JP2007334218A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ロールから潜像担持体へのトナーの移送を適切に制御して、高速化と高画質化とを併せて実現可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーと磁性キャリアとが静電気力によって付着したニ成分現像剤を磁力によって保持する磁気ロール１７と、磁気ロール１７上のニ成分現像剤から移送されるトナーの薄層を表面に形成する現像ロール１８と、現像ロール１８との間に印加される現像バイアスによって現像ロール１８上のトナーを用いた潜像の現像が行われる潜像担持体７とを備える画像形成装置１であって、現像ロール１８上の現像ニップ部２３におけるトナーの帯電量を制御する帯電量制御手段１０、２２を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、トナーと磁性キャリアとが静電気力によって付着したニ成分現像剤を磁力によって保持する磁気ロールと、その磁気ロール上のニ成分現像剤から移送されるトナーの薄層を表面に形成する現像ロールと、その現像ロールとの間に印加される現像バイアスによって現像ロール上のトナーを用いた潜像の現像が行われる潜像担持体とを備える画像形成装置に関する。

電子写真技術を利用した画像形成装置として、トナーと磁性キャリアとが静電気力によって付着したニ成分現像剤を磁力によって保持する磁気ロールと、その磁気ロール上のニ成分現像剤から移送されるトナーの薄層を表面に形成する現像ロールと、その現像ロールとの間に印加される現像バイアスによって現像ロール上のトナーを用いた潜像の現像が行われる潜像担持体とを備えたものがある（例えば、特許文献１を参照）。ニ成分現像剤を用いた場合、装置の長寿命化が可能であると共に、得られる画像の高画質化も可能となる。

特許文献１に記載の画像形成装置において上述したニ成分現像剤を調製するとき、トナーと磁性キャリアとを混合して攪拌し、両者を摩擦帯電させてトナーと磁性キャリアとを静電気力によって付着させている。また、磁気ロールに保持されたニ成分現像剤においては、磁性キャリアからトナーが飛散することを防止するために、トナーと磁性キャリアとの間の静電気力が十分に大きく調節されている。つまり、トナーの帯電量が十分に大きく調節されている。そして、帯電量がほぼ維持された状態でトナーが磁気ロールから現像ロールに移送されることになる。
そして、帯電したトナーを、磁気ロールによって保持されたニ成分現像剤から現像ロールへ受け渡すために、現像ロールと潜像担持体との間にバイアス電圧が印加される。

特開２００３−２８０３５７号公報

画像形成装置に求められる性能として、上述したような長寿命化及び高画質化と共に、高速化がある。高速化を達成するためには、磁気ロール、現像ロール及び潜像担持体を速い速度で回転させることが要求される。但し、これらを高速で回転させると、トナーが飛散するという問題がある。特に、磁気ロールを速い速度で回転させると、磁気ロールによって保持されているニ成分現像剤のうちのトナーが磁性キャリアから飛散してしまうという問題がある。

磁気ロールにおけるトナーの飛散を防止するためには、トナーと磁性キャリアとの間の静電気力を増大させれば、つまり、トナーの帯電量を増大させればよい。この場合、帯電量がほぼ維持された状態でトナーが磁気ロールから現像ロールに移送されるので、現像ロール上に付着したトナーの帯電量も大きいままとなる。
ところが、現像ロール上のトナーの帯電量が大きくなると、現像バイアスを印加してもトナーが現像ロールから離れ難くなり、現像ロールから潜像担持体へのトナーの移送が制御し難くなるという問題がある。つまり、トナーによる潜像の現像が制御し難くなるという問題がある。そのため、画像濃度不良の発生や、現像に寄与しなかったトナーの剥ぎ取り不良による現像ゴーストなどの問題が発生する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、現像ロールから潜像担持体へのトナーの移送を適切に制御して、高速化と高画質化とを併せて実現可能な画像形成装置を提供する点にある。

＜１＞
上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の特徴構成は、トナーと磁性キャリアとが静電気力によって付着したニ成分現像剤を磁力によって保持する磁気ロールと、
前記磁気ロール上の前記ニ成分現像剤から移送される前記トナーの薄層を表面に形成する現像ロールと、
前記現像ロールとの間に印加される現像バイアスによって前記現像ロール上の前記トナーを用いた潜像の現像が行われる潜像担持体とを備える画像形成装置であって、
前記現像ロール上の現像ニップ部におけるトナーの帯電量を制御する帯電量制御手段を備える点にある。

上記特徴構成によれば、帯電量制御手段が、現像ロール上の現像ニップ部におけるトナーの帯電量を制御するので、磁気ロールから現像ロール上の現像ニップ部に至るまでのトナーの帯電量に拘わらず、現像ニップ部におけるトナーの帯電量が、印加される現像バイアスによって現像ロールから潜像担持体へ移送されるのに適切な帯電量になる。つまり、磁気ロール上でのトナーの帯電量が大きくても、帯電量制御手段によってトナーの帯電量が減少されるので、印加される現像バイアスによって現像ロール上の現像ニップ部から潜像担持体へトナーを良好に移送させることができる。その結果、現像ニップ部におけるトナーを用いた潜像担持体の潜像の現像を適切に行って、現像ムラなどの発生を防止できる。
従って、現像ロールから潜像担持体へのトナーの移送を適切に制御して、高速化と高画質化とを併せて実現可能な画像形成装置を提供できる。

＜２＞
本発明に係る画像形成装置の特徴構成は、前記帯電量制御手段は、前記トナーの帯電極性とは逆極性の電荷を前記現像ロール上に与えて、前記現像ニップ部におけるトナーの帯電量を２０μＣ／ｇ以下に制御するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、現像ニップ部におけるトナーの帯電量が２０μＣ／ｇ以下になるので、現像バイアスを大きくしなくても、現像ニップ部におけるトナーが潜像担持体に良好に移送されるようになる。つまり、現像ムラなどの問題を回避しながら、現像ニップ部におけるトナーを用いた潜像担持体の潜像の現像を行うことができる。

＜３＞
本発明に係る画像形成装置の特徴構成は、前記磁気ロール上の前記ニ成分現像剤から前記現像ロールへ移送される前記トナーの帯電量を検知する帯電量検知手段を備え、
前記帯電量制御手段は、前記帯電量検知手段の検知結果に基づいて、前記現像ロール上に与える前記逆極性の電荷の量を調節するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、帯電量検知手段が、磁気ロール上のニ成分現像剤から現像ロールへ移送されるトナーの帯電量を検知し、帯電量制御手段が、帯電量検知手段の検知結果に基づいて、現像ロール上に与える逆極性の電荷の量を調節するので、磁気ロールから現像ロールへ移送されるトナーの帯電量が変化しても、その変化後のトナーの帯電量に適した逆極性の電荷が現像ロール上に与えられることになる。その結果、印加される現像バイアスによって現像ロール上の現像ニップ部から潜像担持体へトナーを良好に移送させることができる。

＜４＞
本発明に係る画像形成装置の特徴構成は、前記潜像担持体の周速が１８０ｍｍ／秒以上である点にある。

上記特徴構成によれば、潜像担持体の周速が１８０ｍｍ／秒以上となるに伴って磁気ロールが高速で回転してもトナーが飛散しないようにトナーと磁性キャリアとの間の静電気力を大きくしても、つまり、トナーの帯電量を大きくしても、現像ニップ部におけるトナーの帯電量が帯電量制御手段によって制御される。その結果、高速化と高画質化とを併せて実現可能となる。

以下に図面を参照して本発明に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置１の概略的な構成図であり、図２は画像形成装置１が備える現像部３の概略的な構成図である。
図１に示すように、画像形成装置１は、給紙部２から供給される記録媒体に対して、現像部３によって感光体７に現像されたトナー像を転写部４において転写する。紙などの記録媒体は、搬送部５によって定着部６に搬送され、転写されたトナー像の記録媒体への定着が行われた後で装置外へ排出される。また、本実施形態の画像形成装置１においては、４セットの現像部３、現像剤容器１１及び転写部４が設けられており、各現像剤容器内に設置される４色のトナー（現像剤）を記録媒体に対して印画可能である。

図２に示すように、現像部３は、トナーと磁性キャリアとが静電気力によって付着したニ成分現像剤を磁力によって保持する磁気ロール１７と、その磁気ロール１７上のニ成分現像剤から移送されるトナーの薄層を表面に形成する現像ロール１８と、その現像ロール１８との間に印加される現像バイアスによって現像ロール１８上のトナーを用いた潜像の現像が行われる潜像担持体としての感光体７とを備える。第１現像剤攪拌室１２には攪拌羽根がパドル型のパドルミキサ１５が設けられ、第２現像剤攪拌室１３には攪拌羽根がリボン型の攪拌ミキサ１４が設けられる。

また、第２現像剤攪拌室１３の内壁には、複数のセンサを備えたセンサ部２１が第２現像剤攪拌室１３の内部に露出して設けられている。各センサは、トナー濃度センサ、温度センサ、湿度センサなどである。このうち、トナー濃度センサは透磁率を測定するセンサであり、制御部２２は、その透磁率を参照して、トナー濃度、つまり、トナーと磁性キャリアとの存在割合を検知する。また、制御部２２は、トナーの帯電状態が温度及び湿度に依存して変化することを考慮して、温度センサ及び湿度センサの測定結果、及び、攪拌ミキサ１４及びパドルミキサ１５の攪拌状態を参照して、トナーの帯電量を検知する。

更に、感光体７を帯電させるための帯電部８と、帯電された感光体７の表面に潜像を形成するための露光部９が、感光体７の表面に対向して設けられている。帯電部８は、コロナ放電等を発生させることのできる放電器（図示せず）を備えており、その放電により感光体７の表面を帯電させるものである。また、磁気ロール１７の表面に所定の電位を与えるバイアス電源１９と、現像ロール１８の表面に所定の電位を与えるバイアス電源２０とが設けられている。バイアス電源１９及びバイアス電源２０は制御部２２により制御され、磁気ロール１７と現像ロール１８との間のバイアス、及び、現像ロール１８と感光体７との間の現像バイアスとが調節される。

加えて、本発明に係る画像形成装置１には、現像ロール１８上の現像ニップ部２３におけるトナーの帯電量を制御する帯電量制御手段としての除電部１０が、現像ロール１８の表面に対向して設けられている。除電部１０は、帯電部８が備えるのと同様の放電器を備え、その放電器を放電させることにより放射される電荷（トナーとは逆極性の電荷）を用いて、現像ロール１８上の現像ニップ部２３におけるトナーの電荷を中和する装置である。よって、放電器（図示せず）の放電により放出される電荷量が大きくなると、現像ニップ部２３におけるトナーの帯電量はより小さくなる。

以下に、画像形成装置１の現像部３において、感光体７の表面にトナーの潜像を形成するための機構について説明する。
第１現像剤攪拌室１２及び第２現像剤攪拌室１３の内部に存在する磁性キャリアと、現像剤容器１１から第１現像剤攪拌室１２及び第２現像剤攪拌室１３に投入されるトナーとは、第１現像剤攪拌室１２及び第２現像剤攪拌室１３においてパドルミキサ１５及び攪拌ミキサ１４によって混合されて、攪拌される。その結果、トナーと磁性キャリアとの間の摩擦帯電によって、トナーに対して所定の電荷が付与される。このときのトナーの帯電量は、パドルミキサ１５及び攪拌ミキサ１４による攪拌の程度によって調節される。
画像形成装置１の高速化を実現するとき、トナーの飛散を防止するために、トナーの帯電量を大きくしておくことが好ましい。磁気ロール１７を速い速度で回転させると、磁気ロール１７によって保持されているニ成分現像剤のうちのトナーが磁性キャリアから飛散してしまうからである。

攪拌され、磁性キャリアとトナーとが静電気力によって付着したニ成分現像剤は、磁気ロール１７側に搬送され、そのニ成分現像剤のうちの磁性キャリアが磁気ロール１７の磁力によって吸引されて付着する。磁気ロール１７に付着したニ成分現像剤は、磁気ロール１７の磁力によって複数個連なって、所謂、磁気ブラシを形成している。つまり、磁気ロール１７は、その表面に多数の磁気ブラシを付着した状態で回転している。但し、磁気ロール１７の近傍には、磁気ブラシの高さ（磁気ロール１７の表面からの距離）を設定高さに制限するための穂切りブレード１６が設けられている。その結果、磁気ロール１７が回転して、磁気ロール１７から伸びた磁気ブラシが現像ロール１８に接触するとき、現像ロール１８の方へ向かう磁気ブラシの高さは適切な高さになっていることが確保される。

磁気ロール１７と現像ロール１８との間には、制御部２２によって所定のバイアスが印加されており、磁気ロール１７の表面に保持されたニ成分現像剤のうち、磁気ロール１７の磁力によって吸引されていない帯電したトナーのみが現像ロール１８の表面に移送される。上述したように、複数のニ成分現像剤で構成された磁気ブラシは現像ロール１８に接触する程度の高さに調節されているので、トナーを現像ロール１８の表面に移送するために要するバイアスは小さくてもよい。そして、現像ロール１８の表面に形成されたトナーは均一な層を形成し、引き続いて感光体７の潜像の現像に用いられる。

制御部２２は、現像ロール１８の表面に存在するトナーを感光体７の表面に移送させるとき、現像ロール１８と感光体７との間の現像バイアスを調節する。但し、画像形成装置１の高速化を実現するためにトナーの帯電量が大きく調節されているとき、現像ロール１８上に付着したトナーが感光体７の表面へ移送され難くなる可能性がある。そして、感光体７の潜像の現像にムラが生じる可能性がある。そのため、現像ロール１８上の現像ニップにおけるトナーの帯電量を制御して、つまり、トナーの帯電量を減少させて、現像ロール１８から感光体７へのトナーの移送が、小さい現像バイアスでも容易に行えるようにする必要がある。

そこで、制御部２２は、現像ロール１８の表面に対向して設けられた除電部１０を制御して、現像ロール１８上の現像ニップ部２３におけるトナーの帯電量を制御している。除電部１０は、感光体７を帯電させるための上記帯電部８と同様の放電器を有し、トナーの帯電極性とは逆極性の電荷を現像ロール１８上に与える装置である。つまり、制御部２２は、センサ部２１の検知結果に基づいて、現像ロール１８上に与える逆極性の電荷の量を調節するように構成されている。具体的には、制御部２２は、除電部１０が備える放電器の放電電圧を大きくすることで、現像ロール１８上に与える逆極性の電荷の量を大きく調節し、逆に、放電電圧を小さくすることで、現像ロール１８上に与える逆極性の電荷の量を小さく制御する。
以上のように、センサ部２１は本発明の帯電量検知手段に相当し、制御部２２及び除電部１０は本発明の帯電量制御手段に相当する。

従って、磁気ロール１７上でのトナーの帯電量が大きくても、その後に除電部１０によってトナーの帯電量が減少されるので、印加される現像バイアスによって現像ロール１８上の現像ニップ部２３から感光体７へトナーを良好に移送させることができる。その結果、現像ニップ部２３におけるトナーを用いた感光体７の潜像の現像を適切に行って、現像ムラなどの発生を防止できる。このとき、現像ロール１８上の現像ニップ部２３のトナーの帯電量は２０（μＣ／ｇ）以下であることが好ましい。このようなトナー帯電量であれば、現像バイアスが大きくなくても、現像ニップ部２３のトナーを感光体７へ良好に移送させることができる。従って、制御部２２及び除電部１０は、センサ部２１の測定結果に基づいて検知した、磁気ロール１７から現像ロール１８に移送されるトナーの帯電量が、現像ニップ部２３において２０（μＣ／ｇ）以下となるように、除電部１０が備える放電器の放電電圧（印加電圧）を調節する。

図３は、除電部１０が備える放電器の印加電圧（放電電圧）と、放電による逆極性の電荷が放射された後の現像ロール１８上のトナーの帯電量（μＣ／ｇ）との関係を示すグラフである。実験を行った現像部３の具体的な構成について説明すると、用いたニ成分現像剤のトナーの粒径（体積平均粒径）は７．５μｍであり、磁性キャリアの粒径（重量平均粒径）は５０μｍである。そして、制御部２２は、バイアス電源１９及びバイアス電源２０を制御して、現像ロール１８に、交流のピーク間電圧：Ｖ_p-p＝１．６（ｋＶ）、周波数：ｆ＝２．７（ｋＨｚ）、デューティ比＝２６％のバイアスを印加し、磁気ロール１７に、直流電圧：Ｖ_dc＝２００（Ｖ）、交流のピーク間電圧：Ｖ_p-p＝３００（Ｖ）、周波数：ｆ＝２．７（ｋＨｚ）、デューティ比＝２６％のバイアスを印加する。そして、感光体７の表面電位を３１０（Ｖ）とし、その周速を１８０ｍｍ／秒にまで高速化する。

図３から分かるように、印加電圧が上昇すると、つまり、逆極性の電荷の放射量が多くなると、現像ロール１８上のトナーの帯電量が小さくなる。尚、印加電圧が３（ｋＶ）以上の場合に放電が開始され、それ以下の電圧では放電が行われない（つまり、逆極性の電荷は放射されない）。但し、トナーの帯電量は、トレック・ジャパン株式会社から販売されている吸引式小型帯電量測定装置（２１０ＨＳ−２Ａ）を用いて測定した。
具体的には、除電部１０によって逆極性の電荷を放射しないときに測定された現像ロール１８上の現像ニップ部２３の帯電量は３５（μＣ／ｇ）であった。そして、除電部１０によって逆極性の電荷を放射したときに測定された現像ロール１８上の現像ニップ部２３の帯電量は、印加電圧が３．０（ｋＶ）のとき２０（μＣ／ｇ）であり、印加電圧が３．５（ｋＶ）のとき１９（μＣ／ｇ）であり、印加電圧が４．０（ｋＶ）のとき１７（μＣ／ｇ）である。このように、磁気ロール１７から現像ロール１８に移送されるトナーの帯電量が大きくても、除電部１０によって現像ニップ部２３のトナーの帯電量を減少させることができる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、制御部２２が、センサ部２１の検知結果に基づいて、現像ロール１８上に与える逆極性の電荷の量を調節する場合について説明したが、現像ロール１８上に与える逆極性の電荷の量を逐次調節するのではなく、一定にしてもよい。例えば、磁気ロール１７から現像ロール１８に移送されるトナーの帯電量に変動が少ない場合、その帯電量に応じて、上記逆極性の電荷の量を予め定めておいてもよい。

＜２＞
上記実施形態では、感光体の周速を１８０ｍｍ／秒に設定した例について説明したが、１８０ｍｍ／秒以上に設定してもよい。つまり、１８０ｍｍ／秒以上に設定してもトナーの飛散が発生しないようなトナー帯電量に設定しても、除電部１０によって現像ニップ部２３のトナーの帯電量を減少させることもできる。

＜３＞
上記実施形態では、除電部１０が備える放電器及び帯電部が備える放電器としてコロナ放電を発生させることのできる非接触式の装置を例示したが、他の装置を用いてもよい。例えば、接触式のブラシ帯電を行って、帯電量を増加させる帯電及び帯電量を減少させる除電を行うことができる。

本発明は、電子写真技術を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリなどにおいてニ成分現像剤を用いて現像を行う画像形成装置に適用可能である。

画像形成装置の概略的な構成図 画像形成装置が備える現像部の概略的な構成図 除電部が備える放電器の印加電圧と、放電による逆極性の電荷が放射された後の現像ロール上のトナーの帯電量との関係を示すグラフ

符号の説明

１ 画像形成装置
７ 感光体（潜像担持体）
１０ 除電部（帯電量制御手段）
１７ 磁気ロール
１８ 現像ロール
２１ センサ部（帯電量検知手段）
２２ 制御部（帯電量制御手段）
２３ 現像ニップ部

Claims (4)

1. トナーと磁性キャリアとが静電気力によって付着したニ成分現像剤を磁力によって保持する磁気ロールと、
   前記磁気ロール上の前記ニ成分現像剤から移送される前記トナーの薄層を表面に形成する現像ロールと、
   前記現像ロールとの間に印加される現像バイアスによって前記現像ロール上の前記トナーを用いた潜像の現像が行われる潜像担持体とを備える画像形成装置であって、
   前記現像ロール上の現像ニップ部におけるトナーの帯電量を制御する帯電量制御手段を備える画像形成装置。
2. 前記帯電量制御手段は、前記トナーの帯電極性とは逆極性の電荷を前記現像ロール上に与えて、前記現像ニップ部におけるトナーの帯電量を２０μＣ／ｇ以下に制御するように構成されている請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記磁気ロール上の前記ニ成分現像剤から前記現像ロールへ移送される前記トナーの帯電量を検知する帯電量検知手段を備え、
   前記帯電量制御手段は、前記帯電量検知手段の検知結果に基づいて、前記現像ロール上に与える前記逆極性の電荷の量を調節するように構成されている請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記潜像担持体の周速が１８０ｍｍ／秒以上である請求項１〜３の何れか一項に記載の画像形成装置。

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