JP3238089B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
電記録方式等によって像担持体上に形成された静電潜像
を現像して可視画像を形成する複写機、プリンタ、記録
画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関する
ものである。
ての乾式現像剤を担持し、静電潜像を担持した像担持体
の表面近傍にこの現像剤を搬送供給し、そして像担持体
と現像剤担持体の間に交互(交番)電界を印加しながら
静電潜像を現像して顕像化する方法が良く知られてい
る。
ーブが用いられる場合が多いので以下の説明では「現像
スリーブ」といい、又、像担持体は、一般に感光体ドラ
ムが用いられる場合が多いので、以下の説明では「感光
体ドラム」ということにする。
成分系組成(キャリア粒子とトナー粒子)からなる現像
剤(2成分現像剤)により、内部に磁石を配置した現像
スリーブの表面に磁気ブラシを形成させ、微小な現像間
隙を保持して対向させた感光体ドラムにこの磁気ブラシ
を摺擦または近接させ、そして現像スリーブと感光体ド
ラム間(S−D間)に連続的に交互電界を印加すること
によってトナー粒子の現像スリーブ側から感光体ドラム
側への転位及び逆転位を繰り返し行なわせて現像を行な
う、所謂磁気ブラシ現像法が知られている。(例えば、
特開昭55−32060号公報、特開昭59−1650
82号公報参照)
した2成分現像剤を用いた非接触方式の交互電界現像法
も知られている。(例えば特開昭56−14268号公
報、特開昭58−68051号公報、特開昭56−44
452号公報、特開昭59−181362号公報、特開
昭60−176069号公報)
の向上を目的として、トナーとして重合法で生成し、そ
の形状がほぼ球形のものが開発されている。
光体ドラムとの離型性が良く、その結果高い転写効率が
得られ、特に高濃度の大面積画像が高品位となる反面、
現像面では、特にハイライト、ハーフトーンのように付
着トナー量が少ない領域で、一度感光体についたトナー
が離れ易いという現象が目立ち、その結果、画像階調性
が悪化する場合があり、特に2成分現像で磁気ブラシが
感光体に接触する系では顕著である。
方向を感光体ドラムとの対向部において、感光体ドラム
回転方向と逆方向にする所謂カウンター現像方式によっ
て解決できる。
スリーブ上の磁気ブラシとの相対速度差が、従来の順方
向現像方式よりも大きくなるので、単位時間当たりのト
ナー供給量が上がり現像効率がアップするため、低コン
トラスト領域であるハイライト、ハーフトーンの画像濃
度が確保され、階調性が向上するのである。
度部が連続する場合に高濃度部の後端が更に濃くなるハ
キヨセ現象も、カウンター現像方式で防止できることは
周知の事実である。尚、ハキヨセ現象は、高帯電量トナ
ーが高濃度画像部の現像領域に入っていけずに感光体ド
ラム近傍に滞留するために発生すると考えられている。
ナーを用いて高転写性を保ちながら、2成分カウンター
現像を行なうことにより低濃度でも階調性を上げること
ができるが、現像スリーブ上の磁気ブラシの設定条件に
よっては、以下のような問題が発生する。
上の磁気ブラシの単位面積当たりの重量を多くした場合
やトナー飛散を低減させるために現像スリーブ上磁気ブ
ラシのトナー濃度(以下、T/D比と称す)を下げた場
合などに、感光体ドラムに対する磁気ブラシの摺擦力が
過剰になり、感光体ドラム上の現像後、トナー層(特に
ハイライト、ハーフトーン部)を掻き取ってしまう所謂
ハキメムラという画像劣化が発生する。この現象もやは
り、従来の粉砕系トナーに比べ、重合トナーを用いた場
合の方が顕著であった。
いた2成分磁気ブラシACバイアス印加接触カウンター
現像において、ハキメムラの発生を防止できる画像形成
装置を提供することである。
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
帯電された像担持体表面を露光することにより画像信号
に対応した部分の電荷を消去して静電潜像を形成する画
像露光手段と、重合法により生成された非磁性トナーと
磁性キャリアを含む現像剤を担持搬送する現像剤担持体
であって、前記像担持体との対向部において前記像担持
体とは逆方向に回転する現像剤担持体と、前記現像剤担
持体内部に固定配置される複数の磁界発生手段と、前記
像担持体上の静電潜像を前記現像剤担持体上に形成され
た磁気ブラシにより現像するとき、前記現像剤担持体に
現像バイアスを印加するバイアス印加手段と、を有する
画像形成装置において、前記画像露光手段は多値のデジ
タル画像信号を2値化処理して得られた2値のデジタル
画像信号に対応した光を前記像担持体に照射し、前記バ
イアス印加手段は、トナーに前記像担持体から前記現像
剤担持体に向かう方向の力を与える電圧V1をT1時間
印加する工程と、トナーに前記現像剤担持体から前記像
担持体に向かう力を与える電圧V2をT2時間印加する
工程とを交互に複数回繰り返し、前記現像剤担持体から
前記像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、
前記静電潜像の画像部の電圧をVL、非画像部の電圧を
VDとしたときに、前記VLと前記VDとの間の電圧V
3をT3時間印加し、トナー1個の質量をm、トナー1
個の電荷量をQ、前記像担持体と前記現像剤担持体との
間の距離をd、前記像担持体と前記現像剤担持体との間
をトナーが飛翔する領域の前記像担持体の周方向の幅を
Lnip、前記像担持体の周速をS、前記V1と前記V2
の印加を交互に繰り返す回数をnとすると、
状係数のSF−1が100〜140、SF−2が100
〜120の範囲であることが好ましい。
を図面に則して更に詳しく説明する。
例1について、図1〜図7を参照して説明する。
の全体的構成について説明する。この画像形成装置は矢
印方向に回転する感光体ドラム3を備え、その周囲には
帯電器4、現像器1M、1C、1Y、1BKを備えた回
転式現像装置1、転写帯電器10、クリーニング手段1
2、及び感光体ドラム3の図中上方に配置したLED露
光手段(LEDアレイ)LE等からなる画像形成手段か
ら構成されている。
ナー粒子とキャリア粒子を含有する2成分現像剤を感光
体ドラム3に供給する。現像器1Mの現像剤はマゼンタ
トナーを、現像器1Cの現像剤はシアントナーを、現像
器1Yの現像剤はイエロートナーを、現像器1BKの現
像剤はブラックトナーを含有する。
取り装置は、原稿のマゼンタ画像情報、シアン画像情
報、イエロー画像情報、及び白黒画像情報に対応する画
像信号を出力する。LED露光手段LEは、これらの画
像信号に対応して例えば、発光ON−OFFを制御さ
れ、露光を行なう。なお、電子計算機からの出力信号も
プリントアウトすることができる。
は、まず感光体ドラム1が、帯電器4によって一様に帯
電される。次にマゼンタ画像信号により制御されたLE
DアレイELにより露光が行なわれ、感光体ドラム3上
に静電潜像が形成され、現像位置に定置されたマゼンタ
現像器1Mによってこの静電潜像は反転現像される。
紙ガイド5a、給紙ローラ6、給紙ガイド5bを経由し
て進行した紙などの転写材は、転写ドラム9のグリッパ
7により把持され、当接用ローラ8とその対向極によっ
て静電的に転写ドラム9に巻き付けられる。転写ドラム
9は感光体ドラム3と同期して図示矢印方向に回転して
おり、マゼンタ現像器1Mで現像されたマゼンタ画像
は、転写部において転写帯電器10によって転写材に転
写される。転写ドラム9はそのまま、回転を継続し、次
の色(図2においてはシアン)の画像の転写に備える。
り除電され、クリーニング手段12によってクリーニン
グされ、再び帯電器4によって帯電され、次のシアン画
像信号により制御されたLEDアレイELにより前記の
ような露光を受け、静電潜像が形成される。この間に現
像装置1は回転して、シアン現像器1Cが所定の現像位
置に定置されていて、シアンに対応する静電潜像の反転
現像を行ない、シアン画像を形成する。 続いて、以上
の工程を、それぞれイエロー画像信号、及び白黒画像信
号に対して行ない、4色分画像(トナー像)の転写が終
了すると、転写材は帯電器13、14により除電され、
グリッパ7を解除するとともに、分離爪15によって転
写ドラム9から分離され、搬送ベルト16で定着器(熱
ローラ定着器)17に送られる。定着器17は転写材上
に重なっている4色の画像を定着する。こうして一連の
フルカラーの画像形成シーケンスが終了し、所要のフル
カラー画像が形成される。
る。尚、各現像器は同一の構成を備えているので、現像
器1Mについてのみ説明を行なう。
部は隔壁19によって現像室R1 と撹拌室R2 に区画さ
れ、撹拌室R2 の上方にはトナー貯蔵室R3 があり、中
には補給用トナー20が収容されている。トナー貯蔵室
R3 下部にある補給口21からは、現像で消費されたト
ナーに見合った量のトナーが撹拌室R2 内に落下補給さ
れる。一方、現像室R1 、及び撹拌室R2 内には、上記
トナー粒子とフェライト等の磁性キャリアが混合された
現像剤22が収容されている。
3が収容されており、回転駆動により現像剤を現像スリ
ーブ25の長手方向に沿って搬送する。又、撹拌室R2
には搬送スクリュー24が収容されている。スクリュー
24による現像剤搬送方向はスクリュー23によるそれ
とは反対方向である。
れており、スクリュー23で搬送された現像剤がこの開
口の1つからスクリュー24に受け渡され、スクリュー
24で搬送された現像剤が、上記の開口の他の1つから
スクリュー23に受け渡される。
部位には開口部が設けられ、この開口部にアルミニウム
や非磁性ステンレス鋼等の材質であり、その表面に適度
な凹凸を有する非磁性現像スリーブ25が設けられてい
る。現像スリーブ25には、バイアス電源27が接続さ
れている。
Vbで回転し、現像容器18の開口部下端にある層厚規
制ブレード28にて適正な現像剤層厚に規制された後、
該現像剤を現像領域26に担持搬送する。
気ブラシは現像領域26で、矢印a方向に周速度Vaで
回転する感光体ドラム3に接触し、静電潜像はこの現像
領域26で現像される。現像スリーブ25の周速度Vb
は感光体ドラム周速比130〜200%が望ましく、1
50〜180%なら更によい。上記の範囲以下では十分
な画像濃度が得られず、またそれ以上では現像剤の飛散
が生じる。
が固定配置されている。この磁石29は、現像領域26
に対向する現像磁極S1を有している。現像磁極S1
が、現像領域26に形成する現像磁界により現像剤の磁
気ブラシが形成され、この磁気ブラシが感光体ドラム3
に接触して静電潜像を現像する。その際、磁気ブラシに
付着しているトナーと、スリーブ表面に付着しているト
ナーも、静電潜像の画像領域に転移して現像する。
1の他にN1、N2、N3、S2極を有している。斯か
る構成により、従来と同様に、現像スリーブ25の回転
によりN3極及びS2極にて塗布された現像剤は層厚規
制ブレード28を通過して現像磁極S1に至り、その磁
界中に穂立ちした現像剤が感光体ドラム3上の静電潜像
を現像する。その後、N2極、N3極間の反発磁界によ
り現像スリーブ25上の現像剤は、撹拌室R1 内へ落下
する。撹拌室R1 内に落下した現像剤はスクリュー2
3、24により撹拌搬送される。なお、現像容器18の
磁極構成は本実施例にとどまらず、例えば反発磁極の片
方を層厚規制ブレード28の対向近傍に配置した構成で
も構わない。
て説明する。
ように高転写効率を実現可能な重合トナーを使用してい
る。本実施例においては、重合法のモノマーに着色剤及
び加電制御剤を添加したモノマー組成物を水系の媒体中
で懸濁し重合させることで球形状のトナー粒子を得た。
尚、生成法は上記手法に限るものではなく、乳化重合法
等で生成しても構わず、また他の添加物が入っていても
構わない。
F−1が100〜140、SF−2が100〜120で
あるものが好ましい。
立製作所FE−SEM(S−800)を用い、トナーを
100個無作為にサンプリングし、その画像情報はイン
ターフェースを介してニコレ社製画像解析装置(Lus
ex3)に導入し解析を行ない、下式より算出し得られ
た値を、本実施例においては、形状係数SF−1、SF
−2と定義した。
A]×(π/4)×100 SF−2=[(PERI)2 /AREA]×(1/4
π)×100 (AREA:トナー投影面積、MXLNG:絶対最大
長、PERI:周長) SF−1は、球形度合いを示し、より大きいと球形から
徐々に不定形となる。SF−2は凹凸度合いを示し、よ
り大きいと表面積の凹凸が顕著になる。
述する。
記したハキメムラという問題点は、感光体上への画像露
光手段として、デジタル画像階調再現法を、任意の画素
毎の画像信号値の大きさに比例して露光手段の発光時間
を制御する方式(以下PWM方式と称する)にした場合
や、アナログ画像露光にした場合に顕著に発生すること
がわかった。
WM方式におけるハイライト、ハーフトーン領域は、静
電潜像の電位コントラストが小さく、また1ドット当た
りの付着トナー量が少ないため、現像の磁気ブラシが摺
擦したときに、剥ぎ取られたムラが見え易くなること、
また上記領域のような低コントラスト領域においては、
現像バイアスによる交互電界のドラムからの剥ぎ取り電
界成分が、ベタ部のような高コントラスト領域よりも大
きくなることで、静電気的にも剥ぎ取られ易いためであ
る。
手段として、例えば、LEDアレイを用い、2値のデジ
タル画像信号に対応した2値の露光を行なっている。そ
の結果、図3に示すように1画素ごとの電位コントラス
トが、ハイライト、ハーフトーン領域とベタ領域で同レ
ベルになるため、ハイライト・ハーフトーン領域の1画
素当たりのトナー量は多くなり、2成分カウンター現像
でも剥ぎ取られムラが目立たなくなる。また現像バイア
ス交流分と潜像電位で形成される剥ぎ取られ電界成分
が、PWM系に比較して小さくなるため、静電気的に剥
ぎ取られにくくなる。
ル画像信号を2値のデジタル画像信号に変換する2値化
装置を加えれば画像信号が多値であっても、上記した効
果が得られる。特に誤差拡散方式の2値化を行なえば、
多値の画像信号の階調を損なうことなく、2値の画像形
成が行なえるので、高品位、高階調な画像を得ることが
可能となる。
する。
3から現像スリーブ25に向かう方向の力を与える電圧
をある時間印加する工程と、現像スリーブ25から感光
体ドラム3に向かう力をあたえる電圧をある時間印加す
る工程とを交互に複数回繰り返す交流バイアスと、その
交流バイアスの、現像スリーブ25から感光体ドラム3
に向かう力を与える電圧を印加した後に、感光体ドラム
上画像部電位と非画像部電位の間の直流電圧を現像スリ
ーブ25に一定時間印加し、これら交流バイアスと直流
バイアスの組合せサイクルを繰り返すものである。
像領域にだけトナーを飛翔させる直流バイアス(以下、
ブランクバイアスと称する)を印加した後、ドラム近傍
でトナーを振動させる交流バイアスを印加するため、画
像部においては、あたかも現像剤のT/D比が高まった
ようになり、その結果ハーフトーン領域に対して十分な
トナーを均一に供給できる。一方、非画像部において
は、現像剤はドラム近傍では振動せず、ゆっくりと現像
スリーブ側に引き戻されるためカブリも増加しない。
イアスの時間や交流バイアスの設定範囲等について、ト
ナーの動きをもとに説明する。
像中はキャリアが感光体ドラム3との間に穂を形成し、
半分以上の空間はトナーが自由に往復できる状態になっ
ており、以下の説明においても、キャリアの存在を無視
した形で説明する。また、過去の多くの実験において
も、キャリアの存在を無視して考えても問題がないこと
が分かっている。
像における非画像部の電位をVD、画像部の電位をVL
とする。また、感光体ドラム3から現像スリーブ25へ
とトナーを飛翔させるために現像スリーブ25に印加す
る電圧(以下、戻しバイアス)をV1、スリーブ25か
らドラム3へとトナーを飛翔させるためにスリーブ25
に印加する電圧(以下、送りバイアス)をV2、ブラン
クバイアスをV3、各々のバイアスを印加する時間を順
にT1、T2、T3とする。ここで、現像剤としてネガ
トナーを用いて反転現像する場合はV2<VD<V3<
VL<V1となっており、ポジトナーではその逆になっ
ている。本バイアスでは、ブランクバイアスでドラム上
にに飛翔させたトナーをドラム近傍で振動させるため、
戻しバイアスV1を印加する時間T1は、ドラム上トナ
ーがスリーブに戻る最短時間よりも短くすればよい。ト
ナー1個当たりの電荷をQ、トナー1個当たりの質量を
m、ドラムとスリーブのギャップをdとするとT1は
2は、戻しバイアスV1によりドラムから離れた画像部
のトナーがドラムに戻るために必要な時間より長くなけ
ればならない。戻しバイアスV1により画像部トナーは
ドラムから、
小の時間をT2min とすると、
送りバイアスを複数回印加することにより、ドラム上の
トナーはスリーブへ戻ってしまい、十分な濃度の得られ
ないハキメムラがある画像となってしまう。
の非画像部まで飛翔してしまう時間T、すなわち、
T2は
は、送りバイアスV2によりスリーブからドラムの非画
像部へ飛翔し始めたトナーをスリーブに引き戻すために
必要な時間以上でなければならないため
1点が現像ニップ部を通過する間に戻し、送りバイアス
の交番電界とブランクバイアスの印加する回数が8回以
下の場合、ハーフトーン部にざらつきが生じた。よっ
て、T3は
ipは現像ニップ幅、Sはドラム周速、nは戻しバイア
スと送りバイアスを繰り返す回数である。
傍でトナーが片寄って振動し、ハイライト・ハーフトー
ン濃度領域への十分にトナーが付着し、ハキメムラのな
い均一且つ滑らかな画像が得られる。(この現像バイア
スを、以下ブランク・パルス・バイアスと称する。)
の2値潜像を用いることにより、別の利点が生じること
を再度図3を用いて説明する。
ーフトーン部の静電潜像電圧と戻しバイアスの電位差が
大きくなり、感光体ドラム近傍だけでトナーを振動させ
て、ハキメムラを発生させないようにするために、戻し
バイアスを印加する時間を短くする、もしくは送りバイ
アスを印加する時間を長くする等、バイアス波形が複雑
になる。一方、2値の画像露光手段により2値潜像を形
成することにより、戻しバイアスとの電位差が小さくな
るため、戻しバイアスを印加する時間が長くできる。現
像に用いる高電圧電源は、発生させるバイアス波形がシ
ンプルで且つ周波数が小さい方が安価であり、2値潜像
を用いることにより現像電源のコストが安くすることが
できる。
光手段、及び図6を用いて現像バイアスの具体例につい
て説明する。
る。
行なった場合の、γ(現像コントラストと濃度の関係)
曲線を図7に示す。多値潜像を用いた場合に比べて、2
値潜像の系はハイライト・ハーフトーンの濃度が出てい
る。これは、2値潜像の系がハイライト・ハーフトーン
領域の1画素当たりのトナー量が多く、また現像バイア
ス交流分と潜像電位で形成される剥ぎ取られ電界成分
が、PWM系に比較して小さくなるため、静電気的にも
剥ぎ取られにくくなる。
る。現像バイアスとしてブランク・パルス・バイアスを
用いているところが特徴である。
ブからのトナー飛散を低減させるために、T/D比を下
げているのであるが、ブランク・パルス・バイアスを現
像バイアスとして用いることにより、実施例1と同等の
ハキメムラのない良好な画像を得ることができた。
スとして以下の波形を用いた。
不等式を満足しているため、ハキメムラのない良好な画
像を得ることができた。且つ、実施例2に比べ波形がシ
ンプルであるため、バイアス波形高圧回路が、安価に作
れるという他の効果もある。
は、帯電された像担持体表面を露光することにより画像
信号に対応した部分の電荷を消去して静電潜像を形成す
る画像露光手段と、重合法により生成された非磁性トナ
ーと磁性キャリアを含む現像剤を担持搬送する現像剤担
持体であって、像担持体との対向部において像担持体と
は逆方向に回転する現像剤担持体と、現像剤担持体内部
に固定配置される複数の磁界発生手段と、像担持体上の
静電潜像を現像剤担持体上に形成された磁気ブラシによ
り現像するとき、現像剤担持体に現像バイアスを印加す
るバイアス印加手段と、を有する画像形成装置におい
て、画像露光手段は多値のデジタル画像信号を2値化処
理して得られた2値のデジタル画像信号に対応した光を
像担持体に照射し、バイアス印加手段は、トナーに像担
持体から現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧V
1をT1時間印加する工程と、トナーに現像剤担持体か
ら像担持体に向かう力を与える電圧V2をT2時間印加
する工程とを交互に複数回繰り返し、現像剤担持体から
像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、静電
潜像の画像部の電圧をVL、非画像部の電圧をVDとし
たときに、VLとVDとの間の電圧V3をT3時間印加
し、トナー1個の質量をm、トナー1個の電荷量をQ、
像担持体と現像剤担持体との間の距離をd、像担持体と
現像剤担持体との間をトナーが飛翔する領域の像担持体
の周方向の幅をLnip、像担持体の周速をS、V1とV
2の印加を交互に繰り返す回数をnとすると、
でき、よって、良好な画像を得ることができる。又、バ
イアス電源を安価に作ることができる。
の一例を示す構成図である。
ある。
を示す説明図である。
潜像でのγ曲線を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 帯電された像担持体表面を露光すること
により画像信号に対応した部分の電荷を消去して静電潜
像を形成する画像露光手段と、重合法により生成された
非磁性トナーと磁性キャリアを含む現像剤を担持搬送す
る現像剤担持体であって、前記像担持体との対向部にお
いて前記像担持体とは逆方向に回転する現像剤担持体
と、前記現像剤担持体内部に固定配置される複数の磁界
発生手段と、前記像担持体上の静電潜像を前記現像剤担
持体上に形成された磁気ブラシにより現像するとき、前
記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス印加
手段と、を有する画像形成装置において、 前記画像露光手段は多値のデジタル画像信号を2値化処
理して得られた2値のデジタル画像信号に対応した光を
前記像担持体に照射し、 前記バイアス印加手段は、トナーに前記像担持体から前
記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧V1をT
1時間印加する工程と、トナーに前記現像剤担持体から
前記像担持体に向かう力を与える電圧V2をT2時間印
加する工程とを交互に複数回繰り返し、前記現像剤担持
体から前記像担持体に向かう力を与える電圧を印加した
後に、前記静電潜像の画像部の電圧をVL、非画像部の
電圧をVDとしたときに、前記VLと前記VDとの間の
電圧V3をT3時間印加し、 トナー1個の質量をm、トナー1個の電荷量をQ、前記
像担持体と前記現像剤担持体との間の距離をd、前記像
担持体と前記現像剤担持体との間をトナーが飛翔する領
域の前記像担持体の周方向の幅をLnip、前記像担持体
の周速をS、前記V1と前記V2の印加を交互に繰り返
す回数をnとすると、 【数1】 【数2】 【数3】 が成り立つことを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】 重合法により生成された非磁性トナーの
形状係数SF−1は100〜140、SF−2は100
〜120であることを特徴とする請求項1の画像形成装
置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP35846896A JP3238089B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35846896A JP3238089B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 画像形成装置 |
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JPH10198139A JPH10198139A (ja) | 1998-07-31 |
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ID=18459471
Family Applications (1)
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