JP2013167668A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー層規制ブレードの弾性体の表面を、現像ローラの回転方向に対して、上流側から下流側に向かって表面粗さを変化させ、トナーの搬送性を確保し且つ現像ローラ上に形成されるトナー層を均一にするトナー層規制ブレードを備える現像装置を提供する。
【解決手段】現像装置１において、現像ローラ６と接触するトナー層規制ブレード９のゴム製部材９ｂの表面を、トナー層規制ブレード９のブレード線圧の中心点Ｋから現像ローラ６の回転方向Ｒ１に対して、上流側Ｕを粗面とし下流側Ｄを鏡面として、表面粗さを変化させて、トナーの搬送性を確保しながら現像ローラ６上で形成されるトナー層の均一化を図る。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等に使用する現像装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置において、感光体ドラム（静電潜像担持体）上の表面を帯電させ、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、現像剤を用いて静電潜像を可視化（現像）する方法が採用されている。

現像を行う現像装置において、磁性粉等の磁性成分を含有しない非磁性のトナーを用いる非磁性１成分現像方式、非磁性のトナーと磁性のキャリアとから成る２成分現像方式、及び磁性粉を含有する磁性トナーを主成分とする磁性１成分トナーを用いる磁性１成分現像方式がある。

２成分現像方式は、転写性、定着性及び耐環境特性といった電子写真特性に優れるが、その反面、トナー及びキャリアから成る２成分現像剤を用いるため、それらの混合比をトナー濃度センサ等により制御することを要し、さらに撹拌機能も複雑化することから現像装置が大型化し、コスト高になる傾向がある。

一方、１成分現像方式は、トナー濃度センサが不要であり撹拌機能も単純であることから、小型化及び低コスト化が可能である。

また、非磁性１成分トナーを用いた現像方式は、静電力と機械的な力のみによってトナーを現像剤担持体（現像ローラ）上に保持するため、現像剤担持体上にトナーの付着力が弱くなりトナーのすり抜けが発生しやすく、トナーの飛散による画質の劣化や、現像装置を備える画像形成装置内で汚染等を生じることがある。

このため、現像装置において、現像剤担持体上に余分なトナーを付着させないように、現像剤担持体上に形成されるトナー層が極めて薄い１層から３層で構成することが求められる。極めて薄いトナー層を形成するために、現像剤担持体に当接する現像剤層厚規制部材（トナー層規制ブレード）の当接力（加圧力）を高める方法があるが、この当接力を高める場合、現像ローラの駆動トルクが増加してトナーの劣化やトナー層規制ブレードの摩耗等を促進することがある。

特許文献１には、トナー層規制ブレードが弾性体を備え、該弾性体がトナーと当接する面を鏡面とし、それ以外の面を非鏡面とすることで、トナーとの摩擦によって弾性体の表面に拡散した電荷を非鏡面の凹凸で加速的に減衰させてトナーの飛散を防止する技術が提案されている。

特開平１０−１０４９４２号公報

しかしながら、特許文献１で開示されている技術では、弾性体の鏡面部分でトナーを摩擦帯電させる場合、帯電能力が不十分であり、非鏡面部分の凹凸は、比表面積が大きくなるため飛散する低帯電トナーを捕集しやすくなり、トナー落ち等が発生しやすくなるという課題がある。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなれたもので、トナー層規制ブレードの弾性体の表面は、現像ローラの回転方向に対して、上流側から下流側に向かって表面粗さが変化し、特に、上流側を粗面、下流側を鏡面とすることで、トナーの搬送性を確保でき、現像ローラ上に形成されるトナー層を均一にするトナー層規制ブレードを備える現像装置を提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決するために本発明に係る現像装置の各構成は、次の通りである。

本発明の現像装置は、画像形成に用いる画像形成装置に設けられ、静電潜像担持体上に形成される静電潜像に現像剤を供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に担持される前記現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材と、を備え、前記静電潜像を前記現像剤により現像を行う現像装置であって、前記現像剤層厚規制部材は、前記現像剤担持体の表面に当接する弾性体を備え、前記弾性体の表面は、前記現像剤担持体の回転方向に対して、上流側から下流側に向かって表面粗さが変化することを特徴とするものである。

また、本発明の現像装置は、現像剤層厚規制部材の前記弾性体の表面において、前記下流側の前記表面粗さは、前記上流側の前記表面粗さよりも小さいことを特徴とするものである。

また、本発明の現像装置は、現像剤層厚規制部材のブレード線圧の中心点から前記現像剤担持体の回転方向に対して下流側の前記弾性体の表面は、鏡面から成り、前記ブレード線圧の中心点から前記現像剤担持体の回転方向に対して上流側の前記弾性体の表面は、粗面から成ることを特徴とするものである。

本発明によれば、現像装置は、画像形成に用いる画像形成装置に設けられ、静電潜像担持体上に形成される静電潜像に現像剤を供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に担持される前記現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材と、を備え、前記静電潜像を前記現像剤により現像を行う現像装置であって、前記現像剤層厚規制部材は、前記現像剤担持体の表面に当接する弾性体を備え、前記弾性体の表面は、前記現像剤担持体の回転方向に対して、上流側から下流側に向かって表面粗さが変化することで、トナーの搬送性を確保し、現像ローラ上で形成されるトナー層の均一化を図ることができ、また、長期な亘りトナーの劣化に伴う流動性の低下及びトナーの凝集体の発生が生じた場合でも現像ローラ上に均一なトナー層を形成することができ、高画質な画像を提供することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明によれば、現像装置は、現像剤層厚規制部材の前記弾性体の表面において、前記下流側の前記表面粗さは、前記上流側の前記表面粗さよりも密であることで、トナーの搬送性を確保し、現像ローラ上で形成されるトナー層の均一化を図ることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明によれば、現像装置において、現像剤層厚規制部材のブレード線圧の中心点から前記現像剤担持体の回転方向に対して下流側の前記弾性体の表面は、鏡面から成り、前記ブレード線圧の中心点から前記現像剤担持体の回転方向に対して上流側の前記弾性体の表面は、粗面から成ることで、トナーの搬送性を確保し、現像ローラ上で形成されるトナー層の均一化を図ることができ、また、長期な亘りトナーの劣化に伴う流動性の低下及びトナーの凝集体の発生が生じた場合でも現像ローラ上に均一なトナー層を形成することができ、高画質な画像を提供することができるという優れた効果を奏し得る。

本実施形態に係る現像装置を備える画像形成装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る現像装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る現像装置の現像剤層厚規制部材のの構成を示す概略図である。

本実施形態に係る現像装置１を備える画像形成装置１００の特徴的な構成について図１を参照して説明する。図１は本実施形態に係る現像装置１を備える画像形成装置１００の電気的構成を示すブロック図である。

画像形成装置１００は、図１に示すように、電気的構成として、画像形成装置１００の動作を制御する制御部２０１、記憶部（記憶手段）２０２、判定部（判定手段）（図示せず）、表示部２０４、入力部２０５、ネットワーク回線を介してＰＣ等とＬＡＮ接続等を行う通信部２０６、画像処理を行う画像処理部２０８、画像形成を行う画像形成部２０９、トナー像の定着処理を行う定着部２１０、スキャナにおいて画像の読み取りを行う読取部２０７、画像形成装置１００の動作を制御する制御部２１１などを備えている。

制御部２０１は、記憶部２０２、表示部２０４、入力部２０５、通信部２０６、読取部２０７、画像処理部２０８、画像形成部２０９、定着部２１０、とそれぞれ接続され、画像形成装置１００全体を制御する。

なお、制御部２０１が実行するプログラムを記憶する記憶媒体としては、メモリカードに限られず、フレキシブルディスク、光ディスク、ＩＣカード、光カード、マスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリ等の媒体であってもよい。

通信部２０６は、制御部２０１からの指示に従って、接続された外部の機器との間でデータを送受信する。

読取部２０７は、原稿読取位置まで搬送されてきた原稿に光を照射する光源と、原稿で反射した光を受光する光電変換素子とを含み、原稿のサイズに応じた原稿画像を走査する。光電変換素子は、受光した光を電気信号である画像データに変換して、画像処理部２０８に出力する。

画像処理部２０８は、読取部２０７から入力される画像データにシェーディング補正などの各種のデータ処理を施した後、画像形成部２０９に出力する。給紙部（図示せず）は、給紙カセット（図示せず）および手差し給紙カセット（図示せず）に収納された用紙を画像形成部２０９に搬送する。

画像形成部２０９は、データ処理後の画像データに基づいて、給紙部（図示しない）により搬送される用紙に画像を形成する。そして、画像形成部２０９は、画像を形成した後の用紙を排紙トレイ（図示せず）上に排出する。

定着部２１０は、画像形成部２０９にて用紙上に形成されたトナー画像を溶融させて用紙に定着させる。

表示部２０４は、液晶表示装置（ＬＣＤ）、有機ＥＬＤ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）、電気泳動を利用した電子ペーパー等のディスプレイ、プラズマディスプレイ(ＰＤＰ)、プラズマチューブアレイディスプレイ（ＰＴＡＤ）、電子放出素子を用いたディスプレイ（ＦＥＤ、ＳＥＤ）等の表示装置であり、ユーザに対する設定画面等の指示メニューや取得した画像データに関する情報を含む画面を表示する。

入力部２０５は、複数のキーを備え、キーに対応するユーザの操作による各種の指示、文字、数字などのデータの入力を受け付ける。

次に、本実施形態に係る現像装置１を説明する。図２は、本実施形態に係る現像装置１の構成の概略図である。

現像装置１は、トナーのみを含む１成分現像剤を感光体ドラム２の表面の静電潜像に供給して静電潜像を現像する非磁性１成分現像装置である。現像装置１は、現像槽５、現像ローラ６、供給ローラ７、攪拌部材８、トナー層規制ブレード９（現像剤層厚規制部材）、及び駆動手段（図示せず）、電源（図示せず）と、制御手段（図示せず）とを備える。尚、現像装置１は、トナー像を形成するための感光体ドラム２を含む電子写真方式の画像形成装置１００に用いられる。

ここで、感光体ドラム２は、図示しない支持部材によって回転自在に支持され、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に設けられ、その表面に静電潜像ひいてはトナー像が形成される感光膜を有するローラ状部材である。感光体ドラム２には、例えば、図示しない導電性基体と、導電性基体表面に形成される図示しない感光膜とを含むローラ状部材を使用する。本実施形態では、感光体ドラム２として有機感光膜を用い、直径３０ｍｍ、長さ３０ｃｍ、回転速度１５０ｍｍ／ｓｅｃと設定した。尚、感光体ドラム２の表面電位は、−５５０ｖに設定した。

現像槽５は、内部に空間を有する容器状部材であり、その内部空間に現像剤を収容している。現像剤は、トナーを含む１成分現像剤である。また、現像槽５は、現像ローラ６、供給ローラ７及び攪拌部材８を収容してそれぞれを回転自在に支持し、かつトナー層規制ブレード９を支持する。

また、現像槽５において感光体ドラム２を臨む側面には、開口（図示せず）が形成される。該開口から現像ローラ６の一部が現像槽５の外方に向けて突出し、感光体ドラム２と当接設置される。また、現像槽壁の鉛直方向上方には、図示しないトナーカートリッジ及びトナーホッパーが設けられる。

より詳しくは、鉛直方向上方から下方に向けて、トナーカートリッジ、トナーホッパー及び現像槽５の順で設けられる。トナーカートリッジは、内部空間にトナーを収容する円筒状容器部材であり、現像装置１が備えられる画像形成装置１００の本体に対して、着脱可能に設けられる。

また、トナーカートリッジは、画像形成装置１００に設けられる図示しない駆動手段によって、軸線回りに回転駆動する。トナーカートリッジの長手方向側面には、長手方向に延びる細長い開口が形成され、トナーカートリッジの回転に伴って前記細長い開口からトナーが落下してトナーホッパーに供給される。トナーカートリッジの回転は、画像形成装置に設けられる図示しない制御手段により、トナーの消費状況に応じて制御される。

例えば、トナーホッパーはその鉛直方向底面に形成される開口であるトナー補給口が、現像槽５の鉛直方向上面に形成される開口であるトナー受け入口と鉛直方向に連通するように設けられる。トナーホッパーは、トナーカートリッジから供給されるトナーを現像槽５に補給する。現像槽５は、例えば、合成樹脂好ましくは射出形成可能な熱可塑性樹脂によって形成される。

現像ローラ６は、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に設けられるローラ部材である。現像ローラ６の材質としては、特に限定されるものではないが、表面にカーボンブラック等の導電化剤が添加された導電性ウレタンゴム等からなる導電性の弾性ローラや、表面を溝或いはサンドブラスト処理した金属ローラ、若しくは表面を樹脂コートしたゴム製或いは金属製のローラ等を用いることが可能である。

本発明の実施形態では、現像ローラ６の表面をサンドブラスト処理し、平均表面粗さＲａが０．４μｍのアルミ製の直径１６ｍｍ、長さ３０ｃmの現像ローラを用いる。現像ローラ６は、その表面にトナー層を担持して、駆動回転し、感光体ドラム２とトナー層を介して接触する領域（以下、現像領域）において、感光体ドラム２表面の静電潜像にトナーを供給して現像し、トナー像を形成する。

現像ローラ６には、モータの駆動手段（図示せず）が接続され、該駆動手段によって回転駆動する。駆動手段は図示しない電源及び制御手段に電気的に接続され、電源からの電圧の印加を請けて回転駆動し、その回転駆動力を現像ローラ６に伝達して現像ローラ６を回転させる。

また、制御手段は、電源による駆動手段への電圧印加ひいては現像ローラ６の回転駆動を制御する。尚、現像ローラ６から感光体ドラム２への静電潜像にトナーを供給する場合には、現像ローラ６に接続される電源から現像ローラ６に現像バイアス電圧が印加される。

印加される現像バイアスとしては、−２００ｖ〜−１０００ｖ程度であり、要求される画像濃度に応じて随時設定される。本実施形態では、−３００ｖで現像を行う。また、現像ローラ６の線速度は、１４５ｍｍ／ｓｅｃとする。

供給ローラ７は、現像ローラ６を介して、感光体ドラム２に対向するように設けられ、トナーの攪拌、搬送及び現像後のトナー除去を兼ねたローラ部材である。

本実施形態では、供給ローラ７は、体積抵抗約１０^５Ωｃｍ、セル密度が約３個／ｍｍの導電性のウレタンフォームからなり、直径１４ｍｍ、長さ３０ｃｍで、現像ローラ６と接触深さ０．５〜１ｍｍで接触している。

供給ローラ７は、その駆動回転によって、現像槽５の内部空間に収容されるトナーを帯電させるとともに、トナーを現像ローラ６の周辺に搬送する。また、供給ローラ７の回転速度を制御することによって、現像ローラ６表面のトナー層の層厚を調整できる。

供給ローラ７の回転速度は、制御部２０１によって制御でき、通常、現像ローラ６の回転速度に対して０．７〜１．２の割合である。供給ローラ７の回転速度が現像ローラ６の回転速度に対して０．７未満であると、現像ローラ６へのトナーの搬送が十分に行われず、画像濃度の不足或いは搬送ムラによる画像欠陥が生じる。

一方、供給ローラ７の回転速度が現像ローラ６の回転速度に対して１．２以上であると、現像ローラ６へのトナー搬送量が過剰となり、トナー層規制ブレード９でのトナー層規制が十分行われず、トナー帯電量の低下とともに、トナー飛散による画像欠陥が生じる。

本実施形態では、線速度を１１６ｍｍ／ｓｅｃとする。また、供給ローラ７のトナー搬送性を上げるために−１００〜−５００ｖ程度のバイアスを印加することもできるが、本発実施形態ではバイアスを印加していない。

攪拌部材８は、供給ローラ７を介して現像ローラ６に対向するように設けられ、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動する回転部材である。攪拌部材８は現像槽５内に収容されるトナーと、トナーホッパー（図示せず）を介してトナーカートリッジ（図示せず）から現像槽５内に新たに供給されるトナーとを均一に混合し、供給ローラ７の周辺に搬送する。

トナー層規制ブレード９は、現像ローラ６へのトナー量（トナー層厚）を規制する、現像ローラ６の軸線方向に平行に延びる板状部材である。また、トナー層規制ブレード９は、金属製部材９ａ、ゴム製部材９ｂ、支持部材１０から構成される。さらに、トナー層規制ブレード９は、その短手方向の一端が支持部材１０によって支持され、且つ他端は現像ローラ６の回転方向Ｒ１の上流側に向かって延設された片持ち状に配置される。

一例として、本実施形態に係るトナー層規制ブレード９において、金属製部材９ａは、幅８ｍｍ、長さ３０ｃｍ、厚さ０．１ｍｍの寸法で、リン青銅から成る。また、ゴム製部材９ｂは、厚さ１．０ｍｍ、ＪＩＳ−Ａ硬度６０°のウレタンゴムから成る。尚、金属製部材９ａとゴム製部材９ｂとは溶接などで固定されている。また、金属製部材９ａの材質として、導電性樹脂やステンレス等用いても良い。

ゴム製部材９ｂと現像ローラ６は軸方向の単位長さ当りの加圧力（以下、ブレード線圧という）が２０〜６０ｇｆ／ｃｍにて加圧される。ブレード線圧が２０ｇｆ／ｃｍ未満である場合、現像ローラ６上のトナー層の厚さ（トナー層厚）が不均一による濃度ムラの発生を引き起こしやすく、６０ｇｆ／ｃｍより大きい場合、トナーへのストレスが過大になって劣化が促進され、画像のがさつきや濃度低下の原因となるため、本実施形態では、ブレード線圧は３５ｇｆ／ｃｍとし、このときの現像ローラ６上のトナー量を、０．６〜０．８ｍｇ／ｃｍ^２の範囲に設定する。また、トナー帯電量は−７〜−１５μＣ／ｇ、現像ローラ６と同電位のバイアスを印加する。

さらに、本実施形態では、現像ローラ上にトナー層の形成を行う際に、トナーの劣化に伴ってトナーの流動性の低下及び凝集体の形成等によって、ニップ部通過後の現像ローラ６上のトナー量が不均一となりスジ状のムラが生じることを防ぐため、図３に示すように、現像ローラ６と接触するゴム製部材９ｂの表面を、現像ローラ６の回転方向Ｒ１に対して、トナー層規制ブレード９のブレード線圧の中心点Ｋから上流側Ｕから下流側Ｄに向かってゴム製部材９ｂの表面の表面粗さを変化させる。

言い換えると、現像ローラ６と接触するゴム製部材９ｂの表面は、トナー層規制ブレード９のブレード線圧の中心点Ｋ（現像ローラ６に対してトナー層規制ブレード９のブレード線圧が最も高い点）から、現像ローラ６の回転方向Ｒ１に対して、上流側Ｕと下流側Ｄとは異なった表面粗さを備える。すなわち、下流側Ｄの表面粗さは、上流側Ｕの表面粗さに比べ小さくなるように形成される。

詳述すると、現像ローラ６と接触するトナー層規制ブレード９のゴム製部材９ｂの表面（上流側接触表面）は、トナー層規制ブレード９のブレード線圧の中心点Ｋから、現像ローラ６の回転方向Ｒ１に対して、上流側Ｕが粗面処理が施されている。ゴム製部材９ｂの表面に珪砂等のような非金属粒や金属粒を高速度で噴きつけて表面を粗化する方法（ブラスト処理）等によって、粗面処理を施す。尚、本実施形態では、平均表面粗さＲａを０．０５〜０．４μｍとし、現像ローラ６の回転方向Ｒ１に対して上流側Ｕからブレード線圧の中心点Ｋまで徐々に表面粗さが小さくなるように表面処理を施す。

このように、現像ローラ６と接触するトナー層規制ブレード９のゴム製部材９ｂの表面に表面処理を施すことで、現像ローラ６とゴム製部材９ｂの上流側接触表面とで囲まれる領域におけるトナーの搬送性を良くすることができ、安定したトナー層を形成することが可能となる。

また、トナー層規制ブレード９のブレード線圧の中心点Ｋ方向に向かって、ゴム製部材９ｂの表面の表面粗さが徐々に小さくなる構成によって、現像ローラ６上にトナー層を形成する前に、凝集化したトナーを粉砕することができる。

このような構成により、トナー層の形成時に、トナー層規制ブレード９と現像ローラ６との間のニップを通過するトナーの均一化を図ることができ、３０ｇｆ／ｃｍ程度の弱いブレード線圧でも均一なトナー層を形成することができる。

一方、現像ローラ６と接触するトナー層規制ブレード９のゴム製部材９ｂの表面は、トナー層規制ブレード９のブレード線圧の中心点Ｋから、現像ローラ６の回転方向Ｒ１に対して、下流側Ｄが鏡面処理（鏡面加工）を施す。

ゴム製部材９ｂの表面は、下流側Ｄが鏡面加工が施されているため、現像ローラ上にトナー層を形成した後に、さらに該トナーの表面を均一にすることができる。

さらに、ブレード線圧の中心点Ｋから下流側Ｄにおいて、ゴム製部材９ｂの表面の鏡面の表面粗さを現像ローラ６の回転方向Ｒ１に沿って段階的に変化させることで、トナー層の均一化を柔軟に行うようにしても良い。

以上のように、現像ローラ６と接触するゴム製部材９ｂの表面を、トナー層規制ブレード９のブレード線圧の中心点Ｋから現像ローラ６の回転方向Ｒ１に対して、上流側Ｕを粗面とし、下流側Ｄを鏡面として、異なった表面粗さにすることで、トナーの搬送性を確保し、現像ローラ６上で形成されるトナー層の均一化を図ることができる。また、長期な亘り、トナーの劣化に伴う流動性の低下及びトナーの凝集体の発生が生じた場合でも、現像ローラ上に均一なトナー層を形成することができ、高画質な画像を提供することができる。

１ 現像装置
２ 感光体ドラム
５ 現像槽
６ 現像ローラ
７ 供給ローラ
８ 攪拌部材
９ トナー層規制ブレード
９ａ 金属製部材
９ｂ ゴム製部材
１０ 支持部材
１００ 画像形成装置
２０１、２１１ 制御部
２０２ 記憶部
２０４ 表示部
２０５ 入力部
２０６ 通信部
２０８ 画像処理部
２０９ 画像形成部
２１０ 定着部
２０７ 読取部
Ｋ 中心点

Claims (3)

1. 画像形成に用いる画像形成装置に設けられ、静電潜像担持体上に形成される静電潜像に現像剤を供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に担持される前記現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材と、を備え、前記静電潜像を前記現像剤により現像を行う現像装置であって、
   前記現像剤層厚規制部材は、前記現像剤担持体の表面に当接する弾性体を備え、
   前記弾性体の表面は、前記現像剤担持体の回転方向に対して、上流側から下流側に向かって表面粗さが変化することを特徴とする現像装置。
2. 前記弾性体の表面において、前記下流側の前記表面粗さは、前記上流側の前記表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤層厚規制部材のブレード線圧の中心点から前記現像剤担持体の回転方向に対して下流側の前記弾性体の表面は、鏡面から成り、前記ブレード線圧の中心点から前記現像剤担持体の回転方向に対して上流側の前記弾性体の表面は、粗面から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。

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