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発明の名称 デジタル画像の現像装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−5266(P2001−5266A)
公開日 平成13年1月12日(2001.1.12)
出願番号 特願平11−170668
出願日 平成11年6月17日(1999.6.17)
代理人
発明者 小山 一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 現像剤を無端移動可能に担持する現像剤ローラと、現像ローラにより現像剤を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラと感光体間にパルス状の交流バイアスを作用させて現像を行なう電源を具備するデジタル画像の現像装置において、現像ローラに印加するパルス状の交流現像バイアスの1周期内でトナー現像側バイアスVの印加時間Tを、ドットの副走査方向最小径dの現像ローラ通過時間T以下にし、かつデューティーηが下記の関係0.5K≦η≦1.5Kを満足することを特徴とするデジタル画像の現像装置。(但し、上記記号は、以下に示すように、T=d/|V−V=(mMIN×V)/(mMAX×V
=(mMAX×V)/(mMIN×V)、さらに、V:感光体線速V:現像ローラ線速T:1周期内トナー現像側バイアスV印可時間T:1周期内トナー非現像側バイアスV印可時間T=T+T:パルス・バイアス1周期η=T/T<1mMIN:感光体上の単位面積当ソリッド部許容最少付着量mMAX:感光体上の単位面積当ソリッド部許容最多付着量mMIN:現像直前の現像ローラ上単位面積当許容最少トナー付着量mMAX:現像直前の現像ローラ上単位面積当許容最多トナー付着量の意味を有する。)
【請求項2】 請求項1の現像装置において、感光体上に形成される付着トナー量を検出して、デューティーηを補正することを特徴とするデジタル画像の現像装置。
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載のデジタル画像の現像装置において、現像剤が一成分系現像剤であり、かつ現像直前の現像ローラ上の単位面積当許容最多トナー付着量mMAXが、トナー体積平均粒径2rとトナー真比重ρ及び単位面積の積の1.5倍以下にすることを特徴とするデジタル画像の現像装置。
【請求項4】 請求項1又は請求項2に記載のデジタル画像の現像装置において、現像剤が二成分系現像剤であり、かつ現像直前の現像ローラ上のキャリア表面に形成するトナー層を、1層以下にすることを特徴とするデジタル画像の現像装置。
【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のデジタル画像の現像装置において、感光体が現像可能領域を通過する間に、パルス状の交流現像バイアスを(1/η)周期以上作用させることを特徴とするデジタル画像の現像装置。
【請求項6】 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のデジタル画像の現像装置において、パルス状の交流現像バイアスが、予め設定するレベルとゼロレベルの間を往復する現像バイアスであることを特徴とするデジタル画像の現像装置。
【請求項7】 現像剤を無端移動可能に担持する現像ローラと、現像ローラにより現像剤を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラと感光体間にパルス状の交流現像バイアスを作用させて現像を行なう電源を具備するデジタル画像の現像装置において、感光体の移動方向に対し現像ローラの現像領域での対向部分が同方向で、且つより早く移動させ、パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー非現像側バイアスVの印加時間T 内で、現像バイアスのレベルを二段階VL1、VL2とし、かつパルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVの印加時間T直後側バイアスVL1との差を、次パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVの印加時間T直前側VL2との差より大きくすることを特徴とするデジタル画像の現像装置。
【請求項8】 現像剤を無端移動可能に担持する現像ローラと、現像ローラにより現像剤を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラと感光体間にパルス状の交流現像バイアスを作用させて現像を行なう電源を具備する現像装置において、感光体の移動方向に対し現像ローラの現像領域での対向部分が反対方向に移動させ、パルス状の交流現像バイアス1周期内トナー非現像側バイアスVを印加時間T 内で現像バイアスレベルを二段階VL1、VL2とし、かつパルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直後側バイアスVL1との差を、次パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直前側VL2との差より大きくすることを特徴とするデジタル画像の現像装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、乾式現像剤を薄層担持する回動部材である現像ローラを用いて像担持体表面の静電潜像を現像するデジタル画像の現像装置に関する、さらに詳細には、レーザ光などで像担持体表面にドットにより形成される潜像を現像剤により顕像化するためのデジタル画像の現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子写真方法による静電潜像の画像情報を顕像化する方法は、現在様々の分野で利用されている。電子写真方法においては、帯電、露光工程により感光体上に静電潜像を形成し、トナーを含む現像剤で静電潜像を現像し、転写し、定着する工程により顕像化される。ここで用いられる現像剤には、トナーとキャリアからなる2成分現像剤と、磁性体を含む磁性トナー等のようにトナー単独で用いられる1成分現像剤と、さらに磁性体を含まないが単独で用いられる非磁性1成分現像剤がある。いずれの現像剤も、現像ローラとして磁石を配置するロール部材を用いる磁気ブラシ現像法によって現像工程に供される。電子写真方式を用いた画像形成装置では、近年カラー画像やモノクロ画像の区別無く、高画質画像の要求が強くなっている。画像形成装置では、通常、帯電、露光、現像、転写の工程を繰り返すが、この工程の中で、現像工程がとくに、画像の品位に大きく影響するために、静電潜像に忠実な現像方法及び現像装置が求められている。
【0003】このような問題を解消するために、ロール部材を現像剤搬送担体として用い、潜像担持体と現像剤を非接触状態に保持しながら交流電界を作用させて現像を行う方法と、直流電界のみを作用させて現像を行う方法があるが、ライン画像の画質、特に細線再現性の点から、前者の交流電界を作用させて現像を行う方法が有利であるとされている。さらに、この現像方法では、現像剤により形成される磁気ブラシ層を潜像担持体に対して非接触状態に保つためには、従来の接触現像法と比較して、磁気ブラシ層をより薄層にするために、現像空間に供給できるトナー量を相対的に少なくなり、現像空間中のトナーを接触現像法よりも高効率で潜像に移行させなければ画像濃度が高く、かつ高品位の画像を得ることができない。 また、例えば、特開平10−78694号公報には、良好なハーフトーンの画像が得られ、また画像にカブリが発生する事がなく、適切な画像濃度を有すると共にきめの良い画像を得るために、交流電界作用期間と交流電界休止期間を交互に繰り返す態様で、且つ交流電界作用期間の最初と最後の電界の方向を逆にすると共に、休止期間を経過した後の次の作用期間における交流電界の最初の電界の方向を先の作用期間における交流電界の最後の電界の方向と同方向になるようにし、該交流電界の作用期間の長さを休止期間の長さの2/3倍以上の長さになるようにする現像装置が提案されている。また、特開平10−971127号公報には、安価な構成で、適切に濃度を調整するために、現像濃度の基準運を示す濃度基準に応じて、所定レベルの現像バイアスを供給する時間とゼロレベルを供給する時間の割合を調整する手段を備える画像記録装置及び方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような現像装置等では以下に示すような問題点がある。上記現像装置では、カブリがなく、適切な濃度で、きめの細かい良好な画像が得られ、また上記画像記録装置では、安価な構成で、適切に濃度調整を行うことができるが、これらのデジタル画像形成装置における交流(AC)バイアス現像では、静電潜像よりトナー顕像の方が広がり気味になり、副走査方向については画像の高解像度化の画像が得られないという問題点がある。
【0005】本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、画像形成装置のACバイアス条件に副走査方向のドット径と関連付けた新規条件を追加することにより、静電潜像の大きさに忠実なドット画像の再現及び現像方向の前後差に起因する濃度ムラ等の画像ムラの防止して、高品位の画像を得ることができるデジタル画像の現像装置を提供することである。また、本発明は、微小ドット画像や細線画像の潜像パターンに忠実な現像を行なうことができるデジタル画像の現像装置を提供することである。また、現像能力を検出して現像バイアス補正を行なった場合でも、微小ドット画像や細線画像の潜像パターンに忠実な現像状態を維持することができるデジタル画像の現像装置を提供することである。また、一成分現像において、トナーの帯電不足を防止し、トナー飛散、地肌汚れ、現像不足による画像濃度低下等の問題を防止することができるデジタル画像の現像装置を提供することである。また、2成分現像において、トナーの帯電不足を防止し、トナー飛散、地肌汚れ、現像不足による画像濃度低下等の問題を防止することができるデジタル画像の現像装置を提供することである。また、現像バイアスのAC成分に起因する現像ムラを防止するによる画像濃度低下等の問題を防止することができるデジタル画像の現像装置を提供することである。また、現像バイアス電源構成の簡略化及びコストダウンすることができるデジタル画像の現像装置を提供することである。また、現像方向の前後差に起因する濃度ムラを目立たなくするために、画像部後端部が前端部より濃くするデジタル画像の現像装置を提供することである。さらに、現像方向の前後差に起因する濃度ムラを目立たなくするために、画像部前端部が後端部より濃くするデジタル画像の現像装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、 現像剤を無端移動可能に担持する現像ローラと、 現像ローラにより現像剤を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラと感光体間にパルス状の交流バイアスを作用させて現像を行なう電源を具備するデジタル画像の現像装置において、 現像ローラに印加するパルス状の交流現像バイアスの1周期内でトナー現像側バイアスVと印加時間Tを、 ドットの副走査方向最小径dの現像ローラ通過時間T以下にし、かつ デューティーηが0.5K≦η≦1.5Kの関係を満足するデジタル画像の現像装置である。
【0007】但し、上記記号は、以下に示すように、T=d/|V−V=(mMIN×V)/(mMAX×V
=(mMAX×V)/(mMIN×V)、さらに、V:感光体線速V:現像ローラ線速T:1周期内トナー現像側バイアスV印可時間T:1周期内トナー非現像側バイアスV印可時間T=T+T:パルス・バイアス1周期η=T/T<1mMIN:感光体上の単位面積当ソリッド部許容最少付着量mMAX:感光体上の単位面積当ソリッド部許容最多付着量mMIN:現像直前の現像ローラ上単位面積当許容最少トナー付着量mMAX:現像直前の現像ローラ上単位面積当許容最多トナー付着量の意味を有する。
【0008】請求項2に記載の発明は、 請求項1の現像装置において、 感光体上に形成する感光体上付着トナー量を検出して、 デューティーηを補正するデジタル画像の現像装置である。
【0009】請求項3に記載の発明は、 請求項1又は請求項2に記載のデジタル画像の現像装置において、 前記現像剤が一成分系現像剤であり、かつ 現像直前の現像ローラ上の単位面積当許容最多トナー付着量mMAXが、トナー体積平均粒径2rとトナー真比重ρ及び単位面積の積の1.5倍以下にするデジタル画像の現像装置である。
【0010】請求項4に記載の発明は、 請求項1又は請求項2に記載のデジタル画像の現像装置において、 前記現像剤が二成分系現像剤であり、かつ 現像直前の現像ローラ上のキャリア表面に形成するトナー層を、1層以下にするデジタル画像の現像装置である。
【0011】請求項5に記載の発明は、 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のデジタル画像の現像装置において、 感光体が現像可能領域を通過する間に、パルス状の交流現像バイアスを(1/η)周期以上作用させるデジタル画像の現像装置である。
【0012】請求項6に記載の発明は、 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のデジタル画像の現像装置において、 パルス状の交流現像バイアスが、予め設定するレベルとゼロレベルの間を往復する現像バイアスであるデジタル画像の現像装置である。
【0013】請求項7に記載の発明は、 現像剤を無端移動可能に担持する現像ローラと、現像ローラにより現像剤を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラと感光体間にパルス状の交流現像バイアスを作用させて現像を行なう電源を具備するデジタル画像の現像装置において、 感光体の移動方向に対し現像ローラの現像領域での対向部分が同方向で、且つより早く移動させ、パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー非現像側バイアスVと印加時間T内で、予め設定する現像バイアスのレベルを二段階VL1、VL2とし、かつ パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直後側バイアスVL1との差を、 次パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直前側VL2との差より大きくするデジタル画像の現像装置である。
【0014】請求項8に記載の発明は、 現像剤を無端移動可能に担持する現像ローラと、現像ローラにより現像剤を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラと感光体間にパルス状の交流現像バイアスを作用させて現像を行なう電源を具備する現像装置において、 感光体の移動方向に対し現像ローラの現像領域での対向部分が反対方向に移動させ、 パルス状の交流現像バイアス1周期内トナー非現像側バイアスVを印加時間T 内で現像バイアスレベルを二段階VL1、VL2とし、かつ パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直後側バイアスVL1との差を、 次パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直前側VL2との差より大きくするデジタル画像の現像装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。請求項1に記載の発明は、現像剤5を無端移動可能に担持する現像ローラと、現像ローラにより現像剤5を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラと感光体間にパルス状の交流バイアスを作用させて現像を行なう電源6を具備するデジタル画像の現像装置において、 現像ローラ2に印加するパルス状の交流現像バイアスの1周期内でトナー現像側バイアスVと印加時間Tを、ドットの副走査方向最小径dの現像ローラ通過時間T以下にし、かつデューティーηが0.5K≦η≦1.5Kの関係を満足するデジタル画像の現像装置である。
【0016】図1は、請求項1に記載の発明の一実施形態である1成分現像装置を示す概略構成図である。ここでは、請求項1に記載の発明を一成分現像装置により説明するが、請求項1に記載の発明は以下の説明する条件に限定するものではない。この1成分現像装置は、表面に帯電させる静電電荷による電位の差により静電潜像を形成することができる像担持体(以下、「感光体ドラム」と記す。)と対向する位置に設けられ、1成分現像装置内に、現像剤5を貯蔵し、必要により現像ローラ2にトナーを供給する現像剤収納部4と、表面にトナーを付着させて搬送し、感光体ドラム1に近接する現像ローラ2と、この現像ローラ2表面に付着させるトナー量を規制して現像剤5層を形成させる現像剤薄層ブレード3と、さらに、感光体ドラム1の表面に形成した静電潜像を直流及び交流の現像バイアス印加することができる現像バイアス回路を有している。現像ローラ2は、回転可能に支持され、現像バイアス回路から感光体ドラム1と現像ローラ2間に電圧が印加される。これにより、現像ローラ2と感光体ドラム1との間に電界が形成され、現像剤5が感光体ドラム1の静電潜像を現像し顕像化することができる。このとき、印加される電圧は直流と交流が重畳されているものである。また、とくに、ここでは、現像剤層を長期にわたり安定に維持する為、現像ローラ2表面を微粒子によるブラスト加工で適度に且つ均等に粗面化処理することができ、以下ではブラスト加工処理した現像ローラ2が抱えている表面削れによる現像ローラ2の現像剤搬送能力の経時低下問題を、簡単且つ安価な現像ローラ加工方法、条件を付加することにより改良した現像ローラ2を使用することができる。
【0017】この一成分現像装置に用いられる現像剤5は、磁性一成分現像剤5で、スチレン系樹脂、アクリ系樹脂、ポリエステル系樹脂又はこれらの混合された樹脂等の熱可塑性樹脂中に磁性体、顔料、ワックス等を適宜選択して含有することができる。また、この他に現像剤5の帯電性に合わせて、負帯電用のアゾ系含金属染料、正帯電用のニグロシン系染料を含有するものであってもよい。また、5〜20μmに粉砕された後に、疎水化処理されたシリカ、アルミナ、酸化チタン等の微粒子を含するものであってもよい。また、この一成分現像装置では、上述した磁性1成分現像剤5のうち磁性体を除いた非磁性磁性一成分現像剤5も用いることができる。
【0018】図2は、請求項1に記載の発明の一実施形態を模式的に示す図である。図2(a)は、感光体ドラム上に形成される静電潜像を示す図であり、図2(b)は、現像バイアス回路により、感光体ドラムと現像ローラとの間に印加される交流バイアスを模式的に示す図であり、図2(c)は、感光体ドラム上に現像された現像剤を模式的に示す図である。この1成分現像装置では、以下のように動作し顕像8を形成する。現像剤収納部4から供給される現像剤5が現像ローラ2表面に付着し、現像ローラ2の回転により、付着している現像剤5の一部が現像剤薄層ブレード3の押圧力を受けながら、現像剤薄層ブレード3と現像ローラ2間を通過し現像ローラ2上に現像剤5層を形成する。このとき、現像剤薄層ブレード3表面をフッ素樹脂、シリコーン樹脂で被覆しておくことにより現像剤5を所望の極性に摩擦帯電させることができる。現像ローラ2上に形成された現像剤5層は、現像ローラ2の回転により感光体ドラム1と対向する現像領域に搬送される。このとき、感光体ドラム1上には、図2(a)に示すように、レーザ発光素子によるレーザ光線によって、副走査方向の1ドットに相当する静電潜像が形成されている。また、感光体ドラム1と現像ロール間には、図2(b)に示すように、現像バイアスが印加されている。ここで、V−Vは直流流のみ同レベル現像バイアス印可時現像ローラ2上トナーの大半(67%以上)が感光体ドラム1に付着するレベルの電位差に設定する。しかし、用いる現像剤5、現像ローラ2の磁界、感光体ドラム1と現像ローラ2の間隙等を考慮として設定することが必要である。V−Vは直流のみ同レベル現像バイアス印可時現像ローラ2上トナーの大部分(95%以上)が現像ローラ2に留まるレベルの電位差に設定する。上記同様に、用いる現像剤5、現像ローラ2の磁界、感光体ドラム1と現像ローラ2の間隙等を考慮して設定することが必要である。
【0019】現像バイアスは、現像ローラ2に印加するパルス状の交流バイアスで、1周期内でトナー現像側バイアスVの印加時間Tをドットの副走査方向最小径d の現像ローラ通過時間T 以下にし、デューティーη(交流バイアスの1周期に対するT の比率)を0.5K≦η≦1.5Kとすることにより、最小ドット画像パターンは潜像パターンに忠実に過不足無く現像できた。このときに、η<0.5Kのときは、最小ドットトナー顕像パターンは潜像パターンより濃度不足や面積不足になり易く、η>1.5Kのときは、最小ドットトナー顕像パターンは潜像パターンより濃度過多や面積過大になり易い。また、より好ましくはデューティーηは、K≦η≦Kとの範囲がよい。
【0020】但し、現像ローラ通過時間Tは、次の式(1)
=d/|V−V −−−−−−(1)
で表され、ここで、Vは、現像ローラ線速を、Vは、感光体線速を表している。また、T は、パルス状の交流バイアスの1周期内でトナーを現像しないバイアスV の印加時間を表し、 T は、パルス状の交流バイアスの1周期内でトナーを現像するバイアスV の印加時間を表し、T は、交流バイアスの1周期の時間を表し、つぎの式(2)
= T+T −−−−−−(2)
表される。デューティーηは、次の式(3)
η= T/T<1−−−−−−(3)
で表される。また、符号Kは、次の式(4)
=(mMIN×V)/(mMAX×V)−−−(4)
で表され、ここで、mMINは、感光体ドラム上の単位面積当ソリッド部許容最少付着量を、mMAXは、現像直前の現像ローラ上単位面積当許容最多トナー付着量を、表している。また、符号Kは、次の式(5)
=(mMAX×V)/(mMIN×V)−−−(5)
で表され、ここで、mMAXは、感光体ドラム上の単位面積当ソリッド部許容最多付着量を、mMINは、現像直前の現像ローラ上単位面積当許容最少トナー付着量を、表している。
【0021】これは、以下のように考え方の基づくものである。感光体ドラム1上には、トナー付着量は少なすぎると画像濃度が低くなって画質が悪くなり、多すぎると盛り上がったり、定着工程で拡がって画質が低下するために、高品位の画質を得るには、ある一定の量のトナー付着量が必要である。この一定のトナー付着量を得るのは、現像ローラ2上の搬送されるトナー量とともに現像条件を考慮しなければならない。この現像条件として、現像バイアスのトナーを感光体ドラム1上に現像させる現像側バイアスの印加時間が最も重要である。この印加時間はさらに、再現する1ドットの大きさを考慮する必要があり、1ドットに対して少なくとも1パルス以上であって、現像ローラ2上のトナーが現像されるに十分な現像バイアスを印加することが必要である。そこで、本発明は、ドットにより画像を構成するデジタル画像で高品位な画質を得るために、必要な付着トナー量と現像ローラ2により搬送される搬送トナー量とさらに印加するパルス周期との関係を規定するものである。
【0022】一成分現像剤5により画像を検討したところ、高品位の画像を得るには、感光体ドラム1上の単位面積当ソリッド部許容最少付着量(mMIN)としては、0.6mg/cm 、感光体ドラム1上の単位面積当ソリッド部許容最多付着量(mMあX)としては、0.8mg/cm が必要であることがわかった。さらに、上記デジタル画像の現像装置の現像性能を確認するために、次に記載する条件で画像出し試験を行う。
感光体ドラム 画像部表面電位 V=−100V、 非画像部表面電位 V=−800V 画像部1ドット d=22μm(1200dpi相当)
周速 V=200mm/sec 現像ローラ 周速 V=300mm/sec 交流バイアス V=−0V、V=−1000Vまた、現像ローラ2上で1成分現像剤5を1〜1.5層程度にして搬送の安定性を得るためには、現像直前の現像ローラ2上単位面積当許容最少トナー付着量(mMIN )としては、0.8mg/cmであり、かつ、現像直前の現像ローラ2上単位面積当許容最多トナー付着量(mMAX)としては、1.0mg/cmである。
【0023】トナー現像側バイアスVの印加時間Tは、感光体ドラム1の周速Vと現像ローラ2の周速Vを考慮すると、0.220msec以下になり、またデーティーηは、Kが0.400で、Kが0.677であるから、0.2以上で1.0以下となる。これから、交流バイアスの1周期の時間Tは、0.22msecから1.1msecで、周波数としては0.9kHzから4.5kHzに相当する。そこで、周波数3.0kHzで、デューティーηを、0.3にして画像出しを行うと、高品位の画像を得ることができる。また、図1に示すように、感光体ドラム1に所定の大きさのソリッド部を設け、このソリッド部に現像された付着トナー量を光センサー9で検知して、制御部(図示せず)に送信して処理し、デューティーηを補正することにより、感光体ドラム1への現像されるトナー付着量を制御するものであってもよい。
【0024】請求項2に記載の発明は、 請求項1の現像装置において、 感光体上に形成する感光体上付着トナー量を検出して、 デューティーηを補正するデジタル画像の現像装置である。図3は、デューティーηと画像濃度の関係を示す図である。ここでは、感光体ドラム1の露光部(画像部)電位Vの現像量が現像パルスバイアスのV部デューティーηが0.3で不足の場合現像バイアス側の印加時間Tを変える事なくデューティーηを周波数は上げるこで調整して現像される付着トナー量を増すことができる。現像される付着トナー量補正の前後にもかかわらず、1ドットの画像パターンは潜像パターンに忠実に、かつ付着トナー量の過不足無く現像できて、高品位の画質を得ることができる。
【0025】請求項3に記載の発明は、 請求項1又は請求項2に記載のデジタル画像の現像装置において、 前記現像剤5が一成分系現像剤5であり、かつ 現像直前の現像ローラ2上の単位面積当許容最多トナー付着量mMAXが、トナー体積平均粒径2rとトナー真比重ρ及び単位面積の積の1.5倍以下にするデジタル画像の現像装置である。図4は、現像ローラ上のトナー付着量と現像直前のトナー帯電量との関係を示す図である。これは、一成分用現像装置の現像ローラ2上に過度のトナー層を形成するとトナー帯電量が不足となり、トナー飛散、地汚れ等の諸問題を引き起こす。このために、現像ローラ2上の1成分現像剤5のトナーとしては、許容下限の|−10|μC/g以上のトナー帯電量を維持する必要がある。そこで、現像ローラ2上のトナー付着量を1.5層以内にすることにより、|−10|μC/g以上のトナー帯電量を維持することができる。これにより、トナー帯電量の低下による非画像部の地肌汚れ、トナー飛散を防止し、潜像パターンに忠実に、かつ付着トナー量の過不足無く現像できて、高品位の画質を得ることができる。また、本発明のデジタル画像の現像装置は一成分現像剤5に限定されるものではなく、二成分現像剤15においても適用することが可能である。
【0026】請求項4に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のデジタル画像の現像装置において、前記現像剤が二成分系現像剤15であり、かつ 現像直前の現像ローラ12上のキャリア表面に形成するトナー層を、1層以下にするデジタル画像の現像装置である。図5は、請求項4に記載の発明の一実施形態である二成分現像装置を示す概略構成図である。この二成分現像装置は、表面に帯電させる静電電荷による電位の差により静電潜像を形成することができる感光体ドラム11と対向する位置に設けられ、二成分現像装置内に、現像剤15を貯蔵し、必要により攪拌ローラにトナーを供給する現像剤収納部14と、表面にトナーを付着させたキャリアを現像剤15として搬送し、感光体ドラム11に近接する現像ローラ12と、この現像ローラ12表面に付着させる現像剤15量を規制して現像剤15層を形成させる現像剤薄層ブレード13と、さらに、感光体ドラム11の表面に形成した静電潜像を直流及び交流の現像バイアス印加することができる現像バイアス回路を有している。ここで、現像剤薄層ブレード13は、アルミニウム又はステンレス鋼に表面にトナー等を帯電させるために荷電制御剤等を含む樹脂をコーティーングしてある。
【0027】また、この二成分現像装置に用いられる現像剤15は、キャリアとトナーから構成されている。二成分現像剤15のうちトナーは、熱可塑性樹脂、顔料、ワックス、荷電制御剤からなっている。熱可塑性樹脂としては、スチレン−アクリル系、ポリエステル系、エポキシ系から選択することができる。顔料としては、カーブンブラック、染料、顔料の中から選択することができる。また、トナーを粉砕後に、疎水化処理されたシリカ、アルミナ、酸化チタン等の微粒子を含するものであってもよい。キャリアとしては、フェライト、マグネタイト、Fe、Ni、Co等の磁性体に表面に樹脂をコーティングしたものを用いる。コーティングする樹脂は、スチレン−アクリル系、しコーン系、フッ素系の中らから選択することができる。トナーの重量平均粒径としては5〜20μm、キャリアの重量平均粒径としては、20〜100μmの範囲内で用いることができる。トナー濃度Cが完全被覆トナー濃度CMAX(重量%)まで被覆して、キャリアと接触させると摩擦帯電させることができるが、一定の超えると未帯電トナーが急増しトナー飛散等の問題が顕著になる。このため、キャリア表面に対してトナー層の1層以下のトナー濃度C(重量%)にしなければならない。
【0028】図6は、二成分現像剤15でキャリア表面をトナーが一層完全に被覆するときのモデル図である。その際の完全被覆トナー濃度CMAX(重量%)は、次の式(6)、MAX=100×Nrρ/(Nrρ+Rρ)−−−(6)
で、表される。ここで、Nは、二成分現像剤15のうちキャリア表面をトナー1層が完全に被覆するときのトナー個数を表している。トナー個数Nは、次の式(7) 但し N=2π(r+R)/31/2 −−−−(7)
で、表され、符号はそれぞれρ :トナーの真比重ρ :キャリアの真比重r :トナーの体積平均半径R :キャリアの体積平均半径を表している。トナーの体積平均半径rが、5μm、トナーの真比重ρが、1.15で、キャリアの体積平均半径Rが、30μm、キャリアの真比重ρが、5の場合は、トナーがキャリア表面を一層で完全に被覆するとすれば、式(6)と式(7)より、トナー濃度CMAX(重量%)は、15.9wt.%になる。さらに、好ましくは、トナー濃度C(重量%)は、キャリア表面積に対して70%以下がよい。したがって、トナー濃度C(重量%)としては、12.4wt.%以下にすることが好ましい。これにより、トナーとキャリアの接触を確保し、帯電量を一定に保ち、帯電量分布の狭いトナーを得ることができ、これにより高品位の画質を得ることができるからである。
【0029】請求項5に記載の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のデジタル画像の現像装置において、感光体が現像可能領域を通過する間に、パルス状の交流現像バイアスを(1/η)周期以上作用させるデジタル画像の現像装置である。図7は、請求項5に記載に係る発明の一実施形態を示す図であり、図7(a)は、感光体ドラムと現像ローラとの関係を示す図であり、図7(b)は、交流現像バイアスの波形を示す図である。感光体ドラム1が現像可能領域(トナーを付着させる静電潜像部分を所定の現像バイアスで現像できる範囲)を通過する間にパルス上の交流現像バイアスを(1/η)周期以上で作用させ現像ローラ2上の現像剤5を現像させるものである。これにより、現像バイアスの脈動に起因する現像ムラは完全に防止できる。
【0030】上記デジタル画像の現像装置の現像性能を確認するために、一成分現像剤により次に記載する条件で画像出し試験を行う。
感光体ドラム 画像部表面電位 V=−100V、 非画像部表面電位 V=−800V 画像部1ドット d=22μm(1200dpi相当)
周速 V=100mm/sec 現像ローラ 周速 V =300mm/sec 交流バイアス V=−0V、V=−1000V 現像領域 l=0.5mm現像領域は、感光体ドラム1ドラム1と現像ローラ2間の距離及び交流現像バイアスの電圧を調整することにより制御することができる。また、デューティーηは、0.3とし、交流現像バイアスのパルスTは、0.367msecにする。これで、感光体ドラム1上の1点が現像領域を通過する時間は5msecで、現像側バイアスの印加時間Tは、0.110msecで、印加回数は約13回である。これにより、1ドットの画像パターンは潜像パターンに忠実に、かつ付着トナー量の過不足無く現像できており、高品位の画質を得ることができる。なお、交流現像バイアスのパルスTを調整して、デューティー比(1/η)以上で、交流現像バイアスを潜像に印加すると高品位の画質を得られる。ここで、デューティーηは、0.3とすると、現像側バイアスの印加時間Tは少なくとも3回以上印加すると高品位の画質を得ることができる。
【0031】請求項6に記載の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のデジタル画像の現像装置において、パルス状の交流現像バイアスが、予め設定するレベルとゼロレベルの間を往復する現像バイアスであるデジタル画像の現像装置である。図8は、本発明のパルス状の交流現像バイアスの波形を示す図である。現像バイアスは全てゼロボルトと負極性側の予め設定されるレベルの間を往復させることにより現像バイアスの発生手段構成は正負両極性の出力を必要とする現像バイアス発生手段に比べ簡略で、かつ安価にすることができる。
【0032】請求項7に記載の発明は、現像剤5を無端移動可能に担持する現像ローラ2と、現像ローラ2により現像剤5を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラ2と感光体ドラム1間にパルス状の交流現像バイアスを作用させて現像を行なう現像バイアス回路6を具備するデジタル画像の現像装置において、感光体ドラム1の移動方向に対し現像ローラ2の現像領域での対向部分が同方向で、且つより早く移動させ、パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー非現像側バイアスVと印加時間T内で、予め設定する現像バイアスのレベルを二段階VL1、VL2とし、かつ パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加加時間T直後側バイアスVL1との差を、次パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直前側VL2との差より大きくするデジタル画像の現像装置である。図9、請求項7に記載のする発明の一実施形態を示す図であり、図9(a)は、交流現像バイアスの波形を示す図であり、図9(b)は、感光体上に現像されるトナーにより顕像化された状態を模式的に示す図である。
【0033】図1に示す画像形成装置のように、感光体ドラム1の移動方向に対し現像ローラ2の現像領域での対向部分が同方向であって、且つより早く移動させ、現像パルス・バイアス1周期内トナー非現像側V印可時間T内で現像バイアスレベルを二段階VL1、VL2とし、現像パルス・バイアス1周期内トナー現像側V印可時間T直後側VL1とVの差を次パルスのT直前側VとVの差より大きくすることにより画像部後端のV−Vなる現像ポテンシャルの山部に搬送されるトナーが全てV−VL1なる現像ポテンシャルの深い谷部を通過する様にして現像方向の前後差に起因する濃度ムラを目立たなくするために、画像部後端部が前端部より濃くするデジタル画像の現像装置である。これは、パルスの立ち上がり、立ち下がりの早いパルス状交流バイアスを印加する現像バイアス回路6であっても、現像バイアス回路6の特性、また現像バイアス回路6と現像ローラ2間の抵抗等によって立ち下がりが鈍って、現像バイアスがかかる状態が続いてしまう。そこで、ソリッド部を現像する最後に、立ち下がりをさらに、遅くすることにより、現像ローラ2上にあるトナーが多く現像されるようにして、後端部の画像濃度を高くすることにより濃度ムラを目立たなくし、高品位の画像を得ることができる。
【0034】請求項8に記載の発明は、現像剤5を無端移動可能に担持する現像ローラ2と、 現像ローラ2により現像剤5を像担持体と対向する現像領域に搬送し、現像ローラ2と感光体ドラム1間にパルス状の交流現像バイアスを作用させて現像を行なう現像バイアス回路6を具備する現像装置において、感光体ドラム1の移動方向に対し現像ローラ2の現像領域での対向部分が反対方向に移動させ、パルス状の交流現像バイアス1周期内トナー非現像側バイアスVを印加時間T内で現像バイアスレベルを二段階VL1、VL2とし、かつ パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直後側バイアスVL1との差を、次パルス状の交流現像バイアス1周期内のトナー現像側バイアスVと印加時間T直前側VL2との差より大きくするデジタル画像の現像装置である。図10、請求項8に記載のする発明の一実施形態を示す図であり、図10(a)は、交流現像バイアスの波形を示す図であり、図10(b)は、感光体上に現像されるトナーにより顕像化された状態を模式的に示す図である。
【0035】感光体ドラム1の移動方向に対し現像ローラ2の現像領域での対向部分が反対方向に移動させ、現像パルス・バイアス1周期内トナー非現像側V印可時間T内で現像バイアスレベルを二段階VL1、VL2とし、現像パルス・バイアス1周期内トナー現像側V印可時間T直後側VL1とVの差を次パルスのT直前側VL2とVの差より小さくする事により画像部先端のV−Vなる現像ポテンシャルの山部に搬送されるトナーが全てV−VL2なる現像ポテンシャルの深い谷部を通過する様にして現像方向の前後差に起因する濃度ムラを目立たなくするために、画像部前端部が後端部より濃くするデジタル画像の現像装置である。これは、パルスの立ち上がり、立ち下がりの早いパルス状交流バイアスを印加する現像バイアス回路6であっても、現像バイアス回路6の特性、また現像バイアス回路6と現像ローラ2間の抵抗等によって立ち上がり鈍ってしまう。しかしながら、現像初期においては、現像ローラ上にトナーが十分なるために、立ち上がりが鈍っても現像過多になりやすい。そこで、ソリッド部を現像する最初に、立ち上がりをさらに、遅くすることにより、現像ロ−ラ上にあるトナーが少なく現像されるようにして、前端部の画像濃度を低くすることにより濃度ムラを目立たなくし、高品位の画像を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るデジタル画像の現像装置では、交流現像バイアス印加現像で現像電位ポテンシャルの差の大きい箇所からの現像に寄与するトナーを著しく低減でき、静電潜像の大きさに忠実なドット画像の再現及び現像方向の前後差に起因する濃度ムラ等の画像ムラを防止できる。さらに、請求項1の記載に係る発明では、微小ドット画像や細線画像の潜像パターンに忠実な現像するデジタル画像の現像装置を提供することができる。請求項2の記載に係る発明では、現像能力を検出して現像バイアス補正を行なった場合でも、微小ドット画像や細線画像の潜像パターンに忠実な現像状態を維持するデジタル画像の現像装置を提供することができる。。請求項3の記載に係る発明では、一成分現像剤において、トナーの帯電不足を防止し、トナー飛散、地肌汚れ、現像不足等の関連諸問題の防止するデジタル画像の現像装置を提供することができる。。請求項4の記載に係る発明では、二成分現像剤において、トナーの帯電不足を防止し、トナー飛散、地肌汚れ、現像不足等の関連諸問題の防止するデジタル画像の現像装置を提供することができる。請求項5の記載に係る発明では、現像バイアスの交流成分に起因する現像ムラの防止するデジタル画像の現像装置を提供することができる。請求項6の記載に係る発明では、現像バイアス回路構成の簡略化及びコストダウンするデジタル画像の現像装置を提供することができる。請求項7の記載に係る発明は、画像部後端部が前端部より濃くなるようにし、現像方向の前後差に起因する濃度ムラを防止することができるデジタル画像の現像装置を提供することができる。請求項8の記載に係る発明は、画像部前端部が後端部より濃くなるようにし、現像方向の前後差起因する濃度ムラを防止することができるデジタル画像の現像装置を提供することができる。




 

 


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