JP5369019B2

JP5369019B2 - 現像装置

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Publication number: JP5369019B2
Application number: JP2010035742A
Authority: JP
Inventors: 百美青木; 明彦谷口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP2011170232A

Description

本発明は、電子写真方式の現像装置内に複数のローラを設け、ローラにベルトを掛け渡した現像装置に関するものである。

電子写真方式を用いた画像形成装置に適用される現像装置としては、大別してキャリアとトナーからなる２成分現像剤を用いる現像装置と、トナーのみからなる１成分現像装置があり、トナーのみからなる現像装置は、構造が比較的簡単で安価に小型化でき、コストや保守の面においても、２成分現像装置よりも優れている。

１成分現像装置は、静電潜像を担持する感光体と、トナーを担持する現像ローラを接触または非接触状態で対向配置させ、これらの間に直流或いは交流電界を印加してトナーを飛翔させて現像する方式が一般的に用いられている。

現像時のトナーは、感光体と現像ローラ間の電界による力と現像ローラとトナーの間の付着力とのバランスによりその飛翔量が決定されるため、より飛翔量を増やすには現像領域（現像ニップ）を拡げること、電界強度を上げること、現像ローラとトナー間の鏡像力を低減させること等が必要である。

図５、図６に示すように、特開平２−４０６７１（特許文献１）には、絶縁性の誘電体フィルム１００ａに複数の電極１００ｂからなる導電膜１００ｃを貫通させてトナー搬送部材１００を構成し、トナー搬送部材１００と該トナー搬送部材１００の周長より短い駆動ローラ１０１との間に空間部１０２を形成することにより、感光体１０３から駆動ローラ１０１への電気力線を制御し、更に空間部１０２で押圧されたトナー搬送部材１００が感光体１０３と密着する構造を有する現像装置１１０がある。

図７に示すように、また他の１成分現像装置として、特開平１１−１７４７９４（特許文献２）には、固定配置された絶縁性の円筒部材２００の感光体２０１に最近接する部分に、導電性物質で形成された凸状の現像域画成部材２０２を設け、円筒部材２００と現像域画成部材２０２の外側周面には、導電性フィルム２０３を配置した現像手段２０４がある。

特開平２−４０６７１号公報特開平１１−１７４７９４号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、トナー搬送部材の絶縁性の誘電体フィルムに複数の電極からなる導電膜を貫通させているため、膜の構成が複雑であり、破損などの劣化が起きやすい。

また、上記特許文献２の構成では、感光体と現像域画成部材間の距離が短く、電界強度が強いため、より高精細な画像を得ることが可能であるが、接触現像の場合には、トナーを介して、感光体は現像域画成部材に圧接されるため、トナーや感光体の劣化が懸念され、非接触現像の場合では、突起を有する現像域画成部材が導電性であるため、トナーへの鏡像力が強く、現像性に劣る。

本発明は、上述の現状に鑑みてなされたものであり、現像域画成部材を低誘電率の絶縁性からなる凸状部材とすることにより、トナーとベルト間の鏡像力を減らし、トナー飛翔性を高めた現像装置を提供することにある。

本発明は、定着装置感光体上に形成された潜像にトナーを供給するために配設された搬送手段としてのベルトと、ベルトを支持する支持ローラと、ベルトを搬送する回転可能な駆動ローラとを備え、支持ローラは、ベルトを介して感光体に対向させて固定され、潜像をトナーによって可視像化する現像装置において、支持ローラの一部は、凸状部材で構成され、凸状部材は感光体と対向する部位に形成され、凸状部材の誘電率は、ベルトの誘電率より小さいことを特徴とするものである。

また、本発明は、支持ローラに設ける凸状部材の曲率中心は支持ローラ内部にあって、かつ、凸状部材の曲率半径は、支持ローラの曲率半径よりも小さいことを特徴とするものである。

また、本発明は、ベルトと感光体表面は非接触であることを特徴とする。

また、本発明は、感光体と支持ローラ間には、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが印加されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、支持ローラの一部をベルトの誘電率より小さい誘電性材料からなる凸状部材とすることで、トナーとベルト間の鏡像力が低減され、トナーの飛翔性が向上する。更に、凸状部材を通過するトナーには、ベルトからトナーが剥離する方向に遠心力が作用し、感光体への飛翔性が向上する。また、現像領域における感光体とベルト間の距離が近くなるため、感光体からの電界強度が強く、ドットやライン再現性が向上する。

また、本発明によれば、支持ローラに設けた凸状部材の曲率中心が支持ローラ内部にあることで、凸状部材の支持ローラへの固定が安定する。また、支持ローラの曲率半径よりも小さくすることで、ベルトで搬送されたトナーが凸状部材を通過するときに大きな遠心力を受けることになり、トナーの飛翔性が向上する。

また、本発明によれば、ベルトと感光体を接触させないことで、ベルト及び感光体とも摺擦による劣化が少なく、画像の乱れも生じにくい。

また、本発明によれば、現像バイアスとして交流電圧を重畳することで、トナーの飛翔性が向上し、高い画像濃度及び高精細な画像が得られる。

本発明の現像装置の断面形状の概略図である。本発明の凸状部材を設けた場合の誘電率を示す模式的断面図である。本発明の凸状部材に搬送されたトナーに作用する力を示す模式図である。比較例３における凸状部材を示す模式図である。従来の現像装置の断面形状の概略図である。従来の現像装置のトナー搬送部材の断面図である。従来の他の形態の現像手段の概略構成図である。

以下、本発明に係る現像装置を図面に則して説明する。なお、この現像装置の構成は必ずしもこの形態に限られるものではない。
（実施例１）
図１は、本発明の一実施形態である現像装置１を示す断面図である。現像装置１は、電子写真装置に用いられるものであり、電子写真装置としての全体的な構成は、周知の技術であり、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、定着、及び除電等の工程を備える。

像担持体である感光体２と対向して配置された現像装置１は、現像容器６、トナー搬送手段としてのベルト８、その現像ベルト８を支持する固定された支持ローラ３ａ、ベルトの駆動を行う駆動ローラ３ｂ、トナーの搬送量を規制するブレード１０を有している。

現像装置１の現像容器６には、トナー７が収容されており、アジテータやスクリュ等の攪拌部材１４によって攪拌されるともに、ベルト８の近傍に供給される。

ベルト８の材質は、例えばポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化エチレンプロピレンまたはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の有機絶縁材料、シリコン、イソプレン、ブタジエン等のゴム材料等を用いることができるが、本発明の実施例１ではポリイミドを用いた。

また、ベルト８の膜厚は、０．００５ｍｍ〜０．２ｍｍ、好ましくは、０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍであり、本発明の実施例１では０．０８ｍｍを用いている。ベルト８を巻回して移動させるための支持ローラ３ａ及び駆動ローラ３ｂは、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、鉄等の金属ローラ部材、又はこれらを芯金にして表面にゴム、フィルム、スポンジ等の部材を配したものを用いることができるが、本発明では支持ローラ３ａ（φ１８ｍｍ）、駆動ローラ（φ７ｍｍ）いずれも材質としてＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格品）を用いた。なお、本発明の実施例１ではベルトの周速度は１２０ｍｍ／ｓｅｃとした。

ベルト８の近傍に供給されたトナー７は、駆動ローラ３ｂの回転に伴い、矢印Ｓ２の方向に移動し、ブレード１０近傍まで搬送される。このブレード１０は、例えば板状の金属材料からなり、一方の端部の先端又は先端近傍のベルト８側表面がベルト８に押圧するようにして、他方の端部は現像容器６の上部６ａに固定されている。このブレード１０は、ベルト８から搬送されてきたトナー７を適切な帯電量及び厚さに規定するためのものであり、その材質は特に限定されるものではないが、例えばシリコン、ウレタン、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）等のソリッドゴム及び発泡ゴム等を挙げることができる。また、カーボンブラックやイオン導電剤を添加することによって導電性を付与して、ベルト８との接触圧力及びブレード１０への印加電圧値を適切な値に設定し、ブレード１０にトナー７を帯電させる機能を付加してもよい。ブレード１０を通過してベルト８の上に形成されるトナー層１５は、適切な電荷量、例えば１０μC ／ｇ〜３０μC／ｇに帯電されるとともに、適切な厚さ、例えば１０μm〜２０μｍに形成される。本発明の実施例１では、厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４製の板の先端にシリコンゴムをつけたブレードを用い、ブレードにはバイアスを印加しなかった。

感光体２は、方向Ｓ２とは反対の方向Ｓ１に回転可能に設けられる。感光体２の表面は、帯電手段であるコロナチャージャ（図示せず）や、接触ローラ帯電器によって適切な電荷量に均一帯電され、露光手段（図示せず）で適切な静電潜像ポテンシャルを形成することによって静電潜像を担持する。なお、本発明の実施例１で用いた感光体２の大きさは、φ３０ｍｍである。

ベルト８に付着したトナー７は、支持ローラ３ａに設けられた凸状部材９を含む現像領域５へ搬送され、感光体２の表面の静電潜像を顕像化する。現像領域５で、感光体２とベルト８は最接近するか、接触することとなる。本発明の実施例１では感光体２とベルト８を接触させた。感光体２と凸状部材９との最近接距離が、好ましくは、０．１ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲となるように、支持ローラ３ａの位置を変更する。

このとき、ベルト８には電源４から、現像バイアスが印加され、本発明の実施例１では、電圧値として−４５０Ｖの直流電圧にて現像を行った。なお、交流電圧重畳時の電圧波形としては、正弦波や矩形波でも良く、電圧値の範囲としては、１００Ｖ〜３ｋＶ程度が好ましく、周波数の範囲としては、１００Ｈｚ〜５ｋＨｚが好ましく用いられる。但し、これらの電圧値及び周波数については、トナー７の搬送速度や、ベルト８の材質、或いは現像ギャップ等によって適正値を設定すれば良く、特に限定されるものではない。

現像領域５を通過後にベルト８に残存しているトナー７は、現像領域５のベルト８の回転方向下流側に設けられた除電シート１２の近傍へ搬送される。除電シート１２は、ベルト８に圧接するようにして現像容器６の下部に固定される。除電シート１２には、電源１３から適切なバイアスが印加され、トナー７の電荷が除電される。このような工程によって繰り返し画像が形成される。除電シート１２は、通常、アルミニウムを蒸着したフィルム等の導電性部材或いはＰＥＴフィルムで構成される。本発明の実施例１で用いた除電シート１２は、アルミニウムを蒸着したフィルムで厚さ０．３ｍｍとし、支持ローラ３ａと同電位又は電源１３からの電圧によって支持ローラ３ａに対して＋５０Ｖ程度高い電位に調整した。

次に、本発明の実施例１での特徴的な部分について更に詳しく説明する。感光体２と対向した２本のローラ（支持ローラ３ａ、駆動ローラ３ｂ）にベルト８を掛け渡し、感光体２に近接した支持ローラ３ａを固定することで感光体２と支持ローラ３ａの間隔、即ち現像領域５での感光体２とベルト８との間隔を精度よく一定に維持することができる。固定された支持ローラ３ａは、感光体２と対向する現像領域５に低誘電性材料からなる凸状部材９を配置する。低誘電性材料として、具体的にはポリカーボネート、ポリアミド、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂等の合成樹脂を用いた。尚、本発明の実施例１における前記合成樹脂の凸状部材９を支持ローラ３ａへ固定する方法はインサート成形で行ったが、金属と樹脂が固定されるのであれば、その方法は特に限定されない。また、凸状部材９の曲率半径は、支持ローラ３ａの半径より小さく、例えば０．１ｍｍ〜９ｍｍ間で随時調整した。

現像領域５でのトナー７の移動は、感光体２と支持ローラ３ａ間の電界による感光体２側への電気的な引力と、ベルト８表面とトナー７間の付着力との大小関係に依存する。

また、ベルト８表面とトナー７間に働く付着力は、トナー７の帯電に起因する鏡像力と、機械的な付着力から成り立つ。鏡像力Ｆｅは以下の式（１）で表すことができ、その式中の誘電率ε_ｒを小さくすることで、鏡像力が低下する。

・

ここで、ε_０は、真空における誘電率（＝１．０）、ε_ｒは、ベルト８と凸状部材９から求められる誘電率、ｑ_１は、トナー７の電荷量、ａは、トナー７を点電荷とみなし、その中心点とベルト８間の距離を表す。

図２は、ベルト８と凸状部材９の誘電率の関係を示す図である。図２に示すように、本発明におけるε_ｒはベルト８及び凸状部材９をそれぞれコンデンサとみなしたときの誘電率の和で表される。ベルト８及び凸状部材９の誘電率をε_１、ε_２、厚みをｄ_１、ｄ_２とすると、ε_ｒは以下の式（２）で計算できる。

上記の式に基づき、本発明の実施例１においてベルト８の厚みｄ_１＝０．０８ｍｍ、感光体２と対向する支持ローラ３ａの現像領域５に相当する箇所の凸状部材９の高さｄ_２＝０．３ｍｍとしたときの誘電率ε_ｒは、ポリイミドの誘電率ε_１＝３．５５及びポリカーボネートの誘電率ε_２＝２．９を用いて、３．０１であった。

したがって、式（１）より、ポリイミド単体に対して、それより誘電率の小さい凸状部材９を設けた場合には、鏡像力は約１０％減少する。

更に、感光体２とベルト８が最近接する現像領域５内に設けられた凸状部材９により、支持ローラ３ａから凸状部材９へとベルト８が搬送されるときに、図３に示すように、トナー７にはベルト８の移動方向Ｓ_２に向かって遠心力が働く。遠心力Ｆは、凸状部材９の曲率半径をＲとしたとき、以下の式（３）で表すことができる。

ここで、ｍはトナー７の質量、ｖはトナー７の移動速度（＝ベルトの移動速度）を表す。式（３）より、本実施例での凸状部材９の曲率半径Ｒ＝４．５ｍｍでの遠心力は支持ローラ３ａの遠心力に対して２倍となり、凸状部材９を設けることによって、トナー７はベルト８から剥離されやすく、飛翔性が向上する。

したがって、現像領域５において、ベルト８とトナー７間に働く鏡像力を削減でき、更に遠心力も増加することでベルト８からのトナー７の剥離が容易となり、感光体２へのトナー７の飛翔性を向上させることができた。
（実施例２）
実施例１において、凸状部材９の低誘電性材料として、高さｄ_２＝５ｍｍ、誘電率ε_２＝２．５のポリアミドを使用し、感光体２とベルト８の現像ギャップが０．１５ｍｍとなるよう感光体２と支持ローラ３ａとの中心間距離を変更した。式（２）より、誘電率ε_ｒは２．５１であり、式（１）より、鏡像力はポリイミド単体に対して約２３％低減できた。また、式（３）より、本実施例での凸状部材９の曲率半径Ｒ＝０．５ｍｍでの遠心力は、支持ローラ３ａの遠心力に対して、１８倍となった。

したがって、現像領域５において、ベルト８とトナー７間に働く鏡像力を削減でき、更に遠心力も増加することでベルト８からのトナー７の剥離が容易となり、感光体２へのトナー７の飛翔性を向上させることができた。
（実施例３）
実施例２において、支持ローラ３ａに印加する現像バイアスを直流電圧に交流電圧を重畳したものとし、直流電圧として−４５０Ｖ、交流電圧として電圧＝１．２ｋＶ、周波数＝３ｋＨｚの矩形波を用いた。この場合、更に高い画像濃度が得られた。
（比較例１）
実施例１において、凸状部材９を設けない支持ローラを用いた。この場合、ベルト８からトナー７が剥離する方向に遠心力が作用しないため、感光体２へのトナー７の飛翔性が低下する。
（比較例２）
実施例１において、凸状部材９の低誘電性材料として、ポリイミドの誘電率ε_１＝３．５５より大きい、誘電率ε_２＝３．７のＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂を使用した。式（２）より、誘電率ε_ｒは３．６６であり、式（１）より、鏡像力はポリイミド単体に対して約２％大きくなり、現像領域５においてベルト８とトナー７間に働く鏡像力が増大してしまった。
（比較例３）
実施例１において、図４に示すように、凸状部材９の曲率半径を支持ローラ３ａの曲率半径よりも大きいＲ＝１２ｍｍとした。式（１）より、凸状部材９の遠心力は支持ローラ３ａの遠心力に対して０．７５倍となり、現像領域５において、ベルト８からのトナー７の剥離が容易ではなくなり、感光体２へのトナー７の飛翔性が低下してしまった。

表１は、シャープ株式会社製複写機ＡＲ−５０３０に上述の実施例及び比較例の現像装置を適用し、平均体積粒子径が６．５μｍの非磁性トナー及び画像面積率４％のＡ４原稿を用い、普通紙（ネコサ紙）を横連続通紙して、常温常湿環境下で４００００枚の実写試験を行ったものである。

初期及び４００００枚後の評価項目は、画像濃度及び画像かぶりの測定並びに画質評価、更にトナー融着確認とベルト耐久性を評価した。

以下に種々の評価及び測定方法を記載する。
（Ａ）画像濃度
５０ｍｍ×５０ｍｍのベタ画像部の濃度を濃度計（マクベス社製、ＲＤ−９１８）にて測定を行った。
（Ｂ）かぶり
印字前後の白色度の差を白度計（ハンター白度計、日本電色工業社製）を用いて測定し、カブリ濃度とした。カブリ濃度測定法は、A４サイズの白紙をあらかじめ白度計にて白度を測定し、その値を第１測定値とする。次に、直径５５ｍｍの白円を含む原稿を用いて３枚複写し、得られた画像の白部を白度計にて測定し、この値を第２測定値とする。第２測定値の値を第１測定値から差し引いた値をカブリの値とする。この値が０．４未満ならば「○」、０．４以上１．０未満ならば「△」、１．０以上ならば「×」で評価した。
（Ｃ）画質評価（ドット及びライン再現性）
ドット及びライン画像を作成し、目視評価を行った。ドット及びラインがほぼ再現しているものを「○」、やや欠けや飛び散りがみられる場合を「△」、ドット又はラインが形成されていない場合を「×」で評価した。
（Ｄ）融着確認
Ａ４紙の全面ベタ画像を印字し、白筋の有無を確認した。また、ベルト８上のトナー７をテープに採り、筋の発生を調べた。更に、ベルト８を取り外し、ブロアーにてベルト８上のトナー７を吹き飛ばした後、光学顕微鏡によりベルト８上を目視にて観察した。上記全てにおいて融着確認された場合を「×」、筋が全く現れなかった場合を「○」で表した。
（Ｅ）ベルト耐久性
４０Ｋ枚の実写試験後のベルト８を光学顕微鏡により観察し、欠けや磨耗の有無を確認した。殆ど変化のないものを「○」、やや欠けあるいは磨耗の見られる場合を「△」、欠けや磨耗がある場合を「×」とした。

表１の結果より、本発明の現像装置を用いた実施例１〜３では、比較例１〜３と比べて初期の画像濃度も高く、また、トナー飛翔性が良くなっていることもあり、ドットやライン再現性を含めた画質評価も良好であった。

更に、４００００枚の実写試験後もベルト８上にトナー７の融着が生じにくいことから、ベルト８、感光体２、トナー７への負荷が低減されていることがわかる。ベルト８と感光体２を非接触の状態にした実施例２及び３では、更にベルト８への負荷が低減されベルト耐久性が向上している。更に、実施例３のように、支持ローラ３ａに印加する現像バイアスを直流電圧に交流電圧を重畳した場合、更に高い画像濃度が得られた。

比較例１のように、凸状部材９を設けない支持ローラ３ａを用いた場合、
ベルト８からトナー７が剥離する方向に遠心力が作用しないため、感光体２へのトナー７の飛翔性が低下する。そのため、ドットやライン再現性といった画質評価が悪化している。

また、比較例２のように、凸状部材９の誘電率をベルト８の誘電率より大きくした場合、ベルト８とトナー７間に働く鏡像力が増大してしまい、画像濃度が低下した。

また、比較例３のように、凸状部材９の曲率半径を支持ローラ３ａの曲率半径よりも大きくした場合、凸状部材９の遠心力が小さくなり、感光体２へのトナー７の飛翔性が低下して、ドットやライン再現性といった画質評価が悪化している。

１現像装置
２感光体
３ａ支持ローラ
３ｂ駆動ローラ
５現像領域
６現像容器
７トナー
８ベルト
９凸状部材
１０ブレード
１２除電シート
１４攪拌部材

Claims

定着装置感光体上に形成された潜像にトナーを供給するために配設された搬送手段としてのベルトと、前記ベルトを支持する支持ローラと、前記ベルトを搬送する回転可能な駆動ローラとを備え、前記支持ローラは、前記ベルトを介して前記感光体に対向させて固定され、前記潜像を前記トナーによって可視像化する現像装置において、前記支持ローラの一部は、凸状部材で構成され、前記凸状部材は感光体と対向する部位に形成され、前記凸状部材の誘電率は、前記ベルトの誘電率より小さいことを特徴とする現像装置。
前記凸状部材の曲率中心は前記支持ローラ内部にあって、前記凸状部材の曲率半径は、前記支持ローラの曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
前記ベルトと前記感光体は非接触であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
前記感光体と前記支持ローラ間には、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが印加されていることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。