JP5285668B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する一成分現像方式の現像装置、及びその現像装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、静電潜像担持体（例えば、感光体）の表面を帯電させ、その帯電域を画像情報に応じて露光することで静電潜像を形成し、静電潜像を現像して可視化（現像）する現像方法が採用されている。

このような現像方法に、現像剤としてキャリアを用いずトナーだけを用いる一成分現像方式がある。
従来の一成分現像方式の現像装置の一例を、図１３及び図１４を参照しながら説明する。図１３は、従来の現像装置でのトナー層規制ブレード通過前のトナーの状態を示す模式図、図１４は、図１３の状態からさらにトナーが凝集した状態を示す模式図である。

この現像装置の主要な構成としては、トナーを感光体に現像するための現像ローラ３と、現像ローラ３に対するトナーの供給と剥ぎ取りを行う供給ローラ２と、供給ローラ２から現像ローラ３に供給されたトナーを所定量に規制しつつ帯電量を付加するトナー層規制ブレード５ｋとを有する。ブレード５ｋは、金属製のプレート５ｐの先端部にウレタン等のゴム部材５ｑが取り付けられた構成になっている。

ここで、高画質化のためには、現像領域に到達する現像ローラ３上のトナー層を均一にすることが重要になってくる。
特許文献１記載の現像装置は、現像ローラへの層規制ブレードの弾性ゴムの食い込み量やゴム硬度の範囲を規定することにより、ブレードを通過した後の現像ローラ上のトナー層の付着量や帯電量を安定化させようとしている。

特開２０００−１８７３８６号公報

特許文献１記載の現像装置では、弾性ゴムの食い込みを小さくし、ゴム硬度を下げることで、トナーへの負荷を低減し、トナー劣化を抑えようとしている。
しかし、トナーの帯電量を確保するためには、一定以上の弾性ゴムの食い込みと一定以上のゴム硬度が必要で、これらの最適化だけで帯電量確保とトナー劣化抑制を実現することは難しい。

トナー劣化の要因は、ブレードと現像ローラの最近接領域でブレードがトナーを押さえつけることや、供給ローラと現像ローラが接触し、現像ローラにトナーを供給する際にトナーに負荷がかかることもあるが、その他に、ブレードと現像ローラの最近接領域の上流側で、現像ローラとブレードの間のトナーが移動することなく、徐々に圧力を受けて凝集していくことによるトナー劣化もある。

図１３の例で説明すると、実線の矢印で示すように現像ローラ３上を汲み上がってきたトナーは、ブレード５ｋを通過することで一定のトナー量に規制されるわけであるが、ブレード通過前には一定量のトナーの溜まりが生じる。この溜まり部はブレード通過後のトナー付着量を安定化するために必要であるが、次々とトナーが汲み上がっていくために、トナーに圧縮する力が加わるため、徐々に凝集していきトナーの移動がなくなる。また、このとき、汲み上がってきたトナーは点線の矢印で示すように凝集したトナーＴｃにぶつかってその一部が戻されてしまうが、このぶつかりによって、凝集が顕著になる。そして、図１４で示すように、平均したトナー面以下にあるトナーＴに乗っかるかたちの広い凝集地域Ｔｚを形成してしまう。

このようにトナーがブレード通過前の領域に凝集することにより、ブレード通過に関係できるトナーが減少し、これによってトナー層が安定しなくなるとともに、凝集によるトナー劣化が進んでしまう。

本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、現像ローラとトナー層規制を行うブレードとの最近接領域の上流側で、現像ローラとブレードの間でのトナーの凝集を起こりにくくし、現像ローラ上のトナー層の均一性を上げ、低ストレスで均一性に優れた現像を行うことが可能な一成分現像方式の現像装置、及びその現像装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、現像ローラと、現像ローラ回転方向に対してトナーが供給される上流側の方向から該現像ローラに当接させてトナー層規制を行うブレードとを有し、前記現像ローラにバイアス電圧を印加し、静電潜像担持体に形成された静電潜像を前記トナーによって現像する一成分現像方式の現像装置において、前記ブレードを、前記現像ローラとの最近接部分を含む現像ローラ回転方向の下流領域と、最近接部分を含まない現像ローラ回転方向の上流領域の２つの領域に分け、該上流領域の表面での親水性を前記下流領域の表面よりも高くすることによって、前記上流領域における前記トナーと前記ブレードとの付着力を、前記下流領域よりも小さくすることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記ブレードは、前記上流領域と前記下流領域とで同一材料とし、前記上流領域と前記下流領域との表面処理を変えることによって親水性を変えていることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記ブレードは、前記下流領域をマスキングした状態でプラズマ表面処理することによって、前記上流領域のみ親水性を変えていることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第２の技術手段において、前記ブレードは、前記下流領域をマスキングした状態でコロナ放電処理することによって、前記上流領域のみ親水性を変えていることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第２の技術手段において、前記ブレードは、前記上流領域のみにエキシマレーザ光を照射することによって、前記上流領域のみ親水性を変えていることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１の技術手段において、前記ブレードは、前記上流領域と前記下流領域とで親水性の異なる材料を用いることによって、前記上流領域の親水性を高くしていることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１〜第６のいずれか１の技術手段における現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明に係る一成分現像方式の現像装置によれば、現像ローラとトナー層規制を行うブレードとの最近接領域の上流側で、現像ローラとブレードの間でのトナーの凝集を起こりにくくし、現像ローラ上のトナー層の均一性を上げ、低ストレスで均一性に優れた現像を行うことが可能になる。

本発明に係る画像形成装置の構成例を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る現像装置の構成例を示す概略図である。 図２の現像装置におけるブレードの構成例を示す概略図である。 図２の現像装置におけるブレードと現像ローラとの位置関係、並びにトナーの流れを示す概略図である。 図２の現像装置における処理での効果を説明するために文献から引用した図である。 本発明の実施時にブレードに付着するトナーを従来と比較して説明する図である。 図２の現像装置におけるブレードの他の構成例を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る現像装置の構成例を示す概略図である。 図８の現像装置におけるブレードと現像ローラと補助回転部材の位置関係、並びにトナーの流れを示す概略図である。 図８の現像装置における補助回転部材の一例を示す概略図である。 図８の現像装置における補助回転部材の他の例を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る現像装置の他の構成例を示す概略図である。 従来の現像装置での層規制ブレード通過前のトナーの状態を示す模式図である。 図１３の状態からさらにトナーが凝集した状態を示す模式図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の参照符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明に係る画像形成装置の構成例について説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の構成例を示す概略図である。なお、図１に示す画像形成装置１００は、その主な構成要素を中心に簡略化して記載された一例である。

画像形成装置１００は、静電潜像担持体となる感光体５１を複数備え、本構成例では、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用、及び黒色画像用の４つを備えている。つまり、図１で例示した画像形成装置１００は、カラー画像を形成可能なタンデム方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１００は、ネットワークを介して接続されたＰＣ（Personal Computer）等の各種端末装置から送信される画像データや、スキャナ等の原稿読み取り装置によって読み取られた画像データに基づいて、被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐに対して、カラー画像又はモノクロ画像を形成するプリンタ機能を有するものである。

画像形成装置１００は、図１に示すように、用紙Ｐにトナー画像を形成する機能を有する画像形成ステーション部５０（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂ）、当該画像形成ステーション部５０で用紙Ｐに形成されたトナー像を定着させる機能を有する定着装置４０、用紙Ｐを載置する供給トレイ６０から画像形成ステーション部５０及び定着装置４０へと用紙Ｐを搬送する機能を有する搬送部３０を備えている。

画像形成ステーション部５０は、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用及び黒色画像用のそれぞれ４つの画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂから構成されている。具体的には、供給トレイ６０と定着装置４０との間において、供給トレイ６０側から、イエロー画像形成ステーション５０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション５０Ｍ、シアン画像形成ステーション５０Ｃ、及び黒色画像形成ステーション５０Ｂがこの順に配置されている。

これら各色の画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ、トナーの種類以外は、実質的に同一の構成を有しており、各色に対応する画像データに基づいて、イエロー、マゼンタ、シアン、及び黒色のトナー画像を形成して、最終的に記録媒体となる用紙Ｐ上に転写するものである。

本構成例の画像形成ステーション部５０では、イエロー、マゼンタ、シアン、及び黒色の４色の画像を形成する構成であるが、特にこれら４色に限定せず、例えばシアン及びマゼンタと同一の色相で濃度がより低いライトシアン（ＬＣ）及びライトマゼンタ（Ｌｍ）を加えた６色のトナー画像を形成する構成であってもよい。
なお、図１における各画像形成ステーションの構成部品の符号については、イエロー画像用の画像形成ステーション５０Ｙを代表として記載し、他の各画像形成ステーション部５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの構成部品の参照符号は、省略している。

各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ静電潜像が形成される潜像担持体となる感光体５１を備え、これらの感光体５１の周囲には、周方向に帯電装置５２、露光装置５３、現像装置１、転写ローラ５５、及びクリーニング装置５６がそれぞれ配置されている。

感光体５１は、ＯＰＣ（Organic Photoconductor；有機光導電体）等の感光性材料を表面に有する略円筒のドラム形状を呈し、露光装置５３の下方に配設され、駆動手段と制御手段によって、所定方向（図中矢印Ｆ方向）に回転駆動されるように制御されている。

帯電装置５２は、感光体５１の表面を所定の電位に均一に帯電するための帯電手段であって、感光体５１の上方でその外周面に近接して配置されている。本実施の形態では、接触型のローラ方式の帯電ローラが使用されているが、チャージャー型やブラシ方式、イオン放出帯電方式等の帯電装置を用いてもよい。

露光装置５３は、画像処理部から出力された画像データに基づいて、帯電装置５２にて帯電された感光体５１の表面に、レーザ光を照射して露光することにより、当該表面に画像データに応じた静電潜像を書き込む機能を有する。露光装置５３は、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂに応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、又は黒色にそれぞれ対応する画像データが入力されることにより、対応する色に応じた静電潜像をそれぞれ形成する。露光装置５３としては、レーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）や、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に並べた書込み装置（例えば、書込みヘッド）を使用することができる。

現像装置１は、現像剤を担持する現像剤担持体となる現像ローラ３を有している。現像ローラ３は、現像ローラ３と感光体５１とが近接し、トナーが感光体５１へと移動する現像領域へと現像剤を搬送するように構成される。この現像装置１は、本実施の形態では、現像剤としてトナーを使用する、いわゆる一成分現像装置であり、露光装置５３によって感光体５１表面に形成された静電潜像を現像してトナー像（可視像）を形成する。

現像装置１には、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの画像形成に応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、又は黒色の現像剤が収容されている。これらの現像剤は、帯電された感光体５１の表面電位と同極性に帯電されたトナーを含んでいる。なお、感光体５１の表面電位の極性及び使用するトナーの帯電極性は、正負を問わないが、本構成例では負（マイナス）とした。

転写ローラ５５は、感光体５１上に形成されたトナー像を搬送ベルト３３にて搬送される用紙Ｐ表面に転写するものであり、トナーの帯電極性とは、逆極性（本構成例では、正（プラス）極性）のバイアス電圧が印加される転写ローラを有している。

クリーニング装置５６は、用紙Ｐへのトナー画像転写後に、感光体５１の外周面上に残存しているトナーを除去及び回収する。本構成例では、感光体５１を挟んで現像装置１と略対向する位置で、かつ感光体５１の側方に配置されている。

搬送部３０は、駆動ローラ３１、従動ローラ３２、及び搬送ベルト３３を備え、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂにおいて、各色のトナー像が転写される用紙Ｐを搬送する。搬送部３０は、無端状の搬送ベルト３３が駆動ローラ３１と従動ローラ３２との間に張架された構成となっており、搬送ベルト３３が矢視Ｚ方向に移動することで、供給トレイ６０から給紙された用紙Ｐを各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂへと順に搬送する。

定着装置４０は、加熱ローラ４１及び加圧ローラ４２を備え、これらが当接する定着ニップ部に用紙Ｐを搬送することで、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱圧着して用紙Ｐに定着させる。

このように構成された画像形成装置１００では、搬送部３０によって搬送される用紙Ｐは、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体５１との対向位置を通過する際に、それら対向位置において、搬送ベルト３３を介して下方に配置された転写ローラ５５による転写電界の作用にて、各感光体５１上のトナー像が順次用紙Ｐ上に転写される。これによって、各色のトナー像が用紙Ｐ上に重なり合うように転写され、用紙Ｐ上に所望のフルカラートナー像が形成される。こうしてトナー像が転写された用紙Ｐは、定着装置４０によってトナー像の定着処理が行われた後に、排紙トレイに送出される。

上述のように、本発明に係る現像装置は、現像ローラ３にバイアス電圧を印加し、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する一成分現像方式の現像装置である。

そして、本発明の第１実施形態に係る現像装置は、トナー層規制のブレードが現像ローラと近接する部分と、現像ローラ回転方向の上流部分とで、ブレードとトナーの付着力を変え、上流部分でトナーが動きやすくすることによりトナーの凝集を防ぎつつ現像ローラ上のトナー層の均一性を向上させている。

また、本発明の第２実施形態に係る現像装置は、第１実施形態においてさらに、現像ローラとブレードの近接する部分と、現像ローラ３と供給ローラが接する部分の間に、現像ローラ３に近接したローラ等の補助回転部材を配置することで、トナーの凝集をほぐすとともに、ブレード上流側にトナーの流れを作っている。また、第２実施形態で付加した構成のみの現像装置であっても、つまりブレードの付着力を上流部分と下流部分とで分けなくても補助回転部材を配置しただけの現像装置であっても、その効果を奏する。

まず、第１実施形態に係る現像装置１の構成について、図２〜図７を参照しながら説明する。
図２は、図１に示す画像形成ステーション部５０が備える現像装置１の構成例を示す概略図であって、本発明の第１実施形態に係る現像装置の構成例を示す概略図である。また、図３は、図２の現像装置におけるブレードの構成例を示す概略図、図４は、図２の現像装置におけるブレードと現像ローラとの位置関係、並びにトナーの流れを示す概略図である。また、図５は、図２の現像装置における処理での効果を説明するために文献から引用した図、図６は、本発明の実施時にブレードに付着するトナーを従来と比較して説明する図である。

現像ローラ３は感光体との現像ギャップを保持している。現像ギャップはギャップ保持部材（図示せず）で１５０〜５００μｍである。供給ローラ２は現像ローラ３とニップ部で接触している。現像ローラ３はアルミニウム等でできており、その表面粗さＲａは０．３〜０．６μｍで構成されている。供給ローラ２はウレタンゴム等でできており、現像ローラ３とのニップ部の食い込み量は０．２〜０．８ｍｍである。感光体の回転方向に対して、現像ローラ３と供給ローラ２は回転方向が逆に設定されているが、同じ方向であってもよい。図示していないが、トナーを撹拌しトナー供給ローラ２までトナーを搬送するトナー撹拌ローラがある。

現像ローラ３にはＤＣ電圧又はＤＣ電圧に重畳したＡＣ電圧が印加されている。現像ローラ３とトナー層規制のブレード５は同じバイアスを印加することが多い。また、供給ローラ２には現像ローラ３と同じバイアスを印加する場合と、供給ローラ２から現像ローラ３にトナーが移行しやすいように５０Ｖから２００Ｖ程度の直流電位差を設ける場合がある。

トナーは平均体積粒径９μｍのポリエステルトナーで外添材であるシリカが３．０ｗｔ％、酸化チタンが０．７５ｗｔそれぞれ添加されている。供給ローラ２に撹拌ローラで搬送されたトナーはニップ部で現像ローラ３と摺擦され帯電量が付与され、トナーが現像ローラ３へくみ上げられトナー層が形成される。次にトナーはブレード５のゴム層を通過する際に、ブレード５からの圧力で層規制されると同時に再度帯電される。ブレード５を通過したトナーは、現像ローラ３に印加された電圧と感光体上の潜像電位に応じて感光体に現像が行われ潜像を可視化する。

図３（Ａ）は、トナー層規制を行うブレード５の上面図であり、図３（Ｂ），（Ｃ）には、それぞれ図３（Ａ）の領域Ｓにおける断面図、拡大図を示している。図３に例示するように、ブレード５は、プレート５ｐと弾性体層で構成されている。ブレード５のプレート５ｐはリン青銅製で厚さ０．１〜０．２ｍｍ、先端部の弾性体層は厚さ１〜２ｍｍ程度の弾性ゴム等から成っている。

さらに、図２及び図３に示すように、弾性体層は２つの領域５ａ，５ｂからなっている。すなわち、弾性体層は、現像ローラ３との最近接部分を含む現像ローラ回転方向下流領域５ａと、最近接部分を含まない現像ローラ回転方向上流領域５ｂとから成っている。現像ローラ３とブレード５の位置関係は、図４に示すようになっている。

そして、本実施形態では、上流領域５ｂでのブレード５とトナーの付着力は、下流領域５ａよりも小さくなるようになっている。
具体的に説明すると、まず現像ローラ３とブレード５の最近接領域では、トナーを帯電させるために、トナーとブレード５との間には一定以上の付着力が必要である一方で、ブレード５の上流領域で付着力が強いとトナーの流れが悪く、例えば領域Ｔｐまで凝集してしまうなど、凝集が発生しやすくなる。

そのため、本実施形態では、ブレード５をトナーとの付着力の異なる２つの領域に分け、上流側で下流側よりも小さい付着力にし、これを解消している。結果として、図４に示すように、溜まり部Ｔｓをもって帯電能力を保ったまま、上流側でのトナーの流れを点線の矢印７ａで示すように改善しトナー凝集を防ぐことができるので、トナー劣化を抑え、安定した層規制を行うことができるようになる。

つまり、本発明の第１実施形態の現像装置によれば、現像ローラ３とブレード５との最近接領域の上流側で、現像ローラ３とブレード５の間でのトナーの凝集を起こりにくくし、現像ローラ３上のトナー層の均一性を上げ、低ストレスで均一性に優れた現像を行うことが可能になる。ここで、上流領域５ｂと下流領域５ａとの長さが同じ例を挙げているが、これに限ったものではなく、トナーの凝集を防ぎたい領域について上流領域５ｂを決めればよい。

上流領域５ｂでのトナーの付着力を下流領域５ａよりも小さくするためには、弾性体層の材料を選択するか、若しくは表面処理を施すとよい。このような様々な例を以下に挙げる。

弾性体層の材料としてはシリコーンゴムを使用することができる。
一般的にシリコーンゴム表面は疎水性を示す。本例では、下流領域５ａは通常のシリコーン表面のままにし、上流領域５ｂのみ、Ａｒ／Ｏ_２プラズマ処理によって親水性化している。トナーは疎水性を示すことから、疎水性を示す下流領域５ａのシリコーンゴムとトナーとは付着しやすくなっている。一方で親水性を示す上流領域５ｂのシリコーンゴムとトナーは付着しにくくなっている。

この状態でのブレード５の近辺のトナーの状態は、図４に示したようになる。つまり、現像ローラ３上を汲み上がってきたトナーＴｕは、その一部がそのまま現像ローラ３上を進む。また、上流領域５ｂのブレード５はトナーとの付着力が小さいので、ブレード５近辺のトナーは移動しやすくなり、トナーの一部は点線の矢印７ａで示すように、トナー溜まり部の中の流れに乗って戻っていく。したがって、トナー溜まり部Ｔｓを確保しつつ、静止トナーを少なくすることができるので、トナーの凝集を抑えることができるようになる。

なお、上記ではシリコーンゴムをプラズマ処理によって親水性化しているが、この方法は既に公知になっている。参考までに、報告例を図５及び以下に示す。
「グロープラズマ照射によるシリコンゴム表面の親水化」（北海道大学 五十嵐祐介 他：日本原子力学会北海道支部第２３回研究発表会 ２００５年）
放電ガスとしては、Ａｒ、Ａｒ／Ｈ_２、Ａｒ／Ｏ_２
印加電圧３００Ｖ
照射時間 １〜１０分

図５に示すように、プラズマ処理前に水との接触角が８０〜１００度で疎水性（撥水性）を示していたが、処理後は１０度以下にまで下がっており、親水性になっていることがわかる。ガスとしては、Ａｒ／Ｏ_２を用いると最も早く親水性にすることができている。
なお、プラズマ処理は上流領域５ｂのみ行わなくてはいけないので、プラズマ処理時は下流領域５ａには保護シートなどでマスキングしておく必要がある。

このように、ブレード５は、下流領域５ａをマスキングした状態でプラズマ表面処理することによって、上流領域５ｂのみ親水性を、親水性化する方向に変えており、これにより、上流領域５ｂにおいてトナーとの付着力を下げることができるようになる。

また、ブレード５の弾性体層の材料としては、ウレタンゴムを使用することができる。
一般的にウレタンゴム表面は疎水性を示す。本例では、下流領域５ａは通常のウレタンゴム表面のままにし、上流領域５ｂのみ、コロナ放電処理によって親水性化している。トナーは疎水性を示すことから、疎水性を示す下流領域５ａのウレタンゴムとトナーとは付着しやすくなっている。一方で親水性を示す上流領域５ｂのウレタンゴムとトナーは付着しにくい。針電極や金属ワイヤーに電圧を印加すると金属近傍に非常に強い電界が形成され、発光を伴った放電が生じる。これをコロナ放電と一般に呼んでいる。コロナ放電処理は低電流密度、大気圧付近で処理できるのが特徴である。

コロナ放電処理によって樹脂表面を改質し濡れ性を向上させる方法は一般的に知られている。そのメカニズムとしては次のように考えられる。コロナ放電によって酸素等の気体成分が活発なプラズマ状態となりウレタン表面に衝突し、表面に親水性である極性基（ＯＨ基・カルボニル基等）が発生し、濡れ性が向上する。コロナ放電処理をすることにより、処理前に水との接触角が１１０度程度の疎水性を示していたウレタンが、処理後は５０度以下の親水性を示していた。なお、コロナ処理は上流領域５ｂのみ行わなくてはいけないので、処理時は下流領域５ａには保護シートなどでマスキングしておく必要がある。

上流領域５ｂでの接触角が１１０度のままの場合と、接触角が少し下がった９０度の場合とで比較した結果を、図６で示す。前者は、下流領域５ａと上流領域５ｂとで同じ接触角をもつ場合であり、従来のブレードを使用することに相当する。図６では、図２の現像槽において、両者のブレード５を使用した後、ブレード５を外して観察した結果を模式図に表したものである。

従来のブレードの場合、図６（Ａ）に示すように、ブレードへのトナー付着部分Ｔ_１の他に、ブレードと現像ローラ３の最近接部分Ｔ_０の上流側の部分Ｔ_２にかなり多くのトナーが付着している。つまり、図１３で説明したように、静止して凝集しがちなトナーがブレード上流側に多く存在していることがわかる。

一方、本発明のブレード５の場合、図６（Ｂ）に示すように、ブレードへのトナー付着部分Ｔ_１の他に、ブレード５と現像ローラ３の最近接部分Ｔ_０のすぐ上流側の部分Ｔ_２にはトナーが多く存在するものの、少し上流側の部分Ｔ_３にはブレード５に付着しているトナー層は薄くなっている。これは、上流領域５ｂでのトナーとブレード５の付着力が下がったことを示しており、結果的に上流領域５ｂから下流領域５ａに近づいてきたトナーが図４の矢印７ａで示すようにトナーの流れに乗ってトナー溜まり部を移動していると考えられる。
したがって、本方式により、トナーに流れを作り、トナーの凝集を防ぐことができる。

このように、ブレード５は、下流領域５ａをマスキングした状態でコロナ放電処理することによって、上流領域５ｂのみ親水性を、親水性化する方向に変えており、これにより、上流領域５ｂにおいてトナーとの付着力を下げることができるようになる。

また、表面処理の他の例として、上流領域５ｂにのみ選択的にＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）を照射して、表面の接触角を低減してもよい。ブレード５の弾性体層としてウレタンゴムを使用した場合を例に説明する。

エキシマレーザによって表面改質を図ること自体は、公知技術になっている。
例えば、特許第３１２５０４７号公報には、ポリウレタン膜に石英板を通してＸｅＣｌエキシマレーザー（波長：３０８ｎｍ）を４０ｍＪ／ｃｍ^２／パルスで６００パルスを室温で照射し膜表面の水の接触角が１１０度から９０度に低下したことが記述されている。アルギン酸を含む水中での照射では接触角は６０度まで低下することが記されているが、大気中でも９０度まで下がれば、本目的にとっては充分である。なお、上記特許には、近赤外レーザー（ＹＡＧレーザー基本波、波長：１０６４ｎｍ）では効果がなかった旨が記されているので、短波長のレーザを照射する必要があることがわかる。

ブレード５をステージに乗せて、上流領域５ｂのみにレーザ照射すればよいので、本方式では特にマスキングの必要はない。
また、上述したように、例えば下流領域５ａを接触角１１０度、上流領域５ｂを接触角９０度にできるので、図４のようなトナー流れを形成することができる。

このように、ブレード５は、上流領域５ｂのみにエキシマレーザ光を照射することによって、上流領域５ｂのみ親水性を、親水性化する方向に変えており、これにより、上流領域５ｂにおいてトナーとの付着力を下げることができるようになる。

また、プラズマ処理、コロナ放電処理、エキシマレーザ照射処理で例示したが、これに限らず、ブレード５は、上流領域５ｂの表面での親水性を、下流領域５ａの表面よりも高くすることで、上流領域５ｂでのトナーの付着力を下流領域５ａより小さくすることができる。これは、トナーが一般的に疎水性を有しているのでブレード５も同じ疎水性を有した場合は両者の付着力は高くなり、ブレード５を親水性にした方がトナーをはじきやすくなり、トナーとの付着力を下げることができるためである。

また、プラズマ処理、コロナ放電処理、エキシマレーザ照射処理で例示したが、これに限らず、ブレード５は、上流領域５ｂと下流領域５ａとで材料は同一で、表面処理によって親水性を変えるようにすることで、上流領域５ｂでのトナーの付着力を下流領域５ａより小さくすることができる。これとは異なり、２つの材質の弾性体層を有するブレード５を用いると、上流側と下流側との接合部に段差が生じやすく、トナーの流れに影響が出やすい。同一材質でブレード５を作製し、表面処理だけで親水性を変えることで、このような影響が出にくくなる。

また、上述した各例では表面処理によって下流領域５ａ、上流領域５ｂの親水性を変えていたが、下流領域５ａと上流領域５ｂの材質を変えるようにしてもよい。このような例を挙げる。

本例では、ブレード５の弾性体層としてシリコーンをベースとした材料を使用している。先に述べたように一般的にシリコーンは疎水性を示す。親水性ゲルにシリコーンを配合したシリコーンハイドロゲルと呼ばれる材料があり、これは親水性を示すことが知られている。例えば、ヒドロキシエチルメタクリレートをシリコーンと重合して親水性を持たせることができる。

上流領域５ｂに上記材料を用い、下流領域５ａには通常のシリコーン材料を用いることにより、親水性の異なる弾性体層をもつブレード５を形成することができる。親水性の異なる材料（撥水性の異なる材料）を使用することにより、ブレード５がトナー等によって削れた場合でも表面性の変化が少なく、効果を長期間持続させることが容易になる。

このように、ブレード５は、上流領域５ｂと下流領域５ａとで親水性の異なる材料を用いることによって、上流領域５ｂの親水性を上げるようにしてもよい。親水性の異なる材料を使用することにより、ブレード５がトナー等によって削れた場合でも表面性の変化が少なく、効果を長期間持続させることが容易になる。

また、他の例として、ブレード５は、上流領域５ｂの表面粗さを、下流領域５ａの表面粗さよりも小さくするようにしてもよい。ブレード５の弾性体層としては、例えばウレタンゴムを使用することができる。下流領域５ａはＲａが０．２μｍ、上流領域５ｂのＲａが０．０５μｍに設定している。Ｒａが大きめの方がトナーを止める能力が高いため、現像ローラ３との最近接部を含む下流領域５ａではＲａが大きく、トナーが流れやすくしたほうがよい上流領域５ｂではＲａを小さくしている。

このように上流側の表面粗さを小さくしたことにより、ブレード５の上流領域５ｂでのトナーの流れを妨げる力を弱め、一方で、現像ローラ３と近接する領域を含むブレード５の下流領域５ａでは表面粗さを上流領域５ｂより大きくしておくことで、トナーを止める力が大きくなるようにしている。このようにすることで、静止したトナーを減らしトナーの流れを作り出すことができ、トナーの凝集を抑制することができる。

また、画像形成装置の小型化に伴い、現像ローラ３の直径は小さくなっていく傾向がある。その場合、図４で示したトナー溜まり部が形成されにくくなり、ブレード５通過後のトナー層が安定しない場合が生じる。

このような場合、トナー層の安定化を目的にして、図７のようにブレード５の上流側の厚みを厚くしてトナー溜まりが形成されやすくすることが考えられる。ここで、図７は、ブレード５の他の構成例を示す概略図である。しかし、図７のようにしてトナー溜まりを形成しやすくすると、トナー凝集が起こりやすくなる。したがって、この構成においても、今までに領域５ａ，５ｂとして述べてきたように、ブレード５を２つの領域５ａ，５ｃに分けて、例えば上流側のブレード表面を親水性にするなどして、上流領域５ｃのトナーの付着力を下流領域５ａより小さくすることで、トナーが流れやすくし、トナー凝集を防ぐ必要がある。

上流側での厚さを下流側より厚くすることにより、搬送量の安定性が増す。しかし、上流域でのトナーの凝集は起こりやすくなる。そこで、上流域でのブレード５とトナーの付着力を下げることによりトナーを流れやすくし、上記欠点を補い、搬送量を安定させつつ、トナー劣化を抑制することができる。

次に、第２実施形態に係る現像装置について、図８〜図１１を参照しながら説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る現像装置の構成例を示す概略図で、図９は、図８の現像装置におけるブレードと現像ローラと補助回転部材の位置関係、並びにトナーの流れを示す概略図である。また、図１０は、図８の現像装置における補助回転部材の一例を示す概略図で、図１１は、その補助回転部材の他の例を示す概略図である。

第２実施形態に係る現像装置１は、現像ローラ３とブレード５の近接する部分と、現像ローラ３と供給ローラ２が接する部分の間であって、現像ローラ３に近接した位置に、補助回転部材４を配置している。ここで、補助回転部材４は現像ローラ３と逆方向に回転させるものとする。回転の制御は現像ローラ３の回転制御などとともに、別途設けた制御部で行うなどすればよい。

この補助回転部材４は、ブレード５前に滞留するトナーを強制的に移動させることを目的としている。滞留時間が長くなると、押し固められてトナーが劣化したり凝集したりする。補助回転部材４を回転させることにより、近辺のトナーの流れを作ることができるので、凝集しかかったトナーをほぐしつつ、流れに乗って移動させるわけである。

この状態でのブレード５の近辺のトナーの状態は図９に示すようになる。供給ローラ２との接触部で現像ローラ３に移行したトナーは、現像ローラ３の回転に伴って上に上がってくる。このとき、現像ローラ３の回転に伴って、周辺にあるトナーも合わさって上がってくるので、ブレード５の前には非常に多くのトナーが存在している。

補助回転部材４の回転に伴って、補助回転部材４周辺の凝集しかかったトナーをほぐしつつ、回転方向に移動させる。さらに、上流領域５ｂのブレード５はトナーとの付着力が小さいので、ブレード５近辺のトナーは移動しやすくなり、補助回転部材４の回転に伴うトナーの移動を促進し、トナーを一層移動させやすくする。したがって、静止トナーを少なくすることができるので、図９に示すように、実線で示した範囲（図１４で示したトナーの範囲）より狭い範囲での凝集範囲に留まり、トナーの凝集を抑えることができるようになる。

特にトナー量が多い場合、ブレード５の通過前にはたくさんのトナーが運び込まれてくるため、多くのトナーが滞留し、トナーが押し固められて凝集してしまう。凝集が起こり始めると、周辺のトナーの移動がしにくくなり、凝集がさらに広がっていき、トナーが劣化し、ブレード５を通過するトナー層の均一性が悪くなるなどの弊害が生じる。しかし、第２実施形態のように、補助回転部材４を設けて回転させることにより、強制的にトナーの流れを作り出すことにより、凝集を防ぎ、また、凝集し始めたトナーをほぐす効果がある。それにより、図９に示したように静止したトナーを減らしトナーの流れを作り出すことができ、結果として、トナーの劣化を抑え、トナー層の均一性を良く保つことができる。

そして、ブレード５をトナーとの付着力の異なる２つの領域５ａ，５ｂに分けた形態と併用することにより、帯電能力を保ったまま、上流域でのトナーの流れを改善しトナー凝集を防ぐことができるので、補助回転部材４の回転によって作り出すトナーの流れを促進し、トナー劣化を抑え、安定した層規制を行うことができるようになる。

このように、本発明の第２実施形態の現像装置によれば、補助回転部材４を配置することで、現像ローラ３とトナー層規制を行うブレード５との最近接領域の上流側で、現像ローラ３とブレード５の間でのトナーの凝集を起こりにくくし、現像ローラ３上のトナー層の均一性を上げ、低ストレスで均一性に優れた現像を行うことが可能になる。

次に補助回転部材４の具体例について説明する。
補助回転部材４としては、金属ローラを用いることができる。この金属ローラは、例えば表面粗さＲａが１μｍ以上としておく。補助回転部材４のＲａの大きさが大きいほど、トナーを搬送する能力が高くなる。現像ローラ３の表面粗さＲａは先に記したように０．３〜０．６μｍであり、補助回転部材４のトナー搬送能力は現像ローラ３の搬送能力より高くなるようにしている。

さらに、ブレード５の上流領域５ｂの表面粗さＲａは０．１μｍ以下に設定してあり、トナーの移動しやすさが補助回転部材４の方が大きくなるようにしており、補助回転部材４の回転によるトナーの移動が広い範囲に及ぶようにしてある。

このように、補助回転部材４の表面粗さは、ブレード５の上流側の表面粗さより大きいようにしておくことにより、ブレード５付近のトナーも補助回転部材４の回転に伴って移動しやすくなり、トナーの流れが形成されやすくなる。金属ローラを用いなくてもこのような粗さは採用できるが、金属ローラであることにより、トナーがローラ表面に固着にしく、安定したトナーの流れを作り出すことができる。

また、補助回転部材４としては、図１０におよその形状を示すように、その表面に溝４ａが形成してある金属ローラを使用してもよい。無論、この例でも金属ローラを用いなくてもよい。この例では、溝４ａの深さは例えば０．２ｍｍ程度に設定してある。溝４ａの間にトナーが入り、金属ローラ近辺で強くトナーの流れが形成される。溝４ａが形成してあることにより、補助回転部材４のトナー搬送力が大きくなり、ブレード５付近のトナーも補助回転部材４の回転に伴って移動しやすくなり、トナーの流れが形成されやすくなる。また、溝４ａを設けた例においても、溝４ａ以外の部分（及び溝４ａの部分）の表面粗さより、補助回転部材４の表面粗さの方が大きくすることが好ましい。

また、補助回転部材４としては、図１１におよその形状を示すように、回転軸８ａに垂直な羽根８ｂを有する補助回転部材８を設置するようにしてもよい。このように、複数の羽根８ｂを設けることで、補助回転部材８のトナー搬送力が大きくなり、ブレード５付近のトナーも補助回転部材８の回転に伴って移動しやすくなり、トナーをほぐし、トナーの流れが形成されやすくなる。なお、羽根８ｂの数は問わない。

また、現像ローラ３と補助回転部材４が同時に停止すると、ブレード５、現像ローラ３、補助回転部材４（８）で囲まれた領域にトナーがまだ多く存在する状態で止まることになり、時間が経過するとその部分で凝集することもある。

これを防ぐために、補助回転部材４が後で停止するように設定しておく。つまり、現像工程終了時に、現像ローラ３が停止した後、一定時間後に補助回転部材４が停止するように設定することが好ましい。一定時間とは、例えば０．５秒から１秒程度の時間である。この時間の回転で、ブレード５、現像ローラ３、補助回転部材４（８）で囲まれた領域のトナーが吐き出されて減少するので、停止後に時間が経過してもトナーの凝集は起こりにくい。

図１２は、本発明の第２実施形態に係る現像装置において、ブレード５の弾性体層を２つの領域に分けないように構成した、つまり図２〜図７の構成例を採用しないように構成した概略図である。図１２に示すように、ブレードの付着力を上流部分と下流部分とで分けずに１つの弾性体層５ｄとした場合でも、補助回転部材４や補助回転部材８を配置しておけば、その効果を奏する。

１…現像装置、２…供給ローラ、３…現像ローラ、４，８…補助回転部材、４ａ…溝、５…ブレード、５ａ…下流領域、５ｂ，５ｃ…上流領域、５ｄ…弾性体層、５ｐ…プレート、８…補助回転部材、８ａ…回転軸、８ｂ…羽根、３０…搬送部、３１…駆動ローラ、３２…従動ローラ、３３…搬送ベルト、４０…定着装置、４１…加熱ローラ、４２…加圧ローラ、５０…画像形成ステーション部、５０Ｂ…黒色画像形成ステーション、５０Ｃ…シアン画像形成ステーション、５０Ｍ…マゼンタ画像形成ステーション、５０Ｙ…イエロー画像形成ステーション、５１…感光体、５２…帯電装置、５３…露光装置、５５…転写ローラ、５６…クリーニング装置、６０…供給トレイ、１００…画像形成装置。

Claims (7)

1. 現像ローラと、現像ローラ回転方向に対してトナーが供給される上流側の方向から該現像ローラに当接させてトナー層規制を行うブレードとを有し、前記現像ローラにバイアス電圧を印加し、静電潜像担持体に形成された静電潜像を前記トナーによって現像する一成分現像方式の現像装置において、
   前記ブレードを、前記現像ローラとの最近接部分を含む現像ローラ回転方向の下流領域と、最近接部分を含まない現像ローラ回転方向の上流領域の２つの領域に分け、該上流領域の表面での親水性を前記下流領域の表面よりも高くすることによって、前記上流領域における前記トナーと前記ブレードとの付着力を、前記下流領域よりも小さくすることを特徴とする現像装置。
2. 前記ブレードは、前記上流領域と前記下流領域とで同一材料とし、前記上流領域と前記下流領域との表面処理を変えることによって親水性を変えていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記ブレードは、前記下流領域をマスキングした状態でプラズマ表面処理することによって、前記上流領域のみ親水性を変えていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記ブレードは、前記下流領域をマスキングした状態でコロナ放電処理することによって、前記上流領域のみ親水性を変えていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
5. 前記ブレードは、前記上流領域のみにエキシマレーザ光を照射することによって、前記上流領域のみ親水性を変えていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
6. 前記ブレードは、前記上流領域と前記下流領域とで親水性の異なる材料を用いることによって、前記上流領域の親水性を高くしていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images