JP2004334013A - Developing device for image forming apparatus, and developer carrier therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用される現像装置とその現像剤担持体、特に、一成分現像剤を使用する現像装置とその現像剤担持体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置では、感光体を均一に帯電させ、その上に画像を露光して画像潜像を形成する。そして形成された画像潜像を現像装置に装填されたトナーで現像して画像のトナー像を形成し、これを記録媒体に転写し、或いは中間転写ベルトに転写した上でさらに記録媒体に転写し、記録媒体に転写されたトナー像を定着装置により加熱定着処理して画像形成が行われる。
【0003】
この種の画像形成装置の現像装置は、磁性キャリアとトナーとの混合物からなる二成分系現像剤を使用するものと、トナーを単独で使用する一成分系現像剤を使用するものとがあるが、最近は現像部の小型化が求められるようになり、一成分系現像剤を使用する現像装置が開発されている。なお、以下の説明では一成分系現像剤をトナーと、現像剤担持体をトナー担持体と呼ぶことがある。
【0004】
一成分系現像剤を使用する現像装置においては、トナー担持体と呼ばれる部材を備え、トナー担持体の表面にトナーを付着させ、トナー規制部材により付着したトナーを均一な薄層とすると共に、トナー付着量を規制する。そして、均一な薄層トナーが表面に形成されたトナー担持体を、感光体上に形成された画像潜像に接触させて現像処理を行っている。
【0005】
この構成においては、トナー担持体を構成する現像ローラを柔軟な弾性体層の上に硬度の高い弾性体層を互いに非接着状態で配置した構成のもの(特許文献1参照)、現像ローラの外周に緩く嵌装された筒状の薄膜部材からなる現像剤担持体を配置した構成のもの(特許文献2参照)などが提案されている。
【0006】
図5は、上記した従来の現像ローラの外周に緩く嵌装された筒状の薄膜部材からなる現像剤担持体を配置した一成分系現像剤を使用する現像装置を説明する断面図である。
【0007】
図5において、現像装置100は、感光体120に隣接して配置される。現像装置100は、現像ローラ101、現像ローラ101の外周に緩く嵌装された筒状の薄膜部材からなる現像剤担持体102、ガイド部材103、前記現像剤担持体102の外表面に圧接される規制ブレード104、及びこれらの部材を支持、収納すると共に、トナーTを貯溜するケーシング105から構成される。
【0008】
現像ローラ101は、表面を粗面に形成したアルミニウム、或いは表面に導電性ゴム層などを有するアルミニウム等の導電性材料で構成され、現像バイアス電圧が印加される。
【0009】
薄膜部材からなる現像剤担持体102はトナーを担持する部材であって、現像ローラ101の外周長よりもやや長い周長を持つ筒状のフイルムで、現像ローラ101の外周に緩く嵌装されて僅かに弛みを形成する。現像剤担持体102は、軟質の樹脂シート、カーボンや金属粉末を添加した樹脂シート、ニッケル又はアルミニウムの金属薄膜、前記樹脂シートと金属薄膜を積層したシートなどを使用する。
【0010】
ガイド部材103は、現像剤担持体102を現像ローラ101に押し付ける部材であって、現像ローラ101の円筒面に沿った形状の円弧を備えており、現像剤担持体102が嵌装された現像ローラ101の両端に配置されて、現像ローラ101に接触することで、感光体120に対向するガイド部材103の開口部に現像剤担持体102の弛みを集中して発生させる。
【0011】
規制ブレード104は、現像剤担持体102の外表面に接触し、現像剤担持体102に付着したトナーの層厚を規制すると共に、トナーとの摩擦によりトナーを帯電させる部材である。
【0012】
以上の構成において、感光体120は矢印a方向に回転し、現像ローラ101は矢印b方向に回転する。現像ローラ101の回転と共に、現像ローラ101に嵌装された現像剤担持体102も矢印b方向に移動し、ケーシング105に貯溜されているトナーTがその表面に付着する。トナーが付着供給される部分では、現像ローラ101と現像剤担持体102とは密着接触しているので、規制ブレード104が現像剤担持体102に圧接して付着したトナーを均一な薄層とすると共に、トナー付着量を規制することができる。
【0013】
現像ローラ101及び現像剤担持体102の回転により現像剤担持体102の上の均一な薄層トナーが感光体120に対向する位置に移動すると、この部分では現像剤担持体102には弛み部分が形成されるので、感光体120に現像剤担持体102のみが軽く十分なニップ幅で接触し、感光体120上の静電潜像を現像してトナー像を形成する。
【0014】
【特許文献1】
特許第2701225号公報。
【0015】
【特許文献2】
特許第2586511号公報。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した現像ローラ及び薄膜部材からなる現像剤担持体では、現像剤担持体が樹脂や金属から構成されるため、その表面が比較的硬い。そのため、規制ブレードによるストレスが大きく、トナー粒子が破壊されやすく、トナー粒子が微粉化して劣化するという不都合があった。特に、カラートナーの場合は、トナー粒子が柔らかいため、前記したトナー粒子が微粉化の傾向が著しく、トナーの劣化が速いという不都合があった。
【0017】
この発明は、上記課題を解決し、規制ブレードによるストレスを減らし、トナーの劣化が少ない現像装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項1の発明は、画像形成装置の現像装置に適した現像剤担持体であって、前記現像剤担持体は、導電性基材層の上に導電性弾性層が積層され、さらにその上に導電性表層が積層された可撓性を有する積層構造で構成されており、前記弾性層は、JIS−Aゴム硬度が15度以上65度以下であることを特徴とする現像剤担持体である。
【0019】
そして、前記導電性弾性層の厚さは、100μm以上とするとよい。
【0020】
また、前記導電性表層の表面抵抗率は、1×107 Ω以上1×1012Ω以下の範囲とするとよい。
【0021】
また、前記導電性表層の表面粗さは、0.5μm以上2μm以下の範囲とするとよい。
【0022】
請求項5の発明は、回転駆動される弾性ローラと、前記弾性ローラの外周面に緩く嵌装される筒状の現像剤担持体と、前記現像剤担持体に一成分現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体に接触して前記現像剤担持体の上に供給される一成分現像剤を薄層に形成する規制部材とを備え、前記現像剤担持体は、導電性基材層の上に導電性弾性層が積層され、さらにその上に導電性表層が積層された可撓性を有する積層構造で構成されていることを特徴とする画像形成装置の現像装置である。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。図1は、この発明の実施の形態の現像装置の構成を説明する断面図である。以下の説明では、一成分系現像剤をトナーという場合がある。現像装置10は、感光体20に隣接して配置される。現像装置10は、弾性ローラ11、弾性ローラ11の外周に緩く嵌装された筒状の現像剤担持体であるトナー担持体12、現像剤供給部材であるトナー供給ローラ13、トナーを撹拌してトナー供給ローラ13に向けて供給する撹拌部材14、規制部材15及びこれらの部材を支持、収納すると共に、トナーTを貯溜するケーシング18から構成される。
【0024】
弾性ローラ11は、表面に導電性ゴム層などを有するアルミニウム等の導電性材料で構成され、現像バイアス電源16から現像バイアス電圧が印加されるように構成されている。
【0025】
現像剤担持体であるトナー担持体12は、後で詳細に説明するが、導電性を備えた樹脂フイルム或いは金属薄板などから構成される基体12aの上に、導電性弾性層12b及び導電性表層12cが積層されて円筒状に構成された部材である。トナー担持体12は、弾性ローラ11の外周面に緩く嵌装され、弾性ローラ11の外周面とトナー担持体12の内周面との間の摩擦力により弾性ローラ11の回転に伴って、トナー担持体12も回転する。
【0026】
現像剤供給部材であるトナー供給ローラ13は、ケーシング18内のトナーTをトナー担持体12に供給するローラであり、撹拌部材14は、ケーシング18内に貯溜されているトナーを撹拌して帯電させると共に、トナー供給ローラ13に向けて送り出す。
【0027】
規制部材15は、トナー担持体12の表面に付着したトナーTの層厚を一定の厚さの薄層に規制すると共に、トナーTを摩擦して帯電させる部材である。規制部材15は、金属材料、或いは金属等からなる基材の表面を無機材料で被覆したものなどから構成される。
【0028】
次に、現像装置10による現像動作を簡単に説明する。感光体20の上には、図示しない周知の手段により静電潜像が形成されており、矢印a方向に回転しているものとする。弾性ローラ11の矢印b方向の回転によりトナー担持体12も矢印b方向に回転移動している。トナー担持体12の表面には、規制部材15により一定の厚さに規制されたトナーの薄層Tが形成される。トナー担持体12には、現像バイアス電源16から現像バイアス電圧が印加されるので、感光体20の上の静電潜像はトナー担持体12に接触するとトナーで現像される。
【0029】
トナー担持体12の矢印b方向の回転により、その表面にはトナー供給ローラ13からトナーが次々に補給され、規制部材15により一定の厚さに規制され、現像動作は継続されて実行される。
【0030】
図2は、弾性ローラ11の外周に緩く嵌装されたトナー担持体12を説明する断面図である。トナー担持体12は、導電性を備えた樹脂フイルム或いは金属薄板などから構成される基体12aの上に、導電性弾性層12b及び導電性表層12cが積層されて円筒状に構成された部材である。
【0031】
基体12aの厚さは、50μm以上1mm以下、好ましくは70μm以上300μm以下が適当である。厚すぎるとフレキシブル性が失なわれ、トナー担持体と感光体との接触圧力が上昇するおそれがある。又、薄すぎると、強度不足になるおそれがある。
【0032】
基体12aを構成する樹脂材料としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、アクリル樹脂、メラミン樹脂等が使用されるが、これに限られるものではない。また、基体12aを構成する金属としては、ステンレススチール(SUS)、ニッケルの薄板等が使用されるが、これに限られるものではない。体積電気抵抗率としては、104 〜1010Ωcmが適当である。
【0033】
導電性弾性層12bを構成する材料としては、ウレタンゴム、シリコーンゴム、NBRゴム、EPDMゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム等があるが、これに限られるものではない。この中では、ウレタンゴム、シリコーンゴム、EPDMゴムなどが好ましい。
【0034】
導電性弾性層12bのゴム硬度はJIS−Aで15〜65度、好ましくは20〜60度程度とする。貯蔵弾性率は常温で109 Pa以下が好ましい。柔らかすぎるとクリープ等の問題が起こり好ましくなく、硬すぎると力の緩和層としての機能を失う。厚さは少なくとも100μm以上であることが好ましい。100μm未満では力の緩和層としての機能を失うおそれがある。好ましくは100μm以上10mm以下、より好ましくは200μm以上4mm以下である。体積電気抵抗率としては、104 〜1010Ωcmが適当である。
【0035】
導電性弾性層12bの厚さは、基体12aの厚くするのがよい。導電性弾性層12bの厚さが基体12aの厚さよりも薄いと、力の緩和層としての機能が不十分になり、トナー粒子が粉砕され易くなるので、適当でない。導電性弾性層12bの厚さは基体12aの厚さの2倍以上とすることがより好ましい。
【0036】
導電性表層12cは、負に帯電するトナー(マイナストナー)を荷電させやすい材料が好ましい。例えば、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、メラミン樹脂、NBRゴム等が好ましい。厚さは5μm以上100μm以下が好ましく、10μm以上30μm以下がより好ましい。表面抵抗率は、1×107 Ω以上1×1012Ω以下が好ましく、5×107 Ω以上1×1011Ω以下がより好ましい。抵抗値が高すぎると導電緩和が起こりにくくなり、チャージアップのおそれがある。抵抗値が低すぎると現像電界によるカブリの発生するおそれがでてくる。
【0037】
導電性表層12cの表面粗さ(算術平均粗さ)Raは、0.3μm以上3μm以下、より好ましくは0.5μm以上2μm以下とするのが適当である。表面粗さが大き過ぎるとトナー搬送量が増え過ぎ、小さ過ぎるとトナー搬送量が十分確保できない。トナー担持体上の適当な搬送量は、0.2〜1.5mg/cm2 、より好ましくは0.3〜1.0mg/cm2 程度である。
【0038】
表面粗さを調整するために、前記した表層を構成する材料には3〜20μm程度の微粒子を添加することが好ましい。微粒子としては、PMMA、スチレン、ポリエステル、フッ素、シリコーン、ポリアミド等の合成樹脂製の微粒子、シリカ、酸化チタン、アルミナ、炭酸カルシウム等の無機材料製の微粒子等が使用できるが、これ等に限られるものではない。
【0039】
導電性表層12cの電気抵抗値を調整するためには、電子導電剤を添加する。導電剤としては電子導電剤、イオン導電剤があるが、電子導電剤としてケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属粉、金属酸化物の微粒子が使用できる。また、導電性表層12cには、必要に応じてイソシアネート、エポキシ、メチロール化合物等の架橋剤を添加してもよい。
【0040】
導電性弾性層12bと導電性表層12cとの間、基体12aと導電性弾性層12bとの間に、易接着処理を施してもよい。易接着処理としては、シランカップリング剤や重合体等の接着層を設けたり、コロナ放電処理を行ったり、両者を併用する等の方法を採ることもできる。
【0041】
上記した材料と処理により構成されたトナー担持体12の全抵抗値は、1×104 Ω〜1×109 Ωが好ましく、より好ましくは1×104 Ω〜1×108 Ωである。
【0042】
図3は上記したトナー担持体の全抵抗値の測定方法を説明する図で、トナー担持体12の内部に導電性のスポンジローラ32を挿入し、トナー担持体12の周面の一部を金属板31に接触するように置き、トナー担持体12を金属板31に向けて荷重F(1kg)を加えた。この状態で、トナー担持体12と金属板31との間に電源33から直流電圧E(100V)を印加し、電流計34で電流Iを測定した。印加した直流電圧Eと検出した電流Iから、トナー担持体12の全抵抗値を演算した。
【0043】
なお、前記した基体12aの体積電気抵抗率、導電性弾性層12bの体積電気抵抗率、及び導電性表層12cの表面抵抗率は、三菱電機(株)社製の「ハイレスタ」により測定した値である。
【0044】
ここで、この実施の形態の現像装置に使用されるトナーについて説明する。トナーは、従来から広く使用されている一成分現像剤を使用することができ、特に限定されるものではない。一成分現像剤は、バインダー樹脂中に着色剤、電荷制御剤、離型剤等を含有させたもので、必要に応じて流動化剤等が添加される。これ等の材料を、従来から使用されている方法、例えば粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法などを用いてトナーを製造する。
【0045】
バインダー樹脂は、一般的にポリスチレン系樹脂、スチレン−アクリル重合体樹脂、ポリエステル系樹脂等が使用され、ゲルパーミッションクロマトグラフ(GPC)によって測定された数分子量(Mn)が1000〜15000の範囲で、軟化温度が80℃〜160℃、またガラス転移点が50℃〜75℃の範囲のものを用いることが好ましい。
【0046】
着色剤としては、公知の着色剤を使用することができ、例えばカーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を使用することができ、一般に上記バインダー樹脂100重量部に対して2〜20重量部の割合で用いることが好ましい。
【0047】
電荷制御剤としては、公知の電荷制御剤を使用することができ、例えばモノアゾ金属錯体、芳香族ヒドロキシカルボン酸系の金属錯体、芳香族ジカルボン酸系の金属錯体等の有機金属錯体やキレート化合物等を用いることができ、一般に上記バインダー樹脂100重量部に対して1〜10重量部の割合で用いることが好ましい。
【0048】
離型剤としても、公知の離型剤を使用することができ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス等を単独或いは2種類以上組み合わせて使用することができ、一般に上記バインダー樹脂100重量部に対して1〜8重量部の割合で用いることが好ましい。
【0049】
さらに、流動化剤としても、公知の離型剤を使用することができ、例えばシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子を使用することができ、特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコンオイル等で疎水化したものを用いることが好ましい。そして、このような流動化剤は上記バインダー樹脂100重量部に対して0.1〜3重量部の割合で添加するのが好ましい。
【0050】
トナーの帯電量は、−10μc/g以上であって−60μc/g以下が好ましい。
【0051】
弾性ローラ11について説明する。弾性ローラ11は、図1及び図2に示すように、その外周にトナー担持体12が緩く嵌装されるが、この弾性ローラ11はアルミニウム等の導電性の芯金11aの周囲にアスカーC硬度60度以下の導電性ゴム又は発泡体が配置されて構成される。例えばウレタン、シリコーン、EPDM、NBR等のゴム又は発泡体を使用することができる。電気抵抗は、1×106 Ω以下、好ましくは1×104 Ω以下にするのがよい。この構成により、芯金11aには現像バイアス電源16が接続されると、トナー担持体12に現像バイアス電圧が印加される。
【0052】
現像条件について説明する。前記したとおり、トナー担持体12には現像バイアス電圧が印加される。トナー担持体12に接触する規制部材15には、現像バイアス電圧に対して、同電位乃至−500V程度の電圧が印加されるようにすることが好ましい。これはトナーを注入帯電させるためである。
【0053】
また、トナー供給ローラ13にはトナー担持体12に印加される現像バイアス電圧に対して、同電位乃至500V程度低い電圧が印加されるようにすることが好ましい。これは、トナー担持体12にトナーを円滑に供給するために必要なことである。
【0054】
トナー担持体12の回転速度は、像担持体20の回転速度の1〜2倍に設定されるが、1.1〜1.6倍程度が好ましく、両者は接触部において同一方向に回転する。これにより、トナー担持体12上のトナー帯電量とトナー搬送量とを適正量に保つことができる。
【0055】
次に、トナー担持体の基材、導電性弾性層、導電性表層の材料、厚さを変えた複数の実施例及び比較例と、性能評価結果について説明する。
【0056】
[実施例1]
製造工程:基材として、PET樹脂からなる内径16mm、厚さ150μm、周長230mm、体積電気抵抗率105 Ωcmの円筒状の樹脂薄膜を、外径16mmの金属芯金に挿入、樹脂薄膜表面を易接着処理後、その表面に内径16.3mm、厚さ1mm、体積電気抵抗率104 Ωcm、ゴム硬度40度のEPDMゴムチューブを巻き、加熱処理して接着。次に、平均粒径10μmのシリカ微粒子及びカーボンブラックを含むポリウレタン樹脂エマルジョン(MRX−100)をリングコータにより塗布して加熱処理し、金属芯金を抜いてトナー担持体を得た。
【0057】
物理的性質:導電性表層の厚さ=15μm、表面抵抗率=109 Ω、表面粗さRa=1.3μm、トナー担持体の全抵抗値=106 Ωであった。
【0058】
[実施例2]
製造工程:基材として、ポリアミド樹脂からなる内径16mm、厚さ100μm、周長230mm、体積電気抵抗率106 Ωcmの円筒状の樹脂薄膜を、外径16mmの金属芯金に挿入、樹脂薄膜表面を易接着処理後、その表面に内径16.8mmの型に入れ、型に2液硬化型の導電性液状シリコーンゴム(ゴム硬度20度)を流し込み加熱処理。次に、平均粒径5μmのシリカ微粒子及びカーボンブラックを含むポリアミド樹脂をリングコータにより塗布、加熱処理し、金属芯金を抜いてトナー担持体を得た。
【0059】
物理的性質:導電性表層の厚さ=10μm、表面抵抗率=109 Ω、表面粗さRa=0.7μm、トナー担持体の全抵抗値=107 Ωであった。
【0060】
[実施例3]
製造工程:基材として、ポリアミド樹脂からなる内径16mm、厚さ300μm、周長230mm、体積電気抵抗率105 Ωcmの円筒状の樹脂薄膜を、外径16mmの金属芯金に挿入、樹脂薄膜表面を易接着処理後、その表面に内径16.6mm、厚さ3mm、体積電気抵抗率104 Ωcm、ゴム硬度40度のEPDMゴムチューブを巻き、加熱処理して接着。次に、平均粒径10μmのシリカ微粒子及びカーボンブラックを含むポリウレタン樹脂エマルジョン(MRX−100)をリングコータにより塗布、加熱処理、金属芯金を抜いてトナー担持体を得た。
【0061】
物理的性質:導電性表層の厚さ=15μm、表面抵抗率=1010Ω、表面粗さRa=1.8μm、トナー担持体の全抵抗値=106 Ωであった。
【0062】
[実施例4]
製造工程:基材として、ポリアミド樹脂からなる内径16mm、厚さ150μm、周長230mm、体積電気抵抗率106 Ωcmの円筒状の樹脂薄膜を、外径16mmの金属芯金に挿入、樹脂薄膜表面を易接着処理後、その表面に内径16.3mm、厚さ3mm、体積電気抵抗率104 Ωcm、ゴム硬度60度のEPDMゴムチューブを巻き、加熱処理して接着。次に、平均粒径10μmのシリカ微粒子及びカーボンブラックを含むポリウレタン樹脂エマルジョン(MRX−100)をリングコータにより塗布、加熱処理して、金属芯金を抜いてトナー担持体を得た。
【0063】
物理的性質:導電性表層の厚さ=20μm、表面抵抗率=108 Ω、表面粗さRa=2.0μm、トナー担持体の全抵抗値=105 Ωであった。
【0064】
[比較例1]
製造工程:基材として、ポリアミド樹脂からなる内径16mm、厚さ150μm、周長230mmの樹脂薄膜をトナー担持体とした。
【0065】
物理的性質:表面抵抗率=108 Ω、表面粗さRa=1.3μm、トナー担持体の全抵抗値=105 Ωであった。
【0066】
[比較例2]
製造工程:内径16mm、厚さ2mm、周長230mmのゴム硬度40度の円筒状のEPDMゴムチューブの表面に、平均粒径10μmのシリカ微粒子及びカーボンブラックを含むポリウレタン樹脂エマルジョン(MRX−100)をリングコータにより塗布して加熱処理し、金属芯金を抜いてトナー担持体を得た。
【0067】
物理的性質:導電性表層の厚さ=15μm、表面抵抗率=109 Ω、表面粗さRa=1.3μm、トナー担持体の全抵抗値=106 Ωであった。
【0068】
[性能評価結果]
性能評価は、(A)トナーの平均粒径の変化、(B)トナー担持体の表面状態の変化、(C)画像カブリの状態、の3つについて実施した。
【0069】
図4は、上記したトナー担持体の実施例1〜4、及び比較例1、2の物理的性質と、性能評価結果を示す図である。
【0070】
(A)トナーの平均粒径の変化は、ミノルタ(株)社製のレーザプリンタLP−2400を使用し、現像器に乳化重合法で製造した平均粒径6.5μmのシアントナーを装填し、前記した実施例1〜4、比較例1、2のトナー担持体を弾性ローラに嵌挿して装着した。レーザプリンタで画像を形成すること無く、現像装置に白紙1000枚を通過させた後、トナーの平均粒径を測定した。平均粒径が初期状態のトナー(未使用トナー)に比較して0.5μm以上小さく変化したものを「×」、平均粒径の変化が0.5μm未満のものを「○」で示した。実施例1〜4及び比較例2は合格、比較例1はトナーの平均粒径の変化が大きく、不合格となった。
【0071】
(B)トナー担持体の表面状態の変化は、レーザプリンタで画像を形成すること無く、現像装置に白紙1000枚を通過させた後、トナー担持体の表面状態の変化を目視で観察した。初期状態と変化が無いもの(殆ど変化の無いものを含む)を「○」で示し、亀裂等が発生したものを「×」で示した。実施例1〜4及び比較例1は合格、比較例2は亀裂が発生し、不合格となった。
【0072】
(C)画像カブリの状態は、高温度、高湿度環境において、現像バイアスをマイナス100V(−100V)、感光体表面電位をマイナス700V(−700V)とし、現像電界(600V)が大きいところで白紙に印字し、感光体表面のカブリを目視で観察した。カブリが観察されなかったものを「○」で示し、カブリが観察されたものを「×」で示した。実施例1〜4及び比較例1、2のいずれも合格であった。
【0073】
上記したこの発明の実施の形態には、以下に記載する発明も含まれる。
(1)請求項1乃至4のいずれかに記載の現像剤担持体において、導電性弾性層の厚さは、導電性基材層の厚さよりも厚いことを特徴とする現像剤担持体。
(2)請求項1乃至4のいずれかに記載の現像剤担持体において、導電性基材層が樹脂で構成されていることを特徴とする現像剤担持体。
(3)請求項1乃至4のいずれかに記載の現像剤担持体において、導電性弾性層のJIS−Aゴム硬度が20度以上60度以下であること
を特徴とする現像剤担持体。
【0074】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、この発明の請求項1の発明に係る画像形成装置の一成分現像剤を使用する現像装置に適した現像剤担持体は、導電性基材層の上に導電性弾性層が積層され、さらにその上に導電性表層が積層された可撓性を有する積層構造で構成されており、前記導電性弾性層は、JIS−Aゴム硬度が15度以上65度以下である現像剤担持体である。
【0075】
この構成によれば、現像剤担持体の表面が比較的柔らかく、規制ブレードによるストレスによっても現像剤粒子が破壊されにくいので、現像剤粒子が微粉化しにくく、現像剤の劣化が少ない現像剤担持体を提供することができる。
【0076】
また、請求項5の発明に係る画像形成装置は、回転駆動される弾性ローラと、前記弾性ローラの外周面に緩く嵌装される筒状の現像剤担持体と、前記現像剤担持体に一成分現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体に接触して前記現像剤担持体の上に供給される一成分現像剤を薄層に形成する規制部材とを備え、前記現像剤担持体は、導電性基材層の上に導電性弾性層が積層され、さらにその上に導電性表層が積層された可撓性を有する積層構造で構成されていることを特徴とする画像形成装置の現像装置である。
【0077】
この構成によれば、請求項1の発明と同じく、現像剤担持体の表面が比較的柔らかく、規制ブレードによるストレスによっても現像剤粒子が破壊されにくいので、現像剤粒子が微粉化しにくく、現像剤の劣化が少ない画像形成装置の現像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態の現像装置の構成を説明する断面図。
【図2】弾性ローラの外周に緩く嵌装されたトナー担持体を説明する断面図。
【図3】トナー担持体の全抵抗値の測定方法を説明する図。
【図4】トナー担持体の実施例及び比較例の物理的性質と性能評価結果を示す図。
【図5】従来の現像剤担持体を配置した一成分系現像剤を使用する現像装置を説明する断面図。
【符号の説明】
10 現像装置
11 弾性ローラ
12 トナー担持体
12a 基体
12b 導電性弾性層
12c 導電性表層
13 トナー供給ローラ
14 撹拌部材
15 規制部材
16 現像バイアス電源
18 ケーシング
20 感光体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer, and a developer carrier thereof, and more particularly to a developing device using a one-component developer and the developer carrier thereof. is there.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an image forming apparatus such as a conventional electrophotographic copying machine or printer, a photosensitive member is uniformly charged, and an image is exposed thereon to form an image latent image. The formed image latent image is developed with the toner loaded in the developing device to form a toner image of the image, which is transferred to a recording medium, or transferred to an intermediate transfer belt and further transferred to a recording medium. Then, the toner image transferred to the recording medium is heated and fixed by a fixing device to form an image.
[0003]
Developing devices of this type of image forming apparatus include a developing device using a two-component developer composed of a mixture of a magnetic carrier and a toner, and a developing device using a one-component developer using a toner alone. Recently, there has been a demand for downsizing of a developing unit, and a developing apparatus using a one-component developer has been developed. In the following description, the one-component developer may be referred to as a toner, and the developer carrier may be referred to as a toner carrier.
[0004]
A developing device using a one-component developer includes a member called a toner carrier, and adheres the toner to the surface of the toner carrier. The toner adhered by the toner regulating member is formed into a uniform thin layer. Regulate the amount of adhesion. Then, the developing process is performed by bringing the toner carrier having the uniform thin layer toner formed on the surface thereof into contact with the image latent image formed on the photoconductor.
[0005]
In this configuration, a developing roller constituting a toner carrier is configured such that a high-hardness elastic layer is disposed on a flexible elastic layer in a non-adhered state (see Patent Document 1). There has been proposed a configuration in which a developer carrying member composed of a cylindrical thin film member loosely fitted to a member is disposed (see Patent Document 2).
[0006]
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a developing device using a one-component developer in which a developer carrying member formed of a cylindrical thin film member loosely fitted on the outer circumference of the above-described conventional developing roller is arranged.
[0007]
In FIG. 5, the developing
[0008]
The developing
[0009]
The
[0010]
The
[0011]
The regulating
[0012]
In the above configuration, the
[0013]
When the uniform thin layer toner on the
[0014]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2701225.
[0015]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2586511.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the developer carrying member including the developing roller and the thin film member, the surface is relatively hard because the developer carrying member is made of resin or metal. For this reason, there is a disadvantage that the stress caused by the regulating blade is large, the toner particles are easily broken, and the toner particles are pulverized and deteriorated. In particular, in the case of a color toner, since the toner particles are soft, the toner particles tend to be finely divided, and there is a disadvantage that the toner deteriorates quickly.
[0017]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a developing device which solves the above-mentioned problems, reduces stress caused by a regulating blade, and causes less deterioration of toner.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems, and the invention of
[0019]
The thickness of the conductive elastic layer is preferably 100 μm or more.
[0020]
The surface resistivity of the conductive surface layer is 1 × 10 7 Ω or more 1 × 10 12 It is good to make it below Ω.
[0021]
Further, the surface roughness of the conductive surface layer is preferably in a range of 0.5 μm or more and 2 μm or less.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an elastic roller which is driven to rotate, a cylindrical developer carrier loosely fitted on an outer peripheral surface of the elastic roller, and a developing device which supplies a one-component developer to the developer carrier. A developer supply member, and a regulating member that forms a thin layer of the one-component developer supplied onto the developer carrier in contact with the developer carrier, wherein the developer carrier is electrically conductive. A developing device for an image forming apparatus, comprising a flexible laminated structure in which a conductive elastic layer is laminated on a base material layer, and a conductive surface layer is further laminated thereon. .
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a developing device according to an embodiment of the present invention. In the following description, the one-component developer may be referred to as a toner. The developing
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The regulating
[0028]
Next, the developing operation by the developing
[0029]
By the rotation of the
[0030]
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the
[0031]
The thickness of the
[0032]
As the resin material constituting the
[0033]
Examples of the material forming the conductive elastic layer 12b include urethane rubber, silicone rubber, NBR rubber, EPDM rubber, acrylic rubber, isoprene rubber, and the like, but are not limited thereto. Among them, urethane rubber, silicone rubber, EPDM rubber and the like are preferable.
[0034]
The rubber hardness of the conductive elastic layer 12b is set to 15 to 65 degrees in JIS-A, and preferably about 20 to 60 degrees. Storage modulus at room temperature is 10 9 Pa or less is preferable. If it is too soft, problems such as creep may occur, and if it is too hard, it will lose its function as a force relaxation layer. The thickness is preferably at least 100 μm or more. If it is less than 100 μm, the function as a force relaxation layer may be lost. Preferably it is 100 μm or more and 10 mm or less, more preferably 200 μm or more and 4 mm or less. The volume resistivity is 10 4 -10 10 Ωcm is appropriate.
[0035]
The thickness of the conductive elastic layer 12b is preferably set to be larger than the thickness of the
[0036]
The
[0037]
The surface roughness (arithmetic mean roughness) Ra of the
[0038]
In order to adjust the surface roughness, it is preferable to add fine particles of about 3 to 20 μm to the material constituting the surface layer. As the fine particles, PMMA, styrene, polyester, fluorine, silicone, fine particles made of a synthetic resin such as polyamide, fine particles made of an inorganic material such as silica, titanium oxide, alumina, calcium carbonate, and the like can be used, but are not limited thereto. Not something.
[0039]
To adjust the electric resistance value of the
[0040]
An easy adhesion treatment may be performed between the conductive elastic layer 12b and the
[0041]
The total resistance value of the
[0042]
FIG. 3 is a view for explaining a method of measuring the total resistance value of the toner carrier described above. A
[0043]
The volume electric resistivity of the
[0044]
Here, the toner used in the developing device of this embodiment will be described. As the toner, a one-component developer widely used conventionally can be used, and there is no particular limitation. The one-component developer contains a colorant, a charge control agent, a release agent and the like in a binder resin, and a fluidizing agent and the like are added as necessary. The toner is manufactured from these materials by using a conventionally used method, for example, a pulverization method, an emulsion polymerization method, a suspension polymerization method, or the like.
[0045]
As the binder resin, generally, a polystyrene resin, a styrene-acrylic polymer resin, a polyester resin, or the like is used, and the number molecular weight (Mn) measured by gel permeation chromatography (GPC) is in the range of 1,000 to 15,000, It is preferable to use one having a softening temperature of 80 ° C to 160 ° C and a glass transition point of 50 ° C to 75 ° C.
[0046]
As the coloring agent, known coloring agents can be used, for example, carbon black, aniline black, activated carbon, magnetite, benzidine yellow, permanent yellow, naphthol yellow, phthalocyanine blue, fast sky blue, ultramarine blue, rose bengal, Lakey red or the like can be used, and it is generally preferable to use 2 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder resin.
[0047]
As the charge control agent, known charge control agents can be used, and examples thereof include organic metal complexes such as monoazo metal complexes, aromatic hydroxycarboxylic acid-based metal complexes, and aromatic dicarboxylic acid-based metal complexes, and chelate compounds. In general, it is preferable to use 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder resin.
[0048]
As the release agent, a known release agent can be used. For example, polyethylene, polypropylene, carnauba wax, sasol wax and the like can be used alone or in combination of two or more kinds. It is preferable to use 1 to 8 parts by weight to 1 part by weight.
[0049]
Further, as the fluidizing agent, known release agents can be used, for example, silica, titanium oxide, inorganic fine particles such as aluminum oxide, acrylic resin, styrene resin, silicon resin, resin fine particles such as fluororesin. It can be used, and it is particularly preferable to use one that has been made hydrophobic with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, silicon oil, or the like. It is preferable to add such a fluidizing agent in a ratio of 0.1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder resin.
[0050]
The charge amount of the toner is preferably −10 μc / g or more and −60 μc / g or less.
[0051]
The
[0052]
The developing conditions will be described. As described above, the developing bias voltage is applied to the
[0053]
Further, it is preferable that a voltage lower than the same potential or about 500 V from the developing bias voltage applied to the
[0054]
The rotation speed of the
[0055]
Next, a description will be given of a plurality of examples and comparative examples in which the materials and thicknesses of the base material of the toner carrier, the conductive elastic layer, and the conductive surface layer are changed, and performance evaluation results.
[0056]
[Example 1]
Manufacturing process: as substrate,
[0057]
Physical properties: thickness of conductive surface layer = 15 μm, surface resistivity = 10 9 Ω, surface roughness Ra = 1.3 μm, total resistance value of toner carrier = 10 6 Ω.
[0058]
[Example 2]
Manufacturing process: as base material,
[0059]
Physical properties: thickness of conductive surface layer = 10 μm, surface resistivity = 10 9 Ω, surface roughness Ra = 0.7 μm, total resistance of toner carrier = 10 7 Ω.
[0060]
[Example 3]
Manufacturing process: a base material made of a polyamide resin having an inner diameter of 16 mm, a thickness of 300 μm, a circumference of 230 mm, and a volume resistivity of 10 5 A cylindrical resin thin film of Ωcm is inserted into a metal core having an outer diameter of 16 mm, and the surface of the resin thin film is subjected to an easy adhesion treatment. 4 Wrap an EPDM rubber tube with Ωcm and rubber hardness of 40 degrees, heat-treat and bond. Next, a polyurethane resin emulsion (MRX-100) containing silica fine particles having an average particle diameter of 10 μm and carbon black was applied by a ring coater, heat-treated, and a metal core was removed to obtain a toner carrier.
[0061]
Physical properties: thickness of conductive surface layer = 15 μm, surface resistivity = 10 10 Ω, surface roughness Ra = 1.8 μm, total resistance value of toner carrier = 10 6 Ω.
[0062]
[Example 4]
Manufacturing process: a base material made of a polyamide resin having an inner diameter of 16 mm, a thickness of 150 μm, a circumference of 230 mm, and a volume resistivity of 10 6 A cylindrical resin thin film of Ωcm is inserted into a metal core having an outer diameter of 16 mm, and the surface of the resin thin film is subjected to easy adhesion treatment. 4 Wrap an EPDM rubber tube with Ωcm and rubber hardness of 60 degrees, heat-treat and bond. Next, a polyurethane resin emulsion (MRX-100) containing silica fine particles having an average particle diameter of 10 μm and carbon black was applied by a ring coater and subjected to heat treatment, and a metal core was removed to obtain a toner carrier.
[0063]
Physical properties: thickness of conductive surface layer = 20 μm, surface resistivity = 10 8 Ω, surface roughness Ra = 2.0 μm, total resistance value of toner carrier = 10 5 Ω.
[0064]
[Comparative Example 1]
Manufacturing process: A resin thin film made of a polyamide resin and having an inner diameter of 16 mm, a thickness of 150 μm, and a circumference of 230 mm was used as a base material.
[0065]
Physical properties: surface resistivity = 10 8 Ω, surface roughness Ra = 1.3 μm, total resistance value of toner carrier = 10 5 Ω.
[0066]
[Comparative Example 2]
Manufacturing process: A polyurethane resin emulsion (MRX-100) containing silica fine particles having an average particle diameter of 10 μm and carbon black was coated on the surface of a cylindrical EPDM rubber tube having an inner diameter of 16 mm, a thickness of 2 mm, and a circumference of 230 mm and a rubber hardness of 40 °. The resultant was applied by a ring coater and heat-treated, and the metal core was removed to obtain a toner carrier.
[0067]
Physical properties: thickness of conductive surface layer = 15 μm, surface resistivity = 10 9 Ω, surface roughness Ra = 1.3 μm, total resistance value of toner carrier = 10 6 Ω.
[0068]
[Performance evaluation results]
The performance evaluation was carried out for (A) a change in the average particle diameter of the toner, (B) a change in the surface state of the toner carrier, and (C) a state of image fog.
[0069]
FIG. 4 is a diagram showing physical properties and performance evaluation results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 of the toner carrier described above.
[0070]
(A) The average particle diameter of the toner is changed by loading a cyan toner having an average particle diameter of 6.5 μm manufactured by an emulsion polymerization method into a developing device using a laser printer LP-2400 manufactured by Minolta Co., Ltd. The toner carriers of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were fitted and mounted on elastic rollers. After passing 1000 sheets of white paper through the developing device without forming an image with a laser printer, the average particle size of the toner was measured. "X" indicates that the average particle diameter changed by 0.5 μm or more smaller than the toner in the initial state (unused toner), and "O" indicates that the average particle diameter changed less than 0.5 μm. Examples 1 to 4 and Comparative Example 2 were acceptable, and Comparative Example 1 was unacceptable because of a large change in the average particle size of the toner.
[0071]
(B) The change in the surface state of the toner carrier was visually observed after passing 1,000 sheets of white paper through the developing device without forming an image with a laser printer. Those that did not change from the initial state (including those that hardly changed) were indicated by “O”, and those in which cracks and the like occurred were indicated by “X”. Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 passed, while Comparative Example 2 cracked and failed.
[0072]
(C) The image fogging condition is as follows. In a high temperature and high humidity environment, the developing bias is set to minus 100 V (−100 V), the photoconductor surface potential is set to −700 V (−700 V), and the developing electric field (600 V) is large. Printing was performed, and fog on the surface of the photoreceptor was visually observed. Those in which fog was not observed were indicated by "O", and those in which fog was observed were indicated by "x". Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 all passed.
[0073]
The above-described embodiments of the present invention also include the following inventions.
(1) The developer carrier according to any one of
(2) The developer carrier according to any one of
(3) In the developer carrier according to any one of
A developer carrier characterized by the following.
[0074]
【The invention's effect】
As described in detail above, the developer carrier suitable for the developing device using the one-component developer of the image forming apparatus according to the first aspect of the present invention has a conductive elastic layer on the conductive base material layer. The conductive elastic layer has a flexible laminated structure in which a layer is laminated and a conductive surface layer is further laminated thereon, and the conductive elastic layer has a JIS-A rubber hardness of 15 to 65 degrees. It is a developer carrier.
[0075]
According to this configuration, the surface of the developer carrier is relatively soft, and the developer particles are less likely to be broken by the stress of the regulating blade. Therefore, the developer particles are less likely to be finely divided, and the developer is less deteriorated. Can be provided.
[0076]
An image forming apparatus according to a fifth aspect of the present invention includes an elastic roller that is driven to rotate, a cylindrical developer carrier loosely fitted on the outer peripheral surface of the elastic roller, and one of the developer carrier. A developer supply member that supplies a component developer; and a regulating member that contacts the developer carrier and forms a one-layer developer supplied on the developer carrier in a thin layer, the developing device comprising: The agent carrier has a flexible laminated structure in which a conductive elastic layer is laminated on a conductive base layer, and a conductive surface layer is further laminated thereon. It is a developing device of the forming device.
[0077]
According to this configuration, as in the first aspect of the invention, the surface of the developer carrying member is relatively soft, and the developer particles are not easily broken even by the stress caused by the regulating blade. It is possible to provide a developing device of the image forming apparatus in which the deterioration of the image is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a developing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a toner carrier loosely fitted on the outer periphery of an elastic roller.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for measuring the total resistance value of the toner carrier.
FIG. 4 is a diagram showing physical properties and performance evaluation results of Examples and Comparative Examples of a toner carrier.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a developing device using a one-component developer in which a conventional developer carrier is disposed.
[Explanation of symbols]
10 Developing device
11 Elastic roller
12 Toner carrier
12a substrate
12b conductive elastic layer
12c conductive surface layer
13 Toner supply roller
14 Stirring member
15 Regulation members
16 Development bias power supply
18 Casing
20 Photoconductor
Claims (5)
前記現像剤担持体は、導電性基材層の上に導電性弾性層が積層され、さらにその上に導電性表層が積層された可撓性を有する積層構造で構成されており、
前記弾性層は、JIS−Aゴム硬度が15度以上65度以下であること
を特徴とする現像剤担持体。A developer carrier suitable for a developing device of the image forming apparatus,
The developer carrier, a conductive elastic layer is laminated on a conductive base material layer, and further has a flexible laminated structure in which a conductive surface layer is laminated thereon,
The developer carrier, wherein the elastic layer has a JIS-A rubber hardness of 15 degrees or more and 65 degrees or less.
を特徴とする請求項1記載の現像剤担持体。2. The developer carrier according to claim 1, wherein said conductive elastic layer has a thickness of 100 [mu] m or more.
を特徴とする請求項2記載の現像剤担持体。3. The developer carrier according to claim 2, wherein the surface resistivity of the conductive surface layer is 1 × 10 7 Ω or more and 1 × 10 12 Ω or less.
を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の現像剤担持体。4. The developer carrier according to claim 1, wherein a surface roughness of the conductive surface layer is 0.5 μm or more and 2 μm or less. 5.
前記弾性ローラの外周面に緩く嵌装される筒状の現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に一成分現像剤を供給する現像剤供給部材と、
前記現像剤担持体に接触して前記現像剤担持体の上に供給される一成分現像剤を薄層に形成する規制部材とを備え、
前記現像剤担持体は、導電性基材層の上に導電性弾性層が積層され、さらにその上に導電性表層が積層された可撓性を有する積層構造で構成されていること
を特徴とする画像形成装置の現像装置。An elastic roller driven to rotate,
A cylindrical developer carrier loosely fitted to the outer peripheral surface of the elastic roller;
A developer supply member for supplying a one-component developer to the developer carrier,
A regulating member that forms a thin layer of a one-component developer supplied on the developer carrier in contact with the developer carrier,
The developer carrier is characterized in that it has a flexible laminated structure in which a conductive elastic layer is laminated on a conductive base layer, and a conductive surface layer is further laminated thereon. Developing device of the image forming apparatus.
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2003
- 2003-05-09 JP JP2003131692A patent/JP2004334013A/en active Pending
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