JP3763328B2

JP3763328B2 - 電子写真装置

Info

Publication number: JP3763328B2
Application number: JP06087697A
Authority: JP
Inventors: 正保安西; 恒明川西; 正幸相野谷; 善隆藤沼; 貴志鈴木; 祐一郎鈴木; 誠斉法橋
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: JPH10254292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
感光体を均一に帯電させる帯電手段と、帯電した感光体を露光して感光体に電荷潜像を形成する露光手段と、感光体と同方向に回転する現像ローラおよび感光体と逆方向に回転する現像ローラを有し、これら両現像ローラにより電荷潜像にトナーを供給して感光体上にトナー像を形成する現像手段とを備えた電子写真装置は、例えば特公昭５４−１０８６９号公報、特表平１−５０３８１１号公報、実公昭６３−１５８８１号公報、米国特許第４,４４２,７９０号明細書などにより知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の電子写真装置構成においては、現像能力が増大するために高画像濃度を得やすく、現像方向むらの発生を防ぐことができる。しかし、現像ローラが２本であるために装置が大型化する問題、特に感光体の光応答速度が遅い場合には大径ドラムを使用しなければならない問題、記録速度が低下する問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、従来の欠点を解消し、感光体のドラム径を大きくすることなく、高速記録が可能となる小形な電子写真装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、感光体を均一に帯電させる帯電手段と、帯電した感光体を露光し該感光体に電荷潜像を形成する露光手段と、前記感光体と同方向に回転する第１現像ローラおよび前記感光体と逆方向に回転する第２現像ローラを有し、第１現像ローラと第２現像ローラにより前記電荷潜像にトナーを供給して感光体上にトナー像を形成する現像手段とを有する電子写真装置において、該感光体の帯電電圧（Ｖ）と露光後の時間（ｔ）との関係を示す光応答特性図の、前記感光体の使用温度が１０℃のときの露光前の帯電電圧をＶ_０、設定光量による露光後の残留電圧をＶ_Ｒとしたとき、前記光応答特性図の帯電電圧Ｖ_０の点と帯電電圧（Ｖ_０−Ｖ_Ｒ）／ｅの点とを結ぶ直線と残留電圧Ｖ_Ｒの直線との交点の時間（ｔ_ｒ）を光応答時間とし、前記露光手段による露光位置から前記第１現像ローラと第２現像ローラの間までの移動に要する前記感光体の移動時間を、該感光体の前記光応答時間とすることにより達成される。
以上
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を説明する。なお、本実施例では電子写真法において、感光体上に形成された電荷潜像（以下、便宜上「電位潜像」もしくは「電圧潜像」と称することもある。）を現像してトナー像を得るものに関し、現像剤として、１成分現像剤、２成分現像剤等に限定されるものではないが、以下説明の都合上、トナー（非磁性もしくは磁性）と磁性キャリアを主成分とする、いわゆる２成分磁性現像剤による場合で述べる。
【０００７】
図１は、本発明を適用したレーザプリンタの実施例である。感光体ドラム１を帯電器２で一様に帯電した後、レーザビーム３にて電荷潜像を形成する。ここで、本発明を採用するに適するドラム１の移動速度（周速）は１０〜５０ｃｍ／ｓ好ましくは２０〜４０ｃｍ／ｓ程度である。これは、１０ｃｍ／ｓ以下のように低速では画像欠陥が出にくいため２本の現像ローラを用いる必要はなく、５０ｃｍ／ｓ以上のように高速では現像能力が不足するためである。感光体ドラム１の直径は高速小形なプリンタを実現するに適する直径は４０〜１２０ｍｍ程度、好ましくは６０〜１００ｍｍである。帯電極性はプラス、マイナスいずれでも良いが、ここではプラスとする。帯電電圧は５００〜１０００Ｖ、例えば７００Ｖに帯電する。露光はイメージライティング、即ち画像部露光である。続いて、現像機４にて反転現像しプラス極性のトナー像を感光体ドラム上に形成する。露光をバックグランドライティングとし、正規現像しても良いが、本発明は反転現像の場合により効果を発揮する。
【０００８】
次に現像機４の動作について述べる。感光体ドラム１と同方向に回転する第１現像ローラ６１と逆方向に回転する第２現像ローラ６２とは、内部にそれぞれ固定されたマグネット５１、マグネット５２を有し、これらマグネットの磁力によりそれぞれの現像ローラに磁性キャリアと着色トナー（磁性もしくは非磁性）とを主成分とする２成分磁性現像剤を吸着、該現像ローラのそれぞれの回転により搬送し、現像剤を感光体ドラム１に接触させ電荷潜像を現像する。現像磁極の磁束密度は７００〜１２００ガウス、感光体ドラム１の中心と現像ローラの中心とを結ぶ線に対する現像磁極の中心がなす角度は、現像ローラ６１では回転手前０〜１０度に、現像ローラ６２では±１０度に設定されている。
【０００９】
トナーの帯電極性は、感光体の帯電極性と同極性のプラスである。現像剤の搬送量は規制板８と現像剤ローラのギャップにより調整される。現像ローラ６１にはバイアス電源７１、現像ローラ６２にはバイアス電源７２が接続され、ともにトナーと同極性のプラスの電圧が印加されている。例えば、感光体への帯電電圧がＶ０＝７００Ｖのときには、２５０〜６００Ｖが印加される。これらバイアス電圧には１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの交流電圧を重畳しても良い。その実効電圧の大きさは直流電圧の１／２〜１／４である。
【００１０】
現像ローラと感光体ドラムとのギャップは０.５〜１.５ｍｍ、好ましくは０.８〜１.２ｍｍで用いる。現像器と現像ローラの周速比は１.５〜２.５、好ましくは１.８〜２.２が適正である。現像器内の現像剤は切欠き羽根構造の一対のスクリューオーガ１１、１２にて左右、前後に混合撹拌される。この混合撹拌に対して切欠き羽根構造のスクリューオーガは単純形状のスクリューオーガに比べてトナーを現像剤中に混合分散、帯電せしめる効果が大きい。従って、トナーをフィードローラ１３から供給した際、速やかにトナーを現像剤中に分散させ、所定の帯電量にまで短時間で立ち上げることができるので、トナー補給時のかぶりや不均一現像の発生を防止できる。斯くして混合撹拌された現像剤は、第２現像ローラに吸着、搬送され、規制板８と第２現像ローラとのギャップを通過した現像剤が第２現像ローラでの電荷潜像の現像を行い、現像器内に戻される。
【００１１】
規制板８で規制された現像剤は第２現像ローラ側に向かい、吸着、搬送され、規制板８と第１現像ローラとのギャップを通過した現像剤が第１現像ローラでの電荷潜像の現像を行い、スクレーパ１０を経て現像器内に戻される。第２ローラ部で規制された剰余の現像剤はガイド板９にてスクリュウオーガ部に戻される。第１、第２現像ローラでの現像の際に感光体ドラム１上にトナーのみならず、キャリアが付着することがあるが、これを固定されたマグネット５３を内蔵するキャッチローラ６３にて引き戻し、その回転で現像器内へ搬送、回収する。キャッチローラ５３には、付着キャリアの引き戻しを助けるために感光体帯電電圧と同極性のバイアス電源７３が接続され、感光体帯電電圧あるいは第２現像ローラのバイアス電圧と同程度の電圧が印加されている。
【００１２】
かかるキャッチローラを装備するすることは、感光体に付着したキャリアによる転写不良や感光体損傷等の不具合を避ける、現像器からのトナー飛散を防止する意味で有用であるが、本実施例の如く、２本の現像ローラで現像する場合には第２の現像ローラでの付着キャリア除去効果があるために、マグネット５３として安価なプラスティックマグネットの使用もしくは直径１０ｍｍ程度の小形キャッチローラ５３の使用が可能となる。あるいはマグネット５３を除いた、単なる導電性ローラとすることも可能である。なお、印加する電圧に現像ローラの場合と同様の交流電圧を重畳するとキャリア除去効果が増大する。
【００１３】
係る構成の現像器において、感光体ドラム１の速度が１０〜５０ｃｍ／ｓ、直径が４０〜１２０ｍｍであるとき、小形現像器にして大きな現像能力を得るに適した第１、第２現像ローラの直径は、感光体ドラム１の直径の１／３〜１／５である。例えば感光体ドラムの直径が１００ｍｍであるとき、２０〜３５ｍｍが好適である。また、現像器の設定位置は、図２で後述するようにレーザビーム３での露光位置から二つの現像ローラ間のに角度θに応答時間が設定されると空間を効率良く使用できる。膜厚を厚くした有機光導電感光体は長寿命ではあるが、光応答速度が特に低温時に低下するために、感光体ドラム径や記録速度の制約が有ったが、本発明はこの問題を解決できる。長寿命有機光導電感光体を用いても、高速記録可能でかつコンパクトに纏めることができる。このようにできるのは、反転現像を採用しているためである。
【００１４】
２つの現像ローラの印加バイアス電圧、感光体、現像剤の関係は後述するが、層厚２５μｍ以上好ましくは３０〜６０μｍの厚い有機光導電感光体、半導電性現像剤を用い、第１現像ローラのバイアス電圧を第２現像ローラのそれと略同等とすることで、低画像濃度から高画像濃度に至るまで現像方向むらのない均一画像が得られ、また反転現像を採用している本実施例では、かぶりレベルが温度変化に伴う残留電圧の変動に関わらず安定しており、また、第１現像ローラでの現像に際してクリーニング機能が生ずるために感光体へのトナーフィルミング現象を抑止できるので膜厚が厚い感光体の寿命を有効に引き出すことができる。
【００１５】
上記のごとく、２つの現像ローラが縦に配置された構造の現像器においては、ガイド板９の形状、設定位置もまた重要である。即ち、規制板８にて第２現像ローラ６２への供給を規制された剰余の現像剤を円滑に第１現像ローラ６１に受渡し、かつ規制板８にて第１現像ローラへの供給を規制された剰余の現像剤を戻す際に現像剤にかかる力を少なく、搬送に必要な負荷が小さいものであるものとする必要がある。そのためには、図示されているように、ガイド板９の先端部は現像ローラ６２からの剰余現像剤を現像ローラ６１に導く屈曲部を有し、上部がおおよそ２つの現像ローラの中央部に位置し、かつ、上部において現像剤を一時的に保持できる形状であるのが好ましい。
【００１６】
続いて記録紙１４はレジストローラ１５、１６にて、ドラム上のトナー像と記録紙との位置合わせされつつ搬送され、転写ローラの作用下でトナー像が記録紙に転写される。転写ローラには、スイッチ１８にてバイアス電源１９、バイアス電源２０が選択され、１０００〜３０００Ｖの電圧が印加される。トナー像の転写時にはバイアス電源１９が選択され、マイナス電圧が、用紙間や記録動作のイニシャライズ時にはバイアス電源２０が選択され、プラス電圧が印加されローラに付着したトナーを感光体ドラム１側に移行せしめ、転写ローラのトナーによる汚れを抑止する。消去ランプ２１は用紙が通過しないときに感光体上の電荷を減衰、消去せしむるためのものである。転写位置に設けることで、記録紙１４の先端部の電荷を減衰できるので、ドラムから記録紙を分離しやすくなる。記録紙１４をドラムから分離する際に除電針２２にて剰余の電荷を除電して分離を助ける。除電針２２にはバイアス電源２３が接続され１０００〜４０００Ｖのプラス極性の電圧が印加される。
【００１７】
転写後、記録紙は紙ガイド板２４を経て、定着器２５にて加熱、押圧され、トナー像は定着される。定着器２５は内部にヒータ２８を持つヒートローラ２７、バックアップローラ２６からなる。感光体ドラム１は、転写後に残るトナーをクリーナ２９にて除去され、次の作像に供される。クリーナ２９は、ゴムブレード３０、感光体１と接触回転するブラシ３１、除去されたトナーを排出する排出クリーナ３２からなる。係る本発明を適用したプリンタは、直径４０〜１２０ｍｍの感光体ドラムを用いた小形プリンタながら記録速度１０〜５０ｃｍ／ｓと高速で、かつ均一再現性に優れた画像をプリントできる。
【００１８】
以下、本発明の構成要件である光導電感光体の光応答特性と２ローラ現像器の設定条件の関係について説明する。図２は本発明に使用するに好適な有機光導電感光体の光応答特性の例を示したものである。時間ｔは、ドラムの移動時間、即ち露光点からの時間である。時間ｔ＝０でレーザ走査露光すると時間経過とともに帯電電圧は減衰し、露光光量に従い一定値（残留値）に達する。また、光量をＥ₁,Ｅ₂,Ｅ₃ …… Ｅ_nと増加しても減衰しなくなる。この時の電圧Ｖ_rが所謂飽和残留電圧である。通常、Ｖ₀−Ｖ_rの８０−１００％のコントラスト電圧が得られる露光量を与え、その９０−１００％にまで減衰する時間を現像開始前までの時間として確保する。しかし、この時間を確保することは、露光から現像までの距離を相当距離確保することを意味し、従ってドラムの直径を大きくする必要があり、装置の大型化、コストアップを来すことになる。あるいはドラム周速を遅くせねばならない結果、高速記録に限界をきたす。
【００１９】
今、図２において、Ｖ₀が時間ｔとともにほぼ直線的に減衰する部分の延長線（Ｖ₀と(Ｖ₀−Ｖ_R)／ｅとを結ぶ線の延長線）と、設定光量（図では、Ｅ_n-1）に対する残留電圧Ｖ_R（飽和残留電圧若しくはこの近傍値）部分の接線（延長線）との交点の時間ｔ_rを光応答時間とする。有機光導電体感光体ドラムとブレードクリーナとを組み合わせた記録装置ではドラムの感光層は１万頁の印刷当り０.１〜１μｍの摩耗があるので、長寿命ドラムとするためには、感光層の厚さを２５μｍ以上、好ましくは３０〜６０μｍのように厚くすると光応答が悪くなり、ｔ_rは大きくなる。
【００２０】
また、使用環境温度が低い（１５℃以下とくに１０℃以下）ときもしくは、感光体によっては低湿時（５０％以下とくに３０％以下）には、光応答は悪くなる。例えば０.１秒から０.３秒になることがあり、装置実装上問題になる。本発明は係る光応答時間が長いドラムを用い、レーザビーム３の露光位置から第１現像ローラ６１までの距離を短く設定できるようにし、高速小形記録装置を実現するものである。即ち、露光から現像ローラ６１と現像ローラ６２の間の時間（角度θ）がｔ_rとなるようにするものである。特に、低温時のｔ_rにθを対応させるのが好ましい。このようにすると、第１現像ローラ６１を露光部に近づけることができるために、直径が短い感光体ドラムと２つの現像ローラとを組み合わせた方式をより高速で使いたい場合に極めて有効である。
【００２１】
現像ローラ６１では、感光体の電圧が所望値より高い状態で反転現像するので、この現像効率を大きくすることが高速記録にとって重要である。第１現像ローラが感光体と同方向に回転し、第２ローラが逆方向に回転する本現像器により反転現像する場合には、この欠点を補うことができる。即ち、感光体ドラムと現像ローラが互いに同方向に回転する場合には、逆方向に回転する場合に比べ、現像性が良く、かぶりも少ない特徴を有する。一方、逆方向に回転する第２現像ローラでの現像では、滑らかで均一性の良い画像となる。従って、本現像器では、現像効率良く、均一性の良い現像をなし得るので上述の問題は少なくなるのであるが、反転現像の場合には、第１現像ローラに印加するバイアス電圧を第２現像ローラのそれより同等若しくは大きくする、例えば２０〜１００Ｖ高くすることでより現像性を高めることができるので、ｔ_rを２つの現像ローラ間に設定することの欠点を解消できる。
【００２２】
また、感光体の層厚を厚くすると低温時に残留電圧（露光後の帯電電圧）の増大が大きくなるために、画像濃度が低下する問題がある。この問題を解消するには、感光体ドラム、現像器もしくは現像剤の温度を検出し、２つの現像ローラに印加するバイアス電圧を温度が低い場合には高くなるように補正するのが良い。図３は、その実施例を示すものである。現像バイアス電源３３と直列に抵抗３４、サーミスタ３６を接続し、抵抗３５をサーミスタ３６と並列に接続する。なお、抵抗３５は省略できる場合もある。サーミスタ３６に発生する電圧を現像ローラに印加する。しかるとき、サーミスタは現像器の近傍、現像器、もしくは現像剤流れの一部と接触するように取り付けられ、現像剤の温度に依存して、抵抗値が変化するようになっている。プリンタの動作中は、感光体の温度は略現像剤の温度に近くなるので、温度が低下するとバイアス電圧が増加して画像濃度の低下を補う様に動作する。
【００２３】
このようにサーミスタ３６を現像器に一体的に取り付けた構造とすれば、感光体の温度変化に伴う残留電圧の変化を自動的に補償する現像器ユニットを提供できる。本現像器に使用する現像剤のキャリアには体積平均粒径７０〜１２０μｍ、好ましくは８０〜１００μｍのフェライトもしくはマグネタイトキャリアを用いる。７０μｍ以下では感光体へのキャリア付着の増大、現像剤の流動性低下を来し、１２０μｍ以上では画像濃度低下、画像荒れを来す。これらキャリアのうち飽和磁化密度５０〜１００ｅｍｕ／ｇであるものが使用できる。５０ｅｍｕ／ｇ以下では搬送しずらく、１００ｅｍｕ／ｇ以上では磁気ブラシの剛性が大きくなり画質劣化を来す。現像磁極の磁束密度として適合する強さは７００〜９００ガウスである。また、キャリアの表面に水溶性イオンが付着していると、現像剤の初期使用時におけるプリント枚数に対する経時的な帯電量変化が大きいので、キャリア製造後、水洗・乾燥処理したものを使用することが望ましい。
【００２４】
トナーとしては体積平均粒径５〜１２μｍ、好ましくは８〜１０μｍを用いる。５μｍ以下では製作が困難であり、現像剤の流動性が低下する。１２μｍ以上では解像度が低下し１６本／ｍｍ以上の高解像度記録は困難である。キャリアがトナーで覆われる被覆率を０.２〜０.５、好ましくは０.２５〜０.４とする。０.２以下ではトナー供給量が不足し、高画像が得られ難い。０.５以上では、帯電立ち上がり速度低下、画像カブリの発生、トナー飛散等の弊害を来し易くなる。トナーの電荷量は１０〜２５μＣ／ｇ（感光体上に現像されたトナーの電荷量を測定）が好適である。例えば、トナー粒径８〜１０μｍの場合、１５〜２０μＣ／ｇが良好な結果を与える。１０μＣ／ｇ以下では過剰なトナー付着、トナー飛散が生じ、２５μＣ／ｇ以上では画像濃度が不足する。
【００２５】
本発明に適する現像剤の動的電気抵抗は１０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍ、そのときのキャリアの動的電気抵抗は１０⁷〜１０¹⁰Ω・ｃｍである。ここで動的電気抵抗は感光体ドラム１のかわりに金属（たとえばＡｌ）ドラムを設定して、現像剤ないしはキャリアを現像ローラで搬送した状態で、１００Ｖの直流電圧を印加したときの電流値、ギャップ、接触幅、接触長より算出して求めた値である。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、感光体のドラム径を大きくすることなく、高速記録が可能となる小形な電子写真装置を提供することができる。
以上
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電子写真装置の概略構成図。
【図２】感光体の光応答特性を示す説明図。
【図３】温度補償機構の実施例を示す説明図。
【符号の説明】
１…感光体ドラム、２…帯電器、３…レーザビーム、４…現像器、１４…記録紙、１７…転写ローラ、２５…定着器、２９…クリーナ、６１…第１現像ローラ、６２…第２現像ローラ。

Claims

感光体を均一に帯電させる帯電手段と、帯電した感光体を露光し該感光体に電荷潜像を形成する露光手段と、前記感光体と同方向に回転する第１現像ローラおよび前記感光体と逆方向に回転する第２現像ローラを有し、第１現像ローラと第２現像ローラにより前記電荷潜像にトナーを供給して感光体上にトナー像を形成する現像手段とを有する電子写真装置において、該感光体の帯電電圧（Ｖ）と露光後の時間（ｔ）との関係を示す光応答特性図の、前記感光体の使用温度が１０℃のときの露光前の帯電電圧をＶ_０、設定光量による露光後の残留電圧をＶ_Ｒとしたとき、前記光応答特性図の帯電電圧Ｖ_０の点と帯電電圧（Ｖ_０−Ｖ_Ｒ）／ｅの点とを結ぶ直線と残留電圧Ｖ_Ｒの直線との交点の時間（ｔ_ｒ）を光応答時間とし、前記露光手段による露光位置から前記第１現像ローラと第２現像ローラの間までの移動に要する前記感光体の移動時間を、該感光体の前記光応答時間としたことを特徴とする電子写真装置。