JP4785408B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
誘電体層をもつ現像ローラ(現像剤担持体)上に、非磁性現像剤を担持し感光体の表面に接触させて現像を行う方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。現像装置内の現像剤は機械的攪拌機構や重力により現像ローラに供給する。現像ローラに接触する弾性ローラを設け現像剤の搬送供給を行う。この弾性ローラは、現像ローラ上の現像剤を均一にする目的から、感光体に移行せずに現像ローラに残った現像剤を一旦除去する機能も担っている。感光体の基材と現像ローラの間にはDCバイアスが印加される。
この方式(例えば、特許文献2及び特許文献3参照)は、一成分磁性現像剤(磁性一成分現像剤)を用い、マグネットを内包した現像スリーブ(現像剤担持体)に現像剤を担持し、現像スリーブの表面から所定の微小間隙をおいて感光体に対向させ、この間隙を飛翔する現像剤により現像する。現像装置内の現像剤は、機械的攪拌機構や重力により現像スリーブに搬送されるとともに、現像剤はマグネットによる一定の磁力を受けて現像スリーブに供給される。そして、規制手段により現像スリーブ上に一定の現像剤層を形成し、現像に用いられる。マグネットにより現像剤に働く力は現像剤の搬送のみでなく、現像部においても積極的に使用される。現像部においては現像剤が非画像部に移行しカブリなどの画像不良が発生するのを防止する。つまり、現像時に現像剤は現像スリーブに内包したマグネットに向かい磁力を受けているからである。現像剤の飛翔にはDCバイアスにACバイアスを重畳したバイアスが使用される。DCバイアス電圧は、感光体の画像部電位と非画像部電位の間の値に調整される。更に、AC電圧を重畳し、画像部及び非画像部に対し現像剤が往復運動することにより現像剤で画像部を現像する。
装置構成の簡略化や廃棄物を無くすという観点から、転写方式の画像形成装置において感光体の転写工程後の表面清掃手段である専用のドラムクリーナーを廃し、現像剤を装置内でリサイクルする電子写真プロセスの提案がされている。例えば、前述の非磁性接触現像方式を用いて、現像時に同時に転写残となった現像剤を回収する画像形成装置が提案されている(例えば、特許文献4参照)。
|Br|/|B|≦0.5・・・(2)式
L/(BH×R)≧0.1・・・(3)式
ここで|Vdev|は該現像剤担持体に印加するバイアスの直流成分の値Vdevの大きさ、|Vs|は該現像剤担持体当接部材に印加するバイアスの直流成分の値Vsの大きさである。|B|は、該当接位置における磁束密度Bの大きさ(|B|=|Br2+Bθ2|1/2)であり、該現像剤担持体の表面に形成される磁束密度Bのうち、Brは該現像剤担持体の表面に対して垂直成分、Bθは該現像剤担持体の表面に対して水平成分である。Lは該現像剤担持体と該現像剤担持体当接部材との間の当接ニップ幅、BH(rad)はBθの半値幅、Rは該現像剤担持体の半径である。
発明(3):該当接ニップ幅Lと、該磁界発生手段により発生する該現像剤担持体の表面における磁束密度の水平成分Bθの半値幅BHと、該現像剤担持体の半径Rの関係が(5)を満たすことを特徴とする(1)または(2)に記載の現像装置。
図1は本発明に従う現像装置を用いた画像記録装置(画像形成装置)の概略構成図である。この画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザプリンタである。
図2は本発明の現像装置を用いた第二の実施形態の画像記録装置を示す概略構成図である。本実施形態の画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用、トナーリサイクルプロセス(クリーナーレスシステム)のレーザプリンタである。前述の実施形態1の画像記録装置と同様の点については再度の説明を省略し、異なる点について述べる。
[実施例1](磁性接触現像、弾性スリーブ、極間当接、当接幅−大、シートバイアス供給側)
本実施例の現像装置60A(図1)について説明する。60bは固定の磁界発生手段としてのマグネットロール60aを内包させた、現像剤担持体(現像剤担持搬送部材)としての現像スリーブである。現像スリーブ60bはアルミシリンダー60b1上に非磁性の導電弾性層60b2を形成して構成され、感光ドラム1に対し一定の加圧量をもって当接されている。感光ドラムと現像スリーブ間の圧力は、引抜き圧で200N/mになるよう調整した。引抜き圧とは、当接させる2つの部材の間に、厚さ30μmの2枚のSUS板で挟んだ同じく30μmのSUS板を挟みそのSUS板を引抜くときの力をSUS板の長さ1mあたりに換算した線圧相当値である。
|B|=|Br2+Bθ2|1/2
を算出した。
本比較例の現像装置60Bについて述べる。本例の現像装置は基本的に実施例1記載の現像装置60Aに準ずるが、当接部材を取り除いた。概略図を図5に示す。
本比較例の現像装置は基本的に実施例1記載の現像装置60Aに準ずるが、当接部材の現像スリーブへの当接位置が異なる。
本比較例の現像装置は基本的には実施例1記載の現像装置60Aに準ずるが当接部材への印加バイアスが異なる。本例においては、当接部材を現像スリーブに導通させた。
本比較例の現像装置は基本的には実施例1記載の現像装置60Aに準ずるが当接部材への印加バイアスが異なる。本例においては、当接部材への印加バイアスVsを−240Vとし、除電側(|Vs|<|Vdev|)に100Vの電位差をもって設定した。
本比較例の現像装置は基本的には比較例5記載の現像装置60Aに準ずるが当接部材の現像スリーブへの当接幅が異なる。本比較例においてはL=0.07mm(L/(R×BH)=0.01)に設定した。
本比較例の現像装置60Cについて述べる。本比較例を用いる概略図を図6に示す。現像剤として後述するトナーt2を用いた。
トナーt2:実施例1に準ずる。
本比較例の現像装置60D(図7)について述べる。本比較例の現像装置は基本的には比較例6記載の現像装置60Cに準ずるが当接部材を具備することが異なる。
本比較例の現像装置60Eについて述べる。比較例8を用いた概略図を図8に示す。60hは心金60h1上に導電弾性層60h2を形成し現像ローラである。また、60kは心金60k1上に弾性層60k2を形成した、弾性ローラである。現像ローラは、感光ドラムに対し一定の加圧量を持って当接され、その引抜き圧は20N/mであった。また、弾性ローラは現像ローラに対し一定の軸間隔で固定されており、その引抜き圧は40N/mであった。また、現像ローラは感光ドラムに対し、1.4倍の周速度で駆動されており、弾性ローラは現像ローラと同回転数にて、表面が逆方向に移動するよう回転駆動されている。現像ローラのゴム硬度は、ASKER C(500g加重)で50度、マイクロ硬度で42度であった。
本比較例の現像装置60Fについて述べる。比較例9を用いる概略図を図9に示す。60hは心金60h1上に導電弾性層60h2を形成する現像ローラである。また、60jは弾性体60j1を裏打ちした導電シート60j2により構成された除電シートである。現像ローラは、感光ドラムに対し一定の加圧量を持って当接され、その引抜き圧は20N/mであった。また、除電シートは現像ローラに対し一定の侵入量で固定されており、その引抜き圧は55N/mであった。また、現像ローラは感光ドラムに対し、1.4倍の周速度で駆動した。また、現像ローラに非接触に配した搬送ローラ60nを設け現像ローラと周速度が同じになるよう回転駆動した。現像ローラのゴム硬度は、ASKER C(500g加重)で50度、マイクロ硬度で42度であった。
本比較例の現像装置60Gは基本的には比較例8記載の現像装置60Eに準ずるが実施例1と同様に60sのカーボンシートを当接させる。比較例10を用いる概略図を図10に示す。またカーボンシートに印加電源S4より、DC電圧−440Vの電荷を印加され当接部材と現像スリーブ間にトナーをかいして、100Vの電位差を有して与えられる。
(各実施例及び比較例の評価方法)
以下では、本発明と比較例の差異を調べるための画像評価について述べる。
a)トナー磁気凝集量の測定
磁気凝集とは、トナーが数珠状に直鎖に連なって、凝集するものである。明確な発生メカニズムは、明らかではないが、おおよそ以下のようなメカニズムであると考えられる。まず、トナーが強い外部磁場中に存在する。次にトナーが、ある特定方向に一定の圧力が特定時間以上加えられる。そうすると、磁気的極性の小さいトナーが磁気的極性を生じ、数珠状に直鎖に連なり凝集する。
中:磁気凝集の存在比率が10%以上20%未満
小:磁気凝集の存在比率が10%未満
磁気凝集評価は、印字テスト5000枚印字後に行った。印字テストは、画像比率5%の横線の記録画像を間欠的に通紙して行った。
実施形態1において、さざ波画像不良評価を行った。評価方法は、ベタ白画像、ベタ黒画像、中間調画像を印字し、目視により以下の基準により評価を行う。
△:ベタ黒画像または、中間調画像中にさざ波状のムラを目視で確認できる
○:ベタ白画像、ベタ黒画像、中間調画像中に、さざ波状のムラを目視で確認できな
い
さざ波画像不良評価は、初期100枚印字後に24時間放置後に行った。印字テストは、画像比率5%の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。また、評価環境は、15.0℃、10%Rhにおいて行った。
さざ波画像不良の発生要因を述べる。さざ波画像不良は、当接部材により現像剤担持体上にコートされたトナー層に乱れた際に発生する。具体的には、以下のような過程により発生する。まず、過剰に電荷付与されたトナーが現像剤担持体表面に電気的に強固に付着する。強固に付着したトナーは、現像部で現像されずに現像容器内に戻った際に、新たに供給されたトナーと入れ替わることが難しくなる。そうすると、新たに供給されたトナーは、強固に付着したトナーの上に軽く乗る状態となる。このような状態を生じると新たに供給されたトナーは十分な電荷付与をえることが困難となる。つまり、トナーコート層中において、電荷量の異なる層が生じ、トナーコート層に乱れが生じる。新たに供給されたトナーは、電荷付与が十分に行われないまま、コートされるためベタ黒画像や中間調画像のように、均一画像上にさざ波状の画像不良を生じる。さらに、低温低湿環境下のような電荷付与性が高くなると、ベタ白画像中にもさざ波状の字汚れが発生する。
実施形態1において、全面に黒を印字するベタ黒画像を出力し、マクベス社製濃度計RD−1255により光学反射濃度を測定する。ベタ黒画像中の印字開始直後の現像剤担持体1周長分のベタ黒濃度と現像剤担持体2周長分以降のベタ黒濃度をそれぞれ10点測定し、平均を算出し、その差分Δから以下の基準により評価を行う。
△:Δが0.1以上、0.2未満
○:Δが0.1未満
濃度評価は、初期100枚後、24時間放置後に行った。印字テストは、画像比率5%の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。また、評価環境は、32.5℃、80%Rhにおいて行った。
カブリとは、本来印字しない白部(未露光部)においてトナーがわずか現像され地汚れのように現れる画像不良のことである。
△:カブリ量が1〜2%である
○:カブリ量が0.5〜1%である
◎:カブリ量が0.5%未満である
評価環境は、32.5℃、80%Rhにおいて行った。カブリ評価は、初期50枚時と、5000枚印字後に行った。印字テストは、画像比率2%の横線の記録画像を間欠的に通紙して行った。間欠的とは、印字後に待機状態へて、次の印刷を行うという意味である。また、以降述べる他の画像欠陥が生じた場合は、その個所を避けて測定し、カブリを純粋に評価できるよう配慮した。
印字テストを繰り返すことにより、現像装置内に蓄えたトナーが減少し、横線の評価画像が徐々に薄くなり、場合によっては途切れる。このようにトナー残量が減少したときのカブリ特性を別途評価した。印字テストにおいて、先のような横線画像の不良が生じたときに、カブリ評価を行うとともに、その後現像装置を記録装置から取り外し、手振りするなど中のトナーを現像スリーブあるいは現像ローラに送る動作を行い、再度装置に装着し、カブリ評価を行う。これらの、画像評価で、前述と同様のカブリ評価を行い、最も悪い(大きな)結果を用い、本評価のカブリ評価とする。
非磁性トナーの現像ローラへの供給はスポンジ状の供給ローラを現像ローラにカウンター回転になるように当接することで行われる。従って、この現像ローラと供給ローラの摺接により著しくトナーの劣化が発生し電荷付与性の低下が生じる。これにより印字枚数(特に低印字)が増えるとカブリ量が増加する。
画像評価は中間調画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。本評価において中間調画像とは主走査方向の1ラインを記録し、その後2ラインを非記録とする縞模様を意味し、全体として中間調の濃度を表現している。
△:中間調画像中に直径0.3mm以上の白点又は黒点が1〜5点存在する
○:中間調画像中に直径0.3mm以上の白点又は黒点が存在しない
評価は5000枚の印字テスト後に行った。印字テストは、画像比率2%の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。
トナーの凝集塊の発生や異物の混入により、コート層を乱すために、凝集塊や異物程度の大きさの欠陥を中間調画像中に生じる。
画像評価は縦、横の1ドットラインの連続性で行った。各例のプリンタにおいて600dpiレーザスキャナを使用し画像記録を行った。プロセス進行方向に平行な1ドットのラインと、レーザ走査系の主走査方向と平行な1ドットライン各々について行った。それぞれ、2cm長のヘアラインを、各例の装置において出力し、それぞれのラインについて、無作為に100ポイント抽出し、それぞれのポイントでラインを中心とする200μm四方を光学顕微鏡で観察し、ラインの濃度の半値幅を持って、ライン幅とし、それぞれの方向についてライン幅の標準偏差を計算する。そして、プロセス方向のライン標準偏差をσv、レーザ走査方向標準偏差σhとして、両者の比を計算して、ライン標準偏差比σv/σhを得る。この値を用いて以下の基準で評価を行った。
により1ドットラインの途切れが判別できる
×:ライン標準偏差比σv/σhが0.7未満あるいは1.43を超える
△:ライン標準偏差比σv/σhが0.7以上、0.8未満あるいは1.25以上、
1.43以下である
○:ライン標準偏差比σv/σhが0.8以上、1.25未満である
評価は初期50枚時と5000枚時に行った。印字テストは、画像比率2%の横線の記録画像を間欠的に通紙して行った。
磁性非接触現像においては、ヘアラインの均一性が、縦横で異なるという問題がある。磁気穂が感光ドラム進行方向と並行に移動しながら現像するときは、ヘアラインの均一性が良く、それと直行する方向は途切れがちになる。
画像エッジ不良とは、大きな濃度を持った画像においてその2つの濃度差の境界が薄くなる画像不良である。
60%未満である
○:エッジで測定したトナー個数がエッジ部から十分離れた位置でのトナー個数の
60%以上である
評価は初期100枚時に行った。印字テストは、画像比率2%の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。
画像エッジ不良要因について図11を用いて考察する。AC電圧のVpp値を大きくすると、トナーの飛翔により現像される領域でトナーの行き来が起こる。このとき、図11に示すように、濃度差の大きな印字領域が存在すると、境界線付近でトナーが往復すると、トナーがより濃度の濃い印字領域に引き寄せられ、境界部における濃度の薄い方の領域がより薄くなると考えられる。
記録画像先端において、30〜50mmほどのベタ黒画像を印字し、その後ベタ白画像を配置した評価パターンを印字中に、画像記録装置を停止する。停止するタイミングは、先端のベタ黒画像の中心位置がちょうど現像領域に達した時点とする。そして、現像の前後の感光ドラム上において、表面に付着したトナーを反射率として測定し、その比を求めることにより、トナーの回収効率の評価を行うことが可能になる。実際には、ドラム上のトナーを一旦透明性のテープに転写し、トナーが付着したテープを記録しなどに貼り付けテープの上から、カブリ測定同様にトナーの正味の反射率を測定する。
△:30以上、50%未満である
○:50%以上である
評価は初期100枚時に行った。印字テストは、画像比率2%の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。
実施形態2において最も異なる点は、ドラムクリーナーを廃し、転写残りトナーを現像装置に回収してリサイクルするところにある。本発明においては、現像剤担持体は所定の加圧により感光ドラムに押圧され、現像バイアスが印加されており、ドラム表面上に形成された静電潜像をトナーにより現像(可視化)すると同時に非露光部(白地部)上の転写残りトナーを回収する。図12に示すように現像バイアスと印字部の電位(ベタ黒のときVl)との電位差を利用してトナー担持体から感光ドラムへトナーの転移させ反転現像を行い、現像バイアスと非印字部の電位(Vd)の電位差を利用して感光ドラム上の戻りトナーをトナー担持体上へ転移させて回収する。
実施形態1の時同様に、実施形態2についても中間調画像欠陥評価を行う。
中間調画像欠陥1同様に、トナー凝集塊や異物により、中間調画像欠陥2を生じる。しかし、実施形態2であるクリーナーレスシステムにおいては、戻りトナーの回収をするため、中間調画像欠陥2を生じやすい。特に、非磁性接触現像のように、供給ローラが現像ローラに当接し、カウンター回転している場合、当接部において、物理的ストレスが高くなる。そのような構成を用いると戻りトナーや劣化トナーにより、凝集塊を生じやすく、顕著に中間調画像欠陥2を生じやすい。
実施形態2においては、記録紙から紙粉(紙繊維)が感光ドラムに付着し、帯電を経由し現像装置に取り込まれることがある。現像装置に取り込まれた場合、弾性ローラなど紙粉が絡み弾性ローラ周期のプロセス進行方向に伸びた画像不良を生じることがある。これを、B)の中間調画像欠陥とは区別して評価を行った。
△:中間調画像中に欠陥が1〜5点存在する
○:中間調画像中に存在しない
C−2)紙分による中間調画像欠陥の発生要因
戻りトナーに含まれる紙粉が現像装置内に混入すると現像ローラにトナーを供給するスポンジ状の供給ローラに紙粉が付着し、剥ぎ取り供給性の低下を生じる。紙粉が供給ローラ間に蓄積した場合、現像ローラ上のトナー層が乱され、プロセス方向にのびた欠陥を生じる。
画像評価はベタ黒画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。特に本発明では、0.3mm以上の欠陥を評価した。
△:ベタ黒画像中に直径0.3mm以上の白点が10〜50点存在する
○:ベタ黒画像中に直径0.3mm以上の白点が10点未満存在する
評価環境は、32.5℃、80%Rhにおいて行った。印字テストは、画像比率5%の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。評価は100枚印字後24時間経過した後ベタ黒画像を3枚出力して行った。画像評価ではこの3枚の中で最も多いページで代表した。
図13のように、AC電圧印加時、ベタ白を現像中に像担持体の表面電位(暗電位Vd)と現像バイアス電圧値の最大値(Vmax)の差が最大の電界強度となり、リークL3が発生しやすい状態となる。
磁気凝集とは、トナーが数珠状に直鎖に連なって、凝集するものである。明確な発生メカニズムは、明らかではないが、おおよそ以下のようなメカニズムであると考えられる。まず、トナーが強い外部磁場中に存在する。次にトナーが、ある特定方向に一定の圧力が特定時間以上加えられる。そうすると、磁気的極性の小さいトナーが磁気的極性を生じ、数珠状に直鎖に連なり凝集する。
中:磁気凝集の存在比率が10%以上20%未満
小:磁気凝集の存在比率が10%未満
磁気凝集評価は、印字テスト5000枚印字後に行った。印字テストは、画像比率5%の横線の記録画像を間欠的に通紙して行った。
はじめに、従来技術である、磁性非接触現像方式と非磁性接触現像方式に相当する比較例6、8に対する優位性を示す。
磁性非接触現像方式である比較例6の現像装置は実施形態1においては、ヘアライン均一性の低下や画像エッジ不良を生じる。これは、比較例6が磁場による磁気穂を形成して現像することにより、穂の移動方向であるかどうかにより、現像時のヘアライン均一性に差が生じやすくなる。また、現像スリーブと感光ドラム間の距離が大きく、AC電界により画像部、非画像部を問わずトナーが飛翔する結果、画像のエッジ部分にはトナーがはきよせられ、エッジ部と中央部に濃度差を生じる。
次に、非磁性接触現像方式である比較例8の現像装置について述べる。この現像装置はカブリの耐久劣化を生じる。これは、供給剥ぎ取り用の弾性ローラによる供給剥ぎ取り動作によりトナーが機械的ストレスを受け、トナー帯電特性が低下することに起因する。また、このときトナー劣化による濃度低下も見られる。更に、現像装置内のトナーが減少したときには、上記劣化トナーと循環に関与していなかった未劣化トナーが混合され著しくトナー帯電特性を低下させ、激しいカブリを生じる。
(1−3a)実施形態1
一方、実施例1の現像装置は、実施形態1,2において、良好な画像形成装置を構成できる。
次に、実施例1について実施形態2における評価を行う。
(1−4)さざ波状画像不良とベタ黒の追従性不良
まず、はじめに、本発明のように、現像部の下流に当接部材を有していない比較例1について述べる。比較例1はベタ黒の追従性不良が生じる。なぜなら比較例1は、感光ドラムと現像スリーブが押圧し当接しているため、現像効率(80%以上)が高い。つまり、高印字後において、現像後のスリーブ上表面の現像残トナーは著しく少ない。均一なベタ黒を得るためには、トナー消費後に十分なトナーを現像スリーブへ供給する必要がある。にもかかわらず、現像スリーブの周囲に供給剥ぎ取り用の弾性ローラーが無く、またその他にトナー供給を補助する補助部材も無いため、トナー供給性が悪い。この結果ベタ黒の追従性の低下が生じる。
一方、実施例1では、ベタ黒追従性を向上させるため、現像スリーブへ当接部材を具備し、トナーの電荷付与性を向上させる方向にバイアスを印加した。その結果、さざ波状画像不良が生じるが、実施例1では、ベタ黒追従性の向上とさざ波状画像不良の抑制を両立することができる。本発明の構成は以下のa)〜d)である。
b)当接位置下流にトナー供給部の具備
c)現像スリーブへの当接部材の当接位置を極間である|Br|/|B|≦0.5
d)当接部材と現像スリーブ間のニップ幅の関係がLの関係が
L/(R×BH)≧0.1
以上、a)〜d)のような構成を用いることにより、さざ波状画像不良およびベタ黒追従性の悪化の両課題を抑制することができる。以下でその理由を述べる。
実施例1と同様に比較例6、8、10はさざ波状画像不良とベタ黒の追従性不良に関して、両立が可能である。比較例8、10は供給剥ぎ取り用の弾性ロ−ラがあることにより、剥ぎ取り、供給が十分になされるため、トナーの入れ替わり性を向上させることができる。特に比較例10においては、当接部材のバイアス(Vs)を|Vs|>|Vd|と設定してあるため、電荷付与が向上する。結果、過剰に電荷付与されたトナーが現像残トナーとして生じやすくなる。にもかかわらず、前述の剥ぎ取り工程を有しているため、さざ波状画像不良を生じない。また比較例6は非接触現像方式であるため、現像効率が接触現像方式に比べて低く、現像残トナーとして、過剰に電荷付与されたトナーが生成されにくい。よって、高い入れ替わり性を有する必要とせず、さざ波状画像不良も生じない。
比較例2は著しくさざ波状画像不良が生じる。この原因は、実施例1に対して比較例2が当接部材の当接位置を極位置にしてあるためである。極位置当接にすると、当接位置での磁気拘束力が強まり、水平方向にトナーが移動しにくくなってしまう。また極位置当接であるために、当接上流の極の影響が弱くなる。したがってトナーが引き戻されるという効果が極めて小さくなり、過剰に電荷付与された現像残トナーがそのまま当接部を通過してしまう。このためトナーの入れ替わり性が悪化し、さざ波状画像不良の原因となる。
実施例1と同様に比較例5は当接部材が極間で当接しているが、さざ波状画像不良が生じる。この原因は、比較例5において、当接部材と現像ローラのニップ幅(BH)をL/(r×BH)<0.1と短く設定しているためである。このようにニップ幅が短いと当接部材と現像スリーブ間が摺擦する面積が小さくなる。すると当接部材でのバイアス印加による電気的引力の及ぶ範囲もまた狭まり、上下流のトナーが混ざる前に過剰に電荷付与されたトナーを十分にほぐすことができない。そのため過剰に電荷付与された現像残トナーがそのまま当接部を通過してしまい、さざ波状画像不良の原因となる。
実施例1と同様に比較例3は極間当接であり、かつニップ幅も大きい。しかしさざ波状画像不良を生じる。なぜなら、比較例3において、当接部材のバイアスを現像スリーブと導通にしたためである。このようにすると当接部材と現像スリーブの間に働く電気的引力が著しく小さくなり、現像残トナーの剥ぎ取り効果が著しく弱くなる。よって過剰に電荷付与された現像残トナーが残ってしまい、さざ波状画像不良となる。
比較例4、9はともにトナーの過剰な電荷を電気的に逃すために当接部材のバイアスを|Vs|<|Vdev|にした例である。そのため、さざ波状画像不良は抑制される。しかし、電荷付与性が著しく減少するため、トナーの供給不足が起こり、ベタ黒追従性不良の原因となる。つまり|Vs|<|Vdev|ではさざ波状画像不良の抑制することはできるものの、ベタ黒追従性の悪化し、両立することが困難となる。
比較例7は、軽微のさざ波画像不良を生じる。比較例7は、磁性非接触現像方式の従来技術である比較例6において、現像スリーブに当接する当接部材を具備したものである。比較例6、7は、現像効率が60%以下と低いため、十分なベタ黒濃度を得る必要性から、トナーのコート層が高い。結果、現像後に戻るトナー量が多く、現像スリーブと当接部材間の間隔が大きくなる。この状態では、印加バイアスによる現像スリーブ、当接部材間の電気的引力が小さくなるため、十分な剥ぎ取りと入替わり性を得られない。にもかかわらず、電荷を付与する方向にバイアスを印加するため、過剰に電荷付与したトナーが現像スリーブ表面に生じやすい。そのため、軽微のさざ波画像不良を生じたと考えられる。
磁気凝集が発生するとカブリ量が増加する原因について述べる。磁気凝集したトナーは見かけ上大きい粒径を有したトナーと考えることができる。一般に粒径の大きいトナーほど粒径の小さいトナーに比べ電荷付与性が低下する。加えて、磁気凝集したトナーは数珠状に形成するため、均一な電荷付与ができにくく、適正な電荷付与を得られにくい。このように適正に電荷付与されないまま現像スリーブ上にコートされたトナーが現像部まで搬送され、感光ドラムと接すると、感光ドラム表面とトナー間では、電気的な力が小さくなり、相対的に電気的な力以外のファンデルワールス力や水架橋力のような接触することで働く力が大きくなり、支配的となる。結果、感光ドラム表面にトナーが付着し、カブリ量が増加する。このことから、感光ドラムと現像スリーブが非接触である従来の非接触現像方式では起きないあるいは起きにくいため、重大な問題とならなかったと考えられる。このことから、磁気的にトナーを搬送する系において、トナーの磁気凝集量増加にともないカブリ量が増加する画像不良は、接触現像方式でのみ磁気凝集量の増加にともない発生すると考えられる。
比較例1は実施例1に対して、当接部材を具備しない例である。比較例1においては、トナーの磁気凝集量の増加は小さい。しかしながら、印字枚数増加時にカブリを生じている。この理由としては、当接部材部における入替わり性の効果が得られないため、スリーブ表面に付着した特定のトナーの外添剤の剥がれや埋め込みが発生し、トナーの電荷付与性が低下する。結果カブリ量が増加したと考えられる。
比較例2は当接部材と現像スリーブの接触位置が極位置当接であるため、垂直磁界が支配的な位置で当接することで、強磁場下で高いストレスをトナーが受けるため、磁気凝集したトナーが著しく発生し、かぶり量が増加する。また極位置当接であるために、当接上流の極の影響が弱くなる。したがってトナーが上流側へ引き戻されるという効果が極めて小さくなり、現像後の戻りトナーがそのまま当接部を通過してしまう。このためトナーの入れ替わり性が悪化し、特定トナーのスリーブ表面への滞留が生じる。結果、磁気凝集増加しかぶり発生する。
比較例3〜5はいずれも、実施例1と同様に極間当接であるが、比較例3は当接部材のバイアスを|Vs|=|Vdev|としているため、電気的引力が働かない。よって現像後の戻りトナーの通過を抑えることができず、トナーの入れ替わり性が悪くなる。また比較例4は当接部材のバイアスを|Vs|<|Vdev|としているため、電気的引力によりトナーをほぐせるが、電荷付与を抑制する方向にバイアスを印加させるため、トナーの供給が少なく、入れ替わり性が悪化する。比較例5は当接幅をL/(R×BH)<0.1と短くすることにより、現像後の戻りトナーを十分にほぐせず、トナーの入替わり性が悪化する。結果、比較例3〜5は磁気凝集が増加してカブリが軽微に悪化をする。
比較例6は非接触現像方式であるため、現像後のスリーブ上でトナーのコート量が多く、戻りトナーの層厚も大きい。よって現像スリーブと当接部材の距離が大きくなり、現像スリーブと当接部材の間に働く電気的引力が弱くなる。このためトナーの入れ替わり性が悪化しスリーブ表面に特定のトナーが滞留しやすくなり、トナーの磁気凝集量が増加する。にもかかわらず、カブリ量の増加はない。この理由は感光ドラムと現像スリーブが非接触である、非接触現像方式のためである。非接触現像方式においては磁気凝集したトナーがドラム上に飛翔しにくい結果、磁気凝集の増加に伴うカブリ量の増加にはならなかったと考えられる。
比較例8,9は非磁性トナーを用いているため、磁気凝集は起きない。また比較例10は磁性トナーを用いているが磁性的にトナーを搬送していないため磁気凝集は起きない。しかし比較例8,10ともに供給剥ぎ取り用の弾性ローラによる供給剥ぎ取り動作により、トナーが機械的ストレスを受け、トナーの外添剤がはがれる、または埋め込まれるなどのトナー劣化が起こる。するとトナーの流動性が悪化し、電荷付与性が低下するためカブリを生じる。また、比較例9は、供給用の剛体ローラが現像ローラに非接触で対向しており、トナーが受ける機械的ストレスが小さい。さらに、本発明同様に現像ローラへの当接部材を有し、除電方向にバイアスを印加し、過剰に電荷付与したトナーの引き剥がしを行っている。このため、トナー劣化が抑えられると考えられるが、結果的には軽微のカブリが発生した。この理由としては、本発明のように当接位置上流に磁極を有しておらず、磁気的に搬送を行っていないため、当接位置上流において、引き戻しの効果が得られず、ほぐしの効果が小さいと考えられる。
磁気凝集が発生するとヘアライン均一性が悪化する原因について述べる。磁気凝集したトナーは見かけ上大きい粒径を有したトナーと考えることができる。一般に粒径の大きいトナーほど粒径の小さいトナーに比べ電荷付与性が低下する。加えて、磁気凝集したトナーは数珠状に形成するため、均一な電荷付与ができにくく、適正な電荷付与を得られにくい。このように適正に電荷付与されないまま現像スリーブ上にコートされたトナーが現像部まで搬送され、感光ドラムと接すると、感光ドラム表面とトナー間では、電気的な力が小さくなり、相対的に電気的な力以外のファンデルワールス力や水架橋力のような接触することで働く力が大きくなり、支配的となる。結果、現像域に穂立ちが起こりやすくなり、ヘアライン均一性を悪化する。
比較例6、7のような磁性非接触現像においては、磁場による磁気穂を形成して現像することにより、穂の移動方向であるかどうかにより、現像時のヘアライン均一性に差が生じやすくなる。よって比較例6においては初期から耐久にかけてヘアライン均一性が悪化している。さらに、比較例7においては、印字枚数増加時にさらに、ヘアライン均一性が悪化した。現像スリーブに当接する当接部材を具備したものである。本発明同様に比較例7は、現像効率が60%以下と低いため、十分なベタ黒濃度を得る必要性から、トナーのコート層が高い。結果、現像後に戻るトナー量が多く、現像スリーブと当接部材間の間隔が大きくなる。この状態では、印加バイアスによる現像スリーブ、当接部材間の電気的引力が小さくなるため、十分な剥ぎ取りと入替わり性を得られない。そのため、現像スリーブ表面に特定トナーが滞留しやすくなるためトナーの磁気凝集量が増加したと考えられる。結果、軽微のヘアライン均一性の低下を生じたと考えられる。
比較例1は磁気凝集を起こす原因がなくへアライン均一性は良好である。
比較例2においては印字枚数増加時に著しくヘアライン均一性が低下している。この理由は、当接部材が極位置で現像スリーブと接触する、すなわち垂直磁界が支配的な位置で当接することで、強磁場下で高いストレスをトナーが受ける。よって磁気凝集したトナーが著しく発生し、ヘアライン均一性が悪化する。また極位置当接であるために、当接上流の極の影響が弱くなる。したがってトナーが上流側へ引き戻されるという効果が極めて小さくなり、現像後の戻りトナーがそのまま当接部を通過してしまう。このためトナーの入れ替わり性が悪化し、特定トナーのスリーブ表面への滞留が生じる。結果、磁気凝集増加しヘアライン均一性が悪化する。
比較例3〜5はいずれも、実施例1と同様に極間当接であるにもかかわらず、ヘアライン均一性が低下している。比較例3は当接部材のバイアスを|Vs|=|Vdev|としているため、電気的引力が働かない。よって現像後の戻りトナーの通過を抑えることができず、トナーの入れ替わり性が悪くなる。また比較例4は|Vs|<|Vdev|としているため、電気的引力によりトナーをほぐせるが、電荷付与を抑制する方向にバイアスを印加させるため、トナーの供給が少なく、入れ替わり性が悪化する。比較例5は、L/(R×BH)<0.1と水平磁界に対して当接幅が小さい。現像後の戻りトナーをほぐし供給する工程を確実に行えないため、トナーの入替わり性が悪化する。結果、比較例3〜5は磁気凝集が増加してヘアライン均一性が軽微に悪化をする。
まず、中間調画像欠陥1のメカニズムついて述べる。供給剥ぎ取りのための弾性ローラを具備する場合、供給剥ぎ取りのための弾性ローラと現像ローラが摺擦することにより、トナーが機械的なストレスを受けやすい。このためトナーが劣化しやすくトナー凝集塊が生じやすい。このトナー凝集塊や小さな異物の混入によりコート層が乱れ、凝集塊や異物程度の大きさの欠陥を中間調画像中に生じる。また非磁性トナーを用いた現像方式によって、トナー凝集塊等が供給剥ぎ取り用の弾性ローラに付着することによっても中間調画像欠陥を生じる。
比較例1、3〜6は極間当接であり、下流側に供給部を有しているため入れ替わり性がよく、中間調画像欠損は見られなかった。
比較例8,10は供給剥ぎ取り用の弾性ローラと現像ローラがこすれあうことにより、トナーが機械的ストレスを受けるため、劣化しやすい。よってトナー凝集塊等が供給剥ぎ取り用の弾性ローラに付着するため中間調画像欠陥を生じた。
比較例2は極位置当接であるため、当接位置に磁気が集中してしまうためトナーの入れ替わり性が悪く、トナー凝集塊が発生しやすいため、軽微の中間調画像欠損を生じた。
比較例9は当接部材のバイアスを|Vs|<|Vdev|としているため、電気的にトナーをほぐせるが、トナーの供給が少ないため入れ替わり性が悪化する。このため特定のトナーが滞留し凝集塊を生じ、軽微な中間調画像欠損が生じる。
つぎに、実施形態2(クリーナーレスシステム)について比較する。
クリーナーレスシステムでのトナー回収性については、非接触現像方式である比較例6,7は回収性が悪く、一方、実施例1、比較例1〜5、8〜10は接触現像であるために良好であった。ベタ黒画像欠陥については、非接触現像で現像バイアスにAC電圧を重畳している比較例6、7は、紙分によるリークが発生し、ベタ黒画像欠陥を生じる。一方、実施例1、比較例1〜5、8〜10においては、紙分よるリークもなくベタ黒画像欠陥を生じることなく、良好な画像をえた。
中間調画像欠陥2においては、実施例1及び比較例1、3〜7では良好であった。一方、比較例8.10では、剥ぎ取り・供給のための弾性ローラが当接され、現像ローラとカウンター回転しているために、トナーがストレスを受け、トナーの凝集塊が発生しやすい。さらに、クリーナーレスシステムであるために、転写残りトナーを回収するため、さらに、トナー劣化しやすい。このことにより凝集塊が生成しやすくなり、実施形態2において、中間調画像欠陥が悪化したと考えられる。比較例9においては、固定の当接部材であるために、トナーにかかるストレスが低減し、軽微な画像不良であった。この理由としては、本発明のような磁気的なほぐしと供給性を得られないため、実施例1に比べ、入替わり性の効果が低いためであると考えられる。
以上、本実施例の効果は、実施形態1においては、カブリ量の抑制、トナー切れ時のカブリ量の抑制、画像エッジ不良の抑制、中間調画像欠陥1の抑制、さざ波状画像不良の抑制をバランスよく行うことができる。
磁気凝集したトナーによる穂立ちを抑制することで、ヘアライン均一性を維持することができる。
以下では、当接部材の当接位置と当接幅(ニップ幅)において本発明の優位性を示す。具体的には、実施例2〜12、比較例11〜16について説明する。
本実施例は実施例1の現像装置60Aに基本的に準ずるが、以下の点において異なる。図3において、当接部材の当接位置θを55,65,61,52,52,64,70,67,69,66,55,55,67,72,73,71,73度とする。この際の|Br|/|B|は、0.02,0.34,0.21,0.08,0.08,0.31,0.48,0.40,0.45,0.37,0.02,0.02,0.40,0.54,0.58,0.51,0.58となる。
本比較例は実施例1の現像装置60Aに基本的に準ずるが,以下の点において異なる。図3において、当接部材の当接位置θを55,67,72,73,71,73度とする。この際の|Br|/|B|は、0.02,0.40,0.54,0.58,0.51,0.58となる。
前述のa)カブリ評価、d)ヘアライン均一性、f)ベタ黒濃度差による画像評価を行った。その結果を表2に示す。
ベタ黒追従性を向上させるため、トナーに電荷を付与する方向にバイアスを印加すと、現像残トナーとして、過剰に電荷付与したトナーが生じやすい。結果、さざ波状画像不良を生じる。ところが本発明においてはベタ黒追従性の向上とさざ波状画像不良の抑制の両立が可能である。この理由について考察する。まずb)さざ波状画像不良について評価結果を図14に示す。図14における比較例13〜16からわかるように、当接部材の当接位置を|Br|/|B|>0.5の範囲で当接するとさざ波状画像不良が悪化した。そこでさざ波状画像不良を生じる要因を述べる。当接部材が|Br|/|B|>0.5のような垂直磁界が支配的な範囲で当接すると、当接位置での磁気拘束力が強まり、水平方向にトナーが移動しにくくなってしまう。また|Br|/|B|>0.5の範囲で当接すると、当接上流の極の影響が弱くなる。したがってトナーが引き戻されるという効果が極めて小さくなり、過剰に電荷付与された現像残トナーがそのまま当接部を通過してしまう。このためトナーの入れ替わり性が悪化し、さざ波状画像不良の原因となる。一方、実施例8〜11では、|Br|/|B|≦0.5の範囲にすることによりさざ波状画像不良が改善された。さらに、実施例2〜7,12のように、|Br|/|B|≦0.35とすることにより、さざ波状画像不良は著しく抑制された。これは当接部材の当接位置を|Br|/|B|≦0.5、より好ましくは|Br|/|B|≦0.35とすることで、水平磁界が支配的になるため、現像スリーブ表面で磁気的引力が小さく、現像スリーブ表面に沿ってトナーが動きやすくなる。さらに、当接位置上流側に極が存在するため、現像残トナーの磁気的な引き戻し効果により現像残トナーのほぐし効果が向上する。一方、当接位置下流においても極が存在することにより、十分にほぐされた現像残トナーに、供給部である下流側の極位置で十分に多い量のトナーを供給するため、混合しやすくなる。さらに、下流側の極部分での十分多いトナーが存在するために、十分にほぐされた現像残トナーが現像スリーブ表面に付着し続けにくくする。よって入替わり性が向上しさざ波状画像不良を著しく抑制することができる。したがって本発明において当接部材の当接位置を、|Br|/|B|≦0.5とすることが好ましく、|Br|/|B|≦0.35とすることがより好ましい。
つぎに接触現像方式において、磁気凝集が増加すると発生する問題である、印字枚数増加時のカブリ量評価について述べる。
次に、磁気凝集が増加すると発生するもう一つの問題である、ヘアライン均一性の評価について述べる。
比較例11,12はニップ幅の条件がL/(BH×R)<0.1と水平磁界に対して小さすぎるため、現像後の戻りトナーを十分にほぐせず、トナーの入替わり性が悪化する。結果ヘアライン均一性が著しく悪化する。
以上、実施例2〜12、比較例11〜16について整理すると、図17に示すように、当接部材の当接位置と磁束密度の関係は|Br|/|B|≦0.5が好ましく、さらに|Br|/|B|≦0.35がより好ましい。さらに、現像スリーブと当接部材のニップ幅と磁束密度の関係は、L/(BH×R)≧0.1の範囲であることが好ましく、さらに0.5≧L/(BH×R)≧0.2であることがより好ましい。|Br|/|B|≦0.35、0.5≧L/(BH×R)≧0.2においては、安定的にすべての画像評価が良好である。
(3−1)つぎに、現像バイアスにAC電圧を印加した場合の実施例について述べる。
実施例1のACバイアス印加
本実施例は、実施例1の現像装置における現像バイアス印加電源S2の仕様を変更し、DC電圧−340Vに交番バイアスであるAC電圧(1.2kHz、矩形波、ピーク間電圧200V)を重畳して印加した。
1)実施形態では画像記録装置としてレーザプリンタを例示したが、これに限られず、電子写真複写機、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ等他の画像記録装置(画像形成装置)でもよいことは勿論である。
磁気凝集したトナーによる穂立ちを抑制することで、ヘアライン均一性を維持することができる。
Claims (9)
- 現像剤担持体と、該現像剤担持体に現像剤を現像剤規制位置で規制する現像剤量規制手段とを具備し、該現像剤担持体が現像位置で被現像体を押圧しながら被現像体を現像剤で現像する現像装置において、該現像剤担持体の表面が弾性体であり、該現像剤は一成分磁性現像剤であり、該現像剤担持体の内部に設けられた固定の磁界発生手段によって、現像剤担持体に引き寄せられることを特徴とし、該現像位置より該現像剤担持体が回転する方向に対し下流側で該現像剤担持体に当接する現像剤担持体当接部材を具備し、該現像剤担持体当接部材の該現像剤担持体への当接位置の下流側で、該現像剤規制位置より上流側に現像剤供給部を具備し、以下の(1)式、(2)式、(3)式を満たす現像装置。
|Vs|>|Vdev|・・・(1)式
|Br|/|B|≦0.5・・・(2)式
L/(BH×R)≧0.1・・・(3)式
ここで|Vdev|は該現像剤担持体に印加するバイアスの直流成分の値Vdevの大きさ、|Vs|は該現像剤担持体当接部材に印加するバイアスの直流成分の値Vsの大きさである。|B|は、該当接位置における磁束密度Bの大きさ(|B|=|Br2+Bθ2|1/2)であり、該現像剤担持体の表面に形成される磁束密度Bのうち、Brは該現像剤担持体の表面に対して垂直成分、Bθは該現像剤担持体の表面に対して水平成分である。Lは該現像剤担持体と該現像剤担持体当接部材との間の当接ニップ幅、BH(rad)はBθの半値幅、Rは該現像剤担持体の半径である。 - 該現像剤担持体当接部材の該現像剤担持体への当接位置において、該磁界発生手段により発生する磁束密度の関係が(4)式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
|Br|/|B|≦0.35・・・(4)式 - 該当接ニップ幅Lと、該磁界発生手段により発生する該現像剤担持体の表面における磁束密度の水平成分Bθの半値幅BHと、該現像剤担持体の半径Rの関係が(5)を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の現像装置。
0.5≧L/(BH×R)≧0.2・・・(5)式 - 画像形成装置に着脱可能であり、少なくとも請求項1乃至3の何れか1つに記載の現像装置を含むことを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 画像形成装置に着脱可能であり、少なくとも、像担持体、該像担持体を帯電する帯電手段、該像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置からなる一体に形成したプロセスカートリッジにおいて、該現像装置は請求項1乃至3の何れか1つに記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項4または5に記載のプロセスカートリッジにおいて、該像担持体に担持された現像剤を転写材に転写する転写工程の後に該像担持体に残留した転写残現像剤を該現像装置にて回収することを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項4乃至6の何れか1つに記載のプロセスカートリッジを取り外し可能に装備することを特徴とする画像形成装置。
- 少なくとも、像担持体、該像担持体を帯電する帯電装置、該像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置、該像担持体の該現像剤を転写材に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、該現像装置は請求項1乃至3の何れか1つに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
- 少なくとも、像担持体、該像担持体を帯電する帯電装置、該像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置、該像担持体の該現像剤を転写材に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、該現像装置は請求項1乃至3の何れか1つに記載の現像装置であるとともに、像担持体に残留した転写残現像剤を該現像装置にて回収することを特徴とする画像形成装置。
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