JPH02191974A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、現像装置に係り、特に非磁性−成分現像剤を
用いた現像装置に関する。

気ブラシ現像法が代表的なものとして知られているが、
最近、磁性トナーを用いた一成分現像法がさかんに用い
られるようになってきた。この現像方式は、二成分現像
法　　　　　　−゛　　°と比べて、現像剤の寿命劣化
がなく、メンテナンスフリーといった利点がある一方、
トナー層の均一シミリ、レーザプリンタといった分野で
のカラー化の動向に対処することは難しい。

また大面積の高濃度画像を出力する際には現像剤担持体
表面のトナーが大量に消費されるため、現像剤を効率良
く供給することが重要となる。この要求はトナー粒子を
運ぶキャリアを用いない一成分現像装置において特に強
く望まれる。

従来より、現像剤担持体に現像剤供給部材を近接もしく
は接触配置することは知られているが（特開昭５３−３
５５５０　、特開昭５８−９８７６２等）、　これらの
公知例においては供給部材をゴムもしくはブラシによっ
て構成している。ゴム弾性体は一般に発砲体にくらべて
硬度が高く、表面の滑り性も悪いため、担持体に近接も
しくは接触配置して使用しようとすると、各々の駆動力
が増し、実用上好ましくない。また、トナー搬送能カも
必ずしも十分とは言えない。一方、ブラシ体はトナー搬
送・供給能はすぐれているが、ブラシ繊維の抜けや切断
、もしくは倒毛等によって画像に問題を生じ易いこと、
長期間の使用においては、繊維の間にトナーが詰まりブ
ラシ自体が固化してしまうという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明はこれら事情に対処してなされたもので、現像剤
担持体上に良好に均一な現像剤薄層を形成できる現像剤
供給部材を有する現像装置を提供することを目的とする
。

〔発明の概要〕

本発明は、静電潜像保持部材に対向配置された現像剤担
持体と、前記現像剤担持体表面に現像剤を供給する現像
剤供給部材とを有する現像装置において、前記現像剤供
給部材を発砲弾性体より構成したことを特徴とする現像
装置である。

第１図は、本発明の一例を示す構成図である。

感光ドラム■［静電潜像保持部材］に対向して、現像ロ
ーラ■［現像剤担持体コが配置されている。

さらに、感光ドラム■と現像ローラ■との間にはワイヤ
に）が存在している。上記現像ローラ■のまわりには供
給ローラ０とクリーニングローラ■とが配置され、それ
ぞれ均一薄層のトナー供給と、次回のためのトナー層の
クリーニングを行っている。

供給ローラ■［現像剤供給部材コは多孔質を有するスポ
ンジローラ（発砲弾性体）であり・、これがトナーポツ
パー（１２）内で回転することにより、摩擦帯電により
荷電されたトナーが適正量だけ多孔質によって搬送され
る。トナーとして非磁性トナーを用いる時は特に搬送力
として、この多孔質が有用な役目をしている。さらに、
規制ローラ０により所望のトナー薄層が得られる。

この時、規制ローラ０とスポンジローラ０との接触は適
度な弾性をスポンジローラ０が有しているため、トナー
層の部分的な同化、すなわちブロック化といった問題は
生じず、きわめて良好な均一薄層が可能となった。

このスポンジローラ、すなわち発砲弾性体からなる現像
剤供給部材によれば、第１に極めて低硬度の供給部材を
得ることができるため各部材の駆動に重大な影響を与え
ることなく良好なトナー供給が得られる。第２に、表面
に発砲セルが存在するためこれによって確実にトナーを
搬送することができ、ブラシ体と同等以上のトナー供給
能が得られる。第３に、一般にスポンジと呼ばれる発砲
体においては発砲セル間に皮膜が存在するため、発砲体
の内部にまでトナーが入り込むことが少なく、長期間の
使用においても発砲体が固化することが無い。これらの
特長により、良好なトナー供給能が維持される。

このように十分な帯電量を持った均一薄層のトナー層が
現像ローラ■と接触し、現像ローラ■とスポンジローラ
（ハ）との間の電界により、所望の厚みのトナー層のみ
が現像ローラ■へ遷移し、現像に供される。

一方、残留したトナー層は、回収ローラ■によって回収
が行われ、スポンジローラ表面は初期状態に戻る。現像
ローラ■に形成された均一薄層は。

感光ドラム■と対応する位置まで搬送され、ワイヤに）
−現像ロー９０間の電界の力を受けて感光ドラム■へ向
かって、飛翔を開始し、現像が行われる。

現像ローラ■及びワイヤ（イ）にはそれぞれ交流電圧■
、　（１０）が印加されている。この結果潜像電位と独
立にトナークラウド状態をワイヤ（イ）付近に形成する
。次に、このトナークラウドが潜像電位に引かれて、現
像が行われる。このように、ワイヤ０）を現像ローラ■
と感光ドラム（１）間に配置することにより、非接触現
像が現像ローラ■と感光ドラム■とのギャップが比較的
大きくても（〜１ｒ＠）可能となる。

現像ローラの構成を図２に示す。鏡面仕上げを施したｉ
ローラ（２１）上に絶縁皮膜（２２）のクリーニングは
、導電ゴムローラがら成るクリーニングローラ■により
行う。

クリーニングローラ（３）は接地されているので、絶縁
皮膜（２２）上の電荷はアースへ消失する。このように
して、絶縁皮膜（２２）の表面は絶えず初期状態を保持
することが可能であり、繰り返し使用に堪えうる。

以上のように、非接触状態で現像されたトナー像は５通
常の電子写真プロセスにより記録紙へ転写され、一方、
感光ドラムは繰り返し使用のためにクリーニングステー
ションに入る。

この様な第１図に係る現像装置では、感光ドラム■とト
ナーとが、非接触状態であり、かつ感光ドラム■と現像
ローラ■との間にグリッドに相当するワイヤ（イ）が配
置されているため、ギャップの許容範囲が広くなり装置
設計及び製作が非常に容易となった。また、現像済の画
像を乱さない現像法であるので、カラープロセスにおい
て、絶えず安定したカラー画質を保持できる。

現像ローラ■へのトナー供給をスポンジローラ０で行う
ことにより、摩擦帯電により荷電されたトナーの適正量
が多孔質により搬送される。さらに、スポンジローラ（
ハ）の弾性力により、トナーのブロックは生じず、きわ
めて、均一なトナー薄層が安定して得られた。

また、ワイヤに絶縁コートを施すことにより、ワイヤに
付着したトナーがワイヤから電荷注入を受けて、帯電量
及び帯電極性が変化することが防止でき、よりカブリの
ない安定した画質が得られた。

〔発明の実施例〕

ＡＱローラ（３２φ）に２０４厚のマイラをシュリンク
したものを現像ローラ■とし、これと対向して、１ｍｍ
の距離にＳｓ感光ドラム（１３０φ）を配置し、現像ロ
ーラ■とＳｅ感光ドラム■との間に、ワイヤ（イ）（１
００，φ、数ｐ厚のテフロンコートを施す）を１膣間隔
で２０本張る。ワイヤ（イ）と現像ローラ■との距離は
４００．である。

この現像ローラ■へのトナー供給は、トナー供給部材■
をスポンジローラ（２０φ）として、ｖ、＝１８００ｓ
ｉｎωｔ＋７５０（Ｖ）　（ω＝　２　πｆ　、　ｆ　
＝　１にＨｚ）（１１）の電圧を印加する。トナーホッ
パ（１２）中のトナーは、帯電手段であるファブラシ■
により正極性に帯電され、スポンジローラ■の孔により
搬送され、ゴムローラ（１０φ）■により層厚を規制さ
れる。

厚みを規制されたトナー層は、現像ローラ■と接触する
位置まで搬送され、現像ローラ（２）とスポンジローラ
■との電界で現像ローラ■にトナーが付着する。現像ロ
ーラ■にはＶ、　＝　１８００ｓｉｎωｔ＋５５０（Ｖ
）（９）が印加されている。上記の電界で現像ローラ■
に付着しえなかったトナーは、回収ローラ■であるゴム
ローラ（１０φ）で機械的にはぎ取られ、トナーホッパ
（１２）内に戻される。

一方、現像ローラ■に付着したトナーは、現像領域に入
るとワイヤ（イ）と現像ロー５０間に電界により、飛翔
を開始し、ワイヤ（へ）近傍にトナークラウドを形成す
る。ワイヤ（イ）にはＶ２＝　８００ｓｉｎωｔ＋３５
０（Ｖ）（１０）が印加されている。このトナークラウ
ドは、潜像電位が＋１５０Ｖである画像部に引かれて現
像が行われる。非画像部の潜像電位は＋６００Ｖであっ
た。一方、現像ローラ■に残留したトナーは、接地され
たクリーニングローラ（３）（１０φの導電ゴムローラ
）により、かき取られかつ、現像ローラ■表面上の電位
を零として、次回の工程に備える。

このように、本発明の現像装置では、感光ドラれたため
、絶えず安定した鮮明な画像が可能となった・ 以上、この発明の実施例について説明したが、この実施
例の特徴は１次のようである。

■トナーに電荷を与える帯電手段と、現像ローラへの塗
布手段とを別々に設けている。

■非磁性トナーを用いている。

■供給ローラは、現像ローラに接触して設けても非接触
で設けても良い。但し、後者の場合には、供給ローラと
現像ローラとの間に電界を印加することが必要である。

■供給ローラは、搬送という点からすると、多孔性であ
ることが要求される。

■更に、供給ローラが弾性を有すると、振動に強く、現
像ローラとの接触面積が大きくなり、トナー塗布が安定
する。

次に、トナーの飛翔に関する一実施例を図面に従って説
明する。

この実施例での現像装置は、第３図に示されるように、
現像ローラ（３１）と、ワイヤ一部（３３）と、感光ド
ラム（３５）とから成る。

現像ローラ（３１）は導電性材料、例えばアルミニウム
から成り、直径３２ｍｍ、周面を絶縁性物質、例えばテ
フロンで被覆している。

この現像ローラ（３１）には、第１の電源（３７）から
電圧Ｖ工が供給されている。この第１の電源（３７）は
、第１の交流電源（３９）　（この出力をｖ１□とする
。）及び第１の直流電源（４１）（この出力をＶｌ２と
する。）とから成る。

ｖｌは Ｖ、＝Ｖ、□＋’ｈ２ である、この実施例ではＶｌ、＝１８００Ｘｓｉｎωｔ
（Ｖ）。

Ｖｌ、　＝　１５０（Ｖ）とした。

次に、ワイヤ一部（３３）は、直径１００−のタングス
テンから成り、電気的に連続している。すなわち、第１
図では、ワイヤ一部（３３）の断面図が示されており、
現像ローラ（３１）の局面に対向して、タングステンの
ワイヤーが１ｒ１１ｍの間隔で２０本張られている。

このワイヤ一部（３３）には、第２の電ｇ　（３３）か
ら電圧ｖ２が供給される。この第２の電源（３３）は、
第２の交流電源（この出力をＶａｔとする。）（３５）
及び第２の直流電源（この出力をＶ２２とする。）　（
３７）からなる。

■２は、 Ｖｚ＝Ｖｚｘ＋Ｖｚｚ と表わされる。この実施例ではＶ２１＝　８００　Ｘ　
ｓｉｎωｔ（Ｖ）、　Ｖ２．＝２５０（Ｖ）とした。

次に、感光体（３５）は、公知のようにその周面に静電
潜像が保持されている。すなわち、電荷の分布パターン
が形成されている。この実施例では、画像部の電位を６
００Ｖ、非画像部の電位を１００ｖと設定した。この感
光体（３５）は、現像ローラ（３１）と、略１１！！１
１の距離を以って配置される。この距離は、構造上及び
画像形成上、好ましい値である。

このような条件の下で、本発明者等は、まず、前述の電
圧ｖ１□、■２１の角周波数ω（又は周期Ｔ）を変化さ
せ、画像濃度及びかぶりを測定した。

ここで画像濃度とは、光を照射し、その反射光を測定し
て求められる。但し、評価する際には、入射光強度を反
射光強度で除し、対数をとった数値で行う。この時の数
値は、１．０以上が好ましい。

又、かぶりとは、よく知られているように、非画像部で
あるにもかかわらず、トナーが付着してしまった領域で
ある。このかぶりの評価も、入射光強度を反射光強度で
除し、対数をとった数値で行う。この時の数値は０．４
程度であると、かなりひどいかぶりであり、黒い画像に
より近くなる。

このような２つの量で現像を評価すると、測定結果は、
第４図に示されるようになった。

この第４図からもわかるように、画像濃度が充分大きく
、かぶりが少ないという条件を満たす周期Ｔは、３００
乃至６００（ｐ　５ｅｃ）である。

次に１周期Ｔを３００≦Ｔ≦６００（ｐ　５ｅｅ）と設
定し、画像の解像度パターンを測定した。すなわち、静
電潜像を３．２本／ｌ１ｍ１及び４本／ｍの密度で５本
の線を形成し、前述の装置構成により、現像をし、記録
紙上での像をマイクロデンジメータにより測定した。

測定結果の概略を述べると、５本の線のうち、外側の２
本の濃度が低くなることに特徴がある。

そこで、現像の忠実度を評価するために、５本の線のう
ち中央部の３本の平均濃度Ｄ□と端の２本の線の平均濃
度りよとの比、すなわち、Ｄ２／Ｄ１を現像の忠実度り
と定義する。このＤが１に近いほど忠実度が高い。

このような量を用いて実験結果を示したのが第５図であ
る。この図かられかるように、交流周期Ｔが６００μＳ
ｅｅ以上のとき現像の忠実度が満足いく値となっている
。

ここで、注意すべきは、電圧の交流周期Ｔが。

トナーに印加する交番電界の周期となっていることであ
る。

次に１本発明者等は、実験結果を評価するために、トナ
ーの飛翔速度についてシュミレーションを行った。この
ときのトナーの運動方程式は、である。但し、トナーの
粒径を２ｒ、質量ｍ、電荷ｑ、空気の粘性係数をη、ト
ナーに作用する電界（現像ローラ（３１）から感光体（
３５）方向の電界）をＥｘとする。

ここで、Ｅｘを解析的に求めることが非常に困難である
ので、数値解析により、トナーの飛翔連動を求める。

まず、電位分布を求める。そのために、現像ローラ（３
１）、感光体（３５）及びワイヤ一部（３３）での境界
値を満足する点電荷及び双極子の分布をネガ求める。

次に、これらによる電位と、現像ローラ及び感光体間の
平行電界に基づく電位を合わせて、任意の位置を求めた
。その結果を示すと、 となる。ココで、Ｕ　（ｘ　ｖ　ｙ　）は、座Ｉｉｌ　
Ｃｘｔ　ｙ）での電位分布であり、Ｄつ、Ｄｙは、ｘ、
ｙ方向での空間のきざみである。ここではそれぞれ１０
．と設定した。更に、計算の時間ステップは５μｓｅｃ
とした。

この結果を第６図、第７図に示す。第６図は、電圧の周
期、すなわち、交流電界の周期を横軸にとり、感光体（
３５）へのトナー到達時間Ｔａ及び感光体（３５）への
到達時のトナー速度Ｖａを示したものである。

この結果かられかるように７００μｓｅｃ程度の交流周
期であると、感光体（３５）に到達する際の、トナーの
速度は略零である。トナーが１　ｍ　／　ｓｅｃ以上の
速度で感光体（３５）に到達すると、トナーは飛散して
しまう。好ましいのは、０．１ｍ／ｓｅｃ以下である。

次に、第７図には、交流電界周期を横軸にとり、縦軸に
はトナー速度ＵＸの極小値が実現された場所（現像ロー
ラ（３１）から、現像ローラ（３１）と感光体（３５）
間の距離の８０％程度の位置が好ましい、）と、その時
の極小値とが示されている。

この結果かられかるように６００乃至７００μｓｅｃ程
度の交流周期であると、トナーは速度が極小値となった
状態で感光体近傍に接近する。しかも、前述の実験から
、６００乃至７００μＳｅｃの時の現像の忠実度も良好
であった。

以上から、トナーは、交流電界中を加速減速を繰り返し
ながら感光体に到達するが、感光体上に速度略零で到達
する（これをソフトランディングと呼ぶ）ことが非接触
現像法（どんな非接触現像法でも構わない。）（交流電
界周期Ｔは、諸条件により変化するが前述の式から理論
的に求まる。）にとって非常に重要であることが結論さ
れる。言い換えると、トナーが感光体（３５）上の電荷
パターンを確実に感じることができれば現像は忠実に行
なわれ、画質が高いものとなる。

また第８図に異なる方式の例を示す、現像剤担持体（１
０１）の表面には規制部材（１０６）によって現像剤の
薄層（１０７）が形成され、静電潜像保持体（１０ｇ）
へ送られる。ここでは、現像剤担持体（１０１）を弾性
ローラとし、これを潜像保持体（１０８）に押圧する場
合について説明するが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、硬質の担持体（１０１）を用い周知の非接触
現像法によって現像する場合等にも適用できることはも
ちろんである。また現像剤としては周知の２成分系、−
成分磁性系もしくは一成分非磁性系の何れを用いても良
いが、ここでは−成分非磁性現像剤（以下、トナーと呼
ぶ）を用いる場合について例示する。

現像剤供給部材（ｉｏｓ）は、ウレタン系もしくはシリ
コン系もしくはＮＢＲ系もしくはエチレンプロピレン系
、もしくはＣＲ系の発砲弾性体により構成されたローラ
であり、その外径は１０〜３０ｍｍ、シャフト径は４〜
２０ＩｌＩ１１である。上記発砲体にカーボン等の導電
性微粒子を含浸もしくは混入し、　１０Ω・備ないし１
０’Ω・国の範囲の導電性を付与すると、過剰に帯電し
たトナーの電荷の一部を除去する効果や、電界によるト
ナー供給能の改良といった効果が得られる。この場合に
は、供給部材（１０５）を電源に接続し、現像剤担持体
（１０１）と同電位、もしくは異なる電位に維持するこ
とが好ましい０発砲セル数は、１０個／２５＋ａｍない
し２００個／２５騙の範囲が好ましい、この範囲を外れ
ると、トナ−搬送能が低下したり、硬度が過剰に増した
りする為、好ましくない。

供給部材（１０５）は、担持体（１０１）に対し接触深
さ以下となる様近接配置される。また、接近位置におけ
る両者の移動の向きは、同方向、逆方向のいずれでも良
いが、逆方向とする方が供給能を確保する上で好ましい
場合が多い。この実施例では、担持体（１０１）を３０
ｍｍ　／　ｓｅｃ〜２００ｍｍ　／　ｓｅｅ、供給部材
（１０５）をその約１／２の速度で逆方向に回転させた
。

担持体（１０１）と供給部材（１０５）の電位はともに
一２００Ｖとしたが、担持体（ｔｏｉ）の表面が誘電体
で構成されている場合には両者間に電位差を設けても良
い。

以上の構成により、長期のライニングテストを行なった
ところ、発砲体の固化や特性の劣下は認められず、極め
て良好なトナー供給能が維持された。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、現像剤供給部材を発砲弾性体とする
ことにより、極めて良好なトナー供給を実現でき、優れ
た現像装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は供給ローラの一実施例を示す構成図、第２図は
現像ローラの構成図、第３図はトナーの飛翔に関する一
実施例を説明するための構成図、第４図及び第５図は第
３図に示される装置における実験結果を示し、第呼図は
電界の周波数に対する画像濃度（・黒丸で示す、）及び
かぶり濃度（０白丸で示す、）を示す図、第５図は画像
の忠実度を示す図、第６図及び第７図はシュミレーショ
ンの結果を示し、第６図は電界の周波数に対するトナー
の感光体への到達時間（白丸で示す）及び到達時の速度
（黒丸で示す６）を示す図、第７図はトナーの速度の極
小値を支える位置（白丸で示す）及びその極小値（黒丸
で示す、）を示す図、第８図は他の実施例を示す構成図
である。 １・・・感光ドラム、　　　　　２・・・現像ローラ、
３・・・クリーニングローラ、４・・・ワイヤ、訃・・
供給ローラ、　　　　　６・・・規制ローラ、７・・・
回収ローラ、　　　　　８・・・帯電手段、９．１０．
１１・・・電源、　　　１２・・・トナーホッパー２１
・・・金属ローラ、　　　　　２２・・・絶縁コート材
。 １０１・・・現像剤担持体、　　１０５・・・現像剤供
給部材、１０６・・・トナー層厚規制部材。 １０７・・・トナー薄層、　　　１０８・・・静電潜像
保持体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）静電潜像保持部材に対向配置された現像剤担持体
   と、前記現像剤担持体表面に現像剤を供給する現像剤供
   給部材とを有する現像装置において、前記現像剤供給部
   材を発砲弾性体より構成したことを特徴とする現像装置
   。