JPH0616210B2

JPH0616210B2 - 現像装置

Info

Publication number: JPH0616210B2
Application number: JP1288755A
Authority: JP
Inventors: 等米田; 昌文森
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-11-08
Filing date: 1989-11-08
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPH02191974A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の属する技術分野〕本発明は一成分非磁性現像剤を用いた現像装置に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

電子写真プロセスにおける現像法としては、二成分磁気
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、トナー層の均一薄層化及び
搬送を磁気力で行っているため、磁性トナーを用いる必
要があり、トナーの着色は困難である。従って、今後Ｐ
ＰＣ、ファクシミリ、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53−3555
0，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泡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、トナー搬送能力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され、回転しながら
前記静電潜像保持部材に一成分非磁性現像剤を供給する
現像剤担持体と、回転しながら前記現像剤担持体に一成
分非磁性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前記現像剤担持
体に多孔質表面が直接接触する発泡弾性体により構成
し、前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材の回転方向
が同一方向であることを特徴とする現像装置である。

非磁性現像剤を用いる場合は、磁性現像剤の場合とは異
なり、磁力を用いることができないので、現像剤の供給
が非常に困難であり、全く異なるタイプの現像装置にな
る。本願発明は、現像剤供給部材を発泡弾性体により構
成し、現像剤担持体と前記現像剤供給部材の回転方向が
同一方向となるように構成することで、現像剤担持体表
面に均一に非磁性現像剤薄層を形成することができ、結
果として良好な現像を実現することができるものであ
る。

現像剤担持体と記現像剤供給部材の回転方向が同一方向
となるように構成することで、非磁性現像剤は擦りつけ
られる状態で現像剤担持体に移行する。現像剤担持体と
記現像剤供給部材の接触領域に進入した現像剤は、回
転，摩擦が生じることになり、帯電量が増加する。この
効果は現像剤粒径が微細になり、現像剤担持体と記現像
剤供給部材の接触領域に進入する現像剤が複数層重なっ
た場合などに特に顕著となる。一方、逆方向に回転して
いる場合は、現像剤担持体と記現像剤供給部材の接触領
域に進入する現像剤では回転，摩擦が生じることはほと
んどない。従って、現像剤担持体表面に形成される現像
剤の帯電状態，膜厚の均一性などに顕著な差が生じるこ
とになる。これは磁力を搬送に用いる磁性現像剤の場合
では生じ得ないものであり、静電気力を搬送に用いる非
磁性現像剤特有のものである。

本願発明では、強制的に擦りつけるような形で現像剤が
現像剤供給部材と現像剤担持体の接触部分に供給される
ことになるので、帯電を良好にし、かつ十分な現像剤を
供給するためには、現像剤供給部材を発泡弾性体で構成
する必要がある。

第１図は、本発明の一例を示す構成図である。感光ドラ
ム(1)［静電潜像保持部材］に対向して、現像ローラ(2)
［現像剤担持体］が配置されている。さらに、感光ドラ
ム(1)と現像ローラ(2)との間にはワイヤ(4)が存在して
いる。上記現像ローラ(2)のまわりには供給ローラ(5)と
クリーニングローラ(3)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(5)［現像剤供給部材］は多孔質を有するス
ポンジローラ（発泡弾性体）であり、これがトナーポッ
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(6)により所望のトナー薄層が得られる。

この時、規制ローラ(6)とスポンジローラ(5)との接触は
適度な弾性をスポンジローラ(5)が有しているため、ト
ナー層の部分的な固化、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、すなわち発泡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
に発泡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泡
体においては発泡セル間に皮膜が存在するため、発泡体
の内部にまでトナーが入り込むことが少なく、長期間の
使用においても発泡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(2)と接触し、現像ローラ(2)とスポンジロー
ラ(5)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(2)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(7)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(2)に形成された均一薄層は、感光ドラム(1)と
対応する位置まで搬送され、ワイヤ(4)−現像ローラ(2)
間の電界の力を受けて感光ドラム(1)へ向かって、飛翔
を開始し、現像が行われる。

現像ローラ(2)及びワイヤ(4)にはそれぞれ交流電圧
(9)，(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(4)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(4)を現像ローラ(2)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(2)と感光ドラム(1)とのギャップが比較的大き
くても（〜１mm）可能となる。

現像ローラの構成を図２に示す。鏡面仕上げを施してAl
ローラ(21)上に絶縁皮膜(22)のクリーニングは、導電ゴ
ムローラから成るクリーニングローラ(3)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、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(1)と
トナーとが、非接触状態であり、かつ感光ドラム(1)と
現像ローラ(2)との間にグリッドに相当するワイヤ(4)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(2)へのトナー供給をスポンジローラ(5)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
(5)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〕

Alローラ（32φ）に20μｍ厚のマイラをシュリンクした
ものを現像ローラ(2)とし、これと対向して、１mmの距
離にSe感光ドラム(130φ) を配置し、現像ローラ(2)とS
e感光ドラム(1)との間に、ワイヤ(4)(100μｍφ，数μ
ｍ厚のテフロンコートを施す) を１mm間隔で20本張る。
ワイヤ(4)と現像ローラ(2)との距離は400μｍである。

この現像ローラ(2)へのトナー供給は、トナー供給部材
(5)をスポンジローラ（20φ）として、V₃＝1800sinωｔ
＋750(Ｖ)(ω＝２πｆ．ｆ＝１KHz)(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(8)により正極性に帯電され、スポンジローラ
(5)の孔により搬送され、ゴムローラ（10φ）(6)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(2)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
(5)との電界で現像ローラ(2)にトナーが付着する。現像
ローラ(2)には V₁＝1800sinωｔ＋550(V)(9)が印加され
ている。上記の電界で現像ローラ(2)に付着しえなかっ
たトナーは、回収ローラ(7)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(2)に付着したトナーは、現像領域に
入るとワイヤ(4)と現像ローラ(2)間に電界により、飛翔
を開始し、ワイヤ(4)近傍にトナークラウドを形成す
る。ワイヤ(4)にはV₂＝800sinωｔ＋350(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＋150
Ｖ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＋600 Ｖであった。一方、現像ローラ(2)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(2)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、感光ドラムとトナ
ーとが接触することなく現像され、かつ、トナーの供給
がスポンジローラにより実現されたため、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、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、ワイヤー部(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V₁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V₁₁とする。）及び第１の直流電源
(41)（この出力をV₁₂とする。）とから成る。

V₁は V₁＝V₁₁＋V₁₂ である。この実施例ではV₁₁＝1800×sinωｔ(V)，V₁₂＝
150(V)とした。

次に、ワイヤー部(33)は、直径100 μｍ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、ワイヤー部(33)の断面図が示されており、現像ロー
ラ(31)の周面に対向して、タングステンのワイヤーが１
mmの間隔で20本張られている。

このワイヤー部(33)には、第２の電源(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V₁₁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。

V₂は、 V₂＝V₂₁＋V₂₂ と表わされる。この実施例ではV₂₁＝800×sinωｔ(V)，
V₂₂＝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600
Ｖ，非画像部の電位を100Ｖと設定した。この感光体(3
5)は、現像ローラ(31)と、略１mm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V₁₁，V₂₁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（μsec）である。

次に、周期Ｔを300Ｔ600（μsec）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／mm及び４本／mm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
イクロデンシ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D₁と端の２本の線の平均濃度
D₂との比、すなわち、D₂／D₁を現像の忠実度Ｄ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。この図からわかるように、交流周期Ｔが600μsec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、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(3
1)から感光体(35)方向の電界）をExとする。

ここで、E_x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)及びワイヤー部(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。ここで、Ｕ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）での
電位分布であり、D_x，D_yは、ｘ，ｙ方向での空間のきざ
みである。ここではそれぞれ10μｍ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(3
5)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。

この結果からわかるように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１ｍ／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U_x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。

この結果からわかるように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(10
1)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(108)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(10
1) 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。

現像剤供給部材(105) 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系の発泡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４〜20mmであ
る。上記発泡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・cmないし10⁹Ω・cm 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。発泡セル数は、10個
／25mmないし200個／25mmの範囲が好ましい。この範囲
を外れると、トナー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)に対し接触深さが0.1mm
〜２mm，接触幅が0.2mm〜５mmとなる様に接触させる
か、もしくは両者の表面間距離が２mm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30mm／sec〜200mm／sec，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-200Ｖとし
たが、担持体(101) 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泡弾性体とする
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４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（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。）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、５……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

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像保持部材に対向され、回転しなが
ら前記静電潜像保持部材に一成分非磁性現像剤を供給す
る現像剤担持体と、回転しながら前記現像剤担持体に一
成分非磁性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前記現像剤担
持体に多孔質表面が直接接触する発泡弾性体により構成
し、前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材の回転方向
が同一方向であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】前記現像剤供給部材には所定の電圧が供給
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の現像装置。