JP2008185902A - 画像形成装置および画像形成方法 - 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、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。
【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2および二成分現像剤担持体1の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ローラ14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とハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためのバイアス電圧を印加するバイアス手段を備え、該バイアス手段により印加される前記バイアス電圧は、所定のタイミングでトナーの帯電極性と同じ極性の前記バイアス電圧の絶対値を大きくする。
【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2および二成分現像剤担持体1の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ローラ14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とハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためのバイアス電圧を印加するバイアス手段を備え、該バイアス手段により印加される前記バイアス電圧は、所定のタイミングでトナーの帯電極性と同じ極性の前記バイアス電圧の絶対値を大きくする。
【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ため、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ので、よりトナー飛散が発生しやすい。また、特許文献2では、飛散トナーを回収した回収ローラからトナーを剥ぎ取って現像装置に戻す場合、トナーを戻す経路を別途設ける必要があり、装置が大きくなるデメリットがある他、そこではブレード等でトナーを剥ぎ取るため、トナーの劣化が促進される。
そこで、本発明者らは、上記問題を解決するために、飛散トナーを回収するために回収ローラを磁気ローラに対向して配置すると共に、回収ローラと磁気ローラ間に形成される磁気ブラシにて回収ローラ上に捕集した飛散トナーを磁気ローラに戻すために、磁性部材を回収ローラに内包させることにより、トナー飛散を抑制し、回収トナーのストレスを低減できることを見出した。更に、効率よく回収ローラ上に捕集した飛散トナーを磁気ローラに戻すために、回収ローラ内部で磁気ローラと対向する側に磁性部材を配置することで、回収ローラと磁気ローラ間に磁気ブラシがブリッジを形成し、効率よく回収できる手段を見出した。しかしながら、回収力をアップするために、トナー回収ローラ内部の磁気ローラとの対向位置にマグネットを配置した場合、その両端部はフランジの挿入幅があり磁性部材を磁気ブラシの存在する両端部まで配置できない問題があった。そして、トナー飛散はトナー回収ローラ内部の磁気ローラとの対向位置に磁性部材を配置できない両端にも発生し、その部分の飛散トナーもトナー回収ローラにより回収される。しかしながら、その部分の磁気ブラシはトナー回収ローラ内部に配置にされた磁性部材によりブリッジを形成しており、端部に本来接触しているはずの磁気ブラシがブリッジ形成に引っ張られる形で、回収ローラ両端部分に接触する磁気ブラシの存在量が少なくなって、回収性が低下してしまい、トナー回収ローラ上に蓄積してしまうといった問題があった。
更にタッチダウン現像方式において、ドラム線速が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、トナー飛散を抑制すると共に、磁気ブラシにてトナー回収ローラの両端部表面に蓄積する飛散トナーを磁気ローラ側に回収し、この回収される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。
更にタッチダウン現像方式において、ドラム線速が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、トナー飛散を抑制すると共に、磁気ブラシにてトナー回収ローラの両端部表面に蓄積する飛散トナーを磁気ローラ側に回収し、この回収される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。
上記課題を解決するための画像形成装置および画像形成方法は、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ローラを、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と前記ハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためのバイアス電圧を印加するバイアス手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
(2)前記トナー回収ローラは、その内部に前記二成分現像剤担持体の磁性部材と極性が異なる磁性部材を、前記二成分現像剤担持体の磁性部材に対向して配置したことを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。
(3)前記トナー回収ローラの磁性部材は、長手方向の幅が前記二成分現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの幅より短いことを特徴とする(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。
(5)ハウジング内に備えた、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用いて、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方法であって、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ローラを、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と前記ハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためのバイアス手段により印加される前記バイアス電圧は、所定のタイミングで前記トナーの帯電極性と同じ極性の前記バイアス電圧の絶対値を大きくすることを特徴とする画像形成方法。
(6)前記バイアス手段により前記バイアス電圧が印加される前記所定のタイミングは、非画像形成時であることを特徴とする(5)に記載の画像形成方法。
(2)前記トナー回収ローラは、その内部に前記二成分現像剤担持体の磁性部材と極性が異なる磁性部材を、前記二成分現像剤担持体の磁性部材に対向して配置したことを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。
(3)前記トナー回収ローラの磁性部材は、長手方向の幅が前記二成分現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの幅より短いことを特徴とする(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。
(5)ハウジング内に備えた、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用いて、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方法であって、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ローラを、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と前記ハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためのバイアス手段により印加される前記バイアス電圧は、所定のタイミングで前記トナーの帯電極性と同じ極性の前記バイアス電圧の絶対値を大きくすることを特徴とする画像形成方法。
(6)前記バイアス手段により前記バイアス電圧が印加される前記所定のタイミングは、非画像形成時であることを特徴とする(5)に記載の画像形成方法。
本発明によれば、飛散トナーを回収するトナー回収ローラを二成分現像剤担持体と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とハウジング壁の間に配置するので、飛散トナーを前記トナー回収ローラに付着させて捕集することができる。
そして、前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためにバイアス電圧を印加するバイアス手段を備え、該バイアス手段によりバイアス電圧を印加するので、回収ローラ上に捕集したトナー、特に前記回収ローラ両端部に蓄積した捕集トナーを磁気ローラへ容易に戻すことができる。その結果、トナー飛散を抑制できると共に、トナーの劣化を抑制し、長期間安定した画像品質が得られる。
そして、前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためにバイアス電圧を印加するバイアス手段を備え、該バイアス手段によりバイアス電圧を印加するので、回収ローラ上に捕集したトナー、特に前記回収ローラ両端部に蓄積した捕集トナーを磁気ローラへ容易に戻すことができる。その結果、トナー飛散を抑制できると共に、トナーの劣化を抑制し、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、転写手段22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、転写手段22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、また転写手段22としては転写ローラ等が挙げられ、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および図4に示すように、内部のローラ軸R1に複数の磁性部材M1,M11が固定して配設され、該磁性部材M1,M11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、内部のローラ軸R2に前記磁気ローラ1とは異極の磁性部材M2が固定して配設され、該磁性部材M2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、飛散トナーを回収するためのトナー回収ローラ14(以下、回収ローラともいう。)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、トナー回収ローラ14に印加する交流(AC)バイアス電源13aおよび直流(DC:Vdc3)バイアス電源13bとを備えている。
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6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おり、この未現像トナーはキャリア4との付着性が小さく(トナー薄層形成時の二成分現像剤中のトナーとキャリアの付着力に比べて)、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ので、トナー飛散が発生しやすい。そして、飛散トナーは各種の画像不良、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。
(トナー回収ローラ)
本発明に係るトナー回収ローラ14は、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、および撹拌スクリュー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磁気ローラ1に対向して配設される。
本発明に係るトナー回収ローラ14は、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、および撹拌スクリュー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磁気ローラ1に対向して配設される。
上記構成とすることにより、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気力等によりトナー回収ローラ14表面に付着させて捕集することができる。
前記トナー回収ローラ14は、前記捕集した飛散トナーを磁気ローラ1に戻すために、前記バイアス手段13により、使用する正規のトナーの帯電極性と同じ極性のバイアス電圧を所定のタイミングで印加し、磁気ローラ1との間に電位差を生じさせる。例えば、トナー5に正帯電トナーを用いた場合、前記回収ローラ14に印加するバイアス電圧は、前記回収ローラ14の電位を磁気ローラ1の電位よりも高くなるように印加する。これにより、回収ローラ14上に捕集された正帯電した飛散トナーは、より電位の低い磁気ローラ1に静電気的に引かれ、これを前記磁気ローラ1に戻すことができる。負帯電トナーを用いた場合には、逆に磁気ローラ1の電位よりも低くなるように印加すればよいことはいうまでもない。
前記バイアス手段13によるバイアス電圧印加のタイミングは、例えば紙間などの非画像形成時に行う。あるいは、画像形成時において常時印加してもよい。この場合、所定のタイミング、例えば現像装置の駆動時間5〜10分毎、あるいは印刷枚数100〜1000枚毎(このタイミングは現像装置の総駆動時間に応じて可変させてもよい)に、前記バイアス電圧を強め、回収ローラ14上の捕集トナーを磁気ローラ1に戻すのがよい。前記バイアス電圧を強めることにより、特に回収ローラ14端部に蓄積された飛散トナーも磁気ローラ1に戻すことができる。
前記トナー回収ローラ14は、その内部に前記磁気ローラ1の磁性部材M1と極性が異なる磁性部材M3を、前記磁気ローラ1の磁性部材M1に対向して配置するのが好ましい。このとき、前記回収ローラ14の磁性部材M3は、図3に示すように、前記回収ローラ14に回収されたトナーは磁気ブラシ6により回収するため、前記回収ローラ14自体の軸方向の長さは磁気ブラシ6の軸方向の長さと同じか短く設定する必要がある。その場合、前記回収ローラ14の両端部にフランジを勘合する幅が必要となるが、その部分には磁性部材M3を配置することができないため、磁気ローラ1の磁性部材M1の長手方向長さより短い。前記磁性部材M3を配置することにより、後述するように、磁性部材M3領域は回収ローラと磁気ローラ1間に形成される磁気ブラシ6により磁気ブラシのブリッジが形成され捕集トナーの回収力がアップするため、前記バイアス電圧を低減でき、あるいは印加しないことが可能となる。しかしながら、図3に示すように、前記トナー回収ローラ14のフランジFのある両端部Dは前記磁気ブラシ6による磁気ブラシのブリッジが形成されない幅Wの範囲外にあって前記磁気ブラシ6が接触しにくいため、この磁気ブラシ6による掻き取り効果が弱く十分に掻き取ることができない。このため前記バイアス電圧を印加しないかあるいは低減すると、前記両端部Dに捕集された飛散トナーは磁気ローラ1に回収されなくなり捕集トナーが蓄積する。したがって、上述のように所定のタイミングで前記バイアス電圧を印加することにより、より効果的に蓄積した捕集トナーも磁気ブラシ1側に戻すことができる。
前記トナー回収ローラ14は、図4に示すように、内部に磁性部材M3が配設され、該磁性部材M3の外周部を回転するスリーブからなるのがよい。前記磁性部材M3は、前記回収ローラ14内のローラ軸R3に設けられ、周方向の所定の角度で回転不能に固定して支持されている。回収ローラ14の磁性部材M3の位置は、磁気ローラ1の中心と回収ローラ14の中心を結んだ線Cに対し、回収ローラ14の回転方向の上流側に配置するのがよい。図4に示すように、その角度αは1〜6°、好ましくは5°程度上流側に配置する。一方、磁気ローラ1の引き込み極M1は前記中心を結んだ線Cに対して磁気ローラ1の回転方向の上流側に配置するのがよく、図4に示すように、その角度βは1〜6°、好ましくは5°程度上流側に配置する。角度αが1°未満であるとキャリアが回収ローラに引き付けられてしまう場合があり好ましくない。また、角度αが6°を超えると、回収ローラ上のトナーを磁気ローラ側へ戻す力が弱過ぎ、トナーを回収できない場合があり好ましくない。このとき、回収ローラ14の磁性部材M3と磁気ローラ1の引き込み極M1とは、それぞれの半径方向先端部の極性が互いに異なるように対向して配置する。例えば図4に示す例では、回収ローラ14の前記磁性部材M3はN極であり、磁気ローラ1の引き込み極M1はS極である。
前記回収ローラ14の周方向の回転方向は、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である。そして、前記回収ローラ14の周速は、10〜100mm/secがよく、好ましくは20〜70mm/secである。前記回収ローラ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。更に、前記磁気ローラ1上に担持されている磁気ブラシ6からキャリア4を引いてしまうおそれがあるので好ましくない。
前記回収ローラ14の回転スリーブの材質は、アルミニウム、ステンレススチール等の金属を用いることができる。飛散トナーの付着性および電気絶縁性の観点から、アルマイト処理をしたアルミニウムであるのが好ましい。また、前記磁性部材M3としては、磁力を発生する材料であれば特に限定されるものでないが、好ましくは磁石であるのがよく、例えば加工が容易なラバーマグネットなどが好適である。
図4に示すように、回収ローラ14に磁性部材M3を配置して磁気ローラ1の磁極M1との位置関係を上記のように設定することで、磁気ローラ1の引き込み極M1(S極)に対向して磁極の異なった回収ローラ14磁極M3(N極)が存在することになるので、回収ローラ14と磁気ローラ1が最近接する位置よりも上流側で、磁気ローラ1と回収ローラ14との間に磁界が形成され、磁気ブラシ6の層ができる。そして、この磁気ブラシ6は回収ローラ14と磁気ローラ1間で、前記α=β=0の時の場合に比べて、磁気ローラ1回転方向下流側に傾いて形成されるので、回収ローラ14上の付着トナーは前記磁気ブラシ6により機械的な力で剥がされた後、磁気ローラ1の回転方向下流側に搬送されやすくなる。その結果、回収トナーが滞留することなく、効率的に磁気ローラ1側に回収される。さらに、回収ローラ14と磁気ローラ1間に磁気ブラシ6の層ができることで、磁気ローラ1の前記攪拌スクリュー44側から現像ローラ2側へと飛散する飛散トナーの行き場を塞ぐ効果も果たし、この飛散トナーも同時に捕集して磁気ローラ1側に戻すことができる。
また、前記回収ローラ14と磁気ローラ1とがその対向位置で周方向の回転を互いに同一の方向にしたことで、回収トナーに加えられるストレスが低減し、回収されるトナーの劣化を防止できる。
前記回収ローラ14に配置される磁性部材M3の半径方向における回収ローラ14表面上での磁力(表面磁束密度)は30〜70mT、好ましくは30〜50mTである。このとき、磁気ローラ1の主極M11は70〜100mT、好ましくは80〜100mTである。そして、引き込み極M1の半径方向における磁気ローラ1表面上での磁力(表面磁束密度)は、前記回収ローラ14の磁性部材M3よりも大きく、且つ前記磁気ローラ1の主極M11より小さく、60〜90mT、好ましくは70〜90mTである。
前記回収ローラ14の磁性部材M3の磁力を前記磁気ローラ1の引き込み極M1の磁力よりも小さくすることで、多くのキャリア4を磁気ローラ1側に引き込み、それに伴って回収ローラ14上のトナー5が磁気ローラ1に効率よく回収されると共に、磁気ローラ1上のキャリア4が回収ローラ14側に取られることもない。
(現像方法)
以下に、図2に基づいて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。
以下に、図2に基づいて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。このとき正極性側性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+免疫中心電圧となる。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+70〜180V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。
交流条件は、磁気ローラ1に現像ローラ2と同周波数、同周期で逆位相のVpp=0.1〜2.0kV、周波数=2〜4kHz、DUTY比=30〜80%を、現像ローラ2にはVpp=1.0〜2.0kV、周波数=2〜4kHz、DUTY比=20〜40%が好ましい。Vpp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。
回収ローラ14へのバイアス電圧は、前記現像ローラ2および磁気ローラ1の電位より高くし、且つ画像形成時にVdc3=0〜300V、非画像形成時にVdc3=350〜450Vを印加するのがよい。交流バイアス電圧を重畳してもよく、その場合は、磁気ローラ1に印加されている交流バイアス電圧と、同周波数、同周期で逆位相の交流バイアス電圧を印加し、このときVdc3は磁気ローラ1の電位より高くなるようにするのがよい。回収ローラ14へのバイアス電圧が前記範囲であれば、回収ローラ14の端部表面に蓄積された飛散トナーを磁気ローラ1に効率的に戻すことができる。図5に回収ローラ14に印加するバイアス電圧の一例を示した。
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6〜30μC/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十分なトナー層厚の形成が困難となる。
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、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4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出来なくなる。
磁気ローラ1と現像ローラ2のギャップは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とトナー回収ローラ14のギャップは、磁気ブラシ6が回収ローラ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300〜400μmである。
また、磁気ローラ1とトナー回収ローラ14のギャップは、磁気ブラシ6が回収ローラ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300〜400μmである。
磁気ローラ1と回収ローラ14間との距離を磁気ローラ1と現像ローラ2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。
[実施例1]
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および回収ローラ14の各スリーブ並びに内部マグネットの寸法は、下記の通りである。
現像ローラ2:スリーブ幅341mm(内フランジ幅5.0×2mm)、内部マグネット幅330mm、外径20mm
磁気ローラ1:スリーブ幅358mm(内フランジ幅6.0×2mm)、内部マグネット幅343mm、外径25mm
回収ローラ14:スリーブ幅341mm(内フランジ幅5.0×2mm)、内部マグネット幅330mm、外径10mm
各ローラのスリーブには、それぞれアルミニウムを使用した。
また、各ドラムの周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
回収ローラ14:30mm/sec
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および回収ローラ14の各スリーブ並びに内部マグネットの寸法は、下記の通りである。
現像ローラ2:スリーブ幅341mm(内フランジ幅5.0×2mm)、内部マグネット幅330mm、外径20mm
磁気ローラ1:スリーブ幅358mm(内フランジ幅6.0×2mm)、内部マグネット幅343mm、外径25mm
回収ローラ14:スリーブ幅341mm(内フランジ幅5.0×2mm)、内部マグネット幅330mm、外径10mm
各ローラのスリーブには、それぞれアルミニウムを使用した。
また、各ドラムの周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
回収ローラ14:30mm/sec
回収ローラ14の磁性部材M3は、磁極位置α=5°、磁気ローラ1の引き込み極M1の位置はβ=5°になるよう配置した。そして、各磁性部材の半径方向における各ローラ表面での磁力および長手方向長さは下記に示すとおりである。
磁気ローラ1の主極M11(N極):90mT、長さ343mm
磁気ローラ1の引き込み極M1(S極):80mT、長さ343mm
現像ローラ2のS極M2:40mT、長さ330mm
回収ローラ14のN極M3:40mT、長さ330mm
なお、磁力測定は、テスラメータGX-100(日本電磁測器(株)社製)を用いて、回収ローラ14および磁気ローラ1の表面上の磁力を測定した。
磁気ローラ1の主極M11(N極):90mT、長さ343mm
磁気ローラ1の引き込み極M1(S極):80mT、長さ343mm
現像ローラ2のS極M2:40mT、長さ330mm
回収ローラ14のN極M3:40mT、長さ330mm
なお、磁力測定は、テスラメータGX-100(日本電磁測器(株)社製)を用いて、回収ローラ14および磁気ローラ1の表面上の磁力を測定した。
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:18μC/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
磁気ローラと回収ローラ間距離:250μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=100V、VP-P=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=27%
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=73%
回収ローラ印加電圧:画像形成時;Vdc3=0V、非画像形成時;Vdc3=400V(直流電圧のみ印加)
本実施例1では、100枚印字後、非画像形成時間を1.1secとるように設定して行った。非画像形成時に回収ローラ周速を100mm/secに可変し、非形成画像時間を314msecに短縮してもよい。
感光体表面電位:+310V
現像剤中のトナーのQ/m:18μC/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
磁気ローラと回収ローラ間距離:250μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=100V、VP-P=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=27%
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=73%
回収ローラ印加電圧:画像形成時;Vdc3=0V、非画像形成時;Vdc3=400V(直流電圧のみ印加)
本実施例1では、100枚印字後、非画像形成時間を1.1secとるように設定して行った。非画像形成時に回収ローラ周速を100mm/secに可変し、非形成画像時間を314msecに短縮してもよい。
[実施例2]
回収ローラ14への印加電圧は、画像形成時Vdc3=0V、非画像形成時は回収ローラ14に磁気ローラ1と同周波数、同周期、逆位相のVdc2=300V、VP-P=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=27%を印加した以外は実施例1と同様にして画像形成を行った。
回収ローラ14への印加電圧は、画像形成時Vdc3=0V、非画像形成時は回収ローラ14に磁気ローラ1と同周波数、同周期、逆位相のVdc2=300V、VP-P=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=27%を印加した以外は実施例1と同様にして画像形成を行った。
[比較例1]
画像形成時は回収ローラ14にVdc3=0Vとし、非画像形成時にも回収ローラ14のVdc3=0Vとした以外は、実施例1と同様にして画像形成を行った。
画像形成時は回収ローラ14にVdc3=0Vとし、非画像形成時にも回収ローラ14のVdc3=0Vとした以外は、実施例1と同様にして画像形成を行った。
(評価)
上記で作製された画像形成装置を用いて、バイアス可変タイミングを100枚連続印字後、非画像形成時間1.1sec間での印加とし、これを5000枚まで行った。そして、5000枚印字終了後、回収ローラ14の端部Dに付着しているトナーをQMメータ(TREK社製 MODEL 210PS)で、吸引しトナー重量を比較し、評価した。
結果を表1に示した。
上記で作製された画像形成装置を用いて、バイアス可変タイミングを100枚連続印字後、非画像形成時間1.1sec間での印加とし、これを5000枚まで行った。そして、5000枚印字終了後、回収ローラ14の端部Dに付着しているトナーをQMメータ(TREK社製 MODEL 210PS)で、吸引しトナー重量を比較し、評価した。
結果を表1に示した。
表1に示すように、本発明の範囲内の実施例1,2では、回収ローラ14端部Dに付着したトナー量は非常に少なく、回収ローラ14内部に配置された磁性部材M3が存在しない端部D(フランジF)に蓄積された回収ローラ14上の飛散トナーを磁気ローラ1側に戻すことができると共に、飛散トナーを抑制できた。
これに対して、本発明の範囲外の比較例1では、回収ローラ14端部Dに多くのトナーが付着し、回収ローラ14端部Dに蓄積したトナーを磁気ブラシ6にて磁気ローラ1側に戻すことができず、トナー飛散等の不具合が発生した。
これに対して、本発明の範囲外の比較例1では、回収ローラ14端部Dに多くのトナーが付着し、回収ローラ14端部Dに蓄積したトナーを磁気ブラシ6にて磁気ローラ1側に戻すことができず、トナー飛散等の不具合が発生した。
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 交流電源
13b 直流電源
14 トナー回収ローラ
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 交流電源
13b 直流電源
14 トナー回収ローラ
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 (6)
- 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ローラを、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と前記ハウジング壁の間に配置し、
前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためのバイアス電圧を印加するバイアス手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記トナー回収ローラは、その内部に前記二成分現像剤担持体の磁性部材と極性が異なる磁性部材を、前記二成分現像剤担持体の磁性部材に対向して配置したことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 前記トナー回収ローラの磁性部材は、長手方向の幅が前記二成分現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの幅より短いことを特徴とする請求項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。
- ハウジング内に備えた、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用いて、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方法であって、
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ローラを、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と前記ハウジング壁の間に配置し、
前記トナー回収ローラは、回収した飛散トナーを前記二成分現像剤担持体に戻すためのバイアス手段により印加される前記バイアス電圧は、所定のタイミングで前記トナーの帯電極性と同じ極性の前記バイアス電圧の絶対値を大きくすることを特徴とする画像形成方法。 - 前記バイアス手段により前記バイアス電圧が印加される前記所定のタイミングは、非画像形成時であることを特徴とする請求項5記載の画像形成方法。
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2007
- 2007-01-31 JP JP2007020950A patent/JP2008185902A/ja active Pending
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