はじめに
コピー機やレーザープリンタの印刷部に採用されている電子写真に関して各プロセスの機能、原理、構成、品質連関、システム規格及び測定法について記載する。
1.電子写真（Electrophotography）とは1.1.電子写真とは、狭義には1942年にカールソンによって発明されたXerography、いわゆるカールソンプロセスを指し、そのプロセスは、1.帯電2.露光3.現像4.転写5.クリーニング6.除電7.定着部からなり、各プロセスの機能、原理、構成について、1980年までにプリンタに応用された代表的な例を図1.1.1に示す。
図1.1.1電子写真のプロセス、機能、原理、構成
- 1.帯電：Charge機能コロナ放電し、感光体に表面電位を生成する。原理ギャップの部分破壊継続原理構造細線電力、高圧電源（数KV）、シールド、グリット電流制御。※スコロトロン（マイナス）方式
- 2.露光：Exposure/Light Recording機能レーザー光をパターン放射し、感光体上の表面電位を光減衰させ、静電潜像を生成する原理LASER：light Amplification stimulated Emission of Radiation：原子固有振動利用の光放射装置構造LD（Diode）、制御部、ポリゴンスキャナ、ポリゴンモータ、f0レンズ、補正レンズ、ミラー感光体：有機光導電性：
OPC（Organic Photoconductor） - 3.現象：Development機能感光体の静電潜像にトナーを付着させ、顕像化する。原理主に静電性応用：電位に比例してトナーが付着する構造現像ロール（現像スリープ、マグネットロール）、現像ドクター、現像バイアス、トナーボックス、アジデータトナー：摩擦帯電電磁性1成分トナー（マイナス極性）
- 4.転写：Transfer機能感光体上のトナーを印刷用に転写する原理ギャップの部分破壊＆静電転写原理構造転写ワイヤー、高圧印可能放電、シールド電流制御、コロトロン方式（プラス放電）
- 5.クリーニング：Cleaning機能感光体上の未転写トナーを除去する原理機械、物理的摩擦作用の応用構造クリーニングプレート、廃トナーボックス、リカバリープレート
- 6.除電：Quenching/Discharge機能感光体に残留している表面電位を除去する原理光減衰／静電原理応用→クエンチングランプ／除電器構造除電ランプ、電源
- 7.定着：Fusing機能用紙上のトナーを溶融固定する原理溶融・圧力方式構造定着ロール、ヒータ、温度制御、バックアップロール
トナーの現状
1.トナー
電子写真方式による普通紙コピー機、レーザープリンター等の現像剤として使用されるトナーは粒子径として10ｕm程度の粉体である。
このトナーを使用する電子写真プロセスの昨今の進歩、改革は活発である。
特に最近のパソコンの普及と伴に、レーザープリンタ、デジタル複合機用のトナーとして、トナー側に要求される項目が高度なものになってきており、従来以上の高性能の機能を有する「ハイパフォーマンストナー」の開発が待たれている。
表1に最近のプリンター、コピー機等ハード側よりトナーに要求される品質を示す。
表よりトナーに求められている更なる要求品質としては、ほとんどが「粒子の均一性」である。
表1.プリンター、コピー機側よりのトナーへの要求品質
| 技術動向 | マシーンの仕様、内容 | トナーへの要求品質 |
|---|---|---|
| 高画質化 | 高解像度 | 小粒径化 均一粒径化 均一帯電化 |
| 小型化 | 現像、定着部材の小型化 | 高流動化 低温定着化 |
| 低コスト化 | 低消費電力 ロングライフ トナーリサイクル | 低温定着化 均一帯電化 高転写性 |
| 高速化 | 中高速化 ファースト印字の迅速化 | 低温定着化 帯電立ち上がりの高速化 |
| カラー化 | フルカラー化 | 小粒径化 均一帯電化 透明性の確保 |
カラープリンタについて
■カラープリンタは、C、M、Y及びKの点の集合体で画像の形や色を表現します。
プリンタに入力された画像データは、C、M、Y及びKの4色に分解されます。
■カラープリンタの方式には、
1.C、M、Y、Kの画像データ毎に対応するトナーで感光体を現像し、1色すつ中間転写体に転写し、4色の転写が終了したら用紙に」転写する「1感光体・4サイクル」方式。
2.C、M、Y、Kの各色の対応する画像データ部と感光体を持ち、連続して感光体を現像、中間転写体に転写し、用紙に転写する、または用紙に直接転写する「タンデムまたはハイブリット」方式があり、それぞれ市場投入されています。
両方式の大きな違いは、4プロセス方式のカラー印刷は黒印刷の約1/4の印刷速度に対して、タンデム方式では黒、カラー印刷とも同じ印刷速度が得られる反面、価格が高めであることです。
◆電子写真方式のカラープリンタは、高スループット（印刷速度が速いこと）であるタンデム方式が主流となり、また、タンデム方式でも生産技術の向上により、低価格化が振興すると予測されます。
■コピー機/機能<電子でトナーを引き寄せ複写
コピー機は、原稿を読み取る光学部と、それを紙に複写する現像部とに分かれています。
〔光学部〕原稿を読み取る構造
光源が移動しながら原稿をスリット状に読み取る。原稿の何も書かれていない白い部分を反射した光が、ミラー1、ミラー2で反射して、レンズを介してミラー3で、感光体の露光位置まで導く。
〔現像部〕紙に複写する構造
光学部で読み取った原稿パターンを紙に転写するには、電荷の力を利用する。光が届かなかった部分には電荷に引かれてトナーが付着する。
■レーザープリンターの構造
コピー機は、原稿を読み取る光学部と、それを紙に複写する現像部とに分かれています。
レーザープリンターは、パソコンから送られてきたデータをイメージ化するコントロール部と、レーザーで感光体にそのイメージを描き、トナーを付着させてプリントするエンジン部に分かれています。
<コントローラー部>
（1）パソコンの「プリンタドライバ（アプリケーションソフトで作成したデータをプリンタの理解できるコマンドに書き換えるソフト）」からデータが送られてくる。
（2）プリンタのメモリにデータを蓄積する。
（3）プリンタのCPUを使って受信したデータを解析し、イメージデータを描く。
この処理を行っている間も、パソコンから次々とデータを受け取ることができる。
<エンジン部>
（1）イメージの信号がレーザーに送られる。
（2）レーザーが点滅して、感光体に水平方向に照射される。
（3）感光体のレーザーが照射された部分が電荷を帯び、トナーを引き寄せる。
（4）トナーを定着させる。
■トナーの帯電メカニズム
1）2成分（非磁性トナー）
キャリアとトナーの摩擦帯電。
キャリアとトナーを現像部で撹拌すると帯電制御材が寄与し、所望の極性の電荷が得られる。
しかし、帯電時及び使用時に電荷は漏洩する。
実際には、現像部での撹拌時間でトナーの帯電を立上げております。
2）1成分（磁性、非磁性トナーとも）
1成分も2成分と同じ摩擦帯電で扱わられている例が多い。キャリアが存在しないため、現像ローラ、 現像プレード、補給ローラが寄与している例が多い。
注意事項として、設計時、再生時キャリアと同等に扱われる部材の・外観性（キズ、汚れ）・電気特性（抵抗値）・機械特性（ゴム硬度、摩耗、変形）の測定、清掃、組み立ても重要である。
