JP4744164B2

JP4744164B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP4744164B2
Application number: JP2005054991A
Authority: JP
Inventors: 実和田; 寿向高
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006243057A

Description

本発明は、複写機、プリンタ、又はファクシミリ装置等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置で用いられる現像装置に関し、特に、一成分現像剤を用いた現像装置に関するものである。

一般に、一成分現像剤（トナー）を用いる現像装置においては、トナー供給ローラ等の供給部材によって、現像剤担持体（例えば、現像ローラ）に供給されたトナーを規制部材（層厚規制部材）によって層厚規制するとともにトナーを荷電させて、現像剤担持体上にトナー薄層を形成して、トナー薄層を、感光体ドラム等の像担持体に近接又は接触させて、像担持体上の静電潜像を現像している。そして、静電潜像を良好に現像するためには、つまり、現像不良を防止するためには、トナーを良好に帯電させる必要がある。

この種の現像装置においては、規制部材として、ＳＵＳ又は燐青銅等の金属部材を用いたものが知られており、さらには、シリコンゴム又はウレタン等の弾性部材を用いたものが知られている。そして、正帯電トナーを用いた現像装置においては、一般に、規制部材として、シリコンゴム又はウレタンが用いられ、例えば、無色透明の荷電制御樹脂を含有するトナーを使用するとともに、層厚規制ブレードのトナーと接触する押圧部をシリコンゴムにより形成し、これによって、供給ローラから供給されるトナーを、現像ローラ上で層厚規制ブレードによって十分に摩擦帯電して、一定厚さの薄層として担持するようにしたものがある（特許文献１参照）。

さらに、層厚規制ブレードの押圧部分をウレタンゴムによって形成するとともに、現像ローラのローラ部分をシリコンゴムにより形成して、層厚規制ブレードと現像ローラとの間において、トナーが２層以内となるようにして、帯電性付与能力の高いシリコンゴムからなる現像ローラの表面に、トナーをより多く接触させて、トナーの帯電を良好にするようにしたものがある（特許文献２参照）。

加えて、トナーを長期にわたって適切に帯電するため、トナーを像担持体に搬送するトナー担持体の表面にトナー規制部材を圧接させ、このトナー規制部材によりトナー担持体の表面におけるトナーの量を規制するととともに、トナー担持体の表面におけるトナーを摩擦帯電させるようにして、トナーと接触するトナー規制部材の少なくとも表面を窒化チタンでコーティングするようにしたものがある（特許文献３）。

特開２０００−２５８９９５公報特開２００１−１００５１９公報特開２００１−１３７８２公報

ところで、近年の環境意識の高まりから、従来、使い捨てであった１成分現像装置についても、トナーを追加補給して長寿命とする必要性が高まってきているものの、特許文献１又は２のように、トナー規制部材にシリコンゴム又はウレタンを用いると、規制部材の耐久性が悪く、長期期間の使用によって規制部材が削れてしまい、安定したトナー層を得ることができず、画像不良が生じるという課題がある。

一方、負帯電トナーを用いた１成分現像装置で用いられるＳＵＳ又は燐青銅を、規制部材として正帯電トナーを用いた一成分現像装置に用いると、規制部材の材質が金属であるため、耐久性は向上するものの、正帯電トナーを十分に荷電することが難しく、カブリ等の画像不良を起こしてしまう。

また、特許文献３に記載の現像装置では、トナーと接触するトナー規制部材の少なくとも表面を窒化チタンでコーティングするようにしているものの、窒化チタンのコーティングという工程が増えて、結果的にコストアップの要因となってしまうばかりでなく、コーティング層が削れてしまうと、トナーとの摩擦が急激に変化して、画像不良の原因となることがある。

いずれにしても、特許文献１〜３に記載の現像装置においては、安価でしかも長期間に亘る耐久性を有して、良好にトナーを帯電できないという課題がある。

上記の課題を解決するため、本発明は、安価でしかも長期間に亘る耐久性を有して、良好にトナーを帯電することのできる現像装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明は、一成分現像剤を担持して像担持体上の静電潜像を現像して可視像とする現像剤担持体と、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚規制を行うとともに押圧部を前記現像剤担持体上の現像剤に接触させることにより、前記現像剤を摩擦により正帯電させる層厚規制部材とを有する現像装置において、前記現像剤は外添剤が外添された正帯電トナーであって、前記外添剤は少なくとも疎水性シリカを含み、前記現像剤担持体はウレタン系コート材がコーティングされて所定の表面粗さを有し、前記層厚規制部材が、純チタン製又はチタン合金製であり、前記層厚規定部材との摩擦によって帯電量の絶対値が、前記層厚規制部材との摩擦による外添剤帯電量の絶対値と前記正帯電トナー１００ｇに対する外添剤添加量の積の総和が２．０μＣ以下となる外添剤を用いるようにしたことを特徴とするものである。

以上のように、本発明の現像装置は、現像剤として外添剤が外添された正帯電トナーを用いて、外添剤が少なくとも疎水性シリカを含み、現像剤担持体はウレタン系コート材がコーティングされて所定の表面粗さを有し、層厚規制部材の材料として純チタン製又はチタン合金を用いるようにしたので、層厚規制部材のコーティング等の工程が不要となって、しかも純チタン製又はチタン合金はシリコンゴム又はウレタンゴムに比べて耐久性があり、長期間に亘って安定して現像を行うことができるという効果がある。

本発明では、外添剤として層厚規定部材との摩擦によって帯電量の絶対値が予め定められた帯電量以下の外添剤を用いるようにしたので、層厚規制部材と外添剤とが摩擦帯電をして外添剤が層厚規制部材に付着することがなく、正常なトナー層の形成が阻害されることがないという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の一実施例による現像装置を概略的に示す図であり、この現像装置１４は画像形成装置とともに用いられる。図示はしないが、画像形成装置は、例えば、像担持体（感光体ドラム）、レーザスキャニングユニット、帯電部材、及び現像装置１４を有している。現像装置１４は現像容器１５、トナー供給ローラ１６、及び現像ローラ（現像剤担持体）１７を有しており、現像ローラ１７は現像位置で感光体ドラムと対面して、感光体ドラム上の静電潜像を現像し、感光体ドラム上にトナー像を形成する。

感光体ドラム上のトナー像は、例えば、給紙カセットから給紙経路を介して記録用紙（以下単に用紙と呼ぶ）に転写される。そして、用紙は定着装置に搬送されて、ここで用紙上のトナー像が定着され、用紙は排紙経路を通って排紙トレイに排紙される。

現像容器１５はトナー収納部１５ａとローラ収納部１５ｂとに別れ、トナー収納部１５ａとローラ収納部１５ｂとは開口部１５ｃで連通している。トナー収納部１５ａにはトナー収納容器１５ｄが収納され、このトナー収納容器１５ｄは現像容器１５から分離可能となっている。つまり、トナーを補給する際には、トナー収納容器１５ｄをトナー収納部１５ａから引き抜いて、トナー収納容器１５ｄにトナーを補給した後、トナー収納部１５ａにトナー収納容器１５ｄを装着する。

トナー収納容器１５ｄにはトナー排出口１５ｅを規定するリブ部１５ｆが形成され、トナー収納容器１５ｄ内のトナーは、トナー収納容器１５ｄ内に備えられた攪拌部材３０によって攪拌されつつ（この攪拌部材３０として、例えば、回転軸にＰＥＴフィルムを貼り付けたものを用いた）、排出口１５ｅ及び開口部１５ｃを介して、供給ローラ１６及び現像ローラ１７が配置されたローラ収納部１５ｂ側に搬送されて、供給ローラ１６によって現像ローラ１７に供給される。そして、現像ローラ１７上のトナー層は層厚規制部材３１によって層厚規制されるとともに帯電されて（正帯電）、現像ローラ１７によって感光体ドラム上の静電潜像が現像される。

なお、現像ローラ１７と現像容器１５との間にはシール部材３２が配設され、このシール部材３２によってトナー漏れを防止している。また、ローラ収納部１５ｂ側において、リブ部１５ｆには逆流防止弁１５ｇがトナー排出口１５ｅを塞ぐようにして配設される。これによって、攪拌部材３０と逆流防止弁１５ｇが直接当たらないようにしている。そして、逆流防止弁１５ｇは、攪拌部材３０によって押されたトナーの粉圧によって、図１の上側に位置する自由端が開閉するようになっており、下側の固定端は両面テープでリブ部１５ｆに固定されている（逆流防止弁１５ｇとして、例えば、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルムが用いられる）。

図示の例では、トナー供給ローラ１６として、抵抗値１Ｅ＋８Ωのウレタンスポンジローラを用い、現像ローラ１７との接触ニップが３ｍｍになるようにしている。また、層厚規制部材３１としては、例えば、０．１ｍｍの純チタン箔を用いてその規制圧２５Ｎ／ｍに設定し、シール部材３２として導電性のフィルムを用い、均一に現像ローラに接触するようにウレタンスポンジでバックアップするようにしている。また、現像を行う際には、感光体ドラムと現像ローラ１７との距離を１５０μｍに設定し、バイアス条件としては矩形波の周波数（２．０ｋＨｚ）、Ｖｐｐ（１．６ｋＶ）、Ｖｄｃ（２５０Ｖ）、ｄｕｔｙ（３８％）の現像バイアスを印加する。

ところで、前述のように、現像ローラ１７上のトナー層は、層厚規制部材３１によって層厚規制され、この際、トナーと層厚規制部材３１との摩擦によってトナーは正帯電する。そして、トナーの帯電が不十分であると、感光体ドラム上の静電潜像を現像する際、画像不良が発生してしまう。さらに、前述したように、現像装置を耐久化するためには、層厚規制部材自体の耐久性を増す必要がある。ここでは、このような要請に答えるため、次のように層厚規制部材３１を構成した。

この例では、規制部材３１として、例えば、神戸製鋼製の純チタン箔（ＪＩＳ２種：厚み０．１ｍｍ）を用いて、その規制圧を２５Ｎ／ｍに設定した。また、現像ローラ１７として、例えば、日東工業製の現像ローラを用い、この現像ローラ１７は、シリコンゴム（抵抗値：１Ｅ＋３Ω）のベース層（厚さ：１ｍｍ）上にフッ素含有のシリコン変性ウレタンコート材（ＦＬ−４５Ｂ）を、厚さ１０μｍでコーティングしている（ＪＩＳ−Ａ硬度４５度、抵抗値を１Ｅ＋６Ω、表面粗さＲａ１．０μｍとした：以下この現像ローラをＡとする）。

また、トナーとして、日本ゼオン製の正帯電性重合トナー試作品（ＫＭ０１２Ｍ）を母材として、疎水性シリカＲＡ２００ＨＳ（日本アエロジル製，表面材料（疎水化剤）：ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）＋ＡＳ（アミノシラン））を０．４％、疎水性シリカＮＡ５０Ｈ（日本アエロジル製，表面材料：ＨＭＤＳ＋ＡＳ）を０．８％、酸化チタンＥＣ−１００（チタン工業製，表面材料：ＳｎＯ_２−Ｓｂ）を１．０％ヘンシェルミキサーで外添処理したものを用いた。そして、層厚規制後のトナー溜りについては、外部駆動装置で現像ローラ周速が２４０ｍｍ／ｓになるように１分間回転させ、層厚規制後にトナー溜りができていないか目視確認を行い、層厚規制後にトナー溜りが確認されたものについては×、確認されなかったものについては○とした。

一方、トナー層の帯電量をＴＲＥＫ社製のＱＭメータ（２１０ＨＳ−２Ａ）で測定して、画像の初期カブリ及び耐久後のトナー層乱れの評価について、図１で説明した現像装置を搭載可能に改造した複写機ＬＳ−Ｃ８００８Ｎを用いて２００００枚の画像を形成して、背景部のカブリに目視上問題がある場合を×、目視上問題ない場合を○、耐久後の現像ローラ上のトナー層乱れによって画像ノイズが生じた場合を×、画像ノイズが生じなかった場合を○とした。その結果を実施例１として図２に示す。なお、トナー層帯電量については、現像ローラ周速を２４０ｍｍ／ｓで１分間回転させた際の現像ローラ表面のトナー層を吸引して、その電荷量をＱＭメータで測定し、吸引したトナーの重量を電子天秤で測定し、電荷量（μＣ）／重量（ｇ）から算出した。その際には、規制ブレードに＋１００Ｖ、現像ローラは０Ｖの電圧を印加した。

さらに、上記の実施例１の現像ローラのコート材の代わりに、フッ素を含有しないウレタンコート材を１０μｍの厚さコーティング現像ローラ（ＪＩＳ−Ａ硬度４５度、抵抗値を１Ｅ＋６Ω、表面粗さＲａ１．０μｍ（日東工業製）、以下現像ローラＢとする）を用いて実施例１と同様の実験を行った。その結果を実施例２として図２に示す。

同様にして、層厚規制部材３１として神戸製鋼製のチタン合金箔（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ：厚み０．１ｍｍ）を用い、規制圧を２５Ｎ／ｍに設定して、現像ローラＡを用いて、実施例１と同様に実験を行った。その結果を実施例３として図２に示す。また、実施例３で用いた現像ローラＡを現像ローラＢに代えて、他の構成は実施例３と同様にして実験を行った。その結果を実施例４として図２に示す。

比較のため、層厚規制部材３１としてＳＵＳ３０４の厚さ０．１ｍｍ箔を用い、その規制圧を２５Ｎ／ｍに設定して、現像ローラＡを用い、他の構成は実施例１と同様にして実験を行った。その結果を比較例１として図２に示す。また、比較例１で用いた現像ローラＡを現像ローラＢに代えて、他の構成は比較例１と同様にして実験を行った。その結果を比較例２として図２に示す。

さらに、層厚規制部材３１としてＳＵＳ３０４の厚さ０．０８ｍｍ箔を用い、層厚規制部材３１の規制ニップ部分に１ｍｍ厚のウレタンゴムシートを貼り付けて、規制圧を２５Ｎ／ｍに設定し、現像ローラＡを用いて比較例１と同様にして実験を行った。その結果を比較例３として図２に示す。そして、比較例３で用いた現像ローラＡを現像ローラＢに代えて、他の構成は比較例３と同様にとして実験を行った。その結果を比較例４として図２に示す。

図２から明らかなように、実施例１〜４においては、規制後溜り、背景部カブリ、及び耐久後層乱れともに極めて良好であるが、比較例１においては、規制後溜り及び背景部カブリが生じてしまい、比較例２においては、背景部カブリが生じてしまう。つまり、比較例１及び２については画像不良が生じてしまう。一方、比較例３及び４については、耐久後層乱れが生じてしまうことが分かる。つまり、比較例３及び４については層厚規制部材３１の耐久性がない。

このように、純チタン又はチタン合金製の層厚規制部材３１を用いると、規制後溜り及び背景部カブリが生じることがなく、しかも耐久後の層乱れも生じない。つまり、純チタン又はチタン合金製の層厚規制部材３１を用いると、耐久性を有して画像不良が生じることがない。

次に、純チタン製の層厚規制部材３１を用いてトナー外添組成を変化させて現像を行い、シール部材３２からのトナーコボレを観察した。なお、ここでは、現像ローラとして、上述の現像ローラＢを用いた。

実験１では、外添剤としてＲＡ２００ＨＳ、ＮＡ５０Ｈ、及びＥＣ−１００を用いて、その重量％をそれぞれ０．４，０．８，及び１．０として、外部駆動装置で現像ローラ１７の周速が２４０ｍｍ／ｓになるようにし、１分間回転させた際のシール部材３２の手前からのトナーコボレを評価した。実験２では、ＮＡ５０Ｈの外添量を０．８％から１．２％に増加して、実験１と同様にして実験を行った。実験３では、ＮＡ５０Ｈの代わりにＲＸ５０（日本アエロジル製，表面材料：ＨＭＤＳ）を０．８％外添して、実験１と同様にして実験を行った。

また、実験４では、ＮＡ５０Ｈの代わりにＲＸ５０（日本アエロジル製）０．４％を外添して、実験１と同様にして実験を行い、実験５では、ＲＡ２００ＨＳの外添量を０．４％から０．８％に増加して、実験１と同様にして実験を行った。さらに、実験６では、ＥＣ−１００の外添量を１．０％から１．５％に増加して、実験１と同様にして実験を行った。また、実験７では、外添剤としてＲＡ２００ＨＳ及びＮＡ５０Ｈを用いて、その重量％をそれぞれ０．２及び０．８として、実験１と同様にして実験を行った。その結果を図３に示す。図３において、コボレが発生した場合を×、コボレが発生しなかった場合を○で示している。

続いて、外添剤の帯電量測定を行った。外添剤１０ｍｇを純チタン箔間で摩擦帯電させて外添剤の帯電量をＴＲＥＫ社製ＱＭメータ（２１０ＨＳ−２Ａ）を用いて測定した。その結果を図３に示す。なお、外添剤の帯電量については、面積５０ｃｍ^２程度の純チタン箔間に外添剤１０ｍｇを入れ、１ｋｇの荷重をかけて１０秒間のうちに移動距離１０ｍｍで２０往復擦り合わせて両側のチタン箔に付着した外添剤を吸引し、電荷量をＱＭメータで測定し、さらに、吸引したトナーの重量を電子天秤で測定して、電荷量（μＣ）／重量（ｇ）から算出した。

図３から容易に理解できるように、チタンとの摩擦帯電量の絶対値が大きい外添剤（ＲＡ２００ＨＳ又はＲＸ５０）を増やすと、層厚規制部材と外添剤とが摩擦帯電をして外添剤が規制部材に付着してしまい、正常なトナー層が形成されず、シール部材３２におけるトナーコボレにつながることが分かった。純チタン製の層厚規制部材を使用するに当たっては、純チタンとの摩擦帯電において、あまり帯電しない外添剤を用いるのが望ましい。つまり、正帯電トナーを用いた際、外添剤として層厚規定部材３１との摩擦によって帯電量の絶対値が予め定められた帯電量（例えば、絶対値の総和が２．０μＣ／ｇ以下、より好ましくは１．５μＣ／ｇ以下）の外添剤を用いることが好ましい。そして、純チタンとの摩擦により、外添剤が帯電しない条件としては、純チタンとの仕事関数差が小さいこと又は仕事関数差が大きい場合であっても、外添剤の抵抗値が小さければよい。

層厚規制部材の材料として純チタン製又はチタン合金を用いるようにしたから、コーティング等の工程が不要となって、しかもシリコンゴム又はウレタンゴムに比べて耐久性があり、長期間に亘って安定して現像を行うことができる結果、環境負荷を改善する現像装置に適用できる。

本発明の一実施例による現像装置を概略的に示す断面図である。図１に示す層厚規制部材の材質を変更して画像不良及び耐久性を試験した結果を示す図である。外添剤を変えて現像を行った際のトナーコボレ結果を示す図である。

符号の説明

１４現像装置
１５現像容器
１６トナー供給ローラ
１７現像ローラ
３０トナー攪拌部材
３１層厚規制部材
３２シール部材

Claims

一成分現像剤を担持して像担持体上の静電潜像を現像して可視像とする現像剤担持体と、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚規制を行うとともに押圧部を前記現像剤担持体上の現像剤に接触させることにより、前記現像剤を摩擦により正帯電させる層厚規制部材とを有する現像装置において、
前記現像剤は外添剤が外添された正帯電トナーであって、前記外添剤は少なくとも疎水性シリカを含み、
前記現像剤担持体はウレタン系コート材がコーティングされて所定の表面粗さを有し、
前記層厚規制部材が、純チタン製又はチタン合金製であり、
前記層厚規定部材との摩擦によって帯電量の絶対値が、前記層厚規制部材との摩擦による外添剤帯電量の絶対値と前記正帯電トナー１００ｇに対する外添剤添加量の積の総和が２．０μＣ以下となる外添剤を用いるようにしたことを特徴とする現像装置。