JP3683958B2 - 現像装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、複写装置あるいはファクシミリの受信装置など、電子写真法を用いて静電潜像を形成する像担持体に、粉末状の現像剤であるトナーを塗布するための現像装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来からの典型的な現像装置を利用する電子写真法を利用したプリンタや複写装置の構成を示す。像担持体である感光ドラム１の表面には、光導電性絶縁体層が形成されている。感光ドラム１は、回転方向１ａに回転する。感光ドラム１の表面は、帯電器２によって帯電される。感光ドラムの表面の帯電部分には、現像装置３から微粒子状の現像剤が供給される。感光ドラム１の表面上に供給された現像剤は、記録用紙４に転写される。この転写の際には、記録用紙４の裏側から転写器５による静電的な吸引力が作用する。回転方向１ａの下流側には、清掃器６が設けられ、感光ドラム１の表面に吸着されて、記録用紙４上には転写されなかった現像剤を除去する。現像剤が転写された記録用紙４は、定着器７に搬送される。定着器７は、加熱ローラ８および加圧ローラ９を有し、この間に記録用紙４を通過させ、転写された現像剤を記録用紙４上に定着させる。この際に記録用紙４上に形成される像は感光ドラム１の表面に与えられる光照射１０によって形成された静電潜像に基づく。
【０００３】
現像装置３は、トナー容器１１内に現像剤であるトナー１２が貯留され、現像ローラ１３の表面が感光ドラム１に接触してトナー１２を感光ドラム１の表面に塗布して供給する。トナー容器１１内でトナー１２を現像ローラ１３の表面に確実に付着させるために、撹拌ローラ１４が設けられる。現像ローラ１３は、たとえば負電源１５によって接地電位に対して負の電圧が印加され、撹拌ローラ１４にも負電源１６によって接地電位に対して負の電圧が印加される。
【０００４】
なお清掃器６は、図８に示すクリーニングブレード方式のものの他に剥離用のブラシやローラを用いる場合もある。また、特公昭６３−１６７３６には、現像ローラに弾性体の腹の面を当て、表面に付着する現像剤の厚みを制限する先行技術が開示されている。
【０００５】
現像ローラ１３は、導電性ゴムの表層を有し、非磁性１成分のトナー１２に対しては、撹拌ローラ１４などのトナー層厚規制手段によって、３０μｍ〜４０μｍのトナー層が形成される。この層厚は２〜４のトナー層に対応する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
現像ローラ１３から感光ドラム１へ移行して付着するトナー１２の付着量は、感光ドラム１の感光体の表面電位と、トナー１２の持つ電荷量とによって決定される。このため、次のような問題がある。
【０００７】
(1)感光体表面電位と現像バイアス電圧との差の絶対値である現像コントラスト電位に対する画像濃度の関係を表すγ特性の傾斜が小さくて寝ており、環境の変化および電子写真要素の疲労や劣化に非常に敏感であり、信頼性が低い。
【０００８】
(2)トナー付着量と画像濃度との関係では、実用濃度である反射濃度ＩＤ＝１．３５以上が必要となるけれども、ＩＤ≧１．４では画像濃度が飽和し、トナー付着量をいくら増やしても画像濃度が上がりにくい。このため環境変化等によって、トナー付着量が制限できずに過多になってしまう。特に、クリーナレス方式では、次のような問題が加わる。
【０００９】
▲１▼環境の変化によって転写効率が低下、すなわち、感光体上の付着トナー量が多くなっても、感光体から転写紙などへは所定量以上のトナーは転写されないので、感光体上に多くの残留トナーが残ることとなる。
▲２▼また、電子写真での特有のエッジ効果によって、ベタ黒部では周辺に多くのトナーが付着し、このトナーが充分に転写さずに感光体に残留することとなり、次工程でゴーストイメージとして残ることとなる。
【００１０】
(3)層厚が厚いと、その層内のトナーすべてに電荷を付与して一様に帯電させることが困難であり、ニジミ等が発生し画像品質を低下させる。
【００１１】
すなわち、図８に示すような従来からの現像装置３では、かなり余分な量のトナー１２を感光ドラム１の表面上に供給し、残余のトナーを清掃器６で除去する必要がある。清掃器６には、除去したトナーが蓄積され、トナー容器１１内のトナー１２の消費量も多くなる。実際に記録用紙４上に転写されて有効に使用されるトナーの割合が少なく、トナー容器１１の交換、またはトナー容器１１にトナー１２を充填する回数も多くなる。
【００１２】
本発明の目的は、感光ドラムなどの像担持体上に余分なトナーを供給することなく、像担持体の周囲に清掃器を配置する必要がない現像装置および方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電潜像が表面に形成される像担持体に現像ローラを接触させ、現像ローラから像担持体上に粉末状の現像剤を塗布する現像装置において、
現像ローラに現像剤を供給する現像剤供給手段と、
現像ローラ上に供給され現像に寄与する現像剤の厚みを制限する厚み制限手段と、
現像ローラを、その外周面での線速度Ｖｄと像担持体の外周面での線速度Ｖｐとの比（Ｖｄ／Ｖｐ）に対する平均現像剤層厚の積が２以上で３以下となるように回転駆動する駆動手段とを含み、
現像ローラの表面は、接着性もしくは粘着性を有し、
現像ローラの表面には、該接着性もしくは該粘着性によって現像剤から成り現像に寄与しない第１層が１層だけ付着され、
厚み制限手段は、弾性材料から成り、現像ローラ外周面上に、回転方向とは逆方向となるように刃先を向けて接触するブレードを備え、該ブレードによって、該第１層の外側に現像に寄与する第２層として付着する現像剤の厚みを２層以下に制限することを特徴とする現像装置である。
現像剤供給手段によって現像ローラに供給され、第２層として現像に寄与する現像剤の厚みは、厚み制限手段によって、平均現像剤層厚が２層以下に制限される。現像ローラは、その外周面での線速度Ｖｄおよび像担持体の線速度Ｖｐの比と平均現像剤層厚との積が２以上３以下となるように回転駆動されて、像担持体上に現像剤を供給する。現像ローラ上の現像剤の厚みが制限されているので現像ローラとの接触によって像担持体上に塗布される現像剤の量を少なくすることができる。線速度の比を調整することによって、現像ローラから像担持体上に塗布される現像剤の量を容易に制御し、余分な現像剤の供給を抑制することができる。
【００１４】
また現像ローラの表面には、現像剤から成る層を有するので現像ローラが直接像担持体に接触することはない。これによってゴムなどの弾性材料から成る現像ローラに含まれる離型剤が直接像担持体に触れて劣化させることを防ぐことができる。現像剤が現像ローラの表面から像担持体の表面に移行しても、現像ローラの表面の電気的性質が変わらないので、安定した帯電状態を維持することができる。
【００１５】
また現像ローラの表面は接着性もしくは粘着性を有するので現像剤の粒子を少なくとも１層は接着あるいは粘着によって第１層として保持することができる。これによって現像ローラの表面には現像剤の層が生成され、現像ローラが含む離型剤の影響を像担持体に与えることを防ぎ、帯電状態の安定化を図ることができる。
【００１６】
また本発明の前記像担持体は、現像によって顕在化された像を像形成媒体上に転写した後、残留する現像剤を像担持体と現像ローラとの接触面またはその近傍で現像ローラ上に回収することを特徴とする。
像担持体と現像ローラとの接触面またはその近傍で、像担持体上に、転写後に残留する現像剤を現像ローラに回収することができる。これによって像担持体の周囲には残存する現像剤を除去する装置を設ける必要はなく、現像装置に回収された現像剤を有効に使用することができる。
【００１８】
また本発明の前記現像剤供給手段は、現像ローラに接触するように配置される導電性発泡体または導電体を備えることを特徴とする。
導電性発泡体に付着する現像剤を現像ローラの表面に供給し、現像ローラから必要な量の現像剤だけを像担持体上に確実に塗布することができる。
【００１９】
また本発明の前記ブレードは、ゴム材料から成り、前記刃先の稜線精度が５０μｍ以下であることを特徴とする。
ブレードの刃先の稜線精度が５０μｍ以下であるので、現像ローラの表面に均一な厚みの現像剤の層を形成することができる。
【００２１】
さらに本発明は、静電潜像が表面に形成される像担持体に現像ローラを接触させ、現像ローラから像担持体上に粉末状の現像剤を塗布する現像方法において、
現像ローラの表面が接着性もしくは粘着性を有するようにしておき、
現像ローラの表面に、現像剤から成り現像に寄与しない第１層を１層だけ該接着性もしくは該粘着性で付着させ、
現像ローラの表面の第１層の外側に、現像に寄与する現像剤を第２層として付着させ、
現像ローラ上の平均現像剤層厚を、弾性材料から成り、現像ローラ外周面上に、回転方向とは逆方向となるように刃先を向けて接触するブレードで、第２層の厚みを２層以下に制限し、
現像ローラ上の平均現像剤層厚と、現像ローラの線速度Ｖｄおよび像担持体の線速度Ｖｐの比（Ｖｄ／Ｖｐ）との積が２以上３以下となるように制御することを特徴とする現像方法である。
現像ローラ上に、平均２層以下の現像に寄与する現像剤による第２層を形成することができるので、従来の非磁性１成分現像方法の欠点を改善し、余分な現像剤の使用を抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態による現像装置を含む電子写真装置の簡略化した構成を示す。像担持体である感光ドラム２１の表面には、光導電性絶縁体層が形成されている。光導電性絶縁体は、通常は電気絶縁性を示し、光が照射されると導電性を示す物質である。感光ドラム２１は、回転方向２１ａに回転し、帯電器２２によってその表面は一様に帯電される。回転方向２１ａに関して、帯電器２２の下流側には、本発明の実施の一形態にかかわる現像装置２３が設けられる。回転方向２１ａに関し現像装置２３の下流側では、像形成媒体である記録用紙２４が感光ドラム２１に接触する。この接触位置で、記録用紙２４の反対側には、転写器２５が設けられる。記録用紙２４は、感光ドラム２１と接触して粉末状現像剤であるトナーの像が転写された後、定着器２７に向けて搬送され、加熱ローラ２８および加圧ローラ２９に挟まれて加熱および加圧され、トナー外周の熱可塑性樹脂を融着させてトナーを定着させる。
【００２３】
記録用紙２４に転写され定着される像は、帯電器２２によって一様に帯電される感光ドラム２１の表面に光照射３０が行われて形成される。光が照射された感光ドラム２１の表面の部分は、導電性になって帯電された電荷が消失し、静電潜像が形成される。光照射３０は、たとえばレーザプリンタでは記録すべき画像に対応して強度が変調された光ビームによって行われる。複写装置では、原稿表面を光によって走査したときの反射光を光学系を介して導いた光が光照射３０となる。感光ドラム２１の表面に形成される静電潜像に、現像装置２３から帯電した粉体の現像剤であるトナーが塗布されると、静電潜像が顕在化される。トナーは着色顔料をスチレンアクリル系やポリエステル系の熱可塑性樹脂で覆って形成されたものであり、約１０μｍ程度の大きさである。転写器２５では、トナーに帯電している電荷と反対極性のコロナ放電を行い、感光ドラム２１の表面のトナーを吸引して記録用紙２４の表面に転写させる。定着器２７では、トナーの熱可塑性樹脂を溶融させ、記録用紙２４の表面に接着させる。
【００２４】
トナーを感光ドラム２１の表面に塗布するための現像装置２３では、トナー容器３１中に粉末状のトナー３２が充填されている。トナー３２が、感光ドラム２１と接触して回転する現像ローラ３３の表面から感光ドラム２１の表面に塗布される。トナー容器３１中のトナー３２を現像ローラ３３の表面に効率的に供給するために、現像剤供給手段である撹拌ローラ３４が設けられる。現像ローラ３３および撹拌ローラ３４は、直流電源３５，３６によって、接地電位に対してそれぞれ負電位が与えられている。撹拌ローラ３４の方をより絶対値の大きい電位とするような電位差を与えることによって、撹拌ローラ３４から現像ローラ３３にトナー３２を円滑に移行させることができる。撹拌ローラ３４としては、導電性のゴム材料内に気泡を発生させ、導電性発泡体であるスポンジ状としたものが好適であるけれども、金属のような導電体を使用することもできる。現像ローラ３３としては、導電性ゴムで形成することが好ましい。
【００２５】
現像ローラ３３の外周面には、厚み制限手段であるカウンタブレード２６の刃先が接触する。この刃先の向きは、現像ローラ３３の回転方向３３ａと逆方向である。カウンタブレード２６も導電性ゴム材料を用いて形成することが好ましい。現像ローラ３３は、回転駆動手段３７によって、感光ドラム２１と接触している部分で、感光ドラム２１の線速度Ｖｐすなわち、回転速度よりも大きい線速度Ｖｄすなわち回転速度となるように回転駆動される。
【００２６】
図２は、図１の現像ローラ３３の断面構成を示す。軸４０の周囲には、弾性ローラ４１が配置される。弾性ローラ４１の材料は、導電性のゴムである。弾性ローラ４１の外周面には、粘着剤層４２が形成される。粘着剤層４２の表面には、トナーが１層だけ、粘着剤層４２によって第１トナー層４３として付着される。第１トナー層４３の外側には、静電的な吸引力などによって第２トナー層４４が付着される。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、現像ローラ３３の外周面上には回転方向３３ａと逆向きにカウンタブレード２６の刃先５０が接触しているので、現像ローラ３３の表面に付着するトナー層の厚みは極めて薄く制御される。現像ローラ３３上に均一にトナー層を付着させるためには、刃先５０の凹凸を少なくする必要がある。図３（ｂ）に示すように、刃先５０の稜線５１の凹凸の範囲である稜線精度Δｄは、たとえば５０μｍの範囲に抑えることが好ましい。
【００２８】
現像ローラ３３の表面に付着するトナー粒子は、静電的な吸引力によって現像ローラ３３表面に付着し、かつ感光ドラム２１の表面に生成される静電潜像に吸引されるので、確実な帯電状態にあることが好ましい。図４は、主なゴム材料やトナーについての定性的な摩擦帯電系列を示す。現像ローラ３３やカウンタブレード２６を、たとえば天然ゴムあるいは天然ゴムを主成分とする弾性材料で形成すると、トナーは−側に帯電しやすくなる。逆にＮＢＲを用いると、トナーは＋側に帯電しやすくなる。
【００２９】
現像ローラ３３を、導電性を有するゴム弾性材料で形成し、高電位を印加してトナーに帯電させることもできる。現像ローラ３３のゴム材料が、感光ドラム２１に塗布されるトナー粒子に直接接触するような場合は、１０³〜１０⁸Ω程度の電気抵抗値を有することが好ましい。図２に示すような第１トナー層４３を表面に付着するような現像ローラ３３では、弾性ローラ４１の電気抵抗値は、１０²〜１０⁷Ω程度とすることが好ましい。これらの電気抵抗値は、高くなると現像効率が低下し、低くなると消費電流が増え、放電したりするおそれもある。
【００３０】
図５は、（１）で現像コントラスト電位と最終的に記録用紙２４上に形成される画像濃度ＩＤとの関係を示し、（２）で画像濃度ＩＤとトナー量との関係を示す。なお、現像コントラスト電位は、感光ドラム２１の表面電位と、現像ローラ３３に付与されるバイアス電圧との差の絶対値である。図５（１）の実線で示す本実施形態の結果では、画像濃度を表す反射濃度ＩＤと現像コントラスト電位との関係を示すγ特性が２点鎖線で示す従来方式によるものよりも急激に立ち上がっている。図５（２）に示すように現像ローラ３３の表面には２層程度のトナー層が付着していれば、反射濃度ＩＤはほぼ飽和する。
【００３１】
従来方式の現像装置では、現像ローラ上にトナー粒子が過剰に付着しているので、バイアス電圧Ｖを増加するとともに画像濃度ＩＤは徐々に増大する。本実施形態では、現像ローラ３３の線速度Ｖｄを像担持体である感光ドラム２１の線速度Ｖｐよりも大きくしているので、バイアス電圧Ｖが低い範囲でもトナー粒子の感光ドラム２１表面への塗布が完了する。感光ドラム２１の線速度Ｖｐに対する現像ローラ３３の線速度Ｖｄの比（Ｖｄ／Ｖｐ）は、トナー層厚に関して、次のような関係にあることが好ましい。
【００３２】
（現像ローラ上の平均トナー層厚）×（Ｖｄ／Ｖｐ）＝２〜３
線速度の比（Ｖｄ／Ｖｐ）がたとえば２倍程度であれば、現像ローラ３３の表面に形成される現像に寄与する第２トナー層４４を２回感光ドラム２１の表面に塗布することができ、確実に静電潜像を顕在化することができる。
【００３３】
図６は、現像ローラ３３およびカウンタブレード２６に関連する部分の構成を示す。現像ローラ３３の表面にはカウンタブレード２６のエッジが当接して入るので、トナー粒子の付着厚みを薄く制限することができる。一般的な厚み制限手段は、面接触で付着厚みの制限を行う。しかしながら、面接触では薄い付着層を得ることはできない。
【００３４】
図７は、感光ドラム２１から記録用紙２４にトナー３２を移行して転写させる過程を示す。図７（１）に示すように、感光ドラム２１の表面に静電潜像に対応して付着しているトナー３２は、記録用紙２４との接触を通じて、移行する。図７（２）に示すように、感光ドラム２１上のトナー層厚が２層以下で薄いときは、ほとんどのトナー３２が記録用紙２４側へ移行する。これに対して、図７（３）に示すように、感光ドラム２１上に過剰なトナー３２が付着しているときは、特にベタ黒の部分で周辺に多くのトナー３２が付着するようになる。この現象は、電子写真に特有のエッジ効果と呼ばれる。トナー３２が感光ドラム２１側に残留すると、次の記録においてゴーストイメージとして残ってしまう。現像ローラ３３上のトナー３２の厚みを薄く制限して、感光ドラム２１上に付着するトナー３２の厚みが過多にならないようにすれば、記録用紙２４に転写されて形成される画像の品質を向上させることができる。
【００３５】
また、反転現像方式として、感光ドラム２１の表面にトナー粒子の電荷に反発する極性の帯電を与えるようにすれば、記録用紙２４上に転写されないトナーは感光ドラム２１表面に塗布されず、不要なトナーの回収を現像と同時に併せて行うことができる。トナーの付着や感光ドラム２１への塗布を確実に行うためには、現像ローラ３３の表面の摩擦係数が０．２から１．５の間であることが好ましいと判明している。
【００３６】
なお、上述の実施形態では像担持体として感光ドラム２１の場合について説明しているけれども、ベルト状の像担持体であっても同様である。またトナー１２として、磁性であっても非磁性であってもよく、キャリア粒子を含む２成分系のものであってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、現像ローラ上で厚み制限手段によって厚みを２層以下に制限した現像に寄与する現像剤を、線速度に差をもたせて接触する像担持体上に供給するので、余分な現像剤を供給することなく、像担持体表面から除去すべき現像剤の量を低減し、清掃の負担を軽減することができる。また現像装置で消費する現像剤の量が減少するので、現像装置に一旦現像剤を供給した後の寿命が延長される。
【００３８】
また現像ローラの表面を現像剤から成る層で構成するので現像ローラの有する離型剤が像担持体に移行せずに、像担持体の劣化を防ぐことができる。また、現像ローラの表面に現像剤の層が少なくとも１層は第１層として設けられるので、帯電状態が安定する。
【００３９】
また本発明によれば、像担持体が現像剤を記録用紙などの像形成媒体上に転写した後、残留する現像剤を現像ローラによって回収するので、現像装置における現像剤を長持ちさせることができる。また従来と同等な寿命の場合には、現像装置を従来よりも小形化することができる。
【００４１】
また本発明によれば、導電性発泡体に付着する現像剤を現像ローラの表面に供給し、現像ローラから必要な量の現像剤だけを像担持体上に確実に塗布することができる。
【００４２】
また本発明によれば、ブレードの刃先の稜線精度が５０μｍ以下であるので、現像ローラの表面に均一な厚みで現像剤の層を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の基本的な構成を示す簡略化した正面断面図である。
【図２】図１の形態の現像ローラ３３の断面図である。
【図３】図１の形態の現像ローラ３３とカウンタブレード２６との接触状態を示す斜視図およびカウンタブレード２６の刃先の稜線精度を示す模式図である。
【図４】現像ローラやカウンタブレードのゴム材料とトナーとの間の摩擦帯電系列図である。
【図５】図１の形態と従来の技術とを比較した画像コントラスト電位と反射濃度ＩＤとの関係、およびトナー量と反射濃度ＩＤとの関係を示すグラフである。
【図６】図１の形態の現像ローラ３３およびカウンタブレード２７に関連する構成を示す部分的な断面図である。
【図７】感光ドラム表面に付着するトナーの記録用紙への転写過程を示す簡略化した側面図である。
【図８】従来技術による現像装置に関連する構成を示す簡略化した正面断面図である。
【符号の説明】
２１ 感光ドラム
２１ａ，３３ａ 回転方向
２２ 帯電器
２３ 現像装置
２４ 記録用紙
２６ カウンタブレード
２７ 定着器
３０ 光照射
３１ トナー容器
３２ トナー
３３ 現像ローラ
３４ 撹拌ローラ
３７ 回転駆動手段
４１ 弾性ローラ
４２ 粘着剤層
４３ 第１トナー層
４４ 第２トナー層
５０ 刃先
５１ 稜線

Claims (5)

1. 静電潜像が表面に形成される像担持体に現像ローラを接触させ、現像ローラから像担持体上に粉末状の現像剤を塗布する現像装置において、
   現像ローラに現像剤を供給する現像剤供給手段と、
   現像ローラ上に供給され現像に寄与する現像剤の厚みを制限する厚み制限手段と、
   現像ローラを、その外周面での線速度Ｖｄと像担持体の外周面での線速度Ｖｐとの比（Ｖｄ／Ｖｐ）に対する平均現像剤層厚の積が２以上で３以下となるように回転駆動する駆動手段とを含み、
   現像ローラの表面は、接着性もしくは粘着性を有し、
   現像ローラの表面には、該接着性もしくは該粘着性によって現像剤から成り現像に寄与しない第１層が１層だけ付着され、
   厚み制限手段は、弾性材料から成り、現像ローラ外周面上に、回転方向とは逆方向となるように刃先を向けて接触するブレードを備え、該ブレードによって、該第１層の外側に現像に寄与する第２層として付着する現像剤の厚みを２層以下に制限することを特徴とする現像装置。
2. 前記像担持体は、現像によって顕在化された像を像形成媒体上に転写した後、残留する現像剤を像担持体と現像ローラとの接触面またはその近傍で現像ローラ上に回収することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記現像剤供給手段は、現像ローラに接触するように配置される導電性発泡体または導電体を備えることを特徴とする１または２記載の現像装置。
4. 前記ブレードは、ゴム材料から成り、前記刃先の稜線精度が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 静電潜像が表面に形成される像担持体に現像ローラを接触させ、現像ローラから像担持体上に粉末状の現像剤を塗布する現像方法において、
   現像ローラの表面が接着性もしくは粘着性を有するようにしておき、
   現像ローラの表面に、現像剤から成り現像に寄与しない第１層を１層だけ該接着性もしくは該粘着性で付着させ、
   現像ローラの表面の第１層の外側に、現像に寄与する現像剤を第２層として付着させ、
   現像ローラ上の平均現像剤層厚を、弾性材料から成り、現像ローラ外周面上に、回転方向とは逆方向となるように刃先を向けて接触するブレードで、第２層の厚みを２層以下に制限し、
   現像ローラ上の平均現像剤層厚と、現像ローラの線速度Ｖｄおよび像担持体の線速度Ｖｐの比（Ｖｄ／Ｖｐ）との積が２以上３以下となるように制御することを特徴とする現像方法。

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