JP2005134480A - 現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性トナーを用いて飛翔現像を行うに際して、グレー画像についての縦筋発生や、現像初期での黒点の発生を有効に防止することが可能な現像方法を提供する。
【解決手段】円筒形状の非磁性スリーブと、マグネットを位置固定した状態で該スリーブを回転させながら、該スリーブ上に磁性トナーを供給し、磁性ブレードによって所定の厚みに調整された磁性トナーの層を、該磁性トナーによって感光体ドラム上に形成された静電潜像を飛翔現像する現像方法において、前記磁性ブレードは、前記スリーブの回転方向に対して上流側に位置する側面の延長線上に該スリーブの中心が位置するように配置されていると共に、該磁性ブレードの先端面は、前記上流側面の下端に連なり且つ前記延長線と垂直に交差するフラットな面と、このフラットな面に連続した傾斜面とからなり、該フラットな面と傾斜面とのなす角αは、０．３度≦α≦５．５度の範囲に設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真法による画像形成装置に適用される現像方法に関するものであり、より詳細には、感光体ドラム表面に形成された静電潜像を、磁性トナー（一成分磁性現像剤）を用いてのジャンピング現像方式により現像する現像方法に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどの静電写真法による画像形成装置において、磁性トナーを用いた一成分現像方式は、トナーと磁性キャリアとを用いた二成分現像方式のようなキャリア劣化による寿命の限界が発生せず、高寿命に適切な方式であるという利点を有しており、広く使用されている。

このような一成分現像方式において、感光体ドラム表面の静電潜像部への磁性トナーの供給は、現像ローラを用いて行われる。この現像ローラは、一般に、内部に複数の磁極を有するマグネットが固定された円筒形状の非磁性スリーブからなっており、このスリーブを回転させることにより、スリーブ上に供給された磁性トナーを、感光体ドラムと対面する領域（現像領域）に搬送するような構造となっている。

ところで、均一に現像を行うためには、現像領域への磁性トナーの供給量は一定にすべきである。従って、上記現像ローラの非磁性スリーブと一定の微小間隔をおいて磁性ブレードが配置され、この磁性ブレードとスリーブとの間隙を通過させることにより、スリーブ状の磁性トナーの層厚を一定の範囲に調整して、磁性トナーを現像領域に搬送するようになっている。

上記のような磁性ブレードは、一般に、該ブレード先端とスリーブ中心とを結ぶ直線上にブレードが位置するように配置され、さらにトナー層のトナー密度を一定の範囲とするために、スリーブ回転方向に対して上流側に位置する磁性ブレードの側面にマグネットを設けることも提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−１１７３５９号公報

特許文献１に記載されているように磁性ブレードを配置するのは、ブレード先端部分を通過する際に、磁性トナーに均一な圧力を加え且つトナーに必要以上のストレスが負荷されるのを防止するためであり、マグネットを取り付けるのは、ブレード先端部に導入するトナー量を一定の範囲に調整するためであるが、このように磁性ブレードを配置して飛翔現像を行う場合には、現像を繰り返し行っていくうちに、特にグレー画像について縦筋が発生し、また、現像初期には、ランダムに黒点が画像中に発生するという問題があった。

従って、本発明の目的は、磁性トナー（一成分現像剤）を用いて飛翔現像を行うに際して、グレー画像についての縦筋発生や、現像初期での黒点の発生を有効に防止することが可能な現像方法を提供することにある。

本発明によれば、円筒形状の非磁性スリーブと、該スリーブの内部に配置された複数の磁極を有するマグネットとからなる現像ローラを使用し、該スリーブと小間隔をおいて板状の磁性ブレードを配置し、該マグネットを位置固定した状態で該スリーブを回転させながら、該スリーブ上に磁性トナーを供給し、磁性ブレードによって所定の厚みに調整された磁性トナーの層を、感光体ドラムと対面する現像領域に搬送し、該磁性トナーによって感光体ドラム上に形成された静電潜像を飛翔現像する現像方法において、
前記磁性ブレードは、前記スリーブの回転方向に対して上流側に位置する側面の延長線上に該スリーブの中心が位置するように配置されていると共に、該磁性ブレードの先端面は、前記上流側面の下端に連なり且つ前記延長線と垂直に交差するフラットな面と、このフラットな面に連続した傾斜面とからなり、該フラットな面と傾斜面とのなす角αは、０．３度≦α≦５．５度の範囲に設定されていることを特徴とする現像方法が提供される。

本発明においては、
１．前記フラットな面の幅βが、０．３乃至１．５ｍｍの範囲にあること、
２．前記磁性ブレードの上流側側面には、マグネットが取り付けられていること、
が好ましい。

本発明によれば、磁性ブレードの先端面のスリーブ回転方向に対して下流側に、傾斜角αが、０．３度≦α≦５．５度の範囲の傾斜面を形成することにより、グレー画像についての縦筋発生や、現像初期での黒点の発生を有効に防止することができる。

本発明者の研究によると、グレー画像についての縦筋発生や、現像初期での黒点の発生は、磁性ブレードの先端面（スリーブと対向する面）、特にスリーブ回転方向下流側エッジ部への磁界の集中によるトナー付着に起因するものであることが判った。即ち、現像ローラ（スリーブ）内部のマグネット等による磁力線が磁性ブレードの先端面に集中する結果、この先端面にトナーが付着し、画像形成時に発生する振動などによってスリーブ上の薄いトナー層上に落下し、落下したトナーが感光体ドラム表面上に飛翔することにより、画像中にランダムに黒点が発生するようになる。また、現像を繰り返し行っていくうちに、ブレード先端のエッジ部に上記のような付着トナーが成長し、これにより、スリーブ面上のトナー層が乱され、厚みムラを生じる。このようなトナー層のムラは、高濃度の画像形成では目だ立たないが、グレー画像のように、低濃度の画像では、縦筋となって現れるのである。

しかるに本発明によれば、ブレード先端面に上記のような傾斜面を設けることにより、先端エッジ部への磁界集中が緩和され、ブレード先端面でのトナー付着が有効に抑制されるため、黒点の発生やグレー画像中への縦筋の発生を確実に防止することができるのである。

本発明の現像方法を実行するための画像形成装置の概略構成を示す図１において、回転可能に設けられている感光体ドラム１の周囲には、主帯電装置２、現像装置３、転写ローラ４、クリーニング装置５が配設されており、帯電装置２と現像装置３間の上方には、図示されていないがＬＳＵ（レーザスキャンユニット）が配設されて、画像露光のためのレーザ光Ｌが照射されるようになっている。また、感光体ドラム１と転写ローラ４間に形成される転写ニップ部Ｎには、記録紙Ｐが通過するようになっており、その搬送方向下流側には定着装置７が設置されている。

感光体ドラム１は、例えばアルミ等の導電性素管上に、有機感光層やアモルファスシリコン感光層等の無機感光層を備えたものであり、このような感光体ドラム１を、所定のモータ駆動により矢印ａで示す方向に所定の周速で回転させながら、画像形成工程が実行される。

帯電装置２としては、コロトロン、スコロトロン等のコロナ帯電器や、帯電ローラが使用され、コロナ帯電や接触帯電によって、感光体ドラム１の表面が正極性または負極性に一様に主帯電される。この帯電電位は、用いる感光体ドラム１の特性に応じて設定される。

上記のような主帯電後、コンピュータから入力される画像情報或いはスキャナ等で読み取られた所定の原稿に係る画像情報に基づいて、レーザ光Ｌが感光体ドラム１表面に照射されることにより、画像情報に応じた静電潜像が形成される。即ち、光照射部の電位が低下し、静電潜像が形成されるわけである。

現像装置３は、感光体ドラム１と対面するように配置された現像ローラ１０を備えており、現像ローラ１０の表面に保持された磁性トナーを感光ドラム１表面の静電潜像に付着させてトナー像として現像（可視像化）するものである。この装置の構造については、後記で詳細に説明する。

尚、現像ローラ１０と感光体ドラム１との間には、現像バイアス電源１２から直流成分に交流成分を重畳した所定の現像バイアスが印加され、感光体ドラム１の帯電極性と同極性に帯電されたトナーが感光体ドラム１の静電潜像部（即ち、光照射により電位が低下した明電位部分）に付着するわけである。

用いる磁性トナーは、それ自体公知のものでよく、バインダー樹脂中に、カーボンブラックなどの着色剤や、正帯電制御剤、ワックスなどのオフセット防止剤や、マグネタイトなどの磁性剤等が配合されたものである。また、このようなトナーは、５乃至１０μｍ程度の粒径を有しており、通常、疎水性シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタンなどの粉末がトナー１００重量部当り０．１乃至３重量部の量で表面処理剤として外添され、流動性が高められている。

上記のようにして感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、転写ローラ４によって、記録紙Ｐ上に転写される。

この転写ローラ４は、導電性のものであり、感光体ドラム１表面に所定の押圧力で接触して配置されており、転写ニップ部Ｎを形成し、矢印ｂ方向（反時計方向）に回転する。この転写ニップ部Ｎを記録紙Ｐが通過する際に、転写バイアス電源６から転写ローラ４に転写バイアスを印加することにより、感光体ドラム１表面のトナー像が記録紙Ｐの表面に転写される。この転写バイアスは、トナー像の帯電極性と逆極性であり、通常、２００Ｖ乃至３ＫＶ程度であり、転写電流により制御される。尚、連続して画像形成を行う場合には、紙間では、転写バイアスは０Ｖ或いは逆バイアスに変更され、転写ローラ４表面へのトナー付着が防止される。尚、転写ローラ４を用いる代わりに、負コロナ帯電器及び交流コロナ帯電器を転写装置として用いることも可能であり、この場合には、負コロナ帯電器により記録紙Ｐの背面（感光体ドラム１とは反対側）が負極性に帯電され、静電引力により、記録紙Ｐの表面にトナー像が転写され、交流コロナ帯電器による除電によって、記録紙Ｐの感光体ドラム１への巻き付きが防止される。

トナー像が表面に転写された記録紙Ｐは、定着装置７に導入され、トナー像の記録紙Ｐへの定着が行われる。この定着装置７は、ヒータ内蔵の定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂを有しており、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ間の定着ニップに記録紙Ｐを通過させることにより、記録紙Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着するものである。

一方、トナー像転写後の感光体ドラム１表面に残存するトナーは、クリーニングブレード５ａにより除去、回収される。このクリーニングブレード５ａは、ポリウレタンゴムなどからなり、通常、６０度以上のゴム硬度（ＪＩＳ Ａ）を有し、感光体ドラム１表面に、１０乃至３０ｇ／ｃｍ程度の押圧力で圧接されている。

上述した現像装置３の構造を示す図２を参照して、この現像装置３においては、現像ハウジング１３内に、感光体ドラム１と対面する位置に設けられている現像ローラ１０と共に、トナー攪拌・搬送用のスパイラル１５，１６が、それぞれ現像ローラ１０と平行に且つサイドバイサイドに配置されており、スパイラル１５，１６との間の中央部分には、仕切壁１７が設けられており、仕切壁１７の両端部分では、スパイラル１５が収容されている空間とスパイラル１６が収容されている空間とが連通している。即ち、現像ハウジング１２内に収容された磁性トナーが攪拌下に搬送され、所定極性に摩擦帯電されて現像ローラ１０上に供給されるようになっている。

現像ローラ１０は、回転可能に設けられた円筒形状の非磁性スリーブ（例えばアルミ製）１０ａと、その内部に固定された複数の磁極（図２においては、Ｎ極、Ｓ１極及びＳ２極の３極構成となっている）を有するマグネットから構成されており、図中、矢印Ｘで示す方向へのスリーブ回転により、現像ローラ１０上（スリーブ１０ａ上）に供給された磁性トナーを現像領域（感光体ドラム１と対面する領域）に搬送するようになっている。

また、上記スリーブ１０ａとは、微小間隔をおいて、ＳＵＳ等の磁性材料からなる磁性ブレード２０が設けられており、このブレード２０によって、現像領域に供給されるトナー層の厚みを一定の範囲に調整し、前述した現像バイアスの印加により、磁性トナーを感光体ドラム１表面に飛翔させ、現像が行われる。この場合、スリーブ１０ａと感光体ドラム１表面との間隔は、通常、０．２乃至０．４ｍｍ程度に設定される。

上記スリーブ１０ａと磁性ブレード２０との間隙部分を拡大して示す図３及び磁性ブレード２０の先端部を拡大して示す図４を参照して、スリーブ１０ａの回転方向に対して上流側に位置するブレード２０の面２０ａの延長線Ｌ上にスリーブ１０ａの中心Ｏが位置するように、磁性ブレード２０を配置する。これにより、過度のストレスをかけずに、トナー層（３において２２で示す）の厚み調整を行うことができる。例えば、このブレード２０の位置がスリーブ回転方向に対して上流側にずれると、スリーブ１０ａ面が曲率面となっているため、ブレード２０の先端部を通過するトナーが圧縮され、スリーブ面１０ａへのトナー付着を生じ易くなり、この結果、トナー層の厚みムラが徐々に発生するようになってしまう。また、ブレード２０の位置がスリーブ回転方向に対して下流側にずれたり、或いはスリーブ１０ａの中心Ｏを通る軸線（前記延長線Ｌ）と交差するようにブレード２０が傾斜して設けられると、ブレード２０のエッジ部のみでの厚み調整となってしまい、トナー層２２の厚みムラを生じ易くなってしまう。

また、本発明では、上記ブレード２０の先端面を、前記基準線Ｌと直角に交差するフラットな面２０ｂと、このフラットな面２０ｂの下流側に連なる傾斜面２０ｃとから形成することが重要である（図４参照）。即ち、ブレード２０の先端面の下流側に、傾斜面２０ｃを形成することにより、下流側エッジ部への磁力線の集中が有効に回避でき、ブレード２０の先端面へのトナー付着を防止し、ランダムな黒点の発生やグレー画像中への縦筋の発生を防止できる。

上記のような傾斜面２０ｃの傾斜角αは、０．３度≦α≦５．５度の範囲とすべきであり、この傾斜角αが、上記範囲よりも小さいと、傾斜面の形成による磁力線の集中抑制効果が損なわれ、トナー付着防止効果が半減してしまい、黒点の発生やグレー画像での縦筋発生を防止することが困難となってしまう。また、傾斜角αが上記範囲よりも大きくなると、フラットな面２０ｂと傾斜面２０ｃとの境界部に磁界が集中してしまい、やはりトナー付着による黒点発生やグレー画像での縦筋発生を有効に防止することが困難となってしまう。

本発明において、上記のフラットな面２０ｂは、前記延長線Ｌ上のスリーブ１０ａの法線と平行な面であり、この部分でトナー層２２の厚み調整が行われる。従って、このフラットな面２０ｂは、その幅βが０．３乃至１．５ｍｍの範囲にあるのが好ましい。この幅βが１．５ｍｍを越えると、フラットな面２０ｂと傾斜面２０ｃとの境界部に集中する磁力が小さくなり、そのため、トナー層が不安定となってトナーが付着し、画像中に黒点が発生する恐れがある。また、幅βが０．３ｍｍよりも小さいと、エッジ部のみでの厚み調整と変わらなくなってしまい、トナーの回り込み等により、トナー層２２の厚みを均一に調整することが困難となる恐れがある。

また、上記のフラットな面２０ｂとスリーブ１０ａとの間隔ｄは、通常、０．２乃至０．４ｍｍ程度とするのがよい。この間隔があまり大きいと、トナー層２２の厚みむらを生じ易くなり、また、あまり小さいと、スリーブ１０ａ面へのトナー付着を生じやすくなり、現像の繰り返しにより、トナー層２２の厚みムラが生じ、画像汚れ等を生じ易くなってしまう。

さらに、上記傾斜面２０ｃの幅γは、通常、０．５ｍｍ以上、特に１ｍｍ以上であることが好ましい。即ち、この幅γがあまり小さいと、傾斜面２０ｃによる磁界集中防止効果が損なわれるおそれがあるからである。また、この幅γはブレード２０の幅とフラットな面２０ｂの幅βとの差によって決まるので、通常は１．５ｍｍ程度に設定される。

また、本発明では、上述した磁性ブレード２０の上流側面２０ａにマグネット２５を取り付けておくことが好ましい。このようなマグネット２５を設けることにより、ブレード２０の先端とスリーブ１０ａとの間に流入するトナー量を一定量に調整でき、トナー層２２の密度を均一にすることができる。一般に、このマグネット２５とスリーブ１０ａ面との間隔は、０．２乃至１．０ｍｍ程度の範囲とするのがよい。

尚、本発明において、ブレード２０の先端位置は、通常、図３に示されている磁極Ｓ２との角度θが５乃至１５度の範囲となるように設定しておくことが好適であり、スリーブ１０ａと感光体ドラム１とが対面する領域には、Ｎ極を配置しておくことが好適である。

下記仕様の現像装置を備えたデジタルプリンタを用意した。

（現像装置の仕様）
現像ローラ（Ｎ，Ｓ１，Ｓ２極の３極構成）：
スリーブ（アルミ製）外径；２０ｍｍ
スリーブ表面粗さＲｚ（１０点平均粗さ、ＪＩＳ Ｂ０６０１）：
９．０±１．０μｍ
磁極位置：
Ｓ２極（７２２ガウス）；ブレード基準にスリーブ回転方向上流側に１１度
Ｎ極（６８８ガウス）；Ｓ２極基準にスリーブ回転方向下流側に１１６度
Ｓ１極（８７１ガウス）；Ｎ極基準にスリーブ回転方向下流側に１８８度
スリーブ周速：１４８．５ｍｍ／秒
ドラム・スリーブ間距離： ０．３２±０．０１ｍｍ
磁性ブレード：
材質；ＳＵＳ４３０
ブレード位置；スリーブ回転方向上流側側面の延長線上にスリーブ中心

（プリンタの仕様）
感光体ドラム：
正帯電型有機感光体（単層）
外径；３０ｍｍ
感光層厚み；３２μｍ
暗電位；４００Ｖ
明電位；８０Ｖ
ドラム周速；１１０ｍｍ／秒
主帯電器：スコロトロン
現像剤：
正帯電性磁性トナー
平均粒径（Ｄ５０）；７．２μｍ
磁性粉含量；４１重量％
現像バイアス
直流バイアス；２７５±５Ｖ
交流バイアス；ピーク間電圧１．８２±０．０５ｋＶ，周波数２．６ｋＨｚ
クリーニングブレード；
ポリウレタンゴム
硬度(JIS A)；６５度
定着装置：
定着温度；１４０℃
転写電流：−８μＡ
転写ローラ周速：感光体ドラム周速の１．０２倍

上記の現像装置に、前記仕様を維持したまま、厚みが２ｍｍのＳＵＳ４３０製ブレードの先端面のスリーブ回転方向下流側に、表１に示すように、種々の傾斜角αを有する傾斜面を備えたものを取り付けた。尚、フラットな面の幅βは、何れも０．６ｍｍとし、且つフラットな面とスリーブとの間隔は、０．３０±０．０６５ｍｍとした。

この状態で、印字率５％でグレー画像をＡ４サイズの用紙に連続して出力し、１０枚目での黒点の発生の有無、及び１０枚出力したときの縦筋発生の有無を評価し、その結果を表１に示した。尚、○は、黒点や縦筋の発生がなかったことを示し、×は、これらが発生したことを示す。

前記の傾斜角αを０．６度とし、フラットな面の幅βを表２に示すように種々変更し、上記と同じ実験を行い、その結果を表２に示した。尚、各ブレードの上流側面には、４０ガウスのマグネット（厚み；２ｍｍ、スリーブとの距離０．６ｍｍ）を取り付けて置いた。

本発明の実施に用いる画像形成装置を示す概略構成図。 本発明で採用する現像装置を示す図。 図２の現像装置の要部を示す図。 図２の現像装置の磁性ブレード先端を拡大して示す図。

符号の説明

１：感光体ドラム
３：現像装置
１０：現像ローラ
１０ａ：非磁性スリーブ
２０：磁性ブレード

Claims (3)

1. 円筒形状の非磁性スリーブと、該スリーブの内部に配置された複数の磁極を有するマグネットとからなる現像ローラを使用し、該スリーブと小間隔をおいて板状の磁性ブレードを配置し、該マグネットを位置固定した状態で該スリーブを回転させながら、該スリーブ上に磁性トナーを供給し、磁性ブレードによって所定の厚みに調整された磁性トナーの層を、感光体ドラムと対面する現像領域に搬送し、該磁性トナーによって感光体ドラム上に形成された静電潜像を飛翔現像する現像方法において、
   前記磁性ブレードは、前記スリーブの回転方向に対して上流側に位置する側面の延長線上に該スリーブの中心が位置するように配置されていると共に、該磁性ブレードの先端面は、前記上流側面の下端に連なり且つ前記延長線と垂直に交差するフラットな面と、このフラットな面に連続した傾斜面とからなり、該フラットな面と傾斜面とのなす角αは、０．３度≦α≦５．５度の範囲に設定されていることを特徴とする現像方法。
2. 前記フラットな面の幅βが、０．３乃至１．５ｍｍの範囲にある請求項１に記載の現像方法。
3. 前記磁性ブレードの上流側側面には、マグネットが取り付けられている請求項請求項１または２に記載の現像方法。

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