JPH11327191A

JPH11327191A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH11327191A
Application number: JP13337198A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Anzai; 正保安西; Tsuneaki Kawanishi; 恒明川西; Koji Kato; 孝二加藤; Katsuya Kawai; 克哉河合; Tsutomu Nakagawa; 努中川; Masanari Norihashi; 誠斎法橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】多段現像ローラ型現像手段を用いた画像形成装
置において、感光体およびクリーナの長寿命化を実現さ
せる。【解決手段】無端移動可能に保持され摩擦係数低減剤を
含有してなる有機光導電感光体(1)と、該感光体に対向
して設けられ、感光体表面との対向部における移動方向
が逆方向となるように軸支された第１現像ローラ(61)
と、感光体に対向して設けられ、感光体表面との対向部
における移動方向が同方向となるように軸支された第２
現像ローラ(62)とを有し、２本の現像ローラにて感光体
に形成された電荷潜像を現像し、感光体上にトナー像を
形成する多段現像ローラ型現像手段(4)と、感光体表面
に当接し、前記トナー像を感光体から被転写体に転写し
た後に、感光体上に残留したトナーを除去する弾性ブレ
ード(30)とを有する画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタや
複写機等の画像形成装置に関するものであり、特に２本
の現像ローラにて感光体に形成された電荷潜像を現像
し、感光体上にトナー像を形成する多段現像ローラ型現
像手段を備えた画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像形成速度の高速化に伴い、現像ロー
ラを２本設け、この２本の現像ローラにて感光体に形成
された電荷潜像を現像し、感光体上にトナー像を形成す
る多段現像ローラ型現像手段を備えた画像形成装置が従
来より知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の多段現像ロー
ラ型現像手段を備えた画像形成装置は、現像能力が増大
するため高画像濃度を得やすいという利点を有する反
面、２本の現像ローラで感光体表面を摺擦するので感光
体が早期に摩耗してしまいやすいという欠点があった。
また、感光体の摩耗は現像ローラによるものとは限ら
ず、感光体表面を清掃するクリーナとの接触によっても
生じる。一般にクリーナは感光体と同様、消耗部品とし
て扱われる場合が多い。従って、クリーナについては、
クリーナとの接触による感光体の摩耗のみならず、当該
接触によるクリーナの摩耗についても検討されなければ
ならない。

【０００４】本発明の目的は、多段現像ローラ型現像手
段を用いた画像形成装置において、感光体およびクリー
ナの長寿命化を実現させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、無端移動
可能に保持され摩擦係数低減剤を含有してなる有機光導
電感光体と、該感光体に対向して設けられ、感光体表面
との対向部における移動方向が逆方向となるように軸支
された第１現像ローラと、前記感光体に対向して設けら
れ、感光体表面との対向部における移動方向が同方向と
なるように軸支された第２現像ローラとを有し、前記２
本の現像ローラにて感光体に形成された電荷潜像を現像
し、前記感光体上にトナー像を形成する多段現像ローラ
型現像手段と、前記感光体表面に当接し、前記トナー像
を感光体から被転写体に転写した後に、前記感光体上に
残留したトナーを除去する弾性ブレードとを有すること
により達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照しながら説明する。

【０００７】図１において、１は有機光導電感光体(OP
C)を備えた感光体ドラムであり、矢印方向に無端移動
（回転）可能に軸支されている。なお、本実施例におい
ては、OPCをドラム状の形態として設けた構成を例示し
ているが、OPCを無端ベルト状の形態として設けたもの
であっても構わない。

【０００８】回転駆動される感光体ドラム１は、帯電器
２にて均一に帯電された後、レーザビーム３によって露
光され、感光体ドラム１には電荷潜像が形成される。感
光体ドラム１の移動速度（周速）は１０ｃｍ／秒以上、
好ましくは２０〜４０ｃｍ／秒程度に設定されている。
これは、１０ｃｍ／秒以下の様に低速では画像欠陥が出
にくく、あえて本発明を採用するに至らないためであ
る。また、５０ｃｍ／秒以上の様に高速では現像能力が
不足し、本発明における構成では必ずしも解決できない
事項が生じてくるためである。

【０００９】感光体ドラム１の直径は４０〜１５０ｍ
ｍ、高速且つ小型な画像形成装置を実現するに適する直
径は５０〜１２０ｍｍ程度、好ましくは６０〜１００ｍ
ｍである。感光体の帯電極性はプラス、マイナスいずれ
でもよいが、本実施例においてはマイナス帯電として説
明する。帯電電圧は５００〜１０００Ｖ、例えば７００
Ｖ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。続いて現像装置４にて反転現像し、マイ
ナス極性のトナー像を感光体ドラム１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よ
いが、本発明は反転現像の場合に特に効果を発揮する。

【００１０】次に現像装置４の動作について説明する。
現像装置４は、感光体ドラム１表面との対向部における
移動方向が逆方向（回転方向で言うと感光体ドラム１の
回転方向と同方向）となるように軸支された第１現像ロ
ーラ６１と、感光体ドラム１表面との対向部における移
動方向が同方向（回転方向で言うと感光体ドラム１の回
転方向と逆方向）となるように軸支された第２現像ロー
ラ６２とを備えた多段現像ローラ型現像装置として構成
されている。

【００１１】現像ローラ６１,６２は内部にそれぞれ固
定されたマグネット５１,５２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し、現像ローラのそれぞれの回転
により現像剤を搬送して、現像剤を感光体ドラム１に接
触させて電荷潜像を現像する。現像磁極の磁束密度は７
００〜９００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。

【００１２】トナーの帯電極性は、感光体の帯電極性と
同極性のマイナスである。現像剤の搬送量は規制部材８
および現像ローラ６１,６２間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
と同極性のマイナ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、２５
０〜６００Ｖが印加される。これらバイアス電圧には１
００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの交流電圧を重畳してもよい。そ
の実効電圧の大きさは直流電圧の１／２〜１／４であ
る。

【００１３】現像装置４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スクリューオーガ
１１,１２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、帯電させる効果が大きい。従
って、トナーをフィードローラ１３から補給した際、速
やかにトナーを現像剤中に分散せしめ、所定の帯電量に
まで短時間で立ち上げる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、現像ローラ６２によって吸
着搬送され、規制部材８と現像ローラ６２とのギャップ
を通過した現像剤が現像ローラ６２での電荷潜像の現像
を行い現像装置４内に戻される。規制部材８と現像ロー
ラ６２とのギャップを通過できなかった現像剤は現像ロ
ーラ６１側に向かい、吸着搬送され、規制部材８と現像
ローラ６１とのギャップを通過した現像剤が現像ローラ
６１での電荷潜像の現像を行い、スクレーパ１０を経て
現像装置４内に戻される。

【００１４】また、現像ローラ６２で規制された剰余の
現像剤はガイド板９にてスクリューオーガ側に戻され
る。この種の多段現像ローラ型現像装置においては、ガ
イド板９の形状、設定位置もまた重要である。即ち、規
制部材８にて現像ローラ６２への供給を規制された剰余
の現像剤を円滑に現像ローラ６１に受渡し且つ規制部材
８にて現像ローラ６１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、上部がおおよそ二つの現像ローラの中央
部に位置し、且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。

【００１５】現像ローラ６１,６２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
装置４内へ搬送回収する。キャッチローラ６３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
あるいは現像ローラ６２のバイアス電圧と同程度の電圧
が印加されている。係るキャッチローラ６３を装備する
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、あるいは現像装置からの
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現像ローラ６
２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６３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。

【００１６】上記構成の現像装置において、感光体ドラ
ム１の速度が２０〜４０ｃｍ／秒、直径が６０〜１００
ｍｍであるとき、小型の現像装置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６１,６２の直径
は、感光体ドラム１の直径の１／３〜１／４である。例
えば感光体ドラム１の直径が１００ｍｍであるとき、２
５ｍｍもしくは３０ｍｍが好適である。また、現像装置
４の設定位置は、レーザビーム３での露光位置から２つ
の現像ローラ６１,６２の中心位置θが有機光導電感光
体の光応答時間に略対応するように設定すると空間を効
率よく使用でき、全体をコンパクトにまとめることがで
きる。この様にできるのは反転現像方式を採用している
ためである。

【００１７】続いて被転写体である記録紙１４はレジス
トローラ１５,１６および紙ガイド板１７にてドラム上
のトナー像と記録紙とが位置合わせされつつ搬送され、
転写器１９の作用下でトナー像が記録紙に転写される。
紙ガイド板１７には２０ＭΩ〜１００ＭΩの接地抵抗が
接続され、高湿時に記録紙１４を通して転写に必要な電
荷がリークするのを防止する。転写器１９には、＋４ｋ
Ｖ〜＋７ｋＶの直流高電圧が印加されトナーと反対極性
の電荷を記録紙１４の裏面に与え、ドラム上のトナーを
記録紙１４の表面に静電的に引き付け転写する。

【００１８】記録紙１４は続いてドラム１の回転ととも
に分離用の除電器２０の作用下で転写器１９で帯電され
た電荷が除電されつつ、ドラムから剥離分離される。除
電器２０には１００〜５００Ｖの直流電圧が重畳された
実効値４ｋＶ〜６ｋＶの交流電圧（周波数２００〜１０
００Ｈｚ）が印加され交流コロナを発生させる。この転
写・除電に際して、転写器１９の背面側に設置された消
去ランプ２１にてドラム１は光照射される。これによ
り、記録紙間、記録紙先端部に対応するドラム上の電荷
が減衰する。また、薄い記録紙の場合には紙を通しても
光照射されるので電荷の一部が消去される。これらのド
ラム上の電荷減衰は、記録紙とドラムとの静電的な吸着
力を低減する効果があり、記録紙のドラムからの分離を
助ける。なお、感光体上に残留する電荷を消去し、次の
作像サイクルに備えるためには消去ランプ２４との併
用、あるいは、クリーナでの残留トナー除去効率がよく
なるようにトナーと感光体の静電的付着力をより少なく
するためには消去ランプ２３を併用するのが好ましい。

【００１９】いずれにしても、転写器１９による帯電極
性は帯電器２での帯電極性とは反対（感光体の帯電極性
がマイナスである本実施例の場合プラス）であり、この
ために感光体が逆極性のプラスに帯電することがある。
この場合、感光体はこの帯電極性に対しては感度を有し
ないのが通例であるから、どの消去ランプでも除電でき
ない。従って、帯電器２での帯電前の感光体ドラム１の
表面電圧は均一ではない故、帯電器２は図１で示されて
いるように感光体ドラム１表面に近接したスクリーン
（グリッド）により帯電電圧が制御される、いわゆるス
コロトロンを用いることが必須である。

【００２０】転写後、記録紙１４は搬送ベルト２２を経
て、定着装置２５にて加熱加圧され、トナー像は定着さ
れる。定着装置２５は内部にヒータ２８を持つヒートロ
ーラ２７および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機３２、ブラシに付着し
たトナーや紙粉を叩き落とすフリッカバー３３からな
る。

【００２１】上記構成の画像形成装置において、OPCの
寿命を長くするにはその膜厚を厚くし且つ電子写真特性
を確保し、さらにゴムブレード３０での摩耗を少ないも
のとすることが求められる。このためには、OPCの厚さ
は２０〜６０μｍ、好ましくは２５〜５０μｍがよく、
これは摩耗や電子写真特性の点のみならず、比誘電率が
３〜５であるOPCを帯電器２で高速、均一に帯電するこ
と、ならびに現像時における画像欠けを抑止する上でも
好ましい値である。

【００２２】また、摩耗量を１０万回転当たり０.５〜
２μｍとして、長期間にわたり良好な画質を確保するこ
とが求められる。そのためには、ゴムブレードでの研磨
効果の少ない感光体およびトナーとしなければならな
い。しかしながら、トナーには、安定な帯電特性を持た
せて長寿命な現像剤を得るため、あるいは流動性をよく
するためにマグネタイト、酸化チタンあるいはシリカの
ような微粒子が内添もしくは外添されているのが一般的
であり、これらの添加微粒子によって感光体が研磨され
易くなる。また、ゴムブレードの感光体に対する圧接を
低くすることでも摩耗量を抑えることはできるが、クリ
ーニング不足（すり抜け）に基づく画像カブリ、黒筋、
感光体フィルミング等の不具合を生ずる。

【００２３】本発明は、係る不具合の発生を防ごうとす
るものであり、帯電安定性が優れたトナー、低圧力ゴム
ブレードを用いながら画像欠陥（カブリ、黒筋、欠け）
や感光体フィルミングが生じないようにして、長寿命な
感光体ドラム、現像剤、クリーナを備えた多段現像ロー
ラ型現像手段を有する画像形成装置を実現するものであ
る。

【００２４】多段現像ローラ型現像手段を有する画像形
成装置において、現像時に発生する画像欠陥について述
べる。電荷潜像を相対的に移動する現像剤で現像する
際、この移動方向に基づき画像の端部に欠けが生ずる現
象があり、特に画像濃度が低い場合や中間調画像で出易
い。これを抑止するには、比誘電率３〜５であるOPCの
厚さを２０μｍ以上とし、画像周辺部の電界強度変化を
少なくすること、現像剤の抵抗を低くすることが有効で
ある。

【００２５】しかし、膜厚６０μｍ以上では感光体の電
子写真特性が低下するため２０〜６０μｍ、好ましくは
２５〜５０μｍがよく、本発明ではこの厚さが適用され
る。また、現像剤抵抗は低すぎると電荷潜像リーク、バ
イアス電圧リーク、使用に伴い抵抗が変化しやすく単寿
命等の欠点があり、抵抗が高すぎると現像性が低下する
ため本発明では、半導電性現像剤を適用する。具体的に
は、現像ローラと感光体ドラムとのギャップを０.５〜
２ｍｍ、好ましくは０.７〜１.５ｍｍで使う場合には次
のようにする。

【００２６】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。これらキャリアの内、飽和磁化５０〜１００em
u／ｇ（外部磁場３０００ Oersted）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。

【００２７】実際の現像剤の動的電気抵抗は、１０⁸〜
１０¹¹Ωｃｍ、そのときのキャリアの動的電気抵抗は１
０⁷〜１０¹⁰Ωｃｍである。ここで動的電気抵抗は感光
体ドラムの代わりに金属（例えばアルミニウム）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。

【００２８】トナーとしてはバインダ樹脂、着色材、離
型剤、電荷制御材等を含む体積平均粒径５〜１２μｍ、
好ましくは８〜１０μｍのものを用いる。５μｍ以下で
は製造が困難であり、現像剤の流動性が低下する。１２
μｍ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。バインダ樹脂にはスチレン、アク
リル、スチレンブタジェン共重合体、スチレンアクリル
共重合体、ポリエステル等を用いるが、帯電制御が比較
的容易なスチレンアクリル共重合体が好適である。

【００２９】離型剤は、熱ローラ定着時のオフセット防
止のために混入するもので、低分子量ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ワックス等のバインダ樹脂と相溶しない
ものが用いられ、オフセット防止に対する離型剤の適性
量はバインダ樹脂や定着方式によっても変わる。離型剤
を入れると定着以外では下記の弊害が発生するので、離
形性のよい定着ローラや離形オイルを塗工するなどの手
段を採用して定着以外での問題を軽減するのが好まし
い。使用しないか５ｗｔ％以下が好ましい。多すぎると
ブレード圧力が大きすぎる時にはブレードとの摺擦力
で、小さい時にはブレードからのトナーのすり抜けの蓄
積作用で、感光体表面にトナーやそのたの異物のフィル
ミングが発生する。トナーの流動性も低下する。

【００３０】また、バインダ樹脂中への離型剤の分散状
態も重要で、島状に分散している島の大きさが大きすぎ
ると感光体へのトナーや異物のフィルミング、現像剤キ
ャリアへのトナー成分の固着（スペントトナー）のため
に感光体、現像剤の寿命を低下させる他、トナーの帯電
安定性、流動性が悪くなる。トナーの流動性低下は、現
像剤の流動性低下、トナーとキャリアないし現像剤との
混合性能の低下を引き起こす。これはトナーの帯電速度
低下、トナーフィード時の画像濃度ムラ障害を引き起こ
す。

【００３１】上記現像構成を採用した時の種々の検討結
果によると、第１現像ローラ６１でのクリーニング作用
があるためにフィルミングに対しては強いが、２本の現
像ローラに均一なトナー濃度、均一なトナー帯電量をも
つ現像剤を円滑に供給するには一定レベルの流動性を持
たせることが重要で、フィルミング、スペントの不具合
を回避し、帯電安定性、流動性を確保するには離型剤の
量が５ｗｔ％以下で島の大きさが０.１μｍ以下とする
ことが好ましいことが分かった。さらに、トナーの形状
としては、縦横比が１〜２好ましくは１〜１.５である
と流動性、現像性が向上し、画像ムラが少なく本現像方
式に適していることがわかった。

【００３２】トナーがキャリアを覆う被覆率は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。係る電荷量を長期にわたる印刷（２０〜１００万
頁）の間中確保するには、トナー中に導電性の磁性微粒
子Ｆｅ₃Ｏ₄（マグネタイト、５０〜１００emu／ｇ、外
部磁場１０００〜３０００ Oersted）を外添もしくは内
添するのがよい。即ち、本現像装置の構成では、現像剤
容量を１〜２ｋｇと少容量で高速現像をするのである
が、現像剤への負荷を抑えるために撹拌を控えめに行
い、後述するように現像方向に伴う画像欠陥の発生を防
ぐため現像ローラの回転速度を極力抑えるようにするの
が好ましいので、現像剤としてのトナーは、トナーを現
像剤に補充したとき、帯電の立ち上がりが速く、かつ時
間ともに大きな電荷量となることなく一定範囲内に収ま
ることが必要である。

【００３３】この特性を得るために、種々実験したとこ
ろ、粒径０.０５〜２μｍ、好ましくは０.２〜０.７μ
ｍのマグネタイトを０.１〜２ｗｔ％外添するか、０.５
〜２０ｗｔ％内添するのがよいことがわかった。現像剤
のライフも１ｋｇ当たり２０〜５０万頁を実現できた。
粒径がこれより小さいとき、あるいは添加量が少ないと
きは帯電の立ち上がりが悪くかつ電荷量の変動値が大き
い。さらに、粒径が大きいとやはり変動が大きいのみな
らず、感光体のブレードでの摩耗量が大きくなり使い物
にならない。添加量が多すぎると、帯電量が小さく、感
光体の摩耗が大きくなり使用できなかった。上記添加量
の場合、後述の硬度７０前後のブレードの線圧が５〜１
５ｇであるときOPC摩耗量を５０万回転当たり３〜１０
μｍとすることが可能であり、感光体ライフ２０〜１０
０万頁あるいはそれ以上を確保できる。なお、磁性粉と
併用して、ＳｉＯ₂（シリカ）やＴｉＯ₂（酸化チタン）
を０.１〜０.５ｗｔ％添加してもよい。

【００３４】次に、現像ローラの回転速度について述べ
る。現像剤で感光体表面を摺擦して現像する現像方式で
は、上述したように現像剤の移動方向、即ち現像ローラ
の回転方向に基づく画像欠陥が生ずるが、係る画像欠陥
は、２本の現像ローラの回転速度を整合することでより
効果的に抑止できる。

【００３５】以下にその実験結果を示す。第１現像ロー
ラ６１の周速Ｖｄ１と感光体ドラム１の周速Ｖｐとの比
である周速比Ｓ１＝Ｖｄ１／Ｖｐ、第２現像ローラ６２
の周速Ｖｄ２と感光体ドラム１の周速Ｖｐとの比である
周速比Ｓ２＝Ｖｄ２／Ｖｐの関係で調べた。周速比Ｓ
１,Ｓ２および感光体ドラム１の移動方向は図１の各々
の矢印の方向を（＋）としている。

【００３６】互いに逆方向に回転する２本の現像ローラ
で現像する場合、現像剤の移動方向に基づく画像欠陥を
抑止するには、第１現像ローラで欠陥が生じた部分を第
２現像ローラで補うようにするために、感光体との相対
速度を互いに逆方向、即ちＳ１＞０、Ｓ２＞１とするの
がよい。Ｓ１,Ｓ２が取り得る範囲を実験により確認し
た例を表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】（実験条件）感光体ドラム；直径：１００ｍｍ、有機感光体厚さ：３０μｍ、比誘電率：約３、ドラム周速(Ｖｐ)：２５０ｍｍ／秒、感光体帯電電圧(Ｖ０)：−６５０Ｖ、現像装置；第１,第２現像ローラの直径：３０ｍｍ、現像磁極の磁束密度：９００ガウス、第１現像ローラと感光体ドラムとのなす角度：５度、第２現像ローラと感光体ドラムとのなす角度：０度、第１現像ローラのバイアス電圧Ｖｂ１＝−３００Ｖ、第２現像ローラのバイアス電圧Ｖｂ２＝−３５０Ｖ、第１現像ローラの現像部での現像剤充填密度：４１％、第２現像ローラの現像部での現像剤充填密度：３５％、周速比Ｓ１＝１.５、現像剤；キャリア材料：マグネタイト、キャリアの体積平均粒径：１００μｍ、キャリアの飽和磁化：９０emu／ｇ、キャリアの動的電気抵抗１.５×１０⁸Ωｃｍ、トナーの体積平均粒径：９μｍ、トナーの電荷量：１５μＣ／ｇ、トナー被覆率：０.３、動的電気抵抗：１.２×１０¹⁰Ωｃｍこの実験では、画像欠陥を判別し易いように、ベタ部の
画像濃度をＤ＝１.１と薄めになる現像バイアス電圧に
設定している。この実験条件では、Ｓ１＝１.５に対し
て許容できる画像が得られるＳ２の範囲は１.５≦Ｓ２
≦３.５、望ましくは２≦Ｓ２≦３である。即ち、Ｓ２
＝（Ｓ１＋１）±０.５の範囲であった。感光体ドラム
１の周速を２０〜４０ｃｍ／秒としたとき、種々の実験
条件下で得られた良好な範囲と、其々の現像ローラが十
分な現像能力を有し、他方では回転による負荷を極力抑
えることができる範囲とが両立するのは、０.５≦Ｓ１
≦２.５、１.５≦Ｓ２≦３.５、好ましくは０.５≦Ｓ１
≦２、１.５≦Ｓ２≦２.５であることが分かった。

【００３９】さらに、相対速度の違いで第２ローラより
も第１現像ローラでの摺動力を同等以上としてクリーニ
ング効果をもたせることができる関係、即ち、第１現像
ローラの感光体との相対速度比が第２現像ローラの相対
速度比より大きいＳ１＋１≧Ｓ２−１の条件と、感光体
ドラムと同方向に回転する第２現像ローラの現像能力を
トナー搬送能で高めるために、周速比を同等以上とする
条件Ｓ１≦Ｓ２を加えると図２に示す範囲が求まる。

【００４０】これらの条件を満たす斜線部がより好まし
い範囲である。なお、表１において網点中ベタの後端部
あるいは前端部の網点に対する再現性の悪さ（抜け）
は、網点の潜像電圧が低いまたは網点密度が６００ｄｐ
ｉ（ドット／インチ）以上のごとく高密度であるときに
は、発生状況が前端部と後端部で逆転する場合が観測さ
れたが、良好な範囲は変わらなかった。

【００４１】係る２本現像ローラを有する現像装置で
は、上述のごとく画像欠陥の発生が少なく、均一性が良
い高画質画像が得られるが、現像前に感光体上に残留す
るトナーに対して第１現像ローラでのクリーニング効果
が大きいので、クリーナでのクリーニング能力と組み合
わせることで、画像カブリ、感光体へのトナーフィルミ
ング等の不具合を生ずることなく、クリーナのブレード
の長寿命化、感光体摩耗の低減、長寿命化を達成でき
る。即ち、クリーナでのクリーニング機能から考察し
て、トナーとブレードとの摩擦係数はトナーのすり抜け
を抑止するため大きく保ちながら、トナーと感光体、ブ
レードと感光体との摩擦が小さいすなわち感光体が滑り
易いものとし、ブレード圧力を必要最小限となし、わず
かにすり抜けるトナーを第１現像ローラにて除去するも
のである。

【００４２】以下具体例を述べる。先ず、有機感光体
（OPC）であるが、本発明では、感光層として感光体表
面とブレードとの間にトナーが存在する状態での摩擦係
数が減ずる効果を有する素材を該層中に含むものを用い
る。

【００４３】図３のごとき二層構造の負帯電型感光体の
場合について述べる。感光体は、アルミニウム３４１の
表面を陽極酸化して厚さ１〜１０μｍのアルマイト層３
４２を形成した導電性の基板３４に厚さ０.１〜１μｍ
の荷発生層３５１、厚さ２５〜４０μｍの電荷搬送層３
５２からなる感光層３５を塗工して作られる。電荷発生
剤としては、フタロシアニン顔料、アゾ顔料、ペリレン
顔料、インジゴ顔料等を用いることができ、チタニルフ
タロシアニン顔料は好適である。これら顔料をアクリ
ル、シリコーン、ポリエステル、フェノール、ポリビニ
ルブチラール樹脂等に分散せしめ塗工して電荷発生層を
形成する。電荷搬送剤としては、オキサジアゾール、チ
アゾール、イミダゾール、ピラゾリン、ヒドラゾン誘導
体等を用いることができ、これらをポリカーボネート、
アクリル、メタクリル、ポリエステル樹脂等のバインダ
に約１：１の割合で分散せしめ塗工して電荷搬送層を形
成する。電荷搬送層のバインダ樹脂には、特にポリカー
ボネートが好適で、分子量１０〜２０万であると耐摩耗
性が優れた硬い電荷搬送層が得られる。

【００４４】しかし、かかる感光体とブレードとの摩擦
係数は前述した本発明に使用するトナーが介在する状態
で１程度であって、良好なクリーニング効果が得られる
条件は硬度６５〜７５、厚さ２〜４ｍｍのウレタンゴ
ム、線圧１５ｇ／ｃｍ前後であるが、そのときの摩耗量
は１０万回転あたり５〜１０μｍで、直径１００ｍｍ程
度のドラムでは、５〜２０万頁程度の寿命であり、長寿
命感光体ドラムとしては不十分である。そこで、本発明
では、上述摩擦係数が１以下好ましくは０.４〜０.８程
度となるようにする。かかる感光体は、分子量１０〜２
０万のポリカーボネート樹脂に２〜２０％重量部のポリ
プロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂やシ
リコーン樹脂を分散、相容もしくは重合することで得ら
れる。実施例として、ポリプレン樹脂を５％分散させた
感光層の摩擦係数は、０.７〜０.８、シリコーン樹脂を
１０％重合せしめたものは０.４〜０.６であった。な
お、トナーとブレードとの摩擦係数は１〜２であった。

【００４５】次に、弾性ブレードについて述べる。本発
明に用いる代表的なトナーは磁性粉が添加されたもので
あるから、有機感光体層がクリーナブレード部で削られ
易い。これを抑止するには、ブレード押圧を低圧にする
のが好ましい。摩擦係数が小さい感光体の場合には、よ
り低圧にできるのであるが、しかし、低圧であると除去
されないでトナーが残るようになる。この限界はこの残
留トナーがカブリ視認限界を超えたり、蓄積により感光
体表面に固着（フィルミング）することがない所であ
る。この条件を調べたところ、クリーニング前のトナー
量が０.５〜１ｍｇ／ｃｍ²であるとき、クリーニング後
に残留するトナー粒子数が略１００〜１０００個／ｃｍ
²であれば、現像器の現像ローラ、特に第１現像ローラ
でのクリーニング作用によりカブリの発生やフィルミン
グの形成を防止できることが分かった。

【００４６】また、露光時の妨げになることもないこと
が確認できた。クリーニング前のトナー量０.５〜１ｍ
ｇ／ｃｍ²は現像により形成されたトナー像が転写され
ずにクリーナ部に達する場合である。このようなケース
は、用紙走行トラブルがあった時、用紙間に画像濃度検
出用のパッチ画像を形成するときに相当する。実際の印
刷時には、現像されたトナー像は用紙に転写されるの
で、クリーニング効率がさらに悪い場合でも支障はない
が、この性能が確保されれば、用紙目いっぱい、あるい
は外にまで画像を形成するとき、画像濃度検出用パッチ
を連続的もしくは実印刷動作を中断することなく形成す
るときにも弊害を起こすことがない。このクリーニング
性能はブレードの寿命時に確保されなければならない。

【００４７】一方、クリーニング性能、有機光導電感光
体（OPC）の摩耗量、ブレード寿命の関係を調べた。磁
性粉外添トナー（平均体積トナー粒径８μｍ、平均体積
磁性粉粒径０.４μｍ、外添量０.５ｗｔ％）、直径１０
０ｍｍの感光体ドラム（バインダ組成：分子量約１０万
のポリカーボネート樹脂５０％）を用い、カウンタ当接
型ブレードとして、標準的に使われているゴム硬度７０
±５度のウレタンゴムで厚さ２ｍｍ、自由端長１２ｍ
ｍ、クリーニング前のトナー量０.８ｍｇ／ｃｍ²の条件
で実験した。クリーニング後のトナー残量略１００個／
ｃｍ²以下とするにはブレード線圧を１５ｇ／ｃｍ以上
が必要で、この時のOPCの摩耗量は、OPCとブレードとの
摩擦係数が約１のとき１０万回転当たり約５μｍ、ブレ
ードの寿命は１０万回転以下であった。

【００４８】トナー残量略１０００個／ｃｍ²以下とす
るにはブレード線圧を５ｇ／ｃｍ以上が必要で、OPC摩
耗量は１０万回転当たり１μｍ以下、ブレードの寿命は
３０万回転以上であった。同様にトナーの磁性粉を前述
した範囲で変えたものを用い調べたところ、前述のクリ
ーニング性能を確保して、摩耗量を１０万回転あたり略
１〜３μｍとするにはブレード線圧を略５〜１５ｇ／ｃ
ｍ、好ましくは８〜１２ｇ／ｃｍとすれば良く、ブレー
ドの寿命もドラム寿命と同等以上となることが分かっ
た。これに対して、該摩擦係数を０.６〜０.８としたも
のでは線圧力８〜１２ｇ／ｃｍのとき摩耗量は約３０％
減に、０.４〜０.６としたものは、約５０％とすること
ができること、線圧力３〜６ｇ／ｃｍであっても均一当
接を保てばクリーニングは問題無く摩耗量を５０％以上
減ずる事が出来ることが分かった。即ち、１０万回転当
たり略０.５〜２μｍ、５０万回転あたり略３〜１０μ
ｍ、従ってドラムライフを２０〜１００万頁あるいはそ
れ以上にできる。また、低圧力で、低摩擦係数をもつ感
光体である場合には、特に小径トナーや球形もしくはこ
れに近いトナーであるとき、すり抜け易く、これが蓄積
すると感光体上にフィルミングが派生し支障を来たすこ
とになるが、本発明では、第１現像ローラでのクリーニ
ング効果が大きいので、このような現象を回避できるた
めに小径トナーや球形トナーでの信頼性を確保できる。

【００４９】次に、現像器での残留トナー除去効果と現
像性を両立させるための現像バイアス条件について述べ
る。まず、第１現像ローラに印加するバイアス電圧Ｖｂ
１は感光体への帯電電圧Ｖ０に対してその差が大きい程
クリーニング後の残留トナーを除去する効果が大きい。
これは感光体上のトナーに対して感光体から現像ローラ
側に働く力が大きくなるからである。しかし、差が大き
すぎると現像作用が低下してしまう。第１現像ローラで
は、回転方向が感光体ドラムと逆方向であるので、第２
現像ローラに比しクリーニング作用、現像作用ともに大
きい。従って電圧差を比較的大きくとることが出来る。
残留トナーが略１００〜１０００個／ｃｍ²である時、
この残留トナーを第１現像ローラ側に取り込み、カブリ
やOPCフィルミングの発生を起こさないようにすること
ができ、且つ実用的な現像作用を確保できるバイアス電
圧Ｖｂ１は、実験の結果感光体の電圧Ｖ０が５００Ｖ〜
１０００Ｖであるとき、Ｖ０の略１／３〜２／３である
ことが分かった。

【００５０】第２現像ローラに印加するバイアス電圧Ｖ
ｂ２は、第１現像ローラのバイアス電圧と同等若しくは
高い電圧を印加することで必要な画像濃度、且つ均一な
画像を得ることができる。なお、細線の再現性はＶ０−
ＶｂがＶ０の略１／３〜１／２であるときに、レーザス
ポットの光量分布に基づく線の太りや、痩せを許容でき
る範囲に収めることができるので、少なくとも第２現像
ローラのバイアス電圧Ｖｂ２はこの条件をも満たすこと
が望ましい。

【００５１】現像ローラに印加するバイアス電圧に関す
る更に望ましい方法は、プリンタ起動時、印刷ジョブ開
始時や用紙ジャム等があって印刷が中断したあとの再起
動時等々のイニシャライズ時には、少なくとも第１、第
２現像ローラの一方、好ましくは第１現像ローラ、より
好ましくは両方に印加するバイアス電圧を定常印刷時の
バイアス電圧より低くすることである。このようにする
事で、残留トナーや汚れを速やかに且つ確実に除去でき
る。

【００５２】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、多段現
像ローラ型現像手段を用いた画像形成装置において、感
光体およびクリーナの長寿命化を実現させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構
成図。

【図２】現像ローラの適正動作範囲を示す説明図。

【図３】有機光導電感光体の断面構造を示す説明図。

【符号の説明】

１…感光体ドラム、２…帯電器、３…レーザビーム、４
…現像装置、１４…記録紙、１９…転写器、２５…定着
装置、２９…クリーナ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０３Ｇ 15/08 ５０２Ｇ０３Ｇ 9/10 21/00 21/00 21/10 ３１８ (72)発明者河合克哉茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者中川努茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者法橋誠斎茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無端移動可能に保持され摩擦係数低減剤を
含有してなる有機光導電感光体と、該感光体に対向して設けられ、感光体表面との対向部に
おける移動方向が逆方向となるように軸支された第１現
像ローラと、前記感光体に対向して設けられ、感光体表
面との対向部における移動方向が同方向となるように軸
支された第２現像ローラとを有し、前記２本の現像ロー
ラにて感光体に形成された電荷潜像を現像し、前記感光
体上にトナー像を形成する多段現像ローラ型現像手段
と、前記感光体表面に当接し、前記トナー像を感光体から被
転写体に転写した後に、前記感光体上に残留したトナー
を除去する弾性ブレードとを有することを特徴とする画
像形成装置。
【請求項２】前記トナーに含まれる離型剤の量が５ｗｔ
％以下であり、該トナー中に分散した状態での前記離型
剤の大きさが数平均直径で０.１μｍ以下であることを
特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】前記多段現像ローラ型現像手段に用いる現
像剤が、トナーと磁性キャリアとを主成分とする２成分
磁性現像剤であることを特徴とする請求項１記載の画像
形成装置。
【請求項４】前記２成分磁性現像剤を構成するトナーに
含まれる離型剤の量が５ｗｔ％以下であり、該トナー中
に分散した状態での前記離型剤の大きさが数平均直径で
０.１μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の
画像形成装置。
【請求項５】前記弾性ブレードの前記感光体に対する線
圧力を５ｇ／ｃｍ〜１５ｇ／ｃｍに規定したことを特徴
とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】前記弾性ブレードと前記感光体との間にト
ナーが介在する状態での摩擦係数を１以下に規定したこ
とを特徴とする請求項１または５記載の画像形成装置。