JP7195871B2 - 現像装置、現像剤担持体、プロセスカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents
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Description
現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面に当接して配置され、前記現像剤担持体に担持される現像剤を規制する規制部材と
を有する現像装置であって、
前記現像剤担持体の表面には、第1の表面粗さおよび第1の電気抵抗を有する導電部と、前記第1の表面粗さよりも小さい第2の表面粗さおよび前記第1の電気抵抗よりも大きい第2の電気抵抗を有する誘電部が設けられており、
前記誘電部の帯電極性は、前記規制部材との摩擦によって前記現像剤担持体に担持される現像剤が帯電されたとき、前記現像剤の帯電極性と同極性であり、
前記第1の表面粗さが、前記規制部材の前記現像剤担持体と相対する面の第3の表面粗さよりも大きい
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明であるプロセスカートリッジは、
現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面に当接して配置され、前記現像剤担持体に担持される現像剤を規制する規制部材と、
現像剤像を担持する像担持体と、を有するプロセスカートリッジであって、
前記現像剤担持体の表面には、第1の表面粗さおよび第1の電気抵抗を有する導電部と、前記第1の表面粗さよりも小さい第2の表面粗さおよび前記第1の電気抵抗よりも大きい第2の電気抵抗を有する誘電部が設けられており、
前記誘電部の帯電極性は、前記規制部材との摩擦によって前記現像剤担持体に担持される現像剤が帯電されたとき、前記現像剤の帯電極性と同極性であり、
前記第1の表面粗さが、前記規制部材の前記現像剤担持体と相対する面の第3の表面粗さよりも大きい
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明である画像形成装置は、
現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面に当接して配置され、前記現像剤担持体に担持される現像剤を規制する規制部材と、
現像剤像を担持する像担持体と、
転写部材と、を有する画像形成装置であって、
前記現像剤担持体の表面には、第1の表面粗さおよび第1の電気抵抗を有する導電部と、前記第1の表面粗さよりも小さい第2の表面粗さおよび前記第1の電気抵抗よりも大きい第2の電気抵抗を有する誘電部が設けられており、
前記誘電部の帯電極性は、前記規制部材との摩擦によって前記現像剤担持体に担持される現像剤が帯電されたとき、前記現像剤の帯電極性と同極性であり、
前記第1の表面粗さが、前記規制部材の前記現像剤担持体と相対する面の第3の表面粗さよりも大きい
ことを特徴とする。
以下、本発明の実施例1について説明する。まず、本実施例に係る電子写真画像形成装置(以下、画像形成装置)の全体構成について説明する。図2は、本実施例の画像形成装置100の概略断面図である。
第4のプロセスカートリッジSa、Sb、Sc、Sdは、鉛直方向(紙面上方向)と交差する方向に一列に配置されている。なお、本実施例では、第1~第4のプロセスカートリッジSa、Sb、Sc、Sdの構成および動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。したがって、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字a、b、c、dは省略して、総括的に説明する。
次に、画像形成装置100における画像形成プロセスについて説明する。画像形成時には、まず感光ドラム1の表面が帯電ローラ2によって一様に帯電される。次に、画像形成装置100の外部のホスト機器から入力された画像情報が、CPUによって静電像を形成するための演算処理が行われる。そして、演算結果を基にスキャナユニット3から出射さ
れるレーザー光で帯電した感光ドラム1の表面が走査露光され、感光ドラム1上に演算結果に従った静電像が形成される。感光ドラム1上に形成された静電像は、現像ユニット4によってトナー像(現像剤像)として現像される。そして、一次転写ローラ14に、一次転写電圧印加手段としての一次転写電圧電源15(高圧電源)から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の電圧が印加される。これによって、感光ドラム1上のトナー像が中間転写ベルト10上に一次転写される。フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、第1~第4のプロセスカートリッジSa、Sb、Sc、Sdにおいて順次に行われ、中間転写ベルト10上に各色のトナー像が次に重ね合わせて一次転写される。
次に、本実施例の画像形成装置100に装着されるプロセスカートリッジSの全体構成について説明する。各色用のプロセスカートリッジSは、図示しない識別部等を除き、同一形状を有し、各色用のプロセスカートリッジSの現像ユニット4内には、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナーが収容されている。なお、現像ユニット4のトナーとして非磁性一成分現像剤を用いる。
図1A、図1Bを用いて、本実施例における現像ローラ22の構成を詳細に説明する。現像ローラ22は、金属芯金22aに、下記の表1記載のシリコーンゴム組成物からなる基層22b、下記の表2記載のウレタンからなる表層22cが順次積層され、さらに表層22cに下記の表3記載の材料からなる絶縁性の塗料が塗布された構成を有する。なお、表層22cおよび基層22bには、金属芯金22aを介して現像バイアスが印加される。
金属芯金22aは、一例として、外径6mm、長さ259.9mmのSUS304製の芯金にプライマー(商品名:DY35-051(東レ・ダウコーニング株式会社製))を塗布し、温度150℃で20分間加熱することで形成される。
現像ローラ22において、導電性弾性層は、1層構造または2層以上の積層構造を有する。導電性弾性層は、2層以上の積層構造を有することが好ましい。特に非磁性一成分接触現像系プロセスでは、現像ローラ22として2層の積層構造からなる導電性弾性層を有する現像ローラが好適に用いられる。本実施例では、基層22bと表層22cからなる2層積層構造の導電性弾性層について説明する。また、導電性弾性層は、導電性を得るために、導電剤を含有することが好ましい。導電剤としては、イオン導電剤やカーボンブラックのような電子導電剤が挙げられる。導電性弾性層の導電性と導電性弾性層のトナーに対する帯電性能とを制御することができる点で、カーボンブラックが導電剤として好ましい。また、導電性弾性層の体積抵抗率(第1の電気抵抗)は、1×10^3Ω・cm以上、1×10^11Ω・cm以下の範囲であることが好ましい。
基層22bの形成においては、金属芯金22aを、内径10.0mmの円筒状金型内に、金型の円筒に同心となるように設置する。そして、基層22bの材料の一例として、下記表1に示す材料を混合機(商品名:トリミックスTX-15(井上製作所社製))で混合した付加型シリコーンゴム組成物を、温度120℃に加熱した金型内に注入する。材料注入後、温度120℃にて10分間加熱成型し、室温まで冷却後、金型から脱型すると、軸芯体の外周に厚み2.00mmの基層22bが形成された基層ローラが得られる。
表層22cの形成においては、下記表2に示す材料を秤量し、撹拌混合する。そして、得られた混合物を固形分濃度28質量%になるようにメチルエチルケトン(Aldrich社製)に加えて混合し、ビーズミル(アシザワファインテック社製)にて均一に分散し、塗料を得る。さらに、基層ローラを、オーバーフロー式循環塗工機にてこの塗料中に浸漬して塗工することにより、表面層の膜厚が15μmとなるように塗布する。その後、温度130℃にて90分間加熱して、塗膜を乾燥、硬化し、基層ローラ上に表層22cが形成された弾性層ローラが得られる。なお、後述する導電部粗しとは、下記表2に記載の樹脂粒子の添加制御により導電部22eの表面粗さを制御する領域を指す。
現像ローラ22の表面上の一部の領域には、複数の誘電部22dが存在する。より具体的には、現像ローラ22の表面は、少なくとも、複数の誘電部22dの表面と、誘電部22dで被覆されていない導電性弾性層の露出部分とを含んで構成されている。これにより、誘電部22dは、導電部22eの表面の一部を被覆することにより、現像ローラ22の表面に形成される。また、誘電部22dは、導電部22eの領域に散在するように設けられている。さらに、現像ローラ22の表面において、誘電部22dが占める面積は、導電部22eが占める面積よりも小さくなるように構成されている。現像ローラ22の誘電部22dの体積抵抗率(第2の電気抵抗)は、1×10^13Ω・cm以上、1×10^18Ω・cm以下であることが好ましい。すなわち、本実施例では、誘電部22dの電気抵抗は、導電部22eの電気抵抗よりも大きい。
誘電部22dの表面粗さと導電部22eの表面粗さとは異なっている。より具体的には、誘電部22dの表面粗さRayは、導電部22eの表面粗さRadよりも低い、すなわちより平滑になっている。本発明者らの検討の結果、導電部22eの表面粗さ(第1の表面粗さ)は0.8μm<Rad<2.7μm、誘電部22dの表面粗さ(第2の表面粗さ)はRay<0.8μm(0.8μm未満)であることが好ましい。本実施例では、誘電部22dは樹脂粒子を含有しないのに対し、導電部22eは樹脂粒子を含有する。これにより誘電部22dと導電部22eとで表面粗さの違いを得られる。
本実施例では、誘電部22dの表面粗さRayと導電部22eの表面粗さRadの粗さは、以下のように測定される。
本発明において、現像ローラ22の回転方向の平均誘電部幅Syは、以下のように測定される。レーザー顕微鏡VK-X100(商品名、キーエンス社製)に、拡大倍率10倍の対物レンズを設置して、1.5mm×1mmの領域の現像ローラ22の表面をレーザー共焦点光学系で二次元走査を行う。これによって、現像ローラ22の表面の高コントラスト画像を取得することができる。そして、取得した画像において一辺900μmの正方形の領域(評価領域と称する)を評価対象とする。
規制ニップ部の幅の測定においては、現像ブレード23に油性マジックインクで現像ローラ22との当接領域にマーキングを行い、マーキングを乾燥させた後、現像ローラ22を当接させて100枚程度印字する。その後、現像ブレード23の表面をVK-X100(商品名、キーエンス社製)で観察する。
現像ローラ22は、図1Bに示す通り、表面に誘電部22dと導電部22e(基層22bと金属芯金22aとは導通されている)とが混在して分布している。現像ローラ22の表面に、規制部材である現像ブレード23が直接あるいはトナーを介して摺擦されることにより、現像ローラ22の誘電部22dに電荷が付与される。そして、電荷が付与された誘電部22dに電界が発生する。誘電部22dと導電部22eとが互いに隣接する部分においては微小閉電界Eが発生し、現像ローラ22の全体では、多数の微小閉電界Eが形成される。
グラディエント力によって現像ローラ22に担持されたトナーは、現像ブレード23によって所定の厚さに規制される。さらに、現像ブレード23がトナーを介して現像ローラ22の表面を摺擦することにより、トナーは、現像ローラ22と現像ブレード23の材料の摩擦帯電系列上の位置に応じた極性で、現像に必要な所定の帯電量に帯電される。
し、転動による摺擦で摩擦帯電が促進されることで、トナーが帯電される。以上により、現像ローラ22上には現像に必要な付着量および帯電量の多層のトナーが安定して担持される。
次に、本実施例における、現像剤の劣化や吸湿が生じた場合のベタ黒追従性不良、かぶりに関する作用効果について、比較例を用いて説明する。比較例の概要は以下の通りである。
現像ローラの導電部の表面粗し処理:あり
現像ローラの誘電部:なし
図7Aに、比較例1における現像ローラ22の断面図を示す。本実施例との違いは、誘電部22dを有しないように構成されている点である。
現像ローラの導電部の表面粗し処理:あり
現像ローラの誘電部:あり、現像剤の正規帯電極性と逆極性
平均誘電部幅Sy=60μm
図7Bに、比較例2における現像ローラ22の断面図を示す。本実施例との違いは、誘電部の材料にトナーの正規帯電極性と逆極性の塗料を用いて誘電部22d’が形成されている点である。
現像ローラの導電部の表面粗し処理:なし
現像ローラの誘電部:あり、現像剤の正規帯電極性と同極性
平均誘電部幅Sy=60μm
図7Cに、比較例3における現像ローラ22の断面図を示す。本実施例との違いは、導電部22eの表層が樹脂粒子を含有しない点である。すなわち、誘電部22dの表面粗さと導電部22eの表面粗さが同等に構成されている点である。
現像ローラの導電部の表面粗し処理:あり
現像ローラの誘電部:あり、現像剤の正規帯電極性と同極性
平均誘電部幅Sy=140μm
図7Dに、比較例4における現像ローラ22の断面図を示す。本実施例との違いは、誘電部22dの平均誘電部幅Syが、本実施例の平均誘電部幅よりも大きく、かつ規制ニップ部Nの幅よりも大きくなるように構成されている点である。
本実施例、比較例1、比較例2における現像装置を、図2の画像形成装置100、具体的にはMF726Cdw(商品名、キヤノン社製)を用いて画像評価試験を行った。具体的には、高温高湿度環境(温度30℃湿度80%)下における現像装置の通紙前(0枚通紙)における「新品時」と、5000枚通紙を行った後における「耐久時」とにおいて画像評価試験を行った。画像評価は、ベタ黒追従性についてはいわゆるベタ黒画像を用い、かぶりについてはいわゆるベタ白画像を用いて評価した。画像評価の試験結果を表4に示す。
ベタ黒追従性の評価においては、画像形成装置100によってベタ黒画像を出力し、目視によって、以下の基準により判定する。
A:白抜け(ベタ黒追従性不良)発生なし
B:白抜け(ベタ黒追従性不良)発生あり
かぶりの評価においては、画像形成装置100によってベタ白画像を出力した紙と、同時に転写材にマスキングをすることで、かぶりトナーを転写材に付着させずに出力した紙(基準紙)を使用する。そして、反射率計を用いてベタ白画像を出力した紙の反射率と基準紙の反射率を測定し、それぞれの反射率の差分値をかぶりを示す指標値とする。
A:差分値が3.0未満
B:差分値が3.0以上
ハーフトーン領域の濃度ムラの評価においては、25%濃度のハーフトーン画像を出力したときの均一性と濃度ムラを評価する。一例として、光学スキャナCS9000F M
arkII(商品名、キヤノン社製)を用いて1200dpiモードで画像を取り込む。さらに、当該光学スキャナで、σ=100μmのガウシアンフィルタでぼかし処理を行ったときの濃度幅比=中心濃度値に対する最大濃度値と最小濃度値との比を以下の基準により判定する。
A:濃度幅比が30%未満
B:濃度幅比が30%以上
比較例1では、耐久時にベタ黒追従性不良の発生が見られた。一方、本実施例では、新品時および耐久時ともにベタ黒追従性の発生は確認されなかった。比較例1においてベタ黒追従性不良が発生した理由は次のように考えられる。比較例1における現像ローラ22は、誘電部22dを有しないように構成されているため、トナーに上記のグラディエント力が働かない。したがって、新品時は現像に必要なトナー帯電量が十分であるため、鏡像
力によって現像ローラ22上にトナーが担持され、ベタ黒追従性不良は発生しない。一方、耐久時のようにトナー劣化が進み、かつ高湿度環境のような、トナーの帯電量が不十分となる状況では、トナーにグラディエント力が働かないと、低帯電のトナーおよび無帯電のトナーは現像ローラ22に担持されない結果、ベタ黒追従性不良が発生する。
比較例2、3では、耐久時にかぶりの発生が見られた。一方、本実施例では、新品時および耐久時ともにかぶりの発生は確認されなかった。比較例2においてかぶりが発生した理由は次のように考えられる。比較例2における現像ローラ22は、誘電部22dの極性がトナーとは逆極性となるように構成されているため、トナーがグラディエント力によって現像ローラ22に担持される際に、主に誘電部22dの表面に吸着される。このとき、トナーに働く力は、現像ローラ22側に向かって働く、グラディエント力と誘電部22dとトナーの極性差で生じる静電気力である。このため、規制部にてトナーが摺擦される際に、現像ブレード23との摺擦による現像ローラ22の回転方向とは逆の方向に働く力よりも、グラディエント力と静電気力による現像ローラ22への吸着力が大きくなる。この結果、トナーの転動による電荷付与作用が十分に得られず、かぶりがより顕著に現れる。
比較例2、比較例3、比較例4における現像ローラ22を用いる場合、耐久時にハーフトーン領域の濃度ムラの発生が確認された。一方、本実施例では、新品時および耐久時ともにハーフトーン濃度ムラの発生は確認されなかった。本実施例では、平均誘電部幅Syは60μmであり、規制ニップ部Nの幅130μmの1/2よりも小さい。
離は、現像ローラ22の移動距離Lの半分であるL/2になる。
誘電部22d’への電荷付与作用について、規制部における誘電部22dとトナーとの摺擦による寄与は、静電的な引力が働くために小さく、現像剤の供給部材26による寄与が支配的となる。したがって、耐久時にトナーが劣化した状況では、誘電部22d’に対する電荷付与が現像剤の供給部材26の摺擦による電荷付与作用に左右されやすくなる結果、誘電部22d’の帯電電荷量が低下してハーフトーン領域に濃度ムラが発生したと考えられる。さらに、比較例3における現像ローラ22では、かぶりの発生と同様の理由で、規制部でのトナーへの電荷付与作用が不十分となる。この結果、帯電したトナーから誘電部22dへの電荷付与による帯電電荷量が低下してハーフトーン領域に濃度ムラが発生したと考えられる。
次に、本発明の実施例2について説明する。基本的な構成は実施例1と同じであるため、本実施例の特徴についてのみ説明する。実施例2において、実施例1と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
Claims (10)
- 現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面に当接して配置され、前記現像剤担持体に担持される現像剤を規制する規制部材と
を有する現像装置であって、
前記現像剤担持体の表面には、第1の表面粗さおよび第1の電気抵抗を有する導電部と、前記第1の表面粗さよりも小さい第2の表面粗さおよび前記第1の電気抵抗よりも大きい第2の電気抵抗を有する誘電部が設けられており、
前記誘電部の帯電極性は、前記規制部材との摩擦によって前記現像剤担持体に担持される現像剤が帯電されたとき、前記現像剤の帯電極性と同極性であり、
前記第1の表面粗さが、前記規制部材の前記現像剤担持体と相対する面の第3の表面粗さよりも大きい
ことを特徴とする現像装置。 - 前記第2の表面粗さが0.8μm未満である、ことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記第3の表面粗さが前記第2の表面粗さよりも大きい、ことを特徴とする請求項1または2に記載の現像装置。
- 前記現像剤担持体の回転方向において、前記誘電部の幅の平均値が、前記規制部材と前記現像剤担持体との間に形成される当接部の当接幅の1/2よりも小さい、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の現像装置。
- 前記誘電部は、前記現像剤担持体の表面に形成された前記導電部の表面の一部を被覆することにより、前記現像剤担持体の表面に形成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の現像装置。
- 前記現像剤担持体の表面において、前記誘電部は前記導電部の領域に散在するように構
成されている、請求項1から5のいずれか一項に記載の現像装置。 - 前記現像剤担持体の表面において、前記誘電部が占める面積は、前記導電部が占める面積よりも小さい、請求項6に記載の現像装置。
- 前記現像剤は、非磁性一成分現像剤である、請求項1から7のいずれか一項に記載の現像装置。
- 現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面に当接して配置され、前記現像剤担持体に担持される現像剤を規制する規制部材と、
現像剤像を担持する像担持体と、を有するプロセスカートリッジであって、
前記現像剤担持体の表面には、第1の表面粗さおよび第1の電気抵抗を有する導電部と、前記第1の表面粗さよりも小さい第2の表面粗さおよび前記第1の電気抵抗よりも大きい第2の電気抵抗を有する誘電部が設けられており、
前記誘電部の帯電極性は、前記規制部材との摩擦によって前記現像剤担持体に担持される現像剤が帯電されたとき、前記現像剤の帯電極性と同極性であり、
前記第1の表面粗さが、前記規制部材の前記現像剤担持体と相対する面の第3の表面粗さよりも大きい
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面に当接して配置され、前記現像剤担持体に担持される現像剤を規制する規制部材と、
現像剤像を担持する像担持体と、
転写部材と、を有する画像形成装置であって、
前記現像剤担持体の表面には、第1の表面粗さおよび第1の電気抵抗を有する導電部と、前記第1の表面粗さよりも小さい第2の表面粗さおよび前記第1の電気抵抗よりも大きい第2の電気抵抗を有する誘電部が設けられており、
前記誘電部の帯電極性は、前記規制部材との摩擦によって前記現像剤担持体に担持される現像剤が帯電されたとき、前記現像剤の帯電極性と同極性であり、
前記第1の表面粗さが、前記規制部材の前記現像剤担持体と相対する面の第3の表面粗さよりも大きい
ことを特徴とする画像形成装置。
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