JP4065474B2

JP4065474B2 - 現像装置

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Publication number: JP4065474B2
Application number: JP22121199A
Authority: JP
Inventors: 行弘大関; 勝弘境澤; 真野々村; 真奈実関口
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Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2019-08-04
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式等の画像形成装置において、像担持体上に形成された静電潜像を可視化するのに用いられる現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真法を用いた画像形成装置において、１成分現像剤を使用する現像装置は、現像剤として用いるトナー（１成分トナー）の種類によって構成を若干異にする。特にトナー自身の磁性の有無によって、トナーを現像ローラ（現像剤担持体）の表面へ担持させる力が異なってくる。
【０００３】
磁性トナーの場合には、現像ローラ内にマグネットを設けることによって、主に磁力によりトナーを現像ローラ表面に担持して、搬送させることが可能となる。
【０００４】
これに対し、非磁性トナーの場合には、磁力を用いることができないので、トナー自身の帯電量によって生じる現像ローラ表面への鏡映力が利用され、この鏡映力によりトナーを現像ローラに担持して、搬送させることが可能となる。したがって、非磁性トナーを使用する場合には、マグネットが不要になる代わりに、現像ローラへのトナーの供給と、トナーに鏡映力を生じさせる帯電量の付与とを行う手段が必要となる。この手段には、一般に、現像ローラに当接配置されたトナー供給ローラが用いられている。
【０００５】
トナー供給ローラは、現像ローラへトナーを供給するとともに、現像ローラとトナー供給ローラとの当接ニップ領域で、これらとトナーとの間で生じる摺擦によりトナーを摩擦帯電し、現像ローラに担持させるのに足る鏡映力を生じる帯電量をトナーに付与する。
【０００６】
上記の非磁性トナーは、非磁性であるが故にカラー化が容易に可能であり、現在、カラー画像形成装置の現像装置で主に使用されているトナーは非磁性トナーである。
【０００７】
しかしながら、この非磁性トナーを用いた従来の現像装置は、解決すべき問題点があるのを見出した。以下、非磁性トナーを用いる１成分接触現像装置の代表的な例を図１１により説明する。
【０００８】
本現像装置１０１は、内に収容した絶縁性の非磁性１成分トナーＴを担持して図中Ｙ方向に回転する、図中Ｘ方向に回転する像担持体である感光ドラム１００に接触した現像ローラ１０２、この現像ローラ１０２に非磁性１成分トナーＴを図中矢印Ｚ方向に回転することによって供給するトナー供給ローラ１０４、現像ローラ１０２上のトナーＴの塗布量および帯電量を規制するトナー規制手段である現像ブレード１０３、トナーＴを攪拌するとともにトナー供給ローラ１０４に供給する攪拌部材１０５等から構成されている。
【０００９】
現像ローラ１０２が接触する感光ドラム１００は剛体製とされ、現像ローラ１０２は弾性を有することが好ましい。また現像ブレード１０３は金属製のものが、非磁性トナーに帯電付与するのに好適に用いられる。
【００１０】
現像ブレード１０３により規制を受けたトナーＴは、現像ローラ１０２の回転にともない、感光ドラム１００と現像ローラ１０２とが当接した現像領域に搬送され、図示しない電源から現像ローラ１０２に直流の現像バイアスを印加することによって、鏡映力によって担持された現像ローラ１０２から感光ドラム１００の表面に形成された静電潜像に飛翔して付着、現像し、潜像をトナー像として可視化する。
【００１１】
現像に寄与せず、現像ローラ１０２の表面に残留したトナーは、現像ローラ１０２の回転にともない現像装置１０１内に戻され、トナー供給ローラ１０４を介して回収される。
【００１２】
現像装置１０１は、上記のように、基本的には、トナーＴとして絶縁性の非磁性１成分トナーを用いるものであり、トナー供給ローラ１０４から供給したトナーＴの現像ローラ１０２への担持は、トナー供給ローラ１０４と現像ローラ１０２との接触領域でトナーＴを摩擦帯電で生じる鏡映力によって行われる。またトナーＴの現像ローラ１０２への担持量（コート量）の調整は、現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４との周速差によって行われる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、非磁性１成分現像装置１０１では、トナー供給ローラ１０４から供給したトナーＴの現像ローラ１０２へのコートは、トナー供給ローラ１０４と現像ローラ１０２との接触領域でトナーＴを摩擦帯電で生じる鏡映力によって行っているため、現像ローラ１０２へのトナーＴのコート量は、トナーの材質や現像ローラ１０２、トナー供給ローラ１０４の材質に依存するのみならず、これらの摺擦力に大きく依存するものとなっていた。
【００１４】
その結果、トナーの材質や現像ローラ１０２、トナー供給ローラ１０４の材質を最適化しても、現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４間の摺擦力を低下させると、トナーの摩擦帯電量が低下して、現像ローラ１０２へのトナー担持量が減少し、現像後、画像を転写材に転写、定着した出力画像の濃度が低下する問題があった。
【００１５】
本発明者らの検討によると、通常、出力画像上で十分な濃度を得るためには、感光ドラム１００上の現像したトナー像は、単位面積あたり約０．６ｍｇ／ｃｍ²のトナー量が必要となる。このトナー量を確保するには、感光ドラム１００の周速に対し現像ローラ１０２の周速を１８０％速くした条件で、現像ローラ１０２の表面上で少なくとも約０．３３ｍｇ／ｃｍ²のトナー量が必要になる。
【００１６】
現像ローラ１０２上に担持したトナー量が少なくても、感光ドラム周速に対する現像ローラ周速の増加をより大とすれば、感光ドラム上での必要トナー量を確保することができるが、その場合には、現像ローラの駆動トルクの増大を招き、コストアップ等につながり好ましくない。したがって、実用的には、現像ローラ周速の増大は１８０％が上限であり、周速が１８０％以下では、最低でも現像ローラ表面で約０．３３ｍｇ／ｃｍ²以上のトナー量を確保できなければ、出力画像の濃度低下を招く。さらに周速１８０％以下では、より以上のトナー量を確保できなければ、感光ドラム上に０．６ｍｇ／ｃｍ²のトナーを確保できず、出力画像の低下を招く。
【００１７】
現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４間の摺擦力について説明すると、この摺擦力は、現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４との間の当接力、および現像ローラとトナー供給ローラとの間の周速差、さらには現像ローラおよびトナー供給ローラの表面の摩擦係数等により支配され決定される。摺擦力が大きければ、現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４間に供給されたトナーの摩擦帯電が促進され、その結果、現像ローラに担持可能な鏡映力を生じさせる帯電量を持ったトナーの数が増加し、現像ローラの表面に担持されるトナー量が増加する。
【００１８】
つまり、現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４間の摺擦力は、現像ローラ表面に担持されるトナー量と密接な関連があり、現像ローラ表面に担持されるトナー量は、摺擦力を増加させれば増加し、摺擦力を減少させれば減少する。そこで、従来は、現像ローラ表面に必要なトナー量を担持させるために、現像ローラとトナー供給ローラとの間の摺擦力を、その必要トナー量に見合ったものに設定するべく、現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４間の当接力の増加やこれらの間の周速差の増加等を行っていた。
【００１９】
しかしながら、上記の摺擦力は現像装置の寿命を決定する１つの要因ともなっており、摺擦力を増加させることは、トナーの劣化を促進することにつながり、現像ローラや現像ブレードへのトナー融着を引き起こし、またカブリ増加等の画像劣化等を引き起こし、現像装置の短命化を招く。
【００２０】
これに対して、特開昭６３−１８０９８３号公報では、現像ローラ１０２表面の凹凸を大きくして、上記の摺擦力によらずに、メカニカルな搬送力で現像ローラ上のトナー量を増加させる方法を開示している。しかし、同公報にも記載されているように、現像ローラ表面の凹凸は画像品質に影響を及ぼし、凹凸を大きするには限界がある。
【００２１】
本発明者らの検討によると、画像品質を損なわないためには、現像ローラ１０２表面の凹凸は表面粗さＲｍａｘで１５μｍ以下である必要があり、この表面粗さの領域では、メカニカルな搬送力で現像ローラ上のトナー量を十分に増加させることは難しい。さらに、このようなメカニカルな搬送は、現像ローラへのトナーの担持がトナーの帯電量にあまり依存しないため、現像ローラ上のトナーの帯電量分布が広くなり、トナーの帯電極性と逆極性の電荷を有する反転トナーが増加し、現像時に、非画像領域にトナーが付着する所謂「画像カブリ」（反転カブリ）が増加するという新たな問題が生じる。
【００２２】
上記の特開昭６３−１８０９８３号には、現像ローラ上のトナー量を増加させる方法として、上記方法とは別な方法も開示している。この別な方法は、トナー供給ローラ１０４から現像ローラ１０２に向かってトナーが供給されるような電界を形成し、この電界でトナーを帯電させて電荷を付与し、現像ローラへのトナー供給量、コート量を増加させるもので、これにより、上記の問題点は全部解決されるとしていた。
【００２３】
しかしながら、この方法は、同公報にも開示されているように、現像ローラの抵抗を１０⁸〜１０¹³Ωｃｍにする必要がある。この抵抗領域の材質は、環境変動による抵抗値変動が起こりやすく、このため大量かつ安定に現像ローラを製造することが困難であった。
【００２４】
また、電界でトナーに電荷を付与してトナーコート量を増加するとしているが、本発明者らの検討によると、電界を印加すれば、現像ローラ周辺の元々ある程度帯電されていたトナーが現像ローラ近傍へ付勢されるので、現像ローラへのトナー供給量が増加し、コート量が増加すると思われる。したがって、現像ローラへのトナーコート量を増加させるために、トナー供給ローラと現像ローラとの間での摩擦帯電を増加させる措置を取らなくてもよいことになり、このことは、トナー材質の選択幅を広げられることを意味する。
【００２５】
しかしながら、摩擦帯電増加によらずに現像ローラへのトナー供給量を増加させることは、現像ローラ上にコートされたトナーの帯電量のばらつきが大きくなることにつながり、さらには反転トナーを含めてトナーがコートされやすくなり、現像ローラ上のトナーコート層のトナーの帯電量分布が、メカニカルな搬送力によるトナーコート量の増加の場合と同様、広くなる。その結果、同様に、現像時の画像カブリが増加するという問題を生じる。
【００２６】
以上を要約すると、従来の現像装置では、現像ローラ１０２表面へのトナー供給、コートを現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４間の摺擦力によっているが、この摺擦力は現像装置の寿命を決定する１つの要因であり、摺擦力の増加はトナーの劣化促進につながり、現像ローラや現像ブレード１０６へのトナー融着、また画像のカブリ増加などの画像劣化等を引き起こし、現像装置の寿命短命化を招いていた。これらを解決するべく、現像ローラ上のトナー量増加をメカニカルな方法等で行うと、画像カブリが生じて画像品質が低下する問題があった。
【００２７】
本発明の目的は、非磁性１成分トナーを用いた現像装置において、現像ローラとトナー供給ローラとの間の摺擦力を低減させても、常に現像ローラ上に必要量のトナーを確保して、トナー劣化や画像カブリを発生させることなく、良好に現像を行うことができ、高品質な出力画像を得ることを可能とした現像装置を提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像装置にて達成される。要約すれば、本発明は、静電潜像が形成される像担持体と接触もしくは近接配置された回動する現像剤担持体と、前記静電潜像を現像する１成分現像剤を前記現像剤担持体に供給する、前記現像剤担持体と当接配置された回動する弾性体製の現像剤供給部材であって、表面に発泡層を備える現像剤供給部材と、前記現像剤担持体上に担持された現像剤の量を規制する、前記現像剤供給部材よりも前記現像剤担持体の回動方向下流側に配置された現像剤量規制部材と、前記現像剤担持体及び前記現像剤供給部材及び前記現像剤量規制部材が設けられる現像部とこの現像部へ現像剤を供給するトナーホッパー部とを仕切る仕切り壁であって、現像剤が通過する開口部を備える仕切り壁と、を備えた現像装置において、
前記現像剤供給部材の上部に接触して現像剤循環制御部材を設置して、前記現像剤供給部材の上方に、前記現像剤担持体および現像剤供給部材の回動によって現像剤が循環する、前記現像剤担持体、現像剤供給部材および現像剤循環制御部材とで区画された現像剤循環領域を形成し、
現像剤は前記トナーホッパー部から前記開口部を介して前記現像剤循環制御部材の上方から前記現像剤循環領域へ供給され、
前記開口部は前記現像剤供給部材と前記現像剤循環制御部材との接触位置よりも下の位置まで形成され、前記現像剤循環制御部材の前記発泡層への当接によって前記発泡層内から現像剤が吐き出され、前記現像剤供給部材から除去された現像剤が前記開口部を通過して前記現像部から前記トナーホッパー部へ回収可能であることを特徴とする現像装置である。
【００２９】
本発明によれば、好ましくは、前記現像剤循環制御部材を、前記現像剤供給部材の上部面を通る水平な接線に下側から交差して、前記接線の上側の領域に突出した態様で配置する。前記現像剤供給部材の中心を、前記現像剤担持体の中心を通る水平線よりも下に位置させる。前記現像剤循環制御部材の前記現像剤供給部材側の先端における横断面形状を矩形とすることができる。前記現像剤循環制御部材の前記現像剤供給部材側の先端における横断面形状を曲面とすることができる。前記現像剤循環制御部材の横断面形状を円形とすることができる。前記現像剤供給部材を発泡スポンジローラとすることができる。
【００３０】
また、前記現像剤供給部材を第１の現像剤供給部材として、これに前記現像剤を供給する回動する第２の現像剤供給部材を有し、前記第２の現像剤供給部材は前記トナーホッパー部に設けられ、前記第２の現像剤供給部材による前記第１の現像剤供給部材への現像剤の供給で形成された現像剤の流れ中に、前記現像剤循環制御部材が位置することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３２】
実施例１
図１は、本発明の現像装置の一実施例を示す概略構成図である。
【００３３】
本実施例では、現像ローラを感光ドラムに接触配置した接触現像系の現像装置を例にとって説明するが、本発明は、現像ローラを感光ドラムに非接触に配置した非接触現像系の現像装置にも、適用することができる。
【００３４】
図１において、符号１００は像担持体である負極性の感光ドラムで、本実施例では、外径３０ｍｍのＯＰＣ感光体を用いた。この感光ドラム１００は図中Ｘ方向に所定の回転速度で回転駆動される。
【００３５】
本実施例の現像装置１は、大きく分けて、トナーホッパー部１ａと現像部１ｂとからなる。トナーホッパー部１ａと現像部１ｂとは、中央にトナー通路となる開口部１ｄを有する仕切り壁１ｃで仕切られている。この現像部１ｂの感光ドラム１００と対向した開口部に、現像剤担持体としての現像ローラ２が配置され、現像ローラ２は感光ドラム１００と当接して、図中Ｙ方向に所定の回転速度で回転駆動される。本実施例では、現像ローラ２は外径１６ｍｍのものを使用した。
【００３６】
この現像ローラ２は、アルミニウムやステンレス等の金属芯金上に弾性層を形成し、さらにその上に帯電付与層を形成してなっている。弾性層は、現像ローラ２の低硬度化を図るために、低硬度のＬＴＶシリコーンソリッドゴム、またはシリコーン樹脂もしくはウレタン樹脂もしくはＥＰＤＭ等の発泡スポンジを用いることができる。
【００３７】
弾性層に発泡スポンジを用いた場合には、そのスポンジ層表面に厚さ数ｍｍ以下程度のソリッド層を設けることが好ましい。これは、その上に設ける帯電付与層は厚さ数μｍ程度の薄層とするので、スポンジ層表面にソリッド層を設けないと、現像ローラ２の表面に下のスポンジ層表面の凹凸形状が現れてしまい、現像ローラ２の表面粗さＲｍａｘ（ＪＩＳＢ０６０１）が大きくなりすぎるからである。本発明では、表面粗さＲｍａｘの測定には、小坂研究所製の表面粗さ試験機ＳＥ−３０Ｈを使用した。
【００３８】
本発明者らの検討によると、現像ローラ２の表面粗さＲｍａｘは、一般に１５μｍ以下である必要があり、この数値を超えると、前述の通り、担持されるトナーの帯電量分布がブロードになるため、所謂反転カブリが生じることになる。特にスポンジ層上に直接帯電付与層等を塗工した場合には、塗工液がスポンジの凹凸、すなわち壁と空孔にならってしまうので、非常に大きな凹凸形状が現れる。その結果、感光ドラムに現像されたトナー像および出力画像上にスポンジ層表面の凹凸形状が現われ、非常にがさついた画像になってしまう。
【００３９】
これを防止するためには、スポンジ層からなる弾性層を用いる場合には、そのスポンジ層の表面にソリッド層を設ければよい。表面にソリッド層を設けても、その厚さを数ｍｍ以下にすること、およびスポンジ層が低硬度であることにより、現像ローラ２に低硬度の現像ローラ硬度を得ることが可能となる。
【００４０】
現像ローラ２の帯電付与層は、トナーに対しての高帯電付与性と感光ドラム１００との摺擦力を下げるために、その表面の動摩擦係数を下げる必要がある。この理由から、ポリアミド樹脂もしくはアクリル変性シリコーン樹脂等の帯電付与性の高い樹脂中に、フッ素系樹脂樹脂、ポリアミド樹脂粒子等の離型性粒子を分散した材料で、帯電付与層を形成した。
【００４１】
上記の弾性層および帯電付与層はいずれも導電化されており、それらの材料には、カーボン粉末や金属等の導電性物質を分散、混合している。弾性層および帯電付与層の電気抵抗値は、体積抵抗率で１０³〜１０⁹Ωｃｍに調整されている。抵抗値が１０³Ωｃｍを下回ると、感光ドラム１００にピンホールがあったときに、現像時、ピンホールに電流が集中し、現像電圧が降下して現像不能になる。一方、抵抗値が１０⁹Ωｃｍを上回ると、現像ローラ２に担持されたトナーがチャージアップしやすくなるため、現像ローラ２上のトナーのコート状態が不安定になり、またコート量の不足も生じる。また現像性が低下し、画像濃度の低下も生じる。
【００４２】
本実施例では、ステンレスの芯金上に、弾性層として低硬度かつ導電性のＬＴＶ層を形成し、その表面に帯電付与層として、ポリアミド樹脂中にカーボンおよびポリアミド樹脂粒子を分散した導電性ポリアミド樹脂コート層を形成して、現像ローラ２を構成した。
【００４３】
この現像ローラ２の硬度はアスカー（Ａｓｋｅｒ）Ｃで約４０°、表面粗さはＲｍａｘで約１０μｍであり、Ｒｚ（ＪＩＳＢ０６０１）では約７μｍであった。
【００４４】
図１に示すように、現像ローラ２の芯金の両端の軸には侵入量規制コロ３が取り付けられており、本実施例では、このコロ３の外径を１５．５ｍｍとして、コロ３により現像ローラ２の感光ドラム１００への侵入量を２５０μｍ程度に設定した。
【００４５】
現像ローラ２の感光ドラム１００とは反対側の位置に、トナー供給ローラ４が設置されている。このトナー供給ローラ４は現像ローラ２と接触配置され、図中Ｚ方向に所定の回転速度で回転駆動される。本実施例では、後述するように、非磁性トナーＴとして球形で低融点な重合トナーを使用しており、このトナーを現像ローラ２の表面に供給するために、トナー供給ローラ４として、外径１６ｍｍ、硬度１０度（アスカーＣ）の絶縁性ウレタンスポンジローラを使用し、これを現像ローラ２に対する侵入量１００μｍ程度で接触配置させた。
【００４６】
現像装置１のトナーホッパー部１ａにはトナー攪拌手段５が設置されており、この攪拌手段５は図の矢印Ｗ方向に回転して、ホッパー部１ａ内の非磁性トナーＴを攪拌しながら搬送し、トナーを仕切り壁１ｃの開口部１ｄを通って現像部１ｂに供給する。
【００４７】
現像装置１の現像ローラ２の上方位置には、現像剤量規制部材として現像ブレード６が設置され、この現像ブレード６は、トナー供給ローラ４よりも回転方向下流側の位置に所定の当接圧でカウンター方向に当接している。現像ブレード６は、現像ローラ２上に担持された非磁性トナーＴを規制して、所定量のトナー層に形成するとともに、摩擦帯電により所定量の摩擦帯電量を付与する。
【００４８】
現像ブレード６としては、リン青銅の薄板の、現像ローラ２との当接部にウレタンゴムやＬＴＶ等のトナーＴと逆極性の帯電特性を有する弾性体を設けたもの、この弾性体表面にトナーＴに対して帯電付与性が高くなるポリアミド樹脂等の樹脂をコーティングしたもの、あるいは、図１に示すように、先端部をＬ字状に折曲形成したステンレス薄板を用いることができる。このステンレス薄板の現像ブレードは、その先端の折曲部を現像ローラ２の表面に当接して使用する。
【００４９】
本実施例では、現像ブレード６によるトナーＴへの帯電付与性を高めたまま、現像ローラ２と現像ブレード６との間の摺擦力を可能な限り低下させるために、現像ブレード６として、上記の先端部を折曲形成したステンレス薄板を用いた。その厚さは１００μｍとし、現像ローラ２への折曲部の当接圧を線圧で約１５ｇ／ｃｍとした。
【００５０】
さて、本発明の特徴的なことは、図１に示すように、トナー供給ローラ４の上側の近傍にトナー循環制御手段７を設置したことである。本実施例では、トナー循環制御手段７は、横断面が矩形で、トナー供給ローラ４の長手方向に伸びる板状体からなり、これをトナー供給ローラ４に非接触に配置した。このトナー循環制御手段７は、トナーの循環を制御するための部材で、図２に示すように、トナー供給ローラ４の上側に、現像ローラ２とトナー循環制御手段７との間でトナー循環領域Ａを形成する。本実施例では、トナー循環制御手段７を現像装置１の筐体と同じ材質の樹脂（本実施例ではガラス繊維入りＡＢＳ樹脂）で形成した。その材質は何でもよく、ステンレス等の金属部材であってもよい。
【００５１】
図２において、現像ローラ２の中心（芯金の中心）を原点Ｏにとり、そこを通って水平方向にｘ軸、鉛直方向にｙ軸を引き、ｘｙ座標を考える。トナー供給ローラ４の中心（芯金の中心）をＱとすると、このトナー供給ローラ４の中心Ｑは、少なくともｘｙ座標の第１象限、第４象限、好ましくは第４象限に位置させることが必要である。これは、この領域にトナー供給ローラ中心Ｑが存在すれば、トナー循環領域Ａ中にトナー自身の重力によってトナーを保持することが可能になるからである。
【００５２】
トナーの循環制御手段７の配置場所について図２により説明する。図２に示すように、トナー供給ローラ４の周方向上で、上側の水平方向接線αを考えると、トナー循環制御手段７は、接線αに下側から交差して接線αの上側の領域に突出した態様で配置することが好ましい。これにより、トナー循環領域Ａを、上記のように、トナー供給ローラ４の上側に、現像ローラ２とトナー循環制御手段７との間で形成することができる。
【００５３】
トナーの循環制御手段７が接線αと交差しない接線α以下の領域、つまり、図２中、符号ｆで示す現像部１ｂの底面１ｅからのトナー供給ローラ４の高さ以下の範囲に配置すると、トナー循環領域は、従来の現像装置同様、現像ローラ２とトナー供給ローラ４との間のトナー供給ローラ４の高さ位置（接線α）以下の狭い領域Ａ’に限定されることになり、本発明の効果が減少する。一方、トナー循環制御手段７全体が接線αの上側に位置した場合は、トナーの循環制御手段７先端のトナー供給ローラ４との距離が約５ｍｍ以上離れると、その隙間からトナーが脱落しやすくなり、トナー循環領域Ａの維持が難しくなる。
【００５４】
したがって、トナー循環制御手段７は、接線αに交差して上側に位置するか、交差せずに上側に位置していても、その先端がトナー供給ローラ４から５ｍｍ程度の距離内にあることが好ましい。
【００５５】
本現像装置１は、一般的な反転現像系の画像形成装置（たとえばＬＢＰ、ＬＥＤ等のページプリンター）に好適に用いることができる。本実施例では、感光ドラム１００の帯電電位を−６５０Ｖ、感光ドラム１００上の露光部の電位を−１００Ｖ、現像ローラ２に印加する現像電圧をＤＣ−３５０Ｖとした画像出力条件で画像形成し、画像評価を行った。これについては後述する。
【００５６】
つぎに本発明で用いた非磁性１成分トナーＴについて説明する。本実施例では、低融点で球形上を有し、転写性、定着性に優れる重合トナーを用いた。トナーの球形度合いはトナーの形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２を用いて示すことができる。
【００５７】
本発明では、形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２とは、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、トナーの粒子像を無作為に１００個サンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社製の画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入して解析を行い、下式より求められる値と定義した。
【００５８】
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）²／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×１００
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）²／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×１００
ただし、ＭＸＬＮＧ：絶対最大長、ＡＲＥＡ：トナー投影面積、
ＰＥＲＩ：周長
このトナーの形状係数ＳＦ−１はトナーの球形度合いを示し、これが１４０より大きいと、球形から徐々に不定形となる。ＳＦ−２はトナー表面の凹凸度合いを示し、これが１２０より大きいとトナー表面の凹凸が顕著になる。
【００５９】
本発明で使用する非磁性トナーＴは、重量平均粒径が３〜１０μｍで、形状係数ＳＦ−１が１００〜１４０、ＳＦ−２が１００〜１２０の範囲のものが好ましい。本実施例では、重量平均粒径が７μｍ、ＳＦ−１が１３０、ＳＦ−２が１２０の負極性の非磁性トナーを用いた。
【００６０】
トナーの重量平均粒径は種々の方法によって測定することができるが、本発明では、コールカウンター社製のマルチサイザーを測定に用いた。
【００６１】
つぎに、本実施例の現像装置の動作原理および効果について、図３および図４を用いて説明する。図３および図４は、トナー供給ローラ近辺でのトナーの流れを示す説明図で、図３は本実施例の現像装置の場合、図４は従来の現像装置の場合である。
【００６２】
従来の現像装置では、トナー供給ローラ４の外径を小さくし、またはトナー供給ローラ４の現像ローラ２への侵入量を小さくして、現像ローラ２とトナー供給ローラ４との間の摺擦力を低下させると、図４中、Ｂで示す現像ローラ２とトナー供給ローラ４との摺擦領域でトナーＴの摩擦帯電量が減少する。このため、現像ローラ２の回転動作および現像ブレード６による現像ローラ２表面上トナーの規制動作によって、摺擦領域Ｂから生じるトナーの循環Ｄ中のトナーＴの摩擦帯電量が減少する。これに加えて、従来装置では、図４中、矢印Ｃに示すように、トナーホッパー部１ａから攪拌手段５によって供給される新たなトナーＴの循環が生じてしまい、現像ローラ２とトナー供給ローラ４との摺擦領域Ｂの近傍におけるトナーＴの平均帯電量がますます低下し、現像ローラ２の表面に鏡映力で担持可能な帯電量を有するトナーの平均帯電量が一段と低下してしまう。
【００６３】
その結果、従来例で説明したように、現像ローラ２上に帯電が十分なトナーを必要量確保することができず、出力画像の濃度が低下して姉妹、高品質な出力画像を得ることは難しい。
【００６４】
この傾向は、従来用いられている粉砕トナーでも見受けられるが、上記した重合トナーのような球形トナーを用いた場合は特に著しい。この理由は、球形トナーは粉砕トナーに比べ、トナー自身の滑り性が優れるためで、摩擦帯電量の減少幅が大きいと考えられる。
【００６５】
これに対し、本実施例では、図３に示すように、トナー循環制御手段７を設けたので、攪拌手段５によってトナーホッパー１ａから現像部１ｂに供給される新たなトナーＴは、トナーの流れＥ１で示されるように、トナー循環制御手段７によって一旦堰き止められるので、トナー循環領域Ａへ新規トナーＴが大量に流入するのを阻止され、少量の流れＥ２となってトナー循環領域Ａ中に流入する。
【００６６】
このトナー循環領域Ａ中には、トナー供給ローラ４、現像ローラ２および現像ブレード６によってトナーの循環Ｆが生じているが、新規トナーＴが少量しか流入しないので、従来に比べ、トナー循環領域Ａにおけるトナー循環Ｆに未帯電トナーが混入する割合が減少する。さらにトナー循環制御手段７によって、トナー循環Ｆが、トナーホッパー１ａへ拡散されるのを防止できるので、トナー循環領域Ａに常にトナー循環Ｆを確保することが可能となる。
【００６７】
以上から、本実施例では、トナーＴをトナー循環Ｆの流れに乗せて何回も循環させることができるので、トナー循環Ｆ中でのトナー個々の摩擦の機会が増加し、摺擦領域Ｂでのトナーへの摺擦力を減少しても、トナー個々の摩擦帯電量を増加することができ、またトナーの平均帯電量も増加する。
【００６８】
これによって、トナー循環領域Ａ中の未帯電トナーの割合を低下させることが可能となり、現像ローラ２の表面に鏡映力によって担持可能な帯電量を有するトナーＴの割合が増加する。したがって、現像ローラ２の表面に担持されるトナー量が増加し、現像ローラ表面の単位面積あたりのトナーコート量（Ｍ／Ｓ）が増加する。
【００６９】
本実施例の効果を確認する実験を行った。前述したように、感光ドラム１００の帯電電位を−６５０Ｖ、感光ドラム１００上の露光部の電位を−１００Ｖ、現像ローラ２に印加する現像電圧をＤＣ−３５０Ｖとした画像出力条件で画像形成し、画像評価を行った。現像ローラ２の周速は、感光ドラム１００の周速の１８０％増しで使用した。
【００７０】
画像形成枚数は６０００枚で、試験環境は２６℃、６０％Ｒｈである。評価項目は現像ローラ２上のトナーコート量Ｍ／Ｓ、ベタ黒画像の出力画像濃度、感光ドラム１００上の非画像領域における画像カブリの画像形成枚数に対する変化である。これらの測定方法もしくは評価方法は以下の通りである。
【００７１】
現像ローラ上のトナーコート量Ｍ／Ｓの測定はつぎのように行った。通紙中、約５００枚ごとに現像ローラ２の表面のトナーコート層を掃除機で吸引して捕集し、捕集したトナーの重量を測定し、これをＭ（ｍｇ）とする。つぎに現像ローラ２の表面のトナーコート層の吸引領域の面積を計測し、これをＳ（ｃｍ²）とする。ＭをＳで割って、現像ローラ２上の単位面積あたりのトナー量Ｍ／Ｓを求めた。その結果を図５にグラフで示す。
【００７２】
出力画像濃度の測定はつぎのように行った。通紙中２５０枚ごとにベタ黒の画像出力を行い、その画像中の９点で画像濃度を測定し、これらの平均値を求めて画像濃度とした。測定にはマクベス濃度計を使用した。結果を図６にグラフで示す。
【００７３】
感光ドラム上の非画像領域の画像カブリの評価はつぎのように行った。通紙中約５００枚ごとにベタ白の画像出力を行い、画像形成装置の動作を停止させて、感光ドラム１００の現像後の表面にマイラーテープを押し付けて、表面のカブリトナーをマイラーテープに付着させ、そのカブリトナーを付着したテープを白紙上に貼り、その反射率Ｈ１を東京電色（株）製のデンシトメータＴＣ−６ＤＳを用いて測定した。またリファレンステープとして未使用の同じマイラーテープを白紙上に貼り、その反射率Ｈ０を測定した。そして感光ドラム上のカブリトナー量をＨ１−Ｈ０の計算で求めた。測定を６回行い、その平均値を感光ドラム上のカブリトナー量とした。結果を図７にグラフで示す。
【００７４】
図５〜図７には、本実施例１の他に従来例の結果も合わせて示した。この従来例は、図１の現像装置をトナー循環制御手段７を除去した状態で用い、上記と同様にしたときの結果である。
【００７５】
図５から明らかなように、本実施例では、現像ローラ２表面のトナーコート量Ｍ／Ｓは、画像形成初期にやや低下する傾向があるが、従来例と比較して画像形成初期から大幅に向上しており、本実施例で用いた現像ローラ２の感光ドラム１００に対する周速差１８０％の条件で、初期から十分な現像量が得られている。
【００７６】
本実施例では、感光ドラム１００上のべた黒画像のトナー量は、初期でも、従来例で説明した十分な約０．６３ｍｇ／ｃｍ²程度を得ることができる。これにともない、出力画像も、図６に示すように、従来例よりも大幅に向上することが可能となり、現像ローラとトナー供給ローラの摺擦力を低減させても、画像カブリの増加やトナー劣化の促進、および画像濃度の低下を生じることなく、高画質画像を出力できた。
【００７７】
図７に示されるように、本実施例では、感光ドラム１００上の反転カブリ量が、従来例と比較して増加する傾向は見られなかった。本発明は、現像ローラ２表面へのトナーの供給を、あくまでトナー自身の帯電量により生じる鏡映力で行っているため、現像ローラ２の表面にコートされたトナーの帯電量分布がシャープになっていると考えられ、その結果、反転トナー（ポジに帯電したトナー）増加による反転カブリの増加は見られないものと思われる。
【００７８】
以上、本実施例の効果について説明したが、この効果は粉砕トナーを使用した場合にも同様に認められた。したがって、本発明は、トナー自身の摩擦力が高いために帯電特性に優れる粉砕トナーはもちろんのこと、トナー自身の滑り性が高いために帯電量の得にくい球形トナーに対しても、有効に作用することが確認されたということである。
【００７９】
本実施例では、現像ローラ２とトナー供給ローラ４との間の摺擦力を低減することが可能となるので、トナー自身の劣化を防止して耐久性を向上できるとともに、コア／シェル構造の重合トナーを低摺擦力下で使用することが可能となるので、低温定着化が可能となり、省エネルギー化をより促進することができる。
【００８０】
以上説明したように、本実施例によれば、非磁性１成分トナーを使用して現像するに際し、現像ローラとトナー供給ローラとの間の摺擦力を低減させても、常に現像ローラ上に必要量のトナーを確保して、トナー劣化や画像カブリを発生させることなく、良好に現像を行うことができ、高品質な出力画像を安定して得ることができる。
【００８１】
実施例２
図８は、本発明の現像装置の他の実施例を示す断面図である。図１に示した実施例１では、現像装置１のトナー循環制御手段７をトナー供給ローラ４に非接触に配置したが、本実施例では、図８に示すように、制御手段７と同様なトナー循環制御手段８を、トナー供給ローラ４に対し接触配置して用いた。本実施例のその他の構成は実施例１と基本的に同じで、図８において図１に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。
【００８２】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、以下のような新な効果が生じる。トナー循環制御手段８をトナー供給ローラ４に接触配置すると、トナー供給ローラ４が現像ローラ２の表面から剥ぎ取って付着した現像残りトナーを、トナー循環制御手段８によりトナー供給ローラ４から除去することができる。
【００８３】
このとき、図９に示すように、現像装置の仕切り壁１ｃの開口部１ｄを、トナー循環制御手段８のトナー供給ローラ４への当接位置より下の位置まで開口させていると、トナー供給ローラ４から除去した現像残りトナーが、図９中、矢印Ｆ１、Ｆ２に示した経路をたどって、現像部１ｂからトナーホッパー１ａへ循環し、トナーホッパー１ａに回収することができる。
【００８４】
このため、現像ローラ２とトナー供給ローラ４との摺擦領域Ｂの上流側において、剥ぎ取り時に摩擦熱を受けた現像残りトナーを、トナーホッパー１ａ中で冷却することが可能となる。その結果、実施例１に比べて、現像残りトナーの蓄熱を防止でき、蓄熱によるトナーの劣化を防止することが可能となる。したがって、本実施例では、トナーの劣化に関して現像装置１の寿命を長くすることができる。
【００８５】
またトナー循環制御手段８の当接配置により、つぎのような効果もあることが判明した。
【００８６】
トナー供給ローラ４は、実施例１で示したように、現像ローラ２と所定の当接ニップを持って当接し、かつその当接圧を可能な限り低減させるために、低硬度であることが要求される。そのため、一般に、トナー供給ローラ４は発泡スポンジから形成されており、その表面も、現像ローラ２表面のトナー除去性能向上と、現像ローラ２へのトナー搬送性とを両立させるため、スポンジ状態のものが用いられる。
【００８７】
このことから、トナー供給ローラ４上のトナーの一部は、現像ローラ２との当接ニップ中でトナー供給ローラ４の表面のスポンジ中に侵入してしまい、以後、トナーがトナー供給ローラ４の表面近傍のスポンジ中に保持されるという事態が生じる。その結果、同じトナーが何度も現像ローラ２とトナー供給ローラ４との当接ニップ中を通過し、そのたびに摺擦力を受けてトナーの劣化が進行する。
【００８８】
この劣化したトナーは、トナー供給ローラ４表面のスポンジ中に染み込んでいるものの、現像ローラ２とトナー供給ローラ４との当接ニップ中で、その当接圧力により若干染み出して、現像ローラ２に供給されることがある。本発明者らの検討によると、現像ローラ２上に劣化トナーが存在すると、現像ブレード６の現像ローラ２への当接面にトナー融着を引き起こすので、劣化トナーの発生をできるだけ防ぐことが好ましい。
【００８９】
これに対し、本実施例では、トナー循環制御手段８をトナー供給ローラ４表面に当接させているので、トナー供給ローラ４表面のスポンジ中に侵入しているトナーをトナー循環制御手段８で叩き出すことができ（叩き出されたトナーは、上記したのと同様に、トナーホッパー１ａへ循環して回収される）、トナー供給ローラ４表面のスポンジ中でトナーが何度も摺擦されることによる劣化を防止できる。
【００９０】
本実施例によれば、実施例１と同様、非磁性１成分トナーを使用して現像するに際し、現像ローラとトナー供給ローラとの間の摺擦力を低減させても、常に現像ローラ上に必要量のトナーを確保して、画像カブリを発生させることなく良好に現像を行うことができ、高品質な出力画像を安定して得ることができる。さらにトナーの劣化を防いで、現像ブレードへのトナー融着を防止でき、現像装置の耐久性を一段と向上することができた。
【００９１】
実施例３
実施例１および２のトナー循環制御手段７、８は、横断面が矩形で、トナー供給ローラ４の長手方向に伸びる板形状にしたが、本実施例では、図１０に示すように、先端部の横断面形状が曲面になったトナー循環制御手段９を用いた。本実施例では、このトナー循環制御手段９による効果をより高くするために、実施例２と同様、トナー循環制御手段９をトナー供給ローラ４に当接した。
【００９２】
このようなトナー循環制御手段９先端の曲面でトナー供給ローラ４に当接すると、トナー供給ローラ４への当接ニップを低い圧力に保ちながら広く取ることができ、トナー供給ローラ４の表面のスポンジ中に侵入しているトナーの吐き出し効果を、その圧力を上げずに高めることができる。その結果、本実施例は、実施例２を上回る効果が可能となった。
【００９３】
以上では、トナー循環制御手段９は先端部全体を曲面としたが、トナー供給ローラ４との対向側が曲面になっていればよい。また簡単には、トナー循環制御手段全体をトナー供給ローラ４の長手方向に伸びる丸棒とすることもできる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非磁性１成分トナーを用いた現像装置において、現像ローラとトナー供給ローラとの間の摺擦力を低減させても、常に現像ローラ表面上に必要量のトナーを確保して、トナー劣化や画像カブリを発生させることなく良好な現像を行って、高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の現像装置のトナー供給ローラに対し設置したトナー循環制御手段の設置位置を示す説明図である。
【図３】図１の現像装置のトナー供給ローラ近辺でのトナーの流れを示す説明図である。
【図４】従来の現像装置のトナー供給ローラ近辺でのトナーの流れを示す説明図である。
【図５】図１の現像装置と従来の現像装置における現像ローラ上のトナーコート量Ｍ／Ｓの画像形成枚数に対する変化を示すグラフである。
【図６】図１の現像装置と従来の現像装置での現像による画像濃度の画像形成枚数に対する変化を示すグラフである。
【図７】図１の現像装置と従来の現像装置での現像による感光ドラム上のカブリ量の画像形成枚数に対する変化を示すグラフである。
【図８】本発明の現像装置の他の実施例を示す断面図である。
【図９】図８の現像装置のトナー供給ローラ近辺でのトナーの流れを示す説明図である。
【図１０】本発明の現像装置のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図１１】従来の現像装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１現像装置
１ａトナーホッパー
１ｂ現像部
２現像ローラ
４トナー供給ローラ
６現像ブレード
７、８、９トナー循環制御手段
１００感光ドラム

Claims

静電潜像が形成される像担持体と接触もしくは近接配置された回動する現像剤担持体と、前記静電潜像を現像する１成分現像剤を前記現像剤担持体に供給する、前記現像剤担持体と当接配置された回動する弾性体製の現像剤供給部材であって、表面に発泡層を備える現像剤供給部材と、前記現像剤担持体上に担持された現像剤の量を規制する、前記現像剤供給部材よりも前記現像剤担持体の回動方向下流側に配置された現像剤量規制部材と、前記現像剤担持体及び前記現像剤供給部材及び前記現像剤量規制部材が設けられる現像部とこの現像部へ現像剤を供給するトナーホッパー部とを仕切る仕切り壁であって、現像剤が通過する開口部を備える仕切り壁と、を備えた現像装置において、
前記現像剤供給部材の上部に接触して現像剤循環制御部材を設置して、前記現像剤供給部材の上方に、前記現像剤担持体および現像剤供給部材の回動によって現像剤が循環する、前記現像剤担持体、現像剤供給部材および現像剤循環制御部材とで区画された現像剤循環領域を形成し、
現像剤は前記トナーホッパー部から前記開口部を介して前記現像剤循環制御部材の上方から前記現像剤循環領域へ供給され、
前記開口部は前記現像剤供給部材と前記現像剤循環制御部材との接触位置よりも下の位置まで形成され、前記現像剤循環制御部材の前記発泡層への当接によって前記発泡層内から現像剤が吐き出され、前記現像剤供給部材から除去された現像剤が前記開口部を通過して前記現像部から前記トナーホッパー部へ回収可能であることを特徴とする現像装置。
前記現像剤循環制御部材を、前記現像剤供給部材の上部面を通る水平な接線に下側から交差して、前記接線の上側の領域に突出した態様で配置した請求項１の現像装置。
前記現像剤供給部材の中心を、前記現像剤担持体の中心を通る水平線よりも下に位置させた請求項１または２の現像装置。
前記現像剤循環制御部材の前記現像剤供給部材側の先端における横断面形状が矩形である請求項１〜３のいずれかの項に記載の現像装置。
前記現像剤循環制御部材の前記現像剤供給部材側の先端における横断面形状が曲面である請求項１〜３のいずれかの項に記載の現像装置。
前記現像剤循環制御部材の横断面形状が円形である請求項１〜３のいずれかの項に記載の現像装置。
前記現像剤供給部材が発泡スポンジローラからなる請求項１〜５のいずれかの項に記載の現像装置。
前記現像剤供給部材を第１の現像剤供給部材として、これに前記現像剤を供給する回動する第２の現像剤供給部材を有し、前記第２の現像剤供給部材は前記トナーホッパー部に設けられ、前記第２の現像剤供給部材による前記第１の現像剤供給部材への現像剤の供給で形成された現像剤の流れ中に、前記現像剤循環制御部材が位置する請求項１〜７のいずれかの項に記載の現像装置。