JP5878764B2 - 現像剤層厚規制部材、現像装置、及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体に代表される像担持体に形成された静電像を現像剤で現像する現像装置に関し、レーザープリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に好ましく用いられる現像剤層厚規制部材、現像装置、及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

現像剤を表面に担持して、回転軸を中心として回転する現像剤担持体（以下、現像ローラと記す。）と、現像ローラに圧接して、現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材（以下、ドクターブレードと記す。）を備え、ドクターブレードで規制されたのち、搬送された現像剤により、現像ローラと対向配置される感光体上の静電潜像を可視化する現像装置においては、以下のような問題点が指摘されている。

ドクターブレードと現像ローラが常に同じ当接部で加圧接触しているため、長期に亙って現像装置を使用する場合、摩擦熱やその圧力、或いは機内温度等の環境的要因等が相俟って、ドクターブレードと現像ローラが接触する当接部で、ドクターブレードが摩耗し、摩耗した深さに相当する分だけ、現像ローラへの押圧力が低下する。その結果、現像剤の層厚が厚くなり、出力画像上で、画像かぶりや画像むらが発生するという課題が生じていた。

このような問題に対処するために、例えば、特開２００８−１５１９３９号公報（特許文献１）に示すような、現像剤層規制部であるゴム部に中空部を有するものなどが知られている。

図５は、特許文献１に示されたドクターブレードの構造を説明するための概略図である。該文献に示されたドクターブレードは、現像ローラ５０に当接する可撓性シート部材５１及び該可撓性シート部材５１を支持する支持部材５２から構成され、可撓性シート部材５１の両端は、それぞれ、支持部材５２の第一支持部５２ａ、第二支持部５２ｂで支持される。可撓性シート部材５１は、湾曲するように曲げられることにより、可撓性シート部材５１と支持部材５２の間に中空部５３を形成し、可撓性シート部材５１を介して、該中空部を現像ローラ５０に当接させている。

このように、中空部５３を有する可撓性シート部材５１を変形させることで、現像ローラ５０に、安定した押圧力を長期間に亙って得ることができるので、可撓性シート部材５１と現像ローラ５０が、長期間に亙って常に同じ当接部５４で加圧接触しても、画像かぶりや画像むらが発生することはないという効果が期待できる。

特開２００８−１５１９３９号公報（平成２０年７月３日公開）

しかしながら、特許文献１の可撓性シート部材５１では、大きな１箇所の中空部５３しか存在しないため、押圧されて変形した場合、いつも同じ形に変形してしまい、変形した特定箇所から破損していくため、現像ローラ５０に安定した押圧力を長期間に亙って得ることはできなかった。

また、近年、画質に対する要求性能の高まりを受け、現像剤の小粒径化が進み、それに伴って現像ローラ上に形成する現像剤層の厚みも薄層化する必要がある。そのためにはドクターブレードによる加圧力を上げていく必要があるが、押圧力を大きくすることに伴い、中空部５３の圧力も上げる必要があり、より可撓性シート部材５１が破損しやすくなる。また、ドクターブレードと現像剤、あるいはドクターブレードと現像ローラとの摩擦力が大きくなるため、現像剤の温度が上昇し、現像剤が融解し固化してしまう、いわゆる融着現象が発生し、これによっても画像欠陥を生じさせてしまうという問題があった。

また、高温環境下での駆動においては、上記特許文献１に示されたドクターブレードの中空部５３に熱がこもってしまい、上記融着現象をさらに加速させてしまう問題もある。また、摩擦力が大きくなり、温度上昇が生じると、可撓性シート部材５１のゴム部の劣化が進み、長期の使用に耐えられなくなり、画像品質の低下を招く虞もある。

一方、低温環境下においては、可撓性シート部材５１のゴム部の硬度が硬くなり、現像ローラとのニップ幅が狭くなり、現像剤の層厚を十分規制することができなくなり、スジムラという画像欠陥が生じる。

このように、ドクターブレードの使用環境においては、温度がその画像品質、あるいは装置全体の寿命に与える影響が大きいため、最適な温度状態を保つ必要がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、長期使用に伴うドクターブレードの変形、破損を防ぐとともに、温度を適切に安定化し、現像材の融着やドクターブレードの劣化を抑制するドクターブレード、現像装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る現像剤層厚規制部材は、現像剤を表面に担持して回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に圧接して、前記現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材を備えた現像装置に用いられる現像剤層厚規制部材であって、前記現像剤層厚規制部材は、前記現像剤担持体に圧接する圧接部材及び該圧接部材を支持する支持部材から構成され、前記圧接部材は、複数の中空部を有するとともに、前記複数の中空部の少なくとも一つに、前記圧接部材の温度変化を抑制する温度変化抑制物質が存在することを特徴とする。

また、前記温度変化抑制物質は、前記圧接部材よりも比熱が大きいことを特徴としてもよい。また、前記温度変化抑制物質は、液体もしくは気体であってもよい。また、前記液体もしくは気体は、温度調整されたものであってもよい。

本発明に係る現像装置は、上記のいずれかに記載の現像剤層厚規制部材を用いたことを特徴とする。また、前記温度変化抑制物質を前記中空部に循環させる循環機構をさらに備えることを特徴としてもよい。

本発明に係る画像形成装置は、上記のいずれかに記載の現像装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、ドクターブレードの変形、破損を防ぐとともに、温度を適切に安定化し、現像材の融着やドクターブレードの劣化を抑制するドクターブレード、現像装置、及びこれを備えた画像形成装置を実現することが可能となる。

本発明の現像装置の構成を示す概略断面図である。 実施形態１に係る圧接部材の構成を示す概略断面図である。 実施形態２に係る圧接部材の構成を示す概略断面図である。 実施形態３に係る圧接部材及びドクターブレードの構成を示す図である。 従来技術におけるドクターブレードの構造を説明するための概略図である。

以下、本発明の実施形態の現像装置について図面を参照して説明する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、本実施形態は一成分現像方式を例に挙げて説明するが、現像方式はこれに限らず、例えば二成分現像方式など、他の現像方式でも適用可能である。

図１は、本発明の現像装置１の構成を示す概略断面図である。以下には、本発明の現像装置に関して説明するが、その他の構成については、電子写真複写装置の一般的な技術が適用できることはいうまでもない。

本発明の現像装置１は、トナー２を担持する現像ローラ３と、トナー２を収容する現像槽４と、現像槽４の中でトナー２を撹拌搬送する第１、第２及び第３撹拌搬送部材５、６、７と、供給ローラ８と、現像剤層厚規制部材としてのドクターブレード９を含む。ドクターブレード９は、現像ローラ３に圧接する圧接部材１０及び該圧接部材１０を支持する支持部材１１を含む。なお、圧接部材１０には、複数の中空部１２が内包されている。

第１、第２及び第３撹拌搬送部材５、６、７は、現像槽４内に回転自在に設けられ、各々、図中矢印で示す反時計方向に回転している。現像槽４内において、第１撹拌搬送部材５及び第２撹拌搬送部材６は、主として、回転方向にトナー２を撹拌及び搬送する役割を果たす。第１撹拌搬送部材５及び第２撹拌搬送部材６は、不図示の回転軸部と、回転軸部から半径方向外方に突出する不図示の複数の羽根片を含んで構成され、その羽根片は、例えば、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の樹脂を用いて薄板状に形成される。また、第３撹拌搬送部材７は、硬質の合成樹脂を用いて形成されるスクリュー状の回転部材であって、主として、軸方向にトナー２を撹拌及び搬送する役割を果たす。

また、現像槽４内には、第１撹拌搬送部材５と供給ローラ８との間に、中間壁部材１３が設けられる。中間壁部材１３は、例えば、合成樹脂等からなる平板状の部材であり、現像槽４の長手方向、即ち現像ローラ３の軸線方向に延びて、現像槽４の底部から立ち上がるようにして設けられる。そして、中間壁部材１３には、その中央部に開口１４が形成されている。このような中間壁部材１３によって、現像槽４内には、第１撹拌搬送部材５から供給ローラ８へ向うトナー２の流れが形成される。

供給ローラ８は、シャフトの周囲に発泡ウレタン等の多孔性弾性部材が設けられたものであり、表面の空孔にトナー２を吸着しつつ、現像ローラ３を摺擦することで、トナー２を現像ローラ３に供給し、かつ、現像後に現像ローラ３に残存した余分のトナー２をクリーニングする。

供給ローラ８と現像ローラ３の接触部の食い込み量は、０．５ｍｍ、供給ローラ８は、アスカーＣ硬度で５度のウレタンスポンジを用い、直径は１６ｍｍとした。

現像槽４は、例えば、硬質の合成樹脂等からなり、外観が略直方体形状を有する容器部材である。なお、本発明では、トナー２として、ポリエステル樹脂を主成分とし、粉砕法で作製され、体積平均粒子径が７μｍのトナーを用いた。

現像ローラ３は、現像槽４内に回転自在に設けられ、現像槽４に収容されるトナー２を担持して、感光体１５に搬送する。現像ローラ３は、感光体１５に対向し、軸線が感光体１５の回転軸線と平行になるように配置され、現像槽４本体の不図示のフレーム部に支持される。現像ローラ３の回転方向は、感光体１５の回転方向と逆方向である。現像ローラ３は、アルミニウムからなり、直径１６ｍｍ、肉厚が１ｍｍで、表面の算術平均粗さＲａが、０．３〜０．８μｍとなるようにサンドブラスト処理されたものである。また、現像ローラ３は、周速度１４５ｍｍ／ｓｅｃで、軸線周りに回転駆動される。

なお、感光体１５の周速度は、１４５ｍｍ／ｓｅｃ、供給ローラ８の周速度は、１１６ｍｍ／ｓｅｃとし、第１、第２及び第３撹拌搬送部材５、６、７の回転数は、１５７ｒｐｍ、１５７ｒｐｍ、３８ｒｐｍとした。

また、感光体１５の直径は、３０ｍｍであり、現像ローラ３と対向して配設されている感光体１５との間隙は、不図示の間隙保持部材により、２００±２０μｍに設定されている。

現像ローラ３の上方には、一定量のトナー２の層を形成するためのドクターブレード９が設けられている。ドクターブレード９の先端には現像ローラ３に圧接する圧接部材１０があり、もう一方の先端は、固定用の板金１６及び１７によって、支持部材１１を挟み、ビス１８によって現像槽４本体に固定されている。なお、圧接部材１０及び支持部材１１は、長手方向に現像ローラ３と同じ幅を持っている。

支持部材１１は薄く、弾性を有した金属板金であり、この弾性によって、略直方体形状を有する圧接部材１０を一定の押圧力で、当接部Ｐの位置において、現像ローラ３上に押圧している。

圧接部材１０と現像ローラ３は、１０〜３０ｇｆ／ｃｍの押圧力で当接している。この押圧力は、支持部材１１の板厚、及び圧接部材１０の材質及び現像ローラ３との当接位置により変更可能である。押圧力が１０ｇｆ／ｃｍ未満であれば、現像ローラ３上のトナー２の層厚が均一でなく、トナー２にも充分な帯電が付与できず、出力画像上で、画像かぶりや画像むらが発生する。また、押圧力が３０ｇｆ／ｃｍより大きくなると、圧接部材１０で規制されたトナー２の搬送を妨げてしまい、局所的なトナー２の層厚の低下を招き、出力画像上で、画像濃度の低下や、白筋等の画像欠陥が発生する。

支持部材１１を構成する材料としては、弾性を有することを満足すれば、特に限定されるものではないが、例えば、リン青銅板、ステンレス板、ベリリウム銅板等を挙げることができる。本発明では、厚みが０．１２ｍｍのリン青銅板からなり、長さは２５ｍｍに設定した。

これにより、現像ローラ３上に一定の帯電を有したトナー２の層が担持される。この帯電した電荷を有するトナー２の層が、現像ローラ３と感光体１５との電位差に応じて、現像ローラ３から感光体１５に供給されて静電潜像を現像し、トナー像を形成する。

＜実施形態１＞
以下に、実施形態１について説明する。図２は、本発明の一実施形態となる圧接部材１０を現像ローラ３の軸方向から見た概略断面図である。

圧接部材１０は、複数の中空部１２ａ、１２ｂが内包された弾性部材で構成され、複数の中空部１２ａ、１２ｂは、現像ローラ３の回転方向に配置されており、中空部１２ａは、現像ローラ３の回転方向の下流側に位置し、中空部１２ｂは、現像ローラの回転方向の上流側に位置する。

複数の中空部１２ａ、１２ｂは、いずれも、外観が略直方体形状であり、それぞれ、圧接部材１０の長手方向に亙って、形成されている。なお、複数の中空部１２ａ、１２ｂは、あらかじめ、圧接部材１０を分割して窪みを有する形で成型しておき、その後、複数の中空部１２ａ、１２ｂを有するように接合すれば、容易に成型できる。

中空部１２ａ内部には、温度変化抑制物質２０として、圧接部材１０であるゴム部材よりも比熱が大きく、温度変化の少ない物質、例えば水、あるいは吸水ポリマーに水を吸収させてゲル化したもの、あるいはヘリウムガスなどを封入する。ヘリウムガスなどの気体は、これらの気体の雰囲気中で圧接部材１０を接合することで中空部に封入することができる。また、気体、液体、あるいはゲル状のものは、接合された圧接部材１０の適切な場所に封入口を設け、この封入口より気体、液体、あるいはゲル状のものを封入後、この封入口を溶融することで封止する。なお、ここでは、中空部内に温度変化抑制物質が存在する状態も含めて中空部と呼ぶ。このような方法で、中空部１２ａに温度変化抑制物質２０が充填されたドクターブレード９が作製される。なお、中空部１２ｂは中空のままである。

圧接部材１０を構成する材料としては、現像ローラ３との接触面積が拡げられるように、弾性部材が好ましく、本発明では、ウレタンゴムを用い、そのうち、ポリオール成分として、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等を用い、ジイソシアネート成分として、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等を用いた。

圧接部材１０は、高さ方向である厚みＹは、０．４ｍｍ、現像ローラ３の回転方向に対する長さＸは、８ｍｍに設定されており、導電性カーボンブラックまたはイオン導電剤が添加されて、抵抗値が１０^２〜１０^６Ωｃｍに調整されている。

圧接部材１０の硬度は、ＪＩＳ−Ａ硬度で６５〜８５°に設定されるのが好ましく、本発明では、７０〜８０°に設定した。硬度が、７０°未満では圧接部材１０が摩耗してしまい、８０°を超えると圧接部材１０で規制されたトナー２の搬送を妨げてしまうからである。このときの現像ローラ３への押圧力は、１５ｇｆ／ｃｍであった。また、このときの現像ローラ３上のトナー２の層厚は、０．６〜０．８ｍｇ／ｃｍ^２の範囲であった。

上記のドクターブレードを用いて、現像剤の層形成状態や画像形成性能を確認したところ、トナーの融着やニップ幅の変動も少なくなり、画像均一性がアップした。このように、ドクターブレードにおいて、圧接部材１０に複数の中空部を設け、そのうちの一部の中空部１２ａの中に温度変化抑制物質２０を充填することで、圧接部材１０の温度変化を軽減し、画像品質を保つことが可能となる。

また、圧接部材１０に中空部を複数設けることにより、大きな１箇所の中空部しか存在しない場合と異なり、押圧されて圧接部材１０が変形した場合、いつも同じ形に変形してしまって、変形した特定箇所から破損していくことはないため、現像ローラに、より安定した押圧力で確実に当接でき、出力画像上で、画像かぶりや画像むらが発生することはない。また、複数の中空部のどれかに破損があっても、現像ローラとの接触面積が著しく減少することはなく、現像ローラに、安定した押圧力を長期間に亙って得ることができる。更に、単一の中空部の場合に比べて、現像ローラの振れや振動による押圧力の変動を抑えることができる。

なお、本実施形態では、中空部を２つとし、現像ローラ３の回転方向に配置したが、これに限られることはなく、中空部の数は３以上であってもかまわないし、複数の中空部１２が現像ローラの軸方向に配置されてもかまわない。また、本実施形態では、複数の中空部１２の一つに温度変化抑制物質２０を充填したが、これに限られることはなく、複数の中空部１２のすべてまたは一部に温度変化抑制物質２０を充填してもよい。さらに、複数設けられた中空部１２の形状及び大きさは、特に限定されず、ドクターブレード９の変形を防ぎ、温度変化抑制物質が充填できれば、それぞれ異なっていてもよいし同じであってもかまわない。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２について説明する。本実施形態では、複数の中空部が圧接部材の厚み方向に配置されている点が上記実施形態１とは異なる。

図３は、本発明の一実施形態となる圧接部材１０Ａを現像ローラ３の軸方向から見た概略断面図である。複数の中空部１２ｃ、１２ｄは、圧接部材１０Ａの厚みＹ方向に配置されており、中空部１２ｃは、圧接部材１０Ａの内部下側、即ち、現像ローラ３に近接する面側に位置し、中空部１２ｄは、圧接部材１０Ａの内部上側、即ち、現像ローラ３と当接しない面側に位置する。

中空部１２ｃ、１２ｄには圧接部材１０であるゴム部材よりも比熱が大きく、温度変化の少ない物質、例えば水、あるいは吸水ポリマーに水を吸収させてゲル化したもの、あるいはヘリウムガスなどを封入する。それ以外は、実施形態１と同一とした。

実施形態１と同様、上記のドクターブレードを用いて、現像剤の層形成状態や画像形成性能を確認したところ、トナーの融着やニップ幅の変動も少なくなり、画像均一性がアップした。ドクターブレードにおいて、圧接部材１０Ａに中空部１２ｃ、１２ｄを設け、その中に温度変化抑制物質２０を充填することで、圧接部材１０Ａの温度変化を軽減し、画像品質を保つことが可能となる。また、圧接部材１０Ａに中空部を複数設けることにより、長期使用に伴うドクターブレードの変形や破損を防ぐことが可能となる。

＜実施形態３＞
次に、実施形態３について説明する。本実施形態では、温度変化抑制物質として、温度調整したエア２１を循環させる点が上記実施形態１及び実施形態２と異なる。

図４（ａ）は、本発明の一実施形態となる圧接部材１０Ｂを現像ローラ３の軸方向から見た概略断面図、図４（ｂ）は、本発明の一実施形態となるドクターブレード９の斜視図である。圧接部材１０Ｂに設けられた中空部１２ｅ、１２ｆの内部には画像形成装置本体に設けられた循環機構により、温度調整した物質であるエア２１を循環させる。エア２１の循環は、圧接部材１０に配管あるいはチューブなどを連結し、ポンプなどを用いてエア２１を循環させる方法が一般的である。

ここで、圧接部材１０Ｂにゴム素材を用いた場合、低温環境下においては、ゴム部の硬度が硬くなるため、現像ローラ３とのニップ幅が狭くなり、現像剤の層厚を十分規制することができなくなり、結果としてスジムラという画像欠陥が生じるという問題がある。

ところが、本実施形態のように、中空部に温度調整された物質を循環させることで、圧接部材１０Ｂの温度変化が少なくなり、圧接部材１０Ｂにゴム素材を用いた場合には、ゴム硬度が一定化する。その結果、ニップ幅も温度変化による影響を受けにくくなり、安定した画像を得ることができる。また、圧接部材１０Ｂと現像ローラ３の摩擦による温度上昇も防ぐことができるので、現像剤の融着を軽減することができる。さらに、また、圧接部材１０Ｂに中空部を複数設けることにより、長期使用に伴うドクターブレードの変形や破損を防ぐことが可能となる。

なお、エア２１の循環方法としては、あらかじめ定められた一定温度に調整されたエア２１を循環させる方法の他に、圧接部材１０Ｂの温度を感知する温度センサ（不図示）を設けて、圧接部材１０Ｂの温度が上がれば冷却のための低い温度に調整されたエアを循環させ、逆に圧接部材の温度が下がれば高い温度に調整されたエアを循環させ、圧接部材１０Ｂの温度変化を抑えるといった方法でも構わない。

また、本実施形態では、エア２１を用いたが、温度調整した水やエチレングリコールなどの液体を用いても構わない。また、本実施形態では、圧接部材１０Ｂとしてゴム部材を用いたが、ＳＵＳなどの金属部材であっても、トナー融着を軽減する効果がある。

実施形態１、実施形態２と同様、本実施形態で説明したドクターブレードを用いて、現像剤の層形成状態や画像形成性能を確認したところ、トナーの融着やニップ幅の変動も少なくなり、画像均一性がアップした。ドクターブレードにおいて、圧接部材１０Ｂに中空部１２ｅ、１２ｆを設け、その中に温度変化抑制物質２１を循環させることで、圧接部材１０Ｂの温度変化を軽減し、画像品質を保つことが可能となる。また、圧接部材１０Ｂに中空部を複数設けることにより、長期使用に伴うドクターブレードの変形や破損を防ぐことが可能となる。

以上、３つの実施形態について説明したが、実施の形態はこれに限られることなく、例えば、上記の実施形態を組み合わせて、中空部の一部に温度変化抑制物質を充填し、それ以外の中空部に温度変化抑制物質を循環させるといった構成も考えられ、求められる画像形成装置の仕様に伴い、適宜構成を変更することが可能である。

本発明は、現像ローラに供給される現像剤の量を規制するドクターブレードを備えて、現像剤の層厚を規制するようにした画像形成装置であれば、上述したような構成に限定されるものではなく、その他の画像形成装置等に展開が可能である。

１ 現像装置
２ トナー
３ 現像ローラ
４ 現像槽
５ 第１撹拌搬送部材
６ 第２撹拌搬送部材
７ 第３撹拌搬送部材
８ 供給ローラ
９ ドクターブレード
１０、１０Ａ、１０Ｂ 圧接部材
１１ 支持部材
１２、１２ａ〜１２ｆ 中空部
１３ 中間壁部材
１４ 開口
１５ 感光体
１６、１７ 板金
１８ ビス
２０ 温度変化抑制物質
２１ エア
Ｐ 当接部

Claims (7)

1. 現像剤を表面に担持して回転する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に圧接して、前記現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材を備えた現像装置に用いられる現像剤層厚規制部材であって、
   前記現像剤層厚規制部材は、前記現像剤担持体に圧接する圧接部材及び該圧接部材を支持する支持部材から構成され、
   前記現像剤坦持体と前記支持部材との間に構成される前記圧接部材は、複数の中空部を有するとともに、
   前記複数の中空部は、各々同じ形状で形成され、
   前記複数の中空部の少なくとも一つに、温度変化抑制物質が存在することを特徴とする現像剤層厚規制部材。
2. 前記温度変化抑制物質は、前記圧接部材よりも比熱が大きいことを特徴とする請求項１記載の現像剤層厚規制部材。
3. 前記温度変化抑制物質は、液体もしくは気体であることを特徴とする請求項１記載の現像剤層厚規制部材。
4. 前記液体もしくは気体は、温度調整されたものであることを特徴とする請求項３記載の現像剤層厚規制部材。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の現像剤層厚規制部材を用いたことを特徴とする現像装置。
6. 前記温度変化抑制物質を前記中空部に循環させる循環機構をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の現像装置。
7. 請求項５または６記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。