JPH0664398B2 - 静電画像表面にトナーを供給する現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 本発明は静電再生装置のトナー計測装置、さらに詳しく
は現像ローラ装置と共に機能するトナー計測装置に関す
る。

Ｂ．従来技術及び解決しようとする課題 静電写真やゼログラフィック再生プロセスなどのよく知
られた静電プリントプロセスでは、再使用されるように
再生プロセスを繰り返す光伝導体のような可動性の電荷
保持表面上に静電潜像が形成される。

静電写真プロセスでは、第一ステップで光伝導体がコロ
ナ帯電などの帯電ステーションを通過する際、全面が均
一な通常ではかなりな高圧ＤＣ電圧に帯電される。

複写機の場合、イメージステーションは複写される原稿
から光を反射させる光学系で構成される。原稿の白部分
あるいは少し色を呈したバックグランド部分からの反射
光を得て、光伝導体は原稿の暗い部分または反射光の少
ない画像領域に相当する部分のみ電荷が残る。この様に
して形成された潜像は、次に光伝導対が現像ステーショ
ンを通過する際トナー化、すなわちトナー粒子で覆われ
る。複写機では潜像にトナーが供給されるので、このプ
ロセスは帯電領域現像（ＣＡＤ）プロセスと呼ばれる。

これに対しプリンタでは、通常イメージステーション
が、コンピュータから送られてくる２値プリントデータ
により駆動されるプリントヘッドで構成される。レーザ
プリントヘッドやＬＥＤプリントヘッドはよく知られて
いる。プリンタでは通常、印字される画像パターンが光
伝導体上で放電される。すなわち、プリントヘッドは通
常印字される画像を書き込み、その結果、潜像は光伝導
体上に放電領域として形成される。しかし、プリンタで
もバックグランドを書き込むことも可能であり、そうし
たケースでは潜像は帯電領域で形成される。いずれの場
合でも、潜像は光伝導体が現像ステーションを通過する
際トナーによってトナー化される。トナーが放電潜像に
対して供給される場合に放電領域現像（ＤＡＤ）プロセ
スと呼ばれる。それに対し、プリンタの場合でも帯電潜
像領域がトナー化されれば、そのプロセスはＣＡＤプロ
セスと称される。

特別な静電プリントシステムでは帯電装置を列状に設
け、それらを選択的に動作させて回転する帯電表面にパ
ターンや画像を形成する。この表面も次に現像ステーシ
ョンを通過する際にトナー化される。

本発明は帯電表面のトナー画像の現像に関するものであ
り、プリンタまたは複写機にＣＡＤまたはＤＡＤプロセ
スによって応用される。本発明の実施例ではＤＡＤプリ
ンタについて取り扱う。

複写機あるいはプリンタでは、通常転写と呼ばれるステ
ップが次に実施される。転写は現像ステーションの下流
で帯電表面上のトナーを紙などの転写材に移動させる。
紙は転写ステーションに送られ、ここで実際に接触ある
いはトナー表面に非常に近接した状態で転写される。紙
のもう一方の面はトナー転写ステーションにさらされ
る。よく知られた転写ステーションとしてローラ転写、
コロナ転写がある。どちらの場合もトナーをトナー表面
からそれに接する、もしくは近接する紙面に引き付ける
ために、トナー表面とは反対側の紙面に対し静電帯電が
行われる。

その後、紙の回転表面から分離され定着ステーションに
運ばれ、ここでトナーが紙に定着される。回転表面は通
常、再生またはプリントプロセスでの再利用に備え電荷
放電され残トナーがクリーニングされる。

回転帯電表面にトナーを供給するための様々な現像プロ
セスがこれまでに使用されてきた。それぞれの技術にお
いて、トナーを静電帯電させる現像ローラが用いられ、
これがドクタブレイドを通過する際ローラ表面に薄い帯
電トナー層を形成し、次に回転表面と接するか近接する
状態で回転する。現像ローラは表面の帯電トナーが現像
される画像パターン部分に付着し、また非現像部分では
押し戻されるような電界を形成するように電気的にバイ
アスされる。

トナーは従来技術による現像ローラに様々なプロセスで
供給される。あるプロセスではトナーが容器の容量分だ
けトナーだめに加えられる。トナーだめでは現像ローラ
はトナーだめ領域からドクタブレイドを通過して光伝導
体へと回転する。トナーだめでのトナーレベルはオペレ
ータ制御によりあらかじめ設定された最高レベルを越え
ることはない。この現像システムを使用する際、最小の
トナー粒子が最初に消費されて比較的大きな粒子が後に
残る傾向がある。従って、複写結果がトナーのトナーだ
めからの枯渇に伴い劣化する。トナーの枯渇に際して
は、新しいパッケージトナーがオペレータによりトナー
だめに供給される。トナーだめシステムの更なる問題点
は、広い黒部分を光伝導体の一つの領域にプリントする
場合に生ずる。トナーが対応するトナーだめの領域から
枯渇すると、その部分が薄いか、もしくは不均一なプリ
ント結果が発生する。

従来技術では更に、複写機やプリンタにトナーを再供給
し、動作中に枯渇したトナーを置換する点にも触れてい
る。典型的な従来技術では現像ステーションでトナーと
キャリア粒子の混合を使用しており、様々な手段がトナ
ーとキャリアの適当な混合比率を維持するために利用さ
れた。通常、混合物がサンプルされトナーが必要に応じ
てトナー供給容器から自動的に補給されていた。トナー
が容器から枯渇した際には新たな容器と交換された。

つい最近の従来技術ではカートリッジを使用している。
このカートリッジには帯電装置、大量のトナーを含む現
像システム、光伝導体、光伝導体のためのクリーニング
システムが含まれており、トナーが使い果たされた際に
はカートリッジごと廃棄される。こうしたカートリッジ
システムでは大量のプリントを可能とするために大量の
トナーを必要とする。こうすることでカートリッジシス
テムを経済的に実用可能な物としている。

こうした大量トナーが現像ローラシステムで利用される
場合、相当量のトナーがドクタブレイド付近に堆積し光
伝導体に余分なトナーを搬送する傾向がある。これが順
に余計なトナーを画像領域、更には非画像領域にまで付
着させる可能性があり、トナー消費を助長させてしま
う。更に、堆積したトナーにより誘発されたドクタブレ
イドと現像ローラ間の圧力が、介在部分で大きなトナー
粒子のトラッピングを生じさせ、その結果生ずる現像ロ
ーラ上でのトナーの欠如がプリント結果に筋を引き起こ
す。

従って、本発明の主目的は、現像ローラを含む現像室に
トナーを補給したり取り除いたりすることにより、現像
ローラ付近のトナー量を自動的かつ精密に制御すること
である。本発明では更に、現像ローラを利用する静電プ
リント装置の画像品質を一定に維持することを目的とす
る。こうした画像品質の維持は、小径トナー粒子と大径
トナー粒子の混合比を適当に保つことで実現される。

Ｃ．課題を解決するための手段 前述された従来技術の欠点を解決し、現像ローラドクタ
ブレイド間でのトナー堆積の危険性を除去し、また自動
トナーレベル検出装置を要さずに大量のトナーを供給す
る現像ローラシステムを提供するために、本発明では大
容量トナー供給室と現像ローラ室間にトナー計測装置を
設け、これが現像室にトナーを供給し、またトナーレベ
ルが均衡レベルを越えた場合には反対にトナーを現像室
から供給室に運び戻す機能を果たす。このトナー計測装
置は均衡レベルが維持されるように、トナーの運び戻し
量が供給量よりも大きくなるように設計されている。計
測装置と現像ローラで共通のギア駆動が利用されてお
り、現像室に適当量のトナーを供給するための特別な自
動制御は必要としない。またカートリッジ内の気圧分布
を均一に保ちトナーもれを防止するために、供給室−現
像室間に通路が設けられている。新トナーを継続的に供
給することにより、トナー供給ライフタイム中均一な現
像が維持される。更に現像室から余分なトナーを取り除
くことで過剰なトナー消費が抑止され、現像ローラの長
さ方向に沿って一定なトナー層が形成され良好なプリン
ト結果を得ることが可能となる。

Ｄ．実施例 第２図、第３図は静電写真印刷装置に用いられる交換可
能カートリッジ１１の上面および下面図である。カート
リッジは現像領域１３、クリーニング領域１５、光伝導
体領域１７より構成される。光伝導体はシャフト２１を
軸に、ギア２３により回転するドラム１９（第４図）上
に配置される。ドラム１９は既に述べられた従来からの
静電写真印刷の各ステーションを通り過ぎて回転する。
現像領域１３内の現像ステーションは後述される大量の
トナーを含んでおり、大半の部分を占めている。クリー
ニング領域１５内のクリーニングステーションはドラム
１９より未使用トナーを取り除き、カートリッジ１１が
交換されるまでこれを蓄積する。第１図の現像装置はカ
ートリッジ１１の上部面２５下方の現像領域１３内にあ
る。カートリッジ１１の下面２７は後述される現像ロー
ラ室の一部となっている。

次に第１図から第５図について説明する。これらはカー
トリッジ１１内の現像領域１３内の現像装置２９を表し
ている。現像装置２９は矢印３３方向の回転する現像ロ
ーラ３１を含み、この現像ローラはトナー３４を現像ロ
ーラ室３５からドクタブレイド３６を通過して光伝導体
ドラム１９へと運搬し接触させる。トナー補給ローラ３
７は現像ローラ３１と同一方向へ回転する。トナー補給
ローラは高度な多孔室ローラであり炭素を含むポリエチ
ルウレタンの気泡からなり、現像ローラと接する際に圧
縮される。トナー補給ローラ３７は回転中にトナーを静
電帯電させるために摩擦帯電を誘発している。現像ロー
ラは表面にウレタンを薄くコーティングしたゴムローラ
で覆われた導電性金属シャフトからなる。ゴムローラは
ニトリルゴムである。トナー３４はスチレン−アクリル
樹脂、ワックス、カーボンブラックシリコンカーバイ
ト、エーロジル、帯電制御剤の混合からなる。トナーは
公称１１ミクロンであり重量比で２．５％足らずが５ミ
クロン以下、６％から１２％足らずが１６ミクロン以上
である。

約−６４５ボルトのバイアスがトナー補給ローラ３７と
ドクタブレイド３６に、また約−５２５ボルトが現像ロ
ーラ３１に印加される。光伝導体ドラム１９は−９００
ボルトに帯電され、放電された画像領域は約−１５０ボ
ルトとなる。トナー３４は負に静電帯電された光伝導体
ドラム１９に接するまで優先的に現像ローラ３１に付着
する。接した際にトナーは光伝導体上の画像領域に引き
付けられ、また非放電領域あるいはバックグランド領域
では押し戻される。これは前述された放電領域現像（Ｄ
ＡＤ）システムの場合に相当する。

トナーは供給室３９から現像ローラ室３５にトナー計測
ローラ４１の動作により供給される。動作中に攪拌装置
４３は常に供給室３９内を回転しており、トナーが固ま
ってトナー計測装置付近にたまらないようにする。トナ
ー計測装置４１は３つのフラップ４５、４６、４７と共
に動作し、供給室３９から現像ローラ室３５へのトナー
供給量を規定し、また反対に余剰トナーを現像ローラ室
３５から供給室３９に運び戻す作用をする。スクレーパ
４９はトナー計測ローラ４１の表面をクリーニングし、
トナーを表面から取り除いている。フラップ４５、４
６、４７およびスクレーパ４９はマイラポリエステルの
ような薄い柔軟なプラスチック材料を使用している。

攪拌装置４３、トナー計測装置４１、トナー補給ローラ
３７、現像ローラ３３、光伝導体ドラム１９は共通の駆
動源により駆動され、各駆動はギア５１を通じて互いに
結合されている。ギア５３は攪拌装置４３、ギア５４は
現像ローラ３１、ギア５５はトナー補強ローラ３７、ギ
ア５６はトナー計測ローラ４１そしてギア２３（第３
図）はドラム１９をそれぞれ駆動している。

ドクタ・ブレイド３６は板ばね５５により現像ローラ３
１に対して負にバイアスされている。現像ローラ３１に
対するドクタ・ブレイド３６の押さえ力は公称８ニュー
トンである。ドクタ・ブレイドの粗さは５．６mmトレー
ス長で公称１．３ミクロンＲａ、また現像ローラ３１の
それは０．５６mmトレース長で公称０．４８ミクロンＲ
ａである。これらの条件下でドクタ・ブレイド３６下の
トナーの公称流れ率は現像ローラ表面の単位平方センチ
メートル当たり０．６ミリグラムである。計測ローラ４
１は供給室３９から現像ローラ室３５へ公称毎秒１５０
ミリグラムでトナーを運搬している。

現像装置２９は現像ローラ３１がトナー３４をドラム１
９へ運び、それが消費されるまではトナー４４およびト
ナー２９が現像装置外へ漏れないようにシールされてい
る。現像ローラ３１上の未使用トナーはそのまま現像ロ
ーラと共に回転し、現像ローラ室３５に戻される。前方
の壁５８に設けられた通路５７は現像ローラ室３５を供
給室３９と繋いでいる。貫通口５９（第７図）は空気が
両室間を矢印方向６３（第４図）に吹き抜け気圧が均等
に保たれるように設けられており、一方トナーがこの通
路を通じて供給室から現像室へ移動しないようにしてい
る。こうしない場合にはトナー計測ローラ４１のポンピ
ング動作が両室３５および３９内に圧衝撃を与え、トナ
ーが現像装置２９からプリント装置機内に押し出される
危険性がある。

以上述べたように、トナー計測ローラ４１はトナー３４
を現像ローラ室３５内で均衡レベル６５に維持させる。
これはトナー４４の供給室３９から現像ローラ室３５へ
の供給と余剰トナー３４を現像ローラ室３５から供給室
３９へ取り除くことで実現されている。第４図に示した
トナー３４の均衡レベル６５は、現像ローラ３１の回転
動作の影響を受けたドクタ・ブレイド３６の後方のトナ
ー量である。トナーが現像ローラ室３５を満たすように
供給され続けると、過剰圧力が発生しドクタ・ブレイド
３６下の余剰トナーが現像ローラ３１により光伝導体ド
ラム１９へ運ばれる。結果的に望まれないプリント結果
を生み、余分なトナーを消費してしまう。更に、過剰な
トナー圧力により大径トナー粒子がドクタ・ブレイド３
６と現像ローラ３１間に押し寄せられ、この付近でのト
ナーの自由な流れを妨げプリント結果に筋（トナー欠
如）を招く。したがって、トナー計測ローラ４１とそれ
に関連したフラップ４５、４６、４７は新トナー４４を
継続的に現像ローラ室３５に供給し、一方で現像ローラ
室内の均衡レベルを維持する働きをする。

トナー計測ローラ４１およびフラップ４５−４７の動作
を第６図に順序を追って表す。第６ａ図より少量のトナ
ーがトナー計測ローラ４１の上部平面上に存在する。第
６ｂ図から第６ｆ図まではトナーが上部平面から第４図
の現像ローラ室３５に落ちるまでのトナー計測ローラの
回転の様子を表している。その間フラップ４５と４７が
それ以上のトナーが供給室３９から供給されるのを防止
している。第６ｇ図から第６ｌ図は可撓性を有するスク
レーパ４９がトナーの運搬面からトナーを擦り落とす動
作を示しており、またトナー計測ローラ４１の平らな表
面にフラップ４５と４７間を通じトナーが落ちて搭載さ
れる様子を示している。こうしたフラップの動作により
トナー計測ローラ４１の毎半回転毎に少量一定のトナー
が第４図の現像ローラ室３５に供給される。

第４図に関し説明したように、現像ローラ室３５に供給
されたトナーが均衡レベル６５に達すると、これ以上ト
ナーを現像ローラ室３５に補給することなくこの均衡レ
ベルを保つことが必要である。これを達成するために、
トナー計測ローラ４１はトナー３４が均衡レベル６５に
達した後にトナー３４を現像ローラ室３５から取り除く
ように動作する。均衡レベルではトナーはトナー計測ロ
ーラ４１の回転中にローラと接触している。第６ａ図に
示すようにフラップ４６とトナー計測ローラ４１の平面
間の間隙はフラップ４５ともう一方の平面間との間隙よ
りも大きい。したがって、現像ローラ室３５のトナー計
測ローラ４１近辺で余剰トナーが堆積した場合、計測ロ
ーラ４１の上部平面とフラップ４５の作用により供給さ
れるトナー量以上のトナーを計測ローラの下部平面とフ
ラップ４６の作用により取り除くことが可能となる。

第６ａ図に関し、トナー計測ローラ４１の下部平面は回
転中にトナーを取り除くように作用する。こうして取り
除かれたトナーは第６ｃ図に示すように更に回転を続
け、フラップ４６とトナー計測ローラ４１間で捕まれ
る。更に回転するとトナーは第６ｆ図のフラップ４６と
４７間のＶ字型の領域に取り込まれる。第６ｇ図から第
６ｊ図では、平面部が上方に回転しトナーを供給室側に
送り込むように作用するため、フラップ４７は平面部と
接触しない。これまで述べられたように、上方の室に取
り除かれるトナーの量は下方の室に取り込まれるそれよ
りも大きい。このことは第６ｇ図から第６ｋ図までのフ
ラップ４７による空間から理解できる。第６ｋ図のよう
に丸まった部分がフラップ４７と接すると、平面部にあ
ったトナーは回転と共に供給室に向けて押し上げられ続
ける。（すなわちフラップ４７と４５間の間隙から押し
上げられる。）こうして再度現像ローラ室に落ちること
はできない。フラップ４５は第６ｂ図および第６ａ図に
表された引き続いて起こる回転に際し、再度現像ローラ
室に運ばれるトナー量を制限する。

第４図に戻って、トナー計測ローラ４１と関連するフラ
ップ４５、４６、４７によりトナーが供給室３９から現
像ローラ室３５へ運ばれる様子については既に述べた。
最初にカートリッジがセットされた時には、トナーレベ
ル３４は均衡レベル６５以下である。

光伝導体ドラム１９、現像ローラ３１、トナー補給ロー
ラ３７、ローラ計測ローラ４１はそれぞれ共通な駆動源
に接続されているため、それらの回転比率はトナー計測
ローラの動作により現像ローラ室３５に供給されるトナ
ー量が、現像ローラ３１の回転動作によって消費される
トナー量よりも大きく設定されている。このような動作
を繰り返して、現像ローラ室３５内のトナーレベルは均
衡レベル６５に達し、一方それ以上のトナー蓄積はトナ
ー計測ローラ４１のポンピング動作により防止される。

今や新トナー４４が連続的に現像ローラ室３５に供給さ
れ、それにより現像ローラ３１はトナー３４内の小径ト
ナーと大径トナーの混合比率が適切に保たれた中で回転
をしている。更に、均衡レベル６５を維持することによ
り、ドクタ・ブレイド３６後方の余剰トナー３４の蓄積
が避けられ、現像ローラ３１がドクタ・ブレイド３６を
一度通り過ぎるとローラ表面上に均一なトナー量を保証
できる。また、画像のある領域に限って黒いプリントを
した場合でも、現像ローラ３１の長手方向に沿って均一
なトナー層を維持でき良好なプリント画像を得ることが
できる。

本発明では現像ローラ３１が光伝導体１９に接触する場
合を例にあげたが、現像ローラが微小間隙により光伝導
体１９と離れている場合にも本発明は有効である。こう
した系ではトナーが磁気特性を有し、形成された磁界に
よりトナーが光伝導体側に移動する。

更に補足すると、トナー計測ローラはポンピング作用に
寄与する２つの平面を有するように述べられた。しか
し、単一のフラップや場合によっては多くの平面を有す
るローラもその回転スピードや関係するフラップとの点
で幾何学的に考えられる。更に、多少だけ湾曲したよう
な表面もトナーの運搬に機能するであろう。

Ｅ．発明の効果 現像ローラの長さ方向に沿って一定なトナー層が形成さ
れ、良好なプリント結果を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、部分的に分解した本発明の現像装置の側面図
である。 第２図は、本発明の現像装置を有する交換可能カートリ
ッジの上面図である。 第３図は、第１図の交換可能カートリッジの下面図であ
る。 第４図は、第３図の現像装置の４−４線に沿った部分図
である。 第５図は、本発明の現像装置の後面図である。 第６ａ図ないし第６ｌ図は、現像装置のトナー計測装置
のシーケンシャル動作図である。 第７図は、現像装置内の通路の図である。 ２９……現像装置、３１……現像ローラ、３６……ドク
タブレイド、３７……トナー補給ローラ、３９……供給
室、４１……計測ローラ、４３……攪拌装置、４４……
トナー、４５、４６、４７……フラップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジエームズ・アレクサンダー・クラフト アメリカ合衆国ケンタツキー州レキシント ン、ウエスト・エツヂブロツク・ドライブ 3425番地 (72)発明者 ジエームズ・ジヨン・モロイ アメリカ合衆国ケンタツキー州レキシント ン、フオツクス・ハーバ・ドライブ345番 地 (72)発明者 マイケル・リユイズ・パウレイ アメリカ合衆国ケンタツキー州ニコラスヴ イル、ランターン・ウエイ96番地 (56)参考文献 特開 昭54−30840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−107662（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−34567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187271（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−276171（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電画像表面にトナーを供給する現像装置
   であって、 供給用トナーを収容する供給室と、 現像室と、 前記現像室より前記静電画像表面にトナーを供給する現
   像手段と、 トナーを前記供給室から前記現像室に供給し、また前記
   現像室から前記供給室に運び戻す少なくとも一平面を有
   し前記供給室・現像室間に配置されるローラと、 前記供給室から前記ローラを分離するよう該ローラに対
   して前記供給室側に位置し前記ローラと第一の距離間隔
   を保つ第一の可撓性のフラップと、 前記現像室から前記ローラを分離するよう該ローラに対
   して前記現像室側に位置し前記ローラと第二の距離間隔
   を保つ第二の可撓性のフラップと、 前記第二の距離間隔は前記第一の距離間隔よりも大であ
   り、前記現像室のトナーが均衡レベルを越すと前記ロー
   ラ平面はローラ平面・前記第一の可撓性のフラップ間よ
   りもローラ平面・前記第二の可撓性のフラップ間でより
   多量のトナーを運搬するようにしたことを特徴とする現
   像装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の現像装置において、前記
   現像手段は、回転現像ローラと、前記現像室より前記静
   電画像表面に供給されるトナー量を規定するドクタブレ
   イドとを有することを特徴とする現像装置。
3. 【請求項３】請求項１の記載の現像装置において、前記
   ローラの動作中に前記供給室と前記現像室間に均一な気
   圧分布を確保する前記両室間をつなぐ通路を更に備えた
   ことを特徴とする現像装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の現像装置において、前記
   供給室内に、トナーを前記ローラ近辺に運ぶ回転式の攪
   拌手段を更に備えたことを特徴とする現像装置。