JP2002108104A - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

画像形成装置及びその制御方法

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JP2002108104A JP2000300481A JP2000300481A JP2002108104A JP 2002108104 A JP2002108104 A JP 2002108104A JP 2000300481 A JP2000300481 A JP 2000300481A JP 2000300481 A JP2000300481 A JP 2000300481A JP 2002108104 A JP2002108104 A JP 2002108104A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二成分現像方式でトナーの薄層を形成した
後、非接触法により、トナーを静電潜像担持体上の潜像
に飛翔させる現像方式において、カブリの発生を回避し
つつ、現像の残像(ゴースト)の発生を防ぐ。 【解決手段】 複数の画像を連続形成する際の、一つの
画像を現像してから次の画像の現像を開始するまでの非
画像形成期間に、現像ロール2の表面電位と磁気ロール
1の表面電位とを等しくした等電位状態を、現像ロール
が少なくとも一回転する期間継続させ、等電位状態下
で、現像ロール上の残存トナーを現像ロールの1.5倍
以上の周速度で回転する磁気ロールの磁気ブラシ10で
回収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を利
用した複写機、プリンタ、ファクシミリ又はこれらの複
合機等の画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアを用
いて非磁性トナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、
帯電したトナーのみを現像ロール上に保持し、トナーを
飛翔させることにより静電潜像を現像する非接触現像方
式を採用する画像形成装置の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、非接触現像方式は、一成分現像の
手段として検討されてきたが、近年、高速の画像形成装
置として、例えば、感光体上に複数のカラー画像を順次
に形成する1ドラム色重ね方式用等に検討されてきた。
この1ドラム色重ね方式では、感光体上に正確にトナー
を重ねることにより、色ずれの少ないカラー画像を形成
することが可能で、カラーの高画質化に適した技術とし
て注目されてきた。
【0003】そして、従来の非接触現像方式の一例が、
米国特許第3,866,574号に開示されている。こ
の技術によれば、ドナーロール(現像ロール)上に非磁
性トナーの薄層を形成し、感光体に対し非接触に設置
し、交流電圧によって感光体潜像にトナーを飛翔させて
いる。
【0004】また、従来の非接触現像方式の他の一例
が、米国特許第3,929,098号に開示されてい
る。この技術によれば、磁気ロールを用いて二成分現像
剤をドナーロールに進ませ、このドナーロール上へトナ
ーを転移させてトナー薄層を形成する現像装置が示され
ている。この例では、二成分現像方式を採用し、ドナー
ロール上への薄層形成は可能なものの、トナー帯電が高
くなった場合に、ドナーロール上のトナーの分離が困難
になり、強い交流電圧を印加することが必要とされる。
しかし、強い交流電圧は、感光体上のトナー薄層を乱し
てしまうので、色重ねには不適当であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においては、トナーの帯電制御が複雑であ
り、現像ロールに大きなバイアス電圧(現像電圧)を必
要としていた。このため、現像ロール上に、トナーの消
費領域と非消費領域とが発生し、そのロール上における
トナーの付着状態と、新たに供給されたトナーとの間に
電位差が生じやすい。その結果、前回の現像画像の残像
(ゴースト)が後続の他の画像に重なって現れる現象、
いわゆる履歴現象(メモリ現象)が発生し易いという問
題点があった。
【0006】そこで、履歴現象の発生を防止するため、
種々の技術が開示されている。例えば、特開平11−2
31652号公報には、現像ロール上の現像トナーを掻
き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置が
開示されている。しかし、掻き取り部材を設けると、ト
ナーに大きな物理的又は電気的なストレスを与え、トナ
ー劣化の要因となる。
【0007】また、特開平3−113474号公報に
は、いわゆるパウダークラウド現像法が提案されてい
る。このパウダークラウド現像法では、ドナーロールと
感光体との間にワイヤーからなる補助電極を設け、この
補助電極に弱い交流電圧を印加することにより、現像さ
れたトナーを乱さずに色重ねすることができる。しか
し、この技術では、補助電極のワイヤーが非常に汚れ易
く、また、ワイヤーが振動すると、画像劣化が発生する
傾向がある。
【0008】また、電子写真学会誌 第19刊、第2号
(1981)、pp.44−51には、二成分現像剤を
用いたタッチダウン現像法における現像ロール上のトナ
ー薄層の形成について理論的な考察が記載されている。
しかし、タッチダウン現像法では、現像残トナーと補給
トナーとの入れ替わりが容易でなく、選択現像が発生し
て現像性が低下するおそれがある。
【0009】また、特開平7−72733号公報には、
コピーとコピーとの間や紙間において、現像ロールと磁
気ロールとの間で電位差の極性を反転させ、現像ロール
上のトナーを磁気ロールに回収することにより、トナー
の帯電を安定させる方法が記載されている。しかし、電
位差の極性を反転させると、トナーの帯電が変化して、
いわゆるカブリが発生するおそれがある。
【0010】本発明は、上記の問題を解決すべくなされ
たものであり、二成分現像剤を使用する非接触現像方式
の画像形成装置を制御するにあたり、カブリの発生を回
避しつつ、残像(ゴースト)の発生を抑制して、鮮明な
画像を形成することができる技術の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的の達成を図る
ため、本発明の請求項1に係る画像形成装置の制御方法
によれば、トナーを帯電させて保持するキャリアによる
磁気ブラシを発生させる磁気ロールと、磁気ブラシから
供給されたトナーによりトナー薄層が表面に形成される
現像ロールと、トナー薄層のトナーを静電潜像に応じて
選択的に飛翔させて画像形成する静電潜像担持体とを備
えた画像形成装置を制御するにあたり、複数の画像を連
続形成する際の、一つの画像を現像してから次の画像の
現像を開始するまでの非画像形成期間、及び/又は、画
像形成開始前に、現像ロールの表面電位と磁気ロールの
表面電位とを等しくした等電位状態を発生させ、等電位
状態下で、現像ロール上の残存トナーを磁気ブラシで回
収する方法としてある。
【0012】このように、本発明の画像形成装置によれ
ば、非画像形成期間及び/又は画像形成開始前に、現像
ロールと磁気ロールとの電位差を無くして等電位状態を
発生させる。等電位状態としてバイアス電圧差をなくし
たことにより、現像ロールにトナーが付着する静電気力
がなくなる。その結果、現像ロール上の残存トナーを、
現像ロールと磁気ロールとの周速差による磁気ブラシ効
果により効率良く磁気ロールに回収することができる。
そして、残像トナーの回収とともに、新規トナーの現像
ロールへの供給を行うことにより、トナーの入れ替えを
容易に行うことができる。このため、現像ロール上に均
一厚さのトナー薄層を形成することができる。その結
果、残像の原因となる残存トナーを容易に回収すること
ができる。その結果、カブリの発生を回避しつつ、残像
の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができ
る。
【0013】また、請求項2記載の発明によれば、請求
項1記載の発明に加えて、等電位状態を、現像ロールが
少なくとも一回転する期間継続させる方法としてある。
このように、等電位状態中に現像ロールを一回転以上回
転させれば、現像ロールの全周にわたって残存トナーを
容易に回収することができる。その結果、より確実にゴ
ーストの発生を抑制することができる。
【0014】また、請求項3記載の発明によれば、請求
項1又は2記載の発明に加えて、等電位状態中の磁気ロ
ールの周速度を、現像ロールの周速度の1.5倍以上と
する方法としてある。このように、磁気ロールの周速度
を現像ロールの周速度よりも速くすれば、磁気ブラシが
現像ロールに接触する機会を増加させることができる
上、剪断応力による圧接力を高めることができる。その
結果、より効果的に残存トナーを回収することができ
る。特に、磁気ロールの周速度を現像ロールの周速度の
1.5倍以上とすれば、目視で残像が事実上判別できな
くなり、残像発生防止効果がより一層顕著となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。まず、図1を参照して、
実施形態における制御対象の画像形成装置の構成につい
て説明する。図1に示すように、この画像形成装置は、
磁気ロール1と、直径16mmの現像ロール2と、静電
潜像担持体3とを備えている。そして、この磁気ロール
1は、トナー5を帯電させて保持するキャリア4による
磁気ブラシ10を発生させる。また、現像ロール2の表
面には、磁気ブラシ10から供給されたトナー5により
トナー薄層6が形成される。そして、静電潜像担持体3
は、トナー薄層6のトナーを静電潜像に応じて選択的に
飛翔させて画像形成する。
【0016】また、静電潜像担持体3は、アモルファス
シリコンの感光層を含む、厚さ10〜25μmの感光体
を表面に有している。ここで、図2に静電潜像担持体3
要部拡大図を示す。図2に示すように、この静電潜像担
持体3は、基材31の上に、阻止層32、アモルファス
シリコン(a−Si)の感光層33及び表面保護層34
を順次に積層した構造を有する。そして、ここでは、感
光体30の厚さとは、これら阻止層32、感光層33及
び表面保護層34の厚さの合計Tを指す。
【0017】なお、感光体の感光層の材料は、アモルフ
ァスシリコンであれば、特に制限されない。アモルファ
スシリコンとしては、例えばa−Si、a−SiC、a
−SiO、a−SiON等の無機材料を挙げることがで
きる。
【0018】また、表面保護層の厚さtは0.3〜5μ
mである。また、表面保護層34の材料としては、a−
SiCのうち、Si(シリコン)とC(炭素)との比率
が特定のものを使用することが望ましい。このようなa
−SiCとしては、a−Si (1-X)X(0.3≦X<
1.0)が好ましく、さらに、a−Si(1-X)X(0.
5≦X≦0.95)がより好ましい。その理由は、この
ようなa−SiCは、1012〜1013Ω・cmという特
に高い抵抗値を有しており、優れた飽和帯電電位、耐摩
耗性、耐環境性(耐湿性)が得られるためである。
【0019】再び図1を参照すると、静電潜像担持体3
と現像ロール2との間に0〜200Vのバイアス電圧V
dc1を印加する第一直流用電源部7aと、交流用電源
部7bとからなる電源部7が設けられている。さらに、
交流用電源部7bは、静電潜像担持体3に対して、ピー
ク電圧Vpp=500〜2000Vの交流電圧を周波数
f=1〜3kHzで印加する。
【0020】また、磁気ロール1に電圧Vdc2を印加
する第二直流用電源8を設けている。そして、現像ロー
ル2の電位と磁気ロール1の電位との電位差|Vdc2
−Vdc1|が100〜350Vとなるように第一及び
第二直流用電源部7a及び8の電圧を決める。ここで
は、例えば、Vdc2=250V、Vdc1=100
V、|Vdc2−Vdc1|=150Vとするとよい。
【0021】ここで、図3の実験結果グラフを参照し
て、バイアス電圧Vdc1及び電位差|Vdc2−Vd
c1|と現像特性との関係について説明する。図3のグ
ラフの横軸は、電位差|Vdc2−Vdc1|を表し、
縦軸は、バイアス電圧Vdc1を表す。そして、図3に
示すように、バイアス電圧Vdc1が200Vよりも高
いとゴーストが発生する。また、電位差|Vdc2−V
dc1|が100V未満になってもゴーストが発生す
る。一方、電位差|Vdc2−Vdc1|が350Vよ
りも高くなると、カブリが発生する。したがって、図3
から、バイアス電圧Vdc1が0〜200V、かつ、電
位差|Vdc2−Vdc1|が100〜350Vの範囲
内であれば、高品質の画質が得られることが分かる。
【0022】再び図1を参照すると、画像形成の際に
は、磁気ロール1に保持されたキャリア4及びトナー5
からなる現像剤を攪拌しながら、トナー5を適正なレベ
ルに帯電させる。現像剤は、磁気ブラシ10を形成す
る。そして、この磁気ブラシ10は、規制ブレード9を
通過することにより、一定の厚さで現像ロール2に接触
する。ここでは、規制ブレード9と磁気ロール1との間
隙を0.3〜1.5mmとしている。
【0023】また、磁気ロール1と現像ロール2との間
隙も、同様に、0.3〜1.5mmとしている。また、
現像ロール2と静電潜像担持体3との間隙を、50〜4
00μm、好ましくは、200〜300μmとしてい
る。このような間隙や印加電圧条件で、トナー薄層6を
形成すると、トナー薄層6の厚さが10〜50μmとな
る。
【0024】そして、現像ロール2のプロセス線速を7
2mm/sとし、磁気ロール1をその三倍の速度で回転
させる。その結果、周速差によるブラシ効果によって、
現像残トナーと供給トナーとを容易に入れ替えることが
できる。このため、残像の発生を抑制するとともに、鮮
明な画像を形成することができる。
【0025】さらに、本実施形態では、キャリア4は、
磁性を備えたキャリア芯材と、このキャリア芯材の表面
に重合形成された高分子量ポリエチレン樹脂を含む被覆
層とから構成され、108〜1012Ωcmの抵抗値を有
し、かつ、60〜100emu/gの飽和磁化を有す
る。さらに、ここでは、キャリアの被覆層は、少なくと
もその最外殻層として、疎水性シリカ、磁性粉及び/又
は微粒子樹脂を含む層を有している。
【0026】具体的には、キャリア芯材はその表面に微
小な凹凸を有し、被覆層は、この凹凸にエチレン重合触
媒を保持させた後、エチレンガスを導入して重合成長さ
せた重量平均分子量が50000以上の高分子量ポリエ
チレンにより構成して成る。
【0027】このため、極めて高い強度、耐久性を実現
することができる。そして、このキャリアを用いれば、
キャリアを繰り返し使用しても、キャリアの表面劣化が
少なく、現像ロール上に安定した帯電トナー薄層を形成
することができる。その結果、静電潜像担持体に正確に
現像することが可能となる。さらに、キャリアの耐久性
が高いので、現像機器の機械的寿命が尽きるまで、実質
的にキャリアを交換する必要がなくなる。
【0028】そして、本実施形態では、複数の画像を連
続形成する際の、一つの画像を現像してから次の画像の
現像を開始するまでの非画像形成期間、現像ロール2の
表面電位と磁気ロール1の表面電位とを等しくした等電
位状態を発生させる。そして、等電位状態下で、現像ロ
ール2上のトナー層6の残存トナーを磁気ブラシで回収
する。
【0029】なお、非画像形成期間は、例えば、印刷さ
れる画像データに基づいて検出してもよいし、また、例
えば、給紙装置において、印刷用紙の先端や後端により
検出してもよい。
【0030】本実施形態では、非画像形成期間に相当す
る印刷用紙の間隔、すなわち、給紙される際の印刷用紙
の後端から次の印刷用紙の先端までの間隔を51mmと
した。一方、現像ロールの直径は16mmであるので、
その全周長は、16π=50.27mmとなる。したが
って、非画像形成期間の全期間を等電位状態とすれば、
等電位状態を、現像ロール2が少なくとも一回転する期
間継続させることができる。
【0031】[実施例]次に、本実施形態の効果を評価
するため、以下の実施例、比較例1及び比較例2におい
て、それぞれ図4に示す画像パタン11による画像形成
を行った。この画像パタン11においては、矩形のソリ
ッドパタン12と、このソリッドパタン12よりも広い
ハーフトーンパタン13とが、ソリッドパタン12に続
いてハーフトーンパタン13が現像されるように配置さ
れている。ここでは、ハーフトーンパタン13の濃度
を、ソリッドパタン12の濃度の25%とする。25%
としたのは、比較的ゴースト画像が現れ易いためであ
る。
【0032】本実施例では、上述した本実施形態におい
て、厚さ14μmのa−Si感光体30を設けた静電潜
像担持体3を用いた。そして、画像形成時には、感光体
30の表面電位を200V、現像ロール2の表面電位
(Vdc1)を50V、磁気ロール2の表面電位(Vd
c2)を200Vとした。また、感光体30と現像ロー
ル2との間には、周波数2.4kHz、ピーク電圧1.
3kVの交流電圧を印加した。また、磁気ロール1を、
現像ロール2の周速度を3倍した周速度で回転させた。
【0033】そして、本実施例では、非画像形成時に、
下記の表1に示すように、現像ロール2の表面電位(V
dc1)と磁気ロール1の表面電位(Vdc2)とをい
ずれも0Vとして、等電位状態を発生させた。
【0034】[比較例1]また、比較例1においては、
非画像形成期間においても、等電位状態とせずに、画像
形成期間と同一のバイアス電圧を引き続き印加して画像
形成を行った。すなわち、下記の表1に示すように、非
画像形成期間中も、現像ロール2の表面電位(Vdc
1)をDC50Vとし、磁気ロール1の表面電位(Vd
c2)をDC200Vとした。また、現像ロール2と静
電潜像担持体3との間に、画像形成中と同様に交流電圧
も印加した。なお、非画像形成期間に印加するバイアス
電圧以外の現像条件は、実施例と同一とした。
【0035】[比較例2]また、比較例2においては、
非画像形成期間において、バイアス電圧を反転させて画
像形成を行った。すなわち、下記の表1に示すように、
非画像形成期間中に、現像ロールの表面電位(Vdc
1)をDC200Vとし、磁気ロールの表面電位(Vd
c2)をDC50Vとした。なお、非画像形成期間に印
加するバイアス電圧以外の現像条件は、実施例と同一と
した。
【0036】
【表1】
【0037】そして、上述の実施例、比較例1及び比較
例2の現像条件で画像形成を行った評価結果を、下記の
表2に示す。ここでは、初期、100枚目及び1000
枚目の三段階における濃度、残像及びカブリの発生を確
認した。
【0038】
【表2】
【0039】なお、上記の表2において、濃度の欄の
「○」印は、形成された画像にかすれが認められないこ
とを示す。また、「△」印は、かすれが僅かに認めらる
ことを示す。また、上記の表2において、残像及びカブ
リの欄の「○」印は、形成された画像に残像やカブリが
それぞれ認められないことを示す。また、「△」印は、
残像やカブリが僅かに認められることを示す。また、
「×」印は、図5に示すように、残像やカブリがはっき
り認められることを示す。図5は、図4に示した画像パ
タン11を形成した際に、ハーフトーンパタン13の領
域中にソリッドパタン12の残像14が現れた様子を模
式的に示した図である。
【0040】そして、上記の表2に示すように、実施例
においては、初期、100枚目及び1000枚目のいず
れの段階においても、濃度にかすれはなく、残像及びカ
ブリの発生もなく、良好な画像形成ができることが確認
できた。
【0041】これに対して、比較例1においては、非画
像形成期間も画像形成期間中と同一の電位差を印加して
いたため、次第に残像が蓄積されていった。その結果、
上記の表2に示すように、100枚目の段階で残像が僅
かに認められ、さらに、1000枚目の段階では残像が
はっきりと認められた。
【0042】また、比較例2においては、非画像形成期
間の電位差を反転させたため、残像の発生は抑制できた
が、トナーの帯電が変化してカブリが発生した。すなわ
ち、上記の表2に示すように、100枚目の段階でカブ
リが僅かに認められ、さらに、1000枚目の段階では
カブリがはっきりと認められた。
【0043】したがって、上記の表2に示した評価結果
から、非画像形成期間に等電位状態とすることにより、
カブリの発生を回避しつつ、残像の発生を抑制して鮮明
な画像を形成することができることが分かった。
【0044】上述した実施の形態においては、本発明を
特定の条件で構成した例について説明したが、本発明
は、種々の変更を行うことができる。例えば、上述した
実施形態においては、複数の画像を連続形成する際の、
一つの画像を現像してから次の画像の現像を開始するま
での非画像形成期間を等電位状態とした例について説明
したが、本発明では、単一画像を形成する際に、画像形
成開始前を等電位状態としてもよい。
【0045】また、上述した実施形態では、非画像形成
期間を等電位状態とするにあたり、現像ロールの表面電
圧及び磁気ロールの表面電圧をいずれも0Vとしたが、
この発明では、等電位状態として現像ロールと磁気ロー
ルと表面電圧が互いに等しければよく、必ずしも両表面
電圧を0Vにする必要はない。例えば、等電位状態の際
に現像ロール及び磁気ロールの表面電圧をそれぞれ50
Vとしてもよい。
【0046】また、等電位状態とするためには、例え
ば、現像ロール及び磁気ロールの両方の表面電位を制御
してもよいし、また、例えば、現像ロール及び磁気ロー
ルのうちの一方の表面電位だけを他方の表面電位と一致
させるように制御してもよい。
【0047】また、上述した実施形態では、非画像形成
期間の全期間を等電位状態とした例について説明した
が、本発明では、必ずしも全期間を等電位状態としなく
ともよい。例えば、非画像形成期間のうち一部分の期間
だけを等電位状態としてもよい。
【0048】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
画像形成装置の制御方法によれば、非画像形成期間又は
画像形成開始前に、現像ロールと磁気ロールとの電位差
を無くして等電位状態を発生させる。等電位状態として
バイアス電圧差をなくしたことにより、残像の原因とな
る残存トナーを容易に回収することができる。その結
果、カブリの発生を回避しつつ、残像の発生を抑制し
て、鮮明な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の画像形成装置の構成を示す模式図で
ある。
【図2】静電潜像担持体の要部拡大図である。
【図3】現像条件と現像特性との関係を示すグラフであ
る。
【図4】画像特性を評価するための画像パターンの模式
図である。
【図5】残像が発生した様子を示す模式図ある。
【符号の説明】
1 磁気ロール 2 現像ロール 3 静電潜像担持体 4 キャリア 5 トナー 6 トナー薄層 7 AC/DC電源 8 DC電源 9 規制ブレード 10 磁気ブラシ 11 画像パタン 12 ソリッドパタン 13 ハーフトーンパタン 14 残像 30 感光体 31 基材 32 阻止層 33 感光層 34 表面保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 昌一 三重県度会郡玉城町野篠字又兵衛704番地 19 京セラ株式会社三重工場玉城ブロック 内 Fターム(参考) 2H031 AC03 AC30 AD03 AE01 BA05 BA09 CA07 CA10 DA05 2H077 AD02 AD06 AD13 AD36 CA19 DB25 EA03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トナーを帯電させて保持するキャリアに
    よる磁気ブラシを発生させる磁気ロールと、 前記磁気ブラシから供給されたトナーによりトナー薄層
    が表面に形成される現像ロールと、 前記トナー薄層のトナーを静電潜像に応じて選択的に飛
    翔させて画像形成する静電潜像担持体とを備えた画像形
    成装置を制御するにあたり、 複数の画像を連続形成する際の、一つの画像を現像して
    から次の画像の現像を開始するまでの非画像形成期間、
    及び/又は、画像形成開始前に、 前記現像ロールの表面電位と前記磁気ロールの表面電位
    とを等しくした等電位状態を発生させ、 前記等電位状態下で、前記現像ロール上の残存トナーを
    前記磁気ブラシで回収することを特徴とする画像形成装
    置の制御方法。
  2. 【請求項2】 前記等電位状態を、前記現像ロールが少
    なくとも一回転する期間継続させることを特徴とする請
    求項1記載の画像形成装置の制御方法。
  3. 【請求項3】 前記等電位状態中の前記磁気ロールの周
    速度を、前記現像ロールの周速度の1.5倍以上とする
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の画像形成装置の
    制御方法。
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