JP2020148839A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】現像に十分なトナーへの電荷供与能力を維持しつつ、トナーへの過度な帯電を抑えることが可能な現像装置を提供する。【解決手段】静電潜像を形成する像担持体と、現像剤を収容する現像剤収容器と、現像剤担持体と、現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、像担持体と現像剤担持体との間隔を保持する間隔保持部材と、現像剤担持体に電圧を印加する電源を制御する制御装置と、を有し、現像剤担持体は少なくとも基体と表面層を有し、表面層は、現像剤と表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、現像剤へ電荷を主に与える電子供与部と、現像剤から電荷を主に受け取る電子受容部とを有し、制御装置は、非画像形成時かつ現像剤担持体の駆動時に、現像剤担持体に画像形成時と異なる交流電圧を印加する、画像形成装置を用いる。【選択図】図4
Description
本発明は、画像形成装置に関する。
複写機やレーザビームプリンタなどの電子写真画像形成装置は、画像データに対応した光を電子写真感光体(感光体)に照射して静電像(潜像)を形成する。そして、この静電像に対して、現像装置から記録材料である現像剤のトナーを供給して、トナー像として顕像化する。このトナー像は、転写装置によって感光体から記録紙などの記録材へ転写される。さらに、定着装置でトナー像を記録材上に定着することで、記録画像が形成される。
乾式一成分現像法を用いる現像装置として、種々の装置が提案されている。一例を挙げれば、次のようなものがある。すなわち、一成分現像剤(トナー)を、現像剤担持体としての現像スリーブ上に担持し、層厚規制部材によって均一なトナー層を形成する。このとき、現像スリーブ上のトナー層には、現像スリーブとの摩擦によって電荷が付与される。この現像スリーブは、像担持体としての感光体ドラムに対して微小な隙間を持って保持される。そして、現像スリーブに、例えば交流成分からなる現像バイアス電圧を印加することで、感光体上の静電像と現像スリーブとの間に電位差を発生させる。これにより、トナーを静電像に移動させて現像を行う。
現像において良好な画質を得るためには、現像スリーブ上のトナーに電荷を安定的に持たせることが非常に重要である。そこでトナーに対する電荷付与能を高めるために、現像スリーブとして、四級アンモニウム塩基や三級アミン基を含んだ樹脂を有する表面層を備えるものが提案されている(特許文献1)。
しかしながら、従来の例では、例えば低温低湿環境下において、現像剤担持体に塗布されるトナーが過剰に帯電されてしまうことがあった。このような過剰に帯電したトナーは、種々の画像不良が発生する要因となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、現像に十分なトナーへの電荷供与能力を維持しつつ、トナーへの過度な帯電を抑えることが可能な現像装置を提供することである。
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と
前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との距離を保持する間隔保持部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤へ電荷を主に与える電子供与部と、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤から電荷を主に受け取る電子受容部と、を有し、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に画像形成時と異なる交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置である。
静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と
前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との距離を保持する間隔保持部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤へ電荷を主に与える電子供与部と、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤から電荷を主に受け取る電子受容部と、を有し、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に画像形成時と異なる交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と
前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との距離を保持する間隔保持部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、カーボネート結合を有し、かつ、三級アミン構造を含むウレタン樹脂を含み、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に画像形成時と異なる交流電圧を印加する
を特徴とする画像形成装置である。
静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と
前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との距離を保持する間隔保持部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、カーボネート結合を有し、かつ、三級アミン構造を含むウレタン樹脂を含み、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に画像形成時と異なる交流電圧を印加する
を特徴とする画像形成装置である。
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と、
前記像担持体に当接し、前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤へ電荷を主に与える電子供与部と、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤から電荷を受け取る電子受容部と、を有し、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置である。
静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と、
前記像担持体に当接し、前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤へ電荷を主に与える電子供与部と、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤から電荷を受け取る電子受容部と、を有し、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と、
前記像担持体に当接し、前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、カーボネート結合を有し、かつ、三級アミン構造を含むウレタン樹脂を含み、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置である。
静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と、
前記像担持体に当接し、前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、カーボネート結合を有し、かつ、三級アミン構造を含むウレタン樹脂を含み、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置である。
本発明によれば、現像に十分なトナーへの電荷供与能力を維持しつつ、トナーへの過度な帯電を抑えることが可能な現像装置を提供できる。
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
<<画像形成装置の全体構成の概略>>
まず、図1を参照して、本発明に係る画像形成装置の全体構成の概略について説明する。また、図7を参照して、本発明に係る画像形成装置の機能ブロックについて説明する。さらに、図2を参照して、本発明に係る現像スリーブの構成について説明する。さらに、図3を参照して、本発明に関連するフェルミ準位の概念について説明する。本明細書では、これら各図の構成を、主として実施例1と関連付けて説明している。ただし、これら各図に記載の構成要素やその機能に関する下記の説明は、矛盾を生じない限りにおいて、他のどの実施例に適用しても構わない。
まず、図1を参照して、本発明に係る画像形成装置の全体構成の概略について説明する。また、図7を参照して、本発明に係る画像形成装置の機能ブロックについて説明する。さらに、図2を参照して、本発明に係る現像スリーブの構成について説明する。さらに、図3を参照して、本発明に関連するフェルミ準位の概念について説明する。本明細書では、これら各図の構成を、主として実施例1と関連付けて説明している。ただし、これら各図に記載の構成要素やその機能に関する下記の説明は、矛盾を生じない限りにおいて、他のどの実施例に適用しても構わない。
図1は、本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。以下の記載においては、画像形成装置の一例として、電子写真プロセスを利用するモノクロレーザプリンタについて説明する。
<画像形成装置>
図1に示す画像形成装置1は、主な構成として、像担持体としての感光体ドラム11、帯電手段としての帯電ローラ12、感光体ドラム11のクリーニング手段としてのクリーニングブレード14を有する。また、画像形成装置1は、現像手段としての現像装置2、露光手段としてのレーザビームスキャナ3、転写手段としての転写ローラ4、定着装置としての定着ローラ5を備えている。また、画像形成装置1は、感光体ドラム11、帯電ローラ12、現像装置3等をカートリッジ化したプロセスカートリッジを着脱可能に備える構成である。また、詳しくは図2を参照して後述するが、画像形成装置1は、現像スリーブ21を備えている。
図1に示す画像形成装置1は、主な構成として、像担持体としての感光体ドラム11、帯電手段としての帯電ローラ12、感光体ドラム11のクリーニング手段としてのクリーニングブレード14を有する。また、画像形成装置1は、現像手段としての現像装置2、露光手段としてのレーザビームスキャナ3、転写手段としての転写ローラ4、定着装置としての定着ローラ5を備えている。また、画像形成装置1は、感光体ドラム11、帯電ローラ12、現像装置3等をカートリッジ化したプロセスカートリッジを着脱可能に備える構成である。また、詳しくは図2を参照して後述するが、画像形成装置1は、現像スリーブ21を備えている。
<機能ブロック構成>
図7は、本発明に係る画像形成装置の制御関係の構成を示す概略ブロック図である。図7に示すように、画像形成装置1は、制御装置としての制御部40を備えている。制御部40は、信号線を介して、または無線通信により、各構成ブロックの動作を制御して画像形成時および非画像形成時の制御シーケンスを実行する、制御部40としては、メモリに保持されたプログラムやユーザからの指令に従って動作して情報処理を行う情報処理装置が好適である。制御部40として例えば、CPU41、RAM42、不揮発性メモリ43、インタフェース(I/F)44などの演算資源を備える処理装置を利用できる。画像形成装置1はまた、電力線を介して各構成ブロックに電力を供給する電源装置を備えている。ここでは電源装置として帯電電源31と現像電源32を示している。ただし、ここに示した以外の電源装置を備えていても良いし、同一の電源装置が複数の機能を兼ね備えていても良い。帯電電源31および現像電源32は、制御部40の指令に従って、各構成要素に印加する電圧の強度やタイミングを変化させる。
<感光体ドラム>
図7は、本発明に係る画像形成装置の制御関係の構成を示す概略ブロック図である。図7に示すように、画像形成装置1は、制御装置としての制御部40を備えている。制御部40は、信号線を介して、または無線通信により、各構成ブロックの動作を制御して画像形成時および非画像形成時の制御シーケンスを実行する、制御部40としては、メモリに保持されたプログラムやユーザからの指令に従って動作して情報処理を行う情報処理装置が好適である。制御部40として例えば、CPU41、RAM42、不揮発性メモリ43、インタフェース(I/F)44などの演算資源を備える処理装置を利用できる。画像形成装置1はまた、電力線を介して各構成ブロックに電力を供給する電源装置を備えている。ここでは電源装置として帯電電源31と現像電源32を示している。ただし、ここに示した以外の電源装置を備えていても良いし、同一の電源装置が複数の機能を兼ね備えていても良い。帯電電源31および現像電源32は、制御部40の指令に従って、各構成要素に印加する電圧の強度やタイミングを変化させる。
<感光体ドラム>
図1の感光体ドラム11は、φ24mmの負極帯電式のOPCドラムである。この感光体ドラム11は、図1中、矢印で示す回転方向Eに周速度(プロセススピード、印字速度)100mm/secで回転可能に設けられる。
帯電ローラ12は、感光体ドラム11の表面を帯電する。帯電ローラ12は、導電性の弾性ローラであり、芯金と、芯金を覆う導電性弾性層とを有する。帯電ローラ12は、感光体ドラム11に所定の押圧力で圧接される(位置cの帯電ニップ)。帯電ローラ12は、感光体ドラム11の回転に伴い従動回転する。
画像形成装置1が備える帯電電源31は、帯電ローラ12に帯電バイアスを印加する。帯電電源31は、帯電ローラ12の芯金に直流電圧を印加する。この直流電圧は、感光体ドラム11表面と帯電ローラ12の電位差が、放電開始電圧以上となるような値に設定されている。具体的には帯電バイアスとして、制御部40の制御にしたがい帯電電源31が−1000Vの直流電圧を帯電ローラ12に印加する。このとき、感光体ドラム11の表面電位(暗部電位)は−500Vに一様に帯電されている。なお、ここで述べた感光体ドラム11のサイズ、速度、印加電圧などはあくまでも一例である。
レーザビームスキャナ3は、レーザダイオード、ポリゴンミラー等を有している。このレーザビームスキャナ3は、目的の画像情報に対応して強度変調されたレーザ光LAを出力し、帯電された感光体ドラム11の表面をレーザ光で走査露光する(位置d)。レーザ
光によって感光体ドラム11の表面を全面露光した場合に、感光体ドラム11の表面電位(明部電位)が−100Vとなるように、レーザビームスキャナ3のレーザパワーは調整されている。
光によって感光体ドラム11の表面を全面露光した場合に、感光体ドラム11の表面電位(明部電位)が−100Vとなるように、レーザビームスキャナ3のレーザパワーは調整されている。
<<現像装置の概要>>
図1の構成では、感光体ドラム11上の静電潜像を、非接触現像方式で現像する。ただし、他の図で例示するように、接触現像方式を採用することもできる。
図1の構成では、感光体ドラム11上の静電潜像を、非接触現像方式で現像する。ただし、他の図で例示するように、接触現像方式を採用することもできる。
<現像装置の概略>
現像装置2は、現像スリーブ21とマグネットローラ22と現像ブレード23を有している。現像スリーブ21は、φ10mmで回転可能に現像装置2に取り付けられている。現像スリーブ21は、周速度100mm/sec、つまり感光体ドラム11と同一速度で回転する。また、現像装置2には、磁性現像剤としてのトナーtが収容されており、現像剤収容器としても機能する。本実施例においては、球形で粒径7μmの磁性トナーを用いた。また、撹拌部材24は、トナーtを撹拌可能な部材である。なお、ここで述べた現像スリーブ21のサイズ、周速などはあくまでも一例である。
現像装置2は、現像スリーブ21とマグネットローラ22と現像ブレード23を有している。現像スリーブ21は、φ10mmで回転可能に現像装置2に取り付けられている。現像スリーブ21は、周速度100mm/sec、つまり感光体ドラム11と同一速度で回転する。また、現像装置2には、磁性現像剤としてのトナーtが収容されており、現像剤収容器としても機能する。本実施例においては、球形で粒径7μmの磁性トナーを用いた。また、撹拌部材24は、トナーtを撹拌可能な部材である。なお、ここで述べた現像スリーブ21のサイズ、周速などはあくまでも一例である。
現像装置2には、現像剤担持体としての現像スリーブ21と、現像剤の層厚を規制する規制部材としての現像ブレード23と、が設けられている。現像スリーブ21は、図2に示すように、導電性のシリンダである基体21cに、導電性の弾性層21bと表面層21aを塗工した部材である。現像スリーブ21の両端には、間隔保持部材(不図示)が設けてられている。間隔保持部材が感光体ドラム11と当接することで、現像スリーブ21は、感光体ドラム11と微小隙間をもって保持される。本実施例の微小隙間は、300μmとした。非接触現像方式においては、間隔保持部材は、感光体ドラム11と現像スリーブ21を離間させる。一方、接触現像方式を採用する場合はかかる離間部材は使用しなくて良い。
<現像のための電源構成>
現像装置2内のトナーtは、現像スリーブ21に内包された磁界発生手段であるマグネットローラ22の磁力によって、現像スリーブ21の表面に引きつけられる。そしてトナーtは、現像スリーブ21の回転に追従し、現像スリーブ21と現像ブレード23の対向する位置f(ニップ)で負極性に摩擦帯電される。本実施例において、負極性を正規極性、正極性を逆極性とする。
現像装置2内のトナーtは、現像スリーブ21に内包された磁界発生手段であるマグネットローラ22の磁力によって、現像スリーブ21の表面に引きつけられる。そしてトナーtは、現像スリーブ21の回転に追従し、現像スリーブ21と現像ブレード23の対向する位置f(ニップ)で負極性に摩擦帯電される。本実施例において、負極性を正規極性、正極性を逆極性とする。
画像形成装置1が備える現像電源32は、制御部40の制御に従い現像スリーブ21に現像バイアスであるACバイアスを付加する。現像バイアスと感光体ドラム11の静電潜像との間の電位差により、感光体ドラム11上の静電潜像がトナー像として顕像化する(位置a)。ACバイアスは、現像スリーブ21から感光体ドラム11へトナーtを飛翔させる方向の電界を生じる飛翔バイアスと、感光体ドラム11から現像スリーブへトナーを引き戻す引き戻しバイアスを交互に印加する矩形波とする。飛翔バイアスを−1100V、引き戻しバイアスを+400V、周波数は2500Hzとする。ACバイアスの実効値(中央値)は、−350Vである。なお、ここで述べた印加電圧などはあくまでも一例である。尚、このとき、感光体ドラム11の表面電位(暗部電位)は−500Vに一様に帯電されている。
<現像剤担持体の詳細構成>
図2には、現像剤担持体としての現像スリーブ21を示す。図2は、本発明に係る現像スリーブの構成を示す図である。なお、他の図で例示するように、本発明の現像スリーブ21はこの構成に限られない。を示している。 現像スリーブ21は、概略、基体21c、弾性層21b、表面層21aを備え、また、空隙を介してマグネットローラ22を内包
する。
図2には、現像剤担持体としての現像スリーブ21を示す。図2は、本発明に係る現像スリーブの構成を示す図である。なお、他の図で例示するように、本発明の現像スリーブ21はこの構成に限られない。を示している。 現像スリーブ21は、概略、基体21c、弾性層21b、表面層21aを備え、また、空隙を介してマグネットローラ22を内包
する。
(基体)
基体21cは、現像スリーブ21の電極および支持部材として機能するものである。基体21cは、金属、合金、または、導電性を有する合成樹脂などの、導電性の材質で構成される。
基体21cは、現像スリーブ21の電極および支持部材として機能するものである。基体21cは、金属、合金、または、導電性を有する合成樹脂などの、導電性の材質で構成される。
(弾性層)
弾性層21bは、現像スリーブ21と現像ブレード23との当接部において、所定の幅の規制ニップfを形成できるような材質で構成される。
弾性層21bは、現像スリーブ21と現像ブレード23との当接部において、所定の幅の規制ニップfを形成できるような材質で構成される。
(表面層の構成)
表面層21aは、トナーへの素早い摩擦帯電性を持ち、かつ、トナーへの過度な帯電を抑えるような材料を用いる。表面層21aは、トナーとの摩擦により、トナーに適切な電荷量を付与するためのものである。表面層21aは、(A)電子供与性を持つ官能基と、(B)電子受容性を持つ官能基と、を有するウレタン樹脂からなる。すなわち本発明の表面層21aは、ウレタン樹脂の分子内に電子供与部と電子受容部とを含んでいる。(A)は、下記の構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造である。
表面層21aは、トナーへの素早い摩擦帯電性を持ち、かつ、トナーへの過度な帯電を抑えるような材料を用いる。表面層21aは、トナーとの摩擦により、トナーに適切な電荷量を付与するためのものである。表面層21aは、(A)電子供与性を持つ官能基と、(B)電子受容性を持つ官能基と、を有するウレタン樹脂からなる。すなわち本発明の表面層21aは、ウレタン樹脂の分子内に電子供与部と電子受容部とを含んでいる。(A)は、下記の構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造である。
(A)は、非共有電子対を有する三級アミン基を含んでいる。非共有電子対は電子が豊富であるため、電子供与性基Aとしてふるまう。その結果、未帯電トナーや正極性トナーに十分な電荷を供与できる。
(B)は、カーボネート結合を含んでいる。カーボネート結合は、一つの炭素原子に3個の酸素原子が結合している。酸素原子は炭素原子よりも電気陰性度が大きいため、炭素原子中の電子密度は低くなっている。そのため、カーボネート結合は電子を受容しやすい官能基(電子受容性基B)である。その結果、過度に帯電されたトナーの電荷を受容できる。
(B)は、カーボネート結合を含んでいる。カーボネート結合は、一つの炭素原子に3個の酸素原子が結合している。酸素原子は炭素原子よりも電気陰性度が大きいため、炭素原子中の電子密度は低くなっている。そのため、カーボネート結合は電子を受容しやすい官能基(電子受容性基B)である。その結果、過度に帯電されたトナーの電荷を受容できる。
(A)に関しては、例えば構造式(1)のように表すことができる。
[構造式(1)中、
R15は炭素数2以上4以下の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基を表し、nは1以上4以下の整数であり、nが2以上4以下の場合においては、複数のR15は各々独立して上記と同様に定義される。
R11〜R14は、各々独立に、下記(a)〜(d)から選ばれる何れかであり、nが2以上4以下の場合において、複数のR14は各々独立して上記と同様に定義され、但し、n=1の場合においては、R11〜R14の全てが、下記(b)〜(d)から選ばれる何れかであり、n=2以上4以下の場合においては、R11〜R13および2〜4個のR14のうちの少なくとも4つが、下記(b)〜(d)から選ばれる何れかである:
(a)水素原子、又は炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基;
(b)炭素数1以上8以下の直鎖状または分岐鎖状のヒドロキシアルキル基;
(c)炭素数2以上8以下の直鎖状または分岐鎖状のアミノアルキル基;
(d)下記構造式(2)で示される基:]
[構造式(2)中、mは2または3である。複数のR21はそれぞれ独立して炭素数2以上5以下の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基を表す]。
[構造式(1)中、
R15は炭素数2以上4以下の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基を表し、nは1以上4以下の整数であり、nが2以上4以下の場合においては、複数のR15は各々独立して上記と同様に定義される。
R11〜R14は、各々独立に、下記(a)〜(d)から選ばれる何れかであり、nが2以上4以下の場合において、複数のR14は各々独立して上記と同様に定義され、但し、n=1の場合においては、R11〜R14の全てが、下記(b)〜(d)から選ばれる何れかであり、n=2以上4以下の場合においては、R11〜R13および2〜4個のR14のうちの少なくとも4つが、下記(b)〜(d)から選ばれる何れかである:
(a)水素原子、又は炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基;
(b)炭素数1以上8以下の直鎖状または分岐鎖状のヒドロキシアルキル基;
(c)炭素数2以上8以下の直鎖状または分岐鎖状のアミノアルキル基;
(d)下記構造式(2)で示される基:]
[構造式(2)中、mは2または3である。複数のR21はそれぞれ独立して炭素数2以上5以下の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基を表す]。
<フェルミ準位の概念と表面層の機能>
表面層21aの働きをフェルミ準位の概念を用いて説明する。図3は、電子供与性基A、電子受容性基B(カーボネート結合)、未帯電または逆極性トナー、過帯電トナー、および適正帯電トナーの、フェルミ準位の概略図である。ここで、電子供与性基Aは、トナーと表面層21aとが摩擦することで電荷を授受する際に、トナーへ電子を主に与える電子供与部に相当する。摩擦における接触対象となるトナーには、過帯電トナー、適性帯電トナー、未帯電トナー/逆帯電トナーが含まれる。また、主にとは、電子(電荷)の授受対象となるトナーに対して、電子を与える機能が、電子を受け取る機能よりも強く働くことを意味する。また、電子受容性基Bは、トナーと表面層21aとが摩擦することで電荷を授受する際に、電荷を主に受け取る電子受容部に相当する。上述と同様に、摩擦における接触対象となるトナーには、過帯電トナー、適性帯電トナー、未帯電トナー/逆帯電トナーが含まれる。また、主にとは、電子(電荷)の授受対象となるトナーから電子を受け取る機能が、電子を与える機能よりも強く働くことを意味する。
表面層21aの働きをフェルミ準位の概念を用いて説明する。図3は、電子供与性基A、電子受容性基B(カーボネート結合)、未帯電または逆極性トナー、過帯電トナー、および適正帯電トナーの、フェルミ準位の概略図である。ここで、電子供与性基Aは、トナーと表面層21aとが摩擦することで電荷を授受する際に、トナーへ電子を主に与える電子供与部に相当する。摩擦における接触対象となるトナーには、過帯電トナー、適性帯電トナー、未帯電トナー/逆帯電トナーが含まれる。また、主にとは、電子(電荷)の授受対象となるトナーに対して、電子を与える機能が、電子を受け取る機能よりも強く働くことを意味する。また、電子受容性基Bは、トナーと表面層21aとが摩擦することで電荷を授受する際に、電荷を主に受け取る電子受容部に相当する。上述と同様に、摩擦における接触対象となるトナーには、過帯電トナー、適性帯電トナー、未帯電トナー/逆帯電トナーが含まれる。また、主にとは、電子(電荷)の授受対象となるトナーから電子を受け取る機能が、電子を与える機能よりも強く働くことを意味する。
縦軸は電子のエネルギー準位を示しており、上に行くほど電子が高いエネルギーを有して居ることを示す。異なる2つ準位を持つ物質が摩擦を行った場合には、高い準位から低い準位の物質へ電子が移動し、それぞれ正極性と負極性に帯電する。現像剤担持体(現像スリーブ21)は、基体21cに電源が接続されており、一定のバイアスが印加されている。そのため、摩擦で授与したまたは受領した電子と同量の電子を、電源から供与されるまたは授与するので、フェルミ準位が任意の高さに維持される。一方、トナーにおいては、摩擦によって移動した電子は移動することができずないので、帯電状態が維持される。よって、帯電後のトナーは、電子を受領した場合はフェルミ準位が高くなり、電子を供与した場合はフェルミ準位が低くなる。
図3では、トナーとして、負極帯電性を有するものを使用しており、図中の未帯電トナーは他に比べてフェルミ準位が低く、他の部材から電子を受領しやすい。未帯電トナーは、現像剤担持体の表面層21aを形成する電子供与性基Aや電子受容性基Bと摩擦することで負極性に帯電し、帯電量に応じてフェルミ準位が上昇する。なお、摩擦時にフェルミ準位の差が大きいほど電子の授受が急速である。そのため、現像剤担持体が電子供与性基Aを有することで、画像形成に必要な帯電量をすばやく供与することができ、良質な画像形成を行うことができる。
一方、過帯電トナーは他に比べてフェルミ準位が高く、他の部材へ電子を供与する。過帯電トナーが電子供与性基Aや電子受容性基Bと摩擦することで、フェルミ準位が低下し、負極性の過度な帯電量から適正な帯電量となる。このとき、現像スリーブは、電子受容性基Bであるカーボネート結合を有するため、過度な帯電量をもったトナーからすばやく電子を受領することができる。
そして、トナーが電子供与性基Aおよび電子受容性基Bとの摩擦を繰り返すことで、トナーのフェルミ準位は電子供与性基Aと電子受容性基Bのフェルミ準位の間の領域に収束
する。
そして、トナーが電子供与性基Aおよび電子受容性基Bとの摩擦を繰り返すことで、トナーのフェルミ準位は電子供与性基Aと電子受容性基Bのフェルミ準位の間の領域に収束
する。
図3では(A)のような部分結合と、カーボネート結合とを用いた。しかし、電子供与性基Aと電子受容性基Bはこの組み合わせに限定されるようなことはない。たとえば正極性トナーを用いる場合には、上の実施例とは別の物質により電子供与性基Aと電子受容性基Bを構成することが好ましい。
<現像剤担持体の作成>
続いて、現像剤担持体としての現像スリーブ21の作成方法の一例を説明する。
続いて、現像剤担持体としての現像スリーブ21の作成方法の一例を説明する。
(弾性ローラの作成)
外径10mmで算術平均粗さRa0.2μmの研削加工したアルミニウム製円筒管にプライマー(商品名、DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布し、焼付けして、基体21cを得た。
外径10mmで算術平均粗さRa0.2μmの研削加工したアルミニウム製円筒管にプライマー(商品名、DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布し、焼付けして、基体21cを得た。
この基体21cを金型内に配置し、下記に示す材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を該金型内に形成されたキャビティに注入した。
・液状シリコーンゴム材料(商品名SE6724A/B;東レ・ダウコーニング社製):100質量部
・カーボンブラック(商品名トーカブラック#4300;東海カーボン社製:15質量部・シリカ紛体(耐熱性付与剤として):0.2質量部
・白金触媒:0.1質量部
・液状シリコーンゴム材料(商品名SE6724A/B;東レ・ダウコーニング社製):100質量部
・カーボンブラック(商品名トーカブラック#4300;東海カーボン社製:15質量部・シリカ紛体(耐熱性付与剤として):0.2質量部
・白金触媒:0.1質量部
続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを温度150℃で15分間加硫して硬化させた。周面に硬化したシリコーンゴム層が形成された基体21cを金型から脱型した後、当該基体21cを、さらに温度180℃で1時間加熱して、シリコーンゴム層の硬化反応を完了させた。このようにして、基体21cの外周に膜厚0.7mm、直径11.4mmのシリコーンゴムの弾性層21bが形成された弾性ローラを作成した。
(表面層)
続いて、表面層を得るための製造例を示す。
続いて、表面層を得るための製造例を示す。
((イソシアネート基末端プレポリマー合成))
以下に表面層21aのウレタン樹脂を合成するための原料の一つである、イソシアネート基末端プレポリマーの合成例を示す。
窒素雰囲気下、反応容器中でイソシアネート(pure−MDI、商品名:ミリオネートMT 東ソー社製)30.8質量部を、最終的な固形分が50%になるようメチルエチルケトン(以下MEK)に溶解させた。その後、(ニッポラン982、東ソー社製)100.0質量部を、反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。
滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、固形分50%、イソシアネート基含有量4.7重量%のイソシアネート基末端プレポリマー(ポリイソシアネート)を得た。
以下に表面層21aのウレタン樹脂を合成するための原料の一つである、イソシアネート基末端プレポリマーの合成例を示す。
窒素雰囲気下、反応容器中でイソシアネート(pure−MDI、商品名:ミリオネートMT 東ソー社製)30.8質量部を、最終的な固形分が50%になるようメチルエチルケトン(以下MEK)に溶解させた。その後、(ニッポラン982、東ソー社製)100.0質量部を、反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。
滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、固形分50%、イソシアネート基含有量4.7重量%のイソシアネート基末端プレポリマー(ポリイソシアネート)を得た。
((アミノ化合物の合成))
撹拌装置、温度計、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、撹拌しながら、原料となるアミノ化合物として1,4−ジアミノブタン10.0g(0.11mol)、反応溶媒として純水200mlを40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、付加原料としてプロピレンオキシド38.3g(0.66mol)を30分かけて徐々に滴下した。さらに2時間撹拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱して水を留去し、アミノ化合物(テトラキス(2−ヒドロキ
シプロピル)ブチレンジアミン)を得た。
撹拌装置、温度計、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、撹拌しながら、原料となるアミノ化合物として1,4−ジアミノブタン10.0g(0.11mol)、反応溶媒として純水200mlを40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、付加原料としてプロピレンオキシド38.3g(0.66mol)を30分かけて徐々に滴下した。さらに2時間撹拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱して水を留去し、アミノ化合物(テトラキス(2−ヒドロキ
シプロピル)ブチレンジアミン)を得た。
((表面層の作成))
表面層21aの材料として、以下の材料を撹拌混合した。
・イソシアネート基末端プレポリマー:84.8質量部
・アミノ化合物(テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)ブチレンジアミン):15.2質量部
・カーボンブラック(商品名MA−230、三菱化学社製):10.0質量部
・ウレタン樹脂微粒子(商品名、アートパールC−400;根上工業社製):30.0質量部
表面層21aの材料として、以下の材料を撹拌混合した。
・イソシアネート基末端プレポリマー:84.8質量部
・アミノ化合物(テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)ブチレンジアミン):15.2質量部
・カーボンブラック(商品名MA−230、三菱化学社製):10.0質量部
・ウレタン樹脂微粒子(商品名、アートパールC−400;根上工業社製):30.0質量部
次に、総固形分比が30質量%となるようにMEKを加えた後、サンドミルにて混合した。更に、MEKで粘度10〜13cpsに調整して表面層形成用塗料を調製した。
次いで、先に作成した弾性ローラを表面層形成用塗料に浸漬して、弾性ローラの弾性層21bの表面に当該塗料の塗膜を形成し、乾燥させた。さらに温度160℃にて1時間加熱処理することで弾性層21bの外周に膜厚約15μmの表面層21aを設け、実施例1に係る現像剤担持体を作成した。なお、ここで示した材料や製造方法は、あくまでも好適な一例を示すものである。
<現像に用いるトナーの特性>
現像剤としてのトナーには、例えば負極性の重合磁性トナーを利用できる。一例として、磁性トナーの重量平均粒径7.8μm、磁性体の入れ目を65部とした。また、磁性トナーは、平均円形度が高い方が好ましい。具体的には、0.960以上、更に好ましくは0.970以上であると、現像剤担持体とトナーの接触が活発に行われ、本発明での効果が得られやすい。
現像剤としてのトナーには、例えば負極性の重合磁性トナーを利用できる。一例として、磁性トナーの重量平均粒径7.8μm、磁性体の入れ目を65部とした。また、磁性トナーは、平均円形度が高い方が好ましい。具体的には、0.960以上、更に好ましくは0.970以上であると、現像剤担持体とトナーの接触が活発に行われ、本発明での効果が得られやすい。
本発明における平均円形度は、粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものである。本発明では東亜医用電子社製フロー式粒子像分析装置FPIA−2100を用いて粒子形状の測定を行い、円形度を下記式1により求める。更に下記式2で示すように、測定された全粒子の円形度の総和を全粒子数で除した値を平均円形度と定義する。
なお、本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、まず各粒子の円形度を算出する。算出後、平均円形度を算出するときには、まず、各粒子を、得られた円形度によって、円形度0.400〜1.000を所定の間隔で分割した分割範囲に分ける。そして、分割点の中心値と頻度を用いて平均円形度の算出を行う。なお、具体的には、円形度0.400〜1.000を、0.010間隔で61分割した分割範囲に分けている
。すなわち、各範囲は、「0.400以上0.410未満」,「0.410以上0.420未満」,…,「0.990以上1.000未満」,および,「1.000」のようになる。
。すなわち、各範囲は、「0.400以上0.410未満」,「0.410以上0.420未満」,…,「0.990以上1.000未満」,および,「1.000」のようになる。
この算出法で算出される平均円形度の各値と、上述した各粒子の円形度を直接用いる算出式によって算出される平均円形度の各値との誤差は、非常に少なく、実質的には無視できる程度である。そのため、本発明においては、算出時間の短縮化や算出演算式の簡略化の如きデータの取り扱い上の理由で、上述した各粒子の円形度を直接用いる算出式の概念を利用し、一部変更したこの様な算出法を用いている。
<転写および定着>
転写材P(記録材)は転写材収容部70に収容されている。そして、画像形成が開始されると、制御部40は、感光体ドラム11へのトナー像の形成タイミングとの同期を取りながら、転写材収容部70から転写材供給ユニット6により転写材Pを分離給送し、転写部(位置b)へと送り出す。転写手投としての導電性の転写ローラ4は、感光体ドラム11に所定位置で圧接している。本実施例では、転写ローラ4に、+2000Vの電圧を印加し、感光体ドラム11上に形成されたトナー像を転写材Pへ転写した。
転写材P(記録材)は転写材収容部70に収容されている。そして、画像形成が開始されると、制御部40は、感光体ドラム11へのトナー像の形成タイミングとの同期を取りながら、転写材収容部70から転写材供給ユニット6により転写材Pを分離給送し、転写部(位置b)へと送り出す。転写手投としての導電性の転写ローラ4は、感光体ドラム11に所定位置で圧接している。本実施例では、転写ローラ4に、+2000Vの電圧を印加し、感光体ドラム11上に形成されたトナー像を転写材Pへ転写した。
定着装置としての定着ローラ5は、転写部を通過してトナー像が転写された転写材Pを加熱・加圧することにより、トナー像を転写材Pに定着させる(位置e)。その後、トナー像が定着された転写材Pは装置外へ排出される。なお、感光体ドラム11上に残留した転写残トナーは、クリーニングブレード14によって除去されクリーニング装置13に回収される。
[実施例1]
続いて、図1および図2の構成を備える画像形成装置1を用いて行われる、実施例1の構成と制御について詳細に説明する。
続いて、図1および図2の構成を備える画像形成装置1を用いて行われる、実施例1の構成と制御について詳細に説明する。
<トナー電子供与・除電シーケンス>
上述したように、電子供与性基と電子受容性基を含む表面層を備える現像スリーブ21を用いることで、トナーの電荷をある程度良好に保つことができる。しかしながら、上記の現像スリーブ21を用いるだけでは、例えば低湿度環境下において、トナーの過帯電を十分に抑制することができないことがある。この問題の原因は、低湿度環境では極性分子である水分子が現像剤担持体表面および近傍で少なくなるため、トナー電荷の暗減衰量が減り、結果として過帯電トナー量が増える傾向にあることである。
上述したように、電子供与性基と電子受容性基を含む表面層を備える現像スリーブ21を用いることで、トナーの電荷をある程度良好に保つことができる。しかしながら、上記の現像スリーブ21を用いるだけでは、例えば低湿度環境下において、トナーの過帯電を十分に抑制することができないことがある。この問題の原因は、低湿度環境では極性分子である水分子が現像剤担持体表面および近傍で少なくなるため、トナー電荷の暗減衰量が減り、結果として過帯電トナー量が増える傾向にあることである。
図4(a)を用いて、低湿環境下における現像スリーブ21上のトナーの状態を説明する。図4(a)〜(d)において、丸はトナーを示し、その中でも白抜き丸は過帯電トナーを、黒塗り丸は適正帯電トナーを、網掛けの丸は過帯電状態から適正帯電状態に移行中のトナーを示している。過帯電したトナーは現像スリーブ21との鏡像力により強固に付着している。図中の黒矢印は鏡像力を示しており、矢印のサイズが力の強さを示している。図4(a)に示すように、過剰に帯電されたトナーは、現像剤担持体との間に働く鏡像力によって強固に固定され、トナー規制部材の規制力を上回り、現像剤担持体上のトナー層の乱れである規制不良が発生する。そして、規制不良によるかぶり・濃度異常等の画像不良が発生する要因となる。
そこで、本実施例は、非画像形成時のタイミングである画像形成後の後処理動作において、制御部40が現像電源32を制御して現像スリーブ21に交流電圧を印加することによりトナー電子供与・除電シーケンスを行う。なお、本実施例の前提として、感光体ドラム11表面は帯電ローラ12により一様に帯電が行われ、−500Vの状態である。トナ
ー電子供与・除電シーケンスとして、制御部40が現像電源32を制御して、飛翔バイアス−1300V、引き戻しバイアス+600V、周波数2500HzのACバイアスを、現像スリーブへ1秒間印加する。ここで、鏡像力によって現像スリーブ21と強固に固定されている過帯電トナーを飛翔させるために、現像電源32は画像形成時のACバイアスに比べて大きいACバイアスを印加している。ただし、これらの数値は一例に過ぎない。
ー電子供与・除電シーケンスとして、制御部40が現像電源32を制御して、飛翔バイアス−1300V、引き戻しバイアス+600V、周波数2500HzのACバイアスを、現像スリーブへ1秒間印加する。ここで、鏡像力によって現像スリーブ21と強固に固定されている過帯電トナーを飛翔させるために、現像電源32は画像形成時のACバイアスに比べて大きいACバイアスを印加している。ただし、これらの数値は一例に過ぎない。
図4(a)の状態から、トナー電子供与・除電シーケンスが開始される。現像スリーブ21上のトナーは、飛翔バイアスによって、現像スリーブ21から離れる方向(図中白矢印)の静電気力を受け(図4(b))、引き戻しバイアスによって現像スリーブへ近づく方向(図中点線矢印)の静電気力を受ける。これによって現像スリーブ21との鏡像力を打ち消す方向の静電気力を得た過帯電トナーは、現像スリーブ21表面からの飛翔(図4(c))と、引き戻しバイアスによる現像スリーブ表面との接触(図4(d))を繰り返す。
このように接触を繰り返した結果、過帯電トナーは、現像スリーブ21と様々な面で接触、摩擦する。その結果、過帯電トナーが除電されて適正な帯電状態になる。また、一度飛翔した過帯電トナーと現像スリーブ21との間に他のトナーが介在することで、現像スリーブ21との距離が離れ(図4(d))、過帯電トナーと現像スリーブ21の鏡像力が低下する。その状態で、現像スリーブ21の回転に伴ってトナーが現像ブレード23との当接部である位置fへ搬送されると、容易に移動、回転することが可能になり、過帯電トナーを除電できる。
過帯電トナーによる規制不良は低湿度環境において顕著に発生しやすい現象である。そのため、画像形成装置に配置された湿度センサ72や温度センサ73によって温度や絶対湿度(単位体積当たりの水分量(g))などの設置環境の情報を検知し、任意の環境においてトナー電子供与・除電シーケンスを最適化することができる。
表1には、湿度センサ72を用いた絶対湿度に基づく環境区分の一例を示す。環境区分L(Low)は絶対湿度Dが5.0g/m3未満の環境を示す。本実施例では、環境区分Lのとき、印字動作後の後処理時にトナー電子供与・除電シーケンスを実施する。トナー電子供与・除電シーケンスを後処理時に行うことで、ユーザのプリント要求に対してトナー電子供与・除電シーケンスによる待機時間をなくすことができる。また、環境区分N(Normal)(5.0≦D<15.0)および環境区分H(High)(15.0≦D)では、動作時間短縮のためトナー電子供与・除電シーケンスを実施しない。環境区分は本発明の環境情報に当たる。本実施例では、湿度センサ72が環境情報を取得する環境情報取得手段に相当する。表では環境区分の所定の閾値として、5.0g/m3と15.0g/m3を示したが、この閾値湿度は一例に過ぎない。
<検証実験>
以下に本実施例におけるトナー電子供与・除電シーケンスの効果についての検証実験の結果を説明する。
以下に本実施例におけるトナー電子供与・除電シーケンスの効果についての検証実験の結果を説明する。
表2は、環境区分Lである、D=1.3g/m3(15℃10%RH(相対湿度))環
境下で2枚印字のジョブを行う印字動作を行った場合の結果である。「○」は異常なしであり、正常に印字ができていることを示す。「×」は異常発生を示し、低湿環境下において見られる、トナーの過帯電に付随する先端濃度薄やかぶりが発生していることを示している。
境下で2枚印字のジョブを行う印字動作を行った場合の結果である。「○」は異常なしであり、正常に印字ができていることを示す。「×」は異常発生を示し、低湿環境下において見られる、トナーの過帯電に付随する先端濃度薄やかぶりが発生していることを示している。
表2に示したとおり、比較例1のトナー電子供与・除電シーケンスを実行しなかった場合においては、1000枚印字した辺りでかぶりと画像先端の濃度が薄くなる濃度異常が見られた。一方、実施例1のジョブごとの後処理時にトナー電子供与・除電シーケンスを実行した場合においては、1000枚印字した場合でもかぶりや濃度異常が発生しなかった。
以上のように、電子供与性基Aと電子受容性基Bを併せ持つ現像スリーブ21を用い、かつ、トナー電子供与・除電シーケンスを行うことで、トナーtが過帯電を起こすようなことはなくなる。よって、規制不良の発生がせず、かぶりや濃度異常のような画像不良を抑制することができる。
また、本実施例では、トナー電子供与・除電シーケンス時に現像電源32が現像スリーブ21に印加するACバイアスの実効値を画像形成中と同じとしているが、適宜変更することも可能である。飛翔バイアスは現像スリーブ21上の過帯電トナーを現像スリーブ表面から飛翔させることができればよく、また、引き戻しバイアスは感光体ドラム11から現像スリーブ21へ引き戻すことができればよい。飛翔バイアスと引き戻しバイアスに対し、それぞれの時間比率を変更することや、画像形成時の値との差分を変更することで、感光体ドラム11表面との静電気力を調整することが可能である。また、これらのバイアスの印加時間についても、印刷物の生産性を鑑みて調整することが可能である。
また、環境の判定方法は、本実施例のような絶対湿度を用いた判定に限られない。例えば、温度のみや絶対湿度のみ、または、これらを組み合わせた方法を用いて環境を判定してもよい。
また、トナー電子供与・除電シーケンスの実行頻度は上記例に限られず、一定の印刷枚数や現像スリーブの駆動時間などの動作ごとに行っても良い。さらに、環境区分ごとに実行頻度を変更しても良い。
また、トナー電子供与・除電シーケンスの実行頻度は上記例に限られず、一定の印刷枚数や現像スリーブの駆動時間などの動作ごとに行っても良い。さらに、環境区分ごとに実行頻度を変更しても良い。
[実施例2]
続いて、実施例2について説明する。上記実施例と同様の構成については同じ符号を付し、説明を簡略化する。本実施例では装置構成として実施例1と同様のものを用いる。
続いて、実施例2について説明する。上記実施例と同様の構成については同じ符号を付し、説明を簡略化する。本実施例では装置構成として実施例1と同様のものを用いる。
画像形成装置は、定着ローラ5やレーザビームスキャナ3の安定化のために、画像形成前に印字準備動作をする必要がある。画像形成装置において、一般的にコストや小型化の
観点から駆動モータを少なくする傾向があり、感光体ドラム11、現像装置2、帯電ローラ12なども同一の駆動モータで制御する場合が多い。この場合においては、定着ローラ5やレーザビームスキャナ3の準備動作と同時に、感光体ドラム11、現像装置2、帯電ローラ12なども駆動することがある。
観点から駆動モータを少なくする傾向があり、感光体ドラム11、現像装置2、帯電ローラ12なども同一の駆動モータで制御する場合が多い。この場合においては、定着ローラ5やレーザビームスキャナ3の準備動作と同時に、感光体ドラム11、現像装置2、帯電ローラ12なども駆動することがある。
この際、現像スリーブ21上のトナーtには、現像ブレード23による摩擦帯電が繰り返し行われるため、過帯電したトナーが増加する。そして、現像スリーブ21上のトナー層の乱れが発生し、現像スリーブ21の一回転の間だけ濃度が薄くなるといった画像弊害が発生する、現像ゴーストと呼ばれる現象がある。このような現像ゴーストは、実施例1で課題とした過帯電トナーに起因する規制不良による濃度異常やカブリといった画像弊害に比べて、帯電の度合いが軽微な過帯電トナーでも発生することがわかっている。また、実施例1のようにトナー電子供与・除電シーケンスを印字動作後に行ったとしても、次の画像形成前に行われる印字準備動作中にトナーの過帯電がおこり、現像ゴーストが発生してしまう場合がある。このような場合には、画像形成命令を受信した後の画像形成前に、好ましくは画像形成直前の印字準備動作中に、トナー電子供与・除電シーケンスを行うことが望ましい。
しかしながら、実施例1で示したようなACバイアスを現像電源32が現像スリーブ21に印加してしまうと、現像スリーブ21上のトナーが感光体ドラム11へ飛翔し、感光体ドラム11にトナーが付着する。そして、感光体ドラム11回転方向の下流に位置する転写ローラ4にトナー汚れが付着する。転写ローラ4にトナー汚れが付着すると、転写材Pの転写ローラ4と接する側の面に汚れが付着する紙裏汚れが発生してしまう。また、この紙裏汚れを予防するために転写ローラ4のクリーニングを行うと、印字開始タイミングが遅れてしまう。
以上のような印字準備動作中にトナー電子供与・除電シーケンスを行う場合に発生する諸問題を回避するためには、トナーの感光体ドラム11への付着を防止する必要がある。
そこで、感光体ドラム11と現像スリーブ21の間に印加するACバイアスをトナーが感光体ドラム11まで到達しない振幅と周波数にする必要がある。
そこで、感光体ドラム11と現像スリーブ21の間に印加するACバイアスをトナーが感光体ドラム11まで到達しない振幅と周波数にする必要がある。
ここで、正弦波のACバイアスを用いる場合、トナーがACバイアスから受ける静電気力F(t)は、
F(t) = QV0/D×sin(2πf・t) + QVdc/D
であり、2回の時間積分をすることで、トナーの位置X(t)は、
X(t) = -Q/4π2MD×V0/f2×sin(2πf・t)+ Q/MD・Vdc/2*t2
となる。
ここで、各定数は以下の通りである。
M:トナーの質量
Q:トナーの電荷
V0:ACバイアスの振幅
f:ACバイアスの周波数
Vdc:バイアスの直流成分
D:空隙距離
F(t) = QV0/D×sin(2πf・t) + QVdc/D
であり、2回の時間積分をすることで、トナーの位置X(t)は、
X(t) = -Q/4π2MD×V0/f2×sin(2πf・t)+ Q/MD・Vdc/2*t2
となる。
ここで、各定数は以下の通りである。
M:トナーの質量
Q:トナーの電荷
V0:ACバイアスの振幅
f:ACバイアスの周波数
Vdc:バイアスの直流成分
D:空隙距離
感光体ドラム11へのトナーの付着を防止するには、感光体ドラム11と現像スリーブ21の空隙距離Dに対して、トナーの位置X(t)が、
D > 2|X(t)|
を満たせばよい。これは、以下の(1)式の条件となる。
D2> Q/M×(V0 /2π2+ Vdc)/f2 …(1)
(1)式の条件を満たすACバイアスを印加することで、トナー電子供与・除電シーケ
ンス中にトナーの感光体ドラム11への付着を防止することができる。
D > 2|X(t)|
を満たせばよい。これは、以下の(1)式の条件となる。
D2> Q/M×(V0 /2π2+ Vdc)/f2 …(1)
(1)式の条件を満たすACバイアスを印加することで、トナー電子供与・除電シーケ
ンス中にトナーの感光体ドラム11への付着を防止することができる。
本実施例では、トナー電子供与・除電シーケンス用のACバイアスとして、制御部40が現像電源32を制御して、現像スリーブ21に振幅±100V、周波数2000HzのACバイアスを1秒間印加することとした。印字動作準備中は、感光体ドラム11表面の帯電は行われておらず、電位は0Vである。ここで、適正トナーのQ/Mは8μC/g程度であり、過帯電トナーのQ/Mは30μC/g程度である。
表3は、23℃50%RH(絶対湿度D=10.3g/m3)環境下で本実施例の印字準備動作時にトナー電子供与・除電シーケンスを行った場合の1枚目の印字結果である。「○」は正常に印字ができていることを示す(異常なし)。「×」は現像ゴーストまたは紙裏汚れが発生していることを示す(異常発生)。比較例2では除電シーケンスを行っていない。比較例3では、除電シーケンスのACバイアスの振幅を±1000Vとした。
表3に示したとおり、トナー電子供与・除電シーケンスを実行しなかった比較例2においては、現像ゴーストが見られた。また、トナー電子供与・除電シーケンスを実行したがACバイアスが高い比較例3においては、現像ゴーストは発生しなかったが、紙裏汚れが発生した。一方、トナー電子供与・除電シーケンスを実行し、かつACバイアスを±100Vとした実施例2では、現像ゴーストと紙裏汚れが共に発生しなかった。
表3に示したとおり、トナー電子供与・除電シーケンスを実行しなかった比較例2においては、現像ゴーストが見られた。また、トナー電子供与・除電シーケンスを実行したがACバイアスが高い比較例3においては、現像ゴーストは発生しなかったが、紙裏汚れが発生した。一方、トナー電子供与・除電シーケンスを実行し、かつACバイアスを±100Vとした実施例2では、現像ゴーストと紙裏汚れが共に発生しなかった。
このように、トナー電子供与・除電シーケンス中のACバイアスとして適切な値を設定することで、トナーtの感光体ドラム11への付着を防止することが可能となり、現像ゴーストの発生を予防することができる。なお、本実施例においては正弦波のACバイアスを用いたが、矩形波や三角波などでもよい。この場合もACバイアスを同様にして導出することができる。
[実施例3]
続いて、実施例3について説明する。上記実施例と同様の構成については同じ符号を付し、説明を簡略化する。
続いて、実施例3について説明する。上記実施例と同様の構成については同じ符号を付し、説明を簡略化する。
<装置構成>
本実施例では、図5に示すような、接触現像方式を採用して感光体ドラム11上の静電潜像を可視化する画像形成装置1を用いる。
本実施例の現像装置2も、現像スリーブ21とマグネットローラ22と現像ブレード23を有している。現像装置2には、また、磁性現像剤としてのトナーtが収容されている。本実施例においても、実施例1と同一の現像スリーブ21を用いる。
本実施例では、図5に示すような、接触現像方式を採用して感光体ドラム11上の静電潜像を可視化する画像形成装置1を用いる。
本実施例の現像装置2も、現像スリーブ21とマグネットローラ22と現像ブレード23を有している。現像装置2には、また、磁性現像剤としてのトナーtが収容されている。本実施例においても、実施例1と同一の現像スリーブ21を用いる。
そして、本実施例の現像装置2は、現像スリーブ21が所定の押圧力で感光体ドラム11と接触するように、現像スリーブ21の姿勢を保持する、加圧バネ26を有する。これ
により、画像形成中は現像スリーブ21と感光体ドラム11が接触した状態で回転駆動される。画像形成装置は、現像スリーブ21に現像バイアスを付加する現像電源32を有している。現像スリーブ21と感光体ドラム11上の静電潜像との間の電位差により感光体ドラム11上の静電潜像をトナー像に顕像化する。本実施例において、画像形成中の現像バイアスとして、制御部40が現像電源32を制御して現像スリーブ21に−350VのDCバイアスを印加している。ただし、この数値は一例に過ぎない。
により、画像形成中は現像スリーブ21と感光体ドラム11が接触した状態で回転駆動される。画像形成装置は、現像スリーブ21に現像バイアスを付加する現像電源32を有している。現像スリーブ21と感光体ドラム11上の静電潜像との間の電位差により感光体ドラム11上の静電潜像をトナー像に顕像化する。本実施例において、画像形成中の現像バイアスとして、制御部40が現像電源32を制御して現像スリーブ21に−350VのDCバイアスを印加している。ただし、この数値は一例に過ぎない。
<トナー電子供与・除電シーケンス>
本実施例のような接触現像方式の構成においても、低温低湿環境下などでは、トナーtの過帯電を十分に抑制することができないことがある。例えば、画像形成中に現像に使用されなかった現像スリーブ21上のトナーtには、現像ブレード23による摩擦帯電が繰り返される。これにより、過帯電トナーが増加し、規制不良といった現像スリーブ21上のコートの乱れが発生し、カブリや現像スジといった画像弊害が発生する。
本実施例のような接触現像方式の構成においても、低温低湿環境下などでは、トナーtの過帯電を十分に抑制することができないことがある。例えば、画像形成中に現像に使用されなかった現像スリーブ21上のトナーtには、現像ブレード23による摩擦帯電が繰り返される。これにより、過帯電トナーが増加し、規制不良といった現像スリーブ21上のコートの乱れが発生し、カブリや現像スジといった画像弊害が発生する。
そこで、本実施例のような接触現像方式においても、制御部40が現像電源32を制御して非画像形成時に現像スリーブ21へACバイアスを印加することで、過帯電トナーが現像スリーブ21と十分に摩擦や接触し、電子受容性基Bに受容される電荷の量を増やすようにした。これにより、トナーの過帯電を抑制している。
図5、図6を用いて本実施例のトナー電子供与・除電シーケンスを説明する。画像形成動作終了後の非画像形成時、制御部40が現像電源32を制御して、現像スリーブ21へトナー電子供与・除電シーケンスのためのACバイアスを印加する。ACバイアスとして、飛翔バイアス−450V、引き戻しバイアス+750、周波数2000HzのACバイアスを1秒間印加した。実効値は、+150Vである。感光体ドラム11の表面を帯電せずに感光体ドラム11と現像スリーブ21を回転駆動させる。
図6においても、丸はトナーを示し、白抜き丸は過帯電トナー、黒塗り丸は適正帯電トナー、網掛けの丸は過帯電状態から適正帯電状態に移行中のトナーに相当する。図6(a)に示すように、感光体ドラム11と現像スリーブ21の当接位置の近傍において、微小な隙間Gが形成される。図6(a)は、特に除電シーケンスを行わずに現像スリーブ21と感光体ドラム11を回転駆動した様子を示している。そのため図示したように、過帯電トナーが特に除電されることがない。
一方、本実施例においては、隙間Gの領域で、現像スリーブ21上のトナーが、現像スリーブ21から離れる方向の飛翔バイアスの電界により、現像スリーブ21から感光体ドラム11方向へ飛翔する。
図6(b)に示す感光体ドラム11の回転方向Eの上流領域では、トナーtが現像スリーブ21からの飛翔(白抜き矢印)と現像スリーブ21への衝突(点線の白抜き矢印)を繰り返し、当接位置へ搬送される。上述のように、飛翔バイアスに比べて引き戻しバイアスが大きいため、上流領域で感光体ドラム11へ飛翔したトナーもすべて現像スリーブ21へ引き戻される。
図6(b)に示す感光体ドラム11の回転方向Eの上流領域では、トナーtが現像スリーブ21からの飛翔(白抜き矢印)と現像スリーブ21への衝突(点線の白抜き矢印)を繰り返し、当接位置へ搬送される。上述のように、飛翔バイアスに比べて引き戻しバイアスが大きいため、上流領域で感光体ドラム11へ飛翔したトナーもすべて現像スリーブ21へ引き戻される。
また、図6(c)に示す下流領域においても、同様に、飛翔バイアスによる現像スリーブ21からの飛翔と、引き戻しバイアスによる現像スリーブ21との衝突が発生する。その後、現像スリーブ21の回転によって、感光体ドラム11と現像スリーブ21の距離が離れるのに伴い、飛翔していたトナーの大部分は、引き戻しバイアスの影響で現像スリーブ21へ引き戻された状態で搬送されることになる。
このように、過帯電トナーが飛翔と引き戻しを繰り返すことにより、トナーが電子供与性基と電子受容性基を併せ持つ現像スリーブ21と様々な面で接触、摩擦する。その結果
、除電が実施され、トナーの適正帯電化が可能となる。また、一度飛翔した過帯電トナーと現像スリーブ21との間に他のトナーが介在することで、現像スリーブ21との距離が離れ、過帯電トナーと現像スリーブ21の鏡像力が低下する。その状態で、現像スリーブ21の回転に伴い、現像ブレード23との当接部である位置fへ搬送されると、トナーが容易に移動、回転することが可能になり、過帯電トナーを除電することができる。なお、本実施例の説明で用いた印加電圧や周波数などは一例に過ぎない。
、除電が実施され、トナーの適正帯電化が可能となる。また、一度飛翔した過帯電トナーと現像スリーブ21との間に他のトナーが介在することで、現像スリーブ21との距離が離れ、過帯電トナーと現像スリーブ21の鏡像力が低下する。その状態で、現像スリーブ21の回転に伴い、現像ブレード23との当接部である位置fへ搬送されると、トナーが容易に移動、回転することが可能になり、過帯電トナーを除電することができる。なお、本実施例の説明で用いた印加電圧や周波数などは一例に過ぎない。
<検証実験>
以下に本実施例におけるトナー電子供与・除電シーケンスの効果について検証実験の結果を説明する。本実施例では湿度センサ72が、環境情報としての環境区分Lを取得する環境情報取得手段に相当する。
以下に本実施例におけるトナー電子供与・除電シーケンスの効果について検証実験の結果を説明する。本実施例では湿度センサ72が、環境情報としての環境区分Lを取得する環境情報取得手段に相当する。
表4は、環境区分Lである1.3 g/m3(15℃10%RH)環境下で、2枚印字のジョ
ブを行う印字動作を行った場合の結果である。「○」は正常に印字ができていることを示し(異常なし)、「×」は低湿環境下において見られるトナーの過帯電に付随する白地部へのかぶりが発生していること(異常発生)を示している。
表4に示したとおり、比較例3(トナー電子供与・除電シーケンスを実行しなかった場合)においては、1000枚印字した辺りで、現像スリーブ21上のコートの乱れに付随し、白地部にトナーが現像されてしまうかぶりという異常が見られた。一方、実施例3(ジョブごとの後処理時にトナー電子供与・除電シーケンスを実行した場合)においては、1000枚印字した場合でもかぶりや濃度異常が発生しなかった。
ブを行う印字動作を行った場合の結果である。「○」は正常に印字ができていることを示し(異常なし)、「×」は低湿環境下において見られるトナーの過帯電に付随する白地部へのかぶりが発生していること(異常発生)を示している。
表4に示したとおり、比較例3(トナー電子供与・除電シーケンスを実行しなかった場合)においては、1000枚印字した辺りで、現像スリーブ21上のコートの乱れに付随し、白地部にトナーが現像されてしまうかぶりという異常が見られた。一方、実施例3(ジョブごとの後処理時にトナー電子供与・除電シーケンスを実行した場合)においては、1000枚印字した場合でもかぶりや濃度異常が発生しなかった。
以上のように、接触現像方式の場合でも、電子供与性基Aと電子受容性基Bを併せ持つ現像スリーブ21を用い、かつ、トナー電子供与・除電シーケンスを行うことで、トナーtが過帯電を起こすようなことはなくなる。よって、規制不良が発生せず、かぶり現像スジのような画像不良を抑制することができる。
また、本実施例では、接触現像方式における画像形成時と同様に、現像スリーブ21と感光体ドラム11が当接した状態でトナー電子供与・除電シーケンスを行っている。しかし、現像スリーブ21と感光体ドラム11が離間した状態で除電することも可能である。その場合は、非画像形成時において、画像形成装置による離間機構を駆動させ、離間リブ27を押圧するなどの方法で、現像スリーブ21を感光体ドラム11から一定距離離間させる。その後、現像スリーブ21上のトナーを飛翔させることができるACバイアスを印加することで、同様のトナー電子供与・除電シーケンスを行うことができる。
[実施例4]
続いて実施例4について説明する。上記各実施例と共通の構成については同じ符号を付し、説明を簡略化する。
続いて実施例4について説明する。上記各実施例と共通の構成については同じ符号を付し、説明を簡略化する。
<装置構成>
本実施例では、図8に示す画像形成装置1を用いる。本実施例では、像担持体である感光体ドラム11は、φ24mmの負極性OPC感光体である。本実施例の感光体ドラム1は、帯電装置駆動モータ(不図示)により外部から、矢印の時計方向に一定速度をもって回転駆動される。ここでは、周速度150mm/sec(=プロセススピードPS、印字速度)とする。本実施例では接触DC帯電方式を採用し、帯電ローラ12は所定の圧力で感光体ドラム11と接触し、位置cで帯電ニップを形成する。制御部40が帯電電源31を制御して帯電ローラ12に印加する直流電圧は、感光体ドラム11表面と帯電ローラ12との電位差が放電開始電圧以上となるような値に設定されており、具体的には帯電バイアスとして−1250Vの直流電圧を印加している。このとき、感光体ドラム11面を帯電電位(暗部電位)Vd=−600Vに一様に接触帯電させている。
本実施例では、図8に示す画像形成装置1を用いる。本実施例では、像担持体である感光体ドラム11は、φ24mmの負極性OPC感光体である。本実施例の感光体ドラム1は、帯電装置駆動モータ(不図示)により外部から、矢印の時計方向に一定速度をもって回転駆動される。ここでは、周速度150mm/sec(=プロセススピードPS、印字速度)とする。本実施例では接触DC帯電方式を採用し、帯電ローラ12は所定の圧力で感光体ドラム11と接触し、位置cで帯電ニップを形成する。制御部40が帯電電源31を制御して帯電ローラ12に印加する直流電圧は、感光体ドラム11表面と帯電ローラ12との電位差が放電開始電圧以上となるような値に設定されており、具体的には帯電バイアスとして−1250Vの直流電圧を印加している。このとき、感光体ドラム11面を帯電電位(暗部電位)Vd=−600Vに一様に接触帯電させている。
本実施例でも、帯電された像担持体に静電潜像を形成する手段としての露光手段として、レーザダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザビームスキャナ3を用いる。このレーザビームスキャナ3は、目的の画像情報の時系列電気ディジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザ光を出力し、該レーザ光で感光体ドラム11の一様帯電面を走査露光する(符号LA)。レーザパワーは、感光体ドラム11の一様帯電処理面をレーザ光で全面露光した場合の電位Vl=−100Vになるように調整されている。
現像部材を有する現像手段としての現像装置2は、感光体ドラム上に形成された静電潜像に現像剤としての磁性トナーを供給する。本実施例では、現像部材に電圧を印加する電圧印加手段としての現像電源から、現像担持体としての現像スリーブ21に、現像バイアス(Vdc)−400Vが印加される。本実施例の現像方式は接触現像方式とするが、これには限定されない。なお、上記の説明におけるサイズや印加電圧、周速度などは一例に過ぎない。
<現像装置>
図8に示すように、本実施例の現像スリーブ21も、回転自在に現像装置2に支持されている。図9に示す現像スリーブ21は、現像装置駆動モータ(不図示)により感光体ドラム11に対して周速度140%(210mm/sec)で独立に回転駆動する。現像スリーブ21は、外径11mm、内径9mmの中空のアルミ素管(基体21c)の周囲に500μmの導電性弾性ゴム層(弾性層21b)を設けたものである。導電性弾性ゴム層の表面(表面層21a)には、現像剤を搬送するために、表面粗さRa1.0μm〜4.0μmの構造が設けられている。
図8に示すように、本実施例の現像スリーブ21も、回転自在に現像装置2に支持されている。図9に示す現像スリーブ21は、現像装置駆動モータ(不図示)により感光体ドラム11に対して周速度140%(210mm/sec)で独立に回転駆動する。現像スリーブ21は、外径11mm、内径9mmの中空のアルミ素管(基体21c)の周囲に500μmの導電性弾性ゴム層(弾性層21b)を設けたものである。導電性弾性ゴム層の表面(表面層21a)には、現像剤を搬送するために、表面粗さRa1.0μm〜4.0μmの構造が設けられている。
負帯電特性のトナーtは、現像装置内部で撹拌部材24によって撹拌され、現像スリーブ21近辺まで搬送され、マグネットローラ22の磁力により現像スリーブ表面に供給される。現像スリーブ表面に供給された現像剤は、現像ブレード23の規制ニップfを通過することで均一薄層化する。さらに、現像剤が回転し、現像スリーブ21と摩擦されることによって負極性に帯電する。その後、感光体ドラム11と接触する現像位置まで搬送され、静電潜像を現像する。
図9に示す本実施例の現像ブレード23は、厚さ100μm程度の支持部材23aと、支持部材23aの先端に取り付ける樹脂層23bとを有する。支持部材23aは弾性部材であり、基端部が支持板金に固定される。樹脂層23bは導電性樹脂である。樹脂層23bは、現像スリーブ21の表面に所定の圧力で当接している。ここでの当接力は、約20gf/cm〜40gf/cm(現像スリーブ21の長手方向についての1cm当たりの当接荷重)とする。
図9に示す本実施例の現像ブレード23は、厚さ100μm程度の支持部材23aと、支持部材23aの先端に取り付ける樹脂層23bとを有する。支持部材23aは弾性部材であり、基端部が支持板金に固定される。樹脂層23bは導電性樹脂である。樹脂層23bは、現像スリーブ21の表面に所定の圧力で当接している。ここでの当接力は、約20gf/cm〜40gf/cm(現像スリーブ21の長手方向についての1cm当たりの当接荷重)とする。
本実施例では、弾性を持たせるために支持部材23aとしてSUSを用いている。ただ
し、支持部材23aとしてリン青銅やアルミニウム合金などを用いてもよいし、導電性を持ってさえいれば高硬度の樹脂などで作製してもよい。また本実施例では、樹脂層23bは支持部材23aに導電性のポリウレタンをコートして作製した。このほかに、ポリアミド、ポリアミドエラストマー、ポリエステル、ポリエステルエラストマー、ポリエステルテレフテラート、シリコンゴム、シリコン樹脂、メラミン樹脂から、単独で、また、2種類以上を組み合わせてもよい。なお、上記の説明におけるサイズ、材質、印加電圧、周速度などは一例に過ぎない。
し、支持部材23aとしてリン青銅やアルミニウム合金などを用いてもよいし、導電性を持ってさえいれば高硬度の樹脂などで作製してもよい。また本実施例では、樹脂層23bは支持部材23aに導電性のポリウレタンをコートして作製した。このほかに、ポリアミド、ポリアミドエラストマー、ポリエステル、ポリエステルエラストマー、ポリエステルテレフテラート、シリコンゴム、シリコン樹脂、メラミン樹脂から、単独で、また、2種類以上を組み合わせてもよい。なお、上記の説明におけるサイズ、材質、印加電圧、周速度などは一例に過ぎない。
<課題の検討>
本実施例においても、表面層に電子受容性基および電子供与性基を備える現像スリーブを用いることで、トナーの帯電状態をある程度は制御できる。しかし、本実施例でも、上記の現像スリーブを用いるだけでは低温低湿環境においてトナーの過帯電を十分に抑制することができない。図10を用いて詳細に説明する。
本実施例においても、表面層に電子受容性基および電子供与性基を備える現像スリーブを用いることで、トナーの帯電状態をある程度は制御できる。しかし、本実施例でも、上記の現像スリーブを用いるだけでは低温低湿環境においてトナーの過帯電を十分に抑制することができない。図10を用いて詳細に説明する。
図10のトナーtと現像スリーブの表面層21aとの間に記載される矢印の大きさは、単位時間あたりの電荷の移動量をあらわしている。図10(a)のように通常環境においては、トナーtと現像スリーブの表面層21aの接触面において、電子供与性基Aと電子受容性基Bの電荷のやりとりを十分に行うことができるので、適正帯電トナーとなる。しかしながら、図10(b)のように低温低湿環境においては、トナー抵抗が高くなるため、トナー表面から現像スリーブの表面層21aへの電荷が移動しにくくなる。そのため、電子受容性基Bとの摩擦により電荷を受領する速度が落ちるため、十分に過帯電トナーの電荷を受領することができないことがある。従って、鏡像力によって過帯電トナーが現像スリーブ21に対して強固に固定され、規制部材である現像ブレードの規制力を上回る。これにより、現像スリーブ21上のトナー層の乱れが発生し、規制不良などによる画像弊害が発生する。
そこで本実施例では、低温環境においても過帯電トナーを抑制するために、電子受容性基Bとトナーの摩擦による電荷移動を十分に行う方法を検討する。すなわち、トナーと現像スリーブ表面との接触時間を長くすることによって、トナーから電子受容性基Bへの電荷移動を促進させる。すなわち、現像スリーブ21の回転スピードを遅くすることによって、規制ニップf中のトナーの回転によるトナーtと電子受容性基Bの接触面の移動変化を遅くし、電子受容性基Bとトナーの摩擦による電荷移動を十分にできるようにする。
<検証検討>
本実施例では、現像スリーブ21の回転速度を変化させることで、トナーの過帯電を抑制する。図8、図9の構成を用いて、現像スリーブ21を500回転させた後のトナー帯電量Q/Mの測定を、現像スリーブ21の回転速度を振って(回転速度を様々に変化させて)実施した。
本実施例では、現像スリーブ21の回転速度を変化させることで、トナーの過帯電を抑制する。図8、図9の構成を用いて、現像スリーブ21を500回転させた後のトナー帯電量Q/Mの測定を、現像スリーブ21の回転速度を振って(回転速度を様々に変化させて)実施した。
トナー帯電量Q/Mは、図11に示すように、ファラデー・ゲージ(Faraday−Cage)410を用いて測定した。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を備え、二重筒の内筒内にさらにトナーを取り入れるためのトナー捕集ろ紙(フィルター)413を備えている。二重筒の内筒412と外筒411は絶縁部材414によって絶縁されていて、内筒412の中に電荷量qの帯電粒子を入れたとすると、静電誘導によりあたかも電荷量qの金属円筒が存在するのと同様になる。そして、二重筒に誘起された電荷量を”KEITHLEY 616 DIGITAL ELECTROMETER”で測定し、測定された電荷量を内筒中のトナー重量で割ったものをトナー帯電量Q/Mとした。
その結果を図12(a)に示す。23℃50%の環境においては、現像スリーブ21の
Q/Mは、速度によらず安定している。一方、低温低湿の15℃10%環境においては、現像スリーブ21の回転速度が200(mm/sec)以上になると、Q/Mが上昇していることがわかる。本実施例の構成においては、Q/Mが40μC/gを超えると、規制不良が発生した。
Q/Mは、速度によらず安定している。一方、低温低湿の15℃10%環境においては、現像スリーブ21の回転速度が200(mm/sec)以上になると、Q/Mが上昇していることがわかる。本実施例の構成においては、Q/Mが40μC/gを超えると、規制不良が発生した。
つまり、低温低湿環境において、現像スリーブ21のスピードが200mm/sec以上になると、現像規制ニップ中のトナーの回転によって、現像スリーブの表面層21aにある電子受容性基Bとトナーの接触面の移動が速くなり、電荷を受容するための時間が足りなくなる。その結果、電子受容性基が電荷を十分に受容できなくなり、規制不良などの画像不良が発生していると想定される。
ここで、現像スリーブの速度300mm/secで500回転させた後に、現像スリーブの回転速度を150mm/secに落としたときの、現像スリーブ上のトナーのQ/Mの変化を図6(b)に示す。現像スリーブの回転速度を150mm/secすると、現像スリーブ10回転程で、Q/Mの低下が見られた。現像スリーブの表面層21aにある電子受容性基Bとトナー接触面がトナーの回転によって変化する前に、十分に電子受容性基Bの機能が得られていることがわかる。なお、上記の検証における数値は一例に過ぎない。
<低温耐久比較>
本実施例の構成を用いて耐久評価を行った。図13は、本実施例における画像形成の工程ごとのモータの回転速度を示している。図13にあるように、後回転のみ現像の回転速度を半分にした。現像回転速度は、105mm/secとし、後回転時は、現像スリーブを10回転(3.2秒間)させて、以下の条件で耐久試験を行った。比較例としては、現像回転速度を一定にして耐久試験を行った。
本実施例の構成を用いて耐久評価を行った。図13は、本実施例における画像形成の工程ごとのモータの回転速度を示している。図13にあるように、後回転のみ現像の回転速度を半分にした。現像回転速度は、105mm/secとし、後回転時は、現像スリーブを10回転(3.2秒間)させて、以下の条件で耐久試験を行った。比較例としては、現像回転速度を一定にして耐久試験を行った。
(耐久条件)
環境:15℃10%
トナー量:60g
印字モード:印字率2%、2枚間欠
印字枚数1000枚
紙種:ゼロックスバイタリティ75g紙
環境:15℃10%
トナー量:60g
印字モード:印字率2%、2枚間欠
印字枚数1000枚
紙種:ゼロックスバイタリティ75g紙
表5に、本実施例の条件と比較例の条件における、様々な枚数での耐久試験の結果を示す。
表中、「○」は、異常なし。「△」は、軽微規制不良、「×」は、規制不良を表している。本実施例の構成においては、耐久試験を通して画像弊害がなかった。
表中、「○」は、異常なし。「△」は、軽微規制不良、「×」は、規制不良を表している。本実施例の構成においては、耐久試験を通して画像弊害がなかった。
また、図14に示すように、本実施例の構成では、トナーのQ/Mも安定し良好な画像を得ることができた。比較例では、現像スリーブ21上のトナー帯電量Q/Mが徐々に上昇し、750枚において規制不良が現れた。従って、本実施構成では、低温環境においても、現像の回転速度を落とすことによって、本構成の現像スリーブ21の機能を十分に発揮し、安定的な画質を得ることができた。
なお、本実施例では、後回転のみ現像スリーブの回転速度を遅くしたが、後回転だけに限らず、前回転や紙間中に現像スリーブの回転速度を遅くしても同様の効果が得られる。また、ある一定の枚数ごとに、現像スリーブを遅くして空回転をすることや、かぶりを抑制するために現像装置を離間させる構成をとって、現像スリーブのみ回転させるなどしても良い。
[実施例5]
本実施例の画像形成装置は、実施例4の構成に加え、環境情報取得手段を更に含んでいる。また、駆動入力は、帯電装置のみに入力する。本実施例では、帯電装置と現像装置が一体となっており、帯電モータにより感光体ドラム11が150mm/secで回転され、感光体ドラム11と連動して現像スリーブ21は、210mm/secで回転される構成をとる。ただし、これらの数値は一例に過ぎない。
本実施例の画像形成装置は、実施例4の構成に加え、環境情報取得手段を更に含んでいる。また、駆動入力は、帯電装置のみに入力する。本実施例では、帯電装置と現像装置が一体となっており、帯電モータにより感光体ドラム11が150mm/secで回転され、感光体ドラム11と連動して現像スリーブ21は、210mm/secで回転される構成をとる。ただし、これらの数値は一例に過ぎない。
本実施例では、絶対湿度に基づく環境区分を設定しておき、温湿度センサによって検知した温度および相対湿度から絶対湿度を計算し、計算された絶対湿度により環境区分を判定する。そして、環境補正を行う。
表2に絶対湿度に基づく環境区分の一例を示す。
なお、表6では絶対湿度の段階(低/通常/高)のみに基づいて環境を区分している。しかし、さらに温度条件を加えても良い。例えば、環境区分NNは常温常湿環境、環境区分LLは低温低湿度環境、環境区分HHは高温高湿度環境としても良い。その場合の区分の一例として、”23℃50%RH”のときは常温常湿環境(絶対湿度D10.3g/m3)、”15℃10%RH”のときは低温低湿度環境(絶対湿度D1.3g/m3)、”27℃80%RH”のときは高温高湿度環境(絶対湿度D20.6g/m3)、とそれぞれ判定しても良い。ただし、これらの閾値は一例に過ぎない。
なお、表6では絶対湿度の段階(低/通常/高)のみに基づいて環境を区分している。しかし、さらに温度条件を加えても良い。例えば、環境区分NNは常温常湿環境、環境区分LLは低温低湿度環境、環境区分HHは高温高湿度環境としても良い。その場合の区分の一例として、”23℃50%RH”のときは常温常湿環境(絶対湿度D10.3g/m3)、”15℃10%RH”のときは低温低湿度環境(絶対湿度D1.3g/m3)、”27℃80%RH”のときは高温高湿度環境(絶対湿度D20.6g/m3)、とそれぞれ判定しても良い。ただし、これらの閾値は一例に過ぎない。
本実施例では、LL環境と判定されたときに、250枚印字するごとに、プロセスカートリッジを半速にし、プロセススピード75mm/secに落とし、非画像形成中に現像スリーブ21を30回転させるQ/M適正化シーケンスが入る。このようにすることで、Q/M適正化シーケンスが必要なLL環境のみに作動させることができ、NN,HH環境などQ/M適正化シーケンスの必要のない環境において、作動することをなくしトナー劣化などのプロセスユニットの消耗品を抑制することができる。
図15に、本実施例で実施例4と同様に、比較例と実施例との耐久比較を行った結果を示す。比較例では、現像スリーブ21上のトナー帯電量Q/Mが徐々に上昇し、750枚
において画像不良による画像欠陥が現れた。一方、本実施例の構成においては、現像スリーブ21上のQ/Mは、耐久試験を通じて上昇していくものの、250枚ごとに上記で述べたシーケンスが入ることで、Q/Mが落とすことができ、耐久を通して良好な画像を得ることができた。
において画像不良による画像欠陥が現れた。一方、本実施例の構成においては、現像スリーブ21上のQ/Mは、耐久試験を通じて上昇していくものの、250枚ごとに上記で述べたシーケンスが入ることで、Q/Mが落とすことができ、耐久を通して良好な画像を得ることができた。
なお、環境の判定方法はこれだけに限られない。例えば本実施例では、絶対湿度から環境を判定したが、温度のみや相対湿度のみ、または、これらを組み合わせた方法を用いて環境を判定してもよい。
[実施例6]
続いて実施例6について説明する。図16に示す画像形成装置1や、図17は現像装置の概略断面図について、上記各実施例と共通の構成については同じ符号を付し、説明を簡略化する。画像形成装置1は、転写式電子写真プロセス利用のモノクロレーザプリンタである。
続いて実施例6について説明する。図16に示す画像形成装置1や、図17は現像装置の概略断面図について、上記各実施例と共通の構成については同じ符号を付し、説明を簡略化する。画像形成装置1は、転写式電子写真プロセス利用のモノクロレーザプリンタである。
<装置構成と制御>
(画像形成装置)
本実施例でも、像担持体である感光体ドラム11は、本例ではφ24mmの負極性OPC感光体である。感光体ドラムは、帯電装置駆動モータ(不図示)により外部から、矢印の時計方向に周速度150mm/sec(=プロセススピードPS、印字速度)の一定速度をもって回転駆動される。本実施例は接触DC帯電方式を採用し、帯電ローラ12は所定の圧力で感光体ドラム11と接触し、位置cで帯電ニップを形成する。制御部40が帯電電源32を制御して帯電ローラ12に印加する直流電圧は、感光体ドラム11表面と帯電ローラ12との電位差が放電開始電圧以上となるような値に設定されており、具体的には帯電バイアスとして−1150Vの直流電圧を印加している。このとき、感光体ドラム11面を帯電電位(暗部電位)Vd=−600Vに一様に接触帯電させている。
(画像形成装置)
本実施例でも、像担持体である感光体ドラム11は、本例ではφ24mmの負極性OPC感光体である。感光体ドラムは、帯電装置駆動モータ(不図示)により外部から、矢印の時計方向に周速度150mm/sec(=プロセススピードPS、印字速度)の一定速度をもって回転駆動される。本実施例は接触DC帯電方式を採用し、帯電ローラ12は所定の圧力で感光体ドラム11と接触し、位置cで帯電ニップを形成する。制御部40が帯電電源32を制御して帯電ローラ12に印加する直流電圧は、感光体ドラム11表面と帯電ローラ12との電位差が放電開始電圧以上となるような値に設定されており、具体的には帯電バイアスとして−1150Vの直流電圧を印加している。このとき、感光体ドラム11面を帯電電位(暗部電位)Vd=−600Vに一様に接触帯電させている。
画像形成装置は、帯電された像担持体に静電潜像を形成する手段としての露光手段として、レーザダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザビームスキャナを備える。このレーザビームスキャナ3は目的の画像情報の時系列電気ディジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザ光を出力し、該レーザ光で感光体ドラム11の一様帯電面を走査露光する(LA)。レーザパワーは、感光体ドラム11の一様帯電処理面をレーザ光で全面露光した場合の電位Vl=−100Vになるように調整されている。なお、上記のサイズ、周速度、電位などの数値は一例に過ぎない。
(現像装置)
図17に示される、現像部材を有する現像手段としての現像装置2は、感光体ドラム11上に形成された静電潜像に感光体ドラム11と現像スリーブ21の対向部である位置aにおいて接触しながらトナーtを供給する、接触現像方式を採用している。現像装置2は、現像剤としての負極性のトナーtを収容する収容部25と現像スリーブ21とマグネットローラ22と現像ブレード23を有している。現像スリーブ21は、φ12mmで回転可能に現像装置に取り付けられている。収容部25内のトナーtはシート部材と軸35からなるトナー送り手段36により現像スリーブ21へと送られつつ、現像スリーブ21に内包された磁界発生手段であるマグネットローラ22の磁力により現像スリーブ21表面に引き付けられる。
図17に示される、現像部材を有する現像手段としての現像装置2は、感光体ドラム11上に形成された静電潜像に感光体ドラム11と現像スリーブ21の対向部である位置aにおいて接触しながらトナーtを供給する、接触現像方式を採用している。現像装置2は、現像剤としての負極性のトナーtを収容する収容部25と現像スリーブ21とマグネットローラ22と現像ブレード23を有している。現像スリーブ21は、φ12mmで回転可能に現像装置に取り付けられている。収容部25内のトナーtはシート部材と軸35からなるトナー送り手段36により現像スリーブ21へと送られつつ、現像スリーブ21に内包された磁界発生手段であるマグネットローラ22の磁力により現像スリーブ21表面に引き付けられる。
トナーtは現像スリーブ21の回転に追従し、現像スリーブ21と現像ブレード23で所定の幅をもって形成されるニップnで負極性に摩擦帯電される。現像スリーブ21には本体に備えられた現像バイアス印加手段(不図示)により、−300Vの現像バイアス(Vdc)が印加されており、感光体ドラム11の静電潜像との電位差によりトナーtを感
光体ドラム11表面へと供給し、トナー像化する。なお、上記のサイズ、電位などの数値は一例に過ぎない。
光体ドラム11表面へと供給し、トナー像化する。なお、上記のサイズ、電位などの数値は一例に過ぎない。
(現像スリーブと規制部材)
図18を参照しつつ、現像装置が備える現像スリーブと規制部材の構成についてさらに詳細に説明する。図18は現像スリーブ21近傍の概略断面図である。現像スリーブ21は回転自在に現像装置2に支持されており、現像装置駆動モータ(不図示)により感光体ドラム11に対して周速度140%(210mm/sec)で独立に回転駆動できる。現像スリーブ21は、外径11mm、内径9mmの中空のアルミ素管(基体21c)の周囲に500μmの導電性弾性ゴム層(弾性層21b)を設けたもので、導電性弾性ゴム層の表面(表面層21a)は現像剤搬送のため、表面粗さRa1.0μm〜4.0μmの構造を設けている。
図18を参照しつつ、現像装置が備える現像スリーブと規制部材の構成についてさらに詳細に説明する。図18は現像スリーブ21近傍の概略断面図である。現像スリーブ21は回転自在に現像装置2に支持されており、現像装置駆動モータ(不図示)により感光体ドラム11に対して周速度140%(210mm/sec)で独立に回転駆動できる。現像スリーブ21は、外径11mm、内径9mmの中空のアルミ素管(基体21c)の周囲に500μmの導電性弾性ゴム層(弾性層21b)を設けたもので、導電性弾性ゴム層の表面(表面層21a)は現像剤搬送のため、表面粗さRa1.0μm〜4.0μmの構造を設けている。
現像ブレード23は、厚さ100μm程度の支持部材23aと、支持部材23aの先端に取り付ける樹脂層23bとを有する。支持部材23aは弾性部材であり、基端部が支持板金に固定される。樹脂層23bは導電性樹脂を用い、現像スリーブ21の表面に所定の圧力で当接させている。この当接力は約20gf/cm〜40gf/cm(現像スリーブ21の長手方向についての1cm当たりの当接荷重)となるように当接されている。
本実施例では、支持部材23aに弾性を持たせるためにSUSを用いているが、リン青銅やアルミニウム合金などを用いてもよいし、導電性を持ってさえいれば高硬度の樹脂などで作製してもよい。また本実施例では、樹脂層23bは支持部材23aに導電性のポリウレタンをコートして作製した。このほかに、ポリアミド、ポリアミドエラストマー、ポリエステル、ポリエステルエラストマー、ポリエステルテレフテラート、シリコンゴム、シリコン樹脂、メラミン樹脂から、単独で、また、2種類以上を組み合わせてもよい。なお、上記のサイズ、材質、当接力などは一例に過ぎない。
<現像ブレードバイアス>
先述したように、現像ブレード23は導電性を有しており、画像形成本体に備えられた現像ブレードバイアス印加手段33が、制御部40の制御に従い、矩形波の交流バイアス(図19参照、Vmax:−450V、Vmin:−150V、Duty比:50%)を印加する構成としている。これにより、現像スリーブ21と現像ブレード23とのニップn間に交番電界が形成され、トナーtには現像スリーブ21側と現像ブレード23側へと交互にクーロン力が働く。その結果、ニップn間での転動性が向上し、トナーtは現像スリーブ21とさまざまな面で接触、摺擦されることが可能となる。そのため、先述した電子供与性基Aおよび電子受容性基Bのフェルミ準位の領域への収束スピードが向上する。すなわち、印字した部分は素早く電荷を保持し、印字していない部分は過度な電荷を供与することができ帯電性が同等になり、結果、現像ゴーストの抑制につながる。
先述したように、現像ブレード23は導電性を有しており、画像形成本体に備えられた現像ブレードバイアス印加手段33が、制御部40の制御に従い、矩形波の交流バイアス(図19参照、Vmax:−450V、Vmin:−150V、Duty比:50%)を印加する構成としている。これにより、現像スリーブ21と現像ブレード23とのニップn間に交番電界が形成され、トナーtには現像スリーブ21側と現像ブレード23側へと交互にクーロン力が働く。その結果、ニップn間での転動性が向上し、トナーtは現像スリーブ21とさまざまな面で接触、摺擦されることが可能となる。そのため、先述した電子供与性基Aおよび電子受容性基Bのフェルミ準位の領域への収束スピードが向上する。すなわち、印字した部分は素早く電荷を保持し、印字していない部分は過度な電荷を供与することができ帯電性が同等になり、結果、現像ゴーストの抑制につながる。
ニップ通過内で交互にクーロン力をトナーに加えるためには、現像ブレードバイアスの条件として、周波数はニップnを通過時間内に1波数以上の振幅が望ましい。そこで、実施例6−1としてはニップnを0.3mm、現像ブレードバイアスの周波数を2000Hzとしており、これは2.8波程度である。また、実施例6−2としてニップnは0.3mm、現像ブレードバイアス周波数を4000Hzとした。これは5.7波程度である。実施例6−3としてはニップnを0.2mmとし、現像ブレードバイアスの周波数を1100Hzとした。これは1.0波程度である。
さらに、比較例として、比較例6−1は本実施例における現像スリーブを用い、現像ブレードバイアスとしては現像スリーブと同電位になるように設定した構成である。すなわち、ブレードとスリーブ間に交番電界を形成していない。比較例6−2は特許文献1にあ
る現像スリーブ、すなわち、電子供与性基Aとして振る舞う三級アミン構造を含み、電子受容性基Bとして振る舞うポリカーボネート結合を有していないもの、現像ブレードバイアスとしては本実施例と同様の交流バイアス設定を印加した構成である。
る現像スリーブ、すなわち、電子供与性基Aとして振る舞う三級アミン構造を含み、電子受容性基Bとして振る舞うポリカーボネート結合を有していないもの、現像ブレードバイアスとしては本実施例と同様の交流バイアス設定を印加した構成である。
上記構成の現像装置2を用いた検証結果を詳述する。検証方法としては、ベタ黒(100%印字画像)を150mm印字した直後(ベタ黒後)の現像スリーブ21のトナー帯電量と、ベタ白(0%印字画像)を150mm印字した直後(ベタ白後)の現像スリーブ21の現像スリーブ上のトナー帯電量を測定した。さらに画だしによる現像ゴーストの確認を行った。なお、トナー帯電量Q/Mは、図11と同様のファラデー・ゲージ(Faraday−Cage)を用いて測定した。表1に結果を示す。
表1は白後と黒後の現像スリーブ21上のトナーの帯電量及び1000枚プリントした際の画像不良の結果を示す。なお、現像ゴーストのレベルに関して、「○」は発生なし、「△」は許容範囲内での発生、「×」は許容できないレベルである。
表1は白後と黒後の現像スリーブ21上のトナーの帯電量及び1000枚プリントした際の画像不良の結果を示す。なお、現像ゴーストのレベルに関して、「○」は発生なし、「△」は許容範囲内での発生、「×」は許容できないレベルである。
比較例1および2のどちらも白後と黒後のQ/Mに差が生じており、現像ゴーストも発生した。それに対して、実施例6−1〜6−3の構成にすることで、白後と黒後のQ/Mに差は少なく、現像ゴーストの発生もなかった。
以上の結果から、制御部40が現像ブレードバイアス印加手段33を制御して現像ブレード23に交流バイアスを印加し、ニップnや周波数を適宜設定し、ニップn通過時間内の波数を1波以上とすることで本実施例における現像スリーブ21の機能を十分に発揮し、安定した画質を得られることを確認できた。
本実施例においては、制御部40がニップnや周波数を変更してニップn通過時間内における波数を変更したが、その他プロセススピードや現像スリーブ周速度を適宜設定することで調整してもよい。
また、本実施例においては、現像ブレードバイアスの波形は矩形波を用いたが、この限りではなく、例えば正弦波や三角波、のこぎり波でもニップ間でのトナーの転動性を向上させることができればよい。
また、トナーとして一成分磁性トナーを使用したが現像装置の配置や、供給部材を追加することで、磁力以外でトナーを供給することができれば、非磁性トナーを使用しても構わない。
また、本実施例においては、現像ブレードバイアスの波形は矩形波を用いたが、この限りではなく、例えば正弦波や三角波、のこぎり波でもニップ間でのトナーの転動性を向上させることができればよい。
また、トナーとして一成分磁性トナーを使用したが現像装置の配置や、供給部材を追加することで、磁力以外でトナーを供給することができれば、非磁性トナーを使用しても構わない。
[実施例7]
本実施例に係る画像形成装置の構成は、実施例6の画像形成装置に環境情報取得手段が設けられている点が異なる。本実施例の画像形成装置は、取得した環境情報に基づいて現像ブレードバイアスを異なる設定にする点に特徴がある。上記各実施例と同一の構成については同一の符号を付し、説明を簡略化する。
本実施例に係る画像形成装置の構成は、実施例6の画像形成装置に環境情報取得手段が設けられている点が異なる。本実施例の画像形成装置は、取得した環境情報に基づいて現像ブレードバイアスを異なる設定にする点に特徴がある。上記各実施例と同一の構成については同一の符号を付し、説明を簡略化する。
<課題>
上述したように、低湿度環境などでは、トナーへの過帯電が十分に抑制できず、規制不良などの課題が発生することがあった。すなわち、通常の場合は、トナーが保持した電荷の一部は、大気中に含まれる極性分子である水蒸気を通して抜けていく。しかし、低湿度環境では大気中の水蒸気が少ないため、抜けていく電荷量が少ない。その結果、低湿度環境では過帯電トナーの量が増大する。電子受容性基Bのフェルミ準位は低湿度環境でも変化しないため、フェルミ準位差による過帯電トナーの電荷の受容が十分でなくなる。このような過剰に帯電されたトナーは、現像剤担持体との間に働く鏡像力によって強固に固着し、トナー規制部材の規制力を上回ってしまう。その結果、現像剤担持体上のトナー層の乱れ、濃度ムラやカブリといった規制不良を引き起こす。
上述したように、低湿度環境などでは、トナーへの過帯電が十分に抑制できず、規制不良などの課題が発生することがあった。すなわち、通常の場合は、トナーが保持した電荷の一部は、大気中に含まれる極性分子である水蒸気を通して抜けていく。しかし、低湿度環境では大気中の水蒸気が少ないため、抜けていく電荷量が少ない。その結果、低湿度環境では過帯電トナーの量が増大する。電子受容性基Bのフェルミ準位は低湿度環境でも変化しないため、フェルミ準位差による過帯電トナーの電荷の受容が十分でなくなる。このような過剰に帯電されたトナーは、現像剤担持体との間に働く鏡像力によって強固に固着し、トナー規制部材の規制力を上回ってしまう。その結果、現像剤担持体上のトナー層の乱れ、濃度ムラやカブリといった規制不良を引き起こす。
そこで本実施例では、環境情報として湿度を測定し、湿度に応じて、制御部40が現像ブレードバイアス印加手段33を制御して、トナーにかかるクーロン力を変化させる。すなわち、低湿環境においては、制御部40は、電子受容性官能基Bからトナーにかかるクーロン力を通常湿度時よりも大きくなるように制御する。これにより、過帯電トナーから電子受容性官能基Bに受容される電荷の量が増えるため、過帯電を解決できる。
具体的には、画像形成装置は、環境情報取得手段としての湿度検知手段を備える。そして、相対湿度が30%を下回った場合に低湿度(環境区分L)と判断する。なお、30%〜70%の時は通常湿度(環境区分N)、70%以上の時は高湿度(環境区分H)と判断する。
そして、低湿度環境と判断した場合には、制御部40が現像ブレードバイアスを図20のように設定する。すなわち、現像バイアスに対してネガ極性側の絶対値を大きくする設定である、除電モードバイアスとする。具体的にはVmaxを−600V、現像バイアスVdcとの電位差をΔ−300Vとした。
表8に、本実施例において現像スリーブ上のトナーの帯電量及び1000枚プリントした際の画像不良の結果を示す。比較例7−1は除電モードバイアスに設定しない場合、すなわちVmaxを−300V(Vdcとの電位差がΔ−150V)とした場合である。
表8に示すように、制御部40が通常湿度環境において現像スリーブと現像ブレード間の電位差を150Vに設定すると、白後Q/Mが21μC/gだったのに対して、低湿環境では27μC/gと増加してしまい、規制不良による画像不良が発生した。しかし、現像スリーブと現像ブレード間の電位差を300Vへ増加することで、白後Q/Mが22μC/gと抑制でき、かつ、黒後Q/Mも維持できている。
なお、表8の参考例7−1に示すように、制御部40が通常湿度環境で同様に電位差を300Vと増加するように現像ブレードバイアス印加手段33を制御すると、クーロン力により電子受容性基Bへと電荷が移動しやすくなるため、黒後Q/Mが低下し、カブリが軽微に発生した。よって、本実施例のように相対湿度が30%を下回ったときにのみ、制御部が現像ブレードバイアス印加手段33を制御して現像ブレードバイアスを切り替えることが望ましい。
本実施例においては、制御部40がVmaxの絶対値を上げることでトナーにかかるクーロン力をより大きくし、過帯電トナーから電子受容性基Bへと電界が移動しやすくした。しかしながらこの限りでなく、制御部40がVmaxとVminの絶対値と印加時間の割合を同時に適宜設定してもよい。
(他の実施形態)
上記各実施形態の構成は、互いに矛盾を生じない限りにおいて互いに組み合わせて用いることができる。例えば、実施例1の構成に、実施例4および/または実施例6の構成を組み合わせてもよい。実施例1の構成に実施例4を組み合わせる場合、さらに実施例5の構成を組み合わせてもよい。実施例1の構成に実施例6を組み合わせる場合、さらに実施例7の構成を組み合わせてもよい。また、これらの組み合わせにおいて、さらに実施例2の構成を組み合わせても良い。
また例えば、実施例3の構成に、実施例4および/または実施例6の構成を組み合わせてもよい。実施例3の構成に実施例4を組み合わせる場合、さらに実施例5の構成を組み合わせてもよい。実施例3の構成に実施例6を組み合わせる場合、さらに実施例7の構成を組み合わせてもよい。また、これらの組み合わせにおいて、さらに実施例2の構成を組み合わせても良い。
上記各実施形態の構成は、互いに矛盾を生じない限りにおいて互いに組み合わせて用いることができる。例えば、実施例1の構成に、実施例4および/または実施例6の構成を組み合わせてもよい。実施例1の構成に実施例4を組み合わせる場合、さらに実施例5の構成を組み合わせてもよい。実施例1の構成に実施例6を組み合わせる場合、さらに実施例7の構成を組み合わせてもよい。また、これらの組み合わせにおいて、さらに実施例2の構成を組み合わせても良い。
また例えば、実施例3の構成に、実施例4および/または実施例6の構成を組み合わせてもよい。実施例3の構成に実施例4を組み合わせる場合、さらに実施例5の構成を組み合わせてもよい。実施例3の構成に実施例6を組み合わせる場合、さらに実施例7の構成を組み合わせてもよい。また、これらの組み合わせにおいて、さらに実施例2の構成を組み合わせても良い。
11:感光体ドラム、12:帯電ローラ、2:現像装置、21:現像スリーブ、21a:表面層、21c:基体、23:現像ブレード、40:制御部
Claims (26)
- 静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と
前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との距離を保持する間隔保持部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤へ電荷を主に与える電子供与部と、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤から電荷を主に受け取る電子受容部と、を有し、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に画像形成時と異なる交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御装置は、前記現像剤担持体に飛翔バイアスを印加することにより前記現像剤を前記像担持体に移動させるものであり、非画像形成時、かつ画像形成前の前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に、画像形成時より小さい飛翔バイアスの交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記制御装置は、前記現像剤担持体に飛翔バイアスを印加することにより前記現像剤を前記像担持体に移動させるものであり、非画像形成時、かつ画像形成後の前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に、画像形成時より大きい飛翔バイアスの交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 環境情報を取得する環境情報取得手段
をさらに有し、
前記制御装置は、前記環境情報に応じて、画像形成時の飛翔バイアスと非画像形成時の飛翔バイアスの差分を変化させる
ことを特徴とする請求項2または3に記載の画像形成装置。 - 環境情報を取得する環境情報取得手段
をさらに有し、
前記制御装置は、前記環境情報に応じて、非画像形成時における飛翔バイアスの印加時間を変化させる
ことを特徴とする請求項2または3に記載の画像形成装置。 - 前記現像剤担持体の回転速度を、非画像形成時に、画像形成時よりも遅くする
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記制御装置は、前記現像剤担持体および前記規制部材にバイアスを印加するものであり、前記規制部材には交流バイアスが印加され、前記交流バイアスの波数は、前記規制部材と前記現像剤担持体の当接部を前記現像剤が通過する時間内に1波数以上である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と
前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との距離を保持する間隔保持部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、カーボネート結合を有し、かつ、三級アミン構造を含むウレタン樹脂を含み、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に画像形成時と異なる交流電圧を印加する
を特徴とする画像形成装置。 - 前記制御装置は、前記現像剤担持体に飛翔バイアスを印加することにより前記現像剤を前記像担持体に移動させるものであり、非画像形成時、かつ画像形成前の前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に、画像形成時より小さい飛翔バイアスの交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - 前記制御装置は、前記現像剤担持体に飛翔バイアスを印加することにより前記現像剤を前記像担持体に移動させるものであり、非画像形成時、かつ画像形成後の前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に、画像形成時より大きい飛翔バイアスの交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - 環境情報を取得する環境情報取得手段をさらに有し
前記制御装置は、前記環境情報に応じて、画像形成時の飛翔バイアスと非画像形成時の飛翔バイアスの差分を変化させる
ことを特徴とする請求項9または10に記載の画像形成装置。 - 環境情報を取得する環境情報取得手段をさらに有し、
前記制御装置は、前記環境情報に応じて、非画像形成時における飛翔バイアスの印加時間を変化させる
ことを特徴とする請求項9または10に記載の画像形成装置。 - 請求項8〜12のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
前記ウレタン樹脂は、
分子内にカーボネート結合を有し、かつ、
構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造を有する
ことを特徴とする画像形成装置
[構造式(1)中、
R15は炭素数2以上4以下の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基を表し、nは1以上4以下の整数であり、nが2以上4以下の場合においては、複数のR15は各々独立して上記と同様に定義される。
R11〜R14は、各々独立に、下記(a)〜(d)から選ばれる何れかであり、nが2以上4以下の場合において、複数のR14は各々独立して上記と同様に定義され、但し、n=1の場合においては、R11〜R14の全てが、下記(b)〜(d)から選ばれる何れかであり、n=2以上4以下の場合においては、R11〜R13および2〜4個のR14のうちの少なくとも4つが、下記(b)〜(d)から選ばれる何れかである:
(a)水素原子、又は炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基;
(b)炭素数1以上8以下の直鎖状または分岐鎖状のヒドロキシアルキル基;
(c)炭素数2以上8以下の直鎖状または分岐鎖状のアミノアルキル基;
(d)下記構造式(2)で示される基:]
[構造式(2)中、mは2または3である。複数のR21はそれぞれ独立して炭素数2以上5以下の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基を表す]。 - 前記現像剤担持体の回転速度を、非画像形成時に、画像形成時よりも遅くする
ことを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記制御装置は、前記現像剤担持体および前記規制部材にバイアスを印加するものであり、前記規制部材には交流バイアスが印加され、前記交流バイアスの波数は、前記規制部材と前記現像剤担持体の当接部を前記現像剤が通過する時間内に1波数以上である
ことを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と、
前記像担持体に当接し、前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤へ電荷を主に与える電子供与部と、前記現像剤と前記表面層とが摩擦することで電荷を授受する際に、前記現像剤から電荷を主に受け取る電子受容部と、を有し、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御装置は、非画像形成時、かつ画像形成後の前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項16に記載の画像形成装置。 - 前記現像剤担持体を前記像担持体から離間させる離間機構をさらに有し、
前記制御装置は、非画像形成時に、前記離間機構が前記現像剤担持体を前記像担持体から離間させた後に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項16または17に記載の画像形成装置。 - 前記現像剤担持体の回転速度を、非画像形成時に、画像形成時よりも遅くする
ことを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記制御装置は、前記現像剤担持体および前記規制部材にバイアスを印加するものであり、前記規制部材には交流バイアスが印加され、前記交流バイアスの波数は、前記規制部材と前記現像剤担持体の当接部を前記現像剤が通過する時間内に1波数以上である
ことを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 静電潜像を形成する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容器と、
前記像担持体に当接し、前記現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に当接し、前記現像剤担持体が担持する前記現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、
前記電源を制御する制御装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、少なくとも、基体と表面層を有しており、
前記表面層は、カーボネート結合を有し、かつ、三級アミン構造を含むウレタン樹脂を含み、
前記制御装置は、非画像形成時かつ前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御装置は、非画像形成時、かつ画像形成後の前記現像剤担持体の駆動時に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項21に記載の画像形成装置。 - 前記現像剤担持体を前記像担持体から離間させる離間機構をさらに有し、
前記制御装置は、非画像形成時に、前記離間機構が前記現像剤担持体を前記像担持体から離間させた後に、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項21または22に記載の画像形成装置。 - 請求項21〜23のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
前記ウレタン樹脂は、
分子内にカーボネート結合を有し、かつ、
構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造を有すること
を特徴とする画像形成装置。
[構造式(1)中、
R15は炭素数2以上4以下の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基を表し、nは1以上4以下の整数であり、nが2以上4以下の場合においては、複数のR15は各々独立して上記と同様に定義される。
R11〜R14は、各々独立に、下記(a)〜(d)から選ばれる何れかであり、nが2以上4以下の場合において、複数のR14は各々独立して上記と同様に定義され、但し、n=1の場合においては、R11〜R14の全てが、下記(b)〜(d)から選ばれる何れかであり、n=2以上4以下の場合においては、R11〜R13および2〜4個のR14のうちの少なくとも4つが、下記(b)〜(d)から選ばれる何れかである:
(a)水素原子、又は炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基;
(b)炭素数1以上8以下の直鎖状または分岐鎖状のヒドロキシアルキル基;
(c)炭素数2以上8以下の直鎖状または分岐鎖状のアミノアルキル基;
(d)下記構造式(2)で示される基:]
[構造式(2)中、mは2または3である。複数のR21はそれぞれ独立して炭素数2以上5以下の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基を表す。]。 - 前記現像剤担持体の回転速度を、非画像形成時に、画像形成時よりも遅くする
ことを特徴とする請求項21〜24のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記制御装置は、前記現像剤担持体および前記規制部材にバイアスを印加するものであり、前記規制部材には交流バイアスが印加され、前記交流バイアスの波数は、前記規制部材と前記現像剤担持体の当接部を前記現像剤が通過する時間内に1波数以上である
ことを特徴とする請求項21〜24のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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