JP2013174778A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現像ローラ21は、トナーとトナーよりも体積抵抗率が低いキャリアを有する現像剤を担持して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加された状態で現像剤の磁気ブラシを感光ドラム3に摺擦させて静電像を現像する。現像ローラ31は、現像ローラ21から受け渡された現像剤を担持して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加された状態で現像剤の磁気ブラシを感光ドラム3に摺擦させて静電像を現像する。駆動モータ50、60は、現像ローラ21及び現像ローラ31の周速を感光ドラム3の周速よりも高い周速で回転駆動する。駆動モータ50、60は、現像ローラ31を現像ローラ21の周速よりも低い周速で回転駆動する。
【選択図】図2
Description
図1は画像形成装置の構成の説明図である。図1に示すように、画像形成装置100は、画像形成部1で形成したトナー像を中間転写ベルト7経由で記録材に転写する高速対応のモノクロプリンタである。
図2は現像装置の構成の説明図である。図3は現像バイアスの説明図である。図1に示すように、画像形成装置100は、静電像形成方式が画像情報部に対応して露光するイメージ露光方式である。画像形成装置100は、ネガ帯電された静電像に対して同極性(ネガ)のトナーを現像する反転現像方式である。
制御部702は、100枚の画像形成ごとに感光ドラム3に所定の静電像を形成して現像装置20により現像してパッチトナー像を形成する。制御部702は、光学式センサKSを用いてパッチトナー像の反射光を検出してパッチトナー像のトナー載り量を計算する。
プロセススピードの高速化に伴う現像性の低下を軽減するために、キャリアの電気抵抗を低くすることが望ましい。キャリアの電気抵抗が低いと、トナーとキャリアの摩擦帯電により蓄積される電荷(カウンターチャージ)が減衰し易くなるため、電気抵抗が高い場合に比べて、キャリア・トナー間の付着力が弱くなる。このため、短時間でもキャリアからトナーを引き剥がして静電像へ移転させることが容易になり、高いプロセススピードにおける現像性は向上する。
図4は白地かぶり画像及び現像性の評価用画像の説明図である。アモルファスシリコンの感光層を有する感光ドラムと2本の現像ローラを搭載した現像装置との組み合わせで、従来よりも体積抵抗が低いキャリアを用いてプロセススピード500mm/sec以上の連続画像形成を行った。そして、実験結果に基づいて、2本の現像ローラを備えた現像装置において、高い現像性を確保しつつ、白地かぶり画像不良が発生しにくい現像ローラの運転条件を求めた。評価用の実験機としては、キヤノン株式会社製複写機Image Press C7000VP(登録商標)の改造機を使用した。
比較例1〜4及び実施例1〜4では画像形成装置の以下の運転条件を揃えた。
プロセススピード(感光ドラム周速度):300〜700[mm/sec]
感光ドラム・現像ローラ最近接距離x :300[μm]
下流側現像ローラ対向位置の静電像の明部電位VL :−130[V]
下流側現像ローラ対向位置の静電像の暗部電位Vn :−480[V]
振動電圧(現像バイアス)の交流周波数 :1.5[kHz]
振動電圧(現像バイアス)の交流ピーク間電圧Vpp:1.6[kV]
振動電圧(現像バイアス)の直流電圧Vdc :−330[V]
かぶり取りコントラスト(摺擦前)ΔVs :200 [V]
現像剤初期TD比 :10 [%]
現像剤量 :500 [g]。
比較例1〜3、実施例1では、二成分現像剤に対するトナー重量比率(以下TD比)を10%とした。このとき、平均トナー帯電量(以下Q/M)の実測値は、−60[μC/g]であった。
(2)キャリア真密度ρt: 乾式自動密度計(島津製作所社製 アキュピック1330)によって測定し求めた。なお、本実施例で使用したトナーの真密度ρtは1g/cm3、キャリアの真密度ρcは4g/cm3であった。
(3)キャリア粒径rc: 粒度分布測定機(日機装社製 マイクロトラックMT3300EX)によって体積平均粒径を測定し求めた。なお、本実施例で使用したキャリア粒径rcは40μmであった。
(4)トナー粒径rt: 精密粒度分布測定装置(ベックマン・コールター社製 Multisizer3)によって重量平均粒径を測定し求めた。なお、本実施例で使用したトナー粒径rtは6μmであった。
画像の連続出力により、現像剤のトナーは消費され、現像剤抵抗は減少し始める。そして、現像領域において、磁性キャリアを介して電荷注入が起こると、非画像部の感光体電位が現像ローラに印加している電圧のDC成分に収束するようになる。これにより、非画像部と現像ローラの電位差が減少し、白地かぶり画像不良が発生する。白地かぶり画像不良の評価は出力枚数に応じて、転写紙上の非画像部における反射濃度Drをマクベス社製の反射濃度計(SERISE1200)により測定する。一方、紙自身の反射濃度Dsを同様に測定し、最高濃度階調(255/255)の反射濃度を1.2として、かぶり濃度を以下のように求めて、以下の評価基準に従って、白地かぶり画像不良評価を行った。
白地かぶり画像濃度(%)=100×(Dr−Ds)/(1.2−Ds)
(1)白地かぶり画像濃度0.5%以下 :非常に良好(白地かぶり画像不良評価A)
(2)白地かぶり画像濃度0.6〜2.0%:許容範囲(白地かぶり画像不良評価B)
(3)白地かぶり画像濃度2.1%以上 :不良(白地かぶり画像不良評価C)
図5は静電像の現像性の説明図である。図6は平均トナー帯電量Q/Mを測定する装置の説明図である。静電像がトナーによって現像される際の現像性は、感光ドラム上における単位面積当りのトナー電荷量Q/Sにより表される。
(1)感光体膜厚dm: 渦電流式膜厚計(フィッシャーインストルメンツ社製 FISCHERSCOPE MMS)によって測定し求めた。なお、実験で使用した感光体の膜厚dmは30μmであった。
(2)感光体比誘電率εm: 感光層を施した感光板を用意し、直流電圧を印加した際に流れる電流をモニターし、得られた電流曲線を時間積分することで、感光層に貯まった電荷量qを求める。前記電荷量qと電圧値Vの傾きから、感光板の静電容量Cを求め、使用した電極の面積Sから、C/Sを求める。上記方法で求めたC/Sを次式に代入することにより、比誘電率εmを求めた。なお、実験で使用した感光体の比誘電率εmは10であった。
(4)トナー層比誘電率εt: 断面積が約2.3cm2の電極間に、トナー層厚約1mmのトナーを挟み、LCRメーター(安藤電気社製 AG−4304)によって測定し求めた。なお、実験で使用したトナー層比誘電率εtは2.5であった。
(5)単位面積当りのトナー電荷量Q/S: 図6に示すように、ファラデーゲージは、軸径の異なる金属筒を同軸になるように配置した二重筒と、内筒内に更にトナーを取り入れるためのフィルターを備えている。内筒と外筒が絶縁されているために、エアー吸引により、感光体上のトナーをフィルター内に取り込むと、トナーの電荷量Qによる静電誘導を引き起こす。この誘起された電荷量をエレクトロメーター(KEITHLEY616)により測定し、内筒内のトナー重量Mで割った値を平均トナー帯電量Q/M(μC/g)とした。また、感光体上のトナーを吸引した面積を測定し、その値でトナー重量Mを割った値をM/S(mg/cm2)とし、最終的に、Q/MとM/Sを掛けて、Q/Sを求めた。
(1)充電率100% :非常に良好(現像性評価A)
(2)充電率99%〜90%:許容範囲(現像性評価B)
(3)充電率89%以下 :不良(現像性評価C)
図7はキャリアの体積抵抗率を測定するための装置の説明図である。図7に示すように、所定の速度で回転するアルミニウム製のドラム(円筒体)301にキャリア101単体を内包した現像装置601の現像ローラ201とドラム301との最近接距離(以下SDギャップ)を実機同等に設定して対向させる。そして、所定の周速でドラム301及び現像ローラ201を回転させながら、ドラム301と現像ローラ201間に電源401(NF社製 HVA4321)から、AC電圧(sin波)を印加する。このとき、sin波の周波数をSweepさせ、印加電圧に対する応答電流を計測することにより、ドラム301/現像ローラ201間のインピーダンスを測定する。なお、sin波のピーク電圧は、SDギャップ間で2×104V/cmになるように設定した。
キャリアの1000/4π[kA/m]の磁界中における磁化の強さが50[Am2/kg]以上70[Am2/kg]以下である。
図8は単一の現像ローラを使用する現像装置の構成の説明図である。図8に示すように、比較例1は、単一の現像ローラを使用する現像装置において、現像ローラの周速が対ドラム周速比1.6に設定されている。プロセススピードを300mm/sec、500mm/sec、700mm/secとした際の、画像枚数40枚、80枚、120枚、160枚、200枚、240枚、280枚の各段階におけるTD比と被覆率の測定結果を表2に示す。
図2に示すように、比較例2は、2本の現像ローラを使用する現像装置において、現像ローラの周速が対ドラム周速比1.6に設定されている。プロセススピードを300mm/sec、500mm/sec、700mm/secとした際の、画像枚数20枚、60枚、100枚、140枚、180枚、220枚の各段階におけるTD比と被覆率の測定結果を表4に示す。
図2に示すように、比較例2は、2本の現像ローラを使用する現像装置において、現像ローラの周速が対ドラム周速比1.6に設定されている。プロセススピードを300mm/sec、500mm/sec、700mm/secとした際の、画像枚数20枚、60枚、100枚、140枚、180枚、220枚の各段階におけるTD比と被覆率の測定結果を表6に示す。
図9は比較例4における現像ローラを通じた電荷注入量の測定結果の説明図である。
図2に示すように、静電像形成手段の一例である帯電装置5及び露光装置6は、静電像を感光体の一例である感光ドラム3に形成する。静電像は、現像されてトナーが付着する画像部と現像されてトナーが付着しない白地部とからなる。
図2に示すように、実施例2では、2本の現像ローラを使用する現像装置において、実施例1を起点として、上流側の現像ローラと下流側の現像ローラの周速とを共に可変に設定して、現像性と白地かぶり画像不良が許容範囲となる組み合わせを求めた。長期にわたり、白地かぶり画像不良と現像性を両立させるために、白地かぶり画像不良の発生箇所である現像剤を受け渡される下流側の現像ローラの周速比Srを可変させて検討を行った。
(1)下流側の現像ローラの対感光ドラム周速比Sr(=Vr/Vd)が、上流側の現像ローラの対感光ドラム周速比St(=Vt/Vd)より小さい。
(2)下流側の現像ローラの周速Vrが感光ドラムの周速Vdより高く設定される。
図10は現像領域の磁気ブラシの模式図である。感光ドラムの周速と下流側の現像ローラの周速とが等しい場合、すなわち、周速比Srが1.0のとき、出力画像におけるキャリア付着が大幅に増加することが判明した。また、周速比Srが1.0のときのキャリア付着現象は、感光ドラムの周速(=下流側現像ローラの周速)が高いほど顕著であることが判明した。
図11は実施例3における現像装置の構成の説明図である。図12は実施例3の制御のフローチャートである。図13は実施例3の制御で用いる検出用静電像の説明図である。図14は検出用静電像の検出位置の説明図である。図15は下流側の現像ローラの周速比と検出用静電像の検出電位差の関係の説明図である。図16はTD比と周速比を決定する直線の傾きの関係の説明図である。
ΔVr=|Vn(電荷注入有り)−Vn(電荷注入無し)| ≧ 0
図17は実施例4における現像装置の構成の説明図である。図18は実施例4の制御のフローチャートである。図19は検出用静電像を挟む区間における検出電流の説明図である。図20は下流側の現像ローラの周速比と検出用静電像の検出電流差の関係の説明図である。
図2に示すように、実施例5では、現像装置20内の現像剤のトナー比率が低下するほど、下流側の現像ローラ21の周速Vrを低下させる。制御部702は、TD比センサ37の出力情報から現像装置20内の現像剤のトナー比率を演算する。
実施例1〜5では、現像ローラ21、31の回転方向が感光ドラム3の対向面と同一方向となるウイズ回転であった。しかし、本発明は、ウイズ回転には限定されない。現像ローラ21、31の回転方向が感光ドラム3の対向面と反対方向となるカウンタ回転の場合でも実施できる。
10 ドラムクリーニング装置、20 現像装置
21 上流側の現像ローラ、22 上流側のマグネット部材
23 現像スクリュー、27 現像容器、30 トナー補給部
31 下流側の現像ローラ、32 下流側のマグネット部材
33 攪拌スクリュー、37 TD比センサ、40 現像電源
50、60 駆動モータ、702、802 制御部、KS 光学式センサ
Claims (12)
- 感光体と、
静電像を前記感光体に形成する静電像形成手段と、
トナーとトナーよりも体積抵抗率が低いキャリアを有する現像剤を担持して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加された状態で現像剤の磁気ブラシを前記感光体に摺擦させることにより、前記静電像を現像する第一現像ローラと、
前記第一現像ローラから受け渡された現像剤を担持して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加された状態で現像剤の磁気ブラシを前記感光体に摺擦させることにより、前記静電像を現像する第二現像ローラと、
前記第一現像ローラ及び前記第二現像ローラの周速を前記感光体の周速よりも高い周速で回転駆動するとともに、前記第二現像ローラを前記第一現像ローラの周速よりも低い周速で回転駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記第二現像ローラに担持される現像剤のトナー比率が低くなるほど前記第二現像ローラの周速が低くなるように、前記第二現像ローラの周速を可変に制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 前記静電像は、現像されてトナーが付着する画像部と現像されてトナーが付着しない白地部とからなり、
前記第二現像ローラの磁気ブラシが摺擦した前記感光体の表面の電位情報を検出する電位検出手段を備え、
前記制御手段は、前記白地部の電位の絶対値が小さくなるほど前記第二現像ローラの周速が低くなるように、前記電位情報に基づいて前記第二現像ローラの周速を設定することを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。 - 前記第二現像ローラと前記感光体の間に流れる電流に応じた電流情報を検出する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第二現像ローラの磁気ブラシが前記白地部を摺擦する際に前記第二現像ローラを流れる直流電流が大きくなるほど前記第二現像ローラの周速が低くなるように、前記電流情報に基づいて前記第二現像ローラの周速を設定することを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、非画像形成時に、前記感光体の回転方向に前記画像部を挟んで前記白地部を配置した測定用静電像を形成し、前記画像部に続いて前記第二現像ローラの磁気ブラシが摺擦した前記白地部を検出して前記第二現像ローラの周速を設定する設定モードを実行することを特徴とする請求項3又は4に記載の画像形成装置。
- 前記第一現像ローラに担持される前の現像剤のトナー比率情報を検出するトナー比率検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第一現像ローラに担持される前の現像剤のトナー比率が低いほど前記第二現像ローラの周速が低くなるように、前記トナー比率情報に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。 - 前記第一現像ローラの周速をVr[mm/sec]とし、前記第二現像ローラの周速をVt[mm/sec]とし、前記感光体の周速をVd[mm/sec]として、Sr=Vr/Vd、St=Vt/Vdと定義するとき、
1.1<Sr<St<1.5
であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - キャリアの1000/4π[kA/m]の磁界中における磁化の強さが50[Am2/kg]以上70[Am2/kg]以下であることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記感光体は、感光層がアモルファスシリコンで形成されて周速が500mm/sec以上であって、
前記キャリアの体積抵抗率が1×106[Ω・cm]以上1×1010[Ω・cm]以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記感光体は、表面層の体積抵抗率が1×109[Ω・cm]以上1×1014[Ω・cm]以下で周速が500mm/sec以上であって、
前記キャリアの体積抵抗率が1×106[Ω・cm]以上1×1010[Ω・cm]以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 感光体と、
静電像を前記感光体に形成する静電像形成手段と、
トナーとトナーよりも体積抵抗率が低いキャリアを有する現像剤を担持して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加された状態で現像剤の磁気ブラシを前記感光体に摺擦させることにより、前記静電像を現像する第一現像ローラと、
前記第一現像ローラから受け渡された現像剤を担持して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加された状態で現像剤の磁気ブラシを前記感光体に摺擦させることにより、前記静電像を現像する第二現像ローラと、
前記第一現像ローラ及び前記第二現像ローラと前記感光体が対向部において、逆方向に移動するとともに、前記第二現像ローラを前記第一現像ローラの周速よりも低い周速で回転駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
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