JP2632053B2 - トナー現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 無端状の静電潜像担持体として例えば感光ドラムある
いは誘導体ドラムを利用する静電記録装置に組み込まれ
るトナー現像装置に関し、一層詳しくは現像剤として一
成分トナーすなわち絶縁性トナーを用いるトナー現像装
置に関し、 トナー層厚規制ブレードとして金属製のものを用いる
トナー現像装置であって、トナー層厚規制ブレードへの
トナーの付着問題と放電等による現像ローラの溶損問題
との双方を解決し得るトナー現像装置を提供することを
目的とし、 静電潜像担持体に対接させられ、かつ非磁性一成分現
像剤としてのトナーを層状にして静電潜像担持体に搬送
するトナー搬送体と、トナー層の厚さを所定の均一厚さ
にすべくトナー搬送体に物理的に作用するトナー層厚規
制部材とを具備し、トナー搬送体が導電性ゴム材料から
形成され、トナー層厚規制部材がトナーの材質と比べて
その仕事関数の小さな金属材料から形成されるトナー現
像装置において、トナー搬送体とトナー層厚規制部材と
に電圧を印加した際の電圧差の絶対値が放電開始電圧の
2/3以下とされることを特徴とするトナー現像装置を構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は無端状の静電潜像担持体として例えば感光ド
ラムあるいは誘電体ドラムを利用する静電記録装置に組
み込まれるトナー現像装置に関し、一層詳しくは現像剤
として一成分トナーすなわち絶縁性トナーを用いるトナ
ー現像装置に関する。

静電記録装置では、静電潜像担持体である感光ドラム
あるいは誘電体ドラムの表面上に静電潜像が形成され、
この静電潜像は帯電トナーで現像されて可視像とされ
る。次いで、そのようなトナー像に記録媒体すなわち記
録紙を適用させると共に該記録紙にその背面から帯電ト
ナーとは逆極性の電荷を与え、これによりトナー像は静
電的に該記録紙に転写される。このような転写トナー像
を持つ記録紙はドラムから分離されて、例えば熱定着器
等に送られ、そこで該転写トナー像は記録紙上に熱定着
される。

このような静電記録装置に組み込まれるトナー現像装
置としては、そこで用いられる現像剤のタイプに応じた
種々の形式のものが知られている。最も一般的な現像剤
としては、二成分現像剤が挙げられ、それは着色微粒子
である所謂トナーと磁性粉である磁性体キャリヤとから
なる。二成分現像剤を用いるトナー現像装置では、磁石
を内蔵した現像ローラが設けられ、この現像ローラの周
囲には磁性体キャリヤからなる磁気ブラシが形成され、
この磁気ブラシによってトナーが搬送されて静電潜像担
持体の静電潜像に静電的に付着させられる。二成分現像
剤を用いるトナー現像装置の利点としては、比較的安定
したトナー現像が行われるという点が挙げられるが、そ
の不利点としては、磁性体キャリヤの劣化問題が伴うこ
とから、またトナーの消費に応じてトナー補給を随時行
ってトナーと磁性体キャリヤとの成分比を所定範囲に維
持しなければならないことから、その維持管理が面倒で
ある点が指摘されている。

このような二成分現像剤の問題点を解消するために着
色微粒子であるトナー自体に磁性体を混入させた磁性ト
ナーが開発されたが、この磁性トナーの欠点はカラー現
像には向かないという点が問題とされる。というのは、
磁性体は不透明であるから、その色剤の影響を受けて、
鮮明なカラー画像を得ることが難しいからである。

そこで、近年、特にカラー記録に対しては、非磁性ト
ナーが注目されているが、この非磁性トナーを用いるト
ナー現像装置では、高品位の記録画像を得るために該非
磁性トナーを如何にして一様に帯電させて、それを静電
潜像担持体まで円滑に搬送させるかが課題とされてい
る。

〔従来の技術〕

非磁性トナーのみを用いるトナー現像装置として、導
電性高分子発泡樹脂からなる現像ローラを用いるタイプ
のものが知られている。このような現像ローラの表面に
は微細な凹凸が形成され、その凹凸面によってトナーが
捕らえられて静電潜像担持体例えば感光ドラム側に搬送
され、そこで該感光ドラム上の静電潜像がトナーでもっ
て現像される。詳述すると、現像ローラはトナー保持容
器内に配置され、このとき現像ローラの一部が該トナー
保持容器から露出される。トナー保持容器は静電潜像担
持体例えば感光ドラム側に向かって弾性的に押圧させら
れ、これにより現像ローラの露出部が感光ドラム面に所
定のニップ幅で接触させられる。現像ローラと感光ドラ
ムとは互いに逆方向に回転駆動され、これにより現像ロ
ーラの凹凸面でもって搬送されるトナーは感光ドラム面
に順次付与されて、感光ドラム面上の静電潜像がトナー
でもって可視化される。

この場合のトナーの現像原理について説明すると、先
ず、感光ドラム面は例えば負の電荷を帯びる光導電性物
質から形成され、その感光面はコロナ放電器のような帯
電器によって例えば−650ボルトの電位に帯電させられ
る。その帯電領域にはレーザあるいは発光ダイオード等
の静電潜像書込み手段によって静電潜像が書き込まれ
る。要するに、レーザあるいは発光ダイオードでもって
照射された領域の電荷が失われて、その領域は例えば−
50ボルトの電位とされ、そのような領域によって静電潜
像が形成されることになる。そのような静電潜像領域が
感光ドラムの回転によって現像ローラとの接触箇所に到
達すると、現像ローラによって搬送されてきたトナー
（この場合には負の電荷を持つ）がかかる静電潜像領域
に負の電荷を補うようにそこに付着し、その結果静電潜
像領域が可視像として現像されることになる。このとき
現像ローラ（導電性高分子発泡樹脂）には感光ドラムの
表面電位−650ボルトよりも高い現像バイアス電圧例え
ば−300ボルトが印加され、これにより静電潜像領域以
外でのトナー付着が阻止される。

以上に述べたようなトナー現像を良好に行うために
は、すなわちトナー現像での画像濃度を常に一定に維持
させるためには、現像ローラによって搬送されるトナー
の層厚が均一であること、またトナーを適切な帯電量で
帯電させることが条件とされる。現像ローラによって搬
送されるトナーの層厚を均一にすることについては、一
般的には、適当なゴム材料から作られたトナー層厚規制
ブレードを現像ローラに適用させるによって行われてい
る。すなわち、トナー層厚規制ブレードが現像ローラに
弾性的に圧接させられ、これにより現像ローラ上のトナ
ー層の厚さが均一化されることになる。また、トナーは
トナー保持容器内ではキャリヤがないために殆ど帯電す
ることはなく、その結果現像ローラには帯電量の不足し
たトナーが供給されることになる。

そこで、トナー層厚規制ブレードをトナーの材質（ポ
リスチル樹脂、あるいはポリエステル樹脂等）と比べて
その仕事関数の小さい金属材料例えばアルミニウムある
いはステンレス等から形成することが提案されている
（なお、これについては本出願人によって既に特許出願
されている）。このような金属材料からトナー層厚規制
ブレードを形成すると、トナー層厚規制ブレードはトナ
ーの層厚規制中に該トナーに積極的に摩擦帯電を生じさ
せ、これにより現像ローラ上のトナー層から帯電量の不
足したトナーを無くすことが可能となって、部分的に帯
電量の不足に起因する現像濃度の不均一化を回避し得る
ことになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、トナー層厚規制ブレードをかかる金属
材料から形成した場合には現像ローラに印加される現像
バイアス電圧との関係で種々の問題が発生することが明
らかとなった。具体的に述べると、現像ローラの現像バ
イアス電圧の電位を基準としたとき、トナー層厚規制ブ
レードがトナーの極性に対して逆極性となると、トナー
はトナー層厚規制ブレードに吸引されて現像ローラ上に
所定の層厚のトナー層に規制し得なくなるということが
判明した。極端な場合には、トナー層厚規制ブレードに
吸着されたトナーがそこに固着し、その結果トナー層厚
規制ブレードがその機能を果たし得なくなることもあ
る。

一方、トナー層厚規制ブレードへのトナーの吸着問題
については、そこに現像ローラの現像バイアス電圧より
も高い電圧を印加することによって回避することが可能
であるが、トナー層厚規制ブレードの電位が現像ローラ
のバイアス電圧よりも高すぎると、その間に放電が生じ
得ることがあり、その結果トナー層への帯電量が不安定
になることが判明した。極端な場合には、現像ローラの
一部が放電熱によって損傷を受けることもある。

更に、トナー層厚規制ブレードと現像ローラとの間の
電位差が放電開始以下とされても、現像ローラの上の回
転が停止されているとき、その間に流れる電流によって
ジュール熱が発生し、これにより現像ローラの一部が溶
損したり、トナー自体が溶融したりすることが判明し
た。

したがって、本発明の目的はトナー層厚規制ブレード
として金属製のものを用いるトナー現像装置であって、
トナー層厚規制ブレードへのトナーの付着問題と放電等
による現像ローラの溶損問題との双方を解決し得るトナ
ー現像装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、静電潜像担持体に対接させられ、か
つ非磁性一成分現像剤としてのトナーを層状にして該静
電潜像担持体に搬送するトナー搬送体と、そのトナー層
の厚さを所定の均一厚さにすべく該トナー搬送体に物理
的に作用するトナー層厚規制部材とを具備し、トナー搬
送体が導電性ゴム材料から形成され、トナー層厚規制部
材が現像剤の材質と比べてその仕事関数の小さな金属材
料から形成されるトナー現像装置において、トナー搬送
体とトナー層厚規制部材とに電圧を印加した際の電圧差
の絶対値が放電開始電圧以下とされることが特徴とされ
る。この場合、トナー搬送体の電位を基準としたとき、
トナー層厚規制部材に印加する電圧の極性についてはト
ナーと同極性とされる。また、トナー搬送体とトナー層
厚規制部材との間に流れる電流によって該トナー搬送体
を過熱させないようにその間の印加電圧が設定される。

〔作 用〕

本発明によれば、トナー搬送体とトナー層厚規制部材
との間に印加する電圧については、トナー層厚規制部材
への吸着問題と放電等によるトナー搬送体の溶損問題と
の相反する問題を折衷するように設定されるので、その
双方の問題を未然に防ぐことが可能となる。

〔実施例〕

次に、添付図面の第１図を参照して、本発明によるト
ナー現像装置の一実施例について説明する。

第１図には、本発明によるトナー現像装置の概略構成
が示されており、それはトナー保持容器10を具備し、こ
のトナー保持容器10内には現像ローラ12がトナー搬送体
として設けられる。現像ローラ12はその一部をトナー保
持容器10から露出させられ、その露出部でもって静電潜
像担持体としての感光ドラム14に対接させられる。すな
わち、トナー保持容器10は感光ドラム14に対して前後方
向に変位し得るように保持され、しかも矢印Ａの方向に
適当な弾性ばね手段（図示されない）でもって押圧させ
られ、これにより現像ローラ12は所定のニップ幅で感光
ドラム14に対して押圧させられることになる。現像ロー
ラ12は導電性高分子発泡樹脂材料、例えば導電性ウレタ
ンゴムあるいは導電性シリコンゴム等から形成され、そ
こには現像バイアス電圧として例えば−300ボルトの電
圧が印加される。現像ローラの直径は例えば直径20mmと
され、その体積抵抗値は10⁴ないし10¹⁰Ωｍとされ、ま
たその硬度は10ないし35゜（アスカーＣ硬度計によって
測定：最適には10゜）とされる。また、現像ローラ12は
線厚22ないし50g/cm（最適には43g/cm）でもって感光ド
ラム14に圧接され、このとき感光ドラムに対するニップ
幅は1.0ないし3.5mmとなる。一方、感光ドラム14は例え
ばOPC感光ドラムとされ、その直径は例えば60mmとさ
れ、またその表面速度は70mm/sとされる。感光ドラム14
は例えばコロナ放電器のような帯電器によって−600ボ
ルトに帯電させられ、そこにレーザあるいは発光ダイオ
ード等の静電潜像書込み手段（図示されない）によって
静電潜像が書き込まれると、その静電潜像の領域の電位
は約−50ボルト程度となる。現像ローラ12および感光ド
ラム14は図中で矢印によって示されるように互いに反対
方向に回転駆動させられ、これにより現像ローラ12はそ
の凹凸面でもって搬送してトナーを感光ドラム14に順次
付与することになる。トナー保持容器10内には平均粒径
10μｍの非磁性トナーが収容され、このトナーはトナー
保持容器10に設けられたトナー撹拌器16によって撹拌さ
れ、これによりトナーは例えば負極性に摩擦帯電させら
れる。

また、トナー現像装置は現像ローラ10から未現像トナ
ーを分離させるためのトナー回収ローラ18を具備し、こ
のトナー回収ローラ18は本実施例では適当な導電性樹脂
ローラとして構成される。そのような導電性樹脂ローラ
は現像ローラ12と同様な材料から形成され、その体積抵
抗は例えば10⁶Ωｍとされ、またその硬度は10ないし70
゜程度とされる。なお、トナー回収ローラ18の直径は11
mm程度とされ、その表面速度は70mm/sとされまたトナー
回収ローラ18は現像ローラ38に対してニップ幅1mmで圧
接させられる。トナー回収ローラ18は現像ローラ12と同
じ方向に回転駆動させられ、このとき両者の周速度が異
なるようにされる。というのは、現像トナー38と導電性
樹脂ローラ44との周速度が異なると、その間に相対的な
摺動変位が生じ、これにより現像ローラ38からその未現
像トナーが物理的に掻き落とされることになるからであ
る。また、注目すべき点は、トナー回収ローラ18には現
像ローラ12の現像バイアス電圧に等しいか、あるいはそ
れよりも大きなトナー回収バイアス電圧が印加され、こ
れにより現像ローラ12からその未現像トナーがトナー回
収ローラ18によって静電的にも回収されるということで
ある。なお、トナー保持容器10内には更にパドルローラ
20も設けられ、このパドルローラ20は図中に示す矢印の
方向に回転駆動され、これによりトナー保持容器10の底
部側に位置するトナーを汲み揚げて現像ローラ12側に供
給する。

トナー現像装置は、また更に、現像ローラ12の表面に
弾性的に圧接されたトナー層厚規制部材すなわちトナー
層厚規制ブレード22を具備し、このトナー層厚規制ブレ
ード22はトナーの材質（ポリスチル樹脂、ポリエステル
樹脂等）と比較してその仕事関数の小さい金属材料例え
ばアルミニウムあるいはステンレス等から形成される。
トナー層厚規制ブレード22はトナー保持容器10内から吊
下した支持部材24に対して枢着軸26でもって回動自在に
軸着され、しかも適当な弾性的ばね手段（図示されな
い）によって矢印Ｂの方向から弾性的押圧力を受け（例
えば、線厚26g/mm）、これによりトナー層厚規制ブレー
ド22は現像ローラ12上のトナー層厚を均一に規制すべく
該現像ローラ12に対して圧接させられる。また、そのと
きトナー層厚規制ブレード22と接触するトナー層は積極
的な摩擦帯電（負）を受けることになる。

本実施例では、トナー層厚規制ブレード22には−320
ないし−500ボルトの電圧が印加され、これにより先に
述べたようなトナー層厚規制ブレード22へのトナー吸着
問題および放電等による現像ローラ12の溶損問題が回避
され得ることになる。このような印加電圧の設定につい
ては、現像ローラ12に印加される現像バイアス電圧（−
300ボルト）に基づいて決められる。表Ｉには現像ロー
ラ12の現像バイアス電圧を−300ボルトに維持してトナ
ー層厚規制ブレード22への印加電圧を変化させた際に現
像ローラ12とトナー層厚規制ブレード22とがどのような
状態になるかが示されている。

表Ｉから明らかなように、トナー層厚規制ブレード22
と現像ローラ12との間の電位差が放電開始電圧（略300
ボルト）を越えると、その間に放電が生じ、その結果ト
ナーが逆極性に帯電されるというような不都合が生じた
り、あるいは現像ローラ12が溶損あるいは焼損（穴あ
き）されるというような問題が起きたりする。また、ト
ナー層厚規制ブレード22の電位が現像ローラ12の現像バ
イアス電圧に近い電位にされると、トナー層厚規制ブレ
ード22の極性がトナーに対して逆極性となって、トナー
がトナー層厚規制ブレード22に吸着されることになる。
要するに、トナー層厚規制ブレード22に印加されるべき
電圧レベルについては、現像ローラ12の電位を基準とし
た場合にトナーと同極性となるようにされる。これらの
理由により、トナー層厚規制ブレード22と現像ローラ12
との間の電位差が20ないし200ボルトとなるように該ト
ナー層厚規制ブレード22に対する印加電圧が設定される
ことになる。なお、本実施例では、現像ローラ12への現
像バイアス電圧は−300ボルトとされたが、この現像バ
イアス電圧はトナー現像装置の設計に応じて変わるの
で、これに応じてトナー層厚規制ブレード22の印加電圧
もかかる電位差の範囲内となるように変化させられる。

上述のようにトナー層厚規制ブレード22と現像ローラ
12との間の電位差が20ないし200ボルトとしてその間の
放電を阻止するようにした場合でも、トナー層厚規制ブ
レード22と現像ローラ12との間に流れる電流が多いと、
現像ローラ12にジュール熱が発生し、これにより現像ロ
ーラ12が溶損あるいは焼損を受け得る。これは現像ロー
ラ12の回転速度が大きい場合には問題とならないが、し
かし現像ローラ12の回転速度が遅いときにジュール熱に
よる溶損あるいは焼損が問題となる。この場合には、ト
ナー層厚規制ブレード22と現像ローラ12との間の電位差
10ないし100ボルトまで狭めることによって、現像ロー
ラ12をジュール熱による溶損あるいは焼損から保護する
ことが可能である。

〔発明の効果〕

以上の記載から明らかなように、本発明によるトナー
現像装置においては、トナー層厚規制ブレードと現像ロ
ーラとの間の電位差を所定の電位差に設定することによ
って、トナー層厚規制ブレードへのトナーの吸着問題お
よび放電等による現像ローラの溶損あるいは焼損問題が
解消され、その結果トナー現像濃度を適正に維持するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるトナー現像装置の一実施例を示す
概略図である。 10……トナー保持容器、12……現像ローラ、 14……感光ドラム、16……トナー撹拌器、 18……トナー回収ローラ、 20……パドルローラ、 22……トナー層厚規制ブレード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−159674（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−44473（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−170955（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電潜像担持体に対接させられ、かつ非磁
   性−成分現像剤としてのトナーを層状にして該静電潜像
   担持体に搬送するトナー搬送体と、そのトナー層の厚さ
   を所定の均一厚さにすべて該トナー搬送体に物理的に作
   用するトナー層厚規制部材とを具備し、前記トナー搬送
   体が導電性ゴム材料から形成され、前記トナー層厚規制
   部材がトナーの材質と比べてその仕事関数の小さな金属
   材料から形成されるトナー現像装置において、前記トナ
   ー搬送体と前記トナー層厚規制部材とに電圧を印加した
   際の電圧差の絶対値が放電開始電圧の2/3以下とされる
   ことを特徴とするトナー現像装置。