JPH07140766A - 像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子写真プリンタ等の現像剤に印加する直流
電圧を定電流制御する像形成装置に関し、印字品質の低
下及び感光体の破損を防止することができる像形成装置
を提供することを目的とする。 【構成】 光透過性の基体13上に光透過性の導電層14及
び光導電層15を積層形成した感光体１と、基体13側に配
置され、感光体１に像露光する露光手段３と、光導電層
15側に配置され、現像剤40を搬送する導電性のスリーブ
41及びスリーブ41の内部に配置した磁石42で構成し、ス
リーブ41で現像剤40を搬送して感光体１に接触させる現
像器４とから成り、感光体１及びスリーブ41の現像剤40
の接触幅内で、現像剤40に電圧を印加して感光体１を帯
電し、露光手段３の感光体１の露光及び露光で形成した
静電潜像の現像器４による現像をほぼ同時に行う像形成
装置であって、直流電圧を定電流制御する定電流制御手
段16を備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真プリンタ等の
像形成装置に係り、特に現像剤に印加する直流電圧を定
電流制御する像形成装置に関するものである。

【０００２】近来、コンピュータ、通信技術の急速な発
展に伴い、出力端末としてのプリンタの需要が高まりつ
つある。電子写真プリンタは記録速度や印字品質等に優
れているという点から急速に普及してきている。

【０００３】しかしながら、従来普及している電子写真
方式（カールソンプロセス）では、感光ドラムを記録媒
体に用い、帯電、露光、現像、転写、定着、除電及びク
リーニングという複雑な工程で記録が行われているた
め、装置の小型化、低価格化、メンテナンスフリー化に
は限度があり、より簡単なプロセスの装置が望まれてい
た。

【０００４】これに対して、プロセスを簡単にすること
ができる光背面記録方式の電子写真プリンタが開発され
つつあるが、現像剤のトナー濃度の変化により現像剤の
電気抵抗が変化し、感光ドラムの帯電電位が変動すると
いう問題があり、帯電電位が低下すると印刷の濃度が薄
くなり、且つ「かぶり」 (印刷の背景部の汚れ) が生
じ、また帯電電位が高くなると「リーク」が発生して感
光ドラムが破損する。そこで感光ドラムの帯電電位を安
定化させる方法が望まれている。

【０００５】

【従来の技術】図４にカールソンプロセス方式による電
子写真プリンタの内部側面図を例示している。図におい
て、1aは感光ドラム、２は帯電器、3aは露光器、4aは現
像器、５は転写器、６は除電器、７はクリーナ、８は定
着器、９は搬送路、10は使用するサイズの用紙12を収容
した給紙部、11はスタッカを示す。

【０００６】このような構成により、感光ドラム1aを潜
像記録媒体として用い、一様帯電、画像露光、現像、転
写、定着、除電及びクリーニングの７つの工程で記録が
行われる。帯電器２は光導電性を有する感光ドラム1aの
表面に正または負の均一正電荷を施し、露光器3aは印刷
情報を変換した光データを光ダイオード（ＬＥＤ）やレ
ーザ光等により照射して、特定部分の表面電荷を消去す
ることにより、感光ドラム1a上に印刷情報に応じた静電
潜像を形成する。

【０００７】次に現像器4aでトナー40ａによって静電的
に現像することにより、感光ドラム1a上にトナー40ａに
よる可視像を形成し、最後にこのトナー像を転写器５で
給紙部10から繰り出されて搬送路９を矢印方向に搬送さ
れた用紙12に静電的に転写して、定着器８で熱、光、圧
力等によって定着して、用紙12をスタッカ11に送出す
る。

【０００８】トナー像を転写した感光ドラム1aは、除電
器６で除電され、更にクリーナ７でクリーニングされ
て、次の印刷に備える。しかし、このようなカールソン
プロセス方式による電子写真プリンタは、各工程に用い
る手段が概ね感光ドラム1aの周囲に配置されていて、装
置が小型化するにつれて、各工程の手段が感光ドラム1a
の周りに密に連なるため、小型化に限度があり、また現
像器4aからトナー40ａが飛散して露光器3aの光学系を汚
し、印刷に悪影響を及ぼす等の欠点がある。

【０００９】更に、従来の帯電器２による帯電手段は、
コロナ帯電によって帯電を行うため、オゾンが発生して
人体に対して悪影響を及ぼす等の問題点がある。そこ
で、露光手段を感光ドラムの内側に配置し、帯電手段に
コロナ帯電を用いない光背面記録方式の電子写真プリン
タが、特開昭５８−１５３９５７号公報、特開昭５７−
１１９３７５号公報等に提案されている。

【００１０】以下、概要を図５により説明する。図５に
おいて、1bは感光ドラム、3bは露光器、4bは現像器、5a
は転写ローラを示す。図４と同一符号は同一対象物を示
す。

【００１１】感光ドラム1bは、透明な基体13ａ上に透明
な導電層14ａ及び光導電層15ａが順次積層形成されてい
る。露光器3bは、感光ドラム1bの内側に配置され、感光
ドラム1bに対向する現像器40b の方向の導電層14ａの背
面に光データを露光する。

【００１２】現像器4bは、感光ドラム1bに間隙を介して
対向し、導電性で非磁性のスリーブ41ａ、スリーブ41ａ
の内部に配置された磁石42ａ、及び現像剤40ｂを収容し
た収容部43で構成されている。磁石42ａは固定され、ス
リーブ41ａは矢印方向に回転する。また、スリーブ41ａ
には直流電源が接続され、スリーブ41ａの回転で現像剤
40ｂを感光ドラム1bの対向面に搬送し、現像剤40ｂを感
光ドラム1bの表面に接触させて接触幅を形成し、現像剤
40ｂを媒体としてスリーブ41ａとアースされた感光ドラ
ム1bとの間にバイアス電圧が印加され、感光ドラム1bに
形成された静電潜像をトナー現像する。

【００１３】現像剤40ｂは、導電性のトナーの一成分現
像剤、或いは絶縁性のトナーと10⁵Ωｃｍ以下の導電性
のキャリアを混合した二成分現像剤（特開昭５８−１５
３９５７号公報）である。

【００１４】このような構成を有するので、図６によっ
て帯電、露光、及び現像のプロセスを説明すると、図６
(a) に示すように、感光ドラム1bの表面と接触させた現
像剤40ｂを介して、現像器4bのスリーブ41ａと感光ドラ
ム1bの導電層14ａとの間にバイアス電圧を印加して、感
光ドラム1bの表面を一様に帯電させる。なお、この印加
電圧は直流の定電圧制御される。

【００１５】次に図６(b) に示すように、感光ドラム1b
と現像剤40ｂの接触部分の最適位置に導電層14ａ側から
露光器3bによって露光を行い、光導電層15ａに静電潜像
を形成すると同時に、図６(c) に示すように、潜像部分
の電気的引力によってトナー40A を吸引し、感光ドラム
1bの表面にトナー像を形成する。なお、静電潜像以外の
部分のトナー40A は磁性を帯びて、スリーブ41ａ内の磁
石42ａの磁力によってキャリア40B と共に除去される。

【００１６】かくて、図５に示すように、感光ドラム1b
に形成されたトナー像は、供給された用紙12に電圧が印
加された転写ローラ5aによって転写され、定着器８で定
着される。

【００１７】このようにして印刷されるので、この方式
を用いると、コロナ帯電のようなオゾンが発生すること
がなく、また露光器3bが感光ドラム1bの内側にあり、且
つ現像器4bが帯電手段と現像手段を兼ねているので、工
程の大幅な削減が可能となり、装置の小型化が容易にな
った。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれ
ば、現像剤のトナー消費によるトナーの減少やトナーの
補充時の過剰供給により、トナー濃度が若干変化しただ
けで、現像剤の電気抵抗が著しく変化する。

【００１９】この場合、現像器のスリーブと感光ドラム
の導電層との間に印加された電圧は直流の定電圧制御さ
れているので、トナーの過剰供給によりトナー濃度が高
い状態では、現像剤の電気抵抗が上昇して感光ドラムの
帯電電位が低下し、印刷の濃度が薄くなると共に、「か
ぶり」が発生して印刷品質が低下する。また、逆にトナ
ーの消費によりトナー濃度が低くなった状態では、現像
剤の電気抵抗が低くなり現像剤側から感光ドラムに電荷
が流れ過ぎて「リーク」が発生し、感光ドラムが焦げて
破損してしまうという問題点がある。

【００２０】類似の問題点を解決するものとして、公知
例として、(1) 特開昭５２−９６０３３号公報「現像装
置のバイアス用電源」及び(2) 特開昭５４−８４７２７
号公報「電子写真における現像方法」があるが、(1) は
用紙先端部の「かぶり」を防止するものであるが、感光
体として一部がアルミニウム材を用いるために発生する
特有の問題の解決方法であって、本発明における目的と
は全く異なる。

【００２１】また(2) は、磁石を感光体の背後に配置す
る特殊な方法を用いた複写機では、正現像を行っている
ため、感光体の表面電位の潜像の現像剤に対する反発に
より印字濃度が低下するので、これを改良するために定
電流制御を行うものである。

【００２２】これに対して、本発明の対象とする光背面
記録方式のプリンタは反転現像であり理論的に潜像に対
して反発しない。従って、(2) はプリンタの構成が異な
り、また改善のメカニズムも異なる。

【００２３】従って、(1) 及び(2) の公知例は、本発明
の問題点を解決する方法とは成り得ない。本発明は、ト
ナー濃度が変化しても、感光ドラムの帯電電位を一定に
保ち、かぶりによる印字品質の低下やリークによる感光
ドラムの破損を防止することができる像形成装置を提供
することを目的としている。

【００２４】

【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。図において、１は感光体、40は現像剤、13は感光
体１に設けられ、光透過性を有する材料で形成された基
体、14は感光体１に設けられ、光透過性を有する材料で
形成された導電層、15は感光体１に設けられた光導電
層、１は基体13上に導電層14及び光導電層15を順次積層
形成した感光体、３は感光体１の基体13側に配置され、
感光体１に像を露光する露光手段、41は現像手段４に設
けられ、導電性を有する材料で形成され、現像剤40を搬
送するスリーブ、42は現像手段４に設けられ、スリーブ
41の内部に配置された磁石、４は感光体１の光導電層15
側に配置され、スリーブ41及び磁石42で構成され、スリ
ーブ41により現像剤40を搬送して感光体１に接触させる
現像手段、16は現像剤40に印加する直流電圧を定電流制
御する定電流制御手段である。

【００２５】従って、感光体１及びスリーブ41上の現像
剤40の接触幅内で、現像剤40に直流電圧を印加して感光
体１を帯電し、露光手段３による感光体１に対する露光
及び露光によって感光体１に形成された静電潜像の現像
手段４による現像をほぼ同時に行う像形成装置であっ
て、現像剤40に印加する直流電圧を定電流制御手段16に
よって定電流制御するように構成されている。

【００２６】

【作用】現像剤40に印加する直流電圧を定電流制御手段
16によって定電流制御することにより、現像剤40のトナ
ーの過剰供給によりトナー濃度が高くなって現像剤40の
電気抵抗が上昇しても、また、逆にトナーの消費によっ
てトナー濃度が低くなって現像剤の電気抵抗が低下して
も、現像剤40に流れる電流が一定になり、感光体１の帯
電電位を一定に保ち、トナー濃度が高い時に生じる印刷
の濃度が薄くなる現象や「かぶり」による印刷品質の低
下、及びトナー濃度が低い時に、現像剤40側から感光体
１に電荷の流れ過ぎで生じる「リーク」による感光体１
の破損を防止することができる。

【００２７】

【実施例】以下、従来例で説明した光背面記録方式によ
る電子写真プリンタに本発明を適用した実施例を図２及
び図３を参照して説明する。図２は本発明の実施例を示
す構成図、図３は実施例による印刷の評価結果を示す図
である。全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

【００２８】図２の感光ドラム1b、露光器3b、及び現像
器4bは、図１の感光体１、露光手段３、及び現像手段４
に夫々対応している。図２に示すように、現像器4bのス
リーブ41ａに接続されている直流電源 (Ｖp)とアース間
に定電流制御装置16ａが設けられている。

【００２９】定電流制御装置16ａは、オペアンプ17、ト
ランジスタ18、電流制限抵抗Ｒb 、電流検出抵抗Ｒs 、
及び基準電圧発生抵抗Ｒf で構成されている。次に動作
について説明する。

【００３０】オペアンプ17の非反転入力端子には、電源
電圧を基準電圧発生抵抗Ｒf により分圧して得られる基
準電圧Ｖf が与えられる。一方、反転入力端子には、出
力回路の電圧源Ｖp より負荷RLを通じ、更にトランジス
タ18のコレクタ−エミッタ間、及び電流検出抵抗Ｒs を
流れる電流ｉで決まる電圧降下Ｖs が印加される。

【００３１】 ｉ＝Ｖs ／Ｒs ───(1) オペアンプ17は、反転入力端子の電圧Ｖ₁ と非反転入力
端子の電圧Ｖ₂ 間の差を内部増幅率Ａr で増幅した電圧
を出力する。即ち、出力電圧Ｖ₀ は、 Ｖ₀ ＝Ａr(Ｖ₂ −Ｖ₁) ───(2) よって、 Ｖ₀ ／Ａr ＝Ｖ₂ −Ｖ₁ ───(3) 一般に、内部増幅率Ａr は10⁶ 程度であり、Ｖ₀ はたかだか10ボルト程度であ るため、 Ｖ₀ ／Ａr ＝Ｖ₂ −Ｖ₁ ≒０ ───(4) 即ち、 Ｖ₂ ≒Ｖ₁ ───(5) なお、 Ｖ₁ ＝Ｖf 、Ｖ₂ ＝Ｖｓ ───(6) であるから、(1) より、 Ｖf ＝Ｖｓ＝ｉＲs ───(7) この関係が常に成り立つようにオペアンプ17は出力電圧を調整する。ここで、 オペアンプ17から出力される電流をｉ₀ とし、トランジスタ18の直流電圧増幅率 をｈ_FEとすると、 ｉ＝ｉ₀ ・ｈ_FE ───(8) また、この関係を満足できるように電流制限抵抗Ｒb を
選ぶ必要がある。

【００３２】 Ｒb ＝Ｖ₀ ／ｉ₀ ＝Ｖ₀ ・ｈ_FE／ｉ ───(9) この関係が成り立っている場合においては、(7) から誘
導されるように、 ｉ＝Ｖf ／Ｒs ───(10) となり、これは負荷ＲL に関わらず一定となる。よって
この回路は定電流電源として動作する。

【００３３】このような構成及び機能を有するので、現
像剤40ｂに印加する直流電圧を定電流制御装置16ａによ
って、電流が一定に制御されるので、現像剤40ｂ中にト
ナー40A が過剰供給されてトナー濃度が高くなって現像
剤40ｂの電気抵抗が上昇しても、また、逆にトナー40A
の消費によって現像剤40ｂのトナー濃度が低くなって現
像剤40ｂの電気抵抗が低下しても、現像剤40ｂに流れる
電流が一定になる。

【００３４】従って、感光ドラム1bの帯電電位を一定に
保つことができ、トナー濃度が高い時に生じる印刷の濃
度が薄くなる現象や「かぶり」による印刷品質の低下、
及びトナー濃度が低い時に、現像剤40ｂ側から感光ドラ
ム1bに電荷の流れ過ぎで生じる「リーク」による感光体
１の破損を防止することができる。

【００３５】以下に、この場合の感光ドラム1b、及び現
像剤40ｂの作成例を説明する。 １）感光ドラムの作成例 使用する感光ドラム1bは、露光と現像をほぼ同時に行わ
れるために、高易動度(露光時に発生するホールが表面
に到達する速さが速い) ことが必要とされている。しか
し、光導電層15ａに無機材料を用いた感光ドラム1bで
は、易動度は非常に速いが、有機材料に比べて暗抵抗
(光が当たっていない所の抵抗) が低いため、用いられ
る現像剤40ｂの抵抗を低くしなければ十分な帯電を与え
ることはできず、それは困難であり、従って、無機材料
は使用できない。

【００３６】一方、光導電層15ａに有機材料を用いた感
光ドラム1bならば暗抵抗が高いので、現像剤40ｂに導電
性を付与しなくても、十分帯電可能であることを見出し
た。そこで、光導電層15ａに有機材料を使用する感光ド
ラム1bは、基体13ａにガラス円筒を用い、導電層14ａは
ＩＴＯ（インジューム・テイン・オキサイド）を真空蒸
着法で 100Åの膜厚で形成する。次に重量比でシアノエ
チル化プルラン１をアセトン10 に溶解し、これを導電
層14ａの上に浸漬塗布し、100 ℃１時間乾燥して膜厚１
μｍの中間層を形成する。

【００３７】更に重量比でα型オキソチタルフタロシア
ニン１、ポリエステル１、1,1,2-トリクロエタン20を硬
質ガラスポットを用いて24時間分散混合したものを、前
記の中間層上に塗布し、100 ℃で１時間乾燥させて膜厚
0.3 μｍの電荷発生層を形成した。電荷輸送層形成のた
め、重量比でブタジエン誘導体１、ポリカーボネート１
をジクロロメタン17で溶解して塗布液を調整し、これを
前記の電荷発生層上に浸漬塗布し、90℃で１時間乾燥さ
せて膜厚約15μｍの電荷輸送層を作成して、感光層、即
ち、光導電層15ａを形成する。

【００３８】２）現像剤の作成例 (a) トナー作成 バインダ樹脂として、重量比でポリエステル樹脂 (ＮＥ
−２１５０,花王(株))60及び着色剤としてカーボンブラ
ック(ブラックパールズＬ：平均粒径2.4μｍ、比表面積
138m²/ｇ：キャボット社製)５、アゾ染料(ボントロンＳ
-34,オリエント化学製)１、磁性粉 (ＭＴＺ-703, 戸田
工業(株)製)30 、プロピレンワックス(ビスコール 550P
三洋化成(株)製)４を加え、加圧ニーダにより 160℃,3
0分溶解混練してトナー塊を得る。冷却したトナー塊を
ロートプレックス粉砕機により約２mm以下の粗トナーと
する。次いで、粗トナーをジェットミル(ＰＪＭ粉砕機,
日本ニューマチック工業(株)製)を用いて微粉砕を行
い、粉砕物を風力分級機(アルピネ社製）により分級
し、平均粒径10μｍのトナーを得る。

【００３９】(b) キャリア作成 重量比でスチレンアクリル樹脂 (ＢＲ-85,三菱レイヨン
(株)製)55 とカーボン(ケッチンブラック)45 をジメチ
ルケント溶液に溶解、または分散してコーティング液を
作成する。このコーティング液をキャリアのコア材とな
るマグネタイト(関東電化(株)製)3000 に万能攪拌機を
用いてコーティングする。作成したキャリアの電気抵抗
は10⁴ Ωｃｍである。

【００４０】電気抵抗は次のような方法で測定した。１
cm³ のキャリアを一定磁界（磁束密度 950ガウス、磁界
強度3400e)の働いている１cm³ の平行電極間 (電極間距
離１cm）に入れ、 100Ｖの直流電圧をかけた時に流れる
電流値i(Ａ) を測定し、Ｒ＝100／ｉの式から電気抵抗
の値を求めた。

【００４１】このようにして作成した感光ドラム1b、及
び現像材40ｂを用いて、感光ドラム1bの「リーク」、印
刷の「かぶり」及び「印刷濃度」について評価した結果
を図３に示す。

【００４２】図中の○×の評価は、「リーク」は、印字
欠陥の存在の有無を調べ、存在しなければ○、「かぶ
り」は、常温常湿（25℃,50 ％ＲＨ）で感光ドラム上の
かぶりによる濃度差ΔＯＤが0.05以下を○、また、「印
字濃度」がＯＤで 1.3以上を○とした。なお、ＯＤ(Opt
ical Density) は印字濃度の単位である。

【００４３】従って、定電圧制御の場合には、特定のト
ナー濃度において良好な結果が得られるだけであるが、
定電流制御の場合には、すべてのトナー濃度に対してい
ずれも良好な結果が得られ、定電圧制御の場合に比較し
て著しく優れていることを示している。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、現
像剤に印加する直流電圧を定電流制御することにより、
現像剤のトナー濃度が変化しても、印刷濃度が薄くなっ
たり、「かぶり」による印刷品質の低下、及び「リー
ク」による感光体の破損を防止することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理構成図

【図２】 本発明の実施例を示す構成図

【図３】 実施例による印刷評価結果を示す図

【図４】 カールソンプロセス方式による電子写真プリ
ンタの内部側面図

【図５】 従来例を示す電子写真プリンタの内部側面図

【図６】 従来例の印刷方法の説明図

【符号の説明】

１は感光体、 1a,1b は感光ドラム、 ３
は露光手段、3a,3b は露光器、 ４は現像手段、
4a,4b は現像器、13,13aは基体、
14,14aは導電層、 15,15aは光導電層、16は定電
流制御手段、 16ａは定電流制御装置、 40,40bは現
像剤、40a,40A はトナー、 40B はキャリア、
41,41aはスリーブ、42,42aは磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 綿貫 恒夫 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 (72)発明者 石山 義也 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過性を有する材料で形成された基体
   (13)上に光透過性を有する材料で形成された導電層(14)
   及び光導電層(15)を順次積層形成した感光体(1) と、 該感光体(1) の該基体(13)側に配置され、該感光体(1)
   に像を露光する露光手段(3) と、 該感光体(1) の該光導電層(15)側に配置され、現像剤(4
   0)を搬送する導電性を有する材料で形成されたスリーブ
   (41)及び該スリーブ(41)の内部に配置された磁石(42)で
   構成され、該スリーブ(41)により該現像剤(40)を搬送し
   て該感光体(1)に接触させる現像手段(4) とから成り、 該感光体(1) 及び該スリーブ(41)上の現像剤(40)の接触
   幅内で、該現像剤(40)に直流電圧を印加して該感光体
   (1) を帯電し、該露光手段(3) による該感光体(1) に対
   する露光及び該露光によって該感光体(1) に形成された
   静電潜像の該現像手段(4) による現像をほぼ同時に行う
   像形成装置であって、 前記現像剤(40)に印加する直流電圧を定電流制御する定
   電流制御手段(16)を備えたことを特徴とする像形成装
   置。