JPH11102112A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カラー画像形成装置では、各色のカラートナー
単体での特性を全色ともに均一にすることが困難であ
る。本発明では、現像ロール表面の粗さを色ごとに変え
ることにより現像ロール上のトナー付着量を均一に保
つ。 【解決手段】現像ロールの表面に、硝子ビーズ粒子を適
度な圧力で噴射して表面に粗さを付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式のプ
リンタやファクシミリおよび複写機などの画像形成装置
に適用される現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタやファクシミリなどの印写方式
として用いられる電子写真プロセスでは、感光体などの
静電潜像担持体上に静電潜像を形成し、それを帯電した
微小粉体を付着・可視化することで、記録画像を形成す
る。静電潜像担持体を現像する現像機は、現像剤を保持
し回転する現像剤担持体である現像ロールを有してお
り、この現像ロールを、静電潜像担持体に近接または接
触させるとともに、適切な電圧を印加することで、静電
潜像にトナーを付着させることができる。現像機では、
現像機内のトナーを現像ロールに供給する供給手段が設
けられており、現像ロール全体に均一にトナーを供給す
ることで、現像ロールにトナー層を形成する。

【０００３】現像に用いられる現像機は、大きく２成分
現像方式と１成分現像方式に分類される。２成分現像方
式は、感光体に付着して静電潜像を可視化する微小着色
樹脂粉体からなるトナーとトナーの数倍から十数倍程度
の大きさを有する磁性体からなるキャリアを現像剤とし
て用いる方式である。この方式では、トナーとキャリア
を混合撹拌することでトナーを摩擦帯電させる。また、
現像ロールが磁性体ロールとなっており、磁力でトナー
が付着したキャリアを吸着することで、現像ロール上に
磁気ブラシを形成し、トナーを静電潜像担持体である感
光体表面に搬送し、現像を行う。

【０００４】一方、１成分現像方式は、キャリアを用い
ない方式であり現像ロールに搬送されたトナーは現像ロ
ールに接触する規制ブレードによって、規制され、現像
ロール上にトナー薄層が形成される。この時、トナー層
の厚さは、現像ロール表面の細かい凹凸（表面粗さ）、
および規制ブレードの現像ロールへの押し当て加重によ
り適正となる。この方式におけるトナーの帯電は、規制
ブレード通過時におけるトナーとブレードや現像ロール
との摩擦によって与えられる。

【０００５】いずれの方式も、現像機に供給されたトナ
ーの内、現像後のトナーや規制ブレードなどで規制され
たトナーなどは、現像ロール付近から回収され、再び現
像ロールに供給されるように循環する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記、いずれの現像機
構成においても、現像ロール側全体に均一にトナー層を
形成するためには、供給ロール、および規制ブレードの
条件が重要であるが、特に１成分現像方式では、現像ロ
ールの表面粗さがトナー層の形成に直接影響する。

【０００７】１成分現像方式で用いられる現像ロールの
部材には、様々な材質が用いられている。

【０００８】特にアルミ材は、比較的重量が小さく、ま
た加工しやすいことから小型の画像形成装置の現像装置
用として向いている。現像ロールにアルミ材を用いる場
合、トナーを現像ロール表面に付きやすくするため、表
面をブラスト処理することによって、適度な粗さとする
ことが知られている。しかし、トナーの持つ帯電特性，
流動性などにより、現像ロール表面に付着したトナーの
量は様々であり、カラー画像形成装置などでは、各色の
トナー付着量を均一にすることが必要である。また、一
度の現像で消費される適正な付着量を設定することでラ
ンニングコストを抑えることが重要となる。

【０００９】本発明の目的は、良好な画像を得るための
付着量を設定し、現像ロールの表面粗さを規定した現像
装置を提供することである。またトナーの消費量を押さ
えてランニングコストが掛からない画像形成装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、現像ロール上の付着量が各色均一になるように、現
像ロールの表面をブラスト処理して、その粗さに対する
各色トナーの付着量を測定し、目標とする付着量が得ら
れる現像ロールの表面粗さを決定する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を実施例を用いて説明す
る。

【００１２】図１は、本発明を適用した非磁性１成分現
像機の１実施例を示す図である。まず、図１に示される
現像機の動作について説明する。トナー格納室６には、
現像に用いられるトナー９が格納されている。装置を薄
型とするために、本実施例の現像装置は、格納室内に３
つの搬送羽根３，７，８を配置しており、それらの回転
で順次現像ロール側にトナーを搬送するように構成され
ている。トナー格納室の前側に、必要以上のトナーが偏
らないように、トナー格納室内の後方の羽根７，８は最
前部の羽根３に比較して搬送力が小さくなるようにする
ことが好ましい。本実施例では、トナー格納室の最前部
羽根３に対して、後方ほど回転速度が遅くなるようにし
ている。また、最前部の羽根に比較して、羽根面積の小
さい送り羽根としている。

【００１３】トナー格納室内６のトナー９は、これらの
羽根の回転によって現像ロール側に搬送される。現像ロ
ール側面上方には、ガイド板１６で分離されたトナー供
給室１２がある。トナー格納室最前部まで搬送されたト
ナー９は、トナー格納室最前部に配置された搬送羽根３
で、供給室に搬送される。供給室内には、導電性弾性発
泡ロールからなる供給ロール２が配置されており、供給
室内に供給されたトナーを現像ロール１側に供給し押し
続ける。より安定に、現像ロール１に供給するために
は、数百ミクロンから数ミリ程度現像ロール１と接触し
た状態で、供給ロール２を配置することが好ましい。供
給室に供給されたトナーは、供給ロール２の回転によっ
て、現像ロール１側に押しつけられ、供給室現像ロール
側下方に配置されたシート状部材１４によって、現像ロ
ールに押しつけながらトナー回収室１３側に漏れ出す。
シート状部材１４の一方は、供給室を分離しているガイ
ド板１６に固定されている。トナー９は現像ロール１や
シート部材１４および供給ロール２などとの摩擦によっ
て若干帯電するために、導電性部材からなる現像ロール
１表面に付着し、現像ロール１表面にトナー層を形成す
る。

【００１４】この様にして現像ロール上に形成されたト
ナー層は、トナー回収室１３内に設けられた規制ブレー
ド５で現像に適正なトナー層厚とトナー帯電量に規制さ
れる。現像時に必要な最終的なトナー薄層の帯電量や付
着量は、現像条件や装置条件および使用するトナー条件
によって異なるが、一般に０.１〜１.５mg／cm² 、帯電
量が５〜４０μＣ／ｇの範囲の値である。トナー供給室
１２とトナー回収室１３を分離しているシート状部材１
４によって、規制ブレード通過前の現像ロール表面に付
着させるトナーの付着量は、この最終的な目標付着量よ
りも十分多くなるようにしなければならない。また、帯
電量は、最終的な目標帯電量よりも小さくなるようにし
なくてはならない。比較的低い帯電量で多くのトナーを
現像ロール１上に付着させるために、トナー供給室１２
とトナー回収室１３を分離しているシート状部材１４
は、現像ロール下流側に配置した規制ブレード５に比べ
低い圧力で接触させるとともに、シート状部材１４の平
面部（腹の部分）を現像ロール１に接触させる構成とし
ている。

【００１５】シート状部材１４の圧力が、必要以上に高
いと形成されるトナー層が薄くなり、規制ブレードで適
正なトナー層が形成できなくなる。シート状部材１４と
現像ロール１との接触圧力は、供給ロール２の供給能力
や使用するトナー材料の流動性および最終的なトナー量
によって異なるが、一般に約０.１〜５０mg／cm 程度が
適正値となる。本実施例の現像機においては、最終的に
現像ロールに形成するトナー帯電量を１５〜２５μＣ／
ｇとし、付着量を０.４〜０.８mg／cm² としたとき、規
制ブレード圧力が、約３０〜８０ｇ／cmであるのに対
し、シート状部材の接触圧力を約１〜１０ｇ／cmとする
ことで、規制ブレード前に帯電量として１〜５μＣ／ｇ
とし、付着量として、０.６〜１.５mg／cm² 程度のトナ
ー層を形成することができた。

【００１６】また、シート平面部ではなく角部（エッジ
部）が当たる構成では、形成されるトナー層がムラに成
りやすく、最終的な規制ブレード５で形成されたトナー
層の均一性が不安定に成りやすかった。安定した均一ト
ナー層を形成するためには、シート状部材１４の平面部
で現像ロール１と接触させることが好ましい。

【００１７】規制ブレード５による規制で残ったトナー
９は、トナー供給室下方に設けられたトナー回収室１３
側に流れ落ちる。トナー回収室１３には、回転撹拌部材
４が配置されており、回収経路内に回収されたトナーを
撹拌し、停滞や塊となるのを防止するとともに、トナー
格納室６側に掻き出し搬送を行う。これによって、トナ
ー回収室１３内は常に空隙を維持し、規制ブレード５に
よって規制された残りのトナーが安定にトナー回収室１
３内に流れ込む様になっている。

【００１８】図２は、図１に示した現像装置を用いて各
色のトナーの現像ロール表面の平均粗さに対する現像ロ
ール上に付着したトナーの量を測定した一例である。こ
こで、Ｙはイエロー，Ｍはマゼンタ，Ｃはシアン，Ｋは
黒トナーを示す。また、網点部は本現像装置を用いてカ
ラー画像を記録する際に必要な付着量の範囲を示す。こ
の図から、現像ロール表面の平均粗さに対して、各色ト
ナーの付着量がほぼ一対一で対応することが分かる。ま
た、ＹＭＣＫ間で付着量の差異が見られ、ＹとＫ，Ｍと
Ｃトナーが同様な傾向を示すことが分かった。これらの
ことから、同じ表面粗さを持つ現像ロールを用いても、
付着量は色により同一にはならず、表面粗さを色ごとに
設定する必要がある。本結果から、現像ロール上の目標
トナー付着量を０.４２mg／cm²とした場合、各色の現像
装置に用いる現像ロールの表面粗さはＹは０.２６，Ｍ
は０.３３，Ｃは０.３３，Ｋは０.２６となる。

【００１９】図３は、本発明の現像ロールを示す。図
で、現像ロールの大部分（領域Ａ）はブラスト処理され
て粗された部分である。現像では領域Ａ全体を均一にト
ナー層を形成する。現像ロールの両端部（領域Ｂ）は上
記した静電潜像担持体上に静電潜像が形成されていない
領域であること、また、トナーが現像装置の容壁へ進行
することがないように、ブラスト処理は行われない。

【００２０】図４は、本発明の現像ロールを用いて、寿
命試験を実施したときの現像ロール上の付着量の推移を
示す一例である。ここでは、表面粗さが異なる２種類の
現像ロールを用いた。どちらの現像ロールでもほぼ同様
な傾向を示す。初期付着量が高めであるのは、現像ロー
ルとトナーがよく馴染んでいないために、トナー層が若
干不安定であるためである。全体を通じて付着量の推移
は、目標の付着量の範囲内で安定であることが確認でき
た。また、消費量も低く抑えられており、現像装置内の
トナーを使いきることなく、寿命を達成することも分か
った。

【００２１】次に本発明の現像機を用いたカラー電子写
真装置の一実施例を図５に示す。先に示した本発明の非
磁性１成分現像装置は、規制ブレードが現像ロール下面
に配置されているために、感光体が下方から上方に移動
する面を現像できる。このため、電子写真装置全体の配
置構成の制約も少なく、小型の構成を実現できた。

【００２２】本装置は、感光体ベルト１０と中間転写ド
ラム３３を用いている。装置の印写プロセスを説明す
る。帯電器２９により感光体１０を一様に帯電した後、
レーザ露光装置３０で画像信号に従って露光を行い、感
光体１０上に静電潜像を形成する。感光体１０上に形成
された静電潜像は、イエロートナーを内包した本発明の
現像機１１Ｙで現像する。現像後の画像は中間転写ドラ
ム３３に静電的に転写される。転写後の感光体は、イレ
ーズランプ３４で照射し、静電潜像を消去した後、ブレ
ードクリーナ２８で、残留トナーがクリーニングされ
る。クリーニング後の感光体は、再び帯電，露光されて
感光体１０上に再び静電潜像が形成される。その後マゼ
ンタトナーを内包した本発明の現像機１１Ｍで現像さ
れ、感光体上にマゼンタ画像を形成する。現像する現像
機は、感光体から離接することで切り替えられる。感光
体上のマゼンタ画像は、イエロー画像に重ねて中間転写
ドラム３３に転写される。続いて同様のプロセスでシア
ンおよび黒画像を形成し、中間転写ドラム３３上に順次
重ね合わされる。４色の画像が重ね終わった中間転写ド
ラム３３は、用紙カセット３１から搬送された用紙上
に、一括静電転写２７され、用紙上に４色画像を形成す
る。用紙上に画像を転写した中間転写ドラム３３は、ク
リーナ２５で残留トナーがクリーニングされる。画像転
写が行われた用紙は、中間転写ドラム３３から除電器３
２によって除電剥離され、定着機２６へ進み、加熱によ
り定着され、最終画像となる。

【００２３】本実施例で示した装置構成は、感光体ベル
ト１０を用いその一面に現像機を積層配置することで、
簡単な構成で高密度実装を実現している。また、中間転
写体３３を用いることで、用紙の搬送経路は急激な屈曲
などもなく、厚紙などへの記録も可能であり、モノクロ
の電子写真装置と同様の幅広い紙種に対応できる。さら
に、中間転写体の回転動作を安定化するために、ドラム
型の中間転写体を採用することで、感光体ベルト上に形
成された各色の画像を精度よく重ね合わせることが可能
となり、高画質なフルカラー記録を実現できる。また、
フェースダウン排紙や多種用紙対応などの使い勝手も考
慮した。本発明の現像装置を適用することで、この様な
より最適な構成を有する装置の実現も可能となる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の画像形成装
置では、トナーの特性に応じて現像ロール表面の粗さを
調整することで、現像ロール上のトナー付着量を各色均
一にすることができる。さらに、付着量を適正な値に設
定できるため、消費量を抑えて低ランニングコスト化を
図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に適用した一実施例を示す非磁性１成分
現像機の構成図。

【図２】図１の実施例における現像ロール表面の平均粗
さと現像ロール上に形成されたトナーの付着量との関係
を示す一例。

【図３】本発明に適用した現像ロールの概略図。

【図４】図３の現像ロールを用いて効果を確認した結果
の一例。

【図５】本発明となるカラー画像形成装置の一例を示す
図。

【符号の説明】

１…現像ロール、２…供給ロール、３…格納室内第１搬
送羽根、４…回転撹拌羽根、５…規制ブレード、６…ト
ナー格納室、７…格納室内第２搬送羽根、８…格納室内
第３搬送羽根、９…トナー、１０…感光体、１１Ｙ…現
像装置（イエロー）、１１Ｍ…現像装置（マゼンタ）、
１１Ｃ…現像装置（シアン）、１１Ｋ…現像装置
（黒）、１２…トナー供給室、１３…トナー回収室、１
４…シート状部材、１５…バイパストナーの流れ、１６
…ガイド板、２５…中間転写ドラムクリーナ、２６…定
着機、２７…転写装置、２８…感光体クリーナ、２９…
帯電器、３０…露光装置、３１…給紙カセット、３２…
除電剥離装置、３３…中間転写ドラム、３４…イレーズ
ランプ。

フロントページの続き (72)発明者 斉藤 雅彦 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内 (72)発明者 岡野 正 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電潜像を担持する像担持体と、前記像担
   持体周辺に配置され、前記像担持体に形成された静電潜
   像にトナーを付着させ可視化する複数の現像装置と、前
   記像担持体上に付着したトナーを一時的に担持する中間
   転写体を有する画像形成装置において、 前記現像装置を構成する現像ロールであって、前記トナ
   ーを担持する現像ロールの表面粗さが複数の現像装置に
   おいてそれぞれ異なり、表面粗さが異なる現像装置を少
   なくとも２種類以上備えたことを特徴とする画像形成装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の前記現像ロールにおいて、
   表面粗さは現像領域と非現像領域とで異なり、かつ、現
   像領域の表面粗さが非現像領域に比べて大きいことを特
   徴とする請求項１記載の前記現像装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の前記現像ロールの表面粗さ
   はそれぞれＲａ０.１から０.４であることを特徴とする
   前記現像装置。