JP2010072440A - 画像形成装置、潜像担持体ユニット、及び現像ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】掃き目を除去するとともに、トナー量が均一となるようにトナーを適正な位置に再配置すること。
【解決手段】移動する潜像担持体２ａに現像されたトナー像に電界を印加することにより、トナー像のトナーの再配置を行うトナー再配置装置２１ｅを備えた画像形成装置１００において、トナー再配置装置２１ｅは、トナー像の移動方向に所定の間隔を置いて潜像担持体２ａの表面に対面して配置され、かつ、トナー像の移動方向に直交する方向に沿って延在する複数の帯状電極２０ｅと、帯状電極２０ｅに対して３相以上の交番電圧を印加する電圧印加装置２００ｅと、を備えた画像形成装置１００とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置、潜像担持体ユニット、及び現像ユニットに関する。

画像形成プロセスにおいて、現像装置は感光体上に形成された潜像をトナー像として現像する。現像装置は、潜像をトナー像として現像する際に磁気ブラシを形成し、形成した磁気ブラシの先端を感光体に接触させる。

ここで、磁気ブラシの接触等により、感光体上にはがさついた粒状性の悪いトナー像が現像される。具体的には、掃き目状のトナー像が現像され、特にハーフトーンの網点画像等で顕著に見受けられる。
なお、掃き目は磁気ブラシを形成する２成分現像方式に限らず、１成分現像方式においても生じることが確認されている。

掃き目を除去するため、現像部よりも感光体の回転方向下流側に電極を設け、感光体と電極との間でトナーを往復運動させる現像装置が開示されている（特許文献１参照）。
特許文献１の技術によれば、感光体と電極との間でトナーが往復運動することにより、一旦感光体上に現像されたトナー像から掃き目の原因となるトナーが再配置され掃き目が除去され得る。
特開平４−３７２９６４号公報

しかし、特許文献１の現像装置では、掃き目除去効果はあるものの、トナー量の局所的な過不足を改善することはできない。具体的には、トナー像の移動方向において、トナー像の先端又は後端でトナーが適正量よりも過剰に、又は不足して配置された場合、トナーを再配置することはできない。

本発明の目的は、掃き目を除去するとともに、トナー像の先端又は後端でトナー量が適正となるようにトナーを適正な位置に再配置することである。

本発明によれば、
移動する潜像担持体に現像されたトナー像に電界を印加することにより、前記トナー像のトナーの再配置を行うトナー再配置手段を備えた画像形成装置において、
前記トナー再配置手段は、
前記トナー像の移動方向に所定の間隔を置いて前記潜像担持体の表面に対面して配置され、かつ、前記トナー像の移動方向に直交する方向に沿って延在する複数の帯状電極と、
前記帯状電極に対して３相以上の交番電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えた画像形成装置が提供される。

本発明によれば、粒状性の程度が悪く、掃き目状のトナー像が感光体上に現像された場合であっても、トナーを適切な位置に再配置することができる。更に、トナー像の先端や後端でトナーの過不足が生じた場合であっても、トナーを適切な位置に再配置することができる。

以下、本実施形態における画像形成装置、潜像担持体ユニット、及び現像ユニットの最適な構成及び動作について、図面を用いて詳細に説明する。

まず、構成について説明する。
図１に、画像形成装置１００の概略断面図を示す。
画像形成装置１００は、読取部１、画像形成部２、給紙部３、搬送部４等を備えて構成される。

読取部１は、コンタクトガラス、プラテンガラス、光源、ミラー、集光レンズ、ＣＣＤ等の光学系を備えて構成される。
読取部１は、上記光学系により読取用のトレイに置かれた原稿Ｆの画像を電気信号に変換し、変換した電気信号を画像形成部２に出力する。

画像形成部２は、形状がドラム状である感光体２ａの周囲に、帯電装置２ｂ、露光装置２ｃ、現像装置２ｄ、トナー再配置電極２ｅ、転写ローラ２ｆ、クリーニング装置２ｇ等を備えて構成される。
画像形成部２は、上記の各装置を用いて感光体２ａ上にトナー像を形成し、形成したトナー像を用紙ＤＰに転写する。なお、トナー再配置電極２ｅが行う動作については後述する。

図１には、モノクロの画像形成のみ可能な画像形成部２について示したが、必ずしもこれに限られず、カラーの画像形成が可能な画像形成部であってもよい。

図２に、カラーの画像形成が可能な画像形成部２０を示す。
画像形成部２０は、イエロー作像部Ｙ、マゼンダ作像部Ｍ、シアン作像部Ｃ、ブラック作像部Ｋを備える。なお、各作像部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、中間転写体２０Ａの移動方向に沿って設けられる。

イエロー作像部Ｙは、感光体２１Ｙ、帯電装置２２Ｙ、露光装置２３Ｙ、現像装置２４Ｙ、トナー再配置電極２５Ｙ、転写ローラ２６Ｙ、クリーニング装置２７Ｙ等を備えて構成される。

イエロー作像部Ｙは、感光体２１Ｙ上にトナー像を形成し、形成したトナー像を中間転写体２０Ａに転写する。なお、トナー再配置電極２５Ｙが行う動作については、図１のトナー再配置電極２ｅと同様であるため、トナー再配置電極２ｅを例に挙げて後述する。また、マゼンダ作像部Ｍ、シアン作像部Ｃ、ブラック作像部Ｋは、イエロー作像部Ｙと同様の構成及び動作を行うため、ここでの説明は省略する。

図１に戻り、給紙部３は、給紙トレイ３ａ、手差しトレイ３ｂ、給紙ローラ３ｃ等を備えて構成される。給紙トレイ３ａ及び手差しトレイ３ｂは複数の用紙ＤＰを収容し、給紙ローラ３ｃは搬送部４を介して画像形成部２に用紙ＤＰを供給する。

搬送部４は、搬送経路４ａ、切り替え爪４ｂ、反転ローラ４ｃ等を備えて構成される。搬送経路４ａは、切り替え爪４ｂ又は反転ローラ４ｃの動作とともに、用紙ＤＰを画像形成処理部２１に搬送し、用紙ＤＰを外部に搬送する。

図３Ａに、トナー再配置ユニットの概略断面図を示す。
トナー再配置ユニット２０１ｅは、画像形成装置１００を構成する１つのケーシング内に、感光体２ａとトナー再配置電極２ｅを備える。なお、現像装置２ｄとトナー再配置電極２ｅを備えて構成されるトナー再配置ユニット２０２ｅとしてもよく、トナー再配置ユニット２０１ｅ、２０２ｅは、少なくともトナー再配置電極２ｅを備えて構成される。

トナー再配置電極２ｅは、現像装置２ｄよりも感光体２ａの回転方向下流側に設置され、感光体２ａに近接して対向配置される。
また、図３Ｂに示すように、トナー再配置電極２ｅの感光体２ａに面する表面の形状は平面であってもよいし、図３Ｃに示すように、感光体２ａの表面と等距離になるような曲面であってもよい。

図４Ａに、トナー再配置電極２ｅの表面図を示す。また、図４Ｂに、トナー再配置電極２ｅの断面図を示す。
図４Ａ、Ｂに示すように、トナー再配置電極２ｅは、トナー像移動方向に微小間隔を設けて複数の電極２０ｅを備えて構成される。
トナー再配置電極２ｅのトナー像移動方向の長さは１５[ｍｍ]であり、表面保護層の厚みＳは１５[μｍ]である。また、各電極２０ｅの長手方向の長さは３００[ｍｍ]、トナー像移動方向の長さＬは４０[μｍ]であり、トナー像移動方向の繰り返しピッチＰは８０[μｍ]である。

ここで、[電極２０ｅのトナー像移動方向の長さＬ]／[電極２０ｅのトナー像移動方向の繰り返しピッチＰ]は、０．３＜Ｌ／Ｐ＜０．７であることが望ましい。
Ｌ／Ｐが０．３以下の場合、電極２０ｅの表面積が小さくなりすぎ、トナーをトナー像対向方向に往復運動させる能力が劣ってしまう。往復運動させる能力が劣ると、トナー再配置効果が薄れるため十分に粒状性を改善することができない。また、Ｌ／Ｐが０．７以上の場合、トナー再配置電極２ｅの中央付近の電気力線が略垂直となり、トナーをトナー像移動方向に移動させる能力が劣ってしまう。よって、トナー量を十分に均一化できない。

また、電極２０ｅの直交方向の繰り返しピッチＰは、５０[μｍ]＜Ｐ＜２００[μｍ]であることが望ましい。
繰り返しピッチＰが５０[μｍ]以下である場合、トナーをトナー像移動方向に移動させる速度が遅すぎてしまう。移動させる速度が遅すぎると、トナー再配置効果が薄れるためトナー量を十分に均一化できない。また、繰り返しピッチＰが２００[μｍ]以上である場合、トナーをトナー像移動方向に移動させる速度が速すぎてしまう。移動させる速度が速すぎると、遅すぎる場合と同様、トナー再配置効果が薄れるためトナー量を十分に均一化できない。

トナー再配置電極２ｅと感光体２ａとの間の距離Ｄは、１００[μｍ]である。
ここで、[電極２０ｅのトナー像移動方向の繰り返しピッチＰ]／[距離Ｄ]は、０．５＜Ｐ／Ｄ＜１．２であることが望ましい。
Ｐ／Ｄが０．５以下の場合、感光体２ａ近傍の電界が弱すぎてトナーをトナー像移動方向に移動させる速度が遅くなる。よって、トナー再配置効果が薄れてトナー量を十分に均一化できない。また、Ｐ／Ｄが１．２以上の場合、感光体２ａ近傍のトナー像移動方向の電界が相対的に強くなりすぎてトナーを対向方向に往復運動させる能力が劣ってしまう。 よって、十分に粒状性を改善することができない。

図５に、トナー再配置装置の機能ブロック図を示す。
図５に示すように、トナー再配置装置２１ｅは、トナー再配置電極２ｅと電圧印加装置２００ｅを備えて構成される。

トナー再配置電極２ｅは、複数の電極２０ｅ及び絶縁体部分を有して構成される。電極２０ｅの形状は、必ずしも図５に示す形状に限られない。例えば、電極２０ｅの長手方向がトナー像移動方向に直交する方向と略同一であって複数の電極２０ｅがトナー像移動方向に配列されていればよい。

電圧印加装置２００ｅは、各電極２０ｅに接続される。具体的には、直流電源ＤＳは多相交流電源ＥＳに接続され、多相交流電源ＥＳは各電極２０ｅに接続される。
制御部５は、直流電源ＤＳ及び多相交流電源ＥＳの動作を制御して、トナー再配置電極２ｅに４相の交番電圧を印加する。

トナー再配置電極２ｅに４相の交番電圧が印加されることで、トナー再配置電極２ｅは電極２０ｅの表面近傍に進行波電界を形成する。
ここで、形成される進行波電界の向きは、トナー像の現像方式によって異なる。
トナー像の現像方式が逆転現像の場合、トナー像移動方向の先端でトナー量が不足し（画像欠け）、後端でトナー量が過剰となる（掃き寄せ）。この場合、トナー再配置電極２ｅはトナー像移動方向に進行波電界を形成する必要がある。
一方、トナー像の現像方式が正転現像の場合、トナー像の移動方向の先端で掃き寄せが生じ、後端で画像欠けが生じる。この場合、トナー再配置電極２ｅはトナー像移動方向と逆方向に進行波電界を形成する必要がある。

図６に、交番電圧の波形の一例を示す。
電極１〜４の各電極においては、それぞれ位相の異なる交番電圧が印加される。よって、電極１〜４は、電極表面近傍に進行波電界を形成する。なお、図６に示す交番電圧の波形は矩形波であるが、これに限らず、例えば半波であってもよい。

以下、性能評価結果について説明する。
画像形成装置１００の性能評価のため、（１）電極２０ｅの形状、（２）現像方向、（３）進行波電界の有無、（４）進行波の進行方向、の各要素をそれぞれ変更して、性能評価テストを行った。

また、上記（１）〜（４）の各要素を変更して用紙ＤＰに形成された画像の粒状性ランク、掃き寄せ／画像欠けランク、及び総合評価を性能評価結果とした。なお、形成する画像はハーフトーンの網点画像とした。

粒状性ランク、及び掃き寄せ／画像欠けランクは目視による５段階評価とし、総合評価は全ての項目のランクが４以上の場合をＯＫ、一つの項目でもランク３以下がある場合をＮＧとした。粒状性ランクのランク４と３は、粒状性が悪く掃き目の発生した箇所が部分的であるか全体的であるかに基づいて定められるものとした。また、掃き寄せ／画像欠けランクのランク４と３は、掃き寄せ／画像欠けの発生した箇所が画像の先端又は後端の全長にわたっているか否かに基づいて定められるものとした。
上記性能評価テストの内容、及び性能評価結果を表１に示す。

表１に示す性能評価結果によれば、複数の電極２０ｅから構成されるトナー再配置電極２ｅを備えた画像形成装置１００の場合、粒状性は良く、掃き目、及び掃き寄せ／画像欠けのない良好な画像が形成された（実施例１〜４）。
特に、電極２０ｅの表面形状が感光体２ａと等距離になる曲面である場合に十分なトナー再配置効果を得ることができた（実施例２、４）。

比較例

１つの電極２０ｅから構成されるトナー再配置電極を備えた画像形成装置の場合、進行波電界が形成されないためトナーはトナー像移動方向に移動せず、対向方向にのみ往復運動する。よって、粒状性は改善されて掃き目除去効果は得られるものの、掃き寄せ／画像欠けは改善されず、先端又は後端の全長にわたって掃き寄せ／画像欠けの生じた画像が形成された（比較例１〜４）。

トナー再配置電極を備えていない画像形成装置の場合、トナーはトナー像移動方向及び対向方向に移動しない。よって、掃き目、掃き寄せ／画像欠けが著しい画像が形成された（比較例５〜６）。

以上のように、本実施形態によれば、トナー再配置装置２１ｅによって、トナー像移動方向に進行波電界を形成することができる。よって、トナーを対向方向のみならず進行波電界の向きにも搬送することができ、トナー再配置効果を向上させることができる。具体的には、掃き目を除去するとともに、掃き寄せ／画像欠けを改善した潜像に忠実なトナー像を形成することができる。

また、電極２０ｅに印加する交番電圧の位相を制御して、トナー像の現像方式が逆転現像の場合はトナー像移動方向に進行波電界を形成し、トナー像の現像方式が正転現像の場合は、トナー像移動方向と逆方向に進行波電界を形成することができる。よって、掃き寄せ／画像欠けを適切に改善することができる。

画像形成装置の全体構成図である。 カラーの画像形成部を説明する構成図である。 トナー再配置ユニットを説明する概略断面図である。 トナー再配置ユニットを説明する概略断面図である。 トナー再配置ユニットを説明する概略断面図である。 トナー再配置電極の表面図である。 トナー再配置電極の概略断面図である。 トナー再配置装置の機能ブロック図である。 交番電圧の波形の一例を示す図である。

符号の説明

１００ 画像形成装置
１ 読取部
２ 画像形成部
２ａ 感光体
２ｅ トナー再配置電極
２０ｅ 電極
２１ｅ トナー再配置装置
３ 給紙部
４ 搬送部
２００ｅ 電圧印加装置

Claims (12)

1. 移動する潜像担持体に現像されたトナー像に電界を印加することにより、前記トナー像のトナーの再配置を行うトナー再配置手段を備えた画像形成装置において、
   前記トナー再配置手段は、
   前記トナー像の移動方向に所定の間隔を置いて前記潜像担持体の表面に対面して配置され、かつ、前記トナー像の移動方向に直交する方向に沿って延在する複数の帯状電極と、
   前記帯状電極に対して３相以上の交番電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備えた画像形成装置。
2. 前記複数の帯状電極の各電極は、長手方向が前記トナー像の移動方向に直交する方向と略同一である請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記電圧印加手段は、前記トナー像の移動方向に沿って進行波電界を形成する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記電圧印加手段は、前記トナー像が逆転現像により現像される場合、前記トナー像移動方向に進行する進行波電界を形成する請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記電圧印加手段は、前記トナー像が正転現像により現像される場合、前記トナー像移動方向と逆方向に進行する進行波電界を形成する請求項３又は４に記載の画像形成装置。
6. 前記電圧印加手段は、交番電圧を発生する電源と、当該電源から発生する交番電圧の位相を制御する制御部と、を備えた請求項１〜５の何れか一項に記載の画像形成装置。
7. トナー像を担持するための潜像担持体と、前記トナー像のトナーを再配置するための電極群と、が同一のケーシング内に収納されており、
   前記電極群は、前記潜像担持体の表面に対面して前記潜像担持体の表面の移動方向に所定の間隔を置いて配置され、かつ、前記トナー像の移動方向に直交する方向に沿って延在する複数の帯状電極を有する潜像担持体ユニット。
8. 前記複数の帯状電極の各電極は、長手方向が前記トナー像の移動方向に直交する方向と略同一である請求項７に記載の潜像担持体ユニット。
9. 前記帯状電極に対して、３相以上の交番電圧を印加することにより前記トナー像の移動方向に沿って進行波電界を形成する電圧印加手段と、
   を更に備えた請求項７又は８に記載の潜像担持体ユニット。
10. 移動する潜像担持体にトナー像を現像する現像装置と、前記トナー像のトナーを再配置するための電極群と、が同一のケーシング内に収納されており、
    前記電極群は、前記現像装置よりも前記トナー像の移動方向下流側において前記潜像担持体の表面に対面する位置で、前記潜像担持体の表面の移動方向に所定の間隔を置いて配置され、かつ、前記トナー像の移動方向に直交する方向に沿って延在する複数の帯状電極を有する現像ユニット。
11. 前記複数の帯状電極の各電極は、長手方向が前記トナー像の移動方向に直交する方向と略同一である請求項１０に記載の現像ユニット。
12. 前記帯状電極に対して、３相以上の交番電圧を印加することにより前記トナー像の移動方向に沿って進行波電界を形成する電圧印加手段と、
    を更に備えた請求項１０又は１１に記載の現像ユニット。

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