JP2008185901A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】タッチダウン現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、トナー飛散を抑制し、回収トナーのストレスを低減することで、トナーの劣化を抑制し、長期に亘って安定した現像特性を維持し、安定した画像を得ることのできる画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】タッチダウン現像方式の現像装置を有する画像形成装置は、トナー担持体および二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ベルトを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体および前記トナー担持体と前記ハウジング壁との間において、一端部が前記トナー担持体に対向し、他端部が前記二成分現像剤担持体に対向して配置した。
【選択図】図1
【解決手段】タッチダウン現像方式の現像装置を有する画像形成装置は、トナー担持体および二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ベルトを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体および前記トナー担持体と前記ハウジング壁との間において、一端部が前記トナー担持体に対向し、他端部が前記二成分現像剤担持体に対向して配置した。
【選択図】図1
Description
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、磁気ブラシを形成し、磁気ブラシにより現像ローラ上にトナー薄層を形成させ、トナー薄層のトナーを静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置において、乾式トナーを用いる現像方式としては、従来、一成分現像方式および二成分現像方式が知られている。
一成分現像方式は、キャリアを含まないため、キャリアおよびトナーから形成される磁気ブラシによって感光体の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式は、トナーの帯電量を安定して維持することが難しい。また、カラートナーの場合、透過性が求められるため、非磁性トナーである必要がある。そのため、フルカラー画像形成装置においては、トナーを帯電および搬送する媒体としてキャリアを用いる二成分現像方式を採用する場合が多い。
一成分現像方式は、キャリアを含まないため、キャリアおよびトナーから形成される磁気ブラシによって感光体の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式は、トナーの帯電量を安定して維持することが難しい。また、カラートナーの場合、透過性が求められるため、非磁性トナーである必要がある。そのため、フルカラー画像形成装置においては、トナーを帯電および搬送する媒体としてキャリアを用いる二成分現像方式を採用する場合が多い。
二成分現像方式を用いた画像形成方法として、二成分現像剤を担持する現像剤担持体上に形成された磁気ブラシで、トナー担持体上にトナー薄層を形成させ、トナー担持体上のトナー薄層により静電潜像担持体上の静電潜像を現像して可視化する、所謂タッチダウン現像(ハイブリッド現像ともいわれる。)による画像形成方法が知られている。しかし、この現像方式は二成分現像方式と一成分現像方式を組み合わせており、静電潜像を現像する時のトナーの適正帯電量とトナー薄層を形成する時のトナーの適正帯電量に差があるという問題があり、トナー薄層のトナー量が少なく画像濃度不良が発生したり、または現像に寄与しなかったトナー薄層の剥ぎ取り不良による現像ゴースト等の問題が発生することがあった。
上記のような問題の発生する原因のひとつとして飛散トナーの影響が挙げられる。トナーの飛散は、ハウジング内でトナーを撹拌する際の飛散や、磁気ローラ近傍での飛散など現像装置が主たる発生箇所となる。そして、現像装置で発生した飛散トナーは、静電潜像担持体をはじめ光学系装置や帯電装置、転写装置等を配置した電子写真装置の内部に飛散し、上記したような問題を含め、各種の画像不良、動作不良等を引き起こす。
このような問題を解決するために、特許文献1では、静電潜像担持体に対して離間対向する状態で回転自在に設けられ、現像剤の供給時に飛散する現像剤を表面に付着させて外部への飛散を防止する飛散防止部材と、前記飛散防止部材上に付着した現像剤を掻き落とす掻落手段とを用いてトナー飛散を防止することが提案されている。また、特許文献2では、二成分現像方式において、現像装置のハウジング開口部に回収ローラを設けて飛散トナーを回収し、該回収ローラからトナーを剥ぎ取って現像装置に戻す方式が提案されている。
特開平8−137256号公報
特開2005−242194号公報
しかしながら、特許文献1では、掻落した現像剤はブレードとの接触によりストレスを受け、劣化が促進される。特にタッチダウン現像方式では、選択現像の影響を受けやすい。従って、ブレードで掻き落とすことによるストレスでトナーの外添剤の離脱や埋没などが発生し、帯電特性の変化したトナーが二成分現像剤収容部に戻ることにより、トナー飛散や選択現像の促進、更には画像濃度不良など長期に安定した画像形成が困難となる。また、タッチダウン現像方式では、二成分現像剤のトナー濃度が高く、現像剤の流動性が悪いため、磁気ブラシが二成分現像剤収容部に回収される際に、次々と現像剤が回収されてくる為、押し込まれ圧縮され、同時に空気が行き場を失い、空気と共にトナーが外部に放出される為、よりトナー飛散が発生しやすい。
また、タッチダウン現像方式においては、ゴースト現象が最も問題となるが、この解消の為にはトナー担持体上に付着している未現像トナーを二成分現像剤担持体で引き剥がすことが重要である。しかしながら、プロセス線速が高速化すればするほど短時間で多くの静電潜像を現像するのに必要なトナーをトナー担持体に搬送する必要があるが、逆にトナー層を形成する時間が短くなる為、二成分現像剤中のトナー濃度を高くする等の対策が必要となる。すなわち、トナー層を形成した後、二成分現像剤収容部に回収されてくる二成分現像剤は低速時に比べ、トナー濃度が高くなってしまう。また、トナー担持体上の未現像トナーの引き剥がし時間も短くなり、且つ二成分現像剤収容部に回収されてくる二成分現像剤のトナー濃度が高い為、より引き剥がしが困難となってしまう。更にトナー飛散も発生しやすい状態となり、且つ飛散トナーがトナー担持体に付着してしまう場合があり、回収トナー量が増大し、トナー飛散が増加、引き剥がし不良によるゴースト現象が発生しやすくなる。
また、特許文献2における構成では、タッチダウン現像に適用した場合、磁気ローラ側で発生する飛散トナーを抑制できない場合があった。特にタッチダウン現像方式において、ドラム周速(以下で、線速ともいう。)が180mm/sec以上であるような高速機では飛散トナーの回収が一層困難となる。ちなみに、目安としてドラム線速180mm/secはA4横で約40枚/分、250mm/secで約50枚/分、340mm/secで約60枚/分である。
本発明の課題は、タッチダウン現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、トナー飛散を抑制し、長期に亘って安定した現像特性を維持し、安定した画像を得ることのできる画像形成装置を提供することにある。
また、タッチダウン現像方式においては、ゴースト現象が最も問題となるが、この解消の為にはトナー担持体上に付着している未現像トナーを二成分現像剤担持体で引き剥がすことが重要である。しかしながら、プロセス線速が高速化すればするほど短時間で多くの静電潜像を現像するのに必要なトナーをトナー担持体に搬送する必要があるが、逆にトナー層を形成する時間が短くなる為、二成分現像剤中のトナー濃度を高くする等の対策が必要となる。すなわち、トナー層を形成した後、二成分現像剤収容部に回収されてくる二成分現像剤は低速時に比べ、トナー濃度が高くなってしまう。また、トナー担持体上の未現像トナーの引き剥がし時間も短くなり、且つ二成分現像剤収容部に回収されてくる二成分現像剤のトナー濃度が高い為、より引き剥がしが困難となってしまう。更にトナー飛散も発生しやすい状態となり、且つ飛散トナーがトナー担持体に付着してしまう場合があり、回収トナー量が増大し、トナー飛散が増加、引き剥がし不良によるゴースト現象が発生しやすくなる。
また、特許文献2における構成では、タッチダウン現像に適用した場合、磁気ローラ側で発生する飛散トナーを抑制できない場合があった。特にタッチダウン現像方式において、ドラム周速(以下で、線速ともいう。)が180mm/sec以上であるような高速機では飛散トナーの回収が一層困難となる。ちなみに、目安としてドラム線速180mm/secはA4横で約40枚/分、250mm/secで約50枚/分、340mm/secで約60枚/分である。
本発明の課題は、タッチダウン現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、トナー飛散を抑制し、長期に亘って安定した現像特性を維持し、安定した画像を得ることのできる画像形成装置を提供することにある。
上記課題を解決するための画像形成装置は、以下の構成を有する。
(1)内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とをハウジング内に少なくとも備え、前記トナー担持体および/または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成装置であって、前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ベルトを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体および前記トナー担持体と前記ハウジング壁との間において、一端部が前記トナー担持体に対向し、他端部が前記二成分現像剤担持体に対向して配置したことを特徴とする画像形成装置。
(2)前記トナー回収ベルトは、前記トナー担持体に対向する前記一端部および前記二成分現像剤担持体に対向する前記他端部のそれぞれにバイアス電圧を印加するバイアス手段を設けたことを特徴とする(1)に記載の画像形成装置
(3)前記トナー回収ベルトは、表面抵抗値が107〜1010Ω/□(□:単位面積)であることを特徴とする(1)または(2)に記載の画像形成装置。
(4)前記静電潜像担持体の周速が180mm/sec以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の画像形成装置。
(1)内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とをハウジング内に少なくとも備え、前記トナー担持体および/または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成装置であって、前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ベルトを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体および前記トナー担持体と前記ハウジング壁との間において、一端部が前記トナー担持体に対向し、他端部が前記二成分現像剤担持体に対向して配置したことを特徴とする画像形成装置。
(2)前記トナー回収ベルトは、前記トナー担持体に対向する前記一端部および前記二成分現像剤担持体に対向する前記他端部のそれぞれにバイアス電圧を印加するバイアス手段を設けたことを特徴とする(1)に記載の画像形成装置
(3)前記トナー回収ベルトは、表面抵抗値が107〜1010Ω/□(□:単位面積)であることを特徴とする(1)または(2)に記載の画像形成装置。
(4)前記静電潜像担持体の周速が180mm/sec以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の画像形成装置。
本発明によれば、トナー担持体および二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ベルトを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体および前記トナー担持体と前記ハウジング壁との間において前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体に対向して配置するので、前記浮遊する飛散トナーを分子間力や静電気力により前記トナー回収ベルト表面に付着させて捕集することができる。その結果、トナー飛散を抑制でき、長期間安定した画像品質が得られる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係るタッチダウン現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。図2は図1の現像手段の一部を示す概略構成図である。
(画像形成装置)
本発明の画像形成装置は、磁性キャリア4とトナー5からなる二成分現像剤を用いて磁気ローラ1上に担持された二成分現像剤により現像ローラ2上にトナー薄層9を形成し、感光体3(静電潜像担持体)上に形成された静電潜像を現像する、所謂タッチダウン現像方式による画像形成装置である。図1に示すように、該画像形成装置は、前記感光体3を備え、この感光体3の周囲には帯電手段8、露光手段16、現像手段18、一次転写手段22、二次転写手段25、定着手段26およびクリーニング手段24等が配置されている。
本発明の画像形成装置は、磁性キャリア4とトナー5からなる二成分現像剤を用いて磁気ローラ1上に担持された二成分現像剤により現像ローラ2上にトナー薄層9を形成し、感光体3(静電潜像担持体)上に形成された静電潜像を現像する、所謂タッチダウン現像方式による画像形成装置である。図1に示すように、該画像形成装置は、前記感光体3を備え、この感光体3の周囲には帯電手段8、露光手段16、現像手段18、一次転写手段22、二次転写手段25、定着手段26およびクリーニング手段24等が配置されている。
前記画像形成装置による画像形成は以下のようにして行われる。即ち、前記感光体3の表面が帯電手段8により均一に帯電され、この帯電された表面を露光手段16により露光して静電潜像が形成される。得られた静電潜像には現像手段18からトナー5を付着させることによりトナー像として現像される。このトナー像は一次転写手段としての一次転写ローラ22によって、中間転写ベルト20上に感光体3から転写される。そして、複数色のトナー像を中間転写ベルト20上に重ねて転写した後、二次転写手段としての二次転写ローラ25により、給紙カセット27から二次転写位置に搬送された被転写体にトナー像を転写する。この被転写体は定着手段としての定着ローラ26に搬送されて、ここでトナー像が被転写体上に定着された後、例えば、排紙トレー(不図示)に排紙される。転写後に感光体3表面に残った未現像のトナーはクリーニング手段24により除去される。
感光体3としては、セレン、アモルファスシリコン等の無機感光体、導電性基体上に電荷発生剤、電荷輸送剤、結着樹脂等を含有する単層または積層の感光層が形成された有機感光体(OPC)等が挙げられる。帯電手段8としては、スコロトロン方式、帯電ローラ、帯電ブラシ等が挙げられる。露光手段16は、露光光としてLEDまたは半導体レーザー等が挙げられる。また、クリーニング手段24としては例えばドクターブレード式等が挙げられ、それぞれ公知のものを用いることができる。
現像手段18は、図2に示すように、内部に複数の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の磁気ローラ1(二成分現像剤担持体)と、内部に前記磁気ローラ1とは異極の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の現像ローラ2(トナー担持体)と、前記磁気ローラ1と前記現像ローラ2の互いに異なる磁極の磁力により磁界が形成され、この磁界により磁気ローラ1上に形成された磁気ブラシ6の高さを一定に保つための規制ブレード7と、現像ローラ2上の未現像トナーの回収を補助し、且つ飛散トナーを回収するためのトナー回収ベルト14(以下、回収ベルトともいう。)とから構成されている。さらに、磁気ローラ1に印加する交流(AC)バイアス電源11aおよび直流(DC:Vdc1)バイアス電源11bと、現像ローラ2に印加する交流(AC)バイアス電源12aおよび直流(DC:Vdc2)バイアス電源12bとを備えている。また、トナー回収ベルト14へ直流(DC:Vdc3)バイアスを印加する電源13を備えてもよい。
また、本発明の画像形成装置は、トナー5が収納されたトナーコンテナ(不図示)と、該トナーコンテナから二成分現像剤を収容する二成分現像剤収容部45に供給されたトナー5を、キャリア4とともに攪拌し帯電させる攪拌スクリュー40と攪拌スクリュー44を有し、仕切板42の両端部で連通し、その一端側を通って攪拌スクリュー40から攪拌スクリュー44に供給された二成分現像剤を磁気ローラ1へ供給し、攪拌スクリュー44は前記一端とは他端側から攪拌スクリュー40側へと二成分現像剤を循環してなる、磁気ローラ1、現像ローラ2、攪拌スクリュー40および攪拌スクリュー44が収納されたハウジング46とを備えている。
なお、本発明の画像形成装置は、図3に示すように、4つの感光体3A,3B,3C,3Dが中間転写ベルト20上に配列されたタンデム式(間接転写タンデム方式)のカラー画像形成装置に好適に用いることができる。そこでは、上記した現像手段18を用いて、マゼンタ、シアン、イエローおよびブラックの各トナーをそれぞれ収容した現像装置18A,18B,18C,18Dにより前記感光体3A,3B,3C,3D上の静電潜像が可視像化されトナー像がそれぞれ形成される。そして中間転写ベルト20の表面に、前記感光体3A,3B,3C,3D上に可視像化されたトナー像が、上流側の感光体3Aから順に転写される。この中間転写ベルト20上に転写されたフルカラー画像は、給紙カセット27から搬送されてきた被転写体に二次転写ローラ25により転写され、次いで定着ローラ26で定着された後、この被転写体が排出される。
ここで、前記飛散トナーは、その発生源として、主として磁気ローラ1上の二成分現像剤が二成分現像剤収容部45に回収される際、磁気ブラシ6が圧縮されることにより、磁気ブラシ6間の空気が二成分現像剤収容部45に入りこめずにはね返されるため、二成分現像剤回収部45から空気と共にトナー5も噴出し発生する。タッチダウン現像方式では、磁気ローラ1が現像ローラ2との最近接位置付近で、現像ローラ2上にトナー5を供給してトナー薄層9を形成すると共に、静電潜像の現像に寄与しなかった現像ローラ2上の未現像トナーを引き剥がして回収している。この未現像トナーはキャリア4との付着性が小さく(トナー薄層9形成時の二成分現像剤中のトナー5とキャリア4の付着力に比べて)、またタッチダウン現像方式では二成分現像剤中のトナー濃度を通常の二成分現像方式に比べ高く保っているため、二成分現像剤の流動性が低く、磁気ブラシ6間の空気が二成分現像剤収容部45により入り込みにくい構成となっているため、トナー飛散が発生しやすい。そして、各種の画像不良、動作不良等を引き起こし、特に現像ローラ2の表面に付着し、引き剥がし不良によるゴースト現象が発生しやすくなり、良好な画像形成を妨げる要因のひとつとなっていた。
また、引き剥がしを重視する磁気ローラ1のバイアス印加設定にすると、現像ローラ2の現像バイアス設定が画像濃度が得にくい条件とならざるを得なく、画像濃度を出やすくし引き剥がし性をも達成しようとするとトナー帯電量を低く維持するか、二成分現像剤のトナー濃度を高く維持する必要があり、トナー飛散が発生しやすい要因であった。
また、引き剥がしを重視する磁気ローラ1のバイアス印加設定にすると、現像ローラ2の現像バイアス設定が画像濃度が得にくい条件とならざるを得なく、画像濃度を出やすくし引き剥がし性をも達成しようとするとトナー帯電量を低く維持するか、二成分現像剤のトナー濃度を高く維持する必要があり、トナー飛散が発生しやすい要因であった。
(トナー回収ベルト)
本発明に係るトナー回収ベルト14は、現像ローラ2上の未現像トナーの回収を補助し、且つ前記飛散トナーを捕集し、それを磁気ローラ1に戻すためのものであり、図1に示すように、感光体3、現像ローラ2、磁気ローラ1、および攪拌スクリュー40、44の配置構成において、前記磁気ローラ1と前記現像ローラ2の最近接位置よりも前記磁気ローラ1の回転方向下流側で、且つ前記磁気ローラ1とハウジング46壁との隙間を塞ぐようにして現像ローラ2および磁気ローラ1に対向して配設される。そして、前記回収ベルト14は、現像ローラ2に対向する側にある回転駆動する駆動ローラ15aにより駆動され、磁気ローラ1側にある従動ローラ15bを介して搬送される。なお、前記駆動ローラ15aを磁気ローラ側に、従動ローラ15bを現像ローラ2側に設けてもよい。
本発明に係るトナー回収ベルト14は、現像ローラ2上の未現像トナーの回収を補助し、且つ前記飛散トナーを捕集し、それを磁気ローラ1に戻すためのものであり、図1に示すように、感光体3、現像ローラ2、磁気ローラ1、および攪拌スクリュー40、44の配置構成において、前記磁気ローラ1と前記現像ローラ2の最近接位置よりも前記磁気ローラ1の回転方向下流側で、且つ前記磁気ローラ1とハウジング46壁との隙間を塞ぐようにして現像ローラ2および磁気ローラ1に対向して配設される。そして、前記回収ベルト14は、現像ローラ2に対向する側にある回転駆動する駆動ローラ15aにより駆動され、磁気ローラ1側にある従動ローラ15bを介して搬送される。なお、前記駆動ローラ15aを磁気ローラ側に、従動ローラ15bを現像ローラ2側に設けてもよい。
上記構成とすることにより、現像ローラ2との対向面と磁気ローラ1との対向面で別のバイアスを印加することができ、現像ローラ2上の未現像トナーを回収し、且つ前記現像ローラ2と前記磁気ローラ1の近傍に浮遊する飛散トナーや前記磁気ローラ1の下部側の隙間を通して図1中の矢印方向Aに移動して前記画像形成装置内に飛散する飛散トナーを分子間力や静電引力等によりトナー回収ベルト14表面に付着させて捕集することができる。また、磁気ブラシで回収する未現像トナー量が減少するため、二成分現像剤中のトナー帯電を高く維持することができ、また二成分現像剤中のトナー濃度を低減することもできるため、トナー飛散の抑制、ゴースト現象の抑制等を達成することができる。
前記回収ベルト14は、前記駆動ローラ15aで搬送駆動されることにより、前記回収ベルト14の表面に付着した飛散トナーを、磁気ローラ1上に形成された磁気ブラシ6と接触させて剥離し、磁気ローラ1側に戻すことができる。
また、前記回収ベルト14は、前記駆動ローラ15aに現像ローラ2から未現像トナーを回収するバイアスを印加することで、前記回収ベルト14上に未現像トナーを回収することができる。更に前記回収ベルト14の表面に付着した飛散トナーを、磁気ローラ1上に形成された磁気ブラシ6と接触させて剥離し、磁気ローラ1側に戻すことができる。
また、前記回収ベルト14は、前記駆動ローラ15aに現像ローラ2から未現像トナーを回収するバイアスを印加することで、前記回収ベルト14上に未現像トナーを回収することができる。更に前記回収ベルト14の表面に付着した飛散トナーを、磁気ローラ1上に形成された磁気ブラシ6と接触させて剥離し、磁気ローラ1側に戻すことができる。
前記回収ベルト14の回転方向は、磁気ローラ1の回転方向とはその対向位置で互いに同一の方向(磁気ローラ1とトレール回転)でもあっても、互いに逆方向の回転(カウンター回転)であってもよい。好ましくは、トレール回転である。トレール回転とすることにより、回収ベルト14上のトナーをすぐに磁気ローラ1に回収しやすくなると共に、回収トナーに加えられるストレスが低減するので、回収されるトナーの劣化を防止できる。
前記回収ベルト14の線速は、磁気ローラ1の線速に比べて小さくするのがよく、そして、前記回収ベルト14の周速は、10〜100mm/secがよく、好ましくは20〜70mm/secである。前記回収ベルト14の周速が10mm/sec未満であると、回転数が少なく飛散トナーの回収量が好ましくない。また、100mm/secを超えると飛散トナーの回収性が低下すると共に、磁気ブラシ6による付着トナーの剥離の際に再び飛散してしまうおそれがあるので好ましくない。
前記回収ベルト14は、現像ローラ2近傍に浮遊する飛散トナーを回収するために、現像ローラ2に対向する部分Aに直流バイアス電圧(DC:Vdc3a)を印加するバイアス手段13aを設けてもよい。例えば、トナー5にプラス帯電トナーを用いた場合、前記バイアス手段13aから直流バイアス電圧Vdc3aを印加することにより、回収ベルト14の現像ローラ1に対向する部分Aでの電位を現像ローラ1の電位よりも低くする。これにより、プラス帯電している飛散トナーは、現像ローラ2より電位の低い回収ベルト14に静電気的に吸引され、回収ベルト14表面に付着させることができる。
また、回収ベルト14の現像ローラ1に対向する部分Aでの電位を現像ローラ1の電位よりも低くすることで、現像ローラ2上の未現像トナーを回収ベルト14に回収することができる。これにより、現像ローラ2上に形成されたトナー層をリフレッシュでき、現像ローラ2上のトナーのチャージアップを防止することができる。
また、回収ベルト14の現像ローラ1に対向する部分Aでの電位を現像ローラ1の電位よりも低くすることで、現像ローラ2上の未現像トナーを回収ベルト14に回収することができる。これにより、現像ローラ2上に形成されたトナー層をリフレッシュでき、現像ローラ2上のトナーのチャージアップを防止することができる。
また、前記回収ベルト14は、該回収ベルト14に付着した飛散トナーを磁気ローラ1に戻すために、直流バイアス電圧(DC:Vdc3b)を印加するバイアス手段13bを磁気ローラ1に対向する部分Bに設けてもよい。例えば、トナー5にプラス帯電トナーを用いた場合、前記直流バイアス電圧(DC:Vdc3b)を印加することにより、回収ベルト14の磁気ローラ1に対向する部分Bでの電位を磁気ローラ1の電位よりも高くする。これにより、前記回収ベルト14上の付着トナー5は回収ベルト14より電位の低い磁気ローラ1に移動しやすくなると共に、前記回収トナーは前記磁気ブラシ6によって容易に剥離され、効率よく磁気ローラ1に回収される。
前記回収ベルト14は、表面抵抗値が107〜1010Ω/□、好ましくは109〜1010Ω/□であるのがよい。表面抵抗値が107Ω/□以下であれば、交流バイアスを印加する場合にリークするおそれがあり、1010Ω/□を超えると、導電性が低下するため好ましくない。
前記回収ベルト14は、複数の層からなるのがよく、例えば最下層、中間層、および最上層が順に積層され、最下層と最上層とが回収ベルト14の表面に形成されているのがよい。最下層は、ベルトを補強するためのものであり、所定の表面抵抗値を有する層として形成することができ、用いる絶縁性材料としては、例えばポリイミド(特に硬質ポリイミド)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などが挙げられ、所定の表面抵抗値に調整するための導電性材料としては、例えば導電性カーボンブラックなどが挙げられる。最下層の厚みは50〜200μm、好ましくは5〜100μmであるのがよい。中間層は、弾性を有する層であることが好ましい。具体的には、例えばクロロプレンゴム(CR)、ニトリルゴム(NBR)、ポリウレタン、シリコーンゴムなどが挙げられる。また、中間層の厚みは100〜400μm、好ましくは100〜200μmであるのがよい。また最上層は、例えばフッ素やテフロン(登録商標)あるいはウレタンなどでコーティングされたSiなどからなる層を用いることができる。この最上層の表面抵抗値は、例えば導電性材料である導電性カーボンブラック等の添加量や、層厚などで調整することができる。最上層の厚みは、好ましくは3〜10μmである。
前記駆動ローラ15aおよび従動ローラ15bは、半導電性ゴムを加熱し金属製のシャフトの外周にロール状に成形されたものであるのがよい。また、半導電性ゴムの母材にはシリコンゴム、ウレタンゴム等を用い、半導電性を持たせるために成形前に行う混練時にカーボンブラック等の導電剤を添加するのがよい。従動ローラ15bはアルミニウム、SUS等の金属ローラでも良い。
(現像方法)
図2に本発明にかかる現像手段の一部を模式的に示す。以下に、現像方法について説明する。
磁気ローラ1に内包されている固定マグネットで磁気的に拘束されているキャリア4(磁性体粒子)と、その表面と帯電保持しているトナー5とからなる磁気ブラシ6が、磁気ローラ1表面を回動し現像ローラ2へ搬送される。磁気ローラ1の表面はブラスト処理や溝加工を施したものを用いることで磁気ブラシ6の搬送をよりスムーズに行える。
なお、前記トナー5は、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができるが、以下では正帯電極性のトナーを用いた。
図2に本発明にかかる現像手段の一部を模式的に示す。以下に、現像方法について説明する。
磁気ローラ1に内包されている固定マグネットで磁気的に拘束されているキャリア4(磁性体粒子)と、その表面と帯電保持しているトナー5とからなる磁気ブラシ6が、磁気ローラ1表面を回動し現像ローラ2へ搬送される。磁気ローラ1の表面はブラスト処理や溝加工を施したものを用いることで磁気ブラシ6の搬送をよりスムーズに行える。
なお、前記トナー5は、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができるが、以下では正帯電極性のトナーを用いた。
図2に示すように、現像ローラ2には直流電圧(DC:Vdc2)12bに交流電圧(AC)12aを重畳させた現像バイアス電圧12が印加され、磁気ローラ1には直流電圧(DC:Vdc1)11bに交流電圧(AC)11aを重畳させた現像バイアス電圧11が印加される。そして、磁気ローラ1上には前記磁気ブラシ6が形成され、磁気ローラ1上の磁気ブラシ6は規制ブレード7によって層規制されて、磁気ローラ1と現像ローラ2との間の電位差によって、搬送された磁気ブラシ6の帯電しているトナー5のみが現像ローラ2に移動しトナー層9を形成する。そして、現像ローラ2上のトナー層9によって感光体3上の静電潜像が現像される。なお、前記直流電圧Vdcは、面積中心電圧であり、DUTY比を変化させた際変化する。本発明において、DUTY比は矩形波の交流電圧1周期分において、正極性側に印加される継続時間T1、負極性側に印加される継続時間T2とするとDUTY比(%)=[T1/(T1+T2)]×100で表される。このとき正極性側に立ち上がる波形と負極性側に立ち上がる波形の面積が互いに等しくなる電圧を面積中心電圧と言う。必要に応じて直流電圧を重畳してもよく、直流電圧を重畳した場合はVdc=直流電圧+面積中心電圧となる。交流を印加しない場合のVdcは単なる直流電圧である。
感光体3上の前記静電潜像は、感光体3の表面に帯電手段8により+250〜800Vに帯電したところへ、露光手段16を用いて形成することができる。OPC感光体を用いると、全露光で+70〜220Vが得られ、アモルファスシリコン感光体では10〜50Vの露光後電位が得られる。露光には、半導体レーザーおよびLEDのどちらも用いることができる。
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2はその対向位置において現像剤層を有する磁気ローラ1と最接近し、この対向位置で磁気ブラシ6による機械的な力によって、現像ローラ2上のトナー層9が掻き取られる。それと同時に、磁気ローラ1と現像ローラ2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1上の現像剤層からトナー5が現像ローラ2側に供給されることになる。
現像時、バイアス条件は、磁気ローラ1に+300〜500Vを、現像ローラ2に+100Vを印加するのがよい。薄層形成の電位差としては、200〜400Vが適正でトナー5の帯電量とのバランスで調整すればよい。フィードバック制御等を用いることで、トナー薄層9の層厚をある程度一定にすることが可能である。
トナー回収ベルト14にバイアス電圧を印加するバイアス電源13aを用いる場合、回収ベルト印加電圧(Vdc3a)は、例えば使用するトナー5がプラス帯電トナーでは、飛散しているトナーもプラス帯電しており、それを回収ベルト14に静電気的に吸引して回収ベルト14表面に付着させるには、現像ローラ1よりも回収ベルト14の方の電位を低めに印加する。その場合、回収ベルト14の印加電圧(Vdc3a)は、100V未満、好ましくは50〜−200V程度に設定するのがよい。また、交流バイアスを印加してよい。その場合は、現像ローラ2に印加されている交流電圧と同周波数、同周期で逆位相であることが好ましい。
また、トナー回収ベルト14にバイアス電圧を印加するバイアス電源13bを用いる場合、回収ベルト印加電圧(Vdc3b)は、例えばプラス帯電したトナー5ではそれを磁気ローラ1に移動させて回収するには、磁気ローラ1よりも回収ベルト14の方の電位を高めに印加する。その場合、回収ベルト14の電位は、好ましくは+300Vより高く且つ600V以下で、且つ磁気ローラ1の電位より高く設定する。
交流条件は、磁気ローラ1に現像ローラ2と同周期で逆位相のVP-P(ピーク交流バイアス)=0.1〜2.0kV、周波数=2〜4kHz、DUTY比=60〜80%を、現像ローラ2にはVP-P=1.0〜2.0kV、周波数=2〜4kHz、DUTY比=20〜40%が好ましい。VP-Pを高めると薄層形成がより瞬時に行われるが、反面耐リーク性が弱くなりノイズの発生原因になる。これらの点については、磁気ローラ1や現像ローラ2の表面にアルマイト処理等で絶縁性を高めることはマージンが広がるので好ましい。周波数については、トナー5の帯電量で調整すればよい。
トナー5は、上述したように、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができる。好ましくは正帯電極性のトナーである。その体積平均粒子径は4.0〜7.5μmであるのがよい。4.0μm未満では非静電的な付着力の影響が大きくなり現像性、回収性が低下し、7.5μmより大きいと画質の滑らかさなど高画質な画像が得られにくい。また、トナー5の帯電量は10〜30μC/g程度が好ましい。これよりも低い帯電量では、磁気ブラシ6からトナー5が舞って周辺を汚してしまい、またこれよりも高いと薄層形成が弱くなる。
トナー体積平均粒子径はマルチサイザーIII(ベックマン・コールター社製)を用い、アパチャー径100μm(測定範囲2.0〜60μm)で測定することができる。また、トナー帯電量は、QMメータ(TREK社製、MODEL 210HS)で測定することができる。
トナー体積平均粒子径はマルチサイザーIII(ベックマン・コールター社製)を用い、アパチャー径100μm(測定範囲2.0〜60μm)で測定することができる。また、トナー帯電量は、QMメータ(TREK社製、MODEL 210HS)で測定することができる。
キャリア4は、公知のものを用いることができるが、好ましくはフェライトのコアを用いて表面に樹脂のコーティングを施したものを用いるのがよい。また、キャリア粒径(重量平均粒子径)は25〜50μmのものを用いるのが好ましい。25μm未満であると磁力による保持力が弱まるため、現像ローラ2、回収ベルト14へキャリア4が移行してしまうキャリア飛び等が発生し、50μmを超えると、磁気ブラシ6の密さが適度でなく、またトナー薄層9の形成が滑らかではなく、比表面積が小さいためトナーの回収性も低下する。さらにキャリア4の飽和磁化は35〜90emu/gのものが好ましい。飽和磁化が35emu/gより低いと顕著にキャリア飛びが悪くなり、90emu/gより高いと磁気ブラシ6が疎になり均一な薄層形成ができなくなる。
キャリア4の飽和磁化は、TOEI社製「VSM−P7」を用いて、磁場79.6kA/m(1kOe)で測定することができる。
キャリア4の飽和磁化は、TOEI社製「VSM−P7」を用いて、磁場79.6kA/m(1kOe)で測定することができる。
磁気ローラ1と現像ローラ2の最近接位置での距離(以下で、ギャップともいう。)は200〜600μm、好ましくは300〜400μmである。ギャップは薄層形成を瞬時に行うために最も効果的な因子である。その幅が広いとその効率が低下し、現像ゴースト等の問題が生じる。また狭いとブレードギャップを通過する磁気ブラシ6がギャップを通過できずにトナー薄層9を乱してしまう等の問題が生じる。
また、磁気ローラ1とトナー回収ベルト14のギャップは、磁気ブラシ6が回収ベルト14に接触する程度の間隔であり、磁気ローラ1と現像ローラ2のギャップと略同間隔とするのがよく、200〜600μm、好ましくは200〜400μmである。
また、現像ローラ2とトナー回収ベルト14のギャップは、現像ローラ2と磁気ローラ1のギャップ以下であるのがよい。好ましくは磁気ローラ1とトナー回収ベルト14のギャップと略同間隔とするのがよく、200〜600μm、好ましくは200〜400μmである。
また、磁気ローラ1とトナー回収ベルト14のギャップは、磁気ブラシ6が回収ベルト14に接触する程度の間隔であり、磁気ローラ1と現像ローラ2のギャップと略同間隔とするのがよく、200〜600μm、好ましくは200〜400μmである。
また、現像ローラ2とトナー回収ベルト14のギャップは、現像ローラ2と磁気ローラ1のギャップ以下であるのがよい。好ましくは磁気ローラ1とトナー回収ベルト14のギャップと略同間隔とするのがよく、200〜600μm、好ましくは200〜400μmである。
磁気ローラ1と回収ベルト14間との距離を現像ローラ2と回収ベルト14の間の距離と略同一とすることで、回収トナーにかかるストレスを低減し、磁気ローラ1に回収することができると共に、磁気ローラ1周辺から発生する飛散トナーが現像ローラ2側へ飛散していくのを防止することが可能となる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
以下に示す仕様により、図1に示す本発明の画像形成装置を作製した。感光体3、現像ローラ2、磁気ローラ1、駆動ローラ15aおよび従動ローラ15bの外径は、下記の通りである。
感光体3:外径30mm
現像ローラ2:外径20mm
磁気ローラ1:外径25mm
駆動ローラ15aおよび従動ローラ15b:外径10mm
感光体3ドラムにはアモルファスシリコンを使用し、現像ローラ2および磁気ローラ1のスリーブには、それぞれアルミニウムを使用した。
回収ベルト14は、最下層にポリイミド樹脂(厚さ100μm)、中間層にクロロプレンゴム層(厚さ140μm)、最上層は2層とし、下層にSi層(厚さ5μm)、上層にPVDFを含有したウレタン層(厚さ1μm)からなるものを用いた。
前記回収ベルト14の表面抵抗率は、1×1010Ω/□であった。なお、表面抵抗率(Ω/□)は、三菱油化社製のHIRESTA UP(型式MCP−HT450)を用いて測定した。
また、各ドラムあるいはベルトの周速(線速)は下記の通りである。
感光体3:300mm/sec
現像ローラ2:450mm/sec
磁気ローラ1:675mm/sec
回収ベルト14:30mm/sec
感光体3:外径30mm
現像ローラ2:外径20mm
磁気ローラ1:外径25mm
駆動ローラ15aおよび従動ローラ15b:外径10mm
感光体3ドラムにはアモルファスシリコンを使用し、現像ローラ2および磁気ローラ1のスリーブには、それぞれアルミニウムを使用した。
回収ベルト14は、最下層にポリイミド樹脂(厚さ100μm)、中間層にクロロプレンゴム層(厚さ140μm)、最上層は2層とし、下層にSi層(厚さ5μm)、上層にPVDFを含有したウレタン層(厚さ1μm)からなるものを用いた。
前記回収ベルト14の表面抵抗率は、1×1010Ω/□であった。なお、表面抵抗率(Ω/□)は、三菱油化社製のHIRESTA UP(型式MCP−HT450)を用いて測定した。
また、各ドラムあるいはベルトの周速(線速)は下記の通りである。
感光体3:300mm/sec
現像ローラ2:450mm/sec
磁気ローラ1:675mm/sec
回収ベルト14:30mm/sec
上記で作製した画像形成装置を用いた画像形成時の条件を下記に示した。
感光体表面電位:+310V
現像剤中のトナーのQ/m:20μC/g
トナー粒径(体積平均粒子径):6.5μm
キャリア粒径(重量平均粒子径):45μm
磁気ローラと現像ローラ間距離:350μm
現像ローラと回収ベルト間距離:250μm
磁気ローラと回収ベルト間距離:250μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=100V、VP-P=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=30%
磁気ローラ印加電圧:Vdc1=300V、現像ローラと同周期で逆位相のVP-P=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
回収ベルト印加電圧:Vdc3a=50V(直流電圧のみ印加)、Vdc3b=350V(直流電圧のみ印加)
感光体表面電位:+310V
現像剤中のトナーのQ/m:20μC/g
トナー粒径(体積平均粒子径):6.5μm
キャリア粒径(重量平均粒子径):45μm
磁気ローラと現像ローラ間距離:350μm
現像ローラと回収ベルト間距離:250μm
磁気ローラと回収ベルト間距離:250μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=100V、VP-P=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=30%
磁気ローラ印加電圧:Vdc1=300V、現像ローラと同周期で逆位相のVP-P=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
回収ベルト印加電圧:Vdc3a=50V(直流電圧のみ印加)、Vdc3b=350V(直流電圧のみ印加)
上記のように、飛散トナーを回収するトナー回収ベルトを磁気ローラと現像ローラの最近接位置よりも前記磁気ローラの回転方向下流側で、且つ前記磁気ローラとハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ベルトに付着した飛散トナーを前記磁気ローラで回収する画像形成装置を用いて、前記条件により画像形成を行ったところ、飛散トナーが効率よく回収されると共に、トナーの劣化を抑制し、安定して良好な画像形成が行われることがわかった。
1 二成分現像剤担持体(磁気ローラ)
2 トナー担持体(現像ローラ)
3 静電潜像担持体(感光体)
4 キャリア
5 トナー
6 磁気ブラシ
7 規制ブレード
8 帯電手段
9 トナー薄層
11a 交流電源
11b 直流電源
12a 交流電源
12b 直流電源
13a 直流電源
13b 直流電源
14 トナー回収ベルト
16 露光手段
22 一次転写手段
24 クリーニング手段
25 二次転写手段
26 定着手段
2 トナー担持体(現像ローラ)
3 静電潜像担持体(感光体)
4 キャリア
5 トナー
6 磁気ブラシ
7 規制ブレード
8 帯電手段
9 トナー薄層
11a 交流電源
11b 直流電源
12a 交流電源
12b 直流電源
13a 直流電源
13b 直流電源
14 トナー回収ベルト
16 露光手段
22 一次転写手段
24 クリーニング手段
25 二次転写手段
26 定着手段
Claims (4)
- 内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とをハウジング内に少なくとも備え、前記トナー担持体および/または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成装置であって、
前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ベルトを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体および前記トナー担持体と前記ハウジング壁との間において、一端部が前記トナー担持体に対向し、他端部が前記二成分現像剤担持体に対向して配置したことを特徴とする画像形成装置。 - 前記トナー回収ベルトは、前記トナー担持体に対向する前記一端部および前記二成分現像剤担持体に対向する前記他端部のそれぞれにバイアス電圧を印加するバイアス手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 前記トナー回収ベルトは、表面抵抗値が107〜1010Ω/□(□:単位面積)であることを特徴とする請求項1または2記載の画像形成装置。
- 前記静電潜像担持体の周速が180mm/sec以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007020949A JP2008185901A (ja) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | 画像形成装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018031841A (ja) * | 2016-08-23 | 2018-03-01 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 |
-
2007
- 2007-01-31 JP JP2007020949A patent/JP2008185901A/ja active Pending
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