JP2596261B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式を用いる
画像形成装置に関し、特には小型で高速、高解像度が要
求されるプリンタ等の画像形成装置および画像形成方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ
等において、電子写真方式の画像形成装置が広く用いら
れている。以下図面を参照しながら代表的な電子写真方
式の画像形成装置について説明する。図２は代表的な電
子写真方式の画像形成装置の模式的説明図である。図２
において、２０１は電子写真感光体ドラム、２０２は主
帯電部、２０３は像露光部、２０４はトナー現像部、２
０５は紙および紙搬送部、２０６は転写部、２０７は定
着部、２０８はトナークリーニング部、２０９は除電部
である。まず、電子写真感光体ドラム２０１を主帯電部
２０２で一様に帯電させる、そうしておいて、像露光部
２０３で画像部に対応した露光を行うと、画像部に対応
して感光体の表面電位が減衰する。このように、表面電
位の低下した部分にトナー現像部２０４において、感光
体の帯電極性と同じ極性で、且つ感光体の帯電電位より
も低いバイアス電位を持つことによって、像露光された
部分にのみトナーを付着させ、感光体上に画像を形成す
る。このようにして感光体上に形成されたトナー像は、
転写部２０６によって紙に転写され、定着部２０７で定
着される。また、転写の後、感光体上に残ったトナー
は、トナークリーニング部２０８により、感光体表面か
ら擦り落とされ、除電部２０９により帯電を全て除いて
感光体を初期の状態に復す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の様
な構成では、まず、主帯電部においてコロナ放電を用い
た場合、多量のオゾン、窒素酸化物等の有害物質が発生
する。これらの有害物質は大がかりな浄化フィルター等
を用いなければ装置使用者の人体に有害な他、感光体等
の構成部品を劣化させ、装置の信頼性を損なう原因とも
なる。このような問題を解決するためにローラ帯電等の
方法も実用化されているが、帯電能力が低く極めて低速
な画像形成にしか用いることができず、高速な画像形成
が必要な場合には、上述のコロナ放電を用いた帯電器の
放電をさらに強めたり、放電器を複数個用いる方法が一
般に用いられている。従って、従来技術での帯電の高速
化には装置が大がかりになったり、構成部品の信頼性を
損なうなどの大きな問題がある。

【０００４】次に、感光体上の像露光された部分にのみ
トナー像を現像する現像部においては、装置のメンテナ
ンスの容易さから一成分トナーが用いられることが多
い。一般に、帯電された一成分トナーは感光体にある間
隙を持って対抗した電極ローラ上に、磁性トナーの場合
は磁気力、非磁性トナーの場合はローラ電極との靜電
力、鏡像力や摩擦力によって供給され、弾性ブレード等
によって膜厚制御を行う。このようにして得た電極ロー
ラ上の帯電されたトナーは、電極ローラに感光体上の像
露光部の表面電位と非露光部の表面電位の間の適当なバ
イアス電位を与えることにより、静電気力によって像露
光部にのみトナーが付着する。しかしながら、このよう
な現像方法では、電極ローラ上への安定したトナー供給
のためには、前述の磁気力、靜電力、鏡像力、摩擦力は
大きい方がよいが、電極ローラ上から感光体への供給の
ためにはそれらは小さい方がよいなど両立するのが難し
い問題がある。また、高解像度を得るため電極ローラ上
のトナー層を薄層化するため弾性ブレードの圧力を高め
て層規制力を増すと、トナーの電極ローラ上での凝集力
が増して感光体上への供給に時間がかかったり、供給に
不具合が生じたり、ブレードの圧力によってトナーが劣
化したりする問題があった。

【０００５】次に、現像されたトナー像が紙に転写され
た後に感光体上に残留したトナーを除去するトナークリ
ーニング部においては、感光体上から除去したトナーを
貯めておく廃トナーボックスが必要であり、装置が大が
かりになったり、貯った廃トナーを捨てる等のメンテナ
ンスが必要になるなどの欠点がある。また、このような
画像形成装置では残留トナーのクリーニングが充分に行
われないと、次の画像に汚れとして残って画像品質を低
下させる。これを防止するためには、クリーニングブレ
ードの感光体に接する圧力を増すことが有効であるが、
感光体表面を傷つけたり、ブレードに傷やかけが発生し
たりという問題がある他、ブレードの下に咬み込んだ紙
粉を擦りつけることにより、タルク等の成分が感光体表
面に付着して感光体の表面抵抗を低下させ、画像異常を
発生させる等の問題がある。また、このように種々の問
題と相反するトナークリーニングの問題は、画像の高解
像度を得るためトナーを小粒径化することによりますま
す大きな問題となる。

【０００６】従って、以上の様に従来の画像形成技術は
必ずしも満足のいくものではない上、近年ますます要求
が強くなっている、装置の小型化、メンテナンスフリー
化、高速化、高解像度化には充分に対応できないものと
なっている。

【０００７】また、裏面からの像露光可能な感光体を用
いて、近年装置の小型化を主目的として、帯電、露光、
現像を同時に行う画像形成方法も種々の方法が提案され
ている。（例えば、１９８８年ザ・フォース・インター
ナショナル・コングレス・オン・アドヴァンシズ・イン
・ノンインパクトプリンティング・テクノロジズ論文
集）しかし、これらの方法はいずれも感光体が像露光に
よって光感度を有するのに必要な電界を現像と同時に提
供する方法であるため、本質的に感光体の動作速度より
速い現像は不可能であり、充分な画像濃度が得られなか
ったり、感光体に長時間電界を加え続けなければならな
いため、充分な画像の形成速度が得られない等の問題が
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は前記問題
点に鑑み、透明導電性支持体上に形成された移動する感
光体と、前記感光体表面と所定の間隙を有した位置にト
ナー供給用電極ローラと、前記感光体表面と所定の間隙
を有した別の位置にトナー回収用電極ローラと、透明導
電性支持体の内側からの像露光が可能な露光手段と、を
有し、前記トナー供給用電極ローラ上に、帯電させたト
ナーを担持させ、前記トナー供給用電極ローラに、少な
くともトナーの帯電極性と同極性の直流電圧を、前記感
光体の透明導電性支持体に対して印加し、前記トナーを
感光体上に飛翔させ、前記露光手段によって像露光を行
い、前記トナー回収用電極ローラに、トナーの帯電極性
と逆極性の直流成分を有する交番電圧を、前記感光体の
透明導電性支持体に対して印加し、前記感光体上の画像
部にトナーを残し、非画像部のトナーを回収することに
より、前記感光体上にトナー画像を形成することによっ
て、装置の小型化、メンテナンスフリー化、高速化、高
解像度化において大きな問題を抱える主帯電器と、紙へ
のトナー像転写後の残留トナーのクリーニングを不要と
し、さらに、トナーの供給と回収を機能分離することに
より、相反する問題をなくして安定した現像を行い、容
易に高速化、高解像度化に対応できるものである。

【０００９】

【作用】本発明の画像形成装置および画像形成方法は、
少なくとも透明導電性支持体上に形成された移動する感
光体と、前記感光体表面と所定の間隙を有した位置にト
ナー供給用電極ローラと、前記感光体表面と所定の間隙
を有した別の位置にトナー回収用電極ローラと、透明導
電性支持体の内側からの像露光が可能な露光手段と、を
有し、前記トナー供給用電極ローラ上に、帯電させたト
ナーを担持させ、前記トナー供給用電極ローラに、少な
くともトナーの帯電極性と同極性の直流電圧を、前記感
光体の透明導電性支持体に対して印加し、前記トナーを
感光体上に飛翔させ、前記露光手段によって像露光を行
い、前記トナー回収用電極ローラに、トナーの帯電極性
と逆極性の直流成分を有する交番電圧を、前記感光体の
透明導電性支持体に対して印加し、前記感光体上の画像
部にトナーを残し、非画像部のトナーを回収することに
より、前記感光体上にトナー画像を形成する。以下に詳
細に説明する。

【００１０】まず、トナー供給される面と反対面からの
像露光が可能な感光体を移動させ、その移動軌道上で前
記感光体表面と所定の間隙を有した位置にトナー供給用
電極ローラを配置し、そのローラ上に帯電させたトナー
を担持させ、少なくともトナーの帯電極性と同極性の直
流電圧を、前記感光体に対して印加することで、トナー
供給用電極ローラから帯電したトナーを感光体表面に供
給する。この帯電したトナーの持つ電荷によって感光体
内部に電界を形成する。この後に、感光体のトナー供給
される面と反対側に配置された像露光装置により、画像
部のみを露光する。この露光によって内部に電界が形成
された感光体にはキャリアが発生し、電界中を静電気力
で移動することによって、感光体表面は先に帯電したト
ナーの供給によって与えた電荷と反対極性に帯電し、像
露光部に供給されて付着しているトナーは感光体表面に
静電気力によって強固に付着する。一方、非画像部に供
給されて付着しているトナーは感光体との鏡像力とトナ
ー間の凝集力によって極めて僅かな力で付着している。
そこで、同じく前記感光体の移動軌道上に前記感光体表
面と所定の間隙を有して配置したトナー回収電極ローラ
に、トナーの帯電極性と逆極性の直流成分を有する交番
電圧を、前記感光体に対して印加することにより、前記
感光体上の画像部の静電気力で強固に付着したトナーを
回収することなく、非画像部のトナーのみを効果的に回
収し、前記感光体上にかぶりが無く十分な画像濃度のト
ナー画像を形成するものである。

【００１１】この方法によれば、感光体が光感度を得る
のに必要な電界の形成を、コロナ放電等の帯電器を用い
ることなく、帯電したトナーを感光体上に一様に供給す
ることにより行うので、装置が小型化でき、またトナー
供給部においては一様にトナーを供給するだけで良いの
で、解像度に制限されることなく大きな静電気力でトナ
ーを感光体上に高速に供給できる。また、装置の構成上
でトナー供給、像露光からトナー回収までに感光体の移
動距離があるので、画像の形成を高速化するため感光体
の移動を高速化した場合にも、画像部においては充分な
トナーの付着力が得られる。また、トナー回収部におい
ては非画像部に僅かな力で付着したトナーを静電気力で
回収するが、従来の現像技術においては、現像ローラと
トナーとの鏡像力および摩擦力が大きく、また弾性ブレ
ードによる層規制等によりトナー間の凝集力も大きいも
のであったのに対して、本発明による感光体上の非画像
部に付着したトナーの鏡像力、摩擦力、凝集力は極めて
小さく、高速で高解像なトナー回収が容易に行える。ま
た、従来の現像技術では、現像ローラ上にトナー層を形
成するためには鏡像力、摩擦力、凝集力はある程度以上
必要であり、現像ローラ表面を粗したりする一方、高速
で高解像な現像のためにはトナーと現像ローラとの付着
力は小さい方がよいという相反する問題があったが、本
発明のトナー回収部においては、感光体上の非画像部に
付着したトナーの付着力は小さい方が望ましく、感光体
表面の離形性を向上させたり、トナー粒子間の離形性を
向上させることで、相反する問題無しに高速化高解像化
に対応できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の画像形成装置および画像形成
方法について詳細に説明する。

【００１３】本発明の画像形成装置は、少なくともトナ
ー供給される面と反対面からの像露光が可能な感光体と
トナーホッパーとトナー供給部と像露光部とトナー回収
部からなり、トナー供給される面と反対面からの像露光
が可能な感光体としては、導電性の透明支持体上に形成
された有機感光体等が用いられる。

【００１４】トナーホッパーはトナー回収部で回収され
たトナーとともに予め装置に供給されたトナーを撹拌
し、ファーブラシ等の帯電部材でトナーに感光体が感度
を有する極性の電荷を与えてトナー供給部へ搬送できる
ものであれば良く、磁性トナーを用いる場合にはトナー
供給部に磁石を用いることにより搬送を容易に行える。

【００１５】トナー供給部はトナーホッパーで帯電され
たトナーを感光体上に一様に供給できれば良く、従来の
現像技術で全面現像を行うのと同様に、感光体とある間
隙をはさんで対抗した電極ローラに感光体に対してトナ
ーの帯電と同極性のバイアス電圧を加えることにより、
間隙に電界を形成しトナーを飛翔させる方法などを用い
ることができる。一般にこの時加えるバイアス電圧は直
流であるが、交流電圧を重畳することにより間隙に交番
電界を形成し、帯電したトナーを静電気的に往復運動さ
せることにより、電極ローラ上へのトナーの付着力を軽
減させてもよい。

【００１６】像露光部は感光体のトナー供給される面と
反対面に配置され、感光体に画像部に対応した露光を行
えれば良く、一般に感光体がドラム形状であることか
ら、小口径の感光体ドラム内にも配置できる小型のＬＥ
Ｄアレイ等を用いることができる。

【００１７】トナー回収部は感光体上の画像部に付着し
たトナーは回収せず、非画像部に付着したトナーを回収
してトナーホッパーに戻すものであり、従来の現像技術
と同様に、感光体とある間隙をはさんで対向した電極ロ
ーラに、感光体に対して、トナーの帯電と逆極性の直流
電圧成分を持つ交番電圧を印加することによって行うこ
とができる。この非画像部のトナー回収のための直流バ
イアス電圧に、交流電圧を重畳することにより間隙に交
番電界を形成し、帯電したトナーを静電気的に往復運動
させることにより、感光体上へのトナーの付着力を軽減
させ、効果的な非画像部のトナー回収が行えるものであ
る。また、この時に加える直流電圧は大きすぎると画像
部のトナー濃度が低下し、小さすぎると非画像部のトナ
ーが充分に回収されず地かぶりとなっていずれにしても
高解像度は得られない。一般にトナー回収部の直流電圧
は、トナー供給部の直流電圧より充分低く保つことで画
像部の濃度低下は抑制され、またトナー供給部およびト
ナー回収部の直流電圧の両方を高くすることで非画像部
の地かぶりは抑制される。また、この非画像部の地かぶ
りはトナー回収部の交流電圧の周波数や振幅を変えるこ
とによって、最小とすることができ、実用上問題の無い
良好な画像品質が得られる。また、この非画像部の地か
ぶりは、感光体表面の離形性を向上させたり、トナーに
疎水性のシリカやアルミナを外添したり、トナーの樹脂
組成中にフッ素系表面改質剤等を内添することにより、
トナー粒子間の凝集力を低下させることによっても抑制
できる。

【００１８】以下、本発明の実施例を具体的に説明する
が、本発明は以下の実施例に示す組合せに限定されるも
のではない。

【００１９】以下本発明の一実施例の画像形成装置およ
び画像形成方法について図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１は本発明の実施例における画像形成装
置の構成図である。図１において１０１は感光体ドラ
ム、１０２はトナー供給用電極ローラ、１０３は層規制
弾性ブレード、１０４はトナー帯電用ファーブラシ、１
０５はトナーホッパー、１０６はトナー撹拌パドル、１
０７はトナー回収用電極ローラ、１０８はトナー掻き取
りスクレーパ、１０９はＬＥＤアレイ、１１０は紙およ
び紙搬送部、１１１は転写部、１１２は定着部である。

【００２１】感光体ドラム１０１は直径３０ｍｍのプラ
スチックドラム上に、透明導電層、電荷発生層、電荷輸
送層の順に積層した自作の有機感光体を用い、図１にお
いて右回りに周速１００ｍｍ／ｓで回転させた。トナー
供給用電極ローラ１０２は感光体表面と約８０μｍの間
隙をはさんで対抗した直径１５ｍｍの電極ローラを用
い、左回りに感光体と等しい周速で回転させた。トナー
ホッパー１０５の内部には自作の負帯電型非磁性一成分
トナーを約２００ｇ入れ、トナー撹拌用パドル１０６を
回転させて撹拌し、トナー帯電用ファーブラシ１０４を
回転させて、トナーとファーブラシの摩擦力によってト
ナーを帯電させて、トナー供給用電極ローラ１０２に付
着させた。トナー供給用電極ローラ１０２に付着したト
ナーは、層規制弾性ブレード１０３によって層規制され
るが、この層規制弾性ブレードは従来の現像技術のそれ
と異なり、薄層にトナー層を規制することが目的でな
く、鏡像力で電極ローラに付着しているトナー以上の過
剰なトナーが運び出されることにより、こぼれが発生す
るのを防止するための、トナーシールの役割を果たすこ
とが目的であるので、層規制弾性ブレードの電極ローラ
への応圧は線圧で約５ｇ／ｃｍとした。トナー供給用電
極ローラ上でのトナーの帯電量は約−８Ｃ／ｇであっ
た。

【００２２】トナー供給用電極ローラ１０２には感光体
に対して−１０００Ｖの直流バイアス電圧を加えた。Ｌ
ＥＤアレイ１０９による露光は、図１においてトナー供
給用電極ローラ１０２と感光体ドラム１０１の最近接部
より３ｍｍ右側に行った。トナー回収用電極ローラ１０
７はその感光体ドラム１０１との最近接部が、トナー供
給用電極ローラ１０２の感光体ドラム１０１との最近接
部に対して、感光体ドラム円周上で２５ｍｍ図１におい
て右側になるように配置した。トナー回収用電極ローラ
１０７は感光体表面と約８０μｍの間隙をはさんで対抗
した直径１５ｍｍの電極ローラを用い、左回りに感光体
と等しい周速で回転させた。

【００２３】トナー回収用電極ローラには感光体に対し
て＋５００Ｖの直流バイアス電圧と最大振幅１０００
Ｖ、周波数１ｋＨｚの正弦波交流電圧を重畳して加え
た。トナー回収用電極ローラに回収されたトナーは、ス
クレーパ１０８によって掻き落し、再びトナーホッパ１
０５内部に戻した。

【００２４】このようにして、感光体ドラム１０１上に
形成されたトナー像は、転写帯電器１１１によって紙１
１０に転写した。紙に転写したトナー像は定着器１１２
によって溶融定着した。

【００２５】このようにして得た画像は、充分な濃度が
得られるだけでなく、非画像部の地かぶりや、画像部周
辺へのトナーの飛び散りの無い、極めて高解像度の高品
質画像が得られた。

【００２６】以上のように本実施例によれば、透明導電
性支持体上に形成された移動する感光体と、前記感光体
表面と所定の間隙を有した位置にトナー供給用電極ロー
ラと、前記感光体表面と所定の間隙を有した別の位置に
トナー回収用電極ローラと、透明導電性支持体の内側か
らの像露光が可能な露光手段と、を有し、前記トナー供
給用電極ローラ上に、帯電させたトナーを担持させ、前
記トナー供給用電極ローラに、トナーの帯電極性と同極
性の直流電圧を、前記感光体の透明導電性支持体に対し
て印加し、前記トナーを感光体上に飛翔させ、前記露光
手段によって像露光を行い、前記トナー回収用電極ロー
ラに、トナーの帯電極性と逆極性の直流成分を有する交
番電圧を、前記感光体の透明導電性支持体に対して印加
し、前記感光体上の画像部にトナーを残し、非画像部の
トナーを回収することにより、前記感光体上にトナー画
像を形成することによって、充分な画像濃度が得られる
だけでなく、非画像部の地かぶりや、画像部周辺へのト
ナーの飛び散りの無い、極めて高解像度の高品質画像が
得られる画像形成装置および画像形成方法を提供するも
のである。

【００２７】以下本発明の第２の実施例について説明す
る。第１の実施例の画像形成方法において、感光体ドラ
ムを回転させる周速を１００ｍｍ／ｓの代わりに、２０
０ｍｍ／ｓとした以外は、第１の実施例と同様にして画
像を形成した。

【００２８】このようにして得た画像は、充分な濃度が
得られるだけでなく、非画像部の地かぶりや、画像部周
辺へのトナーの飛び散りの無い、極めて高解像度の高品
質画像が得られた。

【００２９】以下本発明の第３の実施例について説明す
る。第１の実施例の画像形成方法において、感光体ドラ
ムを回転させる周速を１００ｍｍ／ｓの代わりに、３０
０ｍｍ／ｓとした以外は、第１の実施例と同様にして画
像を形成した。

【００３０】このようにして得た画像は、充分な濃度が
得られるだけでなく、非画像部の地かぶりや、画像部周
辺へのトナーの飛び散りの無い、極めて高解像度の高品
質画像が得られた。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、透明導電性支持
体上に形成された移動する感光体と、前記感光体表面と
所定の間隙を有した位置にトナー供給用電極ローラと、
前記感光体表面と所定の間隙を有した別の位置にトナー
回収用電極ローラと、透明導電性支持体の内側からの像
露光が可能な露光手段と、を有し、前記トナー供給用電
極ローラ上に、帯電させたトナーを担持させ、前記トナ
ー供給用電極ローラに、トナーの帯電極性と同極性の直
流電圧を、前記感光体の透明導電性支持体に対して印加
し、前記トナーを感光体上に飛翔させ、前記露光手段に
よって像露光を行い、前記トナー回収用電極ローラに、
トナーの帯電極性と逆極性の直流成分を有する交番電圧
を、前記感光体の透明導電性支持体に対して印加し、前
記感光体上の画像部にトナーを残し、非画像部のトナー
を回収することにより、前記感光体上にトナー画像を形
成することによって、充分な濃度が得られるだけでな
く、非画像部の地かぶりや、画像部周辺へのトナーの飛
び散りが無く、しかも、オゾン、窒素酸化物等の有害物
質を発生することがなく極めて高解像度の高品質画像
が、比較的小型の簡単な装置で高速に得られる画像形成
装置および画像形成方法とするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における画像形成装置の
構成図

【図２】従来の技術における電子写真方式の画像形成装
置の構成図

【符号の説明】

１０１ 感光体ドラム １０２ トナー供給用電極ローラ １０３ 層規制弾性ブレード １０４ トナー帯電用ファーブラシ １０５ トナーホッパー １０６ トナー撹拌パドル １０７ トナー回収用電極ローラ １０８ トナー掻き取りスクレーパ １０９ ＬＥＤアレイ １１０ 紙および紙搬送部 １１１ 転写部 １１２ 定着部 ２０１ 電子写真感光体ドラム ２０２ 主帯電部 ２０３ 像露光部 ２０４ トナー現像部 ２０５ 紙および紙搬送部 ２０６ 転写部 ２０７ 定着部 ２０８ トナークリーニング部 ２０９ 除電部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明導電性支持体上に形成された移動する
   感光体と、前記感光体表面と所定の間隙を有した位置に
   トナー供給用電極ローラと、前記感光体表面と所定の間
   隙を有した別の位置にトナー回収用電極ローラと、透明
   導電性支持体の内側からの像露光が可能な露光装置と、
   を具備し、 前記トナー供給用電極ローラに、少なくともローラ上に
   担持させたトナーの帯電極性と同極性の直流電圧を、前
   記感光体の透明導電性支持体に対して印加し、前記トナ
   ー回収用電極ローラに、トナーの帯電極性と逆極性の直
   流成分を有する交番電圧を、前記感光体の透明導電性支
   持体に対して印加したことを特徴とする画像形成装置 。
2. 【請求項２】透明導電性支持体上に形成された移動する
   感光体と、前記感光体表面と所定の間隙を有した位置に
   トナー供給用電極ローラと、前記感光体表面と所定の間
   隙を有した別の位置にトナー回収用電極ローラと、透明
   導電性支持体の内側からの像露光が可能な露光手段と、
   を有し、 前記トナー供給用電極ローラ上に、帯電させたトナーを
   担持させ、 前記トナー供給用電極ローラに、少なくともトナーの帯
   電極性と同極性の直流電圧を、前記感光体の透明導電性
   支持体に対して印加し、 前記トナーを感光体上に飛翔させ、前記露光手段によっ
   て像露光を行い、 前記トナー回収用電極ローラに、トナーの帯電極性と逆
   極性の直流成分を有する交番電圧を、前記感光体の透明
   導電性支持体に対して印加し、 前記感光体上の画像部にトナーを残し、非画像部のトナ
   ーを回収することにより、前記感光体上にトナー画像を
   形成することを特徴とする画像形成方法 。