JP4362944B2 - 現像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンター等の画像形成装置において、像担持体に形成された潜像を現像するのに使用する現像装置に係り、特に、導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体の表面に現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うと共に、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させるようにした現像装置を用いて画像を形成する場合に、形成される画像に濃度むらが発生したり、現像剤担持体と像担持体との間にリークが発生するを防止するようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンター等の画像形成装置においては、像担持体に形成された潜像を現像するのに様々な現像装置が使用されていた。
【０００３】
そして、このような現像装置としては、現像剤にキャリアとトナーとを含む２成分現像方式の現像装置の他に、キャリアを使用しない１成分現像方式の現像装置が知られていた。
【０００４】
ここで、このような１成分現像方式の現像装置においては、現像剤担持体によって像担持体と対向する現像領域に適当量の現像剤が安定して搬送されるようにするため、一般に現像剤を現像剤担持体の表面に保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送する途中において、この現像剤担持体の表面に規制部材を圧接させ、この規制部材により現像剤担持体の表面に保持されて現像領域に搬送される現像剤の量を規制すると共にこの現像剤を摩擦帯電させるようにしていた。
【０００５】
そして、このように規制されて摩擦帯電された現像剤を現像剤担持体により像担持体と対向する現像領域に搬送し、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて、現像剤をこの現像剤担持体から像担持体に形成された静電潜像部分に供給して現像を行うようにしていた。
【０００６】
しかし、上記のように現像剤担持体の表面に規制部材を圧接させて現像領域に搬送される現像剤の量を規制するようにした場合、この規制部材による圧接力によって現像剤に多大な負荷が加わり、これによって現像剤担持体の表面における現像剤が割れて微粉が発生することがあり、特に、高速で画像形成を行うために、現像剤担持体によって現像剤を搬送する速度を速くした場合には、規制部材による圧接によって現像剤の割れが激しくなり、微粉が多く発生した。
【０００７】
そして、このように現像剤が割れて微粉が発生すると、この微粉が次第に増加して現像剤担持体の表面等に融着し、形成される画像に濃度ムラ等が発生するという問題があった。
【０００８】
また、上記のように規制部材の圧接によって現像剤が割れたりするのを防止するため、現像剤担持体に対する規制部材の圧接力を弱めて、現像剤に加わる負荷を緩和する方法が考えられたが、このように規制部材の圧接力を弱めた場合、現像剤担持体によって像担持体と対向する現像領域に搬送される現像剤の量を適当な量に規制することが困難になったり、現像剤を十分に摩擦帯電できなくなる等の問題があった。
【０００９】
このため、近年においては、導電性基体の表面にゴム等の弾性材料で構成された表面層を設けた現像剤担持体を用い、規制部材の圧接によって現像剤に加わる負荷を低減させて、現像剤が割れたりするのを防止することが行われるようになった。
【００１０】
しかし、このように現像剤担持体の表面に１つの表面層を設けただけでは、現像剤の帯電が適切に行えなくなったり、現像剤が現像剤担持体の表面にフィルミングされたりするという問題があった。
【００１１】
このため、最近においては、現像剤担持体の表面に異なる種類の層を複数設けて、規制部材の圧接によって現像剤が割れるのを防止すると共に、現像剤が適切に帯電されるようにし、また現像剤が現像剤担持体の表面にフィルミングされるのを防止することが行われるようになった。
【００１２】
また、上記のような現像装置においては、上記の規制部材の他に、現像剤担持体の表面に現像剤を供給する供給ローラや、現像後において現像剤担持体の表面に残留している現像剤を除電させる除電部材等を現像剤担持体の表面に接触させることが行われていた。
【００１３】
そして、上記の規制部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させて、現像剤担持体の表面に保持された現像剤をこの規制部材によって規制する際に、現像剤が適切に帯電されるようにすると共に現像剤が規制部材に付着するのを防止するようにしたり、上記の供給ローラに現像剤担持体と異なる電圧を印加させて、この供給ローラから現像剤担持体の表面に現像剤が適切に供給させるようにしたり、上記の除電部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させて、現像後において現像剤担持体の表面に残留している現像剤が適切に除電されるようにすることが行われていた。
【００１４】
しかし、上記のように現像剤担持体に表面に接触する規制部材や供給ローラや除電部材等の接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させた場合、この接触部材との接触により現像剤担持体の表面に電荷が付与され、この電荷が現像剤担持体の表面に保持されたまま現像領域に導かれて、形成される画像に濃度むらが生じたり、また接触部材に印加された電圧が現像バイアス電圧に影響を与えて、現像剤担持体と像担持体との間でリークが発生したりするという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体の表面に現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うと共に、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させるようにした現像装置における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【００１６】
すなわち、この発明においては、上記のような現像装置において、現像剤担持体の表面に接触させた接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させた場合において、この接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が現像剤担持体の表面に保持されたまま現像領域に導かれたり、接触部材に印加された電圧が現像バイアス電圧に影響を与えたりするのを防止し、高速で画像を形成するようにした場合においても、形成される画像に濃度むらが生じたり、現像剤担持体と像担持体との間でリークが発生したりするということがなく、良好な画像が得られるようにすることを課題とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明における現像装置においては、上記のような課題を解決するため、導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体の表面に現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うと共に、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させるようにした現像装置において、上記の接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像剤が上記の現像領域に導かれるまでの間に、形成される画像に濃度むらが発生しない程度にまで、現像剤担持体と異なる電圧が印加された接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が減衰するように、上記の接触部材の印加電圧と現像バイアス電圧との電位差に応じて、現像剤担持体の回転方向における接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に至るまでの距離Ｄ（ｍｍ）、及び、現像剤担持体の表面の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を設定すると共に、上記の現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 を、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 より小さくしたのである。
【００１８】
そして、この発明の現像装置のように、現像剤担持体と異なる電圧を印加させた上記の接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像剤が現像領域に導かれるまでの間に、形成される画像に濃度むらが発生しない程度にまで、現像剤担持体と異なる電圧が印加された接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が減衰するように、上記の接触部材の印加電圧と現像バイアス電圧との電位差に応じて、現像剤担持体の回転方向における接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に至るまでの距離Ｄ（ｍｍ）、及び、現像剤担持体の表面の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を設定すると、接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が現像領域に導かれるまでに適切に消失して、形成される画像に濃度むらが発生するのが抑制されるようになる。
【００１９】
また、現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とが、Ｚ1 ＜Ｚ2 の条件を満たすようにすると、接触部材に印加された電圧が現像バイアス電圧に与える影響が少なくなって、現像剤担持体と像担持体との間においてリークが発生したりするのが防止される。
【００２０】
また、この発明における現像装置において、請求項２に示すように、現像剤担持体の表面における時定数が３．９７×１０-2以下の現像剤担持体を用いると、接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が速やかに消失するようになり、高速で現像を行う場合においても、現像剤担持体の表面に与えられた電荷が現像領域に導かれるのが抑制されて、形成される画像に濃度むらが発生するのが防止されるようになる。
【００２１】
また、この発明の現像装置に使用する現像剤担持体において、導電性基体の表面に複数の層を設けるにあたっては、この現像剤担持体の耐久性を向上させるため、上記の層間に接着層を設けて層相互の接着性を高めるようにすることが好ましい。
【００２２】
そして、現像剤担持体の表面に上記のように複数の層を設けるにあたり、各層を構成する材料としては、例えば、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリブタジエン系、ポリアミド系等の各種の熱可塑性エラストマーや、天然ゴム、シス−ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、シス−ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等を使用することができる。
【００２３】
また、現像剤担持体の表面に保持された現像剤が適切に帯電されるようにしたり、また現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 、現像剤担持体の表面における時定数を適切に調整するため、上記の各層に用いる材料に、導電性付与剤や荷電性付与剤等を混合させるようにしてもよい。
【００２４】
ここで、導電性付与剤としては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属酸化物の微粒子等を用いることができる。
【００２５】
また、荷電性付与剤としては、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、カリックスアレン系染料、第４級アンモニウム塩化合物、イミダゾール系化合物等を使用することができ、これらを単独又は複数組み合わせて使用することもできる。
【００２６】
一方、上記の現像剤としては、従来より一般に使用されている公知の現像剤を使用することができ、一般に、バインダー樹脂中に着色剤や荷電制御剤や離型剤等を含有させたトナーが用いられ、また必要に応じて流動化剤等を添加させるようにする。
【００２７】
ここで、現像剤に使用するトナーの円形度が高くなると、現像剤担持体の表面設けた弾性層に対するトナーの付着力がより低下されて、このトナーが像担持体に形成された静電潜像部分により適切に供給されるようになるため、下記の式によって求められる円形度が０．９４以上のトナーを用いることが好ましい。
円形度＝粒子の投影面積に等しい円の周囲長／粒子投影像の周囲長
また、現像剤に使用する上記のトナーを製造するにあたっても、従来より一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いることができる。
【００２８】
ここで、上記の粉砕法によってトナーを製造するにあたり、このトナーの円形度を上記のように高めるにあたっては、粉砕工程においてイノマイザーシステム（ホソカワミクロン社製）、クリプトロンシステム（川崎重工業社製）を用いるようにしたり、分級工程においてティープレックス型分級機（ホソカワミクロン社製）を用いるようにしたり、分級した後のトナーをハイブリダイゼーションシステム（奈良機械製作所製）、コスモスシステム（川崎重工業社製）、メカノフュージョンシステム（ホソカワミクロン社製）、メカノミル（岡田精工社製）、熱気流中改質法を応用したサフュージングシステム、湿式コーティング法を応用したディスパーコート（日清製粉社製）等で処理させるようにする。
【００２９】
また、このトナーの粒径が小さすぎると、現像剤の流動性が悪くなると共にクリーニング不良等が発生する一方、その粒径が大きすぎると、ハーフトーンの画像の再現性等が悪くなるため、その体積平均粒径が５〜１２μｍ、好ましくは７〜１０μｍのものを用いるようにする。また、粒径が５μｍ以下の粒子が多くなり過ると、この粒子が現像剤担持体上に融着して、現像剤の帯電が不均一になり、形成される画像にカブリや濃度ムラ等が発生するため、粒径が５μｍ以下の粒子が２５個数％以下、好ましくは２０個数％以下のものを用いるようにする。
【００３０】
また、このトナーに使用するバインダー樹脂としては、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合樹脂、エポキシ樹脂、合成テルペン樹脂、合成ロジンエステル樹脂等を単独あるいは二種類以上を混合して使用することができる。
【００３１】
さらに、このバインダー樹脂としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって測定した数平均分子量（Ｍｎ）が１０００〜１５０００、好ましくは３０００〜１２０００の範囲のものを、また高化式フローテスターによって測定した軟化温度が８０℃〜１６０℃、好ましくは９０℃〜１４０℃の範囲のものを、また示差走査熱量計ＤＳＣによって測定したガラス転移点が５０℃〜７５℃、好ましくは５５℃〜７０℃の範囲のものを用いることが好ましい。
【００３２】
また、上記のトナーに使用する着色剤としても、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキレッド等を用いることができ、一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して２〜２０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００３３】
また、上記のトナーに使用する荷電制御剤としても、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、モノアゾ金属錯体，芳香族ヒドロキシカルボン酸系の金属錯体，芳香族ジカルボン酸系の金属錯体等の有機金属錯体やキレート化合物等を用いることができ、一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００３４】
また、上記のトナーに使用する離型剤としても、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、酸化型低分子量ポリエチレン、酸化型低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、カルナバワックス、サゾールワックス等を単独或は２種類以上組み合わせて使用することができ、一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して１〜８重量部の割合で用いることが好ましい。
【００３５】
また、上記のトナーに使用する流動化剤としても、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、シリカ，酸化チタン，酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂，スチレン樹脂，シリコン樹脂，フッ素樹脂等の樹脂微粒子を使用することができ、特に、シランカップリング剤やチタンカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化したものを用いるのが好ましい。そして、このような流動化剤を上記の現像剤１００重量部に対して０．１〜３重量部の割合で添加させて用いるようにことが好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態に係る現像装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００３７】
この実施形態における現像装置においては、図１に示すように、金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、第１弾性層１１ｂと接着層１１ｃと第２弾性層１１ｄとを設け、上記の接着層１１ｃによって第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとを接着させるようにしている。
【００３８】
そして、この現像剤担持体１１を、図２に示すように、像担持体１と所要間隔ｄを介して対向するように装置本体１０に設け、この現像剤担持体１１の表面が所定の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）で移動するように、この現像剤担持体１１を回転させると共に、装置本体１０内に収容された現像剤１２を送り部材１３によって上記の現像剤担持体１１と接触して回転する供給ローラ１４に送り、この供給ローラ１４から現像剤担持体１１に現像剤１２を供給し、この現像剤１２を現像剤担持体１１の表面に保持させて搬送させるようにしている。
【００３９】
そして、このように現像剤１２を保持して搬送する現像剤担持体１１の表面に規制部材１５を圧接させ、この規制部材１５により現像剤担持体１１の表面に保持されて搬送される現像剤１２の量を規制すると共に、この現像剤１２を帯電させるようにしている。
【００４０】
ここで、この実施形態においては、上記の規制部材１５に対して電源１５ａから現像剤１２の帯電極性と同極性側の電圧を印加させて、この規制部材１５に現像剤担持体１１よりも現像剤１２の帯電極性と同極性の高い電圧が印加されるようにしている。
【００４１】
そして、上記のように規制部材１５によって規制された現像剤１２を現像剤担持体１１によって回転する像担持体１と所要間隔ｄを介して対向する現像領域に導くと共に、この現像剤担持体１１に現像バイアス電源１６から交流電圧と直流電圧とが重畳された現像バイアス電圧を印加させて、現像剤担持体１１の表面に保持された現像剤１２を像担持体１との間で飛翔させ、この現像剤１２を像担持体１に形成された静電潜像の部分に供給して現像を行うようにしている。
【００４２】
このようにして現像を行った後は、現像剤担持体１１の表面に残留している現像剤１２を、この現像剤担持体１１により装置本体１０に導くと共に、この現像剤１２を装置本体１０に設けられた除電部材１７に接触させて除電させ、このように除電された現像剤１２を現像剤担持体１１の表面から離脱させて、装置本体１０内に戻すようにしている。
【００４３】
ここで、この実施形態の現像装置においては、上記の規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像剤１２が現像剤担持体１１によって現像領域に導かれるまでの間、すなわち規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像領域までの距離をＤ（ｍｍ）とした場合においては、Ｄ／ｖ秒の間に、上記の規制部材１５から現像剤担持体１１の表面に印加された電圧による電位が２０Ｖ以下になるようにすると共に、上記の現像剤担持体１１における導電性基体１１ａと複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、この現像剤担持体１１の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とが、Ｚ1 ＜Ｚ2 の条件を満たすようにしている。
【００４４】
このようにすると、この規制部材１５との接触によって現像剤担持体１１の表面に与えられた電荷が、現像剤担持体１１に保持されたまま現像領域に導かれたり、規制部材１５に印加された電圧が上記の現像バイアス電圧に影響を与えるのが抑制され、形成される画像に濃度むらが生じたり、現像剤担持体１１と像担持体１との間でリークが発生するのが防止される。
【００４５】
また、この実施形態の現像装置においては、現像剤担持体１１の表面に保持された現像剤１２を像担持体１との間で飛翔させて現像を行うため、形成される画像にかぶりが発生するのも抑制される。
【００４６】
なお、上記の実施形態の現像装置においては、上記の現像剤担持体１１を像担持体１と所要間隔ｄを介して対向するように設けたが、図３に示すように、上記の現像剤担持体１１を像担持体１と接触するように設け、この現像剤担持体１１の表面に保持された現像剤１２を像担持体１に接触させて、この現像剤２２を像担持体１に形成された静電潜像の部分に供給して現像を行うようにすることも可能である。
【００４７】
また、上記の実施形態の現像装置においては、現像剤担持体１１の表面に保持されて搬送される現像剤１２の量を規制する規制部材１５に対して、電源１５ａから現像剤１２の帯電極性と同極性側の電圧を印加させるようにしたが、現像剤担持体１１の表面に接触する上記の供給ローラ１４や除電部材１７に電圧を印加させるようにすることも可能であり、この場合においても、上記のような条件を満たすようにすることにより、形成される画像に濃度むらが生じたり、現像剤担持体１１と像担持体１との間でリークが発生するのが防止される。
【００４８】
次に、上記の図２に示す現像装置において、上記の現像剤１２として負帯電性のトナーを使用すると共に、上記の規制部材１５に対して電源１５ａから現像剤１２の帯電極性と同極性の−１００Ｖの電圧を印加させて、この規制部材１５に現像剤担持体１１よりも負の高い電圧が印加されるようにすると共に、規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像領域までの距離Ｄを２５ｍｍにした。
【００４９】
そして、使用する現像剤担持体１１の種類を変更し、このように現像剤担持体１１の種類を変更させた各現像装置を、市販のプリンター（ミノルタ社製：ＰａｇｅＰｒｏTM１５ｅ）を改造したものに搭載して画像を形成する実験を行い、この発明の条件を満たす現像装置においては、形成される画像に濃度むらが生じたり、現像剤担持体と像担持体との間でリークが発生するのが防止されることを明らかにする。
【００５０】
ここで、この実験においては、現像剤担持体１１として、導電性基体の外周面に設ける層の種類を変更させた４種類の現像剤担持体Ａ１〜Ａ４を使用するようにした。
【００５１】
そして、現像剤担持体Ａ１においては、直径が１８ｍｍの金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、厚みが１ｍｍ、ＪＩＳ Ａに規定されるゴム硬度が４０度、抵抗値が３×１０4 Ω・ｃｍになったシリコンゴムからなる第１弾性層１１ｂと、厚みが２０μｍ、ＪＩＳ Ａに規定されるゴム硬度が８０度、抵抗値が１×１０9 Ω・ｃｍになった水素化ニトリルゴムからなる接着層１１ｃと、厚みが２５μｍ、ＪＩＳ Ａに規定されるゴム硬度が６０度、抵抗値が１×１０9 Ω・ｃｍになったニトリルゴムからなる第２弾性層１１ｄとを設けた。
【００５２】
現像剤担持体Ａ２においては、上記の現像剤担持体Ａ１と同様に、直径が１８ｍｍの金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、シリコンゴムからなる第１弾性層１１ｂを設け、この第１弾性層１１ｂの上に厚みが２５μｍ、ＪＩＳＡに規定されるゴム硬度が５９度、抵抗値が７×１０9 Ω・ｃｍになったニトリルゴムからなる第２弾性層１１ｄを設けた。
【００５３】
現像剤担持体Ａ３においては、上記の現像剤担持体Ａ１と同様に、直径が１８ｍｍの金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、シリコンゴムからなる第１弾性層１１ｂを設け、この第１弾性層１１ｂの上に厚みが２５μｍ、ＪＩＳＡに規定されるゴム硬度が５８度、抵抗値が１×１０9 Ω・ｃｍになったニトリルゴムからなる第２弾性層１１ｄを設けた。
【００５４】
現像剤担持体Ａ４においては、上記の現像剤担持体Ａ１と同様に、直径が１８ｍｍの金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、シリコンゴムからなる第１弾性層１１ｂを設け、この第１弾性層１１ｂの上に厚みが２５μｍ、ＪＩＳＡに規定されるゴム硬度が７１度、抵抗値が１×１０4 Ω・ｃｍになったニトリルゴムからなる第２弾性層１１ｄを設けた。
【００５５】
ここで、上記の各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４において、導電性基体１１ａと複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の表面において上記の距離Ｄ（＝２５ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とを求めると共に、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の表面における時定数を求めるようにした。
【００５６】
ここで、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４における上記のインピーダンスＺ1 とインピーダンスＺ2 とを求めるにあたっては、図４に示すように、導電性基体１１ａの外周面に複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた現像剤担持体１１の表面に接触するようにして２つの電極ローラ３１，３２を上記の距離Ｄ（＝２５ｍｍ）を介して設け、一方の電極ローラ３１と電源３３との間に抵抗３４を接続させる一方、他方の電極ローラ３２と電源３３との間にスイッチ３５を、現像剤担持体１１の導電性基体１１ａと電源３３との間にスイッチ３６を設けたものを用いるようにした。
【００５７】
そして、上記のインピーダンスＺ1 を測定するにあたっては、他方の電極ローラ３２と電源３３との間のスイッチ３５をオフにする一方、現像剤担持体１１の導電性基体１１ａと電源３３との間のスイッチ３６をオンにし、また上記のインピーダンスＺ2 を測定するにあたっては、現像剤担持体１１の導電性基体１１ａと電源３３との間のスイッチ３６をオフにする一方、他方の電極ローラ３２と電源３３との間にスイッチ３５をオンにして、それぞれ上記の電源３３から−１００Ｖの電圧を印加させて、インピーダンスＺ1 とインピーダンスＺ2 とを測定し、その結果を下記の表１に示した。
【００５８】
また、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の表面における時定数を測定するにあたっては、図５に示すように、導電性基体１１ａの外周面に複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた現像剤担持体１１の表面に電極ローラ４１を接触させ、この電極ローラ４１に電源４２から電圧を印加させるようにすると共に、この電極ローラ４１が接触する位置から現像剤担持体１１の回転方向下流側に１５ｍｍ離れた位置において、現像剤担持体１１の表面電位を測定する電位計４３を設けたものを用いるようにした。
【００５９】
そして、上記の電源４２から電極ローラ４１に−１００Ｖの電圧を印加させて現像剤担持体１１の表面を帯電させると共に、上記の現像剤担持体１１をその表面の移動速度、すなわち周速度が２００ｍｍ／ｓになるように回転させ、上記のように帯電された現像剤担持体１１の表面が電位計４３の位置に達した時点で、現像剤担持体１１の回転を停止させ、この現像剤担持体１１における表面電位の変化を上記の電位計４３によって測定し、その結果を図６に示した。
【００６０】
ここで、上記のように電極ローラ４１により帯電された現像剤担持体１１の表面が電位計４３の位置に達するまでの時間が０．０７５秒であるため、図６においては、０．０７５秒後における現像剤担持体１１の表面電位の変化を示しており、現像剤担持体Ａ１を用いた場合の結果を実線で、現像剤担持体Ａ２を用いた場合の結果を一点鎖線で、現像剤担持体Ａ３を用いた場合の結果を二点鎖線で、現像剤担持体Ａ４を用いた場合の結果を破線で示した。
【００６１】
そして、上記の各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４について、初期の表面電位Ｖｏ（＝−１００Ｖ）とｔ秒後（実験では０．０７５秒後）の表面電位Ｖｉとから下記の式に基づいてその表面における時定数を求め、その結果を下記の表１に示した。時定数＝ｔ／ｌｎ（Ｖｏ／Ｖｉ）
【００６２】
次に、上記の各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４を使用した現像装置を上記の市販のプリンターに搭載し、上記のように規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像領域までの距離Ｄを２５ｍｍにすると共に、この規制部材１５に対して電源１５ａから現像剤１２の帯電極性と同極性の−１００Ｖの電圧を印加させるようにし、この条件の下でそれぞれ現像を行い、形成された画像における濃度むらの評価及び現像剤担持体１１と像担持体１との間におけるリークの発生の有無を調べ、その結果を下記の表１に合わせて示した。
【００６３】
ここで、濃度むらの評価を行うにあたっては、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の周速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を下記の表１に示すように、１００ｍｍ／ｓと１５０ｍｍ／ｓと２４０ｍｍ／ｓとにしてそれぞれ実験を行い、形成された画像に濃度むらが発生しなかった場合を○で、若干濃度むらが発生しているが実用上問題がない場合を△で、濃度むらの発生が激しくて実用上問題となる場合を×で示した。
【００６４】
また、リークの発生については、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の周速度ｖを２４０ｍｍ／ｓにして実験を行い、リークが発生しなかった場合を○で、リークが発生した場合を×で示した。
【００６５】
【表１】
【００６６】
この結果、前記の図６に示すように、それぞれ規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像剤１２が現像領域に導かれるまでの時間（Ｄ／ｖ秒）迄に、上記の規制部材１５から現像剤担持体１１の表面に印加された電圧による電位が２０Ｖ以下になる条件の下では、形成される画像に濃度むらが発生するのが抑制されたのに対して、規制部材１５から現像剤担持体１１の表面に印加された電圧による電位が２０Ｖを越える場合においては、形成される画像に実用上問題となる濃度むらが発生した。特に、表面の時定数が５×１０-2以下になった現像剤担持体Ａ１，Ａ４を用いた場合においては、現像剤担持体の周速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を２４０ｍｍ／ｓにした場合においても、濃度むらが全く発生しなかった。
【００６７】
また、現像剤担持体１１における導電性基体１１ａと複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、現像剤担持体１１の表面において上記の距離Ｄ（＝２５ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とがＺ1 ＜Ｚ2 の条件を満たす現像剤担持体Ａ１〜Ａ３を用いた場合には、現像剤担持体１１と像担持体１との間でリークか発生しなかったが、上記のインピーダンスＺ1 がインピーダンスＺ2 より大きくなった現像剤担持体Ａ４を用いた場合においては、現像剤担持体１１と像担持体１との間でリークが発生した。
【００６８】
また、上記の現像剤担持体Ａ１〜Ａ４を用いて１０００枚の耐刷試験を行ったところ、第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとの間に接着層１１ｃを設けた現像剤担持体Ａ１においては、第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとが分離して剥離することはなかったが、第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとの間に接着層１１ｃを設けていない現像剤担持体Ａ２〜Ａ４においては、第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとが分離して剥離した。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における現像装置においては、導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体に表面の現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うにあたり、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させる現像剤担持体と異なる電圧を印加させる場合において、この接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に現像剤が導かれるまでの間に、形成される画像に濃度むらが発生しない程度にまで、現像剤担持体と異なる電圧が印加された接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が減衰するように、上記の接触部材の印加電圧と現像バイアス電圧との電位差に応じて、現像剤担持体の回転方向における接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に至るまでの距離Ｄ（ｍｍ）、及び、現像剤担持体の表面の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を設定したため、接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷によって形成される画像に濃度むらが発生するのが抑制されるようになった。
【００７０】
また、この発明における現像装置においては、現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とが、Ｚ1 ＜Ｚ2 の条件を満たすようにしたため、接触部材に印加された電圧による現像バイアス電圧への影響が少なくなって、現像剤担持体と像担持体との間でリークが発生したりするのが防止されるようになった。
【００７１】
この結果、この発明の現像装置を使用して画像を形成すると、濃度むらやリークによるノイズ等のない良好な画像が得られるようになった。
【００７２】
また、この発明における現像装置において、表面における時定数が３．９７×１０-2以下の現像剤担持体を用いると、接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が速やかに消失するようになり、高速で現像を行う場合においても、濃度むらのない良好な画像が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態における現像装置において使用する現像剤担持体の概略説明図である。
【図２】この発明の一実施形態における現像装置において、現像剤担持体の表面に保持された現像剤を像担持体の表面に接触させずに現像を行う状態を示した概略説明図である。
【図３】この発明の他の実施形態における現像装置において、現像剤担持体の表面に保持された現像剤を像担持体の表面に接触させて現像を行う状態を示した概略説明図である。
【図４】現像剤担持体Ａ１〜Ａ４において、その導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 及びその表面において所定の距離Ｄを介した表面間のインピーダンスＺ2 とを求めるのに使用した装置の概略説明図である。
【図５】現像剤担持体Ａ１〜Ａ４において、その表面における時定数を求めるのに使用した装置の概略説明図である。
【図６】電極ローラにより帯電された現像剤担持体Ａ１〜Ａ４において、その表面における電位が減衰していく状態を示した図である。
【符号の説明】
１ 像担持体
１１ 現像剤担持体
１１ａ 導電性基体
１１ｂ 第１弾性層
１１ｃ 接着層
１１ｂ 第２弾性層
１２ 現像剤（トナー）
１４ 供給ローラ
１５ 規制部材
１５ａ 電源
１６ 現像バイアス電源
１７ 除電部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンター等の画像形成装置において、像担持体に形成された潜像を現像するのに使用する現像装置に係り、特に、導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体の表面に現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うと共に、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させるようにした現像装置を用いて画像を形成する場合に、形成される画像に濃度むらが発生したり、現像剤担持体と像担持体との間にリークが発生するを防止するようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンター等の画像形成装置においては、像担持体に形成された潜像を現像するのに様々な現像装置が使用されていた。
【０００３】
そして、このような現像装置としては、現像剤にキャリアとトナーとを含む２成分現像方式の現像装置の他に、キャリアを使用しない１成分現像方式の現像装置が知られていた。
【０００４】
ここで、このような１成分現像方式の現像装置においては、現像剤担持体によって像担持体と対向する現像領域に適当量の現像剤が安定して搬送されるようにするため、一般に現像剤を現像剤担持体の表面に保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送する途中において、この現像剤担持体の表面に規制部材を圧接させ、この規制部材により現像剤担持体の表面に保持されて現像領域に搬送される現像剤の量を規制すると共にこの現像剤を摩擦帯電させるようにしていた。
【０００５】
そして、このように規制されて摩擦帯電された現像剤を現像剤担持体により像担持体と対向する現像領域に搬送し、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて、現像剤をこの現像剤担持体から像担持体に形成された静電潜像部分に供給して現像を行うようにしていた。
【０００６】
しかし、上記のように現像剤担持体の表面に規制部材を圧接させて現像領域に搬送される現像剤の量を規制するようにした場合、この規制部材による圧接力によって現像剤に多大な負荷が加わり、これによって現像剤担持体の表面における現像剤が割れて微粉が発生することがあり、特に、高速で画像形成を行うために、現像剤担持体によって現像剤を搬送する速度を速くした場合には、規制部材による圧接によって現像剤の割れが激しくなり、微粉が多く発生した。
【０００７】
そして、このように現像剤が割れて微粉が発生すると、この微粉が次第に増加して現像剤担持体の表面等に融着し、形成される画像に濃度ムラ等が発生するという問題があった。
【０００８】
また、上記のように規制部材の圧接によって現像剤が割れたりするのを防止するため、現像剤担持体に対する規制部材の圧接力を弱めて、現像剤に加わる負荷を緩和する方法が考えられたが、このように規制部材の圧接力を弱めた場合、現像剤担持体によって像担持体と対向する現像領域に搬送される現像剤の量を適当な量に規制することが困難になったり、現像剤を十分に摩擦帯電できなくなる等の問題があった。
【０００９】
このため、近年においては、導電性基体の表面にゴム等の弾性材料で構成された表面層を設けた現像剤担持体を用い、規制部材の圧接によって現像剤に加わる負荷を低減させて、現像剤が割れたりするのを防止することが行われるようになった。
【００１０】
しかし、このように現像剤担持体の表面に１つの表面層を設けただけでは、現像剤の帯電が適切に行えなくなったり、現像剤が現像剤担持体の表面にフィルミングされたりするという問題があった。
【００１１】
このため、最近においては、現像剤担持体の表面に異なる種類の層を複数設けて、規制部材の圧接によって現像剤が割れるのを防止すると共に、現像剤が適切に帯電されるようにし、また現像剤が現像剤担持体の表面にフィルミングされるのを防止することが行われるようになった。
【００１２】
また、上記のような現像装置においては、上記の規制部材の他に、現像剤担持体の表面に現像剤を供給する供給ローラや、現像後において現像剤担持体の表面に残留している現像剤を除電させる除電部材等を現像剤担持体の表面に接触させることが行われていた。
【００１３】
そして、上記の規制部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させて、現像剤担持体の表面に保持された現像剤をこの規制部材によって規制する際に、現像剤が適切に帯電されるようにすると共に現像剤が規制部材に付着するのを防止するようにしたり、上記の供給ローラに現像剤担持体と異なる電圧を印加させて、この供給ローラから現像剤担持体の表面に現像剤が適切に供給させるようにしたり、上記の除電部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させて、現像後において現像剤担持体の表面に残留している現像剤が適切に除電されるようにすることが行われていた。
【００１４】
しかし、上記のように現像剤担持体に表面に接触する規制部材や供給ローラや除電部材等の接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させた場合、この接触部材との接触により現像剤担持体の表面に電荷が付与され、この電荷が現像剤担持体の表面に保持されたまま現像領域に導かれて、形成される画像に濃度むらが生じたり、また接触部材に印加された電圧が現像バイアス電圧に影響を与えて、現像剤担持体と像担持体との間でリークが発生したりするという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体の表面に現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うと共に、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させるようにした現像装置における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【００１６】
すなわち、この発明においては、上記のような現像装置において、現像剤担持体の表面に接触させた接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させた場合において、この接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が現像剤担持体の表面に保持されたまま現像領域に導かれたり、接触部材に印加された電圧が現像バイアス電圧に影響を与えたりするのを防止し、高速で画像を形成するようにした場合においても、形成される画像に濃度むらが生じたり、現像剤担持体と像担持体との間でリークが発生したりするということがなく、良好な画像が得られるようにすることを課題とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明における現像装置においては、上記のような課題を解決するため、導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体の表面に現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うと共に、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させるようにした現像装置において、上記の接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像剤が上記の現像領域に導かれるまでの間に、形成される画像に濃度むらが発生しない程度にまで、現像剤担持体と異なる電圧が印加された接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が減衰するように、上記の接触部材の印加電圧と現像バイアス電圧との電位差に応じて、現像剤担持体の回転方向における接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に至るまでの距離Ｄ（ｍｍ）、及び、現像剤担持体の表面の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を設定すると共に、上記の現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 を、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 より小さくしたのである。
【００１８】
そして、この発明の現像装置のように、現像剤担持体と異なる電圧を印加させた上記の接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像剤が現像領域に導かれるまでの間に、形成される画像に濃度むらが発生しない程度にまで、現像剤担持体と異なる電圧が印加された接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が減衰するように、上記の接触部材の印加電圧と現像バイアス電圧との電位差に応じて、現像剤担持体の回転方向における接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に至るまでの距離Ｄ（ｍｍ）、及び、現像剤担持体の表面の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を設定すると、接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が現像領域に導かれるまでに適切に消失して、形成される画像に濃度むらが発生するのが抑制されるようになる。
【００１９】
また、現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とが、Ｚ1 ＜Ｚ2 の条件を満たすようにすると、接触部材に印加された電圧が現像バイアス電圧に与える影響が少なくなって、現像剤担持体と像担持体との間においてリークが発生したりするのが防止される。
【００２０】
また、この発明における現像装置において、請求項２に示すように、現像剤担持体の表面における時定数が３．９７×１０-2以下の現像剤担持体を用いると、接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が速やかに消失するようになり、高速で現像を行う場合においても、現像剤担持体の表面に与えられた電荷が現像領域に導かれるのが抑制されて、形成される画像に濃度むらが発生するのが防止されるようになる。
【００２１】
また、この発明の現像装置に使用する現像剤担持体において、導電性基体の表面に複数の層を設けるにあたっては、この現像剤担持体の耐久性を向上させるため、上記の層間に接着層を設けて層相互の接着性を高めるようにすることが好ましい。
【００２２】
そして、現像剤担持体の表面に上記のように複数の層を設けるにあたり、各層を構成する材料としては、例えば、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリブタジエン系、ポリアミド系等の各種の熱可塑性エラストマーや、天然ゴム、シス−ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、シス−ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等を使用することができる。
【００２３】
また、現像剤担持体の表面に保持された現像剤が適切に帯電されるようにしたり、また現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 、現像剤担持体の表面における時定数を適切に調整するため、上記の各層に用いる材料に、導電性付与剤や荷電性付与剤等を混合させるようにしてもよい。
【００２４】
ここで、導電性付与剤としては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属酸化物の微粒子等を用いることができる。
【００２５】
また、荷電性付与剤としては、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、カリックスアレン系染料、第４級アンモニウム塩化合物、イミダゾール系化合物等を使用することができ、これらを単独又は複数組み合わせて使用することもできる。
【００２６】
一方、上記の現像剤としては、従来より一般に使用されている公知の現像剤を使用することができ、一般に、バインダー樹脂中に着色剤や荷電制御剤や離型剤等を含有させたトナーが用いられ、また必要に応じて流動化剤等を添加させるようにする。
【００２７】
ここで、現像剤に使用するトナーの円形度が高くなると、現像剤担持体の表面設けた弾性層に対するトナーの付着力がより低下されて、このトナーが像担持体に形成された静電潜像部分により適切に供給されるようになるため、下記の式によって求められる円形度が０．９４以上のトナーを用いることが好ましい。
円形度＝粒子の投影面積に等しい円の周囲長／粒子投影像の周囲長
また、現像剤に使用する上記のトナーを製造するにあたっても、従来より一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いることができる。
【００２８】
ここで、上記の粉砕法によってトナーを製造するにあたり、このトナーの円形度を上記のように高めるにあたっては、粉砕工程においてイノマイザーシステム（ホソカワミクロン社製）、クリプトロンシステム（川崎重工業社製）を用いるようにしたり、分級工程においてティープレックス型分級機（ホソカワミクロン社製）を用いるようにしたり、分級した後のトナーをハイブリダイゼーションシステム（奈良機械製作所製）、コスモスシステム（川崎重工業社製）、メカノフュージョンシステム（ホソカワミクロン社製）、メカノミル（岡田精工社製）、熱気流中改質法を応用したサフュージングシステム、湿式コーティング法を応用したディスパーコート（日清製粉社製）等で処理させるようにする。
【００２９】
また、このトナーの粒径が小さすぎると、現像剤の流動性が悪くなると共にクリーニング不良等が発生する一方、その粒径が大きすぎると、ハーフトーンの画像の再現性等が悪くなるため、その体積平均粒径が５〜１２μｍ、好ましくは７〜１０μｍのものを用いるようにする。また、粒径が５μｍ以下の粒子が多くなり過ると、この粒子が現像剤担持体上に融着して、現像剤の帯電が不均一になり、形成される画像にカブリや濃度ムラ等が発生するため、粒径が５μｍ以下の粒子が２５個数％以下、好ましくは２０個数％以下のものを用いるようにする。
【００３０】
また、このトナーに使用するバインダー樹脂としては、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合樹脂、エポキシ樹脂、合成テルペン樹脂、合成ロジンエステル樹脂等を単独あるいは二種類以上を混合して使用することができる。
【００３１】
さらに、このバインダー樹脂としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって測定した数平均分子量（Ｍｎ）が１０００〜１５０００、好ましくは３０００〜１２０００の範囲のものを、また高化式フローテスターによって測定した軟化温度が８０℃〜１６０℃、好ましくは９０℃〜１４０℃の範囲のものを、また示差走査熱量計ＤＳＣによって測定したガラス転移点が５０℃〜７５℃、好ましくは５５℃〜７０℃の範囲のものを用いることが好ましい。
【００３２】
また、上記のトナーに使用する着色剤としても、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキレッド等を用いることができ、一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して２〜２０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００３３】
また、上記のトナーに使用する荷電制御剤としても、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、モノアゾ金属錯体，芳香族ヒドロキシカルボン酸系の金属錯体，芳香族ジカルボン酸系の金属錯体等の有機金属錯体やキレート化合物等を用いることができ、一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００３４】
また、上記のトナーに使用する離型剤としても、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、酸化型低分子量ポリエチレン、酸化型低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、カルナバワックス、サゾールワックス等を単独或は２種類以上組み合わせて使用することができ、一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して１〜８重量部の割合で用いることが好ましい。
【００３５】
また、上記のトナーに使用する流動化剤としても、従来より一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、シリカ，酸化チタン，酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂，スチレン樹脂，シリコン樹脂，フッ素樹脂等の樹脂微粒子を使用することができ、特に、シランカップリング剤やチタンカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化したものを用いるのが好ましい。そして、このような流動化剤を上記の現像剤１００重量部に対して０．１〜３重量部の割合で添加させて用いるようにことが好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態に係る現像装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００３７】
この実施形態における現像装置においては、図１に示すように、金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、第１弾性層１１ｂと接着層１１ｃと第２弾性層１１ｄとを設け、上記の接着層１１ｃによって第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとを接着させるようにしている。
【００３８】
そして、この現像剤担持体１１を、図２に示すように、像担持体１と所要間隔ｄを介して対向するように装置本体１０に設け、この現像剤担持体１１の表面が所定の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）で移動するように、この現像剤担持体１１を回転させると共に、装置本体１０内に収容された現像剤１２を送り部材１３によって上記の現像剤担持体１１と接触して回転する供給ローラ１４に送り、この供給ローラ１４から現像剤担持体１１に現像剤１２を供給し、この現像剤１２を現像剤担持体１１の表面に保持させて搬送させるようにしている。
【００３９】
そして、このように現像剤１２を保持して搬送する現像剤担持体１１の表面に規制部材１５を圧接させ、この規制部材１５により現像剤担持体１１の表面に保持されて搬送される現像剤１２の量を規制すると共に、この現像剤１２を帯電させるようにしている。
【００４０】
ここで、この実施形態においては、上記の規制部材１５に対して電源１５ａから現像剤１２の帯電極性と同極性側の電圧を印加させて、この規制部材１５に現像剤担持体１１よりも現像剤１２の帯電極性と同極性の高い電圧が印加されるようにしている。
【００４１】
そして、上記のように規制部材１５によって規制された現像剤１２を現像剤担持体１１によって回転する像担持体１と所要間隔ｄを介して対向する現像領域に導くと共に、この現像剤担持体１１に現像バイアス電源１６から交流電圧と直流電圧とが重畳された現像バイアス電圧を印加させて、現像剤担持体１１の表面に保持された現像剤１２を像担持体１との間で飛翔させ、この現像剤１２を像担持体１に形成された静電潜像の部分に供給して現像を行うようにしている。
【００４２】
このようにして現像を行った後は、現像剤担持体１１の表面に残留している現像剤１２を、この現像剤担持体１１により装置本体１０に導くと共に、この現像剤１２を装置本体１０に設けられた除電部材１７に接触させて除電させ、このように除電された現像剤１２を現像剤担持体１１の表面から離脱させて、装置本体１０内に戻すようにしている。
【００４３】
ここで、この実施形態の現像装置においては、上記の規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像剤１２が現像剤担持体１１によって現像領域に導かれるまでの間、すなわち規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像領域までの距離をＤ（ｍｍ）とした場合においては、Ｄ／ｖ秒の間に、上記の規制部材１５から現像剤担持体１１の表面に印加された電圧による電位が２０Ｖ以下になるようにすると共に、上記の現像剤担持体１１における導電性基体１１ａと複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、この現像剤担持体１１の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とが、Ｚ1 ＜Ｚ2 の条件を満たすようにしている。
【００４４】
このようにすると、この規制部材１５との接触によって現像剤担持体１１の表面に与えられた電荷が、現像剤担持体１１に保持されたまま現像領域に導かれたり、規制部材１５に印加された電圧が上記の現像バイアス電圧に影響を与えるのが抑制され、形成される画像に濃度むらが生じたり、現像剤担持体１１と像担持体１との間でリークが発生するのが防止される。
【００４５】
また、この実施形態の現像装置においては、現像剤担持体１１の表面に保持された現像剤１２を像担持体１との間で飛翔させて現像を行うため、形成される画像にかぶりが発生するのも抑制される。
【００４６】
なお、上記の実施形態の現像装置においては、上記の現像剤担持体１１を像担持体１と所要間隔ｄを介して対向するように設けたが、図３に示すように、上記の現像剤担持体１１を像担持体１と接触するように設け、この現像剤担持体１１の表面に保持された現像剤１２を像担持体１に接触させて、この現像剤２２を像担持体１に形成された静電潜像の部分に供給して現像を行うようにすることも可能である。
【００４７】
また、上記の実施形態の現像装置においては、現像剤担持体１１の表面に保持されて搬送される現像剤１２の量を規制する規制部材１５に対して、電源１５ａから現像剤１２の帯電極性と同極性側の電圧を印加させるようにしたが、現像剤担持体１１の表面に接触する上記の供給ローラ１４や除電部材１７に電圧を印加させるようにすることも可能であり、この場合においても、上記のような条件を満たすようにすることにより、形成される画像に濃度むらが生じたり、現像剤担持体１１と像担持体１との間でリークが発生するのが防止される。
【００４８】
次に、上記の図２に示す現像装置において、上記の現像剤１２として負帯電性のトナーを使用すると共に、上記の規制部材１５に対して電源１５ａから現像剤１２の帯電極性と同極性の−１００Ｖの電圧を印加させて、この規制部材１５に現像剤担持体１１よりも負の高い電圧が印加されるようにすると共に、規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像領域までの距離Ｄを２５ｍｍにした。
【００４９】
そして、使用する現像剤担持体１１の種類を変更し、このように現像剤担持体１１の種類を変更させた各現像装置を、市販のプリンター（ミノルタ社製：ＰａｇｅＰｒｏTM１５ｅ）を改造したものに搭載して画像を形成する実験を行い、この発明の条件を満たす現像装置においては、形成される画像に濃度むらが生じたり、現像剤担持体と像担持体との間でリークが発生するのが防止されることを明らかにする。
【００５０】
ここで、この実験においては、現像剤担持体１１として、導電性基体の外周面に設ける層の種類を変更させた４種類の現像剤担持体Ａ１〜Ａ４を使用するようにした。
【００５１】
そして、現像剤担持体Ａ１においては、直径が１８ｍｍの金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、厚みが１ｍｍ、ＪＩＳ Ａに規定されるゴム硬度が４０度、抵抗値が３×１０4 Ω・ｃｍになったシリコンゴムからなる第１弾性層１１ｂと、厚みが２０μｍ、ＪＩＳ Ａに規定されるゴム硬度が８０度、抵抗値が１×１０9 Ω・ｃｍになった水素化ニトリルゴムからなる接着層１１ｃと、厚みが２５μｍ、ＪＩＳ Ａに規定されるゴム硬度が６０度、抵抗値が１×１０9 Ω・ｃｍになったニトリルゴムからなる第２弾性層１１ｄとを設けた。
【００５２】
現像剤担持体Ａ２においては、上記の現像剤担持体Ａ１と同様に、直径が１８ｍｍの金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、シリコンゴムからなる第１弾性層１１ｂを設け、この第１弾性層１１ｂの上に厚みが２５μｍ、ＪＩＳＡに規定されるゴム硬度が５９度、抵抗値が７×１０9 Ω・ｃｍになったニトリルゴムからなる第２弾性層１１ｄを設けた。
【００５３】
現像剤担持体Ａ３においては、上記の現像剤担持体Ａ１と同様に、直径が１８ｍｍの金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、シリコンゴムからなる第１弾性層１１ｂを設け、この第１弾性層１１ｂの上に厚みが２５μｍ、ＪＩＳＡに規定されるゴム硬度が５８度、抵抗値が１×１０9 Ω・ｃｍになったニトリルゴムからなる第２弾性層１１ｄを設けた。
【００５４】
現像剤担持体Ａ４においては、上記の現像剤担持体Ａ１と同様に、直径が１８ｍｍの金属ローラからなる導電性基体１１ａの外周面に、シリコンゴムからなる第１弾性層１１ｂを設け、この第１弾性層１１ｂの上に厚みが２５μｍ、ＪＩＳＡに規定されるゴム硬度が７１度、抵抗値が１×１０4 Ω・ｃｍになったニトリルゴムからなる第２弾性層１１ｄを設けた。
【００５５】
ここで、上記の各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４において、導電性基体１１ａと複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の表面において上記の距離Ｄ（＝２５ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とを求めると共に、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の表面における時定数を求めるようにした。
【００５６】
ここで、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４における上記のインピーダンスＺ1 とインピーダンスＺ2 とを求めるにあたっては、図４に示すように、導電性基体１１ａの外周面に複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた現像剤担持体１１の表面に接触するようにして２つの電極ローラ３１，３２を上記の距離Ｄ（＝２５ｍｍ）を介して設け、一方の電極ローラ３１と電源３３との間に抵抗３４を接続させる一方、他方の電極ローラ３２と電源３３との間にスイッチ３５を、現像剤担持体１１の導電性基体１１ａと電源３３との間にスイッチ３６を設けたものを用いるようにした。
【００５７】
そして、上記のインピーダンスＺ1 を測定するにあたっては、他方の電極ローラ３２と電源３３との間のスイッチ３５をオフにする一方、現像剤担持体１１の導電性基体１１ａと電源３３との間のスイッチ３６をオンにし、また上記のインピーダンスＺ2 を測定するにあたっては、現像剤担持体１１の導電性基体１１ａと電源３３との間のスイッチ３６をオフにする一方、他方の電極ローラ３２と電源３３との間にスイッチ３５をオンにして、それぞれ上記の電源３３から−１００Ｖの電圧を印加させて、インピーダンスＺ1 とインピーダンスＺ2 とを測定し、その結果を下記の表１に示した。
【００５８】
また、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の表面における時定数を測定するにあたっては、図５に示すように、導電性基体１１ａの外周面に複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた現像剤担持体１１の表面に電極ローラ４１を接触させ、この電極ローラ４１に電源４２から電圧を印加させるようにすると共に、この電極ローラ４１が接触する位置から現像剤担持体１１の回転方向下流側に１５ｍｍ離れた位置において、現像剤担持体１１の表面電位を測定する電位計４３を設けたものを用いるようにした。
【００５９】
そして、上記の電源４２から電極ローラ４１に−１００Ｖの電圧を印加させて現像剤担持体１１の表面を帯電させると共に、上記の現像剤担持体１１をその表面の移動速度、すなわち周速度が２００ｍｍ／ｓになるように回転させ、上記のように帯電された現像剤担持体１１の表面が電位計４３の位置に達した時点で、現像剤担持体１１の回転を停止させ、この現像剤担持体１１における表面電位の変化を上記の電位計４３によって測定し、その結果を図６に示した。
【００６０】
ここで、上記のように電極ローラ４１により帯電された現像剤担持体１１の表面が電位計４３の位置に達するまでの時間が０．０７５秒であるため、図６においては、０．０７５秒後における現像剤担持体１１の表面電位の変化を示しており、現像剤担持体Ａ１を用いた場合の結果を実線で、現像剤担持体Ａ２を用いた場合の結果を一点鎖線で、現像剤担持体Ａ３を用いた場合の結果を二点鎖線で、現像剤担持体Ａ４を用いた場合の結果を破線で示した。
【００６１】
そして、上記の各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４について、初期の表面電位Ｖｏ（＝−１００Ｖ）とｔ秒後（実験では０．０７５秒後）の表面電位Ｖｉとから下記の式に基づいてその表面における時定数を求め、その結果を下記の表１に示した。時定数＝ｔ／ｌｎ（Ｖｏ／Ｖｉ）
【００６２】
次に、上記の各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４を使用した現像装置を上記の市販のプリンターに搭載し、上記のように規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像領域までの距離Ｄを２５ｍｍにすると共に、この規制部材１５に対して電源１５ａから現像剤１２の帯電極性と同極性の−１００Ｖの電圧を印加させるようにし、この条件の下でそれぞれ現像を行い、形成された画像における濃度むらの評価及び現像剤担持体１１と像担持体１との間におけるリークの発生の有無を調べ、その結果を下記の表１に合わせて示した。
【００６３】
ここで、濃度むらの評価を行うにあたっては、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の周速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を下記の表１に示すように、１００ｍｍ／ｓと１５０ｍｍ／ｓと２４０ｍｍ／ｓとにしてそれぞれ実験を行い、形成された画像に濃度むらが発生しなかった場合を○で、若干濃度むらが発生しているが実用上問題がない場合を△で、濃度むらの発生が激しくて実用上問題となる場合を×で示した。
【００６４】
また、リークの発生については、各現像剤担持体Ａ１〜Ａ４の周速度ｖを２４０ｍｍ／ｓにして実験を行い、リークが発生しなかった場合を○で、リークが発生した場合を×で示した。
【００６５】
【表１】
この結果、前記の図６に示すように、それぞれ規制部材１５が現像剤担持体１１の表面に接触する位置から現像剤１２が現像領域に導かれるまでの時間（Ｄ／ｖ秒）迄に、上記の規制部材１５から現像剤担持体１１の表面に印加された電圧による電位が２０Ｖ以下になる条件の下では、形成される画像に濃度むらが発生するのが抑制されたのに対して、規制部材１５から現像剤担持体１１の表面に印加された電圧による電位が２０Ｖを越える場合においては、形成される画像に実用上問題となる濃度むらが発生した。特に、表面の時定数が５×１０-2以下になった現像剤担持体Ａ１，Ａ４を用いた場合においては、現像剤担持体の周速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を２４０ｍｍ／ｓにした場合においても、濃度むらが全く発生しなかった。
【００６７】
また、現像剤担持体１１における導電性基体１１ａと複数の層１１ｂ〜１１ｄが設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、現像剤担持体１１の表面において上記の距離Ｄ（＝２５ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とがＺ1 ＜Ｚ2 の条件を満たす現像剤担持体Ａ１〜Ａ３を用いた場合には、現像剤担持体１１と像担持体１との間でリークか発生しなかったが、上記のインピーダンスＺ1 がインピーダンスＺ2 より大きくなった現像剤担持体Ａ４を用いた場合においては、現像剤担持体１１と像担持体１との間でリークが発生した。
【００６８】
また、上記の現像剤担持体Ａ１〜Ａ４を用いて１０００枚の耐刷試験を行ったところ、第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとの間に接着層１１ｃを設けた現像剤担持体Ａ１においては、第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとが分離して剥離することはなかったが、第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとの間に接着層１１ｃを設けていない現像剤担持体Ａ２〜Ａ４においては、第１弾性層１１ｂと第２弾性層１１ｄとが分離して剥離した。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における現像装置においては、導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体に表面の現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うにあたり、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させる現像剤担持体と異なる電圧を印加させる場合において、この接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に現像剤が導かれるまでの間に、形成される画像に濃度むらが発生しない程度にまで、現像剤担持体と異なる電圧が印加された接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が減衰するように、上記の接触部材の印加電圧と現像バイアス電圧との電位差に応じて、現像剤担持体の回転方向における接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に至るまでの距離Ｄ（ｍｍ）、及び、現像剤担持体の表面の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を設定したため、接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷によって形成される画像に濃度むらが発生するのが抑制されるようになった。
【００７０】
また、この発明における現像装置においては、現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 と、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 とが、Ｚ1 ＜Ｚ2 の条件を満たすようにしたため、接触部材に印加された電圧による現像バイアス電圧への影響が少なくなって、現像剤担持体と像担持体との間でリークが発生したりするのが防止されるようになった。
【００７１】
この結果、この発明の現像装置を使用して画像を形成すると、濃度むらやリークによるノイズ等のない良好な画像が得られるようになった。
【００７２】
また、この発明における現像装置において、表面における時定数が３．９７×１０-2以下の現像剤担持体を用いると、接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が速やかに消失するようになり、高速で現像を行う場合においても、濃度むらのない良好な画像が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態における現像装置において使用する現像剤担持体の概略説明図である。
【図２】この発明の一実施形態における現像装置において、現像剤担持体の表面に保持された現像剤を像担持体の表面に接触させずに現像を行う状態を示した概略説明図である。
【図３】この発明の他の実施形態における現像装置において、現像剤担持体の表面に保持された現像剤を像担持体の表面に接触させて現像を行う状態を示した概略説明図である。
【図４】現像剤担持体Ａ１〜Ａ４において、その導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 及びその表面において所定の距離Ｄを介した表面間のインピーダンスＺ2 とを求めるのに使用した装置の概略説明図である。
【図５】現像剤担持体Ａ１〜Ａ４において、その表面における時定数を求めるのに使用した装置の概略説明図である。
【図６】電極ローラにより帯電された現像剤担持体Ａ１〜Ａ４において、その表面における電位が減衰していく状態を示した図である。
【符号の説明】
１ 像担持体
１１ 現像剤担持体
１１ａ 導電性基体
１１ｂ 第１弾性層
１１ｃ 接着層
１１ｂ 第２弾性層
１２ 現像剤（トナー）
１４ 供給ローラ
１５ 規制部材
１５ａ 電源
１６ 現像バイアス電源
１７ 除電部材
Claims (2)
- 導電性基体の表面に複数の層が設けられた現像剤担持体の表面に現像剤を保持させて像担持体と対向する現像領域に搬送させ、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加させて現像を行うと共に、この現像剤担持体の表面に接触する少なくとも１つの接触部材に現像剤担持体と異なる電圧を印加させるようにした現像装置において、上記の接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像剤が上記の現像領域に導かれるまでの間に、形成される画像に濃度むらが発生しない程度にまで、現像剤担持体と異なる電圧が印加された接触部材との接触によって現像剤担持体の表面に与えられた電荷が減衰するように、上記の接触部材の印加電圧と現像バイアス電圧との電位差に応じて、現像剤担持体の回転方向における接触部材が現像剤担持体の表面に接触する位置から現像領域に至るまでの距離Ｄ（ｍｍ）、及び、現像剤担持体の表面の速度ｖ（ｍｍ／ｓ）を設定すると共に、上記の現像剤担持体における導電性基体と複数の層が設けられた表面との間のインピーダンスＺ1 を、この現像剤担持体の表面において上記の距離Ｄ（ｍｍ）を介した表面間のインピーダンスＺ2 より小さくするようにしたことを特徴とする現像装置。
- 請求項１に記載した現像装置において、上記の現像剤担持体の表面における時定数が３．９７×１０-2以下であることを特徴とする現像装置。
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