JP3181005B2 - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JP3181005B2 JP17333594A JP17333594A JP3181005B2 JP 3181005 B2 JP3181005 B2 JP 3181005B2 JP 17333594 A JP17333594 A JP 17333594A JP 17333594 A JP17333594 A JP 17333594A JP 3181005 B2 JP3181005 B2 JP 3181005B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法を用いる画
像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】C.F.カールソンによる電子写真法の
発明(米国特許第2,297,691号明細書)以来、
この方法を基礎として各種の工夫が提案されている。カ
ールソン方式に代表される電子写真方式は現在広く用い
られており、感光体の均一帯電→選択露光による潜像の
形成→現像剤によるトナー像の形成→転写→定着を基本
プロセスとする。
【0003】従来、現像方式としてはキャリアとトナー
とを用いる2成分現像法、1成分ジャンピング現像法等
の現像方式が主流を占めており、本発明はこの2成分現
像方式を用いた画像形成方法に関する。
【0004】2成分現像方式においては、現像工程にお
いて感光体上に形成された静電潜像にトナーを付着さ
せ、一方、非現像領域にトナーを付着させないために、
トナー中に磁性粉体を添加してキャリアとの吸着力を高
めたり、感光体の表面電位と現像バイアス電圧の電位差
を200ボルト以上とする必要があった。また、帯電工
程においては、感光体表面電位として500ボルト以上
が必要であり、露光後の静電潜像との電位差としては4
00ボルト以上が必要であった。
【0005】このように従来技術においては、十分な表
面帯電電位および現像バイアス電圧が得られなければ、
画像かぶりや画像濃度不足という問題を生じやすかっ
た。このため、感光体として500ボルト以上の帯電能
を有する感光体が要求され、例えば、a−Si感光体の
場合は、膜耐圧が12V/μmであるため、上記の条件
を満たすためには感光体層は34μm以上の膜厚が必要
となる。また、有機感光体(OPC)の場合には20μ
m以上の膜厚が必要となる。
【0006】さらに、高帯電や大きなバイアス電圧を用
いる画像形成システムでは、装置の大型化を招き、省エ
ネの点でも好ましいものではない。一方、出願人は先
に、a−Si系感光体を用い、磁性樹脂キャリア、磁性
粉体キャリアおよび研磨性トーからなる現像剤を用いる
ことにより、現像剤の長寿命化が可能になることを提案
した(特開平5−323655号公報)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低い表面帯
電電位、現像バイアス電圧で、鮮明で高濃度の画像形成
が可能な画像形成装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、感光体を暗下に帯電させ、選択的画像露光により静
電潜像を形成し、感光体上に形成された静電潜像を、キ
ャリアとトナーとからなる2成分現像剤により現像する
電子写真方式を用いた画像形成装置において、層厚が2
5μm以下のa−Si系感光体層を有する感光体と、
(a)実質的に磁性体粒子そのものからなり、平均粒径
が35〜55μmの範囲にあり、粒径44μm以上のキ
ャリア粒子を35重量%以上含有する磁性粒子キャリア
と、(b)磁性体微粒子が結着剤樹脂中に分散されてな
り、平均粒径が50〜70μmの範囲にあり、粒径63
μm以上のキャリア粒子を45重量%以上含有する磁性
樹脂キャリアとを、(a):(b)=90〜70:10
〜30の比率で混合した複合キャリアと、前記感光体を
400ボルト以下に帯電せしめる帯電手段と、高電位部
と低電位部との電位差が350ボルト以下の静電潜像を
形成する潜像形成手段と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
【実施例】本発明では、感光体として、a−Si(アモ
ルファス・シリコン)系感光体を用いる。a−Si系感
光体は、アルミニウム等の導電性基体上に、a−Si系
感光体層を設けたものであり、一般に感光体層上にさら
に耐摩耗性等の改善などを目的として表面層が設けられ
る。
【0010】a−Si系感光体層は、グロー放電分解
法、スパッタ法などにより形成され、その形成にあたっ
てダングリングボンド終端用の元素、例えば水素やハロ
ゲンを5〜40重量%含有させるのがよい。一般に、感
光体層は、a−Si:Hからなる光導電体から形成さ
れ、現像バイアスが正の場合には電子の移動度を高める
ためにノンドープまたはVa族元素を含有させ、一方、
現像バイアスが負の場合には正孔の移動度を高めるため
にIIIa族元素を含有させるのが好ましい。また、必要に
応じて暗導電率や光導電率等の電気的特性、光学的バン
ドギャップ等について所望の特性を得るために、C,
O,N等の元素を含有させてもよい。
【0011】a−Si系感光体層の層厚は25μm以
下、好ましくは2〜25μm、さらに好ましくは8〜2
5μmとする。この層厚が25μmを超えると、低帯電
量および低現像バイアス電圧での現像(以下、低電界現
像と呼ぶ)が困難となり、また、感光体の生産時間が掛
かり、コストがかかりすぎる。一方、8μm未満となる
と適度の帯電電位が得られない。
【0012】表面層は、a−Si,a−SiO,a−S
iN,a−SiON,a−SiCON等のa−Si系の
無機高抵抗もしくは絶縁材料、ポリエチレンテレフタレ
ート、パリレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリイミド、
ポリフッ化エチレンプロピレン等の有機絶縁材料を用い
るのがよく、特に高抵抗のs−SiC層を用いると、絶
縁耐圧、耐摩耗性、耐環境性等の特性が高められる。表
面層の厚さは0.05〜5μmが好適であり、好ましく
は0.1〜3μmとする。
【0013】本発明では、現像剤としてキャリアとトナ
ーとが混合された2成分系現像剤を用いる。本発明で
は、キャリアとして実質的に磁性体粒子そのものからな
る磁性粒子キャリアが用いられる。磁性粒子キャリアと
しては、フェライト、鉄、マグネタイト等の磁性粉体が
用いられ、好ましくはフェライトが用いられる。磁性粒
子キャリアは、そのままノンコートキャリアとして用い
てもよく、また、樹脂でコーティングしてコートキャリ
アとして用いることもできる。
【0014】磁性粒子キャリアは平均粒径が35〜60
μm、好ましくは35〜55μmの範囲にあり、粒径4
4μm以上のキャリア粒子が35重量%以上、好ましく
は50重量%以上を占めることが必要である。平均粒径
を35〜55μmと小さく設定することにより低電界現
像を可能とし、しかも、相対的にキャリア表面積が増加
するため、多くのトナーを感光体上に搬送することがで
き、低電界現像でも高い画像濃度が得られる。さらに、
粒径44μm以上のキャリアの量を35%以上とするこ
とにより、現像時にキャリアが感光体上に移行する現象
(以下、キャリア引きと呼ぶ)を防止することができ
る。
【0015】さらに、本発明では、上記の磁性粒子キャ
リアとともに、磁性樹脂キャリアを混合併用してもよ
い。このような複合(2成分)キャリアとすることによ
り高温高湿時にもトナーに対して安定して帯電を付与す
ることができ、環境安定性が向上する。
【0016】磁性樹脂キャリアは、マグネタイト、フェ
ライト等の磁性体微粒子を合成樹脂中に分散、担持せし
めたものであり、例えば、磁性体微粒子と溶融合成樹脂
とを混合し、冷却後に粉砕することにより得られる。合
成樹脂としては、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系
樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の熱可
塑性樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂などが用い
られる。
【0017】磁性樹脂キャリアは、平均粒径が50〜7
0μm範囲が好適であり、特に、63μm以上のキャリ
ア粒子を45重量%以上含むことが好ましい。トナーと
しては、磁性トナーでも非磁性トナーでもよくも、従来
公知のものが用いられるが、好ましくは研磨性トナーを
用いる。研磨性トナーは、トナー粒子の表面に研磨剤微
粒子を固着したものであり、特開昭5−323655号
公報に詳記されている。トナーはバインダー樹脂に着色
剤、電荷制御剤、オフセット防止剤などを配合すること
により得ることができ、これに硬度が大きな微粒子、例
えばアルミナ、ジルコニアなどの研磨材微粒子を固着す
ることにより研磨性トナーを製造することができる。
【0018】研磨性トナーを用いると、現像剤の撹拌・
混合時に研磨性トナーが磁性粒子キャリアの表面を研磨
し、キャリア表面に融着したスペント物を除去する。し
たがって、スペントは一定以上、堆積、成長することが
なく、長期間にわたって安定した画像品質が得られる。
また、a−Si感光体表面の汚れも研磨、清浄化し、像
流れ等の画像品質の劣化を防止する。
【0019】本発明の現像剤において磁性樹脂キャリア
を併用する場合は、重量比で、磁性樹脂キャリア:磁性
粒子キャリア=10〜30:90〜70の比率で配合す
ることが望ましい。磁性樹脂キャリアの使用比率が少な
すぎると、高温高湿条件で、トナーに対する帯電付与能
力が不足し、一方、磁性樹脂キャリアが多くなりすぎる
と、画像濃度が低下する。
【0020】また、トナーは、キャリア100重量部に
対して5〜9重量部配合することが好ましい。トナー量
が多くなすぎると、高温高湿条件下でカブリが発生し、
一方、トナー量が少なすぎると画像濃度が低下する。
【0021】図1は、本発明の画像形成装置の実施例に
ついて示す説明図である。導電性支持体13上にa−S
i系感光体層15が形成されたドラム状の感光体11の
周囲には、帯電ユニット21、露光ユニット(LED露
光光学系41)、現像ユニット51、転写ユニット7
1、定着ユニット81が配設されている。なお、感光体
11の表面a−SiC層は図示を省略してある。
【0022】感光体11は、まず、帯電ユニット21で
暗下に帯電させられる。帯電ユニット21は、マグロー
ラ25を内包し導電性の帯電スリーブ27を有する磁気
ブラシローラ23と、導電性かつ磁性の帯電用粒子29
と、帯電バイアス電源31とから構成されている。帯電
用粒子29は、帯電スリーブ27を介して帯電バイアス
電源31から電圧が印加され、感光体11に接触して感
光体11に電荷を注入し帯電させる導電部材であり、磁
気ブラシローラ23に対して磁気的に結合していわゆる
磁気ブラシを形成し、磁気ブラシローラ23の回転に伴
なって感光体11と接触しながら回転する。
【0023】感光体11の表面帯電電位は、400V以
下とし、さらに好ましくは300V以下とする。本発明
の画像形成方法は、表面帯電電位の低電位化を特徴とす
るものであり、必要最低表面電位は、画像形成可能であ
れば特に問わないが、一般に30V以上であり、好まし
くは100V以上である。なお、本発明での電位の大き
さは絶対値であり、正・負は適宜決定される。
【0024】図1の実施例では、帯電ユニット11にお
いて磁性導電性粒子を用いる接触帯電装置を用いる場合
を示したが、導電ブラシや導電ローラなどを用いる他の
接触帯電装置や、コロトロンチャージャーやスコロトロ
ンチャージャーを用いるコロナ帯電装置などを使用する
こともできる。必要な帯電量が少なくてすむので、接触
帯電が容易であり、また、接触帯電、コロナ帯電いずれ
の場合でも装置の小型化、低消費電力化が可能となる。
さらに、コロナ帯電を用いた場合でも、オゾンの生成量
は従来と比べて著しく低減する。
【0025】表面が均一帯電された感光体11は、つい
でLED露光光学系41により画像露光がなされる。画
像露光により、露光部の表面電位が選択的に低下し、低
電位部と高電位部とからなる静電潜像が形成される。
【0026】低電位部と高電位部との電位差は、350
V以下でよく、好ましくは250V以下とする。上述の
ように本発明の画像形成の特徴は低帯電電位、すなわち
コントラスト電位が小さくてもよいことを特徴とするも
のであり、その下限は画像形成が可能な範囲で特に問わ
ないが、一般には30V以上であり、好ましくは100
V以上である。
【0027】このように、露光により低下せしめる電位
量が少なくてすむので、露光光量を低くすることがで
き、露光装置の選択の自由度、小型化・省エネルギー化
が可能となる。
【0028】なお、図1に示した実施例ではプリンター
としての使用を念頭におき、LED露光光学系61によ
り、将来の画像部に相当する部位の電位を低下させてい
る。LED露光光学系61はLEDチップを記録画素の
数だけ直線状に配列したLEDアレイにセルフォックレ
ンズ等からなる結像光学系を組み合わせたものである
が、LED露光光学系に代えて、回転ミラーとf−θレ
ンズを用いるレーザ露光光学系、あるいは複写機へ応用
する場合はオリジナル原稿から反射光を照射する複写光
学系などを用いることができる。
【0029】静電潜像が形成された感光体11は、つい
で、現像ユニット51により現像される。現像ユニット
51は、現像ローラ53により現像剤91を感光体11
の表面に供給する。現像ローラ53の導電性の現像スリ
ーブ57には、感光体11と現像ローラ53との間に現
像バイアス電圧を印加する現像バイアス電源59が接続
されている。現像ローラ53は、いくつかの磁極(N,
S極)を有するマグローラ55を導電性の現像スリーブ
57が内包してなる。本実施例では、感光体11および
現像ローラ53をそれぞれ矢印PおよびS方向に回転し
て(順方向)、現像剤91を感光体11の表面に搬送、供
給している。なお、現像ローラ53は、マグローラ5
5、現像スリーブ57のいずれ、あるいは双方を回転さ
せてもよい。
【0030】現像に際しては、現像バイアス電源59か
らバイアス電圧を印加して、現像ローラ53と感光体1
1との間に現像バイアス電界を発生せしめる。この現像
バイアス電圧(現像スリーブ57の電位)は、350V以
下とすることが好ましく、より好ましくは250V以下
とする。現像により、現像剤91中のトナーが、感光体
の静電潜像に対して選択的に付着し、感光体11上にト
ナーからなる画像が形成される。
【0031】本発明では、a−Si系感光体層として層
厚25μm以下のものを用い、また、比較的粒径の小さ
い磁性粒子キャリアを用いることにより、キャリアの体
積固有抵抗が大きい場合でも低バイアス電圧で現像する
ことができ、キャリアの選択の自由度が増加する。
【0032】現像ユニット51により、感光体11上に
形成されたトナー93からなる可視画像は、転写ユニッ
ト73で、転写バイアス電源75により負のバイアス電
圧が印加された転写ローラ73により、紙95に転写さ
れる。69は、紙95を送り出すレジストローラを示
す。
【0033】ついで、転写トナーは、定着ユニット81
で定着ローラ83(加熱ローラ)により紙95に定着さ
れる。85は、加圧ローラを示す。転写時に転写されず
に感光体11上に残った残存トナーは、クリーニングブ
レード99で除かれる。以上の説明では主として、感光
体11を正帯電させ2成分現像剤を用い反転現像により
画像形成する場合を説明したが、本発明はこれに限定さ
れず正規現像法等の他の現像プロセスに適用することも
できる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、層厚が25μm以下の
a−Si系感光体層を有する感光体を用いて静電潜像を
形成し、特定粒径・粒度分布の磁性粒子キャリアを含む
現像剤により現像することにより、低い帯電電位、か
つ、小さな現像バイアス電圧で、高濃度の鮮明な画像を
形成ができる。
【0035】
【実験例】
実験例1 24℃−50%RHの常温−常湿条件で画像形成を行な
った。感光体としては、膜厚20μmのa−Si系感光
体層を有するドラム状感光体を用い、帯電器により24
0ボルトに一様に帯電させた。ついで、画像露光により
黒ベタの潜像を形成し、これを現像剤で現像バイアス電
圧210ボルトで現像し、普通紙に転写、定着して黒ベ
タ画像を形成し、画像濃度を測定し、合せてカブリの発
生を評価した。
【0036】このとき、現像剤としては、表1に示した
各種粒径および粒度分布のフェライトキャリア(パウダ
ーテック(株)F304)と、研磨剤としてアルミナを
固着させた研磨性トナー(平均粒径7μm)との混合物
を用い、評価結果を表1に示した。トナーは、キャリア
100重量部に対して7重量部混合した。画像濃度は、
1.4以上が合格レベルである。
【0037】また、環境温度を35℃−80%RHの高
温高湿条件に変更して、上記と同じ画像形成を繰り返し
たところ、カブリが発生した。さらに、磁性樹脂キャリ
アとして戸田工業(株)製のMRC−8264を添加
し、磁性粒子キャリア:磁性樹脂キャリア=80:20
(重量比)の混合キャリア系としたところ、カブリが発
生せず、実験No.1,2では画像濃度も1.40以上
の値が得られた。
【0038】
【表1】 表1:評価結果 実験No. 1 2 3 4 使用キャリア 平均粒径(μm) 45 55 60 80 44μm以上*1(wt%) 50 62 76 85 評価結果 画像濃度 1.45 1.42 1.37 1.25 カブリ*2 ○ ○ ○ ○ 判定 ○ ○ △ × *1) 44μm以上のキャリア粒子が占める割合 *2) ○:カブリ発生せず、×:カブリが発生
【0039】実験例2 表2に示した平均粒径および粒度分布のフェライトキャ
リア80重量部と、平均粒径60μmで63μm以上の
粒子を45%含む磁性樹脂キャリア20重量部とを混合
して混合キャリアとし、このキャリアに研磨性トナーを
7重量部配合して現像剤を調製した。
【0040】種々のドラム膜厚(a−Si系感光体層の
厚さ)の感光体を用意し、1.40以上の画像濃度が得
られ、かつ、カブリの発生しない条件設定を実験により
得、その結果を表2に示した。
【0041】実験No.1,2のようにドラム膜厚を2
5μm以下とすることにより、低帯電、低バイアス電圧
で画像が形成されることが判る。実験No4〜7では、
フェライトキャリアに比べて比重の小さい樹脂キャリア
が文字やラインにトナーと共に現像され、キャリア引き
となった。
【0042】
【表2】 表2: 実験No. 1 2 3 4 5 6 使用キャリア 平均粒径(μm) 45 55 80 45 55 60 44μm以上*1(wt%) 50 62 85 50 62 76 ドラム膜厚(μm) 25 25 35 39 39 39 表面電位設定(V) 300 300 470 470 470 470 現像バイアスVb(V) 210 210 380 380 380 380 キャリア引き ○ ○ × × × × 画像評価*2 ○ ○ × × × × *1) 44μm以上のキャリア粒子が占める割合 *2) ○:問題なし ×:画像として問題あり
【0043】実験例3 35℃−80%RHの高温−高湿条件で画像形成を行な
った。感光体としては、膜厚25μmのa−Si系感光
体層を有するドラム状感光体を用い、帯電器により30
0ボルトに一様に帯電させた。ついで、画像露光により
黒ベタの潜像を形成し、これを現像剤で現像バイアス電
圧210ボルトで現像し、普通紙に転写、定着して黒ベ
タ画像を形成し、画像濃度を測定し、合せてカブリの発
生を評価した。
【0044】このとき、現像剤としては、表1に示した
割合のフェライトキャリアと、樹脂キャリアと、研磨性
トナー(平均粒径7μm)との混合物を用い、評価結果
を表3に示した。ここで、フェライトキャリアとして
は、平均粒径45μm、44μm以上のキャリア粒子を
50重量%含むものを用いた。また、樹脂キャリアとし
ては、平均粒径60μm、63μm以上の粒子を45重
量%含むものを用いた。
【0045】
【表3】 表3: 実験No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 重合比率(重量比) トナー 3 5 7 9 11 7 7 7 7 7 磁性キャリア 80 80 80 80 80 60 70 80 90 100 樹脂キャリア 20 20 20 20 20 40 30 20 10 0 画像濃度 1.33 1.40 1.44 1.44 1.44 1.30 1.40 1.44 1.44 1.44 カブリ*1 ○ ○ ○ ○ × ○ ○ ○ △ × 判定 × ○ ○ ○ × × ○ ○ △ × *1) ○:カブリ発生せず、△:目立たないがカブリ白地にカブリ発生 ×:カブリが発生
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の画像形成方法のに用いる装置
の実施を示す説明図である。
【符号の説明】
11 感光体 13 導電性支持体 15 感光体層 21 帯電ユニット 23 磁気ブラシローラ 25 帯電用マグローラ 27 帯電スリーブ 29 帯電用粒子 31 帯電バイアス電源 41 LED露光光学系 51 現像ユニット 53 現像ローラ 55 現像マグローラ 57 現像スリーブ 59 現像バイアス電源 71 転写ユニット 73 転写ローラ 77 転写バイアス電源 81 定着ユニット 83 定着ローラ 85 加圧ローラ 91 現像剤 93 トナー 95 紙 99 クリーニングブレード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G03G 9/10 311 321 (56)参考文献 特開 昭61−38953(JP,A) 特開 昭61−107257(JP,A) 特開 昭61−107259(JP,A) 特開 昭61−130959(JP,A) 特開 昭60−220364(JP,A) 特開 昭60−229033(JP,A) 特開 平5−323655(JP,A) 特開 平5−323656(JP,A) 特開 平5−323674(JP,A) 特開 平6−51628(JP,A) 特開 平6−51633(JP,A) 特開 平6−67472(JP,A) 特開 昭59−192262(JP,A) 特開 平6−175410(JP,A) 特開 平3−261961(JP,A) 特開 平3−276167(JP,A) 特開 平2−207275(JP,A) 特開 平3−172858(JP,A) 特開 昭62−217254(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 9/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光体を暗下に帯電させ、選択的画像露
    光により静電潜像を形成し、感光体上に形成された静電
    潜像を、キャリアとトナーとからなる2成分現像剤によ
    り現像する電子写真方式を用い画像形成装置におい
    て、 層厚が25μm以下のa−Si系感光体層を有する感光
    (a) 実質的に磁性体粒子そのものからなり、平均粒径
    が35〜55μmの範囲にあり、粒径44μm以上のキ
    ャリア粒子を35重量%以上含有する磁性粒子キャリア
    と、(b)磁性体微粒子が結着剤樹脂中に分散されてな
    り、平均粒径が50〜70μmの範囲にあり、粒径63
    μm以上のキャリア粒子を45重量%以上含有する磁性
    樹脂キャリアとを、(a):(b)=90〜70:10
    〜30の比率で混合した複合キャリアと、 前記感光体を400ボルト以下に帯電せしめる帯電手段
    と、 高電位部と低電位部との電位差が350ボルト以下の静
    電潜像を形成する潜像形成手段と、 を備えた ことを特徴とする画像形成装置
  2. 【請求項2】 トナーとして、表面に研磨材微粒子が固
    着された研磨性トナーを用いる請求項1に記載の画像形
    装置
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