JP2983262B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電子写真装置や静電記録装置において静電潜
像を可視化する現像装置に関する。

（従来の技術） 一成分系現像剤を用いる現像方法の一つとして、加圧
現像法（Impression Deveropment）が知られている。こ
の加圧現像法は、現像ローラとの摩擦や現像ローラの表
面に圧接されたトナー薄層形成用のブレードとの摩擦で
トナーに電荷を付与することにより、トナーを現像ロー
ラの表面に付着させ現像領域に向けて搬送することを特
徴の一つとしている。そのため磁性材料が不要で装置の
簡素化および小型化が可能であるとともに、トナーのカ
ラー化が容易である等多くの利点を有している。

こうした加圧現像法を用いた現像装置では、現像ロー
ラを感光体ドラムに押圧もしくは接触させて現像を行う
ため、現像ローラとしては弾性及び導電性を持つものが
要求される。特に感光体ドラムが剛性である場合はこれ
を傷付けるのを避けるため現像ローラを弾性体で構成す
ることが必須条件となる。また周知の現像電極効果やバ
イアス効果を得るためには現像ローラ表面もしくは表面
近傍に導電層を設け必要に応じてバイアス電圧を印加す
ることが望ましい。さらにトナーに十分な電荷を付与す
るためには、現像ローラとトナー薄層形成用のブレード
との間に所定のニップ幅を確保することが必要である。

ところで、現像ローラを弾性体で構成する場合、ブレ
ードとの圧接により現像ローラの表面に傷が生じやす
く、特に現像ローラ表面に導電層を設けた場合、その傷
跡が画像上に現れてしまう。そこで、ブレードの現像ロ
ーラとの圧接部を樹脂やゴム弾性体で構成する方法が注
目されている。

ところが、このようなブレードを用いた場合、長期間
の使用によりブレードの圧接部の形状が摩耗により変化
してしまう。特に先端がアール状に突起した圧接部の場
合、摩耗により現像ローラとの接触面積が増えると、第
14図に示すように、現像ローラ１とブレード２の圧接部
2aの先端によって形成されるトナー溜りのための空間Ｆ
が小さくなり、この結果、現像ローラ１とブレード２と
の間を通過するトナーの量が減ってトナー層の厚さが薄
くなってしまう。またトナー搬送量の低下により、いわ
ゆるグラフィック画像等をプリントすると画像の後半に
おいて画像濃度が低下するという問題も発生していた。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の現像装置では、長期の使用により画
質の劣化が生じるおそれがあった。

本発明はこのような課題を解決するためのもので、長
期間の使用においても現像ローラ表面の現像剤薄層の厚
さの変化や画質の劣化が生じることのない現像像置の提
供を目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明の現像装置は上記の目的を達成するために、
静電潜像保持体に対向して配置された現像ローラと、こ
の現像ローラの表面に現像剤薄層を形成する現像剤薄層
形成手段とを具備し、現像ローラの表面に形成された現
像剤薄層を静電潜像保持体に近接または接触させること
によってこの静電潜像保持体に形成された静電潜像を可
視化する現像装置において、現像剤薄層形成手段は、現
像ローラの表面と現像剤薄層を挟んで圧接される圧接部
を有し、この圧接部は現像ローラよりも硬度が大きく、
かつ表面粗さが小さいことを特徴としている。

（作 用） 第１の発明の現像装置によれば、現像剤薄層形成手段
の圧接部のゴム硬度を現像ローラの硬度よりも大きく
し、かつ圧接部の表面粗さを現像ローラの表面粗さより
も小さくすることで、低い圧力により現像剤に十分な電
荷を付与することが可能となる。したがって、長期間の
使用においても現像ローラ表面の現像剤薄層の厚さの変
化や画質の劣化が生じることのない現像装置を実現でき
る。

また第２の発明の現像装置によれば、圧接部の半円状
断面部分の曲率半径をRb、現像ローラとの摩擦により生
じた摩耗幅をLbとすると、 Rb≧Lb の関係を満足することにより、圧接部の摩耗による現像
ローラとの空間の変化を最小限に押えることができる。
これにより、長期間の使用においても現像ローラ表面の
現像剤薄層の厚さの変化や画質の劣化が生じることのな
い現像装置を実現できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。

第１図は本発明に係る一実施例の接触型一成分非磁性
現像装置（以下、単に現像装置と呼ぶ。）の全体構成を
示す断面図である。

同図に示すように、この現像装置10は、静電潜像保持
体である感光体ドラム11表面に形成された静電潜像の上
に現像剤である非磁性トナー（以下、単にトナーと呼
ぶ。）Ａを転移させて静電潜像を可視化するための現像
ローラ12と、トナーＡを収容したトナー収容器13と、こ
のトナー収容器13内のトナーＡを撹拌するミキサー14
と、トナー収容器13内のトナーＡを現像ローラ12に供給
するトナー供給ローラ15と、現像ローラ12表面にトナー
薄層を形成するための現像剤薄層形成手段であるブレー
ド16とからその主要部が構成されている。

次にこの現像装置10における現像プロセスについて説
明する。

トナー容器13内に収容されたトナーＡは、ミキサー14
により撹拌されつつトナー供給ローラ15方向に送られ、
さらにこのトナー供給ローラ15により現像ローラ12に供
給される。ここで、トナーＡは、回転する現像ローラ12
の表面との摩擦により負に帯電し現像ローラ12の表面に
静電的に吸着して搬送される。この後、現像ローラ12表
面に付着したトナーＡは、ブレード16によりその搬送量
が規制されて薄層化されると同時に、現像ローラ12及び
ブレード16との摩擦により再び摩擦帯電して緻密なトナ
ー層となって搬送される。この後、現像ローラ12の表面
に付着したトナーＡは、感光体ドラム11との接触により
感光体ドラム11表面の静電潜像の上に転移する。これに
より静電潜像が可視化される。転移しなかった現像ロー
ラ12表面のトナーＡは、リカバリーブレード（マイラー
フィルム）17を擦り抜けトナー容器13内に戻る。

ところで、この実施例では、負帯電の有機感光体ドラ
ム11を使用した反転現像方式を採用しているため、トナ
ーＡとして負帯電性のトナーが用いられ、ブレード16と
してはトナーＡを負帯電させやすい材質のものを使用し
ている。また感光体ドラム11の表面電位は−550Vであ
り、これに対して現像ローラ12の金属シャフト12aへ
は、現像バイアス電位として−200Vが保護抵抗を介して
印加されるようになっている。また現像ローラ12は、感
光体ドラム11の表面と常に１〜5mm程度の接触幅（現像
ニップ）を有しながら感光体ドラム11の回転速度に対し
約１〜４倍程度の速度で回転している。

なお、上述の現像プロセスにおいて何らかの原因で現
像ローラ12からトナーＡが落ちると本体装置内または転
写紙を汚してしまうため、本実施例では、トナーＡを溶
着させるような可塑剤等からなるトナー溶着部材18を現
像装置10の下部に取付けている。またこれにより、現像
装置10を上下反対に置いた場合でもトナーＡの散乱を防
ぐことができる。

上記のブレード16は、第１のブレードホルダ16a、ス
ペーサ16b及び第２のブレードホルダ16cにより装置本体
に支持されている。また19は第１のブレードボルダ16a
に取付けられ、ブレード16の裏面との間にモルトプレン
等からなる発泡材20を挟持するためのバッフル板であ
る。このようにバッフル板19とブレード16の裏面との間
に発泡材20を挟持することで、トナー容器13からのトナ
ーＡの漏れやブレード16の振動を防止している。

またこのブレード16は、その先端部分（チップ162）
で現像ローラ12の表面を適宜な力で押圧するよう、回転
軸21を支点として複数の圧縮スプリング22により常時付
勢されている。これら圧縮スプリング22のバネ定数はブ
レード16（薄板バネ161）のバネ定数よりも低いため、
ブレード16のチップ162が摩耗してもほとんどその加圧
力に影響はない。

次にこの実施例の現像装置10におけるブレード16およ
びその周囲について説明する。

第２図はブレード16の詳細を示す斜視図である。

同図に示すように、このブレード16は、例えば厚さ2m
m、長さ20mmのウレタン樹脂からなる薄板バネ161の先端
部に、同じくウレタン樹脂からなる断面が半円形状のチ
ップ162を長手方向にマウントし、その両端部にウレタ
ンフォームからなるシール材163を貼付けて構成されて
いる。なお、チップ162の曲率半径は1.5mmである。また
チップ162のウレタン樹脂は薄板バネ161のウレタン樹脂
と比較してJIS−Ａ規格のゴム硬度が高いものを使用
し、薄板バネ161の弾性を損わないようにしている。

本実施例では、薄板バネ161にJIS−Ａ規格75゜のウレ
タン樹脂を、チップ162にJIS−Ａ規格50゜のウレタン樹
脂を使用している。

またシール材163は、断面がチップ162の高さよりも厚
いため、チップ162が現像ローラ12に圧接されるときト
ナーの両端方向への移動を確実にシールすることがで
き、またブレード16の先端部を包み込むようにして取付
けられているため、トナーの搬送により剥がれる心配も
ない。

またこのブレード16においては、チップ162が現像ロ
ーラ12の表面に確実に圧接されなければトナー薄層の形
成にムラが生じることから、チップ162と現像ローラ12
との接触部分についての精度が要求される。実験により
真直度50μｍ以下であれば、トナー薄層形成のムラが無
視できるレベルになることが分っている。

そこで、本実施例では、第３図に示すように、チップ
162は薄板バネ161の先端からd1だけ離れた位置からマウ
ントされている。すなわち、この薄板バネ161の先端部
分は、成形や接着によって薄板バネ161にチップ162をマ
ウントするときの押え及び位置決めに利用される。これ
により、薄板バネ161の短手方向のマウント精度ひいて
は現像ローラ12との接線方向の精度を向上させることが
できる。

なお、d1はあまり大きくとるとトナーの流れによる圧
力により、トナー層形成不良が生じるおそれがあるため
0.5〜5mm程度が適当である。望ましくは0.5〜2mm程度が
最適である。また薄板バネ161の長手方向両端部にはチ
ップ162がマウントされていない部分が存在する。この
部分に上述のシール部材163が貼付けられる。すなわち
チップ162の長手方向の長さLpは、薄板バネ161の長さLc
よりもd2＋d3分だけ短いということになる。このd2＋d3
の長さはシール性を考えると片側最低2mm程度必要であ
るが、あまり長くとりすぎると現像装置10自体が大きく
なるため４〜30mm程度、望ましくは４〜20mm程度にする
のがよい。

また、このときのチップ162の長さLpは、現像ローラ1
2の有効現像幅よりも大きく、薄板バネ161の長さLcは現
像ローラ12の幅と同等もしくは現像ローラ12のサイドシ
ール（図示せず）にかかる程度に設定する。

また、現像ローラ12と当接する部分のチップ162の曲
率半径は、あまり小さいとトナーの帯電量が小さくなっ
て転写紙上のカブリが増大し、大きすぎると現像ローラ
12との接触幅が大きくなってその分必要回転トルクが増
大し、かつ現像ローラ12上のトナー層厚が薄くなりすぎ
て画像濃度の低下を招くため、適当な範囲におさめる必
要がある。

第４図は現像ローラ12の表面粗さを3.0μmRzに固定す
る一方でチップ162の表面粗さを1.0、2.0、3.0、4.0μm
Rzに変化させ、現像ローラ12上のトナーの帯電量が10.0
μc/gになるようにブレード16の加圧力を調整した上で
プリントを行った場合の画像の状態を示すグラフであ
る。ここで、チップ162及び現像ローラ12の表面粗さ
（中心線平均粗さ）は第５図に示す装置を用いて測定し
た。この装置は（株）小坂研究所製の商品名“サーフコ
ーダSE−40D"接触型表面粗さ計であり、検出器201、増
幅演算装置202、記録計203及び被測定物支持体204で構
成されている。この装置を用いて表面粗さを測定する場
合は、測定物を被測定物支持体204の上に乗せて検出器2
01の接触針205を測定物の表面に所定の圧力で接触させ
る。接触針205で得られた表面粗さの状態は増幅演算装
置202を経て記録計203に出力される。なお、測定条件は
以下の通りである。

カットオフ値（mm）:0.8 測定長さ（mm） :2.5 なお、トナーの帯電量が10.0μc/g以下では多湿条件
等で濃度の低下やカブリの増加が起きることが実験によ
り確認されている。またトナーの帯電量は現像ローラ10
周分の帯電量を測定した。

このグラフから、チップ162の表面粗さが現像ローラ1
2の表面粗さより小さいとき、濃度ムラや白抜け等のな
い良好な画像が得られることが確認された。またチップ
162と現像ローラ12の表面粗さがそれぞれ３μmRzで等し
いときは、画像を１週間程度放置した場合に画像上に白
抜け現像が生じた。但しこの場合、数枚の画だしを行う
と通常の良好な画像が得られるようになった。

これらの現像は、チップ162の表面粗さが大きいほ
ど、トナーが十分に帯電されるのにブレード16を強い力
で現像ローラ12に圧接させることが必要になることか
ら、現像ローラ12の表面に歪みが生じてしまうことに起
因している。

第６図は現像ローラ12のゴム硬度を36゜に固定する一
方でチップ162のゴム硬度を30゜、40゜、50゜に変化さ
せ、現像ローラ12上のトナーの帯電量が10.0μc/gにな
るようにブレード16の加圧力を調整した上でプリントを
行った場合の画像の状態を示すグラフである。なお、こ
こでチップ162の表面粗さは1.0μmRzに固定した。

このグラフから、チップ162のゴム硬度が30゜のとき
画像上に濃度ムラが確認された。このことから、チップ
162の表面粗さが現像ローラ12の表面粗さより小さい場
合でも、チップ162のゴム硬度が現像ローラ12のゴム硬
度より大きくなければ良好な画像は得られないことが確
認された。

さらに以上の現像装置10においてブレード16のチップ
162の摩耗幅が画像に与える影響を確認するため次のよ
うな実験を行った。つまり、チップ162の硬度を50゜、7
0゜、ブレード16の加圧力を100g/cm、250g/cmとしてそ
れぞれの条件で２万枚のランニングテストを行い、テス
ト終了前後のチップ162の摩耗量及び画像の状態を確認
した。なお、摩耗幅はチップ162の摩耗による変化量
（摩耗深さ）を測定し、その値から次の式を用いて計算
により求めた。

ここで、第７図に示すように、Ａはチップ162の摩耗
幅、Ｂは摩耗深さ、Ｒはチップ162の半円状断面部分の
曲率半径で1.5mmである。また、摩耗深さＢの測定は、
東京光電子工業（株）社製のレーザ測長器により行っ
た。

またこの実験において、感光体ドラム11の画像部電位
すなわち露光部電位は−40V、非画像部電位すなわち未
露光部電位は−550V、現像バイアスは−200V、感光体ド
ラム11との接触幅は1.5mmとした。

その実験結果を第８図及び第９図のグラフに示す。こ
れらのクラフから、１万枚後にチップ162の摩耗幅Ａが
チップ162の半円状断面部分の曲率半径Ｒ（1.5mm）より
大きくなり、これに伴って画像濃度の低下が現れること
が確認された。これに対し、摩耗幅Ａが半円状断面部分
の曲率半径Ｒと同じかもしくは小さい場合には画像濃度
にほとんど変化は見られず、画像濃度1.4の極めてシャ
ープなライン画像を得ることができた。これは、チップ
162の摩耗幅Ａが広がると、現像ローラ12とチップ162の
先端との間に形成されるトナー溜りの空間が狭くなるた
めに現像ローラ12の表面に形成されるトナー層が薄くな
るからである。

こうしたチップ162の摩耗が画像の品位に及ぼす影響
は、チップ162の半円状断面部分の曲率半径Ｒが小さい
ほど受けやすくなる。つまりこれは、チップ162の曲率
半径Ｒが大きい場合には前記のトナー溜りがはじめから
狭いために摩耗による変化可能な範囲は小さいが、チッ
プ162の曲率半径Ｒが小さい場合にはチップ163の摩耗に
よりトナー溜りの広さが急激に変化するためである。

またこの実験結果から、チップ162のゴム硬度に応じ
てブレード16の押圧力を変化させることにより、チップ
162の摩耗をできるだけ押えることが必要であることも
確認された。本実施例ではブレード16の押圧力を200g/c
mに設定している。

次に上述した現像ローラ12について詳細に説明する。

第10図は現像ローラ12を示す斜視断面図である。

この現像ローラ12に要求される特性としては、“導電
性及び弾性を有する”ということである。これを満足す
る最も簡単な構成としては、例えば金属シャフトの外周
を導電性ゴムローラで覆ったもの等が挙げられるが、こ
の実施例の現像方式では、トナーを現像ローラ12の表面
に圧接させつつ搬送することから表面の平滑性が要求さ
れる。そこで、この実施例の現像ローラ12は、金属シャ
フト12aの外周に、例えば導電性シリコンゴムやウレタ
ンゴム等からなる弾性体層12bを設け、さらにこの弾性
体層12bの表面に導電性ポリウレタン系の導電層12cを設
けて二層構造としている。

弾性体層12bとしては、導電性のものとそうでないも
のが考えられるが、導電層12cに剥離や傷が生じる場合
を考慮して導電性のものの方が望ましい。

弾性体層12bのゴム硬度は、現像ローラ12と感光体ド
ラム11との間に適当なニップを得るための荷重や現像ロ
ーラ12のトルクに直接影響を与える要素となる。また、
梱包時や長時間の放置によるJISK6301に示される永久歪
については、これが10％を越えると画像に現像ローラ回
転周期のムラが生じることが分っているので、弾性体層
12bの圧縮歪は10％以下、望ましくは５％以下としなけ
ればならない。ゴム硬度と永久歪との関係は一般にゴム
硬度が高い程永久歪は小さくなるという傾向があるの
で、材料と相互のバランスが重要となる。

以上、弾性体層12bに要求される特性をクリアするも
のとして本実施例では導電性シリコンを選択したが、他
にも導電性EPDMゴムや導電性ウレタンゴム等も要求され
る特性をクリアするものとして利用できる。

導電性シリコンからなる弾性体層12bは、JIS規格K630
1のＡ型硬度計で28゜の硬度を有し、弾性ローラとして
の外径は18mmである。また導電性シリコンの電気抵抗値
は、この弾性ローラを直径60mmのステンレス製ローラと
接触幅が2mmになるように平行配置し、両ローラの金属
シャフト間に100Vの電位差を設けたときに観測される電
流を測定することにより算出した結果3.4×10³Ω・cmで
あった。また永久歪はJIS規格K6301に示される測定方法
を用いて測定した結果1.8％であった。

また導電層12cは、直接トナーや感光体ドラム11と接
触される面であるため、可塑剤、可硫剤、プロセスオイ
ル等のしみ出しによりトナーや感光体ドラム11表面を汚
染しないものに限り、その表面の平滑性については、最
大表面粗さが３μｍ以下であることが望ましい。それ以
上になると表面の凸凹の模様が画像に現れやすくなる。

この最大表面粗さが３μｍ以下の導電層12cの平滑度
を実現する方法としては、弾性体層12bの上に十分な膜
厚の導電層12cを付けた後、後加工（研磨）により所定
の外径、表面粗さに仕上げる方法が考えられるが、この
方法だとコストが高くなる。そこで、後加工を要するこ
となく仕上げる方法が望まれるが、そのためには弾性体
層12bの表面粗さ、導電層12cの膜厚、及び導電層12cを
形成するための塗料の粘度を最適に選択しなければなら
ない。

第11図乃至第13図にその代表的な導電層塗料の塗布方
法を示す。

第11図はスプレーによる塗布方法、第12図はディッピ
ングによる塗布方法、第13図はナイフエッジによる塗布
方法である。

それぞれの方法における塗料の粘度は スプレー法＜ディッピング法≦ナイフエッジ法 となり、前記導電層12c表面の平滑度（最大表面粗さ３
μｍ）を実現するために必要な塗料の膜厚Ｔ（μｍ）
は、弾性体層12bの最大表面粗さをRz（μｍ）とすれ
ば、スプレー法においてはＴ≧５×Rz、ディッピング法
及びナイフエッジ法においてはＴ≧３×Rzを満足すれば
可能となる。

この実施例では、導電層12cを形成するための塗料と
して、ポリウレタン樹脂中に導電性カーボン微粒子を分
散することにより10³Ω・cmの導電性を持つ導電性ポリ
ウレタン塗料を採用した。そして以下の工程により導電
性シリコンからなる弾性層12bの表面に導電性ポリウレ
タン塗料を塗布し、乾燥後、熱処理を行って導電層12c
を形成した。

まず導電性ポリウレタン塗料として日本ミラクトロン
（株）社製の商品名“スパレックスDH20Z313"を用い、
これにメチルエチルケトン（MEK）とテトラヒドロフラ
ン（THF）を1:1の割合で混合した希釈溶剤を等量添加す
る。“スパレックスDH20Z313"は熱可塑剤ポリウレタン
をベースにした溶液タイプの導電性ポリウレタン塗料で
ある。この希釈された塗料を十分に撹拌した後、溶剤で
洗浄した弾性体層12bの表面にディッピング法を用いて
塗布を行う。尚、このディッピング法における処理材の
引き上げ速度は5.5mm/secとした。この後、約30分間空
気中にて乾燥し、その後100℃で20分間熱処理を施し
た。この結果、層厚約80μｍの導電層12cが得られた。
導電層12cの層厚はディッピング法の引き上げ速度や、
溶剤の粘性を変化させることにより10μｍ〜300μｍの
範囲まで変更可能である。

以上の工程により、金属シャフト12aと導電層12cとの
間の抵抗値が５×10³Ω・cm、ゴム硬度がJIS規格K6301
のＡ型硬度計で36゜、表面粗さは上述の測定装置で測定
したところ３μmRzの現像ローラ12を得ることができ
た。

なお、上述の実施例では、ブレード16において断面が
半円状のチップ162を採用したが、現像ローラ12の表面
と接する面が曲面であればその他いかなる断面形状を持
つものであってもよい。また現像ローラ12は表面には、
絶縁層や抵抗層であっても問題はない。

さらに上述の実施例では現像ローラ12の支持体とし
て、金属シャフト12aを用いたが、現像バイアス電圧が
給電できれば、例えば導電性の樹脂シャフト等でもよ
く、また現像バイアス電圧を導電層12cまたは弾性層12b
に給電するタイプの現像ローラにおいては、支持体を導
電性にする必要もなく絶縁性の材料でもよい。

さらに、ブレード16は現像ローラ12の回転に対してア
ゲンストの位置で支持されているが、現像ローラ12の回
転に対してウィズの位置で支持するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、長期間の使用に
おいても現像ローラ表面の現像剤薄層の厚さの変化や画
質の劣化が生じることのない現像装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の現像装置の全体構成を
示す断面図、第２図は第１図の現像装置におけるブレー
ドを示す斜視図、第３図の第２図のブレードの正面図、
第４図はチップ及び現像ローラの表面粗さと画像の状態
との関係を示すグラフ、第５図は表面粗さを測定する装
置について説明するための図、第６図はチップ及び現像
ローラのゴム硬度と画像の状態との関係を示すグラフ、
第７図はチップを拡大して示す図、第８図及び第９図は
それぞれブレードのチップの摩耗幅が画像に与える影響
を確認するため実験結果を示すグラフ、第10図は現像ロ
ーラを示す斜視断面図、第11図乃至第13図はそれぞれ現
像ローラの導電層を形成する方法を説明するための図、
第14図は現像ローラとブレードとの圧接部の詳細を示す
側面図である。 10……現像装置、11……感光体ドラム、12……現像ロー
ラ、16……ブレード、161……薄板バネ、162……チッ
プ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電潜像保持体に対向して配置される現像
   ローラと、この現像ローラの表面に現像剤薄層を形成す
   る現像剤薄層形成手段とを具備し、前記現像ローラの表
   面に形成された現像剤薄層を前記静電潜像保持体に近接
   または接触させることによってこの静電潜像保持体に形
   成された静電潜像を可視像化する現像装置において、 前記現像剤薄層形成手段は、前記現像ローラの表面と現
   像剤薄層を挟んで圧接される圧接部を有し、この圧接部
   は前記現像ローラよりも硬度が大きく、かつ前記現像ロ
   ーラよりも表面粗さが小さいことを特徴とする現像装
   置。