JP2002014539A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
現像装置及び画像形成装置Info
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Abstract
が起こる原因を調べ、その火花放電が起こる原因を断つ
ことで、白ポチと呼ばれる画像欠陥の発生を低減する画
像形成装置を提供すること。 【解決手段】 非磁性体のスリーブと当該スリー
ブ内に固定配置された複数の磁極を備えた磁石ローラと
を備えて構成され、前記スリーブを回転させ、その外周
面に磁性を有した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを
形成し、潜像担持体とスリーブとの間に交番電界を印加
しながら対向する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺擦さ
せる現像装置において、上記磁気ブラシを保持するスリ
ーブ表面に凹凸を有し、該凹凸の平均間隔が200μm
以下であることを特徴とする現像装置。
Description
子写真複写機、レーザビームプリンタ等に装着されて好
適な現像装置に関し、詳しくは、像担持体上に形成され
たドット潜像を、磁性粒子とトナーからなる二成分現像
剤による磁気ブラシによって現像する現像装置及び当該
現像装置を備えた画像形成装置に関する。
ては、電子写真式又は静電記録式の装置が広く用いられ
ている。このような装置は感光体ドラムや感光体ベルト
などからなる像担持体上に静電潜像を形成し、これに現
像装置によってトナーを転移して可視像とした後、この
トナー像を記録用紙等に転写するように構成されてい
る。
像装置には、トナー及び磁性キャリアからなる二成分現
像剤を像担持体表面に接触させ、トナーの転移によって
現像を行なういわゆる接触型二成分現像装置がある。こ
の現像装置は、現像剤中におけるトナー濃度の制御が必
要であること、現像剤の攪拌機構が必要となり装置が大
型化するという課題を有するものの、画質特性および現
像剤の搬送性等の点で優れており、現像装置の主流とな
っている。
を示す概略構成図であり、磁石ローラ体(44)とその
周囲で回転駆動する現像スリーブ(43)とを備えた現
像ローラ(41)(現像剤担持体)を有している。ま
た、スリーブ(43)の周面に二成分現像剤を供給する
スクリュ(47)と、層厚を規制するドクタブレード
(45)とを備えており、これによってスリーブ上に適
切な厚さの現像剤層を形成する。このようにして形成さ
れた現像剤層は磁石ローラ(44)による磁界にしたが
ってキャリアが穂状に連なったいわゆる磁気ブラシを形
成し、像担持体(1)との対向位置でこの像担持体
(1)と接触してトナーを転移するようになっている。
このような接触型二成分現像装置では、像担持体と現像
ローラとの間に交番電界を印加しながら該静電潜像を顕
画現像する方法が知られている(特開昭55−3206
0号公報、同59−165082号公報等記載)。
同59−165082号公報等記載の方法では、感光体
ドラムに形成されている静電潜像の電界と印加する交番
電界の作用で現像濃度を上げ、またかぶりを取り除く現
像方式であるため、得られる顕画像の画像端部における
鮮明度を上げることが困難であるという問題があった。
法が提案されているが、周波数を上げた場合、画像自身
が硬調なものとなり、非画像部ばかりでなくこの非画像
部の電位に近い画像部(いわゆるハイライト部)におけ
るトナーの付着が減少し、再現性が低下し易いという別
の問題を招いた。一方、交番電界の周波数を下げた(例
えば数百Hz程度)場合、かぶりの悪化やキャリアが感
光体ドラムに付着するといった問題がでてきた。このよ
うに、交番電界を用いた二成分現像方法においては、得
られる顕画画像について、かぶりやキャリア付着を少な
くすることと、階調性に優れたものとすることを同時に
満足させることが困難であるという問題があった。
10247号明細書等では、交番電界として、キャリア
粒子を静電像担持体側に向かわしめる方向の電界を印加
する期間の一部において、弱めるようにする方法が提案
されている。
た場合、一時的に高電界となり、白ポチと呼ばれる画像
欠陥が発生しやすくなる傾向がある。ここでいう白ポチ
とは、黒ベタ部に発生する2mm以下の白く抜けた画像
のことである。そして、この白ポチは、一時的に高電界
となったとき、局所的に火花放電が発生し、画像部電位
が上昇し、白ポチになると考えられている。
鑑みてなされたもので、白ポチの発生原因である火花放
電が起こる原因を調べ、その火花放電が起こる原因を断
つことで、白ポチと呼ばれる画像欠陥の発生を低減する
画像形成装置を提供することを目的としている。
(1)「非磁性体のスリーブと当該スリーブ内に固定配
置された複数の磁極を備えた磁石ローラとを備えて構成
され、前記スリーブを回転させ、その外周面に磁性を有
した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、潜像
担持体とスリーブとの間に交番電界を印加しながら対向
する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺擦させる現像装置
において、上記磁気ブラシを保持するスリーブ表面に凹
凸を有し、該凹凸の平均間隔が200μm以下であるこ
とを特徴とする現像装置」により解決される。ここで、
従来より、上記磁性粒子の汲み上げを良好に行なうた
め、表面に凹凸を有する担持体が開発され、実用化され
ていたが、本発明は、上記磁気ブラシの疎密と該凹凸の
間隔の関係に着目し、火花放電の防止を目的としたもの
である。
スリーブ表面の凹凸が、該スリーブ表面の軸方向に延在
する複数個の溝であることを特徴とする前記第(1)項
記載の現像装置」、(3)「上記スリーブ表面の凹凸
が、該スリーブ表面の軸方向及び円周方向に延在する複
数個の溝であることを特徴とする前記第(1)項記載の
現像装置」、(4)「上記スリーブ表面の凹凸が、サン
ドブラスト処理により形成されていることを特徴とする
前記第(1)項記載の現像装置」、(5)「上記磁性粒
子の重量平均粒径が30μm〜100μmの範囲である
ことを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項の何れ
か1に記載の現像装置」、(6)「上記磁性粒子の体積
抵抗率が103Ωcm以上であることを特徴とする前記
第(1)項乃至第(4)項の何れか1に記載の現像装
置」により解決される。
第(1)項乃至第(6)項の何れか1に記載の現像装置
を備えた画像形成装置」、(8)「潜像担持体に対する
現像装置の非磁性体スリーブの線速比を5よりも低く、
1.1に近づけて設定することを特徴とする前記第
(7)項に記載の画像形成装置」により解決される。
用を図面を参照して詳細に説明する。図1は、上記現像
装置を含む感光体ユニット全体の一例を示す概略構成図
である。図1において、静電潜像担持体である感光体ド
ラム(1)の周囲には、当該ドラム表面を帯電するため
の帯電装置(2)、一様帯電処理面に潜像を形成するた
めのレーザー光線でなる露光手段(3)、ドラム表面の
潜像に帯電トナーを付着することでトナー像を形成する
現像装置(4)、形成されたドラム上のトナー像を記録
紙へ転写するための転写装置(5)、ドラム上の残留ト
ナーを除去するためのクリーニング装置(7)、ドラム
上の残留電位を除去するための除電装置(8)が順に配
設されている。このような構成において、帯電装置
(2)の帯電ローラによって表面を一様に帯電された感
光体(1)は、露光(3)によって静電潜像を形成さ
れ、現像装置(4)によってトナー像を形成される。当
該トナー像は、転写ベルトなどでなる転写装置(5)に
よって、感光体ドラム(1)表面から、不図示の給紙ト
レイから搬送された記録紙へ転写される。この転写の際
に感光体ドラムに静電的に付着した記録紙は、分離爪に
よって感光体ドラム(1)から分離される。そして未定
着の記録紙上のトナー像は定着器によって記録紙に定着
される。一方、転写されずに感光体ドラム上に残留した
トナーは、クリーニング装置(7)によって除去され回
収される。残留トナーを除去された感光体ドラム(1)
は除電ランプ(8)で初期化され、次回の画像形成プロ
セスに供される。
現像装置(4)内には、現像担持体である現像ローラ
(41)が感光体ドラム(1)に近接するように配置さ
れていて、双方の対向部分に現像領域が形成されてい
る。現像ローラ(41)では、アルミニウム、真鍮、ス
テンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成し
てなる現像スリーブ(43)が不図示の回転駆動機構に
よって時計回り方向に回転されるようになっている。本
例においては、感光体ドラム(1)のドラム径が60m
mで、ドラム線速が240mm/秒に設定され、現像ス
リーブ(43)のスリーブ径が20mmで、スリーブ線
速が600mm/秒に設定されている。したがって、ド
ラム線速に対するスリーブ線速の比は2.5である。ま
た感光体ドラム(1)と現像スリーブ(43)との間隔
である現像ギャップは0.4mmに設定されている。現
像ギャップは、従来ではキャリア粒径が50μmであれ
ば0.65mmから0.8mm程度、言い換えれば、現
像剤粒径の10倍前後に設定されていたが、本発明では
現像剤粒径の30倍程度に設定することすら可能であ
る。これより広くすると望ましいとされる画像濃度が出
にくくなる。スリーブ線速のドラム線速に対する比は最
低1.1にまで下げてもなお必要な画像濃度を得ること
ができる。
向)における現像領域の上流側部分には、現像剤チェー
ン穂の穂高さ、即ち、現像スリーブ上の現像剤量を規制
するドクタブレード(45)が設置されている。このド
クタブレード(45)と現像スリーブ(43)との間隔
であるドクタギャップは0.4mmに設定されている。
更に現像ローラの感光体ドラムとは反対側領域には、現
像ケーシング(46)内の現像剤を攪拌しながら現像ロ
ーラ(41)へ汲み上げるためのスクリュ(47)が設
置されている。
像スリーブ(43)の周表面に現像剤を穂立ちさせるよ
うに磁界を形成する磁石ローラ体(44)が固定状態で
備えられている。この磁石ローラ体から発せられる法線
方向磁力線に沿うように、現像剤のキャリアが現像スリ
ーブ(43)上にチェーン状に穂立ちされ、このチェー
ン状に穂立ちされたキャリアに帯電トナーが付着され
て、磁気ブラシが構成される。当該磁気ブラシは現像ス
リーブ(43)の回転によって現像スリーブ(43)と
同方向(図で見て時計回り方向)に移送されることとな
る。上記磁石ローラ体(44)は、複数の磁極(磁石)
を備えている。具体的には、現像領域部分に現像剤を穂
立ちさせる現像主磁石(P1)、現像スリーブ(43)
上に現像剤を汲み上げるための磁石(P4)、汲み上げ
られた現像剤を現像領域まで搬送する磁石(P5)、
(P6)、現像後の領域で現像剤を搬送する磁極(P
2)、(P3)を備えている。これら各磁石(P1)、
(P4)、(P5)、(P2)及び(P3)は、現像ス
リーブ(43)の半径方向に向けて配置されている。本
例では、磁石ローラ体(44)を6極の磁石によって構
成しているが、汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上さ
せるために(P3)極からドクタブレード(45)の間
に磁石(磁極)を更に増やして8極以上で構成しても良
い。
剤を汲み上げるための磁石(P4)と、汲み上げられた
現像剤を現像領域まで搬送する磁石(P6)と、現像後
の領域で現像剤を搬送する磁石(P2)、(P3)がN
極をなし、現像主磁石(P1)と、汲み上げられた現像
剤を搬送する磁石(P5)がS極をなしている。現像剤
搬送磁極をなす下流側の磁石(P2)は主磁極磁力形成
を補助する働きもあるようで、小さすぎるとキャリア付
着を起こす。
ついて説明する。磁気ブラシ(B)を構成するキャリア
(403)としては、感光体(1)表面へのダメージを
軽減するために球形の粒子を用いるのが好ましく、キャ
リア(403)の平均粒径は150μm以下のものが好
ましい。但し、キャリア(403)は平均粒径が大きす
ぎると最密状態に配置してあっても曲率半径が大きく、
感光体(1)と接触していない面積が増え、トナー像の
かけや抜けが発生したり、逆に平均粒径があまり小さす
ぎると、交流電圧を印加する場合には、粒子が動きやす
くなって粒子間の磁力を上回り、粒子が飛散してキャリ
ア付着の原因となってしまうので、キャリア(403)
の平均粒径は30μm以上、100μm以下であること
が好ましい。さらに、キャリア(403)の体積抵抗率
としては、体積抵抗率が低すぎると現像バイアスの印加
時にキャリア(403)に電荷が注入され、感光体
(1)面へのキャリア付着を起こしたり、現像バイアス
電圧により感光体(1)の絶縁破壊を起こしたりするた
め、キャリア(403)には、体積抵抗率が103Ωc
m以上のものを使用する。
現像装置では、現像スリーブ(43)の表面に磁気ブラ
シ(B)がランダムに形成され、磁気ブラシ(B)の穂
立ちの高さや穂間距離にばらつきが生じ、磁気ブラシ
(B)に疎な部分が発生していた。このため、磁気ブラ
シ(B)を用いた接触現像方式で、現像スリーブと感光
体との間に交番電界を印加する現像装置においては、磁
気ブラシ(B)と感光体(1)とが接触している現像ニ
ップ部で磁気ブラシ(B)に疎な部分が存在すると、現
像スリーブ(43)の表面から火花放電が発生し、画像
形成装置において感光体(1)を用いて画像形成を行な
った場合に、最終的な出力画像に白ポチという異常画像
が発生してしまうという不具合があった。
の原因を突き止めるため、図3の従来の磁気ブラシ現像
装置において、現像スリーブ(43)の表面に形成され
る磁気ブラシ(B)を観察したところ、磁気ブラシ
(B)が疎になった部分が発生すると、放電が起こりや
すくなることがわかった。
デルを用いて火花放電の発生原因を説明する。図4で
は、一例としてキャリア(403)の3本の穂を示して
ある。図4において、上側の境界が現像スリーブ(4
3)の表面であり、下側の境界が感光体(1)の表面で
ある。キャリア(403)の3本の穂は、それぞれ円錐
状に形成されており、図中(A)で示した部分が磁気ブ
ラシ(B)の疎な部分である。そして、この疎な部分
(A)にある短い穂(E)の穂先では電界強度が非常に
強くなるため、火花放電が発生するのである。
を用いて、穂間距離(x)をパラメータにとり、短い穂
(E)の先端の電界強度をシミュレーションによって算
出した。この結果を、図5のグラフに示す。図5におい
て、縦軸は電界強度を、横軸は穂間距離(x)を示して
いる。図5のグラフより、放電開始の電界強度が5×1
06V/m以上のとき、穂間距離(x)が200μmを
越えると放電が開始されることがわかった。なお、この
シミュレーションにおいては、現像スリーブ(43)に
1400Vを印加し、感光体(1)の裏面を接地し、キ
ャリア(403)の平均粒径を50μm、体積抵抗率を
105Ωcmとして計算した。
ブラシの形成過程を観察したところ、磁気ブラシ(B)
は磁力線に沿って形成されていることがわかった。すな
わち、磁極の真上の磁力線は法線方向に向くため、磁極
の真上では磁気ブラシ(B)はその法線方向に穂立つ
が、磁極間では磁力線はスリーブの周面に沿った方向を
向くので、磁気ブラシ(B)も磁力線に沿って(スリー
ブの周面に沿って)寝た状態となる。さらに、磁極の真
上の磁力線は法線方向を向くが、その両サイドの磁力線
はそれぞれ逆方向に向かうため、磁極の真上では磁気ブ
ラシが疎になりやすいこともわかった。
上記現像スリーブ(43)上に、穂間距離(x)が20
0μm以下の磁気ブラシ(B)を形成するために、現像
スリーブ(43)表面全体に凹凸を形成し、その凹凸の
間隔を200μm以下になるように構成した。この構成
によると、磁気ブラシ(B)の穂は、凹凸に沿って形成
されるので、穂間距離(x)を200μm以下にするこ
とができ、火花放電の発生を防止できる。
(43)表面全体に凹凸を形成されているので、スリー
ブ上にランダムに穂が形成されることはなく、磁気ブラ
シ(B)の疎密のコントロールも可能となる。したがっ
て、上述したような、磁気ブラシ(B)の疎な部分の発
生による、感光体(1)の現像不良の問題も解決するこ
とができる。
(43)表面の凹凸形成方法について説明する。図6及
び図7に、現像スリーブ(43)表面に形成した凹凸の
例を示す。図6に示す例は、現像スリーブ(43)表面
に、該スリーブ(43)の軸方向に延びる複数の溝を形
成したものであり、図7に示す例は、該現像スリーブ
(43)の軸方向及び円周方向に延びるそれぞれ複数の
溝を形成したものである。
る方法としては、切削加工、引き抜き(Direct Ironin
g、D−I)工法、サンドブラスト処理等がある。本実
施形態の図6で示したスリーブ軸方向に延びる複数の溝
は、引き抜き工法の1工程のみで形成したものであり、
簡単に、かつ、安価に凹凸を形成できる面で有利であ
る。また、図7で示したスリーブ軸方向及び円周方向に
延びるそれぞれ複数の溝は、引き抜き工法と切削加工を
組み合わせて形成したものである。このような溝は、凹
凸の間隔を正確に制御できるので、磁気ブラシBの形成
をコントロールするという面においては、非常に有利と
なる。
面化処理し凹凸を形成する場合には、ブラスト面粗さの
支配要因としては、使用する砥粒種・番手、砥粒を噴出
させる際のノズル径、ノズル−ワーク間距離、エアー圧
力、ワーク回転数、ブラスト時間等を考慮する。特に、
微細凹凸面を形成させるためには、砥粒種・番手とエア
ー圧力の影響が大である。砥粒種には、不定形アルミナ
・炭化珪素や球形ガラスビーズ等が挙げられるが、均一
微細凹凸面を形成するためには、中でも球形ガラスビー
ズが有効である。このようなサンドブラスト処理によれ
ば、上記引き抜き工法及び切削加工に比して、100μ
m以下の細かい凹凸を形成することができるというメリ
ットがある。
成する凹凸の間隔の下限値は特に設定しないが、キャリ
ア(403)を十分に汲み上げられる程度に設定すれば
よい。
溝の間隔a,b,c,dをそれぞれ変化させ、下記表1
の8種類の現像スリーブ(43)を形成した。そして、
図1に示す感光体ユニットを搭載した複写機にて画像形
成を行なった。このとき、現像スリーブ(43)に−9
00Vの直流バイアスに、ピーク間電圧1000V、周
波数5kHzの交流バイアス重畳して帯電を行なった
後、A3全面黒ベタ画像を連続20枚形成し、白ポチの
個数を数えた。下記表1に、評価結果を示す。
a,b,c,dがそれぞれ200μm以下であれば、出
力画像に白ポチが発生することなく、良好な画像が得ら
れることがわかる。
構成によれば、現像スリーブ(43)の軸方向に延びる
溝に沿って穂が形成されるので、該スリーブ(21)の
円周方向の穂間距離(x)が200μm以下となるの
で、火花放電の発生を防止することができる。また、円
周方向の磁気ブラシ(B)の疎密がコントロールされる
ので、感光体(1)の現像不良を防止することができ
る。
によれば、現像スリーブ(43)の軸方向及び円周方向
の穂間距離(x)がそれぞれ200μm以下となるの
で、火花放電の発生防止に対してより効果的となる。ま
た、現像スリーブ(43)の軸方向及び円周方向の磁気
ブラシの疎密がコントロールされるので、感光体(1)
の現像不良をより効果的に防止することができる。
なように、本発明によれば、白ポチの発生原因である火
花放電を防止し、白ポチと呼ばれる画像欠陥の発生を低
減する画像形成装置を提供することができる。
概略構成図である。
成された磁気ブラシ(穂)のモデルを示す図である。
の関係をシミュレーションによって算出した結果を示す
図である。
れた凹凸部の実施例の拡大図である。
れた凹凸部の他の実施例の拡大図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 非磁性体のスリーブと当該スリーブ内に
固定配置された複数の磁極を備えた磁石ローラとを備え
て構成され、前記スリーブを回転させ、その外周面に磁
性を有した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成
し、潜像担持体とスリーブとの間に交番電界を印加しな
がら対向する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺擦させる
現像装置において、上記磁気ブラシを保持するスリーブ
表面に凹凸を有し、該凹凸の平均間隔が200μm以下
であることを特徴とする現像装置。 - 【請求項2】 上記スリーブ表面の凹凸が、該スリーブ
表面の軸方向に延在する複数個の溝であることを特徴と
する請求項1記載の現像装置。 - 【請求項3】 上記スリーブ表面の凹凸が、該スリーブ
表面の軸方向及び円周方向に延在する複数個の溝である
ことを特徴とする請求項1記載の現像装置。 - 【請求項4】 上記スリーブ表面の凹凸が、サンドブラ
スト処理により形成されていることを特徴とする請求項
1記載の現像装置。 - 【請求項5】 上記磁性粒子の重量平均粒径が30μm
〜100μmの範囲であることを特徴とする請求項1乃
至4の何れか1に記載の現像装置。 - 【請求項6】 上記磁性粒子の体積抵抗率が103Ωc
m以上であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか
1に記載の現像装置。 - 【請求項7】 上記請求項1乃至6の何れか1に記載の
現像装置を備えた画像形成装置。 - 【請求項8】 潜像担持体に対する現像装置の非磁性体
スリーブの線速比を5よりも低く、1.1に近づけて設
定することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装
置。
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---|---|---|---|
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