JP4399229B2

JP4399229B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP4399229B2
Application number: JP2003351879A
Authority: JP
Inventors: 敏博太田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP2005115219A

Description

この発明は、像担持体に形成された静電潜像に現像剤を供給する現像装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、像担持体の表面に形成された静電潜像を現像するために現像装置が使用される。現像装置は、一般的に、像担持体の周面に当接する周面を有する現像ローラを備えている。この現像ローラの周面には、現像剤の層が形成される。さらに、現像ローラの近傍には、層圧規制ブレード（規制部材）が配設される。この層圧規制ブレードは、現像ローラの周面に形成される現像剤の層の層厚を規制する。この構成により、現像ローラの周面に所望の厚みの現像剤層が形成される。さらに、層圧規制ブレードと現像剤とが当接することにより、像担持体に供給される現像剤の帯電量を所望の値に維持することが可能になる。

ところが、現像剤と当接することにより層圧規制ブレードが磨耗するため、層圧規制ブレードの表面粗さが経時的に低下し現像剤の帯電不良が生じるという不都合が生じる。特に、現像剤に外添剤が添加される場合には、この外添剤と層圧規制ブレードとが摺り合うことにより層圧規制ブレードの表面が研磨され表面粗さの低下が著しくなる虞がある。このため、帯電不良の現像剤の量が多くなり、カブリ等の画質不良が生じ易くなった。

そこで、従来技術の中には、層圧規制ブレードにおける現像剤との当接箇所をＴｉＮ（窒化チタン）にて表面処理することで、現像剤の安定した帯電量を長期にわたって維持することが可能な現像装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１３７８２号公報

しかしながら、特許文献１の発明を含む従来技術では、層圧規制ブレードの耐用期間の終期近傍において、層圧規制ブレードの表面荒さの低下により現像剤の帯電不良が生じることがあった。このため、層圧規制ブレードの耐用期間の終期近傍では、カブリが生じ易くなるという問題があった。

また、特許文献１の発明を含む従来技術では、層圧規制ブレードに表面処理を施す際の処理温度が３００℃を超えることが多く、層圧規制ブレードが薄い場合には処理温度によって層圧規制ブレードが変形するため、層圧規制ブレードを薄くすることが困難であった。

この発明の目的は、耐用期間の始期から終期に至るまで、適正に帯電された現像剤を像担持体に供給することが可能な現像装置を提供することである。また、この発明の別の目的は、層圧規制ブレード（規制部材）の薄型化を可能にする現像装置を提供することである。

この発明は以下の構成を備えている。

（１）像担持体の表面に当接する周面を有し、前記像担持体に供給される現像剤を前記周面にて担持する現像ローラと、
前記現像剤を介して前記現像ローラの周面に当接し、前記現像ローラの周面に形成される前記現像剤の層の厚みを規制する、厚みが１００μｍのステンレス製板材で構成された規制部材と、を備え、
前記規制部材における少なくとも前記現像ローラの周面との当接部分が処理温度２５０℃〜３００℃のスパッタリング法で形成されたＴｉＢＮによって構成されることを特徴とする。

この構成においては、現像ローラの周面に形成される現像剤層の層圧を規制する規制部材の一部がＴｉＢＮによって構成されている。規制部材の代表例として、ステンレス製の層圧規制ブレードが挙げられる。ここで、規制部材全体がＴｉＢＮによって構成されることは必ずしも必要ではないが、少なくとも規制部材における現像剤層との当接部分がＴｉＢＮによって構成されることが重要である。

層圧規制ブレードの一部をＴｉＢＮによって構成させるための手法の代表例は、スパッタリング等の表面処理である。ここで、ＴｉＢＮを選択したのは、ＴｉＢＮの硬さ（ビッカース硬度ＨＶ＝５５００）に着目したからである。また、低い処理温度（処理温度２５０℃〜３００℃）でＴｉＢＮ膜を構成できるというＴｉＢＮの特徴を考慮したものである。

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）現像装置の耐用期間の全体にわたって、規制部材の適度な表面粗さを得ることができ、現像剤の帯電不良を原因とするカブリの発生を抑制することが可能になる。また、規制部材に表面処理を施す場合の処理温度が比較的低温になるため、規制部材を薄型化することが可能になる。

以下、図を用いて本発明の実施形態としての一成分現像装置を説明する。

図１は、本実施形態における現像装置の構成を示している。同図に示すように現像装置１は、電子写真方式の画像形成装置における像担持体１０の近傍に配置される。このとき、現像装置１は、像担持体１０の周面に対向するように配置される。像担持体１０の周面には、図示しない露光装置によって静電潜像が形成されている。なお、像担持体１０の代表例として、表面に光導電性膜を有する感光体ドラムが挙げられる。

現像装置１は、トナーホッパ１２，攪拌スクリュ１４，供給ローラ１５，現像ローラ１６，層厚規制ブレード１７を備えている。トナーホッパ１２は、現像剤としてのトナー１３を収容する。攪拌スクリュ１４は、トナーホッパ１２内のトナー１３を攪拌する。供給ローラ１５は、トナー１３を現像ローラ１６に供給する。現像ローラ１６は、トナー１３を像担持体１０に供給する。なお、本実施形態のトナー１３として、粒径が７μｍ程度のトナーを用いている。また、本実施形態では外添剤として、シリカ（ＳｉＯ₂），チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）を用いている。

現像ローラ１６は、周面にトナー１３を担持しつつ図中における時計回りに回転する。このとき、現像ローラ１６の周面にはトナー１３で構成される所定の厚みの層が形成される。現像ローラ１６の周面は像担持体１０の周面に当接する。このため、現像ローラ１６の周面と像担持体１０の周面とが当接するときに、現像ローラ１６から像担持体１０にトナー１３が移動する。現像ローラ１６から像担持体１０に移動するトナー１３の量は、像担持体１０および現像ローラ１６の電位，トナー１３の帯電量，および現像ローラ１６の周面に形成されるトナー１３の層の厚みによって影響される。

層厚規制ブレード１７は、現像ローラ１６の周面に形成されるトナー１３の層の厚みを規制する鋼板ステンレス製板材（ＳＵＳ３０４）である。層厚規制ブレード１７は、トナー１３の層に当接するようにトナーホッパ１２内の所定位置に配設される。トナー１３の層は、層厚規制ブレード１７からの押圧力によってその厚み（層厚）が規制される。また、層厚規制ブレード１７は、層を構成するトナー１３を摩擦力によって帯電する。このとき、層厚規制ブレード１７におけるトナー１３との当接位置の表面粗さが、像担持体１０に供給されるトナー１３の帯電量に影響する。

図２は、層厚規制ブレード１７の表面粗さ（ＲＺ）と画像形成状態との関係を示している。なお、ここでは表面粗さ（ＲＺ）として十点平均粗さを用いている。同図では、層厚規制ブレード１７の表面粗さ（ＲＺ）を０〜６μｍの間で変化させたときにおける濃度ムラの量（ＢＧ）が示されている。本実施形態で、濃度ムラとは、白地の背景（バックグラウンド）に意図せずトナー１３が付着して黒くなる白地カブリを意味する。通常、表面粗さ（ＲＺ）が低下するに伴って像担持体１０に供給されるトナー１３の帯電量が低下する。トナー１３の帯電量が不足すると、現像バイアスによってトナー１３の移動を制御することが困難になり、意図せずにトナー１３が像担持体１０に移動し易くなる。

そこで、本発明では、層厚規制ブレード１７におけるトナー１３との当接位置をＴｉＢＮによって構成している。本実施形態では、層厚規制ブレード１７を表面処理しており、層厚規制ブレード１７の表面にＴｉＢＮからなる膜が形成されている。ここで用いられる表面処理の最適例としてスパッタリングが挙げられる。

表面処理に用いる材料としてＴｉＢＮを採用したのは、ＴｉＢＮは硬いため（ビッカース硬度ＨＶ＝約５５００）磨耗しにくく、耐用期間の全体にわたって好適な表面粗さ（ＲＺ）を維持することができるからである。さらに、ＴｉＢＮについて、２５０〜３００℃という比較的低温で表面処理を行うことが可能であるからである。処理温度が低温になることで、層厚規制ブレード１７が１００μｍ程度と比較的薄い場合でも、層厚規制ブレード１７を変形させることなく、層厚規制ブレード１７の表面にＴｉＢＮをコーティングすることが可能である。

図３は、表面処理に用いる素材と層厚規制ブレードの表面粗さとの関係を示している。図３（Ａ）に示すように、ＳｉＯ₂，ＳｒＴｉＯ₃，ＳＵＳ３０４，ＣｒＮ，ＴｉＮ，およびＴｉＢＮのビッカース硬度Ｈｖは、それぞれ７００，６００，６００，１２００，２０００，５５００である。ＳｉＯ₂，ＳｒＴｉＯ₃，およびＳＵＳ３０４の硬度を１としたとき、ＣｒＮの相対硬度が２、ＴｉＮの相対硬度が３、ＴｉＢＮの相対硬度が８になる。

一般的に、この相対硬度が大きい程、耐用期間の終期における表面粗さ（飽和表面粗さＲｓ）が大きくなる。ここで、表面粗さが１μｍ以下になると帯電不良のトナーの量が増加することを考慮すると、飽和表面粗さＲｓが１．５μｍ以上であることが望ましい。飽和表面粗さＲｓが１．５μｍ以上を実現するためには、相対硬度が約７以上であることが望ましい。

この点、本発明では層厚規制ブレード１７にＴｉＢＮの膜を形成することにより相対硬度７以上を達成し、層厚規制ブレード１７におけるトナー１３との当接位置の飽和表面粗さＲｓを１．５μｍ以上になることを実現している。

図３（Ｂ）では、層厚規制ブレード１７におけるトナー１３との当接位置がＣｒＮ（ビッカース硬度ＨＶ１２００），ＴｉＮ（ビッカース硬度ＨＶ２０００），またはＴｉＢＮ（ビッカース硬度ＨＶ５５００）で構成されるときの表面粗さの変化量を示している。ここでは、プリント枚数が６０００枚に達したときが耐用期間の終期（ｌｉｆｅｅｎｄ）とされている。同図に示すように、層厚規制ブレード１７の表面粗さは、プリント枚数が増加するにしたがって低下し、耐用期間の終期において飽和表面粗さＲｓに達する。飽和表面粗さＲｓを算出するために本実施形態では実験によって求められた以下の式を用いている。

Ｒｓ＝１．１×［１／（２Ｈｔ）^1.5−１／Ｈｂ^1.5］
ただし、Ｈｔは外添剤のビッカース硬度であり、Ｈｂは層圧規制ブレード１７のビッカース硬度である。

ここで、耐用期間の終期の算出手法を説明する。耐用期間の終期は、下記の式で算出される許容プリント枚数ＰＬによって表される。

ＰＬ＝（−１０００／０．６１３）×ｌｏｇ_e［（ＲＬ−Ｒｓ）／（Ｒｏ−Ｒｓ）］
ただし、ＲＬは表面粗さの許容下限値であり、Ｒｏは層圧規制ブレード１７の表面粗さの初期値である。

このように、本実施形態によれば、層厚規制ブレード１７における現像ローラ１６との当接部分にＴｉＢＮからなる膜を形成したことにより、層厚規制ブレード１７の耐用期間の全体にわたって層厚規制ブレード１７の表面粗さを適正な値に維持することが可能になる。この結果、帯電不良のトナー１３の増加を防止してカブリ等の画像形成不良が発生することを防止できる。

図４は、層厚規制ブレード１７の磨耗をモデル化して示している。ここでは、表面粗さを、
ｈ＝１＋ｃｏｓ（Ｘ）
のように三角関数を用いて表現している。このとき、現像剤との摩擦によって圧力を受ける部分の面積Ｓ（受圧面積）は、研磨面幅Ｗの２乗に比例する。また、層厚規制ブレード１７の磨耗量Ｍは荷重σに比例する。さらに、この荷重は、受圧面積Ｓに反比例する。この結果、磨耗量Ｍは、研磨面幅Ｗの２乗に反比例する。よって、磨耗は指数関数の変化をし、計算値と実測値とが整合することが分かる。なお、表面粗さｈと指数（ｈ）との関係を図５に示す。

本発明の現像装置の構成を示す図である。層厚規制ブレードの表面粗さとカブリ量との関係を示す図である。表面処理に用いる素材と層厚規制ブレードの表面粗さとの関係を示す図である。層厚規制ブレード１７の磨耗をモデル化して示した図である。表面粗さｈと指数（ｈ）との関係を示す図である。

符号の説明

１−現像装置
１０−像担持体
１２−トナーホッパ
１３−トナー
１４−攪拌スクリュ
１５−供給ローラ
１６−現像ローラ
１７−層厚規制ブレード

Claims

像担持体の表面に当接する周面を有し、前記像担持体に供給される現像剤を前記周面にて担持する現像ローラと、
前記現像剤を介して前記現像ローラの周面に当接し、前記現像ローラの周面に形成される前記現像剤の層の厚みを規制する、厚みが１００μｍのステンレス製板材で構成された規制部材と、を備え、
前記規制部材における少なくとも前記現像ローラの周面との当接部分が処理温度２５０℃〜３００℃のスパッタリング法で形成されたＴｉＢＮによって構成されることを特徴とする現像装置。