JP2000305343A - 画像形成装置 - Google Patents
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- JP2000305343A JP2000305343A JP11115735A JP11573599A JP2000305343A JP 2000305343 A JP2000305343 A JP 2000305343A JP 11115735 A JP11115735 A JP 11115735A JP 11573599 A JP11573599 A JP 11573599A JP 2000305343 A JP2000305343 A JP 2000305343A
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Abstract
特性を確立できる構成を備えた画像形成装置を得る。 【解決手段】 予め均一帯電し、表面の摩擦係数(μ)
が、0.1≦μ≦0.4に設定された潜像担持体に対し
て光り書き込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像に
対して現像剤を担持した現像剤担持体を当接させて上記
静電潜像を可視像処理し、転写媒体への転写および転写
画像の定着を行って画像を形成する画像形成装置におい
て、現像剤の体積平均粒径Rt(cm)と、上記現像剤
担持体上での現像剤の付着量M(mg/cm2)と、嵩
密度ρ(mg/cm3)との関係を、 0.5ρRt≦M≦1.2ρRt (但し、現像剤は100(gf/cm2)で加圧されて
いる。)に設定したことを特徴とする。
Description
し、さらに詳しくは、画像形成装置での潜像担持体と現
像剤担持体との間での現像剤付着制御のための構成に関
する。
装置などの画像形成装置においては、感光体ドラムなど
の潜像担持体上に形成された静電潜像が現像装置から供
給されるトナーなどの現像剤により可視像処理され、そ
の可視像が記録紙などの転写材に静電転写されて複写物
が得られる。
らの現像剤が供給される際には、現像装置に備えられて
いる現像ローラなどの現像剤供給手段の表面に担持され
ている現像剤層、いわゆる、トナー層が潜像担持体の表
面に接触しており、静電潜像からの静電気力によってト
ナー層内のトナーが静電吸引されて静電潜像に付着する
ことになる。しかし、実際には、トナー層と潜像担持体
との接触状態等によって生起される非静電気力によって
潜像担持体表面、特に、潜像の静電引力がトナーに作用
しない地肌部にトナーが付着することがある。このた
め、潜像担持体の地汚れの発生が顕著となることがあ
る。
外でのトナー濃度を検出して地肌汚れの程度を割り出
し、地肌汚れの程度に応じて潜像担持体の表面に対する
潤滑剤の塗布量を潤滑剤塗布手段の当接圧調整によって
供給制御して画像転写後に実行されるクリーニング効果
を向上させる構成(例えば、特開平8−254933号
公報)、あるいは、非磁性一成分系現像装置の場合にお
いて、現像剤担持体上の現像剤量を0.6〜1.2mg
/cm2に設定し、かつ、現像剤担持体の移動速度V1
と潜像担持体の移動速度V2との関係を、0.6≦V1
/V2≦0.9に設定して駆動力を大きくしないで付着
力の弱い現像剤を機械的に除去するようにした構成(例
えば、特公平7−117788号公報)が提案されてい
る。
潜像担持体に対する潤滑剤塗布手段の当接圧や潜像担持
体と現像剤供給手段に有する現像ローラとの間の線速比
を変更する場合には、次のような問題があった。すなわ
ち、潜像担持体と現像剤担持体とがトナー層を介して当
接するので、静電気力もさることながら、非静電気力に
より潜像担持体表面にトナーが付着することがあり、こ
れによって潜像担持体の地肌汚れ、いわゆる地汚れが悪
化することがある。このような状況を回避するために、
画像形成設定プロセス条件を設定する際、上記両部材の
当接圧若しくは現像剤担持体における対潜像担持体線速
比を増加させることが行われている。
定する駆動手段に対する負担を増加させることから、バ
ンディングといわれる回転ムラに起因した異常画像が発
生し易くなり、また潜像担持体との相対的な線速比を増
加させるとトナー寄りといわれる画像濃度の不均一な状
態が発生しやすい。
は上層部と下層部とで帯電量に差があり、十分に帯電さ
れていない上層部に位置するトナーが潜像担持体上に散
り、潜像担持体上での地肌汚れを発生させる。また、経
時においてトナーの凝集性が高くなると、トナー間での
付着力が大きくなり、ハーフトーン画像などを形成する
際には現像剤担持体上のトナーが潜像担持体に転移しに
くくなることで良好なハーフトーン画像の再現性が得ら
れない場合があり、これによって、不良画像が得られて
しまう。しかも、上述したバンディング画像は、トナー
の層厚が厚いほど顕著となる。つまり、トナーはトナー
層厚規制部材によって薄層化されるが、その際の回転ム
ラにより規制部材の当接圧が変動した場合にはトナー層
厚にばらつきが発生する。このため、現像剤担持体上に
担持されているトナーのうちで、現像剤担持体と静電気
力、非静電気力によって確実に付着していない上層部ト
ナーが層厚変動の影響を受けやすくなり、層厚ムラが発
生しやすくなる。
述したように凝集性に一因があることを踏まえ、凝集
度、安息角、ゆるみ見掛比重の経時的変化量およびトナ
ー形状の特定によりトナーの経時的な流動性の低下を防
止して画像濃度の低下や階調性の劣化を防止するように
した構成(例えば特開平9−197713号公報)、あ
るいは、トナー薄層の嵩密度および現像体担持体上での
トナー付着量を特定することにより、いわゆる、トナー
のかぶり現象による画像の不鮮明化を防止するようにし
た構成(例えば、特開平9−73229号公報)が提案
されている。
成(特開平9−197713号公報)においては、画像
濃度の低下を抑制する目的から、トナーの付着量を最大
量とした状態を維持することが前提となっており、ま
た、後者の構成(特開平9−73229号公報)におい
ては、非画像部へのかぶりを防止して画像濃度を高める
ことを目的とし、そのために、トナー薄層の厚みを均一
化することを主眼としており、いずれの場合にも、画像
濃度が最大値ではないハーフトーン画像の形成を前提と
したものではない。つまり、現像剤のニップ部において
トナーが潜像担持体と現像剤担持体との間に挟まれるこ
とにより凝集しやすくなり、トナーの充填率が高まるこ
とでトナー間付着力が増加し、ハーフトーン画像の再現
性が低下する構成となっている。従って、上記各公報に
開示されている構成では、ハーフトーン画像部の再現性
に関する構成がないといえる。
置、特に、現像剤担持体上での静電的な吸着保持および
規制部材による現像剤の薄層化が実行される構成におけ
る問題に鑑み、潜像担持体上での地肌汚れ(地汚れ)の
防止が可能であるとともにハーフトーン画像の再現性が
良好に得られる構成を備えた画像形成装置を提供するこ
とにある。
予め均一帯電し、表面の摩擦係数(μ)が、0.1≦μ
≦0.4に設定された潜像担持体に対して光り書き込み
により静電潜像を形成し、該静電潜像に対して現像剤を
担持した現像剤担持体を当接させて上記静電潜像を可視
像処理し、転写媒体への転写および転写画像の定着を行
って画像を形成する画像形成装置において、現像剤の体
積平均粒径Rt(cm)と、上記現像剤担持体上での現
像剤の付着量M(mg/cm2)と、嵩密度ρ(mg/
cm3)との関係を、 0.5ρRt≦M≦1.2ρRt (但し、現像剤は100(gf/cm2)で加圧されて
いる。)に設定したことを特徴としている。
像形成装置において、上記現像剤担持体上の現像剤は、
略一層にて担持されていることを特徴としている。
像形成装置において、上記現像剤担持体上の現像剤は、
該現像剤担持体に対向する現像剤規制手段により上記関
係が得られれる層厚に規制されることを特徴としてい
る。
記載の画像形成装置において、上記現像剤規制手段は、
上記現像剤担持体に対し上記現像剤を介して当接してお
り、先端部もしくはその先端に至る途中が上記現像剤に
当接する構成とされていることを特徴としている。
像形成装置において、上記現像剤規制手段には、金属若
しくは非金属材料が用いられることを特徴としている。
記載の画像形成装置において、上記現像剤規制手段は、
現像剤に対するバイアス電源が接続されていることを特
徴としている。
うちの一つに記載の画像形成装置において、上記潜像担
持体と上記現像剤担持体との間のニップ幅W(mm)
が、 0.3≦W≦3.0 に設定されていることを特徴としている。
うちの一つに記載の画像形成装置において、上記潜像担
持体と上記現像剤担持体との接触面圧P(gf/m
m2)を、 1.0≦P≦5.0 に設定したことを特徴としている。
うちの一つに記載の画像形成装置において、上記現像剤
担持体には、ゴム材料が用いられることを特徴としてい
る。
し、表面の摩擦係数(μ)が、0.1≦μ≦0.4に設
定された潜像担持体に対して光り書き込みにより静電潜
像を形成し、該静電潜像に対して現像剤を担持した現像
剤担持体を当接させて上記静電潜像を可視像処理し、転
写媒体への転写および転写画像の定着を行って画像を形
成する画像形成装置において、上記現像剤のゆるみ見掛
密度を、0.35以上に設定することを特徴としてい
る。
し、表面の摩擦係数(μ)が、0.1≦μ≦0.4に設
定された潜像担持体に対して光り書き込みにより静電潜
像を形成し、該静電潜像に対して現像剤を担持した現像
剤担持体を当接させて上記静電潜像を可視像処理し、転
写媒体への転写および転写画像の定着を行って画像を形
成する画像形成装置において、上記現像剤の形状を球形
度で規定し、その値を真球球形度に対して90%以上と
したことを特徴としている。
し、表面の摩擦係数(μ)が、0.1≦μ≦0.4に設
定された潜像担持体に対して光り書き込みにより静電潜
像を形成し、該静電潜像に対して現像剤を担持した現像
剤担持体を当接させて上記静電潜像を可視像処理し、転
写媒体への転写および転写画像の定着を行って画像を形
成する画像形成装置において、上記現像剤担持体近傍に
複数の粒子を滞留させることを特徴としている。
の画像形成装置において、上記粒子および上記現像剤担
持体がそれぞれ磁性を有することを特徴としている。
は13記載の画像形成装置において、上記粒子は、現像
剤を薄層化するために上記現像剤担持体と対峙して設け
られている現像剤規制手段と該現像剤担持体との間の対
向間隔よりも大きい粒径に設定されていることを特徴と
している。
る。図1は、請求項1乃至6および9に記載の発明の実
施例による画像形成装置に装備されている潜像担持体と
現像剤供給手段との関係を示す図である。同図において
潜像担持体としては感光体ドラム1が用いられ、現像剤
供給手段としては一成分系現像剤を供給可能な現像装置
2が用いられる。
0mmとされた無機および有機感光体が用いられ、表面
の摩擦係数(μ)が、0.1≦μ≦0.4に設定されて
いる。
に基づく。図2は、オイラーベルト方式による摩擦係数
を求める実験構造を示す模式図であり、同図において感
光体ドラム1の周面の一部に、測定用紙(リコー製PP
C用紙 TYPE6200A4サイズT目)Sを297
×30mmのサイズに裁断し、この測定用紙Sの中央を
感光体ドラム1の周方向で90度(π/2rad.)の範囲
に巻き回す。測定用紙Sの巻き回し方向端部の一方に
は、一定重さ(0.98N(100g))の分銅Wを取
付け、他方にはデジタルプッシュプルゲージDSを取付
け、分銅Wが揺れない状態で測定用紙Sを一定速度の条
件で牽引し、感光体ドラム1の表面で測定用紙Sが動き
始めた瞬間でのデジタルプッシュプルゲージDSの値を
測定する。このときの測定値をF(N)とすると、摩擦
係数(μ)は、μ=In(F/0.98)/(π/2)
で求められる。
で、トナー層からの圧力によってトナーが感光体ドラム
1の表面に擦り込まれた際、擦り込み圧力による摩擦力
によってトナーが付着するのを防止できる摩擦係数
(μ)として次に挙げる範囲の値が地肌汚れを防止でき
る値として得られた。
しない、いわゆる未処理の場合の摩擦係数(μ)は、
0.4〜0.6という結果であるが、経時により増加す
る傾向にある。これに対して潤滑剤を塗布した感光体ド
ラム1の摩擦係数(μ)は、0.1〜0.4という結果
が得られた。このような結果から、感光体ドラムの摩擦
係数(μ)を0.1〜0.4とすることにより、感光体
ドラム1の表面で摺擦される際のトナーの付着、特に静
電潜像が形成されている箇所以外の、いわゆる、地肌部
へのトナー付着が生じないようにすることができる。
は、可視像処理に用いられるトナーの粒径にもよるが、
体積平均粒径が4〜10μmである場合、感光体ドラム
の摩擦係数を低下させる物質、いわゆる、潤滑剤を塗布
することにより維持される。このための潤滑剤の供給
は、所定回数の画像形成、つまり複写動作毎に直接供給
することや潤滑剤を担持した塗布手段を常時あるいは所
定回数の複写動作毎に感光体ドラム1の表面に当接させ
ることで行われる(例えば、特開平4−372981号
公報)。感光体ドラム1は、周知の帯電手段により予め
規定の表面電位に帯電され、周知の光書き込み手段によ
って原稿像あるいは書き込み情報に応じた静電潜像が形
成される。
光体ドラム1と対向する現像ローラ2Bと、現像ローラ
2Bに対して一成分系現像剤からなるトナーを供給する
供給ローラ2Cと、現像ローラ2Bに担持されているト
ナーの層厚を規制する現像剤規制手段である規制ブレー
ド2Dと、アジテータ2Eとが備えられている。
ステル、ポリオール、スチレンアクリルなどの樹脂に帯
電制御剤(CCA)、着色剤を混合し、その周りにシリ
カ、酸化チタン等の物質を外添して構成されている。ト
ナーの平均粒径は、3〜12μmが選択され、本実施例
では、7.5μmが用いられている。この粒径に関して
は、高解像度(1200dpi)の要求を満足させるこ
とができる値であり、さらには、高解像力の需要ととも
にこれよりも小粒径化することも十分可能である。
径が10〜30mmに形成されたローラである。上記ゴ
ム材料としては、シリコンゴム、ブタジェンゴム、ニト
リル−ブタジェンゴム(NBR)、ヒドリン、EPDM
等がある。また、現像ローラ2Bの表面には、経時品質
を安定化させるためにコート材料により被覆することも
可能であり、この場合の材料としては、シリコン系、テ
フロン系の材料が用いられる。前者の材料はトナーの帯
電性が良好であり、後者の材料は離型性に優れている。
さらに、導電性を向上させるためにカーボンブラックな
どの導電性材料を含有させることも可能であり、コート
層の厚さは5〜50μmとされ、この範囲以上で割れ易
くなるのが防止されることが好ましい。本実施例では、
現像ローラ2Bの硬度が感光体ドラム1の硬度よりも低
くされているが、現像ローラ2Bの硬度が高く、感光体
側の硬度が低いベルト状感光体の場合を設定することも
可能である。
泡ポリウレタンなどの可撓性材料を用いて50〜500
μmの径のセルでトナーを表面に保持しやすい構造とさ
れている。さらに表面硬度が10〜30゜(JIS−
A)と比較的低硬度に設定されて現像ローラ2Bと均一
に当接できるようにされ、現像ローラ2Bに対する食い
込み量が0.5〜1.5mmに設定されている。供給ロ
ーラ2Cは、現像ローラ2Bと同方向(逆方向)に回転
するようになっており、現像ローラ2Bとの間での線速
比が0.5〜1.5の範囲内、本実施例では0.9の線
速比に設定されて現像ローラ2Bと同方向(対向面が逆
方向に移動する方向)に回転するようになっている。こ
の線速比に関しては、現像ローラ2Bと逆方向に回転
(接触部で順方向)する場合、0.8〜1.5が適当で
ある。上記食い込み量は、本実施例の場合、現像装置2
での現像可能なユニット有効幅がA4判サイズの転写用
紙をの縦方向送りの際の幅に相当する240mmを対象
とした場合の必要トルクである、1.5〜2.5kg・
fcmが得られる値とされている。なお、この食い込み
量および前述した線速比は、現像装置2の駆動系に有す
るモータやギヤヘッドの特性さらにはトナーの帯電特性
や供給性に依存する関係上、さらに広い範囲で最適条件
を設定することも可能である。
に存在するトナーは、現像ローラ2Bとの接触点で互い
に反対方向の力を受けながら両部材間に挟まれた際の摩
擦帯電で電荷が誘起され、本実施例の場合、使用するト
ナーの特性により負の帯電電荷が誘起されることによる
とともに現像ローラ2Bの表面粗さによる搬送効果によ
って現像ローラ2Bの表面に保持されるようになる。供
給ローラ2Cから現像ローラ2Bに転移した時点のトナ
ー層は均一な厚さではなく、過剰に付着した状態(1〜
3mg/cm2)にあり、後述する規制ブレード2Dに
よって厚さを均一化される。なお、上記供給ローラ2C
は、現像ローラ2Bと逆方向の回転(対向面が同じ方向
に移動する方向)とすることも可能である。
支持されている基端から延長された先端が現像ローラ2
Bの回転方向に対して上流側に指向した状態で先端に至
る途中に相当する基端寄りが現像ローラ2Bの周面に接
触する、いわゆるカウンタ方式の腹当て接触状態とさ
れ、板厚が0.1〜0.15(mm)に設定されている
SUS304などの金属製ブレードで構成されている。
この場合には、現像ローラ2Bとの接触位置から先端ま
での距離(突き出し量)が0.1〜2.0mmとされて
いる。なお、規制ブレード2Dは、現像ローラ2Bに対
する当接状態を上記と逆の関係(トレーリング方式)と
することおよび先端を当接させるエッジ当接方式とする
ことも可能である。上記材質に代えて1〜2mm程度の
厚さを有するポリウレタンゴムなどのゴム材料やシリコ
ン樹脂、帯電特性を逆極性とするフッ素系(例えば、E
TFE,PTFE、PVdF)樹脂などの比較的硬度の
高い樹脂材料が使用可能である。金属以外でもカーボン
ブラックなどを混ぜ込むことにより低抵抗化が可能であ
るので、バイアス電源を接続して現像ローラ2Bとの間
に電界を形成するようにすることも可能である。
〜15mmが良好である。これは、自由端長が上記範囲
の上限を越えると、現像装置2のサイズが大型化してし
まうことでコンパクトに収納することができなくなり、
逆に下限を下回ると、現像ローラ2B表面と接触すると
きに振動を生じやすくなり、可視画像上に横方向の段々
ムラなどの異常画像が発生しやすくなることに基づく。
する当接圧が1〜25(g・f/cm)に設定され、現
像ローラ2B上に一層厚分のトナー薄層が形成される。
当接圧に関しては、上限を越えると現像ローラ2B上の
トナー付着量が減少し、かつトナー帯電量が増加しすぎ
ることになるので、トナーの転移不足による現像量の減
少によって画像濃度が低下する。これとは逆に下限を下
回ると、トナー薄層が均一に形成されずにトナーの固ま
りが規制ブレード2Dを通過してしまうこともあり、画
像品質が著しく低下する。本実施例では、現像ローラ2
Bの硬度が40゜(JIS−A)のもので板厚として
0.1mmのSUSが用いられ、当接圧が60(g・f
/cm)を選択される。これにより、規制ブレード2D
により現像ローラ2B上に担持されている過剰なトナー
は掻き取られ、一層分のトナー薄層が形成でき、トナー
の帯電量も−5〜−30μC/gに設定されて感光体ド
ラム1の静電潜像に供給される。
説明する。図3および図4は従来構造におけるトナーの
付着状態および本実施例によるトナーの付着状態を順に
示している。図3において、従来構造では、トナーが多
層化した状態で付着しており、帯電量に関しては上層ほ
ど小さく、各層を意味する符号a,b、cを用いて示す
と、a>b>cの関係が得られる。例えばトナーの帯電
量が、−17〜−20(μC/g)の時、下層部では、
−20〜−25(μC/g)であるのに対し、上層部で
は−12〜−17(μC/g)となっている。これは、
規制ブレード2Dを通過する際に十分に帯電されないト
ナーが規制力が弱いために通過してしまい、帯電量に差
が生じるためである。
表面の摩擦係数(μ)が0.4以下であるような場合、
感光体ドラム1とトナーとの付着力が弱くなる傾向にあ
る。このため、下層部に比べて帯電量が不足している上
層部のトナーは、感光体ドラム1上で飛翔しやすくな
り、結果として、感光体ドラム1の地肌部に付着すると
地肌汚れを発生させてしまう。また、課題において説明
したように、経時でのトナー同士の凝集度が高まり、こ
れにつれてトナー間付着力が強くなると、ハーフトーン
画像などのように、現像ローラ2B上に担持されている
トナーの一部を使用して現像しようとした場合、感光体
ドラム1に向け転移されないトナーが発生し、忠実なハ
ーフトーン画像の再現ができなくなる。
として、現像ローラ2Bの回転ムラにより画像上でのバ
ンディングがある。つまり、現像ローラ2Bに回転ムラ
が発生すると、感光体ドラム1の表面上での摩擦係数
(μ)が0.1以下では、付着力が極端に小さくなり、
感光体ドラム1に転移されないトナーが発生する。
点の一つに、現像ローラ2Bの回転ムラによる規制ブレ
ード2Cでの当接圧ムラに起因してバンディングが発生
することが挙げられる。つまり、現像ローラ2Bの可移
転ムラにより規制ブレード2Dの当接圧にムラが生じ
る。このとき図3において、a層以外のトナーは帯電不
足に加えて現像ローラ2Bに接触していないことにより
現像ローラ2Bとの付着力が極めて弱く規制ブレード2
Dの圧変動によって掻き取られやすくトナー層厚が変化
しやすくなる。この結果、現像ローラ2B上のトナー層
厚がばらつき、現像量が一定とならず、バンディング画
像が発生してしまう。
規制ブレード2Dの当接圧を増加させ、さらにカウンタ
方式での規制ブレード2Dの突き出し量の短縮などによ
り、図4に示すように、現像ローラ2B上でのトナー付
着量M(mg/cm2)を、 0.5ρRt≦M≦1.2ρRt 但し、Rt:トナーの体積平均粒径(cm)、ρ:嵩密
度(mg/cm2)の関係を設定することによってトナ
ーの薄層を略一層とし、帯電量に差を生じさせないで一
定とすることができるので、帯電量不足に起因した地肌
汚れが発生しないようにできる。例えば、トナーの体積
平均粒径(cm)を7.5(μm)、比重を1.2とし
た場合に100(gf/cm2)で加圧したとき、嵩密
度(M)が0.6となるので、付着量(M)は下限が、
M=1.2aRt=0.27(mg/cm2)となり、
これを下回ると十分な現像量が得られなくなる。上限は
M=1.2aRt=0.65(mg/cm2)となり、
これを上回ると付着量が増加して上述した多層状態が得
られてしまい、忠実な画像の再現が行えなくなる。
式を成立させることで、経時におけるトナーの凝集によ
るトナー間付着量の増加も防ぐことができ、さらに、図
3に示した場合と比較して、感光体ドラム1と現像ロー
ラ2Bとの間の距離(便宜上、図4において符号h2で
示す距離)が非常に小さくなるので(図3における符号
h1で示す距離に対してh1>h2となる関係)、容易
かつ忠実にトナーが感光体ドラム1上の静電潜像に向け
転移することができるようになる。
制ブレード2Dの圧変動による上層部トナーを対象とし
た掻き取り作用が起こらない。つまり、トナーは鏡像力
とファンデルワース力によって現像ローラ2B上に強固
に付着してるので、当接圧の変動があっても掻き取られ
にくく、層厚ムラが発生しにくい。この結果、付着力が
不安定な上層部のトナーの掻き取り等が発生しないの
で、バンディング画像の発生を低減することができる。
なお、感光体ドラム1上に所望の現像量を設定するに
は、感光体ドラム1に対する現像ローラ2Bの線速比
を、1.5〜2.0倍が好ましい。
説明する。
現像ローラ2Bとの当接状態におけるニップ幅を規定し
たことを特徴としている。つまり、請求項7記載の発明
の実施例は、基本的な構成が図1に示した実施例と同様
とされ、その構成において感光体ドラム1と現像ローラ
2Bとのニップ幅W(mm)が、0.3≦W≦3.0に
設定されている。ニップ幅が3mmを越えるとベタ画像
を対象とした場合のトナーの均一性が低下してムラにな
る。これは、現像ローラ2Bによる感光体ドラム1から
トナーを掻き取るスキャベンジ効果が高まることによる
もので、現像ローラ2Bの硬度および当接状態に依存し
ている。また、感光体ドラム1と現像ローラ2Bとの線
速比Vd/Vpは、画像濃度を得るためと、地汚れ発生
の回避のために1.0以上に設定する必要がある。
トナー寄というベタ画像の後端部だけに過剰トナーが付
着する異常画像が発生する。これは潜像の後端が現像さ
れた後も現像領域を通過している間に現像ローラ2Bの
回転に伴い新たに感光体ドラム1と対峙する周面に担持
されているトナーが後端から進入し過剰に現像されるた
めに発生する。従ってニツプ幅が小さいほど、後端が現
像領域を通過している時間が短く、過剰トナーが少なく
なり、後端トナー寄りも目立ちにくくなる。ただし下限
値である0.3mmを下回ると、スキヤペンジ効果が得
られなくなり、感光体ドラム1上で地汚れが発生する。
プ幅を規定することでトナー寄等による異常画像の発生
が防止でき、感光体ドラム1上での地肌汚れの発生も防
止できる。
説明する。請求項8記載の発明は、感光体ドラム1と現
像ローラ2Bとの接触面圧を規定したことを特徴として
いる。つまり、請求項8記載の発明の実施例は、基本的
な構成が図1に示した実施例と同様とされ、その構成に
おいて感光体ドラム1と現像ローラ2Bとの接触面圧P
(gf/cm2)が、1.0≦P≦5.0に設定されて
いる。
接触面圧が5.0(gf/mm2)を越えると、前述した
スキャベンジ効果が高まりベタ均一性が低下すると共
に、現像ローラ2Bの駆動トルクが増加し、回転むらを
引き起こしバンデイング画像が発生する。
と、前記スキャベンジ効果が得られないと当時に、現像
ローラ2Bの寸法誤差を、感光体ドラム1に食い込ませ
る量によって吸収することができなくなり、画像にムラ
が生じる。本実施例によれば、上述した接触面圧の設定
により、バンディング効果等の発生を防止して画像ムラ
を抑止することができる。
例について説明する。図5は、請求項10乃至14記載
の発明の実施例による画像形成装置の要部構成を説明す
るための模式図であり、同図に示す構成において、図1
に示した構成部材と同じものについては同符号により示
してある。感光体ドラム1は、上述した実施例と同様に
表面の摩擦係数(μ)が、0.1≦μ≦0.4に設定さ
れている。
ステル、ポリオール、スチレンアクリルなどの樹脂に帯
電制御剤(CCA)、着色剤を混合し、その周りにシリ
カ、酸化チタン等の物質を外添して構成されている。上
記着色剤としては、カーボンブラック、フタロシアニア
ンブルー、キナクリドン、カーモンなどが用いられる。
トナーの平均粒径は、3〜12μmが選択され、本実施
例では、7.5μmが用いられている。この粒径に関し
ては、高解像度(1200dpi)の要求を満足させる
と共に小粒径化することも十分可能である。さらにトナ
ーは、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリルな
どの樹脂に帯電制御剤(CCA)、着色剤、さらに場合
によっては、ワックスなどを分散混合させた母体トナー
に上記種類の添加剤を外添している。添加剤の粒径は
0.1〜1.5μmの範囲である。現像ローラ2Bに
は、上述したように、所定の表面粗さを有するゴム材料
が用いられると共に、ゴム材料中にはフェライトなどの
磁性材料が含有されて磁化(または着磁)され、また、
表面には上記実施例と同様にコート材料が被覆されてい
る。
支持されている基端から延長された先端が現像ローラ2
Bとの対向位置での接線方向に対して10〜45゜の傾
きで現像ローラ2Bの回転方向下流側に向けて配置さ
れ、先端よりも基端寄りが現像ローラ2Bの周面に接触
する腹当て接触状態とされた、板厚が0.1〜0.15
(mm)に設定されているSUS304などの金属製ブ
レードで構成されている。さらに、基端から先端に至る
長さは10〜15mmとされ、現像ローラ2Bとの当接
圧が5〜50(g・f/cm)に設定されている。
0゜(JIS−A)のものを対象とした場合、板厚とし
て0.1mmのSUSが用いられ、当接圧が20(g・
f/cm)を選択されている。このときに現像ローラ2
B上でのトナー付着量の目標値としては、0.4〜0.
8mg/cm2が得られる。このときのトナーの帯電量
は−8〜−30μC/gの範囲であり、感光体ドラム1
上に担持されている静電潜像に対してトナー層を介して
現像ローラ2Bが当接することで現像されて顕像化する
ことができる。先端に至るまでの長さの規定により、先
端までの長さが長すぎた場合に装置が大型化すること
や、振動が発生しやすくなることで現像ローラ2B上で
のトナー層の厚さを均一化できなくなることによるトナ
ーの付着ムラの発生を防止するようになっている。トナ
ーの付着ムラは現像された画像上でトナーの付着ムラに
よる濃淡が顕著となる異常画像の発生を招く。また、当
接圧の規定により、上限を越えた場合に発生しやすい現
像ローラ2B上でのトナーの付着量の低下が原因するト
ナー帯電量の増加を防止して感光体ドラム1側へのトナ
ーの転移不足による画像濃度の低下を抑止するととも
に、下限を下回った際に発生しやすい固化したトナーが
通過してしまう現象を防止して異常画像の発生をなくす
ことができるようになっている。
対してトナー層を介して当接しており、当接させる際に
は、コイルバネあるいは板バネ等の加圧手段が用いら
れ、本実施例では現像ローラ2Bの硬度(HS)が30
°(JIS−A)である場合に当接圧が2〜6g・f/
mmに設定されている。当接のための加圧手段の数が現
像ローラ2Bの長手方向に沿って多いほど現像ローラ2
Bと感光体ドラム1との対向面間での当接ムラが少なく
できるので、このような構成を用いることがベタ画像の
濃度均一性を確保するためには好ましい。上記当接圧
は、ベタ画像の均一現像や地肌汚れの防止に影響するの
で、以下の理由に基づいて設定されている。
6に示す結果を得た。
(ベタ均一性、地肌汚れ(図6では、地汚れと表記され
ている))の発生状態を示す線図であり、その実験結果
から、図6中、右下がりの斜め線で示した上記当接圧の
範囲において明らかになっているように、上記当接圧の
範囲の下限を下回ると現像能力が低下し、充分な現像量
が得られない。また、上限を上回ると現像ローラ2Bの
スキャベンジ力が増加することと、トナー層が圧縮され
て凝縮されることとが原因して感光体ドラム1に対して
転移したトナーが掻き取られたり凝縮したままで現像ロ
ーラ2上に残留してしまい、ベタ画像部での濃度ムラな
どの異常画像が発生しやすくなることが判明した。この
ため、上記現像ローラ2Bの硬度を基準とした場合に上
記範囲内での当接圧を設定することにより、高濃度の均
一な画像を得ることができる。
のように規定している。トナーの流動性は感光体ドラム
1に対する付着性に影響するパラメータであり、このパ
ラメータの指標としてはトナーのゆるみ見掛比重があ
る。本実施例ではゆるみ見掛比重を0.35g/cm3
以上に設定している。本発明者は、ゆるみ見掛密度を使
用してトナーによる現像特性、本実施例では、ハーフト
ーン画像の再現性に関する比較を行った処、表1に示す
結果を得た。
A(ゆるみ見掛密度=0.3)とトナーB(ゆるみ見掛
密度=0.42)を用い、現像ローラ2Bの感光体ドラ
ム1に対する当接圧を6g・f/mmとし、感光体ドラ
ム1と現像ローラ2Bとの間の線速比を1.2とするこ
とでハーフトーン画像を形成し、その再現性を実験した
結果が示されている。なお、この実験には(株)ホソカ
ワミクロン製パウダーテスターPT−N型が使用され
た。表1においてハーフトーン不均一画像の欄で「X」
はハーフトーン画像の再現が不良であることを意味し、
「○」は再現が良好に行われたことを意味している。
することで流動性の善し悪しを示すが、流動性がよいほ
どその値が大きくなる。図7は、ハーフトーン画像が不
均一な状態で得られる場合を説明するための模式図であ
る。現像は、トナーと静電潜像との間の作用力が影響す
る。いま、トナーに作用する力として、トナーと感光体
ドラム表面間の非静電気的付着力を(Ft ・ p)とし、ト
ナーに作用するクーロン力を(Fq ・ e)とした場合、こ
れら各力の和がトナー間付着力(Ft ・ t)およびトナー
と現像ローラ表面間での非静電気的付着力(Ft ・ r)の
和よりも大きい時、つまり、 Ft ・ p+Fq ・ e>Ft ・ t+Ft ・ r で表されるときにトナーが静電潜像に向け転移すること
で現像される。
や感光体ドラム1に対する現像時での当接圧によりトナ
ー間凝集力が増加した場合には、上記関係式でのトナー
間付着力(Ft ・ t)が一部強まることで部分的にトナー
の転移が起こらなくなり、これにより部分的に現像され
なくなる。
する力 Ft ・ p:トナーと感光体ドラム1表面間の非静電的付着
力 Fq ・ e:トナーに作用するクーロン力 Ft ・ t:トナー間付着力 Ft ・ r:トナーと現像ローラ2B表面間の非静電気的付
着力 (2)現像方向と垂直方向に作用する力 Fμt ・ p:トナーと感光体ドラム1表面間の摩擦力(μt
・ pは摩擦係数) Fμt ・ t:トナー間の摩擦力(μt ・ tは摩擦係数) Fμt ・ r:トナーと現像ローラ2B表面間の摩擦力(μt
・ rは摩擦係数) 図7において、トナー間付着力(Ft ・ t)の増加によ
り、トナー同士の凝集力が高まることで感光体ドラム1
への転移が阻まれやすくなる。
よるトナーの凝縮力を規制するために添加剤を用いる。
本実施例では、現状トナー(シリカ0.2wt%、酸化
チタン0.3wt%)に対して前述したトナーB、つま
り、表1に示したゆるみ見掛密度=0.42のトナーを
対象として、シリカ0.5wt%、酸化チタン1wt%
を設定し、トナーAよりも添加量が高められている。こ
のため、添加剤の主機能の一つであるトナー同士での凝
集力を下げる機能が発揮され、トナー同士が付着して凝
集塊となるのを防止して、いわゆる、ほぐした状態でト
ナーを感光体ドラム1と接触させることが可能となり、
均一な現像および転写特性が得られる。
て説明する。本発明者は、トナーの球形化とハーフトー
ン画像の再現性について次の実験としたところ、表2に
示す結果を得た。
を球形度で表せることに着目し、真球を1とした場合、
粉砕トナーになるに従い球形度が低下するとそのトナー
によりハーフトーン画像の再現性にどのような影響があ
るかを観察した。表2に示す結果を得た実験には、球形
度の異なるトナー、つまり、トナーC(球形度=0.8
8)と、トナーD(球形度=0.96)とが用いられ、
感光体ドラム1に対する現像ローラ2Bの当接圧を6g
・f/mmとし、感光体ドラム1と現像ローラ2Bとの
線速比を1:2としてハーフトーン画像が形成された。
なお、この場合に添加剤はシリカが用いられ、その添加
量は0.6wt%である。表2に示す結果から、トナー
の球形度が上がり、添加剤の添加重量比率が同等であっ
ても、球形度により変化するトナー母体の表面積に応じ
た添加剤の付着量に相当する被覆率が増加したためにト
ナー間付着力が減少し、規制ブレード2Dによる薄層形
成時や感光体ドラム1による現像時の当接圧でもトナー
間付着力があまり増加せずにトナーの凝集塊ができにく
くなって均一な現像が行えることにより、ハーフトーン
画像の再現性が向上できたといえる。なお、トナーの球
形化方法には、重合法および粉砕トナーを加熱すること
で表面を溶融して元に戻す方法などがある。
に対する添加剤の添加量比、トナーの形状を制御するこ
とにより、トナーの凝集力を低減できることで低コント
ラスト潜像に対しても均一でしかも濃度の高い画像を得
ることができる。
像ローラ2Bと規制ブレード2Dとの関係を示す模式図
であり、同図において、現像ローラ(便宜上、図1に示
した符号2Bを用いる)は、16mmの外径を有し、弾
性層若しくは表層に磁性体を含有させて60極の着磁部
を備えた磁性ローラで構成されている。現像槽2A内に
は、トナーに加えて磁性流体Pが混在させてある。磁性
粒子Pは、粒径が100〜300μmmとされ、望まし
くは表面にシリコン樹脂などが被覆された磁性体で構成
されている。磁性粒子Pは、その粒径が現像ローラ2B
と規制ブレード2Dとの入り口側開口高さ(l(小文字
のエル))よりも大きい径とされていることにより、規
制ブレード2Dによって薄層化される前のトナーと当接
すると少量のトナーを掻き取ることができ、さらにトナ
ー間に混在することでトナー同士をほぐしてトナーの凝
集を解消するようになっている。
まり、前述したように、トナー間付着力が増加する原因
としては、(1)トナー流動性(ゆるみ見掛密度)
(2)薄層形成時での規制ブレード2Dと現像ローラ2
Bとの間の当接圧、(3)現像時での感光体ドラム1と
現像ローラ2Bとの間の当接圧がある。特に、ソリッド
現像、いわゆる、ベタ画像に対する現像追従性を維持し
てコントラストの低い画像に対しても十分なトナーの供
給量を保証するために、供給ローラ2Cを介して現像ロ
ーラ2Bに対してトナーが供給されるようになっている
が、そのときのトナーの付着量が1mg/cm2を越え
る場合がある。このため、大量に付着しているトナー間
での(2)に挙げた圧力が増加し、結果として、トナー
間付着量は増加してしまう。そこで、薄層化前のトナー
を対象として磁性粒子Pをトナーの一部に接触させてそ
の一部を掻き取るとともに凝集をほぐすことで上記した
当接圧が一定の場合で凝集度合いが少なくなっている
分、トナー間付着力を低減させることができる。
ラ2Bが磁性体であることに起因して磁性粒子Pが現像
ローラ2Bと連れ回り、規制ブレード2Dの入り口開口
部に達する。このとき、トナーと磁性粒子Pとは攪拌混
合された状態となり、互いに摩擦帯電してトナーが磁性
粒子Pに付着して掻き取られることになり、これによ
り、トナーの凝集度合いが低減される。
現像ローラ2Bと規制ブレード2Dとの対峙位置に向け
進入するのが阻まれたトナーおよび磁性粒子Pは、磁性
粒子Pの粒径が入口側開口部よりも大きいことにより供
給ローラ2Cあるいは現像槽2A内に向け落下する。し
かも、規制ブレード2Dが現像ローラ2Bに対して十分
な圧力(2.0g・f/mm)によって当接しているの
で、規制ブレード2Dと現像ローラ2Bとの間を通過す
ることがなく、規制ブレード2Dにより剥ぎ取られた磁
性粒子Pは、自重で現像ローラ2Bと供給ローラ2Dと
の接触部に落下するので、感光体ドラム1に対する現像
領域内に進入して感光体ドラムの表層を損傷させるよう
なことがない。
れば、現像剤の体積平均粒径Rt(cm)と、上記現像
剤担持体上での現像剤の付着量M(mg/cm2)と、
嵩密度ρ(mg/cm3)との関係を、0.5ρRt≦
M≦1.2ρRt(但し、現像剤は100(gf/cm
2)で加圧されている。)とされて、現像剤担持体上に
担持されている現像剤が略一層で担持するようにしてい
るので、担持されている現像剤層に帯電量の差が生じな
いようにすることができる。これにより、帯電不足を生
じることがないので、帯電不足による現像剤の飛翔を防
止してその飛翔した現像剤が潜像担持体の地肌汚れの原
因となるのを確実に防止することが可能となる。しか
も、経時におけるトナーの凝集によるトナー間付着量の
増加も防ぐことができ、さらに、潜像担持体と現像剤担
持体との間の距離が非常に小さくなることにより、容易
かつ忠実に潜像担持体上の静電潜像に向け現像剤を転移
させやすくなるので、所望の現像量を供給できることに
より、均一なベタ画像およびハーフトーン画像を再現す
ることが可能となる。また、現像剤規制手段が現像剤を
介して現像剤担持体に当接し、先端部若しくはその先端
に至る途中を現像剤に当接させる構成となっているの
で、現像剤規制手段の当接圧変動を防止して上記した一
層分の層厚を正確に規定することができ、振動の発生を
抑えて段々ムラやバンディング画像の発生を確実に防止
することが可能となる。
と現像剤担持体との間のニップ幅(W)を、0.3≦W
≦3.0(mm)に設定したので、現像剤担持体による
潜像担持体からの現像剤を掻き取るスキャベンジ効果を
適正化して均一なベタおよび後端トナー寄というベタ画
像の後端部だけに過剰トナーが付着する異常画像が発生
するのを防止することが可能となる。
と現像剤担持体との間の接触面圧P(gf/cm2)
を、1.0≦P≦5.0に設定したことにより、スキャ
ベンジ効果が高まるのを防止してベタ均一性が低下させ
ないようにするとともに、現像剤担持体の駆動トルクを
増加させないようにして、回転むらを引き起こすことが
原因するバンデイング画像の発生を防止し、さらには、
スキャベンジ効果が得られなくなるのを防止し、現像剤
担持体の寸法誤差を、潜像担持体に食い込ませる量によ
って吸収することで画像ムラの発生を防止することが可
能となる。
ゆるみ見掛密度を0.35以上に設定することにより、
現像剤同士での凝集力を下げることができ、現像剤同士
が付着して凝集塊となるのを防止して、いわゆる、ほぐ
した状態で現像剤を潜像担持体と接触させることが可能
となり、均一なハーフトーン画像の現像および転写特性
を得ることが可能となる。
形状を球形度により規定し、その球形度を真球球形度に
対して90%以上としたので、添加剤の添加重量比率が
同等であっても、球形度により変化するトナー母体の表
面積に応じた添加剤の付着量に相当する被覆率が増加さ
せてトナー間付着力を低減することができ、これによ
り、現像剤の塊を生じにくくすることで均一な現像を行
うことが可能となり、ハーフトーン画像の再現性が向上
させられる。
現像材中に複数の粒子、特に現像剤規制手段と潜像担持
体との対向間隔よりも大きい磁性粒子を滞留させたの
で、磁性粒子によりトナー間付着力を弱めた状態が得ら
れ、これにより、現像剤に塊ができるのを防止して均一
な現像を行うことが可能となり、ハーフトーン画像の再
現性を向上させることが可能となる。
よる画像形成装置の要部を説明するための模式図であ
る。
持体の表面摩擦係数に関する実験構造を説明するための
模式図である。
積層状態に関する従来例を説明するための模式図であ
る。
施例による画像形成装置での現像剤の積層状態を説明す
るための模式図である。
施例による画像形成装置の要部を説明するための模式図
である。
と現像剤担持体との当接圧と磁汚れおよび異常画像との
関係を説明するための表図である。
関係を説明するための模式図である。
するために、図5に示した構成における現像剤担持体と
現像剤規制手段との関係を説明するための模式図であ
る。
Claims (14)
- 【請求項1】予め均一帯電し、表面の摩擦係数(μ)
が、0.1≦μ≦0.4に設定された潜像担持体に対し
て光り書き込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像に
対して現像剤を担持した現像剤担持体を当接させて上記
静電潜像を可視像処理し、転写媒体への転写および転写
画像の定着を行って画像を形成する画像形成装置におい
て、 現像剤の体積平均粒径Rt(cm)と、上記現像剤担持
体上での現像剤の付着量M(mg/cm2)と、嵩密度
ρ(mg/cm3)との関係を、 0.5ρRt≦M≦1.2ρRt (但し、現像剤は100(gf/cm2)で加圧されて
いる。)に設定したことを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】請求項1記載の画像形成装置において、 上記現像剤担持体上の現像剤は、略一層にて担持されて
いることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項3】請求項1記載の画像形成装置において、 上記現像剤担持体上の現像剤は、該現像剤担持体に対向
する現像剤規制手段により上記関係が得られれる層厚に
規制されることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項4】請求項1または3記載の画像形成装置にお
いて、 上記現像剤規制手段は、上記現像剤担持体に対し上記現
像剤を介して当接しており、先端部もしくはその先端に
至る途中が上記現像剤に当接する構成とされていること
を特徴とする画像形成装置。 - 【請求項5】請求項4記載の画像形成装置において、 上記現像剤規制手段には、金属若しくは非金属材料が用
いられることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項6】請求項4または5記載の画像形成装置にお
いて、 上記現像剤規制手段は、現像剤に対するバイアス電源が
接続されていることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項7】請求項1乃至6のうちの一つに記載の画像
形成装置において、 上記潜像担持体と上記現像剤担持体との間のニップ幅W
(mm)が、 0.3≦W≦3.0 に設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項8】請求項1乃至7のうちの一つに記載の画像
形成装置において、 上記潜像担持体と上記現像剤担持体との接触面圧P(g
f/mm2)を、 1.0≦P≦5.0 に設定したことを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項9】請求項1乃至8のうちの一つに記載の画像
形成装置において、 上記現像剤担持体には、ゴム材料が用いられることを特
徴とする画像形成装置。 - 【請求項10】予め均一帯電し、表面の摩擦係数(μ)
が、0.1≦μ≦0.4に設定された潜像担持体に対し
て光り書き込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像に
対して現像剤を担持した現像剤担持体を当接させて上記
静電潜像を可視像処理し、転写媒体への転写および転写
画像の定着を行って画像を形成する画像形成装置におい
て、 上記現像剤のゆるみ見掛密度を、0.35以上に設定す
ることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項11】予め均一帯電し、表面の摩擦係数(μ)
が、0.1≦μ≦0.4に設定された潜像担持体に対し
て光り書き込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像に
対して現像剤を担持した現像剤担持体を当接させて上記
静電潜像を可視像処理し、転写媒体への転写および転写
画像の定着を行って画像を形成する画像形成装置におい
て、 上記現像剤の形状を球形度で規定し、その値を真球球形
度に対して90%以上としたことを特徴とする画像形成
装置。 - 【請求項12】予め均一帯電し、表面の摩擦係数(μ)
が、0.1≦μ≦0.4に設定された潜像担持体に対し
て光り書き込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像に
対して現像剤を担持した現像剤担持体を当接させて上記
静電潜像を可視像処理し、転写媒体への転写および転写
画像の定着を行って画像を形成する画像形成装置におい
て、 上記現像剤担持体近傍に複数の粒子を滞留させることを
特徴とする画像形成装置。 - 【請求項13】請求項12記載の画像形成装置におい
て、 上記粒子および上記現像剤担持体がそれぞれ磁性を有す
ることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項14】請求項12または13記載の画像形成装
置において、 上記粒子は、現像剤を薄層化するために上記現像剤担持
体と対峙して設けられている現像剤規制手段と該現像剤
担持体との間の対向間隔よりも大きい粒径に設定されて
いることを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (2)
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JP11115735A JP2000305343A (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 画像形成装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11115735A JP2000305343A (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 画像形成装置 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7099610B2 (en) | 2003-05-14 | 2006-08-29 | Oki Data Corporation | Image forming apparatus |
US7386257B2 (en) | 2003-04-10 | 2008-06-10 | Ricoh Company, Ltd. | Imaging apparatus, and toner and process cartridge used in the imaging apparatus |
JP2008152292A (ja) * | 2008-03-06 | 2008-07-03 | Ricoh Co Ltd | 画像形成装置及びこれに用いられるトナーとプロセスカートリッジ |
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1999
- 1999-04-23 JP JP11115735A patent/JP2000305343A/ja active Pending
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