JPH10254292A

JPH10254292A - 電子写真装置

Info

Publication number: JPH10254292A
Application number: JP9060876A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Anzai; 正保安西; Tsuneaki Kawanishi; 恒明川西; Masayuki Sonoya; 正幸相野谷; Yoshitaka Fujinuma; 善隆藤沼; Takashi Suzuki; 貴志鈴木; Yuichiro Suzuki; 祐一郎鈴木; Masanari Norihashi; 誠斉法橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: JP3763328B2

Abstract

(57)【要約】【課題】感光体のドラム径を大きくすることなく、高速
記録が可能となる小形な電子写真装置を提供する。【解決手段】露光手段による露光位置から第１現像ロー
ラと第２現像ローラの間までの移動に要する感光体の移
動時間を、感光体の光応答時間に対応させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】感光体を均一に帯電させる帯電手段と、
帯電した感光体を露光して感光体に電荷潜像を形成する
露光手段と、感光体と同方向に回転する現像ローラおよ
び感光体と逆方向に回転する現像ローラを有し、これら
両現像ローラにより電荷潜像にトナーを供給して感光体
上にトナー像を形成する現像手段とを備えた電子写真装
置は、例えば特公昭５４−１０８６９号公報、特表平１
−５０３８１１号公報、実公昭６３−１５８８１号公
報、米国特許第４,４４２,７９０号明細書などにより知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の電子写真装置
構成においては、現像能力が増大するために高画像濃度
を得やすく、現像方向むらの発生を防ぐことができる。
しかし、現像ローラが２本であるために装置が大型化す
る問題、特に感光体の光応答速度が遅い場合には大径ド
ラムを使用しなければならない問題、記録速度が低下す
る問題があった。

【０００４】本発明の目的は、従来の欠点を解消し、感
光体のドラム径を大きくすることなく、高速記録が可能
となる小形な電子写真装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、感光体を均
一に帯電させる帯電手段と、帯電した感光体を露光し該
感光体に電荷潜像を形成する露光手段と、前記感光体と
同方向に回転する第１現像ローラおよび前記感光体と逆
方向に回転する第２現像ローラを有し、第１現像ローラ
と第２現像ローラにより前記電荷潜像にトナーを供給し
て感光体上にトナー像を形成する現像手段とを有する電
子写真装置において、前記露光手段による露光位置から
前記第１現像ローラと第２現像ローラの間までの移動に
要する感光体の移動時間を、該感光体の光応答時間に対
応させることにより達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を説明す
る。なお、本実施例では電子写真法において、感光体上
に形成された電荷潜像（以下、便宜上「電位潜像」もし
くは「電圧潜像」と称することもある。）を現像してト
ナー像を得るものに関し、現像剤として、１成分現像
剤、２成分現像剤等に限定されるものではないが、以下
説明の都合上、トナー（非磁性もしくは磁性）と磁性キ
ャリアを主成分とする、いわゆる２成分磁性現像剤によ
る場合で述べる。

【０００７】図１は、本発明を適用したレーザプリンタ
の実施例である。感光体ドラム１を帯電器２で一様に帯
電した後、レーザビーム３にて電荷潜像を形成する。こ
こで、本発明を採用するに適するドラム１の移動速度
（周速）は１０〜５０ｃｍ／ｓ好ましくは２０〜４０ｃ
ｍ／ｓ程度である。これは、１０ｃｍ／ｓ以下のように
低速では画像欠陥が出にくいため２本の現像ローラを用
いる必要はなく、５０ｃｍ／ｓ以上のように高速では現
像能力が不足するためである。感光体ドラム１の直径は
高速小形なプリンタを実現するに適する直径は４０〜１
２０ｍｍ程度、好ましくは６０〜１００ｍｍである。帯
電極性はプラス、マイナスいずれでも良いが、ここでは
プラスとする。帯電電圧は５００〜１０００Ｖ、例えば
７００Ｖに帯電する。露光はイメージライティング、即
ち画像部露光である。続いて、現像機４にて反転現像し
プラス極性のトナー像を感光体ドラム上に形成する。露
光をバックグランドライティングとし、正規現像しても
良いが、本発明は反転現像の場合により効果を発揮す
る。

【０００８】次に現像機４の動作について述べる。感光
体ドラム１と同方向に回転する第１現像ローラ６１と逆
方向に回転する第２現像ローラ６２とは、内部にそれぞ
れ固定されたマグネット５１、マグネット５２を有し、
これらマグネットの磁力によりそれぞれの現像ローラに
磁性キャリアと着色トナー（磁性もしくは非磁性）とを
主成分とする２成分磁性現像剤を吸着、該現像ローラの
それぞれの回転により搬送し、現像剤を感光体ドラム１
に接触させ電荷潜像を現像する。現像磁極の磁束密度は
７００〜１２００ガウス、感光体ドラム１の中心と現像
ローラの中心とを結ぶ線に対する現像磁極の中心がなす
角度は、現像ローラ６１では回転手前０〜１０度に、現
像ローラ６２では±１０度に設定されている。

【０００９】トナーの帯電極性は、感光体の帯電極性と
同極性のプラスである。現像剤の搬送量は規制板８と現
像剤ローラのギャップにより調整される。現像ローラ６
１にはバイアス電源７１、現像ローラ６２にはバイアス
電源７２が接続され、ともにトナーと同極性のプラスの
電圧が印加されている。例えば、感光体への帯電電圧が
Ｖ０＝７００Ｖのときには、２５０〜６００Ｖが印加さ
れる。これらバイアス電圧には１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ
の交流電圧を重畳しても良い。その実効電圧の大きさは
直流電圧の１／２〜１／４である。

【００１０】現像ローラと感光体ドラムとのギャップは
０.５〜１.５ｍｍ、好ましくは０.８〜１.２ｍｍで用い
る。現像器と現像ローラの周速比は１.５〜２.５、好ま
しくは１.８〜２.２が適正である。現像器内の現像剤は
切欠き羽根構造の一対のスクリューオーガ１１、１２に
て左右、前後に混合撹拌される。この混合撹拌に対して
切欠き羽根構造のスクリューオーガは単純形状のスクリ
ューオーガに比べてトナーを現像剤中に混合分散、帯電
せしめる効果が大きい。従って、トナーをフィードロー
ラ１３から供給した際、速やかにトナーを現像剤中に分
散させ、所定の帯電量にまで短時間で立ち上げることが
できるので、トナー補給時のかぶりや不均一現像の発生
を防止できる。斯くして混合撹拌された現像剤は、第２
現像ローラに吸着、搬送され、規制板８と第２現像ロー
ラとのギャップを通過した現像剤が第２現像ローラでの
電荷潜像の現像を行い、現像器内に戻される。

【００１１】規制板８で規制された現像剤は第２現像ロ
ーラ側に向かい、吸着、搬送され、規制板８と第１現像
ローラとのギャップを通過した現像剤が第１現像ローラ
での電荷潜像の現像を行い、スクレーパ１０を経て現像
器内に戻される。第２ローラ部で規制された剰余の現像
剤はガイド板９にてスクリュウオーガ部に戻される。第
１、第２現像ローラでの現像の際に感光体ドラム１上に
トナーのみならず、キャリアが付着することがあるが、
これを固定されたマグネット５３を内蔵するキャッチロ
ーラ６３にて引き戻し、その回転で現像器内へ搬送、回
収する。キャッチローラ５３には、付着キャリアの引き
戻しを助けるために感光体帯電電圧と同極性のバイアス
電源７３が接続され、感光体帯電電圧あるいは第２現像
ローラのバイアス電圧と同程度の電圧が印加されてい
る。

【００１２】かかるキャッチローラを装備するすること
は、感光体に付着したキャリアによる転写不良や感光体
損傷等の不具合を避ける、現像器からのトナー飛散を防
止する意味で有用であるが、本実施例の如く、２本の現
像ローラで現像する場合には第２の現像ローラでの付着
キャリア除去効果があるために、マグネット５３として
安価なプラスティックマグネットの使用もしくは直径１
０ｍｍ程度の小形キャッチローラ５３の使用が可能とな
る。あるいはマグネット５３を除いた、単なる導電性ロ
ーラとすることも可能である。なお、印加する電圧に現
像ローラの場合と同様の交流電圧を重畳するとキャリア
除去効果が増大する。

【００１３】係る構成の現像器において、感光体ドラム
１の速度が１０〜５０ｃｍ／ｓ、直径が４０〜１２０ｍ
ｍであるとき、小形現像器にして大きな現像能力を得る
に適した第１、第２現像ローラの直径は、感光体ドラム
１の直径の１／３〜１／５である。例えば感光体ドラム
の直径が１００ｍｍであるとき、２０〜３５ｍｍが好適
である。また、現像器の設定位置は、図２で後述するよ
うにレーザビーム３での露光位置から二つの現像ローラ
間のに角度θに応答時間が設定されると空間を効率良く
使用できる。膜厚を厚くした有機光導電感光体は長寿命
ではあるが、光応答速度が特に低温時に低下するため
に、感光体ドラム径や記録速度の制約が有ったが、本発
明はこの問題を解決できる。長寿命有機光導電感光体を
用いても、高速記録可能でかつコンパクトに纏めること
ができる。このようにできるのは、反転現像を採用して
いるためである。

【００１４】２つの現像ローラの印加バイアス電圧、感
光体、現像剤の関係は後述するが、層厚２５μｍ以上好
ましくは３０〜６０μｍの厚い有機光導電感光体、半導
電性現像剤を用い、第１現像ローラのバイアス電圧を第
２現像ローラのそれと略同等とすることで、低画像濃度
から高画像濃度に至るまで現像方向むらのない均一画像
が得られ、また反転現像を採用している本実施例では、
かぶりレベルが温度変化に伴う残留電圧の変動に関わら
ず安定しており、また、第１現像ローラでの現像に際し
てクリーニング機能が生ずるために感光体へのトナーフ
ィルミング現象を抑止できるので膜厚が厚い感光体の寿
命を有効に引き出すことができる。

【００１５】上記のごとく、２つの現像ローラが縦に配
置された構造の現像器においては、ガイド板９の形状、
設定位置もまた重要である。即ち、規制板８にて第２現
像ローラ６２への供給を規制された剰余の現像剤を円滑
に第１現像ローラ６１に受渡し、かつ規制板８にて第１
現像ローラへの供給を規制された剰余の現像剤を戻す際
に現像剤にかかる力を少なく、搬送に必要な負荷が小さ
いものであるものとする必要がある。そのためには、図
示されているように、ガイド板９の先端部は現像ローラ
６２からの剰余現像剤を現像ローラ６１に導く屈曲部を
有し、上部がおおよそ２つの現像ローラの中央部に位置
し、かつ、上部において現像剤を一時的に保持できる形
状であるのが好ましい。

【００１６】続いて記録紙１４はレジストローラ１５、
１６にて、ドラム上のトナー像と記録紙との位置合わせ
されつつ搬送され、転写ローラの作用下でトナー像が記
録紙に転写される。転写ローラには、スイッチ１８にて
バイアス電源１９、バイアス電源２０が選択され、１０
００〜３０００Ｖの電圧が印加される。トナー像の転写
時にはバイアス電源１９が選択され、マイナス電圧が、
用紙間や記録動作のイニシャライズ時にはバイアス電源
２０が選択され、プラス電圧が印加されローラに付着し
たトナーを感光体ドラム１側に移行せしめ、転写ローラ
のトナーによる汚れを抑止する。消去ランプ２１は用紙
が通過しないときに感光体上の電荷を減衰、消去せしむ
るためのものである。転写位置に設けることで、記録紙
１４の先端部の電荷を減衰できるので、ドラムから記録
紙を分離しやすくなる。記録紙１４をドラムから分離す
る際に除電針２２にて剰余の電荷を除電して分離を助け
る。除電針２２にはバイアス電源２３が接続され１００
０〜４０００Ｖのプラス極性の電圧が印加される。

【００１７】転写後、記録紙は紙ガイド板２４を経て、
定着器２５にて加熱、押圧され、トナー像は定着され
る。定着器２５は内部にヒータ２８を持つヒートローラ
２７、バックアップローラ２６からなる。感光体ドラム
１は、転写後に残るトナーをクリーナ２９にて除去さ
れ、次の作像に供される。クリーナ２９は、ゴムブレー
ド３０、感光体１と接触回転するブラシ３１、除去され
たトナーを排出する排出クリーナ３２からなる。係る本
発明を適用したプリンタは、直径４０〜１２０ｍｍの感
光体ドラムを用いた小形プリンタながら記録速度１０〜
５０ｃｍ／ｓと高速で、かつ均一再現性に優れた画像を
プリントできる。

【００１８】以下、本発明の構成要件である光導電感光
体の光応答特性と２ローラ現像器の設定条件の関係につ
いて説明する。図２は本発明に使用するに好適な有機光
導電感光体の光応答特性の例を示したものである。時間
ｔは、ドラムの移動時間、即ち露光点からの時間であ
る。時間ｔ＝０でレーザ走査露光すると時間経過ととも
に帯電電圧は減衰し、露光光量に従い一定値（残留値）
に達する。また、光量をＥ₁,Ｅ₂,Ｅ₃ …… Ｅ_nと増加し
ても減衰しなくなる。この時の電圧Ｖ_rが所謂飽和残留
電圧である。通常、Ｖ₀−Ｖ_rの８０−１００％のコント
ラスト電圧が得られる露光量を与え、その９０−１００
％にまで減衰する時間を現像開始前までの時間として確
保する。しかし、この時間を確保することは、露光から
現像までの距離を相当距離確保することを意味し、従っ
てドラムの直径を大きくする必要があり、装置の大型
化、コストアップを来すことになる。あるいはドラム周
速を遅くせねばならない結果、高速記録に限界をきた
す。

【００１９】今、図２において、Ｖ₀が時間ｔとともに
ほぼ直線的に減衰する部分の延長線（Ｖ₀と(Ｖ₀−Ｖ_R)
／ｅとを結ぶ線の延長線）と、設定光量（図では、Ｅ
_n-1）に対する残留電圧Ｖ_R（飽和残留電圧若しくはこの
近傍値）部分の接線（延長線）との交点の時間ｔ_rを光
応答時間とする。有機光導電体感光体ドラムとブレード
クリーナとを組み合わせた記録装置ではドラムの感光層
は１万頁の印刷当り０.１〜１μｍの摩耗があるので、
長寿命ドラムとするためには、感光層の厚さを２５μｍ
以上、好ましくは３０〜６０μｍのように厚くすると光
応答が悪くなり、ｔ_rは大きくなる。

【００２０】また、使用環境温度が低い（１５℃以下と
くに１０℃以下）ときもしくは、感光体によっては低湿
時（５０％以下とくに３０％以下）には、光応答は悪く
なる。例えば０.１秒から０.３秒になることがあり、装
置実装上問題になる。本発明は係る光応答時間が長いド
ラムを用い、レーザビーム３の露光位置から第１現像ロ
ーラ６１までの距離を短く設定できるようにし、高速小
形記録装置を実現するものである。即ち、露光から現像
ローラ６１と現像ローラ６２の間の時間（角度θ）がｔ
_rとなるようにするものである。特に、低温時のｔ_rにθ
を対応させるのが好ましい。このようにすると、第１現
像ローラ６１を露光部に近づけることができるために、
直径が短い感光体ドラムと２つの現像ローラとを組み合
わせた方式をより高速で使いたい場合に極めて有効であ
る。

【００２１】現像ローラ６１では、感光体の電圧が所望
値より高い状態で反転現像するので、この現像効率を大
きくすることが高速記録にとって重要である。第１現像
ローラが感光体と同方向に回転し、第２ローラが逆方向
に回転する本現像器により反転現像する場合には、この
欠点を補うことができる。即ち、感光体ドラムと現像ロ
ーラが互いに同方向に回転する場合には、逆方向に回転
する場合に比べ、現像性が良く、かぶりも少ない特徴を
有する。一方、逆方向に回転する第２現像ローラでの現
像では、滑らかで均一性の良い画像となる。従って、本
現像器では、現像効率良く、均一性の良い現像をなし得
るので上述の問題は少なくなるのであるが、反転現像の
場合には、第１現像ローラに印加するバイアス電圧を第
２現像ローラのそれより同等若しくは大きくする、例え
ば２０〜１００Ｖ高くすることでより現像性を高めるこ
とができるので、ｔ_rを２つの現像ローラ間に設定する
ことの欠点を解消できる。

【００２２】また、感光体の層厚を厚くすると低温時に
残留電圧（露光後の帯電電圧）の増大が大きくなるため
に、画像濃度が低下する問題がある。この問題を解消す
るには、感光体ドラム、現像器もしくは現像剤の温度を
検出し、２つの現像ローラに印加するバイアス電圧を温
度が低い場合には高くなるように補正するのが良い。図
３は、その実施例を示すものである。現像バイアス電源
３３と直列に抵抗３４、サーミスタ３６を接続し、抵抗
３５をサーミスタ３６と並列に接続する。なお、抵抗３
５は省略できる場合もある。サーミスタ３６に発生する
電圧を現像ローラに印加する。しかるとき、サーミスタ
は現像器の近傍、現像器、もしくは現像剤流れの一部と
接触するように取り付けられ、現像剤の温度に依存し
て、抵抗値が変化するようになっている。プリンタの動
作中は、感光体の温度は略現像剤の温度に近くなるの
で、温度が低下するとバイアス電圧が増加して画像濃度
の低下を補う様に動作する。

【００２３】このようにサーミスタ３６を現像器に一体
的に取り付けた構造とすれば、感光体の温度変化に伴う
残留電圧の変化を自動的に補償する現像器ユニットを提
供できる。本現像器に使用する現像剤のキャリアには体
積平均粒径７０〜１２０μｍ、好ましくは８０〜１００
μｍのフェライトもしくはマグネタイトキャリアを用い
る。７０μｍ以下では感光体へのキャリア付着の増大、
現像剤の流動性低下を来し、１２０μｍ以上では画像濃
度低下、画像荒れを来す。これらキャリアのうち飽和磁
化密度５０〜１００ｅｍｕ／ｇであるものが使用でき
る。５０ｅｍｕ／ｇ以下では搬送しずらく、１００ｅｍ
ｕ／ｇ以上では磁気ブラシの剛性が大きくなり画質劣化
を来す。現像磁極の磁束密度として適合する強さは７０
０〜９００ガウスである。また、キャリアの表面に水溶
性イオンが付着していると、現像剤の初期使用時におけ
るプリント枚数に対する経時的な帯電量変化が大きいの
で、キャリア製造後、水洗・乾燥処理したものを使用す
ることが望ましい。

【００２４】トナーとしては体積平均粒径５〜１２μ
ｍ、好ましくは８〜１０μｍを用いる。５μｍ以下では
製作が困難であり、現像剤の流動性が低下する。１２μ
ｍ以上では解像度が低下し１６本／ｍｍ以上の高解像度
記録は困難である。キャリアがトナーで覆われる被覆率
を０.２〜０.５、好ましくは０.２５〜０.４とする。
０.２以下ではトナー供給量が不足し、高画像が得られ
難い。０.５以上では、帯電立ち上がり速度低下、画像
カブリの発生、トナー飛散等の弊害を来し易くなる。ト
ナーの電荷量は１０〜２５μＣ／ｇ（感光体上に現像さ
れたトナーの電荷量を測定）が好適である。例えば、ト
ナー粒径８〜１０μｍの場合、１５〜２０μＣ／ｇが良
好な結果を与える。１０μＣ／ｇ以下では過剰なトナー
付着、トナー飛散が生じ、２５μＣ／ｇ以上では画像濃
度が不足する。

【００２５】本発明に適する現像剤の動的電気抵抗は１
０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍ、そのときのキャリアの動的電気抵
抗は１０⁷〜１０¹⁰Ω・ｃｍである。ここで動的電気抵抗
は感光体ドラム１のかわりに金属（たとえばＡｌ）ドラ
ムを設定して、現像剤ないしはキャリアを現像ローラで
搬送した状態で、１００Ｖの直流電圧を印加したときの
電流値、ギャップ、接触幅、接触長より算出して求めた
値である。

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、感光
体を均一に帯電させる帯電手段と、帯電した感光体を露
光し該感光体に電荷潜像を形成する露光手段と、前記感
光体と同方向に回転する第１現像ローラおよび前記感光
体と逆方向に回転する第２現像ローラを有し、第１現像
ローラと第２現像ローラにより前記電荷潜像にトナーを
供給して感光体上にトナー像を形成する現像手段とを有
する電子写真装置において、前記露光手段による露光位
置から前記第１現像ローラと第２現像ローラの間までの
移動に要する感光体の移動時間を、該感光体の光応答時
間に対応させたので、感光体のドラム径を大きくするこ
となく、高速記録が可能となる小形な電子写真装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電子写真装置の概略構成図。

【図２】感光体の光応答特性を示す説明図。

【図３】温度補償機構の実施例を示す説明図。

【符号の説明】

１…感光体ドラム、２…帯電器、３…レーザビーム、４
…現像器、１４…記録紙、１７…転写ローラ、２５…定
着器、２９…クリーナ、６１…第１現像ローラ、６２…
第２現像ローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤沼善隆茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者鈴木貴志茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者鈴木祐一郎茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者法橋誠斉茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光体を均一に帯電させる帯電手段と、帯
電した感光体を露光し該感光体に電荷潜像を形成する露
光手段と、前記感光体と同方向に回転する第１現像ロー
ラおよび前記感光体と逆方向に回転する第２現像ローラ
を有し、第１現像ローラと第２現像ローラにより前記電
荷潜像にトナーを供給して感光体上にトナー像を形成す
る現像手段とを有する電子写真装置において、前記露光
手段による露光位置から前記第１現像ローラと第２現像
ローラの間までの移動に要する感光体の移動時間を、該
感光体の光応答時間に対応させたことを特徴とする電子
写真装置。