JP4377359B2

JP4377359B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4377359B2
Application number: JP2005243256A
Authority: JP
Inventors: 謙之松井
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: JP2007057835A

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

磁気ローラおよび現像ローラを有する現像器と、非磁性トナーおよび磁性キャリアを含む２成分現像剤とを使用し、磁気ローラの表面に保持された２成分系現像剤と現像ローラとを接触させることにより、前記２成分現像剤中の非磁性トナーを現像ローラの表面に静電付着させ、さらに、現像ローラの表面に静電付着された非磁性トナーを像担持体の表面に飛翔させることにより、像担持体の表面に予め形成された静電潜像をトナー像として顕像化させる、いわゆるハイブリッド現像において、２成分システム（磁気ローラの表面に保持された２成分現像剤中の非磁性トナーが、現像ローラの表面へと接触転移されるシステム）内での帯電が不十分な状態で、１成分システム（現像ローラから像担持体へと非磁性トナーが転移されるシステム）内へと非磁性トナーが供給されると、帯電が不十分なトナー（未帯電または低帯電トナー）の総数が多くなる。また、このような場合には、とりわけ、繰り返し画像形成処理をした場合において、画像濃度の低下といった不具合を生じるおそれがある。

そこで、未帯電または低帯電トナーの帯電量を補うために、現像ローラの表面に帯電ブレードを配置して、現像ローラ上の非磁性トナーと帯電ブレードとが直接接触されるように設定することが試みられている。この場合、現像ローラの回転に合わせて未帯電および低帯電トナーを帯電させることができ、現像ローラ上の非磁性トナーに対して、均一に電荷を付与させることができる。

また、上記帯電ブレードには、通常、ステンレス（ＳＵＳ）やウレタンが用いられており、また、特許文献１には、ポリウレタンエラストマーからなる帯電ブレードが挙げられている。
特開２０００−２９３０７号公報

しかるに、上記のＳＵＳ、ウレタンまたはポリウレタンエラストマーからなる帯電ブレードは、例えば、表面がコーティングされたコートキャリアなどの、通常のキャリアと比べて、非磁性トナーに対する帯電性能が劣る傾向があり、帯電の均一性についても十分ではない。それゆえ、特に、繰り返し画像形成処理をした場合において、画像濃度の低下といった不具合の発生を抑制できなくなる。

そこで、本発明の目的は、画像形成処理を繰り返した場合であっても、現像剤の帯電不良や、それに伴う画像濃度の低下といった不具合の発生を抑制することのできる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、
（１）磁気ローラと、現像ローラと、前記現像ローラの表面に当接される、表面がコーティングされた帯電ブレードとを有する現像器、および、像担持体を備え、前記現像器内に収容された、非磁性トナーと、表面がコーティングされたコートキャリアとを含む現像剤を前記磁気ローラの表面に保持させ、こうして前記磁気ローラの表面に保持された前記現像剤と前記現像ローラとを接触させて、前記現像剤中の非磁性トナーを前記現像ローラの表面に静電付着させ、さらに、前記現像ローラの表面に静電付着された前記非磁性トナーを前記像担持体の表面に飛翔させて、前記像担持体の表面に予め形成された静電潜像をトナー像として顕像化させるように構成された画像形成装置において、前記コートキャリアの表面のコーティングと、前記帯電ブレードの表面のコーティングとが、互いに同じ帯電極性を有する樹脂からなり、かつ、前記樹脂が、シリコーン系樹脂およびフッ素系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂、または、（メタ）アクリル系樹脂であることを特徴とする、画像形成装置、
（２）前記コートキャリアの表面のコーティングと、前記帯電ブレードの表面のコーティングとが、互いに同じ樹脂からなることを特徴とする、前記（１）に記載の画像形成装置、
を提供するものである。

本発明の画像形成装置によれば、未帯電または低帯電トナーの発生や帯電のばらつきを高度に抑制することができ、繰り返し画像形成処理をした場合であっても、画像濃度の低下を防止することができる。

本発明の画像形成装置は、表面に２成分現像剤が担持される磁気ローラと、表面に非磁性トナーが担持される現像ローラと、現像ローラ上の非磁性トナーに当接される、表面がコーティングされた帯電ブレードと、像担持体と、を備えている。
図１および図２は、上記画像形成装置の一実施形態を示す模式図であって、磁気ローラ１０と、現像ローラ１１と、帯電ブレード１２とを備える現像部１３、および、感光体ドラム（像担持体）１４が示されている。なお、図１は、磁気ローラ１０と現像ローラ１１とが逆方向に回転する場合を示しており、図２は、磁気ローラ１０と現像ローラ１１とが同方向に回転する場合を示している。

現像部１３は、適宜の合成樹脂から形成することができるハウジング１５を備えている。このハウジング１５の、感光体ドラム１４と対向する端面は開口されており、また、ハウジング１５内には、２成分現像剤が収容されている。
また、ハウジング１５内には、２成分現像剤を磁気的に吸引して、表面に担持してなる磁気ローラ１０と、磁気ローラ１０および感光体ドラム１４の各表面に対して所定の間隔をおいて配置され、表面に２成分現像剤中の非磁性トナーを付着してなる現像ローラ１１とが、それぞれ、回転自在に配置されている。

磁気ローラ１０は、特に限定されず、画像形成装置に用いられる種々の磁気ローラを用いることができる。磁気ローラ１０の具体例としては、例えば、アルミニウムなどの非磁性材料からなる円筒状の磁気スリーブと、この磁気スリーブ内に配置された静止永久磁石と、を備えるものが挙げられる。
磁気ローラ１０は、その表面に、２成分現像剤が磁気的に吸引、保持されるものであって、２成分現像剤は、磁気ローラ１０の表面で磁気ブラシ１６を形成して、磁気ローラ１０の回転により、現像ローラ１１へと搬送される。

現像ローラ１１は、特に限定されず、画像形成装置に用いられる種々の現像ローラを用いることができる。現像ローラ１１の具体例としては、例えば、導電性材料からなる円筒状のスリーブが挙げられる。このスリーブは、均一な導電体であること以外は、特に限定されず、例えば、ＳＵＳ製のスリーブ、表面が導電性樹脂で被覆されたスリーブなどが挙げられる。

現像ローラ１１は、その表面に、２成分現像剤中の非磁性トナーが静電付着されるものであって、非磁性トナーは、現像ローラ１１の表面で薄層１７を形成して、現像ローラ１１の回転により、感光体ドラム１４へと搬送される。
さらに、ハウジング１５内には、現像ローラ１１上の非磁性トナー（薄層１７）と当接する帯電ブレード１２と、帯電ブレード１２により掻き落とされた非磁性トナーが、磁気ローラ１０上の磁気ブラシ１６に付着することを防止するための仕切り板１８とが、配置されている。

帯電ブレード１２は、適宜の樹脂、ゴムなどから形成することができるブレード本体と、その表面を覆うコーティングとを有している。
帯電ブレード１２の表面のコーティングを形成するコーティング材料（以下、単に「帯電ブレードのコーティング材料」という。）は、後述するコートキャリアの表面のコーティングと、同じ帯電極性を有する樹脂が用いられる。

また、上記樹脂としては、シリコーン系樹脂およびフッ素系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂、または、（メタ）アクリル系樹脂が選択される。シリコーン系樹脂としては、例えば、オルガノシロキサンの単独重合体、共重合体などが挙げられる。フッ素系樹脂としては、例えば、四フッ化エチレンの単独重合体、四フッ化エチレンとエチレン−フッ化ビニリデンとの共重合体などが挙げられる。（メタ）アクリル系樹脂としては、例えば、メタクリル酸メチルの単独重合体、メタクリル酸メチルとアクリル酸エステルなどとの共重合体などが挙げられる。

帯電ブレード１２のコーティング材料は、コートキャリアの表面のコーティングを形成するコーティング材料（以下、単に「コートキャリアのコーティング材料」という。）に応じて選択されるものであるが、本質的には、通常、２成分現像剤中の非磁性トナーの帯電極性に応じて選択される。例えば、非磁性トナーが正帯電性のトナーであるときは、帯電ブレード１２のコーティング材料に、シリコーン樹脂および／またはフッ素樹脂が選択される。一方、非磁性トナーが負帯電性のトナーであるときは、帯電ブレード１２のコーティング材料に、アクリル樹脂が選択される。

帯電ブレード１２のコーティング材料と、コートキャリアのコーティング材料とは、好ましくは、互いに同じ樹脂である。帯電ブレード１２表面のコーティングとコートキャリア表面のコーティングとを、同じ樹脂で形成することにより、コートキャリアによって帯電される非磁性トナーの帯電量（２成分システム内でのトナーの帯電量）と、帯電ブレードによって帯電される非磁性トナーの帯電量（１成分システム内でのトナーの帯電量）とが、概ね同等になることから、２成分システムと１成分システムとの相違に起因するトナーの帯電量の格差を小さくすることができる。それゆえ、未帯電・低帯電トナーの発生や画像濃度の低下といった不具合の発生を、より一層高度に抑制することができる。

帯電ブレード１２の表面のコーティングについて、その厚みは、特に限定されず、帯電ブレード１２の耐久性が確保される範囲において、適宜設定することができる。
帯電ブレード１２は、現像器１３から感光体ドラム１４へと非磁性トナーが移行する部位に対して、現像ローラ１１の回転方向ｘの上流側に配置される。
仕切り板１８は、適宜の樹脂、金属などから形成することができる板状の部材であって、非磁性トナーの付着が防止されるために、帯電されにくい部材であることが好ましい。

仕切り板１８の配置位置は、帯電ブレード１２により掻き落とされた非磁性トナーが、磁気ローラ１０上の磁気ブラシ１６に付着しないように、磁気ローラ１０、現像ローラ１１および帯電ブレード１２についての、相互の位置関係に応じて、適宜設定される。
上記画像形成装置に用いられる２成分現像剤は、非磁性トナーと、表面がコーティングされたコートキャリアとからなる。

非磁性トナーは、バインダ樹脂と、着色剤と、さらに必要に応じて、例えば、酸化チタン、シリカなどの表面処理剤、例えば、第４級アンモニウム塩などの電荷制御剤、例えば、天然ワックス、合成ワックスなどのオフセット防止剤を配合してなる混合物を、適宜の方法により造粒したものが挙げられる。非磁性トナーの造粒方法は、特に限定されず、公知の種々の方法を採用することができる。すなわち、例えば、懸濁法により、バインダ樹脂の合成時に造粒してもよく、例えば、粉砕法により、あらかじめ上記混合物を作製して、適宜粉砕することにより造粒してもよい。

バインダ樹脂としては、特に限定されず、例えば、スチレン系重合体、アクリル系重合体、スチレン−アクリル系重合体、塩素化ポリスチレン、ポリプロピレン、アイオノマーなどのオレフィン系重合体；ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ケトン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、フェノール系樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、キシレン樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジンエステルなどの、非磁性トナーに用いられる種々のバインダ樹脂が挙げられる。

着色剤としては、特に限定されず、トナーに用いられる種々の着色剤を、非磁性トナーに要求される色味に応じて、適宜選択して用いることができる。
また、非磁性トナーは、さらに、その表面に、外添剤を付着させたものであってもよい。外添剤は、特に限定されないが、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどの微粒子（無機微粒子）や、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂などの微粒子（樹脂微粒子）が挙げられる。

非磁性トナーの粒径は、特に限定されないが、例えば、体積基準の中心粒径で、好ましくは、４〜１２μｍであり、より好ましくは、５〜１０μｍである。
コートキャリアは、磁性粒子と、磁性粒子の表面を覆うコーティングとを有している。
磁性粒子としては、特に限定されず、例えば、フェライト粒子、マグネタイト粒子、鉄粉粒子などが挙げられる。なお、特に限定されないが、例えば、磁性粒子の飽和磁化値は、３５〜５０ｅｍｕ／ｇであることが好ましく、体積抵抗率は、１０⁸〜１０¹²Ω・ｃｍであることが好ましく、体積平均粒径は、３５〜５０μｍであることが好ましい。

コートキャリアのコーティング材料は、前述の帯電ブレード１２のコーティング材料と同じ帯電極性を有する樹脂が用いられる。その樹脂としては、上記と同様に、シリコーン系樹脂およびフッ素系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂、または、（メタ）アクリル系樹脂が選択される。
シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂および（メタ）アクリル系樹脂の具体例は、上記と同じである。

コートキャリアの表面のコーティングについて、その厚みは、特に限定されず、コートキャリアの耐久性が確保される範囲において、適宜設定することができる。
像担持体としては、特に限定されず、例えば、ドラム状の部材（感光体ドラム１４）や、ベルト状の部材（感光体ベルト）などの、種々の形態のものが挙げられる。
像担持体の感光材料としては、特に限定されず、例えば、正帯電型の有機感光体（正帯電ＯＰＣ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体などが挙げられる。なかでも、正ＯＰＣ感光体（とりわけ、感光層が単層構造であるもの）やａ−Ｓｉは、耐久性に優れており、長寿命の画像形成装置を得る上で好適である。

実施例１〜５
非磁性トナーと、表面がコーティングされたコートキャリアとからなる２成分現像剤を用いて、画像形成装置（カラープリンタ、品番「ＦＳ−５０１６」、京セラミタ（株）製）により、いわゆるハイブリッド現像方式による画像形成処理を繰り返し行った。上記画像形成装置の現像部１３および感光体ドラム１４の概略は、図１に示すとおりである。

非磁性トナーには、バインダ樹脂（ポリエステル系樹脂）１００重量部に対して、着色剤（カーボンブラック）４重量部と、正帯電型電荷制御剤（四級アンモニウム塩）３重量部と、オフセット防止剤（カルナバワックス）１０重量部とを配合して、溶融混練した後、溶融混練物を冷却して、粉砕したものを用いた。
コートキャリアには、フェライト粒子の表面に、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂または（メタ）アクリル系樹脂からなるコーティングが形成されたものを用いた。シリコーン系樹脂には、信越化学工業（株）製のストレートシリコーンレジン、品番「ＫＲ２６１」を、フッ素系樹脂には、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（品番「ＫＹＮＡＲ２８０１」、エルフ・アトケム・ジャパン（株））を、（メタ）アクリル系樹脂には、大日本インキ化学工業（株）製の品番「アクリディックＡ−４０５」を、それぞれ使用した。

また、帯電ブレード１２には、ポリウレタン製のブレード本体の表面に、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂または（メタ）アクリル系樹脂からなるコーティングが形成されたものを用いた。シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂および（メタ）アクリル系樹脂には、それぞれ、コートキャリアに使用したものと同じものを、それぞれ溶剤で希釈して、固形分濃度を１０〜１５重量％に調整した上で使用し、帯電ブレード１２に対するコーティングには、スプレー法を採用した。

画像形成処理は、印字率５％の原稿を使用して、３万枚連続で行い、画像形成処理の初期（スタート時）と、３万枚処理時（耐刷後）とにおいて、形成画像の画像濃度ＩＤと、かぶり濃度ＦＤとを測定した。ＩＤおよびＦＤの測定には、反射濃度計（東京電色（株）製の品番「ＴＣ−６Ｄ」）を使用し、ＩＤについては、１枚の形成画像につき９箇所で測定された画像濃度の平均値で示した。

画像濃度ＩＤは、１．２０以上であることが必要であり、好ましくは、１．４０以上である。また、かぶり濃度ＦＤは、０．００８以下であることが必要であり、好ましくは、０．００６以下である。
また、上記スタート時と上記耐刷後とにおいて、２成分システム内（磁気ローラ上）での非磁性トナーの帯電量と、１成分システム内（現像ローラ上）での非磁性トナーの帯電量と、１成分システム内（現像ローラ上）での未帯電トナーの個数と、を測定した。

ここで、「２成分システム内（磁気ローラ上）での非磁性トナーの帯電量」とは、吸引式小型帯電量測定装置（ｑ／ｍメータ、トレック・ジャパン（株））を用いて、２成分現像剤から非磁性トナーを分離した時の、キャリアによって帯電された非磁性トナーの帯電量を示している。磁気ローラ上での非磁性トナー１個あたりの帯電量は、測定された帯電量と、分離されたトナーの重量とから算出した。

一方、「１成分システム内（現像ローラ上）での非磁性トナーの帯電量」については、現像ローラに担持された非磁性トナーを、ｑ／ｍメータによって測定した。非磁性トナー１個あたりの帯電量は、測定された帯電量と、分離されたトナーの重量とから算出した。また、「１成分システム内（現像ローラ上）での未帯電トナー」の個数は、現像ローラに担持された非磁性トナーを窒素気流によって分離し、こうして分離された非磁性トナー３０００個中の未帯電トナーの個数を、イースパートアナライザ（ホソカワミクロン（株）製）を用いてカウントした。

非磁性トナーの帯電量は、２成分システム内および１成分システム内のいずれにおいても、絶対値で１０〜２５μＣ／ｇであることが必要であり、好ましくは、１５〜２０μＣ／ｇである。また、未帯電トナーの個数は、測定個数（３０００個）中、１５０個以下であることが必要であり、好ましくは、５０個以下である。
比較例１〜３
画像形成装置として、実施例で使用した画像形成装置から帯電ブレード１２を取り外したものを使用したこと以外は、比較例１については実施例１と同様にして、比較例２については実施例３と同様にして、比較例３については実施例５と同様にして、それぞれ、画像形成処理を行った。

比較例４〜６
帯電ブレード１２として、表面にコーティングを有していないＳＵＳ製のブレードを用いたこと以外は、比較例４については実施例１と同様にして、比較例５については実施例３と同様にして、比較例６については実施例５と同様にして、それぞれ、画像形成処理を行った。

比較例７〜９
帯電ブレード１２として、表面にコーティングを有していないウレタン樹脂製のブレードを用いたこと以外は、比較例７については実施例１と同様にして、比較例８については実施例３と同様にして、比較例９については実施例５と同様にして、それぞれ、画像形成処理を行った。

上記各実施例および比較例について、コートキャリアおよび帯電ブレードのコーティング材料、上記「スタート時」および「耐刷後」における画像濃度ＩＤおよびかぶり濃度ＦＤの測定結果、２成分システム内（磁気ローラ上）および１成分システム内（現像ローラ上）での非磁性トナーの帯電量の測定結果、ならびに、上記「スタート時」および「耐刷後」における１成分システム内（現像ローラ上）での未帯電トナーの個数の測定結果を、表１および表２に示す。

表１および表２中、「コーティング材料」欄の“Ｓｉ”、“Ｆ”および“Ａｃ”は、それぞれ、「シリコーン系樹脂」、「フッ素系樹脂」および「（メタ）アクリル系樹脂」を示す。
表１および表２により明らかなように、帯電ブレードのコーティング材料と、コートキャリアのコーティング材料とが同じ材料である、実施例１、４および５では、スタート時と耐刷後、２成分システム内と１成分システム内のいずれにおいても、安定した帯電を得ることができ、良好な画像濃度を得ることができた。

また、帯電ブレードのコーティング材料と、コートキャリアのコーティング材料とが異なるものの、帯電極性が同一のシリコーン系樹脂とフッ素系樹脂とが組み合わされている実施例２および３では、実施例１、４および５に比べて、耐刷後の帯電性能が若干低下しているものの、総じて良好な画像濃度を得ることができた。
一方、帯電ブレードが用いられていない比較例１〜３では、１成分システム内でのトナーの帯電性能の低下および画像濃度の低下が観察された。また、ＳＵＳ製やウレタン製の帯電ブレードが用いられた比較例４〜９においても、特に耐刷後において、１成分システム内でのトナーの帯電性能の低下および画像濃度の低下が観察された。

本発明は、以上の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲において、種々の設計変更を施すことが可能である。

画像形成装置の一実施形態を示す模式図である。画像形成装置の他の実施形態を示す模式図である。

符号の説明

１０磁気ローラ
１１現像ローラ
１２帯電ブレード
１４感光体ドラム（像担持体）

Claims

磁気ローラと、現像ローラと、前記現像ローラの表面に当接される、表面がコーティングされた帯電ブレードとを有する現像器、および、像担持体を備え、
前記現像器内に収容された、非磁性トナーと、表面がコーティングされたコートキャリアとを含む現像剤を前記磁気ローラの表面に保持させ、こうして前記磁気ローラの表面に保持された前記現像剤と前記現像ローラとを接触させて、前記現像剤中の非磁性トナーを前記現像ローラの表面に静電付着させ、さらに、前記現像ローラの表面に静電付着された前記非磁性トナーを前記像担持体の表面に飛翔させて、前記像担持体の表面に予め形成された静電潜像をトナー像として顕像化させるように構成された画像形成装置において、
前記コートキャリアの表面のコーティングと、前記帯電ブレードの表面のコーティングとが、互いに同じ帯電極性を有する樹脂からなり、かつ、
前記樹脂が、シリコーン系樹脂およびフッ素系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂、または、（メタ）アクリル系樹脂であることを特徴とする、画像形成装置。
前記コートキャリアの表面のコーティングと、前記帯電ブレードの表面のコーティングとが、互いに同じ樹脂からなることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。