JPH096132A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】光によって導電性が変化する光導電性材料また
は光により帯電特性が変化する光帯電制御材料を含有す
る非磁性一成分トナーを用い、トナーを用いる現像機の
トナーを帯電するトナー帯電部材の上流側にトナー層に
光を照射する光照射手段を配置し、光を照射する機構の
発光量または発光頻度を制御する。 【効果】トナーの帯電量を制御する機構に可動部が無
く、光量や発光頻度によるトナー帯電量の制御のため、
簡単な構成で安定かつ精度のよいトナーの帯電量制御が
可能な非磁性一成分現像装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小着色粉体である黒
もしくはカラートナーを利用して画像を形成する画像形
成装置の現像装置に係り、特に、トナーの帯電量制御機
構を有する非磁性一成分現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現像されるトナー量は、感光体の電位と
現像機の現像バイアスおよびトナーの帯電量などで決定
される。このうちトナーの帯電量は、周囲環境の変化や
トナー特性の経時変化などに変化しやすい。現像される
トナー量が変化すると画像の濃度が変化するために、こ
れを一定にすることは画像形成装置にとって非常に重要
である。特に、カラーの画像を形成する装置では、複数
の現像機による異なるトナーを重ねてカラー画像を形成
するために、現像される各色トナーの付着量のバランス
を常に均一に保つことが要求される。非磁性一成分現像
装置は、従来広く用いられている２成分現像装置に比較
して、構成が簡略であるために、小型化に有利であり、
近年広く用いられるようになってきた。

【０００３】現像機の小型化は、複数の現像機を必要と
するカラー画像形成装置では、特に重要である。しか
し、非磁性一成分現像は環境やトナーの経時変化による
トナーの帯電特性変化に伴う帯電量変動が発生した場
合、これを補正制御することが容易ではない。非磁性一
成分現像で、トナーの帯電量を制御する方式としては、
規制ブレードの押しつけ強さの押しつけ量を変化させる
機構を現像機に搭載する方式が、特開平2−16583号や特
開平5−297701 号公報などで提案されている。また、特
開平2−109070 号や特開平5−241436 号公報などでは、
規制部材の回転速度やベルト状規制部材のニップ幅を変
更する機構を搭載する方式などが提案されている。

【０００４】また、感光性トナーを利用し、光を照射す
る手段を有する記録装置が、特開平5−119561 号公報で
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の特開平2
−16583号や特開平5−297701 号公報などで提案されて
いる規制ブレードの押しつけ強さの押しつけ量を変化さ
せる機構を現像機に搭載する方式では、可動機構が必要
であるために、装置の構成が複雑になるとともに、ブレ
ードの押しつけ量では、帯電量の制御を細かくかつ精度
よく制御することが難しい。また、上記従来例の特開平
2−109070 号や特開平5−241436 号公報などでも、規制
部材の回転速度やベルト状規制部材のニップ幅を変更す
る機構は構成が複雑になってしまう。また、回転体でト
ナーを規制する方式は、トナーの現像機内からの漏れを
防ぐのが難しいために、トナーのシール部の構成が複雑
になってしまう。

【０００６】また、特開平5−119561 号公報で示されて
いる感光性トナーを利用する記録装置は、スリーブ上に
感光性トナー層を形成し、これに選択的に光を照射し
て、用紙への電気的転写量を制御することで画像を形成
するものであり、電子写真装置における静電潜像担持体
上の静電潜像を現像するための現像装置とは全く異な
る。また、特開平5−119561 号公報の記録装置で照射さ
れる光は、感光性トナーを完全に除電しこれを回収する
ことを目的としており、帯電量を安定化かつ制度よく制
御することはできない。

【０００７】本発明の目的は、簡単な構成で安定かつ精
度よくトナーの帯電量を制御可能な非磁性一成分現像装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は光によって導電性が変化する光導電性材料
または光により帯電特性が変化する光帯電制御材料を含
有する非磁性一成分トナーを用い、前記トナーを用いる
現像機のトナーを帯電するトナー帯電部材の上流側にト
ナー層に光を照射する光照射手段を配置するとともに、
前記光を照射する機構の発光量または発光頻度を制御す
る光制御機構によって、トナーの帯電量や現像後の画像
濃度などが適正値となるように制御する。

【０００９】

【作用】上記構成では、光によって導電性が変化する光
導電性材料または光により帯電特性が変化する光帯電制
御材料を含有する非磁性一成分トナーを用い、現像機の
トナーを帯電するトナー帯電部材の近くに、トナーに光
を照射する光照射手段を設け、この照射量を制御する光
制御手段を設けているので、照射光量を制御すること
で、トナーの帯電特性や抵抗率を精度よく変化させるこ
とができ、トナー帯電部材によって与えられる帯電量を
制御することができる。

【００１０】また、トナーの帯電量を制御する機構に可
動部が無いとともに、光量や発光頻度による制御である
ために、簡単な構成で安定かつ精度よいトナーの帯電量
制御が可能である非磁性一成分現像装置を提供できる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図１から図１０を
用いて説明する。図１は本発明の一成分現像機の構成の
説明図である。トナー格納室内のトナー７は、搬送羽根
６の回転によって、現像材担持体である現像ローラ９側
に搬送される。現像ローラ手前には発泡ゴムで構成され
た搬送ロール８が配置されており、トナーを現像ロール
に擦り付けることでトナー層を形成する。層厚規制部材
の背面まで常にトナーを供給できるような構成の場合
は、特に搬送ロール８を配置する必要がないが、一般に
は、搬送ロール８は画像形成後の現像ロール９に残った
トナーを均一にする役割もあるので設けるほうが望まし
い。

【００１２】現像ロール８には、光照射用の第１トナー
層厚規制部材５とトナーを摩擦帯電するための第２トナ
ー層厚規制部材３が配置されている。第１トナー層厚規
制部材５は、現像ロール上にギャップを設けて配置され
ており、第２トナー層厚規制部材３は、バネや規制部材
自身の弾性を利用して、現像ロール９表面に押しつけら
れている。

【００１３】搬送ロール８で現像ロール上に形成された
トナー層は、まず、光照射用の第１トナー層厚規制部材
５によって層厚が規制される。光照射用のトナー層厚規
制部材５内部には光源からなる光照射手段４が配置され
ており、規制部材５下面に進入したトナー層に光を照射
することが可能となっている。小型の現像機に適用する
場合は、光源は規制部材と別体で配置し、光ファイバな
どを利用して、光照射用層厚規制部材の発光部まで照射
光を運ぶことで、層厚規制部材の大きさを小さくするこ
とができる（図２参照）。光照射手段は、発光量を制御
する発光量制御手段２によって制御されている。第１ト
ナー層厚規制部材３下面のトナーに光を照射する構成と
なっているのは、光を照射するトナーの層厚を均一にす
るためである。光を照射するトナー層厚が厚すぎると均
一な光照射ができず、摩擦帯電用の第２トナー層厚規制
部材３によって均一な帯電量が得られなくなる。第１ト
ナー層厚規制部材５のギャップの適正値は、使用するト
ナーの特性によって異なるが、透過性が高い樹脂を用い
たトナーの方がギャップ裕度が大きくなる。一般に透過
性の高いポリエステル樹脂を、ベース樹脂として用いた
トナーでは、ギャップは、黒トナーでは０.１から２mm
程度カラートナーでは、０.５から５mm程度での範囲と
なり、望ましくは、黒トナーでは１mm以下カラートナー
でも２mm以下に設定するのがよい。ギャップは小さい方
が照射効率はよいが、必要な厚さのトナー層を形成でき
ない，トナーのつまりが生じるなどの不具合が発生する
ので、あまり小さすぎるギャップ設定値も好ましくな
い。ギャップの設定値は、使用するトナーの流動性など
の特性から実験的に決定することが必要である。本方式
では、摩擦帯電を行う前のトナーに均一かつ十分な光量
の光を照射する必要がある。カラートナーは、一般に黒
トナーに比較して透過性が高く各トナーに均一な光量の
光を照射しやすいので、本方式は特にカラー現像機に適
している。

【００１４】図２に本発明の他の構成を示す。図の構成
では、規制ブレード３が透過性部材で構成されており、
規制ブレード３下面領域に進入する直前または規制ブレ
ード３下面領域内で光を照射する。この構成では、構成
が簡単であり十分な薄層となった領域のトナー７に光を
照射できる。

【００１５】トナーには、帯電性を適正なレベルに制御
する為に、高い帯電特性を有する帯電制御剤（ＣＣＡ）
を分散させている。この帯電制御剤のうち、いくつかの
ものは、摩擦帯電を行う前に紫外光などの光を照射する
ことで、帯電特性が変化する。本発明のトナーに用いら
れるＣＣＡ材料は、例えば、アゾベンゼン誘導体，スピ
ロピラン誘導体，スピロオキサギン誘導体，スプロチオ
ビラン誘導体，フルギド誘導体，ジアリルエテン誘導
体，チオインジゴ誘導体，アセトラセン誘導体，トリフ
ェニルメタン誘導体，インノンオキシド誘導体などがあ
げられる。

【００１６】本発明のトナーは、上記、光によって帯電
付与量に差が生じるＣＣＡ材料を含有させたトナーを用
いるほかに、光によって体積抵抗が低下する光導電性樹
脂を利用したトナーを用いる方法がある。一般に、トナ
ーは体積抵抗が高いために摩擦帯電で表面に生じた電荷
を保持することができる。体積抵抗が光で制御すること
ができれば、帯電時または帯電後の電荷の漏れ量を制御
できるために、トナーのトナーの帯電量を制御すること
ができる。

【００１７】また、非磁性一成分現像では、図３に示す
ように、規制ブレード３に電圧を印加することで、ブレ
ード下面のトナーに電荷を注入し、帯電を行う方法が知
られている。しかし、この場合トナーの体積抵抗が非常
に高いと電荷注入の効果が少なく。規制ブレード通過後
のトナーの帯電量は、印加電圧に依存しない。また、ト
ナーの体積抵抗が低い場合、印加電圧によってトナー内
部に電荷が注入されやすいが、注入後のトナーから電荷
が漏れやすく、十分な帯電量を保持するのが難しい。そ
こで、光導電性トナーを用いて、規制ブレード進入前ま
たは規制ブレード下面のトナーに光を照射するととも
に、規制ブレードに電圧を印加する構成とする。このよ
うな構成では、光を当てたトナーは導電性となるために
電荷が注入されやすくなり、電荷注入後のトナーの体積
抵抗が高くなるため、十分な帯電電荷が保持できる。帯
電量の制御は、光の照射量制御による規制ブレード下面
での体積抵抗の低下時間を制御する方法と、光の照射量
を一定とし、ブレードに印加する電圧を制御する方法で
行うことが可能である。実験的には、ブレードに印加す
る電圧を制御する方が安定な帯電電位制御ができた。図
４に、印加電圧と帯電量の測定結果を示す。図中ａの光
を照射しないトナーは体積抵抗が高く、帯電量はほとん
ど印加電圧に依存しない。また、図中ｂのトナーは体積
抵抗が低いトナーの測定結果であり、印加電圧に帯電電
位が依存しているものの、帯電後の電位が低く不安定で
ある。これに対して、図中ｃ光導電性トナーに光を照射
して、印加電圧を制御した場合は、印加電圧に依存した
帯電変化が認められる。

【００１８】本発明の光導電性トナーは、有機感光体で
用いられる無金属フタロシアニンやチタニルフタロシア
ニンやバナジルフタロシアニンやそれらの化合物からな
る材料を利用することで容易に作成することができる。

【００１９】次に、本発明の光の照射量制御による帯電
量制御システムについて説明する。本発明は、現像時の
トナーの帯電量を適正値に保持することを目的としてい
る。このため、図１の実施例では、現像ロール上の帯電
後のトナー帯電量を測定し、光照射手段の発光量を制御
するように構成されている。現像ロール上のトナーの帯
電量測定方法は、現像ロール上に電極を近接させ誘起さ
れる電荷を測定する方法などがある。図５に測定回路の
一例を示す。図の方式は、測定電極１３に誘起された電
荷を測定容量１５で電圧に変化して、電荷量を測定する
方式である。このほかに、電極振動型による表面電位を
測定する方法など一般に知られている表面電位測定方法
を利用することによって、現像ロール上のトナー帯電量
を測定することができる。また、トナーの帯電量変化に
伴う現像ロール上のトナー層厚さを、光学的手段で測定
する方法も考えられる。

【００２０】測定されたトナーの帯電量は、図１の光制
御手段で光照射手段の発光量に変換される。測定値から
発光量に変換する簡単な方法として、図６に示すパルス
幅変調を利用した方式がある。トナー帯電量や画像濃度
の測定値レベルに応じて、発光頻度を制御する方式であ
る。光量が多いほど、帯電量が高くなるトナー材料と光
量が多いほど、帯電量が低くなるトナー材料では、発光
と消灯を反転することで、同じ回路が利用できる。この
ほかにも、帯電量と発光量の関係をメモリに記憶してお
き、マイコンを利用して、帯電量を適正値に保つ発光量
出力を算出する方式を用いればより高精度な帯電量制御
が可能となる。

【００２１】本発明で帯電量を制御するのは、現像画像
の画像濃度を一定に保つためである。この意味から、現
像によって形成された感光体上画像や用紙上画像の画像
濃度やトナー層厚を測定し、光照射手段の発光量制御値
にフィードバックする方法が考えられる。図７に感光体
上のトナー付着量の測定方法の一例を示す。図７の測定
手段は、発光手段１９と受光手段２０からなる光学的測
定手段で、発光手段１９から赤外光などの光が照射さ
れ、トナー層に当たって反射する光の光量変化を受光手
段２０で検出し、トナー付着量を測定する。さらに、測
定手段を配置しやすいという点から、現像後のトナーの
帯電量を測定する方法も考えられる。このように、帯電
量を制御するための検出対象および検出手段は、現像ロ
ール上のトナー帯電量および現像後の画像濃度を直接的
または間接的に測定する各種測定手法を用いることがで
きる。

【００２２】測定対象は、現像ロール上のトナー帯電量
および現像後の画像濃度などを直接的に測定する以外
に、トナーの帯電性に影響を与えるパラメータを検出す
ることも有効である。特に、温度や湿度はトナーの帯電
に与える影響が大きい。温度や湿度を測定して制御を行
う場合は、使用するトナーの温度や湿度に対する帯電性
の変化を予め測定しておく必要がある。そして、適正な
帯電量とするために検出値と光照射量の関係マトリック
スを記憶手段に記憶しておき、温度や湿度などの測定値
に対応する適正な光照射量を決定する。トナーやその他
装置の各部品の特性は経時的に特性が変化することか
ら、前記録枚数や記録時間なども光照射量を決定するた
めのパラメータに含めることがより望ましい。

【００２３】より高精度な帯電量または画像濃度制御を
実現するためには、上記各種測定パラメータを組み合わ
せて光照射量を決定することが望ましい。

【００２４】光による帯電性や導電率の変化するトナー
は、記非磁性一成分現像での帯電量制御の他にも、その
特性を生かしたいくつかの利用方法がある。

【００２５】図８に複数の現像機で形成した画像を感光
体上で重ねることで多色画像を形成する画像形成装置の
一例を示す。図８の多色画像形成装置の記録動作を以下
に説明する。帯電器２１，露光装置２２によって感光体
上に静電潜像を形成し、１色目の現像機２３−Ｙでイエ
ロートナーで現像する。続いて、再び、感光体を帯電，
露光し、１色目のイエロー画像に重ねて２色目の現像機
２３−Ｍでマゼンタトナーで現像する。同様に、３色目
の現像機２３−Ｃによるシアン画像と４色目の現像機２
３−Ｋによる黒画像を感光体１０上で重ね合わせ、一括
して用紙上に転写し、定着機２５で熱を加えて融解し用
紙上に定着する。このような感光体の周囲に色の異なる
複数の現像機を配置し、異なる現像機で現像した画像を
重ねて、多色画像を形成するカラー画像形成装置では、
先に現像を行った現像機のトナーが、後で現像を行う現
像機の内部に混入する。この混入トナーの量が多くなる
と、美しい多色画像を形成することができない。

【００２６】図９はこの多色画像形成装置で発生する混
入トナーを除去することが可能な現像機の一実施例を示
す図である。トナーに光を照射する光照射手段４ととも
に、混入トナーを回収する回収ローラ２７を設けてあ
る。使用するトナーのＣＣＡは、光の照射によって、ト
ナーの帯電極性と逆の帯電極性を示すものを用いる。図
１０に、このトナーへの光照射量と摩擦帯電後の帯電量
の関係を模式的に示す。図中Ａの範囲の光照射量によっ
て、摩擦帯電後の帯電量を制御でき、更に強い図中Ｂの
光照射量では、摩擦帯電後の帯電量を反転することが可
能となる。

【００２７】光照射手段で照射する光の波長のうち、現
像機の本来のトナー色が吸収する波長の光については、
帯電量の適正制御する為に、図１０のＡの範囲の光照射
量制御を行う。また、光照射手段で照射する光の波長の
うち、他の現像機のトナー色が吸収する波長の光を、図
１０のＢのレベルの強い光照射量で同時に照射する。こ
れによって、規制ブレード通過時に他の現像機から混入
したトナーのみ逆極性とすることができる。回収ロール
２７には感光体と逆極性の電圧を印加することで電気的
に混入トナーのみを回収することができる。回収ロール
２７上のトナーは、掻き取りブレードで掻き落とし、排
トナーとしてスパイラルロール２８によって排トナーボ
ックスに搬送回収される。

【００２８】トナーの帯電電荷は、転写電界に影響を与
える為に、トナーの帯電電荷量が小さいほうが、低い転
写電圧で高い転写効率が得られやすい。特に、トナー付
着量が多い場合は、トナー電荷の影響が大きくなり、十
分な転写効率を実現するのが難しくなる。例えば、図８
に示したような多色画像記録装置では、複数色のトナー
を重ねた画像を感光体上に形成する。この為、多くのト
ナーからなる感光体上の画像を、用紙に転写する必要が
ある。光導電性や光により帯電量が変化するトナーを利
用し、転写前に光照射を行うことで、転写前のトナーの
帯電量を低下させることができる。これによって、多く
のトナーを一括して転写する必要がある画像形成装置に
おける転写効率を改善することができる。

【００２９】このように、導電率や帯電特性を光照射量
によって制御可能なトナーの利用は、画像形成装置の画
質向上や印写行程安定化等の点で非常に有効である。

【００３０】

【発明の効果】本発明の構成では、トナーの帯電量を制
御する機構に可動部が無く、光量や発光頻度により、現
像位置に搬送されるトナーの帯電量を制御可能であるた
めに、簡単な構成で安定かつ精度よいトナーの帯電量制
御が可能である非磁性一成分現像装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一成分現像機の構成を示す説明図。

【図２】本発明の一成分現像機の他の構成を示す説明
図。

【図３】規制ブレードに電圧を印加して帯電を行う実施
例を示す説明図。

【図４】印加電圧と帯電量の測定結果を示す特性図。

【図５】現像ロール上のトナー帯電量の測定回路の一例
を示す説明図。

【図６】帯電量測定結果から光照射量に変化する方法の
一例を示す説明図。

【図７】感光体上のトナー付着量の測定方法の一実施例
を示す説明図。

【図８】感光体上に色重ねする多色画像記録装置の一例
を示す説明図。

【図９】混入トナーを除去することが可能な現像機の一
実施例を示す説明図。

【図１０】光照射量と摩擦後のトナー帯電量の関係の特
性図。

【符号の説明】

１…帯電量センサ、２…制御回路、３…第２トナー層圧
規制部材、４…光照射手段、５…第１トナー層厚規制部
材、６…搬送羽根、７…トナー、８…搬送ロール、９…
現像ロール、１０…感光体。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー担持体上に帯電したトナー層を形成
   し、前記トナー担持体を回転もしくは移動させること
   で、前記トナー層を搬送し、静電潜像担持体上に形成さ
   れた静電潜像を可視化する現像装置において、前記静電
   潜像担持体を現像するための前記トナー層を摩擦帯電す
   る摩擦帯電部材と、前記静電潜像担持体に搬送される前
   のトナーに光を照射する光照射手段とを有し、前記光照
   射手段の発光光量，発光頻度，発光波長のうち少なくと
   も一つを制御する光制御手段を有していることを特徴と
   する現像装置。
2. 【請求項２】着色粉体であるトナーを格納する部分とト
   ナーを静電潜像担持体に搬送するトナー担持体を有する
   現像装置において、前記静電潜像担持体に搬送される前
   のトナーに光を照射する光照射手段および光照射前後ま
   たは照射中のトナーに摩擦を与え電荷を付与する摩擦手
   段および前記トナー担持体上にトナー薄層を形成する薄
   層形成手段そして、前記光照射手段の光照射量を任意に
   制御可能な光制御手段を有し、静電潜像を可視化するト
   ナーの帯電量を適正値に制御することを特徴とする現像
   装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、適用されるト
   ナーは、光により導電性が変化する光導電性材料または
   光により帯電特性が変化する光帯電制御材料を含有する
   現像装置。
4. 【請求項４】請求項１または２において、前記トナー層
   厚規制部材またはトナー帯電部材は、電圧を印加可能な
   ように構成され、印加する電圧を制御する電圧制御手段
   を有する現像装置。
5. 【請求項５】請求項１，２または４において、前記光制
   御手段または前記電圧制御手段は、現像ロール上に形成
   されるトナーの帯電量，トナー層厚，現像後の画像のト
   ナー付着量，トナー帯電量，画像濃度，装置周囲または
   内部の温度，湿度などの環境条件の少なくとも一つを検
   出する手段を有し、前記検出手段の出力値に基づいて、
   前記光制御手段または電圧制御手段の出力レベルを決定
   する現像装置。
6. 【請求項６】請求項１または２に記載の光照射手段を制
   御する光制御手段は必要に発光強度をパルス幅変調によ
   って、発光時間に変換し、光照射手段の発光頻度を制御
   する方式である現像装置。
7. 【請求項７】請求項５に記載の前記トナー付着量検出手
   段は、測定するトナーに光を照射する光発光手段と前記
   トナーに当たった光の反射光量を検出する反射光量検出
   手段よりなる光学式付着量測定手段である現像装置。
8. 【請求項８】請求項１または２に記載の現像装置は、カ
   ラートナーを用いる現像装置であって、複数の現像機に
   より現像を行うことでカラー画像を形成するカラー画像
   形成装置に適用され、各色現像装置による各色現像画像
   の画像の画像濃度を同一に保つように、各現像装置の前
   記光制御手段を制御する制御手段を有するカラー画像形
   成装置。