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発明の名称 現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−119547
公開日 平成11年(1999)4月30日
出願番号 特願平9−293305
出願日 平成9年(1997)10月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】倉橋 暎
発明者 石井 保之 / 佐々木 新一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器の開口部に延在し回動する現像剤担持体とを有する現像装置において、現像部上流側の前記現像剤担持体上に圧接弾性部材を設け、前記圧接弾性部材によって前記現像剤担持体上の現像剤に対し放電開始電圧以上でかつ前記現像剤と同極性のバイアスを印加することを特徴とする現像装置。
【請求項2】 前記現像剤担持体に対し現像剤を介して近接または当接した規制部材を有することを特徴とする請求項1の現像装置。
【請求項3】 前記規制部材は前記圧接弾性部材の前記現像剤担持体回転方向上流側にあることを特徴とする請求項2の現像装置。
【請求項4】 前記規制部材の前記現像剤担持体との当接部に対し前記現像剤担持体の回転方向上流側に当接して設けられた回転可能な弾性ローラを有することを特徴とする請求項2または3の現像装置。
【請求項5】 前記圧接弾性部材はローラ形状であることを特徴とする請求項1から4のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項6】 前記圧接弾性部材は前記現像剤担持体に対し従動または同周速であることを特徴とする請求項1から5のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項7】 前記圧接弾性部材は前記現像剤担持体上の現像剤担持部と現像剤非担持部の双方に配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項8】 前記現像剤は非磁性一成分現像剤であることを特徴とする請求項1から7のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項9】 前記現像剤は負帯電性磁性一成分現像剤であり、前記現像剤担持体はスリーブとその内部に固定された磁界発生手段とを有することを特徴とする請求項1から7のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項10】 前記現像剤はその形状係数SF−1が100〜180であり、形状係数SF−2が100〜140であることを特徴とする請求項8または9の現像装置。
【請求項11】 現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器の開口部に延在し回動する現像剤担持体とを有する少なくとも現像装置を一体として画像形成装置本体に着脱自在に装着されるプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置は、現像部上流側の前記現像剤担持体上に圧接弾性部材を設け、前記圧接弾性部材によって前記現像剤担持体上の現像剤に対し放電開始電圧以上でかつ前記現像剤と同極性のバイアスを印加することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項12】 前記現像剤担持体に対し現像剤を介して近接または当接した規制部材を有することを特徴とする請求項11のプロセスカートリッジ。
【請求項13】 前記規制部材は前記圧接弾性部材の前記現像剤担持体回転方向上流側にあることを特徴とする請求項12のプロセスカートリッジ。
【請求項14】 前記規制部材の前記現像剤担持体との当接部に対し前記現像剤担持体の回転方向上流側に当接して設けられた回転可能な弾性ローラを有することを特徴とする請求項12または13のプロセスカートリッジ。
【請求項15】 前記圧接弾性部材はローラ形状であることを特徴とする請求項11から14のいずれかの項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項16】 前記圧接弾性部材は前記現像剤担持体に対し従動または同周速であることを特徴とする請求項11から15のいずれかの項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項17】 前記圧接弾性部材は前記現像剤担持体上の現像剤担持部と現像剤非担持部の双方に配置されていることを特徴とする請求項11から16のいずれかの項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項18】 前記現像剤は非磁性一成分現像剤であることを特徴とする請求項11から17のいずれかの項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項19】 前記現像剤は負帯電性磁性一成分現像剤であり、前記現像剤担持体はスリーブとその内部に固定された磁界発生手段とを有することを特徴とする請求項11から17のいずれかの項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項20】 前記現像剤はその形状係数SF−1が100〜180であり、形状係数SF−2が100〜140であることを特徴とする請求項18または19のプロセスカートリッジ。
【請求項21】 潜像が形成される像担持体と、少なくとも現像剤を収容する現像容器および前記現像容器の開口部に延在し回動する現像剤担持体を有する現像装置とを有する画像形成装置において、前記現像装置は、現像部上流側の前記現像剤担持体上に圧接弾性部材を設け、前記圧接弾性部材によって前記現像剤担持体上の現像剤に対し放電開始電圧以上でかつ前記現像剤と同極性のバイアスを印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項22】 前記現像剤担持体に対し現像剤を介して近接または当接した規制部材を有することを特徴とする請求項21の画像形成装置。
【請求項23】 前記規制部材は前記圧接弾性自在の前記現像剤担持体の回転方向上流側にあることを特徴とする請求項22の画像形成装置。
【請求項24】 前記規制部材の前記現像剤担持体との当接部に対し前記現像剤担持体の回転方向上流側に当接して設けられた回転可能な弾性ローラを有することを特徴とする請求項22または23の画像形成装置。
【請求項25】 前記圧接弾性部材はローラ形状であることを特徴とする請求項21から24のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項26】 前記圧接弾性部材は前記現像剤担持体に対し従動または同周速であることを特徴とする請求項21から25のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項27】 前記圧接弾性部材は前記現像剤担持体上の現像剤担持部と現像剤非担持部の双方に配置されていることを特徴とする請求項21から26のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項28】 前記現像剤は非磁性一成分現像剤であることを特徴とする請求項21から27のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項29】 前記現像剤は負帯電性磁性一成分現像剤であり、前記現像剤担持体はスリーブとその内部に固定された磁界発生手段とを有することを特徴とする請求項21から27のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項30】 前記現像剤はその形状係数SF−1が100〜180であり、形状係数SF−2が100〜140であることを特徴とする請求項28または29の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置、該画像形成装置に具備される現像装置および前記画像形成装置に着脱自在な少なくとも前記現像装置を含むプロセスカートリッジに関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体上に形成した静電潜像を、現像装置によりトナー像として可視化することを行っている。
【0003】このような現像装置の一つとして、乾式一成分現像装置が種々提案されまた実用化されている。しかし、いずれの現像装置でも現像剤担持体上に一成分現像剤であるトナーの薄層を形成するのは困難である。
【0004】しかるに、画像の解像力、鮮明度等の向上が求められている現在、トナーの薄層形成方法およびその装置に関する開発は必須となっておりまたこれに対していくつかの方策が提案されている。
【0005】例えば、特開昭54−43038号公報にて開示されているように、現像剤担持体である現像スリーブに金属、ゴム等の材料からなる規制部材としての弾性ブレードを当接させ、この弾性ブレードと現像スリーブとの当接部の間にトナーを通過させて規制することにより、現像スリーブ上にトナーの薄層を形成し、かつ当接部での摩擦でトナーに十分なトリボを付与させるものである。
【0006】この場合、上記弾性ブレードにより非磁性トナーを規制するときには、現像スリーブ上にトナーを供給するトナー供給部材が別途必要になる。これは、磁性トナーの場合には現像スリーブ内の磁石の磁力により現像スリーブ上にトナーを供給できるが、非磁性トナーの場合にはトナーの供給が行えないためである。
【0007】そこで、図15に示すような現像装置50が提案された。この従来の現像装置50では、一成分現像剤として非磁性トナー53を収容した現像容器54内に弾性ブレード51よりも現像スリーブ52の回転方向上流側の位置で現像スリーブ52に当接するポリウレタンフォーム、スポンジ等からなる発泡体、あるいはファーブラシを用いた弾性ローラ55を設け、矢印D方向に回転させることにより現像スリーブ52上にトナー53を供給している。
【0008】この現像スリーブ52上に供給されたトナー53は、現像スリーブ52の回転に伴い弾性ブレード51と現像スリーブ52の当接部に送られて薄層化され、像担持体である感光体1上の静電潜像の現像に供される。そして、現像スリーブ52上の現像に消費されずに残存したトナー53は弾性ローラ55により剥ぎ取られ、かつ上述したように弾性ローラ55により新たなトナー53が現像スリーブ52に供給され上述作用を繰り返す。またこの際、現像スリーブ52として金属材料のものを用いた場合には、弾性ブレード51として金属薄板製のものは現像スリーブの磨耗の点で好ましくなく、良好なトナー薄層を得るためにはウレタン、シリコン等のゴム材料を用いる必要がある。
【0009】このような構成をとることによって、非磁性トナーの現像スリーブ上への薄層形成を良好に行えるようになった。図16は図15の現像装置50を感光体1の方向から見た図であり、説明の都合上現像スリーブ52を不図示とし、弾性ブレード51の現像スリーブ52に対する当接ニップを斜線で示してある。
【0010】図16に示したように、現像スリーブ52の両端部と現像容器54開口部の間隙に羊毛フェルト、テフロンパイル等繊維材料やポリウレタンフォーム、スポンジゴム等の材料からなる端部シール部材57を設け、現像容器54と現像スリーブ52の長手方向両端部間からのトナーの漏れ出しを防止し、さらに図16に示したように弾性ブレード51両端部を現像スリーブ52と端部シール部材57間に挾持させることによって(すなわち端部シール部材57によって弾性ブレード51の現像スリーブ52当接部の裏面側から方向に押さえ付けることによって)現像ブレード51の両端部からのトナーの漏れを防止している。
【0011】しかし、この従来の構成では、シール性を確保するために所定値以上の圧力で端部シール部材57を現像スリーブ52に圧接する必要があり、現像スリーブ52と端部シール部材57間に挾持された弾性ブレード51がその両端部の現像スリーブ52とのニップ部から先端部にわたって現像スリーブ52周面に沿うがごとく変形してしまう。
【0012】その結果、弾性ブレード51両端部の長手方向内側が浮き上がり気味になり、この部分の現像スリーブ52上に形成される現像剤層が他の部分に比べて過大になり、それ故トナー53の帯電が低下し結果的に現像スリーブ52長手方向で帯電が不均一になり、現像動作時に現像スリーブ52に現像バイアスとして電圧を印加した際に現像スリーブ52両端部から感光体1へトナー53がカブリとして転移したり、現像スリーブ52上のトナーの帯電電荷量の不均一による画像濃度ムラが発生する問題が生じた。
【0013】そこで上記問題に対処するため、弾性ブレードの両端部に斜めカットを設けることがなされている。図17に示すように弾性ブレード58の現像スリーブ52との当接ニップ部の現像スリーブ回転方向最下流点から弾性ブレード58の先端までの距離を、弾性ブレード58長手方向両端近傍部で側端部に向かって連続的に短くし、かつ少なくても弾性ブレード58側端部における先端部は当接ニップ内にあるように形成している。このため、弾性ブレード58両端部の長手方向内側が浮き上がり気味になり、またこの部分の現像スリーブ52上に形成される現像剤層が他の部分に比べて過大になったとしても、当接ニップが小さく、かつエッジ当接ぎみになるため、現像スリーブ52および弾性ブレード58両端部におけるトナー漏れを防止しつつ、現像スリーブ52上に非磁性トナーの薄層を良好に形成することができ、像担持体としての感光体1上の静電潜像を良好に現像することが可能となった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の現像装置を用いて現像動作を多数回繰り返すと、動作環境の変動に伴いトナーの帯電電荷量が変動する。特に高温高湿環境下における現像動作の繰り返しはトナーの帯電電荷量を大きく低下させ、現像時に感光体へトナーがカブリとして転移したり、トナーの飛散等が発生する。
【0015】従って、本発明の目的は、現像剤担持体の長手方向において、現像剤の帯電電荷量を均一かつ高く維持し環境変動に影響されない現像装置、該現像装置を備えた画像形成装置、および少なくとも前記現像装置を有し前記画像形成装置に着脱自在なプロセスカートリッジを提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器の開口部に延在し回動する現像剤担持体とを有する現像装置において、現像部上流側の前記現像剤担持体上に圧接弾性部材を設け、前記圧接弾性部材によって前記現像剤担持体上の現像剤に対し放電開始電圧以上でかつ前記現像剤と同極性のバイアスを印加することを特徴とする現像装置である。
【0017】本発明による他の態様によれば、現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器の開口部に延在し回動する現像剤担持体とを有する少なくとも現像装置を一体として画像形成装置本体に着脱自在に装着されるプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置は、現像部上流側の前記現像剤担持体上に圧接弾性部材を設け、前記圧接弾性部材によって前記現像剤担持体上の現像剤に対し放電開始電圧以上でかつ前記現像剤と同極性のバイアスを印加することを特徴とするプロセスカートリッジが提供される。
【0018】さらに本発明による他の態様によれば、潜像が形成される像担持体と、少なくとも現像剤を収容する現像容器および前記現像容器の開口部に延在し回動する現像剤担持体を有する現像装置とを有する画像形成装置において、前記現像装置は、現像部上流側の前記現像剤担持体上に圧接弾性部材を設け、前記圧接弾性部材によって前記現像剤担持体上の現像剤に対し放電開始電圧以上でかつ前記現像剤と同極性のバイアスを印加することを特徴とする画像形成装置が提供される。
【0019】上記各本発明において、前記現像剤担持体に対し現像剤を介して近接または当接した規制部材を有することが好ましい。前記規制部材は前記圧接弾性部材の前記現像剤担持体の回転方向上流側にあることが好ましい。前記規制部材の前記現像剤担持体との当接部に対し前記現像剤担持体の回転方向上流側に当接して設けられた回転可能な弾性ローラを有することが好ましい。前記圧接弾性部材はローラ形状であることが好ましい。前記圧接弾性部材は前記現像剤担持体に対し従動または同周速であることが好ましい。前記圧接弾性部材は前記現像剤担持体上の現像剤担持部と現像剤非担持部の双方に配置されていることが好ましい。
【0020】前記現像剤は非磁性一成分現像剤であることが好ましい。別の態様によれば、前記現像剤は負帯電性磁性一成分現像剤であり、前記現像剤担持体はスリーブとその内部に固定された磁界発生手段とを有することが好ましい。前記現像剤はその形状係数SF−1が100〜180であり、形状係数SF−2が100〜140であることが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【0022】実施例1以下に本発明の実施例1を図1から図10に基づいて説明する。
【0023】図1に示す本実施例の画像形成装置において、像担持体としての感光ドラム1は、矢印A方向に回転し、感光ドラム1を帯電処理するための帯電装置2によって一様に帯電され、感光ドラム1に静電潜像を書き込む露光手段であるレーザ光3により、その表面に静電潜像が形成される。
【0024】この静電潜像を感光ドラム1に対して近接配置され、プロセスカートリッジとして、画像形成装置本体に対し着脱可能である現像装置4によって現像し、トナー像として可視化する。なお、本実施例では露光部にトナー像を形成するいわゆる反転現像を行っている。
【0025】可視化された感光ドラム1上のトナー像は、転写ローラ9によって記録媒体である紙13に転写され、転写されずに感光ドラム1上に残存した転写残トナーはクリーニングブレード10により掻き取られ廃トナー容器11に収納され、クリーニングされた感光ドラム1は上述作用を繰り返し画像形成を行う。
【0026】一方トナー像を転写された紙13は定着装置12により定着処理され、装置外に排紙されプリント動作を終了する。
【0027】本実施例の現像装置4について図2に基づいてさらに説明する。
【0028】図2において、現像装置4は、一成分現像剤として非磁性トナー8を収容した現像容器14と、現像容器14内の長手方向に延在する開口部に位置し感光ドラム1と対向設置された現像剤担持体としての現像スリーブ5とを備え、感光ドラム1上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。
【0029】現像スリーブ5は、上記開口部にて図に示す右略半周面を現像容器14内に突入し、左略半周面を現像容器14外に露出して横設されている。この現像容器14外へ露出した面は、現像装置4の図中左方に位置する感光ドラム1にわずかな微小間隔を有して対向している。
【0030】現像スリーブ5は矢印B方向に回転駆動され、またその表面は、トナー8との摺擦確率を高くし、かつ、トナー8の搬送を良好に行うための適度な凹凸を有している。本実施例の現像スリーブ5は、直径16mmのアルミニウム製スリーブ表面にガラスビーズ(#600)による定形ブラスト処理を施し、表面粗さRzが約3μmとしたものを用い、感光ドラム1との間隙が300μmになるように対向し、感光ドラム1の周速50mm/sに対して若干早めた周速80mm/sで回転させている。
【0031】この現像スリーブ5両端部からのトナー漏れを防止するために、端部シール部材19が現像容器開口部に設けられ、現像スリーブ5の両端部をシールしている。
【0032】現像スリーブ5の上方位置には、ウレタン、シリコン等のゴム材料か、バネ弾性を有するSUSまたはリン青銅の金属薄板を基体とし、現像スリーブ5への当接面側にゴム材料を接着したもの等からなる規制部材としての弾性ブレード7が、ブレード支持板金15に支持され、自由端側の先端近傍を現像スリーブ5の外周面に面接触にて当接するように設けられており、その当接方向としては、当接部に対して先端側が現像スリーブ5の回転方向上流側に位置するいわゆるカウンター方向になっている。
【0033】本実施例の弾性ブレード7は、厚さ1.0mmの板状のウレタンゴムをブレード支持板金15に接着した構成になっており、現像スリーブ5に対する当接圧は、23〜35g/cm(線圧の測定は、摩擦係数が既知の金属薄板を3枚当接部に挿入し、中央の1枚をばねばかりで引き抜いた値から換算した。)に設定した。
【0034】弾性ローラ6は、弾性ブレード7の現像スリーブ5表面との当接部に対し現像スリーブ5の回転方向上流側に当接され、かつ回転可能に支持されている。この構造としては、発泡骨格状スポンジ構造や芯金上にレーヨン、ナイロン等の繊維を植毛したファーブラシ構造のものが、現像スリーブ5へのトナー8の供給および未現像トナーの剥ぎ取りの点から好ましく、本実施例においては、芯金6a上にポリウレタンフォームを設けた直径12mmの弾性ローラ6を用いた。この弾性ローラ6の現像スリーブ5に対する当接幅としては、1〜8mmが有効で、また現像スリーブ5に対してその当接部において相対速度を持たせることが好ましく、本実施例においては、当接幅を3mmに設定し、弾性ローラ6の周速として現像動作時に50mm/s(現像スリーブ5との相対速度は130mm/s)となるように不図示の駆動手段により所定タイミングで回転駆動させた。
【0035】図3は図2の現像装置4を感光体1方向から見た図であり、説明の都合上現像スリーブ5を不図示としている。
【0036】弾性ブレード7は、図3に示したように、図中斜線部で示した現像スリーブ5との当接ニップから弾性ブレード7先端までの距離が通常の現像領域から弾性ブレード7両端部に向かうにしたがって連続的に短くなるように構成され、さらにその両端部での弾性ブレード7の先端位置は上記当接ニップ内にあるように構成されている。つまり、現像スリーブ5上に形成されるトナー層厚は、当接ニップの現像スリーブ5回転方向上流側の点から先端までの距離に影響され、この距離が長いほど現像スリーブ5上に形成されるトナー層が厚く、短くなるとトナー層が薄くなるのは従来から知られており、本実施例においては通常の現像領域におけるこの距離に比べ弾性ローラ6の長手方向における未当接部分に対応する現像スリーブ周面に当接する領域によりこの距離を短くすることで当前記領域のトナーへの規制力を高めている。
【0037】トナー8は、非磁性一成分現像剤であり、前述したように転写性にすぐれ、かつ転写されずに感光ドラム1上に残存した転写残トナーをブレード、ファーブラシ等のクリーニング手段にクリーニングする際に潤滑性が高いことから感光ドラム1の磨耗の少ないなどの利点を有するトナー、すなわちトナーとして球形でありかつ表面が平滑であるものを用いている。具体的にはトナー体積抵抗値としては1014Ωであり、測定条件は測定電極板面積0.238cm2 、直径6mm、圧力:1500gの錘を用い、980/cm2 の圧力(96.1kPa)、測定時粉体層厚:0.5〜1.0mm、400Vの直流電圧を印加微小電流計(YHP4140pA METER/DC VOLTAGE SOUCE)で電流量を測定し、抵抗値より体積抵抗値(比抵抗)を算出する。
【0038】形状係数として、SF−1が100〜180であり、SF−2が100〜140であるものを用いている。このSF−1、SF−2は、日立製作所FE−SEM(S−800)を用いトナー像を無作為に100個サンプリングし、その画像上方をインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置(Luzex3)に導入し解析を行い下式より算出し得られた値を定義している。
【0039】
SF−1=(MXLNG)2 /AREA×π/4×100SF−2=(PERI)2 /AREA×π/4×100(AREA:トナー投影面積、MXLNG:絶対最大長、PERI:周長)
このトナーの形状係数SF−1は球形度合を示し、100から大きくなるにつれて球形から除々に不定形となる。SF−2は凹凸度合を示し、100から大きくなるにつれてトナー表面の凹凸が顕著になる。
【0040】トナーの製造方法としては、上記形状係数の範囲内になればいわゆる粉砕方法による製造方法の他に、特開昭36−102231号公報、特開昭59−53856号公報に述べられている懸濁重合方法を用いて直接トナーを生成する方法や、単量体には可溶で得られる重合体が不溶な水系有機溶剤を用い直接トナーを生成する分散重合方法または水溶性極性重合開始剤存在下で直接重合しトナーを生成するソープフリー重合方法に代表される乳化重合方法等を用いて製造することが可能である。
【0041】本実施例においては、トナーの形状係数SF−1を100〜180に、SF−2を100〜140に容易にコントロールでき、比較的容易に流度分布がシャープで4〜8μm粒径の微粒子トナーが得られる常圧下での、または加圧下での懸濁重合方法を用い、モノマーとしてスチレンとn−ブチルアクリレート、荷電制御剤としてサリチル酸金属化合物、極性レジンとして飽和ポリエステル、さらに着色剤を加え、重量平均粒径7μmの着色懸濁粒子を製造した。
【0042】そして、これに疎水性シリカを1.5wt%外添することによって、前述したような転写性に優れ、感光ドラム1のクリーニング時における磨耗の少ない負極性のトナー8を製造した。
【0043】以上のような現像装置4において、現像動作時に、再度図2に示すように、現像容器14内のトナー8は、攪拌部材16の矢印C方向の回転に伴い弾性ローラ6方向に送られる。
【0044】つぎにこのトナー8は弾性ローラ6が矢印D方向に回転することにより、現像スリーブ5近傍に運ばれる。弾性ローラ6上に担持されているトナー8は、現像スリーブ5と弾性ローラ6との当接部において、現像スリーブ5と摺擦されることによって、摩擦帯電を受け、現像スリーブ5上に付着する。
【0045】その後、トナー8は、現像スリーブ5の矢印B方向の回転に伴い、弾性ブレード7の圧接下に送られ、ここで適正なトリボ(摩擦帯電量)を受けるとともに現像スリーブ5上に薄層形成される。本実施例において良好な帯電電荷量として−60〜−20μC/g、良好なトナーコート量として0.4〜1.0mg/cm2 、トナー層厚で10〜20μmが得られるように設定している。
【0046】しかしながら、トナー8は高温高湿環境下において繰り返し現像を行うと帯電電荷量が低下してしまう。
【0047】そこで本実施例では、上述したトナー8の帯電電荷量低下を防ぐために現像スリーブ5上に形成される現像剤層全域に圧接弾性部材であるトナー帯電ローラ20を圧接し、かつ放電により帯電することとした。トナー帯電ローラ20はNBR製のゴムローラであり、押圧部材21に取り付けられている。そしてこの押圧部材21によるトナー帯電ローラ20の現像スリーブ5への当接荷重は100〜200gFに設定した。トナー帯電ローラ20の当接により、現像スリーブ5上の現像剤層は細密充填され均一コートされる。弾性ブレード7とトナー帯電ローラ20の長手位置関係は、図3に示すようにトナー帯電ローラ20が現像スリーブ5上の弾性ブレード7当接全域を確実に覆うことができるように配置されるのが好ましい。
【0048】なお、本実施例では、弾性ブレード7でトナー8を規制した後、トナー帯電ローラ20でトナー8を帯電しているが、トナー帯電ローラ20が弾性ブレード7の役割を兼ねてもよい。
【0049】また、トナー帯電ローラ20の現像スリーブ5上の長手位置関係は、図4に示すように現像スリーブ5上で非トナーコート部、トナーコート部双方に当接されている。これは、トナー帯電ローラ20は、トナーコート部のみの当接ではトナーの流動性が高いため、スリップし、安定した従動回転が得られず、そのため非トナーコート部への当接が必須なためである。
【0050】またトナー帯電ローラ20の駆動については、現像スリーブ5との間は従動または同周速が必須であり、トナー帯電ローラ20、現像スリーブ5間に周速差が生じるとトナーコートが不均一になり、現像時に感光体1へトナーがカブリとして転移したり、トナーの飛散や漏れの原因になる。
【0051】トナー帯電ローラ20のバイアスは、電源18(図2参照)によって現像スリーブ5と感光ドラム1の両者間に印加された直流を重畳した交流電圧(現像AC電圧)を分岐し、図5に示すような等価回路により印加している。
【0052】また現像スリーブ5とトナー帯電ローラ20のバイアスの波形は図6に示す通りであり、トナー引き戻しバイアス印加時に現像スリーブ5とトナー帯電ローラ20の電位差が生じるように図5中のコンデンサC1、C2の容量を調整している。以上により、現像スリーブ5上のトナー8はトナー帯電ローラ20より電荷付与を受ける。電荷付与の方法としては、放電を用いている。
【0053】本実施例において、現像スリーブ5に印加されるバイアスは直流電圧:Vdc=−300VにAC:矩形波Vpp=2200V、f=2200Hzを重畳したものである。トナー帯電ローラ20に印加されるバイアスはVdc=−900VにAC:矩形波Vpp=1000V、f=2200Hzを重畳したものである。なお、現像スリーブ5に印加されるバイアスとトナー帯電ローラ20に印加されるバイアスの位相差はない。
【0054】ここでトナー帯電ローラ20による電荷付与方法について以下に述べる。
【0055】図7に示すとおり、トナー帯電ローラ20の抵抗が106 Ωである場合、トナー表面電位は実線に示すような挙動を示す。トナー表面電位は印加電圧0Vにおいても−20V表面電位をもつ。これは弾性ブレード7で摩擦帯電を受けたためである。この摩擦帯電による表面電位を除外すると図7中点線に示すようにトナーとの放電開始電圧は−600Vから傾き1で立ち上がって、感光体に対するDC放電帯電と同様な挙動を示す。
【0056】トナー帯電ローラ20とトナー8の放電開始電圧は、下記の式(1)、(2)の交点で決まる。すなわち、 Vb=312+6.2g ・・・ (1)
Vg=g(Va−Vc)/{(Lt/Kt)+g} ・・・ (2)
上式にて、g:空隙距離Vb:g>8μmの時のパッシェンの法則の近似式Vg:トナー帯電ローラ、トナー層表面の空隙間電圧Va:トナー帯電ローラ印加電圧Vb:トナー層表面電位Lt:トナー層厚みKt:トナー層比誘電率である。
【0057】本実施例で使用しているトナー8は粒度分布に優れ、形状が球形であるため、トナー層中のトナーと空気の割合が一定であり式(2)中Kt(トナー層比誘電率)が安定し、安定な放電による電荷付与が行われる。
【0058】トナーの電荷付与には他の方法として注入帯電がある。この場合、トナー帯電ローラ印加電圧とトナー表面電位は図8に示したような挙動になる。図8中、実線(太)は最も理想的な注入帯電の挙動であり、印加電圧0Vより1の傾きで立ち上がっている。注入帯電において傾きが1を越えることはない。実線(細)および点線は、注入帯電性が落ちた場合の挙動である。
【0059】以上の結果から、本実施例における電荷付与の方法は放電を用いていると考えられる。
【0060】なお上記実験結果は、トナー帯電ローラ20の長手全域がトナーコート部に当接した場合であり、実際はトナーコート部、非トナーコート部の両方に当接するため、トナー帯電ローラ20の抵抗が106 Ωである場合、非トナーコート部からの電流が流れ込み、トナー帯電ローラ20とトナーコート部間の電圧は放電開始電圧を満たさない。そこでトナー放電可能な抵抗範囲を調べた。その結果、下記の表1に示すように、107 Ω以下の場合、トナー放電可能なトナー帯電ローラ20とトナーコート部間の電圧が得られず、1012Ω以上の場合は現像バイアスからトナー帯電ローラ20のバイアスを得る本実施例のような構成では放電開始電圧が大きすぎ適当ではない。したがって、トナー帯電ローラ20の抵抗の範囲は108 〜1011Ωである。但し、非トナーコート部上でトナー帯電ローラ20が当接する部分に誘電層を有する場合、または現像スリーブ全体の抵抗が高い場合には、トナー帯電ローラ20の抵抗の適正範囲の下限値が広がることは言うまでもない。
【0061】
【表1】

【0062】上記抵抗の測定法はつぎの通りである。すなわち、図9に示すように、直径16mmのアルミローラ22とトナー帯電ローラ20を当接荷重170gFで当接させ、直径16mmのアルミローラ22を2rpsで回転させる。つぎにトナー帯電ローラ20にV1=400Vの直流電圧を印加する。アース側に10MΩの抵抗を配置し、その両端の電圧V2を測定し、電流を算出し、トナー帯電ローラ20の抵抗を算出する。
【0063】トナー帯電ローラ20と現像スリーブ5上のトナー8中の帯電電荷量の低下したトナーとの放電開始電圧は1200V以上である。したがって、トナー引き戻しバイアス印加時の現像スリーブ5とトナー帯電ローラ20の電位差は1200V以上、かつ放電後のトナー8の帯電電荷量が低温低湿環境下(トナーの帯電電荷量が最も高くなる環境)と同じ帯電電荷量になるように図5中のコンデンサC1、C2の容量を調整している。そこで本実施例では、図10に示すように、環境、耐久におけるトナー帯電電荷量の差がなくなる1500Vにトナー帯電ローラ印加電圧を設定している。なお、上記条件下において低温低湿環境下でトナー帯電ローラ20に電圧を印加してもトナー層の表面電位が高いため、放電開始電圧を満たさず放電は行われない。したがって、高温高湿、低温低湿の両環境下でのトナー8の帯電電荷量はほぼ等しくなる。
【0064】トナー帯電ローラ20による帯電付与を受けた後、現像スリーブ5上に薄層形成されたトナー層は、一様に感光ドラム1との対向部である現像部へ搬送される。
【0065】この現像部において、現像スリーブ5上に薄層形成されたトナー層は、図2に示すように、電源18によって現像スリーブ5と感光ドラム1の両者間に印加された直流を重畳した交流電圧(現像ACバイアス)によって、感光ドラム1上の静電潜像にトナー像として現像される。
【0066】現像部において消費されなかった未現像トナーは、現像スリーブ5の回転とともに現像スリーブ5の下部より回収される。この回収部分には可撓性のシートからなるシール部材17が設けられ、未現像トナーの現像容器14内への通過を許容するともに、現像容器14内のトナー8が現像スリーブ5の下部から漏出するのを防止する。
【0067】この回収された現像スリーブ5上の未現像トナーは、弾性ローラ6と現像スリーブ5との当接部において、現像スリーブ5表面から剥ぎとられる。この剥ぎとられたトナーの大部分は、弾性ローラ6の回転に伴い搬送されて現像容器14内のトナー8と混じりあい、トナー8の帯電電荷が分散される。同時に弾性ローラ6の回転により現像スリーブ5上に新たなトナーが供給され前述の作用を繰り返す。
【0068】上述したようにトナー帯電ローラ20を設ける構成にすることにより、トナー8が弾性ブレード7通過後、トナー帯電ローラ20による電荷付与が行われトナー8の帯電電荷量を高く維持できる。よって、現像スリーブ長手方向において、トナーの帯電電荷量を均一かつ高く維持し環境変動に影響されない現像装置を提供できるとともに、現像スリーブ上のトナー薄層形成を安定して良好に形成することが可能となる。
【0069】なお、本実施例においては本発明を画像形成装置本体に着脱可能な現像装置からなるプロセスカートリッジに適用した場合について説明したが、画像形成装置本体内に固定され、トナーのみを補給するような構成の現像装置に適用してもよい。また、少なくとも上記現像装置を備え、必要に応じ感光ドラム、クリーニングブレード、廃トナー収容容器、帯電装置の全てを、あるいはいくつかを一体で形成し画像形成装置本体に対し着脱可能なプロセスカートリッジに適用してもよい。
【0070】実施例2以下に本発明の実施例2について図11及び図12に基づいて説明する。図11に示すように、本実施例の現像装置24は実施例1における規制部材としての弾性ブレード7を省略し、一方、実施例1と同様に、図1に示した画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジとしたものである。
【0071】現像装置24において、現像動作時に、現像容器214内のトナー28は、攪拌部材216の矢印C方向の回転に伴い弾性ローラ26方向に送られる。
【0072】つぎにこのトナー28は弾性ローラ26が矢印D方向に回転することにより、現像スリーブ25近傍に運ばれる。弾性ローラ26上に担持されているトナー28は、現像スリーブ25と弾性ローラ26との当接部において、現像スリーブ25と摺擦されることによって若干の摩擦帯電を受け、現像スリーブ25上に薄層形成される。本実施例において、良好なトナーコート量として0.4〜1.0mg/cm2 、トナー層厚で10〜20μm、帯電電荷量として−20〜−10μC/gが得られるように設定している。
【0073】その後、現像スリーブ25の矢印B方向の回転に伴い、トナー帯電ローラ220と現像スリーブ26の当接部に搬送される。
【0074】上述したトナー28の帯電電荷量を均一かつ高く維持するため、現像スリーブ25上に形成される現像剤層全域にトナー帯電ローラ220を当接し、放電により帯電する。
【0075】トナー帯電ローラ220と現像スリーブ25上のトナー28間の電圧は、図12に示すように1500Vに設定すると環境、耐久におけるトナー帯電電荷量の差がなくなる。したがって、トナー引き戻しバイアス印加時の現像スリーブ25とトナー帯電ローラ220の電位差は1500Vになるように前出の図5中のコンデンサC1、C2の容量を調整している。その後、現像スリーブ25上に薄層形成されたトナー層は、一様に感光ドラム1との対向部である現像部へ搬送される。
【0076】上述したようにトナー帯電ローラ220を設けることにより、トナー28が弾性ローラ2通過後、トナー帯電ローラ220による電荷付与が行われトナー28の帯電電荷量を高く維持できる。よって、現像スリーブ長手方向において、トナーの帯電電荷量を均一かつ高く維持し環境変動に影響されない現像装置を提供できるとともに、現像スリーブ上のトナー薄層形成を安定して良好に形成しうることが可能となる。
【0077】なお、本実施例においても、本発明を画像形成装置本体に着脱可能な現像装置からなるプロセスカートリッジに適用した場合について説明したが、本発明を画像形成装置本体内に固定され、トナーのみを補給するような構成の現像装置に適用してもよい。また、少なくとも上記現像装置を備え、必要に応じ感光ドラム、クリーニングブレード、廃トナー収容容器、帯電装置の全てを、あるいはいくつかを一体で形成し画像形成装置本体に対し着脱可能なプロセスカートリッジに適用してもよい。
【0078】実施例3以下に本発明の実施例3を図13および図14により説明する。本実施例は実施例1において磁性一成分現像剤を使用したものであり、現像装置34について図13に基づいて説明する。
【0079】本実施例の現像装置34は、一成分現像剤として磁性トナー38を収容した現像容器314と、現像容器314内の長手方向に延在する開口部に位置し感光ドラム1と対向設置された現像スリーブ35とを備え、感光ドラム1上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。
【0080】現像スリーブ35は、上記実施例と同様に、開口部にて図に示す右略半周面を現像容器314内に突入し、左略半周面を現像容器314外に露出して横設されている。この現像容器314外へ露出した面は、現像装置34の図中左方に位置する感光ドラム1に微小間隔を有して対向している。
【0081】現像スリーブ35は矢印B方向に回転駆動され、その内部には4つの磁極N1、N2、S1、S2を備えたマグネットロール322が取り付けられている。また、現像スリーブ35の周面には弾性ブレード37およびトナー帯電ローラ320が実施例1と同様に当接され、さらに、現像スリーブ35の長手方向両端部にも実施例1と同様に端部シール部材319が配設されている。
【0082】前出の図1において、感光ドラム1は帯電装置2により帯電電位Vd=−600Vに均一帯電される。次いで、画像信号に従いレーザー3で露光されて、露光部の電位が画像部電位V1=−100Vになり、露光部をトナーが付着する画像部とした静電潜像が形成される。この感光ドラム1に形成された静電潜像は、図13に示した現像装置34によって現像される。
【0083】本実施例のトナー38は、実施例1、2の非磁性一成分トナーと異なり、負帯電磁性一成分トナーを用いる。結着樹脂としてスチレン系共重合体100重量部に、磁性体粒子100重量部、負荷電制御剤2部、ワックス3部を加熱された2軸エクストルーダで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、分級した後、ハイブリタイゼーション法により球形化する。平均粒径として5.0μmの分級粉を得る。次いで平均粒径5.0μmの分級品に疎水性シリカ微粉体1.0重量部を添加し、現像剤を得た。本実施例のトナー38は、重量平均粒径が3.5〜7.0μmの範囲で、抵抗と形状は実施例1と同様のものを用いる。
【0084】現像容器314内のトナー38は、攪拌部材316で現像スリーブ35付近に送られた後、マグネットロール322の形成する磁界作用で現像スリーブ35に供給されて、現像スリーブ35の回転とともに搬送される。その後、弾性ブレード37との当接部でトリボ付与と層厚規制を受けて現像領域へ搬送される。スリーブ上のトナーコート量は0.8〜2.0mg/cm2 、トナー層厚で10〜20μm、トナーの帯電電荷量は−5〜−10μC/gが付与される。
【0085】現像スリーブ35は、直径16.0mmの非磁性のアルミスリーブであり、その表面を導電性粒子を含有する樹脂層でコートした表面粗さRa=1.0μmのスリーブである。現像スリーブ35を対ドラムの100〜140%の周速で回転する。
【0086】現像スリーブ35内にはマグネットロール322を固定配置する。マグネットロール322の一つの磁極S1を感光体1と対向して配置して、その磁極S1のスリーブ表面上での径方向磁束密度のピーク値を750〜950Gにする。現像領域でトナーの穂を形成するとともにカブリトナーをスリーブ方向に引き戻す。
【0087】現像スリーブ35には直流に交流を重畳した交互電圧を電源318から印加して感光体1との間に現像電界を形成し、その電界に従って静電潜像の現像を行う。現像スリーブ35には、直流電圧:Vdc=−500VにAC:矩形波Vpp=1600V、f=1800Hzを重畳した現像バイアス318を印加する。現像スリーブ35と感光体1は最近接位置で300μmのギャップを保って対向され、反転現像が行われる。
【0088】しかしながら、トナー38は高温高湿環境下において繰り返し現像を行うとの帯電電荷量が低下してしまう。
【0089】そこで上述したトナー38の帯電電荷量低下を防ぐために、現像スリーブ35上に形成される現像剤層全域にトナー帯電ローラ320は当接し、放電により帯電する。
【0090】トナー帯電ローラ320と現像スリーブ35上のトナー38間の電圧は、図14に示すように、1500Vに設定すると環境、耐久におけるトナー帯電電荷量の差がなくなる。したがって、トナー引き戻しバイアス印加時の現像スリーブ35とトナー帯電ローラ320の電位差は1500Vになるように前出図5中のコンデンサC1、C2の容量を調整している。
【0091】その後、現像スリーブ35上に薄層形成されたトナー層は、一様に感光ドラム1との対向部である現像部へ搬送される。
【0092】上述したようにトナー帯電ローラ320を設ける構成にすることにより、トナー38が弾性ブレード37通過後、トナー帯電ローラ320による電荷付与が行われトナー38の帯電電荷量を高く維持できる。よって、現像スリーブ長手方向において、トナーの帯電電荷量を均一かつ高く維持し環境変動に影響されない現像装置を提供できるとともに、現像スリーブ上のトナー薄層形成を安定して良好に形成しうることが可能となる。
【0093】なお、本実施例においては、本発明を画像形成装置本体に着脱可能な現像装置からなるプロセスカートリッジに適用した場合について説明したが、画像形成装置本体内に固定され、トナーのみを補給するような構成の現像装置に適用することもでき、また、上記現像装置と感光ドラム、クリーニングブレード、廃トナー収容容器、帯電装置を一体で形成し画像形成装置本体に対し着脱可能なプロセスカートリッジに適用してもよい。
【0094】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、圧接弾性部材によって現像剤担持体上の現像剤に対し放電開始電圧以上でかつ前記現像剤と同極性のバイアスを印加することにより、前記現像剤担持体の長手方向において、トナーの帯電電荷量を均一かつ高く維持し環境変動に影響されない現像装置、該現像装置を備え、良好な画像を得ることのできる画像形成装置、および少なくとも前記現像装置を有し前記画像形成装置に着脱自在とし、取り扱いに優れたプロセスカートリッジを提供することができる。




 

 


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