JPH06194944A

JPH06194944A - 現像装置

Info

Publication number: JPH06194944A
Application number: JP4345029A
Authority: JP
Inventors: Koji Hirano; 浩二平野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-15
Also published as: US5473417A

Abstract

(57)【要約】【目的】ライフによる現像剤供給ローラの物性変化に妨
げられることなく、安定した現像剤の供給が長期間に亘
って補償でき、さらに、ベタ画像においても濃度低下の
少ない非常に良好な画像状態を長期間に亘って維持する
ことが可能となる現像装置を提供する。【構成】現像ローラ５およびこの現像ローラ５に対して
トナーＴを供給するトナー供給ローラ６を有し、これら
両ローラ５，６に対して、それぞれバイアス電源１６，
１８から所定のバイアス電圧を印加する一成分現像方式
の現像装置において、トナー供給ローラ６に印加するバ
イアス電圧を、トナー供給ローラ６の物性変化に伴って
可変制御するように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば、電子写真方
式の複写機やレーザビームプリンタなどの画像形成装置
において、像担持体としての感光体ドラムの表面に形成
された静電潜像を一成分現像剤によって現像する現像装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機やレーザビームプリンタなど、普
通紙に印字を行なう技術して電子写真方式が広く利用さ
れている。電子写真の現像は、液体現像および乾式現像
に大別され、一般的には乾式現像が採用されている。ま
た、乾式現像方式の中にも、二成分現像方式および一成
分現像方式があり、最近では小形プリンタや小形複写機
を中心に一成分現像方式が主流になりつつある。

【０００３】一成分現像方式では、現像剤の中にキャリ
ア（鉄粉、フェライト粉など）を含んでおらず、また、
現像装置の構造が二成分現像方式と比較して簡単である
ため、現像装置の小形化および低価格化に有利である。

【０００４】このような一成分現像方式の１つとして、
加圧現像方式（Impression Deveropment）が知られてお
り、この方式は感光体ドラム上の静電潜像に対しトナー
粒子もしくはトナー担持体を実質的に零の相対周辺速度
で接触させることを特徴としている。（米国特許第３，
１５２，０１２号、米国特許第３，７３１，１４８号、
特開昭４７−１３０８８号公報、特開昭４７−１３０８
９号公報など参照）

【０００５】この方式によれば、磁性材料を全く用いな
いため、現像装置および画像形成装置の簡素化および小
形化が可能であるとともに、トナーにカラートナーを用
いることが容易であるなど、多くの利点を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一成分現像方式の現像
装置は、画像形成装置の簡素化および小形化に有利な半
面、トナーに帯電を付与し、現像ローラ上にトナーを搬
送するキャリアを持たないため、トナーの帯電性（立ち
上がり）やトナーの搬送性（搬送量）が二成分現像方式
に比較して劣っている。特に、トナーの搬送量が現像時
に消費されるトナーの量よりも下回った場合において
は、印字画像上において画像濃度の低下現象が見られ
る。

【０００７】たとえば、特に近年多くみられるグラフィ
ックパターンなどの印字においては、ソリッド部分（い
わゆるベタ画像）が多いため、トナー搬送量の安定化は
必須である。そのため、トナーを現像ローラ上に安定し
て供給するため、現像ローラに接触もしくは一定の食い
込み量を持たせた現像剤供給ローラ（単に中間ローラと
呼ぶことが多い）を配置し、さらに、現像ローラへの印
加電圧（現像バイアス電圧）と現像剤供給ローラとの間
に電位差を持たせることにより、電気的にトナーを現像
ローラに搬送するような構成を取る場合がある。

【０００８】この現像剤供給ローラは、現像ローラの表
面を傷つけないこと、および大量のトナーを搬送する必
要性から、多くが発泡性エラストマ（いわゆるスポン
ジ）を用いており、現像装置の使用開始直後からしばら
くの間は、安定したトナー搬送が行なわれる。しかし、
使用期間が進んで行くにしたがい、発泡性エラストマ
（以下、単にスポンジと呼ぶ）の内部にトナーが入り込
み、硬度のアップ、外径の萎縮、および表面にスキン状
の皮膜を形成するようになり、初期状態と比較してトナ
ー搬送量（トナー供給量）の低下が見られるようになっ
た。

【０００９】そこで、本発明は、ライフによる現像剤供
給ローラの物性変化に妨げられることなく、安定した現
像剤の供給が長期間に亘って補償でき、さらに、ベタ画
像においても濃度低下の少ない非常に良好な画像状態を
長期間に亘って維持することが可能となる現像装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の現像装置は、潜
像が形成された像担持体の表面に対して一成分現像剤を
搬送する現像ローラと、この現像ローラに対して所定の
現像バイアス電圧を印加する第１のバイアス印加手段
と、少なくとも表面が弾性体で形成されていて、前記現
像ローラと接触状態で回転しながら前記現像ローラへ一
成分現像剤を供給する現像剤供給ローラと、この現像剤
供給ローラに対して前記現像ローラとの間に所定の電位
差が生じるように所定のバイアス電圧を印加する第２の
バイアス印加手段と、この第２のバイアス印加手段によ
って前記現像剤供給ローラへ印加されるバイアス電圧
を、少なくとも前記現像剤供給ローラの現像剤供給機能
の変化に応じて可変制御するバイアス可変制御手段とを
具備している。

【００１１】また、本発明の現像装置は、潜像が形成さ
れた像担持体の表面に対して一成分現像剤を搬送する現
像ローラと、この現像ローラに対して所定の現像バイア
ス電圧を印加する第１のバイアス印加手段と、少なくと
も表面が弾性体で形成されていて、前記現像ローラと接
触状態で回転しながら前記現像ローラへ一成分現像剤を
供給する現像剤供給ローラと、この現像剤供給ローラに
対して前記現像ローラとの間に所定の電位差が生じるよ
うに所定のバイアス電圧を印加する第２のバイアス印加
手段と、この第２のバイアス印加手段によって前記現像
剤供給ローラへ印加されるバイアス電圧を、前記像担持
体に対する潜像形成回数に応じて可変制御するバイアス
可変制御手段とを具備している。

【００１２】また、本発明の現像装置は、潜像が形成さ
れた像担持体の表面に対して一成分現像剤を搬送する現
像ローラと、この現像ローラに対して所定の現像バイア
ス電圧を印加する第１のバイアス印加手段と、少なくと
も表面が弾性体で形成されていて、前記現像ローラと接
触状態で回転しながら前記現像ローラへ一成分現像剤を
供給する現像剤供給ローラと、この現像剤供給ローラに
対して前記現像ローラとの間に所定の電位差が生じるよ
うに所定のバイアス電圧を印加する第２のバイアス印加
手段と、前記現像剤供給ローラに印加されたバイアス電
圧の実効値を測定するバイアス測定手段と、このバイア
ス測定手段の測定結果に応じて、前記第２のバイアス印
加手段によって前記現像剤供給ローラへ印加されるバイ
アス電圧を一定値となるように制御するバイアス制御手
段とを具備している。

【００１３】さらに、本発明の現像装置は、潜像が形成
された像担持体の表面に対して一成分現像剤を搬送する
現像ローラと、この現像ローラに対して所定の現像バイ
アス電圧を印加する第１のバイアス印加手段と、少なく
とも表面が弾性体で形成されていて、前記現像ローラと
接触状態で回転しながら前記現像ローラへ一成分現像剤
を供給する現像剤供給ローラと、この現像剤供給ローラ
に対して前記現像ローラとの間に所定の電位差が生じる
ように所定のバイアス電圧を印加する第２のバイアス印
加手段と、前記像担持体の表面に測定用パターンとして
の潜像を形成し、この測定用パターンとしての潜像に対
する現像濃度を測定する現像濃度測定手段と、この現像
濃度測定手段の測定結果に応じて、前記第２のバイアス
印加手段によって前記現像剤供給ローラへ印加されるバ
イアス電圧を可変制御するバイアス可変制御手段とを具
備している。

【００１４】

【作用】現像剤供給ローラへ印加するバイアス電圧を、
少なくとも現像剤供給ローラの現像剤供給機能の変化
（たとえば、現像剤供給ローラの物性変化）に応じて可
変制御することにより、ライフによる現像剤供給ローラ
の物性変化に妨げられることなく、安定した現像剤の供
給が長期間に亘って補償できる。さらに、ベタ画像に対
する追従性の安定化が図れるので、ベタ画像においても
濃度低下の少ない非常に良好な画像状態を長期間に亘っ
て維持することが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１６】図１は、本実施例に係るレーザビームプリ
ンタなどに用いられる一成分現像方式の現像装置を示す
ものである。図において、１は現像装置本体で、内部が
一成分現像剤としての非磁性トナ−Ｔを収納するトナ−
収容部２となるトナ−ホッパ３が一体成形されている。
現像装置本体１は、画像形成装置の像担持体である感光
体ドラム４に対向する部分が開口した状態となってお
り、その開口部近傍には、感光体ドラム４に対して弾性
的に、かつ、変形によりニップ幅をもって接触して感光
体ドラム４の回転方向（矢印Ａ方向）に対して接触部に
おいて同方向、すなわち、ウイズ方向（矢印Ｂ方向）と
なる状態で回転する現像ロ−ラ５が設けられている。

【００１７】現像ロ−ラ５の後側でトナ−収容部２の底
部には、トナ−収容部２内のトナ−Ｔを現像ロ−ラ５へ
供給する現像剤供給ロ−ラとしてのトナー供給ロ−ラ６
が設けられている。トナー供給ロ−ラ６は、現像ローラ
５と一定の食い込み量を持つように接触している。本実
施例では、食い込み量を０．５ｍｍに設定しているが、
現像器のトルクの増加や後述するトナー供給バイアスの
値などによって適時変更することが可能である。

【００１８】トナ−供給ロ−ラ６は、現像ローラ５と同
じ方向（矢印Ｃ方向）に回転し、現像装置本体１の下部
において、トナ−収容部２内のトナーＴを取出し、現像
ローラ５へ供給するようになっている。トナ−収容部２
内には、ミキサ−７が設けられていて、トナ−Ｔを攪拌
するようになっている。

【００１９】現像装置本体１内には、現像ロ−ラ５の上
方に位置して、現像ロ−ラ５によるトナ−搬送量を規制
し、現像ロ−ラ５の表面にトナ−Ｔの薄層を形成するブ
レ−ド８が設けられている。また、現像ロ−ラ５の下方
には、その表面と接触した状態でリカバリ−ブレ−ド
（たとえば、マイラーフィルムなど）９が設けられてい
る。

【００２０】ブレード８は、ブレードホルダ１０、スペ
ーサ１１、および、ブレードホルダ１２によって、支点
１３を中心に回転方向に保持されている。また、ブレー
ド８は、ブレードホルダ１０の回転軸１３、および、加
圧用の１つ以上のスプリング材１４によって現像ローラ
５の表面に押圧されている。

【００２１】スプリング材１４のばね定数は、ブレード
８の薄板ばね材のばね定数よりも小さいため、ブレード
８の当節部が摩耗しても加圧量の変化がほとんどなく、
長期間安定したトナー層形成能力を維持することができ
る。本実施例では、ブレード８の現像ローラ５に対する
押圧力は約５０ｇ／ｃｍである。なお、押圧力は薄板ば
ね材の材質によって適時変化させることができる。

【００２２】現像ロ−ラ５には、たとえば１００ＫΩ〜
５０ＭΩの保護抵抗１５を介して現像バイアス電源１６
が接続されており、この電源１６から所定の現像バイア
ス電圧が印加されるようになっている。

【００２３】また、トナ−供給ロ−ラ６には、電圧可変
器１７を介してトナー供給バイアス電源１８が接続され
ており、この電源１８から所定のトナー供給バイアス電
圧が印加されるようになっている。

【００２４】このような構成において、トナー収容部２
内のトナーＴは、ミキサー７によって攪拌されつつトナ
ー供給ローラ６に送られ、このトナー供給ローラ６によ
って現像ローラ５にトナーＴが供給される。トナー供給
ローラ６で現像ローラ５上に供給されたトナーＴは、現
像ローラ５との間で摩擦帯電が起こり、静電気力および
物理的な力によってブレード８上へ搬送されていく。

【００２５】現像ローラ５上のトナーＴは、ブレード８
によって通過量を規制されつつ、再度摩擦帯電によって
電荷を付与される。ブレード８を通過した後のトナーＴ
は、充分に帯電されており、かつ、均一なトナー層が形
成されている。本実施例では、負帯電の有機感光体ドラ
ム４を用いた反転現像であるため、トナーＴは負帯電で
ある。

【００２６】本実施例においては、感光体ドラム４の表
面電位を−５００ボルト（以後、単にＶと表記する）、
現像バイアス電圧を−２００Ｖに設定している。現像バ
イアス電圧は、保護抵抗１５を介して現像ローラ５の金
属シャフトに供給されている。ここに、現像ローラ５と
感光体ドラム４とは、接触幅（現像ニップ）が約２．０
ｍｍで接触するように、定荷重押圧方式によって加圧さ
れている。なお、現像ニップは、０．５ｍｍ〜４．０ｍ
ｍの範囲が適性値と思われ、４．０ｍｍ以上では感光体
ドラム４上の背景部にいわゆるカブリが生じる。現像ニ
ップを通り抜けてきた現像に寄与されなかった残りのト
ナーは、リカバリブレード９を通り抜けてトナー収容部
２内に戻るようになっている。

【００２７】次に、本実施例で用いる現像ローラ５につ
いて説明する。前述のように、本実施例の現像装置は、
現像ローラ５と感光体ドラム４とが接触することを特徴
としているため、現像ローラ５には弾性ローラを用いる
必要がある。また、安定してトナーを現像位置まで搬送
するため、トナーがローラ表面に固着しないようにする
必要がある。そのため、現像ローラ５に求められる特性
としては、適度な弾性を有し、さらに、表面が平滑であ
ること、また、金属シャフトとローラ表面との間に適度
の抵抗値を有していなければならない。

【００２８】このような条件を満たすため、本実施例で
は、たとえば、図２に示すように、金属シャフト２１の
周囲に導電性ゴムで形成される弾性体層２２、表面導電
層２３の２層を積層したタイプの現像ローラ５を用いて
おり、金属シャフト２１に現像バイアス電圧が印加され
るようになっている。弾性体層２２のゴム硬度は２０°
〜３０°、表面導電層２３を含めたゴム硬度は２５°〜
４０°の範囲であることが望ましい。また、表面の平滑
性については、表面の粗さが５μｍＲｚ以下、印字用紙
との摩擦係数が１．０以下であることが望ましい。

【００２９】ここで、現像ローラ５の表面と現像バイア
ス電源１６との間の抵抗値について説明する。現像バイ
アス電源１６と現像ローラ５の表面との間の抵抗値Ｒ
は、図３に示すように、ｒ1 〜ｒ3 の各抵抗値の直列抵
抗からなっている。なお、抵抗値ｒ1 は保護抵抗１５の
抵抗値、ｒ2 は現像ローラ５の弾性体層２２の抵抗値、
ｒ3 は現像ローラ５の表面導電層２３の抵抗値である。

【００３０】これらの抵抗値ｒ1 〜ｒ3 を変化させたと
きの現像ローラ５の表面電位と抵抗値および感光体ドラ
ム４の表面電位との相関について実験を行なった。図４
に、表面電位が−５３０Ｖ（白地に対応）、−７０Ｖ
（黒地に対応）のとき、現像ローラ５の表面電位が抵抗
値Ｒによってどのように変化するかを示す。図４から明
らかなように、抵抗値Ｒが１０⁷ Ω以上であると、全面
印字を行なったときと、全ベタ印字を行なったときとで
は、現像ローラ５の表面電位が異なっている。

【００３１】現像ローラ５の表面電位は、抵抗値Ｒが大
きいと潜像電位に近づく傾向がある。このため、白地の
中に文字が存在するような印字を行なうと、回りの白地
潜像の影響によって実効バイアス電位が上がるため、文
字の太りが発生する。このような傾向は１０⁸ Ω以上で
顕著である。したがって、抵抗値Ｒは１０⁸ Ω以下、好
ましくは１０⁷ Ω以下が適当である。本実施例において
は、ｒ2 ＋ｒ3 ＝１００ＫΩ、ｒ1 ＝５ＭΩによって、
Ｒ＝５．１×１０⁶ Ωとなっている。

【００３２】以上のことから、本実施例の現像ローラ５
においては、弾性体層２２にゴム硬度が３０°、抵抗値
が５×１０³ Ω・ｃｍ程度の導電性ウレタンゴムを使用
し、表面導電層２３には導電性ポリウレタン塗料（日本
ミラクトラン株式会社製、商品名“スパレックスＺ３１
３”、抵抗値が５×１０³ Ω）を使用し、ティッピング
塗布によって約３０μｍの層厚とした。その結果、形成
された現像ローラ５のゴム硬度（ＪＡＳ−Ａ）は約３５
°、金属シャフト２１と表面との間の抵抗値は約１００
ＫΩとなった。

【００３３】また、前述のように、現像ローラ５の表面
は、ブレード８とともにトナーに対して摩擦帯電によっ
て電荷の付与を行なうため、現像ローラ５の表面導電層
２３の帯電性は、トナーと逆側（本実施例では正）であ
ることが望ましい。そこで、本実施例に用いた表面導電
層２３（スパレックス）の帯電性について測定を行なっ
たところ、帯電量は０ｎｃ、つまり、正・負の中間の帯
電性（どちらにも帯電する）を有することがわかった。

【００３４】そこで、正方向に帯電特性を傾かせるた
め、帯電制御剤（デュポン社製の樹脂系帯電制御剤、商
品名“ＰＣ−１００”）の添加を試みた結果を図５に示
すが、固形分の５％以上の添加で帯電量がほぼ安定して
いることがわかる。したがって、本実施例では、表面導
電層２３として用いたスパレックスの固形分の５％の量
に見合うだけの帯電制御剤を添加している。

【００３５】次に、本実施例で用いるトナー供給ローラ
６について説明する。前述のように、トナー供給ローラ
６は、現像ローラ５に適度に食い込むことや、安定して
トナーを供給するため、発泡性エラストマーを用いるこ
とが望ましく、また、金属シャフトを介してバイアス電
圧を印加するため、導電性を有することが望ましい。

【００３６】そこで、本実施例では、たとえば、図６に
示すように、金属シャフト３１の周囲に発泡導電性ウレ
タンフォーム（ブリジストン株式会社製、商品名“ＥＰ
Ｔ−５１”）３２を外径が約１２．５ｍｍになるように
形成しており、金属シャフト３１にバイアス電圧が印加
されるようになっている。

【００３７】以上のような構成により、金属シャフト３
１とローラ表面との間の抵抗値が約５０ＭΩ、硬度（Ａ
ＳＫＥＲ−Ｃ）が約４０°となるトナー供給ローラ６が
得られている。

【００３８】以上のような構成の本実施例に係る現像装
置を、たとえば、（株）東芝のレーザビームプリンタＴ
Ｎ−７３００に組込み、テストを行なった。本プリンタ
は、プロセススピードが７２ｍｍ／ｓｅｃ、感光体ドラ
ムはφ６０ｍｍの負帯電形ＯＰＣドラムを用いており、
現像装置側の設定は、周速が１４４ｍｍ／ｓｅｃ（感光
体ドラムに対して２倍速で回転する）とした。なお、バ
イアス電圧の関係については前述しており、ここでは省
略するが、トナー供給ローラ６にも、トナーの目詰まり
防止のため、現像バイアス電圧と同電位のバイアス電圧
が印加されている。

【００３９】次に、テストに使用したトナーは、ポリエ
ステル樹脂にカーボン、ワックス、帯電制御剤などを分
散させた粉砕形負極性トナーを使用した。なお、トナー
のカーボン含有量が多いと、現像ローラ５へのトナーフ
ィルミングが発生し易い傾向があり、トナーにおいては
カーボン含有量は２．５％と一般に用いられているトナ
ーよりも少な目にしている。

【００４０】以上のような構成の実験機において、実際
に画出しを行ない、画像状態について観察したところ、
文字部や小さなソリッド部（バッチのベタ）において
は、トナーチリや後端部のにじみもなく、良好な画像が
得られることができた。しかし、用紙の進行方向のベタ
画像においては、画像後端部において濃度の低下が見ら
れた。これは、現像ローラ５の内部に磁極を持たず、磁
気を利用せずにトナーを搬送する現像方式においては、
ベタ印字を行なうとトナーの搬送が不充分となり、現像
に必要なトナー量が確保されないためである。これは、
いわゆる非磁性一成分現像の欠点でもある。なお、ベタ
印字を行なった際のトナー搬送性は以下のように定義し
た。ベタ搬送性Ｒｂ＝Ｄｅ／Ｄｓ×１００Ｄｓ：ベタ先端の画像濃度Ｄｅ：ベタ後端の画像濃度

【００４１】ベタ搬送性が８０％以下になると、画像濃
度の変動が大きくなり、不良画像と判断した。トナー搬
送量の測定方法を以下に説明する。図７は、測定装置の
概略を示した模式図である。測定方法は、吸引アタッチ
メント（開口面積２０ｃｍ² ）４１をトナー層が形成さ
れた現像ローラ５に対向して配置し、吸引機４２によっ
てトナー層を吸引する。吸引前後の現像装置の重量変化
＝Ｗｄ１、および、現像ローラ５から引き離されたトナ
ーがファラデーゲージ内部を通過する際に微小電流計４
３で観測される電荷量Ｑｔ１よりも定常状態での単位当
たりのトナー層の量（ｍ１）、トナー帯電量（Ｑ１）が
以下のように計算される。ｍ１＝Ｗｄ１／２０（ｇ／ｃｍ² ）Ｑ１＝Ｑｔ１／Ｗｄ（μｃ／ｇ）

【００４２】次に、帯電の立ち上がりや搬送性を評価す
るために、全面吸引を連続的に行なったときの帯電量お
よび単位面積当たりのトナー量の測定を行なった。測定
は、図７の装置で現像ローラ５を回転させながら連続的
にローラ１０周分（およそＡ４縦サイズ分）吸引を行な
った。このときの吸引トナー量をＷｄ２、電荷量をＱｔ
２とすると、連続吸引時の単位面積当たりのトナー量
（ｍ２）、トナー帯電量（Ｑ２）が以下の式で計算でき
る。ｍ２＝Ｗｄ２／（Ｓ×１０）（ｇ／ｃｍ² ）Ｑ２＝Ｑｔ２／Ｗｄ（μｃ／ｇ）また、帯電の立ち上がりＲｑ、トナー搬送率Ｒｍを以下
のように定義した。Ｒｍ＝ｍ２／ｍ１×１００（％）Ｒｑ＝Ｑ２／Ｑ１×１００（％）

【００４３】上記式により、トナー搬送率Ｒｍが１００
％であれば、前述のようにベタ現像を行なった場合で
も、ベタ後端部において画像濃度の低下が起きることは
ない。しかしながら、現像ローラ５の内部に磁極を持た
ず、トナーの鏡像力や物理的な付着力によってトナーの
搬送を行なう現像方式においては、トナーを搬送する能
力が他の磁気を利用してトナーの搬送を行なう現像方式
に比べて劣っており、トナー搬送率Ｒｍを１００％とす
るのは困難である。本実施例の現像装置において、ブレ
ード押圧力を５０ｇ／ｃｍに設定してトナー層形成量を
ｍ１、トナー搬送率Ｒｍを測定して計算したところ、ｍ
１＝０．５９ｍｇ／ｃｍ² 、Ｒｍ＝５２％程度であっ
た。

【００４４】トナー搬送率Ｒｍを改善する方策として、
（１）現像効率を下げる、（２）現像ローラ５とトナー
供給ローラ６との間に電位差を設けて電気的なトナー搬
送力を増す、の２つの手段が考えられる。このうち、
（１）の現像効率を下げる方法では、現像効率を８５％
以下にすることで画像濃度が１．２以上、トナー搬送率
が８０％以上となり、良好な画像が得られた。

【００４５】しかし、若干の連続印字テストにおいて、
トナー中のカーボンなどが現像ローラ５の表面にフィル
ミングを起こし、感光体ドラム４上にカブリの増加やト
ナー落ちといった問題が発生した。これは、現像効率を
下げているため、現像に使用されていないトナーはブレ
ード８で頻繁に帯電され、現像ローラ５との鏡像力が増
し、トナー供給ローラ６にて剥離することが困難になる
ためであると考えられた。

【００４６】そこで、現像効率を下げることをひとまず
断念し、（２）の現像ローラ５とトナー供給ローラ６と
の間に電位差を設けることにより、トナー搬送力を増す
検討を開始した。

【００４７】まず、トナー供給ローラ６に印加されてい
るバイアス電圧を、現像ローラ５と同電位から負方向に
増加したとき（以下、この電圧をトナー供給バイアス電
圧と呼ぶこともある）のトナー搬送率の変化を図８に示
す。トナー供給バイアス電圧を−２００Ｖから５０Ｖ刻
みで−５００Ｖまで変化させ、図７に示す帯電量測定装
置にて測定を行なった。この結果から、搬送率を１００
％以上にするためには、トナー供給バイアス電圧は約−
３８０Ｖ以上必要であることが確認された。

【００４８】そこで、前述の実験機（株式会社東芝製
ＴＮ−７３００）を用いて、上記のトナー供給バイアス
電圧の条件下でのベタ追従性、感光体ドラム４上のカブ
リの測定を行なった（諸条件は前記ものと同じ）。その
結果を図９、図１０に示す。図８から得られた−３８０
Ｖのトナー供給バイアス電圧を印加することにより、ベ
タ搬送性も１００％となり、ベタ後端濃度低下にトナー
供給バイアス電圧が効果あることが確認された。

【００４９】しかし、図１０から、トナー供給バイアス
電圧が−３８０Ｖでは、感光体ドラム４上のカブリが−
２００Ｖのときと比べて倍以上になり、感光体ドラム４
上のカブリに関してはトナー供給バイアス電圧は低い方
が良い傾向を示している。感光体ドラム４上のカブリ
は、感光体ドラム４上の転写残りトナーを回収する、い
わゆるクリーナ付タイプのプリンタなどにおいては、ク
リーナにおいて回収されたトナーは廃棄物として取扱わ
れるため、限りなく少ないほうが望ましい。

【００５０】そこで、図９、図１０それぞれにおいて、
良い条件と思われるトナー供給バイアス電圧−３００Ｖ
を標準として用いることにした。−３００Ｖでは、ベタ
追従性は約９０％、感光体ドラム４上のカブリは約０．
８％である。前述したように、ベタ追従性が８０％以上
であれば良好な画像と判断できるため、この−３００Ｖ
という条件は最適条件であることがわかる。

【００５１】なお、現像ローラ５とトナー供給ローラ６
に異なる電位のバイアス電圧を印加するため、現像ロー
ラ５とトナー供給ローラ６の表面は適度な抵抗値を有す
ることが必須である。

【００５２】そこで、トナー供給ローラ６にトナー供給
バイアス電圧として−３００Ｖ印加した条件において、
１０，０００枚の印字テストを実施した。印字枚数に対
するベタ追従性Ｒｄおよびトナー搬送性Ｒｍの変化を図
１１に示す。図１１から、印字枚数が２，０００枚程度
からベタ追従性Ｒｄ、トナー搬送性Ｒｍが低下傾向を示
すことがわかる。ベタ画像上で不良画像と判断したベタ
追従性Ｒｄ＝８０％を維持しているのは約５，０００枚
当たりまでで、それ以降はトナー供給バイアス電圧の効
果が得られなくなっている。

【００５３】そこで、１０，０００枚印字終了後に再度
トナー供給バイアス電圧を変化させて、ベタ追従性Ｒｄ
およびトナー搬送性Ｒｍが改善されるのを確認した。そ
の結果を図１２に示す。この結果から、１０，０００枚
終了時に良好なベタ追従性Ｒｄ（≧８０％）を得るため
には、トナー供給バイアス電圧は−５００Ｖ以上必要と
なり、初期設定条件との間に相違が生じることがわかっ
た。

【００５４】また、図には示さないが、トナー供給バイ
アス電圧が−５００Ｖの条件での感光体ドラム４上のカ
ブリは約５％であった。以上の結果から、ライフ進行中
に発生するベタ追従性Ｒｄの低下については、トナー供
給バイアス電圧をアップさせることで防止することを確
認した。

【００５５】そこで、ライフが進行するのにしたがって
ベタ追従性Ｒｄが低下する原因について確認を行なっ
た。１０，０００枚印字テスト終了後の現像装置を確認
したところ、トナー供給ローラ６の表面が固くなってい
ることに気付いたため、トナー供給ローラ６の変質につ
いて着目した。表１に初期と１０，０００枚終了時のト
ナー供給ローラ６の主な特性の変化について示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】この結果から、トナー供給ローラ６は、ラ
イフによって、（１）現像ローラ５との食い込み量（ニ
ップ）が少なくなる、（２）抵抗値が上昇してバイアス
電圧の効果が低減する、の問題があることがわかった。
トナー供給ローラ６には、発泡性エラストマー（本実施
例では発泡導電性ウレタンフォーム）を用いているた
め、トナーの浸入によって上記のような問題が発生した
ものと思われる。ライフによるトナー供給ローラ６の特
性を変化させずに使用するということは、非常に困難が
予想される。

【００５８】１０，０００枚のライフ終了時において
も、ベタ追従性Ｒｄが８０％以上を得るためには、前述
の結果からトナー供給バイアス電圧を−３００Ｖから−
５００Ｖ以上に変更してやればよいことは明白である。
しかし、初期状態から−５００Ｖ以上のトナー供給バイ
アス電圧を印加した場合には、初期条件における感光体
ドラム４上のカブリが５％以上となり、多湿環境下での
用紙上カブリの増大や、トナー消費量に多大の影響が現
れる。

【００５９】そこで、これらの相反する条件を両立させ
るために、感光体ドラム４に対する画像形成回数、すな
わち、印字枚数によってトナー供給バイアス電圧を切換
える（変化させる）ことにした。すなわち、前述の実験
結果において、ベタ追従性Ｒｄが８０％以上をキープし
ている初期から、５，０００枚まではトナー供給バイア
ス電圧を−３００Ｖとし、その後はベタ追従性の低下を
補うように、バイアス値を−３００Ｖから上げていくよ
うに構成することにした。このような構成とした場合、
ベタ追従性Ｒｄは常時８０％以上を有し、しかも、感光
体ドラム４上のカブリの増加についても最小で済むとい
う利点がある。

【００６０】次に、バイアス電圧の可変方法について説
明する。トナー供給バイアス電圧が固定の場合には、現
像バイアス電圧と抵抗分割により１つのトランスから給
電することが可能であったが、トナー供給バイアス電圧
を可変させるためには、別の電源が必要となる。トナー
供給バイアス電源１８から出力された電圧を、電圧可変
器１７において、たとえば、抵抗やツェナーダイオード
などを切換えることにより、所望の電圧に調整する方法
が機構的に簡略であると思われる。また、電圧の切換え
タイミングについては以下のような方法が考えられる。（１）プリンタ本体側の印字枚数が所定数に達したとこ
ろで切換える。（２）本現像装置の駆動モータの電流値をモニタしなが
ら所定の値になったら切換える。（３）トナー供給バイアス電圧の実効値をモニタして一
定値になるように電圧を切換える。

【００６１】（４）ウォーミングアップ時あるいは印字
間隔時（紙間隔時）において、感光体ドラム４上にベタ
帯パターンなどの印字を行ない、その感光体ドラム４上
のトナー濃度をモニタしながら切換える。

【００６２】これらの中で、（２）の方式は現像装置の
トルク変動の要因を分離することが非常に困難であり、
実現は容易ではないと思われる。そこで、以下に（２）
の方式を除いた（１）、（３）、（４）の方式をプリン
タに適用した場合について順に説明する。

【００６３】まず、（１）の方式では、プリンタ本体側
の印字枚数が所定数に達したところでバイアス電圧を切
換える手段を設けた場合について説明する。図１３は、
印字枚数が所定数に達したとき、トナー供給バイアス電
圧を切換える場合の制御フローチャートを示している。
プリンタが印字を行なうごとにカウンタによってトータ
ルの枚数検知を行ない、得られた枚数とあらかじめ設定
しておいたバイアス電圧切換時の枚数との比較を行な
う。この比較の結果、切換枚数に達していない場合は継
続して印字を行ない、切換枚数に達したときは、（１）
自動的にバイアス電圧を切換える、（２）プリンタの操
作パネルにバイアス電圧切換表示を行ない、それを目視
したユーザが操作パネル上から切換えを行なう、ような
構成としている。

【００６４】（１）の自動切換えに関しては、カウンタ
による枚数検知後、バイアス電圧変更信号によって電圧
可変器１７を制御することにより、所定のバイアス電圧
に変更を行なうため、連続印字中にバイアス電圧切換枚
数に達した場合でも、特に問題はない。

【００６５】しかし、（２）の操作パネルからユーザが
指示を行なうような構成とした場合、連続印字中での切
換えや切換指示を無視されるケースを考慮し、前者の場
合では、連続設定枚数印字終了後に切換えが行なわれな
い場合には印字データを受付けない、後者では、指示後
数十枚印字が行なわれたところで印字データを受付けな
い、などの手段を設けることで、常に安定したベタ追従
性およびトナー搬送性を得ることができる。

【００６６】次に、印字枚数の増加によってトナー供給
バイアス電圧をどの程度変化させればよいのかを確認し
た。その方法は、前述の１０，０００枚の印字テストと
同条件で再度印字テストを実施し、ベタ追従性Ｒｄ、ト
ナー搬送性Ｒｍが低下し始める５，０００枚以降、１，
０００枚おきにトナー供給バイアス電圧を変化させて、
適当と思われる条件について確認を行なった。目標値は
ベタ追従性Ｒｄが９０％、トナー搬送性Ｒｍが８５％程
度である。表２に印字枚数と上記目標値を得るために必
要とするトナー供給バイアス電圧について示す。

【００６７】

【表２】

【００６８】５，０００枚以降、トナー供給バイアス電
圧を−４００Ｖ〜−６００Ｖにアップすることにより、
１０，０００枚終了時においても、ベタ追従性Ｒｄは良
好な画像と判断できる８０％以上を有することができ
た。また、トナー供給バイアス電圧をアップさせること
で、感光体ドラム４上のカブリの増加が懸念されるが、
バイアス電圧を変化させた直後に若干の増加傾向が見ら
れるものの、その値自体は３％前後を推移しており、バ
イアス電圧の可変によって感光体ドラム４上のカブリの
増加（トナー消費量増加防止）も少なくて済むことを確
認した。

【００６９】以上の結果から、５，０００枚以降、１，
０００枚おきにトナー供給バイアス電圧を切換えること
により、常に安定したベタ追従性およびトナー搬送性を
得ることができる。

【００７０】次に、（３）の方式では、トナー供給バイ
アス電圧の実効値をモニタし、トナー供給バイアス電圧
が一定値になるように電圧を切換える手段を設けた場合
について説明する。図１４は、トナー供給バイアス電圧
の実効値をモニタし、トナー供給バイアス電圧を切換え
る場合の制御フローチャートを示している。トナー供給
バイアス電圧のモニタは、たとえば、図１に示すよう
に、トナー供給ローラ６の表面に極めて抵抗値の低い導
電性ブラシ１９などを常時接触させて、そこで得られる
電圧を測定器２０によってモニタするような構成として
いる。

【００７１】図１４に示すように、プリンタがプリント
を開始するのと同時に、測定器２０の出力によってトナ
ー供給バイアス電圧をモニタして、そのチェックを行な
い、トナー供給バイアス電圧の実効値の低下が見られた
場合には、電圧可変器１７を制御することにより、瞬時
にトナー供給バイアス電圧をアップする構成としてい
る。

【００７２】この例の場合、前述した（１）の方式と比
較した場合、常時、トナー供給バイアスで電圧のモニタ
を行ない、最適条件を維持できるため、常に安定したベ
タ追従性およびトナー搬送性を得ることが可能である。
さらに、感光体ドラム４上のカブリの増加を最小限に押
さえることが可能であり、廃トナーを収容するクリーナ
の容量を小さくすることが可能である。

【００７３】なお、トナー供給バイアス電圧の効果につ
いては、前述した図９および図１０から、−３００Ｖ印
加してやれば、ベタ追従性および感光体ドラム４上のカ
ブリとも良好な値を得ることが確認されており、トナー
供給バイアス電圧の実効値が−３００Ｖになるようにチ
ェックを行なっている。

【００７４】以上のような構成とした現像装置と、ベタ
追従性、トナー搬送性を維持する構成のない現像装置
（つまり、従来の現像装置）それぞれにより、１０，０
００枚の連続印字テストを実施し、初期と１０，０００
枚終了時におけるベタ追従性およびトナー搬送性につい
ての比較を行なった。その結果を表３に示す。

【００７５】

【表３】

【００７６】この結果から、１０，０００枚終了時でも
安定したベタ追従性およびトナー搬送性が得られること
を確認した。なお、図１において、モニタ用の端子とし
て極めて抵抗値の低い導電性ブラシ１９を用いたが、ブ
ラシに限らず、たとえば、金属薄板を軽く接触させるよ
うにしてもよく、要はトナー供給ローラ６の表面を傷つ
けずに接触させることが可能な低抵抗値のものであれば
よい。

【００７７】次に、（４）の方式では、ウォーミングア
ップ時あるいは印字間隔時（紙間隔時）において、感光
体ドラム４上にベタ帯パターンの印字を行ない、その感
光体ドラム４上のトナー濃度をモニタしながらバイアス
電圧を切換える手段を設けた場合について説明する。ベ
タ追従性およびトナー搬送性が悪化した場合、現像ロー
ラ５の２周目以降のトナー層厚に変化が生じ、そのた
め、感光体ドラム４上のトナー濃度も低下する。

【００７８】このため、感光体ドラム４上には、現像ロ
ーラ５の２周分以上のパターン印字を行ない、その先端
から後端への濃度変化が大きい場合に、トナー供給バイ
アス電圧を切換えるような構成としている。また、トナ
ー濃度をモニタするトナー濃度センサは、発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）と受光素子とからなる反射光学方式のもの
を本現像装置と転写部との間に設置している。

【００７９】以上のような構成の現像装置により、前述
した感光体ドラム４上のトナー濃度の低下具合と実際の
ベタ追従性の関係、および、必要なトナー供給バイアス
電圧についての確認実験を行なった。その結果を表４に
示す。なお、ベタ追従性は常時９０％を維持するよう
に、トナー供給バイアス電圧を変化させている。

【００８０】

【表４】

【００８１】以上の結果から、９０％のベタ追従性を得
るためには、−６００Ｖ程度までトナー供給バイアス電
圧をアップしてやればよいことがわかる。また、実機に
よる１０，０００枚の印字テストにおいては、テスト終
了時の濃度差が０．２程度あり、やはり−６００Ｖ程度
までトナー供給バイアス電圧を印加可能なトランスを用
意しておけばよい。

【００８２】次に、印字パターンについて説明する。前
述したように、ベタ追従性が悪化した場合においては、
現像ローラ５の２周目以降のトナー層厚が薄層となる。
そのため、感光体ドラム４上に形成するパターンは、最
低限、現像ローラ周分の長さがあることが望ましい。本
実施例では、現像ローラ５は外径がφ１８ｍｍ、感光体
ドラム４と２倍の周速差を有して回転している。そのた
め、感光体ドラム４上には、約５７ｍｍの長さのパター
ンを印字することが必要となる。

【００８３】また、感光体ドラム４の長手方向の長さ
（幅）であるが、基本的にはトナー濃度センサのスポッ
ト径によって決められるが、１ｍｍから１０ｍｍ程度の
幅があれば充分と思われる。

【００８４】また、ウォーミングアップや紙間隔でのベ
タ印字のため、廃トナー量が大幅にアップすることが予
想されるが、ウォーミングアップ時の測定でクリーナを
感光体ドラム４から離間し、現像装置において回収を行
なうようにすることにより、トナーの消費量を少なくす
ることもできる。

【００８５】さらに、紙間隔の測定間隔（何枚印字した
ら測定を行なうか）の設定条件においても、廃トナーの
発生を少なくすることができる。前述した（４）の方式
の現像装置においては、ウォーミングアップ時の測定で
はクリーニングブレードを感光体ドラム４から離間さ
せ、現像装置によって回収を行なうクリーナレス方式に
より、１０ｍｍ（幅）×５８ｍｍ（長さ）のベタ帯パタ
ーンの印字を行ない、紙間隔では、プリンタ側のカウン
タと同期させて５００枚に１回測定を行なうようにし、
ウォーミングアップ時よりも幅の狭い６ｍｍ（幅）×５
８ｍｍ（長さ）にベタ帯パターンを印字している。この
場合、トナー濃度センサのスポット径は、約φ３ｍｍで
ある。

【００８６】なお、前記実施例では、（株）東芝製のプ
リンタＴＮ−７３００（プリントスピード１２枚／
分：Ａ４縦）を改造した実験機についての報告である
が、たとえば（株）東芝製プリンタＴＮ−７１００（プ
リントスピード６枚／分：Ａ４縦）の場合において、
前述した（１）の方式を用いて適用した場合を参考まで
に記すと、初期から１，０００枚まではトナー供給バイ
アス電圧は−２００Ｖで、現像バイアス電圧と同電位を
印加しており、感光体ドラム４上のカブリも１％以下
と、非常に小さな値となっている。２，０００枚以降
も、ＴＮ−７３００に比較してトナー供給バイアス電圧
は小さく、９，０００枚以降で−４００Ｖ印加すること
で、ベタ追従性Ｒｄ＝８０％以上を維持することができ
る。

【００８７】要するに、トナー供給バイアス電圧は、プ
リンタのスピード（印字枚数）やベタ追従性Ｒｄの要求
特性（８０％以下でもよい、もしくは約１００％必要な
ど）により、適時変化させる必要がある。また、前述の
ようにバイアス電圧を切換える手段についても、必要に
応じて選択が可能である。

【００８８】また、前記実施例では、負帯電の感光体ド
ラムを使用し、反転現像を用いる非磁性一成分現像につ
いて説明を行なったが、当然、正帯電の感光体ドラムを
使用したり、正規現像を用いた非磁性一成分現像にも適
用することは可能である。本発明は、トナー供給バイア
ス電圧をライフによって適時可変することに最も特徴を
有するものであり、その他の構成は公知のものであって
もよい。

【００８９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ラ
イフによる現像剤供給ローラの物性変化に妨げられるこ
となく、安定した現像剤の供給が長期間に亘って補償で
き、さらに、ベタ画像においても濃度低下の少ない非常
に良好な画像状態を長期間に亘って維持することが可能
となる現像装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る一成分現像方式の現像装
置を示す縦断側面図。

【図２】現像ローラの構成を一部断面して示す斜視図。

【図３】現像バイアス電源と現像ローラの表面との間の
抵抗値を説明するモデル図。

【図４】現像バイアス電源と現像ローラの表面との間の
抵抗値と現像ローラの表面電位との関係を示す特性図。

【図５】帯電制御剤添加量と帯電量との関係を示す特性
図。

【図６】トナー供給ローラの構成を一部断面して示す斜
視図。

【図７】吸引式帯電量測定装置を概略的に示す模式図。

【図８】トナー供給バイアス電圧によるトナー搬送率の
変化を示す特性図。

【図９】トナー供給バイアス電圧とベタ追従性との関係
を示す特性図。

【図１０】トナー供給バイアス電圧と感光体ドラム上の
カブリとの関係を示す特性図。

【図１１】印字枚数とベタ追従性およびトナー搬送性と
の関係を示す特性図。

【図１２】トナー供給バイアス電圧とベタ追従性および
トナー搬送性との関係を示す特性図。

【図１３】印字枚数が所定数に達したときトナー供給バ
イアス電圧を切換える場合の制御フローチャート。

【図１４】トナー供給バイアス電圧の実効値をモニタし
てトナー供給バイアス電圧を切換える場合の制御フロー
チャート。

【符号の説明】

２……トナー収納部、４……感光体ドラム、５……現像
ローラ、６……トナー供給ローラ（現像剤供給ロー
ラ）、８……トナー層形成ブレード、１５……保護抵
抗、１６……現像バイアス電源、１７……電圧可変器、
１８……トナー供給バイアス電源、Ｔ……非磁性トナー
（一成分現像剤）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像が形成された像担持体の表面に対し
て一成分現像剤を搬送する現像ローラと、この現像ローラに対して所定の現像バイアス電圧を印加
する第１のバイアス印加手段と、少なくとも表面が弾性体で形成されていて、前記現像ロ
ーラと接触状態で回転しながら前記現像ローラへ一成分
現像剤を供給する現像剤供給ローラと、この現像剤供給ローラに対して前記現像ローラとの間に
所定の電位差が生じるように所定のバイアス電圧を印加
する第２のバイアス印加手段と、この第２のバイアス印加手段によって前記現像剤供給ロ
ーラへ印加されるバイアス電圧を、少なくとも前記現像
剤供給ローラの現像剤供給機能の変化に応じて可変制御
するバイアス可変制御手段とを具備したことを特徴とす
る現像装置。
【請求項２】潜像が形成された像担持体の表面に対し
て一成分現像剤を搬送する現像ローラと、この現像ローラに対して所定の現像バイアス電圧を印加
する第１のバイアス印加手段と、少なくとも表面が弾性体で形成されていて、前記現像ロ
ーラと接触状態で回転しながら前記現像ローラへ一成分
現像剤を供給する現像剤供給ローラと、この現像剤供給ローラに対して前記現像ローラとの間に
所定の電位差が生じるように所定のバイアス電圧を印加
する第２のバイアス印加手段と、この第２のバイアス印加手段によって前記現像剤供給ロ
ーラへ印加されるバイアス電圧を、前記像担持体に対す
る潜像形成回数に応じて可変制御するバイアス可変制御
手段とを具備したことを特徴とする現像装置。
【請求項３】潜像が形成された像担持体の表面に対し
て一成分現像剤を搬送する現像ローラと、この現像ローラに対して所定の現像バイアス電圧を印加
する第１のバイアス印加手段と、少なくとも表面が弾性体で形成されていて、前記現像ロ
ーラと接触状態で回転しながら前記現像ローラへ一成分
現像剤を供給する現像剤供給ローラと、この現像剤供給ローラに対して前記現像ローラとの間に
所定の電位差が生じるように所定のバイアス電圧を印加
する第２のバイアス印加手段と、前記現像剤供給ローラに印加されたバイアス電圧の実効
値を測定するバイアス測定手段と、このバイアス測定手段の測定結果に応じて、前記第２の
バイアス印加手段によって前記現像剤供給ローラへ印加
されるバイアス電圧を一定値となるように制御するバイ
アス制御手段とを具備したことを特徴とする現像装置。
【請求項４】潜像が形成された像担持体の表面に対し
て一成分現像剤を搬送する現像ローラと、この現像ローラに対して所定の現像バイアス電圧を印加
する第１のバイアス印加手段と、少なくとも表面が弾性体で形成されていて、前記現像ロ
ーラと接触状態で回転しながら前記現像ローラへ一成分
現像剤を供給する現像剤供給ローラと、この現像剤供給ローラに対して前記現像ローラとの間に
所定の電位差が生じるように所定のバイアス電圧を印加
する第２のバイアス印加手段と、前記像担持体の表面に測定用パターンとしての潜像を形
成し、この測定用パターンとしての潜像に対する現像濃
度を測定する現像濃度測定手段と、この現像濃度測定手段の測定結果に応じて、前記第２の
バイアス印加手段によって前記現像剤供給ローラへ印加
されるバイアス電圧を可変制御するバイアス可変制御手
段とを具備したことを特徴とする現像装置。