JP2010079010A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像後の現像ローラ上に残留するトナーを供給ローラにより充分に掻き取ることが出来、それによってゴースト現象を防止することの可能な現像装置を提供すること。
【解決手段】静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラに供給する供給ローラとを具備し、前記供給ローラの表面は弾性発泡材料からなり、前記供給ローラの回転駆動に際し、前記供給ローラと現像ローラの接触部における負荷は、０．１２５Ｎ／ｃｍを超えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、現像装置に係り、特に、ゴースト現象が生じない、良好な画像を得ることを可能とする現像装置に関する。

電子写真方式による画像形成は、一般に静電荷像をトナーにより現像して可視化し、現像により得られたトナー像を用紙に転写することにより行われる。このような画像形成に用いられる現像法として、供給ローラにより供給された現像ローラ上のトナーの層厚をドクターブレードにより規制し、トナーとドクターブレード及び現像ローラとの摩擦によりトナーを帯電し、感光体ドラム上の静電潜像を現像する非磁性一成分現像法がある。

非磁性一成分現像法において良好な画像を得るためには、現像ローラ表面上に一様な厚さのトナー層を形成する必要がある。そのために、ドクターブレードの形状、現像ローラ及び供給ローラの材質、径、攪拌棒、およびバイアス値等の適切な組み合わせにより実現するような設計が図られている。

感光体ドラム上の静電潜像をトナーにより現像した直後の現像ローラ表面には、ベタ画像の場合を除いて、トナー層が薄くなった部分と、全くトナーが用いられなかったため厚いトナー層のままの部分とが存在する。
現像ローラ上のこのような厚さの不均一なトナー層は、次工程において、現像ローラが供給ローラと接触することにより、厚いトナー層の部分が掻き取られ、ほぼ一様の厚さにならされる。

また、このとき同時に、供給ローラによりトナーが現像ローラ表面に供給され、ドクターブレードにより一様なトナー厚みに規制され、再び、感光体ドラム上の静電潜像の現像に供される。
ところで、供給ローラによる掻き取りが不十分なため、現像ローラ上に不均一なトナー層が残留した場合、供給ローラによりトナーが供給され、ドクターブレードにより厚みが規制される後工程においても、このトナー層の不均一は是正されず、不均一トナー層の状態のままで次の感光体ドラム上の静電潜像の現像に供される。従って、画像に不均一なトナー層の段差、つまり、前の画像の反転したものが、ゴーストのように現れる。

従来、このようなゴースト現象を避けるため、供給ローラの表面を構成する弾性発泡材料のセル密度、硬度、径等の条件を変化させ、画像を検証しながらこれらの条件の最適値を決定していたが、何が重要な因子であるかは不明なままであった。
例えば、特許文献１には、供給ローラの表面を構成する発泡弾性部の弾性特性を規定することで、トナーへのストレス低減、トナーの掻き取り機能の向上、外添剤の継続的供給を解決した現像装置が提案されている。

特開２００７−２９３１１９号公報

本発明は、以上の事情に鑑みてなされ、現像後の現像ローラ上に残留する不均一なトナー層を供給ローラにより均一にすることが出来、それによってゴースト現象を防止することの可能な現像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラに供給する供給ローラとを具備し、前記供給ローラの表面は弾性発泡材料からなり、前記供給ローラの回転駆動に際し、前記供給ローラと現像ローラの接触部における負荷は、０．１２５Ｎ／ｃｍを超えることを特徴とする現像装置を提供する。

このような現像装置において、前記弾性発泡材料のセル密度及び／または厚みを制御することにより、前記負荷を０．１２５Ｎ／ｃｍを超える値とすることが出来る。
前記供給ローラに対し、前記現像ローラよりも−２００Ｖ以上大きいバイアス電圧を印加することが出来る。また、前記現像ローラの回転方向と前記供給ローラの回転方向を、カウンター方向とすることが出来る。

本発明によると、現像後の現像ローラ上に残留する不均一なトナー層を供給ローラにより均一にすることが出来、それによってゴースト現象を防止することの可能な現像装置が提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の一実施形態に係る現像装置は、静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラに供給する供給ローラとを具備するものである。また、前記供給ローラの表面は弾性発泡材料からなり、前記供給ローラの回転駆動に際し、前記供給ローラと現像ローラの接触部における負荷は、０．１２５Ｎ／ｃｍを超えるものである。

このように、供給ローラと現像ローラの接触部における負荷が０．１２５Ｎ／ｃｍを超えることにより、現像後の現像ローラ上に残留するトナーは、回転駆動する供給ローラにより掻き取られ、均一な厚みとされる。その結果、新たに供給ローラによりトナーが供給されても均一な厚さのトナー層が現像ローラ上に形成される。現像後の現像ローラ上に残留する不均一なトナー層と新たに供給されるトナーとの積層により膜厚の不均一なトナー層が形成されることが防止される。

これに対し、供給ローラと現像ローラの接触部における負荷が０．１２５Ｎ／ｃｍ以下の場合には、現像後の現像ローラ上に残留するトナーの供給ローラによる掻き取りが不十分となり、現像後の現像ローラ上に残留する不均一なトナー層と新たに供給されるトナーとの積層により、膜厚の不均一なトナー層が形成され、ゴースト現象が発生する。

供給ローラと現像ローラの接触部における負荷を０．１２５Ｎ／ｃｍを超える値とするには、供給ローラの表面の弾性発泡材料のセル密度、厚み、供給ローラの径、現像ローラの径,供給ローラと現像ローラの中心間の距離等を適宜、調整すればよい。特に、供給ローラの表面の弾性発泡材料のセル密度及び／または厚みを適宜調整することにより、０．１２５Ｎ／ｃｍを超える負荷を得ることが出来る。

そのような供給ローラの特性の調整可能な範囲としては、弾性発泡材料のセル密度は４０セル/inch〜１５０セル/inch、弾性発泡材料の厚みは２〜３ｍｍである。
供給ローラは、現像ローラとの電位差により現像ローラにトナーを供給するものであるため、その表面を構成する弾性発泡材料は導電性を有することが必要である。そのため、弾性発泡材料の電気抵抗は、１×１０^４〜５×１０^５Ωであることが望ましい。

なお、弾性発泡材料の具体的な材質としては、導電性ウレタンスポンジゴム、導電性
シリコーンゴム等を挙げることが出来る。
図１は、本発明の一実施形態に係る現像装置１を示す断面図である。現像装置１の現像器２は、上部のトナーホッパー３と下部のトナーホッパー４からなるトナーカートリッジ５と、外装フレーム６を有する現像部７とから構成される。
現像部７の内部には、現像ローラ８、この現像ローラ８にトナーを供給する供給ローラ９、及び現像ローラ８上に供給されたトナーの層を一定の厚さに規制するドクターブレード１０、現像部７のトナーを攪拌する攪拌部材１１等が設けられている。

また、感光体ドラム２１、クリーナ２２、帯電ローラ２３は、ドラムユニット部２４として外装フレーム６の内部に現像器２と一体に組み込まれている。ドラムユニット部２４は、現像器２の現像部７と共に現像ドラムユニットを構成している。なお、感光体ドラム２１は、通常、導電性の金属ローラの表面に有機光導電体を一様に被着して成り、金属ローラ部は接地されている。
帯電ローラ２３は、高圧電源（図示せず）により白印字状態の帯電電位（一様に印加する初期化電位、プラス極性で印加する方式とマイナス極性で印加する方式があり、この例ではマイナスの高電圧）を感光体ドラム２１に付与する。この帯電電位の付与により、感光体ドラム２１の周表面の感光層は、例えば−６５０Ｖ（ボルト）のマイナス高電位に一様に帯電する。このように帯電された感光層は、次いで、レーザー光源又はＬＥＤ光源を備える光書込ヘッド（図示せず）により、画像情報に応じて選択的に露光される。この露光により、感光体ドラム２１の表面には電位が略−７０Ｖに減衰したマイナス低電位部が形成され、この−７０Ｖの低電位部と予め帯電した上記−６５０Ｖの高電位部とによる静電潜像が形成される。

トナーカートリッジ５内には、非磁性一成分のトナーが収容されている。
現像ローラ８には、高圧電源３１から例えば−３５０Ｖの現像バイアスが印加される。また、供給ローラ９には、他の高圧電源３２から、現像ローラ８に印加される現像バイアスよりもー２００Ｖ以上大きい供給バイアスが印加される。そして、ドクターブレード１０には、更に他の高圧電源３３から上記と同様に−３００Ｖ〜−６００Ｖのドクターバイアスが印加される。
トナーは、現像ローラ８と供給ローラ９との電位差により現像ローラ８の表面に付着した後、ドクターブレード１０により一定の厚さに規制されると共に、ドクターブレード１０を介して高圧電源３２から加わるマイナス高圧電位により弱いマイナス電位に帯電して、現像ローラ８の表面に一定の厚さで付着する。

供給ローラ９は、芯金の周囲に弾性発泡材料、例えば導電性ウレタンフォーム層を形成したものであって、供給ローラの回転駆動に際し、供給ローラと現像ローラの接触部における負荷が０．１２５Ｎ／ｃｍを超えるように、導電性ウレタンフォーム層の厚み、セル密度が調整されている。その結果、現像後の現像ローラ８の表面に残留するトナーは、供給ローラとの接触により層厚部が掻き取られ、均一なトナー層とされるとともに、供給ローラにより新たなトナーが現像ローラ８に供給され、現像ローラ８上には均一な厚みのトナー層が形成され、次の現像に供される。

これは、次のような現象によるものと考えられる。供給ローラ９が回転駆動すると、現像ローラ８と供給ローラ９の接触部において供給ローラ９の弾性発泡材料が潰れ、その潰れにより現像ローラ８に対向する負荷が発生する。その負荷が、０．１２５Ｎ／ｃｍを超えるように弾性発泡材料のセル密度、厚み等を調整し、供給ローラの弾性発泡材料の潰れ量を設定すると、十分な供給ローラ９による現像ローラ８表面の残留トナー掻き取り効果が得られ、その結果、ゴーストのない良好な画像が得られる。

なお、現像ローラ８と供給ローラ９とは、カウンター方向に回転しているため、供給ローラ９による現像ローラ８表面の残留トナー掻き取り効果は、より充分に発揮される。
現像ローラ８は、回転しながら上記のトナーを感光体ドラム２１との対向部に搬送する。現像ローラ８と感光体ドラム２１との対向部では、上記−７０Ｖの静電潜像の低電位部と現像ローラ８との間に−２８０Ｖの電位差が形成される。即ち、静電潜像の低電位部は現像ローラ８に対して相対的にプラス極性の電位を形成する。

この電位差による電界により、マイナス極性に帯電している非磁性のトナーが感光体ドラム２１のプラス極性の静電潜像低電位部に転移してトナー像を形成する。このトナー像は、感光体ドラム２１の回転によって、感光体ドラム２１と転写ローラ（図示せず）との対向部に搬送され、転写に供される。

クリーナ２２は、感光体ドラム２１の周表面に当接するクリーニングブレード２６と搬送スクリュー２５とを備えている。クリーニングブレード２６は感光体ドラム７の周表面に残留する廃トナーを取り除き、搬送スクリュー２５は、その取り除かれた廃トナーを、外装フレーム６の左上外装フレーム６ａに配置されている搬送スクリュー２５ｂを経由して、上部のトナーホッパー３に配設されている廃トナー収容パイプ２８内の搬送スクリュー２５ｃを介し、廃トナー回収袋２７に送出する。

また、下部のトナーホッパー４には、中央部に内部のトナーを攪拌するためのアジテータ２９が配設されており、下部開口には現像部７の開口部との間にシール部材３０が介装されている。内部のトナーは、収容パイプ２８の回転によって、下部隔壁の開口を通って現像部７に補給される。

実施例
以下、本発明の実施例を示し、本発明についてより具体的に説明する。
下記表１に示す、硬度及びセル密度の異なる３種類の弾性発泡材料Ａ〜Ｃを径７ ｍｍの芯金の周囲に巻いて、供給ローラサンプル７本（サンプル１〜７）を試作した。なお、サンプル１〜５は実施例１〜５に係るサンプルであり、サンプル６及び７は、比較例６及び７に係るサンプルである。

サンプル１〜７に用いた弾性発泡材料とサンプルの径を下記表２に示す。

一方、図２に示すように、（株）島津製作所製オートグラフＡＧＳ−Ｊを用いて、供給ローラの弾性発泡材料の弾性を測定した。なお、弾性の測定値は、供給ローラサンプルの軸方向１ｃｍ幅において、上方から力を加えた場合の表面の弾性発泡材料の収縮による負荷（Ｎ／ｃｍ）である。その結果を図３に示す。

図３から、弾性発泡材料Ａ（サンプル１，２）の弾性が最も大きく、弾性発泡材料Ｂ（サンプル３〜５）の弾性が中程度であり、弾性発泡材料Ｃ（サンプル６，７）の弾性がもっとも低いことがわかる。
サンプル１〜７の供給ローラとしての性能を、カシオ計算機（株）製プリンターＮ３５００を用いて印字を実施し、評価した。その際のプリンターの諸条件を以下に示す。

印字速度：２４ｐｐｍ及び４０ｐｐｍ
バイアス電圧：Ｎ３５００の設定電圧を変更せず。
現像ローラ／供給ローラ線速比：Ｎ３５００の設定を変更せず。
現像ローラ／供給ローラの回転方向：カウンター方向
その評価結果を下記表３に示す。下記表中、画像性が○とは、ゴーストが発生せず、良好な画質の画像であることを示し、画像性が×とは、ゴーストが発生したことを示す。

上記表３から、弾性の大きい弾性発泡材料Ａ及びＢを用いたサンプル１〜５（実施例１〜５）について、良好な画像性が得られることがわかる。
ゴースト画像は、上述したように、感光体ドラムの静電潜像印字後の現像ローラ表面上の残留トナーを供給ローラが掻き落とせるかどうかにかかっており、掻きとりが不十分な場合、ゴーストが発生する。供給ローラのこの掻きとり能力は、現像ローラと供給ローラの相対速度、接触部における弾性発泡材料の負荷、現像ローラ・供給ローラ間バイアスに依存すると考えられる。

現像ローラ・供給ローラ間のバイアスの掻き取り能力に対する効果は、上述したように、Ｎ３５００のバイアスを変更せず試験をおこなっているため、現像ローラに対し供給ローラは−２００Ｖの電位差に保つ設定となっている。Ｎ３５００で用いるトナーは負帯電トナーであるため、この電位差によるトナーへ加わる電場による力は供給ローラから現像ローラヘトナーが向かう方向であり、掻き落としにくくする方向の電位差となっている。したがって、−２００Ｖより大きい電位差になる場合、掻き取り効果はわずかであるが上昇する。但し、このバイアスは現像ローラヘのトナー供給等の役割を担っているため、実際上−２００Ｖより極端に上げることも下げることも出来ない。

次に、相対速度の掻き取り能力に対する効果について検討する。２４ｐｐｍおよび４０ｐｐｍの２種類のプリントスピードにて画像性を評価したが、上記表３の評価結果より明らかなように、ゴーストの発生について差はない。明らかに２４ｐｐｍの場合よりも４０ｐｐｍの場合では相対速度が上がっているので（２４ｐｐｍにおける現像ローラ供給ローラ相対速度＝２７７ｍｍ／ｓｅｃ、４０ｐｐｍにおける相対速度＝４６０ｍｍ／ｓｅｃ）、ゴーストの発生に差が無いことから、残留トナーの掻きとりにおける相対速度の影響は小さいものと考えられる。

次に、供給ローラと現像ローラの接触部における弾性発泡材料に対する負荷と印字結果について検討する。Ｎ３５００のＤＳをそのまま使用し、試作供給ローラのサンプルを組み替えることにより試験を実施しているので、現像ローラと供給ローラの接触部における、供給ローラの弾性発泡材料の潰れ量は求めることができる。この潰れ量と、図３に示すオートグラフＡＧＳ−Ｊによる弾性発泡材料の弾性の測定結果より、接触部における供給ローラの弾性発泡材料潰れにより発生する負荷を求めた。その結果を印字結果と対照して下記表４に示す。

上記表４から、負荷が０．１２５Ｎ／ｃｍを越えるサンプル１〜５（実施例１〜５）は、現像ローラの残留トナーの掻きとり効果が十分であり、ゴースト画像が発生していないことがわかる。これに対し、負荷が０．１２５Ｎ／ｃｍ以下であるサンプル６、７（比較例６，７）は、現像ローラの残留トナーの掻きとり効果が不十分であり、ゴースト画像が発生している。

本発明の一実施形態に係る現像装置を示す図である。 弾性発泡材料の弾性を測定する方法を示す図である。 サンプルの変位と負荷の関係を示す特性図である。

符号の説明

１…現像装置、２…現像器、３…上部トナーホッパー、４…下部トナーホッパー、５…トナーカートリッジ、６…外装フレーム、７…現像部、８…現像ローラ、９…供給ローラ、１０…ドクターブレード、１１…攪拌部材、２１…感光体ドラム、２２…クリーナ、２３…帯電ローラ、２４…ドラムユニット部、２５，２５ｂ，２５ｃ…搬送スクリュー、２６…クリーニングブレード、２７…廃トナー回収袋、２８…廃トナー収容パイプ、２９…アジテータ、３０…シール部材、３１，３２，３３…高圧電源。

Claims (4)

1. 静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラに供給する供給ローラとを具備し、前記供給ローラの表面は弾性発泡材料からなり、前記供給ローラの回転駆動に際し、前記供給ローラと現像ローラの接触部における負荷は、０．１２５Ｎ／ｃｍを超えることを特徴とする現像装置。
2. 前記弾性発泡材料のセル密度及び／または厚みを制御することにより、前記負荷を０．１２５Ｎ／ｃｍを超える値とすることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記供給ローラに対し、前記現像ローラよりも−２００Ｖ以上大きいバイアス電圧を印加したことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記現像ローラの回転方向と前記供給ローラの回転方向が、カウンター方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。

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