JP2012113140A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源構成を簡略化するとともにトナーの濃度ムラやカブリを抑制できるハイブリッド方式の現像装置及び画像形成装置を得る。
【解決手段】トナーを外周面に担持し、感光体1に対してその回転方向に沿って、感光体１とは非接触で配置された現像ローラ１１，１２と、トナーとキャリアとからなる現像剤を担持し、現像ローラ１１，１２にトナーを供給する現像剤担持ローラ１０とを備えたハイブリッド方式の現像装置。現像ローラ１１，１２は、それぞれの表面に誘電層を有し、現像ローラ１１の誘電層の比誘電率をε１、膜厚をｄ１とし、現像ローラ１２の誘電層の比誘電率をε２、膜厚をｄ２としたとき、ｄ１／ε１＞ｄ２／ε２の関係を満たし、かつ、現像ローラ１１，１２は同一の電源回路１６に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、現像装置、特に、電子写真方式による画像形成において感光体上に形成された静電潜像を現像するための現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式による画像形成の分野において、感光体（像担持体）上に形成された静電潜像の現像方式としては、トナーのみを用いる１成分現像方式及びトナーとキャリアとを攪拌／混合した２成分現像方式の長所を併せ持つハイブリッド現像方式が注目されている。このハイブリッド現像方式では、トナーとキャリアを攪拌／混合してトナーに対する荷電を行った後に、現像剤（トナーとキャリアとの混合物）を担持する現像剤担持ローラと感光体にトナーを供給するための現像（トナー担持）ローラとの間に形成された分離電界の作用によりトナーをキャリアから分離してトナーのみを現像ローラ上に保持させ、感光体上の静電潜像に対して１成分現像を行うようにしている。

この種のハイブリッド現像においては、２成分現像に比べて、現像されたトナー像に対して磁気ブラシが接触しないために画像ノイズが抑制され、トナーへのストレスが少ないので高画質、トナーの長寿命化が図れる。（特許文献１参照）。しかし、現像効率が必ずしも十分ではなく、近年要求されている高速現像に対応させると、細線や微細ドットの再現性が低下するという問題点を有している。特に、細かい再現性はトナー付着量が少ない画像領域で顕著となる。

そこで、現像ローラを複数化し、現像性を向上させることにより、細線や微細ドットの再現性の向上を図ることが提案されている。この場合、電源構成の簡略化のために複数の現像ローラに同一の電源でバイアス電圧を印加することが好ましい。しかし、それぞれの現像ローラに対しては現像剤担持ローラからのトナー供給量の変動が不可避のため、画像に濃度ムラやトナーのカブリが生じる。

特開平２−２２１９７８号公報

そこで、本発明の目的は、電源構成を簡略化するとともにトナーの濃度ムラやカブリを抑制できるハイブリッド方式の現像装置及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の第１の形態である現像装置は、
トナーを外周面に担持し、像担持体に対してその回転方向に沿って像担持体とは非接触で配置された複数のトナー担持体と、
トナーとキャリアとからなる現像剤を担持し、前記複数のトナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、
を備え、
前記像担持体上に形成された静電潜像の電圧と前記トナー担持体に印加されたバイアス電圧との間で形成される電界によりトナーを静電潜像に付着させる現像装置であって、
前記複数のトナー担持体は、それぞれの表面に誘電層を有し、前記回転方向上流側に位置するトナー担持体の誘電層の比誘電率をε１、膜厚をｄ１とし、前記回転方向下流側に位置するトナー担持体の比誘電率をε２、膜厚をｄ２としたとき、ｄ１／ε１＞ｄ２／ε２の関係を満たし、
前記複数のトナー担持体は同一の電源に接続されていること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態である画像形成装置は、
前記現像装置と、
前記像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、
帯電された前記像担持体の表面を露光し、静電潜像を形成する露光装置と、
前記トナー担持体にバイアス電圧を供給する前記電源と、
を備えたことを特徴とする。

本発明者らの知見によると、同じ現像バイアスを印加した場合において、ｄ／εの値に比例して静電潜像に対するトナーによる現像量が大きくなる。それゆえ、前記ｄ１／ε１＞ｄ２／ε２の関係を満たすことにより、像担持体の回転方向上流側の現像領域を通過した後の現像トナー量が、回転方向下流側の現像領域を通過した後の現像トナー量よりも多くなり、上流側の現像領域で感光体に過剰に現像された場合には、過剰トナーが回転方向下流側の現像領域で回収される。その結果、低濃度部分でのトナーの濃度ムラやカブリが抑制される。また、複数のトナー担持体に対しては同一の電源を用いることができるので、電源構成が簡略化される。

本発明によれば、電源構成が簡略化されるとともにトナーの濃度ムラやカブリを抑制できる。

一実施例である現像装置を含む画像形成装置を示す断面図である。

以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

図１に示すように、一実施例である現像装置２は、感光体（像担持体）１上に形成された静電潜像をトナーによって可視像化するものである。感光体１は、矢印ａで示す反時計回り方向の回転に伴って、帯電ローラ２１により所定の電位に均一に帯電され、レーザ走査装置２２から放射されるレーザビームにて静電潜像を形成され、現像装置２にて現像され、転写ローラ２３により印加される転写電界にて記録紙Ｓにトナー画像が転写される。その後、感光体１上の転写残トナーはクリーナ２４により除去される。このような電子写真法による画像の形成プロセスは周知であり、詳細な説明は省略する。

なお、帯電手段や転写手段としては帯電ローラ２１や転写ローラ２３に代えてコロトロン方式あるいはスコロトロン方式の放電器であってもよく、露光装置もレーザ以外の光を用いるものであってもよい。

現像装置２は、トナー補給ボトル３と、トナーとキャリアとからなる現像剤を収容する現像剤槽４と、現像剤を外周面に担持してその回転方向（矢印ｂ参照）に搬送する現像剤担持ローラ１０と、現像剤担持ローラ１０の外周面からトナーを分離して自らの外周面に担持してその回転方向（矢印ｃ参照）に搬送する第１及び第２現像（トナー担持）ローラ１１，１２を備え、ハイブリッド現像を行うものである。また、現像剤担持ローラ１０には高圧電源回路１５が接続され、第１及び第２現像ローラ１１，１２には高圧電源回路１６が接続されている。

トナーは、トナー補給ボトル３からトナー補給ローラ６の回転に基づいて現像剤槽４へ所定量ずつ補給される。現像剤槽４の底部には攪拌搬送ローラ７，８が配置されている。補給されたトナーはローラ７，８の回転に基づいてキャリアと攪拌／混合され、所定の電位に帯電されて現像剤担持ローラ１０に搬送される。攪拌搬送ローラ７，８による現像剤の攪拌／混合作用は従来の現像装置と同様であり、その詳細な説明は省略する。なお、トナー補給ボトル３は、現像装置２と別体であってもよい。

現像剤担持ローラ１０は、矢印ｂ方向に回転駆動されるスリーブと、該スリーブに内蔵／固定された磁石ローラ（図示せず）とで構成されている。攪拌搬送ローラ８によって現像剤担持ローラ１０の近傍に搬送された現像剤は、磁石ローラの磁力によってスリーブの外周面に担持され、規制ブレード１３で層厚（通過量）を規制されて第１及び第２現像ローラ１１，１２との対向部分に送られる。第１現像ローラ１１は、感光体１の回転方向（矢印ａ参照）の上流側に配置され、矢印ｃで示す時計回り方向に回転駆動される。第２現像ローラ１２は、感光体１の回転方向の下流側に配置され、矢印ｃで示す時計回り方向に回転駆動される。

現像剤担持ローラ１０と第１及び第２現像ローラ１１，１２の対向領域には、高圧電源回路１５と高圧電源回路１６とによってトナーを現像剤から電気的に分離してローラ１１，１２の外周面に移行させる電界が形成される。また、第１及び第２現像ローラ１１，１２と感光体１とが対向する現像領域１ａ，１ｂには、高圧電源回路１６によってトナーを感光体１の外周面に移動させる電界が形成される。

そこで、現像剤担持ローラ１０から供給されて第１現像ローラ１１の外周面に層状に担持されたトナーは、第１現像ローラ１１の回転に基づいて、感光体１と対向する現像領域１ａに搬送される。これらのトナーは、感光体１上に形成された静電潜像の電圧と現像ローラ１１に高圧電源回路１６から印加される直流を重畳した交流バイアス電圧との間で形成される電界によって感光体１と現像ローラ１１の間を往復運動しながら静電潜像を現像する。また、現像剤担持ローラ１０から第２現像ローラ１２の外周面に層状に担持されたトナーは、第２現像ローラ１２の回転に基づいて、感光体１と対向する現像領域１ｂに搬送される。これらのトナーは、感光体１上に形成された静電潜像の電圧と現像ローラ１２に高圧電源回路１６から印加される直流を重畳した交流バイアス電圧との間で形成される電界によって感光体１と現像ローラ１２の間を往復運動しながら静電潜像を現像する。

即ち、現像剤担持ローラ１０は、外周面に保持した現像剤からトナーを分離して現像ローラ１１，１２に供給し、また、現像領域１ａ，１ｂを通過して現像ローラ１１，１２上に残ったトナーを自らの外周面上に回収する。さらに、現像剤担持ローラ１０は現像ローラ１１，１２から回収したトナーを攪拌搬送ローラ８に戻す。

トナーとキャリアとの混合物である現像剤において、トナーとしては、一般に用いられている、バインダ樹脂中に着色剤や必要に応じて荷電制御材や離型材などを含有させ、外添材を処理したものを使用することができる。トナー粒径としては３〜１５μｍ程度が望ましい。キャリアとしては、一般に使用されている、バインダ型キャリアやコート型キャリアなどを使用することができる。キャリア粒径としては１５〜１００μｍ程度が好ましい。トナーとキャリアとの混合比は、所望のトナー帯電量が得られるように調整されていればよく、トナー比はトナーとキャリアの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％である。

現像ローラ１１，１２は、本実施例において、ともに２０ｍｍの外径を有する筒状基体からなり、外周面には以下に説明する誘電層が形成されている。また、感光体１とは０．２５ｍｍの同じ間隔で対向している。ちなみに、感光体１の外径は６０ｍｍ、現像剤担持体１０の外径は２５ｍｍである。

現像ローラ１１，１２それぞれの外径及び感光体１とのギャップはこれらの値に限られないが、現像ローラ１１，１２が略同じ外径の筒状基体からなり、略同じ間隔で感光体１と対向するようにすると、現像ローラ１１，１２における比誘電率と膜厚の選択による、現像ローラ１１，１２と感光体１との間の電界強度の制御が容易になる。ここで、「略同じ」とは、現像ローラ１１，１２に同じ誘電層を設けた場合に、電界強度において必要とされる精度の範囲で同じ値に収まる程度に同じであることを意味している。

現像ローラ１１，１２は、金属材からなる導電性ローラ、例えば、アルマイト処理を表面に施して表面に誘電層を形成したアルミニウム製ローラで構成されている。また、ローラ基体上にフッ素樹脂、ウレタン樹脂又はシリコン樹脂などを主成分としたものをコーティングして誘電層を形成してもよい。

ここで、本実施例において、感光体１の回転方向上流側に位置する第１現像ローラ１１の誘電層の比誘電率をε１、膜厚をｄ１とし、回転方向下流側に位置する第２現像ローラ１２の比誘電率をε２、膜厚をｄ２としたとき、ｄ１／ε１＞ｄ２／ε２の関係を満たしている。

以下に、現像ローラ１１，１２の誘電層に種々のものを用いた実施例１〜５を比較例１〜５とともに以下の表１、表２を参照して説明する。ローラ１１，１２はそれぞれアルミ材からなり、表面をアルマイト処理又はフッ素樹脂でコーティングしたものである。コーティングしたフッ素樹脂は、シリコン樹脂（Ｔｇ７５℃、分子量Ｍｗが５３００００、Ｍｎで１００００）とフッ素樹脂粒子の混合物であり、スプレーでローラ基体にコートした後、３００℃で焼成した。層厚は５，１０，２０μｍのいずれかである。

なお、比誘電率は以下のようにして測定し、算出した。即ち、アルミ基板上に２０μｍの厚さで樹脂層を形成したもの、あるいは、アルミ基板をアルマイト処理したものを、誘電率測定用電極ＨＰ１６４５１Ｂを使用し、プレシジョンＬＣＲメーターＨＰ４２８４Ａ（ヒューレット・パッカード社製）によって、印加電圧１Ｖ、周波数１ｋＨzの条件で容量を測定し、比誘電率を算出した。

実施例１では、第１現像ローラ１１の表面にフッ素樹脂を１０μｍの厚みに形成し（ｄ１／ε１＝３．３）、第２現像ローラ１２の表面に厚み１０μｍのアルマイト処理を施した（ｄ２／ε２＝１．３）。実施例２では、第１現像ローラ１１の表面にフッ素樹脂を１０μｍの厚みに形成し（ｄ１／ε１＝３．３）、第２現像ローラ１２の表面にフッ素樹脂を５μｍの厚みに形成した（ｄ２／ε２＝１．７）。実施例３では、第１現像ローラ１１の表面に厚み２０μｍのアルマイト処理を施し（ｄ１／ε１＝２．５）、第２現像ローラ１２の表面に厚み５μｍのアルマイト処理を施した（ｄ２／ε２＝０．６）。実施例４では、第１現像ローラ１１の表面にフッ素樹脂を２０μｍの厚みに形成し（ｄ１／ε１＝６．７）、第２現像ローラ１２の表面に厚み２０μｍのアルマイト処理を施した（ｄ２／ε２＝２．５）。実施例５では、第１現像ローラ１１の表面にフッ素樹脂を１０μｍの厚みに形成し（ｄ１／ε１＝３．３）、第２現像ローラ１２の表面に厚み２０μｍのアルマイト処理を施した（ｄ２／ε２＝２．５）。

比較例１では、第１及び第２現像ローラ１１，１２の表面にそれぞれフッ素樹脂を１０μｍの厚みに形成した（ｄ１／ε１＝３．３、ｄ２／ε２＝３．３）。比較例２では、第１及び第２現像ローラ１１，１２の表面にそれぞれ厚み１０μｍのアルマイト処理を施した（ｄ１／ε１＝１．３、ｄ２／ε２＝１．３）。比較例３では、第１現像ローラ１１の表面に厚み１０μｍのアルマイト処理を施し（ｄ１／ε１＝１．３）、第２現像ローラ１２の表面に厚み２０μｍのアルマイト処理を施した（ｄ２／ε２＝２．５）。比較例４では、第１現像ローラ１１の表面にフッ素樹脂を１０μｍの厚みに形成し（ｄ１／ε１＝３．３）、第２現像ローラ１２の表面にフッ素樹脂を２０μｍの厚みに形成した（ｄ２／ε２＝６．７）。比較例５では、第１現像ローラ１１の表面に厚み１０μｍのアルマイト処理を施し（ｄ１／ε１＝１．３）、第２現像ローラ１２の表面にフッ素樹脂を１０μｍの厚みに形成した（ｄ２／ε２＝３．３）。

前記実施例１〜５及び比較例１〜５について、一定の作像条件にてプリント処理を行った。表２には、ｄ／εの大小関係、現像量、画像の評価を示している。ｄ／εの大小関係は、実施例１〜５では、上流側＞下流側であり、比較例１，２では上流側＝下流側であり、比較例３〜５では上流側＜下流側である。現像領域１ａ，１ｂを通過後のソリッド状の画像部に対する現像量（ｇ／ｍ²）は、実施例１〜５ではそれぞれ上流側が下流側よりも多く、比較例１〜５ではそれぞれ上流側が下流側よりも少ない。

濃度ムラはハーフトーン画像を目視にて評価した。濃度ムラの発生が確認できない良好なレベルを◎、実用上問題にならないレベルを○、好ましくないレベルを×とした。トナーのカブリはハーフトーン画像の背景部を目視にて評価した。カブリの発生が確認できない良好なレベルを◎、実用上問題にならないレベルを○、好ましくないレベルを×とした。

実施例１〜５は、全てがｄ１／ε１＞ｄ２／ε２の関係を満たし、現像量が上流側＞下流側であり、濃度ムラ及びカブリにおいて良好及び実用上問題ないとの評価を得た。これに対して、比較例１〜５は、ｄ１／ε１＝ｄ２／ε２ｄ又は１／ε１＜ｄ２／ε２の関係にあり、いずれも、現像量が上流側＜上流側であり、濃度ムラに関して全て好ましくない評価であり、カブリに関して比較例４，５で好ましくない評価であった。

実施例１〜５では、ｄ／εの値に比例して静電潜像に対するトナーによる現像量が大きくなるので、ｄ１／ε１＞ｄ２／ε２の関係を満たすことにより、上流側の現像領域１ａを通過した後の現像トナー量が、下流側の現像領域１ｂを通過した後の現像トナー量よりも多くなり、上流側の現像領域１ａで感光体１に過剰に現像された場合には、過剰トナーが下流側の現像領域１ｂで回収される。その結果、低濃度部分でのトナーの濃度ムラやカブリが抑制される。また、複数のトナー担持体に対しては同一の電源を用いることができるので、電源構成が簡略化される。

なお、本発明に係る現像装置及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

例えば、感光体、現像剤ローラ、第１及び第２現像ローラの回転方向は前記実施例に記載した方向に限定するものではない。各種ローラは種々の材料にて製作することができる。また、トナーやキャリアも種々の材料を用いることができる。現像方式も従来知られている正規現像あるいは反転現像のいずれであってもよい。さらに、現像剤担持ローラは第１及び第２現像ローラに対して１つずつ配置されていてもよい。

以上のように、本発明は、現像装置に有用であり、特に、電源構成が簡略化されるとともにトナーの濃度ムラやカブリを抑制できる点で優れている。

１…感光体
１ａ，１ｂ…現像領域
２…現像装置
１０…現像剤担持ローラ
１１…第１（上流側）現像ローラ
１２…第２（下流側）現像ローラ
１６…高圧電源回路

Claims (5)

1. トナーを外周面に担持し、像担持体に対してその回転方向に沿って像担持体とは非接触で配置された複数のトナー担持体と、
   トナーとキャリアとからなる現像剤を担持し、前記複数のトナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、
   を備え、
   前記像担持体上に形成された静電潜像の電圧と前記トナー担持体に印加されたバイアス電圧との間で形成される電界によりトナーを静電潜像に付着させる現像装置であって、
   前記複数のトナー担持体は、それぞれの表面に誘電層を有し、前記回転方向上流側に位置するトナー担持体の誘電層の比誘電率をε１、膜厚をｄ１とし、前記回転方向下流側に位置するトナー担持体の比誘電率をε２、膜厚をｄ２としたとき、ｄ１／ε１＞ｄ２／ε２の関係を満たし、
   前記複数のトナー担持体は同一の電源に接続されていること、
   を特徴とする現像装置。
2. 前記上流側及び下流側に配置されたトナー担持体は、略同じ外径の筒状基体からなるとともに、略同じ間隔で前記像担持体と対向していること、を特徴とする請求項１に記載の現像装置
3. 前記誘電層は、フッ素樹脂、ウレタン樹脂又はシリコン樹脂を主成分とするものであること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記誘電層は、アルマイト処理を施したものであること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の現像装置と、
   前記像担持体と、
   前記像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、
   帯電された前記像担持体の表面を露光し、静電潜像を形成する露光装置と、
   前記トナー担持体にバイアス電圧を供給する前記電源と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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