JP2009157096A - トナー担持体、現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性支持体上の複数の電極に交番電界を印加した際に確実にトナーのクラウドを発生させることの可能なトナー担持体、これを備えた現像装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像ローラ９は、ポリブチレンテレフタレート樹脂からなる回転軸９ｄを有する柱状に成形された絶縁性支持体９ａの周面に蒸着で銅箔膜が形成されたものからフォトレジスト法によって線状の複数の電極９ｂＡ及び９ｂＢからなる電極パターン９ｂが所定間隔で軸方向に平行に形成され、これらの電極を被覆して保護するポリカーボネート樹脂等の合成樹脂からなる表面層９ｃが形成されている。端子１３Ａ、１３Ｂには、交番電圧１４が印加され、端子１３Ａ及び１３Ｂから印加された交番電界によって、電極パターン９ｂの複数の電極９ｂＡと９ｂＢ間の電界が時間的に変化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、トナー担持体、トナー担持体を備えた現像装置及び、現像装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、電子写真プロセスによる現像装置が用いられている。このような現像装置のうち、静電潜像の形成された感光体に対して、現像剤（トナー）を搬送するトナー担持体を接触させずに現像を行う非接触方式の現像装置が注目されている。非接触方式の例としては、パウダーラウンド法・ジャンピング法、電界カーテンを利用した方法等、トナー担持体に交番電界を印加して、感光体表面と対向するトナー担持体表面に交番電界によってトナーが飛翔してトナーの雲状体、即ちクラウドを発生させ、このクラウドから感光体表面の静電潜像にトナーを供給して静電潜像を現像化することが知られている。
例えば、特許文献１に記載されているように、絶縁性支持体上に所定の間隔を空けて複数配列された電極に、交番電圧を印加することによってローラ状トナー担持体の表面にトナーの電界カーテンを形成し、この電界カーテンからトナーを感光体表面に供給することが提案されている。
特開平３−２１９６７号公報

特許文献１記載のものでは、小型で、高画質の現像を得るには優れた現像装置であるが、絶縁性支持体の選定によっては、電極に交番電界を印加してもトナーの電界カーテン（クラウド）が発生せず、全く効果を得ることができないだけでなく、むしろ粗悪な画質の画像が形成されてしまうという問題がある。
本発明者は、前記特許文献１記載の現像装置において、電極に交番電界を印加してもトナー担持体の表面にクラウドが発生されない場合があることに気がつき、この現象について検討を行った。
その結果、絶縁性支持体上に、数十μｍの幅で所定間隔を有する複数の電極を形成する際に、フォトレジスト法によって形成した場合に、絶縁性支持体の材質によって、電界カーテンの発生状態が異なることを究明した。即ち、特許文献１に記載されているナイロン樹脂を絶縁性支持体としてこの上に銅箔等の薄い導電性金属膜を形成したものにフォトレジスト法によって所定間隔を有する複数の電極を作製したトナー担持体を使用しても、クラウドの発生が認められなかった。これに対して、ポリエチレンテレフタレート樹脂上に導電性金属膜を形成したものから同様なフォトレジスト法により所定間隔を有する複数の電極を形成したものでトナー担持体を作製したものでは、適切にトナーのクラウドの発生が認められた。

この場合、フォトレジスト法としては、絶縁性支持体上に形成された金属膜上にフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜上に所定形状の電極パターンで露光する。この露光後に露光されていないパターン部分のフォトレジスト膜を溶解、除去し、さらに、露光されていないパターン部分の銅箔層を塩酸、硝酸等の無機酸を含むエッチング液で溶解、除去してナイロン樹脂からなる絶縁性支持体上に所定間隔を有する複数の電極を形成したトナー担持体を作製した。このようにして作製されたトナー担持体をトナーを収納した現像装置内に組み込み、さらに、この現像装置を画像形成装置に組み込み、トナー担持体上の電極に交番電界を印加してクラウドの発生の有無を確認した。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、絶縁性支持体上の複数の電極に交番電界を印加した際に確実にトナーのクラウドを発生させることの可能なトナー担持体、これを備えた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。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、絶縁性支持体上にトナーの搬送方向に対して所定の間隔で並べられた複数の電極を形成し、当該電極を被覆する表面層を形成し、前記複数の電極間の電界が時間的に変化するように電極に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記電極間の電界により前記表面層上にトナーを飛翔させてクラウドを形成するトナー担持体において、前記絶縁性支持体は、前記絶縁体支持上に形成された導電性金属箔から前記所定の間隔でエッチングして前記複数の電極を形成する際に用いられるエッチング液に対して耐薬品性を有する合成樹脂によって形成されていることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載のトナー担持体において、前記エッチング液は無機酸を含む液であり、前記絶縁性支持体は、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール樹脂の少なくとも１種で構成されていることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載のトナー担持体において、前記絶縁性支持体は、体積抵抗率１０^１３Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のトナー担持体において、前記絶縁性支持体は、円柱状体であり、前記トナー担持体は、ローラ状体であることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、電極への印加電界により形成されたトナーのクラウドからトナーを感光体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体上のトナー量を規制する規制部材とを備える現像装置であって、前記トナー担持体が、請求項１乃至４のいずれか１項記載のトナー担持体であることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項５記載の現像装置を用いて電子写真画像を形成することを特徴とする画像形成装置としたものである。

本発明によれば、前記複数の電極は、前記絶縁支持体上に形成された導電性金属箔から前記所定間隔部分をエッチング液によって溶解除去して形成され、前記絶縁性支持体は、前記エッチング液に対して耐薬品性を有する合成樹脂によって形成されていることによって、絶縁性支持体上の複数の電極に交番電界を印加した際に確実にトナーのクラウドを発生させることの可能なトナー担持体、これを備えた現像装置及び画像形成装置を提供することができる。

本発明者は、前述のように、前記特許文献１記載のナイロン樹脂を絶縁性支持体とした場合と、ポリエチレンテレフタレート樹脂を絶縁性支持体とした場合とで、前者では、電極に交番電界を印加してもトナー担持体の表面にクラウドが発生されず、後者では、クラウドの発生が認められる現象が発生することを見出した。
このような検討結果をさらに追求した結果、ナイロン樹脂からなる絶縁性支持体を使用した場合には、エッチング液によって絶縁性が劣化しており、この絶縁性の劣化が原因と考えられる。一方、ポリエチレンテレフタレート樹脂からなる絶縁性支持体を使用した場合には、エッチング液による絶縁性の劣化は認められず、良好なトラウドの発生が認められた。このような検討結果から、良好なクラウドを発生させるためには、絶縁性支持体上に、所定間隔を有する複数の電極をフォトレジスト法によって形成する場合には、エッチング液によって絶縁性が劣化しない絶縁性支持体を使用することが肝要であることを見出し、本発明を完成させるに至った。なお、本発明におけるクラウドとしては、前述の電界カーテンに限らず、ジャンピング法等、所定間隔で配置された電極に交番電界を印加することによってトナーを飛翔させ、感光体表面とトナー担持体表面にトナー雲を発生させるものを意味している。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。図１において、１は矢印Ａ方向に回転するドラム状の感光体、２は感光体１の表面を一様に帯電する帯電ローラ、３は画像情報に対応するレーザー光等を感光体１の表面に照射する露光装置、４は感光体１の表面に形成された静電潜像にトナーを供給する現像装置である。５は感光体１の表面に現像装置３で形成されたトナー像を転写用紙等の転写材Ｐ上に転写する転写ローラ、６は転写材Ｐにトナー像を転写した後に感光体１の表面に残存するトナーを感光体１の表面から除去するクリーニング装置である。７は、転写材Ｐ上に転写された未定着トナー像を加熱、加圧して転写材Ｐ上に定着させる定着装置である。

この画像形成装置によって転写材Ｐ上にトナー画像を形成する方法について説明する。矢印Ａ方向に回転する感光体１の表面を、帯電ローラ２によって所定の電圧を印加して一様に帯電させる。このように一様に帯電された感光体１の表面に所望の画像情報に対応するレーザー光を露光装置３から照射して感光体１の表面に静電潜像を形成する。続いてこのようにして形成された静電潜像に対して、現像装置４からトナーを供給して静電的に付着させて静電潜像をトナー像化させる。このようにして形成されたトナー像は、転写ローラ５によって感光体１の表面と転写材Ｐを圧接させて矢印Ｂ方向に転写材Ｐを搬送させながらバイアス電圧を印加して感光体１の表面から転写材Ｐの表面に転写される。その後転写材Ｐ上に転写されたトナー像は、定着装置７の加熱ローラ７ａ及び加圧ローラ７ｂによって加熱加圧されて転写材Ｐ上に定着される。このようにして転写材Ｐ上にトナー像を転写した感光体１は、感光体１の表面に残存するトナーをクリーニング装置６で除去して感光体１の表面をクリーニングし、再び、帯電ローラ２によって一様に帯電される。以後、前述のように、露光装置３によって静電潜像が形成され、現像装置４で静電潜像がトナー像化され、転写ローラ５で転写材Ｐ上にトナー像が転写され、クリーニング装置６で感光体１の表面がクリーニングされる動作が繰り返される。

本発明においては、感光体１の表面に形成された静電潜像をトナーでトナー像化する現像装置４に特徴を有する。本実施形態における現像装置４は、図１に示すように、トナーＴを収納する容器８内に、トナーを感光体１に開口部８ａから供給するトナー担持体である現像ローラ９が回転可能に取り付けられ、図示しない駆動手段によって矢印Ｃ方向に回転されるようになっている。そして、循環パドル１０によってトナーＴを攪拌しながら循環させてトナーＴを帯電させると共にトナーＴを現像ローラ９の表面に供給する。このようにしてトナーＴが供給された現像ローラ９は、その表面にトナーＴを静電力によって保持しながら汲み上げられ、現像ローラ９と所定間隔を有して容器８に取り付けられたブレード状のトナー規制部材１１によって汲み上げられるトナー量が規制されている。現像ローラ９は、後述するように、開口部８ａで交番電界が印加されてトナーＴのクラウドが形成される。その結果、このクラウドからトナーＴが静電気的に感光体１の表面の静電潜像に供給されてトナー像が形成されるようになっている。なお、図１の符号１２は、補給トナーを供給するトナー供給口である。

現像ローラ９は、図２及び図３に示すように、ポリブチレンテレフタレート樹脂からなる直径３０ｍｍ、長さ２３０ｍｍの回転軸９ｄを有する柱状に成形された絶縁性支持体９ａの周面に蒸着で０．８μｍ厚の銅箔膜が形成されたものからフォトレジスト法によって幅ｄ＝１００μｍ、長さＬ＝２００ｍｍの線状の複数の電極９ｂＡ及び９ｂＢからなる電極パターン９ｂが間隔Ｄ＝２００μｍで軸方向に平行に形成されている。さらに、この電極パターン９ｂ上にこれらの電極を被覆して保護するポリカーボネート樹脂等の合成樹脂からなる表面層９ｃが１０μｍ厚で形成されている。電極パターン９ｂの電極９ｂＡと９ｂＢは、図３に示すように、対向する端部側がそれぞれ長く形成されており、この長くなった端部９ｂＡ１及び９ｂＢ１の部分が露出されてそれぞれ容器８の開口部８ａ側に取り付けられた端子１３Ａ、１３Ｂと電気的に接続されている。端子１３Ａ、１３Ｂには、交番電圧１４が印加され、端子１３Ａ及び１３Ｂから印加された交番電界によって、電極パターン９ｂの複数の電極９ｂＡと９ｂＢ間の電界が時間的に変化する。その結果、電極パターン９ｂの電極９ｂＡと９ｂＢ間に印加された電界によって、現像ローラ９の表面層９ｃ上に保持されたトナーＴが、図４に示すように、感光体１の表面と現像ローラ９の表面層９ｃとの間で飛翔してクラウドを形成し、このクラウドのトナーＴが感光体１の表面に形成された静電潜像に向かって静電気的に吸引、付着してトナー像を形成するようになっている。

このようなクラウドの形成は、電極パターン９ｂの電極９ｂＡ及び９ｂＢの幅ｄ、間隔Ｄ及び交番電圧等によって影響される。良好なクラウドを形成するには、電極パターン９ｂの電極９ｂＡ及び９ｂＢの幅ｄ、間隔Ｄをそれぞれ４０μｍ〜２５０μｍの幅、８５μｍ〜５００μｍの間隔とすれば良い。また、交番電圧としては、周波数１００Ｈｚ〜５ＫＨｚ、１００Ｖ〜３ＫＶが好適である。
なお、本実施形態における現像ローラ９においては、交番電圧電源として単相の交番電圧を使用するようにしているが、周期の異なる複数相の交番電圧電源も使用することが可能である。この場合、電極パターン９ｂとして前記周期に対応させて端部の長さが異なる複数の電極９ｂを隣接して形成し、同一長さの端部同士で接続する複数の端子を取り付け、各端子から周期の異なる相の交番電圧を印加するようにしても良い。このような周期の異なる複数相の交番電圧電源を使用する場合には、進行波状のクラウドを形成することが可能となる。

次に、本発明による一実施形態の現像ローラの作製について実施例に基づいて説明する。
［実施例］
ポリブチレンテレフタレート樹脂（実施例１）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（実施例２）、ポリアセタール樹脂（実施例３）により作製した直径３０ｍｍ、長さ２３０ｍｍの円柱状の絶縁性支持体９ａ上にそれぞれ蒸着によって導電性金属箔膜である０．８μｍ厚みの銅箔膜を形成した。さらに、これらの銅箔膜上に５μｍ厚みのレジスト膜を塗布した。銅膜及びレジスト膜に覆われた絶縁性支持体９ａに幅ｄ＝１００μｍ、長さＬ＝２００ｍｍの線状の複数の電極９ｂＡ及び９ｂＢを間隔Ｄ＝２００μｍで離間させた電極パターン９ｂをレーザー描画機で露光して、Ｎａ_２ＣＯ_３水溶液中で現像した後、ＦｅＣｌ_３水溶液に浸漬させてエッチングを行い、前記電極パターンと同一形状の電極パターン９ｂを有する電極９ｂＡ及び９ｂＢを形成した。

次に、このようにして所定の電極パターン９ｂを有する電極を形成した絶縁性支持体９ａの電極９ｂＡ、９ｂＢ上にこれらの電極を覆う表面層９ｃとして１０μｍ厚のポリカーボネート樹脂を溶解した塗布液を絶縁性支持体９ａの両端で９ｂＡ１及び９ｂＢ１が露出した状態で塗布した。このようにして作製した現像ローラ９を現像装置４に組み込み、現像装置４の開口部８ａに取り付けた端子１３Ａ及び１３Ｂに−４００Ｖと０Ｖのそれぞれをピークに持つ各瞬間における平均電位が−２００Ｖの交流バイアスを５ＫＨｚの周波数で交流電源から印加した際のトナー飛翔の有無を観察した。
この場合、奇数番目電極群９ｂＡと偶数番目電極群９ｂＢの交流バイアスは逆位相である。また、現像ローラ９上に汲み上げられる単位面積当りのトナー量は、０．２ｍｇ／ｃｍ^２となるようにした。また、各実施例における絶縁性支持体のエッチング液に対する耐薬品性については、ＦｅＣｌ_３水溶液に１分間浸漬させて外観評価を行った。また、各合成樹脂の体積抵抗率は三菱化学株式会社製ハイレスタ−ＵＰにて測定した。

また、比較のため、比較例１として、従来、一般的に現像ローラ９の絶縁性支持体として使用されている円柱状のアルミニューム金属支持体上に１０μｍ厚のポリブチレンテレフタレート樹脂からなる絶縁性の塗膜を形成したものを使用した。その後、前述の実施例で記述したようなフォトレジスト法により同一形状の電極パターンを形成し、この電極パターンを被覆するポリカーボネート樹脂からなる表面層を形成して現像ローラを調製し、同様にエッチング液に対する耐薬品性、体積抵抗率を試験、測定し、さらにトナーの飛翔状況を観察した。
同様に、比較例２及び３として、円柱状絶縁性支持体をナイロン樹脂（比較例２）及びアセテート樹脂で構成し、以下、上記実施例と同様にして電極パターン及び表面層を作製し現像ローラを調整した。そして、これらの比較例のものについてもエッチング液に対する耐薬品性、体積抵抗率を試験、測定し、さらにトナーの飛翔状況を観察した。

各実施例及び比較例の測定結果及び観察結果を図５に示す。
図５の結果から明らかなように、比較例１で示す従来の金属支持体上にポリブチレンテレフタレート樹脂からなる絶縁性塗膜を形成したものでは、エッチング液に対する耐薬品性が良好で、体積抵抗率が大きいにも拘わらず、電極に交流バイアスを印加する際に多大な交流電流が必要となるためホッピング電界が弱まったことにより実施例１〜３と同様の操作で電極間の電界を印加しても現像ローラ上のトナーを飛翔させてクラウドを形成することができなかった。
また、比較例２で示すナイロン樹脂で構成した絶縁性支持体を使用した現像ローラでは、エッチング液に対する耐薬品性が悪く、フォトレジスト処理を行うことによって絶縁性が劣化し、実施例１〜３と同様の操作で電極間の電界によりトナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成することができなかった。

また、比較例３で示すアセテート樹脂で構成した絶縁性支持体を使用した現像ローラでは、絶縁性支持体の体積抵抗率が低く電流がリークしてしまうため、実施例１〜３と同様の操作で電極間の電界によりトナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成することができなかった。
これに対し、本発明による実施例１〜３の絶縁性支持体を用いた現像ローラでは、電極９ｂＡ及び９ｂＢに逆位相の交流バイアスを印加すると、比較例１で示す金属の支持体に合成樹脂等を被覆したものを絶縁性支持体として用いた場合よりも交流電流値は小さくなったにもかかわらず、電極間の電界により現像ローラ上のトナーを飛翔させてクラウドを形成することができた。
以上のように、本実施形態に係る現像ローラは、円柱状のエッチング液に対して耐薬品性を有する絶縁性支持体９ａで構成したので、絶縁性支持体９ａ上に所定間隔で配置された電極に交番電圧を印加して、交番電界を形成することによって、確実にトナーのクラウドを発生させることが可能となった。

上記実施形態においては、トナー担持体として回転するローラを使用したが、本発明によるトナー担持体としては、ローラに限らず、絶縁性支持体上に所定間隔で複数の電極を配設し、これらの複数の電極を被覆した表面層を形成した無端状のベルトを使用し、好む端状ベルトを現像装置４の開口部８ａ上で回転移送させるようにすることもできる。また、絶縁性支持体上に所定間隔で複数の電極を配設し、これらの複数の電極を被覆した表面層を形成した円弧状支持体を現像装置４の開口部８ａ上に固定して配設したものであっても同様の作用、効果を達成することが可能である。

本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 図１で示す画像形成装置で使用される現像装置の現像ローラの構成を示す一部を切り欠いた断面図である。 図１で示す画像形成装置で使用される現像装置の現像ローラの構成を示す斜視図である。 図１で示す画像形成装置で使用される現像装置のトナーのクラウド状態を説明する模式図である。 本発明による実施例及び比較例で示す絶縁性支持体とエッチング液に対する耐薬品性、体積抵抗率、トナーの飛翔状況を表で示す図である。

符号の説明

１…感光体、２…帯電ローラ、３…露光装置、４…現像装置、５…転写ローラ、６…クリーニング装置、７…定着装置、８…容器、８ａ…開口部、９…現像ローラ、９ａ…絶縁性支持体、９ｂ…電極パターン、９ｂＡ、９ｂＢ…電極、９ｃ…表面層、１０…循環パドル、１１…トナー規制部材、１３Ａ、１３Ｂ…端子、１４…交流電圧

Claims (6)

1. 絶縁性支持体上にトナーの搬送方向に対して所定の間隔で並べられた複数の電極を形成し、当該電極を被覆する表面層を形成し、前記複数の電極間の電界が時間的に変化するように電極に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記電極間の電界により前記表面層上にトナーを飛翔させてクラウドを形成するトナー担持体において、
   前記絶縁性支持体は、前記絶縁体支持上に形成された導電性金属箔から前記所定の間隔でエッチングして前記複数の電極を形成する際に用いられるエッチング液に対して耐薬品性を有する合成樹脂によって形成されていることを特徴とするトナー担持体。
2. 請求項１記載のトナー担持体において、
   前記エッチング液は無機酸を含む液であり、前記絶縁性支持体は、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール樹脂の少なくとも１種で構成されていることを特徴とするトナー担持体。
3. 請求項１又は２記載のトナー担持体において、
   前記絶縁性支持体は、体積抵抗率１０^１３Ω・ｃｍ以上であることを特徴とするトナー担持体。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載のトナー担持体において、
   前記絶縁性支持体は、円柱状体であり、前記トナー担持体は、ローラ状体であることを特徴とするトナー担持体。
5. 電極への印加電界により形成されたトナーのクラウドからトナーを感光体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体上のトナー量を規制する規制部材とを備える現像装置であって、
   前記トナー担持体が、請求項１乃至４のいずれか１項記載のトナー担持体であることを特徴とする現像装置。
6. 請求項５記載の現像装置を用いて電子写真画像を形成することを特徴とする画像形成装置。

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