JP3898524B2

JP3898524B2 - トナー帯電機構

Info

Publication number: JP3898524B2
Application number: JP2002031256A
Authority: JP
Inventors: 利充後藤; 太介上村; 潔戸泉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP2003233252A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ及びファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置のトナー帯電機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機、プリンタ及びファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、静電潜像を担持搬送する感光体（潜像担持体）に対し、現像剤であるトナーを現像ローラの回転により担持搬送して、感光体の表面上の静電潜像を現像（可視化）するようになっている。
【０００３】
１成分系の非磁性からなるトナーを用いた現像装置の場合、トナーは供給ローラにより、現像ローラ表面に周方向から順次供給され、その現像ローラの回転により担持搬送される。現像ローラ上のトナーは、現像ローラの回転方向において供給ローラよりも上流側に設けられた層厚規制ブレードによって、層厚が規制されると同時に、層厚規制ブレードとの摩擦により電荷を帯びる（摩擦帯電）。
【０００４】
そして、現像ローラ上の帯電トナーは、現像ローラの回転に伴って、層厚規制ブレードに対して回転方向の下流側に位置する感光体との対向部まで担持搬送され、その感光体の表面上の静電潜像に対して静電的に供給され、トナー像として現像（可視化）される。
【０００５】
なお、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置には、トナーに磁性粉を含有した磁性１成分トナーからなる現像剤を用いた現像装置や、トナーにキャリアを混ぜた２成分系の現像剤を用いた現像装置もある。
【０００６】
また、他の現像装置として、トナーにフォトクロミック化合物を含有させ、現像槽内でトナーに光を照射することによってトナーの帯電量を制御する構造のものが知られている（例えば特開平７−２８１４７３号公報参照)。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように１成分系の現像剤を用いた従来の現像装置の帯電機構では、トナーを層厚規制ブレードなどの帯電手段との摩擦により帯電させるような構造となっており、トナーは帯電手段に対し大きな速度差を持った状態で接触して機械的な摺擦を受ける。すなわち、帯電の際の摩擦は、トナーと帯電手段が接触して大きな速度差が発生したときに起こるものであり、その摩擦が生じる際に、トナーと帯電手段との速度差に比例して、機械的または熱的負荷がトナーや帯電手段に加わることになる。
【０００８】
従って、前記した従来の構成では、トナーが帯電手段との機械的な摺擦により受ける機械的または熱的負荷が大きいため、トナーが破壊劣化したり、摺擦熱により軟化したトナーが帯電手段や現像ローラに融着してトナーの帯電特性が劣化する。
【０００９】
また、２成分系の現像剤を用いた従来の現像装置においては、キャリアを帯電手段とし、トナーをキャリアと攪拌させて摩擦帯電させている。帯電のメカニズムは、１成分系の帯電のメカニズムと同じく、攪拌のときにトナーとキャリアの接触面において大きな速度差が発生するようになっており、機械的または熱的負荷がトナーやキャリアに加わることになる。従って、２成分系の現像剤を用いた場合でも、トナーとキャリアが破壊したり、摺擦熱により軟化したトナーがキャリアに融着してトナーの帯電特性が劣化する。
【００１０】
このように、トナーと帯電手段が大きな速度差を持った状態で接触して、機械的な摺擦によりトナーの帯電量を制御しようとする摩擦帯電方式のトナー帯電機構では、トナーや帯電手段に対して、機械的または熱的負荷が大きいという問題がある。
【００１１】
本発明はそのような問題点を解消するためになされたもので、トナーに対する機械的または熱的負荷によるトナーの劣化及び帯電手段へのトナーの融着を防止することができ、しかも、常に安定したトナー帯電を行うことが可能なトナー帯電機構の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のトナー帯電機構は、潜像担持体にトナーを現像ローラにて搬送することにより、その潜像担持体上の静電潜像を可視化する現像装置に用いられるトナー帯電機構であって、現像ローラに対向して配置された透明素管と、この透明素管と現像ローラとの間に配置され、光の照射を受けることによってラジカル化してトナーを帯電させる帯電物質を有する帯電部材と、透明素管内に配置され、帯電部材の帯電物質に光を照射する光源と、帯電部材を現像ローラに対して移動させるための移動手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１３】
本発明のトナー帯電機構によれば、帯電部材への光照射により帯電物質をラジカル活性状態にし、その帯電物質にトナーに接触させ、トナーから電子を奪うことによってトナーを帯電させるので、トナーを層厚規制ブレードとの摩擦によって帯電させる必要がなく、摩擦によりトナーに印加されるストレスを抑制することができる。これにより、ストレスによるトナーの劣化を防止することができるとともに、摩擦熱による帯電部材へのトナーの融着を防止することができる。
【００１４】
ここで、本発明に用いる帯電方式つまり帯電部材に光を照射することによってトナーの帯電を誘起する方式の場合、帯電部材の同じ部分を何度も帯電に使用すると、帯電物質のラジカル活性状態が時間とともに減衰して行くので、トナーに与える帯電量が減少して行き、ある時点からトナーを所定の帯電量に帯電させることができなくなる。このような点を考慮して、本発明では、帯電部材を現像ローラに対して移動可能な構造とすることで、帯電部材の新しい部分（帯電物質）にてトナーの帯電を行い、常に安定したトナー帯電が得られるようにしている。
【００１５】
本発明のトナー帯電機構において、光源からの光照射で誘起されるトナーの帯電量が所定量以下となったときに帯電部材を移動させるようにすればよい。この場合、トナーの帯電量を現像ローラ上に配置したセンサにて検知し、その検知帯電量が所定量以下となったときに帯電部材を移動させるという構成を採用してもよい。
【００１６】
本発明のトナー帯電機構において、トナーと帯電部材が接触する部分は、最もラジカル活性状態の減衰状態が激しい。また、光が照射された部分もラジカルが活性化されるため、徐々に減衰していく。これらのことを考慮すると、帯電部材の１回の移動の最小距離を、現像ローラと帯電部材とが接触する部分の幅とし、１回の移動の最大距離を、光源が帯電部材に光を照射する範囲とすることが好ましい。
【００１７】
本発明のトナー帯電機構において、帯電部材の帯電使用前の部分を現像装置の外部に配置し、帯電使用後の部分を現像装置内部に配置するように構成してもよい。このような構成を採用すれば、現像装置内部に浮遊するトナーによる帯電部材の汚染を避けることができる。
【００１８】
本発明のトナー帯電機構において、帯電部材を、光照射によりトナーの帯電を誘起する帯電物質とこれを移動するための基材で構成し、それらのうち、基材を光源側に配置し、帯電物質を現像ローラ側に配置するという構成を採ることが好ましい。この場合、帯電部材の背後（基材側）から照射する光を、帯電物質までなるべく多く到達させてトナー帯電を効率良く行うことができるようにするために、基材の材料を、帯電物質をラジカル化させる光の透過率が高い材料とすることが好ましい。
【００１９】
本発明のトナー帯電機構において、トナー帯電中に帯電部材の移動を同時に行うと、トナーが飛散するおそれがある場合、帯電部材の移動工程は、現像装置が非印字時で停止中に実施する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【００２２】
現像装置Ｘは、画像形成装置（図示せず）の内部に設けられている。現像装置Ｘは、１成分系の非磁性からなるトナーＴを帯電させ、その帯電させたトナーＴを感光体ドラム（潜像担持体）Ｄに供給することにより、感光体ドラムＤ表面の静電潜像に付着させ静電潜像を現像するためのものである。
【００２３】
現像装置Ｘは、トナーＴを収容する容器状の現像槽１、現像ローラ２、供給ローラ３、トナー帯電機構４及び帯電量検知センサ５を備えている。
【００２４】
現像ローラ２は、現像槽１内のトナーＴを感光体ドラムＤに担持搬送するためのものであり、感光体ドラムＤと対向する位置に回転可能に配置されている。現像ローラ２は、円筒状の導電性ゴム弾性材料で構成されており、５０〜１５０ｍｍ／ｓｅｃで駆動回転している。
【００２５】
供給ローラ３は、現像槽１内のトナーＴを現像ローラ２の外周面に供給するためのものであり、現像ローラ２を挟んで感光体ドラムＤと対向する位置に配置されている。供給ローラ３は、円筒状の発泡性ゴム弾性材料で構成されており、現像ローラ２と等速度で駆動回転している。
【００２６】
トナー帯電機構４は、トナー帯電部材４１と、繰出・巻取装置４２と、透明素管４３と、紫外線発生器（光源）４４によって構成されている。
【００２７】
トナー帯電部材４１は、図２に示すように、紫外線透過性を有する巻取式の薄いフィルム４１ａ上に、導電性ＩＴＯ（図示せず）及びフォトクロミック層（帯電物質）４１ｃを成膜したもので、光照射を受けるとラジカル活性状態になり、接触したトナーＴから電子を奪いトナーＴをプラスに帯電させる。
【００２８】
トナー帯電部材４１は、支持基材であるフィルム４１ａが透明素管４３側に位置し、フォトクロミック層４１ｃが現像ローラ２側に位置するように、現像ローラ２と透明素管４３との間に配置される。なお、フィルム４１ａの材料には、フォトクロミック層４１ｃをラジカル化（光誘起）させる光（紫外線）の透過率が高い材料、例えば透明アクリル樹脂が用いられている。
【００２９】
繰出・巻取装置４２は、帯電使用前のトナー帯電部材４１が巻かれた繰出ロール４２ａと、帯電使用後のトナー帯電部材４１を巻き取る巻取ロール４２ｂを備え、その巻取ロール４２ｂを駆動源（図示せず）にて回転させることにより、トナー帯電部材４１を図中矢印の方向（現像ローラ２のカウンタ方向）に移動させることができる。
【００３０】
透明素管４３は、紫外線透過性を有する透明アクリル樹脂からなる円筒状のローラであり、現像ローラ２に対向した状態で固定配置されている。
【００３１】
紫外線発光器４４は透明素管４３の内部に設けられており、トナー帯電部材４１に対し紫外線を照射してトナーＴの帯電を誘起する。
【００３２】
なお、図１に示す画像形成装置は、レーザビームスキャナユニット（図示せず）から発せられたレーザビームＬによって感光体ドラムＤの外周面上に静電潜像を結像する方式の装置で、感光体ドラムＤを帯電させて感光体ドラムＤの外周面上に静電潜像を形成する帯電ローラＥと、感光体ドラムＤの外周面上に現像されたトナー像を用紙Ｐに転写する転写用放電ローラＦと、転写形成されたトナー像を用紙Ｐに定着させる上下一対の定着ローラＧを備えている。
【００３３】
次に、本実施形態における現像過程を説明する。
【００３４】
まず、供給ローラ３にてトナーＴを現像ローラ２の表面に周方向から順次供給して現像ローラ２の表面上にトナーＴを保持し、この等速度回転運動している現像ローラ２とトナー帯電部材４１（透明素管４３）との間にトナーＴを搬送することにより、現像ローラ２上のトナーＴの層厚を規制する。これと同時に、トナー帯電機構４において紫外線発光器４４からの光をトナー帯電部材４１に照射することにより、トナー帯電部材４１からラジカル反応が誘起されてトナーＴが所望の電子量に帯電する。
【００３５】
この状態でトナーＴが、現像ローラ２の回転方向下流側に位置する感光体ドラムＤとの対向部にまで送られ、感光体ドラムＤの表面上の静電潜像に対して静電的に供給されることにより、静電潜像がトナー像として現像（可視化）される。
【００３６】
そして、感光体ドラムＤに付着したトナーＴを転写用放電ローラＦにて用紙Ｐに転写し、次いで、転写形成されたトナー像を用紙Ｐに定着ローラＧにて定着させることにより印刷が終了する。
【００３７】
以下、本発明の実施形態（トナー帯電機構）を更に詳しく説明する。
【００３８】
まず、図２に示すように、トナー帯電部材４１は、紫外線発光器４４からの光（紫外線）が照射されると、フォトクロミック層４１ｃがラジカル活性状態になり、接触したトナーＴから電子を奪いトナーＴをプラスに帯電させる。しかしながら、トナー帯電部材４１の同じ部分を帯電に使用し続けると、次第に所定の帯電量が得られなくなる（図４参照）。
【００３９】
そこで、本実施形態では、現像ローラ２上に帯電量検知センサ５を配置し、そのセンサ出力つまり検知帯電量が所定量以下になったときに、繰出・巻取装置４２を駆動して、トナー帯電部材４１を巻き取り、帯電に使用する帯電部を移動させることにより、現像ローラ２と透明素管４３との間に常に新しいフォトクロミック層４１ｃ（帯電物質）が配置されるようにする。このような繰出・巻取装置４２の駆動制御は、例えば現像装置Ｘのコントローラ（図示せず）にて行う。
【００４０】
なお、繰出・巻取装置４２を駆動してトナー帯電部材４１を移動させるタイミングの判定基準となる所定の帯電量（帯電量検知センサ５の出力と比較する閾値）は、例えば、正常な現像状態を得ることのできる帯電量の下限値に基づいて決定すればよい。
【００４１】
また、本実施形態では、現像装置Ｘ内で飛散・浮遊するトナーＴによるトナー帯電部材４１への汚染を避けるために、トナー帯電部材４１の帯電使用前の新しい部分（繰出ロール４２ａ側）を現像装置Ｘ外部に設置し、帯電使用後の部分（巻取ロール４２ｂへの巻取部）を現像装置Ｘ内部に配置している。従って、トナー帯電部材４１の移動方向は、現像ローラ２とカウンタ方向になる。そのため、印字中にトナー帯電部材４１の巻き取りを行うと、トナーＴが飛散するので、トナー帯電部材４１の巻取工程（移動工程）は、現像装置Ｘが非印字時の停止中に実施するようにする。
【００４２】
さらに、本実施形態において、トナーＴとトナー帯電部材４１が接触する部分は、最もラジカル活性状態の減衰状態が激しい。また、光が照射された部分もラジカルが活性化されるため、徐々に減衰していく。これらのことを考慮すると、トナー帯電部材４１の１回の移動の最小距離は、現像ローラ２とトナー帯電部材４１とが接触する部分の幅とし、１回の移動の最大距離は、紫外線発光器４４からの光がトナー帯電部材４１に照射される範囲とすることが好ましい。
【００４３】
次に、トナー帯電機構に用いる接触帯電方法の一例を具体的に示す。
【００４４】
紫外線の照射によりトナー帯電部材４１からトナーＴの帯電が誘起される接触帯電実験の一例を図３に基づいて説明する。
【００４５】
まず、トナー帯電部材４１の基材であるフィルム４１ａの代わりに擬似的に平板を作製した。
【００４６】
この平板は、厚さｋ１（＝１〜５ｍｍ）の透明アクリル板６Ａの表面に、厚さｋ２（＝数１０ｎｍ）のＩＴＯ６Ｂと、厚さｋ３（＝数１０μｍ）のフォトクロミック材料６Ｃ（＝Ｂ−ＣＩＭ）を順次塗布し、この平板の上に、トナーＴの代わりに擬似的に厚さｋ４（＝１０〜１００μｍ）のポリエステル樹脂ＰＥＳを載置した。
【００４７】
そして、以上の構成の平板（サンプル）に対し、裏側（図３では、下側）から波長λ（＝３５０ｎｍ）の紫外線を紫外線発光器４４によって照射した。このときの照射エネルギは０．１〜１０ｍＷ／ｃｍ²とした。また、１回の照射時間は３０秒として、１０回の紫外線照射を行った。
【００４８】
その結果を図４に示す。図４のグラフにおいて、実線及びプロットした点は同じサンプルを用いて表面電荷密度を測定した結果を示しており、点線はサンプルを測定ごとに交換した結果を示している。
【００４９】
この図４のグラフから明らかなように、ＰＥＳ表面の電荷密度は１０^-9〜１０^-11（Ｃ／ｃｍ²）になり、トナーを帯電させられることがわかる。また、トナー帯電部材を繰り返し用いることによって、表面電荷密度が減少し、安定した帯電が得られなくなるが、トナー帯電部材を交換することにより一定の帯電量（表面電荷量）が得られることがわかる。このことは、トナー帯電部材４１を巻取式にし、新しいトナー帯電部材４１を使用して帯電を行う方式のトナー帯電機構４を用いることが、常に安定したトナー帯電を行う上で、有効な手段であることを示している。さらに、ＰＥＳ表面を１０^-9〜１０^-11（Ｃ／ｃｍ²）の電荷密度に帯電させることができたことは、トナーＴをトナー帯電部材４１に速度差がない状態で帯電できることを示している。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトナー帯電機構によれば、帯電部材への光照射により帯電物質をラジカル活性状態にし、その帯電物質にトナーに接触させ、トナーから電子を奪うことによってトナーを帯電させるので、トナーを層厚規制ブレードなどの帯電手段との摩擦によって帯電させる必要がなく、摩擦によりトナーに印加されるストレスを抑制することができる。これにより、ストレスによるトナーの劣化を防止することができるとともに、摩擦熱による帯電部材へのトナーの融着を防止することができる結果、現像装置の信頼性が向上する。しかも、帯電部材を現像ローラに対して移動可能な構造としているので、新しい帯電物質でトナーの帯電を行うことができ、常に安定したトナー帯電を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図２】トナー帯電のメカニズムを模式的に示す図である。
【図３】トナー帯電機構に用いる接触帯電方法の一例を模式的に示す図である。
【図４】トナー帯電部材への紫外線照射の回数と表面帯電量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｘ現像装置
１現像槽
２現像ローラ
３供給ローラ
４トナー帯電機構
４１トナー帯電部材
４１ａフィルム（基材）
４１ｃフォトクロミック層（帯電物質）
４２繰出・巻取装置（移動手段）
４２ａ繰出ロール
４２ｂ巻取ロール
４３透明素管
４４紫外線発光器（光源）
５帯電量検知センサ
Ｄ感光体ドラム（潜像担持体）
Ｅ帯電ローラ
Ｆ転写用放電ローラ
Ｇ定着ローラ
Ｐ用紙

Claims

潜像担持体にトナーを現像ローラにて搬送することにより、その潜像担持体上の静電潜像を可視化する現像装置に用いられるトナー帯電機構であって、前記現像ローラに対向して配置された透明素管と、この透明素管と現像ローラとの間に配置され、光の照射を受けることによってラジカル化してトナーを帯電させる帯電物質を有する帯電部材と、前記透明素管内に配置され、前記帯電部材の帯電物質に光を照射する光源と、前記帯電部材を前記現像ローラに対して移動させるための移動手段を備えていることを特徴とするトナー帯電機構。
前記光源からの光照射で誘起されるトナーの帯電量が所定量以下となったときに前記帯電部材を移動させることを特徴とする請求項１記載のトナー帯電機構。
前記トナーの帯電量を前記現像ローラ上に配置したセンサにて検知し、その検知帯電量が所定量以下となったときに前記帯電部材を移動させることを特徴とする請求項２記載のトナー帯電機構。
前記帯電部材の１回の移動の最小距離が、前記現像ローラと帯電部材とが接触する部分の幅であり、１回の移動の最大距離が、前記光源が帯電部材に光を照射する範囲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トナー帯電機構。
前記移動手段は、前記帯電部材の帯電使用前の部分を前記現像装置の外部に配置し、帯電使用後の部分を現像装置の内部に配置するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトナー帯電機構。
前記帯電部材は、前記帯電物質とこれを移動するための基材で構成されており、それらのうち、基材が前記光源側に配置され、帯電物質が前記現像ローラ側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトナー帯電機構。
前記基材は、前記帯電物質をラジカル化させる光の透過率が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項６記載のトナー帯電機構。
前記帯電部材の移動工程を、前記現像装置が非印字時で停止中に実施するように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のトナー帯電機構。