JPH04282660A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真や静電記録に
適用される画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、静電潜像を可視化する現像方法
として、現在、電子写真方式が主流になっている。電子
写真方式の中でも、トナーと呼ばれる着色微粒子と、キ
ャリアと呼ばれる磁性粒子との混合物からなる現像剤を
用い、トナーに電荷を与え、静電気的にトナーを付着さ
せる２成分現像方法が一般に用いられる。

【０００３】しかし、２成分現像方法では、現像器が大
型化してしまうため、最近、小型複写機、小型プリンタ
においては、キャリアを必要としない１成分現像方法が
主流になりつつある。

【０００４】このような１成分現像方法のうち、非磁性
トナーを用いる１成分現像方法は、高価なマグネットロ
ーラを必要としないため、現像装置の小型軽量化、低価
格化の達成が容易であるという利点を有する。また、現
像ローラとして弾性ローラを用いた１成分現像方法は、
現像ローラを静電潜像保持部材（電子写真の場合感光体
）と接触させても静電潜像保持部材を破損することがな
いという利点を有する。このように、現像ローラと静電
潜像保持部材とを接触させることにより、現像電極を静
電潜像に近づけることが出来、それによって文字やライ
ン画像のシャープネスが向上し、高画質の現像を行うこ
とが出来るという利点もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような非
磁性トナーを用いる１成分現像方法では、現像ローラ中
に磁極を持たないため、非磁性トナーの搬送は現像ロー
ラと非磁性トナーとの間の静電気的な力、物理的な力で
達成されねばならないため、連続して画像を形成すると
、特に黒ベタ画像濃度の低下やトナー層の形成不良、地
かぶりの増加等の問題が生ずる。本発明の目的は、ベタ
画像を連続的に現像しても、画像濃度を良好に維持でき
る画像形成装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によると、回転可
能な像担持体に対向配置され、像担持体に一成分現像剤
を供給するためのローラー手段、このローラー手段上に
、前記像担持体に供給される一成分現像剤の層を形成す
る手段、及び前記ローラー手段により供給された一成分
現像剤により、前記像担持体上の潜像を現像するための
手段を具備し、前記ローラー手段の単位面積あたりの現
像剤の量は０．３〜０．８ｍｇ／ｃｍ２であることを特
徴とする画像形成装置が提供される。

【０００７】更に、本発明によると、回転可能な像担持
体に対向配置され、像担持体に一成分現像剤を供給する
ためのローラー手段、このローラー手段上に、前記像担
持体に供給される一成分現像剤の層を形成する手段、及
び前記ローラー手段により供給された一成分現像剤によ
り、前記像担持体上の潜像を現像するための手段を具備
し、前記ローラー手段と前記像担持体との周速比は１．
２〜３．０であることを特徴とする画像形成装置が提供
される。

【０００８】

【作用】本発明の画像形成装置では、ローラー手段即ち
現像ローラの単位面積あたりに現像ローラ上に付着する
現像剤の量は０．３〜０．８ｍｇ／ｃｍ２　である。こ
のように現像剤の量を規定することにより、トナー搬送
率、ベタ搬送率、画像濃度について、良好な値を得るこ
とが出来る。

【０００９】更に、本発明の画像形成装置では、ローラ
ー手段即ち現像ローラと、像担持体即ち感光ドラムとの
周速比は１．２〜３．０に規定されている。このように
現像ローラと感光ドラムとの周速比を規定することによ
り、トナー搬送率、ベタ搬送率、画像濃度について、良
好な値を得ることが出来る。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の具体的実施
例について説明する。

【００１１】図１に示す現像装置１は、現像に供すべき
潜像が形成されている潜像保持部材としての感光体ドラ
ム２に近接して配置されている接触型一成分現像装置で
ある。

【００１２】この現像装置１では、前記感光体ドラム２
に外周が接触する状態に配置された現像剤保持部材とし
ての現像ローラ９がトナー容器１２の下端隅部において
回転可能に支持されている。この現像ローラ９に接触し
て、現像剤規制部材としてのブレード１０と、トナー容
器１２内に備えたトナー供給ローラ１１とが各々配置さ
れている。

【００１３】前記感光体ドラム２、現像ローラ９及びト
ナー供給ローラ１１の回転方向は各々図１に示す矢印方
向となっており、各接触部において各々摩擦接触の状態
になっている。尚、トナー供給ローラ１１はトナー容器
１２内に収納されている一成分現像剤としての非磁性ト
ナーＴを現像ローラ９に供給するほか、現像に供されず
に現像ローラ９上に残存している非磁性トナーＴの一部
を現像ローラ９上から掻き落とす機能も具備している。

【００１４】前記現像ローラ９は、図１，図２に示すよ
うに、金属製のシャフト９ａの周囲にゴム製の抵抗性弾
性体層９ｂを円筒状に被覆し、更にこの抵抗性弾性体層
９ｂの外周に表面導電層９ｃを被覆した２層の構成を有
している。前記抵抗性弾性体層９ｂのゴム硬度は１５乃
至４０度、表面導電層９ｃを含めたゴム硬度は２０乃至
５０度の範囲が望ましい。また、表面導電層９ｃの表面
粗さは、表面の平滑性を確保するために、７μｍＲＺ以
下が望ましい。

【００１５】前記ブレード１０は、弾性を有する薄板製
、例えばステンレス板製、リン青銅板製で支軸１７ａに
より回動可能に支持された第１のブレードホルダ１７に
取付けられ、押圧ばね２０の弾力により現像ローラ９の
外周に押圧接触するようになっている。

【００１６】即ち、ブレード１０は、第１のブレードホ
ルダ１７、スペーサ１８、第２のブレードホルダ１９に
より保持されると共に、図３に示すように一方の端縁に
沿って取付けた断面半円状で、シリコンゴムやウレタン
ゴム等のゴムまたは樹脂弾性体からなる当接部１０ａと
、その端部に取付けられた、ウレタンフォーム等からな
る端部ホルダー１０ｂ，１０ｃとを具備している。この
ブレード１０は、現像ローラ９に押圧接触している。

【００１７】前記押圧ばね２０のばね定数は、ブレード
１０のばね定数より小さいため、ブレード１０の当接部
１０ａが磨耗してもほとんど押圧力の変化がなく、長期
間安定した層形成能力を維持することができる。本実施
例では、ブレード１０の現像ローラ９に対する押圧力は
約８０（ｇ／ｃｍ）に設定している。尚、図１中、１４
はトナー容器１２内に設けた攪拌機、１５は現像ローラ
９に摺接させたリカバリーブレード（マイラーフィルム
製）である。ここで、前記感光体ドラム２、現像ローラ
９の帯電状態について説明する。本実施例では、表面電
位が−５５０Ｖの負帯電の感光体ドラム２を用いる反転
現像を行うものであり、非磁性トナーＴは負帯電となっ
ている。

【００１８】また、現像バイアス電源Ｅからは、−２２
０Ｖの電圧を１００ＫΩ乃至５０ＭΩの保護抵抗ｒ１　
を介して現像ローラ９の金属シャフト９ａに給電するよ
うになっている。

【００１９】次に、現像ローラ９表面と現像バイアス電
源Ｅ間の抵抗について述べる。現像バイアス電源Ｅと現
像ローラ９表面間の抵抗値Ｒは、図４に示す通り、保護
抵抗ｒ１　と、前記抵抗性弾性体層９ｂの抵抗ｒ２　と
、表面導電層９ｃの抵抗ｒ３　との直列抵抗値である。 即ち、Ｒ＝ｒ１　＋ｒ２　＋ｒ３　である。 抵抗Ｒを変化させたときの、現像ローラ９の表面電位と
、抵抗値Ｒと、感光体ドラム２の表面電位との関係を図
５に示す。

【００２０】同図は、感光体ドラム２の表面電位が−５
３０Ｖ（白地に対応）、−７０Ｖ（黒地に対応）のとき
、現像ローラ９の表面電位が抵抗値Ｒによりどの様に変
化するかを示すものである。抵抗値が１０７　Ω以上で
あると、全面白地印字を行ったときと、全ベタ印字を行
った時では、現像ローラ９の表面電位が次第に離れる傾
向を示す。現像ローラ９の表面電位は、抵抗値Ｒが大き
くなるに従って、潜像電位に近づく傾向がある。このた
め、白地の中に文字が在るような印字を行うと、回りの
白地潜像の影響により実効バイアス電位が上がるため、
文字の太りが発生する。この様な傾向は、１０８　Ω以
上で顕著であり、従って抵抗値Ｒは１０８　Ω以下更に
好ましくは１０７　Ω以下が適当である。本実施例にお
いては、 ｒ２　＋ｒ３　＝１００ＫΩ，ｒ１　＝５ＭΩ，よって
、Ｒ＝５．１×１０６　Ω となっている。

【００２１】以上のことから、本実施例の現像ローラ９
として、抵抗性弾性体層９ｂにゴム硬度２５度、伸び４
２５％程度、抵抗値５×１０３　Ω・ｃｍ程度のシリコ
ンゴムを使用した。

【００２２】また、表面導電層９ｃは、導電性ポリウレ
タン塗料（日本ミラクトラン株式会社製スパレックス）
抵抗値５×１０３　Ω・ｃｍ、伸び３５３％程度のもの
を使用し、約７０μｍの表面層とした。その結果、形成
された現像ローラ９のゴム硬度は約３０度、シャフト９
ａと表面の間の抵抗値は約１００ＫΩ、表面粗さ３μｍ
程度となった。

【００２３】前記感光体ドラム２は例えば周速７０ｍｍ
／ｓｅｃ　、現像ローラ９は周速１８０ｍｍ／ｓｅｃ　
で、即ち、両者の周速比ｐ＝１８／７で、図示しない回
転駆動手段により図１に示す矢印方向に各々駆動される
ようになっている。また、現像ローラ９は感光体ドラム
２に対し、接触幅（現像ニップ）約０．５乃至４ｍｍで
接触している。 次に上記構成の現像装置１の作用を概説する。

【００２４】トナー容器１２内の非磁性トナーＴは、攪
拌機１４により、攪拌されつつトナー供給ローラ１１に
送られ、このトナー供給ローラ１１より現像ローラ９に
供給される。供給された非磁性トナーＴは、現像ローラ
９と摩擦帯電し、静電気的な力及び物理的な力により、
ブレード１０へと搬送されていく。

【００２５】現像ローラ９上の非磁性トナーＴは、ブレ
ード１０により通過量を規制されつつ、摩擦帯電により
電荷を付与される。ブレード１０を通過した後の非磁性
トナーＴは、十分に帯電されており、かつ均一な厚さの
層に形成されている。そして、感光体ドラム２上の潜像
の現像に供される。現像残りトナーは、リカバリーブレ
ード１５を通り抜けトナー容器１２内に戻る。次に上述
した現像装置１による現像方法について更に詳述する。

【００２６】まず、東芝製レーザビームプリンタＴＮ−
７３００に本実施例の現像装置１を組み込み、テストを
行った。プロセス速度は、７２ｍｍ／ｓｅｃ　、感光体
ドラム２（直径６０ｍｍ）　は負帯電型ＯＰＣドラム、
現像ローラ９の回転周速は１４４ｍｍ／ｓｅｃ　で、感
光体ドラム２に対する周速比は、２倍である。

【００２７】非磁性トナーＴは、スチレンアクリル樹脂
にカーボン，ワックス，帯電制御剤などを分散させた負
極性トナーを使用した。尚、非磁性トナーＴのカーボン
含有量が多いと、現像ローラ９へのトナーフィルミング
が発生しやすい傾向があり、本非磁性トナーＴにおいて
は、カーボン含有率は２．５％と一般的なトナーより少
なくなっている。

【００２８】通常、内部に磁極を持たない現像ローラ９
を用い、磁気を利用せずに非磁性トナーＴを感光体ドラ
ム２に搬送する現像方法においては、ベタ印字を行うと
非磁性トナーＴの搬送が不十分となってしまい、ベタ後
半の濃度が下がってしまう。そこで、本発明においては
、ベタ印字を行った際のトナーの搬送性に着目し、この
ベタ搬送性を次のように定義した。 ベタ搬送性Ｒｂ　＝Ｄｅ　／Ｄｓ　×１００　　　　　
　　　……（１）ここに、Ｄｓ　はベタ印字先端の濃度
、Ｄｅ　はベタ印字後端の濃度である。

【００２９】非磁性トナーＴの搬送性は、その流動性と
強い相関があると思われるので、流動性に関係するシリ
カの含有量を変化させ、非磁性トナーの搬送性の測定を
行った。測定方法を以下に説明する。

【００３０】まず、測定装置の概要を、図６，図７に示
した。吸引アタッチメント３０（開口３０ａの面積２０
ｃｍ２　）を、トナー層の形成された現像ローラ９に対
向して配置し、吸引機３１によりトナー層を吸引する。 吸引前後の現像装置１の重量変化Ｗｄ１、及び現像ロー
ラ９から非磁性トナーＴが引き剥がされることにより測
定される逃げ電荷Ｑｔ１（微小電流計３２により計測）
を求め、これらの値より、定常状態での単位面積あたり
の非磁性トナー層の量（ｍ１　）、帯電量（Ｑ１　）が
以下のように計算される。 ｍ１　＝Ｗｄ１／２０（ｇ／ｃｍ２　）　　　　　　…
…（２）Ｑ１　＝Ｑｔ１／Ｗｄ　（μｃ／ｇ）　　　　
　　　　　　　　……（３）

【００３１】次に、帯電の
立ち上がりや、搬送性を評価するために、全面吸引を連
続的に行った時の帯電量及び単位面積あたりのトナー量
を測定した。測定は、図６の装置で現像ローラ９を回転
させながら、連続的にローラ２０周分吸引を行い、この
時の吸引トナー量Ｗｄ２及び逃げ電荷量Ｑｔ２を求めた
。これらの値から下記（４）　，（５）　式により連続
吸引時の単位面積あたりのトナー量ｍ２　、トナー帯電
量Ｑ２　が計算される。 ｍ２　＝Ｗｄ１／（Ｓ×２０）（ｇ／ｃｍ２　）　　　
　　　……（４）Ｑ２　＝Ｑｔ２／Ｗｄ　（ｃ／ｇ）　
　　　　　　　　　　　　　……（５）また、帯電の立
ち上がりＲｑ　、トナー搬送率Ｒｍ　を以下のように定
義した。 Ｒｍ　＝ｍ２　／ｍ１　×１００（％）　　　　　　　
　　　　　……（６）Ｒｑ　＝Ｑ２　／Ｑ１　×１００
（％）　　　　　　　　　　……（７）

【００３２】次
に、トナーの流動性の測定方法について説明する。測定
装置としては、パウダーテスタ（ホソカワミクロン社製
）を用いる。トナーの流動性は、次の手順にしたがって
測定される。 （１）　非磁性トナーをポリビンに入れ、２０回手で振
る。 （２）　パウダーテスタのふるいを、下から２００，１
００，６０メッシュの順に重ねる。 （３）　非磁性トナ−２０ｇを秤量し、６０メッシュの
ふるいの中に静かに入れる。 （４）　モードを振動モードにセットし、３０秒間振動
させる。 （５）　６０メッシュ，１００メッシュのふるいの上に
残存したトナー量の合計を流動度の値とする（値が小さ
い方が流動性が良い）。現像トナー量は実際にベタ印字
を行っている最中に装置を止め、ベタ先端部分に現像さ
れたトナー量ｍ　ｄｅｖを図６の装置で吸引し測定した
。また、現像効率Ｒ　ｄｅｖは、以下の式で定義する。 Ｒ　ｄｅｖ＝ｍ　ｄｅｖ／（ｍ１　×ｐ）　　　　　　
　　　　　　　　……（８）ｐ：現像ローラの感光体に
対する周速比

【００３３】本発明者らは、トナー流動度
、現像ローラへのトナー付着量、ローラ周速比、トナー
帯電量、トナー粒径、及び中間ローラ電位差が、画像濃
度及び画質に大きく関連することを見出だし、それらの
適正値について検討を加えた。

【００３４】図８は、トナー流動度と、ベタ搬送率、画
像濃度及びトナー搬送率との関係を示すグラフである。 測定条件は、ブレード加圧が８０ｇ／ｃｍ、ローラ周速
比が２．１、現像効率が約７５％であった。なお、トナ
ー流動度はシリカの添加量により調整し、現像効率は現
像バイアスにより調整した。図８のグラフから、トナー
流動度が０．２〜３．０ｇのときに、良好な結果が得ら
れることがわかる。トナー流動度は、値が小さいほうが
流動性は良好である。トナー流動性が悪いと、トナー搬
送率が低くなり、ベタ追従性が悪化する。また、トナー
層厚も薄くなり、画像濃度が不足する。一方、トナー流
動性が良すぎると、トナー層厚が厚くなり、帯電量が下
がり、ベタ追従性が悪化する。

【００３５】図９は、現像ローラへのトナー付着量と、
かぶり、画像濃度、ベタ搬送率、及びトナー搬送率との
関係を示すグラフである。測定条件は、ローラ周速比が
２．１、トナー流動度が０．９ｇ、現像効率が約７５％
であった。なお、トナー付着量は、ブレード加圧及びブ
レード形状を変化させることにより調整した。図９のグ
ラフから、トナー付着量が０．３〜０．８ｍｇ／ｃｍ２
のときに、良好な結果が得られることがわかる。トナー
付着量が少ないと画像濃度が不足し、多すぎるとカブリ
が多くなるとともに、トナー搬送率が下がり、ベタ追従
性も悪化する。図１０は、ローラ周速比と、ベタ搬送率
、トナー搬送率及び画像濃度との関係を示すグラフであ
る。測定条件は、ブレード加圧が８０ｇ／ｃｍ、トナー
付着量が０．６１ｇ／ｃｍ２　、Ｖ０　が−６００Ｖ、
Ｖｂ　が−２００Ｖ、中間ローラ電位が−２００Ｖ、ト
ナー流動度が０．９ｇであった。図１０のグラフから、
ローラ周速比が、１．２〜３．０のときに、良好な結果
が得られることがわかる。ローラ周速比が低いと画像濃
度が不足し、高すぎると、トナー搬送率が低下し、ベタ
追従性が悪化する。また、ジッタもひどくなる。

【００３６】図１１は、トナー帯電量と、かぶり、ベタ
搬送率、現像効率、及び画像濃度との関係を示すグラフ
である。測定条件は、トナー付着量が０．５１〜０．６
ｇ／ｃｍ２　、Ｖ０　が−６００Ｖ、Ｖｂ　が−２００
Ｖ、中間ローラ電位が−２００Ｖ、ローラ周速比が２．
１であった。なお、トナー帯電量は、トナーに添加され
る帯電制御剤を選択したり、ブレード加圧を制御するこ
とにより調整した。図１１のグラフから、トナー帯電量
が、４〜２０μｃ／ｇのときに、良好な結果が得られる
ことがわかる。トナー帯電量が低いとかぶりが生じ、現
像効率が高くなってベタ搬送性が悪化する。高すぎると
、画像濃度が不足する。

【００３７】図１２は、トナーの粒径と、ベタ搬送率、
画像濃度、現像効率、及びトナー搬送率との関係を示す
グラフである。測定条件は、トナー層厚が０．５〜０．
６４ｇ／ｃｍ２　、Ｖ０　が−６００Ｖ、Ｖｂ　が−２
００Ｖ、中間ローラ電位が−２００Ｖ、ローラ周速比が
２．１であった。図１２のグラフから、トナーの粒径が
、５〜１３μｍのときに、良好な結果が得られることが
わかる。トナーの粒径が小さ過ぎると画質は良好となる
が現像効率が低くなり、画像濃度が不足する。また、ト
ナー搬送率が低下するためベタ追従性が不足する。一方
、トナーの粒径が大きすぎると現像効率が上昇して画像
濃度が悪化する。また、画質も悪くなる。

【００３８】図１３は、中間ローラ電位差（現像ローラ
へトナーを供給する電界）と、カぶり、画像濃度、ベタ
搬送率、ローラ上トナー帯電量及びトナー付着量との関
係を示すグラフである。測定条件は、Ｖ０　が−６００
Ｖ、Ｖｂ　が−２００Ｖ、ブレード加圧が９０ｇ／ｃｍ
２　、ローラ周速比が２．１であった。図１３のグラフ
から、中間ローラバイアスが−２００〜−４００Ｖ、即
ち中間ローラ電位差が０〜２００Ｖのときに、良好な結
果が得られることがわかる。トナー供給バイアスを印加
しているため、中間ローラバイアスＶｍ＝−４００Ｖを
越えると、トナー付着量が０．８ｍｇ／ｃｍ２　を越え
てもベタ搬送性は９０％以上であるが、かぶりが増加す
る傾向となる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成
装置によると、ローラー手段の単位面積あたりの現像剤
の量を０．３〜０．８ｍｇ／ｃｍ２　と規定することに
より、又はローラー手段と像担持体との周速比を１．２
〜３．０に規定することにより、ベタ画像を連続的に現
像しても、画像濃度を良好に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る現像装置の断面図。

【図２】図１の現像装置の現像ローラの切欠き斜視図。

【図３】第１図の現像装置のブレードの斜視図。

【図４】図１の現像装置における現像バイアス電源と現
像ローラ表面との間の抵抗を示す回路図。

【図５】抵抗値と現像ローラの電位との関係を示すグラ
フ。

【図６】非磁性トナーの吸引装置の概略図。

【図７】図６の装置の吸引アタッチメントの拡大斜視図
。

【図８】トナー流動度と、ベタ搬送率、画像濃度及びト
ナー搬送率との関係を示すグラフ図。

【図９】現像ローラへのトナー付着量と、ＢＧ、画像濃
度、ベタ搬送率、及びトナー搬送率との関係を示すグラ
フ図。

【図１０】ローラ周速比と、ベタ搬送率、トナー搬送率
及び画像濃度との関係を示すグラフ図。

【図１１】トナー帯電量と、かぶり、ベタ搬送率、現像
効率、及び画像濃度との関係を示すグラフ図。

【図１２】トナーの粒径と、ベタ搬送率、画像濃度、現
像効率、及びトナー搬送率との関係を示すグラフ図。

【図１３】中間ローラ電位差と、ＢＧ、画像濃度、ベタ
搬送率、ローラ上トナー帯電量及びトナー付着量との関
係を示すグラフ図。

【符号の説明】

１…現像装置１、２…感光体ドラム、９…現像ローラ、
１０…ブレード、１１…供給ローラ、１２…トナー容器
、１４…攪拌機、１５…リカバリーブレード、１７…第
１のブレードホルダ、１８…スペーサ、１９…第２のブ
レードホルダ、２０…押圧ばね。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転可能な像担持体に対向配置され、
   像担持体に一成分現像剤を供給するためのローラー手段
   、このローラー手段上に、前記像担持体に供給される一
   成分現像剤の層を形成する手段、及び前記ローラー手段
   により供給された一成分現像剤により、前記像担持体上
   の潜像を現像するための手段を具備し、前記ローラー手
   段の単位面積あたりの現像剤の量は０．３〜０．８ｍｇ
   ／ｃｍ２であることを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】　　回転可能な像担持体に対向配置され、
   像担持体に一成分現像剤を供給するためのローラー手段
   、このローラー手段上に、前記像担持体に供給される一
   成分現像剤の層を形成する手段、及び前記ローラー手段
   により供給された一成分現像剤により、前記像担持体上
   の潜像を現像するための手段を具備し、前記ローラー手
   段と前記像担持体との周速比は１．２〜３．０であるこ
   とを特徴とする画像形成装置。