JPH1039611A

JPH1039611A - 現像装置

Info

Publication number: JPH1039611A
Application number: JP8207748A
Authority: JP
Inventors: Yoji Matsui; 陽二松井; Tomoyoshi Chihara; 朋義千原; Shuji Yoshikawa; 修二由川; Teruaki Koizumi; 輝昭小泉
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】均一なトナー帯電と所望のトナー層厚を安定
して得ることによって、かぶり、トナークラウド等がな
く、異なる環境下においても安定した現像量を得る。【解決手段】トナー担持体２にトナーＴが供給される
トナー供給部材３を有する現像装置において、前記トナ
ー供給部材３に、抵抗値が制御可能である可変抵抗５を
介在して電圧が印加される電圧印加手段４を具備させ
る。更に、現像特性に影響する変化が定量的に検知され
る現像特性検知手段６を設け、この現像特性検知手段６
からの検知情報に応じて前記可変抵抗５の抵抗値が制御
される抵抗制御手段７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機や
レーザビームプリンタ等の画像形成装置において潜像担
持体上に形成された静電潜像を非磁性一成分トナーを用
いて可視化する現像装置に係り、詳しくは、トナー担持
体上のトナー層厚が制御可能な現像装置の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子写真複写機やレーザビームプ
リンタ等の小型化、簡易化が進むにつれ、静電潜像を可
視化する現像方式として一成分現像方式が注目を浴びて
いる。特に最近ではカラー化が進み、磁性トナーを使用
しない非磁性一成分現像方式について、多くの研究が行
われている。従来、この種の現像方式としては、特開昭
４７−１３０８８号公報や特開昭５３−１６７３４１号
公報等に開示されるものがある。これは、非磁性一成分
トナーをトナー担持体上に薄層形成し、このトナー担持
体によって静電潜像担持体上に形成された静電潜像を可
視化する非磁性一成分現像方式である。

【０００３】この非磁性一成分現像方式は、現像剤が一
成分でキャリアを必要としないため、キャリアの劣化や
キャリアの付着等による問題がなく、また、トナーが非
磁性であるため、磁性粉を含まず鮮明なカラー現像が可
能であるという特徴を有している。そして、この非磁性
一成分現像では、現像濃度ムラの発生やトナーこぼれ等
を防止するため、トナー担持体の表面にトナーの薄層
を、所定の厚さに一様に形成する必要がある。

【０００４】トナー層厚を所定の厚さに一様に形成する
手段として、従来の現像装置では装置本体の回転方向出
口部分に、トナー担持体の表面に圧接するトナー層厚規
制部材によって、トナー担持体上に付着しているトナー
の層厚を一定に規制する方法が、広く採用されている。
しかし、この方法では、トナー層厚規制部材とトナー担
持体とで形成される狭いくさび上の空隙に、トナーを一
様に送り込むのが困難であり、さらにこの狭いくさび上
の空隙に滞留するトナーが凝集し、層形成が均一に行え
なかったり、あるいは、この狭いくさび上の空隙にトナ
ーをくい込ませるのが難しく、トナー担持体上に薄層形
成されるトナーにスジやムラを生じ、ひいては現像像に
濃度ムラやスジが発生するという技術的課題があった。

【０００５】そこで、上記技術的課題を改善するため
に、例えば特開昭６０−１０３３７１号公報に開示され
た現像装置では、トナー層厚規制部材であるブレードに
交番電圧を印加する事によって、ブレードとトナー担持
体との間のくさび上の空隙において交番電界を発生さ
せ、この交番電界によってトナーの往復運動を生じさせ
て、ブレードとトナー担持体との間のくさび上の空隙へ
の異物の挿入を防止するとともに、同空隙へのトナーの
くい込みを良好にして、トナー担持体の表面に均一な厚
さのトナー層を形成可能としている。尚、他にもトナー
層厚を均一にするための手段として、様々な工夫がなさ
れた現像装置が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の現像装置は、見かけ上トナー担持体上のトナー層厚を
かなり均一にできるものの、環境によりトナー担持体上
のトナー層厚が変化し、強いては静電潜像を可視化する
現像量（トナー搬送量）が変化するという技術的課題が
発生し易い。また、トナー担持体上のトナー搬送量が変
化すると、もう一つ大きな技術的課題を生じる。すなわ
ち、トナーの摩擦帯電は、トナー担持体とトナー層厚規
制部材との間における接触により行われているため、ト
ナー担持体上のトナー搬送量が多すぎると、接触確率が
減少して未帯電トナー及び逆極性トナーが増加し、強い
てはかぶり、トナークラウド等を引き起こすのである。
これらの点から安定した現像特性を得るためには、安定
したトナー層厚（トナー搬送量）を得ることが重要であ
る。

【０００７】本発明は、以上の技術的課題を解決するた
めになされたものであって、トナー層厚規制部材によっ
てトナー層厚が規制される前にトナー担持体上のトナー
搬送量を制御し、均一なトナー帯電と所望のトナー層厚
を安定して得ることによって、かぶり、トナークラウド
等がなく、異なる環境下においても安定した現像量が得
られる現像装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、図
１に示すように、潜像担持体１の近傍に配設され、表面
に形成したトナーＴの薄層により、前記潜像担持体１上
の静電潜像を可視化するトナー担持体２と、該トナー担
持体２に接触または極近接して設けられ前記トナー担持
体２にトナーＴを供給するトナー供給部材３とを有する
現像装置において、前記トナー供給部材３に、抵抗値が
制御可能である可変抵抗５を介在して電圧が印加される
電圧印加手段４を具備させたことを特徴とするものであ
る。

【０００９】このような技術的手段において、電圧印加
手段４としては、所定の電圧を印加するものであれば、
独自に設けてもよいが、トナー担持体２への現像バイア
ス電源８を共用するようにしても差し支えない。但し、
現像バイアス電源を共用するにしても、使用する電圧レ
ベルや極性を考慮し、これらを調整することが必要であ
る。具体的には、トナー担持体２に印加する現像バイア
スと同じバイアスをトナー供給部材３に印加することは
できず、例えば現像バイアスが直流バイアス重畳の交流
バイアスである場合には、現像バイアスの交流バイアス
に直流バイアスを案分して印加するようにしたり、ある
いは、交流バイアスのみを印加するようにすればよい。

【００１０】また、可変抵抗５の抵抗値を変化させる手
法としては、実際の現像状態（可視像化状態）を見て人
為的に抵抗値を設定するようにしてもよいが、使い勝手
の点からすれば、可変抵抗５の抵抗値を自動的に変化さ
せるようにする方が好ましい。ここで、可変抵抗５の抵
抗値を自動的に変化させる態様としては、例えば図１に
示すように、現像特性に影響する変化が定量的に検知さ
れる現像特性検知手段６を設け、この現像特性検知手段
６からの検知情報に応じて前記可変抵抗５の抵抗値が制
御される抵抗制御手段７を設けるようにしたものが挙げ
られる。

【００１１】このような態様において、現像特性検知手
段６としては、現像特性に影響する変化（言い換えれ
ば、可視像化する画像形成に係る変化）が定量的に検知
されるものであれば、装置の環境（温度、湿度など）を
検知する環境センサ（温度センサ及び／又は湿度センサ
など）であってもよいし、あるいし、トナー担持体２上
のトナー層電位を検知する電位センサであってもよい
し、あるいは、潜像担持体１上の静電潜像を可視化した
トナー像の現像濃度を検知する濃度センサであってもよ
く、適宜選定することができる。

【００１２】また、可変抵抗５の抵抗値の可変範囲とし
ては、トナー供給部材３の抵抗値を考慮して適宜選定し
て差し支えないが、可変抵抗５の抵抗値と、トナー供給
部材３の抵抗値との和Ｒが低すぎるとリーク電流が増大
し、また、Ｒが高すぎるとトナー供給部材３の表面電位
が低下し、トナー供給量が減少してしまうことから、１０³≦Ｒ（Ω）≦１０¹⁰であることが好ましい。

【００１３】次に、上述した技術的手段の作用について
説明する。図１において、例えばトナー担持体２に直流
バイアスを重畳した交流バイアスを印加し、電圧印加手
段４にてトナー供給部材３に当該トナー供給部材３がト
ナー担持体２に対しトナーＴの帯電極性と逆極性側にな
るような直流バイアスを印加した仮定する。このとき、
トナー供給部材３が前記トナー担持体２に対しトナーＴ
の帯電極性と逆極性側になるような所定のバイアス電圧
を印加し、トナー供給部材３には可変抵抗５を接続する
構成になっているため、トナー供給部材３からトナー担
持体２に搬送されたトナーＴがトナー供給部材３に引き
戻される方向に電位差を生じる。この電位差が大きいほ
ど、トナーＴをトナー供給部材３側に引き戻す力が強
く、トナー担持体２上のトナー層は薄くなる。つまり、
可変抵抗５を変化させると、トナー供給部材３とトナー
担持体２との間の電位差、トナーＴをトナー供給部材３
側に引き戻す力が変化し、最終的にトナー担持体２上の
トナー搬送量が変化することになる。従って、可変抵抗
５の抵抗値を制御することにより、トナー担持体２上の
トナー搬送量が制御されることになり、均一なトナー帯
電と所望のトナー層厚を得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。まず、図２を用
いて、本発明を採用した現像装置を用いた画像形成装置
について説明する。図２において、画像形成装置本体の
中央に潜像担持体１１（以下、感光ドラム）が回転可能
に固定されている。この感光ドラム１１の周囲に、帯電
器１２、現像装置３０、転写装置４０、クリーニング装
置５０が配置されている。前記感光ドラム１１は、前記
帯電器１２により外周面を一様に帯電され、半導体レー
ザとポリゴン回転ミラー２１を内蔵するレーザ光発生装
置２０から発生したレーザ光２２の照射を受け、前記感
光ドラム１１上に静電潜像を形成する。この静電潜像は
前記現像装置３０から供給されるトナーを付着させてト
ナー像を形成する。前記感光ドラム１１上のトナー像
は、レジロール７２より進入してきた転写紙上に、転写
装置４０によって転写される。転写終了後、転写紙は搬
送ベルト７５により定着ロール６１と加圧ロール６２か
らなる定着装置６０に搬送され、熱と圧力より定着工程
が施される。転写行程終了後、前記感光ドラム１１上の
残留トナーは、クリーニング装置５０によりクリーニン
グされ、引続き前記帯電器１２による帯電工程にはい
り、前述の全行程を繰り返し、複数枚の連続プリントを
出力する。

【００１５】次に、図３を用いて、本発明を採用した前
記現像装置３０について説明する。本実施の形態の現像
装置３０は、該現像装置のハウジング３７に配設された
トナー担持体３１と、トナー供給部材３３と、トナー層
厚規制部材３２と、トナー攪拌部材３５とでその主要部
が構成されている。以下、順を追って前記現像装置３０
の動作について説明する。

【００１６】前記ハウジング３７内に収容されたトナー
は前記トナー攪拌部材３５によって攪拌されるととも
に、前記トナー供給部材３３側に搬送される。前記トナ
ー供給部材３３は前記トナー担持体３１に圧接しつつ矢
印方向に所定の速度で回転し、トナーを前記トナー担持
体３１に搬送し、前記トナー担持体３１の表面に供給さ
れたトナーは、前記トナー担持体３１の表面に保持され
る。前記トナー供給部材３３は矢印方向に所定の速度で
回転し、前記トナー層厚規制部材３２によって、所定厚
さの均一なトナー層が形成されるとともに、前記トナー
担持体３１表面に担持されたトナーは摩擦帯電されるこ
とによって現像を行うのに必要な電荷が与えられる。摩
擦帯電したトナーは、前記感光ドラム１１との対向部に
搬送されて、前記感光ドラム１１と前記トナー担持体３
１の間に形成される交番電界により静電潜像を現像す
る。静電潜像の現像に使用されず前記トナー担持体３１
上に残留したトナーは、該トナー担持体３１の回転に伴
って、再び前記ハウジング３７内に回収される。

【００１７】ここで、前記トナー担持体３１は直径Φ＝
２０ｍｍのアルミの丸棒の円周表面に機械加工を施し、
表面粗さＲａ＝１．０μｍ程度の凹凸を形成したものを
用いている。ただし、トナー担持体３１はアルミに限ら
れたものではなく、パイプを切削加工したものやステン
レスの丸棒等でもよく、表面粗さについてもＲａ＝０．
２〜２．０μｍ程度でよい。また、アルミロールを機械
研磨した後に陽極酸化処理を施して用いたりもする。ま
た、前記トナー供給部材３３は直径Φ＝１６ｍｍで、ス
テンレスのシャフトにウレタン系の電気抵抗値が１０⁶
Ωｃｍ程度の発泡樹脂層を設け、トナー担持体３１に対
してニップ量を持たせるために、硬度をアスカＣ硬度で
１０度前後のものを用いている。ただし、前記トナー供
給部材３３のシャフトはステンレスに限らず、ある程度
の強度を備えた金属シャフトであればよく、発泡樹脂層
についてもウレタン系、あるいはシリコン系等の電気抵
抗値が１０³〜１０¹⁰Ωｃｍ程度、硬度がアスカＣ硬度
で１０度前後のものが用いられる。また、前記トナー層
厚規制部材３２は、銅系の板バネ材にウレタン系のゴム
材料を接着したものを用いている。ただし、板バネ材に
ついてはこれに限らずステンレスや銅系等の弾性を有す
る材料であればよく、ゴム材料についてもトナー帯電性
能を有する材料であればウレタン系のゴム材料に限られ
たものではない。

【００１８】次に、図４を用いて本発明の特徴であるト
ナー供給部材３３へのバイアス印加方法について詳細な
説明を加える。前記トナー担持体３１には、ＶP-Pが２
０００（Ｖ）、周波数が２．０ｋＨｚの交流バイアスＶ
1と、−２５０（Ｖ）の直流バイアスＶ2と、−１００
（Ｖ）の直流バイアスＶ3が印加されている。また、前
記トナー供給部材３３には可変抵抗Ｒを接続し、−１０
０（Ｖ）の直流バイアスＶ3のみを印加しているため、
トナー担持体３１とトナー供給部材３３との間に実効的
な直流成分の電位差を生じる。なお、トナー供給部材３
３、可変抵抗Ｒの抵抗値の和は１０⁵〜１０⁹Ωｃｍ程度
に設定されている。

【００１９】前記可変抵抗Ｒを変化させたときのトナー
担持体３１上のトナー層厚の変化を図５に示す。この図
から明らかなように、可変抵抗Ｒの抵抗値が増加するに
つれて、トナー担持体３１上のトナー層厚も増加してい
る。

【００２０】この理由を以下に述べる。トナー担持体３
１とトナー供給部材３３に印加するバイアス電圧は一定
であることから、可変抵抗Ｒの抵抗値が増加すると、可
変抵抗Ｒの分圧が増加し、トナー供給部材３３の分圧が
減少することになる。トナー供給部材３３がトナー担持
体３１に対してトナーの帯電極性と逆極性側にあること
から、トナー供給部材３３側の電圧の減少は、トナー担
持体とトナー供給部材の間の電位差の減少につながるた
め、トナー供給部材３３に引き戻されるトナーの量が減
少する。従って、トナー担持体３１上のトナー搬送量が
多くなり、トナー層厚は増加することになる。

【００２１】また、図５では低温低湿（温度１０℃、湿
度３０％）と、高温高湿（温度３０℃、湿度９０％）の
二つの条件下のデータを示している。ここで、トナー担
持体３１の感光ドラム１１に対する回転速度比を２倍、
所望の現像量を１．０ｍｇ／ｃｍ²と仮定すると、トナ
ー担持体上のトナー量を０．５ｍｇ／ｃｍ²近傍にする
必要がある。この値に相当する可変抵抗Ｒの抵抗値を図
４から判断すると、低温低湿時、可変抵抗Ｒの抵抗値を
約５×１０⁷Ωにし、高温高湿時、可変抵抗Ｒの抵抗値
を約６×１０⁶Ωにする事により、ほぼ同様のトナー担
持体３１上のトナー量、約０．５ｍｇ／ｃｍ²が得られ
ることが分かる。

【００２２】ただし、可変抵抗Ｒを用いてトナー層厚を
コントロールするには条件がある。トナー供給部材３３
と可変抵抗Ｒの和が低すぎると、バイアス電圧Ｖ2がリ
ークしてしまい、トナーの帯電が行われなくなる。ま
た、トナー供給部材３３の抵抗が高すぎるとトナー供給
部材３３自体が自己バイアスを持つことになり、トナー
供給部材３３の表面電位が低下するため、トナー層厚を
規制できなくなる。従って、可変抵抗Ｒを用いてトナー
層厚をコントロールする場合、トナー供給部材３３と可
変抵抗Ｒの和が１０³〜１０¹⁰Ωｃｍ程度であることが
好ましい。ただし、望ましくは可変抵抗Ｒの抵抗とトナ
ー供給部材３３の抵抗が同程度の抵抗値であり、なおか
つリークしないことが必要である。

【００２３】ここで、可変抵抗Ｒを用いる代わりに、印
加電圧Ｖ3を変化させる方法が考えられる。しかし、本
発明の可変抵抗Ｒを変化させる方法が、トナー供給部材
３３と可変抵抗Ｒの抵抗値の比によって、トナー供給部
材側の電圧が決定されるのに対し、印加電圧Ｖ3を変化
させる構成とした場合、トナー供給部材３３側の電圧は
印加電圧Ｖ3に比例した電圧となる。このとき、図６に
示すように、トナー供給部材３３の抵抗値は環境変動に
よって大きく変化する為、環境の変化に伴いトナー供給
部材３３の抵抗値が低下した場合、トナー供給部材３３
側の電圧を増加させるには、印加電圧Ｖ3を極端に大き
く設定する必要が生じ、現実的な設定範囲を外れてしま
うことになる。よって印加電圧Ｖ3を可変させることに
よりトナー層厚を制御する方法は実用上好ましくなく、
抵抗を可変させることが望ましい。

【００２４】次に、この現象を用いてトナー担持体上の
トナー層厚を制御する例を説明する。まず、図７に示す
ように、画像形成装置内に環境センサ（本実施の形態で
は湿度センサ）９２を設け、環境センサ９２が読みとっ
た値をコントローラ９１へフィードバックし、コントロ
ーラ９１によって可変抵抗Ｒを切り替えることにより、
均一なトナー帯電と所望のトナー層厚が安定して得ら
れ、かぶり、トナークラウド等がなく、安定した現像量
が得られる。尚、環境センサ９２としては、湿度センサ
に代えて温度センサなどの他の環境センサを用いるよう
にしてもよいし、あるいは、湿度センサと温度センサな
どの他の環境センサとを組み合わせて用いるようにして
もよい。

【００２５】別の例を図８を用いて説明する。トナー担
持体３１上の近傍に電位センサ９３を設け、トナー担持
体３１上のトナー層厚を略検出するためのトナー層電位
を読みとり、コントローラ９１へフィードバックする。
コントローラ９１によって可変抵抗Ｒを切り替えること
により、均一なトナー帯電と所望のトナー層厚が安定し
て得られ、かぶり、トナークラウド等がなく、安定した
現像量が得られる。

【００２６】また、図９に示すように、例えば基準濃度
検知手段としてのＡＤＣセンサ９４を設け、感光ドラム
１１上の静電潜像を可視化した現像像（ＡＤＣパッチ）
の現像濃度を読みとり、直接可変抵抗Ｒにフィードバッ
クし、可変抵抗Ｒを切り替える。そうすることにより、
均一なトナー帯電と所望のトナー層厚が安定して得ら
れ、かぶり、トナークラウド等がなく、安定した現像量
が得られる。しかし、これらの例はあくまで制御方法の
例を示すもので、現像特性に影響を与える変化（画像形
成に係る変化）を定量的に検知する手段により可変抵抗
を制御する手段であれば、これらに限られるものではな
い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、環境等の異なる条件下においても、可変抵抗の抵抗
値を制御することにより、トナー担持体上のトナー搬送
量を制御することができるため、安定したトナー層厚の
形成と未帯電トナーのない均一なトナー帯電を実現する
ことができ、もって、所望の現像量（トナー搬送量）を
常時得ることができ、かぶり・トナークラウド等を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された現像装置の概要を示す説
明図である。

【図２】本発明に係る現像装置を採用した画像形成装
置の実施の一形態の内部構成を概略的に示す正面図であ
る。

【図３】本実施の形態で用いられる現像装置の全体構
成を示す断面図である。

【図４】本実施の形態で用いられる現像装置へのバイ
アス印加方法を示す説明図である。

【図５】トナー供給部材に接続した可変抵抗の抵抗値
と、トナー担持体上のトナー層厚との相関を示すグラフ
図である。

【図６】環境条件とトナー供給部材の抵抗値との相関
を示すグラフ図である。

【図７】本実施の形態で用いられるトナー層厚の制御
系の具体例を示す説明図である。

【図８】本実施の形態で用いられるトナー層厚の制御
系の他の具体例を示す説明図である。

【図９】本実施の形態で用いられるトナー層厚の制御
系の更に他の具体例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…潜像担持体，２…トナー担持体，３…トナー供給部
材，４…電圧印加手段，５…可変抵抗，６…現像特性検
知手段，７…抵抗制御手段，１１…潜像担持体（感光ド
ラム），３０…現像装置，３１…トナー担持体，３２…
トナー層厚規制部材，３３…トナー供給部材，９１…コ
ントローラ，９２…環境センサ，９３…電位センサ，９
４…ＡＤＣセンサ，Ｒ…可変抵抗，Ｖ1…交流バイア
ス，Ｖ2…直流バイアス，Ｖ3…直流バイアス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小泉輝昭神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像担持体（１）の近傍に配設され、表
面に形成したトナー（Ｔ）の薄層により、前記潜像担持
体（１）上の静電潜像を可視化するトナー担持体（２）
と、該トナー担持体（２）に接触または極近接して設け
られ前記トナー担持体（２）にトナー（Ｔ）を供給する
トナー供給部材（３）とを有する現像装置において、前記トナー供給部材（３）に、抵抗値が制御可能である
可変抵抗（５）を介在して電圧が印加される電圧印加手
段（４）を具備させたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】潜像担持体（１）の近傍に配設され、表
面に形成したトナー（Ｔ）の薄層により、前記潜像担持
体（１）上の静電潜像を可視化するトナー担持体（２）
と、該トナー担持体（２）に接触または極近接して設け
られ前記トナー担持体（２）にトナー（Ｔ）を供給する
トナー供給部材（３）とを有する現像装置において、前記トナー供給部材（３）に、抵抗値が制御可能である
可変抵抗（５）を介在して電圧が印加される電圧印加手
段（４）を具備させる一方、現像特性に影響する変化が定量的に検知される現像特性
検知手段（６）を設け、この現像特性検知手段（６）か
らの検知情報に応じて前記可変抵抗（５）の抵抗値が制
御される抵抗制御手段（７）を設けたことを特徴とする
現像装置。
【請求項３】請求項２記載の現像装置において、前記可変抵抗（５）の抵抗値と、前記トナー供給部材
（３）の抵抗値との和Ｒが、１０³≦Ｒ（Ω）≦１０¹⁰ であることを特徴とする現像装置。