JP2988543B2 - 画像形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は現像剤を担持させたトナ
ー担持体を感光体表面側に、露光手段を感光体背面側に
夫々配置させ、該感光体表面に現像剤を摺擦させながら
帯電させた後、露光とほぼ同時に現像を行ないながら画
像形成を行なう画像形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より例えば透光性支持体上に透光性
導電層と光導電体層を積層してなる感光体ドラム内に、
画像情報に対応した光出力を生成する露光手段を内挿
し、該露光手段の光出力を集束化して前記光導電体層に
潜像を結像すると同時若しくはその直後に前記感光体ド
ラムと対面配置させたトナー担持体を介して前記潜像を
可視像（トナー像）化した後、該トナー像を転写ローラ
その他の転写手段を介して普通紙に転写可能に構成した
画像形成装置は公知である。（特開昭５８ー１５３９５
７号他）

【０００３】この種の画像形成装置においては、構成の
一層の簡単化とオゾン発生等の防止、更には地かぶりの
防止を図る為に、独立した帯電器を設けずに前記感光体
ドラムと対峙して配置された現像スリーブ上に導電性磁
性トナーを担持させるとともに、スリーブに内包した固
定磁極その他の磁気力を利用していわゆる磁気ブラシ状
の現像剤摺擦域を現像位置直前位置に設け、該摺擦域に
より感光体ドラム表面を摺擦しながら現像スリーブ側に
印加した現像バイアスを利用して前記摺擦域を介して前
記ドラムの光導電層に電荷を注入しての帯電を行なった
後、該帯電の直後に該ドラムに内包された露光ヘッドを
利用して露光像を結像すると共に現像を行ない、所定の
画像形成を行なうように構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って前記装置に使用
するトナーは現像スリーブ側より電荷注入を行なうため
に導電性トナーである事が前提となるが、導電性トナー
を用いると、絶縁性トナーのようにコロナ放電による静
電転写手段を採る事が出来ず、この為一般的には転写ロ
ーラを用い、該転写ローラに電気的力、熱若しくは磁気
力等を併せ印加し転写効率を上げているが、記録紙側の
抵抗値は湿気その他の環境要因により変動し易く、この
為安定した円滑な転写を行う事が出来ず、高画質な画像
形成が困難であるという欠点を有していた。

【０００５】かかる欠点を解消するために絶縁性トナー
と導電性キャリアの組合せからなる二成分現像剤を用い
たもの（特開昭６０ー２２１４５）が提案されている
が、導電性キャリアを用いた場合、該キャリアの劣化に
より抵抗変動が生じやすく、該抵抗変動により感光体ド
ラム側への帯電電位も変動してしまい、経時的に安定画
像が得られない。而も前記キャリアの劣化が生じた場
合、現像ユニット内のキャリア交換をしなければ元の状
態に復帰できず、メインテナンス作業とメインテナンス
費用が大になるのみならず、事実上キャリアのみを交換
するのは不可能であり、ユニット交換を強いられ、省資
源上問題になりやすい。

【０００６】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、キ
ャリア劣化が生じても安定した帯電電位の確保と画像形
成が可能である画像形成方法を提供する事を目的とす
る。本発明の他の目的とするところは、現像ユニットの
交換をする事なく単に現像容器内にキャリアの補給をす
るだけで前記目的を容易に達成し得る画像形成方法を提
供する事である。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記導電性キャリ
アが劣化した場合、これを感光体ドラム側に現像消費さ
せ、前記帯電を行なう摺擦域には常に新しい現像剤が供
給されるようにしたものである。即ち、本発明は、現像
剤を担持させた現像剤担持体を感光体表面側に、露光手
段を感光体背面側に夫々配置させ、少なくとも表面が導
電処理されたキャリアと高抵抗若しくは絶縁性トナーか
らなる現像剤を用いて、該現像剤を感光体表面を摺擦さ
せながら帯電させた後、露光とほぼ同時若しくはその直
後に現像を行ないながら画像形成を行なう画像形成方法
よりなり、 磁性体がバインダー樹脂中に分散されてなる
キャリア母粒子の表面に導電性微粒子が固定された前記
キャリアを用い、 前記キャリア母粒子の表面に固定され
た導電性微粒子が剥離することにより抵抗が増大した劣
化キャリアを前記トナーとともに前記感光体表面に現像
消費させるとともに、 該消費により変化したキャリア濃
度若しくは総量を検知機構により検知し、前記キャリア
を適時補給しながら画像形成を行なう事を特徴とする。

【０００８】よって、劣化により抵抗が増大するキャリ
アを用いる事が前提となるもので、この様なキャリアと
して例えば図４に示すようにバインダ樹脂１３中に磁性
体１５を分散した粒子の表面に導電性微粒子１７を固着
して形成する事により、劣化により前記導電性微粒子１
７が剥離してトナーと同様な高抵抗若しくは絶縁性に変
化し、現像バイアスを利用して感光体ドラム側に付着さ
せる事が可能となる。

【０００９】しかしながら前記の様に構成すると現像容
器内のキャリアが減少し、適切な現像を行なう上で支障
が出る。そこで本発明はこの様な場合に従来技術の様に
現像ユニット自体の交換を促すのではなく、該消費によ
り低下したキャリア濃度若しくは総量を検知機構により
検知し、該キャリアを適時補給しながら画像形成を行な
う点を第二の特徴とするものである。

【００１０】この場合感光体ドラム側に付着させた場合
でも画像形成に支障のないトナーである事が必要であ
り、この為少なくとも該キャリアの粒子径を調整して、
例えば前記キャリアの直径をトナー直径の１〜５倍に設
定したり、前記キャリアを構成するバインダ樹脂は、ト
ナーと同色若しくは近似色に着色することも本発明の有
効な手段である。

【００１１】これにより前記キャリアは劣化により抵抗
が増大しトナーとともに感光体側に現像消費させる事が
出来るとともに、該現像されたキャリアは粒度調整され
ているために画像形成上問題となる事がない。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００１３】図１は本発明の実施例にかかるプリンタの
構成を示す慨略図である。１は感光体ドラムで、ドラム
状の透光性支持体１ａ上に透光性導電層１ｂと光導電体
層１ｃを積層して形成するとともに、前記透光性導電層
１ｂと後記する現像スリーブ間に現像バイアスを印加さ
せるとともに、不図示の駆動モ−タにより右回り方向に
回転可能に構成している。

【００１４】次に前記各部位について詳細に説明する。
透光性支持体１ａは、ガラス、石英、サファイア等の透
明な無機材料や、弗素樹脂、ポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、
ビニロン、エポキシ、マイラー等の透明な樹脂等があ
り、ドラム状に形成する。

【００１５】透光性導電層１ｂは、ＩＴＯ（インジウム
・スズ・酸化物）、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅
等の透明導電性材料を用いたり、ＡＩ、Ｎｉ、Ａｕ等の
金属を半透明になる程度に薄く形成してもよい。

【００１６】光導電体層１ｃはａ−Ｓｉ：Ｈからなる光
導電体を用い、そして現像バイアスが正の場合には電子
の移動度を高める為、ノンドープ又はＶａ族元素を含有
させ、又現像バイアスが負の場合には正孔の移動度を高
めるため、IIIａ族元素を含有させるのが好ましい。又
必要に応じて暗導電率や光導電率等の電気的特性、光学
的バンドギャップ等について所望の特性を得るために、
Ｃ，Ｏ，Ｎ等の元素を含有させても良い。又前記光導電
体層１ｃは、背面側より光キャリア発生の機能を高めた
光励起層領域、キャリア輸送の機能を持たせた層領域と
の２層により形成する事により光感度と耐電圧を高める
ことが出来る。

【００１７】２は現像器で、トナー収容部２２とキャリ
アとトナーが収容された容器本体２１からなり、該容器
本体２１の感光体ドラム１と対面する側に、固定磁石集
成体２３を内包する現像スリーブ２０を配設するととも
に該スリーブ２０を感光体ドラム１と対面する側で反対
方向の右回り方向に回転可能に構成している。

【００１８】トナー収容部２２と容器本体２１間は仕切
壁２４により分離され、該仕切壁２４中央に設けたスリ
ット開口に補給ローラ２５を配し、センサ２６よりの信
号に基づいて容器本体２１内のキャリア／トナー配合比
（現像剤濃度）が低下する毎に前記補給ローラ２５が回
転し、常に適正濃度比に維持されるよう構成されてい
る。

【００１９】又容器本体２１内には磁石ロール等からな
る一対のミキサ２７が配設され、容器本体２１内のキャ
リア／トナー配合比を均一濃度に維持させる。又現像ス
リーブ２０下面側の容器２１入口端にはドクターブレー
ド２８が取付けられており、現像位置に導く現像剤を薄
層に規制可能に構成されている。次に現像剤の組成につ
いて説明する。

【００２０】図４は本実施例の現像剤に用いるキャリア
の実施例を示す模式図であり、磁性体１５がバインダー
樹脂中に均一に分散されてなるキャリア母粒子１３の表
面に導電性微粒子１７が固定されてキャリア１１が構成
されている。

【００２１】キャリア１１は、体積固有抵抗が１０^４・
Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１
０^８〜１０^４・Ω・ｃｍである。体積固有抵抗が余り大
きくなると、導電性キャリアとしての特性が損われ、例
えば、背面露光方式に用いた場合は、電荷の注入が速や
かに行なわれず、感光体の帯電が不十分となる。キャリ
ア１１の導電性は、主として導電性微粒子１７によって
付与される。

【００２２】なお、キャリア１１の体積固有抵抗は、底
部に電極を有する内径２０ｍｍのテフロン製筒体にキャ
リア１１を１．５ｇ入れ、外径２０ｍｍφの電極を挿入
し、上部から１Ｋｇの荷重を掛けて測定した時の値であ
る。

【００２３】キャリア１１の磁力は、ある程度以上に大
きいことが必要であり、好ましくは５ＫＯｅ（エールス
テッド）の磁場での最大磁化が５５ｅｍｕ／ｇ以上、よ
り好ましくは５５〜８０ｅｍｕ／ｇである。また、１Ｋ
Ｏｅの磁場での最大磁化は、４５ｅｍｕ／ｇ以上が好適
であり、より好ましくは４５〜６０ｅｍｕ／ｇである。
キャリア１１の磁力が余り小さくなると、現像剤の搬送
性が劣化し、また、キャリア１１がトナーとともに現像
される。

【００２４】キャリア１１の平均粒度は、トナーの１〜
５倍に設定するのがよく、例えばトナーが５〜１０μｍ
の平均粒径の場合、１０〜５０μｍが好適であり、より
好ましくは１５〜２５μｍに設定するのがよい。キャリ
ア１１が余り大きくなると感光体を均一に帯電させる事
が困難となるのみならず、画像形成上支障がで、更にト
ナー濃度を大きくすることができなくなる。一方、余り
小さすぎると、現像スリーブ上の現像剤の搬送性が悪く
なり、また、一定の電位を付与するのが困難となる。

【００２５】また、キャリア１１の真密度は、３．０〜
４．５ｇ／ｃｍ^３の範囲が好ましい。磁性体としては、
マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、フェライト（Ｆｅ
_２Ｏ_３）などが用いられ、特にマグネタイトが好ましい
が、これに限定されるものではない。

【００２６】導電性微粒子１７としては、カーボンブラ
ック、酸化スズ、導電性酸化チタン（酸化チタンに導電
性材料をコーティングしたもの）、炭化ケイ素などが用
いられ、空気中の酸素による酸化によって導電性を失な
わないものが望ましい。

【００２７】キャリア母粒子１３に用いられるバインダ
ー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニ
ル系樹脂、ポリエルテル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリ
オレフィン系樹脂等のトナーと同様に定着器により熱溶
融されるものを用い、これらはトナーと同様に黒色に着
色した樹脂を用いるのがよい。

【００２８】キャリア母粒子１３の表面への導電性微粒
子１７の固着は、例えば、キャリア母粒子１３と導電性
微粒子１７とを均一混合し、キャリア母粒子１３の表面
に導電性微粒子１７を付着させた後、機械的・熱的な衝
撃力を与え導電性微粒子１７をキャリア母粒子１３中に
打ち込むようにして固定することにより行なわれる。導
電性微粒子１７は、キャリア母粒子１３中に完全に埋設
されるのではなく、その一部をキャリア母粒子１３から
突き出すようにして固定される。

【００２９】このようにキャリア１１の表面に導電性微
粒子１７を固定することにより、効率的にキャリア１１
に高い導電性を付与できる。また、キャリア母粒子１３
中には導電性微粒子１７を配合する必要がないので、そ
れだけ多くの磁性体１５をキャリア母粒子１３中に配合
でき、キャリア１１の磁力を大きくすることができる。

【００３０】上記のキャリアとトナーとを混合して、現
像剤とする。トナーとしては通常の平均粒径５〜１０μ
ｍの絶縁性トナーが用いられ、好ましくは体積固有抵抗
が１０^１４Ω・ｃｍ以上のものであり、より好ましくは
１０^１６Ω・ｃｍ以上である。この値は、キャリアの場
合と同様に測定される。

【００３１】トナーの組成は、従来と同様の構成のもの
が用いられ、例えば、バインダー樹脂、着色剤、電荷制
御剤、オフセット防止剤などを配合することができる。
また、磁性体を添加して磁性トナーとすることもでき、
トナーの機内飛散の防止に有効である。

【００３２】一方前記ドラム１を挟んで現像スリーブ２
０と対面するドラム１内周面側に露光ヘッド３が固定配
置されている。露光ヘッド３は、画像情報に対応した光
出力を生成するＬＥＤ若しくはＥＬヘッドアレイ３１と
集束性レンズ３２（商品名：セルフォックレンズ）で形
成し、該レンズ３２の結像位置を感光体ドラム１と現像
スリーブ２０の軸心を結ぶ焦点線上より僅かにドラム１
回転方向下流側に偏向させて、前記ドラム１内の光導電
体層１ｃに結像するように構成している。

【００３３】尚、図中４は転写ローラ、５はレジストロ
ーラ、６は紙検知センサである。転写ローラ４は転写効
率を上げるために導電性ローラを用い、前記トナーの帯
電電位と逆極性の転写バイアスを印加させるとともに、
前記感光体ドラム１周面に均一に圧接し、該ドラム１と
同期して回転可能に構成する。尚、前記転写ローラ４
は、その材質については転写対象となるトナーが絶縁性
トナーであるために特に導電性とする必要はなく、高抵
抗若しくは絶縁とする事も可能である。

【００３４】次に前記現像剤摺擦域上のキャリア濃度
（キャリア劣化）を検知する検知機構は図２及び図３の
如く配置される。図２は現像バイアスを利用した検知機
構の一例でその構成を同図に従って詳細に説明する。現
像バイアスＶｉは不図示の定電圧回路により定電圧化さ
れた直流電圧で形成され、該現像バイアスＶｉを現像ス
リーブ２０、現像剤摺擦域１０、及び感光体ドラム１側
に流す。そして前記ドラム１の出口側は分圧抵抗Ｒ１を
介して接地され、負荷と分圧抵抗Ｒ１間の検知電圧を検
知回路５０側に取り出す。検知回路５０では比較器５１
と基準電圧設定回路５２からなり、前記検知電圧が基準
電圧以下に低下した場合に現像剤摺擦域１０においてキ
ャリア濃度が低下していると判断する事が出来るため
に、比較器５１よりキャリア補給信号を出力して表示部
５３にてキャリア補給を促す。図３は光センサを用いた
検知機構６０の構成を示す。即ち、前記現像スリーブに
より規定される現像領域Ｄ１を記録紙の画像形成領域
幅、言換えれば露光領域Ｄ２より大に設定し、該非画像
領域（Ｄ１ーＤ２）に感光体ドラム１の光導電層１ｃを
透過可能な波長を有する発光体６１と、感光体ドラム１
を挟んで前記発光体６１と対面する位置に配した受光セ
ンサ６２を配置して構成される。この場合前記光導電層
１Ｃは、ａ−Ｓｉ：Ｈから構成されている為に、前記発
光体の波長を例えば８００ｎｍ以上に設定する事により
容易に光透過可能である。かかる検知機構６０によれば
キャリア１１表面に付着している導電性微粒子１７が剥
離する事なく、導電性を維持している間は、感光体ドラ
ム１側にキャリアが付着する事なく、発光体６１よりの
光を受光センサ６２で受光できるが、キャリア１１表面
に付着している導電性微粒子１７の剥離が生じ、抵抗が
増大するにつれ、感光体ドラム側にキャリアが付着し、
該付着キャリアが発光体よりの光を遮り、受光センサ６
２の受光量が低下する。そして該受光量が所定レベル以
下に低下した際に検知回路６３でこれを検知し、該検知
回路６３よりキャリア補給信号を出力して表示部６４に
てキャリア補給を促す。

【００３５】次にかかる実施例の作用を説明する。先ず
電源ＯＮして初期チェックを行なってプリント動作が開
始されると、先ず不図示のドラムモ−タがＯＮして、次
に現像器２側の不図示駆動モ−タがＯＮしミキサ２７と
ともに、現像スリーブ２０が回転し、と同時に前記セン
サ２６によりトナー濃度チェックを行なう。そして前記
現像スリーブ２０の回転によりドラム１との間に現像剤
摺擦域１０が形成された後、該摺擦域１０を介してドラ
ム１側に流れる現像バイアス電流に基づいて図２に示す
検知回路５０によりキャリアの劣化状態を検知して問題
がなければ、レジストローラ５より給紙と同時に露光ヘ
ッド３による露光を開始し画像形成動作を行なう。

【００３６】画像形成動作は前記感光体ドラム１と現像
スリーブ２０を互いに逆回転させながら、現像容器２１
より搬送された現像剤をスリーブ２０に内包した固定磁
極集成体２３の磁気力を利用してドラム１／スリーブ２
０間の対峙位置に現像剤摺擦域を生成する。この場合前
記キャリア内にはトナーと同様に磁性粉が内蔵されてい
る為に該摺擦域に円滑に保持される。

【００３７】そして該摺擦域では現像スリーブ２０側に
印加した前記現像バイアスを利用して摺擦域に混合され
ている前記キャリア１１を介して前記ドラム１の光導電
層１ｃに電荷を注入して帯電を行なった後、該帯電の直
後に該ドラム１に内包された露光ヘッド３を利用して露
光像を結像すると共に該露光部にトナーを付着させて現
像を行なう。そして、キャリア母粒子１３の表面への導
電性微粒子１７が前記摺擦により剥離して抵抗値が上昇
しスリーブ２０に吸着される磁力を上回る現像力が生じ
ると、前記キャリア１１はトナーと共に感光体ドラム１
側に付着現像し、消費される。所定の画像形成を行なう
ように構成している。

【００３８】そして前記キャリア１１の消費により現像
容器２１側より常にキャリアが供給されるが、ある程度
のキャリア１１の消費がなされると前記摺擦域１０にお
けるキャリア濃度が低下し、一方図２に示す前記検知回
路５０は画像形成動作開始の都度検知動作が行なわれる
ために、該検知回路５０より補給信号が出力されると、
画像形成動作を中断して前記トナー容器２２を取外して
現像容器２１内にキャリアの補給を行なう。一方図３に
示す検知機構６０によれば画像形成動作中常にキャリア
劣化の検知を行なう事が出来、特に連続プリントを行な
う場合に有利である。

【００３９】

【効果】以上記載した如く本発明によれば、キャリア劣
化が生じても安定した帯電電位の確保と画像形成が可能
であるとともに、現像ユニットの交換をする事なく単に
現像容器内にキャリアの補給をするだけで前記目的を容
易に達成し得る。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係るプリンタの断面構成を
示す図である。

【図２】 図１のプリンタに用いるキャリア濃度検知機
構の第一例図である。

【図３】 図１のプリンタに用いるキャリア濃度検知機
構の第２例図である。

【図４】 現像剤を構成する導電性キャリアの組成図で
ある。

【符号の説明】

１ 感光体 ２ 現像手段 ３ 露光手段 １０ 現像剤摺擦域 ５０、６３ 検知回路 ２１ 現像容器（容器本体） １１ キャリア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/05 G03G 15/06 101 G03G 15/08 G03G 15/09

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像剤を担持させた現像剤担持体を感光
   体表面側に、露光手段を感光体背面側に夫々配置させ、
   少なくとも表面が導電処理されたキャリアと高抵抗若し
   くは絶縁性トナーからなる現像剤を用いて、該現像剤を
   感光体表面を摺擦させながら帯電させた後、露光とほぼ
   同時若しくはその直後に現像を行ないながら画像形成を
   行なう画像形成方法よりなり、磁性体がバインダー樹脂中に分散されてなるキャリア母
   粒子の表面に導電性微粒子が固定された前記キャリアを
   用い、 前記キャリア母粒子の表面に固定された導電性微粒子が
   剥離することにより抵抗が増大した劣化キャリアを前記
   トナーとともに前記感光体表面に現像消費させるととも
   に、 該消費により変化したキャリア濃度若しくは総量を検知
   機構により検知し、前記キャリアを適時補給しながら画
   像形成を行なう事を特徴とする画像形成方法。
2. 【請求項２】 前記キャリアの直径を前記トナー直径の
   １〜５倍に設定するとともに、前記トナーと同色若しく
   は近似色に着色した前記バインダー樹脂を用いることを
   特徴とする請求項１記載の画像形成方法。