JP4997981B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は，トナーによる画像形成を行う画像形成装置における現像装置に関する。さらに詳細には，供給ローラの駆動負担の低減や発熱による弊害の防止を図った現像装置に関するものである。

従来の現像装置には，現像ローラと供給ローラとが互いにカウンタ方向に回転するように配置されているものがある。これにより供給ローラが，現像ローラ上の現像残トナーの回収と，現像ローラ上への新たなトナーの供給とを行うようにしている。このようなものの例として，特許文献１に記載されたものが挙げられる。同公報のフロントページの図に記載された現像装置ではさらに，現像ローラに接触する回収ブレードを備えている。
特開２００３−６６７２２号公報

しかしながら近年では，従来に比して高速化の要求が強くなっている。これに伴い，現像ローラや供給ローラの回転速度も高速化が求められるに至っている。これにより，前記した従来の現像装置に次のような問題点が指摘されるようになった。すなわち，トナーの凝集，融着が起こりやすいのである。このため耐久使用により現像ローラにトナーの成分が付着してしまう。これにより現像特性が変化するので，画像品質のよい状態を長く維持することができない。

このような問題の発生は，カウンタ回転する現像ローラと供給ローラとの間の摩擦熱が，高速化により増加したことによる。また，定着器での消費電力抑制のための低温定着トナーの利用や，高解像度化のための微粒トナーの利用もこの問題を助長している。また，現像ローラと供給ローラとを高速でカウンター回転させること自体，高出力な駆動源や頑丈な駆動伝達系を必要としてしまう。

本発明は，前記した従来の現像装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，現像ローラと供給ローラとの間の摩擦による発熱等の問題を解消した現像装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の現像装置は，像担持体にトナーを付与する現像ローラと，発泡部材で構成され現像ローラにトナーを供給する供給ローラとを有し，現像ローラと供給ローラとが接触して互いに順方向に回転するものであり，現像ローラにおける現像後の位置にて現像残トナーを回収するトナー回収ブレードを備えている。また，トナー回収ブレードの圧接力は，０．１〜０．５Ｎ／ｍの範囲内である。

この現像装置では，現像ローラと供給ローラが順方向回りである。このため，現像ローラと供給ローラとの間の摩擦熱が小さい。このため，熱によるトナーの凝集，融着が起こりにくい。したがって，耐久時でも良好な現像性能が維持される。また，現像残トナーの回収は，トナー回収ブレードにより行われる。また，供給ローラが発泡体であることにより，現像ローラへのトナーの供給性能が確保されている。

ここで，供給ローラを構成する発泡部材の硬度が０．５Ｎを超えないことが好ましい。供給ローラが硬すぎると，現像ローラと供給ローラとの間を通過するトナーにストレスが掛かるからである。また，セル径は２０μｍ以上３５０μｍ以下が好適である。本発明は，粒径が４〜８μｍの範囲内で，融解温度が１２０℃以上１４０℃以下で，ガラス転移温度が５５℃以下のトナーを用いる場合に特に意味がある。

本発明によれば，現像ローラと供給ローラとの間の摩擦による発熱等の問題を解消した現像装置が提供されている。これにより，トナーの凝集，融着による耐久時の現像性能の低下が防止されている。また駆動負荷も軽くなっている。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態の現像装置は，図１に示すように構成されている。

すなわち，図１の現像装置１は，現像ローラ２と供給ローラ３とを有している。現像ローラ２は，図中反時計回りに回転し，画像形成装置の感光体ドラム１０の潜像を現像するものである。供給ローラ３は，現像ローラ２における現像箇所の反対の位置で現像ローラ２に接触し，現像ローラ２と順方向回りに回転するものである。供給ローラ３の役割は，現像ローラ２に対するトナーの供給である。トナーの供給は，現像ローラ２と供給ローラ３とのニップに対してその上流側から行われる（図１中白抜き矢印Ａ）。

現像装置１は，この他，トナーホッパ４，トナー攪拌部材５，規制ブレード６，シール部材７，トナー回収ブレード８を有している。トナーホッパ４は，現像に供されるトナーを貯蔵する部分である。トナー攪拌部材５は，トナーホッパ４の中で回転するものである。その役割は，トナーの攪拌と，トナーを供給ローラ３へ向けて押し出すことである。規制ブレード６は，現像箇所の上流の位置にて現像ローラ２上のトナー層の厚さを規制するものである。シール部材７は，現像箇所の下流の位置で，現像装置１からトナーがこぼれ出るのを防ぐものである。

トナー回収ブレード８は，現像ローラ２上の現像残トナーを，図１中の白抜き矢印Ｂで示すように回収するものである。トナー回収ブレード８は，現像ローラ２における，シール部材７より下流であって，供給ローラ３との接触箇所より上流の位置に設けられている。その位置でトナー回収ブレード８の先端は，現像ローラ２に圧接されている。その押圧力は，好ましくは０．１〜１０Ｎ／ｍの範囲内である。より好ましくは０．２Ｎ／ｍ以上であり，あるいは０．５Ｎ／ｍ以下であり，さらには０．２〜０．５Ｎ／ｍの範囲内である。この押圧力は，クリーニングブレードの場合の一般的な押圧力より弱いものである。その理由は，トナーの回収の程度の違いにある。すなわち，クリーニングブレードの場合には転写残トナーをほぼ完全に掻き取ることが求められるのに対し，トナー回収ブレード８の場合には現像残トナーを半分程度落とせれば十分なのである。

本形態の現像装置１は，現像ローラ２の周速が２７０ｍｍ／秒以上の高速機である。また，本形態の現像装置１で用いるトナーは，一成分重合トナーであり，粒径４〜８μｍ（ＳＹＳＭＥＸ社製ＦＰＩＡ型機での測定による。），融解温度（Ｔｍ）１２０〜１４０℃，ガラス転移温度（Ｔｇ）５５℃以下の細粒低融点のものである。

本形態における供給ローラ３は，発泡ウレタンで形成されている。そのセル径は好ましくは２０μｍ以上３５０μｍ以下であり，さらに好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下である。硬度は好ましくは０．５Ｎ（ニュートン，測定方法は後述する。）以下である。このように発泡体でありそのセル径が適切な範囲内にあることにより，図１中の白抜き矢印Ａで示した現像ローラ２へのトナーの搬送力を確保している。また，硬度が低い（柔らかい）ことにより，現像ローラ２との間のニップを通過するトナーに掛かるストレスを軽減している。順方向回転では，供給ローラ３から現像ローラ２へ供給されたトナーが，必ず現像ローラ２と供給ローラ３との間のニップを通過するので，そのための配慮である。

本発明の現像装置の耐久使用特性の評価試験を，実施例および比較例により，以下のように行った。実施例および比較例に係る現像装置として，表１に掲げる各種のものを作製した。

供給ローラの発泡ウレタンは，次のようにして作製した。すなわち，ポリオールとしてポリエーテルポリオールを用い，イソシアネートとしてトルエンジフェニルジイソシアネートを用いた。これらを，オークスミキサで，空気を混ぜ込みつつ混合した。その後に硬化させて発泡ウレタンとし，これを加工して供給ローラとした。

発泡ウレタンの硬度やセル径は，空気含有量に左右される。すなわち，空気含有量が多いほど，硬度が低く（柔らかく）セル径が大きい傾向がある。空気含有量が少なければ逆である。発泡ウレタンの空気含有量とは，混合時の空気吹き込み量から逃げた空気量を差し引いた正味部分である。

作製した供給ローラの硬度は，ＩＭＡＤＡ社製のプッシュプルゲージＺＰ−２０Ｎ型機を使用して測定した。先端測定子は１３ｍｍ径のものを用い，押し込み量は１ｍｍとした。そして，押し込み開始後１分経過時における押し込み力（Ｎ）の読み取り値を硬度とした。セル径は，断面の拡大写真にて測定した値である。

表１中の供給ローラの回転の欄の意味は，次の通りである。「ウィズ」とは，現像ローラの駆動とは別に供給ローラも独自に駆動を受けるが，回転方向は順方向である，という意味である。この場合，両ローラ間に周速差を設けることも可能であるが，ここでは周速差を設けないこととした。「従動」とは，供給ローラは独自に駆動を受けず，現像ローラの回転に引きずられて回転する，という意味である。すなわち回転方向としては順方向であり，周速差はない。「カウンタ」とは，現像ローラの駆動とは別に供給ローラも独自に駆動を受け，回転方向はカウンタ方向である，という意味である。

表１中の比較例のものは，供給ローラの回転がカウンタである点で，本発明の範囲から外れている。実施例６のものは，トナー回収ブレードの圧接力が，他の実施例と比較してやや低い。実施例７のものは，供給ローラの硬度が，他の実施例と比較してやや高い。実施例８のものは，供給ローラのセル径が，他の実施例と比較してやや小さい。

試験機としては，コニカミノルタ社製ｍａｇｉｃｏｌｏｒ５４４０ＤＬ型を改造したものを用いた。この画像形成装置は，トナーと，外添材と呼ばれる添加成分とを含み，キャリアを含まない現像剤を使用するタイプのものである。この画像形成装置にこの試験のために施した改造は，
トナーカートリッジにおける供給ローラを表１のもので置き換えること，
供給ローラの駆動伝達系を表１の「回転」欄に合わせて変更すること（「カウンタ」のものを除く。），
トナー回収ブレードを設けてその圧接力を表１に従う値とすること，
駆動モータの変更により現像ローラの周速を２８０ｍｍ／秒に増速すること，
の４点である。

駆動伝達系の変更は，具体的には次のようにした。「従動」のものについては，供給ローラの駆動ギアを除去した。「ウィズ」のものについては，供給ローラの駆動ギアを除去してさらに，独自の駆動モータをつないで供給ローラを直接駆動するようにした。いずれの場合でも，現像ローラと供給ローラの回転が順方向であることから，駆動負荷はごく小さい。

試験は，温度２３℃湿度６５％の環境下で行った。この試験では，５％チャートを１万枚印刷した。そして，初期の現像ローラ上のトナー搬送量，１万枚印刷時の現像量を評価した。評価基準は，以下の通りとした。
現像ローラ上のトナー搬送量：５〜７ｇ/ｍ²の範囲内の場合に◎
４〜５，７〜８ｇ/ｍ²の範囲内の場合に○
それより上でも下でも×
現像量：チャート中のベタ部分の全域にて所定の濃度を確保できている場合に◎
部分的に所定の濃度に達していない箇所があるが目視ではわからない場合に○
目視で容易にわかるほどに濃度不足が認められる場合に×

試験の結果は表２に示す通りとなった。実施例１〜８のものではいずれも，初期搬送量が良好な範囲内にあった。実施例１〜７のものは特に良好であった。これは，供給ローラのセル径が適切であるために，供給ローラから現像ローラへのトナー供給力が確保されているためと考えられる。

また，実施例１〜８のものはいずれも，１万枚印刷時まで良好な現像量を維持した。実施例１〜５，８のものは特に良好であった。これは，現像ローラと供給ローラの回転が順方向であることの他，トナー回収ブレードの圧接力，供給ローラの硬度がいずれも好ましい範囲内にあるため，トナーに過度のストレスが掛かることがないためと考えられる。

実施例６のもので耐久後現像量が他の実施例に比してやや下回った理由は，トナー回収ブレードの圧接力がやや小さかったことにより，やや多量の現像残トナーがそのまま現像ローラと供給ローラとのニップに侵入したためと考えられる。実施例７のもので耐久後現像量が他の実施例に比してやや下回った理由は，供給ローラがやや硬かったことにより，トナーに掛かるストレスがやや大きかったためと考えられる。

比較例のものでは，１万枚印刷時にはまともな現像ができなかった。これは，現像ローラと供給ローラの回転がカウンタ方向であるために，摩擦熱の発生が激しかったためと考えられる。つまり，現像ローラの表面へのトナーの熱による融着，凝集により，現像ローラのトナー担持力が不足するに至ったためと考えられる。また，両ローラの駆動負荷自体も大きかった。

このように実施例１〜８のものはいずれも，総合評価が「◎」ないし「○」であった。特に，実施例１〜５のものはすべて「◎」であった。これに対し比較例の総合評価は「×」となった。

以上詳細に説明したように本実施形態および実施例では，現像ローラと供給ローラの回転を順方向とし，トナー回収ブレードを設けたことにより，摩擦による発熱等の問題を解消し，長期間にわたり良好な現像性能を維持できる現像装置が実現されている。特に，トナー回収ブレードの圧接力，供給ローラの硬度，セル径を好ましい範囲内とすればさらに良好である。なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。

実施の形態に係る現像装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像ローラ
３ 供給ローラ
８ トナー回収ブレード

Claims (3)

1. 像担持体にトナーを付与する現像ローラと，発泡部材で構成され前記現像ローラにトナーを供給する供給ローラとを有する現像装置において，
   前記現像ローラと前記供給ローラとが接触して互いに順方向に回転するものであり，
   前記現像ローラにおける現像後の位置にて現像残トナーを回収するトナー回収ブレードを備え，
   前記トナー回収ブレードは，０．１〜０．５Ｎ／ｍの範囲内の力で前記現像ローラに圧接されていることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において，使用するトナーが，
   粒径が４〜８μｍの範囲内で，
   融解温度が１２０℃以上１４０℃以下で，
   ガラス転移温度が５５℃以下のものであることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の現像装置において，前記供給ローラを構成する発泡部材が，
   硬度が０．５Ｎを超えず，
   セル径が２０μｍ以上３５０μｍ以下のものであることを特徴とする現像装置。

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