JP4654688B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、このような方式では、トナー供給ロールを現像ロールに圧接し、その接触部では互いに反対方向に移動させているため、トナー供給量の制御はある程度容易であるが、トナー供給時に過大なストレスがトナーに付与され、トナー表面の外添剤粒子が剥離したり、あるいは内部に埋め込まれたりして、結果的にトナー粒子の流動性、凝集性、帯電特性等が初期とは変化するようにもなり、画質が劣化する。
また、トナー供給ロールによる摩擦帯電により、帯電部材による帯電前にてトナーが予め帯電してしまい、帯電部材による帯電制御を一様に行うことが困難となる。そのため、帯電時に帯電むらを生じ、現像特性のばらつきによる画質劣化が懸念される。
更にまた、現像装置の駆動トルクが大きくなり、画像のバンディングの原因にもなる。更には、トナー供給ロールの発泡体内部にトナー粒子が入り込んで、発泡体の硬さが変化し、その結果トナー供給能力が低下したり、この供給能力の低下による画像濃度の低下等を来す。
確かに、このような方式にあっては、トナー供給ロールと現像ロールとを離間配置させていることから、トナー供給ロールから現像ロールへトナーを供給する際のトナーへのストレス付与や摩擦帯電は小さくなる。
しかしながら、トナー供給ロールと現像ロールとの間にギャップがあるため、このギャプでのトナーの充填度合の違いが現像ロール上のトナー層厚に直接影響し易く、均一な薄層を形成し難い。そこで、現像ロール上で均一なトナー薄層を形成するには、前記ギャップ部位にトナーを多く供給し、後段の帯電部材の配設部位にて層厚規制する方式や前記ギャップに至る前にトナーに対して事前層厚規制を行い、しかる後、薄層に規制されたトナーを現像ロールに供給する方式が考えられる。
更に、帯電部材によるトナーの層厚規制を行う必要があることから、帯電部材によるトナーの層厚規制時にトナーに対してストレスが必然的に付与されることになる。特に、この現象は帯電部材へのトナー供給量が多いと一層顕著になる。つまり、帯電部材前のトナー供給量が多いと、帯電部材でせき止めるトナー量そのものが多くなることから、帯電部材を通過するトナーと帯電部材との間の摺擦抵抗が増え、その分、トナーに対するストレスが大きくなる。極端な場合には、トナーが帯電部材に固着する虞があり、この場合にはトナー粒子の通過が阻害される結果、画像に白スジを発生させたり、帯電部材に固着して硬くなった固形物が、現像ロールの表面に窪み状の傷を形成してしまい、その傷にトナー粒子が目詰まりして画像に黒スジが発生するという懸念もある。その他、現像ロール表面にトナー成分がフィルムミングして、トナーの帯電量に変動を来し画像にかぶりが発生する懸念もある。
また、現像剤供給部材3は、現像剤Gを担持搬送できるものであれば特に限定されないが、現像剤担持体2と離間配置される観点から、安定したギャップを維持できる剛性ロール状が好ましい。そして、現像剤担持体2と現像剤供給部材3との間に現像剤担持体2への現像剤供給を促す供給バイアス4が印加されることで、現像剤担持体2への現像剤Gの供給を安定に行うことが可能になる。
更に、本発明においては、現像剤担持体2と現像剤供給部材3との回転方向は、両者の対向部位で互いに異なる方向(Against方向)であっても同方向(With方向)であってもよい。
更に、帯電バイアス6は、現像剤Gを帯電するものであればその制御方式は問わず、例えば定電流制御方式や定電圧制御方式が挙げられる。
一方、例えば現像剤担持体2へ現像剤供給部材3を接触させる方式のように、現像剤層の表面電位が10Vを超えるようになると、現像剤層中の現像剤粒子への不均一な帯電が想定され、帯電部材5での均一な帯電制御が困難になり易い。また、現像剤Gの層厚自体も厚くなることから、帯電部材5での現像剤Gへの層厚規制を必要とし、現像剤Gへの余分なストレスを付与させるようになり易い。
更にまた、現像剤層調整手段7によって、1周期に占める作用領域の時間の割合(デューティ比)を、0.07以下にすることが一層好ましく、この場合、現像剤担持体2への現像剤量を7g/m2以下にすることができ、一層所望の現像剤薄層が形成できるようになる。
特許文献3には、現像剤担持体上のゴーストを防止する目的で、現像剤担持体に現像バイアスとしてブランクパルス(交流電圧と直流電圧を重畳して印加する区間(振幅部)と、これに続いて直流電圧のみを印加する区間(ブランク部)の全体を1サイクルとして、このサイクルを繰り返すバイアス)を印加する非接触現像方式が開示されている。そして、このとき、現像剤供給部材には一定電圧を印加するか、上述のブランクパルスを印加するようになっている。
この特許文献3記載の技術は、潜像担持体と現像剤担持体の間の現像バイアスをブランクパルスにすることにより、現像されるトナーの帯電量が偏る現像選択性を解消し、現像ゴーストを防止しようとするものであり、潜像担持体へ現像付着するトナーの挙動を改善しようとしたものである。したがって、現像剤担持体へ供給され付着するトナーの挙動を改善するものではない。まして、現像剤供給部材から現像剤担持体に供給される現像剤量を低く抑制し、均一化することに着目したものではない。例えば、現像剤供給部材から現像剤担持体に供給される現像剤量が不足することに対しては、現像剤供給部材と現像剤担持体との間の電界作用によって防止することは記載されているが、現像剤量を低く抑制する技術については何ら示唆されていない。このように、現像剤担持体へ供給される現像剤の帯電量(表面電位)や供給量に関しては何ら示されていない。更に、上述のブランクパルスでは、常に直流電圧が重畳されていることから、現像剤担持体に供給される現像剤の帯電量は少なくないものと想定される。よって、この方式は、本件とは異なるものである。
更に、本発明では、帯電部材5を現像剤担持体2上の現像剤Gと離間する位置に配設することも可能で、この場合、現像剤Gへのストレス付与をなくすことができるようになる。
そして、帯電部材5の少なくとも現像剤担持体2に対向する表面には、導電剤としてイオン伝導性物質にて抵抗調整され、体積抵抗率が1×109Ω・cm以上且つ1×1011Ω・cm以下の表面層を備えることが好ましく、このようにすれば、帯電時の異常放電等の発生を抑制し、現像剤Gの帯電均一性が向上する。また、イオン伝導性物質を用いることで、例えばカーボンブラック等の電子伝導性物質を用いた場合に比べ、表面層での導電剤の分散性が大幅に良くなり、現像剤Gに対する均一な帯電電界を印加することが可能になり、帯電時の安定性が一層向上する。
そして、現像剤担持体2上の現像剤量は、前記帯電部材5との対向部位を通過しても70%以上の現像剤量が確保されるようにすれば、帯電部材5による現像剤Gへのストレス付与を小さくする観点から好ましい。
更に、本発明による画像形成装置の態様としては、静電潜像が担持される像担持体1と、この像担持体1上の静電潜像を現像する現像装置として、上述の現像装置を備えたことを特徴とする。
また、現像剤供給部材から現像剤担持体へ供給される現像剤量を10g/m2以下にするようにしたので、帯電部材での現像剤層厚規制を不要とし、一層安定した帯電制御が可能になると共に、帯電部材による現像剤へのストレス付与を防ぐことができ、安定した現像特性を維持することが可能になる。
このため、長期に亘って良好な画質を維持できる現像装置を提供することが可能になり、更に、これらの現像装置を用いることで、長期に亘って安定した画像が形成できる画像形成装置を容易に構築することができるようになる。
◎実施の形態1
図2は、本発明が適用された実施の形態1の画像形成装置を示す。
同図において、符号21は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像が担持される感光体であり、この感光体21は帯電ロール等の帯電装置22によって帯電され、レーザ書き込み装置又はLEDアレイ等を有する露光装置23によって静電潜像が書き込まれる。この書き込まれた静電潜像は、光の当たった部分の感光体21の表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
また、現像装置30は、現像ハウジング31内に一成分現像剤であるトナーを収容し、現像剤担持体としての現像ロール32にトナーを担持させ、この現像ロール32に直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスをバイアス電源33から印加することで、現像ロール32を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。
また、転写装置26は、例えば感光体21に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源27によって感光体21上で現像されたトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスが印加され、感光体21上のトナー像を記録材28に転写するようにしたものである。
更に、転写後に感光体21上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置29によって除去される。
本実施の形態での現像ロール32は、例えばステンレス(SUS)の表面を鏡面仕上げした直径30mmの金属製ロールで構成され、算術平均粗さRaが0.145μm、最大高さRyが1.801μm、十点平均粗さRzが1.118μmの表面粗さとなっている。尚、表面粗さの測定は、JIS B0601−1994に準拠し、(株)東京精密製Surfcom1400Aにて、ロールの円周方向に沿って測定長1.5mm、カットオフ波長0.25mm、測定速度0.3mm/secの条件で測定した。
また、このトナー供給ロール34の背後には、トナーを収容するトナーホッパ36が設けられ、例えば図示外のアジテータによってトナーが撹拌され、トナー供給ロール34側へトナーが搬送されるようになっている。尚、図中符号37は、トナー供給ロール34上のトナーを掻き落とすためのPET(ポリエステル)シート等の掻き取り部材であり、トナー供給ロール34に付着したトナーを掻き取り、トナー供給ロール34上のトナー量が一定に維持されるようになっている。
本実施の形態における帯電シート41は、イオン伝導性物質を分散させた50μm厚のポリフッ化ビニリデン(PVDF)よりなる体積抵抗率1×1010Ω・cmのフィルム部材41aを一部が現像ハウジング31に固定された導電性支持体41bに片側固定したもので、フィルム部材41aの自由端側を現像ロール32の回転方向下流側となるようにして現像ロール32に接触させている。このとき、現像ロール32とフィルム部材41aとの接触ニップ幅(現像ロール32の周長方向)は約10mmであった。
また、本実施の形態では、帯電シート41の導電性支持体41bと現像ロール32との間に帯電バイアスを印加するため、バイアス電源43が接続されており、このバイアス電源43によって定電流制御された帯電バイアスが印加されるようになっている。
尚、使用されるイオン伝導性物質としては、過塩素酸塩(例えば過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム等)や四級アンモニウム塩等が挙げられる。
図4は、本実施の形態における供給バイアスの電圧波形の一例を示すもので、台形波(矩形波)の大きな電圧変動がある作用時間(作用領域に相当)と、その後に続く電圧ゼロの非作用時間(非作用領域に相当)とで1周期をなす電圧波形となっている。そして、この電圧波形が加わるように、バイアス電源35が構成されている。尚、トナー供給ロール34には、現像ロール32へ印加される現像バイアスに重畳された波形として加えられる。
すなわち、本実施の形態では、トナー供給ロール34から現像ロール32へのトナー飛翔を台形波の大きな変動がある作用時間に行い、1周期に占める作用時間の割合(デューティ比)を変えることで現像ロール32へ供給されるトナー量を制御できるようにしている。また、トナーが不要な帯電をすることもない。仮に、この作用時間を連続させると、供給されるトナー量が多くなりすぎて所定の供給量に制御することが困難となる。
本実施の形態では、1周期が0.5msec、デューティ比が0.07の供給バイアスを用いている。尚、供給バイアスとしては、図4に示す台形波(矩形波)に限らず、作用時間と非作用時間をもっていれば、例えば正弦波や三角波であってもよい。
ここで、体積中心粒径は、コールターカウンタ(コールター社製)にて測定した値である。
また、トナーの凝集度は、パウダーテスターP−100(ホソカワミクロン社製)を使用し、目開きが75μm、45μm、25μmの3種類(最上段からの順番)のふるいを用いて、最上段のふるいにトナー10gを載せ、振幅1mmで30秒間振動させた後の各段のふるいに残ったトナー重量を求めることで行った。そして、夫々のふるいに次のような重み付けを行い((a)〜(c)のように重み付けする)、それらの合計値を凝集度(%)として算出した。
(a)((上段のふるいに残ったトナー重量)/(投入トナー重量))×100
(b)((中段のふるいに残ったトナー重量)/(投入トナー重量))×100×3/5
(c)((下段のふるいに残ったトナー重量)/(投入トナー重量))×100×1/5
圧縮度(%)=100(P−A)/P
ここで、ゆるみ見かけ比重Aと固め見かけ比重Pとは、次の方法によって測定した。
(1)ゆるみ見かけ比重A
直径5cm、高さ5.2cm、内容量100mLのカップにトナーが山盛りになるまでの時間が、おおよそ20〜30秒くらいになるように流出速度を調整しながら、測定用トナーを上部シュートから流出させてカップに山盛りに盛る。すばやく金属ブレードでカップ表面をすり切って電子天秤で秤量する。このとき、「カップ内のトナー質量÷100」がゆるみ見かけ比重Aとなる。
(2)固め見かけ比重P
ゆるみ見かけ比重で使用した測定用カップに、付属のキャップを継ぎ足す。トナーをキャップの上部まで静かに入れ、カップを180回タップさせる。タッピングが終了した時点でキャップを外し、カップに山盛りになっている余分なトナーを金属ブレードですり切って電子天秤で秤量する。このとき、「カップ内のトナー質量÷100」が固め見かけ比重Pとなる。
尚、トナーの凝集度及び圧縮度の測定は、25〜26℃、40〜50%RHの環境下で行った。
同図において、トナーホッパ36内でアジテータ(図示せず)によって撹拌されたトナーは、トナー供給ロール34へ供給される。このとき、トナー供給ロール34上には厚みむらや付着むらがあり、トナー量もおおよそ50〜100g/m2と多くのトナーが付着していた。尚、付着量は雰囲気の温湿度、トナーホッパ36内のトナー量等に応じて変動する。このとき、付着量の測定は、トナー供給ロール34上及び現像ロール32上のいずれの場合も、所定面積のテープにてトナーを剥離して計量する方法を用いた。
そして、トナー供給ロール34上に付着したトナーは、トナー供給ロール34と現像ロール32との対向ギャップに達すると、バイアス電源35による供給バイアスによりギャップ内で往復振動する。この往復振動は、トナーのうち、ごく僅かに帯電している粒子に作用する静電力によって生じているものと考えられる。尚、この対向ギャップに至るまで、トナーには積極的な帯電(摩擦帯電)は施されていないことから、このごく僅かの帯電は、トナーホッパ36の内壁やアジテータとトナー粒子との摺擦、トナー粒子間での摩擦等によってごく小さい摩擦帯電電荷を帯びているものと推測される。
このとき、供給バイアスの小さい交番電界により、トナー粒子がギャップ間で往復振動を行う結果、現像ロール32上に付着したトナーは均一な薄層を構成する。また、供給バイアスのデューティ比が小さく、非作用時間を長く取っていることから、現像ロール32上に付着したトナーの帯電量も少なくて済む。仮に、供給バイアスとして直流電界のみを印加すると、現像ロール32上に形成されるトナー層は帯電量が多く、厚みむらの大きな不均一な層が形成されることになる。
このとき、本実施の形態では、供給バイアスとして、図4に示す電圧波形のバイアスが印加されているが、このようなバイアスを印加するには、例えばCPU等を基にした波形発生回路を用い、現像バイアスとしては直流成分と交流成分を重畳したものをバイアス電源33に、更に、供給バイアスとしては図4のような波形を合成した後バイアス電源35に印加するようにすればよい。
尚、現像ロール32上のトナー薄層の帯電量を抑える(表面電位を小さくする)ために、例えばトナー供給ロール34上のトナーに対し、除電を施すようにしても、差し支えない。
更に、トナー供給ロール34上で現像ロール32側に供給されなかったトナーは、掻き取り部材37によって掻き取られ、トナー供給ロール34上に供給されるトナー量も常時安定する。そのため、現像ロール32へ供給されるトナー量の安定性が一層維持されることとなる。
図5に示す波形は、作用時間では片側(本例ではマイナス電圧)にのみ三角波の電圧VLが印加され、非作用時間では、作用時間の三角波の面積に等しい面積を有する三角波の電圧VHが作用時間とは異なるプラス電圧側に形成されている。
今トナーホッパ36内の負帯電トナーは、殆ど帯電していないが、個々のトナー粒子では僅かにマイナスに帯電していたり、プラスに帯電したりしており、トナーホッパ36内にはこれらのトナー粒子が混在している。また、トナー供給ロール34に担持される段階では、トナー粒子同士が接触し、一方がマイナスに他方がプラスに帯電する。
このような各種の帯電量をもつトナー粒子が存在しているときに、現像ロール32とトナー供給ロール34との間に、図5の供給バイアスを印加する(トナー供給ロール34側にマイナス側のピークが大きい)と、マイナスに帯電したトナー粒子が現像ロール32側に強く引き付けられ、プラスに帯電したトナー粒子が現像ロール32側に向かう力を小さくすることができる。
図6は、本発明が適用された実施の形態2に係る現像装置30の概要を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態1の現像装置30(図3参照)と略同様に構成されるが、帯電部材として実施の形態1の帯電シート41の代わりに帯電ロール42を使用している点が異なる。尚、実施の形態1と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは詳細な説明は省略する。
また、帯電ロール42は、現像ロール32の周速に対し、0.5の周速比で対向部位で同方向に回転(With方向)させるようにしている。
更に、帯電ロール42の現像ロール32と略反対側には、帯電ロール42上の付着トナーを掻き取る、例えばPET(ポリエステル)シートからなる掻き取り部材44が設けられ、帯電ロール42表面をクリーニングすることで常に安定した帯電バイアスが印加され、現像ロール32上のトナー層への安定した帯電制御が行われるようになっている。
しかしながら、帯電ロール42で通過を規制されたトナー量は14〜29%程度であり、従来法であるブレード規制では、例えば、トナー供給ロールによって供給され現像ロール上に付着した30〜50g/m2程度のトナー層が、ブレード通過後に5g/m2程度になるように規制されており、通過を規制されたトナー量が83〜90%にも達する点を考慮すると、本実施の形態での規制量が圧倒的に少ないことが分かる。
したがって、帯電ロール42によるトナーへのストレス付与は、従来に比べ、大幅に小さくなることが理解される。
これは、例えば、PVDFのチューブ内面に導電層を設けた可撓性チューブとし、このチューブの両端内面にはチューブを固定するための回転支持体を設け、可撓性チューブ表面を現像ロール32に圧接するようにすればよい。このように、可撓性チューブを現像ロール32に圧接する構成にしても、可撓性を備えているため、トナーに与えるストレスは小さくなり、また、帯電時のニップ域を広く(現像ロール32の周長方向)保つことができ、安定した帯電制御が可能になる。
図7は、本発明が適用された実施の形態3に係る現像装置30の概要を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態1の現像装置30(図3参照)とは異なり、現像ロール32が可撓性を備えた態様となっている。実施の形態1と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは詳細な説明は省略する。尚、本実施の形態の現像装置30が適用される画像形成装置は、実施の形態1と異なり、現像ロール32と感光体21との配置及びその回転方向が実施の形態1と異なるが、基本的構成は同じであるため、ここでは省略する。
本実施の形態における現像ロール32は、体積抵抗率を1×108Ω・cmとした厚さ100μmのPVDFの可撓性チューブ61内に可撓性チューブ61の形状保持を行う摺動部材62を固定的に設け、更に、その可撓性チューブ61の両端部には、可撓性チューブ61を内面から押圧するリング状の支持部材63を設けた構造を採っている。このとき、可撓性チューブ61の表面は算術平均粗さRaが0.172μmとなっている。
また、このトナー供給ロール34の背後には、トナーを収容するトナーホッパ36が設けられ、アジテータ38の回転によってトナーが撹拌されるようになっている。このアジテータ38は、プラスチック製のシャフト38aにポリエステルフィルム等の樹脂フィルムの羽根38bを装着した構成をしており、現像動作時にシャフト38aの回転によって羽根38bが回転することで、トナーホッパ36内のトナーを撹拌すると共に、トナー供給ロール34へトナーを供給するようになっている。
尚、符号31aは、現像ハウジング31の一部に設けられ、トナーホッパ36内のトナーが直接現像ロール32に触れないように仕切る仕切壁であり、この仕切壁31aによって、現像ロール32上に供給されたトナー薄層に余分のトナーが降りかからないようにしている。
また、この現像ロール32と帯電ロール47との関係は、図9の断面図に示すようになっている。すなわち、帯電ロール47の軸47aに装着されたゴム等の弾性コロからなる押圧部材48に対し、現像ロール32の可撓性チューブ61を挟んで対向する位置に当該可撓性チューブ61を支持する支持部材63を設け、帯電ロール47の回転に伴い押圧部材48と可撓性チューブ61との摩擦力によって可撓性チューブ61が摺動部材62の周りを回転するようになっている。
トナーホッパ36内でアジテータ38によって撹拌されたトナーは、アジテータ38の羽根38bの回転によってトナー供給ロール34側に供給される。トナー供給ロール34上に担持されたトナーは、トナー供給ロール34の回転に伴い搬送され、現像ロール32との対向部位に到達する。この対向部位での現像ロール32とトナー供給ロール34との機械的な摺擦力や供給バイアスによる電界作用により、トナー供給ロール34上のトナーは現像ロール32側へ供給される。
このとき、現像ロール32とトナー供給ロール34とはAgainst方向(両者の対向部位で互いに反対方向)に回転しており、更に、適切なギャップが維持されていることから、トナー供給ロール34から現像ロール32へのトナー供給量が安定する。尚、例えばWith方向(両者の対向部位で互いに同方向)の回転であれば、トナーの供給量が不安定になり易くなる。
現像ロール32へ供給されたトナーは、帯電ロール47によって所定の帯電制御が行われ、現像ロール32上には所定のトナー帯電量で且つ所定のトナー量のトナー薄層が形成される。このとき、現像ロール32の可撓性チューブ61と帯電ロール47とは、可撓性チューブ61に内包された摺動部材62の凹部(図中Aで示す部分)によって、可撓性チューブ61と帯電ロール47とのニップ形状が安定し、トナーの帯電制御が一層安定して行われるようになる。
現像領域では、図示外の現像バイアスにより接触現像が行われ、感光体21上の静電潜像が現像され顕像化される。また、現像ロール32上に現像されずに残った残留トナーは、現像ロール32上をそのまま搬送され、トナー回収ロール49にて容易に回収される。このとき、可撓性チューブ61の表面粗さが小さいこともあり、可撓性チューブ61(現像ロール32)から残留トナーを容易に回収することができ、現像履歴によるゴースト等の発生を抑止できるようになる。
図10は、本発明が適用された実施の形態4に係る現像装置30の概要を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態1における現像装置30と略同様に構成されるが、トナー供給ロール34と現像ロール32とが互いに対向する部位で反対方向(Against方向)に回転する点、トナー供給ロール34の上流側に補助供給ロール71が追加されている点が実施の形態1と異なる。尚、実施の形態1と同様な構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
そのため、補助供給ロール71からトナー供給ロール34上に供給されたトナー層は、事前規制されたトナー層となり、トナー供給ロール34上には、ある程度薄く、均一なトナー層が形成されるようになる。また、このとき、事前規制されたトナー層は、帯電量やストレスが小さく抑えられた層となる。
尚、本実施の形態では、補助供給ロール71として、トナー供給ロール34と離間配置した金属製ロールを使用したが、これに限らず、補助供給ロール71として、例えば弾性発泡体、ブラシロール、ゴムロール、可撓性チューブロールを使用し、これらをトナー供給ロール34に軽く接触させるような態様であっても、トナー供給ロール34上のトナー帯電量が抑えられ、現像ロール32上のトナー帯電量が表面電位として10V以下になるようになっていれば差し支えない。
本実施例は、実施の形態1の構成にて、供給バイアスのデューティ比を変えたときの現像ロール上に供給されたトナー薄層のトナー供給量及びトナー層表面電位を測定したものである。尚、使用したトナーは、実施の形態1と同様に、粉砕法で作製した体積中心粒径8.9μm、凝集度24%、圧縮度47%のものとした。
また、現像ロールは直径30mmのSUSロールで周速を220mm/sec、トナー供給ロールは直径20mmのSUSロールで周速を440mm/sec、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを100μmとした。
そして、現像ロールとトナー供給ロールとの間へ印加する供給バイアスとしては、図4の電圧波形で、ピーク間電圧Vppが1.5kV、1周期が0.5msecとなるように調整した。また、帯電シートには、帯電バイアスとして現像ロールの軸方向有効長8cm当たり−10μAとなるように、定電流を付加した(これにより、トナー帯電量は約−30μC/gとなる)。
本実施例では、トナー供給時にトナーに対する積極的な摩擦力は加えておらず、トナーの帯電量はかなり小さいものと推測され、結果もそれを反映したものであった。
この結果から、現像ロールでのトナー供給量(トナー付着量に相当)を6〜14g/m2程度と薄層にした場合には、トナー層表面電位は0〜+5V程度と小さくなることから、このような薄層のトナー層を供給することで、供給されたトナーは殆ど帯電していないレベルと判断して差し支えないことが確認された。また、トナー供給量が14g/m2を超えると、トナー層厚が厚くなることも手伝って、トナー層表面電位(絶対値)が急に大きくなり、帯電時への影響が懸念されるようになる。
更に、本実施例では、トナー層表面電位が10V(具体的には−10V)の状態でも、トナーの帯電制御、画質について評価を行い、この状態であっても均一な帯電がなされることを確認した。
その後、更に、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを50〜400μmとして、上記と同様の評価を行ったところ、同様の効果が得られることが確認された。
以上のことから、本件によれば、十分均一なトナー薄層が形成され、その後の均一な帯電制御が可能であり、トナーへのストレス付与も小さいことが理解された。
本実施例は、実施の形態1の構成にて、帯電シートに印加する定電流値と、帯電シートによって帯電制御された現像ロール上のトナー薄層の帯電量との関係を測定したものである。このとき、トナーは実施例1と同一のものを使用した。
結果は、図12に示すように、印加電流に比例してトナーの帯電量が大きくなる(負帯電トナーを使用したことから帯電量の絶対値が大きくなる)ことが確認された。このことから、本実施例によれば、帯電シートの定電流値を変えることで0〜−60μC/gの帯電量制御が容易になされることが確認された。
以上のことから、本件における現像ロール上のトナー薄層の帯電制御が十分有効であることが理解される。
本実施例は、実施の形態1の構成にて、帯電シートの体積抵抗率とトナー帯電との関係について評価確認したものである。
帯電シートの定電流値は、−10μA(現像ロールの軸方向長さ8cm当たりに流す電流)として行い、実施例1のトナーを使用した。
帯電シートのフィルム材としては、導電材として電子伝導性のカーボンブラックを使用した体積抵抗率1×107Ω・cmと、1×108Ω・cmの2種と、イオン伝導性物質を使用した体積抵抗率1×109Ω・cm、1×1010Ω・cm、1×1011Ω・cm、1×1012Ω・cmの4種の計6種のPVDFシートとした。
このことから、帯電シートの体積抵抗率として1×109〜1×1011Ω・cmの範囲が好ましいことが分かる。
その結果、カーボンブラックを使用した1×107Ω・cmと1×108Ω・cmの帯電ロールでは、トナーの帯電量が小さく、実用性がないものであった。また、イオン伝導性物質を使用した1×1012Ω・cmのものも、トナーの帯電量は小さく、実用性がないものであった。尚、その他の体積抵抗率の帯電ロールでは、トナーへの良好な帯電がなされたことが確認された。
以上のことから、本実施例において、帯電シート、帯電ロールの区別なく、帯電部材の表面に体積抵抗率を1×109〜1×1011Ω・cmとする樹脂層が構成されることが好ましいことが理解される。
本実施例は、現像ロール上にトナーの薄層を形成する際、層の均一性と使用するトナーの圧縮度との関係を評価確認したものである。
評価は、実施の形態1の構成にて、トナー供給ロールから現像ロールへ供給され、現像ロール上に形成されたトナー層の均一性を目視で評価した。
使用したトナーは、次の(1)〜(7)に示すものとした。
尚、後述する形状係数とは、光学顕微鏡(ミクロフォトFXA:ニコン社製)で撮影した拡大写真をイメージアナライザLUZEX3(NIRECO社製)により画像解析を行い、次の式にて算出した値である。
形状係数={(トナー径の絶対最大長)2/トナーの投影面積}×(π/4)×100
すなわち、形状係数は、トナーの投影面積と、それに外接する円の面積の比で表され、真球の場合100となり、真球の形状が崩れるにつれ増加するようになる。尚、求める形状係数は、トナー粒子複数個に対する平均値を代表値としている。
(2)粉砕トナーで、体積中心粒径が8.9μmの不定形トナーであり、圧縮度が47%のもの。
(3)所謂重合トナーで、体積中心粒径が6.7μm、形状係数が138のトナーであり、圧縮度が46%のもの。
(4)重合トナーで、体積中心粒径が5.8μm、形状係数が132のトナーであり、圧縮度が44%のもの。
(5)重合トナーで、体積中心粒径が6.5μm、形状係数が123のトナーであり、圧縮度が42%のもの。
(6)重合トナーで、体積中心粒径が6.9μm、形状係数が119のトナーであり、圧縮度が36%のもの。
(7)重合トナーで、体積中心粒径が6.1μm、形状係数が123のトナーであり、圧縮度が23%のもの。
その後、更に、トナーの圧縮度について、23%から51%の中で上記同様の評価を行ったところ、35%以上で50%未満であれば、上記同様の効果が得られることが確認された。
本実施例は、現像ロール上にトナーの薄層を形成する際、使用するトナーの体積中心粒径及び凝集度と層の均一性の関係を評価確認したものである。
評価は、実施の形態1の構成にて、トナー供給ロールから現像ロールへ供給され、現像ロール上に形成されたトナー層の均一性を目視で評価した。
使用したトナーは、次の(8)〜(18)に示すものとした。
(8)所謂重合トナーで、体積中心粒径が6.5μm、形状係数が123のトナーであり、凝集度が4.5%のもの。
(9)重合トナーで、体積中心粒径が6.9μm、形状係数が119のトナーであり、凝集度が4.5%のもの。
(10)重合トナーで、体積中心粒径が6.7μm、形状係数が138のトナーであり、凝集度が5.0%のもの。
(11)重合トナーで、体積中心粒径が5.8μm、形状係数が132のトナーであり、凝集度が6.7%のもの。
(12)重合トナーで、体積中心粒径が6.1μm、形状係数が123のトナーであり、凝集度が12%のもの。
(13)所謂粉砕トナーで、体積中心粒径が10.0μmの不定形トナーであり、凝集度が15%のもの。
(14)粉砕トナーで、体積中心粒径が7.2μmの不定形トナーであり、凝集度が21%のもの。
(15)粉砕トナーで、体積中心粒径が7.9μmの不定形トナーであり、凝集度が23%のもの。
(16)粉砕トナーで、体積中心粒径が8.9μmの不定形トナーであり、凝集度が24%のもの。
(17)粉砕トナーで、体積中心粒径が9.5μmの不定形トナーであり、凝集度が25%のもの。
(18)粉砕トナーで、体積中心粒径が10.0μmの不定形トナーであり、凝集度が39%のもの。
そこで、体積中心粒径と凝集度との関係をプロットすると、図15のようになり、図の直線によって現像ロール上のトナー層が均一な層となるかどうかが分かれることが推測された。そして、この直線は、図から、体積中心粒径をx(μm)、凝集度をy(%)とすると、y=5.5x−23の関係になった。
すなわち、体積中心粒径が5.8〜10.0μmにおいて、凝集度がこの関係式を超える場合には、現像ロール上に形成されるトナー層が不均一になることが確認された。また、このとき形成されたトナー層では、均一な帯電が行われ、良好な画像が得られることが確認された。
本比較例は、帯電部材としてフィルムシートを使用した従来方式でのトナー付着量を評価確認するために行ったものである。
従来方式としては、例えば、特開昭63−155065号公報によれば、規制部材は、内部に空間を備え一端が開放された支持枠体の開放部位にシート状部材を張り渡し、この開放部位に対応する部分を現像ロール側に押し付けることで、トナーの層厚規制並びに帯電量規制を行う方式が示されている。ここで、シート状部材としては、ステンレス等の金属やプラスチック等からなる0.2mm以下のものが使用され、例えばマイナストナーに対してはポリアミド(PA)のシートがよく、このことにより、トナーに対する安定した押圧力が与えられ、均一な薄層規制を行いつつ十分な帯電(摩擦帯電)をトナーに与えることができるとしている。
このような構成において、発泡体からなるトナー供給ロール83を現像ロール82に圧接させ、PETフィルム84の蒸着面を現像ロール82側にしたり、反対に絶縁面を現像ロール82側にしたりして、トナーへの層厚規制効果を確認した。
結果は、トナー供給ロール83から現像ロール82に供給された時点でのトナー層は薄層とはいえず、表面が不均一で、付着量も平均約40g/m2であり、PETフィルム84を通過した後は、PETフィルム84の表裏によらず、いずれも約37g/m2となった。
この構成では、片面にアルミ蒸着を施した12.5μmのPETフィルム84を使用し、現像ロール82との間に600Vの電位差を与え(現像ロール82側が正になるように)、静電吸着するようにした。このとき、PETフィルム84と現像ロール82との接触ニップ幅(現像ロール82の周長方向)は約10mmであった。
そして、この構成では、PETフィルム84を通過したトナーは、約38g/m2であった。
一般的には、現像ロール上に形成されるトナー層としては、現像に要する付着量として4〜7g/m2程度の薄い層が必要とされる。このことから、本比較例で示したような構成では、トナー層が厚くなりすぎ、実用性がないものと判断された。
尚、本比較例では、帯電部材としてのPETフィルム84に侵入する前のトナー量が多いことから、特にその表面電位について確認をしていないが、現像ロール82上にはトナー供給ロール83と摩擦して供給する方式を採っているため、表面電位も大きいものと判断される。そのため、PETフィルム84での帯電制御の安定性が懸念される。
Claims (12)
- 静電潜像が担持される像担持体に対向し且つ回転可能で表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
この現像剤担持体に離間配置されると共に当該現像剤担持体との間に現像剤担持体への現像剤供給を促す供給バイアスが印加され且つ表面に担持された現像剤を現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、
この現像剤供給部材より現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に配設されると共に現像剤担持体との間に現像剤を帯電する帯電バイアスが印加され且つ現像剤担持体上の現像剤の帯電規制を行う帯電部材と、
帯電部材による帯電前の現像剤層の表面電位を絶対値で10V以下に調整する現像剤層調整手段と、を備え、
前記帯電部材は、前記現像剤担持体の回転方向下流側が自由端側となるようにして前記現像剤担持体にフィルム状部材を配置したものであり、
前記現像剤層調整手段は、現像剤担持体に印加される現像バイアスに重畳される前記供給バイアスが、その1周期中に、前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体との間で現像剤の移動が促され且つ電圧変動の大きな交流電圧のみを作用させる作用領域と、前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体との間で現像剤の移動が抑えられ且つ交流電圧及び直流電圧のかかっていない非作用領域と、を含み、更に、前記作用領域の前記1周期に占める時間の割合が0.3以下のものであることを特徴とする現像装置。 - 静電潜像が担持される像担持体に対向し且つ回転可能で表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
この現像剤担持体に離間配置されると共に当該現像剤担持体との間に現像剤担持体への現像剤供給を促す供給バイアスが印加され且つ表面に担持された現像剤を現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、
この現像剤供給部材より現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に配設されると共に現像剤担持体との間に現像剤を帯電する帯電バイアスが印加され且つ現像剤担持体上の現像剤の帯電規制を行う帯電部材と、
帯電部材による帯電前の現像剤層の表面電位を絶対値で10V以下に調整する現像剤層調整手段と、を備え、
前記帯電部材は、前記現像剤担持体に接触又は近接配置され且つ前記現像剤担持体との対向部で互いに同方向に回転する回転部材を配置したものであり、
前記現像剤層調整手段は、現像剤担持体に印加される現像バイアスに重畳される前記供給バイアスが、その1周期中に、前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体との間で現像剤の移動が促され且つ電圧変動の大きな交流電圧のみを作用させる作用領域と、前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体との間で現像剤の移動が抑えられ且つ交流電圧及び直流電圧のかかっていない非作用領域と、を含み、更に、前記作用領域の前記1周期に占める時間の割合が0.3以下のものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
現像剤層調整手段は、現像剤供給部材から現像剤担持体へ供給される現像剤量を10g/m2以下に調整するものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
現像剤担持体と現像剤供給部材とのギャップが50μm乃至400μmの範囲内に設定されることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
現像剤層調整手段は、供給バイアスの1周期に占める作用領域の時間の割合を、0.07以下にするものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項5記載の現像装置において、
現像剤供給部材上での現像剤付着量が50g/m2乃至100g/m2の範囲内であり且つ現像剤担持体上での現像剤付着量が7g/m2以下であることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
現像剤供給部材は、剛性材料で構成されることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
帯電部材の少なくとも現像剤担持体に対向する表面には、電導剤としてイオン伝導性物質にて抵抗調整され、体積抵抗率が1×109Ω・cm以上且つ1×1011Ω・cm以下の表面層を備えることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
現像剤担持体上の現像剤量は、前記帯電部材との対向部位を通過しても70%以上の現像剤量が確保されることを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
帯電部材には、現像剤担持体との間で定電流制御された帯電バイアスが印加されることを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載の現像装置において、
現像剤担持体の表面粗さは、算術平均粗さRaを0.7μm以下とするものであることを特徴とする現像装置。 - 静電潜像が担持される像担持体と、
この像担持体上の静電潜像を現像する請求項1乃至11のいずれかに記載の現像装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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