JPH06301281A

JPH06301281A - 非磁性一成分現像装置

Info

Publication number: JPH06301281A
Application number: JP5086550A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Abe; 哲也安部; Kouichi Toshiyuki; 宏一利行; Kuninori Ono; 訓紀小野
Original assignee: Casio Computer Co Ltd; Casio Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd; Casio Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】適正なトナー薄層を形成しつつ、しかもゴース
ト等の画像欠陥の発生を防止することができる非磁性一
成分現像装置を提供する。【構成】この非磁性一成分現像装置は、ホッパー３１、
現像ローラ３２、規制部材３３、トナー供給ローラ３４
等から構成される。現像ローラ３２は半導電性の弾性ロ
ーラであり、電源３５により−２５０Ｖのバイアス電圧
が印加される。トナー供給ローラ３４は、１インチ当た
りのセル数が８０個〜１５０個の発砲ウレタンスポンジ
等でできた半導電性の多孔質弾性ローラであり、電源３
６により−５００Ｖのバイアス電圧が印加される。すな
わち、トナー供給ローラ３４に印加するバイアス電圧
（−５００Ｖ）の絶対値を現像ローラ３２に印加するバ
イアス電圧（−２５０Ｖ）の絶対値よりも大きく、且つ
その電圧差を２００Ｖ〜５００Ｖの範囲内に設定してあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式を採用し
たプリンタ装置、複写機、ファクシミリ装置等の画像形
成装置に内蔵され、像担持体上の潜像を非磁性一成分ト
ナーで現像する非磁性一成分現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、非磁性一成分現像装置を内蔵し
た一般の電子写真方式の画像形成装置（ここでは一例と
してプリンタ装置を示す）の全体図である。この装置
は、装置本体Ｍに挿脱自在で用紙Ｐを積載収納する給紙
カセット１、この給紙カセット１から用紙を順次給送す
る給紙ロール２、給送されてきた用紙上に画像情報に基
づきトナー画像を形成する画像形成部３、上記トナー画
像を用紙に定着させる定着器４、定着済みの用紙を収納
する排紙トレイ５等を備えており、しかも、装置本体Ｍ
は下部機体Ｍ₁と上部機体Ｍ₂とに分割され、一端部の
ヒンジ軸６を支点として上部機体Ｍ₂が下部機体Ｍ₁に
対し開閉自在な構成となっている。また、上記画像形成
部３は、矢印Ａ方向に連続回転可能な像担持体としての
感光体ドラム１０を備えると共に、この感光体ドラム１
０の周囲に順次配設された画像形成関与部材として、感
光体ドラム１０表面を一様に帯電する帯電器１１、帯電
された感光体ドラム１０表面に画像情報に基づく露光を
施して静電潜像を形成する光書き込みヘッド１２、上記
静電潜像を非磁性一成分トナーで現像してトナー画像を
形成する非磁性一成分現像装置１３、搬送されてきた用
紙上に上記トナー画像を転写する転写器１４、感光体ド
ラム１０表面に残留した未転写のトナーを回収除去する
クリーナ１５等を備えている。

【０００３】ここで、上記非磁性一成分現像装置１３
は、非磁性一成分トナーを収納するホッパー２１、この
ホッパー２１内のトナーを表面に保持して矢印Ｂ方向へ
搬送回転する現像ローラ２２、この現像ローラ２２表面
に圧接され該表面上にトナーの薄層を形成する規制部材
２３、この規制部材２３よりも上記現像ローラ２２の搬
送方向（矢印Ｂ方向）上流側で現像ローラ２２表面に圧
接され矢印Ｃ方向へ回転しつつ上記表面にトナーを供給
するトナー供給ローラ２４等から構成される。現像ロー
ラ２２は１０⁴〜１０⁸Ω・cm程度の半導電性を持つウ
レタンやＮＢＲ等の合成ゴムやシリコンゴム等でできた
弾性ローラであり、また、トナー供給ローラ２４は半導
電性を持つスポンジ等でできた多孔質の弾性ローラであ
って、これらのローラには共に所定のバイアス電圧が印
加されるようになっている。規制部材２３は、現像ロー
ラ２２表面に保持され搬送されてきたトナーを規制して
現像ローラ２２上にトナーの薄層を形成すると共に、ト
ナーに摩擦電荷を与える役目をする。トナーに均一に電
荷を与えるためには、規制部材２３は現像ローラ２２上
に一層から二層のトナー薄層を形成する必要がある。こ
のようにして薄層形成されたトナーは静電気力により現
像ローラ２２上に保持され、感光体ドラム１０と対向す
る面で両者の電界により現像ローラ２２上のトナーが感
光体ドラム１０上へ移行することにより現像が行われ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、上記のような非
磁性一成分現像方式は、現像装置の構成が単純で現像ロ
ーラ２２の回転数も低くできる等、多くの利点を有する
が、その反面、トナーの薄層形成に多くの工夫を必要と
する。特に、現像ローラ２２上のトナー層がトナーの一
層あるいは二層からなる薄層であるため、いわゆる黒ベ
タ画像等のようなトナー消費量の多い高印字率の画像を
印字した場合には、現像後の現像ローラ２２上にはほと
んどトナーが無くなってしまい、次の現像を有効に行う
ためには現像ローラ２２上に十分な量のトナーを供給し
てやる必要がある。もし、現像ローラ２２上へのトナー
供給が不十分な場合は、例えば図１０に示すように、黒
ベタ画像Ｇ₁よりも後れて形成される画像領域Ｇ₂中で
あって、上記黒ベタ画像Ｇ₁の位置から丁度現像ローラ
２２の回転周期ｔだけ後れた位置に、いわゆるゴースト
と呼ばれる、上記黒ベタ画像Ｇ₁のネガ残像Ｇ₃が発生
することがある。

【０００５】そこで、現像ローラ２２へのトナー供給量
を増やす目的で、トナーにシリカ等の流動化剤を多く外
添する方法も考えられ実用化されている。しかしなが
ら、このようにトナーに必要以上の流動化剤を外添する
ことは、トナー供給量を増加させてゴーストを防止する
ことはできるが、その反面、現像ローラ２２上のトナー
量（トナー層厚）が厚くなってしまい、その結果、規制
部材２３による摩擦が不十分となって未帯電のトナーや
帯電不足のトナーが増加し、画像カブリやトナー消費量
増加といった問題が発生した。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、適正
なトナー薄層を形成しつつ、しかもゴースト等の画像欠
陥の発生を防止することができる非磁性一成分現像装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、ホッパー内に収納される非磁性一成分トナ
ーを表面に保持して搬送する弾性現像ローラと、前記ト
ナーを前記現像ローラ上に薄層状に形成する規制部材
と、該規制部材よりも前記弾性現像ローラの搬送方向上
流側で該弾性現像ローラと圧接するトナー供給ローラと
を有し、前記トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧
を前記現像ローラと前記トナー供給ローラとに印加して
像担持体上の潜像を現像する非磁性一成分現像装置であ
って、前記トナー供給ローラを１インチ当たりのセル数
が８０〜１５０個の多孔質弾性ローラで構成し、前記ト
ナー供給ローラに印加するバイアス電圧の絶対値を前記
現像ローラに印加するバイアス電圧の絶対値よりも大き
く且つその差を２００Ｖ以上５００Ｖ以下に設定したこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の発明者が、トナー供給ローラとして導
電性を付与したウレタンスポンジローラを使用した場合
における、トナーの供給量とスポンジの１インチ当たり
のセル数（目の粗さ）との関係を調べたところ、図２に
示すような結果が得られた。すなわち、現像ローラとト
ナー供給ローラとの回転比によっても異なるが（図中の
曲線Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ上記回転比（線速比）が１：
0.5 、１：１、１：４の場合を示している）、セル数を
少なくすると目が粗くなってトナー供給量が増加するこ
とがわかった。そして、トナー供給量が相対値で５０以
上の場合、前述のゴーストの発生がない適切な画像が得
られた。ただし、セル数が４０個以下のものにすると、
スポンジの目が粗すぎ、目の模様が画像に現れて好まし
くなかった。

【０００９】また、図２中に破線で記した曲線は、スポ
ンジの目にトナーが詰まって目詰まりを起こし、そのた
めにスポンジが固化する確率を表すものであり、本発明
の発明者の再三の実験により明らかになったものであ
る。この実験は、図９に示したものと同一構成の現像装
置を用いて１万枚の画像を採った場合の目詰まり状態を
判断することによって行った。この曲線によれば、セル
数が約８０個を越えると、目詰まり確率が急激に低下す
ることがわかる。

【００１０】これらのことから明らかなように、トナー
供給量を十分確保し、かつスポンジの目詰まりを起こさ
せないためには、現像ローラとトナー供給ローラとの回
転比を大きくし、しかもトナー供給ローラとして１イン
チ当たりのセル数が８０個以上のスポンジを使用すれば
よいことがわかる。ただし、トナー供給ローラの回転数
があまり大きくなると、トルクの増大や熱の発生等の問
題が生じるので、このような問題が生じない範囲内で回
転比を大きく設定することが望ましい。また、セル数が
あまり多すぎても、トナー供給量が極端に減少してしま
い、好ましくない。そこで、幾多の実験を繰り返した結
果、１インチ当たりのセル数が１５０個の時にトナー供
給量が相対値で３０となり、この場合がゴーストを生じ
させない限度であることが判明した。すなわち、トナー
供給ローラとして、１インチ当たりのセル数が８０個〜
１５０個のものを使用することが望ましいと言える。

【００１１】一方、従来の非磁性一成分現像装置では、
ゴーストの防止対策として、前述のようにトナー中の流
動化剤の量を増やすことで現像ローラへのトナー供給量
を増やすようにしたが、本発明者は、現像ローラへのト
ナー供給量ではなく、トナー供給スピードに着目した。
そして、この点から幾多の実験を積み重ねた結果、現像
ローラ及びトナー供給ローラにそれぞれ印加するバイア
ス電圧とトナー供給スピードとの間に相関関係があるこ
とを見出し、更に、トナー供給量が５０以下であっても
トナー供給スピードが１以上であればゴーストの発生は
ないことを確認した。ここで、トナー供給量とトナー供
給スピードとの違いは、トナー供給量が現像ローラへト
ナー供給ローラから搬送されるトナーの絶対量を意味す
るのに対し、トナー供給スピードは現像ローラにおける
現像に寄与した部分へいかに早くトナーを搬送させるか
を意味している。つまり、前述したゴーストの防止は、
現像ローラ上の使われたトナー部分に必要最低限のトナ
ーを次の回転までに供給できれば可能となるわけである
から、トナー供給スピードの問題としてとらえた方が適
切である。

【００１２】そこで、現像ローラとトナー供給ローラの
互いのバイアス電圧差と、トナー供給スピード及びトナ
ー供給量との関係を調べたところ、図３に示すような結
果（図中、実線曲線がトナー供給スピードであり、破線
曲線がトナー供給量である）が得られた。この図から、
バイアス電圧差が大きくなるに従ってトナー供給スピー
ドも増加することがわかる。ただし、バイアス電圧差が
大きくなるに従ってトナー供給量も放物線的に増加する
ので、バイアス電圧差を大きくとり過ぎるとトナー供給
量過多となり、前述したようなトナー層厚が厚くなり過
ぎる弊害を生じる。従って、図３において、トナー供給
スピードが１以上であって、しかもトナー供給量が過多
とならないバイアス電圧差の範囲は、２００Ｖ以上５０
０Ｖ以下であることがわかる。

【００１３】以上に述べたことから、本発明では、トナ
ー供給ローラの１インチ当たりのセル数を８０個〜１５
０個に限定すると共に、トナー供給ローラに印加するバ
イアス電圧の絶対値を現像ローラに印加するバイアス電
圧の絶対値よりも大きく且つその差を２００Ｖ以上５０
０Ｖ以下に設定してある。このことにより、前記本発明
の目的が達成される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例の非磁性一
成分現像装置の全体図である。

【００１５】本実施例の現像装置は、図を見た限りで
は、図９に示したものとほとんど同一構成である。すな
わち、非磁性一成分トナーＴを収納するホッパー３１、
このホッパー３１内のトナーを表面に保持して矢印Ｂ方
向へ搬送回転する現像ローラ３２、この現像ローラ３２
表面に圧接され該表面上にトナーの薄層を形成する規制
部材３３、この規制部材３３よりも上記現像ローラ３２
の搬送方向（矢印Ｂ方向）上流側で現像ローラ３２表面
に圧接され矢印Ｃ方向へ回転しつつ上記表面にトナーを
供給するトナー供給ローラ３４等から構成される。

【００１６】ここで、本実施例における現像ローラ３２
は、例えば過塩素酸リチウム等のアルカリ金属塩を導電
剤として添加したウレタンゴム３２ａで芯金３２ｂの周
囲を取り巻いたものであって、ウレタンゴム３２ａ表面
と芯金３２ｂとの間に５００Ｖの電圧を印加した時の抵
抗が１×１０⁵〜１×１０⁸Ωとなる硬度４５°の半導
電性の弾性ローラである。そして、芯金３２ｂには電源
３５により−２５０Ｖのバイアス電圧が印加されてい
る。また、現像ローラ３２は像担持体としての感光体ド
ラム１０表面に接触し、その食い込み量は例えば0.07mm
に設定され、感光体ドラム１０の線スピードは現像ロー
ラ３２の線スピードの1.4 倍となるように設定されてい
る。

【００１７】規制部材３３は、例えばアルミサッシから
なる基体３３ａにシリコンゴム板３３ｂを貼付けた構造
のドクター板とし、現像ローラ３２に対し５０g/cmの圧
力で押し当ててトナー層を規制するようにした。トナー
Ｔは、ポリエステル樹脂にワックス、帯電制御剤、カー
ボンブラック等を添加して混練、粉砕したもので、その
重量平均粒径は１０μm であり、外添シリカ量は0.15％
とした。

【００１８】トナー供給ローラ３４は、カーボングラッ
クにより導電性を付与した発砲ウレタンスポンジ３４ａ
で芯金３４ｂの周囲を取り巻いてなる半導電性の多孔質
弾性ローラであり、現像ローラ３２とは0.25mmだけ食い
込むよう配置され、現像ローラ３２と同速の線スピード
で回転するよう設定されている。ウレタンスポンジ３４
ａとしては、その１インチ当たりのセル数が８０個〜１
５０個のものを使用する。そして、芯金３４ｂには電源
３６により−５００Ｖのバイアス電圧が印加されてい
る。すなわち、トナー供給ローラ３４に印加するバイア
ス電圧（−５００Ｖ）の絶対値を現像ローラ３２に印加
するバイアス電圧（−２５０Ｖ）の絶対値よりも大き
く、且つその電圧差を２００Ｖ〜５００Ｖの範囲内に設
定してある。

【００１９】以上の構成からなる本実施例の現像装置を
画像形成装置（図９参照）に装着して画像形成を行い、
その画像を確認したところ、カブリのない鮮明な画像が
得られ、しかも高印字率の黒ベタ画像を出力した時もゴ
ースト等の発生が全く生じないことが確認された。

【００２０】なお、本実施例では、上述のように２つの
異なるバイアス電圧を現像ローラ３２とトナー供給ロー
ラ３４に印加するにあたり、その好適な印加回路を備え
ている。特に現在主流のユニット構成にした現像装置
（以下、現像ユニットという）においては、従来、１つ
のバイアス電圧に対しては１つの給電用接続部を設け、
画像形成装置本体側に各々の印加回路を持たせるように
していたが、これでは以下のような問題があった。すな
わち、１つの電圧に対し１つの給電用接続部を必要とす
ると、異なった電圧の数だけ給電用接続部が必要となる
ため、構造の複雑化、装置全体の大型化、部品数の増
加、コストアップ等の問題が生じた。そこで、本実施例
の現像ユニットでは、その中の現像ローラ３２及びトナ
ー供給ローラ３４にそれぞれ供給する電圧を分圧するた
めの回路を備えることで、給電用接続部を全体で１つと
することを可能としている。その構成を、図４〜図８を
用いて以下に詳細に説明する。

【００２１】図４及び図５は図１の現像装置（現像ユニ
ット）を裏側から見た概略図であり、図４は図５に示す
サイドカバー４０を外した状態を示し、図５はサイドカ
バー４０を装着した状態を示している。図５中、破線で
描かれている部分は符号５６ａで示す部分を除きカバー
４０の裏側に設けられていることを表している。また、
図６は装置本体側の高圧電源ユニット基板からトナー供
給ローラ３４までの接続構成を示す図であり、図７は上
記高圧電源ユニット基板から現像ローラ３２までの接続
構成を示す図である。

【００２２】画像形成装置本体側には、図６及び図７に
示すように、電圧源である高圧電源ユニット基板（ＨＶ
Ｕ基板）４１、このＨＶＵ基板４１から現像ユニットへ
電源を供給するための給電用接続部である第１の板バネ
４２、現像ユニットを支持する支持部４３等が設けられ
ている。一方、現像ユニット側には、図４及び図５にも
示すように、ユニットを装置本体に装着する際に上記支
持部４３と係合してユニットの位置決めを行うための導
電性の装着基準軸５１がユニット側壁に固設され、これ
が上記板バネ４２と係合可能に構成されることで装置本
体側からの給電を受ける部分を兼ねている。更に、現像
ユニット側では、図６に具体的に示すようにトナー供給
ローラ３４の軸（芯金）３４ｂの嵌合された導電性の軸
受け５２と上記装着基準軸５１とが第２の板バネ５３を
介して電気的に接続されており、また、図７に具体的に
示すように現像ローラ３２の軸（芯金）３２ｂの嵌合さ
れた導電性の軸受け５４と上記装着基準軸５１とが第２
の板バネ５３、第１の抵抗５５及び第３の板バネ５６を
介して電気的に接続されている。また、図５に示すよう
に、サイドカバー４０の裏側には、第２の抵抗５７とこ
れに接続された第４の板バネ５８が配設されており、こ
のサイドカバー４０が図５に示すように現像ユニット本
体に装着された状態で、上記第３の板バネ５６がその一
部に設けられた接続部５６ａ（図４）と上記第２の抵抗
５７及び第４の板バネ５８を介して装置本体側の接地
（アース）用接続部へ接続される構成となっている。

【００２３】以上の接続構成を概略的に示したものが図
８であり、この図から明らかなように、装置本体側から
供給された電圧は第１、第２の抵抗５５、５７により分
圧され、それぞれ現像ローラ３２とトナー供給ローラ３
４に異なるバイアス電圧として印加される。ここで、２
つの抵抗５５、５７の抵抗値は、トナー供給ローラ３４
と現像ローラ３２にそれぞれ例えば−５００Ｖと−２５
０Ｖのバイアス電圧が印加されるよう、適宜設定されて
いる。

【００２４】従って、このようなバイアス電圧の印加回
路を現像ユニット側に備えたことにより、装置本体側か
ら現像ユニットへかけての給電用接続部を単に１個備え
るだけで済み、その結果、装置全体の小型化、簡素化、
高密度実装、部品数の削減、コストダウン等を実現する
ことができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、トナー供給ローラのセ
ル数とトナー供給ローラ及び現像ローラのバイアス電圧
とを所定の範囲内に限定することで、高印字率の黒ベタ
画像を出力した時にもゴースト等の画像欠陥の発生を防
止することができ、しかもカブリのない鮮明な画像を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の非磁性一成分現像装置の全
体図である。

【図２】トナー供給ローラとして導電性のウレタンスポ
ンジローラを使用した場合における、トナーの供給量及
びスポンジ目詰まり確率とスポンジの１インチ当たりの
セル数との関係を示す図である。

【図３】現像ローラとトナー供給ローラのバイアス電圧
差と、トナー供給スピード及びトナー供給量との関係を
示す図である。

【図４】図１の現像装置（現像ユニット）を裏側から見
た概略図であり、図５に示すサイドカバー４０を外した
状態を示している。

【図５】図１の現像装置（現像ユニット）を裏側から見
た概略図であり、サイドカバー４０を装着した状態を示
している。

【図６】装置本体側の高圧電源ユニット基板４１からト
ナー供給ローラ３４までの接続構成を示す図である。

【図７】装置本体側の高圧電源ユニット基板４１から現
像ローラ３２までの接続構成を示す図である。

【図８】バイアス電圧の印加回路の全体構成を概略的に
示すブロック図である。

【図９】非磁性一成分現像装置を内蔵した一般の電子写
真方式の画像形成装置の全体図である。

【図10】従来の問題点であるゴーストの一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０感光体ドラム３１ホッパー３２現像ローラ３３規制部材３４トナー供給ローラ３５、３６電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小野訓紀東京都東大和市桜が丘２丁目229 番地カシオ電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホッパー内に収納される非磁性一成分トナ
ーを表面に保持して搬送する弾性現像ローラと、前記ト
ナーを前記現像ローラ上に薄層状に形成する規制部材
と、該規制部材よりも前記弾性現像ローラの搬送方向上
流側で該弾性現像ローラと圧接するトナー供給ローラと
を有し、前記トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧
を前記現像ローラと前記トナー供給ローラとに印加して
像担持体上の潜像を現像する非磁性一成分現像装置であ
って、前記トナー供給ローラを１インチ当たりのセル数が８０
〜１５０個の多孔質弾性ローラで構成し、前記トナー供
給ローラに印加するバイアス電圧の絶対値を前記現像ロ
ーラに印加するバイアス電圧の絶対値よりも大きく且つ
その差を２００Ｖ以上５００Ｖ以下に設定したことを特
徴とする非磁性一成分現像装置。