JP2007033538A - 現像装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 様々な保管環境及び物流状況下で保管されたとしてもカートリッジ寿命末期においてトナーが現像トナー規制部材に融着し、均一なトナーコートを妨げ画像上にスジが入ってしまうという画像欠陥を防ぐプロセスカートリッジ及び現像装置を提供すること。
【解決手段】 プロセスカートリッジ及び現像装置の生産出荷時にトナー供給部材を用いた現像装置でトナー供給部材にトナーよりも融点の高い潤滑剤で、単体では透明であるがその単体が集まると光の反射により白色に見える粉体を塗布する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、像担持体上に電子写真方式や静電記録方式などにより形成された静電潜像を現像して可視像化する現像装置に関し、特に、１成分現像剤を使用して高品位な画像を得ることができる現像装置に関する。

電子写真方式や静電記録方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、現像剤（以下、トナーとも称す）を使用する現像装置が用いられる。電子写真方式の画像形成装置に使用されている現像装置の一例を図1に示す。図示するように、この現像装置は感光ドラム１０１に対向する部分に開口部１０３を有する現像室１０２を備えており、この現像室１０２の背面には内部にトナーを収容するトナー容器１１４が配される。更に現像室１０２とトナー容器１１４の間を仕切るための仕切り壁１１５が設けてある。また現像室１０２には上記開口部１０３に一部が露出するようにして導電性のトナー担持体であるトナー担持体１１０が回転可能に配されており、現像動作時には図示矢印方向に回転し、トナーを担持しながら感光ドラム１０１に向けて搬送する。

トナー担持体１１０は感光ドラム１０１に所定の侵入量となるように押圧、接触するように対向している。トナー担持体１１０に担持されているトナーを感光ドラム１０１に向けて供給するための現像領域が形成されている。さらに現像室１０２にはトナー容器１１４から搬送手段１１１によって搬送されたトナーをトナー担持体１１０に供給するためのトナー供給部材１１２が収容されている。

トナー担持体１１０には現像動作時にバイアス電源１０６から直流の現像バイアス電圧が印加される。

トナー担持体１１０の上方には、トナー担持体１１０に担持されているトナーの層厚を規制するトナー規制部材１１３が配置されている。この規制部材１１３は現像室１０２に取り付けられている。また、トナー担持体１１０の下方には、現像室１０２の下部から外部へのトナー吹き出しを防止するための吹き出し防止シート１０８が設けられている。

現像動作時、搬送手段１１１はトナーを仕切り壁１１５を越えてトナー供給部材１１２に向けて搬送し、トナーは図示矢印方向に回転するトナー供給部材であるトナー供給部材１１２によってトナー担持体１１０に塗布される。特に、磁性体を含まない非磁性トナーにおいては、トナー担持体１１０への磁気拘束力によるトナーの供給が困難であるため、非磁性トナーを用いた場合はトナー供給部材１１２を設ける必要がある。トナー担持体１１０は図中矢印で示す方向に回転され、このトナー担持体１１０に担持されているトナーはトナー規制部材１１３で所定の層厚に規制された後、感光ドラム１０１と対向する上記現像領域に送られる。この現像領域においては、バイアス電源１０６からトナー担持体１１０に供給される現像バイアスによって、電界が形成され、該電界によりトナーはトナー担持体１１０から感光ドラム１０１上の静電潜像が形成されている部位に付着し静電潜像が可視像化される。

ここで、トナーのトナー担持体１１０への安定供給、均一なトナー塗布を達成するためにトナー供給部材１１２として、ポリウレタン、シリコーンなどのゴム発泡材料が望ましく、更にトナー供給部材１１２をトナー担持体１１０に当接しかつ周速差を持たせながら回転させることが好ましい。発泡形態は単泡タイプ、連泡タイプのどちらの形態でも使用できる。

ここで現像装置の使用以前の状態においては、トナーはトナー容器内に収納されたままであり、使用時に初めてトナーが現像室内に送られるようになっている。特にプロセスカートリッジ、即ち、感光体ドラムや現像装置、クリーニング手段などの構成要素のうち、現像装置を含む複数のものを一体に結合して構成し、これを画像形成装置（例えば、複写機、レーザービームプリンター等）本体に対して着脱可能に構成したユニットに従って、現像装置使用以前ではトナー担持体とトナー供給部材が直接当接した状態になっている。そのため、特許文献1に開示するようにトナー供給部材の少なくとも表面に帯電能力が０である粉体または、現像剤と同極性に帯電し、且つ帯電能力の絶対値が該現像剤の帯電能力と同等若しくはそれ以下である粉体を有することにより、トナー供給部材がトナー担持体との摺擦により外周面の一部が引き裂かれその破片はトナー担持体に伴いトナー規制部材の当接部に侵入し、均一なトナーコートを妨げ画像上にスジが入ってしまうという画像不良や、駆動時のトルクの増大、破片形成の助長、現像装置の駆動系の破損、ひいては画像形成装置の駆動系の破損という多大なる被害を克服した。
特開平８−２２７２１２号公報

しかしながら、製品出荷する際の製品検査工程においてプロセスカートリッジ及び現像装置の駆動検査を行う。このとき現像装置のトナー供給部材の少なくとも表面に上記の粉体を有していると、トナー供給部材が回転駆動することによりトナー担持体に接触している現像剤規制材とトナー担持体の接触部にかけてトナーが付着する。その後製品出荷され、様々な保管環境及び物流状況下でトナー担持体とトナー規制部材が摺察して規制部材に微量であるがトナーが融着する場合があり、使用開始と共に繰り返される画像形成時にこの融着がきっかけ（核）となりトナー融着を併発してしまった。

そのため本発明が解決しようとする課題は、様々な保管環境及び物流状況下で保管されたカートリッジでトナーがトナー規制部材に融着し、均一なトナーコートを妨げ画像上にスジが入ってしまうという画像弊害である。

上記諸目的は、本発明にかかる現像装置及びプロセスカートリッジにおいて、達成される。

第一の発明によると、現像室内の現像剤を現像領域に搬送するトナー担持体および、該トナー担持体に当接する回転可能なトナー供給部材、該トナー担持体に当接するトナー規制部材を備えた現像装置において、該トナー供給部材の少なくとも表面にガラス転移温度（Tg）が80℃以上の粉体を有する。

第二の発明によると粉体が無彩色の粉体である。

第三の発明によるとトナー供給部材が発泡弾性体ローラである。

第四の発明によると画像形成装置に着脱可能であり、少なくとも現像装置を備えたプロセスカートリッジにおいて、該現像装置は現像室内の現像剤を現像領域に搬送するトナー担持体に当接する回転可能なトナー供給部材および、トナー担持体と当接するトナー規制部材を備えており、該トナー供給部材の少なくとも表面にガラス転移温度（Tg）が80℃以上の粉体を有する。

以上説明したように、トナー供給部材を用いた現像装置でトナー供給部材にトナーよりも融点の高い潤滑剤で、単体では透明であるがその単体が集まると光の反射により白色に見える粉体を塗布することで、様々な保管環境及び物流状況下で保管されたとしてもカートリッジ寿命末期においてトナーが現像トナー規制部材に融着し、均一なトナーコートを妨げ画像上にスジが入ってしまうという画像欠陥を防ぎ高画質なプロセスカートリッジ及び現像装置を提供することが可能になった。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（第１の実施の形態）
図２は本発明による現像装置の第１の実施例を示す、トナー担持体周辺の拡大断面図であり、従来例の技術で説明した部分についてはその詳細な説明を省略する。

図２において、シールテープ２０２は現像装置の使用以前にトナー２０５をトナー容器１１４内に収納させ、現像室１０２内へトナーが流入することを防止している。これは、現像装置の搬送時等の振動によりトナーが予期せず現像装置から流出し、ユーザーや現像装置、ひいては画像形成装置本体のトナー汚れを防止するものである。ここで、図３及び図４に現像装置を使用可能な状態にするためのシールテープ２０２を引き抜く様子を示す。図３は現像装置が使用以前の状態であり、現像装置がカバー２０４に覆われ、シールテープ２０２に連結した取っ手２０３が現像装置から露出している。この現像装置を使用可能とするためには、図４に示される様に取っ手２０３を引き抜きシールテープ２０２を現像装置から取り除くことで、トナー容器１１４と現像室１０２を一つの空間とし、この時初めてトナー容器１１４内のトナーが現像室１０２におくることが可能となる。

本実施例においては、非磁性一成分トナーを用い検討を行った。本実施例で用いたトナー供給部材１１２の材質はポリウレタンの発泡体であり、その発泡セル数（個／２５ｍｍ）は８０セル、外径１６．０ｍｍである。またトナー担持体の外径は１６．０ｍｍで、トナー担持体１１０への侵入量は１．５ｍｍ、トナー担持体１１０との周速差は図１中矢印方向に６４％に設定した。そして、トナー供給部材１１２をトナー２０１で満たし（約８ｇのトナー２０１を担持させた）、現像装置組み立て時に行う現像装置の駆動検査を行いトナー担持体をトナー２０１でコートした。そして、JIS-Z0232に基づく振動試験〔本実施例では、振動数５０Hz、スイープ時間５分間（１往復）、加速度正弦波１G、加振方向X,Y,Z方向各１回、加振時間各方向１時間(１２往復)〕を行ったのち、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行った。現像器寿命の半分まで印刷をおこなっていったところ、画像上に色の濃いスジが数本現れた。

ここでこの現像装置のトナー規制部材１１３を観察してみるとトナー規制部材とトナー担持体１１０の接触部（Nip部）においてトナーが融着していた。

この原因は定かではないが、振動試験時にNip部で起こった摺擦で発生する熱が起因しているものと考えた。

そこで潤滑剤の非結晶部分において分子鎖の形態の変化を伴う変形もしくは流動（ミクロブラウン運動）の認められはじめる温度であるガラス転移温度Tgに注目した。

本発明に係わる潤滑剤のガラス転移温度Tgの測定には例えば、パーキンエルマー社製のＤＳＣ−７のような高精度の内熱式入力補償型の示差走査熱量計で測定を行う。測定方法はＡＳＴＭ Ｄ３４１８−８２に準じて行う。本発明においては、資料を１回昇温させ前履歴をとった後、急冷し、再度温度速度１０℃／ｍｉｎ、温度０〜２００℃の範囲で昇温させた時に測定されるＤＳＣ曲線を用いる。

それで、モノマー比率を調整しTgを４０℃，６０℃，８０℃，１００℃なるようにしつつ、且つ粒径を３μｍになるよう懸濁重合法でスチレン−アクリル樹脂の潤滑剤を作成した。

まず、トナー２０１のガラス転移温度より高いTgである８０℃のTgになるようにモノマー比率を調整したスチレン-アクリル樹脂粒子をトナー供給部材１１２に担持させ、駆動検査を行い、上記した振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行ったところ現像器寿命末期まで画像上に濃いスジが発生しなかった。

次にトナー２０１のガラス転移温度とほぼ同じTgである６０℃のTgになるようにモノマー比率を調整したスチレン-アクリル樹脂粒子をトナー供給部材１１２に担持させ、駆動検査を行い、上記した振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行ったところ、となー２０１をトナー供給部材１１２に担持させたときと同様に現像器寿命の半分あたりで画像上に融着に起因する色の濃いスジが数本現れた。

そして、トナー２０１のガラス転移温度より低いTgである４０℃のTgになるようにモノマー比率を調整したスチレン-アクリル樹脂粒子をトナー供給部材１１２に担持させ、駆動検査を行い、上記した振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行ったところ画像形成早期から画像上に数本融着が起因する色の濃いスジが発生し、現像器寿命末期には画像上全域に渡り融着に起因する濃いスジが発生し、さらにトナーの帯電不良に起因するかぶりも併発した。

さらにTgを１００℃になるようにモノマー比率を調整したスチレン-アクリル樹脂をトナー供給部材１１２に担持させ、駆動検査を行い、上記した振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行ったところ現像器寿命まで画像上に濃いスジが発生することは無かった。

最後にトナー供給部材１１２に何も担持させずに駆動検査を行い、上記した振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行っていったところ画像上に融着に起因する濃いスジの発生はなかったが、トナー供給部材がトナー担持体との摺擦により外周面の一部が引き裂かれその破片はトナー担持体に伴いトナー規制部材の当接部に侵入し、均一なトナーコートを妨げ画像上にスジが入ってしまい画像不良を発生してしまった。そして、駆動時のトルクも増大した。

以上の実験結果を表１にまとめる。

上記の表によりトナー供給部材１１２をTgが８０℃以上の紛体で満たすことにより、様々な保管環境及び物流状況下で保管されたとしても現像器寿命まで高画質な画像を供給することが出来る。

（第２の実施の形態）
図５、図６、図７は本発明によるプロセスカートリッジおよび画像形成装置の実施例を示すものである。現像スリーブおよびトナー供給部材周辺等、従来例の技術で説明した部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。

図５は本発明に係る現像装置を本体装置に着脱可能なプロセスカートリッジとしたものである。図５に示すように現像装置がカートリッジカバー１１８に内包されたプロセスカートリッジ１１９形態であり、トナー容器１１４内のトナーが無くなった状態をカートリッジ寿命とし、新しいプロセスカートリッジと交換することで再び画像形成が可能となり、トナー補給等の煩わしさを解消するものである。プロセスカートリッジ１１９は図６に示すように、本体装置１２１に設けられたカートリッジ挿入口１２０から本体装置１２１に着脱可能な形態を用いた。

次に図７を用い本実施例における画像形成装置の詳細な説明と画像形成工程を説明する。図７に示す画像形成装置は前記プロセスカートリッジ１１９内に異なる色のトナーをそれぞれ内包させ、カラー画像形成が可能な装置である。この種のカラー画像形成装置には、像担持体上に帯電、露光、現像によって形成された記録像を記録紙上に転写する行程を複数回繰り返すことによって、記録紙上に複数色の重ね画像を形成しカラー画像を得る方法である。図７は、本実施例に係るカラー画像形成装置の断面図であり、図示の様に装置全体内には像担持体であるところの感光ドラム１０１、ローラ帯電器１２２、更に感光ドラムの左辺には、複数個のプロセスカートリッジ１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄを回転可能の支持体１２３に対し着脱可能とし、支持体１２３で担持された状態では支持体回転軸を中心とする同一円筒上に各プロセスカートリッジ１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄの現像用開口面１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄを設定するものである。また、プロセスカートリッジ１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄ内には、それぞれマゼンタトナー、シアントナー、イエロートナー、黒トナーがそれぞれ収容されている。そしてプロセスカートリッジ内スリーブ１１０は感光ドラム１０１の周速の１．７５倍の周速で回転する。また、支持体１２３に収納されたプロセスカートリッジ１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄは図５の如く現像用開口面１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄが常に感光ドラム面に対向するよう駆動される。駆動方法の一手段は特開昭５０−９３４３７号公報に詳述されている。

右辺には、転写材（不図示）を保持し且つ感光ドラム１０１上の像を転写材（不図示）上に転移される機能を有する転写ドラム１２５が配置されている。以上の構成によって、感光ドラム１０１は、不図示の駆動手段によって１００ｍｍ／ｓｅｃの周速度で図示矢印方向に駆動される。また、感光ドラム１０１は、直径４０ｍｍのアルミシリンダーの外周面に有機感光体（ＯＰＣ）からなる光導電体を塗布して構成されるが、前述感光体は、Ａ−Ｓｉ、ＣｄＳ、Ｓｅ等でも良い。

次に、装置本体の上方には、露光装置を構成するレーザーダイオード、高速モーターによって、回転駆動される回転多面鏡、レンズを含んだ光学ユニット１２６、および折り返しミラー１２７が配置され、前述帯電ローラ１２２には、−７００Ｖの直流電圧に交流周波数１０００ＨｚでＶPP（ピークトゥピーク）１８００Ｖの交流電圧が重畳され、略−７００Ｖに均一に帯電される。前述光学ユニット１２６に画像情報信号が入力されるとレーザーダイオードから発せられたレーザー光が光路１２８を通って感光ドラム１０１に照射され、感光ドラム１０１は光の照射された箇所は略−１００Ｖになる。更に感光ドラム１０１が矢印方向に進むとプロセスカートリッジ１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄによって可視化される。

次に、転写行程を詳述する。転写ドラム１２５は、直径１５５ｍｍの金属シリンダー１２６に厚さ５ｍｍの弾性層１２７を巻き付け、更に上層には厚さ１００μｍのＰＶｄＦ１２８を巻き付けた構成とし、同弾性層は、発泡ウレタンを使用した。そして転写ドラム１２５は不図示の駆動手段によって、感光ドラム１０１と同じ１００ｍｍ／ｓｅｃの周速度で図示矢印方向に駆動される。転写材カセット１２９内からピックアップローラ（不図示）によって給紙された転写材は、グリッパー１３０によって転写材先端が保持され、次いで電圧印加した吸着ローラ１３１によって転写ドラムに静電吸着される。感光ドラム１０１上のトナー像は、不図示の電源から転写ドラム１２５に印加された電圧によって、上記転写ドラムに吸着された転写材（不図示）上に転写される。上記の行程をマゼンタ色、シアン色、イエロー色、黒色を行うことによって、転写材上には複数色のトナー像が形成される。最終色転写行程終了後この転写材は分離爪１３２によって転写ドラム１２５から剥され、更に転写材は従来公知の加熱、加圧の定着装置１３３によって溶融固着されカラー画像が得られる。また、一担中間転写媒体に複数回転写し、その後転写材に転写する方法や、感光ドラム上に複数色のトナー像を形成後に転写する多重現像方式にも適用できる。

感光ドラム１０１上の転写残トナーは公知のファーブラシ、トナー規制部材手段等のクリーニング装置１３４によって清掃される。更に感光ドラム１０１は、除電装置によって除電され、初期化される。ここで、本実施例の場合、感光ドラム１０１の帯電用に帯電ローラ１２２を用いているが、感光ドラム１０１を除電する場合には印加する交番電圧はそのままで、直流電圧をおおむね０Ｖにすることによって除電を行う。また、転写ドラム１２５上のトナーも必要に応じてファーブラシ、ウエブ等の転写ドラムクリーニング装置１３５によって清掃することが好ましい。更に、転写ドラムは不図示の電源から除電ローラ１３６に印加された電圧によって除電され、初期化される。

まず、全色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の現像装置のトナー供給部材１１２に第1の実施例に記載したTgが80℃の潤滑剤であるスチレン−アクリル樹脂粒子を塗布し、第1の実施例に記載した様に駆動検査をし、振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行ったところ現像器寿命まで色味をほとんど変えることなく画像形成が行えた。

ここで、特許文献1に開示するように明度の低い色の潤滑剤を供給ローラに塗布した場合、それよりも明度の高い色の画像形成においてはくすんだ画像となってしまったり、色を再現できないまでになってしまったという記載があり、そのため、今度は有色で第1の実施例で記載したTgの測定方法で測定できないほど高いTgを持つフェノール樹脂粒子を全色の現像装置のトナー供給部材１１２に塗布し、駆動検査及び振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行ったところ、ブラック画像形成には何等支障はなかったが、イエロー、マゼンタ、シアン色の画像形成においてはくすんだ画像となってしまい良好な画像形成ができなかった。

そのため、全色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の現像装置のトナー供給部材１１２にTgを持たない無機物の単体では透明であるがその単体が集まると光の反射により白色に見える潤滑剤であるシリコン樹脂粒子を塗布し、第1の実施例に記載した様に駆動検査をし、振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行ったところ現像器寿命まで色味をほとんど変えることなく画像形成が行えた。

そこで、Tg８０℃以上もしくは無機物の単体では透明であるがその単体が集まると光の反射により白色に見える樹脂を潤滑剤としてトナー供給部材１１２に担持させ、駆動検査をし、振動試験を行った後、シールテープ２０２を取り除き、画像形成を行った。

まず、アルミナ樹脂粒子で確認を行った。アルミナ樹脂粒子でもシリコン樹脂粒子と同様に現像器寿命まで色味をほとんど変えることなく画像形成が行えた。その他、PMMA樹脂粒子、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド樹脂粒子、ベンゾグアナミン／メラミン−ホルムアルデヒド樹脂粒子でもシリコン樹脂粒子と同様に現像器寿命まで色味をほとんど変えることなく画像形成が行えた。

以上説明したように、Tgが80℃以上もしくはTgの測定できず、且つ単体では透明であるがその単体が集まると光の反射により白色に見える樹脂を潤滑剤としてトナー供給部材に塗布することで、様々な保管環境及び物流状況下で保管されたとしても現像器寿命まで高画質な画像を供給することが出来る。

画像形成装置の説明図である。 本発明の第１の実施例を示す説明図である。 本発明の第１の実施例に用いた現像装置の斜視図である。 本発明の第１の実施例に用いた現像装置のシールテープを引き抜く様子を示した説明図である。 本発明の第２の実施例を示す説明図である。 本発明の第２の実施例に用いた現像装置をプロセスカートリッジ形態としそれを装置本体に挿入する様子を示した説明図である。 本発明の第２の実施例を適用したカラー画像形成装置の説明図である。

符号の説明

１０１ 感光ドラム
１０２ 現像室
１１０ トナー担持体
１１２ トナー供給部材
１１３ トナー規制部材
２０１ 非磁性トナー
２０２ シールテープ
２０３ 取っ手

Claims (6)

1. 現像室内の現像剤を現像領域に搬送するトナー担持体および、該トナー担持体に当接する回転可能なトナー供給部材、該トナー担持体に当接するトナー規制部材を備えた現像装置において、少なくとも該トナー供給部材の表面にガラス転移温度（Tg）が80℃以上の粉体を塗布することを特徴とする現像装置。
2. 粉体が無色の粉体である請求項１の現像装置。
3. トナー供給部材が発泡弾性体ローラである請求項１の現像装置。
4. 画像形成装置に着脱可能であり、少なくとも現像装置を備えたプロセスカートリッジにおいて、該現像装置は現像室内の現像剤を現像領域に搬送するトナー担持体に当接する回転可能なトナー供給部材および、トナー担持体と当接するトナー規制部材を備えており、少なくとも該トナー供給部材の表面にガラス転移温度（Tg）が80℃以上の粉体を塗布することを特徴とするプロセスカートリッジ。
5. 粉体が無色の粉体である請求項４のプロセスカートリッジ。
6. トナー供給部材が発泡弾性体ローラである請求項４のプロセスカートリッジ。

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