JP2006084598A - 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】 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、
印字モードは、像担持体２０上に低印字の画像を形成する低印字モードと、像担持体２０上に高印字の画像を形成する高印字モードとを有する各印字モードに基づいて、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、清掃装置を独立して設ける必要が無いため、装置本体を小型化することができる。さらに、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号公報

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５欄第５行ないし第２８行、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）。

一般に、画像を感光ドラム表面上に形成する場合、写真画像やベタ黒字の多い高印字の画像を形成する場合と、印字率の低いテキストやあるいは図面等の線画を中心とした低印字の画像を形成する場合がある。

高印字の画像を感光体ドラム表面上に形成する場合は、ベタ部分が多いため、トナー消費量が多くなる。このため、常に、トナー供給ローラ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。

一方、低印字の画像を感光体ドラム表面上に形成する場合は、高印字の画像よりもベタ部分が少ない。このため、トナー消費量は、高印字の画像を感光ドラム上に形成するよりも、少なくなる。したがって、トナー担持体ローラに搬送される新しいトナーは、高印字の画像を感光ドラム上に形成する時よりも少なくなる。

このため、連続して低印字の画像を感光体ドラム表面上に形成する場合、消費されるトナーは、トナー供給ローラから供給されたトナーは僅かであり、主に、予め現像装置内にあるトナーや感光ドラムから回収されたトナーである。

さらに、この状態において、予め現像装置内にあるトナーや感光ドラムから回収されたトナーの搬送は、感光ドラム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。

上記問題を解決するために、本発明は、請求項１おいて、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、印字モードは、像担持体上に低印字の画像を形成する低印字モードと、像担持体上に高印字の画像を形成する高印字モードとを有する各印字モードに基づいて、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、低印字モードは、現像剤担持体と現像剤供給手段との電位差を＋５０Ｖ〜−２００Ｖとなるように、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を特徴とする。

請求項３において、現像剤担持体および現像剤供給手段は回転体であり、現像剤供給手段および現像剤担持体を互いに接触させて回転させることにより、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。

請求項４において、高印字モードは、前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段との電位差を−２００Ｖ以上となるように、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。

上記構成により、本発明によれば、印字モードに基づいて、像担持体および現像剤供給手段に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現像剤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の印加電圧は−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接触した状態で配置されている。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、印字モードに基づいて、現像剤供給手段３０に印加する電圧を変えている。印字モードは、高印字モードと低印字モードとからなる。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、高印字モードに現像剤供給手段３０に電圧を印加する電源を第１電源５０ａ、低印字モードに現像剤供給手段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。なお、この実施の形態において、現像剤供給手段３０の電源５０は、二つの電源が設けられているが、一つの電源で印加電圧を変えるものであってもよい。

高印字モードにおいて、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、低印字モードにおいて、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。

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７２は矢印方向に回転する。

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。なお、電源４０ａは、各モードにより層厚規制手段４０に印加する電圧が予め設定されている。

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。現像装置は、先に述べたように、印字モードに基づいて、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０の各印加する電圧を設定して行なうものである。

印字モードは、高印字モードと低印字モードとからなる。ここで、高印字モードとは、写真画像やベタ黒部の多い画像（現像剤像）をいう（以下、「高印字の画像（現像剤像）」と呼ぶ）。また、低印字モードとは、印字率の低いテキストあるいは図面などの線画像を主体とした画像（現像剤像）をいう（以下、「低印字の画像（現像剤像）」と呼ぶ）。各モードの切り換えは、非画像形成時に行なう。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、通常に、画像を形成するときは、低印字モードを選択する。

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、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。

高印字モードを選択した場合、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−２００Ｖ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。この時、層厚規制手段４０の印加電圧は、現像剤の層厚を厚くするため、低印字モードよりも低く設定されている。

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、現像剤の消費量が多い高印字の画像を像担持体２０表面上に形成する場合には、常に、現像剤が現像剤担持体１０に搬送される。さらに、現像容器Ａ内の現像剤が消費されると、カートリッジＢから新しい現像剤が現像容器Ｂ内に補給される。補給された現像剤は、攪拌部材７０の攪拌翼７２により、現像容器Ａ内の現像剤とともに攪拌し、現像容器Ａ内の現像剤をリフレッシュさせる。リフレッシュされた現像剤は現像剤供給手段側３０に供給される。

このように、現像剤の消費に対応した新たな現像剤の補給と、現像容器Ａ内における現像剤の入れ替えとが効率よく進行することができる。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、先に述べた印加電圧の設定（高印字モード）の下において、印字率の低いテキストあるいは図面などの線画像を主体とした画像（現像剤像）を像担持体２０表面上に形成する場合、次のような現象が生じる。

この設定の下において、消費される現像剤は、高印字の画像を像担持体２０表面に形成する場合と比較して、少ない。このため、カートリッジＢから補給される新しい現像剤も少なくなる。この結果、消費されうる現像剤は、主に、予め現像容器Ａ内に入っている現像剤と、現像した後に現像剤担持体２０表面に残った一部の現像剤と、像担持体２０から現像剤担持体２０側に回収された一部の現像剤となる。

また、先に述べた現像剤担持体１０上にある現像剤（現像した後に現像剤担持体２０表面に残った一部の現像剤と、像担持体２０から現像剤担持体２０側に回収された一部の現像剤）は、現像剤担持体１０との引き合い（吸引力）が強く働く。

この結果、図２に示すように、これら現像剤は、現像剤供給手段３０の掻き取り力に打ち勝ち、現像剤担持体１０上から離れなくなり、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、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た後、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、繰り返し受け続ける。

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。特に、押付圧の強い現像剤担持体１０の端部において、外添剤の埋まり込みが生じやすい。このため、例えば、連続して低印字の画像を像担持体２０表面上に形成する場合には、転写材の両側に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、低印字モードを選択した場合は、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。なお、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。この時、層厚規制手段４０の印加電圧は、現像剤の層厚を薄くするため、高印字モードよりも低く設定されている。

この設定において、現像剤と現像剤担持体１０との間に働く吸引力は、弱くなる。また、一定の食い込み量をもって、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０とが接触する構成となっている。このため、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０とが接触を開始する地点（接触開始地点）と、現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０とが離脱を開始する地点とにおいて、次のような作用が生じる。

接触開始地点に向かうにしたがって、現像剤担持体１０、現像剤供給手段３０、または現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０は、変形（縮径）する。この変形（縮径）によりニップ部において速度差が生じる。

さらに、現像剤担持体１０、現像剤供給手段３０、または現像剤担持体１０と現像剤供給手段３０は、接触離脱時点に向かうにしたがって、現像剤担持体１０および現像剤供給手段３０の弾性力により元形状に復帰しようとする。

これらの作用により、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、現像剤供給手段３０により、現像剤が現像剤担持体１０上から掻き取られた状態となる。さらに、現像剤担持体から掻き取られた現像剤（現像した後に現像剤担持体２０表面に残った一部の現像剤と、像担持体２０から現像剤担持体２０側に回収された一部の現像剤）は、攪拌部材７０により、現像容器Ａ内の現像剤と攪拌されてリフレッシュされ、再利用される。また、これと同時に、現像供給手段３０から現像剤担持体１０に現像剤が供給される。

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、印字率の低い画像（現像剤像）を像担持体２０表面上に形成した場合、または、連続して多数枚プリントした場合にも、ガサツキのない鮮明な画像を得ることができる。なお、この実施の形態において、印加する電圧は、予め設定されているが、コントローラ等の外部入力を接続して、任意に、印加する電圧を設定しても良い。

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。 高印字モード時に現像剤が受ける作用を示す概略図。 低印字モード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 (4)

1. 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、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、
   前記印字モードは、前記像担持体上に低印字の画像を形成する低印字モードと、前記像担持体上に高印字の画像を形成する高印字モードとを有する各印字モードに基づいて、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. 前記低印字モードは、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現像装置。
3. 前記現像剤担持体および前記現像剤供給手段は回転体であり、
   前記現像剤供給手段および前記現像剤担持体を互いに接触させて回転させることにより、前記像担持体上に現像剤像を形成した後に、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または２記載の現像装置。
4. 前記高印字モードは、前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段との電位差を−２００Ｖ以上となるように、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または２記載の現像装置。

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