JP3029852B2 - 現像方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トナー担持体表面にトナーを担持して搬送
し、潜像担持体とトナー担持体とが互いに対向した現像
領域にて、潜像担持体に形成された静電線像にトナー担
持体上のトナーを静電的に移行させて静電潜像を可視像
化する現像方法に関する。

〔従来技術〕

潜像担持体に形成された静電潜像を可視像化して記録
画像を得る電子複写機、レーザプリンタ或いはファクシ
ミリ等の画像形成装置において、必要に応じて補助剤を
外添したトナー、すなわち一成分系現像剤を用いる上記
形式の現像方法を採用することは従来より周知である。

かかる現像方式は、キャリアを含む二成分系現像剤を
用いる現像方式に比べ、装置の維持管理を簡素化でき、
装置の構造を小型化できる利点が得られる。この現像方
法は、例えば、トナー容器に収容されたトナーをトナー
担持体の表面に担持させ、かかるトナーを現像領域へ搬
送して現像に供するように構成されている。その際、ト
ナー容器内のトナーが少なくなってくると、トナー担持
体に供給されるトナー量も減少する。またトナー担持体
を含めた現像装置の各要素の経時的な劣化や環境条件の
変化などによってもトナー担持体に供給されるトナー量
が減少し、或いは異常に増大することもある。

このようにトナー担持体上のトナー量が変化すると、
これにより形成される可視像の濃度が変化し、所定濃度
の可視像を得ることができなくなる。例えばトナー担持
体に担持されて現像領域へ搬送されるトナーの量が所定
量よりも減少すれば、可視像の画像濃度が低下し、その
画質が劣化する。

そこで、潜像担持体に、現像装置のトナーによって基
準パターン像を形成し、その画像濃度を発光素子と受光
素子より成るセンサによって検知し、その結果に基づい
て現像領域における静電潜像へのトナーの移行量を制御
し、可視像の画像濃度を調整することが考えられる。例
えば、トナー担持体上のトナー量が所定量よりも減少す
ると、基準パターン像の画像濃度が低下するので、セン
サがこれを検知したとき、トナー担持体に印加する電圧
を調整して該担持体と潜像担持体との間のバイアス電界
を強め、トナーが静電潜像へ移行しやすくすることによ
って、可視像の画像濃度の低下を防止するのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述の方法によると、先ず潜像担持体に基準
パターン像を形成し、しかる後その画像濃度を検知する
が、この動作を、実際の現像動作時以外の時期に行わな
ければならないため、画像形成速度が低下する不具合を
免れない。実際の現像動作と並行して検知動作を行うこ
とができれば、画像形成速度の低下を防止できるのであ
るが、上述の方法ではこのような検知を行うことができ
ない。

本発明の目的は、上述した欠点を簡単な構成によって
除去できる現像方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、冒頭に記載した
形式の現像方法において、前記トナー担持体上に担持さ
れて搬送されるトナーの量が少ないときよりも、当該ト
ナーの量が多いときの方が、そのトナー層の表面に大き
な凹凸ができるように、トナー担持体上にトナーを担持
させ、前記トナー担持体上のトナーに対し、そのトナー
粒子の直径よりも大きな光束径の発光素子からの光を照
射し、その反射光を受光素子に入射させることにより、
トナー担持体上に担持されたトナーの量を検知し、その
結果に基づいて、現像領域における静電潜像へのトナー
の移行量を制御し、可視像の画像濃度を調整することを
特徴とする現像方法を提案する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る方法を実施する現像装置の一例
を示す概略図であり、先ずその全体構成と作用を明らか
にする。

第１図において、潜像担持体の一例であるドラム状の
感光体１は矢印Ａ方向に駆動され、これに対向して現像
装置２が設けられている。現像装置２のトナー容器３内
には、必要に応じて補助剤が外添されたトナー４、すな
わち一成分系現像剤が収容されている。トナー４は非磁
性トナーであっても、また磁性トナーであってもよい
が、第１図の例では非磁性トナーが用いられるものとす
る。同様に第１図に示したトナーの体積固有抵抗率は10
⁷〜10¹²Ωcm程度であるとする。

トナー容器３の前後の側板には、該容器の開口から一
部を露出した状態で現像ローラ５が支持され、該ローラ
５は感光体１に対向して、図における反時計方向に回転
駆動される。現像ローラ５はトナー担持体の一構成例を
なすものであるが、かかるローラ５の代りにベルト状の
トナー担持体を用いることもできる。

またトナー容器３の前後の側板にはトナー供給部材の
一例であるトナー供給ローラ６が支持され、該ローラ６
は現像ローラ５に接触しながら例えば反時計方向に回転
駆動される。

トナー容器３内のトナー４は、時計方向に回転するア
ジテータ７により撹拌されつつ、トナー供給ローラ６に
運ばれ、次いでこのローラ６によって現像ローラ５に供
給される。この供給時にトナーは所定の極性に摩擦帯電
され、現像ローラ５の周面に静電的に付着し、現像ロー
ラ５に担持される。第１図の例では、説明の便宜上、ト
ナー４が正極性に帯電されるものとして説明する。

現像ローラ５の表面に供給担持されたトナーは、該ロ
ーラ５の回転によって搬送され、層厚規制部材の一例で
あるドクターブレード８によってならされ、均一な厚さ
に規制される。次いでこのトナーは感光体１と現像ロー
ラ５の対向した現像領域９へ搬送され、ここで、感光体
１に形成された静電潜像に静電的に移行し、該潜像を可
視像化する。

上述のように、本例の現像方法は、現像ローラ５より
成るトナー担持体の表面にトナーを担持して搬送し、感
光体１より成る潜像担持体とトナー担持体とが互いに対
向した現像領域９にて、潜像担持体に形成された静電潜
像にトナー担持体上のトナーを静電的に移行させ、その
静電潜像を可視像化するように構成されている。

現像を供されずに現像領域９を通過したトナーは、現
像ローラ５に担持されたままトナー供給ローラ６のとこ
ろに戻される。また感光体１上に形成された可視像は図
示していない転写紙に転写され、定着装置によって転写
紙上に定着される。

本例の現像ローラ５は第２図乃至第４図に示すよう
に、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の導電性の基
体10の周面部分に多数の微小誘電体11が分散して固定さ
れたものとなっていて、このローラ５の表面に導電性基
体10自体の導体面12と、これに固着された誘電体11の表
面が規則的又は不規則状態で露出している。各誘電体11
の形状やその大きさは適宜設定できる。表面に露出した
誘電体の形状が例えば円形であるとした場合、その径は
例えば10乃至500μｍ、好ましくは50乃至300μｍ程度に
設定され、現像ローラ５の全表面積に対する、誘電体11
の表面積比率は例えば30乃至70％程度に設定される。誘
電体11は、トナーの帯電極性と反対の極性、本例では負
極性に摩擦帯電される材質のものが選択される。

一方、現像ローラ５に接するトナー供給ローラ６は、
例えば発泡体ローラやファーブラシローラより成り、現
像ローラ５の誘電体11の表面に接触して、これをトナー
の帯電極性と反対の負極性に摩擦帯電させる材料から構
成されている。

先に説明したように、現像領域９を通過した現像ロー
ラ部分はトナー供給ローラ６のところに移動して該ロー
ラ６に接触し、現像に供されなかったトナーはトナー供
給ローラから受けるスキャベンジンク力によって掻き落
される。同時に、現像ローラ５の誘電体11はトナー供給
ローラ６との摩擦によってトナーの帯電極性と反対の負
極性に帯電される。

一方、前述の如くトナー供給ローラ６の周面に接触し
ながら現像ローラ５に運ばれるトナーは、トナー供給ロ
ーラ６と現像ローラ５との摩擦によって正極性に摩擦帯
電される。このとき、現像ローラ４の各誘電体11は負極
性に摩擦帯電していて、各誘電体11のまわりには導体面
12が存在し、現像ローラ５の表面は、多数の誘電体11の
ところだけに選択的に負極性の電荷が付与されている。
これにより第５図に示すように、負に帯電した各誘電体
11とそのまわりの導体面12との間に閉電界Ｅが形成され
る。現像ローラ５の表面の近傍に微小閉電界（マイクロ
フィールド）が形成されるのである。その際、各誘電体
11の表面積は微小であるため、各閉電界は所謂エッジ効
果によってその強度が高まる。かかる閉電界によって、
正に帯電したトナーは、誘電体11に強く引かれ該ローラ
５上に多量に離れ難い状態で保持される。現像ローラ５
に担持されたトナーがドクターブレード８によって層厚
を規制されるとき、帯電の充分なトナーは微小閉電界に
よって現像ローラ５の表面に強く保持されるが、帯電量
の小なるトナーはドクターブレード８との接触圧によっ
て除去され、帯電量の大なるトナーだけが多量に現像領
域９へ搬送され、前述の如く静電潜像を可視像化する。

感光体１の導電性のベースはアースされ、これに対し
て現像ローラ５の導電性基体10には、電源50によって直
流電圧、又はこれに交流を重畳した電圧が印加され、か
かる状態で、感光体１と現像ローラ５の間に電界が形成
され、静電潜像の可視像化が実行される。

上述のように、図示した現像装置２によると多量のト
ナーを現像ローラ５に担持して現像領域９へ搬送し、高
品質な可視像を形成することができる。ところが、先に
も説明した如く、トナー容器３内のトナー４の量が減少
してくると、現像ローラ５へ供給されるトナー量も不足
し、これを放置すれば可視像の画像濃度が低下し、その
画質が劣化する。環境条件の変化などによっても現像ロ
ーラ５に担持されて現像領域９へ搬送されるトナー量が
減少することがある。或いは環境条件の変化などによ
り、現像ローラ５上に過大な量のトナーが担持され、こ
れが現像領域９へ搬送されることもあり、この場合には
可視像の画像濃度が異常に高くなり、やはりその画質が
劣化する恐れがある。

そこで、本実施例においては、現像ローラ５上のトナ
ーの量をセンサによって検知し、これに基づいて可視像
の画像濃度を調整するように構成されている。以下、そ
の具体的構成例を明らかにする。

第１図及び第４図に示すように、例えばドクターブレ
ード８と現像領域９との間の現像ローラ部分に対向し
て、発光素子30と受光素子31を有するセンサ32が配置さ
れている。発光素子30からの光によって現像ローラ５上
に担持されたトナーを照射し、その反射光を受光素子31
に入射させることにより、現像ローラ５上のトナー量を
検知するのである。

第６図及び第７図は、上述のセンサ32によって現像ロ
ーラ上のトナーの量を検知できる原理を明らかにする説
明図である。現像ローラ５の近傍空間の電界は、現像ロ
ーラ５の表面Ｘから離れる程、すなわち第６図及び第７
図にＹで示した向きの距離が大きくなる程弱くなる。こ
のため、第７図に示す如く現像ローラ５の表面Ｘに少量
のトナー４が付着しているときは、このトナー４が現像
ローラ５の表面に均一な層をなして付着し、そのばらつ
きも少ないが、第６図に示す如く現像ローラ５上のトナ
ー４の量が多いときは、現像ローラ５の表面からＹ方向
に離れるに従ってトナーの量が減少し、その表面が凹凸
をなす。特に本例のように、現像ローラ５の表面に誘電
体11の表面と導体面12とが露出し、これらの間に微小閉
電界が形成されているときは、トナーの帯電極性と逆極
性に帯電した誘電体11の表面に多量にトナーが付着する
傾向となるので、現像ローラ上のトナー量が多いと、そ
の表面の凹凸は著しくなる。

上述のように、本例の現像方法は、トナー担持体の一
例である現像ローラ５上に担持されて搬送されるトナー
の量が少ないときよりも、当該トナーの量が多いときの
方が、そのトナー層の表面に大きな凹凸ができるよう
に、トナー担持体上にトナーを担持させるのである。そ
の際、第６図のように多量のトナー４が現像ローラ上に
担持されているとき、これに発光素子30から光を照射す
ると、トナー層表面に多数の凹凸があるため、その反射
光は激しく散乱するが、第７図のようにトナーの付着量
が少ないと、反射光の散乱は極めて少なくなる。従っ
て、前者のようにトナー量が多いときは受光素子31には
少量の光が入射することになり、後者のようにトナー量
が少なくなると、受光素子31には多量の光が入射する。
このため、受光素子31への入射光量の相違によって、現
像ローラ５上のトナーの量を検知することができる。

本例の現像方法では、上述した点に着目し、現像ロー
ラ５より成るトナー担持体上のトナー４に対し、発光素
子30からの光を照射し、その反射光を受光素子31に入射
させることにより、トナー担持体上に担持されたトナー
の量を検知するように構成されている。そして、センサ
32によるトナー量の検知結果に基づいて、現像領域９に
おける静電潜像へのトナーの移行量を制御し、可視像の
画像濃度を調整する。例えば、センサ32の受光素子31か
らの出力が第４図に示したように制御装置33に入力さ
れ、ここでセンサ32の出力と基準値とが比較される。こ
れによって例えば現像ローラ上のトナーの付着量が所定
量よりも少ないと判断されたときは、制御装置33によっ
て電源50（第１図も参照）が制御され、現像ローラ５
と、感光体１上の静電潜像との間の電界が強められるよ
うに、現像ローラ５への印加電圧が調整される。これに
より、現像ローラ５上のトナーが静電潜像へ移行しやす
くなるので、現像ローラ５上のトナー量の不足を補うこ
とができ、所定濃度の可視像を形成できる。現像ローラ
５上のトナーの量が多すぎると判断されたとき、感光体
１の静電潜像と現像ローラ５との間の電界が弱まるよう
に現像ローラ５への印加電圧を制御し、トナーが潜像に
移行し難しく、所定濃度の可視像が得られるように制御
することもできる。このようにして、常に所定濃度の可
視像を形成することができるのである。

上述のトナーの量の検知時に、トナー層を照射する光
ビームの光束径があまり小さいと、トナーの極く一部だ
けに光が当って、トナー層表面の凹凸状態を正しく検知
できなくなるので、この光束径をトナー粒子の直径より
も大きく上まわる大きさとし、トナー層表面の比較的大
きな面積を検知できるように構成されている。例えばト
ナー粒子の直径が５乃至20μｍであるとしたとき、光ビ
ームの光束径を100乃至150μｍ程度に設定する。このよ
うに本例の現像方法においては、現像ローラ５より成る
トナー担持体上のトナーに対し、そのトナー粒子の直径
よりも大きな光束径の発光素子30からの光を照射してい
るのである。

また、現像ローラ５に付着したトナーの量と受光素子
31の受光量の関係をさらに追加的に説明すると、両者の
関係は第８図に例示する如くなる。トナー付着量の少な
いＰで示した範囲においては、トナー層だけについて考
えると、トナー付着量と受光量は点線の如く変化する
が、現像ローラ自身の表面平滑度やその反射率の影響に
より実際は実線のように変化する。また、現像ローラ上
のトナー付着量の多いＲで示した範囲においては、曲線
が一定値に近づき、トナー付着量が増大しても受光量に
大きな変化は見られない。これに対し、通常の現像動作
時の現像ローラ５上のトナー付着量は、第８図にＱで示
した範囲となり、この範囲でトナー量を検知することに
なるが、かかる範囲においては、トナー付着量と受光量
の関係がほぼ一定となり、正しくトナー量の検知を行う
ことができる。

第４図、第６図及び第７図では、発光素子30と受光素
子31とを現像ローラ５の表面に対して傾斜させて配置し
た状態で示してあるが、トナー層の表面の凹凸状態の検
知精度を高めるため、発光素子30からの光が現像ローラ
５の表面に対して垂直に入射し、その反射光を受光素子
31で受光できるように両素子30,31を配置することが望
ましい。

また発光素子１の光源としてHe−Neレーザなどを用い
ることができるが、このような光が感光対１に当り、そ
の静電潜像に悪影響を与える恐れのあるときは、発光素
子30から受光素子31までの光ビームを覆う遮光部材（図
示せず）を設け、その光が感光対１を照射しないように
構成するとよい。

また第１図に示したドクターブレード８を金属などの
導体により構成し、これに対して、破線で示した如く電
源51によって、現像ローラ５上のトナーの帯電極性と同
極性の電圧を印加し、トナーに対して電荷を注入するこ
とにより、トナーの電荷量を高めることもできるが、こ
のような構成を採用した場合、センサ32の出力に基づい
て、制御装置33によって電源51を制御し、ドクターブレ
ード８に印加する電圧を調整することもできる。例えば
現像ローラ５上のトナーの量が少なすぎると判断された
ときは、ドクターブレード８への印加電圧を高め、トナ
ーに注入される電荷量を増大させ、このトナーが現像領
域９において感光体１上の静電潜像に移行しやすくし、
可視像の画像濃度の低下を防止するのである。また現像
ローラ５上のトナーの量が多すぎるときは、ドクターブ
レード８への印加電圧を下げ、トナーに注入される電荷
量を減少させ、このトナーが現像領域９において静電潜
像へ移行し難くし、可視像の画像濃度が異常に高くなる
不具合を阻止するように制御することもできる。

いずれにしても図示した構成では、現像ローラ５上の
トナーの量を直接検知しているので、通常の現像動作時
にこの検知動作を実行し、これに対する処置をなすこと
ができる。よって、専ら検知動作だけを行う時間をなく
すことができ、一旦感光体に基準パターン像を作り、そ
の画像濃度を検知する方法に比べ、全体の画像形成速度
を速めることができる。

以上、導体面12と誘電体11の表面が表面に露出した現
像ローラ５を用い、その表面近傍に微小閉電界を形成す
る形式の現像方法に本発明を適用した具体例を説明した
が、本発明は、従来より公知な各種形式のトナー担持体
を用いる現像方法にも広く適用できる。例えば導電性の
基体表面に絶縁層を積層して成るトナー担持体を用い、
その表面の絶縁層を、例えば第１図に示した如きトナー
供給ローラ６との摩擦により帯電させ、その電荷によっ
てトナーをトナー担持体表面に付着させる現像方法にお
いても、そのトナー担持体上のトナーの付着量の多少に
よって、第６図及び第７図に示したように、トナー層表
面に激しい凹凸ができたり、逆にその表面が平滑になる
ので、これをセンサによって検知し、トナー量を検出す
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、トナー担持体上のトナー量を直接検
知するので、その検知動作を通常の現像動作時に実行で
き、無駄な時間を省くことができる。これにより、画像
形成速度の低下を防止することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を実施する現像装置の一例を
示す断面図、第２図は現像ローラの誘電体と該ローラに
付着するトナーを模式的に拡大して示した説明図、第３
図は同じく誘電体の表面を模式的に表わした現像ローラ
表面の拡大図、第４図は現像ローラと、これに対置され
たセンサの斜視図、第５図は現像ローラ表面の近傍に形
成される微小閉電界を説明する図、第６図及び第７図は
現像ローラ表面のトナーの付着状態を示す説明図、第８
図は現像ローラ上のトナー付着量と受光素子の受光量と
の関係の一例を示す図である。 ４……トナー、９……現像領域 30……発光素子、31……受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎木 繁和 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 岩田 尚貴 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭64−40965（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 G03G 21/00 370

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー担持体表面にトナーを担持して搬送
   し、潜像担持体とトナー担持体とが互いに対向した現像
   領域にて、潜像担持体に形成された静電潜像にトナー担
   持体上のトナーを静電的に移行させて静電潜像を可視像
   化する現像方法において、 前記トナー担持体上に担持されて搬送されるトナーの量
   が少ないときよりも、当該トナーの量が多いときの方
   が、そのトナー層の表面に大きな凹凸ができるように、
   トナー担持体上にトナーを担持させ、前記トナー担持体
   上のトナーに対し、そのトナー粒子の直径よりも大きな
   光束径の発光素子からの光を照射し、その反射光を受光
   素子に入射させることにより、トナー担持体上に担持さ
   れたトナーの量を検知し、その結果に基づいて、現像領
   域における静電潜像へのトナーの移行量を制御し、可視
   像の画像濃度を調整することを特徴とする現像方法。