JP2004233703A

JP2004233703A - 電子写真装置

Info

Publication number: JP2004233703A
Application number: JP2003022916A
Authority: JP
Inventors: Hisao Okada; 久雄岡田; Masayoshi Nakayama; 政義中山
Original assignee: Hitachi Printing Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19
Also published as: US20040184842A1; US6954604B2

Abstract

【課題】本発明は、印刷速度が毎分６０ページを超えるような高速プリンタ或いは複写機の現像装置で交流電圧を現像バイアス電圧として用いた場合に、良好な画像を得ることを課題とする。
【解決手段】トナーとキャリアの混合物である２成分現像剤を用い、内部に磁極を有する現像ロールを備えた現像装置を用い、現像ロールに現像バイアス電圧として直流電圧と交流電圧を重畳して印加する現像バイアス電源を備え、トナーを感光体に現像して画像を形成する電子写真装置において、前記現像ロールと前記感光体に挟まれる空間における前記キャリアの体積割合を３２％乃至４６％の範囲とする。更には、前記キャリアの２０００Ｖ／ｃｍの電界印加時の抵抗率を３×１０の１０乗Ωｃｍ以上とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナーと磁性粒子であるキャリアとを混合した２成分現像剤を用いた電子写真装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置では、感光体を帯電し、画像データに応じた露光を行って、感光体上に画像パタ−ンに対応した電荷分布を形成し、現像において電荷分布に応じてトナーを現像することによって初めて画像が目に見えるトナー像として現れる。その後、そのトナー像を紙へ転写し、熱定着によって紙上に固定し、画像として完成する。
【０００３】
この現像においては、粒径１０マイクロメートル前後の樹脂の粉体の着色粒子であるトナーと、フェライトやマグネタイト、鉄粉などの粒径が５０から１５０マイクロメートルの磁性粒子であるキャリアを混合した２成分現像剤を用いる現像方式がある。
【０００４】
また、現像装置では、内部に磁石を備え、外部円筒が回転する現像ロールによって現像剤を感光体と現像ロールの間隙である現像部に搬送している。現像部に搬送された現像剤は現像ロールに印加された現像バイアス電圧と感光体の表面電荷分布で決まる表面電位分布との関係できまる電界によってトナーが表面電荷分布に応じて感光体上に付着する。
【０００５】
このとき、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が用いる方法が知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。この交流電圧を用いた現像バイアスの効果は、直流電圧が低い場合でも、交流を重畳することによって直流のみの場合に比べて現像されるトナー量を増加させることができることである。そのため、特に、現像剤を感光体に接触させることなく、現像する方式の非接触現像で用いるとその効果が大きくあらわれる。
【０００６】
また、現像部での磁性粒子が占める体積の割合が１．５から３０％で、現像ロール上の現像剤塗布量を５〜５０ｍｇ／平方ｃｍとし（例えば特許文献３参照）、また、使用するキャリアの電気抵抗率を所定の範囲内にすること（例えば特許文献４参照）、等が知られている。さらに、関連する技術としてには交流成分の周波数を１０００から３０００Ｈｚにすることが知られている（例えば特許文献５参照）。これらの技術を用いることによって、現像バイアスに交流電圧を重畳して用いた場合に、良質の画像を得ることが出来るとしている。
【特許文献１】
特公昭６３−２５３５０号公報
【特許文献２】
特公平３−２３０４号公報
【特許文献３】
特公平８−１５３４号公報
【特許文献４】
特公平７−６２７７９号公報
【特許文献５】
特許第２６４６２２１号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術は、印刷速度がＡ４サイズの用紙で毎分１０ページ程度の複写機で検討された技術であった。そのため、その技術を印刷速度がＡ４サイズの用紙で毎分６０ページの高速プリンタで確認した結果、十分な良好な画像を得ることが出来なかった。具体的には、十分な画像濃度が得られなかった。ここで、十分な画像濃度とは、特許文献３に記載されているように、光学的反射濃度で１．４である。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、印刷速度が毎分６０ページを超えるような高速プリンタ或いは複写機の現像装置で交流電圧を現像バイアス電圧として用いた場合に、良好な画像を得ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、現像ロールと感光体に挟まれる空間におけるキャリアの体積割合を３２％乃至４６％とすることで解決される。更には、前記キャリアの２０００Ｖ／ｃｍの電界における抵抗率を３×１０の１０乗Ωｃｍ以上とすることで解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて説明する。先ず、電子写真装置の画像形成過程を図１を用いて説明する。
【００１１】
図１で、時計方向に回転する感光体１は帯電器２によってその表面が一様に帯電され、露光器３は画像デ−タに応じて光が明滅し、感光体１上では光が照射された部分が導電化して表面の電荷が消失する。
【００１２】
現像機４には、トナーとキャリアからなる２成分現像剤が保持されており、内部に磁石を備えた現像ロール４１の回転にともなって感光体１と向かい合った領域へと搬送される。現像ロール４１には、直流に交流を重畳した現像バイアス電圧が現像バイアス電源４８から印加されており、感光体と同じ帯電極性のトナーは感光体と現像ロール間の電界の作用で、感光体表面の電荷が消失した場所に付着する。現像によって感光体１上に形成されたトナー像は、転写器５によって用紙７に転写される。用紙７に転写されたトナー像は、図示していないが、定着機での加熱によって融解されて、用紙７上に固定される。その後、感光体１上に残留したトナーを清掃機６で除去し、以後同様に画像形成が行なわれる。清掃機６で除去されたトナーは、トナーホッパ４２に回収されて再び現像に使用される。
【００１３】
現像によってトナーが消費されると、現像機４の現像剤中のトナー濃度が低下し、トナー濃度センサ４４の出力値が変化し、制御部４６で基準値と比較しトナー濃度が所定値より低下したことを検出すると、トナー補給ローラ４３を駆動して、トナーホッパ４２から現像機４内にトナーを補給する。トナー濃度センサ４４の出力が所定のトナー濃度に対応した値になると、現像機４内のトナー濃度が過剰にならないように制御部４６は補給ローラ４３を停止させる。
【００１４】
次に図２で現像部を詳しく説明する。
【００１５】
現像機４内の、現像剤８は現像ロール４１の回転（図２では反時計方向）に伴って、現像ロール上を搬送される。搬送された現像剤は、現像剤規制部材４７で高さが規制され、規制部材４７を通過後は、一様な塗布量の現像剤が感光体１と現像ロール４１の対抗部分である現像部へ運ばれる。
【００１６】
現像剤の塗布量は、現像剤規制部材４７と現像ロール４１の間隔で調節できる。この間隔をドクタギャップと呼ぶ。また、感光体１と現像ロール４１との間隔を現像ギャップと呼ぶ。
【００１７】
ドクタギャップを広くすると現像剤塗布量は多くなり、現像部で占める現像剤の体積密度は高くなる。すると感光体を擦る力も強くなるので、この密度が高すぎると印刷画像上にキャリアが擦った痕跡が現れてしまい、好ましく無い。そのため、上記従来技術では、現像部でのキャリアの占める体積割合を１．５〜３０％の間とし、現像部でキャリアがまばらな状態になるようにしてキャリアの擦りの影響が画像に現れないようにしている。なお、現像部でのキャリアの体積割合は、特許文献に記載されているように、現像剤塗布量のうち、キャリアのみの重量をキャリアの密度で割り、さらに現像ギャップで割ることによって得られる。
【００１８】
ところが、印刷速度がＡ４サイズの用紙で毎分６０ページを超えるプリンタで実験したところ、十分な画像濃度が得られず、また画像にも擦りの影響が現れていた。この理由は、従来例のような低速な複写機では現像部を現像剤が通過する時間が長いため、その時間内で感光体表面に移行する現像剤中のトナーの量が多く、十分な量が現像されるが、高速なプリンタでは現像部を通過する時間が短いため、感光体に現像されるトナー量が少なくなるためである。また、擦りの影響が現れているのは、擦ることができた、即ちキャリアの先端に付着して直接感光体に接触できたトナーが現像されやすかったため、擦った痕跡として画像に現れてしまったと考えられる。
【００１９】
結局、高速プリンタでは、現像部でトナーが感光体に現像される時間が短いため、従来のような現像剤塗布量が少ないと十分な量のトナーを現像できないことになる。
【００２０】
そこで、改めて現像剤の条件の検討を行い、十分な画像濃度が得られる条件を見出した。
【００２１】
検討には、印刷速度６０ページ／分の日立工機製ＬＢ０６０Ａ形改造機を用いた。現像部の条件は、現像ギャップ０．８ｍｍである。また、キャリアは平均粒径９５μｍの樹脂被覆マグネタイトキャリアで、トナー濃度を３％に調合した現像剤を用いた。なお、画像濃度は、現像バイアス電圧や、現像ロールの速度によっても調節は可能である。しかし、極端な条件では、背景部の汚れ（カブリ）等の画質不良を引き起こすので、適正に使える範囲は限られている。その範囲は、現像バイアスの直流分が３００Ｖから５００Ｖ、現像ロールの速度は感光体の速度に対して周速比で１．４倍から２．１倍の範囲であり、この範囲では画像不良の問題は生じなくできる。上記実験は、その範囲のほぼ中央の条件である、現像バイアス直流分４００Ｖ、周速比１．８で実施した。また、交流バイアスはピークピークの振幅で１４００Ｖ、周波数は４ｋＨｚの正弦波を重畳した。
【００２２】
検討の結果、現像部でのキャリアの体積割合、画像濃度、現像ロール上現像剤塗布量との関係に、下記の結果が得られた。
【００２３】

この結果から、現像部に占めるキャリアの体積割合が３２％以上で十分な画像濃度が得られることが判った。また、体積割合が４６％を超える場合には、画像に擦りの影響が現れてしまった。したがって、擦りの影響が無く、十分な画像濃度が得られる体積割合は、３２％から４６％の間であることがわかる。
【００２４】
次に、上記条件範囲において、使用するキャリアの電気抵抗率についての検討結果を説明する。
【００２５】
抵抗が低い場合には、交流バイアスを印加した場合に、感光体の電位と現像ロールの電位との差が大きくなった場合に、キャリアが感光体に現像されてしまうというキャリア飛びの問題が生じた。このキャリア飛びが生じると、転写において、キャリアが付着した部分周辺の画像が転写されなくなり、画像欠陥が生じてしまう。このキャリア飛びは、感光体電位と現像ロール電位との電位差が大きくなったときに、キャリアに電荷が注入されて感光体に静電的に吸着してしまうために生じる現象である。キャリアの抵抗が低い場合に電荷が注入しやすいので多く発生する。現像バイアスに交流を重畳する場合は、電位差が大きくなる期間が必ず生じるので、電荷注入が起こりやすくなり、キャリア飛びが生じやすいのである。しかし、キャリアの抵抗が高くても、本実施例のように現像部でキャリアが占める体積割合を大きくした場合には、感光体１と現像ロール４１との間で、キャリアとキャリアの接触点の数が多くなるので、全体の電気抵抗ガ低下して電荷注入が起こりやすくなり、キャリア飛びは増加する。このキャリア飛びを低減するためには、キャリアの高抵抗化が有効であり、その検討結果を説明する。
【００２６】
先ずキャリアの電気抵抗の測定方法について説明する。図３は測定に用いた装置構成概略を示す。図３で、上下の電極８２と８４でキャリア８５を挟みこみ、電気抵抗を高抵抗計８１で測定する。抵抗率は、測定した抵抗値に電極８２、８４の面積を掛けて、キャリアの厚みＤで割って得られる。抵抗測定の条件は、特許文献の方法に準じ、キャリアの厚みを０．４ｃｍ、キャリアに印加する荷重を上部の電極８２の重量を調節して１平方ｃｍあたり０．２５ｋｇとし、キャリアに印加する電界強度はパラメータとして変えた。なお、図３で、ガード電極８３と絶縁樹脂８６は測定誤差を回避するためであり、通常高抵抗測定で行われている工夫である。
【００２７】
以下に測定を行ったキャリアと、図４に測定結果の抵抗率−印加電界強度特性を示す。キャリアは被覆する樹脂の量と、樹脂に添加する導電剤の量を調整して、抵抗を変えた。下記にキャリアの条件を示す。
【００２８】

図４の横軸Ｅは、キャリアに印加する電界強度、縦軸Ｒは抵抗率である。
【００２９】
図４で、キャリアの抵抗は印加電界強度を大きくしていくと低下してくる特性があることがわかる。これはキャリアでは一般的な特性であり、電界強度が大きくなると、キャリア被覆樹脂の絶縁性がすこしずつ低下したり、部分的に絶縁が破られるようになって、電流が流れやすくなってくるためと考える。
【００３０】
図４から、Ｃ−１、Ｃ−２、Ｃ−３を比べると、被覆する樹脂の量を少なくすると抵抗が低下することがわかる。これは、被覆樹脂が薄くなって絶縁性が低下するため、電界強度が強くなると絶縁が破られるためである。Ｃ−１、Ｃ−４、Ｃ−５から添加する導電剤の量を増やすほど抵抗が低下することがわかる。導電剤の添加量を増やすと、被覆樹脂中、導電剤が存在する部分で電界強度が強くなってくると、樹脂の絶縁が破壊されるものと考えられる。更に導電剤を増加させて抵抗を低下させた、Ｃ−６、Ｃ−７、Ｃ−８については、抵抗がかなり低くなることが予想されたので、現像実験を行う際のキャリア飛びを減らすために、キャリア粒径を大きくした。
【００３１】
これらのキャリアが現像部で約４０％の体積を占める条件で交流バイアスを重畳した場合、Ｃ−１からＣ−５までのキャリアは、キャリア飛びが画質上の問題を引き起こすことは無かった、しかし、Ｃ−６、Ｃ−７、Ｃ−８のキャリアではキャリア飛びが生じ、画像欠陥が発生してしまった。特に、Ｃ−８は直流現像バイアスのみではキャリア飛びを抑えられる粒径であるが、交流を重畳した場合にはキャリア飛びを押さえられなかった。
【００３２】
また、このようなキャリアを用いた場合は、交流電圧を重畳した場合には、感光体表面に点状の傷が発生し、印刷画像に黒点として現れてきた。これはキャリアの抵抗が低いため現像ロールに印加した電圧が直接感光体表面に作用するようになり、感光体と現像ロールの電位差が大きくなる交流電圧の位相でキャリア先端から感光体へ放電が生じてしまったためである。そのため、感光体に穴が開き、下地の電極が現れてしまい、その部分はもはや帯電しなくなるため、常にトナーが現像されることになり、黒点として現れてきたと考える。
【００３３】
これらのことから、現像部でのキャリアの体積割合が高い場合（従来の１．５〜３０％に対して、３２〜４６％のように）交流バイアスを用いる場合には、キャリアの抵抗率は従来以上に高くする必要があることが判った。
【００３４】
図４の結果からは、Ｃ−５で示すキャリアの結果から、少なくとも、キャリアへの印加電界強度２０００Ｖ／ｃｍで、抵抗率が３×１０の１０乗Ωｃｍ以上とすれば、交流バイアスを重畳した現像バイアスを使った場合にもキャリア飛びが画質に影響しない程度に抑えられることが判る。また、放電が生じなくなり、感光体が傷つくことも無くなった。
【００３５】
以上に示したように、印刷速度が毎分６０ページと高速なプリンタでは、従来のように現像ロール上の現像剤塗布量を少なくして、現像部でのキャリアが占める体積を小さくすると十分な量のトナーが現像されなくなる。そのため、現像剤塗布量を多くし、現像部でのキャリアが占める体積割合を多くし、その場合の全体の抵抗低下をキャリアそのものを高抵抗化することで補償する。それによって、交流バイアスを重畳した現像バイアスを適用できるようなり、擦りの影響が現れない良質な画像を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、高速プリンタにおいても交流バイアスを重畳した現像バイアスを用いることが可能になり、良質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す構成図。
【図２】図１における現像部の断面図。
【図３】本発明におけるキャリア抵抗の測定装置の構成図。
【図４】本発明におけるキャリア抵抗の印加電界特性図。
【符号の説明】
１は感光体、２は帯電器、３は露光器、４は現像機、５は転写器、６は清掃機、７は用紙、８は現像剤、１１は本発明のトナーの転写特性、４１は現像ロール、４２はトナーホッパ、４３はトナー補給ローラ、４４はトナー濃度センサ、４５は攪拌スクリュー、４７は現像剤規制部材、４８は現像バイアス電源、５１は帯電器、５２はベルト、５３は転写電源、８１は高抵抗計、８２は加重兼電極、８３はガード電極、８４は測定電極、８５はキャリア、８６は絶縁樹脂、Ｃ−１からＣ−８は各々異なるキャリアの抵抗率−電界強度特性である。

Claims

トナーとキャリアの混合物である２成分現像剤を用い、内部に磁極を有する現像ロールを備えた現像装置を用い、現像ロールに現像バイアス電圧として直流電圧と交流電圧を重畳して印加する現像バイアス電源を備え、トナーを感光体に現像して画像を形成する電子写真装置において、前記現像ロールと前記感光体に挟まれる空間における前記キャリアの体積割合を３２％乃至４６％の範囲とすることを特徴とする電子写真装置。
前記キャリアの２０００Ｖ／ｃｍの電界印加時の抵抗率を３×１０の１０乗Ω・ｃｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の電子写真装置。