JP2005301027A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いる現像装置において、長時間に亘って停止された後現像を行っても画質不良の生じることがないようにする。
【解決手段】 磁気ローラ１３上の二成分現像剤から現像ローラ１４にトナーが向う第１の電位差と現像ローラ上のトナーが磁気ローラに向う第２の電位差とを選択的に与え、現像を開始する際、第２の電位差を与えて、現像ローラの駆動を停止した状態で磁気ローラと攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂとを駆動して、予め規定された現像可能時間経過後、第１の電位差を与えるとともに現像ローラを駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、プリンター、又はファクシミリ装置等の画像形成装置で用いられる現像装置に関し、特に、磁性キャリア及びトナーを有する二成分現像剤を用いる現像装置に関するものである。

一般に、画像形成装置においては、像担持体である感光体ドラム上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置によって現像されてトナー像となる。そして、感光体ドラム上のトナー像は記録用紙に転写され、記録用紙上のトナー像は定着装置によって定着される。このような現像装置における現像方式には、キャリアとトナーを用いた二成分現像方式や、キャリアを使用しない一成分現像方式がある。二成分現像方式はキャリアによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能である反面、現像装置が大きく複雑になることや、磁気ブラシによる画像のムラなどの欠点がある。また一成分現像方式は、現像装置がコンパクトになってドット再現性や画像の均一性に優れているが、特にカラー機に使用する磁性粉を使用しない非磁性一成分現像方式では現像ローラにブレードを接触させるため寿命が短くなる。こうした双方の現像方式の特徴を生かし、磁性キャリアとトナーからなる二成分現像剤を使用して磁気ローラで形成した磁気ブラシで現像ローラ上にトナー層を形成し、一成分現像方式のように感光体上に形成した静電潜像を現像するようにした現像方式が注目されている。

ところで、上述のような現像装置では、現像後現像ローラ表面に残留する残留トナーが過帯電し易く、一方、磁気ローラから新たに供給されるトナーの帯電が不十分であると、感光体ドラム上の静電潜像を現像した際、画像濃度不良又は画像かぶり等の画質不良が生じてしまう。このため、現像後においては、現像ローラ表面に残留するトナーを完全に除去する必要がある。

現像ローラ表面上の残留トナーを除去するため、現像が停止された際、現像ローラと磁気ローラとの間に印加されている差分バイアスの大きい電圧を変化させて、現像ローラをクリーニングし、現像ローラから残留トナーを除去するようにしたものがある。つまり、非現像時に、現像ローラと磁気ローラとの間のバイアス電圧を反転させて、現像ローラ上の残留トナーを現像ローラから磁気ローラ側に回収して、現像ローラ上の残留トナーを除去するようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開平７−７２７３３号公報（第３頁〜第５頁、第１図〜第２図）

従来の現像装置では、非現像時に、現像ローラと磁気ローラとの間のバイアス電圧を反転させて、現像ローラ上の残留トナーを現像ローラから磁気ローラ側に回収するようにしているものの、現像装置（つまり、画像形成装置）を長時間に亘って休止した状態では、現像剤を攪拌搬送する攪拌ローラ（ミキサー）も停止した状態であるため、現像剤の帯電量が不足した状態となっており、このような状態で、直ぐに現像を開始すると、帯電不足のトナーが現像ローラに供給されることになって、画像形成装置を稼動した直後において、画像濃度不良又は画像かぶりなどの画質不良が生じてしまう。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、長時間に亘って停止された後現像を行っても画質不良の生じることのない現像装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、少なくともキャリア及びトナーを有する二成分現像剤が用いられ、静電潜像が担持される像担持体に対向して配置され前記トナーによって前記静電潜像を現像してトナー像とする現像ローラと、前記現像ローラと対向して配置され前記二成分現像剤を保持して前記トナーを前記現像ローラに供給する磁気ローラと、前記二成分現像剤を攪拌しつつ前記磁気ローラに供給する攪拌手段とを有する現像装置において、前記磁気ローラ上の前記二成分現像剤から前記現像ローラにトナーが向う第１の電位差と前記現像ローラ上のトナーが前記磁気ローラに向う第２の電位差とを選択的に与えるバイアス電圧印加手段と、現像を開始する際前記バイアス電圧印加手段を制御して前記第２の電位差を与え前記現像ローラの駆動を停止した状態で、前記磁気ローラ及び前記攪拌手段を駆動して予め規定された現像可能時間経過後前記バイアス電圧印加手段を制御して前記第１の電位差を与えるとともに前記現像ローラを駆動する制御手段とを有することを特徴とするものである。

また、本発明では、前記制御手段は、前記現像を停止する際、前記バイアス電圧印加手段を制御して前記第２の電位差を与えて、少なくとも前記現像ローラが１周期時間駆動した後、前記磁気ローラ及び前記攪拌手段を停止する。なお、前記制御手段は前記現像ローラの駆動及び停止と同期して前記像担持体の駆動及び停止を行う。

さらに、本発明では、前記制御手段は、前記現像の停止時間を計時する計時手段と、該停止時間に対応する前記現像可能時間が規定されたテーブルとを有し、前記現像を開始する際現像開始までの前記停止時間に対応する前記現像可能時間経過後前記現像ローラを駆動する。

以上のように、本発明の現像装置は、磁気ローラ上の二成分現像剤から現像ローラにトナーが向う第１の電位差と現像ローラ上のトナーを磁気ローラに向う第２の電位差とを選択的に与えて、現像を開始する際、第２の電位差を与えて現像ローラの駆動を停止した状態で、磁気ローラ及び攪拌手段を駆動して予め規定された現像可能時間経過後、第１の電位差を与えるとともに現像ローラを駆動するようにしたので、現像剤中のトナーが十分に帯電された状態で第１の電位差によってトナーが磁気ローラから現像ローラに供給されることになり、現像ローラ上に帯電量が十分なトナー層を形成することができ、現像停止時間に拘わらず良好な画像形成を行うことができるという効果がある。

さらに、本発明では、現像を停止する際、第２の電位差を与えて、少なくとも現像ローラが１周期時間駆動した後、磁気ローラ及び攪拌手段を停止するようにしたので、現像ローラに残留するトナーを全て磁気ローラ側に回収することができるという効果がある。

また、本発明では、現像の停止時間を計時する計時手段と、停止時間に対応する現像可能時間が規定されたテーブルとを備えて、現像を開始する際、現像開始までの停止時間に対応する現像可能時間経過後、現像ローラを駆動するようにしたので、現像停止時間が長くなっても、現像剤中のトナーを十分帯電させた後、現像ローラ上にトナー層を形成することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明による現像装置の一実施例を示す断面図であり、図示の現像装置１０は、複写機等の画像形成装置２０で用いられ、磁性キャリアとトナーとを有する二成分現像剤を用いて像担持体である感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像する。画像形成装置２０は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料を用いた感光体ドラム２１を備えており、感光体ドラム２１の周囲には、帯電器２２、現像装置１０、転写ローラ２３、及びクリーニングユニット２４等が配置されている。

画像形成を行う際には、感光体ドラム２１を実線矢印で示す方向に回転させて、感光体ドラム２１の表面を帯電器２２で均一に帯電した後、画像データに応じて感光体ドラム２１の表面を露光して、感光体ドラム２１上に静電潜像を形成する。感光体ドラム２１上の静電潜像は、現像装置１０によって現像されてトナー像となり、転写ローラ２３と感光体ドラム２１とのニップ部に搬送された記録用紙Ｐ上にトナー像が転写される。そして、記録用紙は定着装置（図示せず）に搬送されて、ここでトナー像が記録用紙Ｐ上に定着された後、例えば、排紙トレイ（図示せず）に排紙される。

図１及び図２を参照して、現像装置１０は、現像容器１１を備えており、現像容器１１には二成分現像剤が収納されている。現像容器１１は仕切板１１ａによって第１及び第２の収納室１１ｂ及び１１ｃに区画され、第１及び第２の収納室１１ｂ及び１１ｃにはそれぞれ攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂが配設されている。

そして、これら攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂによって現像剤が攪拌されつつ、軸方向に搬送され、仕切板１１ａに形成された現像剤通過路を介して第１及び第２の収納室１１ｂ及び１１ｃ間を循環して、現像剤が帯電する。現像容器１１内において、パドルミキサー１２ｂの上側には磁気ローラ１３が配置され、磁気ローラ１３と対面して現像ローラ１４が配置されている。そして、現像ローラ１４は現像容器１１のドラム開口側に面している。なお、現像ローラ１４と磁気ローラ１３とは対向位置においてその回転方向が逆向きとなっている（現像ローラ１４及び磁気ローラ１３の回転方向は実線矢印で示す方向である）。

磁気ローラ１３は、複数の磁極（磁気ローラ磁極）を有する固定マグネットローラ体１３ａを内包する非磁性の回転スリーブ１３ｂを有しており、固定マグネットローラ体１３ａは３つのＮ極（Ｎ１極〜Ｎ３極）と２つのＳ極（Ｓ１極及びＳ２極）を有しており、回転スリーブ１３ｂの回転方向において、Ｎ１極とＮ２極との間にＳ１極が配置され、Ｎ３極とＮ１極との間にＳ２極が配置されている。

また、現像ローラ１４は非磁性の回転スリーブ１４ａを有しており、この回転スリーブ１４ａ内には一つの現像ローラ磁極体（マグネット体）１４ｂが配置されている。図示の例においては、この現像ローラ磁極体１４ｂには、固定マグネットローラ体のＮ１極と異磁極のＳ極が現像ローラ磁極として着磁されている。現像ローラ１４は磁気ローラ１３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向しており、現像ローラ磁極Ｓは所定のギャップを挟んで対向位置において磁気ローラ磁極Ｎ１と対向している。

現像容器１１には、層厚規制部材であるドクターブレード１５が磁気ローラ１３の長手方向（図１において紙面の表側から裏側に延びる方向）に沿って取り付けられており、磁気ローラ１３が図中実線矢印で示す方向に回転するとすると、ドクターブレード１５は対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、ドクターブレード１５の先端部と回転スリーブ１３ｂとの表面には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

図１に示す現像装置１０においては、前述のように、攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器１１内を循環してトナーを帯電させ、パドルミキサー１２ｂ上の現像剤は磁気ローラ１３に吸引搬送される。

図３に示すように、現像ローラ１４には直流電圧（ＤＣ：Ｖｄｃ１）２５ａ及び交流電圧（ＡＣ）２５ｂからなる現像バイアス電圧２５が現像ローラ１４に印加され、磁気ローラ１３には直流電圧（ＤＣ：Ｖｄｃ２）２６が印加される。そして、磁気ローラ１３上には磁気ブラシ２７が形成され、磁気ローラ１３上の磁気ブラシ２７はドクターブレード１５によって層規制されて、磁気ローラ１３と現像ローラ１４との間の電位差によって現像ローラ１４にトナー層２８を形成する。そして、現像ローラ１４上のトナー層２８によって感光体ドラム２１上の静電潜像が現像される。

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１４は前述の対向位置において現像剤層を有する磁気ローラ１３と最接近し、この対向位置では、磁気ブラシによる機械的な力によって、現像ローラ１４上のトナー層が掻き取られるとともに、磁気ローラ１３と現像ローラ１４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１３上の現像剤層からトナーが現像ローラ１４側に供給されることになる。

前述のように、対向位置において回転スリーブ１３ｂ及び１４ａの回転方向は互いに反対方向であり、磁気ローラ磁極Ｎ１に対向して異磁極の現像ローラ磁極Ｓ極が存在するから、磁気ローラ磁極Ｎ１と現像ローラ磁極Ｓ極との間に磁界が形成され、これによって、磁気ブラシの拘束力が強くなって、つまり、磁気ブラシが良好に形成されることになって、現像ローラ１４上のトナーがキャリアによる磁気ブラシによって機械的に掻き取られて、磁気ローラ１３側に引き戻される。

ところで、現像（つまり、画像形成）を停止した後、長時間に亘って現像を休止した後、現像を行うと、前述したように、トナー帯電不足となってしまい、この状態で現像を開始すると、帯電不足のトナーが現像ローラに供給されることになって、画像濃度不良又は画像かぶりなどの画質不良が生じてしまうことになる。そこで、ここでは、次のようにして、現像ローラ１４、磁気ローラ１３、及び攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂの駆動制御を行った。

図４を参照して、いま、現像ローラ１４、磁気ローラ１３、及び攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂはそれぞれ異なる駆動源によって駆動されており（例えば、現像ローラ１４は第１の駆動源によって駆動され、磁気ローラ１３は第２の駆動源によって駆動される。また、攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂは第３の駆動源によって駆動される）。これら第１〜第３の駆動源は制御装置（図示せず）によって制御されている。

さらに、ここでは、制御装置は感光体ドラム１１を回転駆動する駆動源（ドラムモータ）も制御するものとする。また、制御装置は、現像バイアス電圧２５及び直流電圧２６を後述するようにして制御する。

ここで、感光体ドラム２１の直径を３０ｍｍ、その周速を１３０ｍｍ／ｓとして、現像ローラ１４の材質をアルミニウム、直径を１６ｍｍ、その周速を２１０ｍｍ／ｓ、現像ローラ磁極の磁力を３００Ｇとし、さらに、磁気ローラ１３の材質をアルミニウム、直径を２０ｍｍ、その周速を３３０ｍｍ／ｓ、磁気ローラ磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｎ３，及びＳ２の磁力をそれぞれ９００Ｇ，８００Ｇ，６００Ｇ，４００Ｇ，及び５００Ｇとした。

また、感光体ドラム２１と現像ローラ１４とのギャップを０．２５ｍｍ、磁気ローラ１３と現像ローラ１４とのギャップを０．４ｍｍ、ドクターブレード１５のギャップを０．５ｍｍに設定し、磁気ローラ１３にＤＣ３００Ｖ（現像時）のバイアス電圧（直流電圧２６）を印加し、現像ローラ１４に、Ｖｐｐ＝１．５ｋＶ，周波数＝３ｋＨｚ，Ｖｄｃ＝１００Ｖ，及びデューティー比３０％の現像バイアス電圧２５を印加した。また、感光体ドラム２１の表面電位を３００Ｖとし、現像容器１１に３５０ｇの現像剤をセットした（トナー（Ｔ）／キャリア（Ｄ）＝７％とした）。なお、非現像時（つまり、非画像形成時）には、直流電圧２６を０Ｖとする。

ここでは、磁性キャリアとして重量平均粒子径４５μｍで、弗素樹脂コートされたフェライトキャリアとトナー（非磁性トナー）として体積平均粒径８μｍの正帯電型トナーを用いた。また、トナー容器（トナータンク：図示せず）からトナー補給制御を行って、現像中におけるＴ／Ｃを９％に維持した。

いま、現像装置１０を停止した後、再度現像（つまり、画像形成）を開始する際には、制御装置は直流電圧２６を０Ｖとし（現像バイアス電圧２５は印加された状態であり、この電位差（第２の電位差）によって現像ローラ１４から磁気ローラ１３にトナーが向うことになる）、制御装置は攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂを回転駆動した後、まず、磁気ローラ１３を回転駆動する（図４に示す例では、ハイレベルが停止、ロウレベルが駆動を表している）。

その後、予め規定された時間（予め実験によって定められた現像可能時間（この現像可能時間とは、現像ローラ１４を駆動する前に磁気ローラ１３、攪拌ミキサー１２ａ、及びパドルミキサー１２ｂを駆動して現像剤の帯電量を回復した後、現像ローラ１４を駆動して現像ローラ１４上に帯電量の良好なトナー薄層が形成されるまでの時間である）ｔ１以上の時間）が経過すると、制御装置は直流電圧２６を３００Ｖとして（つまり、第１の電位差を印加して）、現像ローラ１４を回転駆動するとともにドラムモータをオンして感光体ドラム２１を駆動する。そして、前述したようにして、感光体ドラム２１上に静電潜像が形成されて、この静電潜像が現像される（画像印字が行われる）。

このようにして、画像形成を行う際、第２の電位差を印加して、攪拌ミキサー１２ａ、パドルミキサー１２ｂ、及び磁気ローラ１３が駆動された後、現像可能時間が経過するまで現像ローラ１４を停止して、現像可能時間が経過すると、第１の電位差を印加するとともに現像ローラを駆動するようにしたから、現像剤中のトナーが十分に帯電された状態で第１の電位差によってトナーが磁気ローラ１３から現像ローラ１４に供給されることになり、現像ローラ１４上には帯電量が十分なトナー層が形成されることになる。

画像形成が停止されると（画像印字が停止されると）、制御装置では、現像バイアス電圧２５を印加した状態で、直流電圧２６を０Ｖとする。この結果、第２の電位差によって、現像ローラ１４に残留したトナー（正帯電トナー）が磁気ローラ１３側に引かれて回収されることになる。そして、所定の時間経過後（現像ローラ１４が少なくとも一周期回転する時間ｔ２経過後）、現像ローラ１４及びドラムモータを停止し、その後磁気ローラ１３を停止し、攪拌ミキサー１２ａ及びパドルミキサー１２ｂを停止する。

このようにしてバイアス電圧制御及び駆動制御を行うと、現像ローラ１４が一周期回転以上した後現像ローラ１４が停止するから、磁気ローラ１３側に現像ローラ１４上の残留トナーが全て回収されることになる。

ところで、制御装置には、画像形成装置の停止時間とトナーが十分に帯電可能な現像可能時間との関係が現像可能時間テーブルとして規定されており、例えば、画像形成装置の停止時間が５時間以内であると、現像可能時間は５秒となり、画像形成装置の停止時間が５時間以上２４時間以内であると、現像可能時間は１０秒とされる。さらに、画像形成装置の停止時間が１日以上１０日以内であると、現像可能時間は１５秒とされ、画像形成装置の停止時間が１１日以上であると、現像可能時間は２５秒とされる。

この現像可能時間と画像形成装置の停止時間との関係は予め実験によって、現像ローラ１４に帯電量が十分なトナー層を形成するために必要時間として求められる。なお、制御装置は内蔵タイマーによって画像形成が停止してから再度画像形成が再開されるまでの時間を計時することになる。

磁気ローラ上の二成分現像剤から現像ローラにトナーが向う第１の電位差と現像ローラ上のトナーを磁気ローラに向う第２の電位差とを選択的に与え、現像を開始する際、第２の電位差を与えて現像ローラの駆動を停止した状態で、磁気ローラ及び攪拌手段を駆動して予め規定された現像可能時間経過後、第１の電位差を与えるとともに現像ローラを駆動するようにしたから、現像剤中のトナーが十分に帯電された状態で第１の電位差によってトナーが磁気ローラから現像ローラに供給されることになり、現像ローラ上に帯電量が十分なトナー層を形成することができる結果、複写機、プリンター、又はファクシミリ装置等の画像形成装置における現像装置に適用できる。

本発明による現像装置の実施例１の一例を画像形成装置の一部とともに概略的に示す断面図である。 図１に示す現像装置を破断して上方から示す図である。 図１に示す現像装置において現像ローラ上へのトナー層の形成を説明するための図である。 図１に示す現像装置において現像ローラ、磁気ローラ、及び感光体ドラムの駆動停止タイミングを説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１０ 現像装置
１１ 現像容器
１２ａ 攪拌ミキサー
１２ｂ パドルミキサー
１３ 磁気ローラ
１３ｂ、１４ａ 回転スリーブ
１３ａ 固定マグネットローラ体
１４ 現像ローラ
１４ｂ 現像ローラ磁極体
１５ ドクターブレード
２１ 感光体ドラム
２２ 帯電器
２３ 転写ローラ
２４ クリーニングユニット

Claims (4)

1. 少なくともキャリア及びトナーを有する二成分現像剤が用いられ、静電潜像が担持される像担持体に対向して配置され前記トナーによって前記静電潜像を現像してトナー像とする現像ローラと、前記現像ローラと対向して配置され前記二成分現像剤を保持して前記トナーを前記現像ローラに供給する磁気ローラと、前記二成分現像剤を攪拌しつつ前記磁気ローラに供給する攪拌手段とを有する現像装置において、
   前記磁気ローラ上の前記二成分現像剤から前記現像ローラにトナーが向う第１の電位差と前記現像ローラ上のトナーが前記磁気ローラに向う第２の電位差とを選択的に与えるバイアス電圧印加手段と、
   現像を開始する際、前記バイアス電圧印加手段を制御して前記第２の電位差を与え、前記現像ローラの駆動を停止した状態で、前記磁気ローラ及び前記攪拌手段を駆動して、予め規定された現像可能時間経過後、前記バイアス電圧印加手段を制御して前記第１の電位差を与えるとともに前記現像ローラを駆動する制御手段とを有することを特徴とする現像装置。
2. 前記制御手段は、前記現像を停止する際、前記バイアス電圧印加手段を制御して前記第２の電位差を与えて、少なくとも前記現像ローラが１周期時間駆動した後、前記磁気ローラ及び前記攪拌手段を停止するようにしたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記制御手段は、前記現像ローラの駆動及び停止と同期して前記像担持体の駆動及び停止を行うようにしたことを特徴とする請求項２記載の現像装置。
4. 前記制御手段は、前記現像の停止時間を計時する計時手段と、該停止時間に対応する前記現像可能時間が規定されたテーブルとを有し、
   前記現像を開始する際現像開始までの前記停止時間に対応する前記現像可能時間経過後前記現像ローラを駆動するようにしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の現像装置。

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