JP4050647B2

JP4050647B2 - 現像方法

Info

Publication number: JP4050647B2
Application number: JP2003097989A
Authority: JP
Inventors: 昌一坂田
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: JP2004302360A

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、ファクシミリそれらの複合機などの画像形成装置に使用される現像方法に関するものであり、特に、トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを磁気ブラシロールから現像ロール上に移行せしめ、該トナーを静電潜像上に飛翔させることで該潜像の現像を行う一成分非接触現像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トナーの色に対応した複数の感光体を用いて、転写紙の送りに同期させて各感光体上にカラートナー像を形成し、各カラートナー像を順次転写紙上に転写させ、転写紙上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきている。この方式では高速性に優れているとの利点があるものの、各色の電子写真プロセス部材を並べて配置しなければならないため、装置が大型化するとの欠点を有していた。この対策として、感光体どうしの間隔を狭くして小型化された画像形成ユニットを配置した小型タンデム式カラー画像形成装置（以下、単に小型タンデム式装置と呼ぶ）が提案されている。
【０００３】
小型タンデム式装置では、画像形成ユニットの幅方向のサイズを極小にするため、現像装置を縦型とすることが有利である。すなわち、感光体の上部方向に現像装置を配置することがレイアウト上望ましい。また、従来の２成分現像剤を用いた現像方式では、このような縦型の現像装置では、現像剤を還流させるために、現像剤攪拌部から感光体に近接した現像ロールへの供給が複雑になり、装置の小型化には限界があり、感光体へのキャリアの付着、トナーの飛散が避けられない問題があった。
【０００４】
また、キャリアを用いない一成分現像剤（トナー）を用いることも提案されているが、現像ロールを感光体に接触する接触式現像方式では、感光体のトルク変動をきたし、タンデムの弱点である色ずれを助長させてしまう欠点がある。また、現像ロールを感光体に非接触とする非接触方式では、トナーをチャージロールで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ロール上のトナー層厚を規制することが必要であるため、トナーの添加剤がチャージロールに付着して帯電能力が低下したり、規制ブレードにトナーが付着し層形成が不均一になってしまい、画像欠陥をきたすことがあった。
【０００５】
従って、このような小型タンデム式装置の問題を解決するためには、一旦キャリアを用いてトナーを帯電させ、その後感光体に対し非接触でトナーを飛翔させる一成分非接触現像方法が最も好適である。即ち、この方法では、トナーと磁性キャリアとを混合してトナーを帯電させ、このような帯電トナーを含む２成分現像剤を磁気ブラシの形で磁気ブラシローラ上に保持せしめ、帯電されたトナーのみを磁気ブラシロールから現像ロール上に移行して、現像ロール上に帯電トナーの薄層を形成し、該トナーを感光体表面に形成された静電潜像上に飛翔させることにより該潜像の現像を行うものである。
【０００６】
ところで、現像ロール上のトナーを静電潜像上に飛翔させることにより現像を行う場合には、連続して画像形成を行うときに、前の画像の一部が次の画像に残像（ゴースト）として現れる所謂履歴現像を生じ易いという特有の問題がある。即ち、現像終了後には、現像ロール上には、現像によりトナーが消費された領域と、トナーが消費されていない領域とが発生する。従って、この状態で次の現像が行われると、トナー消費領域が画像濃度の低い部分として次の画像中に現れてしまうのである。
【０００７】
このような一成分現像に特有の履歴現像を防止するための手段としては、種々の方法が提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１２８９８３号公報
【特許文献２】
特開平１２−８１７８８号公報
【特許文献３】
特開平６−６７５４６号公報
【特許文献４】
特開平７−９２８０４号公報
【０００９】
特許文献１の方法は、磁気ロールの磁束密度の半値幅領域を広く設定することにより、現像ロール上のトナーの回収と供給を図り、特許文献２の方法は、専用の回収ロールを用いて現像ロール上からトナーを回収するというものである。また、特許文献３では、現像ロールと磁気ロール間に印加する高電圧を高周波数で切り替え、磁気ロールから現像ロールにトナーを供給する電界と現像ロールから磁気ロールにトナーを剥離する電界とを交互に形成するものであり、さらに、磁気ロールとは別にトナー剥離部材を設け、現像ロール上のトナーを電気的に剥離して回収し、その後、剥離回収されたトナーを電気的に磁気ロールに回収させるというものである。特許文献４では、画像形成時以外に現像ロールと磁気ロールが回転している状態で、磁気ロール側に逆電界を印加し一回転以上させることが提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような特許文献１〜４に開示されている方法では、複雑な機構が必要であり、小型の電子写真プロセスには実用化されていなかった。
また現像装置を小型化し高濃度の画像を連続して印刷する場合には、現像ロールに対するトナーの補給が追いつかず、画像濃度が薄くなったり、印刷速度が低下したりすることがあった。この問題を解消するために、掻き取り装置や特別な回収バイアスの印加も提案されているが、トナーのストレスが増し、耐久性能劣化の要因になっていた。
【００１１】
従って本発明の目的は、現像装置を複雑にすることなく、連続現像時の残像の発生、即ち履歴現像を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給することが可能であり、タンデム方式のカラー画像形成装置、特に小型の装置に有効に適用し得る一成分非接触現像方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の感光体ドラムがサイドバイサイドに配置され、
前記感光体ドラムの各々に併設し、第１の直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像する現像ロールとトナーと、磁性キャリアとを含む２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、第２の直流バイアスによって、現像ロールにトナー薄層を形成する磁気ロールとを供え、感光体ドラムに形成された静電潜像上にトナーを飛翔させて現像を行うタンデム式カラー画像形成装置に用いられる現像方法において、
前記磁性キャリアの体積抵抗は、１０ ^６ Ωｃｍ〜１０ ^９ Ωｃｍであり、前記磁気ロールの回転速度を現像ロールの速度に対し、１．０〜２．０倍に設定し、
前記トナーの磁気ロールから現像ロール上への移行を、磁気ロールと現像ロールとの間に３００μＡ〜６００μＡの交流電流を流すことにより行うことを特徴とする現像方法が提供される。
【００１３】
本発明においては、前記第１の直流バイアスと前記第２の直流バイアスの電位差が１００〜２５０Ｖであることが好ましい。
【００１４】
本発明では、磁気ロールから現像ロール上への帯電トナーの移行を、交流電流量が３００μＡ以上となるように調節して行うことにより、後述する実施例の実験結果を示す表１から明らかな通り、連続して画像形成を行うときの履歴現像を有効に防止することが可能となる。この理由は明確ではないが、おそらく交流電流量が３００μＡ以上のときには、磁気ロール上の磁気ブラシの振動が大きく、磁気ロールから現像ロールへのトナー供給が効率よく行われ、この結果、トナー消費領域に速やかにトナーが補給され、ゴーストの発生、即ち履歴現像が有効に防止されるものと思われる。尚、磁気ロールと現像ロールとの間に流れる交流電流値は、いわゆる実効電流値を意味するものである。
【００１５】
また、本発明では、現像ロールへのトナー供給が効率よく行われるため、高濃度の画像を連続して印刷する場合においても、現像ロールに対するトナーの補給が有効に行われ、画像濃度の低下や印刷速度の低下も有効に回避することができる。
【００１６】
このように本発明の一成分非接触現像方法は、複雑な機構を用いることなく、履歴現像を防止し且つトナー補給を効率よく行うことができるため、コンパクトなタンデム式カラー画像形成装置に有効に適用される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一成分非接触現像方法が好適に適用されるタンデム式カラー画像形成装置の概略構造を示す図であり、
図２は、本発明の一成分非接触現像方法を実施するための現像器の構造を示す側断面図であり、
図３は、図２の現像器の平面断面図である。
【００１８】
図１において、この画像形成装置においては、本体１内の画像形成領域には、現像器２が近傍に配置されている感光体ドラム３が複数（４個）サイドバイサイドに配置されており、各感光体ドラム３には、上記現像器２とともに、露光ユニット４が配置され、その下方には、転写紙を搬送するための搬送ベルト５が設けられている。
【００１９】
感光体ドラム３は、アルミ等からなる導電性素管上に感光体層を形成させたものであり、該感光体は、アモルファスシリコン、単層或いは積層型の有機感光体、セレンなど、それ自体公知のものであってよい。
【００２０】
また、各感光体ドラム３の周囲には、番号は付されていないが、主帯電装置、転写装置、クリーニング装置も配置されており、更に、現像器２内には、感光体ドラム３の位置に応じて各色のトナー（例えば、ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー）が収容されており、感光体ドラム３毎で各色のトナー像が形成されるようになっている。
【００２１】
即ち、感光体ドラム３を主帯電装置によって所定極性に一様に帯電する。この場合、アモルファスシリコン感光体ドラムを用いたときには、その表面電位（主帯電電位）は、１５０乃至３００Ｖ程度とし、正帯電有機感光体ドラムを用いた場合には、３００乃至５００Ｖの範囲とするのがよい。次いで所定の画像情報に基づいて露光ユニット４からの光照射によって画像露光を行い、静電潜像を形成する。この静電潜像を所定の現像バイアス電界を印加することにより、現像器２によって現像し、所定の色のトナー像を形成する。このトナー像は、転写装置により、本体１に装着された給紙カセットなどから搬送ベルト５上に導入された転写紙上に転写される。このようにして各感光体ドラム３上に形成された各色のトナー像が、順次、転写紙上に転写され、転写紙上で色重ねされて、フルカラートナー像が形成される。このフルカラートナー像は、転写紙を搬送ベルト５から定着装置内に導入することによって、熱及び圧力により転写紙表面に定着され、定着画像を有する転写紙は装置外に排紙されることとなる。尚、感光体ドラム３から転写紙上にトナー像が転写された後は、クリーニング装置によって該ドラム３上に残存するトナーが除去され、次の画像形成サイクルが行われる。
【００２２】
図１のようなタンデム式カラー画像形成装置において、これをコンパクトにするためには、各感光体ドラム３の間隔を小さくすることが必要であり、このためには、レイアウト上、図示されている如く、現像器２を縦型として感光体ドラム３の上部に配置することが最も好適である。この縦型の現像器３により、本発明の一成分非接触現像が実施される。
【００２３】
上記の現像器２の構造を示す図２及び図３において、この現像器２は、現像ケース１０内に、現像ロール２０、磁気ロール２１、パドルミキサー２２及び攪拌ミキサー２３が収容されている。
【００２４】
現像ロール２０は、現像ケース１０の最下方において、所定の開口部を介して感光体ドラム３に対面するように配置されている。現像ロール２０と感光体ドラム３との間隔は、非接触での現像を行うために、通常、１５０〜４００μｍ、特に２００〜３００μｍの間隔に設定されている。この間隔が、上記範囲よりも狭いとカブリを生じるおそれがあり、また上記範囲よりも大きいと、画像濃度の低下等を生じるおそれがある。
【００２５】
磁気ロール２１は、複数の磁極を備えたマグネットを内蔵しており、現像ロール２０の上側に隣接して配置されている。また、図２に示されているように、磁気ロール２１に近接して、所定のクリアランスで穂切りブレード２４が設けられている。
【００２６】
磁気ロール２１のさらに上方には、パドルミキサー２２が配置され、このパドルミキサー２２に並列して攪拌ミキサー（例えばスパイラル）２３が配置されている。また、攪拌ミキサー２３が配置されている部分には、トナーセンサ２５が設けられており、パドルミキサー２２と攪拌ミキサー２３との間は、中央部分で仕切り壁２６によって仕切られている。
【００２７】
かかる現像器３において、攪拌ミキサー２３及びパドルミキサー２２が配置されている室内に、トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤が充填される。即ち、攪拌ミキサー２３及びパドルミキサーでの磁性キャリアとの混合攪拌により、トナーは所定極性に摩擦帯電される（キャリアは反対極性に摩擦帯電される）。このようにして摩擦帯電されたトナーと磁性キャリアとは、パドルミキサー２２から磁気ロール２１上に供給される。尚、現像によりトナーが消費され、現像剤中のトナー濃度が低下した場合には、トナーセンサ２５によりトナー濃度の低下が検知され、上方の開口部からトナーが補給される。
【００２８】
磁気ロール２１上では、帯電したトナー及びキャリアからなる磁気ブラシ２７（図３参照）が形成され、この磁気ブラシ２７は、穂切りブレード２４によって一定の穂長に規制される。一般に、穂切りブレード２４と磁気ロール２１とのクリアランスは、０．３乃至１．５ｍｍの範囲に設定される。また、この磁気ブラシ２７の幅は、現像ロール２０の幅よりも大きく設定することが好ましい。これは、磁気ブラシ２７によって現像ロール２０からトナーを確実に回収するためであり、これにより、現像ロール２０からのトナー飛散などを有効に回避することができる。
【００２９】
一方、磁気ロール２１に対面して配置されている現像ロール２０は、アルミ、ステンレスなどの導電性材料からなり、この現像ロール２０と磁気ロール２１とのクリアランスは、磁気ブラシ２７による現像ロール２０から磁気ロール２１へのトナーの回収をブレードなどの部材を用いずに行うために、現像ロール２０上に形成されるトナー層が磁気ブラシ２７と接触するように設定されていることが好ましく、例えば、前述した穂切りブレード２４と磁気ロール２１とのクリアランスと同程度（０．３乃至１．５ｍｍの範囲）に設定される。
【００３０】
さらに、磁気ロール２１には、直流電源ＤＣ３１ａが接続されており、所定の直流電位（以下、この直流電位をＤＣ３１ａと呼ぶ）が印加されるようになっている。また、現像ロール２０には、直流電位ＤＣ３０ａ及び交流電位ＡＣ３０ｂが接続され、直流電位（以下、ＤＣ３０ａと呼ぶ）に交流電位（以下、ＡＣ３０ｂと呼ぶ）が重畳された交番電位（ＤＣ３０ａ＋ＡＣ３０ｂ）が印加されるようになっている。
【００３１】
即ち、本発明では、磁気ロール２１上に形成された磁気ブラシ２７から帯電トナーのみを現像ローラ２０上に移行して現像ローラ２０上に帯電トナーの薄層を形成するが、この帯電トナーの移行は、磁気ロール２１に上記の直流電位ＤＣ３１ａが印加され、且つ現像ロール２０に交番電位（ＤＣ３０ａ＋ＡＣ３０ｂ）が印加された状態で行われる。尚、現像ロール２０に印加される交番電位は、現像バイアス電位に相当するものである。
【００３２】
本発明において、現像ロール２０上への帯電トナーの移行は、現像ロール２０と磁気ロール２１との間の交流電流が３００μＡ以上、特に３００乃至６００μＡの範囲となるように、上記直流電位及び交番電位が調整される。即ち、交流電流が３００μＡ未満であると、画像形成を繰り返し行ったときに履歴現像を発生してしまう。また、交流電流を過度に大きくしても、それ以上の効果を得ることはできず、むしろ、現像に悪影響を与えるおそれがあり、３００μＡを超えると放電が発生する。尚、この交流電流とは、バイアス印加時に現像ロール２０から磁気ロール２１に現像剤を介して流れ込む電流を意味する。
【００３３】
また、現像ロール２０上に形成されるトナー薄層の厚みは、現像剤の抵抗や現像ロール２０および磁気ロール２１の回転速度差などによっても左右されるが、磁気ロール２１と現像ロール２０間の電位差|ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ|（以下Δと表現する）によって制御することもでき、例えばΔを大きくすると現像ロール２０上のトナーの層が厚くなり、Δを小さくすると薄い層になる。Δの範囲は一般的に１００乃至２５０Ｖ程度が適切である。通常、トナー薄層の厚みは、６乃至７０μｍ、特に３０乃至５０μmの範囲に調整するのがよい。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層から１０層程度に相当する値である。
【００３４】
また、現像後に、現像ロール２０から磁気ロール２１上にトナーを回収し、トナーの入れ替えを効率よく行うためには、例えば現像ロール２０と磁気ロール２１との回転方向を互いに逆方向とし、且つ磁気ロール２１の回転速度を現像ロール２０の速度に対し、１．０乃至２．０倍に設定することが好適である。尚、このようなトナーの回収は、非現像時に行われ、現像ロール２０及び磁気ロール２１に印加される電位をゼロとすることにより行われる。
【００３５】
現像は、反転現像により行われ、現像ロール２０に上記の交番電位（ＤＣ３０ａ＋ＡＣ３０ｂ）、即ち現像バイアス電位を印加することにより、感光体ドラム３表面に形成された静電潜像（光照射により電位が低下した部分）に帯電トナーを飛翔させることにより行われる。
【００３６】
このような現像バイアス電位は、用いる感光体の種類によって異なり、例えば、アモルファスシリコン感光体ドラムを用いた場合には、ＤＣ３０ａが１５０Ｖ以下、好ましくは０乃至１００Ｖ、ＡＣ３０ｂとしては、ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐが５００〜２０００Ｖ、周波数が１〜３ｋHzに設定されていることが好ましい。また、感光体３として、例えば正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合は、ＤＣ３０ａが４００Ｖ以下、好ましくは５０乃至３００Ｖ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で好ましい。
【００３７】
本発明において、現像剤として用いる磁性キャリアは、トナーとの混合により、該トナーを所定極性に摩擦帯電せしめるとともに、現像ロール２０と磁気ロール２１間のニップで、強固に静電的に付着したトナーを磁気ブラシで引き剥がし、現像に必要なトナーを供給するためのものである。かかる磁性キャリアは、それ自体公知のものでよく、例えばマグネタイト、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライトなどがあり、必要により表面処理して用いることも可能である。通常、その体積抵抗は、１０^６Ωcm〜１０^９Ωcmの抵抗のものが好ましい。１０^６Ωcm未満では、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無い現像を維持することは困難となる傾向があり、さらに長期間運転した場合に現像ロール２０表面からトナーが飛散し帯電器や露光ユニット４を汚染する不具合を発生させてしまうことがある。また、１０^９Ωcmよりも高抵抗であると、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問題がある。さらに、トナーとの接点を増やすために、その粒径は、４０μｍ以下であることが好適である。
【００３８】
トナーは、所定の結着樹脂中に、各色の着色剤、電荷制御剤及び離型剤（ワックス）を分散させたものであり、例えば正帯電して使用する場合には正帯電制御剤が配合され、負帯電して使用する場合には、負電荷制御剤が配合されたものである。この粒径は、通常、５乃至２０μｍの範囲にあることが好ましく、さらに、必要により、シリカ、アルミナ、酸化チタン等の外添剤が添加混合されていてもよい。
【００３９】
トナーとキャリアとの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計量に対しトナー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、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おそれがある。トナーとキャリアとの混合攪拌によって、トナーの帯電量は、通常、５〜２０μＣ／ｇに制御される。
【００４０】
【実施例】
図２に示すような現像器を備えた図１の構造のタンデム式カラー画像形成装置（感光体：アモルファスシリコン）を使用し、磁気ロールに印加する直流電位ＤＣ３１ａ及び現像ロール２０に印加する交番電位（ＤＣ３０ａ＋ＡＣ３０ｂ）を種々変更することにより、現像ロールと磁気ロールとの間に流れる交流電流値を種々変更して、連続してカラー画像形成を行った。尚、交流電流は、磁気ロール入力電源３１ａと磁気ロール２１との間に抵抗を入れ抵抗値を変更することにより制御した。そのときの画像ゴーストの発生を目視で観察し、その結果を表１に示した。
◎：画像ゴーストの発生が全く無かった。
○：画像ゴーストの若干の発生はあるが問題無いレベルであった。
×：画像ゴーストが発生した。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【発明の効果】
本発明では、現像ロールと磁気ロールとの間の交流電流を３００μＡ以上に制御して現像ロール上でのトナー供給を行うことにより、現像装置を複雑にすることなく、連続現像時の残像の発生、即ち履歴現像を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給することが可能となった。この現像方法は、タンデム方式のカラー画像形成装置、特に小型の装置に有効に適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一成分非接触現像方法が好適に適用されるタンデム式カラー画像形成装置の概略構造を示す図。
【図２】本発明の一成分非接触現像方法を実施するための現像器の構造を示す側断面図。
【図３】図２の現像器の平面断面図。
【符号の説明】
２０：現像ロール
２１：磁気ロール
２７：磁気ブラシ

Claims

複数の感光体ドラムがサイドバイサイドに配置され、
前記感光体ドラムの各々に併設し、第１の直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像する現像ロールとトナーと、磁性キャリアとを含む２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、第２の直流バイアスによって、現像ロールにトナー薄層を形成する磁気ロールとを供え、感光体ドラムに形成された静電潜像上にトナーを飛翔させて現像を行うタンデム式カラー画像形成装置に用いられる現像方法において、
前記磁性キャリアの体積抵抗は、１０ ^６ Ωｃｍ〜１０ ^９ Ωｃｍであり、前記磁気ロールの回転速度を現像ロールの速度に対し、１．０〜２．０倍に設定し、
前記トナーの磁気ロールから現像ロール上への移行を、磁気ロールと現像ロールとの間に３００μＡ〜６００μＡの交流電流を流すことにより行うことを特徴とする現像方法。
前記第１の直流バイアスと前記第２の直流バイアスの電位差が１００〜２５０Ｖである請求項１に記載の現像方法。