JP3599187B2

JP3599187B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3599187B2
Application number: JP2001319925A
Authority: JP
Inventors: 俊紀西村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2021-10-17
Also published as: JP2003107898A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ又はこれらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアを用いて非磁性トナーを帯電させるニ成分現像剤を使用し、帯電したトナーのみを現像ロール上に保持し、トナーを飛翔させることにより静電潜像を現像する非接触現像方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の画像形成装置は、特開平６−６７５４６号公報、特開平７−９２８０４号公報等ですでに公知である。そして、これらの従来技術は、図１２（ｂ）に示すような残像（ゴースト）として現れる画像、いわゆる履歴現象が発生しやすいという不具合があり、その解決を課題としている。
【０００３】
すなわち、履歴現象とは、図１２（ａ）に示すように、矩形のソリッドパタン１３の画像を形成してプリントした後に、このソリッドパタン１３よりも広いハーフトーンパタン１７を画像形成してプリントした場合に、図１２（ｂ）に示すように、ハーフトーンパタン１７の領域中にソリッドパタン１３の残像１４Ａが現れることをいう。
【０００４】
これらの従来技術は非画像形成時に、画像形成時とは逆の電位差を現像ロール及び磁気ロール間に印加して、現像ロール上の残留トナーを磁気ロール側に回収して、この履歴現象の発生を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現像ロール上の残留トナーを磁気ロール側に回収するには、両ロール間に電位差を印加することは有効なことであり、電位差を大きくすれば、残留トナーの回収が容易になることも事実である。
しかしながら、現像ロール上にトナー粒径から比べて幾層ものトナー層を磁気ロールに回収するには現像ロールを回転させることは必要であり、その残留トナーを磁気ロールが形成する磁気ブラシのキャリアに付着させて回収するものであり、結局両ロールの回転によって残留トナーを回収することになる。
【０００６】
そうであるなら、磁気ロールの周速度を現像ロールの周速度よりも速くすれば、磁気ブラシが現像ロールに接触する機会を増加させることができる上、現像ロール上の残存トナーに働く、磁気ブラシによる剪断応力が高まり、現像ロール上の残存トナーによる現像ロールへの圧接力を弱めることができる。
その結果、現像ロールと磁気ロール間に電位差を印加しなくても、等電位において、高磁性キャリアにより効果的に残存トナーを回収することができる。発明者はこの事実に着目した。
【０００７】
しかしながら、図１１（ｂ）に示すように、現像ロール３２の高さ方向のトナー層形成幅Ｈ_１と磁気ロール３１の磁気ブラシ形成域高さ方向の幅Ｈ_１とを同じ長さに形成し、現像器ケース１２ａ，１２ｂの同じ位置に配置して、（ａ）に示す記録紙１６に画像形成を行うと、記録紙１６の両縁１４Ｂ、１４Ｃのごとく残像が形成された。
【０００８】
これは、図１０（ａ）に示すように、現像ロール２と磁気ロール１とが同じ寸法で同じ高さで配置された場合は、キャリア２４Ａ_１によりトナー１５ａが回収され、キャリア２４Ａ_２によりトナー１５ｂが回収され、キャリア２４Ａ_３によりトナー１５ｃが回収されるが、図１０（ｂ）に示すように、現像ロール２が磁気ロール１より高さ方向の幅が高い場合は、キャリア２４Ｂによりトナー１５ｃは回収されるが、トナー１５ｂ及びトナー１５ａはキャリア２４Ｂより高い位置にはキャリアによる磁気ブラシが形成されないので回収されることがないためと理解される。
【０００９】
よって、図９に示すように、磁気ロール１の磁気ブラシが形成されるスリーブ軸方向幅Ｈ_３が、現像ロールのトナー薄層が形成される軸方向幅Ｈ_１より相対的に長く形成することによって現像残トナー１５ａ，１５ｂ，１５ｃは磁気ブラシのキャリア２４Ｃ_２，２４Ｃ_３，２４Ｃ_４によって回収される。
【００１０】
しかしながら、画像形成時には、現像ロール２と磁気ロール１間に形成される電位差によって前記現像ロール２の側面２ａ上に磁気ブラシのキャリア２４Ｃ_１のトナー１５ｄ，１５ｅ，１５ｆが飛翔し捕捉される。非画像形成時に磁気ブラシによって現像残トナー１５ａ，１５ｂ，１５ｃは回収されるが、トナー１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは磁気ブラシに接触することはなく、回収されずに残り飛散することにより機内を汚染することとなる。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決すべ＜なされたものであり、二成分現像剤を使用する非接触現像方式の画像形成装置、特にカブリの発生を回避しつつ、残像（ゴースト）の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができる画像形成装置の提供を目的とする。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、現像ロールの側面に磁気ロールからのトナーの付着を防止することができる画像形成装置を提供することでる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的の達成を図るため、本発明は、磁気ロールの絶縁若しくは高抵抗のトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して非磁性スリーブからなり、現像バイアスが印加されている現像ロール表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域より、前記現像ロール表面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域を小さく形成したことを要旨とする。
【００１４】
かかる発明によると、磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域より、現像ロール表面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域を小さく形成しているので、感光体上に形成される静電潜像域を十分カバーするトナー薄層域を、対応する現像ロール表面に形成することができる。
一方、現像ロール表面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域より、磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域を小さく形成した場合は、現像ロール両端側においては、画像形成時に、磁気ブラシが乱れ均一なトナー薄層を形成することができない。
【００１５】
また、非画像形成時に、感光体上に形成される静電潜像域の全てに対応する現像ロール上のトナー薄層域には磁気ロールの磁気ブラシが摺擦することがなく、よって、磁気ブラシによって摺擦されない部分は、現像ロール上の残存トナーに回収されずに残ることとなり、画像形成時に残像現象が発生することになる。
【００１６】
かかる発明は、磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域を現像ロール表面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域より大きく形成しているので、感光体上に形成される静電潜像域を充分カバーするトナー薄層域を現像ロール側に得ることができ、画像形成時に感光体上に形成される静電潜像域の幅方向外側にトナー供給が不十分となることがなく、十分な画像形成を行うことができるとともに、現像ロール上の残存トナーの回収が不十分となり、残像現象が発生することがない。
【００１７】
そして、本第１発明は、前記要旨に加えて前記トナー薄層形成領域の両端に、絶縁若しくはトナー抵抗より高い高抵抗領域の非トナー薄層形成領域を形成したことにある。
【００１８】
かかる技術手段によると、前記トナー薄層形成領域の両端に、絶縁若しくはトナー抵抗より高い高抵抗領域の非トナー薄層形成領域を形成しているので、該両端にトナーが付着することがなく、該付着トナーが回収されずに機内を汚染したり、感光体に付着して画像形成に影響することを防止し、良好な画像を形成することができる。
【００１９】
また、本第２発明は、画像形成時には、前記現像ロールと磁気ロール間に形成される電位差によって前記現像ロール上に形成され、非画像形成時には、前記現像ロール上の残存トナーは、前記電位差が零の状態において前記現像ロールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁気ブラシによって回収されるように構成したことにある。
【００２０】
かかる技術手段によると、非画像形成時に、前記現像ロール上の残存トナーは、前記現像ロールと磁気ロール間に形成される電位差が零の状態において現像ロールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁気ブラシによって回収している。
磁気ロールの周速度を現像ロールの周速度よりも速くすることによって、磁気ブラシが現像ロールに接触する機会を増加させることができるとともに、磁気ブラシによる剪断応力が高まって、現像ロール上の残存トナーに働くことにより、現像ロール上の残存トナーによる現像ロールへの圧接力を弱め、現像ロールと磁気ロール間に電位差を印加しなくても、等電位において、高磁性キャリアにより効果的に残存トナーを回収することができる。
【００２１】
また、前記感光体と現像ロール間の間隔を１５０〜４００μｍに設定するとともに、画像形成時に前記磁気ロールから前記現像ロール上に、トナー平均粒径の５〜１０倍の厚さとしたトナー薄層を形成することも本発明の有効な手段である。
【００２２】
かかる技術手段によると、前記感光体と現像ロール間の間隔を１５０〜４００μｍに設定しているが、この間隔が１５０μｍより狭いとカブリが発生し易くなり、４００μｍよりも広いとトナーを感光体に飛翔させることが困難となって、十分な画像濃度を得ることができない。
【００２３】
また、画像形成時における現像ロール上のトナー薄層の厚さをトナー平均粒径の５〜１０倍に設定しているが、トナーの平均粒径を７μｍとすると、３５〜７０μｍとなり、トナー薄層の厚さが７０μｍを超えると、トナーを感光体に供給することが困難となって現像時に濃度差が生じ、また、トナー回収時に現像残トナーを回収しきれずに残像現象が生じることなる。
【００２４】
また、キャリアの平均粒径をトナー平均粒径の３〜９倍に設定することが望ましい。キャリアの平均粒径がトナーの平均粒径の３倍より小さいと、トナーを吸引する力が小さく回収が行われにくく、トナーの外径が９倍より大きいと、トナーに接触する機会が少なくなり、よってトナーを回収する時間が長く必要になる。
【００２５】
また、前記磁気ロールと現像ロール間の現像バイアスを１００Ｖ〜２５０Ｖに設定し前記現像ロール上にトナー平均粒径の５〜１０倍の厚さのトナー薄層を形成することが望ましい。
かかる技術手段によると、画像形成時における現像ロール上のトナー薄層の厚さをトナー平均粒径の５〜１０倍に相当するトナー薄層を現像ロールに形成することができる。よって、残像やカブリのない適切な画像濃度を有した画像形成が可能であるとともに、現像残トナーの回収に適したトナー薄層を形成できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、図８を参照して、実施の形態における制御対象の画像形成装置の構成について説明する。同図において、画像形成装置２０は、無端状ベルト５４が、給紙カセット５３からの記録紙を定着装置５９に向かって搬送可能に配設されている。記録紙を搬送するベルト５４の上側には、ブラック用現像装置５０Ａ、イエロー用現像装置５０Ｂ、シアン用現像装置５０Ｃ及びマゼンタ用現像装置５０Ｄが配設されている。
【００２８】
これらの現像装置５０（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）にはそれぞれ磁気ロール１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）、該磁気ロール１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に近接して現像ロール２（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が配設され、該現像ロール２に対面して感光体３（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が配設され、該感光体３の周囲には帯電器５６（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）及び露光器５７（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が配置されている。
【００２９】
そして、図示しない制御回路からプリント開始信号が来ると、現像装置内のキャリアとトナーが撹拌され、トナーが摩擦帯電されてキャリア表面に付着し、磁気ロール１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の表面にキャリアによる磁気ブラシが形成され、現像ロール２（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）上にトナーの薄層が形成される。
【００３０】
給紙カセット５３から記録紙が送りだされてベルト５４に送られ、その記録紙が各色の感光体３（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に達するタイミングに合うように、帯電器５６（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）による感光体３の帯電、露光器５７（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）からの画像信号による感光体３への露光と潜像の形成、現像ロール２上のトナーによる該潜像の現像が行われ記録紙が感光体３に達すると、転写装置５８（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）による転写バイアスが印加され記録紙にトナー像が転写され、定着装置５９で定着され、排紙される。
【００３１】
次に現像装置５０を説明する。図８には４種類の現像装置が開示されているが、作用は同じであり、ブラック用トナーを用いる現像装置５０Ａを代表して説明する。図１は、現像装置５０Ａの側面断面図、図３は平面断面図、図５は斜視図、図６は現像ロール２の第１実施の形態を示す図である。
【００３２】
断面コ字状に形成された枠体１２内には、感光体３に所定距離離間して現像ロール２が配設され、該現像ロール２から所定距離離間して非磁性金属材料で円筒状に形成され、円筒内には複数の固定磁石が配設され、該固定磁石の周囲を回転可能に構成されたスリーブを有した磁気ロール１が配設されている。該スリーブの軸方向幅Ｈ_３は現像ロール２の軸方向幅Ｈ_１よりも長い寸法に形成されている。
【００３３】
２２はパドルミキサー、感光体３と現像ロール２との間にはバイアスＤＣ７ａとＡＣ７ｂが印加され、ＤＣ８ａは磁気ロール１に印加されるバイアス、９は磁気ブラシの厚さを制御する穂切りブレード、２５はトナーセンサである。
【００３４】
次に、図５及び図６を用いて現像ロール２の構成をさらに詳しく説明する。現像ロール２Ａは導電体であるアルミで形成された非磁性スリーブとなる円筒３３と、該円筒３３の一方の端部にはアルミ材で形成されたフランジ１８の大径部が嵌合と、該フランジ１８の小径部は枠体１２に絶縁部材で形成された軸受２８によって回転可能に支持され、該小径部の先端は図示しない接点とリード線によってバイアス電源部７（図２）に接続している。
そして、フランジ１８の外面１８ａにはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の絶縁シート２７が張着されている。尚、フランジ１８の外面１８ａと円筒３３の端部との間は間隔ｍ離間しているが、円筒３３の端部と外面１８ａは接触していてもよい。
また、前記フランジ１８の小径部には、感光体３の表面と現像ロール２Ａの円筒３３の表面との間の間隔を規制するギャップコロ２１が回転可能に嵌合している。
【００３５】
前記円筒３３の他方の端部にはアルミ材で形成されたフランジ１９の大径部が嵌合と、該フランジ１９の小径部は枠体１２に絶縁部材で形成された軸受２８によって回転可能に支持され、また、前記フランジ１９の小径部には、感光体３の表面と現像ロール２Ａの円筒３３の表面との間の間隔を規制するギャップコロ２１が回転可能に嵌合するとともに、前記フランジ１９の小径部の先端は枠体１２から外部に突出し、該先端部には図示しない駆動源から駆動力を得るための駆動ギヤ２９が固着されている。
そして、フランジ１９の外面１９ａにもＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の絶縁シート２７が張着され、また、前記フランジ１９の小径部にも、感光体３の表面と現像ロール２Ａの円筒３３の表面との間の間隔を規制するギャップコロ２１が回転可能に嵌合している。
【００３６】
尚、前記フランジ１９は、導電部材によって形成したが、絶縁部材によって形成することもできる。その場合は、絶縁シート２７は不要である。
【００３７】
現像ロール２Ａは上述したようにフランジ１８，１９の側面側を絶縁部材で覆っているので、フランジ１８，１９の側面側が導電体であっても磁気ローラ１の磁気ブラシ１０によって該側面側にトナーの付着がなく、側面側に付着したトナーを磁気ローラ１側に回収できずに、トナーが機内に飛散することがない。
【００３８】
次に、感光体３と現像装置５０内の磁気ロール１と、現像ロール２との作用を説明する。
この画像形成装置２０は、図１、図２及び図３に示すように、磁気ロール１と、直径１６ｍｍの現像ロール２と、感光体３とを備えている。
この磁気ロール１は、トナー５を帯電させて保持するキャリア４による磁気ブラシ１０を発生させる。また、現像ロール２の表面には、磁気ブラシ１０から供給されたトナー５によりトナー薄層６が形成される。そして、感光体３は、トナー薄層６のトナーを静電潜像に応じて選択的に飛翔させて画像形成を行う。
【００３９】
また、感光体３は、アモルファスシリコンの感光層を含む、厚さ１０〜２５μｍの感光体を表面に有している。
この感光体３は、基材の上に、阻止層、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の感光層及び表面保護層を順次に積層して構成する。
【００４０】
なお、感光体の感光層の材料は、アモルファスシリコンであれば、特に制限されない。アモルファスシリコンとしては、例えばａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮ等の無機材料を挙げることができる。
【００４１】
また、表面保護層の厚さｔは０．３〜５μｍである。また、表面保護層の材料としては、ａ−ＳｉＣのうち、Ｓｉ（シリコン）とＣ（炭素）との比率が特定のものを使用することが望ましい。このようなａ−ＳｉＣとしては、ａ−Ｓｉ_{（１−Ｘ）}Ｃ_Ｘ（０．３≦Ｘ＜１．０）が好ましく、さらに、ａ−Ｓｉ_{（１−Ｘ）}Ｃ_Ｘ（０．５≦Ｘ≦０．９５）がより好ましい。その理由は、このようなａ−ＳｉＣは、１０^１２〜１０^１３Ω・ｃｍという特に高い抵抗値を有しており、優れた飽和帯電電位、耐摩耗性、耐環境性（耐湿性）が得られるためである。
【００４２】
また、磁気ロール１の表面にトナー５とキャリア４からなる二成分現像剤を保持させ、撹拌ミキサー２３とパドルミキサー２２によって現像剤を撹拌させながら、トナー５を適正なレベル５〜２０μｃ／ｇに帯電させる。現像剤は穂切りブレード９を通過し一定の層厚で現像ロール２に接触する。
【００４３】
現像ロール２上のトナーの薄層は１０〜１００μｍ、好ましくは３５〜７０μｍの厚さに設定される。この厚さはトナーの平均粒径を７μｍとした場合にトナーの５層〜１０層程度に相当する値である。
【００４４】
現像ロール２と感光体３との間のギャップは１５０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍである。１５０μｍより狭いとカブリの要因となり、４００μｍより広いとトナーを感光体３に飛翔させることが困難になり、十分な画像濃度を得ることができない。また、選択現像を発生させる要因になる。
【００４５】
現像剤にはトナーの回収と供給の役割を有するために、体積固有抵抗１０^６Ω・ｃｍを超え、１０^９Ω・ｃｍ未満の高抵抗または絶縁性のキャリアを用い、現像ロール２と磁気ロール１間に形成されるキャリア４のニップで強固に静電的に付着したトナー５を磁気ブラシ１０が現像ロール２の表面を摺擦することで引き剥がし、現像に必要なトナーを現像ロール２に供給する。
このときトナー５との接点を増やすためには、磁気ブラシ密度を高めるために、４０μｍ以下の小径のキャリアを用い、磁気ブラシ１０を多くしてキャリア４の表面積を多くして、多くのトナー５を現像ロール２側に送ることが好ましい。
【００４６】
さらに、本実施の形態では、キャリア４は、磁性を備えたキャリア芯材と、このキャリア芯材の表面に重合形成された高分子量ポリエチレン樹脂を含む被覆層とから構成され、１０^７〜１０^８Ω・ｃｍの抵抗値を有し、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用い、かつ、６０〜１００ｅｍｕ／ｇの飽和磁化を有する。さらに、ここでは、キャリアの被覆層は、少なくともその最外毅層として、疎水性シリカ、磁性粉及び／又は微粒子樹脂を含む層を有している。
【００４７】
具体的には、キャリア芯材はその表面に微小な凹凸を有し、被覆層は、この凹凸にエチレン重合触媒を保持させた後、エチレンガスを導入して重合成長させた重量平均分子量が５００００以上の高分子量ポリエチレンにより構成して成る。
【００４８】
このため、極めて高い強度、耐久性を実現することができる。そして、このキャリアを用いれば、キャリアを繰り返し使用しても、キャリアの表面劣化が少なく、現像ロール上に安定した帯電トナー薄層を形成することができる。その結果、感光体に正確に現像することが可能となる。さらに、キャリアの耐久性が高いので、現像機器の機械的寿命が尽きるまで、実質的にキャリアを交換する必要がなくなる。
【００４９】
１０^６Ω・ｃｍ以下の抵抗値では、回収を重視した低抵抗キャリアは現像ゴースト対策には有効であるが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生のない現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転した場合に現像ロール表面からトナーが飛散し帯電器や露光ユニット５７を汚染する不具合を発生させてしまう。
また、１０^９Ω・ｃｍ以上の抵抗値では帯電性能を付与することは可能であるが、帯電が上昇しやすいという問題がある。キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ロール２上のトナーを回収しつつ、確実に帯電させたトナーを現像ロール２上に再度投入することが可能となる。
【００５０】
本実施の形態におけるトナーの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計に対してトナー２〜４０重量％、好ましくは３〜３０重量％、より好ましくは４〜２５重量％である。
トナーの混合割合が２重量％未満であると、トナー帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、４０重量％を超えると十分な帯電量が得られなくなるために、トナーが現像器から飛散し、画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる。
【００５１】
帯電されたトナーは磁気ロール１と現像ロール２間の電位差△で現像ロール２上に薄層で保持され、感光体３との間の直流、交流の重畳されたバイアスを印加させることで現像される。トナーの飛散を防ぐために、交流は現像の直前に印加する。
【００５２】
現像残のトナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、磁気ロール１上の磁気ブラシが現像ロール２上のトナー層に接触し、各ロールの周速差によるブラシ効果と磁気ブラシの現像剤をミキサーでの撹拌による現像剤の入れ替えによって、容易にトナーの回収と入れ替えを可能にする。
【００５３】
現像ロール２上の入れ替えを促進するための方法として、磁気ロール１の回転速度を現像ロール２の速度に対して、１．８倍に設定し現像ロール２上のトナーを回収するとともに、適切なトナー濃度に設定された現像剤を現像ロール２に供給することで均一なトナー層を形成することが可能となる。
【００５４】
また、均一な現像濃度を維持するためには、現像タイミング以外の時間において現像ロール２と磁気ロール１間の電位差△を同電位にすることで、トナーに負担をかけずに現像ロール２上のトナーを磁気ロール１に回収することが有効である。
【００５５】
感光体３の感光材料として、ａ−Ｓｉ感光体を用いた場合、その表面の露光後の電位は１０Ｖ以下の非常に低い特徴を有しているが、その膜厚を薄くすると飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧が低下する。
その一方、潜像形成したときの感光体３の表面の電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向にある。この特性は誘電率が約１０程度と高いａ−Ｓｉ感光体では２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の膜厚の場合に特に顕著である。
【００５６】
図２において、感光体３と現像ロール２との間に０〜２００Ｖのバイアス電圧Ｖｄｃｌを印加する第一直流用電源部７ａと、交流用電源部７ｂとからなる電源部７が設けられている。さらに、交流用電源部７ｂは、静電潜像担持体（感光体）３に対して、ピーク電圧Ｖｐｐ＝５００〜２０００Ｖの交流電圧を周波数ｆ＝１〜３ｋＨｚで印加する。
【００５７】
また、磁気ロール１に電圧Ｖｄｃ２を印加する第二直流用電源８を設けている。そして、現像ロール２の電位と磁気ロール１の電位との電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜＝△が１００〜３５０Ｖとなるように第一及び第二直流用電源部７ａ及び８の電圧を決める。ここでは、例えば、Ｖｄｃ２＝２５０Ｖ、現像バイアスＶｄｃ１は１５０Ｖ以下、さらに好ましくは１００Ｖ以下に設定する。また、｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜＝１００〜２５０Ｖとするとよい。そして、ＡＣ成分としてＶｐ−ｐ５００〜２０００Ｖ、周波数が１〜３ＫＨｚに設定する。
【００５８】
磁気ロール１上の磁気ブラシ１０は穂切りブレード９によって層規制され、磁気ロール１と現像ロール２間の電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜＝△によって現像ロール２にトナーのみの薄層６が形成される。
【００５９】
現像ロール２上のトナーの薄層６は現像剤の抵抗や現像ロール２と磁気ロール１の回転速度差などによっても変化するが、上記の電位差△によっても制御することが可能である。
△を大きくすると、現像ロール２上のトナーの層６が厚くなり、△を小さくすると薄い層６になる。△の範囲は一般的に１００Ｖから２５０Ｖ程度が適切である。
【００６０】
ここで、実験結果から、バイアス電圧Ｖｄｃ１及び電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜と現像特性との関係について説明する。
バイアス電圧Ｖｄｃ１が２００Ｖよりも高いとゴーストが発生する。また、電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜が１００Ｖ未満になってもゴーストが発生する。
一方、電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜が３５０Ｖよりも高くなると、カブリが発生する。
したがって、バイアス電圧Ｖｄｃ１が０〜２００Ｖ（但し、０Ｖを除く）、かつ、電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜が１００−３５０Ｖの範囲内であれば、高品質の画質が得られることが分かる。
【００６１】
画像形成装置に用いる感光体３として、従来からＯＰＣ感光体が知られている。しかしながら、ＯＰＣ感光体は感光層表面が軟らかく、クリーニングブレードの摺擦により、感光層が削れやすいという問題が見られる。そこで、ＯＰＣ感光体と比較して表面が硬質であり、耐久性が機能保持性（メンテナンスフリー）に優れていることから、感光層の厚さが２５μｍ以上のａ−Ｓｉ感光体が近年使用されている。しかしながら、ａ−Ｓｉ感光体はグロー放電分解法などを用いて製膜するため、このように感光層が厚いと製造時間や製造コストがかかり、経済的に不利であるという問題が見受けられる。
【００６２】
感光体３として、正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合は、残留電位１００Ｖ以下とするために、感光層の膜厚を２５μｍ以上に設定し、電荷材料の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構造のＯＰＣは感光層の中に電荷発生剤を添加することから感光層の膜減りによっても感度変化が少なく、有利である。
この場合でも現像バイアスＶｄｃ１は４００Ｖ以下、さらに好ましくは３００Ｖ以下に設定することがトナーに強い電界をかけることを防止する意味からも好ましい。
【００６３】
このように現像バイアスを低く設定することは、薄膜のａ−Ｓｉ感光体の絶縁破壊を抑制するとともに、トナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発生を抑止するに有効である。また、現像ロール２上に１０〜１００μｍ、好ましくは３５〜７０μｍのトナー層を形成し、現像ロール２と感光体３とのギャップを１５０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍとし、この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体３上に飛翔させることで鮮明な画像を得ることができる。
【００６４】
再び図２を参照すると、画像形成の際には、磁気ロール１に保持されたキャリア４及びトナー５からなる現像剤を撹拌しながら、トナー５を適正なレベルに帯電させると、現像剤は、磁気ブラシ１０を形成する。そして、この磁気ブラシ１０は、穂切りプレート９を通過することにより、一定の厚さで現像ロール２に接触する。ここでは、穂切りプレート９と磁気ロール１との間隙を０．３〜１．５ｍｍとしている。
【００６５】
また、磁気ロール１と現像ロール２との間隙も、同様に、０．３〜１．５ｍｍとしている。
また、現像ロール２と感光体３との間隙を、１５０〜４００μｍ、好ましくは、２００〜３００μｍとしている。このような間隙や印加電圧条件で、トナー薄層６を形成すると、トナー薄層６の厚さが１０〜７０μｍ、好ましくは３５〜７０μｍとなる。
【００６６】
そして、現像ロール２のプロセス線速を７２ｍｍ／ｓとし、磁気ロール１をその１．８倍の速度で回転させる。その結果、周速差によるブラシ効果によって、現像残トナーと供給トナーとを容易に入れ替えることができる。このため、残像の発生を抑制するとともに、鮮明な画像を形成することができる。
【００６７】
そして、本実施の形態では、複数の画像を連続形成する際の、一つの画像を現像してから次の画像の現像を開始するまでの非画像形成期間、現像ロール２の表面電位と磁気ロール１の表面電位とを等しくした等電位状態を発生させる。そして、等電位状態下で、現像ロール２上のトナー層６の残存トナーを磁気ブラシで回収する。
【００６８】
なお、非画像形成期間は、例えば、印刷される画像データに基づいて検出してもよいし、また、例えば、給紙装置において、記録紙の先端や後端により検出してもよい。
【００６９】
本実施の形態では、非画像形成期間に相当する記録紙の間隔、すなわち、給紙される際の記録紙の後端から次の記録紙の先端までの間隔を５１ｍｍとした。一方、現像ロールの直径は１６ｍｍであるので、その全周長は、１６π＝５０．２７ｍｍとなる。したがって、非画像形成期間の全期間を等電位状態とすれば、等電位状態を、現像ロール２が少なくともー回転する期間継続させることができる。
【００７０】
次に、本実施の形態の効果を評価するため、非画像形成期間内で画像ロールと磁気ロールとの表面電位を０Ｖとした場合の実施例、及び画像ロールと磁気ロールとの表面電位を異ならせた場合の比較例による画像濃度、残像・カブリ状態の程度を実験により求めた。
尚、図１１（ｂ）に示すように、磁気ロール１の磁気ブラシが形成されるスリーブ軸方向幅と、現像ロール２のトナー薄層が形成される軸方向幅とが共にＨ_１のごとく同じ寸法に形成し相対的に両者の高さ位置がズレないように設定した。［実施例］
以下の実施例、比較例１及び比較例２において、それぞれ図１２に示す画像パターンによる画像形成を行った。この画像パターンにおいては、矩形のソリッドパターン１３と、このソリッドパターン１３よりも広いハーフトーンパターン１７とが、ソリッドパターン１３に続いてハーフトーンパターン１７が現像されるように配置されている。
ここでは、ハーフトーンパターン１７の濃度を、ソリッドパターン１３の濃度の２５％とする。２５％としたのは、比較的ゴースト画像が現れ易いためである。
【００７１】
本実施例では、上述した本実施の形態において、厚さ１４μｍのａ−Ｓｉ感光体を設けた感光体３を用いた。
そして、画像形成時には、感光体３の表面電位を２００Ｖ、現像ロール２の表面電位（Ｖｄｃｌ）を５０Ｖ、磁気ロール２の表面電位（Ｖｄｃ２）を２００Ｖとした。
また、感光体３と現像ロール２との間には、周波数２．４ｋＨｚ、ピーク電圧１．３ｋＶの交流電圧を印加した。また、磁気ロール１を、現像ロール２の周速度を１．８倍した周速度で回転させた。
【００７２】
そして、本実施例では、非画像形成時に、現像ロール２の表面電位（Ｖｄｃｌ）と磁気ロール１の表面電位（Ｖｄｃ２）とをいずれも０Ｖとして、等電位状態を発生させた。
【００７３】
［比較例１］
また、比較例１においては、非画像形成期間においても、等電位状態とせずに、画像形成期間と同一のバイアス電圧を引き続き印加して画像形成を行った。
すなわら、非画像形成期間中も、現像ロール２の表面電位（Ｖｄｃｌ）をＤＣ５０Ｖとし、磁気ロール１の表面電位（Ｖｄｃ２）をＤＣ２００Ｖとした。
また、現像ロール２と感光体３との間に、画像形成中と同様に交流電圧も印加した。
なお、非画像形成期間に印加するバイアス電圧以外の現像条件は、実施例と同ーとした。
【００７４】
［比較例２］
また、比較例２においては、非画像形成期間において、バイアス電圧を反転させて画像形成を行った。
すなわち、非画像形成期間中に、現像ロールの表面電位（Ｖｄｃｌ）をＤＣ２００Ｖとし、磁気ロールの表面電位（Ｖｄｃ２）をＤＣ５０Ｖとした。
なお、非画像形成期間に印加するバイアス電圧以外の現像条件は、実施例と同ーとした。
【００７５】
そして、上述の実施例、比較例１及び比較例２の現像条件で画像形成を行った評価結果を、初期、１００枚目及び１０００枚目の三段階における濃度、残像及び力ブリの発生を確認した。
【００７６】
そして、実施例においては、初期、１００枚目及び１０００枚目のいずれの段階においても、濃度にかすれはなく、残像及びカブリの発生もなく、良好な画像形成ができることが確認できた。
【００７７】
これに対して、比較例１においては、非画像形成期間も画像形成期間中と同一の電位差を印加していたため、次第に残像が蓄積されていった。その結果、１００枚目の段階で残像が僅かに認められ、さらに、１０００枚目の段階では残像がはっきりと認められた。
【００７８】
また、比較例２においては、非画像形成期間の電位差を反転させたため、残像の発生は抑制できたが、トナーの帯電が変化してカブリが発生した。すなわち、１００枚目の段階でカブリが僅かに認められ、さらに、１０００枚目の段階ではカブリがはっきりと認められた。
【００７９】
したがって、上記評価結果から、非画像形成期間に等電位状態とすることにより、カブリの発生を回避しつつ、残像の発生を抑制して鮮明な画像を形成することができることが分かった。
【００８０】
次に、図４に示すように、磁気ロール１の磁気ブラシが形成されるスリーブ軸方向幅Ｈ_３が、現像ロールのトナー薄層が形成される軸方向幅Ｈ_１より相対的に片方０．５ｍｍ長く形成して、図１１（ａ）に示すハーフトーンパターン１７の画像を形成し、初期、１００枚目及び１０００枚目の試験を行ったが、いずれの段階においても、濃度にかすれはなく、残像及びカブリの発生もなく、良好な画像形成ができることが確認できた。現像残トナー１５ａ，１５ｂ，１５ｃは磁気ブラシのキャリア２４Ｃ_２，２４Ｃ_３，２４Ｃ_４によって回収されたものと理解される。
【００８１】
尚、上述した実施形態では、非画像形成期間を等電位状態とするにあたり、現像ロールの表面電圧及び磁気ロールの表面電圧をいずれも０Ｖとしたが、等電位状態として現像ロールと磁気ロールと表面電圧が互いに等しければよく、必ずしも両表面電圧を０Ｖにする必要はない。例えば、等電位状態の際に現像ロール及び磁気ロールの表面電圧をそれぞれ５０Ｖとしてもよい。
【００８２】
また、等電位状態とするためには、例えば、現像ロール及び磁気ロールの両方の表面電位を制御してもよいし、また、例えば、現像ロール及び磁気ロールのうちのー方の表面電位だけを他方の表面電位とー致させるように制御してもよい。
【００８３】
以上詳述したように、トナー飛散・カブリを防止し、なお且つ、低電界で現像することで現像ロール上に現像履歴現象を残さず、トナーの回収性に優れた画像形成装置を提供することができる。
【００８４】
また、磁気ブラシ形成領域Ｈ_３が、現像ロール２上のトナーを回収する幅である為、現像ロール２の幅Ｈ_１を磁気ブラシ形成領域Ｈ_３より短くすることによって確実に未回収領域をなくすことができる。
そうすることにより、磁気ブラシ領域外の現像ロールスリーブに付着するトナーがなくなり、両端部のトナー飛散を無くすことが可能となる。
【００８５】
また、画像形成時には、前記現像ロールと磁気ロール間に形成される電位差によって前記現像ロール上に形成され、非画像形成時には、前記現像ロール上の残存トナーは、前記電位差が零の状態において前記現像ロールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ロールの周速度を現像ロールの周速度よりも速くすることによって、磁気ブラシが現像ロールに接触する機会を増加させることができるとともに、磁気ブラシによる剪断応力が高まって、現像ロール上の残存トナーに働くことにより、現像ロール上の残存トナーによる現像ロールへの圧接力を弱め、現像ロールと磁気ロール間に電位差を印加しなくても、等電位において、高磁性キャリアにより効果的に残存トナーを回収することができる。
【００８６】
次に、図７を用いて現像ロール２の他の実施の形態を説明する。図６にかかる第１実施の形態と本第２実施の形態との相違点は、第１実施の形態におけるフランジが導電体部材を用い、その側面に絶縁テープ張着したのに対して本第２実施の形態においてはフランジを絶縁部材で形成した点である。
【００８７】
本第２実施の形態にかかる現像ロール２Ｂは図７に示すように、導電体であるアルミで形成された円筒３３の一方の端部にはＰＯＭ（ポリアセタール）材で形成されたフランジ３８の大径部が、円筒３３の端面とフランジ３８ｂとの間はｍ（約１ｍｍ）の間隔を有して嵌合し、該フランジ３８の小径部は枠体１２に金属製の軸受２８によって回転可能に支持され、該小径部の先端は枠体１２から突出するとともに、現像ロール２Ｂの軸方向に孔３８ａが設けられ、該孔３８ａ内にはバネ材のバイアス端子３０が配置され、図示しない接点とリード線によってバイアス電源部７（図２）に接続している。該バイアス端子３０は円筒３３内において円形の接点が形成され円筒３３の内面に接触している。
そして、前記フランジ３８の小径部には、感光体３の表面と現像ロール２Ｂの円筒３３の表面との間の間隔を規制するギャップコロ２１が回転可能に嵌合している。
【００８８】
前記円筒３３の他方の端部にはＰＯＭ材で形成されたフランジ３９の大径部が、円筒３３の端面とフランジ３９ｂとの間はｍ（約１ｍｍ）の間隔を有して嵌合し、該フランジ３９の小径部は枠体１２に金属製の軸受４８によって回転可能に支持され、該小径部の先端は枠体１２から突出している。
【００８９】
また、前記フランジ３９の小径部には、感光体３の表面と現像ロール２Ｂの円筒３３の表面との間の間隔を規制するギャップコロ２１が回転可能に嵌合するとともに、前記小径部の先端には図示しない駆動源から駆動力を得るための駆動ギヤ２９が固着されている。
【００９０】
本実施の形態によると、現像ロール２Ｂは上述したようにフランジ３８，３９を絶縁部材で形成しているので、磁気ローラ１の磁気ブラシ１０によってフランジ３８，３９の側面側にトナーの付着がなく、側面側に付着したトナーを磁気ローラ１側に回収できずに、トナーが機内に飛散することがない。
【００９１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本第１及び第２発明によれば、磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域より、前記現像ロール表面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域を小さく形成したので、感光体上に形成される静電潜像域を十分カバーするトナー薄層域を、対応する現像ロール表面に形成することができる。
また、非画像形成時に、磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域を現像ロール表面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域より大きく形成しているので、感光体上に形成される静電潜像域を十分カバーするトナー薄層域を現像ロール側に得ることができ、画像形成時に感光体上に形成される静電潜像域の幅方向外側にトナー供給が不十分となることがなく、十分な画像形成を行うことができるとともに、現像ロール上の残存トナーの回収が不十分となり、残像現象が発生することがない。
また、現像ロールの側面側にトナーの付着がなく、該トナーの飛散を防止し、良好な画面を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の感光体と現像装置との関係を説明する模式図である。
【図２】画像形成時と非画像形成時のトナーの流れを説明する説明図である。
【図３】図１の平面断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の現像残トナーの回収状態を説明する説明図１である。
【図５】現像装置の斜視図である。
【図６】現像ロールの断面図である。
【図７】現像ロールの他の実施の形態を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の画像形成装置の構成を示す横式図である。
【図９】現像残トナー回収状態を説明する説明図２である。
【図１０】現像残トナー回収状態を説明する説明図３である。
【図１１】残像が発生した様子を示す模式図である。
【図１２】画像特性を評価するための画像パターンの模式図である。
【符号の説明】
１磁気ロール
２現像ロール
３感光体
４キャリア
５トナー
６トナー薄層
９規制ブレード
１０磁気ブラシ
２０画像形成装置
５０現像装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）

Claims

磁気ロールの絶縁若しくは高抵抗のトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して非磁性スリーブからなり、現像バイアスが印加されている現像ロール表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域より、前記現像ロール表面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域を小さく形成するとともに、
前記現像ロール側面のトナー薄層形成領域の両端に、絶縁若しくはトナー抵抗より高い高抵抗領域の非トナー薄層形成領域を形成したことを特徴とする画像形成装置。
磁気ロールの絶縁若しくは高抵抗のトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して非磁性スリーブからなり、現像バイアスが印加されている現像ロール表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域より、前記現像ロール表面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域を小さく形成するとともに、
画像形成時には、前記現像ロールと磁気ロール間に形成される電位差によって前記現像ロール上に形成され、非画像形成時には、前記現像ロール上の残存トナーは、前記電位差が零の状態において前記現像ロールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁気ブラシによって回収されることを特徴とする画像形成装置。
前記感光体と現像ロール間の間隔を１５０〜４００μｍに設定するとともに、画像形成時に前記磁気ロールから前記現像ロール上に、トナー平均粒径の５〜１０倍の厚さとしたトナー薄層を形成することを特徴とする請求項１若しくは２に記載の画像形成装置。
キャリアの平均粒径をトナー平均粒径の３〜９倍に設定したことを特徴とする請求項１若しくは２に記載の画像形成装置。
前記磁気ロールと現像ロール間の現像バイアスを１００Ｖ〜２５０Ｖに設定し、前記現像ロール上にトナー平均粒径の５〜１０倍の厚さのトナー薄層を形成することを特徴とする請求項１若しくは２に記載の画像形成装置。