JP2017021162A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飛散防止シートを現像極近傍に設置した際に、感光体との摺擦によってシートがはがれてしまうことを、シートの表面性を規定することで防止抑制すること。【解決手段】トナーとキャリアとを有する現像剤を収容する現像容器と、この現像容器の開口部に設けられ現像剤を担持する複数の磁極を有する固定磁石を内包する回転可能な現像剤担持体と、を有する現像装置において、前記現像剤担持体の像担持体に潜像を現像するための現像極近傍で、直流現像バイアスのみを用いた時のトナー飛翔領域外で、シート状の飛散防止部材が像担持体と接し、且つ前記シート状の飛散防止部材先端が現像極近傍の磁気穂に接するように配置していること。【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタなどの画像形成装置に関する。

電子写真方式は複写機やプリンタに用いられる最もよく知られた印刷方式のひとつであり、近年ではよりＰＯＤ（プリント・オン・デマンド）の注目により、高速の印刷能力、イメージ画像印刷等が望まれ、その結果印刷画質も高品質で高精細なものが望まれるようになってきた。

一般に、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が具備する現像装置では、磁性トナーを主成分とした一成分現像剤、もしくは非磁性トナーと磁性キャリアを主成分とした二成分現像剤が用いられている。特に、電子写真方式によりフルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置では、画像の色味などの観点から、ほとんどの現像装置が二成分現像剤を使用している。

二成分系現像剤に用いられるキャリア粒子は、トナー粒子に良好な帯電性を付与し、現像極において静電潜像上にトナーを現像し、キャリア粒子自身は現像容器内に戻され新たにトナーと混合し良好な帯電を付与するというサイクルで長時間繰り返し使用される。

しかしながら、長期に渡ってキャリアを使用していると、キャリア表面にトナーが融着し、外添剤が付着してしまい、帯電付与能力が低下する。その結果、トナーの帯電量が低下し、現像剤担持体の遠心力や、現像剤担持体上の磁気穂の動きによって、トナーがキャリアから分離して、機内に飛散してしまう問題がある。

このような問題を解決するために、特許文献１では、現像担持体の主極の上流に飛散防止部材を像担持体に接するように設けることで、機内へのトナー飛散を防止している。

特開２００２−２７８２８７号公報

特許文献１では、飛散防止部材を主極の１つ上流側に存在する極の磁気穂に対して進入させ、且つ飛散防止部材の先端に磁気穂が当たらないようにすることを特徴としている。

以上の構成では、現像機外へのトナー飛散は抑制されるが、飛散防止部材の先端にトナーが蓄積し、像担持体上に落下して画像不良となる問題がある。また、ベタなどの画像濃度が高い画像を通紙した場合、現像主極から像担持体へ飛翔するトナーが多くなるため、上記問題は早期に顕在化してしまう。

さらに、上記構成は、主極の極近傍に隣の磁極が存在しない限り像担持体と現像磁気穂の両方へ飛散防止部材が接することは構成上不可能であり、トナー飛散を抑制できる構成がかなり限られている。

上記の問題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、トナーとキャリアとを有する現像剤を収容する現像容器と、この現像容器の開口部に設けられ現像剤を担持する複数の磁極を有する固定磁石を内包する回転可能な現像剤担持体と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体で像担持体に潜像を現像するための現像極近傍で、且つ直流現像バイアスのみを用いた時のトナー飛翔領域外であって、シート部材が像担持体と接し、且つ飛散防止部材先端が現像極近傍の磁気穂に接するように配置していることを特徴とする。

この他、本発明に係る画像形成装置は、前記トナー飛散防止部材は、像担持体に対して、面で接していることを特徴とする。

この他、本発明に係る画像形成装置は、前記飛散防止部材の像担持体側に、表面性を荒らす加工が施されていることを特徴とする。

この他、本発明に係る画像形成装置は、前記飛散防止部材の像担持体側の表面性は、像担持体の十点平均粗さRzが使用するキャリアの粒径よりも小さいことを特徴とする。

この他、本発明に係る画像形成装置は、前記飛散防止部材の像担自体側に、微小の粉末を塗付することを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置によれば、飛散防止シートを現像極近傍に設置した際に、感光体との摺擦によってシートがはがれてしまうことを、シートの表面性を規定することで防止抑制することができる。

画像形成装置全体の動作の説明図 フルカラー画像形成装置における各ステーションの説明図 マグネットローラの磁束密度パターンの説明図 従来の構成の説明図 実施例１の構成の説明図 飛散防止部材の侵入量と画像階調特性の説明図 実施例１の構成の説明図 飛散防止部材が感光ドラムと磁気穂に接する際の角度の説明図 従来構成と本実施例の構成におけるトナーボタ落ち画像発生頻度表の説明図 実施例１の構成の説明図 実施例２の構成の説明図 飛散防止部材の感光体ドラムの表面の十点平均粗さRzと、部材の変形およびはがれについての関係図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［実施例１］
本実施例において、現像装置は、例えば以下に述べるような画像形成装置の中で使用されるが、必ずしもこの形態に限られるものではなく、静電記録方式のものにも適用できる。

図２は図１に示すフルカラー画像形成装置における、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各ステーションを示したものである。Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各ステーションはほぼ同様の構成であり、フルカラー画像において、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像を形成する。

以下の説明において、例えば現像装置１とあれば、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各ステーションにおける現像装置１Ｙ、現像装置１Ｍ、現像装置１Ｃ、現像装置１Ｋを共通して指すものとし、各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋに備えられた他の部材も同様に示す。

まず、図１により、画像形成装置全体の動作を説明する。像担持体である感光ドラム１０は回動自在に設けられており、その感光ドラム１０を一次帯電手段２１で一様に帯電し、例えばレーザーのような発光素子２２によって、情報信号に応じて変調された光で露光して静電潜像（潜像）を形成する。その潜像は現像装置１により、後述のような過程でトナー像として可視像化される。

次に、その可視像を、転写帯電器２３によって、転写紙搬送シート２４によって搬送されてきた転写紙２７に転写し、更に、定着装置２５によって定着画像を得る。又、感光ドラム１０上の転写残現像剤はクリーニング装置２６により除去する。又、画像形成で消費された現像剤（トナー）はトナー補給槽２０から補給される。

本実施例の現像装置は、以下に説明するような、非磁性トナーと低磁化高抵抗キャリアを含む２成分現像剤を用いた。非磁性トナーは、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラックや染料、顔料等の着色剤、ワックス等の離型剤、荷電制御剤等を適当量用いることにより構成される。このような非磁性トナーは、粉砕法や重合法などの常法により製造することができる。

尚、非磁性トナー（負帯電特性）は、摩擦帯電量が−１×１０^−２〜−５．０×１０^−２Ｃ／ｋｇ程度のものであることが好ましい。非磁性トナーの摩擦帯電量が上記範囲を外れると、現像効率が低下し、又、磁性キャリアに発生するカウンターチャージ量も大きくなり白抜けレベルが低下することとなり、画像不良を生じることがある。非磁性トナーの摩擦帯電量は、用いられる材料の種類等により調整しても良いし、後述する外添剤の添加によって調整しても良い。

非磁性トナーの摩擦帯電量は、一般的なブローオフ法を用い、現像剤量を約０．５〜１．５ｇとして現像剤からトナーをエアー吸引することで吸引し、測定容器に誘起される電荷量を測定することにより測定することができる。又、磁性キャリアとしては、従来公知のものを使用することができるが、例えば、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化、及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、又は、フェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったもの、又は、フェライト等のマグネタイト単体表面樹脂でコーティングし抵抗調整を行ったもの等が用いられ得る。これら磁性キャリアの製造法は特に制限されない。

尚、磁性キャリアは、０．１テスラの磁界において３．０×１０^４Ａ／ｍ〜２．０×１０^５Ａ／ｍの磁化を有することが好ましい。磁性キャリアの磁化量を小さくすると、磁気ブラシによるスキャベジングを抑制する効果があるが、磁界発生手段による非磁性円筒体への付着が困難となり、感光ドラムへの磁性キャリア付着等の画像不良や、先に述べたはき寄せ画像を生じることがある。又、磁性キャリアの磁化が上記範囲よりも大きいと、上述したように磁気ブラシの圧力により画像不良を生じることがある。更に、磁性キャリアの体積抵抗率は、リークや現像性を考慮して１０^７〜１０^１４Ωｃｍのものを用いるのが好ましい。

キャリアの磁化は、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置ＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、０．１Ｔの外部磁場を印加した時の磁化の強さを求める。キャリアは円筒状のプラスチック容器に十分に密になるようにパッキングした状態にする。この状態で磁化モーメントを測定し、試料を入れた時の実際の重量を測定し、磁化の強さを求める。

次いで、キャリア粒子の真比重を乾式自動密度形アキュピック１３３０（島津製作所（株）社製）により求め、磁化の強さに真比重を掛けることで、本実施例に用いられる単位体積当たりの磁化の強さ（Ａ／ｍ）を求めることができる。

次に本実施例において重要となる現像装置１周辺の構成について、図２を参照して動作を説明する。

上記現像剤が収容された現像容器２内に、現像剤担持体としての直径２０ｍｍの現像スリーブ８と現像スリーブ８上に担持された現像剤の穂を規制する穂切り部材９を有している。

更に、上記現像容器２の感光ドラム１０に対向した現像部に相当する位置には開口があり、この開口に現像スリーブ８が感光ドラム１０方向に一部露出するように回転可能に３００μmの間隔を空けて配設されている。尚、この現像スリーブ８は非磁性材料で構成され、その内部には磁界手段であるマグネットローラ８’が非回転状態で設置されている。

現像スリーブ８の非磁性円筒体は、導電性の材料によって形成されるのが好ましく、このような材料としては、例えばステンレスやアルミニウム等の金属、導電性粒子の分散により導電性を付与した樹脂体等、従来から知られている種々の材料を用いることができる。又、現像スリーブ８は、現像剤の搬送性を高めるためにブラスト処理等により表面を粗面化するなどの加工を施してもよい。

磁界発生手段であるマグネットローラ８’は、現像スリーブ８に対して相対的に不動となるように複数の磁極が現像スリーブ８内部に固定される。マグネットローラ８’は、常時磁界を発生する磁石等であっても良いし、一定の磁界、又は異なる極性の磁界を任意に発生させることができる電磁石等であってもよい。

具体的なマグネットローラ８’の磁束密度パターンを図３に示す。まず、現像容器内の現像剤を現像剤担持体に担時するための汲み上げ極Ｎ３、容器内から容器外へ搬送される現像剤量を規制するＣｕｔ極Ｎ２があり、その剤を搬送する搬送極Ｓ２、潜像を現像するための現像極Ｓ１、さらに再び現像容器内に現像剤を取り込むための取り込み極Ｎ１と言った具合に配置される。一般的に、潜像を現像するための現像極は、キャリア付着などの画像不良を起こさないように、他の磁極に比べて非常に大きな磁束密度を持たせている。

而して、現像スリーブ８は現像時に図示矢印方向に回転し、穂切り部材９による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された二成分現像剤を担持して、これを感光ドラム１０と対向した現像部に搬送し、感光ドラム１０上に形成された潜像に現像剤を供給して潜像を現像する。

この時、現像バイアスのＤＣにＡＣを重畳すると、磁気穂が感光ドラム１０に触れていない領域でも、磁気穂からトナーが飛翔することができるため、現像効率（つまり、潜像へのトナーの付与率）向上の観点から、現像スリーブ８には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。

感光ドラム１０と対向した現像部では、磁気穂が急激に穂立つことと、磁気穂と感光ドラムとの衝突、現像バイアスによるトナー飛翔などにより、他の磁極近傍に比べてトナー飛散が多いため、本体内へのトナー飛散を防止するために膜厚１００μｍのウレタンシート製の飛散防止部材１２が現像極近傍に設けられている。

一般的に、前記飛散防止部材１２は、図４のように機内への飛散を抑制するために感光ドラム１０に対して接するように配置している。しかしながら、長期に渡って使用すると、現像剤担持体８から飛散したトナーが飛散防止部材１２の現像剤担持体側の表面に蓄積し、感光体ドラム１０上などに落下して、画像不良となる問題がある。

上記問題を鑑みて、本実施例では図５のように、飛散防止部材１２の先端を現像部の磁気穂に接するようにし、磁気穂の動きにより付着したトナーを掻き取り、トナーが蓄積しないようにしている。

図６には、本実施例の構成で検討した、前記飛散防止部材１２の現像部への侵入量と、画像階調特性を示している。ここで、図７に示されるように、ＤＣ領域とは、感光ドラム１０を未帯電のまま静止させた状態で現像スリーブを通常の画像形成時と同様に駆動させ、ＤＣのみの現像バイアスを印加した時に感光ドラム１０上にできるトナー帯の領域であり、同様にＡＣ領域は、上記方法でＤＣにＡＣを重畳したときに感光ドラム１０上にできるトナー帯の領域である。

図６によると、飛散防止部材１０がＤＣ現像領域に侵入したとたんに、現像性が急激に低下していることが分かる。

これは、ＡＣを重畳した現像バイアスは、ＤＣ領域帯での現像性を向上させていることを示しており、ＤＣ領域以外の部分はあまり現像に寄与しておらず、むしろトナー飛散を加速させている可能性があることを示唆している。

よって、本実施例では、飛散防止部材１２は現像性を確保しながらトナー飛散を防止するために、DC領域外で且つ前記飛散防止部材１２の先端が現像主極S１近傍の磁気穂に接するように配置している。

図８に、飛散防止部材１２が感光ドラム１０と磁気穂に接する際の角度について記述する。角度については大きく分けて以下の３つに分けて考えられる。
a：飛散防止部材１２が現像剤担持体上の磁気穂を押す場合
b：飛散防止部材１２が現像極近傍の磁気穂の山の形に沿う場合
c：飛散防止部材１２の先端だけが現像極近傍の磁気穂に接する場合
「a」の場合、飛散防止部材１２が現像剤剤担持体上の現像剤を押すため、現像剤担持体上の現像剤の流れを阻害してしまい、現像剤担持体上の長手方向に現像剤の剤量のムラが発生し、画像不良となる可能性が有るため、当接圧の管理を厳密に行う必要がある。
「c」の場合、「a」のような問題はないが、前記防止部材の先端から内側上流部にトナーが蓄積し、トナーボタ落ちとなる可能性が有る。
「b」の場合、「a」ほど、現像剤担持体上の現像剤を押さえつけないため、現像剤担持体上の剤量のムラが発生しない。また、飛散防止部材１２の先端だけでなく、その上流まで磁気穂が触れるようになっているため、「ｃ」のような問題が発生することはない。以上から、本実施例では、図８の「b」の構成を用いる。

図９に、図４の従来構成と図５の本実施例の構成における、トナーボタ落ち画像発生頻度表を示す。評価モードは、トナーが飛散し易い、３０度８０％の高湿度環境で、ベタ画像をＡ４で連続通紙して１０００枚毎にベタ白を１０枚通紙してトナーがボタ落ちの発生頻度を調べた。

従来の構成では、２ｋまではほとんどトナーボタ落ち画像は発生しないが、３Ｋ枚以降は防止部材先端に蓄積したトナーが随時落ちてくるようになり、頻繁にトナーボタ落ちが発生している。それに対し、図５の本実施例の構成では、トナーが飛散防止部材１２の先端にトナーが蓄積しないので、トナーボタ落ちは発生していない。

本実施例では、飛散防止部材１２を感光ドラム１０に対して点接点させているが、図１０の様に、面で接するようにしてもよい。そうした場合、飛散防止部材１２を取り付けている部品の公差が多少大きくなっても、確実に感光ドラム１０と磁気穂に飛散防止部材１２が接することができる。

［実施例２］
実施例１で、現像剤担持体８からのトナー飛散を防止するため、現像極近傍に、飛散防止部材１２の先端が現像極起因の磁気穂に接し且つ、前記部材が感光ドラム１０に接するようにすることを提案した。

しかしながら、現像剤担持体上の現像剤量が大きくなってしまった場合、図１１のように、飛散防止部材が強い圧力で感光ドラム１０と現像剤に挟まれてしまう。この状態のまま、現像剤担持体と像担持体に駆動かかかると、挟まれた飛散防止シートに大きな力が加わり、剥がれたり、変形したりすることがある。

そこで、本実施例では、上記飛散防止シートの感光体ドラム１０側の表面を、ブラスト加工により荒らすことで、飛散防止シートと感光体ドラム１０間の摩擦係数を下げ、剥がれや変形を防止することを提案する。

図１２に、飛散防止部材の感光体ドラム１０側の表面の十点平均粗さRzと、前記部材の変形およびはがれについての関係を示す。飛散防止部材の表面粗さRzが8.0μm以上であるとき、防止部材のはがれは発生していない。

一般的に、摩擦力は、表面性が滑らかな方、すなわち表面粗さが小さい方が、摩擦係数が小さくなって下がる。しかし、感光ドラム１０のように表面粗さが１μm以下のような平滑な物体に対して、同じように表面性が小さな物体を接すると、物質間が接している時に働く、ファンデルワールス力や凝着力といった、摩擦力以外の力が支配的となる。

表面性を荒らすことは、間光体ドラム１０と飛散防止部材１２の物質同士が接している面積を減らすことになり、結果として前記のような力が低減し、お互いが接する力を低減できていると考えられる。表面性の粗さの上限値としては、粗くすればするほど、はがれに対しては有利になると考えられるが、キャリアの直径よりも大きくすると、キャリアが飛散防止部材の凹凸を通り抜けてしまう可能性があるため、使用するキャリアの直径よりも小さいことが望ましい。

本実施例では、飛散防止部材１２自身の表面性を荒らしたが、トナーの外添剤などに使われる微粉末を前記防止部材１２に塗付することでも同様の効果が得られる。

１ 現像装置、１０ 感光ドラム、２１ 一次帯電手段、２２ 発光素子、
２３ 転写帯電器、２４ 転写紙搬送シート

Claims (5)

1. トナーとキャリアとを有する現像剤を収容する現像容器と、この現像容器の開口部に設けられ現像剤を担持する複数の磁極を有する固定磁石を内包する回転可能な現像剤担持体と、を有する現像装置において、
   前記現像剤担持体の像担持体に潜像を現像するための現像極近傍で、直流現像バイアスのみを用いた時のトナー飛翔領域外で、シート状の飛散防止部材が像担持体と接し、且つ前記シート状の飛散防止部材先端が現像極近傍の磁気穂に接するように配置していることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー飛散防止部材は、像担持体に対して、面で接していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記飛散防止部材の像担持体側に、表面性を荒らす加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記飛散防止部材の像担持体側の表面性は、像担持体の十点平均粗さRzが使用するキャリアの粒径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記飛散防止部材の像担自体側に、微小の粉末を塗付することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。