JP5325390B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

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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二成分現像剤を使用し、磁気ブラシを形成し、磁気ブラシにより現像ローラ上にトナー薄層を形成させ、トナー薄層のトナーを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、電子写真方式の画像形成装置において、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。
二成分現像方式を用いた画像形成方法として、二成分現像剤を担持する現像剤担持体上に形成された磁気ブラシで、トナー担持体上にトナー薄層を形成させ、トナー担持体上のトナー薄層により静電潜像担持体上の静電潜像を現像して可視化する、所謂タッチダウン現像(ハイブリッド現像ともいわれる。)による画像形成方法が知られている。しかし、この現像方式は二成分現像方式と一成分現像方式を組み合わせており、静電潜像を現像する時のトナーの適正帯電量とトナー薄層を形成する時のトナーの適正帯電量に差があるという問題があり、トナー薄層のトナー量が少なく画像濃度不良が発生したり、または現像に寄与しなかったトナー薄層の剥ぎ取り不良による現像ゴースト等の問題が発生することがあった。
このため、例えば特許文献1では、現像ローラに直流バイアスを重畳させたデューティ比10〜50%の交流バイアスを印加して現像ゴースト、選択現像性を抑制する手段が提供されている。しかしながら、上述したように、薄層形成時と現像時の最適なトナー帯電量が異なっているため、前記手段ではその対策が不十分な場合があった。
一方、上記のような問題の発生する原因のひとつとして飛散トナーの影響が挙げられる。トナーの飛散は、ハウジング内でトナーを撹拌する際の飛散や、磁気ローラ近傍での飛散など現像装置が主たる発生箇所となる。そして、現像装置で発生した飛散トナーは、静電潜像担持体をはじめ光学系装置や帯電装置、転写装置等を配置した電子写真装置の内部に飛散し、上記したような問題を含め、各種の画像不良、動作不良等を引き起こす。
このような問題を解決するために、特許文献2では、形成される画像比率に応じて、飛散トナーを回収するための回収ローラに印加するバイアスを変える制御手段を有し、該制御手段は、前記回収ローラに印加するバイアスを、画像比率が5%未満では、交番電圧に現像剤の正規の帯電極性と同極性の直流電圧を重畳したバイアスとし、5〜15%の場合は、交番バイアスのみとし、15%を超える場合は、交番電圧に現像剤の正規の帯電極性とは逆極性の直流電圧を重畳したバイアスとする手段が提供されている。
特開2003−280357号公報 特開平11−174792号公報
しかしながら、タッチダウン現像方式においては、形成される画像比率が低いと現像ローラのスリーブ上にトナーが残るため、特許文献2の方法では反対に現像ローラ上のトナーはチャージアップし、またトナー飛散量が増加する場合があった。
タッチダウン現像方式では、印字率(画像比率)が低い場合、例えば5%未満の場合は現像ローラ上に残留する未現像トナーが多く、これが磁気ローラ上に担持された少なくともキャリアとトナーから成る二成分現像剤により回収され、現像装置内の二成分現像剤収容部に磁気ローラ上の二成分現像剤と共に回収される。従って、回収されるトナー量が多いため、回収される二成分現像剤中のトナー量も多く、磁気ローラ上の二成分現像剤が二成分現像剤収容部に回収される際にトナー飛散が発生しやすくなる。
また、特にタッチダウン現像方式であり、且つドラム線速が180mm/sec以上のような高速機においては、現像剤の劣化を抑制するために、現像剤総量を増やした系では、トナー飛散が発生しやすい場合があった。ちなみに、目安としてドラム線速180mm/secはA4横で約40枚/分、250mm/secで約50枚/分、340mm/secで約60枚/分である。
本発明の課題は、タッチダウン現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、トナー飛散を抑制し、特に印字率の違いによる飛散トナーの発生を抑制して、長期に亘って安定した現像特性を維持し、安定した画像を得ることのできる画像形成装置および画像形成方法を提供することにある。
上記課題を解決するための画像形成装置および画像形成方法は、以下の構成を有する。
(1)内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とをハウジング内に少なくとも備え、前記トナー担持体および/または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成装置であって、前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収する電極部材が、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体と前記ハウジング壁の間に配置され、さらに、飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を前記電極部材に印加するバイアス手段と、前記バイアス電圧を制御する制御手段とを備え、前記バイアス手段により印加されるバイアス電圧は、印字率を所定値と比較し、前記印字率が前記所定値未満の場合は、前記二成分現像剤担持体に印加されている交流バイアスと同周期で逆位相の交流バイアスであることを特徴とする画像形成装置。
(2)前記静電潜像担持体の周速が180mm/sec以上であることを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。
(3)ハウジング内に備えた、内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とを用いて、前記トナー担持体および/または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成方法であって、前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収する電極部材を、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体と前記ハウジング壁の間に配置し、前記電極部材に飛散トナーを回収するためのバイアス手段により印加されるバイアス電圧は、印字率を所定値と比較し、前記印字率が所定値未満の場合は前記二成分現像剤担持体に印加されている交流バイアスと同周期で逆位相の交流バイアスを前記電極部材に印加することを特徴とする画像形成方法。
(4)前記印字率の所定値は1〜10%であることを特徴とする(3)に記載の画像形成方法。
本発明によれば、飛散トナーを回収する電極部材を二成分現像剤担持体とトナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体とハウジング壁の間に配置し、飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を印加するバイアス手段を備え、該バイアス手段により、印字率に基づいて前記バイアス電圧が制御されるので、印字率よって発生量の異なる飛散トナーを一層効果的に前記電極部材上に回収することができる。その結果、トナー飛散を抑制し、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。図1は本発明の一実施形態に係るタッチダウン現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。図2は図1の現像手段の一部を示す概略構成図である。図3は図1に示す現像手段を用いたタンデム式カラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
(画像形成装置)
本発明の画像形成装置は、磁性キャリア4とトナー5からなる二成分現像剤を用いて磁気ローラ1上に担持された二成分現像剤により現像ローラ2上にトナー薄層9を形成し、感光体3(静電潜像担持体)上に形成された静電潜像を現像する、所謂タッチダウン現像方式による画像形成装置である。図1に示すように、該画像形成装置は、前記感光体3を備え、この感光体3の周囲には帯電手段8、露光手段16、現像手段18、一次転写手段22、二次転写手段25、定着手段26およびクリーニング手段24等が配置されている。
前記画像形成装置による画像形成は以下のようにして行われる。即ち、前記感光体3の表面が帯電手段8により均一に帯電され、この帯電された表面を露光手段16により露光して静電潜像が形成される。得られた静電潜像には現像手段18からトナー5を付着させることによりトナー像として現像される。このトナー像は一次転写手段としての一次転写ローラ22によって、中間転写体(中間転写ベルト)20上に感光体3から転写される。そして、複数色のトナー像を中間転写体20上に重ねて転写した後、二次転写手段としての二次転写ローラ25により、給紙カセット27から二次転写位置に搬送された被転写体にトナー像を転写する。この被転写体は定着手段としての定着ローラ26に搬送されて、ここでトナー像が被転写体上に定着された後、例えば、排紙トレー(不図示)に排紙される。転写後に感光体3表面に残った未現像のトナーはクリーニング手段24により除去される。
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(OPC)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、露光光としてLEDまたは半導体レーザー等が挙げられる。また、クリーニング手段24としては例えばドクターブレード式等が挙げられ、それぞれ公知のものを用いることができる。
現像手段18は、内部に複数の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の磁気ローラ1(二成分現像剤担持体)と、内部に前記磁気ローラ1とは異極の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の現像ローラ2(トナー担持体)と、前記磁気ローラ1と前記現像ローラ2の互いに異なる磁極の磁力により磁界が形成され、この磁界により磁気ローラ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、飛散トナーを回収するための電極部材14とから構成されている。さらに、磁気ローラ1に印加する交流(AC)バイアス電源11aおよび直流(DC:Vdc1)バイアス電源11bと、現像ローラ2に印加する交流(AC)バイアス電源12aおよび直流(DC:Vdc2)バイアス電源12bと、電極部材14に印加する交流(AC)バイアス電源13aおよび直流(DC:Vdc3)バイアス電源13bとを備えている。また前記電極部材14に印加するバイアス電圧を制御する制御手段15を備えている。
また、本発明の画像形成装置は、トナー5が収納されたトナーコンテナ(不図示)と、該トナーコンテナから二成分現像剤を収容する二成分現像剤収容部45に供給されたトナー5を、キャリア4とともに攪拌し帯電させる攪拌スクリュー40と攪拌スクリュー44を有し、仕切板42の両端部で連通し、その一端側を通って攪拌スクリュー40から攪拌スクリュー44に供給された二成分現像剤を磁気ローラ1へ供給し、攪拌スクリュー44は前記一端とは他端側から攪拌スクリュー40側へと二成分現像剤を循環してなる、磁気ローラ1、現像ローラ2、攪拌スクリュー40および攪拌スクリュー44が収納されたハウジング46とを備えている。
なお、本発明の画像形成装置は、図3に示すように、4つの感光体3A,3B,3C,3Dが中間転写体20上に配列されたタンデム式(間接転写タンデム方式)のカラー画像形成装置に好適に用いることができる。そこでは、上記した現像手段18を用いて、マゼンタ、シアン、イエローおよびブラックの各トナーをそれぞれ収容した現像装置18A,18B,18C,18Dにより前記感光体3A,3B,3C,3D上の静電潜像が可視像化されトナー像がそれぞれ形成される。そして中間転写体20の表面に、前記感光体3A,3B,3C,3D上に可視像化されたトナー像が、上流側の感光体3Aから順に転写される。この中間転写体20上に転写されたフルカラー画像は、給紙カセット27から搬送されてきた被転写体に二次転写ローラ25により転写され、次いで定着ローラ26で定着された後、この被転写体が排出される。
ここで、前記飛散トナーは、その発生源として、主として磁気ローラ1上の二成分現像剤が二成分現像剤収容部45に回収される際、磁気ブラシ6が圧縮されることにより、磁気ブラシ6間の空気が二成分現像剤収容部45に入りこめずにはね返されるため、二成分現像剤回収部43から空気と共にトナー5も噴出し発生する。タッチダウン現像方式では、磁気ローラ1が現像ローラ2との最近接位置付近で、現像ローラ2上にトナー5を供給してトナー薄層9を形成すると共に、静電潜像の現像に寄与しなかった現像ローラ2上の未現像トナーを引き剥がして回収しており、この未現像トナーはキャリア4との付着性が小さい(トナー薄層9形成時の二成分現像剤中のトナー5とキャリア4の付着力に比べて)。またタッチダウン現像方式では二成分現像剤中のトナー濃度を通常の二成分現像方式に比べ高く保っているため、二成分現像剤の流動性が低く、磁気ブラシ6間の空気が二成分現像剤収容部45により入り込みにくい構成となっているので、トナー飛散が発生しやすい。
また、プロセス線速が高速化すればするほど短時間で多くの静電潜像を現像するのに必要なトナー5を現像ローラ2に搬送する必要があるが、逆にトナー層9を形成する時間が短くなるため、二成分現像剤中のトナー濃度を高くする等の対策が必要となる。すなわち、トナー層9を形成した後、二成分現像剤収容部45に回収されてくる二成分現像剤は低速時に比べ、トナー濃度が高くなってしまう。また、現像ローラ2上の未現像トナーの引き剥がし時間も短くなり、且つ二成分現像剤収容部45に回収されてくる二成分現像剤のトナー濃度が高いため、より引き剥がしが困難となってしまう。更にトナー飛散も発生しやすい状態となり、且つ飛散トナーが現像ローラ2に付着してしまう場合があり、回収トナー量が増大し、よりトナー飛散が増加しやすい。
また、飛散トナーは印字率が低い場合にも発生しやすい。上記したように、印字率が5%未満の場合、現像ローラ2上に残留する未現像トナーが多く、これが磁気ローラ1上に担持された少なくともキャリア4とトナー5から成る二成分現像剤により回収され、現像装置18内の二成分現像剤収容部45に磁気ローラ1上の二成分現像剤と共に回収される。従って、回収されるトナー量が多いため、回収される二成分現像剤中のトナー量も多く、磁気ローラ1上の二成分現像剤が二成分現像剤収容部45に回収される際にトナー飛散が発生しやすくなる。
そして、飛散トナーは各種の画像不良、動作不良等を引き起こし、特に飛散トナーは現像ローラ2の表面に付着し、引き剥がし不良によるゴースト現象が発生しやすくなり、良好な画像形成を妨げる要因のひとつとなる。
(電極部材)
本発明に係る電極部材14は、前記飛散トナーを捕集し、それを磁気ローラ1に戻すためのものであり、図1に示すように、感光体3、現像ローラ2、磁気ローラ1、および攪拌スクリュー40、44の配置構成において、前記磁気ローラ1と前記現像ローラ2の最近接位置よりも前記磁気ローラ1の回転方向下流側で、且つ前記磁気ローラ1とハウジング46壁との隙間を塞ぐようにして磁気ローラ1に対向して配設される。
上記構成とすることにより、前記現像ローラ2と前記磁気ローラ1の近傍に浮遊する飛散トナーや前記磁気ローラ1の下部側の隙間を通して図1中の矢印方向Aに移動して前記画像形成装置内に飛散する飛散トナーを分子間力や静電気力等によりトナー電極部材14表面に付着させて捕集することができる。
前記電極部材14は、図4に示すように、平板形状、前記磁気ローラ1と対向する面が前記磁気ローラ1表面と略同じ曲面をなす形状、あるいはローラ形状等が挙げられるが、前記磁気ローラ1とハウジング46壁との隙間を塞ぐようにして磁気ローラ1に対向して配設されるものであれば、特にこれらの形状に限定されるものではない。好ましくは、飛散トナーの回収性が良好で、且つ回収した飛散トナーを磁気ローラ1上に形成された磁気ブラシ6を介して二成分現像剤収容部45に戻しやすいため、ローラ形状のものがよい。
なお、前記電極部材14がローラ形状である場合、該ローラは周方向に回転しているのがよい。これにより、前記ローラの表面に付着した飛散トナーを、磁気ローラ1上に形成された磁気ブラシ6と接触して剥離され、磁気ローラ1側に戻すことができる。
前記ローラの回転方向は、磁気ローラ1の回転方向とはその対向位置で互いに同一の方向(磁気ローラ1とトレール回転)であっても、互いに逆方向の回転(カウンター回転)であってもよい。好ましくは、トレール回転である。トレール回転とすることにより、前記ローラ上のトナーをすぐに磁気ローラ1に回収しやすくなると共に、回収トナーに加えられるストレスが低減するので、回収されるトナーの劣化を防止できる。
前記ローラの周速は、10〜100mm/secがよく、好ましくは20〜70mm/secである。前記ローラの周速が10mm/sec未満であると、回転数が少なく飛散トナーの回収量が好ましくない。また、100mm/secを超えると飛散トナーの回収性が低下すると共に、磁気ブラシ6による付着トナーの剥離の際に再び飛散してしまうおそれがあるので好ましくない。
前記電極部材14の材質は、アルミニウム、ステンレススチール(SUS)等の金属を用いることができる。飛散トナーの付着性の観点から比表面積が大きいアルマイト処理をしたアルミニウム、または/更に静電的な付着性の観点からはフッ素系樹脂等で表面を被覆していることが好ましい(トナーの帯電特性が正帯電性の場合)。
前記電極部材14は、飛散トナーを回収するためのバイアス手段13によりバイアス電圧が印加され、前記バイアス電圧は制御手段15を用いて制御される。即ち、前記バイアス電圧の制御は、印字率に応じて前記バイアス電圧を前記電極部材14に印加するものである。
本発明に係る画像形成装置において、画像情報に基づき、スキャナユニットから発射されるレーザー光により、数10μmの径に集光された光ドットの集合として感光体3の表面にトナー画像を形成している。従って、該トナー画像を構成するレーザードット数を積算することで前記印字率を算出することができる。
前記制御手段15は前記電極部材14に印加するバイアスを、印字率が所定値を超える場合は、前記磁気ローラ1と同電位となるバイアスを印加し、印字率が所定値未満では、前記磁気ローラ1より高い電位となるバイアスを印加する。前記所定値としては、1〜10%、好ましくは4〜6%、より好ましくは5%程度である。
印字率が前記所定値を超える場合は、現像ローラ2の未現像トナーが少なく、磁気ブラシ6で回収されるトナー5も少ない。従って、現像器18内の二成分現像剤収容部45に引き込まれる際の飛散トナーも少ない。従って、電極部材14の回収力はそれほど高くする必要がない。従って、磁気ローラ1と同電位以下の設定とすることにより、電極部材14周辺に存在する飛散トナーを回収するように動作させることもできる。この場合、例えば磁気ローラ1の電位がVdc1=300Vであれば、電極部材14にはVdc3=300〜100Vを印加すればよい。更に必要に応じて、磁気ローラ1と同周期、逆位相の交流バイアス(Vpp、周波数、Duty比)を印加して回収したトナーを磁気ローラ1へ戻すように動作させても良い。
印字率が前記所定値未満の場合は、現像ローラ2の未現像トナーが多く、磁気ブラシ6で回収されるトナー量が多くなる。従って、現像器18内の二成分現像剤収容部45に引き込まれる際の飛散トナーが多くなるが、磁気ローラ1との電位差を電極部材14側が高くなるように設定することで磁気ローラ1側の電位が相対的に低くなり、トナー5は磁気ブラシ6側の方が安定して存在することができる電界となり、トナー飛散を抑制することができる。
更に、磁気ローラ1と同周期で逆位相の交流バイアスを印加することで磁気ローラ1側に、よりトナー5を保持させる方向に電界が作用するため、トナー飛散を抑制することができる。
図5に電極部材14に印加するバイアス電圧の制御の一例をフローチャート図で示した。電極部材14には、初期に交流バイアス電圧を印加する。そして、画像形成において出力枚数等をバイアス変更のタイミングの条件としてその所定値を超えた場合、感光体3上に形成されたトナー像のドット数に基づいて解析手段(不図示)を介して印字率を算出する。前記タイミングの条件としては、出力枚数の他に、ドットカウント数や現像駆動時間カウント数等を用いてもよい。
次に、前記算出された印字率を所定値、例えば5%と設定し、これと比較する。印字率が所定値以上の場合は、電極部材14に印加していているバイアスは変更せずに、交流バイアス電圧のみを引き続き印加する。印字率が所定値未満となった場合は、電極部材14に磁気ローラ1の電位の絶対値よりも高い電位の絶対値となる直流電圧を印加する。
図6には電極部材14に印加するバイアス電圧の制御の他の例をフローチャート図で示した。トナー飛散は印字率が切り替わったとしても即座に減少するものではなく、トナー5が飛散しはじめるとしばらくの間は、浮遊トナーが存在している。従って、図6に示すように、トナー飛散が発生しやすい印字率5%未満から印字率5%以上に変更された場合は、電極部材14の印加バイアスの設定を即座に切り替えずに、しばらくの間、例えば2〜3枚出力が終了する間はそのまま維持し、その後に印加バイアスを変更することが好ましい。印字率が減少する方向に変化する場合は、トナー飛散がすぐに発生する可能性があるので、即座に印加バイアスは変更する。
前記印字率は1画像毎に算出することができるため、1画像毎に印加バイアスを変更してもよいが、数〜十数枚程度、例えば10枚分の平均印字率を算出し、それに応じて印加バイアスを変更してもよい。
なお、前記印字率の所定値は、通常5%程度とするのが好ましいが、トナー帯電量、トナー粒度分布、トナー粒子径、磁気ローラ周速等によって飛散トナーの発生量が変わるのでそれらに応じて適宜、最適な値を設定するのがよい。
前記電極部材14上に付着し蓄積した飛散トナーは、非画像形成時に磁気ローラ1へ戻すためのバイアスを印加させることにより、磁気ローラ1に戻すことができる。この場合、例えば電極部材14にはVdc3=100V、磁気ローラ1と逆位相でVpp=300V、周波数f=2.7kHz、Duty比=30%、磁気ローラにはVdc1=−100V、現像ローラ2と逆位相でVpp=300V、周波数f=2.7kHz、Duty比=70%を印加するように設定する。このとき、現像ローラ2と磁気ローラ1間でのトナー5の移動はなくてもよいため、現像ローラ2にはバイアスを印加しなくてもよい。もし印加する場合には、Vdc2=100V、Vpp=1.6kV、周波数f=2.7kHz、Duty比=30%を印加すればよい。
このようにバイアス印加により電極部材14に付着した飛散トナーを磁気ローラ1側に回収することによりストレスの影響を受けないため、トナー5の外添剤の埋没や剥離などトナー5の劣化を低減する効果がある。
(現像方法)
図2に本発明にかかる現像手段の一部を模式的に示す。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。
図2に示すように、現像ローラ2には直流電圧(DC:Vdc2)12bに交流電圧(AC)12aを重畳させた現像バイアス電圧12が印加され、磁気ローラ1には直流電圧(DC:Vdc1)11bに交流電圧(AC)11aを重畳させた現像バイアス電圧11が印加される。そして、磁気ローラ1上には前記磁気ブラシ6が形成され、磁気ローラ1上の磁気ブラシ6は規制ブレード7によって層規制されて、磁気ローラ1と現像ローラ2との間の電位差によって、搬送された磁気ブラシ6の帯電しているトナー5のみが現像ローラ2に移動しトナー層9を形成する。そして、現像ローラ2上のトナー層9によって感光体3上の静電潜像が現像される。なお、前記直流電圧Vdcは、面積中心電圧であり、DUTY比を変化させた際変化する。本発明において、DUTY比は矩形波の交流電圧1周期分において、正極性側に印加される継続時間T1、負極性側に印加される継続時間T2とするとDUTY比(%)=[T1/(T1+T2)]×100で表される。このとき正極性側に立ち上がる波形と負極性側に立ち上がる波形の面積が互いに等しくなる電圧を面積中心電圧と言う。必要に応じて直流電圧を重畳してもよく、直流電圧を重畳した場合はVdc=直流電圧+面積中心電圧となる。交流を印加しない場合のVdcは単なる直流電圧である。
感光体3上の前記静電潜像は、感光体3の表面に帯電手段8により+250〜800Vに帯電したところへ、露光手段16を用いて形成することができる。OPC感光体を用いると、全露光で+70〜220Vが得られ、アモルファスシリコン感光体では10〜50Vの露光後電位が得られる。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。
上述のようにして現像が行われた後、残留トナー層を有する現像ローラ2はその対向位置において現像剤層を有する磁気ローラ1と最接近し、この対向位置で磁気ブラシ6による機械的な力によって、現像ローラ2上のトナー層9が掻き取られる。それと同時に、磁気ローラ1と現像ローラ2との間に形成される電位差(つまり、電界)に応じて磁気ローラ1上の現像剤層からトナー5が現像ローラ2側に供給されることになる。
現像時、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に現像ローラ2と同周波数、同周期で逆位相のVP-P(ピーク交流バイアス)=0.1〜2.0kV、周波数=2〜4kHz、DUTY比=60〜80%を、現像ローラ2にはVP-P=1.0〜2.0kV、周波数=2〜4kHz、DUTY比=20〜40%が好ましい。VP-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。
トナー5の体積平均粒子径は4.0〜7.5μmであるのがよい。4.0μm未満では非静電的な付着力の影響が大きくなり現像性、回収性が低下し、7.5μmより大きいと画質の滑らかさなど高画質な画像が得られにくい。また、トナー5の帯電量は6〜30μC/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、またこれよりも高いと薄層形成が弱くなる。
トナー体積平均粒子径はマルチサイザーIII(ベックマン・コールター社製)を用い、アパチャー径100μm(測定範囲2.0〜60μm)で測定することができる。
また、トナー帯電量は、QMメータ(TREK社製、MODEL 210HS)で測定することができる。
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。コーティング樹脂はシリコーン、フッ素エポキシ、フッ素シリコーン、ポリアミド、ポリアミドイミドなど既知のものでよい。また、キャリア粒子径(重量平均粒子径)は25〜50μmのものを用いるのが好ましい。25μm未満であると磁力による保持力が弱まるため、現像ローラ2、電極部材14へキャリア4が移行してしまうキャリア飛び等が発生し、50μmを超えると、磁気ブラシ6の密さが適度でなく、またトナー薄層9の形成が滑らかではなく、比表面積が小さいためトナー5の回収性も低下する。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。
キャリア4の飽和磁化は、TOEI社製「VSM−P7」を用いて、磁場79.6kA/m(1kOe)で測定することができる。
磁気ローラ1と現像ローラ2のギャップは200〜600μm、好ましくは300〜400μmである。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。
また、磁気ローラ1と電極部材14のギャップは、磁気ブラシ6が電極部材14に接触する程度の間隔であり、磁気ローラ1と現像ローラ2のギャップよりも小さくするのがよく、150〜500μm、好ましくは200〜300μmである。
磁気ローラ1と電極部材14間との距離を磁気ローラ1と現像ローラ2の間の距離以下とすることで磁気ローラ1周辺から発生する飛散トナーが現像ローラ2側へ飛散していくのを防止することが可能となる。なお、磁気ローラ1と電極部材14とのギャップを狭めると、リークが発生するので、このリークを抑えるために電極部材14の表面にアルマイト処理等で絶縁性を高め、抵抗を持たせることが必要となる。その場合、電極部材14表面の電気抵抗率は、107〜1012Ω・mであるのがよい。
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。
[実施例1]
以下に示す仕様により、図1に示す本発明の画像形成装置を作製した。感光体3、現像ローラ2および磁気ローラ1の各スリーブの寸法並びに電極部材14の寸法は、下記の通りである。
感光体3:外径30mm
現像ローラ2:外径20mm
磁気ローラ1:外径25mm
電極部材14:長さ210mm、幅10mm、厚さ1.2mm
感光体3ドラムにはアモルファスシリコンを使用し、各ローラのスリーブには、それぞれアルミニウムを使用した。電極部材14にはSUS板を使用した。
また、各ドラムの周速は下記の通りである。
感光体3:300mm/sec
現像ローラ2:450mm/sec
磁気ローラ1:675mm/sec
上記で作製した画像形成装置を用いた画像形成時の条件を下記に示した。
感光体表面電位:+310V(露光後電位20V)
現像剤中のトナーのQ/m:20μC/g
トナー粒径(体積平均粒子径):6.8μm
キャリア粒径(重量平均粒子径):45μm
磁気ローラと現像ローラ間距離:350μm
磁気ローラと電極部材間距離:250μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=100V、VP-P=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=30%
磁気ローラ印加電圧:Vdc1=300V、現像ローラと同周期で逆位相のVP-P=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
印字率の所定値:5%
電極部材印加電圧:
(1)印字率5%未満;Vdc3=500V、磁気ローラと逆位相のVP-P=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=30%
(2)印字率5%以上;Vdc3=200V、磁気ローラと逆位相のVP-P=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=30%
[実施例2〜4,比較例1,2]
前記印字率および前記電極部材14に印加する直流電圧並びにDUTY比を表1に示した通りにした以外、実施例1と同様の条件として、実施例2〜4,比較例1,2を作製した。
(評価)
評価は、上記で作製した画像形成装置を用いて、印字率2%および5%の原稿を連続500枚出力させ、10枚後と510枚後の電極部材14上の飛散トナーの付着程度を観察してトナー飛散の評価を行った。評価は、前記飛散トナーの付着程度を目視により確認し、下記に示す評価基準により行った。評価結果を表1に示す。
◎:10枚後と510枚後の差がほとんどない。
○:10枚後と510枚後の差がやや見られる。
△:10枚後と510枚後の差があり、やや飛散トナーが堆積している。
×:10枚後と510枚後の差があり、明らかに飛散トナーが堆積している。
Figure 0005325390
表1に示すように、本発明の範囲内である、印字率が所定値(5%)未満で、電極部材14の電位の絶対値が磁気ローラ1の電位の絶対値より大きい場合(実施例1〜3)には、飛散トナーは少なく、トナー飛散が抑制された。また、印字率が5%以上である場合では、電極部材14と磁気ローラ1間の電位が同じ場合(実施例4)で、トナー飛散は良好であった。
これに対して、印字率が所定値(5%)未満の場合、電極部材14と磁気ローラ1間の電位が同じ場合(比較例1,2)には、飛散トナーは多く発生し、トナー飛散が顕著であった。
本発明の一実施形態に係るタッチダウン現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。 図1の現像手段の一部を示す概略構成図である。 図1に示す現像手段を用いたタンデム式カラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の電極部材の形状の一例を示した図である。 本発明の一実施形態における電極部材に印加するバイアス電圧の制御の一例を示すフローチャート図である。 本発明の一実施形態における電極部材に印加するバイアス電圧の制御の他の例を示すフローチャート図である。
符号の説明
1 二成分現像剤担持体(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 帯電手段
9 トナー薄層
11a 交流電源
11b 直流電源
12a 交流電源
12b 直流電源
13a 交流電源
13b 直流電源
14 電極部材
16 露光手段
22 一次転写手段
24 クリーニング手段
25 二次転写手段
26 定着手段

Claims (4)

  1. 内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とをハウジング内に少なくとも備え、前記トナー担持体および/または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成装置であって、
    前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収する電極部材が、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体と前記ハウジング壁の間に配置され、
    さらに、飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を前記電極部材に印加するバイアス手段と、前記バイアス電圧を制御する制御手段とを備え
    前記バイアス手段により印加されるバイアス電圧は、印字率を所定値と比較し、前記印字率が前記所定値未満の場合は、前記二成分現像剤担持体に印加されている交流バイアスと同周期で逆位相の交流バイアスであることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記静電潜像担持体の周速が180mm/sec以上であることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. ハウジング内に備えた、内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とを用いて、前記トナー担持体および/または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成方法であって、
    前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収する電極部材を、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体と前記ハウジング壁の間に配置し、
    前記電極部材に飛散トナーを回収するためのバイアス手段により印加されるバイアス電圧は、印字率を所定値と比較し、前記印字率が所定値未満の場合は前記二成分現像剤担持体に印加されている交流バイアスと同周期で逆位相の交流バイアスを前記電極部材に印加することを特徴とする画像形成方法。
  4. 前記印字率の所定値は1〜10%であることを特徴とする請求項記載の画像形成方法。
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