JP4343668B2 - 現像装置、カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザープリンタや複写機の電子写真装置や静電記録装置等に適用される画像形成装置、プロセスカートリッジ、及び現像装置に関するものである。

図９に従来現像装置を用いた一例としての画像形成装置を示す。図中、１０１はプリンターエンジンたる画像形成装置の本体である。１１１は像担持体である円筒状の感光ドラムであり、その軸を中心に一方向に回転する。帯電ローラ１０３は、芯金１０３ａと芯金１０３ａ上に配置されたゴム材料１０３ｂにより構成され、感光ドラム１１１の表面を一様に帯電する。

感光ドラム１１１はその表面を一様に帯電された後、露光装置１０２により画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応したレーザー光５５が出力され、ミラー５６で感光ドラム面方向に折り返されて入射し、潜像が形成される。

現像装置２０８は、図１１に示すように現像剤担持体である現像スリーブ１０５の両端部にコロ２０９が設けられており、コロ２０９が感光ドラム１１１に接触することにより、現像スリーブ１０５と感光ドラム１１１との間に所定の間隙をもたせている。現像スリーブ１０５は感光ドラムギヤ２１１より駆動を現像スリーブギヤ２１２に受けて回転を行い、現像スリーブ１０５上にコートされたトナー１０９は、不図示の摺動接点を介して現像スリーブ１０５にバイアスが印加されると同時に現像領域中において感光ドラム１１１上に飛翔し、反転現像を行って、感光ドラム１１１上に形成した潜像を顕像化する。

そして、画像形成装置の駆動するための電源、画像形成するためのバイアスを供給するための高圧回路を備えた不図示のエンジン制御部により、感光ドラム１１１と現像スリーブ１０５の間には直流バイアスに交流バイアスを重畳した現像バイアスを与えるようになっている。

トナー１０９により可視化された感光ドラム１１１上の像は転写装置１１０により転写材１１４に転写される。転写材１１４は給紙用カセット１１７に保管されており、給紙ローラ１１６で給紙され、レジストローラ（不図示）により感光ドラム１１１上の像と同期がとられて転写装置１１０に送られる。転写装置１１０により転写材１１４に転写されたトナー１０９による可視像は転写材１１４とともに定着装置１１５に搬送され、熱もしくは圧力により転写材１１４に定着され記録画像となる。

一方、転写後に転写されずに感光ドラム１１１上に残ったトナー１０９はクリーニング装置１１２内のクリーニングブレード１１３により除去される。トナー１０９を除去された感光ドラム１１１表面は再び帯電ローラ１０３によって帯電され、上述の工程を繰り返す。

従来現像装置として、図１０に現像剤である磁性一成分トナーを用いた現像装置２０８の詳細を示す。図１０において、現像剤担持体としての現像スリーブ１０５はアルミニウムやステンレススチールのパイプから形成された非磁性現像スリーブであり、その中には、磁極Ｎ・Ｓが交互に複数個形成されたマグネットロール１０６が現像スリーブ１０５に対して不動に配設されている。

現像スリーブ１０５の表面は、所望量のトナーが搬送できるよう、適切な表面粗さに加工されている。現像スリーブ１０５上の位置には、現像剤層厚規制部材（以下、現像ブレードと呼称する）として、例えばウレタンゴムやシリコーンゴム等の現像ブレード１０７ａが支持板金１０７ｂに固定されたものが、スリーブに対して所定の圧力で当接されている。

磁力により現像スリーブに引き付けられたトナー１０９は、現像スリーブ上にて搬送されることによる摩擦帯電、及び現像ブレード１０７ａ部で適量に規制された後、現像スリーブと現像ブレード間で摺擦されての摩擦帯電で、適切な電荷（トリボ）を与えられて現像領域へと搬送される。上述したように、現像領域に搬送されたトナー１０９は、現像スリーブ１０５にバイアスが印加されると、現像スリーブ１０５から飛翔し、感光ドラム上の潜像に現像される。

上述したような現像装置において、一般的に、組立工程内での外観検査などの品質確認や、物流中でのトナー漏れ防止の点で、図１２に示すように、ユーザーの手元に渡るまで、トナーはトナーシール５０によりトナー収容器１０４内に収められていて、現像スリーブ上にトナーが付着していない場合が多い。ユーザーは、新品の現像装置をはじめて使うとき、トナーシール５０を、例えば図１２中において手前側に引き抜くことで、図９のような現像装置の状態になり、図９中矢印Ｃに示すように、トナー１０９が、トナー収容器１０４内から現像スリーブ１０５に向かって流れ、現像スリーブ１０５に吸着し、現像装置２０８を使用可能な状態にすることができる。

しかしながら、トナーシール５０がされたままの状態で、ユーザーが誤って現像スリーブを回転させてしまうと、現像ブレードがウレタンゴムなどの弾性体で構成されている場合は、現像ブレードと現像スリーブとの摩擦抵抗により現像ブレードが現像スリーブの回転方向にめくれてしまい、均一で良好なトナーコーティングを行うことが不可能になってしまうという問題や、現像ブレードと現像スリーブ表面上に深い摺擦傷ができてしまい、その後現像スリーブ上にトナーをコーティングして画像を形成すると、ハーフトーン画像やべた黒画像（全面黒画像）上に摺擦傷起因の縦スジが発生するという問題がある。

また、現像装置の工場内での組み立て工程、もしくは検査工程上、現像スリーブ上にトナーがない状態において、現像スリーブを回転させる必要があり、現像スリーブ上にトナーがない場合でも、現像ブレードや現像スリーブ上の摺擦傷や現像ブレードめくれを起こさない技術が求められていた。

この問題において、現像ブレードと現像スリーブとの摺擦部に潤滑剤を使うことが考えられる。そこで、微量のトナーを潤滑剤として使用することが考えられるが、船による輸出や夏場の運送など温度／湿度が非常に高い状態での保管状況によっては、トナーが劣化し、現像ブレードや現像スリーブに融着したりする場合があり、その為、潤滑剤としてトナーを使用することは好ましくない。

そこで、この問題を解決するために、潤滑剤としてシリコーン樹脂粒子等を用い、現像ブレード上の現像スリーブに当接する側の面に塗布する方法がある。潤滑剤の塗布手段としては、揮発性の液体中に粉体粒子を分散させた溶液（粉体粒子は揮発性の液体に対し耐溶剤性のあるもの）を現像ブレードに塗布する方法で、液体が完全に揮発したのち残った粉体粒子を潤滑剤としている（以下、液体塗布方法と呼称する）。潤滑剤を一旦液体中に分散させるのは、潤滑剤を均一に塗布するためである。

また、特許文献１では、現像スリーブに直接潤滑剤を粉体塗布する方法が提案されている。この方法によれば、現像ブレードへの液体塗布方法で発生することがあるハーフトーン縦スジに対して改善することができる。

また、潤滑粒子としては、シリコーン樹脂、ポリ−４フッ化エチレン、ポリ−３フッ化エチレンおよびポリフッ化ビニリデンなどの有機材料、硫化モリブデンなどの無機材料が用いられる。これらの中で、特に、耐熱性および耐湿性の点でシリコーン樹脂が好適である。

一方、現像装置内のトナーが無くなってしまった際に、ユーザーにトナーを充填させる等のメンテナンス作業を発生させない技術として、上記感光ドラム、クリーニング装置、帯電装置、現像装置等を一体化してプロセスカートリッジとする技術が一般的である。図１３に示すように、感光ドラム１１１と帯電ローラ１０３と、クリーニング装置１１２と、現像装置２０８とを、外装１２によって各装置を統合し一体型カートリッジ２０６としている。プロセスカートリッジは現像装置内のトナーを使い切った時に、プリンター本体に対しプロセスカートリッジを交換するだけで、容易に再度所望の画像が得られるというイージーメンテナンス性があり、また、現像装置内のトナーを使い切ると同時に他の装置もほぼ同時に寿命を迎えるように設計されており、トナーを使い切るまでは安定した画質が得られる技術である。
特開平８−２１１７２８号公報

しかしながら、上記従来例による潤滑剤を用いた場合においては、現像装置に塗布されていた潤滑剤が、組み立て工程内やプロセスカートリッジの搬送による振動等で感光体や帯電手段である帯電ローラに付着した場合、潤滑剤が絶縁性であるために、潤滑剤に付着した部分で画像上帯電ローラピッチの黒ポチが発生する場合があった。

本発明の目的は、現像剤担持体と現像剤層厚規制部材との摩擦抵抗を低減させた現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、現像剤層厚規制部材のめくれを防止した現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、現像剤担持体や現像剤層厚規制部材に傷が発生するのを防止した現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、画像にスジが発生するのを防止した現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、絶縁性の潤滑剤が像担持体や帯電手段へ付着することによる画像不良を防止した現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、帯電手段によって帯電される像担持体へ現像剤を担持搬送して供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材と、を有する現像装置において、現像剤が前記現像剤担持体と前記現像剤層厚規制部材との間に存在していない状態で、少なくとも前記現像剤担持体と前記現像剤層厚規制部材との接触部に導電性粒子が存在するように、前記現像剤担持体または前記現像剤層厚規制部材に前記導電性粒子が離脱可能に塗布されていることを特徴とする現像装置である。

本発明によれば、現像剤担持体と現像剤層厚規制部材との間に導電性粒子を用いることで、現像剤担持体と現像剤層厚規制部材との間に現像剤がない状態でもスムースに現像剤担持体を移動させることができ、また、摺擦傷起因の異常画像も防止でき、且つその導電性粒子が帯電手段に付着しても、帯電不良を発生させることなく均一な画像を得ることができる。

また、現像剤に含有させて使用する導電性粒子と、現像剤層厚規制部材と現像剤担持体との間に設けられる導電性粒子と、を同一のものにすることが可能であり、さらには、帯電手段が像担持体に接触する帯電部材を備える場合においては、帯電部材に塗布する導電性粒子についても同一のものにすることが可能であり、粒子が絶縁性粒子であるときのような帯電不良の発生を抑えつつコストダウンも図ることできる。

以下に本発明の実施例を説明する。

以下に、本発明の実施例１を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例１の現像装置８の特徴を最も良く表した図である。

図２は、本発明の実施例１の現像装置８のトナーシール５０を取り除いた後に現像装置を画像形成装置の本体内に設置された状態を表した図である。従来例で説明した構成と同一のものについては同一の符号を用いた。

本実施例での帯電方式は、所謂接触帯電方式で、図２において、帯電手段（帯電部材）である帯電ローラ１０３は、像担持体である感光ドラム１１１に所定の圧力で当接されており、感光ドラム１１１が図中矢印Ａ方向に画像形成装置であるプリンターの本体内部の不図示の駆動系から駆動を受けて回転すると、それに従動して図中矢印Ｂ方向に回転する。

帯電ローラの芯金１０３ａにはプリンター本体内部に設けられている電源２１によりバイアス電圧の供給を受ける構成になっており、バイアス電圧が印加されることで感光ドラムが帯電され、所定の表面電位を得る。

バイアス電圧は、ＤＣバイアスのみを印加してもよいし、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳して印加してもよい。本実施例では、ＤＣバイアス−６２０ｖにＡＣバイアスＶｐｐ＝１８００ｖの正弦波を重畳した。これにより、本実施例では感光ドラム上の表面電位Ｖｄは約−６００ｖになった。また、レーザスキャナなどの露光装置１０２による感光ドラムの露光部の電位をＶｌ＝−１５０Ｖとした。

以下に本実施例の現像装置の一例を示す。現像剤担持体である現像スリーブ１０５は、φ１６（ｍｍ）の非磁性アルミスリーブで、現像剤であるトナーの搬送及びトリボ付与を行う為に表面を導電性粒子を含有する樹脂層でコートされており、その表面の表面粗さはＪＩＳ規格のＲａで、通常、平均０．４μｍ〜３．５μｍであり、本実施例では平均Ｒａが１．７μｍのものを用いた。

現像スリーブ内には４極の磁石であるマグネットロール１０６が配置されている。現像剤層厚規制部材である現像ブレード１０７ａとしては、ＪＩＳ Ａ硬度６７゜程度のウレタンゴムを現像スリーブに対して当接力が２０〜４０ｇｆ／ｃｍ（スリーブ長手方向についての１ｃｍあたりの当接荷重）となるように、現像スリーブに対しニップ幅をもって当接される。本実施例でのニップ幅は約１ｍｍである。

トナー１０９は負帯電性磁性一成分トナーが用いられる。成分としては、結着樹脂としてスチレンｎ−ブチルアクリレート共重合体１００重量部に、磁性体粒子８０重量部、モノアゾ系鉄錯体の負荷電制御剤２部、ワックスとして低分子量ポリプロピレン３部を１４０℃に加熱された２軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して、重量平均径８．０μｍの分級粉を得る。平均粒径８．０μｍの分級品に疎水性シリカ微粉体１．０重量部をヘンシェルミキサーで混合し、現像剤を得る。尚、以上の構成の現像装置においては、現像スリーブ上のトナーのコート量は、０．５〜２．５ｍｇ／ｃｍ^２程度になる。

現像スリーブ１０５に印加される現像バイアス電圧は、例えば感光ドラムと現像スリーブ間のギャップが３００μｍ程度であった場合、直流電圧：−４６０Ｖ、交流電圧：矩形波Ｖｐｐ＝１６００ｖ、周波数２０００Ｈｚを印加する。これにより感光体の露光部であるＶｌ部にトナーを付着させる反転現像を行う。

次に、本実施例の特徴である潤滑剤としての導電性粒子１（第２の導電性粒子）について詳述する。

現像ブレード、もしくは現像スリーブに塗布する導電性粒子１としては、アンチモンあるいはフッ素等をドープした酸化スズ粉末、アルミニウム等をドープした酸化亜鉛粉末、酸化スズで被覆された酸化チタン粉末等が挙げられるが、本実施例においては導電性二酸化スズ粒子を用いた。また、粒子の体積抵抗値については１０^２Ω・ｃｍ以上１０^６Ω・ｃｍ以下のものが良い。１０^２Ω・ｃｍ未満であると、導電性粒子が、現像スリーブ表面に付着しつづけた場合、現像スリーブにバイアスが印加されたとき、感光ドラム上にリークしてしまう場合があり、好ましくない。１０^６Ω・ｃｍを超えると、粒子が絶縁性に近くなり、帯電ローラに付着したときに、帯電不良を発生しやすくなる。また、感光体に付着したときに画像不良の原因となりやすい。

本実施例では導電性粒子１は、１０^４Ω・ｃｍ程度のものを用いた。また、その平均粒径は、粒度分布のＤ５０の粒径（本明細書においては、微粉の量を粒径の小さい方から累積して５０％となる部分の微粉の粒径を意味する）が０．２〜２０μｍ程度がよく、０．２μｍ以下だと、ファンデルワールス力が強くなり、現像スリーブ表面や現像ブレードに付着して離れなくなってしまい、現像スリーブ上にコートされるトナーのトリボに影響を与えるため画質が悪化してしまう。また、２０μｍを超えると、逆に、現像スリーブ表面や現像ブレードに付着しづらくなり安定して塗布することが難しくなる。本実施例においては、Ｄ５０が１．８μｍの粒子を用いた。

尚、本明細書における導電性粒子の抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化して求めた。つまり、底面積２．２６ｃｍ^２の円筒内に凡そ０．５ｇの粉体試料を入れ上下電極に１５ｋｇの加圧を行うと同時に１００Ｖの電圧を印加し抵抗値を計測、その後正規化して比抵抗を算出した。

本実施例での潤滑剤である導電性粒子１の塗布方法については、図３に示すように、現像ブレード１０７ａの現像スリーブ１０５当接面にあたるニップ面２０５付近に、導電性粒子１を筆にまぶしてから、筆で塗布した。尚、塗布方法としては、これに限らず、組み立て工程においてスポンジローラ等に導電性粒子をあらかじめ含ませておき、このスポンジローラに現像スリーブを当接させて回転させて塗布する方法、また、潤滑剤を揮発性の液体中に分散させ、これを現像ブレード、もしくは現像スリーブに直接塗布し、液体を完全に揮発させるという方法でも良い。このように塗布することによって、潤滑剤は現像ブレードと現像スリーブの接触部及びその近傍に存在することになる。

現像ブレード１０７ａに導電性粒子１を上記のように塗布したのち、現像ブレード１０７ａを現像スリーブ１０５に当接させて、現像スリーブ１０５を回転させたところ、特に回転トルクが異常に大きくなることなく、安定して回転させることができた。また、その後、現像スリーブにトナーをコーティングさせて画像形成を行ったが、ハーフトーン画像やべた黒画像上で摺擦傷に起因する異常画像は発生しなかった。また、本実施例で用いた導電性粒子１を帯電ローラ上に付着させてから画出しを行ったところ、黒ポチ画像は発生せず、安定して均一な画像を得ることができた。

また、本実施例では帯電ローラにＡＣバイアスを備える電圧を印加する系においての例を述べているが、ＤＣバイアスのみの電圧を帯電ローラに印加する系においても同様の効果を得ることができた。

以上説明したように、現像ブレード、もしくは現像スリーブ表面上に塗布する潤滑剤として導電性粒子を用いて、現像ブレードと現像スリーブとの接触部に現像剤が存在していない状態で、少なくとも接触部に導電性粒子が存在するようにすれば、現像スリーブ上にトナーが塗布されていない状態でもスムースに現像スリーブを回転させることができ、摺擦傷起因の異常画像も防止できる。また、導電性粒子が帯電ローラに付着したとしても帯電を損なうことなく均一な画像を得ることができる。

本実施例の特徴は、像担持体である感光ドラム、帯電手段（帯電部材）である帯電ローラ、現像装置とを一緒に交換可能な一体型カートリッジ内に設け、カートリッジを画像形成装置の本体に着脱可能に設けたことにある。なお、帯電ローラはカートリッジ内に設けなくても良く、また帯電ローラと感光ドラムを、カートリッジ内ではなく、画像形成装置の本体に設けることもできるし、帯電ローラと感光ドラムとを、現像装置を備えるカートリッジとは、別のカートリッジとして画像形成装置の本体に着脱可能としても良い。

図４は、その一体型カートリッジの一例を表わした図であり、図５はその一体型カートリッジ６において、トナーシール５０を取り除いた後、画像形成装置本体２００内に挿入した時の様子を表わした図である。

いずれも先の第１の実施例で述べたものと同構成のものには同符号をつけた。本実施例では、感光ドラム１１１と帯電ローラ１０３と、潤滑剤として導電性粒子（第２の導電性粒子）１を用いた現像装置８とを、外装１２によって各装置を統合し一体型カートリッジとしている。この一体型カートリッジ６の場合は、トナー１０９を使い切った時に、他の装置もほぼ同時に寿命を迎えるよう設計されている。従って、ユーザーはカートリッジ内のトナーがある間は常に安定した画像を得る事ができ、しかも一体型であるために、その交換も容易に行う事ができるという利点がある。

そして、潤滑剤に導電性粒子１を用いることで、現像スリーブ上にトナーが塗布されていない状態でもスムースに現像スリーブを回転させることができ、また、摺擦傷起因の異常画像も防止でき、且つ導電性粒子が帯電ローラ１０３に付着したとしても帯電不良を発生させることなく、均一な画像を得ることができるという利点が加わるのである。

本実施例の特徴は、例えば特開平１０−３０７４５５号公報に提案されているようなクリーナーレスシステムの画像形成装置に適用した場合を示している。

図６は、本発明の本実施例３の画像形成装置の特徴を最も良く表した図である。従来例で説明した構成と同一のものについては同一の符号を用いた。

図６における画像形成装置の本体３００は直接注入帯電方式を用いている。直接注入帯電方式は、接触帯電部材から被帯電体（ここでは感光ドラム）へ接触部を介して直接的に電荷が注入されることで被帯電体表面が帯電する系である。直接帯電、あるいは注入帯電、あるいは電荷注入帯電とも称される。より詳しくは、中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電を基本的に用いないで被帯電体表面に直接電荷注入を行うものである。本実施例においては、未使用の状態で帯電部材上にあらかじめ導電性粒子２（第３の導電性粒子）が塗布してある。従って、後述するように、帯電部材と被帯電体との接触部に導電性粒子が存在することにより、帯電部材から被帯電体への電荷注入性が向上する。

帯電部材への印加電圧と被帯電体との表面電位との関係は、ほぼ正比例する。よって、接触帯電部材への印加電圧が放電閾値以下の印加電圧であっても、被帯電体を印加電圧相当の電位に帯電することができる。

このように直接注入帯電機構を用いれば、放電によるイオンの発生を伴わないため放電生成物による弊害（例えば、発生した放電生成物と転写材中の物質が作用する事によって潜像の形成が阻害される『画像流れ』という問題）は生じないという大きな利点が有る。

また、画像形成装置３００がクリーナーレス方式を達成しているプロセスを以下に述べる。

現像装置内には、現像剤としてトナーと導電性粒子（第１の導電性粒子）が含有されており、現像剤担持体による感光ドラム上の静電潜像のトナー現像時にトナーとともに導電性粒子の適当量が感光ドラム側に移行する。

感光ドラム上のトナー画像は転写手段部において転写バイアスの影響で受像部材である記録媒体側に引かれて積極的に転移するが、感光ドラム上の導電性粒子は導電性であることで記録媒体側には積極的には転移せず、感光ドラム上に実質的に付着保持されて残留する。また、トナーが負に摩擦帯電されるのに対して、この導電性粒子が正に摩擦帯電される特性を備えるようにすれば、より記録体に転移することがなくなり、好ましい。

そして、転写後の感光ドラム面に残存の転写残トナーおよび上記の残存導電性粒子（第１の導電性粒子）は感光ドラムと接触帯電部材の接触部に感光ドラム面の移動でそのまま持ち運ばれて接触帯電部材に付着・混入する。

したがって、感光ドラムと接触帯電部材との接触部にあらかじめ存在する第３の導電性粒子に対して、第１の導電性粒子が補給され、導電性粒子が不足せずに存在した状態で感光ドラム上の直接注入帯電が行なわれる。

この導電性粒子の存在により、接触帯電部材にトナーが付着・混入した場合でも、接触帯電部材の感光ドラムへの緻密な接触性と接触抵抗を維持できるため、接触帯電部材が帯電ローラやファーブラシ等の簡易な部材であり、しかも接触帯電部材の転写残トナーによる汚染にかかわらず、接触帯電部材による感光ドラムへの直接注入帯電を行わせることができる。

つまり、接触帯電部材が導電性粒子を介して密に感光ドラムに接触して、接触帯電部材と感光ドラムとの接触部に存在する導電性粒子が感光ドラム表面を隙間なく摺擦することで、接触帯電部材による感光ドラム上の帯電は導電性粒子の存在により放電現象を用いない安定かつ安全な直接注入帯電が支配的となり、従来のローラ帯電等では得られなかった高い帯電効率が得られ、接触帯電部材に印加した電圧とほぼ同等の電位を像担持体に与えることができる。

また接触帯電部材に付着・混入した転写残トナーは接触帯電部材から徐々に感光ドラム上に吐き出されて感光ドラムの移動とともに現像部に至り、現像手段において現像同時クリーニング（回収）される（トナーリサイクルプロセス）。なお、現像同時クリーニングされるのに先立って、転写残トナーが存在する感光ドラムは、帯電部材によって帯電されると共に、露光手段によって露光されて静電潜像が形成されている。

また、前述したように、接触帯電部材から初期の導電性粒子２（第３の導電性粒子）が脱落しても、画像形成装置が稼働されることで、現像手段の現像剤に含有させてある導電性粒子（第１の導電性粒子）が現像部で感光ドラム面に移行し感光ドラム面の移動により転写部を経て帯電部に持ち運ばれて接触帯電部材に逐次に供給され続けるため、導電性粒子の存在による良好な帯電性が安定して維持される。

かくして、接触帯電方式、転写方式、トナーリサイクルプロセスの画像形成装置において、接触帯電部材として帯電ローラやファーブラシ等の簡易な部材を用いて、しかも該接触帯電部材の転写残トナーによる汚染にかかわらず、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電を長期に渡り安定に維持させることができる。

本実施例における画像形成プロセスについて更に詳述する。

感光ドラム２１１は、感光ドラム２１１表面に電荷注入層を設けて感光ドラム表面の抵抗を調節している。図７は、本実施例で使用した、表面に電荷注入層を設けた感光ドラム２１１の層構成模型図である。

即ち感光ドラム２１１は、アルミドラム基体（Ａｌドラム基体）３１１上に下引き層３１２、正電荷注入防止層３１３、電荷発生層３１４、電荷輸送層３１５の順に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムに電荷注入層３１６を塗布することにより、直接注入帯電機構における帯電性能を向上したものである。電荷注入層３１６は、バインダーとしての光硬化型のアクリル樹脂に、導電フィラーとしてのＳｎＯ_２ 超微粒子（径が約０．０３μｍ）、４フッ化エチレン樹脂（商品名テフロン（登録商標））などの滑剤、重合開始剤等を混合分散し、塗工後、光硬化法により膜形成したものである。

電荷注入層３１６として重要な点は、表層の体積抵抗にある。電荷の直接注入による帯電方式においては、被帯電体側の体積抵抗を下げることでより効率良く電荷の授受が行えるようになる。一方、感光体として用いる場合には静電潜像を一定時間保持する必要があるため、電荷注入層３１６の体積抵抗値としては１×１０^９〜１×１０^１４（Ω・ｃｍ）の範囲が適当である。

また本構成のように電荷注入層３１６を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層３１６が上記抵抗範囲に或る場合は同等の効果が得られる。

さらに、表層の体積抵抗が約１０^１３Ωｃｍであるアモルファスシリコン感光体等を用いても同様な効果が得られる。

ユーザーが使用する前の初期における帯電ローラ２０３には、実施例１で潤滑剤として用いた導電性粒子１と同じ導電性粒子２が塗布してある。本実施例において、帯電ローラに塗布される導電性粒子の求められる比抵抗としては、１０^９Ω・ｃｍ以下が良く、好ましくは１０^６Ω・ｃｍ以下が望ましい。帯電ローラ２０３の初期において塗布されるべき導電性粒子２は、実施例１で説明したものと同様で、アンチモンあるいはフッ素等をドープした酸化スズ粉末、アルミニウム等をドープした酸化亜鉛粉末、酸化スズで被服された酸化チタン粉末、導電性二酸化スズ等が挙げられるが、本実施例では、酸化スズで被覆された酸化チタン粉末を使用した。

また、導電性粒子２の体積抵抗は、１０^３Ω・ｃｍである。よって、使用開始初期であっても感光ドラム２１１と帯電ローラ２０３との間には導電性粒子２が介在しているので、電源３２１から電圧（−６２０Ｖの直流電圧）を印加した帯電ローラ２０３を接触させることにより感光ドラム２１１の表面をおおよそ−６００Ｖ程度の暗電位（Ｖｄ）に一様に帯電させることができる。

また、上述したように、現像手段から現像剤中の導電性粒子が感光ドラムを介して帯電ローラまで搬送され、帯電ローラはこの導電性粒子を獲得することで帯電プロセスを長期に渡って維持させている。従って、画像形成プロセスが開始されると、帯電ローラの初期において塗布されている導電性粒子（第３の導電性粒子）は、現像手段から搬送されてきた導電性粒子（第１の導電性粒子）と混在して帯電ローラに存在し、帯電プロセスを行うのである。よって、第１及び第３の導電粒子は全く同じものであることが好ましい。

図９に示した様な従来例では帯電ローラには通常直流電圧と交流電圧の重畳電圧を印加することにより感光ドラム表面を安定して帯電させ、帯電不良による砂地（白地にトナーが飛翔する現象）等の画像欠陥を防いでいた。しかしながら、既に説明したようにそのような放電帯電機構では放電生成物を生じる事は原理的に避けられない。これに対し本実施例では帯電ローラに直流電圧のみを印加しているので放電生成物を生じる事無く感光ドラム表面を帯電させる事が出来る。

ここで帯電ローラ２０３について更に詳しく述べる。帯電ローラ２０３は芯金２０３ａ上に可撓性部材であるゴムあるいは発泡体の中抵抗層２０３ｂを形成することにより作成される。中抵抗層２０３ｂは樹脂（例えばウレタン）、導電フィラー（例えばカーボンブラック）、硫化剤、発泡剤等により処方され、芯金２０３ａの上にローラ状に形成した。その後必要に応じて表面を研磨して作成した。

また、帯電ローラ２０３の回転方向Ｄは感光ドラム２１１の回転方向Ａに対して、接触部においてカウンター方向に周速差にして１５０％の速さで回転させることにより、感光ドラム２１１上に存在した導電性粒子の多くを剥ぎ取る。これにより、現像スリーブ１０５より供給された導電性粒子を帯電ローラ２０３上に塗布する事ができ、帯電ローラ２０３と感光ドラム２１１との間に導電性粒子が介在する事によって直接注入帯電が実現する。

露光手段１０２から発光されたレーザー光５５をミラー５６を介して前記のように帯電された感光ドラム２１１上に照射することにより、感光ドラム２１１上に静電潜像を形成する。この時、感光ドラム２１１上に一様にレーザー光５５を照射した場合の感光ドラム２１１の表面電位は明電位（ＶＬ＝−１５０Ｖ）に設定される。

現像装置３０８は感光ドラム２１１に対向して配設されている。現像装置３０８は感光ドラム２１１に対して所定のギャップ量離隔させて配置してある現像スリーブ１０５、現像ブレード１０７ａ、現像スリ−ブ１０５に内包されるマグネットロール１０６、及び現像スリ−ブ１０５の芯金に給電する電源３１等によって構成されている。

現像スリーブ１０５は、感光ドラムから駆動を受けて、図中矢印Ｅ方向に回転し、トナー収容器１０４内の導電性粒子（第１の導電性粒子）を含むトナー２０９を感光ドラムに搬送する。本実施例では、このような構成をとる現像手段に電源３１から現像スリーブ１０５へ所定の交流電圧及び−４００Ｖの直流電圧の重畳電圧を印加する事により、担持搬送されたトナーで感光ドラム２１１上の静電潜像を可視化している。

その後、前記感光ドラム２１１上の表面の担持トナー像は画像形成装置本体３００に設けられている転写ローラ１１０の回転と同期を取って搬送された紙の上に順次転写され、前記トナー像の転写を受けた紙は感光ドラム２１１の表面から分離されて画像形成装置本体３００に設けられている定着手段１１５へ搬送されてトナー像の定着を受ける。転写材１１４に対するトナー像転写後の感光ドラム２１１面に残留の転写残トナーはクリーナーで除去されることなく、感光ドラム２１１の回転にともない帯電ローラ２０３位置を経由して現像部Ｆに至り、現像スリーブ１０５によって現像同時クリーニング（回収）される（トナーリサイクルプロセス）。

本発明ではトナー母体をスチレン樹脂で構成し、トナーの帯電を促進する外添剤としてシリカをトナー母体１００重量部に対して２重量部、導電性粒子（第１の導電性粒子）としては、実施例１と同じ粒子である導電性二酸化スズを２重量部外添した。本実施例でのトナー中に含有される導電性粒子の求められる粒子抵抗は、粒子を介した電荷の授受を行うため、比抵抗としては１０^９Ω・ｃｍ以下が良く、好ましくは１０^６Ω・ｃｍ以下が望ましい。実施例１で潤滑剤として用いた導電性粒子１も１０^６Ω・ｃｍ以下であり、本実施例でのクリーナーレスシステムを達成する上で使用可能である。

本実施例での現像剤中の導電性粒子（第１の導電性粒子）は、トナーと摩擦帯電されることにより、帯電特性としてポジ性の傾向を示す。従って、図８に示すように、例えば現像スリーブ１０５に交流電圧を１．２ｋＶ印加した場合、トナーに対する外添剤としての導電性粒子は単独では非画像部に対し、現像スリーブ１０５から感光ドラム１へ８００Ｖ（｜Ｖｍｉｎ−Ｖｄ｜＝｜２００−（−６００）｜）のコントラストをもって飛翔する。また、導電性粒子はトナーに付着しているものもあり、画像部に対し、現像スリーブ１０５から感光ドラム１へ８５０Ｖ（｜ＶＬ−Ｖｍａｘ｜＝｜−１５０−（−１０００）｜）のコントラストをもって飛翔する。

これらドラム上に飛翔した導電性粒子は導電性である為、転写工程後、転写残トナーと共に感光ドラム２１１上に残留する。その後、導電性粒子は先に説明したように感光ドラム２１１に対してカウンター方向に回転する帯電ローラ２０３によってその多くを剥ぎ取られ、これにより導電性粒子を帯電ローラ２０３上に付着させる事が出来る。このようにして、初期に帯電ローラ２０３に塗布してある導電性粒子２が通紙枚数が増す事によって減少しても、現像装置３０８から導電性粒子を感光ドラム２１１を介して帯電ローラ２０３に供給する事によって直接注入帯電が実現する。

ここで、現像装置内に用いる潤滑剤としては、実施例１と同様に現像ブレードと現像スリーブとの間に現像剤が存在しない状態（現像装置の使用前の状態）で、現像ブレード１０７ａに導電性粒子１を塗布している。現像ブレードに導電性粒子１を塗布して現像ブレードと現像スリーブとの接触部に導電性粒子１が存在することは実施例１と同様の作用が得られるので、現像スリーブにトナーが塗布されていない状態でも、現像スリーブはスムースに回転でき、また、その後現像スリーブにトナーをコーティングさせて画出しを行っても摺擦傷起因の異常画像は発生しなかった。

また、導電性粒子１を、導電性粒子２が塗布された帯電ローラ２０３上に付着させて画出しを行ったが、帯電不良は発生せず、均一な画像を得ることができた。つまり、導電性粒子１の粒子の体積抵抗が、直接注入帯電を行う帯電ローラに塗布する粒子の条件内にあるため、現像剤中の導電性粒子で帯電が阻害されなかったのである。つまり、現像ブレード、もしくは現像スリーブ上に潤滑剤として塗布する導電性粒子１は、直接注入帯電方式の帯電ローラで要求される粒子の体積抵抗内であるため、直接注入帯電方式の帯電ローラ上にも問題なく塗布できる。

また、現像ブレード、もしくは現像スリーブに潤滑剤として塗布する導電性粒子１の粒子抵抗の条件内に、本実施例でのトナーに含有される導電性粒子の粒子抵抗の条件が入るため、現像ブレード、もしくは現像スリーブに潤滑剤としての導電性粒子１と、本実施例に示したような直接注入帯電方式の帯電ローラ上に塗布する導電性粒子２と、同じく直接注入帯電方式のクリーナーレスシステムで使用するトナーの外添剤としての導電性粒子は同一のものでも良い。これにより、コストダウンも図ることができる。

以上のように、現像ブレードの現像スリーブとのニップ部とその近傍に介在する導電性粒子は、潤滑剤として機能しつつ、且つ、帯電ローラ上に付着しても、導電性であるために帯電不良を発生することなく、均一な画像を得ることができる。

また、プロセスカートリッジに像担持体、帯電部材、現像装置を設けた場合、プロセスカートリッジの特徴である画像安定性、イージーメンテナンス性に加え、上記実施例の現像装置を用いることで、潤滑剤が帯電ローラに付着しても、導電性であるために帯電不良を発生することなく均一な画像を得ることができる。

また、潤滑剤として導電性粒子１、現像剤中に含まれる導電性粒子、未使用の帯電ローラに塗布される導電性粒子２が同じ種類の材料であるようにすれば、現像ブレードの現像スリーブとのニップ部とその近傍に介在する導電性粒子は、潤滑剤として機能しつつ、また、コストダウンが図れ、且つ、帯電ローラ上に付着しても、導電性であるために帯電不良を発生することなく、均一な画像を得ることができる。

本発明に係る実施例１の現像装置の概略構成断面図 本発明に係る実施例１の画像形成装置の概略構成断面図 本発明に係る実施例１のトナー層厚規制部材上の潤滑剤塗布部説明図 本発明に係る実施例２のプロセスカートリッジの概略構成断面図 本発明に係る実施例２の画像形成装置の概略構成断面図 本発明に係る実施例３の画像形成装置の概略構成断面図 本発明に係る実施例３の感光ドラムの構成図 本発明に係る実施例３の感光ドラム電位と現像バイアスの関係における導電性粒子の飛翔説明図 従来例における画像形成装置の概略構成断面図 従来例における現像装置の概略構成断面図 従来例の感光ドラムと現像スリーブとの構成説明図 従来例における現像装置の概略構成断面図 従来例におけるプロセスカートリッジの概略構成断面図

符号の説明

１、２ 導電性粒子
６ カートリッジ
１１１、２１１ 感光ドラム
１０３、２０３ 帯電装置
１０４ トナー収容室
５５ レーザー光
５６ ミラー
８、２０８、３０８ 現像装置
１０９、２０９ トナー
１０７ａ トナー層厚規制部材
１０９ 現像スリーブ
１０６ マグネットローラ
２１、３１、３２１ 電源
１１０ 転写ローラ
１１２ クリーニング装置
１１５ 定着装置
５０ シール

Claims (18)

1. 帯電手段によって帯電される像担持体へ現像剤を担持搬送して供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材と、を有する現像装置において、
   現像剤が前記現像剤担持体と前記現像剤層厚規制部材との間に存在していない状態で、少なくとも前記現像剤担持体と前記現像剤層厚規制部材との接触部に導電性粒子が存在するように、前記現像剤担持体または前記現像剤層厚規制部材に前記導電性粒子が離脱可能に塗布されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤が前記現像剤担持体と前記現像剤層厚規制部材との間に存在していない状態で、前記導電性粒子は、前記接触部の近傍の、前記現像剤担持体上あるいは前記現像剤層厚規制部材上に存在することを特徴とする請求項１の現像装置。
3. 前記導電性粒子の体積抵抗が１０^２Ω・ｃｍ以上１０^６Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２の現像装置。
4. 前記導電性粒子の平均粒径が０．２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの現像装置。
5. 前記導電性粒子は、揮発性の液体中に分散された状態で塗布されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの現像装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかの現像装置を有し、画像形成装置の本体に着脱可能であることを特徴とするカートリッジ。
7. 前記カートリッジは、前記像担持体を有することを特徴とする請求項６のカートリッジ。
8. 前記カートリッジは、前記帯電手段を有することを特徴とする請求項７のカートリッジ。
9. 像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体に形成された静電像を現像剤で現像する現像装置であって、現像剤を担持搬送して像担持体へ供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材と、を備える現像装置と、前記像担持体から受像部材へ現像剤を転写する転写手段と、有する画像形成装置において、
   前記帯電手段は、電圧が印加されるとともに、前記像担持体に接触する帯電部材を備え、
   前記現像剤は、トナー及び第１の導電性粒子を含み、この第１の導電性粒子は、前記像担持体によって前記帯電部材へ搬送され、
   前記現像剤が前記現像剤担持体と前記現像剤層厚規制部材との間に存在していない状態で、少なくとも前記現像剤担持体と前記現像剤層厚規制部材との接触部に第２の導電性粒子が存在することを特徴とする画像形成装置。
10. 前記帯電部材上に前記トナーが存在しない前記帯電部材の初期状態において、前記帯電部材上に第３の導電性粒子が塗布されていることを特徴とする請求項９の画像形成装置。
11. 前記第２及び第３の導電性粒子は、同じものであることを特徴とする請求項１０の画像形成装置。
12. 前記第１及び第２及び第３の導電性粒子は、同じ種類のものであることを特徴とする請求項１０の画像形成装置。
13. 前記帯電部材は、その表面が可撓性であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずかの画像形成装置。
14. 前記現像剤が前記現像剤担持体と前記現像剤層厚規制部材との間に存在していない状態で、前記第２の導電性粒子は、前記接触部の近傍の、前記現像剤担持体上あるいは前記現像剤層厚規制部材上に存在することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかの画像形成装置。
15. 前記第１の導電性粒子の体積抵抗が１０^２Ω・ｃｍ以上１０^６Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれかの画像形成装置。
16. 前記第２の導電性粒子の体積抵抗が１０^２Ω・ｃｍ以上１０^６Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれかの画像形成装置。
17. 前記第３の導電性粒子の体積抵抗が１０^２Ω・ｃｍ以上１０^６Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１０の画像形成装置。
18. 前記像担持体は、感光層を備え、前記画像形成装置は、前記感光層を露光して前記静電像を形成する露光手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれかの画像形成装置。

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