JP3606798B2

JP3606798B2 - 画像形成装置の制御方法

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Publication number: JP3606798B2
Application number: JP2000300481A
Authority: JP
Inventors: 義夫小沢; 英司落合; 昌一坂田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2002108104A

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二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を採用する画像形成装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非接触現像方式は、一成分現像の手段として検討されてきたが、近年、高速の画像形成装置として、例えば、感光体上に複数のカラー画像を順次に形成する１ドラム色重ね方式用等に検討されてきた。この１ドラム色重ね方式では、感光体上に正確にトナーを重ねることにより、色ずれの少ないカラー画像を形成することが可能で、カラーの高画質化に適した技術として注目されてきた。
【０００３】
そして、従来の非接触現像方式の一例が、米国特許第３，８６６，５７４号に開示されている。この技術によれば、ドナーロール（現像ロール）上に非磁性トナーの薄層を形成し、感光体に対し非接触に設置し、交流電圧によって感光体潜像にトナーを飛翔させている。
【０００４】
また、従来の非接触現像方式の他の一例が、米国特許第３，９２９，０９８号に開示されている。この技術によれば、磁気ロールを用いて二成分現像剤をドナーロールに進ませ、このドナーロール上へトナーを転移させてトナー薄層を形成する現像装置が示されている。この例では、二成分現像方式を採用し、ドナーロール上への薄層形成は可能なものの、トナー帯電が高くなった場合に、ドナーロール上のトナーの分離が困難になり、強い交流電圧を印加することが必要とされる。しかし、強い交流電圧は、感光体上のトナー薄層を乱してしまうので、色重ねには不適当であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術においては、トナーの帯電制御が複雑であり、現像ロールに大きなバイアス電圧（現像電圧）を必要としていた。このため、現像ロール上に、トナーの消費領域と非消費領域とが発生し、そのロール上におけるトナーの付着状態と、新たに供給されたトナーとの間に電位差が生じやすい。その結果、前回の現像画像の残像（ゴースト）が後続の他の画像に重なって現れる現象、いわゆる履歴現象（メモリ現象）が発生し易いという問題点があった。
【０００６】
そこで、履歴現象の発生を防止するため、種々の技術が開示されている。例えば、特開平１１−２３１６５２号公報には、現像ロール上の現像トナーを掻き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置が開示されている。しかし、掻き取り部材を設けると、トナーに大きな物理的又は電気的なストレスを与え、トナー劣化の要因となる。
【０００７】
また、特開平３−１１３４７４号公報には、いわゆるパウダークラウド現像法が提案されている。このパウダークラウド現像法では、ドナーロールと感光体との間にワイヤーからなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電圧を印加することにより、現像されたトナーを乱さずに色重ねすることができる。しかし、この技術では、補助電極のワイヤーが非常に汚れ易く、また、ワイヤーが振動すると、画像劣化が発生する傾向がある。
【０００８】
また、電子写真学会誌第１９刊、第２号（１９８１）、ｐｐ．４４−５１には、二成分現像剤を用いたタッチダウン現像法における現像ロール上のトナー薄層の形成について理論的な考察が記載されている。しかし、タッチダウン現像法では、現像残トナーと補給トナーとの入れ替わりが容易でなく、選択現像が発生して現像性が低下するおそれがある。
【０００９】
また、特開平７−７２７３３号公報には、コピーとコピーとの間や紙間において、現像ロールと磁気ロールとの間で電位差の極性を反転させ、現像ロール上のトナーを磁気ロールに回収することにより、トナーの帯電を安定させる方法が記載されている。しかし、電位差の極性を反転させると、トナーの帯電が変化して、いわゆるカブリが発生するおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決すべく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を制御するにあたり、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技術の提供を目的とする。
【００１１】
【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、本発明の請求項１に係る画像形成装置の制御方法によれば、トナーを帯電させて保持するキャリアによる磁気ブラシを発生させる磁気ロールと、磁気ブラシから供給されたトナーによりトナー薄層が表面に形成される現像ロールと、トナー薄層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する静電潜像担持体とを備えた画像形成装置を制御するにあたり、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、及び／又は、画像形成開始前に、現像ロールの表面電位と磁気ロールの表面電位とを等しくした等電位状態を発生させ、等電位状態下で、現像ロール上の残存トナーを磁気ブラシで回収する方法としてある。
【００１２】
このように、本発明の画像形成装置によれば、非画像形成期間及び／又は画像形成開始前に、現像ロールと磁気ロールとの電位差を無くして等電位状態を発生させる。等電位状態としてバイアス電圧差をなくしたことにより、現像ロールにトナーが付着する静電気力がなくなる。その結果、現像ロール上の残存トナーを、現像ロールと磁気ロールとの周速差による磁気ブラシ効果により効率良く磁気ロールに回収することができる。そして、残像トナーの回収とともに、新規トナーの現像ロールへの供給を行うことにより、トナーの入れ替えを容易に行うことができる。このため、現像ロール上に均一厚さのトナー薄層を形成することができる。その結果、残像の原因となる残存トナーを容易に回収することができる。その結果、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。
【００１３】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明に加えて、等電位状態を、現像ロールが少なくとも一回転する期間継続させる方法としてある。
このように、等電位状態中に現像ロールを一回転以上回転させれば、現像ロールの全周にわたって残存トナーを容易に回収することができる。その結果、より確実にゴーストの発生を抑制することができる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明に加えて、等電位状態中の磁気ロールの周速度を、現像ロールの周速度の１．５倍以上とする方法としてある。
このように、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、剪断応力による圧接力を高めることができる。その結果、より効果的に残存トナーを回収することができる。特に、磁気ロールの周速度を現像ロールの周速度の１．５倍以上とすれば、目視で残像が事実上判別できなくなり、残像発生防止効果がより一層顕著となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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１を参照して、実施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。
図１に示すように、この画像形成装置は、磁気ロール１と、直径１６ｍｍの現像ロール２と、静電潜像担持体３とを備えている。そして、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、静電潜像担持体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する。
【００１６】
また、静電潜像担持体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。
ここで、図２に静電潜像担持体３要部拡大図を示す。図２に示すように、この静電潜像担持体３は、基材３１の上に、阻止層３２、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の感光層３３及び表面保護層３４を順次に積層した構造を有する。そして、ここでは、感光体３０の厚さとは、これら阻止層３２、感光層３３及び表面保護層３４の厚さの合計Ｔを指す。
【００１７】
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。
【００１８】
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３４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。
【００１９】
再び図１を参照すると、静電潜像担持体３と現像ロール２との間に０〜２００Ｖのバイアス電圧Ｖｄｃ１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。
【００２０】
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、Ｖｄｃ１＝１００Ｖ、｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜＝１５０Ｖとするとよい。
【００２１】
ここで、図３の実験結果グラフを参照して、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。図３のグラフの横軸は、電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜を表し、縦軸は、バイアス電圧Ｖｄｃ１を表す。そして、図３に示すように、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、図３から、バイアス電圧Ｖｄｃ１が０〜２００Ｖ、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。
【００２２】
再び図１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からなる現像剤を攪拌しながら、トナー５を適正なレベルに帯電させる。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、規制ブレード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、規制ブレード９と磁気ロール１との間隙を０．３〜１．５ｍｍとしている。
【００２３】
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と静電潜像担持体３との間隙を、５０〜４００μｍ、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１０〜５０μｍとなる。
【００２４】
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をその三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。
【００２５】
さらに、本実施形態では、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、１０^８〜１０^１２Ωｃｍの抵抗値を有し、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殻層として、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、静電潜像担持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。
【００２８】
そして、本実施形態では、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。
【００２９】
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、印刷用紙の先端や後端により検出してもよい。
【００３０】
本実施形態では、非画像形成期間に相当する印刷用紙の間隔、すなわち、給紙される際の印刷用紙の後端から次の印刷用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が少なくとも一回転する期間継続させることができる。
【００３１】
［実施例］
次に、本実施形態の効果を評価するため、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４に示す画像パタン１１による画像形成を行った。この画像パタン１１においては、矩形のソリッドパタン１２と、このソリッドパタン１２よりも広いハーフトーンパタン１３とが、ソリッドパタン１２に続いてハーフトーンパタン１３が現像されるように配置されている。ここでは、ハーフトーンパタン１３の濃度を、ソリッドパタン１２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。
【００３２】
本実施例では、上述した本実施形態において、厚さ１４μｍのａ−Ｓｉ感光体３０を設けた静電潜像担持体３を用いた。そして、画像形成時には、感光体３０の表面電位を２００Ｖ、現像ロール２の表面電位（Ｖｄｃ１）を５０Ｖ、磁気ロール２の表面電位（Ｖｄｃ２）を２００Ｖとした。また、感光体３０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３倍した周速度で回転させた。
【００３３】
そして、本実施例では、非画像形成時に、下記の表１に示すように、現像ロール２の表面電位（Ｖｄｃ１）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。
【００３４】
［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。すなわち、下記の表１に示すように、非画像形成期間中も、現像ロール２の表面電位（Ｖｄｃ１）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と静電潜像担持体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、実施例と同一とした。
【００３５】
［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、下記の表１に示すように、非画像形成期間中に、現像ロールの表面電位（Ｖｄｃ１）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、実施例と同一とした。
【００３６】
【表１】

【００３７】
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、下記の表２に示す。ここでは、初期、１００枚目及び１０００枚目の三段階における濃度、残像及びカブリの発生を確認した。
【００３８】
【表２】

【００３９】
なお、上記の表２において、濃度の欄の「○」印は、形成された画像にかすれが認められないことを示す。また、「△」印は、かすれが僅かに認めらることを示す。
また、上記の表２において、残像及びカブリの欄の「○」印は、形成された画像に残像やカブリがそれぞれ認められないことを示す。また、「△」印は、残像やカブリが僅かに認められることを示す。また、「×」印は、図５に示すように、残像やカブリがはっきり認められることを示す。図５は、図４に示した画像パタン１１を形成した際に、ハーフトーンパタン１３の領域中にソリッドパタン１２の残像１４が現れた様子を模式的に示した図である。
【００４０】
そして、上記の表２に示すように、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。
【００４１】
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、上記の表２に示すように、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。
【００４２】
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、上記の表２に示すように、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。
【００４３】
したがって、上記の表２に示した評価結果から、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。
【００４４】
上述した実施の形態においては、本発明を特定の条件で構成した例について説明したが、本発明は、種々の変更を行うことができる。例えば、上述した実施形態においては、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を等電位状態とした例について説明したが、本発明では、単一画像を形成する際に、画像形成開始前を等電位状態としてもよい。
【００４５】
また、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、この発明では、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。
【００４６】
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一方の表面電位だけを他方の表面電位と一致させるように制御してもよい。
【００４７】
また、上述した実施形態では、非画像形成期間の全期間を等電位状態とした例について説明したが、本発明では、必ずしも全期間を等電位状態としなくともよい。例えば、非画像形成期間のうち一部分の期間だけを等電位状態としてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の画像形成装置の制御方法によれば、非画像形成期間又は画像形成開始前に、現像ロールと磁気ロールとの電位差を無くして等電位状態を発生させる。等電位状態としてバイアス電圧差をなくしたことにより、残像の原因となる残存トナーを容易に回収することができる。その結果、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の画像形成装置の構成を示す模式図である。
【図２】静電潜像担持体の要部拡大図である。
【図３】現像条件と現像特性との関係を示すグラフである。
【図４】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。
【図５】残像が発生した様子を示す模式図ある。
【符号の説明】
１磁気ロール
２現像ロール
３静電潜像担持体
４キャリア
５トナー
６トナー薄層
７ＡＣ／ＤＣ電源
８ＤＣ電源
９規制ブレード
１０磁気ブラシ
１１画像パタン
１２ソリッドパタン
１３ハーフトーンパタン
１４残像
３０感光体
３１基材
３２阻止層
３３感光層
３４表面保護層

Claims

トナーを帯電させて保持するキャリアによる磁気ブラシを発生させる磁気ロールと、
前記磁気ブラシから供給されたトナーによりトナー薄層が表面に形成される現像ロールと、
前記トナー薄層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する静電潜像担持体と
を備えた画像形成装置を制御するにあたり、
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、及び／又は、画像形成開始前に、
前記現像ロールの表面電位と前記磁気ロールの表面電位とを等しくした等電位状態を発生させ、
前記等電位状態下で、前記現像ロール上の残存トナーを前記磁気ブラシで回収する
ことを特徴とする画像形成装置の制御方法。
前記等電位状態を、前記現像ロールが少なくとも一回転する期間継続させる
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置の制御方法。
前記等電位状態中の前記磁気ロールの周速度を、前記現像ロールの周速度の１．５倍以上とする
ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置の制御方法。