JP2006259469A - 現像装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 入り口シール部材が現像容器からのトナー漏れやトナー担持体上トナーの掻き取りによるトナーこぼれを発生することなく、しかも、トナー固着も生じにくい現像装置を提供する。
【解決手段】 現像装置５の現像領域を通過して現像容器１０内に戻ってくるトナー担持体１１表面上に先端部を当接させてこの表面と開口部との間隙をシールする入り口シール部材１９を設ける。そして、トナーとして無機酸化物を２％以上外添させた一成分トナーを用いる。また、上記入り口シール部材１９として、引張強度が３９２３Ｎ／cm^２（ＪＩＳ Ｋ７１１３プラスチック引張試験値）以下のフッ素樹脂からなる部材を用い、かつ、該入り口シール部材の上記表面に対する接触圧力を０．０１Ｎ／mm^２以上で０．５Ｎ／mm^２以下の範囲内になるように設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、プリンタなどの画像形成装置に用いられる現像装置及びプロセスカートリッジに関するものである。

従来、この種の現像装置では、現像容器の開口部に配設されるトナー担持体としての現像ローラと現像容器の開口部との隙間からトナーが漏れ出すのを防止するために現像ローラ表面に当接するように入り口シール部材を設けている（特許文献１）。現像ローラ上のトナー層掻き取りによるトナーこぼれを起こすことなくこのトナー層を通過させるため、入り口シール部材の材料としてはすべり性が適度で耐磨耗性の高い材料を使用していた。具体的にはＰＥＴシートやウレタンシートを使用することが多かった。また、現像ローラ表面に対する接触圧力の調整も行っていた。

特開２００２−１８２４７０号公報

しかしながら、近年の高速化、長寿命化に伴って、プリント画像に縦スジノイズが発生する課題があった。原因を追及したところ、入り口シール部材が関係していることがわかってきた。入り口シール部材が外添剤やトナーの摩擦によるストレスを長期間受け、トナーが入り口シールに固着していた。この固着トナーが現像ローラを摺擦し現像ローラに円周状のキズやトナーフィルミングを発生させ、その結果、トナー層にスジムラが生じていた。トナー固着のメカニズムは次のように考えられる。入り口シール部材は現像ローラと現像容器の隙間からトナーが漏れ出さないように圧力を加えて当接させている。現像ローラ上のトナー層が入り口シール部材を通過するとき、トナーの外添剤がこの当接圧によって入り口シール部材の表面材料に局所的にキズを付ける。このキズの微小な凹みに外添剤が滞留し、さらにはトナー自身も滞留して入り口シール部材表面に付着する。付着したトナーは現像ローラと入り口シール部材との摩擦による発熱で融着し固着する。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、入り口シール部材が現像容器からのトナー漏れやトナー担持体上トナーの掻き取りによるトナーこぼれを発生することなく、しかも、トナー固着も生じにくい現像装置及びプロセスカートーリッジを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、現像容器の開口部を介して潜像担持体と対向する現像領域を通って無端移動する表面に一成分トナーを担持するトナー担持体と、該現像領域を通過して現像容器内に戻ってくる該表面上に先端部を当接させて該表面と該開口部との間隙をシールする入り口シール部材とを備えた現像装置において、トナーとして無機酸化物を２％以上外添させた一成分トナーを用い、上記入り口シール部材として、引張強度が３９２３Ｎ／cm^２（ＪＩＳＫ７１１３プラスチック引張試験値）以下のフッ素樹脂からなる部材を用い、かつ、該入り口シール部材の上記表面に対する接触圧力を０．０１Ｎ／mm２以上で０．５Ｎ／mm２以下の範囲内になるように設定したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記入り口シール部材の熱伝導率が４×１０^−４Cal／cm・sec・℃以上であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の現像装置において、上記入り口シール部材の表層材料の硬度（ＪＩＳ−７２１５デュロメーター）がＤ６５以下であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の現像装置において、上記トナーの荷電制御剤に金属錯体を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の現像装置において、上記入り口シール部材として、基材シートの表面にウレタン樹脂をラミネートした２層構造のものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段と潜像担持体とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段が請求項３〜５記載の現像装置であることを特徴とするものである。

請求項１乃至６の発明によれば、入り口シール部材が現像容器からのトナー漏れやトナー担持体上トナーの掻き取りによるトナーこぼれを発生することなく、しかも、トナー固着も生じにくいという効果がある。

以下、本発明を４組の現像装置を備えた画像形成装置としてのカラーレーザープリンタ（以下、「プリンタ」という。）に適用した一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す正面図である。このプリンタは、複数の支持ローラに掛け回された潜像担持体としての感光体ベルト１を備えている。感光体ベルト１は図中の矢印Ａで示した時計方向に回転駆動され、その周りには、帯電手段としての帯電器３、光書き込みユニット４、４組の現像装置５Ｂｋ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｙ、中間転写体としての中間転写ベルト６、クリーニング手段としての感光体クリーニング装置７などが配置されている。感光体ベルト１の表面には有機感光層が形成されている。ベルト状感光体に代え、ドラム状感光体を用いることもできるが、この場合、後述する現像ローラの硬度を低く抑えることが望ましい。

本プリンタで画像形成動作（プリント動作）を実行するときは、帯電器３に高電圧が印加されることにより、感光体ベルト１が一様に帯電される。そして、図示しない画像信号処理部では、カラー画像情報たとえば外部のコンピュータから送られてきたカラー画像信号が光書き込み信号に変換されて光書き込みユニット４に送られる。光書き込みユニット４では、上記光書き込み信号に基づいて図示しない光源としてのレーザが制御され、ポリンゴンミラー８、ｆ／θレンズ９及び反射ミラー１０を介して、Ｂｌａｃｋ（Ｂｋ）、Ｃｙａｎ（Ｃ）、Ｍａｇｅｎｔａ（Ｍ）、Ｙｅｌｌｏｗ（Ｙ）の画像信号に対応した光書き込みが行われ、感光体ベルト１上に静電潜像が形成される。

上記感光体ベルト１上の静電潜像は、該潜像とは逆極性の電荷にて帯電された現像剤としての各色トナーをそれぞれ有する各現像装置５Ｂｋ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｙによって各色ごとに現像される。これにより、感光体ベルト１上には、各色ごとにトナー像が形成される。

感光体ベルト１と中間転写ベルト６との接触部においては、中間転写ベルト６にトナーと逆極性の電荷を印加することにより、感光体ベルト１上のトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。このトナー像の形成及び転写動作を４回くり返すことにより、中間転写ベルト６上に４色重ねのカラートナー像が形成される。この中間転写ベルト６上のカラートナー像は、給紙カセット４０又は手差しトレイ４１から搬送ローラ対４２によって送られてきた記録材としての転写紙に、二次転写部材としての紙転写ローラ４３によって転写される。カラートナー像が転写された転写紙は、定着ローラ対４４からなる定着部に搬送され、該トナー像が溶融定着される。

次に、本実施形態に係る現像装置について図２を用いて説明する。本実施形態に係る現像装置は、非磁性一成分トナー（以下、トナーという）を用いた一成分現像方式の現像装置である。各現像装置５は、それぞれ感光体ベルト１に向けた開口を有する現像容器１０、トナー担持体としての現像ローラ１１、該現像ローラ１１上にトナーの供給を行うトナー供給ローラ１２、現像容器１０内のトナー収容部１７ａ、１７ｂに収容されているトナーを供給ローラ１２側へ送り出す搬送パドル１８ａ、１８ｂ、そして、現像ローラ１１上に当接して現像ローラに担持されたトナーの層厚を規制し所定の層厚のトナー層を形成するための現像剤層規制ローラとしての規制ローラ１４などを有している。

上記現像ローラ１１は、現像容器１０の開口から一部が露出して現像時には所定の線速で矢印時計方向に回転可能に設置されており、トナーをローラ面に担持して感光体ベルト１との当接部である現像領域に搬送し、感光体ベルト１上に形成された潜像を現像する。所定の線速はたとえば感光体に対して線速比１．１〜２．０倍速である。現像ローラ１１には現像バイアスが印加される。上記トナー供給ローラ１２は、現像ローラ１１に所定の圧力で当接されており、その表面部は、発泡ポリウレタンで構成されている。トナー供給ローラ１２は現像ローラに所定のニップをもって接触し、現像ローラの回転方向と逆方向、すなわち図２では反時計方向に回転する。これにより、トナー供給ローラ１２上のトナーをニップ内で現像ローラ１１表面に擦りつけることでトナーをプレ帯電させながら供給する。トナー供給ローラの現像ローラに対する周速比は０．５〜０．９倍速で回転している。また、トナー供給ローラ１２には、トナー規制ブレード１３が当接され、現像ローラ１１に供給するトナーの量が規制されるようになっている。各搬送パドル１８は、矢印時計方向に回転可能に設置されており、この回転によりトナーを供給ローラ１２側へ送り出す。各搬送パドルの材質としては、例えばポリプロピレン等の柔らかく弾性を有するものを用いることができ、その弾性を利用して現像容器１０の内壁と密着させた状態で回転し、確実にトナーを搬送する。

そして、上記規制ローラ１４は、現像ローラ１１上のトナーを所定の層厚に規制するともに、トナーに対して摺接することによりトナーを摩擦帯電する。規制ローラ１４は現像ローラに対して所定の荷重で当接していて、そのニップに供給ローラより供給されてきたトナーを通過させることで、トナー通過量を一定に整えて、また現像ローラ表面のスラスト方向位置によらず均一なトナー層を形成する。また、通過したトナーはドクタローラと現像ローラの双方の表面と摩擦帯電されるので、感光体への現像に供されるトナーは安定した帯電量を持つことができる。ドクタローラは現像動作時に回転させず、非現像動作時に所定角度回転駆動させる様にする。このときの回転方向は現像ローラの回転方向と同方向すなわち、図２では時計方向とする。規制ローラ１４の表面部の材質として、樹脂コーティングを施したウレタンゴムを用いている。また、規制ローラ１４には規制ローラクリーニングブレード１６が当接されており、現像ローラ１１との当接部を通過した規制ローラ１４の表面がクリーニングされるようになっている。

また、本実施形態においては、湿度等の環境変動による上記現像ローラ１１及び上記規制ローラ１４の外径の変化を吸収するために、規制ローラ１４の付勢手段としてスプリング１９を設け、規制ローラ１４の軸受け２０を現像ローラ１１に対して加圧している。

図１において、各現像装置５の後端部（図中左側）には、それぞれ独立して回転可能なカム５０が当接しており、非現像時には上記感光体ベルト１から離間し、現像に先立って現像ローラ１１が感光体ベルト１と所定の位置関係としての接触する現像領域まで移動するような接離動作を行うように構成されている。そして、感光体ベルト１上の静電潜像を現像するときは、たとえば、Ｂｋの静電潜像が感光体ベルト１に形成されたとき、現像装置５Ｂｋの後部に位置しているカムが図示しない駆動制御部で１８０度回転駆動され、現像器５Ｂｋが感光体ベルト１側に押し出され、現像ローラ１１Ｂｋが感光体ベルト１に接触する現像領域まで移動する。他の色の現像装置５Ｃ，５Ｍ，５Ｙについても同様である。

そして、実施形態においては、図２に示すように、現像ローラ１１と現像容器１０との隙間からトナーが漏れ出すのを防止するために、現像容器内面には現像ローラ１１表面に先端が当接するよう延在した入り口シール部材としての入り口シール１５が設けられている。感光体に転移しなかった現像ローラ上のトナーは、この入り口シール１５に掻き落とされることなく、そのシールを通過し、トナー供給ローラ１２とのニップ部に入り新たに供給されたトナーを加えて、次のトナー層形成工程にすすむ。上記入り口シール１５の画像領域部における現像ローラとの接触圧力は０．０１Ｎ／mm^２以上で０．５Ｎ／mm^２以下の範囲内であり、且つ引張強度が３９２３Ｎ／cm^２（ＪＩＳ Ｋ７１１３プラスチック引張試験値）のフッ素樹脂であることが特徴である。

また、上記トナーとして、無機酸化物を２％以上外添させた一成分トナーを使用する。現像ローラ上トナーの付着量を安定させるため無機酸化物シリカを２以上外添が必要であり、本実施形態では２．５％外添しているトナーを使用している。

表１は、後述するように各種条件を変更した装置の実験結果を示す表である。

この表１中「４００Ｋｇｆ／ｃｍ^２」は「３９２３Ｎ／cm^２」、「４５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２」は「４４１３Ｎ／cm^２」にそれぞれ相当する。

入り口シール１９の画像領域部における現像ローラとの接触圧力が０．０１Ｎ／ｍｍ^２未満では現像装置の振動、落下条件によって現像ローラと入り口シールの間からトナーが漏れ出す。接触圧力が０．５０Ｎ／ｍｍ^２超えると、接触ニップ部に圧力が高いため摩擦熱の発生が大きくトナーが軟化することでいかなる条件でも固着が発生した。さらに入り口シールの表面材料にＰＥＴ、ポリイミド樹脂などフッ素樹脂以外の材料を使用すると、離形成が低くトナーが付着するため、ニップ幅によらず通常プリント条件において５千枚で固着が発生した（表１の実験Ｎｏ．１）。

また、フッ素樹脂を使用しても、引張強度４４１３Ｎ／cm^２以上のＰＶＤＦ（フッ化ビニリデン樹脂）では強度が強く、表面材料自身が磨耗しにくいため、一時的に付着したトナーが融着し通常プリント条件において１万枚で固着が発生した（表１の実験Ｎｏ．２）。

しかし、入り口シール部の画像領域部における現像ローラとの接触圧力が０．０１〜０．５０Ｎ／ｍｍ２、且つ入り口シール表層材料が引張強度３９２３Ｎ／cm^２のフッ素樹脂、例えばＰＴＦＥを使用することで、振動落下によるトナーの漏れや現像ローラとの接触による回転時トルクやメクレの不具合がなく、さらに接触ニップの摩擦による過剰な発熱を抑えることで、５万枚まで入り口シール表面の固着発生が抑制できた（表１の実験Ｎｏ．３）。

以上のように不具合なく固着を抑制する構成を見出したが、接触ニップの摩擦により発生した熱を効率的に分散し逃がすことで固着はさらに改善された。例えばＰＶＤＦ材料の熱伝送率特性が３×１０^−４の入り口シール材料を使用すると通常プリント５万枚固着は発生した（表１の実験Ｎｏ．４）。熱伝送率特性が４×１０^−４Ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、例えば４×１０^−４Ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃のＰＶＤＦでは、さらに通常プリント条件で１０万枚まで固着発生が抑制された（表１の実験Ｎｏ．５）。

以上のように発熱した熱を分散させていくことで、さらに固着を抑制することが可能となったが、硬度Ｄ７５（例えばＥＴＦＥ）を使用すると、通常プリント条件で１０万枚の発生した（表１の実験Ｎｏ．６）。硬度Ｄ６５のＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）を使用すると、離型性がさらに高いためは接触ニップでのトナーの付着が少なくなり、トナーが融着することがなく固着が発生しなかった（表１の実験Ｎｏ．７）。

以上のようにトナーの無機酸化物外添剤量により、連続プリント条件においても固着に有利な条件が見出せたが、トナーに使用される荷電制御剤がビニル重合系の樹脂であると、樹脂は熱に融けやすいためトナー自身も熱に融けやすくなるなり、３０℃８５％高温高湿条件での連続プリントにおいて１０万枚で固着が発生した（表１の実験Ｎｏ．８）。荷電制御剤を金属錯体であるサリチル酸亜鉛錯体を使用すると、硬く熱に融けない性質であるため、トナーのしての耐熱性が高くなり、トナーの融着しにくいため連続プリントの高温高湿条件において固着は発生しなかった（表１の実験Ｎｏ．９）。

以上のように、シール条件、トナー条件によって固着が抑制できたが、シール材料の特性や厚みや、さらには接触ニップを形成するための現像ローラへの圧力を制御する必要がある。シールを支点に貼り付けて片持ちの支持形態の場合は、狙いの設定を行うのが困難であった。これに対し、シール材料にヤング率を調整し基材シートをラミネート接着し２重構造とすることで、現像ローラに狙いの圧力を設定でき、且つ狙いの材料を現像ローラに接触することができ、容易に固着に有利な構成を得ることができた。基材シートはＰＥＴ厚み１００μｍとし、硬度６０°のＰＴＦＥ樹脂５０μｍをラミネートすることで、０．０２Ｎ／ｍｍ^２、ニップ幅０．９ｍｍとなり、連続プリント条件でも固着の発生はなかった。

図３は、プロセスカートリッジに適用した例を示すものである。プロセスカートリッジ３０は、潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段の何れか少なくとも一つと、現像手段とを一体に支持し画像形成装置本体に着脱自在にしたものである。これ例においては、帯電手段としての帯電ローラ３１、クリーニング装置３２、現像装置３３及び感光体３４が一体化されたプロセスカートリッジである。この現像装置３３は、回転可能に設けられた現像ローラ３５と、無機酸化物を２％以上外添させた一成分トナーを、現像ローラ上のトナー層として一定量の薄層とするトナー層規制部材を有し、現像ローラ３５にバイアスを印加して感光体３４の静電潜像を現像する現像装置である。上記現像装置が内部に現像ローラ表面に供給する一成分トナーを収容する。現像ローラと現像容器の隙間からトナーが漏れ出すのを防止するために現像ローラ表面に当接するように設けられた入り口シール部材３６を有する。入り口シール部材３６の画像領域部における現像ローラとの接触圧力が０．０１〜０．５N/mm2以上であり、且つ引張強度が３９２３Ｎ／cm^２以下のフッ素樹脂である。表１を用いて説明した各種の改良を加え得る。このプロセスカートリッジでは、入り口シールへのトナー固着発生がなくスジのノイズのない良好な画像品質を維持できる。さらに作像手段の保守、交換を容易にするプロセスカートリッジが提供できる。

以上、本実施の画像形成装置によれば、無機酸化物を２％以上外添させたトナーを使用した現像装置において、入り口シール部の画像領域部における接触圧力が０．０１〜０．５０Ｎ／ｍｍ２ですることで、現像容器からのトナー漏れや現像ローラ上トナーの掻き取りによるトナーコボレ、現像ローラとの接触による回転時トルクやメクレの不具合もない。さらに入り口シール表層材料が引張強度３９２３Ｎ／cm^２以下のフッ素樹脂をすることで、トナーが付着し難く、また融着する前に表面材料自身を磨耗させることができるため、入り口シール表面のトナー固着発生が抑制されスジのない良好な画像を得ることができた。
さらに熱伝送率特性が４×１０−４Ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とすることで、発熱したシールの熱分散性が上がって熱による固着の発生をさらに抑制でき、長期にわたりスジのない良好な画像を得ることができた。
さらに、材料硬度（ＪＩＳ−７２１５デュロメーター）Ｄ６５以下の材料とすることで、さらにトナーが付着し難いため、固着が発生することなく長期にわたりスジのない良好な画像を得ることができた。
さらに、荷電制御剤は金属錯体を使用することで、トナーとしての耐熱性が向上し、いかなるプリント環境においても固着が発生することなく、長期にわたりスジのない良好な画像を得ることができた。
さらに、入り口シール表層材料の下層にヤング率を調整できるフイルム板をラミネート接着し２重構造とすることで、容易に狙いの圧力で狙いの材料を自由に現像ローラに接触設定できるため、固着の発生がない長期にわたりスジのない良好な画像を得る構成とすることができた。
さらに、作像手段の少なくとも一つをカートリッジとして一体化することで、入り口シールの固着の発生がなく長期にわたりスジのない良好な画像を維持する現像装置を実現させ、さらに作像手段の保守、交換を容易にするプロセスカートリッジを提供できる。

実施形態に係るプリンタの概略構成図。 同プリンタの現像装置の概略構成図。 実施形態に係るプロセスカートリッジの概略構成図。

符号の説明

１ 感光体ベルト
５ 現像装置
１０ 現像容器
１１ 現像ローラ
１２ トナー供給ローラ
１４ 規制ローラ
１９ 入り口シール

Claims (6)

1. 現像容器の開口部を介して潜像担持体と対向する現像領域を通って無端移動する表面に一成分トナーを担持するトナー担持体と、該現像領域を通過して現像容器内に戻ってくる該表面上に先端部を当接させて該表面と該開口部との間隙をシールする入り口シール部材とを備えた現像装置において、
   トナーとして無機酸化物を２％以上外添させた一成分トナーを用い、
   上記入り口シール部材として、引張強度が３９２３Ｎ／cm^２（ＪＩＳ Ｋ７１１３プラスチック引張試験値）以下のフッ素樹脂からなる部材を用い、かつ、該入り口シール部材の上記表面に対する接触圧力を０．０１Ｎ／mm^２以上で０．５Ｎ／mm^２以下の範囲内になるように設定したことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   上記入り口シール部材の熱伝導率が４×１０−４Cal／cm・sec・℃以上であることを特徴とする現像装置。
3. 請求項２の現像装置において、
   上記入り口シール部材の表層材料の硬度（ＪＩＳ−７２１５デュロメーター）がＤ６５以下であることを特徴とする現像装置。
4. 請求項３の現像装置において、
   上記トナーの荷電制御剤に金属錯体を用いたことを特徴とする現像装置。
5. 請求項４の現像装置において、
   上記入り口シール部材として、基材シートの表面にウレタン樹脂をラミネートした２層構造のものを用いたことを特徴とする現像装置。
6. 潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段の何れか少なくとも一つと、現像手段とを一体に支持し画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、
   上記現像手段が請求項３〜５記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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