JP2004021201A - 現像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】トナーとキャリアを含む現像剤を用いた現像装置において、高品位な画質を維持したまま、長寿命化を達成することであり、より具体的には、磁性キャリアの磁化を小さくすることにより発生するキャリア付着を、キャリアを高抵抗化することで抑制し、そのときに顕著に発生するエッジ強調を解消して、高画質、高安定性を実現した現像装置を提供する。
【解決手段】移動可能な像担持体1表面上に形成された静電潜像を、非磁性トナーと、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量、且つ、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアと、を含有する現像剤により、現像部にて現像する現像装置であって、磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される複数の現像剤担持体11により現像剤が現像部に搬送されて現像が行なわれる。
【選択図】 図1
【解決手段】移動可能な像担持体1表面上に形成された静電潜像を、非磁性トナーと、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量、且つ、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアと、を含有する現像剤により、現像部にて現像する現像装置であって、磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される複数の現像剤担持体11により現像剤が現像部に搬送されて現像が行なわれる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【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を二成分現像剤により現像して、画像を得る現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真方式等の画像形成装置において、像担持体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、この潜像を現像剤であるトナーにより現像して画像を得る現像装置が知られている。
【0003】
一般に、こうした現像装置における現像方法には大別して4種あり、その1つは、一成分現像剤の非磁性トナーをブレード等により、磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される現像剤担持体(現像スリーブ)上にコーティングし、その非磁性トナーを現像スリーブの回転移動により、表面に静電潜像が形成された像担持体である感光ドラムに搬送し、感光ドラムに対し非接触状態で現像する非磁性一成分非接触現像法である。
【0004】
2つ目は、一成分現像剤の磁性トナーを磁気力によって現像スリーブ上にコーティングし、同様に感光ドラムに搬送して、接触状態にて現像する磁性一成分接触現像法である。
【0005】
3つ目、4つ目は、共に、非磁性トナーに磁性キャリアを混合した二成分現像剤を用い、これを磁気力により現像スリーブ上にコーティングして、感光ドラムに搬送して現像するものであり、これらの違いとして、3つ目は、感光ドラムに対し接触状態で現像する二成分接触現像法(二成分磁気ブラシ現像法)であり、4つ目は、感光ドラムに対し非接触状態で現像する二成分非接触現像法である。
【0006】
この4つの現像方法のうち、画像の高画質化(粒状度、均一性)、高安定性の面から、現像バイアスとしてAC成分を重畳した、3つ目の二成分接触現像法(磁気ブラシ現像法)が多く用いられている。特に、近年、フルカラー化、システム化、デジタル化が進むと共に、出力画像の高画質化、高速化、高安定化の要求が高まっており、複写機、各種プリンターの軽印刷市場への進出が期待される。そういった状況下では、この二成分接触現像法を更に有効な現像方法として考えることができる。
【0007】
二成分接触現像法において、現像剤に含まれているキャリアの磁気特性の中の、磁化量(透磁率)を小さくすることで、現像した画像の粒状度の良化(高画質化)と、現像に用いられる手段及び現像剤の長寿命化(高安定化)の両立が可能となる。以下、低磁化キャリア使用により、高画質化/高安定化が実現できる理由を説明する。
【0008】
まず、高画質化が達成できる理由に関して述べる。
【0009】
高画質化が達成できる要因として第1に、キャリアの磁化量を小さくすることで、現像工程において、現像部にて磁気ブラシが感光ドラムをソフトに摺擦するので、感光ドラム上に現像された現像剤像(トナー像)に対するスキャベンジング効果が少なく、そのため磁気ブラシによるハキメムラ等が発生しない。
【0010】
又、第2の要因としては、現像バイアスにAC成分を重畳したものを用いた場合、キャリアの磁化量が小さいものを用いれば、磁気ブラシ密度が緻密になることより、特に低濃度部領域での穂ムラが高周波側に移行することで、見た目の粒状感が良化する。
【0011】
この穂ムラとは、磁気ブラシ起因のムラであり、特に接触磁気ブラシ現像で、ACバイアスを印加した場合は、感光ドラム上において、磁気ブラシの穂が感光ドラムに接触している領域にはトナーが現像されず、磁気ブラシの間の空隙を伝って現像されることから発生する。この現象は感光ドラムに付着するトナー量が少ない、低濃度領域で顕著に表れる。
【0012】
この二つの点から、高画質化が実現できる。
【0013】
次に、高安定化が可能となる理由を述べる。
【0014】
それは、キャリアの磁化量を小さくすることで、現像剤の圧縮によるトナー及びキャリアの劣化が低減し、現像剤の寿命が伸びることに起因する。
【0015】
詳しく説明すると、現像装置が有する現像器内で現像剤が圧縮される場所は、現像剤層厚規制部である。現像剤層厚規制部とは、例えばブレード状の現像剤規制部材が現像スリーブに近接し、現像スリーブ上の余分な現像剤を掻き取ることによって、現像剤の層厚を規制する部分であり、現像スリーブ周囲で、現像スリーブ回転方向で現像部より上流部分に位置する。通常の現像器構成では、現像剤規制部に位置する現像スリーブ内の磁界発生手段(マグローラ)の現像剤層厚規制極が、現像スリーブの回転方向で、現像剤層厚規制ブレードよりも上流側に位置し、この領域で層厚規制極に引き付けられた現像剤が、現像スリーブと現像器との間で圧縮される。
【0016】
つまり、現像剤の圧縮を弱めるためには、現像剤層厚規制極が現像剤を現像スリーブに引き付けている力(現像スリーブの表面に垂直な方向に働く磁気吸引力)を弱めることが有効である。
【0017】
ここで、現像剤中の磁性キャリアの磁化を小さくするだけで、現像装置における現像器構成や、スリーブ内のマグローラのマグネットパターンを変えなくとも、キャリアを含む現像剤が現像スリーブに引き付ける力が小さくなり、現像剤の圧縮が弱まる。
【0018】
以上のように磁性キャリアの磁化量を小さくするだけで、現像して可視像化される画像の高画質化と、現像剤の長寿命化が図れる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、キャリアの磁化量を小さくすることでベタ白部でのキャリア付着が発生しやすくなる。
【0020】
通常、ベタ白部域でのキャリア付着は、キャリア1個に働く静電気力が磁気力より大きくなった場合に発生する。従って、磁化量の小さいキャリアを用いた場合は、キャリア付着に不利となる。
【0021】
尚、キャリア1個に働く静電気力は、キャリア1個の電荷とカブリ取り電位差(以後「Vback」と称す。)に比例し、「∝Q×Vback/d」と表される。ここで、Q;キャリア1個の電荷、d;現像スリーブと感光ドラムとのギャップ(SDギャップ)である。
【0022】
このキャリア付着に対する対策として、有効な手段は、キャリアの体積抵抗値(比抵抗)を大きくすることである。キャリアを高抵抗化することで、感光ドラム上のベタ白電位部と現像スリーブとの間で電位勾配が発生することで、感光ドラム近傍のキャリアに及ぼされる、Vbackによる電界が小さくなり、キャリア付着が抑制される。
【0023】
以上のように、キャリアの磁化の値が小さい場合、キャリアの比抵抗を高くすることで、キャリア付着は抑制できるが、別の問題として、複写画像にエッジ強調が発生した。エッジ強調は以下の▲1▼▲2▼に記載する例のような形態で発生する。
【0024】
▲1▼ベタ白部、或いは比較的低濃度部の画像領域内にベタ黒領域が存在する時、ベタ黒濃度領域のエッジ部の濃度が濃く、ソリッド部の濃度がエッジ部に比べて薄くなる。
【0025】
この中でエッジ強調レベルは、現像スリーブと感光ドラムの移動方向が、その最近接部で同方向(順方向)の場合、搬送方向後端のエッジが一番悪い。このベタ黒後端のエッジ強調は、通常、「はき寄せ」と称される。
【0026】
▲2▼ハーフトーン濃度領域内にベタ黒画像(例えばベタ黒文字)がある場合、ベタ黒領域の周りのハーフトーン領域の濃度が薄くなる。
【0027】
このエッジ強調レベルは、現像スリーブと感光ドラムの移動方向が、その最近接部で同方向(順方向)の場合、ベタ黒領域の、(搬送方向で)先端のハーフトーンが白く抜ける。このハーフトーン濃度領域が白く抜ける現象は、通常、「白抜け」と称される。
【0028】
▲1▼、▲2▼のエッジ強調はベタ黒部とその回りの低濃度部の電位差が大きい場合により強く発生する。又、上述したように、エッジ強調は、現像スリーブと感光ドラムの移動方向の影響も受けている。但し、現像スリーブと感光ドラムの移動方向依存に関しては、本明細書では詳述しない。
【0029】
以上のようなエッジ強調が発生する本質的な要因を説明する。
【0030】
現像時、感光ドラムと現像スリーブの最近接位置近傍の現像領域においては、感光ドラム上に形成された静電潜像の電位と、現像スリーブの電位(現像バイアスのDC成分)と、の間の電界を、現像剤に含まれるトナーが現像剤中から感光ドラム側に移動することで打ち消そうとする。
【0031】
よって、現像剤の抵抗が低い場合は、感光ドラム近傍の磁気ブラシの電位が現像スリーブの電位に近い。すると、感光ドラム近傍の狭い間隙で大きな電位差が発生し、その電界が大きいことにより現像性は高くなる。
【0032】
更に、現像剤の抵抗が著しく低い場合を想定すると、感光ドラム上に形成された静電潜像の電位と、感光ドラム近傍の磁気ブラシの電位と、の間の電界を打ち消すようにトナーが移動して、現像が終了する。従って、更に現像性は高い。
【0033】
逆に、現像剤の抵抗が高い場合は、静電潜像の電位と現像スリーブの電位との間の電位差が比較的リニアに減衰しているため、その電位差を打ち消すようにトナーが移動したとして、トナーの移動が緩やかであり、現像性が低い。又、この場合、潜像電位と現像スリーブとの電位差による電界に敏感である。
【0034】
従って、現像剤の抵抗が高いと、静電潜像近傍に対向電極効果が働かないことと相まって、電界の差が発生する画像のエッジ部が、特に強調されやすいのである。
【0035】
尚、ここで述べた、現像剤の抵抗が高い場合とは、その最たるものが、キャリアの抵抗が高い場合であるが、現像剤中のトナー濃度が高い場合や、現像スリーブと感光ドラムとの間の最近接間隙(以後S−Dgap)が広く、現像スリーブ上のM/Sが少ない場合もあてはまる。ここで、現像剤中のトナー濃度とは、現像剤量に対する、現像剤中のトナー量のweight%(以後「T/D比」と称す。)である。
【0036】
以上のことをまとめると、二成分現像剤を用いた現像装置において、高画質、高安定性にするためにキャリアの磁化量を小さくして、しかもキャリア付着を防ぐためにキャリアの比抵抗である体積抵抗値を高くした場合は、特にエッジ強調が発生しやすくなる。
【0037】
従って、本発明の目的は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いた現像装置において、高品位な画質を維持したまま、長寿命化を達成することであり、より具体的には、磁性キャリアの磁化を小さくすることにより発生するキャリア付着を、キャリアを高抵抗化することで抑制し、そのときに顕著に発生するエッジ強調を解消して、高画質、高安定性を実現した現像装置を提供することである。
【0038】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像装置にて達成される。要約すれば、本発明は、移動可能な像担持体表面上に形成された静電潜像を、非磁性トナーと、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量、且つ、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアと、を含有する現像剤により、現像部にて現像する現像装置であって、
磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される複数の現像剤担持体により前記現像剤が前記現像部に搬送されて現像が行なわれることを特徴とする現像装置を提供する。
【0039】
本発明の一実施態様によると、前記複数の現像剤担持体が、前記像担持体表面に沿って、その移動方向に沿って上流から下流に並べて配置され、前記上流に配置された現像剤担持体による現像から前記下流に配置された現像剤担持体による現像へと、順に現像が行われる。
【0040】
本発明の他の実施態様によると、更に、前記現像剤を収容する現像器を複数、前記像担持体の移動方向に沿って有し、該複数の現像器の各々が、前記複数の現像剤担持体のうちの少なくとも1個を備えるか、又は、更に、前記現像剤を収容する現像器を1個、前記像担持体と対向させて有し、該現像器が、前記複数の現像剤担持体を備える。
【0041】
本発明の他の実施態様によると、前記像担持体と前記現像剤担持体とが対向した前記現像部において、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像動作が行われる。
【0042】
本発明の他の実施態様によると、前記現像バイアスは、
前記現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧を所定時間印加する工程と、前記現像剤に前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧をある時間印加する工程と、を交互に複数回繰り返す方法で印加される交流電圧、
及び、該交流電圧の前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、前記像担持体上の前記静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値を有し、前記現像剤担持体に一定時間印加される直流電圧、を用いた現像バイアスである。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る現像装置を図面に則して更に詳しく説明する。しかし、現像装置及びそれが取り付けられる画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0044】
実施例1
以下、本発明の実施例について説明する。
【0045】
図1は、本発明の現像装置が取り付けられる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【0046】
画像形成装置(複写機)は、原稿台10及び光走査ユニット9を有する露光部の下に、像担持体である感光ドラム1、現像器4、5の現像器2個を有する現像装置A、及びレーザ走査部100等を有するプリンタ部を備えており、原稿台10上に原稿Gを複写すべき面を下側にして置き、コピーボタンを押すと、原稿Gの複写、即ち画像形成が開始される。
【0047】
光走査ユニット9は、原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、CCDセンサーを一体に組込んで構成されており、コピーボタンを押すことにより、このユニット9が照射用ランプで原稿Gを照射しながら走査し、その照射光の原稿面からの反射光が短焦点レンズアレイによって結像してCCDセンサーに入射される。
【0048】
CCDセンサーは受光部、転送部及び出力部から構成されており、受光部で入射光信号を電荷信号に変え、転送部でその電荷信号をクロックパルスに同期して順次出力部に転送し、出力部で電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られた画像信号(アナログ信号)は、周知の画像処理によりデジタル信号に変換された後、プリンター部に送られる。
【0049】
プリンター部では、まず、像担持体である感光ドラム1の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム1は、中心支軸を中心にして所定の周速度で回転駆動され、回転過程において帯電器3により表面が例えば−650Vとなるように一様な帯電処理を受ける。次いで、レーザ走査部100の固体レーザ素子が上記の画像信号(デジタル信号)を受けてON/OFF発光によりレーザビームLを発生し、回転多面鏡を用いてそのレーザビームLにより感光ドラム1の表面を走査し、感光ドラム1の表面に原稿画像に対応した静電潜像が順次形成される。
【0050】
図5に、上記の潜像形成手段である固体レーザ素子を備えたレーザ走査部100の概略構成を示す。レーザ走査部100では、まず、入力された画像信号に基づき発光信号発生器101により固体レーザ素子102を所定タイミングで明滅させる。このようにして固体レーザ素子102から放射されたレーザ光を、コリメータレンズ系103により略平行な光束に変換し、更に矢印b方向に回転する回転多面鏡104により矢印c方向に走査するとともに、fθレンズ群105a、105b、105cによりここでは感光ドラム1の表面である被走査面106にスポット状に結像する。このようなレーザ光の走査により、被走査面106上に画像1走査分の露光分布が形成され、更に各走査ごとに被走査面106を前記の走査方向とは垂直に所定量だけスクロールすることにより、被走査面106上に画像信号に応じた露光分布が得られる。つまり、静電潜像が形成される。本発明では、非操作面106は感光ドラム1表面となる。
【0051】
本実施例では、像担持体として、通常使用されるドラム状の有機感光体である感光ドラム1を使用したが、勿論、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもできる。アモルファスシリコンドラムを採用すれば、感光ドラムも長寿命になる。
【0052】
本実施例では、帯電器3としてコロナ帯電器を用いたが、接触帯電器、特に電荷注入系の磁気ブラシ帯電方式の帯電器を用いても構わない。
【0053】
帯電工程が終了した後、上記のレーザ操作部100の走査にて、感光ドラム1上には静電潜像が形成され、この静電潜像は、感光ドラム1の周囲に設置された二成分現像器4、5を備えた現像装置Aにより現像され、現像剤像(トナー像)として可視化される。
【0054】
現像によって感光ドラム1上に形成されたトナー像は、給紙カセット80から搬送されて来る転写材P上に転写される。感光ドラム1の下側には、駆動ローラ72及び従動ローラ73に掛け廻されて、感光ドラム1の回転方向と順方向の図1の矢印方向に回動する転写ベルト71が設置されている。
【0055】
転写材Pは給紙カセット80から取り出され、感光ドラム1の回転と同期をとって適正なタイミングで転写ベルト71上に給紙され、所定のタイミングで感光ドラム1と転写ベルト71とが当接した転写部に搬送される。転写ベルト71の転写部の内側には転写帯電ブレード74が設置され、この転写帯電ブレード74により転写ベルト71を感光ドラム1の方向に押圧しつつ、転写帯電ブレード74に図示しない高圧電源から給電することにより、転写材Pに裏面側からトナーと逆極性の帯電を行なって、感光ドラム1上に形成されたトナー像を転写材P上に静電転写する。
【0056】
本実施例では、転写ベルト71として厚さ75μmのポリイミド樹脂のシートを用いた。転写ベルト71としては、他に、ポリカーボネート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエテールエーテルケトン樹脂、ポリエテーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂等の樹脂シート、あるいはフッ素系やシリコン系のゴムシートを好適に用いることができる。転写ベルト71の厚みも75μmに限定されるわけではなく、約25〜2000μm、好ましくは50〜150μmのものを好適に使用することができる。
【0057】
転写帯電ブレード74としては、抵抗が105〜107Ωで、厚さが2mm、長さが306mmのものを用いた。転写時、転写帯電ブレード74に印加した電流は+15μAで、これを定電流制御して給電した。
【0058】
以上のようにして、トナー像が転写された転写材Pは、転写ベルト71から分離したのち定着器8へ搬送され、そこで転写材Pを加熱及び加圧して画像の定着を行ない、プリント画像として画像形成装置の機外に出力される。トナー像を転写後の感光ドラム1は、表面に付着した転写残りのトナー等の汚染物をクリーナ6によって除去し、繰り返し画像形成に使用される。
【0059】
画像形成は、以上の工程を経て行なわれるが、本発明は、以上説明してきたような一つの感光ドラムで画像形成を行なう例に限定されるものではなく、例えば、転写ベルト71の回りに感光ドラムと4色(例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、Bk等)の現像装置がそれぞれセットになって配置される、タンデム方式にも適用できるものである。
【0060】
本発明の画像形成装置では、従来と同様、内部に磁界発生手段が配置されている回転可能な導電性円筒にて構成される現像剤担持体(現像スリーブ)の表面に、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持して、感光ドラムとの対向部である現像部へ搬送し、磁界発生手段の現像磁極により現像部に現像剤の磁気ブラシを形成して、感光ドラム(像担持体)上の静電潜像を現像する二成分接触現像法を採用する。
【0061】
そして、図1に示されるように、本実施例では、現像スリーブ11は、感光ドラム1の表面の移動方向(回転方向)に沿って、上流と下流に設けられた現像器4、5それぞれに設置され、こうして各々に現像スリーブ11が設けられた2個の現像器4、5で現像装置Aを構成している。
【0062】
ここで、本発明に使用される現像剤について説明する。
【0063】
本発明では、高画質、高安定性を実現するために、現像工程に使用する二成分現像剤中の磁性キャリアとして、100mTの磁界において、3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を持つものを使用することが大きな特徴である。
【0064】
本実施例で使用されている磁性キャリアの物性値を、以下に説明する。
【0065】
キャリアの磁化量として、2.0×105A/mより大きい磁気特性を有するキャリアでは、本発明の効果である、高画質/高安定化が達成できない。又、3.0×104A/m未満の特性をもつキャリアでは、現像スリーブ上の現像剤コート不良等の問題が発生するので、3.0×104A/m以上であることが必要である。従って、本実施例でも、上述の領域のものを使用した。
【0066】
磁化量は、キャリアの磁気特性を理研電子(株)製の振動磁場型磁気特性自動記録装置にて、100mTの外部磁場中にパッキングしたキャリアの磁化(Am2/kg)を求め、その後キャリアの真比重(kg/m3)をかけることで磁化量(A/m)を算出した。
【0067】
又、磁性キャリアの体積抵抗値(比抵抗)が109Ω・cmより小さい場合は、本実施例の構成のように、キャリアの磁化量が比較的低磁気量のものを用いた場合、キャリア付着が発生しやすくなる。1014Ω・cmより大きいキャリアを使用した場合は、現像剤として電気的にほぼ絶縁性になり、エッジ強調が顕著に表れ、現像プロセス構成を工夫しても抑制するのが困難になる。
【0068】
従って、本発明では、キャリアの抵抗を109Ω・cm以上1014Ω・cm以下にすることが必要である。本実施例においても、体積抵抗値がこの領域内にあるものを用いている。
【0069】
磁性キャリアの体積抵抗値である比抵抗は、セルに磁性キャリアを充填し、この充填したキャリアに接するように1対の電極の一方、他方を配し、これらの電極間に電圧を印加して、そのときに流れる電流を計測することにより測定した。比抵抗の測定条件は、充填したキャリアと電極の接触面積が約2.3cm2、キャリア充填厚さが約2mm、上部電極の荷重が180g、印加電圧が100Vであった。この場合、磁性キャリアが粉末であるため充填率に変化が生じることがあり、それにともない比抵抗が変化するので、そうならないようにキャリアの充填に慎重を要する。
【0070】
磁性キャリアとしての例を挙げると、表面酸化、未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属を含むフェライト、あるいは、それらの酸化物を含むフェライト等を用いることができ、その製法は問われない。磁性キャリアは周知の方法で樹脂被覆することができる。本実施例では、ネオジウム、サマジウム、バリウム等を含むフェライト粒子に樹脂被覆した、重量平均粒径が20〜100μm、好ましくは20〜70μmの粒子である。そして、109〜1014Ω・cmの範囲内でも、109〜1010Ω・cmの体積抵抗値(比抵抗)を有する磁性キャリアを用いることが好ましい。
【0071】
磁性キャリアの平均粒径は、垂直方向最大限長で示しており、本発明では、顕微鏡により50〜1000倍の倍率でキャリアを写真撮影し、得られた写真画像内のキャリア粒子から3000個以上のキャリア粒子をランダムに選び、それらの長軸を実測して算術平均を取ることにより求めた。
【0072】
上記の磁性キャリアとともに現像剤に使用されるトナーとしては、従来公知の、例えば粉砕系のトナー等を用いることができる。トナーの体積平均粒径は4〜15μmが好適である。トナーの体積平均粒径は、たとえば下記の測定法で測定することができる。
【0073】
測定装置としてコールカウンターTA−II型(コールター社製)を用い、これに、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェース(日科機製)及びCX−iパーソナルコンピュータ(キヤノン製)を接続する。電解液は、塩化ナトリウム(試薬1級)を用いて1%NaCl水溶液を調製する。
【0074】
上記の電解液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を0.1〜5ml加え、さらに測定試料のトナーを0.5〜50mg加えて懸濁する。この試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約1〜3分分散処理した後、上記のコールカウンターTA−II型により、100μmのアパチャーを用いて2〜40μmのトナー粒子の粒度分布を測定し、トナーの体積分布を求める。このようにして求めたトナーの体積分布からトナーの体積平均粒径が得られる。
【0075】
又、本発明で使用する外添剤は、トナーに添加したときの耐久性の点から、トナー粒子の重量平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。この外添剤の粒径は、顕微鏡によるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。外添剤は、トナー100重量部に対し0.01〜15重量部が用いられ、好ましくは0.05〜12重量部である。
【0076】
外添剤としては次のようなものが挙げられる。酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物;窒化ケイ素等の窒化物;炭化ケイ素等の炭化物;硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の金属塩;ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩;カーボンブラック;シリカ等。これら外添剤は単独で使用しても、複数併用してもよい。好ましくは疎水化処理を行なったものがよい。
【0077】
以上の成分から構成されるトナーの帯電極性は、ネガ極性、ポジ極性どちらでも可能であるが、本実施例では、ネガ帯電極性のトナーを用い、キャリアとの摩擦により帯電する平均帯電量(単位重量当りの電荷量;以下Q/M)が−1.0×10−2C/kg〜−6.0×10−2C/kgのものを用いた。
【0078】
ここで、このような100mTの磁界において、3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し、体積抵抗値が109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の領域のキャリアを含む現像剤を使用した場合、低磁化量キャリアを使用しているが、キャリア付着に対する抑制効果は大きい。しかし、従来例にても説明したように、現像時に、感光ドラム上に形成された潜像電位に対する対向電極が弱いため、エッジ強調が発生しやすくなる。
【0079】
しかし、本発明者らの検討によると、高抵抗キャリアを用いても、現像機会が2度あれば、エッジ強調を抑制できることを見出した。即ち、複数の現像スリーブを感光ドラム表面に沿って、その移動方向上流、下流に並べて配置し、現像に使用すれば目的を達成できる。本実施例では、こうしたエッジ強調に対するプロセス(ハード)的対策として、現像装置を複数の現像器から構成し、それら各々に設けた現像スリーブを使用する構成をとっている。
【0080】
本実施例では、現像装置Aは、図2に示す構成の2つの現像器4、5にて構成される。図2は、現像器4の概略構成図である。現像器4と現像器5は同じ構成であり、感光ドラム1の外周の上流、下流に配置していることにより、現像スリーブ11内の磁界発生手段であるマグローラ12のマグネットパターン等の違いはあるが、同じ原理で作られているので、説明は感光ドラム1の回転方向で上流側の現像器4の方でのみ行なう。
【0081】
本現像器4は、二成分磁気ブラシ現像器として構成されている。現像器4は、上記に説明したトナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤19を収容した現像容器16を備える。その現像容器16の感光ドラム1と対面した開口部に、現像剤19を担持して感光ドラム1と対向した現像部に搬送する現像剤担持体である現像スリーブ11が設置され、現像スリーブ11は、感光ドラム1との対向部が同方向に移動する向きに回転する。
【0082】
ここで、現像スリーブ11の直径は30mm、感光ドラム1の直径は80mm、又、この現像スリーブ11と感光ドラム1との最近接領域を約500μmの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤19を感光ドラム1と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。本実施例では、この時、現像スリーブ11回転方向で現像部より上流にて現像スリーブ11に対向している現像剤規制部材である規制ブレード15によって、現像スリーブ11上の単位面積当りの現像剤コート量を30mg/cm2に規制している。現像スリーブ11はAlやSUS等の導電性の材質で形成されている。
【0083】
現像スリーブ11内には磁界発生手段であるマグネットローラ12が固定配置され、又、本実施例では現像スリーブ11のほぼ頂部に対し、上記に説明した導電性磁性の規制ブレード15が垂直に配置されている。規制ブレード15と現像スリーブ11は、間隙を200〜1000μm、好ましくは300〜700μmに設定される。本実施例では600μmに設定した。
【0084】
更に、現像容器16内には、底部に現像剤19を攪拌搬送する2本の現像剤撹拌搬送スクリュー13が配置される。
【0085】
感光ドラム1上に形成された静電潜像は、現像器4を用いて二成分磁気ブラシ現像法により、以下のようにして現像される。まず、現像スリーブ11が回転され、その回転にともなってマグネットローラ12の現像容器16内部側に位置する磁極N3により、現像容器16内の現像剤19が現像スリーブ11上に汲み上げられ、汲み上げられた現像剤19は、現像スリーブ11の回転移動によって、磁極S2からN1へと搬送される。この搬送過程で、現像剤は規制ブレード15により現像剤層の厚みを磁気的に規制されて、現像スリーブ11上に薄層の現像剤層に形成される。その現像剤薄層は、現像部に位置するマグネットローラ12の現像主極S1に搬送されて来ると、現像主極S1の磁力により感光ドラム1に向けて穂立ちする。この現像剤の穂立ち(磁気ブラシ)が感光ドラム1の表面に接触して、感光ドラム1上の静電潜像を現像し、静電潜像がトナー像として可視化される。
【0086】
この現像のとき、現像スリーブ11には感光ドラム1との間に、バイアス電源17から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。本実施例では、現像バイアスは、−500Vの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Vppが2000V、周波数fが2000Hzの交流電圧である。直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。一般に、二成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶり発生しやすくなる。このため、現像スリーブ11に印加する直流電圧と感光ドラム1の帯電電位(即ち白地部電位)との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止することが行なわれる。
【0087】
又、現像領域においては、現像器4、5の現像スリーブ11は、共に感光ドラム1の移動方向と順方向で移動し、周速比は、対感光ドラム1.75倍で移動している。この周速比に関しては、0〜3.0倍の間で設定され、好ましくは、0.5〜2.0倍の間に設定されれば、何倍でも構わない。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。
【0088】
以上説明してきた構成条件は、現像器5に関しても全く同じである。
【0089】
本実施例において、上記に説明した構成の2つの現像器4、5、及び低磁化、高体積抵抗値を有する二成分現像剤を備えた現像装置Aを用いて、現像を行なった場合、感光ドラム1の回転方向で上流側に位置する現像器4の現像スリーブ11と感光ドラム1の対向部の現像領域では、感光ドラム1上の静電潜像に対して、1回目の現像が行なわれる。
【0090】
1回目の現像時には、本構成のような高抵抗/低磁化のキャリアを用いた場合は、“はき寄せ”や、“白抜け”等を含む、エッジ強調がされた状態で現像される。
【0091】
即ち、現像スリーブ11上にコートされた現像剤19中から、現像スリーブ11と(感光ドラム1上に形成された)静電潜像との間で形成された電界に応じて、トナーが飛翔した結果、現像終了段階まで達していない状態である。
【0092】
ここで述べた現像終了段階とは、現像終了後に静電潜像の電位と現像スリーブ11の電位との間の電位差をトナーが移動することで解消した状態、即ち、現像後にトナーが付着した状態の電位を測定した時、電位が現像スリーブ11に印加したDC電位(Vdc)に収束している状態である。本件ではそのように定義する。
【0093】
現像終了段階まで達するか否かは、用いたキャリアの抵抗値依存がある。比抵抗が本実施例のものよりも低い104Ω・cmのキャリアを用いた場合は、感光ドラムの潜像電位そのものが、対向電極があることにより、エッジが強調された電位にはなりづらい。即ち、現像スリーブ11から感光ドラム1近傍の磁気ブラシ先端までが現像スリーブ11とほぼ同電位になり、磁気ブラシ先端から、感光ドラム1までの短い間隙で、大きな電界が発生する。この場合は、この磁気ブラシ先端の電位と感光ドラム1上の静電潜像の電位との間の電位差を、トナーが移動することで解消して、所謂現像終了段階まで持っていきやすい。
【0094】
しかし、本実施例の構成の場合、高抵抗キャリアを用いており、感光ドラム1上の静電潜像に対する対向電極が、現像剤中に存在しないので、静電潜像電位自体がエッジ強調された状態であり、又、高抵抗キャリアを用いることにより、その電界に忠実にトナーが飛翔することにより、エッジが強調された状態でトナーが付着する。
【0095】
そこで、2回目の現像では、1回目の現像で潜像電位と現像スリーブ11の電位との間の電位差をトナーの移動によりある程度解消した状態、即ちトナーが付着した結果、潜像電位と、現像スリーブとの間の電位差が小さくなった状態になっていることから、その状態を初期電位状態として、更に2回目の現像を行なうことで、現像終了段階に達するようにさせる。
【0096】
その結果、現像終了段階に達していなかったことにより発生する、エッジ強調は発生しなくなる。
【0097】
以上、説明してきたように、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し且つ109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを含有する二成分現像剤を用いても、複数の現像器により現像を行なえば、低磁化キャリアを使用することにより、高画質/長寿命を、キャリア付着、エッジ強調といった問題を発生させずに、達成することができた。
【0098】
つまり、本発明は、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを使用し、且つ複数の現像スリーブを感光ドラム表面に沿って、その移動方向上流、下流に並べて配置し、現像に使用する現像装置に関するものであり、即ち、高画質且つ高安定化のために、比較的低磁化量のキャリアを用いる一方で、キャリアの抵抗値を高くすることによりキャリア付着を抑制し、その際に発生するエッジ強調を複数回の現像機会を設けることで解消するようにしたことに要約される。
【0099】
そして、本実施例においては、その複数の現像機会を、1つの現像スリーブを有する現像器を2つ用いることによって、2回に増やした。尚、現像機会は2回より多くてもよく、3回以上に増やせばそれだけ十分にトナーが静電潜像に移動し、良好な現像が達成できる。よって、現像装置には、現像器は3個以上設けても良い。又、現像器に2個以上の現像スリーブが設けられても良い。
【0100】
又、現像器の構成は現像スリーブを有するものなら、他の構成のものでも良い。
【0101】
本構成をとれば、高抵抗キャリアを用いても、感光体上に形成された潜像に対して2回以上の現像機会が存在することにより、エッジ強調を解消した画質を長期にわたり実現することが出来る。
【0102】
実施例2
本実施例の画像形成装置では、現像装置の構成以外は、実施例1と同じ構成とした。
【0103】
図3に示すように、実施例1の現像装置Aでは2個の独立した現像器4、5を用いているのに対し、本実施例の現像装置Bは、1個の現像器4’で構成され、現像器4’内に2本の現像スリーブ11aと11bを含有している。
【0104】
こうした現像スリーブを複数有する現像器で構成される現像装置を用いれば、本発明の目的は達成できる。そうした現像装置の一例として、本実施例で用いた現像装置Bを構成する現像器4’に関して、図3、4を用いて説明する。
【0105】
本現像装置Bは、実施例1の現像装置Aと同様に、二成分磁気ブラシ現像器にて構成されており、実施例1にて説明したトナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤19を収容した現像容器16を備える。図4に示すように、その現像容器16の感光ドラム1と対面した開口部に、現像剤19を担持して感光ドラム1と対向した現像部に搬送する現像剤担持体である現像スリーブ11a、11bの2個を、隣り合わせて感光ドラム1に対向させて、その移動方向に沿って上流側と下流側に設けられている。ここでは、現像スリーブ11a、11bは、共に感光ドラム1との対向部が同方向に移動する向きに回転する。
【0106】
図4に示すように、感光ドラム1移動方向上流側の現像スリーブ11a内のマグローラー12aの、現像部より現像スリーブ11a回転方向上流に位置するN1極と現像剤規制部材である規制ブレード15で現像剤層厚が規制される。そして実施例1と同様に、図示しない電源から現像バイアスが両者の現像スリーブ11aと11bに、共通に印加される。現像バイアスに関しては実施例1と同様のものを印加する。
【0107】
2本の現像スリーブ11aと11b各々の構成は、実施例1の現像器4、5に設けられた現像スリーブと同じで、それぞれ、内側に固定された磁界発生手段であるマグネットローラー12a、12bが配置された、回転可能な非磁性円筒11a、11bから構成される。
【0108】
この2本の現像スリーブ11a、11b上の剤の流れは、感光ドラム1の移動方向、上流側の現像スリーブ11aで1回目の現像が終了した現像剤が、下流側の現像スリーブ11bに受け渡されて、2回目の現像を行う。現像スリーブ11aと11b間の現像剤の受け渡しは、両現像スリーブ11a、11b内のマグローラ12a、12bそれぞれに設けられているS極とN極を対向して受け渡す構成である。
【0109】
この構成の場合、2回目の現像時のT/D比が確実に低下しているので、1回目の現像後の現像剤が確実に攪拌されずに、現像剤中のキャリアに誘起される逆電荷(キャリアからトナーが剥がされることにより、キャリアに誘起される逆電荷(+側)即ちカウンターチャージ)が残っている場合は、2回目の現像時にハキメムラ等が発生しやすくなる。しかし、本構成のようにすれば、カウンターチャージが発生した現像後の剤が上流スリーブ11a上を移動し、更に下流スリーブ11bに受け渡されて、2回目の現像を行なうまでの間に、充分なトナーとキャリアの動きがあることで、カウンターチャージは消滅する。その結果、T/D比は下がるもののハキメムラ等は発生しない。
【0110】
この系の場合、現像器を2個、感光ドラム1の回りに配置することがなく、1個の現像器で対応が可能となり、構成が簡略化できる。
【0111】
尚、図2における攪拌搬送スクリュー13に変わるものとして、本実施例では、バケットローラー14を用いた構成をとっている。この構成は、この例に限られるものでなく、現像器4、5と同様に、長手方向の攪拌搬送を行なう、らせん状のスクリューを用いても構わない。
【0112】
以上のように、こうした現像装置を取り付けた画像形成装置において、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し且つ109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを含有する二成分現像剤を用いても、本発明の現像装置に設けられた複数の現像スリーブにより複数回の現像を行なえば、低磁化キャリアを使用することにより、高画質/長寿命を、キャリア付着、エッジ強調といった問題を発生させずに、しかも、小スペース/低コストで達成することができた。
【0113】
尚、現像スリーブの回転方向や、現像剤の流れは本実施例に限定されるものではないが、現像スリーブの回転方向が変わると、スリーブ上の現像剤規制の位置が変更される。
【0114】
現像器に設けられる現像スリーブの数は3個以上でも良く、複数個の現像スリーブを並べて像担持体の移動方向に沿って配置し、3回以上の現像を行うようにする。
【0115】
実施例3
本発明では、現像バイアス波形のみ実施例1と異なり、他の構成は全て実施例1と同じとした。本実施例で用いた現像バイアスについて説明する。
【0116】
本発明で用いた現像バイアスは、現像バイアスの印加方法が、二成分現像剤に像担持体(感光ドラム)から現像剤担持体(現像スリーブ)に向かう方向の力を与える電圧をある時間印加する工程と、逆に二成分現像剤に現像スリーブから感光ドラムに向かう力を与える電圧をある時間印加する工程とを交互に複数回繰り返す交流電圧と、且つその交流電圧の現像スリーブから感光ドラムに向かう力を与える電圧を印加した後に、感光ドラム上の静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値である直流電圧を上記現像スリーブに一定時間印加し、これら交流電圧と直流電圧の組み合わせによるサイクルを繰り返すことによって行う。この現像バイアスは、一般に「ブランク・パルス・バイアス」と称される。
【0117】
上記のような現像バイアスを印加することにより、画像領域にだけトナーを飛翔させる直流電圧(以下、「ブランクバイアス」と称す。)を印加した後、感光ドラム近傍でトナーを振動させる交流電圧を印加するため、画像部においては、あたかも現像剤のT/D比が高まったようになり、その結果、特に、ハーフトーン部領域に対して充分にトナーを均一に供給することができ、ハキメムラの目立たない滑らかな画像が得られる。
【0118】
又、現像バイアスによる、このトナーの挙動は、全濃度領域に対しても現像性を向上させることとなり、本発明の構成に対して、例えば、耐久後半にT/D比が低下した場合でも、現像性が高いまま保て、エッジ強調のみならず、ハキメムラに対しても有効に働く。このことは、トナー濃度制御や、SDgap、現像剤コート量等に対するラティチュードを広げることにもなる。
【0119】
本実施例では、1パルス2kVpp/12kHzの矩形波を2パルスONし、6パルス分OFFしている現像バイアスを用いた。
【0120】
又、こうしたブランク・パルス・バイアスは、実施例2に説明した1個の現像器に対し複数の現像スリーブを有する構成の現像装置においても、それぞれの現像スリーブにも印加することができ、同様の効果が上げられる。
【0121】
以上のように、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し且つ109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを含有する現像剤を用いて、複数の現像スリーブにより現像を行なう構成に、更に、ブランク・パルス・バイアスを現像バイアスとして用いれば、高画質化/長寿命化の達成と、キャリア付着、エッジ強調といった問題点の抑制だけでなく、ラティチュードの高い現像装置構成を達成することができた。
【0122】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、非磁性トナーと、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量、且つ、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアと、を含有する現像剤を用い、現像部で像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される複数の現像剤担持体により現像剤が現像部に搬送されて現像が行なわれる現像装置であるので、高品質な画像を、キャリア付着、エッジ強調といった問題を発生させずに、長期にわたり得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る現像装置が設けられる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】本発明に係る現像装置に設けられる現像器の一例を示す断面図である。
【図3】本発明に係る現像装置が設けられる画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図4】本発明に係る現像装置に設けられる現像器の他の例を示す断面図である。
【図5】潜像形成手段の構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 感光ドラム(像担持体)
4、5 現像器(実施例1)
6 現像器(実施例2)
11、11a、11b 現像スリーブ(現像剤担持体)
12、12a、12b マグローラ(磁界発生手段)
13 現像剤攪拌スクリュー
14 バケットローラー
15 規制ブレード(現像剤規制部材)
16 現像容器
19 現像剤
A、B 現像装置
【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を二成分現像剤により現像して、画像を得る現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真方式等の画像形成装置において、像担持体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、この潜像を現像剤であるトナーにより現像して画像を得る現像装置が知られている。
【0003】
一般に、こうした現像装置における現像方法には大別して4種あり、その1つは、一成分現像剤の非磁性トナーをブレード等により、磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される現像剤担持体(現像スリーブ)上にコーティングし、その非磁性トナーを現像スリーブの回転移動により、表面に静電潜像が形成された像担持体である感光ドラムに搬送し、感光ドラムに対し非接触状態で現像する非磁性一成分非接触現像法である。
【0004】
2つ目は、一成分現像剤の磁性トナーを磁気力によって現像スリーブ上にコーティングし、同様に感光ドラムに搬送して、接触状態にて現像する磁性一成分接触現像法である。
【0005】
3つ目、4つ目は、共に、非磁性トナーに磁性キャリアを混合した二成分現像剤を用い、これを磁気力により現像スリーブ上にコーティングして、感光ドラムに搬送して現像するものであり、これらの違いとして、3つ目は、感光ドラムに対し接触状態で現像する二成分接触現像法(二成分磁気ブラシ現像法)であり、4つ目は、感光ドラムに対し非接触状態で現像する二成分非接触現像法である。
【0006】
この4つの現像方法のうち、画像の高画質化(粒状度、均一性)、高安定性の面から、現像バイアスとしてAC成分を重畳した、3つ目の二成分接触現像法(磁気ブラシ現像法)が多く用いられている。特に、近年、フルカラー化、システム化、デジタル化が進むと共に、出力画像の高画質化、高速化、高安定化の要求が高まっており、複写機、各種プリンターの軽印刷市場への進出が期待される。そういった状況下では、この二成分接触現像法を更に有効な現像方法として考えることができる。
【0007】
二成分接触現像法において、現像剤に含まれているキャリアの磁気特性の中の、磁化量(透磁率)を小さくすることで、現像した画像の粒状度の良化(高画質化)と、現像に用いられる手段及び現像剤の長寿命化(高安定化)の両立が可能となる。以下、低磁化キャリア使用により、高画質化/高安定化が実現できる理由を説明する。
【0008】
まず、高画質化が達成できる理由に関して述べる。
【0009】
高画質化が達成できる要因として第1に、キャリアの磁化量を小さくすることで、現像工程において、現像部にて磁気ブラシが感光ドラムをソフトに摺擦するので、感光ドラム上に現像された現像剤像(トナー像)に対するスキャベンジング効果が少なく、そのため磁気ブラシによるハキメムラ等が発生しない。
【0010】
又、第2の要因としては、現像バイアスにAC成分を重畳したものを用いた場合、キャリアの磁化量が小さいものを用いれば、磁気ブラシ密度が緻密になることより、特に低濃度部領域での穂ムラが高周波側に移行することで、見た目の粒状感が良化する。
【0011】
この穂ムラとは、磁気ブラシ起因のムラであり、特に接触磁気ブラシ現像で、ACバイアスを印加した場合は、感光ドラム上において、磁気ブラシの穂が感光ドラムに接触している領域にはトナーが現像されず、磁気ブラシの間の空隙を伝って現像されることから発生する。この現象は感光ドラムに付着するトナー量が少ない、低濃度領域で顕著に表れる。
【0012】
この二つの点から、高画質化が実現できる。
【0013】
次に、高安定化が可能となる理由を述べる。
【0014】
それは、キャリアの磁化量を小さくすることで、現像剤の圧縮によるトナー及びキャリアの劣化が低減し、現像剤の寿命が伸びることに起因する。
【0015】
詳しく説明すると、現像装置が有する現像器内で現像剤が圧縮される場所は、現像剤層厚規制部である。現像剤層厚規制部とは、例えばブレード状の現像剤規制部材が現像スリーブに近接し、現像スリーブ上の余分な現像剤を掻き取ることによって、現像剤の層厚を規制する部分であり、現像スリーブ周囲で、現像スリーブ回転方向で現像部より上流部分に位置する。通常の現像器構成では、現像剤規制部に位置する現像スリーブ内の磁界発生手段(マグローラ)の現像剤層厚規制極が、現像スリーブの回転方向で、現像剤層厚規制ブレードよりも上流側に位置し、この領域で層厚規制極に引き付けられた現像剤が、現像スリーブと現像器との間で圧縮される。
【0016】
つまり、現像剤の圧縮を弱めるためには、現像剤層厚規制極が現像剤を現像スリーブに引き付けている力(現像スリーブの表面に垂直な方向に働く磁気吸引力)を弱めることが有効である。
【0017】
ここで、現像剤中の磁性キャリアの磁化を小さくするだけで、現像装置における現像器構成や、スリーブ内のマグローラのマグネットパターンを変えなくとも、キャリアを含む現像剤が現像スリーブに引き付ける力が小さくなり、現像剤の圧縮が弱まる。
【0018】
以上のように磁性キャリアの磁化量を小さくするだけで、現像して可視像化される画像の高画質化と、現像剤の長寿命化が図れる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、キャリアの磁化量を小さくすることでベタ白部でのキャリア付着が発生しやすくなる。
【0020】
通常、ベタ白部域でのキャリア付着は、キャリア1個に働く静電気力が磁気力より大きくなった場合に発生する。従って、磁化量の小さいキャリアを用いた場合は、キャリア付着に不利となる。
【0021】
尚、キャリア1個に働く静電気力は、キャリア1個の電荷とカブリ取り電位差(以後「Vback」と称す。)に比例し、「∝Q×Vback/d」と表される。ここで、Q;キャリア1個の電荷、d;現像スリーブと感光ドラムとのギャップ(SDギャップ)である。
【0022】
このキャリア付着に対する対策として、有効な手段は、キャリアの体積抵抗値(比抵抗)を大きくすることである。キャリアを高抵抗化することで、感光ドラム上のベタ白電位部と現像スリーブとの間で電位勾配が発生することで、感光ドラム近傍のキャリアに及ぼされる、Vbackによる電界が小さくなり、キャリア付着が抑制される。
【0023】
以上のように、キャリアの磁化の値が小さい場合、キャリアの比抵抗を高くすることで、キャリア付着は抑制できるが、別の問題として、複写画像にエッジ強調が発生した。エッジ強調は以下の▲1▼▲2▼に記載する例のような形態で発生する。
【0024】
▲1▼ベタ白部、或いは比較的低濃度部の画像領域内にベタ黒領域が存在する時、ベタ黒濃度領域のエッジ部の濃度が濃く、ソリッド部の濃度がエッジ部に比べて薄くなる。
【0025】
この中でエッジ強調レベルは、現像スリーブと感光ドラムの移動方向が、その最近接部で同方向(順方向)の場合、搬送方向後端のエッジが一番悪い。このベタ黒後端のエッジ強調は、通常、「はき寄せ」と称される。
【0026】
▲2▼ハーフトーン濃度領域内にベタ黒画像(例えばベタ黒文字)がある場合、ベタ黒領域の周りのハーフトーン領域の濃度が薄くなる。
【0027】
このエッジ強調レベルは、現像スリーブと感光ドラムの移動方向が、その最近接部で同方向(順方向)の場合、ベタ黒領域の、(搬送方向で)先端のハーフトーンが白く抜ける。このハーフトーン濃度領域が白く抜ける現象は、通常、「白抜け」と称される。
【0028】
▲1▼、▲2▼のエッジ強調はベタ黒部とその回りの低濃度部の電位差が大きい場合により強く発生する。又、上述したように、エッジ強調は、現像スリーブと感光ドラムの移動方向の影響も受けている。但し、現像スリーブと感光ドラムの移動方向依存に関しては、本明細書では詳述しない。
【0029】
以上のようなエッジ強調が発生する本質的な要因を説明する。
【0030】
現像時、感光ドラムと現像スリーブの最近接位置近傍の現像領域においては、感光ドラム上に形成された静電潜像の電位と、現像スリーブの電位(現像バイアスのDC成分)と、の間の電界を、現像剤に含まれるトナーが現像剤中から感光ドラム側に移動することで打ち消そうとする。
【0031】
よって、現像剤の抵抗が低い場合は、感光ドラム近傍の磁気ブラシの電位が現像スリーブの電位に近い。すると、感光ドラム近傍の狭い間隙で大きな電位差が発生し、その電界が大きいことにより現像性は高くなる。
【0032】
更に、現像剤の抵抗が著しく低い場合を想定すると、感光ドラム上に形成された静電潜像の電位と、感光ドラム近傍の磁気ブラシの電位と、の間の電界を打ち消すようにトナーが移動して、現像が終了する。従って、更に現像性は高い。
【0033】
逆に、現像剤の抵抗が高い場合は、静電潜像の電位と現像スリーブの電位との間の電位差が比較的リニアに減衰しているため、その電位差を打ち消すようにトナーが移動したとして、トナーの移動が緩やかであり、現像性が低い。又、この場合、潜像電位と現像スリーブとの電位差による電界に敏感である。
【0034】
従って、現像剤の抵抗が高いと、静電潜像近傍に対向電極効果が働かないことと相まって、電界の差が発生する画像のエッジ部が、特に強調されやすいのである。
【0035】
尚、ここで述べた、現像剤の抵抗が高い場合とは、その最たるものが、キャリアの抵抗が高い場合であるが、現像剤中のトナー濃度が高い場合や、現像スリーブと感光ドラムとの間の最近接間隙(以後S−Dgap)が広く、現像スリーブ上のM/Sが少ない場合もあてはまる。ここで、現像剤中のトナー濃度とは、現像剤量に対する、現像剤中のトナー量のweight%(以後「T/D比」と称す。)である。
【0036】
以上のことをまとめると、二成分現像剤を用いた現像装置において、高画質、高安定性にするためにキャリアの磁化量を小さくして、しかもキャリア付着を防ぐためにキャリアの比抵抗である体積抵抗値を高くした場合は、特にエッジ強調が発生しやすくなる。
【0037】
従って、本発明の目的は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いた現像装置において、高品位な画質を維持したまま、長寿命化を達成することであり、より具体的には、磁性キャリアの磁化を小さくすることにより発生するキャリア付着を、キャリアを高抵抗化することで抑制し、そのときに顕著に発生するエッジ強調を解消して、高画質、高安定性を実現した現像装置を提供することである。
【0038】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像装置にて達成される。要約すれば、本発明は、移動可能な像担持体表面上に形成された静電潜像を、非磁性トナーと、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量、且つ、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアと、を含有する現像剤により、現像部にて現像する現像装置であって、
磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される複数の現像剤担持体により前記現像剤が前記現像部に搬送されて現像が行なわれることを特徴とする現像装置を提供する。
【0039】
本発明の一実施態様によると、前記複数の現像剤担持体が、前記像担持体表面に沿って、その移動方向に沿って上流から下流に並べて配置され、前記上流に配置された現像剤担持体による現像から前記下流に配置された現像剤担持体による現像へと、順に現像が行われる。
【0040】
本発明の他の実施態様によると、更に、前記現像剤を収容する現像器を複数、前記像担持体の移動方向に沿って有し、該複数の現像器の各々が、前記複数の現像剤担持体のうちの少なくとも1個を備えるか、又は、更に、前記現像剤を収容する現像器を1個、前記像担持体と対向させて有し、該現像器が、前記複数の現像剤担持体を備える。
【0041】
本発明の他の実施態様によると、前記像担持体と前記現像剤担持体とが対向した前記現像部において、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像動作が行われる。
【0042】
本発明の他の実施態様によると、前記現像バイアスは、
前記現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧を所定時間印加する工程と、前記現像剤に前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧をある時間印加する工程と、を交互に複数回繰り返す方法で印加される交流電圧、
及び、該交流電圧の前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、前記像担持体上の前記静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値を有し、前記現像剤担持体に一定時間印加される直流電圧、を用いた現像バイアスである。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る現像装置を図面に則して更に詳しく説明する。しかし、現像装置及びそれが取り付けられる画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0044】
実施例1
以下、本発明の実施例について説明する。
【0045】
図1は、本発明の現像装置が取り付けられる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【0046】
画像形成装置(複写機)は、原稿台10及び光走査ユニット9を有する露光部の下に、像担持体である感光ドラム1、現像器4、5の現像器2個を有する現像装置A、及びレーザ走査部100等を有するプリンタ部を備えており、原稿台10上に原稿Gを複写すべき面を下側にして置き、コピーボタンを押すと、原稿Gの複写、即ち画像形成が開始される。
【0047】
光走査ユニット9は、原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、CCDセンサーを一体に組込んで構成されており、コピーボタンを押すことにより、このユニット9が照射用ランプで原稿Gを照射しながら走査し、その照射光の原稿面からの反射光が短焦点レンズアレイによって結像してCCDセンサーに入射される。
【0048】
CCDセンサーは受光部、転送部及び出力部から構成されており、受光部で入射光信号を電荷信号に変え、転送部でその電荷信号をクロックパルスに同期して順次出力部に転送し、出力部で電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られた画像信号(アナログ信号)は、周知の画像処理によりデジタル信号に変換された後、プリンター部に送られる。
【0049】
プリンター部では、まず、像担持体である感光ドラム1の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム1は、中心支軸を中心にして所定の周速度で回転駆動され、回転過程において帯電器3により表面が例えば−650Vとなるように一様な帯電処理を受ける。次いで、レーザ走査部100の固体レーザ素子が上記の画像信号(デジタル信号)を受けてON/OFF発光によりレーザビームLを発生し、回転多面鏡を用いてそのレーザビームLにより感光ドラム1の表面を走査し、感光ドラム1の表面に原稿画像に対応した静電潜像が順次形成される。
【0050】
図5に、上記の潜像形成手段である固体レーザ素子を備えたレーザ走査部100の概略構成を示す。レーザ走査部100では、まず、入力された画像信号に基づき発光信号発生器101により固体レーザ素子102を所定タイミングで明滅させる。このようにして固体レーザ素子102から放射されたレーザ光を、コリメータレンズ系103により略平行な光束に変換し、更に矢印b方向に回転する回転多面鏡104により矢印c方向に走査するとともに、fθレンズ群105a、105b、105cによりここでは感光ドラム1の表面である被走査面106にスポット状に結像する。このようなレーザ光の走査により、被走査面106上に画像1走査分の露光分布が形成され、更に各走査ごとに被走査面106を前記の走査方向とは垂直に所定量だけスクロールすることにより、被走査面106上に画像信号に応じた露光分布が得られる。つまり、静電潜像が形成される。本発明では、非操作面106は感光ドラム1表面となる。
【0051】
本実施例では、像担持体として、通常使用されるドラム状の有機感光体である感光ドラム1を使用したが、勿論、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもできる。アモルファスシリコンドラムを採用すれば、感光ドラムも長寿命になる。
【0052】
本実施例では、帯電器3としてコロナ帯電器を用いたが、接触帯電器、特に電荷注入系の磁気ブラシ帯電方式の帯電器を用いても構わない。
【0053】
帯電工程が終了した後、上記のレーザ操作部100の走査にて、感光ドラム1上には静電潜像が形成され、この静電潜像は、感光ドラム1の周囲に設置された二成分現像器4、5を備えた現像装置Aにより現像され、現像剤像(トナー像)として可視化される。
【0054】
現像によって感光ドラム1上に形成されたトナー像は、給紙カセット80から搬送されて来る転写材P上に転写される。感光ドラム1の下側には、駆動ローラ72及び従動ローラ73に掛け廻されて、感光ドラム1の回転方向と順方向の図1の矢印方向に回動する転写ベルト71が設置されている。
【0055】
転写材Pは給紙カセット80から取り出され、感光ドラム1の回転と同期をとって適正なタイミングで転写ベルト71上に給紙され、所定のタイミングで感光ドラム1と転写ベルト71とが当接した転写部に搬送される。転写ベルト71の転写部の内側には転写帯電ブレード74が設置され、この転写帯電ブレード74により転写ベルト71を感光ドラム1の方向に押圧しつつ、転写帯電ブレード74に図示しない高圧電源から給電することにより、転写材Pに裏面側からトナーと逆極性の帯電を行なって、感光ドラム1上に形成されたトナー像を転写材P上に静電転写する。
【0056】
本実施例では、転写ベルト71として厚さ75μmのポリイミド樹脂のシートを用いた。転写ベルト71としては、他に、ポリカーボネート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエテールエーテルケトン樹脂、ポリエテーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂等の樹脂シート、あるいはフッ素系やシリコン系のゴムシートを好適に用いることができる。転写ベルト71の厚みも75μmに限定されるわけではなく、約25〜2000μm、好ましくは50〜150μmのものを好適に使用することができる。
【0057】
転写帯電ブレード74としては、抵抗が105〜107Ωで、厚さが2mm、長さが306mmのものを用いた。転写時、転写帯電ブレード74に印加した電流は+15μAで、これを定電流制御して給電した。
【0058】
以上のようにして、トナー像が転写された転写材Pは、転写ベルト71から分離したのち定着器8へ搬送され、そこで転写材Pを加熱及び加圧して画像の定着を行ない、プリント画像として画像形成装置の機外に出力される。トナー像を転写後の感光ドラム1は、表面に付着した転写残りのトナー等の汚染物をクリーナ6によって除去し、繰り返し画像形成に使用される。
【0059】
画像形成は、以上の工程を経て行なわれるが、本発明は、以上説明してきたような一つの感光ドラムで画像形成を行なう例に限定されるものではなく、例えば、転写ベルト71の回りに感光ドラムと4色(例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、Bk等)の現像装置がそれぞれセットになって配置される、タンデム方式にも適用できるものである。
【0060】
本発明の画像形成装置では、従来と同様、内部に磁界発生手段が配置されている回転可能な導電性円筒にて構成される現像剤担持体(現像スリーブ)の表面に、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持して、感光ドラムとの対向部である現像部へ搬送し、磁界発生手段の現像磁極により現像部に現像剤の磁気ブラシを形成して、感光ドラム(像担持体)上の静電潜像を現像する二成分接触現像法を採用する。
【0061】
そして、図1に示されるように、本実施例では、現像スリーブ11は、感光ドラム1の表面の移動方向(回転方向)に沿って、上流と下流に設けられた現像器4、5それぞれに設置され、こうして各々に現像スリーブ11が設けられた2個の現像器4、5で現像装置Aを構成している。
【0062】
ここで、本発明に使用される現像剤について説明する。
【0063】
本発明では、高画質、高安定性を実現するために、現像工程に使用する二成分現像剤中の磁性キャリアとして、100mTの磁界において、3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を持つものを使用することが大きな特徴である。
【0064】
本実施例で使用されている磁性キャリアの物性値を、以下に説明する。
【0065】
キャリアの磁化量として、2.0×105A/mより大きい磁気特性を有するキャリアでは、本発明の効果である、高画質/高安定化が達成できない。又、3.0×104A/m未満の特性をもつキャリアでは、現像スリーブ上の現像剤コート不良等の問題が発生するので、3.0×104A/m以上であることが必要である。従って、本実施例でも、上述の領域のものを使用した。
【0066】
磁化量は、キャリアの磁気特性を理研電子(株)製の振動磁場型磁気特性自動記録装置にて、100mTの外部磁場中にパッキングしたキャリアの磁化(Am2/kg)を求め、その後キャリアの真比重(kg/m3)をかけることで磁化量(A/m)を算出した。
【0067】
又、磁性キャリアの体積抵抗値(比抵抗)が109Ω・cmより小さい場合は、本実施例の構成のように、キャリアの磁化量が比較的低磁気量のものを用いた場合、キャリア付着が発生しやすくなる。1014Ω・cmより大きいキャリアを使用した場合は、現像剤として電気的にほぼ絶縁性になり、エッジ強調が顕著に表れ、現像プロセス構成を工夫しても抑制するのが困難になる。
【0068】
従って、本発明では、キャリアの抵抗を109Ω・cm以上1014Ω・cm以下にすることが必要である。本実施例においても、体積抵抗値がこの領域内にあるものを用いている。
【0069】
磁性キャリアの体積抵抗値である比抵抗は、セルに磁性キャリアを充填し、この充填したキャリアに接するように1対の電極の一方、他方を配し、これらの電極間に電圧を印加して、そのときに流れる電流を計測することにより測定した。比抵抗の測定条件は、充填したキャリアと電極の接触面積が約2.3cm2、キャリア充填厚さが約2mm、上部電極の荷重が180g、印加電圧が100Vであった。この場合、磁性キャリアが粉末であるため充填率に変化が生じることがあり、それにともない比抵抗が変化するので、そうならないようにキャリアの充填に慎重を要する。
【0070】
磁性キャリアとしての例を挙げると、表面酸化、未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属を含むフェライト、あるいは、それらの酸化物を含むフェライト等を用いることができ、その製法は問われない。磁性キャリアは周知の方法で樹脂被覆することができる。本実施例では、ネオジウム、サマジウム、バリウム等を含むフェライト粒子に樹脂被覆した、重量平均粒径が20〜100μm、好ましくは20〜70μmの粒子である。そして、109〜1014Ω・cmの範囲内でも、109〜1010Ω・cmの体積抵抗値(比抵抗)を有する磁性キャリアを用いることが好ましい。
【0071】
磁性キャリアの平均粒径は、垂直方向最大限長で示しており、本発明では、顕微鏡により50〜1000倍の倍率でキャリアを写真撮影し、得られた写真画像内のキャリア粒子から3000個以上のキャリア粒子をランダムに選び、それらの長軸を実測して算術平均を取ることにより求めた。
【0072】
上記の磁性キャリアとともに現像剤に使用されるトナーとしては、従来公知の、例えば粉砕系のトナー等を用いることができる。トナーの体積平均粒径は4〜15μmが好適である。トナーの体積平均粒径は、たとえば下記の測定法で測定することができる。
【0073】
測定装置としてコールカウンターTA−II型(コールター社製)を用い、これに、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェース(日科機製)及びCX−iパーソナルコンピュータ(キヤノン製)を接続する。電解液は、塩化ナトリウム(試薬1級)を用いて1%NaCl水溶液を調製する。
【0074】
上記の電解液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を0.1〜5ml加え、さらに測定試料のトナーを0.5〜50mg加えて懸濁する。この試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約1〜3分分散処理した後、上記のコールカウンターTA−II型により、100μmのアパチャーを用いて2〜40μmのトナー粒子の粒度分布を測定し、トナーの体積分布を求める。このようにして求めたトナーの体積分布からトナーの体積平均粒径が得られる。
【0075】
又、本発明で使用する外添剤は、トナーに添加したときの耐久性の点から、トナー粒子の重量平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。この外添剤の粒径は、顕微鏡によるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。外添剤は、トナー100重量部に対し0.01〜15重量部が用いられ、好ましくは0.05〜12重量部である。
【0076】
外添剤としては次のようなものが挙げられる。酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物;窒化ケイ素等の窒化物;炭化ケイ素等の炭化物;硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の金属塩;ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩;カーボンブラック;シリカ等。これら外添剤は単独で使用しても、複数併用してもよい。好ましくは疎水化処理を行なったものがよい。
【0077】
以上の成分から構成されるトナーの帯電極性は、ネガ極性、ポジ極性どちらでも可能であるが、本実施例では、ネガ帯電極性のトナーを用い、キャリアとの摩擦により帯電する平均帯電量(単位重量当りの電荷量;以下Q/M)が−1.0×10−2C/kg〜−6.0×10−2C/kgのものを用いた。
【0078】
ここで、このような100mTの磁界において、3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し、体積抵抗値が109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の領域のキャリアを含む現像剤を使用した場合、低磁化量キャリアを使用しているが、キャリア付着に対する抑制効果は大きい。しかし、従来例にても説明したように、現像時に、感光ドラム上に形成された潜像電位に対する対向電極が弱いため、エッジ強調が発生しやすくなる。
【0079】
しかし、本発明者らの検討によると、高抵抗キャリアを用いても、現像機会が2度あれば、エッジ強調を抑制できることを見出した。即ち、複数の現像スリーブを感光ドラム表面に沿って、その移動方向上流、下流に並べて配置し、現像に使用すれば目的を達成できる。本実施例では、こうしたエッジ強調に対するプロセス(ハード)的対策として、現像装置を複数の現像器から構成し、それら各々に設けた現像スリーブを使用する構成をとっている。
【0080】
本実施例では、現像装置Aは、図2に示す構成の2つの現像器4、5にて構成される。図2は、現像器4の概略構成図である。現像器4と現像器5は同じ構成であり、感光ドラム1の外周の上流、下流に配置していることにより、現像スリーブ11内の磁界発生手段であるマグローラ12のマグネットパターン等の違いはあるが、同じ原理で作られているので、説明は感光ドラム1の回転方向で上流側の現像器4の方でのみ行なう。
【0081】
本現像器4は、二成分磁気ブラシ現像器として構成されている。現像器4は、上記に説明したトナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤19を収容した現像容器16を備える。その現像容器16の感光ドラム1と対面した開口部に、現像剤19を担持して感光ドラム1と対向した現像部に搬送する現像剤担持体である現像スリーブ11が設置され、現像スリーブ11は、感光ドラム1との対向部が同方向に移動する向きに回転する。
【0082】
ここで、現像スリーブ11の直径は30mm、感光ドラム1の直径は80mm、又、この現像スリーブ11と感光ドラム1との最近接領域を約500μmの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤19を感光ドラム1と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。本実施例では、この時、現像スリーブ11回転方向で現像部より上流にて現像スリーブ11に対向している現像剤規制部材である規制ブレード15によって、現像スリーブ11上の単位面積当りの現像剤コート量を30mg/cm2に規制している。現像スリーブ11はAlやSUS等の導電性の材質で形成されている。
【0083】
現像スリーブ11内には磁界発生手段であるマグネットローラ12が固定配置され、又、本実施例では現像スリーブ11のほぼ頂部に対し、上記に説明した導電性磁性の規制ブレード15が垂直に配置されている。規制ブレード15と現像スリーブ11は、間隙を200〜1000μm、好ましくは300〜700μmに設定される。本実施例では600μmに設定した。
【0084】
更に、現像容器16内には、底部に現像剤19を攪拌搬送する2本の現像剤撹拌搬送スクリュー13が配置される。
【0085】
感光ドラム1上に形成された静電潜像は、現像器4を用いて二成分磁気ブラシ現像法により、以下のようにして現像される。まず、現像スリーブ11が回転され、その回転にともなってマグネットローラ12の現像容器16内部側に位置する磁極N3により、現像容器16内の現像剤19が現像スリーブ11上に汲み上げられ、汲み上げられた現像剤19は、現像スリーブ11の回転移動によって、磁極S2からN1へと搬送される。この搬送過程で、現像剤は規制ブレード15により現像剤層の厚みを磁気的に規制されて、現像スリーブ11上に薄層の現像剤層に形成される。その現像剤薄層は、現像部に位置するマグネットローラ12の現像主極S1に搬送されて来ると、現像主極S1の磁力により感光ドラム1に向けて穂立ちする。この現像剤の穂立ち(磁気ブラシ)が感光ドラム1の表面に接触して、感光ドラム1上の静電潜像を現像し、静電潜像がトナー像として可視化される。
【0086】
この現像のとき、現像スリーブ11には感光ドラム1との間に、バイアス電源17から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。本実施例では、現像バイアスは、−500Vの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Vppが2000V、周波数fが2000Hzの交流電圧である。直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。一般に、二成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶり発生しやすくなる。このため、現像スリーブ11に印加する直流電圧と感光ドラム1の帯電電位(即ち白地部電位)との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止することが行なわれる。
【0087】
又、現像領域においては、現像器4、5の現像スリーブ11は、共に感光ドラム1の移動方向と順方向で移動し、周速比は、対感光ドラム1.75倍で移動している。この周速比に関しては、0〜3.0倍の間で設定され、好ましくは、0.5〜2.0倍の間に設定されれば、何倍でも構わない。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。
【0088】
以上説明してきた構成条件は、現像器5に関しても全く同じである。
【0089】
本実施例において、上記に説明した構成の2つの現像器4、5、及び低磁化、高体積抵抗値を有する二成分現像剤を備えた現像装置Aを用いて、現像を行なった場合、感光ドラム1の回転方向で上流側に位置する現像器4の現像スリーブ11と感光ドラム1の対向部の現像領域では、感光ドラム1上の静電潜像に対して、1回目の現像が行なわれる。
【0090】
1回目の現像時には、本構成のような高抵抗/低磁化のキャリアを用いた場合は、“はき寄せ”や、“白抜け”等を含む、エッジ強調がされた状態で現像される。
【0091】
即ち、現像スリーブ11上にコートされた現像剤19中から、現像スリーブ11と(感光ドラム1上に形成された)静電潜像との間で形成された電界に応じて、トナーが飛翔した結果、現像終了段階まで達していない状態である。
【0092】
ここで述べた現像終了段階とは、現像終了後に静電潜像の電位と現像スリーブ11の電位との間の電位差をトナーが移動することで解消した状態、即ち、現像後にトナーが付着した状態の電位を測定した時、電位が現像スリーブ11に印加したDC電位(Vdc)に収束している状態である。本件ではそのように定義する。
【0093】
現像終了段階まで達するか否かは、用いたキャリアの抵抗値依存がある。比抵抗が本実施例のものよりも低い104Ω・cmのキャリアを用いた場合は、感光ドラムの潜像電位そのものが、対向電極があることにより、エッジが強調された電位にはなりづらい。即ち、現像スリーブ11から感光ドラム1近傍の磁気ブラシ先端までが現像スリーブ11とほぼ同電位になり、磁気ブラシ先端から、感光ドラム1までの短い間隙で、大きな電界が発生する。この場合は、この磁気ブラシ先端の電位と感光ドラム1上の静電潜像の電位との間の電位差を、トナーが移動することで解消して、所謂現像終了段階まで持っていきやすい。
【0094】
しかし、本実施例の構成の場合、高抵抗キャリアを用いており、感光ドラム1上の静電潜像に対する対向電極が、現像剤中に存在しないので、静電潜像電位自体がエッジ強調された状態であり、又、高抵抗キャリアを用いることにより、その電界に忠実にトナーが飛翔することにより、エッジが強調された状態でトナーが付着する。
【0095】
そこで、2回目の現像では、1回目の現像で潜像電位と現像スリーブ11の電位との間の電位差をトナーの移動によりある程度解消した状態、即ちトナーが付着した結果、潜像電位と、現像スリーブとの間の電位差が小さくなった状態になっていることから、その状態を初期電位状態として、更に2回目の現像を行なうことで、現像終了段階に達するようにさせる。
【0096】
その結果、現像終了段階に達していなかったことにより発生する、エッジ強調は発生しなくなる。
【0097】
以上、説明してきたように、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し且つ109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを含有する二成分現像剤を用いても、複数の現像器により現像を行なえば、低磁化キャリアを使用することにより、高画質/長寿命を、キャリア付着、エッジ強調といった問題を発生させずに、達成することができた。
【0098】
つまり、本発明は、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを使用し、且つ複数の現像スリーブを感光ドラム表面に沿って、その移動方向上流、下流に並べて配置し、現像に使用する現像装置に関するものであり、即ち、高画質且つ高安定化のために、比較的低磁化量のキャリアを用いる一方で、キャリアの抵抗値を高くすることによりキャリア付着を抑制し、その際に発生するエッジ強調を複数回の現像機会を設けることで解消するようにしたことに要約される。
【0099】
そして、本実施例においては、その複数の現像機会を、1つの現像スリーブを有する現像器を2つ用いることによって、2回に増やした。尚、現像機会は2回より多くてもよく、3回以上に増やせばそれだけ十分にトナーが静電潜像に移動し、良好な現像が達成できる。よって、現像装置には、現像器は3個以上設けても良い。又、現像器に2個以上の現像スリーブが設けられても良い。
【0100】
又、現像器の構成は現像スリーブを有するものなら、他の構成のものでも良い。
【0101】
本構成をとれば、高抵抗キャリアを用いても、感光体上に形成された潜像に対して2回以上の現像機会が存在することにより、エッジ強調を解消した画質を長期にわたり実現することが出来る。
【0102】
実施例2
本実施例の画像形成装置では、現像装置の構成以外は、実施例1と同じ構成とした。
【0103】
図3に示すように、実施例1の現像装置Aでは2個の独立した現像器4、5を用いているのに対し、本実施例の現像装置Bは、1個の現像器4’で構成され、現像器4’内に2本の現像スリーブ11aと11bを含有している。
【0104】
こうした現像スリーブを複数有する現像器で構成される現像装置を用いれば、本発明の目的は達成できる。そうした現像装置の一例として、本実施例で用いた現像装置Bを構成する現像器4’に関して、図3、4を用いて説明する。
【0105】
本現像装置Bは、実施例1の現像装置Aと同様に、二成分磁気ブラシ現像器にて構成されており、実施例1にて説明したトナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤19を収容した現像容器16を備える。図4に示すように、その現像容器16の感光ドラム1と対面した開口部に、現像剤19を担持して感光ドラム1と対向した現像部に搬送する現像剤担持体である現像スリーブ11a、11bの2個を、隣り合わせて感光ドラム1に対向させて、その移動方向に沿って上流側と下流側に設けられている。ここでは、現像スリーブ11a、11bは、共に感光ドラム1との対向部が同方向に移動する向きに回転する。
【0106】
図4に示すように、感光ドラム1移動方向上流側の現像スリーブ11a内のマグローラー12aの、現像部より現像スリーブ11a回転方向上流に位置するN1極と現像剤規制部材である規制ブレード15で現像剤層厚が規制される。そして実施例1と同様に、図示しない電源から現像バイアスが両者の現像スリーブ11aと11bに、共通に印加される。現像バイアスに関しては実施例1と同様のものを印加する。
【0107】
2本の現像スリーブ11aと11b各々の構成は、実施例1の現像器4、5に設けられた現像スリーブと同じで、それぞれ、内側に固定された磁界発生手段であるマグネットローラー12a、12bが配置された、回転可能な非磁性円筒11a、11bから構成される。
【0108】
この2本の現像スリーブ11a、11b上の剤の流れは、感光ドラム1の移動方向、上流側の現像スリーブ11aで1回目の現像が終了した現像剤が、下流側の現像スリーブ11bに受け渡されて、2回目の現像を行う。現像スリーブ11aと11b間の現像剤の受け渡しは、両現像スリーブ11a、11b内のマグローラ12a、12bそれぞれに設けられているS極とN極を対向して受け渡す構成である。
【0109】
この構成の場合、2回目の現像時のT/D比が確実に低下しているので、1回目の現像後の現像剤が確実に攪拌されずに、現像剤中のキャリアに誘起される逆電荷(キャリアからトナーが剥がされることにより、キャリアに誘起される逆電荷(+側)即ちカウンターチャージ)が残っている場合は、2回目の現像時にハキメムラ等が発生しやすくなる。しかし、本構成のようにすれば、カウンターチャージが発生した現像後の剤が上流スリーブ11a上を移動し、更に下流スリーブ11bに受け渡されて、2回目の現像を行なうまでの間に、充分なトナーとキャリアの動きがあることで、カウンターチャージは消滅する。その結果、T/D比は下がるもののハキメムラ等は発生しない。
【0110】
この系の場合、現像器を2個、感光ドラム1の回りに配置することがなく、1個の現像器で対応が可能となり、構成が簡略化できる。
【0111】
尚、図2における攪拌搬送スクリュー13に変わるものとして、本実施例では、バケットローラー14を用いた構成をとっている。この構成は、この例に限られるものでなく、現像器4、5と同様に、長手方向の攪拌搬送を行なう、らせん状のスクリューを用いても構わない。
【0112】
以上のように、こうした現像装置を取り付けた画像形成装置において、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し且つ109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを含有する二成分現像剤を用いても、本発明の現像装置に設けられた複数の現像スリーブにより複数回の現像を行なえば、低磁化キャリアを使用することにより、高画質/長寿命を、キャリア付着、エッジ強調といった問題を発生させずに、しかも、小スペース/低コストで達成することができた。
【0113】
尚、現像スリーブの回転方向や、現像剤の流れは本実施例に限定されるものではないが、現像スリーブの回転方向が変わると、スリーブ上の現像剤規制の位置が変更される。
【0114】
現像器に設けられる現像スリーブの数は3個以上でも良く、複数個の現像スリーブを並べて像担持体の移動方向に沿って配置し、3回以上の現像を行うようにする。
【0115】
実施例3
本発明では、現像バイアス波形のみ実施例1と異なり、他の構成は全て実施例1と同じとした。本実施例で用いた現像バイアスについて説明する。
【0116】
本発明で用いた現像バイアスは、現像バイアスの印加方法が、二成分現像剤に像担持体(感光ドラム)から現像剤担持体(現像スリーブ)に向かう方向の力を与える電圧をある時間印加する工程と、逆に二成分現像剤に現像スリーブから感光ドラムに向かう力を与える電圧をある時間印加する工程とを交互に複数回繰り返す交流電圧と、且つその交流電圧の現像スリーブから感光ドラムに向かう力を与える電圧を印加した後に、感光ドラム上の静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値である直流電圧を上記現像スリーブに一定時間印加し、これら交流電圧と直流電圧の組み合わせによるサイクルを繰り返すことによって行う。この現像バイアスは、一般に「ブランク・パルス・バイアス」と称される。
【0117】
上記のような現像バイアスを印加することにより、画像領域にだけトナーを飛翔させる直流電圧(以下、「ブランクバイアス」と称す。)を印加した後、感光ドラム近傍でトナーを振動させる交流電圧を印加するため、画像部においては、あたかも現像剤のT/D比が高まったようになり、その結果、特に、ハーフトーン部領域に対して充分にトナーを均一に供給することができ、ハキメムラの目立たない滑らかな画像が得られる。
【0118】
又、現像バイアスによる、このトナーの挙動は、全濃度領域に対しても現像性を向上させることとなり、本発明の構成に対して、例えば、耐久後半にT/D比が低下した場合でも、現像性が高いまま保て、エッジ強調のみならず、ハキメムラに対しても有効に働く。このことは、トナー濃度制御や、SDgap、現像剤コート量等に対するラティチュードを広げることにもなる。
【0119】
本実施例では、1パルス2kVpp/12kHzの矩形波を2パルスONし、6パルス分OFFしている現像バイアスを用いた。
【0120】
又、こうしたブランク・パルス・バイアスは、実施例2に説明した1個の現像器に対し複数の現像スリーブを有する構成の現像装置においても、それぞれの現像スリーブにも印加することができ、同様の効果が上げられる。
【0121】
以上のように、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量を有し且つ109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを含有する現像剤を用いて、複数の現像スリーブにより現像を行なう構成に、更に、ブランク・パルス・バイアスを現像バイアスとして用いれば、高画質化/長寿命化の達成と、キャリア付着、エッジ強調といった問題点の抑制だけでなく、ラティチュードの高い現像装置構成を達成することができた。
【0122】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、非磁性トナーと、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量、且つ、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアと、を含有する現像剤を用い、現像部で像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される複数の現像剤担持体により現像剤が現像部に搬送されて現像が行なわれる現像装置であるので、高品質な画像を、キャリア付着、エッジ強調といった問題を発生させずに、長期にわたり得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る現像装置が設けられる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】本発明に係る現像装置に設けられる現像器の一例を示す断面図である。
【図3】本発明に係る現像装置が設けられる画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図4】本発明に係る現像装置に設けられる現像器の他の例を示す断面図である。
【図5】潜像形成手段の構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 感光ドラム(像担持体)
4、5 現像器(実施例1)
6 現像器(実施例2)
11、11a、11b 現像スリーブ(現像剤担持体)
12、12a、12b マグローラ(磁界発生手段)
13 現像剤攪拌スクリュー
14 バケットローラー
15 規制ブレード(現像剤規制部材)
16 現像容器
19 現像剤
A、B 現像装置
Claims (9)
- 移動可能な像担持体表面上に形成された静電潜像を、非磁性トナーと、100mTの磁界において3.0×104A/m以上2.0×105A/m以下の磁化量、且つ、109Ω・cm以上1014Ω・cm以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアと、を含有する現像剤により、現像部にて現像する現像装置であって、
磁界発生手段を内蔵した回転可能な導電性円筒にて構成される複数の現像剤担持体により前記現像剤が前記現像部に搬送されて現像が行なわれることを特徴とする現像装置。 - 前記複数の現像剤担持体が、前記像担持体表面に沿って、その移動方向に沿って上流から下流に並べて配置され、前記上流に配置された現像剤担持体による現像から前記下流に配置された現像剤担持体による現像へと、順に現像が行われることを特徴とする請求項1の現像装置。
- 更に、前記現像剤を収容する現像器を複数、前記像担持体の移動方向に沿って有し、該複数の現像器の各々が、前記複数の現像剤担持体のうちの少なくとも1個を備えることを特徴とする請求項1又は2の現像装置。
- 更に、前記現像剤を収容する現像器を1個、前記像担持体と対向させて有し、該現像器が、前記複数の現像剤担持体を備えることを特徴とする請求項1又は2の現像装置。
- 前記像担持体と前記現像剤担持体とが対向した前記現像部において、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像動作が行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の現像装置。
- 前記現像バイアスは、
前記現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧を所定時間印加する工程と、前記現像剤に前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧をある時間印加する工程と、を交互に複数回繰り返す方法で印加される交流電圧、
及び、該交流電圧の前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、前記像担持体上の前記静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値を有し、前記現像剤担持体に一定時間印加される直流電圧、を用いた現像バイアスであることを特徴とする請求項5の現像装置。 - 前記像担持体に対して前記現像剤が接触状態で前記静電潜像の現像を行う接触現像方式の現像が行われることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の現像装置。
- 前記静電潜像がデジタル信号を使用して形成された潜像であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかの項に記載の現像装置。
- 前記現像部で、前記複数の現像剤担持体の前記現像剤の担持面が、前記像担持体の表面移動速度に対して0倍〜3.0倍の間の移動速度で移動することを特徴とする請求項1〜8のいずれかの項に記載の現像装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002180004A JP2004021201A (ja) | 2002-06-20 | 2002-06-20 | 現像装置 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
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