JP2007140100A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッド方式の現像装置において、画像形成開始直後において感光体ドラムへのトナー供給量が減少することを低減することができる現像装置、および画像形成開始直後において画像濃度が薄くなることを低減することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像ロール12を回転させる回転駆動部と、磁気ロール11からトナー13を現像ロール12上に飛翔させるべく磁気ロール11に直流電圧Vdc1と交流電圧Vac1とを重畳して印加する直流電圧源18及び交流電圧源17と、直流電圧源18及び交流電圧源17により直流電圧Vdc1と交流電圧Vac1とが印加された後、現像ロール12の周面からトナー13を感光体ドラム31の周面に飛翔させるべく現像ロール12に直流電圧Vdc2と交流電圧Vac2とを重畳して印加する直流電圧源18及び交流電圧源19とを備えた。
【選択図】図2

Description

本発明は、トナーとキャリアとが混合された現像剤を磁気ロールの周面に付着させてトナーを帯電させ、当該帯電したトナーを現像ロール上に移動させることにより現像ロールの周面に付着させ、現像ロールの周面からトナーを感光体ドラムの周面に移動させることにより、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像を現像するいわゆるハイブリッド方式の現像装置に関する。そして、このような現像装置を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びそれらの複合機などの画像形成装置に関する。
図6は、背景技術に係る現像装置の概略構成を示す構成図である。図6に示す現像装置は、いわゆるハイブリッド方式の現像装置であり、磁気を帯びた円筒状の磁気ロール101と、磁気ロール101と対向配置された円筒状の現像ロール102と、周面に感光体を備えた円筒状の感光体ドラム103とを備えている。そして、図略の帯電装置によって、感光体ドラム103の周面が帯電され、図略の露光装置によって露光されることによって、感光体ドラム103の周面に静電潜像が形成されるようになっている。
また、磁気ロール101の周面には、図略のトナー容器から磁性体により構成されたキャリアとトナーとが混合された現像剤が供給され、磁気ロール101の周面に帯電された現像剤が付着される。そして、磁気ロール101、現像ロール102、及び感光体ドラム103を回転させ、さらに図7に示すように、磁気ロール101と現像ロール102とに高電圧を印加することにより、磁気ロール101から帯電したトナーを飛翔させて現像ロール102の周面に帯電したトナーを層状に付着させ、さらに現像ロール102から感光体ドラム103へ帯電したトナーを飛翔させることにより、感光体ドラム103の周面に形成された静電潜像をトナーで現像するようになっている。
そして、このような現像装置を用いた画像形成装置は、感光体ドラム103の周面に形成されたトナー像を記録紙に転写し、加熱、定着することにより、記録紙上に画像形成を行うようになっている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−55837号公報
ところで、上述のような現像装置では、感光体ドラム103の周面に形成された静電潜像の現像を開始、すなわち磁気ロール101及び現像ロール102への電圧印加を開始した際に、磁気ロール101と対向していた現像ロール102の周面位置104と、感光体ドラム103と対向していた現像ロール102の周面位置105との間の周面106に付着されていたトナーが、周面位置104が現像ロール102の回転に伴い感光体ドラム103との対向位置に移動するまでの間、感光体ドラム103に供給されて現像に用いられることとなる。
そうすると、周面106に付着されていたトナーは、現像の開始後に磁気ロール101から現像ロール102へ供給されたものではなく、例えば前回の画像形成時に現像ロール102の周面に付着されたトナーとなる。そのため周面106に付着されていたトナーは、長時間現像ロール102の周面に付着されていた結果、付着強度が強固となり、現像ロール102における周面106から感光体ドラム103へのトナー供給量が減少し、現像開始直後(図7における矢示107)の画像濃度が薄くなってしまう場合があるという不都合があった。
また、例えば、前回の画像形成後に、現像ロール102の周面に付着しているトナーを除去することにより、現像ロール102の周面106にトナーが強固に付着することを防止することも考えられるが、この場合には、画像形成開始時には現像ロール102の周面106にはトナーが付着していないか、又は微量のトナーしか付着していない状態となっているため、画像形成開始直後において感光体ドラム103へトナーが供給されないか、あるいはトナー供給量が極めて少なくなる結果、画像が形成されないか、あるいは画像濃度が極めて薄くなってしまう場合があるという不都合があった。
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、ハイブリッド方式の現像装置において、画像形成開始直後において感光体ドラムへのトナー供給量が減少することを低減することができる現像装置を提供することを目的とする。そして、このような現像装置を用いて、画像形成開始直後において画像濃度が薄くなることを低減することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の第1の手段に係る現像装置は、トナーとキャリアとが混合された現像剤を磁気ロールの周面に付着させると共に前記トナーを帯電させ、当該帯電したトナーを当該磁気ロールから現像ロール上に飛翔させることにより前記現像ロールの周面に付着させ、当該現像ロールの周面から前記トナーを感光体ドラムの周面に飛翔させることにより、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記磁気ロールと前記感光体ドラムとは、それぞれ前記現像ロールと対向配置されており、前記現像ロールを回転させる回転駆動部と、前記磁気ロールから前記トナーを前記現像ロール上に飛翔させるべく前記磁気ロールに第1の電圧を印加する第1の電圧印加部と、前記第1の電圧印加部により前記第1の電圧が印加された後、前記現像ロールの周面から前記トナーを感光体ドラムの周面に飛翔させるべく前記現像ロールに第2の電圧を印加する第2の電圧印加部とを備える。
この構成によれば、第1の電圧印加部によって磁気ロールに第1の電圧が印加されることにより帯電されたトナーが現像ロール上に飛翔する。その後、第2の電圧印加部によって現像ロールに第2の電圧が印加されることにより帯電されたトナーが感光体ドラムの周面に飛翔され、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像が現像されるので、第1の電圧印加部による磁気ロールへの第1の電圧の印加前から現像ロールの周面に強固に付着しているトナーが現像に用いられることを低減することができるので、強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
また、上述の現像装置において、前記第2の電圧印加部は、前記第1の電圧印加部による前記第1の電圧の印加が開始された際における前記磁気ロールとの対向位置にあった前記現像ロールの周面位置が、前記感光体ドラムとの対向位置まで移動した以後に前記現像ロールへの前記第2の電圧の印加を行うものである。
この構成によれば、第2の電圧印加部によって、第1の電圧印加部による第1の電圧の印加が開始された際における磁気ロールとの対向位置にあった現像ロールの周面位置、すなわち新たに磁気ロールからトナーが供給された現像ロールの周面位置が、感光体ドラムとの対向位置まで移動した以後に現像ロールへの第2の電圧の印加、すなわち現像ロールから感光体ドラムへのトナーの供給が行われるので、第1の電圧印加部による磁気ロールへの第1の電圧の印加前から現像ロールの周面に強固に付着しているトナーが現像に用いられることを低減することができ、強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
また、上述の現像装置において、前記第2の電圧印加部は、前記第1の電圧印加部による前記第1の電圧の印加が開始されてから、少なくとも前記現像ロールが前記回転駆動部によって回転されることにより、前記現像ロールの周面における前記磁気ロールとの対向位置が前記感光体ドラムとの対向位置まで移動する時間の経過時以後に、前記現像ロールへの前記第2の電圧の印加を行うものである。
この構成によれば、第1の電圧印加部による第1の電圧の印加が開始され、すなわち磁気ロールから現像ロールへのトナー供給が開始されてから、少なくとも現像ロールが回転駆動部によって回転されることにより、現像ロールの周面における磁気ロールとの対向位置が感光体ドラムとの対向位置まで移動する時間の経過時以後に、現像ロールへの第2の電圧の印加が行われるので、第1の電圧印加部による第1の電圧の印加が開始された際における磁気ロールとの対向位置にあった現像ロールの周面位置が、感光体ドラムとの対向位置まで移動した後に現像ロールへの第2の電圧の印加を行うことができる。
また、上述の現像装置において、前記第1の電圧印加部は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を、前記第1の電圧として出力する。
この構成によれば、第1の電圧印加部によって直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が、第1の電圧として磁気ロールに印加されるので、瞬時に所定のトナー量を現像ローラへ転移(飛翔)させることができる。
また、上述の現像装置において、前記第2の電圧印加部は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を、前記第2の電圧として出力する。
この構成によれば、第2の電圧印加部によって直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が、第2の電圧として現像ロールに印加されるので、現像ロールに付着したトナーを活性化させて、感光体ドラムに形成された静電潜像に対する現像性を向上させることができる。
また、上述の現像装置において、第2の電圧印加部は、さらに、前記感光体ドラムの回転に伴い当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像の先頭位置が、前記現像ロールとの対向位置に達した際に、前記現像ロールに第2の電圧を印加する。
この構成によれば、第1の電圧印加部により第1の電圧が印加された後、又は第1の電圧印加部による第1の電圧の印加が開始された際における磁気ロールとの対向位置にあった現像ロールの周面位置が、感光体ドラムとの対向位置まで移動した後、又は第1の電圧印加部による第1の電圧の印加が開始された際における磁気ロールとの対向位置にあった現像ロールの周面位置が、感光体ドラムとの対向位置まで移動した後、さらに感光体ドラムの回転に伴い当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像の先頭位置が、現像ロールとの対向位置に達した際に、第2の電圧印加部によって現像ロールに第2の電圧が印加されるので、静電潜像の先頭から上述のように強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
そして、本発明の第2の手段に係る画像形成装置は、上述のいずれかに記載の現像装置によって感光体ドラム上に形成されたトナー像を、記録紙に転写することにより画像形成を行う。
この構成によれば、上述のいずれかに記載の現像装置を用いて感光体ドラム上の静電潜像が現像され、感光体ドラム上に形成されたトナー像が記録紙に転写されて画像形成されるので、現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
このような構成の現像装置は、第1の電圧印加部によって磁気ロールに第1の電圧が印加されることにより帯電されたトナーが現像ロール上に飛翔する。その後、第2の電圧印加部によって現像ロールに第2の電圧が印加されることにより帯電されたトナーが感光体ドラムの周面に飛翔され、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像が現像されるので、第1の電圧印加部による磁気ロールへの第1の電圧の印加前から現像ロールの周面に強固に付着しているトナーが現像に用いられることを低減することができるので、強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
そして、このような構成の画像形成装置は、現像ロールに強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる現像装置を用いて感光体ドラム上の静電潜像が現像され、感光体ドラム上に形成されたトナー像が記録紙に転写されて画像形成されるので、現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係る現像装置を用いた画像形成装置の内部構成を概略的に示した図である。図1に示す画像形成装置1は、タンデム型のカラープリンタであり、給紙カセット10と、給紙カセット10の上部に配設された転写搬送部20と、転写搬送部20の上部に配設された画像形成部30と、転写搬送部20の左側に配設された定着部40と、給紙カセット10にセットされた記録紙Pを転写搬送部20に導く第1の搬送路50と、定着部40によって定着処理が行なわれた記録紙Pを排出トレイ80に導く第2の搬送路60とを備えている。
給紙カセット10は、内部に記録紙Pが収納され、収納された記録紙Pを図略の給紙ローラにより1枚ずつピックアップし、第1の搬送路50側に排出する。画像形成部30は、それぞれ、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、及びシアン(C)のトナー像を形成する画像形成部30K,30Y,30M,及び30Cを備えている。画像形成部30K〜30Cは同一構成であるため、画像形成部30Kのみ説明する。
画像形成部30Kは、感光体ドラム31、帯電器32、露光装置33、現像装置34、及びクリーナ部35を備えている。感光体ドラム31は、円筒状の部材であり、図略のモータからの駆動力を受け、時計回りの方向(図示のA方向)に回転する。露光装置33は、発光ダイオード又はレーザダイオード等の光源を備え、帯電器32によって帯電された感光体ドラム31に対して、画像データに応じた光信号を照射し、画像データの静電潜像を形成する。現像装置34の上部には、ブラック(K)のトナーを収納すると共に現像装置34へKのトナーを供給するトナーボックス341が配設されている。
感光体ドラム31は、筒状のドラムの外周面に、感光材料が成膜されて構成されている。感光体ドラム31に用いられる感光材料としては、例えば正帯電有機感光体(正OPC)を用いることができる。感光材料として正帯電有機感光体を用いた場合、オゾンなどの発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正帯電有機感光体は長期にわたる使用により膜厚が変化した場合においても、感光特性に変化が少なく画質も安定するため、長寿命のシステムに適している。この他、感光材料としてはアモルファスシリコン感光体を用いてもよい。
また、感光体ドラム31における正帯電有機感光体の膜厚を、20μmから40μm程度に設定することにより、感光体ドラム31の長寿命化を図ることができる。正帯電有機感光体の膜厚を20μm未満とすると、使用による膜厚の減少により、膜厚が10μmに達すると絶縁破壊によって黒点の発生が増加する。また、正帯電有機感光体の膜厚を40μmを超えて厚くすると、感度が低下して画像低下の要因となる。
帯電器32は、例えば感光体ドラム31の外周面に成膜された正帯電有機感光体を例えば400Vに帯電させる。露光装置33としては、半導体レーザーもしくはLED(Light Emitting Diode)を用いることができる。露光装置33の出力光としては、感光体ドラム31の感光材料が、正帯電有機感光体の場合は770nm付近の波長が好適であり、アモルファスシリコン感光体では685nm付近の波長が好適である。
そして、帯電器32によって感光体ドラム31の正帯電有機感光体を例えば400Vに帯電させた後、露光装置33により波長770nmのLED光によって露光すると、露光部分の電位は70V程度に設定される。これにより、露光装置33により露光された部分は電位が低下し、露光されない部分は電位が400Vのまま保持されるので、感光体ドラム31の外周面(正帯電有機感光体)に、露光装置33による露光に基づく静電潜像が形成される。
現像装置34は、磁気ロール11と、現像ロール12と、撹拌ミキサ342と、パドルミキサ343とを備えている。そして、撹拌ミキサ342及びパドルミキサ343は、トナーボックス341から供給されたトナーとキャリアとを混合、撹拌することにより帯電させ、磁気ロール11へ供給する。
キャリアは、体積固有抵抗が10Ωcmのフェライト材料にシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が40emu/g、平均粒径35μmのフェライトキャリアを用いることができる。この場合、例えば平均粒度が50μmを超えるとキャリアのストレスが増大すると共に、トナー濃度を上げられず現像ロール12へのトナー供給量が減少する。キャリアとしては、マグネタイトキャリア、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライトなどを用いることができる。これらのキャリアをそのまま用いても良いが、適正な抵抗を上げない範囲で表面処理して用いることも可能である。
また、本実施形態におけるトナーの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計量に対しトナー5〜20重量%、好ましくは5〜15重量%である。トナーの混合割合が5重量%未満であると、トナー帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、20重量%を超えると十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像器から飛散し画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる場合がある。
図2は、磁気ロール11、現像ロール12、及び感光体ドラム31の構成の一例を詳細に示す構成図である。磁気ロール11は、内部に磁性体を有しており、撹拌ミキサ342及びパドルミキサ343によって混合、撹拌されたトナー13とキャリア14とからなる現像剤の供給を受けると、内部の磁性体に基づく磁力によって外周面にキャリア14を吸着して磁気ブラシ15を形成すると共にその磁気ブラシ15にトナー13を同伴させる。
また、図2において磁気ロール11は反時計回りに回転し、磁気ロール11の近傍に微少な間隔を有して配設された規制ブレード345によって、磁気ブラシ15の層厚が規制される。規制ブレード345と磁気ロール11との間隔は、例えば0.3mm〜1.5mmである。磁気ロール11と現像ロール12との間隔は、例えば0.2mm〜0.5mmで好ましくは0.3mm〜0.4mm程度である。
さらに、磁気ロール11には、直流電圧源16と交流電圧源17とが直列に接続されており、直流電圧源16から出力された直流電圧Vdc1に交流電圧源17から出力された交流電圧Vac1が重畳されて、印加される。そうすると、磁気ロール11と対向配置された現像ロール12の外周面にトナー13が飛翔して供給され、トナー層131が形成される。この場合、直流電圧源16と交流電圧源17との直列回路が第1の電圧印加部の一例に相当し、直流電圧Vdc1に交流電圧Vac1が重畳された電圧が第1の電圧の一例に相当している。
トナー層131の厚さは、例えば50μm、好ましくは30μm〜70μmの厚さに設定される。この厚さは、トナー13の平均粒径を7μmとした場合にトナー13の5層から10層程度に相当する値である。
直流電圧Vdc1は、例えば400Vとし、交流電圧Vac1は、P−Pが500Vで後述の交流電圧Vac2とは逆位相に設定することで、磁気ロール11から現像ロール12へのトナー供給性能の向上を図りつつ、未使用現像剤の現像ロール12から磁気ロール11への回収作用を、現像ロール12と感光体ドラム31とに悪影響を与えることなく増大することができる。
現像ロール12は、スリーブが例えば導電性のアルミニウムから構成された筒状の回転体であり、例えば磁気ロール11と同じ方向であって感光体ドラム31とは逆方向となる反時計回りに回転するようになっている。スリーブの材質としては均一な導電体であればよく、SUS、導電性樹脂被覆等が適用できる。また、現像ロール12は、その外周面が感光体ドラム31の外周面(正帯電有機感光体)と約250μmの間隔を有するように配設されている。現像ロール12と感光体ドラム31との間隔は、例えば150μm〜400μmにすることができ、好ましくは200μm〜300μmである。現像ロール12と感光体ドラム31との間隔が150μmより狭いとカブリの要因になり、400μmより広いとトナー13を現像ロール12から感光体ドラム31に飛翔させることが困難になり、十分な画像濃度を得ることが出来ない。また、選択現像を発生させる要因になる。
そして、現像ロール12のシャフトには、直流電圧源18と交流電圧源19とが直列に接続されており、直流電圧源18から出力された直流電圧Vdc2に交流電圧源19から出力された交流電圧Vac2が重畳されて、シャフトを介してスリーブに印加される。そうすると、現像ロール12の外周面に形成されたトナー層131からトナー13が感光体ドラム31へ飛翔して供給される。この場合、直流電圧源18と交流電圧源19との直列回路が第2の電圧印加部の一例に相当し、直流電圧Vdc2に交流電圧Vac2が重畳された電圧が第2の電圧の一例に相当している。
直流電圧Vdc2は例えば100V、交流電圧Vac2は例えばVppが1.5kV、周波数3.0kHz、Duty30%にされている。また、交流電圧Vac2の交流成分の波形は矩形波が好ましい。
このように、直流電圧Vdc2に交流電圧Vac2を重畳させて現像ロール12の導電性スリーブに印加することにより、現像ロール12の外周面に付着したトナー13を活性化させることができる結果、感光体ドラム31の正帯電有機感光体に形成された静電潜像に対する現像性を向上させると共に、現像ロール12から磁気ロール11へのトナー13の回収性を向上させることができる。
ところで、連続印字での画像濃度を安定させるためには、定期的に現像ロール12からトナー13を剥ぎ取り、リフレッシュする必要がある。現像終了毎に現像ロール12からトナー13を剥ぎ取ればトナー13は常にリフレッシュされるが、再度安定なトナー層131を現像ロール12の外周面に形成するのに時間を要するため、現像終了毎に現像ロール12からトナー13を剥ぎとるようにすると、印刷速度の低下を招くこととなる。
一方、図2に示す現像装置34によれば、現像終了毎に現像ロール12からトナー13を剥ぎ取らなくても感光体ドラム31の正帯電有機感光体に形成された静電潜像に対する現像性を向上させると共に、現像ロール12から磁気ロール11へのトナー13の回収性を向上させることができるので、連続印字の安定性を向上させることができる。
また、感光体ドラム31へのトナー13の供給量を増大させるためには、感光体ドラム31の周速に対し、現像ロール12の周速を1.5倍以上に設定すると、短時間にトナー13の出し入れが可能になる。また、磁気ロール11の周速を現像ロール12の周速に対し1〜2倍の速度に設定するとトナーの入れ替えが促進される。この場合、磁気ロール11の回転方向は現像ロール12の回転方向とは逆方向であることが好ましい。
また、現像終了時に現像ロール12に交流電圧Vac2を印加したまま直流電圧Vdc2を変化させることにより、現像ロール12のスリーブに層状に付着したトナー13を磁気ロール11に回収し、現像ロール12上のトナー13を入れ替えることができる。
トナー層131の飽和トナー量は、直流電圧源18から出力される直流電圧Vdc2と、直流電圧源16から出力される直流電圧Vdc1との差によって決定される。例えば、直流電圧Vdc1を150V、直流電圧Vdc2を400Vに設定すると、現像ロール12の2周目で約1.0mg/cmのトナー層131が得られる。トナー層131の層厚の調整は基本的にはVdc2−Vdc1の電位差によって得られるが、トナー13の帯電量や磁気ロール11の磁力の強さなどの要因も影響する場合がある。
また、現像ロール12から感光体ドラム31へ供給されるトナー量は、画像形成しようとする画像データに応じて変化するので、例えば濃度の高い画像を形成する場合にはVdc2−Vdc1の電圧を増大させるようにするなど、画像データに応じて直流電圧Vdc2と直流電圧Vdc1との電位差を調整することにより、均一な画像を得ることができる。高濃度印刷を連続して行う場合には、Vdc2−Vdc1の値を少し高めに設定すると有利である。
また、トナー層131のトナー量が0.5mg/cm以下になると、高濃度画像が連続した場合の濃度の追随性が低下し、画像ムラが発生しやすくなる。また、トナー層131が1.5mg/cmを超えると現像ゴーストが目立ち、トナー飛散が目立つ傾向がある。トナー層131の層厚はトナー13の帯電量によっても左右され、トナー帯電量が10μC/g以下、特に5μC/g以下になると、トナー層131の層厚の増大によりトナー13の飛散が増大する。一方、トナー帯電量が20μC/g以上になるとトナー層131の層厚の減少により感光体ドラム31における静電潜像の現像性が低下する。
そして、トナー層131は磁気ロール11に保持された磁気ブラシ15によって回収され、新たな現像剤が規制ブレード345を通って現像ロール12に運ばれる。トナー13は選択現像性を回避するために粒度分布を規定することが重要である。一般的にトナー13の粒度分布はコールカウンターで測定され、粒度分布の広がりはその体積分布平均径と個数分布平均径の比でもって表現される。選択現像を防止するためにはその比率を小さくすることが重要である。分布が広いと、連続印刷において現像ロールに比較的粒度の小さなトナーが堆積し現像性を低下させる。
そして、上述のようにして感光体ドラム31に形成された静電潜像にトナー13が供給されて現像され、トナー像が形成される。感光体ドラム31に形成されたKのトナー像は、転写ローラ22によって、記録紙P又は転写ベルト21に転写される。クリーナ部35は、Kのトナー像が転写された感光体ドラム31の表面に付着したトナーを除去する。
転写搬送部20は、転写ベルト21、転写ローラ22、右ローラ23、及び左ローラ24を備えている。右ローラ23は画像形成部30Kの下部に配設され、左ローラ24は画像形成部30Cの下部に配設されている。転写ベルト21は、右ローラ23と左ローラ24との間に架け渡された無端ベルトであり、右ローラ23及び左ローラ24によって、半時計周りの方向(B方向)に一定の速度で回転される。転写ベルト21は、ポリイミド樹脂等の耐熱性を有する樹脂材料により構成されている。転写ベルト21の内周側であって、4個の感光体ドラム31と対向する位置には、4個の転写ローラ22が配設されている。転写ローラ22は、導電性を有するゴム材料等で構成され、感光体ドラム31に形成された各色のトナー像を記録紙P又は転写ベルトに転写させる。
定着部40は、熱遮蔽ボックス41、ヒータを内蔵する定着ローラ42、及び加圧ローラ43を備え、トナー像が形成された記録紙Pを加熱搬送することにより、記録紙Pにトナー像を定着させる。
図3は、図1に示す画像形成装置1の電気的構成の一例を示すブロック図である。図3に示す画像形成装置1は、用紙搬送機構201、操作パネル401、通信I/F部501、画像形成部30、及び制御部2を備えている。用紙搬送機構201は、例えばモータやギア等の駆動機構から構成されており、制御部2からの制御信号に応じて給紙カセット10、転写搬送部20、搬送路50、及び搬送路60における種々の搬送ローラやベルトを駆動し、給紙カセット10に収納されている記録紙Pを搬送する。
操作パネル401は、例えば液晶表示器等からなり、画像形成装置1の動作状態を表示する表示器402と、ユーザが印刷実行指示や各種設定指示等を入力するための操作キー403とを備える。通信I/F部501は、例えばUSB(Universal Serial Bus)やイーサネット(登録商標)等の通信インターフェース回路で、通信I/F部501の外部に接続された他の情報処理機器、例えばパーソナルコンピュータから受信した通信信号、例えば画像データや画像形成指示を示す信号を制御部2で処理可能な形式のデータに変換し、制御部2へ出力する。
画像形成部30は、回転駆動部301、露光装置33,直流電圧源16,18、及び交流電圧源17,19を備えている。回転駆動部301は、例えばモータや各種ギア等を用いて構成されており、制御部2からの制御信号に応じて、撹拌ミキサ342、パドルミキサ343、磁気ロール11、現像ロール12、及び感光体ドラム31を回転駆動する。直流電圧源16,18,交流電圧源17,19は、制御部2からの制御信号に応じて直流電圧Vdc1,Vdc2、交流電圧Vac1,Vac2をそれぞれ出力する。
制御部2は、例えば所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、これらの周辺回路等とを備えて構成され、ROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、用紙搬送機構201、操作パネル401、通信I/F部501、及び画像形成部30の動作を制御する。
次に、上述のように構成された画像形成装置1の特徴的な動作について説明する。まず、例えば通信I/F部501の外部に接続されたパーソナルコンピュータから送信された画像データが通信I/F部501によって受信される。そうすると、制御部2からの制御信号に応じて、用紙搬送機構201によって給紙カセット10から繰り出された記録紙Pが搬送路50を経由して画像形成部30Kにおける感光体ドラム31へ搬送されると共に、回転駆動部301によって撹拌ミキサ342、パドルミキサ343、磁気ロール11、現像ロール12、及び感光体ドラム13が回転駆動される。
そうすると、撹拌ミキサ342、及びパドルミキサ343によってトナー13とキャリア14とからなる現像剤が撹拌され、トナー13が帯電される。また、図2に示すように、トナー13とキャリア14とが磁気ロール11の外周面に付着、保持されて磁気ブラシ15が形成され、さらに磁気ロール11の回転に伴い磁気ブラシ15が規制ブレード345と磁気ロール11との間を通過することによって磁気ブラシ15の厚みが一定にされる。また、感光体ドラム31の外周面が帯電器32によって帯電される。
次に、制御部2によって、通信I/F部501で受信された画像データに基づき露光装置33による露光動作が行われ、感光体ドラム31の外周面に画像データに応じた静電潜像が形成される。
次に、制御部2からの制御信号に応じて、直流電圧源16から出力された直流電圧Vdc1に交流電圧源17から出力された交流電圧Vac1が重畳されて磁気ロール11に印加された後、直流電圧源18から出力された直流電圧Vdc2に交流電圧源19から出力された交流電圧Vac2が重畳されて現像ロール12に印加される。図4は、直流電圧Vdc1、交流電圧Vac1、直流電圧Vdc2、及び交流電圧Vac2の印加タイミングを示す説明図である。図4に示す波形V1において、「オン」は直流電圧Vdc1及び交流電圧Vac1が共に印加される状態を示し、「オフ」は直流電圧Vdc1及び交流電圧Vac1が共に印加されない状態を示している。同様に、図4に示す波形V2において、「オン」は直流電圧Vdc2及び交流電圧Vac2が共に印加される状態を示し、「オフ」は直流電圧Vdc2及び交流電圧Vac2が共に印加されない状態を示している。
図5は、磁気ロール11、現像ロール12、及び感光体ドラム31の動作の一例を説明するための説明図である。タイミングT1において、現像ロール12の周面位置aが磁気ロール11と対向する位置(最も近接する位置)となっている。そして、タイミングT1において、直流電圧Vdc1と交流電圧Vac1とが磁気ロール11に印加されると、磁気ロール11と現像ロール12との電位差によって磁気ロール11の外周面に保持されているトナー13が現像ロール12における周面位置aへ飛翔し、さらに現像ロール12の回転に伴い周面位置aが矢印121で示す感光体ドラム31方向へ移動すると共に、現像ロール12の外周面にトナー層131が形成される。
そして、回転駆動部301により現像ロール12が回転され、周面位置aが移動して感光体ドラム31との対向位置bに達したタイミングT2において、直流電圧Vdc2と交流電圧Vac2とが現像ロール12に印加される。なお、直流電圧Vdc2と交流電圧Vac2とが現像ロール12に印加されるタイミングは、タイミングT2より後であってもよい。
この場合、例えば現像ロール12が回転駆動部301によって回転されることにより現像ロール12の外周面が磁気ロール11との対向位置から感光体ドラム31との対向位置まで回転移動する時間Tを予め測定したり計算したりすることにより取得し、その時間Tを例えば図略のタイマ回路のタイマ値として予め設定しておき、制御部2は、直流電圧源16及び交流電圧源17によって直流電圧Vdc1及び交流電圧Vac1の磁気ロール11への印加を開始させてから、上述のタイマ回路を用いて少なくとも時間Tが経過したことを検出した後、直流電圧源18及び交流電圧源19によって直流電圧Vdc2及び交流電圧Vac2を現像ロール12へ印加させるようにしてもよい。
また、例えば、図略のロータリエンコ−ダ等の回転量検出センサを用いて現像ロール12の回転量を検出し、制御部2は、タイミングT1における磁気ロール11との対向位置にあった現像ロール12の周面位置aが感光体ドラム31との対向位置bまで移動した場合に対応する現像ロール12の回転量、またはこれ以上の回転量が、上述の回転量検出センサにより検出された場合に直流電圧源18及び交流電圧源19によって直流電圧Vdc2及び交流電圧Vac2を現像ロール12へ印加させるようにしてもよい。
ここで、タイミングT2において現像ロール12の周面位置aとの対向位置bにある感光体ドラム31の周面位置(最も近接する位置)をcとする。そうすると、タイミングT2において、直流電圧Vdc2及び交流電圧Vac2が現像ロール12へ印加されると、現像ロール12と感光体ドラム31との電位差によって現像ロール12の外周面に層状に保持されているトナー13が、感光体ドラム31における周面位置cの露光された部分へ飛翔し、以降、感光体ドラム31の回転に伴い感光体ドラム31の外周面に形成された静電潜像が現像されてトナー像が形成される。
そして、感光体ドラム31が回転して周面位置cが転写ローラ22と対向するタイミングで、転写搬送部20によって記録紙Pの先端部が感光体ドラム31と転写ローラ22との対向位置に搬送され、記録紙Pに感光体ドラム31上のブラック(K)のトナー像が転写される。これにより、記録紙Pの先端部からトナー像が転写されるようになっている。
以降、同様に画像形成部30Y,30M,30Cによってイエロー(Y)、マゼンタ(M)、及びシアン(C)のトナー像が記録紙Pに転写され、定着部40によって記録紙Pに転写されたブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、及びシアン(C)のトナー像が定着され、搬送路60によって搬送されて排出トレイ80へ排出される。
以上、図1に示す画像形成装置1によれば、直流電圧源16及び交流電圧源17によって、交流電圧Vac1及び直流電圧Vdc1の印加が開始された際(タイミングT1)における磁気ロール11との対向位置にあった現像ロール12の周面位置a、すなわちタイミングT1において磁気ロール11から供給されたトナー13を保持している周面位置aが、感光体ドラム31との対向位置bまで移動した後、直流電圧源18及び交流電圧源19によって直流電圧Vdc2及び交流電圧Vac2が現像ロール12へ印加され、すなわち周面位置aに保持されていたトナー13が感光体ドラム31の周面位置cへ供給され、周面位置cに保持されたトナー13によって、感光体ドラム31の静電潜像の現像が行われるので、現像動作の開始前、例えば前回の画像形成時に現像ロール12の外周面に付着し、強固に付着したトナー13が用いられることがない。従って、現像動作の開始前に現像ロール12の外周面に付着していたトナー13を用いることにより、現像ロール12から感光体ドラム31へのトナー供給量が減少して現像開始直後(図4における時間Tの期間)の画像濃度が薄くなることが抑制される。
また、交流電圧Vac2は、直流電圧Vdc2が印加されていなければ現像ロール12から感光体ドラム31へのトナー13が飛翔が生じない電圧にされているが、もし、図4における時間Tの期間に、例えば交流電圧源19により交流電圧Vac2が現像ロール12に供給されていた場合には、現像ロール12の外周面に微量に残存しているトナー13に振動が生じる。そうすると、現像ロール12上のトナーが最終的に磁気ロール11へ戻る際に、厚み方向に方向性を持って並び替えられてしまう現象が生じる。
すなわち、帯電性の低い比較的大き目のトナー等が振動をし、また小さなトナーはほとんど動くことができずに現像ロール12の表面にとどまる。これによって下層にハイチャージ、上層にローチャージのトナー配列になる。とくに、トナー層が薄い時に再配列の傾向が強く働き、ハイチャージが下層に強固に付着する問題が生じる。この状態において、下層に強固に付着したトナーの上に、新たにトナー層を形成すると下層部と上層部のトナー13の帯電性がより分離されて更に下層のトナー13が現像ロール12に固着する結果、現像ロール12から感光体ドラム31へのトナー13の供給量にばらつきが生じ、現像の濃度むらが生じるおそれがある。
しかし、図1に示す画像形成装置1によれば、時間Tの期間において、直流電圧Vdc1及び交流電圧Vac2のいずれも現像ロール12に印加されないので、上述のようなトナー層の再配列が生じることが低減され、現像の濃度むらが低減される。
なお、直流電圧Vdc1と交流電圧Vac1とが磁気ロール11に印加されてから時間T経過後に直流電圧Vdc2と交流電圧Vac2とが現像ロール12に印加される例を示したが、直流電圧Vdc1と交流電圧Vac1とが磁気ロール11に印加された後に直流電圧Vdc2と交流電圧Vac2とが現像ロール12に印加されればよく、必ずしも時間T以上経過後に直流電圧Vdc2と交流電圧Vac2とを印加する必要はない。直流電圧Vdc1と交流電圧Vac1とが磁気ロール11に印加されてから直流電圧Vdc2と交流電圧Vac2とが現像ロール12に印加されるまでの時間が時間Tに満たない場合であっても、直流電圧Vdc1と交流電圧Vac1とが磁気ロール11に印加された後に直流電圧Vdc2と交流電圧Vac2とが現像ロール12に印加されれば、現像動作の開始前から現像ロール12の外周面に強固に付着しているトナー13が用いられることを低減することができるので、強固に付着しているトナー13によって現像ロール12から感光体ドラム31へのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
また、交流電圧源17を備えず、直流電圧源16から出力された直流電圧Vdc1を磁気ロール11に供給することにより、磁気ロール11から現像ロール12へトナー13を飛翔させるようにしてもよい。また、交流電圧源19を備えず、直流電圧源18から出力された直流電圧Vdc2を現像ロール12に供給することにより、現像ロール12から感光体ドラム31へトナー13を飛翔させるようにしてもよい。
また、画像形成装置1の一例として、本発明をカラープリンタに適用した例を示したが画像形成装置1は、複写機、ファクシミリ、及びそれらの複合機などの画像形成装置であってもよく、また、白黒の画像形成装置であってもよい。
本発明の一実施形態に係る現像装置を用いた画像形成装置の内部構成を概略的に示した図である。 磁気ロール、現像ロール、及び感光体ドラムの構成の一例を詳細に示す構成図である。 図1に示す画像形成装置の電気的構成の一例を示すブロック図である。 図2に示す磁気ロールへの直流電圧及び交流電圧の印加タイミングと、現像ロールへの直流電圧及び交流電圧の印加タイミングとを示す説明図である。 図2に示す磁気ロール、現像ロール、及び感光体ドラムの動作の一例を説明するための説明図である。 背景技術に係る現像装置の概略構成を示す構成図である。 背景技術に係る現像装置の動作を説明するための説明図である。
符号の説明
1 画像形成装置
2 制御部
11 磁気ロール
12 現像ロール
13 トナー
14 キャリア
15 磁気ブラシ
16,18 直流電圧源
17,19 交流電圧源
20 転写搬送部
30 画像形成部
31 感光体ドラム
32 帯電器
33 露光装置
34 現像装置
35 クリーナ部
40 定着部
201 用紙搬送機構
301 回転駆動部
342 撹拌ミキサ
343 パドルミキサ
345 規制ブレード
Vac1,Vac2 交流電圧
Vdc1,Vdc2 直流電圧

Claims (7)

  1. トナーとキャリアとが混合された現像剤を磁気ロールの周面に付着させると共に前記トナーを帯電させ、当該帯電したトナーを当該磁気ロールから現像ロール上に移動させることにより前記現像ロールの周面に付着させ、当該現像ロールの周面から前記トナーを感光体ドラムの周面に移動させることにより、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像を現像する現像装置において、
    前記磁気ロールと前記感光体ドラムとは、それぞれ前記現像ロールと対向配置されており、
    前記現像ロールを回転させる回転駆動部と、
    前記磁気ロールから前記トナーを前記現像ロール上に移動させるべく前記磁気ロールに第1の電圧を印加する第1の電圧印加部と、
    前記第1の電圧印加部により前記第1の電圧が印加された後、前記現像ロールの周面から前記トナーを感光体ドラムの周面に移動させるべく前記現像ロールに第2の電圧を印加する第2の電圧印加部と
    を備える現像装置。
  2. 前記第2の電圧印加部は、前記第1の電圧印加部による前記第1の電圧の印加が開始された際における前記磁気ロールとの対向位置にあった前記現像ロールの周面位置が、前記感光体ドラムとの対向位置まで移動した以後に前記現像ロールへの前記第2の電圧の印加を行うものである請求項1記載の現像装置。
  3. 前記第2の電圧印加部は、前記第1の電圧印加部による前記第1の電圧の印加が開始されてから、少なくとも前記現像ロールが前記回転駆動部によって回転されることにより、前記現像ロールの周面における前記磁気ロールとの対向位置が前記感光体ドラムとの対向位置まで移動する時間の経過時以後に、前記現像ロールへの前記第2の電圧の印加を行うものである請求項1記載の現像装置。
  4. 前記第1の電圧印加部は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を、前記第1の電圧として出力する請求項1〜3のいずれかに記載の現像装置。
  5. 前記第2の電圧印加部は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を、前記第2の電圧として出力する請求項1〜4のいずれかに記載の現像装置。
  6. 第2の電圧印加部は、さらに、前記感光体ドラムの回転に伴い当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像の先頭位置が、前記現像ロールとの対向位置に達した際に、前記現像ロールに第2の電圧を印加する請求項1〜5のいずれかに記載の現像装置。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の現像装置によって前記感光体ドラム上に形成されたトナー像を、記録紙に転写することにより画像形成を行う画像形成装置。
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