JPH09292770A

JPH09292770A - 一成分現像装置

Info

Publication number: JPH09292770A
Application number: JP10493296A
Authority: JP
Inventors: Toru Miyasaka; 徹宮坂; Kazutomi Onishi; 一臣大西; Tooru Hachitsue; 徹八▲杖▼; Masaharu Takeya; 正治竹谷; Masahiko Saito; 雅彦斉藤; Tadashi Okano; 岡野　　正
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】高画質な現像特性を有する非磁性一成分現像方
式、または、現像時のトナー量を安定に制御可能な非磁
性一成分現像装置を提供する。【解決手段】現像ロール５を、感光体１と接触する位置
で、感光体１の移動方向と逆方向に駆動し、現像ロール
５の表面速度が、感光体１の表面速度に対して１.３〜
１.５倍程度またはそれ以下の移動速度とする。現像ロ
ール５の回転速度を制御することで、画像領域の現像時
に付着するトナー量の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
などによって、静電潜像担持体上に形成された静電潜像
を、微小粉体であるトナーを付着させることで現像する
現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機やプリンタなどに利用される印写
技術である電子写真プロセスは、感光体を帯電し、露光
することで、静電潜像を形成する。続いて、現像装置で
帯電した微小粉体であるトナーを感光体上の静電潜像に
付着させ、画像を可視化する。可視化されたトナー像は
静電的に用紙に転写し、定着装置で加熱定着することで
コピーや印写画像を形成する。

【０００３】この方式で、静電潜像を可視化する現像プ
ロセスとして、現像剤としてトナーとキャリアを用いる
二成分現像方式とトナーのみを現像剤として用いる一成
分現像方式が知られている。二成分現像方式は、トナー
とキャリアの混合比を一定に保つ濃度制御装置が必要で
あるため装置が、複雑化，大型化するとともに、高価な
ものになってしまうという欠点がある。

【０００４】これに対して比較的簡単な構成の現像装置
として、一成分現像装置が知られている。特に、非磁性
のトナーのみを用いる非磁性一成分現像は、マグロール
も必要なくなるために、構成は簡単になる。非磁性一成
分現像装置は、現像ロール上に配置された規制ブレード
で所定のトナー層厚のトナー薄層を形成するとともに、
ブレードとトナーを接触させることでトナーを摩擦帯電
する。帯電したトナー薄層の形成された現像ロールは、
感光体に接触させることで、感光体上に形成された静電
潜像を現像可視化する。

【０００５】この現像方式では、現像バイアスに対する
感光体へのトナーの付着特性、いわゆるガンマ特性が非
常にシャープである。このため、感光体現像領域におけ
る現像電位差が小さいと感光体を現像するトナー付着量
の変動が生じやすい。一般に、感光体の現像領域では、
現像ロール上のほぼ全てのトナーが感光体に移動する十
分大きな現像電位差となる様に、現像バイアスや感光体
の電位を設定することで、この様な変動を抑制してい
る。

【０００６】しかし、非磁性一成分現像では、現像ロー
ル上のトナーがほぼすべて現像されるため、現像後の感
光体に付着するトナー量が、現像ロール上に形成された
トナー薄層の厚さ即ち量に依存する。従来の非磁性一成
分現像機で現像を行った際の感光体の移動速度に対する
現像ロールの表面速度と現像された感光体上に付着する
トナー量の関係を、図４に示す。現像ロールの表面速度
にほぼ比例して、現像されるトナー量が増加している。
これは、現像ロールの速度が速いほど、感光体単位面積
に供給されるトナー量が多くなるためである。

【０００７】しかし、図４に示されるように、現像ロー
ルの速度と感光体の速度が等速となる付近では現像特性
が不安定となり、感光体に付着するトナー量が低下す
る。このため、従来の非磁性一成分現像では、現像ロー
ルの表面速度を、感光体の表面速度の約２倍以上とする
ことで安定な現像特性を確保している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】非磁性一成分現像で
は、現像ロール上のトナーがほぼすべて感光体の画像部
に付着する。また、現像特性を安定にするためには、現
像ロールの表面速度を感光体の表面速度の約２倍以上と
する必要がある。このため、従来の非磁性一成分現像装
置では、感光体の画像部には、現像ロールに付着してい
るトナーの約２倍以上のトナーが付着する。現像ロール
に形成されるトナー薄層のトナー量は、使用するトナー
の粒径などでほぼ決まるものであり、一般に使用される
１０μｍ程度のトナーでは約０.５〜１.５mg／cm²程度
のトナー薄層となる。このため、感光体の画像部に付着
するトナー量は、約１.０mg／cm²以上となる。

【０００９】感光体の画像部に付着するトナー量が多す
ぎると、解像度等が低下するために、画質の低下が起こ
る。数十μｍ程度の細線を再現するためには、感光体の
画像部に付着するトナー量としては、０.５〜１.２mg／
cm²以下にすることが望ましい。しかし、従来の非磁性
一成分現像では、前記したように安定した現像特性を確
保するために、現像ロールの速度を感光体表面速度の２
倍程度にする必要がある。このため、感光体の画像部に
薄く均一なトナー層を形成することが難しく、十分な高
画質を維持することができない。

【００１０】また、非磁性一成分現像では、現像ロール
上のトナーがほぼすべて感光体の画像部に付着する様に
設定されるため、画像濃度の調節を行うことが難しい。
最も単純な方法として、現像域に供給されるトナー量を
変化させるために現像ロールの速度を変化させる方法が
考えられる。現像ロールの速度を変えても、現像ロール
上に形成されるトナーの付着量はあまり変動しないため
に、速度変化に比例したトナー量を現像部に供給するこ
とができる。しかし、図４に示されるように、現像ロー
ルの速度と感光体の速度が等速となる付近では現像特性
が不安定となる。このため、現像ロール速度変更によっ
て現像領域に付着するトナー量を安定に制御するために
は、感光体表面速度の２倍以上の速度領域で現像ロール
の回転速度を制御する必要がある。

【００１１】本発明の目的は、画像領域を薄く均一なト
ナー層で現像可能な非磁性一成分現像方式を提供するこ
とである。また、本発明の他の目的は、画像領域の現像
時に付着するトナー量を安定に制御可能な非磁性一成分
現像装置を提供することである。そして、これらの現像
装置を用いることで、安定な高画質記録が可能な印写装
置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は現像ロールを、感光体と接触する位置で、
感光体の移動方向と逆方向に回転するように駆動する。
さらに、現像ロールの表面速度が、感光体の表面速度に
対して１.３〜１.５倍程度またはそれ以下の移動速度と
なるように、現像ロールを駆動する。

【００１３】さらに、画像領域の現像時に付着するトナ
ー量制御のためには、感光体と接触する位置で、感光体
の移動方向と逆方向に回転させている現像ロールの回転
速度を制御する。また、制御量の制御精度を高精度に自
動化するために、現像後のトナー付着量または画像濃度
を感光体，中間画像形成体，最終記録体または現像ロー
ル表面の内、少なくとも１カ所で測定する手段を配置す
るとともに、その測定結果をもとに、前記現像ロールの
回転速度を制御する制御手段を設ける。

【００１４】図３に本発明の非磁性一成分現像機で現像
を行った際の感光体の移動速度に対する現像ロールの表
面速度と現像された感光体上に付着するトナー量の関係
を示す。図４に示した従来の現像機の特性とは異なり、
本発明の現像機では、感光体と接触する位置で、感光体
の移動方向と逆方向に回転するように、現像ロールを駆
動しているため、現像ロールの表面速度と感光体の表面
速度の比が１の場合でも、現像能力は低下しない。この
ため、現像ロールの表面速度が、感光体の表面速度と同
程度またはそれ以下でも、安定な現像が可能となる。こ
れによって、現像領域に供給されるトナー量を少なくで
きるため、より薄いトナー量による現像を実現できる。

【００１５】さらに、図３に示されるように本発明の現
像機では、現像ロールの速度と感光体の速度が等速とな
る付近でも現像特性が不安定となることはなく、現像ロ
ールの速度とほぼ比例した画像領域へのトナー付着量を
得ることができる。このため、現像領域に付着するトナ
ー量が、従来の非磁性一成分現像よりも薄い領域で安定
に、現像時の感光体へのトナー付着量を制御できる。

【００１６】本発明の現像方式を適用するとともに、現
像後のトナー付着量または画像濃度を感光体，中間画像
形成体，最終記録体または現像ロール表面の内、少なく
とも１カ所で測定する手段を配置し、測定結果をもとに
現像ロールの回転速度を制御する制御手段を設けること
で、高精度なトナー付着量制御が実現できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１から図４を用いて本発
明の実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例であ
る一成分現像装置を示す図であり、図２はそれを用いた
電子写真装置の一実施例を示す図である。

【００１８】図２の実施例の装置は、ベルト状感光体１
と中間転写体８を用いたフルカラー画像記録装置であ
る。まず、図２の記録装置の記録プロセスについて説明
する。ベルト状感光体１は、帯電器１４によって一様に
帯電され、露光装置１２によって記録画像情報に従った
露光が行われ、感光体ベルト１上に静電潜像が形成され
る。感光体ベルト１上の静電潜像は、イエローのトナー
を用いた本発明の現像機１１によって、現像可視化され
る。感光体ベルトは、中間転写体ドラム８に対してバイ
アス電圧が印可されており、感光体ベルト上に可視化さ
れたイエロートナー像は、中間転写体ドラム８側に、こ
の感光体ベルト１に印加されているバイアス電圧の作用
によって静電的に転写される。中間転写ドラム８上に、
画像を転写した感光体ベルトは、残留したイエロートナ
ーを取り除くためにクリーニング手段１５でクリーニン
グされる。同様の行程で、マゼンタ，シアン，黒の画像
を感光体上に形成し、中間転写体ドラム８上に重ねて転
写し、中間転写体８上に４色画像を形成する。その後、
給紙トレー１３から搬送された用紙に、転写装置１６
で、静電的に、中間転写体上の４色画像は一括転写さ
れ、定着機１０で加熱融着されフルカラー画像記録を完
了する。

【００１９】図２の実施例で示したフルカラー画像記録
装置などへの適用が可能な現像機構成の一実施例を、図
１に示す。図に示した本発明の現像機は、トナー室４内
にトナー３を格納しており、内部に配置されたパドル７
の回転で現像ロール５側にトナー３を搬送するように構
成されている。現像ロール５側面には、導電性スポンジ
ロールからなる供給ロール６が配置されている。トナー
室よりパドルの回転で搬送されたトナーは供給ロール６
によって、現像ロール５側に搬送され、擦り付けられる
ことで、現像ロール５上にトナー層が形成される。現像
ロール５上に形成されたトナー層は、規制ブレード２で
薄層に規制されるとともに、規制ブレード２との摩擦
で、帯電が付与される。この様にして、現像ロール５表
面に帯電したトナー薄層が形成された現像機の現像ロー
ル５は、感光体ベルト１に当接される。現像ロール５と
感光体ベルト１を確実に接触させるために、現像ロール
５は、未接触時の感光体１表面に対して若干押し込みを
与える必要がある。高画質を維持するためには、現像機
１１の接触による感光体ベルト１の変動が少ない方が好
ましい。現像ロール５は、未接触時の感光体１表面に対
して、約０.５mm 程度以下の押し込み量で安定な現像特
性が確保できる。

【００２０】特に、図２の実施例で示したフルカラー電
子写真装置では、各色現像時に現像機を切り替える必要
がある。図２の実施例では、現像機１１を感光体１に対
して、リトラクト（離接動作）させて切り替える。この
現像機１１の切り替え時の振動などの感光体１へ影響を
小さくするためにも、現像機１１と感光体１の接触量は
小さいことが好ましい。

【００２１】図２の電子写真装置では、感光体ベルト
は、現像位置で下方から上方に移動しており、図１に示
される非磁性一成分現像機の現像ロール５はそれと対向
する方向に、感光体ベルト１の表面速度と同程度の表面
速度で回転させている。

【００２２】従来の非磁性一成分現像装置では、多くの
場合、現像ロール５が感光体１と同方向に回転させる。
現像ロール５が感光体１と同方向に回転させた場合の現
像ロール速度と現像トナー量（感光体の画像領域に付着
するトナー量）の関係を図４に示す。現像ロールが感光
体と同方向に回転させた場合、現像ロールの速度と感光
体の速度が等速となる付近では現像特性が不安定とな
り、図に示されるように現像トナー量が減少する。現像
特性を安定にするためには、現像ロールの表面速度を感
光体の表面速度の約２倍以上とする必要がある。非磁性
一成分現像では、現像ロール上のトナーがほぼすべて感
光体の画像部に付着する。このため、従来の非磁性一成
分現像装置では、感光体の画像部には、現像ロールに付
着しているトナーの約２倍以上のトナーが付着する。現
像ロールに形成されるトナー薄層のトナー量は、使用す
るトナーの粒径などでほぼ決まるものであり、一般に使
用される１０μｍ程度のトナーでは約０.５〜１.５mg／
cm²程度のトナー薄層が最も安定したトナー層となる。
このため、感光体の画像部に付着するトナー量は、約
１.０mg／cm²以上となる。

【００２３】感光体の画像部に付着するトナー量が多す
ぎると、解像度等が低下するために、画質の低下が起こ
る。数十μｍ程度の細線を再現するためには、感光体の
画像部に付着するトナー量としては、０.５〜１.２mg／
cm²以下にすることが望ましい。しかし、従来の非磁性
一成分現像では、前記したように安定した現像特性を確
保するために、現像ロールの速度を感光体表面速度の２
倍程度にする必要がある。このため、感光体の画像部に
薄く均一なトナー層を形成することが難しく、十分な高
画質を維持することができない。

【００２４】図３は本発明の非磁性一成分現像機におけ
る現像ロール速度と現像トナー量の関係を示す図であ
る。図３に示されるように本発明の現像機では、現像ロ
ールの速度と感光体の速度が等速となる付近でも現像特
性が不安定となることはなく、現像ロールの速度とほぼ
比例した画像領域へのトナー付着量を得ることができ
る。このため、現像ロールの速度を感光体速度と同程度
の速度またはそれ以下にすることができる。感光体と同
程度の表面速度で現像を行うために、現像ロール上のト
ナー薄層として安定したトナー量である約０.５〜１.５
mg／cm²程度のトナー薄層を形成した現像ロールで現像
を行っても、感光体の画像部に付着するトナー量を約
１.０mg／cm²以下と薄くできる。これによって、解像度
の高い高画質の現像を実現することができる。

【００２５】本発明のように現像ロール速度が遅い条件
下では、現像ロールの傷などが画質に現れやすいため、
本発明の現像ロールの表面状態には十分な注意が必要と
なる。本発明の現像ロールとしては、金属ロールを適用
している。金属ロールの表面は、トナーの搬送性ととも
に傷など影響を抑制するためにもトナー搬送域にブラス
ト処理を施すことが望ましい。ブラストの荒さは、使用
するトナー粒径の半分以下、理想的には１／３以下の極
めて均一な表面荒さにすることが望ましい。本実施例で
は、十点平均表面荒さが２μｍ以下の極めて均一なＧＢ
Ｂ処理（ガラス・ビーズ・ブラスト）を施したアルミ性
現像ロールを用いることで、均一なトナー層を形成する
ことができ、記録画像上にもムラなどの欠陥を生ずるこ
とがなかった。

【００２６】また、従来非磁性一成分現像は、現像ロー
ル上のトナーがほぼすべて感光体の画像部に付着するた
め、画像濃度の調節が難しかった。しかし、本発明の現
像機では、図３に示されるように、現像ロールの速度変
化にほぼ比例して、感光体への現像トナー量が変化す
る。このため、本発明の現像機では、現像ロールの速度
を変化させることで、比較的容易に感光体画像部への現
像トナー量を調整できる。

【００２７】図２の実施例で示したフルカラー記録装置
では、特に、記録画像の色を安定にするために、各色の
トナー量が常に安定に維持される必要がある。現像時の
感光体画像部への付着トナー量を常に安定にする方法と
して、現像後のトナー付着量を測定して、現像機の現像
トナー量にフィードバックする方法が有効である。本発
明の現像機は、前記したように現像ロールの速度に対し
てほぼ比例した感光体画像部への現像トナー量が変化す
る。これを利用して、感光体や中間転写体などのトナー
量を検出し、現像ロールの回転速度を制御する方法が、
フルカラー記録などにおける高画質化に有効である。

【００２８】図２に示した本発明の実施例であるフルカ
ラー画像記録装置では、中間転写体ドラム上のトナー量
を検出するセンサを配置している。トナー量センサを配
置する他の位置としては、現像ロールや感光体および最
終記録媒体である用紙上が考えられる。各部印写プロセ
スの特性が明らかな場合は、より最終画像に近い位置で
制御することが望ましい。しかし、用紙上のトナー量を
測定すると、テストパターンを記録した用紙が排紙され
ることになる。そこで、本実施例では中間転写体ドラム
上にセンサを配置している。しかし、転写などのプロセ
スが安定しており、現像プロセスのみを高精度に制御す
る必要がある場合は、現像ロール上や感光体上のトナー
を検出する位置にセンサを配置することが好ましい。

【００２９】トナー量を検出するセンサとしては、赤外
光などの光を測定対象に照射し、トナーとトナー付着基
材反射率の差から生ずる反射光量の変化を検出する方式
のセンサなどが利用できる。

【００３０】実際の検出は、装置起動時や規定記録枚数
および規定記録時間などをもとに、一定のタイミング
で、テストパターンを現像し、トナー量センサで付着し
ているトナー量を検出し、図３の結果をもとに現像時の
現像ロール速度から比例計算で適正なトナー量となる現
像ロール回転速度を算出し、実データ記録時の現像ロー
ル速度にフィードバック制御する。

【００３１】

【発明の効果】本発明の非磁性一成分現像機では、現像
ロールと感光体の表面速度の比が同程度の場合でも、安
定した現像能力が得られるため、現像領域に供給される
トナー量を少なくでき、より薄いトナー量による高画質
現像を実現できる。

【００３２】さらに、本発明の現像機では、現像ロール
の速度とほぼ比例した画像領域へのトナー付着量を得る
ことができるため、現像時の感光体へのトナー付着量を
安定に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非磁性一成分現像装置の一実施例の説
明図。

【図２】本発明の現像機を用いたフルカラー記録装置の
一実施例の説明図。

【図３】本発明の非磁性一成分現像機における現像ロー
ル速度と現像トナー量の関係を示す特性図。

【図４】従来の非磁性一成分現像機における現像ロール
速度と現像トナー量の関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…感光体、２…ブレード、３…トナー、４…トナー格
納室、５…現像ロール、６…供給ロール、７…パドル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹谷正治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

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子写真プロセスなどによって静電潜像担
持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置で、
回転駆動される現像ロールと前記現像ロール表面にトナ
ー薄層を形成する手段とを有し、前記現像ロールを感光
体に当接することで、前記感光体上の静電潜像を現像す
る一成分現像装置において、前記現像ロールの回転方向
が、前記感光体と当接する位置で、前記感光体の移動方
向に対して対向する方向となるように駆動され、前記現
像ロールの表面移動速度が、前記感光体の移動速度の
１.３倍以下であることを特徴とする一成分現像装置。
【請求項２】請求項１において、前記現像ロール上に形
成されるトナーの付着量が、１.０mg／cm²以下である
現像装置。
【請求項３】請求項１において、前記感光体と前記現像
ロールの当接する位置における前記現像ロールの表面の
移動方向ベクトルが重力方向上方から下方であるととも
に、前記感光体の移動方向ベクトルが重力方向下方から
上方となるように、配置されている一成分現像装置。
【請求項４】請求項１において、前記現像ロールの回転
速度が変更可能なように構成されている一成分現像装
置。
【請求項５】請求項４において、現像後のトナー付着量
または画像濃度を前記感光体，中間画像形成体，最終記
録体または前記現像ロールの表面の内、少なくとも１カ
所で測定する手段とその測定結果をもとに、前記現像ロ
ールの回転速度を制御する制御手段を有する一成分現像
装置。