JP2005173484A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】像担持体1上の静電潜像を現像する現像手段400は、現像剤担持体440と、これに現像剤を供給する手段を有し、規制部材420により現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成し、該現像剤担持体を像担持体と押圧接触させ、現像剤担持体と像担持体との間に現像バイアスを印加し、現像剤を像担持体に転移させて像担持体上の静電潜像を現像する現像手段であり、現像剤担持体は、弾性層442aを持ち、像担持体の表面よりも低い硬度を有し、現像バイアスが交番電圧に直流電圧を重畳したものであり、現像バイアスの絶対値の最大値を|V|max、帯電手段により像担持体表面を一様に帯電する所定の電圧値(暗電位)をVdとしたとき、|V|max≦|Vd|、を満たすこと。
【選択図】図2
Description
この方式(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)は、磁性一成分現像剤を用い、マグネットを内包した現像スリーブ(現像剤担持体)に現像剤を担持し、現像スリーブの表面から所定の微小間隙をおいて感光体に対向させ、この間隙を飛翔する現像剤により現像する。現像装置(以下、現像器と記す)内の現像剤は、機械的攪拌機構や重力により現像スリーブに搬送されるとともに、現像剤はマグネットによる一定の磁力を受けて現像スリーブに供給される。そして、規制手段により現像スリーブ上に一定の現像剤層を形成し、現像に用いられる。マグネットにより現像剤に働く力は現像剤の搬送のみでなく、現像部においても積極的に使用される。現像部においては現像剤が非画像部に移行しカブリなどの画像不良が発生するのを防止する。その理由として、現像時に現像剤は現像スリーブに内包したマグネットロールに向かう方向に磁力を受け、現像スリーブ上で拘束力を受けているためである。現像剤の飛翔にはACバイアスが使用される。感光体の印字部電位及び非印字部電位を含む領域と現像スリーブ間に現像バイアスが印加され、印字部及び非印字部に対し現像剤が往復運動することにより現像剤で印字部を現像する。
また、弾性層をもつ現像ローラ(現像剤担持体)上に、非磁性現像剤を担持し感光体の表面に接触させて現像を行う方式も提案されている(例えば、特許文献3参照)。現像器内の現像剤は機械的攪拌機構や重力により現像ローラに供給する。現像ローラに接触したスポンジ状の弾性ローラを設け現像剤の搬送供給を行う。このスポンジ状の弾性ローラは、現像ローラ上の現像剤ののり量と電荷量を均一にする目的から、現像されなかった現像剤を一旦除去する機能も担っている。感光体の基材と現像ローラの間にはDCバイアスが印加される。
装置構成の簡略化や廃棄物を無くすという観点から、転写方式の画像形成装置において感光体の転写工程後の表面清掃手段である専用のドラムクリーナ(クリーニング装置)を廃し、トナーを装置内でリサイクルする電子写真プロセスの提案がされている。例えば、前述の非磁性接触DC現像方式を用いて、現像時に同時に転写残りとなった現像剤を回収する画像形成装置が提案されている(例えば、特許文献4参照)。
|V|max≦|Vd|・・・・(1)式
を満たすことを特徴とする画像形成装置。
|V|max≦0.9×|Vd|・・・・(2)式
を満たすことを特徴とする画像形成装置。
Vl≦0のとき、Vmax≦Vlを満たし、
Vl>0のとき、Vmin>Vlを満たす、
ことを特徴とする(1)又は(2)に記載の画像形成装置。
帯電手段としては、非接触帯電方式、または接触帯電方式を用いることができる。非接触帯電方式としては、ワイヤーを用いたコロナ帯電器を用いることができる。
像担持体が電子写真感光体であれば、例えば、レーザーダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザービームスキャナ(露光器)を用いることができる。このレーザービームスキャナは目的の画像情報の時系列電気ディジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザー光を出力し、該レーザー光で上記感光体の一様帯電面を走査露光する。この走査露光により感光体の面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。さらに、マルチスタイラス、イオンヘッド、LEDアレイ等を用いることができる。またディジタル的な露光手段に限られるものではなく、投影光学系を用いたアナログ的な画像露光手段、蛍光灯と液晶シャッター等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静電潜像を形成できる露光手段であるなら何れでも構わない。
転写手段には中抵抗発泡層を形成した転写ローラ、コロナ帯電器等を用いることができるがこれらに限定されるものではない。
現像方式として、像担持体と現像剤担持体が押圧して接している接触現像方式を用いることができる。
像担持体と現像剤担持体間の圧力は引抜き圧で50〜3000N/mであることが好ましい。
像担持体と現像剤担持体の回転周速度比は1:0.5〜3.0であることが好ましい。像担持体に対する現像剤担持体の回転周速度比が0.5以下では現像剤担持体から像担持体への転移する現像剤の絶対量が少ないためベタ黒の濃度の低下を生じる。3.0以上では現像剤の著しい劣化が生じる。
接触現像方式として、現像剤に磁性トナーを用いた磁性接触現像方式と、現像剤に非磁性トナーを用いた非磁性接触現像方式を用いることができるが、磁性接触現像方式であることがより好ましい。
以下では、磁性接触現像方式について述べる。
磁性接触現像用現像剤としては、絶縁性トナーを主体としてなっており、好ましくはシリカ微粉末が若干外添されている。シリカ微粉末は、画像濃度を増大させ且つガサツキの少ない画像が得られるように、トナーの摩擦帯電電荷を制御する目的等から外添される。例えば気相法シリカ(乾式シリカ)及び/又は湿式製法シリカ(湿式シリカ)をトナーに外添することが知られている。さらに、外添剤としては、導電性酸化物、金属、樹脂等の微粒子を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
これら現像剤の母体としての樹脂に磁性粒子を30〜150重量部含有することができる。磁性粒子としては、磁性金属酸化物(マグネタイト・ウスタイト等)を用いることができる。搬送に必要な磁力、電荷付与を十分行える高い抵抗を有したマグネタイトが好ましいが、これらに限定されるものではない。
規制部材としての弾性体としては、SUS、リン青銅のような金属、ウレタン等の樹脂等が用いられるが、これらに限定されるものではない。さらにSUSやリン青銅のような金属製の規制部材を用いることで、現像剤への電荷付与性の向上、および、樹脂系と比較して温度や湿度に対して抵抗、体積膨張の変化が小さいため安定的な電荷付与性を有するため、金属製の規制部材を用いることがより好ましい。
現像剤を現像剤担持体へ搬送する手段として重力、物理的な力、電気力、磁気力、あるいは、これらのうち少なくとも2つ以上の組合せによる方法を用いることができる。
固定の磁界発生手段としては、永久磁石、電磁誘導による電磁石等が用いられるが、これらに限定されるものではない。現像剤担持体表面における表面に垂直な方向の磁束密度の強さの最大値は200〜1500G程度が好ましく、より好ましくは500〜900Gが好ましい。
現像剤担持体としては、磁界発生手段を内包した剛体の基層の上に弾性層を設けた弾性現像スリーブ等を用いることができる。
導電性現像スリーブとしての基層としては、非磁性材料を用いることが好ましく、材料としては、アルミ、SUS等の金属、金属酸化物等が挙げられるがこれらに限定するものではない。
弾性層としては、絶縁性弾性層上を形成し、その表面に導電体を形成したもの、導電性弾性層を形成したもの、少なくとも2種類以上の抵抗の異なる導電性弾性を形成したもの等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
弾性層のマイクロ硬度としては、40〜98が好ましい。
導電性弾性層の材料として、EPDM、ウレタン、NBR、シリコーンゴム、ヒドリンゴムや、IR等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材を用いることができるがこれらに限定されるものではない。
導電性弾性層の抵抗値としては、102〜108Ωcmが好ましい。102Ωcm以下では、リークの発生あるいは表面電位の低下を生じ非印字部にトナーが転移する画像不良(カブリ)が発生する。また108Ωcm以上では現像バイアスの実効バイアス値が小さくなり濃度低下やカブリが発生する。
導電性現像スリーブとしての導電性弾性層の厚みは50〜2000μm以下であることが望ましい。50μm以下では像担持体と押圧し接触する際に像担持体表面の削れ、傷つき等が生じ、画像不良が発生するため、50μm以上とし、2000μm以上では、内包する固定の磁界発生装置からの像担持体表面に及ぼす磁力が弱まり良好な画像を形成するのに十分な現像剤の供給性を満足することが出来ないため、2000μm以下とした。
以下では非磁性接触現像方式について述べる。
現像剤としては、絶縁性トナーを主体としてなっており、好ましくはシリカ微粉末が若干外添されている。シリカ微粉末は、画像濃度を増大させ且つガサツキの少ない画像を得られるように、トナーの摩擦帯電電荷を制御する目的等から外添される。例えば気相法シリカ(乾式シリカ)及び/又は湿式製法シリカ(湿式シリカ)をトナーに外添することが知られている。さらに、外添剤としては、導電性酸化物、金属、樹脂等の微粒子を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
規制部材としては、弾性体と用いることができる。弾性体としては、SUS、リン青銅のような金属、ウレタン等の樹脂等が用いられるが、これらに限定されるものではない。さらにSUSやリン青銅のような金属製の規制部材を用いることで、現像剤への電荷付与性の向上、および、樹脂系と比較して温度や湿度に対して抵抗、体積膨張の変化が小さいため安定的な電荷付与性を有するため、金属製の規制部材を用いることがより好ましい。
現像剤を現像剤担持体へ搬送する手段として重力、物理的な力、電気力、磁気力、あるいは、これらのうち少なくとも2つ以上の組合せによる方法を用いることができる。
現像剤担持体としては、芯金に弾性層を有する回転現像ローラを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
弾性層としては、絶縁性弾性層上を形成し、その表面に導電体を形成したもの、導電性弾性層を形成したもの、少なくとも2種類以上の抵抗の異なる導電性弾性層を形成したもの等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。また、弾性層の厚みとしては1.0〜5.0mmが好ましい。
弾性層の硬度としては、ASKER C(500g荷重)で30〜98が好ましい。30以下では、規制部材、像担持体等との摺接により表面の削れ、へこみが著しく現れ画像不良が生じるため、30以上とした。また、98以上では、像担持体との摺接により像担持体表面の削れ、傷つきが発生し画像不良を生じるため、98以下とした。
導電性弾性層の材料として、EPDM、ウレタン、NBR、シリコーンゴム、ヒドリンゴムや、IR等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材を用いることができるがこれらに限定されるものではない。
導電性弾性層の抵抗値としては、102〜108Ωcmが好ましい。102Ωcm以下では、リークの発生あるいは表面電位の低下を生じ非印字部にトナーが転移する画像不良(カブリ)が発生する。また108Ωcm以上では現像バイアスの実効バイアス値が小さくなり濃度低下やカブリが発生する。
図lは本発明に従う画像記録装置の概略構成図であり、特に像担持体ドラム表面上の転写残りトナーをクリーニングする手段(ドラムクリーナ)を有するものである。この画像記録装置は、接触転写式電子写真プロセス利用のレーザープリンタである。
図2は、本発明を磁性一成分接触現像に適用したもので、上記実施形態1(ドラムクリーナ7−有り)に従う画像形成装置である。
まず、はじめに現像バイアスとカブリ量の関係を調べた。
ii)現像バイアスのDC値を−500Vで固定し、AC電圧のピーク・ツウ・ピークを変化させたときのカブリ量を測定
iii)AC電圧のピーク・ツウ・ピークを300Vに固定し、現像バイアスのDC値を変化させたときのカブリ量を測定
以上のi)〜iii)の条件下でのカブリ量の変化を測定し、図4(a)に図示した。
感光ドラム1と弾性現像スリーブ440の当接条件の違いを調べるために、トナー層のみが感光ドラム1に軽く接触するように設定し、本実施例と比較した。具体的には、感光ドラム1と弾性現像スリーブ440の間隔を80μm設けて対向させ、弾性現像スリーブ440上のトナーが規制部材420により規制されることにより、層厚が80μmとなるように設定した。
画像評価は縦、横の1ドットラインの連続性で行った。各条件のプリンタにおいて600dpiレーザースキャナを使用し画像記録を行った。プロセス進行方向に平行な1ドットのラインと、レーザー走査系の主走査方向と平行な1ドットライン各々について行った。それぞれ、2cm長のヘアラインを、各例の装置において出力し、それぞれのラインについて、無作為に100ポイント抽出し、それぞれのポイントでラインを中心とする200μm四方を光学顕微鏡で観察し、ラインの濃度の半値巾を持って、ライン巾とし、それぞれの方向についてライン巾の標準偏差を計算する。そして、プロセス方向のライン標準偏差をσv、レーザー走査方向標準偏差σhとして、両者の比を計算して、ライン標準偏差比σv/σhを得る。この値を用いて以下の基準で評価を行った。
印字率5%の横線の画像を3000枚連続印字後に中間調画像中の濃度差を評価した。各条件のプリンタにおいて600dpiレーザースキャナを使用し画像記録を行った。
本実施例(図6)は、本発明を非磁性一成分接触現像に適用した実施形態1(ドラムクリーナ7−有り)に従う画像形成装置である。
実施例1と同様に現像バイアスの絶対値の最大値と暗電位によるカブリ量の推移を調べた結果、実施例1と同様、現像バイアスの絶対値の最大値が暗電位を超えると著しく感光ドラム上のカブリ量が増加することが分かった。このことから、現像バイアスの絶対値の最大値が暗電位の絶対値以下とすることによりカブリ量を著しく抑える効果があることが明らかとなった。
感光ドラム1と現像ローラ440の当接条件の違いを調べるために、本実施例の当接条件と比較するため、トナー層のみが感光ドラムに軽く接触するように設定した。具体的には、感光ドラム1と弾性現像ローラ440の間隔を80μm設けて対向させ、弾性現像ローラ440上のトナーが規制部材420により規制されることにより、層厚が80μmとなるように設定した。
実施例1と同様、3000枚印字印字後の中間調画像において、押圧し接触している場合は、均一な中間調画像で良好な画像であったのに対して、トナー層のみが軽く接触している場合は濃度ムラによる画像不良が生じた。また、高温高湿環境下、低温低湿環境下においてさらに濃度ムラが悪化した。
=AC印加、ピーク・ツウ・ピーク大(磁性トナー)=
本比較例は、実施例1(図2)において、現像バイアス電圧のAC電圧のピーク・ツウ・ピークの値を800Vとし(実施例1の弱AC→AC印加に変更)、それ以外変更点はない。
=AC印加、ピーク・ツウ・ピーク大(非磁性トナー)=
本比較例は、実施例2(図6)において、現像バイアス電圧のAC電圧のピーク・ツウ・ピークの値を800Vとし(実施例2の弱AC→AC印加に変更)、それ以外変更点はない。
=非磁性トナー+接触現像+DC電圧印加=
本比較例は、実施例2(図6)において、現像バイアス電圧をDC電圧値−400Vとし、それ以外変更点はない。
図7は以下の比較例4〜7で用いた画像記録装置の概略構成図であり、感光ドラム表面上の転写残りトナーをクリーニングする手段(ドラムクリーナ)7を有するものである。この画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザープリンタである。前述の実施形態1の画像記録装置(図1)と同様な点については繰返しの説明を省略し、異なる点について述べる。本比較形態1において異なる点は、感光ドラム1と現像装置400の現像剤担持体440がある一定の間隔αを介して対向している非接触現像システムを用いていることである。それ以外違いはない。
=ジャンピング現像=
本比較例4(図8)は、比較形態1(ドラムクリーナ7−有り)に従う画像形成装置である。現像装置400は磁性一成分非接触現像装置(ジャンピング現像装置)である。440は現像剤担持体としての回転現像スリーブである。この現像スリーブはアルミシリンダー442bをサンドブラスト等により粗した表面を形成して構成され、感光ドラム1に対して200μmの間隔αを介して対向している。442bは該現像スリーブに内包させた固定の磁界発生手段としてのマグネットロールであり、実施例1と同じものを用いた。
=ジャンピング現像+弱AC=
本比較例5は、比較例4(図8)において、現像バイアス電圧がDC電圧値−400V、AC電圧は矩形波でピーク・ツウ・ピークは300V、周波数1.2kHz(現像バイアスの絶対値の最大値は550Vであり、感光ドラムの暗電位の絶対値700V以下に設定)であること以外、変更点はない。
=非磁性トナー+非接触現像+AC印加=
本比較例(図9)は、比較形態1(ドラムクリーナ7−有り)に従う画像形成装置である。現像装置400は非磁性一成分非接触現像装置である。440は現像剤担持体としての現像ローラ(回転弾性ローラ)である。この現像ローラ440は芯金449b上に導電性弾性層449aを形成したものである。感光ドラム1と現像ローラ440が200μmの間隔αを介して対向している。現像ローラ440の製造方法は、導電性弾性層449aの材料を混練し、押出し成形後、導電性弾性層449aを芯金449b上に形成して作製した。現像ローラの抵抗は2.0×105Ωcmであるように調整された。
=弾性現像スリーブ+近接(非接触)+AC印加=
本比較例(図10)は、比較形態1(ドラムクリーナ7−有り)に従う画像形成装置である。本比較例に類似の構成としては、特開平7−28335号公報に開示されている画像形成装置がある。
各実施例1,2および比較例1〜7のクリーニング手段を有する構成についての画像の評価を以下の評価方法で行った。
a−1)現像剤担持体弾性層表面の形状による画像不良評価
画像評価は中間調画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
○:濃度差が0.4未満、または、径が0.5mm以上の濃度ムラの斑点が30個未満
a−2)現像剤担持体弾性層表面の形状による画像不良要因
現像剤担持体弾性層表面形状による画像不良の要因について図11を用いて述べる。図11の上段は現像バイアスがDC電圧印加の模式図、下段に現像バイアスがDC電圧にAC電圧を重畳した模式図を示している。また、図11(a)は現像剤担持体440の表面が凹んでいる場合の感光ドラム1上へのトナー転移の模式図、図11(b)、(c)は現像剤担持体表面が出っ張ている場合の感光ドラム上へのトナー転移の模式図を示している。図11(a)の上段のように現像剤担持体表面が凹んでいる場合、まわりと比べその部分は濃くなる。また、図11(b)、(c)の上段のように現像剤担持体が出っ張っている場合、濃度が濃くなる場合と薄くなる場合がある。
b−1)画像エッジ不良
画像エッジ不良とは、大きな濃度を持った画像においてその2つの濃度差の境界が薄くなる画像不良である。
○:エッジでの測定数がエッジ部から十分離れた位置での測定数の60%以上である
評価は初期100枚時に行った。
画像エッジ不良要因について図12を用いて考察する。AC電圧のピーク・ツウ・ピーク値を大きくすると、トナーの飛翔により現像される領域でトナーの行き来が起こる。このとき、図12に示すように、濃度差の大きな印字領域が存在すると、境界線付近でトナーが往復すると、トナーがより濃度の濃い印字領域に引き寄せられ、境界部における濃度の薄い方の領域がより薄くなると考えられる。
c−1)リークによるベタ黒画像不良(画像欠陥の評価)
画像評価はベタ黒画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
× :ベタ黒画像中に直径0.3mm以上の白の斑点が5〜50存在し、直径0.1
〜0.3mm以下の白の斑点が50を超えている
△ :ベタ黒画像中に直径0.3mm以上の白の斑点が5未満存在し、直径0.1〜
0.3mm以下の白の斑点が5〜50存在している
○ :ベタ黒画像中に直径0.1mm以上の白の斑点が5未満存在する
c−2)リーク発生の要因
図13(a)のように、AC電圧印加時、ベタ黒を現像中に像担持体の表面電位(明電位Vl)と現像バイアス電圧値の最小値(Vmin)の差が最大の電界強度となり、リークL1が発生しやすい状態となる。
d−1)リークによるベタ白画像不良(画像欠陥の評価)
画像評価はベタ黒画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
× :ベタ白画像中に直径0.3mm以上の黒点が5〜50存在し、直径0.1〜
0.3mm以下の黒点が50を超えている
△ :ベタ白画像中に直径0.3mm以上の黒点が5未満存在し、直径0.1〜
0.3mm以下の黒点が5〜50存在している
○ :ベタ白画像中に直径0.1mm以上の黒点が5未満存在する
d−2)リーク発生の要因
図14(b)のように、AC電圧印加時、ベタ白を現像中に像担持体の表面電位(暗電位Vd)と現像バイアス電圧値の最大値(Vmax)の差が最大の電界強度となり、リークL3が発生しやすい状態となる。
e−1)トナー飛散
トナー飛散は、2000枚の印字テストを行ったときに、カートリッジ外壁や本体内に脱落したトナーを回収してその重量を計測して行った。
△:飛散トナー量が、0.1〜0.5g
○:飛散トナー量が、0.1g以下
評価は初期100枚時に行った。
トナーの飛散要因としては、非磁性トナーの磁力による拘束力が働かないために起こりやすくなると考えられる。特に非磁性トナーの場合、トナーの電荷付与性が現像剤担持体上への付着力に大きく関与しているため、電荷付与が不十分であるとき、現像剤担持体上のトナーは磁気拘束力を受けない現像容器外へ飛散してしまう。また、供給ローラと現像ローラの摺接によりトナー劣化が著しく生じるため電荷付与性の低下が起こりやすい。
f−1)トナー残量が減少したときの紙上のカブリ特性評価
印字テストを繰り返すことにより、現像器内のトナーが減少し、画像が徐々に薄くなり、最後には白抜けする。このようにトナー残量が減少したときの紙上のカブリ特性を評価した。
○:カブリ量が2%未満である
また、前述の他の画像欠陥が生じた場合は、その個所を避けて測定し、カブリを純粋に評価できるよう配慮した。
非磁性トナーの現像ローラへの供給はスポンジ状の供給ローラを現像ローラにカウンター回転になるように当接することで行われる。従って、この現像ローラと供給ローラの摺接により著しくトナーの劣化が発生し電荷付与性の低下が生じる。これにより印字枚数(特に低印字)が増えるとカブリ量が増加する。
これに対し磁性トナーの場合、磁力により搬送されるため、著しくトナー劣化が生じずトナー切れ直前でカートリッジの手振りを行っても極性の大きく異なるトナーが混合しないため、トナー切れ直前のカブリ量増加を防止することができる。
まず、はじめに従来技術である非磁性トナー接触現像DC現像バイアス印加(比較例3)と磁性トナー非接触現像AC現像バイアス印加(比較例4)に対して本実施例1,2の優れている点について述べる。
比較例4は画像エッジ不良が著しく悪いのに対し実施例1,2は画像エッジ不良を生じなかった。比較例4の画像エッジ不良が生じる理由としては、現像バイアスして印加しているAC電圧のVppが大きいため現像部でのトナーの往復しやすいためにエッジでトナーがはき寄せられたと考えられる。また、非接触現像であるために更にトナーの往復をしやすくしているためにはき寄せられ画像エッジ不良が生じたと考えられる。
各評価方法に対して詳細に結果を述べ、各項目において本実施例1,2の優れた点について述べる。
評価方法b)の画像エッジ不良による画像不良に関して評価する。実施例1,2と比較して比較例1,2,4,6,7は画像エッジ不良が著しく発生した。この原因として、現像バイアスとして印加しているAC電圧のVppが大きいすぎるため、現像領域においてトナー飛翔の行き来によって、感光ドラム上のトナーがはき寄せられたと考えられる。つまり、実施例1、2において、現像バイアスのAC電圧値のVppが300Vと小さい値を用いているため、画像エッジ不良が生じることなく感光ドラムの静電潜像に忠実かつ良好な画質を得ることができる。
評価方法c)のリークによるベタ黒画像不良に関して評価する。実施例1,2と比較して比較例1,2,7はリークが発生しやすく、評価は△でベタ黒画像上に白の斑点が発生した。この原因について、図15を用いて考える。
評価方法d)のリークによるベタ白画像不良に関して評価する。実施例1,2と比較して比較例1,2,7はリークが発生しやすく、評価は△でリークが発生した。この原因について、図16を用いて考える。
評価方法e)のトナー飛散によるカートリッジ外壁、本体内に脱落したトナーによる汚れについて評価する。
評価方法f)のトナー切れ時のカブリについて評価する。実施例1と比較して実施例2、比較例2、3、6は著しくトナー切れ時のカブリ量が増加した。この理由としてはカートリッジ振り時に劣化の少ないトナーと劣化したトナーが混合し極性のちがいにより電荷付与性が低下した劣化トナーはより電荷付与性の低下を生じ、あるいは、逆極性の電荷付与を行うため積極的にカブリ量が増加すると考えられる。
評価方法a)〜f)以外の点について述べる。トナーを供給するために現像ローラにスポンジ状のトナー供給ローラを摺接している機構を有する実施例2,比較例2、3、6は、印字枚数(特に低印字)が増加すると現像ローラと供給ローラ間の摺接による圧力ためにトナー劣化を生じ著しくカブリ量が増加したのに対し、実施例1では磁気的にトナーを搬送するためトナー劣化せず、カブリ量が増加しなかった。
本実施例1,2の優れた点について述べる。
図17は本発明をクリーナレスシステム(ドラムクリーナ−無し)に適用した第二の実施形態の画像記録装置を示す概略構成図である。本実施例の画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用、トナーリサイクルプロセス(クリーナレスシステム)のレーザープリンタである。前述の実施形態1の画像記録装置(図1)と同様の点については再度の説明を省略し、異なる点について述べる。
本実施例(図19)は、実施形態2(クリーナレス)に従う画像形成装置である。本実施例はクリーナレスであること以外、実施例1と同じである(実施例1+クリーナレス)。
まず、はじめに実施例1と同様に現像バイアスとカブリ量の関係を調べた。このとき、カブリ評価は、初期100枚時と、2000枚印字後に行った。印字テストは、画像比率5%の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。
ii)現像バイアスのDC値を−500Vで固定し、AC電圧のピーク・ツウ・ピークを変化させたときのカブリ量を測定
iii)AC電圧のピーク・ツウ・ピークを300Vに固定し、現像バイアスのDC値を変化させたときのカブリ量を測定
以上のi)〜iii)の条件下でのカブリ量の変化を測定した。
感光ドラム1と弾性現像スリーブ440の当接条件の違いを調べるために、本実施例の当接条件と比較するため、トナー層のみが感光ドラム1に軽く接触するように設定した。具体的には、感光ドラム1と弾性現像スリーブ440の間隔を80μm設けて対向させ、弾性現像スリーブ440上のトナーが規制部材420により規制されることにより層厚が80μmとなるように設定した。
実施例1と同様に画像評価は縦、横の1ドットラインの連続性で行った。
印字率5%の横線の画像を3000枚連続印字後の中間調画像中の濃度差を実施例1と同様に評価した。
押圧し接触した場合とトナー層のみ軽く接触した場合のクリーナレス時における戻りトナーの回収性を調べた。
本実施例(図21)は、実施形態2(クリーナレス)に従う画像形成装置である。本実施例は実施形態2を用いること以外、実施例2と同じである(実施例2+クリーナレス)。
実施例3と同様に現像バイアスの絶対値の最大値と暗電位によるカブリ量の推移を調べた結果、実施例3と同様、現像バイアスの絶対値の最大値が暗電位を超えると著しく感光ドラム上のカブリ量が増加することが分かった。このことから、現像バイアスの絶対値の最大値が暗電位の絶対値以下とすることによりカブリ量を著しく抑える効果があることが明らかとなった。
感光ドラムと現像ローラの当接条件の違いを調べるために、本実施例の当接条件と比較するため、トナー層のみが感光ドラムに軽く接触するように設定した。具体的には、感光ドラム1と現像ローラ440の間隔を80μm設けて対向させ、現像ローラ上のトナーが規制部材420により規制されることにより、層厚が80μmとなるように設定した。
印字率5%の横線の画像を3000枚連続印字後の中間調画像中の濃度差を実施例1同様に評価した。
押圧し接触した場合とトナー層のみ軽く接触した場合のクリーナレス時における戻りトナーの回収性を実施例3同様に調べた。
=AC印加、ピーク・ツウ・ピーク大(磁性トナー)+クリーナレス=
本比較例は、実施形態2(クリーナレス)に従う画像形成装置である。本比較例は実施形態2を用いること以外、比較例1と同じである(比較例1+クリーナレス)。
=AC印加、ピーク・ツウ・ピーク大(非磁性トナー)+クリーナレス=
本比較例(図21)は、実施形態2(クリーナレス)に従う画像形成装置である。本比較例は実施形態2を用いること以外、比較例2と同じである(比較例2+クリーナレス)。
=非磁性トナー+接触現像+DC電圧印加+クリーナレス=
本比較例(図21)は、実施形態2(クリーナレス)に従う画像形成装置である。本比較例は実施形態2を用いること以外、比較例3と同じである(比較例3+クリーナレス)。
図22は下記の比較例11〜13に適用したクリーナレスシステムに従う画像記録装置の概略構成図である。この画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザープリンタである。
=ジャンピング現像+クリーナレス=
本比較例(図23)は、比較形態2(クリーナレス)に従う画像形成装置である。本比較例は比較形態2を用いること以外、比較例4と同じである(比較例4+クリーナレス)。
=ジャンピング現像+弱AC+クリーナレス=
本比較例(図23)は、比較形態2(クリーナレス)に従う画像形成装置である。本比較例は比較形態2を用いること以外、比較例5と同じである(比較例5+クリーナレス)。
=弾性現像スリーブ+近接(非接触)+AC印加+クリーナレス=
本比較例(図24)は比較形態2(クリーナレス)に従う画像形成装置である。本比較例は比較形態2を用いること以外、比較例7と同じである(比較例7+クリーナレス)。
各実施例3,4および比較例8〜13の画像評価を以下の評価方法で行った。
A−1)現像剤担持体弾性層表面の形状による画像不良評価
画像評価は中間調画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
○:濃度差が0.4未満、または、径が0.5mm以上の濃度ムラの斑点が30個未満
A−2)現像剤担持体弾性層表面の形状による画像不良要因
現像剤担持体弾性層表面形状による画像不良の要因について図11を用いて述べる。図11の上段は現像バイアスがDC電圧印加の模式図、下段に現像バイアスがDC電圧にAC電圧を重畳した模式図を示している。また、図11(a)は現像剤担持体440の表面が凹んでいる場合の感光ドラム1上への転移を模式図、図11(b)、(c)は現像剤担持体440の表面が出っ張ている場合の感光ドラム1上への転移の模式図を示している。図11(a)上段のように現像剤担持体表面が凹んでいる場合、まわりと比べその部分は濃くなる。また、図11(b)、(c)上段のように現像剤担持体が出っ張っている場合、濃度が濃くなる場合と薄くなる場合がある。
B−1)画像エッジ不良
画像エッジ不良とは、大きな濃度を持った画像においてその2つの濃度差の境界が薄くなる画像不良である。
○:エッジでの測定数がエッジ部から十分離れた位置での測定数の60%以上である
評価は初期100枚時に行った。
画像エッジ不良要因について図12を用いて考察する。AC電圧のピーク・ツウ・ピーク値を大きくすると、トナーの飛翔により現像される領域でトナーの行き来が起こる。このとき、図12に示すように、濃度差の大きな印字領域が存在すると、境界線付近でトナーが往復すると、トナーがより濃度の濃い印字領域に引き寄せられ、境界部における濃度の薄い方の領域がより薄くなると考えられる。
C−1)リーク(紙粉リーク含む)によるベタ黒画像不良(画像欠陥の評価)
画像評価はベタ白画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
× :ベタ黒画像中に直径0.3mm以上の白の斑点が5〜50存在し、直径0.1
〜0.3mm以下の白の斑点が50を超えている
△ :ベタ黒画像中に直径0.3mm以上の白の斑点が5未満存在し、直径0.1〜
0.3mm以下の白の斑点が5〜50存在している
○ :ベタ黒画像中に直径0.1mm以上の白の斑点が5未満存在する
C−2)リークおよび紙粉リークの発生の要因
図13のように、AC電圧印加時、ベタ黒を現像中に像担持体の表面電位(明電位Vl)と現像バイアス電圧値の最小値(Vmin)の差が最大の電界強度となり、リークL1が発生しやすい状態となる。
D−1)リーク(紙粉リーク含む)によるベタ白画像不良(画像欠陥の評価)
画像評価はベタ白画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
× :ベタ白画像中に直径0.3mm以上の黒点が5〜50存在し、直径0.1〜
0.3mm以下の黒点が50を超えている
△ :ベタ白画像中に直径0.3mm以上の黒点が5未満存在し、直径0.1〜
0.3mm以下の黒点が5〜50存在している
○ :ベタ白画像中に直径0.1mm以上の黒点が5未満存在する
D−2)リークおよび紙粉リークの発生の要因
図14のように、AC電圧印加時、ベタ白を現像中に像担持体の表面電位(暗電位Vd)と現像バイアス電圧値の最大値(Vmax)の差が最大の電界強度となり、リークL3が発生しやすい状態となる。
E−1)トナー飛散によるトナー汚れ
トナー飛散は、2000枚の印字テストを行ったときに、カートリッジ外壁や本体内に脱落したトナーを回収してその重量を計測して行った。
△:飛散トナー量が、0.1〜0.5g
○:飛散トナー量が、0.1g以下
評価は初期100枚時に行った。
非磁性トナーの場合、磁力による拘束力が働かず、電気的な拘束力のみしか働かないためトナー飛散が発生しやすと考えられる。つまり、トナーの電荷付与性が現像剤担持体上への付着力に大きく関与しているため、電荷付与が不十分であるとき、現像剤担持体上のトナーは現像容器外へ飛散してしまう。
F−1)トナー残量が減少したときの紙上のカブリ特性評価
印字テストを繰り返すことにより、現像装置内に蓄えたトナーが減少し、横線の評価画像が徐々に薄くなり、場合によっては途切れる。このようにトナー残量が減少したときの紙上のカブリ特性を評価した。
○:カブリ量が2%未満である
また、前述の他の画像欠陥が生じた場合は、その個所を避けて測定し、カブリを純粋に評価できるよう配慮した。
非磁性トナーの現像ローラへの供給はスポンジ状の供給ローラを現像ローラにカウンター回転になるように当接するように設けることで行われる。従って、この現像ローラと供給ローラの摺接により著しくトナーの劣化が発生し電荷付与性の低下が生じる。これによりカブリ量が増加し画像不良を生じる。
G−1)クリーナレス、戻りトナー回収性
記録画像先端において、30〜50mmほどのベタ黒画像を印字し、その後ベタ白画像を配置した評価パターンを印字中に、画像記録装置を停止する。停止するタイミングは、先端のベタ黒画像の中心位置がちょうど現像領域に達した時点とする。そして、現像の前後の感光ドラム上において、表面に付着したトナーを反射率として測定し、その比を求めることにより、トナーの回収効率の評価を行うことが可能になる。実際には、感光ドラム上のトナーを一旦透明性のテープに転写し、トナーが付着したテープを記録紙などに貼り付けテープの上から、光学反射率測定機(東京電飾製TC−6DS)を用いてトナーの正味の反射率を測定する。
△:30以上、50%未満である
○:50%以上である
評価は初期100枚時に行った。
感光ドラムと現像剤担持体が非接触で対向していると距離があることから磁気回収力、電気的回収力が弱くなる。このために回収率が低下する。
H−1)(剥ぎ取り)供給不良による画像不良
画像評価は中間調画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
クリーナレスシステムにおいて、プリント枚数が大きくなると紙粉による(剥ぎ取り)供給不良により中間調画像に白い縦筋の発生する。画像面積率7%、A4サイズの用紙をプリントし、100枚、3000枚時に中間調画像をプリントし、そのときの各中間調画像の縦筋を以下の3段階のランクで評価した。
△:中間調画像上に白い縦筋が3〜10つ以上の白い縦筋が存在する
○:中間調画像上に白い縦筋が3未満の白い縦筋が存在する
H−2)白スジ発生要因
戻りトナーに含まれる紙粉が現像装置内に混入すると現像ローラにトナーを供給するスポンジ状の供給ローラに紙粉が付着し、供給性の低下を生じる。紙粉が現像ローラと供給ローラ間に蓄積した場合、現像ローラ上のトナー層が乱され、十分な供給ができなくなり、その部分がスジとなって画像不良が発生する。
まず、はじめに従来技術のクリーナレス、非磁性トナー接触現像DC現像バイアス印加クリーナレス(比較例10)と磁性トナー接触現像AC現像バイアス印加クリーナレス(比較例11)に対して本実施例3,4の優れている点について述べる。
比較例11は画像エッジ不良が著しく悪いのに対し実施例3,4は画像エッジ不良を生じなかった。比較例11の画像エッジ不良が生じる理由としては、現像バイアスして印加しているAC電圧のVppが大きいため現像部でトナーが往復しやすいためにエッジでトナーがはき寄せられたと考えられる。また、非接触現像であるために更にトナーの往復をしやすくしているためにはき寄せられ画像エッジ不良が生じたと考えられる。
各評価方法に対して詳細に結果を述べる。評価方法A)、B)、E)、F)の各評価はドラムクリーナ(7)を有した際の前記の評価方法a)、b)、e)、f)の評価結果とほぼ差異はなく、クリーナーの有無に関係なく画像に及ぼす効果であることがわかる。
評価方法C)のリーク(紙粉リーク含む)によるベタ黒画像不良に関して評価する。比較例8、9、11、13は、ドラムクリーナ有り時にリークを発生したものであり、クリーナレスシステムを用いた場合、さらに悪化の傾向を示した。
評価方法D)のリーク(紙粉リーク含む)によるベタ白画像不良に関して評価する。比較例8、9、11,13は、ドラムクリーナ有り時にリークを発生したものであり、クリーナレスシステムを用いた場合、さらに悪化の傾向を示した。
評価方法F)のクリーナレスの回収性に関して評価する。実施例3,4は、比較して比較例11,12,13は、回収性が悪く、ランクは×であった。この原因として、感光ドラムと現像剤担持体が非接触なため、戻りトナーの回収性が著しく悪いと考えられる。
評価方法Fの供給性(剥ぎ取り性)に関して評価する。実施例4、比較例9,10は、実施例3と比較して印字枚数3000枚印字後の供給不良による画像不良が発生し、ランクは△であった。この原因として、実施例4、比較例9、10はトナーを現像ローラへ供給するためにスポンジ状の供給ローラを現像ローラとカウンター回転となるように当接しているため、戻りトナーに含まれる紙粉がこの供給ローラに付着して、現像ローラへのトナーの供給の妨げ(剥ぎ取りの妨げ)となっていると考えられる。これにより、中間調画像に縦筋となって画像不良が発生したと考えられる。評価のランクとしては、実施例4、比較例9は△、比較例10は×であった。この原因として、実施例4、比較例9は現像バイアスにAC電圧が印加されているために、画像不良を抑制していると考えられる。
評価方法A)〜G)以外の点について述べる。トナーを供給するために現像ローラにスポンジ状のトナー供給ローラを摺接している機構を有する実施例4,比較例9、10は、印字枚数(特に低印字)が増加すると現像ローラと供給ローラ間の摺接による圧力ためにトナー劣化を生じ著しくカブリ量が増加したのに対し、実施例1では磁気的にトナーを搬送するためトナー劣化せず、カブリ量が増加しなかった。
本実施例3,4の優れた点について述べる。
1)実施形態では画像記録装置としてレーザープリンタを例示したが、これに限られず、電子写真複写機、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ等他の画像記録装置(画像形成装置)でもよいことは勿論である。
Claims (11)
- 像担持体、前記像担持体を帯電する帯電手段、前記像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段、前記静電潜像を現像する現像手段を有する画像形成装置であって、
前記現像手段は、現像剤担持体と、前記現像剤担持体上に現像剤を供給する手段を有し、前記現像剤を規制部材により規制して前記現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成し、前記薄層に形成された現像剤を具備した前記現像剤担持体を押圧することにより前記像担持体と接触させ、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に現像バイアスを印加し、前記現像剤を前記像担持体に転移させて前記像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像手段であり、
前記現像剤担持体は、弾性層を持ち、前記像担持体の表面よりも低い硬度を有し、
前記現像バイアスが交番電圧に直流電圧を重畳したものであり、前記現像バイアスの絶対値の最大値を|V|max、前記帯電手段により像担持体表面を一様に帯電する所定の電圧値(暗電位)をVdとしたとき、
|V|max≦|Vd|・・・・(1)式
を満たすことを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体、前記像担持体を帯電する帯電手段、前記像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段、前記静電潜像を現像する現像手段を有する画像形成装置であって、
前記現像手段は、現像剤担持体と、前記現像剤担持体上に現像剤を供給する手段を有し、前記現像剤を規制部材により規制して前記現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成し、前記薄層に形成された現像剤を具備した前記現像剤担持体を押圧することにより前記像担持体と接触させ、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に現像バイアスを印加し、前記現像剤を前記像担持体に転移させて前記像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像手段であり、
前記現像剤担持体は、弾性層を持ち、前記像担持体の表面よりも低い硬度を有し、
前記現像バイアスが交番電圧に直流電圧を重畳したものであり、前記現像バイアスの絶対値の最大値を|V|max、前記帯電手段により像担持体表面を一様に帯電する所定の電圧値(暗電位)をVdとしたとき、
|V|max≦0.9×|Vd|・・・・(2)式
を満たすことを特徴とする画像形成装置。 - 前記潜像形成手段により像担持体の表面に潜像を形成する時の所定の電圧値(明電位)をVl、現像バイアスの最大値をVmax、現像バイアスの最小値をVminとしたとき、
Vl≦0のとき、Vmax≦Vlを満たし、
Vl>0のとき、Vmin>Vlを満たす、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体上の現像剤を被転写体に転写する転写手段を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の画像形成装置。
- 前記現像手段は、前記弾性層を備えた前記現像剤担持体を前記像担持体に対して押圧させつつ摺接させることにより、前記像担持体に形成された静電潜像に前記現像剤担持体上の現像剤を転移させて反転現像を行うと同時に、転写工程後に前記像担持体上に残留した現像剤を回収することを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤が磁性一成分現像剤であり、前記現像剤担持体は、固定された磁界発生手段を内包した基体と、前記基体の表面上に設けた導電性弾性層を有することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1つに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体または被転写体上の現像剤像を定着する定着手段を有することを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の画像形成装置。
- 少なくとも、前記像担持体と、前記現像手段とを一括して画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにしたことを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載の画像形成装置。
- 少なくとも、前記像担持体と、前記帯電手段と、前記現像手段と、像担持体上の転写残り現像剤をクリーニングする手段とを一括して画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにしたことを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載の画像形成装置。
- 請求項4乃至7の何れかに記載の画像形成装置に対して着脱自在のプロセスカートリッジであって、少なくとも、前記像担持体と、前記現像手段とを包含していることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項4乃至7の何れかに記載の画像形成装置に対して着脱自在のプロセスカートリッジであって、少なくとも、前記像担持体と、前記帯電手段と、前記現像手段と、像担持体上の転写残り現像剤をクリーニングする手段とを包含していることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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