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JP2000066491A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

現像装置及び画像形成装置

Info

Publication number
JP2000066491A
JP2000066491A JP10231671A JP23167198A JP2000066491A JP 2000066491 A JP2000066491 A JP 2000066491A JP 10231671 A JP10231671 A JP 10231671A JP 23167198 A JP23167198 A JP 23167198A JP 2000066491 A JP2000066491 A JP 2000066491A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
toner
developer
developing
image
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10231671A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroaki Miho
広晃 三保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP10231671A priority Critical patent/JP2000066491A/ja
Priority to US09/354,007 priority patent/US6285841B1/en
Publication of JP2000066491A publication Critical patent/JP2000066491A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Dry Development In Electrophotography (AREA)
  • Color Electrophotography (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触現像で発生する上述の吸い込み、白抜
けを防止し、特に、トナー粒径が小さい場合に顕著に発
生する吸い込み、白抜けを防止し、かつ、十分な濃度が
得られ、現像性、現像安定性が向上し、高品位な画像を
安定して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。 【解決手段】 感光体1に対して現像剤を非接触状態で
担持する現像スリーブ41を有し、感光体1上に形成さ
れた静電潜像を、現像剤により現像する現像装置であっ
て、非点対称で断続的に休止する交流成分を直流成分に
重畳した電圧を、現像スリーブ41に対して印加し、且
つ、現像スリーブ41上の現像剤搬送供給量を0.35
mg/cm2以上に設定する現像装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体上の静電
潜像を現像して可視画像を形成する現像装置及びこの現
像装置を備えて画像を形成する複写機、プリンタ、ファ
クシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、現像剤担持体の表面に現像剤を担
持して、この現像剤を静電潜像を担持した像担持体と対
向した現像領域に搬送し、現像剤担持体に直流電圧に交
流電圧を連続的に重畳して印加しながら、静電潜像を現
像して可視画像を形成する画像形成装置が知られてい
る。
【0003】また、静電潜像を現像する際に、現像剤担
持体に担持させた現像剤層を像担持体に摺擦して現像す
る磁気ブラシ現像等の接触現像と、現像領域においてト
ナー粒子を現像剤担持体から像担持体に向けて空気層中
を飛翔させて静電潜像を現像する非接触現像とが知られ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図11は、像担持体と
現像剤担持体とが対向する現像領域におけるトナー移動
を示す拡大模式図である。
【0005】例えば、前述した現像領域において非接触
現像をする場合、像担持体上の潜像電位にギャップがあ
るエッジ部では、対向する現像剤担持体(現像スリー
ブ)上のエッジ部付近のトナーtが、高濃度部(電位差
大領域)に吸い込まれてしまい、境界部付近のトナー付
着量が予想以上に多くなり、画像濃度が高まったりす
る。また、トナーtが多く付着する領域も広くなったり
した(以下、この現象を「吸い込み」と称す)。
【0006】逆に、高濃度部に隣接する低濃度部(電位
差小領域)に付着したトナーtが、図11の破線のよう
に高濃度部に吸い込まれる結果、低濃度部にトナーtが
付着し難くなり、白く抜けてしまうことがあった(以
下、この現象を「白抜け」と称す)。
【0007】これらの吸い込みや白抜けの問題は、非接
触現像方法で顕著に発生する。
【0008】この吸い込み、白抜けの発生メカニズム
を、図11の模式図を用いてさらに説明する。
【0009】トナーが現像剤担持体(現像スリーブ)か
ら離れ、像担持体(感光体)に付着するまでの空気層で
は、低濃度部上の領域(空間)から高濃度部上の領域
(空間)に電気力線(図示の矢印)が生じている。この
電気力線は、図中の等電位線に垂直作用するものであ
る。
【0010】通常は、像担持体上の静電潜像に対するト
ナー付着量は、潜像電位により一義的に定まるとされて
いる。しかしながら実際は、低濃度部に対向した現像剤
担持体上のトナーtがこの電気力線に沿いながら飛翔す
るので、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が、潜像
電位より予想されたトナー付着量より多く、また、エッ
ジ部の低濃度部側のトナー付着量は、潜像電位より予想
されたトナー付着量より少なくなってしまうと考えられ
る。
【0011】即ち、現像剤担持体に交流連続波を印加し
たとき、交流電圧による電界の向きが半周期毎に変わる
ため、その都度トナーtの移動する方向が変わるので、
トナーtの移動する方向が変わる点付近でのトナー飛翔
速度が減衰し、トナーtが図11に示す電気力線に沿い
やすく、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が多くな
り、吸い込みが発生する。この吸い込みにより、エッジ
部の低濃度部側のトナー付着量が減少し、白抜けが発生
する。
【0012】また、トナーtが像担持体の低濃度部に飛
翔しても、トナーtが像担持体上でバウンドを繰り返す
際に最終的に高濃度部に着床することも吸い込み、白抜
けの原因と考えられる。
【0013】非接触現像では、現像剤担持体上の現像剤
層と像担持体面とを非接触状態に維持するため、現像剤
担持体表面と像担持体面との間の距離を、接触現像の場
合と比べ、長く設定する必要がある。この距離設定によ
り、電気力線の曲がりが大きくなり、吸い込み、白抜け
が目立ってしまった。
【0014】また、この吸い込み、白抜けの現象は、非
接触現像程は目立たないが、接触現像においても、発生
するものである。
【0015】この吸い込み、白抜けに対して、交流電圧
に直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加している電圧
波形において、交流成分を断続的に休止させるブランク
部を有し、このブランク部では直流成分のみを印加する
波形(ブランクパルス波形)の印加電圧を現像剤担持体
に印加することにより解決できることが近年発見されて
いる。
【0016】従来の現像バイアス電圧にブランクパルス
波形を用いた現像方法の公知例を以下に示す。特開平7
−311497号、特開平8−160725号、特開平
5−35063号、特開昭60−134262号、特開
昭60−53968号、特開平7−295373号、特
開平6−348117号、特開平7−92786号各公
報等。
【0017】しかし、これらの公知例に示された現像方
法では、吸い込み、白抜けに対しては効果がある一方、
交流電圧の印加を休止するブランク部において、トナー
が現像剤担持体表面から離脱するきっかけを与える交流
電圧が印加されないことから、トナーの離脱量が減少
し、ブランク部ではない連続波形部に比べ、全体的に現
像性(トナー付着性)が低下するという問題があった。
【0018】本発明は、上述の吸い込み、白抜けを防止
し、かつ、現像性(トナー付着性)の低下を防止する画
像形成装置を提供することを目的とする。
【0019】また、近年では、画質の向上のため、小粒
径のトナーが採用されている。しかしながら、小粒径の
トナーは前述した電気力線の影響を受けやすい。
【0020】そこで、本発明は、トナー粒径が小さい場
合に顕著に発生する吸い込み、白抜けを防止することに
より、高解像度と高階調性を有する高品位の画像を安定
して形成する画像形成装置を提供することを目的とす
る。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の現像装置は、像担持体に対して現像剤を非接触の状
態で担持する現像剤担持体を有し、前記像担持体上に形
成された静電潜像を現像剤により現像する現像装置であ
って、非点対称で断続的に休止する交流成分を直流成分
に重畳した電圧を、現像剤を担持する現像剤担持体に対
して印加し、且つ、前記現像剤担持体上の現像剤搬送供
給量を0.35mg/cm2以上に設定することを特徴
とするものである。
【0022】また、上記目的を達成する本発明の画像形
成装置は、像担持体上に複数色の画像を重ね合わせて形
成する画像形成装置において、前記複数色の画像の各色
毎に前記に記載の現像装置を複数備え、前記複数色の画
像の各色毎に、前記像担持体上に静電潜像を形成するこ
とと、前記現像装置により前記静電潜像を現像すること
とにより、複数色の重ね合わせ画像を形成することを特
徴とするものである。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の説明に先立
って、本発明の画像形成装置の一例であるカラープリン
タの構成とその作用を図1の断面構成図によって説明す
る。
【0024】このカラープリンタは、像担持体上に順次
形成される各色トナー像を重ね合わせたのち、転写部で
記録紙上に1回で転写してカラー画像を形成し、その
後、分離手段により像担持体面から記録紙を分離する方
式のカラー画像形成装置である。
【0025】図1において、1は像担持体である感光体
ドラム(感光体)で、OPC感光体(有機感光体)をド
ラム基体上に塗布形成したもので、接地されて図示の時
計方向に回転する。2はスコロトロン帯電器(以下、帯
電器と称す)で、感光体1の周面に対し高電位の感光体
帯電電位VHの一様な帯電を、グリッド電位VGに電位保
持されたグリッドとコロナ放電ワイヤによるコロナ放電
によって与える。この帯電器2による帯電に先だって、
今までの感光体1の履歴をなくするために、発光ダイオ
ード等を用いた帯電前除電器(PCL)8による露光を
行って感光体1の周面の除電をしておく。上記の感光体
1上の履歴とは、先行した画像形成時の帯電、画像露光
で作像した感光体1上に残留した静電潜像パターンをい
う。
【0026】感光体1への一様帯電ののち、像露光手段
3により画像信号に基づいた像露光が行われ、感光体1
上の表面に静電潜像が形成される。像露光手段3は図示
しないレーザーダイオードを発光光源とし回転するポリ
ゴンミラー、fθレンズ、シリンドリカルレンズ及び反
射ミラーを経て、主走査がなされるもので、感光体1の
回転(副走査)によって潜像が形成される。本実施の形
態では、トナーを付着させる予定の部分に対して露光を
行い、感光体1上の画像部(露光部)の潜像電位VL
絶対電位が、感光体1上の感光体帯電電位VHの絶対電
位よりも低電位となる反転潜像を形成する(│VH│>
│VL│)。
【0027】感光体1の周縁には、イエロー(Y),マ
ゼンタ(M),シアン(C),黒色(K)等のトナーと
キャリアとから成る二成分現像剤をそれぞれ内蔵した複
数の現像器4Y,4M,4C,4Kから成る現像装置4
が設けられている。
【0028】先ず1色目のイエローの現像が、複数の磁
石体から成る磁界発生手段42を内蔵し現像剤を保持し
て回転する現像剤担持体(現像スリーブ)41によって
行われる。現像剤はマグネタイトをコアとしてそのまわ
りに絶縁性樹脂をコーティングしたキャリアと、ポリエ
ステルを主材料として色に応じた顔料と荷電制御剤、シ
リカ、酸化チタン等を加えたトナーとからなるもので、
現像剤は後述する現像剤層規制部材43によって現像ス
リーブ41上に100〜600μmの現像剤層厚に規制
されて現像領域へと搬送される。
【0029】現像領域における現像スリーブ41と感光
体1との間隙は現像剤層厚よりも大きい0.5〜1.0
mmとして、この間に交流電圧VACと直流電圧VDCが重
畳して印加される。直流電圧VDCと感光体帯電電位
H、トナーの帯電は同極性であるため、交流電圧VAC
によってキャリアから離脱するきっかけを与えられたト
ナーは、直流電圧VDCより絶対電位の高い感光体帯電電
位VHの部分には付着せず、直流電圧VDCより絶対電位
の低い画像部(露光部)の潜像電位VLの部分に付着
し、顕像化(反転現像)が行われる。
【0030】1色目の顕像化が終った後、2色目のマゼ
ンタの画像形成行程に入り、再びスコロトロン帯電器2
による一様帯電が行われ、2色目の画像データによる潜
像が像露光手段3によって形成される。このとき1色目
の画像形成行程で行われたPCL8による除電は、1色
目の画像部に付着したトナーがまわりの電位の急激な低
下により飛び散るため行わない。
【0031】再び感光体1周面の全面に亘って帯電電位
Hに帯電された感光面のうち、1色目の画像のない部
分に対しては1色目と同様の潜像がつくられ現像が行わ
れるが、1色目の画像がある部分に対し再び現像を行う
部分では、1色目の付着したトナーによる遮光とトナー
自身のもつ電荷の影響によって、1色目の露光部の潜像
電位VLよりも若干高い電位VMの潜像が形成され、直流
バイアス電圧VDCと電位VMの電位差に応じた現像が行
われる。
【0032】3色目のシアン、4色目の黒色についても
2色目のマゼンタと同様の画像形成行程が行われ、感光
体1周面上には4色のカラートナー像が形成される。
【0033】前記現像器4Y,4M,4C,4Kには、
トナーカートリッジ5(Y,M,C,K)から新規の各
色トナーが補給される。
【0034】一方、給紙カセット20より半月ローラ2
1を介して搬出された一枚の記録媒体(転写紙等)P
は、中間給紙ローラ対22A,22Bを経て、レジスト
センサ位置近傍で一旦停止し、転写のタイミングの整っ
た時点で、給紙部のレジストローラ対23の回転動作に
より転写域へと給紙される。
【0035】転写域においては、転写のタイミングに同
期して感光体1の周面にトナー像を転写するための電圧
を印加する転写ローラ6が圧接され、給紙された記録媒
体Pを挟着して4色のカラートナー像が記録媒体Pに一
括して転写される。
【0036】次いで、記録媒体Pは、鋸歯電極7によっ
て除電され、感光体1の周面より分離して、定着装置2
4に搬送され、熱ローラ(上ローラ)241と圧着ロー
ラ(下ローラ)242の加熱、加圧によって転写された
トナーを溶着されたのち、排紙ローラ対25A,25
B,25Cを経て装置外部の排紙トレイ26上に排出さ
れる。なお、転写ローラ6は記録媒体Pの通過後、感光
体1の周面より退避離間して、次なるトナー像の形成に
備える。
【0037】一方、記録媒体Pを分離した感光体1は、
クリーニング装置9のブレード91の圧接により残留ト
ナーを除去・清掃され、再びPCL8による除電とスコ
ロトロン帯電器2による帯電を受けて次なる画像形成の
プロセスに入る。なお、ブレード91は感光体1面のク
リーニング後、直ちに移動して感光体1の周面より退避
する。ブレード91によってクリーニング装置9内に掻
き落された廃棄トナーは、スクリュー92により排出さ
れたのち、図示しない廃トナー回収容器内へ貯留され
る。
【0038】図2は本発明による複数組の現像器4Y,
4M,4C,4Kから成る現像装置4の断面図である。
これらの現像器4Y,4M,4C,4Kは、各現像スリ
ーブ41Y,41M,41C,41Kが前記感光体1の
感光面に対向して、上下方向に平行配置されている。
【0039】これら複数組の現像器4Y,4M,4C,
4Kは、ほぼ同一構造をなすから、以下、現像器4Yを
代表して説明する。
【0040】図3は現像器4Yの断面図である。
【0041】図において、40はトナーとキャリアとか
ら成る二成分現像剤を収容する現像剤収容部、41は現
像剤を担持して搬送する現像剤担持体(現像スリー
ブ)、42は現像スリーブ41の内部に複数の固定磁石
体を配置した磁界発生手段(以下、マグネットロールと
称す)、43は現像スリーブ41上の現像剤層厚を所定
量に規制する非磁性の丸棒から成る現像剤層規制部材
(現像剤の穂立ちを規制する部材)である。44は現像
後の現像スリーブ41上に付着した現像剤を除去するス
クレーパ、45はスクレーパ44により現像スリーブ4
1の周面上から除去された現像剤を現像剤攪拌部に搬送
するパドルホイール形状の現像剤搬送ローラ、46は現
像スリーブ41に現像剤を現像剤攪拌部分から補給する
パドルホイール形状の現像剤供給ローラ、47A,47
Bは現像剤攪拌部の現像剤を攪拌する現像剤攪拌スクリ
ューである。図示の矢印は各ローラの回転方向を示す。
なお、現像スリーブ41に圧接するスクレーパ44の代
わりに、現像剤除去手段として、現像スリーブ41の外
周に接触せず近接して磁石を配置してもよい。
【0042】現像スリーブ41内には、複数個のN極、
N1,N2,N3と、複数個のS極、S1,S2が交互
に配置されたマグネットロール42が固設されている
(5極配置)。これらの複数個の磁極のうち、互いに隣
接して配置された2つの磁極N2と磁極N3は同極性で
あり、この隣接する同極性の磁極N2,N3により反発
磁界が形成され、現像スリーブ41上の現像剤を除去す
る。磁極S1は現像剤層規制部材43に対向する。スク
レーパ44の先端部は、同極性の磁極N2,N3のほぼ
中間位置Nu付近の現像スリーブ41の周面に圧接す
る。
【0043】現像スリーブ41の外径は、φ8mm以
上、φ60mm以下が望ましい。外径が、φ8mm以上
であると、画像形成に必要な少なくとも5極の磁極を有
するマグネットロール42を形成することが容易であ
る。
【0044】また、現像スリーブ41の外径がφ60m
m以下であると、現像装置が小型化し易い。特に、複数
組の現像装置(現像器4Y,4M,4C,4K)を有す
るカラープリンタ(図1参照)においては、現像装置4
が小型化すると、感光体1の外径を小さくできるから、
記録媒体Pへの転写、除電後に、記録媒体Pを感光体1
の周面から曲率分離することが可能になる。さらに、現
像装置4と感光体1の小型化により画像形成装置がコン
パクトに構成できる。
【0045】なお、本発明に係わる画像形成装置には、
Konica KL−2010カラープリンタ(コニカ
(株)製)改造機を使用し、現像スリーブ41の外径は
φ18mm、感光体1の外径はφ100mmである。
【0046】現像剤層規制部材43は、磁性ステンレス
鋼(SUS)等の磁性部材から成る丸棒により形成され
ている。
【0047】現像剤攪拌スクリュー47Aと現像剤攪拌
スクリュー47Bとは、現像器ハウジング(現像剤収容
部)40の底部から直立した仕切り壁40aを挟んで両
側に形成された第1の攪拌室40b及び第2の攪拌室4
0c内にそれぞれ平行に配置され、互いに逆方向に回転
する。第1の攪拌室40b及び第2の攪拌室40cの上
部は、蓋体40Aにより閉蓋されている。
【0048】トナーカートリッジ5から補給されたトナ
ーは、蓋体40Aに穿設されたトナー補給口部(図示せ
ず)から現像器ハウジング40の第1の攪拌室40b内
に投入、補給された後、第1の攪拌室40b及び第2の
攪拌室40c内において、現像剤攪拌スクリュー47
A,47Bにより現像剤と混合、攪拌されて、現像剤供
給ローラ46により現像スリーブ41に供給される。マ
グネットロール42を内蔵する回転可能な現像スリーブ
41上に供給された現像剤は、現像剤層規制部材により
現像剤層厚が規制され、感光体1に対向する現像領域に
搬送され、非接触現像が行われる。
【0049】図3において、48は、AC電源E1、D
C電源E2等から成るバイアス電圧印加手段、49は波
形制御手段である。波形制御手段49は、後述の交流電
圧波形の休止部(ブランク部)時間TB、パルス部時間
P、パルス部と休止部の時間比(TP/(TP
B))、パルス振幅、パルス周波数(f)等を制御す
る。
【0050】図4は、ブランクパルスの波形を示す図で
ある。ブランクパルスの波形とは、交流電圧に直流電圧
を重畳したバイアス電圧を印加している電圧波形におい
て、交流成分を断続的に休止させるブランク部を有し、
このブランク部では直流成分のみを印加する波形のこと
である。
【0051】前記の発明が解決しようとする課題におい
て、図11を用いトナーの挙動による吸い込み、白抜け
を説明したが、ここで連続波とブランクパルスとの違い
によるトナーの挙動を説明する。
【0052】図4において、実線及び破線で示す連続波
を現像スリーブに印加した場合、交流電圧の半周期毎に
電界の向きが変わるため、その都度トナーtの移動する
方向が変わるので、トナーtの移動する方向が変わる点
付近でのトナー飛翔速度が減衰し、トナーtが図11に
示す電気力線に沿いやすく、エッジ部の高濃度部側のト
ナー付着量が多くなり、吸い込みが発生する。この吸い
込みにより、エッジ部の低濃度部側のトナー付着量が減
少し、白抜けが発生する。
【0053】また、連続波であると像担持体上でトナー
tが頻繁にバウンドするので白抜けがさらに発生しやす
い。
【0054】図4において実線で示すブランクパルスを
現像スリーブに印加した場合は、連続波と比較してブラ
ンク部におけるトナーtの移動する方向の変化がなく、
トナー飛翔速度の減衰が少ない。
【0055】その結果、ブランク部においては曲がった
電気力線に沿いにくく低濃度部にもトナーtが付着しや
すくなり、吸い込みを防止できる。また、ブランク部に
おいては像担持体上でトナーtのバウンドも抑えられる
ので白抜けも防止できる。
【0056】この吸い込み、白抜けはトナー粒径が小さ
い10μm以下の場合、顕著に発生し、このようなトナ
ー粒径を使用した画像形成装置において、ブランクパル
スを現像スリーブに印加すれば非常に効果的であること
を本発明者は発見した。
【0057】トナー径が大きい(例えば、粒径15μ
m)場合には、現像領域内でトナーが潜像に付着するこ
とにより、画像部の潜像電位が飽和しやすい。潜像電位
が飽和すると、それ以上にトナーが付着しないために、
潜像電位の大きい高濃度部の領域内部とエッジ部とでト
ナー付着量の差がなくなるため、吸い込みが起こりにく
くなる。また、潜像電位の小さい低濃度部の領域部のエ
ッジ部にも規定量のトナーが付着し、白抜けも起こりに
くくなる。
【0058】このように、ブランクパルスを印加するこ
とにより吸い込み、白抜けを防止できることが分かった
が、交流電圧の印加を休止するブランク部において、ト
ナーが現像スリーブ表面から離脱するきっかけを与える
交流電圧が印加されないから、トナーの離脱量が減少
し、ブランク部のない連続波形部に比べ、全体的に現像
性(トナー付着性)が低下(10〜20%低下)すると
いう問題がある。
【0059】そこで、本発明者はブランクパルスの現像
性低下防止策を検討した。
【0060】図5は、従来の現像バイアス電圧波形と画
像欠陥を示す図である。
【0061】図5(a)は、現像スリーブ41Y上のイ
エロートナーYtが、現像領域において、現像スリーブ
41Yに印加される交流電圧VACと直流電圧VDCとによ
り飛翔して感光体1の周面に付着することを示す模式図
である。
【0062】現像スリーブ41Yには、交流電圧VAC
直流電圧VDCとが重畳印加される。交流電圧VACを28
00V、直流電圧VDCを−600Vとすると、重畳印加
電圧は、+800V[(+1400V)+(−600
V)]から−2000V[(−1400V)+(−60
0V)]の間で変化する。
【0063】感光体1上の画像部の潜像電位VLが−5
0Vの高濃度の場合、現像器4Yによる現像時には、イ
エロートナーYtは、−600Vの直流電圧VDCによ
り、スリーブ電位が−2000Vの現像スリーブ41Y
面上から画像部の潜像電位VL(−50V)の感光体1
面上に飛翔する(図示の矢印方向)。
【0064】感光体1上へのトナー付着量を増大させる
ため、交流バイアス電圧を印加している間の交流電圧値
ACを、前記の2800Vからさらに3800V〜48
00Vに増大させることによって、トナーをキャリアか
ら剥ぎ取る力が大となり、現像スリーブ41上へのトナ
ー付着量を増大させることが可能となる。しかし、この
ようにすると、現像スリーブ41と感光体1との電位差
が周期的に大きくなり、画像部の潜像電位VL(−50
V)との電位差が増大し、現像スリーブ41Yと感光体
1との間で放電破壊(落雷現象)を発生し、感光体1上
にリング状にクレータを生じるいわゆるリングマークを
発生する。したがって、交流電圧値VACを増大させるこ
とによりトナー付着量を増大させるには限界がある。
【0065】図5(b)は、感光体1上に複数のトナー
像を重ね合わせて形成する際の現像領域において、感光
体1上に先行形成されたイエロートナーYtが感光体1
上から剥ぎ取られて、現像スリーブ41に再付着するこ
とを示す模式図である。
【0066】現像器4Mによりマゼンタ画像を現像処理
するとき、感光体1上には、先行の帯電、露光、現像か
ら成るイエロー画像形成プロセスにより、イエロートナ
ーYtが付着している。現像器4Mによりマゼンタ画像
を現像処理時に、前述のように交流電圧VACを増大させ
ると、再帯電された感光体電位(−750V)の感光体
1上に付着しているイエロートナーYtを感光体1上か
ら剥ぎ取る力も増大してしまい、現像スリーブ41Mに
印加される交流電圧VACと、直流電圧VDCとにより、イ
エロートナーYtが現像スリーブ41Yから剥ぎ取られ
て、更にスリーブ電位(+800V)の現像スリーブ4
1Mに向けて飛翔して、イエロートナーYtが現像スリ
ーブ41M上のマゼンタトナーMtに混合してしまうこ
とがある(以下、この現象を剥ぎ取りと称す)。
【0067】以上をまとめると、交流電圧VACを増大さ
せると、トナー付着量(現像性)は増大するが、ある電
圧値を越えると、前記放電破壊(落雷現象)を発生
し、感光体1にダメージを与えたり、感光体1上に複
数のトナー像を重ね合わせる画像形成装置においては、
前記剥ぎ取りが発生して異色トナーの混合を生じる。し
たがって、トナー付着量(現像性)を向上させるために
は、放電破壊を防止し、かつ剥ぎ取りの発生を抑える工
夫が必要である。
【0068】そこで本発明者は、鋭意、検討した結果、
ブランクパルス波形の交流電圧の印加部の波形を交流電
圧の1周期において非点対称の波形にすることにより、
ブランクパルス部における現像性低下を防止できること
を発見した。
【0069】図6は、現像バイアス電圧の非点対称波形
を示す図である。図において、破線は対称波形を示し、
実線は本発明による非点対称波形を示す。この波形は、
交流電圧の1周期において、対称点の無い波形、すなわ
ち非点対称波形である。また、好ましくは、この非点対
称波形は、現像スリーブ41から感光体1上へトナーが
移動する現像駆動側の積分値(図示上側のハッチング部
の面積)と、感光体1上から現像スリーブ41側へトナ
ーが移動する戻り側の積分値(図示下側のハッチング部
の面積)とを等しい一定値となし(実効電圧レベル一
定)、非点対称波形のピーク値と、実効的に印加されて
いる直流電圧値との差の絶対値が、直流電圧値の高い側
と低い側で異なるようにしたものである。即ち、電圧印
加時間の比率を変更したものである。
【0070】図示のT1は現像駆動側の印加時間、T2
戻り側の印加時間である。なお、図示の波形は、Dut
y比:T2/(T1+T2)を0.6に設定したものであ
る(T2>T1)。更に、この実効的に印加されている直
流電圧V′DCが実際に印加されている直流電位差VDC
等しいことが望まれる。
【0071】図6に示すように現像バイアス電圧の交流
電圧を非点対称波形にすることにより、対称波形に比べ
て現像駆動側の印加電圧の絶対値が上昇するので、ブラ
ンク部で低下する現像性を、交流電圧印加部により補う
ことができ、現像スリーブ41から感光体1に付着する
トナー量が全体的に増大し現像性が向上する。かつ、戻
り側の印加電圧の絶対値も小さくなるので、前述した剥
ぎ取りも抑えられる。
【0072】以下に、対称ブランクパルス波形、非点対
称ブランクパルス波形の現像性の比較を示す。なお、感
光体1の帯電電位VH=−750V、感光体1上の潜像
電位VL=−50V、直流電圧VDC=−600V、感光
体1と現像スリーブ41間の最近接距離d=0.57m
m、現像スリーブ41の現像剤搬送量DWS=9mg/
cm2、周波数f=6kHzに設定した。また、パルス
部2波長分、その後にブランク部2波長相当分を印加し
た。
【0073】(1)対称ブランクパルス波形現像:この
ときの、剥ぎ取りが発生しない最大交流電圧はVAC
2.4kV、感光体1上のトナー付着量(M/A)は
0.56mg/cm2であった。
【0074】(2)Duty比:T2/(T1+T2)を
0.6に設定した非点対称ブランクパルス波形現像:こ
のときの、剥ぎ取りが発生しない最大交流電圧はVAC
2.6kVに向上し、感光体1上のトナー付着量は0.
78mg/cm2に増大した。
【0075】図4で示したブランクパルスのパルス部の
波形を、非点対称波形にしたこと(非点対称ブランクパ
ルス)により、ブランクパルスで問題であった現像性低
下を抑えることができ、現像性低下を押さえたことによ
り、高濃度部の電位が飽和しやすくなるので、前述の吸
い込み、白抜けも起こりづらくなるという効果もある。
【0076】図7は、現像バイアス電圧の非点対称ブラ
ンクパルス波形の一例を示す図である。図において、破
線は前述の連続波形を示し、実線は非点対称ブランクパ
ルス波形を示す。
【0077】なお、帯電電位VH、潜像電位VL、直流電
圧VDC、最近接距離d、現像剤搬送量DWS、周波数f
は上述の設定値と同じである。
【0078】非点対称ブランクパルスを採用することに
より、感光体1上のトナー付着量(M/A)は、ブラン
ク時間に対する交流電圧の印加時間の割合を上げること
によって増大する。例えば、ブランク部の時間1に対し
て、パルス部の時間を1から2に設定したときに、トナ
ー付着量(M/A)は0.7mg/cm2から0.8m
g/cm2に増加する。なお、感光体1上のトナー付着
量(M/A)の評価は、感光体1上に付着した単位面積
(cm2)当たりのトナー量(重さ、mg)を天秤で測
定したものである。
【0079】ブランク部の時間を1、パルス部TPの時
間を2〜3としたとき、前述の吸い込みは、150LP
I(ライン/インチ)のライン1本分(170μmm)
以下となった。
【0080】なお、現像剤搬送量DWS[mg/c
2]と、現像スリーブ41と感光体1との間の最近接
距離d[mm]との比は、以下の関係を満足することが
望ましい。
【0081】5<(DWS/d)<40 現像剤搬送量(DWS)とは、現像スリーブ41により
現像領域に搬送される現像剤の搬送量を称し、その評価
は、現像スリーブ41表面の現像剤をテープで単位面積
分採取し、天秤で現像剤の単位面積当たりの重さを測定
したものである。
【0082】本発明者は、非点対称で断続的に休止する
交流成分を直流成分に重畳した電圧を印加した場合の副
走査方向のトナー偏りに関してさらに検討した。
【0083】現像領域における像担持体と現像剤担持体
の進行方向、速度等に関して考えてみると、現像剤担持
体の現像剤搬送方向と像担持体の進行方向が同一方向で
あり、且つ速度が同じである場合、進行方向で潜像電位
にギャップがある場合においても潜像先端部と潜像後端
部でトナー付着量の差は見られない。
【0084】しかし、トナーの絶対付着量が少なく所定
の反射濃度を得ることは難しい。
【0085】図8(a)は、像担持体と現像剤担持体と
が近接する現像領域におけるトナー付着を示す模式図、
図8(b)は現像領域を5分割して、像担持体上の潜像
データも現像領域分割と同じ間隔で5分割したときの像
担持体上に付着したトナーを模式的に示す図である。
【0086】図8に示すように、像担持体の周速度Vp
に対し現像剤担持体の周速度Vsが早い場合は(Vs>
Vp)、トナー像の反射濃度は増加できるが、潜像電位
が大きい領域の潜像後端部にトナーtが所定量以上付
着する。
【0087】これは一般的に、現像領域内で現像剤のト
ナー消費が起こるが、潜像後端部には未消費の現像剤が
侵入してくるため、トナーtの供給量が増えてしまうた
めである。
【0088】潜像後端部から潜像先端部にかけてのトナ
ー付着量は急激に減少し、このため特に2次色の重ね合
わせで色の変化が目立ちやすかった。
【0089】また、潜像電位が小さい領域の潜像後端部
(ハイライト部)は、トナーが付着しにくい。
【0090】これは現像剤担持体上の現像剤が潜像電位
の大きいところでトナーをすでに消費してしまってから
潜像電位の小さい領域に進入するためである。
【0091】図9は像担持体上にイエロートナーYtと
マゼンタトナーMtとが重ね合わせられて、2色のトナ
ー画像が形成された状態を示す模式断面図、及び模式平
面図である。
【0092】1次色のイエロートナーYtと、2次色の
マゼンタトナーMtとが均等に重ね合わせられた中央部
分は、均一なレッド色になる。
【0093】しかし、上述のように、現像剤担持体上に
最初に形成されたイエロートナーYtの副走査方向の後
端部は、イエロートナーYtの付着量が大きく、トナー
層電位が高く、このイエロートナーYt上に積層される
マゼンタトナーMtの付着量が低下する。
【0094】したがって、この後端部ではイエロートナ
ーYtの濃度が高く、マゼンタトナーMtの濃度が低く
なり、イエロー色が強いレッド色に変化する。
【0095】この2次色のマゼンタトナーMtの少ない
2次色の色変化部分を2次偏り幅と称し、図示のδで表
す。
【0096】以上より、潜像先端部と潜像後端部の潜像
電位ギャップにおいてトナー付着量のばらつきを小さく
し、2次色の色変化を目立ちにくくすることが必要であ
った。
【0097】そこで、現像領域における像担持体と現像
剤担持体の回転方向に関して検討した。
【0098】図10は、現像領域を9分割し、像担持体
上の潜像データも現像領域分割と同じ間隔で9分割した
ときの像担持体上のトナー付着量を説明する模式図であ
る。
【0099】現像剤担持体の現像剤搬送方向と像担持体
の進行方向が同方向(正転)である場合は、今まで説明
した通り、潜像後端部においてトナー付着量が大きくな
る。
【0100】また、現像剤担持体の周速Vsと、像担持
体の周速Vpとの比(Vs/Vp)が大きいほど、潜像
後端部の偏り幅が増す。
【0101】一方、現像剤担持体の現像剤搬送方向と像
担持体の進行方向が逆方向(逆転)である場合は、潜像
先端部においてトナー付着量が大きくなる。
【0102】これは潜像先端部には未消費の現像剤が進
入してくるため、トナーの供給量が増えてしまうためで
ある。また、トナー付着量は、逆転の偏り幅の方が正転
の偏り幅より広い。
【0103】正転と逆転でトナー付着量のばらつき方は
違うが、潜像のエッジ部分でトナー付着量のばらつきが
あった。
【0104】そこで、本発明者は、現像剤担持体からの
トナー供給量を増加し、潜像電位が大きい領域の絶対付
着量を向上することにより潜像電位の飽和をおこしやす
くした。
【0105】このようにすることによって、エッジ部に
余分にトナーが付着することは抑えられ、またエッジ部
の潜像電位が低い領域の白抜けも抑えられた。
【0106】また、トナー供給量を増加したとき、増加
しない場合と比較し付着量が同じになる現像条件を選択
したときは(潜像電位の減少は同じと仮定)、現像効率
を低くすることができる。
【0107】従って、現像領域内での像担持体入り側か
ら出側にかけての現像剤中のトナー量減少傾向はより緩
慢に推移することになりエッジ部で付着量が急激に増加
することを防止できる。
【0108】どれぐらいのトナー供給量が適切なのか、
以下のように実験を行い確認した。
【0109】
【実施例】次に、本発明を以下の実施例について説明す
る。
【0110】以下に示す現像条件で現像し、画像形成を
行った。画像形成には、図1に示すカラープリンタを使
用し、現像には、図2、図3に示す現像装置を使用し、
下記の条件を設定し、トナー搬送供給量を可変にして、
前述した動作で現像して、画像を評価した。
【0111】なお、本発明に係わる画像形成装置には、
図1に示すKonica KL−2010カラープリン
タ(コニカ(株)製)改造機を使用し、現像スリーブ4
1の外径はφ18mm、感光体ドラム1の外径はφ10
0mmである。
【0112】現像処理の設定条件は以下の通り。
【0113】感光体1、現像スリーブ41間の最近接距
離d=0.55mm 帯電電位VH:−750V 現像スリーブ41に印加する直流電圧VDC:−600V 感光体1上の潜像電位VL:−50V、VACp−p:
2.5V イエロー潜像PWM:50%、マゼンタ潜像PWM:1
00%の重ね合わせ 表1にトナー搬送供給量と現像性の評価を示す。
【0114】
【表1】
【0115】表1において、No.1〜6は、何れも現
像スリーブ41が、図3に示すように、現像領域におい
て感光体ドラム1の回転方向と逆方向に回転する。
【0116】また、No.1〜5は、図7に示すような
非点対称波で、かつ休止部を有するブランクパルス波形
である。No.6は従来の対称連続波形である。
【0117】トナー搬送供給量は、現像スリーブ41上
の単位面積当たりのトナー量(mg/cm2)を示し、
二成分現像剤の場合は、キャリアを除くトナーのみの量
である。トナー搬送供給量は、現像剤のトナー濃度及び
現像剤層規制部材43による現像剤層厚等により決ま
る。例えば、表1のNo.1のトナー搬送供給量とは、
現像剤10mg中にトナー濃度9%のトナーが含まれ、
トナー搬送供給量は、10mg×0.09=0.9mg
である。
【0118】表1のdutyは、図6に示すように波形
幅形状を、T2/(T1+T2)で表すもので、No.1
〜5の非対称波形は、T2/(T1+T2)=60、N
o.6の対称連続波形では50である。
【0119】表1のB/P比は、図7の前記ブランクパ
ルスに示すように、TP/(TP+TB)で表すもので、
No.1〜5の非点対称波形は、TP/(TP+TB)=
50、即ち、TP=TBである。No.6の対称連続波形
では、TB=0で、B/P比は1である。
【0120】表1の2次偏り幅とは、図9に示す2次色
のマゼンタトナーMtの少ない2次色の色変化部分を称
す。
【0121】表1のエッジ部の色相変化とは、図9に示
すイエロートナーYtとマゼンタトナーMtとを重ね合
わせた部分の境界部分(エッジ部)に発生するトナー付
着量の変化による色相の変化をいう。
【0122】トナー搬送供給量、duty、B/P比を
以上のように設定して現像処理し、形成されたカラー画
像の評価をした。
【0123】2次偏り幅δは、No.1〜6の何れも5
mm幅に現れた。
【0124】エッジ部の色相変化は目視により判定し、
色相変化のない画像を○、色相変化の少ない画像を△、
色相変化の大きい画像を×とした。
【0125】No.1〜3は、何れもトナー搬送供給量
が0.35mg/cm2以上であり、エッジ部の色相変
化がなく、良好な色相の画像が得られた。No.4は、
トナー搬送供給量が0.35mg/cm2未満であり、
エッジ部の色相変化が発生した。さらに、トナー搬送供
給量が0.25mg/cm2以下の場合には、色相変化
が著しく発生する(No.5)。No.6は、トナー搬
送供給量が0.35mg/cm2であるが、対称連続波
形の現像バイアス電圧のため、吸い込み、白抜けが発生
し、色相変化も若干発生する。
【0126】表1の反射濃度は、本発明に係わる現像装
置により形成されたトナー画像を、反射濃度計により測
定したもので、反射濃度1.4以上の良好な画像を○、
反射濃度1.4未満の画像を×と判定した。
【0127】No.1〜3は、何れもトナー搬送供給量
が0.35mg/cm2以上であり、エッジ部の色相変
化がなく、良好な色相の画像が得られた。No.4は、
トナー搬送供給量が0.35mg/cm2未満であり、
エッジ部の色相変化が発生した。さらに、トナー搬送供
給量が0.25mg/cm2以下の場合には、色相変化
が著しく発生する(No.5)。No.6は、トナー搬
送供給量が0.35mg/cm2であるが、対称連続波
形の現像バイアス電圧印加のため、色相変化はなかっ
た。
【0128】なお、トナー搬送供給量は0.35mg/
cm2以上で多い程、エッジ部の色相変化や反射濃度が
向上するが、多くなりすぎると、非接触現像においてギ
ャップ部での現像剤接触による現像不良を発生する。従
って、トナー搬送供給量の上限は、現像剤20mgに対
して、トナー濃度の約12%に相当する約2.4mg/
cm2である。
【0129】これらの評価を総合すると、非点対称波形
(図6)、ブランクパルス(図7)、現像スリーブ逆転
(図10)を採用したNo.1〜3により優れた高画質
が得られる。
【0130】なお、本発明の現像装置及びこの現像装置
を備えた画像形成装置は、上記の実施の形態に限定され
るものではなく、ベルト感光体を備えたカラー画像形成
装置や、透明感光体を備えたカラー画像形成装置やタン
デム型カラー画像形成装置等にも適用可能である。
【0131】また、本発明の現像装置に使用される現像
剤は、二成分現像剤に限定されるものではなく、一成分
現像剤にも適用可能である。
【0132】
【発明の効果】本発明の現像装置及び画像形成装置によ
り、非接触現像で発生する吸い込み、白抜けが防止さ
れ、特に、トナー粒径が小さい場合に顕著に発生する吸
い込み、白抜けを防止し、かつ十分な濃度が得られ、現
像性、現像安定性が向上し、高品位な画像を安定して得
ることができる。
【0133】また、本発明の現像装置及び画像形成装置
は、主走査、副走査方向の吸い込み、白抜け防止に関
し、トナー搬送供給量を増加し(トナー搬送供給量を
0.35mg/cm2以上)、潜像電位が大きい領域の
絶対付着量を向上することにより潜像電位の飽和をおこ
し易くした。従って、エッジ部に余分にトナーが付着す
ることは抑えられ、またエッジ部の潜像電位が低い領域
の白抜けも抑えられた。
【0134】さらに、トナー搬送供給量を増加したと
き、増加しない場合と比較し、トナー付着量が同じにな
る現像条件を選択したときは(潜像電位の減少は同じと
仮定)、現像効率を低減することができる。従って、現
像領域内での像担持体入り側から出側にかけての現像剤
中のトナー量減少傾向はより緩慢に推移することにな
り、エッジ部で付着量が急激に増加することを防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の現像装置を複数組搭載したカラープリ
ンタの断面構成図。
【図2】本発明による複数組の現像器から成る現像装置
の断面図。
【図3】本発明の現像装置の断面図。
【図4】ブランクパルスの波形を示す図。
【図5】現像バイアス電圧波形と画像欠陥を示す図。
【図6】本発明による現像バイアス電圧の非点対称波形
を示す図。
【図7】本発明による現像バイアス電圧の非点対称ブラ
ンクパルス波形を示す図。
【図8】感光体と現像スリーブとが近接する現像領域に
おけるトナー付着を示す模式図、及び感光体上に付着し
たトナーを模式的に示す図。
【図9】感光体上に形成された2色のトナー画像の模式
断面図、及び模式平面図。
【図10】感光体上のトナー付着量を説明する模式図。
【図11】現像領域における電気力線とトナー移動を示
す拡大模式図。
【符号の説明】
1 像担持体(感光体ドラム、感光体) 2 スコロトロン帯電器(帯電器) 4 現像装置 4Y,4M,4C,4K 現像器 40 現像器ハウジング(現像剤収容部) 41,41Y,41M,41C,41K 現像剤担持体
(現像スリーブ) 42 マグネットロール 43 現像剤層規制部材 44 スクレーパ 45 現像剤搬送ローラ 46 現像剤供給ローラ 47A,47B 現像剤攪拌スクリュー 48 バイアス電圧印加手段 49 波形制御手段 Emax トナーが現像スリーブから感光体に現像する
方向の最大電界 VAC 現像スリーブに印加する交流電圧 VDC 現像スリーブに印加する直流電圧 VL 感光体上の画像部潜像電位(露光部の潜像電位) VH 感光体帯電電位 TP 現像スリーブに印加する交流成分のパルス部時間 TB 現像剤担持体に印加する交流成分の休止部時間 f 現像スリーブに印加する交流成分のパルス部周波数 d 現像スリーブと感光体との最近接距離 δ 2次偏り幅

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像担持体に対して現像剤を非接触状態で
    担持する現像剤担持体を有し、前記像担持体上に形成さ
    れた静電潜像を現像剤により現像する現像装置であっ
    て、非点対称で断続的に休止する交流成分を直流成分に
    重畳した電圧を、現像剤を担持する現像剤担持体に対し
    て印加し、且つ、前記現像剤担持体上の現像剤搬送供給
    量を0.35mg/cm2以上に設定することを特徴と
    する現像装置。
  2. 【請求項2】 前記現像剤はトナーとキャリアから構成
    される二成分現像剤であり、前記現像剤担持体上のトナ
    ー搬送供給量を、0.35mg/cm2以上に設定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 【請求項3】 像担持体上に複数色の画像を重ね合わせ
    て形成する画像形成装置において、前記複数色の画像の
    各色毎に前記請求項1に記載の現像装置を複数備え、前
    記複数色の画像の各色毎に、前記像担持体上に静電潜像
    を形成することと、前記現像装置により前記静電潜像を
    現像することとにより、複数色の重ね合わせ画像を形成
    することを特徴とする画像形成装置。
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