JP4944053B2

JP4944053B2 - 低速トリムローラを用いた対ドナーローラ装荷方法及び装置

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Publication number: JP4944053B2
Application number: JP2008059009A
Authority: JP
Inventors: エスラメシュパールラート; エフナップジョン; ジェイマッコンヴィルポール; エムブライダニエル; エーピクターロバート; ケイプレストントッド; フロイドジュニアローレンス; イーウィリアムスジェームス; デートンプソンマイケル
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Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2012-05-30
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Also published as: US7706728B2; JP2008225475A; US20080226353A1

Description

本発明は、電子写真現像システムにおける印刷画質の確保、より詳細には現像システム内に設けられた１本又は複数本のドナーローラにトナーを装荷する方法及び装置に関する。

電子写真マーキングプロセスのうちＩＯＩ（image-on-image）プロセスと呼ばれるプロセスでは、相異なる色のトナー粒子による粉体像（略してトナー像）を同一のフォトレセプタ例えば光導電ベルトの表面（光導電面）上に重畳形成し、それによって得られた合成トナー像を紙等の媒体上に転写する。こうした発想で印刷システムを構成するには、既存トナー像に悪影響を及ぼさずに新規トナー像を形成できる現像システムが必要になる。

電子写真現像システムにて一般に使用される現像材には二成分現像材と一成分現像材とがあるが、二成分磁気ブラシ現像や一成分ジャンピング現像等を行う従来の現像システムは光導電面を攪乱するため、既に形成済のトナー像がより後段の現像ステーションにより攪乱されてしまうことがある。即ち、ＩＯＩプロセスを実行するには、ＨＳＤ（Hybrid Scavengeless Development）のように形成済トナー像に悪影響を及ぼさない無攪乱現像システムが必要になる。

ＨＳＤ等の無攪乱現像システムでは、リザーバ内に貯留してある現像材を所要強度の磁界によって運び、従来同様の磁気ブラシローラ（略してマグローラ）の表面に装荷する。次いで、ドナーローラとマグローラに電位差を持たせて電界を発生させ、現像材中のトナーをその電界によりマグローラ表面から運んでドナーローラ表面に装荷する。そして、１本又は複数本のワイヤ電極を用い電界を発生させ、その電界によりドナーローラ上のトナー層をかき立ててトナー雲（agitated cloud/toner cloud）を生成及び維持し、その雲に含まれるトナー粒子を光導電面上の潜像に被着させることにより、トナー像を光導電面上に形成する。

米国特許第７０７９７９４号明細書（Ｂ２）米国特許第６７８５４８１号明細書（Ｂ２）米国特許第７０１０２３９号明細書（Ｂ２）米国特許第７０８５５０６号明細書（Ｂ２）米国特許出願公開第２００６／０２１６０４９号明細書（Ａ１）

ここに、従来の無攪乱現像システムでは、１本のマグローラで２本のドナーローラにトナーを装荷する手法を用いているため様々な問題が発生する。

第１の問題は現像材の加齢に関する。加齢が進んだ現像材を使用すると、強く帯電したトナー微粒子がワイヤ上に集積して印刷画質劣化、例えばストリーク（縞状欠陥）等の顕著な印刷画質欠陥が発生しかねず、これは望ましくない。

既知の通り現像材の加齢はワイヤ汚染電圧と相関がある。例えば媒体に占める印刷部分の比率が小さい状態で印刷を継続実行してワイヤ汚染電圧の変化を調べると、現像材の加齢に伴い、ある時点でワイヤ汚染電圧が急激に上昇する現像材クラッシュ現象が発生する。そのため、現状では、現像材クラッシュが発生したら現像ユニットハウジング内に新品のトナーを補充することで、現像材の加齢による印刷画質劣化を抑えている。この他、定期的にドナーローラをむき出しにして静電清掃するという策も執りうる。

また、既知の通り現像材の加齢の仕方はマグローラ回転速度に強く影響される。即ち、マグローラを高速回転させると現像材が短時日で使えなくなるので、低速回転させて長持ちさせるのが望ましい。

マグローラを低速回転させると現像材が長持ちするのは、対ドナーローラ装荷システムにてトリムブレードが使用されるからである。トリムブレードはメータリングブレード或いはトリムとも称される部材であり、通常は、マグローラ上の余分な現像材をトリムブレードによって除去即ちトリミングする。これは、最初のドナーローラへの装荷ニップ（トナー装荷用の間隙）に入るときに、マグローラ上の現像材被覆が均一厚になっているようにするためである。通念によれば、現像ユニットハウジング内における現像材の損傷は大抵はトリミング領域で生じるものである。また、動作時における現像ユニットハウジング内弾性エネルギ分布のシミュレーションによっても、トリミング領域が高ストレス領域であることがわかっている。そして、現像材損傷速度はトリム領域におけるマグローラ速度に比例する。従って、現像材トリミング個所であるマグローラを低速回転させれば、現像材損傷速度を抑えて現像材をより長持ちさせることができる。

とはいえ、現像材加齢による印刷画質低下を抑えるべくマグローラ回転速度を低くすると、場合によっては再装荷量が不十分になり印刷画質が却って劣化する。即ち、再装荷量が不十分だと、マグローラからドナーローラにトナーを引き渡すゾーンである装荷ニップにマグローラを介し補給されるトナーの量が、不十分になる。そのため、従来は、現像材を長持ちさせるためマグローラを低速回転させよという要請と、再装荷量をしきい値以上にするためマグローラを高速回転させよという要請とを折衷して、マグローラ速度を設定せざるを得なかった。

印刷画質に関連するもう一つの問題としてはモトル（斑状欠陥）の発生がある。モトルが発生するのは、マグローラから装荷ニップを介しドナーローラにトナーを引き渡す際の効率が低い場合や、ドナーローラから現像ニップ（ドナーローラ・フォトレセプタ間にあるトナー転写用の間隙）を介し光導電ベルトにトナーを引き渡す際の効率が低い場合である。また、ドナーローラの回転速度及び回転方向もモトルの発生を左右する。即ち、モトルの発生は、光導電ベルト進行方向に対するドナーローラ回転方向の関係やマグローラ回転方向に対するドナーローラ回転方向の関係（それらの間の相対速度）に影響される。図１及び図２に示すように、従来の無攪乱現像システムでは、マグローラ対ドナーローラの関係ではアゲンストモードを、またドナーローラ対光導電ベルトの関係ではセイムモードを使用している。即ちドナーローラがマグローラに逆らって回転し、ドナーローラが光導電ベルト進行方向と同方向に回転する。ご理解頂けるように、モトルの発生を抑えるには、こうした最悪な相対関係ではなく、マグローラ対ドナーローラの関係ではウィズモード、ドナーローラ対光導電ベルトの関係ではオポジットモードを使用した方がよい。即ち、仮に、ドナーローラをマグローラに逆らわないよう回転させ、且つドナーローラを光導電ベルトの進行方向とは逆方向に回転させれば、モトルの発生は顕著に抑えられる。

このように、従来の無攪乱現像システムは動作面での柔軟性に欠けており、現像材を長持ちさせ十分な再装荷量を確保し且つモトルの発生を抑えるという相反問題を同時に解決すること、またそれによって印刷画質を許容水準以上に保つことが難しかった。

本発明は、現像材を長持ちさせることや、十分な再装荷量の確保及びモトルの抑制による印刷画質の向上を達成することや、市場からの要請に応えて印刷速度を高めることが期待できない従来の無攪乱現像システムに代わり、現像材が長持ちし、十分な再装荷量を確保でき且つモトルの発生を抑えることができて、従来より優れた印刷画質が得られる新規な無攪乱現像システム及びその稼働方法を提供すること、更にはその印刷速度を従来より高めることを目的とする。

ここに、本発明の一実施形態は、現像ユニットを構成する１本又は複数本の回転するドナーローラに、可動な光導電部材上に送り込むべきトナーを装荷する装置であって、ハウジング内に設けられた現像材用のリザーバと、複数本の回転するローラと、を備える。当該回転するローラとしては、リザーバから現像材を受け取るトリムローラと、トリムローラから現像材を受け取る第１マグローラと、第１マグローラの回転軸より低い位置に回転軸があり第１マグローラから現像材を受け取る第２マグローラと、を有する。本装置における第１及び第２マグローラは、受け取った現像材中のトナーをドナーローラに引き渡す。

本発明の他の実施形態は、現像ユニットを構成する１本又は複数本の回転するドナーローラにトナーを装荷する方法であって、リザーバからトリムローラに現像材を引き渡すステップと、トリムローラから回転する第１マグローラに現像材を引き渡すステップと、第１マグローラからドナーローラにトナーを引き渡すステップと、第１マグローラからより低い位置に回転軸がある第２マグローラに現像材を引き渡すステップと、第２マグローラからドナーローラにトナーを引き渡すステップと、を有する。

本発明の更に他の実施形態は、現像ユニット内に設けられた複数本の回転するドナーローラに、可動な光導電部材上に送り込むべきトナーを装荷する装置であって、ハウジング内に設けられた現像材用のリザーバと、複数本の回転するローラと、を備える。装荷先となるドナーローラには少なくとも第１及び第２ドナーローラがあり、第２ドナーローラの回転軸が第１ドナーローラの回転軸よりも低いものとする。回転するローラとしては、更に、リザーバから現像材を受け取るトリムローラと、トリムローラから現像材を受け取る第１マグローラと、第１マグローラから現像材を受け取る第２マグローラと、第２マグローラから現像材を受け取る第３マグローラと、を有する。本装置における第１マグローラは第１ドナーローラに現像材中のトナーを引き渡し、第２マグローラは第１及び第２ドナーローラ上の余分なトナーを除去し、第３マグローラは第２ドナーローラに現像材中のトナーを引き渡す。

以下、本発明の目的、構成及び効果をより多面的にご理解頂くため、本発明の実施形態について別紙図面を参照しつつ詳細に説明する。図中、同様の部材には同様の符号を付してある。

図３に、片面多色印刷機として構成されたＩＯＩマーキング装置の一例構成１０４を示す。本装置１０４では、前述した可動な光導電部材として、複数本のローラ又はバー１２によって支持された光導電ベルト１１０を設けている。このベルト１１０は上下に立てて配置されており、稼働時にはテンションローラ７４によって緊張させた上でドライブローラ７６によって矢印１４の方向に進行させる。ベルト進行経路沿いには５個の画像記録ステーション１６、１８、２０、２２及び２４を含め種々の処理ステーションがある。ベルト外表面はベルト１１０の進行につれて進行しその部位毎にそれらのステーションの直下を順次通過していく。

光導電ベルト１１０の各部がまず通過するのは画像記録ステーション１６である。このステーション１６には帯電装置及び露出装置が設けられている。そのうち帯電装置はコロナ発生器２６によって構成されており、露出装置はＲＯＳ（raster output scanner）２８によって構成されている。ベルト外表面の各部位はまずコロナ発生器２６を通り次いでＲＯＳ２８を通る。コロナ発生器２６では、他部位電位より高電位になるよう到来部位を実質均一に帯電させ、ＲＯＳ２８では、その帯電部位に１個目の静電潜像が記録されるようベルト外表面を照明する。

この１個目の静電潜像を現像するのは現像ユニット３０である。現像ユニット３０は、指定されたハイライト色のトナー粒子（本願では単にトナーとも呼ぶ）を潜像上に堆積させることによって、ベルト外表面上にハイライト色トナー像を形成する。ベルト外表面上のハイライト色トナー像形成部位は、光導電ベルト１１０が矢印１４に沿って進行するのに伴い画像記録ステーション１８へと進む。

その画像記録ステーション１８にも（再）帯電装置及び露出装置が設けられている。そのうち帯電装置はコロナ発生器３２によって構成されており、露出装置はＲＯＳ３４によって構成されている。コロナ発生器３２では、他部位電位より高電位になるよう到来部位を実質均一に再帯電させ、ＲＯＳ３４では、帯電部位のうちマゼンタ色のトナーで現像すべき領域に２個目の静電潜像が記録されるよう、ベルト外表面を部位選択的に照明する。ベルト外表面上の２個目の潜像形成部位は次いでその後段の現像ユニット３６に進む。

現像ユニット３６は、その上にマゼンタ色のトナーを堆積させることにより２個目の静電潜像を現像する。これによりベルト外表面上にマゼンタ色トナー像が形成される。ベルト外表面上のマゼンタ色トナー像形成部位は、光導電ベルト１１０が矢印１４に沿って進行するのに伴い画像記録ステーション２０へと進む。

画像記録ステーション２０にもやはり帯電装置及び露出装置が設けられている。そのうち帯電装置はコロナ発生器３８によって構成されており、露出装置はＲＯＳ４０によって構成されている。コロナ発生器３８では、他部位電位より高電位になるよう到来部位を実質均一に再帯電させ、ＲＯＳ４０では、帯電部位のうちイエロー色のトナーで現像すべき領域から電荷が部位選択的に散逸してその領域に３個目の静電潜像が記録されるようベルト外表面を部位選択的に照明する。ベルト外表面上の３個目の潜像形成部位は次いでその後段の現像ユニット４２に進む。

現像ユニット４２は、その上にイエロー色のトナーを堆積させることにより３個目の静電潜像を現像する。これによりベルト外表面上にイエロー色トナー像が形成される。ベルト外表面上のイエロー色トナー像形成部位は、光導電ベルト１１０が矢印１４に沿って進行するのに伴い次の画像記録ステーション２２へと進む。

画像記録ステーション２２にもやはり帯電装置及び露出装置が設けられている。そのうち帯電装置はコロナ発生器４４によって構成されており、露出装置はＲＯＳ４６によって構成されている。コロナ発生器４４では、他部位電位より高電位になるよう到来部位を実質均一に帯電させ、ＲＯＳ４６では、帯電部位のうちシアン色のトナーで現像すべき領域から電荷が部位選択的に散逸してその領域に４個目の静電潜像が記録されるようベルト外表面を部位選択的に照明する。ベルト外表面上の４個目の潜像形成部位は光導電ベルト１１０の進行に伴いその後段の現像ユニット４８に進む。

現像ユニット４８は、その上にシアン色のトナーを堆積させることにより４個目の静電潜像を現像する。これによりベルト外表面上にシアン色トナー像が形成される。形成されたトナー像は先に形成済のトナー像と部分的に同じ位置を占める。ベルト外表面上のシアン色トナー像形成部位は、光導電ベルト１１０が進行するのに伴い次の画像記録ステーション２４へと進む。

画像記録ステーション２４にもやはり帯電装置及び露出装置が設けられている。そのうち帯電装置はコロナ発生器５０によって構成されており、露出装置はＲＯＳ５２によって構成されている。コロナ発生器５０では、他部位電位より高電位になるよう到来部位を実質均一に帯電させ、ＲＯＳ５２では、帯電部位のうちブラック色のトナーで現像すべき領域にて部位選択的放電が生じその領域に５個目の静電潜像が記録されるようベルト外表面を部位選択的に照明する。ベルト外表面のうち、ブラック色で現像すべきこの５個目の潜像が形成された部位は、ブラック用の現像ユニット５４に進む。

ブラック用の現像ユニット５４は、その上にブラック色のトナーを堆積させることにより５個目の静電潜像を現像する。これによりベルト外表面上にブラック色トナー像が形成される。形成されたトナー像は先に形成済の諸トナー像と全面的に又は部分的に重なり合い、光導電ベルト１１０の外表面上で多色トナー像を形成している。ベルト外表面上の多色トナー像形成部位は、光導電ベルト１１０が進行するのに伴い転写ステーション５６へと進む。

転写ステーション５６では、シートフィーダによってスタック５８から送給及び案内されてくる画像形成先媒体、例えば紙シートの背面に、コロナ発生器６０がイオンをスプレーする。このイオンスプレーによって、現像済の多色トナー像が光導電ベルト１１０の外表面から媒体上へと吸引される。また、ベルト１１０の内表面には、接触部位が十分小さな半径で曲がるよう剥離支援ローラ６６を接触させてある。この急な曲がりと媒体のビーム強度によって、媒体はベルト１１０から剥離していく。剥離した媒体は真空移送器によって矢印６２の方向に沿い熔着ステーション６４に送られる。

熔着ステーション６４にはバックアップローラ６８及び高温熔着ローラ７０が設けられている。バックアップローラ６８は高温熔着ローラ７０と接触するよう弾性押圧されており、それによってバックアップローラ６８と高温熔着ローラ７０との間に媒体挿通ニップが形成されている。熔着動作の際には、画像形状を保ったままトナー粒子同士が癒合して媒体に結合し、それによって媒体上に多色画像が固着する。熔着が済んだ媒体は仕上げステーションに送り出され、そこでシート揃え、結束、製本等の処理に供される。仕上がった印刷物例えば小冊子はキャッチトレイに送られ印刷機オペレータに渡される。

なお、ここでは多色現像した画像を紙シート等の媒体上に直接転写するものとしているが、一旦ベルトやドラム等の中間部材に転写しそこから最終的な媒体上に転写、熔着させるようにしてもよい。更に、ここではトナー粉体によりトナー像を形成しているが、液体キャリアにトナー粒子を入れた液体現像材も使用できる。これらのことは、本件技術分野において習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）には、本願中の説明からご推察頂けよう。

媒体例えば紙シート上に多色トナー像を転写した後のベルト外表面には、トナー粒子が付着して残っているものである。光導電ベルト１１０が進行するとそのトナー粒子残留部位は清掃動作アイソレーション用のアイソレーションローラ７８上を越えて清掃ステーション７２に入り、そこでベルト１１０上の残留トナー粒子が除去される。ベルト１１０は更に進んでブレード８０直下に入り、そこでも残留トナー粒子が除去される。

次に、図１及び図３を参照して従来技術に係る無攪乱現像システムを詳細に説明する。本システムは前掲の各現像ユニットとして使用される装置であり、そのハウジングである現像ユニットハウジング内にはリザーバ１６４が形成されている。このリザーバ１６４は現像材１６６を入れるスペースであり、その現像材１６６としては二成分現像材即ち導電性キャリア細粒及びトナー粒子を含む現像材を使用する。リザーバ１６４内には１本又は複数本のオーガ１２８が実装されており、このオーガ１２８はリザーバ１６４内で回転させることができる。オーガ１２８を稼働させると現像材１６６がリザーバ１６４内で移送・攪拌され、摩擦により帯電したトナーがキャリア細粒に吸着する。

また、本ユニットにおけるマグローラ使用本数は１本（１１４）である。マグローラ１１４はリザーバ１６４内の現像材１６６を装荷ニップ１３２に送り込む。装荷ニップ１３２はドナーローラにトナーを装荷するためのニップであり、ここではドナーローラを一対（１２４及び１２２）使用しているので装荷ニップ１３２も一対ある。マグローラ１１４は周知であるのでその構成についての詳細な説明は必要なかろう。

マグローラ１１４は管状ハウジング及び磁性円筒から構成されている。磁性円筒はその表面に複数個の磁極が形成された円筒であり、回転可能な管状ハウジング内に固定配置されている。現像材１６６の成分のうちキャリア細粒は磁性体であるので、マグローラ１１４の管状ハウジングを回転させるとキャリア細粒がマグローラ１１４に吸着する。キャリア細粒には摩擦帯電でトナー粒子が付着しているのでそのトナー粒子も同時にマグローラ１１４に吸着される。次いで、吸着された現像材１６６はドナーローラ１２２及び１２４に対する装荷ニップ１３２まで運ばれる。メータリングブレード或いはトリムとも呼ばれるトリムブレード１２６は、吸着している現像材１６６のうち余分なものを除去することによりマグローラ１１４を覆う現像材層の厚みを均一化する。このトリミングは、その現像材１６６が上側のドナーローラ１２４への装荷ニップ１３２に到達する前に行う。上側の装荷ニップ１３２ではマグローラ１１４からドナーローラ１２４に、また下側の装荷ニップ１３２ではマグローラ１１４からドナーローラ１２２に、それぞれトナー粒子が引き渡される。

マグローラ１１４からドナーローラ１２４及び１２２へのトナー引渡は、例えばマグローラ１１４、ドナーローラ１２４及び１２２又はその双方に適当な直流バイアスを印加することによって行う。即ち、直流バイアス印加によってマグローラ１１４とドナーローラ１２４及び１２２との間に静電界を発生させ、その電界によってトナーをマグローラ１１４上のキャリア細粒から引き離してドナーローラ１２４及び１２２に吸着させる。吸着したトナーはドナーローラ１２４及び１２２の回転に伴い対応する現像ゾーン即ち現像ニップ１３８に送り込まれる。現像ニップ１３８には光導電ベルト１１０が通っている。

トナー粒子を引き渡した後もマグローラ１１４は回転を続けるので、マグローラ１１４上に残されたキャリア細粒やドナーローラ１２４及び１２２に移らなかったトナー粒子はリザーバ１６４内に戻っていく。また、マグローラ１１４からドナーローラ１２２に引き渡されるトナーの量とドナーローラ１２４に引き渡されるトナーの量の比は、調整することが可能である。それには例えば、ドナーローラ１２４及び１２２に交流電圧分を含む別々のバイアス電圧を印加する、マグローラ１１４とドナーローラ１２４及び１２２の間隔を調整する、装荷ニップ１３２における磁界強度及び磁力線形状を調整する、上述の通りマグローラ１１４やドナーローラ１２４及び１２２の回転速度を調整する等すればよい。

各現像ニップ１３８では、ドナーローラ１２４及び１２２のうち対応するものから光導電ベルト１１０上の静電潜像上へとトナーが転写され、それによってそのベルト１１０上にトナー像が形成される。

図１に示すように、ドナーローラ１２４・光導電ベルト１１０間にある現像ニップ１３８には一対のワイヤ電極１８６が、またドナーローラ１２２・光導電ベルト１１０間にある現像ニップ１３８には一対のワイヤ電極１８８が、それぞれ配置されている。各ワイヤ電極１８６及び１８８は、ドナーローラ１２４及び１２２のうち対応するものの長軸に対してほぼ平行になるよう配置されている。ワイヤ電極１８６及び１８８とそれに対応するドナーローラ（１２４又は１２２）の間隔は狭く、トナー層を含めたドナーローラ１２４及び１２２の表面に対する接平面から当該ワイヤ電極１８６及び１８８が僅かだけ離れる（浮く）こととなるよう、ワイヤ電極１８６及び１８８の端部が固定されている。そして、これらワイヤ電極１８６及び１８８には交流電源１９０によって交流バイアスが印加されている。従って、ワイヤ電極１８６及び１８８は、ワイヤ電極１８６及び１８８とそれに対応するドナーローラ（１２４又は１２２）との間の電位差に応じた吸引力で、トナー層表面に向かって静電吸引される。

これは、ワイヤ電極１８６及び１８８の各対に交流電圧を印加すると対応するドナーローラ（１２４又は１２２）との間に交流電界が発生するためである。ドナーローラ１２４及び１２２の表面にあるトナーはこの交流電界によって浮き立ち、対応するワイヤ電極１８６又は１８８の周辺でトナー雲を形成する。このトナー雲の高さ自体は光導電ベルト１１０に届くに足らない。そこで、図示しない直流及び交流バイアス電源によってドナーローラ１２４及び１２２それぞれにバイアスを印加し、それによってベルト１１０とドナーローラ１２４及び１２２との間に電界を発生させる。ワイヤ電極１８６及び１８８周辺でトナー雲を形成しているトナーは、この電界によって、ベルト１１０の光導電面上に記録済の潜像上へと吸い寄せられる。

こうして数多くの静電潜像を現像するとそれに伴いリザーバ１６４内のトナーが不足してくるが、不足してきたら図示しないトナーディスペンサによってトナーを補給すればよい。トナーディスペンサはリザーバ１６４内に通じているので、現像材内トナー比率が低下したときは、トナーディスペンサで新品のトナー粒子をリザーバ１６４内に補給することでその現像材内トナー比率を高めることができる。また、補給された新品のトナー粒子は、リザーバ１６４内のオーガ１２８によってリザーバ１６４内の現像材１６６に混ぜ込まれるので、リザーバ１６４内の現像材１６６は実質的に均質に保たれる。即ち、リザーバ１６４内におけるトナー量がほぼ一定に保たれトナー帯電状態も一定に保たれる。

図２に、従来技術における現像ユニットの構成を示す。この図に示すように、従来技術におけるマグローラ対ドナーローラの関係はアゲンストモード、ドナーローラ対光導電ベルトの関係はセイムモードである。即ち、ドナーローラ１２２を、マグローラ１１４に逆らうように且つベルト１１０の移動方向と同方向に回転させる。なお、ドナーローラ１２４はドナーローラ１２２とは逆方向に回転させる。

図中の現像ユニットでは、導電性、半導体性、電気絶縁性等様々な種類の二成分現像材１６６を使用することができるが、その中では導電性のものを使用するのが望ましい。それは、マグローラ１１４上で現像材内電荷ビルドアップが発生してドナーローラ１２４上のトナーに悪影響が及ぶことを、防ぐことができるからである。例えば、マグネタイト薄膜を有する強磁性コアを樹脂素材で斑に被覆することによってキャリア細粒を、またビニルポリマ等の樹脂素材にクロモゲンブラック等の着色剤を混入することによってトナー粒子を、それぞれ形成し、それらを重量比でキャリア＝約９５〜９９％、トナー＝約５〜１％になるよう混ぜたものを、現像材として使用すればよい。

図４に、マーキング装置１０４の機能構成の一例をブロック図で示す。本装置１０４は、コントローラ９０、メモリ１５２、入出力インタフェース１５４、交流電源１９０及び１個又は複数個のモータ１５１を、データ／制御バス１５５によって相互接続した構成を有している。コントローラ９０は、入出力インタフェース１５４を介して得られる信号等に基づき本装置１０４の動作を制御する。例えば図１でいえば、コントローラ９０は、交流電源１９０や、ドナーローラ１２２及び１２４を駆動するための１個又は複数個のモータ１５１等を含め、現像ユニット各部の動作を制御する。

コントローラ９０は、本装置１０４を適正に動作させるため本装置１０４内の各種システム及び各種サブシステムと通信し、それらを制御し、またそれらと協調して動作するシステムコントローラである。即ち、コントローラ９０は本装置１０４全体を視野に入れて動作し、各サブシステムの動作を監視すると共に、他のサブシステムやその状態の変化を受けて各サブシステムの動作を調整する。例えば図３中の現像ユニット３０、３６、４２、４８及び５４、画像記録ステーション１６、１８、２０、２２及び２４、清掃ステーション７２及び高温熔着ローラ７０が、コントローラ９０による制御等の対象となる。また、図４ではコントローラ９０を単一のブロックにより示してあるが、本装置１０４の随所随所にコントローラ、処理デバイス、メモリ等を配置し、更にそれらの相互接続により階層型処理制御アーキテクチャを形成して、コントローラ９０としてもよい。コントローラ９０は、これ以外の従来型印刷機制御システム／手法によっても実現することができる。

入出力インタフェース１５４はユーザ用入力装置１５６やデータ源１５９からの情報をコントローラ９０に伝える。コントローラ９０は、それに基づき必要な計算を行いまた必要なプログラムを実行することにより、本装置１０４及びそれを構成する個々のコンポーネントを稼働させ、またそれらコンポーネント間のデータフローを必要に応じ制御する。

メモリ１５２は、本装置１０４に入出力される情報を一時記憶するバッファ、本装置１０４の機能を実現するのに必要なプログラムやデータを記憶するメモリ、各種処理段階で必要なデータを記憶するメモリ等として使用される。メモリ１５２も、単一のブロックにより示されてはいるが、実際には分散メモリとして実現することができる。メモリ１５２のうち書換可能部分は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の他、フロッピー（登録商標）ディスク、書換可能光ディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ等の媒体及びそのドライブによって構成することができる。リンク１５８は、好適に機能するものであればどのような種類でもよく、従って有線リンクでも無線リンクでも光リンクでもよい。

データ源１５９としては、例えば既知の又は今後開発される各種の電子画像データ生成、送信又は記憶装置を使用できる。使用できる電子画像データ生成装置には、例えばディジタルカメラ、スキャナ、ローカルコンピュータ、リモートコンピュータ等があり、使用できる電子画像データ送信又は記憶装置には、例えばネットワーククライアント、ネットワークサーバ等がある。また、ディジタル複写機でスキャナとの一体化が行われているのに倣い、本装置１０４に画像のデータ源１５９を一体化してもよい。そして、モデム、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、イントラネット、インターネット等の分散処理ネットワークや、それとの接続に使用できる既知の又は今後開発される各種接続手段を介して、本装置１０４にデータ源１５９を接続してもよい。

図５に、本発明の第１実施形態に係る現像システム乃至ユニット、特にそれを構成するドナーローラのうち１本又は複数本にトナーを装荷する装置の構成を示す。図中、第１ドナーローラ１２２は可動な光導電ベルト１１０上に現像ニップ１３８を介しトナーを送り込む回転ローラであり、トリムローラ１１２はリザーバ１６４から現像材１６６を受け取り引渡ニップ１３４を介し第１マグローラ１１４に現像材１６６を引き渡す回転ローラであり、第１マグローラ１１４は装荷ニップ１３２を介し第１ドナーローラ１２２にトナーを引き渡す回転ローラであり、第２マグローラ１１６は引渡ニップ１３４を介し第１マグローラ１１４から現像材１６６を受け取り装荷ニップ１３６を介し第１ドナーローラ１２２にトナーを引き渡す回転ローラである。第２マグローラ１１６の回転軸は第１マグローラ１１４の回転軸より低い位置にあるので、その長手方向に沿って第１マグローラ１１４上に分布している現像材１６６は、概ね下方移動により第２マグローラ１１６に引き渡されることとなる。

また、図示の通り第２ドナーローラ１２４を設けることもできる。第２ドナーローラ１２４は第２マグローラ１１６から装荷ニップ１３６を介しトナーを受け取り現像ニップ１３８を介し光導電ベルト１１０上にトナーを送り込む回転ローラであり、その回転軸は第１ドナーローラ１２２の回転軸より低い位置にある。

更に、図示の通り第３マグローラ１１８を設けることもできる。第３マグローラ１１８は第２マグローラ１１６から引渡ニップ１３４を介し現像材を受け取り装荷ニップ１３２を介し第２ドナーローラ１２４にトナーを引き渡す回転ローラであり、その回転軸は第２マグローラ１１６の回転軸より低い位置にある。

そして、本実施形態では、第１ドナーローラ１２２の回転方向Ｂ及び第２ドナーローラ１２４の回転方向Ｃが、光導電ベルト１１０の進行方向Ａに対しては逆方向（オポジット）、第１マグローラ１１４の回転方向Ｄ、第２マグローラ１１６の回転方向Ｅ及び第３マグローラ１１８の回転方向Ｆに対しては逆らわない方向（ウィズ）である。第１マグローラ１１４の回転方向Ｄはトリムローラ１１２の回転方向Ｇに逆らう方向（アゲンスト）である。

なお、図示例とは違い、２本のドナーローラ１２２及び１２４を互いに逆方向に回転させてもよい。例えば第１ドナーローラ１２２を反時計回りに回転させ第２ドナーローラ１２４を時計回りに回転させるようにしてもよい。或いはその逆でもよい。

加えて、本実施形態における装荷装置はオーバハンドタイプのトリムブレード１２６を有している。このブレード１２６は、トリムローラ１１２の上部から余分な現像材を除去できるよう構成及び配置されている。本装荷装置は、また、リザーバ１６４内の現像材１６６をかき混ぜるためのオーガ１２８を１本又は複数本有している。この装置は例えば電子写真式マーキング装置等のマーキング装置内に組み込むことができる。

このように、本実施形態に係る現像ユニット乃至システムでは、複数本のマグローラ１１４、１１６及び１１８によって装荷を行う多マグローラ装荷方式を使用している。この方式によれば、印刷画質確保に関する動作上の自由度が拡がり、現像材寿命、再装荷及びモトル発生に係る問題の克服を鼎立させることが可能になる。即ち、図示例では、トリムローラ１１２にピックアップした現像材１６６をオーバハンドタイプのトリムブレード１２６によってトリミングして一番上の第１マグローラ１１４に引き渡す。マグローラは１１４、１１６及び１１８の３本あり、それらは現像材１６６が一番上の第１マグローラ１１４から一番下の第３マグローラ１１８へと下向きに流れるよう配置されている。第１マグローラ１１４に引き渡された現像材１６６は、磁界の作用によってマグローラからマグローラへと移り、一番下の第３マグローラ１１８から本ユニットのリザーバ１６４内に解き放たれる。こうした構成を採ることによって、本実施形態によれば、図１及び図２に示した従来の構成に比べ顕著に、現像材１６６の再装荷能力を高め、現像材１６６を長持ちさせ、そしてモトルの発生を抑えることができる。

再装荷能力が顕著に高まるのは、従来の１マグローラ装荷方式に代えて２マグローラ装荷方式、より広義には多マグローラ装荷方式に拠ることとしたためである。ここでいう２マグローラ装荷方式とは、各ドナーローラがそれぞれ２本のマグローラからトナーの装荷を受ける方式のことである。即ち、従来の１マグローラ装荷方式ではマグローラ回転速度を高くしないと再装荷量が十分にならなかったが、２マグローラ装荷方式ならばそれよりかなり低いマグローラ回転速度でも同程度の再装荷量を達成することができる（同等の再装荷効率を実現できる）。本実施形態に係る多マグローラ方式装荷装置によれば、このように動作上の自由度が高まり、マグローラ回転速度を抑えつつ現像材１６６の再装荷量を確保できるため、現像材１６６を長持ちさせ且つモトルの発生を抑えることもできる。

現像材１６６が長持ちするのは、ドナーローラ１２２及び１２４に対する多マグローラ装荷方式の適用によって（例えばドナーローラ１本当たり２個以上の装荷ニップ１３２を介した装荷によって）、所要再装荷量をより低いマグローラ回転速度で達成できるようにしたためである。マグローラ回転速度が低ければ現像材１６６はあまり損傷を受けず長持ちする。また、ドナーローラ回転方向やマグローラ回転速度を図示の如く設定したことも、再装荷量の確保・向上、現像材１６６の延命、モトル防止等の諸課題を達成するのに役立っている。

特に、従来マグローラ１１４が担っていた対ドナーローラ装荷機能から現像材ピックアップ機能及びトリミング機能を分離させ、それを担うトリムローラ１１２を設けているため、現像材損傷が更に抑えられている。即ち、現像ユニットハウジング内における現像材損傷はその大部分が装荷領域及びトリミング領域で生じるものであり、またハウジング内弾性エネルギ分布シミュレーション等によればピックアップ領域及びトリミング領域は現像材１６６にとって高ストレスな領域であり、そして現像材損傷速度はピックアップ領域及びトリミング領域におけるマグローラ速度に比例している。従って、トナー移送機能をマグローラ１１４、１１６及び１１８に、ピックアップやトリミングの機能をトリムローラ１１２にそれぞれ担わせ、後者を前者より低速で回転させることで、現像材損傷速度を下げることができる。

これは、トナー移送用のマグローラ１１４、１１６及び１１８の回転速度を装荷ニップ１３２へのトナー送給に適した速度にしつつ、現像材１６６のピックアップ及びトリミングに関わるトリミングローラ１１２の回転速度を従来の（高速回転しつつピックアップ及びトリミングを行う）マグローラ１１４に比べかなり低速にすることができるためである。これによって、現像材損傷速度がかなり下がり、現像材１６６がより長持ちすることとなる。また、複数本のマグローラ１１４、１１６及び１１８を用い、またドナーローラ１本当たり２個の装荷ニップ１３２及び１３６を介しドナーローラ１２２及び１２４への装荷を行っているため、マグローラ速度が低くても十分な再装荷量を確保できる。更に、こうした構成の下では、モトルの発生が少なくなるようマグローラ回転方向対ドナーローラ回転方向の関係及びドナーローラ回転方向対光導電ベルト移動方向の関係を設定しても、再装荷量はさして減らない。このように、トリムローラ１１２を設けて多マグローラ装荷方式を実施することにより、現像材損傷の問題をドナーローラに対するトナー装荷とは分離して処理することが可能になり、またトリムブレード１２６をオーバハンドタイプにして相応の効果を挙げることができる。そして、トリムローラ１１２の回転速度は、現像材加齢、トナー加齢、環境、画像コンテンツ等の要因又はその任意の組合せに従い調整することができ、また従来公知のインライン又はオフラインセンサによる画質計測結果に基づき調整することもできる。

トリムローラ１１２上における質量流量とマグローラ１１４、１１６及び１１８上における質量流量は、次の式
Ｕ_trimRollＭＯＲ_trimRoll＝Ｕ_magRollＭＯＲ_magRoll
によって結ばれる。この式中のＵ_trimRollはトリムローラ１１２の速度、ＭＯＲ_trimRollはトリムローラ１１２上における単位面積当たり現像材質量（現像材面密度）、Ｕ_magRollはマグローラ１１４、１１６及び１１８の速度、ＭＯＲ_magRollはマグローラ１１４、１１６及び１１８上における現像材面密度である。これらの量のうちマグローラ側現像材面密度ＭＯＲ_magRollを大きくすると、現像材１６６が高凝集状態で装荷ニップ１３２に入ることとなるため再装荷量が増す。逆に、マグローラ側現像材面密度ＭＯＲ_magRollを小さくすると、現像材１６６が低凝集状態で装荷ニップ１３２に入ることとなるため、ドナーローラ１２２及び１２４上により均一なトナー層が形成され、その結果印刷物上におけるモトルの発生が減る。また、トリムローラ側現像材面密度ＭＯＲ_trimRollはトリムローラ１１２とトリムブレード１２６の先端との間隔により設定される量である。現像材加齢、トナー加齢、湿気等が原因で現像材凝集度が低下するとそれに伴いトリムローラ側現像材面密度ＭＯＲ_trimRollが変化することがあるが、マグローラ速度Ｕ_magRollに対するトリムローラ速度Ｕ_trimRollの差分を調整することで、現像材加齢、トナー加齢、環境等といったマシンノイズに抗してトリムローラ側現像材面密度ＭＯＲ_trimRollを均一に保持することができる。更に、画像コンテンツやユーザ設定に従いトリムローラ速度Ｕ_trimRollを調整、制御することによって、例えば、再装荷量を多めにして（マグローラ側現像材面密度ＭＯＲ_magRollを大きくして）印刷を行うか、それともモトル抑制を優先して（マグローラ側現像材面密度ＭＯＲ_magRollを小さくして）印刷を行うか、といった印刷画質／印刷機能チューニングを実現できる。

図６に、本実施形態に係る現像ユニット乃至システムの動作手順、即ち１本又は複数本のドナーローラにトナーを装荷する方法を、フローチャートにより示す。図中、ステップＳ１００ではリザーバ１６４からトリムローラ１１２に現像材１６６を引き渡し、ステップＳ２００ではトリムローラ１１２上の現像材１６６をトリミングし、ステップＳ３００ではトリムローラ１１２から回転する第１マグローラ１１４に現像材１６６を引き渡し、ステップＳ４００では第１マグローラ１１４から回転する第１ドナーローラ１２２にトナーを引き渡し、ステップＳ５００では第１マグローラ１１４から第２マグローラ１６６に現像材１６６を引き渡し、ステップＳ６００では第２マグローラ１１６から第１ドナーローラ１２２にトナーを引き渡す。複数本のドナーローラに装荷する場合は、更に、ステップＳ７００にて第２マグローラ１１６から回転する第２ドナーローラ１２４にトナーを引き渡す。そして、ステップＳ８００にて第２マグローラ１１６から回転する第３マグローラ１１８に現像材１６６を引き渡し、ステップＳ９００にて第３マグローラ１１８から第２ドナーローラ１２４にトナーを引き渡すようにしてもよい。

図７に、本発明の第２実施形態に係り図３に示した装置１０４にて使用できる現像システム乃至ユニット、特にシステム内に１本又は複数本あるドナーローラにトナーを装荷する装置の構成を示す。本ユニットでも、そのハウジング即ち現像ユニットハウジング内に現像材１６６用のリザーバ１６４が形成されており、可動な光導電ベルト１１０上に現像ニップ１３８を介してトナーを送り込む回転ローラたる第１ドナーローラ１２２を使用している。また、図５のそれと同様、トリムローラ１１２はリザーバ１６４から現像材１６６を受け取り第１マグローラ１１４に現像材１６６を引き渡す回転ローラであり、第１マグローラ１１４は第１ドナーローラ１２２にトナーを引き渡す回転ローラである。第２マグローラ１１６は、引渡ニップ１３４を介し第１マグローラ１１４から現像材１６６を受け取り引渡ニップ１３４を介し第３マグローラ１１８に現像材を引き渡す回転ローラであるが、先の実施形態と違い、ニップ１３６を降荷ニップとして使用しその降荷ニップ１３６を介し第１ドナーローラ１２２上のトナーを除去、清掃している。また、本ユニットにも、装荷ニップ１３２を介し第３マグローラ１１８からトナーを受け取り現像ニップ１３８を介し光導電ベルト１１０上にトナーを送り込む回転ローラ、即ち第２ドナーローラ１２４を設けることができる。第２ドナーローラ１２４は、降荷ニップ１３６を介し第２マグローラ１１６にトナーを引き渡す。従って、本実施形態では、ドナーローラ１２２及び１２４が第２マグローラ１１６によって清掃されることとなる。

更に、本実施形態では、光導電ベルト１１０の進行方向Ａに対し第１ドナーローラ１２２の回転方向Ｂが同方向（セイム）、第２ドナーローラ１２４の回転方向Ｃが逆方向（オポジット）であり、第１マグローラ１１４の回転方向Ｄ及び第２マグローラ１１６の回転方向Ｅに対し第１ドナーローラ１２２の回転方向Ｂが逆らう方向（アゲンスト）であり、第２ドナーローラ１２４の回転方向Ｃが第２マグローラ１１６の回転方向Ｅ及び第３マグローラ１１８の回転方向Ｆに対し逆らわない方向（ウィズ）である。

このように、図７に示す実施形態では、一番上に位置する第１マグローラ１１４及び一番下に位置する第３マグローラ１１８によってドナーローラ１２２及び１２４にトナーを装荷しつつ、中程に位置する第２マグローラ１１６によってドナーローラ１２２及び１２４からトナーを降荷している。このように動作させるには、それら３本のマグローラ１１４、１１６及び１１８に対し別々にバイアスを印加する必要がある。即ち、第１マグローラ１１４及び第３マグローラ１１８は現像モードで動作するようバイアスし、第２マグローラ１１６は清掃モードで動作するようバイアスする必要がある。また、各マグローラを別々にバイアスするには、現像材１６６として半導体性又は絶縁性のものを使用する必要があろう。本実施形態によれば、再装荷不足という問題をなくし又はほぼ抑えることができる。更に、マグローラ回転速度や現像ニップパラメタ（例えば対ドナーローラ間隔）を調整することによって、モトルの発生を減らし且つ現像材１６６を長持ちさせることができる。

とりわけ、ドナーローラを用いる電子写真現像システムでは、当該システムを低スループット又は０スループットで稼働させると、静電吸着力が強まってローラからのトナー除去が困難になることがある。こうしたシステムにて印刷画質を確保するには、図７に実施形態として示したシステム構成下で逆方向付勢式ドナーローラ清掃サイクルを実行するのが有益である。即ち、図７に示した第２マグローラ１１６で、ドナーローラ１２２及び１２４上のトナーを第２マグローラ１１６方向に追いやること（逆方向付勢すること）により、ドナーローラ１２２及び１２４を全面的に又は部分的に清掃することができる。

従来技術に係る無攪乱現像システムの構成を示す縦断面図である。その詳細構成及び動作を示す模式的縦断面図である。本発明に係る無攪乱現像システムの実施に適したマーキング装置の一例を示す模式的立面図である。その機能構成の一例を示すブロック図である。本発明の第１実施形態に係る無攪乱現像システムの詳細構成及び動作を示す模式的縦断面図である。その動作手順の一例を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る無攪乱現像システムの詳細構成及び動作を示す模式的縦断面図である。

符号の説明

１６，１８，２０，２２，２４画像記録ステーション、３０，３６，４２，４８，５４現像ユニット、１０４ＩＯＩマーキング装置（片面多色印刷機）、１１０光導電ベルト（光導電部材）、１１２トリムローラ、１１４，１１６，１１８マグローラ（磁気ブラシローラ）、１２２，１２４ドナーローラ、１２６トリムブレード、１３２装荷ニップ、１３４引渡ニップ、１３６装荷／降荷ニップ、１３８現像ニップ、１６４リザーバ、１６６現像材、Ｓ１００ピックアップステップ、Ｓ３００トリム・マグ間引渡ステップ、Ｓ４００，Ｓ６００，Ｓ７００，Ｓ９００マグ・ドナー間引渡ステップ、Ｓ５００，Ｓ８００マグ・マグ間引渡ステップ。

Claims

現像ユニットを構成する１本又は複数本の回転するドナーローラに、可動な光導電部材上に送り込むべきトナーを装荷する装置であって、
ハウジング内に設けられた現像材用のリザーバと、複数本の回転するローラと、を備え、
上記回転するローラとして、リザーバから現像材を受け取るトリムローラと、トリムローラから現像材を受け取る第１磁気ブラシローラと、第１磁気ブラシローラの回転軸より低い位置に回転軸があり第１磁気ブラシローラから現像材を受け取る第２磁気ブラシローラと、を有し、
第１及び第２磁気ブラシローラが、受け取った現像材中のトナーをドナーローラに引き渡し、上記トリムローラは上記第１及び第２磁気ブラシローラより低速で回転する、装置。
現像ユニットを構成する１本又は複数本の回転するドナーローラにトナーを装荷する方法であって、
リザーバからトリムローラに現像材を引き渡すステップと、
上記トリムローラより高速で回転する第１磁気ブラシローラに上記トリムローラから現像材を引き渡すステップと、
第１磁気ブラシローラからドナーローラにトナーを引き渡すステップと、
第１磁気ブラシローラからより低い位置に回転軸がある第２磁気ブラシローラに現像材を引き渡すステップと、
第２磁気ブラシローラからドナーローラにトナーを引き渡すステップと、
を有する方法。
現像ユニット内に設けられた複数本の回転するドナーローラに、可動な光導電部材上に送り込むべきトナーを装荷する装置であって、
ハウジング内に設けられた現像材用のリザーバと、複数本の回転するローラと、を備え、
上記回転するローラとして、リザーバから現像材を受け取るトリムローラと、トリムローラから現像材を受け取る第１磁気ブラシローラと、第１磁気ブラシローラから現像材を受け取る第２磁気ブラシローラと、第２磁気ブラシローラから現像材を受け取る第３磁気ブラシローラと、を有し、
上記複数本のドナーローラに含まれる第１及び第２ドナーローラのうち、第１ドナーローラには第１磁気ブラシローラが、第１ドナーローラの回転軸より低い位置に回転軸がある第２ドナーローラには第３磁気ブラシローラが、それぞれ現像材中のトナーを引き渡し、
第２磁気ブラシローラが第１及び第２ドナーローラ上の余分なトナーを除去する装置。