JP4006114B2 - 現像装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置および静電記録装置等の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置においては、像担持体に静電潜像を形成し、これを現像してトナー像として可視化し、そのトナー像を転写材上に転写して画像を得ている。
【0003】
上記の現像方法としては、一般に、磁性トナーのみからなる一成分現像剤を用いた一成分現像法と、磁性粒子(磁性キャリア)と非磁性トナーからなる二成分現像剤を用いた二成分現像法とがあるが、一成分現像法の方が、現像装置の構成が簡単であり、メンテナンスが容易である等のメリットがあるため、その現像装置が種々提案され、また実用化されている。
【0004】
ところで、特開昭58−116559で示されるような、非磁性トナーのみからなる非磁性一成分現像剤による現像法も提案されており、近年の画像のカラー化に対応すべく、高品質なカラー画像を得ることが可能な上、低コストでかつ小型の現像装置が実用化されている。
【0005】
非磁性一成分現像装置の一例を図に示す。図に示すように、現像装置は、非磁性一成分現像剤の非磁性トナーを収容した現像容器3に、現像剤担持体として矢印方向に回転される現像スリーブ1を設置し、この現像スリーブ1に、現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ14、および現像剤規制部材としての規制ブレード13を当接設置している。
【0006】
トナー供給ローラ14は、SUS等の芯金14aの外周面上にウレタンフォーム等の弾性部材14bを被覆して形成されており、現像スリーブ1と摺擦しながら回転して、現像容器3内に収容されている非磁性トナーを現像スリーブ1の表面に供給するとともに、感光ドラムと対向した現像部での現像に寄与せず、現像スリーブ1の回転にともない現像容器3内に戻された非磁性トナーを現像スリーブ1の表面から掻き落とす作用を有する。
【0007】
規制ブレード13は、リン青銅等からなる支持部材13aの現像スリーブ1との対向面側に、ウレタンゴム等の弾性部材13bが接着により設けられており、弾性部材13bで現像スリーブ1の表面に接触して、現像スリーブ1上に担持されたトナーを規制してトナーの薄層に形成するとともに、トナーに摩擦帯電電荷を付与している。
【0008】
現像装置は、以上の構成により、現像スリーブ1上に帯電した非磁性トナーの薄層を良好に形成して、感光ドラムの表面に形成された静電潜像の現像に供給することができ、潜像の良好な現像が可能となった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の非磁性一成分現像装置では、トナーへの電荷付与が主に規制ブレード13によるトナー層厚規制時に行われており、トナーが規制ブレード13を通過する際の接触摩擦により帯電がなされる。また供給ローラ14を現像スリーブ1に当接して、トナーを摺擦して現像スリーブ1に供給しまた現像スリーブ1上のトナーを回収している。
【0010】
このようなことから、非磁性一成分現像装置では、現像容器3内でトナーに極めて大きな機械的負荷がかかり、トナーのダメージは他の現像法に比べて非常に大きい。
【0011】
さらに、トナー供給ローラ14の配置位置や回転方向によっては、現像に寄与しなかったトナーを完全に回収することができないことがあり、現像スリーブ1上にトナーが残留することがあった。現像スリーブ1上に残留したトナーは、再度規制ブレード13を通過して現像領域に搬送されることになるが、このような再搬送が繰り返し行われると、トナーの帯電量や流動性を制御している外添剤等が、その都度受ける機械的な軋轢や熱の蓄積によりトナー内部に埋め込まれ、トナーが劣化して所望の帯電特性や流動性を得られなくなる。
【0012】
このような劣化トナーは、画像形成プロセス中に多くの問題を引き起こす。たとえば劣化トナーが現像に使用された場合、適正な現像特性が得られないことにより現像不良が発生したり、転写時に画像の中抜け等を引き起こす場合がある。さらには現像スリーブ1への新たなトナーの供給が阻害されて、現像スリーブ1上へのトナーの塗布量が低下し、濃度不良を引き起こしたりする。また劣化トナーが規制ブレード13の現像スリーブ1とのニップ部や現像スリーブ1の表面に融着すると、現像スリーブ1上にスジ等のトナーコート不良を発生させるとともに、現像スリーブ1に新たに供給されるトナーへの電荷付与を阻害する。これにより、未帯電トナーを現像領域に送り込むことになり、カブリ、ムラ等の画像不良を生じさせることがある。
【0013】
また非磁性一成分現像装置では、トナーにかかる負担が大きいだけでなく、現像装置自体にかかる負荷も大きい。たとえばトナー供給ローラ14であるが、上記のようにスポンジ系のローラに構成されている場合、現像スリーブ1に対する摺擦が長時間に及ぶと、トナー供給ローラ14自身の摩耗、損傷、トナーの目詰まり等が発生し、良好なトナーの供給、回収が行えなくなる。
【0014】
このように非磁性一成分現像装置は、簡易な構成でありながら良好な現像画像を得ることが可能である一方、トナーおよび装置にかかる負荷が大きく、磁性一成分現像装置や2成分現像装置に比べて、長期的な安定性が乏しい。従って、トナーがなくなったら現像装置を丸ごと交換するカートリッジタイプの現像装置で主に利用されており、トナーを補給していくタイプの現像装置にはあまり採用されていない。
【0015】
本発明の目的は、電荷付与および現像スリーブへの供給の際のトナーへの負荷を顕著に低減して、低ストレスコートを実現できるとともに、反転トナーや未帯電トナーを含まないトナーのコートができ、トナー補給タイプとしても長期間にわたり使用可能な非磁性一成分現像装置を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にかかる現像装置にて達成される。要約すれば、本発明は、非磁性一成分現像剤を収容した現像容器と、前記現像容器の開口部に像担持体と対向して回転自在に配置され、供給された現像剤を担持して像担持体と対向した現像部へ搬送する現像剤担持体と、前記現像部よりも現像剤担持体の回転方向上流側に現像剤担持体に非接触でかつ回転自在に配置され、現像剤を担持して現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体と現像剤供給部材との対向部よりも現像剤供給部材の回転方向上流側に、その一端を現像剤供給部材に接触して配置された現像剤流路制御部材と、前記現像剤流路制御部材との対向部よりも現像剤担持体の回転方向下流でかつ前記現像部よりも現像剤担持体の回転方向上流側に、現像剤担持体と接触して配置された現像剤規制部材と、前記現像部よりも現像剤担持体の回転方向下流側に現像剤担持体と非接触に配置された現像剤回収部材と、前記現像剤供給部材から前記現像剤担持体へ現像剤を供給する電界を形成するために、前記現像剤担持体および現像剤供給部材のそれぞれに電圧を印加するそれぞれの電源とを有し、前記現像剤供給部材が繊維を植毛したブラシローラからなり、前記繊維少なくとも導電性繊維と絶縁性繊維とを混毛してなり、前記絶縁性繊維は前記現像剤に対して前記現像剤の帯電極性の摩擦帯電電荷を付与することを特徴とする現像装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【0018】
実施例1
図1は、本発明の現像装置の一実施例を示す断面図である。
【0019】
図1に示すように、本実施例の現像装置は、一成分現像剤の非磁性トナーを収容した現像容器3を有し、現像容器3の感光ドラム11と対面した開口部に、現像剤担持体として感光ドラム11と所定間隙を開けた現像スリーブ1を備え、現像スリーブ1は矢印方向に回転する。現像スリーブ1には、電源2より直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスが印加されるようになっている。
【0020】
この現像スリーブ1に対し、トナー供給ブラシ4、トナー流路制御部材5およびトナー規制部材(弾性ブレード)7が設置され、さらに、現像容器3の開口部から見て現像スリーブ1の奥側にトナー回収ローラ8が、その下方に撹拌部材10が設置されている。トナー回収ローラ8にはスクレーパ9が当接されている。
【0021】
トナー供給ブラシ4は、現像容器3に収容した非磁性トナーを現像スリーブ1に供給するためのもので、現像スリーブ1の略下部に、これと約100μm〜1mmの距離をあけて配置され、現像スリーブ1の回転方向と同方向(現像スリーブ1との最近接部で逆方向に移動する向き)に回転可能に配設されている。トナー供給ブラシ4の芯金4aにはバイアスを印加する電源6が接続され、現像バイアスに直流電圧Vfを重畳した所望の電圧が印加される。
【0022】
本発明によれば、トナー供給ブラシ4は、図2(a)、(b)に示すように、体積抵抗102 〜108 Ωcmの低抵抗の導電性繊維12aと、体積抵抗108 〜1015 Ωcmの高抵抗の絶縁性繊維12bの2種類を混毛したブラシ部材12を、SUS等の芯金4aに巻き付けたファーブラシ(ブラシローラ)からなっている。
【0023】
本実施例では、非磁性トナーとして負極性帯電のものを使用するので、絶縁性繊維12bには、正極性の帯電性を持つものが好ましく、ナイロン繊維(ただし、体積抵抗108 〜1015Ωcmのもの)を使用した。しかし、絶縁性繊維12bはこれに限られるものではなく、絶縁性を有する種々の繊維からトナーの特性に応じて適宜選択すればよく、本実施例の場合はレーヨン等の繊維でも可能である。
【0024】
導電性繊維12aは、上記の抵抗範囲102 〜108 Ωcmを満たすことが第1の条件であるが、導電性繊維の多くは、絶縁性繊維の紡糸前の原液の段階でカーボン等の導電剤を分散しておいて、原液を繊維に紡糸して製造する場合が多く、導電性繊維12aは、図3に示すように、絶縁性繊維の単繊維(モノフィラメント)は、絶縁部16中に導電部17が分散されて構成されている。
【0025】
導電剤の分散方法は繊維メーカーによって様々であるが、単繊維の絶縁部16の表面全てを導電部17が覆っているとは限らず、従って、単繊維表面の導電部17がない露出部とトナーが接触することがあることを考慮すると、絶縁性繊維素材として、トナーに対し正帯電特性のものを使用する方が好ましい。本実施例では、導電性繊維12に使用する絶縁性繊維素材としてナイロンを使用した。
【0026】
本実施例では、導電性繊維12aおよび絶縁性繊維12bとも、後述するように、トナーをクラウド化するために弾力を有していることが必要で、そのために両者とも、繊度(太さ)を1〜10デニール/フィラメント程度とし、それらを混毛した状態で、1万本〜20万本/インチ2 の植密度を持ち、かつパイル長1〜10mmとなるように設定した。
【0027】
トナー流路制御部材5は、トナー供給ブラシ4に担持されたトナーをクラウド化するとともに、現像スリーブ1の方向へ弾き出すためのもので、現像スリーブ1の下方の現像容器3の部分に、トナー供給ブラシ4に接触するように設けられている。本実施例では、トナー流路制御部材5として、SUSもしくはリン青銅等の厚さ100μm〜1mmの金属製薄板を用いた。
【0028】
このトナー流路制御部材5は、図のように、ストレート形状に限るものではなく、トナーをクラウド化する方向によっては形状を変えることもできる。またトナー供給ブラシ4の接触面に介在するトナーへの帯電付与を考慮して、トナー流路制御部材5のブラシ4との接触面に、トナーに対する帯電付与能の高い樹脂の層を設けてもよい。このようにすれば、トナーへの帯電付与が安定することになる。
【0029】
トナー規制部材7は、現像スリーブ1上に塗布されたトナーの層厚を規制するためのもので、トナー流路制御部材5に設けられ、現像スリーブ1に弾性的に当接している。本実施例では、トナー規制部材7を、JISA硬度50゜〜70゜のウレタン系ゴム、シリコーン系ゴム等のゴム弾性体で形成し、現像スリーブ1に5〜50g/cmの線圧で当接して、トナー層を規制するようにしてる。
【0030】
トナー回収ローラ8は、現像スリーブ1上の現像に寄与しなかった現像残りのトナーを、現像スリーブ1から電気的に剥ぎ取って担持することにより、現像容器3内に回収して再度現像行程に戻すためのもので、現像スリーブ1と約100μm〜1mmの間隔を置いて配置され、現像スリーブ1の回転方向と逆方向(最近接部で同方向)に回転される。
【0031】
本実施例では、トナー回収ローラ8として表面を鏡面とした金属円筒を用い、電気的には接地する構成をとったが、現像スリーブ1から剥ぎ取ったトナーに対する離型性を考慮して、この回収ローラ8の表面には、テフロン等のフッ素系樹脂の層を2μmから50μm程度の厚さで設けることができる。このような樹脂層の付加は、現像スリーブ1への電気的リーク防止の役割を果たす作用があり好ましい。回収ローラ8にはトナーの離型性に応じて、所定の電圧を印加することもできる。
【0032】
スクレーパ9は、現像スリーブ1から剥ぎ取って回収ローラ8に担持した現像残りのトナーを、回収ローラ8の表面から掻き取るためのもので、掻き取られたトナーが撹拌部材10上に落下するように、回収ローラ8の下部の面に当接されている。
【0033】
撹拌部材10は回転することにより、現像容器3内に収容された非磁性トナーを撹拌しながら、トナー供給ブラシ4に供給するためのものである。
【0034】
本実施例で使用した非磁性トナーは、熱可塑性樹脂に着色剤を混合、分散し、粉砕化した、重量平均粒径5μm以上のものを用いており、熱可塑性樹脂には負の帯電特性を持つポリスチレン、ポリエステル系の樹脂を使用した。さらに、この非磁性トナー中には、負の荷電制御剤を含有させた。
【0035】
現像法は、イメージ露光−反転現像方式としており、図示しない帯電手段により感光ドラム11の表面を負極性に帯電し、図示しない露光手段によりイメージ露光をして静電潜像を形成し、電源2により現像スリーブ1に、現像バイアスとして負極性DC電圧とAC電圧を重畳した電圧を印加して、負極性の非磁性トナーを潜像(露光部)に付着する、つまり反転現像する方式である。
【0036】
また感光ドラム11にはOPC感光体を用いた。現像スリーブ1には、PMMAとジメチルアミノエチルメタクリレートを9:1で混合した樹脂を表面にコーとしたコートスリーブを用いた。
【0037】
現像容器3内に収容された非磁性トナーは、撹拌部材10により撹拌されながらトナー供給ブラシ4に搬送され、ブラシ4の繊維と接触することにより、負に帯電される。そしてトナーは、トナー供給ブラシ4の繊維間および繊維表面に鏡映力等によって付着して担持され、ブラシ4の回転にともないトナー流路制御部材5方向に搬送される。トナー流路制御部材5との接触部まで搬送されたトナーは、制御部材5と接触することにより安定して電荷が付与されるとともに、図4に示すように、制御部材5を通過した後、繊維の弾性力によりブラシ4の回転方向に矢印Aのように弾き出され、クラウド状となってブラシ4と現像スリーブ1との間の空間に飛翔する。
【0038】
なお、このようにトナー供給ブラシ4を流路制御部材5に接触させてブラシ繊維中のトナーを弾き出すようにすると、未帯電トナー等もブラシ繊維間から弾き出して残留することを防げるので、未帯電トナー等によるブラシ繊維の目詰まりも防止できるメリットがある。
【0039】
上記の飛翔したクラウド状のトナーに対し、トナー供給ブラシ4と現像スリーブ1の間には、電源2から現像スリーブ1に印加された現像バイアスと、電源6からブラシ4に印加されたバイアスとにより、負に帯電したトナーを現像スリーブ1方向に引き寄せる電界ベクトルBが形成されている。従って、飛翔したトナーのうち十分に帯電しているトナーのみが、この電界によって電気的に現像スリーブ1に引き寄せられて担持される。
【0040】
たとえば図5に示すように、現像バイアスのDC分をVdc=−350Vに設定した場合、電源6により現像バイアスにΔV=−750V程度のDC電圧を重畳したバイアスをトナー供給ブラシ4に印加するように設定しておくと、トナーの帯電は負であるので、飛翔したトナーがDC電圧の差分(−750V)による電界の作用により、ブラシ4から現像スリーブ1へと引き寄せられるようになる。
【0041】
このようにして現像スリーブ1上に供給されたトナーは、その表面に鏡映力により担持され、現像スリーブ1の回転にともないトナー規制部材7まで搬送され、この弾性部材製のトナー規制部材7により薄層化およびさらなる摩擦帯電電荷の付与が行われ、より均一な帯電量分布を持った薄く緻密なトナー層に形成される。
【0042】
本発明では、このように、帯電したトナーをクラウド化して、電界により非接触でトナーを現像スリーブ1上に供給するので、トナーへの機械的ストレスを著しく低減させることができる上、十分に帯電したトナーのみを現像スリーブ1上に供給してコートするので、帯電量分布が非常にシャープで偏りが少ないトナーコート層を得ることができる。従って、高品位な画像を安定して得ることができる現像が可能になる。
【0043】
トナー規制部材7を通過したトナーは、感光ドラム11との対向部において、感光ドラム1上の静電潜像に応じて転移して現像し、得られたトナー像は、感光ドラム1の回転にともない図示しない転写部に搬送され、そこで紙等の転写材上に転写される。
【0044】
一方、現像に寄与せずに、現像スリーブ1上に担持されたまま現像容器3内に戻されたトナーは、回収ローラ8と現像スリーブ1との最近接部で形成される電界により現像スリーブ1から静電的に剥ぎ取られ、回収ローラ8の表面に担持、回収される。担持されたトナーは、回収ローラ8の回転とともに、これに接するように配置されたスクレーパー9により掻き落とされ、再度現像行程に戻される。
【0045】
このように、現像剤回収部材として回転する円筒状のローラ8を用いることにより、フレッシュな電極面が常に現像スリーブ1の表面と対向することとなり、常時安定した電界が現像スリーブ1とローラ8間に形成されるため、現像スリーブ1からのトナーの回収効率は高いものになる。
【0046】
また、現像残りのトナーは、現像スリーブ1の1回転ごとにスクレーパ9により確実に掻き落とされるため、従来、現像時に発生していた感光ドラム11との連続的摺擦による熱の蓄積が抑えられ、急激なトナー劣化を防止できる。
【0047】
実施例2
トナー供給ブラシ4を構成する繊維は、実施例1に示したものに限られず、たとえばトナーに正帯電のものを用いた場合、ブラシ4の絶縁性繊維12bおよび導電性繊維12aは、トナーの帯電極性に対し負の帯電極性を有する材質であることが望まれる。
【0048】
すなわち、熱可塑性樹脂として正の荷電制御剤を含んだスチレン−アクリル系樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等を使用したトナーを用いる場合、トナー供給ブラシ4の絶縁性繊維12bには、ポリエチレンやポリプロピレン等の繊維を使用し、また導電性繊維12aの基礎構成部材である絶縁性繊維16にも、同様なポリエチレンやポリプロピレン等の繊維を使用する。
【0049】
もちろん、絶縁性繊維12bと導電性繊維12aの基礎となる絶縁性繊維は、同材質である他、異なる材質にもすることができる。たとえば、絶縁性繊維12bには帯電付与能が高いポリエチレン系の繊維を使用し、導電性繊維12aにはカーボン等を分散させたポリプロピレン系の繊維を用いるなどである。
【0050】
本実施例では、トナー供給ブラシ4にこのような繊維構成をとることにより、正極帯電性のトナーを用いても、トナー供給ブラシ4でトナーへの安定した電荷付与が可能となり、その結果、現像スリーブ1へのトナーの供給も良好なものとなる。
【0051】
上記実施例1、2によれば、非磁性1成分現像装置の現像容器内に現像スリーブに対し、現像剤供給部材として繊維を植毛したブラシローラからなるトナー供給ブラシを非接触に配置し、トナー供給ブラシの繊維内に一成分現像剤の非磁性トナーを取り込ませて現像スリーブへ向けて搬送し、そのブラシ繊維が現像剤流路制御部材と接触して弾かれるときの弾性力により、ブラシ繊維からトナーを機械的に弾き出してトナーをクラウド化し、トナー供給ブラシと現像スリーブとの空間に飛翔させる。その際、トナー供給ブラシの繊維を導電性繊維と絶縁性繊維の少なくとも2種の繊維を混毛して構成しておき、絶縁性繊維により非磁性トナーへの摩擦帯電電荷の付与を行い、また現像スリーブと供給ブラシとの間に印加した電圧で、導電性繊維により現像スリーブとの間に電界を形成して、トナーの現像スリーブへの飛翔による非接触な供給を行う。従って、現像スリーブへの反転トナーや未帯電トナーを含まないトナーのコートができ、カブリ等のない高品位な画像を長期にわたって安定に得ることができ、またトナーにかかる負荷を顕著に低減して、トナーの寿命を格段に延ばすことも可能となる。さらには非磁性1成分現像装置をトナー補給タイプとしても長期間にわたり使用可能である。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、現像剤担持体に非接触の現像剤供給部材から現像剤担持体へ現像剤を供給する電界を形成するために、現像剤への機械的ストレスを低減させることができる上、現像剤供給部材の繊維が少なくとも導電性繊維と絶縁性繊維とを混毛してなり、絶縁性繊維は現像剤に対して現像剤の帯電極性の摩擦帯電電荷を付与することにより、十分に帯電された現像剤を現像剤担持体へ飛翔させることができる。即ち、現像剤を現像剤担持体へ供給するにあたって、絶縁性繊維は現像剤に対して現像剤の帯電極性の摩擦帯電電荷を付与することにより、反転現像剤などを含まない適正な帯電が行なわれた現像剤のみが現像剤担持体へ飛翔され、現像剤担持体上の現像剤の帯電量分布をシャープにすることができる。従って、本発明によれば、カブリ等のない高品位な画像を長期にわたって安定に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の現像装置の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1の現像装置に設置したトナー供給ブラシおよびその繊維を示す図である。
【図3】図2のブラシ繊維の一方を構成する導電性繊維を示す断面図である。
【図4】図1の現像装置におけるトナー供給法を示す説明図である。
【図5】図4のトナー供給時のバイアスを示す説明図である。
【図6】従来の現像装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 現像スリーブ
2 現像バイアス電源
3 現像容器
4 トナー供給ブラシ
5 トナー流路制御部材
6 トナー供給ブラシ用電源
7 トナー規制ブレード
8 トナー回収ローラ
9 スクレーパ
11 感光ドラム

Claims (1)

  1. 非磁性一成分現像剤を収容した現像容器と、前記現像容器の開口部に像担持体と対向して回転自在に配置され、供給された現像剤を担持して像担持体と対向した現像部へ搬送する現像剤担持体と、前記現像部よりも現像剤担持体の回転方向上流側に現像剤担持体に非接触でかつ回転自在に配置され、現像剤を担持して現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体と現像剤供給部材との対向部よりも現像剤供給部材の回転方向上流側に、その一端を現像剤供給部材に接触して配置された現像剤流路制御部材と、前記現像剤流路制御部材との対向部よりも現像剤担持体の回転方向下流でかつ前記現像部よりも現像剤担持体の回転方向上流側に、現像剤担持体と接触して配置された現像剤規制部材と、前記現像部よりも現像剤担持体の回転方向下流側に現像剤担持体と非接触に配置された現像剤回収部材と、前記現像剤供給部材から前記現像剤担持体へ現像剤を供給する電界を形成するために、前記現像剤担持体および現像剤供給部材のそれぞれに電圧を印加するそれぞれの電源とを有し、前記現像剤供給部材が繊維を植毛したブラシローラからなり、前記繊維少なくとも導電性繊維と絶縁性繊維とを混毛してなり、前記絶縁性繊維は前記現像剤に対して前記現像剤の帯電極性の摩擦帯電電荷を付与することを特徴とする現像装置。
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