JP5426148B2

JP5426148B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5426148B2
Application number: JP2008304116A
Authority: JP
Inventors: 克之伊藤; 徹也上橋
Original assignee: 株式会社沖データ
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2010128278A

Description

本発明は、電子写真技術を利用したプリンタ、複写機等の画像形成装置に関し、特に一成分現像装置を有する画像形成装置に関する。

従来の電子写真方式の画像形成装置は、帯電、露光、現像、クリーニング、および除電のプロセスを感光体の周囲で行い、その感光体にトナー像を現像するようにしている。また、現像されたトナー像が感光体から転写された記録紙は定着器によりそのトナー像が定着されて出力される。
近年、画像形成装置の現像装置として一成分現像装置が広く採用され、その位置成分現像装置は、スポンジローラで形成された供給ローラでトナーを現像ローラに供給し、現像ローラ上に配置された現像ブレードによってトナー層を形成した後、その現像ローラによって潜像を担持した感光体を現像してトナー像を得るようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３２３７７８号公報（段落「００１３」〜段落「００１６」、図１、図４）

しかしながら、上述した従来の技術においては、供給ローラは現像ローラにトナーを供給するためにトナーを搬送するが、その際余剰のトナーも搬送される。搬送された余剰のトナーは現像ブレード、現像ローラ、および供給ローラで形成される空間に詰め込まれ、圧力によりトナーの凝集が発生していた。凝集したトナーが現像ローラと現像ブレードとの間に挟まるとその部分だけ現像ローラにトナーが供給されず、現像ローラ上に筋状のトナーの抜けが形成され、記録紙の縦方向に白筋が発生してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決することを課題とし、凝集したトナーにより現像ローラ上に筋状のトナーの抜けが形成されないようにして安定した画像を形成することを目的とする。

そのため、本発明は、静電潜像を担持する像担持体に現像電圧が付与された現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて現像することにより画像を形成する画像形成装置において、表面に付着した現像剤を前記現像剤担持体に供給する現像剤供給手段と、前記現像剤供給手段に当接して現像剤を薄層化する規制手段と、前記現像剤供給手段に現像剤を補充する現像剤搬送手段とを備え、前記現像剤供給手段は、その表面に層形成された現像剤を前記現像剤担持体に供給し、表層の弾性層の表面粗さを２０μｍから２００μｍとし、前記現像剤担持体表面は、摩擦係数が０．４以下でかつ表面粗さが５μｍ以下であり、前記規制手段は、前記現像剤供給手段との当接部に円弧を有し、その円弧の半径を０．２ｍｍから０．８ｍｍとし、所定の電圧が印加され、前記現像剤供給手段は、トナー供給ローラであり、前記現像剤搬送手段は、前記規制手段よりも、前記トナー供給ローラの回転方向上流の位置で前記トナー供給ローラと当接し、その当接部において前記トナー供給ローラの回転方向と同方向に回転するトナー搬送ローラであることを特徴とする。

このようにした本発明は、現像ローラ上に筋状のトナーの抜けが形成されないようにすることができ、安定した画像を形成することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明による画像形成装置の実施例を説明する。

図１は第１の実施例における画像形成装置の概略説明図である。
図１において、静電潜像を担持する像担持体としての感光体ドラム１は、表面に有機光半導体からなる感光体を有し、図中矢印が示す方向に回転する。
帯電ローラ２は、感光体ドラム１の感光体表層に電荷を与え、約マイナス６００Ｖ（ボルト）に帯電させる。この帯電ローラ２は、感光体ドラム１の感光体の膜減り量を抑えるため、感光体ドラム１と連れ回るように構成され、またマイナスＤＣ電圧が付与される。

露光装置３は、レーザやＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）を光源とした光書込み装置であり、感光体ドラム１の感光体上に静電潜像を形成する。
現像装置１１は、現像剤を担持する現像剤担持体としての現像ローラ４、現像ローラ４に現像剤としてのトナー８を供給する現像剤供給手段としての供給ローラ６、供給ローラ６にトナー８の薄い層を形成する規制手段としての供給ブレード１０、および未使用のトナー８を保存するトナーホッパ７から構成される。

現像ローラ４は、感光体ドラム１と近接または当接し、対向部で感光体ドラム１の回転による移動方向と同方向に移動するように回転する。
現像装置１１で感光体ドラム１の静電潜像を現像してトナー８の像を形成し、感光体上に形成されたトナー像は転写ローラ５によって記録媒体１９に転写される。
トナー８が転写された記録媒体１９は、定着器１２よって熱定着されて出力され、また転写後に感光体ドラム１上に残留するトナー８はクリーニング装置９で清掃される。

図２は第１の実施例における現像装置の概略説明図である。
図２において、現像ローラ４は、金属軸の周囲に弾性層が設けられている。その弾性層は、材質にシリコーンゴム、ウレタンゴム等が使用され、約１０^８Ωｃｍから１０^１０Ωｃｍの体積抵抗率を有するものである。なお、弾性層の表層にコート層を形成するようにしてもよい。

供給ブレード１０は、弾性を有した金属薄板で構成され、その先端部は図３に示すように折り曲げられて曲率半径Ｒが０．２ｍｍから０．８ｍｍの範囲の円弧が形成されている。この供給ブレード１０は、現像ローラ４に略水平方向に隣接して配置され、その円弧状に形成された先端部の外周面は供給ローラ６の表層と１０ｇ／ｃｍから５０ｇ／ｃｍの圧力で当接している。

供給ローラ６は、金属軸の周囲に表層として弾性層を設けたローラであり、その弾性層はウレタンゴム、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム（エチレン−プロピレンゴム）等を材質としたスポンジ層（発泡層）または表層が粗いゴム層で形成され、約１０^６Ωｃｍから１０^８Ωｃｍの体積抵抗率を有するものである。
また、この弾性層は、トナーを現像ローラ４へ供給するために充分、かつ余剰になったトナーを掻きとることができる粗さを有するものであり、スポンジ層では５０セル／ｍｍから５セル／ｍｍのセル密度に、ゴム層では、表面粗さＲｚは２０μｍから２００μｍに形成される。

供給ローラ６表面は、現像ローラ４との当接部において現像ローラ４表面の移動方向と反対方向に速度比１／５〜１の速度で移動する。この速度比を変化させることにより、現像ローラ４に供給されるトナー量を変化させることができ、供給ローラ６表面が遅いほど現像ローラ４にトナー層が薄く形成される。例えば、現像ローラ４表面が２００ｍｍ／秒で移動する場合、供給ローラ６表面は現像ローラ４表面の移動方向と反対方向に４０〜２００ｍｍ／秒で移動させる。

現像剤としてのトナー８は、１成分現像用トナーであって、ポリエステル、ポリエチレン等の樹脂成分、着色剤、離型剤、帯電制御剤等を含むトナー本体と、トナー本体の表層に付着するシリカ等の外添剤で形成される。
トナー本体は、粉砕法または重合法で製造され、その粒径は３μｍから１０μｍの体積平均粒径で形成される。また、重合法で形成されたトナー本体の球形形状は０．９８から０．９０の範囲の球形度を有する。なお、ここでの球経度とは、トナー本体の断面の最外径を半径とした円の面積とその円の中のトナー本体の断面が占める面積との比であり、真球で１となるものである。

トナー８は、帯電制御剤や外添剤等により、ブローオフ帯電量がマイナス２０μＱ／ｇからマイナス６０μＱ／ｇの帯電量に調整される。ここで、ブローオフ帯電量とは、ブローオフ法によってブローオフ帯電量測定装置により測定されるトナー８の帯電量の値である。
また、高圧電源より、現像ローラ４には現像電圧ＶＤ、供給ブレード１０には電圧ＶＬ、供給ローラ６の軸には電圧ＶＳが付与される。

上述した構成の動作を図２に基づいて説明する。
画像形成動作が開始されると感光体ドラム１、現像ローラ４、および供給路ローラ６の駆動軸は、図示しない駆動装置により駆動され、図中矢印で示す方向へ回転される。
回転される供給ローラ６は、トナーホッパ７から近傍のトナー８を表層に付着して搬送する。このときの付着力は、ワンデルワールス力と供給ローラ６の表面粗さによる微小クーロン力が働いている。

供給ローラ６の表層に付着したトナー８は、供給ローラ６の回転によって供給ブレード１０を通過するとき、均一な薄層に成形される。この供給ローラ６の表面粗さが大きくなると搬送されるトナー８の量が増加する。このため、供給ローラ６の表面粗さが大きい場合、供給ブレード１０で規制されるトナー８の量が増加し、供給ローラ６の負荷が大きくなる。

したがって、必要以上のトナー８を供給ローラ６へ供給しないように供給ローラ６の表層がスポンジ層の場合、５０セル／ｍｍから５セル／ｍｍのセル密度に、ゴム層の場合、表面粗さＲｚは２０μｍから２００μｍに設定した。
また、供給ブレード１０に付与される電圧ＶＬにより、トナー８の帯電や供給ローラ６の表層のトナー８の層厚を制御する。

供給ブレード１０で規制されるトナー８の量は、供給ブレード１０の供給ローラ６との当接部に形成される円弧の曲率半径Ｒで略決定され、その曲率半径Ｒが０．２ｍｍから０．８ｍｍの範囲の円弧が形成されている。
供給ローラ６に付着したトナー８は当接部で現像ローラ４と接する。現像ローラ４に付与される電圧ＶＤに対してトナー８の帯電極性からトナー８をクーロン力で現像ローラ４に供給するために供給ローラ６に付与する電圧ＶＳを設定する。例えば、電圧ＶＳはマイナス５００Ｖ、電圧ＶＤはマイナス２５０Ｖに設定する。

このように電圧ＶＳおよび電圧ＶＤを付与すると負帯電したトナー８を現像ローラ４の表層に移動させる電界が得られる。
供給電圧ＶＳと現像電圧ＶＤとの電圧差、およびトナー帯電量によって決まるクーロン力でトナー８が現像ローラ４に移動する。
現像に必要なトナー層の厚さを供給電圧ＶＳで調整することができ、また現像ローラ４と供給ローラ６の速度比によって現像ローラ４に供給されるトナー８の量が変わる。

供給ローラ６が現像ローラ４に対して遅いほど現像ローラ４にトナー層が薄く形成されるので、現像ローラ４に０．３ｍｇ／ｃｍ^２から０．７ｍｇ／ｃｍ^２のトナー層を形成するため、供給ローラ６と現像ローラ４との速度比が当接部において１／５〜１となるように設定する。
現像ローラ４に付着したトナー８は、感光体ドラム１と接触して現像電圧ＶＤによって感光体ドラム１上の潜像を現像する。

現像ローラ４には現像に使用されなかったトナー８が残り、供給ローラ６との当接部まで回転して戻る。
供給ローラ６の当接部ではトナー８は、現像ローラ４から供給ローラ６に掻き取られて回収され、さらに供給ローラ６によって搬送されトナーホッパ７に搬送される。
このとき、現像ローラ４の摩擦係数と表面粗さを小さくするほど供給ローラ６によって掻き取られる回収が効率よく行われる。したがって、現像ローラ４の摩擦係数は０．４以下、表面粗さＲｚは５μｍ以下に設定した。

画像形成動作中は、上述した説明のように現像ローラ４に対して供給ローラ６によるトナー供給および回収が繰り返して行われる。
本実施例では、このように供給ローラ６による現像ローラ４へのトナー８の供給と回収が当接部分で行われ、供給ブレード１０はトナー８が当接部分に必要以上に供給されないように現像ローラ４に形成されるトナー層の１倍から５倍の範囲に薄層化している。したがって、供給ローラ６のトナー搬送能力から供給ローラ６によって搬送されたトナー８が当接部分で溜まりを発生させることがない。

また、現像ローラ４に移動しなかったトナー８と、当接部分で現像ローラ４から掻き取ったトナー８とは供給ローラ６に付着して回収され、搬送される。このとき、回収されたトナー層厚は、現像で感光ドラム１に使用されなかった場合、供給されたトナー層と同じ層厚となり、現像ローラ４に移動しなかったトナー８および当接部分で現像ローラ４から掻き取ったトナー８のすべてを回収することができる。

また本実施例では、供給ローラ６と現像ローラ４の当接部にトナー８の溜りがないのでトナー８の凝集が発生しない。このため、回収されたトナー８が供給ブレード１０に挟まることはない。
さらに、供給ブレード１０でトナー８は規制されるが、供給ローラ６の周囲に規制されたトナー８があるため、再び供給ローラ６に付着して搬送される。このため、供給ブレード１０によるトナー８の凝集は発生しない。これにより、安定した画像を形成することができる。

また本実施例では、供給ローラ６から供給ローラ６と現像ローラ４の当接部分の電界によってトナー８を現像ローラ４へ供給するため、移動するトナー８の極性は電界によって切り分けられる。したがって、逆極性のトナー８は現像ローラ４に移動できないため、現像画像のカブリまたはバックグラウンド濃度といわれる非画像部へのトナー付着が低く抑えられる。

さらに本実施例では、供給ローラ６に供給ブレード１０を当接させてトナー層を形成しているので、供給ローラ６に形成されるトナー層の厚さは、現像ローラ４に形成するトナー層の１倍から５倍の厚さになる。このように供給ローラ６に形成されるトナー層が厚いので供給ブレード１０との摩擦によるトナー８へのダメージ（トナー８の発熱）を低く抑えることができる。このため、トナー８から外添剤が離脱することや外添剤がトナー内部に溶け込むことによるトナー流動性の劣化がなくなり、安定した画像を形成することができる。

以上説明したように、第１の実施例では、供給ブレード１０を供給ローラ６に当接させて配置し、トナーの薄層を形成した供給ローラ６から現像ローラ４にトナーを供給するようにしたことにより、トナーの凝集を発生させることなく、記録紙の縦方向に白筋を発生させない安定した画像形成を行うことができるという効果が得られる。

図４は第２の実施例における現像装置の概略説明図である。
第２の実施例の構成は、第１の実施例の構成にトナー搬送ローラを追加したものであり、その構成を以下に説明する。なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図４において、現像剤搬送手段としてのトナー搬送ローラ１３は、金属等の導電性の軸の周囲に弾性層が設けられ、その弾性層は、高抵抗のウレタンやシリコーン等のゴム材または高抵抗のウレタンやシリコーン等の発泡ゴム材で形成されている。

このトナー搬送ローラ１３は、現像剤供給手段としての供給ローラ６と当接し、また図示しない駆動部で回転駆動され、その回転方向は当接部で供給ローラ６の回転方向と同方向に回転するように構成されている。
また、高電圧により、トナー搬送ローラ１３の軸には電圧ＶＳが付与されている。
上述した構成の動作を図４に基づいて説明する。

画像形成動作が開始されると感光体ドラム１、現像ローラ４、供給路ローラ６、およびトナー搬送ローラ１３の駆動軸は、図示しない駆動装置により駆動され、図中矢印で示す方向へ回転される。
トナー搬送ローラ１３は、トナーホッパ７から近傍のトナー８を表層に付着させて搬送する。このときの付着力はワンデルワールス力が働いている、
トナー搬送ローラ１３に付着したトナー８は当接部でトナー供給ローラ６と接する。

トナー搬送ローラ１３の電圧は、供給ローラ６の供給電圧ＶＳが印加されているので、トナー８はトナー搬送ローラ１３から供給ローラ６に移動して同程度の厚さに分割されて補充される。
供給ローラ６に付着したトナー８は、供給ブレード１０で薄層化される。
以降の動作は、第１の実施例と同様であり、感光体ドラム１の潜像画像を現像する現像動作を行う。

現像で使用されなかったトナー８は、供給ローラ６に回収され、トナー搬送ローラ１３との当接部に戻ってくる。当接部に戻ってきたトナー８は、次の現像動作において、トナー搬送ローラ１３から供給ローラ６へ補充される。
このようにトナー８に働くワンデルワールス力だけでなく、トナー搬送ローラ１３がトナーホッパ７のトナー８を供給ローラ６に補給するため、供給ローラ６上に安定したトナー８の層を形成して現像ローラ４にトナー８を供給することができる。

また、第１の実施例と同様に、供給ブレード１０で供給ローラ６のトナー層を薄層化するため、トナーの凝集を発生させることなく、記録紙の縦方向に白筋を発生させない安定した画像形成を行うことができる。
以上説明したように、第２の実施例では、第１の実施例の効果に加え、トナー搬送ローラ１３を設けることにより、供給ローラ６に安定してトナーを補充することができ、画像濃度を安定に維持した画像形成を行うことができるという効果が得られる。

第１の実施例における画像形成装置の概略説明図第１の実施例における現像装置の概略説明図第１の実施例における供給ブレードの説明図第２の実施例における現像装置の概略説明図

符号の説明

１感光体ドラム
２帯電ローラ
３露光装置
４現像ローラ
５転写ローラ
６供給ローラ
７トナーホッパ
８トナー
９クリーニング装置
１０供給ブレード
１１現像装置
１３トナー搬送ローラ

Claims

静電潜像を担持する像担持体に現像電圧が付与された現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて現像することにより画像を形成する画像形成装置において、
表面に付着した現像剤を前記現像剤担持体に供給する現像剤供給手段と、
前記現像剤供給手段に当接して現像剤を薄層化する規制手段と、
前記現像剤供給手段に現像剤を補充する現像剤搬送手段とを備え、
前記現像剤供給手段は、その表面に層形成された現像剤を前記現像剤担持体に供給し、表層の弾性層の表面粗さを２０μｍから２００μｍとし、
前記現像剤担持体表面は、摩擦係数が０．４以下でかつ表面粗さが５μｍ以下であり、
前記規制手段は、前記現像剤供給手段との当接部に円弧を有し、その円弧の半径を０．２ｍｍから０．８ｍｍとし、所定の電圧が印加され、
前記現像剤供給手段は、トナー供給ローラであり、
前記現像剤搬送手段は、前記規制手段よりも、前記トナー供給ローラの回転方向上流の位置で前記トナー供給ローラと当接し、その当接部において前記トナー供給ローラの回転方向と同方向に回転するトナー搬送ローラであることを特徴とする画像形成装置。