JP2022061166A

JP2022061166A - 現像ローラー、現像装置、画像形成装置

Info

Publication number: JP2022061166A
Application number: JP2020168984A
Authority: JP
Inventors: 宜宏前澤; Yoshihiro Maezawa
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-04-18
Also published as: US11372345B2; US20220107582A1

Abstract

【課題】長期に渡って十分な現像濃度を維持し、現像カブリの発生を抑制すること。
【解決手段】現像ローラー５１は、基部５１ａと、前記基部５１ａの外周に形成された弾性層５１ｂと、前記弾性層５１ｂの外周面に形成された被膜５１ｃとを備える。前記被膜５１ｃのＪＩＳＢ０６０１：１９９４の規格に基づく十点平均表面粗さが２マイクロメートル乃至４マイクロメートルである。さらに、前記被膜５１ｃのＪＩＳＢ０６０１：１９９４の規格に基づく凹凸の平均間隔が１２０マイクロメートル乃至２９０マイクロメートルである。さらに、前記被膜５１ｃのＯｗｅｎｓ－Ｗｅｎｄｔ－Ｒａｂｅｌ－Ｋａｅｌｂｌｅ法に基づく表面自由エネルギーが５ミリニュートン／メートル乃至２５ミリニュートン／メートルである。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式で現像を行う現像ローラー、現像装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式で現像を行う現像装置は、像担持体に現像剤を供給する現像ローラーを備える。前記現像ローラーの外周面を成す被膜の状態は、現像性能に大きく影響する。例えば、前記現像ローラーの表面粗さが小さすぎると現像濃度が不足しやすく、前記表面粗さが大きすぎると画像のガサツキが生じやすい。

例えば、高温高湿の環境下におけるカブリ現象が抑制されるように、前記現像ローラーが、十点平均表面粗さ（Ｒｚ）が３マイクロメートル以上、１２マイクロメートル以下であり、かつ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が３０マイクロメートル以上、１５０マイクロメートル以下である表面を有することが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－３０４０５３号公報

ところで、前記現像ローラーは、画像のガサツキが生じない範囲でより大きな表面粗さの前記被膜を有することにより、前記現像剤を前記像担持体へ効率的に搬送することができる。一方、前記被膜の表面粗さが大きい場合、前記被膜が摩耗しやすく、十分な現像濃度を維持できる期間が短くなる。

また、現像濃度の低下は、前記現像ローラーへ出力される現像バイアスを大きくし、さらに前記像担持体の明電位と前記現像バイアスとの差を小さくする補正によって抑制される。しかしながら、前記像担持体の明電位と前記現像バイアスとの差を小さくすることは、いわゆる現像カブリを引き起こす原因となる。

本発明の目的は、長期に渡って十分な現像濃度を維持することができ、さらに、現像カブリの発生を抑制できる現像ローラー、現像装置および画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る現像ローラーは、表面に静電潜像が形成される像担持体に対向する状態で回転駆動され、前記像担持体へ粒状の現像剤を供給することにより前記静電潜像を現像する。前記現像ローラーは、基部と、前記基部の外周に形成された弾性層と、前記弾性層の外周面に形成された被膜と、を備える。前記被膜のＪＩＳＢ０６０１：１９９４の規格に基づく十点平均表面粗さ（Ｒｚ）が２マイクロメートル乃至４マイクロメートルである。さらに、前記被膜のＪＩＳＢ０６０１：１９９４の規格に基づく凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が１２０マイクロメートル乃至２９０マイクロメートルである。さらに、前記被膜のＯｗｅｎｓ－Ｗｅｎｄｔ－Ｒａｂｅｌ－Ｋａｅｌｂｌｅ法に基づく表面自由エネルギーが５ミリニュートン／メートル乃至２５ミリニュートン／メートルである。

本発明の他の局面に係る現像装置は、粒状の現像剤と、前記現像剤を収容する現像槽と、前記現像槽内の前記現像剤を像担持体へ供給する前記現像ローラーと、を備える。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記現像装置と、を備える。

本発明によれば、長期に渡って十分な現像濃度を維持することができ、さらに、現像カブリの発生を抑制できる現像ローラー、現像装置および画像形成装置を提供することが可能になる。

図１は、実施形態に係る現像装置を備える画像形成装置の構成図である。図２は、実施形態に係る現像装置およびドラムユニットの断面図である。図３は、実施形態に係る現像装置における現像ローラーの断面図である。図４は、現像装置の性能評価の実験結果を表す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［画像形成装置１０の構成］
実施形態に係る現像装置５は、電子写真方式で現像を行う。現像装置５は、画像形成装置１０の一部を構成している。画像形成装置１０は、シートに画像を形成するプリント処理を実行する。

図１に示されるように、画像形成装置１０は、シートカセット１、シート給送機構２、シート搬送機構３、ドラムユニット４、現像装置５、定着装置６および露光装置７などの内部機器を備える。さらに、画像形成装置１０は、前記内部機器を収容する筐体である本体部１００を備える。

なお、図１は、本体部１００の上面を成すカバー部１００ａが開かれた状態を示している。

シート給送機構２は、シートカセット１に収容されたシートを１枚ずつ本体部１００内の搬送路３０へ送り出す。シート搬送機構３は、前記シートを搬送路３０に沿って搬送する１組以上の搬送ローラー対３１を含む。

シート搬送機構３は、画像が形成された前記シートを搬送路３０から排出トレイ１０１へ排出する。排出トレイ１０１はカバー部１００ａに形成されている（図１参照）。

図２に示されるように、ドラムユニット４は、ユニット筐体４０、感光体４１、帯電器４２および転写ローラー４４を含む。ユニット筐体４０が、感光体４１、帯電器４２および転写ローラー４４を支持している。

帯電器４２は、ドラム状の感光体４１の表面を帯電させる。本実施形態において、感光体４１は、単層有機感光体である。帯電器４２は、電圧が印加されるグリッド電極を備え、コロナ放電により発生したイオンを感光体４１へ導いて帯電させるスコロトロン帯電器である。

露光装置７は、感光体４１の表面をレーザー光によって露光することにより、感光体４１の表面に静電潜像を書き込む。前記静電潜像は、現像装置５によってトナー像へ現像される。感光体４１は、表面に前記静電潜像が形成され、さらに前記トナー像を担持して回転する像担持体の一例である。

転写ローラー４４は、感光体４１上の前記トナー像を前記シートに転写する。画像形成装置１０は、感光体４１の表面から、前記トナー像が転写された後に残るトナー５００を擦り取るクリーニング機構を備えていない。即ち、感光体４１の表面における転写ローラー４４に対向する部分と帯電器４２に対向する部分の間の領域は、他の部材と接触しない非接触領域である。

定着装置６は、ヒーターで加熱される定着ローラー６１および前記シートを定着ローラー６１へ付勢する加圧ローラー６２を備える。定着装置６は、前記シートに転写された前記トナー像を加熱しつつ加圧することにより前記トナー像を前記シートに定着させる。

図２に示されるように、現像装置５は、トナー５００、現像槽５０、現像ローラー５１、補給ローラー５２、撹拌パドル５３および規制ブレード５４を備える。トナー５００は、粒状の現像剤の一例である。現像槽５０は、トナー５００を収容する容器である。

感光体４１、現像ローラー５１、補給ローラー５２、撹拌パドル５３および転写ローラー４４は、不図示のモーターによって回転駆動される。

現像ローラー５１は、感光体４１に対向する状態で回転可能に支持されている。現像ローラー５１は、外周面にトナー５００を担持しつつ回転する。現像ローラー５１は、現像槽５０内のトナー５００を感光体４１の表面へ供給することにより、感光体４１の表面の前記静電潜像を現像する。

補給ローラー５２は、現像槽５０内のトナー５００を現像ローラー５１の外周面へ供給する。即ち、現像ローラー５１は、現像槽５０内のトナー５００を、補給ローラー５２を介して感光体４１の表面へ供給する。

撹拌パドル５３は、現像槽５０内のトナー５００を撹拌する。規制ブレード５４は、現像ローラー５１の外周面上のトナー５００に接触することにより、現像ローラー５１に担持されるトナー５００の厚みを所定レベルに制限する。

図３に示されるように、現像ローラー５１は、基部５１ａと、基部５１ａの外周に形成された弾性層５１ｂと、弾性層５１ｂの外周面に形成された被膜５１ｃとを備える。被膜５１ｃは、現像ローラー５１の最も外側の層を成している。

基部５１ａは、金属製の芯部材である。弾性層５１ｂは、合成ゴム製の部材である。現像ローラー５１の外周面を成す被膜５１ｃの状態は、現像性能に大きく影響する。例えば、現像ローラー５１の表面粗さが小さすぎると現像濃度が不足しやすく、前記表面粗さが大きすぎると画像のガサツキが生じやすい。

ところで、現像ローラー５１は、画像のガサツキが生じない範囲でより大きな表面粗さの被膜５１ｃを有することにより、トナー５００を感光体４１へ効率的に搬送することができる。一方、被膜５１ｃの表面粗さが大きい場合、被膜５１ｃが摩耗しやすく、十分な現像濃度を維持できる期間が短くなる。

また、現像濃度の低下は、現像ローラー５１へ出力される現像バイアスを大きくし、さらに感光体４１の明電位と前記現像バイアスとの差を小さくする補正によって抑制される。しかしながら、感光体４１の前記明電位と前記現像バイアスとの差を小さくすることは、いわゆる現像カブリを引き起こす原因となる。

以下、長期に渡って十分な現像濃度を維持することができ、さらに、前記現像カブリの発生を抑制するための現像装置５の構成について説明する。

図４は、それぞれ現像ローラー５１の被膜５１ｃの条件が異なる現像装置５の８つの実施例ＥＸ１～ＥＸ８および９つの比較例ＣＯＭ１～ＣＯＭ９について、現像性能を評価した実験結果の表を示す。

実施例ＥＸ１～ＥＸ８および比較例ＣＯＭ１～ＣＯＭ９において、前記現像性能の要因となる被膜５１ｃの条件は、ＪＩＳＢ０６０１：１９９４の規格ＪＩＳ規格に基づく十点平均表面粗さＲｚ、同規格に基づく凹凸の平均間隔Ｓｍ、およびＯＷＲＫ（Owens-Wendt-Rabel-Kaelble）法に基づく表面自由エネルギーγである。

ＯＷＲＫ法に基づく表面自由エネルギーγは、水、ポリエチレングリコール２０００およびリン酸トリクレジルの３種類の液体と被膜５１ｃとの接触角を液滴法により測定し、前記接触角の測定結果を周知のＯＷＲＫ法に基づく表面自由エネルギーγの計算式に適用することにより算出される。

図４に示される実験結果において、十点平均表面粗さＲｚおよび凹凸の平均間隔Ｓｍの単位はいずれもマイクロメートルであり、表面自由エネルギーγの単位はミリニュートン／メートルである。

実施例ＥＸ１～ＥＸ８および比較例ＣＯＭ１～ＣＯＭ９において、被膜５１ｃはウレタン被膜であり、マイクロゴム硬度計ＭＤ－１により計測される被膜５１ｃの硬度は５０度である。

また、実施例ＥＸ１～ＥＸ８および比較例ＣＯＭ１～ＣＯＭ９において、現像装置５は、非磁性一成分接触現像方式での現像を行う。即ち、現像装置５は、非磁性一成分現像剤であるトナー５００を、感光体４１の表面に接触させつつ現像する。トナー５００の帯電極性は正極である。例えば、トナー５００は、ポリエステル樹脂を主成分とする黒トナーである。

また、実施例ＥＸ１～ＥＸ８および比較例ＣＯＭ１～ＣＯＭ９において、トナー５００のコールターカウンター式粒径測定法にに基づく平均体積粒径は、６マイクロメートル乃至１０マイクロメートルの範囲内に収まっている。

また、実施例ＥＸ１～ＥＸ８および比較例ＣＯＭ１～ＣＯＭ９における評価項目は、初期の現像性能、１５００枚目の前記シートへの前記プリント処理が行われたときの前記現像性能、初期の現像カブリ、１５００枚目の前記シートへの前記プリント処理が行われたときの前記現像カブリおよび定着オフセットの５項目である。

なお、エントリーモデルの画像形成装置１０において、１５００枚の前記シートへの前記プリント処理が行われるまで不良が生じないことが、品質保証の要件として求められる。

実施例ＥＸ１～ＥＸ８および比較例ＣＯＭ１～ＣＯＭ９において、予め定められたテスト画像の前記プリント処理が行われ、５つの前記評価項目は、白色の前記シートに形成された前記テスト画像の状態について評価された。前記テスト画像は、予め定められた最大濃度の一様なベタ塗り画像である。以下の説明において、前記テスト画像が形成された前記シートのことをテストシートと称する。

前記現像性能は、現像ローラー５１に印加される前記現像バイアスが１５０ボルト以上２５０ボルト未満の範囲内で設定されることによって前記テスト画像の濃度が基準濃度以上である場合に良好であると評価され、そうでない場合に不良であると評価された。

なお、実施例ＥＸ１～ＥＸ８および比較例ＣＯＭ１～ＣＯＭ９において、感光体４１の帯電した表面における非露光部の電位は６８０ボルトであり、同露光部の電位は１１５ボルトである。

前記テスト画像の濃度は、所定の濃度計により計測された。また、前記基準濃度は、前記濃度計により計測される画像濃度１．３である。使用された前記濃度計は、日本電色工業株式会社製のＴＣ－６ＤＳである。

図４における前記現像性能の欄において、丸印は前記現像性能が良好であると評価されていることを示し、バツ印は前記現像性能が不良であると評価されていることを示す。

前記現像カブリは、前記テストシートにおける本来の前記テスト画像の領域に隣接する領域について前記濃度計により計測される濃度が予め定められた上限濃度未満である場合に前記現像カブリは発生していないと評価され、そうでない場合に前記現像カブリが発生していると評価された。

前記上限濃度は、前記濃度計により計測される画像濃度０．０１である。

図４における前記現像カブリの欄において、丸印は前記現像カブリが発生しなかったと評価されていることを示し、バツ印は前記現像カブリが発生したと評価されていることを示す。

また、前記定着オフセットは、前記テスト画像について定着ローラー６１の周長に対応する周期の濃度ムラの有無を目視で判定することにより評価された。図４における前記定着オフセットの欄において、丸印は前記定着オフセットが生じていないと評価されていることを示し、バツ印は前記定着オフセットが生じていると評価されていることを示す。

図４に示されるように、十点平均表面粗さＲｚが４マイクロメートルより大きい場合、１５００枚目の前記テストシートの前記テスト画像において、前記現像性能の不良および前記現像カブリが発生する（比較例ＣＯＭ１，ＣＯＭ５～ＣＯＭ７を参照）。

また、被膜５１ｃの製造限界により、被膜５１ｃの十点平均表面粗さＲｚを２マイクロメートル未満にすることは難しい。

また、被膜５１ｃの凹凸の平均間隔Ｓｍが１２０マイクロメートル未満である場合、前記定着オフセットが生じる場合がある（比較例ＣＯＭ２を参照）。

また、被膜５１ｃの凹凸の平均間隔Ｓｍが２９０マイクロメートルより大きい場合、初期の段階から前記現像性能の不良が生じやすい（比較例ＣＯＭ３を参照）。

同様に、被膜５１ｃの表面自由エネルギーγが２５ミリニュートン／メートルよりも大きい場合、少なくとも１５００枚目の前記テストシートの前記テスト画像において、前記現像性能の不良が生じやすい（比較例ＣＯＭ４，ＣＯＭ６，ＣＯＭ９を参照）。また、被膜５１ｃの製造限界により、被膜５１ｃの表面自由エネルギーγを５ミリニュートン／メートル未満にすることは難しい。

以上より、図４に示される実験結果は、長期に渡って十分な現像濃度を維持し、さらに、前記現像カブリの発生を抑制するための被膜５１ｃの要件は、以下の通りであることを示す。

前記要件は、被膜５１ｃの十点平均表面粗さＲｚが２マイクロメートル乃至４マイクロメートルであり、かつ、被膜５１ｃの凹凸の平均間隔Ｓｍが１２０マイクロメートル乃至２９０マイクロメートルであり、かつ、被膜５１ｃの表面自由エネルギーγが５ミリニュートン／メートル乃至２５ミリニュートン／メートルであることである（実施例ＥＸ１～ＥＸ８を参照）。図４において、前記要件から外れているデータの欄は、太い枠で囲まれている。

５：現像装置
１０：画像形成装置
４１：感光体
５０：現像槽
５１：現像ローラー
５１ａ：基部
５１ｂ：弾性層
５１ｃ：被膜
５２：補給ローラー
５３：撹拌パドル
５４：規制ブレード
５００：トナー

Claims

表面に静電潜像が形成される像担持体に対向する状態で回転駆動され、前記像担持体へ粒状の現像剤を供給することにより前記静電潜像を現像する現像ローラーであって、
基部と、
前記基部の外周に形成された弾性層と、
前記弾性層の外周面に形成された被膜と、を備え、
前記被膜のＪＩＳＢ０６０１：１９９４の規格に基づく十点平均表面粗さ（Ｒｚ）が２マイクロメートル乃至４マイクロメートルであり、
前記被膜のＪＩＳＢ０６０１：１９９４の規格に基づく凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が１２０マイクロメートル乃至２９０マイクロメートルであり、
前記被膜のＯｗｅｎｓ－Ｗｅｎｄｔ－Ｒａｂｅｌ－Ｋａｅｌｂｌｅ法に基づく表面自由エネルギーが５ミリニュートン／メートル乃至２５ミリニュートン／メートルである、現像ローラー。
粒状の現像剤と、
前記現像剤を収容する現像槽と、
前記現像槽内の前記現像剤を像担持体へ供給する請求項１に記載の現像ローラーと、を備える現像装置。
非磁性一成分接触現像方式での現像を行う、請求項２に記載の現像装置。
前記現像剤は、コールターカウンター式粒径測定法に基づく平均体積粒径が６マイクロメートル乃至１０マイクロメートルの非磁性一成分現像剤である、請求項３に記載の現像装置。
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の現像装置と、を備える画像形成装置。