JP2006071842A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 転写材に画像を、連続して多数枚プリントしても転写材の両端側のカスレをなくすことができることを課題とする。
【解決手段】 像担持体２０の帯電極性と同極性の現像剤を担持し、像担持体２０上に現像剤像を形成する現像剤担持体１０と、現像剤担持体１０に現像剤を供給する現像剤供給手段３０とを有し、現像剤担持体１０上に残留した現像剤を、現像剤担持体１０から移動しやすいように、現像剤担持体１０および現像剤供給手段３０に各印加する電圧を設定することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真装置に使用される現像装置に関するのであり、特に、像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像して可視化する現像装置に関わる。

一般に、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、プロッタ等の電子写真装置においては、感光体等の像担持体上に所望の画像の静電潜像を形成し、この静電潜像に対し現像装置により現像剤を供給して現像を行い、可視像を形成する。

現像剤としては、トナーおよびキャリアからなる二成分現像剤、トナーのみからなる磁性一成分現像剤、非磁性一成分現像剤などが良く知られ、それら現像剤に適した現像システムが種々開発され、提案されている。例えば、現像システムの一例として、特許文献１に開示されたものがある。

この現像システムは、現像装置により清掃装置（クリーナ）を兼用するクリーナレス方式である。このクリーナレス方式は、非磁性一成分現像プロセスを採用することにより、感光体上に静電潜像を反転現像すると同時に、前工程で転写後も感光体に残留していた現像剤を現像装置内に回収され再使用することが可能となる。

この結果、装置本体を小型化することができるとともに、清掃で回収された後に廃棄されていた現像剤をなくすことができるという利点を有する。
特許第２８３５１４７号

特許文献１において、トナー担持体ローラへのトナーの供給は、トナー供給ローラ（トナー供給部材）をトナー担持体ローラに対して圧接摺擦して行われている（第３頁第５欄第５行ないし第２８行、第３頁第６欄第１７行ないし第３８行の記載および図１ないし図３参照）。

また、この構成は、画像（トナー像）を感光体ドラム（潜像保持体）表面上に形成する場合は、トナー消費量が多くなることにより、常に、トナー供給ローラ（トナー供給部材）に新しいトナーが補充され、効率よくトナーがトナー担持体ローラに搬送される。

低印字率の画像（トナー像）を感光体ドラム（潜像保持体）表面上に形成する場合は、トナー消費量が少なくなり、トナー担持体ローラに搬送される新しいトナーは、通常の画像（トナー像）を形成する時よりも少なくなる。

このため、連続して低印字率の画像を感光体ドラム表面上に形成する場合、新しいトナーはトナー担持体側に僅かしか供給が行なわれない。さらに、この状態において、トナーの搬送は、感光体ドラム（潜像保持体）とトナー担持体ローラ間、およびトナー担持体ローラとトナー供給ローラ（トナー供給部材）間で、摺擦を繰り返し受けることになる。

この結果、高帯電量化やストレス等の現像剤の劣化が生じ、トナーの流動性が低下し、画像のがさつきや画像濃度の低下等の画像劣化が発生しやすくなる。

また、上記の構成のもとで、大型の装置で小サイズの印字を大量に行った後、大サイズの印字を行うと、トナー担持体ローラ表面にあるトナーは小サイズの幅に対応した部分のみが著しく消費される。この間、小サイズの幅に対応した部分には、新しいトナーがトナー供給ローラ（トナー供給部材）から供給される。一方、消費されていない部分（小サイズの幅から外れたトナー担持体表面部分）のトナーは、新しいトナーが供給されないまま、トナー担持体ローラとトナー供給ローラ（トナー供給部材）に摺擦するため、先に述べた画像劣化が著しく発生する。特に、大サイズの両側の画像劣化が著しく発生しやすい。

上記問題を解決するために、本発明は、請求項１おいては、像担持体の帯電極性と同極性の現像剤を担持し、像担持体上に現像剤像を形成する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給手段とを有し、現像剤担持体上に残留した現像剤を、現像剤担持体から移動しやすいように、前記現像剤担持体および前記現像剤供給手段に各印加する電圧を設定することを特徴とする。

請求項２においては、非画像形成時に、前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段との電位差を＋５０〜−３５０Ｖとなるように、前記現像剤担持体および前記現像剤供給手段の各印加する電圧を設定することを特徴とする。

請求項３において、非画像形成時に、前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段との電位差が同電位となるように、各印加する電圧を設定することを特徴とする。

請求項４においては、現像剤供給手段により、現像剤担持体上に残留した現像剤を物理的に移動させることを特徴とする。さらに、請求項４においては、現像剤担持体および現像剤供給手段は互いに接触する回転体であることを特徴とする。

上記構成により、本発明によれば、像担持体の帯電極性と同極性の現像剤を担持し、像担持体上に現像剤像を形成する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給手段とを有し、現像剤担持体上に残留した現像剤を現像剤供給手段により掻きとるように、現像剤担持体および現像剤供給手段の各印加する電圧を設定することにより、印字率の高低にかかわらずトナーの劣化を防いで鮮明な画像を得ることができる。

以下、本発明の形態を、図面を参照して説明する。図1に、本発明の現像装置の概略図の一例を示す。この現像装置は、非磁性一成分現像剤を使用した接触現像方式によるクリーナレス現像方式よりなる。

図1に示す現像装置は、現像剤を収容し装置本体（図示せず）に着脱自在な現像容器Ａと、現像容器Ａ内に現像剤を補給するカートリッジＢと、弾性ローラからなる現像剤担持体１０と、現像剤担持体１０に適宜な圧力で接触して配置され、現像剤担持体１０上に一定の現像剤の薄層を形成する層厚規制手段４０と、現像容器Ａ内の現像剤を現像剤担持体１０に供給する現像剤供給手段３０とを備える。

現像剤担持体１０は、ステンレス等の導電性の剛体からなる中心軸１１の外周に弾性層１２を形成した構成からなり、矢印方向に回転する。さらに、現像剤担持体１０の中心軸１１は、電源１０ａに接続されている。現像剤担持体１０に印加する電圧は−１００Ｖ〜−３６０Ｖに設定することが望ましく、特には約−２５０Ｖが好適である。

また、この実施の形態において、弾性層の材料として、例えば、ＮＢＲゴム（アクリロニトリルブタジエン共重合ゴム）であるが、これに限定されず、シリコンゴムのほか、ウレタンゴム等であってもよい。

なお、現像剤担持体１０は、先に述べたように単層構造であるが、これに限定されることはなく、二層以上の構造であってもよい。具体的には、中心軸１１の周りに、弾性中間層を形成し、この中間層の外周に弾性表面層を形成したものである。これら、弾性中間層と弾性表面層とは、体積抵抗値等の異なる性質を持つシリコンゴムからなる二層の弾性体により形成される。これら現像剤担持体１０の比抵抗は、１０^５〜１０^８Ω・ｃｍの範囲が好ましく、特に１０^６〜１０^７Ω・ｃｍの範囲が望ましい。

現像剤供給手段３０は、現像剤担持体１０の軸線と並行に延びて配置されている。また、現像剤供給手段３０は、例えばカーボン微粉末が混入されたシリコンゴムの発泡体からなり、矢印方向に回転し、現像剤担持体１０に対して所定の間隔を有して配置されている。現像剤供給手段３０の中心軸３１は、電源５０に接続されている。

この電源５０は、二つ（５０ａ、５０ｂ）を備え、画像形成時と非画像形成時によって、現像剤供給手段３０に印加する電圧を変えている。現像剤供給手段３０に印加する電圧の切り換えは切換手段６０により行なわれている。なお、画像形成時に現像剤供給手段３０に電圧を印加する電源を第１電源５０ａ、非画像形成時に現像剤供給手段３０に第１電源５０ａとは異なる電圧を印加する電源を第２電源５０ｂと呼ぶ。

画像形成時において、現像剤供給手段３０に設定する電圧は−２５０Ｖ〜−８５０Ｖとすることが望ましく、特には約−６５０Ｖが好ましい。また、現像剤供給手段３０の比抵抗は、１０^２〜１０^６Ω・ｃｍの範囲が好ましく、特に約１０^３Ω・ｃｍが望ましい。

さらに、非画像形成時において、現像剤供給手段３０に設定する電圧は−２００Ｖ〜−４５０Ｖとし、特には約−２５０Ｖが好ましい。特に、本発明の効果を高めるためには、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０との電位差が＋５０Ｖから−２００Ｖとなるように、現像剤供給手段３０の印加電圧を設定することが望ましい。

なお、この実施の形態では、現像剤供給手段３０に、二つの異なる電源を設けているが、これに限定されることはなく、例えば、現像剤担持体１０や、現像剤供給手段３０と現像剤担持体１０の両方に設けても良い。

攪拌部材７０は、現像剤供給手段３０の後方に設けられ、現像剤担持体１０の軸線と同方向に延びる中心軸７１と、中心軸７１に軸線方向の複数箇所において設けられた攪拌翼７２とを有し、攪拌翼は時計方向に回転する。

層厚規制手段４０は、現像剤供給手段３０により現像剤担持体１０上に層状に供給された現像剤の層厚を規制するものである。また、層厚規制手段４０は、導電性または半導電性の回転可能なローラ体からなる。層厚規制手段４０の具体例として、ステンレス材のローラがある。さらに、層厚規制手段４０は、現像剤担持体１０の回転方向からみて、現像剤担持体１０と像担持体２０との接触部の上流位置に配置されている。また、層厚規制手段４０は、所定の電圧を印加する電源４０ａに接続されている。層厚規制手段４０に印加する電圧は、現像剤担持体１０（電源１０ａ）の印加電圧に対し、＋２０Ｖ〜−１００Ｖに設定することが望ましい。

像担持体２０は、ＯＰＣ（有機光導電体）やアモルファスシリコンよりなるドラム状感光体を使用し、矢印方向に回転する。像担持体２０の周辺には、図１に示すように、像担持体２０の表面を所定の極性に均一帯電する帯電装置８０、像担持体２０の表面に光信号を照射（像露光）して像担持体２０の表面に静電潜像を形成する露光装置９０（具体的にはＬＥＤヘッド）、露光装置９０によって形成された静電潜像を、静電潜像を像担持体２０の帯電極性と同極性に帯電された現像剤により現像して現像剤像を形成する先に述べた現像装置Ｄ、像担持体２０上に形成された現像剤像を転写材に転写する転写装置１００および像担持体２０の表面に残留した電荷を除去する除電装置１１０が配置されている。

なお、この実施の形態において、転写装置１００は、現像剤の帯電極性とは逆極性のコロナを放電させる転写コロナ放電器１０１とＡＣ分離コロナを放電させる分離コロナ放電器１０２であるが、転写ローラであってもよい。

このような構成により、現像装置は、現像剤担持体１０に形成した薄層を像担持体２０に押しつけるようにして像担持体２０表面に現像剤を供給し、像担持体２０の表面に形成された静電潜像を反転現像して現像剤像を形成する。

次に、現像装置Ｄの作動について説明する。先ず、画像形成時と非画像形成時について述べる。ここで、画像形成時とは、現像装置Ｄが転写材の画像形成領域（余白領域を除いた部分）に転写すべき静電潜像を現像して可視像を像担持体２０上に形成している間をいう。なお、転写材は、カットされたものやロール状の物を含み、さらに、材質としては、普通紙、フィルム、トレーシングペーパを含む。

また、非画像形成時とは、画像形成時以外であって且つ現像剤担持体１０および現像剤供給手段３０が作動している間である。具体例としては、転写材の余白領域に相当する部分が現像に供されている間（この間、実際には可視像は形成されない）、画像形成前、画像形成終了後、複数枚印字（プリント）時の転写材の間（紙間）の時間、装置本体の主電源ＯＮ時等である。なお、この印加電圧の設定は、非画像形成時と画像形成時で行われているが、これに限定されることはなく、非画像形成時と画像形成時、および低印字率の画像（トナー像）と高印字率の画像（トナー像）を組み合わせてもよい。

この間、現像剤担持体１０および現像剤供給手段３０は、各接続された電源により所定の電圧が印加された状態で、作動（回転）する。なお、以下の説明において、非画像形成時を複数枚プリントする時の転写材の間（紙間）とする。

画像形成時に、切換手段６０により、現像剤供給手段３０の電源５０ａを選択して、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０との電位差を約−４００Ｖ以上となるように、例えば、現像剤担持体１０の印加電圧を約−２５０Ｖ、現像剤供給手段３０の印加電圧を約−６５０Ｖに設定する。

この設定において、現像剤供給手段３０から供給される現像剤は、現像剤供給手段３０から現像剤担持体１０に移動させる力が強い。このため、高印字率の画像（現像剤像）を像担持体２０表面上に形成する場合は、トナー消費量が多くなることにより、常に、現像剤供給手段３０に新しい現像剤が補充される。この結果、効率よく現像剤が現像剤担持体１０に搬送され、ガサツキの発生のないクリヤな画質を維持することができる。この効果は、転写材が幅広の場合、特に顕著である。

一方、転写材の幅が狭い場合、転写材の印字範囲外の領域において、次のような現象が生じる。先に述べた印加電圧の設定の下において、現像剤担持体１０上の現像剤は、現像剤担持体１０との引き合いが強く働くために、現像剤供給手段３０の掻き取り力に打ち打ち勝つ。

この結果、図２に示すように、この現像剤は、現像剤担持体１０上から離れることなく、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０とのニップ間を通り抜けてしまう。ニップ部を通り抜けた現像剤担持体１０上の現像剤は、その現像剤担持体１０上の表面に留まった状態となる。

この状態において、現像剤担持体１０の回転により、現像剤担持体１０上の表面に留まっている現像剤は、矢印方向に、現像剤担持体１０と像担持体２０とのニップ部および現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０とのニップ部で、順次、摺擦し、ストレスを受け続ける。

このストレスにより、外添剤が現像剤内部に埋め込まれて流動性が低下するなどの性能劣化が生じる。このため、例えば、印字する転写材の幅を幅狭から幅広に変えた場合、転写材の両側（幅狭の転写材の印字範囲外の領域）がガサツキや現像剤の融着等の画像欠陥が発生しやすくなる。

さらに、現像剤供給手段３０から搬送された現像剤は現像剤担持体１０側に移動する。この現像剤は、二つの帯電を受ける。一つは、先に述べた現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０のニップ部を移動する際に受ける摩擦帯電である。一つは、現像剤供給手段３０の印加電圧による接触帯電である。

この時、現像剤に、過度の帯電がなされると現像剤同士（現像剤担持体１０側に移動する現像剤と、現像剤担持体１０上の表面に留まっている現像剤）が、静電凝集をおこしてブロック化してしまい、ガサツキの多い荒れた画像になる可能性が高くなる。

このため、非画像形成時に、例えば、現像剤担持体１０の印加電圧を約−２５０Ｖ、現像剤供給手段３０の印加電圧を約−２００Ｖから−４５０Ｖに設定し、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０との電位差が＋５０Ｖから−２００Ｖとする。特に、現像剤供給手段３０の印加電圧を約−２５０Ｖとし、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０との電位差を同電位とすることが望ましい。

この設定において、現像剤と現像剤担持体１０との間に働く力は弱くなる。これにより、現像剤は、現像剤担持体１０上から離れることが容易となる。特に、現像後、現像剤担持体１０上に残留した現像剤が、現像剤担持体１０上から離れ易くなる。

さらに、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０とのニップ部において、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０とが摺擦し、物理的に、現像剤が現像剤担持体１０上から離れるように作用する。これらの作用により、現像剤は、図３の矢印のように循環するようになり、現像剤担持体１０側に移動する現像剤と、現像剤担持体１０上の表面に留まっている現像剤が入れ替わる（現像剤の流動性が良くなる）。この結果、幅狭の転写材に画像を、連続して多数枚プリントしても転写材の両端側のカスレは発生しなくなる。

本発明の現像装置を適用した画像形成装置の概略図を示す図。 画像形成時に現像剤が受ける作用を示す概略図。 非画像形成時に現像剤が受ける作用を示す概略図。

符号の説明

１０ 現像剤担持体
２０ 像担持体
３０ 現像剤供給手段

Claims (5)

1. 像担持体の帯電極性と同極性の現像剤を担持し、前記像担持体上にトナー像を形成する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給手段とを有し、
   前記現像剤担持体上に残留した前記現像剤を、前記現像剤担持体から移動するように、前記現像剤担持体および前記現像剤供給手段に各印加する電圧を設定することを特徴とする現像装置。
2. 非画像形成時に、前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段との電位差を＋５０Ｖ〜−２００Ｖとなるように、前記現像剤担持体および前記現像剤供給手段の各印加する電圧を設定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 非画像形成時に、前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段との電位差が同電位となるように、各印加する電圧を設定することを特徴とする請求項1または２記載の現像装置。
4. 前記現像剤供給手段は、前記現像剤担持体上に残留した前記現像剤を物理的に移動させることを特徴とする請求項１、２または３記載の現像装置。
5. 前記現像剤担持体および前記現像剤供給手段は互いに接触する回転体であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の現像装置。

Images