JP3086324B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トナーを用いて画像を
形成する現像装置に関し、さらに詳しくは、トナー担持
体上に均一なトナー薄層を形成して現像を行う現像装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の現像装置は、特開平２−３７３７
８に開示されるように、トナー担持体の周面及び端部側
面に導電層を形成し、シャフトや端部側面から現像バイ
アス電圧の印加を可能にするものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、潜像担持体にピンホール等の欠陥が生じた場
合、導電層を通して過電流が流れるため、導電層に亀裂
を発生したり、電流が大きくなると導電層を焼損する恐
れがあり、現像装置の信頼性が低かった。

【０００４】本発明はかかる従来の問題点を解決するも
ので、その目的とするところは、柔軟な弾性体を用いて
ソフトな圧接現像を安定して行うことができる現像装置
を提供することにある。更に他の目的は、高解像で濃度
変動の少ない現像装置を提供することにある。更に他の
目的は、トナー担持体の回転に要するトルクを増大させ
ることなく、トナー担持体の端部におけるトナーのシー
ル性を向上し、非画像部へのトナーの付着の少ない現像
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の現像装置は、弾
性体からなるトナー担持体と、前記トナー担持体にトナ
ーを供給する供給部材と、前記トナー担持体上に薄層の
トナー層を形成する規制部材とを少なくとも有する現像
装置において、前記トナー担持体は、硬度６０度（ＪＩ
Ｓ Ａ）以下の弾性体で少なくとも内部を形成すると共
に、端部シール部材の当接面となる両端部を残して前記
弾性体の周囲に可撓性層を埋設して形成することを特徴
とする。

【０００６】また、本発明の現像装置は、弾性体が、導
電性のゴムまたはエラストマーまたはスポンジで形成さ
れることを特徴とする。

【０００７】さらに、本発明の現像装置は、可撓性層
が、導電層であることを特徴とする。さらにまた、本発
明の現像装置は、可撓性層が、磁性層であることを特徴
とする。

【０００８】

【作用】本発明の上記の構成によれば、硬度６０度（Ｊ
ＩＳ Ａ）以下の柔軟な弾性体の周面に可撓性層を形成
することにより、ソフトな圧接現像が可能になり、所定
の抵抗を有する導電性の発泡部材を用いて現像電極効果
を発現させ高解像な印字を安定して行うことができる。
また、柔軟な弾性体の周面に可撓性層を形成することに
より、トナー担持体と供給部材との安定な接触状態を維
持し、相互の接触抵抗が小さく、トルク変動が少なく、
振動の発生が少ないトナー供給状態を維持することがで
きる。従って、トナーの供給遅れや、トナーの供給量変
動が少なく、高解像で濃度むらのない画像を形成するこ
とができる。さらに、トナー担持体と規制部材との安定
な接触状態を維持し、相互の接触抵抗が小さく、トナー
担持体に要する駆動トルクが小さく、規制部材の振動も
小さく、安定なトナーの薄層を形成することができる。
従って、トナーの層厚むらが少なく、トナーの帯電むら
が小さい状態で静電潜像の現像を行うことができ、高解
像で濃度むらがなく地カブリの少ない画像を形成するこ
とができる。さらにまた、トナー担持体端部におけるト
ナーの流出を防止する端部シール部材とトナー担持体と
を十分に密着させて、トナー担持体の端部からのトナー
の流出を防止して、画像形成装置内へのトナー飛散を防
止すると共に、非画像部へのトナー付着を防止すること
ができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の具体的態様における現像装置
を用いた画像形成装置の断面概観図であって、潜像担持
体１は、導電性の支持部２の上に有機または無機の光導
電性材料からなる感光層３を形成したものである。この
感光層３に対してコロナ帯電器や帯電ローラー等の帯電
器４（図１では帯電ローラー）を用いて帯電を行った後
に、レーザーやＬＥＤ等の光源５から出た光を結像光学
系６を通して感光層３に画像に応じて選択的に光照射し
て電位コントラストを得て所望の静電潜像パターンを形
成する。一方、現像装置１１は像形成体であるトナー７
を搬送し現像するものであって、トナー７を搬送するト
ナー担持体１２は、金属や樹脂で形成されるシャフト１
３の外周に数十〜数百μｍ程度の発泡セルを有する発泡
部材１４を形成し、さらにその外周に数十〜数百μｍ程
度の膜厚を有する可撓性層１５を端部を残して形成した
ものである。トナー担持体１２の端部では、可撓性層１
５が被覆されずに発泡部材１４が露出している部分で端
部シール部材（図示せず）が周面に当接し、トナー担持
体１２の軸端方向へのトナーの流出を防止している。ト
ナー担持体１２に対して、非磁性または磁性の金属や樹
脂で形成されるブレード状または円筒状等の形状の規制
部材１６をバネやゴム等の弾性体を用いた加圧手段１７
により押圧して、規制部材１６の押圧力によるトナー担
持体１２の変形部でトナー７を所定の極性に帯電させる
と共にトナー層を１〜２層程度に薄層化し、トナー担持
体１２上にトナー７を直接保持し、トナー担持体１２を
回転させて薄層化した状態でトナー７を搬送するもので
ある。また、供給部材１８は、トナー担持体１２上のト
ナー層を剥離または均一化し、トナー担持体１２へトナ
ー７を供給するものであって、金属や樹脂で形成される
シャフト１９の外周に数十〜数百μｍ程度の発泡セルを
有する発泡部材２０を形成したものである。供給部材１
８は、トナー担持体１２及び供給部材１８の変形により
トナー担持体１２に対して数百μｍ程度の接触深さを持
つように配置され、トナー担持体１２と回転方向が同一
（供給部材１８とトナー担持体１２の接触部では反対方
向に移動）になるように回転駆動する。このような配置
及び駆動を供給部材１８に対して行うことにより、現像
後に生じるトナー７の消費の如何によるトナー担持体１
２上のトナー層の凹凸を機械的に除去し、この除去され
たトナーやトナー貯蔵容器から送られてくるトナーを新
たにトナー担持体１２に供給することができる。現像後
のトナーの落下を防止し、現像装置内部からのトナーの
流出を防止するため、現像装置１１には樹脂等のフィル
ムを用いたシール部材２１が配設される。トナー担持体
１２は潜像担持体１に所定の圧力で圧接されており、こ
の圧接部もしくは圧接部近傍において、潜像担持体１の
電位コントラスト及び潜像担持体１とトナー担持体１２
との間（または潜像担持体１と規制部材１６との間）に
印加される現像バイアス印加手段８により現像電界が形
成され、現像電界に応じて帯電したトナー７が現像され
る。このようにして、潜像担持体１の静電潜像パターン
を帯電したトナー７により顕像化する。さらに、コロナ
転写器や転写ローラー等の転写器９（図１では転写ロー
ラー）を用いて記録紙１０上にトナー７による像を転写
し、熱や圧力を用いてトナー７を記録紙１０に定着し所
望の画像を記録紙１０上に得ることができる。

【００１０】尚、図１において、潜像担持体１の感光層
３は、有機または無機の感光性材料が使用可能である。
また、トナー７は、磁性トナーでも非磁性トナーでも良
く、レジン系、ワックス系の何れのトナーも使用可能で
あり、現像剤の構成は一成分に限定されないが、一成分
系トナーを用いる場合は、体積平均粒子径が３〜１５μ
ｍの範囲が好ましい。さらに、図中の矢印は、各部材の
回転方向を示すが、潜像担持体とトナー担持体との周速
比は、１：１から１：５の範囲が好ましく、トナー担持
体と供給部材との周速比は、１：０．３から１：２の範
囲が好ましいが、本発明はこれらの図及び数値に限定さ
れるものではない。さらにまた、本発明の現像装置は、
圧接現像に用いるのが好ましいが、接触現像や非接触現
像でトナーの薄層形成を必要とする現像装置に用いても
良い。

【００１１】図１において、規制部材１６は、鉄鋼、ス
テンレス、黄銅、アルミ等の金属、或いは、シリコン、
ウレタン等の樹脂、或いはこれらの樹脂にカーボンブラ
ック等の導電性微粉末を分散した導電性樹脂等を用いる
と、トナーの帯電及び薄層化を行うことができる。ま
た、規制部材１６は、ステンレス、リン青銅等の薄肉金
属板バネを用いたものや、ウレタン樹脂、フッ素樹脂等
の板状薄肉樹脂板バネを用いたものでも、トナーの帯電
及び薄層化を行うことができる。

【００１２】また、図１において、供給部材１８は、シ
ャフトの外周にトナー担持体に用いるような発泡部材を
形成したものを用いても良いが、金属や樹脂等で形成さ
れる円筒状のものやファーブラシ等も使用可能である。

【００１３】図２は本発明の具体的態様における現像装
置に用いるトナー担持体の断面概要図であって、トナー
担持体は、金属や樹脂で形成されるシャフト１３の外周
に数十／数百μｍ程度の発砲セルを有する発砲部材１４
を形成し、さらにその外周に数十／数百μｍ程度の膜圧
を有する可撓性層１５を端部を残して形成したものであ
る。トナー担持体１２の端部では、可撓性層１５が数ｍ
ｍ程度の幅に渡って被覆されずに発砲部材１４を露出
し、端部シール部材（図示せず）の当接面とされる。ト
ナー担持体１２の端部まで可撓性層１５で覆ってしまっ
た場合には、端部シール部材が当接する端部において可
撓性層１５を押し付けるため、可撓性層１５は、中央部
が凸状に膨らむようになって軸方向に撓み、軸方向の直
線性と共に端部シール部材の密着性が不安定になる。し
かし、本発明では、端部シール部材が、可撓性層１５の
被覆されていないトナー担持体の周囲に当接するので、
可撓性層１５の軸方向の撓みをなくすと共に、発砲部材
１４と端部シール部材との密着性を高めることができ、
トナー担持体１２の軸端方向へのトナーの流出を防止す
ることができる。

【００１４】図２において、トナー担持体１２は、ゴム
硬度（ＪＩＳ Ａ）が６０度以下の柔軟な弾性体で内部
を形成されるが、１０ｇｆ／ｍｍ程度の低い現像圧力で
も、現像ニップ長を０．５ｍｍ以上取ることができ、ソ
フトな圧接現像を安定して行うことができる。トナー担
持体１２に用いる弾性材料としては、ポリウレタンフォ
ーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、
エラストマーフォーム、ゴムフォーム等の軟質フォーム
材料や、天然ゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、ブタ
ジエンゴム、クロロプレンゴム、ネオプレンゴム、ＮＢ
Ｒ等のゴム材料や、スチロール樹脂、塩化ビニル樹脂、
ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、メタクリル樹脂
等を含むエラストマー材料を用いることができる。但
し、発泡部材については、単泡、連泡の何れも使用する
ことができる。可撓性層１５は、単層でも多層でも良
く、導電性の可撓性層を用いると現像電極効果により高
解像な印字が可能であり、強磁性の可撓性層を用いると
磁性トナーの磁気力による搬送が可能であり、耐摩耗性
の可撓性層を用いると表面を保護して耐久性を向上する
ことが可能であり、帯電性の可撓性層を用いるとトナー
を急速に所定の帯電量に帯電させてトナーの帯電性を向
上させることが可能である。

【００１５】本発明の現像装置に用いるトナー担持体の
電気抵抗について次に述べる。本発明の現像装置では、
現像電極効果により高解像な印字を実現するために、少
なくともトナー担持体の表面に導電性を有することが望
ましい。また、トナー担持体と潜像担持体との圧接部で
形成される現像ニップ部は、約１ｍｍ程度で現像時間も
短いため、現像電流を流すのに十分小さな時定数が必要
であり、２０ＰＰＭ程度までの印字スピードを実現する
ためには、１０⁹ Ω以下の抵抗を有するトナー担持体が
望ましい。トナー担持体の抵抗測定法は、トナー担持体
の両端のシャフトにそれぞれ５００ｇｆの荷重をかけ
て、トナー担持体を導電板に押圧した状態で、トナー担
持体のシャフトと導電板との間に抵抗計を接続し抵抗を
測定するものである。このような測定法によれば、トナ
ー担持体と潜像担持体とのニップでの抵抗を推定するこ
とができる。従って、ベタ黒印字での現像電流である数
μＡ程度の現像電流を流すためには、１０⁹ Ω以下の抵
抗を有するトナー担持体が望ましい。但し、これ以上の
抵抗を有する高抵抗または絶縁性のトナー担持体におい
ても、トナー担持体の除電機構を付加することにより、
印字を継続することができるので、抵抗はこれに限定さ
れない。

【００１６】以下、更に詳細な実施例を示す。

【００１７】〔実施例１〕下記の〜に示すようなト
ナー担持体と供給部材と規制部材とを用いて図１に示さ
れるような現像装置及び画像形成装置を構成し、体積平
均粒子径が９μｍの一成分非磁性トナーを用いて画像形
成を行った。

【００１８】トナー担持体 発泡セル径が平均で約２０μｍの単泡の導電化したポリ
ウレタンフォームをステンレス製のシャフトの周りに形
成し、この外周に端部を残して熱収縮性を有する導電性
ウレタンチューブを用いた肉厚約１００μｍの可撓性層
を熱及び接着剤により被覆埋設し、ゴム硬度（ＪＩＳ
Ａ）が３５度、外径２０ｍｍ、フォーム肉厚が６ｍｍ、
抵抗が１０⁶ Ωとしたトナー担持体を用いた。

【００１９】供給部材 発泡セル径が平均で約２００μｍの連泡のポリウレタン
フォームをステンレス製のシャフトの周りに形成し、ゴ
ム硬度（ＪＩＳ Ａ）が３０度、外径１２．５ｍｍ、フ
ォーム肉厚が３．２５ｍｍとした供給部材を用い、トナ
ー担持体と供給部材との間の中心間距離を１６ｍｍにし
てトナー担持体に圧接した。

【００２０】規制部材 ステンレス製の肉厚３ｍｍの板材の先端に面取りを施
し、先端部をトナー担持体に５ｇｆ／ｍｍで圧接した。

【００２１】このような構成の現像装置を用いて、３０
０ＤＰＩのグレースケール画像及びライン画像及びソリ
ッド画像及び文字画像を含む印字パターンを５０００枚
にわたり連続形成したところ、３００ＤＰＩのドット画
像及びライン画像が画像太りすることなく安定して形成
され、面積階調性に優れた高解像な画像を形成すること
ができた。また、地カブリの無い鮮明な文字画像を形成
し、ＯＤ値１．４以上で濃度むらが無く高濃度なソリッ
ド画像を安定して形成することができた。さらに、トナ
ー担持体等の駆動トルクは幾分増加したが、回転速度変
動は観測されず、画像のジッタ及び地カブリの少ない画
像を連続形成できた。さらにまた、トナー担持体の端部
からのトナーの漏れは観測されず、非画像部へのトナー
の付着は観測されなかった。

【００２２】〔実施例２〕下記の〜に示すようなト
ナー担持体と供給部材と規制部材とを用いて図１に示さ
れるような現像装置及び画像形成装置を構成し、体積平
均粒子径が９μｍの一成分磁性トナーを用いて画像形成
を行った。

【００２３】トナー担持体 表面にソリッド表層部を有し、発泡セル径が中心部で約
２００μｍの連泡の導電化したシリコンゴムフォームを
ステンレス製のシャフトの周りに形成し、両端部のみ残
してソリッド表層部の中央部を約５０μｍの深さで研磨
加工し、研磨加工した部分の外周に導電性粉末としての
カーボンブラック及び磁性粉末としてのバリウムフェラ
イトを分散した磁性塗料を肉厚約４０μｍで塗布し、４
０μｍの磁化反転ピッチで微小ピッチ着磁し、ゴム硬度
（ＪＩＳ Ａ）が３５度、外径２０ｍｍ、フォーム肉厚
が５．５ｍｍ、抵抗が１０³ Ωとしたトナー担持体を用
いた。

【００２４】供給部材 発泡セル径が平均で約２００μｍの連泡のポリウレタン
フォームをステンレス製のシャフトの周りに形成し、ゴ
ム硬度（ＪＩＳ Ａ）が３０度、外径１２．２ｍｍ、フ
ォーム肉厚が３．１ｍｍとした供給部材を用い、トナー
担持体と供給部材との間の中心間距離を１６ｍｍにして
トナー担持体に圧接した。

【００２５】規制部材 ポリウレタン樹脂を射出成形して、先端に曲面を有する
肉厚４ｍｍの板状に成形した規制部材を用い、先端部を
トナー担持体に５ｇｆ／ｍｍで圧接した。

【００２６】このような構成の現像装置を用いて、３０
０ＤＰＩのグレースケール画像及びライン画像及びソリ
ッド画像及び文字画像を含む印字パターンを５０００枚
にわたり連続形成したところ、３００ＤＰＩのドット画
像及びライン画像が画像太りすることなく安定して形成
され、面積階調性に優れた高解像な画像を形成すること
ができた。また、地カブリの無い鮮明な文字画像を形成
し、ＯＤ値１．４以上で濃度むらが無く高濃度なソリッ
ド画像を安定して形成することができた。さらに、トナ
ー担持体等の駆動トルクは幾分増加したが、回転速度変
動は観測されず、画像のジッタ及び地カブリの少ない画
像を連続形成できた。さらにまた、トナー担持体の端部
からのトナーの漏れは観測されず、非画像部へのトナー
の付着は観測されなかった。さらにまた、供給部材をト
ナー担持体に対して小さい周速比で回転させても、十分
なトナー供給を継続することができた。

【００２７】〔実施例３〕下記の〜に示すようなト
ナー担持体と供給部材と規制部材とを用いて図１に示さ
れるような現像装置及び画像形成装置を構成し、体積平
均粒子径が９μｍの一成分非磁性トナーを用いて画像形
成を行った。

【００２８】トナー担持体 導電化したウレタンゴムをステンレス製のシャフトの周
りに一体成形し、両端部のみ残して中央部を約１０μｍ
の深さで研磨加工し、研磨加工した部分の外周にこの外
周に金属微粉末を主成分とする導電性ウレタン塗料を肉
厚約１０μｍでディップ塗工して、表面粗さがＲｚで５
μｍ、ゴム硬度（ＪＩＳ Ａ）が５０度、外径２０ｍ
ｍ、ゴム肉厚が６ｍｍ、図４の抵抗測定法による抵抗が
１０⁷ Ωとしたトナー担持体を用いた。

【００２９】供給部材 発泡セル径が平均で約２００μｍの連泡のポリウレタン
フォームをステンレス製のシャフトの周りに形成し、ゴ
ム硬度（ＪＩＳ Ａ）が３０度、外径１２．５ｍｍ、フ
ォーム肉厚が３．２５ｍｍとした供給部材を用い、トナ
ー担持体と供給部材との間の中心間距離を１６ｍｍにし
てトナー担持体に圧接した。

【００３０】規制部材 ステンレス製の肉厚０．１ｍｍの板バネ材の先端をＬ字
状に曲げを施し、先端部近傍をトナー担持体に５ｇｆ／
ｍｍで圧接した。

【００３１】このような構成の現像装置を用いて、３０
０ＤＰＩのグレースケール画像及びライン画像及びソリ
ッド画像及び文字画像を含む印字パターンを５０００枚
にわたり連続形成したところ、３００ＤＰＩのドット画
像及びライン画像が画像太りすることなく安定して形成
され、面積階調性に優れた高解像な画像を形成すること
ができた。また、地カブリの無い鮮明な文字画像を形成
し、ＯＤ値１．４以上で濃度むらが無く高濃度なソリッ
ド画像を安定して形成することができた。さらに、トナ
ー担持体等の駆動トルクは幾分増加したが、回転速度変
動は観測されず、画像のジッタ及び地カブリの少ない画
像を連続形成できた。さらにまた、トナー担持体の端部
からのトナーの漏れは観測されず、非画像部へのトナー
の付着は観測されなかった。

【００３２】〔比較例１〕実施例１に対して、トナー担
持体を下記のに示すような構成に変更して、下記〜
のトナー担持体と供給部材と規制部材とを用いて図１
に示されるような現像装置及び画像形成装置を構成し、
体積平均粒子径が９μｍの一成分非磁性トナーを用いて
画像形成を行った。

【００３３】トナー担持体 発泡セル径が平均で約２０μｍの単泡で絶縁性のポリウ
レタンフォームをステンレス製のシャフトの周りに形成
し、これを導電性塗料中に浸積してポリウレタンフォー
ムの外周面及び両端面に肉厚約１０μｍの可撓性層を被
覆し、ゴム硬度（ＪＩＳ Ａ）が３５度、外径２０ｍ
ｍ、フォーム肉厚が６ｍｍ、抵抗が１０⁶Ωとしたトナ
ー担持体を用いた。

【００３４】供給部材 発泡セル径が平均で約２００μｍの連泡のポリウレタン
フォームをステンレス製のシャフトの周りに形成し、ゴ
ム硬度（ＪＩＳ Ａ）が３０度、外径１２．５ｍｍ、フ
ォーム肉厚が３．２５ｍｍとした供給部材を用い、トナ
ー担持体と供給部材との間の中心間距離を１６ｍｍにし
てトナー担持体に圧接した。

【００３５】規制部材 ステンレス製の肉厚３ｍｍの板材の先端に面取りを施
し、先端部をトナー担持体に５ｇｆ／ｍｍで圧接した。

【００３６】このような構成の現像装置を用いて、３０
０ＤＰＩのグレースケール画像及びライン画像及びソリ
ッド画像及び文字画像を含む印字パターンを数十枚にわ
たり連続形成したが、トナー担持体等の駆動トルクが徐
々に増加し、トナー担持体の端部からのトナーの漏れに
よる非画像部へのトナーの付着が発生した。更に印字を
重ねたところ、現像装置からトナーがこぼれてきた。

【００３７】以上、実施例を述べたが、本発明は以上の
実施例のみならず、広く電子写真等の現像装置に応用す
ることができ、特にプリンターや複写機やファクシミリ
やディスプレーに応用すれば有効である。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、トナ
ー担持体は、硬度６０度（ＪＩＳ Ａ）以下の弾性体で
少なくとも内部を形成すると共に、端部シール部材の当
接面となる両端部を残して弾性体の周囲に可撓性層を埋
設して形成するので、安定なトナーの薄層を形成して柔
軟な弾性体によりソフトな圧接現像を安定して行うこと
ができ、高解像で濃度変動の少ない画像を形成できる。
しかも、トナー担持体の端部におけるトナーのシール性
を向上し、非画像部へのトナーの付着の少ない現像装置
を提供することができる。さらに、単純形状のローラー
と板状部材で現像装置主要部品が構成され、小型で安価
な耐久性に優れた現像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の具体的態様における現像装置を用い
た画像形成装置の断面概観図である。

【図２】 本発明の他の具体的態様における現像装置に
用いるトナー担持体の断面概観図断面概観図である。

【符号の説明】

１ 潜像担持体 ７ トナー １１ 現像装置 １２ トナー担持体 １４ 発泡部材 １５ 可撓性層 １６ 規制部材 １８ 供給部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性体からなるトナー担持体と、前記ト
   ナー担持体にトナーを供給する供給部材と、前記トナー
   担持体上に薄層のトナー層を形成する規制部材とを少な
   くとも有する現像装置において、 前記トナー担持体は、硬度６０度（ＪＩＳ Ａ）以下の
   弾性体で少なくとも内部を形成すると共に、端部シール
   部材の当接面となる両端部を残して前記弾性体の周囲に
   可撓性層を埋設して形成することを特徴とする現像装
   置。
2. 【請求項２】 前記弾性体は、導電性のゴムまたはエラ
   ストマーまたはスポンジで形成することを特徴とする請
   求項１記載の現像装置。
3. 【請求項３】 前記可撓性層は、導電層であることを特
   徴とする請求項１記載の現像装置。
4. 【請求項４】 前記可撓性層は、磁性層であることを特
   徴とする請求項１記載の現像装置。