JP2008152192A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤規制部材を導電性とした場合でも、現像剤の摩擦帯電量の変化を低減し、環境変化に対して影響の少ない画像特性及び信頼性に優れた装置を提供する。
【解決手段】現像ブレード２５が導電性を有し、電源又はアースに接続される現像装置１４において、現像ローラ２３表面の水に対する接触角を１００度以上とする。これにより、高温高湿環境で吸湿したトナーと現像ローラ２３との摩擦機会を増加させることで摩擦帯電量を増加させ、環境影響の少ない画像特性及び高い信頼性が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録材（記録媒体）上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置に関する。さらに詳しくは、これらの装置に備えられる現像装置、プロセスカートリッジに関する。

従来、画像形成装置においては、静電潜像担持体上に形成した静電潜像を、現像装置により現像剤像として可視化している。

このような現像装置として、乾式一成分接触現像装置が提案され実用化されている。この場合、静電潜像担持体と現像剤担持体とを回転させ、適当な相対周速差で押圧若しくは接触させることで、静電潜像を現像している。加えて、磁性材料が不要であり、装置の簡略化及び小型化が容易である。また、非磁性現像剤を使用することでフルカラー画像形成装置に応用が可能である。

現像剤担持体としては、弾性及び導電性を有する現像ローラを使用することができる。接触現像装置では、静電潜像担持体に現像ローラを押圧若しくは接触させる。このため、静電潜像担持体が剛体である場合、静電潜像担持体を損傷させてしまう。これを避けるために、現像ローラを弾性体により構成する。また、現像ローラ表面若しくは表面近傍に導電層を設け、現像バイアスを印加して使用することもできる。

さらに、現像剤への電荷付与及び均一な現像剤層の形成を目的とし、現像剤担持体に現像剤規制部材として現像ブレードを当接させることも可能である。この場合、現像ブレードには、ゴム、又はバネ弾性を有する金属薄板で構成される。また、現像ブレードが導電性を持つ場合、現像ブレードを電源又はアースに接続して使用することもできる。

図５は従来の現像装置を示す図である。

現像剤担持体である現像ローラ５１は、シリコーン系ゴムを基層とし、ウレタン系ゴムを表層とする。この現像ローラ５１は、導電性を有する弾性ローラであり、矢印Ｃ方向に回転駆動する。現像ブレード５２は、導電性を持った金属ブレードであり、ブレード支持板金５３に支持される。この現像ブレード５２は、自由端側の先端近傍を現像ローラ５１の外周面に面接触するように当接されている。このとき、現像ローラ５１の表面にコートされたトナー層は現像ブレード５２との摩擦により摩擦帯電される。

さらに、弾性ローラ５４が現像ローラ５１に当接し、矢印Ｄ方向に回転駆動する。この弾性ローラ５４はスポンジローラであり、現像ローラ５１へトナーの供給、かつ、現像されずに現像ローラ上に残ったトナーの剥ぎ取り行う。この弾性ローラ５４は、現像ブレード５２よりも、現像ローラ５１の回転方向上流側に配設されている。トナー５５は、非磁性一成分現像剤である。トナーの帯電性及び、転写性の向上を目的として、適当な量の疎水性シリカを外添している。

上述した構成の現像装置において、現像ブレードはトナーへの摩擦帯電及び均一なトナー層の形成を達成し、良好に現像することができる。

なお、関連する従来例が開示された文献としては、特許文献１がある。
特開２００１−８３７９６号公報

しかしながら、現像ブレードが導電性を持ち、電源又はアースに接続される場合、摩擦によってトナー層に付与された摩擦帯電量は、現像ブレードを通して放電される場合がある。

このため、摩擦によってトナー層に付与された摩擦帯電量が、放電によって減少するという問題が発生する場合がある。現像ローラの表面に形成されたトナー層の摩擦帯電量が減少すると、画像カブリ不良が発生する場合があるため、画像カブリ不良のない画像を得ることが要求されている。

さらに、高温高湿環境下においてはトナー表面及び内部に含まれる水分量は増加する。トナー表面及び内部に含まれる水分量が増加した場合、トナーが水分を介して現像ローラ表面に付着し、トナーと現像ローラ表面との摩擦機会は減少する。トナーと現像ローラ表面との摩擦機会が減少した場合、トナー層に付与される摩擦帯電量が減少する。つまり、トナー表面及び内部に含まれる水分量が増加することにより、トナーに付与される摩擦帯電量が減少し、画像カブリ不良が発生する場合がある。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、現像剤規制部材を導電性とした場合でも、現像剤の摩擦帯電量の変化を低減し、環境変化に対して影響の少ない画像特性及び信頼性に優れた装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に圧接するように設けられ、前記現像剤担持体に担持された前記現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、
を備え、
前記現像剤規制部材が導電性を有し、前記現像剤規制部材が導通部に電気的に導通される現像装置において、
前記現像剤担持体は、前記現像剤担持体表面の水に対する接触角が１００度以上となるように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、現像剤規制部材を導電性とした場合でも、現像剤の摩擦帯電量の変化を低減し、環境変化に対して影響の少ない画像特性及び信頼性に優れた装置を提供することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

本発明では、現像剤規制部剤が導電性を有し、現像剤規制部材が導通部として、例えば電源又はアースに電気的に接続（導通）されるとき、現像剤担持体表面の水に対する接触角を１００度以上とする構成を採用している。

すなわち、現像剤規制部材が導電性であるため、現像剤層に付与された摩擦帯電量が現
像剤規制部材を通して放電された場合でも、摩擦機会の増加によって現像剤層に摩擦帯電量が付与されるため、画像カブリ不良の発生はない。

以下に、摩擦機会の増加による現像剤層への摩擦帯電量の付与について詳しく説明する。

温度及び湿度等の環境変化に伴って、現像剤表面及び内部に含まれる水分量は変化する。現像剤表面及び内部に含まれる水分量が増加した場合、現像剤と現像剤担持体表面の付着力は増加する。ここで、現像剤担持体表面の水に対する接触角を１００度以上にした場合、現像剤担持体表面は表面及び内部に水分を含んだ現像剤を弾く性質を持つ。このため、現像剤と現像剤担持体表面とが水分を介して付着しない。現像剤と現像剤担持体表面との付着を防いだ結果、現像剤と現像剤担持体表面との摩擦機会が増加し、現像剤に付与される摩擦帯電量が増加する。

つまり、温度及び湿度等の環境変化に伴って、現像剤表面及び内部に含まれる水分量が増加した場合でも、現像剤の摩擦帯電量を増加させることができる。

この結果、摩擦帯電量が現像剤規制部材を通して放電された場合でも、現像剤担持体の表面に形成された現像剤層の摩擦帯電量が増加する。これにより、画像カブリ不良の発生が著しく低減し、環境変化に対して影響の少ない画像特性及び信頼性に優れた装置が得られるものである。

図１は本発明を適用した画像形成装置１０の概略断面図、図２は本発明を適用した現像装置１４の概略断面図である。まず、画像形成手段による画像形成動作について説明する。

図１において、静電潜像担持体としての感光ドラム１１は、矢印Ａ方向に回転する。まず感光ドラム１１は、帯電装置１２によって一様に帯電される。その後、露光手段であるレーザ光学装置からのレーザ光１３により露光され、その表面に静電潜像が形成される。この静電潜像を、感光ドラム１１に所定の侵入量をもって押圧、接触するように配設された現像装置１４によって現像し、現像剤像（トナー像）として可視化する（現像装置１４は感光ドラム１１に現像作用を行う）。可視化された感光ドラム１１上のトナー像は、転写ローラ１５によって記録材１６に転写される。

転写されずに感光ドラム１１上に残存した転写残トナーは、クリーニング部材であるクリーニングブレード１７により掻き取られ、廃トナー容器１８に収納される。クリーニングされた感光ドラム１１は上述作用を繰り返し、画像形成を行う。一方、トナー像を転写された記録材１６は、定着装置１９によって永久定着された後、機外に排出される。

現像装置１４について、図２に基づき、さらに説明する。

図２において、２１は、現像剤としての負帯電性の非磁性一成分トナー２２（以下、単にトナーという場合もある）を収容する現像容器である。現像装置１４は、現像容器２１内の長手方向に延在する開口部に位置し、感光ドラム１１と対向配置され現像剤担持体としてトナーを担持搬送する現像ローラ２３を備え、感光ドラム１１上の静電潜像を現像、可視化するようになっている。

感光ドラム１１は、アルミシリンダーを基体とし、その周囲に所定厚みの感光層を塗工した剛体である。画像形成時において、感光ドラム１１は、帯電装置により帯電電位Ｖｄ
＝−７００Ｖに均一帯電されており、画像信号に従いレーザで露光された部分がＶｌ＝−１５０Ｖになる。Ｖｌ部に対し、現像ローラ２３の芯金には直流電圧＝Ｖｄｃ＝−３００Ｖが、現像バイアスとして印加され、負性帯電トナーで反転現像される。

弾性を有する現像ローラ２３は、上記開口部にて、図に示す右略半周を現像容器２１に突入し、左略半周面を現像容器２１から露出して横設される。この現像容器２１から露出した面は、現像装置１４の左方に位置する感光ドラム１１に所定の侵入量となるように押圧、接触するように対向している。本実施の形態においては、感光ドラム１１に対して現像ローラ２３が５０μｍ侵入し、接触する。現像ローラ２３は矢印Ｂ方向に回転駆動される。

本実施例における現像ローラ２３は、シリコーン系ゴムを基層とし、フッ素系ゴムを表層にコートした二層構成であり、その表面粗さ（算術平均粗さ（Ｒａ））は、Ｒａ＝０．２μｍ、Ｒｚ＝０．５μｍ、Ｒｍａｘ＝０．７μｍである。また、現像ローラ２３は、１０^４〜１０^６Ωの抵抗を有している。現像ローラ２３表層の水に対する接触角は、１１０度である。本実施例においては、表面及び内部に水分を含んだトナーに対して良好な撥水性を有する厚さ３０μｍのフッ素系ゴムで現像ローラ表層を構成している。

現像ローラ２３の表層としては、フッ素系ゴムの他に、ナイロン系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂など水に対する接触角が１００度以上となるならば、何れも好適に用いることができる。また、現像ローラの表層材料の変更ではなく、表層に対するコーティング、放電等を用いた表面改質などであっても、接触角を１００度以上とするならば、何れも好適に用いることができる。接触角の測定は、協和界面科学の接触角計ＦＡＣＥを用い、現像ローラに対して１μＬ〜２μＬの純水を滴下させ接触角を測定した。

現像ローラ２３の一方には、導電性、弾性を有する現像剤規制部材としての現像ブレード２５が、支持板金２６に支持され、自由端側の先端近傍を現像ローラ２３の外周面に面接触にて当接（圧接）するように設けられている。現像ブレード２５は現像ローラ２３を線圧４０ｇ／ｃｍで押圧し、現像ローラ２３の表面に０．５ｍｇ／ｃｍ^２のトナー層を均一に形成する。

現像ブレード２５の材質として、本実施例では、導電性を有する厚さ８０μｍのステンレス薄板を用いる。その表面粗さは、Ｒａ＝０．１μｍ、Ｒｚ＝０．５μｍ、Ｒｍａｘ＝０．７μｍである。当接方向としては、当接部に対して自由端側の先端が、現像ローラ２３の回転方向上流側に位置するカウンター方向となっている。また、現像ブレード２５にはブレードバイアス電源により、現像バイアスに対してＶ＝Δ−２００Ｖの直流電圧が印加される。ここで、ブレードバイアス電源は、電圧印加手段又は電源を構成している。

現像ローラ２３のもう一方には、弾性ローラ２４が当接され、回転可能に支持されている。弾性ローラ２４は、スポンジ構造や、芯金上にレーヨン、ナイロン等の繊維を植毛したファーブラシ構造のものが、現像ローラ２３へのトナー供給及び未現像トナーの剥ぎ取りの点から好ましい。本実施例においては、ウレタンスポンジローラであり、現像ローラ２３と同一方向に回転駆動する。

本実施例において、一成分現像剤として負帯電性の非磁性一成分トナー２２には、転写効率を向上させるため、略球形トナー（球形状のトナー、球形化処理されたトナー）を用いている。

トナーの製造方法としては、例えば従来の粉砕トナー表面を熱的・機械的ストレスによ
り塑性球形化処理することも可能である。また、混濁重合法により直接トナーを製造する方法や、単量体には可溶で得られる重合体が不溶な水系有機溶剤を用い、直接トナーを背生成する分散重合方法を用いることも可能である。また、水溶性極性開始剤存在下で直接重合しトナーを生成するソープフリー重合方法に代表される乳化重合法等を用いることも可能である。

本実施例においては、粒度分布がシャープな４〜８μｍの粒径が得られる常圧下、又は、加圧下での混濁重合方法を用いている。そして、モノマーとしてスチレンとｎ−ブチルアクリレート、荷電制御剤としてサリチル酸金属化合物、極性レジンとして飽和ポリエステル、さらに着色剤を加えて次のようなトナーを製造している。すなわち、重量平均粒径約７μｍであり、重量平均粒径４μｍ以下のトナー粒子が２５個数％以下の負帯電性トナーを製造している。

その後、流動性付与剤として、疎水性シリカを１．５ｗｔ％外添している。外添量は、当然これに限るものではない。トナー表面を外添剤によって被膜することで、負性帯電性能の向上、かつ、トナー間に微小な間隙を設けることによる、流動性の向上を達成している。

以上説明した画像形成装置１０と現像装置１４を用いて、高温高湿環境（３０℃、８０％ＲＨ）に１日放置してプリントアウト試験を行った。その結果、画像カブリ不良が発生することなく高画質な画像を得ることができた。

以下に、本実施例について詳細な説明を行う。

従来の現像装置を高温高湿環境（３０℃、８０％ＲＨ）に１日間放置して、プリントアウト試験を行ったところ、画像カブリ不良が発生した。反対に、従来の現像装置を低温低湿環境に１日間放置して、プリントアウト試験を行ったが、画像カブリ不良は発生しなかった。実験結果を表１と表２に示す。

画像カブリ不良について詳細に調べた結果、高温高湿環境下、現像ブレードと現像ローラを等電位にする、現像ブレードを薄くする、現像ローラの回転速度を遅くする場合に画像カブリ不良は発生した。

つまり、画像カブリ不良が発生する原因は、高温高湿環境下、現像ブレードと現像ローラを等電位にする、現像ブレードを薄くする、現像ローラの回転速度を遅くする場合に、現像ローラの表面に形成されたトナー層の摩擦帯電量が不足しているためであった。つまり、現像ブレードが導電性を有し、現像ブレードが導通部として電源又はアースに接続されるため、トナー層に付与された摩擦帯電量が現像ブレードを通して放電されるため、トナー層の摩擦帯電量が不足していた。

詳しくは、高温高湿環境下においてトナー表面及び内部に含まれる水分量は増加する。トナー表面及び内部に含まれる水分量が増加した場合、トナーと現像ローラ表面の付着力は増加する。付着力が増加すると、トナーと現像ローラ表面との摩擦機会が減少し、トナー層の摩擦帯電量が減少していた。また、現像ブレードと現像ローラを等電位にする場合、トナー層に付与した摩擦帯電量が現像ブレードを通して放電され、摩擦帯電量が減少していた。また、現像ブレードを薄く、現像ローラの回転数を遅くした場合も、トナーと現像ブレード表面、トナーと現像ローラ表面、トナー同士の摩擦機会が減少し、トナー層に付与される摩擦帯電量が減少していた。

このような高温高湿環境下、現像ブレードと現像ローラを等電位にする、現像ブレードを薄くする、現像ローラの回転速度を遅くする場合に摩擦帯電量は不足し、画像カブリ不良は発生していた。

そこで、本発明者等は、トナー層の摩擦帯電量を増加させることを目的とし、具体的には、高温高湿環境下でトナーと現像ローラ表面との摩擦機会を増加させることを目的とした。つまり、高温高湿環境下でトナー表面及び内部に含まれる水分量が増加した場合でも、トナーと現像ローラ表面との摩擦機会を増加させることを目的とした。この結果、現像ローラ表面の水に対する接触角に注目した。

以下、表３に現像ローラの表層材料と水に対する接触角、画像カブリ不良の結果を示す。また、現像ローラ以外の構成を従来の現像装置のままとし、高温高湿環境（３０℃、８
０％ＲＨ）に１日間放置した現像装置を用いてプリントアウト試験を行った結果を図３に示す。

図３から明らかなように、現像ローラ表面の水に対する接触角と画像カブリ不良との間には相関が見られた。つまり、現像ローラの表層材料を変化させ、現像ローラ表面の水に対する接触角を、１００度以上とすることで、画像カブリ不良の発生を抑制することができた。

なぜならば、現像ローラ表面の水に対する接触角を１００度以上とすることによって、現像ローラ表面は、高温高湿環境下で表面及び内部に水分を含んだトナーを弾く性質を持つ。このため、トナーと現像ローラ表面の付着力は増加しない。トナーと現像ローラ表面の付着力の増加を防いだ結果、トナーと現像ローラ表面との摩擦機会が増加し、トナー層に付与される摩擦帯電量が増加する、と考えられる。このとき、トナー層に付与される摩擦帯電量は、現像ローラの表層材料の帯電系列等に依らず、水に対する接触角のみに依存していると考えられる。つまり、現像ローラ表層材料において、シリコーンとテフロン（登録商標）とは、帯電系列では正反対の傾向を示すはずであるが、２つの材料ともに接触角が高く、摩擦帯電量を増加させる傾向を持っていた。このため、トナー層に付与される摩擦帯電量は、水に対する接触角のみに依存していると考えられる。

このように、トナーに付与された電荷が現像ブレードを通して放電された場合でも、摩擦機会の増加によってトナーに付与された摩擦帯電量が十分であるため、トナー層の摩擦帯電量の減少はない。

この結果、現像ブレードが導電性を有し、現像ブレードが電源又はアースに接続される場合でも、トナー層の摩擦帯電量は、環境変動の影響なく増加し画像カブリ不良の発生を抑制できる。

また、現像ローラ２３の表面粗さの算術平均粗さ（Ｒａ）を０．３μｍ以下とすることで、トナーと現像ローラ表面との摩擦機会を増加させることができ、トナー層の摩擦帯電量を増加させることができ、画像カブリ不良の発生を低減できる。

また、現像ブレード２５に直流バイアス電圧を印加し、現像ローラ２３との間に電位差を設けることで、直流バイアス電圧によってトナー層に電荷を注入し、トナー層の摩擦帯電量を増加させることができ、画像カブリ不良の発生を低減できる。

また、トナーを非磁性一成分現像剤とすることで、二成分現像剤と比べてキャリアを必要としないため、現像に際して、キャリアの劣化について特別な考慮を払う必要がない。

また、トナーを略球形とすることで、現像ブレード２５とトナーの摩擦機会、現像ローラ２３とトナーの摩擦機会、トナー同士の摩擦機会を増加させることができ、トナー層の摩擦帯電量を増加させることができ、画像カブリ不良の発生を低減できる。

以上説明したように、現像ブレード２５が導電性を有し、現像ブレード２５が電源又はアースに接続される場合でも、現像ローラ２３の水に対する接触角を１００度以上とすることで、現像ローラ表面に形成されたトナー層の摩擦帯電量を増加させることができる。

つまり、温度や湿度等の環境変化に伴って、トナー表面及び内部に含まれる水分量が増加した場合でも、トナーと現像ローラ表面とが水分を介して付着しない。トナーと現像ローラ表面との付着を防いだ結果、トナーと現像ローラ表面との摩擦機会が増加し、トナーに付与される摩擦帯電量が増加する。

この結果、現像ブレード２５が導電性を有する場合でも、トナーの摩擦帯電量を増加させることができ、画像カブリ不良の発生を低減することが可能となる。

このように、本実施例によれば、現像ローラ２３上に形成されるトナー層の摩擦帯電量のばらつきを低減することができ、環境変化に対して影響の少ない略均一な画像特性及び高い信頼性を得ることが可能となる。

図４は、本発明を適用したプロセスカートリッジ４０の一例を示す概略断面図である。

プロセスカートリッジ４０は、現像装置４４、感光ドラム４５、帯電手段４６、及び、クリーニング手段４７で構成され、プラスチック製の現像枠体４８，４９により一体的にカートリッジ化される。ここで、現像装置４４は、現像剤担持体としての現像ローラ４１と、この現像ローラ４１の外周面に面接触にて当接するように設けられた現像剤規制部材４２、弾性ローラ４３等で構成される。

即ち、本実施例のプロセスカートリッジ４０は、上記実施例１で説明した現像装置１４と、感光ドラム４５に作用するプロセス構成部を一体的にユニット化したものである。従って、上述した全ての現像装置構成部が同様にプロセスカートリッジ４０において適用されるものである。また、このプロセスカートリッジ４０は画像形成装置に着脱可能に設けられるものである。本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

本発明を適用した画像形成装置の一例を示す概略断面図である。 本発明を適用した現像装置の一例を示す概略断面図である。 現像ローラ表面の水に対する接触角と画像カブリ不良の関係を示すグラフである。 本発明を適用したプロセスカートリッジの一例を示す概略断面図である。 従来の現像装置の概略断面図である。

符号の説明

１４ 現像装置
２２ 非磁性一成分トナー
２３ 現像ローラ
２５ 現像ブレード

Claims (8)

1. 現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に圧接するように設けられ、前記現像剤担持体に担持された前記現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、
   を備え、
   前記現像剤規制部材が導電性を有し、前記現像剤規制部材が導通部に電気的に導通される現像装置において、
   前記現像剤担持体は、前記現像剤担持体表面の水に対する接触角が１００度以上となるように設けられていることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤担持体の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤規制部材に直流バイアス電圧を印加する電圧印加手段を備え、
   前記電圧印加手段により前記現像剤規制部材に直流バイアス電圧を印加して、前記現像剤担持体との間に電位差を設けることにより、前記現像剤担持体に担持された現像剤に電荷を付与し、前記現像剤の摩擦帯電量を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記現像剤は、非磁性一成分現像剤であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記現像剤は、球形状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置を備え、画像形成装置に着脱可能に設けられることを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 前記プロセスカートリッジは、前記現像装置によって現像作用が行われる静電潜像担持体を備えることを特徴とする請求項６に記載のプロセスカートリッジ。
8. 静電潜像担持体と、
   前記静電潜像担持体に現像作用を行う請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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