローラ２表面側の新しいトナーへ移動すること
で電流が流れる。したがって、トナーそれぞれが有する
電荷量がトナー薄層において均一化され、現像ローラ２
上のトナー層の帯電状態が前の現像の履歴を残さないの
で、残像のない良好な現像像を得ることができる。ここ
で、トナーの帯電量の均一化とは、ここのトナー表面に
存在する総電荷量をトナー層からサンプリングされた一
定量のトナー帯電量の平均値に対してその変動範囲を目
標範囲に制御するために現像直後に本発明の部材を必要
条件のもとにトナー層に作用させることである。

【００２３】また、本構成例のブラシ５は現像ローラ２
上のトナーを掻き取らず帯電量を制御するので、トナー
をすべて掻き取る場合に比べて、次の現像動作のための
現像ローラ２上へのトナー供給効率が向上する。

【００２４】

【００２５】次に、上記ブラシ５を使用する場合の効果
を図を用いて説明する。図２は、連続ベタ現像におい
て、現像ローラ２上のトナー帯電量とトナー付着量との
関係を上記ブラシ５を使用する場合と使用しない場合と
について示すもので、縦軸はトナー帯電量、横軸はトナ
ー付着量を示している。この図において、未使用では連
続ベタ現像の前後（図中ａが前、ｂが後）で現像ローラ
２上のトナー付着量が変化したとき、現像ローラ２上の
トナー帯電量が顕著に増加するのに対して、上記ブラシ
５の使用ではトナー付着量が変化（図中ａ’が前、ｂ’
が後）しても、トナー帯電量はほとんど変化しないこと
を示す。図３は、上記ブラシ５を使用しない場合の連続
ベタ現像の前後における現像開始電圧の変化を、感光体
１上のトナー付着量を縦軸にとり、感光体１と現像ロー
ラ２との間の現像ポテンシャルを横軸にとって比較した
グラフであり、実線は連続現像前を示し、破線は連続現
像後を示す。この図から、連続現像によって一定時間ト
ナーを多量消費した後では、連続現像をする前と比べて
現像開始電圧（図３の実線と破線との現像開始電圧の
差）が約２５０Ｖずれていることがわかる。ここで現像
開始電圧とは現像量（すなわち感光体上のトナー付着
量）が０から立ち上がる寸前の電位差をいい、この電位
差が大きいと、同じ潜像でも現像量が少なくなり、特に
低濃度領域でその差は目立ちやすくなる。そこで上記ブ
ラシ５を使用すると、図４に示すように、現像開始電圧
のずれは５０Ｖ（図４の実線と破線との現像開始電圧の
差）程度まで小さくなり、この場合には画像上大きな問
題にならないことが確認された。図５は残像低減効果を
示すグラフであり、上記ブラシ５を使用した場合と未使
用の場合とを残像度で示し、この値が低いほど残像がな
いことを意味している。本図において、未使用では約８
％であるのに対し、使用した場合では約２乃至４％に残
像度が低減している。これは上記ブラシ５の使用によ
り、現像ローラ２上のトナーが消費された部分とされな
い部分とのトナー薄層特性（トナー帯電量とトナー付着
量）の履歴による影響が少なくなったことを示してい
る。

【００２６】次に、上記構成例のブラシ５の体積固有抵
抗率は単一であるが、図６の示すように、ブラシ先端部
５ａの体積固有抵抗率がそれ以外の部分の抵抗率よりも
大きくなるように形成したものを使用することもでき
る。これは電荷の漏洩を抑えるためであり、ブラシ５の
抵抗率を、先端部５ａの約１０μｍをＲ１：１０¹⁰Ω・
cm、それ以外の部分をＲ２：１０²Ω・cmの材料で形成
して電圧を印加する。ブラシ先端５ａと現像ローラ表面
との間に電界が形成されるとき、ブラシ５への印加電圧
は現像バイアスとの電位差で通常約−１００乃至−２０
０Ｖであるが、この電圧を−５００Ｖにすることで更に
トナー帯電量を均一化する効率を向上させることが可能
となる。よって、現像ローラ２上のトナー層の帯電状態
が前の現像の履歴を残さないので、残像のない良好な現
像像を得ることができる。ブラシ先端５ａに高抵抗率の
部材を用い、電荷の漏洩が少ないため、現像ローラ２の
表面材料が低抵抗（体積固有抵抗率で＜１０8Ω・cmの
領域）のものでも使用することができ、その使用範囲が
拡げることができる。

【００２７】〔実施例３〕次に、本発明の実施例に係る現像装置について説明す
る。本発明の実施例に係る現像装置においては、図１の
現像装置において上記ブラシ５に代え、図７に示すよう
に導電性繊維材料を交互にメッシュ状に織ったメッシュ
部材８を用い、このメッシュ部材８を現像ローラ２に対
して図８のように当接させて配設する。このメッシュ部
材８の例としては、その特性を（１）線径（２）メッシ
ュの粗さ（３）表面電気抵抗で表わすと、（１）３０乃
至５０μｍ（３００乃至５００メッシュ／ｉｎｃｈ
2）、（２）３０乃至５０μｍ、（３）１０⁶乃至１０¹⁰
Ω／cmであり、平均径１０μｍのトナーが十分に通過で
きる広さとする。材料としては、ポリエステル等の化学
繊維の表面に金属（ニッケル、銅）をコートしたものが
望ましい。表面抵抗に関しては、十分な電界効果を得る
ために抵抗が比較的低いことが望ましく、本実施例では
１０⁶Ω／cmとした。ここで、メッシュ部材８を用いる
場合はブラシ５を用いる場合と異なり、現像ローラ表面
に対して傾けて食い込み量を正確に設定することができ
ないので、トナー層に接触する圧力はブラシ５よりも高
めになるが、メッシュ部材８自体の張力を弱めることに
よりその接触圧を低下させることが可能である。そし
て、このメッシュ部材８にも電源６が接続されており、
メッシュ部材８の表面とトナー層とを接触させつつ電圧
を印加して、一定電圧になるように調整することが可能
である。したがって、トナー帯電量を均一にすることが
できる。更に、本実施例によれば、メッシュ部材８が現
像ローラ２に対して揺動することによりトナーの付着し
ている位置をずらせるので、そのならし効果によってト
ナー付着分布を均一にすることが可能となる。これによ
り供給ローラ３から現像ローラ２にトナーが供給される
ときの現像ローラ２表面の不均一さが低減され、規制ブ
レード３通過後のトナー薄層を均一に形成できる。よっ
て、現像ローラ２上のトナー層の帯電状態が前の現像の
履歴を残さないので、残像のない良好な現像像を得るこ
とができる。

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、現像ローラ上に残留し
たトナーの帯電量と新たに供給されたトナーの帯電量と
を均一にするので、現像開始電圧の差が小さくなり、残
像のない良好な現像像が得られる。また、現像ローラ上
のトナーをすべて掻き取る必要がないため、新たに現像
ローラ上に供給するトナー量が少なくて済む。これによ
り、現像プロセス速度を増しても現像ローラ上に必要な
量のトナーを供給することができる。更に、メッシュ部
材による現像ローラ上のトナーのならし効果によってト
ナー付着量を均一にできる。これにより、残像のない良
好な現像像が得られる。

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、実施例１に係る現像装置の概略構成
図。（ｂ）は、図１（ａ）中のブラシにロッドを押し付けた
ときの当接状態を示す説明図。

【図２】連続現像の前後において、本発明を使用した場
合と使用しない場合とのトナー帯電量の変化を示す説明
図。

【図３】連続現像の前後において、本発明を使用しない
場合の現像開始電圧の変化を示す説明図。

【図４】連続現像の前後において、本発明を使用した場
合の現像開始電圧の変化を示す説明図。

【図５】本発明を使用した場合と使用しない場合との残
像度を比較した説明図。

【図６】実施例２に係るブラシ先端部に、高抵抗率部材
を用いた例を示す説明図。

【図７】実施例３に係るメッシュ部材を示す図。

【図８】現像ローラにメッシュ部材を当接させた状態を
示す図。

【符号の説明】

１感光体２現像ローラ３供給ローラ４規制ブレード５ブラシ５ａブラシ先端部６電源７ロッド８導電性メッシュ

フロントページの続き (72)発明者上野祐一東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者藤城宇貢東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者平井和政東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (56)参考文献特開昭59−107370（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−45256（ＪＰ，Ａ) 特開平６−138751（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−83972（ＪＰ，Ａ) 実開平１−155068（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 G03G 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像を形成した感光体の表面に、現像ロー
ラ上に担持した一成分系トナーを供給して感光体の潜像
を現像する現像装置において、導電性繊維をメッシュ状に形成し、かつ電圧を印加した
導電性メッシュ部材を、現像直後の現像ローラのトナー
層表面に当接させ、該メッシュ部材を上記現像ローラに
対して揺動可能にしたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】感光体に潜像を形成し該潜像を現像装置に
よって現像して画像を形成する画像形成装置において、該現像装置として請求項１の現像装置を用いたことを特
徴とする画像形成装置。