JP4662146B2

JP4662146B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP4662146B2
Application number: JP2005278469A
Authority: JP
Inventors: 信隆野田
Original assignee: Katsuragawa Electric Co Ltd
Current assignee: Katsuragawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007086682A

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に使用する現像装置に関し、特には、電子写真感光体等の像担持体ドラム上に形成された静電潜像などの潜像を非磁性一成分トナーにより現像する現像装置に関する。

この種の現像装置として、特許文献１のような構成がある。

この構成は、非磁性一成分トナーからなる薄層を弾性を有する現像ローラ上に形成し、この現像ローラを静電潜像保持体の表面に所定の食い込み量で圧接することにより静電潜像保持体上に形成された静電潜像を、圧接させたトナー薄層のトナーにより現像するものであり、現像剤としてフェライト等の磁性キャリアを使用する必要がないことより、装置の簡易化が可能であると共に、カラー複写機、カラープリンタといったカラー化の分野においても有用である。

また、多くの場合、転写効率の良いトナーを用いることができるため、従来装置では欠かすことができなかったクリーニング装置や現像剤回収装置を不要とし、装置の小型化が図れるとともに、無駄なトナーの廃棄を抑制することにより、環境に対し良好であり、またコストパフォーマンスも良好とすることができる。

特許第２７０３９２２号公報

ところで、特許文献１の構成は、現像ローラへのトナーの供給は、弾性のトナー供給ローラを、現像装置本体内に貯留する貯留トナー内に埋没するようにして配置し、このトナー供給ローラを、現像ローラに対して圧接かつ摺擦させることにより行っている。周知のように、かかる構成にあっては、ベタ黒や印字率が高い画像を連続して多数回現像する場合には、現像ローラ上のトナーの消費量が著しく多くなることにより、現像ローラには常に新しいトナーを補充し続けなければならず、この補充が多少なり不十分でありまたは不安定であると、画像濃度の低下やカスレやカブリ、がさつきなど、再生する画質に悪影響を与える。

このような観点から、ムクの弾性ローラに替えて、ナイロンやレーヨン等からなるファーブラシローラを用いた装置が提案されている（例えば特許文献２）。このようなファーブラシローラにあっては、トナーの搬送力がかなり大きくなるため、比較的安定したトナーの供給が可能となるが、ブラシ特有の問題である、ブラシ内でのトナーのこびりつきの問題がある。

特開平５−６６６５７号公報

概ね、現像ローラの幅は使用する転写材の最大サイズの幅に対応した幅を有している。このため、現像ローラの幅とほぼ同じ幅の印字率の高い画像を複写しまたはプリントする場合には、現像ローラのほぼ全幅のトナーがほぼ満遍なく平均的に使用（消費）され、次いでファーブラシローラにより新たなトナーが供給されるので、幅方向にわたっての部分的な画像濃度の乱れやカスレやカブリ、がさつきなど、画質に大きく作用するトラブルは生じ難い。

ところが一方、こうした構成においても、いくつかの条件にあってはカスレやカブリ、濃度低下といった不都合が生じる場合がある。

例えば、Ａ０やＢ０サイズといった大きなサイズ（大サイズ）から、Ａ４サイズといった小さなサイズ（小サイズ）までの画像再生を行うことができる大判画像形成装置においては、現像ローラは元来、大サイズに対応した幅を有しているために、小サイズの現像を大量に行った後に、大サイズの現像を行うと、小サイズに対応する部分と小サイズからはみ出た部分とでは、画像濃度に差が生じる場合がある。

これは、小サイズの現像を連続して行った場合、現像ローラ上のトナーは小サイズの幅に対応した部分のみが著しく消費され、その部分には随時新しいトナーがトナー供給ローラにより供給されるが、トナーが消費されない部分、即ち、現像に寄与しなかった小サイズの幅から外れた現像ローラの部分では、トナーが消費されず、新しいトナーとの入れ替えが十分にはなされないまま保留され、保留された状態の同じトナーが繰り返し感光ドラムやトナー供給ローラを摺擦することとなる。

この結果、現像に寄与しなかった部分においては、トナーが疲労し易く、また、静電潜像保持体上の非画像部の電荷が現像ローラ上の当該部分のトナーに注入されて異常帯電を起こすこともあり、加えて、ブラシ内のトナーのこびりつきや滞留が発生し、新しいトナーの供給も不十分となり、前出のカスレや濃度低下などの発生を助長する。

また上記のように多量の小サイズから大サイズへの変更といった場合の他、同じサイズを多量に連続再生する場合であっても、現像ローラの幅方向に従って、印字率の高い部分と、低い部分が分布されているような画像（例えば左側はベタ画像が多くて印字率が高く、右側は白地部が多く印字率が低いような画像）においては、印字率が低い画像部分ではトナーの消費量が少なく、印字率が高い画像部分のみ消費されるため、結果として印字率の高い画像部分と低い部分との間で濃度差が生じる場合がある。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成により、濃度差が生じ難い安定した画像形成を行うことができる現像装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、所定の現像バイアスが印加され表面に非磁性一成分トナーからなる薄層を形成して像担持体ドラムに接触させることにより像担持体ドラムに形成された潜像を現像する、少なくとも表面層が導電性かつ弾性の現像ローラと、ブラシの穂先が前記現像ローラの周面に接触するように配置され前記現像バイアスよりも高い電位の供給バイアスを印加され、該ブラシにより前記現像ローラにトナーを供給する導電性の供給ブラシローラと、供給ブラシローラのブラシの穂先と接触するように配置されブラシに付着したトナーを掻き落とすと同時にブラシに新たなトナーを供給するように作用する攪拌部材とを有することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、前記供給ブラシローラに印加されるバイアスが、直流バイアスに交流バイアスを重畳させたバイアスであることを特徴とする。

請求項３の発明は、前記攪拌部材が電気的にフロート状態にあることを特徴とする。

請求項４の発明は、前記現像ローラが前記像担持体ドラムと接触部において順方向に回転し、該現像ローラに対して前記供給ブラシローラが接触部において逆方向に回転していることを特徴とする。

請求項５の発明は前記攪拌部材が、現像装置本体内のトナーを攪拌しかつ前記供給ブラシローラ側に搬送する１または対のスクリューコンベアの一方であることを特徴とする。

また請求項６の発明は、前記供給ブラシローラが、周面に複数の導電性繊維からなるブラシを設けた回転体からなり、ブラシの繊維密度を１００００〜２５０００本／inch^２としたことを特徴とする。

請求項７の発明は、前記攪拌部材の前記供給ブラシローラのブラシへの食い込み量が、該ブラシを前記現像ローラに押し当てる分とほぼ同じであることを特徴とし、また請求項８の発明はかかる食い込み量が０．５mm〜１．０mmであることを特徴とする。

上記構成により、本発明によれば、表面に非磁性一成分トナーの薄層を形成した現像ローラが像担持体ドラムに接触して潜像の現像を行い、供給ブラシローラは現像ローラと接触に向かう側では、ブラシにより搬送するトナーを現像ローラに供給するように作用し、また、現像ローラから離れていく側では、ブラシにより現像ローラを摺擦して現像ローラに残存するトナーをその穂先により掻き落とすように作用する。

現像ローラに移動せずにブラシ内に残ったトナーや、現像ローラから掻き落としたトナーが付着した供給ブラシローラのブラシの穂先は、現像ローラとはほぼ反対の側に位置する攪拌部材によって、ブラシの毛がほぐされるようにして摺擦される。この摺擦により、ブラシに残留したまたは付着したトナーはひとたび供給ブラシローラから掻き落とされるとともに、掻き落とされたトナーは攪拌部材の作用により、現像装置内の新しいトナーと混合攪拌されてリフレッシュされ、また異常帯電も改善される。

こうして、多量の小サイズの再生の後、大サイズへといった再生するサイズの極端な変更や、印字率の偏りがある画像を多量に現像するような場合であっても、それに伴う濃度変化を無くしまたは最少とし、常に高品質の画像を提供することができる。

以下、図を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した現像装置の概略構成図である。
図中、符号１は矢印Ａで示す方向、即ち時計方向に回転する像担持体ドラムであり、例えば、アルミニウム等のドラム状基体の表面に電子写真感光体を備えた構成よりなる。感光体としては、ＯＰＣ感光体やアモルファスシリコン感光体等の周知の感光体が使用し得る。

図示していないが、像担持体ドラム１の周囲には、回転方向Ａに沿って像担持体ドラム１上の残留電荷を消去するためのイレーサ、像担持体ドラム１の表面を特定極性に一様に帯電するための帯電器、帯電された像担持体ドラムの表面に光情報を入射して像担持体ドラム１の表面に静電潜像を形成するための露光装置、像担持体ドラム１の表面にトナーを供給することにより前記潜像を現像してトナー像を形成するための現像装置２、像担持体ドラム１上に形成されたトナー像を紙等の転写材上に転写するための転写装置が配置されている。これら像担持体ドラム１およびその周囲の装置の構成は現像装置２を除き周知の構成を採用できる。

かかる配置において現像装置２は、非磁性一成分トナーからなる現像剤が収容された現像容器３と、少なくとも表面層が導電性かつ弾性の現像ローラ４と、現像ローラ４と適宜な圧力で接触して現像ローラ４上に形成されたトナー層の厚さを規制する層厚規制ローラ５と、層厚規制ローラ５と接触して配置され層厚規制ローラ５に付着したトナーを掻き落とす掻き落としブレード６と、現像ローラ４の周面と接触して設けられ現像ローラ４にトナーを供給する供給ブラシローラ７と、供給ブラシローラ７の後方に配置された攪拌部材（スクリューコンベア）８，９などを備え、現像ローラ４、供給ブラシローラ７、層厚規制ローラ５は、後述するように、適当なバイアス電源に接続され、それぞれに所定のバイアス電圧（バイアス）が印加されている。なお、トナーは例えば反転現像のために、像担持体の帯電極性と同じ極性のトナーが使用される。

これら構成について詳述する。現像容器３内には所定量の非磁性一成分現像剤（以下、トナーという）が収容されており、像担持体ドラム１と面する位置には、像担持体ドラム１の長さとほぼ等しい長さを有し、像担持体ドラム１の軸線と平行する方向に延びている現像ローラ４が、その周面の一部を像担持体ドラム１の周面と接触するようにして配置されている。現像容器３内のトナーの収容量は、図示していないが、攪拌部材８，９の頭が露出する程度の量とされ、常に現像容器３の後壁に設けたセンサー１６によりその量（レベル）が監視され、所定量以下となった時には図示しないトナーカートリッジからトナーを補給すべく指示信号が発せられる。

現像ローラ４はステンレス等の導電性の剛体からなる中心軸１０の周りに弾性層１１を形成した構成よりなり、弾性層１１が像担持体ドラム１の表面に押し当てられることにより、弾性変形をして像担持体ドラム１の表面に所定のニップ幅（接触幅）で圧接するように配置され、像担持体ドラム１の回転方向Ａと接触部において順方向Ｂに、即ち反時計方向に回転するようになっている。

先に述べたように、現像ローラ４の中心軸１０は直流バイアス電源１２に接続されている。直流バイアス電源１２は、現像ローラ４に対し、画像背景部（バックグランド）へのトナーのカブリを防止するための現像バイアスを印加する。かかる現像バイアスは、像担持体ドラム１の画像暗部の表面電位よりも絶対値で１００〜５００Ｖ、好ましくは３００〜４００Ｖ低い値に設定される。かかる電位差が３００Ｖ以下の場合には現像濃度が低下し、４００Ｖ以上になるとクリーニングがされにくく高画質の複写像が得にくくなるという傾向がある。このため、現像ローラ４への現像バイアスは、像担持体としてマイナス極性の感光体を用いた場合、例えば像担持体ドラム１の画像暗部の電位が−５００Ｖ〜−６５０Ｖの場合、限定されるものではないが、−１５０Ｖ〜−２００Ｖが好ましい。

現像ローラ４の構成に戻ると、弾性層１１は、例えばゴム硬度は２０〜３０度程度の範囲で、１０^４〜１０^９Ω・cmの体積抵抗を有するシリコンゴム等からなる。現像ローラ４としては、単層構造に限定されることなく、二層、三層の構造であっても良い。また材料としては、シリコンゴムの他、ＮＢＲゴム（アクリロニトリルブタジエン共重合ゴム）やウレタンゴム等の弾性を有する多孔質発泡体からなるものを使用しても良い。

かかる現像ローラ４を、像担持体ドラム１に対してニップ幅が３〜１０mm程度となるように押し当てて配置し、接触部において像担持体ドラム１の周速度とほぼ同じ周速度で回転させて現像を行う。

現像ローラ４の後方に位置する供給ブラシローラ７は、現像ローラ４の軸線と平行に延びて配置され、現像ローラ４とほぼ全長にわたって接触している。供給ブラシローラ７は、芯金ローラ１３の周囲にカーボン微粉末が混入された導電性ナイロンまたはレーヨンなどのような導電性繊維からなる多数の毛をほぼ一様に植設してなるブラシ１４から構成される。芯金ローラ１３はほぼ円筒形をなしている。限定されるものではないが、ブラシ１４の毛足は３〜６mm、繊維太さは３０（デニールD／フィラメントF）前後、繊維密度は１００００〜２５０００本／inch^２のものが好ましい。

図示のように供給ブラシローラ７は、現像ローラ４に対してそのブラシ１４の穂先が適宜な弾性（繊維のコシによる圧力）で接触するように配置されている。ブラシ１４の繊維のコシは後述する攪拌部材によるブラシ１４からのトナーの掻き落としを有効とするためには比較的強い方が好ましい。

現像ローラ４へのブラシ１４の押し当て量（深さ）は好ましくは０．５〜１．０mmであるが、ブラシの繊維のコシにより影響され、これに限定されない。供給ブラシローラ７は、現像ローラ４の回転方向Ｂに対して、接触部において逆方向、即ち反時計方向Ｄに回転し、矢印Ｂ方向に回転する現像ローラ４の表面に残留しているトナーをブラシ１４により対向する側から掻き落とすように作用する。

供給ブラシローラ７の芯金ローラ１３は直流バイアス電源１５に接続されており所定のバイアス電圧（供給バイアスという）が印加されている。かかる供給ブラシローラ７へ印加される供給バイアスの電位は、現像ローラ４への現像バイアスの電位よりも高い電位、例えば絶対値で２００〜３００Ｖほど高い電位に設定されており、この電位差によりトナーを供給ブラシローラ７から現像ローラ４へと移転させる。例えば、現像ローラ４への現像バイアスが−１５０〜２００Ｖである場合には、供給ブラシローラ７への供給バイアスは、−３５０〜−４５０Ｖ程度が良い。

このような供給ブラシローラ７において問題となるものの一つは、ブラシ内のトナーのこびりつきであり、このこびりつきが慢性化して多くなると、現像ローラ４への新しいトナーの供給を円滑に行うことができず、異常帯電を起こす原因ともなり、結果的に画像の品質を低下させる。また一方、供給ブラシローラ７は、その回転により、現像容器３内のトナーを現像ローラ４に供給すると共に、摩擦帯電によりトナーを荷電するが、供給ブラシローラ７や現像ローラ４との摩擦によるトナーの帯電は画像品質に大きく影響し、摩擦帯電が不足した場合には、カブリや濃度ムラが発生する。

供給ブラシローラ７の後方に設けられた撹拌部材８および９は、例えばスクリューコンベアよりなり、現像ローラ４の軸線と同方向に延びる中心軸と、該軸にスパイラル状に設けたスクリュウとから構成され、現像容器３内のトナーを撹拌すると共にトナーを供給ブラシローラ７側へと搬送し供給する。この例では攪拌部材８，９はそれぞれ時計方向（矢印ＥおよびＦの方向）に回転している。攪拌部材８、９がスクリューコンベアよりなる場合には、攪拌部材８と９はそれぞれ相対する方向に（例えば攪拌部材８は紙面と垂直に奥側の方向に、攪拌部材９は手前側の方向に）トナーを運ぶように作用し、それによりトナーを攪拌すると共に容器３内で循環させるようにも作用する。なお、攪拌部材は必ずしも対で設ける必要がなく１つであっても良く、また、スクリューコンベアではなく、単独の攪拌翼を多数設けた構成であっても良い。

供給ブラシローラ７と隣接する攪拌部材８の配置位置は重要で、攪拌部材８のスクリュウまたは攪拌翼が供給ブラシローラ７のブラシ１４の穂先と適宜な深さで接触するように配置されている。攪拌部材８は図示のように供給ブラシローラ７とその接触部において順方向に供給ブラシローラ７の周速度とは異なる速度、例えばやや早い速度で回転し、それにより供給ブラシローラ７のブラシ１４内にこびりついたトナーを掻き落とすように作用する。なお、攪拌部材８は電気的にフロート（絶縁）状態にあり、また、攪拌部材８のブラシ１４への食い込み量は、ブラシ１４への現像ローラ４の押し当て量とほぼ同じ量とし、例えば０．５〜１．０mmである。これによりブラシ１４は攪拌部材８により積極的に捌かれてブラシ内にこびりついたトナーが除去され、同時に現像器３内の新しいトナーが安定的に供給され、結果、現像ローラ４上には常にリフレッシュしたトナーにより良好なトナー層が形成され、画像の安定的かつ良質な現像が行われる。

次に、動作について説明すると、まず像担持体ドラム１が矢印Ａ方向に回転している状態において、像担持体ドラム１に残留していた残留電位がイレーサより除去され、次いで帯電装置により像担持体ドラム面が一様に帯電される。続いて露光装置によりデジタル露光が行われて、像担持体ドラム１上に静電潜像が形成される。この潜像は像担持体ドラム１の回転により現像装置２の現像ローラ４と接触する位置（現像区間）へと搬送される。

一方、現像装置２では、像担持体ドラム１の回転と同期して、現像ローラ４、供給ブラシローラ７、撹拌部材７が図示しない駆動源によりそれぞれの矢印で示した方向に回転し、且つ現像ローラ４、供給ブラシローラ７および層圧規制ローラ５にはそれぞれ所定のバイアス電圧が印加される。

撹拌部材８および供給ブラシローラ７の回転により、現像容器３内のトナーが撹拌され且つ供給ブラシローラ７、次いで現像ローラ４へ供給されて現像ローラ４上にトナー層が形成される。トナー層は層圧規制ローラ５により１〜３層のトナーの均一な薄層となるように規制された後、現像ローラの回転に伴い現像区間に運ばれる。

この薄層化されたトナーは現像区間において像担持体ドラム１の静電潜像に供給され、吸引付着することで現像が行われる。

像担持体ドラム１上に形成されたトナー像は像担持体ドラム１の回転により図示しない転写領域まで搬送され、ここで転写装置の作用により転写材の背面側からトナーの極性とは反対の極性の電界が付与されてトナーの転写材上への転写が行われ、転写されたトナー像は図示しない定着部で転写材上に定着される。一方、転写材に転写されない像担持体ドラム上の残留トナーはイレーザにより全面露光を受けて像担持体ドラムの暗部電位（画像背景部の電位）とほぼ同電位となるようにされ、次いで上記したと同様に次の作像のための帯電、露光を受け、再び現像ローラ４に運ばれる。現像ローラ４は像担持体ドラム１上に残留しているトナーを現像装置２へと回収すると共に、新しいトナーを像担持体ドラム１の表面に提供して次の潜像を現像する。

上記実施形態では供給ブラシローラ７への供給バイアスを直流バイアスのみとしたが、図２に示すように、直流バイアス電源１５と直列に交流バイアス電源１８を設け、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスとしても良い。このような交流バイアスを重畳させることにより、供給ブラシローラ７のブラシ１４は電気的に適宜な振動を生じ、また同時にブラシ１４にこびりついたトナーを除電するようにも作用するため、ブラシ１４からのトナーの掻き落としや、新しいトナーの付着などを安定化する。

このようにして、本発明によれば、現像容器３内のトナーを攪拌する攪拌部材を共通にして使用することにより、供給ブラシ内でのトナーのこびり付きを防止し、かつ、供給バイアスとして直流バイアスに交流バイアスを重畳することにより、ブラシからのトナーの除去が容易となるように助力し、かつ掻き取ったトナーの除電、回復等を行うことができる。

本発明を適用した現像装置の概略説明図である。本発明を適用した現像装置の別の態様の概略説明図である。

符号の説明

１像担持体ドラム
２現像装置
４現像ローラ
７供給ブラシローラ
８攪拌部材（スクリューコンベア）
９攪拌部材（スクリューコンベア）
１２直流電源
１４ブラシ
１５直流電源
１８交流電源

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Claims

所定の現像バイアスが印加され表面に非磁性一成分トナーからなる薄層を形成して像担持体ドラムに接触させることにより像担持体ドラムに形成された潜像を現像する、少なくとも表面層が導電性かつ弾性の現像ローラと、ブラシの穂先が前記現像ローラの周面に接触するように配置され前記現像バイアスよりも高い電位の供給バイアスを印加され、該ブラシにより前記現像ローラにトナーを供給する導電性の供給ブラシローラと、供給ブラシローラのブラシの穂先と接触するように配置されブラシに付着したトナーを掻き落とすと同時にブラシに新たなトナーを供給するように作用する攪拌部材とを有することを特徴とする現像装置。
前記供給ブラシローラに印加されるバイアスが、直流バイアスに交流バイアスを重畳させたバイアスであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記攪拌部材が電気的にフロート状態にあることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
前記現像ローラが前記像担持体ドラムと接触部において順方向に回転し、該現像ローラに対して前記供給ブラシローラが接触部において逆方向に回転していることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の現像装置。
前記攪拌部材が、現像装置本体内のトナーを攪拌しかつ前記供給ブラシローラ側に搬送する１または対のスクリューコンベアの一方であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の現像装置。
前記供給ブラシローラが、周面に複数の導電性繊維からなるブラシを設けた回転体からなり、ブラシの繊維密度を１００００〜２５０００本／inch^２としたことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の現像装置。
前記攪拌部材の前記供給ブラシローラのブラシへの食い込み量が、該ブラシを前記現像ローラに押し当てる分とほぼ同じであることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の現像装置。
前記食い込み量が０．５mm〜１．０mmであるとこを特徴とする請求項７記載の現像装置。