JPH0527865B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複写機、プリンタ、フアクシミリ等の
電子写真装置に用いる現像装置に関し、特に感光
体表面に形成した静電潜像を一成分系トナーを用
いて転接現像させる乾式現像装置に関する。

従来より感光体表面に形成した静電潜像を現像
させる乾式現像装置として、二成分系現像剤を用
いるものと、一成分系現像剤を用いるものが存在
する。

前者は、主として樹脂及び着色剤よりなる絶縁
非磁性トナーとガラスビーズや鉄粉等のキヤリア
粒子を用い、前記トナーをキヤリア粒子とを撹拌
混合する事により前記トナーを静電潜像と逆極性
に摩擦帯電させ、これを感光体表面まで搬送させ
て前記トナーのみを前記静電潜像部に吸引−顕像
化させるものである。

この種の現像方式においては現像を行なう度に
トナーのみが順次消費される構成の為、適切な画
像品質を得る為には前記トナーを定量的に補給し
てその混合比を一定に保つ必要があり、必然的に
現像装置が複雑化且つ大型化するのを避け得なか
つた。又前記キヤリアを長期に亙つて繰り返し使
用する為、キヤリアの劣化により画像品質の悪化
を招き、キヤリア自体の定期的な交換の必要があ
つた。特にキヤリアの交換は現像装置の取外しと
分解及び内部クリーニングという作業が派生しメ
インテナンスが面倒になる。

一方、一成分系現像剤を用いた現像法は、前述
の欠点を解消し、装置の小型化、メインテナンス
の容易化を可能にするなど種々の利点を有する
為、近年種々の技術が提案されている。

例えば第１図は、樹脂・着色剤中に磁性粉を均
一に分散させて形成した高抵抗磁性トナーを用
い、磁気ブラシにより静電潜像側に前記トナーを
搬送させて現像を行なう現像装置を示し、その構
成を簡単に説明すると、表面に多数の磁極を形成
した円柱状の磁石集成体１と該集成体１の周囲に
同心円状に配置された導電性スリーブ２とよりな
るマグネツトローラ３と、該ローラ３上方に位置
しスリーブ２表面にトナー４を給するホツパ５
と、これらを取囲み装置内に固設する枠体６とよ
りなり、前記マグネツトローラ３の磁石集成体１
と導電性スリーブ２間が相対的に回転するよう構
成すると共に、該ローラ３をドラム状の感光体７
表面に近接して配置させている。

かかる構成による現像装置においては、前記磁
石集成体１の磁気吸引力により前記導電性スリー
ブ２上に穂状に担持されたトナー４（磁気ブラシ
４ａ）が、前記磁石集成体１と導電性スリーブ２
間の相対的な回転により感光体７側に搬送され、
該磁気ブラシ４ａが静電潜像部７ａへ接近−接触
する事により、導電性スリーブ２によりトナー４
に潜像電荷と逆極性の電荷が付与され、この結
果、該電荷と潜像電荷のクーロン力により前記感
光体７の静電潜像部７ａにトナー４が付着し、現
像がなされる事となる。

従つてこのような現像装置においては、前記二
成分系現像法の摩擦帯電の如く強制的なトナー帯
電方法を採らず、単に導電性スリーブ２と静電潜
像部７ａ間に形成された電界内で前記トナー４を
帯電させる構成を採つている為、前記二成分系現
像法に比較して必然的に現像効率は低くならざる
を得ない。

この為従来公知の現像装置においては前記導電
性スリーブ２と感光体７間の対向間隔ｄをせばめ
たり、前記磁気ブラシ４ａに対して高周波バイア
スを印加したり、更には前記トナー４の抵抗値を
制御したりする事により現像効率を上げる方法を
採用しているが、いずれの方法においても、前記
トナー４を、前記導電性スリーブ２と感光体７間
で帯電させるという基本的な構成は同一である
為、現像効率の著しい向上を図る事は不可能であ
り、又トナー４の感光体７への摺擦により一旦静
電潜像７ａ面に付着したトナー４が流れたり、又
非静電潜像面にトナー４が付着したりして、画像
の乱れやかぶり等が生じ易い。更に導電性スリー
ブ２と感光体７間の対向間隔ｄを常に一定に保つ
事は加工上及び組立上からも極めて困難であり、
この面からも画像の安定性に欠いていた。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、現像効
率の大幅な向上を図ると共に、前記トナーを感光
体表面に摺擦させる事なしに現像を可能ならし
め、画像の乱れ等のない鮮明な画像を得る事の出
来る現像装置を提供する事を目的とし、 その特徴とする所は、静電潜像を担持させる感
光体ドラムと、該感光体ドラムに接触して同一周
速で転接回転する導電性現像ローラと、該現像ロ
ーラの現像位置より回転方向流側に位置し、一成
分系トナーを磁気力で前記現像ローラ側に搬送さ
せる供給ローラとを具えてなる乾式現像装置にお
いて、 前記導電性現像ローラを表面に平滑なコート層
を有し、内部に磁石体を有さない弾性体ローラで
形成し、 一方供給ローラを磁石集成体を内包し、前記導
電性現像ローラと非接触の状態で対峙させた非磁
性ローラで形成すると共に、 前記導電性現像ローラを接地させ、供給ローラ
に感光体ドラム表面の静電電荷と逆極性の、電圧
制御可能な直流電圧を印加させ、前記両ローラ間
に電界を形成するように構成した事にある。

以下図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。

第２図は本発明の実施例が適用される複写機の
概略構成を示し、７は表面に光導電層を備えたド
ラム状感光体で、その周囲に帯電装置８、露光装
置９、現像装置１０、転写装置１１、清掃装置１
２などが配置されている。

そしてかかる複写機は公知の如く、図示しない
原稿台の移動に同期して前記感光体７が時計方向
に回転すると、先づ帯電装置８にて所定の電荷を
印加され、次に露光装置９により逐次露光し原稿
台上の原稿像に対応した静電潜像７ａが感光体７
表面に形成される。この静電潜像７ａは詳細に後
述する現像装置１０によりトナー像として可視化
され転写装置１１に至る。転写装置１１では給紙
装置１４より送られてきた転写紙１３に前記トナ
ー像を転写担持させた後、転写紙１３を感光体７
から分離し定着装置１５にて最終画像として定着
させる。一方前記トナー像を転写させた感光体７
は清掃装置１２により残留トナー４を除去した
後、次の複写に備える。

これらの複写工程については既に周知の為詳細
な説明は省略する。

一方、前記複写機に使用されるトナー４は、少
なく共10¹³Ωcm以上の体積抵抗値を有する高抵抗
磁性トナーで、例えばスチレンアクリル系の樹
脂、マグネタイト（磁性粉）、カーボンブラツク
（着色剤兼抵抗制御剤）、シリカ（添加剤）等を適
当な配合比で混練・加熱したのち、粉砕分級し平
均粒径15〜25μｍにして形成されている。

第３図乃至第４図は前記複写機に使用される本
発明の実施例たる現像装置１０を示し、枠体２０
と現像ローラ３０と供給ローラ４０とクリーニン
グ部材５０と穂高規制部材６０とにより構成され
ている。

枠体２０は、感光体７の円周方向に沿つて該感
光体７の長手方向のほぼ全長に亙つて配置され、
上方に形成したカートリツジ装着部２１と、該装
着部２１に連なり、前記感光体７対面側を開口し
たトナー収納室２２とよりなる。

カートリツジ装着部２１にはトナー補給用カー
トリツジ２３が着脱可能に装着されており、図示
しない剥離手段を介してカートリツジ２３下面に
貼着したシール部材２４を剥離する事により、該
カートリツジ２３内のトナー４が枠体底板２５に
沿つて流下し、収納室２２内に補給されるよう構
成する。

トナー収納室２２内には前記現像ローラ３０と
供給ローラ４０とクリーニング部材５０とが夫々
感光体７回転軸と平行になる如く、又前記供給ロ
ーラ４０上方には穂高規制制部材６０がその下端
６１を供給ローラ４０外周面に近接させて配接さ
れている。

現像ローラ３０は導電性ゴムで形成した回転体
３１と該回転体３１の外周表面に塗布された導電
性コート層３２とよりなり、その外周面が感光体
７外周面と接触するように配置すると共に、図示
しない歯車等を介して感光体７の回転に追従して
該現像ローラ３０が転接回転、即ち該現像ローラ
３０が感光体７と同一の周速度を有し且つ反対方
向に回転するように構成している。尚、前記感光
体７外周面との接触は当接でも弾性的な圧接でも
いずれでもよい。そして前記導電性ゴムで形成し
た回転体３１は電気抵抗として体積抵抗値が10¹¹
Ωcm以下、好ましくは10⁵〜10⁹Ωcmの範囲のもの
を用いる。

又該現像ローラ３０は接地されており、且つ前
記の如く導電性である為、後記するように供給ロ
ーラ４０との間で電界形成を可能なさしめる。

次に前記コート層３２について詳細に説明する
に、コート層３２の材質は、該コート層３２がト
ナー４と接触した際、両者間の物性的な粘着抵抗
を低くさせる為に前記トナー４と同種の材料で形
成すると共に、前記電界形成を円滑に達成する為
に回転体３１と同様にその体積抵抗値が10¹¹Ωcm
以下、好ましくは10⁵〜10⁹Ωcmの範囲に制御して
いる。

ここで「前記トナー４と同種」とは、前述した
トナー４を構成する材料である樹脂、磁性粉、着
色剤、抵抗制御剤、及び添加剤等の内の少なく共
一種を含む組成材料で形成されたものをいう。
尚、本実施例においては前記トナー４を構成する
材料中のマグネタイトやカーボンブラツク等の抵
抗制御剤の配合比のみを変えて（増量）その体積
抵抗値を10⁵〜10⁹Ωcmの範囲に制御して形成して
いる。

前記コート層３２はその膜厚が増すと導電抵抗
が大となり、後記する如くトナーの付着と電界形
成の上でにとつて好ましくない為、トナー４の平
均粒径の10倍以下、好ましくは約３〜５倍程度の
膜厚になるように形成する。

又該コート層３２の塗布は、前記導電性ゴムで
形成した回転体３１表面の凹凸を吸収して現像ロ
ーラ３０表面が平滑な面になるように行なえばよ
く、又該塗布手段はスプレー、はけ塗り、デイツ
ピングその他の周知の塗布方法により行ない、更
に前記回転体３１表面からの剥離を防止する為焼
付け又は電子線硬化させてもよい。

前記現像ローラ３０の感光体７接触側の上流
側、即ちトナー４収納室の入口側には、その外周
面を前記現像ローラ３０外周面に近接させて供給
ローラ４０が配置されている。

該供給ローラ４０は、表面に多数の磁極を形成
した円柱状の磁石集成体４１と、該集成体４１の
周囲に同心円状に配置されアルミ等の導電性非磁
性体で形成された導電性スリーブ４２とにより形
成され、前記磁石集成体４１と導電性スリーブ４
２間を相対的に回転する事により、導電性スリー
ブ４２上に穂状に担持されたトナー４（磁気ブラ
シ４ａ）が現像ローラ３０側に搬送されるよう構
成する。ここで「相対的に回転する」とは、前記
磁石集成体４１と導電性スリーブ４２の両者又は
いずれか一方を回転させ、該磁石集成体４１と導
電性スリーブ４２間に相対速度が発生している場
合をいう。

次に供給ローラ４０の構成について更に詳細に
説明すると、前記供給ローラ４０は、前記現像ロ
ーラ３０の供給ローラ４０近接点（以下供給位置
という）から感光体７接触点（以下現像位置とい
う）までの周面長さ（α）が、感光体７の静電潜
像７ａを形成する露光地点より前記現像位置まで
の長さ（β）より大になる如く配置され、又該供
給ローラ４０と前記現像ローラ３０間の対向間隔
を0.3mm程度に設定している。

そして前記供給ローラ４０には直流電圧印加手
段４３が電気的に接続されており、該電圧印加手
段４３により前記感光体７表面に形成された静電
電荷と逆極性の直流電圧が前記供給ローラ４０に
印加され、前記導電性の現像ローラ３０間の供給
位置付近に所定強度の電界を発生させる。又前記
電圧印加手段４３は電圧制御可能に構成している
為、前記両ローラ３０，４０間の電界強度を自由
にコントロールする事が出来る。更に前記電圧印
加手段４３とローラ４０間には制御回路４４を介
在させ、前記露光装置９による露光工程終了と同
時又は直後に前記電圧印加手段４３をOFFにす
るよう構成する。

尚、前記現像ローラ３０側に直流電圧を印加す
ると、感光体７表面と現像ローラ３０間にも電位
差が生じてしまい、例えば静電電荷と逆極性の直
流電圧を印加した場合には静電潜像７ａが形成さ
れていない背景部分にもトナー４が付着（かぶ
り）し、好ましくない。

クリーニング部材５０は前記現像ローラ３０の
現像位置下流側に位置し、ポリエステル、アクリ
ル、レーヨン、カーボン入りレーヨン、ナイロ
ン、ビニロン等の導電性繊維を回転軸の周囲に回
転ブラシ状に、又は前記繊維を巻回して回転ロー
ラ状にして形成すると共に、その外周面が前記現
像ローラ３０の感光体７との現像位置下流側から
供給ローラ４０との供給位置までの間の、現像ロ
ーラ３０表面に接するように配置する。

そして該クリーニング部材５０は、現像ローラ
３０に残留付着しているトナー４が感光体７側に
掃き落される事なく供給ローラ４０側にのみ掃き
落されるようにその回転方向と周速を設定してい
る。具体的には現像ローラ３０の回転方向と反対
方向に回転を付与すると共にその周速度を前記現
像ローラ３０の周速度より大になる如く構成す
る。

穂高規制部材６０はブレード状をなし、その先
端を前記供給位置の上流側の供給ローラ４０外周
面に近接させて配置し、前記磁気ブラシ４ａの穂
高を所定の高さに規制可能に構成する。

次にかかる構成による本発明の作用を説明す
る。

先づ前記複写機が始動すると、前記感光体７の
回転と共に、現像ローラ３０、供給ローラ４０、
及びクリーニング部材５０が夫々所定の回転方向
に回転し、且つ前記供給ローラ４０に直流電圧が
印加され、下記の順序で現像が行なわれる。

即ち先づ、収納室２２内に滞留しているトナー
４が、前記磁石集成体４１の磁気吸引力により導
電性スリーブ４２上に穂状（磁気ブラシ４ａ）に
担持された後、磁石集成体４１と導電性スリーブ
４２間の相対的な回転により現像ローラ３０側に
搬送され、前記穂高規制部材６０により前記磁気
ブラシ４ａの穂高が規制されながら、適切な量の
トナー４のみが現像ローラ３０間の供給位置に接
近する。

前記供給ローラ４０には前記静電電荷と逆極性
の直流電圧が印加され、又導電性の現像ローラ３
０が接地されている為、該両ローラ３０，４０間
には前記直流電圧と対応した電界が形成され、一
方該ローラ３０，４０は互いに逆方向に回転して
いる為、両ローラ３０，４０間にはかなりの速度
の相対的回転速度が存在し、従つて前記供給位置
に導かれたトナー４は、両ローラ３０，４０間で
摺擦されながら該両ローラ３０，４０間に形成さ
れた電界強度に対応した静電電荷と逆極性の電荷
が付与され、所望量のトナー４が現像ローラ３０
の外周面全体に帯電付着する。そして該現像ロー
ラ３０に付着したトナー４は、該ローラ３０の回
転により感光体７側に搬送され前記現像位置に導
かれる。

尚、前記現像ローラ３０のトナー付着量、即ち
感光体７側の現像位置に搬送されるトナー量は、
前記供給ローラ４０に印加する直流電圧を変化さ
せる事により自由に制御させる事が出来る為、従
つて感光体７表面に形成された静電潜像が面積像
か線画像かによつて、又前記潜像部のコピー濃度
を調整する場合においても、前記直流電圧を手動
又は自動的に変化させる事により簡単にコピー濃
度の調整や画像部の種類による現像効果の選択を
簡単に行なう事が出来る。

次に、前記現像位置に導かれたトナー４は静電
電荷と逆極性に帯電している為、感光体７表面の
静電潜像７ａと接触する事により、該静電潜像７
ａ部に吸引付着し、可視像が形成される。

この際、前記感光体７と現像ローラ３０は互い
に同一周速度でもつて転接されながら回転してい
る為、前記トナー４を感光体７へ摺擦させる事な
しに現像する事が出来、従つて従来の一成分系現
像方式の欠点である、機械的摺擦による画像の乱
れ（ずれ或いはにじみ）のない、極めて鮮明な画
像を得る事が出来る。

特に本実施例においては前記現像ローラ３０表
面層がコート層３２を介して導電性ゴム状の回転
体３１で形成されている為、該現像ローラ３０が
感光体７表面に押し付けられながら（弾性的に当
接）転接させる事が出来、現像効率が更に向上す
る。

又前記現像は従来の一成分系現像方式のように
機械的摩擦により電荷を付与するのではなく、前
記供給ローラ４０と現像ローラ３０間の供給位置
で強制的に帯電させたトナー４を、前記感光体７
に転接させながら前記静電潜像部に電気的吸引・
付着させている為、現像効率が極めて高くなる。

例えば、反射光学濃度で示される印刷濃度を
1.4以上にする為には、前記従来公知の一成分系
現像方式においては感光体７の表面電位を1000V
以上にする必要があつたが、本実施例においては
感光体７の表面電位を400Vまで下げても、1.4以
上の印刷濃度を維持する事が出来た。

更に本実施例においては、前記現像ローラ３０
の、導電性ゴムで形成した回転体３１とトナー４
間に、該トナー４と同種の材質よりなる低抵抗の
導電性コート層３２が介在している為、現像ロー
ラ３０表面とトナー４間の表面エネルギーを小さ
くする事が出来、前記トナー４が現像ローラ３０
から感光体７へ移転（吸引付着）するのが容易に
なり、感光体７表面の画像鮮明度が向上する。又
前記コート層３２の介在は現像ローラ３０表面へ
のトナー４の付着を防ぐ事が出来、該トナー４の
付着に起因する現像ローラ３０表面の時系列的な
抵抗変化とバラツキによる現像条件の不安定化や
画像むら等を防止する事が出来る。

前記現像位置を通過した現像ローラ３０は更に
回転しクリーニング部材５０に達する。このクリ
ーニング部材５０は現像ローラ３０表面に摺擦さ
れながら回転している為、現像ローラ３０に残留
付着しているトナー４の供給ローラ４０側への掃
き落しが確実に行なわれる。この際、本実施例に
おいては前記現像ローラ３０の表面をトナー４と
同種の材質よりなる導電性コート層３２を塗布し
てある為、前記トナー４の掃き落としが更に容易
になる。

このようにクリーニング部材５０を前記現像位
置下流側より供給位置までの間の現像ローラ３０
表面に接触させて配置した為、前記現像ローラ３
０の表面が常にクリーンな状態で次の帯電に備え
る事が出来、この結果、前記供給ローラ４０と現
像ローラ３０間の電界強度は常に一定し、前記両
ローラ３０，４０間で繰り返し帯電が行なわれて
も、現像ローラ３０に付着するトナー４の量に変
動が生じる事がなく、安定した画像形成が可能と
なる。

又前記クリーニング部材５０によるトナー４の
掃き落しは、感光体７側に掃き落される事なく供
給ローラ４０側にのみ掃き落される為、現像後の
感光体７表面の可視像部や背景部に余分なトナー
４が付着する事なく、画像の乱れ等を防止出来
る。

更に前記クリーニング部材５０はいずれも導電
性材料で形成されている為、前記掃き落としの
際、トナー４の帯電を除電させる事が出来、次の
再使用の際何等問題を生じさせない。

以下前記作用を繰り返しながら現像を行なう。

そして現像終了時においては、前記露光装置９
による露光工程終了と同時又は直後に、前記電圧
印加手段４３をOFFにして前記供給ローラ４０
側への直流電圧の印加を止め、前記両ローラ３
０，４０間の電界を遮断する事により現像ローラ
３０へのトナー４の供給を止め、現像に必要なト
ナー４以外のトナーを該現像ローラ３０に載せな
いようにして現像ローラ３０を回転させ、該露光
工程終了地点で形成された最後端の静電潜像７ａ
を現像した後、該現像された可視像が転写又はそ
の後の最終工程、即ち最終画像を形成するまでの
間に、前記現像ローラ３０上に付着していた最後
端のトナーが現像位置、即ち感光体７接触位置を
通過し、更に下流側のクリーニング部材５０によ
り掃き落とされ、該現像ローラ３０表面にトナー
４が何等付着されない状態で機械を停止させる。

尚、本実施例においては前記現像ローラ３０の
供給位置から感光体７と接触する現像位置までの
周面長さ（α）が、感光体７の静電潜像７ａを形
成する露光地点より前記現像位置までの長さ
（β）より大になる如く構成している為、前記現
像ローラ３０上に付着していた最後端のトナーが
現像位置を通過するまでの間に露光工程終了地点
で形成された最後端の静電潜像７ａが前記現像位
置を通過し、前記作用が円滑に達成される。

以上記載した如く本発明によれば供給ローラと
現像ローラ間に電界を形成する事によりトナーに
強制的に帯電させ、該帯電したトナーを現像ロー
ラ外周面に付着させると共に、該現像ローラを感
光体接触又は近接回転させながら現像させる構成
を採る為、現像効率を大幅に向上させる事が出来
る。

特に本発明は、前記現像ローラを感光体に転接
させながら回転させる構成を採る事により、現像
ローラと感光体間の対向間隔設定の困難さを完全
に解消すると共に、低い電圧での現像が可能とな
り、更に画像のにじみがなくきれのいい、即ち感
光体の電位そのままの鮮明な画像形成が可能とな
る。

又本発明は前記導電性現像ローラを表面に平滑
なコート層を有し、内部に磁石体を有さない弾性
体ローラで形成した為に、円滑な転接が可能とな
る。

更に本発明は、前記両ローラ間の電界形成を直
流電圧により行なわしめた為、該直流電圧を変化
させる事により、従来露光量の調整でしか行ない
得なかつたコピー濃度の調整や画像部（面積像、
線画像）の種類による現像効果の選択が簡単に行
なう事が出来る。

特に前記現像ローラのトナー付着量、即ち感光
体側の現像位置に搬送されるトナー量は、前記供
給ローラに印加する直流電圧を変化させる事によ
り自由に制御させる事が出来る為、従つて感光体
７表面に形成された静電潜像が面積像か線画像か
によつて、又前記潜像部のコピー濃度を調整する
場合においても、前記直流電圧を手動又は自動的
に変化させる事により簡単にコピー濃度の調整や
画像部の種類による現像効果の選択を簡単に行な
う事が出来る。

尚、前記現像ローラ側に直流電圧を印加する
と、感光体表面と現像ローラ間にも電位差が生じ
てしまい、例えば静電電荷と逆極性の直流電圧を
印加した場合には静電潜像が形成されていない背
景部分にもトナーが付着（かぶり）し、好ましく
ないが、本発明においてはこの様なことがない。

更に又本発明は、前記の如く現像効率が向上し
た為、感光体の表面電位を大幅に下げても従来技
術以上の印刷濃度を得る事が出来、この結果感光
体表面に形成する光導電層の材料に制限を受ける
事なく種々の光導電性半導体を用いる事が出来る
等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の一成分トナーを用いた現像
装置の概略説明図である。第２図乃至第４図は本
発明の実施例を示し、第２図は本実施例に係る現
像装置が適用される複写機の概略説明図、第３図
は前記現像装置の断面図、第４図はトナーの付着
状態を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 静電潜像を担持させる感光体ドラムと、該感
   光体ドラムに接触して同一周速で転接回転する導
   電性現像ローラと、該現像ローラの現像位置より
   回転方向上流側に位置し、一成分系トナーを磁気
   力で前記現像ローラ側に搬送させる供給ローラと
   を具えてなる乾式現像装置において、 前記導電性現像ローラを、表面に平滑なコート
   層を有し、内部に磁石体を有さない弾性体ローラ
   で形成し、 一方供給ローラを、磁石集成体を内包し、前記
   導電性現像ローラと非接触の状態で対峙させた非
   磁性ローラで形成すると共に、 前記導電性現像ローラを接地させ、供給ローラ
   に感光体ドラム表面の静電電荷と逆極性の、電圧
   制御可能な直流電圧を印加させ、前記両ローラ間
   に電界を形成するように構成した事を特徴とする
   乾式現像装置。