JP4416293B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像剤画像を形成する現像装置、及び前記現像装置を備え電子写真方式によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置に用いられている現像装置として各種の現像装置が提案されている。例えば、近年、半導電性の現像ローラまたは、表面に誘電層を形成した現像ローラを用いて感光体表面層に押し当てる構成で現像を行う、いわゆる接触一成分現像装置が提案されている。
【0003】
図18は、従来の接触一成分現像装置(以下、単に現像装置という)を備えた画像形成装置(本画像形成装置は、電子写真方式のレーザビームプリンタ)を示す概略構成図である。
【0004】
本画像形成装置は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムという)1を備えている。感光ドラム1の周囲には、帯電ローラ2、現像装置3、転写ローラ4、クリーニングブレード5が配設され、現像装置3とクリーニングブレード5間の外側には露光装置6が配設されている。また、感光ドラム1と転写ローラ4間の転写ニップの転写材搬送方向の下流側には定着装置7が配設されている。
【0005】
感光ドラム1は、負帯電の有機感光体で、アルミニウム製のドラム基体(不図示)上に感光体層(不図示)を有しており、所定の周速で矢印A方向(時計方向)に回転駆動され、その回転過程において接触する帯電ローラ2により負極性の一様な帯電を受ける。
【0006】
帯電手段としての帯電ローラ2は、感光ドラム1表面に回転自在に接触し、帯電バイアス電源(不図示)から印加される帯電バイアスによって感光ドラム1を所定の極性、電位に均一に帯電する。
【0007】
現像装置3は、一成分現像剤としての非磁性のトナーtで現像を行う接触一成分現像装置であり、現像容器10の開口部に感光ドラム1と対向配置された矢印方向(反時計方向)に回転自在な現像剤担持体としての現像ローラ11、現像ローラ11に圧接する回転自在な弾性ローラ12、現像ローラ11に当接する弾性を有する規制ブレード13、トナーtを攪拌する攪拌部材14を備えている。規制ブレード13は、現像ローラ11と弾性ローラ12との圧接部に対して現像ローラ11の回転方向下流側で現像ローラ11に当接している。弾性ローラ12は矢印方向(時計方向)に回転する。
【0008】
攪拌部材14で攪拌されたトナーtは、現像ローラ11に圧接して回転する弾性ローラ12によって現像ローラ11表面に供給される。現像ローラ11表面に供給されたトナーは、現像ローラ11の回転に伴い搬送され、規制ブレード13と現像ローラ11の当接部で摩擦により電荷を付与されて、現像ローラ11表面に薄層化される。薄層化されたトナーは現像ローラ11の回転によって搬送され、感光ドラム1との当接部(現像部)にて感光ドラム1上に形成された静電潜像に付着して顕像化する。なお、現像ローラ11上の現像に寄与しなかったトナーは、弾性ローラ12で剥ぎ取られる。
【0009】
転写手段としての転写ローラ4は、感光ドラム1表面に所定の押圧力で接触して転写ニップを形成し、転写バイアス電源(不図示)から印加される転写バイアスにより、感光ドラム1と転写ローラ4間の転写ニップにて感光ドラム1表面のトナー像を転写材Pに転写する。転写ローラ4は、矢印方向(反時計方向)に回転される。
【0010】
クリーニングブレード5は、転写後に感光ドラム1表面に残った転写残トナーを除去する。
【0011】
露光装置6は、不図示のレーザドライバ、レーザダイオード、ポリゴンミラーなどを備えており、レーザドライバに入力される画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光がレーザダイオードから出力され、高速回転するポリゴンミラーで前記レーザ光を走査し、反射ミラー(不図示)を介して感光ドラム1表面を画像露光Lすることにより、画像情報に対応した静電潜像を形成する。
【0012】
定着装置7は、回転自在な定着ローラ7aと加圧ローラ7bを有しており、定着ローラ7aと加圧ローラ7b間の定着ニップにて転写材Pを挟持搬送しながら、転写材Pの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着させる。
【0013】
次に、上記画像形成装置による画像形成動作について説明する。
【0014】
画像形成時には、感光ドラム1は駆動手段(不図示)により矢印A方向に所定の周速で回転駆動され、帯電ローラ2により表面が一様に帯電される。
【0015】
そして、帯電された感光ドラム1上に露光装置6により画像露光Lが与えられて、入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。
【0016】
そして、上記したように感光ドラム1上に形成された静電潜像に、現像部にて感光ドラム1の帯電極性(負極性)と同極性の現像バイアスが印加された現像装置3の現像ローラ11により、感光ドラム1の帯電極性(負極性)と同極性に帯電されたトナーを付着させて、トナー像として顕像化する。
【0017】
そして、感光ドラム1上のトナー像が感光ドラム1と転写ローラ4間の転写ニップに到達すると、このタイミングに合わせてカセット15内の用紙などの転写材Pがピックアップローラ16によって一枚ずつ給紙され、レジストローラ(不図示)等によって転写ニップに搬送される。
【0018】
そして、前記トナーと逆極性(正極性)の転写バイアスが印加された転写ローラ4により、転写ニップに搬送された転写材Pに感光ドラム1と転写ローラ4間に発生する静電力によって、感光ドラム1上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された転写材Pは定着装置7に搬送され、定着ローラ7aと加圧ローラ7b間の定着ニップにてトナー像を転写材Pに加熱加圧して熱定着した後に排紙ローラ17を介して外部に排出され、一連の画像形成動作を終了する。
【0019】
また、トナー像転写後の感光ドラム1表面に残留している転写残トナーは、クリーニングブレード5によって除去されて、クリーニング容器18内に回収される。
【0020】
更に、近年、上記した接触一成分現像方式に対して、特開平11−119546号公報や特開平11−119547号公報などに開示されているように高トリボ安定性及びかぶり低減を目的として、トナー帯電ローラを使用し電気的にトナー帯電させる手段を用いる現像方式が提案されている。
【0021】
ここで、トナー帯電ローラを用いた現像方式を図19に示す。なお、上記した画像形成装置の現像装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0022】
この現像装置は、現像ローラ11に当接する回転自在なトナー帯電ローラ19を有している。トナー帯電ローラ19にはトナー帯電バイアス電源(不図示)が接続されている。他の構成は上記の現像装置3と同様である。
【0023】
この現像装置による現像動作時においては、攪拌部材14で攪拌されたトナーtは、現像ローラ11に圧接して回転する弾性ローラ12によって現像ローラ11表面に供給される。現像ローラ11表面に供給されたトナーは、現像ローラ11の回転に伴い搬送され、規制ブレード13と現像ローラ11の当接部で摩擦により電荷を付与されて、現像ローラ11表面に薄層化される。
【0024】
更に、帯電バイアスが印加されたトナー帯電ローラ19の放電による電気的電荷の付与により、現像ローラ11上のトナーに電荷を付与する。そして、薄層化され電荷が付与されたトナーは現像ローラ11の回転によって搬送され、感光ドラム1との当接部(現像部)にて感光ドラム1上に形成された静電潜像に付着して顕像化する。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したように現像ローラ11上のトナーをトナー帯電ローラ19で帯電させる構成の現像装置では、トナー帯電ローラ19が現像ローラ11に接触しており、且つ放電開始電圧以上の電圧を印加することにより、トナー帯電ローラ19上にトナーが付着してトナー帯電ローラ19の電荷付与性が低下する。
【0026】
このため、現像ローラ11上のトナーに対して安定した電荷を付与できなくなり、良好な画質を維持できなくなるという問題があった。
【0027】
そこで本発明は、トナー帯電ローラヘのトナー付着を防止して、常に安定した電荷を現像ローラ上のトナーに与え、常に良好な画質を得ることができる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、現像剤を担持して現像部へ搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体による現像剤の搬送方向において、前記現像部よりも上流側に設けられており、前記現像剤担持体に当接して回転し前記現像剤担持体に担持された現像剤を帯電する現像剤帯電ローラと、前記現像剤担持体に現像電圧を印加する第1の電源と、前記現像剤帯電ローラに現像剤帯電電圧を印加する第2の電源と、を備え、
現像動作時に、前記第2の電源から前記現像剤帯電ローラに前記現像電圧と同極性の現像剤帯電電圧を印加して前記現像剤担持体上の前記現像剤を帯電し、
非現像動作時に、前記現像剤帯電ローラが1周以上回転する時間、前記現像剤帯電ローラと前記現像剤担持体との間に形成される電界の方向が、前記現像動作時に形成される電界の方向と逆となるように、前記第1の電源及び前記第2の電源を制御した後、前記現像剤帯電ローラが1周以上回転する時間、前記現像剤帯電ローラと前記現像剤担持体との間に形成される電界の方向が、前記現像動作時に形成される電界の方向と同じとなるように、前記第1の電源及び前記第2の電源を制御する制御手段を備えたことを特徴としている。
【0030】
また、前記第1の電源から前記現像剤担持体に現像電圧を印加して、帯電された前記現像剤を前記現像部にて像担持体上に形成された静電潜像に付着させて現像剤像を形成することを特徴としている。
【0032】
また、非現像動作時に前記第2の電源から前記現像剤帯電ローラに印加される電圧は、前記現像剤担持体上の前記現像剤に対して放電開始電圧未満であることを特徴としている。
【0033】
また、前記非現像動作時は、現像動作前の潜像を担持する像担持体の前回転動作時であることを特徴としている。
【0034】
また、前記非現像動作時は、現像動作前の潜像を担持する像担持体の前回転動作時、及び現像動作後の前記像担持体の後回転動作時もしくは次の現像動作開始までの時間であることを特徴としている。
【0035】
また、前記現像剤は一成分現像剤であることを特徴としている。
【0036】
また、本発明に係る画像形成装置は、潜像を担持する像担持体と、請求項1乃至6のうちの何れか1項記載の現像装置を有し、前記非現像動作時における、前記第1の電源及び前記第2の電源を制御して、前記現像剤帯電ローラと前記現像剤担持体との間に形成される電界の方向を異ならせる動作時に、前記現像剤担持体は前記像担持体と離間することを特徴としている。
【0037】
【発明の実施の形態】
〈実施の形態1〉
図1は、本発明の実施の形態1に係る現像装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。本実施の形態における画像形成装置の現像装置は、現像ローラに当接して現像ローラ上のトナーを帯電させるトナー帯電ローラを有している。なお、上記した図18に示した従来例の画像形成装置、図19に示した従来例の現像装置と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0038】
本実施の形態の画像形成装置においても、上記した従来例と同様に、帯電ローラ2により帯電された感光ドラム1上に露光装置6により画像露光Lが与えられて、入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、この静電潜像に、現像部にて感光ドラム1の帯電極性(負極性)と同極性の現像バイアスが印加された現像装置20の現像ローラ11により、感光ドラム1の帯電極性(負極性)と同極性に帯電された一成分現像剤としての非磁性トナー(以下、トナーという)を付着させて、トナー像として顕像化する(本実施の形態における現像装置20の詳細な構成及び動作については後述する)。
【0039】
そして、感光ドラム1上のトナー像が感光ドラム1と転写ローラ4間の転写ニップに到達すると、このタイミングに合わせてカセット15内の用紙などの転写材Pがピックアップローラ16によって一枚ずつ給紙され、レジストローラ(不図示)等によって転写ニップに搬送される。
【0040】
そして、前記トナーと逆極性(正極性)の転写バイアスが印加された転写ローラ4により、転写ニップに搬送された転写材Pに感光ドラム1と転写ローラ4間に発生する静電力によって、感光ドラム1上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された転写材Pは定着装置7に搬送され、定着ローラ7aと加圧ローラ7b間の定着ニップにてトナー像を転写材Pに加熱加圧して熱定着した後に排紙ローラ17を介して外部に排出される。また、トナー像転写後の感光ドラム1表面に残留している転写残トナーは、クリーニングブレード5によって除去されて、クリーニング容器18内に回収される。
【0041】
また、本実施の形態では、感光ドラム1と現像装置20は、プロセスカートリッジ21に一体に構成されており、プロセスカートリッジ21は画像形成装置本体22に着脱自在に装着されている。
【0042】
次に、本実施の形態の現像装置20について説明する。
【0043】
この現像装置20は、図1、図2に示すように、トナーtを収容した現像容器10の開口部に感光ドラム1と対向配置された矢印方向(反時計方向)に回転自在な現像ローラ11、現像ローラ11に圧接する回転自在な弾性ローラ12、現像ローラ11に当接する弾性を有する規制ブレード13、トナーtを攪拌する攪拌部材14、現像ローラ11に当接する回転自在なトナー帯電ローラ19を備えている。
【0044】
現像ローラ11は、感光ドラム1と当接幅を持って接触し、感光ドラム1の周速(例えば50mm/sec)に対して若干早めの周速(例えば80mm/sec)で回転される。現像ローラ11の表面は、トナーtとの摺擦確率を高くし、且つトナーtの搬送を良好に行うための適度な凹凸を有しており、本実施の形態では直径16mm、長さ216mm、肉厚5mmのシリコンゴム層上にアクリル・ウレタン系の薄層がコートされて構成されている。現像ローラ11には現像バイアス電源23が接続されており、現像バイアス電源23から現像ローラ11に所定の電位、極性の現像バイアスを印加する。
【0045】
また、本実施の形態では、現像ローラ11のローラ抵抗を104 〜106 Ωとした。ここで、現像ローラ11の抵抗値の測定は、直径30mm、長手方向の長さ210mmのアルミニウム製の金属ローラ(不図示)に現像ローラ11を当接荷重4.9Nで当接させ、この金属ローラを所定の周速(例えば50mm/sec)で回転させる。そして、現像ローラ11に400Vの直流電圧を印加してアース側に10KΩの抵抗を配置する。そして、この抵抗の両端の電圧を測定し、測定した電圧値から電流値を求めて現像ローラ11の抵抗を算出する。
【0046】
また、現像ローラ11の感光ドラム1表面との当接部(現像部)に対し現像ローラ11の回転方向下流側には、可撓性のシール部材24が設けられている。シール部材24は、未現像トナーの現像容器10内への通過を許容すると共に、現像容器10内のトナーtが現像ローラ11の感光ドラム1表面との当接部に対し現像ローラ11の回転方向下流側から漏出するのを防止する。
【0047】
弾性ローラ12は、規制ブレード13の現像ローラ11表面との当接部に対し現像ローラ11の回転方向上流側に当接され、且つ回転可能に支持されている。
【0048】
弾性ローラ12は、発泡骨格状スポンジ構造や、芯金上にレーヨン、ナイロン等の繊維を植毛したファーブラシ構造のものが、現像ローラ11へのトナーtの供給及び未現像トナーの剥ぎ取りの点から好ましい。本実施の形態では、芯金上にポリウレタンフォームを設けた直径16mmの弾性ローラ12を用いた。弾性ローラ12の現像ローラ11に対する当接幅としては、1〜8mmが有効で、また、現像ローラ11に対してその当接部において相対速度をもたせることが好ましい。本実施の形態では、現像ローラ11との当接幅を3mmに設定し、弾性ローラ12の周速として、現像動作時に50mm/sec(現像ローラ11との相対速度は130mm/sec)となるように駆動手段(不図示)により所定タイミングで回転駆動させる。
【0049】
規制ブレード13は、ブレード支持板金25に支持されており、自由端側の先端近傍を現像ローラ11の外周面に面接触にて弾性を有して当接されるよう設けられている。規制ブレード13は、シリコン、ウレタン等のゴム材料や、バネ弾性を有するSUSまたはリン青銅の金属薄板を基体とし、現像ローラ11への当接面側にゴム材料等を接着して構成されている。本実施の形態では、厚さ1.0mmの板状のウレタンゴムをブレード支持板金25に接着した規制ブレード13を用いた。
【0050】
また、規制ブレード13の現像ローラ11に対する当接圧は、245〜339mN/cm2(線圧の測定は、摩擦係数が既知の金属薄板を3枚当接部に挿入し、その中央の一枚をばね計りで引き抜いた値から換算した)に設定した。規制ブレード13の現像ローラ11に対する当接方向としては、現像ローラ11との当接部に対して先端側が現像ローラ11の回転方向上流側に位置する、いわゆるカウンター方向になっている。
【0051】
トナー帯電ローラ19はゴムローラで構成されており、規制ブレード13の現像ローラ11表面との当接部に対し現像ローラ11の回転方向下流側に当接され、且つ回転可能に支持されている。トナー帯電ローラ19にはトナー帯電バイアス電源26が接続されており、トナー帯電バイアス電源26からトナー帯電ローラ19に所定の電位、極性のトナー帯電バイアスを印加し、現像ローラ11表面に付着されたトナーtを放電により帯電させる。また、現像ローラ11とトナー帯電ローラ19にそれぞれ接続した現像バイアス電源23、トナー帯電バイアス電源26は、接続された制御装置(CPU)27によって制御される。
【0052】
トナーtは非磁性一成分現像剤であり、上述したように転写性にすぐれ、且つ転写されずに感光ドラム1上に残存した転写残トナーをクリーニングブレード5によってクリーニングする際に、潤滑性が高いことから感光ドラム1の摩耗の少ないなどの利点を有するトナー、即ちトナーとして球形であり、且つ表面が平滑であるものを用いている。
【0053】
具体的には、トナー体積抵抗値としては1014Ω・cm以上であり、測定条件は、直径φ:6mm、測定電極板面積:0.283cm2 、圧力:1500gの錘を用い、圧力:96.1kPa、測定時の粉体層厚:0.5〜1.0mm、400Vの直流電圧を微小電流計(YHP4140pA METER/DC VOLTAGE SOUCE)で電流値を測定し、測定した電流値より体積抵抗値(比抵抗)を算出する。
【0054】
また、トナーtの形状係数として、SF−1が100〜180であり、SF−2が100〜140であるものを用いている。なお、このSF−1、SF−2は、日立製作所FE−SEM(S−800)を用いてトナー像を無作為に100個サンプリングし、その画像情報をインターフェイスを介してニコレ社製の画像解析装置(Luzex3)に導入し解析を行い、下式より算出し得られた値を定義している。
【0055】
SF−1=((MXLNG)2 /(AREA×(π/4))×100…(1)
SF−2=((PERI)2 /(AREA×(π/4))×100…(2)
ここで、AREAはトナー投影面積、MXLNGは絶対最大長、PERIは周長である。
【0056】
このトナーtの形状係数SF−1は球形度合を示し、100から大きくなるにつれて球形から徐々に不定形となる。また、SF−2は凹凸度合を示し、100から大きくなるにつれてトナー表面の凹凸が顕著になる。
【0057】
トナーtの製造方法としては、上記形状係数(SF−1、SF−2)の範囲内になれば、いわゆる粉砕方法による製造方法の他に、特開昭36−10231号公報、特開昭59−53856号公報に開示されている懸濁重合方法を用いて直接トナーを生成する方法や、単量体には可溶で得られる重合体が不溶な水系有機溶剤を用い直接トナーを生成する分散重合方法、又は水溶性極性重合開始剤存在下で直接重合しトナーを生成するソープフリー重合方法に代表される乳化重合方法等を用いてトナーを製造することも可能である。
【0058】
本実施の形態では、トナーtの形状係数SFー1を100〜180に、SF−2を100〜140に容易にコントロールでき、比較的容易に粒度分布がシャープで粒径が4〜8μmの微粒子トナーが得られる常圧下での、または加圧下での懸濁重合方法を用い、モノマーとしてスチレンとn−ブチルアクリレート、荷電制御剤としてサリチル酸金属化合物、極性レジンとして飽和ポリエステル、さらに着色剤を加え、重量平均粒径7μmの着色懸濁粒子を製造した。
【0059】
そして、これに疎水性シリカを1.5wt%外添することによって、上述したような転写性に優れ、感光ドラム1のクリーニング時における摩耗の少ない負極性のトナーtを製造した。
【0060】
次に、本実施の形態の現像装置20による現像動作について説明する。
【0061】
現像動作時には、現像容器10内のトナーtは、攪拌部材14の矢印方向(時計方向)の回転に伴い弾性ローラ12側に送られる。このトナーtは、弾性ローラ12の矢印方向(反時計方向)の回転によって現像ローラ11近傍に搬送される。そして、現像ローラ11と弾性ローラ12との当接部において、弾性ローラ12上に担持されているトナーtは、現像ローラ11と摺擦されることによって摩擦帯電を受け、現像ローラ11上に付着する。
【0062】
そして、現像ローラ11の矢印方向(反時計方向)の回転に伴い、トナーtが弾性ブレード13の圧接下に送られ、現像ローラ11上に薄層形成される。本実施の形態では、トナーtの良好な帯電電荷量として−60〜−20μC/g、良好なトナーコート量として0.4〜1.0mg/cm2 、トナー層厚が10〜20μmとなるように設定している。
【0063】
そして、現像ローラ11上に付着されたトナーtの帯電電荷量を高く維持するために、現像ローラ11上に形成される画像形成領域全域に当接したトナー帯電ローラ19による放電によりトナーtを帯電させる。トナー帯電ローラ19は、押圧部材(不図示)より当接荷重980〜1960mNで現像ローラ11に当接している。トナー帯電ローラ19の当接により、トナーtが現像ローラ11上に細密充填され均一にコートされる。なお、規制ブレード13とトナー帯電ローラ19の長手方向の位置関係は、現像ローラ11上の規制ブレード13の当接全域を確実に覆うことができるよう配置されるのが好ましい。
【0064】
ここで、トナー帯電ローラ19による現像ローラ11上のトナーtへの電荷付与の方法について、以下に述べる。
【0065】
トナー帯電ローラ19の抵抗が108 Ωの場合における、トナー帯電ローラ19への印加電圧とトナーtの表面電位との関係を調べたところ、図3のような実験結果が得られた。
【0066】
この結果から明らかなように、トナーtの表面電位(トナー表面電位)は、トナー帯電バイアス電源26からの印加電圧が0Vの場合でも約−20Vの表面電位を持つ。これは、弾性ローラ12及び規制ブレード13で摩擦帯電を受けたためである。この摩擦帯電による表面電位を除外すると、図4に示すように、トナーtとの放電開始電圧は約−600Vから立ち上がっており、帯電ローラ2の感光ドラム1に対するDC放電帯電と同様な挙動を示す。
【0067】
トナー帯電ローラ19とトナーtの放電開始電圧は下記に示す式(3)、(4)の交点で決まる。即ち、
Vb=312+6.2g…(3)
Vg=g(Va−Vc)/((Lt/Kt)+g)…(4)
なお、上記式(3)、(4)において、
Vb:g>8μm時のパッシェン則の近似式
Vg:トナー帯電ローラ19とトナー層表面との空隙間電圧
Va:トナー帯電ローラ19への印加電圧
Vc:トナー層の表面電位
g:トナー帯電ローラ19とトナー層表面との空隙距離
Lt:トナー層の厚み
Kt:トナー層比誘電率
である。
【0068】
本実施の形態で用いたトナーtは粒度分布に優れ、形状が球形であるため、トナー層中のトナーtと空気の割合が一定であるので、上記式(4)中のKtが安定し、安定な放電による電荷付与が行われる。トナーの電荷付与には、他の方法として注入帯電がある。この場合、トナー帯電ローラ19への印加電圧とトナーtの表面電位は、図5に示したような挙動になる。以上の結果から、本実施の形態における電荷付与の方法は放電を用いていると考えられる。
【0069】
上記図3、図4に示した実験は、トナー帯電ローラ19の長手全域がトナーtのコート部に当接した場合である。トナー帯電ローラ19のトナー放電可能な抵抗範囲は107 Ω以下の場合、トナー放電可能なトナー帯電ローラ19とトナーtのコート部間の電圧が得られず、1012Ω以上の場合は本実施の形態のような構成では放電開始電圧が大きすぎ適当ではない。
【0070】
従って、トナー帯電ローラ19の抵抗の適正範囲は108 〜1011Ωであり、本実施の形態において、抵抗が104 〜106 Ωの現像ローラ11を使用した場合は、トナー帯電ローラ19の抵抗が上記適正範囲にあてはまる。
【0071】
ここで、トナー帯電ローラ19の抵抗値の測定は、直径16mm、長手方向の長さ210mmのアルミニウム製の金属ローラにトナー帯電ローラ19を当接荷重1660mNで当接させ、金属ローラを所定の周速(例えば80mm/sec)で回転させる。そして、トナー帯電ローラ19に−400Vの直流電圧を印加してアース側に10KΩの抵抗を配置する。そして、この抵抗の両端の電圧を測定し、測定した電圧値から電流値を算出してトナー帯電ローラ19の抵抗を算出する。
【0072】
また、本発明者の実験によれば、トナ一帯電ローラ19と現像ローラ11上のトナーt間の電圧に対するトナーtの帯電電荷量は、図6に示すように約1200Vから飽和する。本実施の形態では、安定な放電を行うために、現像ローラ11とトナー帯電ローラ19との電位差は1500Vになるように設定した。これより、現像バイアス電源23から現像ローラ11への印加バイアスを−300Vに設定したとき、トナー帯電バイアス電源26からトナー帯電ローラ19への印加バイアスを−1800Vとする。
【0073】
そして、現像ローラ11上に帯電されて薄層形成されたトナーtは、感光ドラム1と対向して当接する現像部へ搬送される。この現像部において、現像ローラ11上に薄層形成されたトナーtが、感光ドラム1の帯電極性(負極性)と同極性の現像バイアスが印加された現像ローラ11によって感光ドラム1上に形成されている静電潜像に付着し、トナー像として現像される。
【0074】
また、現像ローラ11上の現像に寄与しなかったトナーは、弾性ローラ11との当接部において現像ローラ11表面から剥ぎ取られる。この剥ぎ取られたトナー大部分は、弾性ローラ12の回転に伴い搬送され現像容器10内のトナーtと混ざりあい、トナーの帯電電荷が分散される。そして、同時に弾性ローラ12の回転により現像ローラ11上に新たなトナーが供給され、上述した現像動作を繰り返す。
【0075】
このように、上述した本実施の形態における現像装置20では、現像ローラ11に当接するようにしてトナー帯電ローラ19を設ける横成にすることにより、トナーtが規制ブレード13を通過後にトナー帯電ローラ19による電荷付与が行われ、トナーtの帯電電荷量を高く維持できる。
【0076】
次に、上記した現像動作によってトナー帯電ローラ19に付着するトナーのクリーニングについて説明する。
【0077】
図7に示すように、2枚間欠モードでトナー帯電ローラ19のクリーニングを行わない場合、現像動作成中にトナー帯電ローラ19に汚染トナーが付着し通紙枚数が増えるにつれて、トナー帯電ローラ19表面の汚れ量が増加する。
【0078】
トナー帯電ローラ19表面の汚れ量が増加すると、図8に示すように、トナー帯電ローラ19による現像ローラ11上のトナーへの電荷付与性(帯電電荷量)は低下してしまう。現像動作中に付着したトナー帯電ローラ19上の汚染トナーは電界の力によって付着している。このため、電界強度を変化させることによりトナー帯電ローラ19のクリーニングをして、汚染トナーの低減を行うことができる。
【0079】
ここで、トナー帯電ローラ19のクリーニング手段としての現像ローラ11及びトナー帯電ローラ19の電位関係を図9に、トナー帯電ローラ19のクリーニングシーケンスチャートを図10に示す。
【0080】
図9、図10に示すように、トナー帯電ローラ19のクリーニングは感光ドラム1の回転が始まった直後に始まり、感光ドラム1上の静電潜像をトナーによって現像する現像電位が始まる直前に終了する。この間、トナー帯電ローラ19と現像ローラ11間の電圧を変化させることで、現像ローラ11上のトナーを一旦トナー帯電ローラ19に静電的に回収させ、その後、トナー帯電ローラ19上の汚染トナーと共にトナー帯電ローラ19上に付着されたトナーを現像ローラ11に吐き出させるというシーケンスである。
【0081】
このようなトナー帯電ローラ19と現像ローラ11間の電圧を変化させる動作は、図2に示した現像バイアス電源23とトナー帯電バイアス電源26を制御装置(CPU)27で制御することによって行われる。
【0082】
本実施の形態では、トナーはネガトナーを使用しており、図9に示すように、トナー帯電ローラ19に印加されるトナー帯電ローラバイアスと現像ローラ11に印加される現像ローラバイアスの電位差は、現像ローラ11上のトナーをトナー帯電ローラ19に回収する場合の電位差Vr(回収電圧)においては正極性を示し、次のトナー帯電ローラ19上のトナーを現像ローラ11に吐き出させる電位差Vs(吐き出し電圧)においては負極性を示す。即ち、現像ローラ11上のトナーをトナー帯電ローラ19に回収する場合には、トナー帯電ローラ19と現像ローラ11との間に形成される電界の方向が、現像動作時に形成される電界の方向と逆となるように、現像バイアス電源23及びトナー帯電バイアス電源26を制御する。その後、トナー帯電ローラ19上のトナーを現像ローラ11に吐き出させる場合には、トナー帯電ローラ19と現像ローラ11との間に形成される電界の方向が、現像動作時に形成される電界の方向と同じとなるように、現像バイアス電源23及びトナー帯電バイアス電源26を制御する。図9において、Aはトナー帯電ローラ19へのトナー帯電バイアス、Bは現像ローラ11への現像ローラバイアスである。
【0083】
なお、Vr、Vsは、トナー帯電ローラ19が1周以上回転する間持続することとし、本実施の形態では回収電圧Vrの持続時間は0.5秒、吐き出し電圧Vsの持続時間は1.2秒とした。また、上記クリーニングシーケンスを行っている間、トナー消費を抑え、感光ドラム1へのトナー汚染を防止するため、感光ドラム1の表面電位を−800Vとし、トナーが現像しない程度の電位に保っている。
【0084】
ここで、図9に示したクリーニングシーケンスついて簡単に説明する。
【0085】
本実施の形態では、感光ドラム1は画像形成動作(現像動作)前の前回転時から回転駆動され、帯電ローラ2に−1200Vの帯電バイアスを印加して感光ドラム1を帯電する。前回転が終了後に感光ドラム1表面が画像情報に応じて露光され、静電潜像が形成される。
【0086】
また、前回転時の時間T1(感光ドラム1表面での帯電ローラ2と現像ローラ11間の距離/感光ドラム1のプロセススピード)時に現像ローラ11にカブリ防止のための逆バイアス(本実施の形態では+500V)が印加され、時間T2(トナー帯電ローラ19が1周以上する時間)に現像ローラ11に現像ローラ5上のトナーをトナー帯電ローラ19に回収させる回収バイアスV2(本実施の形態では−500V)を印加する。その後、時間T3(トナー帯電ローラ19が1周以上する時間)に現像ローラ11にトナー帯電ローラ19上のトナーを現像ローラ11に吐き出させる吐き出しバイアスV2(本実施の形態では0V)を印加する。そして、前回転が終了して現像動作時に、現像ローラ11に−300Vの現像バイアスVdcを印加する。
【0087】
一方、トナー帯電ローラ19に、前回転時の前記時間T1に現像ローラ11上のトナーをトナー帯電ローラ19に回収させる回収バイアスV1(本実施の形態では0V)を印加する。その後、前記時間T3にトナー帯電ローラ19にトナー帯電ローラ19上のトナーを現像ローラ11に吐き出させる吐き出しバイアスV1(本実施の形態では−500V)を印加する。そして、前回転が終了して現像動作時に、トナー帯電ローラ19に−1800Vのトナー帯電バイアスを印加する。
【0088】
図11は、上記したトナー帯電ローラ19のクリーニング動作による、吐き出し電圧(Vs)とトナー帯電ローラ19上の汚染トナー量の関係を示す図である。この際、回収電圧(Vr)は−500Vに固定し、また、トナー帯電ローラ19上の汚染トナー量は予め2.5(mg/cm2 )にして、上記したクリーニングシーケンスを行った。
【0089】
図11に示すように、トナー帯電ローラ19上の汚染トナー量は、|Vs|の増加に伴い減少しているが、トナー帯電ローラ19と現像ローラ11間の放電開始電圧(Vth)を境に汚染トナーの吐き出し性が低下する。これは、トナーの吐き出しが放電領域外で行われているためで、放電が起こることにより吐き出し領域が狭まるためである。
【0090】
以上のことから吐き出し電圧(Vs)は、(Vth−100(V))〜Vthとすることが望ましい。本実施の形態では、吐き出し電圧(Vs)を−500Vに設定することにより、トナー帯電ローラ19上の汚染トナー量を2.5(mg/cm2 )から0.8(mg/cm2 )まで低減させることができた。
【0091】
図12は、上記したトナー帯電ローラ19のクリーニング動作による、回収電圧(Vr)とトナー帯電ローラ19上の汚染トナー量の関係を示す図である。
【0092】
この際、トナー帯電ローラ19上の汚染トナー量は予め2.5(mg/cm2 )にして、上記したクリーニングシーケンスを行い、吐き出し電圧Vsを−500Vに設定した。
【0093】
図12に示すように、回収電圧Vrの増加に伴い、クリーニングシーケンス後のトナー帯電ローラ19上の汚染トナー量は減少する。これは、回収電圧印加前にトナー帯電ローラ19上に付着していた汚染トナーを、吐き出し電圧印加時に現像ローラ11上ヘ一緒に転移させるトナーが多いためである。
【0094】
しかしながら、吐き出し電圧Vsの場合と同様に回収電圧Vrが放電開始電圧Vthを超えると、現像ローラ11上のトナーを回収する領域が狭まり、吐き出し電圧印加時に現像ローラ11上へ一緒に転移させるトナーが減少する。その結果、トナー帯電ローラ19上の汚染トナーの吐き出し量が低下する。
【0095】
このため、トナー回収量は可能な限り多い方が望ましく、そこで回収電圧Vrは、(Vth−100(V))〜Vthとすることが望ましい。本実施の形態では、回収電圧Vrを500Vに設定した。
【0096】
このように本実施の形態では、回収電圧Vrを500V、吐き出し電圧Vsを−500Vに設定し、上述クリーニングシーケンスを行った。
【0097】
その結果、図13に示すように、2枚間欠モードでトナー帯電ローラ19のクリーニングを行わない場合(図の実線)、現像動作中にトナー帯電ローラ19に汚染トナーが付着し通紙枚数が増えるにつれて、トナー帯電ローラ19表面の汚れ量が増加している。一方、上述したクリーニングシーケンスを行った場合(図の破線)、通紙枚数が増加してもトナー帯電ローラ19に付着する汚染トナー量が約0.4(mg/cm2 )と少ない状態に維持でき、現像ローラ11上のトナーに安定して電荷を付与することが可能となり、常に良好な画像を得ることができた。
【0098】
このように本実施の形態では、非現像時、特に画像形成動作(現像動作)前の感光ドラム1の前回転時にトナー帯電ローラ19に印加される電圧V1と現像ローラ11に印加される電圧V2間の電位差(V1−V2)を、トナ−と逆極性の電圧を印加した後、トナーと同極性の電圧を印加することにより、画像形成(現像動作)中にトナー帯電ローラ19に付着したトナーを取り除くことが可能となる。また、回収電圧Vr、吐き出し電圧Vsの絶対値を放電開始電圧Vth未満にすることにより、広範な領域でクリーニングが可能となり、トナー帯電ローラ19のクリーニング性能が向上した。
【0099】
その結果、図13に示したように、画像形成(現像動作)中においてトナー帯電ローラ19は常に汚染トナーが少ない状態にあり、安定して現像ローラ11上のトナーに電荷を与えることができ、良好な画像が得られた。
【0100】
〈実施の形態2〉
本実施の形態においても、図1、図2に示した実施の形態1の現像装置を備えた画像形成装置を用いて説明する。
【0101】
実施の形態1では、画像形成動作(現像動作)前の感光ドラムの前回転時にトナー帯電ローラのクリーニング動作を行う構成であったが、本実施の形態では、画像形成動作(現像動作)の前後に上記したトナー帯電ローラのクリーニング動作を行うようにした。他の構成及び現像動作は実施の形態1と同様であり、本実施の形態ではその説明は省略する。
【0102】
本実施の形態では、図14に示すように、1枚画像形成時における画像形成動作(現像動作)の前の感光ドラムの前回転時、及び画像形成動作(現像動作)後の紙間もしくは感光ドラムの後回転時に上記したトナー帯電ローラのクリーニング動作を行うようにしている。本実施の形態における画像形成動作(現像動作)前の感光ドラムの前回転時、及び画像形成動作(現像動作)後の紙間もしくは感光ドラムの後回転時に行うトナー帯電ローラのクリーニングシーケンスチャートは、図10に示した実施の形態1と同様であり、本実施の形態ではその説明は省略する。また、感光ドラムの後回転時に画像形成信号(現像動作)が入力された場合には、トナー帯電ローラのクリーニングが終了した後に現像動作を行うものとする。
【0103】
本実施の形態においても、実施の形態1と同様にトナーの回収電圧を500V、トナーの吐き出し電圧を−500Vに設定して上記クリーニングシーケンスを行った。
【0104】
その結果、図15に示すように、2枚間欠モードでトナー帯電ローラのクリーニングを行わない場合(図の実線)、現像動作成中にトナー帯電ローラに汚染トナーが付着し通紙枚数が増えるにつれて、トナー帯電ローラ表面の汚れ量が増加している。一方、上述したクリーニングシーケンスを行った場合(図の破線)、通紙枚数が増加してもトナー帯電ローラに付着する汚染トナー量が約0.2(mg/cm2 )と少ない状態に維持でき、現像ローラ11上のトナーに安定して電荷を付与することが可能となり、常に良好な画像を得ることができた。
【0105】
このように本実施の形態では、画像形成動作(現像動作)の前後にトナー帯電ローラのクリーニング動作を行うことにより、実施の形態1の場合よりもさらに安定してトナー帯電ローラに付着したトナーを取り除いて現像ローラ11上のトナーに電荷を与えることが可能となり、安定した画像を得ることができる。
【0106】
〈実施の形態3〉
実施の形態1では、トナー帯電ローラのクリーニング動作時に感光ドラムへのトナー汚染を防止するため、感光ドラムの表面電位をトナーが現像しない程度に保っていたが、本実施の形態では、トナー帯電ローラのクリーニング動作時(即ち、非現像動作時における、現像バイアス電源及びトナー帯電バイアス電源を制御して、トナー帯電ローラと現像ローラとの間に形成される電界の方向を異ならせる動作時)に感光ドラムへのトナー汚染を防止するため、上記クリーニング動作を現像ローラと感光ドラムを離間させて行なうものとした。なお、他の構成及び現像動作は実施の形態1と同様であり、本実施の形態ではその説明は省略する。
【0107】
本実施の形態における現像装置を備えた画像形成装置を、図16、図17(a),(b)に示す。
【0108】
本実施の形態の画像形成装置は、図16、図17(a),(b)に示すように、現像ローラ11と感光ドラム1を一定間隔に保持するための離間手段としての離間板30を有している。離間板30は、現像装置20の現像容器10の現像ローラ11と反対側の底部に当接自在に配置されている。また、現像容器10の離間板30の上方に位置する上部とクリーニング容器18の底部の間には、バネ31が取付けられており、不図示の駆動手段によりこの離間板30を上下させることによって、現像容器10の現像ローラ11と反対側が持ち上げられたり押し下げられることにより、現像ローラ11が感光ドラム1に当接、離間するように構成されている。即ち、現像装置20の現像容器10は、現像ローラ11と反対側が離間板30で持ち上げられたときに、現像容器10の現像ローラ11側が下方に移動するように支持されて設置されている。
【0109】
そして、図17(a)に示す画像形成動作(現像動作)中では、離間板30が下がった状態の定位置にあるので、現像装置20の現像容器10は現像動作時の定位置にあり、現像ローラ11は感光ドラム1に当接している。
【0110】
そして、図17(b)に示す画像形成動作(現像動作)外の非現像時における上記したクリーニング動作時には、不図示の駆動手段により離間板30をバネ31のバネ力に抗して上方に移動させて現像容器10の現像ローラ11と反対側を上方に持ち上げることにより、現像ローラ11が感光ドラム1から離間される。
【0111】
この状態で上記したようにして現像ローラ11のクリーニング動作を行い、その後、次の画像形成信号(現像信号)が入力された場合には、現像動作の前に不図示の駆動手段により離間板30を下方に移動させ、バネ31のバネ力で現像容器10の現像ローラ11と反対側を下方に押し下げることにより、図17(a)に示すように現像ローラ11が感光ドラム1に当接される。
【0112】
本実施の形態においても、実施の形態1と同様のクリーニングシーケンスを行なった。その結果、本実施の形態においても、トナー帯電ローラ19に付着する汚染トナー量を少ない状態に維持でき、現像ローラ11上のトナーに安定して電荷を付与することが可能となり、常に良好な画像を得ることができた。
【0113】
更に、本実施の形態では、トナー帯電ローラ19のクリーニング動作時に、離間板30を用いて現像ローラ11と感光ドラム1を離間させることにより、感光ドラム1へのトナー汚染を防止することが可能となる。
【0114】
また、上記した各実施の形態では、トナーにネガトナーを用いたが、ポジトナーを用いた際も同様に本発明を適用することができる。なお、この場合、回収電圧Vrを負極性とし、吐き出し電圧Vsを正極性とすることは言うまでもない。
【0115】
また、上記した各実施の形態では、現像装置20と感光ドラム1を備えたプロセスカートリッジ21を画像形成装置本体22に着脱自在に装着する構成であったが、これ以外にも、例えば現像装置20と感光ドラム1、帯電ローラ(帯電装置)2、クリーニングブレード5、クリーニング容器18を一体に形成して画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジとして用いてもよく、また、現像装置20を画像形成装置本体内に固定する構成でもよい。
【0116】
また、上記した各実施の形態では、単色のトナー画像を形成する現像装置を備えた画像形成装置であったが、各色のトナーをそれぞれ収納した前記現像装置を複数有するカラー画像形成装置においても、同様に本発明を適用することができる。
【0117】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、現像剤帯電ローラ表面に付着する現像剤の付着量を低減して、現像剤担持体表面に担持される現像剤に常に安定した電荷を与えることができるので、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る現像装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図。
【図2】本発明の実施の形態1に係る現像装置の概略断面図。
【図3】トナー帯電ローラへの印加電圧とトナー表面電位との関係を示す図。
【図4】摩擦帯電による表面電位を除去した場合のトナー帯電ローラへの印加電圧とトナー表面電位との関係を示す図。
【図5】注入帯電を行った場合のトナー帯電ローラへの印加電圧とトナー表面電位との関係を示す図。
【図6】トナー帯電ローラへの印加電圧と帯電電荷量との関係を示す図。
【図7】従来例における通紙枚数とトナー帯電ローラの汚れ量との関係を示す図。
【図8】トナー帯電ローラの汚れ量と帯電電荷量との関係を示す図。
【図9】実施の形態1におけるトナー帯電ローラのクリーニング動作時での現像ローラ及びトナー帯電ローラへの印加電圧の関係を示す図。
【図10】実施の形態1におけるトナー帯電ローラのクリーニングシーケンスチャート。
【図11】吐き出し電圧とトナー帯電ローラの汚れ量との関係を示す図。
【図12】回収電圧とトナー帯電ローラの汚れ量との関係を示す図。
【図13】実施の形態1における通紙枚数とトナー帯電ローラの汚れ量との関係を示す図。
【図14】実施の形態2におけるトナー帯電ローラのクリーニングシーケンスチャート。
【図15】実施の形態2における通紙枚数とトナー帯電ローラの汚れ量との関係を示す図。
【図16】本発明の実施の形態3に係る現像装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図。
【図17】(a)は、本発明の実施の形態3における現像動作時の現像ローラと感光ドラムとの当接状態を示す図、(b)は、クリーニング動作時の現像ローラと感光ドラムとの離間状態を示す図。
【図18】従来例における現像装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図。
【図19】従来例における現像装置の概略断面図。
【符号の説明】
1 感光ドラム(像担持体)
2 帯電ローラ
4 転写ローラ
5 クリーニングブレード
6 露光装置
7 定着装置
10 現像容器
11 現像ローラ(現像剤担持体)
12 弾性ローラ
13 規制ブレード
14 攪拌部材
18 クリーニング容器
19 トナー帯電ローラ(現像剤帯電部材)
20 現像装置
23 現像バイアス電源(第1の電源)
26 トナー帯電バイアス電源(第2の電源)
27 制御装置(制御手段)
30 離間板
Claims (7)
- 現像剤を担持して現像部へ搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体による現像剤の搬送方向において、前記現像部よりも上流側に設けられており、前記現像剤担持体に当接して回転し前記現像剤担持体に担持された現像剤を帯電する現像剤帯電ローラと、前記現像剤担持体に現像電圧を印加する第1の電源と、前記現像剤帯電ローラに現像剤帯電電圧を印加する第2の電源と、を備え、
現像動作時に、前記第2の電源から前記現像剤帯電ローラに前記現像電圧と同極性の現像剤帯電電圧を印加して前記現像剤担持体上の前記現像剤を帯電し、
非現像動作時に、前記現像剤帯電ローラが1周以上回転する時間、前記現像剤帯電ローラと前記現像剤担持体との間に形成される電界の方向が、前記現像動作時に形成される電界の方向と逆となるように、前記第1の電源及び前記第2の電源を制御した後、前記現像剤帯電ローラが1周以上回転する時間、前記現像剤帯電ローラと前記現像剤担持体との間に形成される電界の方向が、前記現像動作時に形成される電界の方向と同じとなるように、前記第1の電源及び前記第2の電源を制御する制御手段を備えた、
ことを特徴とする現像装置。 - 前記第1の電源から前記現像剤担持体に現像電圧を印加して、帯電された前記現像剤を前記現像部にて像担持体上に形成された静電潜像に付着させて現像剤像を形成する、
ことを特徴とする請求項1記載の現像装置。 - 非現像動作時に前記第2の電源から前記現像剤帯電ローラに印加される電圧は、前記現像剤担持体上の前記現像剤に対して放電開始電圧未満である、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の現像装置。 - 前記非現像動作時は、現像動作前の潜像を担持する像担持体の前回転動作時である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のうちの何れか1項記載の現像装置。 - 前記非現像動作時は、現像動作前の潜像を担持する像担持体の前回転動作時、及び現像動作後の前記像担持体の後回転動作時もしくは次の現像動作開始までの時間である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のうちの何れか1項記載の現像装置。 - 前記現像剤は一成分現像剤である、
ことを特徴とする請求項1乃至5のうちの何れか1項記載の現像装置。 - 潜像を担持する像担持体と、請求項1乃至6のうちの何れか1項記載の現像装置を有し、前記非現像動作時における、前記第1の電源及び前記第2の電源を制御して、前記現像剤帯電ローラと前記現像剤担持体との間に形成される電界の方向を異ならせる動作時に、前記現像剤担持体は前記像担持体と離間する、
ことを特徴とする画像形成装置。
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