JP4953220B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関するものである。
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の電子写真方式の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、帯電プロセス、露光プロセス、現像プロセス、転写プロセス、定着プロセス及びクリーニングプロセスの各記録プロセスによって画像を形成するようになっている。
そして、前記現像プロセスにおいては、非磁性一成分のトナーを利用する接触型の現像装置が使用される。該現像装置は、感光体ドラムに接触させて配設された現像ローラ、該現像ローラに圧接させて配設されたトナー供給ローラ及び層規制ブレード等を備え、前記トナー供給ローラによって現像ローラにトナーが供給され、層規制ブレードによって現像ローラ上にトナーの薄層が形成される。そして、前記現像ローラに電圧が印加され、感光体ドラムに形成された静電潜像にトナーが付着させられ、トナー像が形成される。
ところで、プリンタにおける印字枚数が多くなると、現像装置内に残るトナーの平均粒径が大きくなり、画像品位が低下してしまう。そこで、トナーの平均粒径が大きくなるのを防止するために、使用されるトナーの体積平均粒径をDt〔μm〕とし、層規制ブレードの現像ローラへの圧接力をP〔g/cm〕としたとき
Dt≦15
20≦P≦−16.44×Dt+243.5
とすることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平7−92798号公報
しかしながら、前記従来の現像装置においては、トナーの粒径、帯電量等にばらつきがあるので、粒径の小さいトナー、帯電量の多いトナー等が多いと、現像ローラ上のトナーを十分に薄くすることができず、トナーの薄層の電位が高くなり、画像上に汚れが発生してしまう。また、粒径の大きいトナー、帯電量の少ないトナー等が多いと、十分な量のトナーが規制ブレードを通過することができなくなり、印刷濃度が低くなってしまう。
本発明は、前記従来の現像装置の問題点を解決して、画像上に汚れが発生したり、印刷濃度が低くなったりするのを防止することができる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
そのために、本発明の現像装置においては、非磁性一成分のトナーを現像剤として使用する接触型の現像装置において、像担持体に現像剤を供給することによって静電潜像を現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体と接触させて配設され、現像剤担持体との摩擦によって前記現像剤を帯電させ、前記現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、少なくとも前記現像剤担持体に当接する部分がL字型に折り曲げられ、折り曲げられた外側の面のエッジ部が現像剤担持体に圧接させられ、前記現像剤の薄層を形成する層規制部材とを有する。
そして、前記現像剤の体積平均粒子径をD〔μm〕とし、前記現像剤担持体上において、前記現像剤供給部材を通過した後で、かつ、前記層規制部材を通過する前の現像剤の平均帯電量Qの絶対値を|Q|〔μC/g〕とし、前記層規制部材の現像剤担持体に対する圧接力をP〔g/cm〕としたとき、
D≦10
93.89−10.23×D+0.93×|Q|<P
<184.91−13.09×D+1.15×|Q|
にされる。
本発明によれば、現像装置においては、非磁性一成分のトナーを現像剤として使用する接触型の現像装置において、像担持体に現像剤を供給することによって静電潜像を現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体と接触させて配設され、現像剤担持体との摩擦によって前記現像剤を帯電させ、前記現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、少なくとも前記現像剤担持体に当接する部分がL字型に折り曲げられ、折り曲げられた外側の面のエッジ部が現像剤担持体に圧接させられ、前記現像剤の薄層を形成する層規制部材とを有する。
そして、前記現像剤の体積平均粒子径をD〔μm〕とし、前記現像剤担持体上において、前記現像剤供給部材を通過した後で、かつ、前記層規制部材を通過する前の現像剤の平均帯電量Qの絶対値を|Q|〔μC/g〕とし、前記層規制部材の現像剤担持体に対する圧接力をP〔g/cm〕としたとき、
D≦10
93.89−10.23×D+0.93×|Q|<P
<184.91−13.09×D+1.15×|Q|
にされる。
この場合、
D≦10
93.89−10.23×D+0.93×|Q|<P
<184.91−13.09×D+1.15×|Q|
にされるので、層規制部材を通過した後の現像剤担持体上の現像剤層を安定化させることができ、画像上に現像剤のすり抜けによる汚れを発生させず、かつ、十分な濃度を確保することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置のうちの電子写真方式のカラーのプリンタについて説明する。
図2は本発明の第1の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
図において、記録媒体としての用紙29の搬送方向における上流側から順に、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像形成部ID−Bk、ID−Y、ID−M、ID−Cが配設され、該各画像形成部ID−Bk、ID−Y、ID−M、ID−Cと対向させて露光装置としてのLEDヘッド12及び転写ユニットuが配設される。
前記各画像形成部ID−Bk、ID−Y、ID−M、ID−Cは同一の構成を有するので、画像形成部ID−Bkについてだけ説明する。該画像形成部ID−Bkにおいて、有機感光体としての、かつ、像担持体としての感光体ドラム10が配設され、該感光体ドラム10の周囲に、帯電装置としての帯電ローラ11、LEDヘッド12、現像器14、及び像担持体用のクリーニング装置としてのクリーニングブレード19が配設される。
前記現像器14は、現像剤担持体としての現像ローラ15、該現像ローラ15に接触させて配設され、現像ローラ15上の、現像剤としての非磁性一成分のトナー31を薄層化する層規制部材としての層規制ブレード17、及び前記現像ローラ15に接触させて配設され、該現像ローラ15にトナーを供給する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ16を備える。また、前記クリーニングブレード19は前記感光体ドラム10に接触させられる。そして、前記帯電ローラ11、現像ローラ15、トナー供給ローラ16等は図示されない電源から直流の電圧が印加される。
前記帯電ローラ11は、感光体ドラム10の表面を一様に、かつ、均一に帯電させ、LEDヘッド12は、画像信号に対応する光を、感光体ドラム10の帯電させられた表面に照射して静電潜像を形成する。前記LEDヘッド12は、LEDアレイ及びロッドアレイレンズを組み合わせたものを使用することができ、露光時間を変更することによって露光量を調整することができるようになっている。
そして、前記転写ユニットuは、前記感光体ドラム10と所定の圧力で接触させられ、矢印X方向に走行させられて用紙29を搬送する搬送部材としての、かつ、転写部材としての無端の転写ベルト20、該転写ベルト20を介して各感光体ドラム10と対向させて配設され、転写電圧が印加される転写装置としての転写ローラ21、前記転写ベルト20を走行させるための駆動ローラ22、23、及び駆動ローラ22を回転させる図示されない駆動部としての駆動用モータ等を備える。前記感光体ドラム10上の現像剤像としてのトナー像は、感光体ドラム10と転写ローラ21との間を通過する用紙29に転写される。なお、各感光体ドラム10と転写ローラ21との間に転写部が形成される。
前記トナー像が転写された後、感光体ドラム10上に残留したトナー31は、クリーニングブレード19によって掻(か)き取られ、感光体ドラム10から除去され、回収される。また、前記転写ベルト20の下流側に、転写装置用のクリーニング装置としてクリーニングブレード24が配設され、該クリーニングブレード24によって、転写ベルト20上のトナー31が掻き取られ、除去されて回収され、回収されたトナー31は、廃トナーボックス27内に収容される。
そして、用紙29の搬送方向における下流側に、定着装置30が配設され、該定着装置30は、転写ユニットuから排出された用紙29上のカラーの現像剤像としてのトナー像を定着させ、カラーの画像としてのカラー画像を形成し、その後、用紙29を排出する。
次に、前記構成のプリンタの動作について説明する。
まず、図示されない制御部は、図示されない上位装置、例えば、パーソナルコンピュータ等から印刷命令を受けると、前記感光体ドラム10を図示されない駆動手段によって一定の周速度で回転させる。そして、帯電プロセスにおいて、前記帯電ローラ11は、感光体ドラム10の表面に接触又は圧接して配設され、直流の電圧が印加され、感光体ドラム10の表面を一様に、かつ、均一に帯電させる。次に、露光プロセスにおいて、前記LEDヘッド12は、画像信号に対応した光を感光体ドラム10に照射して静電潜像を形成する。
前記現像器14内に収容されたトナー31は、図示されないトナー供給ローラ用高圧電源によって電圧が印加されたトナー供給ローラ16の回転により、現像ローラ15に供給される。このとき、トナー31は、トナー供給ローラ16との摩擦、現像ローラ15との摩擦、トナー供給ローラ16と現像ローラ15との電位差によって帯電させられる。
そして、現像ローラ15は、帯電させられたトナー31を吸着して搬送し、回転方向における下流側において現像ローラ15に圧接させて配設された層規制ブレード17は、均一な厚さの現像剤層としてのトナー層を形成する。
さらに、現像プロセスにおいて、前記現像ローラ15は、感光体ドラム10上に形成された静電潜像を現像し、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各現像剤としてのトナー像を形成する。本実施の形態においては、反転現像が行われ、感光体ドラム10の導電性支持体と現像ローラ15との間には図示されない高圧電源によってバイアス電圧が印加される。このような構成によって、現像ローラ15と感光体ドラム10との間には、感光体ドラム10に形成された静電潜像に伴う電気力線が発生する。このため、現像ローラ15上の帯電させられたトナー31は、静電気力によって感光体ドラム10上に付着させられる。
続いて、駆動ローラ22、23の回転によって転写ベルト20が矢印X方向に走行させられ、図示されない給紙カセットから給紙された用紙29が転写ベルト20によって搬送され、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各転写部に送られる。
そして、転写プロセスにおいて、前記感光体ドラム10と対向させて配設された転写ローラ21に図示されない高圧電源から電圧が印加され、前記各転写部において、記録用紙29にブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンのトナー像が順次重ねて転写され、カラーのトナー像が形成される。
その後、記録用紙29は、更に転写ベルト20によって定着装置30に搬送され、前記カラーのトナー像が記録用紙29に定着させられ、カラー画像が形成される。このとき、熱及び圧力によってトナー31が溶融させられ、記録用紙29の繊維間に浸透させられる。このように、カラー画像が形成された記録用紙29はプリンタの外部に排出される。
一方、転写後の感光体ドラム10にはわずかな量のトナー31が残留する場合があるが、この残留したトナー31はクリーニングプロセスにおいて、クリーニングブレード19によって除去される。このようにして、感光体ドラム10は繰り返し利用される。
次に、現像装置について説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態における現像装置の概略図である。
図に示されるように、現像ローラ15は金属製のシャフト15aと、該シャフト15aの外周に形成された弾性体15bによって構成される。この場合、トナー31(図2)との摩擦帯電特性を向上させるために、弾性体15bの表面にコート層を形成したり、処理を施したりしてもよい。本実施の形態においては、直径12〔mm〕の金属製のシャフト15a上に、肉厚4〔mm〕、ゴム硬度70〔°〕(アスカーC)の半導電性のウレタンゴムを弾性体15bとして形成し、該弾性体15bの表面層に、トナー31の帯電特性を向上させるためにイソシアネート処理を施した。
また、トナー供給ローラ16は、金属製のシャフト16a、及び該シャフト16aの外周に形成された発泡体16bによって構成される。本実施の形態においては、直径6〔mm〕の金属製のシャフト16a上に、肉厚5〔mm〕、硬度50〔°〕(アスカーF)の発泡体16bを成形した。
さらに、層規制ブレード17は、弾性を有する金属である厚さ0.08〔mm〕のステンレス(SUS304)によって形成され、少なくとも前記現像ローラ15と当接する部分がL字型に折り曲げて形成され、折曲部の外側の面のエッジ部17aが前記現像ローラ15に圧接するように配置される。本実施の形態においては、層規制ブレード17の取付位置を設定することによって、現像ローラ15に圧接する圧接力を5〜200〔g/cm〕の範囲とした。なお、前記圧接力は線圧(幅方向の長さ当たりの荷重)で表される。
なお、トナー31において、結着樹脂としてポリエステルを使用し、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各着色剤としてカーボンブラック、C.I.Pigment Yellow185、キナクリドン系顔料(C.I.Pigment Red122)及び銅フタロシアニン顔料(C.I.Pigment Blue15)等を用いた。また、トナー31の体積平均粒径は5.2〔μm〕、7.6〔μm〕、8.5〔μm〕、9.8〔μm〕とし、流動化剤及び帯電性をコントロールするために帯電特性を有するシリカを外添した。
ところで、本実施の形態においては、トナー31の体積平均粒径D〔μm〕及び層規制ブレード17の圧接力P〔g/cm〕を変え、0〔%〕の濃度の印刷時、すなわち、白紙印刷時に汚れの発生がなく、100〔%〕の濃度の印刷時、すなわち、べた黒印刷時に濃度が1.2より高くなって、良好な印刷結果が得られる範囲を実験によって求めた。
また、この際、トナー31の外添剤であるシリカの帯電特性、トナー供給ローラ16と現像ローラ15との間の圧力、及びトナー供給ローラ16に印加する電圧を変えることによって、トナー供給ローラ16より下流側、かつ、層規制ブレード17より上流側に位置する現像ローラ15上のトナー31の平均帯電量Q〔μC/g〕を様々に変化させた。
該トナー31の平均帯電量Qは、トレック社製のq/m Meter(Model 210HS)、及び島津製作所製の精密天秤(AUW120D)を用いて測定を行った。そして、測定方法としては、現像器14内のトナー31を、重力を利用して取り出し、トナー供給ローラ16を通過した後で、かつ、層規制ブレード17を通過する前の現像ローラ15上に付着して残っているトナー31をq/m Meterによって吸引し、電荷量を測定し、その後、吸引したトナー31の重量を精密天秤によって測定し、単位重さ当たりの平均帯電量Qを求める。
実験の結果を表1に表す。
Figure 0004953220
表1は、トナー31の体積平均粒径D及び平均帯電量Qの絶対値|Q|が特定されたときの、白紙印刷時に汚れが発生するのを防止するための層規制ブレード17の圧接力Pの下限値、及びべた黒印刷時に濃度が1.2以下になるのを防止するための前記圧接力Pの上限値を表す。例えば、体積平均粒径Dが5.2〔μm〕であり、平均帯電量Qの絶対値|Q|が21〔μC/g〕である場合、層規制ブレード17の圧接力Pが60〔g/cm〕以下であると、白紙印刷時に汚れが発生してしまい、圧接力Pが60〔g/cm〕より大きい場合、白紙印刷時に汚れが発生しない。また、層規制ブレード17の圧接力Pが140〔g/cm〕以上であると、べた黒印刷時に濃度が1.2以下になってしまい、圧接力Pが140〔g/cm〕より小さい場合、べた黒印刷時に濃度が1.2以下にならない。
そして、表1から、トナー31の体積平均粒径Dが小さくなるほど、また、平均帯電量Qの絶対値|Q|が大きくなるほど、汚れの発生を抑えるために層規制ブレード17の圧接力Pを大きくする必要があり、逆に、トナー31の体積平均粒径Dが大きくなるほど、また、平均帯電量Qの絶対値|Q|が小さくなるほど、十分な100〔%〕の印刷濃度を得るために層規制ブレード17の圧接力Pを小さくする必要があることが分かる。
そこで、重回帰分析を行い、層規制ブレード17の適切な圧接力Pの範囲をトナー31の体積平均粒径D及び平均帯電量Qの絶対値|Q|についての回帰式として求めたところ、
93.89−10.23×D+0.93×|Q|<P
<184.91−13.09×D+1.15×|Q|
となる。この回帰式は、寄与率が0.99と非常に高く、信頼性のある式といえる。
このように、本実施の形態においては、層規制ブレード17の圧接力Pを、使用するトナー31の体積平均粒径D、及び層規制ブレード17を通過する前の現像ローラ15上のトナー31の平均帯電量Qの絶対値|Q|に応じて
93.89−10.23×D+0.93×|Q|<P
<184.91−13.09×D+1.15×|Q|
の範囲内に設定することによって、層規制ブレード17を通過した後の現像ローラ15上のトナー層を安定化させることができ、カラー画像上にトナー31のすり抜けによる汚れを発生させず、かつ、十分な濃度を確保することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。また、本実施の形態におけるプリンタの構造については、前記第1の実施の形態におけるプリンタの構造と同様であるので、図2を援用して説明する。
図3は本発明の第2の実施の形態における現像装置の概略図である。
図に示されるように、層規制部材としての層規制ブレード37は、弾性を有する金属である厚さ0.1〔mm〕のステンレス(SUS304)によって形成され、少なくとも現像ローラ15に当接する部分が平板状にされ、平面部の外側の面が現像ローラ15に圧接するように配置される。本実施の形態においては、層規制ブレード37の取付位置の設定によって、現像ローラ15への圧接力Pを10〜200〔g/cm〕までの範囲とした。
本実施の形態においては、トナー31の体積平均粒径D〔μm〕及び層規制ブレード37の圧接力P〔g/cm〕を変え、0〔%〕の濃度の印刷時、すなわち、白紙印刷時に汚れの発生がなく、100〔%〕の濃度の印刷時、すなわち、べた黒印刷時に濃度が1.2より高くなって、良好な印刷結果が得られる範囲を実験によって求めた。
また、この場合、トナー31(図2)の外添剤であるシリカの帯電特性、トナー供給ローラ16と現像ローラ15との間の圧力、及びトナー供給ローラ16に印加する電圧を変えることによって、トナー供給ローラ16より下流側、かつ、層規制ブレード37より上流側に位置する現像ローラ15上のトナー31の平均帯電量Q〔μC/g〕を様々に変化させた。
実験の結果を表2に表す。
Figure 0004953220
表2から、トナー31の体積平均粒径Dが小さくなるほど、また、平均帯電量Qの絶対値|Q|が大きくなるほど、汚れの発生を抑えるために層規制ブレード37の圧接力Pを大きくする必要があり、逆に、トナー31の体積平均粒径Dが大きくなるほど、また、平均帯電量Qの絶対値|Q|が小さくなるほど、十分な100〔%〕印刷濃度を得るために層規制ブレード37の圧接力Pを小さくする必要があることが分かる。
そこで、重回帰分析を行い、層規制ブレード37の適切な圧接力Pの範囲をトナー31の体積平均粒径D及び平均帯電量Qの絶対値|Q|についての回帰式として求めたところ、
149.39−15.77×D+1.14×|Q|<P
<293.74−18.97×D+0.82×|Q|
となる。この回帰式は、寄与率が0.85以上と高く、信頼性のある式といえる。
このように、本実施の形態においては、層規制ブレード37の圧接力Pを、使用するトナー31の体積平均粒径D、及び層規制ブレード37を通過する前の現像ローラ15上のトナー31の平均帯電量Qの絶対値|Q|に応じて
149.39−15.77×D+1.14×|Q|<P
<293.74−18.97×D+0.82×|Q|
の範囲内に設定することによって、層規制ブレード37を通過した後の現像ローラ15上のトナー層を安定化させることができ、カラー画像上にトナー31のすり抜けによる汚れを発生させず、かつ、十分な濃度を確保することができる。
また、第1の実施の形態におけるL字型に折り曲げられた層規制ブレード17と比較し、本実施の形態においては平板状の層規制ブレード37を使用しているので、製造コストを安価にすることができる。
なお、前記第1、第2の実施の形態においては、電子写真方式のカラーのプリンタに適用した例について説明しているが、本発明をモノクロのプリンタ、複写機等の非磁性一成分のトナーを使用する電子写真方式の現像装置及び画像形成装置にも適用することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明の第1の実施の形態における現像装置の概略図である。 本発明の第1の実施の形態におけるプリンタの概略図である。 本発明の第2の実施の形態における現像装置の概略図である。
符号の説明
10 感光体ドラム
15 現像ローラ
16 トナー供給ローラ
17、37 層規制ブレード
17a エッジ部
31 トナー

Claims (2)

  1. 非磁性一成分のトナーを現像剤として使用する接触型の現像装置において、
    (a)像担持体に現像剤を供給することによって静電潜像を現像する現像剤担持体と、
    (b)該現像剤担持体と接触させて配設され、現像剤担持体との摩擦によって前記現像剤を帯電させ、前記現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、
    (c)少なくとも前記現像剤担持体に当接する部分がL字型に折り曲げられ、折り曲げられた外側の面のエッジ部が現像剤担持体に圧接させられ、前記現像剤の薄層を形成する層規制部材とを有するとともに、
    (d)前記現像剤の体積平均粒子径をD〔μm〕とし、前記現像剤担持体上において、前記現像剤供給部材を通過した後で、かつ、前記層規制部材を通過する前の現像剤の平均帯電量Qの絶対値を|Q|〔μC/g〕とし、前記層規制部材の現像剤担持体に対する圧接力をP〔g/cm〕としたとき、
    D≦10
    93.89−10.23×D+0.93×|Q|<P
    <184.91−13.09×D+1.15×|Q|
    にされることを特徴とする現像装置
  2. 求項1に記載の現像装置を備えた画像形成装置。
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