JP2014174377A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】感光体2に対して対向配置される現像ローラ42A,42Bと、感光体と現像ローラとが対向する現像領域に、トナーを往復運動させながら現像ローラ側から感光体側へ移動させる交番電界を形成するために、現像ローラに交番電圧を印加する電源部510とを有する現像装置において、上記交番電圧は、周波数が20[kHz]よりも大きく60[kHz]以下であり、かつ、ピークツウピーク電圧が300[V]以上である。
【選択図】図3
Description
図1は、本実施形態の複写機500の概略構成図である。
複写機500は、複写装置本体(以下「プリンタ部」という。)100、給紙テーブル(以下「給紙部」という。)200及びプリンタ部100上に取り付けるスキャナ(以下「スキャナ部」という。)300から構成される。
図3は、現像装置4と複写機500本体に設けられる電源部510とを示す斜視図である。
図4は、図3中符号Aで示す現像装置4と電源部510との接続箇所を拡大した拡大視図である。
現像装置4には、現像剤担持体としての2つの現像ローラ42A,42Bと、ドクタブレード45、攪拌パドル46、搬送スクリュー48、トナー濃度センサ49等が設けられている。これらの構成部材を収容する現像ケース41は、感光体2と対向する箇所が開口しており、その開口を介して、感光体2の表面と2つの現像ローラ42A,42Bとが対向するように構成されている。本実施形態では、現像ケース41内に収容されている現像剤43として、トナーからなる一成分現像剤を用いる例であるが、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いてもよい。現像ケース41内の現像剤43は、攪拌パドル46や搬送スクリュー48によって攪拌される。
上述したとおり、エッジ再現性は、現像領域内に形成される交番電界の作用によって現像領域内でトナーが大きく往復運動することにより、スキャベンジが発生しやすい状況が生まれることに起因している。そのため、トナーの往復運動の振幅を小さくすれば、スキャベンジの発生を抑制してエッジ再現性の悪化を改善できる。ただし、交番電圧のピークツウピーク電圧を小さくすることにより、トナーの往復運動の振幅を小さくしようとすると、交番電圧現像方式による様々なメリットに与える悪影響が大きいので、交番電圧のピークツウピーク電圧を小さくすることには大きな制約がある。そこで、本実施形態では、交番電圧の周波数を大きくすることによって、トナーの往復運動の振幅を小さくし、スキャベンジの発生を抑制してエッジ再現性の悪化を改善している。具体的には、ピークツウピーク電圧が300[V]以上の交番電圧において、周波数を20[kHz]よりも大きく60[kHz]以下という高い周波数範囲に設定する。
以下、現像ローラ42A,42Bに印加する交番電圧の周波数を20[kHz]よりも大きく60[kHz]以下という高い周波数範囲に設定することによって、トナーの往復運動の振幅を小さくしてエッジ再現性の悪化を改善できることを確認する一実験例について説明する。
この実験装置600は、透明なガラス基板601a上に透明電極であるITO(Indium Tin Oxide)601bを蒸着して擬似的な潜像を形成できるように構成された疑似感光体601と、ITO601bに電圧を印加するための電極602、高速度カメラ603、現像ユニット604などで構成されている。本実施形態の現像装置4は、2つの現像ローラ42A,42Bを備えた構成であり、本実験装置600の現像ユニット604は、単一の現像ローラ642を備えた構成であるが、その他の基本構成は同様のものである。現像ユニット604は、その現像ローラ642が疑似感光体601と対向配置するように、固定台605上に固定配置されている。
本実験例の疑似感光体601上に形成した疑似潜像パターンは、100[μm]の細線画像と1060[μm]の太線画像とが混在したものを用いている。図8〜図17に示す画像は、図中左側に100[μm]の細線画像の先端部が確認できるように細線画像が2〜3本映り込み、かつ、図中右側に1060[μm]の太線画像の一部分が映り込むように、高速度カメラ603の撮像画像の一部(横512ピクセル×縦256ピクセル(1ピクセル1[μm]))を切り出した画像である。
ベタの埋まりの評価は、ベタ画像部分にトナーがどの程度埋まっているかを評価することで行う。具体的には、ベタ画像部分を撮像した撮像画像部分(太線画像部分)を横100ピクセル×縦256ピクセルだけ切り出し、この太線画像部分内におけるトナーの存在しない空間の面積を測定し、この面積が小さいほど優良であると評価する。本実験例では、0[kHz](直流電圧)におけるトナーの存在しない空間の測定面積が2455[ピクセル2乗]であったため、これを基準ランクとなるランク3.0とし、最良ランク、すなわちトナーの存在しない空間の測定面積が0[ピクセル2乗]となる場合をランク1.0となるように規格化して、各周波数におけるベタの埋まりのランク評価を行った。
このグラフは横軸に周波数をとり、縦軸にランクをとったものである。このグラフからわかるように、現像ローラ642に印加する交番電圧の周波数が9[kHz]以上60[kHz]以下の範囲ではランク2.0以下であり、この周波数範囲から逸脱すると、ベタの埋まりが評価ランクが大幅に悪化する。この結果から、周波数が9[kHz]以上60[kHz]以下の範囲の交番電圧を現像電圧として用いることにより、現像電圧が直流電圧(0[kHz])の場合(直流電圧現像方式)よりもベタの埋まりが改善され、交番電圧現像方式のメリットを享受できることが確認した。
輝度の評価は、色再現性にも繋がる重要な要素であり、トナーの積層状態を定量的に評価するものである。具体的には、ベタ画像部分を撮像した撮像画像部分(太線画像部分)を切り出し、この太線画像部分の輝度値の平均を、地肌部の輝度値との相対値に変換した相対輝度値を用いて評価を行う。この値が高いほど優良であると評価する。本実験例では、0[kHz](直流電圧)における相対輝度値を基準ランクとなるランク3.0となるように規格化し、各周波数における輝度のランク評価を行った。
このグラフは横軸に周波数をとり、縦軸にランクをとったものである。このグラフからわかるように、いずれの周波数でも交番電圧を用いる場合には、現像電圧が直流電圧(0[kHz])の場合(直流電圧現像方式)よりも輝度が改善され、交番電圧現像方式のメリットを享受できることが確認した。
エッジ再現性の評価は、地肌部に隣接する潜像部のエッジ箇所にトナーがきちんと付着してエッジ箇所が正確に再現されているかどうかを評価することにより行う。具体的には、太線画像のエッジ箇所(図9〜図17中の画像左右方向(幅方向)中央付近で画像上下方向に延びるエッジ箇所)を含むように幅20ピクセルの測定領域を、撮像画像上に設定する。そして、その撮像画像上部から下部まで、当該測定領域内において幅方向で輝度が大きくに変化する地点における撮像画像幅方向の座標値を取得し、その標準偏差を計算した。
このグラフは横軸に周波数をとり、縦軸にランクをとったものである。このグラフからわかるように、現像ローラ642に印加する交番電圧の周波数が20[kHz]以上60[kHz]以下の範囲ではランク3.0よりも優良である。この結果から、周波数が20[kHz]以上60[kHz]以下の範囲の交番電圧を現像電圧として用いることにより、現像電圧が直流電圧(0[kHz])の場合(直流電圧現像方式)よりもエッジ再現性が良好になることが判明した。
粒径(体積平均粒径)が4[μm]以上7[μm]以下の範囲内のトナーを用いた場合と、粒径が4[μm]未満のトナーを用いた場合と、7[μm]より大きいトナーを用いた場合とにおいて、地肌部に付着するトナー(地汚れトナー)の面積率およびトナー飛散量を比較した。トナーの粒径を5[μm]±1[μm]の範囲内とした場合、トナー粒径が4[μm]未満のトナーを用いた場合に比べて、ベタの埋まり及び輝度の評価は5%低下したが、地汚れ及びトナー飛散量の評価はともに30%減少した。また、トナー粒径が7[μm]より大きいトナーを用いた場合に比べて、地汚れ及びトナー飛散量の評価は5%増加し、ベタの埋まり及び輝度の評価も20%向上した。本実施形態では、粒径が5[μm]±1[μm]の範囲内のトナーを用いている。
キャリアの体積固有抵抗値が1.0×1019[Ω・cm]だったものを、1.0×108[Ω・cm]以上1.0×1010[Ω・cm]以下の範囲内のものに変更したところ、キャリア上からトナーが離脱する個数が30%増加した。これは、単位時間あたりにキャリアから離脱するトナーの個数を高速度カメラで可視化・観察したものである。本実施形態で二成分現像剤を用いる場合、そのキャリアの体積抵抗値には1.0×108.9[Ω・cm]を用いる。
交番電圧によって現像領域内に形成される電界をEoとし、交番電圧の周波数をfとし、トナーの帯電量をqとすると、現像領域内で往復運動するトナーの見かけ上の振幅Dは、下記の式(1)から計算することができる。
D = q×Eo/(2πf)2 ・・・(1)
Eo = V/d ・・・(2)
q = q’/m ・・・(3)
次に、本実施形態における現像装置4の現像ローラ42A,42Bに印加する交番電圧の一変形例について説明する。
図21は、現像装置4と複写機500本体に設けられる電源部510とを示す斜視図である。
本変形例における電源部510には、AC電源515を制御する制御ボックス516が付加されている。制御ボックス516はAC電源515に接続されており、制御ボックス516から出力される制御信号により、AC電源515から出力される交流電圧の波形を変化させることができる。
交番電圧の波形は、トナーを現像ローラ42A,42B側から感光体2側へ移動させる現像方向の極性をもつ現像波形部分と、トナーを感光体2側から現像ローラ42A,42B側へ移動させる非現像方向の極性をもつ非現像波形部分とが、交番電圧の周波数に応じて交互に存在する。本変形例では、上記実施形態と同様、正規帯電極性がマイナス極性であるトナーを用いるので、図22中実線で囲った波形部分が非現像波形部分であり、図22中破線で囲った波形部分が現像波形部分である。
また、本変形例においては、図22中実線で囲った部分に示すように、非現像波形部分の先頭箇所に、その現像波形部分の残り箇所D2よりも絶対値が大きい電圧値となっているスパイク波形部分D1が存在する。
交番電圧の周波数を20.1[kHz]とし、電源部の起動後、0.000048秒から0.0000544秒までの間、+2[kV]のプラス極性の電圧(スパイク波形部分)を印加し、その後、通常の電圧値である+500[V]まで電圧値を戻す。その後、さらに0.0000729秒から0.0000799秒までの間、−2[kV]のマイナス極性の電圧(スパイク波形部分)を印加し、その後、通常の電圧値である−1[kV]まで電圧値を戻す。
すなわち、図23に示す波形例は、図22に示した本変形例の波形例から非現像波形部分のスパイク波形部分D1を取り除いて非現像波形部分を通常の波形としたものである。このような波形をもった交番電圧を用いて現像を行い、現像効率及び地汚れについて評価を行った。この評価実験では、1gのトナーの帯電量の総和が−30[μC/g]±10[μC/g]となるように設定し、かつ、感光体2上の潜像部電位Vlを−60[V]とし、現像ローラ42A,42Bに印加する交番電圧のピークツウピーク電圧Vppを1500[V]とし、交番電圧の直流成分を−250[V]とし、そのDuty比を50%とし、波形を矩形波とし、その周波数を20.1[kHz]とした。
(態様A)
感光体2等の潜像担持体に対して対向配置される現像ローラ42A,42B等の現像剤担持体と、上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、トナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する電源部510等の交番電圧印加手段とを有する現像装置4において、上記交番電圧は、周波数が20[kHz]よりも大きく60[kHz]以下であり、かつ、ピークツウピーク電圧が300[V]以上であることを特徴とする。
これによれば、上述したように、交番電圧現像方式で発生するエッジ再現性の悪化を抑制できる。
上記態様Aにおいて、上記交番電圧の波形は、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ現像波形部分の先頭箇所C1が、該現像波形部分の残り箇所C2よりも絶対値が大きい電圧値となっていることを特徴とする。
これによれば、現像効率の向上を図ることができ、エッジ再現性の悪化を更に抑制することができる。
上記態様A又はBにおいて、上記交番電圧の波形は、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる非現像方向の極性をもつ非現像波形部分の先頭箇所D1が、該非現像波形部分の残り箇所D2よりも絶対値が大きい電圧値となっていることを特徴とする。
これによれば、地汚れを改善することができ、エッジ再現性の悪化を更に抑制することができる。
上記態様B又はCにおいて、上記先頭箇所C1,D1の時間幅は、上記残り箇所C2,D2の時間幅よりも狭いことを特徴とする。
これによれば、他の不具合の発生を抑制しつつ、上述した現像効率の向上や地汚れの改善という効果が得られる。
上記態様A〜Dのいずれかの態様において、上記交番電圧は、上記現像領域内でトナーを0.3[μm]以上30[μm]以下の振幅で往復運動するように設定されていることを特徴とする。
これによれば、上述したように、交番電圧現像方式で発生するエッジ再現性の悪化を抑制できる。
潜像担持体に対して対向配置される現像剤担持体と、上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、トナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する交番電圧印加手段とを有する現像装置において、上記交番電圧は、周波数が10[kHz]以上60[kHz]以下であり、かつ、ピークツウピーク電圧が300[V]以上であり、上記交番電圧の波形は、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ現像波形部分の先頭箇所C1が、該現像波形部分の残り箇所C2よりも絶対値が大きい電圧値となっていることを特徴とする。
これによれば、多少周波数を低くした範囲(10[kHz]以上20[kHz]未満の範囲)でも、交番電圧現像方式で発生するエッジ再現性の悪化を抑制できる。
潜像担持体に対して対向配置される現像剤担持体と、上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、トナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する交番電圧印加手段とを有する現像装置において、上記交番電圧は、周波数が10[kHz]以上60[kHz]以下であり、かつ、ピークツウピーク電圧が300[V]以上であり、上記交番電圧の波形は、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ非現像波形部分の先頭箇所D1が、該非現像波形部分の残り箇所D2よりも絶対値が大きい電圧値となっていることを特徴とする。
これによれば、多少周波数を低くした範囲(10[kHz]以上20[kHz]未満の範囲)でも、交番電圧現像方式で発生するエッジ再現性の悪化を抑制できる。
上記態様A〜Gのいずれかの態様において、上記トナーは、体積平均粒径が4[μm]以上7[μm]以下であることを特徴とする。
これによれば、地汚れトナーおよびトナー飛散量を少なくすることができる。
上記態様A〜Hのいずれかの態様において、
上記現像剤担持体は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持するものであり、上記キャリアの体積固有抵抗値が1.0×108[Ω・cm]以上1.0×1010[Ω・cm]以下であることを特徴とする。
これによれば、現像効率の向上を図ることができる。
感光体2等の潜像担持体と、該潜像担持体上に潜像を形成する露光装置6等の潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させる現像処理を行う現像手段とを有し、該現像処理によって該潜像担持体上に形成されたトナー像を最終的に記録紙P等の記録材へ転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記現像手段として、上記態様A〜Iのいずれかの態様に係る現像装置4を用いたことを特徴とする。
これによれば、交番電圧現像方式のメリットを享受しつつ、エッジ再現性の悪化が抑制された良好な画像を形成することができる。
2 感光体
3 帯電部材
4 現像装置
5 感光体クリーニング装置
6 露光装置
7 中間転写ベルト
8 一次転写ローラ
9 二次転写ローラ
12 定着装置
41 現像ケース
42A,42B,642 現像ローラ
43 現像剤
44A,44B 電源入力端子
100 プリンタ部
200 給紙部
300 スキャナ部
400 トナーボトル
500 複写機
510 電源部
511A,511B 端子孔
512 電源出力端子
513 電源ケーブル
514 DC電源
515 AC電源
516 制御ボックス
600 実験装置
601 疑似感光体
603 高速度カメラ
604 現像ユニット
605 固定台
606 移動台
Claims (10)
- 潜像担持体に対して対向配置される現像剤担持体と、
上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、トナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する交番電圧印加手段とを有する現像装置において、
上記交番電圧は、周波数が20[kHz]よりも大きく60[kHz]以下であり、かつ、ピークツウピーク電圧が300[V]以上であることを特徴とする現像装置。 - 請求項1の現像装置において、
上記交番電圧の波形は、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所が、該波形部分の残り箇所よりも絶対値が大きい電圧値となっていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2の現像装置において、
上記交番電圧の波形は、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる非現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所が、該波形部分の残り箇所よりも絶対値が大きい電圧値となっていることを特徴とする現像装置。 - 請求項2又は3の現像装置において、
上記先頭箇所の時間幅は、上記残り箇所の時間幅よりも狭いことを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の現像装置において、
上記交番電圧は、上記現像領域内でトナーを0.3[μm]以上30[μm]以下の振幅で往復運動するように設定されていることを特徴とする現像装置。 - 潜像担持体に対して対向配置される現像剤担持体と、
上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、トナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する交番電圧印加手段とを有する現像装置において、
上記交番電圧は、周波数が10[kHz]以上60[kHz]以下であり、かつ、ピークツウピーク電圧が300[V]以上であり、
上記交番電圧の波形は、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所が、該波形部分の残り箇所よりも絶対値が大きい電圧値となっていることを特徴とする現像装置。 - 潜像担持体に対して対向配置される現像剤担持体と、
上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、トナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する交番電圧印加手段とを有する現像装置において、
上記交番電圧は、周波数が10[kHz]以上60[kHz]以下であり、かつ、ピークツウピーク電圧が300[V]以上であり、
上記交番電圧の波形は、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所が、該波形部分の残り箇所よりも絶対値が大きい電圧値となっていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の現像装置において、
上記トナーは、体積平均粒径が4[μm]以上7[μm]以下であることを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の現像装置において、
上記現像剤担持体は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持するものであり、
上記キャリアの体積固有抵抗値が1.0×108[Ω・cm]以上1.0×1010[Ω・cm]以下であることを特徴とする現像装置。 - 潜像担持体と、該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させる現像処理を行う現像手段とを有し、該現像処理によって該潜像担持体上に形成されたトナー像を最終的に記録材へ転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
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