JPH08248767A - 画像形成装置の現像装置 - Google Patents

画像形成装置の現像装置

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JPH08248767A
JPH08248767A JP7045947A JP4594795A JPH08248767A JP H08248767 A JPH08248767 A JP H08248767A JP 7045947 A JP7045947 A JP 7045947A JP 4594795 A JP4594795 A JP 4594795A JP H08248767 A JPH08248767 A JP H08248767A
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勇飛 油井
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 現像カートリッジ20は、非磁性一成分現像
剤を用いるプリンタに着脱自在に備えられる。現像に際
して、現像ローラ22とトナー層厚規制部材27とのそ
れぞれに異なる電圧が装置本体1側の電源から端子53
・接触バネ54を介して印加される。現像ローラ22に
は接触バネ54から直接電圧が印加される。トナー層厚
規制部材27に異なる電圧を印加すべく接触バネ54と
トナー層厚規制部材27との接続経路中にはツェナーダ
イオード56が設けられている。 【効果】 トナー層厚規制部材27に印加される電圧
は、低印字率の画像形成時に、電源電圧より常にツェナ
ー電圧だけ低くなるので、装置本体1と現像カートリッ
ジ20とを接続する端子53を1個にすることができ、
接点部分の接触不良の発生を低減し、コストを低減する
と共に、良質画像を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光プリンタ装置、複写
機又はファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に
備えられる現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】画像形成装置として、例えば、特開昭5
0−117432号公報に開示されたいわゆる電子写真
方式の光プリンタ装置がある。
【0003】この種の光プリンタ装置では、図8に示す
ように、コンピュータから入力された情報に基づいて変
調されたレーザビーム71によって、感光体ドラム72
が露光走査され、感光体ドラム72に静電潜像が形成さ
れる。次いで、感光体ドラム72の静電潜像は、現像装
置としての現像カートリッジ73に収納され予め帯電さ
れた非磁性一成分現像剤であるトナーにて現像され、可
視画像としてのトナー像になる。その後、感光体ドラム
72上のトナー像は転写ローラ74にて記録紙に転写さ
れ、定着ユニット75を経て光プリンタ装置から排出さ
れる。これによって、プリント動作が完了する。
【0004】上記の現像カートリッジ73は、光プリン
タ装置に着脱可能に設けられると共に、トナーを感光体
ドラム72の現像領域に搬送するための現像ローラ76
と、図示しないバネにて現像ローラ76を押圧しトナー
の層厚を規制するトナー層厚規制部材77と、トナーを
現像ローラ76に供給するトナー供給ローラ78と、ト
ナーを現像槽内で攪拌しトナー供給ローラ78側に搬送
するトナー攪拌ローラ79等とを有している。
【0005】また、上記トナー層厚規制部材77及び現
像ローラ76には、それぞれ異なる電圧値が印加される
ようになっている。これは、トナー層厚規制部材77の
方に現像ローラ76よりも大きな絶対値の電圧を印加す
ることにより、トナー層厚規制部材77からトナーに電
荷を注入し、トナーを均一帯電させるためである。
【0006】このような構成では、従来、現像ローラ7
6およびトナー層厚規制部材77に異なる絶対値の電圧
を印加するために、現像カートリッジ73と光プリンタ
装置本体との間に2つの端子80・82を設けている。
すなわち、トナー層厚規制部材77には端子80を通し
て電源81から給電される一方、現像ローラ76には端
子82を通して電源81から給電される。
【0007】次に、電子写真装置の帯電器および感光体
を電子写真装置本体に着脱可能なカートリッジとしてユ
ニット化し、カートリッジと電子写真装置本体との間に
2つの端子を設けた他の従来例を説明する。
【0008】図9に示すように、カートリッジ90は、
コロナ帯電器91と感光体ドラム92をユニットとし、
電子写真装置本体に着脱可能となっている。コロナ帯電
器91には、タングステンワイヤ93が張架されると共
に、コロナ放電による感光体ドラム92の帯電を均一化
するようにコロナ放電を制御するグリッド96が設けら
れている。
【0009】また、カートリッジ90と電子写真装置本
体との間には、2つの端子94・98が設けられてい
る。カートリッジ90を電子写真装置本体に装着したと
き、タングステンワイヤ93が、電子写真装置本体に設
けられた電源95に端子94を介して電気的に接続さ
れ、グリッド96は端子98を介してグランドに接続さ
れるようになっている。
【0010】ただし、グリッド96と端子98との間に
は、陰極がグリッド96に接続され、陽極が端子98に
接続されたツェナーダイオード97が設けられている。
ツェナーダイオード97のツェナー電圧は例えば800
Vである。この結果、電源95からタングステンワイヤ
93に−3kV〜−7kVの電圧が印加され、コロナ放
電が起きたときに、グリッド96の電圧は−800Vに
保持されるので、コロナ放電を制御することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭50−117432号公報に開示された光プリンタ
装置では、給紙のジャムが発生したり、光プリンタ装置
内を清掃したりする度に、現像カートリッジ73の着脱
操作が行われるので、各端子80・82において、現像
カートリッジ73の着脱によって電気的接続がON/O
FFされる各接点部分に接触不良が発生し易いという問
題点を有している。
【0012】同様に、上記カートリッジ90を備えた電
子写真装置においても、タングステンワイヤ93のクリ
ーニング等のメンテナンス時や、電子写真装置内の清掃
時に、カートリッジ90の着脱操作が行われるので、各
端子94・98の各接点部分に接触不良が発生し易いと
いう問題点を有している。
【0013】また、接点部分に接触不良が発生するとノ
イズが発生するため、ノイズに弱い電子機器が誤動作す
るという問題点も有している。
【0014】さらに、電源81から2系統の電圧供給が
必要となることや、端子の数を複数必要とするために、
コスト高になるという問題点も有している。
【0015】したがって、端子80・82や端子94・
98における接点部分の数が、少なければ少ない程接触
不良の発生が少なくなることや、コストの面からも、2
個の端子を1個に減らすことが従来から望まれている一
方、上記2個の端子を介する2系統の各電位はそれぞれ
異なるので、いかにして端子を1個にするかが技術課題
であった。
【0016】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たものであって、その目的は、現像ローラ及びトナー層
厚規制部材のそれぞれに異なる印加電圧を供給するに際
して、画像形成装置本体側から現像装置へ接続するため
の端子を1個にすることを可能とし、これによって接点
部分の接触不良の発生を低減すると共に、良質画像を供
給し得る低コストの画像形成装置の現像装置を提供する
ことにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る画
像形成装置の現像装置は、上記課題を解決するために、
表面に非磁性一成分現像剤から成る現像剤層を保持し、
感光体(例えば、感光体ドラム)に接触しながら現像剤
を搬送する現像剤担持体(例えば、現像ローラ)と、現
像剤担持体に接触して、上記現像剤層を一定の厚みに規
制する導電性の現像剤層厚規制部材(例えば、トナー層
厚規制部材)とを有し、感光体上に形成された静電潜像
の現像に際して、現像剤担持体および現像剤層厚規制部
材のそれぞれに異なる電圧を印加する画像形成装置の現
像装置において、上記現像剤担持体に一定電圧を供給す
る電源と現像剤層厚規制部材との接続経路中に、感光体
の表面電位と電源の電位との差に応じて発生する電流に
よって一定の電圧を発生する定電圧素子(例えば、ツェ
ナーダイオード)を介在させたことを特徴としている。
【0018】請求項2の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、上記課題を解決するために、上記定電圧素子が
ツェナーダイオードであることを特徴としている。
【0019】請求項3の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、上記課題を解決するために、上記定電圧素子が
発生する電圧の上限は、現像剤担持体上に保持された現
像剤層の表層の電位が感光体の現像開始時の表面電位よ
り低くなるように、設定されていることを特徴としてい
る。
【0020】請求項4の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、上記課題を解決するために、上記感光体の表面
が現像時に移動する移動速度に比べて、上記現像剤担持
体の搬送速度を現像剤層厚規制部材に現像剤が融着しな
い程度に速く設定したことを特徴としている。
【0021】請求項5の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、上記課題を解決するために、上記感光体の表面
電位の絶対値を上記現像剤担持体の電位の絶対値より1
00Vないし500V高く設定したことを特徴としてい
る。
【0022】請求項6の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、上記課題を解決するために、上記感光体の摩擦
帯電極性を現像剤の帯電極性と逆に設定したことを特徴
としている。
【0023】請求項7の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、上記課題を解決するために、表面に非磁性一成
分現像剤から成る現像剤層を保持し、感光体(例えば、
感光体ドラム)に接触しながら現像剤を搬送する現像剤
担持体(例えば、現像ローラ)と、現像剤担持体に接触
して、上記現像剤層を一定の厚みに規制する導電性の現
像剤層厚規制部材(例えば、トナー層厚規制部材)とを
有し、感光体上に形成された静電潜像の現像に際して、
現像剤担持体および現像剤層厚規制部材のそれぞれに異
なる電圧を印加する画像形成装置の現像装置において、
上記現像剤担持体に一定電圧を供給する電源と現像剤層
厚規制部材との接続経路中に、感光体の表面電位と電源
の電位との差に応じて発生する電流によって、電源と現
像剤層厚規制部材との間に電位差を発生させる電位差発
生素子(例えば、抵抗またはバリスタ)を介在させたこ
とを特徴としている。
【0024】請求項8の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、上記課題を解決するために、上記電位差発生素
子は、抵抗またはバリスタであることを特徴としてい
る。
【0025】請求項9の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、上記課題を解決するために、表面に非磁性一成
分現像剤から成る現像剤層を保持し、感光体(例えば、
感光体ドラム)に接触しながら現像剤を搬送する現像剤
担持体(例えば、現像ローラ)と、現像剤担持体に接触
して、上記現像剤層を一定の厚みに規制する導電性の現
像剤層厚規制部材(例えば、トナー層厚規制部材)とを
有し、感光体上に形成された静電潜像の現像に際して、
現像剤担持体および現像剤層厚規制部材のそれぞれに異
なる電圧を印加する画像形成装置の現像装置において、
上記現像装置は画像形成装置の本体に着脱自在に装着さ
れ、上記現像剤担持体に一定電圧を供給する電源が、上
記本体に設けられ、上記電源と現像剤層厚規制部材との
接続経路中に、電源と現像剤層厚規制部材との間を流れ
る電流によって一定の電圧を発生する定電圧素子(例え
ば、ツェナーダイオード)を介在させ、現像装置の枠体
に設けられた一端子部と上記本体に設けられた他端子部
とが接離可能に構成された1つの接合端子を介して、現
像装置と本体の上記電源とが電気的に接続されることを
特徴としている。
【0026】
【作用】請求項1の構成によれば、非磁性一成分現像剤
を用い、感光体と現像剤担持体とを接触させると共に、
現像剤担持体と現像剤層厚規制部材とを接触させ、さら
に現像に際して、現像剤担持体および現像剤層厚規制部
材のそれぞれに異なる電圧を印加する画像形成装置にお
いては、画像形成の印字率の変化によって、感光体の表
面電位が変化するため、感光体の表面電位と電源の電位
との差に応じた電流が発生する。
【0027】例えば、負に帯電した非磁性一成分現像剤
を用い、感光体と現像剤担持体とを接触させて反転現像
を行う方式では、画像の印字率が低いときに、現像剤担
持体から感光体に向かって電流が流れる一方、印字率が
高いときには逆の方向に電流が流れるという現象が見ら
れる。
【0028】これは、低印字率のとき、感光体の表面に
は未露光部が多く、負電荷が多く蓄積されているため、
感光体の平均的な表面電位は電源の電位より高くなって
いるからである。すなわち、感光体と現像剤担持体とは
接触しているので、感光体に蓄積された負電荷は電位の
高い方から低い方へ、つまり、感光体から現像剤担持体
に向かって移動する。この結果、電流は、現像剤担持体
から感光体に向かって流れることになる。
【0029】これに対し、高印字率のとき、感光体の表
面には露光部が多く、負電荷の消失が多くなるため、感
光体の平均的な表面電位は電源の電位より低くなる。す
なわち、現像剤担持体から感光体に負電荷が移動し、こ
の結果、電流は、感光体から現像剤担持体に向かって流
れることになる。
【0030】また、正転現像の場合には、印字率と電流
の向きとの関係が反転現像の場合と全く逆になる。
【0031】したがって、印字率が低いときに、現像剤
層厚規制部材と電源との間で流れる電流によって、定電
圧素子が動作し、電圧を発生するように構成すれば、現
像剤担持体には電源から常に一定の電圧が印加される
が、現像剤層厚規制部材には、電源の電圧に定電圧素子
が発生した電圧を加えた電圧が印加される。すなわち、
印字率が低く画像の白ベタに対するカブリが問題となる
ときに、定電圧素子は、現像剤層厚規制部材から現像剤
担持体上の現像剤層に電荷が注入されるような電位差
を、現像剤担持体と現像剤層厚規制部材との間に生み出
すことができる。
【0032】これにより、現像剤層厚規制部材と電源と
の接続経路中に定電圧素子を設けるだけで、現像剤の帯
電を高め、カブリの原因となる弱帯電または逆帯電の現
像剤を無くすことができるので、良好な画質を安定して
得ることができる。
【0033】また、画像形成装置本体に現像装置を着脱
可能とし、画像形成装置本体に設けた電源から現像装置
に電圧を供給する構成とした場合には、現像剤担持体と
現像剤層厚規制部材とに同一の電源から電圧を供給すれ
ばよいため、画像形成装置本体と現像装置とを電気的に
接続する端子を1つ設けるだけで済む。
【0034】これにより、画像形成装置本体と着脱可能
な現像装置とを電気的に接続する端子の数を従来より減
らすことができるので、現像装置の着脱を繰り返すこと
により端子部分で接触不良を起こすおそれが小さくな
る。したがって、請求項1の構成は、信頼性の高い低コ
ストの現像装置を提供することもできる。
【0035】請求項2の構成によれば、ツェナーダイオ
ードは、所定の動作電流を上回る電流が流れたときに、
電流の大きさに依存しない一定値のツェナー電圧を発生
することができる。したがって、反転現像か正転現像か
によってツェナーダイオードの接続の向きを適切に選択
することによって、低印字率のときに、現像剤担持体と
現像剤層厚規制部材との間にツェナー電圧に相当する一
定の電位差を発生させ、現像剤層厚規制部材から現像剤
担持体上の現像剤層に電荷を注入することができる。
【0036】しかも、感光体や現像剤担持体に印加する
電圧の大きさに応じて、いろいろな値のツェナー電圧を
選択することができるので、低印字率の画像形成時のカ
ブリを最も有効に低減することができる現像装置の設計
が容易である。
【0037】請求項3の構成によれば、定電圧素子が発
生する電圧が高過ぎると、現像剤担持体と現像剤層厚規
制部材との間の電位差が大きくなり過ぎ、現像剤担持体
上の現像剤層に対する電荷注入量が増え過ぎる。この結
果、現像剤層の帯電量が大きくなり過ぎるため、現像剤
層の表層の電位が感光体の現像開始時の表面電位より上
回る現象が起きる。こうなると、帯電した現像剤は電位
の高い方から低い方へ移動するので、感光体上の静電潜
像ばかりではなく、感光体上の全面に現像剤が付着し、
画質が著しく低下する。
【0038】したがって、定電圧素子が発生する電圧の
上限を、現像剤層の表層の電位が感光体の現像開始時の
表面電位より低くなるように設定すれば、静電潜像のみ
が常に現像され、良好な画質を得ることができる。
【0039】次に、請求項4の構成による作用の背景を
説明すると、非磁性一成分現像剤の帯電は、現像剤担持
体上の現像剤層に対して現像剤層厚規制部材から電荷が
注入されることによって行われるばかりではなく、感光
体と現像剤担持体同士の接触によって、現像剤が摩擦さ
れることによっても行われる。したがって、現像剤担持
体の搬送速度を大きくすれば、摩擦帯電の効率が高まる
ことになる。
【0040】ところが、現像剤担持体の搬送速度を大き
くし過ぎると、現像剤層厚規制部材に現像剤が融着し、
現像剤担持体上に現像剤層が均一に形成されなくなる。
このため、形成した画像に白筋等の欠陥が現れ、画質が
低下する。
【0041】そこで、請求項4の構成によれば、現像剤
担持体の搬送速度を、感光体表面の移動速度に比べて、
現像剤層厚規制部材に現像剤が融着しない程度に速く設
定したので、現像剤担持体上の現像剤層は、現像剤層厚
規制部材によって常に均一な厚みに規制され、感光体に
搬送される。この結果、現像剤の帯電効率を高めた上
に、常に良好な画質を得ることができる。
【0042】請求項5の構成に関して、感光体の表面電
位の絶対値と現像剤担持体の電位の絶対値との差が小さ
過ぎると、現像剤担持体上の現像剤層の表面電位が感光
体の表面電位を超え易くなる結果、現像剤が感光体上の
静電潜像以外の部位にも付着するため、カブリが増え
る。また、逆に差を大きくし過ぎると、感光体の耐圧を
超えてしまい、電圧のリークが発生する。
【0043】そこで、請求項5に記載のように、感光体
の表面電位の絶対値を現像剤担持体の電位の絶対値より
100Vないし500V高く設定すれば、カブリの無い
良好な画質を得ることができる。
【0044】請求項6の構成に関して、請求項4の構成
による作用で説明したように、非磁性一成分現像剤の帯
電の一部は、感光体と現像剤担持体同士の接触によっ
て、現像剤が摩擦されることによって行われる。したが
って、請求項6に記載のように感光体の摩擦帯電極性を
現像剤の帯電極性と逆に設定しておけば、現像剤を均一
に帯電する効果が高まり、カブリを一層低減することが
できる。
【0045】請求項7の構成によれば、請求項1の構成
による作用として説明したように、画像形成の印字率の
変化によって、感光体の表面電位と電源の電位との差に
応じた電流が現像剤層厚規制部材と電源との間で流れ
る。この電流は、現像剤層厚規制部材と電源との間に介
在させた電位差発生素子にも流れるので、現像剤担持体
には電源から常に一定の電圧が印加されるのに対し、現
像剤層厚規制部材には、電源の電圧に電位差発生素子が
発生した電圧を加えた電圧が印加される。すなわち、印
字率が低く画像の白ベタに対するカブリが問題となると
きに、現像剤層厚規制部材から現像剤担持体上の現像剤
層に電荷が注入されるような電位差を、現像剤担持体と
現像剤層厚規制部材との間に生み出すことができる。
【0046】したがって、請求項1の構成による作用効
果と同様の作用効果を得ることができる。
【0047】請求項8の構成によれば、電位差発生素子
を抵抗で構成した場合、抵抗の両端に発生する電位差
は、抵抗を流れる電流の大きさに依存して変化するが、
低印字率のときには、感光体の表面電位と電源の電位と
の差が大きくなるため、抵抗の両端に発生する電位差も
十分大きくなる。したがって、印字率が低く画像の白ベ
タに対するカブリが問題となるときに、現像剤層厚規制
部材から現像剤担持体上の現像剤層に電荷が注入される
ような電位差を、現像剤担持体と現像剤層厚規制部材と
の間に生み出すことができる。すなわち、抵抗は、特に
低い印字率の場合にカブリを無くす効果が大きい。
【0048】また、電位差発生素子をバリスタで構成し
た場合、バリスタの両端に発生する電位差は、バリスタ
を流れる電流の大きさに抵抗ほど依存はしないので、請
求項1に記載の定電圧素子と同じような効果を得ること
ができる。
【0049】請求項9の構成に関して、請求項1の構成
による作用を説明したように、現像剤層厚規制部材と電
源との接続経路中に定電圧素子を設けることにより、現
像剤担持体と現像剤層厚規制部材とに対し、同一電源か
ら異なる電圧の印加が可能となる。したがって、電源の
出力端子は1つで済むので、画像形成装置の本体に着脱
可能な現像装置と本体の電源とを電気的に接続する接合
端子も1つで済む。
【0050】したがって、請求項9の構成によれば、現
像装置が画像形成装置の本体に着脱自在に装着するカー
トリッジ型である場合に、現像装置の着脱を繰り返すこ
とにより端子部分で接触不良を起こすおそれが従来より
小さくなるため、信頼性の高い低コストの現像装置を提
供することができる。
【0051】また、電源と現像剤層厚規制部材との接続
経路中に定電圧素子を介在させているので、請求項1に
記載の構成による効果と同様に、印字率が低く画像の白
ベタに対するカブリが問題となるときに、弱帯電または
逆帯電の現像剤を無くすことができ、良好な画質を安定
して得ることができる。
【0052】
【実施例】
〔実施例1〕本発明の一実施例について図1ないし図
3、図5(a)、並びに図6に基づいて説明すれば、以
下のとおりである。
【0053】図2に示すように、本実施例に係る画像形
成装置としての例えば光プリンタ装置(以下、単に「プ
リンタ」と称する)は、装置本体1の側部に、シート状
の図示しない記録紙を挿入するための給紙トレイ部2を
備えている。そして、この給紙トレイ部2における出紙
側には給紙ローラ3が設けられ、給紙ローラ3の出紙側
には、用紙搬送路4がほぼ水平方向に設けられている。
用紙搬送路4の途中には、感光体としての感光体ドラム
5と転写ローラ6とが配設されている。
【0054】また、転写ローラ6のさらに出紙側には、
定着ローラ7aを有する定着ユニット7が設けられてい
る。定着ユニット7の出紙側には、出紙ローラ8が設け
られ、この出紙ローラ8を通して記録紙が装置本体1か
ら排出される。
【0055】一方、上記感光体ドラム5の側方には、現
像装置としての現像カートリッジ20が設けられ、感光
体ドラム5の表面に非磁性一成分現像剤としてのトナー
が供給される。また、感光体ドラム5の上方には感光体
ドラム5に光を照射するための光学系ユニット10が設
けられている。
【0056】上記光学系ユニット10には、半導体レー
ザ装置10aおよび反射ミラー10b等が内蔵されてい
る。この光学系ユニット10からの出射光が、帯電器9
により予め帯電された感光体ドラム5の表面に導かれ、
さらに感光体ドラム5が露光されることによって、この
感光体ドラム5表面に所定の静電潜像が形成される。
【0057】この静電潜像が、現像カートリッジ20か
ら供給されるトナーにより、感光体ドラム5に付着され
て現像され、このトナー像が感光体ドラム5の回転に伴
って、感光体ドラム5と転写ローラ6との当接部に向か
って時計回りに送られる。
【0058】一方、このとき、上記給紙トレイ部2から
は給紙ローラ3によって記録紙が1枚ずつ送出される。
送出された記録紙は、用紙搬送路4に沿って感光体ドラ
ム5と転写ローラ6との当接部である転写領域に搬送さ
れる。
【0059】この転写領域を記録紙が通過する際に、感
光体ドラム5の表面に形成されているトナー像が、その
電荷と記録紙表面の電荷との電位差によって、記録紙に
転写される。
【0060】次いで、記録紙は定着ローラ7aを有する
定着ユニット7へと送られ、定着ユニット7にて加熱お
よび圧着が行われる。このとき、記録紙上のトナーは定
着ローラ7aの温度と圧力とにより記録紙に融着され
る。定着ユニット7から送り出された記録紙は、出紙ロ
ーラ8によって装置本体1から排出される。
【0061】ところで、図1に示すように、本実施例に
おける現像カートリッジ20は、現像槽49を有するカ
ートリッジ本体21(現像装置の枠体)を備えている。
現像槽49内には、感光体ドラム5の表面にトナーを供
給する現像ローラ22(現像剤担持体)、現像ローラ2
2に所定の搬送圧力でトナーを供給するトナー供給ロー
ラ23、および現像槽49内のトナーを撹拌するトナー
攪拌ローラ26等が設けられている。上記現像ローラ2
2、トナー供給ローラ23およびトナー攪拌ローラ26
は、図示しない各軸部が、カートリッジ本体21に設け
られた軸受けにより軸支され、図示しない駆動ギアにて
それぞれ矢印方向に回転されるようになっている。
【0062】また、現像カートリッジ20には、現像ロ
ーラ22の表面に付着するトナーの層厚を均一に規制す
るトナー層厚規制部材27(現像剤層厚規制部材)、ス
プリング28、下部シール材30およびカートリッジカ
バー31等が設けられている。上記スプリング28は、
トナー層厚規制部材27を現像ローラ22に押圧すべく
付勢するためのものである。また、下部シール材30
は、現像ローラ22の下部からトナーが漏れないように
するために現像ローラ22に接触状態で設けられている
ものである。
【0063】上記の構成を有する現像カートリッジ20
の内部では、現像槽49内のトナーが、トナー攪拌ロー
ラ26によりトナー供給ローラ23側に搬送され、トナ
ー供給ローラ23とカートリッジ本体21における対向
内壁面21aとの間を通って、現像ローラ22側に搬送
される。搬送されたトナーは現像ローラ22に付着した
後、トナー層厚規制部材27にて均一な層厚にされ、上
記感光体ドラム5に静電的に付着することにより感光体
ドラム5の静電潜像が現像される。
【0064】現像カートリッジ20は、装置本体1に対
して着脱自在となっている。より具体的には、上記装置
本体1に形成された図示しないガイド溝に沿って、装置
本体1の上方から現像カートリッジ20における現像ロ
ーラ22の軸部22a両端を挿入することにより、現像
カートリッジ20を装置本体1に装着可能となってい
る。
【0065】次に、上記現像カートリッジ20の細部に
ついて以下に詳細に述べる。上記の現像ローラ22は、
非磁性一成分現像剤を使用した場合には、上記感光体ド
ラム5と所定量のニップ(くい込み)で互いに圧接され
ている。なお、現像ローラ22と感光体ドラム5とを所
定量のニップで接触させるために、現像ローラ22の形
成素材としては、導電性と弾性とを有するゴム材料から
選択するとよい。例えば、ポリウレタンゴム等のウレタ
ン系ゴム、シリコン系ゴム又はNBR(Nitrile-Butadi
ene Rubber) 系ゴムのような弾性素材にカーボン等の導
電性微粒子を内添すれば、導電性を持たせることができ
る。
【0066】また、現像ローラ22の硬度は、アスカー
Cで50〜90度が好ましい。なお、アスカーCとは、
日本ゴム協会における硬度の規格であり、先端形状が球
になっている硬度測定用の針をスプリングの力で試料の
表面に押しつけ、試料の抗力とスプリングの力とがバラ
ンスしたときに、針が試料を押し込んでいる深さ(押し
込み深さ)で硬度を表したものである。アスカーCの規
格では、55gの荷重をスプリングに与えたときの針の
押し込み深さが、その針の最大変位と等しくなるような
試料の硬度を0度とし、855gの荷重をスプリングに
与えたときの針の押し込み深さが0となるような試料の
硬度を100度に定めている。
【0067】上記の現像ローラ22の近傍には、この現
像ローラ22にトナーを搬送供給するためのトナー供給
ローラ23が現像ローラ22に非接触状態に設けられて
いる。なお、トナー供給ローラ23は正多角柱に形成さ
れている。上記の正多角柱の角数については、例えば正
3角柱以上正8角柱以下にするのが搬送量の点で好まし
く、本実施例では正8角柱を採用している。すなわち、
トナーは、トナー供給ローラ23の正多角柱の側面で搬
送される。このときのトナー供給ローラ23によって搬
送されるトナー量は、正多角柱に外接する円柱と正多角
柱との体積の差として算出される。したがって、角数の
多い方が搬送能力が低く、角数の少ない方が搬送能力が
高くなる。しかし、少な過ぎると搬送量にむらが生じ
る。このため、正多角柱は、正5角柱〜正8角柱にする
のがトナーの安定した搬送のために好ましいことがわか
る。
【0068】ここで、トナーを安定して搬送するための
現像ローラ22およびトナー供給ローラ23に関する具
体的な設計値は、非磁性一成分のトナーを使用する場合
にあっては、例えば、現像ローラ22の直径を16m
m、周速度を32.5mm/秒に設定する一方、トナー
供給ローラ23を正8角柱として直径12mmおよび周
速度40mm/秒に設定することができる。
【0069】一方、本実施例においては、現像ローラ2
2とトナー攪拌ローラ26との間に位置して、現像ロー
ラ22に対向するように、凸面状のトナー塗布部材40
が設けられている。このトナー塗布部材40の一端は、
カートリッジカバー31に取り付けられ、下方へ延伸す
る他端部は自由端となって、トナー供給ローラ23に付
着するトナーを掻き落とすためにトナー供給ローラ23
の表面に当接している。また、トナー塗布部材40の凸
面は、現像ローラ22に向けられており、現像槽49を
トナー層厚規制部材27および現像ローラ22と他の側
とで仕切っている。
【0070】上記トナー塗布部材40を設けたときの動
作について簡単に説明する。現像カートリッジ20内部
のトナーは、トナー攪拌ローラ26の回転によって下方
のトナー供給ローラ23側に搬送される。次いで、トナ
ーはトナー供給ローラ23の時計周りの回転によってト
ナー供給ローラ23と対向内壁面21aとの間を通り、
現像ローラ22側に搬送される。また、トナー供給ロー
ラ23の上側では、トナー塗布部材40の先端当接部に
よってトナー供給ローラ23上のトナーが掻き取られ
る。
【0071】次いで、現像ローラ22側に搬送されたト
ナーおよびトナー塗布部材40の先端当接部によって掻
き取られたトナーは、反時計周りに回転する現像ローラ
22によって、現像ローラ22とトナー塗布部材40の
円弧状凸面との間に送りこまれる。これにより、現像ロ
ーラ22の表面に対するトナーの圧力を高めることがで
き、現像ローラ22上にトナー層を安定して形成するこ
とができる。そして、現像ローラ22の回転により、や
がてトナー層厚規制部材27に到達すると、余分のトナ
ーがこのトナー層厚規制部材27にて掻き取られ、均一
で薄いトナー層となる。さらに現像ローラ22が回転す
ることによって、トナー層が感光体ドラム5に供給さ
れ、感光体ドラム5の静電潜像(図示しない)を現像す
る。
【0072】上記のトナー層厚規制部材27にて掻き取
られた余分のトナーは、トナー塗布部材40の一部に穿
設された孔25を通して現像槽49のトナー攪拌ローラ
26側に戻される。これによって、現像ローラ22とト
ナー塗布部材40との間に次々に搬送される過剰のトナ
ーを孔25を通して逃がしてやることで、トナーの圧力
が上昇し過ぎることを防止することができる。
【0073】次に、上記のトナー層厚規制部材27につ
いて詳述する。トナー層厚規制部材27は、バネ28に
よって現像ローラ22を例えば800gfにて押圧して
いる。すなわち、トナー層厚規制部材27の押圧力が小
さい場合には、トナーの十分な層厚規制能力が無くな
り、逆に押圧力が大きい場合にはトナーがトナー層厚規
制部材27に融着する傾向がある。このため、トナー層
厚規制部材27の現像ローラ22への押圧力は、500
gf〜2000gfが好ましく、700gf〜1200
gfが最も良い。
【0074】また、トナー層厚規制部材27は、後述す
るように電圧印加装置50から電圧が印加され、トナー
層厚規制部材27と現像ローラ22との間を通過するト
ナーに電荷を注入することによって、トナーを帯電させ
るため、およびトナーの帯電を安定させるため、導電性
部材にて形成されている。導電性部材としてはアルミニ
ウム、鉄および導電性樹脂が好ましい。この理由は、ト
ナー層厚規制部材27が導電性部材の場合には、トナー
層厚規制部材27の電位が直ちに均一になって安定する
のに対し、トナー層厚規制部材27が絶縁体の場合に
は、トナーとの摩擦により、発生した電位が逃げずにそ
の場に居続けるために、電位が部分的に上昇し、これに
よって、トナーの帯電が安定しないので画質にカブリが
発生するためである。
【0075】上記の電圧印加装置50は、図2に示すよ
うに、装置本体1の下部に設けられた電源51とこの電
源51から延びる配線52とを有している。この配線5
2は、装置本体1における現像カートリッジ20に対向
する面に設けられた1個の端子53(請求項に記載の他
端子部に相当)に接続されている。
【0076】また、電圧印加装置50は、図1に示すよ
うに、上記現像カートリッジ20を装置本体1に装着し
たときに、上記端子53に当接する接触バネ54(請求
項に記載の一端子部に相当)と、接触バネ54から現像
ローラ22の金属製の軸部22aに接続される現像ロー
ラ印加線55と、上記接触バネ54からツェナーダイオ
ード56およびバネ28を介してトナー層厚規制部材2
7に接続される接続経路としての規制部材印加線57と
を有している。
【0077】なお、上記端子53と接触バネ54とで、
1つの接合端子を構成している。また、上記ツェナーダ
イオード56は、陰極がバネ28に接続され、陽極が接
触バネ54に接続されている。さらに、ツェナーダイオ
ード56および規制部材印加線57は、カートリッジ本
体21の壁内に埋設されている。
【0078】これにより、現像ローラ22には、配線5
2、端子53、接触バネ54および現像ローラ印加線5
5を介して、電圧印加装置50から−400V〜−30
0Vの一定の現像バイアス電圧(DVB)が印加され
る。一方、トナー層厚規制部材27には、配線52、上
記と同一の端子53および接触バネ54、ツェナーダイ
オード56、並びに規制部材印加線57を介して、ツェ
ナーダイオード56が動作した場合には、上記現像バイ
アス電圧よりツェナー電圧だけ常に低く保持された電圧
が印加される。
【0079】なお、感光体ドラム5は、現像時に前記帯
電器9により例えば−800V〜−600Vの一定電位
に帯電される。
【0080】上記の構成において、感光体ドラム5表面
の露光部位の電荷が消失し、露光部位にトナーを静電的
に付着させ静電潜像を現像する反転現像の場合であっ
て、感光体ドラム5表面の初期電位を例えば−800V
に設定し、負に帯電させたトナーを用いる場合には、図
5(a)に示すように、形成された画像の印字率が増す
程、感光体ドラム5の表面電位が直線的に減少する。上
記の印字率とは、感光体ドラム5表面の軸方向に沿う線
上におけるトナーの付着率に相当している。
【0081】要するに、反転現像の場合には印字率が低
い程、未露光部位が多くなるので負電荷の消失が少なく
なり、感光体ドラム5の表面電位は初期電位(−800
V)に近くなる一方、印字率が増す程、露光部位が多く
なるので電荷消失が増え、感光体ドラム5の表面電位は
露光電位(例えば、−100V)に近づく。
【0082】一方、印字率が低い程、用紙にプリントさ
れた画像の白ベタ領域が多くなるので、画像の白ベタ領
域にトナーが不所望に付着するカブリという現象が問題
となる。このカブリは主に逆極性、すなわち正に帯電し
たトナーの付着によって起こる。一般に、逆帯電トナー
は、トナーの主樹脂中に分散させた帯電制御剤の分散性
が悪い場合に発生し易くなるが、主な原因はむしろトナ
ー同士の摩擦帯電によっている。
【0083】なお、帯電制御剤の分散性と逆帯電トナー
の発生との関係について、図6(a)を参照して簡単に
触れておく。図6(a)のグラフの縦軸はトナーの個数
Nを表し、横軸はトナー帯電量qを表しており、縦軸よ
り左側の領域の極性が逆極性になっている。また、曲線
σ1 は帯電制御剤の分散性が良い場合、曲線σ2 は帯電
制御剤の分散性が悪い場合のトナーの個数Nとトナー帯
電量qとの関係を示している。このグラフから、帯電制
御剤の分散性が悪いと、トナー帯電の分布が広がり、ハ
ッチングで示す逆極性の領域が増え、逆帯電トナーの個
数が多くなることが分かる。
【0084】そこで、逆帯電トナーの発生を抑制するた
めには、トナー層厚規制部材27に印加している負電圧
を現像ローラ22に印加している負の現像バイアス電圧
より負側に設定し、トナー層厚規制部材27と現像ロー
ラ22との当接部位を通過するトナーに対して、トナー
層厚規制部材27から負電荷を注入するようにすればよ
い。
【0085】このために、従来の電子写真装置では、現
像カートリッジと装置本体との間に2つの端子を設け、
各端子を介して異なる電圧が供給されるように構成され
ていた。これに対し、本発明では、前述のように、現像
カートリッジ20と装置本体1との間に、端子53と接
触バネ54とから成る1つの接合端子を設け、端子53
には一定の電圧、例えば−400Vが印加されるように
なっている。
【0086】このように、端子53に一定の電圧を印加
しながら、トナー層厚規制部材27と現像ローラ22と
に異なる電圧を印加するための重要な構成要素が定電圧
素子としてのツェナーダイオード56である。
【0087】ここで、ツェナーダイオード56の動作を
説明する前に、トナー層厚規制部材27と現像ローラ2
2とに電圧を供給する構成の等価回路について以下に説
明する。
【0088】図3(a)に示すように、現像ローラ22
の軸部22aと感光体ドラム5との間の抵抗をR1 、ト
ナー層厚規制部材27と感光体ドラム5表面との間の抵
抗をR2 、ツェナーダイオード56については降伏現象
が起きる前の抵抗をR3 とする。感光体ドラム5は、感
光層の裏面が接地されており、電荷を蓄えるコンデンサ
とみなしてよい。すると、感光体ドラム5、現像ローラ
22、トナー層厚規制部材27、ツェナーダイオード5
6、および電源51から成る等価回路は、図3(b)の
ようになる。スイッチSWは、感光体ドラム5の帯電部
位が現像ローラ22に当接した瞬間にONになると考え
てよい。
【0089】なお、各抵抗R1 〜R3 の実際の値は、 R1 ≒R2 ≒107 Ω R3 ≒109 〜1010Ω で与えられる。
【0090】図5(a)を参照して説明したように、カ
ブリの出やすい低い印字率の画像形成を行ったときは、
感光体ドラム5の表面に負電荷が多く蓄積されているの
で、感光体ドラム5の表面電位は現像ローラ22の現像
バイアス電圧より負側になる。例えば、感光体ドラム5
の未露光時の表面電位が−800V、現像バイアス電圧
が−400Vとすると、露光部位が少ない感光体ドラム
5の表面電位は−800V〜−400Vの範囲に含まれ
る。これにより、電源51と感光体ドラム5との間の電
位差に応じた大きさを持つ電流I1 およびI2 が、電源
51から感光体ドラム5に向かうように、抵抗R1 と、
ツェナーダイオード56および抵抗R2とをそれぞれ流
れる。
【0091】スイッチSWがONになった直後は、ツェ
ナーダイオード56の抵抗値R3 がR3 ≫R2 であるこ
とから、 |感光体ドラムの表面電位−現像ローラの電位| がツェナーダイオード56に印加される。しかし、ツェ
ナーダイオード56を流れる電流が増大し、ツェナーダ
イオード56の動作電流を上回ると、降伏現象が起き、
ツェナーダイオード56は一定値のツェナー電圧を発生
する。これにより、トナー層厚規制部材27の電圧は、
常に現像バイアス電圧よりツェナー電圧だけ低く制御さ
れる。この結果、トナー層厚規制部材27から現像ロー
ラ22上のトナーに負電荷が注入され、トナーの帯電が
安定し、カブリの無い良好な画質を得ることができる。
【0092】図5(a)のハッチングで示す領域は、感
光体ドラム5の表面電位が現像ローラ22の現像バイア
ス電圧より負側になる印字率の範囲に対応しており、ツ
ェナーダイオード56の動作範囲を示している。ただ
し、感光体ドラム5の表面電位と現像バイアス電圧との
差が小さ過ぎると、ツェナーダイオード56を流れる電
流I1 がツェナーダイオード56の動作電流より小さく
なるため、ツェナー電圧が発生しない。
【0093】一方、印字率の高い画像形成を行った場合
には、感光体ドラム5の表面の露光部位が増え、露光に
よる負電荷の消失が増えるので、感光体ドラム5の表面
電位は現像ローラ22の現像バイアス電圧より正の側に
なる。すなわち、感光体ドラム5の表面電位は−400
V〜0Vの範囲となる。これにより、印字率が低い場合
とは逆に、感光体ドラム5から電源51に向かって、抵
抗R1 を電流I1 ’が流れ、ツェナーダイオード56お
よび抵抗R2 を電流I2 ’が流れる。この電流I2 ’に
よっては、ツェナー電圧は発生しない。
【0094】したがって、本発明によれば、印字率が低
く白ベタのカブリが問題となる場合に、ツェナー電圧が
発生し、弱帯電あるいは逆帯電のトナーを無くすように
トナー層厚規制部材27による電荷注入がなされる一
方、印字率が高く白ベタが少ないためにカブリが問題と
ならない場合には、ツェナー電圧が発生せず、逆帯電ト
ナーの抑制は行われないようになっている。
【0095】(実験例1)ここで、1つの端子53を介
してトナー層厚規制部材27と現像ローラ22とに異な
る電圧を印加する本実施例の光プリンタ装置を用い、カ
ブリおよび現像メモリを印字率を変えて調べた結果を表
1に示す。また、比較例として従来の2端子を介して異
なる電圧を印加する従来方式の光プリンタ装置を用い、
カブリおよび現像メモリを印字率を変えて調査した結果
を表2に示す。なお、上記現像メモリとは、現像ローラ
22の表面に周期的に現れるトナーのパターンを意味し
ており、主としてトナーの帯電が低い場合に現れる。
【0096】
【表1】
【0097】
【表2】
【0098】表1および表2から分かるように本発明の
電圧印加方式によって、従来と大差なく、白べたにカブ
リ等が発生せず効果があることが確認できた。
【0099】このように、本実施例の光プリンタ装置の
現像カートリッジ20は、トナー層厚規制部材27にツ
ェナーダイオード56を接続するだけで、装置本体1側
から現像カートリッジ20側へ電圧を供給するための端
子53を1つにすることができる。この結果、現像カー
トリッジ20側に設けた接触バネ54と上記端子53と
の接点部分に接触不良が発生するおそれを低減し、良好
な画像を安定して得ることができる。また、電源51、
配線52および端子53で構成される電圧供給系統が1
系統で済むので、光プリンタ装置のコストを低減するこ
ともできる。
【0100】(実験例2)次に、ツェナー電圧の最適範
囲を測定した結果について説明する。
【0101】この測定に用いた現像ローラ22は、内部
に磁性体を有しており、直径を20mm、感光体ドラム
5の表面に対する押圧力を1kgf、周速を50mm/
秒に設定した。一方、トナー層厚規制部材27を現像ロ
ーラ22の表面に500gfにて押圧させた。また、ト
ナー供給ローラ23については、直径を15mm、周速
を40mm/秒に設定した。さらに、現像ローラ22に
は、電源51から端子53および接触バネ54を介し
て、−300Vの現像バイアス電圧を印加した。
【0102】上記の構成および条件の下に、ツェナーダ
イオード56のツェナー電圧を変化させ、白ベタのカブ
リを測定した。その結果を以下の表3に示す。ここで、
カブリは次のように求めた。まず、測定計器として白度
計を用い、用紙の反射率Rを測定する。反射率Rは、用
紙に照射される光の光量I0 に対する用紙で反射された
光の光量Iの百分率である。通常の用紙の反射率Rは低
いもので約85%、良質の用紙の場合で約95%であ
る。この反射率Rを印字前と印字後とに測定し、印字前
の反射率R0 から印字後の反射率R1 を差し引いた値k
によって、カブリの度合いを表した。kが1以上の場合
に、カブリが多く画質不良と判定した。
【0103】
【表3】
【0104】表3の結果から、ツェナー電圧が10V〜
500Vの範囲でカブリが良好であり、50V〜500
Vが特に良好であることが分かった。
【0105】なお、ツェナー電圧が低過ぎると、トナー
層厚規制部材27と現像ローラ22との電位差が小さく
なり過ぎ、トナー層厚規制部材27から現像ローラ22
上のトナーに対する電荷注入が不十分となる。この結
果、弱帯電あるいは逆帯電のトナーを十分に減らすこと
ができなくなるため、カブリが増える。
【0106】一方、ツェナー電圧が高過ぎると、第1に
トナー像の濃度が低くなり、画像が薄くなるという不具
合を生ずる。これは、次のような理由による。帯電され
た感光体ドラム5と現像バイアス電圧が印加された現像
ローラ22との当接部位の近傍には、感光体ドラム5の
容量と、感光体ドラム5および現像ローラ22間の容量
とによって決まる一定の電位差が発生する。また、その
電位差に対して蓄積できる総電荷量も一定に決まる。し
たがって、ツェナー電圧が高過ぎて、トナー1個当たり
の帯電量が増大すると、蓄積できる総電荷量が一定であ
るため、現像ローラ22から感光体ドラム5へ移動でき
るトナーの個数が減少する。この結果、トナー像の濃度
が低くなるのである。
【0107】図6(c)に示すように、現像ローラ22
から感光体ドラム5へトナーが移動するにつれて、露光
部電位は感光体ドラム5の未露光部の表面電位に近づ
き、現像バイアス電圧と露光部電位との差が縮まる。現
像バイアス電圧と露光部電位との差、すなわち現像電位
が0になると、現像ローラ22から感光体ドラム5への
トナーの移動が終了し、現像が終了する。トナー1個当
たりの帯電量が増大すると、少ないトナーの移動で現像
電位が0になるので、現像が不十分なままトナーの移動
が早く終了する。
【0108】また、図6(b)はトナー像の濃度と上記
現像電位との関係を示している。曲線D1 は、トナーの
帯電量が小さい場合を表し、曲線D2 は、トナーの帯電
量が大きい場合を表している。現像電位が大きくなる
程、トナー像の濃度は高くなり飽和状態に近づくが、ト
ナーの帯電量が大きいと、上述のように濃度が高くなり
にくいので、曲線D2 は曲線D1 を常に下回ることにな
る。
【0109】第2に、ツェナー電圧が高過ぎると、感光
体ドラム5表面の未露光部の全面にトナーが付着すると
いう不具合が発生する。これは、次のような理由によ
る。現像ローラ22上に付着したトナー層は、トナー層
厚規制部材27によって厚みが2層〜3層に均一化され
ている。現像バイアス電圧を−400V、トナーの帯電
量を15μC/gとすると、トナー層の表面電位は、通
常、−500V〜−700Vになる。しかし、ツェナー
電圧を高くし過ぎ、トナーの帯電量が大きくなり過ぎる
と、トナー層の表面電位が感光体ドラム5の未露光部の
表面電位である−800Vを超えてしまう現象が起き
る。この場合、未露光部の全面にトナーが付着してしま
う。
【0110】以上のように、ツェナー電圧は低過ぎても
高過ぎても画質が悪くなるので、常に安定した良質の画
像を得るには、10V〜500Vの範囲内で設定する必
要がある。
【0111】(実験例3)次に、感光体ドラム5の表面
を均一に帯電したときの表面電位を変化させた場合、感
光体ドラム5の表面電位の絶対値と現像ローラ22の電
位の絶対値との差とカブリとの関係ついて検討を行っ
た。結果を以下の表4および図10に示す。
【0112】なお、現像ローラ22は、感光体ドラム5
に一定量のニップで圧接するために、硬度がアスカーC
で70度の弾性を有するシリコンゴム材料にて形成し
た。また、現像ローラ22の周速を20mm/秒、抵抗
値を107 Ω〜108 Ωに設定し、−300Vの現像バ
イアス電圧を印加した。さらに、トナー層厚規制部材2
7には導電体としてアルミニウムを使用すると共に、ツ
ェナー電圧が100Vのツェナーダイオード56を使用
した。
【0113】
【表4】
【0114】表4および図10に示す特性曲線から、感
光体ドラム5の表面電位の絶対値と現像ローラ22の電
位(現像バイアス電圧)の絶対値との差が、100V〜
500Vの範囲でカブリが良好であることが分かった。
【0115】なお、上記の電位差が小さ過ぎる場合、あ
るいは大き過ぎる場合にカブリが増える理由は次のよう
に説明することができる。
【0116】すなわち、現像ローラ22上には、正規の
電荷量で負極性に帯電したトナーと、微弱な電荷量で負
極性に帯電したトナーと、逆極性に帯電したトナーとが
混在している。一般に、感光体ドラム5に現像されるト
ナー量は、感光体ドラム5の表面と現像ローラ22の表
面との電位差が大きいほど、大きくなる。しかし、この
電位差が小さ過ぎると、微弱に帯電したトナーが感光体
ドラム5の白地部分に付着しやすくなるので、カブリが
増大する。また、この電位差が大き過ぎると、逆極性に
帯電したトナーが感光体ドラム5の白地部分に付着しや
すくなるので、カブリが増大する。
【0117】したがって、感光体ドラム5の表面と現像
ローラ22との電位差は、カブリが最も小さくなる範囲
となるように、設計される。
【0118】(実験例4)次に、現像ローラ22の抵抗
値とカブリとの関係について実験を行った。その結果を
表5に示す。
【0119】なお、現像ローラ22は、硬度がアスカー
Cで55度のシリコンゴム材料にて形成し、カーボン等
を含有させることにより導電性を持たせた。また、現像
ローラ22の直径を16mmとし、周速25mm/秒に
て回転させた。トナー層厚規制部材27には導電性樹脂
製のものを使用した。さらに、トナー供給ローラ23を
直径10mmの六角柱とし、周速度25mm/秒にて回
転させた。
【0120】
【表5】
【0121】この結果、現像ローラ22の抵抗値が約1
6 〜108 〔Ω〕の範囲でカブリが良好であることが
分かった。
【0122】現像ローラ22の抵抗値が小さ過ぎたり、
大き過ぎたりした場合に、カブリが増大する理由は、次
のように説明することができる。
【0123】一般に、現像ローラ22に付着しているト
ナーの帯電量は、現像ローラ22の抵抗値と相関関係を
有している。すなわち、現像ローラ22の抵抗値が小さ
過ぎる場合には、帯電したトナーの電荷が現像ローラ2
2にリークするため、トナーの帯電量が減少する。この
結果、微弱に帯電したトナーが増大し、感光体ドラム5
の白地部分に付着しやすくなるので、カブリが増大す
る。一方、現像ローラ22の抵抗値が大き過ぎる場合に
は、逆極性に帯電したトナーが増大し、感光体ドラム5
の白地部分に付着しやすくなるので、カブリが増大す
る。
【0124】(実験例5)次に、感光体ドラム5の摩擦
帯電極性とトナーの摩擦帯電極性との関係について説明
する。前述したように、トナーがトナー層厚規制部材2
7と現像ローラ22との当接部を通過するときに、トナ
ー層厚規制部材27から電荷が注入されることによっ
て、トナーの帯電が行われるが、それだけではなく、感
光体ドラム5と現像ローラ22とが圧接し合ってトナー
を摩擦することによっても、トナーの帯電が行われる。
【0125】したがって、感光体ドラム5によるトナー
の摩擦帯電の効率を高めるには、感光体ドラム5の摩擦
帯電極性とトナーの摩擦帯電極性とが逆になるような素
材をそれぞれ選択するとよい。例えば、感光体ドラム5
のOPC(Organic Photoconductor) 膜の主樹脂とし
て、摩擦帯電の仕事関数が4〔eV〕程度の材料を選択
し、トナーの主樹脂として、摩擦帯電の仕事関数が5〜
5. 5 〔eV〕程度の材料を選択すると、感光体ドラム
5は相対的に正の帯電極性を持つ一方、トナーは相対的
に負の帯電極性を持つようになる。
【0126】そのような材料として、感光体ドラム5の
OPC膜の主樹脂には、特にポリカーボネイトが適して
いる。その他、例えばn−ブチルメタクリレート、スチ
レン−ブタジエン共重合体、アクリル樹脂、ポリエステ
ル樹脂またはポリメチルメタクリレート樹脂等を主樹脂
とした光導電性有機感光体材料を用いてもよい。
【0127】一方、トナーの主樹脂には、スチレンアク
リル樹脂またはポリエステル樹脂が適しており、その主
樹脂中にCr含金染料のような帯電制御剤を分散させる
ことにより、非磁性一成分トナーとすることができる。
【0128】このような材料の選択によって、トナーを
均一に負に帯電させることができるので、弱帯電または
逆帯電のトナーが無くなり、カブリの無い良質の画像を
安定して得ることができた。
【0129】(実験例6)次に、感光体ドラム5の周速
度を変化させた場合に、現像ローラ22と感光体ドラム
5との周速比率に対するカブリの状態について実験を行
った。その結果を表6に示す。
【0130】なお、現像ローラ22を硬度がアスカーC
で50度のウレタン材料にて形成し、その直径を30m
mとし、周速100mm/秒にて回転させた。また、現
像ローラ22は、−400Vに定電圧制御されており、
ツェナー電圧が100Vのツェナーダイオード56を使
用した。トナー層厚規制部材27は、導電性樹脂にて形
成されており、現像ローラ22に対し1000gfで圧
接されている。さらに、直径10mmの五角柱のトナー
供給ローラ23を周速度40mm/秒にて回転させた。
【0131】感光体ドラム5は、直径を30mmとし、
光導電性有機感光体を使用する一方、ブラシ型で接触帯
電方式の帯電器9によって表面電位を−800Vに帯電
させた。
【0132】
【表6】
【0133】この結果、現像ローラ22の周速度を感光
体ドラム5の周速度より1.1倍から2.0倍程度速く
設定すると、カブリが小さく良好な画質になることが分
かった。
【0134】周速比率が小さ過ぎると、現像ローラ22
に圧接された感光体ドラム5によるトナーの摩擦帯電が
不十分となり、弱帯電または逆帯電のトナーを十分に無
くすことができない。一方、周速比率が高過ぎると、ト
ナーがトナー層厚規制部材27の底面に融着する現象が
起き、現像ローラ22上のトナー層の形成が不均一にな
る。この結果、画像に白筋等の欠陥が現れ、画質が低下
する。
【0135】このように、現像ローラ22と感光体ドラ
ム5との周速比率にも適正範囲の有ることが分かる。
【0136】なお、現像ローラ22やトナー供給ローラ
23等の具体的な設計例は、上記の開示に限定されるも
のではない。例えば、現像ローラ22を、硬度がアスカ
ーCで80度となるようにカーボン等を内添したNBR
材料で形成し、直径を20mm、周速を35mm/秒に
設定し、導電性樹脂製のトナー層厚規制部材27を現像
ローラ22に1000gfで圧接させてもよい。この場
合、トナー供給ローラ23を直径10mmの五角柱と
し、周速度40mm/秒にて回転させることができる。
【0137】〔実施例2〕本発明の他の実施例を図4、
図5(b)および図7に基づいて説明すれば、以下のと
おりである。なお、説明の便宜上、前記の実施例の図面
に示した部材と同一の機能を有する部材については、同
一の符号を付し、その説明を省略する。
【0138】上記の実施例では、反転現像を行う光プリ
ンタ装置に備えられる現像装置の構成について説明した
が、正転現像を行う複写機に備えられる現像装置の構成
は次のようになる。
【0139】すなわち、正転現像を行う場合の現像装置
の構成は、図3に示す構成と基本的に同じだが、図4に
示すように、ツェナーダイオード56の接続が図3とは
逆向きになっている点で異なっている。その理由を以下
に説明する。
【0140】正転現像では、負の電荷によって均一に帯
電した感光体が、画像の白地で反射した光によって露光
され、白地に相当する露光部位の電荷が消失するので、
黒地に相当する未露光部位に正に帯電したトナーを付着
させることにより現像を行うようになっている。
【0141】したがって、図5(b)に示すように、白
地が多く印字率が低いときには、露光部位が多く電荷の
消失が増えるため、感光体ドラム5の表面電位は露光電
位の−100Vに近づき、黒地が多く印字率が高いとき
には、逆に未露光部位が多く電荷の消失が少ないので、
感光体ドラム5の表面電位は初期電位の−800Vに近
づく。このように、感光体ドラム5の表面電位と印字率
との関係は、反転現像の場合(図5(a)参照)と正反
対になる。
【0142】次に、印字率とツェナーダイオード56を
流れる電流の向きとの関係について考察する。図5
(b)に示すように、現像バイアス電圧を−400Vに
設定したとすると、印字率が低い場合には、感光体ドラ
ム5の表面電位は現像バイアス電圧より正の側に近づ
く。したがって、図4に示すように、感光体ドラム5か
らトナー層厚規制部材27およびツェナーダイオード5
6を経て、電源51に向かう方向に電流I2 が流れる。
【0143】このとき、ツェナーダイオード56が動作
して、トナー層厚規制部材27の電圧を現像ローラ22
の電圧よりツェナー電圧だけ高く保持するように構成す
れば、トナーの正の帯電が促進される。このため、ツェ
ナーダイオード56の陽極をトナー層厚規制部材27側
に接続し、陰極を電源51側に接続することになる。
【0144】このように、着脱可能な現像カートリッジ
を正転現像を行う複写機に備える場合には、ツェナーダ
イオード56の接続向きを反転現像の場合と逆にしさえ
すれば、電源51から現像カートリッジに電圧を供給す
る端子を1つにして、現像ローラ22の電位とトナー層
厚規制部材27の電位とを異ならせることができる。
【0145】なお、以上の実施例では、ツェナーダイオ
ード56を設けて、印字率が低い場合に、現像ローラ2
2の電位とトナー層厚規制部材27の電位とを一定値だ
け異ならせる構成を示したが、図11に示すように、ツ
ェナーダイオード56の代わりに抵抗58を用いること
もできる。さらに、抵抗58をバリスタに置き換えても
よい。
【0146】反転現像の場合、感光体ドラム5の表面電
位が、すでに説明したように図7(a)のように変化す
ると、ツェナーダイオード56の代わりに設けた抵抗5
8に流れる電流I2 は、図7(b)に示すように変化す
る。すなわち、感光体ドラム5の表面電位が現像バイア
ス電圧(DVB)より負側となる低印字率のときには、
トナー層厚規制部材27から電源51に向かう方向に電
流I2 は流れ、印字率が高くなるにつれて電流I2 の大
きさは漸減する。
【0147】また、感光体ドラム5の表面電位が現像バ
イアス電圧(DVB)と等しくなったときには、電流I
2 は0となり、感光体ドラム5の表面電位が現像バイア
ス電圧(DVB)より正側となる高印字率のときには、
電源51からトナー層厚規制部材27に向かって上記と
逆方向に電流I2 は流れ、印字率が高くなるにつれて電
流I2 の大きさは漸増する。
【0148】したがって、抵抗58の両端に発生する電
圧の絶対値は、図7(c)に示すように電流I2 の変化
と共に変化する。このように、ツェナーダイオード56
の代わりに設けた抵抗58は、印字率が低い程、両端に
発生する電圧が高くなり、トナー層厚規制部材27の電
圧を現像バイアス電圧より低くする働きが大きくなる。
このため、カブリが問題となる低印字率の場合に、弱帯
電または逆帯電のトナーを減らす効果が有る。
【0149】また、ツェナーダイオード56の代わりに
設けたバリスタは、バリスタを流れる電流の変化に対す
る電圧の変化が抵抗58に比べて小さいので、ツェナー
ダイオード56に近い効果を得ることができる。
【0150】
【発明の効果】請求項1の発明に係る画像形成装置の現
像装置は、以上のように、現像剤担持体に一定電圧を供
給する電源と現像剤層厚規制部材との接続経路中に、感
光体の表面電位と電源の電位との差に応じて発生する電
流によって一定の電圧を発生する定電圧素子を介在させ
た構成である。
【0151】それゆえ、印字率が低く画像の白ベタに対
するカブリが問題となるときに、現像剤層厚規制部材か
ら現像剤担持体上の現像剤層に電荷が注入されるような
電位差を、現像剤担持体と現像剤層厚規制部材との間に
生み出すことができる。この結果、現像剤の帯電を高
め、カブリの原因となる弱帯電または逆帯電の現像剤を
無くすことができるので、良好な画質を安定して得るこ
とができる。
【0152】また、画像形成装置本体に現像装置を着脱
可能とし、画像形成装置本体に設けた電源から現像装置
に電圧を供給する構成とした場合には、画像形成装置本
体と現像装置とを電気的に接続する端子を1つ設けるだ
けで済む。この結果、端子の数を従来より減らすことが
できるので、現像装置の着脱を繰り返すことにより端子
部分で接触不良を起こすおそれが小さくなる。したがっ
て、請求項1の発明は、信頼性の高い低コストの現像装
置を提供することができるという効果を併せて奏する。
【0153】請求項2の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、以上のように、請求項1に記載の定電圧素子と
してツェナーダイオードを用いた構成である。
【0154】それゆえ、請求項1に記載の構成による効
果に加えて、感光体の表面電位や現像剤担持体の電位に
応じて、最適なツェナー電圧を有するツェナーダイオー
ドを選択することができ、現像装置の設計がしやすいと
いう効果を奏する。
【0155】請求項3の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、以上のように、請求項1に記載の定電圧素子が
発生する電圧の上限は、現像剤担持体上に保持された現
像剤層の表層の電位が感光体の現像開始時の表面電位よ
り低くなるように、設定されている構成である。
【0156】それゆえ、請求項1に記載の構成による効
果に加えて、現像剤層の表層の電位が感光体の現像開始
時の表面電位より上回る現象が起きないので、静電潜像
以外に現像剤が付着せず、カブリの無い良好な画質を得
ることができるという効果を奏する。
【0157】請求項4の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、以上のように、請求項1に記載の感光体の表面
が現像時に移動する移動速度に比べて、上記現像剤担持
体の搬送速度を現像剤層厚規制部材に現像剤が融着しな
い程度に速く設定した構成である。
【0158】それゆえ、請求項1に記載の構成による効
果に加えて、現像剤層厚規制部材に現像剤が融着しない
ことにより、現像剤担持体上の現像剤層は、現像剤層厚
規制部材によって常に均一な厚みに規制され、感光体に
搬送されるので、現像剤の帯電効率を高めた上に、常に
良好な画質を得ることができるという効果を奏する。
【0159】請求項5の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、以上のように、請求項1に記載した感光体の表
面電位の絶対値を、上記現像剤担持体の電位の絶対値よ
り100Vないし500V高く設定した構成である。
【0160】それゆえ、請求項1に記載の構成による効
果に加えて、感光体の表面電位と現像剤担持体の電位の
設定に関し、カブリの無い良好な画質を得ることができ
る最適範囲を提供することができるという効果を奏す
る。
【0161】請求項6の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、以上のように、請求項1に記載の感光体の摩擦
帯電極性を現像剤の帯電極性と逆に設定した構成であ
る。
【0162】それゆえ、感光体と現像剤担持体同士の接
触による現像剤の摩擦帯電の効率を高め、現像剤を一層
均一に帯電することができるので、カブリをさらに低減
することができるという効果を奏する。
【0163】請求項7の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、以上のように、現像剤担持体に一定電圧を供給
する電源と現像剤層厚規制部材との接続経路中に、感光
体の表面電位と電源の電位との差に応じて発生する電流
によって、電源と現像剤層厚規制部材との間に電位差を
発生させる電位差発生素子を介在させた構成である。
【0164】それゆえ、画像形成の印字率の変化に起因
した感光体の表面電位と電源の電位との差に応じて発生
する電流を利用して、印字率が低く画像の白ベタに対す
るカブリが問題となるときに、電位差発生素子が、現像
剤層厚規制部材から現像剤担持体上の現像剤層に電荷が
注入されるような電位差を、現像剤担持体と現像剤層厚
規制部材との間に生み出すことができる。この結果、現
像剤の帯電を高め、カブリの原因となる弱帯電または逆
帯電の現像剤を無くすことができるので、良好な画質を
安定して得ることができる。
【0165】また、画像形成装置本体に現像装置を着脱
可能とし、画像形成装置本体に設けた電源から現像装置
に電圧を供給する構成とした場合には、画像形成装置本
体と現像装置とを電気的に接続する端子を1つ設けるだ
けで済む。この結果、端子の数を従来より減らすことが
できるので、現像装置の着脱を繰り返すことにより端子
部分で接触不良を起こすおそれが小さくなる。したがっ
て、請求項7の発明は、信頼性の高い低コストの現像装
置を提供することができるという効果を併せて奏する。
【0166】請求項8の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、以上のように、請求項7に記載の電位差発生素
子として抵抗またはバリスタを用いた構成である。
【0167】それゆえ、電位差発生素子として抵抗を用
いた場合には、請求項7に記載の構成による効果に加え
て、感光体の表面電位と電源の電位との差が低印字率の
ときに大きくなるため、特に低い印字率の画像形成を行
う場合に有効にカブリを無くすことができるという効果
を奏する。
【0168】また、電位差発生素子としてバリスタを用
いた場合には、バリスタの両端に発生する電位差は、バ
リスタを流れる電流の大きさに抵抗ほど依存しないの
で、カブリを安定して無くすことができる印字率の範囲
が抵抗より広くなるという効果を奏する。
【0169】請求項9の発明に係る画像形成装置の現像
装置は、以上のように、現像装置は画像形成装置の本体
に着脱自在に装着され、現像剤担持体に一定電圧を供給
する電源が、上記本体に設けられ、上記電源と現像剤層
厚規制部材との接続経路中に、感光体の表面電位と電源
の電位との差に応じて発生する電流によって一定の電圧
を発生する定電圧素子を介在させ、現像装置の枠体に設
けられた一端子部と上記本体に設けられた他端子部とが
接離可能に構成された1つの接合端子を介して、現像装
置と本体の上記電源とが電気的に接続される構成であ
る。
【0170】それゆえ、画像形成装置の本体に着脱可能
な現像装置と本体の電源とを電気的に接続する接合端子
が1つで済むことにより、現像装置の着脱を繰り返すこ
とにより端子部分で接触不良を起こすおそれが従来より
小さくなるため、信頼性の高い低コストの現像装置を提
供することができる。
【0171】また、電源と現像剤層厚規制部材との接続
経路中に定電圧素子を介在させているので、請求項1に
記載の構成による効果と同様に、印字率が低く画像の白
ベタに対するカブリが問題となるときに、弱帯電または
逆帯電の現像剤を無くすことができ、良好な画質を安定
して得ることができるという効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像形成装置に備えられる現像カ
ートリッジの一例を示す構成図である。
【図2】上記画像形成装置の全体構成を模式的に示す構
成図である。
【図3】(a)は、反転現像方式の現像カートリッジに
おけるツェナーダイオードの作用を説明するための模式
図であり、(b)は(a)の模式図の等価回路を示す回
路図である。
【図4】正転現像方式の現像カートリッジにおけるツェ
ナーダイオードの作用を説明するための模式図である。
【図5】(a)は反転現像方式における感光体表面電位
と印字率との関係を示すグラフ、(b)は正転現像方式
における感光体表面電位と印字率との関係を示すグラフ
である。
【図6】(a)はトナー帯電量の分布を示すグラフ、
(b)は画像濃度と現像電位との関係を示すグラフ、
(c)は現像の進み具合による露光部電位の推移を示す
グラフである。
【図7】(a)〜(c)は、トナー層厚規制部材に接続
された抵抗の両端に発生する電圧と印字率との関係を説
明するためのグラフである。
【図8】従来のプリンタを示す全体構造図である。
【図9】従来の電子写真装置の要部を概略的に示す説明
図である。
【図10】本発明の電子写真装置において、感光体表面
と現像ローラとの電位差とカブリとの関係を示す特性曲
線である。
【図11】本発明に係る反転現像方式の現像カートリッ
ジにおける抵抗の作用を説明するための模式図である。
【符号の説明】
1 装置本体 5 感光体ドラム(感光体) 20 現像カートリッジ(現像装置) 21 カートリッジ本体(枠体) 22 現像ローラ(現像剤担持体) 27 トナー層厚規制部材(現像剤層厚規制部材) 51 電源 53 端子(他端子部、接合端子) 54 接触バネ(一端子部、接合端子) 56 ツェナーダイオード(定電圧素子) 57 規制部材印加線(接続経路) 58 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 油井 勇飛 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 粟田 登喜男 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 村上 哲 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に非磁性一成分現像剤から成る現像剤
    層を保持し、感光体に接触しながら現像剤を搬送する現
    像剤担持体と、現像剤担持体に接触して、上記現像剤層
    を一定の厚みに規制する導電性の現像剤層厚規制部材と
    を有し、感光体上に形成された静電潜像の現像に際し
    て、現像剤担持体および現像剤層厚規制部材のそれぞれ
    に異なる電圧を印加する画像形成装置の現像装置におい
    て、 上記現像剤担持体に一定電圧を供給する電源と現像剤層
    厚規制部材との接続経路中に、感光体の表面電位と電源
    の電位との差に応じて発生する電流によって一定の電圧
    を発生する定電圧素子を介在させたことを特徴とする画
    像形成装置の現像装置。
  2. 【請求項2】上記定電圧素子はツェナーダイオードであ
    ることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置の現像
    装置。
  3. 【請求項3】上記定電圧素子が発生する電圧の上限は、
    現像剤担持体上に保持された現像剤層の表層の電位が感
    光体の現像開始時の表面電位より低くなるように、設定
    されていることを特徴とする請求項1記載の画像形成装
    置の現像装置。
  4. 【請求項4】上記感光体の表面が現像時に移動する移動
    速度に比べて、上記現像剤担持体の搬送速度を、現像剤
    層厚規制部材に現像剤が融着しない程度に速く設定した
    ことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置の現像装
    置。
  5. 【請求項5】上記感光体の表面電位の絶対値を上記現像
    剤担持体の電位の絶対値より100Vないし500V高
    く設定したことを特徴とする請求項1記載の画像形成装
    置の現像装置。
  6. 【請求項6】上記感光体の摩擦帯電極性を現像剤の帯電
    極性と逆に設定したことを特徴とする請求項1記載の画
    像形成装置の現像装置。
  7. 【請求項7】表面に非磁性一成分現像剤から成る現像剤
    層を保持し、感光体に接触しながら現像剤を搬送する現
    像剤担持体と、現像剤担持体に接触して、上記現像剤層
    を一定の厚みに規制する導電性の現像剤層厚規制部材と
    を有し、感光体上に形成された静電潜像の現像に際し
    て、現像剤担持体および現像剤層厚規制部材のそれぞれ
    に異なる電圧を印加する画像形成装置の現像装置におい
    て、 上記現像剤担持体に一定電圧を供給する電源と現像剤層
    厚規制部材との接続経路中に、感光体の表面電位と電源
    の電位との差に応じて発生する電流によって、電源と現
    像剤層厚規制部材との間に電位差を発生させる電位差発
    生素子を介在させたことを特徴とする画像形成装置の現
    像装置。
  8. 【請求項8】上記電位差発生素子は、抵抗またはバリス
    タであることを特徴とする請求項7記載の画像形成装置
    の現像装置。
  9. 【請求項9】表面に非磁性一成分現像剤から成る現像剤
    層を保持し、感光体に接触しながら現像剤を搬送する現
    像剤担持体と、現像剤担持体に接触して、上記現像剤層
    を一定の厚みに規制する導電性の現像剤層厚規制部材と
    を有し、感光体上に形成された静電潜像の現像に際し
    て、現像剤担持体および現像剤層厚規制部材のそれぞれ
    に異なる電圧を印加する画像形成装置の現像装置におい
    て、 上記現像装置は画像形成装置の本体に着脱自在に装着さ
    れ、 上記現像剤担持体に一定電圧を供給する電源が、上記本
    体に設けられ、 上記電源と現像剤層厚規制部材との接続経路中に、電源
    と現像剤層厚規制部材との間を流れる電流によって一定
    の電圧を発生する定電圧素子を介在させ、 現像装置の枠体に設けられた一端子部と上記本体に設け
    られた他端子部とが接離可能に構成された1つの接合端
    子を介して、現像装置と本体の上記電源とが電気的に接
    続されることを特徴とする画像形成装置の現像装置。
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