JP2007147924A

JP2007147924A - 現像装置

Info

Publication number: JP2007147924A
Application number: JP2005341151A
Authority: JP
Inventors: Tetsuyoshi Onodera; 哲義小野寺; Shigeru Mori; 茂森; Masaru Anzai; 優安西
Original assignee: Katsuragawa Electric Co Ltd
Current assignee: Katsuragawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】簡単な構成により、濃度差が生じにくい安定した画像形成を行うことができる現像装置を提供することを課題とする。
【解決手段】表面に静電潜像が形成される像担持体１０と、所定の現像バイアスが印加され表面に現像剤の薄層を形成して像担持体１０と接触させることにより静電潜像を現像する現像剤担持体２０と、現像剤担持体２０に現像剤を供給する現像剤供給手段３０とを有し、現像剤供給手段３０に印加されるバイアスが、直流バイアスに交流バイアスを重畳させたバイアスであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に使用する現像装置に関するものであり、特には、感光体等の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤により現像して可視化する現像装置に関する。

この種の現像装置に適用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よく知られ、これらの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のような構成がある。

この構成は、弾性を有する現像ローラ上に非磁性一成分現像剤からなる薄層を形成し、この現像ローラを静電潜像保持体の表面に所定の食い込み量で圧接することにより静電潜像保持体上に形成された静電潜像を、薄層の非磁性一成分現像剤により現像するものであり、現像剤としてフェライト等の磁性キャリアを使用する必要がないことにより、装置の簡易化が可能であるとともに、カラー複写機、カラープリンタといったカラー化の分野においても有用である。

また、多くの場合、転写効率の良い現像剤を用いることができるため、従来装置では必須であったクリーニング装置や現像剤回収装置を不要とし、装置の小型化がはかれるとともに、無駄な現像剤の廃棄を抑制することにより、環境に対し良好であり、さらに、コストパフォーマンスも良好とすることができる。
特許第２７０３９２２号公報

特許文献１において、現像ローラへの現像の供給は、弾性の供給ローラを、現像装置本体内に貯留する貯留現像剤内に埋没させるようにして配置し、この供給ローラを現像ローラに対して圧接かつ摺擦させることにより行っている。

かかる構成にあっては、ベタ黒や印字率が高い画像を連続して多数回現像する場合には、現像ローラ上の現像剤の消費量が著しく多くなることにより、現像ローラには常に新しい現像剤を補充し続けなければならず、この補充が多少なり不十分でありまたは不安定であると、画像濃度の低下やカスレやカブリ、がさつき等、再生する画質に悪影響を与える。

この点に関し、概ね、現像ローラの幅は使用する転写材の最大サイズの幅に対応した幅を有している。このため、現像ローラの幅と略同じ幅の印字率の高い画像を複写しまたはプリントする場合には、現像ローラの略全幅の現像剤がほぼ満遍なく平均的に使用（消費）され、次いで供給ローラにより新たな現像剤が供給されるので、幅方向にわたっての部分的な画像濃度の乱れやカスレやカブリ、がさつきなど、画質に大きく作用するトラブルは生じにくい。

ところが、一方、こうした構成においても、いくつかの条件にあってはカスレやカブリ、濃度低下といった不都合が生じる場合がある。

例えば、Ａ０やＢ０サイズといった大きなサイズ（大サイズ）から、Ａ４サイズといった小さなサイズ（小サイズ）までの画像再生を行うことができる大判画像形成装置においては、現像ローラは元来、大サイズに対応した幅を有しているために、小サイズの現象を大量に行った後に、大サイズの現像を行うと、小サイズに対応する部分と小サイズからはみ出た部分とでは、画像濃度に差が生じる場合がある。

これは、小サイズの現像を連続して行った場合、現像ローラ上の現像剤は小サイズの幅に対応した部分のみが著しく消費され、その部分には随時新しい現像剤が供給ローラにより供給されるが、現像剤が消費されない部分、すなわち、現像に寄与しなかった小サイズの幅から外れた現像ローラの部分では、現像剤が消費されず、新しい現像剤との入れ替えが十分にはなされないまま保留され、保留された状態と同じ現像剤が繰り返し感光ドラムや供給ローラを摺擦することとなる。

この結果、現像に寄与しなかった部分においては、現像剤が疲労しやすく、また、静電潜像保持体上の非画像部の電荷が現像ローラ上の当該部分の現像剤に注入されて過剰帯電を起こして、新しい現像剤の供給も不十分となり、先に述べたカスレや濃度低下などの発生を助長する。

また、上記のように大量の小サイズから大サイズへの変更といった場合の他、同じサイズを多量に連続再生する場合であっても、現像ローラの幅方向に従って、印字率の高い部分と、低い部分が分布されているような画像（例えば左側はベタ画像が多くて印字率が高く、左側は白地部が多く印字率が低いような画像）において、印字率が低い画像部分では現像剤の消費量が少なく、印字率が高い画像部分のみが消費されるため、結果として印字率の高い画像部分と低い部分との間で濃度差が生じる場合がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成により、濃度差が生じにくい安定した画像形成を行うことができる現像装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、所定の現像バイアスが印加され表面に現像剤の薄層を形成して像担持体と接触させることにより静電潜像を現像する現像剤担持体と、現像剤担持体に直流の現像バイアスを印加させる電源と、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、現像剤供給手段に直流バイアスに交流バイアスを重畳させたバイアスを印加させる電源とを有し、現像剤供給手段は、周面に複数の導電性の繊維からなるブラシから形成されたブラシローラであることを特徴とする。

また、請求項２においては、ブラシローラは、ブラシの毛足を３〜６ｍｍ、繊維密度１００００〜２５０００本／ｉｎｃｈ^２としたことを特徴とする。

さらに、請求項３では、現像剤供給手段に印加されるバイアスは、現像剤供給手段のバイアスと現像剤担持体のバイアスとの差（電位差）が絶対値で０〜４００Ｖの範囲となるように設定した直流バイアスに、周波数を３００〜２０００Ｈｚ且つ印加電圧を１００〜３００Ｖの範囲となるように設定した交流バイアスを重畳させたことを特徴とする。

上記構成により、本発明によれば、現像剤供給手段に直流バイアスに交流バイアスを重畳させることにより、現像剤担持体に対して、電気的に現像剤を付着させる方向の力と現像剤担持体から引き剥がす方向の力とが交互に作用する。

この結果、上記の作用が、現像剤担持体への現像剤の供給や、現像剤担持体に付着した現像剤を引き剥がす機械的な現像剤供給手段の作用に加わり、現像剤担持体上の現像剤は入れ替わりが促進され、現像剤の過剰帯電を抑えることができる。

以下、図を用いて、本発明の実施の形態を説明する。図１に、本発明の現像装置を適用した画像形成装置の概略図の一例を示す。図中、符号１０は、矢印で示す方向、すなわち時計方向に回転する像担持体１０であり、例えば、アルミニウム等のドラム状基体表面に電子感光体を備えた構成よりなる。感光体としては、ＯＰＣ（有機光導電体）感光体やアモルファスシリコン感光体等の周知の感光体を使用し得る。

像担持体１０の周辺には、像担持体１０上の残留電荷を消去するためのイレーサ６０、像担持体１０の表面を特定極性に一様に帯電するための帯電器７０、帯電された像担持体１０の表面に光情報を入射（像露光）して像担持体１０の表面に静電潜像を形成する露光装置８０、像担持体１０の表面に現像剤を供給することにより静電潜像を現像して現像剤像を形成するための現像装置９０、像担持体１０上に形成された現像剤像を紙等の転写材上に転写するための転写装置１００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、転写コロナであってもよい。

かかる配置において、図２に示すように、現像装置９０は、非磁性一成分トナーからなる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９１と、現像容器９１内の現像剤を攪拌する攪拌手段９２と、現像剤を現像容器９１内に補給するトナーカートリッジ９３と、少なくとも表面層が導電性を有しかつ弾性ローラからなる現像剤担持体２０と、現像剤担持体２０に適宜な圧力で接触して配置され、現像剤担持体２０上に一定の現像剤の薄層を形成する層厚規制手段９４と、現像容器９１内の現像剤を現像剤担持体２０に供給する現像剤供給手段３０とを備える。

また、これらは、後述するように、適当なバイアス電源に接続され、それぞれに所定のバイアス電圧（バイアス）が印加されている。なお、現像剤は、例えば反転現像のために、像担持体１０の帯電極性と同じ極性の現像剤が使用されている。

次に、これらの構成について説明する。先ず、攪拌手段９２は、現像剤供給手段３０の後方に設けられ、現像剤担持体２０の軸線と同方に延びる中心軸９２ａと、中心軸９２ａに軸線方向の複数箇所に設けられた攪拌翼９２ｂとを有する。攪拌翼９２ｂは時計方向に回転する。

現像剤担持体２０は、例えば、ステンレス等の導電性の剛体からなる中心軸２１の周りに、弾性中間層２３ａを形成し、この中間層の外周に弾性表面層２３ｂを形成した構成からなり、時計方向に回転し、さらに、現像剤担持体２０の中心軸２１は、直流バイアス電源２２に接続されている。

また、弾性中間層２３ａと弾性表面層２３ｂ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。材料は、例えば、シリコンゴムのほか、弾性中間層２３ａとしてＮＢＲゴム（アクリロニトリルブタジエン共重合ゴム）やウレタンゴム等の弾性体で形成したものを使用し、弾性表面層２３ｂもウレタンゴム等の弾性体で形成したものでもよい。これら現像担持体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。

現像剤担持体２０に接続された電源２２は、現像剤担持体２０に対し、画像背景部（バックグランド）への現像剤のカブリを防止するための現像バイアスを印加する。かかる現像バイアスは、−１００Ｖ〜−３６０Ｖに設定することが望ましい。

層厚規制手段９４は、現像剤供給手段３０により現像剤担持体２０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９４は、導電性または半導電性の回転可能なローラ体からなり、所定の電圧を印加する電源に接続されている。

なお、層厚規制手段９４の具体例として、ステンレス材の回転ローラがある。さらに、層厚規制手段９４は、現像剤担持体２０の回転方向からみて、現像剤担持体２０と像担持体１０との接触部の上流位置に配置されている。

現像剤供給手段３０は、芯金の周囲にカーボン微粉末が混入された導電性ナイロンまたはレーヨン等のような導電性繊維からなる多数の毛を略一様に植設してなるブラシローラからなる。ブラシローラ５０は、現像剤担持体２０に対して所定の間隔を持って、現像剤担持体２０の軸線と並行に延びて配置されている。現像剤供給手段３０の中心軸３１は、適当な電源に接続されている。

ブラシローラ５０は、現像剤担持体２０に対してそのブラシの穂先が適宜な弾性（繊維のコシによる圧力）で接触するように配置されている。なお、限定されるものでないが、ブラシの毛足は３〜６ｍｍ、繊維太さは３０（デニールＤ／フィラメントＦ）前後、繊維密度１００００〜２５０００本／ｉｎｃｈ^２のものが好ましい。

現像剤供給手段３０の中心軸３１に接続された電源は、直流バイアス電源３２と交流バイアス電源３３とを直列に接続して、直流バイアスに交流バイアスを重畳している。直流バイアス電源３２は、直流成分を現像剤供給手段３０のバイアスと現像剤担持体２０のバイアスとの差（電位差）が絶対値で０〜４００Ｖの範囲となるように設定されている。さらに、交流バイアス電源３３は、周波数を３００〜２０００Ｈｚ且つ印加電圧が１００〜３００Ｖ（実効値）の範囲となるように設定されている。

ブラシローラ５０は、現像剤担持体２０に対して所定の圧力で接触しながら矢印方向に回転し現像容器９１内の現像剤を現像剤担持体２０に供給するとともに、摩擦帯電により現像剤担持体２０上のトナーを荷電する。

なお、先に述べたように、本発明の実施の形態において、現像剤供給手段は、ファーブラシとしているが、カーボン微粉末が混入されたウレタンゴムの発泡体であってもよい。

次に、本発明の動作について説明する。先ず、像担持体１０が矢印方向に回転している状態において、像担持体１０に残留していた残留電位がイレーサ６０より除去され、帯電装置により像担持体１０表面が一様に帯電される。この静電潜像は、像担持体１０の回転により現像剤担持体２０と接触する位置（現像区間）へと搬送される。

一方、現像装置９０では、像担持体１０の回転と同期して、現像剤担持体２０、現像剤供給手段３０が図示しない駆動源によりそれぞれの矢印で示した方向に回転し、且つ現像剤担持体２０、現像剤供給手段３０および層厚規制手段９４にはそれぞれ所定のバイアス電圧が印加されている。

攪拌手段９２および現像剤供給手段３０の回転により、現像容器９１内の現像剤が攪拌され且つ現像剤供給手段３０、次いで現像剤担持体２０へ供給されて現像剤担持体２０上に現像剤層が形成される。現像剤層は層厚規制手段９４により１〜３層の均一な薄層となるように規制された後、現像剤担持体２０の回転に伴い現像区間に運ばれる。

この薄層化された現像剤は現像区間において像担持体１０の静電潜像に供給され、吸引吸着することで現像が行われる。

像担持体１０上に形成された現像剤像は像担持体１０の回転により図示しない転写領域まで搬送される。ここで転写装置１００の作用により、転写材の背面側から現像剤の極性とは反対の極性の電界が付与されて現像剤の転写材上への転写が行われる。転写された現像剤像は、図示されない定着装置で転写材上への定着が行われる。

一方、転写材に転写されない像担持体１０上に残留した現像剤は、イレーザ６０により全面露光を受けて像担持体１０の暗部電位（画像背景部の電位）とほぼ同電位となる。

次いで、上記した同様の作像のための帯電、露光を受け、再び現像剤担持体２０に運ばれる。現像剤担持体２０は、像担持体１０上に残留している現像剤を現像装置９０へと回収するとともに、新しい現像剤を像担持体１０表面に供給して、次の静電潜像を現像する。

現像剤供給手段３０を、先に述べたように、導電性ナイロンまたはレーヨン等のような導電性繊維の毛、ブラシの毛足を３〜６ｍｍ、繊維太さを３０（デニールＤ／フィラメントＦ）前後、繊維密度を１５０００本／ｉｎｃｈ^２からなるブラシローラ５０を適用し、ブラシローラ５０のバイアス値を、−３３０Ｖまたは−４３０Ｖの直流分とし、周波数ｆを２００〜２０００Ｈｚ且つ印加電圧Ｖｒｍｓを１００〜３００Ｖの交流成分に設定して現像を行った。

実験の結果、−２３０Ｖまたは−４３０Ｖの直流成分、周波数ｆを２００〜１４００Ｈｚ且つ印加電圧Ｖｒｍｓを１００〜２００Ｖの交流成分に設定することにより、転写材を２００００ｍ以上出力しても、安定した画像を得ることができた。特に、交流成分を先に設定した値で、直流成分を現像バイアスとブラシローラ５０の電位差を同電位、または絶対値で２００Ｖ以上に設定することが望ましい。

これは、この所定の範囲で、直流電圧および交流電圧の周波数且つ印加電圧を設定することにより、現像剤供給手段３０から現像剤担持体２０側に現像剤を移動させて、現像剤担持体２０に現像剤を供給（補充）する一方向に作用する力が主である直流成分のバイアスの他に、現像剤担持体２０から電気的に現像剤を引き離す作用が加わる。

また、これらの作用は、交番電界により、現像剤担持体２０に対して電気的に現像剤を付着させる方向の力と、現像剤担持体２０から現像剤を剥がす方向の力が交互に行われ、現像剤担持体２０上の現像剤の入れ替わりが促進され、現像剤の過剰帯電が抑えられる。

さらに、先に説明した作用に加え、現像剤担持体２０に対してブラシの穂先が適宜な弾性（繊維のコシによる圧力）で接触するように配置され、さらに、ブラシローラ５０を、現像剤担持体２０の回転方向に対して、接触部に対して逆方向、すなわち時計方向に回転させて、矢印方向に回転する現像剤担持体２０の表面に残留している現像剤をブラシにより対向側から掻き落とすように作用する。この結果、長時間、転写材に画像データの出力を行っても、安定した画像を得ることができるものと考えられる。

また、周波数ｆ且つ印加電圧Ｖｒｍｓを低く（本発明では交流成分を１００Ｈｚ且つ１００〜２００Ｖ）設定すると、ブラシローラ５０に静電気的および機械的に付着した現像剤が十分に移動することができなくなり、それぞれの周波数に対応したピッチムラが生じる。

さらに、交流成分の周波数ｆを１００〜９００Hz且つ印加電圧Ｖｒｍｓを３００Ｖ以上に設定すると、画像濃度が異常に上昇し、現像剤の追従性が悪くなり、バイアスリークが発生しやすくなる。これは、現像剤供給手段３０から現像剤担持体２０に供給される現像剤が過多となるとともに、現像剤担持体２０から現像剤を剥がす方向の力が弱まるものと考えられる。

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。本発明の現像装置の詳細を示す図。

符号の説明

１０像担持体
２０現像剤担持体
３０現像剤供給手段
５０ブラシローラ

Claims

表面に静電潜像が形成される像担持体と、
所定の現像バイアスが印加され表面に現像剤の薄層を形成して前記像担持体と接触させることにより前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に直流の現像バイアスを印加させる電源と、
前記現像剤担持体に前記現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記現像剤供給手段に直流バイアスに交流バイアスを重畳させたバイアスを印加させる電源とを有し、
前記現像剤供給手段は、周面に複数の導電性の繊維からなるブラシから形成されたブラシローラであることを特徴とする現像装置。
前記ブラシローラは、前記ブラシの毛足を３〜６ｍｍ、繊維密度１００００〜２５０００本／ｉｎｃｈ^２としたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記現像剤供給手段に印加されるバイアスは、現像剤供給手段のバイアスと現像剤担持体のバイアスとの差（電位差）が絶対値で０〜４００Ｖの範囲となるように設定した直流バイアスに、周波数を３００〜２０００Ｈｚ且つ印加電圧を１００〜３００Ｖの範囲となるように設定した交流バイアスを重畳させたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。