JPH0519566A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型の簡単な構成でメンテナンスも容易な装
置を用いて、安定した画像濃度が得られるだけでなく、
地かぶりやトナーの飛び散りの無い高解像度の高品質画
像を高速に得る。 【構成】 トナー供給される面と反対面からの像露光が
可能な感光体とトナーホッパーとトナー供給部と像露光
部とトナー回収部からなる画像形成装置と、感光体を回
転させ、この回転軌道上に配置したトナー供給部からト
ナーホッパーで帯電したトナーを感光体表面に供給し、
感光体を像露光した後、同じく回転軌道上に配置したト
ナー回収部において、感光体の画像部にトナーを残し、
非画像部のトナーを回収することにより感光体上にトナ
ー画像を形成する画像形成方法

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式を用いる
画像形成装置に関し、特には小型で高速、高解像度が要
求されるプリンタ等の画像形成部に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ
等において、電子写真方式の画像形成装置が広く用いら
れている。以下図面を参照しながら代表的な電子写真方
式の画像形成装置について説明する。図２は代表的な電
子写真方式の画像形成装置の模式的説明図である。図２
において、２０１は電子写真感光体ドラム、２０２は主
帯電部、２０３は像露光部、２０４はトナー現像部、２
０５は紙および紙搬送部、２０６は転写部、２０７は定
着部、２０８はトナークリーニング部、２０９は除電部
である。まず、電子写真感光体ドラム２０１を主帯電部
２０２で一様に帯電させ、感光体の表面電位を感光体内
部の電界が充分高くなるようにし、感光体に光感度を付
与する。そうしておいて、像露光部２０３で画像部に対
応した露光を行うと、画像部に対応して感光体の表面電
位が減衰する。このように、表面電位の低下した部分に
トナー現像部２０４において、感光体の帯電極性と同じ
に帯電したトナーをトナー現像部２０４が感光体の帯電
極性と同じ極性で、且つ感光体の帯電電位よりも低いバ
イアス電位を持つことによって、像露光された部分にの
みトナーを付着させ、感光体上に画像を形成する。この
ようにして感光体上に形成されたトナー像は、転写部２
０６によって紙に転写され、定着部２０７で定着され
る。また、転写の後、感光体上に残ったトナーは、トナ
ークリーニング部２０８により、感光体表面から擦り落
とされ、除電部２０９により帯電を全て除いて感光体を
初期の状態に復す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の様
な構成では、まず、主帯電部においてコロナ放電を用い
た場合、多量のオゾン、窒素酸化物等の有害物質が発生
する。これらの有害物質は大がかりな浄化フィルター等
を用いなければ装置使用者の人体に有害な他、感光体等
の構成部品を劣化させ、装置の信頼性を損なう原因とも
なる。このような問題を解決するためにローラ帯電等の
方法も実用化されているが、帯電能力が低く極めて低速
な画像形成にしか用いることができず、高速な画像形成
が必要な場合には、上述のコロナ放電を用いた帯電器の
放電をさらに強めたり、放電器を複数個用いる方法が一
般に用いられている。従って、従来技術での帯電の高速
化には装置が大がかりになったり、構成部品の信頼性を
損なうなどの大きな問題がある。

【０００４】次に、感光体上の像露光された部分にのみ
トナー像を現像する現像部においては、装置のメンテナ
ンスの容易さから一成分トナーが用いられることが多
い。一般に、帯電された一成分トナーは感光体にある間
隙を持って対抗した電極ローラ上に、磁性トナーの場合
は磁気力、非磁性トナーの場合はローラ電極との鏡像力
や摩擦力によって供給され、弾性ブレード等によって膜
厚制御を行う。このようにして得た電極ローラ上の帯電
されたトナーは、電極ローラに感光体上の像露光部の表
面電位と非露光部の表面電位の間の適当なバイアス電位
を与えることにより、静電気力によって像露光部にのみ
トナーが付着する。しかしながら、このような現像方法
では、電極ローラ上への安定したトナー供給のために
は、前述の磁気力、鏡像力、摩擦力は大きい方がよい
が、電極ローラ上から感光体への供給のためにはそれら
は小さい方がよいなど両立するのが難しい問題がある。
また、高解像度を得るため電極ローラ上のトナー層を薄
層化するため弾性ブレードの圧力を高めて層規制力を増
すと、トナーの電極ローラ上での凝集力が増して感光体
上への供給に時間がかかったり、供給に不具合が生じた
り、ブレードの圧力によってトナーが劣化したりする問
題があった。

【０００５】次に、現像されたトナー像が紙に転写され
た後に感光体上に残留したトナーを除去するトナークリ
ーニング部においては、感光体上から除去したトナーを
貯めておく廃トナーボックスが必要であり、装置が大が
かりになったり、貯った廃トナーを捨てる等のメンテナ
ンスが必要になるなどの欠点がある。また、このような
画像形成装置では残留トナーのクリーニングが充分に行
われないと、次の画像に汚れとして残って画像品質を低
下させる。これを防止するためには、クリーニングブレ
ードの感光体に接する圧力を増すことが有効であるが、
感光体表面を傷つけたり、ブレードに傷やかけが発生し
たりという問題がある他、ブレードの下に咬み込んだ紙
粉を擦りつけることにより、タルク等の成分が感光体表
面に付着して感光体の表面抵抗を低下させ、画像異常を
発生させる等の問題がある。また、このように種々の問
題と相反するトナークリーニングの問題は、画像の高解
像度を得るためトナーを小粒径化することによりますま
す大きな問題となる。

【０００６】従って、以上の様に従来の画像形成技術は
必ずしも満足のいくものではない上、近年ますます要求
が強くなっている、装置の小型化、メンテナンスフリー
化、高速化、高解像度化には充分に対応できないものと
なっている。

【０００７】また、裏面からの像露光可能な感光体を用
いて、近年装置の小型化を主目的として、帯電、露光、
現像を同時に行う画像形成方法も種々の方法が提案され
ている。（例えば、１９８８年ザ・フォース・インター
ナショナル・コングレス・オン・アドヴァンシズ・イン
・ノンインパクトプリンティング・テクノロジズ論文
集）しかし、これらの方法はいずれも感光体が像露光に
よって光感度を有するのに必要な電界を現像と同時に提
供する方法であるため、本質的に感光体の動作速度より
速い現像は不可能であり、充分な画像濃度が得られなか
ったり、感光体に長時間電界を加え続けなければならな
いため、充分な画像の形成速度が得られない等の問題が
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は前記問題
点に鑑み、トナー供給される面と反対面からの像露光が
可能な感光体とトナーホッパーをトナー供給部とトナー
回収部とを共有する画像形成装置を用い、この感光体を
移動させ、この同一装置系内に配置したトナー供給部か
らトナーホッパーで帯電したトナーを感光体表面に供給
した後、ただちに、感光体を像露光した後、同じく同一
装置系内に配置したトナー回収部において、感光体の画
像部にトナーを残し、非画像部のトナーを回収すること
により感光体上にトナー画像を形成することによって、
装置の小型化、メンテナンスフリー化、高速化、高解像
度化において大きな問題を抱える主帯電器と紙へのトナ
ー像転写後の残留トナーのクリーニングを不要とし、さ
らに、トナーの供給と回収を機能分離することにより、
相反する問題をなくして安定した現像を行い、容易に高
速化、高解像度化に対応できるものである。

【０００９】

【作用】本発明の画像形成装置は、少なくともトナー供
給される面と反対面からの像露光が可能な感光体とトナ
ーホッパーとトナー供給部と像露光部とトナー回収部か
らなり、本発明の画像形成方法はこの感光体を移動さ
せ、この同一装置系内に配置したトナー供給部からトナ
ーホッパーで帯電したトナーを感光体表面に供給し、感
光体を像露光した後、同じく同一装置系内に配置したト
ナー回収部において、感光体の画像部にトナーを残し、
非画像部のトナーを回収することにより感光体上にトナ
ー画像を形成する。以下に詳細に説明する。

【００１０】まず、トナー供給される面と反対面からの
像露光が可能な感光体を移動させ、その同一装置系内に
配置したトナー供給部からトナーホッパーで帯電したト
ナーを感光体表面に供給し、この帯電したトナーの持つ
電荷によって感光体内部に電界を形成する。この後に、
感光体のトナー供給される面と反対側に配置された像露
光装置により、画像部のみを露光する。この露光によっ
て内部に電界が形成された感光体にはキャリアが発生
し、電界中を静電気力で移動することによって、感光体
表面は先に帯電したトナーの供給によって与えた電荷と
反対極性に帯電し、像露光部に供給されて付着している
トナーは感光体表面に静電気力によって強固に付着す
る。一方、非画像部に供給されて付着しているトナーは
感光体との鏡像力とトナー間の凝集力によって極めて僅
かな力で付着している。そこで、同じく同一装置系内に
配置したトナー回収部において、感光体の画像部に強固
に付着したトナーを残し、非画像部に僅かな力で付着し
ているトナーを回収することにより感光体上にトナー画
像を形成する。

【００１１】この方法によれば、感光体が光感度を得る
のに必要な電界の形成を、コロナ放電等の帯電器を用い
ることなく、帯電したトナーを感光体上に一様に供給す
ることにより行うので、装置が小型化でき、またトナー
供給部においては一様にトナーを供給するだけで良いの
で、解像度に制限されることなく大きな静電気力でトナ
ーを感光体上に高速に供給できる。また、装置の構成上
でトナー供給、像露光からトナー回収までに感光体の移
動距離があるので、画像の形成を高速化するため感光体
の移動を高速化した場合にも、画像部においては充分な
トナーの付着力が得られる。また、トナー回収部におい
ては非画像部に僅かな力で付着したトナーを静電気力で
回収するが、従来の現像技術においては、現像ローラと
トナーとの鏡像力および摩擦力が大きく、また弾性ブレ
ードによる層規制等によりトナー間の凝集力も大きいも
のであったのに対して、本発明による感光体上の非画像
部に付着したトナーの鏡像力、摩擦力、凝集力は極めて
小さく、高速で高解像なトナー回収が容易に行える。ま
た、従来の現像技術では、現像ローラ上にトナー層を形
成するためには鏡像力、摩擦力、凝集力はある程度以上
必要であり、現像ローラ表面を粗したりする一方、高速
で高解像な現像のためにはトナーと現像ローラとの付着
力は小さい方がよいという相反する問題があったが、本
発明のトナー回収部においては、感光体上の非画像部に
付着したトナーの付着力は小さい方が望ましく、感光体
表面の離形性を向上させたり、トナー粒子間の離形性を
向上させることで、相反する問題無しに高速化高解像化
に対応できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の画像形成装置および画像形成
方法について詳細に説明する。

【００１３】本発明の画像形成装置は、少なくともトナ
ー供給される面と反対面からの像露光が可能な感光体と
トナーホッパーとトナー供給部と像露光部とトナー回収
部からなり、トナー供給される面と反対面からの像露光
が可能な感光体としては、導電性の透明支持体上に形成
された有機感光体等が用いられる。

【００１４】トナーホッパーはトナー回収部で回収され
たトナーとともに予め装置に供給されたトナーを撹拌
し、ファーブラシ等の帯電部材でトナーに感光体が感度
を有する極性の電荷を与えてトナー供給部へ搬送できる
ものであれば良く、磁性トナーを用いる場合にはトナー
供給部に磁石を用いることにより搬送を容易に行える。

【００１５】トナー供給部はトナーホッパーで帯電され
たトナーを感光体上に一様に供給できれば良く、従来の
現像技術で全面現像を行うのと同様に、感光体とある間
隙をはさんで対抗した電極ローラに感光体に対してトナ
ーの帯電と同極性のバイアス電圧を加えることにより、
間隙に電界を形成しトナーを飛翔させる方法などを用い
ることができる。一般にこの時加えるバイアス電圧は直
流であるが、交流電圧を重畳することにより間隙に交流
電界を形成し、帯電したトナーを静電気的に往復運動さ
せることにより、電極ローラ上へのトナーの付着力を軽
減させてもよい。

【００１６】像露光部は感光体のトナー供給される面と
反対面に配置され、感光体に画像部に対応した露光を行
えれば良く、一般に感光体がドラム形状であることか
ら、小口径の感光体ドラム内にも配置できる小型のＬＥ
Ｄアレイ等を用いることができる。

【００１７】トナー回収部は感光体上の画像部に付着し
たトナーは回収せず、非画像部に付着したトナーを回収
してトナーホッパーに戻すものであればよく、従来の現
像技術と同様に、感光体とある間隙をはさんで対抗した
電極ローラに感光体に対してトナーの帯電と逆極性のバ
イアス電圧を加えることにより、間隙に電界を形成しト
ナーを飛翔させる方法などを用いることができる。一般
にこの時加えるバイアス電圧は直流であるが、交流電圧
を重畳することにより間隙に交流電界を形成し、帯電し
たトナーを静電気的に往復運動させることにより、感光
体上へのトナーの付着力を軽減させてもよい。また、こ
の時に加えるバイアス電圧は大きすぎると画像部のトナ
ー濃度が低下し、小さすぎると非画像部のトナーが充分
に回収されず地かぶりとなっていずれにしても高解像度
は得られない。一般にトナー回収部のバイアス電圧は、
トナー供給部のバイアス電圧よりも充分低く保つことで
画像部の濃度低下は抑制され、またトナー供給部および
トナー回収部のバイアス電圧の両方を高くすることで非
画像部の地かぶりは抑制される。また、この非画像部の
地かぶりは、感光体の表面の離形性を向上させたり、ト
ナーに疎水性のシリカやアルミナを外添したり、トナー
の樹脂組成中にフッ素系表面改質剤等を内添することに
より、トナー粒子間の凝集力を低下させることによって
も抑制できる。

【００１８】以下、本発明の実施例を具体的に説明する
が、本発明は以下の実施例に示す組合せに限定されるも
のではない。

【００１９】以下本発明の一実施例の画像形成装置およ
び画像形成方法について図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１は本発明の実施例における画像形成装
置の構成図である。図１において１０１は感光体ドラ
ム、１０２はトナー供給用電極ローラ、１０３は層規制
弾性ブレード、１０４はトナー帯電用ファーブラシ、１
０５はトナーホッパー、１０６はトナー撹拌パドル、１
０７はトナー回収用電極ローラ、１０８はトナー掻き取
りスクレーパ、１０９はＬＥＤアレイ、１１０は紙およ
び紙搬送部、１１１は転写部、１１２は定着部である。

【００２１】感光体ドラム１０１は直径３０ｍｍのプラ
スチックドラム上に、透明導電層、電荷発生層、電荷輸
送層の順に積層した自作の有機感光体を用い、図１にお
いて右回りに周速１００ｍｍ／ｓで回転させた。トナー
供給用電極ローラ１０２は感光体表面と約８０μｍの間
隙をはさんで対抗した直径１５ｍｍの電極ローラを用
い、左回りに感光体と等しい周速で回転させた。トナー
ホッパー１０５の内部には自作の負帯電型非磁性一成分
トナーを約２００ｇ入れ、トナー撹拌用パドル１０６を
回転させて撹拌し、トナー帯電用ファーブラシ１０４を
回転させて、トナーとファーブラシの摩擦力によってト
ナーを帯電させて、トナー供給用電極ローラ１０２に付
着させた。トナー供給用電極ローラ１０２に付着したト
ナーは、層規制弾性ブレード１０３によって層規制され
るが、この層規制弾性ブレードは従来の現像技術のそれ
と異なり、薄層にトナー層を規制することが目的でな
く、鏡像力で電極ローラに付着しているトナー以上の過
剰なトナーが運び出されることにより、こぼれが発生す
るのを防止するための、トナーシールの役割を果たすこ
とが目的であるので、層規制弾性ブレードの電極ローラ
への応圧は線圧で約５ｇ／ｃｍとした。トナー供給用電
極ローラ上でのトナーの帯電量は約−８μＣ／ｇであっ
た。

【００２２】感光体ドラムの透明導電層は、プラスチッ
クドラム上に、真空蒸着法によりＩＴＯを膜厚約０．１
μｍで蒸着することにより形成した。

【００２３】次に、τ型無金属フタロシアニン（東洋イ
ンキ製造株式会社製）５重量部とアクリル樹脂（三菱レ
ーヨン株式会社製 商品名ダイヤナールＨＲ６６４）４
重量部およびメラミン樹脂（大日本インキ株式会社製
商品名スーパーベッカミンＬ１４５−６０）１重量部と
をｓ−ブチルアルコール１１５重量部に分散した。この
塗液を前記透明導電層上に浸漬塗布し、１３０℃にて１
時間乾燥して膜厚０．２μｍの電荷発生層を形成した。

【００２４】また、１，１−ビス（ｐ−ジエチルアミノ
フェニル）−４，４−ジフェニル−１，３−ブタジエン
１重量部とポリカーボネイト（バイエル社製 商品名
マクロホールＮ）１重量部を塩化メチレン９重量部に溶
解し、この塗液を前記電荷発生層上に浸漬塗布し、８０
℃にて１時間乾燥して膜厚２０μｍの電荷輸送層を形成
した。

【００２５】トナー供給用電極ローラには感光体に対し
て−１０００Ｖの直流バイアス電圧を加えた。ＬＥＤア
レイ１０９による露光は、図１においてトナー供給用電
極ローラ１０２と感光体ドラム１０１の最近接部より３
ｍｍ右側に行った。トナー回収用電極ローラ１０７はそ
の感光体ドラム１０１との最近接部が、トナー供給用電
極ローラ１０２の感光体ドラム１０１との最近接部に対
して、感光体ドラム円周上で２５ｍｍ図１において右側
になるように配置した。トナー回収用電極ローラ１０７
は感光体表面と約８０μｍの間隙をはさんで対抗した直
径１５ｍｍの電極ローラを用い、左回りに感光体と等し
い周速で回転させた。

【００２６】トナー回収用電極ローラには感光体に対し
て＋５００Ｖの直流バイアス電圧と最大振幅１０００
Ｖ、周波数１ｋＨｚの正弦波交流電圧を重畳して加え
た。トナー回収用電極ローラに回収されたトナーは、ス
クレーパ１０８によって掻き落し、再びトナーホッパ１
０５内部に戻した。

【００２７】このようにして、感光体ドラム１０１上に
形成されたトナー像は、転写帯電器１１１によって紙１
１０に転写した。紙に転写したトナー像は定着器１１２
によって溶融定着した。

【００２８】このようにして得た画像は、充分な濃度が
得られるだけでなく、非画像部の地かぶりや、画像部周
辺へのトナーの飛び散りの無い、極めて高解像度の高品
質画像が得られた。

【００２９】以上のように本実施例によれば、画像形成
装置がトナー供給される面と反対面からの像露光が可能
な感光体とトナーホッパーとトナー供給部と像露光部と
トナー回収部からなり、感光体を回転させ、この回転軌
道上に配置したトナー供給部からトナーホッパーで帯電
したトナーを感光体表面に供給し、感光体を像露光した
後、同じく回転軌道上に配置したトナー回収部におい
て、感光体の画像部にトナーを残し、非画像部のトナー
を回収することにより感光体上にトナー画像を形成する
画像形成方法によって、充分な濃度が得られるだけでな
く、非画像部の地かぶりや、画像部周辺へのトナーの飛
び散りの無い、極めて高解像度の高品質画像が得られる
画像形成装置および画像形成方法を提供するものであ
る。

【００３０】以下本発明の第２の実施例について説明す
る。第１の実施例の画像形成方法において、感光体ドラ
ムを回転させる周速を１００ｍｍ／ｓの代わりに、２０
０ｍｍ／ｓとした以外は、第１の実施例と同様にして画
像を形成した。

【００３１】このようにして得た画像は、充分な濃度が
得られるだけでなく、非画像部の地かぶりや、画像部周
辺へのトナーの飛び散りの無い、極めて高解像度の高品
質画像が得られた。

【００３２】以下本発明の第３の実施例について説明す
る。第１の実施例の画像形成方法において、感光体ドラ
ムを回転させる周速を１００ｍｍ／ｓの代わりに、３０
０ｍｍ／ｓとした以外は、第１の実施例と同様にして画
像を形成した。

【００３３】このようにして得た画像は、充分な濃度が
得られるだけでなく、非画像部の地かぶりや、画像部周
辺へのトナーの飛び散りの無い、極めて高解像度の高品
質画像が得られた。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明は、画像形成装置が
トナー供給される面と反対面からの像露光が可能な感光
体とトナーホッパーとトナー供給部と像露光部とトナー
回収部からなり、感光体を回転させ、この回転軌道上に
配置したトナー供給部からトナーホッパーで帯電したト
ナーを感光体表面に供給し、感光体を像露光した後、同
じく回転軌道上に配置したトナー回収部において、感光
体の画像部にトナーを残し、非画像部のトナーを回収す
ることにより感光体上にトナー画像を形成する画像形成
方法によって、オゾン発生のない、充分な濃度が得られ
るだけでなく、非画像部の地かぶりや、画像部周辺への
トナーの飛び散りの無い、極めて高解像度の高品質画像
が、比較的小型の簡単な装置で高速に得られる画像形成
装置および画像形成方法とするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における画像形成装置の
構成図

【図２】従来の技術における電子写真方式の画像形成装
置の構成図

【符号の説明】

１０１ 感光体ドラム １０２ トナー供給用電極ローラ １０３ 層規制弾性ブレード １０４ トナー帯電用ファーブラシ １０５ トナーホッパー １０６ トナー撹拌パドル １０７ トナー回収用電極ローラ １０８ トナー掻き取りスクレーパ １０９ ＬＥＤアレイ １１０ 紙および紙搬送部 １１１ 転写部 １１２ 定着部 ２０１ 電子写真感光体ドラム ２０２ 主帯電部 ２０３ 像露光部 ２０４ トナー現像部 ２０５ 紙および紙搬送部 ２０６ 転写部 ２０７ 定着部 ２０８ トナークリーニング部 ２０９ 除電部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一トナーホッパーを共有するトナー供給
   部とトナー回収部からなる装置と感光体と像露光部とか
   ら形成され、前記感光体が前記トナー供給される面と反
   対面からの像露光が可能であることを特徴とする画像形
   成装置
2. 【請求項２】感光体が、透明導電性支持体上に電荷発生
   層、電荷輸送層の順に積層して形成されることを特徴と
   する請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】感光体を移動させ、その同一装置系内に配
   置したトナー供給部からトナーホッパーで帯電したトナ
   ーを前記感光体表面に供給し、前記感光体を像露光した
   後、前記同一装置系内に配置した前記トナー回収部にお
   いて、前記感光体の画像部にトナーを残し、非画像部の
   トナーを回収することにより前記感光体上にトナー画像
   を形成する方法