(57)【要約】  【課題】電子写真方式による画像形成装置においてハイブリッド現像を行なうに際し、現像ロールと感光体ドラム間における印加電位のリークが抑えられた画像形成装置と画像形成方法を提供する。  【解決手段】前記画像形成装置は、現像ロール２が表面に厚み５μｍ以上のアルミニウムの酸化皮膜を形成してなるアルミ製ロールであり、かつ前記現像ロールと感光体ドラム素管３との距離を１５０〜３００μｍに設定してなる画像形成装置と、この画像形成装置を用いて、現像ローラから感光体へトナーを飛翔させるために現像ロールへ交流電流を印加させるときに、非画像形成時における交流電流の周波数を画像形成時よりも大きくなるように制御し、帯電されたトナーを選択的に静電潜像に飛翔させながら現像してなる画像形成方法。【選択図】図１
2004318092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ローラのトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して現像ローラ表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記現像ローラがアルミ製でありその表面に厚みが少なくとも５μｍのアルミニウムの酸化皮膜を形成させ、かつ前記現像ローラと感光体ドラム素管との間隔を１５０〜３００μｍに設定してなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記アルミニウムの酸化皮膜の厚みが１０〜２０μｍであり、現像ローラと感光体ドラム素管との間隔が１５０〜２８０μｍである請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
磁気ローラのトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して現像ローラ表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成するに際して、
前記現像ローラがアルミ製でありその表面に厚みが少なくとも５μｍのアルミニウムの酸化皮膜を形成し、かつ前記現像ローラと感光体ドラム素管との間隔を１５０〜３００μｍに設定してなる画像形成装置を用いて、
前記現像ローラには交流電圧が重畳された直流電圧が印加され、
静電潜像の現像時の前記交流電流の周波数よりも非現像時における前記交流電流の周波数以上になるように制御し、帯電されたトナーを選択的に静電潜像に飛翔させながら現像すること特徴とする画像形成方法。
【請求項４】
前記の現像時における周波数を１〜４ｋＨｚとする請求項３記載の画像形成方法。
【請求項５】
前記の現像時における周波数を１〜３ｋＨｚとする請求項３記載の画像形成方法。
【請求項６】
前記の非現像時における周波数を４〜８ｋＨｚとする請求項３記載の画像形成方法。
【請求項７】
前記の非現像時における周波数を５〜８ｋＨｚとする請求項３記載の画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタまたはファクシミリ、もしくはそれらの複合機などの画像形成装置および画像形成方法に関し、より詳しくは、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、磁気ローラの表面にこの２成分現像剤を担持し、現像剤中の帯電されたトナーのみを現像ローラ上に移行させて、そのトナーを静電潜像に飛翔させることで該潜像を現像する非接触現像方式の画像形成装置とそれを用いる画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の二成分現像剤を用いる、静電潜像を担持した像担持体に対向した現像ローラと、現像ローラに関して像担持体の反対側に現像ローラと離間して配置された磁気ローラを有する、所謂ハイブリッド現像装置を有する画像形成装置は、特許文献１あるいは特許文献２等に開示のとおり既に公知である。近年は、高速のカラー画像形成方式として、特に感光体上に複数の色に対応した帯電器や露光光学系や現像器等からなる画像形成部を複数設け、カラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式によると感光体上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されている。このようなカラー画像形成装置において、上述の現像方式が他の色の画像形成部によって形成されたトナー像を乱さない現像方式として注目されている。さらに最近になって、高速化をトナーの色に対応した複数の感光体を用いて、転写部材の送りに同期させてカラー画像を形成し転写部材上で色重ねを行うタンデム方式において、接触することによって感光体に余計な付加を与えることのない非接触現像方式として上述の現像方式が注目されてきている。
【０００３】
この現像方式の場合、現像剤中に現像されない微粉や外添剤等が含まれることが現像性を落とす原因となる。そこで、現像性を向上させるために現像ローラと感光体ドラムとの間隔を狭くしたり、ＡＣピーク電圧(Ｖｐｐ)を高くしたりすると、その間において印加電位のリークが発生する。この結果、二成分現像剤のうちキャリアを移動させずに、十分帯電したトナーのみを現像ローラへ移動させるという目的を充分に果たせなくなる。
【特許文献１】特開平６−６７５４６号公報（請求項１など）
【特許文献２】特開平７−９２８０４号公報（請求項１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、磁気ローラのトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して現像ローラ表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、現像ローラと感光体ドラム間における印加電圧のリークを抑えるために有効な画像形成装置とそれを用いる画像形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者らは、まず現像ローラを構成する材質の検討を行なって、アルミ素管を選択しさらにその表面にアルミニウムの酸化皮膜処理を施した現像ローラを用いることにより、感光体ドラムとの間における印加電圧のリーク防止に有効であるとの知見を得た。さらに、このアルミニウムの酸化皮膜処理を施した現像ローラと感光体ドラム素管との間隔と印加電圧リークとの関係を検討したところ、１５０〜３００μｍに設定することが極めて有効であるとの知見も得た。このときのアルミニウムの酸化皮膜は、厚みを５μｍ以上にするときに、印加電圧リークがよく防止される。
【０００６】
一方、上記の画像形成装置を用いて現像するに際して、現像ローラから感光体へトナーを飛翔させるために現像ローラへ交流電圧を印加させるときに、非画像形成時における交流電流の周波数を画像形成時よりも大きくなるように制御すれば、非現像時におけるキャリア引きを抑制する効果があるとの知見を得た。
本発明は、これらの知見に基づいてさらに検討して完成されたものであり、以下の画像形成装置およびそれを用いる画像形成方法に関する。
【０００７】
１）磁気ローラのトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して現像ローラ表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記現像ローラがアルミ製でありその表面に厚みが少なくとも５μｍのアルミニウムの酸化皮膜を形成させ、かつ前記現像ローラと感光体ドラム素管との間隔を１５０〜３００μｍに設定してなることを特徴とする画像形成装置。
【０００８】
２）前記アルミニウムの酸化皮膜の厚みが１０〜２０μｍであり、現像ローラと感光体ドラム素管との間隔が１５０〜２８０μｍである上記１）項記載の画像形成装置。
３）磁気ローラのトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して現像ローラ表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成するに際して、
前記現像ローラがアルミ製でありその表面に厚みが少なくとも５μｍのアルミニウムの酸化皮膜を形成し、かつ前記現像ローラと感光体ドラム素管との間隔を１５０〜３００μｍに設定してなる画像形成装置を用いて、
前記現像ローラには交流電圧が重畳された直流電圧が印加され、
静電潜像の現像時の前記直流電流の周波数よりも非現像時における前記交流電流の周波数以上になるように制御し、帯電されたトナーを選択的に静電潜像に飛翔させながら現像すること特徴とする画像形成方法。
【０００９】
４）前記の現像時における周波数を１〜４ｋＨｚとする上記３）項記載の画像形成方法。
５）前記の現像時における周波数を１〜３ｋＨｚとする上記３）項記載の画像形成方法。
６）前記の非現像時における周波数を４〜８ｋＨｚとする上記３）高記載の画像形成方法。
【００１０】
７）前記の非現像時における周波数を５〜８ｋＨｚとする上記３）項記載の画像形成方法。
本発明において、アルミ製の現像ローラの表面に形成するアルミニウムの酸化皮膜は、印加電圧リークを防止するために、厚みを５μｍ以上とするが、好ましくは１０μｍ以上である。厚みの上限は特に限定されないが、２０μｍ程度で十分であり、これよりも厚くするとコストが高くなるだけで効果上、差がなくなる。
【００１１】
画像形成時（現像時）の周波数は、あまり高くすればゴースト画像が悪くなることから一般に１〜３ｋＨｚ付近で行なわれている。しかしながら、この周波数設定では、非現像時においてキャリアが磁気ブラシから現像ローラ上に移り、それが感光体ドラム上にも移動するという、いわゆるキャリア引きが発生する。そこで、本発明の画像形成方法においては、上記の画像形成装置を用いて、非現像時の周波数を好ましくは４〜８kHzとすることにより、キャリア引き防止を達成したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、磁気ローラのトナーとキャリアによる磁気ブラシを介して現像ローラ表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、現像ローラと感光体ドラム間における印加電圧のリークを抑え、良好な画像特性の画像を得るのに有効な現像手段が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の画像形成装置における現像を中心としたシステム構成を、図１および２を参照しつつ説明する。
図１において、感光体３と現像ローラ２を配設し、該現像ローラ２から所定間隔をおいて非磁性金属材料で円筒状に形成され、円筒内には複数の固定磁石が配設されて、該固定磁石の周囲を回転可能に構成されたスリーブを有した磁気ローラ１が配設されている。
【００１４】
１０ａ、１０ｂはパドルミキサー、感光体１と現像ローラ２との間には現像バイアス電圧ＤＣ７ａとＡＣ７ｂが印加され、磁気ローラ１には現像バイアス電圧ＤＣ８が印加される（図２参照）。９は磁気ブラシの厚さを制御する規制ブレードであり、本発明では規制ブレード９と磁気ローラ１表面との間のギャップは０．４５〜０．６５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１５】
次に、感光体３と、現像装置内の磁気ローラ１と、現像ローラ２との作用を説明する。
図２に示すように、この磁気ローラ１は、トナー５を帯電させて保持するキャリア４による磁気ブラシ１０を発生させる。また、現像ローラ２の表面には、磁気ブラシ１０から供給されたトナー５によりトナー薄層６が形成される。そして、感光体３は、トナー薄層６のトナーを静電潜像に応じて選択的に飛翔させて画像形成を行なう。この画像が、1次転写ローラ１３との間を通過する印刷体１４に転写される。本発明におけるキャリア粒径の好適な範囲は３５〜５０μｍである。
【００１６】
感光体３としては、正帯電有機感光体（正OPC）がオゾンなどの発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正OPCは長期にわたって使用し膜厚が変化した場合においても、感光特性に変化が少なく画質も安定するため、長寿命のシステムにおいて最適である。これに加えて、ａ−Ｓｉ感光体も用いることもできる。
長寿命のシステムとする場合、正OPCの膜厚を２０μmから４０μm程度に設定するのが有利である。正OPCは、画像形成に使用するときに膜厚が減少して１０μmに達すると絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくることからこれを防ぐ意味で２０μm以上に設定することが好ましいが、４０μmを超えると感度が低下し画質低下の要因と成り易くなる。
【００１７】
露光装置１１は、半導体レーザーもしくはLEDを用いたシステムが適当である。この場合、正OPCでは７７０nm付近の波長が有効であり、ａ−Ｓｉ感光体では６８５nm付近の波長が有効である。以下、正OPC用いた場合を例に挙げて説明する。
帯電装置１２によって静電潜像担持体である正OPC３を４００Vに帯電する。その後、７７０nmの波長のLEDによって露光を行うと露光後電位は７０Vに設定される。正OPC３は現像ローラ２に対し、約２５０μmの空間をもって配置される。この空間にはワイヤー電極等は用いない。
【００１８】
本発明において、現像ローラ２の表面は導電性のアルミニュウムからなる回転体である。現像ローラ２と磁気ローラ１の電位差にて現像ローラ２にトナー薄層を形成する。電位差は、現像ローラの電位を７０V、磁気ローラの電位を４００Ｖにすることで、現像ローラ２に約１〜１．５ｍｇ／ｃｍ2のトナー層が形成される。この時のトナーの帯電量は、約１０〜２０μＣ／ｇが適正であり、１０μＣ／ｇに達しないときはトナー飛散が目立ち、２０μＣ／ｇを超えると薄層形成されたトナーが感光体３へ飛翔し難くなる。
【００１９】
現像ローラ２から感光体３へとトナーを飛翔させるために現像ローラへ交流電圧を印加することで現像性が高められる。電圧としては、Ｐ−Ｐ＝１．５ＫＶ、ｆ＝３．０ｋＨｚで画像濃度・ドット再現・カブリ除去のバランスをとることができる。また、ＤＵＴＹ比（現像ローラに印加する交流電圧のＤＵＴＹ比で、トナーが感光体側に移動するような電圧を現像ローラに印加する時間をａ、トナーが感光体と反対方向（即ち現像ローラ方向）に移動するような電圧を現像ローラに印加する時間をｂとして、ｄｕｔｙ比＝ａ／（ａ＋ｂ）（×１００）％）は３０％にすることで現像ゴーストの発生を抑制することができる。
【００２０】
現像ローラ２のトナー層表面越しの電位を測定すると約３２０Ｖとなっており、３２０Ｖ−７０Ｖ（全露光後感光体電位）＝２５０Ｖが実質の現像の実行電位であるといえる。
磁気ローラ１と現像ローラ２とのギャップは、通常４００μmに設定されており、規制ブレード９と磁気ローラ１のギャップはキャリアの粒径に応じて調整される。例えば、平均粒径３５μmのキャリアとトナー１０％の現像剤においては３５０〜５００μmに設定し、磁気ブラシが現像ローラ２に接触する設定とする。現像ローラ２と磁気ローラ１のギャップが狭すぎると現像剤がローラ間を通過できずに溢れてしまい、広すぎると現像ローラに接触できず現像ローラのトナーを回収することが困難になり、現像動作を繰り返すと次第に現像ローラ２にトナーが固着してしまい、感光体３にトナーが飛翔できなくなってしまう。
【００２１】
本発明においては、感光体ドラム素管３と現像ローラ２との間隔は、１５０〜３００μｍに設定される。具体的には、印加電位リークと現像性能をみながら調整する。この間隔を上記の範囲よりも狭くすると、現像性が上がり現像器中の微粉の上昇も抑えられ、長寿命化の面からみれば効果的である。しかしながら、あまりに狭くすると印加電位リークに関する余裕度が狭くなるという問題がでてくる。
【００２２】
本発明では、現像性と印加電位リーク防止の関係を満足させるために、まず現像ローラの材質にアルミを採用し、その表面に厚み５μｍ以上のアルミニウムの酸化皮膜が施されている。アルミニウムの酸化皮膜を５μｍ以上にすることによって印加電位リーク防止に効果があり、１０μｍ以上であればさらに好ましい。厚みの上限値は、印加電位リークを防止する目的上は２０μｍでよく、それを超えて厚くすることはコスト的に不利になる。
【００２３】
次に、本発明の画像形成装置を用いて現像を行なう際には、現像ローラから感光体ドラムへトナーを飛翔させるために現像ローラへ交流電圧を印加させるときに、非現像時の交流電流の周波数を静電潜像の現像時における周波数以上となるように制御する。なお、ここで非現像時とは現像ローラ回転中で且つ感光体ドラムが帯電されている時間の内、静電潜像が現像されている時間を除いた時間である。
【００２４】
その結果、二成分現像剤のうちキャリアを移動させずに、十分帯電したトナーのみを現像ローラへ移動させるという本現像方式の目的を良好に達成することができる。前記の現像時における交流電圧（交番電界）周波数は１〜４ｋＨｚとすることが好ましく、１〜３ｋＨｚとすることがより好ましい。また非現像時における交流電圧の周波数は、３．５〜８ｋＨｚであることが好ましく、３．５〜７ｋＨｚとすることがより好ましい。より具体的には、非現像時におけるスリ−ブＤＣを１００Ｖ以下で使用する場合には４〜８ｋＨｚ以上とし、１００〜２００Ｖで使用する場合は５〜８ｋＨｚ以上とするのが好ましい。
【００２５】
アルミ製現像ローラの表面にアルミニウムの酸化皮膜を形成することは、それ自体公知方法により実施することができる。すなわち、アルミ製ローラを陽極にして、硫酸、しゅう酸、クロム酸などの浴中で電解すると、陽極に発生する酸素のためにアルミニウムの表面に、多孔質であるが電気絶縁性が高く、耐食性、耐摩耗性の酸化皮膜を形成することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、これらは本発明の一例を説明したものであり、本発明の範囲はかかる記載に限定されるものではない。
（実施例１〜９および比較例１〜４）
図1に示した現像を中心としたシステム構成において、感光体ドラム素管３と現像ローラ２との距離を１８０μｍに設定した。現像ローラに印加するＤＣ電圧を１００Ｖとし、Vpp（ＡＣ印加した場合のもので、電圧の最大値と最小値との差の電圧）を１．４〜１．７ｋＶで行った。周波数は現像時には３ｋＨｚに、非現像時には６ｋＨｚとなるように制御した。
【００２７】
表1に、アルミニウムの酸化皮膜の厚みと１０枚白画像連続通紙した場合の紙面上リーク点の数との関係を示した。ここで、リーク点は、白紙画像を１０枚連続通紙した後、紙面上のリーク点を数えて測定した。感光体に対してリークが起きると感光層が絶縁破壊され帯電できなくなるため黒点（リーク点）が現れる。なお、感光体ドラム素管３の周速は１００ｍｍ／ｓ、現像ローラの周速は１５０ｍｍ／ｓ、磁気ローラ１の周速は２２５ｍｍ／ｓに設定した。また現像剤中のトナー濃度が１０％に維持できるように制御した。
【００２８】
【表１】
2004318092.tif 000003
【００２９】
この結果、アルミローラ上にアルミニウムの酸化皮膜を形成することにより、リークの発生が解消されていることがわかる。ここで、酸化皮膜の厚み５μｍでは、Vppを１．５ｋＶまではリークが抑えられるが、１．６ｋＶ以上に上げるとリークが発生する。酸化皮膜１０μｍ以上にすることによって、実用上の使用電圧である１．４ｋＶから１．７ｋＶにおいてリークをよく抑えることができた。
【００３０】
表２はアルミニウムの酸化皮膜の厚さを１０μｍ、Ｖｐｐを１．７ｋＶとし、他の実験条件は表１の場合と同じに設定して、感光体ドラム素管３と現像ローラ２の間のギャップ（間隔）とリーク点の発生の関係を示した。ギャップを１３０μｍとすると酸化被膜の厚さを２０μｍ、Ｖｐｐを１．４ｋＶとしてもリーク点が１２点発生したことから、リーク点を発生させないためには、間隔は１５０μｍ以上必要であることが判明した。また間隔を３２０μｍとすると画像濃度が規定の１．３０より低い１．２４まで低下した。したがって画像濃度を規定値以上にするためには、間隔は３００μｍ以下であることが必要であると判明した。なお画像濃度はマクベス社製の反射濃度計ＲＤ−９１８を用いて測定した。
【００３１】
【表２】
2004318092.tif 000004
【００３２】
＊１：酸化被膜を２０μｍ、Ｖｐｐを１．４ＫＶとしてもリーク点が１０点発生
＊２：画像濃度が規定値（１．３）以下の１．２４となり、線画像の再現性が悪い。
次に、表３には現像時に現像ローラに印加する交流の周波数と画像品質との関係を示した。この場合、アルミニウムの酸化皮膜の厚さを２０μｍ、感光体ドラム素管３と現像ローラ２との距離を１８０μｍ、交流電圧のＶｐｐを１．６ｋＶ、非現像時に現像ローラに印加する交流の周波数は６ｋＨｚに設定した。周波数が０．５ｋＨｚとなると、画像濃度が規定値の１．３０以下となり、周波数を４．０ｋＨｚとするとゴ−スト画像が発生しだし、周波数が５ｋＨｚでは現像ローラに印加する直流電圧にかかわらずゴースト画像が目立つようになる。したがって、現像時の交流の周波数は1〜４ｋＨｚであることが好ましく、１〜３ｋＨｚであることがより好ましいことがわかる。なお、ゴースト画像の評価は用紙の搬送方向に対してベタ黒画像の次にベタ黒画像より用紙搬送方向の長さの長いハーフトーン画像が来るように設定し、ベタ黒画像とハーフトーン画像の先端の間隔を現像ローラ２の周長に設定する。ゴースト現象が発生するとハーフトーン画像に黒い影状の不必要な画像が生じるので、ゴースト現象の発生の有無が判断できる。
【００３３】
【表３】
2004318092.tif 000005
【００３４】
上記における評価基準は、次のとおりである。
×：画像濃度が１．３０未満または目視でゴーストが明確にわかるもの
△：画像濃度が１．３０〜１．３５または目視でゴーストが若干わかるもの
○：良好（画像濃度１．３以上でかつゴーストが目視で判別できないもの）
また、表４に、非現像時における現像ローラへ印加する周波数とキャリア引きとの関係を示した。ここで、現像時に現像ローラに印加する交流の周波数を３ｋＨｚとした以外は、表３の場合と同じ条件で評価した。なお、評価は５％の印字率となるようなトナー像を用紙に形成し、一万枚印刷して評価した。またキャリア引きは転写されずに感光体上に残留し、クリーニング装置で感光体ドラムから回収された廃棄トナー中に含まれるキャリアの量で評価した。
【００３５】
【表４】
2004318092.tif 000006
【００３６】
上記における評価基準は、次のとおりである。
×：一万枚印刷して１．５ｇ以上のキャリア引き
△：一万枚印刷して０．５ｇ以上１．５ｇ未満のキャリア引き
○：一万枚印刷して０．５ｇ未満のキャリア引き
Ｘ２：画像濃度低下（一万枚印刷時に規格値である１．３０に達しない）
なお、現像剤量は２２０ｇであり、現像器の寿命を２０万枚に設定した。
この結果、非現像時における現像スリーブに印加する現像バイアスのＤＣ成分を１００Ｖ以下で使用する場合には４．０ｋＨｚ以上で、１００〜２００Ｖで使用する場合においても５．０ｋＨｚ以上でキャリア引きがよく抑えられた。なお周波数が８ｋＨｚを超えると非現像時に現像ローラ２からトナーを回収する能力が減少してしまうため、連続した印刷を行うと、現像ローラ上に現像性のよくないトナーの微粉が多くなるため、静電潜像を現像しづらくなり、印刷を繰り返すにしたがって形成画像の濃度が低下してしまう。例えば本実施例ではいずれの場合も画像濃度が規格値である１．３０を一万枚の印刷の繰り返しで下回ってしまう。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタまたはファクシミリ、もしくはそれらの複合機などの画像形成装置における現像手段として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】現像プロセスのためのシステムを中心とした本発明の画像形成装置の例を示す。
【図２】画像形成と非画像形成時のトナーの流れを説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  磁気ローラ
２  現像ローラ
３  感光体ドラム
４  キャリア
５  トナー
９  規制ブレード
１０ａ，１０ｂ  ミキサー
１１  露光装置
１２  帯電装置
１３  1次転写ローラ
１４  印刷体
１５  トナーコンテナー
【図１】
2004318092.tif 000007
【図２】
2004318092.tif 000008