JP3158219B2 - 電子写真装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一成分現像法により現
像を行う電子写真装置に関するものである。

【０００２】近年、コンピュータ，ワードプロセッサの
汎用化に伴い、その周辺機器である電子写真装置にもよ
り広い環境で安定して動作することが求められるととも
に、装置の小型化，低コスト化，高解像度が要求されて
いる。このため、上記要求に対して有利な特長を持つ非
磁性現像剤を用いた一成分現像法の開発が盛んになって
いる。

【０００３】この現像法では、一般に、現像剤を搬送す
る現像剤担持体を弾性体で形成し、これを現像部で静電
潜像担持体表面に接触させている。また、金属板から成
る層厚規制部材を現像剤担持体に押し付けることによっ
て、現像剤担持体に付着して搬送される現像剤量を規制
するとともに、層厚規制部材と現像剤担持体に対する摩
擦によって現像剤を帯電させ、そのようにして帯電させ
た現像剤によって静電潜像担持体上の静電潜像を現像す
るようにしている。

【０００４】このような現像では、静電潜像への現像剤
の付着と潜像背景部への現像剤の付着防止を静電気力で
行っており、現像剤の帯電量を安定に保つことが必要で
ある。

【０００５】

【従来の技術】従来の電子写真装置においては、現像剤
とキャリア（フェライトから成る微粒子）を撹拌し、ブ
ローオフまたはマグネットブローオフ測定法によって得
られた現像剤の比電荷（ｃ／ｇ）値を管理することによ
って現像剤の帯電量の安定化を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一成分現像法
においては、現像剤の帯電方法が異なるため、現像剤の
帯電量が実際の値からずれてしまう。従って、前述のよ
うな測定法によって得られた現像剤の帯電量が良好であ
っても、かぶり濃度が基準値を満たさない場合があると
ともに、逆に良好でない値を示していても高品位の印字
を得られることがあり、電子写真装置を安定にできない
といった問題を生じていた。

【０００７】本発明は、より安定な電子写真装置を提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明が適用される電子
写真装置では、現像剤を搬送する現像剤担持体を弾性体
で形成し、これを現像部で静電潜像担持体表面に接触さ
せている。また、金属板から成る層厚規制部材を現像剤
担持体に押し付けることによって、現像剤担持体に付着
して搬送される現像剤量を規制するとともに、層厚規制
部材と現像担持体に対する摩擦によって現像剤を帯電さ
せ、そのようにして帯電させた現像剤によって静電潜像
担持体上の静電潜像を現像する。現像剤担持体及び層厚
規制部材は現像器に設けられている。

【０００９】本発明では、上記現像時における現像剤担
持体の表面電位Ｖ_t を所定値内の値とすることによっ
て、より安定な電子写真装置を提供するものである。次
に、この表面電位設定について、図１を基に説明する。

【００１０】かぶり濃度について理論的に検討した結果
は次の通りである。図１において、現像剤１０１に対し
て、静電潜像担持体１０２方向に機械的付着力Ｆ_a が働
いている。現像剤１０１を回収するための逆電界が静電
潜像担持体１０２と現像剤担持体１０３間に印加されて
いるとすると、現像剤１０１には静電的力Ｆ_e が現像剤
担持体１０３方向に働く。表面の電位については次式が
成り立つ。

【００１１】 Ｖ_s −Ｖ_b ＝ρＸ² ／２ε₀ ε_r1＋Ｅ₀ （Ｘ／ε_r1＋ｄ_m ／ε_m ）…（１） これより、静電潜像担持体表面に働く電界Ｅ₀ は次式と
なる。 Ｅ₀ ＝（Ｖ_s −Ｖ_b −ρＸ² ／２ε₀ ε_r1）／ （Ｘ／ε_r1＋ｄ_m ／ε_m ） …（２） 式（２）より、帯電した現像剤に働く静電的力Ｆ_e は次
式となる。 Ｆ_e ＝ｑ_t ・Ｅ₀ …（３） 但し、ｑ_t は現像剤の帯電電荷量である。

【００１２】今ここで、帯電した現像剤に働く静電的力
Ｆ_e が、静電潜像担持体１０２と現像剤１０１の機械的
付着力Ｆ_a より小さくなると、かぶりが発生する。この
条件は次式となる。 Ｆ_a ＞Ｆ_e …（４） 式（４）に式（２）及び式（３）を代入すると、かぶり
が発生する逆バイアス電圧（Ｖ_s −Ｖ_b ）と現像剤比電
荷Ｔ_p との関係が次式のように求まる。

【００１３】 Ｖ_s −Ｖ_b ＜｛（２δβＴ_p ／ε₀ ε_r1 ）×ｒ_t ² ｝＋ ｛Ｆ_a ／（４πｒ _t ³ δＴ _p ／３）｝× （２ｒ _t ／ε_r1＋ｄ_m ／ε_m ） ・・・（５） 式（５）は、かぶり発生の逆バイアス電圧が、ある現像
剤比電荷で最小値を取ることを示している。さらに、式
（４）よりかぶりが発生する現像剤の比電荷Ｔ_p を求め
ると次式となる。

【００１４】 Ｔ_p1＜〔ε₀ ε_r1（Ｖ_s −Ｖ_b ）／４δβｒ_t ² 〕− ｛〔ε₀ ε_r1（Ｖ_s −Ｖ_b ）／４δβｒ_t ² 〕 ² − （３ε₀ ε_r1Ｆ_a ／８πδ² βｒ_t ⁵ ）× 〔（２ｒ_t ／ε_r1 ）＋（ｄ_m ／ε_m ）〕｝ ^1/2 Ｔ_p2＞〔ε₀ ε_r1（Ｖ_s −Ｖ_b ）／４δβｒ_t ² 〕＋ ｛〔ε₀ ε_r1（Ｖ_s −Ｖ_b ）／４δβｒ_t ² 〕 ² − （３ε₀ ε_r1Ｆ_a ／８πδ² βｒ_t ⁵ ）× 〔（２ｒ_t ／ε_r1 ）＋（ｄ_m ／ε_m ）〕｝ ^1/2 ・・・（６）

【００１５】また、帯電した現像剤による現像剤担持体
１０３の表面電位Ｖ_t は、 Ｖ_t ＝ρＸ² ／２ε₀ ε_r1＝β・δ・Ｔ_p ・Ｘ² ／２ε₀ ε_r1 …（７） と表わされるため、式（６）と式（７）を満たす表面電
位であればかぶりが発生する。これより、本発明では、
現像剤担持体の表面電位を、 （β・δ・Ｔ_p1・Ｘ² ／２ε₀ ε_r1）＜Ｖ_t ＜ （β・δ・Ｔ_p2・Ｘ² ／２ε₀ ε_r1） …（８） をすべて満たすように設定している。

【００１６】なお、ε₀ は真空の誘電率（８．８５４×
１０^-12 Ｆ／ｍ）、ε_r1は現像剤層の比誘電率、ρは電
荷密度、δは現像剤の密度、βは現像剤層の充填率（通
常０．３〜０．４）、Ｖ_s は静電潜像担持体の帯電電
位、Ｖ_b は現像バイアス電圧、Ｔ_p は現像剤の比電荷
（ｃ／ｇ）、ｒ_t は現像剤粒子の半径、Ｆ_a は現像剤と
静電潜像担持体間の機械的付着力（４．２×１０
^-8Ｎ）、ｄ_m は静電潜像担持体の感光層の厚さ、ε_m は
感光層の比誘電率、Ｘは現像体担持体上の現像剤層厚で
ある。Ｘは、現像剤の安定な帯電を考慮すれば、現像剤
担持体上に現像剤が約１層付着した状態の厚さに相当す
る。

【００１７】図２は、理論式（６），（７）より求めた
かぶりの発生する領域を斜線で示している。ここで計算
に用いた数値としては、現像剤半径ｒ_t ＝６μｍ，現像
剤の密度δ＝１．１×１０³ ｋｇ／ｍ³ ，現像剤の比誘
電率ε_r1＝２．２，感光体の比誘電率ε_m ＝３．０，感
光体の厚さｄ_m ＝１６μｍ，機械的な付着力Ｆ_a ＝４．
２×１０^-8Ｎと仮定した。

【００１８】現像剤担持体上の表面電位は、実際に印字
するのと同じ状態で測定し、この測定値が上記式（８）
を満足するような現像剤を選択することによって設定す
る。なお、表面電位測定法については、後述の実施例の
項で説明する。

【００１９】

【作用】上記のように、本発明では、現像剤担持体上に
形成された現像剤層の電荷による現像剤担持体の表面電
位を、前記式（８）を満たす所定の値とすることによ
り、実際に印字するのと同じ状態で現像担持体上の現像
剤の帯電量を決めている。従って、現像剤の帯電電荷量
を安定化することができ、良好な画像を得ることが可能
になる。

【００２０】

【実施例】以下、図３乃至図６に関連して本発明の実施
例を説明する。

【００２１】図３は本発明が適用される電子写真装置の
構造概要を示す側面図で、図中、１は静電潜像担持体
（図１の静電潜像担持体１０２に相当）、２は現像ユニ
ット、３は帯電器、４は露光器、５は転写器、６はクリ
ーナ、７は除電器、８は定着器である。

【００２２】静電潜像担持体１は、帯電器３による一様
帯電及び露光器４による画像情報に応じた露光により表
面に形成された静電潜像を現像部に搬送し、できた現像
剤の像を記録紙に転写する位置に搬送するものである。
この静電潜像担持体１には、光導電材料である感光体
（有機，セレン，アモルファスシリコン等）や絶縁体を
用いることができる。但し、本実施例においては、最適
条件は異なるものの、現像ユニット２には関係ないた
め、有機感光体のみを用いて実験（後述）を行った。

【００２３】現像ユニット２は、主要構成部材として、
現像剤担持体９（図１の現像剤担持体１０３に相当）
と、リセットローラ１０と、現像剤層厚規制部材１１と
を備えている。これらの各部材は、いずれも導電性を有
し、図４に示すように所定のバイアス電圧Ｖ_b ，Ｖ_r ，
Ｖ_blの印加を受けている。

【００２４】現像剤担持体９は、金属の回転軸１２を中
心に回転することにより、現像ユニット２に収容されて
いる現像剤１３（図１の現像剤１０１に相当）を静電潜
像担持体１の現像部に搬送，供給する。導電性材料であ
る現像剤担持体９に対する電圧印加はこの回転軸８を介
し行われ、これにより、現像剤担持体９と静電潜像担持
体１との間に潜像の画像部と背景部において逆方向の電
界が生じるような電圧が印加される。例えば、静電潜像
担持体１に有機感光体を用いた場合、画像部電位は約−
１００Ｖ，背景部電位は約−６００Ｖ程度であるので、
現像剤担持体９には−３００Ｖの電圧を印加する。

【００２５】リセットローラ１０は、潜像を現像したあ
との現像剤担持体９上に現像剤１３を供給する働きをす
る。１４はリセットローラの回転軸（金属）であり、導
電性材料であるリセットローラ１０に電圧を印加すると
ともに、リセットローラ１０を回転させるものである。

【００２６】層厚規制部材１１は、金属板で形成され、
圧力印加手段１５により現像剤担持体９にある一定の圧
力で押し付けられて、現像剤担持体９との間隙に進入す
る現像剤１３の量をほぼ一定にするとともに、現像剤１
３を摩擦帯電させている。

【００２７】このような構成の電子写真装置により記録
を行う際には、静電潜像担持体１を図１に矢印で示す反
時計方向に回転させ、その表面に前述のように静電潜像
を形成する。この静電潜像は、現像部イにおいて、現像
剤担持体９が搬送する現像剤１３により現像されて可視
像となる。一方、記録紙は、図示しない収納部から繰り
出され、上記可視像形成プロセスとタイミングをとって
転写部ロに送られ、ここで、該記録紙への転写器５によ
る可視像転写が行われる。

【００２８】転写された可視像は、その後定着器８によ
り記録紙に定着され、可視像が定着された記録紙は図示
しないスタッカに排出される。また、転写を完了した静
電潜像担持体１の表面は、クリーナ６により清掃され、
除電器７により除電されて初期状態に戻る。

【００２９】このような構成，作用を有する電子写真装
置において、本発明では、現像剤層の電荷による現像剤
担持体９の表面電位を所定値内の値（前記式（８）を満
足する値）とすることによって、かぶりのない安定した
記録を実現するものである。そのためには、表面電位を
実際に印字するのと同じ状態で測定し、これが上記値と
なるように調整する必要がある。次に、この測定法を説
明する。

【００３０】図４はこの測定法を示すもので、図中、１
６は現像位置で現像剤担持体９に対向させて配置された
表面電位センサである。表面電位センサ１６による電位
測定は、実際に印字（現像）するのと同じ状態で行う。
測定時の電位の変動を図５に示す。縦軸はセンサにより
検出された表面電位を、横軸は測定の時間変化を、それ
ぞれ示す。表面電位は、現像器起動とともに立ち上が
り、しばらくすると定常状態となって現像時の表面電
位Ｖ_bsが現れる。次に現像器を停止しバイアス電圧を切
ると、減衰して定常状態となって現像剤担持体上の現
像剤帯電電荷による表面電位Ｖ_t が測定される。

【００３１】このようにして測定されたＶ_t が理論計算
値と異なっている場合は、現像剤を選択することによっ
て、理論計算値に合うように調整する。このように調整
されたＶ_t で印字を行うことによって、かぶりの発生し
ない安定した印字が実現される。次に、この本発明の効
果を確認するために行った実験結果について説明する。

【００３２】実験に際しては、現像剤担持体９には導電
性の多孔質高分子ウレタンローラを、現像剤１３には直
径１２μｍのポリエチレン系非磁性一成分現像剤を、層
厚規制部材１１には３０４ステンレスを、それぞれ用い
た。そして、層厚規制部材１１に印加する電圧を変化さ
せることにより現像剤担持体９上の現像剤の帯電電位を
変化させて、かぶり濃度との依存性を比較し、本発明の
効果を確認した。

【００３３】実験結果は図６に示す通りである。図６
は、かぶり濃度の、現像剤担持体上の現像剤の帯電電位
をパラメータとした現像バイアスに対する依存性を示
し、縦軸のかぶり濃度は、静電潜像担持体上の背景部に
残された現像剤をメンディングテープではぎとり、反射
光学濃度計によって測定した値である。なお、実験は、
トナー１（Ｖ_t ＝８３Ｖ），トナー２（Ｖ_t ＝５５
Ｖ），トナー３（Ｖ_t ＝３８Ｖ）の３種類のトナーにつ
いて行った。

【００３４】この結果、現像剤の帯電電位Ｖ_t とかぶり
が顕著となる現像バイアス電圧を対応させて図２に当て
はめて見る。かぶり濃度が許容値を越えるポイントに×
印をつけ、かぶり濃度が許容値内のポイントに○印をつ
けると、理論式の正当性が理解できる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、一
成分接触現像法を用いる電子写真装置において、現像剤
の帯電電荷量を安定させて良好な画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】理論計算によるかぶり発生領域図である。

【図３】電子写真装置の構造概要を示す側面図である。

【図４】本発明の実施例の現像剤担持体の表面電位測定
法説明図である。

【図５】本発明の実施例の表面電位測定時の電位変動説
明図である。

【図６】本発明の実施例の現像バイアスとかぶり濃度の
関係説明図である。

【符号の説明】

１，１０２ 静電潜像担持体 ９，１０３ 現像剤担持体 １１ 現像剤層厚規制部材 １３，１０１ 現像剤 １６ 表面電位センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 正利 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 (56)参考文献 特開 昭58−68075（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性を有する材料で形成された現像剤担
   持体の表面の現像剤の層厚規制及び帯電を層厚規制部材
   により行い、該現像剤担持体を、静電潜像が形成された
   静電潜像担持体に接触させて該静電潜像を現像する電子
   写真装置において、 前記現像剤担持体の表面に付着している帯電した現像剤
   による該現像剤担持体の表面電位（Ｖ_t ）が次式 Ｖ_t ＝ρＸ² ／２ε₀ ε_r1＝β・δ・Ｔ_p ・Ｘ² ／２ε
   ₀ ε_r1 但し、Ｔ_p は、 Ｔ_p1＝〔ε₀ ε_r1（Ｖ_s −Ｖ_b ）／４δβｒ_t ² 〕−｛〔 ε₀ ε_r1（Ｖ_s −Ｖ_b ）／４δβｒ_t ² 〕 ² − （３ε₀ ε_r1Ｆ_a ／８πδ² βｒ_t ⁵ ）×〔 （２ｒ_t ／ε_r1 ）＋（ｄ_m ／ε_m ）〕｝ ^1/2 Ｔ_p2＝〔ε₀ ε_r1（Ｖ_s −Ｖ_b ）／４δβｒ_t ² 〕＋｛〔 ε₀ ε_r1（Ｖ_s −Ｖ_b ）／４δβｒ_t ² 〕 ² − （３ε₀ ε_r1Ｆ_a ／８πδ² βｒ_t ⁵ ）×〔 （２ｒ_t ／ε_r1 ）＋（ｄ_m ／ε_m ）〕｝ ^1/2 とした場合に （β・δ・Ｔ_p1・Ｘ² ／２ε₀ ε_r1）＜Ｖ_t ＜ （β・δ・Ｔ_p2・Ｘ² ／２ε₀ ε_r1） をすべて満たすことを特徴とする電子写真装置。但し、
   ε₀ は真空の誘電率（８．８５４×１０^-12 Ｆ／ｍ）、
   ε_r1は現像剤層の比誘電率、ρは電荷密度、δは現像剤
   の密度、βは現像剤層の充填率、Ｖ_s は静電潜像担持体
   の帯電電位、Ｖ_b は現像バイアス電圧、Ｔ_p は現像剤の
   比電荷（ｃ／ｇ）、ｒ_t は現像剤粒子の半径、Ｆ_a は現
   像剤と静電潜像担持体の間の機械的付着力、ｄ_m は静電
   潜像担持体の感光層の厚さ、ε_m は感光層の比誘電率、
   Ｘは現像剤担持体上の現像剤層厚である。