JP4289807B2 - Developing device, toner regulating roller used therein, method for incorporating toner regulating roller into developing device, and image forming apparatus using the developing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナーを付着させて前記静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラーと、前記現像ローラーに接触するように配置されて前記トナーを前記現像ローラーに供給するトナー供給ローラーと、前記現像ローラーに付着するトナーの量を規制して前記現像ローラーにトナー薄層を形成するトナー規制部材とを有する現像装置、及びそのトナー規制ローラーの現像装置への組み込み方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、現像装置、例えば、一成分現像装置には、静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナーを付着させて静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラーと、現像ローラーに接触するように配置されてトナーを現像ローラーに供給するトナー供給ローラーと、現像ローラーに付着するトナーの量を規制して現像ローラーにトナー薄層を形成するトナー規制部材とを有するものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この種の一成分現像装置では、カブリ、ゴースト等の発生を防ぎ、画像品質を維持するために、トナーを均一に高い電圧で帯電させることが必須であり、トナーと接触して摩擦帯電させる各部品の表面材質の選定が重要である。
【0004】
また、近年、環境問題により、一成分現像装置の長寿命化も要求されているが、各部品の表面については、トナー規制部材の表面、現像ローラー表面へのトナー凝集・固着の発生、現像ローラー表面、トナー規制部材の表面のキズ、亀裂、剥離等による劣化に対処する必要がある。更に、一成分現像装置としての長期間の使用に対して、トナー漏れや飛散による画像形成装置の内部汚染に対処することができるようにする必要性もある。
【0005】
このトナー規制部材、現像ローラーにトナーが凝集・固着する原因としては、この両部品の接触部に存在する断面楔形状の楔形状領域にトナーが詰まるからであると考えられる。
【0006】
このトナーの凝集の発生を防止する手段として、特開平5−142938号公報には、平板(ブレード)形状のトナー規制部材を振動させる機構を設ける構成が開示されているが、ブレードを振動させるための構成部品が多数必要であり、現像ユニットが非常に煩雑で大がかりな構成となる不都合がある。また、このブレード方式では、現像ローラーとの接触部分が限られているため、接触部分が機械的に摩耗し、摩耗による劣化のために現像装置の寿命を延ばし難い不都合がある。
【0007】
このトナー凝集、固着の発生を防止する手段として、特開平11−84867号公報には、トナー規制部材をトナー規制ローラーにより構成し、非現像時に所定のタイミングでトナー規制ローラーを回転させる構成が提案されている。
【0008】
この特開平11−84867号公報に開示の現像装置では、トナー規制部材がブレード方式である現像装置に較べて、現像ローラーとトナー規制ローラーとの接触部分が増加するので、トナー規制ローラーの表面、現像ローラーの機械的な摩耗を防ぐのに有効である。
【0009】
しかし、現像ローラーは現像時も非現像時も常に一定方向に回転し、また、トナー規制ローラーを現像ローラーの回転方向に対して逆方向に回転させる構成ではあるが、楔形状領域に堆積したトナー凝集粉を下流に移行させる方向となり、トナー凝集粉に圧力が加わって現像ローラーの表面、トナー規制ローラーの表面にキズが発生しやすく、トナー凝集、固着の発生を防止する対策としては好ましくない。
【0010】
従って、この種の現像装置を用いた画像形成装置では、作像回数として6千枚程度が限界であり、高寿命化を期待するのは不十分である。
【0011】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、寿命を延ばしつつトナーの凝集、固着の発生を防止できる現像装置、及びそのトナー規制ローラーの現像装置への組み込み方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の現像装置は、静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナーを付着させて前記静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラーと、前記現像ローラーに接触するように配置されて前記トナーを前記現像ローラーに供給するトナー供給ローラーと、前記現像ローラーに付着するトナーの量を規制して前記現像ローラーにトナー薄層を形成するトナー規制部材とを有する現像装置において、
前記現像ローラーが非作像時に前記作像時の回転方向とは逆方向に回転され、前記トナー規制部材がトナー規制ローラーであり、該トナー規制ローラーは前記作像時に回転停止されかつ前記非作像時に前記現像ローラーの当該非作像時の回転方向と逆方向に回転する構成とされていることを特徴とする。
請求項2に記載の現像装置は、前記トナー規制ローラーは前記現像ローラーとの摩擦抵抗によって連れ回る機構を備えていることを特徴とする。
請求項3に記載の現像装置は、前記トナー規制ローラーが両端に回転軸部を有する円筒状芯金と、該円筒状芯金の外周に形成された弾性層とからなり、前記トナー規制ローラーは前記現像ローラーに向けて弾発付勢され、弾発付勢力を前記現像ローラーの回転中心と前記トナー規制ローラーの回転中心とを結ぶ線分に沿う方向成分とこの方向成分と直交する直交方向成分とに分解したとき、該直交方向成分が前記現像ローラーと前記トナー規制ローラーとの接触箇所で前記非作像時の前記トナー規制ローラーの従動回転方向に向いていることを特徴とする。
請求項4に記載の現像装置は、静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナーを付着させて前記静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラーと、前記現像ローラーに接触するように配置されて前記トナーを前記現像ローラーに供給するトナー供給ローラーと、前記現像ローラーに付着するトナーの量を規制して前記現像ローラーにトナー薄層を形成するトナー規制部材とを有する現像装置において、
前記トナー規制部材がトナー規制ローラーであり、前記現像ローラーが非作像時に前記作像時の回転方向とは逆方向に回転され、前記非作像時の現像ローラーの回転方向に対する前記トナー規制ローラーの静止摩擦係数が前記作像時の現像ローラーの回転方向に対する前記トナー規制ローラーの静止摩擦係数よりも大きいことを特徴とする。
請求項5に記載の現像装置は、前記トナー規制ローラーの硬度が前記現像ローラーの硬度よりも低い硬度であることを特徴とする。
請求項6に記載の現像装置は、前記トナー規制ローラーが金属製の円筒状芯金と該円筒状芯金の外周に形成された弾性層とから構成されていることを特徴とする。
請求項7に記載のトナー規制ローラーの現像装置への組み込み方法は、静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナーを付着させて前記静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラーと前記現像ローラーに接触するように配置されて前記トナーを前記現像ローラーに供給するトナー供給ローラーとを備えて前記現像ローラーが非作像時に前記作像時の回転方向とは逆方向に回転される現像装置に組み込まれ、かつ、前記現像ローラーに接触して前記現像ローラーに付着するトナーの量を規制して前記現像ローラーにトナー薄層を形成するのに使用されるトナー規制ローラーの前記現像装置への組み込み方法であって、前記トナー規制ローラーは金属製の円筒状芯金とその外周に形成された弾性層とからなり、該弾性層が研削砥石で研削され、該研削砥石による弾性層の順目方向に抗する方向に前記非作像時の現像ローラーが回転されるようにして前記トナー規制ローラーが前記現像装置に組み込まれることを特徴とする。
【0015】
請求項1、請求項2に記載の発明によれば、現像ローラーが非作像時に作像時の回転方向とは逆方向に回転され、現像ローラーとトナー規制部材との間の楔形状領域に堆積したトナー凝集粉が上流側に押し戻されるので、現像ローラーの表面、トナー規制ローラーの表面を傷つけることなく、トナー凝集粉を楔形状領域から除去できる。
【0017】
請求項3に記載の発明によれば、弾発付勢力の直交方向成分がトナー規制ローラーとトナー駆動ローラーとの接触箇所で非作像時のトナー規制ローラーの従動回転方向に向いているので、トナー規制ローラーの静止摩擦係数が小さい場合でも、トナー規制ローラーを確実に従動回転させることができる。
【0019】
請求項4に記載の発明によれば、作像時にはトナー規制ローラーの現像ローラーに対する静止摩擦係数を小さくすることができるため、作像時の現像ローラーの摩擦発熱を抑制できると共に、非作像時にはトナー規制ローラーの現像ローラーに対する静止摩擦係数を増大させることができるため、非作像時のトナー規制ローラーの従動回転の確実化を図ることができる。
【0022】
請求項5、請求項6に記載の発明によれば、トナー規制ローラーを現像ローラーに均一に当接させることができ、安定したニップ幅を得ることができる。
【0043】
請求項7に記載の発明によれば、トナー規制ローラーの製造時に生ずる目を有効に利用して現像ローラーに対する摩擦力を調節できる。
【0046】
【発明の実施の形態】
図1において、1は一成分現像装置である。この現像装置1の筐体2内には、現像ローラー3、トナー供給ローラー4、トナー搬送攪拌部材5、トナー規制部材としてのトナー規制ローラー6が設けられ、7はトナーである。
【0047】
現像ローラー3は直径26mmのアルミニウム製円柱体から構成されている。そのアルミニウム製円柱体の両端部には図2に示すように回転軸3aが形成されている。その図2において、符号3cは軸受けである。そのアルミニウム製円柱体の表面には層厚が10μ程度の表面層3bが形成されている。その現像ローラー3の表面粗さはJIS Rz規格で2μ以下の平滑面とされている。
【0048】
その表面層3bはアルミニウム製円柱体の表面に塗料をスプレー塗装して硬化させることにより形成される。その塗料には、ポリエステル樹脂とグアナミン硬化剤と導電性粒子としてのITOとを分散して作成したものを用いる。
【0049】
グアナミン硬化剤はアミノ基を含有する物質であり、マイナス帯電トナーと逆極性を示す物質であり、ITOはアルミナ粉をベースとして、このアルミナ粉の表面にインジウムドープ酸化錫をコーティングしたものである。
【0050】
トナー規制ローラー6は現像ローラー3を剛性としたので、ここでは、弾性ローラーにより構成されている。その硬度は現像ローラー3の硬度よりも低硬度である。これにより、現像ローラー3の耐久性が相対的に向上する。ここでは、このトナー規制ローラー6は図3に示すようにステンレンス(JIS規格でS45C)製の円筒状芯金6aの外周に、ニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、エピクロルヒドリンゴム(ポリゴンゴム)等を被覆することにより弾性層6bを形成し、この弾性層6bの表面にフッ素樹脂からなる表面層6cをスプレー塗装によって形成した。そのフッ素樹脂からなる表面層6cの層厚は20μmである。
【0051】
ここで、極性ゴムを用いることにしたのは、表面層6cの弾性層6bへの接着強度を増加させ、その剥離を防止するためである。これによより、画像プリントしたときにトナーの用紙へのかぶりを防止でき、地汚れの少ない良好な画像を形成できることになる。
【0052】
弾性層6bと円筒状芯金6aとは接着剤6mを介して接続するのが望ましい。このように接着剤6mを用いて弾性層6bを円筒状芯金6aに接着すると、円筒状芯金6aと弾性層6bとの剥離を防止でき、弾性層6bの形状を安定に保つことができる。また、接着剤6mは導電性であることが望ましい。接着剤6mを導電性とすることにより、同様に地汚れの少ない良好な画像を形成できる。
【0053】
そのトナー規制ローラー6はその両端に回転軸部6dを有する。この回転軸部6dは図4に示すワンウエイクラッチ6eの内筒6fに回転可能に支承されている。ワンウエイクラッチ6eの内筒6fと外筒6gとの間にはボール6hが設けられると共に、食い込み突起6iが設けられている。ワンウエイクラッチ6eは内筒6fが矢印D方向に回転されると、ボール6hが食い込み突起6iに食い込んで、トナー規制ローラー6の回転を阻止する。内筒6fが矢印D方向と反対方向に回転すると、ボール6hと食い込み突起6iとの食い込みが解除されて、トナー規制ローラー6はスームズに回転され、ここでは、トナー規制ローラー6の矢印D方向の回転と反対方向への回転が図1に示す矢印C方向の回転(非作像時の従動回転方向)に対応している。
【0054】
そのトナー規制ローラー6は一対の付勢スプリング8によって現像ローラー3に接触する方向(当接する方向)に付勢されている。その付勢スプリング8はここでは、ワンウエイクラッチ6eを付勢する構成とされている。
【0055】
その現像ローラー3はその作像時に図1に示す矢印A方向に回転され、これにより、トナーの上流側9から下流側10に向かってトナー7が供給される。また、その現像ローラー3はその非作像時に矢印A方向とは逆方向Bに回転される。トナー規制ローラー6は、現像ローラー3が図1に示す矢印A方向に回転するときにはその回転が停止され、現像ローラー3が矢印B方向に回転するときには、現像ローラー3との摩擦接触によって矢印C方向に従動回転される。
【0056】
トナー規制ローラー6を非作像時に現像ローラー3の回転方向(矢印B方向)と逆方向(矢印C方向)に強制的に回転させる構成とすることもできるが、現像装置1の構成が複雑化し、かつ、駆動ギヤーの構成いかんによってはバンディング等の副作用が発生するので注意が必要である。
【0057】
この現像装置1によれば、現像ローラー3とトナー規制ローラー6とによって形成されかつトナー7の上流側9に存在する楔形状領域11に堆積しているトナー7を上流側9に吐き戻すことができるので、楔形状領域11にトナーが詰まって固着するのを防止できる効果がある。
【0058】
この現像装置1について、耐久確認の事前テストとして以下の比較実験を行った。
【0059】
実験条件1:トナー規制ローラー6を固定した条件のもとで、現像ローラー3を作像方向(矢印A方向)に1分間連続回転させてから10秒間休止させることを、15サイクルと30サイクルとの二通り行った。
【0060】
実験条件2:トナー規制ローラー6を固定した条件のもとで、現像ローラー3を作像方向に1分間連続回転させてから1分間逆転させた後10秒間休止させることを、15サイクルと30サイクルとの二通り行った。
【0061】
実験条件3:トナー規制ローラー6を現像ローラー3の非作像時の回転方向に連れ回り(従動)させるという条件のもとで、現像ローラー3を作像方向に1分間連続回転させてから1分間逆転させた後10秒間休止させることを、15サイクルと30サイクルとの二通り行った。
【0062】
実験条件4:現像ローラー3を作像方向に1分間連続回転させてから10秒間休止させ、休止中にトナー規制ローラー6の位置を強制的に変更させることを、15サイクルと30サイクルとの二通り行った。
【0063】
この事前テストでは、トナー7を消費することなく現像ローラー3を空回りさせているので、過酷な試験条件である。
【0064】
その結果、下記に示すような結果が得られた。
【0065】
上記の結果において、「スジ」とは目視で観察しうる現像ローラー3の表面に付着しているトナー薄層をいう。
【0066】
現像ローラー3を作像時の回転方向(矢印A方向)と逆方向(矢印B方向)に回転させず、かつ、トナー規制ローラー6を回転させない実験条件1のもとでは、「スジ」の発生が他の実験条件2〜実験条件4に較べて顕著であり、30サイクルを繰り返した時点で無数のスジが発生した。
【0067】
実際に実験条件1のもとでは、現像ローラー3とトナー規制ローラー6との間の楔形状領域11に直径数mmのトナー7の凝集塊が見られた。
【0068】
これに対して、実験条件2、実験4のもとでは、優位差のほとんどない結果となったが、実験条件1と較べて明らかに現像ローラー3の表面のトナー薄層にはスジがほとんど見られず、外観が良好な結果を得られた。
【0069】
これは、現像ローラー3とトナー規制ローラー6との間の楔形状領域11に堆積していたトナー7が非作像時に上流側9に吐き戻されたからであると考えられる。
【0070】
非作像時に現像ローラー3が作像時の回転方向(矢印A方向)と逆方向(矢印B方向)に回転され、かつ、トナー規制ローラー6も従動回転される実験条件3のもとでは、15サイクル、30サイクルいずれの場合にもスジの発生が全く見られなかった。
【0071】
これは、現像ローラー3とトナー規制ローラー6との間の楔形状領域11に堆積していたトナー7が両ローラーの回転により、より一層良好に上流側に吐き戻されたと考えられるからである。
【0072】
そこで、実験条件3のもとで、耐久試験を行うことにした。
【0073】
すなわち、現像ローラー3を1分間作像方向に空回しした後、逆回転を0.1秒間行った後、約10秒間停止させることを1サイクルとした。プロセススピードはA4ペーパーで1分間20枚とした。これを5000サイクル繰り返した。
【0074】
耐久枚数は(空回しの時間)÷(20/分)の計算により、耐久枚数を換算により求めた。
【0075】
この耐久テスト実験は、感光体ベルトに一様なバイアスを印加し、約2%のトナーを消費しながら行った。
【0076】
これによって、リコー株式会社、Ipsio Color 5000では保ち得なかった現像ローラー3のトナー薄層の安定性について、10万枚相当まで達成することが確認された。
【0077】
次に、トナー規制ローラー6の連れ回りを高めるための実験を行った。
【0078】
ここでは、トナー規制ローラー6の製作には、円筒状芯金6aの外周に所定ゴム硬度の弾性層6bを形成し、弾性層6bの材料としてNBR(ニトロル−ブタジエンゴム)を用いた。その弾性層6bの外周に、以下に掲げる各樹脂を用いて表面層6cをスプレーコーティングにより形成した。その表面層6cの層厚はここでは20μmとした。
【0079】
なお、弾性層6bの形成材料としては、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フォーム等の公知のエラストマー(ゴム)を用いても良い。
【0080】
また、表面層6cのコーティング方法としては、スプレーコーティングによる他、ディップ法、ロールコート法等の公知のコーティング方法を用いても良い。この他、表面層6cを形成する材料をチューブ状に予め形成してその成形物を用いて弾性層6bを被覆する方法を採用することもできる。
【0081】
トナー規制ローラー6には、比較例1、比較例2、試験例1、試験例2、試験例3の5種類を準備した。この比較例1、比較例2、試験例1、試験例2、試験例3は、弾性層6bに形成する表面層6cの材料をそれぞれ異ならせたものである。
【0082】
比較例1は表面層6cの形成材料にアクリル樹脂を用い、比較例2は表面層6cの形成材料にフッ素樹脂を用い、試験例1では表面層6cの形成材料にフッ素樹脂を用いると共にフィラーとしてカーボンブラックを15重量部加えたものであり、試験例2はフッ素樹脂/メラミン架橋体を用いると共にカーボンブラックを15重量部加えたものであり、試験例3はフッ素樹脂/イソシアネート架橋体を用いると共にカーボンブラックを15重量部加えたものである。
【0083】
そのトナー規制ローラー6の表面層6cの現像ローラー3の表面層3bに対する静止摩擦係数(μs)は、比較例1のトナー規制ローラー6が0.32、比較例2のトナー規制ローラー6が0.20、試験例1のトナー規制ローラー6が0.31、試験例2のトナー規制ローラー6が0.30、試験例3のトナー規制ローラー6が0.32であった。
【0084】
なお、現像ローラー3の表面層3bとトナー規制ローラー6cとの間の静止摩擦係数μsはオイラーベルト法により測定した。
【0085】
すなわち、現像ローラー3の表面層3bを形成する塗料(ポリエステル樹脂とグアナミン硬化剤とITOとを分散した塗料)をポリエステルフィルム基板(ベース)に塗布して硬化させることにより、現像ローラー3の表面層3bと等価な表面層をポリエステルフィルム基板に形成して、摩擦試験用ベルトを作成した。その摩擦試験用ベルトの表面層に対する比較例1、比較例2、試験例1〜試験例3の各トナー規制ローラー6の表面層6cの静止摩擦係数(μs)を測定した。
【0086】
そして、比較例1、比較例2、試験例1〜試験例3のトナー規制ローラー6を現像装置に組み込んで現像ローラー3に作像時の回転方向とは逆方向の回転を与え時の各トナー規制ローラー6の連れ回り動作を確認した。
【0087】
また、100、000枚の画像出力実験を行い、各トナー規制ローラー6へのトナー7の付着、トナー薄層の状況、出力画像の観察を行った。
【0088】
その比較結果を表1に示す。
【0089】
【表1】
【0090】
表1の結果から、現像ローラー3の表面層3bに対するトナー規制ローラー6の表面層6cの静止摩擦係数が0.3以上の場合には、トナー規制ローラー6が現像ローラー3に従動回転することが理解できる。
【0091】
比較例2のトナー規制ローラー6は、現像ローラー3の回転に対してスリップが発生したことから、トナー規制ローラー6の表面層6cの同一箇所が常時現像ローラー3の表面層3bに接触し、これによって、現像ローラー3への薄層形成が行われたため、トナー規制ローラー6にトナー7が凝集、固着し、トナー薄層のスジが生じ、結果として画像出力を行ったときに、スジ状の濃度むらが発生している。
【0092】
比較例1では、現像ローラー3の逆回転に伴ってトナー規制ローラー6が従動回転しているにもかかわらず、100,000枚の画像出力実験の結果、トナー7の凝集固着が発生しているが、これは、トナー7のアクリル樹脂に対する離型性が良好ではないことによる。
【0093】
これに対して、フッ素樹脂を材料を用いて表面層6cを形成したトナー規制ローラー6の場合には、フッ素樹脂の離型性がアクリル樹脂よりも良好であるので、現像ローラー3の回転に伴って従動回転する試験例1〜試験例3の場合には、トナー規制ローラー6へのトナー7の凝集・固着は見られなかった。
【0094】
また、試験例1〜試験例3のトナー規制ローラー6の場合に固着が見られなかったのは、表面層6cの形成材料に用いるフッ素樹脂にフィラーとしてカーボンブラックを添加して、静止摩擦係数が高められているからである。
【0095】
なお、フッ素樹脂に添加するフィラーとしては、カーボンブラックの他に、シリカ、金属粉、金属酸化物(例えば、酸化チタン、ITO処理チタン)、これらの混合物を用いても良い。
【0096】
従って、表面層6cの形成材料に離型性が良好でかつそれ自体では静止摩擦係数の小さなフッ素樹脂を用いた場合でも、フィラーをフッ素樹脂に添加することにより、表面層6cの静止摩擦係数を増大させることができ、従って、表面層6cの形成材料にフッ素樹脂を用いた場合でも、フッ素樹脂にカーボンブラックを加えることにより、トナー7に対する離型性が良好でかつ従動性の良好なトナー規制ローラー6を製作することができる。
【0097】
ところで、作像時に現像ローラー3が回転するのに対して、トナー規制ローラー6はその回転が停止された状態でトナー薄層を現像ローラー3の表面層3bに形成する役割を果たすため、作像時における現像ローラー3の周速とトナー規制ローラーとの周速との差が大きく、トナー規制ローラー6の表面層6cの摩耗量が大きくなると考えられる。そこで、比較例2、試験例1〜試験例3の各トナー規制ローラー6について、10万枚画像出力(プリント)後の表面層6cの摩耗量を測定してみた。
【0098】
その結果、比較例2のものの表面層6cの摩耗量は14μm、試験例1のものの表面層6cの摩耗量は10μm、試験例2のものの表面層6cの摩耗量は2μm、試験例3のものの表面層6cの摩耗量は3μmであった。比較例2のものでは、表面層6cの摩耗量が14μmであるので、単純に考えて1,000,000枚のプリントに耐え得る現像装置を製作するのに、表面層6cの層厚を140μmとしなければならず、このような現像装置を製作することにすると、材料費が嵩み、生産性が低下すると共に、コストアップとなる。
【0099】
これに対して、試験例2に示すように、表面層6cをメラミン架橋剤でフッ素樹脂を架橋したもの、イソシアネート架橋剤でフッ素樹脂を架橋したものでは、著しく耐摩耗性が向上し、10万枚画像出力(プリント)後の表面層6cの摩耗量は、2μm、3μmであり、材料費が嵩むことなく、生産性が低下することなく現像装置1の耐久性の向上を図ることができる。
【0100】
なお、メラミン架橋剤で架橋した試験例2のトナー規制ローラー6では、現像ローラー3へのトナー規制ローラー6の当接圧力により、100,000枚画像出力後に、表面層6にクラックが発生し、トナー規制ローラー6の表面層に微小なスジムラが生じ、従って、出力画像に微小なスジムラが発生した。これは、メラミン架橋剤によりフッ素樹脂を架橋した場合、表面層6cの可撓性が低下すると考えられるからである。これに対して、イソシアネート架橋剤で架橋した試験例3のトナー規制ローラー6では、100,000枚画像出力後でも、表面層6bにクラックが発生しなかった。これは、可撓性を損なうことなく耐摩耗性を向上させることができたからであると考えられる。これは、フッ素樹脂末端の水酸基とイソシアネート化合物との付加反応によって生じるウレタン結合が柔軟性と耐摩耗性とに寄与が大きいことによるものである。
【0101】
トナー規制ローラー6の現像ローラー3への弾発付勢力Fは、この弾発付勢力Fを図5に示すように、現像ローラー3の回転中心O1とトナー規制ローラー6の回転中心O2とを結ぶ線分Lに沿う方向の方向成分F1と、この方向成分F1と直交する直交方向成分F2とに分解したとき、直交方向成分F2が現像ローラー3とトナー規制ローラー6との接触箇所において非作像時のトナー規制ローラー6の従動回転方向(矢印C方向)に向いているのが望ましい。
【0102】
このように構成すると、トナー規制ローラー6の摩擦力が小さくともトナー規制ローラー6を現像ローラー3により一層確実に従動させて回転させることができる。
【0103】
また、図6に示すように、弾性層6bを研削砥石12で研削すると、図7に示すように、トナー規制ローラー6の弾性層6bの表面に目6jが生じるが、このトナー規制ローラー6の弾性層6bの順目方向に抗する方向に非作像時の現像ローラー3が回転されるようにしてトナー規制ローラー6を現像装置1に組み込む構成とすれば、作像時にはトナー規制ローラー6の現像ローラー3に対する静止摩擦係数を小さくできるため、作像時の現像ローラー3の摩擦発熱を抑制でき、トナー7が現像ローラー3に溶着するのを低減できる。
【0104】
その一方、非作像時には、トナー規制ローラー6の現像ローラー3に対する摩擦力を増大させることができるため、非作像時のトナー規制ローラー6の従動回転の確実化を図ることができる。
【0105】
また、トナー規制ローラー6の製造時に生じる目6jを有効に利用して摩擦力を調節できる。
【0106】
更に、図8(a)に示すように、弾性層6bの外径が円筒状芯金6aの延びる方向回転軸部6d、6d側から中央に向かって滑らかに直径が増大するクラウン(太鼓)形状とすれば、現像ローラー3に対するトナー規制ローラー6の当接圧力のより一層の均一化を図ることができる。
【0107】
その弾性層6bを長手方向に沿って断面下ときの輪郭線の形状は、二次曲線又は円弧曲線であることが望ましい。
【0108】
すなわち、図8(b)に示すように、例えば、輪郭線の形状が角部k1〜k4を有する弾性層6bからなるトナー規制ローラー6の回転軸部6dの両側を付勢して現像ローラー3に当接させることにすると、角部k1〜k4の部分のみが現像ローラー3に当接し、角部k1〜k4以外の部分は凹んで現像ローラー3に当接しないが、図8(a)に示すような滑らかな輪郭線を有する曲線に形成すると、現像ローラー3の長手方向全ての箇所に弾性層6bが均等に当接することになり、当接箇所の均質化を図ることができる。なお、その輪郭線の形状は、図9(a)に示すように、トナー規制ローラー6の輪郭線の形状は、弾性層6bの長手方向の寸法L1と高さH1とを適宜考慮して実験により定めれば良い。
【0109】
【発明の効果】
請求項1、請求項2に記載の発明によれば、現像ローラーが非作像時に作像時の回転方向とは逆方向に回転され、現像ローラーとトナー規制部材との間の楔形状領域(ニップ部)に堆積したトナー凝集粉が上流側に押し戻されるので、現像ローラーの表面、トナー規制ローラーの表面を傷つけることなく、また、トナーを飛散させることなく、トナー凝集粉を楔形状領域から除去できる。
特に、トナー規制ローラーがその回転により現像ローラーと協働して楔形状領域に堆積したトナーを上流側に吐き出すので、現像装置の耐久性が向上する。
【0111】
請求項2に記載の発明によれば、トナー規制ローラーを現像ローラーの非作像時の回転に従動回転させるので、小型化、耐久性の向上を図ることができる。
【0112】
請求項3に記載の発明によれば、弾発付勢力の直交方向成分が現像ローラーとトナー規制ローラーとの接触箇所で、非作像時のトナー規制ローラーの従動回転方向に向いているので、トナー規制ローラーの静止摩擦係数が小さい場合でも、トナー規制ローラーを確実に従動回転させることができる。
【0113】
請求項4に記載の発明によれば、作像時にはトナー規制ローラーの現像ローラーに対する静止摩擦係数を小さくすることができるため、作像時の現像ローラーの摩擦発熱を抑制できると共に、非作像時にはトナー規制ローラーの現像ローラーに対する静止摩擦係数を増大させることができるため、非作像時のトナー規制ローラーの従動回転の確実化を図ることができる。
【0114】
請求項5、請求項6に記載の発明によれば、トナー規制ローラーを現像ローラーに均一に当接させることができ、安定したニップ幅を得ることができる。
【0123】
請求項7に記載の発明によれば、トナー規制ローラーの製造時に生ずる目を有効に利用して現像ローラーに対する摩擦力を調節できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わる現像装置の概略構成を示す断面図である。
【図2】 図1に示す現像装置のトナー規制ローラーと現像ローラーとの関係を示す概略図である。
【図3】 図1に示すトナー規制ローラーの拡大図である。
【図4】 図2に示すワンウエイクラッチの一例を示す模式図である。
【図5】 トナー規制ローラーの現像ローラーに対する弾発付勢方向を示す説明図である。
【図6】 トナー規制ローラーの製造方法の一例を示す模式図である。
【図7】 トナー規制ローラーの外周面の順目方向と現像ローラーの回転方向との関係を説明するための説明図である。
【図8】 トナー規制ローラーの弾性層の輪郭線の形状を説明するための図であって、(a)は弾性層の輪郭線の形状が円弧のトナー規制ローラを示し、(b)は弾性層の輪郭線の形状が角部を有するトナー規制ローラーを示す。
【符号の説明】
1…現像装置
3…現像ローラー
4…トナー供給ローラー
6…トナー規制部材(トナー規制ローラー)
7…トナー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is in contact with the image bearing member on which the electrostatic latent image is formed and contacting the developing roller, which is rotated at the time of image formation in order to make the electrostatic latent image visible by attaching toner. And a toner supply roller that supplies the toner to the developing roller, and a toner regulating member that regulates the amount of toner adhering to the developing roller and forms a thin toner layer on the developing roller.Equipment, andIncorporating the toner regulating roller into the developing deviceOn the wayRelated.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a developing device such as a one-component developing device is rotated at the time of image formation in order to make the electrostatic latent image visible by contacting the image carrier on which the electrostatic latent image is formed and attaching toner. A developing roller, a toner supply roller that is disposed in contact with the developing roller and supplies toner to the developing roller, and a toner regulating member that forms a thin toner layer on the developing roller by regulating the amount of toner adhering to the developing roller Are known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In this type of one-component developing device, in order to prevent the occurrence of fog, ghost, etc. and maintain the image quality, it is essential to uniformly charge the toner at a high voltage. The selection of the surface material of the part is important.
[0004]
In recent years, due to environmental problems, it has been required to extend the life of a one-component developing device. The surface of each component is the surface of a toner regulating member, the occurrence of toner aggregation / fixation on the surface of the developing roller, and the developing roller. It is necessary to cope with deterioration due to scratches, cracks, peeling, etc. on the surface and the surface of the toner regulating member. Furthermore, there is a need to be able to cope with internal contamination of the image forming apparatus due to toner leakage and scattering for long-term use as a one-component developing device.
[0005]
The reason why the toner agglomerates and adheres to the toner regulating member and the developing roller is thought to be because the toner is clogged in the wedge-shaped region having a wedge-shaped cross section existing at the contact portion of both parts.
[0006]
As a means for preventing the occurrence of toner aggregation, Japanese Patent Laid-Open No. 5-142938 discloses a configuration in which a mechanism for vibrating a flat plate (blade) shaped toner regulating member is provided. There are disadvantages that a large number of components are required, and the developing unit is very complicated and large. Further, in this blade system, since the contact portion with the developing roller is limited, the contact portion is mechanically worn, and it is difficult to extend the life of the developing device due to deterioration due to wear.
[0007]
As means for preventing the occurrence of toner aggregation and fixation, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-84867 proposes a configuration in which the toner regulating member is constituted by a toner regulating roller, and the toner regulating roller is rotated at a predetermined timing during non-development. Has been.
[0008]
In the developing device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-84867, since the contact portion between the developing roller and the toner regulating roller is increased as compared with a developing device in which the toner regulating member is a blade type, the surface of the toner regulating roller, This is effective in preventing mechanical wear of the developing roller.
[0009]
However, the developing roller always rotates in a fixed direction during development and non-development, and the toner regulating roller rotates in the direction opposite to the rotation direction of the developing roller, but the toner accumulated in the wedge-shaped region This is a direction in which the agglomerated powder moves to the downstream, and pressure is applied to the toner agglomerated powder, and the surface of the developing roller and the surface of the toner regulating roller are likely to be scratched, which is not preferable as a measure for preventing the occurrence of toner agglomeration and adhesion.
[0010]
Accordingly, an image forming apparatus using this type of developing device has a limit of about 6,000 sheets as the number of image formation, and it is insufficient to expect a long life.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent toner aggregation and sticking while extending life.Developing device and toner thereofIncorporation of regulated rollers into development equipmentmethodIt is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The developing device according to
The developing rollerNon-imagingThe toner restricting member is a toner restricting roller, the toner restricting roller is stopped during the image forming, andNon-imagingOf the developing rollerDuring non-imagingIt is characterized by being configured to rotate in the direction opposite to the rotation direction.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the developing device, wherein the toner regulating roller includes a mechanism that is rotated by a frictional resistance with the developing roller.
The developing device according to
The developing device according to claim 4, wherein the developing roller is rotated at the time of image formation in order to contact the image carrier on which the electrostatic latent image is formed and to attach the toner to visualize the electrostatic latent image; A toner supply roller that is disposed so as to contact the developing roller and supplies the toner to the developing roller, and a toner regulation that forms a thin toner layer on the developing roller by regulating the amount of toner adhering to the developing roller In a developing device having a member,
The toner regulating member is a toner regulating roller;The developing rollerNon-imagingThe toner is rotated in a direction opposite to the rotation direction at the time of image formation, and the coefficient of static friction of the toner regulating roller with respect to the rotation direction of the development roller at the time of non-image formation has It is characterized by being larger than the coefficient of static friction of the regulating roller.
The developing device according to
According to a sixth aspect of the present invention, the toner regulating roller includes a cylindrical metal core made of metal and an elastic layer formed on the outer periphery of the cylindrical metal core.
8. The method of incorporating a toner regulating roller into a developing device according to
[0015]
[0017]
Claim 3According to the invention described in the above, since the orthogonal direction component of the elastic urging force is directed to the driven rotation direction of the toner regulating roller at the time of non-image formation at the contact portion between the toner regulating roller and the toner driving roller, the toner regulating roller Even when the static friction coefficient of the toner is small, the toner regulating roller can be surely driven and rotated.
[0019]
Claim 4According to the invention described above, since the coefficient of static friction of the toner regulating roller with respect to the developing roller during image formation can be reduced, the frictional heat generation of the developing roller during image formation can be suppressed, and the toner regulating roller during non-image forming Since the coefficient of static friction with respect to the developing roller can be increased, the driven rotation of the toner regulating roller during non-image formation can be ensured.
[0022]
[0043]
Claim 7According to the invention described in (3), the friction force against the developing roller can be adjusted by effectively utilizing the eyes generated when the toner regulating roller is manufactured.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1,
[0047]
The developing
[0048]
The
[0049]
A guanamine curing agent is a substance containing an amino group and has a polarity opposite to that of a negatively charged toner. ITO is based on alumina powder, and the surface of the alumina powder is coated with indium-doped tin oxide.
[0050]
Since the
[0051]
Here, the reason for using the polar rubber is to increase the adhesive strength of the surface layer 6c to the elastic layer 6b and to prevent the peeling. As a result, it is possible to prevent the toner from being fogged onto the paper when the image is printed, and it is possible to form a good image with little background stain.
[0052]
It is desirable to connect the elastic layer 6b and the cylindrical cored bar 6a via an adhesive 6m. When the elastic layer 6b is bonded to the cylindrical cored bar 6a using the adhesive 6m in this way, peeling between the cylindrical cored bar 6a and the elastic layer 6b can be prevented, and the shape of the elastic layer 6b can be kept stable. . The adhesive 6m is preferably conductive. By making the adhesive 6m conductive, a good image with little background stain can be formed.
[0053]
The
[0054]
The
[0055]
The developing
[0056]
The
[0057]
According to the developing
[0058]
The following comparative experiment was conducted on the developing
[0059]
Experimental condition 1: Under the condition that the
[0060]
Experiment condition 2: Under the condition that the
[0061]
Experimental condition 3: Under the condition that the
[0062]
Experimental condition 4: The developing
[0063]
In this preliminary test, since the developing
[0064]
As a result, the following results were obtained.
[0065]
In the above results, “streak” refers to a thin toner layer adhering to the surface of the developing
[0066]
Under the
[0067]
Actually, under the
[0068]
On the other hand, under
[0069]
This is presumably because the
[0070]
Under the
[0071]
This is because it is considered that the
[0072]
Therefore, it was decided to perform an endurance test under the
[0073]
That is, after the developing
[0074]
The number of durable sheets was determined by converting the number of durable sheets by calculation of (empty turning time) / (20 / min).
[0075]
This durability test experiment was performed while applying a uniform bias to the photoreceptor belt and consuming about 2% of the toner.
[0076]
As a result, it was confirmed that the stability of the toner thin layer of the developing
[0077]
Next, an experiment for increasing the rotation of the
[0078]
Here, in manufacturing the
[0079]
As a material for forming the elastic layer 6b, a known elastomer (rubber) such as ethylene propylene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, epichlorohydrin rubber, silicone rubber, urethane rubber, foam, or the like may be used.
[0080]
As a method for coating the surface layer 6c, a known coating method such as a dip method or a roll coating method may be used in addition to spray coating. In addition, it is also possible to adopt a method in which the material for forming the surface layer 6c is formed in a tube shape in advance and the elastic layer 6b is covered with the molded product.
[0081]
For the
[0082]
Comparative Example 1 uses an acrylic resin as a forming material for the surface layer 6c, Comparative Example 2 uses a fluororesin as a forming material for the surface layer 6c, and in Test Example 1 uses a fluororesin as a forming material for the surface layer 6c and serves as a filler. Carbon black was added at 15 parts by weight, Test Example 2 was a fluororesin / melamine crosslinked product and carbon black was added at 15 parts by weight, and Test Example 3 was a fluororesin / isocyanate crosslinked product. Carbon black is added at 15 parts by weight.
[0083]
The coefficient of static friction (μs) of the surface layer 6c of the
[0084]
The static friction coefficient μs between the
[0085]
That is, a surface layer of the developing
[0086]
Then, the
[0087]
Further, an image output experiment of 100,000 sheets was performed, and the adhesion of the
[0088]
The comparison results are shown in Table 1.
[0089]
[Table 1]
[0090]
From the results of Table 1, when the static friction coefficient of the surface layer 6c of the
[0091]
Since the
[0092]
In Comparative Example 1, although the
[0093]
On the other hand, in the case of the
[0094]
Further, in the case of the
[0095]
In addition to carbon black, silica, metal powder, metal oxide (for example, titanium oxide, ITO-treated titanium), or a mixture thereof may be used as the filler added to the fluororesin.
[0096]
Therefore, even when a fluororesin having a good releasability and a small static friction coefficient is used as the material for forming the surface layer 6c, the static friction coefficient of the surface layer 6c can be reduced by adding a filler to the fluororesin. Therefore, even when a fluororesin is used as a material for forming the surface layer 6c, by adding carbon black to the fluororesin, toner regulation with good releasability with respect to the
[0097]
By the way, while the developing
[0098]
As a result, the wear amount of the surface layer 6c of Comparative Example 2 was 14 μm, the wear amount of the surface layer 6c of Test Example 1 was 10 μm, the wear amount of the surface layer 6c of Test Example 2 was 2 μm, and that of Test Example 3 The amount of wear of the surface layer 6c was 3 μm. In the comparative example 2, since the wear amount of the surface layer 6c is 14 μm, the thickness of the surface layer 6c is 140 μm in order to manufacture a developing device that can withstand 1,000,000 prints simply. If such a developing device is manufactured, the material cost increases, the productivity decreases, and the cost increases.
[0099]
On the other hand, as shown in Test Example 2, when the surface layer 6c is obtained by cross-linking a fluororesin with a melamine cross-linking agent, or when the fluororesin is cross-linked with an isocyanate cross-linking agent, the wear resistance is remarkably improved. The wear amount of the surface layer 6c after the sheet image output (printing) is 2 μm and 3 μm, and the durability of the developing
[0100]
In the
[0101]
The elastic biasing force F of the
[0102]
If comprised in this way, even if the frictional force of the
[0103]
As shown in FIG. 6, when the elastic layer 6 b is ground with the grinding wheel 12, eyes 6 j are formed on the surface of the elastic layer 6 b of the
[0104]
On the other hand, since the frictional force of the
[0105]
Further, the frictional force can be adjusted by effectively using the eyes 6j generated when the
[0106]
Further, as shown in FIG. 8A, the outer diameter of the elastic layer 6b is a crown (drum) shape in which the diameter smoothly increases from the side of the
[0107]
The shape of the contour line when the elastic layer 6b is sectioned along the longitudinal direction is preferably a quadratic curve or an arc curve.
[0108]
That is, as shown in FIG. 8B, for example, the developing
[0109]
【The invention's effect】
In particular, since the toner regulating roller cooperates with the developing roller by the rotation and discharges the toner accumulated in the wedge-shaped region to the upstream side, the durability of the developing device is improved.
[0111]
Claim 2According to the invention described in (1), since the toner regulating roller is driven to rotate following the rotation of the developing roller during non-image formation, it is possible to reduce the size and improve the durability.
[0112]
Claim 3According to the invention described in the above, since the orthogonal direction component of the elastic urging force is directed to the driven rotation direction of the toner restriction roller at the time of non-image formation at the contact portion between the developing roller and the toner restriction roller, the toner restriction roller Even when the static friction coefficient of the toner is small, the toner regulating roller can be surely driven and rotated.
[0113]
Claim 4According to the invention described above, since the coefficient of static friction of the toner regulating roller with respect to the developing roller during image formation can be reduced, the frictional heat generation of the developing roller during image formation can be suppressed, and the toner regulating roller during non-image forming Since the coefficient of static friction with respect to the developing roller can be increased, the driven rotation of the toner regulating roller during non-image formation can be ensured.
[0114]
[0123]
Claim 7According to the invention described in (3), the friction force against the developing roller can be adjusted by effectively utilizing the eyes generated when the toner regulating roller is manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a developing device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a relationship between a toner regulating roller and a developing roller of the developing device shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged view of the toner regulating roller shown in FIG.
4 is a schematic diagram showing an example of a one-way clutch shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a direction of urging and energizing a toner regulating roller with respect to a developing roller.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a method for manufacturing a toner regulating roller.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the forward direction of the outer peripheral surface of the toner regulating roller and the rotation direction of the developing roller.
8A and 8B are diagrams for explaining the shape of the contour line of the elastic layer of the toner regulating roller, where FIG. 8A shows the toner regulating roller whose contour shape of the elastic layer is an arc, and FIG. The shape of the outline of a layer shows the toner control roller which has a corner | angular part.
[Explanation of symbols]
1 ... Developing device
3 ... Developing roller
4 ... Toner supply roller
6. Toner regulating member (toner regulating roller)
7. Toner
Claims (7)
前記現像ローラーが非作像時に前記作像時の回転方向とは逆方向に回転され、前記トナー規制部材がトナー規制ローラーであり、該トナー規制ローラーは前記作像時に回転停止されかつ前記非作像時に前記現像ローラーの当該非作像時の回転方向と逆方向に回転する構成とされていることを特徴とする現像装置。A developing roller that is rotated at the time of image formation to contact the image carrier on which the electrostatic latent image is formed and to attach the toner to visualize the electrostatic latent image, and to be in contact with the developing roller. A toner supply roller that supplies the toner to the development roller; and a toner regulation member that regulates the amount of toner adhering to the development roller and forms a thin toner layer on the development roller.
The developing roller to the rotating direction during the image formation at the time of non-image formation is rotated in the reverse direction, the toner regulating member is a toner regulating roller, the toner regulating roller is stopped rotating when the image forming and the non A developing device, wherein the developing roller is configured to rotate in a direction opposite to a rotation direction of the developing roller during non-image formation during image formation.
前記トナー規制部材がトナー規制ローラーであり、前記現像ローラーが非作像時に前記作像時の回転方向とは逆方向に回転され、前記非作像時の現像ローラーの回転方向に対する前記トナー規制ローラーの静止摩擦係数が前記作像時の現像ローラーの回転方向に対する前記トナー規制ローラーの静止摩擦係数よりも大きいことを特徴とする現像装置。A developing roller that is rotated at the time of image formation to contact the image carrier on which the electrostatic latent image is formed and to attach the toner to visualize the electrostatic latent image, and to be in contact with the developing roller. A toner supply roller that supplies the toner to the development roller; and a toner regulation member that regulates the amount of toner adhering to the development roller and forms a thin toner layer on the development roller.
The toner regulating member is a toner regulating roller, the developing roller and the rotation direction when the imaging at the time of non-image formation is rotated in the reverse direction, the toner regulating relative rotation direction of the developing roller at the time of non-image formation A developing device, wherein a static friction coefficient of a roller is larger than a static friction coefficient of the toner regulating roller with respect to a rotation direction of the developing roller at the time of image formation.
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