JP4953220B2

JP4953220B2 - 現像装置及び画像形成装置

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Publication number: JP4953220B2
Application number: JP2005023853A
Authority: JP
Inventors: 拓哉後藤
Original assignee: 株式会社沖データ
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: US20060171746A1; JP2006208994A

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の電子写真方式の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、帯電プロセス、露光プロセス、現像プロセス、転写プロセス、定着プロセス及びクリーニングプロセスの各記録プロセスによって画像を形成するようになっている。

そして、前記現像プロセスにおいては、非磁性一成分のトナーを利用する接触型の現像装置が使用される。該現像装置は、感光体ドラムに接触させて配設された現像ローラ、該現像ローラに圧接させて配設されたトナー供給ローラ及び層規制ブレード等を備え、前記トナー供給ローラによって現像ローラにトナーが供給され、層規制ブレードによって現像ローラ上にトナーの薄層が形成される。そして、前記現像ローラに電圧が印加され、感光体ドラムに形成された静電潜像にトナーが付着させられ、トナー像が形成される。

ところで、プリンタにおける印字枚数が多くなると、現像装置内に残るトナーの平均粒径が大きくなり、画像品位が低下してしまう。そこで、トナーの平均粒径が大きくなるのを防止するために、使用されるトナーの体積平均粒径をＤｔ〔μｍ〕とし、層規制ブレードの現像ローラへの圧接力をＰ〔ｇ／ｃｍ〕としたとき
Ｄｔ≦１５
２０≦Ｐ≦−１６．４４×Ｄｔ＋２４３．５
とすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−９２７９８号公報

しかしながら、前記従来の現像装置においては、トナーの粒径、帯電量等にばらつきがあるので、粒径の小さいトナー、帯電量の多いトナー等が多いと、現像ローラ上のトナーを十分に薄くすることができず、トナーの薄層の電位が高くなり、画像上に汚れが発生してしまう。また、粒径の大きいトナー、帯電量の少ないトナー等が多いと、十分な量のトナーが規制ブレードを通過することができなくなり、印刷濃度が低くなってしまう。

本発明は、前記従来の現像装置の問題点を解決して、画像上に汚れが発生したり、印刷濃度が低くなったりするのを防止することができる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の現像装置においては、非磁性一成分のトナーを現像剤として使用する接触型の現像装置において、像担持体に現像剤を供給することによって静電潜像を現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体と接触させて配設され、現像剤担持体との摩擦によって前記現像剤を帯電させ、前記現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、少なくとも前記現像剤担持体に当接する部分がＬ字型に折り曲げられ、折り曲げられた外側の面のエッジ部が現像剤担持体に圧接させられ、前記現像剤の薄層を形成する層規制部材とを有する。

そして、前記現像剤の体積平均粒子径をＤ〔μｍ〕とし、前記現像剤担持体上において、前記現像剤供給部材を通過した後で、かつ、前記層規制部材を通過する前の現像剤の平均帯電量Ｑの絶対値を｜Ｑ｜〔μＣ／ｇ〕とし、前記層規制部材の現像剤担持体に対する圧接力をＰ〔ｇ／ｃｍ〕としたとき、
Ｄ≦１０
９３．８９−１０．２３×Ｄ＋０．９３×｜Ｑ｜＜Ｐ
＜１８４．９１−１３．０９×Ｄ＋１．１５×｜Ｑ｜
にされる。

本発明によれば、現像装置においては、非磁性一成分のトナーを現像剤として使用する接触型の現像装置において、像担持体に現像剤を供給することによって静電潜像を現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体と接触させて配設され、現像剤担持体との摩擦によって前記現像剤を帯電させ、前記現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、少なくとも前記現像剤担持体に当接する部分がＬ字型に折り曲げられ、折り曲げられた外側の面のエッジ部が現像剤担持体に圧接させられ、前記現像剤の薄層を形成する層規制部材とを有する。

この場合、
Ｄ≦１０
９３．８９−１０．２３×Ｄ＋０．９３×｜Ｑ｜＜Ｐ
＜１８４．９１−１３．０９×Ｄ＋１．１５×｜Ｑ｜
にされるので、層規制部材を通過した後の現像剤担持体上の現像剤層を安定化させることができ、画像上に現像剤のすり抜けによる汚れを発生させず、かつ、十分な濃度を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置のうちの電子写真方式のカラーのプリンタについて説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。

図において、記録媒体としての用紙２９の搬送方向における上流側から順に、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像形成部ＩＤ−Ｂｋ、ＩＤ−Ｙ、ＩＤ−Ｍ、ＩＤ−Ｃが配設され、該各画像形成部ＩＤ−Ｂｋ、ＩＤ−Ｙ、ＩＤ−Ｍ、ＩＤ−Ｃと対向させて露光装置としてのＬＥＤヘッド１２及び転写ユニットｕが配設される。

前記各画像形成部ＩＤ−Ｂｋ、ＩＤ−Ｙ、ＩＤ−Ｍ、ＩＤ−Ｃは同一の構成を有するので、画像形成部ＩＤ−Ｂｋについてだけ説明する。該画像形成部ＩＤ−Ｂｋにおいて、有機感光体としての、かつ、像担持体としての感光体ドラム１０が配設され、該感光体ドラム１０の周囲に、帯電装置としての帯電ローラ１１、ＬＥＤヘッド１２、現像器１４、及び像担持体用のクリーニング装置としてのクリーニングブレード１９が配設される。

前記現像器１４は、現像剤担持体としての現像ローラ１５、該現像ローラ１５に接触させて配設され、現像ローラ１５上の、現像剤としての非磁性一成分のトナー３１を薄層化する層規制部材としての層規制ブレード１７、及び前記現像ローラ１５に接触させて配設され、該現像ローラ１５にトナーを供給する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ１６を備える。また、前記クリーニングブレード１９は前記感光体ドラム１０に接触させられる。そして、前記帯電ローラ１１、現像ローラ１５、トナー供給ローラ１６等は図示されない電源から直流の電圧が印加される。

前記帯電ローラ１１は、感光体ドラム１０の表面を一様に、かつ、均一に帯電させ、ＬＥＤヘッド１２は、画像信号に対応する光を、感光体ドラム１０の帯電させられた表面に照射して静電潜像を形成する。前記ＬＥＤヘッド１２は、ＬＥＤアレイ及びロッドアレイレンズを組み合わせたものを使用することができ、露光時間を変更することによって露光量を調整することができるようになっている。

そして、前記転写ユニットｕは、前記感光体ドラム１０と所定の圧力で接触させられ、矢印Ｘ方向に走行させられて用紙２９を搬送する搬送部材としての、かつ、転写部材としての無端の転写ベルト２０、該転写ベルト２０を介して各感光体ドラム１０と対向させて配設され、転写電圧が印加される転写装置としての転写ローラ２１、前記転写ベルト２０を走行させるための駆動ローラ２２、２３、及び駆動ローラ２２を回転させる図示されない駆動部としての駆動用モータ等を備える。前記感光体ドラム１０上の現像剤像としてのトナー像は、感光体ドラム１０と転写ローラ２１との間を通過する用紙２９に転写される。なお、各感光体ドラム１０と転写ローラ２１との間に転写部が形成される。

前記トナー像が転写された後、感光体ドラム１０上に残留したトナー３１は、クリーニングブレード１９によって掻（か）き取られ、感光体ドラム１０から除去され、回収される。また、前記転写ベルト２０の下流側に、転写装置用のクリーニング装置としてクリーニングブレード２４が配設され、該クリーニングブレード２４によって、転写ベルト２０上のトナー３１が掻き取られ、除去されて回収され、回収されたトナー３１は、廃トナーボックス２７内に収容される。

そして、用紙２９の搬送方向における下流側に、定着装置３０が配設され、該定着装置３０は、転写ユニットｕから排出された用紙２９上のカラーの現像剤像としてのトナー像を定着させ、カラーの画像としてのカラー画像を形成し、その後、用紙２９を排出する。

次に、前記構成のプリンタの動作について説明する。

まず、図示されない制御部は、図示されない上位装置、例えば、パーソナルコンピュータ等から印刷命令を受けると、前記感光体ドラム１０を図示されない駆動手段によって一定の周速度で回転させる。そして、帯電プロセスにおいて、前記帯電ローラ１１は、感光体ドラム１０の表面に接触又は圧接して配設され、直流の電圧が印加され、感光体ドラム１０の表面を一様に、かつ、均一に帯電させる。次に、露光プロセスにおいて、前記ＬＥＤヘッド１２は、画像信号に対応した光を感光体ドラム１０に照射して静電潜像を形成する。

前記現像器１４内に収容されたトナー３１は、図示されないトナー供給ローラ用高圧電源によって電圧が印加されたトナー供給ローラ１６の回転により、現像ローラ１５に供給される。このとき、トナー３１は、トナー供給ローラ１６との摩擦、現像ローラ１５との摩擦、トナー供給ローラ１６と現像ローラ１５との電位差によって帯電させられる。

そして、現像ローラ１５は、帯電させられたトナー３１を吸着して搬送し、回転方向における下流側において現像ローラ１５に圧接させて配設された層規制ブレード１７は、均一な厚さの現像剤層としてのトナー層を形成する。

さらに、現像プロセスにおいて、前記現像ローラ１５は、感光体ドラム１０上に形成された静電潜像を現像し、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各現像剤としてのトナー像を形成する。本実施の形態においては、反転現像が行われ、感光体ドラム１０の導電性支持体と現像ローラ１５との間には図示されない高圧電源によってバイアス電圧が印加される。このような構成によって、現像ローラ１５と感光体ドラム１０との間には、感光体ドラム１０に形成された静電潜像に伴う電気力線が発生する。このため、現像ローラ１５上の帯電させられたトナー３１は、静電気力によって感光体ドラム１０上に付着させられる。

続いて、駆動ローラ２２、２３の回転によって転写ベルト２０が矢印Ｘ方向に走行させられ、図示されない給紙カセットから給紙された用紙２９が転写ベルト２０によって搬送され、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各転写部に送られる。

そして、転写プロセスにおいて、前記感光体ドラム１０と対向させて配設された転写ローラ２１に図示されない高圧電源から電圧が印加され、前記各転写部において、記録用紙２９にブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンのトナー像が順次重ねて転写され、カラーのトナー像が形成される。

その後、記録用紙２９は、更に転写ベルト２０によって定着装置３０に搬送され、前記カラーのトナー像が記録用紙２９に定着させられ、カラー画像が形成される。このとき、熱及び圧力によってトナー３１が溶融させられ、記録用紙２９の繊維間に浸透させられる。このように、カラー画像が形成された記録用紙２９はプリンタの外部に排出される。

一方、転写後の感光体ドラム１０にはわずかな量のトナー３１が残留する場合があるが、この残留したトナー３１はクリーニングプロセスにおいて、クリーニングブレード１９によって除去される。このようにして、感光体ドラム１０は繰り返し利用される。

次に、現像装置について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における現像装置の概略図である。

図に示されるように、現像ローラ１５は金属製のシャフト１５ａと、該シャフト１５ａの外周に形成された弾性体１５ｂによって構成される。この場合、トナー３１（図２）との摩擦帯電特性を向上させるために、弾性体１５ｂの表面にコート層を形成したり、処理を施したりしてもよい。本実施の形態においては、直径１２〔ｍｍ〕の金属製のシャフト１５ａ上に、肉厚４〔ｍｍ〕、ゴム硬度７０〔°〕（アスカーＣ）の半導電性のウレタンゴムを弾性体１５ｂとして形成し、該弾性体１５ｂの表面層に、トナー３１の帯電特性を向上させるためにイソシアネート処理を施した。

また、トナー供給ローラ１６は、金属製のシャフト１６ａ、及び該シャフト１６ａの外周に形成された発泡体１６ｂによって構成される。本実施の形態においては、直径６〔ｍｍ〕の金属製のシャフト１６ａ上に、肉厚５〔ｍｍ〕、硬度５０〔°〕（アスカーＦ）の発泡体１６ｂを成形した。

さらに、層規制ブレード１７は、弾性を有する金属である厚さ０．０８〔ｍｍ〕のステンレス（ＳＵＳ３０４）によって形成され、少なくとも前記現像ローラ１５と当接する部分がＬ字型に折り曲げて形成され、折曲部の外側の面のエッジ部１７ａが前記現像ローラ１５に圧接するように配置される。本実施の形態においては、層規制ブレード１７の取付位置を設定することによって、現像ローラ１５に圧接する圧接力を５〜２００〔ｇ／ｃｍ〕の範囲とした。なお、前記圧接力は線圧（幅方向の長さ当たりの荷重）で表される。

なお、トナー３１において、結着樹脂としてポリエステルを使用し、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各着色剤としてカーボンブラック、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１８５、キナクリドン系顔料（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ１２２）及び銅フタロシアニン顔料（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５）等を用いた。また、トナー３１の体積平均粒径は５．２〔μｍ〕、７．６〔μｍ〕、８．５〔μｍ〕、９．８〔μｍ〕とし、流動化剤及び帯電性をコントロールするために帯電特性を有するシリカを外添した。

ところで、本実施の形態においては、トナー３１の体積平均粒径Ｄ〔μｍ〕及び層規制ブレード１７の圧接力Ｐ〔ｇ／ｃｍ〕を変え、０〔％〕の濃度の印刷時、すなわち、白紙印刷時に汚れの発生がなく、１００〔％〕の濃度の印刷時、すなわち、べた黒印刷時に濃度が１．２より高くなって、良好な印刷結果が得られる範囲を実験によって求めた。

また、この際、トナー３１の外添剤であるシリカの帯電特性、トナー供給ローラ１６と現像ローラ１５との間の圧力、及びトナー供給ローラ１６に印加する電圧を変えることによって、トナー供給ローラ１６より下流側、かつ、層規制ブレード１７より上流側に位置する現像ローラ１５上のトナー３１の平均帯電量Ｑ〔μＣ／ｇ〕を様々に変化させた。

該トナー３１の平均帯電量Ｑは、トレック社製のｑ／ｍＭｅｔｅｒ（Ｍｏｄｅｌ２１０ＨＳ）、及び島津製作所製の精密天秤（ＡＵＷ１２０Ｄ）を用いて測定を行った。そして、測定方法としては、現像器１４内のトナー３１を、重力を利用して取り出し、トナー供給ローラ１６を通過した後で、かつ、層規制ブレード１７を通過する前の現像ローラ１５上に付着して残っているトナー３１をｑ／ｍＭｅｔｅｒによって吸引し、電荷量を測定し、その後、吸引したトナー３１の重量を精密天秤によって測定し、単位重さ当たりの平均帯電量Ｑを求める。

実験の結果を表１に表す。

表１は、トナー３１の体積平均粒径Ｄ及び平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜が特定されたときの、白紙印刷時に汚れが発生するのを防止するための層規制ブレード１７の圧接力Ｐの下限値、及びべた黒印刷時に濃度が１．２以下になるのを防止するための前記圧接力Ｐの上限値を表す。例えば、体積平均粒径Ｄが５．２〔μｍ〕であり、平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜が２１〔μＣ／ｇ〕である場合、層規制ブレード１７の圧接力Ｐが６０〔ｇ／ｃｍ〕以下であると、白紙印刷時に汚れが発生してしまい、圧接力Ｐが６０〔ｇ／ｃｍ〕より大きい場合、白紙印刷時に汚れが発生しない。また、層規制ブレード１７の圧接力Ｐが１４０〔ｇ／ｃｍ〕以上であると、べた黒印刷時に濃度が１．２以下になってしまい、圧接力Ｐが１４０〔ｇ／ｃｍ〕より小さい場合、べた黒印刷時に濃度が１．２以下にならない。

そして、表１から、トナー３１の体積平均粒径Ｄが小さくなるほど、また、平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜が大きくなるほど、汚れの発生を抑えるために層規制ブレード１７の圧接力Ｐを大きくする必要があり、逆に、トナー３１の体積平均粒径Ｄが大きくなるほど、また、平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜が小さくなるほど、十分な１００〔％〕の印刷濃度を得るために層規制ブレード１７の圧接力Ｐを小さくする必要があることが分かる。

そこで、重回帰分析を行い、層規制ブレード１７の適切な圧接力Ｐの範囲をトナー３１の体積平均粒径Ｄ及び平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜についての回帰式として求めたところ、
９３．８９−１０．２３×Ｄ＋０．９３×｜Ｑ｜＜Ｐ
＜１８４．９１−１３．０９×Ｄ＋１．１５×｜Ｑ｜
となる。この回帰式は、寄与率が０．９９と非常に高く、信頼性のある式といえる。

このように、本実施の形態においては、層規制ブレード１７の圧接力Ｐを、使用するトナー３１の体積平均粒径Ｄ、及び層規制ブレード１７を通過する前の現像ローラ１５上のトナー３１の平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜に応じて
９３．８９−１０．２３×Ｄ＋０．９３×｜Ｑ｜＜Ｐ
＜１８４．９１−１３．０９×Ｄ＋１．１５×｜Ｑ｜
の範囲内に設定することによって、層規制ブレード１７を通過した後の現像ローラ１５上のトナー層を安定化させることができ、カラー画像上にトナー３１のすり抜けによる汚れを発生させず、かつ、十分な濃度を確保することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。また、本実施の形態におけるプリンタの構造については、前記第１の実施の形態におけるプリンタの構造と同様であるので、図２を援用して説明する。

図３は本発明の第２の実施の形態における現像装置の概略図である。

図に示されるように、層規制部材としての層規制ブレード３７は、弾性を有する金属である厚さ０．１〔ｍｍ〕のステンレス（ＳＵＳ３０４）によって形成され、少なくとも現像ローラ１５に当接する部分が平板状にされ、平面部の外側の面が現像ローラ１５に圧接するように配置される。本実施の形態においては、層規制ブレード３７の取付位置の設定によって、現像ローラ１５への圧接力Ｐを１０〜２００〔ｇ／ｃｍ〕までの範囲とした。

本実施の形態においては、トナー３１の体積平均粒径Ｄ〔μｍ〕及び層規制ブレード３７の圧接力Ｐ〔ｇ／ｃｍ〕を変え、０〔％〕の濃度の印刷時、すなわち、白紙印刷時に汚れの発生がなく、１００〔％〕の濃度の印刷時、すなわち、べた黒印刷時に濃度が１．２より高くなって、良好な印刷結果が得られる範囲を実験によって求めた。

また、この場合、トナー３１（図２）の外添剤であるシリカの帯電特性、トナー供給ローラ１６と現像ローラ１５との間の圧力、及びトナー供給ローラ１６に印加する電圧を変えることによって、トナー供給ローラ１６より下流側、かつ、層規制ブレード３７より上流側に位置する現像ローラ１５上のトナー３１の平均帯電量Ｑ〔μＣ／ｇ〕を様々に変化させた。

実験の結果を表２に表す。

表２から、トナー３１の体積平均粒径Ｄが小さくなるほど、また、平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜が大きくなるほど、汚れの発生を抑えるために層規制ブレード３７の圧接力Ｐを大きくする必要があり、逆に、トナー３１の体積平均粒径Ｄが大きくなるほど、また、平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜が小さくなるほど、十分な１００〔％〕印刷濃度を得るために層規制ブレード３７の圧接力Ｐを小さくする必要があることが分かる。

そこで、重回帰分析を行い、層規制ブレード３７の適切な圧接力Ｐの範囲をトナー３１の体積平均粒径Ｄ及び平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜についての回帰式として求めたところ、
１４９．３９−１５．７７×Ｄ＋１．１４×｜Ｑ｜＜Ｐ
＜２９３．７４−１８．９７×Ｄ＋０．８２×｜Ｑ｜
となる。この回帰式は、寄与率が０．８５以上と高く、信頼性のある式といえる。

このように、本実施の形態においては、層規制ブレード３７の圧接力Ｐを、使用するトナー３１の体積平均粒径Ｄ、及び層規制ブレード３７を通過する前の現像ローラ１５上のトナー３１の平均帯電量Ｑの絶対値｜Ｑ｜に応じて
１４９．３９−１５．７７×Ｄ＋１．１４×｜Ｑ｜＜Ｐ
＜２９３．７４−１８．９７×Ｄ＋０．８２×｜Ｑ｜
の範囲内に設定することによって、層規制ブレード３７を通過した後の現像ローラ１５上のトナー層を安定化させることができ、カラー画像上にトナー３１のすり抜けによる汚れを発生させず、かつ、十分な濃度を確保することができる。

また、第１の実施の形態におけるＬ字型に折り曲げられた層規制ブレード１７と比較し、本実施の形態においては平板状の層規制ブレード３７を使用しているので、製造コストを安価にすることができる。

なお、前記第１、第２の実施の形態においては、電子写真方式のカラーのプリンタに適用した例について説明しているが、本発明をモノクロのプリンタ、複写機等の非磁性一成分のトナーを使用する電子写真方式の現像装置及び画像形成装置にも適用することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における現像装置の概略図である。本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。本発明の第２の実施の形態における現像装置の概略図である。

符号の説明

１０感光体ドラム
１５現像ローラ
１６トナー供給ローラ
１７、３７層規制ブレード
１７ａエッジ部
３１トナー

Claims

非磁性一成分のトナーを現像剤として使用する接触型の現像装置において、
（ａ）像担持体に現像剤を供給することによって静電潜像を現像する現像剤担持体と、
（ｂ）該現像剤担持体と接触させて配設され、現像剤担持体との摩擦によって前記現像剤を帯電させ、前記現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、
（ｃ）少なくとも前記現像剤担持体に当接する部分がＬ字型に折り曲げられ、折り曲げられた外側の面のエッジ部が現像剤担持体に圧接させられ、前記現像剤の薄層を形成する層規制部材とを有するとともに、
（ｄ）前記現像剤の体積平均粒子径をＤ〔μｍ〕とし、前記現像剤担持体上において、前記現像剤供給部材を通過した後で、かつ、前記層規制部材を通過する前の現像剤の平均帯電量Ｑの絶対値を｜Ｑ｜〔μＣ／ｇ〕とし、前記層規制部材の現像剤担持体に対する圧接力をＰ〔ｇ／ｃｍ〕としたとき、
Ｄ≦１０
９３．８９−１０．２３×Ｄ＋０．９３×｜Ｑ｜＜Ｐ
＜１８４．９１−１３．０９×Ｄ＋１．１５×｜Ｑ｜
にされることを特徴とする現像装置。
請求項１に記載の現像装置を備えた画像形成装置。