JP2008191179A - 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、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、前記二成分現像剤担持体に印加する現像バイアスのうち交流バイアス電圧のDUTY比が50%以下の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対してn倍(nは2以上の整数)の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加する。
【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、前記二成分現像剤担持体に印加する現像バイアスのうち交流バイアス電圧のDUTY比が50%以下の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対してn倍(nは2以上の整数)の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加する。
【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。
従来、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、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。
このため、例えば特許文献1では、現像ローラに直流バイアスを重畳させたデューティ(DUTY)比10〜50%の交流バイアスを印加して現像ゴースト、選択現像性を抑制する手段等が提供されている。しかしながら、特許文献1では、上述したように、薄層形成時と現像時の最適なトナー帯電量が異なっているため、その対策は不十分な場合があった。
このため、例えば特許文献1では、現像ローラに直流バイアスを重畳させたデューティ(DUTY)比10〜50%の交流バイアスを印加して現像ゴースト、選択現像性を抑制する手段等が提供されている。しかしながら、特許文献1では、上述したように、薄層形成時と現像時の最適なトナー帯電量が異なっているため、その対策は不十分な場合があった。
一方、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2では、静電潜像担持体上に形成される潜像を現像手段により現像剤を用いて現像する際に飛散する現像剤を回収するために、前記現像手段近傍に配置した回収ローラにバイアス電圧を印加して回収する方法が提案されている。
特開2003−280357号公報
特開平11−174792号公報
しかしながら、特許文献2では、回収ローラに印加するバイアス電圧について、ピーク交流バイアス電圧Vppは記載されているが、その波形や周波数等に関する記載がない。交流バイアス電圧の波形や周波数は回収ローラに飛散トナーを回収する上で重要であり、最適化する必要がある。
更にタッチダウン現像方式においては、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。
更にタッチダウン現像方式においては、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。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下に示す構成の画像形成装置とすることにより、トナー飛散を抑制すると共に、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ことを見出して、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の画像形成装置は、以下の構成を有する。
すなわち、本発明の画像形成装置は、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、前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のDUTY比が50%以下の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対してn倍(nは2以上の整数)の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。
(2)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、前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のDUTY比が50%以上の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して1/n倍(nは2以上の整数)の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。
(3)前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して2〜4倍の周波数であることを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。
(4)前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して1/2〜1/4倍の周波数であることを特徴とする(2)に記載の画像形成装置。
(5)前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数は3.5kHz以下であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の画像形成装置。
(6)前記二成分現像剤担持体と前記トナー回収ローラ間は、前記二成分現像剤担持体上に形成された磁気ブラシが少なくとも互いの最近接位置で接触する距離であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の画像形成装置。
(7)前記トナー回収ローラは、前記二成分現像剤担持体より小さな周速で回転することを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の画像形成装置。
(8)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)〜(7)のいずれかに記載の画像形成装置。
(2)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、前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のDUTY比が50%以上の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して1/n倍(nは2以上の整数)の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。
(3)前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して2〜4倍の周波数であることを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。
(4)前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して1/2〜1/4倍の周波数であることを特徴とする(2)に記載の画像形成装置。
(5)前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数は3.5kHz以下であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の画像形成装置。
(6)前記二成分現像剤担持体と前記トナー回収ローラ間は、前記二成分現像剤担持体上に形成された磁気ブラシが少なくとも互いの最近接位置で接触する距離であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の画像形成装置。
(7)前記トナー回収ローラは、前記二成分現像剤担持体より小さな周速で回転することを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の画像形成装置。
(8)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)〜(7)のいずれかに記載の画像形成装置。
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、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアス電圧のDUTY比が50%以下の場合には、前記トナー回収ローラに前記二成分現像剤担持体の周波数に対してn倍(nは2以上の整数)の周波数で、且つ15kHz以下の交流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を大きく振動させて、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、長期間安定した画像品質が得られる。
また、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアス電圧のDUTY比が50%以上の場合には、前記トナー回収ローラに前記二成分現像剤担持体の周波数に対して1/n倍(nは2以上の整数)の周波数で、且つ15kHz以下の交流バイアス電圧を印加することにより、上記と同様の効果が得られる。
そして、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアス電圧のDUTY比が50%以下の場合には、前記トナー回収ローラに前記二成分現像剤担持体の周波数に対してn倍(nは2以上の整数)の周波数で、且つ15kHz以下の交流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を大きく振動させて、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、長期間安定した画像品質が得られる。
また、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアス電圧のDUTY比が50%以上の場合には、前記トナー回収ローラに前記二成分現像剤担持体の周波数に対して1/n倍(nは2以上の整数)の周波数で、且つ15kHz以下の交流バイアス電圧を印加することにより、上記と同様の効果が得られる。
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。
図2に示すように、現像手段18は、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に印加するバイアス電源11;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に印加するバイアス電源12;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、トナー回収ローラ14には、飛散トナーを回収するためにバイアス電圧を印加するバイアス電源13;交流(AC)バイアス電源13aおよび直流(DC:Vdc3)バイアス電源13bが設けられている。
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4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。
また、現像ローラ2のDUTY比を50%以下で使用する場合に、磁気ローラ1と現像ローラ2間のリーク対策から同じDUTY比にする場合がある。その時には、トナー供給量を多くするために磁気ローラ1と現像ローラ2間の周速比(M/S)を、1.5倍以上と高くする必要がある。M/Sを高くした場合には、磁気ローラ1と現像ローラ2間でトナーが飛散することが問題となっていた。
(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引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。
また、飛散トナーは、前記回収ローラ14と現像ローラ2および磁気ローラ1との間に電位差が生じるよう、前記各直流バイアス電圧Vdc1、Vdc2およびVdc3にてバイアス電圧を印加することにより、回収ローラ14に静電的に付着させ、捕集することができる。例えば、プラス帯電トナーを用いた場合、前記回収ローラ14の電位を現像ローラ2および磁気ローラ1の電位より低くなるよう、前記各ローラにバイアス電位を印加する。
前記回収ローラ14は周方向に回転しているのがよい。これにより、前記回収ローラ14の表面に付着した飛散トナーは、磁気ローラ1上に形成された磁気ブラシ6と接触して剥離され、磁気ローラ1側に戻すことができる。
前記回収ローラ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、回収ローラ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。
前記回収ローラ14の周速は、磁気ローラ1の周速に比べて小さくするのがよい。前記回収ローラ14の周速が磁気ローラ1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。
前記トナー回収ローラ14は、飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を印加するバイアス電源13により、前記磁気ローラ1に印加する交流バイアス電圧のDUTY比が50%以下の場合には、前記磁気ローラ1に印加する周波数に対して2以上の整数倍、好ましくは2〜8倍、より好ましくは2〜4倍の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧が印加される。
図3(a)に示すように、磁気ローラ1のDUTY比が50%以下の場合に、回収ローラ14に印加する交流バイアスの周波数を磁気ローラ1の整数倍にすることで、回収ローラ14から磁気ローラ1へ捕集したトナーを送る回数(振幅回数)が増加する。そのため、磁気ローラ1への捕集トナーの回収がし易くなる。
回収ローラ14に印加する交流バイアスの周波数は、上記したように、15kHz以下であり、周波数が15kHzを超えると振幅回数が多くなりすぎ、捕集したトナーが微振動するに留まり動きが小さくなり回収性が低下してしまう。したがって、例えば、磁気ローラ1の周波数を3.5kHzとした場合、周波数を磁気ローラ1の4倍だと14kHzであり、5倍の場合では17.5kHzとなるので、5倍未満であるのが好ましい。
また、図3(b)に示すように、磁気ローラ1のDUTY比が50%以上の場合には、回収ローラ14に印加する交流バイアスの周波数を磁気ローラ1の1/整数倍、好ましくは1/2〜1/8倍、より好ましくは1/2〜1/4倍の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧を、回収ローラ14に印加することで、上記と同様の効果が得られる。
回収ローラ14に印加する交流バイアスの周波数を磁気ローラ1の1/4倍より小さくすると振幅回数が多くなりすぎ、捕集したトナーが微振動するに留まり動きが小さくなり回収性が低下してしまうので、1/4倍以上であるのが好ましい。
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。
前記回収ローラ14には、ブレード15を備えてもよい。このブレード15により回収ローラ14上に捕集されたトナーを掻き取り、攪拌スクリュー44に戻すことができる。この場合、前記ブレード15は攪拌スクリュー44側に配置し、回収ローラ14表面を圧接できるようにする。また、前記ブレード15は、回収したトナーによって形成されるトナー層の厚さを規制するために用いることもできる。この場合、前記ブレード15は回収ローラ14表面から所望の層厚の間隔となるよう配置する。これにより、回収ローラ14上の捕集トナーの層厚さが厚くならないため、磁気ブラシ6による掻き取りが良好に行われると共に、掻き取り時のトナーの再飛散を防止できる。
(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。
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。
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+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+70〜180V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=60〜80%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。
トナー5は、プラスおよびマイナスに帯電したトナーのいずれも用いることができる。好ましくはプラス帯電を用いる。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薄層形成が弱くなる。
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、磁気ブラシの密さが適度でなく、またトナー薄層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の各スリーブの径は、それぞれ30mm、20mm、25mmおよび10mmで、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
なお、回収ローラ14の回転は、捕集したトナーを攪拌スクリュー44へ戻す方向に回転させた。また、この回収ローラ14にブレード15を圧接させ、回収ローラ14上の捕集トナーを掻き取って攪拌スクリュー44に戻した。
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の各スリーブの径は、それぞれ30mm、20mm、25mmおよび10mmで、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
なお、回収ローラ14の回転は、捕集したトナーを攪拌スクリュー44へ戻す方向に回転させた。また、この回収ローラ14にブレード15を圧接させ、回収ローラ14上の捕集トナーを掻き取って攪拌スクリュー44に戻した。
上記で作製した画像形成装置を用いて下記に示す作像時の条件により、画像形成を実施した。
感光体(アモルファスシリコン)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:D50):6.5μm
キャリア粒径(重量平均粒子径:D50):45μm
磁気ローラと現像ローラ間距離:350μm
現像ローラと回収ローラ間距離:1000μm
磁気ローラと回収ローラ間距離:350μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=100V、Vpp=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=30%
磁気ローラ印加電圧:Vdc1=200V、現像ローラ2と同じ周期で逆位相のVpp=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
回収ローラ印加電圧:Vdc3=100V、Vpp=1.0kV,周波数f=0.9kHz、Duty比=70%
感光体(アモルファスシリコン)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:D50):6.5μm
キャリア粒径(重量平均粒子径:D50):45μm
磁気ローラと現像ローラ間距離:350μm
現像ローラと回収ローラ間距離:1000μm
磁気ローラと回収ローラ間距離:350μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=100V、Vpp=1.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=30%
磁気ローラ印加電圧:Vdc1=200V、現像ローラ2と同じ周期で逆位相のVpp=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
回収ローラ印加電圧:Vdc3=100V、Vpp=1.0kV,周波数f=0.9kHz、Duty比=70%
[実施例2]
下記に示す条件を用いた以外は、実施例1と同様にして画像形成を行った。
感光体(OPC)表面電位:+710V
現像剤中のトナーのQ/m:10μC/g
トナー粒径(体積平均粒子径:D50):8.2μm
キャリア粒径(重量平均粒子径:D50):60μm
磁気ローラと現像ローラ間距離:350μm
現像ローラと回収ローラ間距離:1000μm
磁気ローラと回収ローラ間距離:350μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=450V、Vpp=3.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=55%
磁気ローラ印加電圧:Vdc1=600V、現像ローラ2と同じ周期で逆位相のVpp=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
回収ローラ印加電圧:Vdc3=500V、Vpp=2.0kV,周波数f=5.4kHz、Duty比=45%
下記に示す条件を用いた以外は、実施例1と同様にして画像形成を行った。
感光体(OPC)表面電位:+710V
現像剤中のトナーのQ/m:10μC/g
トナー粒径(体積平均粒子径:D50):8.2μm
キャリア粒径(重量平均粒子径:D50):60μm
磁気ローラと現像ローラ間距離:350μm
現像ローラと回収ローラ間距離:1000μm
磁気ローラと回収ローラ間距離:350μm
現像ローラ印加電圧:Vdc2=450V、Vpp=3.6kV,周波数f=2.7kHz、Duty比=55%
磁気ローラ印加電圧:Vdc1=600V、現像ローラ2と同じ周期で逆位相のVpp=300V,周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
回収ローラ印加電圧:Vdc3=500V、Vpp=2.0kV,周波数f=5.4kHz、Duty比=45%
上記のように、飛散トナーを回収するトナー回収ローラ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、前記トナー回収ローラ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
13 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
13 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 (8)
- 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、
前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のDUTY比が50%以下の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対してn倍(nは2以上の整数)の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。 - 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、
前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のDUTY比が50%以上の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して1/n倍(nは2以上の整数)の周波数であり、且つ15kHz以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。 - 前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して2〜4倍の周波数である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周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して1/2〜1/4倍の周波数であることを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。
- 前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数は3.5kHz以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記二成分現像剤担持体と前記トナー回収ローラ間は、前記二成分現像剤担持体上に形成された磁気ブラシが少なくとも互いの最近接位置で接触する距離であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記トナー回収ローラは、前記二成分現像剤担持体より小さな周速で回転することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに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1〜7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 |
---|---|---|---|
JP2007022353A JP2008191179A (ja) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | 画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007022353A JP2008191179A (ja) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | 画像形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008191179A true JP2008191179A (ja) | 2008-08-21 |
Family
ID=39751381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007022353A Pending JP2008191179A (ja) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | 画像形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008191179A (ja) |
-
2007
- 2007-01-31 JP JP2007022353A patent/JP2008191179A/ja active Pending
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