JPH06186832A - 現像器及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 現像担持体のフィルミングを防止して、長
期間に渡って安定したトナー搬送が行える現像器を提供
することを目的とする。 【構成】 トナー４を潜像担持体３に搬送する現像担
持体２と、現像担持体２に対向して設けられ、トナー４
を現像担持体２に供給する供給手段６と、現像担持体２
方向に付勢されて設けられ、現像担持体２上のトナー４
を均一に薄層化し、摩擦帯電させる層厚規制手段５とを
有する現像器において、供給手段６上のトナー４を現像
担持体２へ転移させるトナー供給電界を生じさせる直流
成分の電圧と、現像担持体２上のトナー４を供給手段６
へ転移させるトナー回収電界を周期的に生じさせる交流
成分の電圧とを重畳して供給手段６と現像担持体２との
間に印加する電源３５を備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現像担持体上にトナー
の均一な薄層を形成し、潜像担持体にトナーを搬送する
現像器に関する。また、本発明は、潜像を潜像担持体上
例えば感光体上あるいは誘電体上に形成し、現像器で可
視化する電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成
装置に関する。近年、トナーの搬送性を向上させ、現像
器の交換回数の少ない現像器の開発が望まれている。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来の現像器の構成概略図であ
り、一成分非磁性トナーを用い、潜像担持体として感光
ドラム３を用いたものである。１は現像器であり、攪拌
器２４はトナー槽７に蓄えられたトナー４を攪拌して搬
送し、ｃ方向の回転軸２３と導電性発泡層で構成された
供給手段であるリセットローラ６の表面に付着させる。
このリセットローラ６は、現像担持体である現像ローラ
２に対接して設けられ、現像に使用されなかったトナー
４を現像ローラ２から機械的に掻き取り、トナー槽７に
戻す回収作用も有する。

【０００３】図９は、図８の現像器における供給手段か
ら現像担持体へのトナー転移状態を示した図である。現
像ローラ２は、感光ドラム３に対向して設けられ、ｂ方
向の回転軸２２と導電性層で構成される。そして、回転
軸２２は現像担持体印加電源３１に現像バイアス電圧Ｖ
_b が印加されている。リセットローラ６は、現像ローラ
２に対接してトナー４を摩擦し、負に帯電（電荷Ｑ）さ
せるとともに、供給手段印加直流電源３２によって印加
された供給バイアス電圧Ｖ_rlと現像バイアス電圧Ｖ_b (
＞Ｖ_rl) との間に生じる電界Ｅ₁(Ｖ_b−Ｖ_rl) による静
電気力Ｆ＝ＱＥ₁ によってトナー４を現像ローラ２へ移
動させる。そして、トナー４は現像ローラ２の回転に伴
ってその表面に付着し、そこにトナー４の薄層が形成さ
れる。

【０００４】このトナー層は、現像ローラ２の方向に付
勢された層厚規制手段であるブレード５によって現像ロ
ーラ２との間で弾性的に圧接され、余分なトナー４を機
械的に掻き落とし、均一な厚さにし、かつトナー４を一
様に摩擦帯電 (電荷Ｑ')させ、整流する。その後、帯電
トナー４は現像ローラ２と感光ドラム３に係合する部
分、すなわち現像領域に向かって搬送される。図１０は
現像担持体から潜像担持体へのトナー転移状態を示した
図であり、(a)は初期状態である。レーザプリンタで考え
ると、潜像担持体である感光ドラム３の感光材料層に図
示しない帯電器によってＶ_Sの電位を持つように帯電さ
せる。そして、レーザ光学系の照射によって感光材料層
に静電潜像領域を形成し、その静電潜像領域（画像部）
は前記電位Ｖ_S より高い電位Ｖ_l の電位に上昇された状
態、つまり「電荷の井戸」と呼ばれる状態になってい
る。

【０００５】このような画像部が現像領域に進入する
と、画像部の電位Ｖ_l と現像担持体である現像ローラ２
の電位（現像バイアス電圧Ｖ_b ）との間に生じる電界Ｅ
_pd＝Ｖ _b −Ｖ_l によって帯電トナー４（負に帯電、電荷
Ｑ’）は現像ローラ６から静電吸引（Ｆ'=Ｑ’Ｅ_pd）さ
れ、潜像に付着し、これにより潜像が可視化される。な
お、非画像部の電位Ｖ_S は現像ローラの電位Ｖ_b より低
いので非画像部へのトナー４の付着は阻止されることに
なる。

【０００６】現像終了後、現像に使用されなかったトナ
ー４は現像ローラ２の回転によって搬送され、リセット
ローラ６に掻き取られ、トナー槽７に戻される。この動
作を繰り返し行うことによってトナー現像が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにト
ナーを摩擦帯電させて静電的に搬送させる構造、すなわ
ち現像担持体方向に付勢された層厚規制手段を有する現
像器では、長期間の使用により、現像担持体のフィルミ
ングが生じる。一般にフィルミングとは、現像担持体表
面とトナーとが摩擦する際に発生する摩擦熱や機械的な
破砕力、もしくは静電気力によってトナーの一部が現像
担持体表面に付着する現象である。微視的に述べると、
現像担持体の微小な凹部にトナーの破砕物が入り込んで
いたり、静電気力による付着や熱融着等によって島状に
もしくは薄いフィルム状に現像担持体表面を覆っている
現象である。

【０００８】従って、フィルミングによる付着は、所定
の粒形サイズのトナーが静電気力によって一時的に現像
担持体に付着する場合と異なり、極めて微量なトナーの
付着であり、容易に離脱しない。その結果、現像担持体
の静電特性を変化させ、トナーの搬送性を低下させてい
た。以下で、従来の現像器を用いてこの問題点を詳細に
説明する。図１０(b) は長期間使用した場合の現像担持
体から潜像担持体へのトナー転移状態を示した図であ
る。

【０００９】従来の現像器では、現像に使用されなかっ
たトナー４がリセットローラ６やブレード７によりある
程度掻き取られるが、帯電した残留トナーを機械的に回
収するのには限界があり、完全に回収されなかった微量
なトナーはそのまま搬送され、停留トナーとなる。図１
０(b) に示すように、停留トナーは何度も帯電されて過
剰な電荷を帯び、感光ドラム３へ搬送されて現像に使わ
れ、印字濃度低下を招いたり、何度も摩擦されるので現
像ローラ２との静電気力や摩擦熱によって現像ローラ２
の表面に癒着する。

【００１０】その結果、現像ローラ２の抵抗値が上が
り、正常トナー４の感光ドラム３への搬送が潤滑に行え
なくなり、強いては現像器の交換周期や画像形成装置の
寿命を早める原因となっている。従って、このようなフ
ィルミングの原因となっている停留トナーを排除するこ
とが望ましい。本発明は、現像担持体のフィルミングを
防止し、長期間にわたって安定したトナー搬送を行うこ
とができる現像器を提供することを目的とする。また、
本発明は現像担持体のフィルミングを防止し、長期間に
わたって安定した画像を得ることができる画像形成装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図で
ある。本発明の請求項１は、トナー４を潜像担持体３に
搬送する現像担持体２と、前記現像担持体２に対向して
設けられ、トナー４を前記現像担持体２に供給する供給
手段６と、前記現像担持体２方向に付勢されて設けら
れ、前記現像担持体２上のトナー４を均一に薄層化し、
摩擦帯電させる層厚規制手段５とを有する現像器におい
て、前記供給手段６上のトナー４を前記現像担持体２へ
転移させるトナー供給電界を生じさせる直流成分の電圧
と、前記現像担持体２上のトナー４を前記供給手段６へ
転移させるトナー回収電界を周期的に生じさせる交流成
分の電圧とを重畳して前記供給手段６と前記現像担持体
２との間に印加する電源３５を備えて構成される。

【００１２】本発明の請求項２は、潜像担持体３上に形
成された潜像を現像器の現像担持体２によって搬送され
たトナー４で可視化し、記録媒体に転写する画像形成装
置において、前記現像担持体２に対向して設けられ、ト
ナー４を前記現像担持体２に供給する供給手段６と、前
記現像担持体２方向に付勢されて設けられ、前記現像担
持体２上のトナー４を均一に薄層化する層厚規制手段５
と、前記供給手段６上のトナー４を前記現像担持体２へ
転移させるトナー供給電界を生じさせる直流成分の電圧
と、前記現像担持体２上のトナー４を前記供給手段６へ
転移させるトナー回収電界を周期的に生じさせる交流成
分の電圧とを重畳して前記供給手段６と前記現像担持体
２との間に印加する電源３５とを備えて構成される。

【００１３】

【作用】請求項１及び請求項２は、トナー供給電界を生
じさせる直流成分の電圧と、周期的にトナー回収電界を
生じさせる交流成分の電圧とを重畳して前記供給手段６
と前記現像担持体２との間に印加することにより、供給
手段６上のトナー４を現像担持体２へ供給しつつ、現像
担持体２上に停留したフィルミングの原因となるトナー
４を供給手段６に回収させることが可能になる。

【００１４】

【実施例】図２は本発明の一実施例画像形成装置の構成
概略図であり、例としてレーザプリンタを用いる。図３
は図２の画像形成装置における現像器の構成概略図であ
る。記録媒体は用紙ホッパ１０１からタイミングローラ
１０３で用紙通過タイミングを計測しながら搬送され
る。そのタイミングに従ってレーザ光学系９は、画像情
報に対応した露光を行ってａ方向に回転する潜像担持体
である感光ドラム３の表面上に静電潜像を形成し、この
静電潜像が現像器１でトナー現像される。

【００１５】搬送された記録紙は感光ドラム３に押しつ
けられ、転写器１２に達すると、感光ドラム３上のトナ
ー像が静電的に転写される。そして、感光ドラム３から
剥離した記録媒体上のトナー像は定着器１６、ここでは
熱ローラ定着によって定着される。その後、除電器１５
は感光ドラム３上の残留電位を取り除き、感光ドラム３
上の残留トナー４はクリーナ１４のクリーニングブレー
ド１３により清掃されて、感光ドラム３は初期状態に戻
される。なお、２１はトナーシールであり、回収したト
ナー４をクリーナ１４の外に飛翔しないようにするもの
である。。

【００１６】片面印刷の場合は、定着を完了した記録媒
体は排紙ローラ１０４で排出され、印刷済用紙はスタッ
カ１０５に収納される。両面印刷の場合は、特に図示し
ていないが、定着器１６を出た片面印刷済の記録媒体は
反転搬送機構から感光ドラム３に裏返しにして供給され
る。その間に、感光ドラム３の表面上にはトナー像が形
成され、前述と同様に用紙の裏面のトナー像は定着器１
６で定着される。そして、定着を完了した記録媒体はス
タッカ１０５に排出される。なお、３０は各機構に所定
の電圧を印加する主電源である。

【００１７】図３では図８で示した従来の現像器と同一
構成であるものには同一符号を付与し、ポリエステル系
の一成分非磁性トナーを用いる。また、一成分磁性トナ
ーの他、キャリヤとトナーからなる二成分トナーであっ
ても良い。特に、本発明は二成分トナーで現像担持体上
にトナーのみ搬送され、フィルミングが生じるような構
造（トナーを摩擦させるような構造）を有する現像器に
効果がある。

【００１８】攪拌器２４は仕切り板１１によって仕切ら
れたトナー槽７に蓄えられたトナー４を攪拌して搬送
し、リセットローラ６の表面に付着させる。リセットロ
ーラ６は、ｃ方向の回転軸２３の周囲に抵抗１０⁴ Ωの
ウレタンスポンジで覆ったものである。トナー槽７から
供給されたトナー４を摩擦し、負に予備帯電させるとと
もに、供給手段印加直流電源３２と供給手段印加交流電
源３４により直流成分と交流成分を重畳した供給手段印
加電圧が印加されたリセットローラ６の電位（供給手段
印加電圧）と現像担持体印加電源３１によって印加され
た現像ローラ２の電位（現像バイアス電圧）との間で生
じる現像ローラ２からリセットローラ６へ向かう向きの
トナー供給電界の静電気力によってトナー４を現像ロー
ラ２へ転移させる。

【００１９】現像ローラ２は、感光ドラム３に対接して
設けられ、ｂ方向の回転軸２２とウレタンゴム、シリコ
ンゴム、ＮＢＲ、多孔質ウレタンスポンジ等の弾性材に
導電性を付与したもので構成される。そして、トナー４
は現像ローラ２の回転に伴ってその表面に付着させられ
て、そこにトナー４の薄層が形成される。このトナー４
の薄層は、層厚規制手段であるブレード５により現像ロ
ーラ２の表面に弾性的に圧接され、余分なトナー４を機
械的に掻き落とし、均一な厚さにされる。さらにブレー
ド５は、電荷注入帯電により帯電電荷量を大きくするた
めにブレード（層厚規制手段）印加電源３３から印加さ
れた電圧 (約-400V)で、トナー４を一様に摩擦帯電し
て、整流する。このブレード５はステンレスの先端をラ
ウンドエッジ処理した板ばねを用い、現像ローラ２への
付勢力は35 g重/cm である。

【００２０】その後、帯電したトナー４（電荷Ｑ')は現
像ローラ２と感光ドラム３に係合する部分すなわち現像
領域に向かって搬送される。現像ローラ２から感光ドラ
ム３へのトナー転移状態は図１０(a) と同様であり、現
像ローラ２の電位（現像バイアス電圧Ｖ_b ）と、感光ド
ラム３の感光材料層の電位との間に電界を生じさせる。

【００２１】その際、感光ドラム３の静電潜像領域であ
る画像部はＶ_l 、それ以外の非画像部はＶ_S の電位で帯
電されており、現像ローラ２の電位Ｖ_b との電位差によ
って生じる電界Ｅ_pd(=Ｖ_b −Ｖ_l ) の静電気力Ｆ'=Ｑ'
Ｅ_pdによって、現像ローラ２から画像部に帯電トナー４
が転移し、潜像は現像され可視像となる。現像終了後、
現像に使用されなかったトナー４は現像ローラ２の回転
によって搬送され、リセットローラ６に機械的に掻き取
られ、また、周期的に生じるリセットローラ６から現像
ローラ２へ向かう向きのトナー回収電界の静電気力によ
ってリセットローラ６に回収され、トナー槽７に戻され
る。そして、戻されたトナー４は攪拌器２４によって搬
送されたトナー４とともに再び現像ローラ２に供給され
る。この動作を繰り返し行うことによってトナー現像が
行われる。

【００２２】以下で、リセットローラ６、現像ローラ
２、及びトナー４との電気的関係を述べる。図４は図３
における現像器における供給手段と現像担持体間のトナ
ー転移状態を示した図である。供給手段であるリセット
ローラ６と現像担持体である現像ローラ２の係合部分
で、トナー４は負に予備帯電（電荷Ｑ）される。そし
て、リセットローラ印加直流電源３２の直流成分とリセ
ットローラ印加交流電源３４の交流成分を重畳した電圧
（供給手段印加電圧Ｖ_rl＋Ｖ_a sin ωt ）が印加された
リセットローラ６の電位と現像ローラ２の電位（現像バ
イアス電圧Ｖ_b （＞Ｖ_rl））との間で生じる電界Ｅ（=
Ｖ_b - Ｖ_rl- Ｖ_a sin ωt ）の静電気力Ｆ＝ＱＥによっ
てトナー４は現像ローラ２との間を移動する。

【００２３】このトナー転移の原理をより詳述すると、
図４（ａ）に示すように、リセットローラ６の電位（Ｖ
_rl＋Ｖ_a sin ωt ）が現像ローラ２の電位Ｖ_b より小さ
い（Ｖ_b > Ｖ_rl＋Ｖ_a sin ωt ）時、トナー供給電界が
生じ、トナー４はリセットローラ６から現像ローラ２へ
移動する。逆に、図４（ｂ）に示すように、リセットロ
ーラ６の電位（Ｖ_rl＋Ｖ_a sin ωt ）が現像ローラ２の
電位Ｖ_b より大きい（Ｖ_b < Ｖ_rl＋Ｖ_a sin ωt ）時、
トナー回収電界が生じ、トナー４は現像ローラ２からリ
セットローラ６へ移動する。このようにして、リセット
ローラ６はトナー４の供給回収を行う。

【００２４】図５は現像バイアス電圧と供給手段印加電
圧の関係を示した図であり、縦軸は電位、横軸は時間を
示している。リセットローラ６に印加された直流成分の
電圧（Ｖ_rl、例えば-400V ）は、リセットローラ６と現
像ローラ２（現像バイアス電圧Ｖ_b ＞Ｖ_rl、 例えば−30
0V) との間に電位差（Ｖ_b −Ｖ_rl）を生じさせ、トナー
供給電界を作り、リセットローラ６から現像ローラ２に
前記トナー４が転移するように設定されている。リセッ
トローラ６に印加された交流成分の電圧（Ｖ_asin ωt
、周期ｔ=2πf 例えば 800 H_Z ）は、トナー回収電界
を生じさせ、前記電位差（Ｖ_b −Ｖ_rl）より大きい振幅
（例えば振幅150V）になるように設定した。

【００２５】これにより、リセットローラ６の電位( Ｖ
_rl＋Ｖ_a sin ωt ) が現像ローラ２の電位Ｖ_b より小さ
い時、トナー供給電界が生じ、トナー４はリセットロー
ラ６から現像ローラ２へ移動する。逆に、リセットロー
ラ６の電位( Ｖ_rl＋Ｖ_a sinωt ) が現像ローラ２の電
位Ｖ_b より大きい時、トナー回収電界が生じ、トナー４
は現像ローラ２からリセットローラ６へ移動する。但
し、停留トナーのみを回収するようにトナーの供給電位
差はトナー回収電位差より大きく設定した。

【００２６】すなわち、リセットローラ６に前述のよう
な直流成分と交流成分を重畳した電圧を印加し、交流成
分を直流成分側（供給側）にシフトさせて現像ローラ２
にトナー４を供給しつつ、周期的(t=2πf)にトナー回収
電界を作り、リセットローラ６は機械的に掻き取れずに
現像ローラ６上に停留したトナー４を静電的に回収する
ことができる。従って、現像ローラ２上でトナー４が何
度も摩擦されることがないのでフィルミングを防止する
ことが可能になる。

【００２７】本実施例では、現像担持体と対接した接触
型の供給手段（リセットローラ）を用いているが、電圧
のかけ方を考慮すれば非接触型のものにも適用できる。
また、供給手段はローラの他、ブラシ、ベルト、バケッ
ト、特別な搬送機構を設けた固定ブレードであっても良
い。また、本実施例では負に帯電するトナーを用いてい
るので、トナーは電界の向きと逆方向に移動するが、正
に帯電したトナーは電界の向きに移動するので、供給手
段と現像担持体との間に印加する電圧を若干考慮する必
要がある。

【００２８】図６は印字枚数とトナー帯電量の関係を示
した図であり、図７は印字枚数と印字濃度の関係を示し
た図である。図６、図７には、図８で示した現像器を備
えた画像形成装置と図２で示した本実施例の画像形成装
置を比較した結果がそれぞれ示されている。図６を見る
と、従来の画像形成装置では使用するにつれてトナーの
帯電量が徐々に増加し、高帯電になっていることがわか
る。すなわち、回収されずに残ったトナーが停留し、何
度も摩擦帯電されていることを示す。逆に、本実施例の
画像形成装置は、長期間使用（一万枚印刷時）してもト
ナーの帯電量は安定しているので、トナーが停留して何
度も摩擦帯電されていないことがわかる。

【００２９】図７を見ると、従来の画像形成装置では高
帯電トナーもしくは現像ローラのフィルミングの為にト
ナー搬送が正常に行われず、印字濃度が減少している。
従って、このような印字濃度の低下は、現像器の交換を
余儀なくする。それに比べ、本実施例の画像形成装置で
はトナー搬送が正常に行われ、印字濃度の低下が起こっ
ていないので長期間使用しても安定した印字濃度の画像
が得られることが明確にわかる。

【００３０】従って、これらのデータから本実施例は現
像担持体のフィルミングの原因となっている停留トナー
を回収し、長期間にわたって安定した画像を得ることが
でき、現像器の交換も減らすことができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の現像器は現像担持体上に停留し
たフィルミングの原因となるトナーを回収して、安定し
たトナー搬送を行うことが可能になる。また、本発明の
現像器は現像担持体のフィルミングを防止して、交換周
期を延ばすことができ、長期間の使用が可能になる。

【００３２】本発明の画像形成装置は、現像器の現像担
持体上に停留したフィルミングの原因となるトナーを回
収し、安定したトナー現像を行って、長期間にわたって
安定した画像を得ることが可能になる。また、本発明の
画像形成装置は現像担持体のフィルミングを防止して長
期間にわたって現像器を使用できるので、装置の寿命を
延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の一実施例画像形成装置の構成概略図で
ある。

【図３】図２の画像形成装置における現像器の構成概略
図である。

【図４】図３の現像器における供給手段と現像担持体間
のトナー転移状態を示した図である。 (a) 供給手段から現像担持体へ (b) 現像担持体から供給手段へ

【図５】現像バイアス電圧と供給手段印加電圧の関係を
示した図である。

【図６】印字枚数とトナー帯電量を示した図である。

【図７】印字枚数と印字濃度を示した図である。

【図８】従来の現像器の構成概略図である。

【図９】供給手段から現像担持体へのトナー転移状態を
示した図である。

【図１０】現像担持体から潜像担持体へのトナー転移状
態を示した図である。 (a) 初期状態 (b) 長期間使用後

【符号の説明】

１ 現像器 ２ 現像ローラ（現像担持体） ３ 感光ドラム（潜像担持体） ４ トナー ５ ブレード（層厚規制手段） ６ リセットローラ（供給手段） ７ トナー槽 ３１ 現像担持体印加電源 ３２ 供給手段印加直流電源 ３４ 供給手段印加交流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝沢 良美 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナー(4) を潜像担持体(3) に搬送す
   る現像担持体(2) と、前記現像担持体(2) に対向して設
   けられ、トナー(4) を前記現像担持体(2) に供給する供
   給手段(6) と、前記現像担持体(2) 方向に付勢されて設
   けられ、前記現像担持体(2) 上のトナー(4) を均一に薄
   層化する層厚規制手段(5) とを有する現像器において、 前記供給手段(6) 上のトナー(4) を前記現像担持体(2)
   へ転移させるトナー供給電界を生じさせる直流成分の電
   圧と、前記現像担持体(2) 上のトナー(4) を前記供給手
   段(6) へ転移させるトナー回収電界を周期的に生じさせ
   る交流成分の電圧とを重畳して前記供給手段(6) と前記
   現像担持体(2) との間に印加する電源(35)、 を備えて構成されたことを特徴とする現像器。
2. 【請求項２】 潜像担持体(3) 上に形成された潜像を
   現像器の現像担持体(2) によって搬送されたトナー(4)
   で可視化し、記録媒体に転写する画像形成装置におい
   て、 前記現像担持体(2) に対向して設けられ、トナー(4) を
   前記現像担持体(2) に供給する供給手段(6) と、 前記現像担持体(2) 方向に付勢されて設けられ、前記現
   像担持体(2) 上のトナー(4) を均一に薄層化する層厚規
   制手段(5) と、 前記供給手段(6) 上のトナー(4) を前記現像担持体(2)
   へ転移させるトナー供給電界を生じさせる直流成分の電
   圧と、前記現像担持体(2) 上のトナー(4) を前記供給手
   段(6) へ転移させるトナー回収電界を周期的に生じさせ
   る交流成分の電圧とを重畳して前記供給手段(6) と前記
   現像担持体(2) との間に印加する電源(35)と、 を備えて構成されたことを特徴とする画像形成装置。