JP4141066B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１成分または２成分系現像剤を供給してトナー担持体である現像ローラ上にトナー薄層を形成した後、潜像の現像を行うプリンタ、ファックス、複写機等の画像形成装置に関する。
【０００２】
＜特開昭５６−４０８６２号公報＞
２成分系統現像剤を供給して現像ローラにトナーを担持させ、離間した感光体間に振動電界を形成して現像を行うシステムで、現像ローラと感光体とが離間している非接触現像方式である。
【０００３】
＜特開昭５６−４０８６２号公報＞
２成分系統現像剤を供給して現像ローラにトナーを坦持させ、離間した感光体間に振動電界を形成して現像を行うシステムで、現像ローラと感光体とが離間している非接触現像方式である。
【０００４】
＜特開昭５９−１５１１７３号公報＞
２成分系統現像剤を供給して現像ローラにトナーを担持させ、離間した感光体間に振動電界を形成して現像を行うシステムで、現像ローラと感光体とが離間している非接触現像方式で、現像ローラにトナーを回収する手段を有するが、部品点数、ユニット容積が増えてコストも高くなる。
【０００５】
＜特開平８−２５４９３３号公報＞
感光体上に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、画像領域外に付着するトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、トナー濃度検知手段の検知に基づき潤滑剤塗布手段を制御する制御手段を備える（制御は接離や回転制御）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現像ローラをトナー層を介して感光体に接触させて現像ローラ上のトナーを感光体上へ転移させる接触現像方式では、現像ローラとトナーの摩擦帯電によりトナーが帯電するので、トナーが負極性に帯電する場合、現像ローラ表層がトナーと同極に帯電すると、トナーは極端に低帯電か逆帯電となり、十分潜像を現像せず、地汚れが著しくなり画像品質が著しく劣化する問題がある。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、トナー担持体によるトナーの摩擦帯電を防止して潜像の現像が的確に行われるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、１成分または２成分系現像剤を供給し、負帯電トナーのみを選択的にトナー担持体上に担持し、感光体上の潜像の現像を行う画像形成装置において、
現像剤を担持して磁気ブラシを形成する現像剤供給部材と、その現像剤供給部材で担持された現像剤の量を規制する規制部材と、その規制部材により量を規制した後の磁気ブラシと接触して現像剤供給部材からトナーが供給され、その供給されたトナーの量を規制部材で規制することなくトナーをただ担持して前記感光体へと搬送するトナー担持体とを備え、
トナー担持体の少なくとも表層をトナーと同極性に帯電する、フッ素系材料を含有する材料にて形成したことを特徴とする。
【００１０】
そして、感光体の摩擦係数μの範囲を０．１＜μ＜０．４とする。また、トナー担持体の硬度ＨＳを１０≦ＨＳ≦４５゜（ＪＩＳ−Ａ）とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。
【００１２】
図１は、この発明による画像形成装置の現像システムを模式的に表したもので、像担持体である感光体１と、トナー担持体である現像ローラ３と、トナー６と磁性粒子５とによる現像剤７を収容した現像剤容器９と、現像剤７を供給する現像剤供給部材４と、現像剤供給部材４から現像ローラ３へ供給される現像剤量を規制する規制部材２とで構成される。
【００１３】
トナー６は、ポリエステル、ポリオ−ル、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）、色剤を混合し、その周りにシリカ、酸化チタン等の物質を外添して、その流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５［μｍ］の範囲である。色剤は、カ−ボンブラック、フタロシアニンブル−、キナクリドン、カ−ミン等を挙げることができる。図示例では、トナー６の帯電極性は負帯電である。
【００１４】
トナー６は、さらに場合によってはワックス等を分散混合させた母体トナーに、上記種類の添加剤を外添しているものも使用することができる。
【００１５】
トナー６の体積平均粒径の範囲は３〜１２μｍが好適であるが、図示例では７μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
【００１６】
磁性粒子５は、金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。粒径は、２０〜５０μｍの範囲が良好である。
【００１７】
現像剤供給部材４は、非磁性の回転可能なスリーブ状の形状を持ち、内部には複数の磁石８を配設している。磁石は、固定されているために現像剤が所定の場所を通過するときに磁力を作用させられるようになっている。図示例では、スリーブの直径をφ１８とし、表面は、サンドブラスト処理を行い１０〜２０μｍＲＺの範囲に入る粗さにしてある。
【００１８】
磁石８は、規制部材２の箇所から現像剤供給部材４の回転方向にＮ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２の４磁極を有する。磁石８で形成された現像剤７、つまりトナー６と磁性粒子５は現像剤供給部材４上に担持され、トナー６は、磁性粒子５と混合されることで規定の帯電量を得る。図示例では、−１０〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が最適である。
【００１９】
現像ローラ３は、現像剤供給部材４の現像剤７の磁気ブラシを形成した、磁石８のＳ１側の領域に、現像剤供給部材４上の現像剤７の磁気ブラシと接触するようにして対向して、像担持体である感光体１に対向して配設されている。そして、現像ローラ３は、感光体１に当接して感光体１上の潜像を現像する。
【００２０】
規制部材２は、現像ローラ３の供給部材４との対向部に、現像剤供給部材４上に形成された現像剤７の磁気ブラシと接触している。感光体１、現像ローラ３、現像剤供給部材４それぞれの回転方法は、図１の矢印に示したとおりである。
【００２１】
感光体１は、アルミ等の素管に感光性を有する有機感光体を塗布し、感光層を形成したものが一般的であるが、厚みの比較的薄いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ニッケル等に感光層を形成したベルト感光体も使用することが可能である。
【００２２】
次に、動作を説明する。
現像剤容器９に収容された現像剤７は、トナー６と磁性粒子５が混合されたもので、図示しない攪拌・搬送部材や現像剤供給部材４の回転力、磁石８の磁力によって攪拌され、その時トナー６には磁性粒子５との摩擦帯電により電荷が付与される。
【００２３】
一方、現像剤供給部材４上に担持された現像剤７は規制部材２によって規制され、現像剤７の一定量が印加バイアス電圧等により現像ローラ３に転移し、残りは現像剤容器９内に戻される。
【００２４】
図示例では、規制部材２と現像剤供給部材４の間の最近接部の間隔は５００μｍに設定され、また規制部材２に対向した磁石８の磁極Ｎ１は、規制部材２よりも現像剤供給部材４の回転方向上流側に角度θだけ若干傾斜して位置している。これにより、現像剤７の循環流を容易に形成することができる。
【００２５】
現像ローラ３上に転移したトナー６は、感光体１上に形成された潜像に対して、現像ローラ３に印加された現像バイアスにより現像され、顕像化される。ちなみに、感光体１の線速を２００ｍｍ／ｓ、現像ローラ３の線速を３００ｍｍ／ｓとしている。
【００２６】
図示例では、アルミ素管をベースとした剛体の感光体ドラムを想定しているので、現像ローラ３はゴム材料が良好で、硬度は１０〜７０ＨＳ ＪＩＳ−Ａの範囲が良好で、直径は１０〜３０ｍｍ、表面を適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）１〜４［μｍ］としたものである。この値は、トナー６の体積平均粒径に対して１３〜８０［％］となり、現像ローラ３表面に埋没することなくトナー６が搬送される。ここで、ゴム材料として使用できるものとして、シリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。さらに、現像ローラ３表面に、経時品質を安定化させるためにコ−ト材料を被覆することが良好である。
【００２７】
この発明における現像ローラ３の機能はトナーを担持するためだけのものであり、従来の１成分現像装置のようにトナー６と現像ローラ３との摩擦帯電によるトナー６への帯電電荷付与の必要が無いために、現像ローラ３は電気抵抗、表面性、硬度と寸法精度を満たせば良いので、材料の選択幅は格段に増えることとなる。
【００２８】
現像ローラ３の表層材料は、その帯電極性がトナー６と同極性になるものが良好で、特にフッ素を含有する材料が望ましい。すなわち、フッ素を含んだいわゆるテフロン系であり、表面エネルギーが低く、離型性が優れる。一般的な樹脂材料としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カーボンブラック等の導電性材料を含有させる場合もある。さらに、均一に現像ローラ３にコートできるように他の樹脂を混ぜ合わせることもある。
【００２９】
電気抵抗に関しても、コート層も含めてバルクの体積固有抵抗を設定するもので、１０３〜１０８Ω・ｃｍに設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。図示例で使用するベース層の体積固有抵抗は１０３〜１０５Ω・ｃｍなので、表層の体積固有抵抗は少し高めに設定することがある。
【００３０】
コ−ト層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、５０μｍを越えるコート層の硬度とベース層の硬度差によって応力が発生した時にひび割れ等の不具合が発生しやすくなる。また、５μｍを下回ると、表面磨耗が顕著でベース層の露出が発生してトナーが付着しやすくなる。
【００３１】
図示例では、感光体１の直径を５０ｍｍ、供給部材４の直径を１８ｍｍ、現像ローラ３の直径を１６ｍｍとして、現像工程が行われる。
【００３２】
感光体１に形成されたトナー６の顕像は、その後、転写、定着工程を経て画像として完成される。
【００３３】
また、この発明では、感光体１の表面特性を規定するために、摩擦係数０．１＜μ＜０．４の範囲に規定する。
感光体１の摩擦係数を下げることにより本来感光体１への付着に不必要な地汚れトナーを除去できるものである。また、感光体１の表面を保護できるので、寿命を延ばすことが可能である。
【００３４】
感光体１は、無機および有機感光体を使用し、表面の摩擦係数μを０．１＜μ＜０．４の範囲に維持している。前記状態を維持する方法は、特開平４−３７２９８１公報に「体積平均粒径４〜１０μｍのトナーを使用したとき、感光体の摩擦係数を低下させる物質を感光体上に供給する。潤滑剤の供給は一定枚数おきに直接塗布、又は潤滑剤を担持した部材を常時又は一定枚数おきに感光体に当接させても良い。」等として開示されている。
【００３５】
感光体の摩擦係数を測定する方法（オイラ−法）の一例について説明する。
図２に示すような方法で最大静止摩擦係数を求める。この方法では、ＴＹＰＥ６２００ Ａ４ Ｔ目（リコ−製）を２９７ｍｍ×３０ｍｍに切り、両端に糸１１・１２をつけて測定紙片１０を作成する。その特性は、秤量；７１．７ｇ／ｍ２、厚さ；８９μｍ、密度；０．８１ｇ／ｃｍ３、平滑度；表；４０ｓ、裏；３７ｓ、体積抵抗；１．２Ｅ＋１１Ω・ｃｍ、摩擦係数：表／裏；（ゴム付きオモリ）ｔａｎθで；縦；０．６４、横；０．６５である。
【００３６】
この測定紙片１０を感光体１にのせて、一方に０．９８Ｎ（１００ｇ重）の重り１３をつけ、もう一方からデジタルプッシュプルゲ−ジ１４で紙片１０を引っ張り、紙が動き出した時のゲ−ジの値を読む。この時の値をＦ（Ｎ）とすると、
μ＝［ｌｎ（Ｆ／０．９８）］／（π／２）
で求められる。
【００３７】
感光体１表面に潤滑剤等を塗布しない、未処理の場合の感光体１における上記方法による測定値は、０．４〜０．６であり、経時で増加する傾向にある。これに対して潤滑剤を塗布した感光体１の測定を行うと、その値は０．１〜０．４の範囲であった。
【００３８】
感光体１と現像ローラ３は、現像ローラ３上のトナー層を介して当接している。その当接方法はバネで押圧するのが良好で、特に複数のバネで押圧すると、当接ムラを低減させることが可能であ。このような当接用バネとしてはコイルバネ、板バネ等が使用可能である。図示例の現像ローラ３は、硬度が３０゜ＪＩＳ−Ａとすると、現像ローラ３の感光体１に対する当接線圧は１〜１６ｇｆ／ｍｍの範囲が好ましい。また、押圧手段の数は多い程圧が分散されるので、当接ムラが低減できて良好である。以下に、現像特性（ベタ均一性、地汚れ）における当接圧の与える影響を示した実験結果を図３に示す。
【００３９】
図３は、感光体の摩擦係数の範囲がμ＞０．１であるので、μ≦０．１の場合の弊害を述べる。
【００４０】
μ≦０．１の範囲では、現像ローラ３のスキャベンジ能力が高まって感光体１と現像ローラ３の間のトナー６が十分現像されずに、低濃度の画像となるために品質が著しく劣化する。
【００４１】
μ≧０．４では感光体地肌部の地汚れが出易くなり、その防止手段として現像ローラ３の感光体１に対する当接圧を増やすとか回転線速比を増やすことが有効であるが、バンディング等の異常画像が発生しやすくなる。
【００４２】
さらに、この発明では、現像ローラ３の硬度を４５゜ＪＩＳ−Ａ以下に規定したもので、感光体１との均一当接が可能となり均一な画像を得ることができる。
【００４３】
図４を使用して説明する。ただし、基本部分は前述の例と同じであるので、省略する。
【００４４】
現像ローラ３の硬度ＨＳの範囲を１０≦ＨＳ≦４５゜（ＪＩＳ−Ａ）と規定したものである。そもそもこの発明における現像ローラ３は、上記のようにトナー層を介して感光体１に当接するので、均一な画像を得るためには現像ローラ表面も平滑に成形することが必要になる。
【００４５】
硬度１０゜ＪＩＳ−Ａを下回るものは、寸法精度良く成形することが非常に困難である。これは成型時に収縮・膨張を受け易いことに起因する。また、柔らかくする場合には、基材へオイル成分を含有させることが一般的な方法であるが、加圧状態で連続作動させると滲みだして来るという欠点を有している。これにより現像ローラ３表面に担持するトナーを汚染させ、現像能力が著しく低下することが分かった。これに対して、硬度４５゜ＪＩＳ−Ａを上回るものは、硬度が上がった分精度良く成形できるのと、オイル含有量を少なく抑えることが可能となるので、トナーに対する汚染性は低減可能である。しかし、当接圧の使用可能範囲を考慮すると喰い込み量の適性範囲が著しく狭まるので、現像ローラ３の感光体１への当接圧を極めて正確に設定することが必要になる。
【００４６】
ここで、この発明の硬度範囲外である５０゜ＪＩＳ−Ａを現像ローラＡ、硬度範囲内である２０゜ＪＩＳ−Ａを現像ローラＢとすると、作成の難易度が異なり得られたものの精度が異なる。具体的には直径の中心からの振れである。
【００４７】
直径φ１６ｍｍの現像ローラＡでは、振れ幅０．０５ｍｍが得られている。すなわち、片側では喰い込み量で０．０２５ｍｍ変動すると考える。ところが、現像ローラＢでは振れ幅０．１ｍｍが得られている。すなわち、片側では、喰い込み量で０．０５ｍｍ変動して接触現像にならない部分や強く当接する部分が出てきてしまう。
【００４８】
図４は、当接圧をパラメ−タとして現像ローラ硬度と感光体への喰い込み量の関係を示したもので、上記精度による現像ローラ径の振れ幅を考慮すると、現像ローラＡでは３〜１２ｇ／ｍｍ、現像ローラＢでは３〜７ｇ／ｍｍとなり、現像ローラＡでは、未当接による現像抜けや過剰な当接圧による現像ローラのスキャベンジ効果で感光体上のトナー現像量が著しく低下する。これに対して、現像ローラＢでは均一な現像特性が得られる。
【００４９】
上述の実施例では、現像剤を２成分で説明したが、これは知られている１成分磁気ブラシでも可能である
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、トナー担持体（現像ローラ）の表層がトナーと同極性に帯電するため、トナーはトナー担持体による静電気的な影響は受けなく、トナー担持体はトナーを担持するだけで、トナー担持体の静電気のために潜像の現像が影響されることがなくなるので、画像品質の向上が図れる。
【００５１】
請求項２の発明では、感光体の摩擦係数を０．１＜μ＜０．４の範囲に規定したので、感光体への付着に不必要な地汚れトナーを除去でき、また感光体の表面を保護できるので、寿命を延ばすことが可能である。
【００５２】
請求項３の発明では、トナー担持体の硬度ＨＳを１０≦ＨＳ≦４５゜（ＪＩＳ−Ａ）としたので、トナー担持体の表面を平滑に成形することができ、均一な現像特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による画像形成装置の現像システムの模式図である。
【図２】感光体の摩擦係数測定法を示す図である。
【図３】現像ローラの感光体に対する当接圧と地汚れおよび異常画像の関係を示す図である。
【図４】当接圧をパラメ−タとして現像ローラ硬度と感光体への喰い込み量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 規制部材
３ 現像ローラ
４ 現像剤供給部材
５ トナー
６ 磁性粒子
７ 現像剤
８ 磁石
９ 現像剤容器

Claims (3)

1. １成分または２成分系現像剤を供給し、負帯電トナーのみを選択的にトナー担持体上に担持し、感光体上の潜像の現像を行う画像形成装置において、
   現像剤を担持して磁気ブラシを形成する現像剤供給部材と、その現像剤供給部材で担持された現像剤の量を規制する規制部材と、その規制部材により量を規制した後の磁気ブラシと接触して前記現像剤供給部材からトナーが供給され、その供給されたトナーの量を規制部材で規制することなくトナーをただ担持して前記感光体へと搬送するトナー担持体とを備え、
   前記トナー担持体の少なくとも表層をトナーと同極性に帯電する、フッ素系材料を含有する材料にて形成したことを特徴とする画像形成装置。
2. 感光体の摩擦係数μの範囲が０．１＜μ＜０．４であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. トナー担持体の硬度ＨＳを１０≦ＨＳ≦４５゜（ＪＩＳ−Ａ）としたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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