JP4751627B2 - 一成分現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
入口シール38の画像領域部における現像ローラ32との接触圧力が0.01N/mm2以下では現像装置の振動、落下条件によって現像ローラと入口シールの間からトナーが漏れ出す。接触圧力が0.50N/mm2以上では、接触ニップ部に圧力が高いため摩擦熱の発生が大きくトナーが軟化することでいかなる条件でも固着が発生した。したがって、入口シール38と現像ローラ32との適切な圧力の範囲は、0.01N/mm2以上、0.50N/mm2以下であることが判明した。
・柔軟性があり、ある範囲の硬度を持ったもの
・離型性に優れているもの
・適度な磨耗性を持つもの
・両者の特性を複合して有し、そのバランスで固着しずらいもの
を満足する材料なら、前記圧力範囲において固着を防止できることがわかった。
(1)入口シールの端部についての課題で、入口シール38を端部シール40の手前までとし、その隙間を図示しない補助シールで埋める方式をとると、入口シール端部と現像ローラとの密着力が弱くなるため、そこからのトナー漏れが発生しやすい。
(2)補助シールが現像ローラ32の回転駆動により変形しやすくなり、そこに生じる隙間からトナー漏れが生じやすい。補助シールなど部品点数が多くなり、公差の積みあがりで、寸法精度の確保が難しくなる。
(3)補助シールと入口シール38が干渉し、入口シールの端部の変形等、現像ローラとの密着性を阻害する要因となりやすい。
この点を解決するために、入口シール38端部を端部シール40の領域まで延ばし、現像ローラ32と端部シール40の間に入口シール38を挟む構成の提案がなされている。
請求項1においては、固着やトナー漏れを発生させずに、しかも入口シール38の寿命を10倍以上延ばすことが達成できたが、さらに熱の発生を抑え、トナーの劣化や、端部シール40の劣化を防ぐために、入口シール38の端部で現像ローラ32と端部シール40で挟まれた部分の引っ張り弾性率を上げるとともに、動摩擦係数の低い材質とする。具体的には、上層ウレタン(厚み50μm)、下層PET(厚み100μm)、入口シール端部PVDF(接着層込みで30μm)という構成にしたところ、現像ローラ端部温度上昇が、連続使用時で約3度低減でき、その試験後、トナーの劣化度合いを調べるために、SEMによる表面の外添剤の残存付着量や、トナーの凝集度を調べると、請求項2とは異なる構成の場合に比べて、外添剤の残存付着量も多く残り、凝集度も小さな数値を示して、まだ流動性を保っていることが分かった。またトナーの帯電分布を調べても、逆帯電や手痛い伝トナーの存在比率が少なくなっているので、現像特性が良好なまま保たれていることの検証データを得ることができた。実際、地汚れの発生等の不具合も出ず、画質も良好な状態を維持していた。
請求項1においては、固着やトナー漏れを発生させずに、しかも入口シール38の寿命を10倍以上延ばすことが達成できたが、さらに強度を向上させて長寿命化をはかるために、入口シール38の端部で現像ローラ32と端部シール40で挟まれた部分の引っ張り弾性率を上げるとともに、引っ張り強度も高い材質で構成する。具体的には、上層ウレタン(厚み50μm)、下層PET(厚み100μm)、入口シール端部PPS(接着層込みで30μm)という構成を試験した。まず、入口シール端部PETのときには、120K枚くらいで、磨耗はまだ大丈夫であるが、現像ローラの摩擦力を受けるため、その引っ張り・緩和の繰り返しで若干の表面状態の変化、すなわち微小な凹凸が発生してきた。このまま継続すると、その下層との間に小さな剥離が生じ、徐々に破壊モードに進行することが予測された。一方、本構成では、入口シール端部にPPSを用いたため、現像ローラの回転摩擦力程度の引っ張りに対して変形がほとんどないため、120kではその表面性状に変化がなく、下層との密着状態も良好に保たれていて、実質150K枚以上の寿命を保っていることを確認した。本構成の他の例では、入口シール端部に、PAIや、PEEK、PENなどを用いると、いずれもPETやナイロンを用いたときよりも、寿命を延ばすことが可能となった。
従来技術の課題の項で既述しているが、トナー層規制部材(ドクタローらやドクタブレード)の現像ローラ32とのニップ部分に、トナーや外添剤からなる凝集体や、外部から現像ユニット内に取り込まれた異物(ダストや転写紙の紙粉など)が挟まって、トナー層を作れずに、白スジが起きることがある。特にトナーカートリッジでトナーを交換・補給しながら現像ユニットを長期間使うシステムでは、現像ユニット内に前記異物、凝集体が蓄積していくので、使用枚数が増えるほど、白スジの発生確率が増加していく。その発生率をあるレベルまで落とすために、現像ローラを非画像形成時(非現像動作時)に逆方向にわずかな角度回転させ前記ニップに詰まった異物・凝集体を開放除去して、白スジのない画像を得るようにしている。
この動作に関して、入口シール38には現像ローラ32の通常回転を行っているときとはまったく逆の力が加わることになる。すなわち通常回転では、トレーリング接触になっているところが、逆回転時はリーディングの力を受け、入口シール38の材質の腰が弱いとメクレが生じる。現像ローラ32と端部シール40に挟まれた領域以外では、接触圧力が必要レベル(0.01N/mm2程度)に抑えられているので、まず問題はない(しかし、ウレタン単独やPTFE単独では腰がないためこの領域でもめくれ発生NG)が、現像ローラと端部シールに挟まれた領域では、入口シールにかかる圧力がかなり高いために、その端部からメクレを生じることがあった。
現像ローラ32は、トナーへ帯電を付与し、またトナーを搬送する働きも持っている。そこで現像ローラ32の表面にトナーを帯電させやすい素材を用いることが良く行われている。最近の電子写真装置で主として用いられるマイナス帯電トナーに対しては、一例では、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂およびそれらの複合系である。これらのコート層は、トナーを帯電させるの機能を持つと同時に、一般に基材となる金属アルミローラよりも、動摩擦係数が上がり、両者の特性によって総合的にトナーを搬送する能力が高くなっている。したがって、コーティングを現像ローラ端部まで実施して、端部シール40の領域までかかると、端部シールにトナーが入り込みやすくなるとともに、そこでの摩擦熱の発生が多くなり、いろいろな不具合を生じさせる。そのために、図6にeで示すように、現像ローラ32の端部、端部シール40と接触する部分だけ、コーティングを施さないコート層の無い構成が、よく用いられる。しかし、コーティングの有り無しを現像ローラ円筒面につくるので、その境界でコート層の傾斜をつけても、結果的には現像ローラ表面に段差が生じる。
現像ローラ ベース:アルミローラφ26
コーティング:アクリル・メラミン樹脂
t=7μm
トナー ポリエステル樹脂母体 粉砕式マイナス帯電トナー
入口シール 上層ウレタン(厚み50μm)
下層PET(厚み100μm)
入口シール端部PET
その他、説明文中にあげた、素材の組み合わせでも、同様の効果が得られている。
安価な現像システムでは、現像ローラ32にコーティングを施さずに、金属ローラ(アルミやアルミをアルマイト処理など)とトナー規制部材間の摩擦帯電でトナーの帯電を立ち上げる場合がある。しかし金属ローラではトナーの搬送力が低く、必要なトナー量を確保できないので、機械作用的な搬送力を付加するために、現像ローラ32のトナー搬送領域の表面粗さを適正な粗さにする場合がある。その表面の粗し方法は、周期的な画像パターンを出さないようにランダムな方が望ましいので、サンドブラスト(研磨粒に不定形の研磨粉、球形ビーズ)が良く用いられる。図6のeは前記のようにコート層の無い領域と同じ領域の、表面粗さを小にした領域を示す。
請求項5,6において、入口シール38の端部の高引っ張り弾性率領域の範囲を定めた。ここではその段差部のエッジが作る形状について、適正な形状を提供する。入口シールの段差部のエッジが、少なくとも現像ローラ回転方向の下流側において、回転方向に対して斜めにする。さらに、その斜めの向きが、現像ローラ回転方向に対して入口シール長手方向内側になっているようにする。そうすることで、前記段差部のエッジから、それに沿って端部シール側に入り込もうとするトナーを、エッジを斜めにしたことで、端部シール40から現像装置のホッパ側に戻す流れを形成することができ、端部シール40へのトナーの入り込みを防止することができる。ここで、斜めにせず、前記エッジをまっすぐ回転方向に沿って伸ばした場合、そのエッジ部を伝って、端部シール40の内側近傍にトナーが入り、そこで一旦端部シールに留まったトナーはなかなか抜け出すことができずに、長い時間熱を受け、徐々に粗大化して、さらに端部シールの内部にトナーが入り込む基点を作ってしまう。従って、請求項7からなる構成とすることで、トナーの滞留時間を短くし、まだトナーの流動性、転がりで動けるときにホッパに戻す作用を加えることは、端部シール40の寿命を長くすることに有効である。
端部シール40の内側端部から、約2mmの位置に、入口シール38の段差部エッジと現像ローラの当接位置を定め、そこから現像ローラ32の回転方向の下流側に向かって、前記エッジを約10度の角度で、前記説明のとおりに斜めに設定したところ、50K枚時で、まっすぐエッジを伸ばしたときよりも、端部シール40へのトナーの入り込みは、1/5以下に低減でき、実質問題の無い量にすることができた。
図3(B)及び図4(B)は、現像ローラ32をはずした状態での各シール(片側)の位置関係を示している。図のように高引張り弾性率の部分の下側先端部を延長して、端部シール40に巻きつけるような形で配置し、さらに接着している。(図では、一部を延長している場合を示す)こうすることによって、入口シール38と、その引っ張り弾性率の高い領域の接着面積を広げて、接着強度を上げられ、剥離に対して強くなる。また、端部シール40との密着力も上げられ、端部シール40と入口シール38の位置のずれが起こりにくくなるので、その間での浮きや、変形とかが起きずらくなる。さらに、端部シール40を保護する働きもあるので、モルトプレーンやパイルシールの損傷を防ぐことができる等、端部シールの寿命を延ばすことができる。実施例としては、先記載の請求項の実施例で説明してきたもの、またその組み合わせで可能であり、また上で述べた端部シール部を仕上げて摺動性をあげた現像ローラで、端部シール内で段差がある場合でもねらいどおりの耐久性向上がはかれた。
4 光書き込みユニット 5BK,5C,5M,5Y 現像装置
6 中間転写ベルト 7 クリーニング装置
30 開口部 31 現像容器
32 現像ローラ 33 トナー層規制部材(ドクターローラ)
34 掻き落とし部材 35 トナー供給ローラ
36 トナー搬送部材 38 入口シール
40 端部シール
Claims (6)
- 感光体に向けて開口部を有する現像容器の該開口部に配設された現像ローラと、前記現像ローラと現像容器との隙間からトナーが漏れ出すのを防止するために現像ローラの長手方向両端部を覆う端部シールと、前記現像ローラの外周面に弾性を有して当接する入口シールとを有する現像装置において、
前記入口シールの長手方向両端部の現像ローラとの接触部が、端部シールと現像ローラの間に挟まれた構成とされ、
前記入口シールの、端部シールと現像ローラに挟まれていない領域において、現像ローラとの接触面が、引っ張り弾性率が0.5GPa以下の樹脂又はゴム材料とされているとともに、接触面でない面が、引っ張り弾性率が2GPa以上の樹脂とされ、
また前記入口シールの挟まれた領域の現像ローラとの接触面が、現像ローラと端部シールに挟まれていない領域の現像ローラとの接触面の材質よりも引っ張り弾性率の高い材質で構成されていることを特徴とする一成分現像装置。 - 現像ローラの回転駆動が、静電潜像を現像するときの回転方向とは逆方向の回転で、非画像形成時に所定のタイミングで行われる請求項1に記載の一成分現像装置。
- 現像ローラの長手方向両端部が、端部シールと接触する範囲内で、現像ローラのコート層が無い領域があり、入口シールの長手方向両端部の引っ張り弾性率を高めた範囲が、端部シールと現像ローラが接触する範囲内で、かつ現像ローラのコート層を有する部分から端部の範囲となっている請求項1又は2に記載の一成分現像装置。
- 現像ローラの長手方向両端部が、端部シールと接触する範囲内で、現像ローラのトナーを搬送して現像する領域よりも、その表面粗さが小さくなるように仕上げた領域があり、入口シールの長手方向両端部の引っ張り弾性率を高めた範囲が、端部シールと現像ローラが接触する範囲内で、かつ端部から前記表面粗さを小さく仕上げた領域を越えた範囲まで及んでいる請求項1又は2に記載の一成分現像装置。
- 現像ローラの回転駆動が、静電潜像を現像するときの回転方向とは逆方向の回転で、非画像形成時に所定のタイミングで行われ、入口シールの長手方向両端部の引っ張り弾性率を高めた範囲の一部もしくは全体が現像ローラの回転の下流方向に伸びている請求項3又は4に記載の一成分現像装置。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の一成分現像装置を装備したことを特徴とする画像形成装置。
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