【複合機・コピー機の仕組み】印刷工程の現像とは?

【複合機・コピー機の仕組み】印刷工程の現像とは?

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複合機・コピー機の現像とは?

 

現像

 

家庭用のプリンターでは液状のインクを使用しますが、業務用複合機・コピー機の印刷では粉状の「トナー」を使用して、画像や文字を描きます。直接、用紙へトナーが使われるのではなく、「感光体ドラム」という部品に画像や文字を描いてから、用紙へ転写しています。

この感光体ドラムにトナーで像を描くことを「現像」と言います。光で描いた像をトナーで具現化する工程で、印刷品質にとても大きな影響を与えます。

今回は、現像の工程に大きく関わるトナーカートリッジとドラムカートリッジの関係も含めて、どのようにして印刷物ができあがっていくのか?を解説していきましょう。

 

元コピー機メーカーの技術職 著者紹介

大手事務機メーカーのコピー機部門で、生産技術職として約8年勤務していました。本体の生産ライン立ち上げなど生産技術系の仕事で、本体の様々な問題を検討してきたので幅広い知識を持っております。

現像の工程や現像に関わるユニットについても、様々なトラブルを経験してきたので、技術的な観点で役立つ知識をお伝えできればと思います。

 

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現像工程の仕組みを理解しよう

現像の工程では文字通り、像(画像や文字)を出現させる動作が行われています。

全体に静電気を帯びさせた感光体ドラムにレーザー光を当てることで帯電状態に差ができ、そこにトナーを近づけると、画像や文字が描かれる場所にのみトナーが移動し、像ができあがります。

では、具体的に現像工程で、どのようなことが行われているのでしょうか?

印刷の仕組みと併せて見ていきましょう。

 

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印刷の流れ

複合機・コピー機では感光体ドラムを利用して、画像や文字を描く場所にだけ静電気のチカラでトナーを吸い寄せ、用紙へ転写しています。

トナーとは数㎛と細かい粒状の樹脂で、色を付けるための顔料とともに、熱と圧力によって用紙へ定着されます。

印刷工程の一連の流れは、以下の通りです。

 

  1. 帯電:ドラム表面全体を均一に帯電させる
  2. 露光: 出力された画像や文字の通りに光を当て、ドラム表面内に電荷の差を発生させる
  3. 現像: 電荷の差によって、光が当たった部分にのみトナーが吸い寄せられドラムに像が描かれる
  4. 転写:トナーによって描かれた像を紙へ直接転写する、または転写ベルトに1度移してから紙へ転写する
  5. 定着: 紙に乗せられたトナーに熱と圧力を加えて定着させる

 

現在のカラー機では、4色分の現像工程があり、転写ベルトで全色合わせた画像を完成させた後に、用紙へ転写する方式が主流です。

 

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現像の方法

現像は感光体ドラムを抱えるドラムカートリッジとマグネットローラーを抱えるトナーカートリッジの、主に2者間で行われます。

モノクロ機や一部の製品では違う構成の場合もありますが、現在のフルカラー機で主流になっている構成で解説していきます。

まず、感光体ドラムにレーザーで像が描かれ、帯電差による画像が形成されます。そこにトナーカートリッジによってトナーを近づけることで、色の付いた画像が完成します。

レーザーで描かれた画像に確実かつ適切な量だけトナーを移動させることができるか?がカギとなる技術です。

このように現像の工程においては、ドラムカートリッジとトナーカートリッジの関係が、特に重要なポイントとなります。

 

ドラムカートリッジ

ドラムカートリッジは消耗品である感光体ドラムを容易に交換できるよう、各色それぞれ独立したユニットとして成り立つ交換部品です。

感光体ドラムと、それを帯電させる機構、そして転写しきれなかったトナーを書き落とすクリーナーなどで構成されています。

感光体ドラムは、帯電ローラーなどの帯電部材によって表面全体を均一に帯電し、そこに画像や文字を描くレーザー光を照射することで、像の有り・無しの場所に帯電状態の違いが生じる仕組みになっています。

これで、トナーを受け取る準備が整うわけです。

 

トナーカートリッジ

トナーカートリッジは、トナーを撹拌するためのスクリューを抱えた容器部分と、帯電したトナーを運ぶマグネットローラーなどで構成されています。

トナーは粒状の樹脂そのものを指すので磁性はありませんが、現像剤として「キャリア」という磁性体も充填されており、一緒に撹拌されることで帯電し、キャリアと共にマグネットローラーに引きつけられます。

また、濃度のムラをなくすために、マグネットローラーの近傍には数㎛の間隔を空けて、金属のブレードが設置されており、その間を通ることで適切な量だけ感光体ドラムへ運ぶことができます。

感光体ドラムと接近したところで、静電気の力によってトナーのみがマグネットローラーから感光体ドラムへと移動し、横一列の像が描かれます。それを回転方向に繰り返されることで、用紙全体分の像が描かれます。

キャリアは磁力によってマグネットローラーに在留し、再び容器内に戻り、トナーと再撹拌されます。

 

現像と転写は繰り返し同時に行われている

感光体ドラムは、用紙の縦方向(進行方向)の長さほど外径が大きくありません。

そのため、用紙全体の像を現像してから、用紙や転写ベルトなどへ転写するのではなく、現像と転写はほぼ同時に行われています。1色ずつ現像された部分から次々に転写ベルトへ転写が行われ、1色分全てが転写し終わる前に、先頭の部分では4色分の転写が完了している状態です。

つまり、現像と転写、その4色分の全てが、しっかり同期して働くことで印刷物が完成し、どこかに少しでも狂いが生じてしまうと印刷物全体に影響を及ぼしてしまうことになります。

 

 

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現像工程で起こる画像不良

現像工程では、静電気による像をトナーによって具現化する作業を行っており、印刷品質に大きな影響を与えます。

ただし、現像の工程で起こる画像不良は特徴的なので、発生した際は要因の切り分けが行いやすいでしょう。すぐに適切な対応ができるように、現像が要因で起こる画像不良の例を幾つか紹介します。

 

現像工程で起こる画像不良の例

  • 白い縦スジ(縦線)
  • 黒い点々
  • 濃淡のある横スジ(横線)

 

1つずつ要因と対処法をチェックしていきましょう。

 

白い縦スジ

マグネットローラーによって運ばれるトナーは、数㎛のスキマを空けた金属ブレードの間を通って均一化されています。

何かのきっかけで、スキマよりも大きな異物が入り込んでしまったり、トナーの塊が発生してしまうと、そこだけスキマに引っ掛かってしまい、トナーを移動させることができなくなってしまいます。

そうなってしまうと、印刷された画像には、印刷方向と平行に色が乗らず白く抜けたようなスジ(線)が発生してしまいます。

シャープな白いスジではなく、数mm程度の少し太めなスジが発生した場合は、このような原因が考えられるので、トナーカートリッジを交換してみましょう。

 

黒い点々

トナーと一緒に撹拌され帯電を促しているキャリアは、感光体ドラムには移動せず、トナーカートリッジに戻っていきます。

ところが、何らかの理由でキャリアがドラムへ移動してしまうとトナーと一緒に定着されてしまい、黒い点々のようなものが画像に現れます。キャリアはトナーよりも粒径が大きいため、その部分を触ると少しザラついているのが特徴です。

このような現象が発生した場合は、ドラムカートリッジにもダメージを与えている場合があります。すぐにメンテナンス業者などに連絡をして、ドラムカートリッジや本体内部のチェックをお願いして下さい。

 

濃淡のある横スジ

マグネットローラーの回転にムラがあると、その周期でドラムとの距離が部分的に遠くなったり近くなったりして、ドラムへ移動するトナーの量にムラができる場合があります。

また、そのまま画像にもムラが出てしまいます。

印刷方向と垂直にマグネットローラーのピッチで等間隔にスジ(線)が出てくるので、メンテナンス業者などに確認をしてもらえれば、すぐに解消されるでしょう。

 

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まとめ

最後に印刷工程の中でも、特に印刷物の品質に大きな影響を与える「現像」について、まとめます。

 

  • 現像とは光で描いた画像をトナーで具現化する工程
  • 用紙へ印刷する前に、感光体ドラムにトナーの像を描く
  • ドラムカートリッジとトナーカートリッジ4色それぞれの関係性が重要
  • 現像と転写はほぼ同時に行われていて、全体の噛み合いが画質を支える
  • 現像工程起因で発生する画像不良は特徴的なものが多い

 

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