JP2008009178A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、現像装置を複雑にすることなく、現像ゴースト、キャリア引きの発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ローラに供給して長期間安定した画像品質が得られる画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】ハイブリッド現像方式の現像装置を有する画像形成装置であって、連続してプリントをする際、イメージ間或いは紙間の非現像時にトナー５をトナー担持体２から現像剤担持体１へ回収可能な構成を有している現像装置において、前記現像剤を構成するキャリア４粒径が３０〜６０μｍであり、前記トナー５の回収時に静電潜像担持体３の表面電位に対して、０〜１００Ｖの電位差となるように前記トナー担持体２の印加電圧を変化させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式の画像形成装置における、乾式トナーを用いる現像方式としては、一成分現像方式および二成分現像方式が知られている。
一成分現像方式は、キャリアを含まないため、キャリアおよびトナーから形成される磁気ブラシによって感光体の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式は、トナーの帯電量を安定して維持することが難しい。また、カラートナーの場合、透過性が求められるため、非磁性トナーである必要がある。そのため、フルカラー画像形成装置においては、トナーを帯電および搬送する媒体としてキャリアを用いる二成分現像方式を採用する場合が多い。
二成分現像方式は、安定した帯電量が長期にわたって得られるため、長寿命化に適している。しかし、二成分現像方式は、上述の磁気ブラシによる影響のため、画質の点では不利である。

近年、これら現像方式のそれぞれの利点を活かすべく、長寿命化を考慮して帯電領域は二成分現像方式を採用し、高画質化を狙って現像領域は一成分現像方式を採用したハイブリッド現像方式が注目されている。特に、高画質化および長寿命化が重視されるフルカラー画像形成装置においては、この現像方式の特徴が充分に発揮される。
ハイブリッド現像方式は、トナーおよびキャリアを含有する二成分現像剤を磁気ローラの表面に担持させて磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシからトナーのみを現像ローラの表面に移送させてトナー層を形成し、該トナー層からトナーを、静電潜像が形成された感光体の表面に飛翔させて静電潜像をトナー像として現像する方式である。

しかし、この現像方式では、現像ローラ上の残トナーを磁気ローラの磁気ブラシで剥ぎ取りながら、同時に磁気ブラシから現像ローラへトナーを供給する必要がある。このとき残トナーの剥ぎ取りが不充分であったり、現像ローラへのトナー供給が不充分である場合、現像ローラから感光体へトナーが飛翔した後の残像が２周目にも現れる、いわゆる現像ゴーストが発生しやすい。

そこで、この現像ゴーストの対策として、種々の方法が提案されている。例えば、用いられる二成分現像剤において、キャリアを低磁化にすることによって、磁気ブラシの密度を高めて、現像ローラ上のトナーを剥ぎ取る効果を大きくして、トナー現像ゴーストを解消する方法が開示されている（特許文献１参照）。また、現像ローラの交流成分に対してその逆位相の交流電圧を磁気ローラに印加することによって、現像ローラ上のトナーの入れ替えを促進する方法が開示されている（特許文献２参照）。また、現像終了時に現像ローラに直流バイアスを重畳させた交流バイアスを印加して現像ローラ上のトナーを磁気ローラへ回収することが提案されている。これは、導電性現像ローラを使用したシステムで、回収時にキャリアが現像ローラへ転移しない。（特許文献３参照）。
特開２００３−２９５６１３号公報 特開２００５−２４２２８１号公報 特開２００３−２８０３５７号公報

しかしながら、例えば特許文献３で開示された方法では、導電性現像ローラの使用においては作像時に現像ローラと磁気ローラ間でのリークを抑制しづらく、バイアス設定を抑えるしか方法がない。しかしバイアス設定を抑えると現像ゴーストを抑制する効果が減少するので、結果としてこれらは相反した特性であり調整が困難であった。
本発明の課題は、ハイブリッド現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、現像装置を複雑にすることなく、現像ゴースト、キャリア引きの発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ローラに供給して長期間安定した画像品質が得られる画像形成装置を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、トナー回収時に、静電潜像担持体の表面電位に対して所定の電位差となるようにトナー担持体の印加電圧を変化させる、またはトナー担持体に印加している電圧に対して所定の電位差となるように静電潜像担持体の表面電位を変化させることにより、現像ゴースト、キャリア引きの発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ローラに供給して長期間安定した画像品質が得られることを見出して、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の画像形成装置は、以下の構成を有する。

（１）２成分現像剤を現像剤担持体上に保持して混合することでトナーを帯電させ、そのトナーのみをトナー担持体上に均一に薄層形成し、静電潜像担持体との空間に直流、交流電圧を重畳しトナーを潜像に飛翔させる現像装置を有する画像形成装置であって、連続してプリントをする際、イメージ間或いは紙間の非現像時に前記トナーを前記トナー担持体から前記現像剤担持体へ回収可能な構成を有している現像装置において、前記現像剤を構成するキャリア粒径が３０〜６０μｍであり、前記トナーの回収時に、前記静電潜像担持体の表面電位に対して、０〜１００Ｖの電位差となるように前記トナー担持体の印加電圧を変化させる構成としたことを特徴とする画像形成装置。
（２）２成分現像剤を現像剤担持体上に保持して混合することでトナーを帯電させ、そのトナーのみをトナー担持体上に均一に薄層形成し、静電潜像担持体との空間に直流、交流電圧を重畳しトナーを潜像に飛翔させる現像装置を有する画像形成装置であって、連続してプリントをする際、イメージ間或いは紙間の非現像時に前記トナーを前記トナー担持体から前記現像剤担持体へ回収可能な構成を有している現像装置において、前記現像剤を構成するキャリア粒径が３０〜６０μｍであり、前記トナーの回収時に、前記トナー担持体に印加している電圧に対して、０〜１００Ｖの電位差となるように前記静電潜像担持体の表面電位を変化させる構成としたことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、トナーの回収時に、静電潜像担持体の表面電位に対して、所定の電位差となるようにトナー担持体の印加電圧を変化させる、またはトナー担持体に印加している電圧に対して、所定の電位差となるように静電潜像担持体の表面電位を変化させることにより、現像ゴースト、キャリア引きの発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ローラに供給して長期間安定した画像品質が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜画像形成装置＞
本発明の画像形成装置としては、図１に示すように、静電潜像担持体３（以下、感光体３という。）と、感光体３の表面を帯電させる帯電手段８と、感光体３の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段１６と、静電潜像にトナー５を付着させて静電潜像をトナー像として現像する現像手段１８と、トナー像を感光体３から無端ベルト２０上を移動する被転写体（図示せず）へ転写する転写手段２２と、感光体３の表面をクリーニングするクリーニング手段２４とを具備する画像形成装置が挙げられる。

感光体３としては、セレン、アモルファスシリコン等の無機感光体、導電性基体上に電荷発生剤、電荷輸送剤、結着樹脂等を含有する単層または積層の感光層が形成された有機感光体等が挙げられる。
帯電手段８としては、スコロトロン方式、帯電ローラ、帯電ブラシ等が挙げられる。
露光手段１６は、露光光１０としてＬＥＤまたは半導体レーザー等が挙げられる。転写手段２２、クリーニング手段２４としては、公知のものを用いればよい。

現像手段１８は、内部に複数の固定磁石が配設されて該固定磁石の周囲を回転可能としたスリーブ状の現像剤担持体１（以下、磁気ローラ１という。）と、磁気ローラ１上に形成される磁気ブラシ６によってトナー薄層９を形成されるトナー担持体２（以下、現像ローラ２という。）と、磁気ローラ１へ直流（ＤＣ）バイアスを印加する電源１１ａと、現像ローラ２へ直流（ＤＣ）バイアスを印加する電源１２ａと、磁気ローラ１へ交流（ＡＣ）バイアスを印加する電源１１ｂと、現像ローラ２へ交流（ＡＣ）バイアスを印加する電源１２ｂと、磁気ローラ１上に形成された磁気ブラシ６の高さを一定に保つための規制ブレード７と、トナー５が収納されたトナーコンテナ３８と、トナーコンテナ３８から供給されたトナー５を、キャリア４とともに撹拌し帯電させる撹拌ミキサー４０と、仕切板４２を隔てて配置され、この仕切板４２の長手方向端部に形成された連通部（図示せず）にて撹拌ミキサー４０から供給された２成分現像剤を撹拌しながら磁気ローラ１へ供給するパドルミキサー４４と、磁気ローラ１、現像ローラ２、撹拌ミキサー４０およびパドルミキサー４４が収納された枠体４６とを具備するものである。
本発明では、トナー回収時においては、前記磁気ローラ１へ直流バイアスを印加する電源１１ａ、前記現像ローラ２へ直流バイアスを印加する電源１２ａ、および帯電器８による前記感光体３への表面電位付与を用いて、キャリア４の感光体３への転移を回避するための電位構成を設定する。なお、感光体への表面電位付与の調整は、コロナ放電器８にそれ自体公知のグリッド（図示せず）を設け、このグリッド電位を調整することで、感光体表面の帯電電位を調整することができる。

＜現像方法＞
図２に本発明にかかる現像装置の一例を模式的に示す。以下に、現像方法について説明する。
磁気ローラ１に内包されている固定マグネットで磁気的に拘束されているキャリア４（磁性体粒子）とその表面と帯電保持しているトナー５とからなる磁気ブラシ６が、磁気ローラ１表面を回動し現像ローラ２へ搬送される。磁気ローラ１の表面はブラスト処理や溝加工を施したものを用いることで磁気ブラシ６の搬送をよりスムーズに行える。
搬送された磁気ブラシ６の帯電しているトナー５のみが磁気ローラ１と現像ローラ２に設けた電位差で現像ローラ２へ転移し現像ローラ２表面にトナー薄層９を形成する。薄層形成する際は磁気ローラ１と現像ローラ２に交流を印加するとより効率的にトナー薄層９が形成される。

トナー５はプラス帯電を用いるのが好ましく、その帯電量は１０〜２０μＣ／ｇ程度が好ましい。これよりも低い帯電量では、磁気ブラシ６からトナー５が舞って周辺を汚してしまい、またこれ以上よりも高いと薄層形成が弱くなる。
キャリア４は、公知のものを用いることができるが、好ましくはフェライトのコアを用いて表面に樹脂のコーティングを施したものを用いるのがよい。また、粒径は３０〜６０μｍのものを用いるのが好ましい。これよりも小さいと現像剤の流動性が悪くなり、トナー５との攪拌混合時に均一分散が困難になり、またこれ以上に大きいと薄層形成が弱くなる。さらにキャリア４の飽和磁化は３５〜９０ｅｍｕ／ｇのものが好ましい。飽和磁化が３５ｅｍｕ／ｇより低いと顕著にキャリア４飛びが悪くなり、９０ｅｍｕ／ｇより高いと磁気ブラシ６が疎になり均一な薄層形成が出来なくなる。
磁気ローラ１と現像ローラ２のギャップは０．２〜０．６ｍｍであるのが好ましい。ギャップは薄層形成を瞬時に行うために最も効果的な因子である。その幅が広いとその効率が低下し、現像ゴースト等の問題が生じる。また狭いとブレードギャップを通過する磁気ブラシ６がギャップを通過できずにトナー薄層９を乱してしまう等の問題が生じる。

バイアス条件は、磁気ローラ１に＋３００〜５００Ｖを、現像ローラ２に＋１００Ｖを印加するのがよい。薄層形成の電位差としては、２００〜４００Ｖが適正でトナー５の帯電量とのバランスで調整すればよい。フィードバック制御等を用いることで、トナー薄層９の層厚をある程度一定にすることが可能である。
交流条件は、磁気ローラ１にＶ_P-P（ピーク交流バイアス）＝３００〜５００Ｖ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝２０〜４０％を、現像ローラ２にはＶ_P-P＝１．０〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝２０〜４０％が好ましい。Ｖ_P-Pを高めると薄層形成がより瞬時に行われるが、反面耐リーク性が弱くなりノイズの発生原因になる。これらの点については、磁気ローラ１や現像ローラ２の表面にアルマイト処理等で絶縁性を高めることはマージンが広がるので好ましい。周波数については、トナー５の帯電量で調整すればよい。ＤＵＴＹ比は、４０％よりも低くすることにより、薄層形成をしながら短時間に高い電位差でトナー５を磁気ブラシ６に回収する作用をもたらし、現像ローラ２へのトナー５の固着防止抑制の効果がある。
次に、現像ローラ２へトナー薄層９を形成した後、感光体３に現像する。感光体３の表面に帯電器８で＋３５０〜５００Ｖに帯電したところに、露光手段１６を用いて静電潜像を形成する。ＯＰＣ感光体を用いると、全露光で＋７０〜１２０Ｖが得られ、アモルファスシリコン感光体で１０〜５０Ｖの露光後電位となった。露光には、半導体レーザーおよびＬＥＤのどちらも用いることができる。

以上は、作像時の適正な設定およびバイアス条件であるが、これを長期にわたって続けると次第に現像ローラ２へトナー５が固着してくる問題が生じる。これらを防止するにあたっては、連続印刷時のイメージ間でトナー薄層９を一旦磁気ブラシ６で回収するといった手法を用いる方法がある。また、ブレードやローラなどを現像ローラ２に接触させて行う手法もある。後者については、トナー薄層９を剥ぎ取る際にメカニカルなストレスがトナー５に与えられるのと、現像ローラ２にも同様に圧力が掛かる。よって耐久性を要求されるシステムには向かないと言ってよい。前者は、イメージ間でバイアスを切り替えて、現像ローラ２から磁気ローラ１へトナー５を回収することで、回収するタイミングや電位差によって回収強度を可変することができる。また直接的なストレスはトナー５等に与えることがないので長寿命システムに適した手法と言える。

回収バイアスとしては、磁気ローラ１に０Ｖを、現像ローラ２に＋１００Ｖを印加して、１００Ｖの電位差で現像ローラ２上のトナー５を磁気ブラシ６を介して回収することができる。電位差を強くすると回収力は増加するが、逆にマイナスに帯電したキャリア４が現像ローラ２側へ転移してしまう問題が生じる。電位差を小さくするとトナー５の回収が弱まり現像ローラ２にトナー５が付着しやすくなる。これは、キャリア４の粒径が小さくなるにつれて顕著である。
交流条件としては、Ｖ_P-P、ＤＵＴＹ比は前記作像時と同じであるのがよい。周波数については、回収時は作像時より高めることでキャリア４の現像ローラ２への転移を弱める効果がある。値としては５〜１０ｋＨｚが好ましく、キャリア４の粒径により設定するのが好ましい。
しかし、周波数だけでは、完全にキャリア４の転移を抑えることは困難でありキャリア４の粒径を粗いものを使用するなど、薄層形成を弱める方向で回避していた。キャリア４の粒径を小さくすると薄層形成を瞬時に形成するのに効果的で、現像ゴーストを抑制することができる。

キャリア引きのメカニズムとしては、図５に示すように、回収時の現像ローラ２と磁気ローラ１の電位差Δ１００Ｖでプラストナーは磁気ローラ１に回収され、マイナス帯電しているキャリア４が現像ローラ２に転移し、さらに感光体３との電位差Δ３３０Ｖで現像ローラ２上のキャリア４が感光体３の非露光部に転移する現象である。
特に、作像時の交流電圧を大きく取るために磁気ローラ１および現像ローラ２の表面をアルマイト処理などの絶縁加工を施した時に顕著に発生する。回収時のトナー薄層９は、ほぼ磁気ブラシ６を介してなくなり、現像ローラ２の表面の電位は、印加している電位＋１００Ｖとなる。

キャリア引きを抑制する手法としては、図３に示すように、回収時に磁気ローラ１と現像ローラ２はトナー５を回収する電位差を設けることによりトナー５は回収される。このとき、上記同様にキャリア４が現像ローラ２へ転移するようなことがあっても、感光体３と現像ローラ２との電位差を極力低くすることで、キャリア４の感光体３への転移を回避することが可能である。
すなわち、回収された後の現像ローラ２の電位は、現像ローラ２に印加している電圧と同等になることからこの電圧を感光体３の電位と等しくするかカブリ等が発生しない電圧に設定すればいい。設定値としては、図３に示すように感光体３との電位差が０〜１００Ｖであるのが好ましい。

＜他の実施の形態＞
回収時には、上記したように、磁気ローラ１と現像ローラ２はトナー５を回収する電位差を設けることによりトナー５は回収される。このとき、キャリア４が現像ローラ２へ転移するようなことがあっても、、上記した実施の形態と同様に、感光体３と現像ロール２との電位差を極力低くすることで、キャリア４の感光体３への転移を回避することが可能である。
すなわち、図４に示すように、回収された後の現像ローラ２の電位は、現像ローラ２に印加している電圧と同等になることからこの電圧を一定にし、感光体３の電位を現像ローラ２の電位と等しくするかカブリ等が発生しない電圧に設定すればいい。設定値としては、図４に示すように現像ローラ２との電位差が０〜１００Ｖであるのが好ましい。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

画像評価機としては、ＦＳＣ−５０３０（京セラミタ社製、プリンタ）を用いた。該評価機を下記の設定条件で評価を実施した。
画像評価機 ：ＦＳＣ−５０３０（京セラミタ社製、プリンタ）
プロセス線速＝１５０ｍｍ／ｓｅｃ
印刷速度＝２４ｐｐｍ
イメージ間交流条件 ：Ｖ_P-P＝（磁気ローラ）４００Ｖ、（現像ローラ）１５００Ｖ
周波数＝６ｋＨｚ
ＤＵＴＹ比＝４０％
感光体表面電位 ：＋４３０Ｖ
磁気ローラ電位 ：＋４００Ｖ（作像時）
現像ローラ電位 ：＋１００Ｖ（作像時）
トナー平均粒子径 ：Ｄ５０＝９μｍ
キャリア平均粒子径 ：Ｄ５０＝３０および６０μｍ
（キャリアの測定）
感光体３に転移したキャリア４は、感光体３上に粘着テープを貼着後剥離して、その一定面積（３ｃｍ×１０ｃｍ）におけるキャリア４の個数を拡大鏡を用いて測定し求めた。
（回収時バイアス）
バイアスを印加するタイミングとしては、図６に示すように、回収時に磁気ローラ１と現像ローラ２に印加している電圧をＨｉにし、感光体３の電位は作像時と同じ電位した。
そして、前記磁気ローラ１および現像ローラ２の回収時の印加電圧をそれぞれ表１に示す電圧に変化させて、試料Ｎｏ．１〜１２とした。
結果を表１に示した。

表１に示すように、磁気ローラ１と現像ローラ２の電位差が１００Ｖを超えた場合（試料Ｎｏ．７〜１２）、キャリア４が感光体３へ転移した。これに対して、本発明の範囲内である磁気ローラ１と現像ローラ２の電位差が１００Ｖ以下の場合（試料Ｎｏ．１〜６）は、感光体３へのキャリア４の転移はなかった。これは磁気ブラシ６でトナー５の回収が始まると同時にキャリア４が現像ローラ２に転移し始めるが、その位置での現像ローラ２上の電位はＨｉに印加した電圧となり、その時の感光体３との電位差が１００Ｖ以下であれば、キャリア４は感光体３へ転移されずに磁気ブラシ６に戻っていくためである。

バイアスのタイミングを、図７に示すように設定した以外は、実施例１と同様にして評価を実施した。すなわち、バイアスのタイミングとしては、図７のように回収時に磁気ローラ１の印加電圧をＬｏｗにし、現像ローラ２の印加電圧を作像時と一定にしておき、感光体３の表面電位をＬｏｗにした。そして、前記磁気ローラ１および現像ローラ２の回収時の印加電圧をそれぞれ表２に示す電圧に変化させて、試料Ｎｏ．１３〜２４とした。
結果を表２に示した。

表２に示すように、感光体３と現像ローラ２の電位差が１００Ｖを超えた場合（試料Ｎｏ．１９〜２４）、キャリア４が感光体３へ転移した。これに対して、本発明の範囲内である感光体３と現像ローラ２の電位差が１００Ｖ以下の場合（試料Ｎｏ．１３〜１８）は、感光体３へのキャリア４の転移はなかった。これは磁気ブラシ６でトナー５の回収が始まると同時にキャリア４が現像ローラ２に転移し始めるが、その位置での現像ローラ２上の電位は一定で、その時の感光体３との電位差が１００Ｖ以下であれば、キャリア４は感光体３へ転移されずに磁気ブラシ６に戻っていくためである。

本発明にかかるハイブリッド現像方式の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明にかかるハイブリッド現像方式の現像装置の一例を示す概略構成図である。 本発明にかかる回収時電位構成の一例を示す概略構成図である。 本発明にかかる他の実施形態における回収時電位構成の一例を示す概略構成図である。 キャリア引きを説明するための回収時電位構成を示す概略構成図である。 本発明にかかる回収時の印加電圧のタイミングチャートを示す図である。 本発明にかかる他の実施形態における回収時の印加電圧のタイミングチャートを示す図である。

符号の説明

１ 現像剤担持体（磁気ローラ）
２ トナー担持体（現像ローラ）
３ 静電潜像担持体（感光体）
４ キャリア
５ トナー
６ 磁気ブラシ
７ 規制ブレード
８ 帯電器
９ トナー層
１０ 露光光
１１ａ 交流電源
１１ｂ 直流電源
１２ａ 交流電源
１２ｂ 直流電源

Claims (2)

1. ２成分現像剤を現像剤担持体上に保持して混合することでトナーを帯電させ、そのトナーのみをトナー担持体上に均一に薄層形成し、静電潜像担持体との空間に直流、交流電圧を重畳しトナーを潜像に飛翔させる現像装置を有する画像形成装置であって、
   連続してプリントをする際、イメージ間或いは紙間の非現像時に前記トナーを前記トナー担持体から前記現像剤担持体へ回収可能な構成を有している現像装置において、
   前記現像剤を構成するキャリア粒径が３０〜６０μｍであり、
   前記トナーの回収時に、前記静電潜像担持体の表面電位に対して、０〜１００Ｖの電位差となるように前記トナー担持体の印加電圧を変化させる構成としたことを特徴とする画像形成装置。
2. ２成分現像剤を現像剤担持体上に保持して混合することでトナーを帯電させ、そのトナーのみをトナー担持体上に均一に薄層形成し、静電潜像担持体との空間に直流、交流電圧を重畳しトナーを潜像に飛翔させる現像装置を有する画像形成装置であって、
   連続してプリントをする際、イメージ間或いは紙間の非現像時に前記トナーを前記トナー担持体から前記現像剤担持体へ回収可能な構成を有している現像装置において、
   前記現像剤を構成するキャリア粒径が３０〜６０μｍであり、
   前記トナー担持体に印加している電圧に対して、０〜１００Ｖの電位差となるように前記静電潜像担持体の表面電位を変化させる構成としたことを特徴とする画像形成装置。
   
   

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