JP2004361853A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置内のトナー規制ローラの構成、製造方法を提案することによって、現像装置の耐久性を向上し、信頼性を高める現像装置を提供する。
【解決手段】静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナーを付着させて前記静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラ１と前記現像ローラ１に接触するように配置されて前記トナーを前記現像ローラ１に供給するトナー供給ローラ２とを備えて前記現像ローラ１が非現像時に前記作像時の回転方向とは逆方向に回転される現像装置において、前記現像ローラ１に接触して前記現像ローラ１に付着するトナーの量を規制して前記現像ローラ１にトナー薄層を形成するトナー規制ローラ４を備え、このトナー規制ローラ４が両端に回転軸部４ｄを有する金属製の円筒状芯金４ａと、この円筒状芯金４ａの外周に形成された弾性層４ｂとを有し、前記弾性層表面が硬化処理されていると共に、さらに硬化処理層の外周面上に最外層としての表面層４ｃを形成した。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ等の電子写真装置に使用する現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置に使用する１成分現像装置において、形成される画像中にカブリやゴースト等が発生する不具合を防ぎ、画像品質を維持する技術は従来から種々知られている（例えば、特許文献１、２、３および４参照）。
【特許文献１】特開平５−１４２９３８号公報
【特許文献２】特開平０９−２５８５５２号公報
【特許文献３】特開平０９−０８０９０５号公報
【特許文献４】特開平１１−０８４８６７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１成分現像装置において、カブリやゴースト等の発生を防ぎ、画像品質を維持するためには、１）トナーを高電位に且つ均一に帯電させることが必須であり、そのためにはトナーと接触し摩擦帯電させる部品の表面材質の選定が重要となる。
一方、近年の環境問題より、装置の長寿命化が命題となっているが、部品の表面については、２）トナー規制部材上、現像ローラ表面へのトナー凝集・固着の発生、および３）現像ローラ表面、トナー規制部材表面のキズ、亀裂、剥離等の劣化、に対応していく必要がある。
また、現像装置としては長期間での使用に対して、４）トナー漏れや飛散による画像形成装置内部の汚染に対応していく必要がある。
現像ローラおよびトナー規制部材にトナー凝集や固着が発生するメカニズムとして、両部品の接合部である楔形状（断面形状）をした領域に、トナーが詰まるという現象が考えられる。
特許文献１等では、平板（ブレード）形状であるトナー規制部材を振動させる機構を設け、同様のトナー凝集の発生を防止する手段が提案されている。この方式では、ブレードを振動させるための構成部品が多数必要であり、現像ユニットが非常に煩雑で大掛かりな構成となる。また、ブレード方式では、現像ローラとの接触部分が限定されるため、機械的な摩耗による劣化のために十分な寿命を得ることができない。
現像剤規制を弾性ローラで行い、その上に誘電体層を有する表面層を有し、また、現像剤規制部材がアスカーＣ硬度６０度以下の弾性ローラからなることも特許文献２および３に記載されている。
特許文献４ではトナー規制部材をローラとし、非現像時に所定のタイミングで回転させることでトナーの凝集・固着を防ぐ構成が提案されている。トナー規制部材をローラとすることは、前記ブレード方式と比較し、現像ローラとの接触部分が増加するため（使用面積の増加）、機械的な摩耗を防ぐためには有効な手段である。
しかし、現像ローラは現像時も非現像時も常に一定方向に回転しており、また、トナー規制ローラは現像ローラと同方向に回転させるために、楔部分に堆積したトナーに対しさらに下流へ移行させる方向の圧力を加える方式となるため、楔部分のトナー凝集に対しては有効な手段と言えない。したがって、これは６千枚程度の作像回数であり、さらに高寿命化を達成するには不充分である。
【０００４】
以上の課題に対して、１成分トナー層を表面に形成し静電潜像の形成された像担持体に接触してトナーを付着させ前記静電潜像を可視化する現像ローラと、前記現像ローラに接触配置しトナーを供給するトナー供給ローラと、前記現像ローラ上のトナーを規制し薄層を形成するトナー規制ローラからなる１成分現像装置が提案されている。
この１成分現像装置は、また、非現像時に現像ローラが作像時と逆回転するとともに現像ローラが逆回転することで、現像時は停止しているトナー規制ローラが現像ローラと同一方向に回転する機構を備えている 。これにより、高寿命化を達成することが可能となる。
また、現像ローラは金属表面に１成分トナーと逆極性の帯電極性を有する樹脂層を設けた剛体とし、トナー規制ローラは表面に離型層を備えた弾性体とすることにより、現像ローラ端部のシールによる摩耗を防止でき、また、現像ローラを平滑でトナーと逆極性の帯電性を有する材料を形成することで、トナー搬送を静電気的に行うことが可能であり、現像装置を極めて長時間使用することが可能となる。
さらに、トナー規制ローラの外径が円筒状芯金の延びる方向回転軸部側から中央に向かって徐々に増大するクラウン形状を使用することにより、現像ローラとの当接圧力を均一化、トナー規制ローラ軸方向の偏摩耗を防ぎ、部品の長寿命化を実現でき、また、現像ローラ逆転に対するトナー規制ローラの連れ回り安定性を向上することが可能となり、現像装置を極めて長時間使用することが可能となる。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、現像装置内のトナー規制ローラの構成、製造方法を提案することによって、現像装置の耐久性を向上し、信頼性を高める現像装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナーを付着させて前記静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラと前記現像ローラに接触するように配置されて前記トナーを前記現像ローラに供給するトナー供給ローラとを備えて前記現像ローラが非現像時に前記作像時の回転方向とは逆方向に回転される現像装置において、前記現像ローラに接触して前記現像ローラに付着するトナーの量を規制して前記現像ローラにトナー薄層を形成するトナー規制ローラを備え、このトナー規制ローラが両端に回転軸部を有する金属製の円筒状芯金と、この円筒状芯金の外周に形成された弾性層とを有し、前記弾性層表面が硬化処理されていると共に、さらに硬化処理層の外周面上に最外層としての表面層を形成した現像装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記硬化処理がイソシアネート含有化合物を含む処理溶液を前記弾性層表面に形成後、加熱することにより行われる請求項１記載のトナー規制ローラを主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記表面層がフッ素樹脂を主成分とする請求項１または２のいずれか１項記載の現像装置を主要な特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による現像ローラを使用する現像装置の実施の形態を示す概略図である。図２は本発明によるトナー規制ローラを示す概略長手方向断面図である。
図１および図２において、ケース５の側板には、現像ローラ１、芯軸の周囲にスポンジを形成してなるトナー供給ローラ２、およびトナー搬送部材３が軸支されている。
またトナー規制ローラ４は金属ばね６のばね圧によって現像ローラ１に当接配置される。トナーはトナー搬送部材３、およびトナー供給ローラ２を介して現像ローラ１の表面に供給される。
トナー規制ローラ４は、この場合に、軸方向両端に回転軸部４ｄを有する金属製の円筒状芯金４ａと、この円筒状芯金４ａの外周に形成された弾性層４ｂとを有し、前記弾性層４ｂ表面が硬化処理されていると共に、さらに硬化処理層の外周面上に最外層として形成された表面層４ｃからなっている。
現像ローラ１上に供給されたトナーは、さらに、トナー規制ローラ４の当接圧によって所定量に薄層化され、現像ローラ１を回転させることにより感光体（図示せず）に搬送される。
現像ローラ１は感光体（像担持体）に平行して接触し、感光体の帯電電位と光書き込み後（露光後）残留電位のほぼ中間のバイアス電圧が印加されている。現像ローラ１上のトナーが感光体との接触部に搬送され、感光体電位と現像バイアスによる現像電界に応じて、帯電したトナーが感光体に付着し静電潜像が可視像化される。
トナー規制ローラ４は上記現像動作時には静止した状態で現像ローラ１に当接しているが、非現像時に１プリントの現像動作に１回の頻度で所定のタイミングで現像ローラ１に連れ回りするようになっている。
【０００７】
本実施の形態での現像ローラ１はφ２６ｍｍのアルミローラに、ポリエステル樹脂とグアナミン硬化剤と導電粒子としてＩＴＯとを分散した塗料を、スプレー塗装後に硬化させることにより１０μｍの表面層として形成しているものを用いた。
現像ローラ１の表面粗さはＲｚ２μｍ以下の平滑面とした。グアナミンはアミノ基を含有する物質であり、マイナス帯電トナーと逆極性を示す物質である。ＩＴＯはアルミナ粉をベースとし、この表面にインジウムドープ酸化スズをコーティングしたものである。
また、トナー供給ローラ２は、金属芯軸の周囲に導電性発泡体を形成したもので、抵抗値は１０＾６Ω、芯軸には現像バイアスと同電位を印加されている。
トナー規制ローラ４は、現像ローラ１を剛体としたので、弾性体ローラとした。
ローラ構成としては芯金上に、弾性層として、ニトリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、熱可塑性エラストマ等を被覆したものを使用し、弾性層の外周には離型層としての表面層を設けている。
【０００８】
ここで、トナー規制ローラの課題として、トナー薄層の均一化による画像濃度の均一化の為に弾性体層の低硬度化が挙げられる。低硬度化に当り、弾性体材料の配合としては一般に可塑剤の添加が行われる（可塑剤アップで低硬度化）が、表面層形成後、トナー規制ローラ４表面へのブリードが発生し、その結果、ローラ表面へのトナーフィルミングが発生し、画像ムラ等の原因となる。
また、トナー薄層の均一化のため、金属ばね６のばね圧をあげることで、ローラ表面へのブリードの促進により、その結果、ローラ表面へのトナーフィルミングがさらに助長される。
この表面層の表面へのブリードに対して、本発明にて、弾性体層表面を硬化処理後、更に硬化処理層の外周面上に、最外層としての表面層を形成することが非常に有効であることを発見した。
ここで硬化処理層のみの場合、ブリード防止効果が低減するだけでなく、後述する硬化処理の方法であるイソシアネート含有化合物を含む処理溶液を前記弾性層表面に形成後、加熱することにより行われる硬化処理後のローラ表面が粗くなり画像ムラ、耐久性（ローラのトナー汚れ）の問題が発生することより硬化処理層のみの使用は難しい。
表面層の樹脂材料としては、トナー離型性を考慮し選択が必要である。例えばポリウレタン樹脂、フッソ樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられるが、フッ素樹脂を主成分とし、トナー規制ローラ４の表面のトナー離型性を向上することで、より高耐久な現像装置とすることができる。
本発明により、弾性体層の低硬度化を達成しつつ、トナー規制ローラ表面へのブリードを防止し、ローラ表面へのトナーフィルミング、画像ムラ等の原因となることを防止し、トナー薄層の均一化による画像濃度の均一化を達成でき、現像装置の耐久性をさらに向上し、信頼性を高めることを可能とした。
【０００９】
下記に、トナー規制ローラの構成および製造方法に関する実施例を説明する。トナー規制ローラ４は、中央部の外径をφ１４としたが、両端部はφ１３．７５とし、外径差で２５０μｍのクラウンを付与した。
トナー規制ローラ４をストレート形状とした場合、トナー規制ローラ４の両端部をばねで押すことによる撓みが発生し、トナー規制ローラ４の両端部が約４万枚で摩耗し、ゴムが露出することが確認された。クラウン形状を付与することでトナー規制ローラ４の軸方向の偏摩耗を防ぐことができた。
クラウンの付与はトナー規制ローラ４単独の寿命上の問題だけでなく、現像ローラ１との圧力分布の均一化を意味し、現像ローラ１に対するトナー規制ローラ４の連れ回り性の信頼性を向上させるためのものである。
上記クラウンを付与した場合、現像ローラ１の回転量に対するトナー規制ローラ４の移動量が１００％と安定性を示したのに対し、ストレート形状の場合７５〜８０％しか移動することができなかった。
クラウン形状については、輪郭形状を台形形状としたり、多角形形状とした場合は変極点部分で現像ローラ１上に帯状のトナー層ムラが発生し、画像濃度が不均一となるため、円弧形状と２次曲線形状といった連続波形形状とした。
弾性層４ｂとしてはＮＢＲ（ニトリルゴム）を使用し、ゴムローラと芯金とは接着している。弾性層４ｂの低硬度化のため、ナフテン系オイルを添加しローラ硬度としてはＪＩＳ−Ａ硬度として４５とした。
ここで硬化処理としてはイソシアネート含有化合物を含む処理溶液を弾性層表面に形成後、加熱することにより行われるが、本発明の効果を有する硬化処理層が得られれば紫外線処理等の別のものでも構わない。
【００１０】
本発明にて使用されるイソシアネート含有化合物を含む処理溶液とはイソシアネート含有化合物を有機溶剤に溶解したもの、水に分散させたもの、イソシアネート含有化合物とポリオールとを有機溶剤に溶解したもの、それらの溶液にウレタン形成反応時に使用される助剤等を添加した溶液がある。
ここでイソシアネート含有化合物とはイソシアネート化合物、イソシアネート基を有するシラン化合物、イソシアネート基を有するジメチルシロキサン化合物を言い、イソシアネート化合物としては、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、あるいはこれらのプレポリマーまたは変性物等を挙げることができる。
また、ポリオールとしてはポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオール等を挙げることができる。ウレタン形成反応時に使用される助剤としてはアミン類、グリコール類、ヘキサントリオール、トリメチオールプロパン等の鎖延長剤あるいは架橋剤等を使用することができる。
さらに上記の化合物を溶解する有機溶剤としては非プロトン系の極性溶剤を使用するのが望ましい。とくに、酢酸エチル、ジメチルホルムアミドおよびこれらの混合物が良好である。以下に硬化処理層および表面層の材料、製造方法に関して説明する。
【００１１】
（実施例１）
硬化処理液としてイソシアネート（ＭＤＩ：大日本インキ社製）の１５％酢酸エチル溶液を調整し、この溶液中に前記トナー規制ローラ４の弾性層４ｂを１５秒間浸漬した後、室温乾燥の後、１２０℃で１時間加熱し弾性層４ｂ表面のイソシアネートの硬化反応を完了させた。その後表面層４ｃとして、ポリウレタン樹脂を１０μｍの膜厚にコーティングした。
（実施例２）
実施例１と同様に作製したトナー規制ローラ４の弾性層４ｂおよび硬化処理層の外周面上に、表面層４ｃとして、ポリアミド樹脂を１０μｍの膜厚にコーティングした。
（実施例３）
実施例１と同様に作製したトナー規制ローラ４の弾性層４ｂおよび硬化処理層の外周面上に、表面層４ｃとして、フッソ樹脂を１０μｍの膜厚にコーティングした。
（実施例４）
硬化処理液としてイソシアネート基を有するシラン化合物（（ＣＨ３）ＳｉＮＣＯ：トーレダウコーニング社製）の１５％酢酸エチル溶液を調整し、この溶液中に前記トナー規制ローラ４の弾性層４ｂを１５秒間浸漬した後、室温乾燥の後、１２０℃で１時間加熱し弾性層４ｂ表面のイソシアネートの硬化反応を完了させた。その後表面層４ｃとして、実施例３と同様にフッソ樹脂を１０μｍの膜厚にコーティングした。
【００１２】
（比較例１）
表面層を形成しない以外は実施例１と同様に作製したトナー規制ローラ４を作製した。（弾性層表面に硬化処理層のみ）
（比較例２）
硬化処理層を形成しない以外は実施例１と同様に作製したトナー規制ローラを作製した。（弾性層表面に表面層ポリウレタン樹脂のみ）
以上の実施例１〜４および比較例１、２のトナー規制ローラ４を用い、現像ローラ１への当接はトナー規制ローラ４の芯金ジャーナル部へのばね加圧（片側２０Ｎ）にて実施した。
評価項目としてはトナー規制ローラ４表面へのトナーフィルミング、薄層均一性、そして画像濃度の均一性について評価した。結果を表１に示す。
【表１】

表１より、実施例１〜４に示すように、弾性層表面へ硬化処理層としてイソシアネート含有化合物を含む処理溶液を前記弾性層表面に形成後、加熱することにより硬化処理されていると共に、さらに硬化処理層の外周面上に、最外層としての表面層を形成したことにより、トナー規制ローラ４表面へのトナーフィルミング、薄層均一性、そして画像濃度の均一性の面で有効であることが解る。
とくに、実施例３、４に示すように表面層をフッ素樹脂とすることでトナーフィルミング、薄層均一性、そして画像濃度の均一性の面で効果が大きい。
なお、実施例中の表面層形成についてはスプレー塗装にて実施したが、ディッピング等の他の表面層形成方法でも同様の結果が得られることを確認した。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、トナー規制ローラが両端に回転軸部を有する金属製の円筒状芯金と、前記円筒状芯金の外周に形成された弾性層とを備え、弾性層表面が硬化処理されていると共に、さらに硬化処理層の外周面上に、最外層としての表面層を形成したので、初期、経時ともにトナー規制ローラ表面へのトナーフィルミング、薄層均一性、画像濃度均一性に対して、有利となる作用を有する。
請求項２によれば、硬化処理がイソシアネート含有化合物を含む処理溶液を前記弾性層表面に形成後、加熱することにより行われるので、比較的容易に低コストのローラとして、初期、経時ともにトナー規制ローラ表面へのトナーフィルミング、薄層均一性、画像濃度均一性に対して、有利となる作用を有する。
請求項３によれば、トナー規制ローラの表面層が、フッ素樹脂を主成分であるので、初期、経時ともにとくにトナー規制ローラ表面へのトナーフィルミングに対して有効であるとともに、薄層均一性、画像濃度均一性に対しても有利となる作用を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による現像ローラを使用する現像装置の実施の形態を示す概略図。
【図２】本発明によるトナー規制ローラを示す概略長手方向断面図。
【符号の説明】
１ 現像ローラ、２ トナー供給ローラ、３ トナー搬送部材、４ トナー規制ローラ、４ａ 芯金、４ｂ 弾性層、４ｃ 表面層、４ｄ 回転軸部

Claims (3)

1. 静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナーを付着させて前記静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラと前記現像ローラに接触するように配置されて前記トナーを前記現像ローラに供給するトナー供給ローラとを備えて前記現像ローラが非現像時に前記作像時の回転方向とは逆方向に回転される現像装置において、前記現像ローラに接触して前記現像ローラに付着するトナーの量を規制して前記現像ローラにトナー薄層を形成するトナー規制ローラを備え、このトナー規制ローラが両端に回転軸部を有する金属製の円筒状芯金と、この円筒状芯金の外周に形成された弾性層とを有し、前記弾性層表面が硬化処理されていると共に、さらに硬化処理層の外周面上に最外層としての表面層を形成したことを特徴とする現像装置。
2. 前記硬化処理がイソシアネート含有化合物を含む処理溶液を前記弾性層表面に形成後、加熱することにより行われることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記表面層がフッ素樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の現像装置。

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