JP2001022176A - 現像装置及びこの現像装置を備えるプロセスカートリッジ並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、現像剤担持体を潜像担持体に対向
して当接若しくは圧接させて現像処理を行う接触一成分
現像方法において、優れた階調性の画像を得ることので
きる現像装置及びこの現像装置を備えるプロセスカート
リッジ並びに画像形成装置を提供する。 【解決手段】 感光ドラム１に対向して当接若しくは圧
接した状態で現像剤を担持する現像ローラ５は、現像ロ
ーラ５に担持されるための現像剤の１ｇあたりの帯電電
荷量をＱ[μＣ／ｇ]とするとき、現像ローラ５の軸線方
向の長さ１ｍｍあたりの電気抵抗が−７．８３×１０⁴
｜Ｑ｜＋７．０５×１０⁶Ω／ｍｍの０．９倍以上１．
１倍以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の複
写機、プリンター等の画像形成装置に備えられた現像装
置及びこの現像装置を備えるプロセスカートリッジ並び
に画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式の画像形成装置にあ
っては、光導電性物質を利用する潜像担持体たる感光体
上に種々の方法により電気的な潜像を形成し、次いで、
現像装置によって該潜像を現像剤たるトナーによって現
像を行ってトナー画像として可視化し、必要に応じて紙
等の記録媒体たる転写材に上記トナー画像を転写した
後、熱や圧力等を付与することにより定着させ、複写物
を得る画像形成装置が知られており、実用に供されてい
る。

【０００３】しかるに、かかる画像形成装置にあって
は、画像の解像力、鮮明度等の向上が求められている現
在、現像装置に備えられた現像剤担持体へのトナーの薄
層形成方法及びその装置に関する開発は必須となってお
り、又、これに対していくつかの方策が提案されてい
る。近年、かかる画像形成装置では、現像を担持する現
像剤担持体として、半導電性の現像ローラ、又は、表面
に誘電層を形成した現像ローラを採用し、該現像ローラ
を感光体表面層に押し当てる構成で現像を行う接触一成
分現像方法が提案されている。

【０００４】この接触一成分現像方法では、静電潜像を
担持する感光体に現像ローラを当接若しくは圧接させて
現像を行うため、弾性を有する現像ローラを用いる必要
がある。

【０００５】特に、剛体からなる潜像担持体に現像ロー
ラを接触させる場合には、これを傷つけることを避ける
ため、弾性を有する現像ローラを使用することが必須条
件となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
画像形成装置にあっては、従来の非磁性一成分ＤＣ接触
現像方法において、次のようなの問題がある。

【０００７】導電性の現像ローラを用いると感光体と現
像ローラのニップ部で電荷をもったトナーの移動により
電流が発生し、低い現像電位差（静電潜像担持体の表面
電位と現像バイアス電位の差）でも現像が行われ、高い
画像濃度が得られる。

【０００８】そのため、高いγ値を有する画像形成とな
り、現像電位差に対して出力画像濃度をプロットした曲
線の傾きから得られる現像のγ値が高くなって、原稿の
連続的な画像濃度に応じたハーフトーン画像を忠実に再
現することが困難であった。

【０００９】そこで、本発明は、現像剤担持体を潜像担
持体に対向して当接若しくは圧接させて現像処理を行う
接触一成分現像方法において、優れた階調性の画像を得
ることのできる現像装置及びこの現像装置を備えるプロ
セスカートリッジ並びに画像形成装置の提供を目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】主たる本出願にかかる発
明は、潜像を担持する潜像担持体に対向して当接若しく
は圧接した状態で現像剤を担持する現像剤担持体を備
え、該現像剤担持体が上記潜像担持体に現像剤を付与す
ることにより該潜像を現像剤像として可視化する現像装
置において、現像剤担持体は、上記現像剤の１ｇあたり
の帯電電荷量をＱ[μＣ／ｇ]とするとき、現像剤担持体
の軸線方向の長さ１ｍｍあたりの電気抵抗が−７．８３
×１０⁴｜Ｑ｜＋７．０５×１０⁶Ω／ｍｍの０．９倍以
上１．１倍以下であることを特徴とする現像装置であ
る。

【００１１】又、他の主たる本出願にかかる発明は、少
なくとも潜像材担持体及び現像装置を保持し画像形成装
置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジであっ
て、上記現像装置を備えることを特徴とするプロセスカ
ートリッジである。

【００１２】更に、他の主たる本出願にかかる発明は、
一連の画像形成プロセスによって形成された画像を記録
媒体に記録する画像形成装置であって、上記現像装置、
又は、上記プロセスカートリッジを備えることを特徴と
する画像形成装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に関し
て、添付図面に基づき説明する。

【００１４】図１は、本実施形態にかかる画像形成装置
の概略構成を示す断面図であり、図２は、図１の画像形
成装置に備えられた現像装置の概略構成を示す断面図で
ある。

【００１５】かかる画像形成装置にあっては、図１に示
すように、先ず、潜像担持体としての感光ドラム１が矢
印Ａ方向に回転し、感光ドラム１を帯電処理するための
帯電装置２によって一様に帯電され、感光ドラム１に静
電潜像を書き込む露光手段であるレーザー光３により、
その表面に静電潜像が形成される。

【００１６】上記静電潜像は、感光ドラム１に対して近
接配置され、画像形成装置本体に対し着脱可能なプロセ
スカートリッジ（図示せず）に保持される現像装置４に
よって現像剤たるトナーを付与されることにより現像さ
れ、トナー像として可視化される。

【００１７】尚、本実施形態では露光部にトナー像を形
成するいわゆる反転現像を行っている。

【００１８】可視化された感光ドラム１上のトナー像
は、転写ローラ９によって記録媒体である紙１３に転写
される。

【００１９】トナー像を転写された紙１３は、定着装置
１２により定着処理され、装置外に排紙されプリント動
作が終了する。

【００２０】一方、転写されずに感光ドラム１上に残存
した転写残トナーはクリーニングブレード１０により掻
き取られ廃トナー容器１１に収納され、クリーニングさ
れた感光ドラム１は上述作用を繰り返し行う。

【００２１】本実施形態にかかる現像装置４について図
２に基づいてさらに説明する。

【００２２】現像装置４は、図２に示すように、一成分
現像剤として非磁性トナー８を収容した現像容器１４
と、現像容器１４内の長手方向に延在する開口部に位置
し感光ドラム１と対向設置された現像剤担持体としての
現像ローラ５とを備え、感光ドラム１上の静電潜像を現
像して可視化するようになっている。

【００２３】尚、現像ローラ５は感光ドラム１と当接幅
をもって接触している。

【００２４】現像装置４においては、弾性ローラ６が、
現像容器１４内で、弾性ブレード７の現像ローラ５表面
との当接部に対し現像ローラ５回転方向上流側に当接さ
れ、且つ、回転可能に支持されている。

【００２５】弾性ローラ６の構造としては、発泡骨格状
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５への
トナー８供給及び未現像トナーの剥ぎ取りの点から好ま
しい。

【００２６】本実施形態においては、芯金上にポリウレ
タンフォームを設けた直径１６ｍｍの弾性ローラ６を用
いた。

【００２７】この弾性ローラ６の現像ローラ５に対する
当接幅としては、１〜８ｍｍが有効であり、又、現像ロ
ーラ５に対してその当接部において相対速度をもたせる
ことが好ましく、本実施形態おいては、当接幅を３ｍｍ
に設定し、弾性ローラ６の周速として現像動作時に５０
ｍｍ／ｓ（現像ローラ５との相対速度は１３０ｍｍ／
ｓ）となるように駆動手段（図示せず）により所定タイ
ミングで回転駆動させている。

【００２８】弾性ローラ６の現像ローラ５回転方向下流
側には、弾性ブレード７が、ブレード支持板金１５に支
持され、自由端側の先端近傍を現像ローラ５の外周面に
面接触にて当接されるよう設けられている。

【００２９】弾性ブレード７の構造は、シリコン、ウレ
タン等のゴム材料、若しくは、バネ弾性を有するＳＵＳ
又はリン青銅の金属薄板を基体とし現像ローラ５への当
接面側にゴム材料を接着したもの等からなっている。

【００３０】又、弾性ブレード７の現像ローラ５に対す
る当接方向としては、当接部に対して先端側が現像ロー
ラ５の回転方向上流側に位置する所謂カウンター方向に
なっている。

【００３１】本実施形態において、弾性ブレード７は、
厚さ１．０ｍｍの板状のウレタンゴムをブレード支持板
金１５に接着した構成になっている。

【００３２】又、弾性ブレード７の現像ローラ５に対す
る当接圧は、２５〜３５ｇ／ｃｍ（線圧の測定は、摩擦
係数が既知の金属薄板を３枚当接部に挿入し、中央の一
枚をばねばかりで引き抜いた値から換算した。）に設定
した。

【００３３】図３は、図２の現像装置４を感光ドラム１
方向から見た図であり、説明の都合上現像ローラ５の図
示を省略している。

【００３４】現像ローラ５両端部からのトナーもれを防
止するために、端部シール部材１９が現像容器１４開口
部に設けられ、現像ローラ５の軸線方向両端部と現像容
器１４開口部の間をシールしている。

【００３５】弾性ブレード７は、図３に示すように、図
中斜線部で示した現像ローラ５との当接ニップから弾性
ブレード７先端までの距離が通常の現像領域から弾性ブ
レード７両端部にむかうにしたがって連続的に短くなる
ように構成されている。

【００３６】更に、現像ローラ５の軸線方向における弾
性ブレード７の両端部でのブレード先端位置は、上記当
接ニップ内にあるように構成されている。

【００３７】つまり、現像ローラ５上に形成されるトナ
ー層厚は、当接ニップの現像ローラ５回転方向上流側の
点から先端までの距離に影響され、従来から知られてい
るように、この距離が長いほど現像ローラ５上に形成さ
れるトナー層が厚くなり、短くなるとトナー層が薄くな
る。

【００３８】トナー８は、非磁性一成分現像剤であり、
上述したように転写性にすぐれ、且つ、転写されずに感
光ドラム１上に残存した転写残トナーをブレード、ファ
ーブラシ等のクリーニング手段によってクリーニングす
る際に潤滑性が高いことから感光ドラム１の磨耗の少な
いなどの利点を有するトナー、即ちトナーとして球形で
あり、且つ表面が平滑であるものを用いている。

【００３９】具体的にはトナー体積抵抗値としては１０
¹⁴Ω以上であり、測定条件は測定電極板面積φ６ｍｍ、
０．２３８ｃｍ²、圧力：１５００ｇの錘を用い、９８
０／ｃｍ²の圧力（９６．１ｋＰａ）、測定時粉体層
厚：０．５〜１．０ｍｍ、４００Ｖの直流電圧を印加微
小電流計（ＹＨＰ４１４０ｐＡ ＭＥＴＥＲ／ＤＣ Ｖ
ＯＬＴＡＧＥ ＳＯＵＣＥ）で電流量を測定し、抵抗値
より体積抵抗値（比抵抗）を算出する。

【００４０】本実施形態におけるトナーは、形状係数と
して、ＳＦ₁が１００〜１８０であり、ＳＦ₂が１００〜
１４０であるものをもちいている。

【００４１】尚、このＳＦ₁、ＳＦ₂は、日立製作所ＦＥ
−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、トナー像を無作為に１
００個サンプリングし、その画像情報をインターフェイ
スを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に
導入し解析を行い、次式より算出し得られた値を定義し
ている。 ＳＦ₁＝（ＭＸＬＮＧ）²／ＡＲＥＡ×π／４×１００ ＳＦ₂＝（ＰＥＲＩ）²／ＡＲＥＡ×π／４×１００ （ＡＲＥＡ：トナー投影面積、ＭＸＬＮＧ：トナー絶対
最大長、ＰＥＲＩ：トナー周長） このトナーの形状係
数ＳＦ₁は球形度合を示し、１００から大きくなるにつ
れて球形から徐々に不定形となり、ＳＦ₂は凹凸度合を
示し、１００から大きくなるにつれてトナー表面の凹凸
が顕著になる。

【００４２】トナーの製造方法としては、上記形状係数
の範囲内になればいわゆる粉砕方法による製造方法の他
に、特開昭３６−１０２３１号公報、特開昭５９−５３
８５６号公報に述べられている懸濁重合方法を用いて直
接トナーを生成する方法や、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生成す
る分散重合方法、又は水溶性極性重合開始剤存在下で直
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
される乳化重合方法等を用いてトナーを製造することが
可能である。

【００４３】本実施形態においては、トナーの形状係数
ＳＦ₁を１００〜１８０に、ＳＦ₂を１００〜１４０に容
易にコントロールでき、比較的容易に粒度分布がシャー
プで４〜８μｍ粒径の徹粒子トナーが得られる常圧下又
は加圧下での懸濁重合方法を用い、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、更に着色剤を加え、重量平均粒径７μｍの着色懸濁
粒子を製造した。

【００４４】そして、これに疎水性シリカを１．５ｗｔ
％外添することによって、上述したような転写性に優
れ、感光ドラム１のクリーニング時における磨耗の少な
い負極性のトナー８を製造した。

【００４５】上述の現像装置４において、現像動作時
に、現像容器１４内のトナー８は、撹拌部材１６の矢印
Ｃ方向の回転に伴い弾性ローラ６方向に送られる。

【００４６】次に、このトナー８は弾性ローラ６が矢印
Ｄ方向に回転することにより、現像ローラ５近傍に運ば
れ、現像ローラ５と弾性ローラ６との当接部において、
弾性ローラ６上に担持されているトナー８は、現像ロー
ラ５と摺擦されることによって、摩擦帯電をうけ、現像
ローラ５上に付着する。

【００４７】その後、現像ローラ５上に付着したトナー
８は、現像ローラ５の矢印Ｂ方向の回転に伴い、弾性ブ
レード７の圧接下に送られ、現像ローラ５上に薄層形成
される。

【００４８】本実施形態において良好な帯電電荷量とし
て−４０〜−２０μＣ／ｇ、良好なトナーコート量とし
て０．４〜１．０ｍｇ／ｃｍ²、トナー層厚で１０〜２
０μｍが得られるように設定している。

【００４９】又、現像ローラ５は、上記開口部にて図中
右略半周面を現像容器１４内に突入し、左略半周面を現
像容器１４外に露出して横設されている。

【００５０】この現像容器１４外へ露出した現像ローラ
５の面は、現像装置４の左方に位置する感光ドラム１に
接触して対向している。

【００５１】現像ローラ５は、矢印Ｂ方向に回転駆動さ
れ、その表面は、トナー８との摺擦確率を高くし、且
つ、トナー８の搬送を良好に行うための適度な凹凸を有
しており、本実施形態においては直径１６ｍｍ、長さ２
１６ｍｍ、肉厚５ｍｍのシリコンゴム層上にアクリル−
ウレタン系樹脂をコートした弾性ローラ６を用いた。

【００５２】又、現像ローラ５は、感光ドラム１とは圧
接し、感光ドラム１の周速５０ｍｍ／ｓに対して若干速
めた周速８０ｍｍ／ｓで回転させている。

【００５３】ここで、現像ローラの抵抗Ｒ₁Ω／ｍｍを
定義する。

【００５４】現像ローラの抵抗値の測定は、直径３０ｍ
ｍのアルミローラ（アルミ素管）と現像ローラを当接荷
重５００ｇＦで当接させ、アルミローラを周速５０ｍｍ
／ｓで回転させる。

【００５５】次に、アース側に１０ｋ〜１０ＭΩの抵抗
を配置し、現像ローラに４００Ｖの直流電圧を印加し、
その両端の電圧を測定し、電流を算出し実測の抵抗値Ｒ
₀Ωを求める。

【００５６】そして、現像ローラ長手方向（軸線方向）
の１ｍｍあたりの抵抗を換算した値を現像ローラの抵抗
Ｒ₁Ω／ｍｍとした。

【００５７】次に、現像ローラの抵抗値の最適値を得る
ために現像ローラ抵抗を変化させたものを数種類作成
し、これを用いて得られた画像特性を比較した結果につ
いて説明する。

【００５８】各現像ローラを図２に示すように現像装置
にそれぞれ設置し、ディザ６４階調画像を得た。

【００５９】尚、現像の条件は以下のとおりとした。 感光体未露光部表面電位 ：−６００Ｖ 現像バイアス電位 ：−３００Ｖ トナー帯電量 ：−６０．０μＣ／ｇ、−３
０．０μＣ／ｇ、−１５．０μＣ／ｇ 現像ローラ上トナー付着量：０．４ｍｇ／ｃｍ² 現像ローラの抵抗Ｒ₁ ：２．５５×１０³Ω／ｍｍ、
１．５０×１０⁴Ω／ｍｍ、４．６３×１０⁴Ω／ｍｍ、
１．００×１０⁵Ω／ｍｍ、９．２６×１０⁵Ω／ｍｍ、
１．８５×１０⁶Ω／ｍｍ、４．６３×１０⁶Ω／ｍｍ 次に、現像ローラに所定のバイアスを印加して、感光体
上に形成されたトナー像を普通紙に転写し、定着させる
ことによって画像を得て、得られた画像の画像濃度をマ
クベスの反射濃度計（ＲＤ９１８）で測定し、出力画像
の画像濃度とした。

【００６０】尚、１２００ｄｐｉディザ６４階調で出力
した画像の階調曲線を現像のγ特性と称し、トナーの帯
電電荷量が−３０．０μＣ／ｇの場合のγ特性を図４に
示した。

【００６１】図４における曲線は、それぞれ抵抗の異な
る現像ローラによって出力された画像の階調特性を表わ
し、直線Ａは、γ特性を一次回帰した直線で傾きが０．
０２であり、理想的なγ特性を表わすものである。

【００６２】尚、γ曲線の傾きをγ値と称し、γ値は±
１０％即ちγ＝０．０１８〜０．０２２の範囲内であれ
ば許容される。

【００６３】これより、現像ローラの抵抗によって階調
性が大きく変化することがわかる。

【００６４】次に、図５に図４で求めたトナーの帯電電
荷量−３０μＣ／ｇの場合と、−６０．０μＣ／ｇ及び
−１５．０μＣ／ｇの場合のγ値と現像ローラの抵抗と
の関係を示した。

【００６５】これより、現像ローラの抵抗が５×１０⁵
Ω／ｍｍ以下でγ値は変化しないが、その後γ値と抵抗
が比例する。

【００６６】γ値＝０．０２における抵抗Ｒ₁とトナー
の帯電電荷量Ｑとの関係は次のとおりになり、この場合
の出力画像は優れた階調性を示すことがわかった。 （Ｒ₁、Ｑ、γ）＝（５．９×１０⁶，−１５，０．０２） （Ｒ₁、Ｑ、γ）＝（４．７×１０⁶，−３０，０．０１８） （Ｒ₁、Ｑ、γ）＝（２．４×１０⁶，−６０，０．０２１） これより、トナーの帯電電荷量と現像ローラの抵抗Ｒ₁
とは線形関係にあることがわかる。

【００６７】このことから、次式を満たすことがわかっ
た。

【００６８】（式１） Ｒ₁＝−７．８３×１０４｜Ｑ｜＋７．５×１０⁶ 更に、式１のＲ₁＝ｒと置き換えて、理想とされるγ値
の傾きが、±１０％の範囲内を許容としたとき、接触現
像における優れた階調性をもつ現像ローラ抵抗値及びト
ナー帯電電荷量の条件が次式の如く決定される。

【００６９】（式２） ｒ×０．９≦Ｒ₁≦ｒ×１．１ 現像ローラ５上に薄層形成されたトナー層は、一様に、
感光ドラム１との対向部である現像部へ搬送される。

【００７０】現像ローラ５が感光ドラム１に当接する現
像部において、現像ローラ５上に薄層形成されたトナー
層は、現像ローラ５の直流電圧によって感光ドラム１上
の静電潜像をトナー像として現像する。

【００７１】現像部において消費されなかった未現像ト
ナーは、現像ローラ５の回転とともに現像ローラ５の下
部より回収される。

【００７２】この回収部分には可撓性のシートからなる
シール部材１７が設けられ、未現像トナーの現像容器１
４内への通過を許容するとともに、現像容器１４内のト
ナー８が現像ローラ５の下部から漏出するのを防止す
る。

【００７３】この回収された現像ローラ５上の未現像ト
ナーは、弾性ローラ６と現像ローラ５との当接部におい
て、現像ローラ５表面から剥ぎ取られる。

【００７４】この剥ぎ取られたトナーの大部分は、弾性
ローラ６の回転に伴い搬送され現像容器１４内のトナー
８と混ざりあい、トナー８の帯電電荷が分散され、同時
に弾性ローラ６の回転により現像ローラ５上に新たなト
ナーが供給され前述の作用を繰り返す。

【００７５】更に、第一の実施形態においては、現像装
置を保持し画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセ
スカートリッジとして用いたが、画像形成装置本体内に
固定され、トナーのみを補給するような構成の現像装置
として用いてもよく、又、現像装置と感光ドラム、クリ
ーニングブレード、廃トナー収容容器、帯電装置を一体
滴に保持し画像形成装置本体に対し着脱可能なプロセス
カートリッジとして用いても良い。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本出願にかかる発
明によれば、現像剤担持体を潜像担持体に対向して当接
若しくは圧接させて現像処理を行う接触一成分現像方法
において、優れた階調性の画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる現像装置を備える画
像形成装置の概略構成を示す断面図である。

【図２】図１の画像形成装置に備えられた現像装置の概
略構成を示す断面図である。

【図３】図２の現像装置を潜像担持体側からみた図であ
る。

【図４】本発明の実施形態における１２００ｄｐｉディ
ザ６４階調で出力した画像の階調曲線を示す図である。

【図５】本発明の実施形態における図４によるγ値と現
像ローラの抵抗値との関係を示す図である。

【符号の説明】 １ 感光ドラム（潜像担持体） ４ 現像装置 ５ 現像ローラ（現像剤担持体） ８ トナー（現像剤） １３ 紙（記録媒体） Ｑ 帯電電荷量 Ｒ₁ 電気抵抗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潜像を担持する潜像担持体に対向して当
   接若しくは圧接した状態で現像剤を担持する現像剤担持
   体を備え、該現像剤担持体が上記潜像担持体に現像剤を
   付与することにより該潜像を現像剤像として可視化する
   現像装置において、現像剤担持体は、上記現像剤の１ｇ
   あたりの帯電電荷量をＱ[μＣ／ｇ]とするとき、現像剤
   担持体の軸線方向の長さ１ｍｍあたりの電気抵抗が−
   ７．８３×１０⁴｜Ｑ｜＋７．０５×１０⁶Ω／ｍｍの
   ０．９倍以上１．１倍以下であることを特徴とする現像
   装置。
2. 【請求項２】 少なくとも潜像材担持体及び現像装置を
   保持し画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカ
   ートリッジであって、請求項１に記載の現像装置を備え
   ることを特徴とするプロセスカートリッジ。
3. 【請求項３】 一連の画像形成プロセスによって形成さ
   れた画像を記録媒体に記録する画像形成装置であって、
   請求項１に記載の現像装置、又は、請求項２に記載のプ
   ロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成
   装置。